الوقود الأحفوري والتغير المناخي

تتميز غازات الدفيئة بقدرتها على امتصاص الأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة المنبعثة من سطح الأرض. بهذه الآلية تحافظ على درجة حرارة سطح الأرض من خلال التوازن بين الطاقة الشمسية الواصلة والطاقة التي تفقدها الأرض إلى الفضاء.

الاحتباس الحراري: مرور أشعة الشمس إلى سطح الأرض، ثم امتصاص غازات الدفيئة لجزء من الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من السطح، مما يسخن الغلاف الجوي القريب من الأرض.

الاحتباس الحراري ظاهرة ضرورية للحياة؛ فلو لم تحدث لكانت درجة حرارة سطح الأرض منخفضة جدا. لكن أنشطة الإنسان مثل استخدام الوقود الأحفوري وإزالة الغطاء النباتي رفعت مستويات غازات الدفيئة، فزاد احتجاز الحرارة وحدث الاحترار العالمي.

الفكرة المتوازنة: الاحتباس الحراري ليس ظاهرة سيئة دائما؛ الخلل يحدث عندما تزيد غازات الدفيئة بفعل أنشطة الإنسان فيزداد الاحترار العالمي.

لا تساو بين المصطلحين: الاحتباس الحراري آلية حجز الحرارة، أما الاحترار العالمي فهو الارتفاع التدريجي في معدل درجات الحرارة بسبب زيادة غازات الدفيئة.

يزيد احتراق الوقود الأحفوري تركيز غازات الدفيئة، خصوصا CO2، بمرور الزمن. ويؤدي ذلك إلى ارتفاع مستمر في درجة حرارة سطح الأرض وتباطؤ أو اضطراب الحياة النباتية والحيوانية في أنظمة مناخية مختلفة.

في الشكل المرتبط بسنوات 1880-2020، تعني القيمة 0.0°C عدم وجود تغير عن متوسط 13.9°C. أما القيم الموجبة فتمثل زيادة عن هذا المتوسط؛ فمثلا عام 2000 زادت درجة الحرارة العالمية بمقدار 0.59°C عن المتوسط.

قراءة الرسم: عند وصف علاقة CO2 بالحرارة، لا تقل إن كل نقطة تزيد بنفس المقدار؛ قل إن الاتجاه العام يربط زيادة تركيز CO2 بزيادة تغير متوسط درجة الحرارة.

يتكون الأوزون O3 من ثلاث ذرات أكسجين. وجوده الرئيس في الستراتوسفير على ارتفاع 20-30 km يحمي الحياة لأنه يمنع وصول جزء من الأشعة فوق البنفسجية الضارة. لكن وجوده قرب سطح الأرض في التروبوسفير يعد تلوثا خطرا يضر أنسجة النباتات والعيون والرئتين.

يتكون أوزون التروبوسفير بسبب زيادة تراكيز أكاسيد النيتروجين الناتجة من احتراق الوقود الأحفوري: $NO_2 \xrightarrow{UV} NO + O$ ثم $O + O_2 \xrightarrow{UV} O_3$

أما استنزاف أوزون الستراتوسفير فيرتبط بمركبات الكلوروفلوروكربون CFCs المستخدمة في التبريد ومكيفات الهواء. تصعد هذه المركبات بفعل تيارات الحمل، ثم تحللها الأشعة فوق البنفسجية وتطلق الكلور الذي يتفاعل مع الأوزون.

يحدث الاستنزاف عبر تفاعلين أساسيين: $CCl_3F \xrightarrow{UV} CCl_2F + Cl$ ثم $Cl + O_3 \rightarrow ClO + O_2$

الأوزون المفيد والضار: الأوزون في الستراتوسفير مفيد لأنه يحجب الأشعة فوق البنفسجية، أما الأوزون قرب سطح الأرض فهو ملوث يضر النباتات وبعض أجزاء جسم الإنسان.

تجربة نمذجة الاحتباس الحراري تستخدم كأسين زجاجيتين ومقياسي حرارة وقارورة بلاستيكية مقصوصة تغطي إحدى الكأسين. ارتفاع حرارة الكأس المغطاة يوضح كيف يمنع الغطاء خروج جزء من الحرارة، وهي مقارنة قريبة من وظيفة غازات الدفيئة في الغلاف الجوي.

يتكون الهطل الحمضي عندما تنبعث SO2 وأكاسيد النيتروجين من وسائط النقل ومحطات الطاقة والمصانع، ثم تتفاعل مع بخار الماء المتكاثف في الغلاف الجوي، مكونة حمضي الكبريتيك H2SO4 والنيتريك HNO3. وقد تسقط هذه الأحماض بعيدا عن المصدر بسبب الرياح.

تفاعلات الهطل الحمضي هي: $3NO_2(g) + H_2O(l) \rightarrow 2HNO_3(aq) + NO(g)$ و $S(g) + O_2(g) \rightarrow SO_2(g)$ ثم $SO_2(g) + H_2O(l) \rightarrow H_2SO_3(aq)$ ثم $O_2(g) + 2H_2SO_3(aq) \rightarrow 2H_2SO_4(aq)$

تأثير الهطل الحمضي يظهر في الماء والصخور والتربة والنبات. فهو يسبب موت نباتات مائية وأسماك، ويخفض أعداد الأسماك ويفقد بعض الأنواع، كما يسرع تآكل الصخور والمنشآت، ويزيد حموضة التربة ويضعف إنتاجيتها، ويتلف أوراق النبات فيقلل البناء الضوئي.

تتبع الهطل الحمضي: رتب الإجابة هكذا: مصدر احتراق يطلق SO2 وNOx، ثم تفاعل مع بخار الماء، ثم أحماض في الهطل، ثم أثر في الماء أو الصخور أو التربة أو النبات.

يعرف الدرس التغير المناخي بوصفه اختلالا في الظروف المناخية المعتادة التي تميز كل منطقة، مما ينعكس سلبا على أنماط المعيشة واقتصادات الدول. ومع تراكم غازات الدفيئة، بدأت تظهر تأثيرات مثل انصهار الجليد وارتفاع مستوى البحر وموجات الحر الشديدة.

من تأثيراته ارتفاع مستوى سطح البحر. يُتوقع ارتفاع مقداره 0.4-0.63 m بحلول عام 2100، وقد يصل في أسوأ التوقعات إلى 2 m، بسبب انصهار الجليد وتمدد مياه البحار والمحيطات مع ارتفاع درجة الحرارة.

ومن التأثيرات أيضا زيادة قوة الأعاصير وكثافتها، وزيادة شدة العواصف ومعدلات الهطول المرتبطة بها. كما يتوقع ازدياد شدة الجفاف في مناطق مختلفة، وازدياد فترات الطقس الحار غير الطبيعي التي تمتد من أيام إلى أسابيع.

تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى إطالة موسم حرائق الغابات، وقد ضاعف التغير المناخي الناجم عن الإنسان بالفعل مساحة الغابات المحروقة في العقود الأخيرة. كما يؤدي التغير المناخي إلى توزيع الهطول بشكل غير متساو: بعض المواقع تشهد زيادة في الأمطار والفيضانات، وأخرى تعاني الجفاف.

يتناقص الغطاء الجليدي البحري في القطبين، ويتوقع قبل منتصف هذا القرن أن يصبح المحيط المتجمد الشمالي خاليا من الجليد في نهاية كل صيف بحسب الدراسات الحالية. وتؤثر هذه التغيرات في النظم البيئية والتنوع الحيوي والتربة والمراعي والثروة السمكية وانتشار الأمراض.

اكتب الأثر مع آليته: مثال: ارتفاع البحر لا يذكر وحده؛ اربطه بانصهار الجليد وتمدد مياه البحار والمحيطات بسبب ارتفاع الحرارة.

قبل مراجعة الدرس: استرجع ثلاث سلاسل: CO2 والحرارة، NOx/SO2 والهطل الحمضي، وتغير المناخ مع البحر والجفاف والجليد والنظم البيئية.

يرتبط بهذا الدرس نشاط عملي: حضّر الأدوات اللازمة، سجّل المشاهدات في جدول، ثم اربط النتيجة بالقانون أو التعريف في الفقرات السابقة. لا تختلق أرقاماً غير واردة في الجدول، واتبع تعليمات السلامة في المختبر. كرّر القياس عند الحاجة، واكتب الاستنتاج بجملة واحدة تربط المشاهدة بالمفهوم.

التجربة الثانية

النشاط الثاني يتبع الأول: قارن المشاهدتين واستنتج العلاقة دون إدخال معلومات من درس آخر.

صوّر هذا الجدول وسمِّعه: