اثر گلخانه ای و تخریب لایه ازن استراتوسفر

اثر گلخانه ای و تخریب لایه ازن استراتوسفر

فرمت: PDF تعداد صفحات: 40

مقدمه

اگر چه بخش اعظم هوا را گازهای نیتروژن و اکسیژن به خود اختصاص داده اند و سهم سایر گازها و ذرات معلق بسیار کم است ولی به دلیل اهمیتی که این بخش دارد توجه محققان را به خود معطوف داشته است. این جزء از هوا که شامل گازهای دی اکسیدکربن (CO2)، اکسید نیتروژن (N2O)، متان (CH4)، ازن (O3) و گازهایی مانند کلروفلوروکربن ها (CFCs) است، نقش تعیین کننده ای در چگونگی و تغییر آب و هوای کره زمین دارند. در این بین فعالیت های انسان باعث افزایش غلظت و سرعت تغییر این گازها در اتمسفر به میزان بیش از حد طبیعی آنها گردیده است. این مسئله به همراه اثر گلخانه ای عامل اصلی بروز دو مشکل تغییر آب و هوای جهانی و کاهش لایه ازن به شمار می رود.

زمین در زمان تشکیل در حدود ۴ یا ۵ میلیارد سال قبل احتمالا فاقد هر گونه جوی بوده است. ولی به تدریج بخار آب، دی اکسیدکربن، ترکیبات نیتروژن و گوگرددار آزاد شده در جریان فعالیت های آتشفشانی جو کنونی زمین را به وجود آوردند. اکسیژن نیز احتمالا از فعالیت فتوسنتزی گیاهان آبزی اولیه به وجود آمده است. در آن زمان وجود آب نقش مهمی در حفاظت از گیاهان آبزی در برابر پرتوهای فرابنفش ایفا می کرده است. با ادامه فرآیند فتوسنتز به تدریج مقدار اکسیژن در جو زمین افزایش یافت و به این ترتیب زمینه تولید ازن فراهم شده است. گاز ازن نیز با جذب پرتوهای فرابنفش نور خورشید گیاهان را در برابر این پرتوها محافظت کرد و به این طریق زمینه حضور گیاهان در تشکی فراهم شد.

در جدول ۱ ترکیب هوای جو زمین به صورت نسبت حجمی آورده شده است (مقادیر مذکور مربوط به هوای تمیز، خشک و فاقد هر گونه آلودگی، ذرات جامد و قطرات بخار آب است). لازم به ذکر است اکثر مقادیر در این جدول تغییر نمی کنند و تنها غلظت CO2 به ازاء هر سال به میزان 1.5ppm افزایش می یابد.

جدول۱: ترکیب هوای جو زمین (نسبت های حجمی)

در این بخش علاوه بر ترکیب موا به بررسی تغییرات درجه حرارت کره زمین نیز خواهیم پرداخت، به همین منظور جو زمین را به صورت لایه های افقی و پروفیل حرارتی مورد مطالعه قرار می دهیم. این لایه ها از سطح زمین به ترتیب تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر و ترموسفر نامیده می شوند که در شکل ۱ نیز به همراه پروفیل حرارتی نشان داده شده اند.

پروفيل حرارتی و چهار لایه اصلی جو زمین

شكل ۱: پروفيل حرارتی و چهار لایه اصلی جو زمین

بیش از ۸۰ درصد جرم اتمسفر و تقریبا تمام بخار آب و ابرها در تروپوسفر قرار دارد، ارتفاع این لایه از جو در عرض های میانی جغرافیا به بیش از ۱۲ کیلومتر (تقریبأ سقف پروازی هواپیماها)، در قطبین به حدود ۵ تا ۶ کیلومتر و در استوا به حدود ۱۸ کیلومتر می رسد. در تروپوسفر به ازاء هر کیلومتر درجه حرارت بین ۵ تا ۷ درجه سانتی گراد کاهش می باید، که در واقع این سرعت تغییر درجه حرارت همان سرعت کاهش آدیاباتیک مرطوب است که در بخش قبل مورد بررسی قرار گرفت. تروپوسفر در اکثر مواقع لایه متلاطمی است که حرکت عمودی توده های هوا و در نتیجه آمیختگی کامل توده ها در آن اتفاق می افتد، این پدیده از نظر کیفیت هوا و رقیق شدن مواد آلاینده بسیار مفید است.

در بالای تروپوسفر لایه بسیار پایدار و خشک استراتوسفر قرار گرفته است، مواد آلاینده ای که به این لایه می رسند قبل از آنکه دوباره به تروپوسفر بازگردانده شوند برای سالیان زیادی در آنجا باقی می مانند. درجه حرارت هوا در این لایه به دلیل جذب پرتوهای فرابنفش به وسیله ازن نسبت به تروپوسفر افزایش می یابد و در نتیجه وارونگی حرارتی هوا در این لایه بسیار با دوام و پایدار خواهد بود. دو لایه تروپوسفر و استراتوسفر به همراه هم در حدود ۹۹٫۹۹ درصد جرم جو زمین را به خود اختصاص می دهند، از نظر ارتفاعی نیز ارتفاع این دو لایه در حدود ۵۰ کیلومتر (معادل یک درصد شعاع زمین) است

مزوسفر لایه دیگر جو است که در بالای استراتوسفر قرار گرفته است، در این لایه نیز همانند تروپوسفر شرایط آمیختگی هوا مهیا است. بالاتر از مزوسفر، ترموسفر قرار دارد که در اثر جذب انرژی خورشیدی به وسیله اتم های اکسیژن گرم می شود. در این لایه توده متراکمی از ذرات باردار و یونهای به هم متصل بنام یونوسفر قرار گرفته است. قبل از آنکه ماهواره ها در جو زمین قرار گیرند این لایه (یونوسفر) با بازتاب امواج رادیویی به سطح زمین در ارسال این امواج اختلال ایجاد می کرد ولی امروزه به مدد ماهواره ها این مشکل حل شده است.

درجه حرارت کره زمین

در طول تاریخ آب و هوای زمین بطور متناوب در تغییر تدریجی و گاه ناگهانی بوده است. بطوری که در ۲ میلیون سال گذشته در حدود ۲۰ دوران یخبندان و بین یخبندان در زمین رخ داده است. اگر چه در آن زمان انسان در بروز این تغییرات هیچ نقشی نداشت ولی امروزه در بروز تغییرات آب و هوایی برای خود جایگاهی دست و پا کرده است.

هواشناسان به منظور بررسی آب و هوای گذشته زمین از روشهای مختلفی برای دست یابی به اطلاعات استفاده میکنند. از جمله این روش ها استفاده از مدارک تاریخی نظیر حلقه های تنه درختان، تغییر حجم يخ ها، تغییر سطح آب دریاها، تجزیه و تحلیل فسیل گرده گیاهان و بررسی علایم زمین شناختی مربوط به حرکت یخچال ها را می توان نام برد. مطالعه همبستگی بین پوشش یخ روی سطح زمین با ایزوتوپ اکسیژن ۱۸ در رسوبات بستر دریاها از دیگر روش های بررسی آب و هوای گذشته است که امروزه کاربرد فراوان دارد. بخار آب حاصل از تبخیر آب دریاها و اقیانوس ها حاوی مخلوطی از دو ایزوتوپ اکسیژن ۱۶ و ۱۸ است، بخار آب حاوی اکسیژن ۱۸ تست شده به بخار آب حاوی اکسیژن ۱۶ سنگین تر و متراکم تر است. بنابراین در هنگام تشکیل ابر زودتر به نقطه میعان رسیده و بارش می کند. بر این اساس بارندگی هایی که در سطح اقیانوس ها و نواحی نزدیک به آنها رخ می دهند نسبت به بارندگی های نقاط دوردست و یخهای قطبی از نسبت بالاتر اکسیژن ۱۸ برخوردار هستند. به همین علت از غلظت و به سمت مناطق یخبندان و قطب های جنوب و شمال به تدریج کاسته می شود و به طور انتخابی وارد چرخه هیدرولوژی شده و به همین نسبت نیز در اقیانوس ها انباشته می شود. در نتیجه با زمان سنجی رسوبات دریایی و بررسی نسبت دو ایزوتوپ اکسیژن می تواند یک دم انگار تاریخی رسم کرد. روش مشابه دیگری که مورد استفاده قرار می گیرد مقایسه هیدروژن معمولی با ایزوتوپ سنگین تر آن (دوتریم) در ذرات برف است.

ادامه مطالب زیر را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید:

• مدل های ساده پیش بینی تغییرات درجه حرارت زمین
• اثر گلخانه ای
  • افزایش اثر گلخانه ای
• دی اکسید کربن
  • چرخه کربن
  • تاریخچه ثبت پراکنش دی اکسید کربن
  • پراکنش کربن حاصل از احتراق سوخت های فسیلی
  • افزایش دمای تعادل به وسیله co2
• کلروفلوروکربن ها (CFCs)
  • تاثیر کلروفلوروکربن ها بر گرم شدن کره زمین و تخریب لایه ازن
• سایر گازهای گلخانه ای
  • متان
  • اکسید نیترو
  • ازن