دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
مقدمه
دهه هشتاد به جهانیان نشان داد که محیط زیست بشر چنان دچار تخریب شده و رشد جمعیت و افزایش روزافزون قدرت تولید بشرآنچنان ابعادی به این تخریب داه است که قابلیت سکونت کره خاکی، مورد تهدید قرار گرفته و حیات افراد بشر به خظر افتاده است.
پژوهش‌هایی که در این دهه صورت گرفت و تغییرات عظیمی که در شرایط طبیعی کره زمین به وقوع پیوست، بیانگر آن بود که کره زمین در حال گرم شدن است.
گرم شدن کره زمین، به نوبه خود، خشکسالی و قحطی و کمبود آب را را به همراه آورده است. دیگر از زمستان‌های سرد و پربرف گذشته خبری نیست، تابستان‌ها، داغ و طولانی شده‌اند و میزان بارندگی سالیانه کاهش یافته است. این گرما به محصولات کشاورزی صدمه می‌زند و موجب کمبود آب مورد نیاز کشاورزی و آب آشامیدنی می‌شود. به علاوه افزایش درجه حرارت زمین، شرایط زیست بسیاری از گونه‌های حیوانی و گیاهی را به خطر انداخته است و تا کنون شمار زیادی از آنها از بین رفته‌اند. این افزایش، خطر آب شدن یخ‌های قطبی و کوه‌های یخی را نیز دربر دارد. اگر این امر واقع شود، سطح آب دریاها بالا خواهد رفت، در نتیجه بسیاری از شهرهای ساحلی و دلتاهای پست جهان به زیر آب خواهد رفت که از جمله آنها می‌توان شهر میامی در ایالت متحده آمریکا و دلتای بنگلادش را نام برد.
بی‌نظمی در گرم‌شدن جو
بیشترین تغییرات و پدیده‌های جوی، از این واقعیت نتیجه می‌شود که سطح زمین و جو که آن را دربرگرفته است، به صورت نامنظم گرم می‌شود. دلیل بی‌نظمی در گرم شدن جو این است که اولاً عواملی هستند که مقدار انرژی خورشیدی قابل جذب در سطح زمین را ناهمگن ساخته است. ثانیاً تفاوت‌های جنس زمین در میزان جذب تابشی خورشید موثر بوده و اختلاف عمده را بوجود می‌آورد.
مقدار انرژی خورشیدی
عوامل مختلفی در میزان انرژی دریافتی در سطح زمین دخالت دارند که عبارتند از:
1. به علت انحنای سطح کره زمین و انحراف محور زمین در گردش به دور خورشید، تابش خورشید با زوایای مختلف که به زمان و عرض‌های جغرافیایی مربوط می‌شود، به سطح زمین می‌رسد. هرچه ارتفاع خورشید بالاتر باشد، شدت انرژی خورشید روی سطح بیشتر است.
2. ضخامت لایه جو که تابشی از میان آن عبور می‌کند، در اثر تغییرات زاویه تابش متغیر است. وقتی انرژی خورشید از ارتفاع پایین‌تری از داخل لایه جو عبور می‌کند، مقدار بیشتری انرژی در تماس مولکول‌های هوا و ذرات معلق در جو قرار می‌گیرد.
3. مقدار ذرات و گرد و غبار موجود در هوا، با توجه به زمان و مکان تغییر می‌کند. مقدار گرد و غبار در وسط اقیانوس‌ها بسیار کمتر از میزان ان بر روی شهرهای صنعتی است. این ذرات در جذب، پخش و بازتاب تابش‌های خورشیدی که از میان آنها عبور می‌کند، موثر می‌باشد.
4. به ندرت می‌توان نقطه‌ای را در روی زمین نشان داد که زمان تابش آفتاب در آن تغییر نکند. علاوه بر ابری بودن آسمان به مدت طولانی که مانع رسیدن تابش به سطح زمین می‌شود، طول روز نیز در طی فصل‌ها بسیار متغیر است. بلندی روزهای تابستان تقریباً به دو برابر روزهای زمستان می‌رسد (که به عرض جغرافیایی محل مربوط است) و اثرات زیادی در مقدار انرژی که به هر محل می‌رسد، می‌گذارد.
ترکیب سطح زمین
دومین عامل اصلی جذب متفاوت و نامنظم انرژی خورشید توسط زمین، به علت اختلاف ترکیبات تشکیل‌دهنده سطح زمین است. حتی اگر انرژی خورشید در تمام سطح زمین به صورت مساوی و یکنواخت دریافت می‌شد، اختلاف زیادتر ترکیبات سطح زمین باعث جذب متفاوت مقادیر انرژی که بعداً هوا را گرم می‌کند، می‌گردید. اختلاف ترکیبات زمین، اهمیت بسیار زیادی در تعیین هوا و اقلیم منطقه دارد. قابل توجه‌ترین اختلاف، تفاوت بین زمین و دریاهاست. آب نسبت به زمین، گرما را بیشتر در خود نگه می‌دارد و همیشه نسبت به زمین با تاخیر زمانی گرما را از دست می‌دهد و لذا آب دریا در زمستان گرمتر از سطح زمین و در تابستان سردتر از سطح زمین می‌باشد.
آیا گرم شدن زمین در حال اتفاق افتادن است؟
چند گروه از دانشمندان آمریکا و انگلستان، مجموعه‌هایی از آمار مربوط به متوسط درجه حرارت کره زمین را از صد سال پیش تا کنون جمع‌آوری کرده‌اند. اگرچه متخصصین برخی از این ارقام را قبول ندارند، ولی روند کلی آن کاملاً روشن است. درجه حرارت متوسط کره زمین در سالهای دهه نهم قرن 19، حدود 5/14 درجه سانتیگراد بوده و در دهه 80 قرن بیستم، به 2/15 درجه صعود کرده است. میزان درجه حرارت بین سالهای 1940-1970 یکنواخت بوده، اما افزایش شدید آن در خلال دهه 80، چیزی بیش از جبران این آرامش چندساله بوده است. همانطور که متذکر شدیم، 5 سال از گرمترین سالهای قرن گذشته، در این دهه بوده است.
افزایش محدودی که تا کنون در گرمای زمین پیش آمده است، برای دانشمندان اهمیت دارد، اما برای اجتماع، چندان خطرناک نیست. بین سالهای 2030-2050 متوسط درجه حرارت زمین ممکن است 5/1-5/4 درجه سانتیگراد (3-8 درجه فارنهایت) بیش از متوسط حرارت در دهه‌های اخیر و یا بیش از گرمای متوسط زمین در دو میلیون سال گذشته باشد که این امر به معنای گرم شدن کره زمین با سرعتی مطابق 5-10 برابر سرعتی است که در خلال قرن گذشته داشته است.
اگر فوران حرارت کره زمین که در حدود سال 1970 شروع شده، ادامه یابد، خشکسالی، امواج گرما و سایر پدیده‌های غیرعادی جوی ممکن است تا اواخر دهه نود آنقدر افزایش یابند که دیگر حتی اشخاص غیرمتخصص هم دریابند که آب و هوا در حال تغییر است.
دانشمندان معتقدند سرعت تغییر آب و هوا بر روی تغییرپذیری طبیعی آب و هوای کره زمین را، بزودی تحت الشعاع خود خواهد ساخت، در واقع می‌توان این تغییر را با جنگ هسته‌ای مقایسه کرد، زیرا تغییر آب و هوا هم مانند جنگ هسته‌ای می‌تواند باعث ازهم گسیختگی زنجیره وسیعی از نظام‌های انسانی و طبیعی شود. وقتی هوا به سرعت گرم شود، تمام کارها از جمله کارهای آبیاری، طرح‌های اسکان و تولید مواد غذایی به شکل مصیبت‌باری صدمه خواهد دید.
عوامل موثر در گرم شدن کره زمین
در واقع، گرم شدن کره زمین عبارت از «روزی است که در طی آن میانگین دمای هوای نزدیک سطح زمین، در اثر فعالیت‌های انسانی و یا به طور طبیعی افزایش می‌یابد.» تشعشعات خورشیدی که به زمین می‌رسند، از طول موج‌های مختلفی تشکیل یافته و هر دامنه‌ای از طول موجها یک مقدار مشخصی از حرارت را به زمین منتقل می‌نمایند.
میزان گرم شدن هوای نزدیک سطح زمین در اثر تابش تشعشعات خورشید تحت تاثیر 4 عامل اصلی زیر تعیین می‌گردد:
1. میزان تشعشعات خورشیدی که زمین از خورشید دریافت می‌کند.
2. میزان تشعشعاتی که از زمین به فضا بازتابش می‌شود.
3. حبس و نگهداری حرارت بوسیله جو زمین.
4. تبخیر و تراکم بخار آب در جو زمین.
نوری که از خورشید به زمین می‌رسد، باعث گرم شدن کره زمین و جو آن می‌گردد. نظام جوی زمین به گونه‌ای است که مقدار زیادی از تشعشعات خورشیدی وارد شده به زمین به صورت امواج با طول موج بلند، مجدداً به فضا بازتابش می‌شود. بخار آب موجود در جو زمین به همراه گازهایی نظی دی‌اکسیدکربن و متان باعث گرم شدن جو زمین می‌گردند، زیرا این گارها امواج حرارتی بازتابش شده از سطح زمین را جذب نموده و مجدداً در محیط اطراف پخش می‌نماید.
به دام افتادن و حبس حرارت در جو زمین توسط این گازها تا حدودی شبیه به حبس گرما در یک گلخانه می‌باشد. از این رو چنین پدیده‌ای به نام اثر گلخانه‌ای شناخته می‌شود.
اثر گلخانه‌ای
احتمالات زیادی برای مشکلی به نام (اثر گلخانه‌ای) وجود دارد. این پدیده مستلزم افزایش غلظت کربن دی اکسید (CO2) در اتمسفر می‌باشد. افزایش کربن دی‌اکسید در اثر فعالیت‌های انسانی موجب تغییرات آب و هوایی می‌شود. به عبارتی درجه حرارت سطح زمین را تحت اثر قرار می‌دهد. کربن دی‌اکسید یک آلوده‌کننده هوا به شمار نمی‌آید، زیرا CO2 به طور طبیعی از اجزاء تشکیل دهنده هوا می‌باشد.
کربن دی‌اکسید در اثر فعالیت گیاهان و جانوران وارد اتمسفر می‌گردد. در این چرخه کربن، گیاهان به وسیله عمل فتوسنتز از انرژی نورانی استفاده نموده و CO2 هوا را با آب واکنش داده، تولید کربوهیدارت و اکسیژن می‌نمایند. کربوهیدراتها ترکیبات پیچیده‌ای از کربن، هیدروژن و اکسیژن، نظیر ساکاروز (شکر خوراکی)، نشاسته و سلولز می‌باشد. کربوهیدراتها در گیاهان ذخیره شده و اکسیژن در اتمسفر آزاد می‌گردد. گیاهان بوسیله تجزیه طبیعی، سوختن و یا مصرف توسط جانوران، اکسیده؛ اکسیژن از هوا جذب و CO2 به اتمسفر بازمی‌گرداند.
کربوهیدرات + O2 → CO2 + H2O
این توضیحات نشان‌دهنده چرخه کربن در طبیعت است که در صورتی که توسط فعالیت‌های انسان به هم نخورده، باعث ثابت ماندن مقدار CO2 در اتمسفر می‌شود.
انسان با قطع درختان با عث کاهش گیاهان و با سوزاندن سوخت‌های فسیلی و همچنین با تبدیل سنگ آهک به سیمان، موجب به هم زدن چرخه کربن می‌شود که این فعالیت، اول موجب کاهش توانای طبیعت در از بین بردن CO2 می‌شود و موارد بعدی، مقدار CO2 را در اتمسفر افزایش می‌دهد. یادآوری می‌شود که در اثر سوختن مواد کربن‌دار، CO2 ایجاد می‌شود.
تغییرات دوره‌ای در اثر کاهش سالیانه CO2 از طریق فتوسنتز در طی فصول به وجود می‌آید. اثر گلخانه‌ای، نتیجه تاثیر متقابل بین افزایش مقدار CO2 اتمسفر و تشعشعاتی که زمین را ترک میکنند، می‌باشد، بیشتر تشعشعات خورشیدی تابیده شده، شامل بسیاری از طول موجها، به سطح زمین نمی‌رسند.
ازون در لایه استراتوسفر، بیشتر نور فرابنفش (با طول موج‌های کوتاهتر از مرئی) را عبور، و بخار آب اتمسفری، CO2 و نیز مقدار زیادی از نور مادون قرمز (طول موج‌های بلندتر از مرئی) تابیده شده را، که ما به صورت گرما بر روی پوست خود احساس می‌کنیم، جذب می‌کند. بنابراین، بیشترین مقدار نورهایی که به سطح زمین می‌رسند، دوباره به فضا منعکس می‌شود. بیشتر 3/2 باقیمانده، توسط موادی مثل صخره‌ها، سیمان و غیره جذب می‌شود. این نور جذب شده به شکل تشعشعات مادون قرمز با طول موج بلند یا گرما (وقتی که زمین سرد می‌شود) منتشر می‌شود.
نور با این طول موج‌های بلند توسط CO2 اتمسفر جذب و موجب گرم‌شدن و آزادشدن گرما و در نتیجه افزایش دمای اتمسفر می‌گردد. CO2 به طور موثر به عنوان یک صافی یک طرفه عمل می‌کند، به نور مرئی اجازه ورود از یک جهت، اما از عبور نورهایی با طول موج بلند در جهت مخالف جلوگیری می‌نماید.
بخار آب اتمسفری نیز به عنوان یک صافی مشابه CO2 عمل می‌کند، اما غلظت آب به طور قابل ملاحظه‌ای در اثر فعالیت انسان تغییر نمی‌نماید. بنابراین سهم آن در دمای اتمسفر ثابت می‌ماند.
به طور صافی عمل نمودن یک طرفه CO2، منجر به افزایش دمای اتمسفر و زمین می‌شود و این به علت اثر گلخانه‌ای است. زمانی تصور می‌شد که دمای زیاد درون گلخانه در اثر صافی عمل نمودن یک طرفه شیشه است، اما امروزه دریافته‌اند که درون یک گلخانه، عامل اصلی جلوگیری از سردشدن، همان همرفتی (انتقال جریان هوا به طرف بالا یا پایین در اثر حرارت) است.
محاسبات اخیر تاثیرات همرفت، رطوبت و ابری بودن، احتمال افزایش حدوداً 0/8-2/9oc را برای دو برابرشدن CO2 فراهم میکنند. دانستن این موضوع مهم است که اثر گلخانه‌ای پدیده‌ای کاملاً طبیعی بوده و میلیون‌ها سال است که در جو زمین اتفاق می‌افتد.
این پدیده نقش حیاتی را در تعادل کره زمین به عهده دارد و بطوری که در اثر این پدیده، میانگین دمای کره زمین برابر 15oc و در صورت فقدان گاز دی‌اکسیدکربن به عنوان عامل اصلی اثر گلخانه‌ای، میانگین دمای سطح کره زمین به -18oc کاهش می‌یافت. بخار آب، دی‌اکسیدکربن، متان، اکسیدهای نیتروژن، کلروفلوئوروکربن‌ها و ازن گازهایی هستند که امواج حرارتی برگشتی از سطح زمین را که دارای طول موج بلند حرارتی می‌باشند، جذب کرده و مجدداً آن را به محیط پس می‌دهند.
جدول زیر افزایش سالیانه گازهای گلخانه‌ای را در سالهای اخیر و سهم نسبی آنها را (درصد) در اثر گلخانه‌ای ناشی از فعالیت‌های انسان نشان می‌دهد.
نام گاز سهم نسبی (درصد) نرخ رشد سالانه (درصد)
کلروفلوروکربن‌ها (CFCs) 25-15 5
متان (CH4) 20-12 1
ازن (O3) «تروپوسفد» 8 5/0
اکسید نیتروژن (N2o) 5 2/0
مجموع 50-40 ---
دی اکسید کربن (CO2) 60-50 5/0-3/0
گازهای گلخانه‌ای و تولید و انتشار آن به جو زمین
دی اکسید کربن (CO2)
گاز دی اکسید کربن بیشترین توجه را در ارتباط با افزایش میانگین دمای کره زمین به خود جلب کرده است.
دی‌اکسید کربن و نقش آن در اثر گلخانه‌ای
50-60% اثر گلخانه‌ای ناشی از فعالیت‌های انسانی به این گاز مربوط می‌شود. به منظور ارزیابی تغییرات اخیر این گاز در اتمسفر زمین، نیاز به داشتن اطلاعاتی از حیات گذشته زمین الزامی است. مطالعه حباب‌های هوای حبس شده در کریستال‌های یخی قطب جنوب نشان می‌دهد که غلظت دی‌اکسید کربن موجود در جو زمین، از حدود 160000 سال قبل از انقلاب صنعتی، تقریباً از 200 تا 300 قسمت در میلیون در تغییر بوده است. بیشترین غلظت دی‌اکسیدکربن در جو زمین غیر از زمان حاضر در فاصله بین دو یخبندان، یعنی حدود 125 هزارسال پیش حادث شده است. نوسانات غلظت دی‌اکسیدکربن در جو زمین در ادوار گذشته زمین‌شناسی که نمونه‌هایی از حباب‌های هوای حبس شده در عمق 2038 متری یخ‌های قطبی در ایستگاه تحقیقاتی Vostoc قطب جنوب برداشته شده است.
نوسانات غلظت دی‌اکسید کربن در جو زمین
در سال 1958 ایستگاه تحقیقاتی و اندازه‌گیری ماونالوآ در هاوایی شروع بکار نمود و در همان سال، غلظت دی‌اکسیدکربن در جو زمین توسط این ایستگاه 315 قسمت در میلیون تعیین گردید. در حال حاضر، غلظت دی‌اکسیدکربن در جو زمین بیش از 350 قسمت در میلیون می‌باشد که نشان‌دهنده افزایش 10درصدی غلظت این گاز در عرض 40 سال گذشته است. پیش‌بینی می‌شود که غلظت دی‌اکسیدکربن در جو تا سال 2050 میلادی به 450 میلیون قسمت در میلیون افزایش یابد که معادل 5/1برابر غلظت این گاز در پیش از انقلاب صنعتی خواهد بود.
همبستگی مستقیم بین تولید و انتشار دی‌اکسیدکربن و افزایش غلظت آن در جو مشاهده می‌شود. جالب توجه است که میزان افزایش سالیانه انتشار دی‌اکسیدکربن بعد از انقلاب صنعتی تقریباً 3/4% است که ناشی از سوزاندن سوخت‌های فسیلی، جنگل‌زدایی و سایر فعالیت‌های انسانی می‌باشد که معادل 8 برابر میزان افزایش سالیانه غلظت دی‌اکسیدکربن (5/0%) در جو است.
با این توضیحات می‌توان اذعان داشت که اگر تمام دی‌اکسیدکربن تولید شده در اثر فعالیت‌های انسانی در جو باقی می‌ماند، غلظت این گاز در جو خیلی بیشتر از مقداری بود که امروزه شاهد آن هستیم. بنابراین بایستی چنین فرض کرد که در خشکی‌ها و دریاها، عوامل ناشناخته‌ای وجود دارند که با جذب دی‌اکسیدکربن از جو مانع افزایش بی‌رویه این گاز در جو می‌گردند. با این حال جذب و مصرف دی‌اکسیدکربن از جو زمین نسبتاً کمتر از میزان ورود آن به جو می‌باشد و ادامه چنین روندی سهم دی‌اکسیدکربن را در افزایش دمای کره زمین از طریق اثر گلخانه‌ای بیشتر خواهد کرد.
تاثیر افزایش دی‌اکسیدکربن در کشاورزی
• تاثیر بر روی فتوسنتز
دی‌اکسید کردن برای فتوسنتز حیاتی است و شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد افزایش غلظت CO2 باعث افزایش سرعت رشد گیاه می‌شود. البته در شرایط مناسب رشد با وجود نور، حرارت، مواد غذایی و رطوبت کافی، تولید مواد آلی افزایش می‌یابد. البته اختلافات عمده‌ای بین مکانیزم‌های فتوسنتزی گیاهان مختلف وجود دارد که این امر باعث تفاوت واکنش نسبت به CO2 می‌شود.
گونه‌هایی که مسیر فتوسنتزی C3 دارند (مثل گندم، برنج و سویا) نسبه به افزایش CO2 واکنش بیشتری نشان می‌دهند، زیرا افزایش CO2 باعث کاهش سرعت نوری در آنها می‌شود. البته گیاهان C4 (مثل سورگوم، نیشکر و ارزن)، واکنش کمتری نسبت به افزایش غلظت CO2 نشان می‌دهند.
از آنجاییکه این گیاهان از گیاهان زراعی منطقه حاره بوده و به طور وسیع در آفریقا رشد میکنند، بنابراین تصور می‌شود که ضریب افزایش CO2 برای مناطق کشاورزی معتدله و حاره‌ای مرطوب بیشتر از مناطق حاره‌ای نیمه‌خشک باشد. بنابراین دیگر اثر تغییر اقلیم بر کشاورزی برخی مناطق حاره‌ای نیمه‌خشک منفی باشد، ممکن است این اثر سوء بوسیله اثرات مثبت افزایش CO2 جبران نشود. همانطور که ممکن است در سایر مناطق نیز چنین وضعیتی پیش آید.
به طور کلی باید توجه داشت که اگرچه گیاهان C4 تنها در حدود 20% از تولید غذای جهان را به خود اختصاص می‌دهند، ولی ذرت به تنهایی 14% کل تولید و در حدود 75% کل تجارت دانه‌های خوراکی را به خود اختصاص داده است. ذرت، غله مهمی است که برای جبران سوء تغذیه مناطقی که احتمال قحطی در آنها وجود دارد، استفاده می‌شود و هرگونه کاهش عملکرد و در آن مقدار غذا در این مناطق را تحت تاثیر قرار می‌دهند.
نمودار اثرات غلظت CO2 در گیاهان C4, C3
14 گونه از مضرترین علف‌های هرز خشکی، گیاهان C4 هستند که با گیاهان C3 رقابت میکنند. تفاوت گیاهان از نظر واکنش به افزایش CO2 ممکن است قدرت رقابت چنین علف‌های هرزی را کاهش دهد. در عوض، علف‌های هرز C3 موجود در گیاهان زراعی C4، خصوصاً در مناطق حاره، می‌توانند مشکلات بیشتری را به بار آورند، هرچند که نتیجه نهایی، بستگی به واکنش نسبی گیاه زراعی و علف‌های هرز نسبت به تغییر اقلیم دارد.
تعدادی از علف‌های چمنی مرتعی و جنگلی جهان، C4 هستند که مهمترین علف‌های مناطق گرمسیری و نیمه‌گرمسیری و نیز مناطق آسیای مرکزی و آمریکای شمالی را شامل می‌شوند. بنابراین بعید به نظر می‌رسد که افزایش CO2 برای مراتع عمده جهان منفعت چندانی دربر داشته باشد. البته این امر بیشتر به اثرات موازی تغییر اقلیم بر عملکرد بالقوه این گیاهان بستگی دارد.
در مطالعات انجام شده در محیط‌های تحت کنترل که درجه حرارت، مواد غذای ورطوبت در حد مطلوب بوده‌اند، با دوبرابر کردن غلظت CO2 هوا، عملکرد غلات C3 مانند گندم، جو، برنج و آفتابگردان به طور متوسط، 36% افزایش یافته است. در خصوص اثر افزایش CO2بر تغییرات احتمالی در کیفیت عملکرد، احتمالاً مقدار ازت گیاهان کاهش یافته و برعکس، مقدار کربن افزایش خواهد یافت. این امر منجر به کاهش میزان پروتئین و نیز کاهش ارزش مواد غذایی گیاهان برای انسان و حیوانات اهلی خواهد شد.
• اثر ضدتعرقی CO2 (بهبود کارایی مصرف آب)
آنچه اهمیت دارد، اثر افزایش CO2 بر بسته شدن روزنه‌هاست. این وضعیت باعث کاهش نیاز آبی گیاه از طریق کاهش تعرق (در واحد سطح برگ) و بهبود آنچه که اصطلاحاً کارایی مصرف آب گفته می‌شود (نسبت بیوماس گیاه زراعی به آب مصرف شده در اثر تبخیر و تعرق) خواهد شد.
دوبرابر شدن غلظت CO2 هوا، باعث می‌شود که اندازه روزنه گیاهان C3 و C4، حدود 40%؛ کاهش یابد و در نتیجه تعرق در حدود 23-46% کمتر می‌شود. این امر می‌تواند در محیط‌هایی مانند مناطق خشک، که رطوبت عامل محدودکننده رشد است، برای گیاه مضر باشد. البته این اثر ابهاماتی را به دنبال دارد، به عنوان مثال در اثر افزایش CO2، سطح برگ گیاه باید چقدر افزایش یابد تا بتواند کاهش تعرق به ازای واحد سطح برگ را جبران کند.
بنابراین علی‌رغم وجود شواهدی که همگی حاکی از آن هستند که افزایش CO2 کاملاً مفید بوده است، اثرات سوئی که به طور غیرمستقیم با افزایش CO2 ایجاد می‌شوند نیز با اثر سایر عوامل تعدیل می‌شوند و هنوز نمی‌توان نظر قطعی در مورد اثرات مثبت یا منفی افزایش غلظت CO2 بیان داشت.
متان (CH4)
تا سال 1991، غلظت گاز متان در جو زمین، به میزان تقریبی 1% در سال روند رو به تزایدی داشت، ولی به دلایل ناشناخته‌ای، افزایش سالیانه انتشار این گاز به جو زمین از سال 1992 متوقف گردید. به نظر کارشناسان مختلف، کنترل نشت این گاز در سیستم گاز طبیعی روسیه یکی از دلایل این توقف می‌باشد.
بر اساس بررسی‌های انجام گرفته، سهم گاز متان در اثر گلخانه‌ای ناشی از فعالیت‌های انسانی حدود 20-12% می‌باشد. منابع تولید و مصرف این گاز نیز مانند دی‌اکسیدکربن هنوز به خوبی مشخص نشده‌اند. فعالیت موریانه‌های چوبخوار و فساد مواد آلی در باتلاق‌های فقیر از اکسیژن عوامل طبیعی و اصلی انتشار گاز متان به جو هستند و تولید ذغال، گاز طبیعی و فعالیت‌های کشاورزی (گاوداری و زراعت برنج) از عوامل ناشی از فعالیت‌های انسانی تولید این گاز محسوب می‌شوند.
کلروفلوئوروکربن‌ها (CFCS)
کلروفلوروکربن‌ها ترکیبات فوق‌العاده پایداری هستند که در قوطی‌های اسپری به عنوان پیشرانه و در سیستم‌های تبرید و تهویه در واحد خنک‌کننده دستگاه‌ها بکار برده می‌شوند. نرخ رشد سالیانه غلظت CFCها در جو زمین تقریباً 4% است و تخمین زده می‌شود که 25-15% اثر گلخانه‌ای ناشی از فعالیت‌های انسانی به CFCهای موجود در جو زمین مربوط می‌شود.
CFCها در بالابردن میانگین دمای کره زمین از توانایی زیادی برخوردار هستند، زیرا یک مولکول CFC هزاران بار بیشتر از یک مولکول دی‌اکسیدکربن قادر به جذب پرتوهای مادون قرمز بازتابش شده از زمین می‌باشد. از این گذشته چون CFCها از پایداری زیادی برخوردار هستند، لذا مدت زیادی را در جو باقی می‌مانند و حتی اگر تولید و مصرف این ترکیبات به شدت کاهش یافته یا کاملاً ممنوع شود، غلظت آنها در جو زمین تا سالیان متمادی کاهش چندانی نخواهد یافت.
اکسید نیتروژن (N2O)
غلظت اکسید نیتروژن نیز در دهه‌های اخیر در جو زمین افزایش یافته است و احتمالاً 5% اثر گلخانه‌ای ناشی از فعالیت‌های انسانی به این گاز مربوط می‌شود. استفاده از کودهای شیمیایی و سوزاندن سوخت‌های فسیلی، عامل اصلی این افزایش غلظت محسوب می‌شود، لذا کاهش مصرف این مواد باعث کاهش انتشار این گاز به جو زمین خواهد شد. با این حال این گاز، پایداری زیادی داشته، حتی در صورت کاهش و یا توقف رهاسازی این گاز افزایش غلظت آن در جو زمین حداقل چندین دهه تداوم خواهد داشت.
بررسی اجمالی گازهای گلخانه‌ای همراه با روند افزایشی آنها
پیامدها و اثرات زیست‌محیطی گرم شدن
• تاثیر بر کشاورزی و کاربری زمین
تا سال 1991 شش مطالعه موردی و ملی (در کانادا، ایسلند، فنلاند، روسیه، ژاپن و ایالات متحده) در خصوص اثرات احتمالی تغیر اقلیم بر تولیدات کشاورزی صورت گرفته است. این مطالعات بر مبنای نتایج حاصل از آزمایش‌های انجام شده در خصوص واکنش عملکرد به تغییر اقلیم و اثراتی که تغییر اقلیم بر تولید به جا می‌گذارد، صورت گرفته است. بطور کلی تصور می‌شود که گرم شدن، باعث کاهش عملکرد و نیز خشک‌ترشدن مناطق عمده غله‌خیز فعلی خواهد شد.
تغییر درجه حرارت (چه سطح بارندگی ثابت بماند و چه تغییر نکند) بر رطوبت قابل دسترس گیاه تاثیر خواهد گذاشت. تاثیر این پدیده در ابتدای فصل رشد کم است، ولی در اواسط ژوئیه، رطوبت خاک به نحو چشمگیری کاهش خواهد یافت که این امر اساساً به معنی افزایش نیاز آبی برخی محصولات زراعی است.
تغییرات احتمالی بحران‌های اقلیمی، مانند دامنه فراوانی خشکی‌ها، طوفان‌ها، امواج حرارتی و یخبندان‌های شدید از مهمترین عوامل موثر بر کشاورزی می‌باشند. برخی از مدل‌های شبیه‌سازی پیشرفته، حاکی از آن است که گرمایش اقلیم، شدت طوفان‌ها و گردبادها را افزایش می‌دهد. این امر برای کشاورزی در عرض‌های جغرافیای پایین و خصوصاً مناطق ساحلی حائز اهمیت است.
به طور کلی، حتی اگر حداقل و حداکثر دما نیز تعییر نکند، تغییر متوسط درجه حرارت ماهانه، ممکن است وقوع روزهای سرد و گرم را به مقدار زیادی تغییر دهد. برای درک بهتر این موضوع، باید بدانیم که تحت شرایط دوبرابرشدن CO2 تعداد روزهایی که درجه حرارت در آتلانتا و جورجیا (آمریکا) به زیر صفر می‌رسد، از 39 روز به 20 روز کاهش می‌یابد. در حالی که تعداد روزهایی که درجه حرارت به بالاتر از 90oF (32oC) می‌رسد از 17 روز به 53 روز افزایش خواهد یافت. بنابراین احتمالاً فراوانی و وسعت مناطقی که محصولات کشاورزی آنها در اثر تنش گرما از بین میرود، به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش خواهد یافت.
اثر تغییرات اقلیمی کره زمین بر روی تولیدات غذایی، محدود به گیاهان زراعی نمی‌شود. تغییرات اقلیمی، دارای نتایج بارزی بر تولید شیر، گوشت و پشم خواهد داشت. این امر عمدتاً از طریق اثر بر تولید مراتع و گراسها حاصل خواهد شد. انتظار میرود که اثرات مستقیم تغییرات اقلیمی کره زمین بر روی خود دام‌ها زیاد نباشد. چمنزارها و مراتع تشکیل یک رشته پیوسته را می‌دهد. در یک طرف آن چراگاه‌های وسیعی وجود دارند که پوشش گیاهی اولیه آنها تغییر داده شده و به جای آن چمنزارها بوسیله چرای منظم و یا قطع منظم، کوددهی و کاربرد علف‌کش‌ها حفظ شده‌اند.
این تعریف دربرگیرنده چمنزارهای تحت مدیریت شدید نیز می‌باشد. در طرف دیگر، رشته پیوسته مراتع وجود دارند. مرتع در مناطقی واقع می‌شوند که اقلیم و یا عوامل خاکی آنقدر محدودکننده هستند که گیاهان با تولید بالا قادر به رشد و زیستن در آن نیستند. مراتع و چراگاه‌های اصلاح شده دارای دو هدف کلی هستند:
1. پیش‌بینی اثر ترکیب اتمسفر و تغییر اقلیم بر تولید علوفه و متعاقباً اثر آن بر تولیدات دامی.
2. پیش‌بینی اثرات پس‌خوری بر سیستم اتمسفر ـ اقلیم، پس‌خورهایی که ناشی از تغییر مدیریت می‌باشند و بوسیله تغییر ترکیب اتمسفر و تغییر اقلیم تحریک می‌شوند.
• تاثیر بر روی جمعیت آفات
یکی از اولین اثرات قابل توجه تغییر اقلیم کره زمین، ممکن است تغییر در پویایی جمعیت و موقعیت آفات گیاهان زراعی باشد. این موضوع نه تنها می‌تواند ناشی از اثرات مستقیم آن بر توزیع و فراوانی جمعیت آفات باشد، بلکه ممکن است از طریق تاثیر بر گیاهان میزبان و رقبا و دشمنان طبیعی آنها نیز حادث شود. (اثرات غیرمستقیم)
- اثرات مستقیم اقلیم بر جمعیت
در اینجا اثرتت مستقیم درجه حرارت و رطوبت در حال تغییر، روی بقاء، نمو و زادآوری حشرات مورد بررسی قرار می‌گیرد و رطوبت و درجه حرارت، دو عامل اقلیمی موثر بر فیزیولوژی حشرات می‌باشند که اثرات آنها اکثراً به صورت متقابل بوده و لذا می‌توان آنها را به راحتی با هم بررسی کرد.
حشرات ذاتاً به محیط اطراف وابسته هستند و فرآیندهای فیزیولوژیکی آنها تحت تاثیر درجه حرارت محیط قرار می‌گیرد. به طور کلی محدوده حرارتی خاصی وجود دارد که حشره می‌تواند به بقای خود ادامه دهد. دامنه فوقانی درجه حرارت که مرگ در آن حادث می‌شود، به گونه حشره، طول دوره‌ای که حشره در معرض آن قرار دارد و اثرات متقابل آن با عوامل دیگر بخصوص رطوبت نسبی بستگی دارد.
برای بسیاری از گونه‌ها، درجه حرارت کشنده برای یک مدت زمان کوتاه، بین 40-45oc است. البته اگر حشره برای مدت طولانی‌تری در معرض درجه حرارت‌های کمی کمتر از این درجه حرارت قرار بگیرد، ممکن است باعث توقف تغذیه و نمو و نهایتاً مرگ حشره شود. در رطوبت نسبی کم، حشرات نسبتاً کم، حشرات نسبتاً بزرگ ممکن است از طریق تبخیر خود را خنک کنند و این موضوع باعث می‌شود که بتوانند در درجه حرارت‌های زیادتر برای مدت کوتاهی ادامه حیات دهند. درجه حرارت‌های پایین کشنده در حشرات مختلف به مقدار زیادی متفاوت است. بسیاری از گونه‌ها در محیط‌های خشک در حرارت‌های بالای نقطه انجماد به سرعت از بین می‌روند و دلیل آن احتمالاً تغییر در فرآیندهای طبیعی متابولیکی آنها است که باعث تولید مواد سمی می‌شود. همچنین بعضی گونه‌ها ممکن است برای مدت زمان قابل توجهی در درجه حرارت پایین زنده بمانند، ولی نهایتاً از گرسنگی تلف می‌شوند.
در مورد نمو حشرات و آفات تحت تاثیر درجه حرارت می‌توان گفت که تعداد روزهای مورد نیاز برای تکمیل نمو حشره، به منحنی میزان وابستگی حرارتی حشره و رژیم حرارتی بستگی دارد. همانطوریکه می‌دانیم درجه حرارت‌هایی وجود دارد که هیچگونه نموی در آنها صورت نمی‌گیرد. بالاتر از این آستانه سرعت نمو به تدریج زیاد شده و پس از آن در دامنه‌ای از درجه حرارت سرعت نمو به صورت خطی افزایش یافته و به مقدار حداکثر یا مطلوب خود می‌رسد. افزایش بعدی درجه حرارت منجر به کاهش سریع سرعت نمو و نزدیکی آن به حد کشنده بالایی می‌شود. حد بهینه حرارتی برای سرعت نمو حشرات معمولاً در محدوده 22-38oc می‌باشد که دامنه پایین آن 12-22oc کمتر از حد مطلوب است.
رطوبت هوا نیز می‌تواند سرعت رشد بسیاری از گونه‌های حشرات را تحت تاثیر قرار دهد. شرایط مطلوب برای بسیاری از حشرات بین 60-80% رطوبت نسبی است. در بسیاری از گونه‌های حشرات، با کاهش رطوبت نسبی به مدت زمان نمو به تدریج افزایش می‌یابد و این موضوع ممکن است با ایجاد درجه حرارت مطلوبی کمتر از آن مقداری که در رطوبت‌های نسبی بالا حادث می‌شود، توام گردد.
درجه حرارت بر روی تولید مثل حشرات هم تاثیر می‌گذارد. این عامل به طور قابل ملاحظه‌ای تعداد تخم‌های حشره و الگوی تخمگذاری حشارت بالغ را تحت تاثیر قرار دهد. اولاً درجه حرارت، از طریق اثرات قبلی آن بر رشد اولیه یک گونه می‌تواند اندازه و وزن حشرات بالغ را تحت تاثیر قرار دهد.
در حشرات ماده، بین وزن بدن، تعداد تخمک‌ها و وزن تخم‌ها رابطه نزدیکی وجود دارد. ثانیاً درجه حرارت در طول مرحله تولید مثل حشرات بالغ می‌تواند به طور قابل ملاحظه‌ای در باروری حشرات موثر واقع شود. در حقیقت تولید مثل حشره، سریعتر از بیشتر فعالیت‌های فیزیولوژیکی، تحت تاثیر سوء درجه حرارت‌های سخت قرار می‌گیرد.
دیگر اثرات مستقیم درجه حرارت بر روی حرکت حشرات (به کمک عامل باد) و توزیع و فراوانی جمعیت آفات است.
- اثرات غیرمستقیم اقلیم بر جمعیت آفات
این اثرات شامل اثراتی است که تغییر اقلیم بر گیاه میزبان، بر روی دشمنان طبیعی آفات و بر روی رقابت بین گونه‌ای می‌گذارد.
• اثرات تغییر اقلیم بر گیاه میزبان
اثرات افزایش CO2 بر تولید گیاهان زراعی مثبت خواهد بود، چون گیاهان سه کربنه و چهارکربنه از طریق افزایش کارایی مصرف آن، به افزایش CO2 واکنش نشان می‌دهند. علاوه بر آن، در گیاهان سه کربنه در شرایط افزایش CO2 سرعت فتوسنتز افزایش می‌یابد، ولی مقدار ازت در برگ آنها کم می‌شود. تغییرات ذکر شده ممکن است باعث شود که حشرات برای تامین مقدار ازت مورد نیاز خود، مواد گیاهی بیشتری را مصرف کنند. این قبیل افزایش در مصرف، در حشراتی که از برگ تغذیه میکنند، مشاهده شده است. محققان مشاهده کرده‌اند که در شرایط آزمایشگاهی، لارو برخی از حشرات (لپیدوپترا) به دو طریق، به کاهش سطح ازت واکنش می‌دهند:
1. به صورت افزایش تغذیه
2. به شکل کاهش سرعت رشد.
بنابراین افزایش تولیدات گیاهی در اثر افزایش CO2 می‌توان با افزایش تغذیه حشرات از گیاهان متوازن شود.
اگر اقلیم خشک‌تر و گرمتر شود، دوره تنش خشکی اضافه می‌شود. این موضوع حتی با درنظرگرفتن بهبود کارایی مصرف آب، که ناشی از افزایش CO2 می‌باشد، نیز صادق است. به طور کلی گیاهانی که تحت تنش قرار دارند، رشد کمتری داشته و لذا به طغیان آفات بیشتر حساس هستند. رشد گیاهان تحت اثر سوء تنش رطوبت قرار می‌گیرند و لذا منجر به کمترشدن قابلیت دسترسی مواد برای حشره خواهد شد و این موضوع می‌توان جمعیت حشره را کاهش دهد. بافت برگ‌ها نیز ممکن است تغیر کند و افزایش ضخامت و مومی‌شدن سطح برگ می‌تواند درجه گوارایی یا قابلیت هضم آن را برای حشره کم کند. برگ گیاهان تحت تنش تغییر رنگ می‌دهد و این موضوع برای آفاتی که از طریق علامت‌های طیف نوری میزبان خود را پیدا میکنند، می‌تواند مسئله‌ساز باشد.
اثر دیگر آن بر روی فنولوژی گیاه میزبان است. بدین صورت که تغییر اقلیم بر سرعت نمو گیاه و زمان گل‌دهی و میوه‌دهی آن موثر است. برای اینکه حمله یک آفت به یک گیاه موفقیت‌آمیز باشد، غالباً باید زمان بحرانی رشد گیاه هماهنگ باشد، در نتیجه هر عاملی که این هماهنگی آفت و گیاه میزبان را تحت تاثیر قرار دهد، حائز اهمیت است. شرایط گرم‌شدن ممکن است منجر به بازشدن زودتر جوانه‌های گل در گیاهان دائمی مانند درختان میوه شود.
اگر مقدار نیاز حرارتی معین زودتر تامین شود، جوانه‌های گل زودتر باز می‌شوند. بازشدن سریعتر جوانه‌های گل می‌تواند رابطه بین آفت و گیاه میزبان را به طور موقت دچار اختلال کند. نمونه‌ای از چنین حالتی را می‌توان در سوسک گل سیب، یعنی گونه Anthonomus pomorum که تخم‌های خود را در غنچه‌های گل سیب می‌گذارد، مشاهده کرد. معمولاً لاروها بلافاصله پس از خرج از تخم، یک محفظه مسدود را از گلبرگ‌ها می‌سازند، در حالتی که بهار گرم باشد، درختان سیب زودتر گل داده و لذا گل‌ها از حد طبیعی مناسب برای ساخت محفظه توسط لاروها باز می‌شوند. این موضوع بدلیل این است که سوسک‌های بالغ کمتر تحت تاثیر گرم‌شدن قرار می‌گیرند و لذا تخم‌های خود را تنها کمی زودتر از حد معمول می‌گذارند که این زمان در ارتباط با مرحله نمو گیاه، نسبتاً دیر است.
• اثرات اقلیم بر دشمنان طبیعی آفات
نقش بیماری‌ها در کنترل طغیان آفات، کاملاً شناخته شده است. اثر تغییر اقلیم بر انواع بیماری‌ها متفاوت است. بسیاری از بیماری‌های ویروسی حشرات در شرایطی که در معرض نور خورشید و بویژه اشعه ماورای بنفش قرار گیرند، غیرفعال می‌شوند. ولی این بیماری‌ها کمتر تحت تاثیر درجه حرارت، رطوبت هوا، رطوبت خاک و مواد شیمیایی قرار می‌گیرند، در نتیجه اگر نور خورشید در حال افزایش باشد، احتمال شیوع بیماری‌های ویروسی کاهش می‌یابد، التبه اگر ابر زیاد باشد، ویروس‌ها ممکن است برای مدت طولانی‌تری فعال باقی بمانند و لذا حساسیت بیشتری به آفات وارد شود و آنها را بیشتر کنترل کند.
همانطوری که تغییر اقلیم به طور مستقیم بر پویایی جمعیت آفات موثر است، بر تعداد گونه‌های آفت نیز موثر می‌باشد. بنابراین رفتار دشمنان طبیعی و سرعت تخمگذاری تخت تاثیر درجه حرارت، رطوبت هوا و باد قرار می‌گیرد. افزایش درجه حرارت، سرعت نمو و تولید مثل را افزایش می‌دهد. به طور قطع، اگر دشمنان طبیعی به طور نسبی واکنش بیشتری در مقایسه با آفات نشان دهند، احتمال کنترل بیشتر آفات بوسیله آنها وجود دارد. اثرات متعادلی که حرارت بر شته‌ها و دشمنان طبیعی آنها دارد، حاکی از چگونگی اثر حرارت بر کنترل آفت به وسیله دشمنان طبیعی آنهاست. برای مثال در درجه حرارت‌های کمتر از 10oc، افزایش جمعیت شته نخودفرنگی (Acyrthisiphon pisum) بیش از آن مقداری است که بوسیله گونه Septempuntata coccinella قابل کنترل باشد. البته در درجه حرارت‌های بالاتر از حدود 11oc این دشمن طبیعی قادر است جمعیت شته را کاهش دهد.
حشرات پارازیت هم، اغلب در کنترل بیولوژیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند، ولی موارد متعددی وجود دارد که به علت عدم سازگاری اقلیمی با موفقیت روبرو نبوده‌اند. بنابراین اگر تغیر اقلیم، شرایط مساویی را برای پارازیت‌های بیرونی فراهم کند، در این صورت کنترل طبیعی آفت می‌تواند کاهش یابد. از طرف دیگر ممکن است تغییرات برای پارازیت شرایط مناسبی را بوجود آورد که در این صورت کنترل طبیعی بهتری صورت می‌گیرد.
رقابت بین گونه‌ای
یک گیاه خاص، معمولاً بوسیله مجموعه‌ای از گونه‌های آفات مورد حمله واقع می‌شود که این گونه های و فراوانی نسبی آنها اغلب در شرایط اقلیمی مختلف متفاوت است. هرگونه از این آفات ممکن است در زمان‌های مختلف به گیاه حمله کند و آشیانه‌های اکولوژیک متفاوتی را تعریف نماید. البته در مواردی که دو یا چند گونه با هم از نظر زمانی و مکانی همپوشانی و تداخل داشته باشند، رقابت بین گونه‌ای حادث شده و این موضوع می‌توان اثرات زیادی بر پویایی رقابت گونه‌ها داشته باشد. به علاوه اثرات رقابت بین گونه‌ای می‌تواند در رابطه با شرایط آب و هوایی متفاوت باشد.
برای مثال تحقیقات انجام گرفته روی سوسک آرد (T.Castaneum, Triboliom confusum)، نشان می‌دهد که در شرایط کنترل شده آزمایشگاه و در شرایط نسبتاً گرم و مرطوب، گونه T.Castoneum موفقتر است، در حالیکه گونه T.Confusum در شرایط سردتر و خشک‌تر موفقیت بیشتری دارد. بدون تردید اثرات متقابل بین گونه‌ها در مجموعه خاصی از آفات می‌تواند در شرایط اقلیمی مختلف تغییر کند.
• اثرات تغییر اقلیم بر خاک
افزایش دمای کره زمین باعث زیادی در الگوی بارندگی، رطوبت خاک و سایر عوامل آب و هوای مرتبط با تولید محصولات کشاورزی خواهد شد. تحقیقات انجام شده با استفاده از مدل‌های جهانی جریان هوا در نیمکره شمالی نشان می‌دهد که در بعضی از نواحی کانادا و روسیه حاصلخیزی خاک‌ها افزایش یافته و میزان تولید محصولات کشاورزی بالا خواهد رفت. با این حال در عرض‌های جغرافیایی پایین‌تر از این مناطق به واسطه کاهش بارندگی‌های تابستانه و در نتیجه کاهش 20درصدی رطوبت خام، تولید محصولات کشاورزی کاهش خواهد یافت.
گرم شده کره زمین باعث ذوب شدن بیشتر پرمافروست (Permafrost) خواهد گردید. این خاک همیشه یخ بسته، که مناطق وسیعی را در کشورهای روسیه، کانادا و آلاسکا می‌پوشاند. به واسطه اقلیم سرد و کندی پدیده تجزیه، در سطح خود دارای لایه‌ای از مواد پوسیده گیاهی است که در طول تابستان کوتاه مدت منطقه تولید می‌شوند. ذوب شدت این خاک و تجزیه مواد گیاهی موجود در آن باعث افزایش رهاسازی گاز گلخانه‌ای متان در خاک این منطقه خواهد گردید.
• اثرات غلظت بالای CO2 بر حاصلخیزی، شرایط فیزیکی و باروری خاک
غلظت بالای CO2 اتمسفر، همانطور که قبلاً هم توضیح داده شد، سرعت رشد و کارایی مصرف آب گیاهان زراعی و پوشش گیاهی طبیعی را در صورتیکه سایر عوامل محدودکننده نباشد، افزایش خواهد داد. بالابودن درجه حرارت مطلوب رشد، بعضی از گیاهان تحت شرایط افزایش CO2، منجر به ایجاد اثرات عکس شده و برخی اثرات افزایش درجه حرارت از جمله ازدیاد تنفس گیاه در شب را خنثی خواهد کرد.
همانطوریکه در شکل زیر خلاصه شده است، افزایش تولید، معمولاً با بقایای گیاهی بیشتر، وزن ریشه بالاتر، تراوشات ریشه‌ای بیشتر، افزایش کلنی‌های میکوریزا و بالارفتن فعالیت در ایزوسفرها یا میکروارگانیزم‌های خاک از جمله تثبیت ازت به صورت همزیستی همراه خواهد بود. این امر نوعی اثر مثبت‌تر بر تامین نیتروژن برای گیاهان زارعی یا پوشش‌های طبیعی خواهد داشت. افزایش فعالیت ریشه‌ای و فعالیت‌های میکروبی در خاک باعث بالارفتن فشار جزئی CO2 در هوای خاک و همچنین افزایش فعالیت CO2 در آب خاک خواهد شد. این امر منجر به بالارفتن سرعت آزادسازی عناصر غذایی (K,Mg و عناصر میکرو) در اثر هوادیدگی مینرالهای خاک می‌شود، به طور مشابهی فعالیت بیشتر میکوریزا، باعث جذب بهتر ریشه فسفر خواهد شد. این اثرات با جذب بهتر عناصر غذایی بوسیله ریشه گیاهان زراعی که ناشی از تراکم بیشتر سیستم ریشه‌ای است که به نوبه خود معلول بالارفتن غلت CO2 هوا است، تشدید خواهد شد.
فعالیت بیشتر میکروبی منجر به افزایش میزان چرخش عناصر غذایی توسط ارگانیزم‌های خاک می‌شود. تولید بیشتر ریشه (در همان درجه حرارت) باعث بالارفتن محتوی مواد آلی خاک خواهد شد که این امر خود باعث سکون موقتی و چرخش مقدار بیشتر عناصر غذایی در خاک می‌شود. بالارفتن نسبت N/C در بقایای گیاهی تحت شرایط CO2 بالا، که توسط برخی از محققان گزارش شده است، ممکن است منجر به تجزیه کندتر و در نتیجه، برگشت آهسته‌تر عناصر غذایی از بقایای گیاهی خاک شود.
این امر زمان بیشتری را برای کرم‌های خاکی و موریانه‌ها به منظور مخلوط کردن خاک فراهم خواهد کرد. درجه حرارت بالاتر خاک اگرچه محتوای مواد آلی خاک را افزایش می‌دهد، ولی فعالیت‌های میکروبی را نیز تحریک می‌کند.
روابط کیفی بین افزایش تدریجی غلظت CO2
افزایش فعالیت‌های میکروبی به خاطر بالارفتن غلظت CO2 و درجه حرارت، تولید پلی‌ساکارید و سایر مواد تثبیت کننده خاک را افزایش می‌دهد. بالارفتن بقایای گیاهان زراعی، ماده خشک ریشه، چوب و مواد آلی در خاک، فعالیت ارگانیزم‌های درشت از جمله کرم‌های خاکی را افزایش داده و متعاقب آن میزان نفوذپذیری و تعداد مجاری خاک به علت افزایش منافذ بیولوژیک و ثابت بالا میرود. ثبات بالاتر و نفوذپذیری سریعتر، مقاومت خاک را در برابر فرسایش و در نتیجه، تلفات حاصلخیزی خاک افزایش خواهد داد. علاوه بر این، بالارفتن نسبت مجاری خاک، تلفات عناصر غذایی از طریق آبشویی در شرایط بارندگی زیاد را کاهش می‌دهد. این امر به علت بهبود قابلیت دسترسی عناصر غذایی خاک در اثر مخلوط شدن یکنواخت کود و عناصر غذایی می‌باشد. البته کودها و عناصر پخش شده در سطح خاک این وضعیت را ندارند، بلکه این عناصر در اثر رواناب و یا آبشویی ار دسترس خارج می‌شوند.
بروز این تغییرات مقاومت خاک را در برابر از هم پاشیدگی ساختمان، تلفات مواد غذایی در اثر متراکم شدن خاک، تغییر فصل و تغییرپذیری بارندگی را افزایش می‌دهد. همچنین خاک را در برابر ایجاد بعضی تغییرات نامطلوب در سرعت و جهت فرآیندهای تشکیل خاک مقاوم می‌کند.
اگر فشار جزئی CO2 در هوای خاک بالا برود و فشار جزئی CO2 به سطح خسارت‌زایی برای ریشه برسد، بخشی از مزایای افزایش CO2 تحقق نخواهد یافت. گیاهان زراعی رطوبت‌پسند مثل برنج یا کنف و پوشش گیاهی سازگار به زمین‌های مرطوب، مکانیزم‌های تبادل گازی مخصوص به خود را دارند و تحت تاثیر این مشکل قرار نخواهد گرفت. اثر مثبت CO2 بروی سرعت هوادیدگی و قابلیت دسترسی گیاه به عناصر غذایی خاک در خاکهایی صورت می‌گیرد که دارای مقدار مناسب و قابل توجهی کانی‌های قابل هوادیدگی باشد، ولی در خاکهایی که هوادیدگی قبلاً به صورت عمیق و شدید انجام شده است و یا در خاک‌های خیلی فقیر، فرِآیند هوادیدگی افزایش پیدا نخواهد کرد.
