الوقود الأحفوري والتغير المناخي

• أبين دور الغازات الناتجة من احتراق الوقود الأحفوري في التأثير السلبي على الصحة والمناخ ومياه المحيطات.
• أذكر أمثلة على تأثير الغازات الناتجة من احتراق الوقود الأحفوري، والمضرة بالإنسان والغلاف الجوي ومياه المحيطات.

الاحتباس الحراري: كيف تبقى الأرض دافئة؟

يؤدي تراكم غازات الدفيئة في الغلاف الجوي إلى حدوث مشكلات عالمية، مثل: التغير المناخي.

• المصدر: الأنشطة البشرية هي المصدر الرئيس لغازات الدفيئة، خاصة القطاعات التي تستخدم الوقود الأحفوري.
• الأكثر تراكمًا: ثاني أكسيد الكربون أكثر غازات الدفيئة المنبعثة تراكمًا في الغلاف الجوي.
• قدرتها: تمتص غازات الدفيئة الأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة المنبعثة من سطح الأرض نحو الغلاف الجوي.
• أثرها: تُقلّل فقدان الحرارة إلى الفضاء، وتحافظ على توازن الطاقة وعلى دفء الأرض.

• وصول أشعة الشمس: تصل إلى سطح الأرض على شكل أشعة قصيرة الطول الموجي (الأشعة المرئية/ الأشعة فوق البنفسجية).
• الانعكاس والامتصاص: ثلث الأشعة الشمسية تنعكس إلى الفضاء، وتمتص اليابسة والمسطحات المائية معظم الأشعة الباقية.
• إعادة الإشعاع: تشع اليابسة والمسطحات المائية الطاقة على شكل أشعة طويلة الموجة (الأشعة تحت الحمراء).
• الحبس: تمتص غازات الدفيئة هذه الأشعة وتحبس جزءًا منها، فيسخن الغلاف الجوي الأرضي.

• أهميتها: لولا ذلك لكانت درجة الحرارة على سطح الأرض منخفضة جدًا، ما يجعل الحياة عليها أمرًا مستحيلاً.
• البيت الزجاجي: وظيفة غازات الدفيئة مشابهة لوظيفة جدران البيت الزجاجي وسقفه.
• تسمح بدخول الأشعة الشمسية، لكنها تمنع خروج الأشعة طويلة الموجة المنبعثة من سطح الأرض.
• ما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة داخله نظرًا إلى عدم تسرّب الحرارة إلى خارج الدفيئة الزجاجية.

الاحترار العالمي: ماذا يفعل ازدياد ثاني أكسيد الكربون؟

أدّت الأنشطة الصناعية والأنشطة الطبيعية إلى زيادة تركيز غازات الدفيئة، وبخاصة غاز ثاني أكسيد الكربون، في الغلاف الجوّي للأرض بمرور الزمن.

• الأسباب: استخدام الوقود الأحفوري وإزالة الغطاء النباتي، والأنشطة الطبيعية مثل البراكين.
• النتيجة: ارتفاع مستمرّ في درجة حرارة سطح الأرض، وحدوث ظاهرة الاحترار العالمي.
• آثاره: انصهار الجليد في القطبين وارتفاع منسوب المياه في البحار والمحيطات.

• الشكل (7): العلاقة بين تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ومقدار التغيّر في متوسط درجة الحرارة بين (1880-2020م).
• متوسط درجة الحرارة: قُدّر في هذه السنوات بـ $13.9$ °C.
• القيمة $0.0$ °⁦C⁩: لا يوجد تغيّر في درجات الحرارة عن متوسط درجة الحرارة.
• القِيَم الموجبة تُمثّل الزيادة عن المتوسط، والسالبة النقصان عنه.
• مثلاً، في عام (2000م) ازدادت الحرارة العالمية عن المتوسط بمقدار $0.59$ °C.

التغيّر المناخي: ما الذي ينتظر العالم؟

يُعدّ التغيّر المناخي من أهم المشكلات التي يواجهها العالم، ويشير إلى اختلال في الظروف المناخية المعتادة التي تميز كل منطقة على سطح الأرض.

• السبب: تراكم غازات الدفيئة بفعل أنشطة الإنسان المختلفة، وأهمها استخدام الوقود الأحفوري.
• ما بدأ يظهر: ارتفاع مستوى سطح البحر، والجفاف، وموجات الحر الشديدة.
• المستقبل: يُتوقّع استمرار تلك التأثيرات وزيادة شدتها وزيادة تأثيرها على مناخ الأرض.

البحر يرتفع والأعاصير تشتد

• ارتفاع مستوى سطح البحر ⁦(Sea Level Rise)⁩: يُتوقّع أن يرتفع بمقدار $0.4$–$0.63$ ⁦m⁩ بحلول عام 2100م، وفي أسوأ التوقعات قد تصل إلى $2$ m.
• ينتج ذلك بفعل انصهار الجليد وتمدد مياه البحار والمحيطات؛ بسبب ازدياد درجة حرارة الأرض.
• زيادة قوة الأعاصير وكثافتها ⁦(Increase in hurricane Strength and Intensity)⁩: يُتوقّع أن تزداد شدة العواصف المرتبطة بالأعاصير ومعدلات هطول الأمطار.
• ويحدث ذلك مع استمرار ارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي.

الجفاف والحر وحرائق الغابات

• المزيد من الجفاف وموجات الحر ⁦(More Droughts and Heat Waves)⁩: يُتوقّع أن تزداد شدة حالات الجفاف في مناطق مختلفة من العالم.
• وكذلك فترات الطقس الحار غير الطبيعي التي قد تستمر من أيام إلى أسابيع.
• زيادة حرائق الغابات ومددها ⁦(Increased Forest Fires and Their Duration)⁩: تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى إطالة موسم حرائق الغابات.
• يقدر العلماء أن تغير المناخ الناجم عن الإنسان قد ضاعف بالفعل مساحة الغابات المحروقة في العقود الأخيرة.

الأمطار غير المتساوية والقطب الشمالي بلا جليد

• أنماط هطول الأمطار: يؤدي التغير المناخي إلى توزيع الهطول على سطح الأرض بشكل غير متساوٍ.
• بعض المواقع ستشهد زيادة في هطول الأمطار وحدوث الفيضانات.
• مناطق أخرى ستعاني الجفاف.
• انخفاض نسبة الغطاء الجليدي ⁦(Decrease in Ice Cover)⁩: يُتوقّع استمرار تناقص الغطاء الجليدي البحري في القطبين.
• مثلاً: تتناقص نسبة الغطاء الجليدي في المحيط المتجمد الشمالي.
• ويُتوقّع قبل منتصف هذا القرن أن يصبح خاليًا من الجليد تمامًا في نهاية كل صيف.

حين تتدهور النظم البيئية

• التأثير على النظم البيئية ⁦(Impact on Ecosystems)⁩: يؤدي التغير المناخي إلى تدهور النظم البيئية البرية والبحرية.
• تدهور التربة وفقدان المراعي الطبيعية، ما ينجم عنه انخفاض التنوّع الحيوي وانتشار الأمراض بين الحيوانات.
• زيادة حموضة مياه البحار والمحيطات؛ بسبب زيادة ذوبان ثاني أكسيد الكربون في مياهها.
• يُهدّد ذلك الشعاب المرجانية والكائنات الحية التي تمتلك أصدافًا مكوّنة من كربونات الكالسيوم.

• على الإنسان: تنعكس هذه التغيّرات عليه بصورة مباشرة.
• نقص الغذاء نتيجة تراجع الثروة السمكية والمحاصيل الزراعية.
• زيادة احتمالية انتقال الأمراض من الحيوانات إلى الإنسان.
• ارتفاع معدّلات سوء التغذية والفقر.
• التوقّعات: استمرار هذه التغيّرات قد يؤدي إلى انقراض ملايين الكائنات الحية بحلول عام (2050م)، وهذا يوضح أهمية الحدّ من التغير المناخي والتقليل من آثاره.

الأوزون: يحمينا في الأعلى ويؤذينا قرب الأرض

يتكوّن غاز الأوزون ($O_3$) من ثلاث ذرات من الأكسجين متّحدةً مع بعضها بعضًا.

• موقعه: يوجد بصورة رئيسة على ارتفاع يُقدّر ما بين $20$–$30$ ⁦km⁩ ضمن طبقة الستراتوسفير من الغلاف الجوي.
• دوره: يمنع وصول الأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من الشمس الضارّة بالكائنات الحية، لحماية الحياة على سطح الأرض.
• الخلل: تدخل الإنسان أدى إلى إحداث خلل في هذا التوازن، فأصبح معدّل تحلله يفوق معدل تشكله طبيعيًا.

• استنزاف أوزون الستراتوسفير: تُعدّ مركبات الكلوروفلوروكربون ⁦CFCs⁩ المسؤول الأول عن التآكل الذي أصاب الأوزون.
• ما سمح للأشعة فوق البنفسجية بالوصول إلى سطح الأرض.
• تُستخدم على نطاق واسع في أجهزة التبريد في الثلاجات، وفي مكيفات الهواء، خصوصًا أجهزة تكييف السيارات.
• كيف تصل إليه؟ هي خاملة فلا تتفاعل مع مكوّنات الغلاف الجوي، ولكنها تصعد إلى أعلى بفعل تيارات الحمل وصولًا إلى الأوزون في الستراتوسفير.
• التفاعل: تقدر الأشعة فوق البنفسجية على تحليلها، فتحدث سلسلةً من التفاعلات الكيميائية الآتية:

• أوزون التروبوسفير: يُعدّ ملوّثًا خطرًا إذا وُجِدَ قرب سطح الأرض في طبقة التروبوسفير.
• يضرّ أنسجة النباتات وبعض أجزاء جسم الإنسان الحساسة مثل العيون والرئتين.
• تكوّنه: يتكون بالقرب من سطح الأرض بسبب زيادة تراكيز أكاسيد النيتروجين الناتجة من احتراق الوقود الأحفوري وغيرها من الأنشطة، وفقًا للمعادلتين الآتيتين:

الهطل الحمضي: من المداخن إلى البحيرات والتربة

عندما يحترق الوقود الأحفوري المُستعمل في وسائط النقل، وفي محطات إنتاج الطاقة الكهربائية والمصانع، تنتشر أكاسيد في الغلاف الجوي.

• الغازات: ثاني أكسيد الكبريت $SO_2$ وأكاسيد النيتروجين $NO_x$ تنتشر في الغلاف الجوي.
• التفاعل: تتفاعل مع بخار الماء المتكاثف في الغلاف الجوي فتُشكّل الهطل الحمضي.
• يحتوي على: حمضي الكبريتيك $H_2SO_4$ والنيتريك $HNO_3$.
• الانتقال: أحيانًا يسقط الهطل الحمضي بعيدًا عن مصدر التلوث؛ بفعل الرياح السائدة في تلك المنطقة.

• تأثيره العام: يتفاعل الهطل الحمضي مع الماء والصخور والتربة والنبات مسببًا إخلالًا بالتوازن البيئي.
• في المسطحات المائية: يؤدي تساقطه إلى موت أعداد كبيرة من النباتات والأسماك.
• ينخفض عدد الأسماك، ومن ثم يتدهور التنوع الحيوي.
• في الصخور والمنشآت: يعمل على تآكلها.
• في التربة: يزيد من حموضتها؛ ما يؤدي إلى انخفاض إنتاجيتها الزراعية والقضاء على العناصر الرئيسة فيها.
• في النبات: تلف أوراقه وتقليل قدرته على القيام بعملية البناء الضوئي، ما يؤدي إلى القضاء على الغطاء النباتي.

• تكوّن الهطل الحمضي بتفاعل بخار الماء المتكاثف مع غاز ثاني أكسيد النيتروجين:

• تكوّن الهطل الحمضي بتفاعل بخار الماء المتكاثف مع غاز ثاني أكسيد الكبريت:

أصف كيف تحدث عملية الاحتباس الحراري.

أفسّر سبب ارتفاع درجة حرارة الكأس الزجاجية المغطاة بقارورة مياه الشرب البلاستيكية.

أقارن بين آلية عمل نموذج قارورة مياه الشرب البلاستيكية وظاهرة الاحتباس الحراري.

أوضح المقصود بالاحترار العالمي.

أقارن بين غاز الأوزون الموجود ضمن طبقة الستراتوسفير وغاز الأوزون المتكوّن في طبقة التروبوسفير قريبًا من سطح الأرض من حيث أثر كل منهما على الكائنات الحية.

أوضح كيف يتكوّن الهطل الحمضي.

أحدّد: أيّ الصخور (الرخام، الصخر الجيري، الصخر الرملي، البازلت)، هو الأفضل لمقاومة الهطل الحمضي؟

أستنتج أثر الهطل الحمضي في الصخور.

مراجعة الدرس: أختبر نفسي

الفكرة الرئيسة: أذكر بعض المُلوّثات الموجودة في الغلاف الجوي التي تؤثر سَلبًا في صحّة الإنسان والنباتات والحيوانات.

أقارن بين الاحتباس الحراري والاحترار العالمي من حيث مفهوم كل منهما.

أبيّن في الشكل الآتي ما تدل عليه الأحرف (أ، ب، ج) في أثناء تكوّن الهطل الحمضي.

أصف كيف يتكوّن الهطل الحمضي بفعل ثاني أكسيد الكبريت؛ بالاسترشاد بالمعادلات الكيميائية الدالة على ذلك.

أفسّر سبب اختلاف تركيز ثاني أكسيد الكربون فوق المناطق الصناعية والمدن عنه في المناطق الريفية.

أحدّد مصادر الغازات التي تكوّن الهطل الحمضي.

أربط بين درجة حرارة الغلاف الجوي وتركيز غاز ثاني أكسيد الكربون فيه.

أقترح بعض طرق تقليل ظاهرة الاحترار العالمي.