مقدمه
اثرات گلخانهاي يك پديدة طبيعي است كه نقش عمدهاي را در شكل گيري آب و هواي زمين ايفاء ميكند. اين پديده گرماي نسبي و محيط مناسبي را در نزديكي سطح زمين جايي كه بشر و ديگر موجودات زنده قادر به رشد و توسعه و بالندگي هستند، فراهم ميكند.
اين يكي از فرايندهاي وسيع بيولوژيكي، شيميايي و فيزيكي است كه در تعيين اقليم زمين دخالت دارد. اقليم، چه براي سرتاسر كره خاكي و يا براي يك كشور و يا نقطة خاص، غالبا بصورت تركيب آب و هواي ثبت شده در يك دورة زماني طولاني مدت بيان ميگردد. اقليم در اصطلاح ميانگينهاي طولاني مدت و ديگر دادههاي آماري شرايط آب و هوايي شامل فراوانيهاي حوادث متعدد بيان ميگردد. اقليم بسيار متفاوت اتز آمار است. تنها يك الگوي هوايي روز به روز تغيير كرده و علاوه براين شرايط آب و هوايي در يك محدودة زماني ساليانه، يك دهه، و قرنها تا ميليونها سال بسته به تاريخ زمين شناسي زمين بسيار متغيير است. اين تغييرات طبيعي، منتج از هم فاكتورهاي داخلي و هم خارجي سيستم آب و هوايي، مربوط به ماهيت خود اقليم ميباشد.
ولي تمامي تغييرات در آب و هوا بواسطة فرايندهاي طبيعي نيست. بشر نيز در اين تغييرات نقش دارد. توسعه شهرها و تغييرات الگوهاي كاربري اراضي توسط انشان باعث تغييرات آب و هوايي در مقياس محدود ميگردد. بواسطة محدوده اي از فعاليتها از زمان انقلاب صنعتي در اواسط قرن 19 همچون استفاده از سوختهاي فسيلي و قطع درختان جنگلي در مقياس وسيع و تغييرات كاربري اراضي، انسانها در افزايش اثرات گلخانهاي طبيعي نقش داشتهاند. افزايش اثرات گلخانهاي ناشي از افزايش غلظت گازهاي گلخانهاي اتمسفر مثل دياكسيد كربن و متان بوده و به شكل وسيعي عامل افزايش محسوس ميانگين دماي جهاني در طول قرن بيستم ميباشد.
رابطة بين افزايش اثرات گلخانهاي و تغييرات آب و هوا در دنيا يك رابطة سادهاي نيست. نه تنها غلظت گازهاي گلخانهاي در اتمسفر را افزايش ميدهد، بلكه غلظت آلايندههاي اقيانوسها، خاك و بيوسفر(زيست كره) را نيز افزايش ميدهد. اين اثرات تاكنون كاملا شناخته نشده است. علاوه براين مكانيسمهاي بازخورد پيچيده در داخل سيستم آب و هوايي ميتواند تغييرات آب و هوايي ناشي از اثرات گلخانهاي را تشديد و يا حتي آن را بياثر كند.
مكانيسمهاي اقليم (آب و هوا)
فاكتورهاي اصلي تعيين الگوهاي آب و هوا در زمين را ميتوان در موارد زير توصيف كرد:
• شدت تابش خورشيدي، كه درجه حرارت سيارة زمين را مشخص ميكند،
• كروي شكل بودن زمين و جهت محور آن،
• اثرات گلخانهاي تبخير آب و ديگر گازهاي با خاصيت تشعشعي،
• فرايندهاي بيولوژيكي، شيميايي و فيزيكي مختلف كه در سيستم اقليم بيوسفر، ژئوسفر و اتمسفر اتفاق ميافتد مخصوصا:
تعادل انرژي در سرتاسر كره زمين
چرخة آب در طبيعيت
سيكل كربن در طبيعت و ديگر سيكلهاي بيوشيميايي،
• چرخش زمين كه به شكل اساسي در مقياس بالا الگوهاي چرخش حرارتي را در اتمسفر و اقيانوسها تعيين ميكند. و
• توزيع قاره ها و اقيانوسهات.
موازنة تابش در كرات
اثرات غالب بر درجه حرارت كلي در داخل هر سيارة شدت تابش خورشيدي، فاصلة كرات تا خورشيد و است، ضريب آلبيدو يا ضريب انعكاس تابش خورشيدي است. مقدار تابش خورشيدي مربوط به زمين (تقريبا 1360 وات مترمربع در ميانگين سالانه) و ضريب آلبيدو تقريبا 3/0 ميباشد. محاسبة درجه حرارت سيارهاي زمين به سادگي ميسر است با توجه به اينكه تابش مادون قرمز(طول موج) ساتع شده به فضا از سياره به نسبت توان چهارم درجه حرارت مطلق آن است. با برابر قرار دادن تابش ساتع شده (طول موج بلند) با تابش چذب شده (طول موج كوتاه)، ميتوان درجه حرارت كرة زمين را برآورد كرد. كه بدون درنظر گرفتن اثرات ديگر ميانگين درجه حرارت كرة زمين 18 درجه سانتيگراد(255 درجه كلوين) است. اين مقدار براي سيارة ونوس 46- درجه سانتيگراد و براي مريخ 57- درجه سانتيگراد ميباشد. (شكل زير)
شكل شمارة 1: سيستم گرماي تابش خورشيدي كرات زمين، مريخ و ونوس
شكل زمين
بدليل كروي بودن شكل زمين، مناطق استوايي، جايي كه خورشيد عمودي ميتابد، تابش خورشيدي بيشتري را در هر مترمربع از زمين دريافت ميكنند. اگر هر مدار عرض جغرافيايي در تعادل تابش خورشيدي باشند (يعني دريافت و بازتاب تابش با هم برابر باشند) كمربند استوايي دماي بيش از 100 درجه سانتيگراد را در نزديكي ظهر خورشيدي دريافت كرده و قطبين داراي دماي نزديك به صفر مطلق (يعني 273- درجه سانتگراد) خواهد بود. هرچند، در جهان واقعي سيكلهاي اقيانوسي و اتمسفري گرما را از استوا به سمت قطبين منتقل ميكند. كه به شكل اساسي گراديان دما را به سمت قطبين كاهش ميدهد. (شكل شمارة 2).
شكل شمارة 2: شماتيك توزيع گرما در عرضهاي جغرافيايي و ورود تابش با طول موج بلند و خروج تابش با طول موج كوتاه از كرة زمين.
اثرات گلخانهاي
زمين به شكل يك توپ جامد سادهاي نيست كه هميشه ما آن را در ذهن خود تصور ميكنيم. زمين توسط يك لاية نازك هوا در اطراف آن محصور شده است و بواسطة نيروي ثقل زمين نگه داشته شده و قسمت اعظم اين هوا را نيتروژن (78%) و اكسيژن (21%) تشكيل ميدهد. (شكل 3).
شكل شمارة 3: يك برش از اتمسفر زمين گرفته شده از فضا
اين تركيبات اصلي، هم براي تابش خورشيدي دريافتي (موج كوتاه) و هم براي تابش خروجي (موج بلند) ساتع شده از زمين به سمت بالاي سطح زمين به شكل اساسي رساناي نور ميباشد. در اتمسفر زمين علاوه بر اين گازها تركيبات جزئي بويژه بخار آب و دي اكسيد كربن وجود دارد كه به شكل وسيعي براي تابشهاي دريافتي لايه گذران هستند ولي به شدت تابشهاي خروجي از زمين را در اطراف ان جذب ميكنند. شكل شمارة 4 طيفهاي جذب شده از اين دو گاز فعال را نشان ميدهد.
شكل شمارة 4: خصوصيات جذب تابش خورشيدي بخار آب و دياكسيد كربن تابعي از طول موج.
تابش جذب شده توسط اين گازها مجددا در جهات مختلف منعكس ميشوند، بعضي مجددا به سمت زمين برميگردند كه باعث گرم شدن خالص سطح ميگردند. به اين پديده گرماي گازهاي گلخانهاي در نزديك لاية سطحي اتمسفر گفته ميشود و بنابراين سطح زمين به مراتب گرمتر از جاهايي كه اثرات گلخانهاي وجود ندارد خواهد شد.
يك مثال از اهميت اثرات گلخانهاي را ميتوان از كرات همسايه زمين را ميتوان نشان داد بويژه ونوس (جدول شمارة 1) ونوس خيلي نزديكتر از زمين به خورشيد است در حاليكه خصوصيت تابشي بيشتري دارد. دماي محاسبه شده منحصرا براساس فاصله تا خورشيد و ضريب آلبيدو آن 46- درجه سانتيگراد است يعني در حدود 28 درجه سردتر از زمين. هرچند مساحت ونوس مستقيما از طريق كاوشهاي فضايي اندازه گيري شده است و متوسط دماي سطح آن 464 درجه سانتيگراد گزارش شده است. اين درجه حرارت به ما اثرات تئوري گلخانهاي سياره ونوس را با غلظت بسيار زياد و اتمسفر غني از دياكسيد كربن گوشزد ميكند. درحاليكه ونوس دوبرابر دورتر از عطارد به خورشيد است، ولي درجه دماي سطح آن به شكل قابل توجهاي گرمتر از دماي سطح عطارد است بدليل اينكه عطارد بدون اتمسفر بوده و نتيجتا بدون اثرات گلخانهاي است. مقدار زياد دياكسيد كربن مريخ با نازكيش جابجا شده و در نتيجة اثرات گلخانهاي اجتناب ناپذير بوده و داراي تغييرات وسيع دما از استوا به قطب و از روز به شب ميباشد.
جدول شمارة 1: اثرات گلخانهاي كرات براساس سيستم تابش داخلي آنها
سياره ميانگين فاصله تا خورشيد (ميليون كيلومتر) درصد حجمي گازهاي گلخانهاي عمده در اتمسفر ميانگين آلبيدو ميانگين درجه حرارت سطح بدون اثرات گلخانهاي (سانتيگراد) ميانگين دماي مشاهده شده (واقعي) اثرات گلخانهاي
(درجه سانتيگراد)
عطارد 58 بدون اتمسفر 06/0 167 167 0
ونوس 108 بيشتر از 90% دياكسيد كربن با غلظت بسيار زياد (فشار در سطح 100 برابر زمين) 78/0 46- 464 510
زمين 150 تقريبا 03/0 درصد دياكسيد كربن و 1% آب 30/0 18- 15 33
مريخ 228 بيشتر از 90% دياكسيد كربن ولي خيلي نازك 17/0 57- 53 4
سيستم آب و هوا
فرايندهاي تعيين الگوهاي عمودي و افقي درجه حرارت در اتمسفر واقعي بسيار پيچيده تر از مدلهاي سادة موازنه تابش نشان داده شده در اشكال ميباشد. دامنةاي از فرايندهاي تبادل گرمايي افقي و عمودي ديگري در اتمسفر نقش دارند. كه اقيانوسها نيز نقش عمدهاي را ايفا ميكنند. الگوهاي تفضيلي اقليم در روي زمين بواسطة يك شبكةاي از تعاملات فرايندهاي بيولوژيكي، شيميايي و فيزيكي در ميان سيستم آب و هوايي كره زمين ايجاد ميگردد. بويژه سيكلهاي كربن و آب نقش مهمي را بازي ميكنند.
چرخة آب در كرة زمين
سيكل هيدرولوژي متمركز بر مكانيسمهاي آب و هوا است. توجه داشته باشيد كه اقيانوسها نقش حياتي را در انتقال رطوبت و موازنة جريان آب رودخانه ها و آبهاي زيرزميني را دارند. در سيكل هيدرولوژي تبخير آب نيز اهميت زيادي در گازهاي گلخانهاي دارند.
چرخة كربن در كرة زمين
چرخش دي اكسيد كربن دومين عامل مهم تاثيرگذار در گازهاي گلخانهاي در اتمسفر است. در حقيقت چرخة كربن در كرة بسيار پيچيده است. موضوع مهم مقدار بسيار زياد چرخة طبيعي بين اتمسفر و بيوسفر دريايي و زميني است. در طول دهة 1990 استفاده از سوختهاي فسيلي باعث رهاسازي غالب بر 4/5 گيگا تن ( يك گيگا تن معادل هزار ميليارد كيلوگرم) كربن به اتمسفر در هرسال گرديده است. تغيير كاربري اراضي نيز باعث هم رهاسازي و هم بالا بردن دياكسيد كربن ميگردد.
نقش اقيانوسها
اقيانوسها 71% سطح زمين را با ميانگين عمق 3800 متر شكل ميدهند و نقش كليدي را در تغييرات گرمايي در اطراف كره زمين بازي ميكنند. ظرفيت گرماي نسبي اقيانوسها در مقايسه با اتمسفر بسيار بالاست. ظرفيت گرمايي داخل اتمسفر معادل تنها 2/3 متر از عمق اقيانوس است. جابجايي و اختلاط ناشي از باد در داخل اقيانوسها منجر به لايه مخلوط فعالي با ميانگين ضخامت 50 متر كه در فصول و مناطق متفاوت است ميگردد.
نتيجتاً، مقدار قابل توجهاي از انرژي حرارتي در اقيانوسها ذخيره ميگردد. هرچند اقيانوسها با اثرات سيستم آب و هوايي بيروني و اتمسفري در موازنه نيستند بدليل وجود مقياس زماني بالا در بعضي فرآيندهاي اقيانوسي هزاران سال به طول ميانجامد.
نقش مهم ديگر اقيانوسها، بويژه در موضوع تغييرات آب و هوا، قابليت آنها در ذخيرة دي اكسيد كربن و ديگر گازهاي گلخانهاي است و آنها را با اتمسفر مبادله ميكند.
اثرات انسان بر سيستم آب و هوا
تغييرات الگوهاي كاربري اراضي
تغييرات وسيع در الگوهاي كاربري اراضي، مثل قطع درختان جنگلي ميتواند به شكل قابل توجهاي زبري و بازتابش سطح زمين در مقابل تابش خورشيدي تغيير دهد و لذا باعث جذب تابش، تبخير و تبخير و تعرق گردد. در اين فرآيند، تغييراتي در آب و هواي منطقهاي ممكن است اتفاق بيفتد. همچنين تغييرات وسيع در كاربري اراضي ميتواند بر آب و هواي كرة زمين از طريق افزايش اثرات گازهاي گلخانهاي تاثير بگذارد. براي مثال با كاهش ظرفيت مزارع در جذب كربن (مثل با جنگل زدايي) و با افزايش انتشار كربن از اراضي (يعني از طريق تجزيه زيست توده)، باعث تمركز و غلظت بالاي گازهاي گلخانهاي ميگردد.
تغيير در آب و هواي شهري
مناطق گرم شهري بدين معني كه با توجه به مشاهدات صورت گرفته شهرها و شهركها تمايل زيادي براي گرم شدن نسبت به مناطق كشاورزي اطراف آنها بدليل اختلاف بين شهرها و مناطق طبيعي دارند. محيطهاي آسفالت و بتني شهرها تمايل به كاهش بازتابش تابش در محيط شهرها نسبت به مناطق طبيعي دارند. اين عامل باعث افزايش جذب تابش خورشيدي در سطح ميگردد. علاوه براين تبخير و تعرق در شهرها نسبت به مناطق كشاورزي اطراف آنها بدليل كم بودن درختان نيز كاهش مييابد.
آلودگي هوا اثرات گرم شدن را در شهرها در پي دارد، علاوه براين گرما از طريق صنايع، گرماي خانگي و استفاده از ماشين رها ميگردد. با افزايش مناطق شهري اثرات گرماي مناطق شهري نيز تشديد ميشود. به عنوان مثال در شكل شمارة 5 و 6 افزايش شديدي را در گرما از دهه 1950 بواسطة توسعه شهرها و استفاده از ماشين در ملبورن استراليا را مشاهده ميكنيد.
شكل شمارة 5: تغييرات بارندگي ثبت شده در شهر ملبورن استراليا.
شكل شمارة 6: تغييرات درجه حرارت ثبت شده در شهر ملبورن استراليا. در اين شكل مشاهده ميكنيد كه ميانگين درجه حرارت از سال 1880 الي 2000 ميلادي از مقدار حدودا 14.5 درجه سانتگيراد به حدود 16 درجه سانتيگراد افزايش يافته است.
عامل انساني گازهاي گلخانهاي
بيش از يكصد سال بعد از اولين كاوشهاي علمي در مورد گازهاي گلخانهاي و 60 سال بعد از دانشمند سوئدي كه گرماي اضافي ناشي از دياكسيد كربن را در اتمسفر محاسبه كرد، اقيانوس شناس و اقليم شناس مشهور آمريكايي راجر روله هشداري را درمورد مشكلات پيشرو بدين شكل ارائه كرد: بشر عليرغم ميل خود، به سمت يك تجربه بيسابقه در تاريخ بشري هدايت ميشود. ما درحال تبديل شدن به هوا، نفت، ذغال سنگ و گازهاي طبيعي كه بر روي زمين جمع ميشوند در 500 ميليون سال گذشته ميشويم. اين ممكن است تاثير عميقي را بر آب و هوا داشته باشد.
منابع اصلي انتشار گازهاي گلخانهاي ناشي از عوامل انساني در جدول شمارة 2 ارائه شده است. هرگونه افزايش در ميزان غلظتهاي تركيبات كربني داراي اثرات خيلي بالايي در ميزان گرم شدن سطح زمين بواسطة خصوصيات جذب تابش خورشيدي آنها خواهد شد.
جدول شمارة 2: گازهاي گلخانهاي متاثر از
گازهاي گلخانهاي منابع اصلي دريافت كننده ها طول عمر در اتمسفر غلظت اتمسفري (1998) مقدار رشد ساليانه (1998) نسبت مشاركت در گرماي گلخانهاي
دياكسيد كربن سوختهاي فسيلي، جنگل زدايي، سوخت زيست توده، سوخت گاز، توليد سيمان فتوسنتز، سطح اقيانوسها 5 الي 200 سال 365 ppmv 4/0 % 60%
متان زمينهاي مرطوب طبيعي، شاليكاري برنج، حيوانات پستاندار، حفاري گاز طبيعي، سوخت زيست توده، استخراج ذغال سنگ واكنش هيدروكسيل تروپوسفري، از بين رفتن توسط خاك 12 سال 1745 ppbv 4/0 % 20%
تركيبات كربني شامل CFC ها، HFC ها،HCFC ها و فلورو كربنها لوازم مصرفي و توليدات صنعتي متغيير 2 الي 50000 سال متغيير متغيير 14%
اكسيد نيتروژن منابع بيولوژيكي اقيانوسها و خاك، احتراق، سوخت زيست توده، كود دهي از بين رفتن توسط خاك، تجزيه شيميايي استراتوسفري 114 سال 314 ppbv 25/0 درصد 6%
ppmv يعني قسمت در ميليون حجمي، ppbv يعني قسمت در ميليارد حجمي
منبع:http://hydraulic-bojnourd.blogfa.com
با عضویت در خبرنامه الکترونیکی سایت جدیدترین خبرهای استان کرمان را به همراه سرویسهای مفید آنلاین در ایمیل خود دریافت نمایید.
