دمای زمین چگونه تنظیم می‌شود

دمای سیاره زمین از طریق تعادل بین انرژی دریافتی از خورشید و مقداری از آنکه به فضا بازگردانده می‌شود، تحت کنترل است. برخی از گازهای هواسپهر در تنظیم دمای زمین‌ نقشی حیاتی دارند و با نام کلی گازهای گلخانه‌ای شناخته می‌شوند. زمین، انرژی خورشید را به شکل امواجی با طول موج کوتاه دریافت می‌کند؛ یعنی پرتوهای طیف مرئی و پرتوهای فرابنفش. به‌طور متوسط، در حدود یک‌سوم از این پرتوهای خورشیدی که به زمین اصابت می‌کنند، دوباره به فضا بازتابانده می‌شوند. از آنچه باقی می‌ماند مقداری جذب هواسپهر می‌شود اما بخش عمده‌اش توسط خشکی‌ها و اقیانوس‌ها جذب می‌شود. بدین ترتیب سطح سیاره زمین گرم می‌شود و در اثر این گرم‌شدن، پرتوهای مادون سرخ با طول موج بلند را از خود ساطع می‌کند. گازهای گلخانه‌ای مقادیری از این پرتوهای با طول موج بلند را در خود به دام می‌اندازند و بار دیگر گسیل می‌دارند و هواسپهر را گرم می‌کنند. گازهای گلخانه‌ای که به‌طور طبیعی وجود دارند عبارتند از: بخار آب، دی‌اکسیدکربن، ازون، متان و اکسیدهای نیتروژن که بر روی هم منجر به تاثیر گلخانه‌ای طبیعی شده و دمای زمین را تا ۳۵ درجه سانتی‌گراد گرم می‌کنند.
از طریق مقایسه زمین با دوتا از نزدیک‌ترین همسایگانش نیز می‌توان به تاثیر گازهای گلخانه‌ای طبیعی زمین پی برد. چندین عامل در تعیین شرایط اقلیمی یک سیاره نقش دارند: جرم آن، فاصله‌اش از خورشید، عناصر تشکیل‌دهنده هواسپهرش و به‌ویژه مقدار گازهای گلخانه‌ای‌اش. مثلا مریخ، سیاره بسیار کوچکی است و در نتیجه نیروی گرانش آن برای نگه‌داشتن یک هواسپهر متراکم کفایت نمی‌کند؛ هواسپهر مریخ تقریبا صدبار رقیق‌تر از هواسپهر زمین است و عمدتا از دی‌اکسیدکربن تشکیل شده است. میانگین دمای سطح مریخ در حدود ۵۰- درجه سانتی‌گراد است و در این دما، همان مقدار اندک دی‌اکسیدکربن موجود در هواسپهر نیز در نزدیکی سطح مریخ منجمد می‌شود. در عوض سیاره زهره که جرم‌اش معادل زمین است، هواسپهر بسیار متراکم‌تری دارد که ۹۶درصد آن از دی‌اکسیدکربن تشکیل می‌شود. این درصد بالای دی‌اکسیدکربن گرمای شدیدی را در سرتاسر سطح سیاره تولید می‌کند تا آنجا که دمای سطح زهره به بیش از ۴۶۰+ درجه سانتی‌گراد می‌رسد. هواسپهر زمین از ۷۸درصد نیتروژن، ۲۱درصد اکسیژن و یک‌درصد از سایر گازها تشکیل شده است. در اینجا همان یک‌درصد از سایر گازهاست که مدنظر ماست زیرا تمام گازهای موسوم به گازهای گلخانه‌ای در همین مجموعه جای می‌گیرند.
دی اکسید‌کربن و بخار آب دوتا از مهم‌ترین گازهای گلخانه‌ای‌اند. اکنون دی‌اکسیدکربن تقریبا ۰۳/۰ تا ۰۴/۰درصد از هواسپهر را به خود اختصاص می‌دهد اما سهم بخار آب از صفر تا ۲درصد متغیر است. بدون تاثیر گلخانه‌ای طبیعی که این دو گاز ایجاد می‌کنند، میانگین دمای سطح زمین می‌بایست چیزی در حدود ۲۰- درجه سانتی‌گراد می‌شد. مقایسه زمین با شرایط اقلیمی حاکم بر مریخ و زهره به خاطر غلظت متفاوت هواسپهر آنها و مقادیر نسبی گازهای گلخانه‌ای‌شان بسیار دشوار است. به‌خاطر متغیر بودن مقدار دی‌اکسیدکربن و بخار آب در هواسپهر زمین است که می‌دانیم تاثیر گلخانه‌ای طبیعی آنها باعث ایجاد یک سیستم اقلیمی شده است که در مقایسه با اقلیم مریخ و زهره به طور طبیعی هم ناپدیدار است و هم پیش‌بینی‌ناپذیر. یکی از راه‌های پی بردن به اهمیت دی‌اکسید‌کربن موجود در هواسپهر در کنترل اقلیم جهان، بررسی شرایط اقلیمی گذشته سیاره زمین است. شرایط اقلیمی زمین طی ۵/۲ میلیون سال گذشته بین دوره‌های یخبندان بزرگ در نوسان بوده است؛ یخبندان‌هایی که طی آنها لایه‌های یخی به ضخامت سه کیلومتر سطح آمریکای شمالی و اروپا را می‌پوشاند.
این تغییرات در مقایسه با سایر تغییرات زمین‌شناختی مانند جابه‌جایی قاره‌ها به اطراف جهان که میلیون‌ها سال به طول انجامیده، بسیار سریع بوده است. اکنون چگونه می‌توانیم درباره این دوره‌های یخبندان گسترده و نقش‌ دی‌اکسیدکربن در بروز آنها، اطلاعات کسب کنیم؟ شواهد لازم برای پاسخگویی به این پرسش عمدتا از هسته‌های یخی که با متد از قطب جنوب و گرینلند بیرون کشیده می‌شود، به‌دست می‌آید. دانه‌های برف، سبک و اسفنجی و حاوی مقدار زیادی هوایند. هنگامی که این دانه‌ها برای تشکیل یخ روی هم انباشته می‌شوند، مقداری از این هوا را در درون خود به دام می‌اندازند. دانشمندان با استخراج حباب‌های هوای به دام افتاده در یخ‌های باستانی، می‌توانند درصد گازهای گلخانه‌ای موجود در هواسپهر آن روزهای زمین را اندازه بگیرند. دانشمندان تا عمق بیشتر از دو مایلی صفحات یخی قطب جنوب و گرینلند حفاری کرده‌اند اما نتوانستند مقدار گازهای گلخانه‌ای موجود در هواسپهر بیش از ۵/۲ میلیون سال پیش را بازسازی کنند. اما با بررسی ایزوتوپ‌های اکسیژن و هیدروژن نهفته در هسته یخی، برآورد دمایی که این یخ‌ها در آن تشکیل شدند، امکانپذیر است. نتایج این کار به راستی درخور توجه است؛ مقدار گازهای گلخانه‌ای مانند دی‌اکسید کربن و متان موجود در هواسپهر متناسب با دمای حین ۴۰۰ هزار سال گذشته در نوسان است.
از پیمان چارچوب ایالات متحده درباره تغییرات اقلیمی (UNFCCC) در تهیه نخستین قرارداد بین‌المللی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای استفاده شد. با این حال این کار، آن‌طور که در نگاه اول به نظر می‌رسید، آسان نبود، زیرا انتشار دی‌اکسید کربن توسط کشورهای مختلف به یک اندازه و به‌طور مساوی صورت نمی‌گیرد. اولین منبع اصلی تولید دی‌اکسید کربن، سوخت‌های فسیلی است زیرا قسمت عمده انتشار دی‌اکسید کربن، به خاطر تولید انرژی، فرآیندهای صنعتی و حمل‌ونقل است. اینهایی که گفته شد به‌طور یکنواخت در سطح جهان توزیع نشده زیرا کشورها به یک اندازه و همپای هم صنعتی نشده‌اند در نتیجه هر توافقی که حاصل شود روی اقتصاد برخی از کشورها بیشتر از سایرین تاثیر می‌گذارد. از اینرو در حال حاضر، کشورهای صنعتی باید مسوولیت اصلی کاهش انتشار دی‌اکسید کربن، چیزی در حدود ۲۲ میلیارد تن کربن در سال، را برعهده بگیرند. آمریکای شمالی، اروپا و آسیا بیش از ۹۰ درصد از دی‌اکسید کربن ناشی از فعالیت‌های صنعتی را تولید می‌کنند.دومین منبع عمده انتشار دی‌اکسید کربن تغییر کاربری زمین است. این نوع انتشار در وهله نخست از بریدن جنگل‌ها برای اهداف کشاورزی، شهری‌سازی یا ساخت‌وساز جاده‌ها سرچشمه می‌گیرد.
هنگامی که مناطق وسیعی از جنگل‌های پرباران جنگل‌زدایی می‌شود، زمین حاصل غالبا به علفزار کم‌بازده تغییر می‌یابد و ظرفیت ذخیره Co۲ آن به طرز چشمگیری افت می‌کند. در اینجا الگوی انتشار دی‌اکسید کربن با مورد اول فرق دارد، بدین‌ترتیب که آمریکای جنوبی، آسیا و آفریقا، مسوول بیش از ۹۰ درصد از انتشار ناشی از تغییر کاربری‌های زمین‌اند: یعنی چیزی در حدود چهار میلیارد تن کربن در سال. البته کشورهای صنعتی، پیشاپیش و از همان ابتدای قرن بیستم، تغییر کاربری چشم‌اندازهای‌شان را آغاز کرده بودند. اگر معیارمان مقدار دی‌اکسید کربن رها شده در هواسپهر باشد، باز هم فرآیندهای صنعتی در تغییر کاربری زمین نقش مقصر اصلی را برعهده دارند. بدین‌ترتیب آدم بدهای مسوول افزایش دی‌اکسید کربن هواسپهر چه کسانی هستند؟ تردیدی نیست که کشورهای توسعه‌یافته بیشترین گازهای گلخانه‌ای انسان- ساخت را در طول تاریخ منتشر کرده‌اند، آنها استارت این کار را از آغاز انقلاب صنعتی در نیمه دوم دهه ۱۷۰۰ زده‌اند. وانگهی یک اقتصاد صنعتی جا افتاده همچنان تشنه انرژی است و مقادیر بسیار زیادی از سوخت‌های فسیلی را به کام خود می‌کشد. کشورهای صنعتی نشده هم سخت به دنبال افزایش استاندارد زندگی مردم‌شان هستند از این‌رو آنها هم دارند بر سهم‌شان در انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌افزایند زیرا توسعه اقتصادی ارتباط تنگاتنگی با تولید انرژی دارد.
با این حساب، به‌رغم تلاش‌هایی که برای کاهش انتشار دی‌اکسید کربن در کشورهای صنعتی در دست انجام است، احتمالا همچنان بر حجم انتشار دی‌اکسید کربن افزوده خواهد شد. به عنوان مثال چین اکنون دومین منتشرکننده بزرگ دی‌اکسید کربن جهان است. با وجود این سرانه انتشار Co۲ هر چینی یک‌دهم سرانه هر فرد آمریکایی است؛ آمریکا در صدر فهرست تولیدکنندگان گازهای گلخانه‌ای جای دارد. به عبارت دیگر هر آمریکایی ۱۰ برابر هر چینی آلودگی دی‌اکسید کربن تولید می‌کند. بنابراین تمام موافقتنامه‌های بین‌المللی مقدماتی مربوط به متوقف ساختن انتشار گازهای گلخانه‌ای که با «اجلاس زمین» در «ریودژانریو»ی برزیل در ۱۹۹۲ آغاز شد، به دلایل اخلاقی شامل حال کشورهای در حال توسعه نمی‌شود زیرا در نگاه نخست به نظر می‌رسد که اعمال محدودیت‌ها به طرز غیرمنصفانه‌ای سد راه پیشرفت اقتصادی آنهاست. اما این مسئله اهمیت زیادی دارد زیرا به عنوان نمونه، هر دو کشور چین و هند به سرعت دارند صنعتی می‌شوند و با جمعیت مجموعا ۳/۲ میلیارد نفری‌شان مقادیر بسیار زیادی آلودگی تولید خواهد کرد.
هیات میان دولتی تغییرات اقلیمی (IPCC) در سال ۱۹۸۸ همراه با هیات زیست محیطی ایالات متحده و سازمان هواشناسی جهانی، متعاقب بالا گرفتن نگرانی‌ها از امکان وقوع گرمایش جهانی تاسیس شد. هدف هیات میان‌دولتی تغییرات اقلیمی این است که دائما اطلاعات مربوط به جنبه‌های مختلف تغییرات اقلیمی شامل جنبه‌های علمی، زیست‌محیطی و تاثیرات اجتماعی- اقتصادی آن را مورد ارزیابی قرار دهد. IPCC به‌عنوان معتبرترین مرجع علمی و تخصصی در مبحث تغییرات اقلیمی شناخته شده و ارزیابی‌هایش تاثیر بسزایی بر مذاکرات پیمان چارچوب ایالات متحده درباره تغییرات اقلیمی (UNFCCC) و پیمان کیوتو داشته است. همایش‌هایی که در نوامبر ۲۰۰۰ در شهر هیگ هلند و در ژوئیه ۲۰۰۱ در بُن آلمان برگزار شد، در واقع دومین و سومین تلاش‌ها برای به تصویب رساندن (یعنی قانونی کردن) توافقنامه‌هایی بود که در ۱۹۹۸ در کیوتو ارائه شده بودند. متاسفانه پرزیدنت بوش در مارس ۲۰۰۱ ایالات متحده را از پای میز مذاکرات بلند کرد. با این حال، ۱۸۶ کشور دیگر با توافق بر سر دامنه‌دارترین و فراگیرترین پیمان زیست‌محیطی که تا بدان موقع جهان به خود دیده بود، تاریخ ساز شدند. اما پیمان کیوتو هنوز چشم انتظار تصویب شدن است.
بعدا دوباره به این موضوع خواهیم پرداخت. هیات میان‌دولتی تغییرات اقلیمی در سه گروه تحقیقی به اضافه یک گروه ضربت سازمان یافته است که وظیفه گروه ضربت برآورد مقدار گازهای گلخانه‌ای است که توسط هر کشور تولید می‌شود. هر یک از این چهار پیکره دو رئیس مشترک (یکی از یک کشور توسعه‌یافته و دیگری از یک کشور در حال توسعه) و یک واحد پشتیبانی فنی دارند. گروه تحقیقی اول جنبه‌های علمی سیستم اقلیمی و تغییرات اقلیمی را بررسی می‌کند؛ گروه تحقیقی دوم آسیب‌پذیری سیستم‌های طبیعی و انسانی را نسبت به تغییرات اقلیمی، پیامدهای مثبت و منفی تغییرات اقلیمی و راهکارهای کنار آمدن با آنها را بررسی می‌کند؛ گروه تحقیقی سوم راه‌های محدودسازی انتشار گازهای گلخانه‌ای و سایر شیوه‌های کاهش تغییرات اقلیمی و نیز موضوعات اقتصادی مربوط را ارزیابی می‌کند. بدین ترتیب هیات میان‌دولتی تغییرات اقلیمی اطلاعات علمی، فنی و اجتماعی- اقتصادی لازم برای برآورد مخاطرات و اتخاذ موضع مناسب نسبت به تغییر اقلیم جهانی را در اختیار دولت‌ها می‌گذارد. آخرین گزارش‌های این سه گروه تحقیقی در سال ۲۰۰۱ منتشر شدند که تقریبا ۴۰۰ کارشناس از ۱۲۰ کشور مستقیما در تهیه و تنظیم، تصحیح و تکمیل گزارش‌های IPCC درگیر بوده‌اند و ۲۵۰۰ کارشناس دیگر در بازبینی آنها شرکت داشته‌اند. نویسندگان IPCC همواره توسط دولت‌ها و سازمان‌های بین‌المللی از جمله سازمان‌های غیردولتی معرفی می‌شوند، خواندن این گزارش‌ها برای تمام علاقه‌مندان به موضوع گرمایش جهانی ضروری است و در بخش پرخواننده‌ترین‌ها قرار می‌گیرد.
هیات میان‌دولتی تغییرات اقلیمی، علاوه بر اینها، پژوهش‌های مربوط به گازهای گلخانه‌ای اصلی را جمع‌آوری می‌کند: مثلا پژوهش‌هایی که درباره منشاء این گازهاست و اینکه اجماع فعلی درباره توان گرمایشی آنها چیست. توان گرمایشی گازهای گلخانه‌ای در مقایسه با دی‌اکسید کربن سنجیده می‌شود. هر کدام از گازهای گلخانه‌ای توان مخصوص به خودشان را دارند و از این‌رو تا حدودی با یکدیگر قابل قیاس خواهند بود. توان گرمایش جهانی در دوره‌های ۲۰ تا ۱۰۰ ساله سنجیده می‌شود زیرا گازهای گلخانه‌ای مختلف دوره‌های پایدار متفاوتی در هواسپهر دارند. به عبارت دیگر مدت زمانی که طول می‌کشد تا ساختار شیمیایی‌شان در هواسپهر شکسته شود یا اینکه جذب اقیانوس‌ها و خشکی شوند، با هم فرق می‌کند. اکثریت گازهای گلخانه‌ای در ایجاد گرمایش در هواسپهر از دی‌اکسیدکربن موثرتر عمل می‌کنند اما نکته در اینجاست که غلظت آنها در هواسپهر هنوز خیلی اندک است. در واقع سایر گازهای گلخانه‌ای در مقدار مساوی بسیار خطرناک‌تر از دی‌اکسیدکربن هستند اما از آنجا که غلظت‌شان در هواسپهر بسیار پایین است، همچنان بیشتر بحث و جدل‌های مربوط به گرمایش جهانی هنوز حل محور دی‌اکسیدکربن و چگونگی کنترل آن در هواسپهر، می‌چرخد.
همان‌طور که گفته شد اکنون می‌دانیم که شواهد روشنی وجود دارد که غلظت گازهای گلخانه‌ای در هواسپهر از آغاز انقلاب صنعتی در قرن هجدهم تاکنون دائما رو به افزایش بوده است. اجماع نظر علمی کنونی این است که تغییرات غلظت گازهای گلخانه‌ای هواسپهر باعث تغییر دمای جهانی شده است. اما بزرگ‌ترین مشکلی که فرضیه گرمایش جهانی با آن سر و کله می‌زند، این است که شرایط اقلیمی جهان چقدر نسبت به افزایش سطح دی‌اکسید کربن هواسپهر حساس است. حتی اگر بتوانیم از این سر در بیاوریم باز هم پیش‌بینی تغییرات اقلیمی کار پیچیده‌ای است زیرا عوامل بسیار متفاوتی را شامل می‌شود که به گرم شدن هواسپهر به اشکال مختلف واکنش نشان می‌دهند مانند تغییرات موضعی دما، آب‌شدن یخچال‌ها و صفحات یخی، تغییر سطح آب دریاها، تغییر در شدت بارندگی، تغییر در شدت و مسیر توفان‌ها، ال‌نینو و حتی چرخه اقیانوسی.
ارتباط بین گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی‌ـ وقتی این واقعیت را در نظر بگیریم که هر بخش از سیستم اقلیمی جهان زمان واکنش مخصوص به خودش را دارد - حتی از آنچه تاکنون گفته شد هم پیچیده‌تر است. به‌عنوان مثال هواسپهر می‌تواند نسبت به تغییرات درونی و بیرونی که طی یک روز رخ می‌دهند، واکنش نشان دهد اما این زمان برای اقیانوس‌های عمیق ممکن است تا یک دهه طول بکشد. یا مثلا گیاهان شاید بتوانند ساختار‌شان را طی فقط یک هفته تغییر دهند (منظور تغییر در تعداد برگ‌هاست) اما ترکیبات سازنده آنها ممکن است یک قرن طول بکشد تا تغییر کند. علاوه بر اینها نباید از یاد برد که ممکن است نیروهای طبیعی به شکل ادواری عمل کنند؛ مثلا شواهد معتبری وجود دارد که چرخه‌های «لکه‌های خورشیدی» می‌تواند هم در فواصل ۱۰ ساله و هم ۱۰۰ ساله بر شرایط اقلیمی تاثیر بگذارد. لکه‌های خورشیدی مناطق تیره‌رنگی هستند که در سطح خورشید دیده می‌شوند و باعث افزایش دریافت پرتوهای خورشیدی در زمین می‌شوند. این لکه‌ها بر لایه‌های ماگنتوسفر و یونوسفر هواسپهر تاثیر می‌گذارند. تعداد این لکه‌ها معمولا در هر ۱۱ سال به حداکثر خود می‌رسند و محل آنها روی سطح خورشید متغیر است. همچنین شواهدی هست که نشان می‌دهد از ابتدای حضور ما در فاصله بین دو عصر یخبندان - یعنی ۱۰ هزار سال گذشته - هر ۵۰۰+۱۵۰۰ سال با سرد شدن‌های اقلیمی مواجه بوده‌ایم که عصر یخبندان کوچک، آخرین آنها بود.
عصر یخبندان کوچک در قرن هفدهم آغاز شد و در قرن هجدهم پایان یافت. این دوره با افت ۱-۵/۰ درجه سانتی‌گرادی دما در گرینلند، تغییر چشمگیر جریان‌های اقیانوسی در اطراف ایسلند، و افت چهار درجه‌ای دمای آب‌های سواحل غرب آفریقا و کاهش دو درجه‌ای آب‌های نزدیک «برمودا رایز» و همچنین یخ بستن سطح رودخانه تایمز در لندن همراه شد. تمام این اتفاقات تحت تاثیر تغییر اقلیمی طبیعی رخ داد، بنابراین باید بتوانیم از تاثیر گرمایش جهانی بر تغییرپذیری اقلیم طبیعی سر دربیاوریم. علاوه بر این لازم است که بدانیم بخش‌های مختلف سیستم اقلیمی چگونه بر هم تاثیر می‌گذارند و در ضمن نباید فراموش کنیم که هر کدام آنها زمان واکنش مخصوص به خودشان را دارند. همچنین باید بفهمیم که چه نوع تغییرات اقلیمی رخ می‌دهند و اینکه تدریجی خواهند بود یا ناگهانی. یا اینکه بخش‌های مختلف جهان چگونه از این تغییرات تاثیر خواهند گرفت؛ به‌عنوان مثال تصور می‌شود که مازاد گازهای گلخانه‌ای، قطب‌های زمین را بیش از نواحی معتدل گرم می‌کند. تمام اینها حاکی از آن است که پیش‌بینی شرایط اقلیمی آینده چقدر دشوار است و هر نوع دستکاری در این سیستم پیچیده تا چه اندازه خطرناک خواهد بود.

مارک مسلین
ترجمه طاهره رنجبر
Maslin. M.۲۰۰۴, Global Warming: a very short introduction, oxford university Press.

منبع : روزنامه کارگزاران