Kristin Houser

ندرة المياه تمثل تحديًا كبيرًا على مستوى العالم – أكثر من ملياري شخص يعيشون في أماكن تعاني من نقص في إمدادات المياه٫ وقد تؤدي آثار التغير المناخي، من خلال الجفاف المتزايد وارتفاع درجات الحرارة، إلى تفاقم المشكلة. تشير دراسة جديدة إلى أن مزارع الطاقة الشمسية الكبيرة لا تساعدنا في معالجة ندرة المياه بشكل غير مباشر فقط (من خلال تجنب الانبعاثات الدفيئة)، ولكن أيضًا بشكل مباشر، وذلك بجعل المطر يهطل فعليًا.

هناك عدة آليات مختلفة يمكن أن تنتج الهطول، و”الحمل الحراري” هو واحدة منها. يحدث هطول الأمطار الحملي عندما يتسبب حرارة الشمس في تبخر الماء الموجود على سطح الأرض. إذا كانت الأرض أسفل هذا الهواء الرطب ساخنة بما فيه الكفاية، فإنها ستدفئ الهواء مما يتسبب في ارتفاعه. عندما يصل الهواء الرطب إلى درجات حرارة أبرد في طبقات الغلاف الجوي العليا للأرض، يبرد بخار الماء الموجود فيه ويتكاثف إلى قطرات، مما يؤدي إلى تشكيل السحب. إذا استمر العملية لفترة كافية، تصبح القطرات أكبر حتى في نهاية المطاف تصبح ثقيلة جدًا وتسقط على الأرض على هيئة مطر.

يعتقد بعض الباحثين أنه قد يكون من الممكن إحداث هطول الأمطار الحملية، وذلك بإجبار الأمطار على الهطول في الأماكن التي لا تحصل على كميات كافية منها. سنحتاج فقط إلى جعل الأرض أكثر حرارة من المعتاد. للحصول على دليل على أن هذا قد يعمل، يمكننا النظر إلى مدننا. الأسفلت والخرسانة وغيرها من المواد الوفيرة في المدن تمتص حرارة أكثر من المناظر الطبيعية.

ونتيجةً لذلك، يمكن أن تصبح المدن الكبيرة “جزرًا حرارية”، مع درجات حرارة أعلى بكثير من المناطق الريفية المجاورة. وتشير الأبحاث السابقة إلى أن هذا يمكن أن يزيد من هطول الأمطار في المناطق الموجودة في اتجاه الريح من المدن. ولكن المدن ليست الطريقة الوحيدة لإنشاء “جزر حرارية”، فمزارع الطاقة الشمسية الكبيرة هي وسيلة أخرى.

فبينما يتم تحويل بعض ضوء الشمس الذي تجتذبه الألواح الشمسية السوداء إلى كهرباء، يعمل الباقي على تدفئة الهواء المحيط. وبوجود مزرعة طاقة شمسية كبيرة بما فيه الكفاية، قد نكون قادرين على تحفيز هطول الأمطار الحملية، مع توليد طاقة نظيفة في الوقت نفسه.

هذا يطرح السؤال عن مدى الحجم الكافي.قدّرت دراسة في عام 2020 أن مزرعة طاقة شمسية في صحراء إفريقيا يمكن أن تجعل المطر يهطل في المناطق القاحلة المجاورة، مع توليد الطاقة للعالم بأسره. ومع ذلك، كانت تلك الحسابات مبنية على مزرعة طاقة شمسية بمساحة مليون كيلومتر مربع، وهذا يقرب من 1.5 مرة حجم تكساس. وخلص الباحثون أيضًا إلى أن مزرعة بهذا الحجم الكبير قد تؤثر في الطقس العالمي بطرق سلبية أيضًا. على سبيل المثال، تسبب الجفاف في غابات الأمازون المطيرة.

جعل المطر يهطل

لدينا الآن فهم أفضل لمدى صغر مزرعة الطاقة الشمسية التي يمكن أن تكون ولا تزال تؤثر في هطول الأمطار المحلية، وذلك بفضل دولة الإمارات العربية المتحدة. الإمارات، وهي خامس أكثر الدول جفافًا على وجه الأرض، تستخدم “تلقيح السحب” – حيث تقوم الطائرات بحقن الجزيئات في السحب لجعل قطرات الماء ثقيلة بما يكفي لتسقط على شكل مطر – لمحاولة إحداث هطول منذ التسعينيات.

يدّعي مسؤولو الإمارات أن هذا يزيد من معدلات هطول الأمطار لديهم بما يصل إلى 30% سنويًا، ولكنه يتطلب وجود سحب ماطرة لتلقيحها، ويمكن أن يكون العملية خطرة على الطيارين. بحثًا عن طرق بديلة لجعل المطر يهطل، قامت الدولة بتمويل دراسة لجامعة هوهنهايم التي استخدمت نظام تنبؤ بالطقس لمعرفة مدى كبر “السطح الأسود الصناعي” (ABS) اللازم لزيادة هطول الأمطار في الإمارات.

في الورقة البحثية، لاحظ الباحثون أن هذا السطح يمكن إنشاؤه باستخدام الألواح الشمسية، أو الشبكة السوداء، أو بعض المواد الأخرى المطلية باللون الأسود. ولمحاكاة ذلك في نظام التنبؤ، قاموا بزيادة كمية الشمس التي يمتصها الأرض إلى 95%. قاموا بإنشاء نماذج مع “الأسطح السوداء الصناعية” (ABS) بخمسة أحجام: 10 و20 و30 و40 و50 كيلومترًا مربعًا، تم وضعها بحيث تحصل على الهواء الرطب اللازم لبدء عملية الهطول الحملي من النسيم اليومي القادم من الخليج العربي.

ثم قاموا بمحاكاة 24 ساعة من الطقس في أربعة أيام من صيف عام 2015 (تم اختيار هذه الفترة لأن الأبحاث السابقة وجدت أنها تمثل بشكل جيد المناخ طويل الأمد في المنطقة). وكعنصر تحكم، قاموا بتشغيل النموذج في تلك الأيام دون إجراء تغييرات على الأرض. للتحقق من نجاح الطريقة، بحثوا عن زيادات في الأمطار ضمن نصف قطر 90 كيلومترًا من كل سطح أسود صناعي (ABS)، وبينما لم يكن السطح الأسود صناعي بمساحة 10 كيلومترات مربعة، كبيرًا بما يكفي ليكون له تأثير على هطول الأمطار، إلا أن الأسطح الأكبر كانت كذلك.

“إذا نفّذت الإمارات العربية المتحدة زوجًا واحدًا فقط من الأسطح السوداء الصناعية بمقاييس 20 أو 50 كيلومترًا مربعًا، فإن 10 حالات تعزيز للأمطار سنويًا ستوفر ما يكفي من المياه لـ3000 أو 15000 شخص”، كما كتبوا في ورقتهم البحثية.

النظر إلى المستقبل

لا يتضح ما إذا كانت الإمارات العربية المتحدة تخطط لاختبار هذه النظرية في العالم الواقعي، ولكن ذلك ليس المكان الوحيد الذي يمكن أن يستفيد من المزيد من الأمطار، وقال الباحث الرئيسي أوليفر برانش لمجلة Science إن الفريق قد حدد بالفعل أماكن أخرى حيث يمكن للمنهج أن يحدث هطولًا للأمطار. ومع ذلك، فإن الدراسة لها بعض القيود التي ينبغي أن يأخذها في الاعتبار أي شخص يفكر في بناء مزرعة شمسية لزيادة هطول الأمطار.

أحد هذه القيود أن معظم الألواح الشمسية ليست داكنة تمامًا مثل الأسطح السوداء الصناعية المستخدمة للمحاكاة. يلاحظ الباحثون أنه سيتعين تغطية الألواح بطلاء أسود أو بعض المواد الأخرى للوصول إلى معدل امتصاص للشمس بنسبة 95%. “يجب أن تكون المنطقة بين الألواح داكنة بنفس القدر أيضًا”.

لم يختر الفريق أيامًا عشوائية في صيف عام 2015 لدراسات الحالة الخاصة بهم، بل اختاروا أربعة أيام ذات “ظروف جوية جزئيًا غير مستقرة لزيادة احتمالية الأثر”، لذا سيحتاج النظر في انتظام مثل هذه الظروف في موقع معين.

مع ذلك، هناك عدد قليل من المزارع الشمسية التي تزيد مساحتها على 50 كيلومترًا مربعًا قيد التشغيل حول العالم، ولدى الإمارات العربية المتحدة بالفعل واحدة تزيد مساحتها على 30 كيلومترًا مربعًا. إذا كان بناء مزارع كبيرة في المكان المناسب يمكن حقًا أن يولد الأمطار، فإن الطاقة الشمسية يمكن أن تكون الحل ليس فقط لمشكلة بيئية واحدة، بل لمشكلتين كبيرتين: الحاجة إلى الطاقة النظيفة والمزيد من المياه العذبة.
وقال برانش لمجلة Science: “بعض مزارع الطاقة الشمسية تصل إلى الحجم المناسب في الوقت الحالي”. “ربما ليس من الخيال العلمي أن نتمكن من إنتاج هذا التأثير.”