دمای متوسط زمین در طول قرن گذشته تقریباً 0/5درجه‌ی سانتی‌گراد افزایش یافته است. دانشمندان انتظار دارند که در طول 100 سال آینده، متوسط دمای زمین 1/5 تا 3/5درجه‌ی سانتی‌گراد افزایش یابد. همین مقدار می‌تواند آب و هوای زمین را به طور بی سابقه‌ای تغییر دهد. ممکن است تغییرات بزرگی در سطح آب اقیانوس‌ها، مزارع کشاورزی، و هوایی که تنفس می‌کنیم یا آبی که می‌نوشیم، رخ دهد. یکی از مهم‌ترین عوامل در تغییر اقلیم جهان امروزه گازهای گلخانه‌ای هستند. مهم‌ترین این گازها عبارت‌اند از: کربن دی اکسید، اکسید ازت، کلرو فلوئورکربن و متان که پرتوهای موج بلند را در جو زمین محبوس می‌کنند. یکی از فرضیه‌ها مربوط به افزایش مقدار کربن دی اکسید ناشی از سوزاندن سوخت‌های فسیلی است. میانگین دمای کره‌ی زمین طی سال‌های اخیر افزایش یافته است. این افزایش دما باعث ذوب شدن یخ‌های قطبی و بالا آمدن آب اقیانوس‌ها می‌شود. دانشمندان هشدار داده‌اند که افزایش گازهای گلخانه‌ای حیات مرجان‌ها و بسیاری از گونه‌های ماهی‌ها و جانداران دریا را تهدید می‌کند. دی اکسید کربن اضافی در هوا ناشی از سوختن سوخت‌های فسیلی، نه تنها سبب تغییرات آب‌وهوایی می‌شود، بلکه اسیدی شدن بیشتر اقیانوس‌ها را به دنبال دارد و حیات دریایی را که در از بین بردن دی اکسید کربن جو مؤثر است نیز، در معرض خطر قرار می‌دهد. در این نوشتار، ابتدا تأثیر پدیده‌ی اثر گلخانه‌ای بر اکوسیستم زمین و موجودات زنده و هم چنین رابطه‌ی میان این پدیده را با گرمایش جهانی و حفره‌ی ازون بررسی می‌کنیم و سپس به تحلیل عوامل مؤثر در گرمایش زمین می‌پردازیم. در آخر نیز راهکارهایی را که برای جلوگیری از ادامه‌ی روند گرمایش زمین توسط دانشمندان پیشنهاد شده‌اند، بررسی می‌کنیم.

گازهایی را که موجب روی دادن اثر گلخانه‌ای در جو می‌شوند، [گاز گلخانه‌ای] می گویند. این گازها می‌توانند تا مدت زیادی حرارت را در خود نگه دارند. امروزه افزایش ورود بیش از حد گازهای گلخانه‌ای به جو زمین باعث افزایش دمای زمین شده است. از مهم‌ترین این گازها می‌توان بخارآب [60 درصد]، دی اکسید کربن [26 درصد] و متان را نام برد. دیگر گازهایی که اهمیت کمتری دارند عبارت‌اند از: اکسید نیتروژن، سولفید هگزافلوراید، هالوکربن ها مثل فرئون و دیگر کلروفلوئورکربن ها. موارد زیر از جمله فعالیت‌های صنعتی و کشاورزی انسان‌هاست که سبب افزایش این گازها می‌شوند:

  1. سوخت‌های فسیلی و جنگل زدایی  افزایش دی اکسید کربن.
  2. چرای دام‌ها و کشت‌های غرقابی مثل برنج افزایش غلظت متان.
  3. استفاده از [CFC کلرو فلوئور کربن‌ها] در یخچال، فریزر و مبرودها.

دی اکسید کربن را می‌توان مهم‌ترین گاز گلخانه‌ای دانست. زیرا حجم بیشتری از آن در جو وجود دارد. احتراق سوخت‌های فسیلی [زغال سنگ، نفت و گاز] دلیل اصلی ازدیاد بیش از حد دی اکسید کربن است. اما برخی دیگر از دانشمندان با این نظر مخالف‌اند. آن‌ها می گویند که مطالعات انجام شده عموماً بر پایه‌ی مدل سازی های رایانه‌ای است و آب و هوای زمین بسیار پیچیده‌تر از آن است که بتوان رفتار آن را پیش بینی کرد. مطالعاتی که در سال 2001 توسط گروهی از محققان انگلیسی انجام شد، نشان می‌دهد که طبق اطلاعات ماهواره‌ای 30 سال گذشته، تشعشعی که از زمین به فضا فرستاده می‌شود، کاهش یافته است. این یعنی اثر گلخانه‌ای هم گام با تولید بیشتر گازهای گلخانه‌ای، افزایش پیدا کرده است. معاهده‌ی [کیوتو] با هدف موظف ساختن کشورهای جهان به کاهش اثرات گازهای گلخانه‌ای و پی آمدهای منفی گرم شدن زمین، میان کشورهای جهان به امضا رسید.

در این معاهده مشخص شده است که تا چه سالی و تا چند درصد از گازهای گلخانه‌ای باید کاسته شود. گازهای موردنظر در این معاهده عبارت‌اند از: دی اکسید کربن، متان، اکسید نیتروژن، سولفورهگزافلوراید،HFC ها و PFC ها.

گازهای گلخانه‌ای
به دقت به سمت راست نمودار شکل 1 نگاه کنید. سطح کربن دی‌اکسید در اتمسفر به‌طور ناگهانی افزایش پیدا می‌کند و از پایان عصر یخبندان [12 هزار سال پیش] به تدریج تا حدود PPM 280 در سال 1880 افزایش می‌یابد. این بالاترین میزان در طول تاریخ است، اما الگوی ثابتی دارد. در طول 60 هزار سال گذشته، غلظت گاز CO2 هرگز بیشتر از PPM 300 نبوده است. تا سال 2004 که به PPM 379 رسید.

شكل 1- نمودار غلظت كربن دی‌اكسيد طي چند هزار سال
شكل 1- نمودار غلظت كربن دی‌اكسيد طي چند هزار سال

چه چیز عامل این افزایش ناگهانی است؟ علت آن سوزاندن سوخت‌های فسیلی، یعنی زغال‌سنگ، نفت و گاز از زمان انقلاب صنعتی است. آینده‌ی آب و هوای زمین خیلی وخیم پیش‌بینی می‌شود. اما رابطه‌ی بین سطح گاز CO2 در جو و دما شناخته شده است. این هشداری است که به ما می‌گوید ما در آغاز عصری گرم‌تر هستیم. در اولین نگاه ممکن است به نظر برسد که ما فقط در یک دوره‌ی زمانی الگویی متناوب قرار داریم. اما اینجا یک تفاوت خیلی مهم مشاهده می‌شود: غلظت گاز CO2 بهصورت باورنکردنی بیشتر از هر دوره‌ی دیگری است. مردمان گذشته متأثر از اقلیم و آب و هوا بوده‌اند و امروزه نیز همین‌طور است. دمای سرتاسر جهان در حال افزایش است. دهه‌ی 1990گرم‌ترین دهه در طول هزاران سال گذشته بوده است.

دمای سطح آب دریاها به اندازه‌ی 0/5 تا 0/8 سانتیگراد افزایش یافته است و در طول سال‌های 1961 تا،2003 دمای اقیانوس‌ها به اندازه‌ی 0/1 درجه از سطح تا عمق 700 متری زیر دریاها افزایش یافته است. جهان در 100 سال گذشته 0/47 درجهی سانتی‌گراد گرم‌تر شده است. پیش‌بینی می‌شود میانگین دمای جهان تا پایان قرن،21 چهار درجه‌ی سانتی‌گراد افزایش یابد. این گرم شدن چند درجه در مقایسه با گرمایش روزانه یا تنوع گرمایی که فصل‌ها دارند، به نظر بی‌اهمیت می‌آید. اگرچه این تغییرات خیلی بیشتر از تغییرات تجربه شده در طول 10 هزار سال گذشته از زمان افزایش فرهنگ شهرنشینی تاکنون بوده است. زمین در طول 4/6 میلیارد سال عمر خود تغییرات اقلیمی فراوانی را دیده است، اما تغییرات کنونی که به علت سوزاندن سوخت‌های فسیلی توسط انسان است، اهمیت بیشتری دارد. در ادامه مواردی را ذکر می‌کنیم که اهمیت توجه به این هشدارها را نشان می‌دهند:

آب شناسی و یخچال‌های طبیعی: یخچال‌ها در حال ذوب شدن هستند و پوشش یخی آنها در حال کاهش است. با ذوب یخ‌ها، زیست محیط دریاها تغییر می‌کند.

دریاهای یخی: گرمایش زمین باعث کاهش دریاهای یخی و نازک شدگی لایه‌های یخی آنها می‌شود. علاوه بر این، گرم شدن سطح زمین باعث افزایش مقدار [امواج گرمایی] و گرمایش لایه‌های پایینی جو و گرمای اقیانوس‌ها، کاهش دوران سرما، ذوب شدن یخچال‌های طبیعی، عقب‌نشینی دریاهای یخی و افزایش سطح آب دریاها در حدود 10 تا 20 سانتیمتر و در برخی مناطق، باعث افزایش باران‌های سیل‌آسا و برعکس در برخی مناطق باعث کاهش آن می‌شود.

حیوانات: گرمایش زمین باعث تغییر در فراوانی گونه‌های جانوری و یا تغییر محدوده‌ی زندگی و فعالیت‌های زیستی شامل تکثیر، مهاجرت، ساختار بدنی و شکل‌های سازش آنها می‌شود.

گیاهان: گرمایش زمین عامل تغییر در فراوانی، تنوع، و همچنین تغییر در پدیده‌های زیستی گیاهان، مانند تغییر در رشد آنهاست.

سلامت افراد: یکی دیگر از نتایج تغییر اقلیم، تأثیر آن بر سلامت افراد است. [سازمان برآورد سلامتی جهان] در [گزارش سلامتی جهان  سال2002] تخمین زده که تغییرات آب‌وهوا عامل تقریباً 2/4 درصد ابتلا به بیماری اسهال و 6 درصد ابتلا به بیماری مالاریا در کشورهای متوسط جهان است. به علت فراگیری تغییرات اقلیمی، بیماری‌های عفونی مانند مالاریا یا مننژیت، اثرات مخربی روی سلامت بشر و گسترش مشکلات اقتصادی اجتماعی بزرگ در سایر نقاط جهان دارد. در چهارمین گزارش برآورد سلامتی که در سال 2007 توسط [طرح بین‌المللی تغییرات آب‌وهوایی] [IPCC] صورت گرفت می‌گوید: [فعالیت‌های بشری عامل جدیدی در گرمایش زمین در طول 50 سال گذشته بوده است]. فعالیت‌های انسانی باعث افزایش چهار گاز گلخانه‌ای به شرح جدول 1 شده است.

جدول 1- درصد گازهای گل خانه‌ای موجود در جو زمين
جدول 1- درصد گازهای گل خانه‌ای موجود در جو زمين

همه‌ی این گازها دارای ویژگی [ظرفیت گرمایش زمین] هستند. محققان هم اکنون تشخیص داده‌اند که در طول چند هزار سال، سطح این گازها به‌طور معناداری افزایش پیدا کرده است. در طول دوره‌ی انقلاب، این افزایش در اثر سوزاندن سوخت‌های فسیلی [زغال‌سنگ] در حجم‌های بالا برای به‌کار انداختن موتورهای بخار، صنعت، تولید برق و گرم کردن خانه‌ها شروع شده است.

در نمودار 2 مشاهده می‌شود که مصرف کربن دی‌اکسید، نیتروژن اکسید و متان به‌طور چشمگیری از سال 1800 افزایش یافته است، اما امروزه استفاده از سوخت‌های فسیلی برای تولید انرژی برق هزار انبار کمتر از مقداری است که در دهه‌ی 1800 بوده است. گاز متان که حاصل فرایند پوسیدگی است، علیرغم درصد کم در مقایسه با دی‌اکسید کربن، 5 تا 10 برابر مستعدتر از این گاز در جذب حرارت است. متان در جو سالانه یک درصد افزایش می‌یابد که دو برابر درصد افزایش دی‌اکسید کربن است. گاز متان در اثر فعالیت‌هایی نظیر شالی‌کاری، دامداری، تخلیه‌ی گازهای طبیعی در [بیومس] دفع زباله‌ها، و مصرف انواع سوخت تولید می‌شود. تقریباً 90 درصد متان موجود در جو تحتانی در فعل و انفعالات شیمیایی با []hydroxyl radicals نابود می‌شود. اگرچه میزان این ماده در جو زمین بسیار کم است، اصلی‌ترین عامل از بین رفتن متان جو محسوب می‌شود. ماده‌ی hydroxyl radicals در اثر تجزیه‌ی بخار آب و واکنش‌های شیمیایی بین بخارآب و سایر گازهای موجود در جو تولید می‌شود. گاز NO2 نیز از گازهای گلخانه‌ای مؤثر است که 150 تا 180 سال در جو باقی می‌ماند و به‌طور طبیعی تا جو فوقانی بالا می‌رود و باعث تخریب لایه‌ی ازون می‌شود. درصد افزایش آن در سال 0/2 تا 0/3 درصد است و بیشتر در مناطق حاره‌ای تولید می‌شود، ولی به‌طور تخمینی 20 درصد آن در اثر کودها و محصولات شیمیایی و احتراق سوخت‌های فسیلی به وجود می‌آید. کاتالیزگرها در کنترل انتشار این گاز نقش مؤثری دارند. استفاده از کودها برای رشد ذرت، یکی از عمده‌ترین عوامل انتشار اکسیدهای نیتروژن است. به‌طور کلی، حدود 28 درصد از انرژی تابشی نخست توسط ابرها و تا حدودی عوامل موجود بر سطح زمین به فضا برمی‌گردد. مقدار کمتری نیز به وسیله‌ی اجسام داخل جو منعکس می‌شود.

این انعکاس 28 درصد، به [آلبیدو] زمین معروف است. از 72 درصد انرژی تابشی خورشید که مستقیماً منعکس نمی‌شود، حدود یک چهارم آن توسط گازهای متفاوت جو و سه چهارم به وسیله‌ی سطح زمین جذب می‌شود. با وجود جذب تنها نیم میلیاردم انرژی خورشید توسط زمین، خورشید مؤثرترین عامل تغییرات جوی زمین است و با کاهش گرمای خروجی خورشید از تولد زمین تا به حال به میزان یک سوم، دمای سطح زمین همچنان در یک محدوده‌ی باریک ثابت مانده است.

شكل 2- نمودارغلظت گازهای گلخانه‌ای در طول 20.000سال
شكل 2- نمودارغلظت گازهای گلخانه‌ای در طول 20.000 سال

افزایش میزان کربن دی اکسید
تولید کربن دی‌اکسید به دست انسان‌ها که باعث شده است، سیستم طبیعی زمین در آن غرق شود و قادر به تحمل حجم CO2 تولید شده نباشد. این حجم CO2 چرخهی طبیعی کربن را در طبیعت دچار مشکل کرده است. روند رشد اقتصادی جهان باعث تولید حجم زیادی کربن دی‌اکسید شده است که باید آن را مدیریت کرد. افزایش CO2 [مقدار PPM 280] بیش از افزایش سایر گازها از زمان شروع انقلاب صنعتی بوده است. افزایش جهانی CO2 در سال 2007 سومین افزایش سالانه از زمان اندازه‌گیری در سال 1958 است که نشان می‌دهد 20 درصد بیشتر از مقدار متوسط سالانه بوده است. آمریکا بزرگ‌ترین تولیدکننده‌ی کربن دی‌اکسید در جهان است. در شکل 3 مقدار تولید کربن دی‌اکسید کشورهای گوناگون نشان داده شده است.

اثر گلخانه‌ای و تأثیر آن بر گرمایش جهانی
گرمایش جهانی بیان می‌کند که جو زمین در حال گرم شدن است. این گرما یکی از انواع عوامل تغییردهنده‌ی اقلیم کره‌ی زمین در گذشته بوده است و در آینده نیز ادامه خواهد داشت. چرا گرمایش جهانی مهم است؟ افزایش گرما می‌تواند روی فعالیت‌های انسان شامل محل زندگی، غذاها، رشد و نمو گیاهان و ارگانیسم‌ها تأثیرگذار باشد. برای فهمیدن تأثیر آن ما مجبوریم که مقدار گرما شدن زمین را بدانیم. چه مدت طول کشیده که زمین گرم شده و عوامل گرمایش چه بوده است؟ پاسخ به این سؤالات به تصمیم‌گیری بهتر در مورد عوامل دیگری مثل منشأ آب و هوا و محصولات کشاورزی کمک می‌کند. در تعیین درجه‌ی حرارت جهان سه عامل مهم‌تر از سایر عوامل هستند: تغییرات شدت تابش نور خورشید که با شمارش لکه‌های خورشیدی اندازه‌گیری شده است. تراکم گاز کربن دی‌اکسید هوا. اثر ذرات کوچک معلق در هوا.

شكل 3- مقدار گاز كربن دی‌اكسيد توليد شده توسط كشورهای گوناگون جهان
شكل 3- مقدار گاز كربن دی‌اكسيد توليد شده توسط
كشورهای گوناگون جهان

مطالعه بخش دوم «گرمایش جهانی چیست و چگونه می‌توان آن را کنترل کرد؟»

این مطلب اولین بار در فصلنامه رشد آموزش زمین شناسی به قلم حمید حجتی منتشر شده است.