برای برآورد و اندازه گیری دقیق میانگین جهانی دما از شاخص‌های اقلیمی و هواشناسی مختلفی استفاده می‌شود اما بررسی دما و تغییرات دمایی گذشته زمین با ادواتی نظیر دماسنج میسر نبود بلکه شواهدی همچون مغزه‌های یخی و گرده‌های گیاهی، حلقه‌های درختی استفاده می‌شده است. بررسی تغییرات دمای گذشته نشان می‌دهد از دهه ۱۹۰۰ دمای زمین روند افزایشی داشته شکل ۱ دماهای جهانی افزایشی حدود ۰/۸ درجه سانتیگرادی از ۱۹۱۰ تا ۲۰۰۵ را نشان می‌دهند (چهارمین ارزیابی)IPCC بااینحال این افزایش دما بین سالهای ۱۹۱۰ و ۱۹۴۰ بیشترین شدت را داشته؛ سپس بعد از دوره‌ی سرمایش ۴۰ ساله، جهان مجدد روند افزایش دما را تجربه کرده است.

شکل 1- تغییرات در دمای سطحی زمین-سطح دریاها و پوشش برفی نیمکره شمالی مارس-آوریل. با توجه به دوره 1961-1990
شکل ۱- تغییرات در دمای سطحی زمین-سطح دریاها و پوشش برفی نیمکره شمالی مارس-آوریل. با توجه به دوره ۱۹۶۱-۱۹۹۰

بررسی‌ها نشان داده است گرمایش جهانی و افزایش دما در تمامی نواحی کره زمین در حال رخ دادن است، البته نواحی مختلف با درجاتی متفاوت از گرمایش روبه‌رو هستند. همانگونه که در شکل ۲ نشان داده‌شده است. شکل ۴ نشان می‌دهد از ۱۹۸۷ تاکنون در هر دهه یخ‌های قطبی ۵ درصد گذشته به ۱۰ کاهش حجم داشته‌اند؛ البته بررسی‌ها نشان می‌دهد این روند کاهشی در ۱۰ سال گذشته به ده درصد در هر دهه رسیده است. پوشش یخ در نیمکره شمالی در سال‌های اخیر بیش از ۵۰ درصد کاهش داشته است. (شکل ۱ و ۵) سیگنال گرم شدن زمین در خشکی‌ها شدیدتر از اقیانوس‌هاست که به علت تأخیر زمانی در اقیانوس‌هاست.

شکل 2- تغییر دمای جهانی اقیانوسی و قاره‌ای در قرن 20 از مشاهدات و مدل-های اقلیمی. منحنی پایین‌تر مدل‌هایی را نشان می‌دهد که فقط واداشت تابشی طبیعی ناشی از فعالیت خورشیدی و آتشفشانی را شامل می‌شوند؛ درحالی‌که منحنی بالا مدل‌هایی را نشان می‌دهد که واداشت‌های انسانی به عنوان مثال گازهای گلخانه‌ای و واداشت‌های طبیعی را دربرمی گیرند.
شکل ۲- تغییر دمای جهانی اقیانوسی و قاره‌ای در قرن ۲۰ از مشاهدات و مدل-های اقلیمی. منحنی پایین‌تر مدل‌هایی را نشان می‌دهد که فقط واداشت تابشی طبیعی ناشی از فعالیت خورشیدی و آتشفشانی را شامل می‌شوند؛ درحالی‌که منحنی بالا مدل‌هایی را نشان می‌دهد که واداشت‌های انسانی به عنوان مثال گازهای گلخانه‌ای و واداشت‌های طبیعی را دربرمی گیرند.

افزایش دمای میانگین سطح موجب افزایش دمای سطح آب‌شده درنتیجه بین سال‌های ۱۹۶۱ تا ۲۰۱۳ حدود ۲ میلیمتر افزایش حجم گزارش‌شده است. حدود ۴۰ درصد افزایش حجم در اقیانوس‌ها به دلیل ذوب یخچال‌های کوهستانی و ۲۰ درصد به دلیل ذوب یخ‌های گرینلند و صفحات یخ قطب جنوب بوده است تغییرات اقلیم در ۱۰۰ سال اخیر در ارتباط با گازهای گلخانه‌ای بوده که در انقلاب صنعتی و کشاورزی قرون ۱۸ و ۱۹ تولید آنها از سوی انسان افزایش یافت. مهم‌ترین گاز گلخانه‌ای دی‌اکسید کربن است که در ۲۰۱۰ سطح آن به ۳۹۰ رسید؛ درحالی‌که پیش از انقلاب صنعتی ۲۷۰ ppm بود بررسی مغزه‌های یخی نشان داده است در طول هولوسن مقدار دی‌اکسید کربن تا دوره‌ی ماقبل صنعتی به‌طور قابل ملاحظه‌ای ثابت بوده است؛ درحالیکه در ۷۵۰۰۰۰ سال گذشته در دوره‌ی یخچالی ppm 180 و در دوره‌های بین یخچالی ppm 290 بوده است. آب‌وهوای عصر حاضر در حالت تعادل نیست، بنابراین تداوم افزایش دی‌اکسید کربن می‌تواند تغییرات عمدهای در اقلیم زمین ایجاد کند.

شکل 3- واداشت تابشی خورشیدی نابهنجار و انسانی (وات بر مترمربع) سامانه‌ی اقلیم در 2005 شامل هواویزها آتشفشانی نمی‌شد. واداشت تابش خالص در 2005 حدود 1/6 وات بر مترمربع بود که می‌توان آن را با میانگین طولانی‌مدت واداشت تابش خورشیدی 342 وات بر مترمربع مقایسه کرد.
شکل ۳- واداشت تابشی خورشیدی نابهنجار و انسانی (وات بر مترمربع) سامانه‌ی اقلیم در ۲۰۰۵ شامل هواویزها آتشفشانی نمی‌شد. واداشت تابش خالص در ۲۰۰۵ حدود ۱/۶ وات بر مترمربع بود که می‌توان آن را با میانگین طولانی‌مدت واداشت تابش خورشیدی ۳۴۲ وات بر مترمربع مقایسه کرد.

شکل ۳ واداشت تابشی مرتبط با گازهای گلخانه‌ای ازن و هواویزها را نشان می‌دهد. هرچند مشاهده می‌شود که عوامل زیادی در تغییر اقلیم مؤثرند اما اثر گازهای گلخانه‌ای نسبت به سایر عوامل بیشتر است. واداشت تابشی در سطح زمین از ۱/۶ وات بر مترمربع (۲۰۰۵) در مقایسه با شار تابش خورشیدی ناچیز است. بااین‌حال، این شار اضافی  در قله‌ی جو تقریباً افزایش خواهد یافت مگر اینکه افزایش غلظت گازهای گلخانه‌ای انسان‌ساخت تثبیت و متوقف شود.

بررسی افزایش گازهای گلخانه‌ای ناشی از فعالیت‌های انسانی از طریق فرآیندهای IPCC درک ما درباره سیستم اقلیم را بهبود بخشیده است شکل ۵ و ۶ در حالت خاص سامانه‌ی اقلیم را یک سامانه‌ی حساس به تغییرات کوچک واداشت تابشی نشان داده است؛ بنابراین احتمال آن وجود دارد که تغییرات اندک در مقدار تابش خروجی خورشید بتواند اثرات زیادی بر آب‌وهوای زمین داشته باشد مثلا سیکل ۱۱ سالهی لکه‌های خورشیدی که با تغییر در تابش خروجی خورشید ۰/۳ وات بر مترمربع همراه است. گفتنی است؛ لکه‌ی خورشیدی بر روی سطح فوتوسفرند که براثر فعالیت‌های شدید مغناطیسی به وجود می‌آیند که مانع از انتقال گرما می‌شوند، این نواحی به علت کاهش درجه‌ی حرارت سطح به وجود می‌آیند.

شکل 4- ذوب یخ‌های منطقه گرینلند. a» میزان پوشش یخ دریایی قطب در تابستان سال 1979. b» میزان پوشش یخ دریایی قطب در تابستان سال 2003
شکل ۴- ذوب یخ‌های منطقه گرینلند. a» میزان پوشش یخ دریایی قطب در تابستان سال ۱۹۷۹. b» میزان پوشش یخ دریایی قطب در تابستان سال ۲۰۰۳

لکه‌های خورشیدی رفتار منظم ۱۱ ساله دارند که در پنج و نیم سال افزایش می‌یابند و در پنج و نیم سال کاهش می‌یابند و فرم پروانه‌ای دارند. از حدود ۳۰ درجه خورشیدی شروع و به سمت استوای خورشیدی قطع می‌شوند. لکه‌ها مناطقی هستند که بارنگ تیره‌تر دیده می‌شوند و دارای دمای پایین‌تری از حد معمول خورشید ۶۸۰۰ درجه سانتی‌گراد هستند. هرگاه میزان لکه‌ها بیشتر بیشتر شود، ورودی گرما به زمین بیشتر خواهد بود. نیروی مغناطیسی در این لکه‌ها ۱۰۰ برابر بیشتر از سطح خورشید است و از آنطرف، وقتی نیروی مغناطیسی خورشید قویتر شود، مقاومت مغناطیسی زمین در مقابل ورود ذرات و جذب انرژی کمتر می‌شود.

شکل 5- تأثیر عوامل انسانی بر افزایش گازهای گلخانه‌ای
شکل ۵- تأثیر عوامل انسانی بر افزایش گازهای گلخانه‌ای

خود این لکه‌ها به علت حرکات همرفتی پایه‌ی خورشیدی است عصر یخبندان کوچک LIA را با همین لکه‌ها تفسیر می‌کنند؛ زمانی که این لکه‌ها در سطح خورشید وجود نداشته باشند؛ دوره سرد ایجاد می‌شود. به وجود آمدن لکه‌های خورشیدی از سالی به سال دیگر تغییر می‌کند؛ گاهی بیش از صد لکه و برخی از سالها تا کمتر از ۱۰ لکه ظاهر می‌شود. هر ۱۱ سال یکبار تعداد لکه‌ها به حداکثر می‌رسد و خورشید به‌صورت جسمی پر لکه درمی‌آید؛ سپس لکه‌ها به حداقل بدون  می‌رسد و خورشید حالت تقریباً لک پیدا می‌کند. در مرکز خورشید دما تقریباً به ۱۴ میلیون سانتیگراد می‌رسد، بنابراین بخشهایی از خورشید تیره‌تر به نظر می‌رسند علت تیرگی آن، درخشش کمتر گازهای سرد نسبت به گازهای گرمتر است که به‌صورت تیرگی بر سطح خورشید ظاهر می‌شوند و این بخش تیره را لکه یا کلف می‌نامند. خورشید هر ۲۵ روز یکبار به دور خود می‌چرخد، علت گرمای زیاد اطراف این لکه‌ها این است که در مجاورت این کلف‌ها یا لکه‌ها انفجارهایی رخ می‌دهد و انرژی زیادی تولید می‌کند. این انفجارها شراره نامیده می‌شوند و با نور بسیار می‌درخشند، وقتی امواج این انفجارها با زمین برخورد می‌کند، حتی قطب‌نماهای هواپیماها و کشتی‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهند.

شکل 6- تأثیر عوامل انسانی بر افزایش گاز Co2
شکل ۶- تأثیر عوامل انسانی بر افزایش گاز Co2

سطح خورشید در مجاورت لکه‌های خورشیدی توفانی می‌شود و هرچند وقت یکبار قسمتی از سطح خورشید که نزدیک کلف‌های خورشیدی قرار دارند، بسیار داغ شده و به-صورت زبانه خارج می‌شوند و ماده‌ی گازی داغ به فضا شلیک می‌کند و فوران خورشیدی را به وجود می‌آورد. علاوه بر این، به خوبی مشخص شده است که هواویزهای آتشفشانی تا چندین سال می‌توانند اثر عمدهای بر کاهش تابش رسیده به سطح زمین بگذارند. تغییرات در ترکیب جو – ذرات معلق هوا و تابش خورشیدی و چرخه‌های میلانکوویچ نقش مهمی در آب‌وهوای زمین دارند.

شکل 7- لکه‌های خورشیدی
شکل ۷- لکه‌های خورشیدی

ادامه مطلب تغییر اقلیم

  1. بخش اول
  2. بخش دوم
  3. بخش سوم
  4. بخش چهارم
  5. بخش پنجم
  6. بخش آخر

این مطلب اولین بار در ماهنامه علوم زمین و معدن به قلم سحر ملکی منتشر شده است.