وارونگی و آلودگی هوا در زمستان

فصل سرما برای ساکنان شهرهای بزرگ یادآور روزهایی است که آسمان به جای آبی بودن، خاکستری رنگ است و اطلاعیه های سازمان حفاظت محیط زیست که هشدار میدهند که آلودگی هوا از مقدار مجاز خود متجاوز شده است. پرسشی که برای بسیاری از مردم پیش میآید این است که چرا این آلودگیهای هوا در سرما اتفاق میافتد. آیا در فصلهای گرم منابع آلوده کننده ی هوا وجود ندارند؟ و اصلاً عبارت وارونگی هوا که در چنین مواقعی مرتباً به گوش میخورد به چه معناست؟ در این جا میخواهیم این مسائل را روشن کنیم. آلودگی هوا بر اثر فعالیتهای انسانی از زمانی شروع شد که بشر برای تأمین گرما برای طبخ غذا یا گرم کردن کاشانه ی خود یا دیگر موارد به سوزاندن سوختهای آلی پرداخت. این آلودگی هنگامی تشدید شد که با اختراع ماشین بخار انقلاب صنعتی شروع به بروز کرد به ویژه که طولی نکشید که موتورهای درونسوز پا به عرصه ی وجود نهادند. افزایش جمعیت در شهرها، مصرف انرژی و مصنوعات بیشتری را طلب میکرد. راههای تأمین این نیازهای جدید بشر به هر حال ضایعاتی را نیز با خود همراه داشت که باید به زباله دانها ریخته میشدند. یکی از مهمترین انواع این ضایعات، گازهای آلوده کنندهای بود که در جو رها میشدند و گویا کمکم هوایی که بشر تنفس میکرد به زباله دانی تبدیل میشد.
اما طبیعت با وجود تمام این ستمهایی که بشر در حق او روا داشته بود باز هم نمیگذاشت انسان عملاً در معرض آثار آسیبزای آلودگی هوا قرار گیرد. متأسفانه اما این روند تخریبی بشر چندان ادامه یافت و تشدید گردید که طبیعت در خیلی جاها از نفس افتاد. هنگامی که طبیعت از نفس نیافتاده باشد همراه با جریانهای هوایی مختلف خود آلودگیهای جوی را میپراکند و اجازهی تمرکز به آنها نمیدهد. این جریانها چنانکه در زیر توضیح داده میشود در زمستان و سرما ضعیفتر میشود اما اگر آلودگی خیلی شدید نباشد همچنان قادر به پراکندن آن هست اما هنگامی که ورود آلودگیهای رها شده به جو توسط انسان بیش از خروجی ناشی از پراکندگی آنها توسط جریانهای ضعیف هوا باشد به میزان آلودگی هوای مجاور این مناطق افزوده میگردد و به نظر میرسد که آلودگی هوا امکان فرار ندارد. در زمستان، تابش خورشید در امتداد مایل به سطح نیمکرهی شمالی زمین میرسد و درنتیجه، انرژی رسیده به واحد سطح، کمتر است. به علاوه، در روزهای ابری (با حدود پنجاه درصد ابر)، تقریباً هفتاد و هشت درصد از تابش خورشیدی به سطح زمین نمیرسد. برف و ابرها در حدود هفتاد و پنج درصد از تابش خورشیدی را که به آنها میرسد بازتابش میکنند. به همین جهت است که در فصل سرما، وجود ابر و برف باعث کاهش گرمای سطح زمین میشود. جریانهای هوایی مختلف، آلودگیها را از محل تولید آنها در جهات گوناگون، چه در سطح افقی و چه در امتداد عمودی، پخش میکنند و از غلظت آنها در هوای آن منطقه میکاهند. نیروی محرکه ی این جابه جاییها، اختلاف دمای بین قسمتهای مختلف هواست. دانشمندان، جوّ را بر اساس ویژگیهای دمایی آن به لایه هایی تقسیمبندی کرده اند. در این تقسیم بندی، پایینترین لایه ی جو، که همانی است که در آن تنفس و زندگی میکنیم، تروپوسفر یا گشتکره نامیده میشود. تغییرات آب و هوایی، تشکیل ابرها، و تجمع آلودگیهای هوا در همین لایه صورت میگیرد. ضخامت تروپوسفر در نواحی استوایی کمی بیش از سیزده کیلومتر و در مناطق قطبی هفت تا هشت کیلومتر است. وجه مشخصهی این لایه وجود تناسب معکوس بین ارتفاع و دماست؛ با افزایش ارتفاع از دمای هوا کاسته میشود. این سیر نزولی دما از سطح زمین شروع میشود تا بالاخره در مرز بالایی تروپوسفر، دما در مناطق استوایی به حدود منفی هشتاد درجه و در مناطق قطبی به حدود منفی پنجاه و پنج درجهی سانتیگراد میرسد. بنا بر این معمولاً در گشتکره، هوایی که به سطح زمین نزدیکتر است دمای بیشتری دارد، و هوایی که بالای آن قرار گرفته است سردتر است. همین امر سبب میشود که هوای گرم مجاور زمین که سبکتر از هوای سرد است به طرف بالا صعود کند و چون در این گردش، آلودگیهای وارد شده از سطح زمین را با خود به بالا میبرد هوای تنفسی مجاور سطح زمین تا حدود زیادی از آلودگیها زدوده شده و تمیز میماند.
اهمیت این جریان عمودی پخش کنندهی آلودگیها در ارتفاعات بالایی جو هنگامی روشنتر میشود که عملاً متوقف شود که همان چیزی است که تحت عنوان وارونگی دمایی جو اتفاق میافتد. در هنگام وارونگی دمایی، به جای آنکه دمای هوا با افزایش ارتفاع کاهش یابد، این جهتگیری در بخشی از جو وارونه میشود یعنی با افزایش ارتفاع، دما افزایش مییابد. این وضعیت وارونگی سطحی نام دارد. هنگامی که وارونگی سطحی روی میدهد به جای این که هوای مجاور سطح زمین نسبت به قسمتهای بالاتر گرمتر باشد در مقایسه با آن بخشها سردتر است. بنابراین هوای مجاور سطح زمین که آلودگیها به آن وارد میشوند سبکتر نیست تا به بالا صعود کند. در این حال با توقف جریان عمودی هوا آلودگیها در سطح زمین به دام میافتند. اگر شهر یا منطقهای که آلودگی در آن تولید شده است در محاصرهی موانعی طبیعی نظیر کوهها باشند عملاً جریانهای افقی هوا نیز وجود نخواهد داشت و بدین ترتیب آلودگیها در همان محلی که رها شدهاند محبوس خواهند ماند. اما چرا اینگونه وارونگیهای سطحی در فصول سرد بیشتر رخ میدهند؟ یا به عبارتی، چرا در فصول گرم دمای هوای بالاتر کمتر و در فصول سرد این دما بیشتر است؟ برای پاسخ دادن به این پرسش لازم است کمی با چگونگی تبادل گرما بین جو و سطح زمین آشنا شوید. مقدار گرمایی که در هر دقیقه از طرف خورشید به کرهی زمین تابیده میشود در حدود دو کالری بر هر سانتیمتر مربع است. بخشی از این انرژی عظیم در جو جذب و پراکنده میشود. همچنین در حدود ده تا سی درصد از آن مقداری هم که به زمین میرسد بازتابیده میشود که بخشی از این گرمای بازتابیده از سطح زمین، در جو مجاور جذب میشود. در مجموع به طور متوسط در حدود چهل و دو درصد از انرژی رسیده از خورشید بر اثر بازتابش از جو و سطح زمین به فضا برمیگردد، پانزده درصد از آن در جو جذب میشود، و چهل و سه درصد از آن جذب سطح زمین میشود.. اینها مقادیر متوسط هستند و توزیع انرژی رسیده از خورشید در فصول سرد سال عملاً متفاوت است.
در زمستان، تابش خورشید در امتداد مایل به سطح نیمکرهی شمالی زمین میرسد و درنتیجه، انرژی رسیده به واحد سطح، کمتر است. به علاوه، در روزهای ابری (با حدود پنجاه درصد ابر)، تقریباً هفتاد و هشت درصد از تابش خورشیدی به سطح زمین نمیرسد. برف و ابرها در حدود هفتاد و پنج درصد از تابش خورشیدی را که به آنها میرسد بازتابش میکنند. به همین جهت است که در فصل سرما، وجود ابر و برف باعث کاهش گرمای سطح زمین میشود. نتیجه ی این کاهش این است که لایه های پایینی جو از یکی از منابع گرمایی خود محروم میشوند و حتی ممکن است بر اثر مجاورت با زمین سرد، از لایه های بالاتر از خود سردتر شوند. این همان چیزی است که به آن وارونگی دمایی گوییم. به همین دلیل است که وارونگیهای سطحی، غالباً پیش از طلوع آفتاب و در فصل زمستان اتفاق میافتند.
بدین ترتیب، وارونگیهای جوی چیزی نیستند که بتوانیم از آنها جلوگیری کنیم. درواقع اگر هوا را بیش از حد آلوده نمیکردیم اصلاً لازم نبود پس از شنیدن عبارت وارونگی جوی دچار اضطراب شویم. مشکل اینجاست که بشر آنقدر برای کاهش تراکم آلودگیهایی که تولید میکند به طبیعت تکیه میکند که اگر گهگاه در این فرایند وقفه ای پیش آید بهانه می آورد که مثلاً آلودگی هوا به دلیل وارونگی جوی است. اما در حقیقت علت آلودگی هوا و منشأ اولیهی آن خود اوست.
/ع