غازات الدفيئة: الأسباب والآثار وأنظمة القياس من أجل العمل المناخي

تحبس غازات الدفيئةغازات الدفيئة (GHGs) هي غازات طبيعية وبشرية المنشأ تحبس الحرارة في الغلاف الجوي للأرض، وتنظم درجة حرارة الكوكب. ومع ذلك، عندما تزداد تركيزاتها بسبب الأنشطة...
قراءة المزيد، مثل ثاني أكسيد الكربون (CO₂)ثاني أكسيد الكربون (CO₂) هو غاز يوجد بشكل طبيعي في الغلاف الجوي ويلعب دورًا حاسمًا في العمليات الحيوية للكوكب. هذا الغاز، المعروف أيضًا باسم الكربون الجوي،...
قراءة المزيد والميثان (CH₄)الميثان، المعروف كيميائيًا باسم CH₄، هو غاز ضار بالغلاف الجوي والكائنات الحية لأنه يتمتع بقدرة عالية على احتجاز الحرارة. ولهذا السبب، فهو ثاني أكبر مساهم ف...
قراءة المزيد وأكسيد النيتروز (N₂O)، الحرارة في الغلاف الجوي، فتعزز تأثير الدفيئة وتدفع الاحترار العالمي. ويُعد رصد هذه الغازات بدقة عالية أمراً أساسياً لعمل مناخي فعّال، وللامتثال للأهداف الدولية، ولحماية النظم البيئية وصحة الإنسان.

يُتوقع أن ينتهي صيف عام 2024 بوصفه أدفأ صيف مسجل منذ بدء جمع بيانات الطقس قبل 175 عاماً. ولم يعد هذا الرقم القياسي أمراً استثنائياً، فعلى مدى أربعة عقود سار متوسط حرارة الكوكب في اتجاه تصاعدي لا يتوقف، وارتفع بمتوسط 1.45 درجة مئوية.

ومع أن عام 2023 كان الأشد حرارة، فمن المرجح أن تتجاوز درجات الحرارة التي سيشهدها الكوكب في نهاية هذا العام ما سُجل في العام الماضي. والأمر الأكثر إثارة للقلق أننا لا نواجه سيناريو شذوذات جوية تحدث في نوبات محددة أو موسمية، بل تغيرات متزايدة الثبات والتكرار. ويعود ذلك إلى الطاقة المحبوسة في الغلاف الجوي، وهي بدورها ناتجة عن المستويات المرتفعة من غازات الدفيئة (GHG) الموجودة فيه.

«أظهر عام 2023 بوضوح أن تغيّر المناخ بات بيننا. فدرجات حرارة غير مسبوقة تلفح الأرض وتدفئ المحيطات، وأحداث الطقس المتطرف تعيث خراباً في أنحاء العالم. ومع أننا نعلم أن هذه مجرد البداية، فإن الاستجابة العالمية غير كافية بوضوح.» أنطونيو غوتيريش، الأمين العام للأمم المتحدة.

حرائق الغابات والأعاصير وموجات الحر والأمطار الغزيرة وارتفاع مستوى سطح البحر والجفاف الطويل ظواهر تزداد تواتراً وتتطور بسرعة وعنف غير معتادين في أنحاء الكوكب. ويسبب هذا التهديد أشد الدمار للبشر وللنظم البيئية والأنواع في موائلها.

ولمواجهة هذا التهديد البيئي العالمي، من الضروري رصد حالة المناخ. فمن خلال الرصد الدقيق لأهم غازات الدفيئة (ثاني أكسيد الكربون والميثان وأكسيد النيتروز)، ما زال لدينا وقت للتخفيف من تغيّر المناختغيّر المناخ هو تحوّل طويل الأمد في الظروف المناخية للأرض. ينشأ من عوامل طبيعية، لكنه يتسارع اليوم بصورة رئيسية بسبب انبعاثات غازات الدفيئة المرتبطة بـالنش...
قراءة المزيد.

ما هي غازات الدفيئة وكيف تؤثر في الكوكب؟

التعريف والدور الطبيعي لغازات الدفيئة

غازات الدفيئة (GHGs) غازات موجودة طبيعياً في الغلاف الجوي للأرض، وتتمتع بالقدرة على حبس الحرارة وتنظيم درجة حرارة الكوكب. فهي تعمل كغطاء حراري، إذ تسمح للإشعاع الشمسي بالوصول إلى السطح وتمنع جزءاً من الأشعة تحت الحمراء التي تبعثها الأرض من الهروب عائدة إلى الفضاء.

أهم غازات الدفيئة الطبيعية هي ثاني أكسيد الكربون (CO₂) والميثان (CH₄) وأكسيد النيتروز (N₂O) والأوزون (O₃) وبخار الماء (H₂O). ومن دون تأثيرها المعدِّل، سيكون متوسط درجة الحرارة العالمية نحو 18 درجة مئوية تحت الصفر، ما يجعل الحياة كما نعرفها مستحيلة.

ولذلك فإن تأثير الدفيئة ليس سلبياً في ذاته، بل هو عملية طبيعية حيوية تبقي الأرض دافئة بما يكفي لدعم النظم البيئية والزراعة والتنوع الحيوي.

تحدث هذه الظاهرة عندما يخترق الإشعاع الشمسي (الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية) الغلاف الجوي ويسخّن سطح الأرض. ثم يبعث السطح المسخَّن الطاقة عائدة نحو الفضاء على هيئة أشعة تحت حمراء.

ويُمتص جزء من هذا الإشعاع الصادر ويُعاد بعثه بواسطة غازات الدفيئة، ما يؤدي إلى حبس الحرارة داخل الطبقات الدنيا من الغلاف الجوي. وهذا التوازن بين الطاقة الواردة والصادرة هو ما يحافظ على استقرار مناخ الكوكب.

غير أنه عندما تزداد تراكيز غازات الدفيئة بفعل الأنشطة البشرية، يختل هذا التوازن الطبيعي فتبقى طاقة أكبر في الغلاف الجوي، ما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة العالمية.

التأثير البشري: غازات الدفيئة الناتجة عن النشاط البشري والتأثير الإشعاعي

منذ الثورة الصناعية، زاد النشاط البشري تراكيز غازات الدفيئة في الغلاف الجوي زيادة هائلة. فقد أسهم احتراق الوقود الأحفوري والعمليات الصناعية والزراعة المكثفة وإزالة الغابات في تراكم هذه الغازات فوق مستوياتها الطبيعية.

وتشتد بذلك ظاهرة التأثير الإشعاعي، وهو مقياس مقدار الطاقة الإضافية المحبوسة في النظام المناخي بسبب ارتفاع غازات الدفيئة. ويعني التأثير الإشعاعي الموجب أن طاقة أكبر تدخل الغلاف الجوي مما تغادره، فينتج أثر احترار.

• يمثل CO₂ نحو 75% من إجمالي انبعاثات غازات الدفيئة ويبقى في الغلاف الجوي قروناً.

• للميثان CH₄ عمر أقصر (نحو 12 عاماً) لكن قدرته على إحداث الاحترار العالمي تفوق قدرة CO₂ بأكثر من 25 مرة.

• يبقى N₂O أكثر من قرن ويسهم في الاحترار العالمي وفي استنفاد طبقة الأوزون معاً.

وقد رفعت هذه الغازات مجتمعة متوسط درجة حرارة الأرض بنحو 1.45 درجة مئوية فوق مستويات ما قبل العصر الصناعي، وأطلقت آثاراً بيئية ومجتمعية غير مسبوقة.

العلاقة بالاحترار العالمي وتغيّر المناخ

تُعد زيادة تراكيز غازات الدفيئة المحرك الرئيسي للاحترار العالمي، أي الارتفاع طويل الأمد في متوسط درجة حرارة الأرض. ويخل هذا الاحترار بأنماط المناخ الطبيعية، ما يؤدي إلى أحداث طقس متطرفة أكثر تواتراً، مثل موجات الحر والجفاف والفيضانات والعواصف الشديدة.

كما يسرّع ارتفاع درجات الحرارة العالمية ذوبان الأنهار الجليدية والجليد القطبي، ما يسهم في ارتفاع مستوى سطح البحر ويهدد النظم البيئية والمجتمعات الساحلية.

وإضافة إلى ذلك، يؤثر تراكم غازات الدفيئة في كيمياء المحيطات، فيزيد التحمض ويغير التنوع الحيوي البحري. وتحدد الآثار المجتمعة لهذه العمليات ما نعرفه اليوم بـتغيّر المناخ، وهو أزمة معقدة متشابكة تتطلب رصداً دقيقاً وعملاً عالمياً حاسماً.

إن فهم كيفية عمل غازات الدفيئة وكيف تغيّر الأنشطة البشرية توازنها الطبيعي أمر أساسي لتصميم استراتيجيات التخفيف وأنظمة رصد جودة الهواءيشير جودة الهواء إلى حالة الهواء الذي نتنفسه وتركيبه من حيث الملوثات الموجودة في الغلاف الجوي. وتُعد جيدة عندما تكون مستويات الملوثات منخفضة ولا تشكل خطرًا...
قراءة المزيد القادرة على حماية الناس والكوكب معاً.

ما هو تأثير الدفيئة؟

تأثير الدفيئة ظاهرة طبيعية تمكّن الأرض من الاحتفاظ بحرارة الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية، ومنها الإشعاع الشمسي. ويمتص سطح الأرض جزءاً من هذا الإشعاع فيسخن إلى مستوى مناسب لنشوء الحياة. ومن دون هذه الطاقة الشمسية، لن يرتفع متوسط حرارة الكوكب عن 18 درجة مئوية تحت الصفر.

غير أن جزءاً من هذا الإشعاع يعود إلى الغلاف الجوي على هيئة أشعة تحت حمراء لموازنة الحرارة. ثم تمتص بعض الغازات الملوثة الناتجة عن الأنشطة البشرية والباقية في الغلاف الجوي جزءاً من هذه الأشعة تحت الحمراء، فـيعود إلى سطح الأرض مسبباً احتراراً كبيراً. فالحرارة تُحبس بفعل غازات الدفيئة، ما يغير جذرياً درجة الحرارة المناسبة لنشوء الحياة في المحيط الحيوي ويسبب الاحترار العالمي.

المصادر والأسباب الرئيسية لانبعاثات غازات الدفيئة

النشاط البشري هو المحرك الرئيسي لارتفاع تراكيز غازات الدفيئة (GHGs) في الغلاف الجوي. وتنطلق هذه الغازات أثناء إنتاج الطاقة والعمليات الصناعية والزراعة وإدارة النفايات وتغيّر استخدام الأراضي. وهي تضخم معاً تأثير الدفيئة وتسرّع الاحترار العالمي.

تمثل القطاعات التالية المصادر الرئيسية للانبعاثات البشرية المنشأ:

حرق الوقود الأحفوري (الصناعة والنقل والطاقة)

يُعد احتراق الفحم والنفط والغاز الطبيعي أكبر مساهم منفرد في انبعاثات غازات الدفيئة عالمياً. فعند حرق الوقود الأحفوري لتوليد الطاقة أو تشغيل الآلات، تنطلق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون (CO₂)، وهو غاز الدفيئة الرئيسي المسؤول عن تغيّر المناخ على المدى الطويل.

الصناعة وتوليد الطاقة

تستأثر المنشآت الصناعية ومحطات الطاقة الحرارية بالجزء الأكبر من انبعاثات CO₂. ويسهم توليد الكهرباء والحرارة وحده بنحو 40% من الانبعاثاتتشير الانبعاثات الجوية إلى المواد الملوثة التي تُطلق في الهواء نتيجة الأنشطة البشرية أو المصادر الطبيعية. وتشمل أبرز المصادر البشرية الأنشطة الصناعية ووسائ...
قراءة المزيد العالمية المرتبطة بالطاقة. ويؤدي حرق الوقود الأحفوري في المراجل والتوربينات والأفران إلى إطلاق CO₂ وملوثات أخرى مثل ثاني أكسيد الكبريت (SO₂)ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) هو غاز عديم اللون ذو رائحة نفاذة يسبب إحساسًا مزعجًا مشابهًا لضيق التنفس. مصدره بشري، بشكل رئيسي من الانبعاثات الصناعية الناتجة عن...
قراءة المزيد وأكاسيد النيتروجين (NO_x)، ما يزيد من تدهور جودة الهواء.

النقل

تبعث السيارات والشاحنات والسفن والطائرات العاملة بالبنزين أو الديزل CO₂ والميثان (CH₄) معاً. ويسهم قطاع النقل بنحو خُمس انبعاثات غازات الدفيئة عالمياً، بسبب استمرار الاعتماد على محركات الاحتراق الداخلي وبطء تبنّي بدائل التنقل منخفضة الكربون.

الزراعة وتربية الماشية (الميثان وأكسيد النيتروز)

تولّد الممارسات الزراعية وتربية الماشية كميات كبيرة من الميثان (CH₄) وأكسيد النيتروز (N₂O)، وهما غازان يفوق احتمال الاحترار العالمي لكل منهما احتمال CO₂ بكثير.

• ينبعث الميثان أثناء التخمر المعوي لدى الحيوانات المجترة (الأبقار والأغنام والماعز) وأثناء التحلل اللاهوائي للمواد العضوية في حقول الأرز ومخازن السماد الطبيعي والمخلفات الزراعية.
• يأتي أكسيد النيتروز أساساً من الأسمدة النيتروجينية وممارسات إدارة التربة واستخدام السماد الطبيعي في نظم الزراعة المكثفة.

وكلا الغازين شديد الفعالية: فإمكانية الاحترار العالمي للميثان أكبر بـ28 مرة من إمكانية CO₂، أما لأكسيد النيتروز فتبلغ نحو 300 ضعف على مدى 100 عام.

إزالة الغابات وتغيّر استخدام الأراضي (فقدان مصارف الكربون)

تعمل الغابات والنباتات كمصارف للكربون، إذ تمتص CO₂ بالتمثيل الضوئي وتخزنه في الكتلة الحيوية والتربة. غير أن إزالة الغابات وتدهورها وتحويل الأراضي تعيد إطلاق هذا الكربون المخزَّن إلى الغلاف الجوي.

وفي كل عام، يسهم تدمير الغابات لأغراض الزراعة والتعدين والتوسع العمراني بنحو 10 إلى 12% من انبعاثات غازات الدفيئة عالمياً.
ويقلل فقدان هذه المصارف أيضاً قدرة الكوكب الطبيعية على موازنة انبعاثات القطاعات الأخرى، فتنشأ حلقة تغذية راجعة تفاقم اختلال المناخ.

النفايات ومكبات القمامة (توليد الميثان)

يُنتج تحلل النفايات العضوية في المكبات في ظروف فقيرة بالأكسجين (لاهوائية) الميثان، أحد أقوى غازات الدفيئة.
وإضافة إلى ذلك، تبعث محارق النفايات والمخلفات النفطية CO₂ والمركبات العضوية المتطايرة (VOCs)، ما يزيد من تلوث الهواء المحلي وتغيّر المناخ.

ولا تقتصر آثار سوء إدارة النفايات على انبعاث غازات الدفيئة، بل تولّد منتجات ثانوية ضارة قد تؤثر في جودة الهواء والتربة والمياه. ويُعد التوسع في تقنيات تحويل النفايات إلى طاقة وإعادة التدوير والتسميد من الاستراتيجيات الفعالة لخفض انبعاثات الميثان من هذا القطاع.

العمليات الصناعية والمواد الكيميائية (الإسمنت والصلب والغازات المفلورة)

إنتاج الإسمنت والصلب والمواد الكيميائية

يتسبب القطاع الصناعي في نحو 25% من انبعاثات غازات الدفيئة عالمياً. فعمليات مثل تصنيع الإسمنت وإنتاج الصلب والتخليق الكيميائي تطلق CO₂ وأكسيد النيتروز (N₂O) نتيجة احتراق الوقود والتفاعلات الكيميائية. فعلى سبيل المثال، يسهم إنتاج الإسمنت وحده بنحو 8% من انبعاثات CO₂ عالمياً، ومعظمها ناتج عن تكلّس الحجر الجيري.

الغازات المفلورة والمركبات الاصطناعية

تُطلق التطبيقات الصناعية والعمليات الكيميائية كذلك الغازات المفلورة (F-gases)، مثل مركبات الهيدروفلوروكربون (HFCs) ومركبات البيرفلوروكربون (PFCs) وسداسي فلوريد الكبريت (SF₆). ومع أن هذه الغازات تنطلق بكميات أقل من CO₂ أو CH₄، فإن لها إمكانية احترار عالمي مرتفعة للغاية (تتراوح بين مئات وعشرات الآلاف من أضعاف CO₂). وهي تُستخدم على نطاق واسع في التبريد وتكييف الهواء والأيروسولات والرغاوي العازلة، ويجب ضبطها بصرامة بموجب اللوائح الدولية مثل تعديل كيغالي لبروتوكول مونتريال.

فهم النطاق الكامل لانبعاثات غازات الدفيئة

تصنّف نطاقات انبعاثات غازات الدفيئة مصدر هذه الغازات:

• النطاق 1: الانبعاثات المباشرة من مصادر مملوكة أو خاضعة للسيطرة (مثل احتراق الوقود والعمليات الصناعية).
• النطاق 2: الانبعاثات غير المباشرة الناتجة عن الطاقة المشتراة (الكهرباء والحرارة والبخار).
• النطاق 3: جميع الانبعاثات غير المباشرة الأخرى في سلسلة القيمة، بما فيها استخدام المنتجات والتخلص من النفايات والنقل.

يساعد فهم هذه الفئات الصناعات والحكومات والمنظمات على قياس بصمتها الكربونية الإجمالية ورصدها وخفضها بفعالية أكبر.

لماذا يُعد قياس غازات الدفيئة أمراً أساسياً

عمل مناخي قائم على البيانات

يُعد قياس غازات الدفيئة (GHGs) حجر الزاوية في الحوكمة المناخية الفعّالة. فرصد تراكيز غازات مثل ثاني أكسيد الكربون (CO₂) والميثان (CH₄) وأكسيد النيتروز (N₂O) وتدفقاتها يوفر الأساس العلمي اللازم لتصميم السياسات المناخية وتقييمها. وتتيح البيانات الدقيقة القابلة للتتبع للحكومات والصناعات قياس انبعاثاتها وتقييم جهود التخفيف وقياس التقدم نحو أهداف الحياد الكربوني.

ويؤيد هذا المبدأ أكثر من 100 خبير دولي من 48 دولة أكدوا، بتنسيق من الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC)، الحاجة إلى أطر قياس شفافة وموحَّدة خلال اجتماعات عُقدت في مركز البحوث المشترك التابع للمفوضية الأوروبية في إيسبرا (إيطاليا). وهذه الأطر ضرورية لضمان أن تكون الإجراءات المناخية مستندة إلى العلم ومتسقة بين الدول.

وفي هذا السياق، أرست اتفاقية باريس واتفاقية الأمم المتحدة الإطارية بشأن تغير المناخ (UNFCCC) والمنظمة العالمية للأرصاد الجوية (WMO) مبادرات رصد عالمية لدعم العمل المناخي القائم على البيانات. وتهدف هذه الأطر إلى مواءمة أساليب القياس وتحسين قابلية البيانات للمقارنة وتعزيز الأساس العلمي للالتزامات المناخية الدولية.

«يتيح الرصد الموثوق والمتسق لغازات الدفيئة الشفافية، ويدعم التحقق من الالتزامات، ويعزز الاستجابة العالمية لتغيّر المناخ.» IPCC، 2023

القيمة العلمية والسياسية لبيانات غازات الدفيئة الموثوقة

تشكل بيانات غازات الدفيئة الموثوقة والمتحقق منها الجسر بين المعرفة العلمية وصنع القرار السياسي. فهي تمكّن الباحثين من تطوير نماذج مناخية دقيقة وتقييم تأثير الإنسان في الغلاف الجوي والتنبؤ بالاتجاهات البيئية طويلة الأمد. وفي الوقت نفسه، يستخدم صانعو السياسات هذه البيانات لتقييم التقدم الوطني نحو أهداف خفض الانبعاثات وتصميم استراتيجيات التخفيف المتوافقة مع المعايير الدولية.

ويضمن توحيد قوائم جرد غازات الدفيئة الذي تشجع عليه IPCC أن تستخدم الدول منهجيات قابلة للمقارنة لتقدير الانبعاثات حسب القطاع والنشاط. ويعزز هذا الاتساق الثقة في الإبلاغ الدولي ويقوي المساءلة بموجب اتفاقية UNFCCC. كما يوفر الأساس لـسياسات البيانات المفتوحة التي ترسخ الشفافية والتخطيط المناخي الجماعي.

وقد أسفر الوصول إلى البيانات البيئية المفتوحة بالفعل عن فوائد قابلة للقياس. ففي أوروبا مثلاً، أسهم توافر مجموعات بيانات موحَّدة لغازات الدفيئة في تحقيق وفورات كبيرة في الطاقة وخفض في التكاليف في القطاعين العام والخاص. وتمثل مبادرة المراقبة العالمية لغازات الدفيئة (G3W) التي أطلقتها WMO خطوة كبرى في هذا الاتجاه، إذ تدمج الرصد الأرضي والفضائي في شبكة رصد عالمية آنية.

«يمكن للتطورات العلمية والتكنولوجية الثورية، مثل النمذجة المناخية عالية الدقة والذكاء الاصطناعي وأنظمة الإنذار المبكر، أن تدفع التحول اللازم لتحقيق أهداف التنمية المستدامة.» بيتري تالاس، الأمين العام للمنظمة العالمية للأرصاد الجوية

تحدي عدم اليقين في قوائم الجرد الوطنية

على الرغم من التقدم المحرز، يظل عدم اليقين في قوائم الجرد الوطنية لغازات الدفيئة من أكبر التحديات أمام الحوكمة المناخية. ووفقاً للباحث جاكومو غراسي، «هناك فروق لافتة بين تقديرات تدفقات CO₂ البشرية المنشأ وقوائم الجرد الوطنية المستخدمة لتقييم الامتثال للأهداف المناخية». وتنشأ هذه التباينات من اختلاف المنهجيات ونقص مجموعات البيانات وتفاوت تعريف استخدام الأراضي وعوامل الانبعاث.

ولتقليل هذه التناقضات، يعمل المجتمع العلمي على تحسين نماذج الانبعاثات ومعايرتها بين بيانات الرصد والتقارير الوطنية. ويمكن لتعزيز استخدام الاستشعار عن بُعد وأنظمة الرصد القائمة على إنترنت الأشياء وشبكات أخذ العينات عالية التردد أن يساعد في التحقق من مصادر الانبعاث وسد فجوات البيانات في المناطق ضعيفة الرصد.

وخفض عدم اليقين ليس تحدياً تقنياً فحسب، بل هو ضروري لضمان مصداقية السياسات وثقة الجمهور. فالبيانات الشفافة الموثقة جيداً تتيح مقارنات عادلة بين الدول، وتحققاً دقيقاً من التقدم، وتصميماً أفضل لاستراتيجيات التخفيف بالاستناد إلى الانبعاثات الفعلية بدلاً من التقديرات. وفي النهاية، تحوّل الدقة العلمية في رصد غازات الدفيئة البيانات إلى عمل، وترسي أساس سياسات مناخية فعّالة وخاضعة للمساءلة وموجهة نحو المستقبل.

قياس غازات الدفيئة: التقنيات والأساليب

يعتمد قياس غازات الدفيئة (GHGs) وتحليلها على مزيج من الأساليب المباشرة وغير المباشرة المصممة لتحديد تراكيزها ومصادرها وسلوكها في الغلاف الجوي. وتوفر تقنيات الرصد الحديثة بيانات آنية عالية الدقة تمكّن العلماء وصانعي السياسات من تقييم اتجاهات الانبعاثات والسياسات المناخية وتصميم استراتيجيات تخفيف أكثر فعالية.

محطات الرصد الجوي

تُعد محطات الرصد الجوي أساسية لتتبع تراكيز غازات الدفيئة على المستويات المحلية والإقليمية والعالمية. وتعمل هذه المحطات باستمرار وتجمع بيانات آنية تعكس تغيرات CO₂ وCH₄ وN₂O وغيرها من الغازات النزرة. وتُوزَّع استراتيجياً في البيئات الحضرية والريفية والنائية، فتقدم صورة شاملة عن مصادر الانبعاث والمصارف الطبيعية.

تُجهَّز المحطات النموذجية بـأجهزة تحليل متقدمة مثل مطيافات الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIR) وأنظمة قياس الامتصاص الطيفي بالليزر الثنائي القابل للضبط (TDLAS) وأجهزة الكروماتوغرافيا الغازية. وتتيح هذه الأجهزة كشف الغازات بدقة دون جزء في المليون (ppm)، وتوفر بيانات أساسية للنماذج المناخية وقوائم الجرد الدولية.

الرصد بالأقمار الصناعية

أحدث استخدام الاستشعار عن بُعد بالأقمار الصناعية تحولاً في رصد غازات الدفيئة على النطاق العالمي. وتتيح الأقمار الصناعية التي تشغّلها ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية (ESA) ومبادرة المراقبة العالمية لغازات الدفيئة (G3W) التابعة للمنظمة العالمية للأرصاد الجوية (WMO) الكشف المستمر عن غازات الدفيئة عبر مناطق شاسعة يصعب الوصول إلى كثير منها.

تحمل هذه الأقمار مطيافات تقيس ضوء الشمس المنعكس والممتص عن سطح الأرض، ما يتيح قياس غازات مثل CO₂ وCH₄ وN₂O. ويزيد دمج تقنية الليدار (LIDAR، الكشف عن الضوء وتحديد المدى) الدقة، إذ تُطلق نبضات ليزر في الغلاف الجوي ويُقاس الضوء المنعكس، ما يسمح بالحصول على مقاطع رأسية دقيقة لتراكيز الغازات.

قوائم جرد غازات الدفيئة

تجمع قوائم الجرد الوطنية لغازات الدفيئة بيانات انبعاثات غازات الدفيئة وإزالتها خلال فترة محددة، وهي عادةً سنة واحدة. وتتبع هذه القوائم منهجيات موحدة وضعتها الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC)، تضمن الاتساق وقابلية المقارنة بين الدول.

وتُعد قوائم الجرد أساسية للتحقق من الامتثال للاتفاقيات الدولية مثل اتفاقية باريس. فهي تتيح للدول تقييم فعالية سياساتها المناخية وتكييفها لتحقيق أهداف خفض الانبعاثات. وتكمل النماذج الحسابية هذه الجهود بتقدير الانبعاثات استناداً إلى بيانات الأنشطة وإحصاءات الطاقة وعوامل الانبعاث.

وتتطلب هذه العملية معايرة دقيقة للبيانات وتوحيداً لها لضمان أن تكون تقديرات غازات الدفيئة شفافة ومتينة علمياً، بما يدعم الإبلاغ المناخي العالمي وأطر المساءلة.

الرصد بالمستشعرات وحلول إنترنت الأشياء

إضافة إلى الأنظمة واسعة النطاق، تؤدي شبكات الرصد القائمة على المستشعرات دوراً متزايد الأهمية في كشف الانبعاثات المحلية والانبعاثات المتسربة، ولا سيما في البيئات الصناعية. وتستخدم هذه الشبكات مستشعرات كهروكيميائية وبصرية قادرة على تحديد التسربات الصغيرة وذُرى التراكيز آنياً.

فعلى سبيل المثال، تدمج محطات Kunak AIR Pro مستشعرات عالية الدقة ترصد باستمرار غازات مثل الميثان (CH₄) وأول أكسيد الكربون (CO)أول أكسيد الكربون (CO) هو غاز غير مرئي (عديم اللون والرائحة) وفي الوقت نفسه قاتل صامت لأنه في غضون دقائق قليلة فقط يُظهر تأثيره السام الخطير عند استنشاقه ف...
قراءة المزيد وأكاسيد النيتروجين (NO_x)، وتوفر بيانات بيئية تفصيلية عند محيط المواقع الصناعية أو منشآت معالجة النفايات أو المناطق الحضرية. وبالتكامل مع Kunak Cloud، يمكن تحليل هذه البيانات عن بُعد، ما يمكّن المشغلين من كشف الحالات الشاذة ومنع الانبعاثات وتحسين العمليات الصناعية.

ولا تعزز هذه الأنظمة القائمة على إنترنت الأشياء سلامة أماكن العمل فحسب، بل تسهم أيضاً في استراتيجيات خفض الانبعاثات عبر تسهيل الكشف المبكر واتخاذ القرارات المستندة إلى البيانات والامتثال للوائح البيئية.

أساليب علمية أخرى

تُستخدم عدة تقنيات مكملة لتوسيع فهمنا لديناميكيات غازات الدفيئة وتبادلها بين السطح والغلاف الجوي.

ومن أكثرها تطبيقاً تقنية التغاير الدوامي (Eddy Covariance)، التي تقيس التدفقات الرأسية للغازات وبخار الماء والطاقة بين سطح الأرض والغلاف الجوي. وهذه الطريقة لا غنى عنها لتحديد مصارف الكربون الطبيعية ومصادره في الغابات والأراضي الرطبة والأراضي الزراعية.

ويقوم نهج متقدم آخر على التحليل النظائري، الذي يستخدم نظائر مثل النيتروجين-15 (N-15) والكربون-13 (C-13) لتتبع منشأ غازات الدفيئة وتحولها وانتقالها. وتوفر هذه الأساليب رؤى حاسمة لتطوير ممارسات زراعية مستدامة وتحسين دقة نماذج الانبعاثات العالمية.

وتقدم هذه التقنيات المتكاملة معاً صورة شاملة ودقيقة لتراكيز غازات الدفيئة وتطورها بمرور الوقت، وترسي الأساس لـاستراتيجيات عمل مناخي أكثر استنارة وفعالية.

الأطر والمبادرات العالمية لرصد غازات الدفيئة

اتفاقية باريس وميزانيات الكربون

أرست اتفاقية باريس، المعتمدة عام 2015 في إطار اتفاقية الأمم المتحدة الإطارية بشأن تغير المناخ (UNFCCC)، أساس الجهود العالمية المنسقة للحد من ارتفاع متوسط درجة الحرارة العالمية إلى أقل بكثير من درجتين مئويتين فوق مستويات ما قبل العصر الصناعي، مع مواصلة الجهود لحصره في 1.5 درجة مئوية. وتلتزم كل دولة مشاركة بتحديد وتحديث مساهماتها المحددة وطنياً (NDCs)، التي تشمل أهداف خفض الانبعاثات واستراتيجيات التكيف.

وللمواءمة مع هذه الأهداف، أصبح مفهوم ميزانيات الكربون العالمية أداة حاسمة لتخطيط العمل المناخي. وتمثل ميزانية الكربون الحد الأقصى من CO₂ الذي يمكن إطلاقه مع بقاء فرصة معقولة للحد من الاحترار العالمي عند العتبة المنشودة. وتشير التقييمات العلمية إلى أنه لتحقيق هدف 1.5 درجة مئوية، يجب أن تنخفض انبعاثات CO₂ العالمية بنحو 45% بحلول عام 2030 مقارنة بمستويات عام 2010 وأن تبلغ الحياد الكربوني بحلول عام 2050.

ويتطلب بلوغ أهداف التخفيف هذه أنظمة رصد متينة قادرة على تتبع التقدم آنياً. وتوفر بيانات غازات الدفيئة الموثوقة والشفافة القاعدة الدليلية اللازمة لتصميم السياسات وقياس الامتثال وتقييم اتساق الإجراءات الوطنية مع الالتزامات العالمية بالحياد الكربوني.

برامج IPCC وWMO

تنسق مؤسستان رئيسيتان الجهود الدولية لرصد غازات الدفيئة وتقييمها: الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) والمنظمة العالمية للأرصاد الجوية (WMO).

تُعد IPCC تقارير التقييم التي تلخص المعارف العلمية حول تغيّر المناخ وتوفر منهجيات قوائم الجرد الوطنية لغازات الدفيئة. وتضمن هذه الإرشادات الاتساق وقابلية المقارنة بين الدول، وتشكل أساس الإبلاغ الشفاف بموجب اتفاقية باريس.

وفي الوقت نفسه، تؤدي WMO دوراً حاسماً في الرصد الجوي العالمي. ففي عام 2023 أطلقت مبادرة المراقبة العالمية لغازات الدفيئة (G3W)، التي تدمج ملاحظات الأقمار الصناعية والقياسات الأرضية والنماذج الجوية لإنشاء نظام رصد موحد شبه آني لتراكيز غازات الدفيئة العالمية. ويدعم هذا البرنامج الأوساط العلمية وأوساط السياسات بتوفير تحقق مستقل من بيانات الانبعاثات وتعزيز القدرة العالمية على الرصد المناخي.

مجموعات البيانات الدولية وقوائم جرد الكربون

تعتمد مبادرات الرصد العالمية على مجموعات بيانات مفتوحة وموحدة تجمع معلومات عن استخدام الوقود الأحفوري والإنتاج الصناعي وتغيّر استخدام الأراضي ومصادر الانبعاث الأخرى. ومن أشهر هذه الموارد ميزانية الكربون العالمية 2023، التي تقدّر كمياً انبعاثات CO₂ الناتجة عن الأنشطة البشرية والمصارف الطبيعية.

ووفقاً للتقرير، بلغت انبعاثات CO₂ الأحفورية العالمية 37.4 مليار طن في عام 2023، بزيادة طفيفة عن العام السابق. ومع أن الانبعاثات استقرت أو انخفضت في بعض المناطق، مثل أوروبا والولايات المتحدة، فإنها تواصل الارتفاع في الاقتصادات الناشئة. كما يبرز التقرير تنامي مساهمة إزالة الغابات وتدهور الأراضي في إجمالي الانبعاثات، ما يؤكد إلحاح تطبيق ممارسات الإدارة المستدامة للأراضي.

وبدمج البيانات من مصادر متعددة، وقوائم الجرد، وأنظمة الأقمار الصناعية، وشبكات المستشعرات، توفر مجموعات البيانات الدولية الأساس للنمذجة العلمية ووضع السياسات والتحقق من الالتزامات المناخية العالمية.

غازات الدفيئة الرئيسية وخصائصها

ثاني أكسيد الكربون (CO₂)، غاز الدفيئة الرئيسي طويل العمر الناتج عن الاحتراق

ثاني أكسيد الكربون أكثر غازات الدفيئة البشرية المنشأ وفرةً وثباتاً. وينطلق أساساً من احتراق الوقود الأحفوري (الفحم والنفط والغاز الطبيعي) وإنتاج الإسمنت وإزالة الغابات. ومع أن CO₂ أقل قوة لكل جزيء من الغازات الأخرى، فإن عمره الطويل في الغلاف الجوي، الذي يتجاوز 100 عام، يجعله أكبر مساهم في الاحترار العالمي.

الميثان (CH₄)، ملوث مناخي قوي قصير العمر ناتج عن الزراعة والنفايات

الميثان غاز دفيئة قصير العمر لكنه شديد الفعالية، تبلغ إمكانية الاحترار العالمي له 28 ضعف إمكانية CO₂ على مدى 100 عام. ومن أبرز مصادره تربية الماشية (التخمر المعوي) والمكبات ومعالجة مياه الصرف واستخراج الوقود الأحفوري ونقله. وعلى الرغم من عمره القصير نسبياً في الغلاف الجوي (نحو 12 عاماً)، فإن تأثيره الإشعاعي الشديد يجعله هدفاً حاسماً لاستراتيجيات التخفيف السريع.

أكسيد النيتروز (N₂O)، ينبعث من الأسمدة والصناعة

يُنتج أكسيد النيتروز عبر العمليات الميكروبية في التربة التي يعززها استخدام الأسمدة الاصطناعية في الزراعة، وكذلك من الأنشطة الصناعية وأنشطة الاحتراق. وتبلغ إمكانية الاحترار العالمي له نحو 300 ضعف إمكانية CO₂ ويبقى في الغلاف الجوي أكثر من قرن. وإضافة إلى ذلك، يسهم N₂O في استنفاد طبقة الأوزون، ما يجعل التحكم فيه أولوية بيئية مزدوجة.

الغازات المفلورة (HFCs وPFCs وSF₆)، استخدامات صناعية وفي التبريد

الغازات المفلورة مركبات اصطناعية تُستخدم على نطاق واسع كمبردات ودافعات للأيروسولات ومواد عازلة في العمليات الصناعية. ومع أنها تمثل نسبة ضئيلة من إجمالي الانبعاثات، فإن لها إمكانيات احترار عالمي مرتفعة جداً (GWPs)، تفوق في بعض الحالات 10,000 ضعف CO₂. وتسعى لوائح مثل تعديل كيغالي لبروتوكول مونتريال إلى خفض إنتاجها واستهلاكها تدريجياً في أنحاء العالم.

التقدم التكنولوجي في خدمة العمل المناخي

يؤدي الابتكار التكنولوجي دوراً أساسياً في تحقيق الأهداف المناخية العالمية. وتغيّر الأدوات الناشئة القائمة على الذكاء الاصطناعي وبنى إنترنت الأشياء (IoT) وتحليلات البيانات الآنية طريقة كشف الانبعاثات وقياسها والإبلاغ عنها.

ومن خلال دمج شبكات الرصد والمنصات السحابية، يمكن تجميع كميات كبيرة من البيانات البيئية ومعالجتها وعرضها آنياً. ويحسّن هذا النهج إمكانية التتبع ويدعم الامتثال للمعايير الدولية ويسهّل اتخاذ قرارات أكثر كفاءة للحكومات والصناعات.

وتبين الحلول عالية الدقة مثل Kunak AIR Pro ومنصة Kunak Cloud كيف يمكن لشبكات المستشعرات المتصلة توفير رصد مستمر لجودة الهواء والغازات في البيئات المعقدة. وتتيح هذه الأنظمة الكشف المبكر عن التسربات، وتدعم مبادرات خفض الانبعاثات، وتوفر بيانات قابلة للتحقق تتماشى مع استراتيجيات ESG (البيئة والمجتمع والحوكمة).

وبدمج الأتمتة وعلوم البيانات والاتصال، ترسي هذه التقنيات أساس نهج ذكي قائم على البيانات للعمل المناخي، تكون فيه الشفافية والدقة مفتاح تحقيق نتائج مستدامة وقابلة للقياس.

الأسئلة الشائعة حول غازات الدفيئة

ما هي غازات الدفيئة الرئيسية؟

غازات الدفيئة (GHGs) الرئيسية المسؤولة عن حبس الحرارة في الغلاف الجوي للأرض هي: ثاني أكسيد الكربون (CO₂) والميثان (CH₄) وأكسيد النيتروز (N₂O) والأوزون (O₃) وبخار الماء (H₂O). وإضافة إلى ذلك، تسهم الغازات الاصطناعية مثل مركبات الهيدروفلوروكربون (HFCs) ومركبات البيرفلوروكربون (PFCs) وسداسي فلوريد الكبريت (SF₆) إسهاماً كبيراً، رغم انبعاثها بكميات أقل. ولكل من هذه الغازات إمكانية احترار عالمي (GWP) وعمر مختلفان في الغلاف الجوي، ما يحدد تأثيره النسبي في تغيّر المناخ.

كيف تسبب غازات الدفيئة الاحترار العالمي؟

تسهم غازات الدفيئة في الاحترار العالمي بحبس الحرارة داخل الغلاف الجوي عبر تأثير الدفيئة. فحين يصل الإشعاع الشمسي إلى سطح الأرض، يُمتص جزء منه ويُعاد بعثه على هيئة أشعة تحت حمراء. وتمتص غازات الدفيئة هذه الطاقة وتعيد إشعاعها، فتمنعها من الهروب إلى الفضاء. وكلما زاد تركيز هذه الغازات زادت الحرارة المحبوسة، ما يؤدي إلى ارتفاع تدريجي في متوسط درجة حرارة الكوكب. ويخل هذا الاحترار الإضافي بأنماط الطقس ويزيد حدة الأحداث المتطرفة ويؤثر في النظم البيئية عالمياً.

ما الفرق بين CO₂ وCH₄ وN₂O؟

مع أن ثاني أكسيد الكربون (CO₂) والميثان (CH₄) وأكسيد النيتروز (N₂O) تحبس الحرارة جميعها، فإنها تختلف في المصدر والثبات والقوة:

• CO₂: ينبعث أساساً من حرق الوقود الأحفوري وإنتاج الإسمنت وإزالة الغابات. ويمثل نحو 75% من انبعاثات غازات الدفيئة العالمية ويمكن أن يبقى في الغلاف الجوي أكثر من قرن.
• CH₄: ينتج عن الزراعة (ولا سيما تربية الماشية) والمكبات واستخراج الغاز الطبيعي. وهو أقوى بنحو 28 مرة من CO₂ على مدى 100 عام لكنه يبقى في الغلاف الجوي نحو 12 عاماً فقط.
• N₂O: ينشأ أساساً من الأسمدة النيتروجينية والأنشطة الصناعية. وإمكانية الاحترار العالمي له أكبر بنحو 300 مرة من CO₂ وعمره يتجاوز 100 عام.

وتمثل هذه الغازات معاً محور جهود التخفيف المناخي العالمية بسبب آثارها الكبيرة والطويلة الأمد في التوازن الإشعاعي للأرض.

كيف تُقاس غازات الدفيئة؟

تُقاس غازات الدفيئة باستخدام مجموعة من التقنيات والمنهجيات المصممة لكشف تراكيزها في الغلاف الجوي وقياسها:

• تجمع محطات الرصد الجوي بيانات مستمرة وآنية باستخدام أجهزة مثل محللات الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIR) وأجهزة الكروماتوغرافيا الغازية ومطيافات الامتصاص بالليزر.
• تقيس ملاحظات الأقمار الصناعية (من ناسا وESA وWMO) امتصاص ضوء الشمس وانعكاسه لرسم خريطة توزيع غازات الدفيئة عالمياً، ولا سيما CO₂ وCH₄.
• تتبع قوائم الجرد الوطنية لغازات الدفيئة التي تعدها الحكومات منهجيات IPCC لتقدير الانبعاثات حسب القطاع والنشاط.
• تكشف أنظمة المستشعرات وإنترنت الأشياء، مثل Kunak AIR Pro وKunak Cloud، الانبعاثات المحلية والصناعية آنياً، وتوفر بيانات بيئية عالية الدقة للاستجابة الفورية والتحقق من الامتثال.

وتضمن هذه المقاربات المتكاملة رصداً دقيقاً على مختلف المستويات، من الاتجاهات الجوية العالمية إلى مصادر الانبعاث المحلية.

ما الحلول المتاحة لخفض انبعاثات غازات الدفيئة؟

يتطلب خفض انبعاثات غازات الدفيئة مزيجاً من الابتكار التكنولوجي وإنفاذ السياسات وتغيير السلوك. وتشمل الاستراتيجيات الرئيسية:

• التحول إلى الطاقة المتجددة مثل الرياح والشمس والطاقة الكهرومائية بدلاً من الاعتماد على الوقود الأحفوري.
• تحسين كفاءة الطاقة في الصناعة والنقل والمباني لخفض استهلاك الوقود.
• تطوير زراعة منخفضة الانبعاثات عبر ترشيد استخدام الأسمدة وتحسين إدارة السماد الطبيعي وممارسات تربية الماشية المستدامة.
• حماية الغابات واستعادتها لتعزيز مصارف الكربون الطبيعية التي تمتص CO₂ من الغلاف الجوي.
• تطبيق تقنيات احتجاز الكربون واستخدامه وتخزينه (CCUS) لخفض انبعاثات CO₂ الصناعية.
• نشر تقنيات الرصد الآني مثل شبكات مستشعرات Kunak لتتبع الانبعاثات وتحديد التسربات والتحقق من الامتثال للمعايير البيئية.

وبالجمع بين الرصد البيئي القائم على البيانات والتقنيات النظيفة وأطر السياسات القوية، تستطيع الحكومات والصناعات تسريع التحول نحو صفر انبعاثات صافية واقتصاد عالمي أكثر استدامة.

الخلاصة: من القياس إلى العمل

يُعد الرصد الموثوق والشفاف لغازات الدفيئة (GHG) حجر الزاوية في السياسات المناخية الفعالة والاستدامة الصناعية. فبالجمع بين الدقة العلمية والبيانات البيئية المفتوحة والتقنيات المبتكرة مثل شبكات مستشعرات إنترنت الأشياء، تستطيع الحكومات والصناعات والمؤسسات البحثية الانتقال من المبادرات المنعزلة إلى عمل مناخي منسق وقائم على البيانات. ويتيح الرصد المستمر الكشف المبكر عن الانبعاثات، ويدعم اتخاذ القرارات المستندة إلى الأدلة، ويعزز الالتزامات العالمية نحو صفر انبعاثات صافية وكوكب أكثر صحة.

المراجع

• Poulter, B., Canadell, J., Hayes, D. and Thompson, R. Balancing Greenhouse Gas Budgets. Elsevier. Eds. May 2022.
• Janssens-Maenhout, G., al,2020. Towards an Operational Anthropogenic CO₂ Emissions Monitoring and Verification Support Capacity. Bull. Amer. Meteor. Soc., 101, E1439–E1451, https://doi.org/10.1175/BAMS-D-19-0017.1
• Grassi, G., al, 2023. Harmonising the land-use flux estimates of global models and national inventories for 2000–2020. Earth System Science Data, 15, 3 (1093–1114). https://essd.copernicus.org/articles/15/1093/2023/
• World Meteorological Organization, al. United in Science 2023 Inform. https://library.wmo.int/records/item/68235-united-in-science-2023
• Friedlingstein, P. al.Global Carbon Budget 2023. Earth System Science Data. 15, 12 (5301–5369). https://essd.copernicus.org/articles/15/5301/2023