الأيروسولات هي جزيئات صلبة أو سائلة صغيرة معلقة في الغلاف الجوي، ويتراوح حجم هذه الجسيمات من أقل من 0.01m ، إلى أكبر من 10m ، ولها تأثيرات كبيرة على المناخ والطقس وجودة الهواء، وبينما كان هناك الكثير من العمل على آثار غازات الدفيئة على المناخ العالمي فإن آثار الهباء الجوي أقل فهما تماما، وهناك العديد من الأنواع المختلفة من الهباء الجوي مثل الكبريتات والنترات والمواد العضوية والكربون الأسود (السخام) وملح البحر والغبار المعدني، ولكل هذه الخصائص الكيميائية والفيزيائية المختلفة، والتي تتأثر بأصلها وطريقة تكوينها والتحولات اللاحقة التي تمر بها، وهذه الخصائص والعمليات هي التي تتحكم في آثار الهباء الجوي في الجو .

مصادر الهباء الجوي

هناك العديد من المصادر المختلفة للهباء الجوي، بعضها طبيعي والبعض الآخر من صنع الإنسان، وتشمل المصادر الطبيعية الغبار البركاني وملح البحر الذي تم رشه عن طريق كسر الأمواج والدخان الناتج عن حرائق الغابات، وتشمل المصادر البشرية المنشأ انبعاثات المركبات والعمليات الصناعية وإزالة الغابات المائلة والحروق، وتميل المناطق الحضرية إلى أن تتأثر بشكل خاص بتلوث الهباء الجوي، كما يتضح في السحب الضباب الدخاني في مدن مثل لوس أنجلوس أو بكين، ويطلق على طول الوقت الذي تقضيه الهباء الجوي في الغلاف الجوي قبل إزالته “وقت الإقامة”، وأوقات الإقامة المعتادة هي أيام أو أسابيع، وبالمقارنة يمكن أن يكون لغازات الدفيئة أوقات إقامة لسنوات عديدة، وهذا مهم لأن أي تغيير كبير في انبعاثات الهباء الجوي سيكون له تأثير فوري أكثر من التغيير المقابل في غازات الدفيئة .

وتنقسم العمليات التي تزيل الهباء الجوي من فئتين إلى ترسب جاف ورطب، والترسب الجاف هو إزالة الجزيئات عن طريق الترسيب الجاذبي، وهو أكثر أهمية بالنسبة للجزيئات الكبيرة، ويميل الهباء الجوي الأصغر إلى الخضوع للترسب الرطب، والذي يتضمن دمج الهباء الجوي في السحب، والنقل إلى الأرض عن طريق هطول الأمطار .

الآثار المباشرة وغير المباشرة للهباء الجوي

الهباء الجوي يخلق اضطراب على التوازن الإشعاعي للأرض من خلال واحدة من طريقتين، ويعرف أولها بالتأثير المباشر ويتعلق بتغيير التدفقات الإشعاعية بواسطة جزيئات الهباء الجوي، ويتم تحديد طبيعة التأثير الناتج عن وجود هذه الجزيئات في الغلاف الجوي من خلال التركيب الفيزيائي والكيميائي والخصائص البصرية اللاحقة، ويمتص الكربون الأسود في الغالب كلا من الإشعاع الشمسي الوارد والإشعاع الأرضي المنقول، مما ينتج عنه تأثير الاحترار داخل الغلاف الجوي، والأنواع الأخرى من الهباء الجوي مثل المواد العضوية والكبريتات تبعثر أو تعكس الإشعاع الشمسي الوارد، مما يقلل من الكمية التي تقع على سطح الأرض وبالتالي يبرد نظام الأرض، ومع ذلك يمكن للتفاعل بين الأنواع المختلفة أن يؤثر على الخصائص الإشعاعية للهباء الجوي، وفي نهاية المطاف اتجاه التأثير الذي ينتجونه .

والطريقة الثانية التي يؤثر بها الهباء الجوي على التأثير الإشعاعي في الغلاف الجوي تعرف باسم التأثير غير المباشر، ويتعلق ذلك بدور الأهباء الجوية باعتبارها نوى للتكثيف السحابي (CCN) وتأثيرها على الخواص الفيزيائية الفيزيائية السحابية، ويوفر CCN أسطحا يمكن أن تتكثف عليها المياه، مما يشجع على تكوين قطرات السحب، بالإضافة إلى زيادة العدد الإجمالي للقطرات السحابية، فإن زيادة توافر نوى التكثيف يؤدي أيضا إلى إنتاج قطرات أصغر مما يزيد من بياض السحب، وهناك أيضا تداعيات على عمر السحب، حيث تستغرق القطيرات الصغيرة وقتا أطول لتتجمع لتشكل قطرات كبيرة بما يكفي للترسيب، وهذا يقلل من معدل فقدان القطرات من السحب مما يجعل السحب أكثر ثباتا وتمديد مدة آثارها الإشعاعية .

دور أبحاث الهباء الجوي

يخضع المدى الدقيق للتأثيرات المناخية للهباء الجوي في الوقت الحالي إلى درجة كبيرة من عدم اليقين، وعلى هذا فهو أحد أكثر مجالات علوم المناخ سوءا، وبالتالي فإن القيد الأكثر دقة للقوة الإشعاعية للهباء الجوي يمثل أحد التحديات الرئيسية في أبحاث المناخ، ويتطلب أي تقييم لتأثيرات الهباء الجوي على النطاق الإقليمي أو العالمي أولا فهما متطورا للغاية للعمليات الأساسية، وهذا هو المستوى من البحث الذي يركز عليه أساسا عمل مركز علوم الغلاف الجوي في مانشستر .

ويتم الحصول على قياسات الخواص الكيميائية والفيزيائية للهباء الجوي من خلال مجموعة واسعة من التجارب الميدانية والمخبرية، ومن أنشطة النمذجة القائمة على العمليات، وتستخدم هذه لإبلاغ وتطوير التحقيقات من آثار الهباء الجوي على نطاق أوسع، وفي نهاية المطاف فإن تحسين فهم الهباء الجوي وتأثيره على المناخ سيساعد على تطوير استراتيجيات فعالة للتخفيف من آثار تغير المناخ، مع تمكين تحسين نوعية الهواء في المناطق الحضرية والحد من الآثار الضارة على صحة الإنسان .

علوم المناخ

يحدث تغير المناخ عندما تؤدي التغييرات في نظام مناخ الأرض إلى ظهور أنماط مناخية جديدة تستمر لعدة عقود على الأقل، وربما لملايين السنين يتكون نظام المناخ من خمسة أجزاء متفاعلة، الغلاف الجوي (الهواء)، الغلاف المائي (الماء)، الغلاف الجليدي (الجليد والتربة الصقيعية)، المحيط الحيوي (الكائنات الحية)، والغلاف الصخري (القشرة الأرضية والعباءة العليا)، ويستقبل نظام المناخ كل طاقته تقريبا من الشمس مع كمية صغيرة نسبيا من داخل الأرض .

كما أن نظام المناخ يعطي الطاقة إلى الفضاء الخارجي، ويحدد ميزان الطاقة الواردة والصادرة، ومرور الطاقة عبر نظام المناخ، وميزانية طاقة الأرض، وعندما تكون الطاقة الواردة أكبر من الطاقة الخارجة، تكون ميزانية طاقة الأرض إيجابية ونظام الاحتباس الحراري، وإذا خرجت طاقة أكثر فستكون ميزانية الطاقة سالبة وتواجه الأرض تبريدا .