هي الغازات التي تقوم بامتصاص الأشعة الحرارية تحت الحمراء، التي تنطلق من سطح الأرض، وتعيدها مرة ثانية إلى الأرض، مسببة ظاهرة الاحتباس الحراري. ويوجد بعض هذه الغازات بشكل طبيعي في الغلاف الجوي، مثل غاز ثنائي أكسيد الكربون، وأكاسيد الآزوت، وغاز الميثان. ولولا وجود هذه الغازات، والدور الذي تقوم به، لكانت درجة حرارة الأرض، أقل مما هي عليه الآن، ولكانت الحياة مستحيلة على سطح الأرض. لكن نشاطات الإنسان، كحرق الوقود الأحفوري مثلاً، تسببت في زيادة تركيز هذه الغازات في الغلاف الجوي. كما أن هناك غازات لا توجد بشكل طبيعي في الغلاف الجوي، وإنما أدخلت إليه بفعل نشاط الإنسان، كالمركبات الفلوروكربونية.  ويبين الجدول (1) غازات الدفيئة التي تؤثر على المناخ.

وهناك غازات دفيئة (غير مباشرة) أهمها:

أكاسيد الآزوت                                  NOx

الأمونيا                                         NH3

أول أكسيد الكربون                               CO

مركبات عضوية طيارة غير الميثان         NMVOC

ثنائي أكسيد الكبريت                             SO2

حيث تعمل هذه الغازات بطريقة غير مباشرة. فأكاسيد الازوت NOx تساعد في أكسدة الأكسجين للهايدروكربونات، وتشكيل أوزون التروبوسفير، الذي هو من غازات الدفيئة المباشرة، وكذلك تفعل الأمونيا. أما أول أكسيد الكربون فإنه يتأكسد ويتحول إلى ثنائي أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. وكذلك تتأكسد المركبات العضوية الطيارة بدورها، متحولة إلى ثنائي أكسيد الكربون ومسببة تشكل أوزون التروبوسفير. أما أكاسيد الكبريت فإنها تساعد في الأكسدة، وتشكيل أوزون التروبوسفير، كما أنها تساعد في تشكيل المعلقات التي تؤثر على تغير المناخ.

ثنائي أكسيد الكربون CO₂ :

ازداد تركيز ثنائي أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بمعدل 31% منذ الثورة الصناعية في منتصف القرن الثامن عشر. ولم يتم تجاوز التركيز الحالي لهذا الغاز خلال الأعوام ال 420000 الماضية. كما يبدو من المرجح أنه لم يتجاوز خلال العشرين مليون عام الماضية. أما معدل الزيادة فيتم بسرعة لم يسبق لها مثيل خلال العشرين ألف عام الماضية على الأقل. ويأتي 75% من ثنائي أكسيد الكربون الناجم عن الأنشطة البشرية في الغلاف الجوي خلال العشرين عاماً الماضية، من حرق الوقود الأحفوري. أما الباقي فينجم عن تغير استعمال الأراضي، وعلى الأخص حرق الغابات. تمتص المحيطات واليابسة حوالي 50% من ثنائي أكسيد الكربون الناجم عن البشر. وهناك عمليات كيميائية وفيزيائية تتحكم بامتصاص ثنائي أكسيد الكربون في المحيطات. ونتيجة لإزالة الغابات تطلق حالياً على اليابسة كميات من ثنائي أكسيد الكربون، أكبر من الكميات الممتصة.

لقد بلغ معدل زيادة تركيز ثنائي أكسيد الكربون في الجو حوالي 1.5 ج.ب.م (جزء بالمليون) سنوياً خلال العقدين الماضيين أو بمعدل 0.4% في العام. وخلال التسعينات، تغيرت الزيادة السنوية من 0.9 ج.ب.م إلى 0.8 ج.ب.م. ويعود قدر كبير من هذا التغير، إلى تأثير التغيرات المناخية مثل أحداث (النينو)، التي أثرت على امتصاص ثنائي أكسيد الكربون، وإطلاقه من اليابسة والمحيطات. ومن المؤكد أن ثنائي أكسيد الكربون الناتج عن حرق الوقود الأحفوري سيكون العامل المسيطر، خلال القرن الحادي والعشرين. وستمتص اليابسة والمحيطات كميات أقل منه. وبحلول عام 2100 يتوقع أن يصل تركيز ثنائي أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، بين 540 و910 ج.ب.م، علماً أن تركيزه كان مع بداية الثورة الصناعية عام 1750 بحدود 280 ج.ب.م ووصل عام 1999 إلى 367 ج.ب.م. إن غاز ثنائي أكسيد الكربون هو الغاز الأهم بين غازات الدفيئة من حيث تأثيره الإشعاعي. ويقدر التأثير الإشعاعي له ب 1.46 وات / م2 وبذلك فهو يمثل 60% من مجموع التأثير الإشعاعي لغازات الدفيئة جميعها.

وتعادل الكمية الكلية للكربون في المحيطات 50 مرة كميتها في الغلاف الجوي. ويوجد الكربون في المحيطات على شكل ثنائي أكسيد الكربون الحر بنسبة 1%، وعلى شكل ثنائي الكربونات بنسبة 90%، وعلى شكل كربونات بنسبة 8%.

غاز الميثان CH₄ :

ازداد تركيز غاز الميثان في الغلاف الجوي إلى حوالي 1060 ج.ب.ب (جزء في البليون)  أي بمعدل 151% منذ الثورة الصناعية عام 1750. ولا يزال هذا التركيز يزداد علماً أنه لم يتجاوز في الغلاف الجوي خلال الـ 420000 سنة الماضية. وقد تباطأت الزيادة في تركيز الميثان في عقد التسعينات عن عقد الثمانينات من القرن الماضي. وتعود الزيادة البسيطة المستمرة في تركيز الميثان حالياً، إلى الأنشطة البشرية كاستخدام الوقود الأحفوري، وتربية الماشية، والتوسع في زراعة الأرز، وازدياد كميات القمامة الصلبة وعدد مقالبها، ومعالجة مياه الصرف الصحي وغيرها.

تعادل امتصاصية غاز الميثان للأشعة تحت الحمراء الحرارية 50 مرة امتصاصية المقدار نفسه من ثنائي أكسيد الكربون. ويأتي حوالي نصف غاز الميثان الذي يطلق إلى الجو من الأنشطة البشرية. وهو يزاح من الجو عن طريق التفاعلات الكيميائية. وهناك قياسات منتظمة لغاز الميثان في الجو منذ عام 1983، أما قبل ذلك التاريخ فيقاس من عينات من القبعة الجليدية. ويعادل التأثير الإشعاعي لغاز الميثان اليوم، حوالي 0.48وات / م2. وهذا يعادل 20% من التأثير الإشعاعي لكامل غازات الدفيئة.

لقد ارتفع تركيز غازا الميثان في الجو من 1610 ج.ب.ب عام 1983 إلى 1745 ج.ب.ب عام 1998 مع أن الزيادة السنوية تناقصت. وقد تغيرت الزيادة السنوية كثيراً في عقد التسعينات. فقد كانت بحدود الصفر عام 1992 وارتفعت إلى 13 ج.ب.ب عام 1998. وليس هناك تفسير واضح لهذا الاختلاف. ومنذ صدور التقرير الثالث للمنظمة الحكومية لتغير المناخ IPCC تحسنت عملية تقدير إصدارات حقول الأرز من غاز الميثان. وعلى الرغم من أن معظم مصادر غاز الميثان قد حددت، إلا أنها غير مؤكدة كمياً، لأنها عمليات حيوية.

أكسيد النتروز :N₂O

ازداد تركيز أكسيد النتروز في الغلاف الجوي بنحو 46 ج.ب.ب (17%) منذ عام 1750 ولا يزال يزداد إلى الآن. ولم يتم تجاوز هذا التركيز منذ 1000 عام على الأقل. ويأتي ثلث إصدارات غاز أكسيد النتروز من الأنشطة البشرية، (مثل التربة الزراعية وأماكن تغذية الأبقار ومن الصناعات الكيميائية). يزاح أكسيد النتروز من الجو بواسطة التفاعلات الكيميائية. وتستمر الزيادة بمعدل 25% كل عام من عام 1980 إلى 1998. وهناك اختلافات هامة في تركيز أكسيد النتروز في المناطق المختلفة من العالم. وقد وجد هناك نقص في الزيادة في الفترة من 1991 إلى 1993. يعود هذا الأمر إلى عوامل مختلفة، منها تناقص استخدام الأسمدة الآزوتية، وتناقص الإصدارات الحيوية، وتناقص تركيزه في الستراتوسفير بسبب التدوير المتأثر بالبراكين. ومنذ عام 1993 عادت الزيادة إلى ما يقارب مستواها في عقد الثمانينات. إن هذا يدل على أن درجة عدم التأكد لا زالت كبيرة. وتبلغ كمية الإصدارات الطبيعية 10 تيرا غرام نتروجين في العام حيث يأتي 65% منها من التربة و30% من المحيطات. وتقدر الإصدارات البشرية الناجمة عن الزراعة، وحرق الكتلة الحيوية وتربية الحيوان والأنشطة الصناعية بـ 8 تيرا غرام نتروجين في العام. ويعطي هذا تأثيراً إشعاعياً يقدر بـ 0.15 وات / م2 وهو يعادل 6% من التأثير الإشعاعي لكامل غازات الدفيئة.

الكلورو كربون CC:

لا توجد هذه الغازات بشكل طبيعي في الجو، وإنما أدخلت إليه من قبل الإنسان. ولهذه الغازات زمن بقاء طويل، ولذا فهي تمتزج مع الغازات الأخرى في طبقات الجو بشكل كامل. و تحطم هذه الغازات الأوزون في الستراتوسفير، كما أنها في الوقت نفسه غازات دفيئة تسبب الاحتباس الحراري. وقد تناقص تركيزها كثيراً منذ عام 1995 نتيجة الالتزام بتطبيق اتفاقية مونتريال التي حرمت استخدامها. غير أن بعض البدائل المستخدمة مثل الهيدروكربونات كاملة الفلورة، وسادس فلور الكبريت، تعد من غازات الدفيئة أيضاً، وبالتالي فإن تركيزها يزداد في الجو مسبباً الاحتباس الحراري. تسهم هذه الغازات بتأثير إشعاعي قدره 0.34 وات/م2 والذي يعادل 14% من التأثير الكلي لغازات الدفيئة.

أوزون التروبوسفير O₃:

يعد أوزون التروبوسفير حالياً، أهم ثالث غاز من غازات الدفيئة بعد ثنائي أكسيد الكربون وغاز الميثان. ينتج عن تفاعلات ضوكيميائية و يرتبط وجوده بإصدار غاز الميثان، وأحادي أكسيد الكربون، وأكاسيد الآزوت، والمركبات العضوية الطيارة. و للأوزون دور مزدوج. فهو في طبقة الستراتوسفير، يمتص الأشعة فوق البنفسجية ويشكل درعاً واقياً يحمي سطح الأرض من هذه الإشعاعات المدمرة. وهو في طبقة التروبوسفير القريبة من سطح الأرض،  يعتبر من غازات الدفيئة التي تمتص الأشعة في المجال تحت الحمراء، مما يساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري. وقد ازداد تركيز الأوزون في التروبوسفير بنسبة 36% منذ عام 1750 نتيجة للإصدارات بشرية المنشأ، من عدد من الغازات المشكلة له. ويعادل ذلك حدوث تأثير إشعاعي موجب قدره 0.35 وات/ م2. ويختلف التأثير الإشعاعي للأوزون كثيراً من منطقة لأخرى، باختلاف مناطق تواجده نتيجة لتفاعله في الجو. وإذا تضاعف إصدار غاز الميثان وازداد إصدار الإنسان من أحادي أكسيد الكربون وأكاسيد الآزوت ثلاث مرات، فسيزداد أوزون التروبوسفير بمعدل 50% فوق مستواه الحالي.

المعلقات :

تأتي أهم مصادر المعلقات من حرق الوقود الأحفوري، والكتلة الحيوية. وترتبط هذه المصادر أيضاً، بتدهور نوعية التربة، وإطلاق الغبار، وبالرواسب الحمضية كأكاسيد الكبريت. ويبلغ التأثير الإشعاعي المباشر لأكاسيد الكبريت بحدود -0.4 وات / م2 و -0.2 وات/ م2 للمعلقات الناتجة عن حرق الكتلة الحيوية، و-0.1 وات/م2 للكربون العضوي الناجم عن حرق الوقود الأحفوري و-0.2 وات/م2 بالنسبة للسخام الأسود الناجم عن الوقود الأحفوري. وتختلف كمية المعلقات كثيرا" من منطقة لأخرى إذ أنها تستجيب بسرعة للتغيرات الطارئة على الإصدارات. وتقوم الأمطار بغسلها وإزاحتها، ولذا يكون تركيزها عاليا" قرب مصدرها ويتناقص بالابتعاد عنه. وعلاوة على تأثيرها الإشعاعي المباشر، فلها تأثير غير مباشر يتمثل بتأثيرها على الغيوم. وهناك المزيد من الأدلة الآن على هذا التأثير السلبي غير المباشر، على الرغم من أن هذا غير مؤكد تماماً. تركيز الكبريتات المترسبة في جليد غرينلاند. وبشكل عام فللمعلقات في التروبوسفير، تأثير إشعاعي سلبي، ويؤدي وجودها إلى تبريد الجو. كما أن زمن بقائها أقصر بكثير من بقية غازات الدفيئة، حيث يتراوح من أيام إلى أسابيع، بينما يمتد بالنسبة لغازات الدفيئة الأخرى لعقود وحتى لقرون.

بخار الماء H₂O:

يمتص بخار الماء الأشعة تحت الحمراء بشكل أكبر من غاز ثنائي أكسيد الكربون. ولذا فهو يعتبر من غازات الدفيئة. غير أن كمية بخار الماء الصادرة إلى الغلاف الجوي نتيجة لنشاطات الإنسان، ضئيلة جداً مقارنة بكمية بخار الماء الناجمة عن المصادر الطبيعية. وبالتالي فهو لا يعد من غازات الدفيئة الناجمة عن الأنشطة البشرية، و لذا لا يحسب معها لمعرفة، تأثيره على المناخ، بحسب المنظمة الحكومية لتغير المناخ IPCC. ومع ذلك فإن ارتفاع درجة الحرارة الناجم عن تأثير غازات الدفيئة التي يصدرها الإنسان تسبب تبخيراً أكبر للماء، وبالتالي فهي تسبب المزيد من تغير المناخ، وارتفاع درجة الحرارة. أي أن هناك تغذية راجعة لبخار الماء، وعلاقته بالمناخ.

أحادي أكسيد الكربون CO:

يعتبر أحادي أكسيد الكربون أحد غازات الدفيئة غير المباشرة الهامة. ويؤثر إصدار أحادي  أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي على كيمياء OH-CH4-O3.  وقد دلت الحسابات التي أجريت على النماذج بأن إصدار 100 مليون طن من أحادي أكسيد الكربون، يحرض تأثيراً على كيمياء الغلاف الجوي، يعادل الإصدار المباشر ل 5 مليون طن من غاز الميثان.

حساب غازات الدفيئة وتسجيلها:⁽⁴⁾

تتولد الطاقة في معظم الحالات من حرق الوقود الأحفوري. وأثناء هذه العملية، يتحول الكربون والهيدروجين في الوقود إلى ثنائي أكسيد الكربون CO2 وماء H2O، و تطلق الطاقة الكيميائية على شكل حرارة. تستخدم هذه الحرارة مباشرة، أو تحول إلى طاقة ميكانيكية (مع بعض الخسارة) لتوليد الكهرباء أو للنقل. ويعتبر قطاع الطاقة القطاع الأهم بالنسبة لإصدارات غازات الدفيئة، إذ أنه يطلق 90% من ثنائي أكسيد الكربون و75% من غازات الدفيئة في الدول المتقدمة. و يمثل ثنائي أكسيد الكربون 95% من إطلاق غازات الدفيئة في قطاع الطاقة،  حيث يتوزع الباقي بين الميثان وأكسيد النتروز. ويمثل حرق الوقود في أماكن ثابتة 70% من إصدارات غازات الدفيئة في قطاع الطاقة. ويشكل الحرق في محطات توليد الطاقة ومصافي تكرير النفط 50% منها. ويمثل الحرق من مصادر متحركة حوالي ربع الإصدارات لقطاع الطاقة.

____________________________
(1) UNEP & WMO , " Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories" , IGES , Japan ,  April (1997).

(2) UNEP & WMO , " Intergovernmental Panel on Climate Change.

(3) National Research Council (NRC), 2005: Radiative Forcing of Climate Change. National Academy Press, Washington, DC (2005).

(4)  IPCC: 2006 IPCC Guidelines for National        Greenhouse Gas Inventories , IGES , Japan ,  April (2007).