שינויי אקלים

הוודאות של שינוי האקלים נותרה מחלוקת ציבורית למרות הקונצנזוס בקרב כ-97% מחוקרי האקלים הפעילים, שלא רק מסכימים שאקלים כדור הארץ משתנה, אלא גם קובעים כי שינוי זה מועצם על ידי פעילות אנושית, בעיקר פליטות פחמן ¹. הנתק בין הציבור למומחים נובע בחלקו מהבנה לקויה של המנגנונים המעורבים בשינויי האקלים וכן מההבדלים בין מושגים חיוניים כמו מזג אוויר ואקלים.

אקלים לעומת מזג אוויר

תנאים אטמוספריים מקומיים באזור על פני פרק זמן קצר, כגון טמפרטורה ומשקעים, מתוארים כמזג האוויר. האקלים כרוך באותם תנאים, אולם כאשר הוא נמדד על פני תקופות זמן ממושכות. לכן, כאשר מדענים מדברים על האקלים העולמי, הם מתייחסים למדדים סטטיסטיים של נתוני אקלים שנאספו על פני כדור הארץ כולו. אחד ממדדי האקלים העולמיים הבולטים הוא הטמפרטורה הממוצעת העולמית, שהיא הממוצע של הטמפרטורות שנרשמו ברחבי כדור הארץ.

ניטור שינויי אקלים

מדענים חוקרים שינויים באקלים העולמי לאורך זמן, וחלק גדול מהמחקר בשינויי האקלים מבוסס על המדעים הפיזיקליים, כגון מטאורולוגיה, גיאוגרפיה ואוקיינוגרפיה. יתר על כן, מדעני מחשב מודלים את ההשפעות החזויות של אירועים כגון הפשרת קרח בקטבים הגורמים לעליית פני הים ולעלייה בטמפרטורות. מחקרים אלה הכרחיים למחקר ביולוגי מכיוון ששינויי האקלים משפיעים על מספר עצום של מינים שיש להם יכולות מגוונות לסבול אקלים שונה.

מרכיב מרכזי בשינויי האקלים הוא התחממות כדור הארץ, המוגדרת כעלייה בטמפרטורה הממוצעת הגלובלית של האטמוספירה. חוקרי אקלים מכירים בכך שעלייה בגזי החממה מעלה את הטמפרטורות הממוצעות בעולם. הסיבה לכך היא שגזי החממה סופגים קרינה אינפרא אדומה המועברת מהשמש ופולטים אותה מחדש כחום לאטמוספירה. לאחר מכן, חום זה מפוזר על פני השכבות השונות של האטמוספירה ופני כדור הארץ. בעוד חום מקרין לכל הכיוונים ממולקולות גזי חממה, פני השטח של כדור הארץ סופגים חלק מהחום שהוקרן כלפי מטה, מה שמוביל לעלייה בטמפרטורות פני השטח וללכידה של אנרגיית החום באטמוספירה התחתונה. לכידה זו של חום על פני כדור הארץ עקב האטמוספירה נקראת אפקט החממה.

ארבעה גזים עיקריים תורמים לאפקט החממה על כדור הארץ: אדי מים,_CO2, מתאן ואוזון. עם זאת, גז חממה חשוב במיוחד הממלא תפקיד משמעותי בהתחממות הגלובלית ובשינויי האקלים הוא פחמן דו חמצני (CO₂). בעוד_CO2 תמיד נמצא באטמוספירה של כדור הארץ, פעילויות הקשורות לבני אדם כגון שריפת דלק מאובנים מגדילות את השפע שלה באופן משמעותי. ב-800,000 השנים האחרונות, רמות ה-CO2 נעו ללא התערבות אנושית בין 180 חלקים למיליון (ppm) ל-270 ppm באטמוספירה. בשנת 2016 הריכוז עלה מעל 400ppm, גבוה להפליא בהתחשב בתנודות היסטוריות ².

חיזוי העתיד

תוצאה בולטת של שינויי האקלים היא עליית פני הים. ככל שהאקלים מתחמם, קרח קרחוני נמס עקב תופעה הידועה בשם אפקט אלבדו. אלבדו הוא מדד של קרינת השמש המוחזרת כיחס מסך קרינת השמש המתקבלת ונע בין 0 ל -1. ערך האלבדו תלוי באיכות השלג; לאיטי מלוכלך יותר או נמס יש אלבדו נמוך, ואילו לשלג טרי ולבן יש אלבדו גבוה. בשלג באנטארקטיקה יש בדרך כלל אלבדו של כ-0.8. ככל שהטמפרטורה מתחממת והשלג מתחיל להימס, ערך האלבדו יורד, מה שאומר שהשלג מחזיר פחות מהקרינה כחום ונמס יותר, מה שיוצר לולאת משוב חיובית. לולאות משוב חיובי מתרחשות כאשר הפרעה למערכת מגדילה את עוצמת התגובה להפרעה. לכן, ככל שהשלג/קרח נמס יותר בגלל טמפרטורות חמות יותר, כך הוא יימס יותר בשל יכולתו המוחלשת להחזיר את קרינת השמש וככל שהחום נספג יותר, מה שגורם לו להימס עוד יותר. המסת קרח זו גורמת לעליית פני הים. כיום, יריעות הקרח הגדולות מכילות מסה שוות ערך לכמעט 70 מטר (מטר) של עליית פני הים העולמית, מתוכם כ-60 מטר שווה ערך למסה מאוחסנת בקרח אנטארקטי וכמעט 7 מטר בגרינלנד ³. גופי קרח קטנים יותר, כגון קרחונים וכיפות קרח מכילים הרבה פחות מים, עם זאת, המסת מאגרי קרח אלה שלטה על פני יריעות קרח גדולות יותר בעשורים האחרונים מכיוון שהם מגיבים מהר יותר לאילוץ אקלים נתון בשל גודלם ^{הקטן יותר 3}.

עליית פני הים היא איום קריטי על רווחת האדם בשל הפוטנציאל שלה להרוס נכסים ליד החוף, להשפיע על קהילות החוף, ולתווך את טמפרטורות האוקיינוס. העלויות הכלכליות של עליית פני הים הן עצומות; אם מפלס האוקיינוס יעלה רק במטר אחד, חלק ניכר מקו החוף של פלורידה יהיה מתחת למים, מה שישפיע על בתיהם של 1.2 מיליון אנשים ⁴. נכון לעכשיו, יריעת הקרח של גרינלנד מידלדלת ואם היא תחוסל מפלס הים יעלה כ-5-7 מטרים, מה שישפיע על מיליונים נוספים ³.

ככל שהאקלים משתנה, חשוב לעקוב אחר התפלגות המינים כדי לראות אם גם אלה משתנים. מינים נמצאים על פני אזור גיאוגרפי המכונה טווח התפוצה שלהם. מדענים חוקרים את השינויים בטווח ההיסטורי של אורגניזמים, הידועים כשינויי טווח, ביחס למגוון משתנים סביבתיים כדי לחזות אם מינים יוכלו לעמוד בקצב השינויים בטמפרטורה, במשקעים ובדפוסי מזג אוויר אחרים. חקר שינויי הטווח חשוב מכיוון שאם מינים אינם יכולים לעבור לאזורים חדשים ובתי הגידול הנוכחיים שלהם הופכים ללא מתאימים, הם ייכחדו. עבור אורגניזמים הגדלים לאט כמו צמחים ואלמוגים, זה כמעט בלתי אפשרי להסתגל לאקלים המשתנה במהירות. אלמוגים מאכלסים באופן טבעי שוניות צלולות ורדודות, ואם הם יתקדמו הם לא יוכלו לקבל את האור שהם צריכים עבור האצות הסימביוטיות הפוטוסינתטיות שלהם. כשהמים מתחממים, אצות סימביוטיות שנקראות זואזנתלי עוזבות את האלמוגים, מה שגורם לאלמוגים להלבין ולמות. סקרים על שונית המחסום הגדולה באוסטרליה בשנת 2016 מראים כי עד 67% מהאלמוגים מתו באזורים מסוימים כתוצאה מהלבנה ⁵.

פליטות פחמן הנגרמות על ידי האדם תורמות באופן משמעותי לרמות ה-CO2 באטמוספירה, שבתורן מעלות את הטמפרטורה העולמית. בנוסף לעלייה זו בטמפרטורה העולמית, החמצת האוקיינוס היא גם תוצאה ישירה של עלייה ב-_CO2. האוקיינוסים סופגים כרבע מה-CO2 באטמוספרה בכל שנה. כאשר_CO2 נספג במי ים, הוא מומר לחומצה פחמתית (H₂CO₃), אשר בתורו גורם למי הים להיות חומציים יותר ולהפחית את זמינותם של יוני קרבונט. ירידה ביוני קרבונט יכולה לעכב בנייה ותחזוקה של מבני סידן פחמתי של דו-גלגליים, קיפודי ים ואלמוגים ⁶. יחד עם עליית טמפרטורות האוקיינוסים, החמצת האוקיינוסים יכולה להזיק למערכות האקולוגיות המימיות. ⁶

חובה לתווך את ההשפעות של שינויי האקלים. מדענים רבים החלו לחקור את מה שמכונה כיום הכחדת ההולוקן, הידועה בכינויה "ההכחדה השישית" ⁷. בעבר היו חמישה אירועי הכחדה גדולים, אולם קצב ההכחדה במאה האחרונה היה גדול פי 1000 מ"שיעורי הכחדת הרקע" הצפויים. אובדן בתי גידול ושינויי אקלים ממלאים שניהם תפקיד גדול בהכחדת מינים, ולכן חשוב לשמור על התחשבות בסביבה בהחלטות ניהוליות ⁷.

הפניות

1. ויליאם ר.ל. אנדרג, ג'יימס פרל, ג'ייקוב הרולד וסטיבן ה. שניידר. אמינות מומחה בשינויי אקלים. PNAS. 2010, כרך 107, 27 (12107-9).
2. ריצ'רד א. בטס, כריס ד. ג'ונס, ג'ף ר. נייט, ראלף פ. קילינג וג'ון ג'יי קנדי. אל ניניו ושיא בעליית CO2. טבע: שינויי אקלים. 2016, כרך ו', (806-10).
3. מילן, גלן. כיצד האקלים מניע שינויים בגובה פני הים. אסטרונומיה וגיאופיזיקה. 2008, כרך 49, 2 (2.24–2.28).
4. ויליאמס, ס. ג'פרס. השלכות עליית פני הים על אזורי החוף. כתב עת לחקר החוף. 63 (184-96).
5. טרי פ. יוז, ג'יימס טי קרי, מריאנה אלוורז-נורייגה, חורחה ג'י אלוורז-רומרו, קריסטן אנדרסון, אנדרו ה. ביירד, ראסל סי בבקוק, מריה בגר, דייוויד ר בלווד, ריי ברקלמנס, טום סי ברידג', איאן ר באטלר, מריה ביירן, ניל אי קאנטין, סטיב קומו, סה. התחממות כדור הארץ והלבנה המונית חוזרת ונשנית של אלמוגים. טבע. 2017, כרך 543, 7645 (373).
6. F. Prada, E. Caroselli, S. Mengoli, L. Brizi, P. Fantazzini, B. Capaccioni, L. Pasquini, K. E. Fabricius, Z. Dubinsky, G. Falini & S. Goffredo. התחממות האוקיינוס והחמצתו מגבירות באופן סינרגטי את תמותת האלמוגים. טבע. 2017, 40842.
7. ורדנבורג, דייוויד ב. ווייק ואנס טי. האם אנחנו בעיצומה של ההכחדה ההמונית השישית? מבט מעולמם של הדו-חיים. PNAS. 2008, 1091-6490.

שינויי האקלים הגלובליים הם נושא שנדון בלהט בחדשות, ומדענים מסכימים שאקלים כדור הארץ משתנה. אבל לפני שניכנס לשאלה מה גורם לשינויי האקלים וכיצד מדענים חוקרים אותם, בואו נבהיר כמה מונחים. המילה אקלים משמשת לעתים קרובות לסירוגין עם מזג האוויר, אבל יש הבדל.

מזג האוויר מתאר את התנאים האטמוספריים, כמו טמפרטורה, באזור במשך פרק זמן קצר, כמו יום. האקלים, לעומת זאת, רושם את אותם תנאים עבור אותו אזור אך לאורך תקופה ממושכת, טמפרטורה שנתית ממוצעת למשל. האקלים העולמי מתייחס לאותו משתנה שנותח ונערך על פני כדור הארץ כולו. אם תסתכלו על הנתונים של הטמפרטורה הגלובלית הממוצעת מאז 1880, תראו שהיא נמצאת בעלייה, וזה מה שאנשים מכנים התחממות גלובלית.

אחד התורמים העיקריים להתחממות הגלובלית הוא אפקט החממה הנגרם על ידי גזי חממה, כגון פחמן דו חמצני, אדי מים, אוזון ומתאן. הגזים האלה קיבלו את שמם הקולקטיבי מאחר שהם יוצרים שכבה סביב כדור הארץ שדומה למגן הזכוכית של חממה. בדיוק כמו החממה, שכבת הגז הזו מאפשרת לקרני השמש לחדור ואז לוכדת אותן, מה שמאפשר רק לחלק מהקרניים המוחזרות לברוח חזרה לאטמוספירה ומוביל לעלייה בטמפרטורה ליד פני כדור הארץ. כיסוי מסוים של גזי חממה חיוני כדי להבטיח שטמפרטורת כדור הארץ תישאר ראויה למגורים, אך פעילות אנושית, כמו שריפת דלקי מאובנים, הובילה לריכוז של חלק מהגזים הללו כמו CO2, שעלה מעל הרמות האופטימליות, ומזין את ההתחממות הגלובלית.

אחת ההשפעות העיקריות של התחממות האקלים הזו היא המסת הקרח הקרחוני, מה שבתורו מביא לעליית מפלס הים. התכה זו מחמירה עקב תופעה הנקראת אפקט האלבדו. אלבדו, נגזר מהמילה הלטינית "אלבוס", שפירושה "לבן", מתייחס ליחס בין היחס בין קרינת השמש המוחזרת לקרינת השמש הכוללת. ערך זה יהיה קרוב לערך אחד עבור שלג לבן טרי מכיוון שהוא משקף את רוב הקרינה. לאדמה חשופה, לעומת זאת, יש אלבדו של כ-0.2 בלבד, ואוקיינוס פתוח רק 0.1, ולכן אלה מחזירים פחות באופן משמעותי - וכך, ככל שהאקלים מתחמם, השלג נמס, וכתוצאה מכך אלבדו נמוך יותר, כלומר כדור הארץ מחזיר פחות ושומר יותר מהקרינה כחום. זה, בתורו, גורם לשלג להמיס יותר, ויוצר לולאת משוב חיובית ועליית מפלס הים.

השפעה נוספת של שינויי האקלים ניתן לראות בתפוצת המינים. מינים נמצאים על פני אזור גיאוגרפי המכונה הטווח שלהם. ככל שהאקלים מתחמם, השינויים הסביבתיים הנובעים מכך, כמו הפשרת כיפות קרח, יכולים לגרום לשינוי או לירידה בטווח המגורים של חלק מהמינים. מדענים חקרו את שינויי הטווח הללו עבור אורגניזמים שונים בתגובה למגוון משתנים סביבתיים. באמצעות הנתונים האלה, הם יכולים למדל שינויים עתידיים בדפוסי האקלים ולחזות את הגורל הצפוי של מין.

במעבדה זו תעריכו את השפעות החממה על מיקרו אקלים מלאכותי, תשוו קרח נמס בתנאים שונים ותלמדו את שינויי הטווח של מינים היסטוריים בעקבות שינויים סביבתיים.