*مینا*
9th February 2010, 09:24 PM
http://www.aftab.ir/articles/science_education/geology/images/17245ed68023150417b8aa2ad2d227a7.jpg
دکتر «یوسف ثبوتی» استاد شناخته شده فیزیک است که تاکنون افتخارات بسیاری را از آن خود کرده از جمله عضویت در آکادمی علوم جهان سوم، دریافت جایزه کتاب سال (۷۴)، جایزه خوارزمی (۷۹)، چهره ماندگار (۸۰) و استاد نمونه وزارت علوم (۸۷). وی که موسس و رئیس دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان است، در این مقاله پدیده زیست محیطی گرمایش جهان را به زبانی ساده و از دیدگاه فیزیک بررسی می کند. مقاله با آشنایی مقدماتی از فیزیک اتمسفر شروع می شود و پایان بخش مقاله، جست وجوی چاره یی برای این مشکل است.
سطح خورشید دمای ۵۷۰۰ درجه دارد و بخش بزرگی از انرژی خود را در ناحیه امواج الکترومغناطیسی مرئی و فروسرخ در طول موج های ۱۵۰۰- ۴۰۰ نانومتر تابش می کند. دمای متوسط زمین حدود ۱۵ درجه سانتیگراد است و بیشتر در طول موج های میلی متری تشعشع می کند. ترکیب شیمیایی جو زمین ۷۸ درصد ازت، ۲۱ درصد اکسیژن، یک درصد آرگن، یک تا دو دهم درصد بخار آب و مقادیر ناچیزی ترکیبات دیگر به شرح زیر است. گازکربنیک عمدتاً حاصل از سوختن زغال و نفت و گاز، ۳۸۰ در میلیون. متان، حاصل از تخمیر ضایعات گیاهی و حیوانی، لجن های رودخانه یی و دریایی ۸/۱ در میلیون اکسید نیتروژن، عمدتاً ناشی از فعل و انفعال های درون جو و سطح زمین، ۳/۰ در میلیون انواع هالوکربن ها (CFC)، عمدتاً گازهای صنعتی، ۰۰۱/۰ در میلیون ازن به مقادیر کم و متغیر. ولی همین گازهای دسته اخیر که در طول ۲۵۰ سال اخیر، بر اثر فعالیت های گسترده صنعتی و تبدیل جنگل ها به زمین های کشاورزی، در جو زمین انباشته شده اند، مشکل آفرین شده اند. فیزیک مساله به شرح زیر است؛ گازهای کربنیک، متان، اکسید نیتروژن، ازن، CFCها، و بعضی دیگر در طول موج های کوتاهی که خورشید تشعشع می کند، شفاف هستند.
نور و گرمای خورشید از آنها عبور می کند و زمین را گرم می کند. ولی تابش طول موج های میلی متری از زمین به فضا در آنها متوقف می شود و از خنک شدن زمین جلوگیری می کند. در گلخانه ها نیز که سقف و دیوارهای شیشه یی دارند همین اتفاق می افتد. نور خورشید از شیشه به درون می تابد. ولی تابش با طول موج بلند در و دیوار و گل و گیاه از شیشه بیرون نمی رود و گلخانه گرم می ماند. نظر به این تشابه، گازهای یادشده را گازهای گلخانه یی نامیده اند. گازهای گلخانه یی در جو، مانند لحاف عمل می کنند و زمین را گرم نگاه می دارند. مهم ترین و پایدارترین آنها در درجه اول گازکربنیک و در درجه دوم متان است. تا سال های ۱۷۵۰، آغاز عصر صنعتی، میزان گازکربنیک در جو زمین ۲۸۰ در میلیون بود. در سال های آغازین قرن بیست و یکم به ۳۸۰ در میلیون رسیده است. افزایش یکصد واحدی گازکربنیک در جو زمین ناشی از سوزاندن ۸۰۰ هزار میلیون تن منابع انرژی فسیلی، زغال سنگ و نفت و گاز، در طول قریب به ۲۵۰ سال است. ۳۰۰ هزار میلیون تن از این کربن به صورت گازکربنیک وارد جو شده و مانده آن در اقیانوس ها و خشکی ها و زیست بوم های دریایی و زمینی جذب شده است. اثر بلافاصله این رخداد افزایش ۸/۰ درجه یی دمای زمین و به تبع آن گداختن برف و یخ قطب های شمال و جنوب و یخچال های طبیعی و در نهایت بالا آمدن ۲۰۰ میلی متری سطح آب اقیانوس ها است.
تنها در سال های ۲۰۰۵- ۲۰۰۰، بشر سالانه ۷۲۰۰ میلیون تن کربن سوزانده، ۴۲۰۰ میلیون تن آن را به هوا داده و میزان گازکربنیک جو را قریب به ۱۰ در میلیون بالا برده است. ممکن است ۸/۰ درجه و ۲۰۰ میلی متر در مقیاس کره زمین و در طول ۲۵۰ سال ناچیز به نظر برسد. ولی نیروهای طبیعت نیز در مقیاس های زمانی و مکانی بزرگ عمل می کنند. انباشت اثرات کوچک در زمان های طولانی و فضاهای بزرگ قابل ملاحظه است و اثرات بزرگ بر جا می گذارد. افزایش دما سبب تبخیر بیشتر آب ها و انتقال مقادیر عظیم انرژی از اقیانوس ها و خشکی ها به طبقات باران زای جو می شوند و روال شناخته شده جریان های جوی را از هم می پاشند. پیش بینی می شود و علائم اولیه نیز حکایت از آن دارد که عرض های جغرافیایی متوسط (مانند ایران، همسایگانش، جنوب اروپا و بخش میانی امریکای شمالی) رو به خشکسالی بروند و در عوض عرض های جغرافیایی بالاتر (اروپای شمالی و کانادا) پرباران تر شوند. پیش بینی می شود بیشینه ها و کمینه های رخدادهای جوی، مانند توفان ها، گردبادها، سیل ها و خشکسالی ها، شدیدتر و طولانی تر شوند. پیش بینی می شود فصل بارش ها در مناطق مختلف زمین تغییر کند. انسان هوشمند ممکن است به موقع یا با تاخیر خودش را با شرایط جدید تطبیق دهد ولی مطمئناً زیست بوم های گیاهی و حیاتی در دریا و خشکی قادر به تطابق نخواهند بود.
● چاره
در طول قرن بیست و یکم روابط کشورها، بده بستان های جماعات، الگوهای تولید و مصرف، تغییرات عمده خواهند کرد. دانش و تکنولوژی شگفت های ناشناخته خواهد آفرید. از سوی دیگر تا پایان قرن بیست و دوم هنوز سوخت فسیلی وجود دارد و به هر صورت مورد استفاده قرار خواهد گرفت. سرنوشت کره زمین با همه زیست بوم های گیاهی، حیوانی و انسانی آن چه خواهد بود؟ در مقام چاره جویی، برای تخفیف آثار ناخوشایند بی فکری هایی که بشر تا به حال داشته است «پانل دولت ها برای تغییرات اقلیم» (آی پی سی سی) سناریوهای مختلف توسعه تصویر و بر مبنای آنها تغییرات اقلیم را به شرح زیر ترسیم کرده است. در پایان قرن بیست و یکم، با قید احتیاط، دمای زمین ممکن است بسته به سناریوی توسعه مورد نظر، بین یک تا چهار درجه گرم شود. سطح اقیانوس ها ممکن است بین یک تا ۵/۳ متر بالا برود. بخش بزرگی از دلتاهای رودخانه های بزرگ در بنگلادش، مصر، چین، اندونزی، می سی سی پی، جزیره مالدیو و مجمع الجزایر مارشال ممکن است زیر آب بروند. متناسب با آب گرفتگی ها لازم است به جابه جایی چند صد میلیون جمعیت و منابع غذایی جدید آنها اندیشیده شود.
دیوار ۴۰۰ کیلومتری سدهای ساحلی هلند متناسب با بالا آمدن آب ها باید بالا برود. برای محافظت شهرهای ونیز، لندن، جزیره منهاتان، سیدنی و اغلب شهرهای ساحلی بزرگ دنیا باید فکر شود. خشکسالی ها ممکن است جابه جایی جمعیت های چند ۱۰ میلیونی را ضروری سازند و پرآبی ها الگوهای معمول معیشت را از هم بپاشند. با توجه به چنین سرنوشت پرحادثه و پرهزینه و تا اندازه زیادی ناشناخته است که در درجه اول دانش پیشگان و فناوران و به دنبال آنها سیاستگذاران و دولتمردان اندیشه می کنند که علاج واقعه کنند. گردهمایی کپنهاگ نمونه یی از این تلاش هاست. «پانل دولت ها برای تغییرات اقلیم» در سال ۱۹۸۸ توسط United Nations Environment Progran و World Meteorogical Organization به وجود آمده است. مطالعات علمی مربوط به اقلیم و تغییرات آن را قریب به هزار دانش پیشه و پژوهشگر از سراسر جهان انجام می دهند. ارزیابی ادواری این پژوهش ها را IPCC بر عهده دارد و توصیه های لازم به سیاستگذاران و دولت ها را از این بررسی ها استخراج می کند و تا به حال چهار گزارش در سال های ۱۹۹۰ ، ۱۹۹۵ ، ۲۰۰۱ و ۲۰۰۷ منتشر کرده است. هر کدام از این گزارش ها منبع قابل استناد و معتبر برای دانش پیشگان، پژوهشگران، دولت ها، مجامع و نهادهای بین المللی و ملی است. گزارش چهارم IPCC در سه مجلد زیر منتشر شده است و از طریق اینترنت در دسترس همگان است.
http://www.aftab.ir/images/article/break.gif یوسف ثبوتی
مستندات؛ اعداد و ارقام این نوشته، از دو کتاب زیر گرفته شده است.
-Climate Change ۲۰۰۷ - The Physical Science Basic Contribution of the Working Group I to the ۴th Assessment Report IPCC, Cambridge Univ. Press.
(http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fwww.aftab.ir%2Fsea rch%2Faftab.php)
دکتر «یوسف ثبوتی» استاد شناخته شده فیزیک است که تاکنون افتخارات بسیاری را از آن خود کرده از جمله عضویت در آکادمی علوم جهان سوم، دریافت جایزه کتاب سال (۷۴)، جایزه خوارزمی (۷۹)، چهره ماندگار (۸۰) و استاد نمونه وزارت علوم (۸۷). وی که موسس و رئیس دانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان است، در این مقاله پدیده زیست محیطی گرمایش جهان را به زبانی ساده و از دیدگاه فیزیک بررسی می کند. مقاله با آشنایی مقدماتی از فیزیک اتمسفر شروع می شود و پایان بخش مقاله، جست وجوی چاره یی برای این مشکل است.
سطح خورشید دمای ۵۷۰۰ درجه دارد و بخش بزرگی از انرژی خود را در ناحیه امواج الکترومغناطیسی مرئی و فروسرخ در طول موج های ۱۵۰۰- ۴۰۰ نانومتر تابش می کند. دمای متوسط زمین حدود ۱۵ درجه سانتیگراد است و بیشتر در طول موج های میلی متری تشعشع می کند. ترکیب شیمیایی جو زمین ۷۸ درصد ازت، ۲۱ درصد اکسیژن، یک درصد آرگن، یک تا دو دهم درصد بخار آب و مقادیر ناچیزی ترکیبات دیگر به شرح زیر است. گازکربنیک عمدتاً حاصل از سوختن زغال و نفت و گاز، ۳۸۰ در میلیون. متان، حاصل از تخمیر ضایعات گیاهی و حیوانی، لجن های رودخانه یی و دریایی ۸/۱ در میلیون اکسید نیتروژن، عمدتاً ناشی از فعل و انفعال های درون جو و سطح زمین، ۳/۰ در میلیون انواع هالوکربن ها (CFC)، عمدتاً گازهای صنعتی، ۰۰۱/۰ در میلیون ازن به مقادیر کم و متغیر. ولی همین گازهای دسته اخیر که در طول ۲۵۰ سال اخیر، بر اثر فعالیت های گسترده صنعتی و تبدیل جنگل ها به زمین های کشاورزی، در جو زمین انباشته شده اند، مشکل آفرین شده اند. فیزیک مساله به شرح زیر است؛ گازهای کربنیک، متان، اکسید نیتروژن، ازن، CFCها، و بعضی دیگر در طول موج های کوتاهی که خورشید تشعشع می کند، شفاف هستند.
نور و گرمای خورشید از آنها عبور می کند و زمین را گرم می کند. ولی تابش طول موج های میلی متری از زمین به فضا در آنها متوقف می شود و از خنک شدن زمین جلوگیری می کند. در گلخانه ها نیز که سقف و دیوارهای شیشه یی دارند همین اتفاق می افتد. نور خورشید از شیشه به درون می تابد. ولی تابش با طول موج بلند در و دیوار و گل و گیاه از شیشه بیرون نمی رود و گلخانه گرم می ماند. نظر به این تشابه، گازهای یادشده را گازهای گلخانه یی نامیده اند. گازهای گلخانه یی در جو، مانند لحاف عمل می کنند و زمین را گرم نگاه می دارند. مهم ترین و پایدارترین آنها در درجه اول گازکربنیک و در درجه دوم متان است. تا سال های ۱۷۵۰، آغاز عصر صنعتی، میزان گازکربنیک در جو زمین ۲۸۰ در میلیون بود. در سال های آغازین قرن بیست و یکم به ۳۸۰ در میلیون رسیده است. افزایش یکصد واحدی گازکربنیک در جو زمین ناشی از سوزاندن ۸۰۰ هزار میلیون تن منابع انرژی فسیلی، زغال سنگ و نفت و گاز، در طول قریب به ۲۵۰ سال است. ۳۰۰ هزار میلیون تن از این کربن به صورت گازکربنیک وارد جو شده و مانده آن در اقیانوس ها و خشکی ها و زیست بوم های دریایی و زمینی جذب شده است. اثر بلافاصله این رخداد افزایش ۸/۰ درجه یی دمای زمین و به تبع آن گداختن برف و یخ قطب های شمال و جنوب و یخچال های طبیعی و در نهایت بالا آمدن ۲۰۰ میلی متری سطح آب اقیانوس ها است.
تنها در سال های ۲۰۰۵- ۲۰۰۰، بشر سالانه ۷۲۰۰ میلیون تن کربن سوزانده، ۴۲۰۰ میلیون تن آن را به هوا داده و میزان گازکربنیک جو را قریب به ۱۰ در میلیون بالا برده است. ممکن است ۸/۰ درجه و ۲۰۰ میلی متر در مقیاس کره زمین و در طول ۲۵۰ سال ناچیز به نظر برسد. ولی نیروهای طبیعت نیز در مقیاس های زمانی و مکانی بزرگ عمل می کنند. انباشت اثرات کوچک در زمان های طولانی و فضاهای بزرگ قابل ملاحظه است و اثرات بزرگ بر جا می گذارد. افزایش دما سبب تبخیر بیشتر آب ها و انتقال مقادیر عظیم انرژی از اقیانوس ها و خشکی ها به طبقات باران زای جو می شوند و روال شناخته شده جریان های جوی را از هم می پاشند. پیش بینی می شود و علائم اولیه نیز حکایت از آن دارد که عرض های جغرافیایی متوسط (مانند ایران، همسایگانش، جنوب اروپا و بخش میانی امریکای شمالی) رو به خشکسالی بروند و در عوض عرض های جغرافیایی بالاتر (اروپای شمالی و کانادا) پرباران تر شوند. پیش بینی می شود بیشینه ها و کمینه های رخدادهای جوی، مانند توفان ها، گردبادها، سیل ها و خشکسالی ها، شدیدتر و طولانی تر شوند. پیش بینی می شود فصل بارش ها در مناطق مختلف زمین تغییر کند. انسان هوشمند ممکن است به موقع یا با تاخیر خودش را با شرایط جدید تطبیق دهد ولی مطمئناً زیست بوم های گیاهی و حیاتی در دریا و خشکی قادر به تطابق نخواهند بود.
● چاره
در طول قرن بیست و یکم روابط کشورها، بده بستان های جماعات، الگوهای تولید و مصرف، تغییرات عمده خواهند کرد. دانش و تکنولوژی شگفت های ناشناخته خواهد آفرید. از سوی دیگر تا پایان قرن بیست و دوم هنوز سوخت فسیلی وجود دارد و به هر صورت مورد استفاده قرار خواهد گرفت. سرنوشت کره زمین با همه زیست بوم های گیاهی، حیوانی و انسانی آن چه خواهد بود؟ در مقام چاره جویی، برای تخفیف آثار ناخوشایند بی فکری هایی که بشر تا به حال داشته است «پانل دولت ها برای تغییرات اقلیم» (آی پی سی سی) سناریوهای مختلف توسعه تصویر و بر مبنای آنها تغییرات اقلیم را به شرح زیر ترسیم کرده است. در پایان قرن بیست و یکم، با قید احتیاط، دمای زمین ممکن است بسته به سناریوی توسعه مورد نظر، بین یک تا چهار درجه گرم شود. سطح اقیانوس ها ممکن است بین یک تا ۵/۳ متر بالا برود. بخش بزرگی از دلتاهای رودخانه های بزرگ در بنگلادش، مصر، چین، اندونزی، می سی سی پی، جزیره مالدیو و مجمع الجزایر مارشال ممکن است زیر آب بروند. متناسب با آب گرفتگی ها لازم است به جابه جایی چند صد میلیون جمعیت و منابع غذایی جدید آنها اندیشیده شود.
دیوار ۴۰۰ کیلومتری سدهای ساحلی هلند متناسب با بالا آمدن آب ها باید بالا برود. برای محافظت شهرهای ونیز، لندن، جزیره منهاتان، سیدنی و اغلب شهرهای ساحلی بزرگ دنیا باید فکر شود. خشکسالی ها ممکن است جابه جایی جمعیت های چند ۱۰ میلیونی را ضروری سازند و پرآبی ها الگوهای معمول معیشت را از هم بپاشند. با توجه به چنین سرنوشت پرحادثه و پرهزینه و تا اندازه زیادی ناشناخته است که در درجه اول دانش پیشگان و فناوران و به دنبال آنها سیاستگذاران و دولتمردان اندیشه می کنند که علاج واقعه کنند. گردهمایی کپنهاگ نمونه یی از این تلاش هاست. «پانل دولت ها برای تغییرات اقلیم» در سال ۱۹۸۸ توسط United Nations Environment Progran و World Meteorogical Organization به وجود آمده است. مطالعات علمی مربوط به اقلیم و تغییرات آن را قریب به هزار دانش پیشه و پژوهشگر از سراسر جهان انجام می دهند. ارزیابی ادواری این پژوهش ها را IPCC بر عهده دارد و توصیه های لازم به سیاستگذاران و دولت ها را از این بررسی ها استخراج می کند و تا به حال چهار گزارش در سال های ۱۹۹۰ ، ۱۹۹۵ ، ۲۰۰۱ و ۲۰۰۷ منتشر کرده است. هر کدام از این گزارش ها منبع قابل استناد و معتبر برای دانش پیشگان، پژوهشگران، دولت ها، مجامع و نهادهای بین المللی و ملی است. گزارش چهارم IPCC در سه مجلد زیر منتشر شده است و از طریق اینترنت در دسترس همگان است.
http://www.aftab.ir/images/article/break.gif یوسف ثبوتی
مستندات؛ اعداد و ارقام این نوشته، از دو کتاب زیر گرفته شده است.
-Climate Change ۲۰۰۷ - The Physical Science Basic Contribution of the Working Group I to the ۴th Assessment Report IPCC, Cambridge Univ. Press.
(http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fwww.aftab.ir%2Fsea rch%2Faftab.php)