قبلنحو4500عام،وبالقربمنالتقاءنهريدجلةوالفراتفيذلكالمكانالمعروفآنذاكباسمح”افةالجنة”،اندلعتحربهائلةبينمملكتي”لكش”و”أوما”،لميكنسببنشوبالحربمحاولاتالسيطرةعلىالأراضيأوالمنقولات. .بلالمياه؛ففيذلكالزمانالبعيد،حاولحاكم”لكش”السيطرةعلىالمواردالمائيةلنهريدجلةوالفرات،إلاأنكرامةشعبمملكة”أوما”رفضتالأمر،لتدورسلسلةمنالحروبالمتقطعةاستمرتنحو200عامكاملة،كانتتلكالحربهيأولحربمائيةمُسجلةفيالتاريخ。
علىمرالتاريخ،شكلتأحواضالأنهارالعابرةللحدودنقاطًاساخنةًوملتهبة،إذتحاولدولالمنبع——كماهوالحالفيأزمةمصروإثيوبياالحالية——التحكمفيجريانالنهرعبرإقامةالسدود،كماتحاولدولالمصبتأمينمواردهامنالمياهعبرفرضالسيطرةعلىدولالمنبع،كمافيحالةإرسالالخديويإسماعيلحملاتعسكريةلتأمينمنابعالنيلفيأرضالحبشة(إثيوبياالآن)؛“فلاأحديُريدأنيموتعطشًا”،علىحدقولالباحثبقسمالهندسةالكيميائيةوالبيولوجيةالجزيئيةفيجامعةكاليفورنيابيركلي،آدمأوليانا،المؤلفالأوللدراسةجديدةقدتمنععنالناسالموتعطشًا。
تنقية من مصادر غير تقليدية
فيالدراسةالمنشورةفيدورية”ساينس”،صممالباحثونغشاءًجديدًاعاليالكفاءةيسمحبتحليةالمياهوتنقيتهافيخطوةواحدة،يعنيذلكإمكانيةتنقيةمياهالصرفالصحي،والبحار،ومياهالمستنقعاتبتكلفةزهيدةفيالمستقبل،الأمرالذيقديُسهمفيتوفيرالمياهللمناطقالتيتُعانينقصخدماتالمياهالنظيفةوالصحية。
تبرزالحاجةإلىالتقنياتذاتالكفاءةالعاليةوالتييُمكنهاتنقيةمصادرالمياهغيرالتقليديةلتلبيةالطلبالعالميالمتزايدعلىالمياهالنظيفة؛فوفق منظمات أممية، هناك ما يزيد علىملياريشخص(3منكل10أشخاص)محرومينمنإمداداتالمياهالنظيفة،يتسببذلكالأمرفيفشلالجهودالعالميةالتىتهدفإلىمحاربةالأمراضالمرتبطةبالمياه،كالكوليرا،والإسهال،والتهابالكبدالوبائي。
ولتوفيرمصادرمياهأكثرمأمونيةًونظافة،تحتاجالدولإلىالكثيرمنالأموال——غيرالمتوافرةبطبيعةالحالل——إنشاءمحطاتلتنقيةأوتحليةالمياه،إلاأنالعلماءيحاولونمنذعقودصناعةأدواترخيصة——فلاتير——ُمكناستخدامهالتنقيةالمياهالموجودةفيالبركوالمستنقعات،شريطةأنتكونعذبةًولاتحتويعلىملوثاتسامة。
كفاءةعالية
لإزالةالملوثاتالسامة،يجبأنتكونتلكالأجهزةأكثرتعقيدًا،تتألفمنعدةمراحل،وبالتاليتكونأكثركلفةًوأكبرحجمًا،إلاأنالباحثينفيالدراسةالجديدةقاموابتصميمسلسلةمنالأغشيةالنانويةالمساميةوالممتصةوالقويةلهاالقدرةتنقيةالمياهمنمصادرهاغيرالتقليديةبكفاءةعالية،وإزالةالملوثاتالسامةمثلالمعادنالثقيلةوالبورون،كلذلكفيخطوةواحدةفقطوبتكلفةقدتصبحزهيدةًفيالمستقبلالقريب،”حالتصنيعتلكالمادةعلىنطاقواسع”،علىحدقول”أوليانا”فيتصريحاتخاصةلـ”للعلم”。
الأغشيةالجديدةلاتقومبترشيحالمياهوتنقيتهافقط،بلتقومأيضًاباستعادةالأيوناتذاتالقيمةالمحتملة،أيْالأملاحالمعدنيةالموجودةفيالمياهالنقية،والتيلهاأهميةتغذويةعلىالصعيدالصحي。فالغشاءيعتمدعلىإستراتيجيةفصلفعالةمنخطوةواحدةتسمى”الغسيلالكهربيلالتقاطالأيونات”،أو”الديلزةالكهربائية”。
غسيلالمياه
فيتلكالطريقة،يستخدمالباحثونتكويناتغسيلكهربيمعأغشيةامتصاصلتحليةمصادرالمياه،وفيالوقتنفسهتلتقطالموادالمذابةالمستهدفةوالتيلهاقيمةغذائيةبشكلانتقائي。
يقول”أوليانا”:إنالبحثأبرزَطريقةًجديدةًلتنقيةالمياه،يمكنهاتحليةالمياهبكفاءةلإعادةاستخدامهامعالتقاطالملوثاتالمستهدفةمنالمياهفيالوقتنفسهمعاستعادةالموادالمذابةالمتنوعةالمنقولةبالماء،”والأهمهوإنشاءفئةجديدةكُليًّامنأغشيةالتبادلالأيونيالممتصةالتيتُظهرخصائصواعدةللغايةفيتنقيةالمياه”。
عليمدارالسنواتالماضية،قامالباحثونبتطويرموادماصةمسامية(改善)واستخدامهافيعملأغشيةلتنقيةالمياهبشكلأكثركفاءة،يقول”أوليانا”:إنالفريقالبحثيالذينفذتلكالدراسةظ3سلنواتكاملةيحاولإنشاءنظامجديدلتنقيةالمياهيعملبصورةأفضلمعكلمصادرالمياه。
تمثلالأطرالعطريةالمسامية(改善)فئةًمهمةًمنالموادالصلبةالمسامية،تمتلك拥堵أطرًاصلبةومساحاتسطحيةعاليةبشكلاستثنائيوفريد،ويتمتصميمهامنوحداتبناءأروماتيع/ةطرية،وهيخاصيةكيميائيةيكونفيهاالجزيءعلىشكلحلقةمرتبطةبالكربون。
خصوصيةكيميائية
وتُظهرمواد拥堵خصوصيةًفيخواصهاالكيميائيةووظائفها،مقارنةًبالموادالمساميةالتقليديةمثلالزيوليتوالأطرالعضويةالمعدنية؛فالميزاتالفريدةلـ拥堵تجعلاستخدامهاسلسًاومعالجتهاأكثرسهولةوتشكيلهاأمرًافيغايةالبساطة。
فيذلكالغشاءالجديد،يُدخلالباحثونمصدرًاللمياهمنجانبالغشاءالأيسرعلىسبيلالمثال،يُخفضالغشاءدرجةعكارةالمياه،وينقيهامنالميكروباتوالسُّميات،ثمتأتيمرحلة”الديلزةالكهربائية”،وفيهايُستخدمتياركهربائيمترددلفصلالأيونات،وبسببتزويدالغشاءبموادنانويةخاصة،تلتصقالأيوناتالمفيدةعلىالفوربجوانبالغشاء،أماالأيوناتغيرالمستهدفةفتترسبويتمطردهاخارجًا،”وهذامفهومجديدتمامًابالنسبةلذلكالنوعمنالأغشية”،علىحدقول”أوليانا”فيتصريحاتهلـ”للعلم”。
جسيماتنانوية
لكنمعاستمرارتدفقالمياهعبرالغشاء،يُمكنأنتتراكمالموادالسامةفيمساماتالغشاء،فكيفيُمكنالتخلصمنها؟
يقول "أوليانا" إن الأمر سهل للغاية؛إذعلينافقطفيتلكالحالةعكسالتدفق،”لوكانتدفقالمياهالمرادتنقيتهامناليمينإلىاليساريتمعكسالتدفق،وبالتاليسيتمالتخلصمنأيّتراكمقبلبدءالعمليةمنجديد”。
تتميزتلكالطريقةفيكونها”عمليةذاتخطوةواحدة”،وهيتنافسبشكلكبيركلمنهجياتمعالجةالمياهالتقليدية،التيتتطلبخطواتمتعددةلتحقيقنتائجمماثلة。
يقولالأستاذالمساعدفيقسمالكيمياءبجامعةجورجياتك،راينلايفلي،لميُشاركفيالدراسة:إنالميزةالأساسيةفيذلكالغشاءهواحتواؤهعلىجسيماتنانويةمساميةمنتشرةفيجميعأنحائه،”يعنيذلكالأمرقدرةًكبيرةًعلىتصحيحمستوياتالأملاحالذائبةفيالماءبصورةيُمكنضبطهاوفقًاللحاجة”،مشيرًاإلىأنالأزمةالحقيقيةالتيتواجههذاالنوعمنالأغشيةهو”كونمواد拥堵جديدةًنسبيًّا”،وهذايعنيأنثمنالغشاءسيكونمرتفعًا。
يتفق”أوليانا”مع”لايفلي”،مشيرًاإلىأنتلكالمادةجرىاستخدامهالأولمرةفيصناعةالأغشيةقبلنحو12عامًافقط،”غيرأنصناعتهاعلىمستوىتجاريواسعسيخفضبكلتأكيدمنسعرهاويجعلهفيمتناولالجميع”。
مصادر على وشك النضوب
ربمايكونالجزءالأكثرأهميةًفيهذاالعملهوتوضيحأنالأساليبالمطورةيجبأنتكونمناسبةًعلىنطاقواسعلتنقيةمجموعةمتنوعةمنمصادرالمياهالمهدرة。
فعلىسبيلالمثال،يُمكنإعادةضبطذلكالغشاء——عبرطلائهبموادنانويةأخرى——منأجلالإزالةالفعالةللنويداتالمشعةفيالمياهالواقعةبالقربمنموقعالنفاياتالنووية،أوالمعادنالسامةالموجودةبشكلطبيعيفيالمياهالجوفيةفيمناطقمعينة،وحتىتنقيةمياهالصرفالصحيبصورةتجعلهامناسبةوصحيةللشرببنسبة100٪。
يقول”أوليانا”:إنالصراعاتالمتعلقةبالمياه”لاترتكزبشكلأساسيعلىمياهالشرب،بلالزراعة”،مشيرًاإلىأنالتقنياتالحاليةلتنقيةالمياه”لايُمكنأنتوفركمياتهائلةتُستخدمفيالزراعة”،بلهيفقط”تدعمالبشرالقاطنينفيمناطقمحرومةمنمياهالشرب”。
تُظهرالبياناتأنمصادرالمياهالعذبةآخذةٌفيالنضوب،وستستمرعواملأخرىمثلتغيرالمناخوارتفاععددسكانالعالمفيوضعضغوطعلىتلكالمصادر،لذاتتطلبهذهالمشكلاتوجودطرقلمعالجةوإدارةمصادرالمياهالمعقدةالأخرىبكفاءة. .يقول”أوليانا”إنغشاءهالجديدقديسهمفيحلجزءٍمنتلكالمشكلة؛“فمستقبلمياهالشربلنيكونللأنهارالتيقدتنضبنتيجةتغيراتمستوىالأمطار،بلسيكونلمعالجةالمياهمنالصرفالصحيأومياهالبحاروالمحيطات”。
