نموذج توضيحي للحجة السببية

Last updated
Save as PDF

Page ID: 169318

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

بديل الوسائط

استمع إلى نسخة صوتية من هذه الصفحة (11 دقيقة و27 ثانية):

ملاحظة التنسيق: يمكن الوصول إلى هذا الإصدار لمستخدمي قارئ الشاشة. راجع هذه النصائح لقراءة نماذج الحجج المشروحة باستخدام قارئ الشاشة. للحصول على تنسيق مرئي أكثر تقليدية، راجع نسخة PDF من «شرح المناخ: لماذا يكون لثاني أكسيد الكربون مثل هذا التأثير الكبير على مناخ الأرض».

جايسون ويست

من المحادثة

13 سبتمبر 2019

شرح المناخ: لماذا لثاني أكسيد الكربون مثل هذا التأثير الكبير على مناخ الأرض

(ملاحظة: يضع العنوان المقالة كحجة سببية، كدليل على كيفية تأثير ثاني أكسيد الكربون على المناخ.)

Climate Explained هو تعاون بين The Conversation و Stuff ومركز الإعلام العلمي النيوزيلندي للإجابة على أسئلتك حول تغير المناخ.

سؤال

سمعت أن ثاني أكسيد الكربون يشكل 0.04٪ من الغلاف الجوي العالمي. ليس 0.4٪ أو 4٪، ولكن 0.04٪! كيف يمكن أن تكون مهمة جدًا في ظاهرة الاحتباس الحراري إذا كانت هذه النسبة صغيرة؟

غالبًا ما أسأل كيف يمكن أن يكون لثاني أكسيد الكربون تأثير مهم على المناخ العالمي عندما يكون تركيزه صغيرًا جدًا - 0.041٪ فقط من الغلاف الجوي للأرض. والأنشطة البشرية مسؤولة فقط عن 32٪ من هذا المبلغ. (ملاحظة: يقدم جيسون ويست مقالته كرد على حجة مضادة.)

أدرس أهمية غازات الغلاف الجوي لتلوث الهواء وتغير المناخ. (ملاحظة: يثبت ويست مصداقيته كباحث في هذا الموضوع.) إن مفتاح التأثير القوي لثاني أكسيد الكربون على المناخ هو قدرته على امتصاص الحرارة المنبعثة من سطح كوكبنا، ومنعه من الهروب إلى الفضاء. (ملاحظة: يلخص ويست حجته السببية من خلال شرح آلية يمكن أن تفسر التأثير المفاجئ لثاني أكسيد الكربون على درجة الحرارة.)

علم الاحتباس الحراري المبكر

كما فوجئ العلماء الذين حددوا لأول مرة أهمية ثاني أكسيد الكربون للمناخ في خمسينيات القرن التاسع عشر بتأثيره. (ملاحظة: يؤكد هذا الجزء من التاريخ تعاطف ويست مع المفاجأة التي تم التعبير عنها في السؤال الافتتاحي.) وبالعمل بشكل منفصل، وجد جون تيندال في إنجلترا ويونيس فوت في الولايات المتحدة أن ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والميثان جميعها تمتص الحرارة، في حين أن الغازات الأكثر وفرة لم تفعل ذلك.

كان العلماء قد حسبوا بالفعل أن الأرض كانت أكثر دفئًا بحوالي 59 درجة فهرنهايت (33 درجة مئوية) مما ينبغي، بالنظر إلى كمية ضوء الشمس التي تصل إلى سطحها. أفضل تفسير لهذا التناقض هو أن الغلاف الجوي احتفظ بالحرارة لتدفئة الكوكب.

أظهر Tyndall و Foote أن النيتروجين والأكسجين، اللذين يمثلان معًا 99٪ من الغلاف الجوي، ليس لهما أي تأثير أساسي على درجة حرارة الأرض لأنهم لم يمتصوا الحرارة. (ملاحظة: يُظهر الغرب كيف أزال العلماء ما بدا وكأنه أسباب محتملة لتأثير الاحترار.) وبدلاً من ذلك، وجدوا أن الغازات الموجودة بتركيزات أقل بكثير كانت مسؤولة تمامًا عن الحفاظ على درجات الحرارة التي جعلت الأرض صالحة للسكن، عن طريق حبس الحرارة لخلق تأثير الاحتباس الحراري الطبيعي.

بطانية في الغلاف الجوي

(ملاحظة: تساعد مقارنة غازات الاحتباس الحراري بالبطانية القراء على تصور الحجة السببية.)

تستقبل الأرض باستمرار الطاقة من الشمس وتعيد إشعاعها إلى الفضاء. لكي تظل درجة حرارة الكوكب ثابتة، يجب موازنة الحرارة الصافية التي يتلقاها من الشمس بالحرارة الخارجة التي تنبعث منها. (ملاحظة: يقدم الغرب خلفية حول ما يؤثر على درجة حرارة الأرض.)

نظرًا لأن الشمس حارة، فإنها تعطي الطاقة في شكل إشعاع الموجات القصيرة عند الأشعة فوق البنفسجية والأطوال الموجية المرئية بشكل أساسي. الأرض أكثر برودة، لذلك تنبعث منها الحرارة كأشعة تحت الحمراء، والتي لها أطوال موجية أطول.

الشكل 2: يوضح العلاقة بين الطول الموجي للضوء وكمية الطاقة

الشكل 2: الطيف الكهرومغناطيسي هو نطاق جميع أنواع إشعاع EM - الطاقة التي تنتقل وتنتشر أثناء انتقالها. تكون الشمس أكثر سخونة من الأرض، لذا فهي تصدر إشعاعًا عند مستوى طاقة أعلى، وله طول موجي أقصر. وكالة ناسا

يحتوي ثاني أكسيد الكربون وغازات الاحتباس الحراري الأخرى على هياكل جزيئية تمكنها من امتصاص الأشعة تحت الحمراء. يمكن للروابط بين الذرات في الجزيء أن تهتز بطرق معينة، مثل درجة صوت خيط البيانو. عندما تتوافق طاقة الفوتون مع تردد الجزيء، يتم امتصاصه ونقل طاقته إلى الجزيء. (ملاحظة: يحدد هذا القسم الوكالة، وهو شرح لكيفية احتجاز ثاني أكسيد الكربون للحرارة.)

يحتوي ثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى التي تحبس الحرارة على ثلاث ذرات وترددات أو أكثر تتوافق مع الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من الأرض. لا يمتص الأكسجين والنيتروجين، مع وجود ذرتين فقط في جزيئاتهما، الأشعة تحت الحمراء. (ملاحظة: يشرح ويست لماذا لا يحبس سببان محتملان آخران للاحترار، الأكسجين والنيتروجين، الحرارة.)

تمر معظم أشعة الموجات القصيرة الواردة من الشمس عبر الغلاف الجوي دون أن يتم امتصاصها. لكن معظم الأشعة تحت الحمراء الصادرة يتم امتصاصها بواسطة غازات حبس الحرارة في الغلاف الجوي. ثم يمكنهم إطلاق تلك الحرارة أو إعادة إشعاعها. يعود البعض إلى سطح الأرض، مما يجعله أكثر دفئًا مما سيكون عليه الحال بخلاف ذلك.

الشكل 3: تستقبل الأرض الطاقة الشمسية من الشمس (الصفراء)، وتعيد الطاقة إلى الفضاء من خلال عكس بعض الضوء الوارد والحرارة المشعة (الحمراء). تحبس غازات الاحتباس الحراري بعضًا من تلك الحرارة وتعيدها إلى سطح الكوكب. وكالة ناسا عبر ويكيميديا. (ملاحظة: يقدم الشكل 3، مع الشريط الأحمر الموجود في أقصى اليمين والذي يشير إلى الأرض، حجة بصرية مفادها أن غازات الاحتباس الحراري تحبس الحرارة.)

الشكل 3: تستقبل الأرض الطاقة الشمسية من الشمس (الصفراء)، وتعيد الطاقة إلى الفضاء عن طريق إعادة عكس بعض الضوء الوارد وإشعاع الحرارة (أحمر). تحبس غازات الاحتباس الحراري بعضًا من تلك الحرارة وتعيدها إلى سطح الكوكب. وكالة ناسا عبر ويكيميديا

البحث عن انتقال الحرارة

خلال الحرب الباردة، تمت دراسة امتصاص الأشعة تحت الحمراء بواسطة العديد من الغازات المختلفة على نطاق واسع. وقاد العمل سلاح الجو الأمريكي، الذي كان يطور صواريخ تسعى إلى الحرارة وكان بحاجة إلى فهم كيفية اكتشاف الحرارة التي تمر عبر الهواء.

مكّن هذا البحث العلماء من فهم المناخ وتكوين الغلاف الجوي لجميع الكواكب في النظام الشمسي من خلال مراقبة بصمات الأشعة تحت الحمراء. على سبيل المثال، تبلغ درجة حرارة كوكب الزهرة حوالي 870 فهرنهايت (470 درجة مئوية) لأن غلافه الجوي السميك هو 96.5٪ من ثاني أكسيد الكربون (ملاحظة: تُظهر المقارنة مع كوكب الزهرة أن التركيز العالي لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي يرتبط بارتفاع درجة الحرارة على كوكب آخر.)

كما أنها ساعدت على التنبؤ بالطقس والنماذج المناخية، مما سمح لهم بتحديد كمية الأشعة تحت الحمراء التي يتم الاحتفاظ بها في الغلاف الجوي وإعادتها إلى سطح الأرض.

يسألني الناس أحيانًا عن سبب أهمية ثاني أكسيد الكربون للمناخ، نظرًا لأن بخار الماء يمتص المزيد من الأشعة تحت الحمراء ويمتص الغازان العديد من الأطوال الموجية نفسها. والسبب هو أن الغلاف الجوي العلوي للأرض يتحكم في الإشعاع الذي يهرب إلى الفضاء. الغلاف الجوي العلوي أقل كثافة بكثير ويحتوي على بخار ماء أقل بكثير مما هو عليه بالقرب من الأرض، مما يعني أن إضافة المزيد من ثاني أكسيد الكربون يؤثر بشكل كبير على كمية الأشعة تحت الحمراء التي تتسرب إلى الفضاء. (ملاحظة: في هذه الفقرة، يزيل الغرب دافعًا محتملًا آخر لتغير المناخ، وهو حبس بخار الماء بالحرارة.)

ترتفع مستويات ثاني أكسيد الكربون وتنخفض في جميع أنحاء العالم، وتتغير موسميًا مع نمو النبات وانحلاله.

مراقبة تأثير الاحتباس الحراري

هل سبق لك أن لاحظت أن الصحاري غالبًا ما تكون أكثر برودة في الليل من الغابات، حتى لو كان متوسط درجات الحرارة فيها هو نفسه؟ بدون وجود الكثير من بخار الماء في الغلاف الجوي فوق الصحاري، فإن الإشعاع الذي تطلقه يهرب بسهولة إلى الفضاء. في المناطق الأكثر رطوبة، يتم احتجاز الإشعاع من السطح بواسطة بخار الماء في الهواء. وبالمثل، تميل الليالي الملبدة بالغيوم إلى أن تكون أكثر دفئًا من الليالي الصافية بسبب وجود المزيد من بخار الماء.

يمكن رؤية تأثير ثاني أكسيد الكربون في التغيرات السابقة في المناخ. أظهرت عينات الجليد على مدى المليون سنة الماضية أن تركيزات ثاني أكسيد الكربون كانت عالية خلال الفترات الدافئة - حوالي 0.028٪. خلال العصور الجليدية، عندما كانت الأرض أكثر برودة بحوالي 7 إلى 13 درجة فهرنهايت (4-7 درجات مئوية) مقارنة بالقرن العشرين، كان ثاني أكسيد الكربون يشكل حوالي 0.018٪ فقط من الغلاف الجوي. (ملاحظة: يقدم الغرب المزيد من الأدلة من تاريخ الأرض لإظهار العلاقة بين تركيز ثاني أكسيد الكربون العالي ودرجات الحرارة المرتفعة.)

على الرغم من أن بخار الماء أكثر أهمية لتأثير الاحتباس الحراري الطبيعي، إلا أن التغيرات في ثاني أكسيد الكربون أدت إلى تغيرات درجة الحرارة السابقة. في المقابل، تستجيب مستويات بخار الماء في الغلاف الجوي لدرجة الحرارة. عندما تصبح الأرض أكثر دفئًا، يمكن أن يحتوي غلافها الجوي على المزيد من بخار الماء، مما يزيد من الاحترار الأولي في عملية تسمى «التغذية الراجعة لبخار الماء». (ملاحظة: يصف الغرب حلقة التغذية الراجعة أو الحلقة المفرغة حيث يؤدي الاحترار إلى مزيد من الاحترار.) لذلك كانت الاختلافات في ثاني أكسيد الكربون هي التأثير المسيطر على التغيرات المناخية السابقة.

تغيير صغير، تأثيرات كبيرة

لا ينبغي أن يكون مفاجئًا أن كمية صغيرة من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي يمكن أن يكون لها تأثير كبير. نحن نأخذ حبوب منع الحمل التي تمثل جزءًا صغيرًا من كتلة الجسم ونتوقع أن تؤثر علينا. (ملاحظة: يدعم ويست ادعائه السببي من خلال إجراء مقارنة بشيء أكثر شيوعًا، وهو الحبوب.)

اليوم مستوى ثاني أكسيد الكربون أعلى من أي وقت مضى في تاريخ البشرية. يتفق العلماء على نطاق واسع على أن متوسط درجة حرارة سطح الأرض قد ارتفع بالفعل بنحو 2 فهرنهايت (1 درجة مئوية) منذ ثمانينيات القرن التاسع عشر، وأن الزيادات التي يسببها الإنسان في ثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى التي تحبس الحرارة من المرجح جدًا أن تكون مسؤولة عن ذلك. (ملاحظة: يشير الغرب إلى وجود علاقة بين ثاني أكسيد الكربون ودرجة الحرارة. هنا يعتمد على الخبراء لدعم فكرة السببية.)

بدون اتخاذ إجراءات للسيطرة على الانبعاثات، قد يصل ثاني أكسيد الكربون إلى 0.1٪ من الغلاف الجوي بحلول عام 2100، أي أكثر من ثلاثة أضعاف المستوى قبل الثورة الصناعية. سيكون هذا تغييرًا أسرع من التحولات في ماضي الأرض التي كانت لها عواقب وخيمة. بدون عمل، ستسبب هذه الشظية الصغيرة من الغلاف الجوي مشاكل كبيرة. (ملاحظة: ينتهي الغرب بتوقع موجز. ويقارن الارتفاع المحتمل في ثاني أكسيد الكربون بالتغيرات السابقة للإشارة إلى أن عواقب تغير المناخ الناجم عن الإنسان ستكون أكثر إثارة مما كانت عليه في الماضي.)

الإسناد

تم إعادة نشر هذه المقالة من The Conversation بموجب ترخيص Creative Commons CC BY-ND 4.0. التعليقات التوضيحية من قبل آنا ميلز ومرخصة CC BY-NC 4.0.