البيئة

الأوزون هو شكل للأكسجين تحمل جزيئاته ثلاث ذرات بدلاً من ذرّتين. ويوجد الأوزون في كل من التروبوسفير، أي في أدنى عشرة كيلومترات من الغلاف الجوي، وفي الستراتوسفير، أي في أعلى عشرة كيلومترات إلى خمسين كيلومتراً من الأرض. ويعمل الأوزون كدرع يحمينا من الإشعاع فوق البنفسجي الضار المنبعث من الشمس.

ولكن الأوزون على مستوى الأرض ملوِّث، فهو يمكن أن يتسبب في صعوبات في التنفس وفي إلحاق ضرر بالنباتات والمحاصيل. وهو أحد عناصر الضباب الدخاني. ولذا، فإن مسألة ما إذا كان الأوزون جيداً أو سيئاً تعتمد على مدى ارتفاعه في الغلاف الجوي.

وتتعرض طبقة الأوزون للهجوم من الكلور (الكلوروفلوروكربون، CFC) ومركّبات البروم (الهالون) التي كانت فيما مضى تُستخدم بكثرة في منتجات من قبيل الوقود الدفعي النفاث في علب الرذاذ، وكمواد تبريد، وكمبيدات آفات، وكمواد مذيبة، وكمواد لإطفاء الحرائق. وعندما تصل هذه المواد إلى الستراتوسفير، يؤدي الإشعاع فوق البنفسجي من الشمس إلى تحللها وإطلاق ذرات الكلور والبروم، التي تتفاعل مع الأوزون. وهذه التفاعلات تؤدي إلى دورات كيميائية من تدمير الأوزون تستنفد طبقة الأوزون الواقية.

وقد قُدّر أن ذرة كلور واحدة يمكن أن تقضي على أكثر من 1 000 جزيئ من الأوزون. ولكن ذرات البروم أكفأ حوالي 50 مرة في تدمير الأوزون، ومن حُسن الطالع أن وفرة البروم في الغلاف الجوي التي تحتوي على مركبات أقل كثيراً من وفرة الكلوروفلوروكربونات (GFCs).

وتتقيد البلدان بالاتفاقات الدولية الموجودة حالياً، من قبيل اتفاقية فيينا وبروتوكول مونتريال وتعديلاتهما. ومجموع كمية المركّبات المحتوية على كلور وبروم الموجودة في الغلاف الجوي تنخفض الآن ببطء، بعد أن كانت قد بلغت ذروة نحو عام 2000، ولكن من المرجح أن عودة كمية الكلور والبروم إلى ما كانت عليه قبل عام 1980 (أي تقريباً عندما رُصد أول ثقب في الأوزون في المنطقة القطبية الجنوبية (أنتاركتيكا) ستستغرق 50 عاماً.

وتبيّن تقارير علمية صدرت مؤخراً أن انخفاض حجم طبقة الأوزون قد توقف في معظم مناطق العالم، ولكن تزايد حجم طبقة الأوزون مرة أخرى قد لا يبدأ قبل سنوات. فثقب الأوزون في المنطقة القطبية الجنوبية (أنتاركتيكا)، الذي يبدو كل سنة في الفترة الزمنية الممتدة من أيلول/ سبتمبر إلى تشرين الثاني/ نوفمبر، لم يصبح أسوأ في السنوات الخمس إلى العشر الأخيرة، ولكن لا توجد أيضاً أي علامة على حدوث تحسّن كبير حتى الآن.

للأرض تأثير احتباس حراري طبيعي ناتج عن وجود كمية نزرة من بخار الماء (H₂O)، وثاني أكسيد الكربون (CO₂)، والميثان (CH₄)، وأكسيد النيتروز (N₂O) في الغلاف الجوي. وهذه الغازات تسمح بوصول الإشعاع الشمسي إلى سطح الأرض، ولكنها تمتص الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من الأرض وتؤدي بذلك إلى احترار سطح الكوكب. ومن اللازم التمييز بين ظاهرة الاحتباس الحراري الطبيعية وظاهرة الاحتباس الحراري المعززة. فظاهرة الاحتباس الحراري الطبيعية  تنتج عن الكميات الطبيعية من غازات الاحتباس الحراري، وهي حيوية للحياة. وفي غياب ظاهرة غازات الاحتباس الحراري الطبيعية يصبح سطح الأرض أبرد بمقدار 33 درجة مئوية. أما ظاهرة الاحتباس الحراري المعززة فهي تشير إلى القسر الإشعاعي الإضافي الناتج عن زيادة تركيزات غازات الاحتباس الحراري بفعل الأنشطة البشرية. وغازات الاحتباس الحراري الرئيسية التي تتزايد تركيزاتها هي ثاني أكسيد الكربون، والميثان، وأكسيد النيتروز، والهيدروكلوروفلوروكربونات (HCFCs)، والهيدروفلوروكربونات (HFCs)، والأوزون في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي. وبرنامج المراقبة العالمية للغلاف الجوي (GAW) التابع للمنظمة (WMO) يرصد ويحلل وينشر بيانات الاحتباس الحراري التي يجمعها خمسون بلداً في جميع أنحاء العالم بدءاً من أعالي المنطقة القطبية الشمالية ووصولاً إلى القطب الجنوبي.

إن تأثير الأهباء الجوية على الغلاف الجوي يُعترف على نطاق واسع بأنه أحد أهم جوانب إسقاطات تغير المناخ وأكثرها اتساما بعدم التيقن. فاتجاه الاحترار العالمي الملحوظ أقل كثيراً مما هو متوقع من جراء تزايد غازات الاحتباس الحراري، ومن الممكن تفسير قدر كبير من الفرق بتأثيرات الأهباء الجوية. فالأهباء الجوية تؤثر على المناخ من خلال التشتت والامتصاص المباشرين للإشعاع الشمسي الوارد واحتباس الإشعاع الطويل الموجة الصادر وكذلك من خلال تغيير الخاصية البصرية للسُحب وتكوُّن السحب والهطول.

ويوجد قلق متزايد بشأن تأثير الأهباء الجوية على صحة الإنسان، واهتمام من قطاعات كثيرة من قبيل قطاعات التنبؤ بالطقس، وصناعة الطاقة الخضراء (بخصوص تأثيرها على وصول الطاقة الشمسية إلى الأرض)، وصناعة الطائرات التجارية (بخصوص تأثير الرماد البركاني والعواصف الترابية على العمليات والطائرات).

ومن بين المشاكل الإقليمية التأثيرات المحتملة على صحة الإنسان ووفاته والتأثير البيئي من قبيل انخفاض الرؤية. وتشمل المصادر الرئيسية للأهباء الجوية الانبعاثات الحضرية/ الصناعية، والدخان المنبعث من حرق الكتلة الأحيائية، والتكوّن الثانوي من سلائف الأهباء الجوية الغازية، وملح البحر، والغبار. ومن بين المشاكل التي لم تحل بعد مشكلة تحديد المصادر الطبيعية للأهباء الجوية والجزء العضوي الصغير من النفايات والروث ومخلفات عمليات المعالجة.

وتُقاس بارامترات شتى للأهباء الجوية، من قبيل العمق البصري للأهباء الجوية، في محطات برنامج المراقبة العالمية للغلاف الجوية (GAW) التابع للمنظمة (WMO).

الغازات المتفاعلة كمجموعة تتسم بتنوعها الشديد وتشمل الأوزون السطحي (O₃)، وأول أكسيد الكربون (CO)، والمركبات العضوية المتطايرة (VOCs)، ومركبات النيتروجين المؤكسدة (NO_x, NO_y)، وثاني أكسيد الكبريت (SO₂). وهذه المركبات تؤدي جميعها دوراً في كيمياء الغلاف الجوي ومن ثم فهي ضالعة بشدة في العلاقات المتبادلة بين كيمياء الغلاف الجوي والمناخ، إما من خلال التحكم في الأوزون وقدرة الغلاف الجوي على الأكسدة، أو من خلال تكوين الأهباء الجوية. وقاعدة القياس العالمية لمعظمها غير مرضية، والاستثناء الوحيد هو الأوزون السطحي وأول أكسيد الكربون. وتقاس الغازات المتفاعلة في محطات برنامج المراقبة العالمية للغلاف الجوي (GAW) التابع للمنظمة (WMO).

تحمينا طبقة الأوزون من الإشعاع الشمسي فوق البنفسجي الضار. فالأوزون الموجود في الستراتوسفير يمتص بعض إشعاع الشمس فوق البنفسجي الضار بيولوجياً. ومعظم الإشعاع القصير الموجة (ما يسمى الإشعاع فوق البنفسجي باء) تمتصه طبقة الأوزون، في حين أن الإشعاع فوق البنفسجي الطويل الموجة (ما يسمى الإشعاع فوق البنفسجي - ألف) يمر عبر طبقة الأوزون ويصل الى الأرض.

ومن الممكن التعبير عن شدة الإشعاع فوق البنفسجي بواسطة الرقم القياسي للإشعاع فوق البنفسجي. وقد أصدرت المنظمة (WMO)، بالتعاون مع منظمة الصحة العالمية ومنظمات أخرى، دليلاً إرشادياً بشأن كيفية إبلاغ الجمهور بالإشعاع الشمسي فوق البنفسجي. والوعي بشأن كيفية التصرف إزاء التعرض للشمس مهم للحد من التزايد السريع لسرطان الجلد الملحوظ لدى الكثير من الجماعات السكانية. ويُقاس الإشعاع الشمسي فوق البنفسجي في محطات برنامج المراقبة العالمية للغلاف الجوي (GAW) التابع للمنظمة (WMO).

تظل كيمياء الهطول قضية بيئية رئيسية في العديد من أنحاء العالم (مثلاً، الجزء الشرقي من أمريكا الشمالية، وجنوب شرق آسيا، وأوروبا) بسبب الشواغل المتعلقة بالترسب، والتأجُّن، وترسُّب المعادن النزرة، وصحة النظم الإيكولوجية، وتدوير المواد الكيميائية الأرضية البيولوجية، وتغير المناخ العالمي. وفي السنوات الأخيرة، زادت الشواغل من الترسبات الرطبة وحدها لتشمل اعتبارات من قبيل تركيزات الهواء، والترسبات الجافة، وعمليات التبادل بين السطح والهواء، لا سيما فيما يتعلق بدورات عُمر الأنواع المتحمضة، وغازات الاحتباس الحراري، والأنواع المتأكسدة في الغلاف الجوي. وعلى الرغم من هذه الشواغل، لم يتحقق الكثير لإدراج هذه العوامل الإضافية في إطار المراقبة العالمية للغلاف الجوي (GAW) نتيجة في المقام الأول لقيود الميزانية. وتجري عمليات رصد لكيمياء الترسب في عدد من المواقع في برنامج المراقبة العالمية للغلاف الجوي (GAW) (التابع للمنظمة (WMO)).

ترتبط مدخلات الملوثات الكيميائية الجوية في المحيطات ارتباطاً وثيقاً بعدد من القضايا الهامة المتعلقة بالتغير العالمي. وتزايد مدخلات أنواع من النيتروجين الجوي البشري المنشأ في كثير من المحيطات قد يؤدي إلى انخفاض مستوى تخصيب المحيطات، الذي قد ينتج عنه حدوث زيادة في الإنتاجية ‘الجديدة’ البحرية تصل إلى ~3% مما يؤثر بالتالي على سحبْ الكربون من الغلاف الجوي. ولكن الزيادة في مدخلات النيتروجين من المرجح أيضاً أن تؤدي إلى زيادة تكوُّن أكسيد النيتروز في المحيطات. وزيادة انبعاث هذا الغاز القوي من غازات الاحتباس الحراري ستعوّض جزئياً عن تأثير القسر المناخي الناجم عن زيادة سحب ثاني أكسيد الكربون الناتج عن التخصيب بالنيتروجين. كذلك، ينبع قدر كبير من حديد المحيطات، وهو من المغذيات المقيّدة في كثير من مناطق المحيطات، من المدخلات الجوية من المعادن نتيجة لانتقال التراب المعدني الطويل المدى من المناطق القارية. وتزايد إمدادات الفوسفور القابل للذوبان من مصادر جوية بشرية المنشأ (من خلال استخدامه على نطاق كبير في الأسمدة) قد يكون له أيضاً تأثير كبير على الكيمياء البيولوجية لسطح المحيطات، ولكن التقديرات تتسم بقدر شديد من عدم التيقن. ومع أنه من الممكن أن تؤدي مدخلات من أكسيد الكبريت وأكسيد النيتروجين من الغلاف الجوي إلى زيادة معدلات تحمُّض المحيطات الذي يحدث نتيجة لارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون، فإن المعلومات عن هذه العمليات قليلة للغاية بحيث يتعذّر تقييم التأثير المحتمل. وهذه المدخلات قد تكون بالغة الأهمية في خطوط النقل البحري التي تكثر فيها حركة المرور وفي مناطق المحيطات القريبة من مناطق برية ذات طابع صناعي شديد. وقد يكون لمواد جوية أخرى تأثير أيضاً على المحيطات، ومن بين هذه المواد على وجه الخصوص الرصاص والكادميوم والملوثات العضوية الثابتة.