توضیح اثر گلخانه ای در شیمی دهم به زبان ساده که همه یاد میگیرند
امروز فضای مجازی و بستر اینترنت به یکی از مراجع مهم برای دانش آموزان تبدیل شده است تا با مراجعه به آن پاسخ بسیاری از پرسش های خود را بیابند.
تحریریۀ مدرسه آنلاین تلاش می‌کند تا در این بخش اطلاعات به روز و مستندی را پیرامون موضوعات درسی تهیه و در اختیار کاربران فضای مجازی قرار دهد.
امروز بحث اثر گلخانه‌ای در شیمی دهم را با هم می‌خوانیم.
اثر گلخانه‌ای چیست؟
فعالیت‌های انسان در دو قرن اخیر، در جهت تغییر این شرایط مناسب و ساختار جو زمین بوده و دمای آن را با سرعتی توقف‌ناپذیر بالا برده است. یکی از مهمترین عوامل گرمایش زمین اثر گلخانه‌ای نام دارد.
به فرآیند تبادل تشعشع ورودی به جو زمین و تشعشع خروجی از آن، اثر گلخانه‌ای گفته می‌شود؛ زیرا ساز و کار آن دقیقاً مانند گلخانه‌هاست. امواج فرابنفش به راحتی از سقف شیشه‌ای گلخانه عبور کرده و گیاهان و سطوح سخت، آن را جذب می‌کنند. امواج فروسرخ که ضعیف‌تر هستند، قادر به عبور از سقف و دیواره‌ها نیستند و همان‌جا حبس می‌شوند. در نتیجه، دمای هوای داخل گلخانه بالا می‌رود. در این حالت، حتی گیاهان استوایی هم در فصل زمستان به خوبی رشد می‌کنند.
اثر گلخانه‌ای به وضعیتی گفته می‌شود که در آن، طول موج کوتاه نور مرئی تابیده شده از خورشید، از میان یک محیط شفاف عبور کرده و جذب می‌شود؛ ولی طول موج‌های بلند بازتابیده شده فروسرخ، قادر به عبور از آن محیط نیستند. به دام افتادن تشعشعاتی که طول موج بلند دارند، منجر به افزایش گرما و بالا رفتن دما می‌شود. در حالت‌های ساده‌تر، اتاق خودرو یا فضای داخل گلخانه‌ها با عبور نور خورشید از شیشه‌های شفاف گرم می‌شوند. ولی در مقیاس بزرگتر، اثر گلخانه ای کره زمین که با افزایش غلظت کربن دی‌اکسید در جو زمین ایجاد می‌شود، گرمایش زمین را به دنبال داشته که به هیچ وجه نمی‌تواند موضوع مثبتی تلقی شود. کربن دی‌اکسید، توانایی بالایی در جذب امواج فروسرخ دارد. در حالی که در مسیر برگشت، اجازه نمی‌دهد این امواج به راحتی از جو زمین خارج شوند.
یکی از اصلی‌ترین عوامل مهم در راندمان حرارتی یک گلخانه، توانایی آن در به دام انداختن و محبوس کردن هواست؛ به طوری که از طریق انتقال حرارت جابه‌جایی، به جلوگیری از اتلاف انرژی کمک کند. یکی از مشخصه‌های اصلی اثر گلخانه ای ممانعت از فرار هوای داغ از سقف است. ولی وقتی چنین کاری در عمل امکان‌پذیر نباشد، به جای آن باید از فرار امواج فروسرخ جلوگیری کند.
آن دسته از گازهای سه یا چنداتمی که می‌توانند به ممانعت از خروج امواج فروسرخ از جو کرۀ زمین و در نتیجه به گرمایش آن کمک کنند، گازهای گلخانه‌ای نامیده می‌شوند. بخار آب، گاز ازون، کربن دی‌اکسید و متان همگی در دسته گازهای گلخانه‌ای قرار میگیرند. از سوی دیگر، مقادیری اندک از کلرو فلوئورو کربن‌ها نیز می‌توانند اثرات جبران‌ناپذیری در گرمایش زمین ایفا کنند.
انسان چگونه اثر گلخانه ای را تحت تأثیر قرار می دهد؟
فعالیت‌های انسانی در حال تغییر اثر گلخانه‌ای طبیعی زمین است. سوزاندن سوخت‌های فسیلی مانند زغال سنگ و نفت، دی اکسید کربن بیشتری را وارد جو می کند.
مقدار زیاد این گازهای گلخانه‌ای می تواند باعث گرمای بیشتر و بیشتر جو زمین شود که به نام اثر گلخانه‌ای سراسری شناخته می‌شود و همه ما شاهد آن هستیم و چند سالی است دیگر خبری از زمستان های سرد نیست و این یعنی تغییرات اقلیمی!
اینکه هر یک از گازهای گلخانه ای چه میزان بر گرم شدن کره زمین تأثیر می گذارد به سه عامل اساسی بستگی دارد. اولین مورد این است که چه مقدار از آن در جو وجود دارد. ppm 1برای یک گاز معین به این معناست که مثلاً در هر یک میلیون مولکول هوا یک مولکول از آن گاز وجود دارد. دوم عمر آن است یعنی چه مدت در جو باقی می ماند. سوم این که چقدر در به دام انداختن گرما موثر است. این به عنوان پتانسیل گرمایش جهانی یا GWP شناخته می‌شود و اندازۀ کل انرژی است که گاز در یک دورۀ زمانی خاص (معمولاً ۱۰۰ سال) نسبت به انتشار یک تن دی اکسید کربن، جذب می‌کند.
عوامل کاهندۀ اثر گلخانه ای
درست مانند گلخانه‌های شیشه‌ای، گلخانۀ زمین نیز مملو از درختان و گیاهان مختلف است. گیاهان و فضای سبز، نقش مهمی در برقراری مجدد توازن در اثر گلخانه‌ای زمین دارند. همۀ ما از کودکی می‌دانیم که تمام گیاهان، از غول‌پیکرترین درختان تا فیتوپلانکتون‌های موجود در آب دریاها، کربن دی‌اکسید موجود در هوا را میگیرند و اکسیژن پس می‌دهند.
از طرف دیگر، اقیانوس‌ها نیز بخش قابل توجهی از کربن دی‌اکسید موجود در هوا را جذب می‌کنند. البته در سوی مقابل، بالا رفتن جذب کربن دی‌اکسید توسط اقیانوس‌ها، موجب اسیدی شدن آنها، گرمتر شدن آب و اثرات منفی روی جانداران زیر آب هم شده است.
اگر در مقابل اثر گلخانه‌ای اقدامی انجام نشود، تغییرات آب و هوایی، افزایش سطح آب‌های آزاد، اسیدی شدن اقیانوس‌ها تنها بخشی از پیامدهایی است که امروزه می‌توان وقوع حتمی آنها را پیش‌بینی کرد. چرا که در حال حاضر، آسیب وارد شده به اتمسفر زمین، بیش از آن است که با امکانات موجود بتوان به ترمیم آن پرداخت.
پنج گاز گلخانه‌ای اصلی کدامند؟
مهمترین گازهایی که از طریق اثر گلخانه ای باعث گرم شدن کره زمین می شوند عبارتند از:
دی اکسید کربن
با احتساب حدود ۷۶ درصد از انتشار جهانی ناشی از فعالیت انسان ، دی اکسید کربن (CO2) برای مدت زمان طولانی در اتمسفر می ماند. پس از انتشار در جو ، ۴۰ درصد پس از ۱۰۰ سال ، ۲۰ درصد پس از ۱۰۰۰ سال و ۱۰ درصد تا ۱۰ هزار سال بعد همچنان باقی می ماند.
متان
اگرچه متان (CH4) نسبت به دی اکسید کربن (حدود یک دهه) در جو باقی می ماند ، اما از نظر اثر گلخانه ای بسیار قوی تر است. در حقیقت تأثیر آن بر گرمایش کره زمین ۲۵ برابر بیشتر از دی اکسید کربن در یک دوره ۱۰۰ ساله است. متان در سطح جهان تقریباً ۱۶ درصد از انتشار گازهای گلخانه ای تولید شده توسط انسان را تشکیل می دهد.
اکسید نیتروژن
اکسید نیتروژن (N2O) یک گاز گلخانه ای قدرتمند است که GWP 300 برابر دی اکسید کربن در مقیاس زمانی ۱۰۰ ساله دارد و به طور متوسط کمی بیشتر از یک قرن در جو باقی می ماند. این گاز حدود ۶ درصد از انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از انسان در سراسر جهان را تشکیل می دهد.
گازهای فلوئوره
گازهای فلوئوره که از انواع فرآیندهای تولیدی و صنعتی ساطع می شوند ، ساخته دست بشر هستند. چهار دسته اصلی وجود دارد: هیدروفلوروکربن (HFC) ، پرفلوئورکربن (PFC) ، هگزا فلوراید گوگرد (SF6) و تری فلوئورید نیتروژن (NF3).
اگرچه گازهای فلوئوره در مقادیر کمتری نسبت به سایر گازهای گلخانه ای ساطع می شوند (آنها فقط ۲ درصد از انتشار جهانی گازهای گلخانه ای ساخته شده توسط بشر را تشکیل می دهند) ولی گرمای بیشتری را به دام می اندازند. در واقع ، GWP برای این گازها می تواند از هزار تا ده هزار باشد و طول عمر آنها در جو بسیار زیاد است و در بعضی موارد ده ها هزار سال طول می کشد.
HFC ها به عنوان جایگزینی برای کلروفلوئورکربن های تخریب کننده ازن (CFC) استفاده می شوند و هیدروکلرو فلوروکربن ها (HCFC) معمولاً در تهویه مطبوع و یخچال مورد استفاده قرار می گیرند. اما برخی از آنها به دلیل GWP بالا از رده خارج شده اند. جایگزینی این HFC ها و دفع صحیح آنها یکی از مهمترین اقدامات آب و هوایی است که جهان می تواند انجام دهد.
بخار آب
فراوانترین گاز گلخانه‌ای بخار آب است که با دیگر گازهای گلخانه‌ای تفاوت دارد زیرا تغییر غلظت اتمسفری آن به طور مستقیم به فعالیت‌های انسانی مربوط نمی‌شود بلکه به گرم شدن حاصل از سایر گازهای گلخانه‌ای که ما ساطع می‌کنیم ارتباط دارد. هوای گرمتر آب بیشتری را در خود نگه می‌دارد و از آنجا که بخار آب یک گاز گلخانه‌ای است، آب بیشتر گرمای بیشتری را جذب می‌کند و باعث گرم شدن بیشتر و تداوم یک لوپ فیدبک مثبت می‌شود. (البته لازم به ذکر است که تأثیر خالص این فیدبک هنوز نامشخص است، زیرا افزایش بخار آب همچنین باعث افزایش پوشش ابر می‌شود که انرژی خورشید را از زمین منعکس می‌کند.)
