מה הקשר בין פחמן דו חמצני, עליית פני הים ושינויי האקלים? ואיך יודעים שפעילות האדם גורמת לשרשרת התגובות הזו?

על אף הקשיים וחוסר ההסכמה שליוו את ראשית השיח על ההתחממות הגלובלית, מדובר כיום בתופעה המוסכמת על רובה המוחלט של הקהילה המדעית והקונצנזוס העולמי בכלל. מדובר בהתחממות של 0.9 מעלות צלזיוס מאז שנת 1884, ראשית המהפכה התעשייתית, אז החלו להצטבר באטמוספרה גזי חממה בקצב חסר תקדים בעקבות שריפת דלקים מאובנים ובירוא יערות.

את העלייה החדה בריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה, גז החממה העיקרי, אפשר לראות היטב במדידות הישירות שהחלו להתבצע משנות ה-60 של המאה הקודמת. את ריכוזו באטמוספרה לפני כן, עד לפני כ-800,000 שנים, אפשר לשחזר בצורה מדויקת למדי מתוך בועות אוויר הכלואות בקרחונים.

מהנתונים האלה עולה שגם במהלך התקופות הבין-קרחוניות, כאשר הטמפרטורה הממוצעת העולמית הייתה אף גבוהה יותר מזו כיום, ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה לא עלה מעל ל-300 חלקים למיליון, בעוד שכיום ריכוזו גבוה מ-400. העלייה בריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספירהעולה בקנה אחד עם הכמות המחושבת של הפחמן הדו-חמצני שנפלט כתוצאה מפעילות האדם.

גופים עולמיים שונים, פוליטיים וכלכליים, חולקים על עמדת הקהילה המדעית וטוענים שפעילות האדם אינה הגורם להתחממות, אלא תהליכים טבעיים ושגרתיים שמתרחשים בכדור הארץ. הם מסבירים את עמדתם בכך שהטמפרטורה בכדור הארץ לאורך ההיסטוריה הגיאולוגית שלו מעולם לא הייתה קבועה, ושהיא עברה שינויים משמעותיים לשני הכיוונים, חלקם אף גדולים יותר מאשר השינוי הנצפה כיום (כמו למשל בתקופות הקרח המחזוריות). הטענה הזו אינה שגויה, אולם עד כה לא נמצאה עדות לשינוי מהיר כל כך כמו זה שהתרחש במאתיים השנים האחרונות. כיום כבר קשה להתעלם מתרומתו של האדם להתחממות הגלובלית ולשינויי האקלים המיוחסים לה, והעדויות לכך מתרבות עם התפתחות המחקר בתחום.

האדם וריכוז הפחמן הדו-חמצני

העדות המדעית החזקה ביותר שמצביעה על כך שמקור הפחמן הדו-חמצני שהצטבר באטמוספירה הוא בפעילות האדם טמון באטומי הפחמן עצמם. ליסוד הפחמן יש איזוטופים שונים, הנבדלים ביניהם במספר הניטרונים בגרעין שלהם. איזוטופ הפחמן הנפוץ ביותר הוא בעל ששה ניטרונים (פחמן 12), שריכוזו באטמוספירה 98.9 אחוז מסך אטומי הפחמן, והבא אחריו הוא איזוטופ בעל שבעה ניטרונים (פחמן 13), שריכוזו הוא 1.1 אחוז. בתהליך הפוטוסינתזה שבו צמחים ואצות קולטים מהאוויר אטומי פחמן מתוך הפחמן הדו-חמצני והופכים אותו לסוכר, שהוא חלק מהביומסה. בפוטוסינתזה יש העדפה לקלוט את פחמן 12 הקל יותר, . לכן הביומסה שממנה עשויים הצמחים והאצות עשירה יותר בפחמן 12 לעומת ריכוזו היחסי באטמוספרה, וכך גם כל היצורים החיים שאוכלים צמחים ואצות, הטורפים הניזונים מהם, וכן הלאה, במעלה שרשרת המזון. דלקים מאובנים – נפט, גז ופחם, שנוצרו מביומסה קדומה שהצטברה ונקברה במעמקי האדמה, משמרים את ריכוזו היחסי של הפחמן 12 בביומסה המקורית שהם מורכבים ממנה. כאשר אותם דלקים נשרפים, הם מעשירים את האטמוספירה בפחמן 12 ביחס לפחמן 13, ואחרי השינוי הזה ניתן לעקוב.

ניתוח הרכב הפחמן בטבעות עצים, המשמרות בתוכן את החתימה האיזוטופית של האטמוספרה בשנה שבה צמחו, ושל בועות אוויר הכלואות בקרחונים, מאפשר לבנות ציר זמן של השינויים שהתרחשו ביחסי הפחמן 13/12 באטמוספירה במהלך אלף השנים האחרונות ויותר. מהנתונים עולה כי עד המהפכה התעשייתית יחס הפחמן 13/12 היה קבוע יחסית, אבל משנת 1850 ועד היום היחס השתנה בכ-1.5 חלקים לאלף. זה אולי נשמע מעט, אך כשלוקחים בחשבון שהשינוי שהתרחש במעברים בין תקופות קרחוניות לבין-קרחוניות, היה כ-0.4 חלקים לאלף, והוא נמשך אלפי שנים בכל פעם, ניכר עד כמה משמעותי השינוי של 150 השנים האחרונות. בשנת 1981 החלו להתבצע מדידות ישירות של יחס הפחמן 13/12 באטמוספירה, ומהן עולה כי ריכוזו היחסי של פחמן 12 מוסיף לעלות באופן קבוע.

שינוי עצום ב-150 השנים האחרונות. מיצג הממחיש את העלייה בריכוזי הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה | צילום: Shutterstock
שינוי עצום ב-150 השנים האחרונות. מיצג הממחיש את העלייה בריכוזי הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה | צילום: Shutterstock
 

הפחמן הדו-חמצני וההתחממות הגלובלית

כאשר קרני השמש פוגעות בפני כדור הארץ ומחממות אותו, חלק מהאנרגיה האצורה בהן נפלט מפני השטח בחזרה אל החלל בדמות קרינה תת-אדומה. פחמן דו חמצני וגזי חממה נוספים באטמוספרה בולעים את קרני האינפרא-אדום ומתחממים, וגורמים לעלייה בטמפרטורה הכללית של האטמוספרה בתהליך שנקרא "אפקט החממה". מדידות של לוויינים מראות שבין השנים 1996-1970 כמות הקרינה הנפלטת מפני השטח אל החלל פחתה משמעותית, מה שמצביע על כך שיותר אנרגיה נותרת בתוך האטמוספירה. תוצאות אלו נתמכות במחקרים נוספים.

העלייה בטמפרטורת האטמוספרה גורמת לה לפלוט יותר קרינת אינפרא-אדום בעצמה, ואכן מדידות על פני השטח מראות כי כמות קרינת האינפרא-אדום המגיעה מכיוון האטמוספרה אל פני כדור הארץ גדלה בשנים האחרונות. העלייה הזו היא ביטוי נוסף להתגברות אפקט החממה.

עדות נוספת לקשר שבין העלייה בריכוז גזי החממה לבין ההתחממות הגלובלית אפשר לראות בהבדלים במגמת השינוי בין שכבות האטמוספרה השונות. מודלים אקלימיים ממוחשבים חוזים כי עם העלייה בריכוז גזי החממה, צפויה התחממות של חלקה התחתון של האטמוספרה (טרופוספרה, המגיעה עד לגובה של כ-17 ק"מ) בעוד שחלקה העליון (אסטנוספרה) צפוי להתקרר. תופעה זו מתרחשת בגלל תכונה פיזיקלית הגורמת לגזי החממה בטרופוספרה ללכוד יותר קרינת אינפרא-אדום (השקולה לחום), על חשבון קרינה שהייתה מגיעה אל האסטנוספרה, מה שמוביל להתקררותה. תצפיות מלוויינים ומבלוני מחקר מאששות את התחזית הזו.

אפקט החממה. השכבה התחתונה של האטמוספרה מתחממת, בעוד השכבה שמעליה מתקררת | צילום: Shutterstock
אפקט החממה. השכבה התחתונה של האטמוספרה מתחממת, בעוד השכבה שמעליה מתקררת | צילום: Shutterstock

ההתחממות הגלובלית ושינויי אקלים

עשרות השנים האחרונות שברו שיאים רבים בכל הנוגע לטמפרטורות, גלי חום ותופעות אקלימיות נוספות. מאז שנת 2001 נמדדו  17 השנים החמות ביותר   בכדור הארץ מאז החלו המדידות לפני 137 שנים, כאשר 2016 הייתה החמה מכולן.  

האוקיינוסים, הודות לקיבול החום הגבוה של המים, ספגו לתוכם עד כה יותר מ-90 אחוז מסך כל האנרגיה שהצטברה על פני כדור הארץ כתוצאה מאפקט החממה. האוקיינוסים הם בעלי תפקיד מרכזי בוויסות האקלים העולמי, ולשינויים בטמפרטורה שלהם ושל פני המים במיוחד עשויות להיות השפעות מרחיקות לכת על מזג האוויר ביבשה סביבם ועל דפוס הזרמים האוקייניים.

אחת התופעות המזוהות ביותר עם שינוי האקלים היא ההיעלמות ההדרגתית של כיסוי הקרח שמתפתח על פני הים הצפוני מדי חורף. תצלומי לוויין מגלים שבמהלך 30 השנים האחרונות, היקף הכיסוי הצטמצם ביותר מחצי, והאחוז מתוכו שנותר קפוא לאורך כל הקיץ פוחת גם כן. בקוטב הדרומי המצב מעט שונה. כיסוי הקרח הימי סביב אנטארקטיקה לא הצטמצם עד כה, אולם מדפי הקרח העצומים שנמשכים מהיבשה אל תוך הים חווים בעשרות השנים האחרונות יצירת סדקים בקצב מואץ, המעמיד בסכנה את היציבות של כיפת הקרח הדרומית.

גם כיפת הקרח בגרינלנד, השנייה בגודלה אחרי זאת שבאנטארקטיקה, חוותה הפשרה מואצת בשנים האחרונות. במהלך שנת 2005 היא איבדה כ-239 קילומטרים מעוקבים מנפחה, לעומת כ-80 בלבד בשנת 1997. אל כיפות הקרח מצטרפים גם הקרחונים היבשתיים, שמפשירים ונעלמים בקצב חסר תקדים.

כיסוי הקרח באזור הקוטב הצפוני הצטמצם ביותר מחצי בשנים האחרונות. קרחון צף סמוך לקוטב | צילום: Shutterstock
כיסוי הקרח באזור הקוטב הצפוני הצטמצם ביותר מחצי בשנים האחרונות. קרחון צף סמוך לקוטב | צילום: Shutterstock

הקרח שנעלם מפני האוקיינוס, כיפות הקרח והקרחונים היבשתיים מגדיל את כמות המים הנוזליים באוקיינוסים, ומזין את אחד החששות הגדולים בהקשר ההתחממות הגלובלית: העלייה במפלס פני הים. מאז שנת 1993 נמדדת עלייה שנתית ממוצעת של כ-3.3 מ"מ במפלס פני הים העולמי, עלייה של פי שניים מהממוצע המחושב לשנים 1990-1950.

אל מי הקרחונים המופשרים מצטרפת תופעה נוספת התורמת לעלייה במפלס פני הים –  ההתרחבות התרמת (Thermal expansion) של המים עצמם. התחממות המים גורמת לעלייה בנפח שלהם, שחלקה מוערך בחצי מעליית המפלס העולמי.

העלייה בטמפרטורת מי הים משפיעה גם על מזג האוויר ביבשה. גלי חום קיצוניים ברחבי העולם נעשים תכופים יותר ויותר, ובמקומות מסוימים האמירו לטמפרטורות שלא נמדדו כמותן מעולם. עליית הטמפרטורה מגבירה גם את הלחות באזורים מסוימים בעולם ואת היווצרות ענני הגשם, שמובילים להצפות נרחבות.

אלו רק דוגמאות ספורות מרשימה מתארכת והולכת  של עדויות ומחקרים המצביעים על שינויי האקלים שאנו חווים בעשרות השנים האחרונות, ועל חלקו של האדם בהם. רבות מהתופעות הנצפות הן חדשות וחלקן עוד לא ברור דיו. המחקר על מקצת מהשינויים המתרחשים עדיין מתמודד עם מכשולים מסוימים, כמו הסתמכות על מאגר מדידות קצר שנים ושימוש במודלים אקלימיים ממוחשבים שעדיין אינם בשלים מספיק. אלה מובילים למחקרים שלעיתים סותרים זה את זה, וגורמים לדיונים ולוויכוח חשוב בתוך הקהילה המדעית, אך גם  מספקים מקור לספקנות בקרב חלק מהצופים מהצד. כל שנה שחולפת מביאה עימה שפע רב של מידע והבנה טובה יותר של המתרחש, ויש לקוות שיחד עם זאת תתחזק גם ההשפעה שלהם על מקבלי ההחלטות.

6 תגובות

  • עיינה

    "במהלך שנת 2005 היא איבדה כ

    "במהלך שנת 2005 היא איבדה כ-239 קילומטרים רבועים מנפחה" - הכוונה ל-239 קילומטרים מעוקבים מנפחה, או ל-239 קילומטרים רבועים משטחה?

  • אור

    טעות

    תודה על הפניית תשומת הלב. אכן מדובר ב"מעוקבים" ולא ב"רבועים". טעות שלנו, תודה

  • אנונימי

    מספר דיוקים

    העליה השנתית המיפלס פני היום כבר 3.7 מ''מ בשנה
    כמו כן יש לזכור שזה ממוצע יש מקומות בגלל מיבנה כדור הארץ שהעליה יותר גבוהה ויש יותר נמוכה .
    כ 80% מ העליה המיפלס היא מ ההיתפשתות טרמית לא 50%>
    הבעיה היום היא לא ריכוז הפחמן אלה המתאן שהוא קולט חום פי 40 מ הפחמן .
    יש עליה זמנית במסת הקרח באטנטרטיקה לאור העובדה שאוויר חם מכיל יותר לחות מאוויר קר בשלב השני .
    עוצמת השמש עולה ב 4%+- ב 500 מיליון השנים האחרונות כך שאחוז גזי חממה היום ו ופני 500 מילון שנים נותנים תוצאה אחרת .

  • מתן

    כל הכבוד לכם

    נושא חשוב מאוד ומוצג כאן היטב

  • אבי

    דרוש הסבר

    אם נמצא שהיו תקופות עם טמפרטורה גבוהה יותר ורמות נמוכות יותר של פחמן דו חמצני , אולי לא הוא הגורם להתחממות?

  • אור

    תקופות הקרח

    מלבד גזי חממה, קיימים עוד גורמים רבים שיכולים, או היו יכולים, להשפיע על טמפרטורת פני השטח. הגורמים ליצירה של תקופות הקרח עדיין לא ברורות דיין. קיימים כמה הסברים, אך אחד המוסכמים שביניהם הוא ששינויים מחזוריים במרחק כדור הארץ מהשמש גרם לשינויי הטמפרטורה בתקופות הקרחוניות והבין-קרחוניות. כך שככל הנראה במקרה הזה לגזי החממה לא היה תפקיד מרכזי.