بنابه نظریه انفجار بزرگ ، گسترش جهان از یک انفجار آتشین آغاز شده و تا امروز ادامه یافته است و احتمال دارد این گسترش تا بینهایت ادامه داشته باشد. ولی ما یقینا می‌خواهیم بدانیم پیش از این انفجار اولیه وضع از چه قرار بوده است. اما برای فهمیدن این موضوع باید از دیوار زمان صفر عبور کنیم. نه تنها در عرصه فیزیک ، بلکه حتی در عرصه منطق نیز دشواریهای زیادی در این سیر وجود دارد.

ما نمی‌توانیم تاریخ کائنات را از زمان صفر یعنی درست لحظه آفرینش فضا و زمان آغاز کنیم ولی قادریم آن را از لحظه‌های بسیار کوتاه و غیر قابل تصور یعنی 43- ^10 ثانیه پس از انفجار بزرگ آغاز کنیم. قوانین بنیادی فیزیک توانسته‌اند از امروز تا آن لحظه که کائنات بسیار بسیار کوچک ، داغ و غلیظ بوده ، استواری خود را حفظ کنند.

خصوصیات کائنات در زمان صفر

در 43- ^10 ثانیه پس از انفجار بزرگ ، کائنات بیش از 35 - ^ 10 متر قطر نداشته و ده میلیون میلیارد میلیارد بار کوچکتر از یک اتم هیدروژن بوده است. در این زمان عالم چنان جوان است که نور نمی‌تواند به دورها سفر کند و افق کیهانی که کائنات قابل دید را در بر می‌گیرد، بسیار نزدیک است. در این زمان حرارت به 32 ^ 10 کلوین میرسد. کائنات بسیار غلیظ و فشرده (96 ^ 10 برابر غلظت آب) و انرژی آن غیر قابل اندازه گیری است. چنانچه اگر بخواهیم چنین نیرویی تولید کنیم باید دستگاههای تسریع کننده ذرات اولیه‌ای بسازیم که چندین سال نوری قطر داشته باشند.

زمان صفر یا زمان پلانک

در 43- ^10 ثانیه پس از انفجار ، کائنات چنان فشرده و غلظت چنان انباشته است که نیروی جاذبه ، که در حالت معمولی در مقیاس میکروسکوپی قابل اغماض است، مانند نیروها از قبیل نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف نیروی الکترومغناطیسی ، بسیار قوی می‌باشد. ولی ما نمی‌توانیم رفتار و مشخصات اتمها و نور را در جاذبه بسیار قوی دریابیم. این مساله نخستین بار در آغاز قرن حاضر توسط "ماکس پلانک" مطرح شد. به همین دلیل زمان 43- ^10 ثانیه را "زمان پلانک" می‌گویند. که در آن فیزیک از توضیح عاجز می‌شود و مرز آگاهی‌ها به نهایت می‌رسد.

جاذبه سد زمان صفر

برای پشت سر گذاشتن زمان پلانک به نظریه‌ای‌ کوانتیک از جاذبه نیاز است که در آن قوه جاذبه بتواند با سایر نیروها متحد شود. فیزیکدانان در تلاشند تا یک نظریه جامع طبیعت بیابند که در آن چهار نیروی حاکم بر جهان بصورت یک نیروی واحد عمل کنند. و تا کنون موفق شده‌اند شرایط گرد آمدن نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف و نیروی الکترومغناطیسی را بدست آورند. ولی نیروی جاذبه همچنان با اتحاد با این نیروها مخالفت می‌کند. این نیرو که بر دنیای بینهایت بزرگها حاکم است از هر گونه اتحاد با دنیای بینهایت خردها سرباز می زند.

پیوند و اتحاد مکانیک کوانتومی با نسبیت در حال حاضر همچنان سدی غیر قابل عبور است و حتی اینشتین که در سی سال آخر عمر خود ، سر سختانه در این زمینه به کار پرداخت، نتوانست از این سد بگذرد. تا وقتی مقاومت و استقامت جاذبه شکسته نشود، فراتر از زمان پلانک را در یافتن ، کاری غیر ممکن است. این زمان مرز و حد نهایی آگاهی و شناخت ما است. در پشت دیوار پلانک واقعیتی هنوز دست نیافتنی پنهان است که در آن جفت فضا ـ زمان کائنات چهار بعدی ما می‌تواند کاملا متفاوت باشد با دیگر وجود نداشته باشد.

پشت دیوار پلانک

فیزیکدانهایی که شکافهای کوتاه و گذرایی در پشت دیوار پلانک وارد کرده‌اند، می‌گویند که با کائنات پرآشوبی که ده یا حتی بیست و شش بعد دارد، برخورد کرده‌اند، که در آن قوه جاذبه چنان قوی است که فضا را به کلی دگرگون کرده است و در آن ، فضا ، تحت تاثیر جاذبه به تعداد بیشماری سوراخ سیاه میکروسکوپیک تبدیل شده است که گذشته ، حال و آینده و حتی زمان در آن معنا ندارد. هر کدام از این سوراخها صد میلیارد میلیارد بار کوچکتر از یک پروتون هستند، که با حرارت 32 ^10 کلوین در فاصله 43- ^10 ثانیه تبخیر می‌شوند، ناپدید می‌شوند و دوباره ظاهر می‌شوند.

زمان مرجع

سالها کوشش و مطالعه طاقت فرسا لازم است تا دیوار پلانک سوراخ شود و تا رسیدن به آن روز ما باید "زمان پلانک" را به منزله "زمان صفر" بپذیریم. بنابرین ، وقتی از مبدا و آغاز خلقت کائنات گفتگو می‌کنیم، زمان مرجع ما زمان پلانک خواهد بود.

  آشکار ساختن ساختار ژنتیک و کشف منشاء استیکى که جلوى ما گذاشته اند تا نوش جان کنیم...اتحاد الکترونیک و بیولوژى مى تواند حیطه هاى متنوعى چون پزشکى، علوم تغذیه، یا علوم دفاعى را دستخوش انقلاب سازد. سرعت پیشرفت ما آنچنان زیاد است که خطر زیر پا گذاشتن اخلاقیات واقعاً وجود دارد.

گرى هوپر عضو انجمن بیوتکنولوژى که کارهاى میلیون دلارى برعهده دارد، با صداى خشن، عینک کوچک هیئت کالین پاول خطاب به همکارانش که همگى مثل او قدشان حدود دو متر است، مى گوید: «بچه ها، بجنبید! اگر این کار را نکنیم، چینى ها جاى ما خواهند کرد!» این خطر را وجود یک مشت از صاحبان صنایع داروسازى که سخنرانى هاى رمزى و در لفافه شان مدت ها به درازا مى کشد، به خوبى نشان مى دهد. بر روى صندلى هاى این سالن که در سال هاى پایانى سده پیش در میدان اتحاد واقع در قلب سانفرانسیسکو ساخته شد، در پشت پرده هاى سنگین و به رنگ قرمز آتشین آن، این مردان پنجاه، شصت ساله به ناگهان از اندیشه آهسته تر کردن سرعت پیشرفت تراشه هاى زیستى به خشم مى آیند. اینجا صحبت از سیلیسیم _ همان ماده اى که سیم هاى تلفن نیز از آن ساخته مى شوند _ است که یک رشته DNA (یا رمز حیات) بر روى آن قرار داده مى شود. تراشه اى که بزرگ تر از نصف یک دانه شکر نیست قادر به کارهایى است _ از پزشکى تا کشاورزى و علوم زیبایى _ که دیوانه کننده اند.

این مجموعه سحرآمیز، آمیزه اى از بیولوژى و الکترونیک، درصدد زیر و رو کردن آن چیزى است که بیوتکنولوژى خوانده مى شود. علمى که قرار است انقلابى در زندگى ما پدید آورد ... ولى چگونه؟ چیز زیادى نمى دانیم. با این حال، ماتما کالیکورا تحلیلگر موسسه «فراست و سالیوان» مطمئن است که تا ده سال دیگر این ابتکار بازارى بزرگ تر از 10 میلیارد دلار را به روى ما خواهد گشود. گام هاى اولیه صنایعى چون هیولت _ پاکارد، موتورولا و آى بى ام تنها آغاز این راه است.

در واقع این اندیشه چندان جدید نیست. تراشه هاى زیستى در واقع حاصل ازدواج (که مسلماً قدرى دیرهنگام بود) دو کشف قدیمى است که بیش از 50 سال عمر دارند. کارهاى جیمز واتسون و فرانسیس کریک _ برندگان جایزه نوبل در رشته فیزیک در سال 1962 _ در حقیقت به سال 1953 بازمى گردد. در این سال دو پژوهشگر مولکول DNA (که تعیین کننده وراثت ژنتیک هستند) را کشف کردند. مولکول DNA تشکیل شده از دو رشته که ساختمانى مى سازند که بر روى خویش مى پیچد و هر یک از این دو رشته قرینه آن دیگرى است. در همین زمان تراشه الکترونیک که توسط رادیوسازان در ساختمان ترانزیستورها به کار مى رفت، براى نخستین بار ساخته شد. تنها کارى که باقى مانده بود، ازدواج فرخنده این دو پدیده نوین بود و استفن فودور، زیست شناس از دانشگاه پرینستون، این کار را انجام داد. اندیشه وى بسیار ساده بود: از آنجا که هر رشته DNA از یک ردیف رمز تشکیل شده که با دوقلوى خویش به صورتى کاملاً قرینه یکى مى شود لذا کافى است که یک رشته تنها را بر روى تراشه اى قرار دهیم، در این صورت به محض مواجه شدن آن با دوقلویش صدور یک پیام فلورسانت را تحریم خواهد کرد که سپس کامپیوتر مى تواند آن را دریافت کند. این تمام جادوى ازدواج فرخنده تکنولوژى هاست: تبدیل یک واکنش زیستى به سیگنال الکترونیک. این اندیشه فى البداهه بسیار جالب بود و بار دیگر در سال هاى دهه ،1990 زمانى که «پروژه ژنوم انسان» براى یافتن ژنوم کامل انسان به اوج رسید، مطرح شد. از آن زمان هیچ رازى در اینکه تراشه معجزه خواهد کرد، نبود...

نقشه ژنتیک شما فقط به قیمت 300 دلار

در ابتدا این واقعیت به ویژه براى جهان پزشکى شگفتى آور بود که با استفاده از چنین ابزارى مى توان تشخیص ها را بدون اشتباه و به نحوى بى سابقه داد. دپارتمان زیست شناسى مولکولى در دانشگاه دوک (کارولیناى شمالى) در این میان به موفقیت هایى نائل شد. یکى از پروفسورها، تحقیقاتى را بر روى بیمارى که مشکوک به ابتلا به سرطان بود، انجام داد. نمونه خونى که به کمک یک تراشه زیستى از بیمار گرفته شد، این امکان را داد که ظرف کمتر از ده دقیقه ساختمان ژنتیک بیمار به دست آید و پزشک بلافاصله توانست تصمیم بگیرد که از چه درمانى استفاده کند. جلوگیرى از اتلاف وقت که در اینجا بى اندازه ارزشمند است. هنوز هم پس از گذشت پنج سال از آن رویداد مهم، چنین تشخیصى مى تواند یک آزمایشگاه کامل را به مدت چندین روز به تکاپو اندازد. بازار جدیدى متولد شده: تاکنون چندین موسسه پیشنهاد کرده اند که نقشه ژنتیک آدم ها را به 300 تا 500 دلار در اختیارشان قرار دهند. موسسه ایسلندى DeCode Genetics در یخچال هایش ژن هاى حدود بیست بیمارى مهم، از جمله شیزوفرنى را در اختیار دارد. در فرانسه انستیتو BioMe ,rieux روى سرطان کار مى کند.

تراشه هاى زیستى که خود را با بیمارى ها و درمان آنها شناسانده اند، مى توانند به علاوه خطرناک نیز باشند، چه امروز ژن هایى که نماینده بیمارى هایى هستند، شناخته شده اند. شرکت AFFymetrix در کالیفرنیا، جزء نخستین موسساتى بوده که تراشه هاى زیستى را پذیرفت و اکنون بدین کار مشغول است. یکى از کارکنان این شرکت مى گوید: «تراشه هاى ما براى کنترل کردن ترکیب مواد غذایى اند، در واقع براى آنکه ببینیم غذاى روبه روى ما که گوشت گاو یا ماهى معرفى مى شود، همان است که از آن انتظار داریم.» براى انجام این پروژه شرکت مذکور نیاز به حمایت جامعه آمریکا دارد و شریک فرانسوى اش BioMe ,rieux نیز یکى یکى ژن هایى را که بازسازى مى کند در اختیار آن قرار مى دهد و چه بازارى! این ابزار بسیار کوچک معجزه گر قادر است تا 30 نوع گوناگون مهره داران را شناسایى کند. حتى مى تواند حیوانات را براساس جنس (پستانداران، پرندگان و ماهى ها) یا نوع (ماکیان، گوسفند، خوک، کبک، ماهى قزل آلا) شناسایى کند و حتى از میان جوندگان موش را تشخیص دهد. دانشمندان فکر همه چیز را کرده اند!

ولى قضیه به اینجا ختم نمى شود: تراشه هاى زیستى از گذشته حیوان نیز ما را آگاه مى کند. طبق قوانین فرانسه و اروپا غذایى که به چهارپایان داده مى شود، نباید منشاء حیوانى داشته باشد. توماس اشلوم برگر رئیس شرکت با فرانسه شکسته بسته اى مى گوید: «شما در فرانسه وقتى که صحبت از گاو مى کنید، به دادن این عنوان به حیوان مطمئنید.» با استفاده از این تکنولوژى مى توان از یک دانه برنج پى برد که چه نوع کود شیمیایى به آن داده اند و اینکه تحت تغییر و تبدیلات ژنتیکى قرار گرفته یا خیر ... یک کین واقعى. جنگ اطلاعات زیست شناسى آغاز شده است.

پارک منلو در حومه پالوآلتو راهروى ورودى با کپى تابلوى «مطالعه رنگ ها» اثر کاندینسکى (1913) تزئین شده اند. پژوهشگران باذوقند، آیا به همین اندازه بااستعداد نیز هستند؟ این موسسه که در سال 1997 از سوى شیمى دان آلکس زافارونى (مجله Forbes را به یاد قهرمان فقید اسکاتلندى، جیم کلارک بیوتکنولوژى نام نهاده) بنیانگذارى شده به کاربرد به کلى جدیدى از تراشه هاى زیستى مى پردازد: ردیابى اشیا. اوگوست مورتى 50 ساله که اصلاً نیویورکى است و بیش از نیمى از عمرش را در بخش زیست شناسى گذرانده اکنون به فروش تراشه هاى زیستى سنتى _ که در واقع فعالیت اصلى موسسه را تشکیل مى دهد - مشغول است. این بار او فکر مى کند، کسب و کار خوبى خواهد داشت. به تازگى یکى از مارک هاى بسیار شیک و گرانقیمت به وى مراجعه کرده و از نمونه هاى تقلیدى کیف هاى چرمى اش که از چرم نژاد خاصى از گاوهاست، شاکى است باید دید کیف هاى چرمى تقلیدى در رمز ژنتیک چه تفاوت کم وبیش اندکى با چرم اصیل دارند. مورتى تنها یک کار جزیى مى کند. وى «اثر انگشت» چرم اخیر را بر روى یک تراشه زیستى قرار مى دهد و هر بار که کیف هاى وارداتى سوءظن مأمور گمرک را برمى انگیزند، کافى است «اثر انگشت» آنها با آنچه که به عنوان نمونه موجود است مقایسه شود.

بخش خصوصى تنها کسانى نیستند که در این میان منتفع مى شوند، بلکه دولت نیز مى تواند از ثمرات این تکنولوژى بهره مند شود. بر روى تپه ماهورهاى پوشیده از درختان انگور در کالیفرنیا هزاران نفر از پژوهشگران در آزمایشگاه لارنس لیومور که در سال 1952 به بزرگداشت مخترع سیکلوترون به نام وى نامیده شد، مشغول کارند. در سالن هاى فوق سرى این آزمایشگاه _ که حتى مشاهده آنها توسط افراد خارج از آزمایشگاه مستلزم داشتن اجازه کتبى مقامات است _ پژوهشگران بر روى روش هاى مقابله با میکروب سیاه زخم مطالعه مى کنند. این پودر که مقامات و کنگره را در آمریکا پس از 11 سپتامبر سال 2001 اینچنین وحشت زده کرده، در واقع چیزى جز یک آنزیم نیست. با این حال به برکت وجود و ساخت تراشه هاى زیستى مناسب به راحتى مى توان آن را شناسایى کرد.

اما کار به اینجا ختم نمى شود. در پایان سال 2003 پنتاگون اعتبارى به مبلغ بیش از 2 میلیون دلار را در اختیار گروهى در دانشگاه ویرجینیا قرار داد که از جمله گیرنده هاى بسیار کوچکى را بر روى پوست سربازان داوطلب پیش از آغاز جنگ پیوند زند. این ترموستات هاى واقعى سلامتى سربازان، علاوه بر اندازه گیرى میزان آنتى کر (ضد باکترى یا سموم) بدن آنها این امکان را نیز به وجود مى آورد که به صورت شناسنامه هاى ژنتیکى آنها عمل کنند. این کمک ذى قیمتى به جراحانى است که ناچارند سربازان را در همان حالت بیهوشى و بى خبرى تحت عمل جراحى قرار دهند. کاربردهاى دیگرى که براى این وسیله ارزشمند متصور است، از این قرارند: سربازانى که در بیابان گم مى شوند و به واحه اى مى رسند، مى توانند تراشه را در تماس با آب قرار دهند و دریابند که آب آلوده (مثلاً بقایاى ناقلان ویروس سرخک) است یا خیر. علاوه بر میدان هاى نبرد، تراشه هاى زیستى کاربردهایى نیز در فضا دارند.

ناسا که یکى از شرکاى برنامه دانشگاه ویرجینیاست، درصدد است فضانوردان خویش را مجهز به چنین تراشه هایى سازد که بتواند از هیوستون سطح قند خون فضانوردان در مأموریت را اندازه گیرى کند. در کاپ کاناورال تاکید مى شود: «این برنامه را با میل و علاقه دنبال مى کنیم. همه اینها چراغ سبزى است براى تولید انبوه تراشه هاى زیستى.»

در ورودى AFFymetrix که در 20 کیلومترى سمت کالیفرنیا قرار دارد، نوشته اى از طلا _ که یادآور دوران هجوم براى یافتن رگه هاى طلا در زمان هاى گذشته است _ ما را باخبر مى سازد که ده سال از ساختن آن گذشته است. ولى گویى اینجا آغاز و پایان جهان است. براى آنکه به این عمل ضدعفونى شده و عارى از میکروب پا گذارید، مدیر آنجا براد کریگر از شما مى خواهد که وارد سالنى شوید که همزمان سى تایى هواکش بسیار کوچک شما را تحت بمباران هواى تصفیه و فرآورى شده قرار مى دهند. تنها چیزهایى که مى توانید با خود داشته باشید، عبارتند از یک کوله پژوهش بر دوش، یک چراغ قوه، شماره تلفن هاى اشخاصى که در موارد ضرورى مى توانید با آنها تماس بگیرید و صحنه هاى تماشایى از اینجا آغاز مى شوند.

جنگ قیمت ها در پیش است

جالب ترین قسمت داستان در سالنى اتفاق مى افتد که بسیار تحت نظر است. در اینجا یخچال هاى بزرگى قرار دارند که تورهایى از آن حفاظت مى کنند. در داخل این گاوصندوق هاست که موسسه ردیاب هایى از جنس DNA خود را ذخیره کرده است. رشته هاى تکى DNA وجود دارند که سطح گلوکز را تعیین مى کنند. نوعى سفارش کارکنان سفارش هزاران DNA از مشتریان دریافت مى کنند که آنها را به کمک روبوت ها بر روى صفحات شیشه اى رشته بسیار کوچک نگهدارى مى نمایند. این تراشه هاى زیستى که هرکدام یک در یک سانتیمتر ابعاد دارند، مى توانند چندین هزار ردیاب را در خود داشته باشند.

یک بازار واقعى که جاى خود را در بورس هم باز کرده است: افى متریکس سالانه چندین صد هزار تراشه مى فروشد. استیوم لومباردى یکى از اعضاى گروه، در حالى که تراشه اى به ابعاد دو سانتیمتر را بین انگشتان اشاره و شست خویش نگه داشته بر روى صندلى راحتى اش نشسته و در صورتش احساس رضایت یک کهنه کار به خوبى دیده مى شود. وى در گذشته به صورت دستى و با پیپت تشخیص هایش را صورت مى داد. ولى امروز کار به روشى بسیار پیشرفته صورت مى گیرد، موسسه اى که مشغول کار است شبانه روز 24 ساعت و در هفت روز هفته فعالیت مى کند. «ما کم کم داریم به صورت اینتل این صنعت در مى آییم: تراشه هاى ما در انبوهى از تکنولوژى در آینده دیگر به چشم نخواهند آمد.»

با این حال افى متریکس ناچار به مبارزه کردن است چرا که کالیفرنیا در این میان تنها نیست. دیگرانى هستند که به سرعت پیش مى روند. مثلاً در فرانسه داباگ در قطب ژن اورى (اسون) در آغاز راه است. در چین چندین صد پروژه که در ابتدا با تزریق ده ها میلیون دلار از سوى دولت کار خود را شروع کردند، اکنون اندک اندک مستقل مى شوند. علاوه بر این ما شرکت هاى بزرگى چون جنرال الکتریک، موتورولا، آى بى ام، ابزارهاى تگزاس، کورنینگ، هیتاچى- که در ساخت «مرکز حیاتى» عظیم هنگ کنگ مشارکت دارد و حتى فیلیپس هم گام در این راه گذاشته اند- همه اینها آماده وارد شدن در بازارند.

سرسخت ترین آنها Agilent نام دارد. این موسسه واقع در پالوآلتو جایگاه دوم را در این بخش به خود اختصاص داده است. دارین سولومون معاون رئیس موسسه مى گوید: «ما سال گذشته 15درصد رشد را به ثبت رساندیم.» در واقع این موسسه متکى به هیولت پاکارد است. (هیولت پاکارد پیش از استقلال آن را به وجود آورد) که با 142000 کارمند داراى قدرت واقعى است Agilent که سالانه بیش از یک میلیارد دلار خرج تحقیقاتش مى کند، امروز آزمایشگاه کاملى را بر روى یک تراشه به بازار آورده که 20 هزار ژن در آن جاى دارد. تازه واردى که میدان نبرد را- که شرط ضرورى موفقیتش است- داوطلبانه و بدون برخوردار شدن از امتیازات پذیرش صلح ترک گوید، چیزى نصیبش نمى شود. تراشه ها هنوز گرانند و گاه تا چندین ده دلار قیمت دارند. افى متریکس براساس آمار و ارقام افتخار مى کند که از سال 1996 قیمت ها را بسیار پایین آورده، در آن سال قیمت یک تراشه فراتر از 200 دلار بوده گرچه هنوز هم براى فروش به عموم مردم قدرى گران است. براى پایین آوردن قیمت هیچ راهى بهتر از تغییر روش تولید نیست. تولید کننده آمریکایى فیبرهاى نورى- کورینگ ماده اى از شیشه ساخته که داراى هزاران حفره بسیار کوچک است که ردیاب هاى DNA در داخل آنها جاى مى گیرند. به گفته شرکت مذکور، با این ماده جدید در هر دقیقه بیشتر از سابق مى توان تراشه تولید کرد و بدین ترتیب هزینه هاى تولید را کاهش داد.

تب جمع آورى و ثبت اطلاعات

حتى در شرایط ارزانى، مشکلات دیگرى در پیش پاى تراشه هاى زیستى قرار دارند، چه رشته هاى DNA مسائل و موضوعات بسیار جدى پیرامون اخلاقیات را به پیش مى کشند. اولین آنها برملا کردن، مثل دستکارى اطلاعات محرمانه خصوصى است. چگونه مى توان این بانک هاى عظیم اطلاعاتى را که هزاران اطلاعات راجع به تنوع ژنتیک را گرد آورده اند، کنترل کرد؟ در انگلستان بیوبانک این کشور نمونه هایى از DNA 500 هزار داوطلب را جمع آورى کرده است. آیا روزى سناریوى فیلم آمریکایى «خوش آمدید به گاتاکا» که در آن اوما تورمن عاشق اتان هاوک به وى کمک مى کند تا از چنگال یک دولت پلیسى که در آن موفقیت نه از کار یا دانش بلکه از رمز DNA افراد حاصل مى شد بگریزد، به واقعیت نخواهد پیوست؟ این تب حتى به کانادا نیز راه یافته، در اینجا هشت ماه است که پروژه غول آساى کارتاژن مشغول جمع آورى و ثبت اطلاعات مربوط به بیمارى هاست، اطلاعاتى که به آسانى در اختیار بخش خصوصى قرار گیرد و اما استونى، دو سال است که سرسختانه سیاست فناورى پیشرفته را در پیش گرفته و این اندیشه جاه طلبانه را در سر دارد که اطلاعات ژنتیک تمام شهروندان خویش _ و نه فقط بیماران _ را جمع آورى کند. ولى این همراهى، بسیار مهم _ جذاب ولى به همان اندازه نگران کننده _ انسان و الکترونیک است که همه را نگران مى کند و به گفته گلن مک گى مسئول مسائل و موضوعات اخلاقى در دانشگاه پنسیلوانیا: «انسان همان احساس نگرانى را دارد که در نخستین روزهاى کلون هاى ژن ها (بازسازى و کشت ژن ها در محیط مصنوعى) داشت، احساس اینکه نمى داند بالاخره کار به کجا ختم مى شود.» وى اخیراً کتابى تحت عنوان «آن سوى علم ژنتیک» منتشر کرده که در آن شدیداً به وضع موجود که در آن عموم مردم از کمبود اطلاعات و آگاهى رنج مى برند خرده گرفته است: «زمان آن فرا رسیده که پس از این همه سال تحولات بى سروصدا بالاخره در جعبه سحرآمیز را بگشائیم…»

ولى تهاجم ژن ها به دنیاى الکترونیک قصد از پاى ایستادن را ندارد. موسسه وایزمن نخستین کامپیوتر براساس DNA را به راه انداخته است. این کامپیوتر که بسیار کوچک تر از کامپیوترهاى معمولى است، احتمالاً پس از تولید انبوه بسیار ارزان تر خواهند بود. ولى در عین حال و به خصوص بسیار قدرتمندتر: داده ها در این کامپیوتر بر پایه چهار فرآورى مى شوند (الفباى ژنتیک از چهار رمز تشکیل شده است: A براى آدنین، T براى تیمین، C براى سیتوزین و G براى گوانین) و نه برپایه دوتایى (0 و 1) همچون کامپیوترهاى کلاسیک چهار در برابر دو: طرفداران این کامپیوترها لاف مى زنند که قدرت آنها چهار برابر افزایش مى یابد. یک مثال؟ مایا، نخستین کامپیوتر DNA تمام بازى هاى tic-tac-toe (بازى با شرکت دو حریف که هر یک سعى مى کند سه حرف را به صورت افقى، عمودى، یا مورب زودتر از آن دیگرى به صورت یک ردیف قرار دهد [در ایران بازى مشابه به نام «دوز بازى» از قدیم رایج بوده است]) را بى برو و برگرد مى برد، در حالى که کامپیوترهاى امروزى از هر ده مورد بازى تنها شش مورد شانس برملا شدن از حریف انسانى را دارند…

سخن آخر

در فرانسه فعالیت تراشه «کمیساریاى انرژى اتمى» 40 نفر پرسنل در ژنوپل دورى (Genopole D,Evry) دارد و مى تواند سالانه 10 هزار تراشه DNA تولید کند. بانک ژن هاى انسانى آن که در پایان ماه آوریل تکمیل شده، هم اکنون بیش از 25 هزار ژن (ردیف پیاپى باز هاى آلى تشکیل دهنده مولکول DNA) را در اختیار دارد.

 هر ساله توفان هاى موسمى بسیار بزرگ که تندبادهایى با سرعت بیش از 120 کیلومتر بر ساعت را ایجاد مى کنند، سراسر دریاهاى گرمسیرى را درنوردیده و به سوى خطوط ساحلى حرکت مى کنند. این امر غالباً باعث مى شود که بخش هاى وسیعى از نوارهاى ساحلى در نقاط مختلف جهان دچار آسیب هاى جدى و فراوانى شوند. وقتى این توفان هاى پى در پى که در میان ساکنین سواحل اقیانوس اطلس و سواحل شرقى اقیانوس آرام به نام Hurricane، در سواحل غربى اقیانوس آرام به نام Typhoon و در سواحل حاشیه اى اقیانوس هند به نام Cyclone معروف اند به نواحى پرجمعیت هجوم مى برند، ممکن است هزاران نفر کشته و میلیاردها دلار خسارت بر جاى گذارند. و هیچ چیز، مطلقاً هیچ چیز، در برابر آنها توان ایستادگى و مقاومت ندارد.

اما آیا این نیروهاى مهیب طبیعت باید براى همیشه از حیطه کنترل ما خارج باشند؟ من و همکاران محقق ام هرگز اینگونه نمى اندیشیم. تیم تحقیقاتى ما از مدت ها پیش در پى یافتن پاسخ این سئوال است که چطور مى توان توفان ها را به مسیرهاى کم خطرتر هدایت کرد یا در غیر این صورت لااقل آنها را به جهات مختلف پراکنده ساخت. گرچه تحقق این هدف بزرگ شاید براى دهه ها بعد قابل تصور باشد، اما نتایج تحقیقات ما نشان مى دهند که مطالعه احتمالات متعدد در این زمینه چندان آسان نخواهد بود.

براى برداشتن نخستین گام ها در مسیر کنترل توفان ها، محققان باید قادر باشند که اولاً مسیر جارى شدن یک توفان را با دقت فوق العاده زیادى پیش بینى کنند، ثانیاً هویت تغییرات فیزیکى (از قبیل تغییرات دماى هوا) را که بر رفتار توفان اثرگذار خواهند بود تشخیص دهند و ثالثاً راه هایى را براى تأثیرگذارى بر آن تغییرات پیدا کنند. این کار اکنون در مراحل آغازین خود قرار دارد، اما شبیه سازى هاى کامپیوترى توفان ها که طى چند سال گذشته با موفقیت قابل وصفى انجام شده اند به وضوح نشان مى دهند که تعدیل رفتار توفان ها بالاخره روزى میسر خواهد بود. در این میان، چیزى که بیش از هر چیز دیگر پیش بینى آب و هوا را مشکل مى سازد، حساسیت فوق العاده اتمسفر (جو زمین) به تحریکات کوچک است، اما همین امر مى تواند کلید واقعى دستیابى بشر به کنترلى باشد که دائماً در جست وجوى آن است. نخستین تلاش تیم تحقیقاتى ما براى اثرگذارى بر مسیر یک توفان شبیه سازى شده، به عنوان مثال، از طریق ایجاد تغییرات کوچک در کیفیت اولیه توفان، به طور قابل ملاحظه اى موفقیت آمیز از کار درآمد و نتایج بعدى نیز همچنان روند مطلوب قبلى را تداوم بخشیده اند.

ماهیت توفان ها

براى اینکه ببینیم اساساً چرا توفان ها (Hurricanes) و سایر تندبادهاى گرمسیرى مى توانند مستعد پذیرش مداخله انسان باشند، باید ماهیت و منشاء اصلى وقوع توفان ها را دریافت. توفان ها، به شکل دسته هایى از تندبادهاى همراه با آذرخش و صاعقه بر فراز اقیانوس هاى گرمسیرى ظاهر مى شوند. دریاهاى واقع در عرض هاى جغرافیایى پایین دائماً حرارت و رطوبت زیادى را براى اتمسفر به ارمغان مى آورند و این امر باعث مى شود تا هواى گرم و مرطوب فراوانى بر فراز سطح دریا تشکیل شود. وقتى این هوا به سمت سطوح فوقانى جو حرکت مى کند، بخار آب موجود در آن تقطیر مى شود و بدان وسیله موجبات تشکیل ابرها و فرو ریختن انواع نزولات را فراهم مى سازد. تقطیر بخار آب موجود در هوا باعث آزاد شدن حرارت در سطوح فوقانى جو مى شود و این حرارت که اصطلاحاً از آن به عنوان «گرماى نهان تقطیر» نام برده مى شود، به همراه حرارت تابشى خورشید که اصلى ترین عامل تبخیر آب در سطح اقیانوس محسوب مى شود، سبکى بیشترى را براى هوا به ارمغان آورده و باعث مى شوند تا هوا طى یک فرایند بازخوردى تقویتى (Feedback) آمادگى صعود به ارتفاعات بالاتر را پیدا کند. نهایتاً، فرود این هواى گرمسیرى باعث سازماندهى تدریجى و تقویت سامانه اى مى شود که به نوبه خود موجبات تشکیل «قطب مرکزى سکون»اى را فراهم مى سازد که یک توفان دریایى به دور آن مى چرخد. با رسیدن این سامانه به زمین، منبع پایدار آب گرم توفان از آن جدا مى شود که همین امر به تضعیف سریع توفان مى انجامد.

رویاى کنترل توفاناز آنجایى که توفان بیشتر انرژى اش را از حرارت آزاد شده در نتیجه تقطیر بخار آب بر فراز اقیانوس (که بعدها به تشکیل ابر و فرود نزولات جوى مى انجامد) به دست مى آورد، لذا نخستین چیزى که محققان در رویاهاى خویش براى پیش بینى زمان وقوع این پدیده هاى وهم آسا مجسم ساخته بودند، تلاش همه جانبه براى ایجاد تغییر در فرایند تقطیر با استفاده از تکنیک هاى بارورسازى ابرها بود که در دهه هاى دورتر به عنوان تنها راه عملى براى تأثیرگذارى بر شرایط آب و هوایى مناطق مطرح بود. در اوایل دهه ،1960 یک هیات مشاوره اى علمى به نام Project Stormfury که از سوى دولت آمریکا مأموریت یافته بود، اقدام به انجام یک سرى آزمایش هاى دلیرانه یا شاید متهورانه با هدف تعیین چگونگى امکان اجرایى کردن آن راهکار نمود.

هدف Project Stormfury کاستن از سرعت گسترش یک توفان از طریق تشدید یا تقویت سرعت نزول باران در نخستین باند یا حوزه بارانى در خارج از Eye Wall یا حلقه ابرها و بادهاى شدیدى بود که در حوزه دید قرار داشتند [براى آگاهى بیشتر در این زمینه به مقاله «تجربیات ملایم سازى توفان» اثر«آر اچ سیمپسون» و «جوآنه اس مالکوس» در نسخه دسامبر 1964 نشریه ساینتیفیک آمریکن مراجعه کنید].

آنها تلاش کردند تا این هدف را با پاشیدن ذرات یدید نقره بر روى ابرها به وسیله طیاره محقق سازند: در این روش، از ذرات یدید نقره به عنوان هسته هایى لازم براى تشکیل یخ از بخار آبى استفاده شد که پس از صعود به بالاترین و سردترین محدوده هاى ارتفاعى توفان عملاً مادون سرد (Supercooled) شده بود. اگر همه چیز طبق پیش بینى هاى رویاپردازانه مبتکران آن طرح پیش رفته بود، ابرها سریع تر رشد مى کردند و موجودى هواى گرم و مرطوب نزدیک سطح اقیانوس را به مصرف مى رساندند و در نتیجه جایگزین EyeWall قبلى مى شدند. این فرایند در ادامه باعث افزایش شعاع عملکرد توفان و در نتیجه کاهش شدت آن مى شد، درست همان طورى که یک اسکیت باز خبره براى کاستن از سرعت دوران خود دستانش را به طرفین باز مى کند.نتایج تحقیقات Project Stormfury در بهترین حالت مبهم و دو پهلو بودند. هواشناسان امروزى انتظار ندارند که این کاربرد ویژه بارورسازى ابرها در مورد توفان ها مؤثر باشد، زیرا برخلاف تصورات اولیه، توفان ها حاوى بخار آب مادون سرد نیستند.

آب و هواى مغشوش

مطالعات جارى ما از دل یک کشف قدیمى بیرون آمد که من 30 سال پیش، زمانى که تازه از دانشگاه فارغ التحصیل شده بودم و به تحقیق پیرامون ابعاد مختلف وجودى تئورى آشوب (Chaos Theory) مشغول بودم، به آن پى برده بودم. یک سیستم بى نظم (Chaotic System) سیستمى است که در نگاه اول به نظر مى رسد که رفتارى تصادفى داشته باشد، اما در واقع، همین سیستم تحت حاکمیت قوانینى قرار دارد. چنین سیستمى به شرایط اولیه نیز بسیار حساس است، به گونه اى که ورودى هاى ظاهراً ناچیز و دلخواه قادرند تأثیرات شگرفى را بر روى آن داشته باشند که این امر نیز به نوبه خود نتایج پیش بینى ناپذیرى را در سریع ترین زمان ممکن در پى خواهد داشت. در مورد توفان ها، بروز تغییرات کوچک در جنبه هایى از قبیل دماى اقیانوس، موقعیت مکانى جریان هاى شدید باد (که تنظیم کننده سرعت و جهت حرکت توفان ها هستند)، یا حتى شکل ابرهاى بارانى حاضر در سراسر حوزه دید مى تواند تأثیر عمیقى را بر مسیر حرکت و توان بالقوه یک توفان بر جاى نهد.

حساسیت شدید جو زمین به تغییرات کوچک و آمیختگى سریع خطاهاى کوچک با مدل هاى پیش بینى آب و هوا چیزى است که پیش بینى طولانى مدت (بیش از پنج روز پیش از وقوع توفان) را تا این حد مشکل ساخته است. اما این حساسیت همچنین من را به تعجب وا مى دارد که چطور ممکن است ورودى ها یا تحریکات جزیى چنان تأثیرات عمیقى را بر توفان ها بر جاى نهند که بتوانند آنها را از مراکز جمعیتى ساحلى دور کرده یا لااقل از سرعت بادهاى همراه آنها بکاهند.

من در زمان هاى دور قادر به پیگیرى آن ایده ها نبودم، اما طى دهه گذشته، شبیه سازى کامپیوترى و فناورى هاى حساس به تغییرات بسیار جزیى به قدرى رشد کرده اند که ظاهراً قادر به تحقق بخشیدن رویاهاى دوره جوانى من در کنترل پدیده هاى آب و هوایى در مقیاس بزرگ خواهند بود. هم اینک، من و همکارانم در مؤسسه «تحقیقات جوى و زیست محیطى» (AER) که یک شرکت مشاوره اى در زمینه تحقیقات و توسعه محسوب مى شود، با حمایت مالى «مؤسسه مفاهیم پیشرفته ناسا» (سازمان فضانوردى آمریکا) مشغول بهره بردارى از مدل هاى کامپیوترى توفان ها با هدف تشخیص انواع عملیاتى هستیم که ممکن است نهایتاً در جهان واقعى به مورد اجرا گذاشته شوند. به ویژه، ما از فناورى پیش بینى وضعیت آب و هوا براى شبیه سازى رفتار توفان هاى قبلى و سپس آزمایش نتایج مداخلات متعدد از طریق مورد ملاحظه قرار دادن تغییرات در توفان هاى مدل سازى شده استفاده مى کنیم.

مدل سازى آب و هواى مغشوش

حتى بهترین مدل هاى کامپیوترى پیش بینى وضعیت آب و هوا در روزگار فعلى وقتى پاى پیش بینى به میان مى آید بسیارى چیزها را در حد رویا باقى مى گذارند، اما با توسل جستن به آنها مى توان مدل سازى توفان ها را ساده تر کرد. مدل هاى کامپیوترى یاد شده به روش هاى عددى اى بستگى دارند که فرایند پیچیده گسترش یک توفان را با به محاسبه درآوردن شرایط برآورده شده جوى در فواصل زمانى کوتاه و پى در پى شبیه سازى مى کنند. محاسبات عددى پیش بینى وضعیت آب و هوا بر این فرض اولیه استوارند که در جو زمین هیچ آفرینش یا انهدام جرم، انرژى، مومنتوم (اندازه حرکت) و رطوبتى میسر نخواهد بود [اصل بقاى جرم، انرژى و . . . ]. در یک سیستم سیال، نظیر یک توفان، این کمیت هاى تغییرناپذیر دوشادوش جریان توفان جابه جا مى شوند. با این حال، نزدیک مرزها یا حواشى سیستم، بر پیچیدگى مسائل افزوده مى شود. به عنوان مثال، در سطح دریا، شبیه سازى هاى ما باید بتوانند پاسخگوى به دست آوردن یا از دست دادن چهار کمیت تغییرناپذیر اصلى باشند.

مدل سازان وضعیت جوى را به عنوان یک ویژگى کامل متغیرهاى فیزیکى قابل اندازه گیرى، از جمله فشار، دما، رطوبت نسبى، و سرعت و جهت باد، تعریف مى کنند. این کمیت ها معادل خواص فیزیکى تغییرناپذیرى هستند که شبیه سازى هاى کامپیوترى بر آنها استوارند. در بیشتر مدل هاى آب و هوایى، این متغیرهاى رویت پذیر بر روى یک نمودار میله اى سه بعدى از اتمسفر به تصویر کشیده مى شوند، بنابراین مى توان نقشه اى از هر ویژگى را براى هر ارتفاع معینى رسم کرد. مدل سازان به هیچ وجه مجموعه مقادیر همه این متغیرها را نقاط میله اى کیفیت مدل نمى نامند.براى انجام یک پیش بینى مناسب، یک مدل عددى پیش بینى وضعیت آب و هوا پى درپى کیفیت مدل را لحظه به لحظه در فواصل زمانى کوتاه (از چند ثانیه تا چند دقیقه بسته به مقیاس طرح مورد بررسى توسط مدل) بهبود مى بخشد. مدل عددى یاد شده میزان تأثیرات به وجود آمده را که حین هر فاصله زمانى معین در مقادیر خواص متعدد جوى و نیز فرایندهاى تبخیر، بارش، سایش سطحى، سرمایش مادون قرمز و گرمایش خورشیدى که در ناحیه مورد نظر اتفاق مى افتد، محاسبه مى کند.

خاصیت پیش بینى

متأسفانه پیش بینى هاى هواشناسانه ناقص و اعتمادناپذیر هستند. در وهله اول، کیفیت آغازین مدل ها همواره ناقص و غیردقیق است. کیفیت اولیه مدل ها براى توفان ها نیز داراى نواقصى بوده و خصوصاً تعریف شان مشکل است، زیرا مشاهدات مستقیم بسیار معدود بوده و انجام شان نیز مشکل است. با این حال ما از مشاهده تصاویر ماهواره اى ابرها به این نتیجه مى رسیم که توفان ها داراى ساختارهاى پیچیده و تودرتویى هستند. اگرچه این تصاویر بالقوه بسیار سودمند خواهند بود، اما ما نیازمند آگاهى یافتن از مسائلى بسیار بیشتر و پیچیده تر از این هستیم. ثانیاً حتى با کیفیت کامل اولیه، مدل هاى کامپیوترى توفان هاى گرمسیرى بزرگ به خودى خود مستعد بروز اشتباه هستند.

به عنوان مثال اتمسفر فقط در یک میله از نقاط مدل سازى مى شود. وجوهى کوچکتر از طول میله که همانا مسافت بین دو نقطه میله اى مجاور را تشکیل مى دهد، به طور دقیق قابل لمس نخواهند بود. بدون یک عزم بسیار جدى، ساختار یک توفان در مجاورت Eye Wall مهمترین وجه آن پوشیده باقى مانده و جزئیات آن نیز نامعلوم باقى خواهد ماند. به علاوه، این مدل ها، درست شبیه اتمسفرى که شبیه سازى مى کنند، طبق یک الگوى بى نظم رفتار مى کنند و اشتباهات برآمده از هر دوى این منابع خطا به موازات اقدام براى انجام محاسبات پیش بینى وضع هوا سریعاً فزونى مى یابند.به رغم محدودیت هایش، این فناورى هنوز براى اهداف ما اجتناب ناپذیر جلوه مى کند. ما براى پیگیرى تجربیات مان اقدام به طرح ریزى یک سیستم بسیار کارآمد اولیه پیش بینى آب و هوا به نام «شبیه سازى چهاربعدى داده هاى تغییرپذیر» 4 DVAR کرده ایم.

بعد چهارمى که در این روش به آن استناد شده «زمان» است. محققان «مرکز پیش بینى هاى آب و هوایى متوسط اروپا» یکى از مهمترین مراکز هواشناسى جهان از این تکنیک پیشرفته براى پیش بینى وضع آب و هواى هر روز اروپا استفاده مى کنند. براى تحقق بخشیدن به هدف متعالى استفاده بهینه از همه مشاهدات جمع آورى شده توسط ماهواره ها، کشتى ها، راهنماهاى شناور و حسگرهاى هوابرد پیش از آنکه عملیات پیش بینى آغاز شود4، DVAR این اندازه گیرى ها را با یک حدس اولیه قابل قبول از کیفیت اولیه اتمسفر طى فرآیندى به نام یکسان سازى داده ها ترکیب مى کند. این حدس اولیه معمولاً یک پیش بینى 6 ساعته است که در هنگام مشاهدات اصلى معتبر خواهد بود. توجه داشته باشید که4 DVAR براى هر مشاهده اى دلیل موجهى اقامه مى کند، درست زمانى که از آن به جاى گروه بندى آن مشاهدات در طول یک بازه زمانى چندساعته استفاده مى شود. نتیجه ترکیب کردن داده هاى حاصل از مشاهده و حدس اولیه سپس براى گام برداشتن در مسیر پیش بینى 6ساعته بعدى مورد استفاده قرار مى گیرد.

  حتی با میلیون ها مورد اطلاعات مختلف و استفاده از مدرن ترین کامپیوتر ها، کارشناسان هواشناسی نمی توانند پیشگویی دقیقی در مورد وضعیت آب و هوا ارائه کنند. در اتمسفر زمین هرج ومرج برقرار است.

شما حتماً بارها در برابر این پرسش قرار گرفته اید که وضعیت هوا فردا چگونه خواهد بود؟ آیا باران خواهد بارید؟ یا خورشید درخشان خواهد بود؟ آیا بادی شدید خواهد وزید یا نسیمی دل انگیز؟ پاسخ این پرسش ها را هر روز در بخش پیش بینی هوا در همه جا، در اخبار رادیو، تلویزیون، روزنامه ها و اینترنت می توانید بیابید. اما این پیشگویی ها چگونه انجام می گیرند؟

محققان امور هواشناسی جدیدترین اطلاعات واصله برای مثال درباره فشار هوا، وزش باد و دمای هوا را در ارتباط با یکدیگر در نظر گرفته و محاسبه می کنند و در پایان به عنوان نتایج کار خود می توانند هوای چند ساعت و حتی چند روز آینده را پیشگویی کنند. اینگونه پیشگویی هوا که از طریق محاسبه ارقام و اعداد مختلف با یکدیگر به دست می آید، در سراسر جهان شیوه ای بسیار متداول است. اما بسیاری از اوقات نیز غلط از آب در می آید. نه به این خاطر که متخصصان هواشناسی در کار خود سهل انگاری می کنند بلکه به این دلیل که در اصل، کل تغییرات هوا را نمی توان از قبل پیش بینی کرد.

دشواری های این امر از همان آغاز اطلاعات جدیدی هستند که هر لحظه تغییر می کنند بنابراین همیشه بایستی از یک رقم میانگین در محاسبات استفاده شود. در حقیقت آب و هوا یک سیستم درهم و برهم است که دائماً در تحول است و در آن همه عوامل به یکدیگر ربط دارند. البته همه این اتفاقات در اتمسفر زمین به صورت شناخته شده بر اساس قوانین فیزیکی رخ می دهند اما تساوی های ریاضی محاسبات این تغییر و تحولات، در طی گذشت ساعات و روزها، نتایج دقیقی را در دسترس ما قرار نمی دهند. به ویژه زمانی که ارقام اولیه، غیردقیق بوده و تنها اطلاعات حاصله از تصاویر لحظه ای را بازتاب می دهند.اعداد و ارقامی که در ساعت 12 ظهر برای پیشگویی هوا در ساعت 15 به کار گرفته می شوند، ممکن است تا ساعت 12 و نیم تغییر کرده و به این ترتیب، پیشگویی قبلی را غیرقابل استفاده کنند. برای مثال در اداره هواشناسی آلمان تقریباً هر 3 ساعت یک بار، کامپیوترها با داده های جدید تغذیه می شوند. به همین دلیل، نتایج محاسبات آنها نیز، تنها می توانند تقریباً درست باشند و یا اینکه کاملاً اشتباه از آب درآیند. در هر صورت صحت این اخبار برای یک پیش بینی هوای 24 ساعته، تقریباً برابر با 90 درصد است.

هر روز حدود یک میلیون مورد اطلاعات مختلف، پیش از همه درباره فشار، رطوبت و دمای هوا و راجع به جهت و سرعت وزش باد، در اختیار کامپیوتر عظیم 10 میلیون یورویی اداره هواشناسی آلمان قرار داده می شوند. این اطلاعات، تنها از ایستگاه های هواشناسی داخل آلمان تهیه نمی شوند بلکه، همچنین از شبکه سراسری، متشکل از 37 هزار ایستگاه هواشناسی در کشتی ها، هواپیماها، چراغ های دریایی، بالون ها و ماهواره ها جمع آوری می شوند. اطلاعات جدید، دائماً در حال انتقال به اداره هواشناسی ملی مربوطه هستند و از آنجا به مراکز بین المللی هواشناسی فرستاده می شوند.

بدون این اطلاعات که از راه های دور می رسند کامپیوتر فوق العاده اداره هواشناسی آلمان هم قادر نیست حتی یک پیشگویی هوای نسبتاً دقیق را برای آلمان ارائه کند. زیرا وضعیت آب و هوای آلمان اغلب بر فراز اقیانوس اطلس تعیین می شود. به همین دلیل وضعیت پیشگویی هوا برای دوره های میان مدت و یا درازمدت، تنها از طریق اطلاعات تکمیلی مناطق دور می تواند انجام گیرد.با وجود همه توانایی های محاسباتی کامپیوتر اما، این دستگاه قادر به تهیه یک نقشه هواشناسی، آنگونه که ما آن را از روزنامه ها و یا اخبار تلویزیون می شناسیم، نیست.زمانی که کامپیوتر، اطلاعات پیشگویی شده خود را ارائه می دهد، تازه این هنر کارشناسان هواشناسی است که این اطلاعات را ساده کرده، متمرکز کرده و به این ترتیب داده های مهمتر را برجسته نموده و از بقیه صرف نظر می نمایند. در نتیجه تازه اینجاست که، نقشه های هواشناسی به وجود می آیند، که معمولاً به ناحق در اخبار تنها در چند سطر انگشت شمار یادی از آنها می شود.

این زحمت بسیار، ارزش خود را دارد زیرا گذشته از آن که پیشگویی هوا یکی از پرطرفدارترین بخش های اخبار روزانه است، برای بسیاری از بخش های اقتصادی نیز از اهمیت فراوان برخوردار است. هیچ هواپیمایی پرواز نمی کند و هیچ کشتی باری ای بندر را ترک نمی کند بدون اینکه قبلاً درباره چگونگی هوا مشورت شده باشد. کشاورزان مایلند بدانند که چه زمانی باید به کشت بذرهای خود بپردازند. تامین کنندگان انرژی، میزان استفاده از الکتریسیته را در ارتباط با دمای هوا برآورد می کنند و تولیدکنندگان آب معدنی و یخ تولیدات خود را زمانی افزایش می دهند که موجی از گرما در پیش روست. علاوه بر این هر سال، بیش از 5000 هشدار درباره بدی آب و هوا از بروز وقایع ناگوار با مخارجی به میزان میلیاردها یورو جلوگیری می کنند.

گرم شدن زمین یعنی چه؟

می‌دانیم که کره زمین به طور طبیعی در اثر تابش خورشید گرم می‌شود، اما اینجا منظور ما از گرم شدن زمین، پدیده دیگری است.این پدیده نسبتا جدید عبارت است از تغییر دمای زمین در اثر فعالیتهای بشری که با تغییرات طبیعی آن فرق دارد. در طول 100 سال گذشته، کره زمین به طور غیرطبیعی 4/0 درجه سانتیگراد گرمتر شده که این موضوع دانشمندان را نگران کرده‌است. آنها حدس می‌زنند فعالیت‌های صنعتی در ایجاد این مشکل بسیار موثر است و به گرم شدن کره زمین کمک می‌کند.

منظور از«گرم شدن زمین» افزایش میانگین دمای زمین است. «تغییر آب و هوا» در اثر این افزایش دما به وجود می‌آید. گرم شدن زمین موجب تغییر الگوی بارش، افزایش سطح آب دریاهای آزاد و کاهش سطح آب دریاچه‌ها و تاثیرات وسیع بر گیاهان، حیات وحش و انسانها می‌شود.

اثر گلخانه ای چیست؟ گازهای گلخانه ای چه گازهایی هستند؟

به مجموعه‌ای از گازها که مقداری از انرژی خورشید را در جو زمین نگه می‌دارندو باعث گرم شدن جو می‌شوند‍‍، گازهای گلخانه‌ای می‌گویند. بخار آب(H2O)، دی اکسیدنیتروژن (NO2)، دی اکسیدکربن (CO2) و متان (CH4) گازهای گلخانه‌ای اصلی هستند. اگر این گازها در جو نبودند، انرژی گرمایی خورشید مجددا به فضا بر می‌گشت و به این ترتیب هوای زمین 33 درجه سانتیگراد سردتر از الان می‌شد. اثر گلخانه‌ای به افزایش دمای کره زمین در اثر وجود گازهای گلخانه‌ای در جو زمین گفته می‌شود.

آیا می دانید چرا به این گازها، گازها‌ی‌ گلخانه‌ای می‌گوییم؟

آیا شما تا حالا یک گلخانه دیده اید؟

گلخانه یک اتاق شیشه‌ای است که نور خورشید از شیشه‌های آن به داخل می‌تابد و هوای گلخانه را گرم می‌کند. اما شیشه‌های گلخانه اجازه نمی‌دهند که این هوای گرم از گلخانه خارج‌شود. جو یا هوایی که در اطراف ماست، شبیه یک گلخانه است. گازهای گلخانه‌ای در جو درست مثل شیشه‌های گلخانه عمل می‌کنند. نور خورشید پس از عبور از لایه‌های گازهای گلخانه‌ای وارد جو زمین می‌شود. زمانی که نور خورشید به سطح زمین می‌رسد، مقداری از انرژی گرمایی آن توسط خاک، آب و سایر موجودات جذب می‌شود. مقداری هم در جو زمین می‌ماند و باقیمانده آن به فضا برمی‌گردد. اگر مقدار گازهای گلخانه‌ای در جو از حد طبیعی آن بالاتر باشد، انرژی کمتری به فضا برمی‌گردد، در نتیجه جو زمین گرم تر می‌شود و به دنبال آن دمای کره زمین بالا می‌رود.

اثر گلخانه‌ای، کره زمین را به اندازه‌ای گرم نگه می دارد که ما انسان ها بتوانیم بر روی آن زندگی کنیم. اما اگر اثر گلخانه ای شدت یابد، ممکن است دمای زمین به قدری زیاد شود که ما و بقیه گیاهان و جانوران نتوانیم گرمای آن را تحمل کنیم.

تغییر آب و هوا یعنی چه و اثرات آن چیست؟

اصلا «هوا» و «آب و هوا» با هم چه فرقی دارند؟

هر وقت آسمان صاف باشد و گرمای ملایمی به ما برسد و باد به شدت نوزد، می گوییم هوا خوب است. هر وقت آسمان گرفته باشد، باد تند بوزد یا برف و باران ببارد و ما را دچار زحمت کند، می گوییم هوا بد است. معمولا اخبار هواشناسی ما را از چگونگی وضع هوا آگاه می‌سازد.

هوای برخی مناطق کره زمین معتدل است، یعنی باران به اندازه کافی می بارد و هوا زیاد گرم یا سرد نمی‌شود. هوای بعضی جاها سرد است یعنی برف می‌بارد و دمای هوا سرد می‌شود. جاهایی هم هست که بسیار گرم و خشک است. هر کدام از این جاها یک نوع آب و هوا دارد.

برای تعیین آب و هوای هر منطقه، تغییرات دمای هوا و مقدار باران و برف را در طول سال اندازه گیری می‌کنند. شما هم می‌توانید اندازه تغییرات دمای هوا و مقدار باران و برف را در محل سکونت خودتان به دست آورید. اما برای این که آب و هوای جاهای گوناگون را بشناسیم، باید این مقادیر را چندین سال پشت سرهم اندازه گیری کنیم.

در نقشه ایران، جای شهرهای بابلسر، شهرکرد، بندرعباس و طبس را پیدا کنید. آب و هوای هر یک از این شهرها نمونه آب و هوای یک ناحیه از کشور ماست. در حال حاضر شرایط آب و هوایی جاهای مختلف در اثر گرم شدن کره زمین در حال تغییر است. مثلا شهری مثل تهران را در نظر بگیرید، تهران در نزدیکی رشته کوه البرز قرار دارد. بنا به تعریف آب و هوا، تهران باید هوای سرد بارانی یا برفی داشته باشد، اما می‌بینید که به علت تغییر آب و هوا، از هوای سرد بارانی یا برفی چندان خبری نیست!

انسانها چگونه آب و هوا را تغییر می‌دهند؟

شاید باور نکنید که انسان ها هم می‌توانند آب و هوای زمین را تغییر دهند. دانشمندان می‌گویند اکثر فعالیت‌های انسان‌ها گاز گلخانه‌ای تولید می‌کند. پس از انقلاب صنعتی و اختراع انواع ماشین آلات صنعتی، انسانها بافعالیتهای کشاورزی و صنعتی چهره زمین و آب و هوای آن را دگرگون ساختند. با شروع انقلاب صنعتی روش زندگی مردم عوض شد. قبل از آن مقدار گازهای گلخانه ای در جو کم بود، اما با رشد جمعیت و افزایش استفاده از نفت و زغال سنگ ترکیب گازهای اتمسفر نیز تغییر کرد. بطوریکه در حال حاضر، غلظت گازهای گلخانه ای از حدود 270 واحد به 367 واحد رسیده است. ما برای انجام کارهای خود به انرژی نیاز داریم و این انرژی را از غذا تامین ‌می‌کنیم. همچنین برای روشنایی و گرم کردن خانه‌هایمان به انرژی نیاز داریم. اتومبیل‌ها برای حرکت به سوخت نیاز دارد. ماشین‌های صنعتی نیز به انرژی نیاز دارند. اکثر انرژی‌های لازم برای موارد فوق به طور مستقیم یا غیر مستقیم از سوخت‌های فسیلی مثل نفت و گاز و زغالسنگ بدست می‌آید.اینهاسوختهایی هستند که سوزاندن آنها گاز گلخانه‌ای آزاد می‌کند!!! آیا می‌دانید که چه وقتی گازهای گلخانه‌ای را به هوا می‌فرستید؟ هر وقت که:

· تلویزیون تماشا می کنید،

· با کامپیوتر بازی می کنید،

· از کولر یا فن کوئل استفاده‌ می‌کنید،

· از استریو ضبط استفاده می کنید،

· چراغ را روشن می کنید،

· لباسهایتان را می شویید یا اطو می‌کنید،

· سوار اتومبیل می شوید،

· غذایتان را در مایکروویو گرم می کنید،

· از بخاری گازی یا نفتی استفاده می کنید،

· به تولید گازهای گلخانه‌ای در هوا کمک می‌کنید.

چرا؟

چون شما برای انجام این کارها به برق و سوخت نیاز دارید. آیا می‌دانیداین برق و سوخت از کجا تامین می‌شود؟

خوب، نیروگاهها زغالسنگ و نفت را می سوزانند تا برق تولید کنند و پالایشگاهها نیز برای تصفیه نفت خام و تولید نفت و بنزین، سوخت مصرف می‌کنند. سوزاندن نفت و زغالسنگ هم گاز گلخانه‌ای تولید می‌کند. پس هر چه شما بیشتر برق مصرف کنید، نیروگاهها از سوخت بیشتری استفاده می‌کنند و در نتیجه گاز گلخانه‌ای زیادتری تولیدمی‌شود.

متان هم یک گاز گلخانه‌ای است. متان چگونه تولید می‌شود؟

وقتی که شما:

· زباله هایتان را به محل دفن زباله می فرستید،

· حیواناتی مثل گاو، گوسفند و ... را برای تولید لبنیات و گوشت پرورش می‌دهید،

· در شالیزار برنج می‌کارید،

· زغالسنگ استخراج می‌کنید.

اتومبیلها و کارخانه‌هایی هم که مایحتاج روزانه ما را تولید می‌کنند، مقادیر زیادی از انواع گازهای گلخانه‌ای را به هوا می‌فرستند.

چرا نمی‌خواهیم زمین گرمتر بشود؟

بعضی وقتها مسائل کوچک می‌توانند به مشکلات بزرگی تبدیل شوند! مثلا به مسواک زدن دندانهایتان فکر کنید. اگر شما یک روز مسواک نزنید، هیچ اتفاق خاصی نمی‌افتد، اما آیا می‌دانید اگر یک ماه دندانهایتان را مسواک نزنید، چه اتفاقی خواهد افتاد؟ این همان چیزی است که برای زمین نیز اتفاق می‌افتد. اگر دمای هوا فقط چند روز، بالاتر از حد طبیعی باشد، چندان مهم نیست- چون دمای زمین تقریبا ثابت می‌ماند. اما اگر دمای هوا مدت زیادی بطور مداوم بالا برود، کره زمین با مشکلاتی مواجه خواهد شد.

دمای متوسط زمین در طول قرن گذشته تقریبا 5/0 درجه سانتیگراد افزایش یافته‌است؛ دانشمندان انتظار دارند که در طول 100 سال آینده متوسط دمای زمین 5/1 تا 5/3 درجه سانتیگراد افزایش یابد. شاید فکر کنید "این که چیزی نیست"، اما همین مقدار می‌تواند آب و هوای زمین را به طور بی سابقه‌ای تغییر دهد. زمانیکه این پدیده رخ دهد، ممکن است تغییرات بزرگی در سطح آب اقیانوسها، مزارع کشاورزی و هوایی که تنفس می‌کنیم یا آبی که می‌نوشیم، رخ دهد.

چه اتفاقی ممکن است بیفتد؟

در صورتیکه آب و هوا تغییر کند، آب و هوای جایی مثل شهرکرد- که هوای سرد و کوهستانی دارد- گرمتر می‌شود یا مثلا هوای بندر عباس گرم و خشک تر می‌شود. البته ممکن است تغییر آب و هوا برای شهرکردی ها خوشایند باشد، اما همه تاثیرات ناشی از آن خوشایند نیست. زیرا ممکن است این تغییرات با افزایش بلایای طبیعی مثل سیل و طوفان همراه باشد.

اگر دمای کره زمین زیاد شود، تعداد روزهای گرم سال افزایش می‌یابد و در نتیجه بیماریهای ناشی از گرما مثل گرمازدگی و مالاریا زیاد می‌شود. بد نیست بدانید که معمولا کودکان و سالمندانی که در کشورهای فقیر زندگی می‌کنند، بیشتر در معرض خطر ابتلاء به این بیماریها قراردارند. زیرا این کشورها سرمایه لازم برای مبارزه با این بیماریهارا ندارند.

با گرم شدن آب و هوا و تاثیر آن بر مزارع کشاورزی، منابع غذایی انسانها کاهش می‌یابد، آب بیشتری بخار می‌شود و در نتیجه انسانها با کمبود آب شیرین مواجه خواهندشد. این تغییرات بر روی حیوانات و گیاهان هم تاثیر منفی می‌گذارد. اگر این تغییرات به آرامی اتفاق بیفتد، جانوران و گیاهان خود را با آن وفق می‌دهند، اما اگر این تغییرات خیلی سریع اتفاق بیفتد، حیات وحش با خطرات جدی روبرو می‌شوند. مثلا پرندگان و جانورانی که در فصلهای مختلف سال به جاهای دیگر مهاجرت می‌کنند، ممکن است مکان مناسبی را برای مهاجرت پیدا نکنند و یا غذایی برای خوردن نداشته‌باشند.

مقدار آب دریاها در اثر ذوب شدن یخهای قطبی افزایش می‌یابد و از سوی دیگر بر اثر افزایش دما، آب دریاها و اقیانوسها منبسط می‌شود. اگر آب اقیانوس منبسط شود، فضای بیشتری را اشغال می‌کند و در نتیجه سطح آب دریاها بالا می‌آید. سطح آب دریا ممکن است در قرن آینده چند سانتیمتر یا حداکثر 1 متر بالا بیاید. در اینصورت مردمی که خانه‌هایشان در کنار ساحل دریا قرار دارد و جزیره‌نشینان، خانه‌های خود را از دست می‌دهند و مزارع ساحلی هم به زیر آب می‌روند. در اثر بالا آمدن آب دریا منابع آب شیرین نیز غیرقابل استفاده می‌شوند