أسس الجيولوجيا البيئية Foundations of Environmental Geology
الفلسفة والمفاهيم الرئيسة
جزيرة إيستر: نحن سكان الأرض، هل نسير على المسار نفسه؟
Easter Island: Are We on the Same Path at a Global Scale?
جزيرة إيستر (Easter) التي تبلغ مساحتها 1402 هي جزيرة بركانية صغيرة مثلثة الشكل، تبعد بضعة آلاف من الكيلومترات عن الجزء الغربي من أمريكا الجنوبية، وتتمتع بمناخ شبه استوائي. وقد كان البولينيسيون قبل 1500 سنة تقريباً هم أول من وصل إلى الجزيرة، فاستقبلتهم - آنذاك - بمساحات شاسعة خضراء مغطاة بالغابات وأشجار النخيل وفي مطلع القرن السادس عشر، تراوح عدد الذين يعيشون على الجزيرة بين 15000-30000 نسمة. وكونوا مجتمعاً مركباً يتوزع على قرى صغيرة، فقام سكانها بتنويع غذائهم الطبيعي المعتاد والمكون من الأسماك والثدييات البحرية وطيور البحر وذلك بزراعة المحاصيل وتربية الدواجن ولأسباب دينية، فقد نحتوا تماثيل ضخمة في الصخور البركانية على صورة جذع الإنسان ( دون رأس أو أذرع أو سيقان ورؤوس ذات غطاءات من الحجر، وأطلقوا عليها اسم (moai) ، وقد بلغ طول معظمها 7 ، ومنها ما زاد طوله على 20 ، وقد نقلت هذه التماثيل إلى أمكنتها المختلفة في الجزيرة باستخدام الحبال ودحرجتها على سيقان الأشجار.
كان عدد سكان الجزيرة عندما وصلها الأوروبيون في القرن السابع عشر 2000 نسمة فقط، وقد شكلت التماثيل التي كان معظمها متداعيا وفي حالة مزرية الرموز الرئيسة للحضارة التي كانت مزدهرة ذات يوم. لم تعد الأشجار تنمو على الجزيرة، وأصبح سكانها يعيشون وسط بيئة متدهورة.
لماذا انهار مجتمع الجزيرة؟ Why Did the Society Collapse?
هناك أدلة على أن المجتمع انهار خلال عقود قليلة إثر تدهور الموارد الطبيعية المحدودة للجزيرة، فمع تزايد عدد سكان الجزيرة زادت الأراضي التي خصصت للزراعة، واستخدم ما تبقى من الأشجار وقوداً وفي نقل التماثيل إلى أمكنتها في الجزيرة. لقد كانت التربة قبل ذلك محمية بغطاء من أشجار الغابات، فاحتفظت برطوبتها في هذه البيئة شبه الاستوائية، وزود الغبار المنقول عن طريق الرياح من مسافات تبعد آلاف الكيومترات عن الجزيرة التربة بالأغذية اللازمة لها.
وبعد قطع أشجار الغابات تسارع حت التربة، ونقص المورد الأساسي للغذاء في الجزيرة المتمثل في الزراعة، ونتج عن فقدان الغابة فقدان في نواتجها الضرورية المستخدمة في بناء البيوت والقوارب ما دفع الناس إلى العيش في الكهوف، ولم يعد الناس يعتمدون في غذائهم على السمك الذي هو مصدر البروتين الرئيس لهم بسبب عدم توافر القوارب. ومع ازدياد حدة المشكلات في هذه البيئة التي استنزفت من مواردها الطبيعية نشأت الحروب بين القرى وكذلك العبودية وأكل لحوم البشر.
الدروس المستفادة Lessons Learned
قصة جزيرة إيستر قصة محزنة توضح ما يمكن أن يحصل عندما تحرم منطقة منعزلة من مواردها بسبب أنشطة البشر ونقص الموارد الطبيعية، ما يحول دون استمرارها في إعالة مجتمع يتزايد عدد أفراده بسرعة كبيرة. وعلى الرغم من أن أهل هذه الجزيرة استنزفوا مواردها ، إلا أن انهيار مجتمعها له علاقة بعوامل لم يستطيعوا فهم كنهها أو معرفتها، فالبيئة الطبيعية في جزيرة إيستر كانت ذات طبيعة هشة مقارنة بالجزر الأخرى التي استعمرها البولينيسيون.
- كانت الجزيرة صغيرة ومعزولة لذلك لم يتوقع سكانها أي معونة من الجزر الأخرى القريبة في الأوقات الصعبة.
- كانت التربة البركانية خصبة في البداية، لكن الحت الناجم عن الزراعة مثل مشكلة، وإن عوامل تكون التربة في الجزيرة كانت بطيئة مقارنة بأكثر الجزر قربا من خط الاستواء، كذلك فإن مدخول التربة ما تحتاج إليه من الغذاء الذي مصدره الغبار الجوي المنقول من آسيا كان قليلا.
- كانت البراكين الثلاثة في الجزيرة خامدة ( غير نشطة) : لذا لم تتكون أي كميات جديدة من الغبار البركاني الذي كان من الممكن أن يشكل مصدر تغذية للتربة، إضافة إلى ذلك، فقد كانت التضاريس قليلة والمنحدرات منخفضة الميول، فالجبال الشاهقة ذات الانحدارات الكبيرة هي التي تولّد الغيوم والمطر والمياه الجارية التي يمكن أن تغذي الأراضي المنخفضة.
- بلغت كمية الأمطار السنوية قرابة 80cm ؛ وذلك للمناخ شبه الاستوائي الذي تتمتع به الجزيرة، وعلى الرغم من وفرة الأمطار إلا أن انسياب الماء من خلال التربة إلى الصخور البركانية المسامية كان سريعاً.
- لا يوجد في الجزيرة أي شعاب مرجانية يمكن أن تشكل موارد بحرية وفيرة.
هناك تخوّف هذه الأيام من أن كوكبنا الذي هو جزيرة معزولة في الفضاء في طريقه إلى الوصول إلى المصير نفسه الذي واجه أهل جزيرة إيستر، حيث إننا نواجه تناقصاً في الموارد المختلفة مثل التربة والمياه العذبة والغابات والمراعي ومصايد الأسماك المحيطية. والسؤال الرئيس الذي يطرح نفسه من وجهتي النظر البيئية وتاريخ البشر على سطح الأرض هو هل سندرك مدى محدودية موارد الأرض قبل فوات الأوان للحيلولة دون تدهور أو فناء المجتمع البشري على مستوى الكرة الأرضية؟ لا توجد صعد جديدة على الأرض هذه الأيام ولدينا الآن نظام اقتصادي متكامل تقريبا. إن الدرس الرئيس المستفاد من جزيرة إيستر واضح وهو أن نطور نظاما اقتصاديا متكاملا ومستديما يضمن بقاء قاعدتنا من الموارد الأساسية وبقاء الكائنات الأخرى التي تعيش على الأرض، وإلا فعلينا تحمل العواقب أو مواجهتها.
ويعتقد أن بعض جوانب تاريخ جزيرة إيستر تشكل الآن جانبا بسيطا من القصة فقط، وبالتأكيد، فإن إزالة الغابات أدت دورًا في فقدان الأشجار، وإن الفئران التي وصلت مع البولينيسيين كانت مسؤولة عن أكل بذور أشجار النخيل ومنعت تكاثر النخيل والتفسير الآخر أن عدد البولينيسيين في جزيرة إيستر عند اتصالهم مع الأوروبيين عام 1722م كان قرابة 3000 نسمة. وقد يكون هذا أقصى رقم وصل إليه تعداد السكان وقريباً من عددهم عام 1350م. وقد نتج عن الاتصال مع الأوروبيين أن تفشت الأمراض والعبودية ما أدى إلى نقصان عدد سكان الجزيرة ليصل إلى 100 نسمة في نهاية عام 1870م.
مع تكشف المزيد من قصة جزيرة إيستر التي أظهرتها الدراسات العلمية والاجتماعية، فإن تأثيرات البشر في استغلال الموارد وانتشار الفئران والاتصال بالأوروبيين أصبحت أكثر وضوحاً. وسوف تؤدي الدروس البيئية المستفادة من هذا الانهيار إلى فهم أفضل لكيفية المحافظة على ثقافتنا البشرية على كوكب الأرض.
مقدمة في الجيولوجيا البيئية INTRODUCTION TO ENVIRONMENTAL GEOLOGY
لكل شيء بداية ونهاية، وقد بدأت أرضنا قبل 4.6 بلايين سنة من سحابة مكونة من الغازات بين النجمية تعرف بالسديم الشمسي، التي أدت إلى تكون النجوم الأولية وأنظمة الكواكب عند انقشاعها ( انظر إلى نظرة متفحصة مكان الأرض في الفضاء). بدأت الحياة على الأرض قبل 5 3 بلايين سنة ومنذ ذلك الوقت ظهرت أعداد وفيرة من الكائنات المتميزة، التي ما فتئت أن ازدهرت، ثم ماتت مخلفة وراءها أحافير بوصفها شواهد على وجودها في أثناء التاريخ الجيولوجي. وقد أعد أسلافنا العدة ( المسرح) منذ بضعة ملايين من السنوات فقط لسيادة الجنس البشري في الوقت الحاضر ومثلما نحن متأكدون من أن شمسنا ستموت، فكذلك سنختفي نحن في نهاية المطاف، وقد يبدو أن دورنا لا أهمية له في تاريخ الأرض، مقارنة بتاريخها الطويل المتمثل في بلايين السنين، لكن بالنسبة إلى من يعيش منا الآن ولأطفالنا، فإن تأثيرنا في البيئة مهم بالتأكيد.
نظرة متفحصة A CLOSER LOOK
Earth's Place in Space مكان الأرض في الكون
كتب الجيولوجي المشهور بريستون كلاود (Preston Cloud):
ولدت من حطام النجوم، وانضغطت إلى حالة صلبة بقوة جاذبيتها. وتحركت بحرارة الجاذبية والإشعاع، ولبست رداء خفيفًا من الهواء والماء المنبعث من البخار الحار في البراكين، حيث تشكلت، وتمعدنت خلال 6, 4 بلايين سنة من تطوّر قشرتها ، دفأتها الشمس وأعدتها لتصلح للحياة، فهذه الكرة الأرضية المطواعة المتناهية الحدود، هي كل ما على جنسنا أن يحافظ عليها إلى الأبد.
في هذا القول البليغ والمختصر ينقلنا كلاود من نشأة الأرض إلى مفهوم الاستدامة الذي يقع اليوم في مقدمة ما نفكر فيه بالنسبة إلى البيئة وإلى مستقبلنا .
لنا الحق في أن نكون هنا مكانة البشر في الكون صاغها ديسيديراتو جيدا: «أنت ابن الكون، لست أقل من النجوم أو الأشجار، لك الحق أن تكون هنا. وسواء كان واضحاً لك أم لا ، لا شك في أن الكون يمتد أو ينبسط قد يبدو للبعض أن هذه الكلمات في غير موضعها من ناحية علمية، لكن كما أكد كلاود لا يستطيع الناس تجاهل حقيقة أننا قطعة أو جزء من أجزاء الغلاف الحيوي، وعلى الرغم من أننا نقف في مكان مرتفع منه إلا أننا لسنا فوقه.
أصل الكون يعرض الشكل (11) تصوّراً مثالياً لتاريخ الكون يوكد نشأة نظامنا الشمسي والأرض، ويؤمن العلماء الذين يدرسون النجوم بأنه قبل 12 بليون سنة وقع انفجار هائل سمي الانفجار الكبير (Big Bang) ، نتج عنه جسيمات ذرية كونت فيما بعد المجرات والنجوم والكواكب، ويعتقد أنه قبل 7 بلايين سنة تعرض أحد الأجيال الأوائل من النجوم العملاقة إلى انفجار ضخم سمي السوبر نوفا، حيث أطلق كميات هائلة من الطاقة، وأنتج سحابة سديمية شمسية يعتقد أنها سحابة مغزلية من الغبار والغاز، ونتيجة العمليات الجاذبية، فقد تكاثفت هذه السحابة، ثم تكونت شمسنا في المركز لكن بعض الجسيمات يمكن أن تكون قد احتجزت في مدارات شمسية حلقية تشبه تلك التي نلاحظها حول كوكب زحل. وهناك أدلة على أن كثافة الجسيمات في الحلقات المختلفة غير ثابتة، لذلك فإن الجسيمات الأعلى كثافة في الحلقات تجذب جسيمات أخرى، وذلك أدى إلى تحطمها ، وتكون نظام الكواكب الذي لدينا الآن. وهكذا تميز التاريخ المبكر لكوكبنا الأرضي والكواكب الأخرى في نظامنا الشمسي بالقذف الشديد للنيازك، وقد رافق هذا القذف عمليات نمو أو عمليات بانية، أي التحام جسيمات مختلفة الأحجام تتراوح في حجمها من الغبار إلى النيازك والكويكبات الحجرية والمذنبات الغنية بالجليد التي تبلغ أقطارها نحو بضعة كيلومترات، والتي نشأت منها الأرض قبل 4.6 بلايين سنة. وهذا هو الجزء من تاريخ الأرض الذي يشير إليه كلاود عندما يقول: ولدت من حطام النجوم، وانضغطت إلى حالة صلبة بقوة جاذبيتها، إذ تولدت الحرارة في أعماق الأرض، وصاحب ذلك هبوط للمعادن الأثقل، مثل الحديد بسبب الجاذبية، وذلك أدى إلى تمايز كوكب الأرض إلى البنية الطبقية التي نراها اليوم (انظر الفصل 2 ).
نشأة الغلاف الغازي والماء على الأرض لقد أنتج الماء الآتي من أنوية المذنبات والغازات المنبعثة من البراكين مثل ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والعمليات الأخرى والغلاف الغازي والمائي المبكر. وظهرت قبل 3.5 بلايين سنة تقريبا أول أشكال الحياة البدائية على الأرض في بيئة فقيرة بالأكسجين، وبدأت بعض هذه الكائنات الأولية بإنتاج الأكسجين من خلال عملية التمثيل الضوئي، التي أثرت بشكل عميق في الغلاف الغازي للأرض وربما كانت الحياة البدائية المبكرة المنتجة للأكسجين في المحيط بعيداً عن تأثير الأشعة فوق البنفسجية، إلا أنه مع نشوء الغلاف الغازي وازدياد الأكسجين نتجت طبقة من الأوزون في الغلاف الغازي، وشكلت درعاً واقياً من تأثير الإشعاعات الضارة، ونشأت نباتات استعمرت سطح الأرض، نتج عنها الغابات والمروج والحقول والبيئات الأخرى التي جعلت نشوء الحياة الحيوانية على الأرض أمراً ممكناً.
توضح حلزونة الحياة العامة في الشكل (1) تطوّر تغير الحياة من البساطة إلى التعقيد خلال بضعة بلايين من السنين في تاريخ الأرض، وتظهر فيها التي )epochs( والأحيان ،)periods( والعصور ،)eras( أسماء يستعملها الجيولوجيون لتقسيم الزمن الجيولوجي معطاة مع مداها بملايين أو بلايين السنين من الوقت الحاضر ( الجدول (1-1). وإذا قررت الاستمرار في دراسة الجيولوجيا، فستصبح هذه الأسماء مألوفة لك مثلما تألف أشهر السنة. تعتمد الحدود بين الأحقاب والعصور والأحيان على دراسة كل ما كان حياً في ذلك الوقت المحدد والأحداث الجيولوجية الكونية المهمة في تاريخ الأرض كله.
تعتمد أعمار الصخور النسبية على مجموعات الأحافير أي أدلة الحياة الماضية، مثل: الأصداف والعظام والأسنان، والأوراق، والبذور التي توجد في الصخور والرسوبيات ينص القانون العام في الجيولوجيا المعروف الحقبة المتوسطة. توفر الصخور أعماراً نسبية للصخور (رقمية، أو مطلقة ) . بقانون المجموعات الحيوانية (Fauna) على أن الصخور ذات الأحافير المتشابهة تكون - على الأغلب ذات أعمار متشابهة. على سبيل المثال، إذا وجدنا عظام ديناصور في صخر ما، فهذا يعني أن هذا الصخر يعزى إلى وتعتمد التواريخ على مجموعة مختلفة من التقنيات الكيماوية المعقدة. تسمح هذه التقنيات للجيولوجيين - أحياناً - بتحديد أعمار الصخور التي تحتوي على أحافير بدقة يبلغ الخطأ فيها بضعة ملايين من السنين.
التطور بوصفه عملية إن العملية التطورية - كما يمكن استنتاجها من سجل الأحافير - لم تكن عملية سلسة دائماً ، وشابها بين فترة وأخرى ظهور أجناس جديدة بكميات كبيرة في بعض الأوقات، وانقراض بعضها في أوقات أخرى. يبين الشكل (1) خمس حوادث انقراض جماعي.
ويُعد تطور الأجناس وانقراضها عمليات طبيعية، لكن عندما تنقرض أجناس عدة في الوقت نفسه تقريبا، فإننا نستخدم مصطلح انقراض جماعي (mass extinction). فالديناصورات مثلا انقرضت قبل (65) مليون سنة ويعتقد بعض الجيولوجيين أن هذا الانقراض الجماعي نتج عن تغيرات مناخية وبيئية طبيعية في الأرض، بينما يعتقد آخرون أن الأرض اصطدمت بما يعرف بنجم الموت، وهو كويكب قطره (i) (10) فتحطم هذا الكويكب، وكون ما يعرف الآن بشبه جزيرة يوكاتن في المكسيك. يعتقد أن اصطداماً مشابهاً آخر سينتج عواصف من النار وغيوماً عملاقة من الغبار التي ستحيط بالأرض في الغلاف الجوي مدة طويلة من الزمن، وسيؤدي هذا إلى إعاقة مرور أشعة الشمس ما يسبب إيقافا كليا ، أو يحد بنسبة كبيرة من عملية التمثيل الضوئي وسيؤدي ذلك في النهاية إلى انقراض جماعي لكل الأجناس التي تعيش على النباتات، وتلك التي تعيش على المفترسات التي تتغذى بأكلات النباتات.
يمكن تخيل أن حجم الكويكبات التي تسببت في انقراض الديناصورات ليست هي الحادثة الوحيدة، وأن اصطدامات كارثية أخرى شبيهة قد حدثت في أوقات أخرى من تاريخ الأرض، وتعدّ مثل هذه الأحداث من أكبر الأخطار الجيولوجية التي يمكن أن تؤدي تأثيراتها إلى انقراض جماعي آخر، وربما يؤثر في الجنس البشري أيضاً (انظر الفصل الـ (11). ولحسن الطالع فإن احتمال وقوع مثل هذه الأحداث خلال بضعة آلاف من السنين المقبلة هو احتمال ضئيل، أضف إلى ذلك أن العلم يطوّر الآن تقنيات ليتعرف إلى الكويكبات، وربما أيضاً إمكانية حرفها عن مسارها قبل أن تضرب الأرض. يتضح من ذلك أن تاريخ نظامنا الشمسي والأرض يعد قصة رائعة للتطور البيولوجي وتطور الكواكب. ماذا سيحدث في المستقبل؟ لا نعرف بلا ريب ولكن بالتأكيد سيتخلله تغير، ومع استمرار العمليات التطورية، فسنتطوّر أيضاً ربما لجنس جديد، ويبدو أن البشر يتسببون من خلال عمليات التلوث والزراعة والتحضر والتصنيع والاستعمال المفرط للغابات الاستوائية في تسريع انقراض الأجناس الحيوانية والنباتية، وتقلل هذه الأنشطة البشرية بشكل كبير من التمايز الحيوي الأرضي - أعداد وأنواع الأجناس في الزمان والمكان ويعتقد أنها ستشكل مشكلة بيئية رئيسة لأن كثيرا من الكائنات الحية الأرضية بما فيها الإنسان تعتمد على البيئة، وما تتميز به من تمايز في أشكال الحياة اللازمة لبقائها.
آخذين في الحسبان التطبيقات الكثيرة للجيولوجيا البيئية، فنستطيع أن نعرفها على أنها فرع علوم الأرض الذي يدرس ( الطيف الذي يمثل) تفاعلات البشر كلها مع البيئة الفيزيائية، الجيولوجيا البيئية في هذا السياق فرع من علم البيئة، وهو العلم الذي يربط بين العمليات الفيزيائية والبيولوجية والاجتماعية في دراسة بيئتنا.
المفاهيم الرئيسة في جيولوجيا البيئة FUNDAMENTAL CONCEPTS OF ENVIRONMENTAL GEOLOGY
قبل أن نبدأ في استكشاف الأوجه المتعددة للجيولوجيا البيئية التي نعرضها في هذا الكتاب المقرر، نحتاج إلى أن نقدم خمسة مفاهيم أساسية تساعد على تشكيل إطار مفهومي يبنى عليه بقية الكتاب، ومع قراءتك لكتاب الجيولوجيا البيئية، ستلاحظ أن هذه المفاهيم تتكرر في أكثر من موضع فيه، وهي:
- نمو عدد السكان.
- الاستدامة.
- الأرض بصفتها نظاماً.
4 العمليات الأرضية الخطرة.
5 المعرفة العلمية والقيم.
لا تشكل المفاهيم الخمسة المعروضة هنا قائمة لكل المفاهيم المهمة للجيولوجيين البيئيين، ولا يفترض فينا أن نحفظها عن ظهر قلب، إلا أن الفهم العام لكل مفهوم سيساعدنا على استيعاب مادة هذا الكتاب وتقييمها .
المفهوم الأوّل: نمو عدد السكان Concept One: Human Population Growth
المشكلة البيئية الرئيسة هي الزيادة المطردة في عدد سكان العالم، ففي معظم تاريخنا البشري كانت أعدادنا على الأرض قليلة، وكذلك مداخيلنا ومع تقدم الزراعة والصحة والأدوية الحديثة ومصادر الطاقة الرخيصة مثل النفط أصبحت حياتنا أكثر رخاء وسهولة إلى درجة أن أصبح عددنا مشكلة، ويقدر التأثير البيئي الكلي للبشر بتأثير كل شخص مضروبا في عدد السكان؛ لذلك يزيد التأثير الكلي أيضًا مع ازدياد عدد السكان، فمع ازدياد عدد السكان نحتاج إلى موارد أكثر ، وبأخذ التكنولوجيا الحالية في الحسبان ينتج اختلال بيئي أكبر، وهناك احتمال حدوث المجاعات، عندما تزداد كثافة السكان محلياً خلال التوترات السياسية والحروب (الشكل (1-2).
النمو الأسي Exponential Growth
ما المقصود بالقنبلة البشرية؟
What Is the Population Bomb?
كان الانفجار السكاني مشكلة في بعض بقاع الأرض منذ بضع مئات من السنين، إلا أنه أصبح الآن مشكلة عالمية، فقد تضاعف عدد سكان العالم منذ عام 1830م) - (1930م) من بليون إلى بليونين، وبقدوم سنة 1970م تضاعف مرة أخرى تقريبا ، وسنة 2000م كان عدد سكان الأرض 6 بلايين.
تدعى هذه المشكلة أحياناً بالقنبلة البشرية وذلك لأن النمو الأسي لعدد السكان من البشر ينتج عنه زيادة انفجارية في أعداد الناس ( الشكل (3-1) . يعني النمو الأسي للبشر أن الأعداد الجديدة التي تضاف كل عام إلى عدد السكان الأصلي غير ثابتة، بل تشكل نسبة مئوية ثابتة من عدد السكان الحالي تضاف كل سنة، وهذا يشبه جزئياً حساب توفير عالي المردود يدفع فائدة 7% سنويا، فإذا بدأت بـ 100 دولار، سيكون لديك في نهاية السنة الأولى 107 دولارات، أي إنك تكون قد حصلت على 7 دولارات فائدة، وفي نهاية السنة الثانية تكون الـ 7% من 107 دولارات هي 7.49 دولارات، أي إن ميزانيتك ستصبح 107 زائد 7.49 أو 114.49 دولارًا، وتكون الفائدة في السنة الثالثة %7% من الـ 114.49 دولارًا، ويصبح حسابك 122.51 دولارًا. وبذلك تكون قد وفرت خلال 30 سنة 800 دولار. واصل القراءة لتجد كيف عرفت هذا.
هناك جانبان مهمان للنمو الأسي:
- سرعة النمو التي تقاس بوصفها نسبة مئوية.
- وقت المضاعفة أو الوقت اللازم لأي شيء ينمو أو يتضاعف.
يوضح الشكل (1-4) مثالين للنمو الأسي، وما نهتم به في كل حالة (ما يدفعه الطالب أو عدد سكان العالم ينمو ببطء في البداية، ثم يبدأ بالزيادة بشكل أسرع، ثم يستمر في الزيادة بسرعات عالية جداً. حتى سرعات النمو المنخفضة في البداية تنتج في النهاية زيادات كبيرة فيما ينمو.
ما السرعة التي يتضاعف بها عدد السكان؟ How Fast Does Population Double?
القاعدة العامة هي أن زمن المضاعفة (D) يساوي 70 تقريباً مقسومة على سرعة النمو (G):
D=70/G
نجد باستخدام هذا التقريب أن مجتمعاً ينمو بسرعة %2% سنوياً، فإنّه يتضاعف في 35 سنة تقريباً، ولو أنه ينمو بسرعة %1% فسيتضاعف في 70 سنة ( انظر بعض التطبيقات الرقمية النمو الأسي).
توضح كثير من الأنظمة في الطبيعة النمو الأسي لبعض الوقت، لذلك من المهم أن نكون قادرين على التعرف إلى مثل هذا النمو؛ لأنه يستطيع أن ينتج في النهاية أرقامًا عالية جدا. وكمثال متطرف على النمو الأسي ( الشكل 14-1) حالة الطالب الذي يحصل على عمل، ويطلب من صاحب العمل أجرة مقدارها سنت واحد في اليوم الأول، وسنتين في اليوم الثاني، وأربعة سنتات في اليوم الثالث، وهكذا. بمعنى آخر، فإن الدفعات تتضاعف يوميا . كم سيكون المجموع الكلي؟ حتى يحصل الطالب على أجر يومي يزيد على الدولار، فإن هذا يستغرقه 8 أيام. في اليوم الحادي عشر سيبلغ دخله اليومي أكثر من 10 دولارات، وفي اليوم (16) سيدفع له أكثر من 300 دولار، وسيكون الطالب دخل في اليوم (31) من الشهر أكثر من 10 ملايين دولار. هذه حالة شاذة أو متطرفة؛ لأن نسبة الزيادة الثابتة 100% كل يوم، لكنها تبين أن النمو الأسي عملية ديناميكية جداً. فعدد السكان يزداد بنسبة أقل كثيراً - 12 في المئة في السنة هذه الأيام لكن هذا النمو الأسي البطيء ينتج في النهاية زيادة كبيرة في عدد السكان ( الشكل 1-4 (ب) . سيتم التطرق مرة أخرى إلى النمو الأسي ضمن المفهوم الثالث عند الحديث عن الأنظمة والتغير.
عدد سكان العالم عبر التاريخ Human Population through History
ما تاريخ نمونا السكاني؟ What Is Our History of Population Growth?
قصة زيادة عدد سكان العالم موضحة تاريخياً في الجدول 1-2. فعندما كنا نجمع ما نصطاده كانت أعدادنا قليلة وسرعة نمونا أقل، ومع الزراعة، ازدادت سرعات نمو عدد السكان من البشر مئات المرات؛ وذلك لتوفر مصدرًا ثابتا للغذاء، أما خلال عصر الصناعة المبكر (1600م - 1800م بعد الميلاد) فقد تزايدت سرعات النمو مرة أخرى (10) أضعاف. وازدادت سرعات النمو (10) أضعاف أخرى في عهد الثورة الصناعية؛ وذلك لتحسن الأحوال الصحية وتوافر الأدوية، ووصل عدد سكان الأرض إلى (6) بلايين نسمة عام 2000م، وسيصبح 7 بلايين نسمة عام 2013م و 9 بلايين عام 2050م
النمو الأسي Exponential Growth
النمو الأسي طريقة فعالة لها علاقة بالتغذية الراجعة الإيجابية، حيث تنمو كمية الخاصية التي يتم تقييمها على سبيل المثال، الزيادة في عدد السكان، استهلاك الموارد كالنفط والمعادن، أو نسبة الأرض التي يتم تخصيصها للإعمار) بسرعة ثابتة (نسبة مئوية ) سنوياً، النمو الأسي لعدد السكان عالمياً مبين في الشكل (1-4).
حساب النمو الأسي سهل على غير المتوقع، ويشمل المعادلة البسيطة الآتية: N = N0ekt
حيث (N) هي القيمة المستقبلية لما يتم قياسه و (N) القيمة الحالية (e) ثابت مقداره (2.71828 ، و (k) مساوية لسرعة الزيادة بشكل عشري، وتمثل نسبة مئوية ) ، و (1) عدد السنوات التي سيتم حساب النمو خلالها. تعرّف سرعة النمو بأنها تغير النسبة المئوية لوحدة الزمن 100/K = R. ويمكن حل هذه المعادلة باستخدام حاسبة يدوية بسيطة، وبناءً عليه يتم طرح كثير من الأسئلة المهمة بيئيا . افترض على سبيل المثال أننا نريد معرفة كم سيكون عدد سكان العالم عام 2020م إذا علمت أن عددهم عام 2000م كان 6.1 بلايين نسمة، وأن عدد السكان ينمو بنسبة ثابتة مقدارها (1.2) سنوياً ( تكتب عشرياً (0.012). يمكن الحصول على الأرقام الدقيقة لسكان العالم وسرعات النمو من مصادر مختلفة من ضمنها مكتب الإحصاءات في الولايات المتحدة، وبافتراض أن عدد سكان العالم كان 6.1 بلايين نسمة عام 2000م ونسبة النمو (1.2) في المئة لكل سنة، نستطيع تقدير عدد سكان العالم عام 2020م بتطبيق المعادلة المذكورة أعلاه:
يمكن ترتيب معادلة النمو الأسي، بحيث تبين الزمن الذي يبلغ فيه عدد سكان الأرض في المستقبل رقما معينا، وفي هذه الحالة يجب علينا أن نفترض عدد السكان في البداية، وعدد السكان بعد زمن معين وسرعة النمو في عدد السكان. أي أن يمكن حلها باستخدام المعادلة الآتية:
حيث عرفت كل الرموز سابقاً ، و (In) هنا هي اللوغاريتم الطبيعي للأساس 2.71828، فإذا استخدمنا مثالنا السابق، وطرحنا السؤال الآتي: إذا بقيت سرعة النمو في عدد السكان ثابتة عند (1.2) في السنة، وكان عددهم عام 2000م 6.1 بلايين نسمة، ففي أي سنة سيصل إلى 7.75 بليون؟ فإننا نحصل بتعويض هذه القيم في المعادلة على جواب مقداره عشرين سنة .t = (1/0.012) In (7.75 x 109/6.1 × 109(
كلمة تحذيرية حول استعمال النمو الأسي، فهو يفترض نسبة نمو ثابتة، وفي محاولة وضع نقاط جدل حول النمو الأسي ضمن إطار من التفكير الناقد من المهم معرفة أن الافتراضات التي نفترضها هي عبارات نعدها صحيحة دون برهان على صحتها . وسرعات النمو معبر عنها بوصفها نسبة مئوية قد لا تكون في الحقيقة ثابتة نتيجة لذلك يجب اختبار تقديراتنا عند تطبيق معادلة النمو الأسي اعتماداً على نسبة نمو من خلال مدى واقعية نسبة النمو الثابتة، فكلما طالت المدة التي نطبق عليها نسبة النمو الثابتة، كانت دقة الأجوبة التي نحصل عليها أقل احتمالية، وعلى الرغم من هذه العيوب، فإن تحليل النمو الأسي هو إحدى الطرق التي توفر لنا عمقاً في توقع التغيرات المستقبلية ونمو أو نقصان عدد أو كمية مادة معينة نهتم بها. المعادلة المستخدمة لتوقع نقصان كمية ما ، مفترضين نسبة ثابتة للنقصان معبر عنها بوصفها نسبة مئوية، هي:
افترض أن كمية شيء معين تعاني نموا أسيا ، ولحساب الوقت الذي تحتاج إليه لتتضاعف يمكن استخدام المعادلة الآتية:
حيث (Td) هي الوقت اللازم لمضاعفة الكمية. إذا أخذت اللوغاريتم الطبيعي لجهتي المعادلة:
وهذا مماثل لقاعدتنا العامة، وهو أن وقت المضاعفة 70 مقسوما على نسبة النمو. على سبيل المثال: إذا كانت R = 5% سنوياً، فإن Td = 14 سنة.
أي أن الزيادة تصل إلى بليون إنسان جديد خلال 13 سنة و 3 بلايين ( تقريبا نصف عدد السكان الحالي خلال خمسين سنة. بالمقارنة بلغ عدد سكان الأرض الكلي فقط بليون نسمة عام 1800م بعد الميلاد، بعد 40000 سنة من تاريخ البشرية. إن نسبة الوفيات في أقل الدول تقدما مشابهة لتلك في الدول المتقدمة، إلا أن نسبة الولادات فيها تبلغ ضعف الولادات في الدول المتقدمة, ومن المحتمل أن أكبر عدد للسكان عام 2050م سوف يكون في الهند ( %18 من سكان العالم) ، ومن ثم الصين ( 15% من سكان العالم) . أي إن عدد سكان هاتين الدولتين سيكون عام 2050م ثلث عدد سكان العالم تقريبا.
المستقبل ونمو عدد السكان Population Growth and the Future
ما عدد السكان الذين تستطيع الأرض استيعابهم بلا مشكلات؟
How Many People Can Earth Comfortably Support?
يثير عدد سكان الأرض الذي يتزايد أسياً قلق بعض العلماء في استحالة تأمين الموارد وتوفير بيئة جيدة لبلايين البشر الذين سيضاعفون الأعداد الحالية. إن الثلاثة بلايين إنسان إضافي معظمهم في الدول النامية سيكونون بقدوم عام 2050م مصدر القلق. فازدياد عدد السكان محلياً وإقليميا وعالميا يزيد من سوء المشكلات الجيولوجية البيئية القائمة بما فيها تلوث المياه الجوفية والسطحية، وإنتاج الفضلات الخطرة وإدارتها وتعرض الناس والمنشآت البشرية لأخطار العمليات الطبيعية مثل الفيضانات والانزلاقات والاندفاعات البركانية والزلازل.
لا يتوافر حل بسيط لمشكلة عدد السكان، ومع أننا قد نكون قادرين في المستقبل على إنتاج الغذاء بكميات كبيرة من زراعة لا تحتاج إلى مساحات كبيرة من الأرض، أو استخدام طرق الإنماء الصناعي لتأمين احتياجات الأعداد المتزايدة من السكان، إلا أن القدرة على تأمين الغذاء للناس لا يحل وحده مشكلات الفراغ المحدود الذي يعانيه الناس والمحافظة على استمرار الحياة بشكل جيد أو تحسينها . تقترح بعض الدراسات أن عدد السكان الحالي هو فوق قدرة تحمل الأرض للعيش بشكل مريح، فقدرة التحمل هي عدد الناس الأقصى الذي تستطيع الأرض أن تتحمله دون التسبب في حدوث تدهور بيئي، يقلل من قدرتها على تأمين سبل الحياة الضرورية لهم. إن دور التعليم مهم جداً في المشكلة السكانية، فعندما يصبح المستوى التعليمي للناس ( خاصة النساء ) أعلى، فإن سرعات نمو السكان تنزع إلى التناقص أي إن عدد السكان ينقص مع ازدياد نسبة التعليم، وإذا أخذنا في الحسبان الثقافات والقيم والضوابط الموجودة في العالم اليوم فيبدو أن التعليم هو أكبر آمالنا في معالجة مشكلة الانفجار السكاني.
الأرض هي البيئة الوحيدة المناسبة لمعيشتنا The Earth Is Our Only Suitable Habitat
الأرض الآن وللمستقبل المنظور هي البيئة الوحيدة المتوافرة والمناسبة لنا، إلا أن مواردها محدودة، فبعض الموارد مثل الماء متجددة، لكن كثيرا من الموارد مثل مصادر الوقود والمعادن غير متجددة، ومن غير الممكن التفكير الآن في الكواكب الأخرى في نظامنا الشمسي، مثل المريخ بوصفه حلا لمشكلات الموارد والسكان التي نواجهها ، فقد تنجح في النهاية في أن يكون لنا مستعمرة من البشر على المريخ، لكن البيئة ستكون صعبة، وسيعيش الناس في أمكنة تشبه الفقاعات. عندما يتم دمج أو إشراك المعلومات حول الموارد والمعطيات البيئية الأخرى مع معطيات نمو السكان تكون النتيجة واضحة، فمن المستحيل على المدى البعيد تبني أو تشجيع النمو الأسي في عدد السكان مع قاعدة من الموارد المحدودة لذلك فمن أول أهداف العمل البيئي ضمان تفكيك القنبلة البشرية بسلام، ويعتقد بعض العلماء أن مشكلة نمو السكان ستحل نفسها بنفسها من خلال الأمراض والكوارث الأخرى كالمجاعات، أما العلماء الآخرون فمتفائلون بأننا سنهتدي إلى طرق أفضل للتحكم في عدد سكان الأرض ضمن حدود مواردنا المتوافرة وفضائنا واحتياجاتنا البيئية الأخرى.
Good News on Human Population Growth أخبار سارة حول سرعة تزايد السكان
ليست كل الأخبار سيئة فيما يخص نمو عدد السكان من البشر، فلأول مرة منذ منتصف القرن العشرين يحدث تناقص في سرعة ازدياد عدد السكان. يبين الشكل (1-5) أن عدد الناس الذين يضافون إلى مجموع سكان الأرض كان في أوجه في نهايات الثمانينات من القرن الماضي، وقد تناقص بشكل عام منذ ذلك التاريخ، وهذا حدث مهم ومشجع بالنسبة إلى نمو عدد السكان ومن قبيل التفاؤل، يمكن لعدد سكان كوكبنا البالغ 6 بلايين نسمة سنة 2000م ألا يتضاعف أبداً. وعلى الرغم من صعوبة تقدير نمو عدد السكان لارتباطه بعوامل مثل الزراعة والنظام الصحي والدواء والثقافة والتعليم، إلا أنه يقدر أن عدد سكان الأرض من البشر سوف يتراوح بين 7.3 و 10.7 بلايين نسمة بحلول عام 2050م، وسيكون الرقم 8.9 بلايين نسمة على الأغلب.
المفهوم الثاني : الاستدامة الاستدامة هدف بيئي.
Concept Two: Sustainability Sustainability is the environmental objective.
ما الاستدامة؟ الاستدامة شيء نحاول جاهدين تعريفه. أحد التعريفات يقول: إن الاستدامة تطور يضمن فرصة متكافئة للأجيال المقبلة في الوصول إلى الموارد المتوافرة في كوكبنا، وتشير الاستدامة كذلك إلى أنواع التطور التي يمكن أن تكون ممكنة التحقيق من الناحية الاقتصادية. ولا تؤذي البيئة، وتتسم بالعدالة الاجتماعية. إن الاستدامة مفهوم طويل الأمد، فهي أي شيء يحدث خلال عشرات أو ربما مئات السنين، ومن المهم الاعتراف بأن الاستدامة بالنسبة إلى استعمال الموارد ممكنة التطبيق حتى على المتجددة منها، مثل الماء والهواء، ويمكن تطوير استدامة الموارد غير المتجددة أو تحسينها ، مثل الوقود الأحفوري والمعادن، أولاً عن طريق تمديد أو إطالة زمن توافرها بالحفاظ عليها وإعادة تدويرها، وثانياً إيلاء تركيز أكبر لكيفية استعمال مورد غير متجدد، وإيجاد بدائل لاستعمالاته بدلا من التركيز على الزمن الذي سينفذ فيه هذا المورد.
ليس هناك أدنى شك في أننا نستعمل موارد بيئتنا الحية، مثل الغابات والأسماك والحياة البرية بطريقة أسرع من تعويض الطبيعة لهذه الموارد فقد استخرجنا المعادن والنفط والمياه الجوفية دون التفكير في كمياتها المتوافرة أو إعادة استعمالها (تدويرها ) . علينا أن نتعلم كيف نحافظ على موارد بيئتنا بحيث تستمر في إفادة الناس والكائنات الحية الأخرى على هذا الكوكب.
عندما تحدثنا عن المبدأ الأول بالنسبة إلى البشر والموارد قلنا: إن الأرض هي المكان الوحيد القابل للعيش والمتوافر لنا ، وإن مواردنا محدودة، ولتلبية متطلباتنا من الموارد مستقبلاً والمحافظة عليها ، فإننا سنحتاج إلى استعمال مبدأ التدوير بشكل أكبر في كثير من المواد، يمكن من الناحية النظرية تدوير معظم المواد، إلا أن التحدي هو إيجاد طرق لعمل ذلك، بحيث لا تؤذي البيئة وتحسن من نوعية الحياة، وتقبل التطبيق من الناحية الاقتصادية. إن جزءا كبيرا من مشكلات التخلص من فضلاتنا الصلبة والسائلة يمكن تلافيه إذا أعيد استعمالها أو تدويرها، وبمعنى آخر، فإن كثيرًا من الفضلات التي تعد الآن ملوثات يمكن تحويلها إلى موارد. وتُعدّ اليابسة أيضًا موردا مهما للناس والنباتات والحيوانات وكذلك في التصنيع والتعدين وإنتاج الطاقة ونقل نواتج الفضلات وترسيبها. إن التغير الذي يحدث في الأرض بفعل الإنسان والناتج جزئيا بسبب ازدياد السكان، وما يستدعيه من زيادة الأرض المخصصة للسكن والزراعة يزداد بسرعة أكبر، وقد استنتجت دراسة حديثة أجريت على نشاط الإنسان ومقدرته على نقل الصخور والتربة أو تحريكها : أن أنشطة الإنسان في مجالات الزراعة والتعدين والإعمار، وما إلى ذلك، تتسبب في تحريك أو نقل الصخور والتربة بكميات سنوية تماثل أو تزيد عما تتسبب فيه أي عملية أرضية أخرى ( الشكل (1-6) مثل بناء الجبال أو انتقال الرسوبيات بالأنهار. ولعل هذه الأنشطة وآثارها المرئية على الأرض ( مثل تسوية التلال) تشير إلى أن أنشطة الإنسان هي أكثر العمليات أهمية في تشكيل سطح الأرض. سنناقش تخطيط استعمال الأراضي في الفصل الـ 17.
هل نحن في أزمة بيئية؟ Are We in an Environmental Crisis?
إن زيادة الطلب على الموارد المتناقصة والناتجة عن زيادة عدد السكان وتزايد إنتاج الفضلات بشكل لم يسبق له مثيل قد أنتجت ما يطلق عليه الأزمة البيئية، وقد نتجت هذه الأزمة في الولايات المتحدة والعالم كله بسبب ازدياد السكان والعمران والتصنيع، إضافة إلى قلة احترامنا للأرض وانتشار المؤسسات العاجزة عن مواكبة مشكلات الأرض البيئية. إن استمرار الاستعمال السريع للموارد قد تسبب في مشكلات بيئية على مستوى المعمورة وتشمل:
تغير المناخ بسبب حرق الوقود الأحفوري، وما نتج عن ذلك من احترار عالمي.
إزالة الغابات، وما رافق ذلك من حت التربة وتلوث الماء والهواء في كثير من القارات.
تعدين الموارد ( مثل الفلزات والفحم واستخراج النفط حيثما توافرت، وما نجم عنه من كثير من المشكلات البيئية.
تطوير موارد المياه الجوفية والسطحية الذي أدى إلى فقدان كثير من البيئات ودمارها على مستوى الكرة الأرضية. فعلى سبيل المثال نقصت مساحة بحر الأورال في كازاخستان وأوزبكستان خلال 30 سنة من مغذيينkm2 67,000 إلى km² له، وقد أدى فقدان البحر إلى تغيير المناخ، بحيث أصبح الشتاء أكثر برودة والصيف أكثر حرارة، لكن برنامجا طموحا لاستعادة جزء من البحر حقق بعض النجاح من خلال الحفاظ على الماء.
ومن ناحية إيجابية، فقد علمتنا الأزمة البيئية الكثير من حيث ربط العلاقة بين التدهور البيئي واستغلال الموارد، وتطوّر الآن طرقا مبتكرة للتنمية المستدامة للموارد بما فيها الماء والطاقة، هدفها تقليل المشكلات البيئية المرافقة لاستغلال الموارد.
هل نحتاج إلى إنقاذ الأرض أم إنقاذ أنفسنا؟ Do We Need to Save Earth or Ourselves?
أنقذ كوكبنا كان هو الشعار البيئي في التسعينيات من القرن الماضي. هل فعلا أن بقاء الأرض واستمرارها في خطر؟ في رؤيتنا على المدى البعيد لتطور كوكبنا، فالأرض ستعيش أطول مما يعيش البشر. فمن المحتمل أن شمسنا ستظل بلايين عدة أخرى من السنين على الأقل، وحتى لو انقرض البشر جميعاً خلال السنوات القليلة المقبلة، فإن التدهور البيئي الذي فرضناه على معالم سطح الأرض والغلاف الجوي والماء قد يستمر مئات أو آلاف السنين المقبلة، لكن العمليات الطبيعية سوف تنظفها في النهاية وعليه، فإن مصدر القلق الرئيس لنا هو نوعية بيئة البشر، الذي يعتمد على استمرار المحافظة على أنظمة الدعم الرئيسة بما فيها من هواء وماء وتربة وأشكال الحياة الأخرى.
المفهوم الثالث: الأرض بصفتها نظاماً Concept Three: Earth as a System
فهم أنظمة الأرض وتغيراتها مهم جداً في حل المشكلات البيئية.
النظام هو أي جزء محدد من الكون نختاره للدراسة، فالكواكب والبراكين والأحواض المحيطية والأنهار أمثلة على الأنظمة ( الشكل (1-8) . تتكون معظم الأنظمة من مكونات عدة تتكيف مع بعضها لتعمل بوصفها وحدة واحدة، ولعل حدوث تغير في أحد المكونات يؤدي إلى حدوث تغيرات في المكونات الأخرى. فعلى سبيل المثال مكونات نظامنا الأرضي هي الماء واليابسة والغلاف الجوي والحياة، إذ تتكيف مع بعضها لتحافظ على استمرار كوكبنا حياً.
تحليل المدخلات والمخرجات
Input-Output Analysis
تحليل المدخلات والمخرجات طريقة مهمة لتحليل التغير في الأنظمة. يحدد الشكل (1-9) ثلاثة أنواع من التغير في مخزون مادة ما ، وفي كل حالة يعتمد التغير الإجمالي على النسبة بين المدخلات والمخرجات فعندما تتساوى المدخلات والمخرجات في النظام ( الشكل 1-19) تنشأ حالة ثابتة تقريبا ، ولا يحدث أي تغير إجمالي، ومثال على ذلك، الجامعة التي يدخلها الطلاب الذين يجتازون امتحان الثانوية العامة، ويتخرجون بعد ذلك بـ 4 سنوات بنسبة ثابتة، بحيث يبقى مجموع الطلبة في الجامعة ثابتا. وعلى مستوى الكرة الأرضية، فإن كوكبنا نظام في حالة من الثبات بالنسبة إلى الطاقة تقريبا، والإشعاع الشمسي القادم إلى الأرض يتساوى تقريبا مع الإشعاع الذي تفقده. أما النوع الثاني من التغير، فالمدخلات إلى النظام أقل من المخرجات ( الشكل (1-9 ب) . وتشمل الأمثلة استخدام الموارد، مثل الوقود القديم ( الأحفوري) أو المياه الجوفية وحصاد بعض النباتات أو جمع الحيوانات، وإذا كانت المدخلات أقل كثيراً من المخرجات فقد يستهلك الوقود أو المورد المائي بشكل كامل أو تنقرض النباتات أو الحيوانات. ففي النظام الذي تزيد فيه المدخلات عن المخرجات ( الشكل 1-9جـ) ، فإن مخزون ما يتم قياسه يزداد. وتشمل الأمثلة تراكم الفلزات الثقيلة في البحيرات بسبب التلوث الصناعي أو تلوث المياه والتربة.
كيف يمكن أن نقيم التغير ؟
How Can We Evaluate Change?
بتقييم سرعات التغير أو المدخلات أو المخرجات للنظام نستطيع اشتقاق متوسط زمن المكوث (average residence time) لمادة معينة، مثل أي مورد من الموارد، فمتوسط زمن البقاء مقياس للمخزون الإجمالي للمادة التي سيحصل لها تدوير في النظام، ولحساب متوسط زمن البقاء T ( بافتراض حجم ثابت للنظام وسرعة انتقال ثابتة)، نأخذ الحجم الكلي للمخزون، ثم نقسمه على متوسط سرعة الانتقال خلال النظام:
T=S/F
وعلى سبيل المثال، إذا كان في خزان (100) مليون متر مكعب من الماء ومتوسط كل من المياه الآتية من الجداول إلى الخزان والخارجة من المفيض (قناة التصريف m/s ، فان متوسط وقت المكوث لكل 13 من الماء في الخزان هو (100) مليون ثانية أو 3.2 سنوات ( الشكل (1-10). ونستطيع أيضاً حساب متوسط وقت البقاء للأنظمة المتغيرة الحجم وسرعة الانتقال، إلا أن الحسابات أصعب في هذه الحالة، ويمكن أحيانا حساب وقت المكوث لمورد معين، ومن ثم تطبيق المعلومات للمساهمة في فهم المشكلات البيئية وحلها، وعلى سبيل المثال، فإن متوسط بقاء الماء في الأنهار هو أسبوعان مقارنة بمئات أو آلاف السنين لبعض المياه الجوفية وعليه، فإن إستراتيجيات معالجة حادث تلوث نهر بنفط منسكب ستختلف عن إزالة نفط طاف على مياه جوفية ناتج عن حدوث تمزق في خط أنابيب موجود تحت سطح الأرض، فالنفط في النهر مشكلة قصيرة الأمد ومباشرة، والتعامل معها سهل نسبياً، بينما تكون المشكلة أصعب في المياه الجوفية الملوثة؛ لأنها تتحرك ببطء، ووقت مكوثها يكون طويلا ، فمن الصعب معالجة تلوث المياه الجوفية؛ لأن إزالته بشكل طبيعي يستغرق مئات السنين.
توقع التغيرات في أنظمة الأرض فكرة أن الحاضر هو المفتاح إلى الماضي تدعى النسقية (uniformitarianism) ، وقد عممها جيمس هاتون عام 1785م ( الذي يشير إليه بعض الدارسين بأنه أبو الجيولوجيا ) . وهي فكرة تعد اليوم مبدأ رئيسًا في علوم الأرض، ومثلما يشير الاسم، فإن النسقية تنطوي على أن العمليات التي نشاهدها اليوم ( جريان الماء في الأنهار، تكوّن الجليديات وحركتها، رفع الأرض بالزلازل، وما إلى ذلك) أثرت في الماضي أيضاً، ولا تشترط النسقية أن تبقى قيمة (كمية الطاقة المبذولة أو تكرار عدد مرات حدوث عملية معينة العمليات الطبيعية ثابتة مع الزمن، ويمكننا أن نتوقع أنه ما دام للأرض غلاف جوي ومحيطات وقارات شبيهة بتلك الموجودة اليوم، فإنها ربما تأثرت في الماضي بالعمليات التي تؤثر فيها الآن.
أنشطة الإنسان الحالية مفتاح لفهم المستقبل
Present Human Activity Is Part of the Key to Understanding the Future
ينبغي أن نأخذ في الحسبان في أثناء تخيلنا للأحداث الجيولوجية تأثير أنشطة الإنسان في نظام الأرض، وتأثير هذه التغيرات في النظام ككل على العمليات الأرضية الطبيعية، وعلى سبيل المثال، تفيض الجداول الصغيرة التي تبلغ مساحات مناطق تصريفها عشرات الكيلومترات المربعة بغض النظر عن أنشطة الإنسان، إلا أن أنشطة الإنسان مثل تعبيد الطرق في المدن يزيد المياه الجارية فيها من حيث حجم الفيضانات وترددها، أي إن عدد الفيضانات في منطقة ذات حجم معين يصبح أكبر بعد التعبيد، وإن عاصفة مطرية بعينها يمكن أن تنتج فيضاناً أكبر من الفيضان الذي تنتجه عادة فيما لو كانت المنطقة غير معبدة، وعليه فإن للتنبؤ بالتأثيرات بعيدة المدى للفيضان واجبًا أن نكون قادرين على تحديد كيف أن أنشطة الإنسان المستقبلية ستغير من حجم الفيضان وعدد مرات حدوثه، وفي هذه الحالة نقول: إن الحاضر هو المفتاح إلى المستقبل. وعلى سبيل المثال، عندما يفحص جيولوجيو البيئة رسوبيات الانزلاقات الحديثة (الشكل 1-11) في منطقة مخصصة لتصبح منطقة إسكان، فيجب عليهم استعمالها للتنبؤ بالأمكنة المحتملة لحدوث الزلازل، وكذلك التنبؤ بماهية تأثيرات الإعمار في حجم الانزلاقات المتوقعة وتكرارها. سنتعرض الآن إلى الروابط بين العمليات المختلفة.
الوحدة البيئية مبدأ الوحدة البيئية الذي ينص على أن أحد الأفعال يتسبب في حدوث أفعال أخرى متسلسلة، وهو مبدأ مهم في التنبؤ بالتغيرات التي تحدث في نظام الأرض. على سبيل المثال: إذا أنشأنا سدًّا على أحد الأنهار، فإن كثيرًا من التغيرات سوف تحدث، فالرسوبيات التي كانت تتحرك قبل إنشاء السد في اتجاه أسفل النهر، ومن ثم إلى المحيط ستحتجز في الخزان، وعليه فإن الشواطئ ستحرم من رسوبياتها الآتية من النهر، وقد تكون نتيجة هذا الحرمان ازدياد الحثّ في الشواطئ وإن نقص الرسوبيات الشاطئية قد يؤثر أيضاً في الكائنات التي تعيش في هذه المنطقة، وتستعمل الرمل مثل السرطعان والقواقع، أي إنه ينتج عن بناء السد سلسلة من التأثيرات التي تؤدي إلى تغير البيئة الشاطئية وكائناتها ، وينشأ عن إنشاء السد تغير في هيدرولوجية النهر، ولا تعود الأسماك تهاجر في اتجاه أعالي النهر. وسنتطرق الآن إلى الروابط العالمية التي تحدث على مستوى الكرة الأرضية.
علم أنظمة الأرض: هو دراسة الكوكب ككل بوصفه نظامًا واحدًا، وذلك بالاعتماد على مكوّناته ( انظر إلى نظرة متفحصة فرضية جيا، ويسأل هذا العلم عن كيفية ارتباط مكونات نظام الأرض التي تعد بحد ذاتها أنظمة أصغر مثل الغلاف الجوي (الغاز) ، والمائي (الماء)، والبيولوجي (الحياة) والصخري ( الصخر) مع بعضها وكيفية تكون هذه الروابط وتطورها والحفاظ عليها، ويستكشف هذا العلم كيف تعمل هذه المكونات وكيف تستمر في العمل على طول فترات العقد والقرن وأطول من ذلك ونظرًا لارتباط هذه المركبات أو المكوّنات مع بعضها، فإنه من الضروري أن نفهم هذه الأنظمة، ونكون قادرين على التنبؤ بتأثيرات حدوث أي تغير في أحدها على المكونات الأخرى.
إن التحدي هو تعلم التنبؤ بالتغيرات المحتمل أن تكون ذات أهمية للمجتمع ثم تطوير إستراتيجيات إدارية لتقليل تأثيراتها الضارة إلى الحد الأدنى. فعلى سبيل المثال، تشير دراسة كيمياء الغلاف الجوي إلى التغيرات الألفية فيه، فقد ازدادت الغازات الشحيحة، مثل ثاني أكسيد الكربون بنسبة 100% تقريباً منذ عام 1850م. إن كربونات الكلور والفلور (CFCS) التي تستخدم في المبردات وبوصفها دواسر في أوعية الهباء تطلق عند السطح، ثم تهاجر إلى الستراتوسفير، حيث تتفاعل هناك بوجود طاقة الشمس متسببة في دمار طبقة الأوزون التي تحمي الأرض من الإشعاعات فوق البنفسجية الضارة. وسنناقش في الفصل السادس عشر الموضوعات المهمة للتغير الكوني وعلم أنظمة الأرض، وذلك بعد التطرق إلى موضوعات، مثل مواد الأرض، والأخطار الطبيعية وموارد الطاقة.
المفهوم الرابع:
العمليات الأرضية الخطرة
Concept Four: Hazardous Earth Processes
أثرت عمليات الأرض الخطرة في حياة البشر دائماً، ومن الواجب تعرف هذه الأخطار الطبيعية، ومن ثم تجنبها إن أمكن، أو تقليل ما ينجم عنها من خطر على حياة الإنسان وممتلكاته إلى الحد الأدنى. ومن واجبنا أيضاً بوصفها بشرًا وكبقية الكائنات الحية الأخرى أن نتقي شر العمليات الطبيعية، مثل العواصف والفيضانات والزلازل والانزلاقات الأرضية والاندفاعات البركانية التي تدمر الممتلكات، وتقضي على الأرواح. فخلال الـ 20 سنة الأخيرة تسببت العمليات الطبيعية في مقتل ملايين عدة من البشر، وقد بلغت الخسائر البشرية السنوية قرابة الـ 15000 إنسان، بينما قدرت الخسائر المادية بنحو 20 بليون دولار.
الأخطار الطبيعية التي ينتج عنها مصائب تتحوّل إلى مصائب أكبر تدعى الكوارث
Natural Hazards That Produce Disasters Are Becoming Superdisasters Called Catastrophes
قد كان كفاحنا خلال تاريخ الأرض المبكر مع العمليات الأرضية الطبيعية خبرة تختلف من يوم إلى آخر، فلم تكن أعدادنا كبيرة ولا مركزة؛ لذلك لم تكن الخسائر الناتجة عن عمليات الأرض الخطرة كبيرة، فقد تعلم الناس أن ينتجوا ، ويحتفظوا بكميات أكبر من الغذاء في أكثر السنين، ازداد
عدد السكان وتركز في بعض المناطق، وزاد تركيز السكان والموارد كذلك من تأثير الزلازل والفيضانات والأخطار الطبيعية المتكررة الأخرى على حياة البشر، وقد استمرت هذه النزعة، حيث إن كثيرًا من الناس يعيشون هذه الأيام في مناطق من المحتمل أن تتعرض للدمار الناجم عن العمليات الأرضية الخطرة، أو تكون عرضة للتأثيرات الضارة لهذه العمليات في المناطق المجاورة، وقد ظهر مبدأ يُعنى بالأخطار الطبيعية يقول: إنه نتيجة الأنشطة الإنسان ازدياد السكان وتغيير الأرض بالزراعة وقطع الأشجار والتعدين والتحضر، فإن ما كان خطراً من قبل أصبح الآن كارثة. وعلى سبيل المثال:
- أجبر ازدياد السكان عدداً أكبر من الناس على العيش في المناطق الخطرة، مثل السهول الفيضية، والسفوح شديدة الانحدار (حيث احتمالية حدوث الانزلاقات وبالقرب من البراكين.
- التغيير في استعمال الأراضي بما في ذلك التطوير الحضري وإزالة الغابات، يؤدي إلى ازدياد المياه الجارية وخطر الفيضان، وقد يضعف المنحدرات معطياً فرصة أكبر لحدوث الانزلاقات.
- زاد حرق كميات كبيرة من النفط والغاز والفحم من تركيز ثاني أكسيد الكربون في الجو، ما أسهم في رفع حرارة الجو والمحيطات وحدوث الأعاصير. لم يزدد عدد الأعاصير، لكن ازداد حجم العواصف وشدتها.
يمكننا التعرف إلى كثير من العمليات الطبيعية والتنبؤ بتأثيراتها آخذين في الحسبان الظروف المناخية والبيولوجية والجيولوجية، وبعد أن يقوم علماء الأرض بتعرّف العمليات الخطرة تقع على عاتقهم مسؤولية توفير هذه المعلومات للمخططين ومتخذي القرارات الذين يستطيعون تدارس الطرق لمنع حدوث هذه الأخطار أو تقليل أثرها في حياة الناس وممتلكاتهم إلى أدنى حد ممكن. وباختصار، فإنّ هذه العملية تتضمن تقييم بعض الأخطار التي تحدث في منطقة ما ، واعتماد نتائج هذا التقييم عند اتخاذ القرارات المتعلقة بالتخطيط لتلك المنطقة. إن إدراك عامة الناس للأخطار يؤدي دورًا في التمييز بين الخطر الفعلي والمتوقع. وعلى سبيل المثال فعلى الرغم من إدراك السكان خطر الزلزال الحقيقي في جنوب كاليفورنيا إلا أن السكان الذين لم يعانوا قط الزلازل مباشرة يكون تقديرهم أقل الجدية خطر فقدان الممتلكات والأرواح من الأشخاص الذين عانوا ويلات تلك الزلازل.
المفهوم الخامس: المعرفة العلمية والقيم
Concept Five: Scientific Knowledge and Values
إن استعمال طريقة الاستجواب العلمي لحل مسألة بيئية معينة يوفر أحياناً سلسلة من الحلول المحتملة تتفق مع المكتشفات العلمية أو تنسجم معها. يعكس الحل الذي نختار فيه نظام القيم السائد عندنا.
ما العلم؟ ?What Is Science لفهم نقاشنا حول المعرفة العلمية والقيم دعونا نكتسب أولاً إدراكاً أو فهماً لتقاليد الاستجواب العلمي فمعظم العلماء يحفزهم الفضول أو حب الاستطلاع لمعرفة كيف تعمل الأشياء، فاكتشاف شيء لم يكن معروفاً من قبل عن كيفية عمل هذا العالم يثير فضول الجيولوجيين، ويلهب حماسهم . وتدفعهم هذه الاكتشافات إلى أن يستمروا في عملهم. فكيف لنا أن نشرع في دراسة عالمنا مع العلم أننا نعرف القليل عن العمليات الداخلية والخارجية التي تشكله، وتستمر في المحافظة عليه؟ إن الإبداع ونفاذ البصيرة اللذين يمكن أن ينتجا عن الاختراقات العلمية يبدأ أحياناً بطرح السؤال الصحيح المتعلق بمشكلة ما يهتم بها الباحثون. فإن كانوا يعرفون القليل عن الموضوع أو العملية التي يدرسونها ، فإن أول ما يقومون به محاولة فهم ما يجري، وذلك بعمل مشاهدات دقيقة في الحقل أو ربما في المختبر، ومن ثم يطوّر الباحث أو الباحثة اعتمادًا على مشاهداته أو مشاهداتها سؤالا أو مجموعة من الأسئلة تتعلق بهذه المشاهدات، ويقوم الباحث بعد ذلك باقتراح إجابة أو إجابات عدة محتملة عن السؤال، وستكون أفضل إجابة ممكنة هي الفرضية التي سيتم اختبار صحتها، وعادة ما يتم اختبار أفضل الفرضيات بتصميم تجربة تشتمل على تجميع المعلومات وتنظيمها وتحليلها، وبعد جمع المعطيات وتحليلها يقوم الباحث بتفسيرها واستخلاص النتائج منها، ومن ثم يقارن الاستنتاج مع الفرضية، وقد ترفض الفرضية أو تقبل مؤقتًا. وفي بعض الأحيان يتم تطوير مجموعة من الأسئلة أو الفرضيات المتعددة واختبارها ، فإذا رفضت كل الفرضيات المقترحة للإجابة عن سؤال معين، فيجب عندها صياغة مجموعة جديدة من الفرضيات، ويشار إلى هذه الطريقة أحيانًا بالطريقة العلمية، ستجد خطوات الطريقة العلمية موضحة في الشكل (1-12). وأول خطوة منها صياغة سؤال في هذه الحالة من أين تأتي رمال الشاطئ؟ ولاستكشاف هذا السؤال ينبغي للباحث أن يمضي بعض الوقت على الشاطئ. وسيلاحظ في أثناء ذلك بعض الجداول الجدول هو نهر صغير أو نهير) تجري في اتجاه المحيط، ويعرف أن هذه الجداول آتية من الجبال القريبة ومن ثم يعدل الباحث السؤال ليسأل بالتحديد عن « هل تأتي رمال الشاطئ من الجبال عن طريق الجداول ؟». يشكل هذا السؤال أساس فرضية الباحث رمال الشاطئ تنشأ في الجبال. يقوم الباحث أو الباحثة بجمع بعض الرمال من الشاطئ ومن الجداول وبعض العينات من صخور الجبال لاختبار فرضيته، وبعدها يقارن تقارن بين محتواها المعدني، ويجد أو تجد أنه الشيء نفسه تقريباً في الحالات الثلاث، فيخلص أو تخلص إلى استنتاج أن رمل الشاطئ يأتي من الجبال، وعليه يقبل / تقبل فرضيته أو فرضيتها. وإذا ثبت أن الفرضية غير صحيحة يقوم الباحث / الباحثة بصياغة فرضية جديدة. وقد تصاغ فرضيات متعددة في المشكلات الجيولوجية المعقدة, وتختبر كل منها ، وهذه هي طريقة الفرضيات المتعددة، إذا نجحت الفرضية في عدد كاف من التجارب، فقد تقبل بوصفها نظرية . فالنظرية مقولة علمية قوية تكون الفرضية التي تستند إليها النظرية صحيحة لدرجة ما، لكنها لم تثبت بشكل حاسم. إن ظهور أدلة جديدة يبطل أحياناً بعض الفرضيات أو النظريات العلمية السائدة، الإثبات القطعي للنظرية العلمية غير ممكن وهكذا فإن تطوير الفرضيات واختبارها والاجتهاد في رفض السائد منها وتطوير فرضيات أفضل يشكل جزءاً كبيراً من العمل العلمي.
تستعمل عادة الدراسات المخبرية والحقلية بشكل مشترك لاختبار الفرضيات، ويبدأ الجيولوجيون أحياناً مشاهداتهم في الحقل أو المختبر بأخذ ملحوظات دقيقة. على سبيل المثال، قد يعمل الجيولوجي في الحقل خريطة جيولوجية مدوناً عليها بدقة وصف المواد الأرضية المختلفة وتوزعها ، ويمكن إكمال الخريطة في المختبر ، وهو المكان الذي تحلّل فيه العينات.
يُعد الاهتمام بالزمن المتغير المهم الذي يميز الجيولوجيا من معظم العلوم الأخرى انظر مقياس الزمن الجيولوجي في الجدول (1-1). فاهتمام الجيولوجيين بتاريخ الأرض في أثناء فترات زمنية يصعب استيعابها من معظم الناس ومن الطبيعي أن يؤدي إلى طرح بعض الأسئلة المثيرة:
- ما السرعة التي تكونت بها الجبال وارتفعت؟
- كم سرعة عمليات الحب التي تؤدي إلى إنقاص متوسط ارتفاعات الأرض؟
- كم تبلغ سرعة الأنهار التي تنحت الوديان العميقة الضيقة، مثل وادي يوسمايت والوادي العظيم ( الشكل 1-13)؟
- ما السرعات التي تتحرك بها مياه الفيضان، والجليديات، والحمم البركانية؟
كما هو مبين في الجدول (1-3)، فإن سرعات العمليات الجيولوجية تختلف من جزء من المليمتر في السنة إلى بضعة كيلومترات في الثانية، فالسرعات القصوى هي أضعاف السرعات الدنيا بتريليونات المرات. السرعات القصوى، وهي بضعة كيلومترات في الثانية للأحداث التي يستغرق حدوثها بضع ثوان. على سبيل المثال، فإن رفعاً مقداره 1م خلال زلزال قد يبدو كثيرا ، ولكن عندما يؤخذ متوسطه خلال 1000 سنة ( الفترة بين الزلازل) فإن السرعة على المدى الطويل، وهي 1 ملم في السنة هي سرعة اعتيادية في تكوين الجبال. ومن المهم بشكل خاص للجيولوجيا البيئية أن أنشطة الإنسان قد تسرع بعض العمليات. على سبيل المثال، قطع الأخشاب والإنشاءات في المناطق الحضرية يؤديان إلى إزالة الغطاء النباتي، وتكشيف التربة، وزيادة سرعة الحت.
What about Geologic Time? ماذا عن الزمن الجيولوجي؟
نشأ البشر خلال حين البلايستوسين (آخر 1.65 مليون سنة)، وهي نسبة مئوية ضئيلة من عمر الأرض (انظر الجدول (1-1). ولمساعدتك على تصور مقياس الزمن الجيولوجي، يوضح الشكل (1-14) التشابه بين الزمن الجيولوجي مع ساحات / مربعات ملعب كرة القدم. عد بالذاكرة إلى أيامك في المدرسة الثانوية، عندما أخذ لاعب الفريق المنافس الكرة بعيداً في منطقتك، افترض أن الساحة ذات المئة ياردة تمثل عمر الأرض (4,6 بلايين سنة ) ، أي إن كل ياردة تمثل 45 مليون سنة، عندما راوغ نجمك بالكرة ووصل إلى خط 50 ياردة ( خط 16م) فرح جمهور المشاهدين، لكن في تاريخ الأرض يكون قد سافر فقط 2250 مليون سنة، وما زال في بيئة بدائية فقيرة بالأكسجين. عند خط 45 ياردة الخاص بالخصم بدأ الأكسجين في الغلاف الجوي يساعد على الحياة. مع قطع عدائنا لخط 12 ياردة تنتهي فترة ما قبل الكامبري، وتصبح الحياة أكثر تمايزا. عندما يكون عداؤنا النجم على مسافة أقل من نصف ياردة من خط المرمى، فإنه يكون قد وصل إلى بداية البلايستوسين، أحدث (1.65) مليون سنة في عمر الأرض عندما بدأ الإنسان بالظهور، وعندما يقفز فوق خط الإنش، ويكون جاهزاً للمس الأرض ( تسجيل الهدف فإن الفترة المقابلة في تاريخ الأرض هي قبل (100000) سنة حيث كان الإنسان الحديث يعيش في أوروبا. وهناك طريقة أخرى لتصوّر الزمن الجيولوجي، وهي التخيل أن عمر الأرض البالغ 4.6 بلايين سنة يكافئ.
