إن نظم المناخ تؤثر على كل جانب من جوانب الحياة على الأرض، بدءا 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 تقدم 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[ تقليدي ]FLT:1][ هو الشبكة المعقدة والمتفاعلة للغلاف الجوي، والهيدروسفير، والغلاف الجوي، 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، والطول، والضغط على مدى فترة موسم، والريح.

ونشأ مفهوم نظام المناخ عن الاعتراف بأنه لا يمكن فهم أي عنصر بمفرده في عزلة، فعلى سبيل المثال، تنقل تيارات المحيطات عمود الماء الدافئ، مما يؤثر على نظم الضغط الجوي، التي تؤدي بدورها إلى إحداث أنماط رياح تؤثر على التهرب والتهطال على الأرض، فالأنشطة البشرية - مثل حرق الوقود الأحفوري أو إزالة الغابات - تعمل الآن على شكل قذف إضافي، وتغيير توازن النظام.

العناصر الأساسية لنظم المناخ

ويمكن تقسيم نظام المناخ في الأرض إلى خمسة عناصر رئيسية، يقوم كل منها بدور متميز ومع ذلك مترابط.

الغلاف الجوي

الغلاف الجوي هو طبقة الغازات التي تنمو الكوكب، حيث تمتد على مسافة 500 كيلومتر تقريباً فوق السطح، وتتألف 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:1]، ويحدث هيكلاً من الإشعاعات، ويقود الطقس بواسطة الغلاف الجوي.

والتغييرات في التركيبة في الغلاف الجوي - مثل زيادة ثاني أكسيد الكربون من المستويات السابقة للصناعات البالغة 280 جزء من المليون إلى أكثر من 420 جزء من المليون اليوم - تغير مباشرة توازن الطاقة في النظام، كما أن الغلاف الجوي يحمل أيضاً هوباء (مثلاً، الغبار، الجسيمات السائلة) يمكن أن تبعث أو تستوعب ضوء الشمس، والتأثير على التكوين الغيومي، وإزالة الغابات الإقليمية.

الغلاف الجوي

ويضم الغلاف الجوي جميع المياه على الأرض - المحيطات والبحار والبحيرات والأنهار والمياه الجوفية وبور المياه في الغلاف الجوي، وتغطي المحيطات حوالي 71 في المائة من سطح الكوكب وتتحمل 97 في المائة من مياهه، وهي تعمل كمستودع حراري واسع النطاق، وتستوعب الطاقة الزائدة من الشمس وتوزعها من خلال تيارات المحيط العالمية.

داخل الغلاف الجوي، cryosphere (مياه مجمدة) تستحق إشارة خاصة.

الغلاف الجوي الليثيوبي

ويتكون الغلاف الجوي من طبقة خارجية صلبة للأرض، بما في ذلك القشرة والمناورة العليا، ويؤثر على المناخ من خلال سماته المادية - الجبال، والبراكين، والقارات، وأحواض المحيطات - وقد ساهمت الجبال مثل كتلة الهمالايا الجوية، وخلقت ظلاً من الأمطار، وتغير الأنماط الريحية - وقد تحقن الانفارات البركانية من الانهيار الهوائي في طبقة الحرارة العالمية.

وعلى فترات زمنية أقصر، تؤثر الخصائص السطحية للأراضي - الغطاء النباتي، ورطوبة التربة، والخصوبة السطحية - على مدى انتشار الطاقة إلى الفضاء، ويمكن أن يقلل التشجير أو التصحر من هطول الأمطار الإقليمي، وهو ظاهرة تعرف باسم تغذية الغلاف الجوي البري .

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، وتتصرف الغابات والفولطون 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 التحول:

وتؤدي الكائنات البحرية دورا حاسما في المضخة البيولوجية للمحيطات، حيث تصلح الفولطون 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 عبر نظام المناخ، وفهم هذه الآليات أمر أساسي للتنبؤ بكيفية استجابة النظام للتغيرات الطبيعية والاضطرابات البشرية.

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 watts per square meter. However, the Earth intercepts only a fraction of this energy, and about 30% is immediately reflected back into space by clouds, aerosolal

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 والممتدة بين الأرض وعددها ١١ سنة، فهي حاليا دورات مائيل وكميات مؤثرة في مدار الأرض وطولها النسيج، فتعمل على نطاق زمني لعشرات الآلاف من السنوات، وهي مسؤولة عن إحداث ثلج.

تأثير غرينهاوس

وقد زادت انبعاثات غازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان 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 33 درجة مئوية فوق ما سيكون عليه بدون جو، وقد زادت الأنشطة البشرية زيادة كبيرة في تركيزات غازات الدفيئة: فقد ارتفع ثاني أكسيد الكربون بنسبة تزيد عن 50 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 wavelengths near 15 micrometers, while methane has multiple absorption bands in the infrarered.

المحيطات

وتحركات تيار المحيط كميات هائلة من الحرارة من خط الاستواء نحو القطبين، أما تيارات التجويف - التي تقودها الرياح وتأثير كوريوليس - فتشمل سلسلة الخليج التي تدفئ أوروبا الغربية، والبطء الذي يحركه تيارات المياه العميقة ، فهي محركة من الاختلافات في كثافة المياه.

فالتغيرات في تداول المحيطات يمكن أن تؤدي إلى حدوث تحولات مفاجئة في المناخ، فعلى سبيل المثال، خلال الفترة الجليدية الأخيرة، أدى انهيار دائرة الانكماش الرحيمي في المحيط الأطلسي إلى التبريد السريع في شمال الأطلسي، واليوم يقوم العلماء برصد حركة الماء الخفيف لعلامات الضعف - وهي نتيجة 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 tradeltre

وتؤثر أنماط التداول هذه على جبال الجيلي ] - الأنهار السريعة الحركة من الهواء على ارتفاعات عالية - التي تشعل نظماً جوية، ويمكن أن 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] is the fraction of sunlight that a surface reflects. Fresh snow can reflect up to 90% of incoming solar energy, while dark ocean water reflects only about 10%. As the planet warms, ice and snow melt, exposing darker surfaces underneath, which absorb more heat and accelerate further melting — the [FL]

وبالمثل، يمكن أن تؤدي التغيرات في الغطاء السحابي إلى زيادة أو تهب الاحترار تبعاً لارتفاع الغيوم وسماكته وخط الطول، وتميل الغيوم المنخفضة المستوى التي تتجمع على الأرض إلى تهدئة الكوكب بعكس ضوء الشمس، بينما تشتعل الغيوم المرتفعة في السيروسفير الحرارة، ويظل فهم كيفية تطور التغذية السحابية في ظل سيناريوهات مختلفة للاحترار أحد أكبر حالات عدم التيقن في وضع النماذج المناخية.

Effects of Climate Systems

وتنتج التفاعلات والعمليات المذكورة أعلاه آثاراً يمكن ملاحظتها تختلف على الصعيد الإقليمي ولكنها تزداد شعوراً على نطاق عالمي، كما أن الآثار الأكثر أهمية لتغيرات النظام المناخي.

(الطوارئ الوعرة)

ومع دفء المناخ، تكثف الدورة الهيدرولوجية العالمية، ويمكن أن يصمد الهواء الواري بدرجة أكبر - أي ما يزيد بنسبة 7 في المائة من درجة كلسيوس - مما يؤدي إلى ارتفاع الأمطار وزيادة تواتر الفيضانات في مناطق كثيرة، وعلى العكس من ذلك، فإن مناطق أخرى تعاني من الجفاف الشديد أكثر بسبب تحولها في الغلاف الجوي، وتواتر حدوث ارتفاع في الأمطار()

وقد أصبحت موجات الحرارة أكثر كثافة وأطول أمداً، وسجلات الحرارة الناجمة عن كسر 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 مضاد للاحترار السريع 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 يدفئ؛ 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 تعود 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 في تبيضاض الفحم - 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 تها تبعد كل عقد من الزمان.

ويتزايد خطر الانقراض مع كل جزء من درجة الحرارة، ويقدر منهاج السياسات الحكومية الدولية للعلوم المتعلقة بالتنوع البيولوجي وخدمات النظم الإيكولوجية أن نحو مليون نوع مهدد بالفعل بالانقراض، ويعود الكثيرون إلى التفاعلات المناخية مع عوامل أخرى من قبيل تدمير الموئل والتلوث، وقد يؤدي فقدان الأنواع الرئيسية إلى آثار متتالية - على سبيل المثال، يؤثر انخفاض عدد الملوثين 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 والأشخاص 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 موجودة الآن على ارتفاع أعلى من ذي قبل.

وتتعرض الإنتاجية الزراعية للتهديد بسبب تغير 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 انقطاع الإمداد الغذائي إلى ارتفاع الأسعار وسوء التغذية والاضطرابات المدنية - وهو شاغل يقع تحت مظلة من جراء 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، والرصدات الساتلية، والنماذج الحاسوبية، وتوفر محطات الطقس السطحية، وخطوط المحيطات، والأجهزة اللاسلكية بيانات مستمرة، وتُستخدم السواتل - مثل السواتل في نظام رصد الأرض - وتُقدِّم مستويات الحرارة المحيطة بالبحر، ونطاق الترسبات البحرية، وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وتغطية السحابة على البيانات المرجعية العالمية.

أما نماذج المناخ - المعروفة باسم نماذج التداول العامة - فتقوم بتحفيز العمليات المادية للغلاف الجوي والمحيطات والأراضي والجليد، أما بالنسبة إلى تقرير التقييم السادس للجنة البلدان النامية للتجارة والتنمية ، فإن أحدث النماذج المتطورة (CMIP6) تتضمن تمثيلا أكثر تفصيلا للسحب والهباء الجوي، وتغذية 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 والتكيف.

خاتمة

إن نظم المناخ هي نتيجة لبلايين السنين من التطور المادي والكيميائي والبيولوجي، وهي ليست بسيطة ولا ثابتة - بل تستجيب للتغيرات في الطاقة الشمسية، وللعمليات الجيولوجية البطيئة، وعلى نحو متزايد، للأنشطة البشرية، كما أن إدراكا قويا للأساسيات - المكونات والعمليات والآثار - يزود المتعلمين وصانعي القرار بتفسير أدلة تغير المناخ والمشاركة في مناقشات مستنيرة بشأن الحلول.

ولا يزال التعليم هو أقوى أداة لتعزيز محو الأمية المناخية، إذ إن فهم الأساسيات يمكّن 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 لنظم المناخ لم تكن أبدا أكبر، فمستقبل كوكبنا يعتمد على ذلك.