العلماء يطورون تقنية "الرمال الحية" للمساعدة في إبطاء سرعة تسرب المياه في الرمال الصحراوية

البكتيريا القادرة على تدوير ألياف السليلوز يمكن أن تربط الرمال الصحراوية المفككة لتكوين مادة أكثر قوة، حيث أن سرعة تصريف هذه المادة أقل بكثير من الرمال العادية، على الرغم من أن هذه الدراسة لا تزال في مرحلة المختبر. قام علماء من جامعة خليفة في الإمارات العربية المتحدة، و Empa في سويسرا، ومعهد زيورخ الفيدرالي للتكنولوجيا باختبار ما إذا كانت الألياف الميكروبية يمكن أن تلصق حبيبات الرمل معًا وتغير طريقة تدفق المياه فيها، تمامًا كما تفعل جذور النباتات، والفطريات، وإفرازات الميكروبات في التربة.

طرق تصنيع الرمال الحية

اعتمد فريق البحث على طريقتين لتصنيع "الرمال الحية". الطريقة الأولى هي زراعة الميكروبات مباشرة في الرمال، مما يخلق ما يسمى "الرمال الحية"، وقد أدى ذلك إلى تقليل النفاذية بمعدل حوالي ستة أضعاف في اختبارات تصريف المياه. أما الطريقة الثانية، فهي زراعة ألياف السليلوز البكتيرية بشكل منفصل، ثم إدخالها بين طبقات الرمل، مما خفض النفاذية إلى حوالي واحد وعشرين من الرمال غير المعالجة. استخدم الباحثون بكتيريا Komagataeibacter medellinensis القادرة على إنتاج السليلوز وسلالتين من الفطريات Schizophyllum commune، وكانت الرمال المستخدمة تأتي من الكثبان الرملية بالقرب من العين في الإمارات العربية المتحدة، بالإضافة إلى رمال مختبر معيارية لإجراء بعض اختبارات القوة.

قاموا بتعقيم الرمال قبل إضافة الميكروبات والمحلول الغذائي. تظهر صور المجهر أن السليلوز يلتصق بسطح حبيبات الرمل ويربط الحبيبات المجاورة.

وصف غاستاف نيستروم (Gustav Nyström)، رئيس مختبر المواد الخشبية في Empa، هذه النتيجة بأنها "مادة مركبة طبيعية". العينات الناتجة عن البكتيريا كانت أكثر قوة. خلال سبعة أيام، كان من الممكن إخراج عمود رمل بارتفاع حوالي 6 سم (2.4 بوصة) بثبات من القالب وتقطيعه إلى قطع صغيرة، حيث تبقى هذه القطع متماسكة في الماء. على الرغم من أن العينات الفطرية يمكن أن تربط حبيبات الرمل، إلا أنها كانت أكثر هشاشة، حيث انكسرت بعضها عند إخراجها من القالب أو بعد التجفيف والتقطيع. تعمل ألياف السليلوز كتعزيز، مما يساعد على توزيع القوة المطبقة بشكل فعال.

في عرض تم فيه تطبيق وزن قدره 10 كجم (22 رطلاً)، انهارت كتل الرمل غير المعالجة بشكل أسوأ من كتل الرمل التي استخدمت فيها ألياف السليلوز، بينما كانت الألياف المزروعة لفترة طويلة عادةً ما توفر عينات أكثر قوة، كما أنها خفضت بشكل ملحوظ من نفاذية المياه.

التطبيقات المحتملة للألياف الميكروبية

يعتقد الفريق أن الألياف الميكروبية يمكن أن توفر بديلاً قابلاً للتحلل البيولوجي لبعض المواد الاصطناعية المستخدمة في تثبيت التربة، كما أن الربط الأقوى لحبيبات الرمل قد يساعد أيضًا في تقليل التآكل بفعل الرياح. لم تقم التجارب بقياس انبعاث الغبار. وأشار نيستروم إلى أن هذه الطريقة تمكن الباحثين من إدخال المواد العضوية والمياه إلى الرمال واستقرارها إلى حد ما. بالنسبة للرمال التي تنمو فيها الألياف بين حبيبات الرمل، زادت قدرتها على الاحتفاظ بالمياه من حوالي 20.2% إلى 25.5%، وهو ما وصفه العلماء بأنه زيادة طفيفة. وقد كشف ثلاثة من الباحثين عن براءة اختراع قيد التقديم.

ومع ذلك، لا تزال هذه الدراسة في مرحلة المختبر. تحصل الميكروبات على الرطوبة والمواد الغذائية في ظروف محكومة، وتحتاج إلى الأكسجين للنمو. نمو أعمدة الرمل البكتيرية ليس متساويًا، حيث أن قوة الجزء العلوي أقل بكثير من الجزء السفلي. لم تختبر التجارب نمو المحاصيل أو تحدد مدة بقاء هذه المادة في ظروف الصحراء. تم نشر الأبحاث ذات الصلة في مجلة "Carbohydrate Polymers".

الآفاق والتحديات المستقبلية لتقنية الرمال الحية

تظهر هذه الدراسة الإمكانات التطبيقية للألياف الميكروبية في البيئات الصحراوية، خاصة في تقليل تسرب المياه وتثبيت التربة. مع تأثيرات تغير المناخ العالمية، تزداد مشكلة التصحر بشكل متزايد، وتقدم هذه التقنية حلاً مستدامًا. ومع ذلك، لا تزال هذه التقنية في مرحلة المختبر، وتفتقر إلى بيانات التطبيقات العملية وتقييمات التأثيرات طويلة الأمد، مما يتطلب مزيدًا من البحث لضمان فعاليتها وقابليتها للتطبيق في البيئات الطبيعية.