از کجا می دانیم زمین دچار تغییر اقلیم شده است؟

طی تاریخ طولانی زمین، دمای سیاره ما بطور دوره ای افزایش و کاهش پیدا کرده است. بنابراین چرا افزایش اخیر دما و پدیده ای که با نام گرمایش جهانی شناخته می شود، تا این حد باعث بروز نگرانی شده است؟ آیا واقعاً انسان در این میان مقصر است؟

در این مقاله شما می توانید پاسخ این پرسش ها را با توجه به تحقیقات دانشمندان و اندازه گیری های ماهواره ای مطالعه نمایید.

روزگاری درختان نخل زمین های قطبی شمال زمین را زیر چتر خود گرفته بودند و کروکودیل ها در سواحل آلاسکا حمام آفتاب می گرفتند. در هیچکدام از قطب های زمین حتی تکه ای یخ پیدا نمی شد و میانگین دمای سیاره حدود 23 درجه سلسیوس بود (میانگین امروزی 14.6 درجه است). این چشم انداز زمین در 56 میلیون سال پیش بود؛ دورانی که با نام «بیشینه دمایی پالئوسن – ائوسن» شناخته می شود. از این منظر، گرمایش جهانی موضوع تازه ای برای سیاره زمین نیست.

امروزه، زمین یکبار دیگر قدم در مسیر گرم شدن نهاده است. از سال 1880، میانگین دمای سیاره به اندازه 0.8 درجه سلسیوس افزایش پیدا کرده و طی 20 سال اخیر هم به شدت اوج گرفته است. همزمان که سیاره ما گرم تر می شود، اقیانوس ها این حرارت اضافی را می بلعند که باعث افزایش دمای آب های سطحی به میزان یک درجه سلسیوس (در مقایسه با 140 سال پیش) شده است. بالا رفتن دمای آب سبب افزایش سطح آب دریاها هم می شود، بطوریکه در قرن بیستم میانگین سطح آب دریاهای آزاد حدود 17 سانتیمتر بالا آمده است.

همزمان و روی خشکی، یخچال ها و ورقه های یخی سراسر زمین در حال ذوب شدن هستند. اندازه گیری های ماهواره ای نشان می دهد از سال 1994 به این سو، بیش از 400 میلیارد تن از یخ یخچال ها ناپدید شده است. روی دریاها هم وضعیت بهتر نیست. تصاویر و اندازه گیری های ماهواره ای نشان می دهد مساحت زیر پوشش اقیانوس منجمد شمالی با نرخ یک درصد در سال در حال عقب نشینی است. وضعیت چنان اسفبار است که عبور از «گذرگاه شمال غربی» این اقیانوس یخ زده طی سال های اخیر علاوه بر یخ شکن ها، حتی برای کشتی های عادی هم به سهولت امکان پذیر شده است.

چه اتفاقی در حال رخ دادن است؟

تمام این شواهد و اندازه گیری ها نشان می دهد سیاره ما در حال گرم شدن است، اما چه چیزی مشغول هل دادن دما به سمت بالا و زیاد شدن است؟ طی آخرین دوران گرمایش زمین، کربن دی اکسید مقصر اصلی بود. تقسیم شدن ابرقاره «پانگه آ» آغازگر این گرمایش بود؛ همزمان با پاره شدن خشکی ها، آتشفشان ها در محل شکاف ها سر برآوردند و فوران های آنها باعث پراکنده شدن کربن دی اکسید در سراسر زمین شد.

بخار آب، متان، اکسیدهای نیتروژن و ازون و کربن دی اکسید با عنوان گاز گلخانه ای شناخته می شوند، این گازها گرما را در جو زمین به دام می اندازند و با جذب گرمای برخاسته از سطح زمین، باعث گرم شدن سیاره می شوند. بدون وجود گازهای گلخانه ای، میانگین دمای سطح زمین به زیر صفر درجه خواهد رسید و تغییرات شَدید دمایی را بین روز و شب تجربه خواهد کرد.

اثر گلخانه ای، زمین را به سیاره ای سکونت پذیر تبدیل کرده است، اما شواهد زمین شناسی نشان می دهد حتی تغییرات اندک در نسبت گازهای گلخانه ای جو زمین می تواند اثرات بزرگی روی اقلیم سیاره داشته باشد. دانشمندان عقیده دارند در دوران بیشینه دمایی پالئوسن – ائوسن، آتشفشان ها حدود پنج میلیارد تن کربن دی اکسید را به درون جو زمین پمپ کردند که باعث افزایش شش درجه ای دمای سیاره طی بازه ای بیست هزار ساله شد و ظاهراً هیچ نتیجه فاجعه باری به دنبال نداشت. بنابراین چه دلیلی دارد که در عصر حاضر، درباره افزایش 0.8 درجه ای میانگین دمای جهانی این همه هیاهو به پا شده است؟

پاسخ دو کلمه است : «سرعت تغییرات».
در سال هایی که به بیشینه دمایی پالئوسن – ائوسن ختم شد، دمای سیاره در هر قرن تنها حدود 0.025 درجه سلسیوس گرم تر شد. امروزه گرماسنج زمین با نرخ یک درجه سلسیوس در هر قرن در حال بالا رفتن است که 40 برابر سریع تر از آن دوران است. در همین حال اندازه گیری ها نشان می دهند در قرن بیست و یکم، سوزاندن سوخت های فسیلی سالانه حدود 35 میلیارد تن کربن دی اکسید را در جو زمین منتشر می کند. در مقابل، میزان کربن دی اکسید منتشر شده بوسیله آتشفشان ها تنها 0.2 میلیارد تن در سال است.

آغاز ماجرا

رابطه بین سوزاندن سوخت های فسیلی و تغییر اقلیم زمین بیش از یک قرن پیش کشف شد. سال 1896، دانشمندی سوئدی به نام سوانت آرنیوس (Svante Arrhenius) کشف کرد انقلاب صنعتی باعث تغییر شیمی جو زمین شده است و محاسبه کرد چطور انتشار کربن دی اکسید در آینده ممکن است دمای سطحی زمین را تغییر دهد. آرنیوس نشان داد سوزاندن زغال سنگ به میزان چشمگیری باعث افزایش سطح کربن دی اکسید جو شده و تخمین زد که دو برابر شدن کربن دی اکسید باعث خواهد شد دما حدود چهار درجه سلسیوس افزایش پیدا کند؛ عددی که چندان متفاوت با پیش بینی های مدل های هواشناسی امروزی نیست.

پیش بینی گرمایش جهانی کار نسبتاً ساده ای بود، اما در واقع اندازه گیری آن است که کار چندان سر راستی نیست. علت این است که آب و هوای زمین تحت تاثیر عوامل بی شماری قرار دارد که ابرها، پوشش برف و یخ سطحی، فعالیت های آتشفشانی، دمای اقیانوس ها، شار پرتوهای کیهانی، فاصله زمین از خورشید و چرخه لکه های خورشیدی تنها تعدادی از آنها هستند. تغییرات دائمی در تمامی این عوامل سبب بالا و پایین شدن همیشگی اقلیم زمین می شود. به همین دلیل، جداسازی تاثیر افزایش انتشار کربن دی اکسید بر نوسان های طبیعی دائمی اقلیم سیاره کار بسیار دشواری است؛ اما مطالعات گوناگون نشان داده اند که بین دمای جهانی و میزان کربن دی اکسید جو رابطه محکمی وجود دارد.

جدی شدن ماجرا

سال 1938، مهندس و هواشناس آماتور انگلیسی گای کلندر (Guy Callendar) اندازه گیری های دمایی مربوط به 147 ایستگاه هواشناسی سراسر زمین را جمع آوری کرد تا بررسی کند آیا زمین واقعاً در حال گرم شدن است یا خیر. اگرچه کلندر هیچ داده ای از قطب شمال، جنوبگان یا اقیانوس های زمین نداشت اما نشان داد سیاره ما طی 50 سال گذشته حدود 0.3 درجه سلسیوس گرم تر شده است.

محاسبات کلندر بحث و منازعه درباره تاثیر انتشار کربن دی اکسید بر اقلیم زمین را دوباره شعله ور کرد، اما مدارک او نتوانست مردم را قانع کند. بخشی از آن به این دلیل بود که گرمایش جهانی حدود سال 1940 دچار وقفه شد و دمای زمین تا میانه های دهه 1970 ثابت باقی ماند. علاوه بر این، بیشتر دانشمندان عقیده داشتند اقیانوس های زمین، بخش عمده اضافه انتشار کربن دی اکسید را در خود جذب و اثر آن را پاک می کنند.

این نگرش آرام، و بی خیالی نسبت به انتشار کربن در سال 1957 شروع به تغییر کرد؛ پس از آنکه دو دانشمند آمریکایی به نام های راجر رویل (Roger Revelle) و هانس سوس (Hans Suess) تصمیم گرفتند با استفاده از روش «سن یابی رادیو کربن»، طول عمر مولکول های کربن را در اقیانوس ها ردگیری کنند. آنها نشان دادند بخش عمده کربن دی اکسید جذب شده بوسیله اقیانوس ها تبخیر می شود و تنها طی چند سال، دوباره به جو زمین باز می گردد.

راهنمایی: سن یابی رادیو کربن ابزاری برای محاسبه سن هر چیزی که در ساختارش کربن وجود دارد، است. اینکار با اندازه گیری میزان پرتوزایی کربن انجام می گیرد که در اواخر دهه 1940 توسعه داده شد.

یک سال بعد، دانشمند آمریکایی دیگری به نام چارلز کیلینگ (Charles Keeling) اندازه گیری غلظت کربن دی اکسید جو را در منطقه دور افتاده رصدخانه­ مونالوا (Mauna Loa) در هائیتی آغار کرد. اندازه گیری های اولیه او وجود یک چرخه فصلی قدرتمند را آشکار کرد. طبق این چرخه، سطح کربن دی اکسید در هر تابستان به شدت افت می کرد، زیرا گیاهان این گاز را جذب می کردند. خوشبختانه، کیلینگ پول کافی جمع کرده بود تا اندازه گیری هایش را ادامه دهد و در سال 1961 موفق شد نشان دهد در کنار این چرخه فصلی، سطح کربن دی اکسید جو با نرخ ثابتی در حال افزایش است. امروزه، آزمایش طولانی مدت کیلینگ مهم ترین مدرک قانع کننده ای است که نشان می دهد فعالیت های انسانی باعث افزایش سطح کربن دی اکسید جو شده است.

تغییر غیر طبیعی

افزایش سطح کربن دی اکسید به تنهایی ثابت نمی کرد اقلیم زمین در حال تغییر است یا اینکه بشر مسئول این رخداد است؛ شواهد محکم تری برای این مسئله مورد نیاز بود. از میانه دهه 1970 و پس از 35 سال وقفه، دمای جهان دوباره رو به فزونی گذاشت. باور فعلی دانشمندان این است که طی این دوره، دوده و ذرات ناشی از سوزاندن سوخت های فسیلی با بازتاب بخش بیشتری از تابش خورشید به درون فضا مسئول سرکوب دمای زمین بودند.

طی دهه 1980، کماکان شک و تردید زیادی درباره صحت گرمایش جهانی وجود داشت، اما صداهای مخالف قدرتمندی هم در این دوران بلند شد. سال 1988، هواشناس آمریکایی جیمز هانسن (James Hansen) نخستین مدل پیش بینی هواشناسی جهان را تولید کرد. همان سال، او در جلسه ای در کنگره آمریکا، این گونه شهادت داد : «99 درصد اطمینان وجود دارد که روند گرمایشی فعلی یک نوسان طبیعی نیست، بلکه نتیجه انباشته شدن کربن دی اکسید و دیگر گازهای حاصل از فعالیت های بشر در جو زمین است». بعضی سیاستمداران، از جمله نخست وزیر انگلستان «مارگارت تاچر» (که مدرک دانشگاهی در رشته شیمی داشت) قانع شده بودند که تهدیدی جدی وجود دارد. در سخنرانی سال 1989 در سازمان ملل، تاچر گفت : «ما شاهد افزایش وسیع میزان کربن دی اکسید هستیم که وارد جو زمین می شود. نتیجه این رخداد، تغییری در آینده است که به احتمال فراوان بنیادی تر و گسترده تر از هر چیزی است که تاکنون شاهد آن بوده ایم». در همان زمان، تاچر خواستار ایجاد پیمانی بین المللی در زمینه تغییر اقلیم و گرمایش جهانی شد.

اما بسیاری دیگر به این پیش بینی ها باور نداشتند و اصرار می کردند تغییرات ایجاد شده در آب و هوای زمین تنها بخشی از یک تغییر پذیری طبیعی است. سال 1988، هیئت بین دولتی تغییرات اقلیمی (IPCC) ایجاد شد تا به پایش و ارزیابی مدارک و شواهد درباره تغییرات اقلیم و آب و هوای زمین بپردازد. نزدیک 20 سال طول کشید تا IPCC مدارک کافی را جمع آوری کند و در سال 2007 بطور قطعی اعلام کرد که بسیار نامحتمل – کمتر از 5 درصد محتمل – است که نوسان های طبیعی باعث تغییراتی شده باشند که ما شاهد آن هستیم. در گزارش ارزیابی چهارم این هیئت که سال 2007 منتشر شد، چنین آمده است : «بسیار محتمل است (بیش از 95 درصد) که فعالیت های بشری تاثیر بنیادینی در گرم شدن کلی زمین از سال 1750 به این سو داشته اند.»

مهم ترین نگرانی

امروزه مهم ترین نگرانی این است که بشر تا چه میزان در گرمایش جهانی مقصر است و در صورت ادامه این روند، سرنوشت سیاره چه خواهد شد. در دهه 1960، دانشمند انگلیسی به نام جیمز لاولاک (James Lovelock) نظریه ای مرسوم به «نظریه گایا» را ارائه کرد. طبق این نظریه، زمین یک سامانه زنده است و حیات روی آن با محیط اطرافش تعامل می کند تا سیاره را سکونت پذیر نگاه دارد. نظریه گایا در ابتدا مورد تمسخر منتقدان قرار گرفت، اما به مرور زمان موفق شد اعتبار زیادی را برای خود کسب کند. امروزه بخشی از جامعه علمی نگران است که در صورت اعمال فشار بیش از حد به سیاره، چه اتفاقی رخ خواهد داد. نظریه گایا پیشنهاد می کند تغییرات اقلیمی همیشه به آرامی رخ نمی دهد و باید انتظار جهش های ناگهانی را داشت. این تغییرات غیر منتظره با عنوان «نقاط اوج» خوانده می شوند. برای مثال، این نگرانی وجود دارد اگر قطب شمال به اندازه کافی گرم شود، حباب های متان خاک یخ زده آن آزاد خواهند شد. عواقب چنین جهش عظیمی در میزان گازهای گلخانه ای به احتمال فراوان بسیار سریع نمود پیدا می کند و ممکن است منجر به تغییرات اقلیمی غیر قابل بازگشت شود.

راهنمایی: نقطه اوج، تغییر ناگهانی و غیر منتظره در اقلیم سیاره از یک وضعیت پایدار به وضعیت پایدار دیگر است. بعضی نقاط اوج غیر قابل بازگشت هستند؛ مانند واژگون شدن لیوان پُر از آب که برگرداندن لیوان به حالت اول باعث نمی شود آب هم به درون لیوان بازگردد.

زمین پیشتر هم شاهد اقلیم های افراطی بوده است، اما اقلیم آن هیچگاه با سرعت امروزی رو به تغییر نبوده است. سال 1957، راجر رویل این طور نوشت: «نژاد انسان در حال اجرای یک آزمایش ژئوفیزیکی در مقیاس سیاره زمین است.» امروزه این آزمایش ادامه دارد، اما ما هنوز درباره خروجی آزمایش و اتفاقی که ممکن است رخ دهد، دانش اندکی داریم.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «از کجا می دانیم زمین دچار تغییر اقلیم شده است؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله محمود حاج زمان در مجله دانستنیها، به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.