نقش دی اکسید کربن در گرمایش جهانی (گلوبال وارمینگ)

دی اکسید کربن ترکیب شیمیایی متشکل از یک اتم کربن و دو اتم اکسیژن بوده و با نماد شیمیایی CO_۲ نیز نمایش داده می شود. این گاز با غلظت رو به افزایشی در جو موجود بوده و به عنوان یکی از اصلی ترین گاز های گلخانه ای و مهم ترین جزء از چرخه کربن به شمار می آید.

این گاز به روش های مختلفی در طبیعت ایجاد می شود که از جمله آن ها می توان به گاز های آتشفشانی، احتراق مواد آلی، تنفس موجودات زنده هوازی، تخمیر و تنفس سلولی میکروارگانیسم ها اشاره کرد. به غیر از این راه های طبیعی، دی اکسید کربن به واسطه فعالیت های انسان بر روی کره زمین از جمله سوزاندن چوب و سوخت های فسیلی نیز تولید می گردد.

غلظت CO_۲ موجود در اتمسفر کره زمین هر ساله به دلیل سوزاندن بیش از حد سوخت های فسیلی جهت تولید انرژی در حال افزایش بوده و با روندی صعودی مواجه است. سوخت های فسیلی از جمله زغال سنگ و گازهای طبیعی حاوی مقادیر زیادی از کربن اند و به هنگام ترکیب با اکسیژن و طی فرآیند سوختن باعث تولید دی اکسید کربن می گردند.

در ادامه قصد داریم به بررسی نقش این گاز بر روند گرم شدن کره زمین و همچنین تأثیرات آن بر تغییرات آب و هوایی بپردازیم؛ تا انتهای این مطلب با نشریه جهان شیمی فیزیک همراه بمانید.

دی اکسید کربن و گرمایش جهانی چیست

اجازه دهید پیش از آن که به بررسی نقش CO_۲ در تغییرات زیست محیطی بپردازیم، کمی هم از ماهیت این ترکیب شیمیایی و مشخصات آن صحبت کنیم. دی اکسید کربن یک گاز بی رنگ با بوی تند و طعمی ترش است که غلظت آن در جو زمین در حدود ۰.۰۴ درصد حجمی می باشد.

این ترکیب از انحلال سنگ های کربناته در آب و اسید و همچنین به عنوان محصول جانبی فرآیند های اکسیداسیون تولید می گردد. این ترکیب شیمیایی مهم در صنعت نیز نقش پررنگی دارد و در زمینه هایی چون جوشکاری، تولید خاموش کننده های آتش، تهیه نوشیدنی های گازدار، ساخت انواع مبرد و…. کاربرد های زیادی دارد.

این گاز در طی فرآیند فشرده سازی و در دمایی بین -۱۲ تا -۲۳ درجه سانتی گراد در حالت مایع و با اعمال فشار مستقیم ۱ اتمسفر و در دمای زیر ۷۸.۵ درجه سانتی گراد به حالت جامد در می آید. دی اکسید کربن که در فاز جامد با نام یخ خشک نیز شناخته شده است، به صورت جامد برفی موجود بوده و در فشار نرمال بدون گذر از فاز مایع مستقیماً به صورت بخار آزاد می شود. این ترکیب حلالیت کمی در آب دارد و با انحلالش تولید محلولی از یک اسید ضعیف به نام اسید کربنیک با فرمول شیمیایی H2CO3 می کند.

نقش دی اکسید کربن به عنوان گاز گلخانه ای

دانشمندان گرم شدن زمین که از اواسط قرن بیستم مشاهده شده است را ناشی از گسترش اثر گلخانه ای می دانند. اثر گلخانه ای یک پدیده طبیعی است که باعث گرم شدن سطح زمین می شود. وقتی انرژی خورشید به جو زمین می رسد، مقداری از آن به فضا منعکس شده و باز می گردد و ما بقی آن نیز توسط گاز های گلخانه ای جذب شده و در جو زمین محبوس می شوند.

گاز های گلخانه ای عبارت اند از بخار آب، دی اکسید کربن، متان، اکسید نیتروژن، ازن و برخی از مواد شیمیایی مصنوعی چون کلروفلوئوروکربن ها که با نام اختصاری CFC شناخته شده اند. بخشی از انرژی که زمین از خورشید دریافت می کند توسط این گاز ها جذب شده و به زمین تابیده می شود و به این ترتیب سطح زمین گرم می ماند.

اثر گلخانه ای گازی های نام برده و به ویژه دی اکسید کربن باعث شده تا دمای زمین در حدود ۳۳ درجه سانتی گراد گرم تر از چیزی باشد که در نبود این اثر انتظار می رود و به این ترتیب زندگی در این کره خاکی ممکن شده است.

برخی از گازهای گلخانه ای نسبت به تغییرات دما پاسخ داده و تغییر می کنند؛ بخار آب یکی از این گازها است که نسبت به دما بازخورد نشان می دهد. در مقابل، برخی از گاز ها از نظر شیمیایی یا فیزیکی در برابر تغییرات دمایی پاسخی نداده و با دوام طولانی مدت خود تقریباً به صورت دائمی در جو باقی می مانند. به این نوع گاز ها، گاز های تحمیل کننده اقلیمی گفته می شود که باعث بروز اجبار های تابشی می گردند. سهم دی اکسید کربن در بروز چنین پدیده ای از سایر گاز های گلخانه ای بیشتر بوده و بنابراین بیشترین تأثیر در افزایش دمای سطح زمین را دارد.

جالب است بدانید…
دی اکسید کربن از نظر ماهیت مولکولی اش نسبت به سایر گاز های گلخانه ای چون متان و اکسید نیتروژن، گرمای کمتری را به خود جذب می کند. اما عاملی که باعث شده تا دی اکسید کربن را مهم ترین عامل در گرم شدن زمین به شمار آوریم آن است که مقدار موجود از این گاز در جو نسبت به سایر گاز ها بیشتر بوده و مدت زمان بیشتری را نیز در جو باقی می ماند.
گرچه میزان بخار آب موجود در جو بیشتر از CO_۲ است اما همچنان تأثیر دی اکسید کربن در گرما شدن زمین بیشتر می باشد. چرا که این گاز قادر است طول موج های انرژی حرارتی بیشتری را نسبت به مولکول های بخار آب به خود جذب نماید و به این ترتیب اثر گلخانه ای آن هم بیشتر می باشد.
تمام این موارد به همراه اثر اجبار تابشی که در قسمت قبل به توضیح آن پرداخته شد، باعث شده تا گاز دی اکسید کربن کربن را به عنوان مهم ترین گاز گلخانه ای بشناسیم که در تغییرات آب و هوایی ایفای نقش می کند.

میزان تأثیر دی اکسید کربن بر تغییرات آب و هوایی

این روزها محققان با تحقیقاتی که بر روی تأثیر دقیق افزایش میزان CO_۲ موجود در جو زمین انجام شده است، بیشتر و بیشتر به نقش این گاز در روند گرم شدن کره زمین پی می برند. در ابتدای انقلاب صنعتی، جو زمین حاوی ۲۷۸ ppm از دی اکسید کربن بود؛ اما امروزه پس از گذشت دو و نیم قرن و استفاده بیش از پیش سوخت های فسیلی این رقم به حدود ۴۱۴ ppm رسیده است. اگر افزایش میزان CO_۲ تولید شده و موجود در اتمسفر با همین روند فعلی افزایش یابد، پیش بینی می شود تا غلظت این گاز تا سال ۲۰۶۰ میزان ۵۶۰ ppm را نیز پشت سر بگذارد!

در این میان سوالی که پیش می آید آن است که شرایط آب و هوایی زمین چگونه به این میزان از افزایش غلظت دی اکسید کربن پاسخ می دهد و شرایط محیط زیست تا چه حد تغییر خواهد کرد؟

گرچه میزان افزایش دمای سطح زمین نسبت به غلظت این گاز از آن چه مورد تصور محققین بوده کمتر است؛ اما قطعاً اگر انسان این روند صعودی را به زودی تحت کنترل خود در نیاورد، خطرات بسیار جدی و شدیدی او را تهدید خواهد کرد.

شواهد و مستندات افزایش غلظت دی اکسید کربن در جو

• اندازه گیری دمای سطح زمین با استفاده از دماسنج از سال ۱۸۵۰ تا کنون انجام شده است. مقایسه این دماهای اندازه گیری شده با یکدیگر و روند صعودی افزایش دی اکسید کربن موجود در جو ثابت کرده است که شرایط آب و هوایی زمین نسبت به سال های گذشته تغییرات چشمگیر و قابل توجهی داشته است.
• در زمان عصر یخبندان و در حدود ۲۰ هزار سال پیش که دمای سطح زمین بسیار کمتر از امروز بود، سطح CO_۲ موجود در جو کمتر از زمان حال بوده است. البته جالب است بدانید در ۴ میلیون سال پیش میزان دی اکسید کربن تقریباً با میزان غلظت این گاز در حال حاضر قابل مقایسه بود است. با بررسی تفاوت های اتمسفر زمین در این دوره ها و با مقایسه این اطلاعات با غلظت کنونی دی اکسید کربن می توان به سادگی میزان تأثیرات CO_۲ محبوس در جو بر تغییرات اقلیمی را تخمین زد.
• تحقیقات امروزی و جدیدترین داده های دریافت شده از ماهواره ها و الگوی های آب و هوایی جغرافیایی نیز نشان دهنده فعل و انفعالات درون سیستم آب و هوایی زمین هستند که به اثبات نظریه های موجود در خصوص تأثیر CO_۲ بر گرمای زمین کمک می کنند.