آشنایی با مقصر تشدید آلودگی هوا

همانطور که در معرفی آلاینده‌ها گفته شد، منشأ بسیاری از آن‌ها فعالیت‌های انسانی، به‌ویژه سوزاندن سوخت‌های فسیلی است. این فعالیت‌ها تقریبا همیشه وجود دارند و تغییر زیادی در میزان آن‌ها اتفاق نمی‌افتد. با این‌حال، بعضی از روزهای سال آلوده‌تر از روزهای دیگرند. عوامل مختلفی در تشدید آلودگی هوا نقش دارند که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌کنیم.

فرایند انتقال آلاینده‌ها در شرایط عادی

تابش خورشید سطح زمین را گرم می‌کند و هوای نزدیک به سطح زمین هم در تبادل دمایی با سطح، گرم می‌شود. با افزایش دما، تراکم هوا در این لایه که «لایه مرزی سیاره» نامیده می‌شود، کاهش پیدا می‌کند و سبک‌تر می‌شود؛ در نتیجه هوای بالای آن که سردتر و متراکم‌تر است توسط گرانش به سمت پایین حرکت می‌کند و هوای گرم به بالا منتقل می‌شود. این فرایند که «همرفت» نامیده می‌شود تا زمانی که دما در تمام بخش‌ها یکسان شود ادامه دارد؛ بنابراین هرگز متوقف نمی‌شود.

سرعت باد در نزدیکی سطح زمین به دلیل اصطکاک با عوارض سطحی (توپوگرافی)، کمینه است و نمی‌تواند آلاینده‌ها را تا فواصل طولانی منتقل کند. همزمان با فرایند همرفت، گازها و ذرات آلاینده نیز از لایه مرزی به قسمت‌های فوقانی منتقل می‌شوند و می‌توانند توسط جریان باد به دوردست‌ها منتقل شوند. این فرایند باعث کاهش غلظت آلاینده‌ها می‌شود.

ارتفاع لایه مرزی در طول روز با دریافت تابش خورشید افزایش پیدا می‌کند و شب‌ها پس از سرد و متراکم شدن هوا، به کمترین میزان خود می‌رسد. با افزایش ارتفاع لایه مرزی و در نتیجه افزایش حجم آن، غلظت آلاینده‌ها کاهش پیدا می‌کند؛ بنابراین غلظت آلاینده‌ها تا میانه روز کاهش و شب‌ها تا پیش از طلوع خورشید، افزایش می‌یابد.

همین پدیده درباره فصل‌های مختلف سال نیز برقرار است و به همین دلیل، کیفیت هوا در تابستان بهتر از فصل‌های سرد است.

وارونگی دمایی

گاهی به دلایلی، هوای نزدیک سطح زمین از هوای بالای خود سردتر می‌شود. این شرایط باعث پایداری هوا شده و فرایند همرفت را متوقف می‌کند. به این وضعیت، «وارونگی دمایی» گفته می‌شود.

آلاینده‌ها در غیاب همرفت، در مکان خود باقی می‌مانند و با ادامه فعالیت منابع آلاینده، شرایط آلودگی تشدید می‌شود.

فرایندهای مختلفی ممکن است باعث رخ دادن وارونگی دمایی شوند که در ادامه به آن‌ها می‌پردازیم.

وارونگی تابشی

در این نوع وارونگی، پس از غروب خورشید، سطح زمین، گرمای جذب شده در طول روز را از طریق فرایند تابش گرمایی، در طول موج فروسرخ به فضا منتشر می‌کند و به سرعت سرد می‌شود. هوای نزدیک به سطح نیز در تبادل گرمایی با زمینِ سرد شده، به سرعت سرد می‌شود؛ در حالی که هوای بالای آن هنوز گرمای خود را از دست نداده است. در نتیجه، وارونگی دمایی اتفاق می‌افتد و شرایطی پایدار از نظر گرمایی ایجاد می‌شود که همرفت در آن متوقف شده است.

این نوع وارونگی معمولاً زمانی اتفاق می‌افتد که آسمان، صاف و بدون ابر باشد و گرمای تابش شده از زمین بتواند بدون مانع از جو خارج شود. ابرها با بازتاب امواج فروسرخ منتشر شده از زمین، دوباره زمین را گرم می‌کنند و با شروع فرایند همرفت، وارونگی دمایی از بین می‌رود. رطوبت بالای هوا نیز مانند ابرها عمل می‌کند و می‌تواند مانع ایجاد وارونگی شود.

بادهای نسبتاً شدید نیز می‌توانند با ترکیب لایه‌های هوای سرد و گرم، شروع‌کننده همرفت باشند و وارونگی را از بین ببرند.

هر چه ساعات شب طولانی‌تر باشد، شرایط برای ایجاد وارونگی دمایی تابشی مناسب‌تر است. به همین دلیل است که این نوع وارونگی در پاییز و زمستان بیشتر رخ می‌دهد.

وارونگی در دره‌های محصور

در طول روز، تابش خورشید، قله و دامنه کوه را بیشتر از پایین دره گرم می‌کند. هوای گرم دامنه، تراکم خود را از دست می‌دهد و ایجاد منطقه کم‌فشار می‌کند؛ در نتیجه هوای سرد دره که متراکم‌تر و پرفشارتر است، به سمت بالای دامنه حرکت می‌کند. این جریان به باد بالارو یا «نسیم دره» مشهور است.

پس از غروب خورشید، سطح دامنه، دمای خود را به سرعت از طریق تابش از دست می‌دهد و متراکم می‌شود. این هوای متراکم و پرفشار، بر اثر گرانش به سمت پایین دره که هنوز هوای گرمتری دارد حرکت می‌کند. به این جریان، باد پایین‌رو یا «نسیم کوه» می‌گویند. این جریان، در فصول سرد سال که نور کمتری از خورشید به زمین می‌تابد، بیشتر دیده می‌شود. همچنین، پوشش برف بالای قله‌ها در این فصل‌ها، باد پایین‌رو را تقویت می‌کند.

هوای سرد قله، مانند جریان آب، چاله‌ها و مناطق پایین دره را پر می‌کند و زیر لایه هوای گرم قرار می‌گیرد. در نتیجه شرایط پایداری گرمایی ایجاد شده و وارونگی دمایی رخ می‌دهد.

وارونگی فرونشست

مراکز پرفشار هوا، مناطقی از جو هستند که فشار هوا بیشتر از نواحی پیرامون است. این مراکز حاصل حرکت پایین‌رونده توده‌های هوا در تروپوسفر (پایین‌ترین لایه جو زمین) هستند. قدرتمندترین سامانه‌های پرفشار در نواحی سرد قطبی زمین حضور دارند. نوع دیگری از مراکز پرفشار، در کمربندهای پرفشار جنب‌حاره دیده می‌شوند. هوای مرطوب در مناطق استوایی در سطح زمین گرم شده، تراکم خود را از دست می‌دهد و بالا می‌رود. همزمان، فرایند مشابهی بصورت قرینه در سوی دیگر استوا طی می‌شود و در نتیجه، هر دو توده هوای گرم، مجبور به حرکت به سمت قطب‌ها می‌شوند. با حرکت به سمت مناطق سرد قطبی، این توده‌ها سرد و متراکم می‌شوند و رطوبت خود را از دست می‌دهند. در نهایت در عرض‌های جغرافیایی ۳۰ تا ۳۵ درجه شمالی و جنوبی، پایین می‌آیند و سامانه‌های پرفشار گرم را ایجاد می‌کنند.

فرایند مشابهی از نزدیکی نواحی قطبی آغاز می‌شود و در عرض ۳۰ تا ۳۵ درجه جغرافیایی، سامانه‌های پرفشار سرد را ایجاد می‌کند.

سامانه‌های پرفشار باعث بادهای ضعیف و فرونشست توده‌های هوا در تروپوسفر هستند. پدیده فرونشست، باعث گرم و خشک شدن توده هوا در فرایندی بی‌دررو می‌شود. رطوبت پایین هوا، آسمانی بدون ابر را به دنبال دارد که شرایط مناسب برای وارونگی تابشی است.

از سوی دیگر، در نبود بادهای قدرتمند سطحی، فرونشست باعث قرار گرفتن لایه هوای گرم در بالای هوای سرد می‌شود که «وارونگی فرونشست» نامیده می‌شود.

فرونشست هوا معمولا تا سطح زمین ادامه نمی‌یابد و در ارتفاع ۲ هزار تا ۴ هزار متری از سطح، متوقف می‌شود. از این رو، وارونگی فرونشست می‌تواند همزمان با انواع دیگر وارونگی‌ها وجود داشته باشد.

وارونگی جبهه هوایی

جبهه‌های هوایی، مرز بین دو توده هوایی با ویژگی‌های متفاوت از نظر دما، رطوبت، تراکم و باد هستند. تفاوت بین این ویژگی‌ها، شرایطی آشفته و ناپایدار را در امتداد مرز توده‌های هوایی ایجاد می‌کند که باعث پدیده‌هایی مانند طوفان، بارش و بادهای شدید می‌شود.

با ورود جبهه هوای جدید به یک منطقه، مستقل از نوع آن، همواره توده هوای گرم به خاطر تراکم کمتر، به سمت بالای توده هوای سرد حرکت می‌کند و هوای سرد در زیر آن قرار می‌گیرد. این همان شرایط مورد نیاز برای ایجاد وارونگی دمایی است.

برخلاف انواع دیگر وارونگی دمایی که معمولا لایه وارونگی دمایی در آن‌ها موازی با سطح زمین و افقی است، در وارونگی جبهه هوایی، این لایه شیب قابل توجهی دارد.

با توجه به آشفتگی شرایط جوی در اطراف جبهه‌های هوایی، این نوع وارونگی پایدار نیست و با جایگزینی توده هوای جدید، به سرعت از بین می‌رود.

آلودگی هوا حاصل شرایط جوی نیست

در نهایت باید در نظر داشت که این وارونگی دمایی نیست که منجر به آلودگی هوا می‌شود. وارونگی دمایی فقط امکان انتقال آلاینده‌ها را از بین می‌برد و باعث تشدید آلودگی موجود می‌شود. اگر به جای آلاینده‌ها، عطر گل‌ها در هوا پیچیده باشد، این عطر گل‌ها است که در هوا باقی می‌ماند.

تنها راهکار کاهش آلودگی هوا، کاهش و توقفِ سازوکارهای آلاینده و حرکت در مسیر گسترش سبک زندگی سازگار با محیط زیست است.