دی اکسید کربن _ تعریف ، فرمول ، موارد استفاده و حقایق

0

دی اکسید کربن یک ترکیب شیمیایی است که از یک اتم کربن و دو اکسیژن تشکیل شده است.

اغلب با فرمول CO2 آن ذکر می شود.

با غلظت کم در جو زمین وجود دارد و به عنوان گاز گلخانه ای عمل می کند.

در حالت جامد آن را یخ خشک می نامند.

این جز component اصلی چرخه کربن است.

دی اکسید کربن اتمسفر از منابع طبیعی متعددی از جمله گازهای آتشفشانی ، احتراق مواد آلی و فرایندهای تنفس موجودات هوازی زنده ناشی می شود. منابع ساخته شده توسط دی اکسیدکربن توسط انسان به طور عمده از سوزاندن انواع سوخت های فسیلی برای تولید برق و استفاده از حمل و نقل حاصل می شود.

همچنین توسط میکروارگانیسم های مختلف از تخمیر و تنفس سلولی تولید می شود.

گیاهان طی فرآیندی به نام فتوسنتز دی اکسید کربن را به اکسیژن تبدیل می کنند و از کربن و اکسیژن برای ساخت کربوهیدرات استفاده می کنند.

علاوه بر این ، گیاهان اکسیژن را نیز به جو منتقل می کنند ، که متعاقباً برای تنفس توسط موجودات هتروتروف استفاده می شود و یک چرخه ایجاد می کند.

دی اکسید کربن ، (CO ۲ ) ، یک گاز بی رنگ با بوی تند ضعیف و طعم ترش. این یکی از مهمترین و مهم است گازهای گلخانه ای مربوط به گرم شدن کره زمین ، اما این یک جزء کمی از است زمین جو (حدود ۳ جلد در ۱۰،۰۰۰)، تشکیل شده در احتراق از کربن مواد حاوی، در تخمیر ، و در تنفس حیوانات و شاغل توسط گیاهان در فتوسنتز از کربوهیدرات . وجود گاز در جو برخی از آنها را حفظ می کندانرژی تابشی دریافت شده توسط زمین از بازگشت به فضا ، در نتیجه اثر به اصطلاح گلخانه ای تولید می شود . از نظر صنعتی ، برای کاربردهای متنوع متعدد از گازهای دودکش ، به عنوان یک محصول جانبی برای تهیه هیدروژن برای سنتز آمونیاک ، از آهک ها و از منابع دیگر بازیابی می شود.

فتوسنتز
فتوسنتز

نمودار فتوسنتز نحوه جذب آب ، نور و دی اکسید کربن توسط گیاه برای تولید اکسیژن ، قندها و دی اکسید کربن بیشتر را نشان می دهد.
 
بادهای موسمی که درختان نخل را به تصویر می کشد. (باد ؛ طوفان ؛ طوفان باد)
باد و هوا: واقعیت یا داستان؟
بادهای موسمی در چندین منطقه از جهان یافت می شوند.

دی اکسید کربن در اوایل قرن هفدهم توسط یک شیمی دان بلژیکی ، ژان باپتیستا ون هلمونت ، به عنوان گازی متفاوت از سایر گازها شناخته شد ، که آن را به عنوان محصول تخمیر و احتراق مشاهده کرد. با فشرده سازی به ۷۵ کیلوگرم در سانتی متر مربع (۱۰۷۱ پوند در اینچ مربع) در دمای ۳۱ درجه سانتیگراد (۴/۸۷ درجه فارنهایت) یا ۱۶–۲۴ کیلوگرم در سانتی متر مربع (۲۳۰–۳۴۵ پوند در متر مربع) با دمای ۲۳ − تا – مایع می شود. ۱۲ درجه سانتیگراد (-۱۰ تا ۱۰ درجه فارنهایت). در اواسط قرن ۲۰ ، بیشتر دی اکسید کربن به عنوان مایع فروخته شد. در صورتی که مایع مجاز است به گسترش به فشار اتمسفر ، آن را سرد و تا حدی یخ به برف مانند جامد به نام یخ خشک که تصعید (عبور به طور مستقیم به بخار بدون ذوب) در -۷۸٫۵ درجه سانتی گراد (-۱۰۹٫۳ درجه فارنهایت) در فشار از نرمال جو

در دمای معمولی ، دی اکسید کربن کاملاً غیر واکنشی است. بالاتر از ۱۷۰۰ درجه سانتیگراد (۳۱۰۰ درجه فارنهایت) تا حدی به مونوکسیدکربن و اکسیژن تجزیه می شود . هیدروژن یا کربن نیز آن را در دمای بالا به مونوکسیدکربن تبدیل می کند. آمونیاک تحت فشار با دی اکسید کربن واکنش داده و کاربامات آمونیوم و سپس اوره ، یک جز important مهم کودها و پلاستیک ها تشکیل می دهد . دی اکسید کربن به مقدار کمی در محلول است آب (۱٫۷۹ حجم در هر حجم در ۰ ° C و فشار اتمسفر، مقادیر بزرگتر در فشار بالاتر)، تشکیل یک ضعیف اسیدی راه حل . این محلول حاوی اسید دوبازیک به نام اسید کربنیک است (H ۲)CO ۳ )

از دی اکسید کربن به عنوان مبرد ، در کپسول های آتش نشانی ، برای باد کردن قایق های نجات و جلیقه نجات ، انفجار ذغال سنگ ، کف سازی لاستیک و پلاستیک ، رشد گیاهان در گلخانه ها ، بی حرکتی حیوانات قبل از ذبح و نوشیدنی های گازدار استفاده می شود.

با اشتراک خود از نسخه اول ۱۷۶۸ ما به محتوای منحصر به فرد دسترسی پیدا کنید.امروز مشترک شوید

منیزیم فروخته شده همچنان در دی اکسید کربن می سوزد ، اما این گاز از احتراق اکثر مواد پشتیبانی نمی کند. قرار گرفتن طولانی مدت انسان در معرض غلظت های ۵ درصد دی اکسید کربن ممکن است باعث بیهوشی و مرگ شود.

 

 

دی اکسید کربن

از بین گازهای گلخانه ای ، دی اکسید کربن (CO ۲ ) مهمترین است. منابع طبیعی CO ۲ اتمسفر شاملخارج شدن از آتشفشان ها ، احتراق و پوسیدگی طبیعی مواد آلی و تنفس توسط ارگانیسم های هوازی (اکسیژن استفاده کننده). این منابع به طور متوسط ​​با مجموعه ای از فرآیندهای فیزیکی ، شیمیایی یا بیولوژیکی متعادل می شوند ،غرق می شود “، که تمایل به حذف CO ۲ از جو دارد . غرق طبیعی ویژه شامل پوشش گیاهی زمینی، که طول می کشد تا شرکت ۲ در طول فرآیند فتوسنتز .

چرخه کربن
چرخه کربن

کربن به اشکال مختلف از طریق جو ، هیدروسفر و سازندهای زمین شناسی منتقل می شود. یکی از مسیرهای اصلی برای تبادل دی اکسید کربن (CO ۲ ) بین جو و اقیانوس ها اتفاق می افتد. کسری از شرکت وجود دارد ۲ ترکیب با آب، تشکیل اسید کربنیک (H ۲ CO ۳ ) که پس از آن از دست می دهد یونهای هیدروژن (H + ) به فرم بی کربنات (HCO ۳ – ) و کربنات (CO ۳ ۲- ) یون. پوسته های نرم تنان یا رسوبات معدنی که در اثر واکنش یون های کلسیم یا فلزات دیگر با کربنات ایجاد می شوند ، ممکن است در لایه های زمین شناسی دفن شوند و در نهایت CO ۲ آزاد کنند.از طریق آتشفشانی. دی اکسید کربن همچنین از طریق فتوسنتز در گیاهان و از طریق تنفس در حیوانات مبادله می شود. مرده و مواد آلی پوسیده ممکن است تخمیر و آزاد CO ۲ و یا متان (CH ۴ ) و یا ممکن است به سنگ رسوبی، که در آن به سوخت های فسیلی تبدیل گنجانیده شده است. سوزاندن سوخت های هیدروکربن ، CO ۲ و آب (H ۲ O) را به جو برمی گرداند . مسیرهای بیولوژیکی و انسانی بسیار سریعتر از مسیرهای ژئوشیمیایی هستند و در نتیجه ، تأثیر بیشتری بر ترکیب و دمای جو دارند.
یک برکه یخ زده در یخچال Khumbu با کوه Pumori در پس زمینه سمت چپ ، نزدیک کوه اورست در پارک ملی Sagarmatha در هیمالیا ، نپال.
عصر یخبندان کوچک چه بود؟
عصر یخبندان کوچک به دلیل تأثیرات خود در اروپا و منطقه آتلانتیک شمالی طی صدها سال شناخته شده است ، اما آیا با عصر یخبندان گذشته قابل مقایسه است؟
جو: کربن؛ اکسیژن
جو: کربن؛ اکسیژن

موجودات زنده بر دوچرخه سواری کربن و اکسیژن از طریق محیط تأثیر می گذارند.

تعدادی از فرآیندهای اقیانوسی نیز به همین ترتیب عمل می کنند کربن . یک فرایند مانند، به نام “پمپ حلالیت،” شامل تبار از آب دریا سطح حاوی محلول CO ۲ . فرایند دیگر ، “پمپ بیولوژیکی “، شامل جذب CO ۲ محلول توسط گیاهان دریایی و فیتوپلانکتون ها (ارگانیسم های کوچک فتوسنتزی شناور آزاد) ساکن در اقیانوس فوقانی یا توسط موجودات دیگر دریایی است که از CO ۲ برای ساخت اسکلت و سایر ساختارهای ساخته شده ازکربنات کلسیم (CaCO ۳ ). وقتی این موجودات منقضی می شوند و به کف اقیانوس می افتند ، کربن موجود در آنها به پایین منتقل می شود و در نهایت در عمق دفن می شود. تعادل طولانی مدت بین این منابع طبیعی و غرق ها منجر به پس زمینه یا سطح طبیعی CO ۲ در جو می شود.

در مقابل ، فعالیتهای انسانی سطح CO ۲ جو را در درجه اول از طریق سوزاندن سوختهای فسیلی – عمدتا نفت و ذغال سنگ و در درجه دوم گاز طبیعی ، برای استفاده در حمل و نقل ، گرمایش و تولید نیروی الکتریکی – و از طریق تولید سیمان افزایش می دهد . از دیگر منابع انسانی می توان به سوزاندن جنگل ها و پاکسازی زمین اشاره کرد.در حال حاضر انتشارات انسانی باعث انتشار سالانه حدود ۷ گیگاتن (۷ میلیارد تن) کربن در جو می شود. میزان انتشارات انسانی تقریباً ۳ درصد از کل انتشار CO ۲ توسط منابع طبیعی است و این بار کربن تقویت شده از فعالیت های انسانی بسیار بیشتر از ظرفیت جبران غرق های طبیعی است (شاید به اندازه ۲-۳ گیگا تن در سال).

جنگل زدایی
جنگل زدایی

در نتیجه CO ۲ بین سالهای ۱۹۵۹ و ۲۰۰۶ با متوسط ​​نرخ ۱٫۴ ppm در سال و بین سالهای ۲۰۰۶ تا ۲۰۱۸ تقریباً ۲٫۰ ppm در سال انباشته می شود. به طور کلی ، این میزان تجمع خطی بوده است (یعنی با گذشت زمان یکنواخت است). با این حال ، غرق های خاص فعلی مانند اقیانوس ها می توانند در آینده به منابع تبدیل شوند ( به بازخورد چرخه کربن مراجعه کنید ). این ممکن است به موقعیتی که در آن غلظت اتمسفر CO منجر ۲ ایجاد در یک نرخ نمایی (این است که، نرخ آن از افزایش نیز افزایش می یابد).

منحنی Keeling
منحنی Keeling

سطح پس زمینه طبیعی دی اکسید کربن در مقیاس های میلیون ها ساله متفاوت است ، زیرا تغییرات کندی در خارج شدن از طریق فعالیت های آتشفشانی ایجاد می شود . به عنوان مثال، حدود ۱۰۰ میلیون سال پیش، در طول دوره کرتاسه (۱۴۵ میلیون به ۶۶ میلیون سال پیش)، CO ۲ غلظت نظر می رسد که چند بار شده بالاتر از امروز (شاید نزدیک به ۲۰۰۰ پی پی ام) است. در طول ۷۰۰۰۰۰ سال گذشته، CO ۲ غلظت بیش از یک محدوده بسیار کوچک (بین حدود ۱۸۰ و ۳۰۰ پی پی ام) در ارتباط با همان متنوع زمین اثرات مداری مرتبط با آمدن و رفتن از پلیستوسن یخبندان ( نگاه کنید به زیر نفوذ طبیعی در آب و هوا) در اوایل قرن بیست و یکم ، سطح CO ۲ به ۳۸۴ ppm رسیده بود ، که تقریباً ۳۷ درصد بالاتر از سطح پس زمینه طبیعی تقریبا ۲۸۰ ppm است که در آغاز انقلاب صنعتی وجود داشت . سطح CO ۲ جو همچنان در حال افزایش است و تا سال ۲۰۱۸ به ۴۱۰ ppm رسیده است. اعتقاد بر این است که با توجه به اندازه گیری هسته یخ ، چنین سطوحی بالاترین حداقل در ۸۰۰۰۰۰ سال است و با توجه به سایر شواهد ممکن است بالاترین سطح در حداقل ۵ میلیون سال باشد.

مجبور تشعشعی ناشی از دی اکسید کربن به طور تقریبی با غلظت آن گاز در جو به صورت لگاریتمی تغییر می کند. رابطه لگاریتمی به عنوان نتیجه یک رخ می دهد اشباع اثر در جایی که آن به طور فزاینده دشوار، به عنوان شرکت ۲ غلظت افزایش می دهد، برای شرکت اضافی ۲ مولکول به نفوذ بیشتر “پنجره مادون قرمز” (یک باند باریک خاصی از طول موج در ناحیه مادون قرمز است که نه جذب شده توسط گازهای جوی). رابطه لگاریتمی پیش بینی کرد که پتانسیل گرمایش سطح خواهد تقریبا همان مقدار برای هر دو برابر شدن شرکت می ۲ غلظت. با نرخ فعلی استفاده از سوخت فسیلی ، دو برابر شدن CO ۲غلظت بیش از سطوح ماقبل صنعتی است انتظار می رود که توسط اواسط قرن ۲۱ (زمانی که CO ۲ غلظت بینی برای رسیدن به ۵۶۰ پی پی ام). دو برابر شدن CO ۲ غلظت امر نیازمند افزایش حدودا ۴ وات در هر متر مربع از مجبور تابشی را نمایندگی کند. با توجه به برآوردهای معمول “حساسیت به آب و هوا” در صورت عدم وجود عوامل جبران کننده ، این افزایش انرژی منجر به گرم شدن ۲ تا ۵ درجه سانتیگراد (۳٫۶ تا ۹ درجه فارنهایت) در زمان های قبل از صنعت می شود ( به مکانیسم های بازخورد و حساسیت آب و هوا مراجعه کنید ). تابشی کل مجبور شده توسط CO انسانی ۲ تولید گازهای گلخانه ای از آغاز عصر صنعتی حدود ۱٫۶۶ وات در هر متر مربع است.

رفع دی اکسید کربن

NADPH برای استفاده در تثبیت دی اکسید کربن (CO ۲ ) در طول چرخه کالوین در داخل استرومای کلروپلاست باقی می ماند . در یک چرخه پیچیده ای از واکنش های شیمیایی، CO ۲ به پنج کربنی biphosphate ریبولوز محدود ترکیب . سپس واسطه شش کربنی حاصل به فسفوگلیسرات سه کربن تقسیم می شود. با تأمین انرژی حاصل از تجزیه NADPH و ATP ، این ترکیب سرانجام به گلیسرآلدئید ۳-فسفات ، واسطه قندی مهم متابولیسم تبدیل می شود . یک مولکول گلیسرآلدئیدبرای تبدیل بیشتر در سیتوپلاسم از کلروپلاست ، به ازای هر پنج موردی که تحت یک تشکیل مجدد ATP مجهز به بی فسفات ریبولوز پنج کربن قرار می گیرد ، صادر می شود. به این ترتیب سه مولکول CO ۲ یک مولکول گلیسرآلدئید ۳-فسفات تولید می کند ، در حالی که کل چرخه تثبیت ، نه مولکول ATP را هیدرولیز می کند و شش مولکول NADPH را اکسید می کند.

چرخه کالوین
چرخه کالوین

مسیر تثبیت دی اکسید کربن و کاهش در فتوسنتز ، چرخه کالوین. نمودار یک چرخش کامل از چرخه را نشان می دهد ، با تولید خالص یک مولکول گلیسرآلدئید-۳-فسفات (Gal3P). این فسفات قند سه کربنی معمولاً به ساکارز یا نشاسته تبدیل می شود.

تغییرات آب و هوایی از آخرین یخبندان

گرم شدن کره زمین به پدیده عمومی تر تغییر آب و هوا مربوط می شود ، که به تغییراتی در کل ویژگی هایی که آب و هوا را تعریف می کنند اشاره دارد . علاوه بر تغییرات در درجه حرارت هوا ، تغییرات آب و هوایی شامل تغییر در الگوی بارش ، باد ، جریان اقیانوس و سایر اقدامات آب و هوای زمین است. به طور معمول ، می توان تغییر اقلیم را ترکیبی از نیروهای طبیعی مختلف دانست که در بازه های زمانی مختلف رخ می دهند . از زمان ظهور تمدن بشری ، تغییرات آب و هوایی شامل ” انسان شناسی، “یا عنصر منحصراً ناشی از انسان ، و این عنصر انسانی در دوره صنعتی دو قرن گذشته اهمیت بیشتری پیدا کرده است. اصطلاح گرم شدن کره زمین به طور خاص برای اشاره به هرگونه گرم شدن هوای نزدیک به سطح در طی دو قرن گذشته استفاده می شود که می تواند در دلایل انسانی ردیابی شود.

جمع شدگی یخچال Grinnell
جمع شدگی یخچال Grinnell

مجموعه ای از عکسهای یخچال Grinnell که در سالهای ۱۹۳۸ ، ۱۹۸۱ ، ۱۹۹۸ و ۲۰۰۶ (از چپ به راست) از قله Mount Gould در پارک ملی Glacier مونتانا گرفته شده است. در سال ۱۹۳۸ یخچال Grinnell کل منطقه را در پایین تصویر پر کرد. تا سال ۲۰۰۶ عمدتا از این دیدگاه ناپدید شد.

۱۹۳۸-TJ Hileman / بایگانی پارک ملی یخچال های طبیعی ، ۱۹۸۱ – کارل کی / USGS ، ۱۹۹۸ – دن فاگر / USGS ، ۲۰۰۶ – کارن هولزر / USGS

برای تعریف صحیح مفاهیم گرمایش کره زمین و تغییرات آب و هوایی ، ابتدا باید تشخیص دهیم که آب و هوای زمین در مقیاس های زمانی مختلف از یک دوره زندگی فردی انسان تا میلیاردها سال متفاوت بوده است. این تاریخ آب و هوای متغیر به طور معمول از نظر “رژیم ها” یا “دوره ها” طبقه بندی می شود. به عنوان مثال ، دوره یخبندان پلیستوسن (حدود ۲،۶۰۰،۰۰۰ تا ۱۱،۷۰۰ سال پیش) با تغییرات قابل توجهی در میزان جهانی یخچال ها و صفحات یخ مشخص شده است . این تغییرات در بازه های زمانی دهها تا صدها هزاره اتفاق افتاد و تحت تأثیر تغییرات توزیع تابش خورشید بوددر سطح زمین. توزیع تابش خورشیدی به عنوان الگوی تابشی شناخته شده است، و آن را به شدت توسط هندسه زمین را تحت تاثیر قرار مدار اطراف خورشید و جهت گیری، و یا شیب، محور زمین نسبت به اشعه مستقیم خورشید است.

در سراسر جهان ، جدیدترین دوره یخبندان یا عصر یخبندان ، حدود ۲۱۰۰۰ سال پیش با آنچه اوقات معمولاً نامیده می شود ، اوج گرفتحداکثر یخبندان آخر . در این مدت ، ورقه های یخی قاره به خوبی در مناطق عرض میانی اروپا و آمریکای شمالی گسترش می یافتند و تا جنوب لندن کنونی و شهر نیویورک می رسیدند . به نظر می رسد میانگین دمای سالانه جهانی در حدود ۴–۵ درجه سانتیگراد (۷–۹ درجه فارنهایت) نسبت به اواسط قرن بیستم سردتر بوده است. لازم به یادآوری است که این ارقام میانگین جهانی هستند. در حقیقت ، در اوج این آخرین عصر یخبندان ، آب و هوای زمین با خنک شدن بیشتر در عرض های جغرافیایی بالاتر (یعنی به سمت قطب ها) و خنک کننده نسبتاً کم در قسمت های بزرگ اقیانوس های گرمسیری (نزدیک خط استوا) مشخص می شود) این فاصله یخبندان در حدود ۱۱۷۰۰ سال پیش به طور ناگهانی خاتمه یافت و پس از آن دوره نسبتاً عاری از یخ به نامهولوسن عصر . دوره مدرن تاریخ زمین به طور متعارف به عنوان ساکن در هولوسن تعریف شده است. با این حال ، برخی از دانشمندان استدلال می کنند که دوره هولوسن در گذشته نسبتاً اخیر خاتمه یافته است و زمین در حال حاضر در یک فاصله آب و هوایی ساکن است که می توان آن را به انصاف دوران آنتروپوسن نامید – یعنی دوره ای که در آن بشر تأثیر غالب بر آب و هوا داشته است.

اگرچه از تغییرات آب و هوایی که در طول دوره پلیستوسن اتفاق افتاده کمتر چشمگیر است ، اما تغییرات قابل توجهی در آب و هوای جهانی در طول دوره هولوسن اتفاق افتاده است. در اوایل هولوسن ، تقریباً ۹۰۰۰ سال پیش ، به نظر می رسد الگوهای گردش هوا و بارش به طور قابل ملاحظه ای با امروز متفاوت بوده است. به عنوان مثال ، شواهدی وجود دارد که نشان می دهد شرایط نسبتاً مرطوب در کویر صحرا اکنون وجود دارد. تغییر از یک رژیم آب و هوایی به رژیم دیگر فقط با تغییرات اندک در الگوی انزوا در فاصله هولوسن و همچنین تعامل این الگوها با پدیده های آب و هوایی در مقیاس بزرگ مانند مونسون و ال نینو ایجاد شده است./ نوسان جنوب (ENSO).

در طول هولوسن میانی ، حدود ۵،۰۰۰-۷،۰۰۰ سال پیش ، به نظر می رسد که شرایط نسبتاً گرم بوده است – در واقع ، شاید در بعضی از مناطق جهان و در بعضی از فصول خاص نسبت به امروز گرمتر باشد. به همین دلیل ، گاهی از این فاصله به عنوانبهینه آب و هوایی نیمه هولوسن . گرمای نسبی متوسط ​​دمای هوای نزدیک سطح در این زمان ، اما تا حدودی نامشخص است. تغییرات در الگوی انعطاف پذیرای تابستان های گرمتر در عرض های جغرافیایی بالاتر در نیمکره شمالی است ، اما این تغییرات باعث ایجاد زمستان های خنک تر در نیمکره شمالی و شرایط نسبتاً خنک در طول سال در مناطق گرمسیری می شود. بنابراین هر گونه تغییر دمای کلی نیم کره یا کره زمین تعادل بین تغییرات فصلی و منطقه ای را نشان می دهد. در واقع ، مطالعات اخیر نظری مدل آب و هوایی نشان می دهد که میانگین دمای جهانی در طول هولوسن میانی احتمالاً ۰٫۲-۰٫۳ درجه سانتیگراد (۰٫۴-۰٫۵ درجه فارنهایت) سردتر از شرایط متوسط ​​اواخر قرن ۲۰ بوده است.

طی هزاره های بعدی ، به نظر می رسد که شرایط نسبت به سطح هولوسن میانی سرد شده است. از این دوره بعضاً بعنوان “Neoglacial” یاد شده است. در عرض های میانه ای این روند خنک سازی با دوره های متناوب پیشروی و عقب نشینی یخچال های کوهستانی همراه بود که یادآور (گرچه بسیار معتدل تر از) پیشرفت قابل توجه و عقب نشینی عمده یخ های قاره دوران آب و هوای پلیستوسن است.

 

دلایل گرم شدن کره زمین

 
اثر گلخانه ای

اثر گلخانه ای
اثر گلخانه ای

اثر گلخانه ای ناشی از تجمع جوی گازهایی مانند دی اکسید کربن و متان است که حاوی مقداری از گرمای ساطع شده از سطح زمین است.

ایجاد و تولید شده توسط QA International. © QA International، ۲۰۱۰٫ کلیه حقوق محفوظ است. www.qa-international.comهمه فیلم های این مقاله را مشاهده کنید

میانگین دمای سطح زمین با تعادل اشکال مختلف تابش خورشید و زمین حفظ می شود.تابش خورشیدی غالباً تابش “موج کوتاه” نامیده می شود زیرا فرکانس های تابش نسبتاً زیاد و طول موج ها نسبتاً کوتاه است – نزدیک به قسمت قابل مشاهده طیف الکترومغناطیسی . از طرف دیگر ، تابش زمینی را اغلب تابش “موج بلند” می نامند زیرا فرکانس ها نسبتاً کم و طول موج ها نسبتاً طولانی هستند – جایی در قسمت مادون قرمز طیف. انرژی خورشیدی که به سمت پایین حرکت می کند معمولاً با وات بر متر مربع اندازه گیری می شود. انرژی تابش خورشیدی ورودی در بالای جو زمین (اصطلاحاً ” ثابت خورشید “)”) سالانه تقریباً به ۱،۳۶۶ وات در هر متر مربع می رسد. با در نظر گرفتن این واقعیت که فقط نیمی از سطح سیاره در هر زمان تابش خورشید را دریافت می کند ، متوسط ​​سطح زمین سالانه ۳۴۲ وات در هر متر مربع است.

میزان تابش خورشید جذب شده توسط سطح زمین تنها کسری از کل تابش خورشید است که به جو وارد می شود. به ازای هر ۱۰۰ واحد تابش خورشیدی ورودی ، تقریباً ۳۰ واحد توسط ابرها ، جو یا مناطق بازتابنده سطح زمین به فضا منعکس می شوند. از این ظرفیت بازتابنده به عنوان آلبدو سیاره ای زمین یاد می شود و لازم نیست با گذشت زمان ثابت بماند ، زیرا گستره مکانی و توزیع تشکیلات انعکاسی ، مانند ابرها و پوشش یخ ، می تواند تغییر کند. ۷۰ واحد تابش خورشید که منعکس نمی شوند ممکن است توسط جو ، ابرها یا سطح جذب شوند. در صورت عدم وجود عوارض بیشتر ، به منظور حفظ تعادل ترمودینامیکی، سطح زمین و جو باید همان ۷۰ واحد را به فضا تابش دهد. دمای سطح زمین (و لایه زیرین جو در واقع در تماس با سطح) با توجه به قانون استفان-بولتزمن به میزان این انتشار تابش های خروجی گره خورده است .

بودجه انرژی زمین با اثر گلخانه ای پیچیده تر می شود . گازهای کمیاب با خاصیت شیمیایی خاص – اصطلاحاًگازهای گلخانه ای ، به طور عمده دی اکسید کربن (CO ۲ )، متان (CH ۴ ) و اکسید نیتروژن (N ۲ O) -absorb برخی از اشعه مادون قرمز تولید شده توسط سطح زمین. به دلیل این جذب ، بخشی از ۷۰ واحد اصلی مستقیماً به فضا فرار نمی کنند. از آنجا که گازهای گلخانه ای همان میزان تشعشعی را که جذب می کنند ساطع می کنند و از آنجا که این تابش در همه جهات به همان اندازه ساطع می شود (یعنی به سمت پایین به سمت بالا) ، اثر خالص جذب توسط گازهای گلخانه ای افزایش کل تابش ساطع شده به سمت پایین است به سمت سطح زمین و جو پایین تر است. برای حفظ تعادل، سطح زمین و جو کمتر باید تابش بیشتری نسبت به ۷۰ واحد اصلی داشته باشد. در نتیجه ، دمای سطح باید بالاتر باشد. این فرآیند کاملاً مشابه آنچه در یک گلخانه واقعی حاکم است نیست ، اما نتیجه نهایی مشابه است. وجود گازهای گلخانه ای در اتمسفر منجر به گرم شدن سطح و قسمت تحتانی جو (و خنک شدن بالاتر در جو) نسبت به آنچه در غیاب گازهای گلخانه ای انتظار می رود ، می شود.

تشخیص اثر گلخانه ای “طبیعی” یا زمینه ای از اثر گلخانه ای “افزایش یافته” مرتبط با فعالیت انسان ضروری است. اثر گلخانه ای طبیعی با خصوصیات گرم شدن سطح ترکیبات طبیعی جو زمین ، به ویژه بخار آب ، دی اکسید کربن و متان در ارتباط است. وجود این اثر توسط همه دانشمندان پذیرفته شده است. در واقع ، در غیاب آن ، میانگین دمای زمین تقریباً ۳۳ درجه سانتیگراد (۵۹ درجه فارنهایت) نسبت به امروز سردتر خواهد بود و زمین یک سیاره منجمد و احتمالاً غیرقابل سکونت خواهد بود. آنچه مورد مناقشه قرار گرفته است ، اصطلاحاً اثر گلخانه ای افزایش یافته است که با افزایش غلظت گازهای گلخانه ای ناشی از فعالیت انسان همراه است. به ویژه سوزاندن سوخت های فسیلی غلظت های اصلی گازهای گلخانه ای را در جو افزایش می دهد و این غلظت های بالاتر پتانسیل گرم شدن جو را تا چندین درجه دارند.

 

مجبور تابشی

با توجه به بحث بالا از اثر گلخانه ای ، آشکار است که دمای زمین سطح و پایین جو ممکن است به سه روش اصلاح شده: (۱) از طریق افزایش خالص در تابش خورشیدی ورود در بالای جو زمین، ( ۲) از طریق تغییر در کسری از تابش رسیده به سطح ، و (۳) از طریق تغییر در غلظت گازهای گلخانه ای در جو. در هر حالت می توان تغییرات را از نظر “مجبور تابشی” تصور کرد. همانطور که توسط IPCC تعریف شده است ، مجبور تابشی اندازه گیری تأثیر یک عامل آب و هوایی معین بر میزان انرژی تابشی جهت دار به سمت پایین است.برخورد با سطح زمین. عوامل اقلیمی بین عوامل اصلی ناشی از فعالیتهای انسانی (مانند انتشار گازهای گلخانه ای و انتشار آئروسل ) و عوامل ناشی از نیروهای طبیعی (مانند تابش خورشید) تقسیم می شوند. سپس ، برای هر عامل ، مقادیر اصطلاحاً اجباری برای مدت زمان بین ۱۷۵۰ تا امروز محاسبه می شود. “اجبار مثبت” توسط عوامل اقلیمی م thatثر در گرم شدن سطح زمین اعمال می شود ، در حالی که “اجبار منفی” توسط عواملی که سطح زمین را خنک می کنند ، اعمال می شود.

خشونتهای تابشی جهانی از سال 1750 تاکنون
خشونتهای تابشی جهانی از سال ۱۷۵۰ تاکنون

از سال ۱۷۵۰ غلظت دی اکسید کربن و سایر گازهای گلخانه ای در جو زمین افزایش یافته است. در نتیجه این عوامل و سایر عوامل ، جو زمین گرمای بیشتری نسبت به گذشته حفظ می کند.

دائرæالمعارف بریتانیکا ، شرکت

25 نقطه داغ زمینی از تنوع زیستی زمین
بیشتر بخوانید در این موضوع
حفاظت: گرم شدن کره زمین
اثرات جهانی طغیان جو با دی اکسید کربن و سایر گازهای گلخانه ای ایجاد شده به عنوان محصولات جانبی فعالیت های انسانی …

به طور متوسط ​​سالانه حدود ۳۴۲ وات تشعشع خورشیدی به هر متر مربع از سطح زمین برخورد می کند و این مقدار می تواند به نوبه خود مربوط به بالا رفتن یا کاهش دمای سطح زمین باشد. دمای سطح نیز ممکن است از طریق تغییر در توزیع تابش زمینی (یعنی تابش ساطع شده از زمین) در جو افزایش یا کاهش یابد . در بعضی موارد ، مجبور شدن به تابش منشأ طبیعی دارد ، مانند فوران های انفجاری از آتشفشان ها که گازهای تخلیه شده و خاکستر بخشی از تابش خورشید را از سطح مسدود می کنند. در موارد دیگر، تابشی مجبور است انسانی ، یا به طور انحصاری انسان، مبدا. به عنوان مثال ، افزایش های انسانی در دی اکسید کربن ، متان واکسید نیتروژن تخمین زده می شود که ۲٫۳ وات بر متر مربع مجبور به تابش مثبت باشد. هنگامی که تمام مقادیر اجبار تابشی مثبت و منفی با هم جمع شوند و تمام فعل و انفعالات بین عوامل اقلیمی محاسبه شود ، کل افزایش خالص تابش سطح ناشی از فعالیتهای انسانی از ابتدای انقلاب صنعتی ۱٫۶ وات بر متر مربع است.

 

تأثیرات فعالیت های انسانی بر آب و هوا

فعالیت انسان با تغییر تعادل تابشی حاکم بر زمین در مقیاس های زمانی مختلف و در مقیاس های مختلف مکانی ، بر دمای سطح جهانی تأثیر گذاشته است. عمیق ترین و شناخته شده ترین تأثیر انسانی ، افزایش غلظت گازهای گلخانه ای در جو است. انسان همچنین با تغییر در غلظت های آئروسل و ازن و با اصلاح پوشش زمینی سطح زمین ، بر آب و هوا تأثیر می گذارد .

انتشار دی اکسید کربن
 

گازهای گلخانه ای

همانطور که در بالا بحث شد ، گازهای گلخانه ای با افزایش تابش موج بلند به سمت پایین که به سطح می رسد ، سطح زمین را گرم می کنند. رابطه بین غلظت اتمسفر گازهای گلخانه ای و تابش مثبت ناشی از سطح برای هر گاز متفاوت است. رابطه پیچیده ای بین خصوصیات شیمیایی هر گاز گلخانه ای و مقدار نسبی تابش موج طولانی که هر کدام می توانند جذب کنند وجود دارد. آنچه در زیر می آید بحث در مورد رفتار تابشی هر گاز عمده گلخانه ای است.

انتشار گازهای گلخانه ای
انتشار گازهای گلخانه ای

کارخانه هایی که سوخت های فسیلی را می سوزانند باعث گرم شدن کره زمین می شوند.

© jzehnder / Fotolia

 

بخار آب

بخار آب قوی ترین گازهای گلخانه ای در جو زمین است ، اما رفتار آن با رفتارهای دیگر گازهای گلخانه ای تفاوت اساسی دارد. نقش اصلی بخار آب به عنوان یک عامل مستقیم مجبور تابشی نیست بلکه به عنوان یک بازخورد آب و هوایی است – یعنی به عنوان یک پاسخ در سیستم آب و هوایی که بر ادامه فعالیت سیستم تأثیر می گذارد ( نگاه کنید به زیر بازخورد بخار آب ). این تمایز از این واقعیت ناشی می شود که به طور کلی ، میزان بخار آب موجود در جو نمی تواند مستقیماً توسط رفتار انسان اصلاح شود ، بلکه در عوض توسط دمای هوا تنظیم می شود . هرچه سطح گرمتر باشد ، تبخیر بیشتر می شودمیزان آب از سطح در نتیجه ، افزایش تبخیر منجر به غلظت بیشتری از بخار آب در جو پایین می شود که قادر به جذب تابش امواج طولانی و انتشار آن به سمت پایین است.

چرخه هیدرولوژیک سطح
چرخه هیدرولوژیک سطح

چرخه هیدرولوژیک سطح امروزی ، که در آن آب از اقیانوس ها از طریق جو به قاره ها منتقل می شود و به اقیانوس های بالای سطح زمین و زیر آن منتقل می شود. مقادیر داخل پرانتز به دنبال اشکال مختلف آب (به عنوان مثال ، یخ) مربوط به حجم در میلیون ها کیلومتر مکعب است. کسانی که فرآیندها را دنبال می کنند (به عنوان مثال ، بارش) به جریان خود در میلیون ها کیلومتر مکعب آب در سال اشاره می کنند.

دائرæالمعارف بریتانیکا ، شرکت

سطح سطح ازن و سایر ترکیبات

مهمترین گاز گلخانه ای بعدی ازن سطحی یا سطح پایین است (O ۳ ). سطح O ۳ نتیجه آلودگی هوا است . باید آن را از O ۳ استراتوسفر که به طور طبیعی در تعادل تابش سیاره ای متفاوت نقش دارد ، تشخیص داد. منبع طبیعی اولیه O سطح ۳ نشست از O استراتوسفر است ۳ از بالا جو ( پایین را ببینید استراتوسفر تخریب لایه ازن ). در مقابل، اولیه انسانی منبع O سطح ۳ است واکنش های فتوشیمیایی شامل آلاینده های جوی است مونوکسیدکربن (CO). بهترین برآورد غلظت طبیعی سطح O ۳ ppb 10 است و نیروی تابشی خالص ناشی از انتشارات انسانی سطح O ۳ تقریباً ۰٫۳۵ وات بر متر مربع است. غلظت ازن می تواند به بالاتر از سطح ناسالم (یعنی شرایطی که غلظت آن بیش از ۷۰ ppb برای هشت ساعت یا بیشتر) برود در شهرهای مستعدمه دود فتوشیمیایی .

 

اکسیدهای نیتروژن و گازهای فلوئوره شده

گازهای کمیاب اضافی تولید شده توسط فعالیت های صنعتی که دارای ویژگی های گلخانه ای هستند شامل اکسید نیتروژن (N ۲ O) و گازهای فلوئوره شده (هالوکربن ها ) ، دومی از جملهگوگرد هگزافلوراید ،هیدروفلوروکربن (HFCS)، وپرفلوئورکربنها (PFC). اکسید نیتروژن مسئول ۰٫۱۶ وات بر متر مربع مجبور به تابش است ، در حالی که گازهای فلوئوره به طور کلی مسئول ۰٫۳۴ وات در هر متر مربع هستند. اکسیدهای نیتروژن به دلیل واکنش های بیولوژیکی طبیعی در خاک و آب دارای غلظت پس زمینه کمی هستند ، در حالی که گازهای فلوئوره شده تقریباً تمام مدیون منابع صنعتی هستند.

 

آئروسل ها

تولید آئروسل ها یک ماده انسانی مهم را نشان می دهد تابشی مجبور از آب و هوا . در مجموع ، آئروسل ها بخشی از تابش خورشید ورودی را منعکس می کنند – یعنی منعکس و جذب می کنند ، و این باعث ایجاد یک فشار منفی می شود. از نظر اهمیت نسبی ، آئروسل ها در اثر تأثیر آنها بر دمای هوای نزدیک سطح ، بعد از گازهای گلخانه ای دوم هستند. برخلاف مدت زمان اقامت یک دهه در گازهای گلخانه ای “خوب مخلوط” ، مانند CO ۲ و CH ۴ ، آئروسل ها به راحتی در طی چند روز از هوا خارج می شوند ، یا در اثر باران یا برف(رسوب مرطوب) یا ته نشینی از هوا (رسوب خشک). بنابراین باید به طور مداوم تولید شوند تا بتوانند تأثیر مداوم در اجبار تابشی ایجاد کنند. ذرات معلق در هوا از این توانایی برای نفوذ آب و هوا به طور مستقیم با جذب یا بازتاب تابش خورشیدی ورودی، اما آنها نیز می تواند اثرات غیر مستقیم بر روی آب و هوا با تغییر ابر تشکیل و یا ابر خواص. بیشتر آئروسل ها به عنوان هسته های چگالشی عمل می کنند (سطوحی که بخار آب می تواند روی آن متراکم شود و ابرها را تشکیل دهد) با این حال ، اسپری های تیره رنگ ممکن است با جذب نور خورشید و گرم شدن هوای اطراف مانع تشکیل ابر شوند . با استفاده از وزش باد و گردش خون در سطح بالا ، می توان آئروسل ها را از هزاران کیلومتر از مبدا خود منتقل کرد در جو

شاید مهمترین نوع آئروسل انسانی در اجبار تابشی باشد سولفات آئروسل. از تولید می شودانتشار دی اکسید گوگرد (SO ۲ ) مرتبط با سوزاندن زغال سنگ و روغن. از اواخر دهه ۱۹۸۰ ، انتشار جهانی SO ۲ از حدود ۱۵۱٫۵ میلیون تن (۱۶۷٫۰ میلیون تن) به کمتر از ۱۰۰ میلیون تن (۱۱۰٫۲ میلیون تن) گوگرد در سال کاهش یافته است.

آئروسل نیترات به اندازه آئروسل سولفات مهم نیست ، اما این توانایی را دارد که به منبع قابل توجهی از مجبور کردن منفی تبدیل شود. یکی از منابع اصلی نیترات آئروسل استمه دود (ترکیبی ازن با اکسیدهای نیتروژن در جو پایین) که از سوزاندن ناقص سوخت در موتورهای احتراق داخلی آزاد می شود . منبع دیگر این استآمونیاک (NH ۳ ) ، که اغلب در کودها استفاده می شود یا در اثر سوزاندن گیاهان و سایر مواد آلی آزاد می شود. اگر مقادیر بیشتری از نیتروژن اتمسفر به آمونیاک تبدیل شود و انتشار آمونیاک کشاورزی همچنان که پیش بینی می شود افزایش یابد ، انتظار می رود تأثیر آئروسل های نیترات در مجبور تابشی رشد کند.

آئروسل های سولفاته و نیترات در درجه اول با انعکاس تابش خورشیدی ورودی عمل می کنند ، در نتیجه میزان رسیدن نور خورشید به سطح را کاهش می دهند. بیشتر آئروسل ها ، برخلاف گازهای گلخانه ای ، به جای تأثیر گرم شدن بر روی سطح زمین ، خنک کننده ایجاد می کنند . یک استثنا exception برجسته ، آئروسل های کربنی مانند استکربن سیاه یا دوده ، که در اثر سوزاندن سوخت های فسیلی و زیست توده تولید می شود. کربن سیاه بیشتر از این که تابش خورشیدی را منعکس کند ، جذب می شود و بنابراین تأثیر گرمایی در جو پایین ، جایی که در آن قرار دارد ، دارد. کربن سیاه به دلیل خواص جذبی که دارد ، می تواند تأثیر غیرمستقیم دیگری نیز بر آب و هوا بگذارد. از طریق رسوب در برف ، می تواند آلبدو پوشش برف را کاهش دهد. این کاهش در میزان تابش خورشید که توسط سطح برف به فضا منعکس می شود ، باعث ایجاد یک فشار مثبت مثبت می شود.

اشکال طبیعی آئروسل شامل گرد و غبار معدنی بادشده تولید شده در مناطق خشک و نیمه خشک و نمک دریا که در اثر عمل شکستن امواج در اقیانوس تولید می شود . تغییراتالگوهای باد به عنوان یک نتیجه از اصلاح آب و هوا می تواند انتشار این ذرات معلق در هوا را تغییر دهد. تأثیر تغییر آب و هوا بر روی الگوی منطقه ای خشکی می تواند منابع و مقصد ابرهای گرد و غبار را تغییر دهد. علاوه بر این ، از آنجا که غلظت آئروسل نمک دریا یا آئروسل دریا با قدرت بادهای نزدیک سطح اقیانوس افزایش می یابد ، تغییرات سرعت باد به دلیل گرم شدن کره زمین و تغییرات آب و هوایی می تواند بر غلظت آئروسل نمک دریا تأثیر بگذارد. به عنوان مثال ، برخی مطالعات نشان می دهد که تغییر آب و هوا ممکن است منجر به وزش باد شدیدتر در مناطقی از اقیانوس اطلس شمالی شود. مناطقی که باد شدیدتری دارند ممکن است افزایش غلظت آئروسل نمک دریا را تجربه کنند.

از دیگر منابع طبیعی آئروسل می توان به فوران های آتشفشانی ، تولید سولفات آئروسل و منابع زیست زا (به عنوان مثال ، فیتوپلانکتون ) اشاره کرد که تولید می کننددی متیل سولفید (DMS). سایر آئروسل های بیوژنیک مهم ، مانندترپن ها ، به طور طبیعی توسط انواع خاصی از درختان یا گیاهان دیگر تولید می شوند . به عنوان مثال، متراکم جنگل از کوه های بلو ریج از ویرجینیا در ایالات متحده ترپن در طول منتشر می کنند تابستان ، ماه که به نوبه خود تعامل با رطوبت بالا و درجه حرارت گرم برای تولید یک مه دود فتوشیمیایی طبیعی است. آلاینده های انسانی مانند نیترات و ازن که هر دو به عنوان پیش ماده عمل می کنندبه نظر می رسد که مولکولهای تولید آئروسل بیوژنیک میزان تولید این آئروسل ها را چندین برابر افزایش داده اند. به نظر می رسد این فرایند مسئول برخی از آلودگی های آئروسل افزایش یافته در مناطقی است که شهرنشینی سریع دارند .

فعالیت انسان در مقایسه با سطح پس زمینه زمان های پیش از صنعت ، میزان آئروسل موجود در جو را بسیار افزایش داده است. برخلاف تأثیرات جهانی گازهای گلخانه ای ، تأثیر آئروسل های انسانی در درجه اول در نیمکره شمالی ، جایی که بیشتر فعالیت های صنعتی جهان در آن رخ می دهد ، محدود می شود. الگوی افزایش در آئروسل انسانی با گذشت زمان نیز تا حدودی متفاوت از گازهای گلخانه ای است. در اواسط قرن ۲۰ ، افزایش قابل توجهی در انتشار آئروسل وجود دارد. به نظر می رسد که این امر حداقل تا حدی مسئول توقف گرم شدن سطح بوده است که از نیمسالهای ۱۹۴۰ تا ۱۹۷۰ در نیمکره شمالی صورت گرفته است. از آن زمان ، به دلیل اقدامات ضد آلودگی که از دهه ۱۹۶۰ در کشورهای صنعتی انجام شده ، میزان انتشار آئروسل کاهش یافته است.تولید برق در چین و هند .

کل نیروی تابشی تمام آئروسل های انسانی تقریباً ۱/۲ وات بر متر مربع است. از این مجموع ، ۰/۵ وات بر متر مربع از اثرات مستقیم حاصل می شود (مانند بازتاب انرژی خورشیدی)دوباره به فضا برگردید) و -۰٫۷ وات بر متر مربع از اثرات غیرمستقیم ناشی می شود (مانند تأثیر اسپری های هوا در تشکیل ابر). این مجبور تابشی منفی تقریباً ۴۰ درصد از نیروی تابشی مثبت ناشی از فعالیت انسانی را نشان می دهد. با این حال ، عدم اطمینان نسبی در نیروی تابشی آئروسل (تقریباً ۹۰ درصد) بسیار بیشتر از گازهای گلخانه ای است. علاوه بر این ، انتشار آئروسل های بعدی در اثر فعالیت های انسانی ، و تأثیر این انتشارات در تغییرات آب و هوایی در آینده ، با قطعیت مشخص نیست. با این وجود ، می توان گفت که اگر غلظت های آئروسل های انسانی مانند دهه ۱۹۷۰ همچنان کاهش یابد ، جبران قابل توجهی از اثرات گازهای گلخانه ای کاهش می یابد ، و آب و هوای آینده را برای گرم شدن بیشتر باز می کند.

ممکن است شما دوست داشته باشید