ندا اظهری، مترجم: سال‌هاست دانشمندان نسبت به بحران آب و وقوع خشکسالی در بیشتر کشورهای جهان هشدار می‌دهند. در سال‌های اخیر با کاهش بارندگی‌ها در بسیاری از کشورها به‌ویژه مناطق خشک کره‌زمین، این بحران بیش از هر زمان دیگری خودنمایی کرده و محققان را برآن داشته که راه‌حلی اصولی برای مقابله با آن بیندیشند و بتوانند کره‌زمین و ساکنان آن را از خطر بی‌آبی و خشکسالی نجات دهند. به‌طور قطع، علم و فناوری‌های علمی که ماحصل تلاش سال‌ها تحقیق و بررسی محققان است، می‌تواند در این برهه زمانی به کمک مردم دنیا بیاید و آنها بتوانند با کمک این فناوری‌ها، به کاهش سرعت کم‌آبی و خشکسالی کمک کنند.

بزرگ‌ترین منبع آب شیرین در خطر خشکسالی

مجله علمی nature به‌تازگی در گزارش‌های خود به مساله خشکسالی در برزیل پرداخته که این کشور درحال دست‌وپنجه نرم کردن با بحران آب است و نیاز به برنامه‌ای که بتواند خشکسالی را تا حد امکان کاهش دهد، در اولویت کارها قرار گرفته است. برزیل بزرگ‌ترین منبع آب شیرین را در جهان در اختیار دارد. تنها دوسوم آبی که در رودخانه آمازون جریان دارد می‌تواند کل نیاز آب جهان را برآورده کند. اما همین کشور با این حجم از آب قابل‌شربی که دارد، با مشکل خشکسالی مواجه شده است. برزیل طی چند دهه گذشته بیش از یک‌سوم محصول شکر و تقریبا 15 درصد از گوشت گاو دنیا را تولید می‌کند. امسال، بین ماه‌های مارس و می، آب و هوای خشک در منطقه جنوب و مرکز این کشور منجر به کمبود 267 کیلومترمکعبی آب رودخانه‌ها، دریاچه‌ها، خاک و سفره‌های زیرزمینی در مقایسه با متوسط فصلی 20 سال گذشته شد. نتیجه آن شد که بسیاری از ذخایر عظیم این کشور به کمتر از ظرفیت 20درصدی رسیده است. کشاورزی و تولید انرژی نیز به این دلیل آسیب‌های زیادی را متحمل شده‌اند. از ماه جولای، قیمت قهوه تا 30 درصد در برزیل رشد داشته و این درحالی است که این کشور صادرات یک‌سوم قهوه دنیا را در اختیار دارد. قیمت لوبیای سویا از ژوئن 2020 تا ماه می‌ سال جاری تا 67 درصد رشد کرده است. در این میان، قبوض برق تا 130 درصد افزایش پیدا کرده و بسیاری از شهرها نیز با جیره‌بندی قریب‌الوقوع آب مواجه هستند.

تغییرات جهانی آب و هوایی خشکسالی را شدیدتر کرده و در دفعات بیشتری رخ می‌دهد. نابودی جنگل‌ها در آمازون یکی از دلایل وقوع این تغییرات آب و هوایی از نظر محلی و حتی جهانی به شمار می‌رود. اقلیم و آب در منطقه جنوب مرکزی که موتور 70 درصد تولید ناخالص داخلی برزیل را تشکیل می‌دهد با انتقال رطوبت از جنگل‌های بارانی کنترل می‌شود. جریان‌های جوی که به دلیل تعرق درختان ایجاد می‌شود و به «رودخانه‌های پرنده» معروفند، ممکن است در سهم روزانه حجم آب رودخانه آمازون حاصل از بارندگی نقش داشته باشند. قطع این درختان باعث کاهش بارش در آن مناطق و نیز فرسایش مخزن کربن حیاتی جهانی می‌شود. چند دهه است که دولت برزیل خشکسالی را به‌عنوان یک موضوع امنیت ملی و بین‌المللی به رسمیت نشناخته و این درحالی است که بحران آب برزیل یک بحران جهانی تلقی می‌شود. آنچه موردنیاز است، یک برنامه هماهنگ به‌منظور کاهش خشکسالی در سراسر کشور است که از سوی محققان، سیاستگذاران، صنعت، بخش عمومی و جامعه مدنی تدوین شده باشد.

برزیل، دومین نیروگاه غنی آب در جهان

حدود 20 درصد از کل آب‌های درون‌زمینی جهان که به اقیانوس‌ها می‌ریزد در قلمروی برزیل تولید می‌شود. این امر باعث رفاه و رشد اقتصادی کشور می‌شود. حدود 85 درصد از آب شیرین موردنیاز کشور از طریق آب‌های سطحی، رودخانه‌ها و دریاچه‌ها تامین می‌شود. در آمریکا، این رقم 75 و در هند 60 درصد است. برزیل با 107.4 گیگاوات، دومین ظرفیت نیروگاهی آبی نصب‌شده در جهان را در اختیار دارد و این میزان حدود 65 درصد کل برق کشور را تولید می‌کند. دوپنجم این مقدار، در حوزه رودخانه «پارانا» تولید می‌شود، جایی که دبی رودخانه به کمترین میزان خود در 91 سال گذشته رسیده است. این کشور به ناچار به راهکار سوزاندن سوخت‌های فسیلی و سوخت‌های زیستی روی آورده و مجبور شده هزینه‌های بالاتر را بر دوش مصرف‌کنندگان بگذارد. نیروی حرارتی 13.2 درصد از برق کشور را در جولای 2021 تولید کرد که بالاترین میزان در تاریخ این کشور است.

در کشوری که برای تامین یک‌چهارم GDP خود به کشاورزی وابسته است، محصولاتی مانند سویا، قهوه، نیشکر و دام بیشترین مصرف آب را دارند. آبیاری حدود 13 درصد از زمین‌های زیرکشت را تغذیه می‌کنند و 68 درصد از کل مصرف آب را به خود اختصاص می‌دهند که به‌عبارتی، 68.4 میلیارد لیتر آب را به ازای هر روز تشکیل می‌دهد. اما آب به‌طور مساوی هم در این کشور تقسیم نشده است.

ردپای انسان در خشکسالی

گزارش هیات میان‌ دولتی تغییرات آب و هوایی (IPCC) در سال 2021 اشاره کرده است که تغییر بی‌وقفه پوشش زمین و گرمایش جهانی باعث ایجاد شرایط خشک پایدار در سراسر جهان شده است. مطالعات نشان می‌دهد فصل خشک طولانی در اکثر مناطق مرکزی آمریکای جنوبی می‌تواند یک سناریو باشد. چند دهه جنگل‌زدایی آمازون منجر به اثرات گسترده‌ای در این منطقه شده است. قطع درختان و نیز کاهش میزان رطوبت منتقل شده از جنگل‌های بارانی به سمت مرکز و جنوب برزیل، عامل اصلی آتش‌سوزی‌هاست. ذرات رهاشده در هوای بالای جو، روی روند تشکیل ابرهای باران‌زا نیز اثر گذاشته و الگوی آنها را تغییر می‌دهند. استفاده نادرست از زمین‌های کشاورزی هم می‌تواند خشکسالی را تشدید کند و حتی باعث خشک‌شدن رودخانه‌ها شود. دامداری فشرده نیز باعث ایجاد زمین‌های بدون پوشش گیاهی و خاک‌های فشرده می‌شود. علاوه‌بر کاهش رطوبت ساطع شده از سوی گیاهان، ظرفیت خاک برای حفظ آب و تغذیه سفره‌های زیرزمینی را محدود می‌کند. اما خشکسالی را به تنهایی نمی‌تواند عامل وقوع بحران آب در برزیل دانست. عدم توجه به آب به‌عنوان یک منبع ملی ضروری، برزیل را به سمت تاریخ طولانی سوءمدیریت سوق داده است. مباحث علمی در زمینه آب امروزه تا حد زیادی انکار شده و سیاست‌های ملی باعث اشغال زمین‌های نامنظم شده که افزایش جنگل‌زدایی و آتش‌سوزی‌های جنگل و تضعیف کاهش آب و هوا را به دنبال دارد.

از آنجایی که برزیل در سال‌های 2014 و 2015 دچار کمبود شدید منابع آبی شد، آکادمی علوم برزیل مقامات دولتی را به دلیل کوتاهی در انجام اقدامات سریع و جسورانه و عدم‌شفافیت درمورد وخامت اوضاع سرزنش کرد. از آن زمان حدود 6 سال می‌گذرد و اوضاع تغییر چندانی هم نکرده است. این‌بار، اقتصاد کشور به سطح قبل از همه‌گیری بازمی‌گردد. رشد اقتصادی به انرژی اضافی برای تولید انرژی نیاز دارد. با وضعیت فعلی انرژی آبی، این تقاضا ممکن است با سوزاندن سوخت‌های زیستی یا سوخت‌های فسیلی تامین شود.

اولویت‌های تحقیقاتی و پژوهشی

کنترل آب‌های زیرزمینی و هواشناسی کشور برای ردیابی در دسترس بودن آب در سراسر کشور کافی نیست. برزیل بر آب‌های زیرزمینی در 409 منطقه کل کشور نظارت می‌کند. برای درک این موضوع، شبکه‌های آمریکای شمالی و هند به ترتیب بیش از 16هزار و 22هزار منطقه در اختیار دارند. هیچ سیستم سراسری برای ردیابی رطوبت خاک در برزیل وجود ندارد و نظارت بر مصرف آب هم به‌صورت یکپارچه طراحی نشده است. حکمرانی این شبکه‌ها باید تقویت شود و راهنمایی‌های موثرتری درمورد چگونگی واکنش به بحران‌های آینده موردنیاز است. درحال حاضر، شبکه‌های نظارتی بین آژانس‌ها و بخش‌های ملی مختلف عمل می‌کنند که اغلب منجر به تلاش‌ها و دسترسی‌های ناکارآمد به داده‌ها می‌شود. طرح‌های کنترل خشکسالی در برزیل طی سال‌های اخیر از طریق مشارکت‌های بین‌المللی درحال ظهور بوده است. با وجود این، کاهش تاخیر در دسترسی داده‌ها و بهبود دقت و عدم‌دسترسی برای کاربران نهایی مانند کشاورزان و اداره‌های آب محلی، این طرح‌ها را مفیدتر می‌کند. نیاز به سرمایه‌گذاری بیشتر برای جمع‌آوری داده‌های باکیفیت و در دسترس، عناصر کلیدی برای تحقیقات چندرشته‌ای خشکسالی است. «توپا» ابررایانه برزیلی در موسسه ملی تحقیقات فضایی برزیل است که به پایان عمر خود نزدیک می‌شود. منابع مالی سازمان ملل دسترسی موقت به رایانه‌های جایگزین را فراهم کرده‌اند اما این رایانه‌ها به اندازه کافی برای انجام پیش‌بینی‌های آب و هواشناسی و پیش‌بینی‌های اقلیمی قدرتمند نیستند. 20میلیون دلار از بودجه فدرال باید صرف ابررایانه جدید شود. درعوض، بودجه وزارت علوم و فناوری برای سال 2022 تا 87 درصد کاهش یافته است. اما در این میان، برخی فرآیندها در دسترسی به آب در جنوب مرکزی برزیل تاثیر دارند که باید بررسی‌های بیشتری روی آنها صورت گیرد.

بازخوردهای اقلیمی: جنگل‌زدایی، استفاده از زمین، سوزاندن زیست‌توده و گرم شدن کره‌زمین برای تعیین میزان دسترسی به آب در تعامل با یکدیگر هستند. رویکردهای جدید باید از دانش و ابزارهای محاسباتی نوظهور برای ترکیب بهتر فرآیندهای مقیاس کوچک و سریع مانند پوشش گیاهی، پوشش زمین، ابرها و اثرات بازخورد آئروسل در مدل‌های اقلیمی استفاده کنند. این کار به شبیه‌سازی با وضوح بالاتر، قدرت محاسباتی بیشتر و مشاهدات و ماهواره‌های قابل‌اعتماد نیاز دارد.

رویدادهای مرکب: خطراتی چون خشکسالی، موج گرما و آتش‌سوزی می‌توانند اثرات مخرب فراتر از یک منطقه مرتبط با یک رویداد جداگانه داشته باشند. رویکردهای ارزیابی خطر باید در نظر بگیرند که چگونه وقوع همزمان خطرات متعدد و وابسته روی مدل‌ها تاثیر می‌گذارند. اقلیم، سلامت و دانشمندان علوم اجتماعی و نیز مهندسان و مدل‌سازان باید برای بهبود پیش‌بینی‌ها تلاش کنند.

آب‌های زیرزمینی: پمپاژ فشرده به‌ویژه همراه با خشکسالی منجر به کاهش شدید در مناطق غربی و مرکزی آمریکا، شمال هند و خاورمیانه شده است. مطالعات بیشتر همراه با نظارت بر آب‌های زیرزمینی و رطوبت خاک، برای درک چگونگی واکنش سفره‌های آب برزیل به پمپاژ و نیز تنوع و تغییرات آب و هوا نیاز است.

ایجاد تنوع در منابع

سرمایه‌گذاری پایدار و بلندمدت برای ارتقای سیستم آب و برق کشور ضروری است. پس از نصب، نیروگاه آبی به‌رغم اثرات زیست‌محیطی بالا، اثر کربن کمی دارد. با وجود این، زمانی که آب کافی برای تولید برق وجود ندارد، انرژی حرارتی مبتنی بر سوخت فسیلی گران‌تر و آلوده‌کننده‌تر، کاهش مصرف را به‌دنبال می‌آورد. درعوض، برزیل می‌تواند با تقویت ظرفیت باد و نیروی خورشیدی تنوع ایجاد کند. این می‌تواند مکانیسمی به‌منظور جمع‌آوری بودجه برای انرژی پاک فراهم کند. موفقیت چنین مکانیسمی در برزیل با سرمایه‌گذاری‌های اخیر درمجموع نزدیک به هشت‌میلیارد دلار در طول پنج سال گذشته بیشتر از سوی بخش خصوصی نشان داده شده است. تخمین زده می‌شود تا سال 2050 حدود 300 گیگاوات از منابع انرژی پاک تولید شود که سه‌برابر تقاضای فعلی کشور است.

به دلیل قرارگرفتن برزیل روی سفره‌های زیرزمینی، بخش کشاورزی باید با استفاده از این موهبت، به‌ویژه در زمان خشکسالی شدید، انعطاف‌پذیری اقلیمی ایجاد کند. این کار باید به‌صورت پایدار انجام شود. برزیل در کنفرانس تغییرات اقلیمی سازمان ملل متحد در سال 2021 متعهد به پایان جنگل‌زدایی غیرقانونی و کاهش 50 درصدی انتشار گازهای گلخانه‌ای از سال 2005 تا 2030 شد.

به‌دنبال آب شرب با فیلترهای گرافنی

اگرچه نزدیک به 75 درصد زمین پوشیده از آب است، تقریبا 97 درصد آن را آب غیرقابل‌شرب تشکیل می‌دهد. محققان برای مقابله با خشکسالی در مواقع لزوم و تامین آب آشامیدنی به‌دنبال راهی هستند تا آب شور دریا را قابل شرب کنند. گروهی از محققان، پوششی مبتنی بر گرافن برای غشاهای نمک‌زدایی ایجاد کرده‌اند که نسبت به فناوری‌های غشای نانوفیلتراسیون فعلی، قوی‌تر و مقیاس‌پذیرتر عمل می‌کند. نتیجه به‌دست‌آمده می‌تواند یک غشای محکم و کاربردی برای محلول‌های آب تمیز و نیز جداسازی پروتئین، تصفیه فاضلاب و کاربردهای دارویی و صنایع غذایی باشد. این فناوری شامل ایجاد غشای هوشمندی است که میزان جریان بالا، کارایی بالا و طول عمر طولانی و خودترمیم‌شوندگی را با هم ترکیب کرده و رسوبات زیستی و معدنی را از آب حذف می‌کند تا محققان راه‌حل دسترسی به آب تمیز برای بسیاری از نقاط جهان که با چالش آب روبه‌رو هستند را ارائه دهند.

فناوری اینترنت اشیا و کمک به ذخیره آب

اینترنت اشیا و استفاده از حسگرها به‌منظور کنترل هوشمند به کاهش مصرف آب کمک می‌کند. در برخی مزارع محصولات ارگانیک از فناوری اینترنت اشیا استفاده می‌شود که اشباع آب را در خاک اندازه‌گیری و آبیاری را مدیریت و کمک می‌کند تا بیش از اندازه از آب در محصولات استفاده نشود. با این فناوری، مصرف آب تا 6 درصد و انتشار گازهای گلخانه‌ای تا پنج درصد کاهش می‌یابد.

ذخیره آب با کمک پهپادها

پهپادها به‌ویژه در مناطق خطرناک و ارزشمند مانند یک مراقب عمل می‌کنند. این پهپادها مجهز به دوربین‌های مادون‌قرمز شده‌اند که مکان‌های گرم و دورافتاده را برای تشخیص نشتی در لوله‌های آب زیرزمینی در صحرا بررسی می‌کنند. این کار با هدف جلوگیری از هدررفت آب با استفاده از فناوری مادون قرمز برای شناسایی نشتی‌هایی انجام شده است که با چشم غیرمسلح قابل تشخیص نیستند. متاسفانه روزانه مقادیر قابل‌توجهی آب از طریق نشتی و شکستگی لوله‌ها از بین می‌رود.