منحنى كيلينج

منحنى كيلينغ هو رسم بياني يوضح التغير السنوي والتراكم الكلي لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض، استنادًا إلى قياسات متواصلة أُجريت في مرصد مونا لوا في جزيرة هاواي منذ عام 1958 وحتى يومنا هذا. سُمّي المنحنى تيمنًا بالعالم تشارلز ديفيد كيلينغ ، الذي بدأ برنامج الرصد وأشرف عليه حتى وفاته عام 2005.

أظهرت قياسات كيلينغ أول دليل هام على الارتفاع السريع في مستويات ثاني أكسيد الكربون (CO2 ₎ في الغلاف الجوي. ^{[ 1 ]} ووفقًا لناومي أوريسكس ، أستاذة تاريخ العلوم في جامعة هارفارد ، يُعد منحنى كيلينغ أحد أهم الأعمال العلمية في القرن العشرين. ^{[ 2 ]} ويعزو العديد من العلماء الفضل إلى منحنى كيلينغ في لفت انتباه العالم لأول مرة إلى الارتفاع الحالي في مستويات _ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. ^{[ 3 ]}

قبل خمسينيات القرن العشرين، كانت قياسات تركيزات _ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي تُجرى بشكل متقطع في مواقع مختلفة. في عام ١٩٣٨، قارن المهندس وعالم الأرصاد الجوية الهاوي غاي ستيوارت كاليندر بيانات تركيز _ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من كيو في الفترة ١٨٩٨-١٩٠١، والتي بلغ متوسطها ٢٧٤ جزءًا في المليون ( ppm )، ^{[ ٤ ]} مع بيانات من شرق الولايات المتحدة في الفترة ١٩٣٦-١٩٣٨، والتي بلغ متوسطها ٣١٠ جزءًا في المليون ، وخلص إلى أن تركيزات _ثاني أكسيد الكربون آخذة في الارتفاع نتيجة للانبعاثات البشرية المنشأ . ^{[ ٥ ]} مع ذلك، لم تلقَ نتائج كاليندر قبولًا واسعًا في الأوساط العلمية نظرًا لعدم انتظام القياسات. ^{[ ٦ ] [ ٧ ]}

كان تشارلز ديفيد كيلينغ ، من معهد سكريبس لعلوم المحيطات بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو ، أول من أجرى قياسات منتظمة ومتكررة لتركيزات _ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي في القارة القطبية الجنوبية ، وعلى جبل مونا لوا في هاواي، بدءًا من مارس 1958. ^{[ 8 ]} وكان كيلينغ قد اختبر سابقًا تقنيات القياس واستخدمها في مواقع أخرى، بما في ذلك بيغ سور بالقرب من مونتيري ، والغابات المطيرة في شبه جزيرة أولمبيك بولاية واشنطن ، وغابات الجبال العالية في أريزونا . ^{[ 1 ]} ولاحظ سلوكًا يوميًا واضحًا _لثاني أكسيد الكربون ، مع وجود فائض منه _ليلًا نتيجة تنفس النباتات والتربة، وقيم بعد الظهر التي تمثل "الغلاف الجوي الحر" فوق نصف الكرة الشمالي . ^{[ 1 ]}

في عامي 1957-1958، وهما العامان الجيوفيزيائيان الدوليان ، حصل كيلينغ على تمويل من مكتب الأرصاد الجوية لتركيب أجهزة تحليل الغاز بالأشعة تحت الحمراء في مواقع نائية، بما في ذلك القطب الجنوبي وعلى بركان ماونا لوا في جزيرة هاواي . وقع الاختيار على ماونا لوا كموقع رصد طويل الأمد نظرًا لموقعه النائي بعيدًا عن القارات وقلة الغطاء النباتي فيه. قام كيلينغ وزملاؤه بقياس نسيم المحيط القادم فوق طبقة الانعكاس الحراري لتقليل التلوث المحلي الناتج عن الفتحات البركانية. ^{[ 8 ]} تمت معايرة البيانات لإزالة أي تأثير للتلوث المحلي. ونظرًا لتخفيضات التمويل في منتصف الستينيات، اضطر كيلينغ إلى التخلي عن جهود الرصد المستمر في القطب الجنوبي، لكنه تمكن من جمع ما يكفي من المال للحفاظ على العمليات في مرصد ماونا لوا ، والتي استمرت حتى يومنا هذا. ^{[ 9 ]}

قدّمت مقالة كيلينغ في مجلة تيلوس عام 1960 أولى السجلات الشهرية _لثاني أكسيد الكربون من مونا لوا والقارة القطبية الجنوبية (1957 إلى 1960)، حيث وجدت "دورة موسمية واضحة... وربما ارتفاعًا عالميًا في _ثاني أكسيد الكربون من سنة إلى أخرى". ^{[ 10 ] [ 9 ] : 41-42.} وبحلول سبعينيات القرن العشرين، كان من الثابت أن زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي مستمرة وتعود إلى الانبعاثات البشرية المنشأ. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

تُجرى قياسات ثاني أكسيد الكربون في مرصد مونا لوا في هاواي باستخدام نوع من مطياف الأشعة تحت الحمراء ، يُعرف الآن باسم مستشعر الأشعة تحت الحمراء غير المشتت ، والذي تتم معايرته وفقًا لمعايير المنظمة العالمية للأرصاد الجوية . ^{[ 13 ]} هذا النوع من الأجهزة، الذي كان يُسمى في الأصل جهاز قياس ثاني أكسيد الكربون ، اخترعه جون تيندال لأول مرة عام 1864، وسُجلت قراءاته بواسطة خطوط قلم على مسجل شريطي. ^{[ 14 ]} حاليًا، تُضاف عدة مستشعرات ليزرية للعمل بالتزامن مع مطياف الأشعة تحت الحمراء في معهد سكريبس لعلوم المحيطات ، بينما لا تزال قياسات الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) في مونا لوا تستخدم مستشعر الأشعة تحت الحمراء غير المشتت .

تُظهر القياسات التي جُمعت في مرصد مونا لوا ارتفاعًا مطردًا في متوسط ​​تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي _من 313 جزءًا في المليون ( ppm ) في مارس 1958 إلى 406 جزءًا في المليون في نوفمبر 2018، ^{[ 15 ]} بمعدل زيادة حالي قدره 2.48 ± 0.26 (المتوسط ​​± انحرافان معياريان) _جزءًا في المليون من ثاني أكسيد الكربون سنويًا. ^{[ 16 ]} ويعود هذا الارتفاع في تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي _إلى احتراق الوقود الأحفوري ، وقد تسارع في السنوات الأخيرة. ونظرًا لأن _ثاني أكسيد الكربون غاز دفيئة ، فإن لهذا الأمر آثارًا بالغة على ظاهرة الاحتباس الحراري . وتُشير قياسات تركيز _{ثاني أكسيد الكربون في} فقاعات الهواء القديمة المحتجزة في عينات الجليد القطبية إلى أن متوسط ​​تركيز _ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي كان يتراوح بين 275 و285 جزءًا في المليون خلال عصر الهولوسين (منذ 9000 قبل الميلاد )، ولكنه بدأ في الارتفاع بشكل حاد في بداية القرن التاسع عشر. ^{[ 17 ]}

يُظهر منحنى كيلينغ أيضًا تغيرًا دوريًا يبلغ حوالي 6 أجزاء في المليون سنويًا، يتوافق مع التغير الموسمي في امتصاص _ثاني أكسيد الكربون بواسطة الغطاء النباتي البري في العالم. يتركز معظم هذا الغطاء النباتي في نصف الكرة الشمالي ، حيث تقع معظم اليابسة. يبدأ المستوى بالارتفاع من ذروته في شهر مايو، ثم ينخفض ​​خلال فصلي الربيع والصيف في نصف الكرة الشمالي، حيث تمتص النباتات الجديدة _ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي عبر عملية التمثيل الضوئي . بعد بلوغه أدنى مستوى له في شهر سبتمبر، يرتفع المستوى مجددًا في فصلي الخريف والشتاء في نصف الكرة الشمالي، مع موت النباتات وتحللها، مما يؤدي إلى إطلاق _ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى في الغلاف الجوي. ^{[ 10 ] [ 12 ]}

مخطط كيلينغ هو تمثيل بياني للتغيرات في نسبة نظائر الكربون (δ ¹³ C ) (المحور الصادي)، مقابل مقلوب تركيز ثاني _أكسيد الكربون (1/[ CO ₂ ]) (المحور السيني)، ويستخدم لتحديد مصادر ومصارف الكربون داخل النظم البيئية ، لدراسات المناخ القديم ، ^{[ 28 ]} أو لأبحاث دورة الكربون . ^{[ 29 ]}

• مراقبة غازات الاحتباس الحراري
• العمل من أجل تمكين المناخ (ACE)
• اتفاقية باريس

• الموقع الرسمي لمنحنى كيلينغ. معهد سكريبس لعلوم المحيطات، جامعة كاليفورنيا في سان دييغو
• _ثاني أكسيد الكربون على الأرض : نسخة محدثة سنوياً من منحنى كيلينغ
• تغير المناخ واضح على قمة ماونا لوا، الإذاعة الوطنية العامة، برنامج "يومًا بيوم"، 1 مايو 2007
• معهد سكريبس لعلوم المحيطات - برنامج _ثاني أكسيد الكربون : موطن منحنى كيلينغ