پایان نامه دلایل گرم شدن زمین و پیامدهای زیست‌محیطی آن

پایان نامه مقطع کارشناسی

رشته مهندسی کشاورزی (زراعت و اصلاح نباتات)

سال 1383

مقدمه

دهه هشتاد به جهانيان نشان داد كه محيط زيست بشر چنان دچار تخريب شده و رشد جمعيت و افزايش روزافزون قدرت توليد بشرآنچنان ابعادي به اين تخريب داه است كه قابليت سكونت كره خاكي، مورد تهديد قرار گرفته و حيات افراد بشر به خظر افتاده است.

پژوهش‌هايي كه در اين دهه صورت گرفت و تغييرات عظيمي كه در شرايط طبيعي كره زمين به وقوع پيوست، بيانگر آن بود كه كره زمين در حال گرم شدن است.

گرم شدن كره زمين، به نوبه خود، خشكسالي و قحطي و كمبود آب را را به همراه آورده است. ديگر از زمستان‌هاي سرد و پربرف گذشته خبري نيست، تابستان‌ها، داغ و طولاني شده‌اند و ميزان بارندگي ساليانه كاهش يافته است. اين گرما به محصولات كشاورزي صدمه مي‌زند و موجب كمبود آب مورد نياز كشاورزي و آب آشاميدني مي‌شود. به علاوه افزايش درجه حرارت زمين، شرايط زيست بسياري از گونه‌هاي حيواني و گياهي را به خطر انداخته است و تا كنون شمار زيادي از آنها از بين رفته‌اند. اين افزايش، خطر آب شدن يخ‌هاي قطبي و كوه‌هاي يخي را نيز دربر دارد. اگر اين امر واقع شود، سطح آب درياها بالا خواهد رفت، در نتيجه بسياري از شهرهاي ساحلي و دلتاهاي پست جهان به زير آب خواهد رفت كه از جمله آنها مي‌توان شهر ميامي در ايالت متحده آمريكا و دلتاي بنگلادش را نام برد.

بي‌نظمي در گرم‌شدن جو

بيشترين تغييرات و پديده‌هاي جوي، از اين واقعيت نتيجه مي‌شود كه سطح زمين و جو كه آن را دربرگرفته است، به صورت نامنظم گرم مي‌شود. دليل بي‌نظمي در گرم شدن جو اين است كه اولاً عواملي هستند كه مقدار انرژي خورشيدي قابل جذب در سطح زمين را ناهمگن ساخته است. ثانياً تفاوت‌هاي جنس زمين در ميزان جذب تابشي خورشيد موثر بوده و اختلاف عمده را بوجود مي‌آورد.

مقدار انرژي خورشيدي

عوامل مختلفي در ميزان انرژي دريافتي در سطح زمين دخالت دارند كه عبارتند از:

به علت انحناي سطح كره زمين و انحراف محور زمين در گردش به دور خورشيد، تابش خورشيد با زواياي مختلف كه به زمان و عرض‌هاي جغرافيايي مربوط مي‌شود، به سطح زمين مي‌رسد. هرچه ارتفاع خورشيد بالاتر باشد، شدت انرژي خورشيد روي سطح بيشتر است.

ضخامت لايه جو كه تابشي از ميان آن عبور مي‌كند، در اثر تغييرات زاويه تابش متغير است. وقتي انرژي خورشيد از ارتفاع پايين‌تري از داخل لايه جو عبور مي‌كند، مقدار بيشتري انرژي در تماس مولكول‌هاي هوا و ذرات معلق در جو قرار مي‌گيرد.

مقدار ذرات و گرد و غبار موجود در هوا، با توجه به زمان و مكان تغيير مي‌كند. مقدار گرد و غبار در وسط اقيانوس‌ها بسيار كمتر از ميزان ان بر روي شهرهاي صنعتي است. اين ذرات در جذب، پخش و بازتاب تابش‌هاي خورشيدي كه از ميان آنها عبور مي‌كند، موثر مي‌باشد.

به ندرت مي‌توان نقطه‌اي را در روي زمين نشان داد كه زمان تابش آفتاب در آن تغيير نكند. علاوه بر ابري بودن آسمان به مدت طولاني كه مانع رسيدن تابش به سطح زمين مي‌شود، طول روز نيز در طي فصل‌ها بسيار متغير است. بلندي روزهاي تابستان تقريباً به دو برابر روزهاي زمستان مي‌رسد (كه به عرض جغرافيايي محل مربوط است) و اثرات زيادي در مقدار انرژي كه به هر محل مي‌رسد، مي‌گذارد.

تركيب سطح زمين

دومين عامل اصلي جذب متفاوت و نامنظم انرژي خورشيد توسط زمين، به علت اختلاف تركيبات تشكيل‌دهنده سطح زمين است. حتي اگر انرژي خورشيد در تمام سطح زمين به صورت مساوي و يكنواخت دريافت مي‌شد، اختلاف زيادتر تركيبات سطح زمين باعث جذب متفاوت مقادير انرژي كه بعداً هوا را گرم مي‌كند، مي‌گرديد. اختلاف تركيبات زمين، اهميت بسيار زيادي در تعيين هوا و اقليم منطقه دارد. قابل توجه‌ترين اختلاف، تفاوت بين زمين و درياهاست. آب نسبت به زمين، گرما را بيشتر در خود نگه مي‌دارد و هميشه نسبت به زمين با تاخير زماني گرما را از دست مي‌دهد و لذا آب دريا در زمستان گرمتر از سطح زمين و در تابستان سردتر از سطح زمين مي‌باشد.

آيا گرم شدن زمين در حال اتفاق افتادن است؟

چند گروه از دانشمندان آمريكا و انگلستان، مجموعه‌هايي از آمار مربوط به متوسط درجه حرارت كره زمين را از صد سال پيش تا كنون جمع‌آوري كرده‌اند. اگرچه متخصصين برخي از اين ارقام را قبول ندارند، ولي روند كلي آن كاملاً روشن است. درجه حرارت متوسط كره زمين در سال‌هاي دهه نهم قرن 19، حدود 5/14 درجه سانتيگراد بوده و در دهه 80 قرن بيستم، به 2/15 درجه صعود كرده است. ميزان درجه حرارت بين سالهاي 1940-1970 يكنواخت بوده، اما افزايش شديد آن در خلال دهه 80، چيزي بيش از جبران اين آرامش چندساله بوده است. همانطور كه متذكر شديم، 5 سال از گرمترين سال‌هاي قرن گذشته، در اين دهه بوده است.

افزايش محدودي كه تا كنون در گرماي زمين پيش آمده است، براي دانشمندان اهميت دارد، اما براي اجتماع، چندان خطرناك نيست. بين سال‌هاي 2030-2050 متوسط درجه حرارت زمين ممكن است 5/1-5/4 درجه سانتيگراد (3-8 درجه فارنهايت) بيش از متوسط حرارت در دهه‌هاي اخير و يا بيش از گرماي متوسط زمين در دو ميليون سال گذشته باشد كه اين امر به معناي گرم شدن كره زمين با سرعتي مطابق 5-10 برابر سرعتي است كه در خلال قرن گذشته داشته است.

اگر فوران حرارت كره زمين كه در حدود سال 1970 شروع شده، ادامه يابد، خشكسالي، امواج گرما و ساير پديده‌هاي غيرعادي جوي ممكن است تا اواخر دهه نود آنقدر افزايش يابند كه ديگر حتي اشخاص غيرمتخصص هم دريابند كه آب و هوا در حال تغيير است.

دانشمندان معتقدند سرعت تغيير آب و هوا بر روي تغييرپذيري طبيعي آب و هواي كره زمين را، بزودي تحت الشعاع خود خواهد ساخت، در واقع مي‌توان اين تغيير را با جنگ هسته‌اي مقايسه كرد، زيرا تغيير آب و هوا هم مانند جنگ هسته‌اي مي‌تواند باعث ازهم گسيختگي زنجيره وسيعي از نظام‌هاي انساني و طبيعي شود. وقتي هوا به سرعت گرم شود، تمام كارها از جمله كارهاي آبياري، طرح‌هاي اسكان و توليد مواد غذايي به شكل مصيبت‌باري صدمه خواهد ديد.

عوامل موثر در گرم شدن كره زمين

در واقع، گرم شدن كره زمين عبارت از «روزي است كه در طي آن ميانگين دماي هواي نزديك سطح زمين، در اثر فعاليت‌هاي انساني و يا به طور طبيعي افزايش مي‌يابد.» تشعشعات خورشيدي كه به زمين مي‌رسند، از طول موج‌هاي مختلفي تشكيل يافته و هر دامنه‌اي از طول موجها يك مقدار مشخصي از حرارت را به زمين منتقل مي‌نمايند.

ميزان گرم شدن هواي نزديك سطح زمين در اثر تابش تشعشعات خورشيد تحت تاثير 4 عامل اصلي زير تعيين مي‌گردد:

ميزان تشعشعات خورشيدي كه زمين از خورشيد دريافت مي‌كند.

ميزان تشعشعاتي كه از زمين به فضا بازتابش مي‌شود.

حبس و نگهداري حرارت بوسيله جو زمين.

تبخير و تراكم بخار آب در جو زمين.

نوري كه از خورشيد به زمين مي‌رسد، باعث گرم شدن كره زمين و جو آن مي‌گردد. نظام جوي زمين به گونه‌اي است كه مقدار زيادي از تشعشعات خورشيدي وارد شده به زمين به صورت امواج با طول موج بلند، مجدداً به فضا بازتابش مي‌شود. بخار آب موجود در جو زمين به همراه گازهايي نظي دي‌اكسيدكربن و متان باعث گرم شدن جو زمين مي‌گردند، زيرا اين گارها امواج حرارتي بازتابش شده از سطح زمين را جذب نموده و مجدداً در محيط اطراف پخش مي‌نمايد.

به دام افتادن و حبس حرارت در جو زمين توسط اين گازها تا حدودي شبيه به حبس گرما در يك گلخانه مي‌باشد. از اين رو چنين پديده‌اي به نام اثر گلخانه‌اي شناخته مي‌شود.

اثر گلخانه‌اي

احتمالات زيادي براي مشكلي به نام (اثر گلخانه‌اي) وجود دارد. اين پديده مستلزم افزايش غلظت كربن دي اكسيد (CO2) در اتمسفر مي‌باشد. افزايش كربن دي‌اكسيد در اثر فعاليت‌هاي انساني موجب تغييرات آب و هوايي مي‌شود. به عبارتي درجه حرارت سطح زمين را تحت اثر قرار مي‌دهد. كربن دي‌اكسيد يك آلوده‌كننده هوا به شمار نمي‌آيد، زيرا CO2 به طور طبيعي از اجزاء تشكيل دهنده هوا مي‌باشد.

كربن دي‌اكسيد در اثر فعاليت گياهان و جانوران وارد اتمسفر مي‌گردد. در اين چرخه كربن، گياهان به وسيله عمل فتوسنتز از انرژي نوراني استفاده نموده و CO2 هوا را با آب واكنش داده، توليد كربوهيدارت و اكسيژن مي‌نمايند. كربوهيدرات‌ها تركيبات پيچيده‌اي از كربن، هيدروژن و اكسيژن، نظير ساكاروز (شكر خوراكي)، نشاسته و سلولز مي‌باشد. كربوهيدراتها در گياهان ذخيره شده و اكسيژن در اتمسفر آزاد مي‌گردد. گياهان بوسيله تجزيه طبيعي، سوختن و يا مصرف توسط جانوران، اكسيده؛ اكسيژن از هوا جذب و CO2 به اتمسفر بازمي‌گرداند.

 كربوهيدرات + O2  → CO2 + H2O

اين توضيحات نشان‌دهنده چرخه كربن در طبيعت است كه در صورتي كه توسط فعاليت‌هاي انسان به هم نخورده، باعث ثابت ماندن مقدار CO2 در اتمسفر مي‌شود.

انسان با قطع درختان با عث كاهش گياهان و با سوزاندن سوخت‌هاي فسيلي و همچنين با تبديل سنگ آهك به سيمان، موجب به هم زدن چرخه كربن مي‌شود كه اين فعاليت، اول موجب كاهش تواناي طبيعت در از بين بردن CO2 مي‌شود و موارد بعدي، مقدار CO2 را در اتمسفر افزايش مي‌دهد. يادآوري مي‌شود كه در اثر سوختن مواد كربن‌دار، CO2 ايجاد مي‌شود.

تغييرات دوره‌اي در اثر كاهش ساليانه CO2 از طريق فتوسنتز در طي فصول به وجود مي‌آيد. اثر گلخانه‌اي، نتيجه تاثير متقابل بين افزايش مقدار CO2 اتمسفر و تشعشعاتي كه زمين را ترك مي‌كنند، مي‌باشد، بيشتر تشعشعات خورشيدي تابيده شده، شامل بسياري از طول موج‌ها، به سطح زمين نمي‌رسند.

ازون در لايه استراتوسفر، بيشتر نور فرابنفش (با طول موج‌هاي كوتاهتر از مرئي) را عبور، و بخار آب اتمسفري، CO2 و نيز مقدار زيادي از نور مادون قرمز (طول موج‌هاي بلندتر از مرئي) تابيده شده را، كه ما به صورت گرما بر روي پوست خود احساس مي‌كنيم، جذب مي‌كند. بنابراين، بيشترين مقدار نورهايي كه به سطح زمين مي‌رسند، دوباره به فضا منعكس مي‌شود. بيشتر 3/2 باقيمانده، توسط موادي مثل صخره‌ها، سيمان و غيره جذب مي‌شود. اين نور جذب شده به شكل تشعشعات مادون قرمز با طول موج بلند يا گرما (وقتي كه زمين سرد مي‌شود) منتشر مي‌شود.

نور با اين طول موج‌هاي بلند توسط CO2 اتمسفر جذب و موجب گرم‌شدن و آزادشدن گرما و در نتيجه افزايش دماي اتمسفر مي‌گردد. CO2 به طور موثر به عنوان يك صافي يك طرفه عمل مي‌كند، به نور مرئي اجازه ورود از يك جهت، اما از عبور نورهايي با طول موج بلند در جهت مخالف جلوگيري مي‌نمايد.

بخار آب اتمسفري نيز به عنوان يك صافي مشابه CO2 عمل مي‌كند، اما غلظت آب به طور قابل ملاحظه‌اي در اثر فعاليت انسان تغيير نمي‌نمايد. بنابراين سهم آن در دماي اتمسفر ثابت مي‌ماند.

به طور صافي عمل نمودن يك طرفه CO2، منجر به افزايش دماي اتمسفر و زمين مي‌شود و اين به علت اثر گلخانه‌اي است. زماني تصور مي‌شد كه دماي زياد درون گلخانه در اثر صافي عمل نمودن يك طرفه شيشه است، اما امروزه دريافته‌اند كه درون يك گلخانه، عامل اصلي جلوگيري از سردشدن، همان همرفتي (انتقال جريان هوا به طرف بالا يا پايين در اثر حرارت) است. 

منابع

اثر اقليم جهاني بر توليدات كشاورزي/ف.بزار، سومبروك، مترجمان مهدي نصيري،م، عليرضا كوچكي، پرويز صلواتي‌مقدم، دانشگاه فردوسي مشهد، 1381

مسائل محيط زيست (نابودي ازن، گرم‌شدن زمين، آلودگي هوا)، E.Keller, D.Botkin، مترجم مهندس يونس كريم‌پور، انتشارات جهاد دانشگاهي واحد استان آ.غ. 1380

تغيير اقليم، مايكل جي فورد، مترجم دكتر مهريار خالدي، نشر اسراء، 1379

آلودگي محيط زيست، هوا، آب، خاك، صوت/دكتر مينو دبيري، نشر اتحاد، 1379

هوا و اقليم‌شناسي، تهيه و تدوين امين عليزاده ... و [ديگران] ـ [ويرايش 2] مشهد، دانشگاه فردوسي، 1379

پيامدهاي اكولوژيكي تغيير اقليم/ترجمه و تدوين:‌ دكتر عوض كوچكي، مهندس حميدرضا شريفي، مهندس اسكندر زند، انتشارات جهاد دانشگاهي مشهد، 1377

ناظم‌السادات ارسنجاني، سيدمحمدجعفر، آيا باران مي‌بارد و خشكسالي و بارندگي مازاد در ايران و ارتباط آنها با پديده النينو، نوسانات جنوبي، مركز نشر دانشگاه شيراز، 1380

فصل‌نامه علمي ـ پژوهشي اقتصاد كشاورزي و توسعه، شماره 26، 1378