پرسش های بزرگ: دمای هوای کره زمین تا چه حد گرم می شود؟

در حال حاضر دمای کره‌ی زمین یک درجه‌ی سانتی‌گراد بالاتر از دوران قبل از صنعتی شدن است و به نظر می‌رسد این دما همچنان بالاتر می‌رود. اما چقدر دمای هوای زمین بالا می‌رود؟ انسان تا چه حدی در این افزایش دما دخیل است؟ آیا در این بین محدودیتی وجود دارد؟

تغییرات آب‌و‌هوایی برای کره‌ی زمین اتفاق تازه‌ای به حساب نمی‌آید. کره‌‌ی خاکی ما در طول عمر ۴.۶ میلیارد سالی خود بارها این پدیده را تجربه کرده است. اما این تغییرات در طولانی مدت به نقطه‌ای ثابت و متعادل رسیده‌اند. دلیل این اتفاق هم به اثر گلخانه‌ای ربط دارد. گازهای گلخانه‌ای موجود در جو زمین که اکثرا شامل کربن دی اکسید، متان و بخار آب می‌شوند که مانند یک تن‌پوش نور خورشید را در جو زمین حبس می‌کنند. بدون این اثر دمای زمین در منفی ۱۸ درجه‌ی سانتی‌گراد باقی می‌ماند و تمام کره‌ی زمین پوشیده از یخ خواهد شد.

در بین سال‌های ۲۰۰۰ تا ۲۰۱۰ نرخ انتشار گازهای گلخانه‌ای بیشتر از ۴ برابر دهه‌های قبل از خود بود، متاسفانه این روند در حال رشد است و هیچ نشانه‌ای از توقف آن وجود ندارد. سوال اصلی نقش گازهای اضافی است که ما روزانه وارد هوای کره‌ی زمین می‌کنیم؟ دی اکسید کربن اضافه تا چه حد آینده‌ی ما را در خطر قرار می‌دهد؟‌

برای رسیدن به پاسخ این پرسش‌ها دانشمندان سراغ مدل‌سازی می‌روند. اگرچه مدل‌سازی پدید‌ه‌های طبیعی خیلی آسان نیست و شامل عوامل انسانی و غیرانسانی بسیاری دخیل هستند که مدل نهایی را با پیچیدگی‌های بسیاری همراه می‌کند، با این حال منطق آن‌ها ساده به نظر می‌رسد. بیشتر این مدل‌های از منطق‌های فیزیکی و ریاضی آسانی بهره می‌برند و می‌توانند دمای زمین را به فرض یک مقدار مشخصی از آزادسازی گازهای گلخانه‌ای پیش‌بینی کنند. مسلما بازه‌ی زمانی به پیچیدگی این مدل‌ها اضافه می‌شود.

دستاورد این مدل‌ها در گزارش‌های مجمع بین‌المللی تغییرات آب‌و‌هوایی موسوم به IPCC قابل مشاهده است. پیش‌بینی این مجمع بیان می‌کند که اگر انتشار گازهای گلخانه‌ای مثل ۵۰ سال گذشته به روند صعودی خود ادامه دهد، در انتهای قرن حاضر شاهد  افزایش ۴ درجه‌ای هوا نسبت به دمای زمین در قبل از عصر صنعتی شدن خواهیم بود. به هر حال به نظر می‌رسد افزایش دما حداقل تا انتهای قرن بیست و یکم ادامه داشته باشد.

بنابراین می‌توان آینده‌ای را تصور کرد که در آن یخچال‌های طبیعی ذوب می‌شوند و جو زمین بیشتر از آنکه نور خورشید را بازتاب دهد، در خود نگه می‌دارد. در ادامه دمای سطح زمین و به طبع آن میزان تبخیر آب افزایش پیدا می‌کند که خود گرم شدن بیشتر هوا را در پی دارد.

در حالت کلی اقیانوس‌ها با جذب دی اکسید کربن موجود در هوا به کاهش گازهای گلخانه‌ای کمک زیادی می‌کنند. اما این اتفاق با گرم شدن آب کاهش چشم‌گیری خواهد داشت. در نتیجه در پی گرم شدن زمین خیلی از منابع جاذب گازهای گلخانه‌ای هم اثربخشی خود را از دست می‌دهند.

باید گفت که مدل‌های پیش‌بین بر اساس دانسته‌های فعلی ما ساخته می‌شوند و ورودی آن‌ها چیزی فرای دانش ما نیستند. با این حال ناشناخته‌ها و عوامل غیرقابل پیش‌بینی زیادی در دنیای واقعی وجود دارند. بنابراین به جای پیش‌بینی آینده می‌توان رویکردی دیگر مدنظر قرار داد. تغییرات آب‌و‌هوایی در گذشته چگونه بوده‌ اند؟

در سال‌های انتهایی دهه‌ی ۸۰ میلادی زمانی که دولت‌ها متوجه اهمیت پدیده‌ی گرمایش زمین شده‌ بودند، کشف دانشمندان در اعماق اقیانوس نزدیک قطب جنوب توجه‌‌ها را به سمت دیگری معطوف کرد. کره‌ی زمین سال‌ها قبل پدیده‌ی گرمای هوا را تجربه کرده است. نزدیک به ۵۵ میلیون سال قبل هوای کره‌ی زمین به ناگهان گرم می‌شود. در نتیجه‌ی این اتفاق سطح آب دریاها بالا می‌آید، میزان اسیدی بودن آب‌ها افزایش پیدا می‌کند و بسیاری از گونه‌های جانوری منقرض می‌شوند. این دوره از تاریخ را رخداد گرمای حداکثری پالئوسن-ائوسن (PETM) می‌نامند که اطلاعات بیشماری را در مورد تغییرات آب و هوایی در اختیار ما می‌گذارد.

دوره‌ی PETM را به عنوان یکی از نمونه‌های تغییرات شدید و ناگهانی آب‌و‌هوا در کره‌ی زمین به شمار می‌آورند. اگرچه جوانب مختلف این رخداد تا به امروز برای ما روشن نشده، اما شاید بعضی از این دلایل با پدیده‌ای که ما با آن مواجهیم یکسان باشند. خوشبختانه وقوع دوباره‌ی این رخداد از نظر دانشمندان دور از انتظار است.

در اتفاقات این دوره‌ی زمین‌شناسی گازهای گلخانه‌ای نقش مهمی ایفا کردند و در جریان آن مقدار قابل توجهی گاز متان از سطوح زیرین اقیانوس‌ها آزاد و وارد جو زمین شد. در نهایت با افزایش متان اثر گلخانه‌ای در جو زمین پدیدار می‌شود. منبع اصلی متان آزاد هنوز مشخص نیست ولی می‌دانیم که در جریان دوره‌ی PETM زمین به میزان زیادی گرم می‌شود که نتیجه‌ی آن ناپایداری منابع متان زمین بوده است.

رخداد گرمای حداکثری پالئوسن-ائوسن شباهت‌های زیادی با عصر حاضر ما دارد. میزان آزادسازی گازهای گلخانه‌ای در این دوره اندازه‌ی انتشار گازهای گلخانه‌ای با فرض سوختن تمام منابع فسیلی در آینده است. این اتفاق می‌تواند دمای هوا را ۵ تا ۸ درجه‌ی سانتی‌گراد در درازمدت افزایش دهد. آیا این میزان افزایش نهایت گرمایش زمین است یا باید انتظار دمای بیشتری از دوره‌ی PETM داشته باشیم؟

در حالت تئوری این امکان وجود دارد که دمای زمین به حدی بالا رود که اقیانوس‌ها به نقطه‌ی جوش برسند. این پدیده را فرار گاز‌های گلخانه‌ای یا Runaway Greenhouse Effect می‌گویند. در جریان چنین پدیده‌ای فرآیند آزادسازی گازهای گلخانه‌ای ادامه پیدا می‌کند و با مکانیز‌م‌‌هایی این فرآیند شدت بیشتری نیز خواهد گرفت. در نهایت دمای زمین تا صدها درجه بالا می‌رود.

اگرچه چنین پدیده‌ای بر روی زمین رخ نداده، ولی دانشمندان معتقدند مشابه آن در سیاره‌ی زهره نزدیک به ۳-۴ میلیارد سال پیش اتفاق افتاده است.

سیاره‌ی زهره از زمین به خورشید نزدیک‌تر بوده و در نتیجه‌ دمای بیشتری‌ را تجربه می‌کند. دمای سطح این سیاره آنقدر بالا می‌رود که دیگر آبی بر روی آن باقی نمی‌ماند و جو آن از بخار آب اشباع می‌شود. این اتفاق خود باعث افزایش خود‌به‌خود گرما می‌شود و همچنین به افزایش دی اکسید کربن کمک می‌کند. در نهایت اثر گلخانه‌ای بر سطح این سیاره به طور لجام گسیخته‌ای باعث افزایش دما شده است و امروزه ۹۶ درصد از جو این سیاره را دی اکسید کربن تشکیل می‌دهد.

دمای زهره نزدیک به ۴۶۲ درجه‌ی سانتی‌گراد تخمین زده می‌شود. این دما به حدی است که زهره را به گرم‌ترین سیاره‌ی منظومه‌ی شمسی حتی گرم‌تر از سیاره‌ی نزدیک‌تر به خورشید، عطارد معرفی می‌کند. آینده‌ی زمین هم در میلیارد‌ها سال آینده مشابه با سرنوشت زهره خواهد بود.

خورشید با گذشت زمان انرژی خود را از دست می‌دهد و در نهایت به یک ستاره‌ی قرمز رنگ بدل خواهد شد. در حقیقت این ستاره آنقدر نورانی خواهد بود که زمین نمی‌تواند انرژی مازاد جذب شده را به فضای بیرون بازتاب دهد. بنابراین دمای زمین افزایش ناگهانی را تجربه خواهد کرد، اقیانوس‌ها به نقطه‌ی جوش می‌رسند و سطح زمین را لایه‌ای از دی اکسید کربن فرا خواهد گرفت.

اگرچه این اتفاق برای میلیاردها سال آینده پیش‌بینی شده است، اما سوال اساس آن است که انسان با فعالیت‌های خود چقدر این فرآیند را تسریع می‌بخشد؟

نتیجه‌ی یک تحقیق علمی در سال ۲۰۱۳ نشان می‌دهد که انسان توانایی سرعت بخشیدن به پدیده‌ی فرار گاز‌های گلخانه‌ای را دارد. اما برای انجام این کار احتیاج به آزادسازی حجم بسیار بالایی از گازهای گلخانه‌ای خواهد بود. در حال حاضر غلظت دی اکسید کربن برابر با ۴۰۰ ppm و در عصر پیش از صنعتی شدن این مقدار ۲۸۰ ppm بوده است. برای رسیدن به مرحله‌ی فرار گاز‌های گلخانه‌ای این عدد باید به ۳۰ هزار ppm  برسد.

برای رسیدن به این مقدار از دی اکسید کربن در هوا، انسان باید ۱۰ برابر بیشتر از سوزاندن کل منابع فسیلی زمین دی اکسید کربن تولید کند. با این حال گازهای گلخانه‌ای محدود به دی اکسید کربن نمی‌شوند و گاز متان موجود در کف اقیانوس‌ها هم می‌تواند به گرم‌تر شدن زمین کمک کنند. در نتیجه انسان در بعضی عوامل نیز دخالت زیادی ندارد.

گرم شدن تنها چند درجه‌ای هوای کره‌ی زمین خسارت‌های زیادی را به مردم مناطق مختلف دنیا وارد کرده است. در همین عصر حاضر هم خیلی از مناطق دنیا به دلیل گرمای بالا خالی از سکنه هستند. بعضی مناطق هم هستند که دماهای بالایی را تجربه می‌کنند و ساکنین آن مناطق با سختی به زندگی خود ادامه می‌دهند. در مناطق خشک بدلیل کمبود رطوبت و عرق کردن بدن، می‌توان با گرمای هوا مقابله کرد. با این حال در مناطقی که هم‌زمان دما و رطوبت بالا را تجربه می‌کنند وضعیت به مراتب سخت‌تر می‌شود؛ در چنین وضعیتی عرق به راحتی بر روی بدن خشک نمی‌شود و دمای بدن بالا باقی می‌ماند.

سناریوی مطرح شده شاید نگاهی بدبینانه داشته باشد، اما طبق برآورد‌ها تا انتهای قرن حاضر دمای زمین ۴ درجه‌ نسبت به عصر قبل از صنعتی شدن و ۳ درجه‌ی سانتی‌گراد نسبت به امروز افزایش خواهد داشت. اگرچه این اتفاق مستقیما جان ما انسان‌ها را نمی‌گیرد یا زیست‌گاه ما را نابود نمی‌کند، اما خطرات زیادی را به همراه دارد.

۲۰ هزار سال قبل دمای زمین ۴ درجه از عصر حاضر کم‌تر بود. در این دوره که با نام آخرین بیشینه‌ی یخچالی شناخته می‌شود، بیشتر مساحت کانادا، اروپای شمالی و بریتانیا از قطعات یخ پوشانده شده بودند. افزایش ۴ درجه‌ای هوا منجر به ذوب شدن این یخ‌ها شده و مناطق زیادی قابل سکونت شده‌اند، در این بین با بالا آمدن آب دریا‌ها مناطق زیادی هم در آب غرق شده‌اند. حالا افزایش ۴ درجه‌ی دیگر معلوم نیست چه تغییراتی در شیوه‌ی زیستن انسان ایجاد کند.