تأثير الاحتباس الحراري والامتصاص الجوي
كيف تمتص أبخرة الماء وثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى الإشعاع الحراري وتعيد إصداره، مما يؤدي إلى تدفئة السطح فوق درجة حرارة توازنه الإشعاعي.
Definition
تأثير الاحتباس الحراري هو ارتفاع درجة حرارة سطح الكوكب الناتج عن الغازات الجوية الشفافة لأشعة الشمس الواردة ولكنها تمتص وتعيد إصدار الإشعاع الحراري الصادر، مما يرفع درجة حرارة السطح فوق القيمة التي يحددها التسخين الشمسي وحده.
Scope
يغطي هذا الموضوع الأساس الفيزيائي لتأثير الاحتباس الحراري: امتصاص وإصدار الإشعاع طويل الموجة بواسطة الغازات الجزيئية، النطاقات الطيفية التي تعمل فيها، والطريقة التي يتحكم بها المستوى الإشعاعي الفعال للغلاف الجوي في درجة حرارة السطح. ويتناول أدوار بخار الماء، وثاني أكسيد الكربون، والميثان، وأكسيد النيتروز، والأوزون، ومفهوم التأثير الإشعاعي الناتج عن التغيرات في تركيزاتها، وتأثيرات التشبع وتداخل النطاقات التي تحكم كيفية تدرج التأثير مع التركيز.
Core questions
- لماذا تكون بعض الغازات فعالة في امتصاص الإشعاع الحراري بينما لا تكون الأخرى كذلك؟
- كيف يرفع تأثير الاحتباس الحراري درجة حرارة السطح فوق التوازن الإشعاعي؟
- كيف يتغير التأثير الإشعاعي مع زيادة تركيز غازات الدفيئة؟
- ما هي المساهمات النسبية لبخار الماء وثاني أكسيد الكربون؟
Key theories
- مستوى الانبعاث الفعال
- ترفع غازات الدفيئة الارتفاع الذي يشع منه الكوكب بفعالية إلى الفضاء، ولأن هذا المستوى أكثر برودة من السطح، يجب أن يسخن السطح لإصدار طاقة كافية لموازنة ضوء الشمس الوارد.
- التأثير اللوغاريتمي لثاني أكسيد الكربون
- نظرًا لأن نطاقات الامتصاص المركزية لثاني أكسيد الكربون مشبعة تقريبًا، فإن تأثيره الإشعاعي ينمو تقريبًا مع لوغاريتم التركيز، لذا فإن كل مضاعفة تضيف كمية مماثلة من التأثير.
Mechanisms
تمتص الجزيئات ذات الانتقالات الاهتزازية والدورانية المناسبة الإشعاع تحت الأحمر الصادر وتعيد إصداره في جميع الاتجاهات، بما في ذلك العودة نحو السطح؛ وهذا يرفع الارتفاع الذي يهرب عنده الإشعاع أخيرًا إلى الفضاء، وبما أن درجة الحرارة تنخفض مع الارتفاع في التروبوسفير، فإن السطح يسخن حتى يشع مستوى الانبعاث الأكثر برودة ما يكفي لموازنة ضوء الشمس الممتص. إضافة المزيد من الغاز يزيد من سمك الطبقة الماصة ويحرك مستوى الانبعاث إلى مستوى أعلى وأكثر برودة، مما يزيد من التأثير.
Clinical relevance
يُعد التأثير الإشعاعي الناتج عن ارتفاع ثاني أكسيد الكربون والميثان وغازات الدفيئة الأخرى هو المحرك الفيزيائي المباشر لتغير المناخ الناتج عن الأنشطة البشرية، مما يجعل هذه الآلية محورية لفهم وتوقع الاحترار العالمي.
Evidence & guidelines
يُحدد تقرير التقييم السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) التأثير الإشعاعي الفعال لكل غاز دفيئة رئيسي وينسب الحصة المهيمنة من الاحترار المرصود منذ عصر ما قبل الصناعة إلى هذه الغازات.
History
أظهر تيندال في القرن التاسع عشر أن بخار الماء وثاني أكسيد الكربون يمتصان الإشعاع الحراري، وقدم أرينيوس أول تقدير كمي للاحترار الناتج عن مضاعفة ثاني أكسيد الكربون؛ وقد صقلت التحليلات الطيفية ونمذجة الإشعاع والحمل الحراري في القرن العشرين هذه الأفكار لتصبح النظرية الكمية الحديثة للتأثير الإشعاعي.
Debates
- المزاعم التاريخية لتشبع النطاقات
- تم حل الاعتراضات المبكرة بأن امتصاص ثاني أكسيد الكربون كان مشبعًا بالفعل من خلال إدراك أن إضافة الغاز يرفع مستوى الانبعاث البارد، وبالتالي يستمر التأثير في الزيادة بدلاً من الثبات.
Key figures
- Svante Arrhenius
- John Tyndall
- Raymond Pierrehumbert
- Syukuro Manabe
Related topics
Seminal works
- arrhenius1896
- pierrehumbert2010
Frequently asked questions
- ما هو الغاز الأكثر مساهمة في تأثير الاحتباس الحراري؟
- بخار الماء هو أكبر مساهم بشكل عام، لكنه يعمل كآلية تغذية راجعة تستجيب لدرجة الحرارة، بينما ثاني أكسيد الكربون هو الغاز الرئيسي طويل الأمد الذي يزيده البشر.
- لماذا لا يزال ثاني أكسيد الكربون مهمًا إذا كانت نطاقاته مشبعة تقريبًا؟
- تؤدي إضافة ثاني أكسيد الكربون إلى رفع الارتفاع الذي يشع منه الكوكب إلى الفضاء إلى مستوى أكثر برودة، لذا يستمر تأثير الاحترار في النمو مع كل مضاعفة للتركيز.