نجوم و کیهان‌شناسی

دانشمندان برای پاسخ به این پرسش، روش‌های بسیاری را که برای حذف کربن‌دی‌اکسید از جوّ وجود دارد در نظر می‌گیرند، از قبیل جذب به‌وسیلۀ گیاهان، حل شدن در اقیانوس‌ها، و تولیدِ تدریجیِ صدف‌های دریایی و سنگ‌های کربناتی. جزئیات این فرایندها نسبتاً پیچیده است و عدم‌قطعیت‌هایی نیز در آن‌ها وجود دارد؛ ضمن اینکه پاسخ به پرسش بالا به این نیز بستگی دارد که تا قبل از توقفِ تزریق کربن‌دی‌اکسید به جوّ، در مجموع چه مقدار از این گاز را اضافه کرده‌ایم، اما به‌طور خلاصه می‌توان شناخت کنونی‌مان را این‌گونه بیان کرد:
برای چند دهۀ نخست، زمین و اقیانوس‌ها با سرعت نسبتاً زیاد، کربن‌دی‌اکسید را جذب خواهند کرد، لذا حدود یک سوم از تمام کربن‌دی‌اکسیدی که از دوران پیشاصنعتی به جوّ اضافه کرده‌ایم، در مدت 20 تا 50 سال حذف می‌گردد. اما بعد از آن، نرخ حذف کربن‌دی‌اکسید به‌شدت کُند می‌شود. حتی بعد از 2000 سال، چیزی بین 15% تا 40% از کربن‌دی‌اکسیدی که اضافه کرده‌ایم همچنان در جوّ باقی خواهد ماند، و ده‌ها هزار سال طول می‌کشد تا غلظت کربن‌دی‌اکسید به‌طور کامل به مقدار پیشاصنعتیِ خود بازگردد. (در این بحث، تنها فرایندهای طبیعی را در نظر گرفتیم، اما چه بسا در آینده از ترفندهایی استفاده کنیم که می‌توانند کربن‌دی‌اکسید را از جوّ بزدایند.)

بیشتر جوّ زمین به نیتروژن و اکسیژن اختصاص دارد. این دو گاز با هم، حدود 99% از جوِّ «خشکِ» زمین را تشکیل می‌دهند (78% نیتروژن و 21% اکسیژن). باوجوداین، مولکول‌های نیتروژن و اکسیژن، نور فروسرخ را جذب نمی‌کنند، و ازاین‌رو در گرمایشِ سطح زمین نقشی ندارند. به عبارت دیگر، بدون مقادیرِ نسبتاً اندکِ گازهای گلخانه‌ای در جوِّ زمین (مخصوصاً بخار آب، کربن‌دی‌اکسید، و متان) که قادر به جذب نور فروسرخ هستند، تمام نور فروسرخِ منتشرشده از سطح زمین مستقیماً به فضا می‌گریخت، و سیارۀ ما کاملاً یخ می‌زد.
شاید بپرسید که چرا برخی مولکول‌ها می‌توانند نور فروسرخ را جذب کنند و بقیه نمی‌توانند؛ در پاسخ باید گفت که این توانایی به ساختار آن‌ها مربوط است. نیتروژن و اکسیژن در جوّ زمین، مولکول‌هایی هستند که در آن‌ها دو اتم به یکدیگر پیوند خورده‌اند. به منظورِ جذب فوتون‌های نور فروسرخ، مولکول‌ها باید قادر به لرزش و چرخش به‌گونه‌ای باشند که شکل آن‌ها را تغییر می‌دهد؛ و این کار در مولکول‌هایی که تنها از دو اتم ساخته شده‌اند نسبتاً دشوار است، به‌خصوص در مواردی که هر دو اتم یکسان هستند. در مقابل، این نوع لرزش و چرخش، در بسیاری از مولکول‌هایی که بیش از دو اتم دارند، نسبتاً آسان است؛ و به همین دلیل است که بخار آب، کربن‌دی‌اکسید، و متان، نور فروسرخ را به‌خوبی جذب می‌کنند، و لذا گازهای گلخانه‌ای به حساب می‌آیند.

کتاب «الفبای گرمش زمین»، صفحات 14 و 15

بله، اما خیلی ضعیف. جوّ مریخ عمدتاً از کربن‌دی‌اکسید تشکیل شده است (حدود 95%)، اما جوِّ این سیاره آنقدر رقیق است (فشار سطحی کمتر از یک‌درصدِ فشار در سطح زمین) که عملاً مقدار کلیِ کربن‌دی‌اکسید بسیار اندک است. در نتیجه، اثر گلخانه‌ای تأثیر کمی در گرم کردنِ مریخ دارد، و فاصلۀ بیشتر از خورشید، آن را کاملاً سرد می‌کند، با دمای میانگینِ منفی 50 درجه سانتیگراد در سطح. از نظر علمی، شگفت‌آور آن است که به‌خوبی می‌توان در مریخ به شواهدی روشن دست یافت که بر وجود آبِ مایعِ سطحی در گذشتۀ این سیاره دلالت دارند؛ و این نشان می‌دهد که در گذشتۀ دور، مریخ بسیار گرم‌تر از امروز بود، و این نیز به نوبۀ خود یعنی یک اثر گلخانه‌ای خیلی قوی‌تر. دانشمندان حالا به‌خوبی می‌توانند توضیح دهند که چرا در گذشته، مریخ دارای یک اثر گلخانه‌ای قوی بود و چرا این اثر بالاخره تا این حد ضعیف شد.

کتاب «الفبای گرمش زمین»، صفحۀ 18