[ربانة]

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ــــــ

تغير المناخ العالمي والطاقة

هل يتغير المناخ العالمي؟ هل يصبح العالم أكثر دفئًا؟
إذا نظرت إلى الرسم البياني التالي عن تغيرات درجة الحرارة على كوكب الأرض على مدى المائة والخمسين عامًا الماضية، فستكون الإجابة حتمًا بنعم. ولكن ماذا لو نظرنا إلى 1000 عام أو 100000 عام مضت أو أكثر؟ ولماذا يجب عليك أن تشعر بالقلق إن كان العالم حقًا في اتجاهه إلى يصبح أكثر دفئًا؟
إن الموضوع بأكمله معقد للغاية. لذا نقدم في هذا القسم الجديد على موقعنا على شبكة الإنترنت، مجموعة فريدة من المقالات العلمية التي ستساعدك، على التعلم، والتأمل، وصياغة أفكارك بشأن المناخ المتغير، وما الذي يعنيه ذلك الأمر.
ونحن ندعوك إلى أن تبادر باستقصاء الحقائق، والمفاهيم، والنظريات بنفسك. قم بدراسة الرسوم البيانية، ونماذج المحاكاة، والرسوم المتحركة، بتمهل حتى تستطيع أن تصل إلى فهم أفضل لما تعنيه زيادة درجة الحرارة على كوكب الأرض وما الذي يمكن عمله.
ونأمل أن تنضم إلينا في هذه المهمة الهامة التي تهدف إلى التعلم، والتفهم، والعمل!

ما الذي نعرفه عن مناخ الأرض في الماضي؟
هيا نبدأ بدراسة تاريخ درجات الحرارة العالمية…

كيف يمكننا معرفة كم كانت درجات الحرارة على سطح الأرض منذ آلاف أو ملايين السنين الماضية في الوقت الذي لم تكن تتوفر به مقاييس للحرارة؟
يمكننا تقدير درجة الحرارة بوسائل أخرى. فالأشجار، والمرجان، وعينات الجليد الجوفية، من جرينلند والمنطقة القطبية الجنوبية تزودنا بالأدلة. تعلم كيف يمكننا استكمال الأجزاء الناقصة بالاستفادة من تلك البيانات البديلة...
الاحتباس الحراري

انقر لمشاهدة الرسم المتحرك.

ما الذي يحدد درجات الحرارة العالمية؟
تقوم الشمس بتسخين الأرض. ولكن لو انتهى الأمر عند هذا الحد لكان العالم باردًا للغاية. ولكن الاحتباس الحراري يساعد على الحفاظ على درجة حرارة مريحة على سطح الأرض.

إذن، لماذا تتغير درجات الحرارة العالمية؟
ينتقل ثاني أكسيد الكربون باستمرار من وإلى الغلاف الجوي في عملية تعرف باسم دورة الكربون.
وهناك ارتباط وثيق بين مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وبين درجات الحرارة العالمية.

وهل هناك عوامل أخرى تؤثر على درجات الحرارة العالمية؟
وضع العالم الفلكي ميلوتين ميلانكوفيتش نظرية مفادها أن تغير العلاقة بين الأرض والشمس يؤثر على مناخ الأرض.

ما دور البشر في ذلك الأمر؟
منذ بداية الثورة الصناعية، يؤثر الإنسان على دورة الكربون.
حيث أدت تدخلات الإنسان إلى زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى أعلى مستوى له في مئات الآلاف من السنين. لاحظ جيدًا الطرف الأيمن من الرسم البياني التالي.

إذن فما هي المشكلة؟ هل تُعتبر زيادة درجة الحرارة على كوكب الأرض أمرًا سيئًا؟
من شأن زيادة درجة الحرارة على كوكب الأرض أن يكون لها أثر رئيسي على طريقة حياتنا. سوف ترتفع مستويات البحار محدثة فياضانات في المناطق الساحلية المزدحمة بالسكان. وسوف تزداد العواصف الاستوائية شدة. وستصبح المناطق الزراعية التي تعاني بالفعل من الجدب أكثر جفافًا.
وبعد أن تيقنا من وجود مشكلة، لماذا لا نقوم بعمل أي شيء بشأنها؟
قد يساعد نمط السلوك المعروف بـ المأساة المشتركة في إيضاح السبب الذي يجعلنا نسمح بالاستمرار في زيادة درجة الحرارة على كوكب الأرض.
ما الذي يمكننا عمله؟
لقد فات الآوان لمنع الزيادة المستمرة في درجة الحرارة على كوكب الأرض. سوف تتسبب مستويات ثاني أكسيد الكربون الموجودة حاليًا في الغلاف الجوي في الارتفاع المتزايد في درجة الحرارة على كوكب الأرض. إلا إننا يمكننا تثبيت الموقف على المدى الطويل وتحسينه من خلال عدة وسائل:

1. تعمل المحيطات بشكل متواصل على إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي كجزء من دورة الكربون. حاول أن تجري هذا النشاط العملي الذي يمكّنك من تجريب كيفية امتصاص الماء لثاني أكسيد الكربون.

1. تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون باستخدام الطاقة بأسلوب أكثر كفاءة
2. استخدام مصادر طاقة بديلة لا تصدر انبعاثات لثاني أكسيد الكربون - الطاقة الشمسية، وطاقة الرياح، وطاقة الحرارة الأرضية، والطاقة الكهرومائية.
3. عندما نقوم بحرق الوقود الأحفوري يمكننا احتجاز وتخزين ثاني أكسيد الكربون الناتج، بدلاً من تركه يتصاعد في الغلاف الجوي

تغير المناخ العالمي والطاقة
تاريخ تغير درجات الحرارة

هل يتغير المناخ العالمي؟ هل يصبح العالم أكثر دفئًا؟
نعم. ولكن، لنلقِ نظرة قريبة على معنى ذلك. ويمكننا أن نبدأ من العام 1856 إلى الوقت الحاضر. فنحن نمتلك سجلات جيدة عن درجات الحرارة العالمية لتلك الفترة الأخيرة. حيث كانت تقاس درجات الحرارة بدقة في عدة مواقع حول العالم.
وكانت هناك تذبذبات حادة من عام إلى آخر. ففي خلال بعض الفترات، كما في أربعينيات القرن الماضي، حدث هبوط في درجات الحرارة العالمية، ولكن الاتجاه الإجمالي كان في صعود، إذا ما نظرنا إلى القرن ونصف القرن الماضي.

ماذا لو تحرينا فترةً أطول من الزمن، الألف العام الماضية، على سبيل المثال؟ يشكل هذا الأمر مشكلة نظرًا لعدم الاحتفاظ بسجلات دقيقة لدرجات الحرارة قبل منتصف القرن التاسع عشر. إلا أنه، تتوفر طرق لتقدير درجة الحرارة باستخدام معلومات أخرى مثل حجم حلقات النمو في الأشجار، وتركيب الجليد المأخوذ من القارة القطبية الجنوبية، وجرينلند. وتدعى السجلات المستخدمة في هذه القياسات غير المباشرة لدرجات الحرارة "البيانات البديلة" تعرف على المزيد حول كيفية تقدير درجات الحرارة باستخدام البيانات البديلة.

لقد ارتفعت درجة الحرارة العالمية على مدى المائة وخمسين عامًا الماضية. تمثل الفترة من عام 1961 إلى عام 1990 نقطة المقارنة لهذا الرسم البياني. ويمثلها الخط الأفقي عند قيمة "الصفر". ويعرض الرسم البياني الانحراف، أو الاختلاف عن هذا المتوسط، لكل عام.
ويُعبر عن متوسط درجات الحرارة العالمية لعامٍ ما بنقطة زرقاء أو حمراء. على سبيل المثال، العام 1900 كان أكثر برودة بمقدار 0.2 درجة مئوية مقارنةً بمتوسط الفترة 1961-1990. أما أدفأ عام في هذا السجل، فكان عام 1998، والذي كان أدفأ بمقدار 0.6 درجة مئوية تقريبًا مقارنةً بالمتوسط عن الفترة 1961-1990.
أما الخط الأزرق والأحمر الثقيل، فيرسم متوسط درجات الحرارة العالمية لفترة خمس سنوات. على سبيل المثال، كان متوسط درجة الحرارة في الفترة من 1998-2002، والتي كانت نقطتها المركزية في عام 2000، أعلى من متوسط الفترة من 1961-1990 بمقدار 0.4 درجة مئوية. أما الفترة من 1958 إلى 1962، والتي كان مركزها عام 1960، فكانت مساوية للمتوسط تمامًا.
الرسم البياني مستمد من بيانات وحدة الأبحاث المناخية في جامعة إيست أنجليا.

يوضح الرسم البياني التالي متوسط درجات الحرارة في نصف الكرة الشمالي على مدار الألفيتين الماضيتين.
ويقابل الجزء الذي على يمين الخط العمودي الأرجواني الفترة الزمنية التي شملها الرسم البياني الأول - 150 عام تقريبًا. وفي سياق الألفي عام الماضية، تبدو زيادة درجات الحرارة في القرن العشرين حادة للغاية. ماذا عن بقية هذه الفترة الزمنية؟ يُشار إلى الفترة التي امتدت لبضع مئات السنوات قبيل القرن 19 باعتبارها العصر الجليدي الصغير في أوروبا. إلا أنه لم يتفق على التواريخ الدقيقة لتلك الفترة. فهناك العديد من الدلائل على شدة برودة الطقس في هذا العصر مقارنة بعصرنا اليوم أو في فترة الدفء التي تتراوح بين عامي 900 إلى 1100 حيث كانت الأنهار الجليدية في ازدياد. وكثيرًا ما كان يتجمد بحر البلطيق ونهر التيمز في لندن أثناء الشتاء. وكانت مواسم الزراعة قصيرة. وكانت الماشية والدواجن تنفق بأعداد كبيرة خلال فصول الشتاء القارص. كما كان المناخ أكثر برودة في الجزء الشمالي الشرقي لأمريكا الشمالية. ولكن، ليس من الواضح ما إذا كانت تلك البرودة عالمية أم كانت مقتصرة على منطقة شمال الأطلسي.

يستند الجزء الأرجواني من الخط إلى القياسات غير المباشرة أو "البيانات البديلة". أما الجزء الأخضر فيمثل القراءات الفعلية المأخوذة بواسطة مقياس الحرارة.
الرسم البياني مستمد من البيانات الصادرة عن موبيرج في جريدة الطبيعة، إصدار 433 بتاريخ 10 فبراير 2005.
في القرون التي سبقت العصر الجليدي الصغير مباشرة، قام المستكشفون النرويجيون بمغامرات وصلت إلى أمريكا الشمالية، وقاموا بتأسيس مستعمرات في كل من أيسلندا وجرينلند. ومع غزو المناخ الأكثر برودة تعطلت الرحلات البحرية نتيجة لزيادة الجليد في البحار. وأصبح الاتصال بين الدول الإسكندنافية وتلك المستعمرات محدودًا. وفي نهاية الأمر توقفت الرحلات إلى جرينلند. ونظرًا لافتقارها إلى الإمدادات من أوروبا، ومعاناتها من قِصَر مواسم الزراعة، اختفت مستوطنات جرينلند بحلول أوائل القرن الخامس عشر.
هل من الطبيعي أن يتغير المناخ؟
يبدو أن المناخ يتغير باستمرار. وهل نحن الآن في فترة دفء وجيزة؟ وهل سينعكس ذلك الاتجاه؟ وكيف تبدو الصورة على الأجل البعيد؟
فيما يلي رسم بياني لدرجات الحرارة المقدرة لفترة 425000 عاماً مضت. وقد تم حساب هذا السجل لدرجات الحرارة من تحليل لعينة جليد جوفية من فوستوك؛ وهي عينة يبلغ طولها 3,623 متر مأخوذة من لوح جليدي في قاعدة الأبحاث الروسية في القارة القطبية الجنوبية. لقد بقي الجليد في قاعدة هذا اللوح الجليدي دون تغيير ودون أن يمس لما يقرب من نصف مليون عام. ظهرت خلال تلك الفترة أربعة عصور جليدية.

تغيرات درجات الحرارة العالمية على مدى 425000 عامًا مضت. إلى اليمين، يظهر الزمن الحاضر. ويمثل خط الصفر الأفقي متوسط درجة الحرارة العالمية عن الفترة من 1961-1990. وتبين الأرقام التي إلى اليسار التغيرات مقارنةً بخط الأساس المرجعي بالدرجات المئوية.
وتم استخراج تلك البيانات من تحليل عينات الجليد الجوفية المأخوذة من محطة فوستوك في القارة القطبية الجنوبية. تعرف على المزيد حول كيفية تقدير درجات الحرارة باستخدام البيانات البديلة.
تستند هذه الصورة إلى البيانات المستمدة من الإدارة الوطنية لدراسة المحيطات والغلاف الجوي.
أما اليوم الحالي فيظهر في أقصى يمين المخطط البياني. ما الذي يمكننا رؤيته؟ أولاً وقبل كل شيء، يمكننا ملاحظة قدرًا كبيرًا من التذبذب. فقد مرت فترات كان فيها متوسط درجات الحرارة العالمية أكثر برودة بمقدار 9 درجات مئوية مقارنة بالوقت الحاضر. كما كانت هناك عصور جليدية. وكانت أجزاء كثيرة من القسم الشمالي من العالم مغطاة بألواح سميكة من الجليد، مثل تلك التي نراها اليوم في جرينلند والقارة القطبية الجنوبية. وكانت نهاية آخر عصر جليدي منذ 12000 عام مضت. كما كانت هناك أوقات أكثر دفئًا من اليوم. وبصفة عامة، نحن الآن نعد في فترة دافئة نسبيًا. ما الذي يسبب تلك التغيرات المناخية؟ هناك العديد من العوامل. اكتشف المزيد…

يتبع .............

[ربانة]

تغير المناخ العالمي والطاقة
البيانات البديلة تقدم الأدلة

كيف يمكننا معرفة ماذا كانت عليه درجات الحرارة على سطح الأرض منذ آلاف أو ملايين السنين الماضية؟
بدأ تسجيل القياسات الموثوقة لدرجات الحرارة العالمية في عام 1856، عندما بدأت الجمعية البريطانية للأرصاد الجوية في جمع السجلات من جميع أنحاء العالم. أما الأحوال المناخية قبل ذلك التاريخ، فيمكن تقديرها من واقع سجلات تاريخية أقل موثوقية. كما يمكن أيضًا تقدير تلك الأحوال من مجموعة متنوعة من السجلات البيئية الطبيعية التي ربما تعود إلى ما قبل وجود الإنسان. ويطلق على مثل تلك المعلومات "البيانات البديلة"، نظرًا لأنها تحل محل، أو تمثل بديلاً، للبيانات الفعلية التي نسعى للحصول عليها.

ومن بين أشكال البيانات البديلة: الدليل الذي تمثله حلقات النمو في الأشجار.

الأدلة المستمدة من البيانات التاريخية
من الممكن أن تزودنا سجلات المزارعين، ومذكرات الرحالة، والصحف الإخبارية، وغيرها من السجلات المكتوبة، بمعلومات عن المناخ في الماضي. فطول الموسم الزراعي يتغير في موقع ما تبعًا لدرجات الحرارة. فستتأخر الزراعة، في عام بارد، مع تأخر قدوم الربيع. أما إذا جاء الخريف مبكرًا، فكذلك الحصاد. ونحن نمتلك، في عصرنا الحديث، سجلات دقيقة لدرجات الحرارة إضافة إلى سجلات عن طول الموسم الزراعي. وطالما تتوفر لدينا المعرفة بعلاقة كل عامل منهما بالآخر، فيمكننا في هذه الحالة إعادة بناء البيانات التاريخية الناقصة عن درجات الحرارة من واقع ما عرفنا عن أوقات الزراعة والحصاد. على سبيل المثال، استخدمت مواعيد حصاد العنب التاريخية في إعادة بناء بيانات درجات الحرارة في صيف باريس، بفرنسا في الفترة من عام 1370-1879. إلا أن تلك الطريقة ليست مثالية، ولكنها، مع استخدام قياسات غير مباشرة، يمكنها أن تسمح بإعادة بناء معقولة للمناخ على مدى فترة طويلة من الزمن.
حلقات الأشجار
تنتج العديد من الأشجار حلقة واحدة كل عام، وذلك نظرًا للنمو السريع في الربيع والصيف، والنمو البطيء في الخريف والشتاء. وعندما يكون العام أكثر دفئًا تكون الحلقة أعرض. ويمكن استخدام أنماط العرض، وكثافة الخشب، والتركيب النظائري للهيدروجين والأكسجين لحلقات الأشجار لتقدير درجات الحرارة.

تكون بعض أنواع المرجان حلقات سنوية من كربونات الكالسيوم أثناء نموها. وكما هو الحال مع حلقات الأشجار، يمكن استخدامها لتقدير درجات الحرارة.
نُشرت الصورة بإذن من NOAA.
الأدلة المستمدة من المرجان
يمتلك المرجان هياكل صلبة من كربونات الكالسيوم (CaCO3). كما تكوِّن بعض أنواع المرجان حلقات سنوية من كربونات الكالسيوم أثناء نموها. وكما هو الحال مع حلقات الأشجار، يمكن أن تستخدم لتقدير درجات الحرارة. عندما تكون درجة حرارة البحر دافئة سينمو المرجان أسرع مما لو كانت درجة الحرارة باردة، ولذا ففي السنوات الدافئة ستكون حلقات النمو أعرض، وفي السنوات الباردة ستكون الحلقات رفيعة. ويمكن استخدام نظائر الأكسجين الموجود في كربونات الكالسيوم في تقدير درجة حرارة المياه أثناء نمو المرجان.
الأدلة المستمدة من عينات الجليد الجوفية
يتكون الجليد الدائم الذي يغطي الجبال العالية، والقلنسوة القطبية الجليدية، من تراكم الثلج الساقط عليها على مدى مئات وآلاف السنين. وقد تم حفر تجاويف عميقة في ألواح جليدية متعددة الثخانات في جميع أنحاء العالم. وأخذت عينة جليد جوفية في محطة فوستوك بالمنطقة القطبية الجنوبية. وكان طولها 2083 متر، وأحضرت على أجزاء بين عامي 1970 إلى 1974 وعامي 1982 إلى 1983. وتتيح لنا عينة الجليد الجوفية المستخرجة من فوستوك أن نلقي نظرة على الماضي. فالجليد الموجود في قاعدة العينة الجوفية يبلغ عمره 500 عام تقريبًا.
ويتكون هذا الجليد، كما هو الحال مع الماء والجليد كافة، من الهيدروجين والأكسجين. كما توجد به كميات صغيرة من شكل خاص ثقيل من الهيدروجين يدعى الدوتيريوم. وقد لاحظ العلماء وجود علاقة بين درجة الحرارة المحلية وتركيز الدوتيريوم في الجليد الذي تم جمعه خلال الفترات التي كانت درجة الحرارة معلومة فيها أيضًا. ولا يوجد ما يدعو إلى اعتقاد حدوث تغير في تلك العلاقة بمرور الزمن، لذا يمكن استخدام مستويات الدوتيريوم الموجود في الجليد القديم لإعادة بناء المناخ في الماضي. كما يحتوي الجليد أيضًا على الرماد، والذي يكوِّن في بعض الأحيان طبقات تشير إلى حدوث ثورات بركانية كبرى نشرت الرماد في جميع أنحاء كوكب الأرض. كما تحتوي عينات الجليد الجوفية على فقاعات صغيرة من الهواء القديم، والذي يمكن تحليله لاكتشاف تركيزات الغازات مثل ثاني أكسيد الكربون.

يقوم العلماء بالحفر في المرجان
لاستخراج عينة جوفية. ثم
تغلف بعناية
وترسل للمختبر
لتحليلها.

إخراج عينة جليد جوفية من المثقب.

نُشرت الصور السابقة بإذن من NOAA.

توضع بطاقات تعريفية على قطاعات عينات الجليد الجوفية وتحفظ في درجة حرارة -15 درجة مئوية.

الأدلة المستمدة من ثفالات المحيطات والبحيرات
تقوم الأنهار باستمرار بدفع الطين والرمال من الأرض إلى البحيرات، والبحار، والمحيطات، حيث تترسب مكونة طبقات من الثفالة. ومن الممكن أن تسفر العينات الجوفية المأخوذة من تلك الثفالات عن حفريات صغيرة ومواد كيماوية، كما يمكن أن تساعد على استجلاء المناخ في الماضي. وتعد حبوب اللقاح ذات فائدة خاصة. حيث إنها متينة للغاية، ولذا كثيرًا ما توجد محفوظة حفظًا جيدًا في طبقات الثفالة. وينتج كل نوع من النبات حبوب لقاح ذات أشكال مختلفة. وبتحليل حبوب اللقاح، يمكن الكشف عن أنواع النباتات التي كانت تنمو في الجوار، ومن ثم تكون مؤشرًا على حالة المناخ.



يتبع ....

[ربانة]

تغير المناخ العالمي والطاقة
الاحتباس الحراري


نُشرت الصورة بإذن من NOAA.
ما هو "الاحتباس الحراري"؟
يسمح البيت الزجاجي بمرور ضوء الشمس خلال سقفه وحوائطه الزجاجية. تسخن طاقة الشمس النباتات وغيرها من الأشياء الصلبة داخل البيت الزجاجي. وتلك بدورها، تسخن الهواء. وتحدث نفس تلك العملية في الخارج أيضًا، إلا أن الهواء المسخن يرتفع ويستبدل به هواء أبرد. ونظرًا لأن البيت الزجاجي مكان مغلق، لا يستطيع الهواء المسخن الإفلات. ومن ثم تزداد السخونة في الداخل.
وتحدث عملية شبيهة بذلك إلى حد ما مع الغلاف الجوي للأرض. حيث يمر ضوء الشمس خلال الغلاف الجوي الشفاف ويؤدي إلى تسخين الأرض والبحار. ويصبح الغلاف الجوي السفلي ساخنًا نتيجة لملامسته للأرض والمحيطات الساخنة. أما الهواء ذاته فلا تسخنه الشمس.

نُشرت الصورة بإذن من NOAA.
تُشع بعض الحرارة التي تصدرها الأرض مرة أخرى في الفضاء. ولو كان الأمر مقتصرًا على ذلك فقط، لكان متوسط درجة حرارة الأرض -18 درجة مئوية، أي أكثر برودة بمقدار 33 درجة مئوية عما هو عليه الحال الآن. بل إن ذلك يعد أكثر برودة مما كان عليه الحال في أعماق العصور الجليدية.

إذن لماذا لا نعيش حاليًا في صقيع شديد؟ يرجع ذلك إلى وجود "غازات الاحتباس الحراري" - ثاني أكسيد الكربون، والميثان، وبخار الماء، وغيرها - التي تحافظ على دفئنا. ويحدث ذلك كما يلي:

انقر لمشاهدة الرسم المتحرك.

الاحتباس الحراري
يمتص ثاني أكسيد الكربون (CO2) الطاقة المشعة من الأرض ويطلقها مرة أخرى في الغلاف الجوي.
تمتص جزيئات غازات الاحتباس الحراري بعض الحرارة. ثم تطلقها مرة أخرى بعد ذلك في الغلاف الجوي، مما يجعل المناخ أكثر دفئًا مما كان يمكن أن يكون عليه.
فالاحتباس الحراري ليس مشكلة في ذاته. بل في الحقيقة، يُعد ضروريًا للحياة على الأرض كما نعرفها. ولكن منذ أواخر الثمانينات، كانت هناك زيادة مرتفعة في مستويات ثانيأكسيدالكربون. على مدى مئات الآلاف من السنين كان هناك توافق وثيق بين ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وبين متوسط درجة الحرارة على كوكب الأرض.
تأمل جيدًا الطرف الأيمن من الرسم البياني التالي. فقد زاد مستوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي زيادة مفاجئة. فقد زاد تدريجيًا منذ نهاية العصر الجليدي الأخير قبل 12000 عام حتى وصل إلى 280 جزء في المليون في ثمانينيات القرن التاسع عشر. ويمثل هذا الطرف الأعلى لهذا النطاق التاريخي، ولكن يتسق مع النمط الذي تم الكشف عنه عند تحليل عينات الجليد الجوفية التي أخذت من المنطقة القطبية الجنوبية. وفي الحقيقة، استطاعت الأبحاث الحديثة التي أجريت على مثل تلك العينات الجوفية أن تعود بالسجل إلى الوراء أكثر مما يظهره الرسم البياني السابق. فخلال 600000 عام مضت، لم يتجاوز تركيز ثاني أكسيد الكربون مقدار 300 جزء في المليون...حتى وقتنا الراهن. ففي عام 2004، وصل إلى 379 جزء في المليون.

يرسم الخط الأخضر مستويات ثاني أكسيد الكربون. ويرسم الخط الأحمر-الأرجواني-الأزرق درجة الحرارة.
تستند هذه الصورة إلى بيانات مستمدة من NOAA.
ما السبب وراء تلك الزيادة المفاجئة؟ يرجع السبب إلى زيادة حرق الوقود الأحفوري - الفحم الحجري، والنفط، والغاز - منذ بداية الثورة الصناعية.
ومن الصعب التنبؤ بمستقبل المناخ على سطح الأرض نظرًا لتعقيده الشديد. ولكن العلاقة بين مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وبين درجة الحرارة معروفة. ولذلك فهناك قلق من احتمال توجهنا نحو حقبة أكثر دفئًا.
نعم، سبق أن حدثت تذبذبات في درجة الحرارة على كوكب الأرض في الماضي. وللوهلة الأولى قد يبدو الأمر وكأننا في مرحلة من الدفء ضمن نمط دوري. ولكن ثمة فارق هام: تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي أعلى كثيرًا مقارنة بأية فترة دفء أخرى في السجلات. وكما نعلم أيضًا فإن شعورنا بتأثير زيادة تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي يحدث بعد مرور بعض الزمن. ويعني ذلك أنه حتى في حالة توقف زيادة مستوى ثاني أكسيد الكربون فسيكون هناك زيادة أخرى في درجات الحرارة على كوكب الأرض. فهذه المرة الأمر مختلف.

يتبع......

[ربانة]

تغير المناخ العالمي والطاقة
غازات الاحتباس الحراري

يتكون الغلاف الجوي للأرض في القسم الأكبر منه من النيتروجين (78%) والأكسجين (21%). وتبقى نسبة 1% تتكون في معظمها من الأرجون. وتعتبر تلك الغازات شفافة لضوء الشمس، حيث تسمح بمروره من خلالها وتسخين سطح الأرض. وتقوم الأرض والمحيطات الدافئة بدورها بتسخين الغلاف الجوي السفلي. وتُشع بعض من تلك الحرارة مرة أخرى إلى الفضاء. ولو كان الأمر مقتصرًا على ذلك، لكان متوسط درجة حرارة الأرض -18 درجة مئوية بدلاً من 15 درجة مئوية كما في الوقت الحالي. ويرجع السبب في هذا الدفء الزائد إلى وجود غازات في الغلاف الجوي تمتص الطاقة قبل أن تفقد في الفضاء، ثم تطلقها ببطء مرة أخرى في الغلاف الجوي. وتسمى تلك الغازات المسؤولة عن "الاحتباس الحراري" غازات الاحتباس الحراري.
وحيث إن الغلاف الجوي يتكون في 99.9% منه من النيتروجين، والأكسجين، والأرجون، فلا يتبقى سوى مساحة ضئيلة جدًا لغازات أخرى. ولكن حتى تلك الكميات الضئيلة من غازات الاحتباس الحراري لها تأثير كبير على المناخ.
ويوجد عاملان محددان لمقدار تأثير غاز معين من غازات الاحتباس الحراري. الأول، عامل تسخين كوكب الأرض الخاص به (GWF) - أي قدرته على امتصاص الحرارة ثم إطلاقها. وقد تم إعطاء ثاني أكسيد الكربون قيمة عشوائية لعامل تسخين كوكب الأرض (GWF) تساوي 1. أما القيم المعطاة للغازات الأخرى فتشير إلى قوتها بالمقارنة إلى ثاني أكسيد الكربون.
أما العامل الثاني، فهو مقدار الغاز الموجود في الغلاف الجوي. ويبين هذا الجدول كلا العاملين لبعض من غازات الاحتباس الحراري. وعلى الرغم من أن ثاني أكسيد الكربون يعد غازًا أضعف من غيره من غازات الاحتباس الحراري، إلا أنه يتواجد بكمية كبيرة في الغلاف الجوي، لذا فله التأثير الأكبر.
عامل تسخين كوكب الأرضأجزاء التركيز (ppb*)ثاني أكسيد الكربون – CO21
379,000
الميثان – CH421
1,760
أكسيد النيتروز – N2O310
320
الكلوروفلوروكربونات—CFCs5000 إلى 14000
أقل من 1
* جزء في البليون
ثاني أكسيد الكربون
عندما نتنفس، فإننا نأخذ الأكسجين من الهواء ونطلق ثاني أكسيد الكربون. ويشكل ذلك جزءًا من عملية التنفس، التي تمكِّن النباتات والحيوانات من الحصول على الطاقة. كما يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون في حرائق الغابات ومن البراكين. ويساهم البشر في إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الجو عن طريق حرق الأخشاب، والفحم الحجري، والنفط.
الميثان
يُنتج الميثان بصورة طبيعية بواسطة بكتيريا تدعى مولدات الميثان (methanogens)، التي تتغذى على المواد النباتية والحيوانية في البيئات التي لا يوجد بها أكسجين. وتعيش مولدات الميثان تحت المياه الراكدة في المستنقعات، حيث تنتج فقاعات من الميثان تسمى "غاز المستنقعات" أو "غاز الهور". كما تعيش مولدات الميثان أيضًا في الأجهزة الهضمية للحيوانات، حيث تساعد على تحليل الأعشاب وغيرها من المواد العضوية الموجودة في المواد الغذائية. وينتج النمل الأبيض الكثير من الميثان. حيث تولد كل نملة من النمل الأبيض نصف ميكروجرام فقط في اليوم، ولكن نظرًا لوجود أعداد كبيرة منها في العالم، فيبلغ ما تنتجه جميعًا 20 مليون طن تقريبًا كل عام.
وتنتج بعض الأنشطة الزراعية الميثان أيضًا. حيث يُزرع الأرز عادة في حقول مغمورة. ويشجع الماء الراكد الذي يغطي التربة على توليد الميثان كما يحدث في المستنقعات.
كما تنتج الماشية الأهلية مقدارًا أكبر من الميثان الذي تنتجه الحيوانات البرية. حيث تنتج الأبقار 50 لترًا من الميثان كل يوم، وتنتج الماشية والأغنام التجارية في العالم 100 مليون طن تقريبًا في كل عام.
أكسيد النيتروز
تطلق نترات الأمونيوم، المستخدمة على نطاق واسع كسماد لزيادة غلة المحصول، غاز أكسيد النيتروز(N2O).
الكلوروفلوروكربونات
تُعتبر الكلوروفلوروكربونات مركبات من الكلور، والفلور، والهيدروجين، والكربون. ولا تتواجد تلك المركبات بصورة طبيعية. فقد تم تصنيع الكلوروفلوروكربونات لأول مرة عام 1892، ولكن لم يكن يُعرف لها أي استخدام في ذلك الوقت. إلا أنها أثبتت فائدتها كمادة دافعة في البخاخات والثلاجات. ولكن ظهرت مشكلة. عند إطلاق الكلوروفلوروكربونات في الجو فإنها تنزح حتى الطبقات العليا من الغلاف الجوي (الستراتوسفير) حيث تحلل جزيئات الأوزون الموجودة بها. ويعتبر الأوزون أحد صور الأكسجين، تتحد فيها ثلاث ذرات من الأكسجين لتكوّن جزيء O3. وفي العادة يكوّن الأكسجين الحر جزيئات O2.
تعمل طبقة الأوزون على تقليل اختراق الأشعة فوق البنفسجية. وتعتبر تلك الأشعة ضارة على الإنسان، حيث تسبب سرطان الجلد، وإعتام عدسة العين (الكتاراكت)، كما يمكنها أن تعوق نمو وتكاثر الكائنات الحية الأخرى. وبناء عليه، تم حظر استخدام الكلوروفلوروكربونات بموجب اتفاقية دولية في عام 1987. وعلى الرغم من أن الكلوروفلوروكربونات تعد من غازات الاحتباس الحراري شديدة القوة، إلا أنها تتواجد فقط بكميات صغيرة جدًا في الغلاف الجوي. والآن، بعد حظرها، سيقل وجودها أكثر فأكثر.
يتبع.....

[ربانة]

تغير المناخ العالمي والطاقة
دورة الكربون

يصل الكربون باستمرار إلى الغلاف الجوي على هيئة ثاني أكسيد كربون، أو ميثان، أو غيرهما من الغازات. وفي الوقت نفسه، تقوم النباتات الخضراء، والمحيطات بإزالته، بالإضافة إلى وسائل أخرى. وتلك هي دورة الكربون. ويعتبر التوازن في تلك الدورة أمرًا حاسم الأهمية في تحديد مناخ الأرض.

يعد الكربون مكونًا أساسيًا في أجسامنا، وفي الطعام الذي نأكله، والملابس التي نرتديها، ومعظم أنواع الوقود الذي نحرقه، والعديد من المواد الأخرى التي نستعملها. وتحتوي أكثر من 90% من المركبات الكيماوية المعروفة على الكربون. وليس هذا مستغربًا نظرًا لسهولة اتحاد الكربون مع مثيله ومع العناصر الأخرى.
ويتواجد معظم الكربون على كوكب الأرض في صورة مركبات في الثفالات والصخور الرسوبية. ويتواجد بنسبة أقل نسبيًا في الغلاف الجوي. بلايين الأطنان الثفالة تحت المائية والصخور الرسوبية80,000,000
مياه المحيط، والأصداف، والكائنات الحية40,000
الوقود الأحفوري (النفط، والغاز، والفحم الحجري)4,000
المواد العضوية في التربة1,500
الغلاف الجوي825
النباتات البرية580
تُعتبر ذرات الكربون في حالة تبادل مستمر فيما بين الكائنات الحية والميتة، والغلاف الجوي، والمحيطات، والصخور، والتربة. ومع كل نَفَس خارج، نطلق ثاني أكسيد الكربون من رئتينا إلى الغلاف الجوي، والذي يحتوي على ذرات الكربون الموجودة في النباتات والحيوانات التي نتغذى عليها. وربما كانت ذرات الكربون الموجودة في أجسامنا اليوم كانت تنتمي فيما مضى إلى العديد من النباتات والحيوانات المختلفة - لعل من بينها الديناصورات وغيرها من المخلوقات المنقرضة.
لقد تغير توزيع الكربون فيما بين الغلاف الجوي، والكائنات الحية، واليابسة، والمحيطات، على مر الزمن. فمنذ 550 مليون سنة تقريبًا كان تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي 7000 جزء في المليون - وهو ما يمثل أكثر من 18 ضعفًا لما هو عليه اليوم. ولكن، أين ذهب كل هذا الكربون الذي كان موجودًا في الغلاف الجوي؟ لقد تحول في معظمه إلى صخور رسوبية مثل الحجر الجيري. وتعتبر كيفية حدوث ذلك جزءًا من القصة الأكبر لدورة الكربون.
حيث تُعد دورة الكربون مزيجًا من عمليات بيولوجية، وكيميائية، وفيزيائية، تعمل على نقل الكربون من مكان إلى مكان.

توضح الصورة بعضًا من العمليات التي ينتقل بها الكربون فيما بين الكائنات الحية والميتة، والغلاف الجوي، والمحيطات، والصخور، والتربة. ولكنها لا تشمل التدخلات البشرية. انقر فوق الصورة لمشاهدة رسم متحرك يظهر العمليات الكيميائية التي تشكل أساس عمليات نقل الكربون.
المخزون والتدفق


يعتبر النموذج المسمى "المخزون والتدفق" أداةً مفيدةً لفهم كيفية عمل دورة الكربون. تخيل حوض استحمام مملوءًا جزئيًا بالماء. يسمى هذا الماء المخزون. إذا فتحت الصنبور فسوف يكون هناك تدفق للماء داخل الحوض يعمل على زيادة المخزون. إذا فتحت المصرف فإن الدفق الخارج سيؤدي إلى إنقاص المخزون. ويمكننا اعتبار كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوى مخزونًا. أما العمليات المختلفة التي تضيف إلى المخزون أو تُنقِص منه، فتمثل التدفقات. تعرف على المزيد حول المخزون والتدفق.
بالوعات ثاني أكسيد الكربون ومصادره
يطلق على الأشياء التي تعمل على إزالة الكربون من الغلاف الجوي بالوعة الكربون. على سبيل المثال، تستهلك النباتات الخضراء ثاني أكسيد الكربون خلال عملية التخليق الضوئي. أما حرق الخشب والوقود الأحفوري، فيمثلان مصادر لثاني أكسيد الكربون. وتشكل المحيطات مصدرًا لثاني أكسيد الكربو2 ومصبًا له كذلك. ويرجع السبب في ذلك إلى أن ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء الملامس لسطح المحيط يذوب في الماء، ومن ثم تتم إزالته من الغلاف الجوي. وفي الوقت نفسه، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون المذاب في الغلاف الجوي. ويتوقف التوازن بين تلك العمليتين على عدة عوامل، كما يتغير بمرور الوقت. وفي الوقت الحالي، تعد كمية ثاني أكسيد الكربون الذائبة في المحيطات أكثر من تلك التي يتم إطلاقها. ومعنى ذلك، أن المحيطات تشكل في الوقت الراهن بالوعات لثاني أكسيد الكربون.
يتبع...

[ربانة]

تغير المناخ العالمي والطاقة
بالوعات ثاني أكسيد الكربون

تتم إزالة ثاني أكسيد الكربون بانتظام من الغلاف الجوي كجزء من دورة الكربون. ولو لم يحدث ذلك لزادت سخونة العالم ولأصبح شبيهًا بكوكب الزهرة إلى درجة كبيرة. وتسمى تلك الآليات التي تعمل على إزالة الكربون من الغلاف الجوي "بالوعات الكربون".
وتعد غابات العالم بمثابة بالوعة كربون كبيرة. ومن ثم يقلص قطع أشجار الغابات من حجم تلك البالوعة، مما يسمح ببقاء المزيد من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. ومن جانب آخر، أتاحت التطورات التكنولوجية الحديثة للبشر إنشاء أنواع جديدة من بالوعات الكربون عن طريق احتجاز الكربون وتخزينه.
فهيا بنا نلقِ نظرةً على بالوعات الكربون وكيفية عملها.
التخليق الضوئي
يعمل التخليق الضوئي على إزالة الكربون من الجو. وتلك هي العملية التي تمكّن النبات من أن يحيا وينمو. ويحدث التخليق الضوئي في أوراق النباتات وخلايا الكائنات الحية الميكروسكوبية التي تعيش على الأرض وبجوار أسطح البحار والمحيطات. وتستغل تلك العملية الطاقة المستمدة من الإشعاع الشمسي (ضوء الشمس) لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى سكريات ذات قاعدة كربونية مثل الجلوكوز.

ثاني أكسيد الكربون (CO2) + ماء (H2O) + طاقةجلوكوز (C6H12O6) + أكسجين (O2)
يتم تحويل السكريات بعد ذلك إلى جزيئات أخرى مثل النشا، والدهون، والبروتينات، والإنزيمات، وجميع الجزيئات الأخرى التي توجد في النباتات الحية. كما تطلق عملية التخليق الضوئي أيضًا الأكسجين في الجو، والذي تحتاجه النباتات والحيوانات من أجل التنفس.
ويعزى إلى التخليق الضوئي ما يقرب من نصف الكربون المستخلص من الجو. فالنباتات الأرضية تأخذ معظم احتياجاتها من ثاني أكسيد الكربون من الهواء المحيط بها. أما التخليق الضوئي الذي تقوم به النباتات المائية، في البحيرات، والبحار والمحيطات فيستخدم ثاني أكسيد الكربون المذاب في الماء.
يوضح الرسم البياني التالي جانباً مثيراً للاهتمام عن كيفية تأثير التخليق الضوئي على مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

ويستند هذا الرسم البياني إلى قراءات مأخوذة في مرصد مونا لووا في هاواي. ويمكننا أن نرى أن مستويات ثاني أكسيد الكربون تزيد بوتيرة ثابتة من عام 1958 إلى 1996. ولكن لماذا التذبذب؟ تحدث تلك الارتفاعات في خريف وشتاء نصف الكرة الشمالي، وتبلغ ذروتها قبل الربيع مباشرة. وتنخفض تركيزات ثاني أكسيد الكربون أثناء الربيع والصيف. والسبب في ذلك هو أنه أثناء موسم الزراعة، تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون بنسبة أكثر مما تخرجه عن طريق التنفس. فالأشجار متساقطة الأوراق تنبت أوراقًا، وتعود النباتات الفصلية مثل الأعشاب إلى الحياة مرة أخرى. وخلال الخريف والشتاء تموت الأعشاب وتخمل تلك الأشجار وتتوقف عن العمل كبالوعة لثاني أكسيد الكربون. وتمتص النباتات الاستوائية ثاني أكسيد الكربون طوال العام.
وفي نصف الكرة الجنوبي تنعكس الفصول. ولكن نظرًا لأن مساحة الأرض أكبر كثيرًا في نصف الكرة الشمالي، فيكون الأثر الصافي في جميع أنحاء العالم أن النباتات تلعب دورًا كبالوعات لثاني أكسيد الكربون خلال الربيع والصيف أكبر من ذلك الدور الذي تلعبه خلال الخريف والشتاء.
الانتشار في المحيطات
ثاني أكسيد الكربون هو ذلك الغاز الذي يحدث عادة صوت "الأزيز" في المشروبات الغازية. ويكون أكثر قابلية للذوبان تحت الضغوط العالية ودرجات الحرارة المنخفضة، ولذلك تقدم المشروبات الغازية عادة باردة في العلب أو الزجاجات. وسيبقى بعض من ثاني أكسيد الكربون ذائبًا في العلبة أو الزجاجة المفتوحة والموضوعة في درجة حرارة الغرفة. وهذا هو السبب أيضًا في أن المحيطات الأكثر برودة تمتص ثاني أكسيد الكربون أكثر من المحيطات الدافئة.
كما يحدث تبادل مستمر بين جزيئات الكربون في كل من الغلاف الجوي والماء خلال عملية تدعى الانتشار. ويعزى إلى انتشار ثاني أكسيد الكربون في المحيطات ما يقارب نصف الكربون المستخلص من الغلاف الجوي.
ترسب الكربونات
تستخلص أشكال عديدة من الكائنات الحية البحرية الكربون والأكسجين من مياه البحر وتخلطه بالكالسيوم لإنتاج كربونات الكالسيوم (CaCO3). وتستخدم مجموعة متنوعة من الكائنات الحية ذلك لإنتاج الصدفات وغيرها من أجزاء الجسم الصلبة، مثل المرجان، والبطلينوس، والمحارات، وبعض النباتات والحيوانات الميكروسكوبية. وعندما تموت تلك الكائنات الحية، تغوص صدفاتها وأجزاء جسمها في قاع البحر. وعلى مدى فترات طويلة جدًا من الزمن، من الممكن أن تكوِّن أعدادًا هائلة من الكائنات الميتة طبقات ثخينة من الترسبات الغنية بالكربونات على قاع المحيط. وعلى مدى ملايين السنين، تطمر تلك الترسبات نتيجة المزيد والمزيد من الكربونات و/أو الرمال أو الطين، مما ينتج حرارة وضغطًا يؤديان إلى تغييرها فيزيائيًا وكيميائيًا إلى صخور رسوبية مثل الحجر الجيري، والرخام، والطباشير. ومن الممكن أن ترتفع تلك الصخور في نهاية الأمر لتصبح أرضًا مكشوفة نتيجة لتكتونية الصفائح - أو حركة القارات والمحيطات في جميع أنحاء الكرة الأرضية.

صورة لشريحة رفيعة من الحجر الجيري من العراق، مأخوذة من خلال الميكروسكوب. يبلغ عرض العينة ما يقرب من 2 مم (0.1 بوصة). وتظهر به هياكل الكالسيت الحفرية للعديد من الكائنات الميكروسكوبية.
من مسرد شلومبرجر لمصطلحات حقول النفط.
الصورة بإذن من تي. إن. ديجز.
وفي ظل الظروف المناسبة من درجات الحرارة وتركيز ثاني أكسيد الكربون، يمكن أن تترسب كربونات الكالسيوم من مياه المحيط مباشرة، بدون تدخل من الكائنات البحرية.
تحتوي الصخور الرسوبية في كوكب الأرض على نسبة من الكربون تزيد ما يقرب من 2.000 مرة عن تلك الموجودة في كافة المياه، والنباتات، والحيوانات في محيطات اليوم. وتستمر الكائنات البحرية اليوم في إنتاج الهياكل والأصداف، التي ربما تصبح صخورًا، بعد ملايين السنين من اليوم.
وسيستقر بعض الكربون في الصخور على مدى ملايين السنين عن طريق عمليات عضوية فوق اليابسة وتحت البحر. وينتج ذلك وقودًا أحفوريًا مثل الخث والفحم الحجري (النباتات الميتة المطمورة) والنفط والغاز (من الكائنات الدقيقة المطمورة في الغالب). ويمثل ذلك نسبة ضئيلة فقط من الكربون في العالم - 20000 مرة أقل من ذلك الموجود في الصخور الرسوبية.
الانسياب السطحي
ينجرف بعض الكربون من سطح الأرض إلى المحيطات بواسطة الماء. كما تمتص قطرات الأمطار المتساقطة بعضاً من ثاني أكسيد الكربون الموجود في الجو، منتجة حمض كربونيك مخفف للغاية. عندما تلاقي تلك الأمطار الحمضية بعض الشيء صخور الكربونات مثل الحجر الجيري أو الطباشير، تذيب شيئًا من الصخور، الذي تحمله التيارات والأنهار مرة أخرى إلى المحيط. وتؤدي تلك العملية إلى تكون التجاويف تحت الأرضية التي كثيرًا ما نجدها في الحجر الجيري. كما يساهم ذوبان الكربونات بفعل مياه الأمطار في تآكل المباني والتماثيل المصنوعة من الحجر الجيري أو الرخام. وتحمل التيارات والأنهار كذلك جزيئات الكربون العضوي من النباتات الأرضية الميتة والحيوانات إلى المحيطات.
كيف يصل ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي؟
يتبع ......

[ربانة]

تغير المناخ العالمي والطاقة
مصادر ثاني أكسيد الكربون

يصل ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي من عدة مصادر منذ ملايين السنين. ومن بين تلك المصادر التي بدأ ظهورها مع الثورة الصناعية - حرق الإنسان للوقود الأحفوري. ويعد هذا المصدر الآن، مصدرًا كبيرًا لثاني أكسيد الكربون، وأصبح له تأثيرٌ كبيرٌ على توازن دورة الكربون.
ولنتعرف الآن على المصادر التي يأتي منها ثاني أكسيد الكربون الموجود بالغلاف الجوي.
التنفس
تستخلص الحيوانات الأكسجين من الهواء الذي تتنفسه. حيث يتحد مع السكريات لإنتاج الطاقة، وثاني أكسيد الكربون، والماء. وتستخلص الأسماك والمخلوقات المائية الأخرى الأكسجين الذائب من الماء الذي تعيش فيه. كما تتنفس النباتات كذلك. فهي تحتاج إلى الطاقة لتنمو. وتعد النباتات الخضراء مصادر لثاني أكسيد الكربون، الناتج عن التنفس، وكذلك بالوعات لثاني أكسيد الكربون، نظرًا لقيامها بعميلة التخليق الضوئي.

تؤثر بعض النشاطات البشرية على كمية ثاني أكسيد الكربون التي تتدفق داخل وخارج الغلاف الجوي، كما هو مبين هنا: إنتاج الأسمنت، ومحطات توليد الطاقة التي تحرق الوقود الأحفوري، والسيارات، وإزالة الغابات. ترسم تلك الصورة وضعًا افتراضيًا يكون فيه صافي تدفق ثاني أكسيد الكربون داخل وخارج الغلاف الجوي صفرًا. ويعني ذلك أن التدفقات في حالة توازن، وأنه لا يوجد صافي زيادة أو نقص فيثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
انقر فوق الصورة لمشاهدة رسم متحرك يتيح لك تغيير التوازن.
النخر
عندما تموت النباتات والحيوانات، فإنها تبدأ في المرور بمراحل كيميائية لتحليل المركبات العضوية التي تكونت منها إلى مركبات أبسط، من بينها ثاني أكسيد الكربون.
البراكين
تنتج الثورات البركانية انبعاثات صلبة وغازية تشمل من بينها ثاني أكسيد الكربون.
التصاعد من المحيطات
ينطلق ثاني أكسيد الكربون المذاب من المحيطات إلى الهواء. وكما هو موضح أعلاه، يشكل ذلك جزءًا من عملية مزدوجة الاتجاه يحدث فيها أيضًا امتصاص لثاني أكسيد الكربون من قبل المحيطات. وفي الوقت الحالي تعتبر كمية ثاني أكسيد الكربون التي يتم امتصاصها أكبر من تلك التي يتم إطلاقها. وبالتالي، تعد المحيطات في وقتنا الحالي بالوعات لثاني أكسيد الكربون.
تدخلات الإنسان
تؤثر أنشطة الإنسان على تدفق ثاني أكسيد الكربون داخل وخارج الغلاف الجوي. وقد زادت تلك التأثيرات بصورة كبيرة على مدى السنوات المائة والخمسين الماضية.
حرق الوقود الأحفوري
يُعتبر الفحم الحجري كربونًا خالصًا تقريبًا، ويتكون النفط والغاز (الهيدروكربونات) من الكربون بصورة أساسية. ونحن نحرق تلك الأنواع من الوقود في الأكسجين (الموجود في الهواء) لإنتاج الطاقة اللازمة للتدفئة، والإنارة، والانتقالات. ويؤدي حرق الوقود الأحفوري في الوقت الحاضر إلى إطلاق 26 بليون طن تقريبًا من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي كل عام.
صناعة الأسمنت
تُعد صناعة الأسمنت مسؤولة عن 5% تقريبًا من ثاني أكسيد الكربون الذي يطلقه الإنسان في الغلاف الجوي، حيث تتضمن تلك الصناعة سحق وتسخين صخور الكربونات مثل الحجر الجيري والطباشير. كما تُستخدم تلك الصخور أيضًا في صناعة الحديد والصلب وغيرها من العمليات الصناعية.
إزالة الغابات
على مدى قرون عديدة، دأب الناس على حرق الغابات لإيجاد رقعة للزراعة. مما أثر على توازن ثاني أكسيد الكربون بطريقتين. الطريقة الأولى، ينطلق عن حرق الغابات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. الطريقة الثانية، يقل عدد الأشجار التي يمكنها امتصاص ثاني أكسيد الكربو ن عن طريق عملية البناء الضوئي. صحيح أن الأرض الزراعية تُعد بالوعة لثاني أكسيد الكربون، إلا إنها ليست في كفاءة الغابات.
كما تتزايد أيضًا إزالة الغابات نتيجة لقطع الأشجار من أجل الحصول على الأخشاب. ولا يؤدي ذلك الأمر إلى زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي نظرًا لعدم حرق الأشجار، إلا إن بالوعة ثاني أكسيد الكربون التي يوفرها غطاء الغابات تتقلص.
وما هي النتيجة؟
يساهم النشاط البشري بشكل كبير في زيادة كمية ثاني أكسيد الكربو ن الموجودة في الغلاف الجوي. وتُشير التقديرات الحالية إلى أن إنتاج ثاني أكسيد الكربون سيستمر في الزيادة في السنوات المقبلة. اكتشف المزيد...
كيف تتم إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي؟

يتبع .....

[ربانة]

تغير المناخ العالمي والطاقة
ثاني أكسيد الكربون الإنتاج—منظور دولي

في عام 2002، زاد متوسط استخدام الفرد في الولايات المتحدة الأمريكية للطاقة عشرة أضعاف عن مثيله في الصين و25 ضعفًا عن شخص آخر في الهند.
وتسعى بلدان مثل الصين والهند وغيرهما من البلدان إلى تطوير صناعاتها، ورفع المستويات المادية للمعيشة بها. ولو استخدم كل فرد في العالم اليوم نفس القدر الذي يستخدمه الفرد المتوسط في الولايات المتحدة الأمريكية من الطاقة، لارتفع الطلب على الطاقة إلى خمسة أضعاف مستوياته الحالية.

بناء على بيانات مستمدة من إدارة معلومات الطاقة (EIA)

يعد الوقود الأحفوري الذي يتم حرقه في محطات توليد الطاقة الكهربية المصدر الرئيسي الوحيد لثاني أكسيد الكربون من صنع الإنسان، تليه وسائل النقل، والصناعة.
ومن المتوقع أن يصل تعداد سكان العالم، بحلول عام 2025 إلى 7.5 بليون شخص تقريبًا؛ أي زيادة مقدارها 1.5 بليون شخص مقارنة بعام 2004. وسيكون هؤلاء في حاجة إلى الطهي، والإنارة، والانتقال، والصناعة، وغيرها من الأنشطة.

بناء على بيانات مستمدة من إدارة معلومات الطاقة (EIA)

ومن المرجح أن يظل معدل استخدام الطاقة متفاوتًا إلى درجة كبيرة، من بلد إلى آخر، إلا أن زيادته على نحو عام، تكاد تكون أمرًا مؤكدًا.
وتتنبأ إدارة معلومات الطاقة (EIA) بالولايات المتحدة، في إصدارها المسمى بتوقعات الطاقة العالمية لعام 2004 (International Energy Outlook 2004)، بزيادة الاستخدام العالمي للطاقة بنسبة 50% تقريبًا فيما بين عامي 2001 و2025. كما تتوقع أن يتزايد استخدام الطاقة المتجددة (وتشمل طاقة الرياح، والطاقة الشمسية، وطاقة الأمواج والمد والجزر) بوتيرة ثابتة، ولكن من المتوقع أن يزداد حرق الفحم الحجري، والغاز، والنفط بوتيرة أسرع.

بناء على بيانات مستمدة من إدارة معلومات الطاقة (EIA)

في عام 2004 قمنا بإطلاق 26 بليون طن تقريبًا من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من خلال حرق الوقود الأحفوري—وهو ما يعني أن نصيب كل فرد على وجه الأرض يزيد على أربعة أطنان. هذا إلى جانب ثاني أكسيد الكربون الذي تطلقه النباتات، والحيوانات، والمصادر الأخرى كجزء من دورة الكربون الطبيعية. ولكن ثاني أكسيد الكربون الذي ننتجه جراء حرق الوقود الأحفوري أكثر مما يمكن امتصاصه طبيعيًا بواسطة النباتات والمحيطات، ولذلك فإن تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي مرشحة للاستمرار في الزيادة.

بناء على بيانات مستمدة من إدارة معلومات الطاقة (EIA)

مستقبل ثاني أكسيد الكربون
من المرجح أن نستمر في استخدامنا للوقود الأحفوري، وبالتالي سنستمر في إنتاج كميات كبيرة من غازات الاحتباس الحراري. ولذلك قادت الأمم المتحدة الجهود الرامية إلى زيادة الوعي بقضية زيادة درجة الحرارة على كوكب الأرض وغازات الاحتباس الحراري على مدى عشرين عامًا. وقد وقعت 160 بلدًا على بروتوكول كيوتو في عام 1997. وتعهدت تلك البلدان بإبطاء معدل الزيادة في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. ولكن، لم توافق جميع بلدان العام موافقة كاملة على بروتوكول كيوتو.
لا يزال البحث جاريًا عن تكنولوجيا لخفض كمية غازات الاحتباس الحراري التي نطلقها في الغلاف الجوي. ومن بين تلك الأساليب، استخدام الوقود الأحفوري بصورة أكثر كفاءة بحيث نستمر في الحصول على الطاقة التي نحتاجها، ولكن مع تقليل ثاني أكسيد الكربون الذي ننتجه. كما يمكننا أيضًا أن نزيد من استخدام مصادر الطاقة التي لا تنتج ثاني أكسيد الكربون - مثل طاقة الرياح، والطاقة الشمسية، وطاقة الحرارة الأرضية، والطاقة النووية، وطاقة المد والجزر، والطاقة الكهرومائية.
كما يتوفر خيار آخر يتمثل في احتجاز ثاني أكسيد الكربون الناتج عن حرق الوقود الأحفوري وتخزينه. وبذلك نمنعه .



يتبع .....

[ربانة]

تغير المناخ العالمي والطاقة
المخزون والتدفق

سوف نشاهد، في هذه المحاكاة، ما الذي يحدث عندما تتغير سرعة تدفق الماء في حوض الاستحمام. ما الذي يحدث، عندما يكون معدل تدفق الماء داخل الحوض أكبر من تدفقه خارجه؟

انقر فوق الصورة لمشاهدة رسم متحرك يمكنك فيه التحكم بتدفق الماء في حوض الاستحمام.
سيرتفع منسوب الماء في الحوض، إلى أن يطفح في نهاية الأمر. وما الذي يحدث إذا كان الماء ينصرف بمعدل أسرع من تدفقه؟ سيبدأ منسوب الماء في الهبوط. وأخيرًا، كما نرى، إذا حافظنا على تدفق الماء بنفس معدل تصريفه، فإن مستوى الماء سيظل ثابتًا.
إن هذه المحاكاة بحوض الاستحمام توضح بنية "المخزون والتدفق" التي يمكننا ملاحظتها في الأنظمة المادية والاجتماعية من حولنا. فالمخزون ما هو إلا شيء متراكم. والماء الذي في حوض الاستحمام يمثل المخزون. انظر حولك وسترى مخزونات في كل مكان. يطلق على كمية الشيء (عدد الأشجار في الغابة أو عدد المشجعين في الاستاد الرياضي) مصطلح "المخزون". وتتغير المخزونات تبعًا للدفق الداخل والدفق الخارج. أما التدفق فهو معدل انسياب أي شيء - سواء أكان مياهًا، أو نقودًا، أو حتى شائعات - داخل أو خارج المخزون. وفي محاكاتنا بحوض الاستحمام، يتحكم الصنبور بالتدفق الداخل إلى المخزون؛ بينما يسمح المصرف الموجود في قاع الحوض بتدفق المياه إلى الخارج.
تلعب المخزونات والتدفقات دورًا أساسيًا في توليد بعد الديناميكيات المحيرة التي نصادفها. فعلى سبيل المثال، تحتفظ المخزونات بأحداث الماضي. فقد أظهرت الدراسة التي أجريت حول مبيد الحشرات دي دي تي (DDT) أنه على الرغم من تقليص استخدامه من المستويات التي كان عليها في عام 1971 إلى الصفر بحلول عام 2000، إلا أن مستويات "دي دي تي" بقيت أعلى من مستويات عام 1971 إلى ما بعد عام 1995. فالمبيد "دي دي تي" يستغرق فترة تصل إلى ستة أشهر حتى يتبخر من على أسطح النباتات والمباني. ولكنه يبقى في أنسجة الأسماك فترة تصل إلى خمسين سنة. ومن ثم، تمثل كمية "دي دي تي" في أنسجة الأسماك مخزونًا. ولنلقِ نظرة على بعض من بنيات المخزون والتدفق اليومية الأخرى، ولنرَ كيف تعمل.
الأشجار
يمكننا اعتبار عدد الأشجار الموجودة في غابة صغيرة من أشجار التنوب، مخزونًا.
وفي مهنة قطع الأخشاب تقطع الأشجار بمعدل ثابت. هذه الإزالة للأشجار تمثل تدفقًا خارجًا من المخزون. وفي كل عام، يزرع عدد ثابت من الأشجار لسد النقص في الغابة، كما أن هناك قدرًا متوسطًا من الوقت حتى تبلغ الأشجار مرحلة النضج. في هذا السيناريو، هناك توازن في نظام الغابة؛ فالدفق الداخل للأشجار يتساوى مع الدفق الخارج المتمثل في قطعها.

انقر على الصورة لمشاهدة نموذج المحاكاة لقطع الأشجار وزراعتها في غابة أشجار التنوب.
لندرس الآن سيناريو آخر: يزداد الطلب على قطع الأشجار، ومن ثم يزيد معدل حصد الأشجار ليصل إلى معدل ثابت أعلى إلى حد ما. وبالتالي يزيد معدل زراعة الأشجار من أجل التعويض. وهنا، ربما يقول المنطق السليم إن الغابة ستظل بنفس حجمها، ولكن ذلك لن يحدث. لماذا؟ يمثل عدد الأشجار في الغابة مخزونًا. وتمثل معدلات زراعة أشجار التنوب الدفق الداخل إلى المخزون. أما الدفق الخارج فيمثله معدل قطع الأشجار. وكما رأينا في مثال حوض الاستحمام، ستقل المخزونات إذا كان معدل الدفق إلى داخل المخزون أقل من معدل الدفق خارجه. وفي حالة قطع أشجار التنوب بمعدل أسرع من معدل زراعة الأشجار والانتظار حتى تبلغ مرحلة النضج، فسيقل مخزون أشجار التنوب.
الحساب البنكي
يمكنك أن تتخيل حسابك البنكي كنوع من أحواض الاستحمام - حيث تزداد النقود به أكثر فأكثر طالما تقوم بالإيداع وتجني الفوائد. فرصيد حسابك البنكي يمثل مخزونًا؛ حيث يتراكم بمرور الوقت. أما عمليات السحب فتشبه التصريف. فإذا كانت عمليات السحب - أي الدفق خارج الحساب البنكي -أكبر من الدفق الداخل من خلال عمليات الإيداع والفائدة المحصلة، فما الذي سيحدث في "مخزونك" من النقود؟ سيقل مخزونك، أو رصيدك، من النقود.
الدَيْن الوطني
يمكننا استخدام فكرة المخزون والتدفق لدراسة الدَيْن الوطني لبلد ما كذلك. فالدَيْن الوطني هو كمية الأموال التي تدين بها الحكومة للمقرضين. على سبيل المثال، عندما تشتري سندًا حكوميًا، فإنك بذلك تقرض أموالاً للحكومة. ومقدار الأموال المستحقة الدفع لك ولغيرك من المقرضين يسمى الدَيْن الوطني.

انقر فوق الصورة لمشاهدة رسم متحرك لترى كيف يتشابه المخزون والتدفق في حالة الدَيْن الوطني لبلد ما مع تدفق المياه داخل وخارج حوض الاستحمام.
ربما يظن أحدنا أن بلدًا ما يمكنه أن يخفض دَيْنه الوطني إذا تم تقليل العجز في موازنته، أليس كذلك؟ يمثل العجز في الموازنة الفرق بين دخل الحكومة، الذي يأتي في المقام الأول من الضرائب، وبين نفقاتها. ويتم حسابه عن عام واحد في المرة الواحدة. وإذا فاقت النفقات الدخل، فهنا يحدث العجز. ولذا يجب على الحكومة أن تقترض أموالاً لتعويض هذا الفرق. وبالتالي يزيد الدَيْن الوطني.
لنفكر في هذه المسألة مع استخدام حوض الاستحمام كرمز. يشبه العجز الوطني للبلد تدفق الماء إلى داخل حوض الاستحمام؛ حيث يمثل العجز المعدل الذي تقترض به البلد الأموال. ويشبه الدَيْن الوطني للبلد الماء الموجود في حوض الاستحمام. أي هو مخزون الدَيْن المتراكم. إذا قللنا من الحجم المتدفق من الصنبور وقللنا العجز، سيتباطأ معدل تراكم الدَيْن، ولكن الدَيْن نفسه سيظل يتراكم. وسيتطلب تقليل مخزون الدَيْن أن يكون معدل الدفق الخارج للمخزون أعلى من الدفق الداخل. ويعني ذلك سداد الدَيْن بمعدل أعلى من اقتراض الأموال.
الثروة الوطنية
إذا نظرنا إلى المخزون باعتباره "ثروة بلد"، فسيكون التركيز على فتح الصنبور، عن طريق النهوض بالنمو الاقتصادي. وسيؤدي ذلك إلى زيادة الدفق الداخل إلى المخزون. كما توجد طريقة أخرى لزيادة المخزون، ألا وهي تقليل الدفق الخارج. ومن أمثلة تقليل الدفق الخارج من أجل زيادة ثروة البلد، القيام بإصلاح المعدات وصيانتها، والاستثمار في معدات جديدة.

انقر فوق الصورة لمشاهدة رسم متحرك لترى كيف يتشابه المخزون والتدفق في حالة غازات الاحتباس الحراري مع تدفق المياه داخل وخارج حوض الاستحمام.
تغير المناخ
ما هو وجه الارتباط بين حوض الاستحمام وتغير المناخ؟
لنتخيل الأرض كحوض استحمام هائل. وتصور أن تركيز غازات الاحتباس الحراري (GHG) يقابل الماء في حوض الاستحمام - أي المخزون. وأن انبعاثات غازات الاحتباس الحراري تمثل التدفق من الصنبور إلى مخزون غازات الاحتباس الحراري. أما التصريف أو الدفق الخارج من حوض الاستحمام فيمثله معدل إزالة ثاني أكسيد الكربون وغيره من غازات الاحتباس الحراري من الجو عن طريق المحيطات، والكتلة البيولوجية، وغيرها من البالوعات.
ويتفق معظم أخصائيي علم المناخ أن إزالة أشجار الغابات وتشبع بالوعات الكربون الأخرى، سيؤديان إلى تضاعف انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بفعل البشر إلى مثلي معدل إزالتها تقريبًا. أي أن حوض الاستحمام يمتلئ بضعفي سرعة تصريفه. وعلى الرغم من أن السياسات المتبعة لتخفيف تغير المناخ أدت إلى انخفاض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري (GHG)، فسوف تستمر التركيزات الجوية لغازات الاحتباس الحراري في الزيادة ما لم تهبط تلك الانبعاثات إلى معدل الإزالة. ولكي يهبط مخزون غازات الاحتباس الحراري في الجو فعليًا، يجب أن يكون الدفق الخارج - معدل الإزالة - أكبر من الدفق الداخل - انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.
يتبع ....

[ربانة]

تغير المناخ العالمي والطاقة
ثاني أكسيد الكربون وتغير درجات الحرارة


ما السبب وراء تغير مناخ الأرض؟
يرتبط مستوى ثاني أكسيد الكربون في الجو ارتباطًا وثيقًاَ بدرجات الحرارة على كوكب الأرض.

تركيز ثاني أكسيد الكربون
يعتبر ثاني أكسيد الكربون (CO2) من "غازات الاحتباس الحراري". حيث يمتص الطاقة من الشمس ويطلقها مرةً أخرى في الجو. ومن شأن هذا "الاحتباس الحراري" أن يجعل الأرض أكثر دفئًا مما لو لم تحدث تلك العملية.
وعلى مدى الفترة الماضية التي بلغ طولها 425000 عام، تراوح تركيز ثاني أكسيد الكربون بين 180 و280 جزء في المليون (ppm). وعندما بلغ التركيز ذروته كان العالم أكثر دفئًا. حيث إن عينات الجليد الجوفية المأخوذة من المنطقة القطبية الجنوبية التي قدمت إلينا الدليل على درجات الحرارة في قديم الزمان، كانت تحتوي أيضًا على فقاعات هواء بالغة الصغر ظلت حبيسة في الثلج المتراكم. وقد حللت تلك الفقاعات، وزودتنا بسجل لتركيز ثاني أكسيد الكربون على مر الزمن. ولوحظ وجود توافق وثيق بين متوسط درجات الحرارة على كوكب الأرض، وتركيز ثاني أكسيد الكربون.

انقر لمشاهدة الرسم المتحرك.

الاحتباس الحراري
يمتص ثاني أكسيد الكربون (CO2) الطاقة من الشمس ويطلقها مرة أخرى في الغلاف الجوي.
هل التغير في تركيز ثاني أكسيد الكربون هو الذي يتسبب في تغيرات درجة الحرارة أم العكس؟ كلاهما.
حيث يُعد انخفاض درجة الحرارة سببًا رئيسيًا في نقص ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، نظرًا لأن المحيطات الباردة تكون قادرة على إذابة المزيد من ثاني أكسيد الكربون. وهناك تبادل مستمر لثاني أكسيد الكربون بين الغلاف الجوي والمحيطات. حيث يُذاب الغاز ويُطلّق أيضًا في الغلاف الجوي. ويتحدد التوازن بصورة كبيرة بدرجة الحرارة. ويمكنك أن تلاحظ هذا الأثر بنفسك. افتح زجاجة مياه غازية أو صودا. صب بعضًا منها في كوبين. ضع واحدة في الثلاجة واترك الأخرى في درجة حرارة الغرفة. عُدْ مرة أخرى بعد ساعة واشرب قليلاً من كل كوب. ستجد أن الكوب المحفوظ في الثلاجة احتفظ بكمية أكبر من الفقاعات. وتشكل التذبذبات في مستوى ثاني أكسيد الكربون في الجو جزءًا من دورة الكربون، التي تعد عملية معقدة ينتقل فيها الكربون فيما بين الغلاف الجوي، والكائنات البيولوجية، والقشرة الأرضية، والمحيطات.
ولا تبدأ الانخفاضات في تركيز ثاني أكسيد الكربون أبدًا إلا بعد أن تبدأ فترة البرودة. علاوة على ذلك، عندما يوشك العصر الجليدي على الانتهاء، قد تبقى التركيزات منخفضة لبعض الوقت في فترة الدفء. ويعني ذلك أن تغيرات ثاني أكسيد الكربون لا يمكن أن تكون القوة الدافعة البادئة لتلك التحولات الكبرى في المناخ. ولكن ما إن يصبح المناخ باردًا، ينخفض تركيز ثاني أكسيد الكربون مما يزيد من تأثير البرودة. وعندما يصبح المناخ دافئًا، يتم إطلاق المزيد من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، مما يزيد من درجات الحرارة على كوكب الأرض. ويطلق على تلك العملية حلقة تغذية ارتجاعية إيجابية.

على مدى 425000 عام مضت تزامنت فترات البرودة مع الأوقات التي كان فيها تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي منخفضًا. وعندما يقل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي يقل الاحتباس الحراري ويصبح العالم باردًا.
يمثل الخط الأزرق والأحمر التغير في متوسط درجات الحرارة على كوكب الأرض مقارنةً بمتوسط الفترة من 1961-1990. ويبين الخط الأخضر تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. (تأمل بعناية الطرف الأيمن من الرسم البياني).
يوضح هذا الرسم البياني أربع حقب كان فيها العالم أكثر برودة مما هو عليه اليوم. ويفصل بينها فترات قصيرة من الدفء، مثل تلك التي نعيشها الآن.
تستند هذه الصورة إلى بيانات مستمدة من NOAA.
ويبدو أن هناك حلقة تغذية ارتجاعية إيجابية تحدث الآن في المنطقة القطبية الشمالية. ففي أثناء الصيف يذوب الجليد الطافي في المحيط المتجمد الشمالي جزئيًا. وفي كل شتاء يزيد الغطاء الجليدي. وفي السنوات الأخيرة، كان الجليد ينحسر بمقدار أكثر في الصيف ويعوض بنسبة أقل في الشتاء. وتميل تلك العملية إلى تعزيز ذاتها. ويحدث ذلك كما يلي: يعكس الجليد قدرًا كبيرًا من ضوء الشمس. ولكن الماء أقل إعكاسًا بدرجة كبيرة ويمتص قدرًا أكبر من طاقة الشمس. وكلما زادت كمية المياه المفتوحة، زادت كمية طاقة الشمس الممتصة. ومن ثم تزيد درجة حرارة الماء. مما يؤدي إلى مزيد من الذوبان، الذي يؤدي بدوره إلى زيادة كمية المياه المفتوحة، وهكذا...
مزيد من الإيضاحات بشأن تغير المناخ
يوجد توافق وثيق بين متوسط درجات الحرارة على كوكب الأرض، وتركيز ثاني أكسيد الكربون. ولكن ذلك لا يكشف لنا العامل البادئ للتغيرات المناخية التي نشهدها. وربما يتعلق تفسير ذلك بحركة الارض والشمس.

يتبع ...........