اثر گلخانه ای چیست و از اثرات نامطلوب آن بر زمین چه می دانید؟

اثر گلخانه ای هنگامی رخ می دهد که گازهای موجود در جو زمین گرمای خورشید را به دام می اندازند. این فرآیند باعث می شود زمین بسیار گرمتر از اتمسفر باشد. اثر گلخانه ای در واقع پدیده ای است که زمین را به مکانی راحت برای زندگی تبدیل می کند.

وقتی انرژی خورشید به جو زمین می رسد ، مقداری از آن به فضا منعکس می شود و بقیه توسط گازهای گلخانه ای جذب و تابش می شود. گازهای گلخانه ای شامل بخار آب ، دی اکسید کربن ، متان ، اکسید نیتروژن ، ازن و برخی مواد شیمیایی مصنوعی مانند کلروفلوئوروکربن ها (CFC) هستند.

انرژی جذب شده خورشید، جو و سطح زمین را گرم می کند. این فرآیند دمای کره زمین را در حدود ۳۳ درجه سانتی گراد گرمتر از آنچه در غیر این صورت باید بود ، حفظ می کند و باعث می شود حیات روی زمین وجود داشته باشد. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می گردد لطفا همراه ما باشید.

اثر گلخانه ای چگونه کار می کند؟

همانطور که از نام  این پدیده انتظار می رود اثر گلخانه ای مانند گلخانه کار می کند! گلخانه ساختمانی با دیوارهای شیشه ای و سقف شیشه ای است. از گلخانه ها برای پرورش گیاهان مانند گوجه فرنگی و گل های گرمسیری استفاده می شود.

هوای داخل یک گلخانه حتی در زمستان نیز گرم است زیرا در طول روز ، نور خورشید به داخل گلخانه می تابد و گیاهان و هوای داخل آن را گرم می کند. در شب که بیرون هوا سردتر است داخل گلخانه گرم است به این دلیل که دیواره های شیشه ای گلخانه گرمای خورشید را به دام می اندازد.

اثر گلخانه ای تقریباً به همین روش بر روی زمین عمل می کند. گازهای موجود در اتمسفر  مانند دی اکسید کربن ، گرما را مانند سقف شیشه ای گلخانه به دام می اندازند. به این گازهای گرماگیر گازهای گلخانه ای گفته می شود.

در طول روز با درخشش خورشید سطح زمین گرم می شود. در شب ، سطح زمین خنک می شود و گرما را دوباره در هوا آزاد می کند. اما مقداری از گرما توسط گازهای گلخانه ای موجود در جو به دام می افتد. این همان چیزی است که زمین ما را به طور متوسط ۵۸ درجه فارنهایت (۱۴ درجه سانتی گراد) گرم و دنج نگه می دارد.

اثر انتشار گازهای گلخانه ای

از زمان آغاز انقلاب صنعتی و ظهور موتورهای بخار مجهز به ذغال سنگ ، فعالیت های انسانی حجم گازهای گلخانه ای منتشر شده در جو را به شدت افزایش داده است. تخمین زده می شود که بین سالهای ۱۷۵۰ و ۲۰۱۱ ، غلظت دی اکسید کربن در جو ۴۰ درصد ، متان ۱۵۰ درصد و اکسید نیتروژن ۲۰ درصد افزایش داشته است. در اواخر دهه ۱۹۲۰ ، ما شروع به افزودن گازهای فلوئوره ساخته شده توسط بشر مانند کلروفلوئوروکربن ها یا CFC ها به اتمسفر کردیم.

در دهه های اخیر ما فقط سرعت انتشار را افزایش داده ایم. از مجموع انتشارات دی اکسیدکربن توسط انسان – فراوانترین گاز گلخانه ای که توسط فعالیتهای انسانی آزاد می شود و یکی از ماندگارترین آنهاست – از سال ۱۷۵۰ تا ۲۰۱۰ ، تقریباً نیمی در ۴۰ سال گذشته تولید شده است که عمده آن به دلیل احتراق سوخت فسیلی و فرآیندهای صنعتی است. در حالی که انتشار گازهای گلخانه ای جهانی گاه به گاه از سال به سال کاهش یافته است (اخیراً بین ۲۰۱۴ و ۲۰۱۶) ، آنها یک بار دیگر  افزایش یافته اند. در سال ۲۰۱۷ ، میزان انتشار کربن ۱.۶ درصد و در سال ۲۰۱۸ حدود ۲.۷ درصد افزایش یافته است.

انسان چگونه اثر گلخانه ای را تحت تأثیر قرار می دهد؟

فعالیت های انسانی در حال تغییر اثر گلخانه ای طبیعی زمین است. سوزاندن سوخت های فسیلی مانند زغال سنگ و نفت ، دی اکسید کربن بیشتری را وارد جو می کند.

ناسا افزایش میزان دی اکسید کربن و برخی دیگر از گازهای گلخانه ای را در جو ما مشاهده کرده است. مقدار زیاد این گازهای گلخانه ای می تواند باعث گرمای بیشتر و بیشتر جو زمین شود که به نام اثر گلخانه ای سراسری شناخته می شود و همه ما شاهد آن هستیم و چند سالی است دیگر خبری از زمستان های سرد نیست و این یعنی تغییرات اقلیمی!

اینکه هر یک از گازهای گلخانه ای چه میزان بر گرم شدن کره زمین تأثیر می گذارد به سه عامل اساسی بستگی دارد. اولین مورد این است که چه مقدار از آن در جو وجود دارد. ppm 1برای یک گاز معین به این معناست که مثلاً در هر ۱ میلیون مولکول هوا یک مولکول از آن گاز وجود دارد. دوم عمر آن است یعنی چه مدت در جو باقی می ماند. سوم این که چقدر در به دام انداختن گرما موثر است. این به عنوان پتانسیل گرمایش جهانی یا GWP شناخته می شود و اندازه کل انرژی است که گاز در یک دوره زمانی خاص (معمولاً ۱۰۰ سال) نسبت به انتشار ۱ تن دی اکسید کربن، جذب می کند.

پنج گاز گلخانه ای اصلی کدامند؟

مهمترین گازهایی که از طریق اثر گلخانه ای باعث گرم شدن کره زمین می شوند عبارتند از:

دی اکسید کربن

با احتساب حدود ۷۶ درصد از انتشار جهانی ناشی از فعالیت انسان ، دی اکسید کربن (CO2) برای مدت زمان طولانی در اتمسفر می ماند. پس از انتشار در جو ، ۴۰ درصد پس از ۱۰۰ سال ، ۲۰ درصد پس از ۱۰۰۰ سال و ۱۰ درصد تا ۱۰ هزار سال بعد همچنان باقی می ماند.

متان

اگرچه متان (CH4) نسبت به دی اکسید کربن (حدود یک دهه) در جو باقی می ماند ، اما از نظر اثر گلخانه ای بسیار قوی تر است. در حقیقت تأثیر آن بر گرمایش کره زمین ۲۵ برابر بیشتر از دی اکسید کربن در یک دوره ۱۰۰ ساله است. متان در سطح جهان تقریباً ۱۶ درصد از انتشار گازهای گلخانه ای تولید شده توسط انسان را تشکیل می دهد.

اکسید نیتروژن

اکسید نیتروژن (N2O) یک گاز گلخانه ای قدرتمند است که  GWP 300 برابر دی اکسید کربن در مقیاس زمانی ۱۰۰ ساله دارد و به طور متوسط کمی بیشتر از یک قرن در جو باقی می ماند. این گاز حدود ۶ درصد از انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از انسان در سراسر جهان را تشکیل می دهد.

گازهای فلوئوره

گازهای فلوئوره که از انواع فرآیندهای تولیدی و صنعتی ساطع می شوند ، ساخته دست بشر هستند. چهار دسته اصلی وجود دارد: هیدروفلوروکربن (HFC) ، پرفلوئورکربن (PFC) ، هگزا فلوراید گوگرد (SF6) و تری فلوئورید نیتروژن (NF3).

اگرچه گازهای فلوئوره در مقادیر کمتری نسبت به سایر گازهای گلخانه ای ساطع می شوند (آنها فقط ۲ درصد از انتشار جهانی گازهای گلخانه ای ساخته شده توسط بشر را تشکیل می دهند) ولی گرمای بیشتری را به دام می اندازند. در واقع ، GWP برای این گازها می تواند از هزار تا ده هزار باشد و طول عمر آنها در جو بسیار زیاد است و در بعضی موارد ده ها هزار سال طول می کشد.

HFC ها به عنوان جایگزینی برای کلروفلوئورکربن های تخریب کننده ازن (CFC) استفاده می شوند و هیدروکلرو فلوروکربن ها (HCFC) معمولاً در تهویه مطبوع و یخچال مورد استفاده قرار می گیرند. اما برخی از آنها به دلیل GWP بالا از رده خارج شده اند. جایگزینی این HFC ها و دفع صحیح آنها یکی از مهمترین اقدامات آب و هوایی است که جهان می تواند انجام دهد.

بخار آب

فراوانترین گاز گلخانه ای بخار آب است که با دیگر گازهای گلخانه ای تفاوت دارد زیرا تغییر غلظت اتمسفری آن به طور مستقیم به فعالیت های انسانی مربوط نمی شود بلکه به گرم شدن حاصل از سایر گازهای گلخانه ای که ما ساطع می کنیم ارتباط دارد. هوای گرمتر آب بیشتری را در خود نگه می دارد و از آنجا که بخار آب یک گاز گلخانه ای است ، آب بیشتر گرمای بیشتری را جذب می کند و باعث گرم شدن بیشتر و تداوم یک لوپ فیدبک مثبت می شود. (البته لازم به ذکر است که تأثیر خالص این فیدبک هنوز نامشخص است ، زیرا افزایش بخار آب همچنین باعث افزایش پوشش ابر می شود که انرژی خورشید را از زمین منعکس می کند.)

گازهای گلخانه ای از کجا می آیند؟

افزایش جمعیت ، فعالیت اقتصادی ، سبک زندگی ، استفاده از انرژی ، الگوهای کاربری اراضی ، فناوری و سیاست های اقلیمی تقریباً مسئول انتشار تمام گازهای گلخانه ای در جو هستند. در ادامه به منابع گازهای گلخانه ای اشاره می شود.

تولید برق و گرما

سوزاندن زغال سنگ ، نفت و گاز طبیعی برای تولید برق و گرما یک چهارم انتشارات ناشی از فعالیت انسان را در سراسر جهان تشکیل می دهد و آن را به بزرگترین منبع واحد تبدیل می کند. ایالات متحده دومین کشور تولید کننده گاز گلخانه ای با تولید حدود ۲۷.۵ درصد دی اکسید کربن است که عمدتا از احتراق ذغال سنگ تولید می شود.

کشاورزی و تغییرات کاربری اراضی

حدود یک چهارم دیگر انتشار گازهای گلخانه ای جهانی از کشاورزی و سایر فعالیت های استفاده از زمین (مانند جنگل زدایی) ناشی می شود. در ایالات متحده ، فعالیت های کشاورزی – در درجه اول پرورش دام و محصولات غذایی – ۸.۴ درصد از انتشار گازهای گلخانه ای در سال ۲۰۱۷ را تشکیل داده است. از این مقدار، اکثر قریب به اتفاق متان بوده (که به دلیل تجزیه کود و توسط  گاوهای گوشتی و شیری تولید می شود) و اکسید نیتروژن (که اغلب با استفاده از کودهای سنگین ازت آزاد می شود).

درختان ، گیاهان و خاک دی اکسید کربن را از هوا جذب می کنند. گیاهان و درختان این کار را از طریق فتوسنتز انجام می دهند (فرایندی که آنها دی اکسید کربن را به گلوکز تبدیل می کنند). در خاک میکروب هایی وجود دارد که کربن به آنها متصل می شود. بنابراین تغییرات کاربری اراضی غیرکشاورزی مانند جنگل زدایی ، جنگل کاری مجدد (کاشت مجدد در مناطق جنگلی موجود) می تواند میزان کربن موجود در جو را افزایش دهد (همانند جنگل زدایی) و یا از طریق جذب باعث کاهش آن می شود. هنگامی که درختان یا گیاهان قطع می شوند ، آنها دیگر دی اکسید کربن را جذب نمی کنند  و هنگامی که آنها سوخته یا تجزیه می شوند ، دی اکسید کربن را به داخل جو آزاد می کنند.

صنعت

حدود یک پنجم انتشار جهانی گازهای گلخانه ای ناشی از فعالیت انسان توسط بخش های صنعتی حاصل می شود که شامل تولید کالاها و مواد اولیه (مانند سیمان و فولاد) ، فرآوری مواد غذایی و ساخت و ساز است که اکثر آن دی اکسید کربن است ، اگرچه متان ، اکسید نیتروژن و گازهای فلوئوره نیز آزاد می شود.

حمل و نقل

سوزاندن سوخت های پایه نفتی ، یعنی بنزین و گازوئیل ، برای تأمین انرژی سیستم های حمل و نقل جهان ۱۴ درصد از انتشار گازهای گلخانه ای جهانی را تشکیل می دهد. حمل و نقل بزرگترین عامل ایجاد گازهای گلخانه ای است. دی اکسید کربن گاز اصلی ساطع شده است ، اگرچه با احتراق سوخت مقادیر کمی متان و اکسید نیتروژن آزاد می شود.

ساختمانها

ساختمانهای  در سراسر جهان ۶.۴ درصد گازهای گلخانه ای جهانی تولید می کنند. در ایالات متحده ، خانه ها و مشاغل حدود ۱۱ درصد از گازهای گلخانه ای را تشکیل می دهند. این انتشارات که بیشتر از دی اکسیدکربن و متان تشکیل شده اند ، عمدتاً از سوختن گاز طبیعی و نفت برای گرم کردن و پخت و پز ناشی می شوند ، اگرچه منابع دیگر شامل مدیریت پسماند و فاضلاب و نشت مواد خنک کننده از سیستم های تهویه مطبوع و تبرید است.

دیگر منابع

این دسته شامل انتشار گازها از فعالیت های مرتبط با انرژی غیر از احتراق سوخت فسیلی ، مانند استخراج ، تصفیه ، فرآوری و حمل و نقل نفت ، گاز و زغال سنگ است. در سطح جهان ، این بخش ۹.۶ درصد از انتشار گاز گلخانه ای را تشکیل می دهد.

چه چیزی اثر گلخانه ای را روی زمین کاهش می دهد؟

درست مثل یک گلخانه شیشه ای ، گلخانه زمین نیز پر از گیاه است! گیاهان می توانند به تعادل اثر گلخانه ای روی زمین کمک کنند. همه گیاهان – از درختان غول پیکر گرفته تا فیتوپلانکتون های ریز موجود در اقیانوس – دی اکسید کربن گرفته و اکسیژن تولید می کنند.

اقیانوس همچنین مقدار زیادی دی اکسید کربن اضافی را از هوا جذب می کنند. متأسفانه ، افزایش دی اکسید کربن در اقیانوس باعث تغییر آب و اسیدی شدن آن می شود که به این حالت اسیدی شدن اقیانوس گفته می شود.

آب اسیدی می تواند برای بسیاری از موجودات اقیانوس مانند برخی از صدف های خاص و مرجان ها مضر باشد. گرم شدن اقیانوس ها – از طریق گازهای گلخانه ای زیاد در اتمسفر – نیز می تواند برای این موجودات مضر باشد. آبهای گرم دلیل اصلی سفید شدن مرجان ها هستند.

بهتر است بدانید:

زمین همیشه با نیروهای طبیعی دارای فازهای گرم و خنک بوده است  که ناشی از شدت تابش خورشید ، فوران های آتشفشان و تغییرات طبیعی در غلظت گازهای گلخانه ای است که بر میزان انرژی تابشی خورشید تاثیر می گذارد. دانشمندان می گویند که همین چند قرن پیش ، این سیاره دچار “عصر یخبندان کوچک” شده است که ناشی از کاهش فعالیت خورشید و افزایش فعالیت آتشفشانی است. اما گرمایش آب و هوای امروز – به ویژه افزایش دما از اواسط قرن بیستم – با سرعتی انجام می شود که تنها با دلایل طبیعی نمی توان آنرا توضیح داد. طبق گفته ناسا ، “علل طبیعی امروزه نیز در جریان هستند ، اما تأثیر آنها خیلی کم است یا خیلی کند اتفاق می افتند که بتوانند گرم شدن سریع دهه های اخیر را توضیح دهند.”

به عبارت دیگر مشکل  انسان است. اما ممکن است ما راه حل نیز باشیم. ما توانایی مهار انتشار گازهای گلخانه ای را داریم ، اگرچه مطمئناً انجام این کار آسان نخواهد بود. تعمیرات اساسی سیستم های انرژی به اقدامی دگرگون کننده و تهاجمی جهانی نیاز دارد و اکنون طبق IPCC (هیئت بین‌دولتی تغییر اقلیم) ما باید میزان آلودگی گازهای گلخانه ای را نسبت به سال ۲۰۱۰ تا سال ۲۰۳۰ به میزان ۴۵ درصد كاهش دهیم و تا سال ۲۰۵۰ به انتشار صفر برسیم.

اگر گرم شدن کره زمین از ۱.۵ درجه سانتی گراد فراتر رود (IPCC به عنوان آستانه جلوگیری از بدترین تأثیرات تغییرات آب و هوایی تعیین کرده است) به معنای خشکسالی شدیدتر ، گرمای شدید ، جاری شدن سیل و فقر ، کاهش گونه ها (از جمله تلفات انبوه از صخره های مرجانی جهان) و بدتر شدن کمبود مواد غذایی و آتش سوزی خواهد بود.