فهم توازن الطاقة للأرض: الإشعاع الشمسي المناخ

الكلاود والهيروسولات: مُعدّلات معقدة

وتؤثر السحابات والهيروسولات تأثيراً معقداً على ميزانية الطاقة للأرض، حيث تعمل كعوامل التبريد والاحترار على حد سواء، حسب خصائصها وارتفاعها، وتميل الغيوم السميكة المنخفضة إلى أن تعكس جزءاً كبيراً من الإشعاع الشمسي القادم، مما يبرد السطح، وعلى النقيض من ذلك، فإن الغيوم الصدرية العالية والرق تسمح بمعظم الإشعاع الشمسي من خلال الأشعة الطويلة التي تنفجر، مما يسهم في الاحترار.

وعلى العموم، فإن الأثر الصافي للسحابات يؤدي حاليا إلى تبريد طفيف للكوكب، غير أن تغير المناخ يمكن أن يغير الخصائص السحابية والتغطية والتوزيع، ويدخل في توقعات المناخ في المستقبل قدرا كبيرا من عدم اليقين، فعلى سبيل المثال، يمكن أن تؤدي التحولات في الارتفاع السحابي أو النوع إلى زيادة اتجاهات الاحترار أو التخفيف منها.

وتُعلق جزيئات الهباء الجوي التي تُعلق في الغلاف الجوي من مصادر طبيعية مثل الثورات البركانية والغبار الصحراوي والرش البحري، فضلاً عن الأنشطة البشرية مثل احتراق الوقود الأحفوري وحرق الكتلة الحيوية، وتُظهر بعض الهباء الجوي، مثل الكبريتات، الضوء الشمسي مباشرة، وتعزز التأمل السحابي، مما يُبدد الغلاف الجوي، ولا سيما نماذج التحلل الجوي غير المتجانسة، ويستوعب الإشعاع الشمسي، ويُسخن.

تأثير غرينهاوس والتحرير الإشعاعي

إن تأثير الـ المُعدّل ] حيوي للحفاظ على المناخ المُعتاد للأرض، وبقالب الماء هو أكثر غازات الدفيئة وفرة، يليه ثاني أكسيد الكربون، والميثان (CH4)، وأكسيد النيتروز (N2O)، والأوزون (O3).

ومنذ الثورة الصناعية، زادت الانبعاثات البشرية المنشأ تركيزات ثاني أكسيد الكربون والميثان وثاني أكسيد الكربون بدرجة كبيرة، وهذا التكثيف لأثر الدفيئة الطبيعي هو السبب الرئيسي للاحترار العالمي الذي حدث مؤخراً، كما أن التغيرات في غازات الدفيئة الأخرى، مثل مركبات الكربون الكلورية فلورية وبدائلها، تسهم أيضاً في الإكراه الإشعاعي، وإن كان ذلك إلى حد أقل.

(ب) يُعدّل ] التراكمي التغير في تدفقات الطاقة في أعلى الغلاف الجوي الناجم عن تغيرات في غازات الدفيئة، أو الهباء الجوي، أو الإشعاع الشمسي، مقيسة في وات لكل متر مربع (W/m2). وفقاً لتقرير التقييم السادس

ويتباين الإشعاع الشمسي اختلافا طفيفا على مدى الدورة الشمسية التي تمتد 11 عاما، ولكن هذه التغييرات طفيفة وغير كافية لشرح اتجاهات الاحترار الحديثة، والواقع أن الناتج الشمسي منذ الستينات أظهر اتجاها تناقصيا طفيفا، كما هو موثق من قبل NASA للملاحظات المناخية .

سائقون مسببون للإنسانية

وقد غيرت الأنشطة البشرية بشكل كبير ميزانية الطاقة، وذلك أساسا من خلال انبعاثات غازات الدفيئة التي طال أمدها من احتراق الوقود الأحفوري وإزالة الغابات والزراعة والعمليات الصناعية، كما أن تغيرات استخدام الأراضي تؤثر على الألبية السطحية؛ فعلى سبيل المثال، يؤدي استبدال الغابات بالمجالات الزراعية إلى زيادة انعكاساتها بشكل عام، مما يمكن أن يحدث أثرا متواضعا في التبريد، غير أن هذا الأثر يتأثر بالدفء الناجم عن انبعاثات غازات الدفيئة.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن جسيمات الكربون الأسود من الاحتراق غير المكتمل تستوعب ضوء الشمس وتدفئ الغلاف الجوي مباشرة، ويقابل تلوث الأيروسول الناجم عن حرق الفحم والكتلة الأحيائية جزئياً الاحترار بالدفء من خلال إبراز ضوء الشمس، ولكن هذا الأثر " الاصطدام " مؤقت ويتوقع أن ينخفض مع انخفاض أنظمة نوعية الهواء في انبعاثات الهباء الجوي، وعموماً، فإن صافي الإشعال البشري المنشأ إيجابي بقوة، مما يؤدي إلى تغير المناخ الملاحظ.

المحيط: أكبر زهرة حرارية للأرض

تغطّي 71% من سطح الأرض، المحيطات تحوي توتر حراري هائل و تعمل كمستودع حراري رئيسي للكوكب، الطبقات العليا لمتجر المحيط حرارة بقدر ما تُسخن الغلاف الجوي بأكمله، مما يمكّنها من استيعاب وإعادة توزيع كميات كبيرة من الطاقة.

ومنذ السبعينات، امتصت المحيطات أكثر من 90 في المائة من الحرارة الزائدة المحصورة بزيادة تركيزات غازات الدفيئة، كما أفادت الإدارة الوطنية لدراسة المحيطات والغلاف الجوي ، وتؤثر هذه الزيادة الحرارية على أنماط حرارة المحيطات وتداولها في جميع أنحاء العالم.

Ocean Heat Transport and Global Climate

إن تيارات المحيطات تؤدي دورا حاسما في إعادة توزيع الحرارة من المناطق الاستوائية نحو القطبين، مما يؤثر على المناخ الإقليمي، و التداول العنكبوتي الرحيم (AMOC) هو عنصر رئيسي، ينقل المياه السطحية الدافئه شمالا، ويعود إلى الجنوب التعمق بالمياه الباردة الكثيفة.

مشروع نماذج المناخ التي تزيد من مدخلات المياه العذبة من مصفوفات الجليد في غرينلاند قد تضعف أو تعطل لجنة الرصد والتحقق والتفتيش، وقد يتسبب هذا التغيير في التبريد الإقليمي المفاجئ في شمال الأطلسي على الرغم من الاحترار العالمي المستمر، مما يوضح التفاعل المعقد بين ديناميات المحيطات وميزانية الطاقة الأرضية.

آثار ميزانية الطاقة المتوازنة

إن اختلال التوازن الإيجابي الحالي للطاقة في قمة الغلاف الجوي، الذي يقدر بنحو 0.9 و/م2، يؤدي إلى تغيرات عميقة وواسعة النطاق في النظام المناخي، وتشمل هذه التغيرات زيادة متوسط درجات الحرارة العالمية، والظواهر الجوية الشديدة التواتر والشديدة، وذوبان صحائف الجليد والجليد، وارتفاع مستويات سطح البحر، وتعطل النظم الإيكولوجية في جميع أنحاء العالم.

درجة الحرارة ودرجة الحرارة القصوى

وقد ارتفعت درجات الحرارة السطحية العالمية بنحو 1.1 درجة مئوية فوق مستويات ما قبل الصناعة، حيث تدفأ المناطق البرية بسرعة أكبر من المحيطات وارتفاع خط العرض في الدفء بسرعة أكبر من المناطق المدارية، وتكثف الطاقة الإضافية الدورة الهيدرولوجية، مما يؤدي إلى تهطال أشد وازدياد الفيضانات في بعض المناطق، ويتسبب في حالات جفاف أشد في مناطق أخرى.

وتزداد حرارة الموجات الحرارية وتطولها، وتزداد تواتر الأعاصير المدارية الشديدة (الفئة 4 والأعاصير الخمسة) التي تغذيها درجات الحرارة السطحية في المحيطات الحارة.() ويذكر تقرير التقييم السادس للجنة البلدان النامية المعنية بتغير المناخ () بثقة عالية أن هذه التغييرات تعزى إلى حد كبير إلى عمليات التطهير الإشعاعي التي يتسبب فيها الإنسان.

ارتفاع مستوى سطح البحر وتشوه النظم الإيكولوجية

ويقود ارتفاع مستوى سطح البحر في المقام الأول عمليتين: التوسع الحراري في مياه البحر حيث يدفئ ويذيب الجليد البري مثل الجليديات وصحائف الجليد في غرينلاند وأنتاركتيكا، ومنذ عام 1993، ارتفع مستوى البحر المتوسط العالمي بمعدل يبلغ نحو 3.3 مليمتر في السنة، مع ما لوحظ من تتسارع في العقود الأخيرة، مما يهدد المجتمعات الساحلية بزيادة الفيضانات والتآكل ودخل مياه المالح.

ويؤدي تحمض المحيطات، وهو نتيجة أخرى لزيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، إلى انخفاض توافر الأويون الكربونية الضرورية لحساب الكائنات الحية مثل المرجانيات والفولوش وبعض أنواع النباتات، كما أن أحداث التبيض المرجاني الأكثر تواتراً وشدة قد دمرت النظم الإيكولوجية للشعاب المرجانية، التي تدعم تقريباً ربع جميع الأنواع البحرية وتوفر خدمات النظم الإيكولوجية الحرجة بما في ذلك مصائد الأسماك وحماية السواحل.

التخفيف من التوازن: الخطوات نحو الاستقرار

إن إعادة توازن الطاقة في الأرض يتطلب تخفيضا كبيرا في صافي الإكراه الإشعاعي من خلال خفض انبعاثات غازات الدفيئة، والانتقال إلى مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية والريحية والكهربائية والطاقة الحرارية الأرضية أمر أساسي في هذا الجهد، وهو يتسارع على الصعيد العالمي، وتشمل الاستراتيجيات التكميلية تحسين كفاءة الطاقة، وكهرباء النقل والتدفئة، وتطوير تكنولوجيات احتجاز الكربون وتخزينه.

كما أن تعزيز مصارف الكربون الطبيعية أمر مهم بنفس القدر، إذ إن حماية الغابات وإدارتها بصورة مستدامة، واستعادة الأراضي الرطبة، واعتماد ممارسات زراعية متجددة، وإعادة زراعة الأراضي المتدهورة، تزيد من عزل ثاني أكسيد الكربون الجوي، مما يساعد على تعويض الانبعاثات.

وتهدف الاتفاقات الدولية مثل اتفاق باريس إلى الحد من الاحترار العالمي إلى أقل بكثير من 2 درجة مئوية، ومن المثال 1.5 درجة مئوية من مستويات ما قبل الصناعة، ويستلزم تحقيق هذه الأهداف بلوغ انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الصافية بمقدار 2050 تقريباً، غير أنه نظراً لطول العمر الجوي لثاني أكسيد الكربون والانبعاثات السابقة، فإن بعض تدابير الاحترار الإضافية تجعل من الضروري تحقيقها أمراً غير قابل للتأثر.