أثر منجم في مونتانا وصل إلى جليد القطب الشمالي: كيف كشف الثلج هوية ملوّثاته؟

ببساطة

عثر باحثون على آثار معادن ملوِّثة داخل جليد القطب الشمالي، واستطاعوا ربطها بمنجم نحاس في ولاية مونتانا الأميركية، رغم أن المنجم يبعد آلاف الكيلومترات. وتكشف النتائج أن انبعاثات المنجم بلغت ذروة كبيرة قبل أن تنخفض، وأن تأخر تركيب أجهزة الحد من التلوث أطلق كميات إضافية من الزرنيخ والرصاص. كما قدّر الباحثون أن التلوث عرّض ملايين الأميركيين والكنديين لمخاطر صحية.

قد يبدو الجليد القطبي بعيداً عن المصانع والمناجم، لكنه يحتفظ بطبقات متتابعة من الثلج ترسبت عبر الزمن، وفي داخلها آثار لما حمله الهواء من دقائق. ومن خلال قراءة هذه الطبقات، استطاع فريق بقيادة جو ماكونيل تحويل عينات من قلب الجليد إلى سجلّ يوثق تلوثاً صناعياً امتد أثره من غرب الولايات المتحدة إلى مناطق القطب الشمالي، ويشير إلى مصدره المحتمل على نحو غير مألوف الدقة.

سجلّ جليدي أثار سؤالاً محيراً

درس ماكونيل، وهو عالم في المناخ والبيئة يعمل في معهد أبحاث الصحراء، عينات الجليد من غرينلاند وشمال كندا والقطب الشمالي الروسي على مدى عقود. تتراكم طبقات الثلج سنة بعد أخرى، ثم تنضغط تدريجياً لتصبح جزءاً من الغطاء الجليدي. وبين تلك الطبقات تبقى مواد دقيقة هبطت من الجو، ما يجعل الجليد أرشيفاً طبيعياً يمكنه أن يكشف تغيرات البيئة عبر الزمن، بما فيها آثار النشاط البشري.

لاحظ الباحثون في سجلاتهم أن مستويات البزموت والأنتيمون ارتفعت في بدايات القرن العشرين، وهما معدنان قد ينطلقان إلى الهواء ضمن عمليات التعدين وصهر المعادن. كان من المعقول أول الأمر أن تكون الزيادة مرتبطة بالتوسع الصناعي في تلك الفترة. لكن المشكلة أن النشاط الصناعي لم يتوقف بعد ذلك؛ بل استمر واتسع، في حين أن تركيز هذين المعدنين في الجليد بلغ ذروته في وقت مبكر ثم أخذ ينخفض. وهكذا نشأ سؤال البحث: لماذا تراجعت الإشارة في الجليد في حين ظلت الصناعة قائمة؟

لم تكن قراءة هذه الإشارات كافية وحدها لتحديد منشأ التلوث. فوجود معدن في عينة جليدية لا يحدد تلقائياً المصنع أو المنجم الذي أطلقه، كما أن مصادر كثيرة قد تنتج ملوثات متشابهة. احتاج الفريق إلى مادة أخرى يمكن أن تعمل بمثابة علامة إضافية، ثم إلى مقارنة توقيت الترسبات وخصائصها مع تاريخ إنتاج المعادن ومواقع مصادرها المحتملة.

الزرنيخ يضيف دليلاً إلى التحقيق

كان هذا الدليل الإضافي هو الزرنيخ. وتمكن مختبر ماكونيل قبل بضع سنوات من تطوير طريقة لقياسه في الجليد، رغم أن رصده أصعب من قياس معادن مثل الرصاص. فالزرنيخ يوجد بكميات ضئيلة جداً في العينات، ولا يملك بصمة نظائرية تساعد على تمييز مصدره بالطريقة المتاحة لبعض العناصر الأخرى. ومع ذلك، فإن صهر النحاس قد يطلق الزرنيخ، مثلما قد يرتبط بانبعاث الرصاص والبزموت والأنتيمون.

في الدراسة الجديدة، التي نشرها الفريق في مجلة Nature Sustainability، جرى تحليل 10 عينات من لباب جليدية قطبية. واللباب هي أعمدة أسطوانية تُستخرج من الجليد لتكشف طبقاته الداخلية. لم يتعامل الباحثون مع العينة باعتبارها مجرد قياس لمستوى معدن ما؛ بل قارَنوا أنماط الترسب في مواقع مختلفة، وتواريخ إنتاج النحاس، ومعلومات عن خصائص المعادن المنبعثة، ثم استخدموا نماذج لحركة الهواء لتقدير المسارات التي يمكن أن تكون قد نقلت الجسيمات.

أفضى جمع هذه الأدلة إلى ترجيح مصدر واحد بارز: منجم أناكوندا للنحاس في ولاية مونتانا، على مسافة آلاف الكيلومترات من مواقع أخذ عينات الجليد. وبحسب القياسات، بلغ الزرنيخ في الجليد عام 1914 نحو 15 ضعف مستوى ما قبل العصر الصناعي. وتوافقت هذه الذروة الزمنية على نحو وثيق مع سجل إنتاج المنجم، وهو ما منح فرضية المصدر المحدد دعماً مهماً، بدلاً من الاكتفاء بالقول إن التلوث جاء عموماً من الصناعة في أميركا الشمالية.

كيف ضاقت دائرة المصادر المحتملة؟

بدأ الاستدلال من نمط الترسب نفسه. فالمعادن الثقيلة التي تناولتها الدراسة تنتقل في الهواء على هيئة جسيمات، لا كغازات مستقرة. وبحسب الباحثين، لا تبقى هذه الجسيمات معلقة سوى أيام أو أسابيع قبل أن تهبط على سطح ما. لذلك فإن توقيت وصولها إلى طبقات الجليد يرتبط ارتباطاً وثيقاً بوقت انبعاثها، ويصبح بالإمكان مقارنة سجل الجليد بسنوات الإنتاج الصناعي، مع أخذ حركة الهواء في الحسبان.

أشار توزيع الترسبات في مواقع الجليد إلى أن المصدر ينبغي أن يكون في شمال أميركا. بعد ذلك فحص الفريق سجلات إنتاج النحاس الأميركية والكندية، واختبر مصادر صناعية محتملة مختلفة. استُبعد مصهر في تاكوما بولاية واشنطن لأنه لم يكن كبيراً بما يكفي لتفسير الكميات التي ظهرت في الجليد. كما لم تتوافق نسب نظائر الرصاص المرتبطة بالتعدين في منطقة سودبري الكندية مع الإشارة المقاسة.

وفحص الباحثون أيضاً مناجم شبه جزيرة كيويناو في ولاية ميشيغان. لكن النحاس المستخرج هناك كان في معظمه نحاساً طبيعياً، ولذلك كانت انبعاثات المعادن الثقيلة محل الدراسة منخفضة نسبياً. أما بيانات إنتاج منجم أناكوندا، فبدت متوافقة بصورة أوضح مع تغيرات الزرنيخ المرصودة في طبقات الجليد، بما في ذلك الارتفاع الحاد المسجل في عام 1914. وعززت نماذج النقل الجوي هذا التفسير، إذ أظهرت مسارات محتملة لانتشار التلوث عبر أميركا الشمالية.

وصف كارل كروتز، عالم الأرض في جامعة مين، العمل بأنه تحقيق علمي لافت، ورأى أن استخدام الزرنيخ لإسناد التلوث إلى منجم رئيسي بعينه يمثل جانباً مقنعاً في النتائج. كما قالت فرانسييلي شوانك كارلوس، وهي عالمة جيوعلوم في مركز المناخ القطبي بجامعة ريو غراندي دو سول الفيدرالية في البرازيل، إن ردّ الانبعاثات إلى مصدر منفرد ليس أمراً سهلاً، لكنها وجدت توافقاً جيداً بين بيانات الإنتاج التاريخية في أناكوندا وقياسات الجليد، إلى جانب ما أظهرته نماذج انتقال الهواء. ولم يشارك هذان الباحثان في الدراسة.

انخفاض الانبعاثات لا يعني توقف المنجم

لا تقتصر أهمية القصة على تحديد مكان التلوث، بل تشمل تفسير سبب هبوط مستوياته بعد الذروة. ظل منجم أناكوندا يعمل حتى عام 1947، ومع ذلك أخذت مستويات الملوثات في الجليد تنخفض بعد عام 1919. ويرجح فريق الدراسة أن تركيب أجهزة الترسيب الكهروستاتيكي في مصهر المنجم ساهم في هذا التراجع. تعمل هذه الأجهزة على التقاط الجسيمات من تيار الهواء، فتحد من خروجها إلى البيئة.

كانت فكرة هذه التقنية موجودة قبل تركيبها في أناكوندا؛ فقد حصلت على براءة اختراع عام 1908، كما وضع مخترعها بنفسه خطة لتركيبها في المنشأة. لكن تنفيذ الخطة تأخر سنوات. وتقدّر الدراسة أن الأجهزة خفضت انبعاثات المعادن الثقيلة بنحو 65%. ويقدم هذا التفسير جواباً محتملاً عن اللغز الأول: استمرار عمل المنشأة لا يعني استمرار خروج الملوثات بالمستوى نفسه، إذا تغيرت وسائل التحكم في الانبعاثات.

ويربط ماكونيل التأخير بسياق تنظيمي كان يسمح، وفق وصفه، بتركيب وسائل مكافحة التلوث عندما تكون مجدية اقتصادياً للجهة الملوثة. وفي حسابات الباحثين، لم يكن التأخر مجرد مسألة إدارية؛ إذ ترتب عليه، بحسب تقديراتهم، إطلاق 60 ألف طن إضافية من الزرنيخ و24 ألف طن من الرصاص من المنجم. وهذه أرقام تقديرية تحاول قياس ما كان يمكن تجنبه لو جرى الحد من الانبعاثات في وقت أبكر.

تقديرات تكشف امتداد التعرض البشري

لتقدير نطاق تعرض السكان، جمع الباحثون بين سجلات التعداد السكاني الأميركي والكندي لعامي 1910 و1911 وبين نمذجة حركة الجسيمات. ثم قدروا عدد السكان الذين عاشوا في مناطق يُحتمل أن تكون قد تلقت مستويات من التلوث مرتبطة بانبعاثات المنجم خلال الفترة الممتدة من 1898 إلى 1918. وهذه طريقة لإعادة بناء التعرض في الماضي، وليست تعداداً مباشراً للأشخاص الذين أصيبوا بمرض أو قياساً سريرياً لأفراد بعينهم.

وفق هذه الحسابات، تعرض نحو 55% من سكان الولايات المتحدة آنذاك، أي 50.5 مليون شخص، لمستويات من الزرنيخ قد تزيد خطر الإصابة بسرطان الرئة. وفي كندا، شمل التقدير 11% من السكان، أي 600 ألف شخص. كما رجح الباحثون أن نحو 1.4 مليون شخص تأثروا بمستويات مرتفعة من تلوث الرصاص. لا تعني هذه الأرقام أن كل شخص ضمن التقدير أصيب بالسرطان أو بتسمم الرصاص؛ إنها تصف حجم التعرض المحتمل بحسب بيانات الإنتاج والنقل السكاني والجوي التي استخدمها الفريق.

للرصاص أهمية خاصة في تقييم المخاطر، لأن وكالة حماية البيئة الأميركية تشير إلى عدم وجود مستوى آمن من التعرض له لدى الأطفال. أما الزرنيخ، فارتبط في تقديرات الدراسة بزيادة خطر سرطان الرئة. وتوضح النتائج كيف يمكن لانبعاثات منشأة صناعية أن تتجاوز محيطها المباشر، وأن يتوزع أثرها على مناطق بعيدة وعلى مجموعات واسعة من السكان. لكن تحديد مقدار الخطر الصحي لدى كل فرد يحتاج إلى معلومات تتجاوز ما تستطيع عينات الجليد وحدها تقديمه.

لم تأت المخاوف المحيطة بمنجم أناكوندا من التحليل الجليدي وحده. فقد واجهت المنشأة في الماضي دعاوى رفعها مزارعون ومربو ماشية من المناطق المجاورة، ثم دخلت دائرة نزاع مع مصلحة الغابات الأميركية. وتضمنت الادعاءات أن أنشطة المنجم أضرت بالزراعة، وسممت الماشية، وأتلفت الغابات. واليوم تضم المنطقة أكبر موقع سوبرفند في الولايات المتحدة، وهو تصنيف يرتبط بمواقع التلوث التي تتطلب أعمال معالجة واسعة. هذه الخلفية التاريخية تتسق مع صورة مصدر ملوث، وإن كانت الدراسة الجديدة تضيف إليها دليلاً مستمداً من أرشيف الجليد.

ما الذي يثبته الجليد، وما الذي لا يثبته؟

تكمن قوة هذا العمل في أن تحديد المصدر لا يعتمد على علامة واحدة. فهناك توافق زمني بين إنتاج النحاس في أناكوندا وارتفاع الزرنيخ، ووجود عدة معادن مرتبطة بعمليات الصهر، ونمط ترسب في مواقع قطبية يشير إلى شمال أميركا، فضلاً عن نماذج تنقل الجسيمات. كما أن مقارنة أناكوندا بمصادر أخرى، مثل تاكوما وسودبري وكيويناو، تساعد على تفسير سبب ترجيح هذا المنجم دون غيره.

مع ذلك، ينبغي فهم الاستنتاج باعتباره إسناداً لأبرز مصدر تدعمه الأدلة، لا ادعاءً بأن كل ذرة ملوثة في الجليد جاءت من منجم واحد. فالهواء ينقل الجسيمات، والقياسات التاريخية والنماذج تعيد بناء مسارات محتملة، كما أن السجلات البشرية المتاحة لا تسجل تعرض كل فرد على حدة. ويعترف هذا النوع من البحث بصعوبة تتبع الانبعاثات إلى منشأة مفردة، لكنه يبين كيف يمكن لتجميع مؤشرات مستقلة أن يجعل التفسير أكثر قوة من الاعتماد على قراءة واحدة.

وتوضح الدراسة كذلك قيمة الأرشيفات الطبيعية حين تكون السجلات الصناعية أو التنظيمية غير مكتملة، أو حين تكون المسافة بين مصدر التلوث ومكان رصده كبيرة. فطبقات الجليد لا تكتفي بحفظ إشارة إلى وجود المعادن؛ بل تساعد، عند مقارنتها بتاريخ الإنتاج وحركة الهواء، على ترتيب الأحداث زمنياً وتحديد نطاق جغرافي محتمل. وفي حالة أناكوندا، تكشف هذه المقاربة أن انبعاثات منشأة في مونتانا تركت أثراً قابلاً للرصد في جليد القطب الشمالي، وأن تغيراً في وسائل التحكم الصناعية قد يفسر انخفاض ذلك الأثر قبل إغلاق المنجم بعقود.

الخاتمة

حوّل فريق جو ماكونيل في معهد أبحاث الصحراء قياسات الزرنيخ ومعادن أخرى في 10 عينات جليدية قطبية إلى تحقيق رجّح أن منجم أناكوندا للنحاس في مونتانا كان المصدر المهيمن للتلوث الذي وصل إلى الجليد. وبلغ الزرنيخ المسجل عام 1914 نحو 15 ضعف مستواه قبل العصر الصناعي، قبل أن تنخفض الانبعاثات بعد 1919 على الأرجح بفعل أجهزة خفض التلوث، رغم استمرار المنجم حتى 1947. وتقدر الدراسة أن التأخر في تركيب هذه الأجهزة أضاف 60 ألف طن من الزرنيخ و24 ألف طن من الرصاص، وأن ملايين الأميركيين والكنديين ربما تعرضوا لمستويات مقلقة بين 1898 و1918. والنتيجة الأوسع أن أثر التلوث الصناعي قد يمتد آلاف الكيلومترات، وأن تركيب وسائل الحد منه في الوقت المناسب قد يغير حجم ما يصل إلى البيئة والسكان.