گازهای گلخانهای: سپری نامرئی که زمین را گرم میکند
اثر گلخانهای طبیعی: موهبتی برای حیات
تصور کنید یک روز سرد زمستانی، داخل یک گلخانه مملو از گیاه نشستهاید. نور خورشید از شیشه عبور میکند و فضای داخل را گرم میکند. این گرمای تولیدشده نمیتواند به راحتی از شیشه خارج شود، بنابراین دمای داخل گلخانه از بیرون بسیار بیشتر است. جو زمین نیز نقش مشابهی ایفا میکند. لایهای از گازها به طور طبیعی در اتمسفر وجود دارند که مانند شیشههای یک گلخانه عمل میکنند. آنها اجازه میدهند نور خورشید (تابش ورودی) به زمین برسد، اما بخشی از گرمای بازتابشده از سطح زمین (تابش فروسرخ) را به دام میاندازند. بدون این پدیده طبیعی، میانگین دمای زمین به جای 15 درجه سانتیگراد، حدود -18 درجه سانتیگراد بود و حیات به شکلی که میشناسیم امکانپذیر نبود.
مشکل زمانی شروع شد که انسانها با سوزاندن سوختهای فسیلی4 مانند زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی، جنگلزدایی و فعالیتهای صنعتی و کشاورزی، مقدار بسیار زیادی گاز گلخانهای اضافی به اتمسفر تزریق کردند. این کار باعث ضخیمتر شدن "پتو" گازی اطراف زمین شده و گرمای بیشتری به دام میافتد. به این پدیده تقویت اثر گلخانهای میگویند که نتیجه آن گرمایش جهانی است.
| نام گاز (فرمول شیمیایی) | منابع اصلی انسانساخت | قدرت گرمایش جهانی* (GWP) | سهم در گرمایش جهانی |
|---|---|---|---|
| کربن دیاکسید (CO2) | سوزاندن سوختهای فسیلی (نیروگاهها، خودروها)، جنگلزدایی | 1 (معیار پایه) | ~76% (بیشترین سهم) |
| متان (CH4) | کشاورزی (دستگاه گوارش دام، شالیزارهای برنج)، دفن زباله، نشت از چاههای نفت و گاز | ~28 (در بازه 100 ساله) | ~16% |
| اکسید نیتروژن (N2O) | استفاده از کودهای نیتروژنی در کشاورزی، برخی فرآیندهای صنعتی | ~265 | ~6% |
| گازهای فلوئوردار** (F-gases) | مبردها در یخچال و کولر، فومهای عایق، اسپریهای آئروسول | بسیار بالا (صدها تا هزاران برابر CO2) | ~2% (اما به سرعت در حال رشد) |
* GWP (Global Warming Potential) یا پتانسیل گرمایش جهانی، معیاری است که نشان میدهد یک واحد از یک گاز گلخانهای در یک بازه زمانی مشخص (معمولاً 100 سال) چقدر نسبت به یک واحد CO2 در به دام انداختن گرما مؤثر است.
** مانند هیدروفلوئوروکربنها (HFCs)، پرفلوئوروکربنها (PFCs) و هگزا فلوراید گوگرد (SF6).
چرخه کربن و افزایش بیسابقه دیاکسید کربن
کربن دیاکسید مهمترین گاز گلخانهای انسانساخت است. کربن به طور طبیعی در یک چرخه بین اتمسفر، اقیانوسها، خاک، گیاهان و جانوران در گردش است. گیاهان طی فرآیند فتوسنتز5CO2 جذب میکنند و اکسیژن آزاد میکنند. حیوانات و گیاهان با تنفس، CO2 بازمیگردانند. این چرخه برای میلیونها سال در تعادل بود. اما انسان با خارج کردن کربنی که میلیونها سال در اعماق زمین به شکل سوخت فسیلی ذخیره شده بود و سوزاندن سریع آن، این تعادل را بر هم زده است. مانند این است که شما بخواهید یک استخر را با یک شلنگ پر کنید، اما درِ خروجی استخر بسیار کوچکتر از میزان آبی باشد که وارد میکنید. در نتیجه سطح آب (غلظت CO2) به طور پیوسته بالا میرود.
برای درک فرمول شیمیایی تولید CO2 از سوختن یک سوخت فسیلی ساده مانند متان (مولفه اصلی گاز طبیعی) میتوان نوشت:
این معادله نشان میدهد سوزاندن یک مولکول متان با اکسیژن، یک مولکول کربن دیاکسید، دو مولکول آب و انرژی (گرما) تولید میکند.
متان: گازی قدرتمند با منابع غیرمنتظره
اگرچه مقدار متان در اتمسفر بسیار کمتر از CO2 است، اما هر مولکول آن در یک بازه 100 ساله، حدود 28 برابر قویتر از یک مولکول CO2 در به دام انداختن گرماست. منابع طبیعی متان شامل تالابها و فعالیتهای زمینشناسی است. اما امروزه حدود 60% از انتشار آن مربوط به فعالیتهای انسانی است. یک مثال جالب: گاوها و سایر نشخوارکنندگان هنگام هضم غذا (فرآیند تخمیر در شکمبه) متان تولید میکنند و از طریق آروغ خارج میکنند! این منبع به تنهایی سهم بزرگی در انتشار متان دارد. مثال دیگر، دفن زبالههای شهری است. وقتی زبالههای آلی در عمق زمین بدون اکسیژن دفن میشوند، تجزیه شده و گاز متان تولید میکنند که میتواند جمعآوری و به عنوان منبع انرژی سوزانده شود.
تأثیرات افزایش گازهای گلخانهای بر زندگی ما
افزایش دمای کره زمین فقط به معنای گرمتر شدن تابستانها نیست. این پدیده سیستم پیچیده آبوهوای زمین را به هم میریزد و منجر به تغییرات اقلیمی گسترده میشود. برخی از این تأثیرات عبارتند از:
• ذوب یخچالهای طبیعی و یخهای قطبی: این کار علاوه بر افزایش سطح آب دریاها و تهدید شهرهای ساحلی، مقدار نور خورشید منعکسشده از سطح سفید زمین (آلبِدو6) را کاهش میدهد و باعث جذب گرمای بیشتر میشود.
• وقوع شدیدتر رویدادهای آبوهوایی: گرمتر شدن اتمسفر و اقیانوسها مانند افزودن سوخت به یک موتور است. توفانها، سیلابها و خشکسالیها میتوانند با شدت و فراوانی بیشتری رخ دهند. به عنوان مثال، هوای گرمتر رطوبت بیشتری را در خود نگه میدارد که میتواند منجر به بارشهای سیلآسا شود.
• اسیدی شدن اقیانوسها: حدود یکچهارم CO2 منتشرشده توسط انسان، توسط اقیانوسها جذب میشود. CO2 با آب دریا واکنش داده و اسید کربنیک تشکیل میدهد. افزایش اسیدیته آب، ساخت پوسته و اسکلت موجودات دریایی مانند مرجانها و برخی پلانکتونها را دشوار میکند و کل زنجیره غذایی اقیانوس را تهدید میکند.
از علم تا عمل: چگونه میتوانیم ردپای کربن خود را کاهش دهیم؟
مقابله با تغییرات اقلیمی نیازمند اقدام در سطح جهانی، ملی و فردی است. هر یک از ما میتوانیم با انتخابهای روزمره خود تأثیرگذار باشیم. این اقدامات به دو دسته اصلی تقسیم میشوند: کاهش انتشار و جذب یا ذخیره کربن.
| حوزه اقدام | اقدام عملی | تأثیر بر کاهش گازهای گلخانهای |
|---|---|---|
| حملونقل | استفاده از حملونقل عمومی، دوچرخه، پیادهروی یا خودروی برقی | کاهش مستقیم انتشار CO2 و اکسیدهای نیتروژن از اگزوز |
| انرژی | خاموش کردن لامپ و دستگاههای برقی اضافه، استفاده از لامپهای کممصرف، عایقبندی خانه | کاهش تقاضای برق، کاهش نیاز به سوخت فسیلی در نیروگاهها |
| کشاورزی و غذا | کاهش دورریز غذا، افزایش مصرف غذاهای گیاهی | کاهش متان از دامپروری و کاهش انرژی مصرفی در کل زنجیره تأمین غذا |
| مدیریت پسماند | کاهش مصرف (Reuse)، بازیافت (Recycle)، کمپوست کردن زبالهتر | کاهش متان از محل دفن زباله، صرفهجویی در انرژی تولید مواد اولیه |
| جذب کربن | کاشتن و نگهداری از درختان و گیاهان | CO2 جذب شده در فرآیند فتوسنتز در بافت گیاه ذخیره میشود |
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
خیر. زمین در طول تاریخ چرخههای طبیعی گرم و سرد داشته است (مانند عصرهای یخبندان). اما سرعت و میزان گرمایش کنونی بیسابقه است. دانشمندان با بررسی حلقههای درختان، لایههای یخ قطب و سنگهای فسیلشده، اثبات کردهاند که افزایش فعلی گازهای گلخانهای و دمای جهانی کاملاً با فعالیتهای انسانی از زمان انقلاب صنعتی همخوانی دارد و با مدلهای طبیعی قابل توضیح نیست.
گازهای گلخانهای به خودی خود مضر نیستند. همانطور که گفته شد، بدون آنها زندگی روی زمین امکانپذیر نبود. مشکل، افزایش بیش از حد و سریع غلظت آنها در اثر فعالیتهای انسانی است که تعادل طبیعی را بر هم میزند. مثال: آب برای بدن ضروری است، اما نوشیدن مقدار بسیار زیاد آن در زمان کوتاه نیز میتواند خطرناک باشد.
گرمایش جهانی به معنای افزایش میانگین دمای کل کره زمین است. این افزایش میانگین میتواند الگوهای آبوهوایی را تغییر دهد و باعث وقوع رویدادهای شدید در هر دو سوی طیف (گرما و سرما) شود. برای مثال، گرم شدن قطب شمال میتواند مسیر جتاستریم (Jet Stream) را تضعیف کند و باعث شود هوای بسیار سرد قطبی برای مدت طولانیتری به عرضهای جغرافیایی پایینتر نفوذ کند. بنابراین، یک زمستان بسیار سرد در یک منطقه خاص، تناقضی با گرمایش جهانی ندارد.
پاورقی
1 اثر گلخانهای (Greenhouse Effect): فرآیندی طبیعی که طی آن گازهای موجود در جو زمین، مقداری از انرژی گرمایی خورشید را به دام میاندازند و دمای سیاره را قابل سکونت نگه میدارند.
2 گرمایش جهانی (Global Warming): افزایش میانگین دمای سطح زمین و اقیانوسها در اثر افزایش غلظت گازهای گلخانهای.
3 تغییرات اقلیمی (Climate Change): تغییرات بلندمدت در الگوهای آبوهوایی و دما که میتواند طبیعی یا ناشی از فعالیتهای انسانی باشد. در این متن، عمدتاً به تغییرات ناشی از فعالیتهای انسانی اشاره دارد.
4 سوختهای فسیلی (Fossil Fuels): منابع انرژی تشکیلشده از بقایای جانوران و گیاهان دیرینه، مانند زغالسنگ، نفت و گاز طبیعی.
5 فتوسنتز (Photosynthesis): فرآیندی که در آن گیاهان سبز با استفاده از نور خورشید، کربن دیاکسید و آب، غذا (گلوکز) تولید کرده و اکسیژن آزاد میکنند. فرمول ساده آن: $6CO_2 + 6H_2O + \text{انرژی نور} \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$.
6 آلبدو (Albedo): معیاری برای سنجش میزان بازتابندگی یک سطح. سطوح سفید و روشن مانند برف و یخ، آلبدوی بالا دارند.
واژههای اختصاری:
GHGs: Greenhouse Gases (گازهای گلخانهای)
CO2: Carbon Dioxide (کربن دیاکسید)
CH4: Methane (متان)
N2O: Nitrous Oxide (اکسید نیتروژن)
GWP: Global Warming Potential (پتانسیل گرمایش جهانی)
ppm: Parts Per Million (قسمت در میلیون)
HFCs, PFCs, SF6: انواع گازهای فلوئوردار صنعتی.
