اندازه‌گیری عدم تعادل انرژی زمین: معیار «واداشت تابشی» که مدل‌های اقلیمی را تعریف می‌کند

شیمی‌دانان جوی که گازهای گلخانه‌ای را ردیابی می‌کنند، استدلال می‌کنند که تجمع پایدار و یکنواخت دی‌اکسید کربن – که اکنون بیش از ۲٫۱۶ وات بر متر مربع گرما را به دام می‌اندازد – دیکتاتور مطلق دماهای جهانی است. در مقابل، محققان آئروسل معتقدند که تمرکز صرف بر گازهای گلخانه‌ای، نادیده گرفتن غیرقابل پیش‌بینی‌ترین عامل جوی است: دی‌اکسید گوگرد و آلودگی ذرات معلق، که نور خورشید را بازتاب می‌دهند و فعالانه بخش عظیمی از آن گرمایش را پنهان می‌کنند. تنش بین این دو نیرو یک بحث فلسفی نیست؛ بلکه یک حسابداری دقیق ریاضی از انرژی ورودی و خروجی است.[3]

این حسابداری به عنوان «واداشت تابشی» (Radiative Forcing یا RF) شناخته می‌شود. این معیار که بر حسب وات بر متر مربع (W/m²) اندازه‌گیری می‌شود، تفاوت دقیق بین انرژی خورشیدی جذب شده توسط زمین و انرژی حرارتی فروسرخ تابش شده به فضا را کمی‌سازی می‌کند. وقتی این عدد مثبت باشد، سیستم انرژی کسب کرده و گرم می‌شود. وقتی منفی باشد، سیستم انرژی از دست داده و خنک می‌شود.[1]

استودیوی تجسم علمی ناسا (NASA) این جریان‌های انرژی را از بالای جو تا سطح زمین ردیابی می‌کند. بر اساس داده‌های ناسا که در سال ۲۰۲۱ منتشر شد، زمین تقریباً ۲۴۰ وات بر متر مربع تابش خورشیدی را جذب می‌کند. در یک اقلیم کاملاً پایدار، دقیقاً ۲۴۰ وات بر متر مربع به فضا بازتاب می‌شد. اما فعالیت‌های انسانی ترکیب جو را تغییر داده و کسری از آن گرمای خروجی را به دام انداخته است.[1]

گروه کاری ۱ از ششمین گزارش ارزیابی هیئت بین‌دولتی تغییر اقلیم (IPCC AR6) دفتر قطعی این عدم تعادل را ارائه می‌دهد. این گزارش محاسبه می‌کند که کل واداشت تابشی ناشی از فعالیت‌های انسانی در سال ۲۰۱۹، نسبت به سال پایه پیش از صنعتی شدن (۱۷۵۰)، به ۲٫۷۲ وات بر متر مربع رسیده است. این رقم واحد، نشان‌دهنده مجموع خالص تمام عوامل گرمایشی و سرمایشی با هم است.

سمت گرمایشی این دفتر حسابداری تحت سلطه گازهای گلخانه‌ای با توزیع یکنواخت است. شاخص سالانه گازهای گلخانه‌ای نوآ (NOAA) گزارش داد که تا سال ۲۰۲۲، واداشت تابشی ناشی از این گازها به تنهایی به ۳٫۴ وات بر متر مربع رسیده است. دی‌اکسید کربن سهم عمده را دارد، اما متان، اکسید نیتروژن و کلروفلوئوروکربن‌ها نیز ظرفیت قابل اندازه‌گیری قابل توجهی برای به دام انداختن گرما به جو اضافه می‌کنند.

اگر گازهای گلخانه‌ای تنها عامل بودند، زمین باید به طور قابل توجهی گرم‌تر از امروز می‌بود. این اختلاف با آئروسل‌های انسانی (ذرات ریز آلودگی ناشی از دودکش‌ها، اگزوز وسایل نقلیه و آتش‌سوزی‌های کشاورزی) توضیح داده می‌شود. این آئروسل‌ها نور خورشید ورودی را مستقیماً به فضا پراکنده می‌کنند و تشکیل ابرها را تغییر می‌دهند، و ابرها را روشن‌تر و بازتابنده‌تر می‌سازند.[3]

یک تحلیل اخیر در نشریه «دینامیک سیستم زمین» (ESD) که به‌روزرسانی‌های AR6 را ارزیابی می‌کند، مقیاس محض این اثر خنک‌کنندگی را برجسته می‌سازد. محققان اشاره می‌کنند که واداشت آئروسل در حال حاضر حدود ۱٫۳- وات بر متر مربع تخمین زده می‌شود. این بدان معناست که آلودگی ذرات معلق فعالانه نزدیک به ۴۰٪ از گرمایش تولید شده توسط گازهای گلخانه‌ای را خنثی می‌کند.[3]

این وضعیت یک پارادوکس عمیق در سیاست‌گذاری ایجاد می‌کند. هنگامی که کشورها با موفقیت مقررات هوای پاک را برای حفاظت از سلامت عمومی اجرا می‌کنند – مانند حذف گوگرد از سوخت کشتی‌رانی و تعطیلی نیروگاه‌های زغال‌سنگ – همزمان سپر آئروسلی بازتابنده را حذف می‌کنند. مقاله ESD هشدار می‌دهد که این کاهش سریع در واداشت آئروسل، احتمال دستیابی به اهداف توافق پاریس را کاهش می‌دهد، زیرا گرمایش پنهان گازهای گلخانه‌ای ناگهان آشکار می‌شود.[3]

سرویس تغییرات اقلیمی کوپرنیک، که از یافته‌های IPCC AR6 حمایت می‌کند، تأکید می‌کند که در حالی که گازهای گلخانه‌ای برای قرن‌ها در جو باقی می‌مانند، آئروسل‌ها ظرف چند روز یا چند هفته از بین می‌روند. این عدم تطابق زمانی به این معنی است که هرگونه کاهش در آلودگی منجر به افزایش فوری در واداشت تابشی خالص می‌شود.[2]

عدم قطعیت پیرامون این اندازه‌گیری‌ها همچنان یک چالش اصلی برای مدل‌سازان اقلیمی است. همانطور که نویسندگان فصل ۷ گروه کاری ۱ گزارش IPCC AR6 در ارزیابی خود از بودجه انرژی بیان می‌کنند: «واداشت تابشی مؤثر آئروسل‌ها بزرگترین منبع عدم قطعیت در کل واداشت انسانی است.»

شواهد مربوط به واداشت گازهای گلخانه‌ای قوی است و از اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی مستقیم نحوه جذب نور فروسرخ توسط مولکول‌های خاص به دست می‌آید. حاشیه عدم قطعیت برای واداشت دی‌اکسید کربن به طور استثنایی باریک است. با این حال، شواهد مربوط به واداشت آئروسل به شدت به مدل‌های پیچیده تعامل ابر متکی است تا مشاهده مستقیم و یکنواخت.[1]

از آنجا که آئروسل‌ها به طور ناهموار توزیع شده‌اند – عمدتاً در مناطق صنعتی در آسیا و آمریکای شمالی متمرکز هستند – اثر خنک‌کنندگی آن‌ها بسیار محلی است، حتی در حالی که یک نیروی گرمایشی جهانی و یکنواخت را پنهان می‌کنند. این ناهمگونی فضایی محاسبه یک میانگین جهانی واحد و دقیق برای واداشت آئروسل را دشوار می‌سازد.[2][3]

در آینده، مسیر واداشت تابشی خالص کاملاً به رقابت بین کربن‌زدایی و بهبود کیفیت هوا بستگی دارد. اگر آلودگی آئروسل سریع‌تر از انتشار کربن در دهه آینده کاهش یابد، واداشت خالص به شدت افزایش یافته و افزایش دما را در کوتاه‌مدت تسریع خواهد کرد.[3]

حساسیت دقیق اقلیم زمین به دو برابر شدن دی‌اکسید کربن، به حل این عدم قطعیت آئروسل بستگی دارد. تا زمانی که ابزارهای ماهواره‌ای نتوانند تعاملات ابر-آئروسل را با همان دقت غلظت گازهای گلخانه‌ای اندازه‌گیری کنند، بزرگی واقعی گرمایشی که قبلاً به آن متعهد شده‌ایم، تا حدی توسط آلودگی خودمان پنهان خواهد ماند.[1][4]