چگونه آلودگی سطح زمین بر جو کره زمین تاثیر می گذارد؟ پژوهشگران دانشگاه برمن در آلمان سعی می کنند با استفاده از داده‌هایی که ماهواره‌ها در اختیار قرار می دهند و اندازه‌گیری روی سطح زمین پاسخ این پرسش را بیایند.

جو زمین سیستم پیچیده ای است که عوامل مختلفی در آن دخیلند. ماهواره هایی که در مدار زمین هستند بطور مرتب وضعیت هوایی را که ما تنفس می کنیم، رصد می کنند. همچنین تاثیر شرایط طبیعی و آلودگی های ناشی از زندگی انسان بر این هوا را زیر نظر دارند.

اهمیت سنجش میزان آلودگی در جو زمین

اندازه گیری میزان آلودگی واقعی در جو زمین ماموریت مهمی است زیرا طبق گزارش اخیر سازمان جهانی بهداشت علت یک مرگ از هر هشت مرگی که در سراسر جهان رخ می دهد آلودگی هواست.

ژان فیلیپ بوروز، استاد فیزیک اتمسفر زمین از دانشگاه برمن در آلمان در باره اهمیت اندازه گیری میزان آلودگی واقعی در جو زمین، تطبیق آن با داده هایی که از ماهوارها در اختیار ما قرار می دهند و اندازه گیری هایی که در سطح زمین انجام می شود، توضیح می دهد: «اندازه گیری از فضا برای ما حیاتی است زیرا اطلاعاتی در باره تصویر جهانی آب و هوا، و همینطور اطلاعاتی از وضعیت محلی آب و هوا در نقاط مختلف به ما می دهد. نشان می دهد که تغییرات آب و هوایی، واکنشهای شیمیایی در جو زمین به همراه گازهایی که در اثر فعالیت های انسان منتشر می شود، اینها چه تاثیری دارند. سیستم بادها هوا را جابجا می کند و در زمان خاصی در سال هوای اروپا به مناطق دست نخورده شمالگان می رود. همینطور تابستانها آلودگیهای هوای آمریکا به ما در اروپا می رسد. باید بدانیم منبع آلودگی کجا و چه هستند و جریان های معروف به جریان های سطحی را بشناسیم. همینطور باید بدانیم چه واکنشهای شیمیایی و فیزیکی در جو زمین رخ می دهد که باعث می شود آلودگی سرتاسر جو کره زمین را طی کند و از یکجا به جای دیگر برود.»

برای تشخیص تمامی ترکیبات شیمیایی موجود در جو زمین، دانشمندان با استفاده از دستگاههای تجزیه و تحلیل ذرات جامد معلق در هوا، طیف سنجها و ماهواره داده ها را جمع آوری می کنند. ماهواره هایی که این اندازه گیری ها را انجام می دهند در قالب طرح آژانس فضایی اروپا موسوم به “«کوپرنیکوس»” به جو زمین فرستاده شده اند.

طیف سنجهای موسوم به «گوم ۱» و «گوم ۲» و «سیاماکی» و همچنین ماهواره های سنتینل ۴و ۵ در آینده به جو زمین فرستاده می شود، بخشی از طرح کوپرنیکوس آژانس فضایی اروپا هستند.

در رصدخانه دانشگاه برمن، نور خورشید به اجزای طیفی اش تجزیه و آنالیز می شود تا مقادیر بسیار کم مواد آلاینده آشکار شود.

جوستوس نوتولت، استاد سنجنده های از راه دور در دانشگاه برمن می گوید: «هر کدام از مولکولها اثری از خود در طیف سنج به جا می گذارد. در نتیجه میلیونها خط طیفی و حجم زیادی از اطلاعات در اختیار داریم. این خط به میزان گاز دی اکسید کربن در جو ارتباط دارد که پرتوهای خورشید را جذب می کند.»

اندازه گیری میزان آلاینده ها روی سطح زمین

ایستگاه اندازه گیری متحرک هم در سطح زمین وجود دارد که دوده و میزان گسیل آلاینده های صنعتی در آن اندازه گیری می شود.

متان و دی اکسید کربن، جز گازهای گلخانه ای هستند که در اثر فعالیتهای انسان گسیل می شود. اما دانشمندان باید آلاینده های ناشی از فعالیتهای انسان و آلاینده های طبیعی را که مثلا در اثر فعالیت آتشفشانی یا آتش سوزی جنگلها ایجاد می شود، از هم تمیز بدهند.

فولکارد ویتروک، مدیر تیم تحقیقاتی در دانشگاه برمن می گوید در ایستگاههای اندازه گیری روی سطح زمین، ابزار مختلفی وجود دارد. وی می افزاید: «مثلا ابزاری داریم که هوای اطراف ما را می مکد تا آلاینده های موجود در آن را وارسی کند. از سوی دیگر، ابزاری هم برای سنجش از راه دور داریم که کمابیش همان کاری را می کند که سنجنده (ابزار) های موجود در فضا انجام می دهند تا ایده کلی و گسترده از میزان آلودگی هوا دست بیابیم.»

تطبیق داده های ماهواره ای با اطلاعات ایستگاههای اندازه گیری روی زمین

برای بررسی تاثیر آلودگی های ناشی از کلانشهرها بر کیفیت هوا، محققان دانشگاه برمن قرار است طی چند ماه آینده اقدامات جدیدی را آغاز کنند: آنها میزان گاز متان و دی اکسید کربن را اندازه گیری می کنند.

داده هایی را که در این پژوهش به دست می آید می توان با داده های ماهواره ای مقایسه کرد و درستی داده های ماهواره ای را ارزیابی کرد.

ماریا دولورس آندرس هرناندز، سرپرست تیم تحقیقاتی دانشگاه برمن می گوید: «دو سری عملیات فشرده برای اندازه گیری ذرات هوابرد (معلق در هوا) داریم که به ما تصویری آنی از واکنشهای شیمیایی مربوط به جریان این مواد می دهد و در کار آنالیز، این داده های ماهواره ای را به داده های دیگر اضافه می کنیم تا بفهمیم این مواد که از شهرهای بزرگ وارد جو می شوند در اثر واکنش های شیمیایی چه تغییراتی پیدا می کنند.»

پردازش داده ها با الگوریتمهای پیچیده

پس از جمع آوری این حجم عظیم داده ها باید آنها را پردازش کرد. مرحله نهایی نیاز به الگوریتمهای پیچیده و زیرساختهای فناوری اطلاعلات دارد. در واقع باید اندازه گیری هایی را که ماهواره ها انجام داده و آنهایی که توسط حسگرهای روی سطح زمین صورت گرفته با هم تطبیق داد. این مطابقت اساس پیش بینی میزان آلودگی است.

آندرس ریشتر، یکی از محققان دانشگاه برمن می گوید: «ماهواره ها نقشه های زیبا از زمین برای ما می فرستند، اما استفاده از آنها مشروط به اندازه گیری های دیگری است که بتوان داده های ماهواره را با آنها مقایسه و تأیید کرد و به این منظور اندازه گیری از روی زمین هم لازم است. وقتی ماهواره را به فضا پرتاب کردید نمی توانید آن را دوباره به آزمایشگاه بیاورید و وارسی اش کنید. در فضاست و باید به داده هایش اعتماد کنید و تنها راه برای رسیدن به این اعتماد مقایسه داده های ماهواره با اندازه گیری های دیگر است.»

اندازه گیری آلودگی های صنعتی

افزایش گازهای گلخانه ای تعادل بین انرژی ورودی و خروجی زمین را بر هم زده و فرایند تغییر آب و هوا را تسریع کرده است. تأثیر این افزایش بر گرم شدن آب و هوای زمین آسیب پذیری محیط زیست سیاره را نمایان کرده است. این آسیب پذیری نشان می دهد که نیاز به بررسی هایی بنیادی هست تا بتوان با تأثیرات شدید تغییرات آب و هوایی مقابله کرد و سیاست های درست اتخاذ کرد.

جوستوس نوتولت کارشناس حسگرهای از راه دور می گوید: «انسان تأثیر بزرگی بر آب و هوا دارد و مشکل این است که هر کار که می کنیم منجر به تغییراتی در گستره های بزرگ زمانی می شود و نتیجه و تأثیر تصمیمگیری هایی که الان به مرحله اجرا گذاشته شود۵۰ سال بعد و شاید حتی دیرتر معلوم خواهد شد.»

ژان فیلیپ بوروز استاد فیزیک اتمسفر در دانشگاه برمن می گوید: «نیاز به اطلاعات بیشتر یا کیفیت بهتر هست تا بتوان سازوکار های لازم را فراهم کرد و بهترین مدل را برای تأثیر انسان و پدیده های طبیعی بر تغییر سیستم زمین ساخت. در اروپا کیفیت هوا بهتر شده است و این بی شک نتیجه سیاست هایی بود که پیش گرفته شد. این نکته نشاندهنده این است که دولت و مردم توان انجام کارهای لازم را دارند اما هنوز راه درازی در پیش داریم.»

آژانس فضای اروپا ماهواره «سنتینل ۵» را امسال به فضا خواهد فرستاد. این ماهواره می تواند اندازه گیری هایی در سطح بالا روی جو زمین انجام دهد. عملکرد آن از ابزارهایی که فعلا در مدار زمین قرار دارند بهتر خواهد بود.

با این ماهواره کیفیت داده گیری بهتر خواهد شد و پژوهشگران خواهند توانست مدل هایشان را بهینه کنند.

منبع: یورونیوز