أثر احتراق الوقود الأحفوري

الاحتباس الحراري(تأثير الدفيئة) Greenhouse Effect

• يحيط بالكرة الأرضية غِلافٌ من الهواء يسمى الغِلافَ الجوي، ويمتد من سطحها إلى ارتفاع يبلغ قرابة 1000Km.
• يتكون بصورة رئيسة من غازين هما النيتروجين بنسبة % 78 والأكسجين ونسبتُه تقريبا 21% . أما النسبة المتبقيّة % 1 فتكوّن بشكل رئيس مجموعة من الغازات هي: الآرغون وثاني أكسيد الكربون والنيون والهيليوم والميثان والكربتون وأكسيد النيتروجين والزينون.
• هناك غازاتٌ متغيرة التركيزِ في الغلاف الجويّ تعرف بغازات الدفيئة Greenhouse Gases مثل: بخار الماء ، وثاني أكسيد الكربون CO₂ ، والميثان CH₄ ، وأكسيد النيتروز N₂O ، والكلوروفلوروكربون CFCs ، لها القدرةُ على امتصاص الأشعة تحت الحمراءِ طويلة الموجَة المنبعثةِ من سطح الأرض نحو الغلاف الجوي.
• تؤدي هذه الغازاتُ إلى المحافظة على درجة حرارة سطح الأرض عن طريق التوازن بين الطاقة الشمسيّة الساقطةِ على سطح الأرض، وتلك التي تفقدها إلى الفضاء الخارجي.

                                                                            

• تحدُث ظاهرة تأثير الدفيئة Greenhouses Effect عندما تنتقل أشعّةُ الشمس عبرَ الغلاف الجوي لتصل إلى سطح الأرض على شكل طاقةٍ حرارية، أو أشعة قصيرة الطول الموجيِّ (الأشعة المرئية/الأشعة فوق البنفسجية ). وفي المتوسط فإن ثلثَ الأشعة الشمسية التي تصل سطحَ الأرض تنعكسُ مرة أخرى إلى الفضاء بوساطة الغلاف الجويّ، بينما تقوم اليابسة والمُسطّحاتُ المائية بامتصاص معظمِ الأشعة الباقية، وبذلك يصبح سطح الأرض دافئا. ثم تشِعُّ اليابسة والمسطّحات المائية الطاقة الحرارية الواصلة إليها مرة أخرى؛ ولكن على شكل موجاتٍ طويلة ( الأشعة تحت الحمراء)، عندها تستطيع غازات الدفيئة الموجودة في الغلاف الجوي أن تحتبس جزءًا من تلك الأشعة، وبذلك يسخُنُ الغلاف الجويُّ الأرضي، وترتفع درجة الحرارة. ولولا ذلك لكانت درجة الحرارة على سطح الأرض منخفضةً جدّا، ما يجعل الحياة عليها أمرا مستحيلا.
• تشبِهُ هذه العملية إلى حدّ كبير ما يُعرف بظاهرة البيت الزجاجي، أو ظاهرة الدفيئة الزجاجية؛ لأن وظيفة غازات الدفيئة مشابهةٌ لوظيفة جدران البيت الزجاجي وسقفِه، التي تسمح بدخول الطاقة الشمسية، لكنها تمنع خروج الطاقة الحرارية، ما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة داخله نظرا لعدم تسرّب الحرارة إلى خارج الدفيئة الزجاجية.
• بسبب أنشطة الإنسان المختلفة كاستخدام الوقودِ الأحفوري، أو إزالةِ الغطاء النباتي، أدى ذلك إلى زيادة في مستويات غازات الدفيئة في الغلاف الجوي ما تسببت في ارتفاع متزايدٍ في درجة حرارة الأرض وحدوث ما يُسمّى الاحتباسَ الحراريَّ.

 

أبحثُ: مستعينًا بمصادرِ المعرفةِ المتوافرةِ لديَّ، أبحثُ عن تأثيراتِ الاحتِباسِ الحراري في الحياة على سطح الأرض؛ وأصمّمُع رضًا تقديميّا وأعرضهُ أمام زملائي.

ظاهرة طبيعية تساهم في جعل الأرض كوكبا صالحا للعيش، فبدون غازات الاحتباس الحراري  يمكن أن ينخفض معدل الحرارة على الأرض من 15 درجة سلسيوسية حاليا الى 18 درجة تحت الصفر .

 

 

أتحقّق: أحدد كيف تحدث عملية الاحتباس الحراري.

عندما تنتقل أشعة الشمس عبر الغلاف الجوي لتصل إلى سطح الأرض على شكل طاقة حرارية أو أشعة قصيرة الطول الموجي (ضوء مرئي / ضوء فوق بنفسجي). وفي المتوسط فإن ثلث الأشعة الشمسية التي تصل سطح الأرض تنعكس مرة أخرى إلى الفضاء بوساطة الغلاف الجوي، بينما تقوم اليابسة والمسطحات المائية بإمتصاص معظم الأشعة الباقية، وبذلك يصبح سطح الأرض دافئا. ثم تشع اليابسة والمسطحات المائية الطاقة الحرارية الواصلة إليها مرة أخرى؛ ولكن على شكل موجات طويلة          ( الأشعة تحت الحمراء)، عندها تستطيع غازات الدفيئة الموجودة في الغلاف الجوي أن تحتبس جزءًا من تلك الأشعة، وبذلك يسخن الغلاف الجوي الأرضي وترتفع درجة الحرارة 

 

الاحترار العالمي Global Warming

• يُعرَفُ الاحترارُ العالميّ على أنه زيادة تدريجيةٌ في معدّلات درجات الحرارة العالمية، بسبب المستويات المتزايدة من غازات الاحتباس الحراري الناجمة عن بعض الأنشطة الطبيعية، كالبراكين والأنشطة الصناعية بفعل نشاط الإنسان؛ حيث يؤدي احتراق الوقودِ الأحفوري أو استنزافُ الغطاء النباتي إلى زيادة تركيز غازات الدفيئة  وخاصة غازَ ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض بمرور الزمن، الأمر الذي يؤدي إلى تغير الأنظمة المناخية على سطح الأرض؛ ما ينتُج عن ذلك تباطؤ الحياة النباتية والحيوانية، التي قد تجد نفسَها في نظام مناخيّ مختلِف ربما يكون أكثرَ أو أقلَّ ملاءمةً لها.
• نتيجة لذلك، فإن التغيرات المناخية ستؤدي إلى انقراض ملايين الكائنات الحية بحلول العام 2050 م. كما يؤدي ارتفاع معدلاتِ درجات الحرارة على سطح الأرض إلى انصهار الجليد في القُطبين الجنوبي والشمالي، والكتل الجليدية الجبلية وتمدد مياه البحار والمحيطات ما تزيد من ارتفاع منسوب المياه فيها، وغمر الجزر والشواطئ والأراضي المنخفضة بالماء، وسيبقى هذا المنسوب في ارتفاعٍ مع زيادة معدلات درجات الحرارة، إذ من المتوقع أن يصل ارتفاع مستوى ماء البحر إلى 30cm بحلول عام 2030 م.
• يمكن خفضُ درجة حرارة سطح الأرض من خلال اتخاذ الإجراءات اللازمة لتقليل نسبة غازات الدفيئة في جو الأرض، وفي مقدّمتها غازُ ثاني أكسيد الكربون، الذي قد ينقِذُ العديد من أنواع الكائنات الحية من الهلاك؛ وأيضا رفع كفايةِ محركات وسائل النقل، والحدّ من استنزاف الغطاء النباتي، والاعتماد على مصادر طاقة أقلَّ تلويثا باستخدام الطاقات البديلة، وأن أفضل عملية لامتصاص غاز ثاني أكسيد الكربون من الجو هي اللجوءُ إلى التشجير وزراعة غابات جديدة.   

 

                                                                                  

 

أحدّد العلاقة بين درجة حرارة الغلاف الجوي، وتركيز غاز ثاني أكسيد الكربون فيه.

يزداد متوسط درجات الحرارة بزيادة تركيز غاز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

 

 

أفكر : يقول الله تبارك وتعالى(ظَهَرَ الْفَسَادُ فِي الْبَرِّ وَالْبَحْرِ بِمَا كَسَبَتْ أَيْدِي النَّاسِ لِيُذِيقَهُمْ بَعْضَ الَّذِي عَمِلُوا لَعَلَّهُمْ يَرْجِعُونَ)سورة الروم ( 41 )ناقش هذه الآية في ضوء دراستك لظاهرة الاحتباس الحراري والاحترار العالمي وأثر كل من هاتين الظاهرتين في استقرار الحياة على سطح الأرض.

أن التلوث والفساد البيئي في البر والبحر إنما نتج عن الإنسان، فالناس هم المسؤولون عن هذا التغير البيئي الخطير، وتتضمن هذه الآية تحذيرا للناس في أن يرجعوا إلى الاصلاح في الأرض وتدارك هذا الفساد البيئي الذي نتج بسبب تجاوزهم الحدود التي خلق الله الأرض عليها، وأن يعيدوا للغلاف الجوي توازنه ويقللوا من كمية الملوثات التي يطلقونها
كل يوم والتي تعد بملايين الأطنان .

 

أتحقّق: أوضح المقصود بالاحترار العالمي.

زيادة تدريجية في معدلات درجات الحرارة العالمية بسبب المستويات المتزايدة من غازات الاحتباس الحراري الناجمة عن بعض الأنشطة الطبيعية كالبراكين أو الصناعية بفعل نشاط الإنسان.

 

تكوّن الأوزون قربَ سطح الأرض  Ozone Formation near the Earth’s Surface

• يتكوّن غاز الأوزون( O3 ) من ثلاث ذراتٍ من الأكسجين متّحدةً مع بعضها بعضا.
• يوجد بصورة رئيسة على ارتفاع يتراوح بين (20Km-30Km)تقريبا ضمن طبقة الستراتوسفير من الغلاف الجوي في حالة توازن لحماية الحياة على سطح الأرض.
• يمنع وصول الأشعة فوق البنفسجية الضارّة بالكائنات الحية، لكن تدخل الإنسان أدى إلى إحداث خلل في هذا التوازن، فأصبح معدّلُ تحلّله يفوق معدل تشكُّله طبيعيا.
• يعدُّ غازُ الأوزون ملوِّثا خطِرا إذا وُجِدَ قرْبَ سطح الأرض في طبقة التروبوسفير لأنه يضرّ أنسجة النباتات وبعض أجزاء جسم الإنسان الحساسة كالعيون والرئتين. حيث تؤدي الزيادة في استخدام الأسمدة الكيميائية، وما ينتج في عوادم السيارات إلى زيادة تراكيز غازات أكاسيد النيتروجين، خاصة NO₂ . وتؤدي هذه الغازات إلى تكوّن غازالأوزون واستهلاكه وفق التفاعلات الآتية: 

                                                                            

• يعَدُّ المسؤولُ الأوّلُ عن التآكل الذي أصاب الأوزون ما سمح للأشعة فوق البنفسجية بالوصول إلى سطح الأرض هو مركّبات الكلوروفلوروكربون ( CFCs ) التي تستخدَمُ على نطاق واسع في أجهزة التبريد في الثلاجات، وفي مكيفات الهواء، وخصوصا أجهزة تكييف السيارات. وتمتاز غازات الكلوروفلوروكربون بأنها خاملةٌ فلا تتفاعل مع مكوّنات الغلاف الجوي، ولكنها تصعَد إلى أعلى بفعل تيارات الحمل وصولا إلى غاز الأوزون الموجود في طبقة الستراتوسفير فتحدِثُ سلسلةً من التفاعلات الكيميائية، والسبب في ذلك قدرةُ الأشعة فوق البنفسجية على تحليلها.     

 

أفكر: كيف يمكِن الحدُّ من مشكلة استهلاك غاز الأوزون في طبقة التروبوسفير؟

- الحد من استخدام غازات الكلوروفلوروكربون، وانتاج مواد بديلة لهذه الغازات.
- تقليل استخدام الأسمدة الكيميائية.

 

أبحثُ: مستعينًا بمصادر المعرفةِ المتوافرةِ لديَّ، أبحثُ عن طبيعة مركّبات (CFCs) وكيف تعمل على تآكل الأوزون؛ وأصمّمُ عرضًا تقديميًّا وأعرضهُ أمام زملائي.

الغاز المسمى الكلوروفلوروكربون، هو خليط من عدد من الغازات (CF₃Cl,CFCl₃,CF₂Cl₂) يستخدم في كيميائيات الرش والرذاذات، وتنظيف الآلات الدقيقة، وصناعة الإسفنج، والصناعات القائمة على التبريد كصناعة الثلاجات. وتصعد هذه الغازات إلى أعلى بفعل تيارات الحمل حتى تصل طبقة الستراتوسفير وتحدث سلسلة من التفاعلات تؤدي إلى تدمير طبقة الأوزون.

 

أتحقّق: أبيّن الفرق بين غاز الأوزون الموجود ضِمنَ طبقة الستراتوسفير وغاز الأوزون المتكوّن في طبقة التروبوسفير قريبا من سطح الأرض

يساعد الأوزون الموجود ضمن طبقة الستراتوسفير من الغلاف الجوي على استمرار وحماية الحياة على سطح الأرض، حيث يمنع وصول الأشعة فوق البنفسجية الضارة بالكائنات الحية، أما الأوزون المتكون في طبقة التروبوسفير قريبا من سطح الأرض فهو مضر ويعد من ملوثات الهواء؛ لأنه يضر أنسجة النباتات وبعض أجزاء جسم الإنسان الحساسة كالعيون والرئتين.     

 

التّّجربة 2 :  أهمية الاحتباس الحراري
عند دخولك بَيتا زجاجيّا تشعر بتأثير ظاهرة الاحتباس الحراري؛ وذلك لأن الزجاج يحتجز الحرارة المنبعثة من أشعة الشمس، فيسخُن الهواء في الداخل. وبالطريقة نفسِها تحتجز غازات الدفيئة في الغلاف الجوي الحرارةَ بالقرب من سطح الأرض.
الموادّ والأدوات:
مقياسُ درجة حرارة (ثيرمومتر) عدد ( 2)، كأس زجاجية سعة 100mL عدد ( 2)، قنينة مياه شُربٍ بلاستيكية سعة 1L بحيث يكون قطرها أكبرَ قليلا من قُطر الكأس الزجاجية، مصدرٌ ضوئيّ (الشمس)، مِقص.
إرشادات السلامة: الحذَر عند التعامل مع الكؤوس الزجاجية ومقياس درجة الحرارة.
خطوات العملِ:
1. أضع في كلّ كأس زجاجية مقياسَ درجة الحرارة.
2. أضع الكأسين الزجاجيّتين بجانب بعضهما في منطقة تسقط عليهما أشعة الشمس بشكل مباشر.
3. أنتظر لمدة نصف ساعة؛ ثم أقرأ درجة حرارة كل مقياس وأسجلها.
4. أستخدم المِقصّ لقطع الجزء السفلي من قنينة مياه الشرب البلاستيكية.
5. أقفِل بإحكام فوَّهَةَ قنينة مياه الشّرب البلاستيكية بوساطة غطاء.
6. أضع قنينة مياه الشّرب البلاستيكية حول إحدى الكؤوس الزجاجية، بحيث تحيط بها من جميع الجوانب.
7. أنتظر لمدة نصف ساعة أخرى، مع بقاء الكأسين الزجاجيّتين في منطقة تسقط فيها أشعة الشمس بشكل مباشر.
8. أقرأ درجة حرارة كلّ مقياس وأسجلها.
9. أحسُب الفرق بين درجة الحرارة في كل من الكأسين الزجاجيّتين.
التحليل والاستنتاج:
1. أفسّر سبب ارتفاع درجة حرارة الكأس المغطّاةَ بقنينة مياه الشرب البلاستيكية.

تعمل قنينة مياه الشرب البلاستيكية على السماح بدخول الطاقة الشمسية، لكنها تمنع خروج الطاقة الحرارية، ما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة في الداخل نظرا لعدم تسرّب الحرارة إلى الخارج
2. أقارن بين قنينة مياه الشّرب البلاستيكية التي تمثّل نموذجا للاحتباس الحراري على الأرض، وظاهرة البيت الزجاجي.  

نفس المبدأ حيث تسمح القنينة وغازات الدفيئة على السماح بدخول الطاقة الشمسية وتمنعها من الخروج مما يعمل على ارتفاع ىدرجة الحرارة في الداخل   

 

الهطل الحمضي Acid Precipitation

• عندما يحرَقُ الوقودُ الأحفوريّ المستعمَل في وسائط النقل، وفي محطات إنتاج الطاقة الكهربائية والمصانع؛ يطلِقُ في الغلاف الجوي ثانيَ أكسيد الكبريت SO₂ وأكاسيدَ النيتروجين NO_X ، حيث تتفاعل هذه الأكاسيدُ مع بُخار الماء المتكاثف في الغلاف الجوي ما يؤدي إلى تشكيل رذاذٍ حمضِيٍّ يسقط على هيئة هطْلٍ من حِمْض الكبريتيك H₂SO₄ ، وحِمْضِ النيتريك HNO₃ ، وأحيانا ما يسقط الهطْل الحِمضِيّ بعيدا عن مصدر التلوّث بفعل الرياح السائدة في تلك المنطقة.  

                                                   

• عند الهطول تتفاعل المياه الحامضِية مع كلّ شيء تتلامس معه من تربة وماء ونبات وصخور، وتترك آثارًا مدمّرة على التوازن الطبيعي بسبب حموضة هذه المياه، وخاصة عند تدفّقها إلى المسطّحات المائية ما يؤدي إلى موت أعداد كبيرة من النباتات المائية والأسماك، فأغلبُ بيوضِ الأسماك لا تفقسُ، ونتيجة ذلك يحدث انخفاض في أعداد
  الأسماك، وفقدان بعض الأنواع، وبالتالي الحد من التنوع البيولوجي، كما ويعمل الهطْلُ الحمضِيّ على تآكل الصخور والمنشآت.
• يمكن توضيح كيفية تكوّن الهطْلِ الحمضِّ من خلال التفاعلات الكيميائية التالية:
  تكوُّنُ الهَطْلِ الحمضِّ بفعل ثاني أكسيد النيتروجين.

                                                

تكوُّنُ الهَطْلِ الحمضِّ بفعل ثاني أكسيد الكبريت.

                                                    

 

أبحثُ: مستعينًا بمصادرِ المعرفةِ المتوافرةِ لديَّ، أبحثُ عن أفضل وسيلةٍ لتخفيض تأثيرات الهطْلِ الحِمضِيّ في النظم البيئية المختلفة؛ وأصمّمُ عرضًا تقديميًّا وأعرضهُ أمام زملائي.

التوقف عن نفث أكاسيد الكبريت والنيتروجين إلى الغلاف الجوي من خلال؛ إبعاد الملوث عن المناطق الآهلة بالسكان أو تخفيفه، والتحول إلى استخدام الطاقة المتجددة في معظم المجالات، وعمل تشريعات تضمن نقاوة الهواء.

 

أفكر: لماذا يتكون الهطل الحمضي من أكاسيد الكبريت والنيتروجين وليس الكربون مع أن أكثر الأكاسيد في الجو هو ثاني أكسيد الكربون؟

بسبب تكون محاليل قوية الحمضية عند تفاعل ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين مع ماء المطر فينتج حمض النيتريك وحمض الكبريتيك؛ وعندما يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع ماء المطر يذوب فيه وينتج حمض الكربونيك الذي يعد من الأحماض الضعيفة.

 

التجربة 3: محاكاة الهطل الحمضي
تعَدُّ ظاهرةُ الهطْلِ الحمضِيّ قضية بيئية رئيسة، تحدُث عندما يتلوّث الجوُّ بغازات الأكاسيد مثل أكاسيد النيتروجين والكبريت التي تنطلق من مصادرَ صناعيةٍ أو أنشطةٍ بشَرية.
الموادّ والأدوات:
قِطع صخريّة صغيرة الحجم متساوية تقريبا مثل(الرخام، الحجر الجيري، الحجر الرملي، البازلت)، ميزان رقمي،قفازات وقائية، كأس زجاجية سعة 500mL عدد ( 3)،خَلّ (حمض الإيثانويك) CH3COOH (يمثل الأحماض المؤثرة في الهطْلِ الحمضِيّ).
إرشادات السلامةِ:
- ارتداء القفازات الوقائية.
- الحذرُ عند وضع القطع الصخرية داخل الكؤوس
الزجاجية.
خطوات العملِ:
1. أستخدم الميزان لإيجاد كتلة كل قطعة صخرية، وأسجل البيانات في جدول.
2. أضَع كلَّ قطعة صخرية في كأس زجاجية منفصلة.
3. أسكب الخَلَّ فوق كلّ قطعة صخرية في الكأس الزجاجية، وأنتظر لمدة يومين.
4. أفرِغ الكأسَ الزجاجية من الخلّ، وأنتظر أن تجفّ القطع الصخرية لمدة يوم آخرَ.
5. أستخدِم الميزان مرة أخرى لإيجاد كتلة كلِّ قطعة صخرية، وأسجّل البياناتِ في جدول.
6. أحسُب مقدارَ الكتلة التي فقدتْها كلُّ قطعة صخرية،وأسجّل البيانات في جدول.
7. أحسُب النسبة المئوية لمقدار الكتلة التي فقدتْها كلُّ قطعة صخرية، وأسجّل البيانات في جدول.
التحليل والاستنتاج:
1. أحدّد: أيُّ الصخور ( الرخام، الحجر الجيري،الحجر الرملي، البازلت)، هو الأفضلُ لمقاومة الهطْلِ الحمضِيّ؟

البازلت والحجر الرملي 
2. أستنتج أثر الهطْلِ الحمضِيّ على الصخور.

تعمل على التفاعل معها وتآكلها