اقليم، شرايط متوسط آب و هوا براي يك محدوده خاص و يك دوره خاص ميباشد. تغيير اقليم عبارت است از تغييرات رفتار آب و هوايي يك منطقه نسبت به رفتاري كه در طول يك افق زماني بلند مدت از اطلاعات مشاهده يا ثبت شده در آن منطقه مورد انتظار است. نظریه های زیادی در ارتباط با تغيير اقليم ارائه شده است. در این متن علاوه بر معرفی این نظریه ها آشنای اجمالی با تغيير اقليم خواهیم داشت. تغيير اقليم به معنی هر نوع تغییر در الگوهای مورد انتظار برای وضعیت میانگین آب و هوایی است که در طولانی مدت در یک منطقۀ خاص یا برای کل اقلیم جهانی رخ می دهد. این تغییرات می تواند از 10 سال تا چند میلیون سال تغییر کند. در برخی موارد تغيير اقليم را با فرض رابطۀ علت و معلولی بشری نیز بکار می برند که در کنوانسیون تغییر اقلیم سازمان ملل UNFCCC مورد استفاده قرار گرفته است. پدیدۀ تغيير اقليم در نتیجۀ فاکتورهایی همچون فرآیندهای دینامیکی زمین و یا عوامل بیرونی همچون تغییرات در شدت تابش خورشید، گردش وضعی زمین، گازهای گلخانه ای و یا فعالیت های انسانی رخ می دهد.
پدیدۀ تغيير اقليم
پدیدۀ تغيير اقليم در واقع تغيير برگشت ناپذير در متوسط شرايط آب و هوايي است كه در يك ناحيه اتفاق مي‌افتد. به بيان ديگر، تغيير اقليم ، تغيير معني‌دار آماري در متوسط وضع اقليم است كه براي يك دوره طولاني (دهه‌ها يا طولاني‌تر) ادامه مي‌يابد. اين تغيير مي‌تواند در متوسط دما، بارندگي، الگوهاي آب و هوايي، باد، تابش و پارامترهاي مشابه آن باشد. اقليم مي‌تواند گرمتر و يا سردتر شود و مقادير سالانه بارش مي‌تواند افزايش و يا كاهش يابد . تغييرات الگوي اقليم از يك مكان به مكان ديگر وابسته به عرض جغرافيايي، فاصله از دريا، پوشش گياهي، وجود يا عدم وجود نواحي كوهستاني و ديگر فاكتورهاي جغرافيايي ميباشد. تغيير اقليم يكي از معضلات كنوني جامعه بشري است و تهديد و بلايي براي سياره زمين به شمار مي‌رود . اين پديده داراي دامنه زماني و مكاني وسيعي نيز ميباشد و بررسی های زیادی دربارۀ علل این پدیده انجام گرفته است.
نظريه‌هاي ارائه شده در مورد علل تغيير اقليم
1) نظريه لايه ازن
فراواني ازن در اتمسفر ناشي از تعادل موجود بين واكنش‌هاي توليد و تخريب اين گاز است. غلظت ازن اتمسفر در حد PPT ( قسمت در تريليون قسمت) است. اما همين مقدار كم نقش بسيار مهمي در تعديل ميزان تشعشعات دريافتي به سطح زمين دارد. بيشترين ميران ازن اتمسفري (حدود 90 درصد) در استراتسفر وجود دارد كه حداكثر غلظت آن در اين منطقه، در استوا در ارتفاع 25 كيلومتري و در نزديك قطبين در ارتفاع 15 كيلومتري ميباشد. ازن، جاذب قوي اشعه ماوراء بنفش است، در نتيجه، سطح زمين از تابش اين اشعه مضر محافظت مي‌شود. بخش باقي مانده ازن موجود در اتمسفر (كمتر از 10 درصد) در تروپسفر قرار دارد. امروزه مشخص شده است كه لايه ازن استراتسفري به سرعت در حال تخريب ميباشد. بيشترين تخريب لايه ازن در استراتسفر موجود بر فراز قطب جنوب در طي بهار نيمكره جنوبي (سپتامبر، اكتبر) صورت مي‌گيرد. كاهش لايه ازن در استراتسفر قطب شمال كمتر از قطب جنوب بوده و در طي ماه‌هاي ژانويه تا فوريه صورت مي‌گيرد. بطور كلي، سرعت تخريب ازن در دنيا تقريبا 3/2 درصد در هر 10 سال است.
در زمستان و بهار در نيمكره جنوبي چرخشهاي اتمسفري به وسيله بادهاي غربي (جريان‌هاي موضعي) محدود مي‌شوند. اين بادها به نحو مؤثري فضاي قطب جنوب را مجزا كرده و باعث مي‌شود كه دماي هوا در زمستان قطب جنوب به 85- درجه سانتيگراد برسد. در اين شرايط فضا براي توليد تركيبات ويژه‌اي از كلر آماده مي‌شود كه به شدت مخرب لايه ازن است. اما در نيمكره شمالي، چرخشهاي اتمسفري محلي بسيار كمتر بوده و بنابراين، استراتسفر قطب شمالي زياد سرد نمي‌شود و در نتيجه، تخريب ازن در نيمكره شمالي، عرض‌هاي مياني و قطب شمال كمتر است
عقيده كلي بر اين است كه تركيباتي چون اكسيد نيتريك، راديكال‌هاي هيدروكسيد (OH) و اتم‌هاي كلر و برم، همگي به صورت كاتاليزورهايي عمل مي‌كنند كه گاز ازن را در طي مراحل مختلف مي‌شكنند . بنابراين اگر تركيبات مولد اين كاتاليزورها در جو افزايش يابد، آنگاه سرعت تخريب لايه ازن بيش از توليد آن بوده و از آنجا كه تعادلي پويا بين توليد و تخريب ازن حكمفرماست، افزايش غلظت كاتاليزور تا بدان حد سرعت تخريب را افزايش مي‌دهد كه تعادل جديد در غلظت كمتر ازن بدست آيد .
2) نظريه درجه حرارت زمين
منشأ كليه انرژي‌هاي مصرفي در زمين، انرژي خورشيد است كه به صورت امواجي با طول موج بلند و كوتاه به سوي زمين گسيل مي‌شود. همچنين، سرد شدن زمين نيز از طريق امواج با طول موج بلند صورت مي‌گيرد. سطح تعادل بين امواج رسيده به زمين و امواج گسيل شده از آن، بيانگر درجه حرارت زمين ميباشد. تاكنون نظريات متفاوتي براي توجيه علل تغييرات درجه حرارت زمين پيشنهاد شده است كه مهمترين آنها به صورت زير مي‌باشند:
3) نظريه چگالي انرژي خورشيدي
ستاره شناسان بر اين باورند كه لكه‌هاي خورشيدي شاخص تغييرات عمده‌اي در سطح خورشيد مي‌باشند، به اين ترتيب كه تعداد لكه‌هاي زياد مبين فعاليت بيشتر خورشيد و باد شديدتر خورشيدي بوده و هنگامي كه تعداد لكه‌هاي مزبور كاهش يابد، خورشيد و باد خورشيدي آرام‌تر مي‌شود.بر اساس اين فرضيه تعميم يافته، در زمان فعاليت نسبتا آرام لكه‌هاي خورشيدي، زمين سرد مي‌شود. در اين فرضيه، عصر كوچك يخبندان نيز وجود دارد.
در ارتباط با مدار گردش زمين به دور خورشيد، سه عامل، آشفتگي‌هاي دوره‌اي آب و هوايي ايجاد مي‌كنند كه هر كدام از آنها، تغييراتي را در ميزان تشعشع و كيفيت انتشار انرژي خورشيدي در سطح كره زمين بوجود مي‌آورند. اين سه عامل عبارتند از:
1-مدار گردش زمين به دور خورشيد، دايره كامل نيست و درجه بيضوي يا درجه دوري از مركز آن، به آرامي در طي 100000 سال تغيير مي‌كند.
2-ميل محوري زمين يا انحناي آن نسبت به صفحه گردش سالانه‌اش به دور خورشيد، در حال حاضر برابر 5/23 درجه است و در طول40000 سال تقريبا به اندازه يك درجه منحرف مي‌شود.
3-زمين از مسير گردش خود انحراف يافته و اين انحراف به طور دوره‌اي در هر 20000 سال صورت مي‌گيرد.
عوامل ذكر شده، اگرچه در مقياس زماني طولاني عمل مي‌كنند، ولي توزيع انرژي خورشيدي را تحت تأثير قرار مي‌دهند و دانشمندان عقيده دارندكه اين عوامل، عصرهاي يخبندان را بوجود مي‌آورند. همچنين، با وجود اينكه چگالي انرژي خورشيدي نقش زيادي در اقليم جهاني دارد، ولي تغييرات آن بسيار كم است و براي اينكه اين تغييرات بر روي اقليم اثر بگذارند، بايد اثرات آنها در سطح وسيعي توسعه يابد. يكي از محيط‌هايي كه مي‌تواند اثرات تغيير چگالي تابش خورشيد را در سطح وسيعي گسترده سازد، اقيانوس‌ها هستند. تغيير دماي آب اقيانوس‌ها بخصوص تغيير دماي سطح آب، مي‌تواند باعث تغييراتي در فشار و رطوبت اتمسفر شود و اين پديده نيز باعث تحولاتي در جو خواهد شد.
4) نظريه گازهاي گلخانه‌اي
اين نظريه، مهمترين و پرطرفدارترين نظريه در زمينه توجيه تغيير اقليم ميباشد. بر اساس اين نظريه، جو زمين داراي برخي از گازها موسوم به گازهاي گلخانه‌اي است. اين گازها نسبت به امواج با طول موج كوتاه كه از سوي خورشيد به سوي زمين گسيل مي‌شوند، شفاف بوده ولي امواج با طول موج بلندي كه از طرف زمين ارسال مي‌شود را جذب مي‌كنند. اين امر باعث بالا رفتن دماي اين گازها شده و در نهايت، مقدار قابل توجهي از انرژي آنها به سطح زمين بازگردانده مي‌شود. برگشت اين انرژي گرمايي به سطح زمين، سبب افزايش دماي سطح زمين مي‌شود كه اين پديده، اثر گلخانه‌اي نام دارد. البته، برقراري اثر گلخانه‌اي مربوط به عصر حاضر نبوده و يكي از ويژگي‌هاي برجسته و تاريخي جو زمين ميباشد
مطالعات نشان مي‌دهد كه در حضور گازهاي گلخانه‌اي، دماي زمين، 33 درجه سانتيگراد گرمتر از شرايط بدون اين گازها است ( دماي كره زمين در شرايط فعلي 15 درجه سانتيگراد ميباشد كه در صورت عدم حضور گازهاي گلخانه‌اي به 18- درجه سانتيگراد تنزل مي‌كند). بر اين اساس در صورت افزايش ميزان گازهاي گلخانه‌اي در جو زمين، بخش بيشتري از انرژي خورشيدي در زمين نگهداري شده و اين امر سبب افزايش دماي كره زمين خواهد شد. با استناد به شواهد و مدارك موجود، دماي زمين در طي 100 سال گذشته به ميزان 6/0 – 3/0 درجه سانتيگراد افزايش يافته است كه اين افزايش متناسب با ازدياد ميزان گازهاي گلخانه‌اي موجود در جو زمين ميباشد. با اين وجود، اقليم شناسان، عوامل ديگري را نيز در گرماي كره زمين مؤثر مي‌دانند و معتقدند كه تنها اثر گازهاي گلخانه‌اي، عامل گرم شدن كره زمين نمي‌باشد
نوع منبع و درجه تأثير گازهاي گلخانه‌اي متفاوت است. از بين گازهاي گلخانه‌اي، بخار آب، دي اكسيد متان، اكسيدهاي نيتروژن و انواع كلروفلوروكربن‌ها (CFC) و ازن از مهمترين گازهاي گلخانه‌اي هستند. ثابت شده است كه غلظت اين گازها به طور طبيعي، در مقياس زماني عصر يخبندان تغيير مي‌كند، ولي از شروع انقلاب صنعتي به دليل ازدياد جمعيت، توسعه صنعتي و بهبود كشاورزي، ميزان اين گازها در جو زمين به سرعت افزايش يافته است. با وجود اينكه هر يك از اين گازها داراي منابع طبيعي و مصنوعي مي‌باشند، ولي محققان بر اين عقيده‌اند كه اين سرعت ازدياد تنها از فعاليت‌هاي بشر ناشي شده است
5) نظريه گرد و غبار آتشفشاني
بر اساس اين نظريه، گرد و غبارهاي آتشفشاني به دليل داشتن اندازه‌هاي كوچك، امواج كوتاه خورشيدي را بازتاب مي‌كنند ولي بر روي امواج با طول موج بلند بدون اثر هستند؛ در نتيجه اين امواج بدون هيچ مانعي از محدوده زمين خارج مي‌شوند. بنابراين، افزايش گرد و غبار سبب كاهش درجه حرارت زمين خواهد شد . علاوه بر نظریه های بیان شده، بررسی هایی نیز در رابطه با تاثیرات ناشی از این پدیده صورت گرفته است.
