מה שינויי האקלים בכדור הארץ יכולים ללמד אותנו על שינויי אקלים שנגרום במאדים?

שכבת האוזון ואפקט החממה עוזרים שניהם בסופו של דבר לשלוט בכמות של קרינת האולטרה-סגול (UV) מהשמש שמגיעה לפני כדור הארץ, ובכמות של קרינת האינפרה-אדום (IR) שבורחת לחלל. לשתי צורות הקרינה האלה יש השפעה קריטית על יכולת האכלוס של כוכב לכת. השליטה על הקרינה הזאת היא בבירור עניין דוחק על כדור הארץ. אבל מהווה אתגר למי שחולם על הקמת מושבות על המאדים 

מאת: גארת’ דוריאן, עמית בתר דוקטורט למדעי החלל, אוניברסיטת בירמינגהם ואיאן וייטאקר, מרצה לפיזיקה, אוניברסיטת טרנט בנוטינגהאם.

בדוגמה נדירה של הצלחה סביבתית, האו”ם הודיע זה עתה שהוא מאמין שהנזק שנגרם לשכבת האוזון שמגינה על כדור הארץ ישתקם במלואו עד שנת 2050. זה בניגוד בולט לחשש הגובר לגבי מצב החירום האקלימי שנגרם על ידי אפקט החממה המתגבר.

שכבת האוזון ואפקט החממה עוזרים שניהם בסופו של דבר לשלוט בכמות של קרינת האולטרה-סגול (UV) מהשמש שמגיעה לפני כדור הארץ, ובכמות של קרינת האינפרה-אדום (IR) שבורחת לחלל. לשתי צורות הקרינה האלה יש השפעה קריטית על יכולת האכלוס של כוכב לכת. השליטה על הקרינה הזאת היא בבירור עניין דוחק על כדור הארץ. אבל מהווה אתגר למי שחולם על הקמת מושבות על המאדים.

קרינת UV היא צורה של אור שאורך הגל שלו נע בין 10 ל-400 ננומטר (ננומטר אחד הוא אורך של 0.000000001 מטר). זה יותר קצר ואנרגטי מאשר אור נראה. לשם השוואה, אורך הגל של רשת טלפונים דור 4 טיפוסית הוא כמה עשרות סנטימטרים. קרינת UV מהשמש יכולה להגביר את הייצור של ויטמין D החיוני בעור של בני אדם, אבל רמות עודפות יכולות לגרום לקבוצה של בעיות בריאות כולל כוויות שמש, סרטן העור וקטרקט. היא גם יכולה להזיק לצמחים ולפגוע בתפוקה של יבולים.

בכדור הארץ כמעט כל קרינת ה-UV מהשמש נספגת על ידי שכבת האוזון, אזור של האטמוספרה של הארץ שנמצא בגובה של בערך 15-30 ק”מ. בלעדיה החיים על הארץ היו בצרות צרורות. אוזון הוא מולקולה שנמצאת בטבע ומורכבת משלושה אטומי חמצן. ההיווצרות של המולקולה הזאת מאוזנת בקפדנות על ידי תהליך שנקרא מחזור צ’פמן, שבו אור UV מפרק את האוזון לאטום חמצן בודד ומולקולה של חמצן. גורמים בטבע יכולים לשמש כזרזים לכך כמו פעילות וולקנית וחגורות הקרינה של כדור הארץ. התצפיות הראשונות שמאזן האוזון בצרות נעשו בשנות השמונים. נקבע שהשימוש הנרחב והפליטה של כימיקלים מסוימים כמו פחמן כלורו-פלואורי (CFC) גרמו נזק חמור לשכבת האוזון. זה הניע את הקהילה הבינ”ל לאמץ את פרוטוקול מונטריאול ב-1987 — עד כה ההסכם היחיד של האו”ם אי פעם שאושרר על ידי כל המדינות החברות.

שכבת האוזון. נאס”א

לקרינת IR יש השפעה קצת שונה על כדור הארץ וכוכבים אחרים. כל העצמים פולטים תחום של אור שתלוי בטמפרטורה שלהם. עצם עם טמפרטורה ממוצעת של מיליון מעלות יפלוט בעיקר קרני X (כפי שפולטות מערכות כוכבים מסוימות).

הפליטה הכי חזקה של השמש, עם טמפרטורה ממוצעת של 5,700°C, היא באור הנראה (ספציפית בצהוב), ואילו עצמים בטמפרטורת החדר פולטים ב-IR. זאת הסיבה שאנשים מופיעים בבירור במצלמת IR.

אור השמש, בעיקר באורכי גל נראים, עובר דרך האטמוספרה ומחמם את פני הארץ. כדי לשמור על שיווי משקל תרמי, הארץ פולטת אור בחזרה לחלל, אבל עושה זאת ב-IR. מולקולות מסוימות באטמוספרה מאפשרות לכמות גדולה של אור נראה לעבור (וזאת הסיבה שהן בלתי נראות לעין האדם) אבל מחזירות או מפזרות את אור ה-IR שפולטים פני האדמה — וגורמים להם להיות יותר חמים.

הכימיקלים שמעורבים בתהליך הזה הם אלה שאנחנו מכירים כגזי חממה, פחמן דו-חמצני הוא הכי מוכר אבל גם מתאן ותחמוצת החנקן חשובים. מה שמסבך את בעיית האקלים הוא שגם אדי מים והאוזון עצמו הם כולם גזי חממה.

זה אחד מגורמים רבים שבגללם בניית מודלים של אקלים היא נושא מאוד מורכב. אפקט החממה עצמו בדרך כלל מתואר כדבר רע, אבל למעשה הוא חיוני לחיים. ללא אפקט חממה בכלל, קל יחסית להראות שכדור הארץ יהיה בטמפרטורה ממוצעת של -24°C במקום הטמפרטורה הנוכחית של 14°C.

אבל כמו בתהליכים טבעיים רבים, הפעילות האנושית שינתה את אפקט החממה במידה כזאת שהתכונה החיונית הזאת של יכולת האכלוס של כדור הארץ הופכת עכשיו למסוכנת. יש הוכחות רבות שבני האדם הגדילו את כמות גזי החממה באטמוספרה, וכתוצאה מכך את הטמפרטורה הממוצעת העולמית.

לקחים למייסדי מושבות

האתגר של מתיישבים עתידיים שמקווים לגור על מאדים הוא הפוך מזה של כדור הארץ. האטמוספרה הדלילה שלו משמעה שלמרות שיש ריכוז גבוה של פחמן דו-חמצני, אפקט החממה די חלש וצריך להגביר אותו. אבל מחקר מהזמן האחרון הראה שאפילו אם יאדו את הפחמן הדו-חמצני שנשאר בסלעי המאדים ויכניסו אותו לאטמוספרה, לא יהיה מספיק ממנו כדי ליצור אפקט חממה שיספיק כדי להפוך את הכוכב למספיק חם למגורים.

בהשוואה לכדור הארץ, יש גם מעט אוזון במאדים, והאטמוספירה הדלילה של מאדים מאפשרת להרבה יותר UV מהשמש להגיע לאדמה. הקרינה הזאת כל כך חזקה שהסנטימטרים העליונים של אדמת המאדים למעשה מעוקרים פעם ביום, ומולקולות מורכבות כלשהן שיכולות להיות שימושיות לחיים מושמדות.

אז מה אנחנו יכולים לעשות כדי להפוך את האקלים ליותר דומה לכדור הארץ? רעיונות קודמים כללו הצבת מגנט ענקי בחלל ליד מאדים כדי להגן על האטמוספרה והפעלת נשק גרעיני על פני המאדים.

במאמר מהזמן האחרון מציעים להשתמש בסיליקה אירוג’ל – חומר סינתטי מאוד קל שמיוצר על ידי לקיחת ג’ל והחלפת רכיב הנוזל בגז – כדי לכסות אזורים על פני המאדים. זה יפעל למעשה כמו שכבת אוזון מלאכותית, בהיותו כמעט שקוף באור נראה אבל חוסם UV.

השימוש בסיליקה אירוג’ל גם יחמם במהירות את הקרקע מתחתיו אל מעל טמפרטורת הקיפאון של המים באמצעות אפקט חממה מלאכותי. השמת מגיני סיליקה אירוג’ל מעל אזורים של פני המאדים עם הרבה קרח תיצור סביבה שמתאימה לצמיחת צמחים, עם התערבות אנושית מינימלית.

זה לבד לא יכול להאריץ את הכוכב האדום, כי מאדים מאבד כל הזמן את האטמוספרה שלו בגלל הרוח השמשית. אבל זה לפחות יספק סביבה הרבה פחות עוינת, בקנה מידה קטן יותר, למבקרים עתידיים. זאת עדיין אפשרות קשה, אבל כעת היא הדרך הכי מעשית להפיכת אזורים של מאדים לסביבה פחות קיצונית.

בסופו של דבר, ההצלחה של פרוטוקול מונטריאול מראה את היכולת של פעולה קולקטיבית בינ”ל לפתור בעיה סביבתית, וגם ששינוי סביבתי אפשרי בקנה מידה של כוכב תוך פרק זמן קצר למדי. היא גם מראה בבירור כמה תהליכים סביבתיים כוכביים יכולים להיות רגישים לשינויים מלאכותיים, לטוב או לרע.

לכתבה ב-The Conversation

עוד בנושא באתר הידען:

• מי יבנה בית במאדים?
• האם כדאי לנו להאריץ את מאדים?
• חדשות טובות משכבת האוזון