מתחמם, מתחמם

 

 

מדי שנה משוחררים בכדור-הארץ כששה וחצי מיליארד טונות של פחמן (בעיקר כתוצאה משריפה - בעודף חמצן - של הפחמן המצוי בדלקים שמקורם במאובנים, דוגמת הנפט ומוצריו). חלק מהפחמן הזה מוצא את מקומו באטמוספירה, בצורת גז פחמן דו-חמצני. חלק אחר מתמוסס במי האוקיינוסים, וחלק שלישי - כשני מיליארד טונות - נעלם במקום לא ידוע. בדיקה חשבונית מדוקדקת עשויה להוביל למסקנה, שאי-שם מצוי מישהו- או משהו - שאוגר כמויות אדירות של פחמן. החשודים העיקריים בכך הם הצמחים, שככל הנראה מטמיעים את הפחמן הדו-חמצני בתהליך הפוטו-סינתזה, והופכים אותו לתרכובת מזון עתירת אנרגיה (סוכר). אלא שכידוע, החשודים נחשבים זכאים עד שתוכח אשמתם. ואשמתם של הצמחים בעניין הזה טרם הוכחה.

 

פרופ' דן יקיר, מהמחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה במכון ויצמן למדע, מתמקד במחקר שנועד למצוא ולספק הוכחה באשר לצריכת הפחמן הדו-חמצני של הצמחים. פתרון התעלומה הזאת חשוב במיוחד, אם זוכרים שהפחמן הדו-חמצני הוא אחד מגזי החממה העיקריים-אותם גזים הנאגרים באטמוספירה, ומחזירים אל הקרקע את קרינת השמש שהאדמה "מבקשת" להחזיר אל האטמוספירה. כך נוצרת "לולאה" של גלי חום, שלהערכת מדענים רבים כבר גורמת להתחממות אקלימו של כדור-הארץ, תהליך שעלול להסתיים באסון סביבתי כשקרחוני הקטבים יימסו וערי חוף בכל העולם יוצפו במי הים. אם מדי שנה ייתוספו לאטמוספירה שני מיליארד טונות פחמן (שכיום נקלטים או "נספגים" בצמחים), עלול הדבר להאיץ את התחממות האקלים, אבל אם הצמחים ימשיכו "לספוג" את כמויות הפחמן ה"נעלמות" האלה, ואף יקלטו כמויות פחמן נוספות, העתיד האקלימי הצפוי לנו עשוי להיות שונה. תשובה אמינה לשאלה הזאת עשויה לסייע לקובעי המדיניות הכלכלית לקבל החלטות נכונות באשר לדרכי ההתכוננות לשינויים אקלימיים.

 

הצמחים, כידוע, "נושמים" ומטמיעים פחמן דו-חמצני, אבל פרופ' יקיר גילה בעבר שהם מעדיפים את החומר הזה כשהוא מכיל את האיזוטופ הקל והנפוץ של החמצן- 16O ולא את האיזוטופ הכבד שלו (שגרעין האטום שלו מכיל שני ניטרונים נוספים), 18O. התגלית הזאת הובילה את פרופ' יקיר להבנה, כי היחס הכמותי בין שני האיזוטופים של החמצן (הכלולים בפחמן הדו-חמצני) שנצרכים על ידי הצמחים, תלוי בקצב חילוף הגזים שבין הצמחים לאטמוספירה. ככל שהצמח קולט ומטמיע כמויות גדולות יותר של פחמן דו-חמצני, מתרכזות באוויר שמעל לצמח - ובעקבות זאת באטמוספירה - כמויות גדולות יותר של חמצן כבד 18O במלים אחרות, כמות החמצן הכבד באטמוספירה מעידה על קצב צריכת הפחמן הדו-חמצני של הצמחים. בדרך זו אפשר לחשב את כמות הפחמן דו-חמצני שנצרכת על-ידי צמחיית העולם.

 

האמת היא, שהמציאות מעט יותר מורכבת, בין היתר מכיוון שלא כל הצמחים מטמיעים פחמן דו-חמצני באותה מידה. למשל, רוב מיני העצים הצומחים בכדור-הארץ, שבהם פעיל מסלול ביוכימי הקרוי C3, זקוקים לריכוזים גבוהים של פחמן דו-חמצני, אבל קבוצת צמחים אחרת, הכוללת עשבים, שיחים וצמחי סוואנה העמידים לתנאי עקה ויובש, שבהם פעיל מסלול ביוכימי אחר, הקרוי C4, מסוגלת להתקיים ולשרוד בסביבה המתאפיינת בריכוז נמוך, יחסית, של פחמן דו-חמצני. למשל, בתקופת הקרח, כאשר ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה היה כמחצית מריכוזו כיום, ביצעו צמחי ה-C4 כ-40% מפעילות הצמחייה העולמית (כיום מבצעים הצמחים האלה כ-52% מפעילות הצמחייה העולמית). עם העלייה בריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה צפוי חלקם היחסי של צמחי ה-C4 בפעילות הצמחייה העולמית לקטון עוד יותר, דבר שיעשה אותם גם לסמנים רגישים לתגובות הביוספירה לשינויים בריכוזי הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה.

 

השימוש המעשי בסמנים האלה קודם באחרונה במידה רבה הודות למחקר שביצע פרופ' יקיר בשיתוף עם החוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר ג'ים גילון. הם גילו הבדלים מפתיעים בפעילותו של האנזים הצמחי קרבוניק אנהידרז בשתי קבוצות הצמחים C3 ו-C4 (גרסה מסוימת של האנזים הזה ממלאת תפקיד גם בתהליכי הנשימה של בעלי חיים ובני אדם). הבדלים אלה משפיעים לא רק על כמות הפחמן הדו-חמצני שהצמחים "סופגים" מהאטמוספירה, אלא גם על יחסי הכמויות בין האיזוטופים של החמצן המהווים חלק מהפחמן הדו-חמצני. תגלית זו תוארה באחרונה במאמר שפירסמו החוקרים בכתב העת המדעי "סיינס", והיא מאפשרת ניתוח מורחב של הנתונים הנאספים ברשת של כ-50 תחנות ניטור פחמן דו-חמצני הפזורות ברחבי העולם, במימון אמריקאי (פרופ' יקיר מנהל תחנה אחת כזאת, הממוקמת בנגב, ליד שדה בוקר). תחנות אלה מספקות מידע שוטף על ריכוזי הפחמן הדו-חמצני והרכבו האיזוטופי, דבר שמאפשר לבצע חישוב ראשוני של תרומתם היחסית שלצמחי C3 ו-C4 לסך כל הפעילות של הצמחייה העולמית. חישובים ראשוניים כאלה שביצע פרופ' יקיר מראים, שתרומתם של צמחי ה-C4 מסתכמת כיום בכ-20% בלבד מהפעילות של הצמחייה העולמית. פרופ' יקיר אומר, שבתוצאה זו אין די כדי לקבוע בוודאות אם פעילות אנושית כלשהי אכן גורמת לשינויים בהרכב הצמחייה בכדור-הארץ, מה שעשוי להעיד על שינוי אקלימי, אך זהו נדבך חשוב בדרך המובילה לפיתוח יכולת לניתוח תהליכים ביולוגיים-אקלימיים מעין אלה.

 

בין פינלנד לישראל מוקמו באחרונה 30 תחנות מדידה חדשות, במימון אירופי, למעקב אחר תופעות שאולי נגרמות כתוצאה משינויים אקלימיים. אחת מהתחנות האלה, שהיא בעלת מאפיינים ייחודיים, פועלת ביער יתיר בניהולו של פרופ' יקיר. התחנה, הפועלת על גבול הנגב והאיזור המדברי, מאפשרת לבצע מדידות רגישות במיוחד במה שקשור לשינויים בטמפרטורות ובריכוזי הפחמן הדו-חמצני. בתחנה מוצב מגדל בגובה 18 מטרים, שעליו מותקנים מכשירי מדידה מתקדמים המודדים את מאפייני האוויר שמעל לצמרותיהם של עצי היער, את יחסי הגומלין בין צמחים לאטמוספירה, ובמיוחד את קצב העברת הפחמן הדו-חמצני ביניהם ושיעורו. פרופ' יקיר: "מדובר במחקר עולמי שמצוי בראשיתו, ואנו מצפים להציג את ממצאיו בשנים הקרובות".