دانلود تحقیق زمین و گاز های گلخانه ای

چکیده به دلیل اهمیت و تاثیر اقلیم بر شرایط محیطی و اقتصادی – اجتماعی، و همچنین نقش آن در برنامه ریزی های خرد و کلان، تغییرات رفتار اقلیم جهانی در بازه های زمانی طولانی (روند) و کوتاه مدت (فازها و چرخه ها) به ویژه در سالهای اخیر و مولفه های گوناگون اقلیمی با توجه به ویژگیهای زمانی – مکانی مورد توجه محافل علمی بوده است.

در این میان نقش انسان در تغییر اقلیم به دلیل شدت و سرعت اثر آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است بر پایه ی یافته این تحقیق نقش انسان در تغییر بیلان انرژی از طریق تغییر در ترکیبات و عملکرد جو در مقیاس کلان و نیز تغییر سطح زمین به عنوان منبع ای دیگر در گرمایش جو اعمال می شود.

این تاثیرات برخی خواسته و برخی ناخواسته و برخلاف میل انسان است.

معمولاً اثرات انسانی بر پیکره اقلیم به همراه واکنش های بازخوردی اقلیم فرآیندهای غیر قابل پیش بینی را به دنبال دارند.

1- مقدمه طی سده گذشته میانگین دمای پهنهای خاکی 214/0+554/0 درجه سلسیوس و دمای کل کره زمین 13/0+38/0 درجه سلسیوس افزایش یافته است بیشتر گرمایش مزبور از دهه های نخستین قرن بیستم آغاز شده است.

اگر چه این میزان گرما ممکن است در نظر اول ناچیز به نظر رسد اما بررسی بوم شناختی نشان می دهد که تغییرات میانگین ارقام دراز مدت دمای هوا حتی در صورتی که از 2/0-1/0 درجه سلسیوس هم تجاوز نکند باز واکنشهای حساسی در سیستم مزبور پدید می آورد.

در حالی که نوسانات سالانه و فصلی از لحاظ وضعیت هوا اگر چه حاوی دامنه بزرگتر است اما اکوسیستمها را چندان تحت تاثیر قرار نمی دهد.

بنابراین زمان تعادل و لختی اکوسیستم را می توان یک فرایند حفاظتی در مقابل تاثیرات کوتاه مدت و شدید هوا تلقی کرد.

بررسی و مطالعه تغییرات اقلیم – دما از این نظر در مطالعات جغرافیایی حائز اهمیت هستند که جنبه های عمده ای از این تغییرات بخصوص طی سده اخیر به نقش و عملکرد انسانی (شهرسازی، جنگل زدایی، توسعه و رشد صنعتی و افزایش گازهای گلخانه ای و غیره) نسبت داده می شود.

2.

رفتار دمای کره زمین طی سده اخیر همان گونه که گفته شد و بر اساس مدل های آماری ، میزان افزایش دمای کره زمین طی سده خیر روندی افزایشی را طی کرده است.

بر اساس داده های هانسن و لبدف (1987)، میانگین دمای کرده زمین طی سالهای 1940-1880، یک فاز افزایشی داشته است.

در این فاز، میانگین دما حدود 5/0 درجه سلسیوس افزایش داشته است و از سال 1940 تا سال 1965، یک فاز کاهش دما به میزان 2/0 درجه سلسیوس رخ داده است.

از سال 1965 تا سال 1980، فاز افزایش مجددی در میانگین دمای جهانی با مقدار 3/0 درجه سلسیوس گزارش شده است.

الگوهای فضایی سه فاز مذبور به این شرح است: 1.

فاز گرم (1940-1880): بیش ترین گرمایش این فاز در عرض های بالای نیمکره شمالی ، به خصوص در آلاسکا، مرکز کانادا، گرینلند، سواحل شمال آسیا و بخش هایی از اقیانوس منجمد شمالی ، و همچنین در برخی مناطق عرض های پائین مثل ایالات متحده آمریکا، چین ، آفریقا و بخش هایی از آمریکای جنوبی روی داده است.

میزان افزایش دما نسبت به میانگین دراز مدت تا 5/0 درجه سلسیوس بوده است.

شایان ذکر است که شواهد موجود حاکی از روند کاهشی در برخی نقاط نیمکره جنوبی طی این فاز است، اما فقدان ایستگاه های ثبت داده ها با طول دوره آماری مناسب ، امکان اثبات این ادعا را مشکل ساخته است.

فاز سرد (1965-1941): طی این فاز ، عرض های بالا در نیمکره شمالی به خصوص آلاسکا، شمال کانادا، شمال غرب گرینلند و سواحل شمال آسیا و نیز عرض های پائین تر در چین و آفریقا، دوره ای از کاهش دما را تجربه کرده اند.

اما در امتداد عرض های 60-40 درجه شمالی، یعنی از اروپای غربی تا آسیای مرکزی (دریاچه پایکال)، روند گرمایشی فاز پیشین همچنان حاکمیت داشته است.

3.

فاز گرم (1985-1966): در این فاز، به استثنای دمای نواحی جنوبی گرینلند که با روند کاهشی مواجه بوده است، سایر نواحی عرض های شمالی ، یعنی آلاسکا، شمال غرب کانادا و نیمه شمالی آسیا، روند افزایشی داشته اند.

علل انسانی تحولات اقلیمی درک علت یا علل دگرگونی های اقلیم مشکل تر از ردیابی تحولات مزبور است، زیرا تحولات اقلیمی ، حاصل سلسله رویدادهای گسترده ای است که در سیستم اقلیم به وقوع می‌پیوندد و هیچ عامل منفردی قادر به توضیح و توجیه دقیق رویدادهای مزبور نیست.

بنابراین، مجموعه ای از علل و شاید عللی که تاکنون از آن ها آگاهی نداریم، در پیدایش دگرگونی ها دخالت داشته اند.

نقطه مشترک همه عوامل، تاثیر بر موازنه انرژی زمین است.

هرچند سهم هر یک از عوامل ممکن است کوچک باشد، اما زمانی که همه عوامل در یک جهت اثر کنند، مجموعه این اثر چشمگیر و بارز خواهد بود.

به هر حال، اگر چه علل پدید آورنده دگرگونی ها ماهیت جهانی دارد، اما اثرات آن ها همه جا به یک شکل ظاهر نمی‌‌شوند.

از طرف دیگر، نظریات ارائه شده درباره علل دگرگونی ها، گاه رویدادهایی با دوره های بازگشت کوتاه را توجیه می کند.

همچنین، بازه زمانی عمکرد و اثر هر عامل نیز متفاوت است.

افت و خیزهای اقلیمی در مقیاس دهه ای، حاصل اثرات متقابل نیروها، عوامل و عناصر متفاوت اقلیمی و اثرات سده ای اقلیم، به ویژه طی قرن اخیر، نتیجه عمکرد نیروهای بشری قلمداد می شود.

یکی از نظریات بسیار جالب در توجیه تغییرات دمایی کره زمین به ویژه طی سده اخیر، تغییر در غلظت گازهای گلخانه ای جو است.

این نظریه اخیراً مورد توجیه بسیار بوده است.

از جمله عوامل اساسی در تولید و افزایش غلظت گازهای گلخانه ای قرن اخیر فعالیت‌های انسانی است که شامل مصرف سوخت های فسیلی، کشت و زرع جنگل زدای، تغییر کاربری زمین، تولید اسپری و مواد خنک کننده، و غیره است.

به هر حال، تغییر اقلیم سده اخیر و تاثیر گازهای گلخانه ای با ابزارهای مناسب قابل اثبات است و همان گونه که می دانیم، واقعیت تغییر دمای جهان تابع الگوی جغرافیایی خاصی است که از چرخش عمومی جو ناشی می شود و نتیجه آن تفاوت های زمانی- مکانی پدیده گرمایش و عمکرد گازهای گلخانه ای است.

لازم به توضیح است که برخی از فعالیت های انسانی در زمره عواملی هستند که به طور مستقیم در افزایش گازهای گلخانه ای جو موثرند (گسیل گازها) و برخی از طریق تاثیر بر چرخه گازهای مزبور و به طور غیرمستقیم، بر فرآیند یاد شده تاثیر می گذارند (انتشارهواویزه‌ها و تغییر آلبدوی سطوح).

3-1.

گازهای گلخانه ای گاز گلخانه ای شامل هر ملکولی است که تابش طول موج های بلند زمین را جذب می‌کند و با جذب گرمای بخش های زیرین اتمسفر، گرمایش به وجود می آورد و در عین حال، باعث سرمایش بخش های فوقانی (استراتسفر) می شود.

جو زمین از ملکول های دو اتمی (اکسیژن و نیتروژن)، سه اتمی (دی اکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن، ازون و بخار آب) و پنج اتمی (متان) تشکیل شده است.

ملکول های دو اتمی در برابر نور مرئی و مادون قرمز شفافند و مقادیری از طول موج های ماورای بنفش را جذب می کنند.

ملکول های سه و پنج اتمی قادر به جذب انتخابی روی اشعه مادون قرمز هستند.

نیتروژ، اکسیژن و ازون، حیات را از زیان تابش اشعه ماورای بنفش در امان نگه می دارند و گازهای گلخانه ای نیز همچون پوششی، کره زمین را از طریق کنش در طیف بلند مادون قرمز گرم نگه می دارند.

بین این دو طول موج پنجره ای وجود دار که حیات را روی کره زمین تضمین می کند.

به دلیل برخی از فعالیت های انسانی، غلظت گاز کربنیک در اتمسفر تغییر یافته است.

بر اساس طیف سنجی های انجام شده ، غلظت co2 به شکل لگاریتمی با اثر گلخانه ای رابطه دارد.

یکی از عوامل افزایش سهم این گاز روی اثر گلخانه ای، نرخ رشد آن در جو است.

نرخ موجود در افزایش co2 جوی هر سه دهه به طور متوسط 5% درجه سلسیوس افزایش دما را در پی دارد.

به کارگیری سوخت های فسیلی از سال 1950 به بعد، افزایش مونواکسید کربن جوی را موجب شده است.

از دوره 1950 تاکنون، به کارگیری سوخت های مورد بحث تا 50 برابر افزایش یافته است.

این فرآیند به همراه سوختن ناقص سوخت های فسیلی، در افزایش دی‌اکسیدکربن جو نقش عمده و انکار ناپذیری ایفا می کند.

اقیانوس ها و فرآیند فتوسنتز در گیاهان، جذب دی اکسید کربن و ایجاد حالت تعادلی آن را به عهده دارند، اما انتشار دی اکسیدکربن بیش از توان جذبی اقیانوس ها و جنگل هاست.

توضیح این که سالانه 6 میلیارد تن co2 بر اثر مصرف سوخت های فسیلی به جو گسیل می شود، از این میزان، حدود 3 میلیارد تن در جو باقی می ماند و بقیه به وسیله اقیانوس ها و جنگل ها جذب می شود.

توزیع ناهمگون خشکی ها و به تبع آن، توزیع نامساوی جمعیت در دو نیمکره شمالی و جنوبی، باعث تفاوت در گسیل آلاینده ها به جو شده است.

جدول 1.

سهم انسان در غلظت دی اکسید کربن جو (Giambeiluca and Henderson- Sellers, 1996) از آنجا که اغلب کشورهای صنعتی جهان در عرض های معتدله شمالی واقع هستند، منشا آلاینده های مورد بحث عمدتاً از این بخش کره زمین است.

علاوه بر گازهای سه و پنج اتمی، عصر نوین گازهای گلخانه ای دیگری را نیز برای جو به ارمغان آورد.

گازهای مزبور به فرئون‌ها- CFC11 (CFC12)2معروف هستند.

از جمله گازهای گلخانه ای موثر بر بودجه حرارتی جو می توان به متان (CH4) اشاره کرد.

افزایش سالانه این گاز حدود 1-5% درصد برآورد شده است.

مجموعاً دو سوم متان جو، حاصل فعالیت های انسانی است.

حدود 40 درصد از متان حاصل از فعالیت های انسانی، از مزرعه های زیر کشت برنج حاصل می شود.

فعالیت های عمده دیگری که باعث فزونی متان می شود، دامپروری، سوزاندن کاه و کلش، سوزاندن چوب و فاضلاب های کشاورزی است.

از آن جا که سالانه 5 درصد بر تعداد دام ها و 7 درصد بر وسعت زمین های کشاورزی افزوده می شود، سهم سالانه این منابع هر ساله رو به افزایش است.

متان در واکنش های فتوشیمیایی، تعیین کننده میزان ازون و هیدروکسیل است.

اکسیده شدن متان منبع مهمی برای تولید بخار آب و رایکال3 های OH است.

افزایش هیدروکسیل باعث تخریب متان و کاهش آن، افزایش سریع متان را باعث می‌شود.

افزایش متان در 25 کیلومتری سطح زمین می تواند اثر گلخانه ای را 40-20 درصد افزایش دهد.

از کل متان تزریق شده به جو 8 درصد آن در جو باقی می ماند و به مقادیر قبلی اضافه می شود.

این امر توجیهی برای افزایش غلظت این گاز در جو، طی سده اخیر است.

همان گونه که اشاره شد، بین غلظت گازهای گلخانه ای در جو و دما روابط آشکاری وجود دارد.

اما میزان تاثیر هر گاز در افزایش اثر گلخانه ای بستگی به غلظت گاز، طول موج های جذب شده ، مقدار جذب به ازای هر ملکول و وجود یا عدم وجود گازهایی دارد که همان طول موج را جذب می کنند.

مثلاً اثر برخی گازها همچون کلروفیلئورهای کربن و ازون تروپوسفر با افزایش غلظتشان، به طور خطی افزایش می یابد.

در حالی که افزایش غلظت برخی دیگر افزایش لگاریتمی دما را در پی دارد.

ردیابی تغییرات در ارتباط با حساسیت اقلیم نسبت به فزونی گازهای گلخانه ای می تواند تفسیر تغییرات را در ارتباط با عوامل تغییرزا با صحت بیش تری قرین سازد.

شایان ذکر است که در تشریح نقش گازهای گلخانه ای بر دگرگونیهای اقلیمی پیش از هرگونه اقدامی می باید عوامل بازخوردی مورد توجه قرار گیرد این عوامل به (حساسیت اقلیم) موسومند که به وسیله حالت تعادلی دما به ازای دو برابر شدن غلظت گازها مثلاً دی اکسید کربن تعریف می شود.

2-3 انتشار هواویزه ها در تروپسفر هواویزه های تروپسفر حاصل از آلودگیهای صنعتی ، سوخت های فسیلی و سوختن جرم زنده است.

مثلاً ذرات جامد سولفاتها از اکسیده شدن SO2 حاصل از سوخت های فسیلی به وجود می آیند.

این هواویزه ها به دلیل افزایش هدایت الکتریکی جو، اثر مستقیمی بر جذب و پراکنش جریانات تابشی می گذارند.

اگر جذب هواویزه ها در طیف مرئی باشد، انرژی مستقیماً به جو باز می گردد و اگر جذب و گسیل در طیف مادون قرمز باشد، اثر گلخانه ای را افزایش می دهد.

در این صورت، افزایش هواویزه ها به آلبدوی افزون تر جو منجر می شود.

توزیع ناهمگون هواویزها در جو علاوه بر میزان کل تابش خورشیدی جذب شده در سیستم زمین – جو بر توزیع گرما نیز تاثیر می گذارد.

بدین دلیل، برخی از دانشمندان علوم جوی تاثیرات جهانی ذرات معلق در هوا را در مقایسه با گازهای گلخانه ای بررسی کرده اند و معتقدند که تاثیر سردکنندگی هواویزه ها می‌تواند تاثیر گرم کنندگی گازهای گلخانه ای را خنثا کند.

اما به دلیل دخالت عوامل متفاوتی چون تراکم، اندازه، میزان اختلاط، نوع ذرات (جاذب یا