הפשרת קיפאון העד עלולה להאיץ את ההתחממות הגלובלית

אלה הימים הראשונים של אפריל, והצוות שלי עוסק כבר יותר משבוע בסילוק ערימות השלג שהרוח סחפה ודחסה לאורך הגדרות שאנחנו מתקינים בכל סתיו באתר הניסוי. גובה כל גדר כמטר וחצי ואורכה כשמונה מטרים. השלג הנוסף שנערם לאורך הגדרות מבודד כמו שמיכה את הקרקע מאוויר החורף הקר ומשאיר את פני הקרקע, שבדרך כלל נשארים קפואים במשך כל ימות השנה, בטמפרטורה גבוהה יותר מזו שהיו מגיעים אליה בלעדיו. אנחנו מסירים את השלג העודף כדי שהאביב ישפיע על חלקות הניסוי באותו זמן שבו הוא מגיע לאדמת הטונדרה שמסביב וכדי שתוספת המים שייווצרו כתוצאה מהפשרת האביב לא תחלחל לקרקע ותשנה את טיב האדמה בהשוואה לאדמת האזור.

שמירת האדמה הקפואה בטמפרטורה גבוהה יותר בחורף גורמת לה להפשיר מוקדם יותר בקיץ ובשיעור גבוה יותר. התגובה הזאת היא בדיוק מה שצפוי לקרות כשתעלה הטמפרטורה בחוג הארקטי ובמערכות האקולוגית הצפוניות הגובלות בו עם השינוי האקלימי. עליית הטמפרטורה שם מהירה פי שניים מן השיעור הממוצע של עליית הטמפרטורות בעולם. הקרקע באזורי קיפאון העד (permafrost) מורכבת מסלעים, מאדמה קפואה ומקרח, לכן היא מפשירה, ולא ניתכת, כשהיא מתחממת. כמו המבורגר שמוציאים אותו מן המקפיא, היא מתרככת אבל לא נעשית נוזלית. כשקיפאון העד מפשיר, חיידקים שהיו קפואים בו שבים לפעילות ומפרקים את שרידי הצמחייה ובעלי החיים שהצטברו באדמה הקפואה במשך מאות אלפי שנים, ופולטים אגב כך פחמן דו־חמצני, CO2, ומתאן, CH4.

אזור קיפאון העד המקיף כטבעת את צפון כדור הארץ מכיל כמות אדירה של חומר אורגני. הכמות גדולה כל כך, עד שאפילו שחרור של חלק קטן ממנה לאטמוספרה כגזי חממה עלול להעלות באופן דרמטי את שיעור ההתחממות הגלובלית. הניסוי שלנו באלסקה הוא חלק חשוב מסדרה משולבת של מחקרים הנערכים ברחבי העולם כולו במטרה להעריך את גודל ההשפעה של ההפשרה הזאת במהלך עשרות השנים הבאות. אנו מתחילים להכיר את הנתונים במידה שדי בה כדי לתת תחזיות מוצקות.

ייתכן שכמויות עצומות יפשירו

איך אפשר להעריך באופן מספרי את שטח קיפאון העד שיפשיר, את קצב ההפשרה ואת מידת השפעתו של הפחמן שייפלט כתוצאה מכך על ההתחממות העולמית? הכימות יצטרך להביא בחשבון חלק נכבד משטח כדור הארץ. אזור קיפאון העד משתרע על כ-16.7 מיליון קילומטר רבוע בחצי הצפוני של כדור הארץ, כמעט רבע משטח היבשה שאינה מכוסה קרח. עומק האדמה הקפואה יכול להגיע לעשרות ואף למאות מטרים. (מרבית האזורים הדרומיים של כדור הארץ מכוסים אוקיינוסים או מעטה קרח קרקעי, כך ששטח האדמה הקפואה שם אינו גדול.)

לוויינים ומכשירי חישה מרחוק אמנם יכולים לתעד במדויק שינויים במעטה של קרח מוצק, כמו זה בגרינלנד, אבל אין מערכת מקיפה כזאת של חישה מרחוק לתיעוד שטחי קיפאון העד. במשך שנים עקבו מדענים אחר חיישנים שהותקנו במקומות מסוימים באזורי קיפאון העד, אבל פשוט לא היו לנו די נקודות נתונים ברחבי עולם. עם זאת, הוספנו חיישנים כל הזמן. היום, הרשת הקרקעית העולמית למעקב אחר קיפאון העד, (GTN-P) עוקבת אחרי יותר מאלף נקבי קידוח המצוידים במכשירים המתעדים את הטמפרטורות עד לעומק של כמה מטרים בקרקע, וגם עמוק מזה.

הרשת הראתה שאזורי קיפאון העד מתחממים בקצב אחיד בעשרות השנים האחרונות, ובמקומות רבים הגיעה הטמפרטורה לשיאים חדשים ב-2014 וב-2015. העליות החדות ביותר היו במקומות שבהם טמפרטורת הקרקע הייתה כל השנים נמוכה מאוד, בין 5 ל-10 מעלות מתחת לאפס. ראינו גם התחממות בקיפאון העד באזורים שבהם הטמפרטורה קרובה יותר לנקודת ההפשרה, בין מינוס 2 ל-0 מעלות צלזיוס, ושם שינוי של מעלה אחת יכול להשפיע מאוד. במקומות מסוימים שבהם טמפרטורת הקרקע הקפואה קרובה לנקודת הקיפאון, חלה התעבות של השכבה הפעילה, כלומר של שכבת האדמה העליונה, המפשירה בקיץ וקופאת בחורף. כשמחברים את המדידות מכל העולם, מקבלים מושג טוב של השינויים בטמפרטורת הקרקע ברחבי האזור הארקטי.

שיעורן של אדמות קיפאון העד העלולות להפשיר הוא רק חלק מן החישוב שאנחנו רוצים לערוך. אנחנו רוצים גם לדעת כמה חומר אורגני מכילה האדמה המתרככת. באביב האחרון, באתר המחקר שבאגם שמונת המיילים, קדח הצוות שלי בעומק של מטר וחצי בקרקע כדי להוציא ליבות אדמה, כפי שעשינו מדי כמה שנים מאז תחילת הפרויקט לפני יותר מעשור. מדידות שלנו ושל אחרים ברחבי הטונדרה מלמדות שהמטר המעוקב העליון של הקרקע מכיל כ-50 קילוגרם של פחמן אורגני הקשור לאורגניזמים קפואים שעברו פירוק חלקי (להבדיל מפחמן אי-אורגני שהוא חלק מן הסלע ולא סביר שיחול בו כל שינוי גם אם תעלה הטמפרטורה). כמות זו גדולה פי חמישה בערך מכמות הפחמן באדמה באותו אזור שאינה שרויה בקיפאון־עד. כמות הפחמן גדולה בערך פי 100 מזו האצורה בשיחים ובמיני צמחים המצליחים לצמוח בחוג הארקטי.

פחמן אורגני עשוי להימצא גם בעומק של עשרות מטרים. בסך הכול, החוקרים מעריכים שאדמת קיפאון העד בצפון כדור הארץ מכילה בין 1,330 ל-1,580 מיליארד טונות של פחמן אורגני, כמעט פי שניים מכמות הפחמן באטמוספרה של כדור הארץ. שלושת המטרים העליונים של הקרקע באזורי קיפאון העד בצפון, לבדם, מכילים כ-50% מכמות הפחמן המצויה בשלושת המטרים העליונים של הקרקע בשאר העולם, אף על פי ששטחי קיפאון העד הם רק כ-15% משטח האדמה בעולם.

המדענים החלו למדוד גם את כמויות הפחמן האורגני המצוי במקומות קפואים תמידית שלא נמדדו עד כה, כמו למשל בקרקעית של אזורי ים רדוד מאוד הפזורים בחופים הארקטיים. אדמת קיפאון העד המצויה שם עוברת פירוק אִטי ככל שמי הים חודרים אליה, ועדיין לא ברור כמה פחמן אורגני יש בה. הפחמן מצוי בשפע גם בשכבות עבות של משקעים המצויות באזורי הדלתא רחבי הידיים של שפכי הנהרות הארקטיים, אבל פשוט לא מדדנו אתרים רבים. ההערכה הטובה ביותר שיש בידינו כרגע היא שעוד כ-400 מיליון טונות פחמן קבורות במקומות המגוונים האלה.

כמה ובאיזה קצב?

לנוכח הכמויות העצומות של פחמן אורגני הקבור בקיפאון העד, נראה סביר שההפשרה עלולה לשחרר כמויות גדולות מאוד של גזי חממה. קביעת ערך מספרי לשיעור השחרור הזה תלויה בשלוש שאלות מפתח.

ראשית, כמה מן הפחמן יכול להפוך לגזי חממה? מיקרואורגניזמים יכולים בקלות לעכל חלק מן הפחמן ולשחרר אותו אבל לא את כולו. ולכן חלק מסוים מן הפחמן פשוט יישאר בקרקע מפני שהוא לגמרי בלתי נגיש או בלתי אכיל לחיידקים.

שנית, באיזה קצב תוכל הפעולה החיידקית לשחרר את הגזים? פחמן ממקורות שהחיידקים מפרקים במהירות יכול להיפלט לאוויר בתוך פחות משנה מן ההפשרה, אבל סביר להניח שעוד פחמן ישתחרר בהדרגה על פני עשרות שנים לאחר ההפשרה, בין השאר, מפני שהוא מצוי במקורות מפורקים למחצה, והשלמת הפירוק על ידי החיידקים אִטית.

השאלה השלישית היא: אילו גזי חממה ישחררו החיידקים? הכמויות היחסיות של פחמן דו־חמצני ושל מתאן יקבעו את פוטנציאל החימום האקלימי בסופו של דבר. קרקעות מוצפות במים, דלות בחמצן (הקרויות “סביבות אנאירוביות או אל־אווירניות”) כמו ביצות כבול, לדוגמה, בדרך כלל מפיקות הרבה יותר מתאן מפחמן דו־חמצני. השפעת מתאן על התחממות העולם במשך מאה שנה גדולה בערך פי 33 מהשפעתו פחמן דו־חמצני בכמות זהה.

אנחנו עוקבים אחר שחרור הגזים באתרי מחקר כדוגמת אגם שמונת המיילים והטונדרה בסביבתו בעזרת חיישני גז הפועלים בתחום האינפרה־אדום המודדים את ריכוזי הגזים באוויר על פני שניות, ימים, עונות ושנים. הטונדרה באזור אגם שמונת המיילים ככל הנראה משחררת יותר פחמן לאטמוספרה מכפי שהיא סופחת. חימום הקרקע בגלל השלג שלאורך הגדרות עוזר לצמחים לצמוח מהר יותר ולהגיע לגודל רב יותר, וכך יותר פחמן דו־חמצני נקלט מן האוויר ונאגר. אבל הוא גם עוזר לחיידקים לפרק יותר פחמן המצוי באדמה. בקיץ, הצימוח המוגבר מתקזז לגמרי עם השחרור המוגבר מן הקרקע, אבל פעילות החיידקים בכל חודשי הסתיו והחורף הארוכים, שבהם הצמחים רדומים, מטה את הכף לטובת השחרור לאטמוספרה, שעולה על הספיגה בחישוב הכללי.

מתוך השוואה בין הממצאים שלנו ובין ממצאים מניסויים אחרים בעולם, אנחנו מסיקים שהפשרת קיפאון העד פולטת עודפי פחמן לאטמוספרה. את הנתונים הנאספים החוקרים מאגדים במאגר מקוון אחד הקרוי “רשת הפחמן בקיפאון העד”. בדיוק כמו במשל על העיוורים המתארים פיל, כך בידי כל קבוצת חוקרים העורכים ניסויי שדה ברחבי החוג הארקטי פיסת מידע הייחודית לה. יחד יוצרות פיסות המידע האלה את הידע בדבר ההיקף והטיב של התופעה הזאת. המאגר המקוון מאחד גם ממצאים מדעיים לצורך דוחות, עדכוני רשויות וראיונות בתקשורת כדי לידע את מקבלי ההחלטות ואת הציבור הרחב ולאפשר לכל הגופים האלה להחליט מה לעשות בעניין עולמנו המשתנה.

פרויקט כזה מן הזמן האחרון, שסיכם מידע מכמה מקורות, עזר להשיב על שאלת הכמויות היחסיות של פחמן דו־חמצני ומתאן שייפלטו. בתנאים אירוביים (אדמה יבשה) החיידקים משחררים בעיקר פחמן דו־חמצני. אבל בתנאים אנאירוביים השוררים בביצות ובכבול, הם משחררים גם פחמן דו־חמצני וגם מתאן. כריסטינה שדל מאוניברסיטת צפון אריזונה, חברה מרכזית ברשת הפחמן בקיפאון העד העובדת גם עם הקבוצה שלי, חקרה את האופן שבו המאזן הזה יכול להשפיע על האקלים בסופו של דבר.

שלא כמו במחקרינו המתבססים על ניסויים בשטח, שדל הסתמכה על ניסויים שבהם הביאו אדמה קפואה למעבדה וחיממו אותה בתאי זכוכית. הניסוי המבוקר מאפשר למדוד בדיוק את הכמות ואת הקצב שבהם מומר הפחמן מן הקרקע לפחמן דו־חמצני או למתאן. היא השתמשה בכלים סטטיסטיים לשילוב נתונים מניסויים דומים שנעשו בכל העולם ומצאה שלפי משקל, הפחמן הדו־חמצני הוא גז החממה העיקרי המשתחרר מדגימת אדמה מסוג כלשהו, בין שנלקחה מסביבה אירובית ובין מסביבה אנאירובית. למרבה הפלא, פליטת גזי חממה מפירוק אירובי משפיעה על האקלים פי שניים מהשפעתה של פליטה מפירוק אנאירובי, אף על פי שמתאן, המשתחרר רק מסביבה אנאירובית, הוא מחמם חזק יותר.

פירוש הדבר הוא שהפשרת קיפאון העד באזורים מנוקזים היטב וגבוהים באופן יחסי ככל הנראה תשפיע על האקלים יותר מהפשרה בכמות דומה באזורים נמוכים ומוצפי מים. אמנם מתאן הוא עדיין גורם מרכזי במשוואה, אבל ההתפלגות הכללית של אזורים גבוהים ונמוכים בנוף הארקטי תקבע במידה רבה את השפעת ההפשרה הצפויה של קיפאון העד על האקלים.

האצת שינוי האקלים

על ידי שילוב נתונים ממחקרי שדה ומבדיקות מעבדה וצירוף המידע בעזרת הדמיות מחשב של תרחישי אקלים עתידיים, מצאה רשת הפחמן בקיפאון העד תשובה לשאלה כיצד צפויה ההפשרה להשפיע על האקלים. לדעת חברי הרשת, המומחים בתחום, ככל הנראה בין 5% ל-15% ממלאי הפחמן שבקיפאון העד ישתחררו במאה הזאת, בעיקר כפחמן דו־חמצני.

למיטב ידיעתנו, על פי ערך האמצע של 10% ממלאי הפחמן, 130 עד 160 מיליארד טונות של פחמן יתווספו לאטמוספרה. כמות כזאת, אם תשתחרר בצורת פחמן דו־חמצני בקצב אחיד במשך מאה שנים, דומה לכמות הפחמן שהשתחרר בעולם עד כה בגלל בירוא יערות ושינויים אחרים בייעודי קרקע, אבל קטנה בהרבה מן הפליטות הנגרמות משרֵפת דלקים מחצביים. הפשרת קיפאון העד תגרום לכך ששינוי האקלים יתרחש מהר אפילו יותר מכפי שצופות הערכות המדענים המבוססות רק על פליטות הנגרמות מפעילות בני האדם. וסביר להניח שפליטת הפחמן מקיפאון העד תימשך גם לאחר סוף המאה. כל טונה נוספת של פחמן המשתחרר לאטמוספרה מן האזור הארקטי המפשיר תגבה מן החברה האנושית מחיר נוסף.

צמצום ההפשרה של קיפאון העד בעזרת כל מיני תיקונים מקומיים ברחבי האזור הארקטי אינו אפשרות מעשית. הפתרון האמיתי היחיד הוא להגביל את הפליטות משרֵפת דלקים מחצביים ומבירוא יערות כדי להאט את ההתחממות העולמית הכוללת. הדבר יפחית גם את הפליטה מן ההפשרה הארקטית, וייתן לקהילות בכל העולם עוד זמן להסתגל.

הערכת שיעור שחרור הפחמן שתוארה למעלה, של 5% עד 15%, התקבלה לראשונה רק ב-2016. עדיין אין בידינו מערכת תצפיות מקיפה באזורי הקיפאון שעל פיה נוכל לקבל תחזית מוצקה יותר. חיישנים נוספים יאפשרו לנו לגלות גם שינוי אטי וגם מהיר, שיכולים לעורר דאגה פחותה או מוגברת. הם גם יעזרו לנו לגלות הפתעות חשובות שעלולות לצוץ.

יוזמות חדשות, כמו פרויקט האזור הארקטי במסגרת יוזמת ניסויי הדור הבא במערכות אקולוגיות (NGEE) של משרד האנרגיה האמריקני וניסוי הפגיעוּת של האזור הצפוני והארקטי (ABoVE) של נאס”א מסייעות למלא פערים רחבים במידול ולהרחיב את המדידות בשטח, כמו אלו הנערכות באגם שמונת המיילים ובסביבתו, ובסופו של דבר להביאן לקנה מידה עולמי.

אחת השאלות המסקרנת והמכריעות היא אם צמיחה נרחבת של צמחים תוכל לסתור את העלייה בשיעור שחרור הפחמן. ההדמיות האחרונות נוטות להראות שעונות צמיחה ארוכות יותר, טמפרטורות גבוהות יותר, והעשרה בחומרים מזינים מן הקרקע המפשירה והמעבר הטבעי לעצים ולצמחים הצומחים מהר יותר, יוכלו אולי לאזן את שחרור הפחמן מקיפאון העד במאה הזאת. אבל ההערכה הזאת סותרת את המדידות מאגם שמונת המיילים ומאתרים אחרים, המלמדות על שחרור נטו של פחמן על פני שנה שלמה.

תהיה תועלת גם בהדמיות טובות יותר של תהליך השקיעה של האדמה המפשירה. הדבר בהחלט חסר במודלים גדולי ההיקף המדמים את יחסי הגומלין בין הפחמן שבקיפאון העד ובין האקלים. כשהקרח בקיפאון העד מפשיר ומתנקז, הקרקע שוקעת, מה שגורם לה להפשיר באופן פתאומי יותר. האם שקיעה נרחבת תגביר את הפליטה מקיפאון העד עוד יותר?

עמיתי ואני צפינו בתופעה הזאת ממש באגם שמונת המיילים כששבנו לשם באביב 2016. המדרכות שבנינו לפני כמעט עשר שנים, ויחד עמן החיישנים למדידת שטף הגז וציוד אחר שהתקנו, התעקמו והתעוותו בגלל שקיעת הקרקע ההולכת ונמשכת. הקרקע מתחת למדרכות הייתה גלית ומחוררת.

ההפשרה של אביב 2016 באזור אגם שמונת המיילים גם הייתה עמוקה מתמיד: יותר ממטר בנקודות מסוימות, שיעור שעד כה ראינו בדרך כלל רק בסוף הקיץ. המדידות החריגות האלה מקבילות לערכים קיצוניים אחרים שנמדדו באזור הארקטי: נסיגת שיא, מוקדם בעונה, של מעטה הקרח המכסה את האוקיינוס הארקטי, הפשרת שלגים מוקדמת בצפון כדור הארץ והפשרה מוקדמת של פני משטחי הקרח של גרינלנד. פליטה של פחמן מקיפאון־עד כבר מתרחשת. שחרור הגזים לא יתרחש בפרץ מהיר שעלול לשנות את האקלים לפתע פתאום, כפי שחששו אחדים. אבל הוא יהיה נרחב, יימשך על פני עשורים ויסבך במידה רבה את האתגר הניצב מול החברה האנושית להאט את ההתחממות העולמית.