היער הסולארי

יער ירוק הוא אחד הסמלים המובהקים ביותר לכוחו של הטבע – החל משפע הצמחים ובעלי-החיים שמוצאים מחסה בסבך הגזעים והענפים ועד להשפעתו על אקלים כדור-הארץ, בין היתר בשל תהליך הפוטוסינתזה המקבע מהאוויר פחמן דו-חמצני ובכך ממתן את תהליכי ההתחממות הגלובלית. כריתתם של יערות-עד טרופיים היא גורם משמעותי בהחרפת משבר האקלים, ויוזמות סביבתיות רבות משקיעות בשיקום יערות שנהרסו או בנטיעת עצים חדשים. ואולם, גם אם נכסה ביערות את כל שטח כדור-הארץ – כוח הפוטוסינתזה העוצמתי שניצור עדיין לא יספיק כדי לאגור את כל הכמויות העודפות האדירות של פחמן דו-חמצני – גז החממה העיקרי בעולמנו – הנפלטות לאטמוספירה כתוצאה מהפעילות האנושית ב-150 השנים האחרונות. 

לעומת היער הטבעי והירוק, אמצעי אחר להתמודדות עם משבר האקלים הוא דווקא בעל אופי מלאכותי וגוון שחור –  הקמת שדות של לוחות סולאריים. ליצרני החשמל מכוח השמש יש כמובן השפעה מיטיבה על האיזון האקלימי, שכן הם מחליפים תחנות כוח המבוססות על דלקי מאובנים, כמו פחם או גז, ובכך מצמצמים את הפליטות המזיקות של גזי חממה הנאספים בריכוזים עולים באטמוספירה.

אך הן ליער הירוק הטבעי והן ל"יער הסולארי" השחור והמלאכותי ישנן השפעות נוספות, ולעיתים בעייתיות מנקודת מבט אקלימית. לשניהם יש גוון כהה יחסית, שבולט במיוחד ביחס לאדמת המדבר הבהירה, אשר מחזירה חלק ניכר מקרינת השמש אל החלל, ולכן לא מוסיפה לחום שמצטבר באטמוספירה (בעגה המקצועית, היא מכונה אדמה עם "אלבדו גבוה"). לעומתה, שני סוגי היערות הכהים סופגים חלק גדול יותר מקרינת השמש (כלומר, הם בעלי "אלבדו נמוך") – וכתוצאה מכך הם מתחממים. חלק מהאנרגיה הזו משמש לפוטוסינתזה ביערות טבעיים או לייצור חשמל ביערות סולאריים, אבל חלק הארי חוזר לאטמוספירה כשטפי אנרגיה – ומחמם אותה.

""המחקר שלנו מראה באופן חד-משמעי כי בסביבה צחיחה, הקמתם של שדות סולאריים יעילה הרבה יותר בהתמודדות עם משבר האקלים מאשר נטיעת יערות"

אם כן, מנקודת מבט אקלימית, מה יהיה הצעד היעיל ביותר ביחס ליחידת קרקע מסוימת: לנטוע יער המהווה מכונה טבעית לאגירת פחמן דו-חמצני מהאטמוספירה, או להניח שדות של לוחות סולאריים אשר מצמצמים את פליטת הפחמן לאטמוספירה? מחקרים רבים העלו השערות בנושא המעסיק מקבלי החלטות בכל העולם. לראשונה, על סמך ממצאים מאזורים צחיחים, ועל בסיס מדידות מקיפות של כלל הרכיבים של שטפי האנרגיה המוחלפים בין הקרקע לאטמוספירה, ניתנה לכך תשובה במחקר של ד"ר רפאל שטרן, ד"ר יונתן מולר וד"ר אייל רוטנברג ממעבדתו של פרופ' דן יקיר במחלקה למדעי כדור-הארץ וכוכבי-הלכת במכון ויצמן למדע. במחקר שמתפרסם היום בכתב-העת המדעי PNAS Nexus השתתפו גם מדי עמר ממעבדתו של פרופ' יקיר וד"ר ליאור שגב מהמחלקה לתשתיות מחקר פיסיקה.

100 שנים של פוטוסינתזה

בשלב ראשון, השוו החוקרים בין ההשפעה של יער, הנמצא על גבול אזור האקלים הצחיח, לבין זו של שדה סולארי שנמצא בסביבה צחיחה. אזורים אלה מאופיינים בכמויות גדולות מאוד של אור שמש אך במיעוט יחסי של מגוון וביומסה של צמחים, ולכן הם מתאימים במיוחד להקמת שדות סולאריים גדולים. בישראל ישנם שדות כאלה בערבה ובנגב, וישנן יוזמות ממשלתיות להקים שדות נוספים בירדן. בעולם ישנם, בין השאר, פרויקטי ענק במדבריות של סין או תוכניות של האיחוד האירופי לבניית שדות סולאריים במדבר סהרה. החוקרים יצאו ממכון ויצמן ברחובות לערבה במשאית שהינה תחנת מדידה ניידת – פיתוח ייחודי של פרופ' יקיר וד"ר רוטנברג. תחילה, הם הניחו את התחנה סמוך לשדה סולארי, כדי למדוד את שטפי האנרגיה המוחלפים בין הקרקע לאטמוספירה, כפי שהיא מתקיימת בסביבה צחיחה ללא לוחות סולאריים. בהמשך, הם מיקמו את התחנה הניידת בתוך השדה הסולארי עצמו, ולשם כך נדרשו להתגבר על אתגרים תפעוליים ובטיחותיים שנובעים מרגישות הלוחות ומנעו ביצוע מדידות דומות בעבר. כדי להשוות את הממצאים מול התהליך המקביל שמתרחש ביער, הם הסתמכו על המדידות שמבצעים ב-20 השנים האחרונות פרופ' יקיר וד"ר רוטנברג ביער יתיר, שנמצא בנגב הצפוני, על סף המדבר הצחיח – הגדול ביערות הנטועים של קק"ל.

החוקרים גילו כי אפקט האלבדו של שני "היערות" הוא בשיעור דומה, אך הקיבוע או הצמצום של פליטות הפחמן שונה מאוד – לטובת היער הסולארי. כדי להשלים את ההשוואה, חישבו החוקרים מהן נקודות שיווי המשקל, שבהן מתאפסות ההשפעות המנוגדות על אקלים כדור-הארץ של החימום (בשל הצבע הכהה של היערות משני הסוגים) והקירור (הורדת הריכוז של גזי החממה באטמוספירה כתוצאה מפוטוסינתזה ביער הטבעי או מניעת ייצור חשמל באמצעות  דלקי מאובנים ביער הסולארי). מתברר, כי נדרשות שנתיים וחצי כדי שהחום הנפלט משדה סולארי יתאזן אל מול פליטות הפחמן שנמנעות בזכות החשמל שהוא מייצר; זאת גם כאשר מביאים בחשבון את פליטות הפחמן, שנוצרות במהלך הייצור, ההובלה והתפעול של הלוחות. ואילו במקרה של יער בשטח דומה, נדרשים יותר מ-100 שנים של פוטוסינתזה עד שהוא יאזן את ההשפעה המחממת שלו.

החוקרים ביקשו לברר גם כיצד משתנים יחסי החימום והקירור בסביבות אקלים אחרות. בעזרת נתונים על מדידות דומות שנאספו מלוויינים ומאגרי מידע, הם מצאו כי בסביבות לחות יותר, למשל באזורים הטרופיים או במרחבי עשב באזורים בעלי אקלים ממוזג (למשל באירופה) – ההשפעה המחממת היחסית של נטיעת יערות עצים או הקמת יערות סולאריים קטנה יותר. זאת מכיוון שפני הקרקע מלכתחילה כהים יותר, ולכן נקודת האיזון מגיעה כבר לאחר כ-15 עד 18 שנים. ואולם, הם מציינים, יש להביא בחשבון כי במרחבים אלה ישנה פחות קרקע פנויה לנטיעת יערות חדשים. 

מסבירים ד"ר שטרן וד"ר מולר: "המחקר שלנו מראה באופן חד-משמעי כי בסביבה צחיחה, הקמתם של שדות סולאריים יעילה הרבה יותר בהתמודדות עם משבר האקלים מאשר נטיעת יערות. בסביבות אלה, פריסה של שדות סולאריים בשטחים קטנים בהרבה מיערות (1/100), תאזן פליטות פחמן בכמות זהה. עם זאת, יש לזכור שהיערות בכדור-הארץ קולטים קרוב לשליש מסך פליטות הפחמן השנתיות של האנושות, ואתגר חשוב הוא לשמר יכולת זו ולמנוע כריתת יערות בהיקף גדול. כמו כן ליערות יש חשיבות אדירה למחזור הגשם העולמי, לשמירה על המגוון הביולוגי ולהקשרים סביבתיים וחברתיים רבים אחרים. לכן, המסקנה העולה מהמחקר היא שהפתרון הראוי ביותר להתמודדות עם משבר האקלים הוא שילוב בין נטיעה ושיקום של יערות בסביבות לחות לבין הנחה של שדות סולאריים בסביבות צחיחות".