עמוד הבית > מדעי כדור-הארץ והיקום > מטאורולוגיה [אקלים ומזג האוויר] > אקלים > שינויי אקליםעמוד הבית > מדעי כדור-הארץ והיקום > מטאורולוגיה [אקלים ומזג האוויר] > השפעות האדם > אפקט החממהעמוד הבית > מדעים > אקולוגיה ואיכות הסביבה > התחממות כדור הארץ
פי האטום : פיסיקה בשפה ידידותית



תקציר
בעיצומו של גל חום באמצע הקיץ ניתן לשמוע הסברים "מוסמכים" על התחממות אקלים כדור-הארץ, כשם שבעקבות גל קור, גשמים ושלגים בחורף נשמעת הטענה שאנחנו צועדים "ללא ספק" לעבר תקופת הקרח הבאה. אולם ברור שאין להסיק מאירוע בודד, מהתנהגות מזג האוויר בשנה מסוימת ואף במשך מספר שנים, לגבי המגמה הכללית. על תופעות כאלה ניתן ללמוד רק באמצעות מחקר הכולל את התנהגות האקלים על פני כל כדור הארץ, אשר אינו מצטמצם לאזורים חלקיים בלבד. ובכן, האם מתחמם אקלים כדור-הארץ או מתקרר? ישנה דרך פשוטה למציאת התשובה לשאלה תמימה זו. יש למדוד את הטמפרטורה על פני כל כוכב הלכת הפרטי שלנו - יבשות וימים - לחשב את ממוצע הטמפרטורה ולעקוב אחר השתנותו במשך כמה מאות שנים (לפחות)...



אקלים כדור-הארץ מתחמם? מתקרר?
מחבר: צבי פלטיאל


בעיצומו של גל חום באמצע הקיץ ניתן לשמוע הסברים "מוסמכים" על התחממות אקלים כדור-הארץ, כשם שבעקבות גל קור, גשמים ושלגים בחורף נשמעת הטענה שאנחנו צועדים "ללא ספק" לעבר תקופת הקרח הבאה. אולם ברור שאין להסיק מאירוע בודד, מהתנהגות מזג האויר בשנה מסוימת ואף במשך מספר שנים, לגבי המגמה הכללית. יתר על-כן, על תופעות כאלה ניתן ללמוד רק באמצעות מחקר הכולל את התנהגות האקלים על פני כל כדור הארץ, אשר אינו מצטמצם לאיזורים חלקיים בלבד. ובכן, האם מתחמם אקלים כדור-הארץ או מתקרר? ישנה דרך פשוטה למציאת התשובה לשאלה תמימה זו. יש למדוד את הטמפרטורה על פני כל כוכב הלכת הפרטי שלנו - יבשות וימים - לחשב את ממוצע הטמפרטורה ולעקוב אחר השתנותו במשך כמה מאות שנים (לפחות)...

ברור שהתשובה לשאלה זו אינה פשוטה וספק רב האם היא תתברר לפני שתסיימו את קריאת המאמר. אם כך, אולי אין לתשובה חשיבות מרובה, פרט אולי לעניין העיוני / אקדמי, ובודאי לא תהיינה לכך השפעות על החיים בדור זה ובדורות הקרובים? גם כאן התשובה אינה כה ברורה. בשנים האחרונות גוברת מודעות החברה בארצות המפותחות לנזקים הנגרמים על-ידי האדם המודרני לסביבתו. אחת מתוצאות מודעות זו היא הקמת משרד ממשלתי לאיכות הסביבה והצבת שר בראשו אצלנו ובמדינות אחרות. תנועות פוליטיות או פוליטיות למחצה ( Greenpeace, החברה להגנת הטבע ועוד) רואות בהגנה על המערכת השברירה של האדם וסביבתו הטבעית מטרה חשובה לפעילותם. בין הנזקים החמורים ביותר שעלולה החברה האנושית להמיט על עצמה הוא זה הנגרם על-ידי "תופעת החממה". בפרקים הבאים נסביר מהי תופעה זו וכיצד היא נגרמת על-ידי בני האדם. ננסה לבחון מה ידוע עליה ומה בחזקת נעלם. נסקור את תופעות הלואי של תופעת החממה ואת נזקיה הצפויים. לבסוף נפרט גם מספר דרכי פעולה אפשריות. אולם לפני כל אלה נתעכב מעט כדי לפרט מה המצב כיום.



תופעת החממה אמורה לגרום להתחממות כללית של אקלים כדור-הארץ. יתכנו אמנם שינויים שיביאו דוקא להתקררותו של אזור מסוים (למשל כיסוי חלקים ניכרים של אירופה המערבית במעטה קרח), אולם הטמפרטורה הממוצעת על-פני כל כדור-הארץ אמורה לעלות. תופעת החממה בה עוסקים אנו היא בעיקרה תוצאה של התיעוש הגובר של המדינות המפותחות, ושל השימוש במוצרי אנרגיה לתחבורה, לחימום ולצריכה ביתית. בפרט נחשבת פליטת CO2, פחמן דו-חמצני, כגורם עיקרי בגרימת תופעת החממה. פליטה זו גברה מאד במאה השנים האחרונות, ולמעשה אפשר להתעלם מתרומת ה- CO2 של כל ההיסטוריה האנושית שקדמה לה ולהתיחס אליה בלבד. אנו חוזרים איפוא לנקודת ההתחלה ולשאלה ששאלנו בפתיחה בשינויים קלים: האם עלתה הטפרטורה הממוצעת של פני כדור-הארץ במאה האחרונה?

מחקרים שונים מצביעים על כך שמאז שנות ה- 80 של המאה ה- 19 עלתה הטמפרטורה הממוצעת על פני כדור- הארץ בכ- 0.5°C. באותה תקופה עלתה רמת ה- CO2 באטמוספירה מ- 280 ל- 350 חלקי מיליון. בהמשך נראה שיש קשיים מסוימים באומדן עליית הטמפרטורה וקשיים נוספים בייחוס ה"אשמה" לעלייה בריכוז הפחמן הדו-חמצני. מאידך נצביע על סיבות אפשריות לכך שהשפעת הריכוז הגובר של CO2 עדיין לא באה לידי ביטוי מלא, ובעצם עתידים פני כוכב הלכת הפרטי שלנו להתחמם במידה משמעותית גם אם נשאר ברמת הצריכה הנוכחית של מוצרי אנרגיה. אך לפני כל אלה נפנה אל תופעת החממה עצמה וננסה להבין כיצד היא גורמת לעליית הטמפרטורה.


 

תופעת החממה


תופעת החממה מוכרת היטב מחיי היומיום. לפני שנתיחס לתופעה הגלובלית (זו המתיחסת לכל כדור-הארץ, לכל הגלובוס) ניזכר בכמה דוגמאות נפוצות - חממה לגידול צמחים, דוד שמש, מכונית החונה תחת שמש קופחת ו...ליל חורף בהיר וקר.

תרשים 1: חממת הצמחים מנצלת את תופעת החממה, ואף העניקה לה את שמה. אור נראה חודר דרך היריעות השקופות ונבלע ע"י הצמחים והחפצים שבתוכה. הגופים פולטים קרינה אינפרא-אדומה, כך זו אינה יוצאת, היות שהיריעות אטומות לאור זה. כתוצאה מכך עולה הטמפרטורה בתוך החממה.


חממת צמחים - היא מובנה מיוחד הנועד לספק לצמחי תרבות רגישים את החום הדרוש להם גם בחורף. פרט להגנה מפני רוחות מחממת החממה את תכולתה על-ידי קליטת אור מבחוץ ו"כליאת" האנרגיה שהוא מביא בחממה. קירות החממה הן יריעות שקופות המאפשרות חדירת אור שמש אל תוכה. חלקו הופך לחום על-ידי העצמים שבתוכה וכתוצאה מכך הם פולטים קרינה תת - אדומה (אינפרה - אדום) בהתאם לטמפרטורה שלהם. היריעות השקופות לאור- נראה, אטומות לאור תת - אדום ומונעות בריחת אנרגיה בצורת קרינה כזו. אמנם גם היריעות עצמן פולטות קרינה תת - אדומה אך זו אינה מאזנת את הקליטה. התוצאה היא קליטת אנרגיה על-ידי פנים החממה בכמות גדולה מזו הנפלטת ממנה. מצב כזה של העדר שיווי - משקל - חוסר איזון בין הקליטה לפליטה - לא יכול להמשך זמן רב, הטבע דואג לאיזונו. הטמפרטורה בחממה וביריעות עולה, עד אשר הקרינה שעוברת דרך היריעות וקרינת היריעות עצמן, הגוברת עם עליית הטמפרטורה, מצליחות להביא לפליטה של אנרגיה בכמות השווה לכמות הקרינה הנכנסת. אולם האיזון מושג ב"מחיר" עליית הטמפרטורה בחממה.

תרשים 2: דוד השמש המותקן על בתים רבים בארץ" הוא דוגמא לשימוש בתופעת החממה לצרכינו. האור הנראה עובר דרך החלון השקוף במשטח השחור של הקולט ומחמם אותו. קרינה אינפרה-אדומה הנפלטת מהגופים החמים אינה עוברת דרך אותו חלון, משום שאינו שקוף לקרינה זו. עליית הטמפרטורה בקולט מביאה לחימום צינורות המים העוברים דרכו.


דוד השמש – ה"מפאר" את גגות רבים מהבנינים בארץ, פועל לפי אותו עיקרון. בדוד השמש, כמו בחממה, השקיפות לאור הנכנס אינה מושלמת - כלומר לא כל האנרגיה הפוגעת חודרת פנימה. גם אטימות הלוח השקוף לאור התת - אדום אינה מוחלטת, וכמו - כן תהליך בליעת האור הנראה והפיכתו לחום אינו מושלם. אף- על- פי-כן נעשה בתכנון דודי השמש מאמץ לשפר מרכיבים אלה של תופעת החממה. בחירת הלוח השקוף המיוחד וצביעת קולטי הקרינה בשחור משרתים מטרה זו (כיצד?).

לא תמיד משרתת אותנו תופעת החממה, לפעמים אנו גם סובלים מתוצאותיה. דוגמא לכך יכולה לשמש מכונית החונה תחת השמש הקופחת ביום קיץ חם. אם לא מכסים את המכונית (או מחנים אותה במקום מוצל), עולה הטמפרטורה בתוכה בגלל חדירת קרני האור דרך השמשות, המונעות החזרת הקרינה בתחום התת - אדום.

דוגמא אחרונה לתופעה דומה היא זו של לילות החורף המעוננים ולעומתם הלילות הבהירים והקרים. כאן מספק לנו הטבע דוגמא שאינה פרי טכנולוגיה חדישה. בלילה בהיר מוצאת הקרינה התת - אדומה את דרכה לחלל דרך האטמוספירה השקופה. עננים עשויים לבלוע קרינה זו ולהאט את קצב ההתקררות. זו הסיבה שהלילות הקרים ביותר בחורף הם דוקא הלילות הבהירים.

תופעת החממה הגלובלית נובעת מהצטברות אדי מים ופחמן דו-חמצני (CO2) באטמוספירה. ללא גזים אלה היתה הטמפרטורה הממוצעת על פני כדור הארץ רק 18- מעלות במקום 15+ מעלות. קשה לתאר את התפתחות החיים על פני כוכב הלכת שלנו ללא השפעת תופעת החממה. האיזורים בהם ניתן היה לקיים חיים בנוחות סבירה היו בודאי מוגבלים ביותר. כדאי לשים לב לכך שטמפרטורה נמוכה זו דומה לטמפרטורה השנתית הממוצעת במקומות הקרים ביותר על פני כדור-הארץ, אשר בהם לא עולה הטמפרטורה החודשית הממוצעת על נקודת הקפאון אפילו בשיא הקיץ. במחשבה נוספת נוכל מיד לשאול: אם תופעת החממה הגלובלית מסייעת לחיים על-פני האדמה במידה רבה כל-כך, מדוע עלינו לחשוש מפניה?

בנוסף לרמת אדי המים והפחמן הדו-חמצני הטבעית הולכת ומצטברת כמות עודפת של CO2 העלולה להביא לעלייה נוספת בטמפרטורה. ידועים גם גזי חממה אחרים כמתאן (CH4), תחמוצות שונות ופלואורו-פחמנים שונים. ריכוזי גזים אלה קטנים בערך פי 100 מריכוז ה- CO2 , אולם קצב צמיחתם מהיר יותר. לכן נוהגים לדבר על עליית הטמפרטורה הממוצעת כתוצאה מהכפלת כמות ה- CO2 באטמוספירה, כשתרומתם המשוקללת של הגזים האחרים נלקחת בחשבון. מעריכים שבתנאים הנוכחיים - דהיינו לפני עליית הטמפרטורה הממוצעת ויצירת מצב שיווי משקל חדש - תגרום הכפלת ריכוז ה- CO2 ללכידת הספק ברמה של 4 ואט על כל מ"ר של פני כדור-הארץ. נכון, 4 ואט למ"ר אינם כמות גדולה אם משווים אותה לקבוע השמש, אותם 800 ואט למ"ר שהשמש מקרינה לעברנו. אפילו בהשוואה ל- 150 ואט למ"ר שקולטת האטמוספירה ופולטת אחר- כך כקרינה תת - אדומה אין השינוי גדול, אולם יכולה להיות לו השפעה מכרעת על אקלים כדור-הארץ. אומדן העלייה בטמפרטורה הממוצעת שעשויה להווצר בשל ההפרה במאזן קליטת אנרגית הקרינה ופליטתה, נע בין 1.5°C על-פי הממעיטים לבין 5°C לפי התחזיות הקודרות ביותר.

כדאי לשים לב לכך שיש להניח שסילוק כל ה- CO2 מהאטמוספירה יגרור ירידה של הטמפרטורה בסדר גודל דומה. לכן, יש ליחס את חלק הארי של 33 המעלות בהן עולה הטמפרטורה הממוצעת על פני כדור-הארץ על הצפוי, לאדי המים שבאטמוספירה. אדי המים, ולא הפחמן הדו-חמצני הם גז החממה החשוב ביותר!

מה גורם לשוני בין התחזיות? מה מקור הקשיים בחיזוי מדויק יותר? ומה ניתן ללמוד מכך שעליית ריכוז הפחמן הדו - חמצני ב- 25% במשך מאה השנים האחרונות לוותה בעלייה של הטמפרטורה הממוצעת בשעור של 0.5°C?



 

קשיים בחיזוי, קשיים במדידה


כולם מסכימים שעליית ריכוז ה- CO2 מביאה לעליית הטמפרטורה הממוצעת, אד כשמדובר בהערכה כמותית יש פערים גדולים בין דעות החוקרים. קושי אחד נובע מהעדר אפשרות לערוך ניסויים מתאימים. רק אטמוספירת כדור-הארץ כולה יכולה לשמש מעבדה מתאימה, וזו , כידוע, אינה נחלתו של חוקר כלשהו. גם התצפיות שנעשו עד כה אינן מאפשרות להסיק מסקנות ברורות, כפי שנראה בהמשך. למדענים נותרה רק דרך אחת לחיזוי: בניית דגמים עיוניים אשר באמצעותם, באמצעות מערכת הקשרים המתימטיים שהם מכתיבים ותוך שימוש רב במחשבים, יספקו את התחזית הנדרשת.

לא נכנס כאן לפרטי הדגמים אולם נציין כמה שיקולים מבין אלו המנחים את החוקרים בתחום. עליהם לחשב את תוספת הפליטה כתוצאה ישירה מההתחממות הגלובלית. קל לבצע אומדן זה משום שהוא נקבע על – ידי חוק סטפן - בולצמן הקובע, שגוף שחור אידיאלי פולט קרינה בעוצמה σT4 ליחידת שטח, כאשר T היא הטמפרטורה בסולם קלווין(ראו הסבר במונחון שבסוף המאמר), ו- σ הוא קבוע סטפן(ראו הסבר במונחון). אילו היתה על-פני כל כדור - הארץ טמפרטורה אחידה T לפני החימום, וכתוצאה ממנו היאT+σT, תהיה תוספת הפליטה למ"ר

σ(T+σT)4 - σT4 ≈ 4σT3δT


כמות זו היא 4δT/T מכמות הקרינה למ"ר הנפלטת ביום שצוינה למעלה כ- 150 ואט למ"ר. אם ניקח עבור T את הערך 300 (288 מעלות בסולם קלווין מתאימים ל- 15 מעלות של הטמפרטורה הממוצעת בסולם צלסיוס המקובל), נקבל 2δT ואט למ"ר לכל עלייה ב- δT מעלות (התוספת בסולם קלווין זהה לזו בסולם צלסיוס).

אילו ניתן היה להסתפק בחישוב ישיר, היתה ההערכה פשוטה, ותוספת 4 ואט למ"ר עקב הכפלת ריכוז ה- CO2היתה גורמת לעלייה של כ- CO2 בטמפרטורה הממוצעת. אולם אסור להתעלם מתופעות לוואי שיכולות לשנות את התמונה באורח מהותי. תופעה ראשונה היא התאדות מים מוגברת עקב עליית הטמפרטורה, והגברת תופעת החממה עוד יותר. תופעה משנית מסוג זה המגבירה את תוצאות התהליך הישיר מכונה "משוב חיובי". יש מדענים הסבורים שמשוב אדי המים עלול להכפיל את עליית הטמפרטורה בגורם 3-1.5, ולהביא להתחממות גלובלית של 6°C -  3° עקב הכפלת ריכוז ה- CO2.

משוב אחר הוא זה הקשור בהווצרותם של עננים. כאן העניינים אינם כה פשוטים! האט העננים גורמים אף הם למשוב חיובי בשל בליעת הקרינה התת - אדומה של פני כדור - הארץז או אולי תגרום הווצרות מוגברת של עננים דוקא לקיזוז חלק מעליית הטמפרטורה על-ידי ההזרה ישירה של אור השמש והצללת פני האדמה? במקרה האחרון תגרום יצירה מוגברת של עננים למשוב שלילי, ה"דואג" לכך שהתנאים על-פני כוכב הלכת הפרטי שלנו לא ישתנו במידה רבה גם כאשר השינוי בריכוז גזי החממה יהיה ניכר.

קשה מאד לחזות את השפעת משוב העננים, לא רק מפני שלא ברור האם אכן יווצרו יותר עננים, אלא גם מפני שאופי העננים, פיזורם ואופן הסעתם עשויים להשפיע רבות...בדגם עיוני מסוים, שחזה עליית טמפרטורה ממוצעת ב- 5.2°C עקב הכפלת ריכוז ה- CO2, ירדה התחזית ל- 2.7°C עקב הכללת משוב העננים בדגם. תוך כדי עליית הטמפרטורה הממוצעת, הפכו חלק מהעננים בדגם מענני קרח לענני מים סביב נקודת הקפאון, עובדה שהביאה לכך שתחזית הדגם לגבי עליית הטמפרטורה הממוצעת התיצבה בסופו של דבר על 1.9°C בלבד.

מעבר לקושי בחיזוי עליית הטמפרטורה עקב עלית ריכוז גזי החממה יש קשיים רבים גם בקביעה האם תהליך עליית הטמפרטורה כבר החל. ריכוז ה- CO2 אמנם טרם הוכפל אך הוא עלה בשיעור של למעלה מ- 25% ואין שום ספק שעלייה זו נובעת מצריכת האנרגיה הגוברת שלנו. האם ישנה עלייה מתאימה של הטמפרטורה הממוצעת אותה ניתן לקשור לעלייה בריכוז גזי החממהז הזכרנו עוד בפתיחה, שרבים מסכימים כי ניתן ליחס את עליית הטמפרטורה הממוצעת ב- 0.5°C במהלך המאה האחרונה לגזי החממה. אולם הדברים אינם כה פשוטים וברורים, וראוי לשאול כמה שאלות: עד כמה מהימן הערך ה"מדוד" שהזכרנוז האם עשויה העלייה בטמפרטורה הממוצעת להיות תוצאה של תהליכים שונים לגמרי? האם צפויה בכלל עלייה בטמפרטורה בשל עלייה בריכוז הגזים בטווח הזמנים הנדון?

ראינו שכדי לחשב את הטמפרטורה הממוצעת יש למדוד את הטמפרטורה בכל מקום בעולם ולחשב את הממוצע (ראה מסגרת "גודל ממוצע על פני שטח" ). היום ניתן לעשות זאת באמצעות מערכת צפופה של תחנות מטאורולוגיות. אולם אם רוצים לבדוק את השתנות גודל ממוצע זה במהלך 100 השנים האחרונות נתקלים בבעיות רבות. בסוף המאה ה- 19 ובתחילת המאה ה- 20 עדיין חסרו מכשירי מדידה מדויקים הרושמים (או "זוכרים") את תלות הטמפרטורה בזמן. תחנות מטאורולוגיות רבות היו (ועדיין) ממוקמות בסביבה עירונית, שבה עלתה הטמפרטורה המקומית בשל החימום והתיעוש של האוכלוסיה, ולא בגלל סיבות אקלימיות גלובליות. כשני שלישים של פני כדור-הארץ מכוסים בים. המדידות בימים מתבססות על דיווחי צוותי האוניות שהפליגו בהם. אלה מדדו טמפרטורות תוך כדי תנועה, כך שאין דיווח שיטתי וכולל של הטמפרטורה. מדידות צוותי הים נערכו בדלי של מי - ים שבתוכו הניחו את התרמומטר. כיום נוהגים להציב את התרמומטר בפתח הכניסה של מי הים המשמשים לקירור המנועים. יש להניח שמים אלה התקררו מעט עקב אידוי, קודם שקריאת הטמפרטורה הושלמה. התקררות זו אולי אינה גדולה במיוחד, אך כאשר מנסים לגלות עלייה פעוטה בטמפרטורה הממוצעת, עשויה גם הטיה זו של המדידות על פני מרבית פני כדור - הארץ לגרום לסטיה משמעותית. אחרי שמעריכים את השפעת כל אותן הטיות של הערך המדוד, ניתן לקבל את עליית הטמפרטורה הממוצעת ואף להעריך את השגיאה (כפי שמקובל לגבי כל מדידה או הערכה כמותית). מרבית המדענים מסכימים להערכה, שהטמפרטורה עלתה בכ- 0.5°C מאז אמצע שנות ה- 80 של המאה ה- 19 הערכת השגיאה היא 0.2°C, כלומר, יש סבירות גבוהה (למעלה מ- 60%), שעליית הטמפרטורה הממוצעת היא בין 0.3 ל- 0.7 מעלה.

לאחר שראינו את הקשיים בחיזוי העלייה הצפויה כתוצאה מעלייה בריכוז גזי החממה באטמוספירה, ואת הקושי במדידת עליית הטמפרטורה עד כה, נראה שעדיין לא תמה שרשרת השאלות בנושא. אם אכן היתה עלייה בטמפרטורה, האם חייבת היא להיות תוצאה של תופעת החממה? האם לא יתכן שיש גורם אחר להתחממות דוקא בזמן זה, ללא קשר כלשהו לעליית ריכוז גזי החממה? אם כך הדבר, יתכן שכל הניסיונות לחיזוי ההתחממות כתוצאה מתופעת החממה המבוססות על ממצאי מאה השנים האחרונות מופרכים מיסודם, והעתיד אינו כה שחור. מצד שני, אם ישנם גורמים המעכבים את תהליך ההתחממות ואת הזמן הדרוש לייצוב הטמפרטורה הממוצעת מבלי שישנו את ערכה הסופי, עלולים אנו להמצא בעיצומו של תהליך התחממות משמעותי הרבה יותר מזה הנמדד.



 

תופעת החממה ב"גודל טבעי"?


בין המערערים על התחזיות הכמותיות של התחממות האטמוספירה כתוצאה מתופעת החממה, יש המחפשים גורמים אחרים שעשויים לגרום לתהליך מעין זה. אך האם יכולים להיות גורמים נוספים לשינויי טמפרטורה על פני כדור-הארץ כולו? מסתבר שיש, ואין צורך לחפשם רחוק. לדעת מדענים שונים עשויה השמש עצמה להיות הגורם להתחממות. אסטרופיסיקאים מכירים זה זמן רב כוכבים הידועים בכינוי "כוכבים משתנים". עוצמת הקרינה של כוכבים אלו משתנה בזמן. השמש, כידוע, היא כוכב הדומה לכוכבים הרבים של הגלקסיה המתגלים בלילה. יתכן, אם כן, שגם כוכב זה אשר סביבו סובב כדור- הארץ שלנו, אינו אלא כוכב משתנה. משך מחזור ההשתנות של כוכבים משתנים אינו אחיד וקשה לקבוע מה הזמן האופיני לשמש, אולם בהחלט יתכן שהוא מתפרש על מאות שנים. יתכן שאנו נמצאים כיום בשלב של עלייה בעוצמת הקרינה הגוררת התחממות, והיא זו
שגרמה לעליית הטמפרטורה הממוצעת במאה השנים האחרונות.

שינויים אקלימיים מפליגים מוכרים לנו מההסטוריה של כדור-הארץ. בעבר היו כבר תקופות קרח, שהתחלפו בתקופות בהן מזג האויר היה חם יותר, ואין סיבה להניח שלא ישובו. שינויי האקלים באותן תקופות בודאי אינן תוצאה של פעילות אוכלוסית בני-האדם וה"תיעוש" שלה. הן יכולות להמשך אלפי שנים, ולכן קשה להסיק ממדידות של מאה בודדת לגבי מגמת השינוי. קשה עוד יותר לקבוע האם, אכן, שינוי בשטף קרינתה של השמש הוא הגורם לשינוי הטבעי (בהנחה שהוא מתרחש בכלל).

בין המדענים הסבורים שתופעת החממה היא הגורם להתחממות יש המסבירים, שגם אם קיים שינוי בשטף קרינת השמש, אין הוא יכול להסביר יותר מכ- 30% מעליית הטמפרטורה הממוצעת. 70% הנותרים מיוחסים על-ידם לתופעת החממה.

לפני שנסבך את התמונה על-ידי הוספת היבט נוסף, נסכם את המצב כפי שהוא מצטייר עד כה. מדידות שונות מצביעות על התחממות האטמוספירה בכ-0.5°C במהלך המאה האחרונה. יש אי- ודאות גדולה לגבי ערך זה בגלל הקושי בחישוב הטמפרטורה הממוצעת על פני כל כדור-הארץ, ובגלל אמינותם המוגבלת של המדידות בתחילת המאה. גם אם אכן ישנה התחממות, אין כל ודאות שהיא תוצאה של תופעת החממה או תוצר-לוואי של תושבי כוכב הלכת שלנו. יתכן שההתחממות היא תוצאה של תהליך טבעי. אם כך, נוכל - אולי - להסיק שאין כל חשיבות להקטנת צפיפותם של גזי החממה. האם זו אכן המסקנה המתבקשת?

לפני שנוכל "לקפוץ" למסקנות עלינו לשאול עצמנו האם לא יתכן גם מצב הפוך, מצב אשר בו גורמי החממה כבר פועלים במרץ רב ואילו עליית הטמפרטורה מפגרת אחריהם. אם יש גורמים כאלה, יתכן שכבר כיום גורמים אנו נזק בלתי הפיך לכוכב הלכת שלנו ומסכנים את הדורות הבאים. מסתבר שישנו לפחות גורם רציני אחד המסוגל לעכב את עליית הטמפרטורה על פני כל כדור הארץ, ובגלל אמינותם המוגבלת של המדידות בתחילת המאה. גם אם אכן ישנה התחממות, אין כל ודאות שהיא תוצאה של תהליך טבעי. אם כך, נוכל – אולי – להסיק שאין כל חשיבות להקטנת צפיפותם של גזי החממה. האם אכן זו המסקנה המתבקשת?

תרשים 3: תמונת אירופה, אפריקה והמזרח התיכון שצולמה ע"י מצלמת אינפרה-אדום של הלווין מטאוסט. חללית זו משמשת לתצפיות מטאורולוגיות והיא נמצאת מעל הנקודה (0,0) - מפגש קו האורך אפס עם קו המשווה - בקביעות. לאדי המים ולעננים שבאטמוספירה השפעה חשובה על טמפרטורת פני כדור-הארץ. הם משמשים מחסום לקרינה האינפרה-אדומה המוחזרת, ובכך תורמים לעליית הטמפרטורה. לעננים יכולה להיות, בתנאים מסויימים, גם השפעה הפוכה שתביא לירידת טמפרטורה, כתוצאה מהחזרת הקרינה הישירה של השמש לחלל.

לפני שנוכל ל"קפוץ" למסקנות עלינו לשאול את עצמנו האם לא יתכן גם מצב הפוך, מצב אשר בו גורמי החממה כבר פועלים במרץ רב ואילו עליית הטמפרטורה מפגרת אחריהם. אם יש גורמים כאלה, יתכן שכבר כיום גורמים אנו נזק בלתי הפיך לכוכב הלכת שלנו ומסכנים את הדורות הבאים. מסתבר שישנו לפחות גורם רציני אחד המסוגל לעכב את עליית הטמפרטורה על פני האדמה ובכך להגן עלינו מפני שינויים מהירים יחסית. יחד עם זאת עלול הוא, כאמור, לגרום לכך שהטמפרטורה תעלה בעתיד בגלל גורמים הקיימים בהווה, והאיחור באבחון התופעה הנגרם בשל כך מסכן את עתידנו. גורם זה אינו אלא המים המכסים כשני שלישים משטח פניו של כדור- הארץ. למים קיבול חום גבוה. כלומר יש להשקיע כמות גדולה יחסית של אנרגיה כדי להעלות את הטמפרטורה שלהם. כדי לחמם ליטר מים במעלה אחת יש להשקיע קלוריה "גדולה" (המכונה גם קילו-קלוריה, כ- 4180 ג'אול). בנוסף לכך מי הים מוליכים היטב חום בזכות המלחים המומסים בתוכם. לכן יש לחמם נפח עצום של מים ו"להשקיע" בכך אנרגיה רבה כדי להעלות את הטמפרטורה של המים. התחממותם האיטית של המים וכמוה גם התקררותם האיטית, גורמות לאקלים הממוזג באיזורי חוף, לעומת שינויי האקלים הקיצוניים יותר באזורי יבשה פנימיים.

תרשים 4: זרמי הים וזרמי האטמוספירה מושפעים מהתפלגות הטמפרטורה על פני הימים והיבשות. שינויים גלובליים של הטמפרטורה כתוצאה מתופעת החממה עלולים להביא לשינויים חשובים בדפוסי הזרימה. להתפלגות שונה של זרמים יכולות להיות תוצאות מרחיקות לכת הרבה מעבר לשינוי הטמפרטורה הממוצעת במעלות ספורות. בכך מוגברת השפעתה של תופעת החממה במידה נכרת. רמז להשלכות של תופעות מעין אלו יכולים לשמש השוואה בין אירופה המערבית לבין ערבות הקרח של סיביר או קנדה שבאותם קוי קוחב. אירופה נהנית מהשפעתו של זרם הגולף החם המגיע ממפרץ מכסיקו. מה יהיה גורלה אם יוסט הזרם?


מיתון קצב ההתחממות הנגרם על - ידי האוקינוסים עשוי להקל עלינו בכך, שהוא דוחה את העלייה המשמעותית בטמפרטורה הממוצעת, על כל התופעות הנלוות אליה. אולם הוא עשוי גם לגרום לטעות גורלית בפרשנות שאנו מעניקים לתוצאות המדידה. העדר עלייה משמעותית בטמפרטורה הממוצעת עלול להיות - לפחות באופן חלקי - תוצאה של ההשהיה שגורמים האוקינוסים. אם לאוקינוסים משקל מכריע בהשהיה הרי שכאשר תעלה הטמפרטורה הממוצעת באוקינוסים ועמה גם באטמוספירה, שוב לא נוכל לעצור את התהליך ולהחזיר את המצב לקדמותו.



נסו להעריך מה כמות האנרגיה שיש לספק לאוקיינוסים על - פני כדור – הארץ כדי להעלות את הטמפרטורה שלהם במעלה אחת. במשך כמה זמן קורנת השמש כמות אנרגיה כזו על כוכב הלכת שלנו?


אולי ניתן להמשיך בכיוון זה עוד צעד ולשאול האם יש עוד גורמים העשויים לעכב את עליית הטמפרטורה פרט להתחממות האוקינוסים? אם מצאת גורם כזה אנא פרסמ/י זאת ברבים. כפי שניתן לראות מהקטעים הקודמים יכולה להיות לכך חשיבות מכרעת לגבי החיים עלי אדמות!



 

סוף דבר?


בשלב זה אתה, הקורא, אמור להיות מבולבל למדי. אתה בודאי שואל את עצמך האם קיימת בכלל התחממות בתקופתנו, או שמא אין כל שינוי טמפרטורה משמעותי? אם ישנה התחממות, האם היא תוצאה של מקורות מחוץ לכדור- הארץ כמו השמש, או תוצאה של תהליכים על פני כדור- הארץ עצמו? אם אין התחממות, האם נובע העדרה מחשיבותם הזניחה של גזי החממה שאנו מייצרים או מהעיכוב בעליית הטמפרטורה שהם אמורים לגרום, בשל התחממותם האיטית של האוקינוסים?

אם אתה מתוסכל מעט (או הרבה), ממצב זה דע לך שחוקרים רבים שותפים להרגשה זו. למעשה מגששת קהילת החוקרים באפילה, הן באשר למשמעות של המדידות השונות והן ביחס לדגם העיוני המתאים. אם כך, מדוע כדאי לכתוב ולקרוא על-כך ולעסוק בנושא? באשר לקריאה שלך (כמו לכתיבה שלי), המצב ברור! אם הגעת כבר עד כאן הרי קראת את רובו של המאמר ואולי כדאי להשקיע עוד מאמץ קטן ולסיימו. אבל, אם נהיה רציניים מעט יותר, נבין שהמחקר בנושא הוא בעל חשיבות עליונה לא רק מפאת הענין המדעי האקדמי, כי אם גם בגלל ההשלכות המעשיות מרחיקות הלכת.

אם יש סכנה של התחממות - עלינו לעצרה בהקדם האפשרי. יש להבין מהם מנגנוני ההתחממות, מה הגורמים העיקריים וכיצד אנו משפיעים עליהם. עד שיתבררו הפרטים יתכן שיהיה כדאי לצמצם את פליטת הפחמן הדו-חמצני ושאר גזי החממה למינימום. עלינו להיות ערים לכך שלתוצאות מעשינו או מחדלינו בעתיד הקרוב תהיה בודאי השפעה מכרעת על אקלים כדור-הארץ ואיזורים שונים בו בעתיד הרחוק מעט יותר. נזכור ששינוי קטן בטמפרטורה הממוצעת עשוי לחולל שינויים מפליגים באיזורים שונים של כדור-הארץ. שינויים במאפייני הזרימה באטמוספירה ובאוקינוסים יכולים להפוך איזורים צחיחים לאזורים עתירי משקעים. לעומתם עלולים איזורים ממוזגים ונוחים להפוך למדבריות חול וקרח. ארצות מסוימות עלולות להיות מוצפות ומסלולי נהרות עלולים להשתנות. היות שהתרגלנו, אנו תושבי כדור-הארץ, לאקלים הנוכחי והתפזרנו בהתאם על פני האדמה, כל שינוי יחייב התאמה מחודשת ואולי אף נדידה של אוכלוסיות. יש להניח, על-כן, ששינויים כאלה יביאו בעיקר קשיים ונזק, ערעור שיווי משקל אקולוגי והיעלמות סוגים מסוימים של צמחים ובעלי חיים. לצד תופעות אלה עשויים להתעורר סכסוכים בינלאומיים בקנה מידה גלובלי בשל השתנות התנאים האקלימיים.

סימני השאלה הרבים מחייבים מציאת תשובות לשאלות הפתוחות. אולי מבין הקוראים תבואנה התשובות בעתיד.



נקודה למחשבה
בתקופת הקרח היתה הטמפרטורה הממוצעת של האטמוספירה נמוכה בכ- 5°C מהטמפרטורה הממוצעת כיום. אם נשווה את ערך זה לשינוי בשל תופעת החממה, על – פי מספר מדענים, נוכל להבין עד כמה חשוב להבהיר את הנושא, לאשש את התחזיות ולפעול בהתאם.




 

מונחון


חוק סטפן-בולצמן: קובע את התלות של הספק (אנרגיה ביחידת זמן) הקרינה הנפלט מיחידת שטח של גוף בטמפרטורת הגוף. לפי חוק זה מתכונתי ההספק ליחידת שטח לחזקה רביעית של הטמפרטורה T בסולם המוחלט, סולם קלווין. קבוע היחס הוא
[σ = 0.6*10-7J/[m2*K4*S

חוק זה מתיחס רק לקרינה מפולט אידיאלי - "גוף שחור" (הבולע את כל הקרינה הפוגעת בו) - אך הוא מתקיים בקירוב טוב גם לגבי גופים רבים שאינם אידיאליים.

מעלות קלווין, סולם קלווין: סולם מעלות טמפרטורה. בסולם זה כל מעלה זהה למעלה בסולם המקובל עלינו, סולם צלסיוס. אולם נקודת האפס של סולם קלווין שונה מנקודת האפס של סולם צלסיוס. נקודת האפס 0°C בסולם צלסיוס, נבחרה כנקודת הקפאון של המים, בעוד שבסולם קלווין 0°K היא 273.4-°C, האפס המוחלט - אותה טמפרטורה שאין נמוכה ממנה.
חזרה לטקסט


גודל ממוצע על פני שטח
נוכל לחשב גודל ממוצע על – פני שטח בדומה לשיטת חישוב הממוצע על – פני קו. ראשית נחלק את השטח להרבה שטחים קטנים, נאמר בריבועים. נמדוד את הגודל המבוקש (טמפרטורה במקרה הנוכחי) בכל אחד מהריבועים, נחשב את מכפלת השטח בגודל המדוד בכל ריבוע. הריבועים אינם שווי-שטח בהכרח. נסכם את כל המכפלות ונחלקם בשטח הכללי. אם החלוקה לריבועים היתה עדינה למדי, כך שהגודל הנמדד (טמפרטורה) אחיד על-פני כל ריבוע, בקירוב טוב, המנה המתקבלת היא הממוצע המבוקש.

בשפה מתמטית נבטא את הממוצע T באמצעות הערך המדוד ti בכל ריבוע שמספרו הסידורי i ושטחו Si . אם ישנם N ריבועים יהיה הממוצע:
כאשר
הוא השטח הכללי.





צבי פלטיאל הוא עורך "פי האטום"

ביבליוגרפיה:
כותר: אקלים כדור-הארץ מתחמם? מתקרר?
מחבר: פלטיאל, צבי
תאריך: פברואר 1994 , גליון ה 4
שם כתב העת: פי האטום : פיסיקה בשפה ידידותית
הוצאה לאור: מכון ויצמן למדע
הערות: 1. שמו הקודם של כתב העת: פי האטום : עלון פיסיקה לנוער.
הערות לפריט זה: 1. צבי פלטיאל הוא עורך ''פי האטום''
2. שמו הקודם של כתב העת: ''פי האטום:עלון פיסיקה לנוער''
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית