گازهای گلخانه ای | اثرات، انواع و دلایل

مقدمه

گازهای گلخانه‌ای گازهای خاصی در جو زمین هستند که انرژی خورشید را به دام می اندازند. بدون وجود این گازها، گرما دوباره به فضا فرار می‌کرد و میانگین دمای زمین در حدود 15 درجه سانتی‌گراد سردتر از حال حاضر می‌شد. این گازها شامل دی‌اکسیدکربن، متان، اکسید نیتروژن و سایر گازهایی است که در جو تجمع یافته و یک لایه انعکاسی برای گرما ایجاد می‌کنند که زمین را در دمای قابل قبول نگه می‌دارد. گازهای گلخانه‌ای عایقی را تشکیل می‌دهند که کره زمین را به اندازه کافی گرم نگه داشته تا بتواند حیات را در خود حفظ کند.

غلظت گازهای گلخانه‌ای برای هزاران سال و دمای کلی زمین به‌طور نسبتأ پایداری ثابت باقی مانده بود اما متأسفانه، افزایش شدید غلظت گازهای گلخانه‌ای ناشی از فعالیت‌های صنعتی طی دویست سال گذشته این  سیستم را از تعادل خارج کرده و باعث گرم شدن کره زمین شد.

رایج‌ترین و نگران کننده‌ترین گازهای گلخانه‌ای

دی‌اکسیدکربن

هرگاه ذغال سنگ، نفت، گاز طبیعی و سایر سوخت‌های فسیلی غنی از کربن سوزانده می‌شوند دی‌اکسیدکربن ساطع می‌شود. دی‌اکسیدکربن قوی‌ترین گاز گلخانه‌ای نیست ، اما بیشترین تأثیر را در تغییرات آب و هوایی دارد، زیرا بسیار رایج است. برای کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن، باید میزان سوختی را که در اتومبیل، خانه و زندگی خود استفاده می‌کنیم کاهش دهیم.

متان

در اثر تجزیه مواد گیاهی متان ایجاد می‌شود و از محل دفن زباله‌ها، باتلاق‌ها و شالیزارهای برنج آزاد می‌شود. گازها نیز یکی از مهم‌ترین تولیدکنندگان متان هستند. اگرچه میزان انتشار متان کمتر از میزان انتشار دی‌اکسید‌کربن است، اما این گاز از نظر پتانسیل گرم کردن زمین بسیار خطرناک‌تر است، زیرا هر مولکول متان ۲۵ برابر بیشتر پتانسیل گرم کردن کره زمین را نسبت به یک مولکول دی‌اکسید‌کربن دارد.

 اکسید نیتروژن

از باکتری‌های موجود در خاک، اکسید نیتروژن آزاد می‌شود. روش‎های 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 ۲۹۸ برابر بیشتر از یک مولکول دی‌اکسیدکربن پتانسیل گرم کردن کره زمین را دارد.

گازهای گلخانه‌ای دیگر شامل هیدروفلوئوروکربن‌ها، هگزا فلوراید گوگرد و بخار آب هستند.

راه‌های تشکیل گازهای گلخانه‌ای

گازهای گلخانه‌ای می‌توانند از دو منبع طبیعی و مصنوعی تأمین شوند. حجم زیادی از گازهای مهم گلخانه مانند دی‌اکسیدکربن توسط گیاهان برای فتوسنتز استفاده می‌شود و همچنین در آب اقیانوس‌ها  به‌طور طبیعی توسط آتشفشان‌ها دی‌اکسیدکربن و متان ایجاد می‌شود. این گازها به‌طور طبیعی توسط آتشفشان‌ها، آتش‌سوزی‌های جنگل‌ها و مواد آلی تجزیه شده آزاد می‌شود. از طرفی  سیستم‌های طبیعی در جهان وجود دارند که گازهای گلخانه‌ای را  جذب می‌کنند، این مخازن جذب گازهای گلخانه‌ای را رسوخی (sinks) می‌گویند.

سیستم‌های طبیعی موجود در زمین کمی بیشتر از مقدار آزاد شده دی‌اکسیدکربن  را جذب می‌کنند، این امر  باید منجر به کاهش تدریجی غلظت گازهای گلخانه‌ای در جو شود. با این وجود فعالیت‌های انسانی این روند طبیعی را از تعادل خارج کرده است. امروزه انتشار گازها از منابع مصنوعی ایجاد شده توسط انسان‌ها، از توانایی طبیعی زمین در حذف و ذخیره کربن پیشی گرفته و باعث افزایش غلظت گازهای گلخانه‌ای می‌شود.

 اثر گلخانه‌ای چیست؟

گلخانه محوطه‌ای شیشه‌ای است که می‌توان از آن برای رشد گیاهان استفاده کرد. تابش خورشید باعث گرم شدن گیاهان و هوای داخل گلخانه می‌شود. شب‌ها با غروب خورشید گرمای محبوس شده در داخل گلخانه از بین نمی‌رود و گلخانه همچنان گرم باقی می‌ماند که برای رشد گیاهان امری ضروری است. در جو زمین نیز همین مسئله رخ می‌دهد. در طول روز خورشید جو زمین را گرم می‌کند. در شب، هنگامی که زمین خنک می‌شود، گرما دوباره به جو تابانده می‌شود. در طی این فرآیند، گرما توسط گازهای گلخانه‌ای موجود در جو زمین جذب می‌شود. این همان چیزی است که سطح زمین را گرم‌تر می‌کند و  بقای موجودات زنده روی زمین را امکان‌پذیر می‌کند. با این حال، به دلیل افزایش سطح گازهای گلخانه‌ای، دمای زمین به‌طور قابل توجهی افزایش یافته است. این امر منجر به پیامدهای ناگوار شده است.

گازهای گلخانه‌ای، علل و پیامدهای اثرات گلخانه‌ای

کارخانه‌ها، اتومبیل‌ها، جنگل‌زدایی و غیره علل اصلی در تولید گازهای گلخانه‌ای هستند. افزایش تعداد کارخانه‌ها و اتومبیل‌ها باعث افزایش میزان این گازها در جو می‌شود. گازهای گلخانه‌ای هرگز اجازه نمی‌دهند تابش از زمین خارج شود و دمای سطح زمین افزایش می‌یابد. سپس این امر منجر به گرم شدن کره زمین می‌شود. گازهای گلخانه‌ای مانند دی‌اکسیدکربن دلیل اصلی ایجاد اثر گلخانه‌ای است.

گازهای گلخانه‌ای مولکول‌های گازی هستند که خاصیت جذب تابش مادون قرمز (انرژی حرارتی خالص) که از سطح زمین ساطع می‌شود را دارند و دوباره آن را به سطح زمین بازنشر می‌کنند. دی‌اکسیدکربن، متان و بخار آب مهم‌ترین گازهای گلخانه‌ای هستند و علی‌رغم اینکه فقط بخشی از کل گازهای جوی را تشکیل می‌دهند، تأثیر زیادی در گرمایش سطح زمین دارند.

گازهای گلخانه‌ای مهم

بخار آب

قوی‌ترین گاز گلخانه‌ای در جو زمین بخار آب است، اما رفتار آن اساسأ متفاوت از دیگر گازهای گلخانه‌ای  دیگر است. نقش اصلی بخار آب به‌عنوان 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 می‌کند که ادامه فعالیت سیستم را تحت تأثیر قرار می‌دهد. این تمایز از آن‌جا ناشی می‌شود که به‌طور کلی، میزان بخار آب موجود در جو نمی‌تواند مستقیماً با رفتار انسان اصلاح شود، بلکه در عوض توسط دمای هوا تنظیم می‌شود.

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

دی‌اکسیدکربن

مهم‌ترین گاز گلخانه‌ای دی‌اکسیدکربن است. منابع طبیعی دی‌اکسیدکربن در اتمسفر شامل دفع گازهای آتشفشان، احتراق و پوسیدگی طبیعی مواد آلی و تنفس توسط ارگانیسم‌های هوازی (با استفاده از اکسیژن) است. این منابع به‌طور متوسط ​​با مجموعه‌ای از فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی یا بیولوژیکی متعادل می‌شوند که “رسوخ ” نامیده می‌شوند و تمایل به حذف دی‌اکسیدکربن از جو را دارند. رسوخ طبیعی قابل توجه شامل پوشش گیاهی صورت می‌گیرد که طی فتوسنتز کربن‌دی‌اکسید را جذب می‌کند.

تعدادی از فرآیندهای اقیانوسی نیز به عنوان رسوخ‌دهنده عمل می‌کنند. یکی از این فرآیندها پمپ حلالیت نام دارد که شامل نزول آب سطحی دریا است که حاوی کربن‌دی‌اکسید محلول است. فرآیند دیگر، پمپ بیولوژیکی، شامل جذب دی‌اکسیدکربن محلول توسط گیاهان دریایی و فیتوپلانکتون‌ها (موجودات کوچک، شناور آزاد و فتوسنتز شناور) است که در بخش فوقانی اقیانوس زندگی می‌کنند. علاوه بر این دی‌اکسیدکربن توسط برخی ارگانیسم‌های دریایی برای ساخت اسکلت و سایر مواد استفاده می‌شود. همانطور که این موجودات از بین می‌روند و در کف اقیانوس جمع می‌شوند، کربن آن‌ها به قسمت پایین اقیانوس منتقل می‌شود. در مقابل، فعالیت‌های انسانی سطح دی‌اکسیدکربن جو را در درجه اول از طریق سوزاندن سوخت‌های 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 می‌دهد. از دیگر منابع انسانی می‌توان به سوزاندن جنگل‌ها و پاکسازی زمین اشاره کرد. در حال حاضر انتشار گازهای گلخانه‌ای متساعد شده از فعالیت‌های انسان باعث انتشار سالانه حدود ۷ گیگاتن (۷ میلیارد تن) کربن در جو می شود.

 گاز متان

دومین گاز گلخانه‌ای مهم، متان است که از دی‌اکسیدکربن بسیار قوی‌تر است. زیرا بازتابش تولید شده توسط هر مولکول آن بزرگتر است. با این حال، متان در غلظت بسیار کمتری از دی‌اکسیدکربن در اتمسفر وجود دارد و غلظت‌های حجمی آن در جو عمومأ به شکل قسمت در میلیارد (PPB )  اندازه‌گیری می‌شود تا قسمت در میلیون  (ppm).  متان همچنین مدت زمان نسبتاً کمتری نسبت به دی‌اکسیدکربن  در جو حضور دارد. زمان حضور  متان تقریباً ۱۰ سال است، در مقایسه با صدها سال برای دی‌اکسیدکربن، که زمان بسیار ظولانی‌ای محسوب می‌شود.

علت ایجاد اثر گلخانه‌ای

دلایل عمده اثر گلخانه‌ای عبارتند از:

سوختن سوخت‌های فسیلی

سوخت‎های فسیلی جز جدایی‌ناپذیر زندگی صنعتی امروزی هستند و از آن‌ها به‌طور گسترده‌ای در حمل‌و نقل و تولید برق استفاده می‌شود. سوزاندن سوخت‌های فسیلی باعث آزاد شدن دی‌اکسیدکربن می‌شود. با افزایش جمعیت، استفاده از سوخت‌های فسیلی افزایش یافته است و این امر منجر به افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای در جو شده است.

جنگل زدایی

گیاهان و درختان دی‌اکسیدکربن را جذب و اکسیژن آزاد می‌کنند. به دلیل قطع درختان، افزایش قابل توجهی در حجم گازهای گلخانه‌ای موجود در جو به وجود آماده است که باعث افزایش دمای زمین شده است.

اکسید نیتروژن

اکسید نیتروژن مورد استفاده در کودها یکی از عوامل مؤثر در اثر گلخانه‌ای در جو است.

زباله‌های صنعتی و محل‌های دفن زباله

صنایع و کارخانه‌ها گازهای مضر تولید  شده خود را در جو آزاد می‌کنند که باعث افزایش این گازها در جو می‌شوند. محل دفن زباله همچنین دی‌اکسیدکربن و متان آزاد می‌کند که به گازهای گلخانه‌ای می‌افزاید.

اثر گلخانه‌ای مخرب چیست؟

اثر گلخانه‌ای مخرب زمانی اتفاق می‌افتد 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 خواهد بود. 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 گلخانه‌ای مخرب زمانی ایجاد می‌شود که دمای یک سیاره به سطح نقطه جوش آب افزایش یابد. در نتیجه، تمام آب اقیانوس‌ها به بخار آب تبدیل می‌شوند که گرمای بیشتری را که از خورشید می‌آید به دام می‌اندازد و باعث افزایش بیشتر درجه حرارت سیاره می‌شود. این مسئله در نهایت اثر گلخانه‌ای را تسریع می‌کند. این حلقه “بازخورد مثبت” نیز نامیده می‌شود.

نظری وجود دارد که جای خود را به اثر گلخانه‌ای 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 دی‌اکسیدکربن را از سنگ‌ها به داخل جو می‌کشاند. این امر باعث گرم شدن سطح این سیاره می‌شود که انتقال دی‌اکسیدکربن از سنگ‌‌ها به جو را تسریع می‌کند و باعث ایجاد اثر گلخانه‌ای مخرب می‌شود.

به عبارت ساده تر:

افزایش اثر گلخانه‌ای منجر به ایجاد اثر گلخانه‌ای مخرب می‌شود که می‌تواند درجه حرارت زمین را به حدی افزایش دهد که در آینده نزدیک، زندگی دیگر در سطح زمین وجود نداشته باشد.

غلظت گازهای گلخانه‌ای به‌طور قابل توجهی در طول تاریخ زمین متفاوت بوده است و این تغییرات باعث تغییرات قابل توجه آب و هوا در طیف وسیعی از مقیاس‌های زمانی شده است. به طور کلی، غلظت گازهای گلخانه‌ای به‌ویژه در دوره‌های گرم زیاد و در دوره‌های سرد کم بوده است. تعدادی از فرآیندها بر غلظت گازهای گلخانه‌ای تأثیر می‌گذارند.

برخی مانند فعالیت‌های تکتونیکی در مقاطع زمانی میلیون سال کار می‌کنند، در حالی که برخی دیگر مانند پوشش گیاهی، خاک، تالاب و منابع اقیانوس در باز‌ های زمانی صدها تا هزاران سال فعالیت می‌کنند. فعالیت‌های انسانی (به ویژه احتراق سوخت‌های فسیلی از زمان انقلاب صنعتی) مسئول افزایش مداوم غلظت اتمسفر در گازهای مختلف گلخانه‌ای، به ویژه دی‌اکسیدکربن، متان، ازن و کلروفلوئورکربن‌ها  (CFC) است و تنها راه مهار این اثر کاهش تولید این آلاینده‌ها به طرق مختلف است.

اثرات افزایش گازهای گلخانه‌ای

گرم شدن کره زمین

پدیده گرم شدن کره زمین مسبب اصلی افزایش تدریجی میانگین دمای جو زمین است. علت اصلی این مسئله زیست‌محیطی، افزایش حجم گازهای گلخانه‌ای مانند دی‌اکسیدکربن و متان است که در اثر سوزاندن سوخت‌های فسیلی، انتشار از وسایل نقلیه، صنایع و سایر فعالیت‌های انسانی آزاد می‌شود.

تخلیه لایه ازون

محتوای خود را با هوش مصنوع

لایه ازون زمین را در برابر اشعه ماورا بنفش مضر خورشید محافظت می‌کند. این لایه در مناطق بالایی استراتوسفر وجود دارد. کاهش لایه ازون منجر به ورود پرتوهای مضر UV به سطح زمین می‌شود که ممکن است منجر به سرطان پوست شود و همچنین می‌تواند به شدت آب و هوا را تغییر دهد. علت اصلی این پدیده تجمع گازهای گلخانه‌ای طبیعی از جمله کلروفلوئوروکربن‌ها، دی‌اکسیدکربن، متان و … است.

دود و آلودگی هوا

از ترکیب دود و مه، مه دود تشکیل می‌شود که هم می‌تواند به دلیل اتفاقات طبیعی و هم فعالیت‌های انسانی ایجاد شود. مه دود به‌طور کلی در اثر تجمع بیشتر گازهای گلخانه‌ای از جمله اکسیدهای ازت و گوگرد ایجاد می‌شود. مهم‌ترین عامل در شکل‌گیری مه دود انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از خودروها و صنایع، آتش‌سوزی‌های کشاورزی، آتش‌سوزی‌های جنگل‌های طبیعی و واکنش مواد شیمیایی با یکدیگر است.

اسیدی شدن انواع مختلف آب‌ها

افزایش مقدار کل گازهای گلخانه‌ای در هوا باعث اسیدی شدن بیشتر آب‌های جهان شده است. گازهای گلخانه‌‍‌ای با آب باران مخلوط می‌شوند و به‌صورت باران اسیدی می‌بارند. این منجر به اسیدی شدن آب‌ها می‌شود. همچنین  آب باران آلاینده‌ها را به همراه خود حمل می‌کند و به رودخانه، نهرها و دریاچه‌ها می‌ریزد و در نتیجه باعث اسیدی شدن آن‌ها می‌شود.