ما هي غازات الاحتباس الحراري
 

يحدث الاحتباس الحراري عندما يتجمع ثاني أكسيد الكربون وملوثات الهواء الأخرى وغازات الدفيئة في الغلاف الجوي ويمتص أشعة الشمس والإشعاع الشمسي الذي ارتد عن سطح الأرض، عادة سوف يهرب هذا الإشعاع إلى الفضاء الذي يمكن أن يستمر لسنوات أو إلى قرون في الغلاف الجوي حيث تحبس الحرارة وتتسبب في ارتفاع حرارة الكوكب.


كما يمكن تسمية غازات الاحتباس الحراري أيضاً بالغازات الدفيئة؛ هي عبارة عن غازات تمتص وتبعث الطاقة المشعة ضمن نطاق الأشعة تحت الحمراء الحرارية، تسبب غازات الدفيئة تأثير كبير على الكواكب ومن الأمثلة على الغازات الدفيئة الأساسية في الغلاف الجوي للأرض هي: بخار الماء (H2O) وثاني اكسيد الكربون (CO2) والميثان (CH4) وأكسيد النيتروز (N2O) والأوزون (O3)، بدون الغازات الدفيئة سيكون متوسط ​​درجة حرارة سطح الأرض حوالي -18 درجة مئوية (0 درجة فهرنهايت) بدلاً من المتوسط ​​الحالي البالغ 15 درجة مئوية (59 درجة فهرنهايت).


تُعرف أيضاً الغازات الدفيئة بأنها تلك التي تمتص وتبعث الأشعة تحت الحمراء في نطاق الطول الموجي المنبعث من الأرض، إن ثاني أكسيد الكربون وأكسيد النيتروز والميثان والأوزون هي غازات ضئيلة تشكل ما يقرب (0.04٪) من عُشر الغلاف الجوي للأرض ولها تأثير ملموس على الاحتباس الحراري.
 

الغازات المسببة للاحتباس الحراري:
 

• بخار الماء: من أقوى غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي للأرض، لكن سلوكه يختلف اختلافًا جوهريًا عن غازات الاحتباس الحراري الأخرى، حيث أن الدور الأساسي لبخار الماء ليس كعامل مباشر للتأثير الإشعاعي بل كرد فعل مناخي أي كرد فعل داخل النظام المناخي بحيث يؤثر على نشاط النظام المستمر.
  
  
  ينشأ هذا التمييز من حقيقة أن كمية بخار الماء في الغلاف الجوي لا يمكن بشكل عام تعديلها مباشرة من خلال سلوك الإنسان ولكن بدلاً من ذلك يتم ضبطها بواسطة درجات حرارة الهواء، كلما كان السطح أكثر دفئاً زاد معدل تبخر الماء من السطح ونتيجة لذلك تؤدي زيادة التبخر إلى تركيز أكبر لبخار الماء في الغلاف الجوي السفلي القادر على امتصاص إشعاع الموجة الطويلة وانبعاثه إلى أسفل.
   
• ثاني اكسيد الكربون: ثاني أكسيد الكربون (CO2) هو الأكثر أهمية من بين الغازات الدفيئة، تشمل المصادر الطبيعية لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إطلاق الغازات من البراكين واحتراق المواد العضوية وتسوسها الطبيعي والتنفس بواسطة الكائنات الهوائية (التي تستخدم الأكسجين)، حيث تتم موازنة هذه المصادر في المتوسط ​من خلال مجموعة من العمليات الفيزيائية أو الكيميائية أو البيولوجية تسمى “المصارف” والتي تميل إلى إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.
  
  
  كما يعمل عدد من العمليات المحيطية كمصارف للكربون تتضمن إحدى هذه العمليات المسماة “مضخة الذوبان” نزول مياه البحر السطحية التي تحتوي على ثاني أكسيد الكربون المذاب، تتضمن العملية الأخرى “المضخة البيولوجية” امتصاص ثاني أكسيد الكربون المذاب بالنباتات البحرية والعوالق النباتية (كائنات عضوية ضوئية صغيرة عائمة حرة) تعيش في أعالي المحيط أو بواسطة كائنات بحرية أخرى، يُستخدم ثاني أكسيد الكربون لبناء هياكل عظمية وهياكل أخرى مصنوعة من الكالسيوم، مع انتهاء صلاحية هذه الكائنات الحية وسقوطها في قاع المحيط يتم نقل الكربون الذي تحتويه إلى أسفل ودفنه في النهاية في العمق.
  
  
  في المقابل تزيد الأنشطة البشرية من مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من خلال حرق الوقود الأحفوري بشكل رئيسي لكل من النفط والفحم والغاز الطبيعي للاستخدام في النقل والتدفئة وتوليد الطاقة الكهربائية ومن خلال إنتاج الأسمنت، حيث تشمل المصادر البشرية الأخرى حرق الغابات وتطهير الأراضي، تمثل الانبعاثات البشرية المنشأ حاليًا الإطلاق السنوي لحوالي 7 جيجا طن (7 مليار طن) من الكربون في الغلاف الجوي وتعادل الانبعاثات البشرية المنشأ ما يقرب من 3 في المائة من إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من المصادر الطبيعية.
  
  
  نتيجة لذلك فسيتراكم ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بمتوسط ​​1.4 جزء في المليون سنويًا بين عامي 1959 و2006، حيث كان معدل التراكم هذا خطيًا (أي موحدًا بمرور الوقت) ومع ذلك يمكن أن تصبح بعض الأحواض الحالية مثل المحيطات مصادر في المستقبل، قد يؤدي هذا إلى وضع يتراكم فيه تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بمعدل عالي.
   
• الميثان: الميثان (CH4) هو ثاني أهم غازات الدفيئة، كما أن الميثان أقوى من ثاني أكسيد الكربون؛ لأن التأثير الإشعاعي الناتج لكل جزيء أكبر، بالإضافة إلى ذلك تكون نافذة الأشعة تحت الحمراء أقل تشبعًا في نطاق الأطوال الموجية للإشعاع الذي يمتصه CH4 لذلك قد تمتلئ المزيد من الجزيئات في المنطقة.
  
  
  يوجد الميثان بتركيزات أقل بكثير من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وتقاس تركيزاته حسب الحجم في الغلاف الجوي بشكل عام بأجزاء لكل مليار(جزء في البليون) بدلاً من جزء في المليون، ولدى CH4 أيضًا فترة إقامة أقصر بكثير في الغلاف الجوي من ثاني أكسيد الكربون.
  
  
  تشمل المصادر الطبيعية للميثان الأراضي الرطبة الاستوائية والشمالية والبكتيريا المؤكسدة للميثان التي تتغذى على المواد العضوية التي يستهلكها النمل الأبيض والبراكين وفتحات التسرب من قاع البحر في المناطق الغنية بالرواسب العضوية وهيدرات الميثان العالقة على الرفوف القارية للمحيطات وفي التربة الصقيعية القطبية، الحوض الطبيعي الأساسي للميثان هو الغلاف الجوي نفسه حيث يتفاعل الميثان بسهولة مع جذر الهيدروكسيل (OH) داخل التروبوسفير لتكوين ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء (H2O).
  
  
  كما هو الحال مع ثاني أكسيد الكربون يزيد النشاط البشري من تركيز الميثان بشكل أسرع مما يمكن تعويضه بواسطة الأحواض الطبيعية، تمثل المصادر البشرية حاليًا حوالي 70 في المائة من إجمالي الانبعاثات السنوية مما يؤدي إلى زيادات كبيرة في التركيز بمرور الوقت، المصادر الرئيسية البشرية للميثان في الغلاف الجوي هي زراعة الأرز وتربية الماشية وحرق الفحم والغاز الطبيعي واحتراق الكتلة الحيوية وتحلل المواد العضوية في مدافن النفايات.
  
  
  يعتقد أن الزيادة المفاجئة في تركيز الميثان في الغلاف الجوي كانت مسؤولة عن حدث الاحترار الذي رفع متوسط ​​درجات الحرارة العالمية بمقدار 4-8 درجة مئوية (7.2-14.4 درجة فهرنهايت) على مدى بضعة آلاف من السنين خلال ما يسمى بالاليوسين أو الإيوسين الحراري الأقصى، وقعت هذه الحادثة قبل 55 مليون سنة تقريبًا ويبدو أن الارتفاع في الميثان مرتبط بثوران بركاني ضخم تفاعل مع رواسب الفيضانات المحتوية على الميثان ونتيجة لذلك تم حقن كميات كبيرة من الميثان الغازي في الغلاف الجوي.
   
• الأوزون: ثاني أهم الغازات الدفيئة هو الأوزون السطحي أو المنخفض المستوى، يحدث الأوزون(O2) نتيجةً لتلوث الهواء ويجب تمييزه عن O3 الموجود في الستراتوسفير بشكل طبيعي والذي له دور مختلف جدًا في توازن الإشعاع الكوكبي.
  
  
  إن المصدر الطبيعي الأساسي لسطح O3 هو هبوط طبقة الستراتوسفير من الغلاف الجوي العلوي، يمكن أن ترتفع تركيزات الأوزون فوق المستويات غير الصحية (أي الظروف التي تلتقي فيها التركيزات أو تتجاوز 70 جزء في البليون لمدة ثماني ساعات أو أكثر) في المدن المعرضة للضباب الدخاني الكيميائي.
   
• أكسيد النيتروز: تشتمل الغازات النزرة الإضافية الناتجة عن النشاط الصناعي والتي لها خصائص دفيئة على أكسيد النيتروز(N2O) والغازات المفلورة (هالوكربونات) والأخير يشمل سادس فلوريد الكبريت ومركبات الهيدروفلوروكربون(HFCs) ومركبات الهيدروكربون المشبع بالفلور(PFCs)، أكسيد النيتروز مسؤول عن 0.16 واط لكل متر مربع من التأثير الإشعاعي، في حين أن الغازات المفلورة مسؤولة بشكل جماعي عن 0.34 واط لكل متر مربع، تحتوي أكاسيد النيتروز على تركيزات خلفية صغيرة بسبب التفاعلات البيولوجية الطبيعية في التربة والمياه في حين تدين الغازات المفلورة بوجودها بالكامل إلى المصادر الصناعية.

يتم تحديد تركيزات الغلاف الجوي عن طريق التوازن بين المصادر (انبعاثات الغاز من الأنشطة البشرية والأنظمة الطبيعية) والمصارف كإزالة الغاز من الغلاف الجوي عن طريق تحويله إلى مركب كيميائي مختلف أو امتصاص بواسطة المسطحات المائية، كما أن نسبة الانبعاثات المتبقية في الغلاف الجوي بعد وقت محدد هي “الجزء المحمول جواً”، حيث أن الجزء السنوي المحمول جواً هو نسبة الزيادة الجوية في سنة معينة إلى إجمالي الانبعاثات في تلك السنة.


بمعدلات الانبعاثات الحالية يمكن أن ترتفع درجات الحرارة بمقدار 2 درجة مئوية (3.6 درجة فهرنهايت) التي حددتها اللجنة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ التابعة للأمم المتحدة كحد أعلى لتجنب المستويات “الخطرة” بحلول عام 2036.
 

الغازات التي لا تسبب الاحتباس الحراري:
 

المكونات الرئيسية للغلاف الجوي للأرض هي: النيتروجين (N2) (78٪) أكسجين (O2) (21٪) والأرجون(0.9) وهذه الغازات ليست غازات دفيئة؛ لأن الجزيئات التي تحتوي على ذرتين من نفس العنصر مثل N2 و O2 لا يوجد تغير صافي في توزيع الشحنات الكهربائية عند اهتزازها والغازات الأحادية مثل Ar ليس لها أوضاع اهتزازية وبالتالي فهي لا تتأثر تقريبًا بالأشعة تحت الحمراء.


بعض الجزيئات التي تحتوي على ذرتين فقط من عناصر مختلفة مثل أول أكسيد الكربون (CO) وكلوريد الهيدروجين (HCl) تمتص الأشعة تحت الحمراء لكن هذه الجزيئات قصيرة العمر في الغلاف الجوي بسبب تفاعلها أو قابليتها للذوبان لذلك فهي لا تساهم بشكل كبير في تأثير الاحتباس الحراري وغالبًا ما يتم حذفها عند مناقشة غازات الاحتباس الحراري.