مطالعه نقش گازهای اتمسفر برای آلودگی هوا و تغییرات آب و هوایی حاکی از تاثیر قوی دی اکسید کربن بر آب و هوا و توانایی آن در جذب گرمای ساطع شده از سطح سیاره است، به طوری که دی‌اکسید کربن از فرار گرما به فضا جلوگیری می کند.
دانشمندانی که برای اولین بار به نقش دی اکسید کربن در وضعیت آب و هوایی در دهه ۱۸۵۰ پی بردند نیز، از تأثیر آن شگفت زده شدند؛ جان تیندال در انگلستان و یونیس فوت در ایالات متحده با کار جداگانه دریافتند که دی اکسید کربن، بخار آب و متان همگی گرما را جذب می کنند، در حالی که گازهای دیگری که در جو زمین وجود دارند، این کار را نمی‌کنند.
دانشمندان محاسبه کرده بودند که با توجه به میزان نور خورشید که به سطح زمین می رسد، زمین، گرمتر از آنچه باید باشد، است؛ بهترین توضیح برای این اختلاف دما این بود که جو گرما را برای گرم نگه داشتن سیاره حفظ می کند. تیندال و فوت نشان دادند که نیتروژن و اکسیژن که با هم ۹۹ درصد جو را تشکیل می دهند، اساساً هیچ تأثیری بر دمای زمین ندارند زیرا گرما را جذب نمی کنند. در عوض، آنها دریافتند که گازهای موجود در غلظت های بسیار کمتر، به طور کامل مسئول حفظ دمایی هستند که زمین را قابل سکونت می کند و این کار را با به دام انداختن گرما برای ایجاد یک اثر گلخانه ای طبیعی انجام می‌دهند.
زمین دائماً از خورشید انرژی دریافت می کند و آن را به فضا باز می گرداند، برای ثابت ماندن دمای سیاره، گرمای خالصی که از خورشید دریافت می‌شود باید با گرمای خروجی که می‌دهد متعادل شود. از آنجایی که خورشید داغ است، انرژی را به شکل تابش موج کوتاه در طول موج های فرابنفش و مرئی ارائه می‌دهد. زمین بسیار خنک‌تر است، بنابراین گرما را به صورت تشعشع مادون قرمز ساطع می‌کند که طول موج‌های بلندتری دارد.
دی اکسید کربن و سایر گازهایی که توانایی به دام انداختن حرارت را دارند، دارای ساختارهای مولکولی هستند که آنها را قادر می سازد تابش مادون قرمز را جذب کنند و در این بین اکسیژن و نیتروژن، تنها با دو اتم در مولکول های خود، تابش مادون قرمز را جذب نمی کنند.
بیشتر تابش موج کوتاه دریافتی از خورشید بدون جذب از جو عبور می کند. اما بیشتر تشعشعات فروسرخ خروجی توسط گازهایی که توانایی به دام انداختن گرما را دارند، در جو جذب می شود. سپس آنها می توانند آن گرما را آزاد کنند یا دوباره تابش کنند. برخی از آنها به سطح زمین باز می گردند و آن را گرمتر از آنچه در غیر این صورت می شد نگه می دارند.
در طول جنگ سرد، جذب تابش مادون قرمز توسط بسیاری از گازهای مختلف به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفت؛ این کار توسط نیروی هوایی ایالات متحده رهبری می شد که در حال توسعه موشک های جستجوگر گرما بود و نیاز به درک چگونگی تشخیص گرمای عبوری از هوا داشت. این تحقیق دانشمندان را قادر ساخت تا با مشاهده علائم فروسرخ سیارات، آب و هوا و ترکیب جوی تمام سیارات منظومه شمسی را درک کنند. به عنوان مثال، زهره حدود ۸۷۰ درجه فارنهایت (۴۷۰ درجه سانتیگراد) است، زیرا جو آن ۹۶.۵٪ دی اکسید کربن است.
چرا بیابان‌ها در شب سرد می‌شوند؟
بخار آب تشعشعات مادون قرمز بیشتری را جذب می کند، بدون بخار آب زیاد در جو بر فراز صحراها، تشعشعاتی که آنها از خود ساطع می کنند به راحتی به فضا می گریزد. در مناطق مرطوب تر، تابش از سطح توسط بخار آب در هوا به دام می افتد. به طور مشابه، شب‌های ابری معمولاً گرمتر از شب‌های صاف هستند، زیرا بخار آب بیشتری وجود دارد.
تأثیر دی اکسید کربن را می توان در تغییرات گذشته آب و هوا مشاهده کرد، بررسی‌های صورت گرفته در میلیون‌ها سال گذشته نشان داده‌اند که غلظت دی‌اکسید کربن در دوره‌های گرم بالا بوده است - حدود ۰.۰۲۸ درصد و در دوران یخبندان، زمانی که زمین تقریباً ۷ تا ۱۳ درجه فارنهایت (۴ تا ۷ درجه سانتیگراد) سردتر از قرن بیستم بود، دی اکسید کربن تنها حدود ۰.۰۱۸ درصد از جو را تشکیل می داد.
تغییر کوچک، تاثیر بزرگ
جای تعجب نیست که مقدار کمی دی اکسید کربن در جو می تواند تأثیر زیادی داشته باشد؛ امروزه سطح دی اکسید کربن بالاتر از هر زمان دیگری در تاریخ بشر است. دانشمندان به طور گسترده موافق هستند که میانگین دمای سطح زمین در حال حاضر از دهه ۱۸۸۰ حدود ۲ درجه فارنهایت (۱ درجه سانتیگراد) افزایش یافته است و افزایش دی اکسید کربن و سایر گازهای به دام انداختن گرما توسط انسان به احتمال زیاد عامل آن است.
بدون اقدام برای کنترل انتشار گازهای گلخانه ای، دی اکسید کربن ممکن است تا سال ۲۱۰۰ به ۰.۱٪ از جو برسد که بیش از سه برابر سطح قبل از انقلاب صنعتی است. این یک تغییر سریعتر از انتقال در گذشته زمین است که پیامدهای بزرگی داشته است. بدون اقدام، این تکه کوچک جو مشکلات بزرگی ایجاد می کند.
- 9
- 5
