التغير المناخي التقارير تقارير التغير المناخي رئيسية

لمواجهة تغير المناخ.. تقنية مصرية ترصد "الملوثات" بالليزر فائق السرعة

داليا الهمشري

2025-06-21

0 1٬009

في ظل تصاعد التحديات البيئية العالمية، وعلى رأسها تغير المناخ وارتفاع مستويات الانبعاثات الكربونية، تتجه أنظار العالم نحو التقنيات الذكية التي تُمكّن من الرصد الدقيق للتلوث والإسهام الفعلي في حماية كوكب الأرض.

وفي هذا الإطار، تمكَّن فريق بحثي مصري من تحقيق إنجاز علمي بارز يتمثل في تطوير تقنية التحليل الطيفي للبلازما المتولدة بالليزر الخالية من المعايرة (CF-Ps-LIPS).

وقاد الفريق البحثي رئيس قسم تطبيقات الليزر في المعهد القومي لعلوم الليزر بجامعة القاهرة البروفيسور وليد توفيق، وتنفيذ أستاذ فيزياء الليزر في كلية العلوم بجامعة القاهرة الأستاذ الدكتور محمد فكري، وبرعاية رئيس الجامعة الأستاذ الدكتور محمد سامي.

وتُمثّل هذه التقنية، التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، منهجية فريدة وغير مسبوقة عالميًا في مجال مكافحة تغير المناخ، كما تفتح آفاقًا جديدة لتطبيقات واسعة النطاق في الأراضي المصرية.

وهذه التقنية لا تمثّل نقلة نوعية في مراقبة التربة والمياه والهواء فحسب، بل تُعدّ -كذلك- أداة إستراتيجية لدعم سياسات خفض الكربون وتعزيز جهود مواجهة تغير المناخ في مصر.

تصاعد التحديات البيئية

قال الأستاذ الدكتور وليد توفيق، إنه في ظل تزايد التحديات البيئية وتفاقم مشكلة تلوث التربة بالمخلفات الصناعية والعناصر الثقيلة، يتنافس الباحثون لإيجاد حلول مبتكرة وفعالة.

وأضاف أن الطرق التقليدية لكشف الملوثات طالما شكّلت تحديًا كبيرًا، نظرًا لكونها تستغرق وقتًا طويلًا، وتتطلب تحضيرًا معقّدًا للعينات، فضلًا عن تكلفتها المرتفعة.

وتابع أن التقدم المذهل في مجال علوم الليزر والتحليل الطيفي جعل بالإمكان تحقيق قفزات نوعية في هذا المضمار، لافتًا إلى أن البحث الجديد يمثّل نقلة نوعية في مجال المراقبة البيئية والكشف عن العناصر -بما في ذلك العناصر الثقيلة والمشعة- بدقّة وسرعة فائقة.

واستطرد قائلًا: "إن تقنية "التحليل الطيفي للبلازما المتولدة بالليزر الخالية من المعايرة" Calibration-Free Laser-Induced Plasma Spectroscopy) CF-Ps-LIPS) قد أثبتت قدرتها على تغيير قواعد اللعبة في كشف الملوثات بالأراضي المصرية، وفتح آفاق جديدة لتطبيقات واسعة النطاق في مختلف المجالات.

إنجاز علمي رائد

أوضح الأستاذ الدكتور وليد توفيق أن هذا البحث يمثّل إنجازًا علميًا غير مسبوق في مجال التحليل الطيفي، حيث يقدّم منهجية رائدة تعتمد على تقنية "التحليل الطيفي للبلازما المتولدة بالليزر الخالية من المعايرة باستعمال الليزر البيكوثانية".

ولفت إلى أن أهمية هذا الإنجاز تكمن في قدرته على تجاوز القيود التي تواجهها الطرق التحليلية التقليدية، مثل "مطياف الانبعاث البصري للبلازما المقترنة حثيًا" (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy - ICP-OES)، التي تتطلب تحضيرًا مكثفًا للعينات ومعايرة دقيقة باستعمال معايير مرجعية.

تغير المناخ

وعلى النقيض من ذلك، فإن تقنية CF-Ps-LIPS تلغي الحاجة إلى هذه المعايرة المعقّدة، مما يوفر تحليلًا سريعًا ودقيقًا للغاية.

الكشف الشامل والسريع

تعتمد هذه التقنية عمومًا على تسليط نبضة ليزر عالية الطاقة على عينة ما، مما يؤدي إلى تبخير جزء صغير جدًا منها، وتكوين بلازما، وتصدر هذه البلازما ضوءًا مميزًا يُحَلَّل للكشف عن العناصر المكونة للعينة.

وتتميز تقنية CF-Ps-LIPS باستعمال نبضات ليزر بيكوثانية فائقة السرعة (170 ps) تسهم في تقليل التأثيرات الحرارية و"تأثيرات المصفوفة" (Matrix Effects) التي تؤثّر بدقة التحليل في التقنيات الأخرى.

ويسمح هذا الابتكار بتحقيق دقة تحليلية غير مسبوقة، حيث أظهر البحث توافقًا بنسبة ±1% مع نتائجICP-OES، وهو ما يعدّ إنجازًا مذهلًا.

كما تتّسم هذه التقنية بقدرتها على الكشف عن جميع عناصر "الجدول الدوري " (Periodic Table) في ثوانٍ معدودة، فبمجرد توجيه شعاع الليزر نحو العينة من مسافة، يُحصَل على تحليل شامل للعناصر الموجودة فيها.

وهذا يشمل الكشف عن "العناصر الثقيلة" (Heavy Metals) مثل الكادميوم (Cd)، والزنك (Zn)، والحديد (Fe)، والنيكل (Ni)، التي تُعدّ من الملوثات الخطيرة في البيئة.

كما أن السرعة الفائقة بالحصول على النتائج (في غضون ثوانٍ) تجعلها أداة مثالية للمراقبة البيئية في الوقت الفعلي (Real-time Environmental Monitoring).

تطبيقات واسعة النطاق

أوضح الدكتور وليد توفيق -خلال تصريحاته إلى منصة الطاقة المتخصصة- أن هذه التقنية تفتح آفاقًا واسعة لتطبيقاتها في جميع أنحاء الأراضي المصرية، ولا سيما في المناطق الصناعية والزراعية المعرّضة للتلوث.

وأضاف أن قدرتها على كشف الملوثات في التربة والمياه والهواء تجعلها أداة لا غنى عنها في حماية البيئة والصحة العامة، مسلّطًا الضوء على أن أبرز هذه التطبيقات ما يلي:

مراقبة تلوث التربة: يمكن استعمال التقنية الجديدة لرصد مستويات العناصر الثقيلة في التربة الزراعية والصناعية، مما يساعد في تحديد المناطق الملوثة واتخاذ الإجراءات اللازمة لمعالجتها.

كشف التلوث الإشعاعي: نظرًا لقدرتها على الكشف عن جميع عناصر الجدول الدوري، يمكن استعمال CF-Ps-LIPS للكشف عن العناصر المشعة في البيئة، مما يوفر أداة حيوية للاستجابة السريعة في حالات الطوارئ الإشعاعية.

تحليل جودة المياه: يمكن تطبيق التقنية لتحليل جودة المياه في الأنهار والبحيرات والمياه الجوفية، وكشف أيّ ملوثات كيميائية أو معدنية.

المراقبة الصناعية: يمكن للمصانع والمنشآت الصناعية استعمال هذه التقنية لمراقبة الانبعاثات والنفايات، والتأكد من التزامها بالمعايير البيئية.

الاستكشاف الجيولوجي: يمكن استعمالها في تحليل التركيب العنصري للصخور والمعادن، مما يساعد في عمليات الاستكشاف الجيولوجي والتعدين.

تقنية استشعار عن بعد

تُعدّ تقنية CF-Ps-LIPS أحد أنواع "الاستشعار عن بعد" (Remote Sensing)، حيث تُوجَّه أشعة الليزر نحو العينات من مسافة دون الحاجة إلى الاتصال المباشر أو تحضير العينة.

وهذه الميزة تجعلها مثالية للاستعمال في البيئات الخطرة أو التي يصعب الوصول إليها، مثل المناطق الملوثة بشدة أو المواقع الصناعية، كما أنها تقلل من مخاطر التعرض للمواد الخطرة على الباحثين والعاملين في مجال البيئة.

ولفت توفيق أن هذه التقنية تتميز خصوصًا بدقّتها العالية وسرعتها الفائقة، مشيرًا إلى أنه في غضون ثوانٍ، يمكن الحصول على تحليل شامل ودقيق للعناصر الموجودة في العينة، بما في ذلك التركيزات المنخفضة جدًا.

وأكد أن هذه السرعة والدقة تجعلان من هذه التقنية أداة لا تُقدَّر بثمن في اتخاذ القرارات السريعة والمستنيرة في مجال المراقبة البيئية وإدارة الكوارث، ولا سيما في ظل تصاعد ظواهر تغير المناخ.

وأشار أنه في حالات التلوث المفاجئ، يمكن للتقنية أن توفر معلومات حيوية في وقت قياسي، مما يتيح للسلطات اتخاذ الإجراءات الوقائية والعلاجية بفعالية.

ونُشِر هذا البحث في مجلة Scientific Reports التابعة لمؤسسة (Springer nature) الشهيرة المعنية بنشر أحدث الأبحاث المبتكرة في هذا المجال.

واختتم توفيق -تصريحاته إلى منصة الطاقة المتخصصة- بالتأكيد أن هذا البحث يمثّل خطوة عملاقة نحو مستقبل أكثر أمانًا ونظافة بيئيًا، موضحًا أن تطبيق هذه التقنية في الأراضي المصرية سيسهم بشكل كبير في تعزيز جهود التنمية المستدامة ومواجهة تغير المناخ.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..