الواقع أن الصحاري الأكثر قسوة في العالم قد تكون أفضل الأماكن على وجه الأرض لحصاد الطاقة الشمسية ــ المصدر الأكثر وفرة ونظافة للطاقة التي نملكها. فالصحاري واسعة، ومسطحة نسبيا، وغنية بالسيليكون ــ المادة الخام التي تصنع منها أشباه الموصلات التي تصنع منها الخلايا الشمسية ــ ولا تفتقر أبدا إلى ضوء الشمس. والواقع أن أكبر عشر محطات للطاقة الشمسية في مختلف أنحاء العالم تقع جميعها في الصحارى أو المناطق الجافة.

ويتصور الباحثون أنه قد يكون من الممكن تحويل أكبر صحراء في العالم، الصحراء الكبرى، إلى مزرعة شمسية عملاقة، قادرة على تلبية أربعة أمثال الطلب العالمي الحالي على الطاقة. وقد وضعت مخططات لمشاريع في تونس والمغرب من شأنها أن تزود ملايين الأسر في أوروبا بالكهرباء. وفي حين تمتص الأسطح السوداء للألواح الشمسية معظم ضوء الشمس الذي يصل إليها، فإن جزءا ضئيلا فقط (حوالي 15%) من تلك الطاقة الواردة يتحول إلى كهرباء. ويعود الباقي إلى البيئة في هيئة حرارة. وعادة ما تكون الألواح أغمق كثيرا من الأرض التي تغطيها، وبالتالي فإن مساحة شاسعة من الخلايا الشمسية سوف تمتص قدرا كبيرا من الطاقة الإضافية وتنبعث منها في هيئة حرارة، وهو ما يؤثر على المناخ.

استخدمت دراسة أجريت عام 2018 نموذجًا مناخيًا لمحاكاة تأثيرات انخفاض البياض على سطح الأرض في الصحاري بسبب تركيب مزارع شمسية ضخمة. البياض هو مقياس لمدى قدرة الأسطح على عكس ضوء الشمس. على سبيل المثال، الرمل أكثر انعكاسًا من الألواح الشمسية وبالتالي يكون له بياض أعلى. كشف النموذج أنه عندما يصل حجم المزرعة الشمسية إلى 20٪ من المساحة الإجمالية للصحراء، فإنه يؤدي إلى حلقة تغذية مرتدة. تخلق الحرارة المنبعثة من الألواح الشمسية الداكنة (مقارنة بالتربة الصحراوية شديدة الانعكاس) فرقًا حادًا في درجة الحرارة بين الأرض والمحيطات المحيطة مما يؤدي في النهاية إلى خفض ضغط الهواء السطحي ويؤدي إلى ارتفاع الهواء الرطب وتكثيفه في قطرات المطر. مع زيادة هطول الأمطار الموسمية، تنمو النباتات وتعكس الصحراء قدرًا أقل من طاقة الشمس، حيث تمتص النباتات الضوء بشكل أفضل من الرمل والتربة. مع وجود المزيد من النباتات، يتبخر المزيد من المياه، مما يخلق بيئة أكثر رطوبة تتسبب في انتشار النباتات.

قد يبدو هذا السيناريو خياليًا، لكن الدراسات تشير إلى أن حلقة تغذية مرتدة مماثلة أبقت جزءًا كبيرًا من الصحراء الكبرى خضراء خلال فترة الرطوبة الأفريقية، والتي انتهت منذ 5000 عام فقط. لذا، يمكن لمزرعة شمسية عملاقة أن تولد طاقة وفيرة لتلبية الطلب العالمي وفي نفس الوقت تحويل واحدة من أكثر البيئات عدائية على وجه الأرض إلى واحة صالحة للسكن. يبدو مثاليًا، أليس كذلك؟ ليس تمامًا. في دراسة حديثة، استخدمنا نموذجًا متقدمًا لنظام الأرض لفحص كيفية تفاعل مزارع الطاقة الشمسية الصحراوية مع المناخ عن كثب. يأخذ نموذجنا في الاعتبار ردود الفعل المعقدة بين المجالات المتفاعلة لمناخ العالم - الغلاف الجوي والمحيط والأرض ونظمها البيئية. أظهر أنه قد تكون هناك تأثيرات غير مقصودة في الأجزاء النائية من الأرض والمحيط والتي تعوض عن أي فوائد إقليمية على الصحراء نفسها.

إن تغطية 20% من الصحراء الكبرى بمزارع الطاقة الشمسية ترفع درجات الحرارة المحلية في الصحراء بمقدار 1.5 درجة مئوية وفقًا لنموذجنا. وعند تغطية 50%، تكون الزيادة في درجات الحرارة 2.5 درجة مئوية. وينتشر هذا الاحترار في نهاية المطاف في جميع أنحاء العالم عن طريق حركة الغلاف الجوي والمحيط، مما يرفع متوسط درجة الحرارة العالمية بمقدار 0.16 درجة مئوية لتغطية 20%، و0.39 درجة مئوية لتغطية 50%. ومع ذلك، فإن التحول في درجات الحرارة العالمية ليس موحدًا - حيث سترتفع درجة حرارة المناطق القطبية أكثر من المناطق الاستوائية، مما يزيد من فقدان الجليد البحري في القطب الشمالي. وقد يؤدي هذا إلى تسريع الاحترار، حيث يكشف ذوبان الجليد البحري عن المياه الداكنة التي تمتص المزيد من الطاقة الشمسية. يعمل هذا المصدر الجديد الهائل للحرارة في الصحراء الكبرى على إعادة تنظيم دوران الهواء والمحيط العالمي، مما يؤثر على أنماط هطول الأمطار في جميع أنحاء العالم.

إن النطاق الضيق من الأمطار الغزيرة في المناطق الاستوائية، والذي يمثل أكثر من 30٪ من هطول الأمطار العالمي ويدعم الغابات المطيرة في حوض الأمازون والكونغو، يتحول شمالا في عمليات المحاكاة لدينا. بالنسبة لمنطقة الأمازون، فإن هذا يسبب الجفاف مع وصول كمية أقل من الرطوبة من المحيط. كما أن نفس الكمية تقريبًا من الأمطار الإضافية التي تهطل على الصحراء الكبرى بسبب تأثيرات الألواح الشمسية على تعتيم السطح تضيع من الأمازون. كما يتوقع النموذج المزيد من الأعاصير المدارية التي تضرب سواحل أمريكا الشمالية وشرق آسيا. لا تزال بعض العمليات المهمة مفقودة من نموذجنا، مثل الغبار المنبعث من الصحاري الكبيرة. الغبار الصحراوي، الذي تحمله الرياح، هو مصدر حيوي للمغذيات للأمازون والمحيط الأطلسي. لذا فإن الصحراء الأكثر خضرة قد يكون لها تأثير عالمي أكبر مما اقترحته عمليات المحاكاة لدينا. لقد بدأنا للتو في فهم العواقب المحتملة لإنشاء مزارع شمسية ضخمة في صحاري العالم. إن الحلول مثل هذه قد تساعد المجتمع على التحول من الطاقة الأحفورية، ولكن دراسات نظام الأرض مثل دراستنا تؤكد على أهمية النظر في الاستجابات العديدة المترابطة للغلاف الجوي والمحيطات وسطح الأرض عند فحص فوائدها ومخاطرها.