چه کسی زمین را گرم‌تر کرد؟

باشگاه خبرنگاران جوان - یک دایره آبی معلق در فضا با زمینه آبی و نوار‌های سفید، یکی از بهترین و البته زیباترین تصاویری است که «زمین» را به تصویر کشیده است. نخستین‌بار فضانوردان آپولو این عکس را به ما هدیه کردند. چند ماه قبل فضانوردان مأموریت «آرتمیس۲» بار دیگر به فاصله نیم‌قرن خاطره این تصاویر را زنده کردند. در پس از این تجدید خاطرات و محوشدن در زیبایی زمین و خلقت خداوند، واقعیت‌های نگران‌کننده‌ای هم برای اهالی این کره خاکی وجود دارد. اندازه‌گیری‌های علمی تصویری نشان می‌دهند که زمین به‌تدریج در حال تاریک‌تر شدن است!

ماجرای تاریکی زمین

اکونومیست در شماره این هفته خود به نتایج و داده‌های پروژه Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES)، وابسته به ناسا، پرداخته است؛ برنامه‌ای که از اواخر دهه ۱۹۹۰ تاکنون با استفاده از مجموعه‌ای از ماهواره‌ها، بودجه انرژی سیاره زمین را با دقت اندازه‌گیری می‌کند. مأموریت اصلی CERES ثبت سه مؤلفه اساسی است؛ میزان انرژی خورشیدی ورودی به زمین (شامل نور مرئی و فروسرخ کوتاه‌موج)، سهمی از این انرژی که دوباره به فضا بازتاب می‌شود و همچنین میزان انرژی‌ای که خود زمین در قالب تابش فروسرخ بلندموج به فضا بازمی‌گرداند. یکی از مهم‌ترین شاخص‌هایی که این سامانه اندازه‌گیری می‌کند «آلبدو» (Albedo) یا ضریب بازتابندگی زمین است؛ یعنی نسبت انرژی خورشیدی که بدون جذب‌شدن، مستقیماً از سطح زمین، ابر‌ها، یخ‌ها و جو به فضا بازتاب می‌شود.

یافته‌های CERES نشان می‌دهد که آلبدوی زمین طی دو دهه گذشته روندی کاهشی داشته است. به بیان دیگر، سهم بیشتری از انرژی خورشید به‌جای بازتاب، جذب سامانه اقلیمی زمین می‌شود. در مقابل، با گرم‌تر شدن سیاره، میزان تابش فروسرخ خروجی نیز افزایش یافته است؛ زیرا مطابق قوانین ترمودینامیک، هر جسم گرم‌تر انرژی بیشتری تابش می‌کند. هرچند گاز‌های گلخانه‌ای بخشی از این تابش خروجی را در جو به دام می‌اندازند و از خروج کامل آن جلوگیری می‌کنند، اما نمی‌توانند این فرایند را به طور کامل متوقف کنند.

توازن انرژی زمین به هم ریخت

مسئله اصلی آن است که افزایش انرژی خروجی با سرعت افزایش انرژی ورودی همگام نیست. در نتیجه، مقدار انرژی‌ای که زمین جذب می‌کند از انرژی که دوباره به فضا بازمی‌گرداند بیشتر شده و این به معنای ذخیره گرما در سامانه اقلیمی و تشدید تغییرات آب‌وهوایی است. دانشمندان این اختلاف را «عدم توازن انرژی زمین» (Earth’s Energy Imbalance یا EEI) می‌نامند؛ شاخصی که امروزه یکی از بنیادی‌ترین معیار‌های سنجش روند تغییر اقلیم محسوب می‌شود. اگر ورودی و خروجی انرژی زمین با یکدیگر برابر باشند، اقلیم در بلندمدت پایدار باقی می‌ماند؛ اما هرچه این شکاف بیشتر شود، سامانه اقلیمی از وضعیت تعادلی خود فاصله می‌گیرد و روند گرمایش جهانی شدت می‌یابد. داده‌های CERES نشان می‌دهد که عدم توازن انرژی زمین از سال ۲۰۰۰ تاکنون بیش از دوبرابر شده و همچنان در حال افزایش است.

این موضوع ازآن‌جهت اهمیت دارد که EEI تنها یک شاخص نظری نیست، بلکه بیانگر مقدار واقعی انرژی اضافی است که هر سال در سامانه اقلیمی ذخیره می‌شود و در نهایت خود را به‌صورت افزایش دمای هوا، گرمایش اقیانوس‌ها، ذوب یخ‌ها و تشدید رخداد‌های حدی آب‌وهوایی نشان می‌دهد. یکی از نخستین نشانه‌های تأثیر فزاینده «عدم توازن انرژی زمین» (EEI)، در رخداد‌های اقلیمی سال‌های اخیر مشاهده شده است. بسیاری از پژوهشگران معتقدند رکورد‌های دمایی و افزایش فراوانی رویداد‌های حدی که جهان طی سال‌های ۲۰۲۳ و ۲۰۲۴ تجربه کرد، تنها با روند معمول گرمایش جهانی قابل‌توضیح نیست و انرژی اضافی ذخیره‌شده در سامانه اقلیمی، نقش مهمی در تشدید این پدیده‌ها داشته است.

نمونه‌ای از این وضعیت در جریان ال‌نینوی ۲۰۲۳ مشاهده شد. ال‌نینو به طور طبیعی با انتقال گرمای ذخیره‌شده در اعماق اقیانوس آرام استوایی به لایه‌های سطحی آب، دمای متوسط زمین را افزایش می‌دهد. اما در سال ۲۰۲۳، زمانی که آلبدوی زمین به پایین‌ترین سطح ثبت‌شده خود رسیده بود، لایه‌های فوقانی اقیانوس علاوه بر گرمای ناشی از ال‌نینو، از محل افزایش عدم توازن انرژی زمین نیز حجم قابل‌توجهی انرژی دریافت کردند. پژوهشی به سرپرستی مینوبه شوشیرو از دانشگاه هوکایدو نشان می‌دهد سهم EEI در گرم‌شدن لایه‌های بالایی اقیانوس هنگام آغاز ال‌نینوی ۲۰۲۳، حدود ۷۵ درصد بیشتر از ال‌نینو‌های پیشین قرن حاضر بوده است. به اعتقاد این پژوهشگران، همین ورود بی‌سابقه انرژی به اقیانوس‌ها توضیح می‌دهد که چرا در سال‌های ۲۰۲۳ و ۲۰۲۴، رکورد‌های متعدد دمایی و بسیاری از رخداد‌های حدی اقلیمی بسیار فراتر از آن چیزی بود که تنها بر اساس روند بلندمدت گرمایش جهانی انتظار می‌رفت.

چرا زمین گرم‌تر شد؟

دانشمندان دو عامل را مهم‌ترین دلایل افزایش عدم توازن انرژی زمین می‌دانند. نخست، کاهش ذرات معلق سولفاتی (آئروسل‌ها) در جو است. در دو دهه اخیر، مقررات سخت‌گیرانه زیست‌محیطی موجب کاهش انتشار دی‌اکسید گوگرد از نیروگاه‌ها، صنایع و به‌ویژه ناوگان کشتیرانی شده است. این اقدام از منظر سلامت عمومی و کاهش آلودگی هوا دستاوردی مهم به شمار می‌رود، اما پیامدی ناخواسته نیز داشته است؛ زیرا ذرات سولفات علاوه بر آلایندگی، بخشی از تابش خورشید را به فضا بازمی‌تابانند و به خنک ماندن زمین کمک می‌کنند. کاهش این ذرات به معنای جذب بیشتر انرژی خورشیدی توسط سامانه اقلیمی است. عامل دوم، تغییرات ناشی از گرمایش جهانی در یخ‌ها و ابر‌هاست. کاهش یخ‌های دریایی، عقب‌نشینی یخچال‌های طبیعی و تغییر در گستره و ویژگی‌های برخی ابر‌های کم‌ارتفاع، بازتابندگی زمین را کاهش داده و موجب جذب بیشتر تابش خورشید شده است.

دردسر‌های ناخواسته مقررات زیست‌محیطی جدید

یکی از مهم‌ترین تحولات در این زمینه اجرای مقررات جدید سازمان بین‌المللی دریانوردی (IMO) از سال ۲۰۲۰ برای کاهش گوگرد موجود در سوخت کشتی‌هاست. برآورد پژوهشگران نشان می‌دهد این مقررات به‌تنهایی بیش از ۱۰ درصد از اثر خنک‌کنندگی ناشی از ذرات سولفاتی را کاهش داده است! ازآنجاکه آئروسل‌های منتشرشده از کشتی‌ها بر فراز اقیانوس‌های آزاد، جایی که منابع دیگر ذرات معلق بسیار محدود است، نقش پررنگی در تشکیل ابر‌ها و بازتاب نور خورشید دارند، حذف آن‌ها تأثیر اقلیمی قابل‌توجهی بر جای گذاشته است. به بیان دیگر، یکی از موفق‌ترین سیاست‌های جهانی برای کاهش آلودگی هوا، ناخواسته به افزایش جذب انرژی در سامانه اقلیمی انجامیده است.

مدل‌های اقلیمی از توضیح واقعیت بازمانده‌اند

یکی از مهم‌ترین پرسش‌هایی که اکنون ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده، این است که آیا افزایش عدم توازن انرژی زمین را می‌توان صرفاً با کاهش ذرات سولفاتی و تغییرات ابر‌ها توضیح داد یا اینکه فرایندهای ناشناخته دیگری نیز در سامانه اقلیمی در حال اثرگذاری هستند. در نگاه نخست، پاسخ ساده به نظر می‌رسد. پژوهش‌های جدید نشان می‌دهد کاهش انتشار آئروسل‌های سولفاتی می‌تواند حدود نیمی از افزایش روند عدم توازن انرژی زمین را توضیح دهد و تغییرات ابر‌های کم‌ارتفاع نیز سهم قابل‌توجه دیگری در این روند دارد. اما بررسی‌های دقیق‌تر نشان می‌دهد واقعیت پیچیده‌تر از این است و مهم‌تر از آن، مسئله اصلی همچنان پابرجاست؛ اینکه مدل‌های اقلیمی هنوز قادر نیستند شدت واقعی افزایش جذب انرژی خورشیدی توسط زمین را بازسازی کنند. به گفته «کایل آرمور» از دانشگاه واشنگتن، آنچه بیش از همه موجب نگرانی است، افزایش غیرمنتظره تابش کوتاه‌موج جذب‌شده توسط زمین است. داده‌های ماهواره‌ای نشان می‌دهد زمین مقدار بسیار بیشتری از انرژی خورشید را جذب می‌کند؛ رقمی که مدل‌های اقلیمی قادر به بازتولید آن نیستند. به اعتقاد او، این اختلاف نشان می‌دهد هنوز فرایندهایی در سامانه اقلیمی وجود دارد که مدل‌های کنونی آن‌ها را به‌درستی شناسایی یا شبیه‌سازی نکرده‌اند. همین مسئله سبب شده گروه‌های مختلف پژوهشی به بازنگری در فرضیات بنیادین مدل‌های اقلیمی روی‌آورند.

مطالعه‌ای مشترک از «گونار میره»، «اویویند هودنبروگ»، «نورمن لوب» از مرکز پژوهشی لانگلی ناسا و «پیرس فورستر» از دانشگاه لیدز که از نویسندگان اصلی گزارش ششم هیئت بین‌الدولی تغییر اقلیم (IPCC) نیز هست، نشان می‌دهد مدل‌های مورداستفاده IPCC در بازسازی روند تغییرات انرژی زمین، به‌ویژه در تفکیک افزایش تابش خورشیدی جذب‌شده و افزایش تابش فروسرخ خروجی، با محدودیت‌های جدی روبه‌رو هستند. اهمیت این موضوع تنها به مباحث نظری اقلیم‌شناسی محدود نمی‌شود. تقریباً تمام برآورد‌های مربوط به بودجه کربن جهانی، سرعت گرمایش آینده، ارزیابی پیامد‌های اقتصادی تغییر اقلیم و سیاست‌های کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای بر پایه همین مدل‌ها انجام می‌شود. اگر این مدل‌ها نتوانند رفتار واقعی سامانه انرژی زمین را به‌درستی بازنمایی کنند، بسیاری از پیش‌بینی‌های کنونی نیز نیازمند بازنگری خواهند بود.

سرعت گرمایش زمین می‌تواند بیشتر شود

برخی پژوهشگران بر همین اساس هشدار می‌دهند که حتی در صورت تثبیت یا کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای طی سال‌های آینده، روند گرمایش زمین ممکن است سریع‌تر از برآورد‌های فعلی ادامه یابد. «رتو کنوتی» از مؤسسه فناوری زوریخ برآورد می‌کند که افزایش عدم توازن انرژی زمین می‌تواند موجب شود سرعت گرمایش کوتاه‌مدت سیاره بین ۱۰ تا ۳۰ درصد بیش از برآورد‌های کنونی باشد. این یافته‌ها درعین‌حال یک تناقض مهم را نیز آشکار می‌کنند. اقداماتی که طی سال‌های گذشته برای کاهش انتشار دی‌اکسید گوگرد و پاک‌تر شدن هوا انجام شده، از منظر سلامت عمومی و محیط‌زیست دستاوردی ارزشمند بوده است؛ اما هم‌زمان بخشی از سپر بازتاب‌دهنده طبیعی زمین را نیز تضعیف کرده و موجب افزایش جذب انرژی خورشیدی شده است. این موضوع بار دیگر نشان می‌دهد که سامانه اقلیمی مجموعه‌ای پیچیده از تعاملات متقابل است و هر مداخله انسانی، حتی اگر در یک حوزه کاملاً مفید باشد، ممکن است پیامد‌هایی ناخواسته در بخش‌های دیگر به همراه داشته باشد.

در نهایت، اندازه‌گیری‌های ماهواره‌ای پروژه CERES و داده‌های مستقل شبکه جهانی آرگو اکنون تصویری روشن‌تر از گذشته از وضعیت انرژی زمین ارائه می‌کنند. این داده‌ها نشان می‌دهد سیاره ما نه‌تنها در حال گرم‌تر شدن است، بلکه با سرعتی بیش از پیش‌بینی بسیاری از مدل‌های اقلیمی، انرژی خورشید را در خود ذخیره می‌کند. از همین رو، توسعه مدل‌های دقیق‌تر، شناخت بهتر نقش ابر‌ها و آئروسل‌ها و پایش مستمر بودجه انرژی زمین، به یکی از مهم‌ترین اولویت‌های علم اقلیم در دهه پیش‌رو تبدیل شده است؛ زیرا پاسخ به این پرسش که زمین با چه سرعتی در حال ازدست‌دادن تعادل انرژی خود است، تعیین خواهد کرد جهان با چه شتابی به‌سوی آینده‌ای گرم‌تر حرکت می‌کند.

منبع: فرهیختگان