فهم أساسيات نظم المناخ: لمحة عامة عن نظام الطبيعة الأرضي

مقدمة: لماذا مسائل تنظيم تألق الأرض

نظام المناخ الأرضي يعمل كشبكة معقدة من العمليات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية التي تحافظ على درجة حرارة الكوكب في نطاق ضيق ومستمر للحياة وبدون هذا النظام الطبيعي، ستتأرجح درجات الحرارة السطحية بين الحرارة القصوى والبرد في الماء السائل أو الحرارة الشديدة بالنسبة للكائنات المعقدة، فهم كيف يعمل هذا النظام يساعدنا على تفسير التغيرات المناخية الحالية وتقييم آثار الأنشطة البشرية

ما هو نظام المناخ؟

إن نظام المناخ هو التفاعل الجماعي لخمسة مجالات رئيسية هي: الغلاف الجوي، والهيدروسفير، والغلاف الجوي، والغلاف الحيوي، وهذه المكونات تتبادل الطاقة والمياه والغازات على مدى الزمن تتراوح بين أيام وألفينيا، ويقود النظام في المقام الأول الطاقة الشمسية، ولكن سلوكه يعدل من خلال العمليات الداخلية والهجمات الخارجية مثل الثورات البركانية أو الانبعاثات البشرية.

العناصر الخمسة في التجزئة

الغلاف الجوي

والغلاف الجوي طبقة رقيقة من الغازات التي تحملها الجاذبية، تمتد على مساحة تبلغ حوالي 480 كيلومتراً فوق السطح، وهي توفر وسيطاً لظواهر الطقس، وتنقل الحرارة والرطوبة، وتدر الحياة من الإشعاع الفوق الفيولي الضار، ولا سيما تركيب الغلاف الجوي الذي يركّز غازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان (CH4) وثبات الماء التي تتجاوز درجة الحرارة الحالية في العالم 2 و20.

الغلاف الجوي

ويشمل الغلاف الجوي جميع المياه السائلة: المحيطات والبحار والبحيرات والأنهار والمياه الجوفية، وتغطي المحيطات 71 في المائة من سطح الأرض وتستوعب نحو 90 في المائة من الحرارة الزائدة من الاحترار العالمي، وتخزن كميات هائلة من الطاقة الحرارية، وتقلب درجة الحرارة من خلال التيارات التي تعيد توزيع الحرارة من خط الاستواء إلى القطبين، وتتبادل الهيدروسفير أيضا الغازات مع الغلاف الجوي؛

الغلاف الجوي

ويشمل الغلاف الجليدي المياه المجمدة: صفائح الجليد، والأنهار الجليدية، والجليد البحري، والبرمفروست، والغطاء الجليدي، وهذه الأسطح المشرقة تعكس الإشعاع الشمسي القادم (عملية تسمى الألبدو)، وتساعد على تهدئة الكوكب، حيث إن المذيبات الجليدية الناجمة عن الاحترار، والمحيطات المظلمة، وأسطح البرية، التي تستوعب مزيدا من التغذية المرتدة التي تزيد على درجة الحرارة وتزيد من الاحترار.

الغلاف الجوي الليثيوبي

إن الغلاف الجوي هو قذيفة الأرض الخارجية الصلبة، بما في ذلك القشرة والعلوية العليا، ويشتمل دوره في تنظيم المناخ على عمليات طقس تستمد ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي على نطاق زمني جيولوجي، حيث يمكن للثوران البركاني أن يحرر ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت، التي يمكن أن تبرد مؤقتا المناخ بحجب ضوء الشمس.

الغلاف الحيوي

ويحتوي الغلاف الحيوي على جميع الكائنات الحية - النباتات والحيوانات والفطريات والميكروبات - من خلال التليفزيون الضوئي والنباتات الأرضية والفولط البحري - تزيل ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وتخزن الكربون في الكتلة الأحيائية، وتعمل الغابات، ولا سيما الغابات الاستوائية - كبواليع كربونية رئيسية، بينما تستضيف المحيطات كميات كبيرة من البيرفلور التي تستهلك الكربون.

كيف الأرض تحكم درجة الحرارة

ودرجة حرارة الأرض تحددها ميزان الطاقة بين الإشعاع الشمسي القادم )السادس( والإشعاع الحراري الذي يُنفد )الموجات الطويلة( ويستوعب الكوكب حوالي ٧٠ في المائة من ضوء الشمس القادم؛ أما النسبة المتبقية من ال ٣٠ في المائة فترد إلى الفضاء من خلال الغيوم والجليد والأسطح المشرقة الأخرى، وللإبقاء على التوازن، يجب أن تبعث الأرض نفس كمية الطاقة التي تستوعبها، ويحافظ على هذا التوازن من خلال سلسلة من العمليات المادية.

الإشعاع الشمسي وأثر غرينهاوس

وتأتي الشمس في معظمها في موجات مرئية، إذ تصل نصف هذه الطاقة إلى السطح؛ أما الباقي فيتم استيعابه من الغلاف الجوي أو ينعكس، ويزيد حرارة السطح ثم يشع الطاقة تحت الحمراء ويزيد غازات الدفيئة - وبصفة رئيسية بخار الماء، وثاني أكسيد الكربون، وثاني أكسيد النيتروز - بقاع من هذا الإشعاع الدافئ، ويعيد إحياءه في جميع الاتجاهات.

وقد كثفت الأنشطة البشرية من تأثير الدفيئة بزيادة تركيز غازات الاحتباس الحراري، ومنذ الثورة الصناعية، ارتفعت مستويات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 50 في المائة تقريبا، وذلك أساسا من حرق الوقود الأحفوري وإزالة الغابات، وتساهم انبعاثات الميثان من الزراعة وتسرب الغاز الطبيعي في تأثير آخر على الاحترار الشديد، حيث أن الميثان أكثر فعالية تقريبا من كل جزيء في التخصيب على مدى قرن من ثاني أكسيد الكربون.

Albedo and Surface Energy Balance

فالثلج الطازج له علب يبلغ 0.8-0.9 (80-90 في المائة) بينما يوجد في المحيط ألفي منخفض يبلغ حوالي 0.06 (6 في المائة ينعكس في ذلك) وعندما تستوعب المذيبات الجليدية أو المحيطات المظلمة أو الأراضي طاقة شمسية أكثر، وتتسارع الاحترار، وتزيد من الانصهار، وهذه التغذية المرتدة من الأرض المثلجة هي تغيرات حيوية في تغير المناخ.

رد الفعل الذي يضخم أو يُحدث تغييراً

ويمكن أن تعزز التغذية المرتدة في مجال المناخ (القابلة للتأثر) أو تضعف (غير مؤثر) تغيراً أولياً في درجة الحرارة، وتشمل التعليقات الإيجابية الرئيسية ما يلي:

• Water vapor feedback:] Warmer air holds more water vapor, which is itself a potent greenhouse gas, trapping additional heat.
• Ice —albedo feedback:] As described above, melting ice reduces reflectionivity and increases absorption.
• Permafrost thaw:] Thawing permafrost releases stored methane and CO2, add more greenhouse gases to the atmosphere.

فالاستجابات السلبية أقل شيوعاً ولكنها موجودة، فعلى سبيل المثال، يمكن لزيادة ثاني أكسيد الكربون أن تحفز نمو النباتات، وتخفض كمية الكربون، غير أن الأثر الصافي الإجمالي لتغذية الأرض يضاعف حالياً من الاحترار - نظام المناخ أكثر حساسية مما كان يفترض سابقاً.

دور تيار المحيطات في إعادة توزيع المياه

إن تيارات المحيطات هي النظام الدائري للكوكب، مما ينتقل حرارة من المناطق الاستوائية إلى القطبين، وبدون إعادة التوزيع هذه، ستكون المناطق المدارية أكثر حرارة، بل والأعمدة برودة، كما أن التيار يؤثر أيضا على أنماط التهطال والنظم الإيكولوجية البحرية وارتفاع ثاني أكسيد الكربون.

تيار السطح: يقوده ويندوز

وتقود الرياح السائدة التيارات السطحية التي تمتد عادة إلى عمق حوالي ٤٠٠ متر )مثل الرياح التجارية، وويلز( وعدلها أثر كوريوليس، ونجم عنها طاقات سطحية كبيرة - شمال الأطلسي، وجنوب المحيط الأطلسي، وجنوب المحيط الهادئ، وجنوب المحيط الهادئ، وعمود المياه الحار العابر للمحيط الهندي، ومساحة المياه الباردة، مثلا، يحمل بحر الشتاء الخالي من البحر الأبيض ماء دافئا من منطقة البحر الكاريبي.

أعماق المحيطات: حزام المحافظ العالمي

وتقود تيارات المحيط العميق، المعروفة أيضا باسم تداول حرارة المحيط، إلى اختلافات في كثافة المياه بسبب درجة الحرارة والملوحة، وتظهر بالمصارف المائية الملوحة في شمال الأطلسي والمحيط الجنوبي، ثم تتدفق ببطء على طول قاع المحيط نحو المحيط الهادئ، وتستغرق هذه التداول قرون لتكتمل وتتحمل المسؤولية عن تخزين كميات كبيرة من الحرارة والكربون.

ارتفاع مستوى الحرارة في المحيط ودرجة سطح البحر

وقد امتصت المحيطات أكثر من 90 في المائة من الحرارة الإضافية الناجمة عن إكراه غازات الدفيئة منذ السبعينات، مما يؤدي إلى توسع المياه (التوسع الحراري) ويسهم في نحو ثلث الارتفاع الملاحظ في مستوى سطح البحر، أما الباقي فيأتي من تذويب الأنهار الجليدية وورقات الجليد، ومع احترار المحيطات، يصبح أيضا أقل كفاءة في استيعاب ثاني أكسيد الكربون، مما يقلل من قدرتها على التخفيف من تغير المناخ.

Land Surface Characteristics and Regional Climates

وتُعدِّل الخصائص المادية والبيولوجية لسطح الأراضي الطقس والمناخ المحليين، وتؤثر عوامل مثل التضاريس، ورطوبة التربة، ونوع النبات، والتحضر على درجة الحرارة، والرطوبة، والأنماط الريحية، والهيبة.

تخزين النباتات والكربون

وللغابات والأعشاب والأراضي الرطبة أدوار متميزة في نظام المناخ، حيث تُنقل الأشجار بخار المياه وتبريد الهواء والإسهام في تكوين الغيوم، وتتصرف الغابات الصحية كبواليع للكربون، وتُسكب ثاني أكسيد الكربون في الخشب والتربة، وتُحدث إزالة الغابات، لا سيما في الأمازون وجنوب شرق آسيا، ليس فقط إطلاقات الكربون المخزنة بل أيضاً تحد من التبخير على الموقع الشبكي [وقود].

تأثير جزيرة القهقر الحضرية

المناطق الحضرية - التي تحتوي على مواد ملموسة ومستعجلة، وتخفض كمية الغطاء النباتي - الأيزوبي أكثر من الإشعاع الشمسي من المناظر الطبيعية، مما يزيد درجات الحرارة بمقدار ١-٥ درجة مئوية مقارنة بالمناطق الريفية المحيطة، ويزيد من الاحترار العالمي، ويزيد الطلب على الطاقة لتبريد الهواء ويزيد من جوهته، وتشمل استراتيجيات التخفيف السقف الخضراء، والرصفات المُعَبة، والغابات الحضرية الموسَّة التي يمكن أن تقلل من درجات الحرارة السطحية وتخفضة وتخفضة وتخفضة وتخفضة وتخفضة من سرعة سطح الماء.

Albedo Changes from Agriculture

ويؤدي تحويل الغابات إلى أراض زراعية إلى زيادة عامة في البدو (لأن المحاصيل تعكس ضوء الشمس أكثر من الغابات المظلمة)، مما يمكن أن ينتج عنه أثر صغير للتبريد على السطح، غير أن ذلك كثيرا ما يعوضه فقدان تخزين الكربون والتغيرات في التبخر، ويصبح الأثر الصافي للزراعة على المناخ معقدا ومعتمدا إقليميا، على النحو المفصل في الدراسات الواردة في تقرير التقييم السادس للجنة().

Climate Change: Human Influence and Consequences

وقد أصبحت الأنشطة البشرية قوة مهيمنة تؤدي إلى تغيرات سريعة في نظام المناخ في الأرض، حيث إن حرق الوقود الأحفوري وإزالة الغابات والزراعة الصناعية وإنتاج الأسمنت يفرج عن غازات الدفيئة ويغير سطح الأرض بوتيرة غير مسبوقة، مما يؤدي إلى آثار واسعة النطاق على النظم الطبيعية والبشرية.

المواقف العالمية الناشئة

وقد ارتفع متوسط درجة الحرارة السطحية العالمية بحوالي 1.2 درجة مئوية فوق مستويات ما قبل الصناعة، وهذا الاحترار ليس بالوحدة - تدفئ المنطقة القطبية الشمالية بمعدلات تتراوح بين ضعفين وثلاثة أضعاف أسرع من المتوسط العالمي (تضخيم القطب الشمالي) وقد أصبحت الموجات الحرارية أكثر تواتراً وشدة، مما يشكل مخاطر مباشرة على صحة الإنسان والزراعة والهياكل الأساسية.

تغير التهطال وتشويه النسيج

ويزيد الجو الدافئ من الرطوبة، مما يؤدي إلى حدوث حالات سقوط الأمطار في مناطق كثيرة، ويزيد من خطر الجفاف في مناطق أخرى، وقد ازدادت الأحداث الجوية الشديدة - الراكين، والنيران البرية، والفيضانات - التي تعرضت لها أكثر تدميراً، ووفقاً لما جاء في الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي ، فقد ارتفعت تواتر حدوث بلايين الكوارث الجوية في الولايات المتحدة.

ثلج مليئ وبحار مشرقة

وتتراجع جميع أنحاء العالم، وتفقد صحائف الجليد في غرينلاند وفي أنتاركتيكا كتلة في معدلات متسارعة، وتبين القياسات الساتلية أن مستويات سطح البحر قد ارتفعت بنحو 20 سم منذ عام 1900، وأن المعدل آخذ في الازدياد، وتراوحت الإسقاطات بالنسبة إلى 2100 بين 0.3 و 1.0 متر، تبعاً لتصورات الانبعاثات، التي من شأنها أن تهدد المدن والنظم الإيكولوجية الساحلية.

الآثار على النظم الإيكولوجية والتنوع البيولوجي

وتحوّل الأنواع الأرضية نطاقاتها إلى خطوط العرض أو الارتفاعات العالية، ويواجه بعضها انقراضا إذا لم تستطع معدلات التكيف أن تواكب تغير المناخ، ويؤثر انحراف الشبكات الغذائية وأنماط الهجرة تأثيرا مكثفا على خدمات النظم الإيكولوجية.

التخفيف والطريق إلى الأمام

ويتطلب التصدي لتغير المناخ تخفيض الانبعاثات الصافية لغازات الدفيئة إلى الصفر، وهو ما يطلق عليه العلماء " صفر " ، وهذا ينطوي على الانتقال إلى الطاقة المتجددة، وتحسين كفاءة الطاقة، وحماية الغابات واستعادةها، واعتماد ممارسات مستدامة لاستخدام الأراضي، وقد تؤدي تكنولوجيات إزالة ثاني أكسيد الكربون، مثل التقاط الهواء المباشر وتحسين الطقس، دورا أيضا، ولكنها لا تستطيع أن تحل محل تخفيضات الانبعاثات العميقة.

وتهدف الأطر الدولية مثل اتفاق باريس إلى الحد من الاحترار إلى أقل بكثير من درجتين مئويتين، ومن المثال المثالي إلى 1.5 درجة مئوية. وتتيح الإجراءات الفردية - تخفيض استهلاك الطاقة، واختيار نظام غذائي قائم على النباتات، ودعم السياسات المراعية للمناخ - المساهمة بصورة مباشرة في التغيير النظامي اللازم. ] - صفحة العمل المناخي للناسا ]، خطوات عملية للأفراد والمجتمعات المحلية.

خاتمة

إن نظام المناخ في الأرض هو تحفة رئيسية للعمليات المترابطة - في الغلاف الجوي والمحيطات والغلاف الجوي والغلاف الجوي والغلاف الأرضي - التي تحافظ معا على كوكب معتاد، غير أن الأنشطة البشرية قد أزعجت هذا التوازن، مما أدى إلى الاحترار السريع وزيادة تواتر الأحداث المتطرفة، ومن الضروري فهم أساسيات تنظيم درجة الحرارة، من تأثير الاحتباس الحراري إلى تيارات المحيط، ومن ردود الفعل على سطح الأرض، لاتخاذ قرارات مستنيرة.