חילופי העונות של גז החממה

בכל דיון על ההתמודדות עם משבר האקלים תופסת מקום מרכזי העלייה המתמשכת של ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה. ואכן מאז ראשית המהפכה התעשייתית עלה ריכוזו של גז החממה הזה מ-280 חלקיקים למיליון ל-420 חל”מ כיום. המספרים האלה מייצגים את הממוצע העולמי השנתי, אולם בפועל ריכוז הפחמן הדו-חמצני משתנה ממקום למקום ומעונה לעונה לאורך השנה.

למשל בשיא עונת הצמיחה של הצמחים למיניהם רואים במקומות מסוימים ירידה בריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה, כתוצאה מקיבועו בצמחייה. הקיבוע הזה מתרחש בתהליך הפוטוסינתזה, שבו צמחים ממירים פחמן דו-חמצני, קרינת שמש ומים לסוכרים. לעומת זאת, כשהצמיחה פוחתת, פחמן דו-חמצני משתחרר בחזרה לאטמוספרה דרך הנשימה התאית וההתפרקות של חומר אורגני. ההבדל בין הרמה המרבית של הפחמן הדו-חמצני באתר מסוים לאורך השנה לבין הרמה המזערית שלו נקרא “טווח הפחמן הדו-חמצני העונתי”. מדענים עוקבים אחריו בקפידה כדי להבין לעומק איך כדור הארץ מושפע משינויי האקלים.

רמות משתנות

בסקירה שפורסמה לאחרונה בכתב העת Nature, עיבדו חוקרים ממצאים ממחקרים רבים במטרה להבין את הגורמים והתהליכים השולטים בתנודתיות העונתית של הפחמן הדו-חמצני. הבדיקה נועדה לא רק להעמיק את ההבנה המדעית שלנו, אלא גם להצביע על האזורים והתהליכים שבהם עלינו לשפר את יכולות הניטור והתצפית הנוכחיות שלנו.

הטווח העונתי של רמות הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה משתנה ממקום למקום בהתאם לכמות הצמחייה והעונתיות שלה. בממוצע, בחצי הכדור הצפוני הטווח גדל ככל שמתקרבים יותר לקוטב, כך שבצפון הרחוק הוא יכול להגיע עד לעשרה חלקיקים למיליון, בשעה שבאזור המשווני הוא נע בין 5 ל-7.5 חל”מ. לעומת זאת, בחצי הכדור הדרומי הפער הרבה יותר קטן ואינו עובר את רף ה-2.5 חלקיקים למיליון, משום שיש שם הרבה פחות יבשה וצמחייה ולכן ההבדלים העונתיים קטנים יותר.

עם שינויי האקלים, הטווח העונתי גדל ברוב חלקי כדור הארץ. עם זאת, מדענים מצאו כי באזורים הצפוניים שמעל קו הרוחב 45 הוא משתנה מהר במיוחד. לפי הערכות, גודל הטווח עלה בכ-50 אחוז בין שנת 1960 ל-2010. הוא קשור הן להתארכות תקופת הצמיחה, שבה הצמחים קולטים פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה והן לעלייה בכמות הפחמן הדו-חמצני שמשתחרר מהם בחודשים הנותרים.

בקווי הרוחב הצפוניים, רמת המינימום של שיעורי הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה עולה מהר יותר מאשר הרמה המרבית שלהם. הפער הזה נובע מהתארכות עונת הגדילה של הצמחים עקב עליית הטמפרטורה, שמאפשרת פוטוסינתזה מוגברת במשך יותר חודשים לאורך השנה. אומנם העלייה בקיבוע הפחמן עקב גדילת העצים יוצרת אפקט מקרר על כדור הארץ, אולם העלייה המתמשכת בטמפרטורות מצמצמת את גודל השטחים המכוסים שלג וקרח בקווי הרוחב הצפוניים הללו בחודשי החורף. לכן היא דווקא מגדילה את שטף הקרינה המגיעה אל פני כדור הארץ ומחממת אותו.

רמת השיא של ריכוז הפחמן הדו-חמצני המרבי גדלה גם היא בקווי הרוחב הצפוניים, בעיקר בעונת הסתיו ובראשית החורף. בתקופה הזאת, הטמפרטורה הגבוהה מהרגיל גורמת לקפאת העד (permafrost) להפשיר, בתהליך שכולל התפרקות של חומר אורגני שמשחררת פחמן דו-חמצני לאטמוספרה.

התארכות עונת הפוטוסינתזה מסבירה לבדה 90 אחוז מהשינוי בטווח הפחמן הדו-חמצני בכל רחבי כדור הארץ. עם זאת, כשמסתכלים עליו באופן מרחבי, ניכר לעין שקצב השינוי אינו זהה בכל מקום, והסיבות לכך מגוונות. ליערות המחטניים בצפון יש תרומה גדולה במיוחד לשינויים בטווח הפחמן הדו-חמצני, שכן הם מקבעים הרבה ממנו בקיץ ופולטים מחדש יותר פחמן דו-חמצני בסתיו. הפער הזה אכן קשור קשר הדוק להתארכות עונת הפוטוסינתזה. לעומת זאת, ביערות הממוזגים ובאזורים קפואים ההשפעה ניכרת הרבה פחות והטווח לא צפוי לגדול במידה רבה.

קיימים גם הבדלים בין מזרח למערב באותם קווי רוחב. לדוגמה, אף על פי שבחלקים הצפוניים של אירופה ואסיה הטווח העונתי צפוי לגדול במידה ניכרת, באמריקה הצפונית השינוי צפוי להיות קטן. ההבדל נובע מכך שהיערות הצפון אמריקאיים רגישים מאוד לבצורות, והרגישות הזאת מקזזת את תוספת הקיבוע של פחמן דו-חמצני בהשפעת העלייה במשך הפוטוסינתזה.

על סמך מודלים שחוזים את המשך ההתחממות הגלובלית ושינויי האקלים הנובעים ממנה, החוקרים מעריכים כי הטווח העונתי עלול לגדול משמעותית בשנים הבאות. כשמשווים את הגידול שתועד בין שנת 1980 ל-2020 לגידול הטווח העונתי החזוי בסוף המאה הנוכחית, חלק מתרחישי ההתחממות העתידית מראים שהפער יעלה בקרוב ל-75 אחוז. השינוי הצפוי בטווח הפחמן העונתי ינבע כנראה מהתארכות עונת הצמיחה בקווי הרוחב הצפוניים של כדור הארץ.

ככל שתהליך ההתחממות העולמית יימשך, חוקרים מעריכים כי תהליכים נוספים, כגון שינויים בשטח האזורים המושלגים בחורף, הפשרת קרחונים והפשרת אזורים שהיו עד כה קפואים לכל אורך השנה, ישחקו תפקיד הולך וגדל בעיצוב האקלים ברחבי כדור הארץ, ובכלל זה ברמות הפחמן הדו-חמצני העונתי באטמוספרה. כדי להבין טוב יותר את הגידול בתנודתיות העונתית של הפחמן הדו-חמצני, החוקרים ממליצים להרחיב ולשפר במידה ניכרת את מערכי הניטור של רמות הפחמן הדו-חמצני, במיוחד באזורים רגישים אך רחוקים כגון אלה שמכוסים בקרחונים או היערות הצפוניים בסיביר.