اثر گلخانه‌ای جو

پدیده هدایت مجدد IR گرمایی به سمت زمین ، اثر گلخانه‌ای (Green House Effect) نامیده می شود.

مقدمه

در خلال سالهای 1980 ، جهان از خطر گرم شدن کره زمین که در نتیجه پدیده‌ای به نام پدیده گلخانه می‌باشد، آگاهی یافت. این بار سبب اصلی این ضایعه یک محصول جانبی سمی نیست، بلکه محصول اصلی سوختن هیدروکربنها یعنی دی اکسید کربن است. در جو زمین چندین گاز وجود دارد که نقش شیشه را در یک گلخانه دارند. اینها نسبت به نور مرئی خورشید شفاف هستند و اجازه می‌دهند تا این نور به زمین برسد؛ اما نور زیر قرمزی که به طرف خارج از زمین نشر می‌یابد، توسط این گازها به تله افتاده و تبدیل به گرما می‌شود. «گازهای گلخانه‌ای» اصلی ترکیبات CFC متان و سرآمد همه ، دی اکسید کربن است.

در حال حاضر غلظت گازهای گلخانه‌ای بواسطه دو عامل که هر دو ناشی از تکنولوژی امروزی است. در حال افزایش است؛ یکی تولید ترکیبات CFC که قبلا به هیچ وجه در کره زمین وجود نداشته‌اند و دیگری سوختن سوختهای فسیلی که با سرعتی فوق العاده انجام شده و هنوز هم این سرعت در حال زیاد شدن است. اگر در این شیوه تغییری داده نشود گمان می‌رود که دمای زمین بطور مداوم افزایش یابد.

چگونگی اتفاق افتادن اثر گلخانه‌ای

این گرم شدن کره زمین باعث خواهد شد تا تغییرات شدیدی در شرایط آب و هوایی ایجاد گردد که نتایج زیانباری را به همراه خواهد داشت، که از جمله تغییر مکان بادهای موسمی است که حاصل آن ایجاد و توسعه کویرها می‌باشد؛ تغییر در نوع محصولات کشاورزی که مشکلات اجتماعی و قحطی را به همراه خواهد داشت. ذوب شدن یخهای قطب که باعث بالا آمدن سطح آب دریاها شده و بخشهای وسیعی از زمین و بسیاری از بزرگترین و مهمترین شهرها را به زیر آب خواهد برد.

حل مشکل CFC ، در اصل و اگر چه نه در عمل ، ساده است و آن توقف ساخت آنها است (حتی دلیل عاجل دیگری برای این عمل وجود دارد و آن مسأله از بین رفتن لایه اوزون است). به هر حال نمی‌توان بدون ایجاد دی اکسید کربن ، ترکیبات کربن را سوزاند و شکی نیست که روش زندگی ما به گونه‌ای است که ناگزیر از چنین سوختنهایی هستیم. لذا واضح است که بایستی سایر منابع انرژی توسعه یابند. خواهیم دید که چرا سوختن سوختهای فسیلی بر خلاف سایر ترکیبات کربن دارای چنان اثر مضری در جو می‌باشد. سقف اکثر گلخانه‌ها را از شیشه یا نایلون ساخته شده که نور از آن عبور کرده و محوطه گلخانه را گرم می‌کند. اما حرارت ایجاد شده ناشی از تابش نمی‌تواند از شیشه یا نایلون خارج شود. در نتیجه داخل محوطه گرمتر از بیرون می‌شود. این عمل شیشه یا نایلون را خاصیت گلخانه‌ای می‌گویند.

بعضی از گازهای موجود در جو نیز همین حالت را ایجاد می‌کند. کره زمین با تابش خورشید ، گرم می‌شود. اما اشعه تابشی زمین به علت وجود گازهایی مانند بخار آب ، دی اکسید کربن ، متان ، دی اکسید نیتروژن و غیره از جو زمین خارج نمی‌شود (گاز گلخانه‌ای). بدین ترتیب اثر مثبت گلخانه آن است که از سرد شدن زیاد زمین در هنگام شب جلوگیری می‌کند و در عین حال مانع گرم شدن بیش از حد زمین در هنگام روز می‌شود. به این عمل اثر "گلخانه‌ای جو" می‌گویند که در واقع مثل پتو و پوششی برای سیاره زمین محسوب می‌شود.

مکانیسم اثر گلخانه‌ای

سطح و جو کره زمین بطور عمده توسط نور خورشید گرم می‌شود. بیشترین گستره نورخورشید که به زمین می‌رسد، در محدوده نور مرئی قرار دارد. از کل نور ورودی خورشید از تمام طول موجها ، حدود 50 درصد به سطح زمین می‌رسد. 20% بوسیله گازها (UV) بوسیله ازن و IR بوسیله CO₂ و H₂O و قطره‌های آب در هوا جذب می‌شود و 30% دیگر بوسیله برف و یخ و آب و بدون آنکه جذب شود، منعکس شده به فضا بر می‌گردد.

زمین مانند هر جسم گرم دیگر ، انرژی منتشر می‌‌کند. انرژی منتشر شده از زمین نور زیر قرمز است که در گستره 4 تا 50µm قرار دارد. این ناحیه ، زیر قرمز گرمایی نام دارد. بعضی از گازها در هوا می‌توانند زیر قرمز گرمایی با طول موجهای خاصی را جذب کنند. بنابراین تمام زیر قرمز منتشر شده از سطح و جو زمین ، مستقیما به فضا باز نمی‌گردد و در فاصله کوتاهی پس از جذب آن بوسیله مولکولهای معلق در هوا مانند CO₂ بصورت کاتوره‌ای منتشر و مجددا به سطح زمین هدایت و از نو جذب شده ، باعث گرم شدن بیشتر سطح زمین و هوا می‌شود.

نقش اثر گلخانه‌ای طبیعی در تعادل گرمایی زمین

این واقعیت که سیاره زمین با لایه ضخیمی از یخ پوشیده نشده است، به‌علت نقش طبیعی اثر گلخانه‌ای است. سطح زمین همان اندازه که با انرژی دریافتی از خورشید گرم می‌شود، با مکانیسم اثر گلخانه‌ای نیز گرم می‌شود. نقش جو برای زمین همانند پتو می‌باشد که در فضایی که پوشش می‌دهد مقداری از گرمای آزاد شده از جسم را حفظ می‌کند و باعث افزایش دما می‌شود.

چنانچه جوی در کار نبود و دمای میانگین سطح زمین حدود بود. در حالیکه به خاطر وجود جو و اثر گلخانه‌ای ، این دمای میانگین می‌باشد.

موادی که اثر گلخانه‌ای دارند

• دی اکسید کربن: انسانها و حیوانات با تنفس CO₂ پس می‌دهند. سوزاندن زغال و نفت و گاز سالانه 5 میلیون تن کربن وارد جو می‌کند. درختان ، کربن جذب می‌کنند، ولی به علت تخریب جنگلها قدرت آنها در جذب کمتر می‌شود. دی اکسید کربن به تابش خورشید اجازه رسیدن به زمین را می‌دهد، ولی از خروج تابش جلوگیری می‌کند. هر چند اقیانوسها میلیونها تن از کربن را جذب می‌کنند، ولی امروزه کربن بیشتر و سریعتر از جذب آن تولید می‌شود. دی اکسید کربن 72 درصد اثر گلخانه‌ای دارد.
  
• دی اکسید نیتروژن: کود نیتروژن دار در رطوبت خاک حل می‌شود و تولید گاز دی اکسید نیتروژن را می‌کند که 5 درصد گلخانه‌ای جو را تشکیل می‌دهد.
  
• متان: گاز متان اثر گلخانه‌ای دارد که از سنتز مواد آلی تولید می‌شود و شامل 10 درصد اثر گلخانه‌ای است.
  
• گازهای سرد کننده: برخی از گازهای بی اثر از جمله هلیوم و نیز هیدروژن از خود اثر گلخانه‌ای نشان می‌دهند که 13 درصد گلخانه‌ای جو را شامل هستند.
  
• بخار آب: بخار آب سهم قابل توجهی در گلخانه‌ای جو ندارد.

برخی از دانشمندان معتقدند که با افزایش کارخانه‌ها و فعالیتهای صنعتی و استفاده بیش از حد از سوختهای فسیلی ، افزایش استفاده از وسایل نقلیه ، از بین رفتن جنگلها و مراتع میزان گازهای گلخانه‌ای چون دی اکسید کربن افزایش یافته است که این امر می‌تواند موجب گرم شدن زمین شود. هر چند فرضیه گرم شدن کره زمین هنوز بطور کامل اثبات نشده است، اما افزایش میزان دی اکسید کربن و اثر گلخانه‌ای امری غیر قابل انکار است.

اثر گلخانه‌ای و گرم شدن زمین

با افزایش میزان آلاینده‌های جوی و پدید آمدن اثر گلخانه‌ای ، دانشمندان پیش‌بینی کرده‌اند که میانگین دمای هوا در نتیجه افزایش میزان دی‌اکسید کربن و سایر گازهای گلخانه‌ای ، به اندازه چند درجه افزایش خواهد یافت و این افزایش دما ، روی آب و هوا ، محیط زیست و اکوسیستم‌های مختلف کشورهای جهان تأثیر خواهد گذاشت. دانشمندان معتقدند که گرم شدن کره زمین از مدتها پیش در جریان بوده است و بطور عمده ، علت افزایش دما به اندازه دو سوم یک درجه سانتیگراد از سال 1860 به بعد ، افزایش گازهای گلخانه‌ای می‌باشد.

گرم شدن زیاد هوا باعث ذوب توده‌های یخ در قطب شمال و جنوب می‌شود. سطح آب اقیانوسها و دریاها بالا می‌آید و این امر باعث به زیر آب رفتن سواحل پست و دلتاها و برخی جزایر خواهد شد. طول دوره‌های خشکسالی افزایش می‌یابد و در برخی مناطق میزان محصولات کشاورزی کم می‌شود. با بالا آمدن آب دریا عده زیادی از مردم به علت سیل خانه و کاشانه خود را از دست می‌دهند.

وارونگی دما و اثر گلخانه‌ای

گاهی در فصول سرد سال به علت پدیده وارونگی دما ، آلودگی هوا بیشتر می‌شود و بهتر است بیماران قلبی و کودکان از خانه خارج نشوند. در حالت عادی در تروپوسفر ، با افزایش ارتفاع از زمین ، دمای هوا کاهش می‌یابد و بنابراین در شرایط عادی ، هوای مجاور سطح زمین گرمتر و سبکتر از لایه‌های بالایی است و می‌تواند به راحتی به سمت بالا صعود کند و جابجا شود. اما در بعضی مواقع بخصوص در فصل زمستان وضعیت برعکس می‌شود.

یعنی در قشرهای نزدیک به سطح زمین ، با افزایش ارتفاع ، دما هم افزایش می‌یابد. زیرا در این شرایط هوای سردتر و سنگین‌تر در مجاورت زمین به حالت سکون قرار گرفته است و لایه هوای گرمی در بالای آن وجود دارد. در چنین حرکت صعودی و جابجایی هوا صورت نمی‌گیرد. وارونگی دما معمولا در شب‌های آرام و بدون ابر زمستان اتفاق می‌افتد. این پدیده ممکن است در داخل یا خارج از شهرها رخ دهد. اما در شهرهای بزرگ و صنعتی مشکلات زیادی را به همراه می‌آورد.

اثر گلخانه‌ای افزوده

پدیده‌ای که دانشمندان محیط زیست را نگران می‌کند، اثر گلخانه‌ای طبیعی نیست، بلکه پدیده‌ای به نام اثر گلخانه‌ای افزوده می‌باشد که با افزایش غلظت گازهای کم مقدار در هوا که IR گرمایی را جذب می‌کنند، سبب می‌شود. مقدار بیشتری از انرژی IR گرمایی منتشره مجددا به سمت زمین هدایت شود و از این راه میانگین دمای سطح زمین از است، مانند اینکه چند پتو را روی هم بیاندازیم.