עד כמה נוכל לדחוק את כדור הארץ לפינה?
תחזיות עסקיות, ממשלתיות או טכנולוגיות צופות בדרך כלל קדימה למרחק של חמש או עשר שנים, ולכל היותר חמישים שנה. מדעני האקלים אפילו מדברים קצת על סוף המאה. אבל במציאות, הפחמן הדו-חמצני שנפלט לאטמוספרה היום ישפיע על כדור הארץ במשך מאות אלפי שנים.
כיצד ישנו גזי החממה את העתיד הרחוק? איש אינו יכול לומר בוודאות כיצד יגיב עליהם כדור הארץ. אבל מדעני האקלים יכולים לחזות באמצעות מודלים מתמטיים כיצד ייראה העולם. הם בונים את המודלים האלה על סמך הכרת מערכות האקלים ששררו בעבר והכרת רשת התהליכים המסובכת המשפיעה על האקלים ועל סמך התבססות על חוקי הפיזיקה והכימיה.
אנחנו כבר רואים את התממשות העתיד שחזו רבים מן המודלים האלה. כפי שנחזה, פני האדמה מתחממים יותר מן האוקיינוסים, הקטבים יותר מקו המשווה, החורפים יותר מן הקיצים והלילות יותר מן הימים. גשמים כבדים במידה קיצונית נעשו נפוצים יותר. באזור הארקטי, הקרח והשלג מכסים פחות שטח והאדמות עתירות המתאן, שהיו קפואות בכל ימות השנה, מתחילות להפשיר. מזג האוויר הולך ונעשה מוזר, כשהוא מלווה בסופות הנגרמות בשל עודף החום.
מהם הגבולות הסופיים של השינוי שאנו מחוללים? הדוגמה ההיסטורית הטובה ביותר מגיעה מן האקלים בתקופת הקרטיקון, שחלה לפני 100 מיליוני שנה. בעת ההיא אפף אוויר חם ולח את עורם הגלדי של הדינוזאורים, יצורים דמויי תנינים שחו בים באזורי הקוטב והצמחייה שגשגה באוויר עתיר פחמן דו-חמצני. תנאי החממה הנוצרים עכשיו ישפיעו במשך מאות אלפי שנה ויותר. אבל לפני כן, תהיה להם השפעה עמוקה על החיים על פני כוכב הלכת שלנו – ובייחוד עלינו.
מדבר באיטליה
אחת האי-ודאויות הגדולות ביותר בחיזוי האקלים היא כמות ה-CO2 שתיפלט בסופו של דבר אל האטמוספרה. במאמר הזה, אצא מנקודת הנחה שהתרבות התעשייתית תמשיך לעשות את מה שעשתה ב-200 השנים האחרונות. כלומר, היא תשרוף דלקים מחצביים בקצב גדל והולך, עד שכבר לא ישתלם מבחינה כלכלית להפיק אותם מן האדמה.
כמה CO2 אנחנו יכולים בכלל לשחרר? בסך הכול יש כמיליון מיליארדי טונות (1021 גרם) של פחמן אורגני לכוד בצורה כלשהי בסלעי המשקע של כדור הארץ. עד כה שרפנו רק את החלק ה-20 מתוך 1% של הפחמן הזה, כלומר פלטנו כ-2,000 מיליארד טונות של CO2.
בהתחשב בכמות הכוללת של הפחמן הלכוד בקרום כדור הארץ, לעולם לא נכלה את כל הדלקים המחצביים. כיום אנו ממצים חולות זפת כדי להפיק נפט גולמי וסודקים פצלי שמן באמצעות מים בלחץ גבוה כדי להפיק גז טבעי, שני מקורות שבעבר סברו שמבחינה טכנולוגית אי אפשר להפיק מהם דלק ושהדבר אינו כדאי מבחינה כלכלית. איש אינו יכול לחזות בוודאות עד לאן נוכל להגיע באמצעות תחכום ורעיונות מבריקים. ואולם, בסופו של דבר יגיע מחיר ההפקה והעיבוד לרמה שבה יהיו הדלקים המחצביים יקרים יותר מן המקורות החלופיים. על פי התרחיש במאמר זה, נשרוף בסופו של דבר כ-1% מן הפחמן האורגני הזמין במשך המאות הבאות. האומדן הזה מבוסס על מידת ההפקה ההגיונית ביותר שאליה נוכל להגיע מבחינה טכנולוגית בעתיד הנראה לעין. אנו משערים גם שבעתיד תלמד האנושות להפיק דלקים מחצביים בלתי שגרתיים, אבל היא תשרוף אותם בשיעורים נמוכים יותר מן השיעורים המקובלים היום.
אם לא נשנה את הרגלינו, הטמפרטורה על כדור הארץ צפויה לעלות בכ-5 מעלות צלזיוס עד 2100, אם כי ההתחממות בפועל עלולה להיות מחצית מכך או אפילו כפליים מכך, בעיקר כתלות בהשפעת העננים. השינוי הזה דומה להבדל שבין האקלים הממוצע בבוסטון שבמסצ’וסטס לבין זה של האנטסוויל שבאלבמה.
בקווי הרוחב הצפוניים האמצעיים, בין 30 ל-60 מעלות צפון, רצועה הכוללת את ארה”ב, אירופה, סין ורוב קנדה ורוסיה [וגם את ישראל – העורכים], יורדת הטמפרטורה השנתית הממוצעת ב-2 מעלות צלסיוס על כל עלייה צפונה במעלה אחת בקווי הרוחב. התחממות של 5 מעלות במאה שנים מיתרגמת אפוא לתנועה צפונה של הטמפרטורה ב-800 קילומטרים בממוצע, או התקרבות לקוטב של רצועת הטמפרטורות ביותר מ-20 מטרים מדי יום. סנאים יוכלו אולי לעמוד בקצב הזה, אבל עצי אלון ושלשולים עלולים להתקשות בתנועה מהירה כל כך.
ואז יגיעו הגשמים. כדור הארץ הוא מכונת חום בקנה מידה פלנטרי. השמש מחממת את האוויר באזור המשווני והוא עולה ומתקרר. ההתקררות מעבה אדי מים באוויר והמים חוזרים ונופלים אל הקרקע כגשם. זאת הסיבה לרצועת גשמי הזלעפות סמוך לקו המשווה.
אבל ההתעבות הזאת מחממת אף היא את האוויר מסביבה וגורמת לו לעלות אפילו מהר יותר. האוויר החם והיבש הזה מגיע לגובה שבו טסים מטוסי סילון והוא מתפשט הצִדה, משני עברי קו המשווה, לכיוון הקטבים. האוויר החם פולט בגבהים האלה את קרינת החום לחלל, מתקרר וצונח בחזרה אל פני השטח. קרני השמש חודרות מבעד לאוויר היבש וחסר העננים הזה ומכות על פני השטח הצחיחים. בימינו האוויר היבש שוקע בערך בקווי הרוחב 30 צפון ו-30 דרום ויוצר את רצועת המדבריות הגדולה המקיפה את כדור הארץ [בישראל, קו הרוחב 30 צפון עובר כ-50 קילומטרים צפונית לאילת – העורכים].
בשל ההתחממות שגורם אפקט החממה, האוויר העולה חם יותר. לפיכך, דרוש לו זמן רב יותר להתקרר ולשקוע בחזרה אל פני השטח, ורצועות המדבריות נעות אפוא לכיוון הקטבים.
אקלים מדבר סהרה עלול לנוע צפונה. כבר עכשיו עוברות על דרום-אירופה שנים של בצורת קיצונית אף על פי שכמות המשקעים העולמית עולה. האזור עלול לאבד את האקלים הים-תיכוני שזמן רב נחשב לאקלים הנעים ביותר בעולם. במקום זאת, הדורות הבאים עשויים לומר זאת על האקלים הסקנדינבי.
צפונה יותר בקווי הרוחב האמצעיים, עונות הצמיחה הולכות ומתארכות. האביב מפציע מוקדם יותר: צמחים פורחים, הקרח באגמים מפשיר והציפורים הנודדות מגיעות מוקדם מאי פעם בהיסטוריה הקרובה.
אבל אלו אינם הדברים היחידים שיועילו לשדות היבולים בקנדה ובסיביר. צמחים יוצרים מזון באמצעות ניצול אנרגיית אור השמש כדי למזג CO2 ומים. על פי רוב, הצמחים קולטים CO2 דרך נקבוביות קטנות על העלים, הקרויות פיוניות. כשהפיוניות פתוחות לרווחה, הצמחים מסוגלים לקלוט הרבה CO2, אבל באותה עת מים רבים מתנדפים דרך הנקבים הפעורים האלה. אם ריכוזי ה-CO2 באטמוספרה יהיו גבוהים יותר, יוכלו הצמחים לקבל את ה-CO2 שהם צריכים גם כשהפיוניות יהיו פתוחות רק באופן חלקי, או שיוכלו להצמיח עלים שיכילו פחות פיוניות. בעולם עתיר CO2 צמחים יכולים לגדול יותר באותה כמות של מים. (הירידה הזאת בהתנדפות תביא גם לירידה בכמות המשקעים. זאת ועוד, מכיוון שההתנדפות מקררת, ירידה בהיקפה תביא לעוד התחממות.)
אבל התנאים המשופרים האלה לא יורגשו בכל מקום. באזורים הטרופיים, הטמפרטורות הגבוהות פוגעות ביבולים רבים כבר עכשיו, ועקת החום תחמיר כנראה עם ההתחממות הגלובלית. נראה שבסך הכול צפויה עלייה בפריון החקלאי, מפני שהתוספת בצפון תעלה על הירידה באזור קו המשווה. ההתחממות העולמית אולי לא תקטין את אספקת המזון הכוללת, אבל היא עלולה לתת יותר לעשירים ופחות לעניים.
אוקיינוסים של שינוי
האוקיינוסים רחבי הידיים מתנגדים לשינויים, אבל הם ישתנו בכל זאת. מדענים חוזים שבעשורים הקרובים תשתנה הכימיה של האוקיינוסים במידה רבה ובקצב מהיר מכפי שהשתנתה מעולם, מלבד אולי בעת אירועי ההכחדה ההמוניים. כשמולקולות CO2 חודרות לים הן מגיבות עם המים ויוצרות חומצה פחמתית. בריכוזים גבוהים דיים, החומצה הזאת עלולה להמס את הקונכיות והשלדים של בעלי חיים ימיים רבים, ובייחוד אלה הבנויים מן הצורה המסיסה יותר של סידן פחמתי, הקרויה אַרַגוניט.
מדענים מעריכים שיותר מרבע מכל המינים הימיים מבלים חלק מחייהם בשוניות אלמוגים. שלדי האלמוגים בנויים מארגוניט. ואפילו אם לא יידרדרו התנאים הכימיים עד לנקודה שבה הצדפים והקונכיות יתמוססו לגמרי, העלייה בחומציות המים עלולה להקשות על בעלי החיים האלה לבנות אותם. בעוד כמה עשורים בלבד לא יישארו באוקיינוסים מקומות שבהם שוררים התנאים הכימיים שתמכו בעבר הגיאולוגי בצמיחה של שוניות אלמוגים. לא ידוע כמה מינים התלויים באלמוגים ייעלמו יחד עם השוניות.
שינויים כימיים כאלה ישפיעו באופן הישיר ביותר על החיים בשוניות, אבל כדאי שכולנו, כל השאר, נשקול את השינויים הפיזיים העומדים להתרחש. ברמה הבסיסית ביותר, מים מתנהגים כמו כספית במדחום: אם תעלו את הטמפרטורה, תראו כיצד הכספית עולה. ובנוסף לכך, מים הלכודים היום בכיפות הקרח בקטבים מזינים את הים.
בעבר הרחוק, בזמנים שבהם רמת ה-CO2 הייתה גבוהה, כדור הארץ התחמם דיו כדי לקיים בעלי חיים דמויי תנינים צפונית לחוג הקוטב. לפני כ-100 מיליוני שנה הטמפרטורה הממוצעת השנתית בקוטב הגיעה ל-14 מעלות צלזיוס. בשיא הקיץ עלו הטמפרטורות מעל 25 מעלות. טמפרטורות כאלה במשך אלפי שנים יתיכו את הקרח המכסה את גרינלנד ואנטארקטיקה. אם יפשיר הקרח לגמרי, פני הים יעלו ב-120 מטרים ויציפו אזורים נרחבים. משקל המים על פני אזורי השפלה היבשתיים ידחוף אותם מטה, לעומק מעטפת כדור הארץ, ויגרום למים לגאות עוד יותר.
הקטבים צפויים להתחמם בקצב גבוה פי 2.5 מזה של כדור הארץ כולו. כבר עכשיו התחמם האזור הארקטי מהר יותר מכל אזור אחר, בערך ב-2 מעלות צלזיוס לעומת הממוצע העולמי של 0.8 מעלות. בסוף עידן הקרח האחרון, כשהתחמם האקלים בכ-5 מעלות צלזיוס במשך כמה אלפי שנים, הפשירו מעטי הקרח בקצב שגרם לפני הים לעלות בכמטר אחד בכל מאה שנים. אנו מקווים וצופים שהקרח לא יפשיר בקצב מהיר יותר, אבל איננו משוכנעים בכך.
לרדוף אחרי נוגה
במשך כמה מיליוני השנים האחרונות התנודד אקלים כדור הארץ וגרם למעטי הקרח הגדולים להתרחב ולהתכווץ חליפות. אבל פליטות גזי החממה שלנו מכות במערכת המורכבת הזאת כבפטיש. עד כה הצגתי תרחיש שבו האקלים שלנו מתפתח באופן חלק למדי. אך ייתכנו גם קפיצות וזינוקים שעלולים לערער מערכות ביולוגיות, חברתיות ופוליטיות ולגרום להן לחרוג מגבולות העמידות שלהן.
חשבו לדוגמה על האפשרות שההתחממות הארקטית תגרום למאות מיליארדי טונות של גז מתאן לבעבע במהירות אל האטמוספרה מקרקעית הים הארקטי ומן האדמות הקפואות ההולכות ומפשירות. מולקולת מתאן יעילה בלכידת חום בערך פי 37 ממולקולת CO2. ואם ישתחרר המתאן בבת אחת, כפי שהתרחש כנראה באירוע התחממות השיא לפני 55 מיליוני שנה, במעבר שבין עידן הפְּלֵיאוֹקֶן לעידן האֵאוֹקֶן, אנו צפויים להתחממות קטסטרופלית באמת. אבל רוב המדענים סבורים שהסיכוי לכך קטן.
היו שהציעו גם תרחיש שבו מעגלי משוב, כמו השפעתה של הפשרת קרחוני העד, יגרמו להאצה גוברת והולכת של אפקט החממה עד שיתחממו האוקיינוסים ויתאדו לגמרי. גם אדי מים הם גז חממה, ולכן, מחזור מים מורחב כזה יחמם את כדור הארץ במידה כזאת שאדי המים יישארו באטמוספרה ולעולם לא יתעבו לגשם. במקרה כזה, ימשיך להצטבר גם CO2 שישתחרר מהרי געש וממקורות אחרים. קרינה קוסמית מסוגלת לשבור מולקולת מים בגובה רב והמימן שייווצר יברח בסופו של דבר לחלל. אקלים כדור הארץ עשוי להתייצב אז במצב הדומה לזה השורר בכוכב הלכת השכן, נוגה.
למרבה המזל, אין כמעט סיכוי שפליטות גזי החממה של היום יביאו להתאדות האוקיינוסים. במילים פשוטות, יש גבול למידת ההתחממות ש-CO2 יכול לחמם את כוכב הלכת שלנו. ברגע שריכוזי ה-CO2 ואדי המים מגיעים לרמה גבוהה דיה, המולקולות מפזרות את אור השמש הנופל עליהן במידה גוברת והולכת ומונעות התחממות נוספת.
ואולם, אם נמשיך לשרוף דלקים מחצביים, יגיעו ריכוזי גזי החממה באטמוספרה לרמות שנראו לאחרונה רק בעידן הקרטיקון. בכדור הארץ החם והלח של אותה תקופה היו אזורים נרחבים מוצפים בימות פנים-יבשתיות. על היבשה, רעו דינוזאורים את הצמחייה השופעת. אם נשרוף רק 1% מכל הפחמן האורגני המצוי בקרום כדור הארץ במשך מאות השנים הקרובות, בני האדם ישאפו לריאותיהם CO2 באותם ריכוזים ששאפו הדינוזאורים ויחוו טמפרטורות דומות.
בהשוואה להתחממות ההדרגתית שאפיינה אקלימי חממה בעבר, שינוי האקלים התעשייתי מתרחש בקצב רצחני. במהלך ההיסטוריה הגאולוגית, מעברים מאטמוספרות דלות ב-CO2 לעשירות בו התרחשו בדרך כלל בקצבים שהביאו להתחממות של פחות מ-0.00001 מעלה בשנה. אנחנו יוצרים מחדש את עולם הדינוזאורים בקצב גבוה פי 5,000.
מה ישגשג בחממה הזאת? כמה יצורים, כמו חולדות ומקקים, הם פולשים רב-תכליתיים המסוגלים לנצל לטובתם סביבות מעורערות. אחרים, כמו אלמוגים ומינים רבים ביערות הטרופיים, התפתחו במהלך האבולוציה רק באופן המאפשר להם לשגשג בטווח תנאים צר. סביר להניח שכתוצאה מן ההתחממות הגלובלית ישנו מינים פולשניים את פניהן של סביבות אקולוגיות כאלה. השינוי האקלימי עשוי להוביל לעולם של עשבים שוטים.
גם התרבות האנושית מצויה בסכנה. זכרו את בני המאיה במרכז אמריקה. אפילו לפני הגעת האירופאים החלה תרבות המאיה להתמוטט בעקבות שינוי אקלימי קל, יחסית. בני המאיה לא פיתחו די גמישות כדי להתמודד עם ירידה קלה בכמות הגשמים. והמאיה אינם הדוגמה היחידה לתרבות שלא הצליחה להתאים את עצמה לשינויי אקלים.
סביר להניח שהמשברים ששינוי האקלים יביא יהיו משברים אזוריים. אם העשירים ייעשו עשירים עוד יותר, והעניים ייעשו עניים יותר, האם יוביל הדבר להנעה של נדידת עמים גדולה שתערער את היציבות המדינית והכלכלית? כמה מן המדינות, שהסבירות שייפגעו מן ההתחממות הגלובלית היא הגבוהה ביותר, מחזיקות בידן כלי נשק גרעיניים. האם השינוי האקלימי עלול להגביר מתחים קיימים ולעורר עימותים גרעיניים, או תרחישים אפוקליפטיים אחרים? התגובה החברתית לשינוי האקלים עלולה לייצר בעיות חמורות יותר משיעורר השינוי האקלימי עצמו.
להתחיל שוב
הצמחים המעוצים ששגשגו בתקופת הקרטיקון מתו. בחלוף הזמן הגיאולוגי נעשו מקצתם לפחם. הפלנקטון באוקיינוס נקבר בסלעי המשקע ומקצתו נעשה נפט וגז. החיים בים לכדו CO2 בצדפות ובשלדים והאקלים התקרר.
במהלך אלפי שנים יספוג הים את רוב ה-CO2 שלנו. העלייה בחומציות המים שתתרחש בשל כך תגרום להמסת מינרלים פחמתיים וההשפעה הכימית של ההתמוססות תאפשר למים לקלוט עוד CO2. ועם כל זאת, במשך עשרות אלפי שנה יישארו ריכוזי ה-CO2 באטמוספרה גבוהים הרבה מעל 280 חלקים למיליון, רמתם לפני העידן התעשייתי. כתוצאה מכך, ייפסקו תנודות הגאות והשפל של עידני הקרח הנגרמים בשל שינויים קלים במסלול כדור הארץ, וגזי החממה שפלטו בני האדם ילכדו את כוכב הלכת בחממה.
במשך הזמן יאיצו הטמפרטורות הגבוהות והמשקעים המוגברים את קצב התמוססות הסלעים והקרקע. נחלים ונהרות יישאו אל הים את הסלעים והמינרלים המומסים, המכילים יסודות כמו סידן ומגנזיום. אולי בעוד מאות אלפי שנה ילכוד יצור ימי כלשהו את הסידן ואת הפחמן הדו-חמצני ויבנה מהם צדפה פחמתית לעצמו. הצדפה הזאת, יחד עם מיליוני יצורים דומים לה, ייצרו בסופו של דבר אבן גיר. בדיוק כשם שהצוקים הלבנים של דובר באנגליה הם שריד לאטמוספרה הקְרֶטונית, כך גם רוב הפחמן המצוי בדלקים המחצביים הנשרפים היום ייאסף בשכבת סלע – עדות, כתובה באבן, לעולם שעבר שינוי בגלל מין ביולוגי אחד ויחיד.
על המחבר
קן קלדרה (Caldeira) הוא מדען אקלים במכון קרנגי למדע במחלקה לאקולוגיה גלובלית באוניברסיטת סטנפורד. הוא חוקר נושאים הקשורים במערכות אקלים, פחמן ואנרגיה. כלי המחקר העיקרי שלו הוא מודלים של אקלים ומחזורי פחמן. הוא עורך גם מחקרי שדה הקשורים בעליית החומציות של האוקיינוסים.
בהילוך מהיר קדימה
אקלים: עבר ועתיד
בהנחה שנמשיך לשרוף דלקים מחצביים כרצוננו ושנשחרר לאטמוספרה ללא הרף גזי חממה, כמו פחמן דו-חמצני, כוכב הלכת שלנו ישנה את פניו. כבר עתה עלו הטמפרטורות בעולם בממוצע בכמעט מעלת צלזיוס אחת, ובשיעור כפול מזה באזורי הקוטב. בסופו של דבר, הטמפרטורות עלולות לעלות ב-10 מעלות צלזיוס, התחממות שדי בה כדי להפשיר את כמויות המים האדירות המאוחסנות כעת בקרחונים של גרינלנד ואנטארקטיקה. כתוצאה מכך תשתחרר כמות מים שדי בה כדי להעלות את מפלס פני הים ב-120 מטרים. הריכוזים האטמוספריים של פחמן דו-חמצני יגיעו לרמות שנראו לאחרונה בתקופת הקרטיקון, כשדינוזאורים שלטו בארץ, כשימה פנימית עצומה חילקה את צפון אמריקה לשניים וכשיצורים דמויי תנינים שכנו בקטבים.
ועוד בנושא
Oceanography: Anthropogenic Carbon and Ocean pH. Ken Caldeira and Michael E. Wickett in Nature, Vol. 425, page 365; September 25, 2003.
Climate Change 2007: The Physical Science Basis. International Panel on Climate Change. Cambridge University Press, 2007. www.ipcc.ch/publications_and_ data/ar4/wg1/en/contents.html
The Long Thaw. David Archer. Princeton University Press, 2010.
2 תגובות
נ.ב: ניתן לייצר ממימן ופחמן דו חמצני מתנול להנעת כלי רכב ומטוסים.
הפתרון היחיד הוא אנרגיה גרעינית בעזרת דאוטוריום ושימוש בחשמל זה גם להפקת מימן מהאוקיינוסים להנעת כלי רכב ויצירת דשנים . כך לא תהיה פליטת פחמן דו חמצני כלל.יצירת מוצרי פלסטיק,תרופות ובגדים מצמחים (תאית או אף אצות) כמובן גם שכולם חייבים להפוך לצמחונים להפחתת המתאן ולהגביל ילודה. כמו כן אולי ניתן לצבוע בלבן או לכסות ביריעות פלסטיק לבנות שטחים בכדור הארץ כדי להסיט קרינת חום מן השמש. ואם המצב יחמיר לפנות לפתרונות דרסטיים ולבדוק אפשרות יצירת חורף גרעיני מלאכותי או אולי אף להסיט אסטרואיד לאזור לא מיושב כדי ליצור שכבת אבק מסביב לכדה”א וגם יצירת עננים מלאכותיים בעזרת רסיסי מלח מן הים. ואם כל זה לא יעזור לפנות לתוכנית ב’: לברוח! (לעבור בעתיד לפלנטות אחרות או אם זה לא אפשרי לעבור לחיות כמה זמן שיהיה ניתן מתחת לאדמה עם תאורה מלאכותית מאנרגיה גרעינית).