كيف يعمل الدفيئة؟

بفضل المخاوف المتزايدة بشأن تغير المناخ (غالبًا ما يطلق عليه "الاحتباس الحراري") واللغة التي ظهرت حول هذا القلق ، فمن المحتمل أن يكون لقد سمع الأشخاص الأصغر سنًا مصطلحات مثل "تأثير الاحتباس الحراري" و "غازات الاحتباس الحراري" أكثر مما كانوا داخل دفيئة فعلية أو يعرفون ما الذي يصل إليه هذا الهيكل هو.

تعتبر الدفيئة التي يتم الاعتناء بها جيدًا مكانًا هادئًا وممتعًا بصريًا للزيارة أو العمل ، على الرغم من أن البيئة ربما تكون دافئة ورطبة بشكل مفرط بالنسبة لأذواق بعض الناس. ومع ذلك ، فإن المخاوف بشأن غازات الاحتباس الحراري وتأثيراتها على مناخ الأرض ليست مغرية ، والمخاوف بشأن ظاهرة الاحتباس الحراري تزداد إثارة للقلق بحلول العام. في حين أن البيوت الزجاجية الحقيقية ليست مسؤولة عن التأثير الذي يحمل اسمها ، فإن المبادئ الأساسية تجعل من دراسة مثيرة للاهتمام لبعض المبادئ الفيزيائية الأساسية.

سميت الدفيئة بهذا الاسم لأنها بنية مخصصة لزراعة النباتات ، ومعظم النباتات خضراء ، على الأقل جزئيًا. من الواضح أنه يمكن أن يكون لديك نباتات داخل منزلك أيضًا ، ولكن الصوبات الزراعية مبنية لتحقيق أقصى قدر من "الراحة" للنباتات. على سبيل القياس ، يمكنك لعب كرة السلة على طريق أسفلت باستخدام طوق مؤقت واحد ، ولكن القليل منها قد يجادل بأن هذا مفيد في تحسين لعبتك مثل ملعب داخلي مكون من سلة على مستوى الأرض.

ما الذي يجعل الدفيئة مميزة؟ في المقام الأول ، هو مقدار الضوء ودرجة الحرارة التي يتم التحكم فيها وكمية الرطوبة التي يتم التحكم فيها بسهولة والتي تتلقاها النباتات. بعض البيوت المحمية مخصصة "للمحاصيل" التي لا تؤكل وتستخدم فقط للتزيين أو للمناسبات الخاصة ، مثل الزهور. يتميز البعض الآخر بنباتات تنتج منتجات صالحة للأكل ، مثل الطماطم. تحتوي البيوت المحمية على أسقف زجاجية تسمح بدخول كمية عالية من الضوء وحبس الحرارة داخل الهيكل. عندما تغرب الشمس ، لا تتبدد الحرارة بالسرعة التي تتبددها في الهواء الطلق ، مما يسمح للنباتات التي لا تتحمل الليالي الباردة بالازدهار.

من وجهة نظر الفيزياء ، فإن ما يسخن الدفيئة هو نفس الشيء الذي يدفئ الجزء الداخلي للسيارة في يوم مشمس. يدخل ضوء الأشعة تحت الحمراء ذو ​​الطول الموجي الأقصر إلى الهيكل عبر الزجاج ، وبعد هذه الأشعة غير المرئية ولكن الدافئة ترتد حولها ، تصبح طاقة كهرومغناطيسية ذات طول موجي أطول وتميل إلى البقاء في الداخل ، وتمتصها محيط. تشمل هذه المناطق المحيطة ، في الدفيئة ، الأسطح المورقة للنباتات ، التي تستخدم ضوء الشمس لدفع عملية التمثيل الضوئي ، أو إنتاج الجلوكوز (الغذاء) من أجل الطاقة.

الغازات الدفيئة الرئيسية هي ثاني أكسيد الكربون والميثان وبخار الماء وأكسيد النيتروز. ترتبط جزيئات الغاز هذه بشكل فضفاض أكثر من معظم الجزيئات ، لذلك عندما تصطدم بها الحرارة ، فإنها تميل إلى الاهتزاز. تطلق هذه الجزيئات المهتزة حرارة ، يتم بعد ذلك امتصاص الكثير منها بواسطة جزيئات غازات الاحتباس الحراري المجاورة. تحافظ هذه الدورة على حرارة الهواء في المنطقة المجاورة بشكل غير عادي.

يتكون معظم الغلاف الجوي من النيتروجين ، الذي يشكل أكثر من ثلاثة أرباع الغلاف الجوي ، والأكسجين ، الذي يمثل حوالي الخمس. يشتمل كلا الغازين على ذرتين متطابقتين (N₂ و O₂). الروابط التي تمسك هذه الجزيئات معًا متماسكة وتسمح بقليل من الاهتزاز ، لذلك لا تحتفظ بالحرارة جيدًا وبالتالي لا تساهم بشكل كبير في تأثيرات الاحتباس الحراري.

ثاني أكسيد الكربون (CO₂): تشكل جزيئات ثاني أكسيد الكربون جزءًا صغيرًا فقط من الغلاف الجوي ، لكنها مع ذلك لها تأثير قوي جدًا على المناخ. في حوالي منتصف خمسينيات القرن التاسع عشر ، قبل بداية الثورة الصناعية وما يصاحبها من احتراق للفحم ، احتوى الغلاف الجوي على حوالي 270 جزءًا لكل مليون حجم (ppmv) من ثاني أكسيد الكربون₂. ارتفع هذا المستوى بشكل مطرد حيث أدى حرق الفحم وأنواع الوقود الأحفوري الأخرى ، مثل البنزين ، إلى إطلاق المزيد من الغاز في الغلاف الجوي. شركة CO₂ يبلغ المستوى في الغلاف الجوي الآن حوالي 400 (جزء في المليون) ، بزيادة قدرها 50 في المائة.

قد يشير معارضو الفكرة الكاملة للتغير المناخي الذي يسببه الإنسان إلى حقيقة أن ثاني أكسيد الكربون₂ تشكل جزءًا صغيرًا من الغلاف الجوي ، حتى في عصر الصناعات الثقيلة هذا ، بحيث لا يمكن أن يكون لها تأثيرات كبيرة على المناخ. هذه فكرة شائعة بسهولة ، لأنها تعطي قدرًا معينًا من المعنى البديهي. ولكن "من المنطقي" أيضًا أن يكون هناك مستوى ضئيل من البكتيريا المجهرية في مجرى الدم ، تزن أقل بكثير من ملليغرام في الكل ، لا يمكن أن يكون كافياً للتسبب في مرض خطير ، وأن المستويات الضئيلة من سم الأفعى لا يمكن أن تكون خطيرة أو قاتلة. من الواضح أن هذه الأفكار هراء ، لذا فإن الحدس ، في العلم ، يمكن أن يكون دليلًا سيئًا.

الميثان (CH₄): الميثان من الغازات الدفيئة القوية ، مع القدرة على امتصاص قدر أكبر بكثير من الحرارة ، جزيء للجزيء ، مما يمكن لثاني أكسيد الكربون. تتكون من ذرة كربون واحدة مرتبطة بأربع ذرات هيدروجين ، CH₄، مثل CO₂، بكميات صغيرة في الغلاف الجوي ، ولكن يمكن أن يكون لها تأثير كبير على ظاهرة الاحتباس الحراري. ينبعث غاز الميثان من الماشية ، وباعتباره أبسط جزيء يمكن اعتباره هيدروكربونًا ، فإنه يستخدم أيضًا كوقود. عندما يتم حرق الميثان ، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي كمنتج ثانوي ، مما يجعل الميثان مساهماً مباشرًا وغير مباشر في ظاهرة الاحتباس الحراري.

كما لوحظ ، على الرغم من أن أجزاء صغيرة فقط من الغازات الموجودة في الغلاف الجوي للأرض مؤهلة لتكون غازات دفيئة ، فإن هذه لها تأثير كبير على المناخ ، سواء كانت هناك نتيجة لعمليات طبيعية أو بسبب الإنسان أنشطة. في وقت ما خلال القرن الحادي والعشرين ، من المرجح أن تكون كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ضعف ما كانت عليه في بداية القرن. كما أن مستويات غازات الدفيئة الأخرى ، وخاصة غاز الميثان وأكسيد النيتروز ، آخذة في الارتفاع. تتزايد كمية غازات الدفيئة بما يتناسب مع كمية الوقود الأحفوري الذي يتم حرقه ، والذي لا يطرد غازات الاحتباس الحراري فحسب ، بل يطرد أيضًا تلوث الهواء في الغلاف الجوي. تجد غازات الدفيئة طريقها إلى الغلاف الجوي من مصادر أخرى أيضًا. تطلق الماشية غاز الميثان أثناء هضم الطعام. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تسهم العمليات التي تبدو حميدة بكميات غير تافهة من ثاني أكسيد الكربون₂ لهذا المزيج. على سبيل المثال ، نظرًا لأن الأسمنت مصنوع من الحجر الجيري ، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون.

مع وجود المزيد من غازات الدفيئة في الغلاف الجوي ، مما يخلق شيئًا مثل السقف غير المرئي (لا يختلف عن الدفيئة الحقيقية) ، من المرجح أن تمر الحرارة إلى الأعلى يجب إيقافها بدلاً من الخروج من الغلاف الجوي تمامًا ، لأن غازات الدفيئة الإضافية تمتص ، ثم تشع ، هذه الحرارة كأشعة تحت الحمراء إشعاع. سوف تتجه بعض الحرارة بعيدًا عن الأرض ، ولكن سيتم امتصاص بعضها بواسطة جزيئات غازات الاحتباس الحراري القريبة ، وسيعود البعض الآخر إلى سطح الأرض مرة أخرى. وهكذا ، من خلال مجموعة متنوعة من الآليات ، مع تراكم غازات الدفيئة ، يستمر كوكب الأرض في الاحترار. تنحسر الأنهار الجليدية ، ويذوب الجليد في قطبي الأرض ، وتدفأ المحيطات وتصبح أكثر حمضية ، والثلج تضاءل الغطاء في جميع أنحاء العالم وتزايدت الأحداث المناخية الكارثية مثل الأعاصير مكان مألوف.

إن إنشاء الدفيئة الخاصة بك ليس مشروعًا تافهًا ، ولكن مع وجود طموح كافٍ ، فإنه لا يتجاوز إمكانيات شخص أو مجموعة متحمسة. سواء كنت ترغب في حماية النباتات الصيفية في فصل الشتاء ، احصل على السبق في استخدام نباتات المناظر الطبيعية في فصل الربيع أو تعلم فقط قليلاً عن البستنة الداخلية ، يمكنك الحصول على إعداد في أي مكان من بضع مئات من الدولارات الأمريكية إلى بضعة ألف.