بیان مسئله
طی چند دهه گذشته متوسط دمای زمین حدود C 0.5 افزایش یافته و سالهای اخیر نیز به ترتیب جز گرمترین سالها بوده است ، اما چه دلیلی وجود دارد که این افزایش دما که بر اثرافزایش گازهای گلخانه ای بوجود می آید پیش رونده و دائمی باشد و باعث گرم شدن تدریجی زمین گردد؟
به هیچ دلیل نمی توان منکر وجود خاصیت گلخانه ای شد و وجود آن یکی از ثابت شده ترین اصول اقلیم شناسی است . همانطور که سه نیم میلیارد سال پیش حضور بخار آب فراوان در جو زمین و خاصیت گلخانه ای ، یکی از عوامل مهم در تشکیل حیات بروی زمین بوده است.
از 160000 سال پیش تا کنون بین تراکم گاز کربنیک در هواسپهر و دمای کره ، رابطه مستقیمی برقرار بوده و هرگاه تراکم Co2 بالا بوده دما نیز بالا بوده و برعکس ، پس شرایط مشابه در دوره های گذشته نیز وجود داشته ولی با فرایندهای تعادلی پس از مدتی میزان Co2 و متعاقبا دما نیز کاهش می یابد؛ به همین دلیل برای ارزیابی مساله گرمایش جهانی باید به فیدبک های مثبت و منفی که در زمین، خورشید, سیستم هواسپهر روی می دهد توجه داشت ، فیدبک های مثبت و منفی افزایش دما را طی فرایندهای کاهش می دهند و یا آن را تشدید می کنند .
فیدبک چیست؟
فیدبک(Feedback) یا پس خور نوعی واکنش یک سیستم است که در آن خروجی سیستم به عنوان ورودی نیز عمل می کند و به این ترتیب با توجه به خروجی سیستم ، حالت سیستم نیز تغییر می یابد. مثال کلاسیک در این مورد تنظیم درجه حرارت بدن است . هنگامی که در یک روز آفتابی از خانه خارج می شوید و گرمتان بشود این افزایش دما ادراک گیرنده های حسی شما را تحت تاثیر قرار می دهد( داده ورودی) . اگر زیر آفتاب همچنان بنمانید بدن شما واکنش فیزیولوژیک نشان میدهد به این معنی که منافذ پوست شما باز شده و از طریق ترشح و تبخیر عرق خنک خواهید شد، به علاوه واکنش رفتاری شما نیز تغییر میکند و به سایه پناه می برید و بدنتان خنک می شود این نمونه مثالی از فید بک منفی است که در آن واکنش سیستم در جهت عکس روند خروجی است که در این مثال افزایش دمای بدن که به عنوان ورودی بود باعث تغییر در سیستم و کاهش دمای بدن می شود.
در فیدبک مثبت افزایش خروجی منجر به افزایش باز هم بیشتر آن می شود مثالی از این نوع واکنش ، آتش سوزی جنگل است. در ابتدا چوبها کمی مرطوب هستند و خوب نمی سوزند اما با ادامه آتش سوزی چوبهای مجاور خشک می شوند و شروع به سوختن می کنند و این خود موجب خشک شدن چوبهای بیشتر و گسترش آتش سوزی می شود.
فید بک منفی عموما مطلوب تر است زیرا موجب ثبات می گردد و باعث می شود که سیستم در شرایط ثابت باقی بماند. فیدبک مثبت موجب ناپایداری می شود و از آن به چرخه ی معیوب نیز یاد می شود .
فیدبک های مثبت و منفی و اثر گلخانه ای
اثرگلخانه ای باعث آغاز یکسری فرایندهای فیدبکی منفی یا مثبت می شود که ممکن است هر افزایش دما را خنثی کرده ویا آن را افزایش دهد. فید بک منفی خودتنظیم کننده بوده و در واکنش به شرایط گرمایش موجب سرمایش جهانی می شود . فید بک مثبت خود تسهیل کننده است و باعث می شود هر پدیده که باعث افزایش دمای کره می شود، خود منجر به افزایش باز هم بیشتر دما گردد:
پس اگر فید بک های منفی مداوم و نیرومند باشند با گرمایش جهانی مقابله می کنند و سیستم مجددا به ثبات می رسد از سوی دیگر اگر سیستم فید بکی منفی در مقایسه با فیدبکهای مثبت ضعیف باشد گرمایش پیش رونده صورت می گیرد.
در واکنش فید بکی منفی ، فرض می کنیم که گرمای زمین افزایش یابد این افزایش دما عامل مناسبی برای رشد جلبکهای اقیانوسی هستند و جمعیت جلبکها به سرعت زیاد می شود ، افزایش جمعیت جلبکی باعث می شود که Co2 بیشتری از هوا به مصرف این موجودات برسد و در نتیجه تراکم Co2 در هواسپهر کم شده و دمای زمین متعاقب آن سردتر می شود و سیستم مجدد به تعادل می رسد .
در حالت دیگر فرض می کنیم که طی یک آشفتگی میزان Co2 در هواسپهر افزایش می یابد ( مثلا مصرف سوختهای فسیلی) ، افزایش تراکم Co2 باعث تحریک گیاهان به رشد می شود و با افزایش مقدار پوشش گیاهی جذب Co2 بیشتر شده و سرمایش تسهیل می یابد .
در مورد بخار آب که یکی از گازهای مهم گلخانه ای است نظرات مختلفی وجود دارد، نظر اصلی آن است که همراه با افزایش دما آب بیشتری از اقیانوسها تبخیر می شود و منجر به افزایش بخار آب هواسپهر و متعاقب آن تشکیل ابر می گردد، از آنجا که ابرها تابشهای خورشیدی را باز می تابانند ، افزایش پوشش ابر موجب سرمایش زمین می گردد.
در مورد فرایندهای فید بکی مثبت افزایش بخار آب به نوع دیگری نگریسته می شود با توجه به اینکه افزایش بخار آب یک گاز گلخانه ای است هر چه میزان تبخیر بیشتر شود میزان گرمایش بیشتر می شود به همین جهت نمی توان در مورد بخار آب به طور دقیق صحبت کرد که در چه جهتی عمل می کند و از همین رو اهمیت فوق العاده ای دارد .
گرمایش زمین باعث ذوب شدن یخچالهای می شود که گاز متان را در خود ذخیره کرده اند ، با وارد شدن گاز متان که یک گاز گلخانه ای است به هواسپهر گرمای زمین بیشتر می شود. از طرف دیگر کاسته شدن از لایه پوشش برفی زمین که بخش زیادی از نور خورشید را منعکس می کند و به سرد شدن زمین کمک می کند باعث می شود گرمای بیشتری به زمین برسد.
گرم شدن زمین باعث می شود انسان به وسایل سرمایشی روی بیاورد که استفاده از انرژی الکتریکی مستلزم مصرف بیشتر سوختهای فسیلی نیروگاها و در نتیجه افزایش بیشتر Co2 زمین و گرمایش بیشتر آن می شود.
فید بک مثبت یا منفی کدامیک اهمیت بیشتری دارند؟
فید بک منفی و مثبت همزمان در هواسپهر روی می دهد و لی هنوز مشخص نشده که کدام عامل اثر قوی تری دارد از طرفی نقش دوگانه بخار آب در هواسپهر در ارتباط با گرمایش زمین اهمیت فوق العاده دارد و باید مشخص شود در کدام جهت اثرات قوی تری دارد.
اینکه گرمایش جهانی بر اثر فعالیتهای انسانی واقعا در حال وقوع است یا نه، بحثهای شدیدی بین دانشمندان راه انداخته است. عده ای عقیده دارند که گرمایش جهانی پیشاپیش آغاز شده و عده ای دیگر بر این عقیده هستند که چرخه های فیدبکی منفی برای تعدیل آثار گرمایشی که انسان عامل آن است کفایت می کند.
اما همه نمونه سازیهای تجربی برای جهان حکایت دارد که هر ساله میزان گازکربنیک هوا افزایش می یابد و اگر این میزان به همین ترتیب ادامه یابد تراکم آن در سال 2030 به دوبرابر مقدار آن در انقلاب صنعتی می رسد. نمونه های مطالعاتی نشان می دهد دمای زمین تا اواسط همین قرن 2تا 5 درجه سانتیگراد افزایش خواهد یافت و سیستمهای فید بکی منفی به احتمال بسیار زیاد نمی تواند آثار گرمایشی ناشی از افزایش این حجم از Co2 را تا حد مطلوب کاهش دهند.
پس معقولانه ترین راه این است که از فعالیتهای که منجر با افزایش گازهای گلخانه ای می شود تا حد زیادی کاسته شود و امیدوار به اینکه سیستمهای فید بکی منفی در آینده کار خود را بدون نقص انجام خواهند داد نباشیم.
