4.4. تغییرات آب و هوایی

خه

مفاهیم

  • دی اکسید کربن و بخار آب مهمترین گازهای گلخانه‌­ای هستند.
  • گازهای دیگر از جمله متان و اکسیدهای نیتروژن تأثیر کمتری دارند.
  • تأثیر گازها به غلظت آن­‌ها در جو و همچنین توانایی گاز در جذب تشعشعات با طول موج بلند بستگی دارد.
  • زمین گرم­شده، تابشی با طول موج بلندتری (گرما) ساطع می‌کند.
  • تشعشعات با طول موج بلندتر توسط گازهای گلخانه­‌ای جذب می‌شوند و از این طریق گرمای موجود در اتمسفر را حفظ می‌کنند.
  • دمای کره زمین و الگوهای آب و هوایی تحت تأثیر غلظت گازهای گلخانه­ای هستند.
  • از آغاز انقلاب صنعتی (دویست سال پیش)، همبستگی بین افزایش غلظت دی اکسید کربن در اتمسفر و میانگین دمای کره زمین، بسیار مشهود است.
  • افزایش غلظت دی اکسید کربن در اتمسفر عمدتاً به دلیل افزایش استفاده از سوخت­‌های فسیلی است.

کاربرد علم

  • بین دمای کره زمین و غلظت دی اکسید کربن روی زمین، همبستگی وجود دارد.
  • ارزیابی ادعاهایی که بیان می­کنند فعالیت­‌های انسانی باعث تغییرات آب و هوایی نمی­‌شوند.
  • افزایش غلظت دی اکسید کربن محلول تهدیدی­ست برای زندگی مرجان­های صخره ساز.

ماهیت علم

  • بررسی ادعاها: ارزیابی ادعاهایی که بیان می­‌کنند فعالیت­‌های انسانی باعث تغییرات آب و هوایی نمی­‌شوند.

گازهای گلخانه­‌ای

دی اکسید کربن و بخار آب مهمترین گازهای گلخانه­‌ای هستند.

زمین به خاطر حضور گازهای گلخانه­‌ای گرما را در خود نگه می­‌دارد و دمایش بالا می­‌رود. اثر این گازها به شیشه‌­ای تشبیه شده است که گرما را در یک گلخانه حفظ می‌کنند، بنابراین آن­‌ها به عنوان گازهای گلخانه­‌ای شناخته می‌شوند، هرچند مکانیسم نگهداری گرما در گلخانه و زمین یکسان نیست.

دی اکسید کربن و بخار آب، گازهایی هستند که بیشترین تأثیر را در گرمایش زمین دارند.

  • دی اکسید کربن با تنفس سلولی در موجودات زنده و همچنین با سوختن زیست توده و سوخت‌­های فسیلی در اتمسفر آزاد می‌شود. دی اکسید کربن طی فرآیند فتوسنتز و با حل شدن در آب اقیانوس‌ها نیز از اتمسفر خارج می‌شود.
  • بخار آب در اثر تبخیر آب از سطح اقیانوس‌ها و همچنین تعرق گیاهان ایجاد می‌شود و توسط بارش باران و برف از اتمسفر خارج می‌شود.

آب پس از متراکم شدن و تشکیل قطرات آب مایع در ابرها، گرما را حفظ می‌کند. آب، انرژی گرمایی را جذب می‌کند و آن را به سطح زمین می‌تاباند و همچنین انرژی گرمایی برگشتی از سطح زمین را دوباره منعکس می‌کند. این مساله توجیه کننده علت سرمای بیشتر هوا در مناطقی است که آسمان صافی دارند و دما در آن‌ها نسبت به مناطقی که آسمان پوشیده از ابر است، بسیار سریع­تر کاهش می­‌یابد.

سایر گازهای گلخانه­‌ای

گازهای دیگر از جمله متان و اکسیدهای نیتروژن تأثیر کمتری دارند.

اگرچه دی اکسید کربن و بخار آب مهمترین گازهای گلخانه­‌ای هستند، اما گازهای دیگری نیز وجود دارند که تأثیرات کمتر اما قابل توجهی روی گرمایش زمین دارند.

  • متان سومین گاز گلخانه­‌ای است. این گاز از باتلاق‌ها، زیستگاه­‌های اشباع از آب، محل­‌های دفن زباله­‌های آلی، هنگام استخراج سوخت­‌های فسیلی و از ذوب شدن یخ در مناطق قطبی آزاد می‌شود.
  • اکسید نیتروژن یکی از گازهای گلخانه‌­ای است که به طور طبیعی توسط باکتری‌ها در برخی از زیستگاه‌ها و همچنین توسط کشاورزی و اگزوز وسایل نقلیه آزاد می‌شود.

دو گاز فراوان موجود در جو زمین، اکسیژن و نیتروژن، گاز گلخانه­‌ای نیستند زیرا تشعشعات با طول موج بلندتر را جذب نمی­‌کنند. بنابراین گازهای گلخانه­‌ای کمتر از 1درصد گازهای اتمسفر را تشکیل می‌دهند.

خه
شکل شماره 1. تصویر ماهواره‌ای از طوفان اندرو در خلیج مکزیک. افزایش احتباس گرما توسط گازهای گلخانه‌ای تعداد و شدت توفان‌ها افزایش می‌یابند.

ارزیابی اثر گازهای گلخانه­‌ای

تأثیر گازها به غلظت آن­‌ها در جو و همچنین توانایی گاز در جذب تشعشعات با طول موج بلند بستگی دارد.

دو عامل به طور همزمان میزان تأثیر گاز گلخانه‌­ای را در گرم شدن زمین تعیین می‌کنند:

  • چگونگی جذب تشعشعات با طول موج بلند توسط گاز
  • غلظت گاز در جو

برای درک بهتر این مساله به این مساله توجه کنید: یک مولکول متان نسبت به یک مولکول دی اکسید کربن بیشتر باعث افزایش دما می‌شود اما چون غلظت متان در اتمسفر بسیار کمتر از دی اکسید کربن است، بنابراین تأثیر آن در گرمایش جهانی نیز کمتر است.

غلظت یک گاز، به سرعت آزاد شدن آن در اتمسفر و مدت زمان باقی ماندن در جَو بستگی دارد. سرعت ورود بخار آب به جو بسیار سریع است اما به طور متوسط ​​فقط 9 روز در آن­جا باقی می‌ماند در حالی که متان دوازده سال و دی اکسید کربن به مدت طولانی تری می‌توانند در جو باقی بمانند.

انتشار تشعشعات با طول موج بلند از زمین

زمین گرم شده، تشعشعاتی با طول موج بلندتر (گرما) ساطع می‌کند.

سطح گرم شده زمین، انرژی امواج کوتاه خورشید را جذب می‌کند و سپس آن را دوباره با طول موج­‌های بلندتر ساطع می‌کند. بیشتر امواج منتشر شده، از نوع فروسرخ است و حداکثرطول موج آن 10 هزار نانومتر است. حداکثر طول موج پرتوهای خورشید 400 نانومتر است. شکل شماره 2، دامنه طول موج پرتوهای خورشید که از جو عبور می‌کند تا به سطح زمین برساند و آن را گرم کند (قرمز) همچنین دامنه طول موج بسیار بلندتر ساطع شده از زمین که از جو می‌گذرد (آبی) را نشان می‌دهد. منحنی­‌های قرمز و آبی طیف وسیعی از طول موج‌هایی که از سطح گرم­‌شده زمین و خورشید ساطع می‌شود را نشان می‌دهند.

خها

نظریه علم

سوالات در رابطه با واقعیت علمی پدیده­‌ها وجود دارد. این حقایق چه نتایج و تأثیری روی فهم عمومی و درک علمی دارد؟

بیشتر مواردی که در علم بررسی می­‌شود شامل موجودات و مفاهیمی فراتر از تجربه روزمره جهان است، مانند طبیعت و رفتار تابش الکترومغناطیسی یا تجمع گازهای نامرئی در جو.  متقاعد کردن عموم مردم به وجود چنین پدیده­‌هایی دشوار است. به ویژه هنگامی که پیامدهای پذیرش وجود آ­ن­‌ها با سیستم‌­های ارزشی یا اعتقادات بنیادی احتمالاً مغایرت داشته باشد.

 

گازهای گلخانه‌ای

تشعشعات با طول موج بلندتر توسط گازهای گلخانه‌­ای جذب می‌شود و به این طریق گرمای موجود در اتمسفر را حفظ می‌کند.

25 تا 30 درصد پرتوهای خورشید با طول موج کوتاه، که از جو عبور می‌کند قبل از رسیدن به سطح زمین جذب می‌شود. اکثر پرتوهای خورشیدی جذب شده، نور فرابنفش هستند که توسط لایه اوزون جذب می‌شود. 70 تا 75 درصد امواج خورشیدی عبوری از جو به سطح زمین می‌رسد و بیشتر آن­ها به گرما تبدیل می‌شود.

درصد بسیار بیشتری از تابش، بصورت امواجی با طول موجی بلندتر که از سطح زمین ساطع می‌شود قبل از اینکه به فضا منتقل شود جذب می‌شود. بین 70 تا 85 درصد این امواج، توسط گازهای گلخانه­‌ای موجود در اتمسفر جذب می‌شوند. این انرژی دوباره به سمت زمین برگردانده می­‌شود که در واقع اثر گرمایش کره زمین است که بدون آن، میانگین دما در سطح زمین حدود 18 درجه سانتی‌گراد خواهد بود.

حخن

گازهای گلخانه‌ای موجود در جو زمین فقط انرژی را در طول موج خاصی جذب می‌کنند. شکل شماره 4 میزان جذب کل تشعشعات توسط اتمسفر را نشان می‌دهد. در این نمودار نوارهای طول موج جذب شده توسط گازها به تنهایی نشان داده شده­است. طول موج­‌هایی که توسط زمین دوباره ساطع می‌شود بین 5 تا 70 نانومتر است. بخار آب، دی اکسید کربن، متان و اکسید نیتروژن همگی برخی از این طول موج‌ها را جذب می‌کنند، بنابراین هر کدام از آن­‌ها یک گاز گلخانه‌ای هستند.

نلع

گرمایش جهانی و غلظت دی اکسید کربن

بین دمای کره زمین و غلظت دی اکسید کربن روی زمین، همبستگی وجود دارد.

اگر غلظت هر یک از گازهای گلخانه‌ای در جو تغییر کند، می‌توان انتظار داشت که مقدار سهم آن در اثر گلخانه­‌ای نیز تغییر کند و دمای کره زمین افزایش یا کاهش یابد. این فرضیه را می‌­توان با استفاده از غلظت دی اکسیدکربن در جو نشان داد، زیرا به میزان قابل توجهی تغییر کرده است.

در گذشته برای بررسی غلظت دی اکسید کربن و درجه حرارت کره زمین، ستون­‌هایی از یخ در قطب جنوب حفر شده است. این یخ‌ها طی هزاران سال جمع شده­اند، بنابراین یخ­‌های عمقی­تر، قدیمی­تر از یخ‌­های نزدیک به سطح هستند. برای یافتن غلظت دی اکسید کربن می‌توان حباب­‌های هوای محبوس شده در یخ را استخراج و آن­ها را تجزیه و تحلیل کرد. دمای کره زمین را نیز می‌توان از نسبت ایزوتوپ­‌های هیدروژن موجود در مولکول­‌های آب استنباط کرد.

شکل شماره 5، نتایج مربوط به یک دوره 800 هزار ساله قبل از زمان حال را نشان می‌دهد. این داده‌ها از پروژه اروپا برای مغزه یخی[1] در قطب جنوب  (EPICA[2])بدست آمده است که از مرکز یخی حفر شده در گنبد C واقع در فلات قطب جنوب انجام شده است. در طول این نمودار، الگویی تکرار شده از سریع گرم شدن و به دنبال آن کند شدن کاهش دما وجود داشته است. بین غلظت دی اکسید کربن و دمای کره زمین رابطه بسیار شگفت انگیزی وجود دارد؛ دوره­‌هایی که غلظت دی اکسیدکربن بالا می‌رود، چندین بار با دوره‌­هایی که زمین گرمتر شده­‌است، همزمان شده­‌اند.

همین روند در مراکز یخی دیگر نیز مشاهده شده است. این نوع داده‌­ها با فرضیه­‌ای که بیان می­‌کند افزایش غلظت دی اکسیدکربن باعث افزایش اثر گلخانه‌ای می‌شود، مطابقت دارد. همبستگی دلیلی برای اثبات این ادعا نیست اما در این مورد با استفاده از نتایج سایر مطالعات می‌­توان گفت که دی اکسید کربن یک گاز گلخانه‌ای است. بنابراین حداقل برخی از تغییرات دمایی طی 800 هزار سال گذشته باید به دلیل افزایش و کاهش غلظت دی اکسید کربن در جو باشد.

ه9غ

طرح سوال مبتنی بر داده: ارتباط بین غلظت CO2 و دمای کره زمین

شکل شماره 6، غلظت­‌های دی اکسید کربن اتمسفری را نشان می‌دهد. خط قرمز، اندازه گیری مستقیم در رصدخانه ماونا لوا[1] را نشان می‌دهد. این نقاط غلظت دی اکسید کربن هوای محبوس شده در هسته­ یخ­‌های قطبی را نشان می­‌دهد.

شکل شماره7، مربوط به داده‌­های میانگین دمای جهانی است که توسط انستیتو مطالعات فضایی گودارد ناسا جمع آوری شده است. نقاط سبز نشان‌دهنده میانگین سالانه و منحنی قرمز مربوط به میانگین پنج ساله است. مقادیر همراه با انحراف از میانگین دما‌ها بین سال­‌های 1961 و 1990 ارائه شده است.

  • آیا اندازه‌­گیری غلظت دی اکسید کربن از مرکز یخ با اندازه گیری مستقیم در ماونا لوا مطابقت دارد؟ توضیح دهید.[2]
  • ارتباط بین تغییر غلظت دی اکسید کربن و دمای کره زمین را بین سال­های 1880 و 2008 مقایسه کنید. [2]
  • تغییر میانگین درجه حرارت جهانی را بین سال­‌های زیر تخمین بزنید:

الف) 1900 و 2000 [1]

ب) 1905 و 2005 [1]

  • الف) دلایل پایین آمدن درجه حرارت متوسط ​​جهانی برای چند سال در یک دوره با روند کلی افزایش دما را بیان کنید. [2]

ب) آیا کاهش غلظت دی اکسید کربن روی دمای کره زمین تأثیر می‌گذارد؟[2]

حاغ

خما

گازهای گلخانه‌ای و الگوهای آب و هوایی

دمای کره زمین و الگوهای آب و هوایی تحت تأثیر غلظت گازهای گلخانه‌ای است.

میانگین دمای زمین در صورت نبود گازهای گلخانه‌­ای بسیار کاهش خواهد یافت. با وجود گازهای گلخانه­‌ای میانگین دمای کره زمین 32 درجه سانتی‌گراد افزایش پیدا می­‌کند. اگر غلظت هر یک از گازهای گلخانه‌ای افزایش یابد، گرمای بیشتری حفظ می‌شود و انتظار می­‌رود که میانگین دمای جهانی افزایش پیدا کند.

این بدان معنا نیست که میانگین دمای جهانی با غلظت گازهای گلخانه‌ای متناسب است. عوامل دیگری از جمله چرخه میلانکوویچ[1] در مدار زمین و تغییر فعالیت لکه­‌های خورشیدی نیز روی گرم شدن زمین تأثیرگذار است. حتی در این صورت، افزایش غلظت گازهای گلخانه‌ای باعث ایجاد دمایی بالاتر از درجه حرارت متوسط ​​جهانی و همچنین ایجاد امواج گرمایی مکرر و شدیدتر می‌شود.

دمای کره زمین سایر جنبه‌­های اقلیمی و آب و هوایی را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهد. افزایش دما باعث افزایش تبخیر آب از اقیانوس‌ها می‌شود و بنابراین احتمالاً دوره‌­های بارندگی بیشتر و طولانی‌­تر خواهندشد و میزان باران به همراه رعد و برق و سایر انفجارهای شدید بسیار افزایش می‌یابد. علاوه بر این، افزایش دما در اقیانوس‌ها باعث می‌شود که طوفان­‌های استوایی و دیگر طوفان‌ها با سرعت و قدرت بیشتر و به دفعات شکل بگیرند.

عواقب افزایش دمای کره زمین به طور مساوی در سرتاسر دنیا گسترش نمی­‌یابد زیرا همه مناطق نسبت به قبل گرمتر نمی­‌شوند. اگر جریان آب اقیانوس اطلس شمالی آب گرم کمتری از گلف استریم[2] به شمال غربی اروپا برساند، ممکن است سواحل غربی ایرلند و اسکاتلند کاهش دمای شدیدی را تجربه کنند. توزیع باران نیز ممکن است تغییر کند و این تغییر باعث می­‌شود که برخی مناطق به سمت خشکسالی بروند و در مناطق دیگر دوره­‌های­ بارندگی­ شدید و حتی جاری شدن سیل شکل بگیرد. پیش بینی تغییر الگوهای اقلیمی و آب و هوایی بسیار نامشخص است، اما واضح است که فقط چند درجه گرم شدن دما می‌تواند تغییر فراوانی در الگوهای آب و هوایی زمین ایجاد کند.

طرح سوال مبتنی بر داده: پدیده شناسی[3](فنولوژی)

پدیده‌­شناسان، زیست‌شناسانی هستند که زمان فعالیت­‎‌های فصلی در حیوانات و گیاهان را مطالعه می­‌کنند؛ مانند باز شدن برگ درختان و تخم­گذاری پرندگان و… . این نوع داده‌­ها شواهدی پیرامون تغییرات آب و هوایی، از جمله گرم شدن کره زمین، ارائه می­‌دهند.

در آلمان از سال1951 هر سال، تاریخ رویش برگ­‌های جدید درختان شاه بلوط[4] در فصل بهار ثبت شده است و مقادیر منفی نشان می‌دهد که تاریخ رویش برگ­‌ها زودتر از زمان معمول ​​بوده است. نموداری که در شکل شماره 8 قرار دارد  تفاوت بین میانگین دمای هر سال در ماه مارس و آوریل و میانگین دمای کلی این دو ماه را نیز نشان می‌دهد. اطلاعات مربوط به دما از سوابق 35 ایستگاه آب و هوایی آلمان به دست آمده است.

  • سالی را مشخص کنید که در آن:

الف) برگ­‌ها زودتر باز شده‌­اند. [1]

ب) میانگین دما در مارس و آوریل در کمترین میزان خود بوده است. [1]

  • برای بررسی نتایج زیر از داده­‌های نمودار استفاده کنید:

الف) رابطه بین دما در ماه مارس و آوریل و تاریخ باز شدن برگ‌­های درخت شاه بلوط را بیان کنید. [1]

ب) آیا شواهدی از گرم شدن کره زمین در اواخر قرن 20ام وجود دارد؟ [2]

ما

صنعتی شدن و تغییرات اقلیمی

از دویست سال پیش و آغاز انقلاب صنعتی،همبستگی زیادی بین افزایش غلظت دی اکسید کربن در اتمسفر و میانگین دمای کره زمین وجود داشته ­است.

نمودار غلظت دی اکسیدکربن اتمسفر طی 800 هزار سال گذشته در شکل شماره 5 نشان داده شده­ است؛ نوسانات زیادی در این نمودار مشاهده می‌­شود. در طی سال‌های یخبندان­، غلظت دی اکسیدکربن به حدود ppm 180 کاهش یافت. این مقدار در طی دوره­‌های گرم بین دو دوره ی یخبندان[1] به  ppm300 افزایش یافت. بنابراین افزایش غلظت دی اکسیدکربن به نزدیک ppm 400، در این دوره بی سابقه بوده‌ است.

غلظت دی اکسیدکربن اتمسفر تا اواخر قرن هجدهم بین 260 تا 280 ppm بود و احتمالاً مربوط به زمانی است که غلظت­‌ها شروع به افزایش کردند اما چون این افزایش در ابتدا بسیار ناچیز بود، نمی­‌توان دقیقاً گفت که از چه زمانی افزایش غیر طبیعی غلظت‌ها شروع شد. احتمالاً این افزایش از سال 1950 شروع شده است.

در اواخر قرن هجدهم، انقلاب صنعتی در برخی کشورها در حال شروع بود اما تأثیر اصلی صنعتی شدن در سطح جهانی در نیمه دوم قرن بیستم بود که کشورهای بیشتری صنعتی شدند و سوختن زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی به سرعت گسترش یافت که منجر به افزایش سریع تر غلظت دی اکسید کربن در جو شد.

شواهد محکمی در مورد ارتباط بین غلظت دی اکسیدکربن اتمسفر و دمای کره زمین وجود دارد، اما همانطور که قبلاً توضیح داده شد، عوامل دیگری نیز می‌تواند در این پدیده تأثیرگذار باشند، بنابراین دما مستقیماً با غلظت دی اکسید کربن متناسب نیست. با این وجود، از آغاز انقلاب صنعتی، بین افزایش غلظت دی اکسید کربن اتمسفر و میانگین دمای کره زمین  همبستگی زیادی دیده می­‌شود.

مام

سوزاندن سوخت­‌های فسیلی

افزایش غلظت دی اکسید کربن در اتمسفر عمدتاً به دلیل افزایش استفاده از سوخت­‌های فسیلی است.

با گسترش انقلاب صنعتی از اواخر قرن 18، مقادیر زغال سنگ استخراج شده و سوزاندن آن افزایش یافت. سوزاندن زغال سنگ باعث انتشار دی اکسید کربن می‌شود. انرژی حاصل از سوزاندن زغال سنگ منبع گرما و انرژی را تأمین می‌کند. در قرن نوزدهم علاوه بر زغال سنگ، سوزاندن نفت و گاز طبیعی نیز به طور فزاینده­ای گسترش یافت.

افزایش استفاده از سوخت­‌های فسیلی از دهه 1950 به بعد بیشتر شد که همزمان با این دوره میزان دی اکسید کربن در جو نیز افزایش یافت. به نظر دشوار است که بتوان گفت سوزاندن سوخت­‌های فسیلی، یکی از علل مهم افزایش غلظت دی اکسید کربن در جو است که در 800 هزار سال گذشته به بالاترین سطح خود در زمین رسیده است

نظریه علم

چه عواملی سطح غیر قابل قبول خطر را مشخص می‌کند؟

در شرایطی که مردم در معرض خطر هستند، از دانشمندان خواسته شده تا در مورد تعیین سیاست‌ها یا محدودیت‌ها برای جبران خطر، به دولت‌ها مشاوره دهند. با توجه به اینکه ادعاهای علمی عمدتاً مبتنی بر مشاهدات تجربی است  بنابراین اثبات ادعای قطعی به طور مطلق دشوار است. اصل احتیاط در این مسایل بر این حقیقت استوار است  که وقتی عواقب بالقوه یک خطر طبیعی برای بشریت فاجعه بار است، اقدام برای محافظت از مردم باید بر اطمینان از وجود خطر مقدم باشد. اصل 15 بیانیه 1992 ریو در مورد محیط زیست و توسعه این اصل به این ترتیب بیان می‌کند:

در مواردي‌ كه‌ خطر ايجاد صدمات‌ جدي‌ يا جبران‌ناپذير به‌ محيط‌ زيست‌ وجود دارد، عدم‌ يقين‌ كافي‌ علمي‌ نبايد باعث‌ به‌ تعويق‌ انداختن‌ اقداماتي‌ كه‌ از نظر هزينه‌ كارآمد بوده‌ و لازمه‌ جلوگيري‌ از تخريب‌ محيط‌ زيست‌اند، شود.

 

 

طرح سوال مبتنی بر داده: مقایسه میزان انتشار CO2

نمودار میله­‌ای در شکل شماره 10، انتشار CO2 انباشته شده در سوخت­‌های فسیلی در منطقه اتحادیه اروپا و پنج کشور دیگر را بین سال‌های 1950 و 2000 نشان می‌دهد. همچنین میزان کل CO2 منتشر شده به خاطر نابودی جنگل‌ها و تغییر کاربری اراضی را نیز نشان می‌دهد.

  • به نظر شما دلایل انتشار بیشتر CO2 از سوزاندن سوخت­‌های فسیلی در ایالات متحده نسبت به برزیل چیست؟ توضیح دهید.[3]
  • میزان انتشار CO2 بین سال­‌های 1950 و 2000 در ایالات متحده بیش از هر کشور دیگری بوده است اما در سال2000 چهار کشور قطر، امارات متحده عربی، کویت و بحرین بیشترین سرانه انتشار CO2 را نشان داده‌­اند. به نظر شما دلایل این تفاوت چیست؟ پیشنهاد دهید. [3]
  • اگرچه انتشار CO2 حاصل از سوزاندن سوخت­‌های فسیلی در اندونزی و برزیل بین سال­‌های 1950 و 2000 نسبتاً کم بوده است، اما انتشار کل CO2 در این نواحی به طور قابل توجهی بیشتر بوده است. دلیل این امر چیست؟ [3]
  • با توجه به نمودار زیر، در سال 2000 استرالیا از نظر انتشار CO2 در رتبه هفتم جهان قرار دارد، اما با در نظر گرفتن همه گازهای گلخانه‌ای در رتبه چهارم قرار دارد. دلیل این تفاوت چیست؟ توضیح دهید. [1]

نان

بررسی ادعاها و دعاوی متقابل

بررسی ادعاها: ارزیابی ادعاهایی که بیان می­‌کنند فعالیت­‌های انسانی باعث تغییرات آب و هوایی نمی­‌شوند.

تغییرات اقلیمی بیشتر از هر حوزه دیگری از علوم، مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. جستجو در اینترنت خیلی سریع دیدگاه­‌های کاملاً متضادی را نشان می­‌دهد که بسیار واضح بیان شده است. مایکل کرایتون[1] نویسنده آمریکایی است که در کتاب خود با نام “وضعیت ترس[2]“، دانشمندانی که تغییرات اقلیمی را بیان می­‌کنند، تروریست­‌هایی تعریف می­کند که برای ارتقای شغل خود، آماده قتل عام هستند. چه دلیلی برای چنین مخالفت شدیدی با این دانشمندان وجود دارد؟ به چه دلیل دانشمندان با قدرت از یافته­‌های خود دفاع می‌کنند؟

پیرامون این سوالات بحث فراوان است و عوامل زیادی تأثیرگذار هستند؛ مانند اینکه:

  • دانشمندان آموزش دیده­‌اند تا در ادعاهای خود محتاط باشند و عقاید خود را بر اساس شواهد بنا کنند. در نتیجه از آن­‌ها انتظار می‌رود که اگر به داده‌­های خود اطمینان ندارند، آن را مطرح نکنند چرا که این اقدام باعث ایجاد این تصور می‌­شود که شواهد ضعیف‌تر از آن چیزی است که بتوان آن­ها را قطعی دانست.
  • الگوهای اقلیم جهانی بسیار پیچیده است و پیش بینی در مورد عواقب افزایش بیشتر غلظت گازهای گلخانه‌ای دشوار است. تغییرات عظیم ناگهانی در الگوهای اقلیمی، می‌تواند نقطه اوج باشد. این موضوع پیش بینی را دشوارتر می­‌کند.
  • عواقب تغییر الگوی اقلیم جهانی می‌تواند برای انسان و سایر گونه‌ها بسیار شدید باشد، بنابراین بسیاری احساس می‌کنند حتی اگر در تغییرات اقلیمی، عدم قطعیت وجود داشته باشد، نیاز به اقدام فوری است. شرکت‌ها از زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی سودهای کلانی کسب می‌کنند و منافع آ­ن­‌ها در این است که با سوزاندن سوخت­‌های فسیلی به رشد خود ادامه دهند. تعجب آور نخواهد بود اگر آن­‌ها برای تهیه گزارش­‌هایی که خطرات ناشی از تغییر اقلیم را به حداقل می‌رساند، هزینه پرداخت کنند.

مخالفت با علم تغییرات اقلیمی

ارزیابی ادعاهایی که بیان می­‌کنند فعالیت­های انسانی باعث تغییرات آب و هوایی نمی­‌شوند.

در روزنامه­‌ها، تلویزیون و اینترنت، ادعاهای بسیاری مبنی بر اینکه فعالیت­‌های انسانی باعث تغییر اوضاع نمی­‌شود، مطرح شده است. یک نمونه از این موارد:

“گرم شدن کره زمین در سال 1998 متوقف شد، با این وجود غلظت دی اکسید کربن همچنان در حال افزایش است، بنابراین انتشار دی اکسیدکربن در اثر فعالیت­‌های انسانی‌، باعث گرم شدن کره زمین نمی­‌شود.”

این ادعا، تاثیرپذیری دمای زمین نسبت به عوامل زیادی از جمله غلظت گازهای گلخانه‌ای را نادیده می‌گیرد. فعالیت  چرخه­‌های آتشفشانی و جریان اقیانوس‌ها، به طور متوالی باعث ایجاد تغییرات قابل توجهی می­‌شود. به دلیل چنین عواملی، سال 1998 به طور غیرمعمول یک سال گرم بود و همچنین به همان دلایل برخی از سال­‌های اخیر سردتر از آن زمان بوده است. گرم شدن کره زمین همچنان ادامه دارد اما هر ساله به طور مساوی افزایش نمی­‌یابد. انسان با سوزاندن سوخت­‌های فسیلی در حال انتشار دی اکسیدکربن است و شواهد زیادی وجود دارد که نشان می‌دهد دی اکسید کربن باعث گرم شدن کره زمین شده‌­است. بنابراین ادعای مطرح شده با شواهد موجود تأیید نمی­‌شود.

ادعاهایی مبنی بر اینکه فعالیت­‌های انسانی باعث تغییر اوضاع نمی­‌شوند، ادامه خواهد داشت و این ادعاها باید بررسی شوند. در علم همیشه باید ارزیابی­ و بررسی­‌ها بر اساس شواهد قابل اعتماد انجام شود. اکنون شواهد قابل توجهی در مورد انتشار گازهای گلخانه‌ای توسط انسان، اثرات این گازها و تغییر الگوی اقلیمی وجود دارد. همه منابع موجود در اینترنت قابل اعتماد نیستند و باید بتوان وب سایت‌­هایی که ارزیابی­‌های عینی بر اساس شواهد قابل اعتماد ارائه می­‌دهند را از وب سایت­‌هایی که ارزیابی­‌های متعصبان‌ه­ای دارند، تشخیص داد.

طرح سوال مبتنی بر داده: عدم اطمینان در پیش بینی افزایش دما

شکل شماره 11، مربوط به پیش‌بینی­‌های آنالیز شده به وسیله رایانه برای میانگین دمای کره زمین است که براساس هشت سناریوی مختلف برای تغییرات انتشار گازهای گلخانه‌ای تنظیم شده است. خطوط سبز روشن، شامل طیف کاملی از پیش‌بینی­‌های مراکز تحقیقاتی در سراسر جهان است و خطوط سبز تیره دامنه اکثر پیش‌بینی‌ها را نشان می‌دهد. شکل شماره 12 براساس دو سناریوی انتشار، پیش‌بینی‌های مربوط به دمای قطب شمال را نشان می‌دهد.

  • کد سناریوی خوش بینانه را مشخص کنید. [1]
  • حداقل و حداکثر پیش‌بینی­‌های تغییر میانگین دمای جهانی را بیان کنید. [2]
  • تفاوت بین پیش‌بینی­‌های A2 و B2 در مورد افزایش میانگین دمای جهانی را محاسبه کنید. [2]
  • پیش‌بینی­‌های مربوط به دمای قطب شمال را با پیش‌بینی دمای متوسط ​​جهانی مقایسه کنید. [2]
  • انتشار گازهای گلخانه‌ای روی پیش بینی­ میانگین دمای کره زمین طی 100 سال آینده تأثیر می‌گذارد. دلیل این عدم قطعیت چیست؟ توضیح دهید.[2]
  • تا چه میزان به پیش‌بینی­‌های مبتنی بر داده­ مراکز تحقیقاتی مختلف می‌­توان اعتماد کرد؟ بحث کنید. [3]
  • آیا عدم اطمینان از پیش‌بینی تغییرات دمایی، انجام فعالیت­‌های پیشگیرانه یا عدم انجام آن را توجیه می‌کند؟ بحث کنید. [4]
  • آیا می‌توان خطرات زیست محیطی را با خطرات اقتصادی – اجتماعی و معیشتی متعادل کرد یا اینکه اولویتی بین آن­‌ها تعیین کرد؟ بحث کنید. [4]

خهخ

ههخ

صخره­‌های مرجانی و دی اکسید کربن

افزایش غلظت دی اکسید کربن محلول تهدیدی­ست برای زندگی صخره­‌های مرجانی.

انتشار دی اکسید کربن، علاوه بر گرم کردن کره زمین،روی اقیانوس‌ها نیز تأثیر می‌گذارد. بیش از 500 میلیارد تن دی‌اکسیدکربن منتشر شده در اثر فعالیت‌های انسانی از زمان آغاز انقلاب صنعتی در اقیانوس‌ها حل شده است. تخمین زده­ شده است که pH لایه­‌های سطحی اقیانوس در اواخر قرن هجدهم همزمان با شروع انقلاب صنعتی، 179/8 بوده است. اندازه گیری‌ها در اواسط دهه 1990 نشان داد که pH به 104/8 کاهش یافته است و سطح فعلی تقریباً 069/8 است. این تغییر به ظاهر کوچک نشان دهنده 30 درصد اسیدی شدن لایه­‌های سطحی اقیانوس است. در صورت ادامه افزایش غلظت دی اکسیدکربن جو، اسیدی شدن اقیانوس شدیدتر خواهد شد.

حیوانات دریایی مانند مرجان­‌های صخره ساز که کربنات کلسیم را در اسکلت خود ذخیره می‌کنند، نیاز به جذب یون­‌های کربنات از آب دریا دارند. غلظت یون­‌های کربنات در آب دریا کم است، زیرا قابلیت انحلال بالایی ندارند. حتی با وجود برخی واکنش­‌های شیمیایی پیوسته، دی اکسید کربن محلول باعث کاهش غلظت کربنات می­‌شود. دی‌اکسیدکربن با آب واکنش می‌دهد و اسید کربنیک می‌سازد و به دنبال آن یون‌های هیدروژن و کربنات هیدروژن جدا می‌شوند. یون­‌های هیدروژن با یون­‌های کربنات محلول واکنش داده و غلظت آن­‌ها را کاهش می‌دهند.

H+ + HCO3→ H2CO3 → CO2 + H2O

HCO3→ H+ + CO32-

اگر غلظت یون کربنات کاهش یابد، جذب آن­‌ها در مرجان­‌های صخره ساز برای ساخت اسکلت دشوارتر است. همچنین، اگر آب دریا اشباع از یون­‌های کربنات نباشد، کربنات کلسیم تمایل به حل شدن در آب دارد، بنابراین اسکلت موجود در مرجان­‌های صخره ساز در معرض تهدید قرار می‌گیرند. در سال 2012 اقیانوس شناسان بیش از 20 کشور، در سیاتل گرد هم آمدند و یک طرح جهانی برای نظارت بر اسیدی شدن اقیانوس‌ها تنظیم کردند.ننکدر حال حاضر شواهد نگران کننده‌­ای در مورد مرجان‌ها و صخره­‌های مرجانی وجود دارد. هزاران سال است که دی اکسید کربن از منافذ آتشفشانی در نزدیکی جزیره ایسچیا[1] در خلیج ناپل[2] در آب آزاد می‌شود و باعث کاهش pH آب دریا شده ­است. در منطقه آب اسیدی، هیچ یک از موجوداتی که اسکلت خود را از کربنات کلسیم تهیه می‌کنند مانند مرجان­ها، جوجه تیغی دریایی یا حیوانات دیگر وجود ندارد بلکه موجودات دیگری مانند علف‌­های دریایی و جلبک­های مهاجم دیده می‌­شوند. در صورت ادامه انتشار دی‌اکسیدکربن ناشی از سوزاندن سوخت­‌های فسیلی، ممکن است در آینده صخره‌­های مرجانی در سراسر جهان نابود شوند.

نظریه علم

بورسیه­‌های تحقیقاتی چه تأثیری روی نتایج تحقیق دارد؟

هزینه تحقیقات علمی اغلب توسط مؤسسه­‌های بورسیه، تأمین می‌شود. دانشمندان پیشنهادهای تحقیقاتی خود را به این مؤسسه­‌ها ارائه می‌دهند، آن­‌ها بررسی می­‌کنند و در صورت موافقت، تحقیقات با هزینه این مؤسسات شروع می­‌شود. این مؤسسه­‌ها ممکن است از دانشمندان بخواهند که نتایج پروژه را پیش بینی کرده یا اهداف کاربردی تحقیق را حتی قبل از شروع پیشنهاد دهند. مؤسسه­‌های بورسیه تحصیلی ممکن است چندین گروه تحقیقاتی مختلف را تأمین مالی کنند، نتایج خلاف منافع آ­­­ن­‌ها را سرکوب کنند و نتایج افرادی را که از صنعت آن‌­ها حمایت می‌کند، منتشر کنند. به عنوان مثال، در سال 2006 با تأمین مالی صنعت مخابرات مطالعه‌­ای پیرامون اثرات استفاده از تلفن همراه روی سلامتی انجام شد. نتایج این مطالعه نشان داد که تلفن همراه تأثیر بسیار کمی روی سلامتی انسان دارد. تحقیقات دارویی، تغذیه­‌ای و تغییرات اقلیمی و .. همه مواردی برای اثبات این ادعا هستند که جهت گیری نتایج به دلیل تأمین مالی، بسیار برجسته هستند.

 

خودآزمایی

  • مقدار کل انرژی خورشیدی دریافت شده توسط یک چمنزار 5 × l05 kJ m-2 yr-1در سال است. تولید خالص انرژی در چمنزار 5 × l02 kJ m-2 yr-1 و تولید ناخالص آن 6 × l02 kJ m-2 yr-1 است. سالانه مقدار 60 کیلوژول بر متر مکعب انرژی به مصرف کنندگان اولیه منتقل می‌شود. فقط 10 درصد از این انرژی به مصرف کنندگان ثانویه منتقل می‌شود.

الف) مقدار انرژی از دست رفته در اثر تنفس گیاه را محاسبه کنید. [2]

ب) هرم انرژی را برای این چمنزار بکشید. [3]

  • شکل شماره 14، جریان انرژی را از طریق یک جنگل معتدل نشان می‌دهد. جریان انرژی به ازای هر متر مربع در سال نشان داده می‌شود (kJ m-2 yr-1).نتت

الف) نمودار نشان می‌دهد که 99.17 درصد انرژی نور خورشید در جنگل معتدل از بین می‌رود. با ذکر دلیل تخمین بزنید که اختلاف درصد اتلاف انرژی نور خورشید در بیابان‌ها چه میزان است؟ [2]

ب) فقط قسمت كمی از تولید خالص گیاهان در جنگل­‌های معتدل به گیاه­خواران می‌رسد. دلایل این امر را بیان کنید. [2]

  • دمای گرمتر کره زمین برای برخی از گونه‌­های آفت، به عنوان مثال سوسک صنوبر بسیار خوشایند است. از زمان شیوع گسترده این آفت‌ها در سال 1992، تقریباً 400 هزار هکتار درخت در آلاسکا و یوکان کانادا از بین رفته است. سوسک به طور معمول برای تکمیل چرخه زندگی خود به دو سال زمان نیاز دارد، اما اخیراً توانسته است این کار را در مدت یک سال انجام دهد. نمودارهای شکل شماره 15، شاخص خشکسالی، ترکیبی از دما و بارش و سطح درختان صنوبر را که سالانه تخریب می‌شوند، نشان می‌دهند.

اهخ

الف) دو دوره­ای که شاخص خشکسالی به مدت سه سال یا بیشتر بالا بوده است را مشخص کنید. [2]

ب) (i) شیوع سوسک‌ها را در دهه‌­های 1970 و 1990 با یکدیگر مقایسه کنید. [2]

(ii) دلایل اختلاف بین شیوع را بیان کنید. [2]

ج) میزان تخریب درختان صنوبر را در آینده با دلیل پیش بینی کنید. [4]

  • شکل شماره 16 غلظت­‌های متوسط ​​دی اکسید کربن ماهانه را برای Baring Head در نیوزیلند و آلرت در کانادا نشان می‌دهد.

الف) چرا دانشمندان مناطقی مانند ماونا لوا ، Baring Head و آلرت را به عنوان مکان­‌های ایستگاه‌­های نظارتی انتخاب کرده‌اند؟ [1]

ب) روند داده­‌های نشان داده شده درهر دو نمودار را مقایسه کنید. [2]

ج) چرا نمودارها الگوهای مختلفی را نشان می‌دهند؟ توضیح دهید. [3]

هک

  • شکل شماره 17، غلظت CO2 در جو را نشان می‌دهد که در واحد بخش در میلیون (ppm) اندازه‌گیری شده است. در یک جنگل، غلظت CO2 در طول روز و با افزایش ارتفاع تغییر می‌کند. بالای جنگل به عنوان سایبان عمل می‌کند.

الف) (i) بیشترین غلظت CO2 به دست آمده در مناطق سایه را بیان کنید. [1]

(ii) محدوده غلظت موجود در مناطق سایه را تعیین کنید. [2]

ب) (i) زمان روز (یا شب) را که بالاترین سطح CO2 تشخیص داده می‌شود، را مشخص کنید. [1]

(ii) بالاترین سطح CO2 دقیقاً بالای سطح زمین تشخیص داده می‌شود. دو دلیل برای این مسئله بیان کنید. [2]

ج) با ذکر دلیل زمانی را مثال بزنید که غلظت CO2 در طیف وسیعی از ارتفاعات کاملاً یکنواخت باشد. [1]

غعاحجغ

  • در یک زیست بوم، نیتروژن در یکی از سه محیط غنی از مواد آلی ذخیره می­‌شود: روی زمین، ریشه‌ها و خاک. شکل شماره 18 توزیع نیتروژن را در سه محیط حاوی مواد آلی برای هر یک از شش زیست بوم اصلی نشان می‌دهد.

الف) تمام آنچه “روی زمین” در یک اکوسیستم وجود دارد را نام ببرید. [1]

ب) کدام زیست بوم بزرگترين محیط “روي زمين” را دارد؟ [1]

ج) چرا در منطقه­‌ای که جنگل استوایی فاقد پوشش گیاهی است، کشت محصولات زراعی دشوار است؟ توضیح دهید. [2]

د) نام فرآیند انجام شده توسط تجزیه­‌ کننده‌ها و تخریب­‌ کننده‌­ها که باعث انتشار CO2 در جو می‌شود را بیان کنید. [1]

ه) چرا بیشترین نیتروژن موجود در یک اکوسیستم تندرا در خاک قرار دارد؟ توضیح دهید. [1]

و) چرا گرم شدن ناشی از تغییرات اقلیمی ممکن است باعث آزاد شدن CO2 از خاک تندرا می­‌شود؟ [2]

خاه

[1] Ischia

[2] Naples

[1] Michael Crichton

[2] State of Fear

[1] interglacial

[1] Milankovitch

[2] Gulf Stream

[3] Phenology

[4] Aesculus hippocastaneum

[1] Mauna Loa

 

 

[1] Ice Coring

[2] European Project for Ice Coring in Antarctica

اشتراک گذاری:

دیدگاهتان را بنویسید