اثر گلخانه‌ای و گرم شدن زمین

با افزایش میزان آلاینده‌های جوی و پدید آمدن اثر گلخانه‌ای ، دانشمندان پیش بینی کرده‌اند که میانگین دمای هوا در نتیجه افزایش میزان دی‌اکسید کربن و سایر گازهای گلخانه‌ای به اندازه چند درجه افزایش خواهد یافت و این افزایش دما ، روی آب و هوا ، محیط زیست و اکوسیستم‌های مختلف ، کشورهای جهان تأثیر خواهد گذاشت. دانشمندان معتقدند که گرم شدن کره زمین از مدتها پیش در جریان بوده است و بطور عمده علت افزایش دما به اندازه دو سوم یک درجه سانتیگراد از سال ۱۸۶۰ به بعد افزایش گازهای گلخانه‌ای می‌باشد.
● مکانیسم اثر گلخانه‌ای
سطح و جو کره زمین بطور عمده توسط نور خورشید گرم می‌شود. بیشترین گستره نورخورشید که به زمین می‌رسد در محدوده نور مرئی قرار دارد. از کل نور ورودی خورشید از تمام طول موجها حدود ۵۰ درصد به سطح زمین می‌رسد. ۲۰% بوسیله گازها (UV) بوسیله ازن و IR بوسیله (CO۲ و H۲O ) و قطره‌های آب در هوا جذب می‌شود و ۳۰% دیگر بوسیله برف و یخ و آب و بدون آنکه جذب شود منعکس شده و به فضا بر می‌گردد.
زمین مانند هر جسم گرم دیگر ، انرژی منتشر می‌‌کند. انرژی منتشر شده از زمین نور زیر قرمز است که در گستره ۴ تا ۵۰µm قرار دارد. این ناحیه زیر قرمز گرمایی نام دارد. بعضی از گازها در هوا می‌توانند زیر قرمز گرمایی با طول موجهای خاصی را جذب کنند. بنابراین تمام زیر قرمز منتشر شده از سطح و جو زمین مستقیما به فضا باز نمی‌گردد و در فاصله کوتاهی پس از جذب آن بوسیله مولکولهای معلق در هوا مانند CO۲ به صورت کاتوره‌ای منتشر و مجددا به سطح زمین هدایت و از نو جذب شده و باعث گرم شدن بیشتر سطح زمین و هوا می‌شود.
پدیده هدایت مجدد IR گرمایی به سمت زمین اثر گلخانه‌ای نامیده می شود.
● نقش اثر گلخانه ای طبیعی در تعادل گرمایی زمین
این واقعیت که سیاره زمین با لایه ضخیمی از یخ پوشیده نشده است به علت نقش طبیعی اثر گلخانه‌ای است. سطح زمین همان اندازه که با انرژی دریافتی از خورشید گرم می‌شود، با مکانیسم اثر گلخانه‌ای نیز گرم می‌شود. نقش جو برای زمین همانند پتو می‌باشد که در فضایی که پوشش می‌دهد مقداری از گرمای آزاد شده از جسم را حفظ می‌کند و باعث افزایش دما می‌شود چنانچه جوی در کار نبود و دمای میانگین سطح زمین حدود ۱۵+بود در حالیکه به خاطر وجود جو و اثر گلخانه‌ای این دمای میانگین ۱۵+ می‌باشد.
● اثر گلخانه‌ای افزوده
پدیده‌ای که دانشمندان محیط زیست را نگران می‌کند اثر گلخانه‌ای طبیعی نیست بلکه پدیده‌ای به نام اثر گلخانه‌ای افزوده می‌باشد که با افزایش غلظت گازهای کم مقدار در هوا که IR گرمایی را جذب می‌کنند سبب می‌شود. مقدار بیشتری از انرژی IR گرمایی منتشره مجددا به سمت زمین هدایت شود و از این راه میانگین دمای سطح زمین از ۱۵ بیشتر باشد. مانند اینکه چند پتو را روی هم بیاندازیم.
● گازهای گلخانه‌ای
گازهای اصلی تشکیل دهنده هوا () به علت داشتن گشتاور دو قطبی نمی‌توانند نور زیر قرمز را جذب کنند. گازهایی که در گرم شدن گلخانه‌ای زمین دخالت دارند آب ، دی‌اکسید کربن ، متان و سایر گازها به مقدار کم می‌باشند. علت شبهای سرد بیابان با وجود روزهای بسیار گرم نبودن بخار آب در جو این مناطق می‌باشد.
▪ دی‌اکسید کربن
حدود یک چهارم اثر گلخانه‌ای ناشی از جذب نیمی از IR گرمایی بازتاب شده در گستره طول موج ۱۴ تا ۱۶ میکرومتر توسط مولکولهای دی‌اکسید کربن میباشد. افزایش غلظت CO۲ در جو ، از خارج شدن مقدار بیشتر IR باقیمانده جلوگیری کرده و باعث گرم شدن بیشتر هوا می‌شود.
▪ بخار آب
بخار آب بیشترین گازگلخانه‌ای در جو زمین است و علت پدید آمدن حدود دو سوم این اثر می‌باشد. و معمولا IR گرمایی در گستره طول موج ۷.۵µm - ۵.۵ را جذب می‌کند. ارتعاشهای دیگری در آب وجود دارند که نور زیر قرمز با طول موج ۱۲µm را جذب می‌کند.
▪ متان
متان از نظر اهمیت در میان گازهای گلخانه‌ای پس از دی‌اکسید کربن و آب قرار دارد. در مقایسه با CO۲ به ازای هر مولکول اثر گرم شدن کره زمین با افزایش متان ۲۳ برابر بیشتر از اثر مربوط به CO۲ است. اما امروزه افزایش مولکولهای CO۲ ۸۰ تا ۹۰ برابر افزایش مولکولهای متان می‌باشد. بنابراین اهمیت متان در گرم شدن کره زمین کمتر است.
● روش پیشگیری از مکانیسم گلخانه‌ای افزوده
▪ جایگزین کردن سوختهایی مثل نفت و زغال سنگ در نیروگاهها با گازهای طبیعی برای کاهش CO۲
▪ حذف کردن شیمیایی CO۲ خروجی از نیروگاهها توسط دوغابی از کلسیم سیلیکات
کلسیم سیلیکات
▪ حذف متان از طریق واکنش با رادیکالهای آزاد هیدروکسیل
▪ دفن بهداشتی زباله‌ها برای کاهش انتشار متان از واپاشی غیرهوازی زباله‌ها
گازهایی مثل کلروفلوئوروکربنها ، دی‌اکسید نیتروژن و سایر آلاینده‌ها هم در ایجاد اثر گلخانه‌ای افزوده تأثیر دارند.