گرمایش قطعی ۰.۵ درجهای: اینرسی حرارتی اقیانوسها چگونه افزایش دمای آینده را رقم میزند؟
اقیانوسها بیش از ۹۱ درصد گرمای مازاد ناشی از فعالیتهای انسانی را جذب کرده و یک سپر حرارتی عظیم ساختهاند. هرچند این گرمای ذخیرهشده خطر گرمایش تاخیری را به همراه دارد، اما مدلهای جدید نشان میدهند که با رساندن انتشار گازهای گلخانهای به صفر مطلق، افت سطح کربن میتواند این جهش دمایی را خنثی کند.
به قلم ساناز امامی
این خبر را به اشتراک بگذارید
بهطور خلاصه
- اقیانوسها بیش از ۹۱ درصد گرمای مازاد ناشی از فعالیتهای انسانی را جذب کرده و یک سپر حرارتی عظیم ساختهاند.
- اگر سطح گازهای گلخانهای جو امروز ثابت بماند، اینرسی حرارتی اقیانوسها تقریباً ۰.۵ درجه سانتیگراد گرمایش سطحی مضاعف ایجاد میکند.
- با این حال، اگر انتشار گازهای انسانی به صفر مطلق برسد، از آنجا که چاهکهای طبیعی به جذب کربن ادامه میدهند، سطح دیاکسید کربن جو بلافاصله شروع به کاهش میکند.
گروهی از دانشمندان اقلیمی با اشاره به اینرسی حرارتی عظیم اقیانوسها هشدار میدهند که حتی اگر بشریت همین امروز آلوده کردن زمین را متوقف کند، گرمای ذخیرهشده در ستونهای آب، دستکم ۰.۵ درجه سانتیگراد «گرمایش قطعی» را تضمین میکند. در مقابل، گروهی دیگر با تکیه بر جدیدترین مدلهای هیئت بیندولتی تغییر اقلیم (IPCC) استدلال میکنند که اگر انتشار گازهای گلخانهای به صفر مطلق برسد، دمای سطح زمین تقریباً بلافاصله تثبیت شده و هیچ جهش تاخیری در کار نخواهد بود.[4][5]
هر دو ادعا ریشه در یک سیستم فیزیکی واحد دارند: اقیانوس جهانی. این اختلاف نظر از نحوه حفظ گرما توسط آب نشأت نمیگیرد، بلکه تفاوت اساسی در این است که دانشمندان فرض میکنند فردای روزی که کارخانهها تعطیل شوند، چه اتفاقی برای جو زمین میافتد.
برای درک این تنش، ابتدا باید به ابعاد خیرهکننده ظرفیت گرمایی اقیانوسها نگاه کرد. در چند دهه گذشته، زمین با یک عدم تعادل انرژی شدید مواجه بوده و تابش خورشیدی بیشتری را نسبت به آنچه به فضا بازمیگرداند، در خود حبس کرده است. همانطور که محققان ناسا (NASA) در سال ۲۰۰۶ اشاره کردند: «درست همانطور که یک ماشین در حال حرکت پس از ترمز گرفتن راننده برای توقف به زمان نیاز دارد، سیستم اقلیمی زمین نیز ممکن است برای بازتاب تغییرات در تعادل انرژی خود به زمان نیاز داشته باشد.»[3]
به طور مشخص، اتمسفر تنها بخش کوچکی از این بار را به دوش کشیده است. به گفته پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیای جنوبی (USC Dornsife): «حدود دو سوم سطح زمین از آب تشکیل شده است، گاهی آبهای بسیار عمیق، که در جذب کربن و گرمای مازاد کُند عمل میکنند.» در واقع، بیش از ۹۱ درصد از گرمای مازاد ناشی از فعالیتهای انسانی توسط اقیانوسها جذب شده است.[5]
حجم این انرژی بهتآور است. اندازهگیریهای ناسا در اوایل دهه ۲۰۰۰ نشان داد که محتوای گرمایی ۷۵۰ متر بالایی اقیانوسها در طول تنها یک دهه، به میزان ۶.۰ وات-سال بر متر مربع افزایش یافته است.[3]
از آنجا که ظرفیت گرمایی ویژه آب بسیار بیشتر از هواست، دههها طول میکشد تا این انرژی جذبشده به شکل یک افزایش قابل اندازهگیری در دمای جو زمین خود را نشان دهد. این تاخیر فیزیکی به عنوان «اینرسی حرارتی» شناخته میشود.[1][2]
اگر غلظت دیاکسید کربن جو به شکلی جادویی در سطح فعلی آن یعنی حدود ۴۲۰ قسمت در میلیون (ppm) ثابت بماند، اقیانوس به آزادسازی آرام گرمای ذخیرهشده خود ادامه میدهد تا زمانی که سطح آب و ستونهای آب عمیق به یک تعادل حرارتی جدید برسند.
تحت این سناریوی «ترکیب ثابت»، مدلهای اقلیمی به طور پیوسته نشان میدهند که سطح زمین بین ۰.۵ تا ۰.۶ درجه سانتیگراد دیگر گرم خواهد شد. این همان تعریف کلاسیک «گرمایش قطعی» یا «گرمایش در راه» است که اغلب در گفتمانهای عمومی مطرح میشود.[5]
با این حال، اگر انتشار گازهای گلخانهای توسط انسان واقعاً به صفر برسد، سناریوی «ترکیب ثابت» از نظر فیزیکی غیرواقعبینانه خواهد بود. و دقیقاً همینجاست که شواهد گروه دوم، نتیجه ریاضی را از اساس تغییر میدهد.[4]
اگر انتشار گازهای انسانی به طور کامل متوقف شود، غلظت دیاکسید کربن در جو ثابت نمیماند، بلکه بلافاصله شروع به کاهش میکند.[4]
همان اقیانوسهایی که ۹۱ درصد گرمای مازاد را جذب میکنند، به عنوان یک اسفنج شیمیایی عظیم نیز عمل میکنند. خشکیها و اقیانوسها روی هم رفته حدود نیمی از دیاکسید کربنی را که انسانها هر ساله منتشر میکنند، جذب میکنند.[4]
وقتی انتشار گازهای انسانی به صفر میرسد، این چاهکهای طبیعی کربن بلافاصله از کار نمیافتند. آنها به بیرون کشیدن دیاکسید کربن از هوا ادامه داده و سیستم زمین را به سمت یک تعادل جدید سوق میدهند.[4]
با کاهش سطح دیاکسید کربن جو، اثر گلخانهای جهانی ضعیف شده و یک اثر خنککننده تدریجی اما قابل توجه بر سطح زمین ایجاد میکند.
بر حسب یک تصادف محض ژئوفیزیکی، این دو نیروی عظیم سیارهای — یعنی گرمایش ناشی از اینرسی حرارتی اقیانوس و سرمایش ناشی از جذب کربن توسط اقیانوس — در بازههای زمانی مشابه و با شدتهای تقریباً یکسانی عمل میکنند.[4][6]
همانطور که تحلیلگران کربن بریف (Carbon Brief) اجماع علمی کنونی را خلاصه میکنند: «گرمایش سطحی مضاعف ناشی از ادامه گرم شدن اقیانوسها، توسط سرمایش حاصل از افت دیاکسید کربن جو خنثی میشود.»[4]
هیئت بیندولتی تغییر اقلیم (IPCC) از این پویایی با عنوان «تعهد انتشار صفر» (ZEC) یاد میکند. بهترین برآورد آنها برای یک قرن پس از توقف کامل انتشار، تغییر دمای خالصی در حدود صفر درجه سانتیگراد، با بازه عدم قطعیت مثبت یا منفی ۰.۳ درجه سانتیگراد است.[4]
این بدان معناست که اگر بشریت موفق به کربنزدایی شود، در تله یک جهش دمایی اجتنابناپذیر گرفتار نخواهد شد. گرمایش سطح زمین عملاً با توقف انتشار، متوقف میشود.[4]
با این وجود، هنوز عدم قطعیتهای قابل توجهی در مدلها وجود دارد. این تعادل دقیق به شدت به رفتار گازهای گلخانهای غیر از دیاکسید کربن مانند متان، و ناپدید شدن سریع ذرات معلق بازتابنده سولفات بستگی دارد؛ ذراتی که در حال حاضر حدود ۰.۵ درجه سانتیگراد از گرمایش را پنهان کردهاند و در صورت حذف سوختهای فسیلی، ظرف چند هفته از جو خارج میشوند.[4][5]
علاوه بر این، در حالی که ممکن است دمای سطح زمین تثبیت شود، سایر پیامدهای اقلیمی ناشی از جرم حرارتی عمیق اقیانوسها متوقف نخواهند شد. انبساط حرارتی که باعث افزایش سطح آب دریاها میشود و ذوب شدن صفحات یخی متصل به اقیانوس، به دلیل گرمایی که از پیش در آبهای عمیق محبوس شده، تا قرنها ادامه خواهد یافت.[5]
علاوه بر این، در حالی که ممکن است دمای سطح زمین تثبیت شود، سایر پیامدهای اقلیمی ناشی از جرم حرارتی عمیق اقیانوسها متوقف نخواهند شد.
حافظه اقیانوس طولانی است و مرزهای فیزیکی اقلیم زمین را برای هزاران سال تعیین خواهد کرد. اما جدیدترین شواهد نشان میدهد که اگر بالاخره شیر انتشار کربن بسته شود، اقیانوس سطح زمین را به یک گرمایش افسارگسیخته محکوم نمیکند.
اصطلاحات کلیدی
- اینرسی حرارتی
- مقاومت یک ماده در برابر تغییر دما؛ در سیستم اقلیمی، حجم عظیم و ظرفیت گرمایی اقیانوسها باعث تاخیر در گرمایش سطحی ناشی از گازهای گلخانهای میشود.
- گرمایش قطعی
- افزایش آینده دمای جهانی که از نظر تئوری به دلیل انتشار گازهای گلخانهای در گذشته اجتنابناپذیر است و اغلب با فرض ثابت ماندن غلظت این گازها محاسبه میشود.
- تعهد انتشار صفر (ZEC)
- تغییرات مورد انتظار در دمای سطح زمین پس از توقف کامل انتشار گازهای گلخانهای توسط انسان.
- ظرفیت گرمایی ویژه
- مقدار انرژی گرمایی مورد نیاز برای افزایش دمای یک ماده؛ آب ظرفیت بسیار بالاتری نسبت به هوا دارد که به آن اجازه میدهد مقادیر عظیمی از انرژی را ذخیره کند.
- چاهک کربن
- یک محیط طبیعی، مانند اقیانوس یا جنگل، که کربن بیشتری را نسبت به آنچه آزاد میکند، از جو جذب مینماید.
- عدم تعادل انرژی زمین
- تفاوت میان مقدار انرژی خورشیدی ورودی به زمین و مقدار انرژی گرمایی که به فضا بازمیگردد.
بررسی عمیق دیدگاهها
دیدگاه ترکیب ثابت
این استدلال که اینرسی حرارتی اقیانوسها گرمایش آینده را تضمین میکند.
این دیدگاه بر فیزیک محض ظرفیت گرمایی آب تاکید دارد. از آنجا که اقیانوس بیش از ۹۰ درصد گرمای مازاد زمین را جذب کرده است، دمای سطح در حال حاضر از عدم تعادل واقعی انرژی سیاره عقبتر است. اگر غلظت گازهای گلخانهای جو در سطح امروزی ثابت نگه داشته شود، اقیانوس به آزادسازی آرام گرمای ذخیرهشده خود ادامه داده و حدود ۰.۵ درجه سانتیگراد گرمایش سطحی بیشتر ایجاد میکند. این چارچوب «گرمایش قطعی» پیامدهای عظیم و تاخیری گرمایی را که از پیش به سیستم اقلیمی تزریق شده است، برجسته میکند.
دیدگاه انتشار صفر
این استدلال که با توقف انتشار، دمای سطح زمین تثبیت خواهد شد.
این دیدگاه چرخه کربن را در مدلهای اقلیمی ادغام میکند. این مدلسازان ضمن تایید اینرسی حرارتی اقیانوسها، اشاره میکنند که اگر انتشار گازهای انسانی واقعاً به صفر برسد، سناریوی «ترکیب ثابت» از نظر فیزیکی غیرواقعبینانه است. در دنیای بدون انتشار، اقیانوس و چاهکهای خشکی به جذب دیاکسید کربن ادامه داده و باعث کاهش غلظت آن در جو میشوند. اثر خنککننده این کاهش کربن، تقریباً به طور کامل گرمایش تاخیری ناشی از آزادسازی گرمای اقیانوس را خنثی کرده و منجر به تثبیت دمای سطح زمین میشود.
دیدگاه اقیانوس عمیق
تمرکز بر اندازهگیری فیزیکی عدم تعادل انرژی زمین.
صرفنظر از اینکه چه اتفاقی برای دمای هوای سطح زمین میافتد، اقیانوسشناسان تاکید میکنند که گرمای جذبشده توسط اقیانوس ناپدید نمیشود. انرژی ذخیرهشده در ستونهای آب عمیق به ایجاد انبساط حرارتی ادامه داده و سطح آب دریاها را تا قرنها بالا میبرد. علاوه بر این، این گرمای عمیق به ذوب کردن صفحات یخی متصل به اقیانوس از زیر ادامه خواهد داد. از این منظر، تثبیت دمای سطح تنها بخشی از ماجراست؛ پیامدهای فیزیکی جرم حرارتی اقیانوس از همین حالا برای هزاران سال قطعی شده است.
- نظریهپردازان ترکیب ثابت
- تمرکز بر اینرسی حرارتی اقیانوسها؛ آنها استدلال میکنند که اگر غلظت گازهای گلخانهای بالا بماند، گرمای ذخیرهشده در ستونهای آب، گرمایش آینده را قطعی میکند.
- مدلسازان انتشار صفر
- تمرکز بر بازخوردهای چرخه کربن؛ آنها نشان میدهند که اگر انتشار به صفر مطلق برسد، کاهش سطح کربن جو، گرمایش تاخیری را خنثی خواهد کرد.
- اقیانوسشناسان
- تمرکز بر اندازهگیری فیزیکی محتوای گرمایی اقیانوس؛ آنها نحوه ذخیره شدن عدم تعادل انرژی زمین در ستونهای آب عمیق را ردیابی میکنند.
دیدگاههایی که این گزارش پوشش نداده
- جوامع ساحلی که با پیامدهای بلندمدت افزایش سطح آب دریاها ناشی از انبساط حرارتی مواجه هستند.
- سیاستگذارانی که در تلاشند تا تعهد انتشار صفر را به جدولهای زمانی عملیاتی برای کربنزدایی تبدیل کنند.
منابع
[1]NOAA Climate.govاقیانوسشناسانClimate Change: Ocean Heat Content
مطالعه در NOAA Climate.gov →
[2]NOAA Global Ocean Monitoring and Observing ProgramاقیانوسشناسانOcean Heat
مطالعه در NOAA Global Ocean Monitoring and Observing Program →
[3]NASA Scienceنظریهپردازان ترکیب ثابتEarth's Big Heat Bucket
مطالعه در NASA Science →
[4]Carbon Briefمدلسازان انتشار صفرExplainer: Will global warming ‘stop’ as soon as net-zero emissions are reached?
مطالعه در Carbon Brief →
[5]USC Dornsifeنظریهپردازان ترکیب ثابتWhat is committed warming?
مطالعه در USC Dornsife →
[6]تیم سردبیری کوهستانمدلسازان انتشار صفرتحلیل تیم سردبیری کوهستان
مطالعه در تیم سردبیری کوهستان →
بیشتر در علم
مشاهده همه →فیزیک تراز دریا
کاهش کشش گرانشی: افت تراز دریا در مجاورت یخهای در حال ذوب و تشدید بالا آمدن آب در اقیانوسهای دوردست
5 منبع
اکسترموفیلها
آمیب زمینگرمایی با تولیدمثل در دمای ۶۳ درجه سانتیگراد، رکورد تحمل گرمای حیات پیچیده را در هم شکست
8 منبع
شیمی دریا
افت پیاچ از ۸.۲ به ۸.۱: دیاکسید کربن انسانی چگونه یونهای کربنات را کاهش داده و ارگانیسمهای آهکساز را تهدید میکند
8 منبع
تابش واداشتی اقلیمی
تابش واداشتی ۰.۷- وات بر متر مربع: چرا ذرات معلق در حال حاضر یکچهارم گرمایش گازهای گلخانهای را پنهان میکنند؟
7 منبع
نظرات
هر زاویه. هر روز.
اخبار علم با پوشش کامل منابع و تحلیل دیدگاهها، هر روز و رایگان.





