ذرات آهنی که در اثر فعالیت‌های صنعتی انسانی آزاد می‌شوند،‌ نمونه‌ای از آلودگی‌هایی هستند که وارد اتمسفر شده و درنهایت وارد دریا می‌شوند. اکنون پژوهشی جدید نشان می‌دهد که این ذرات در مقادیری بیش از آنچه قبلا پژوهشگران برآورد کرده‌اند، درحال تجمع در اقیانوس‌ها هستند و قابلیت حل شدن آن نیز در آب اقیانوس بیش از تصور دانشمندان است. پیامدهای این مسئله هنوز آشکار نیست؛ اما به‌عقیده‌ی دانشمندان ارزش بررسی کردن دارد.

آهن یکی از مواد مغذی کلیدی است که پلانکتون‌های موجود در اقیانوس‌ها برای بقا به آن نیاز دارند. در مناطقی که سطح آهن محدود است، افزودن آهن بیشتر به آب می‌تواند موجب تقویت رشد پلانکتون‌ها شود و هم زنجیره‌ی غذایی دریایی و هم برداشت کربن به‌وسیله‌ی اقیانوس را تغییر دهد. درحقیقت، این پدیده، اساس یک ایده‌ی بحث‌برانگیز مهندسی زمین است که برخی از دانشمندان برای مبارزه با تغییرات اقلیمی آن را پیشنهاد کرده‌اند. این ایده که با عنوان «بارآوری آهن» شناخته می‌شود، شامل افزودن آهن به مناطق دورافتاده‌ی خاصی از اقیانوس‌ها است که در آن مقدار ماده‌ی مغذی آهن کم است. انجام چنین کاری می‌تواند موجب تقویت رشد پلانکتون‌هایی شود که به‌طور طبیعی کربن‌دی‌اکسید را جذب می‌کنند.

شکوفایی فیتوپلانکتون‌ها در دریای بارنتز

هنگامی که فیتوپلانکتون‌ها می‌میرند، آن‌هایی که به‌وسیله‌ی دیگر جانوران خورده نمی‌شوند، در آب فرورفته و در بستر دریا به دام می‌افتند و کربن ذخیره‌شده را در آنجا به‌خوبی نگه‌داری می‌کنند. تا به امروز، گروه‌های پژوهشی مختلفی آزمایش‌های متعددی برای بارآوری آهن در مقیاس کوچک انجام داده‌اند که نتایج مختلفی به‌دنبال داشته‌اند. برخی از مطالعات نشان می‌دهد که اثرات ذخیره‌سازی کربن در این روش درخورتوجه است. در همین زمان، برخی کارشناسان از این موضوع نگران‌اند که بارآوری آهن ممکن است پیامدهای پیش‌بینی نشده‌ای در ارتباط‌با اکوسیستم‌های دریایی داشته باشد. برخی نیز می‌گویند پژوهش‌های بیشتری باید انجام شود؛ اما نتایج مطالعه‌ی جدید نشان می‌دهد که انسان‌ها از مدت‌ها قبل به‌صورت غیرعمدی این کار را انجام داده‌اند، هرچند اینکه آیا این مداخله دارای اثر قابل‌توجهی روی اکوسیستم دریایی یا ذخیره کربن بوده است، هنوز آشکار نیست.

مطالعه حاضر تحت هدایت تیم کانوی از دانشگاه فلوریدای جنوبی با هدف بررسی تفاوت بین ورودی آهن حاصل از منابع طبیعی و آهن حاصل از فعالیت‌های انسانی انجام شده است. دانشمندان مدت‌ها است می‌دانند که گرد‌و‌غبار حاصل از صحرای بزرگ آفریقا که به‌وسیله‌ی باد به دریا منتقل می‌شود، غنی از آهن بوده و این عنصر را به‌میزان زیادی وارد اقیانوس می‌کند. اعتقاد بر این است که ورودی آهن از منابع انسانی مانند سوخت‌های فسیلی و دیگر فعالیت‌های صنعتی خیلی کمتر باشد. مطالعه‌ی جدید این موضوع را با تجزیه‌و‌تحلیل نمونه‌های آهن موجود در اقیانوس اطلس شمالی مورد بررسی قرار می‌دهد.

آهن حاصل از فعالیت‌های صنعتی انسانی و آهن موجود در ذرات گرد‌و‌غبار صحرا ازنظر شیمیایی اندکی با هم اختلاف دارند (این اختلاف به ایزوتوپ‌های آهن مربوط است). نتایج تجزیه‌و‌تحلیل‌ها نشان می‌دهد که میزان آهن حاصل از منابع انسانی احتمالا به‌طور درخورتوجه‌ای بالاتر از چیزی است که در مطالعات پیشین برآورد شده بود. این مطالعه همچنین نشان می‌دهد که ورودی‌های آهن ناشی از فعالیت‌های انسانی احتمالا نسبت‌به آهن حاصل از منابع طبیعی بهتر در آب حل شده و موجب می‌شوند که دسترسی به آن‌ها برای پلانکتون‌های گرسنه بیشتر شود.

پژوهشگران از مشاهدات خود برای اصلاح مدل‌های مورد استفاده برای شبیه‌سازی وضعیت اقیانوس‌های جهان استفاده کردند. نتایج شبیه‌سازی‌های جدید نشان می‌داد که این یافته‌ها فقط درمورد اقیانوس اطلس مصداق ندارند: ورودی‌های آهن حاصل از فعالیت‌های انسانی در بخش‌های دیگر جهان ازجمله مناطق دارای سطح آهن محدود در اقیانوس آرام نیز از آنچه تصور می‌شد، بالاتر است. این امر مهم است؛ زیرا به‌نظر می‌رسد بخش‌هایی از اقیانوس نسبت‌به دیگر بخش‌ها دربرابر بارآوری آهن حساس‌تر باشد. برای مثال در اطلس شمالی، رشد فیتوپلانکتون‌ها عمدتا به‌وسیله‌ی مواد مغذی غیر از آهن محدود می‌شود؛ یعنی افزودن آهن بیشتر به آب اقیانوس موجب تقویت رشد این ارگانیسم‌ها نخواهد شد. ازسوی دیگر، در مکان‌هایی مانند بخش استوایی و شمالی اقیانوس آرام و اقیانوس جنوبگان به احتمال زیاد آهن یک عامل محدودکننده باشد. اگر در این مکان‌ها ورودی آهن افزایش پیدا کند، به‌خصوص اگر آن آهن به‌سادگی در آب حل شود، ازنظر تئوری رشد جوامع پلانکتون می‌تواند افزایش پیدا کند. داگلاس همیلتون یکی از پژوهشگران این مطالعه می‌گوید:

این تأثیرات در آینده همان‌طور که رشد بخش صنعت در سرتاسر قاره‌ی آسیا و بخش‌هایی از نیمکره‌ی جنوبی موجب افزایش آلودگی هوا می‌شود، برجسته‌تر خواهد شد.

البته هنوز هم مشخص نیست که آهن حاصل از فعالیت‌های انسانی چه اثراتی دارد. بر این اساس، نخستین گام این است که با استناد به مشاهدات واقعی به‌طور دقیق مشخص کنیم که ورودی‌های آهن انسانی در مناطقی به‌جز شمال اقیانوس اطلس تا چه حد است. اکنون پژوهش جدید چارچوبی برای انجام چنین کاری مهیا می‌کند. پس از آن، با نظارت گسترده، می‌توان تعیین کرد که آیا این مناطق دچار تغییرات اکولوژیکی مانند افزایش در فیتوپلانکتون‌ها شده‌اند. با این حال، ممکن است دشوار باشد که چنین تغییراتی را که در اثر افزایش در بارآوری آهن رخ داده است، از دیگر اختلالات محیطی مانند گرم شدن اقیانوس‌ها در اثر تغییرات اقلیمی جدا کرد. به‌عبارت دیگر، حتی اگر انسان‌ها درحال مشارکت در یک آزمایش تصادفی بارآوری آهن باشند، تعیین اثرات دقیق حاصل از این فرایند روی زمین، مسئله‌ی چالش‌برانگیزی خواهد بود. با این حال، همیلتون امیدوار است که در آینده راه‌هایی برای پرداختن به این پرسش پیدا شود. او درحال کار روی بهبود مدل‌های شبیه‌سازی‌ تولیدپذیری پلانکتون‌ها در اقیانوس است. چیزی که به دانشمندان کمک خواهد کرد تا درمورد نحوه‌ی تأثیر تغییر در شیمی اقیانوس روی سیستم‌های آبی درک بهتری به دست آورند.

یک راه‌حل زمین‌مهندسی

پژوهشگران حداقل ۱۵ سال است که به بررسی اثرات ممکن بارآوری آهن به‌عنوان شکلی از مهندسی زمین مشغول‌اند. در این رابطه گروه‌های پژوهشی متعددی حداقل ۱۳ آزمایش را در محیط‌های کنترل‌شده و طبیعی انجام داده‌اند. دانشمندان هنوز هم بر سر این موضوع که این فرایند تا چه حد برای مقابله با تغییرات اقلیمی سودمند است، در حال بحث هستند. طبق گزارش یک مطالعه‌ی مروری: مطالعات به‌طور کلی نشان داده‌اند که بارآوری آهن موجب تقویت رشد پلانکتون‌ها در آب‌های دارای محدودیت آهن می‌شود.

اقیانوس دورافتاده‌ی جنوبگان منطقه‌ای است که بیشتر پژوهشگران آن را برای بارآوری آهن مناسب شمرده‌اند؛ اما این مسئله که دقیقا چه مقدار کربن در بستر اقیانوس ذخیره خواهد شد، آشکار نیست. برخی پژوهش‌ها نشان داده‌اند اثرات برداشت کربن محدود هستند درحالی‌که برخی دیگر این اثر را درخورتوجه خوانده‌اند. به‌گفته‌یکریستین کلاس که در آزمایش‌های بارآوری آهن گذشته مشارکت داشته است، حتی در بهترین سناریو کل تأثیر اقلیمی حاصل از بارآوری آهن کم خواهد بود. او می‌گوید:

برآوردهای تقریبی از مقدار کربنی که می‌توان با بارآوری آهن در اقیانوس جنوبگان به دام انداخت، حدود یک گیگاتن بر سال است و میزان انتشارات فعلی حدود ۱۱ گیگاتن بر سال است؛ یعنی حدود ده درصد از کربنی که امروزه در حال انتشار آن هستیم. این بدان معنا است که بارآوری آهن مانند دیگر اشکال مهندسی زمین راه‌حلی برای مشکل تغییرات اقلیمی نیست. این یک ابزار بالقوه است که می‌تواند موجب کاهش سریع‌تر انتشارات کربنی شود اما برای کاهش سریع انتشار گازهای گلخانه‌ای در جهان راه‌حل مناسبی نیست.

ایده‌ی بارآوری آهن خالی از مجادله نبوده است. برخی از کارشناسان هشدار داده‌اند که تقویت رشد فیتوپلانکتون‌ها می‌تواند منجر به پیامدهای ناخواسته‌ای مانند رشد جلبک‌های سمی یا تغییرات غیرمنتظره در زنجیره‌ی غذایی دریایی شود. دیگر دانشمندان ازجمله کلاس به این نکته اشاره می‌کنند که مکان‌های ایده‌آل افزودن آهن مانند اقیانوس جنوبگان اصلا از بسیاری از گونه‌های سمی حمایت نمی‌کنند.

ایده‌ی بارآوری آهن در سال‌های اخیر پس از اینکه راس جورجکارآفرین آمریکایی یک آزمایش بارآوری را انجام داد و در آن حدود ۱۰۰ تن سولفات آهن را دور از سواحل بریتیش کلمبیا در اقیانوس آرام خالی کرد، بحث‌برانگیز شد. هدف این پروژه تقویت جمعیت سالمون ازطریق تأثیر روی زنجیره‌ی غذایی دریایی بود. امروزه آزمایش‌های بارآوری آهن تحت مقررات خاص کنوانسیون لندن درزمینه‌ی پیشگیری از آلودگی دریایی قرار داد. این موضوع که آیا دانشمندان باید این کار را ادامه دهند یا نه، همچنان در میان کارشناسان مورد بحث است.

کریستین کلاس حامی ادامه‌ی پژوهش است. تلاش‌های فعلی برای کاهش انتشارات گازهای گلخانه‌ای جهان به آن‌اندازه سریع نیست که بتواند اهداف اقلیمی توافق‌نامه‌ی پاریس را برآورده سازد، به همین خاطر، احتمالا به نوعی مهندسی زمین نیز برای جلوگیری از روند افزایش دما نیاز است. او از میان گزینه‌های متعدد مهندسی زمین که تاکنون پیشنهاد شده است، بارآوری آهن را یکی از بهترین گزینه‌ها و فرایندی نسبتا آسان است، می‌داند. ازطرف دیگر، همیلتون معتقد است که اصلا نباید چنین کاری انجام داد. او می‌گوید:

من فکر می‌کنم تاریخ به ما نشان داده است که وقتی ما شروع به مداخله در محیط می‌کنیم، رویدادهایی رخ می‌دهد که ما آن‌ها را درنظر نگرفته بودیم. در این سیستم، ناشناخته‌های زیادی وجود دارد. همین وضعیت مطلقا درمورد هر گزینه‌ی مهندسی زمینی که ما در حال حاضر در آن مورد صحبت کنیم نیز درست است.

او به این مطلب نیز اشاره می‌کند از آن‌جایی که فعالیت صنعتی به‌صورت غیرعمدی موجب بارآوری آهن می‌شود، مطالعه‌ی جدید ممکن است نقطه‌ی شروع خوبی برای درک اثرات فعلی آن روی اقیانوس‌های جهان باشد:

قبل از این مطالعه ما راهی برای اندازه‌گیری نقش عنصر انسانی در محل واقعی نداشتیم. برای اینکه بتوانیم تأثیر مداخلات انسانی را بر سیستم درک کنیم، باید بتوانیم آن را اندازه‌گیری کنیم. در حال حاضر، ایده‌ی بهینه این است که ما این تأثیر را در مناطقی که می‌دانیم دربرابر تغییر در میزان انتشارات آهن ناشی از فعالیت‌های انسانی حساس‌تر هستند، اندازه‌گیری کنیم تا متوجه شویم که ما تا چه حد موجب آشفتگی در آن سیستم شده‌ایم.