معلومات عن الهباء الجوي
الأيروسولات هي جزيئات صلبة أو سائلة صغيرة تعلق في الغلاف الجوي، وتتراوح حجمها بين أقل من 0.01 متر إلى أكبر من 10 مترات. تؤثر الأيروسولات بشكل كبير على المناخ والطقس وجودة الهواء، وعلى الرغم من أن الكثير من الدراسات تركز على آثار غازات الدفيئة على المناخ العالمي، فإن آثار الأيروسولات أقل فهما تماما. تتنوع الأيروسولات في أنواعها، مثل الكبريتات والنترات والمواد العضوية والكربون الأسود (السخام) وملح البحر والغبار المعدني، ولكل نوع خصائصه الكيميائية والفيزيائية المختلفة التي تعتمد على أصلها وطريقة تكوينها والتحولات التي تمر بها. هذه الخصائص والعمليات هي التي تحكم آثار الأيروسولات في الغلاف الجوي .
مصادر الهباء الجوي
يوجد العديد من المصادر المختلفة للهباء الجوي، بعضها طبيعي وبعضها من صنع الإنسان، وتشمل المصادر الطبيعية الغبار البركاني وملح البحر الذي يتم رشه عن طريق كسر الأمواج والدخان الناتج عن حرائق الغابات. وتشمل المصادر البشرية انبعاثات المركبات والعمليات الصناعية وإزالة الغابات المائلة والحروق. وتتأثر المناطق الحضرية بشكل خاص بتلوث الهباء الجوي، كما يتضح في السحب الضباب الدخاني في مدن مثل لوس أنجلوس أو بكين. ويطلق على الوقت الذي يقضيه الهباء الجوي في الغلاف الجوي قبل إزالته “وقت الإقامة”، وتكون أوقات الإقامة المعتادة أياما أو أسابيعا. وبالمقارنة، يمكن أن تكون لغازات الدفيئة أوقات إقامة لسنوات عديدة، وهذا مهم لأن أي تغيير كبير في انبعاثات الهباء الجوي سيكون له تأثير فوري أكثر من التغيير المقابل في غازات الدفيئة .
وتنقسم العمليات التي تزيل الهباء الجوي من فئتين إلى ترسب جاف ورطب، والترسب الجاف هو إزالة الجزيئات عن طريق الترسيب الجاذبي، وهو أكثر أهمية بالنسبة للجزيئات الكبيرة، ويميل الهباء الجوي الأصغر إلى الخضوع للترسب الرطب، والذي يتضمن دمج الهباء الجوي في السحب، والنقل إلى الأرض عن طريق هطول الأمطار .
الآثار المباشرة وغير المباشرة للهباء الجوي
يؤدي الهباء الجوي إلى إحداث اضطراب في التوازن الإشعاعي للأرض من خلال طريقتين، وتعرف الأولى بالتأثير المباشر وتتعلق بتغيير تدفقات الإشعاع بواسطة جزيئات الهباء الجوي. يتم تحديد طبيعة التأثير الناتج عن وجود هذه الجزيئات في الغلاف الجوي من خلال الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبصرية اللاحقة. يمتص الكربون الأسود بشكل رئيسي كل من الإشعاع الشمسي الوارد والإشعاع الأرضي المنبعث، مما يؤدي إلى ظاهرة الاحتباس الحراري داخل الغلاف الجوي. بالإضافة إلى ذلك، يقوم الهباء الجوي الآخر مثل المواد العضوية والكبريتات بتشتيت أو انعكاس الإشعاع الشمسي الوارد، مما يقلل من كمية الإشعاع التي تصل إلى سطح الأرض وبالتالي يبرد نظام الأرض. ومع ذلك، يمكن أن يؤثر التفاعل بين الأنواع المختلفة على الخصائص الإشعاعية للهباء الجوي، وفي النهاية يتم تحديد الاتجاه الناتج عن هذه التأثيرات .
والطريقة الثانية التي يؤثر بها الهباء الجوي على التأثير الإشعاعي في الغلاف الجوي تعرف باسم التأثير غير المباشر، وتتعلق بها دور الجسيمات العائمة في الهواء كنوى لتكثيف السحب (CCN) وتأثيرها على الخواص الفيزيائية للسحب. توفر جسيمات تكثيف السحب أسطحا يمكن للماء التكثف عليها، مما يعزز تشكل قطرات السحب وزيادة عددها. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي زيادة توافر نوى التكثيف إلى تكوين قطرات سحابية أصغر حجما، مما يزيد من سطوع السحب. كما تؤثر هذه العملية على عمر السحب، حيث تستغرق القطرات الصغيرة وقتا أطول للاندماج وتشكيل قطرات كبيرة كافية للترسب. وبالتالي، يقلل ذلك من فقدان قطرات السحب ويجعلها أكثر استقرارا ويطيل مدة تأثيرها الإشعاعي .
دور أبحاث الهباء الجوي
يتعرض المدى الدقيق لتأثيرات المناخ الناتجة عن الهباء الجوي في الوقت الحالي لدرجة كبيرة من عدم اليقين، وبالتالي فهو يعتبر واحدا من أكثر مجالات علوم المناخ تعقيدا، وبناء على ذلك، يمثل تقييد القوة الإشعاعية للهباء الجوي تحديا رئيسيا في أبحاث المناخ، ويتطلب أي تقييم لتأثيرات الهباء الجوي على النطاق الإقليمي أو العالمي فهما متطورا لعمليات الأساس، وهذا هو المستوى الأساسي الذي يركز عليه مركز علوم الغلاف الجوي في مانشستر .
يتم الحصول على قياسات الخواص الكيميائية والفيزيائية للهباء الجوي من خلال مجموعة واسعة من التجارب الميدانية والمختبرية، وتستخدم هذه القياسات في النمذجة القائمة على العمليات. تستخدم هذه النماذج لإبلاغ وتطوير التحقيقات حول آثار الهباء الجوي على نطاق أوسع. وفي النهاية، تساهم تحسين فهمنا للهباء الجوي وتأثيره على المناخ في تطوير استراتيجيات فعالة للتخفيف من آثار تغير المناخ، مع تحسين جودة الهواء في المناطق الحضرية والحد من الآثار الضارة على صحة الإنسان .
علوم المناخ
يحدث تغير في المناخ عندما تحدث تغييرات في نظام المناخ الأرضي وتطرأ أنماط مناخية جديدة تستمر لعدة عقود على الأقل، وقد يستغرق ذلك ملايين السنين. يتكون نظام المناخ من خمسة أجزاء تتفاعل مع بعضها، فهناك الغلاف الجوي (الهواء)، الغلاف المائي (الماء)، الغلاف الجليدي (الجليد والتربة المتجمدة)، المحيط الحيوي (الكائنات الحية)، والغلاف الصخري (القشرة الأرضية والمانتل). يحصل نظام المناخ على معظم طاقته من الشمس، مع كمية صغيرة نسبيا من الطاقة الداخلية للأرض .
يقدم نظام المناخ الطاقة إلى الفضاء الخارجي ويحدد توازن الطاقة الواردة والصادرة، ويتحكم في تدفق الطاقة عبر نظام المناخ وميزانية طاقة الأرض. عندما تكون الطاقة الواردة أكبر من الطاقة الصادرة، فإن ميزانية طاقة الأرض إيجابية ويحدث الاحتباس الحراري، أما إذا كانت الطاقة الصادرة أكبر فسيكون الميزان الطاقة سالبا وتتعرض الأرض للتبريد .