تغییرات زیست چرخه کربن در زمین تاثیر قاطعی بر دمای این سیاره و محیطی در آن دارد . هر نوع تصمیم‌گیری در خصوص نحوه مقابله با ازدیاد دمای زمین در گرو شناخت بهتر این چرخه است سه میلیارد سال قبل نخستین نمونه های فیتو پلانکتونهایی که در زمین ظاهر شده بودند با استفاده از فرآیند فتوسنتز(تجزیه شیمیایی با استفاده از نور خورشید) با تجزیه مولکولهای آب به اکسیژن و هیدروژن ، دو ماده حیاتی برای ادامه بقا بر روی زمین را تولید کردند ، از یکسو اکسیژن برای بقای حیات همه و آدمیان روی زمین ضروری است از سوی دیگر چرخه کربن و در نتیجه آب و هوای زمین در گرو تبدیل گاز کربنیک co2 که ماده‌ای غیر آلی است به مواد آلی نظیر شکر اسیدهای آمینه و دیگر مولکولهای سازنده سلولها دارد و این امر بوسیله گیاهان و با استفاده از هیدروژنی که خود تولید کرده اند به انجام می رسد.

گیاهان میکروسکوپی و بسیار ریز و نادیدنی که تا عمق یکصدمتر ی در آبهای اقیانوسهای عالم حضور دارند نقش اساسی در تنظیم آب و هوای زمین ایفا می‌کنند. اکنون این پرسش برای محققان مطرح شده است که آیا می توان با ایجاد تغییراتی در این جنگلهای نا مرئی با گرم شدن دمای زمین مقابله کرد؟

ارگانیزمهای تک یاخته ای گیاهانی با اندازه‌های ذره‌بینی و میکروسکوپی موجود در آبهای اقیانوسها موسوم به فیتو پلانکتونها گاز دی اکسید کربن را که گرما را در خود حبس می‌کنند و موجب ازدیاد دمای جو زمین می شود از روی هوای مجاور دریا و آبهای سطح دریا جمع آوری می کنند و آنها را روانه اعماق اقیانوسها می سازند.

گازهایی که به این ترتیب زیر فشار سهمگین آبهای نزدیک به کف اقیانوسها به تله می افتند تا صدها سال بعد در همان اعماق باقی می مانند و زمان بسیار درازی به طول می انجامد تا تلاطم آبها آنها را مجدداً به سطح اقیانوسها باز گرداند.

به نوشته ماهنامه علمی (ساینتفیک آمریکن) محققان اکنون سرگرم بررسی این مساله هستند که آیا اگر با عرضه مواد مغذی به جنگلهای میکروسکوپی درون اقیانوسها بر انبوهی آنها بیفزایند تاثیری بر کاهش دمای زمین خواهند داشت؟

کار اندازه گیری میزان سهم فیتوپلانکتونها در چرخه کربن کار دشواری بوده است اما از سال 1997 و با ارسال ماهواره ای از جانب ناسا برای این منظور روشن شده است که فیتو پلانکتونهای موجود در اقیانوسها ی جهان سالانه تقریبا 50 ملیارد تن مکعب کربن غیر آلی را به مواد شیمیایی آلی مبدل می کنند. این رقم دو برابر تخمینهای اولیه بوده است ، از سوی دیگر اندازه‌گیریهای دقیق در مورد گیاهان و جنگلهای روی زمین نشان داده که بر خلاف تخمینهای گذشته که سهم آنها در تبدیل کربن غیر آلی به کربن آلی صد میلیارد تن مکعب در سال تعیین کرده است ، میزان واقعی سهم کلیه گیاهان روی خشکی برابر50 میلیارد تن مکعب یعنی کم و بیش برابر سهم جنگلهای نامرئی درون اقیانوسهاست ، اما ارقام تازه به دست آمده علاوه بر آنکه سهم فیتوپلانکتونها را دو برابر کرده از حیث دیگری نیز حائز اهمیت است. فیتوپلانکتونها تقریباً همه انرژی را که از نور خورشید دریافت می کنند یا صرف عمل تجزیه شیمیایی آب می کنند و یا تکثیر نسل خود .

این گیاهان تک یا خته ای یک هفته بیشتر عمر ندارند و جای خود را به فیتوپلانکتونهای تازه می دهند. در حالی که درختان روی زمین بخش اعظم انرژی خود را صرف ساختن چوب و برگها و ریشه ها می کنند و 20 سال طول می کشد تا با درخت دیگری تعویض شوند .

اطلاع تازه دانشمندان در خصوص سرعت جایگزینی فیتو پلانکتونها شناخت جدیدی را در خصوص تحولات آب و هوای زمین در اختیار آنان قرار داده سلولهای مرده فیتوپلانکتونها و نیز مدفوع جانورانی که در دریا زیست می کنند به قعر دریا فرستاده می شوند و میکروبهای موجود در آب آنها را می خورند و مجدداً مواد شیمیایی غیر آلی از جمله گاز کربنیک تولید می کنند.

این گاز کربنیکها به سرعت به سطح آب بر گردانده می شوند و در آنجا یا بوسیله فیتوپلانکتونها تجزیه می‌شوند ، یا آنکه از سطح آب خارج شده و به جو زمین صعود می کنند نکته مهم در چرخه کربن در روی زمین آن است که کل موجودی کربن درون جو هر شش سال یکبار با کل موجودی کربن درون بخشهای بالایی آبهای اقیانوسها تعویض می شوند ، ماده آلی ناشی از سلولهای مرده فیتوپلانکتونها و مدفوع جانورانی که به قعر اقیانوسها می روند اگر تا 200 متری از سطح آب بوسیله میکروبها تجزیه نشوند بوسیله ازدیاد فشار و کاسته شدن از دما از این پس تجزیه نشده باقی می مانند و به همین صورت ته نشین می شوند .

در این میان بخش قابل ملاحظه ای از گاز کربنیک تجزیه نشده در ته اقیانوسها به دام می افتند محاسبات دانشمندان نشان می دهد که میزان گاز کربنیکی که هر ساله به این ترتیب به اعماق اقیانوسها فرستاده می‌شوند حدود هشت میلیارد تن مکعب است.

فصل هاریکن‌های اقیانوس اطلس در سال 1998 ، با 14 چرخند حاره ای ، یکی از فعال ترین فصل‌ها و در عین حال مرگ آورترین آنها از سال 1780 بوده است . تنها در ایالات متحده آمریکا ، 7 توفان حاره ای به خشکی‌ها نیز وارد شدند که این تعداد از سال 1985 بی‌سابقه بوده است ، مرگ آورترین این توفان ها ( به حق باید اکنون آن را به جای هاریکن مارس 1993 ، هاریکن قرن نامید ) هاریکن میچ بود .

فعالیت شدید هاریکن میچ ، از سواحل هندوراس شروع شد که با به جای گذاشتن 10000 کشته و دو‌میلیون نفر بی خانمان ، 5 میلیارد دلار نیز خسارت به بار آورد . بارندگی 5 روزه و سیل های سنگین ناشی از آن ، به گفته رئیس جمهور وقت هندوراس ، آقای کارلوس فلورز ، همه پیشرفت های 50 سال اخیر این کشور را از بین برده است ( از جمله خراب شدن 60 پل اصلی ) . دلیل چنین خسارات سنگینی ، دوام بیش از حد معمول این توفند ( از 26 تا 28 اکتبر ) روی منطقه بوده است .

در شمال غربی نیکاراگوئه هم ، پس از سه روز بارندگی مداوم در حوالی ظهر 30 اکتبر دهانه آتشفشان پوسولتگا را آب گرفت که منجر به پرتاب گل و لای و تکه های سنگ به روی منطقه شد . چند روز بعد سربازان مجبور شدند به منظور حفظ سلامت ساکنان منطقه و نیز جلوگیری از شیوع بیماری های همه گیر اجساد را با بنزین بسوزانند .

گزارش های دیگر حاکی از کشته شدن 240 نفر و بی‌خانمانی 76000 نفر در السالوادر ، همچنین خسارات مالی و جانی فراوان در کاستاریکا و جامائیکا می باشد. این هاریکن در دوم نوامبر به جنوب مکزیک و در چهارم نوامبر به ایالت فلوریدا رسید .

آخرین روزهای زندگی هاریکن میچ در شرق اقیانوس اطلس شمالی ، در حالی به پایان رسید که به صورت یک مرکز فشار کم جبهه قطبی درآمده بود . این سیستم در 9 نوامبر با مرکز hpa 960 ، به سواحل غربی ایرلند رسید ، یک روز بعد ، بادسنجی که در جزایر فارو دانمارک نصب شده بود ، قبل از این که توسط این توفان از کار بیفتد ، تندی بادهای آن راKm/h 191 ثبت کرده بود .

خسارات هاریکن میچ ، یادآور توفانی است که در نیمه مارس1993 ، کشورهای کوبا ، مکزیک و مناطق شرقی آمریکای شمالی را درنوردید . تندی بادهای این توفان که بعدها به توفان « قرن » معروف شد ، به Km/h 140 و آهنگ بارش برف آن به cm/h 8 می‌رسید . در اثر وزش این توفان ، اشتراک برق سه میلیون نفر قطع و برای نخستین بار همه فرودگاه های کرانه شرقی آمریکا تعطیل شد .

خسارات شدیدی نیز در مناطق دیگر به بار آمد . از جمله در منطقه نوا اسکوشیا در کانادا ، بر اثر وزش بادهایی با تندی Km/h 200 ، امواجی به ارتفاع 20 متر تولید و منجر به غرق یک کشتی 177 متری با همه 33 سرنشین آن شدند . طبق برآورد اداره خدمات هواشناسی آمریکا ، مجموع آبی که بصورت برف از این توفان حاصل شد ، معادل آب 40 روز آب رودخانه می‌سی‌سی‌پی و کل خسارات آن ، بالغ بر 3 میلیارد دلار بوده است . اگرچه این توفان که تا آن زمان چهارمین توفان مخرب در طول تاریخ ایالات متحده به شمار می‌رفت ، نام توفان قرن را به خود گرفت ، ولی شاید بی‌مناسبت نباشد اگر اکنون نام توفان قرن را به هاریکن میچ بدهیم .

نتایج یک پژوهش نشان از سبزتر شدن زمین در 20 سال گذشته دارد .

یک تیم تحقیقاتی که با همکاری ناسا به مطالعه برروی تغییرات جوی زمین پرداخته اند نتایج حاصل از پروژه خود را منتشر کردند. در نتایج اعلام شده آمده است که برخلاف انتظار زمین طی 20 سال گذشته سبز تر شده و تغییر شرایط آب و هوایی وضعیت مناسب تری برای رشد گیاهان به وجود آورده است.

این تغییرات جدید آب و هوایی باعث شده است تا مقادیر بیشتری آب، گرما و نور خورشید در اختیار نواحی از زمین قرار گیرد که پیش از این امکان تهیه آن در آن نواحی بسیار سخت بوده است.در نتیجه گیاهان فرصت آن را پیدا کرده اند که تا در مناطقی که پیش از این اماکن رشد نداشته اند رشد یابند. در حالی که مطالعات قبلی نشان از افزایش فصل رشد و سبزی مناطق جنگلی در عرضهای میانی شمالی داشت، تحقیق جدید این موضوع را به کل سیاره توسیع داده است.

به نظر می رسد دو دهه گرم شدن زمین در سالهای 1980 تا 2000 و سه بار اوجگیری پدیده ال نینو در سالهای 83-1982 ، 88-1987 و 98-1997 که موجب تغییرات اساسی در دینامیک ابرها و سیستمهای آب و هوایی زمین شد و همچنین افزایش 3/9% گاز دی اکسید کربن محیط ( که عمدتا بر اثر فعالیتهای انسان ایجاد شده است) شرایط مناسبی را برای رشد گیاهان مهیا کرده است.

اما این خبر خوب چندان هم هیجان انگیز نیست. یکی از محققان این پروژه می گوید هنوز هیچ کس نمی داند این تغییرات مربوط به دوره ای کوتاه مدت است و یا در دوره ای طولانی تر نیز ادامه پیدا خواهد کرد.ضمن اینکه افزایش وحشت انگیز و 38% ی جمعیت در 20 سال گذشته از 45/4 میلیارد نفر در سال 1980 به 08/6 میلیارد نفر در سال 2000 عملا تاثیر مثبت این پدیده را تحت پوشش خود قرار می دهد.

داده های این پروژه که از بررسی تصاویر ماهواره های و هوایی از یک سو و بررسی گازهای دی اکسید کربن مورد استفاده گیاهان از سوی دیگر به دست آمده است نشان می دهد اگرچه زمین با تمام توان سعی در بهبود و حفظ شرایط حیات در خود دارد اما این امر بدون توجه جدی به مسایل آلودگیهای زیست محیطی و تلاش برای کنترل آن امکان پذیر نخواهد بود .

اتمسفر زمین را بر حسب چگونگی روند دما، اختلاف چگالی، تغییرات فشار، تداخل گازها و سرانجام ویژگیهای الکتریکی به لایه‌های زیر تقسیم کرده‌اند:

1- تروپوسفر (Troposphere)

2- استراتوسفر (Stratosphere)

3- مزوسفر (Mesosphere)

4- یونسفر (Ionosphere)

5- اگزوسفر (Exosphere)

1- تروپوسفر

تروپوسفر پایین ترین لایه اتمسفر است که خود از لایه های کوچکتری تشکیل شده است.

وجه تمایز این لایه با دیگر لایه های اتمسفر، تجمع تمامی بخار آب جو زمین در آن است؛ به همین دلیل بسیاری از پدیده های جوی که با رطوبت ارتباط دارند و عاملی تعیین کننده در وضعیت هوا به شمار می آیند (از قبیل ابر، باران، برف، مه و رعد و برق) تنها در این لایه رخ می دهند.

منبع حرارتی لایه تروپوسفر انرژی تابشی سطح زمین است. از این رو با افزایش ارتفاع با کاهش دما مواجه خواهیم بود.

ضخامت تروپوسفر، از شرایط حرارتی متفاوتی که در عرضهای جغرافیایی مختلف حاکم است تبعیت می کند. این ضخامت معمولاً از 17 تا 18 کیلومتر در استوا به 10 تا 11 کیلومتر در مناطق معتدل و 7 تا 8 کیلومتر در قطبها تغییر می کند.

2- استراتوسفر

لایه استراتوسفر بر روی لایه تروپوسفر قرار دارد و ضخامت متوسط آن حدود 23 کیلومتر است. در 3 کیلومتر اول استراتوسفر، دمای هوا ثابت است اما در قسمتهای بالاتر دمای هوا با ارتفاع افزایش می یابد.

در استراتوسفر به ندرت ابر تشکیل می شود و تنها در شرایط ویژه ای ممکن است ابرهای کوهستانی به نام ابرهای مرواریدی در ارتفاع 21 تا 29 کیلومتری از سطح زمین ظاهر شوند که علت وجود آنها حرکات موجی شکل هوا از سوی موانع می باشد.

از دیگر ویژگیهای مهم استراتوسفر وجود ازن در این لایه است که بخصوص در ارتفاع 20 تا 30 کیلومتری سطح زمین بر اثر واکنشهای مختلف فتوشیمیایی بدست می آید. مقدار ازن در این لایه معمولاً روند فصلی دارد حداکثر آن در بهار و حداقل آن در پاییز مشاهده می شود.

3- مزوسفر

در بالای لایه گرم ازن لایه مزوسفر قرار دارد که دما در آن متناسب با افزایش ارتفاع با آهنگ 3/0 سانتیگراد به ازای هر 100 متر کاهش می یابد به طوریکه دما در مرز فوقانی آن در ارتفاع 80 تا 90 کیلومتری به 80- درجه سانتیگراد می رسد. و نتیجه این دمای پایین انجماد بخار آب ناچیز موجود در این لایه است که باعث بوجود آمدن ابرهای شب تاب می شوند. این ابرها درتابستان و در عرضهای بالا دیده می شوند. مزوسفر سردترین لایه اتمسفر تلقی می شود.

4 - یونوسفر

از بخش فوقانی مزوسفر تا ارتفاع تقریبی 1000 کیلومتری اتمسفر زمین، بار الکتریکی شدیدی حاکم است که زاییده وجود یونها و الکترونهای آزاد است. در حقیقت پرتوهای پر انرژی خورشید که از فضای خارج به طبقات بالایی اتمسفر وارد می شوند باعث گسستگی پیوند یا یونیزاسیون مولکولها و اتمها می شوند. بر اثر یونیزاسیون، الکترون آزاد می شود و باقی مانده اتم به صورت یون در می آید؛ به همین علت این لایه از جو را یونوسفر نامیده اند.

شدت یونیزاسیون در تمام ارتفاعات یونسفر یکسان نیست؛ بنابراین لایه های متفاوت با تراکم الکترون و یون متفاوت با ارتفاعات مجاور خود در یونسفر وجود دارد؛

این لایه ها در ارتباطات رادیویی اهمیت بسیاری دارند. این لایه ها عبارتند از لایه های D,E,F .

5 - اگزوسفر

شرایط موجود در یونوسفر در این لایه نیز حاکم است؛ بدین معنی که گازها در این لایه همچنان قابلیت هدایت الکتریکی خود را حفظ می کنند. سرعت ذرات در این لایه بسیار زیاد است و در مواردی به 2/11 کیلومتر در ثانیه می رسد.

اگزوسفر لایه گذار جو به فضای کیهانی به شمار می آید که بخش فوقانی آن را در ارتفاع بیش از سه هزار کیلومتری از سطح زمین برآورد کرده اند.