الثقافة العامة: • الاحتباس الحراري الأسباب والنتائج

الاحتباس الحراري

يقصد بالاحترار العالمي أو الاحتباس الحراري Global Warming ارتفاع درجة حرارة الأرض وغلافها الجوي ومياه البحار والمحيطات عن معدل درجة حرارتها قبل الثورة الصناعية. وتعتمد الحياة على الأرض على الطاقة الشمسية، والمعروف أن نصف الطاقة الساقطة على الغلاف الجوي يصل إلى سطح الأرض. وتمتص الأرض هذه الطاقة وتعيد إشعاعها على صورة أشعة تحت حمراء، أو ما يعرف بالأشعة الحرارية.

تمتص بعض غازات الغلاف الجوي (غازات الدفيئة) هذه الطاقة، وتعيد إشعاعها نحو الأرض، مما يؤدي إلى انحباسها في منظومة الأرض وارتفاع درجة الحرارة.

إن وجود غازات الدفيئة في الغلاف الجوي بتراكيز مناسبة كتلك التي سادت قبل سبعينيات القرن الماضي مهمّ للحياة على الأرض، حيث تقدر درجة حرارتها في الوقت الحاضر بحوالي 15 درجة مئوية، ومن دون هذه الغازات فإن درجة حرارة الأرض تنخفض لحوالي 18 درجة تحت الصفر. أما إذا زاد تركيز هذه الغازات، وعلى الخصوص غاز ثاني أكسيد الكربون، كثيرًا، فإن درجة الحرارة سترتفع، مما يؤدي إلى مشكلات وأضرار كثيرة سنتحدث عنها لاحقًا.

بدأ تركيز هذه الغازات يزداد بصورة ملحوظة خلال سبعينيات القرن الماضي، وما زال في ارتفاع مستمر. وقد كانت السنوات الأربع الأخيرة أكثر السنوات سخونة في التاريخ الحديث منذ بدأ قياس درجة الحرارة عام 1895 وارتفعت درجة الحرارة حوالي درجة واحدة في عام 2016، مقارنة مع معدلها خلال القرن الماضي. وأكدت تقارير صادرة عن الهيئة الحكومية الدولية لتغير المناخIPCC التابعة للأمم المتحدة ووكالة ناسا وإدارة الجو والمحيط الوطنية الأمريكية NOAA، وهيئات أرصاد جوية مختلفة، هذه المعلومات.

غازات الدفيئة

يتكون الغلاف الجوي بصورة أساسية من غازي النيتروجين 78 في المئة والأكسجين 21 في المئة، ويحوي كذلك كميات قليلة من الأرغون وغيره، وجسيمات صغيرة جدًا تسمى aerosols تعمل على عكس أشعة الشمس خارج الغلاف الجوي. كما يحوي أيضًا على كميات قليلة جدًا traces من غازات الدفيئة، وهي غازات ثاني أكسيد الكربون والميثان وأكسيد النيتروز أحد أكاسيد النيتروجين وبخار الماء وغيرها. وتمتص غازات الدفيئة بعض أشعة الشمس والأشعة تحت الحمراء الصادرة من الأرض وتعيد إشعاعها نحو الأرض، مما يؤدي إلى ارتفاع في درجة حرارتها. ويعتمد تأثير هذه الغازات على تركيزها وعمرها في الغلاف الجوي.

يزيد تركيز ثاني أكسيد الكربون بمئات المرات عن تركيز الغازات الأخرى، وقد يستمر في الغلاف الجوي مئات السنين، ويساهم بالتالي في حوالي 75 في المئة من الاحتباس الحراري العالمي. كما أن زيادة تركيزه في الغلاف الجوي تؤدي إلى ذوبانه في مياه المحيطات وتغيير كيمياء المياه، مما يسبب ضررًا كبيرًا للحياة البحرية.

تركيز الغاز في الهواء

تبين الدراسات أن تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون سجل أكبر مستوى له قبل حوالي 500 مليون عام في العصر الكامبريني، حيث كان التركيز عشرة أضعاف التركيز الحالي. وقد توصل العلماء إلى ذلك بتحليل فقاعات هواء متجمدة من منطقة القطبين. أما تركيز الغاز قبل حوالي 3 - 5 ملايين عام فقد كان مشابهًا للتركيز الحالي. وتدل الدراسات أيضًا على أن تركيز الغاز كان خلال الـ 800 ألف عام قبل الثورة الصناعية أقل من تركيزه عند بداية الثورة الصناعية، حيث كان يساوي 280 ppm.

وبدأ قياس تركيز الغاز بصورة دقيقة ومتواصلة عام 1958 في محطة Mauna Loa بجزيرة هاواي، وكان التركيز في ذلك الوقت 316 ppm ولوحظ من القياسات زيادة التركيز بصورة مستمرة. فقد سجلت المحطة تركيزًا غير مسبوق في العصر الحديث يساوي 400 ppm في مايو 2013، ثم ارتفع إلى 410 ppm في عام 2018، بزيادة حوالي 2 ppm سنويًا. ويتوقع أن يصل التركيز إلى أكثر من 500 ppm قبل نهاية القرن.

إن مثل هذا التركيز سيزيد درجة حرارة الأرض بحوالي 3 درجات، مما يسبب مشكلات خطيرة، ويعتقد الخبراء بأن النشاطات البشرية، وعلى الخصوص إنتاج الطاقة من الفحم والبترول والصناعة وغيرها، هي السبب الرئيس في زيادة تركيز الغاز. لقد تصاعد حوالي 30 مليار طن من الغاز بفعل هذه النشاطات عام 2016، وزادت بحوالي 24 في المئة عام 2018 وهي في تزايد مستمر. ولا شك في أن الغاز يتصاعد أيضًا بطرق طبيعية، لكن هنالك شبه توازن بين تصاعده وامتصاصه خلال هذه العمليات.

وقد وقّعت 200 دولة، بمبادرة من الهيئة الحكومية الدولية لتغير المناخ عام 2015، اتفاقية باريس لخفض تصاعد الغاز من النشاطات البشرية، وذلك للحد من زيادة درجة حرارة الأرض بما لا يزيد على 1.5 درجة حتى نهاية القرن. وهنالك عدة طرق يمكن من خلالها تحقيق ذلك.

طرق خفض تركيز الغاز

1) يساهم إنتاج الطاقة بحوالي 35 في المئة من الغاز المتصاعد، ويمكن الحد من ذلك بطرق كثيرة، فيمكن مثلاً التحول من الفحم( ينتج كل كيلو واط من الطاقة 1.2 كيلوجرام من الغاز) إلى الغاز الطبيعي الذي ينتج نصف هذه الكمية. كما يمكن التحول في المستقبل إلى مصادر الطاقة النظيفة، مثل مصادر الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، وكذلك طاقة الاندماج النووي النظيفة والآمنة.

2) يمكن الحد من تصاعد الغاز من المصانع، خاصة مصانع الأسمنت والبلاستيك التي تساهم بحوالي 21 في المئة منه، وذلك باستخدام مرشحات خاصة تمنع تسربه، أو مواد كيميائية تمتص الغاز، حيث يمكن جمع الغاز وتحويله إلى مصادر طاقة أو مواد نافعة.

3) تساهم وسائل النقل بحوالي 14 في المئة من زيادة تركيز الغاز في الهواء، ويمكن خفض النسبة بتطوير المحركات لتصبح أكثر كفاءة في الاحتراق بدلاً من التركيز على السرعة، كما هي الحال في الوقت الحاضر، إن التحول للسيارات الكهربائية يخفض تصاعد الغاز إلى النصف. ويمكن كذلك الاعتماد على المواصلات العامة، مثل القطارات والسفن بدلًا من الطائرات والعربات الخاصة.

4) تساهم العمليات الزراعية بحوالي 10 في المئة وقطع أشجار الغابات بنحو 14 في المئة من غازات الدفيئة، خاصة غاز الميثان الذي يتصاعد بكثافة من حظائر الأبقار. ويقدر الخبراء أن حوالي 33 ألف هكتار من الغابات يدمر يوميًّا. إن الحفاظ على الغابات وزيادة مساحتها سيؤديان إلى خفض الغازات الناتجة عن العمليات الزراعية.

5) تجرى في الوقت الحاضر أبحاث نشيطة في كثير من مراكز الأبحاث والجامعات والشركات على محاولة شفط الهواء بمراوح ضخمة، ثم فصل ثاني أكسيد الكربون عنه بامتصاصه بواسطة مواد كيميائية. وقد استخدمت شركة كندية محلولًا مائيًّا من هيدرو أكسيد البوتاسيوم لهذا الغرض، حيث يخرج الهواء خاليًا من الغاز، ثم يمكن الحصول على الغاز من خلال تسخين المحلول بالطاقة الشمسية لجمعه والاستفادة منه، كما سنرى. وكانت هذه العملية في الماضي مكلفة اقتصاديًّا، لكن الباحثين تمكنوا من خفض التكلفة في السنوات الأخيرة إلى الربع.

6) يدرس العلماء نشر جسيمات صغيرة جدًا، أو مواد خاصة في الجو، لعكس أشعة الشمس، حيث يساعد ذلك على خفض درجة الحرارة. وقد تصاعد حوالي 20 مليون طن من غاز ثاني أكسيد الكبريت من براكين ثارت نهاية القرن الماضي. وتفاعل ثاني أكسيد الكبريت مع بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي وكوّن طبقة بيضاء لامعة عكست أشعة الشمس، وبينت صور الأقمار الاصطناعية ذلك. لقد انخفضت درجة الحرارة حوالي 0.8 درجة في الأعوام التالية.

تحويل غاز ثاني أكسيد الكربون إلى طاقة

1) يعمل باحثون من جامعة كور نيل الأمريكية على تحويل الغاز إلى مصدر طاقة يمكن استخدامه في المنازل والمصانع والسيارات وغيرها. وتستخدم المجموعة الطاقة الشمسية لتحليل الماء والحصول على غاز الهيدروجين الذي يتفاعل مع غاز ثاني أكسيد الكربون في ظروف مناسبة لإنتاج وقود الميثانول. وعند استخدامه في دائرة مغلقة لإنتاج الطاقة، فإن غاز ثاني أكسيد الكربون يصدر من العملية، حيث يمكن تحويله مرة أخرى إلى طاقة، وهكذا تستمر العملية.

وقد استخدمت مجموعة أخرى من جامعة بنسلفانيا الأفكار السابقة لتحويل الغاز إلى الميثان باستخدام أنابيب نانومترية من أكسيد التيتانيوم ومنشط تفاعل. ويعطي الميثان أيضًا عند احتراقه غاز ثاني أكسيد الكربون الذي يمكن تحويله إلى طاقة خلال دائرة مغلقة.

وابتكر باحثون من جامعة Massachusetts Lowell طريقة اقتصادية لإنتاج غاز الهيدروجين من الماء وثاني أكسيد الكربون والكوبالت، ويتم مزج الهيدروجين في خلية وقود بالأكسجين الذي يمكن الحصول عليه من الهواء لإنتاج الكهرباء التي يمكن استخدامها لعمل جميع أنواع السيارات الكهربائية بما فيها الشاحنات والحافلات. ولا تحتاج هذه الطريقة الجديدة إلى تخزين الهيدروجين الذي قد يشتعل ولا ينتج عنها أي مواد ضارة أو ملوثة للبيئة، وينتج عنها بخار ماء فقط.

2) استخدم باحثون من معهد MIT أنابيب نانومترية من أكسيد النحاس مع منشط تفاعل لاختزال غاز ثاني أكسيد الكربون، وتحويله إلى غاز أول أكسيد الكربون الذي يمكن استخدامه في الصناعة أو تحويله إلى مصدر طاقة مناسب. لقد حصل الباحثون على كفاءة 13.4 في المئة للطاقة الناتجة.

3) يعمل الباحثون على محاكاة عملية التمثيل الضوئي في النباتات، حيث يحول الغاز مع الماء بوجود أشعة الشمس إلى طاقة كيميائية. يتم في البداية استخدام الطاقة الشمسية لتحليل الماء، ويمزج غاز الهيدروجين الناتج مع غاز ثاني أكسيد الكربون بوجود نوع معيّن من بكتيريا التربة. ينتج عن عملية التفاعل مصدر سائل( كحول) لإنتاج الطاقة.

تحويل الغاز إلى مادة سائلة أو صلبة

يحاول باحثون من الجامعات والشركات الكبرى سحب ثاني أكسيد الكربون من الجو وتحويله إلى مادة سائلة أو صلبة Carbon sequestration، وتتم معظم هذه العمليات تحت درجة حرارة عالية جدًّا، مما يشكل ضررًا كبيرًا للبيئة، كما أن هذه العمليات غير اقتصادية لعدم القدرة على استخدام المواد الناتجة. وقد أنفقت شركة شل العملاقة مليارات الدولارات على مثل هذه العمليات دون أن تحقق نتائج مرضية.

وحقق باحثون من جامعة RMIT في مدينة ملبورن الأسترالية، بالتعاون مع جامعات في ألمانيا والصين والولايات المتحدة الأمريكية، اختراقًا تقنيًّا في هذا المجال. وتمكّن الباحثون من تحويل الغاز إلى مادة صلبة من الفحم بالتحليل الكهروكيميائي في درجة حرارة الغرفة. كما استخدم الفريق الكتروليت مع مجموعة من المعادن السائلة كمنشط للتفاعل يعمل على تغيير الخواص السطحية للمحلول، وعند مزج الغاز في المحلول ومرور تيار كهربائي، فإن صفائح الكربون تترسب أسفل المحلول. إن صفائح الكربون الناتجة ذات خواص كهربائية يمكن استخدامها في الصناعات الإلكترونية مثل المكثفات والبطاريات وغيرها. تحول هذه الطريقة الواعدة غاز ثاني أكسيد الكربون إلى فحم، وهي بحاجة إلى مزيد من البحث والتطوير للتطبيق العملي في المصانع.

ويعمل باحثون من معهد MIT في الولايات المتحدة الأمريكية على استخدام الغاز لإنتاج كربونات صلبة يمكن استخدامها في عمليات البناء المختلفة، وتحاكي هذه العملية عملية بناء القواقع والأصداف الصلبة التي تقوم بها بعض الأحياء البحرية.

الآثار السلبية لارتفاع تركيز الغاز

- ارتفاع مستوى مياه البحار والمحيطات، من الواضح أن الاحتباس الحراري العالمي يؤدي إلى تسارع ذوبان الجليد في المناطق الباردة، مثل منطقة القطبين وجرين لاند وكندا وشمال أمريكا وأوربا. لقد تسارع ذوبان كتل الجليد الضخمة وجبال الجليد والمسطحات الجليدية المتجمدة، وزاد الذوبان بأكثر من عشرة أضعاف السنوات الماضية.

كما ارتفع مستوى المياه عن مستواه قبل الثورة الصناعية حوالي عام 1880 بنحو 20.3 سنتيمترًا، ويزيد الارتفاع على الأقل بحوالي 2.3 ملليمتر سنويًا. وإذا استمر الارتفاع على هذا النحو، فإنه قد يصل إلى حوالي المتر مع نهاية هذا القرن، مما يؤدي إلى غرق كثير من المدن الساحلية. وأعلن رئيس بلدية نيويورك خطة لحماية مانهاتن من الغرق بتكلفة 10 مليارات دولار. ويهدد ارتفاع مستوى مياه البحر حياة حوالي 40 مليون نسمة من سكان الهند خلال العقود المقبلة.

كما أن ذوبان كتل الجليد الضخمة وضياع مياهها العذبة في المحيطات سيؤديان إلى نقص في مياه الشرب، حيث تحوي هذه الكتل حوالي 75 في المئة من مخزون المياه العذبة الصالحة للشرب.

- يؤدي الاحتباس العالمي إلى زيادة شدة العواصف والأعاصير، مما يسبب فيضانات خطيرة في مناطق مختلفة من العالم. كما يسبب أيضًا، وعلى النقيض من ذلك، جفافًا وقحطًا شديدًا في مناطق أخرى.

وقد شاهدنا خلال العامين الماضيين أعاصير شديدة وأمطارًا غزيرة جدًا في فترات قصيرة أدت إلى كوارث كثيرة، ويتوقع أن يستمر ذلك، ويشتد في السنوات المقبلة.

- سيؤدي ارتفاع درجة الحرارة في منطقة خط الاستواء إلى هجرة الطيور والحشرات وغيرها نحو الشمال والجنوب، حيث الرطوبة والبرودة. وستترك هذه الهجرة أثرًا كبيرًا على البيئة، وقد تؤدي إلى انقراض كثير منها.

- سيتناقص إنتاج المحاصيل الزراعية، مثل القمح والأرز والذرة وغيرها، بسبب الاحتباس الحراري العالي ونقص الرطوبة. ويقدر الخبراء أن إنتاج تايلاند (وهي أكبر مصدر للأرز سينقص بحوالي الربع خلال السنوات المقبلة، كما أن ثلث نباتات السافانا في إفريقيا سينقرض خلال بضعة عقود. إن ارتفاع درجة الحرارة سيؤدي أيضًا إلى تشويش دورة الحياة بالنسبة إلى النباتات التي بدأت تنتج الأوراق مبكرًا في الربيع، ويتأخر سقوطها في الخريف، وتسقط أحيانًا في فصل الشتاء.

تحمض مياه المحيطات

إن الماء النقي متعادل من حيث الحمضية والقلوية، أما مياه المحيطات فهي قلوية بسبب الأملاح الذائبة فيها، مما يساعد على ازدهار الحياة البحرية. إن زيادة تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون في الهواء سيزيد ذوبانه في مياه المحيطات، ويقدر الخبراء أن حوالي ثلث كمية الغاز تذوب في المياه. ويتفاعل الغاز مع المياه وينتج عن التفاعل أحماض ضعيفة تتفكك منتجةً غاز الهيدروجين الذي يزيح الحمضية.

لقد زادت حمضية المياه بحوالي 30 في المئة منذ الثورة الصناعية. إن التفاعلات الكيميائية في المياه الحمضية تسبب نقصان أيون الكربونات الذي تستخدمه الأحياء البحرية في عمل هياكلها العظمية وأصدافها وقواقعها. وستجعل زيادة حمضية مياه المحيطات الشُّعبَ المرجانية في المستقبل نادرة الحدوث. إن بعض الأحياء البحرية بدأت تنقرض بسبب الحموضة بسرعة أكبر من السابق. وقد بينت دراسة حديثة تأثير مياه المحيط الحمضية على أرضية أو قعر المحيط، التي تتكون من كربونات الكالسيوم التي بدأت تذوب سريعًا، مما أدى إلى ذوبان نصف أرضية المحيط الأطلسي المقابل لقارة أوربا. إن هذه التأثيرات حديثة العهد، وهي مجال أبحاث كثيرة في الوقت الحاضر .