اثر گلخانه ای | گرمایش زمین چیست و چرا باید به آن توجه کنیم؟

اثر گلخانه ای (Greenhouse Effect) یکی از اصطلاحاتی است که در دهه‌های اخیر دربارهٔ آن بسیار خوانده و شنیده‌ایم و افراد بسیاری معتقدند که این اثر یکی از جدی‌ترین چالش‌های پیش روی انسان برای زندگی روی زمین است.

تغییرات اقلیمی (Climate Change) و گرمایش زمین (Global Warming) هم دو اصطلاح دیگر هستند که با اثر گلخانه ای ارتباط تنگاتنگ دارند و در کنار آن مطرح می‌شوند.

بسیاری از دانشمندان معتقدند که اثر گلخانه ای باعث گرمایش زمین می‌شود و گرمایش زمین هم نقش مهمی در تغییرات اقلیمی ایفا می‌کند.

تمرکز ما در این درس بر روی مفهوم اثر گلخانه ای است. اما در حاشیهٔ آن به گرمایش زمین و تغییرات اقلیمی هم اشاره می‌‌کنیم.

برای این که مفهوم اثر گلخانه ای شفاف‌تر شود،‌ بهتر است این بحث را به چند موضوع کوچک‌تر تقسیم کنیم:

الان زمین چقدر گرم است؟

ممکن است این سوال ساده به نظر برسد. اما برای این که زبان مشترکی با دانشمندان داشته باشیم، لازم است بدانیم آن‌ها دمای زمین را چگونه حساب می‌‌کنند.

روش رایج در اندازه‌گیری دمای زمین این است که متوسط دمای تمام نقاط زمین را در تمام لحظات سال حساب می‌کنند. یعنی از سرمای قطب تا گرمای کویرهای ایران و صحراهای آفریقا. بر این اساس، دمای فعلی کرهٔ زمین حدود ۱۴ درجه است (+/+).

تعریف اثر گلخانه ای | چه چیزی باعث گرم شدن زمین می‌شود؟

اثر گلخانه‌ای را به شکل‌های مختلفی تعریف می‌کنند. اگر بخواهیم اثر گلخانه ای را به زبان ساده تعریف کنیم، می‌توانیم چنین بگوییم:

اثر گلخانه ای بسیار مفید است

گازهای گلخانه ای چه هستند؟ مهم‌ترین آن‌ها کدامند؟

همهٔ گازها اثر گلخانه ای ایجاد نمی‌کنند. در گازهایی که فقط دو اتم یکسان دارند، توزیع بار الکتریکی یکنواخت است و به علت متقارن بودن ساختار مولکول، پیوند بین اتمی نمی‌تواند گرما را در قالب ارتعاش پیوندها جذب کند. حتی مولکول‌های دو اتمی با اتم‌های متفاوت (مثلاً منوکسید کربن یا CO) ظرفیت بالایی برای جذب انرژی گرمایی ندارند. اما مولکول‌های سه اتمی و پیچیده‌تر از سه اتمی که از ساختار متقارن فاصلهٔ زیادی دارند، بخش قابل‌توجهی از انرژی امواج مادون قرمز را جذب می‌کنند. به این شکل که با جذب فوتون‌های نور، ارتعاش پیوندهای بین اتمی آن‌ها افزایش پیدا می‌کند و به زبان ساده، انرژی گرما در داخل مولکول‌ها حبس می‌شود (+).

با این توضیح، مولکول‌های اکسیژن (O2) و نیتروژن (N2) که یک پیوند خطی ساده دارند و حدود ۹۷٪ اتمسفر را تشکیل می‌دهند، اثر گلخانه ای ندارند و نمی‌توانند گرما را به خود جذب کنند.

اما بر خلاف مولکول‌های دو اتمی اکسیژن و نیتروژن، مولکول‌های سه اتمی در اتمسفر می‌توانند بخش قابل‌توجهی از گرمایی را که به شکل امواج مادون قرمز بازتاب پیدا کرده در خود جذب کنند.

با این توضیح، آیا می‌توانید مهم ترین گازهای گلخانه ای را حدس بزنید؟ اگر فهرست خود را با دی اکسید کربن (CO2) شروع می‌کنید، اشتباه کرده‌اید. مهم ترین گاز گلخانه ای «بخار آب» است. H2O به خاطر سه‌اتمی بودن، ظرفیت بالایی برای جذب گرما دارد.

با این مقدمه می‌توانیم فهرست گازهای گلخانه ای را کامل‌تر کنیم:

• بخار آب (H2O) که حدود ۲.۵٪ جوّ را به خود اختصاص داده
• دی اکسید کربن (CO2) که حدود ۰.۰۳۸٪ جوّ (= یک بیست‌و‌پنجمِ یک درصد) را تشکیل می‌دهد
• متان (CH4) که حدود ۰.۰۰۱۸٪ جوّ (= یک پانصدمِ یک درصد) را به خود اختصاص داده
• نیتروز اکسید یا گاز خنده (N2O)، اوزون (O3) و کلروفلوروکربن‌ها (CFC) هم از جمله گازهای گلخانه ای هستند که البته سهم بسیار کمتری از جوّ را به خود اختصاص می‌دهند

چون درک این عددهای کوچک برای ما ساده نیست، بهتر است در ادامهٔ درس از ppm (تعداد در میلیون) استفاده کنیم. یعنی بگوییم سهم دی اکسید کربن در اتمسفر زمین حدود ۳۸۰ ppm است و سهم متان از حدود ۱.۸ ppm فراتر نمی‌رود.

چرا در بحث گازهای گلخانه ای نگران بخار آب نیستیم؟

دی اکسید کربن و نقش آن در گرمایش زمین

دی اکسید کربن گاز خطرناکی نیست. در بسیاری از نوشیدنی‌های گازدار، از نوشابه و آب گازدار گرفته تا دوغ‌ها وجود دارد و ما آن را به سادگی می‌خوریم.

هر بار هم در نفس کشیدن‌مان، هنگام بازدم، دی اکسید کربن تولید می‌کنیم و این کار، بخشی طبیعی و اجتناب‌ناپذیر از زندگی روزمرهٔ ماست. برآورد می‌شود یک انسان به طور متوسط روزانه حدود یک کیلوگرم دی اکسید کربن در قالب بازدم تنفسی ایجاد می‌کند. البته به شرطی که ورزش و فعالیت‌های سنگین انجام ندهد و حجم هوایی که تنفس می‌کند بیشتر نشود (+).

پس چرا باید نگران دی اکسید کربن باشیم؟ این گاز که منشاء طبیعی دارد و از زمانی که موجودات هوازی در زمین زندگی می‌کنند، همواره در فرایند زیست و تنفس آن‌ها حضور داشته است.

مشکل این‌جاست که ما انسان‌ها با فعالیت صنعتی خود هم گاز دی اکسید کربن تولید می‌کنیم و این گاز صنعتی، بر خلاف دی اکسید کربن حال از فرایندهای طبیعی، با مکانیزم‌هایی که در طبیعت وجود دارد مهار نمی‌شود. بلکه صرفاً به جوّ‌ زمین اضافه می‌شود و برای مدت طولانی در آن باقی می‌ماند.

البته آب سطح اقیانوس‌ها می‌تواند کمی از دی اکسید کربن را در خود جذب کند. اما این ظرفیت آن‌قدر کم و ناچیز است که نمی‌توان روی آن حساب باز کرد. ضمن این که با افزایش دمای زمین و آب اقیانوس‌ها، ظرفیت آب برای جذب دی اکسید کربن باز هم کمتر و کمتر می‌شود (حتماً می‌دانید که اگر درب شیشهٔ نوشابهٔ گرم را باز کنید، بخش قابل‌توجهی از گاز دی اکسید کربن خارج می‌شود).

مشکل دیگری که با دی اکسید کربن وجود دارد این است که این گاز به سختی با مواد شیمیایی دیگر واکنش می‌دهد. بنابراین تقریباً هر چه دی اکسید کربن از طریق فعالیت‌های صنعتی و سوزاندن سوخت‌های فسیلی تولید می‌شود، به حجم قبلی اضافه می‌شود و در جوّ‌ باقی می‌ماند.

البته بخشی از دی اکسید کربن در قالب باران ممکن است در اقیانوس‌ها بریزد و با کلسیم واکنش دهد (کربنات کلسیم) و در نهایت به عنوان رسوب در ته دریاها ته‌نشین شود.

اما حجم این واکنش‌ها آن‌قدر کم است که می‌توان گفت در افق عمر انسان، گاز دی اکسید کربنی که تولید می‌شود، از هوا خارج نخواهد شد.

گاز دی اکسید کربن برای چه مدت در جوّ‌ می‌ماند؟

نمی‌توان یک زمان مشخص را به عنوان میانگین، برای خروج دی اکسید کربن از هوا و رسوب کردن آن در زمین اعلام کرد. چون منحنی آن لگاریتمی است.

روش بهتر این است که نرخ خروج را این‌گونه تصور کنید (+): «اگر امروز ۱۰۰ واحد دی‌ اکسید کربن به جو اضافه شود

• ٪۵۰ آن پس از حدود ۳۰ سال از جوّ خارج می‌شود
• ٪۳۰ آن پس از چند قرن از هوا جدا می‌شود
• دی‌اکسیدکربن باقی‌مانده هزاران سال در جوّ باقی می‌ماند.»

با توجه به این منحنی لگاریتمی (که در سال‌های دورتر، کندتر می‌شود) برخی منابع متوسط عمر دی‌اکسید کربنی را که ما به هوا اضافه می‌کنیم، بین ۲۵۰۰۰ تا ۳۵۰۰۰ سال اعلام کرده‌اند (+).

به همین علت است که با وجودی که دی اکسید کربن موجود در جوّ طی ده‌ها هزار سال حدود ۲۸۰ پی‌پی‌ام بوده، صرفاً از اول انقلاب صنعتی تا کنون (یعنی کمتر از سه قرن) به ۳۸۰ پی‌پی‌ام رسیده است.

گرمایش زمین و تغییرات اقلیمی

همان‌طور که در ابتدای درس گفته شد، آن‌چه باعث می‌شود ما نگران افزایش حجم گازهای گلخانه‌ای در جوّ زمین باشیم، اثر گرمایشی آن‌ها و افزایش متوسط دمای کرهٔ زمین است.

اگر این افزایش بسیار کُند و تدریجی بود (مثلاً در حد یک درجه در هر چند صدهزار سال) می‌شد انتظار داشت گونه‌های روی زمین به نوعی آن با تطبیق پیدا کنند (صرفاً در حد یک انتظار. اگر چه قابل محاسبه و ارزیابی نیست). اما قطعاً این نرخ سریع تغییرات، چیزی نیست که طبیعت بتواند از عهدهٔ آن برآید.

به همین علت، پیش‌بینی می‌شود که گرمایش زمین و به تبع آن، تغییرات اقلیمی، باعث شود که بسیاری از موجودات نتوانند به زندگی خود بر روی زمین ادامه دهند.

با وجودی که بررسی دمای زمین و اثر گرمایشی گازهای گلخانه‌ای را می‌توان با دقت قابل‌قبولی محاسبه کرد، اما دربارهٔ تغییرات اقلیمی و اثرات اکولوژیک آن‌ها باید به شبیه‌سازی‌ها تکیه کنیم.

به همین علت، دانشمندان و پژوهشگران مختلف، بسته به این که این پدیده را چگونه مدل‌سازی کرده باشند، اعداد و ارقام متفاوتی را در مقاله‌ها اعلام می‌کنند. با این حال، به رغم همهٔ تفاوت‌‌ها، بر روی اصل موضوعِ انقراض گونه‌ها اتفاق‌نظر وجود دارد و به نظر می‌رسد که بین ۲۰ تا ۵۰ درصد از گونه‌هایی که امروز بر روی زمین زندگی می‌‌کنند، در سال ۲۰۵۰ وجود نداشته باشند (دانلود فایل PDF یک نمونه گزارش).

دربارهٔ گرمایش زمین،‌ بحث‌های دیگری هم وجود دارند که باید به آن‌ها بپردازیم؛ از سهم صنایع و کشورهای مختلف در تولید گازهای گلخانه‌ای تا نقدهایی که به بحث گرمایش زمین وارد می‌شود (اگر به خاطر داشته باشید، ترامپ یکی از منتقدان جدی بحث گرمایش زمین بود). با توجه به این که ایران هم یکی از تولیدکنندگان اصلی گازهای گلخانه‌ای در جهان است، اطلاعات بیشتر در زمینهٔ جنبه‌های مختلف این بحث می‌تواند ما را با بخشی از چالش‌هایی که در آینده با آن‌ها دست‌به‌گریبان خواهیم بود نیز آشنا کند.

این موضوعات را در بخش دوم این درس بررسی خواهیم کرد.

ترتیبی که متمم برای خواندن مطالب سری تفکر سیستمی به شما پیشنهاد می‌کند: