همه چیز در مورد گازهای گلخانه ای و تأثیرات آنها بر کره زمین

گازهای گلخانه ای گازهای خاصی در جو زمین هستند که انرژی خورشید را به دام می اندازند. بدون وجود این گازها، گرما دوباره به فضا فرار می کرد و میانگین دمای زمین حدود 60 درجه فارنهایت سردتر از حال حاضر بود.

گازهای گلخانه ای شامل دی اکسید کربن، متان، اکسید نیتروژن و سایر گازهایی است که در جو تجمع یافته و یک لایه انعکاسی برای گرما را ایجاد می کنند که زمین را در دمای قابل قبول نگه می دارد. این گازها عایقی را تشکیل می دهند که کره زمین را به اندازه کافی گرم نگه می دارد تا بتواند حیات را در خود حفظ کند.

برای هزاران سال، غلظت گازهای گلخانه ای و دمای کلی زمین به طور نسبتا پایداری باقی مانده بود اما متأسفانه، افزایش شدید غلظت گازهای گلخانه ای ناشی از فعالیت های صنعتی طی دویست سال گذشته این سیستم را از تعادل خارج کرده و باعث گرم شدن کره زمین شده است.

رایج ترین و نگران کننده ترین گازهای گلخانه ای:
دی اکسید کربن:
دی اکسید کربن که هرگاه ذغال سنگ، نفت، گاز طبیعی و سایر سوخت های فسیلی غنی از کربن سوزانده می شوند ساطع می شود. اگرچه دی اکسید کربن قوی ترین گاز گلخانه ای نیست، اما بیشترین تأثیر را در تغییرات آب و هوایی دارد زیرا بسیار رایج می باشد. برای کاهش انتشار دی اکسیدکربن، باید میزان سوختی را که در اتومبیل، خانه و زندگی خود استفاده می کنیم کاهش دهیم.

متان:
متان در اثر تجزیه مواد گیاهی ایجاد می شود و از محل دفن زباله ها، باتلاق ها و شالیزارهای برنج آزاد می شود. گاوها نیز یکی از مهم ترین تولید کنندگان متان هستند. اگرچه میزان انتشار متان کمتر از میزان انتشار دی اکسید کربن است، اما این گاز عمده گلخانه ای محسوب می شود زیرا هر مولکول متان 25 برابر بیشتر پتانسیل گرم کردن کره زمین را نسبت به یک مولکول دی اکسید کربن دارد.

اکسید نیتروژن:
اکسید نیتروژن از باکتری های موجود در خاک آزاد می شود. روش های مدرن کشاورزی، کشت و زراعت خاک، مدیریت پسماند دام و استفاده از کودهای غنی ازت به میزان قابل توجهی در انتشار اکسید نیتروژن نقش دارند. یک مولکول اکسید نیتروژن 298 برابر بیشتر از یک مولکول دی اکسید کربن پتانسیل گرم کردن کره زمین را دارد.

گازهای گلخانه ای دیگر شامل هیدروفلوئوروکربن ها (1، 430-14، 800 برابر پتانسیل گرم کردن کره زمین نسبت به دی اکسید کربن)، هگزا فلوراید گوگرد (22800 برابر پتانسیل گرمایش جهانی نسبت به دی اکسید کربن) و بخار آب هستند.

راههای تشکیل گازهای گلخانه ای:
گازهای گلخانه ای می توانند از دو منبع طبیعی و مصنوعی تأمین شوند. حجم زیادی از گازهای مهم گلخانه ای مانند دی اکسید کربن و متان به طور طبیعی توسط آتشفشان ها، آتش سوزی های جنگل ها و مواد آلی تجزیه شده آزاد می شود.

سیستم های طبیعی در جهان وجود دارند که گازهای گلخانه ای را جذب می کنند، به عنوان مثال دی اکسید کربن توسط گیاهان برای فتوسنتز استفاده می شود و همچنین در آب اقیانوس حل می شود، این مخازن گازهای گلخانه ای را رسوخی (sinks) می گویند.

به طور کلی، سیستم های طبیعی موجود در زمین کمی بیشتر از مقدار آزاد شده دی اکسید کربن را جذب می کنند، که این امر باید منجر به کاهش تدریجی غلظت گازهای گلخانه ای در جو شود. با این وجود فعالیت های انسانی این روند طبیعی را از تعادل خارج کرده است، انتشارات ما در حال حاضر از توانایی طبیعی زمین در حذف و ذخیره کربن پیشی گرفته و باعث افزایش غلظت گازهای گلخانه ای شده است.

اثر گلخانه ای چیست؟
گلخانه محوطه ای شیشه ای است که می توان از آن برای رشد گیاهان استفاده کرد. تابش خورشید باعث گرم شدن گیاهان و هوای داخل گلخانه می شود. شب ها با غروب خورشید گرمای محبوس شده در داخل از بین نمی رود و گلخانه همچنان گرم باقی می ماند که برای رشد گیاهان این امر ضروری است.

در جو زمین نیز همین مسئله رخ می دهد در طول روز خورشید جو زمین را گرم می کند. در شب، هنگامی که زمین خنک می شود، گرما دوباره به جو تابانده می شود. در طی این فرآیند، گرما توسط گازهای گلخانه ای موجود در جو زمین جذب می شود. این همان چیزی است که سطح زمین را گرمتر می کند و بقای موجودات زنده روی زمین را امکان پذیر می کند.

با این حال، به دلیل افزایش سطح گازهای گلخانه ای، دمای زمین به طور قابل توجهی افزایش یافته است. این امر منجر به چندین اثر شدیدی شده است.

گازهای گلخانه ای و علل و پیامدهای اثرات گلخانه ای:
عوامل عمده در تولید گازهای گلخانه ای کارخانه ها، اتومبیل ها، جنگل زدایی و غیره هستند. افزایش تعداد کارخانه ها و اتومبیل باعث افزایش میزان این گازها در جو می شود. گازهای گلخانه ای هرگز اجازه نمی دهند تابش از زمین خارج شود و دمای سطح زمین افزایش می یابد. سپس این امر منجر به گرم شدن کره زمین می شود. گازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن دلیل اصلی ایجاد اثر گلخانه ای است.

گازهای گلخانه ای مولکول های گازی هستند که خاصیت جذب تابش مادون قرمز (انرژی حرارتی خالص) که از سطح زمین ساطع می شود را دارند و دوباره آن را به سطح زمین بازنشر می کنند. دی اکسید کربن، متان و بخار آب مهم ترین گازهای گلخانه ای هستند و علی رغم اینکه فقط بخشی از کل گازهای جوی را تشکیل می دهند، تأثیر زیادی در گرمایش سطح زمین دارند.

گازهای گلخانه ای مهم:
بخار آب:
بخار آب قوی ترین گاز گلخانه ای در جو زمین می باشد، اما رفتار آن اساسا متفاوت از دبگر گازهای گلخانه ای دیگر است.

نقش اصلی بخار آب به عنوان یک عامل مستقیم در بازتابش نور خورشید نیست بلکه به عنوان یک بازخورد آب و هوایی یا یک پاسخ در سیستم آب و هوا عمل می کند که ادامه فعالیت سیستم را تحت تأثیر قرار می دهد. این تمایز از آنجا ناشی می شود که به طور کلی، میزان بخار آب موجود در جو نمی تواند مستقیماً با رفتار انسان اصلاح شود، بلکه در عوض توسط دمای هوا تنظیم می شود.

هرچه سطح زمین گرمتر باشد، میزان تبخیر آب از سطح بیشتر می شود در نتیجه، افزایش تبخیر منجر به افزایش غلظت بخار آب در قسمت های پایین جو می شود که قادر به جذب اشعه مادون قرمز و انتشار مجدد آن به سطح زمینه می شود و این چرخه با سرعت بیشتری ادامه پیدا می کند.

دی اکسید کربن:
دی اکسید کربن (CO2) مهم ترین گاز گلخانه ای می باشد. منابع طبیعی CO 2 در اتمسفر شامل دفع گازهای آتشفشان، احتراق و پوسیدگی طبیعی مواد آلی و تنفس توسط ارگانیسم های هوازی ( با استفاده از اکسیژن) است.

این منابع به طور متوسط با مجموعه ای از فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی یا بیولوژیکی متعادل می شوند که "رسوخ " نامیده می شوند که تمایل به حذف CO 2 از جو را دارند. رسوخ طبیعی قابل توجه شامل پوشش گیاهی صورت می گیرد که طی فتوسنتز کربن دی اکسید را جذب می کنند.

تعدادی از فرآیند های اقیانوسی نیز به عنوان رسوخ دهنده عمل می کنند یکی از این فرآیندها پمپ حلالیت نام دارد که شامل نزول آب سطحی دریا است که حاوی کربن دی اکسید محلول است. فرآیند دیگر، "پمپ بیولوژیکی"، شامل جذب CO 2 محلول توسط گیاهان دریایی و فیتوپلانکتون ها (موجودات کوچک، شناور آزاد و فتوسنتز شناور) است که در بخش فوقانی اقیانوس زندگی می کنند.

علاوه بر این CO 2 توسط برخی ارگانیسم های دریایی برای ساخت اسکلت و سایر مواد استفاده می کنند. همانطور که این موجودات از بین می روند و در ته اقیانوس جمع می شوند کربن آنها به قسمت پایین اقیانوس منتقل می شود.

در مقابل، فعالیت های انسانی سطح CO 2 جو را در درجه اول از طریق سوزاندن سوخت های فسیلی (اصولاً نفت و زغال سنگ و در درجه دوم گاز طبیعی برای استفاده در حمل و نقل، گرمایش و تولید برق) و از طریق تولید سیمان افزایش می دهد. از دیگر منابع انسانی می توان به سوزاندن جنگل ها و پاکسازی زمین اشاره کرد. در حال حاضر انتشارات انسانی باعث انتشار سالانه حدود 7 گیگاتن (7 میلیارد تن) کربن در جو می شود.

متان:
متان (CH 4) دومین گاز گلخانه ای مهم است. CH4 از CO2 بسیار قوی تر است زیرا بازتابش تولید شده توسط هر مولکول آن بزرگ تر می باشد. با این حال، CH 4 در غلظت بسیار کمتری ازCO2 در اتمسفر وجود دارد و غلظت های حجمی آن در جو عموما به شکل قسمت در میلیارد (PPB) اندازه گیری می شود تا قسمت در میلیون (ppm). CH 4 همچنین مدت زمان نسبتاً کمتری نسبت به CO 2 در جو حضور دارد. زمان حضور CH 4 تقریباً 10 سال است، در مقایسه با صدها سال برای (CO 2).

علت ایجاد اثر گلخانه ای:
دلایل عمده اثر گلخانه ای عبارتند از:

سوختن سوخت های فسیلی:
سوخت های فسیلی قسمت مهمی از زندگی ما هستند. از آنها به طور گسترده ای در حمل و نقل و تولید برق استفاده می شود. سوزاندن سوخت های فسیلی باعث آزاد شدن دی اکسید کربن می شود. با افزایش جمعیت، استفاده از سوخت های فسیلی افزایش یافته است و این امر منجر به افزایش انتشار گازهای گلخانه ای در جو شده است.

جنگل زدایی:
گیاهان و درختان دی اکسید کربن را می گیرند و اکسیژن آزاد می کنند. به دلیل قطع درختان، افزایش قابل توجهی در گازهای گلخانه ای به وجود آماده است که باعث افزایش دمای زمین می شود.

کشاورزی:
اکسید نیتروژن مورد استفاده در کودها یکی از عوامل موثر در اثر گلخانه ای در جو است.

زباله های صنعتی و محل های دفن زباله:
صنایع و کارخانه ها گازهای مضر تولید شده خود را در جو آزاد می کنند که باعث افزایش این گازها در جو می شوند. محل دفن زباله همچنین دی اکسید کربن و متان آزاد می کند که به گازهای گلخانه ای می افزاید.

اثرات مخرب افزایش گازهای گلخانه ای:
گرم شدن کره زمین:
این پدیده مسبب اصلی افزایش تدریجی میانگین دمای جو زمین است. علت اصلی این مسئله زیست محیطی افزایش حجم گازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن و متان است که در اثر سوزاندن سوخت های فسیلی، انتشار از وسایل نقلیه، صنایع و سایر فعالیت های انسانی آزاد می شود.

تخلیه لایه ازون:
لایه ازون زمین را در برابر اشعه ماورا بنفش مضر خورشید محافظت می کند. این ماده در مناطق بالایی استراتوسفر یافت می شود. کاهش لایه ازون منجر به ورود پرتوهای مضر UV به سطح زمین می شود که ممکن است منجر به سرطان پوست شود و همچنین می تواند به شدت آب و هوا را تغییر دهد. علت اصلی این پدیده تجمع گازهای گلخانه ای طبیعی از جمله کلروفلوئوروکربن ها، دی اکسید کربن، متان و … می باشد.

دود و آلودگی هوا:
مه دود از ترکیب دود و مه تشکیل می شود که هم می تواند به دلیل اتفاقات طبیعی و هم فعالیت های انسانی ایجاد شود. مه دود به طور کلی در اثر تجمع بیشتر گازهای گلخانه ای از جمله اکسیدهای ازت و گوگرد ایجاد می شود. مهم ترین عامل در شکل گیری مه دود انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از خودروها و صنایع، آتش سوزی های کشاورزی، آتش سوزی های جنگل های طبیعی و واکنش این مواد شیمیایی با خودشان است.

اسیدی شدن انواع مختلف آب ها:
افزایش مقدار کل گازهای گلخانه ای در هوا باعث اسیدی شدن بیشتر آبهای جهان شده است. گازهای گلخانه ای با آب باران مخلوط می شوند و به صورت باران اسیدی می بارند. این منجر به اسیدی شدن آب ها می شود. همچنین آب باران آلاینده ها را به همراه خود حمل می کند و به رودخانه، نهرها و دریاچه ها می ریزد و در نتیجه باعث اسیدی شدن آنها نیز می شود.

اثر گلخانه ای مخرب چیست؟
این پدیده زمانی اتفاق می افتد که سیاره بیشتر از میزان تابش اشعه را جذب کند. بنابراین، گرمای از دست رفته از سطح زمین کمتر شده و دمای کره زمین مدام در حال افزایش می شود. دانشمندان بر این باورند که این پدیده میلیاردها سال پیش در سطح زهره رخ داده است. اعتقاد بر این است که این پدیده به روش زیر اتفاق می افتد:

یک اثر گلخانه ای مخرب وقتی ایجاد می شود که دمای یک سیاره به سطح نقطه جوش آب افزایش یابد. در نتیجه، تمام آب اقیانوس ها به بخار آب تبدیل می شوند که گرمای بیشتری را که از خورشید می آید به دام می اندازد و باعث افزایش بیشتر درجه حرارت سیاره می شود. این مسئله در نهایت اثر گلخانه ای را تسریع می کند. این حلقه "بازخورد مثبت" نیز نامیده می شود.

سناریوی دیگری وجود دارد که جای خود را به اثر گلخانه ای فرار داده است. فرض کنید افزایش درجه حرارت به دلایل بالا به حدی برسد که واکنشهای شیمیایی شروع به رخ دادن کند. این واکنشهای شیمیایی دی اکسید کربن را از سنگ ها به داخل جو می کشاند. این امر باعث گرم شدن سطح این سیاره می شود که انتقال دی اکسید کربن از سنگ ها به جو را تسریع می کند و باعث ایجاد اثر گلخانه ای مخرب می شود.

به عبارت ساده تر:
افزایش اثر گلخانه ای منجر به ایجاد اثر گلخانه ای مخرب می شود که می تواند درجه حرارت زمین را به حدی افزایش دهد که در آینده نزدیک زندگی دیگر در سطح زمین وجود نخواهد داشت.

غلظت گازهای گلخانه ای به طور قابل توجهی در طول تاریخ زمین متفاوت بوده است و این تغییرات باعث تغییرات قابل توجه آب و هوا در طیف وسیعی از مقیاس های زمانی شده است. به طور کلی، غلظت گازهای گلخانه ای به ویژه در دوره های گرم زیاد و در دوره های سرد کم بوده است. تعدادی از فرآیندها بر غلظت گازهای گلخانه ای تأثیر می گذارند.

برخی مانند فعالیت های تکتونیکی در مقاطع زمانی میلیونی کار می کنند، در حالی که برخی دیگر مانند پوشش گیاهی، خاک، تالاب و منابع اقیانوس و غرق ها در بازه های زمانی صدها تا هزاران سال فعالیت می کنند. فعالیت های انسانی - به ویژه احتراق سوخت های فسیلی از زمان انقلاب صنعتی - مسئول افزایش مداوم غلظت اتمسفر در گازهای مختلف گلخانه ای، به ویژه دی اکسید کربن، متان، ازن و کلروفلوئورکربن ها (CFC) است و تنها راه مهار این اثر کاهش تولید این آلاینده ها به طرق مختلف است.