دور غازات الدفيئة في توازن الطاقة في الأرض

The Foundation of Earth#x2019;s Climate System

إن توازن الطاقة هو المبدأ الأساسي الذي يحكم كوكبنا (#x2019)؛ المناخ، ويصف التوازن بين الإشعاع الشمسي الجديد والإشعاع الحراري الذي ينجم عنه، وعندما يضطرب هذا التوازن، يستجيب النظام المناخي، ولعوامل الاضطرابات الرئيسية هي غازات الدفيئة، وهذه الغازات تستوعب وتعيد إشعاعها تحت الحمراء، وتخترق بشكل فعال الحرارة في الغلاف الجوي الأدنى(20).

فبدون غازات الدفيئة، يتكون متوسط درجة الحرارة السطحية من حوالي 18 درجة مئوية؛ وثاني أكسيد الكربون (0xB0)؛ وسادس متجمد من الدولة إلى معظم أشكال الحياة، ويزيد تأثير الاحتباس الحراري الطبيعي من أن الحرارة إلى محرك مقاس للحياة 15#x0؛ وثاني أكسيد الكربون (59 سميكة في الهواء الدافئ)؛ والمشكلة هي أن الأنشطة البشرية قد زادت من التأثيرات في الغلاف الجوي.

ميزانية الإشعاع الشمسي

ومن أجل تقدير دور غازات الدفيئة، يجب أولاً أن يفهم المرء تدفق الطاقة عبر نظام المناخ، حيث تبث الشمس الإشعاعات القصيرة الموجة أساساً في العينات المرئية والمنخفضة، ومن بين 340 واط لكل متر مربع (W/m#xB2؛) التي تصل إلى قمة الغلاف الجوي في المتوسط:

• ويعود نحو 30 في المائة إلى الفضاء من خلال الغيوم والهباء الجوي، والسطح الأرضي#x2019؛ وهذا الجزء معروف باسم الألبدو الكوكبية.
• أما النسبة المتبقية البالغة 70 في المائة فتستوعبها الغلاف الجوي (حوالي 23 في المائة) والسطح (حوالي 47 في المائة).

إن الأرض، التي هي أكثر برودة من الشمس، تبعث على الطاقة التي تولدها الإشعاعات ذات الموجات الطويلة، وهي الإشعاع الذي يُستشف من الموجة الطويلة، والذي يعترضه غازات الدفيئة، إذ أن إمتصاص وإعادة إشعاع الطاقة تحت الحمراء إلى السطح، فإن غازات الدفيئة تقلل من المعدل الصافي للتبريد إلى الفضاء، وتدفئ بشكل فعال الجو والسطح.

جيم - الغازات الرئيسية للخضراوات ومصادرها

(ب) إن أهم غازات الدفيئة التي تدوم طويلاً في الانبعاثات الأرضية(ب)(ب)(ب) و(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ج)(ب)(ج)(ب)(ج)(ب)(ب)(ج)(ب)(ج)(ب)(ب)(ج)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ج)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ج)(ب)(ب)(ب)(ب)(ج)(ب)(ب)(ج)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ج)(ب)(ب)(ب)(ب)(ج)(ب)(ج)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)(ب)

Carbon Dioxide (CO#x2082;)

وثاني أكسيد الكربون هو أهم غازات الدفيئة التي انبثقت مباشرة عن الأنشطة البشرية منذ فترة طويلة، وهو الغاز المرجعي الذي تقاس ضده غازات الدفيئة الأخرى باستخدام قياس الاحترار العالمي.

وتشمل المصادر الرئيسية ما يلي:

• Fossil fuel combustion:] Coal, oil, and natural gas burned for electricity generation, transportation, heating, and industrial processes account for almost 65% of global greenhouse gas emissions. The combustion of fossil fuels releases carbon that was locked underground for millions of years, rapidly add it to the active carbon cycle.
• Deforestation and land-use change:] Forests act as carbon sinks. When they are clear for agriculture, urban development, or timber, not only is the carbon stored in trees released ( through decomposition or burning), but the land#x2019;s capacity to absorb future CO gas#x2082; is also reduced. Land-use change accounts for about 11% of global emissions.
• Industrial processes:] Cement production, chemical manufacturing, and steel making release CO#x2082; as a subproduct of chemical reactions, not just from energy use. Cement production alone accounts for about 5-8% of global anthropogenic CO#x2082; emissions.

Atmospheric CO MEx2082; concentrations have risen from approximately 280 parts per million (ppm) in pre-industrial times (around 1750) to over 420 ppm today, a level not seen for at least 2 million years. The Keeling Curve, the longest continuous record of atmospheric CO#akx2082.

Methane (CH#x2084;)

والميثان ثاني أكثر غازات الدفيئة البشرية وفرة، وله إمكانية الاحترار العالمي تبلغ 28 إلى 34 مرة تقريباً من ثاني أكسيد الكربون و2082؛ وعلى مدى 100 سنة، وعلى مدى فترة 20 سنة، يزيد معدل الاحترار العالمي فيها بنحو 84 إلى 87 مرة عن ثاني أكسيد الكربون و2082، مما يجعله عاملاً قوياً جداً في الاحترار القصير الأجل، وتنتج له انبعاثات قصيرة نسبياً تتراوح بين 10 و12 سنة.

وتشمل المصادر الرئيسية ما يلي:

• Agriculture:] Enteric fermentation in ruminant livestock (cattle, sheep, goats) is the single largest source of methane emissions globally. Rice paddies also produce methane through the decomposition of organic matter in flooded, oxygen-deprived soils.
• Fossil fuel production and transport:] Methane leaks from oil and gas wells, pipelines, and coal mines. Natural gas is primarily composed of methane, and flee emissions during extraction and distribution represent wasted energy and a potent climate pollutant.
• Waste management:] Landfills produce methane when organic waste decomposes anaerobically. Proper landfill gas capture systems can reduce these emissions significantly.

وقد تضاعفت تركيزات الميثان في الغلاف الجوي من مستويات ما قبل الصناعة، حيث بلغت نحو 900 1 جزء من المليار (ب) في السنوات الأخيرة، وقد تسارع معدل الزيادة منذ عام 2007، بسبب النمو من مصادر الوقود الأحفوري والأراضي الرطبة الاستوائية.

Nitrous Oxide (N#x2082;O)

(أكسدة النيتروز) هي غاز حرفي قوي ينطوي على احتمال الاحترار العالمي حوالي 298 مرة من حيث ثاني أكسيد الكربون و2082؛ وعلى مدى 100 سنة، كما أنه يستنفد الأوزون الستراتوسفيري، مثل CO#x2082؛ وNUS2082؛ وO هو طويل الأجل، مع عمر الغلاف الجوي يبلغ نحو 116 سنة، مما يعني أن الانبعاثات تتراكم في الغلاف الجوي لقرون.

وتشمل المصادر الرئيسية ما يلي:

• Agriculture: The use of synthetic nitrogen fertilizers in crop production is the dominant source of anthropogenic N#x2082;O emissions. Soil microbes convert nitrogen from fertilizers into N#x2082;O through processes called nitrification and denitrification. Manure management is another significant agricultural source.
• Industrial processes:] Adipic acid production (used in nylon manufacturing) and nitric acid production (used for fertilizers) release N#x2082;O as a subproduct. Abatement technologies exist but are not universally deployed.
• Combustion:] Burning fossil fuels in vehicles and power plants releases small amounts of Nwix2082;O.

وقد ارتفعت تركيزات أكسيد النيتروز من مستويات ما قبل الصناعة التي تبلغ نحو 270 جزء من المليون إلى أكثر من 330 جزء من المليون اليوم، وقد حدث الكثير من هذه الزيادة في السنوات الخمسين الماضية، متزامنة مع تكثيف الزراعة على الصعيد العالمي.

خام الماء والكلاود

وثبات المياه هو أكثر غازات الدفيئة ووفراً، وهو يمثل أكبر مساهمة وحيدة في التأثير الطبيعي للدفء، غير أن تركيزه في الغلاف الجوي لا يخضع مباشرة للانبعاثات البشرية، بل يستجيب بدلاً من ذلك للحرارة من خلال علاقة كلوزيوس - كلابيرون: يمكن أن يحمل الهواء الدافئ قدراً أكبر من الرطوبة، مما يخلق حلقة إيجابية قوية من التغذية المرتدة، حيث أن درجة الحرارة في العالم هي 2082، وغيرها من نماذج الاحترارة،

The Greenhouse Gas Effect in Greater Detail

وفي حين أن الفيزياء الأساسية تنطوي على ميكانيكيات كمية وأجهزة مشعة، فإن جزيئات الغاز الأخضر (Genhouse gas molecules)(x2014)؛ وثديث ثلاث أو أكثر ذرات، مثل التأثير الجوي(282)؛ وتوازن الكريسوتيك(2084)؛ وسبب التركيز في الـ (Nx2082) و(O) و(H)(D-0x20)(و)(و)(82)

The Absorption Spectrum of the Atmosphere

الأرض)ب(x2019؛ الغلاف الجوي شفاف إلى حد كبير بالنسبة للإشعاع الشمسي القادم، ولكنه غير مكتئب جزئياً بالأشعة تحت الحمراء، وتستوعب غازات مختلفة في مختلف الأنهار الموجية:

• Water vapor absorbs across a broad range of the infrared spectrum, from about 5-8 micrometers (#x3BC;m) and above 15 ' x3BC;m.
• Carbon dioxide] has a strong absorption band centered around 15 ' x3BC;m, a critical region in the Earth#x2019;s infrared emission spectrum.
• Methane] absorbs at around 7.7 '#x3BC;m and in several other narrow bands.
• Nitrous oxide] absorbs at 7.8 ' x3BC;m and 17 ' x3BC;m.

ويزداد ارتفاع التركيز في ثاني أكسيد الكربون (C82) حيث يبلغ ارتفاع التركيز، وحجم الاستيعاب عند 15 ' 3 ' بي سي؛ (m) في الغلاف الجوي الأدنى، مما يعني أن الإشعاع المنبعث من السطح يستوعب في مسافة أقصر، وهذا يحوّل ارتفاع الانبعاثات إلى مستويات أعلى وباردة من الغلاف الجوي، لأن درجة الحرارة تنخفض مع ارتفاع في الغلاف الجوي، ويأتي القفز الإشعاعي إلى الفضاء من مصدر بارد().

ويقدم الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ (]IPCC ) تقييمات موثوقة لهذه الآليات.() ويورد تقرير التقييم السادس [كمجال]]() التقرير الشعاعي الفعال عن ثاني أكسيد الكربون؛ ومنذ عام 1750 في حوالي 2.2 W/m#duxB(2)؛ (الإجمالي إلى 2).

Radiative Forcing and Climate Sensitivity

ويُعَبَّر عن الخلل في التوازن في الأرض 2019؛ وميزانية الطاقة الناجمة عن تغير في المحرك المناخي، مثل ثاني أكسيد الكربون 2082؛ والتركيز. ويُعبَّر عنه في الخنازير لكل متر مربع؛ ويُحرِّر النظام بشكل إيجابي؛ ويُحدث أثرا سلبيا على التبريد، وتتسبب العلاقة بين ثاني أكسيد الكربون وساده 2082؛ ويُعزى التركيز إلى ما يقارب 280٪ من ثاني أكسيد الكربون.

ويقلل حساسية المناخ من مدى حرارة السطح في العالم في نهاية المطاف من دفءه استجابة لفرض مشع معين، وينطوي المناخ المتوازن على الاحترار الطويل الأجل استجابة لضعف ثاني أكسيد الكربون البشري/الثاني/الثانية(20)؛ ويُقدّر الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ أن هذا النوع من الحرارة يتراوح بين 2.5 وxB0؛ و4 ×0؛ جيم، مع تقدير أفضل لحوالي 382.

Observed Impacts on the Climate System

إن تكثيف تأثير الدفيئة ليس ضربا نظريا، إذ إن بصماته واضحة في كل عنصر من عناصر النظام المناخي، من أعماق المحيط إلى الغلاف الجوي العلوي، والأدلة شاملة ومتسقة.

الموجات البرية والتروسية

وقد ارتفع متوسط درجة الحرارة العالمية بنحو 1.2%xB0؛C منذ أواخر القرن التاسع عشر، حيث حدثت معظم هذه الحرارة في السنوات الخمسين الماضية، وكان العقد الأخير (2011-2020) حوالي 1.1#xB0؛ وCدفء أكثر من الفترة السابقة للصناعة، ومن المهم أن هذا الاحترار ليس بالزى، وتدفأ القطب الشمالي في المتوسط العالمي للثديج، وهو ما يُعرف بفقدان الجليد في القطب الشمالي.

مستوى سطح البحر

وقد ارتفع مستوى سطح البحر العالمي بحوالي 20 إلى 25 سنتيمتراً منذ عام 1900، حيث ارتفع معدل ارتفاعه من حوالي 1.5 ملليمتر/سنة في القرن العشرين إلى أكثر من 3.5 ملليمتر/سنة اليوم، وهذا الارتفاع ناجم عن عاملين رئيسيين هما: التوسع الحراري (المياه المحيطية ترتفع كلما كانت حرارة) وذوبان الجليديات الجليدية وصحائف الجليد، حيث إن الأرض الخضراء والقارة القطبية الجنوبية قد فقدت الجليدية الجنوبية البالغ عددها 719.

الأحداث الوطيدة وعلوم الإسناد

ويكفي تغير المناخ أن يضاعف العديد من أنواع الطقس المتطرف، إذ يمكن أن يكون الهواء الوارمر أكثر رطوبة، مما يزيد من كثافة حوادث سقوط الأمطار الغزيرة، حيث أن ارتفاع درجات الحرارة السطحية في البحر يزيد من قوة الأعاصير المدارية، وتزداد وتيرة المصابيح، وأكثر كثافة، وقد أحرز مجال توزيع غازات الدفيئة تقدما كبيرا، مما أتاح للعلماء تقدير حجم تغير المناخ الذي يغيّر احتمال حدوث أحداث محددة في عام 2003 وحدتها.

التصحيح المحيطي

وغالبا ما ينظر إلى هذا الأثر إلى جانب تأثير الدفيئة لأنه يشاطر نفس السبب الجذري: ارتفاع مستوى ثاني أكسيد الكربون و2082؛ وتستوعب المحيطات حوالي 25 إلى 30 في المائة من ثاني أكسيد الكربون و2082؛ وتصدر عن أنشطة بشرية؛ وعندما يشكل ثاني أكسيد الكربون و2082؛ ويشكّل حمض الكربون، ويخفض مستوى هضبة المحيط، وقد انخفضت بالفعل نسبة تركيزات المحيط السطحي بمقدار 0.1 في المائة منذ الثورة الصناعية.

Feedback Loops in the Climate System

وتشكل حلقات التغذية المرتدة عمليات داخلية تضاعف (التغذية الإيجابية) أو تضعف (التغذية المرتدة) التغير الأولي في نظام المناخ، ووجود ردود فعل إيجابية قوية هو ما يجعل النظام المناخي حساساً إزاء الإكراهات الأولية الصغيرة.

Ice-Albedo Feedback

ومع ارتفاع درجات الحرارة والثلوج والثلج، وكشف أسطح الأراضي والمحيطات المظلمة، ومع أن الجليد يعكس حوالي 50 إلى 70 في المائة من ضوء الشمس القادم، فإن المحيطات المفتوحة لا تعكس سوى 6 في المائة، وهذا الانخفاض في الطلاء يسبب استيعاب طاقة شمسية أكثر، مما يؤدي إلى زيادة الاحترار والارتطام، وهذا هو رد فعل إيجابي قوي يسهم إسهاما كبيرا في تكبير القطب الشمالي.

"الثقب الـ"بيرمفروست

وقد تخزن الأحجار المتجمدة الشمالية كميات كبيرة من الكربون العضوي (حوالي 500 1 مليار طن متري) تم تجميدها لآلاف السنين، ونظراً إلى أن الميكروبات في البرمروز تبدأ في إزالة هذه المادة العضوية، وتطلق ثاني أكسيد الكربون)2082؛ ويظل السيناريوهات المحتوية على المركب 2084؛ وفي الغلاف الجوي، وهذه العملية تخلق تعليقات إيجابية أخرى، نظراً لأن التوقعات المتعلقة بالدفء الواحد تلو الآخر قد تؤدي إلى المزيد من الاحترار.

تغذية فوبور الماء

وكما ورد في السابق، فإن الجو الأكثر دفئاً يحتوي على المزيد من بخار المياه، وهو في حد ذاته غاز الدفيئة، وهذا هو أقوى التعليقات الإيجابية في نظام المناخ، مما يزيد من تقلص الاحترار الذي يمكن أن يحدث من ثاني أكسيد الكربون(20)، وحده، وهذا التغذية المرتدة مفهومة جيداً وممثَّلة صراحة في نماذج المناخ، وبدونه، فإن حساسية المناخ ستكون أقل بكثير من التقديرات الثلاثة `2 ' (B0) و(C) أفضل تقدير لثاني أكسيد الكربون (Co#x2082)؛

مسارات التخفيف والتحديات

ومعالجة الاختلال في الأرض 2019؛ يتطلب توازن الطاقة تخفيض صافي انبعاثات غازات الدفيئة إلى الصفر، وهذا هو الهدف الرئيسي للسياسة الدولية المتعلقة بالمناخ بموجب اتفاق باريس ، الذي يهدف إلى الحد من الاحترار العالمي إلى أقل بكثير من 2#x0؛ وC ويفضل أن يكون ذلك إلى 1.5#xB0؛ وC فوق مستويات ما قبل الصناعة، يتطلب ذلك مستويات سريعة.

إزالة الكربون في أعماق نظام الطاقة

ويتحمل قطاع الطاقة المسؤولية عن أغلبية الانبعاثات العالمية، ويتطلب إزالة الكربون ما يلي:

• Renewable energy deployment:] Solar and wind power have seen dramatic cost declines over the past decade and are now the cheapest sources of new electricity in many parts of the world. The International Energy Agency projects that renewables will account for nearly 95% of the increase in global power capacity through 2026.
• Electrification:] Shifting from fossil fuel combustion to electricity in transportation (electric vehicles), building heating (heat pumps), and industrial processes can significantly reduce emissions, provided the electricity comes from low-carbon sources.
• Energy efficiency:] Reducing waste through efficient buildings, appliances, industrial processes, and transportation systems lowers overall energy demand and makes decarbonization easier and cheaper.

Methane Abatement

ونظراً لأن الميثان قوي وقصّر العمر، فإن خفض انبعاثات الميثان يمكن أن يبطئ معدل الاحترار في الأجل القريب، وتقدّر الوكالة الدولية للطاقة أن نحو 40 في المائة من انبعاثات الميثان الحالية من عمليات الوقود الأحفوري يمكن تخفيضها بتكلفة صافية باستخدام التكنولوجيات القائمة، كما أن مقياس الميثان العالمي، الذي بدأ في الدورة السادسة والعشرين لمؤتمر الأطراف، يُلزم أكثر من 150 بلداً بتخفيض انبعاثات الميثان بنسبة 30 في المائة من مستويات عام 2020، أي ما بعد عام 2030.

الحلول البرية

وتستوعب النظم الإيكولوجية الأرضية حالياً نحو 25 إلى 30 في المائة من هذه المواد؛ والانبعاثات؛ وتشكل حماية هذه البواليع الطبيعية وتعزيزها استراتيجية حيوية للمناخ:

• Reforestation and afforestation:] Restoring degraded forests and planting new forests can sequester significant amounts of carbon. However, the potential is limited by land availability and the competing need for food production.
• Improved soil management:] Agricultural practices such as no-till farming, cover cropping, and add biochar can increase organic soil carbon content, improving soil health while storing carbon.
• Wetland restoration:] Peatlands store vast amounts of carbon. Restoring drained peatlands prevents further emissions and can turn them back into carbon sinks.

إزالة أكسيد الكربون

وتتطلب معظم مسارات المناخ التي تتفق مع اتفاق باريس شكلاً من أشكال إزالة ثاني أكسيد الكربون للتعويض عن الانبعاثات المتبقية من القطاعات التي يصعب كربونها، وفي الأجل الطويل، سحب تكنولوجيات الطاقة في الغلاف الجوي (C) و(C.C.x2082؛ والتركيزات إذا ما حدثت عمليات لإزالة الألغام، وتشمل أساليب السحب المباشر من الهواء مع التخزين الجيولوجي، والطاقة الأحيائية مع احتجاز الكربون وتخزينه (BECCS)، وتعزيز مستويات القدرة على الطيران، ومراحل قياسية، ومراحل أخرى.

الطريق إلى الأمام

وتتم تسوية الفيزياء التي تنجم عن آثار الدفيئة، وتقاس مسار تركيزات غازات الدفيئة جيدا، ويزداد توازن الطاقة إيجابيا، ويستجيب نظام المناخ لدرجات الحرارة المتزايدة، والأنماط المناخية المتغيرة، والثلج المذوب، والسؤال المطروح هو ما إذا كانت الأنشطة البشرية تغير المناخ، ولكن كيف ستتصرف البشرية بشكل حاسم وسريع لتغيير مسارها.

وكل طن من ثاني أكسيد الكربون: 2082؛ ويحد من الاحترار في المستقبل، إذ أن التخفيضات في الميثان توفر تخفيفا أسرع، مما يبطئ معدل الاحترار خلال عقود، والنافذة التي تحد من الاحترار إلى 1.5 من الكسب الفائت؛ وجيم تضيق بسرعة، ولكن الجدوى التقنية والاقتصادية للتحلل العميق من الكربون لا بد وأن تكون أكبر، والتحدي في المقام الأول هو الإرادة السياسية، والتنسيق الاجتماعي، والاستثمار على نطاق واسع.