climate-and-environment
فهم أساسيات المناخ النظم: مقدمة
Table of Contents
إن نظم المناخ تؤثر على كل جانب من جوانب الحياة على الأرض، من أنماط الطقس ومحاصيل المحاصيل إلى توزيع النظم الإيكولوجية والمستوطنات البشرية، فهم هذه النظم ليس مجرد عملية أكاديمية - ومن الضروري الاعتراف بكيفية تفاعل العمليات الطبيعية مع الأنشطة البشرية والتصدي للتحدي العاجل الذي يواجهه تغير المناخ العالمي، وهذه المادة توفر مقدمة شاملة لمكونات النظم المناخية وعملياتها وآثارها، وتوفر أساسا صلبا للطلاب والمربين، وأي شخص يسعى إلى فهم القوى التي تشكلنا.
ما هو نظام المناخ؟
إن نظام ]FLT:0[ ثلجية ]FLT:1][ هو الشبكة المعقدة والمتفاعلة للغلاف الجوي، والهيدروسفير، والغلاف الجوي، والغلاف الحيوي، إلى جانب الفرضيات الطبيعية والاصطناعية التي تؤثر على أنماط الطقس الطويلة الأجل، وعلى عكس الطقس اليومي الذي يمكن أن يتغير في ساعات، يمثل المناخ متوسط الظروف الجوية - درجة الحرارة، والهيمنية، والضغط على مدى فترة الترسبات الأرضية، والريح،
ونشأ مفهوم نظام المناخ عن الاعتراف بأنه لا يمكن فهم أي عنصر منفرد في عزلة، فعلى سبيل المثال، تنقل تيار المحيطات عمود الماء الدافئ، مما يؤثر على نظم الضغط الجوي، التي تؤدي بدورها إلى إحداث أنماط رياح تؤثر على التبخر والهيمنة على الأرض، فالأنشطة البشرية - مثل حرق الوقود الأحفوري أو إزالة الغابات - تعمل الآن على شكل حرق إضافي، مما يغير توازن النظام الجيولوجي.
العناصر الأساسية لنظم المناخ
ويمكن تقسيم نظام المناخ في الأرض إلى خمسة عناصر رئيسية، يقوم كل منها بدور متميز وإن كان مترابطا.
الغلاف الجوي
الغلاف الجوي هو طبقة الغازات التي تنمو الكوكب، حيث تمتد على مسافة 500 كيلومتر تقريباً فوق السطح، وهي تتألف أساساً من النيتروجين (78 في المائة) والأكسجين (21 في المائة)، مع كميات أثرية من الأرغون وثاني أكسيد الكربون وثبات المياه والغازات الأخرى، وينظم الغلاف الجوي درجة الحرارة من خلال [FLosphere trophouse[:1]، ويُعدّ هيكلاًاً من الإشعاعات، ويُصُهُهُصدرهُهُهُ
والتغييرات في التكوين الجوي - مثل زيادة ثاني أكسيد الكربون من المستويات السابقة للصناعات الصناعية التي تبلغ 280 جزء من المليون إلى أكثر من 420 جزء من المليون اليوم - تغير مباشرة توازن الطاقة في النظام، كما أن الغلاف الجوي يحمل أيضاً هواروسات (مثلاً، الغبار، الجسيمات السائلة، الكبريت) التي يمكن أن تبعث أو تستوعب ضوء الشمس، والتأثير على السحاب، وإزالة الأحراج في المنطقة.
الغلاف الجوي
ويضم الغلاف المائي جميع المياه على الأرض - المحيطات والبحار والبحيرات والأنهار والمياه الجوفية وبور المياه في الغلاف الجوي، وتغطي المحيطات حوالي 71 في المائة من سطح الكوكب وتحمّل 97 في المائة من مياهه، وهي تعمل كمستودع حراري واسع النطاق، وتستوعب الطاقة الزائدة من الشمس وتوزعها من خلال تيارات المحيط العالمية.
وفي الغلاف المائي، تستحق cryosphere (مياه مجمدة) إشارة خاصة.() وتظهر الرواسب الجليدية، وأغطية الجليد البحري، ضوء الشمس (أثر عالي جدا) ومخزن المياه العذبة، وتتسارع سرعة إنصهارها بسبب الاحترار، تغيرات في توازن النظام: تستوعب أسطح المحيطات الأكثر ظلماً درجة حرارة، وتتسارع في فقدان الجليد.
الغلاف الجوي
ويتكون الغلاف الجوي من طبقة خارجية صلبة للأرض، بما في ذلك القشرة والمناورة العليا، وهو يؤثر على المناخ من خلال سماته المادية - الجبال، والبراكين، والقارات، وأحواض المحيطات - وقد ساهمت الجبال مثل كتلة هيمالايا الجوية، وخلقت ظلاً من الأمطار، وتغير الأنماط الريحية - وقد تصيبت الانفجارات البركانية ببطء في طبقة الغلاف الجوي في عام ١٩٩١.
وعلى أقصر مدى، تؤثر الخصائص السطحية للأراضي - الغطاء النباتي، ورطوبة التربة، والخصوبة السطحية - على مدى انتشار الطاقة المشعة إلى الفضاء، ويمكن أن يقلل التشجير أو التصحر من هطول الأمطار الإقليمي، وهو ظاهرة تعرف باسم تغذية الغلاف الجوي البري . كما يخزن الغلاف الجوي الليثيوبي كميات كبيرة من الكربون في الصخور والوقود الأحفوري، وينظم الطقس البطيء.
الغلاف الحيوي
إن المحيط الحيوي هو عالم جميع الكائنات الحية - النباتات والحيوانات والفطريات والميكروبات - فالحياة ترسم المناخ بنشاط من خلال عمليات مثل التليف الضوئي، والتنفس، والتطهير، والتطهير، والغابات والفولطون تعمل كبواليع للكربون، وتزيل ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، وعلى العكس من ذلك، فإن إزالة الغابات، وإطلاقات تغير استخدام الأراضي المخزنة للكربونات السحابية تؤثر أيضا على دورة المياه عن طريق البعثرة الواحدة:
وتؤدي الكائنات البحرية دورا حاسما في المضخة البيولوجية للمحيطات، حيث تصلح الفيتو بلانكتون الكربون في المياه السطحية وتغرق في أعماق المحيطات، وتساعد هذه العملية على عزل الكربون لقرون، غير أن الاحترار والتحمض يهددان هذه النظم الإيكولوجية.
Key Processes Driving Climate
وتنظم عدة عمليات أساسية كيفية تدفق الطاقة والمواضيع من خلال نظام المناخ، وفهم هذه الآليات أمر أساسي للتنبؤ بكيفية استجابة النظام للتغيرات الطبيعية وللاضطرابات البشرية على السواء.
الاشعاع الشمسي وميزانية الطاقة الأرضية
The Sun is the primary energy source for the climate system. The solar constant] - the amount of solar radiation received at the top of Earth’s atmosphere - averages about 1,361 wats per square meter. However, the Earth intercepts only a fraction of this energy, and about 30% is immediately reflected back into space by clouds, aerosolbes, and
وتتسبب التغيرات الطفيفة في ناتج الشمس )مثل الدورة الشمسية التي تمتد ١١ سنة( في حدوث تغيرات طفيفة في المناخ، ولكن هذه التغيرات أضعف بكثير من الإجبار على غازات الدفيئة، أما دورات المدارات المتعددة الأطنان والمتراوحة بين عشر عاماً، فهي حالياً مسؤولة عن إطلاق فترات الجليد بين عشر سنوات وعشرات الآلاف من السنين.
The Greenhouse Effect
وقد زادت انبعاثات غازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان )س - ٤( وأكسيد النيتروز ومصائد بخار الماء التي تنجم عن الإشعاع بالأشعة تحت الحمراء، مما يدفئ سطح الكوكب، ويبقي هذا الأثر الطبيعي على متوسط درجة حرارة الأرض عند ٣٣ درجة مئوية فوق ما يمكن أن يكون بدون مناخ، وقد زادت الأنشطة البشرية زيادة كبيرة من تركيزات غازات الدفيئة: فقد ارتفع ثاني أكسيد الكربون بنسبة تزيد على ٥٠ في المائة منذ الثورة الصناعية.
The greenhouse effect is often misunderstood as a simple “blanket.” In reality, each GHG has a unique absorption spectrum. For example, CO2 absorbs strongly at wave-ngths near 15 micrometers, while methane has multiple absorption bands in the in the infrarered.
المحيطات
وتنتقل تيارات المحيطات إلى كميات هائلة من الحرارة من خط الاستواء نحو القطبين، أما تيارات التجويف - التي تقودها الرياح وتأثير كوريوليس - فتشمل سلسلة الخليج التي تدفئ أوروبا الغربية، ويقودها أبطأ تيارات المياه العميقة إلى التداول باختلافات في كثافة المياه.
وقد تؤدي التغيرات في تداول المحيطات إلى حدوث تحولات مفاجئة في المناخ، فعلى سبيل المثال، خلال الفترة الجليدية الأخيرة، أدى انهيار دائرة الانكماش الرحيم في المحيط الأطلسي إلى التبريد السريع في شمال الأطلسي، واليوم، يرصد العلماء لجنة الرصد والتحقق من آثار الضعف - وهي نتيجة من شأنها أن تغير أنماط الطقس بشكل كبير في أوروبا وأمريكا الشمالية.
الدائرة الجوية
Large-scale atmospheric circulation redistributes heat and moisture. The Hadley circulation] dominates the tropics: warm, moist air rises near the equator, moves poleward, sinks in subtropical regions, and returns to the equator at the surface. This creates subre
وتؤثر أنماط التداول هذه على جبال الجيلي ] - الأنهار السريعة الحركة من الهواء على ارتفاعات عالية - التي تشعل نظماً جوية، وقد تؤدي التغيرات في تناقض درجات الحرارة بين خط الاستواء والأعمدة، وبخاصة في منطقة القطب الشمالي المشتعلة، إلى تغيير سلوك تيار الطائرات، مما يؤدي إلى ظواهر جوية أكثر استمراراً مثل الموجات الحرارية والقارات الباردة().
Albedo and Surface Feedback
() Albedo]) هو جزء من ضوء الشمس الذي يعكسه سطح الأرض، ويمكن أن يعكس الثلج الطازج ما يصل إلى 90 في المائة من الطاقة الشمسية القادمة، في حين أن مياه المحيط المظلمة لا تعكس سوى 10 في المائة، وبما أن الكوكب يدفأ، والجليد والثلج، ويكشف عن أسطح أكثر ظلاً، مما يستوعب درجة أكبر من الحرارة ويعجلة في المتوسط([FL:])
وبالمثل، فإن التغيرات في الغطاء السحابي يمكن أن تتضخم أو تخفف من الحرارة تبعاً لارتفاع الغيوم وسماكته وخط الطول، وتميل الغيوم المنخفضة المستوى التي تتجمع على الكواكب إلى تهدئة الكوكب بعكس ضوء الشمس، في حين تشتعل الغيوم المرتفعة في السواحل حراً، ويظل فهم كيفية تطور التغذية السحابية في ظل سيناريوهات مختلفة للاحترار أحد أكبر حالات عدم التيق في نم المناخ.
Effects of Climate Systems
وتنتج التفاعلات والعمليات المذكورة أعلاه آثاراً يمكن ملاحظتها تختلف على الصعيد الإقليمي ولكنها تزداد حساسية على نطاق عالمي، وهي أقل الآثار أهمية للتغيرات في نظام المناخ.
(الطوارئ)
ومع دفء المناخ، تكثف الدورة الهيدرولوجية العالمية، ويمكن أن يرتفع الهواء الوارمر بدرجة أكبر - أي ما يزيد بنسبة 7 في المائة من كل درجة سيليس - مما يؤدي إلى ارتفاع الأمطار وزيادة تواتر الفيضانات في مناطق كثيرة، وعلى العكس من ذلك، فإن مناطق أخرى تعاني من الجفاف الأطول، والأكثر حدة، بسبب تحول التداول في الغلاف الجوي، وتواتر حدوث ارتفاع في الأمطار في المناطق المدارية([1]).
وقد أصبحت موجات الحرارة أكثر كثافة وأطول أمداً، وسجلات الحرارة الناجمة عن الكسر سنة بعد سنة، ويبدو أن دفء القطب الشمالي يضعف الدوافع القطبية، مما يتيح له الهواء القطبي البارد أن يمتد جنوباً خلال الشتاء، مما يؤدي إلى حدوث فراغات شديدة في خطوط العرض - أثر عكسي من تسارع الاحترار في القطب الشمالي.
ارتفاع مستوى سطح البحر
وقد ارتفع مستوى سطح البحر العالمي بحوالي ٢٠ إلى ٢٥ سم منذ عام ١٩٠٠، مع تسارع معدل النمو، ويأتي ثلث هذا الارتفاع من التوسع الحراري للمياه البحرية حيث يدفأ؛ أما الباقي فيأتي من مصانع الجليد المذوبة وصحائف الجليد، ولا سيما في غرينلاند وأنتاركتيكا، وحتى في ظل سيناريوهات انبعاث متوسطة، فإن ارتفاع مستوى سطح البحر يتراوح بين ٠,٥ و ١ متر بحلول عام ٢١٠٠، يهدد المجتمعات الساحلية والهياكل الأساسية والنظم الإيكولوجية.
فالتغيرات الإقليمية كبيرة - وبعض المناطق تشهد ارتفاعا أسرع بسبب ديناميات المحيطات أو تدهور الأراضي، بينما ترى مناطق أخرى أن مستوى سطح البحر النسبي ينخفض من حيث الأراضي التي تهب من التلال الماضي، كما أن الأثر على الدول الجزرية المنخفضة والمناطق الدلتايكية (مثل بنغلاديش ودلتا ميكونغ) موجود، حيث يزداد تطفل البحار على الملوحة، ويغرق الأراضي الزراعية، ويصيب السكان بالتفكك.
التنوع البيولوجي وفقدان النظام الإيكولوجي
وتغير المناخ يغيّر الموائل أسرع من العديد من الأنواع التي يمكن أن تتكيف، ففي المحيط، تسبب ارتفاع درجات الحرارة تبيض بالزراعة ] - وهو إجهاد يمكن أن يقتل الشعاب المرجانية، التي تستضيف ربع جميع الأنواع البحرية، وقد شهدت الشعاب المرجانية الكبرى، على سبيل المثال، عدة أحداث تبيض فيها الكتلة منذ عام 2016، ومع ذلك، فإن متوسط الأنواع التي تها تبعد عن كل عقد.
ويتزايد خطر الانقراض مع كل جزء من درجة من الاحترار، ويقدر منهاج السياسات الحكومية الدولية للعلوم المتعلقة بالتنوع البيولوجي وخدمات النظم الإيكولوجية أن نحو مليون نوع مهدد بالفعل بالانقراض، ويعزى الكثير منها إلى التفاعلات المناخية مع عوامل أخرى من قبيل تدمير الموئل والتلوث، وقد يؤدي فقدان الأنواع الرئيسية إلى آثار مسببة للاختلال - على سبيل المثال، فإن انخفاضات الملوثات تؤثر على المحاصيل الزراعية.
الصحة البشرية والأمن الغذائي
وتتأثر صحة الإنسان مباشرة بالإجهاد الحراري، والتغيرات في توزيع الأمراض المعدية، وانخفاض نوعية الأغذية والمياه، وتتسبب الأشعة الحرارية في المرض والوفاة، ولا سيما بين المسنين وأولئك الذين يعانون من ظروف ما قبل الوجود، كما أن ارتفاع درجات الحرارة يزيد أيضا من نطاق ناقلات الأمراض مثل البعوض، وعلى سبيل المثال، فإن البعوضة الآيدسية التي تنقل الكثبان والشيكونغونيا توجد الآن في أعالي البحار.
وتهدد الإنتاجية الزراعية بفعل تحول المواسم، وارتفاع التهرب، وزيادة تفشي الآفات، وتراجع المحاصيل المسدودة مثل القمح والأرز والذرة عند ارتفاع حرارة أعلى من 2 درجة مئوية، ولا سيما في المناطق المدارية، وقد تؤدي حالات تعطيل الإمدادات الغذائية إلى ارتفاع الأسعار، وسوء التغذية، والاضطرابات المدنية - وهو شاغل يقع تحت مظلة الإجهاد الناجم عن الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية([50]).
Observing and Modeling Climate Systems
ولفهم وتنبؤ نظم المناخ، يعتمد العلماء على مزيج من القياسات المباشرة، والملاحظات الساتلية، والنماذج الحاسوبية، وتوفر محطات الطقس السطحية، وخطوط المحيطات، والأجهزة اللاسلكية بيانات مستمرة، وتُستخدم السواتل - مثل تلك الموجودة في نظام رصد الأرض - وتُقدِّم حساسية المئات من مقاييس سطح البحر، ونطاقات النوافذ البحرية، وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وتغطية من الجليد.
أما نماذج المناخ - المعروفة باسم نماذج التداول العامة - فيحاكي العمليات المادية للغلاف الجوي والمحيطات والأراضي والجليد، وفيما يتعلق بتقرير التقييم السادس للجنة البلدان النامية لمكافحة التلوث الناجم عن تغير المناخ، فإن أحدث نماذج النمو الملاحظ على مستوى العالم (CMIP6) تتضمن بيانات أكثر تفصيلا عن السحب والهباء، وورقات ارتداد دورة الكربون.
ولا يمكن المغالاة في تقدير أهمية هذا الإطار العلمي، وبدون ملاحظات ونماذج، لن يكون لدينا ما يكفي لتوقع آثار نظم المناخ ولتصميم استراتيجيات فعالة للتخفيف من آثار تغير المناخ والتكيف معه.
خاتمة
إن نظم المناخ هي نتيجة لبلايين السنوات من التطور المادي والكيميائي والبيولوجي، وهي ليست بسيطة ولا ثابتة - بل تستجيب للتغيرات في الطاقة الشمسية، وللعمليات الجيولوجية البطيئة، وعلى نحو متزايد، للأنشطة البشرية، ويزود المتعلمون وصانعو القرارات بمعرفة الأصول - وهي مكونات وعمليات وآثار - المعلمين وصانعي القرارات - بتفسير أدلة تغير المناخ، وبالمشاركة في مناقشات مستنيرة بشأن الحلول.
ولا يزال التعليم هو أقوى أداة لتعزيز محو الأمية في مجال المناخ، إذ إن فهم الأساسيات يُمكِّن الأفراد من الحد من آثار الكربون، ودعم السياسات السليمة، والاستعداد لعالم متغير، وبما أن الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ وغيرها من الهيئات الدولية تواصل صقل توقعاتهم، فإن الحاجة إلى فهم واسع النطاق للنظم المناخية لم تكن أبداً أكبر، فآفاق كوكبنا تعتمد عليه.