في دراسة رائدة، اكتشف باحثون من جامعة نورث وسترن طريقة ثورية جديدة لمكافحة التآكل الساحلي (coastal erosion) بالكهرباء. وقد وجد الفريق بقيادة أليساندرو روتا لوريا، أن تيارًا كهربائيًا معتدلًا يمكن أن يحول الرمال البحرية إلى صخرة صلبة غير قابلة للتحرك، مما يقلل بشكل كبير من خطر التآكل في مواجهة تغير المناخ وارتفاع منسوب مياه البحر.
واستلهم الباحثون الفكرة من المحار وبلح البحر وغيرها من الكائنات البحرية التي تعيش في أصداف، والتي تستخدم المعادن المذابة في مياه البحر لبناء أصدافها. ومن خلال الاستفادة من نفس المعادن الموجودة بشكل طبيعي، تمكن الباحثون من تشكيل ما يشبه الأسمنت الطبيعي بين حبيبات الرمل المغمورة بالبحر. ولكن بدلاً من استخدام الطاقة الأيضية كما تفعل الرخويات، استخدم الباحثون الطاقة الكهربائية لتحفيز التفاعل الكيميائي. وتمثل الدراسة، التي نشرت في مجلة (Communications Earth & Environment)، تقدما كبيرا في مكافحة تآكل السواحل، الذي يهدد منازل وسبل عيش الملايين من الناس في جميع أنحاء العالم.
محتويات المقال :
خطر التآكل
يعد التآكل الساحلي مصدر قلق متزايد في جميع أنحاء العالم، ويهدد وجود المجتمعات الساحلية والنظم البيئية. ومع استمرار سكان العالم في التحضر، زاد الضغط على المناطق الساحلية، مما أدى إلى تآكل واسع النطاق وفقدان الأراضي. وفي مواجهة تغير المناخ، وارتفاع منسوب مياه البحر، واشتداد العواصف، أصبح خطر التآكل أكثر إلحاحًا من أي وقت مضى.
واليوم، يعيش أكثر من 40% من سكان العالم في المناطق الساحلية، والتكاليف الاقتصادية والبيئية المترتبة على التآكل مذهلة. حيث تُفقد مليارات الدولارات سنويًا بسبب الأضرار المرتبطة بالتآكل التي تلحق بالبنية التحتية والممتلكات والنظم البيئية. علاوة على ذلك، فإن تفكك الدفاعات الساحلية وفقدان الأراضي يشكلان مخاطر كبيرة على حياة الإنسان وسبل عيشه.
وتتفاقم الأزمة بسبب القيود المفروضة على الأساليب الحالية لتخفيف التآكل. غالبًا ما تكون الطرق التقليدية، مثل بناء هياكل الحماية وحقن الأسمنت في الأرض، باهظة الثمن وغير فعالة وضارة بالبيئة. ومن الممكن أن تعمل هذه الأساليب أيضًا على تسريع التآكل على المدى الطويل، مما يخلق حلقة مفرغة من الضرر والإصلاح.
تاريخ حماية السواحل
إن النضال من أجل حماية السواحل من التآكل ليس بالأمر الجديد. لعدة قرون، كان البشر يحاولون إيجاد طرق لحماية شواطئهم. في وقت مبكر من القرن السابع عشر، قام المهندسون الهولنديون ببناء السدود والأسوار البحرية لكبح غضب المحيط. وفي وقت لاحق، في القرنين التاسع عشر والعشرين، تحولت المجتمعات الساحلية إلى أساليب أكثر تطورًا، بما في ذلك بناء حواجز الأمواج والأرصفة البحرية.
ومع ذلك، فإن هذه الأساليب التقليدية لها حدودها. على سبيل المثال، قد يكون بناء وصيانة الأسوار البحرية مكلفًا، وغالبًا ما تعطل عمليات نقل الرواسب الطبيعية التي تشكل سواحلنا. علاوة على ذلك، مع ارتفاع درجة حرارة كوكب الأرض وارتفاع مستويات سطح البحر، أصبح خطر التآكل أكثر إلحاحا. ولم تعد الأساليب التقليدية كافية لمواكبة تزايد ضراوة العواصف والتقدم الزاحف للمحيطات.
في السنوات الأخيرة، تحول العلماء إلى استراتيجيات أكثر ابتكارا لمكافحة التآكل. ويتضمن أحد الأساليب استخدام طرق، مثل الكثبان الرملية، وأشجار المانجروف، والشعاب المرجانية، لتوفير حواجز طبيعية ضد البحر. وتتضمن الإستراتيجية الأخرى حقن الأسمنت أو مواد رابطة أخرى في الأرض لتقوية الركائز البحرية.
ومع ذلك، فإن هذه الأساليب لديها مجموعة من التحديات الخاصة بها. فحقن الأسمنت، على سبيل المثال، يمكن أن يكون له آثار بيئية سلبية، مثل تغيير التركيبة الطبيعية للرواسب والإضرار بالحياة البحرية. علاوة على ذلك، تتطلب هذه الأساليب في كثير من الأحيان كميات كبيرة من الطاقة والموارد، مما يجعلها مكلفة وغير مستدامة على المدى الطويل.
مكافحة التآكل الساحلي بالكهرباء
عندما يتم تطبيق تيار كهربائي معتدل على الرمال، فإنه يؤدي إلى سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تحول المعادن الذائبة في مياه البحر إلى كربونات الكالسيوم الصلبة، وهيدروكسيد المغنيسيوم، والهيدرومغنيسيت. تعمل هذه المعادن بعد ذلك كغراء، حيث تربط جزيئات الرمل معًا لتشكل مادة صلبة قوية وغير قابلة للحركة.
وفي التجارب المعملية، لاحظ الباحثون أنه حتى تطبيق قصير للكهرباء يمكن أن يغير على الفور بنية الرمال البحرية، ويحولها إلى مادة صلبة تشبه الصخور. وكلما طالت فترة التحفيز الكهربائي، كانت النتائج أكبر. وبعد بضعة أيام فقط من التحفيز، تصبح الرمال المعالجة قوية وصلبة بشكل ملحوظ، وقادرة على تحمل قوى التآكل.
علاوة على ذلك، تعمل العملية مع أنواع مختلفة من الرمال، بما في ذلك رمال السيليكا الشائعة والرمال الجيرية، بالإضافة إلى الرمال الحديدية الموجودة بالقرب من البراكين. الرمال الصلبة الناتجة ليست متينة فحسب، بل صديقة للبيئة أيضًا، دون أي آثار سلبية على الحياة البحرية. إن الفولتية المعتدلة المستخدمة في هذه العملية لطيفة جدًا بحيث لا تؤذي حتى الكائنات البحرية الأكثر حساسية.
مستقبل مستدام
واحدة من أهم مزايا مكافحة التآكل الساحلي بالكهرباء هي طبيعتها الصديقة للبيئة والقابلة للعكس. وعلى عكس الطرق التقليدية التي يمكن أن تضر بالحياة البحرية، فإن هذا الأسلوب لطيف وغير ضار بالبيئة. علاوة على ذلك، إذا دعت الحاجة، يمكن عكس العملية، مما يسمح بتحلل المعادن واستعادة الحالة الطبيعية للتربة.
تعتبر فعالية هذه الطريقة من حيث التكلفة ميزة مهمة أخرى. بتكلفة تقديرية تتراوح بين 3 إلى 6 دولارات فقط لكل متر مكعب من الأرض المحولة كهربائيًا، يعد هذا النهج جزءًا صغيرًا من تكلفة الطرق التقليدية التي يمكن أن تكلف ما يصل إلى 70 دولارًا لنفس حجم الوحدة. وهذا يجعله حلاً جذابًا للمجتمعات والحكومات التي تتطلع إلى حماية سواحلها دون إنفاق مبالغ كبيرة.
تطبيقات هذه التكنولوجيا متنوعة وبعيدة المدى. بدءًا من تقوية جدران التسونامي والأساسات البحرية وحتى تثبيت الكثبان الرملية والحفاظ على منحدرات التربة غير المستقرة، فإن الاحتمالات لا حصر لها. ويمكن استخدام هذا النهج أيضًا في معالجة الهياكل المتشققة المصنوعة من الخرسانة المسلحة، مما يطيل عمر البنية التحتية الحالية ويقلل الحاجة إلى الإصلاحات المكلفة.
المصادر
Fighting coastal erosion with electricity | science daily
Author: أخبار علمية
سعدنا بزيارتك، جميع مقالات الموقع هي ملك موقع الأكاديمية بوست ولا يحق لأي شخص أو جهة استخدامها دون الإشارة إليها كمصدر. تعمل إدارة الموقع على إدارة عملية كتابة المحتوى العلمي دون تدخل مباشر في أسلوب الكاتب، مما يحمل الكاتب المسؤولية عن مدى دقة وسلامة ما يكتب.
التعليقات :