همان طور که در قسمت قبل نیز به آن اشاره شد امروزه تولید گازهایی مثل کربن دی اکسید، تعادل طبیعت حاکم بر سیاره زمین را بر هم زده و باعث شده است گرمایش جهانی به یک معضل اساسی برای بقای بشریت تبدیل شده است. فعالیت‌های انسان به ویژه در دو قرن اخیر، در جهت تغییر این شرایط مناسب و ساختار جو زمین بوده و دمای آن را با سرعتی توقف ناپذیر بالا برده است. یکی از مهم ترین عوامل گرمایش زمین (Global Warming)، اثر گلخانهای (Greenhouse Effect) نام دارد.
علت نام‌گذاری گاز گلخانه ای، نحوه عملکرد و اثرات آن
علت نام‌گذاری گاز گلخانهای برگرفته از پدیده‌ای است که در گلخانه‌ها دیده می‌شود. به بیان ساده می‌توان گفت وقتی نور به درون محیط گلخانه‌ها می‌تابد، محوطه را گرم کرده و سپس با طول موج بیشتر باید از محیط گلخانه خارج شود. ولی به خاطر وجود جدار شیشه‌ای، بخشی از گازها به درون فضای گلخانه برمی‌گردند.
به همین دلیل معمولا فضای داخل گلخانه نسبت به محیط بیرون، گرم‌تر به است. وقتی الگوی گرم شدن جو کره زمین بررسی شود مشخص می‌گردد که گرم شدن در قسمت های پایین تر جو (تروپوسفر) و خنک سازی در سطوح بالاتر (استراتوسفر) اتفاق افتاده است و این الگو دقیقا با چگونگی کارکرد گازهای گلخانه ای مطابق است.
پدیده‌ای به همین شکل ولی با مقیاس و ابعادی بسیار گسترده تر در سطح کره زمین نیز در حال وقوع است و که در آن گازهای شیمیایی متعددی حکم همان جدار شیشه‌ای در گلخانه را ایفا می‌کنند.
البته این نکته را نیز نباید فراموش کرد که وجود همین گازها که امروزه اثر گازهای گلخانهای مشهور است باعث شده شرایط آب و هوایی زمین قابل زندگی کردن باشد. از طرف دیگر در صورت نبودن این گازهای موجود در اتمسفر زمین حدود ۱۵ سانتی‌گراد خنک‌تر می‌شد.
در سال ۱۸۹۵ سوانته آرنیوس، متوجه شد بشر به عنوان عامل اصلی تولید کربن دی اکسید منجر به افزایش آثار گاز گلخانهای شده است و این امر آغازی بر تفکر انسان‌ها در خصوص جلوگیری از گرمایش جهانی شد.
البته باید توجه داشت که کربن دی اکسید به تنهایی منجر به افزایش اثر گلخانهای نشده است و در کنار آن ترکیبات دیگری همچون متان، ترکیبات NOx و CFC ها نیز منجر به افزایش اثر گلخانه ای شده اند. شکل زیر نشان دهنده چگونگی اثر گذاری گازهای مختلف بر افزایش اثر گلخانه ای و در نهایت تغییرات دمایی در یک دوره زمانی 35 ساله است.
چگونگی اثر گذاری گازهای مختلف بر افزایش اثر گلخانه ای و تغییرات دما در یک دوره 35 ساله
هر چند ممکن است بشر، بتواند خودش را با تغییرات آب و هوایی تا حدودی تطبیق بدهد اما باید توجه داشت که اکوسیستم قادر به انجام آن نیست. به همین دلیل یک سازمان جهت تغییرات اقلیمی (IPCC) در سال ۱۹۸۸ توسط سازمان مترولوژیکال جهانی تاسیس شد تا تغییرات آب و هوایی را بر اساس آخرین اطلاعات علمی ارزیابی کند.
گزارش‌های ارائه شده توسط این سازمان بین المللی که هر ۶ سال یکبار منتظر می‌گردد به خوبی نشان دهنده معضل‌های گرمایش جهانی است.
در سال ۲۰۱۷ میلادی رده بندی کشورهای دنیا براساس میزان تولید گاز کربن دی‌اکسید و نقش آنها در افزایش گرمایش زمین منتشر شد. بر اساس این گزارش 7 کشور اول دنیا در این زمینه عبارتند از:
- چین
- ایالات متحده آمریکا
- هند
- روسیه
- ژاپن
- آلمان
- ایران
نکته قابل توجه در این لیست، حضور کشور ایران در رتبه هفتم است.
انواع گازهای گلخانهای
آن دسته از گازهای سه یا چنداتمی که می‌توانند به ممانعت از خروج امواج فروسرخ از جو کره زمین و در نتیجه به گرمایش آن کمک کنند، گازهای گلخانهای نامیده می‌شوند. مهمترین گازهای تأثیر گذار در این فرآیند عبارتند از:
- بخار آب (H2O) – با سهم حدود ۲.۵٪
- دی اکسید کربن (CO2) – با سهم حدود ۰.۰۳۸٪
- متان (CH4) – با سهم حدود ۰.۰۰۱۸٪
- اکسید نیتروژن (N2O)
- اوزون (O3)
- کلروفلوروکربن‌ها (CFC)
در ادامه تشریح مختصری در خصوص برخی از موارد فوق آورده شده است.
بخار آب (H2O)
بخار آب قوی ترین گاز گلخانه ای موجود در جو زمین می باشد، اما باید توجه داشت رفتار این ماده به طور اساسی با گازهای گلخانهای دیگر متفاوت است. این تمایز از آنجا ناشی می شود که به طور کلی، میزان بخار آب موجود در جو نمی‌تواند به طور مستقیم با رفتار انسان اصلاح شود، بلکه توسط دمای هوا تنظیم می‌گردد.
به عبارت دیگر می‌توان گفت نقش اصلی بخار آب به عنوان یک عامل مستقیم در بازتابش نور خورشید نیست بلکه به عنوان یک باز خورد آب و هوایی یا یک پاسخ در سیستم آب و هوا است.
دی اکسید کربن (CO2)
دی اکسید کربن گازی است که از طریق سوزاندن ذغال سنگ، نفت، گاز طبیعی و سایر سوخت های فسیلی غنی از کربن تولید می‌گردد. هر چند دی اکسید کربن قوی ترین گاز گلخانه ای نیست، اما بیشترین تأثیر را در تغییرات آب و هوایی دارد زیرا بسیار رایج می باشد.
متان (CH4)
متان از هر دو روش منابع طبیعی و فعالیت های انسانی تولید و وارد فضای آتمسفر می‌شود، این گاز یک گاز گلخانهای بسیار فعال تر از CO2 است، ولی مقدار آن در جو بسیارکمتر است. از جمله این منابع تولید کننده گاز متان می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- تجزیه زباله‌ها در هنگام دفن
- صنایع کشاورزی (به ویژه کشت برنج)
- برخی فعالیت‌های غذایی
- انباشت کودهای حیوانی
- گاوهااگر چه میزان انتشار متان کمتر از میزان انتشار دی اکسید کربن است، اما این گاز عمده گاز گلخانهای محسوب می‌شود زیرا هر مولکول متان ۲۵ برابر بیشتر پتانسیل گرم کردن کره زمین را نسبت به یک مولکول دی اکسید کربن دارد.
اکسید نیتروژن
یک مولکول اکسید نیتروژن ۲۹۸ برابر بیشتر از یک مولکول دی اکسید کربن پتانسیل گرم کردن کره زمین را دارد. اکسید نیتروژن یک گاز گلخانه ای قوی تولید شده توسط فرآیندهای زیر است:
- فرآیندهای کشت و کشاورزی در خاک (استفاده از کودهای تجاری و آلی)
- احتراق سوخت فسیلی
- تولید اسید نیتریک
کلروفلوئوروکربن‌ها
کلروفلوئوروکربن‌ها ترکیبات مصنوعی هستند که به طور کامل از منشاء صنعتی طی فرآیندهای تولیدی مختلف به دست می آیند، اما در حال حاضر به دلیل نقش این ماده در تخریب لایه ازن بر اساس توافقات بین المللی تولید آن بسیار کاهش یافته است.
اثرات منفی گاز گلخانهای
- افزایش دمای کره زمین
- تخریب لایه ازون
- آلودگی هوا
- اسیدی شدن آب‌ها
افزایش دمای کره زمین
پدیده گازهای گلخانهای دلیل اصلی افزایش تدریجی میانگین دمای جو زمین است. همان طور که پیش از این نیز به آن اشاره شد علت اصلی این مسئله زیست محیطی افزایش حجم گازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن و متان است که در اثر سوزاندن سوخت‌های فسیلی، انتشار از وسایل نقلیه، صنایع و سایر فعالیت های انسانی آزاد می شود.
تخریب لایه ازون
وجود لایه ازون در مناطق بالایی استراتوسفر، زمین را در برابر اشعه ماورا بنفش مضر خورشید محافظت می‌کند. کاهش ضخامت و یا تخریب لایه ازون منجر به ورود پرتوهای مضر UV به سطح زمین می شود که ممکن است منجر به بروز بیماری‌های گوناگون همچون سرطان پوست شود و همچنین می تواند به شدت آب و هوا را تغییر دهد. علت اصلی این پدیده نیز تجمع گازهای گلخانه ای است همچون کلروفلوئوروکربن ها، دی اکسید کربن و متان می باشد.
آلودگی هوا
مه دود پدیده راجی در زمینه شرایط آب و هوایی است که از ترکیب دود و مه تشکیل می‌شود که منشأ آن ممکن است فرآیندهای طبیعی و یا فرآیندهای انسانی باشد.
مهم ترین عامل در شکل گیری مه دود انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از خودروها و صنایع، آتش سوزی های کشاورزی، آتش سوزی های جنگل های طبیعی و واکنش این مواد شیمیایی با خودشان است. مه دود به طور کلی در اثر تجمع گازهای گلخانه ای از جمله اکسیدهای ازت و گوگرد در سطح زمین ایجاد می شود.
اسیدی شدن آب‌ها
افزایش مقدار گاز گلخانه ای در هوا باعث اسیدی شدن بیشتر آب‌های جهان شده است. گازهای گلخانه ای با آب باران مخلوط می شوند و به صورت باران اسیدی می بارند و این امر در نهایت منجر به اسیدی شدن آب‌‌هایی جاری می‌شود. از طرفی این آب به همراه آب باران که آلاینده‌های موجود در هوا را در خود حل کرده به رودخانه، نهرها و دریاچه‌ها می ریزند و در نتیجه باعث اسیدی شدن آنها نیز می‌گردد.
دلایل عمده ایجاد اثر گلخانهای
- سوخت‌های فسیلی
- جنگل زدایی
- کشاورزی
- زباله های صنعتی
سوخت‌های فسیلی
اهمیت سوخت‌های فسیلی و فرآورده‌های ناشی از آن امروزه بر هیچ یک پوشیده نیست. از سوخت‌های فسیلی به طور گسترده ای در حمل و نقل، تولید برق و انرژی استفاده می شود. سوزاندن سوخت های فسیلی به عنوان یکی از مهمترین منابع تولید کننده کربن دی اکسید به شمار می‌آید که با افزایش جمعیت و افزایش تقضا برای سوخت‌های فسیلی منجر به افزایش انتشار گازهای گلخانه ای در جو شده است.
جنگل زدایی
گیاهان و درختان به منظور انجام فرآیند فتوسنتز دی اکسید کربن موجود در هوا را می گیرند و اکسیژن آزاد می‌کنند. در سال‌های اخیر به دلیل قطع درختان، افزایش قابل توجهی در گازهای گلخانه ای بوجود آماده است که باعث افزایش دمای زمین نیز شده است.
کشاورزی
اکسید نیتروژن مورد استفاده در کودها یکی از عوامل موثر در اثر گلخانه ای در جو است.
زباله های صنعتی
صنایع و کارخانه‌ها پسماندهای خود از جمله گازهای مضر تولید شده طی فرآیندهای تولیدی خود را بدون اعمال تصفیه‌های اولیه در جو آزاد می‌کنند که این امر باعث افزایش گازهای گلخانهای در جو می‌شوند. از طرف دیگر با دفن زباله‌ها دی اکسید کربن و متان آزاد می‌شود که این موضوع نیز منجر به آزاد سازی گازهای گلخانهای می‌گردد.
راه‌های مقابله با گرمایش جهانی
پاسخ به تغییرات آب و هوایی شامل یک رویکرد دو جانبه می شود:
- کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و حفظ آن در سطوح پایین تر از گازهای گلخانه ای در جو (کاهش)
- سازگاری با تغییرات آب و هوایی موجود در دنیا (سازگاری)
یکی از نتایج ارائه شده در گزارشات این سازمان نشان می‌دهد در صورتی که میزان گازهای گلخانهای بین حدود ppm 450 تا ppm ۵۵۰ ثابت بماند جلوی تغییرات افسار گسیخته زیست محیطی گرفته خواهد شد، شایان ذکر است مقدار این ترکیبات هم اکنون حدود ppm 380 است که با سرعت نسبتا زیادی این مقدار در حال افزایش است. بررسی نمودارهای تهیه شده توسط این سازمان نشان می‌دهد در صورتی که میزان انتشار گازهای گلخانه ای به جو کره زمین بین ۵۰ تا ۸۰ درصد کاهش پیدا کند، این تعادل حفظ خواهد شد.
بر اساس آنالیزهای منتشر شده توسط محققین دانشگاه پرینستون که تحت عنوان رویکردهای ثابت‌سازی منتشر شده است، مشخص شده است بشر این قابلیت را دارد طی ده سال آینده با استفاده از تکنولوژی مدرن، انتشار گازهای گلخانهای را در حد قابل توجهی کاهش دهد.
در این پژوهش مشخص شده است به جای جلوگیری تغییرات اقلیمی به صورت منطقه به منطقه، ارائه یک رویکرد جهانی جهت کاهش انتشار گازهای گلخانهای لازم است. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد در صورتی که هفت پروتکل زیر که با عنوان هفت رویکرد ثابت‌سازی یاد می‌شود به کار گرفته شوند میزان گازهای گلخانهای در حد ppm ۵۰۰ ثابت خواهد ماند:
- بهینه سازی مصرف انرژی به ویژه در فرآیندهای صنعتی
- تولید ماشین آلات با مصرف سوخت کمتر
- افزایش قابل توجه نیروگاه‌های خورشیدی و بادی
- تولید هیدروژن از منابع قابل تجدید
- جایگزین سوخت‌های رایج با بیوسوخت‌ها (سوخت‌های گیاهی)
- جایگزین سوخت‌های رایج با گازهای طبیعی
- استفاده گسترده و فراگیر انرژی هسته‌ای