علوم الأرض12 فصل أول

الوقود الاحفوري والتغير المناخي

الاحتباس الحراري Greenhouse Effect

تُعد الأنشطة البشرية المصدر الرئيسي لغازات الدفيئة، وخاصة تلك المنبعثة من القطاعات التي تعتمد على الوقود الأحفوري.

 يُعتبر ثاني أكسيد الكربون أكثر غازات الدفيئة تراكماً في الغلاف الجوي.

تتميز غازات الدفيئة  بقدرتها على امتصاص الأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة المنبعثة من سطح الأرض، مما يحافظ على درجة حرارة سطح الأرض عن طريق تحقيق التوازن بين الطاقة الشمسية الواردة والطاقة المفقودة إلى الفضاء.

الشكل المجاور يبين التوازن الاشعاعي.

 

كيف يحدث الاحتباس الحراري

• تنتقل أشعة الشمس عبر الغلاف الجوي لتصل إلى سطح الأرض على شكل طاقة حرارية، أو أشعة قصيرة الطول الموجي(الأشعة المرئية الأشعة فوق البنفسجية).
•  تنعكس ثلث الأشعة الشمسية مرة أخرى إلى الفضاء عبر الغلاف الجوي.
• تمتص اليابسة والمسطحات المائية معظم الأشعة الباقية، وبذلك يصبح سطح الأرض دافئًا.
• تشع اليابسة والمسطحات المائية الطاقة الواصلة إليها مرة أخرى؛ ولكن على شكل أشعة طويلة الموجة (الأشعة تحت الحمراء).
•  تمتص غازات الدفيئة الموجودة في الغلاف الجوي الأشعة تحت الحمراء .
• تحبس غازات الدفيئة الحرارة في الغلاف الجوي.
• يسخن الغلاف الجوي الأرضي، وترتفع درجة الحرارة، ولولا ذلك لكانت درجة الحرارة على سطح الأرض منخفضة جدًا، ما يجعل الحياة عليها أمرًا مستحيلاً.

ظاهرة البيت الزجاجي: أو ظاهرة الدفيئة الزجاجية؛ تشبه لحد ما ظاهرة الاحتباس الحراري حيث تسمح جدران وسقف البيت الزجاجي بدخول الأشعة الشمسية، ولكنها تمنع خروج الأشعة طويلة الموجة المنبعثة من سطح الأرض، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة داخل البيت الزجاجي.

أدت أنشطة الإنسان المختلفة

مثل: استخدام الوقود الأحفوري أو إزالة الغطاء النباتي إلى زيادة في مستويات غازات الدفيئة في الغلاف الجوي، وهذا بدوره سبب ارتفاعًا متزايدًا في درجة حرارة الأرض وحدوث الاحترار العالمي.

الربط بالصحة:

يؤثر غاز أول أكسيد الكربون في صحة الإنسان، إذ يدخل إلى الرئتين خلال عملية التنفس، فيرتبط مع خلايا الدم الحمراء ويمنعها من امتصاص الأكسجين، ما يؤدي إلى ارتخاء العضلات وفقدان الوعي.

 

أتحقق : أصف كيف تحدث عملية الاحتباس الحراري.

الحل:

• تنتقل أشعة الشمس عبر الغلاف الجوي لتصل إلى سطح الأرض على شكل طاقة حرارية، تنعكس ثلث الأشعة الشمسية مرة أخرى إلى الفضاء، تمتص اليابسة والمسطحات المائية معظم الأشعة الباقية، وبذلك يصبح سطح الأرض دافئًا، تشع اليابسة والمسطحات المائية الطاقة الواصلة إليها مرة أخرى، تمتص غازات الدفيئة الموجودة في الغلاف الجوي الأشعة تحت الحمراء، تحبس غازات الدفيئة الحرارة في الغلاف الجوي، يسخن الغلاف الجوي الأرضي، وترتفع درجة الحرارة.

 

الاحترار العالمي Global Warming: زيادة تدريجية في معدل درجات الحرارة العالمي، ناجمة عن النشاطات الطبيعية والبشرية.

الأسباب:

• زيادة غازات الدفيئة: يرجع الاحترار العالمي بشكل أساسي إلى زيادة تركيز غازات الدفيئة في الغلاف الجوي، وعلى رأسها غاز ثاني أكسيد الكربون.
• الأنشطة البشرية: تلعب الأنشطة البشرية، وخاصة حرق الوقود الأحفوري، الدور الأكبر في زيادة تركيز غازات الدفيئة.
• الأنشطة الطبيعية: تساهم الأنشطة الطبيعية مثل البراكين أيضًا في زيادة غازات الدفيئة، ولكن بنسبة أقل بكثير من الأنشطة البشرية.

التأثيرات المتوقعة:

• ارتفاع درجة حرارة الأرض: يؤدي زيادة غازات الدفيئة إلى ارتفاع مستمر في درجة حرارة سطح الأرض.
• تأثيرات على الكائنات الحية: يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى تباطؤ الحياة النباتية والحيوانية، وقد يؤدي إلى انقراض ملايين الكائنات الحية بحلول عام 2050.
• ذوبان الجليد وارتفاع منسوب البحار: يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى ذوبان الجليد في القطبين، مما يزيد من منسوب المياه في البحار والمحيطات، ويتوقع استمرار ارتفاع منسوب مياه البحار والمحيطات ليصل بحلول 2100 م الى 30 cm تقريبًا.
• غمر المناطق الساحلية: يتوقع أن يؤدي ارتفاع منسوب البحار إلى غمر الجزر والشواطئ والأراضي المنخفضة.
• زيادة حموضة البحار: يؤدي زيادة ذوبان ثاني أكسيد الكربون في مياه البحار إلى زيادة حموضتها، مما يهدد الكائنات البحرية مثل الشعاب المرجانيةوالكائنات التي تمتلك اصدافًا مكونة من كربونات الكالسيوم.

 

أتحقق صفحة 23: أوضح المقصود بالاحترار العالمي.

الحل:

   زيادة تدريجية في معدل درجات الحرارة العالمي، ناجمة عن النشاطات الطبيعية والبشرية.

 

تكوّن الاوزون واستنزافه

                    الأوزون: حارس الحياة في الستراتوسفير

• يتكون غاز الأوزون (O₃) من ثلاث ذرات أكسجين.
• يوجد بشكل رئيسي في طبقة الستراتوسفير على ارتفاع يتراوح بين 20 و 30 كيلومترًا.
• يحمي الحياة على سطح الأرض عن طريق منع وصول الأشعة فوق البنفسجية الضارة المنبعثة من الشمس.
• تدخل الإنسان أدى إلى خلل في توازن الأوزون، حيث أصبح معدل تحلله أسرع من معدل تشكله الطبيعي.

 

الأوزون: ملوث خطير على سطح الأرض

• يعتبر غاز الأوزون ملوثًا خطيرًا إذا وجد بالقرب من سطح الأرض في طبقة التروبوسفير.
• يضر أنسجة النباتات وبعض أجزاء جسم الإنسان الحساسة مثل العيون والرئتين.
• يتكون غاز الأوزون بالقرب من سطح الأرض بسبب زيادة تراكيز غازات أكاسيد النيتروجين الناتجة من احتراق الوقود الأحفوري وغيرها من الأنشطة.
• معادلات تكوين الأوزون:​​​​​​​

​​​​​​​

 

مركبات الكلوروفلوروكربون وتأثيرها على طبقة الأوزون

• تعتبر مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs) السبب الرئيسي لتآكل طبقة الأوزون.
• تستخدم هذه المركبات على نطاق واسع في أجهزة التبريد (الثلاجات ومكيفات الهواء، وخاصة مكيفات السيارات).
• تتميز مركبات الكلوروفلوروكربون بأنها خاملة ولا تتفاعل مع مكونات الغلاف الجوي.
• تصعد هذه المركبات إلى طبقة الستراتوسفير بفعل تيارات الحمل، حيث تتسبب في سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تؤدي إلى تحلل الأوزون.
• قدرة الأشعة فوق البنفسجية على تحليل مركبات الكلوروفلوروكربون هي السبب الرئيسي في هذه التفاعلات.

​​​​​​​

التفاعلات الكيميائية لتآكل الأوزون بفعل مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs)

 

♦ الربط بالكيمياء:

 

تعد مركبات الكلوروفلوروكربون (CFC_S) خليطا من عدد من الغازات، هي: (CF₃CI, CFCI₃, CF₂CI₂)

أتحقق : أقارن بين غاز الأوزون الموجود ضمن طبقة الستراتوسفير وغاز الأوزون المتكون في طبقة التروبوسفير قريبا من سطح الأرض من حيث أثر كل منهما على الكائنات الحية.

الحل:

من حيث:	اوزون طبقة الستراتوسفير	أوزون طبقة التروبوسفير
الموقع	ارتفاعات عالية	بالقرب من سطح الارض
طريقة التكون	يتكون بشكل طبيعي	يتكون بفعل الانشطة البشرية
الوظيفة	يحمي من الاشعة فوق البنفسجية	ملوث خطير
التأثير البشري	تخل بتوازنه	تزيد من تلوثه
التأثير على البيئة	ضروري للحياة	يضر أنسجة النباتات وبعض أجزاء جسم الإنسان الحساسة مثل العيون والرئتين

 

الهطل الحمضي Acid Precipitation

ينتج عن احتراق الوقود الأحفوري، والذي يؤدي إلى انتشار ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين في الغلاف الجوي. يتفاعل هذان المركبان مع بخار الماء لتكوين حمضي الكبريتيك والنيتريك، مما يؤدي إلى هطول أمطار حمضية تؤثر سلبًا على البيئة والإنسان.

الشكل المجاور يوضح رسم توضيحي لعملية تكون المطر الحمضي.

الآثار السلبية للهطل الحمضي:

• الإخلال بالتوازن البيئي:
  • يتفاعل الهطل الحمضي مع الماء والصخور والتربة والنباتات، مما يسبب خللًا في التوازن البيئي.
• تأثيره على المسطحات المائية:
  • يؤدي تساقط الهطل الحمضي على المسطحات المائية إلى موت أعداد كبيرة من النباتات المائية والأسماك.
  • يحدث انخفاض في أعداد الأسماك وفقدان بعض الأنواع، مما يحد من التنوع الحيوي.
• تأثيره على الصخور والمنشآت:
  • يؤثر الهطل الحمضي في الصخور والمنشآت، ويعمل على تآكلها.
• تأثيره على التربة:
  • يزيد من حموضة التربة، مما يؤدي إلى انخفاض إنتاجيتها الزراعية والقضاء على العناصر الرئيسة فيها.
• تأثيره على النباتات:
  • يتلف أوراق النباتات ويقلل قدرتها على القيام بعملية البناء الضوئي.
  • يؤدي إلى القضاء على الغطاء النباتي.
• التأثير على الإنسان والكائنات الحية الأخرى:
  • يؤثر سلبًا على الإنسان والكائنات الحية الأخرى نتيجة لتأثيره على الغطاء النباتي والتنوع الحيوي.

​​​​​​​

ويمكن توضيح كيفيه تكون الهطل الحمضي عن طريق التفاعلات الكيميائية الآتية:

3NO_2(g) + H₂O_(l) → 2HNO_3(aq) + NO_(g)

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

S_(g) + O_2(g) →SO_2(g)

SO_2(g) + H₂O_(l) →H₂SO_3(aq)

O_2(g) + 2H₂SO_3(aq) →2H₂SO_4(aq)

 

طورت أنظمة التخلص من عوادم السيارات بوضع مواد كيميائية داخل عادم السيارة تساعد على تحويل بعض الأكاسيد الناتجة من العادم إلى مواد أقل ضررا على البيئة، فتحول : NO₂ إلى N₂ و O₂، وأيضًا تحول CO إلى CO₂.

أتحقق : أوضح كيف يتكون الهطل الحمضي.

الحل:

ينتج عن احتراق الوقود الأحفوري، والذي يؤدي إلى انتشار ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين في الغلاف الجوي. يتفاعل هذان المركبان مع بخار الماء لتكوين حمضيّ الكبريتيك والنيتريك، مما يؤدي إلى هطول أمطار حمضية تؤثر سلبًا على البيئة والإنسان.

 

 

تأثيرات التغير المناخي Change Climate of Impacts

يشكل التغير المناخي تحديًا عالميًا حاسمًا، إذ يهدد استقرار النظم البيئية والاقتصاديات وأنماط الحياة. يتسبب تراكم غازات الدفيئة، الناتج عن الأنشطة البشرية مثل حرق الوقود الأحفوري، في ارتفاع درجة حرارة الأرض وظهور تأثيرات مدمرة مثل انصهار الجليد وارتفاع مستوى سطح البحر وزيادة حدة الظواهر الجوية .

 

أهم تأثيرات التغير المناخي:

♦ ارتفاع مستوى سطح البحر

توقع أن يرتفع منسوب مستوى سطح البحر بمقدار 0.4-0.63 متر بحلول عام 2100م. وفي أسوأ التوقعات قد تصل الزيادة إلى مترين. ويرجع هذا الارتفاع إلى عاملين رئيسيين:

• انصهار الجليد: يؤدي ارتفاع درجة حرارة الأرض إلى ذوبان الأنهار الجليدية والغطاء الجليدي في القطبين، مما يزيد من حجم المياه في المحيطات.
• التمدد الحراري للمياه: مع ارتفاع درجة حرارة المياه، تتمدد جزيئاتها، مما يزيد من حجم المحيطات.

​​​​​​​

♦ زيادة قوة الأعاصير وكثافتها

توقع أن تزداد شدة العواصف المرتبطة بالأعاصير ومعدلات هطول الأمطار مع استمرار ارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي. ويرجع ذلك إلى أن ارتفاع درجة حرارة المياه يوفر المزيد من الطاقة للأعاصير، مما يجعلها أقوى وأكثر تدميرًا.

 

♦المزيد من الجفاف وموجات الحر

توقع أن تزداد شدة حالات الجفاف في مناطق مختلفة من العالم، وكذلك فترات الطقس الحار غير الطبيعي التي قد تستمر من أيام إلى أسابيع. ويرجع ذلك إلى أن ارتفاع درجة حرارة الأرض يزيد من معدل التبخر، مما يؤدي إلى جفاف التربة وزيادة خطر الجفاف.

♦ زيادة حرائق الغابات ومددها

تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى إطالة موسم حرائق الغابات. ويقدر العلماء أن تغير المناخ الناجم عن الإنسان قد ضاعف بالفعل مساحة الغابات المحروقة في العقود الأخيرة. ويرجع ذلك إلى أن ارتفاع درجة الحرارة يزيد من جفاف الغابات، مما يجعلها أكثر عرضة للحرائق.

 

♦ التغيرات في أنماط هطول الأمطار

يؤدي التغير المناخي إلى توزيع الهطول على سطح الأرض بشكل غير متساوٍ، إذ ستشهد بعض المواقع زيادة في هطول الأمطار وحدوث الفيضانات، في حين ستعاني مناطق أخرى الجفاف. ويرجع ذلك إلى أن التغير المناخي يؤثر على حركة التيارات الهوائية، مما يؤدي إلى تغير أنماط هطول الأمطار.

 

♦ انخفاض نسبة الغطاء الجليدي

 توقع استمرار تناقص الغطاء الجليدي البحري في القطبين. فمثلاً: تتناقص نسبة الغطاء الجليدي في المحيط المتجمد الشمالي، ويُتوقع قبل منتصف هذا القرن أن يصبح خالياً من الجليد تماماً في نهاية كل صيف بحسب الدراسات الحالية.

 

♦ التأثير على النظم البيئية

يؤدي التغير المناخي إلى:

1. 1.  القضاء على النظم البيئية والتنوع الحيوي.
   2. تدهور التربة.
   3. فقدان المراعي الطبيعية.
   4. القضاء على الثروة السمكية.
   5. انتشار الأمراض بين الحيوانات.
   6. تراجع التنوع الحيوي.
   7.  يؤثر في توفر الغذاء للإنسان، وانتقال الأمراض إليه.
   8.  ازدياد معدلات سوء التغذية، ويسهم في زيادة نسبة الفقر.

الربط بالصحة:

بالرغم من التقدم العلمي الملحوظ في القضاء على العديد من الأمراض، إلا أن هناك خشية من أن تفسد التغيرات المناخية هذا الإنجاز إذ تبدي كثير من الأمراض الفتاكة حساسية شديدة تجاه تغير درجات الحرارة، والرطوبة، والأمطار، وغيرها من المظاهر المناخية؛ مما يؤدي إلى انتشارها.