تاثیر محسوس فعالیت های بشر بر آب و هوا

تاکنون تصور می شد تاثیر فعالیت های بشر بر آب و هوا نسبتاً ناچیز و صرف نظر کردنی است. ولیکن پیش بینی های بسیار نشان می دهد تا اواسط سده بیست ویکم، نقش انسان در تغییر محیط زیست درخور توجه و بسی فراتر از تمام ۱۰ هزار سال گذشته خواهد بود. با وجود ابهام هایی که درباره جزئیات تغییرات آب و هوایی وجود دارد، این نکته مسلم است که فعالیت های بشر بی تردید از برخی جهت ها بر جو زمین موثر است. سوخت های فسیلی که در نیروگاه ها و اتومبیل ها می سوزند، ذرات و گازهایی را در هوا رها می کنند که به تدریج ترکیب جو را تغییر می دهد. غیر از استفاده از سوخت های فسیلی، فعالیت های دیگر بشر نیز آثار مخربی بر سیستم آب و هوایی دارد. برای مثال تبدیل جنگل ها به زمین های کشاورزی موجب نابودی درختانی می شود که می توانست کربن موجود در هوا را جذب کرده و از شدت اثر گلخانه یی بکاهد. درک و احساس نقش عوامل تغییردهنده وضعیت آب و هوا یک موضوع، و دانستن چگونگی این تغییرات در سطوح محلی و جهانی موضوع دیگری است. برای این منظور لازم است مدل های دقیق تری از آب و هوا طراحی کرده و ابزار فناوری لازم را که همانا ابرکامپیوترهایی میلیون ها بار سریع تر از کامپیوترهای امروزی است، در اختیار داشته باشیم. همچنین باید سر از هزاران کنش و واکنش اقیانوس ها، جو زمین و به خصوص بیوسفر درآوریم تا بتوانیم متغیرهای بسیار دقیقی را در اختیار مدل های کامپیوتری قرار دهیم. اما مهم تر از همه اینکه باید بتوانیم پیش از هر گونه اعتماد و اتکا به مدل های پیش بینی وضعیت آینده، نشان دهیم که مدل های ابداعی ما می توانند تغییرات آب و هوا در گذشته و حال را دقیقاً شبیه سازی کنند. برای این کار، به سوابق درازمدتی نیاز داریم. شبیه سازی و پیش بینی آب و هوا تنها زمانی امکان پذیر است که با ثبت دائمی تغییرات در زمان وقوع آنها همراه باشد.
از نظر دانشمندانی که به تهیه مدل های آب و هوایی می پردازند، هر چیزی، از اوج گیری و افول دوران های یخ تا تبدیل شدن بخش بزرگی از قاره آفریقا به صحرا، اهمیت دارد. هم کنشی بین اجزای مختلف سیستم اقلیمی (جو زمین، اقیانوس ها، زمین، یخ دریاها، آب شیرین و بیوسفر) طبق قوانین فیزیکی و بر اساس ده ها معادله ریاضی صورت می گیرد. مدل سازها برای هر قلمرو معادلاتی را (در یک شبکه سه بعدی دربرگیرنده کل زمین و هر آنچه در آن می گذرد) برای محاسبه در اختیار کامپیوتر قرار می دهند. چون طبیعت در چارچوب و محدوده این قلمروهای جداگانه باقی نمی ماند، نه تنها باید فرمول های مناسبی برای برهم کنش اجزای هر گروه از عوامل آب و هوایی داشته باشیم، بلکه باید بتوانیم چگونگی انتقال انرژی و جرم به داخل و خارج آنها را به نحو مناسبی تشریح و توجیه کنیم. کامپیوتر هایی که فعلاً مشغول به این کارند، می توانند بین ۱۰ تا ۵۰ عمل را در یک ثانیه انجام دهند، ولی با این همه متغیر (که تعدادشان نیز همواره در حال افزایش است) شبیه سازی تنها یک متغیر ممکن است ماه ها به طول انجامد. از این رو زمان لازم برای شبیه سازی، خود نوعی عامل محدودکننده بزرگنمایی (یا تعداد و بزرگی قلمرو های آب و هوایی) این مدل ها به شمار می رود. در یک مدل معمولی که برای محاسبه و نمایش جزئیات تغییر و تحول سیستم های آب و هوایی طراحی شده، عوامل آب و هوایی برای قلمرو هایی به ابعاد حدود ۲۵۰ کیلومتر (۱۵۶ مایل) مربع در سطح افقی و یک کیلومتر ارتفاع (در یک شبکه سه بعدی) محاسبه می شود. اگر بخواهیم قلمرو هایی با ابعاد کوچک تر را در نظر بگیریم، کار بسیار دشواری خواهد بود.
حتی پیچیده ترین مدل های کنونی ما نمی توانند مستقیماً شرایطی چون پوشش ابرها و تشکیل باران را شبیه سازی کنند. ابرهای توفان زای بسیار قدرتمند (که می توانند باران های سیل آسا را موجب شوند) اغلب در ابعادی کمتر از ۱۰ کیلومتر عمل می کنند و قطرات باران در مقیاس های کمتر از میلی متر فشرده می شود. از آنجا که هر یک از این رویدادها در مناطقی کوچک تر از حجم کوچک ترین حجره شبکه رخ می دهد، خصوصیات شان را باید با استفاده از تکنیک های آماری بسیار دقیق و سنجیده استنتاج کرد.
این پدیده های خرد آب و هوایی به صورت تصادفی روی می دهد. موارد وقوع این پدید ه ها می تواند از نقطه یی به نقطه دیگر متفاوت باشد، ولی بیشتر عواملی که (مانند افزایش غلظت گازهای گلخانه یی) بر آب و هوا تاثیر می گذارد، در تمام سطح کره زمین و همه نواحی آن کاملاً یکدست و یکنواخت عمل می کند. اگر بخواهیم نواحی هر چه کوچک تر را در نظر بگیریم، تفاوت و تنوع در آب و هوا، هر چه بیشتر بر فعالیت آب و هوایی کلان پرده خواهد افکند. چنین است که برداشتن این پرده استتار تمام وقت کامپیوتر را می گیرد، چرا که مستلزم شبیه سازی های متعددی است که هر یک با اندکی تفاوت از نظر اوضاع و احوال آغازگر آن صورت می گیرد. به طور کلی ویژگی های آب و هوایی را که در تمام موارد شبیه سازی رخ می دهند، «سیگنال» و آنهایی را که تکرار نمی شوند، «اخلال» (noise) به شمار می آورند.
برآوردهای محافظه کارانه نشان می دهد سرعت پردازش کامپیوترها تا سال ۲۰۵۰ بیش از یک میلیون برابر امروز خواهد شد. با چنین کامپیوترهایی، مدل پردازان آب و هوا خواهند توانست شبیه سازی های مختلفی با شرایط آغازگر متفاوت اجرا کرده و سیگنال ها را از اخلال ها بهتر تمییز دهند. به علاوه می توانیم از شبیه سازی های صدهاساله با بزرگنمایی افقی کمتر از یک کیلومتر و بزرگنمایی متوسط عمودی حدود صد کیلومتر بر فراز اقیانوس ها و در جو استفاده کنیم.
کامپیوترهای سریع تر تنها زمانی به پیش بینی تغییر آب و هوا کمک می کنند که معادلات ریاضی مورد استفاده آنها بیانگر تصویر کاملی از همه آن چیزی باشد که در طبیعت روی می دهد. برای مثال اگر مدلی از جو که شبیه سازی می شود، چهار درجه سانتی گراد سردتر باشد (که در سده گذشته امری چندان غیرمعمول نبود)، شبیه سازی نشان خواهد داد جو می تواند ۲۰ درصد کمتر ظرفیت واقعی اش آب در خود نگاه دارد ( این خطایی درخور توجه است که تمام برآوردهای بعدی میزان تبخیر و نزولات جوی را بی معنا می سازد). مشکل دیگر اینکه هنوز نمی دانیم چگونه تمام فرآیندهایی (مانند تحولات ناگهانی در چرخه کربن و تغییر و تحولات در استفاده از زمین) را که بر آب و هوا تاثیر می گذارند، بازسازی کنیم و مهم تر آنکه این گونه تغییرات می تواند آغازگر چرخه های بازخوردی باشد که اگر نادیده گرفته شود، ممکن است کل مدل را به یکباره از هم بپاشد. برای مثال بالا رفتن درجه حرارت، گاه موجب افزایش متغیر دیگری چون رطوبت موجود در جو می شود که به نوبه خویش بر آشفتگی کنونی می افزاید. (در این مورد خاص رطوبت بیشتر هوا، به این دلیل که بخار آب یکی از گازهای گلخانه یی بسیار نیرومند است، موجب افزایش گرما خواهد شد.)
پژوهشگران تازه دارند به میزان تاثیر برخی از این بازخوردهای مثبت بر چرخه کربن حیات بخش سیاره زمین پی می برند. به عنوان مثال، در آتشفشانی کوه پیناتوبو در فیلیپین در سال ۱۹۹۱، آن قدر خاکستر و دی اکسید گوگرد از دهانه آتشفشان بیرون آمد که توانست به خنک تر شدن کره زمین بینجامد، زیرا ترکیبات مذکور با قطرات ریز آب موجود در هوا وارد واکنش شده، بخشی از اشعه نور خورشید را از رسیدن به سطح زمین بازمی دارند. همین انرژی تلف شده، می تواند مانع برداشت دی اکسیدکربن در سیاره ما شود.
استفاده از زمین ها می تواند موجبات پریشانی سیستم های آب و هوایی قاره یی و منطقه یی به طرق گوناگون شود که درآوردن آنها به قالب معادلات ریاضی دشوار است. پاکسازی جنگل ها برای کشاورزی و دامداری سطح زمین را درخشان تر می کند. زمین های زراعی روشن تر از جنگل های تاریک اند و هم از این رو، نور بیشتری را منعکس می سازند، که به خنک تر شدن جو زمین، به ویژه در فصل های پاییز و تابستان کمک می کند.
● کمبود داده ها
شبیه سازی های آب و هوا که فاقد مشاهدات دقیق است عملاً از حیطه گمانه زنی های خوب و قابل قبول خارج اند. به عبارت دیگر برای آنکه بر تردیدهای موجود درباره میزان تاثیرگذاری فعالیت های بشر بر سیستم آب و هوا فائق آییم، لازم است بدانیم در گذشته چه تغییراتی را پشت سر گذاشته است. باید بتوانیم شرایط پیش از انقلاب صنعتی را (به ویژه از زمانی که انسان ها تاثیرات بازگشت ناپذیری بر ترکیب جو گذاشتند) به حد کافی شبیه سازی کنیم.
برای درک تغییرات آب و هوایی در زمانی که هنوز ماهواره ها و ابزارها و دستگاه های هواشناسی وجود نداشتند، متکی به نشانگرهایی چون هوا و مواد شیمیایی به دام افتاده در عمق قطعات عظیم یخ، حلقه های چوب در بدنه درختان کهنسال، جزایر مرجانی، و رسوب های نشسته بر کف اقیانوس ها و دریاچه ها هستیم. این گونه تصاویر لحظه یی، اطلاعات سودمندی در اختیار ما قرار می دهد. در نهایت می توان با کنار هم گذاشتن تکه های مختلف دانسته ها (همچون قطعات پازل) به یک تصویر کلی از گذشته آب و هوایی زمین دست پیدا کرد. لیکن برای درک حقیقی آب و هوا در شرایط کنونی، لازم است تصاویر لحظه یی بیشتری از صفات و کیفیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی کره زمین در اختیار داشته باشیم. همچنین به چیزی شبیه نوارهای ویدئویی طولانی از تحولات کنونی در آب و هوا نیازمندیم. اندازه گیری هایی که هم اکنون به طور مرتب از یخ دریاها، پوشش برف، رطوبت خاک، پوشش گیاهی و درجه حرارت و نمک موجود در آب اقیانوس ها صورت می گیرد، تنها برخی از متغیرها را شامل می شود.
در عین حال، چشم انداز کنونی چندان دلگرم کننده نیست. در حال حاضر هیچ موسسه امریکایی یا بین المللی دارای اختیارات یا منابع لازم برای پایش درازمدت آب و هوا نیست. دانشمندان تنها تفسیرهای خود را از اطلاعات حاصل از شبکه های بزرگی از ماهواره ها و حسگرهای سطح زمین (مانند گوی های شناور، کشتی ها، رصدخانه ها، ایستگاه های هواشناسی و هواپیماهایی که به مقاصد دیگری (مثلاً پیش بینی وضع هوا) به پرواز درآمده اند) روی هم انباشته می سازند. نتیجه آنکه تصویر ما از تغییرات آب و هوایی در گذشته، غالباً، مبهم و دارای جاهای خالی بسیار است.
اداره بسیاری از این شبکه ها بر عهده سازمان ملی اقیانوس ها و هواست، لیکن فاقد منابع لازم برای اجرای برنامه درازمدت پایش وضعیت آب و هواست. حتی ادامه این کار در درازمدت جزء وظایف سیستم رصد زمین متعلق به سازمان ملی هوا - فضا، که به تازگی شروع به کار کرده (و از جمله پرتاب چندین ماهواره پیچیده به فضا، جهت پایش جنبه های گوناگون سیستم های کلی زمین را شامل می شود) به شمار نمی رود.
و اما وضعیت کنونی پایش آب و هوا هر چه باشد، چالش دیگر در دهه آینده این است که چگونه مطمئن باشیم اعداد و ارقامی که به دست می آوریم، حقیقتاً بیانگر تغییرات صورت گرفته طی چندین دهه در محیط زیست است. به بیان دیگر اگر از دوربین جدیدی استفاده کنیم یا به جهت دیگر نگاه کنیم، چه؟ برای مثال یک ماهواره به طور معمول تنها چهار سال یا در همین حدود در یک مدار باقی می ماند تا اینکه مدارش تغییر کند. ماهواره جایگزین، معمولاً، دارای ابزارها و وسایل جدیدی است و زمین را در مواقع دیگری از روز رصد می کند. لذا اندازه گیری های ما پس از گذشت چندین سال نه تنها نشان دهنده تنوع تغییر در آب و هوای کره زمین نیست، بلکه با این کار تنها تغییرات غیرواقعی را نشان خواهد داد. اگر احتیاط لازم را -در کمی کردن تغییرات صورت گرفته در فناوری رصد و نمونه برداری- پیش از جایگزین ساختن فناوری نوین با نوع قدیمی آن به عمل نیاوریم، ضبط و ثبت تغییرات در آب و هوا بی فایده خواهد بود؛ چه در این صورت، مقایسه مجموعه داده های جدید با موارد قدیمی تر ممکن نیست.
به علاوه دانشمندان باید بتوانند شبیه سازی های آب و هوایی خود را با داده های بدون ابهامی که به نحوی صحیح آرشیو شده اند، ارزیابی کنند. متاسفانه خطر از بین رفتن داده های ماهواره ها و حسگرهای حساس بر سطح زمین برای همیشه وجود دارد. نتایج رصدهای طولانی از زمین در ایالات متحده، هنوز روی نوارهای کاغذی سوراخ دار از دور خارج شده ثبت، یا روی کاغذهایی که در حال فساد و نابودی اند یا سخت افزار کامپیوتری تاریخ گذشته ذخیره می شوند. حدود نیمی از داده های حاصل از رادارهای جدید داپلر ما از بین رفته اند، به این دلیل که سیستم ضبط متکی به کسانی است که قرار است به جزئیات حفظ داده ها در حوادث دشوار و خطرناک آب و هوایی، زمانی که هشدارها و کارکردهای حیاتی دیگر از اهمیت فوری و بسیار بیشتری برخوردارند، بپردازند.
● آیا می توانیم دیدگاه خود را پیاده کنیم
اگر بخواهیم، می توانیم طی ۵۰ سال آینده درک وسیعی از چگونگی تاثیرگذاری انسان بر سرتاسر کره زمین، مناطق محدودتر و حتی جنبه های خرد آب و هوا به دست آوریم. ولی منتظر چنین زمان طولانی ماندن کار چندان عاقلانه یی به نظر نمی رسد. ماندگاری طولانی دی اکسیدکربن و دیگر گازهای گلخانه یی در جو در کنار پاسخ معمولاً کند آب و هوا به شرایط جدید، به این معناست که حتی اگر به نحوی مانع فعالیت های تاثیرگذار و زیانبار بشر شویم، باز هم احتمال اینکه سیاره ما دستخوش تغییر و تحولات اساسی شود، بسیار است.
یخچال هایی که در ارتفاعات آند و نقاط دیگر کره زمین در حال ذوب شدن اند، تاکنون موید این واقعیت بوده اند که سیاره ما در حال گرم تر شدن است. بالا آمدن سطح آب دریاها -به عبارت دیگر به زیر آب رفتن خطوط ساحلی- گواهی است بر گرم تر شدن کره زمین، احتمالاً به میزان دو درجه سانتی گراد یا بیشتر تا پایان سده بیست و یکم. تغییر آب و هوا، به اغلب احتمال، زمانی بیشترین توجه را به خود جلب خواهد کرد، که بر فشارها به جامعه بیفزاید. گسترش زیستگاه ها در نواحی مرجانی و مناطقی که به دلیل پایین تر بودن از سطح آب اقیانوس ها در برابر سیلاب ها و توفان ها آسیب پذیرند، تنها یکی از مشکلات بی شماری است که به احتمال زیاد در ابتدای کار با آنها مواجه خواهیم شد. ولی تا زمانی که هنوز با قطعیت نمی توانیم از تاثیر بشر بر آب و هوا سخن بگوییم، وضع قوانین و مقررات برای تغییر معیارهای استفاده از سوخت فسیلی یا محو و نابود کردن جنگل ها چندان سودمند نخواهد بود.
نیاز به پیش بینی میزان تاثیرگذاری فعالیت های بشر بر وضعیت کره زمین، ما را ملزم می سازد که از همین حالا برای ایجاد یک سیستم جامع رصد و آرشیو داده ها دست به کار شویم. اطلاعات حاصله می تواند خوراک مدل هایی باشد که به پیش بینی های ماهرانه از وضعیت آب و هوا چندین سال جلوتر کمک می کند. مثلاً با برنامه ریزی صحیح، خواهیم توانست دقیقاً پیش بینی کنیم که چگونه می توانیم سدها و ذخایر آب را بهتر طراحی کنیم تا پاسخگوی توفان های پیش بینی شده در آینده باشند و گازهای گلخانه یی حاصل از ساخت و راه اندازی نیروگاه های جدید به چه میزان کره زمین را گرم خواهند کرد.
تغییر آب و هوا هم اکنون در جریان است و تغییرات بیشتری نیز قطعاً در راهند. می توانیم کاری کنیم که از شدت این تغییرات کاسته شود و برنامه ریزی معقول و منطقی برای آن داشته باشیم ولی در حال حاضر هیچ یک از این دو کار از ما برنمی آید. دانشمندان برای پیش بینی شکل و شمایل واقعی آب و هوا در آینده، باید بر موانعی که در بالا برشمردیم فائق آیند. حل مشکل تهیه کامپیوترهایی با قدرت بیشتر برای درک پیچیده تر ظرایف تعاملات در آب و هوا، نسبتاً ساده تر است. دشواری و مانع واقعی همانا پایش آب و هوا در سرتاسر کره زمین است. چگونه می توانیم دولت ها را متعهد به در اختیار گذاشتن منابع خویش برای این تحقیق و بررسی کنیم، آن هم در زمانی که بسیاری از حکومت ها به این سرعت عوض و بدل می شوند.
اگر حقیقتاً طالب توانایی پیش بینی تاثیرات حاصل از فعالیت بشر تا سال ۲۰۵۰ (و شروع برخورد با پدیده تخریب محیط زیست خویش) هستیم، باید طریق دیگری را در پیش گیریم و برای هموار کردن راه، ابزارهایی نیز در اختیار داریم؛ کنوانسیون سازمان ملل درباره چارچوب تغییر آب و هوا، که در سال ۱۹۹۲ به امضای رئیس جمهور امریکا رسید. این کنوانسیون ۱۷۹ دولت را متعهد به رفع و اصلاح آثار مخرب بشر بر آب و هوای کره زمین می کند. این اتحاد بین دولت ها، نخستین قدم را با تثبیت میزان مجاز تولید گازهای گلخانه یی در پروتکل توکیو در سال ۱۹۹۷ برداشت ولی مشکل ایجاد سیستم های پایش درازمدت آب و هوای کره زمین، همچنان حل نشده باقی است.

کوین ترنبرت
ترجمه؛ عبدالوهاب فخریاسری
Scientific American, Dec.۲۰۰۶

منبع : روزنامه اعتماد