الخطر الكامن في بحيرة أفريقية

انبعاث كربونيتغير المناخ

المشاركة تعنى الاهتمام

ديسمبر 6th، 2021

كيفو ليست بحيرة عادية ، ذات أعماق كثيفة مليئة بالميثان وغاز ثاني أكسيد الكربون. تحتوي ميزاته على الألغاز المائية ومخاطر المتفجرات والقدرة على توفير طاقة قيمة.

 

بقلم جون وينز

منتج رقمي في مجلة المعرفة


 

بحيرة كيفو
يمنع التركيب الفريد لبحيرة كيفو في إفريقيا الاختلاط الذي نشاهده عادةً في البحيرات العميقة الأخرى ، مما يؤدي إلى التقسيم الطبقي غير العادي للمياه. هناك اختلافات واضحة في الكثافة بين كل طبقة. يظهر الانتقال الحاد بين طبقتين من هذه الطبقتين هنا ، مع وجود الماء السفلي والأدفأ والأكثر ملوحة في الأسفل (الأحمر) والماء الأكثر برودة والأعذب (الأزرق). يبلغ سمك الحد الفاصل بين الطبقتين بضعة سنتيمترات فقط.

 

بحيرة كيفو هي واحدة من أغرب المسطحات المائية في إفريقيا. مجموعة غير عادية من الخصائص تجعله موضوعًا مثيرًا للاهتمام للعلماء ، فضلاً عن مصدر محتمل للمخاطر والازدهار لملايين الأشخاص الذين يعيشون في مكان قريب.

 

كيفو لا تتصرف مثل معظم البحيرات العميقة. عادة ، عندما يتم تبريد المياه على سطح البحيرة - عن طريق درجات حرارة الهواء الشتوي أو الأنهار التي تحمل ذوبان الجليد في الربيع ، على سبيل المثال - فإن الماء البارد الكثيف يغرق ، والمياه الأكثر دفئًا والأقل كثافة ترتفع من عمق البحيرة. هذه العملية ، المعروفة باسم الحمل الحراري ، تحافظ بشكل عام على أسطح البحيرات العميقة أكثر دفئًا من أعماقها.

 

لكن في بحيرة كيفو ، تضافرت الظروف لمنع هذا الاختلاط ، مما أعطى البحيرة صفات غير متوقعة - وعواقب مدهشة.

 

تقع كيفو على الحدود بين رواندا وجمهورية الكونغو الديمقراطية ، وهي واحدة من سلسلة من البحيرات التي تصطف على طول الوادي المتصدع في شرق إفريقيا حيث يتم تفكيك القارة الأفريقية ببطء بفعل القوى التكتونية. تؤدي الضغوط الناتجة إلى ترقق قشرة الأرض وتسبب النشاط البركاني ، مما يؤدي إلى إنشاء ينابيع ساخنة أسفل كيفو تغذي طبقات قاع البحيرة بالمياه الساخنة وثاني أكسيد الكربون والميثان. تستخدم الكائنات الحية الدقيقة بعضًا من ثاني أكسيد الكربون ، وكذلك المواد العضوية الغارقة من الأعلى ، لتوليد الطاقة ، وإنتاج غاز الميثان الإضافي كمنتج ثانوي. عمق كيفو الكبير - أكثر من 1,500 قدم في أعمق نقطة - يخلق ضغطًا كبيرًا بحيث تظل هذه الغازات ذائبة.

 

 

هذا المزيج من الماء والغازات المذابة أكثر كثافة من الماء وحده مما يثنيه عن الارتفاع. كما أن المياه العميقة أكثر ملوحة بسبب الرواسب التي تتساقط من الطبقات العليا للبحيرة ومن المعادن في الينابيع الحارة ، مما يزيد من كثافتها. النتيجة ، كما يقول عالم المياه العذبة سيرجي كاتسيف من جامعة مينيسوتا دولوث ، هي بحيرة بها عدة طبقات مميزة من المياه بكثافات مختلفة بشكل حاد ، مع طبقات انتقالية رفيعة فقط فيما بينها.

 

يمكن فصل الطبقات تقريبًا إلى منطقتين: واحدة من المياه السطحية الأقل كثافة فوق عمق حوالي 200 قدم ، وتحت ذلك ، منطقة من المياه المالحة الكثيفة والتي هي نفسها مقسمة إلى طبقات أخرى ، كما يقول ألفريد ويست ، عالم الفيزياء المائية في المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في لوزان. هناك اختلاط داخل كل طبقة ، لكنهم لا يتفاعلون مع بعضهم البعض. يقول Wüest ، مؤلف مقال في عام 2019 في المراجعة السنوية لميكانيكا الموائع مسح الحمل الحراري في بحيرات مختلفة من العالم ، بما في ذلك القيم الشاذة الغريبة مثل بحيرة كيفو.

 

لكن بحيرة كيفو هي أكثر من مجرد فضول علمي. إن التقسيم الطبقي غير المعتاد وثاني أكسيد الكربون والميثان المحاصرين في طبقاته العميقة جعل الباحثين قلقين من أنها قد تكون كارثة تنتظر حدوثها.

 

الخطر الكامن

 

على بعد حوالي 1,400 ميل شمال غرب كيفو ، تتراكم بحيرة فوهة البركان في الكاميرون المعروفة باسم بحيرة نيوس وتحبس كميات كبيرة من الغاز المذاب - في هذه الحالة ، ثاني أكسيد الكربون - من فتحة بركانية في قاع البحيرة. في 21 أغسطس 1986 ، تم عرض الإمكانات القاتلة لخزان الغاز هذا بطريقة مذهلة. ربما بسبب الانهيار الأرضي ، تم إزاحة كمية كبيرة من الماء فجأة ، مما تسبب في اختلاط ثاني أكسيد الكربون المذاب بسرعة مع الطبقات العليا من البحيرة وإطلاقه في الهواء. وخنقت سحابة غاز كبيرة مميتة نحو 1,800 شخص في القرى المجاورة.

 

تسمى مثل هذه الأحداث بالانفجارات البركانية ، ويخشى العلماء من أن تكون كيفو قد أصبحت جاهزة لحدث مماثل ، بل وأكثر فتكًا. نيوس هي بحيرة صغيرة نسبيًا ، يبلغ طولها أكثر بقليل من ميل واحد ، وعرضها أقل بقليل من ميل ، وعمقها أقل من 700 قدم. يبلغ طول كيفو 55 ميلاً وعرضها 30 ميلاً في أوسع نقطة لها وأكثر من ضعف عمق نيوس. يقول كاتسيف إنه نظرًا لحجمها ، فإن كيفو "لديها إمكانية حدوث ثوران بركاني كبير وكارثي حيث سيتم إطلاق العديد من الأميال المكعبة من الغاز".

 

كان يعيش حوالي 14,000 شخص بالقرب من نيوس وقت اندلاع البركان. يعيش اليوم أكثر من مليوني شخص بالقرب من بحيرة كيفو ، بما في ذلك ما يقرب من مليون شخص من سكان مدينة بوكافو في جمهورية الكونغو الديمقراطية. تقول عالمة علوم البحار سالي ماكنتاير من جامعة كاليفورنيا ، سانتا باربرا: إذا تعرضت مدينة كيفو لثوران بركاني ، "فسيكون ذلك كارثيًا تمامًا".

 

هذا ليس مجرد قلق نظري. وجد العلماء ما قد يكون دليلاً على ثوران بركاني سابق واحد على الأقل في كيفو من المحتمل أن يكون قد حدث ما بين 3,500 و 5,000 سنة مضت ، وربما العديد من أحدثها. نوى الرواسب المأخوذة من قاع البحيرة لها كشفت عن السمات المعروفة باسم الطبقات البنية التي تختلف عن الرواسب المحيطة. يقول كاتسيف إن عصابات الرواسب هذه "طبقات غير عادية جدًا وغنية بالمواد العضوية" ، وقد تكون نتيجة للانفجارات البركانية.

 

يمكن أن تحدث الانفجارات الليمينية لسببين. إذا أصبح الماء مشبعًا تمامًا بالغازات المذابة ، فإن أي ثاني أكسيد كربون إضافي أو ميثان يتم حقنه في البحيرة سيضطر إلى الخروج من المحلول ، والارتفاع ، ثم إطلاقه في الهواء. يمكن أن تحدث الانفجارات أيضًا عندما يجبر شيء ما المياه العميقة بغازاتها المذابة على الاختلاط مع الطبقات أعلاه ، مما يقلل الضغط على الغازات ويسمح لها بالخروج بسرعة من المحلول والهروب ، على غرار تأثير اهتزاز علبة الصودا ثم فتحه.

 

مشروع كيفوات
يهدف مشروع KivuWatt ، الذي تم إطلاقه في نهاية عام 2015 ، إلى ضخ الغازات المحتجزة في قاع البحيرة لحصاد الميثان لإنتاج الطاقة. بمجرد الاتصال بالإنترنت بالكامل ، ستنتج المحطة أكثر من 100 ميغاواط من الطاقة لرواندا ، مما يساعد البلاد على الوصول إلى هدفها الطموح المتمثل في توفير الكهرباء لجميع السكان بحلول عام 2024.

 

في حين أن الانهيار الأرضي بالمقياس المشتبه به في ثوران نيوس قد لا يسبب اختلاطًا كافيًا في كيفو ، نظرًا لحجم البحيرة وعمقها ، هناك العديد من المحفزات المحتملة الأخرى. تقع كيفو في منطقة نشطة زلزاليًا ، لذلك يمكن أن يولد الزلزال موجات في البحيرة من شأنها أن تمزج الطبقات بما يكفي لإطلاق الغازات المحاصرة. المناخ هو أيضا الجاني المحتمل. تم اكتشاف ثوران بركاني واحد على الأقل في سجل الرواسب ويبدو أنه نتج عن الجفاف الذي تبخر كمية كافية من الماء من أعلى البحيرة لتقليل الضغط عند المستويات الأدنى وإطلاق الغازات المذابة. كما يمكن أن يؤدي انخفاض مستويات المياه خلال فترات الجفاف إلى جعل كيفو أكثر عرضة للاضطراب الناجم ، لا سيما الأمطار الغزيرة. يقول ماكنتاير إن بإمكانهم طرد ما يكفي من الرواسب المتراكمة من عشرات الجداول التي تغذي البحيرة لتسبب اختلاط الطبقات.

 

يقول ماكنتاير إن احتمالات حدوث مثل هذه الأحداث المتوالية قد ترتفع مع ارتفاع درجة حرارة الكوكب. سيؤدي تغير المناخ إلى زيادة هطول الأمطار في شرق إفريقيا ، "وسيأتي في شكل المزيد من أحداث الأمطار الشديدة مع فترات جفاف أكبر بينهما."

 

هناك سبب آخر محتمل وهو النشاط البركاني تحت البحيرة أو من البراكين المحيطة ، لكن العلماء يعتقدون أن مخاطر ذلك منخفضة. أ 2002 ثوران بركان جبل نيراجونجو القريب لم يحضر مادة كافية لتعطيل طبقات قاع كيفو. وأظهرت دراسات النمذجة أن البراكين تحت البحيرة لن يسبب اضطرابًا كبيرًا بما يكفي إما ، كما يقول ماكنتاير.

 

مهما كان السبب ، سيكون التأثير هو نفسه: تنطلق الغازات المتراكمة من حالتها المذابة ، مما يخلق سحبًا كثيفة من ثاني أكسيد الكربون والميثان ، كما حدث مع ثاني أكسيد الكربون في نيوس ، يمكن أن يحل محل الأكسجين ويخنق الناس والحيوانات على حد سواء. وإذا تم إطلاق كمية كافية من الميثان في الهواء في كيفو ، فسيحدث ذلك الخطر الإضافي الذي يمكن أن يشتعل.

 

يقول كاتسيف إن البحيرة تُراقب بانتظام بحثًا عن علامات ارتفاع في تركيز الغاز ، لذا فإن الارتفاع المفاجئ في المياه "لن يفاجئنا". أكثر من اثنتي عشرة محطة رصد زلازل قياس النشاط بالقرب من البحيرة في الوقت الفعلي أيضًا. وفي عام 2001 ، بدأت محاولة للحد من مخاطر وقوع كارثة أخرى في نيوس عن طريق سحب المياه من قاع البحيرة عبر أنبوب إلى السطح ، حيث يتم تحرير ثاني أكسيد الكربون في الهواء بمعدل آمن. جهود مماثلة جارية في كيفو.

 

تعدين الأعماق

 

مع ارتفاع تركيزات الغاز في أعماق كيفو ، تزداد المخاطر كذلك. وجد Wüest وزملاؤه أنه من عام 1974 إلى عام 2004 زاد تركيز ثاني أكسيد الكربون بنسبة 10 في المائة ، لكن القلق الأكبر في كيفو هو تركيز الميثان ، الذي ارتفع بنسبة 15 إلى 20 في المائة خلال نفس الفترة.

 

ومع ذلك ، قد تكون هناك طريقة لتحويل مخاطر كيفو إلى مكافأة. نفس الغاز الذي يمكن أن يؤدي إلى كارثة طبيعية مميتة لديه القدرة على أن يكون مصدرًا للطاقة المتجددة في المنطقة. في عام 2008 ، رواندا أطلق برنامجًا تجريبيًا أخذ الميثان من البحيرة لحرقه كغاز طبيعي ووقع العام الماضي عقدًا لـ تصدير الميثان المعبأ. برنامج أكبر بكثير يسمى كيفووات، على الإنترنت في عام 2015.

 

المشاريع ضخ المياه من الطبقات العميقة للبحيرةوعندما ينخفض ​​الضغط على تلك المياه ، تنطلق الغازات. يتم استخراج الميثان لاستخدامه كوقود ، ويتم ضخ ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى إلى قاع البحيرة. يقول كاتسيف: "يأخذون هذا الغاز ويشحنونه عبر خط أنابيب على الشاطئ ويحرقونه بالطريقة التي تحرق بها الوقود الأحفوري لتوليد الكهرباء".

 

قد يساعد هذا الحصاد في تقليل مخاطر الغاز المتراكم في البحيرة ، على الرغم من أنه لن يقضي عليه. ومع ذلك ، بالنسبة لبحيرة بها هذا الخطر الكبير الكامن في الأسفل ، فإن أي شيء يساعد. وبالنسبة للمنطقة المحيطة بالبحيرة ، يمكن أن تكون مصدرًا مهمًا للطاقة. بمجرد أن تصبح KivuWatt متصلة بالإنترنت بالكامل ، فإن 100 ميغاواط من الطاقة التي ينتجها هذا المشروع وحده ستحدث فرقًا كبيرًا لرواندا ، وهي دولة نامية تهدف إلى الوصول الشامل إلى الكهرباء.

 

تم نشر هذا المقال في الأصل من قبل المجلة المعروفة بتاريخ ١٣ يناير ٢٠٢١ وتم إعادة نشره وفقًا لـ Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International Public License. يمكنك قراءة المقال الأصلي هنا. الآراء المعبر عنها في هذا المقال هي آراء المؤلف وحده وليست من WorldRef.


استكشف خدمات WorldRef لتتعلم كيف نجعل توسعك العالمي أسهل واقتصاديًا!

الطاقة الحرارية والتوليد المشترك | التعدين والمعادن | التحكم في تلوث الهواء | أنظمة مناولة المواد | معالجة المياه والصرف الصحي |المعدات الصناعية المستعملة | قطع الغيار والأدوات والمواد الاستهلاكية | المشتريات الصناعية