المحاضرة الرابعة

لقد إزدادت نسبة أوكسيد النتروز في الهواء بين 298 جزء" في البليون عام 1976 لتبلغ 305 جزء" في البليون عام 1995. ويفوق غاز ثاني أوكسيد الكاربون وغاز الميثان في معدل الزيادة السنوية لأوكسيد النتروز بحوالي 3 مرات للأول و 35 مرة للثاني ، مما يدل على بطيء معدلات زيادته السنوية بالمقارنة مع الغازات الأخرى. ويمتص هذا الغاز الأشعة الحرارية التي ترتد من سطح الأرض والتي تتراوح طول موجاتها بين( 7 – 13) مايكرون ، وتفوق فعالية كل جزء منه فعالية كل جزء من غاز ثاني أوكسيد الكاربون بحوالي 270 مرة ، وغاز الميثان بحوالي 17 مرة ، مما يؤكد دوره وفعاليته في حدوث الإحتباس الحراري.

4- مركبات الكلوروفلوروكربون CFC5 :
وتعد من المركبات الصناعية التي تستخدم في أجهزة التكييف ، وكمادة دافعة في علب الرش ورغوة إطفاء الحرائق ، وتتبخر هذه المركبات عند درجة حرارة تتراوح بين صفر و 40 ْم تحت الصفر.
وتمتص هذه المركبات الأشعة الحرارية المرتدة من سطح الأرض التي تبلغ طول موجاتها 10,8 مايكرون ، وتفوق فعالية الجزيء الواحد من هذه المركبات في حدوث الإحتباس الحراري فعالية الجزيء الواحد من غاز ثاني أوكسيد الكاربون بحوالي عشرة آلاف مرة ، ولها فعالية مرتفعة جدا" تفوق فعالية الغازات الأخرى.











الخصائص المناخية المؤثرة في ظاهرة الإحتباس الحراري

1-التيارات الهوائية الهابطة:
يعد من البديهي أن الهواء يصعد عامة في منطقتين أساسيتين ، هما منطقة الضغط المنخفض الإستوائي ومنطقة الضغط المنخفض الدائم في العروض دون القطبية ، حيث تكون مثل هذه المناطق طاردة للملوثات الهوائية ، فيما يهبط في منطقتين هما منطقة الضغط المرتفع في العروض الوسطى والمنطقة القطبية. وتحدث حالات الإحتباس الحراري في مناطق العروض الوسطى ، أي (المناطق المحصورة بين خط عرض 30 ْ- 60 ْ شمالا" وجنوبا") ، وذلك بسبب التيارات الهوائية الهابطة التي تحجز الغازات والملوثات تحتها ، وتتميز هذه التيارات بإرتفاع درجة حرارتها بسبب الكبس المسلط عليها من الطبقات العليا ، وحال نزوله إذا إرتفعت درجة حرارته فوف درجة حرارة الهواء الموجود تحته ، فإن ذلك يولد ما يعرف بـ (الإنقلاب الخمودي) ، وترافق هذه الظروف أجواء صافية قليلة المطر. وإذا تزامن وجود الملوثات الهوائية مع هذه الظروف الجوية وقعت الكوارث البشرية ، ويحصل إختناق لكثير من سكان المدن الصناعية في المناطق المحصورة بين هذين الدائرتين ، مثل كاليفورنيا ولندن ولوس أنجلوس وكندا واليابان وغيرها من الأقاليم الصناعية التي تقع ضمن هذا الموقع الفلكي.
ويساعد طول النهار وتوفر الأشعة الشمسية وصفاء الجو على تكوين تفاعلات ضوء كيميائية ، وينتج عنها ما يسمى بالضباب الضوء كيميائي ، الذي يرتبط بصورة عامة بمدينة لوس أنجلوس الأمريكية ، ويرافق ذلك توفر الغازات الدفيئة والمواد الهيروكاربونية وأوكسيد النتروجين التي تعتبر عامل أساسي في وقوع المشكلة البيئية. وتعتبر حالات الإستقرارية وإنخفاض سرعة الرياح وقلة الغيوم وصفاء الجو من الظروف المرافقة للتيارات الهابطة ، حيث يعيقان تبعثر الملوثات في طبقات الجو.


2-الإختلاط الرأسي وسرعة الرياح

تتخذ دورة الهواء داخل الغلاف الجوي نظامين هما الأفقي ( السطحي) والنظام الرأسي (حركة الهواء الصاعد والهابط )، وبطبيعة الحال أن تنتقل الملوثات مع هذه الحركة الأفقية والرأسي.
أن ظواهر الإضطراب والتيارات الدوامة مسؤولة عن حدوث عملية الإختلاط والإنتشار من الإتجاه العمودي والأفقي (الجانبي) ، وهذا التأثير خاضع لعدد من التيارات الدوامية المختلفة ، فالتيارات الكبيرة تتبع عموما" تيارات دوامية أصغر تكفي لحركة وانتقال الجزيئات الملوثة وتبعثرها ، وتؤدي هذه العملية إل تخفيف تركيز الملوثات الهوائية في جو المدن عن طريق رفعها إلى الأعلى وتبديدها في الفضاء حتى يقل تركيزها وإبعاد خطرها عن طبقة التروبوسفيرالتي يعيش فيه الإنسان والكائنات الحية.
كما أن سرعة الرياح واتجاهها يؤثران بشكل كبير في تركيز نسبة الملوثات ، حيث يتناسب تركيز الملوثات في الغلاف الغازي تناسبا" عكسيا" مع سرعة الرياح ، فكما ازدادت سرعة الرياح كلما قلت نسبة تركيز الملوثات ، وتساعد حركة الرياح الأفقية على نقل الغازات الملوثة إلى أقاليم أخرى بعيدة عن منطقة المصدر، ومن ثم اختلاطها مع رياح جديدة ، وبالتالي تقليل التراكيز السمية لها.
إما إنخفاض سرعتها أو ما يسمى ( الأحوال الجوية المستقرة) فتؤدي إلى حدوث ضعف في عملية الاختلاط الهوائي ، فتنشأ عنها بعض الظواهر الجوية ، كالضباب والندى وخاصة إذا توافرت الرطوبة الجوية. وتحدث الكوارث البيئية التي تسببها ظاهرة الاحتباس الحراري في الأيام التي يكون فيها إرتفاع الحركة الرأسية للهواء (الإختلاط الرأسي) أقل من 1500م ، وسرعة الرياح أقل من 4م/ثا ، أي حوالي 15كم/ساعة ، وتكون غير مصاحبة بأمطار ، وهي ما تسمى بـ (الأيام الحدثية).

3- الإنقلابات الإشعاعية:
يحدث هذا النوع في مناطق العروض العليا والمناطق الأخرى الباردة بفضل عوامل جوية تساعد على تكوين الإنقلاب أو الإنعكاس الحراري ، ويسمى هذا النوع بالإنقلاب الحراري المناخي أو الإنقلاب الإشعاعي.
ففي ليال الشتاء الساكنة والصافية يبرد سطح الأرض عن طريق الإشعاع الحراري، وبهذه العملية تبرد طبقة الهواء الملامس لسطح الأرض. ففي الحالة الإعتيادية تتناقص درجة الحرارة كلما إرتفعنا للأعلى إعتبارا" من سطح الأرض، لكن هنا تصبح العملية معاكسة للعملية السابقة (الهبوط الحراري)، إ ذ تنخفض درجة الحرارة حتى إرتفاع محدد من سطح الأرض، ولن تسمح كتلة الهواء المستقرة فوق طبقة الهواء البارد والقريبة من سطح الأرض بالتبادل الشاقولي للهواء محدثة بذلك إنقلاب جوي، ويكون إرتفاع الطبقة الحاجزة ضئيلا"، فهي تقع عادة" على إرتفاع 200 م أو أقل من ذلك. وعندما تقوم الشمس بتدفئة الأرض خلال النهار ، تدفيء الغلاف الجوي السفلي، فتكون طبقة يحدث عندها إختلاط في الجو، وفجأة" تتحرر الملوثات التي كانت محجوزة في الغلاف الجوي خلال الطبقة الحاجزة. والإنقلاب الشعاعي ذا أهمية كبيرة في الشمال الأقصى أثناء الليل القطبي الطويل، فقد يبقى أسابيع عدة، ويساهم في أماكن كثيرة مثل آلاسكا وكندا بقدر كبير في إحداث تلوث الهواء، وتزداد هذه الظاهرة خطورة في العروض القطبية المغطاة بالثلوج، حيث يرتد الإشعاع الشمسي بشدة وينجم عن ذلك إنخفاض في درج حرارة الهواء الملامس للأسطح الثلجية، في حين ترتفع درجة حرارة الهواء كلما إرتفعنا للأعلى، ويسمى هذا بالإنقلاب الحراري الثابت، وإذا ما تزامن مع هذا الظرف وجود مصادر لانبعاث الملوثات، تتراكم الغازات الدفيئة تحت هذه الطبقة، وتسبب حجزا" أو احتباس لها مما ترفع درجة الحرارة في هذه المناطق.

4- الرطوبة (الأمطار والضباب):
لرطوبة الهواء تأثيرا" كبيرا" في توزيع كمية الدخان بالجو، وأن نسب تركيز الدخان تزداد عند إرتفاع كمية الضباب، ومن الملاحظ أن هنالك قاعدة عامة ترتفع فيها نسبة تركيز الملوثات بإرتفاع نسبة الرطوبة في الهواء، غير أن ذلك لا ينطبق على كل الغازات، فمثلا" أن تركيز نسبة الكلور تنخفض بإرتفاع نسبة الطوبة في الهواء، في حين ترتفع نسبة السخام وثاني أوكسيد الكبريت. وفي الأجواء الرطبة مثل مدينة البصرة وفي فصل الصيف على وجه الخصوص، فأن الجو يكون مرهقا"، ويتجمع تحت الطبقة الهوائية الرطبة الغبار والدخان، مما يضعفان الرؤيا. وقد تتكاثف الطوبة سحبا" ركامية صغيرة ومبعثرة ثم تكبر وتتصل وتنتشر تحت القاعدة ، ويكون نموها منا الأعلى إلى الأسفل، وإذا سقطت مطرا" فيكون ملوثا" بجسيمات الغبار والدخان. وغالبا" ما تكون الأجواء الضبابية مصحوبة بدرجة عالية مت التلوث الهوائي.
وبصورة عامة تؤدي هاتين الظاهرتين إلى إسقاط جزيئات العناصر الملوثة العالقة في الجو وإشراكها معها في تفاعلات كيميائية يكون الماء العنصر الفعال في هذا التفاعل، ومن ثم إسقاطها على الأرض بشك ملوثات سائلة أقل خطورة من الملوثات التي يستنشقها الإنسان ويكون تأثيرها مباشرا".

5- الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة:
يعد الإشعاع الشمسي المصدر الرئيسي لتسخين سطح الأرض، وهو عبارة عن أشعة كهرومغناطيسية تتحول إلى طاقة كيميائية، وتعتبر الأساس في حدوث التفاعلات الضوء كيميائية للغازات الملوثة المنتشرة في الجو. وتوجد علاقة طردية بين كمية وقوة الإشعاع الشمسي وكمية وخطورة التفاعلات الضوء كيميائية للملوثات، حيث يزداد نشاط التفاعلات الكيميائية مع شدة الإشعاع الشمسي، وبذلك يكون لشدة ومعدل ساعات السطوع اليومي أثر كبير في حدوث عملية الإحتباس الحراري ، كما أن الإشعاع الأرضي يشكل جانب آخر مؤثر في حدوث هذه الظاهرة، وهو يتمثل بكونه أشعة مظلمة تحمل الحرارة فقط، ويبلغ أقصى معدل له بعد الظهر تقريبا"، فيما يبقى مستمرا" طوال اليوم، فكلما كانت ساعات السطوع طويلة كلما كان الإشعاع الأرضي أطول. وتعمل الغيوم والسحب الدخانية والغبار والغازات الملوثة وبخار الماء على التقليل من فقدان الإشعاع الأرضي وبصفة خاصة أثناء الليل وفي الطبقة السفلية من الجو وبالتالي فإن درجة الحرارة ترتفع كثيرا" بتأثير الإشعاع الأرضي المحجوز تحتها، ويظهر لدرجة الحرارة تأثير واضح في عملية الإحتباس الحراري. فهناك علاقة عكسية بين درجة الحرارة ونسبة تركيز الملوثات، حيث أن أكثر ما تصل إليه نسبة التلوث عندما تكون درجة حرارة الهواء منخفضة جدا" وخاصة في أوقات الشتاء لعلاقته برطوبة الهواء. ويلاحظ أن نسبة تركيز السخام وغاز ثاني أوكسيد الكبريت تزداد بنسبة أكثر من ربع الكمية في حال إنخفاض درجة الحرارة إلى الصفر المئوي.