تشكل العديد من الغازات المختلفة الغلاف الجوي للأرض. النيتروجين وحده يمثل 78 في المئة. ويشكل الأكسجين ، في المرتبة الثانية ، 21 بالمائة أخرى. تشتمل العديد من الغازات الأخرى على نسبة 1 في المائة المتبقية. العديد منها (مثل الهيليوم والكريبتون) خامل كيميائيًا. هذا يعني أنهم لا يتفاعلون مع الآخرين. لاعبو البِت الآخرون لديهم القدرة على التصرف كبطانية للكوكب. أصبحت تعرف باسم غازات الاحتباس الحراري.
مثل النوافذ في الدفيئة ، تحبس هذه الغازات الطاقة من الشمس كحرارة. بدون دورهم في تأثير الاحتباس الحراري ، ستكون الأرض فاترة تمامًا. يبلغ متوسط درجات الحرارة العالمية حوالي -18 درجة مئوية (0 درجة فهرنهايت) ، وفقًا للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA). بدلاً من ذلك ، يبلغ متوسط سطح كوكبنا حوالي 15 درجة مئوية (59 درجة فهرنهايت) ، مما يجعله مكانًا مريحًا للحياة.
منذ حوالي عام 1850 ، كانت الأنشطة البشرية تطلق غازات دفيئة إضافية في الهواء. أدى هذا ببطء إلى ارتفاع متوسط درجات الحرارة في جميع أنحاء العالم. بشكل عام ، كان المتوسط العالمي لعام 2017 أعلى بمقدار 0.9 درجة مئوية (1.6 درجة فهرنهايت) مما كان عليه بين عامي 1951 و 1980. وذلك استنادًا إلى حسابات ناسا.
ستيفن مونتزكا عالم كيميائي باحث في NOAA في بولدر ، كولورادو ، ويقول إن هناك أربعة غازات دفيئة رئيسية تدعو للقلق. أشهرها هو ثاني أكسيد الكربون (CO). أما الأنواع الأخرى فهي الميثان وأكسيد النيتروز ومجموعة تحتوي على مركبات الكربون الكلورية فلورية وبدائلها. (مركبات الكلوروفلوروكربون هي غازات مبردة لعبت دورًا في تخفيف طبقة الأوزون الواقية على ارتفاعات عالية للكوكب. ويتم التخلص منها كجزء من اتفاقية عالمية بدأت في عام 1989.)
تؤثر العديد من المواد الكيميائية على المناخ. ومع ذلك ، يلاحظ مونتزكا أن غازات الدفيئة الأربعة هذه هي تلك "التي نتحكم فيها نحن [البشر] بشكل مباشر".
المواد الكيميائية المسببة للاحتباس الحراري
بمجرد انبعاث كل غاز من غازات الدفيئة ، يرتفع في الهواء. هناك ، يساعد الغلاف الجوي على الاحتفاظ بالحرارة. بعض هذه الغازات تحبس قدرًا أكبر من الحرارة ، لكل جزيء ، أكثر من غيرها. ويبقى البعض أيضًا في الغلاف الجوي لفترة أطول من البعض الآخر. هذا لأن لكل منها خصائص كيميائية مختلفة ، يلاحظ مونتزكا. كما يتم إزالتها من الغلاف الجوي ، بمرور الوقت ، من خلال عمليات مختلفة.
يأتي ثاني أكسيد الكربون الزائد بشكل أساسي من حرق الوقود الأحفوري - الفحم والنفط والغاز الطبيعي. يستخدم هذا الوقود في كل شيء من تشغيل المركبات وتوليد الكهرباء إلى تصنيع المواد الكيميائية الصناعية. في عام 2016 ، شكل ثاني أكسيد الكربون 81 في المائة من غازات الاحتباس الحراري المنبعثة في الولايات المتحدة. المواد الكيميائية الأخرى أكثر فعالية في حبس الحرارة في الغلاف الجوي. لكن CO هو الأكثر وفرة من تلك التي تطلقها الأنشطة البشرية. كما أنه يظل كذلك لأطول فترة.
تتم إزالة بعض ثاني أكسيد الكربون كل عام بواسطة النباتات أثناء نموها. ومع ذلك ، يتم إطلاق الكثير من أول أكسيد الكربون خلال الأشهر الباردة ، عندما لا تنمو النباتات. يمكن أيضًا سحب ثاني أكسيد الكربون من الهواء إلى المحيط. يمكن للكائنات الحية في البحر تحويلها بعد ذلك إلى كربونات الكالسيوم. في نهاية المطاف ستصبح تلك المادة الكيميائية مكونًا من صخور الحجر الجيري ، حيث يمكن تخزين الكربون الخاص بها لآلاف السنين. إن عملية تشكيل الصخور هذه بطيئة حقًا. بشكل عام ، يمكن أن يظل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لأي مكان من عقود إلى آلاف السنين. لذا ، تشرح مونتزكا ، "حتى لو توقفنا عن انبعاث ثاني أكسيد الكربون اليوم ، فسنظل نشهد ارتفاعًا في درجة حرارة الأرض لفترة طويلة جدًا."
الميثان هو المكون الرئيسي للغاز الطبيعي. تم إطلاقه أيضًا من مجموعة من المصادر البيولوجية. وتشمل هذه إنتاج الأرز ، وروث الحيوانات ، وهضم البقر ، وتحلل النفايات التي توضع في مكبات النفايات. يمثل الميثان حوالي 10 في المائة من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة. كل جزيء من هذا الغاز أفضل بكثير في احتجاز الحرارة من جزيء ثاني أكسيد الكربون ، لكن الميثان لا يبقى في الغلاف الجوي لفترة طويلة. يتم تكسيرها عندما تتفاعل في الغلاف الجوي مع جذور الهيدروكسيل (أيونات OH مشحونة بشكل محايد مصنوعة من ذرات مرتبطة بالأكسجين والهيدروجين). يلاحظ مونتزكا أن "النطاق الزمني لإزالة الميثان يبلغ حوالي عقد من الزمان".
يشكل أكسيد النيتروز (NO) 6 في المائة من غازات الدفيئة المنبعثة من الولايات المتحدة في عام 2016. يأتي هذا الغاز من الزراعة وحرق الوقود الأحفوري ومياه الصرف الصحي البشرية. لكن لا تدع كميتها الصغيرة تجعلك تتجاهل تأثير NO. هذا الغاز أكثر فاعلية بمئات المرات من حرارة احتجاز ثاني أكسيد الكربون. لا يمكن أيضًا أن يبقى في الغلاف الجوي لما يقرب من قرن. كل عام ، يتم تحويل حوالي 1 في المائة فقط من أكسيد النيتروجين المحمول جواً بواسطة النباتات الخضراء إلى أمونيا أو مركبات نيتروجين أخرى يمكن أن تستخدمها النباتات. لذا فإن عملية الإزالة الطبيعية للـ NO "بطيئة حقًا" ، كما يقول Montzka.
يتم تصنيع جميع مركبات الكربون الكلورية فلورية وبدائلها الحديثة بواسطة الأشخاص. تم استخدام العديد من المبردات. يستخدم البعض الآخر كمذيبات للتفاعلات الكيميائية وبخاخات الأيروسول. شكلت هذه معًا حوالي 3 في المائة فقط من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة في عام 2016. تتم إزالة هذه الغازات فقط عندما يتم حبسها في طبقة عالية من الغلاف الجوي. في طبقة الستراتوسفير هذه ، يقصف الضوء عالي الطاقة المواد الكيميائية ، ويفككها. يقول مونتزكا إن هذا قد يستغرق عقودًا.
وأشار إلى أن المواد الكيميائية التي أساسها الفلور ، مثل مركبات الكربون الكلورية فلورية ، "هي غازات دفيئة قوية ، على أساس كل جزيء". لكن الإصدارات منها منخفضة جدًا بحيث يكون تأثيرها الإجمالي صغيرًا جدًا مقارنةً بأول أكسيد الكربون. يلاحظ مونتزكا أن الحد من انبعاثات الميثان وأكسيد النيتروجين ومركبات الكربون الكلورية فلورية سيساعد في إبطاء تغير المناخ. "ولكن إذا كنا سنحل مشكلة [غازات الاحتباس الحراري] ، فنحن بحاجة إلى الاهتمام بثاني أكسيد الكربون" ، كما يقول. "إنها تساهم أكثر ... ولديها فترة مكوث طويلة للغاية في الغلاف الجوي."
