ارتفاع ثاني أكسيد الكربون الجوي يشعل تحرّر المعادن في مياه صرف المناجم الحمضية

لماذا يهمك ارتفاع CO2 والمناجم القديمة

في أنحاء العالم، تتسرّب من المناجم المهجورة والنشطة مياه حمضية صدئة مشبعة بمعادن سامة إلى الأنهار والحقول. وفي الوقت نفسه، يواصل ثاني أكسيد الكربون (CO2) في الجو الارتفاع بسبب النشاط البشري. تطرح هذه الدراسة سؤالاً بسيطاً لكنه مهمّاً: مع ارتفاع CO2، هل سيزداد تلوث المعادن الناتج عن نفايات المناجم؟ من خلال الجمع بين مسح عالمي لمواقع ملوّثة وتجارب مخبرية مفصلة، يبيّن الباحثون أن الإجابة نعم—وأن بكتيريا صغيرة هي الوسطاء الرئيسيون.

أنهار مخفية من الحمض والمعادن

مياه صرف المناجم الحمضية هي المياه البرتقالية أو الطباشيرية التي تتسلّل من صخور النفايات وأنفاق المناجم في أكثر من 180000 موقع مناجم على مستوى العالم، ملوِّثَة نحو 480000 كيلومتر من الأنهار. هذه المياه شديدة الحموضة ومليئة بالمعادن مثل الكادميوم والزنك التي يمكن أن تنتقل إلى التربة والمحاصيل ومياه الشرب. حللت الدراسة الجديدة 800 عينة من 82 موقعاً متأثراً بالمناجم على خمسة قارات، شاملة مناخات وأنواع خامات مختلفة. في هذه البيئات القاسية، ظهر مجموعة واحدة من البكتيريا تُدعى Acidithiobacillus مراراً كلاعب رئيسي، أحياناً تشكل أكثر من نصف مجموع البكتيريا الموجودة.

قِطاع صغير مدفوع بالهواء

تتغذى هذه الميكروبات على الحديد والكبريت في المعادن الكبريتيدية، منتجةً حمضاً يذيب الصخور المحيطة ويحرر المعادن. باستخدام تحليل تعلّم آلي، وجد الباحثون أن ثاني أكسيد الكربون الجوي كان أقوى متنبئ عالمي منفرد بوفرة Acidithiobacillus في مياه المناجم—أهم حتى من الحموضة أو مستويات الحديد. ألمح ذلك إلى أن CO2 في الهواء قد يعمل كنوع من الوقود. لاختبار الفكرة، نموا نوعاً ممثلاً، A. ferriphilus، تحت مستويات CO2 تمثل هواء ما قبل الصناعة (200 جزء في المليون)، واليوم (حوالي 400 جزء في المليون)، وعالماً قريباً في المستقبل (1000 جزء في المليون)، ومستوى تجريبي مرتفع (5000 جزء في المليون). مع زيادة CO2، ارتفع CO2 المذاب في الماء، ونمت البكتيريا أسرع، وبلغت أحجام سكانية أعلى، وأكسدت الحديد بسرعة تصل إلى ثلاث مرات أكثر، مما خفّض الرقم الهيدروجيني نحو حموضة أقوى.

كيف يزيد CO2 الإطلاق المعدني

أعاد الفريق بعد ذلك إنشاء نظام منجم مصغّر في المختبر باستخدام الأرسنوبايرايت، وهو معدن كبريتيدي غني بالحديد والزرنيخ. تحت CO2 أعلى، ارتفعت أعداد البكتيريا وتآكل سطح المعدن أكثر شدة. أصبحت المياه أكثر حمضية، وتم إطلاق معادن مثل الزنك والكادميوم والنيكل والمنغنيز والنحاس والرصاص بسرعة أكبر، مع إظهار الزنك والكادميوم أكبر القفزات. والأهم من ذلك، عندما لم تكن هناك بكتيريا حاضرة، كان لرفع CO2 وحده تأثير ضئيل على إطلاق المعادن. كشفت القياسات الجينية والإنزيمية عن السبب: فعندما يرتفع CO2 تُفعَّل آليات تثبيت الكربون لدى الميكروبات وأنظمتها الداخلية للطاقة، ما يعزز أكسدة الحديد وإنتاج الطاقة. هذا بدوره سرّع توليد الحمض وتفكك المعادن الحاملة للمعادن.

من سيناريوهات المناخ إلى المخاطر الواقعية

باستخدام نماذج إحصائية، حوّل المؤلفون هذه النتائج المخبرية إلى أرقام يمكن مقارنتها بمسارات المناخ المستقبلية. لكل زيادة بمقدار 100 جزء في المليون من CO2 الجوي، يقدّرون أن إطلاق الكادميوم والزنك من مياه صرف المناجم سيزداد بنحو 0.5–2 بالمئة، مع زيادات أصغر لكن قابلة للقياس بالنسبة للمعادن الأخرى. عند إدخال هذه الحساسية في توقعات مناخية قياسية حتى عام 2100، يجدون أن تدفّق الكادميوم من صرف المناجم قد يرتفع بنسبة 0.25–10.6 بالمئة، والزنك قد يصل إلى نحو 15 بالمئة تقريباً، في مواقع المناجم التي تتوفر فيها وفرة Acidithiobacillus. تحدث أعلى الزيادات في سيناريوهات الانبعاثات العالية، وفي مناطق تكافح بالفعل تربة زراعية ملوثة بالمعادن، مثل أجزاء من الصين والمكسيك وباكستان.

ما يعنيه هذا للناس والكوكب

تُظهر الدراسة أن ارتفاع CO2 الجوي يفعل أكثر من مجرد تسخين الكوكب: إنه يَشعل أيضاً بشكل غير مباشر تلوث المعادن من نفايات المناجم عن طريق تعزيز نشاط الميكروبات المولِّدة للحمض. ومع أن الزيادات النسبية المتوقعة في إطلاق المعادن قد تبدو متواضعة، فإنها تضاف إلى التلوث القائم في المجاري المائية التي تغذي الأراضي الزراعية والمجتمعات. يجادل المؤلفون بضرورة تضمين مستويات CO2 صراحةً في تقييمات وخطط تنظيف مياه صرف المناجم، وخصوصاً في المواقع الغنية بمعادن الحديد والكبريت. كما يقترحون استراتيجيات تحكّم جديدة تستهدف المحرِّك الميكروبي لإنتاج الحمض بدل معالجة المياه الملوَّثة فقط. في عالم يتجه نحو CO2 أعلى، سيكون فهم هذه التغذيات الراجعة المخفية بين المناخ والتلوث وإدارتها أمراً حاسماً لحماية النُّظم البيئية وصحة الإنسان.

الاستشهاد: Wang, X., Ji, B., Li, H. et al. Rising atmospheric carbon dioxide ignites metal mobilization in acid mine drainage. Commun Earth Environ 7, 377 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03551-7

الكلمات المفتاحية: مياه صرف المناجم الحمضية, ثاني أكسيد الكربون, تحرّر المعادن بفعل الميكروبات, تلوث المعادن الثقيلة, تأثيرات تغير المناخ