تساعد طبقة الأوزون وتأثير الاحتباس الحراري في النهاية على التحكم في كمية الأشعة فوق البنفسجية الصادرة من الشمس والتي تصل إلى سطح الأرض، وكمية الأشعة تحت الحمراء التي تتسرب إلى الفضاء. كلا هذين الشكلين من الإشعاع لهما تأثير حاسم على صلاحية الكوكب للسكن. ومن الواضح أن السيطرة على هذا الإشعاع مسألة ملحة بالنسبة للأرض. لكنه يشكل تحديا لأولئك الذين يحلمون بإنشاء مستعمرات على المريخ
بقلم: غاريث دوريان، زميل ما بعد الدكتوراه في علوم الفضاء، جامعة برمنغهام وإيان ويتاكر، محاضر في الفيزياء، جامعة نوتنغهام ترنت.
وفي مثال نادر للنجاح البيئي، أعلنت الأمم المتحدة للتو أنها تعتقد أن الضرر الذي لحق بطبقة الأوزون التي تحمي الأرض سوف يتم استعادته بالكامل بحلول عام 2050. ويتناقض هذا بشكل صارخ مع القلق المتزايد بشأن حالة الطوارئ المناخية الناجمة عن تغير المناخ. تزايد ظاهرة الاحتباس الحراري.
تساعد طبقة الأوزون وتأثير الاحتباس الحراري في النهاية على التحكم في كمية الأشعة فوق البنفسجية الصادرة من الشمس والتي تصل إلى سطح الأرض، وكمية الأشعة تحت الحمراء التي تتسرب إلى الفضاء. كلا هذين الشكلين من الإشعاع لهما تأثير حاسم على صلاحية الكوكب للسكن. ومن الواضح أن السيطرة على هذا الإشعاع مسألة ملحة بالنسبة للأرض. لكنه يشكل تحديا لأولئك الذين يحلمون بإنشاء مستعمرات على المريخ.
الأشعة فوق البنفسجية هي شكل من أشكال الضوء يتراوح طول موجته من 10 إلى 400 نانومتر (النانومتر الواحد يبلغ طوله 0.000000001 متر). وهو أقصر وأكثر نشاطا من الضوء المرئي. للمقارنة، يبلغ الطول الموجي لشبكة هاتف 4G النموذجية عدة عشرات من السنتيمترات. يمكن للأشعة فوق البنفسجية الصادرة عن الشمس أن تزيد من إنتاج فيتامين د الأساسي في جلد الإنسان، ولكن المستويات الزائدة يمكن أن تسبب مجموعة من المشاكل الصحية بما في ذلك حروق الشمس وسرطان الجلد وإعتام عدسة العين. ويمكن أن يضر أيضًا بالنباتات ويضر بمحصول المحاصيل.
على الأرض، يتم امتصاص كل الأشعة فوق البنفسجية الصادرة عن الشمس تقريبًا بواسطة طبقة الأوزون، وهي منطقة من الغلاف الجوي للأرض تقع على ارتفاع حوالي 15-30 كم. وبدونها، ستكون الحياة على الأرض في حالة يرثى لها. الأوزون هو جزيء موجود في الطبيعة ويتكون من ثلاث ذرات أكسجين. تتم موازنة تكوين هذا الجزيء بشكل صارم من خلال عملية تسمى دورة تشابمان، حيث يقوم ضوء الأشعة فوق البنفسجية بتكسير الأوزون إلى ذرة أكسجين واحدة وجزيء أكسجين. ويمكن أن تعمل العوامل الطبيعية كمحفزات لذلك، مثل النشاط البركاني وأحزمة الإشعاع الأرضية. تم إجراء الملاحظات الأولى التي تشير إلى أن توازن الأوزون في مشكلة في الثمانينات. لقد تبين أن الاستخدام الواسع النطاق وانبعاث بعض المواد الكيميائية مثل مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs) قد تسبب في أضرار جسيمة لطبقة الأوزون. وقد دفع هذا المجتمع الدولي إلى اعتماد بروتوكول مونتريال في عام 1987، وهو اتفاق الأمم المتحدة الوحيد الذي صدقت عليه جميع الدول الأعضاء حتى الآن.
طبقة الأوزون. ناسا
للأشعة تحت الحمراء تأثير مختلف قليلاً على الأرض والنجوم الأخرى. تبعث جميع الكائنات نطاقًا من الضوء يعتمد على درجة حرارتها. إن الجسم الذي يبلغ متوسط درجة حرارته مليون درجة سوف ينبعث منه في الغالب الأشعة السينية (كما تنبعث بعض الأنظمة النجمية).
أقوى انبعاث من الشمس، بمتوسط درجة حرارة 5,700 درجة مئوية، يكون في الضوء المرئي (تحديدًا الأصفر)، بينما تنبعث الأجسام في درجة حرارة الغرفة من الأشعة تحت الحمراء. ولهذا السبب يظهر الأشخاص بوضوح على كاميرا الأشعة تحت الحمراء.
يمر ضوء الشمس، وخاصة في الأطوال الموجية المرئية، عبر الغلاف الجوي ويسخن سطح الأرض. وللحفاظ على التوازن الحراري، تبعث الأرض الضوء مرة أخرى إلى الفضاء، ولكنها تفعل ذلك في الأشعة تحت الحمراء. تسمح بعض الجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي بكمية كبيرة من الضوء المرئي بالمرور (وهذا هو السبب في أنها غير مرئية للعين البشرية) ولكنها تعكس أو تبعثر ضوء الأشعة تحت الحمراء المنبعث من سطح الأرض - مما يجعلها أكثر دفئًا.
المواد الكيميائية المشاركة في هذه العملية هي تلك التي نعرفها بالغازات الدفيئة، وثاني أكسيد الكربون هو الأكثر شيوعًا، لكن الميثان وأكسيد النيتروز مهمان أيضًا. وما يزيد من تعقيد مشكلة المناخ هو أن بخار الماء والأوزون نفسه كلها غازات دفيئة.
وهذا هو أحد الأسباب العديدة التي تجعل نمذجة المناخ موضوعًا معقدًا للغاية. عادة ما يوصف تأثير الاحتباس الحراري في حد ذاته بأنه أمر سيء، لكنه في الواقع ضروري للحياة. ومع عدم وجود ظاهرة الاحتباس الحراري على الإطلاق، فمن السهل نسبياً إثبات أن متوسط درجة حرارة الأرض سيكون -24 درجة مئوية بدلاً من درجة الحرارة الحالية البالغة 14 درجة مئوية.
ولكن كما هو الحال مع العديد من العمليات الطبيعية، فقد أدى النشاط البشري إلى تغيير ظاهرة الاحتباس الحراري إلى حد أن هذه الميزة الأساسية لقابلية الكوكب للسكن أصبحت الآن خطيرة. هناك أدلة كثيرة على أن البشر قد قاموا بزيادة كمية غازات الدفيئة في الغلاف الجوي، وبالتالي ارتفاع متوسط درجة الحرارة العالمية.
دروس لمؤسسي المستعمرة
التحدي الذي يواجه المستعمرين المستقبليين الذين يأملون في العيش على المريخ هو عكس ذلك الموجود على الأرض. ويعني غلافها الجوي الرقيق أنه على الرغم من وجود تركيز عالٍ من ثاني أكسيد الكربون، إلا أن تأثير الاحتباس الحراري ضعيف جدًا ويحتاج إلى زيادته. لكن الأبحاث الحديثة أظهرت أنه حتى لو قاموا بتبخير ثاني أكسيد الكربون المتبقي في صخور المريخ ووضعه في الغلاف الجوي، فلن يكون هناك ما يكفي منه لخلق ظاهرة الاحتباس الحراري التي ستكون كافية لجعل الكوكب دافئًا بدرجة كافية للسكن.
بالمقارنة مع الأرض، يحتوي المريخ أيضًا على القليل من الأوزون، ويسمح الغلاف الجوي الرقيق للمريخ بوصول كمية أكبر بكثير من الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس إلى الأرض. هذا الإشعاع قوي جدًا لدرجة أنه يتم تعقيم السنتيمترات القليلة العليا من تربة المريخ مرة واحدة يوميًا، ويتم تدمير أي جزيئات معقدة يمكن أن تكون مفيدة للحياة.
إذًا، ما الذي يمكننا فعله لجعل المناخ أكثر شبهًا بالأرض؟ وتضمنت الأفكار السابقة وضع مغناطيس عملاق في الفضاء بالقرب من المريخ لحماية الغلاف الجوي وإطلاق أسلحة نووية على سطح المريخ.
وفي مقال حديث، يقترح استخدام هلام السيليكا الهوائي - وهي مادة اصطناعية خفيفة للغاية يتم إنتاجها عن طريق أخذ مادة هلامية واستبدال المكون السائل بالغاز - لتغطية مناطق على سطح المريخ. وستعمل بشكل فعال مثل طبقة الأوزون الاصطناعية، حيث تكون شفافة تقريبًا في الضوء المرئي ولكنها تحجب الأشعة فوق البنفسجية.
سيؤدي استخدام ايروجيل السيليكا أيضًا إلى تسخين الأرض تحتها بسرعة إلى أعلى من درجة حرارة تجمد الماء من خلال تأثير الاحتباس الحراري الاصطناعي. إن وضع دروع هلام السيليكا الهوائي فوق مناطق سطح المريخ التي تحتوي على الكثير من الجليد من شأنه أن يخلق بيئة مناسبة لنمو النبات، مع الحد الأدنى من التدخل البشري.
وهذا وحده لا يمكنه تدفئة الكوكب الأحمر، لأن المريخ يفقد غلافه الجوي باستمرار بسبب الرياح الشمسية. ولكنها على الأقل ستوفر بيئة أقل عدائية، وعلى نطاق أصغر، للزوار المستقبليين. لا يزال هذا احتمالًا صعبًا، ولكنه الآن الطريقة الأكثر عملية لجعل مناطق المريخ بيئة أقل تطرفًا.
وفي النهاية، فإن نجاح بروتوكول مونتريال يُظهر قدرة العمل الجماعي الدولي على حل مشكلة بيئية، كما يُظهر أن التغير البيئي ممكن على نطاق كوكبي خلال فترة زمنية قصيرة إلى حد ما. كما يوضح بوضوح مدى تأثر العمليات البيئية النجمية بالتغيرات الاصطناعية، للأفضل أو للأسوأ.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 3
لماذا تدمير التوازن الطبيعي للأرض والنظام الشمسي من خلال بناء وازدهار "صحراء المريخ"؟ وكيف ستؤثر على الأرض، وقوى الجاذبية، والكويكبات؟ حركات الكواكب في النظام الشمسي؟ هناك الكثير للتفكير فيه.
لا تخلط بين طبقة الأوزون والاحتباس الحراري، فهما شيئان مختلفان. ومن المؤكد أن هناك إجماعا على ارتفاع درجة الحرارة. أتعامل مع الموضوع كثيرًا وبالطبع أحارب منكري ظاهرة الاحتباس الحراري في كل مرحلة ممكنة.
وربما تعرف الأمة أفضل من 98% من علماء العالم الذين يزعمون أننا إذا لم نتحول إلى الطاقة المتجددة بنسبة 100% بحلول عام 2030 فسوف نصل إلى نقطة اللاعودة. الأرض لا تتعافى، وقبل وقت طويل من اكتشاف كيفية العيش على كوكب المريخ، سيؤدي الاحتباس الحراري إلى خلق ملايين اللاجئين والمجاعة ونقص حاد في المياه. يحتاج الخبراء في أم إلى إنفاق الأموال على التحول إلى الطاقات المتجددة وهم يتبعون نهج جميع السياسيين بشأن هذه القضية، ولن يحدث الضرر خلال فترة ولايتي، لذا فهي ليست مشكلتي، فلنصرف انتباه الجمهور ونجعلهم أعتقد أنها ليست سيئة للغاية. عار. ربما ننجح في خلق الحياة على المريخ، لكن ذلك في المستقبل البعيد جداً مقارنة بالأزمة التي على الأبواب.