كثير من الناس لديهم علم بثقب طبقة الأوزون» و «تأثير الدفيئة»، لكنهم عادة ما يجمعون بينهما باعتبارهما العاملين المسئولين عن تغير المناخ، لكن هناك اختلافا كبيرًا بينهما.

لا توجد طبقة الأوزون إلا في طبقة الستراتوسفير من كوكب الأرض، وهي المكان الذي يمتص فيه 230 إلى 350 نانومترًا من الضوء فوق البنفسجي. ولهذا الأمر أهميته البالغة بالنسبة لنا ولغيرنا من الكائنات الحية التي تعيش على سطح الأرض؛ لأنه إن لم يتم حجب هذا الضوء، فمن الممكن أن يتسبب في سرطانات جلدية وأضرار جينية بالغة. والمثير للدهشة أن الأمر يحتاج لقدر قليل من الأوزون حتى ينجح. فإذا جمعت كل الأوزون المنتشر في طبقة الستراتوسفير في طبقة واحدة عند مستوى سطح البحر، فلن يتجاوز سمكها نحو 3 مليمترات. هذه طبقة هشة؛ لذا عندما أصبح من الواضح - في السبعينيات والثمانينيات من القرن العشرين - أنه فوق القارة القطبية الجنوبية ربما تكون طبقة الستراتوسفير فقد فقدت نصف الأوزون الذي فيها؛ سادت حالة من القلق، وكثر الحديث عن وجود «ثقب في طبقة الأوزون». وقد عُزي ذلك - في الأساس - إلى تفاعلات تتضمن مركبات كيميائية صناعية يُطلق عليها «الكلوروفلوروكربونات» التي تم، نتيجة لذلك، حظر استخدامها في بخاخات الأيروسول ومواد التبريد؛ كي لا تتسرب إلى الغلاف الجوي. وثقب الأوزون فوق المنطقة القطبية الجنوبية وثقب أخف فوق القارة القطبية الشمالية أصبحا مستقرين حاليًّا. لم تُستنزف سوى نسبة ضئيلة من الأوزون خارج المناطق القطبية، ولا يمكن معرفة مقدار استنزافه فوق المنطقة الاستوائية.

ليس هناك علاقة واضحة بين تركيز الأوزون ومتوسط درجة حرارة كوكب الأرض؛ فحدوث استنزاف كبير لطبقة الأوزون يمكن أن يؤثر سلبًا على حياتنا، لكن ليس له علاقة كبيرة بتغير المناخ أو الاحترار العالمي؛ إذ تخضع درجة حرارة طبقة التروبوسفير في الكواكب لمدى فاعلية امتصاص الغلاف الجوي السفلي للأشعة تحت الحمراء. ويرجع ذلك إلى أن ضوء الشمس المرئي يعمل على تسخين سطح الكوكب؛ ومن ثم ينطلق من هذا السطح أشعة تحت حمراء. وتعتمد درجة حرارة الغلاف الجوي على عاملين: الحرارة التي يكتسبها الغلاف الجوي من خلال احتكاكه بالسطح، ومقدار الأشعة تحت الحمراء التي بمقدوره امتصاصها.

معظم أنواع الغازات تسمح بنفاذ الأشعة تحت الحمراء، لكن الجزيئات التي تتكون من عنصرين مختلفين أو أكثر تمتص الأشعة تحت الحمراء بقوة؛ ومن ثم لا يمتص النيتروجين N₂ والأكسجين O₂ والأرجون Ar الأشعة تحت الحمراء، لكن بخار الماء H₂O وثاني أكسيد الكربون CO₂ وثاني أكسيد الكبريت SO₂ والميثان CH₄ يمتصها.

ونظرًا لأن هذا يشبه احتجاز الحرارة داخل صوبة أو دفيئة، أُطلق على هذا التأثير «تأثير الدفيئة». يوجد تأثير دفيئة طبيعي في الغلاف الجوي لكواكب الزهرة والأرض والمريخ. وفي الأساس، بفضل احتواء الغلاف الجوي لكوكب الزهرة على كميات هائلة من ثاني أكسيد الكربون، يعمل تأثير الدفيئة في هذا الكوكب على رفع درجة حرارة سطحه بنحو 500 درجة مئوية فوق ما كانت ستصبح عليه لولا ذلك. ويعمل بخار الماء وثاني أكسيد الكربون على رفع درجة حرارة كوكب الأرض بنحو 30 درجة مئوية، ولا يتجاوز الارتفاع في درجة الحرارة نتيجة تأثير الدفيئة في كوكب المريخ - الذي له غلاف جوي رقيق غني بثاني أكسيد الكربون - إلا نحو ست درجات مئوية.

ويعمل تأثير الدفيئة في كوكب الأرض على احتفاظ الكوكب بدرجة حرارة مناسبة لمظاهر الحياة المختلفة الموجودة على سطحه. وبتأثير مظاهر الحياة نفسها، تغيرت قوة تأثير الدفيئة للإبقاء على درجة الحرارة ضمن معدلاتها المناسبة؛ فمنذ أربعة مليارات سنة، لم تكن تتجاوز درجة سطوع الشمس 70% مقارنة بما عليه الآن؛ ومن ثم كان سيصبح كوكب الأرض أكثر برودة بكثير لو أن الغلاف الجوي ظل كما هو إلى يومنا هذا. لكن قبل أربعة مليارات سنة، كان الغلاف الجوي مكونا في معظمه - على الأرجح - من ثاني أكسيد الكربون، وكانت كثافته أكثر بمائة ضعف من كثافته اليوم؛ ومن ثم كان تأثير الدفيئة أقوى بكثير. وبفضل الطحالب الأولية، تضاءل محتوى ثاني أكسيد الكربون بنحو 10 أضعاف مقداره الحالي، وذلك قبل نحو نصف مليار سنة، وبطبيعة الحال، لا بد أن يكون تأثير الدفيئة قد انخفض أيضًا. ظهر الأكسجين الحر ₂O، للمرة الأولى، منذ فترة تتراوح بين 2.2 إلى 2.7 مليار سنة، وبلغ ذروته ليصل إلى نحو %170 من تركيزه الحالي منذ فترة تتراوح بين 250 و200 مليون سنة. من الواضح أن الحياة على سطح كوكب الأرض قد أثرت على التغييرات الحادثة في تركيب الغلاف الجوي واستفادت منها.

منذ بداية الحقبة الصناعية، أثر النشاط البشري على الغلاف الجوي بطرق شتى؛ مثل استنزاف الأوزون والضباب الدخاني الصناعي وغير ذلك. ومع ذلك، أهم ما يجب أن يشغلنا هو إطلاق غاز ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي، أو بالأحرى «عودته» مرة أخرى إلى الغلاف الجوي؛ إذ إن معظمه هو في الأساس ثاني أكسيد كربون استخلص سابقًا من الغلاف الجوي عن طريق الكائنات الحية واختزن في صورة فحم أو نفط. ومقدار ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي زاد بنحو 20% خلال الخمسين عاما منذ عام 1960 (وذلك بمعدل أسرع من أي عملية طبيعية)، ولا يزال يزداد. وتأثير الدفيئة هذا، الناتج عن النشاط البشري، سوف يؤدي حتمًا إلى احترار مناخ الكوكب؛ فارتفاع درجة الحرارة بضع درجات سوف يؤثر على الأنظمة البيئية، وسوف يؤدي في الأغلب إلى جعل الطقس بما يشمل تقلبات درجات الحرارة قصيرة الأمد أكثر تطرفا. ثمة نتيجة أخرى تتمثل في ارتفاع مستوى سطح البحر على ظهر الكوكب. ويرجع هذا - في الأساس - إلى أن الماء يتمدد كلما زادت درجة حرارته؛ لذا بالرغم من أن تأثير الدفيئة الطبيعي في غلافنا الجوي شيء جيد، فيمكن أن تؤدي الزيادات السريعة في حجم التأثير، الناتجة عن النشاط البشري إلى نتائج كارثية على الحضارة الإنسانية.

وعلى خلفية تناقص تدريجي عام في تأثير الدفيئة الطبيعي، الذي يقابل الزيادة البطيئة في سطوع الشمس، حدث العديد من التغيرات الملحوظة في مناخ كوكب الأرض. وتعد العصور الجليدية التي تَجمَّد فيها جزء كبير من المياه السطحية (في ظروف متطرفة) أوضح وأبرز مثال على ذلك. وهذه التغيرات لا تخضع لتأثير الغلاف الجوي بقدر ما تخضع للتغيرات الحادثة في ميل محور الأرض ولاتراكزية المدار. وربما تفسّر تأثيرات مماثلة التغيرات الشديدة الحادثة في درجة رطوبة سطح كوكب المريخ على مر الزمن.

مواضيع ذات صلة

أشباه الموصلات

ظاهرة الحفز الضوئي

مكشاف أشباه الموصلات Semiconductor detector

ميكروسكوبات السليكون

مخطط الطاقة لوصلة ال PN

اشباه الموصلات الموجبة p - type

أشباه الموصلات السالبة N - type

أشباه الموصلات الشائبة

قدرة الثنائي

مقاومة التيار المتناوب

مقاومة التيار المستمر

خط الحمل ونقطة العمل للثنائي