הינך נמצא כאן

מדענים יצאו לדרך

קבוצות מחקר מרחבי העולם הגיעו לפרויקט מחקר משותף במכון ויצמן למדע, על בסיס המעבדה הביוספרית-אטמוספרית הניידת
04.08.2013

מימין: פרופ' דן יקיר, ד"ר ג'ים גרינברג, אברהם פלנר וד"ר פדור טטרינוב במעבדה הניידת
לפני כשנתיים, לאחר כשנתיים של הכנות, השיקו פרופ' דן יקיר מהמחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה, עמית המחקר ד"ר אייל רוטנברג, וחברי קבוצת המחקר, את המשאית המשמשת כמעבדה ביוספרית-אטמוספרית ניידת, יחידה מסוגה, תוך לקיחת סיכון לא קטן. למדענים היו אמנם ציפיות מרחיקות לכת לגבי תרומתה של המעבדה הניידת למחקר הגלובלי על חילופי חומרים בין היערות לבין האטמוספרה, אולם הם לא יכלו להבטיח כי הגישה החדשה תתקבל בקהילה המדעית.
 
בקיץ האחרון התבדו כל החששות כאשר קבוצות מחקר מארה"ב, מספרד, מאוסטריה ומגרמניה הגיעו לפרויקט מחקר משותף על בסיס המעבדה הניידת. הקבוצות הביאו איתן את כלי המחקר שלהם – בהם ציוד גדול וכבד שהיה צורך להטיס סביב העולם. הרעיון היה לשלב את היתרונות שמעניקה הניידות, המעבדה המצוידת (והממוזגת) היטב, והזרוע הטלסקופית שאורכה 28 מטר, אשר מגיעה אל מעל חופת צמרות העצים, לשכבת האוויר הרלבנטית באטמוספרה. כל קבוצה תכננה לחקור פיסה אחת מתוך תצרף מורכב: כיצד החומרים הנדיפים שמשחררים העצים (כמו, לדוגמה, הטרפנים, אשר אחראים לריח האופייני לאורנים) קשורים לחילופי דו תחמוצת הפחמן, וכיצד הם משפיעים על הכימיה של האטמוספרה – ובעקבות כך על היווצרות עננים, ובסופו של דבר על האקלים.
 
קבוצה אחת, לדוגמה, מדדה לפרטי פרטים נתונים בגובה הקרקע. אחרת מדדה את ריכוזי החומרים הנדיפים מעל לצמרות העצים. קבוצה שלישית עקבה אחר חלקיקים שמעל לגודל מסוים עשויים להפוך לגרעין התעבות לטיפות מים וליצירת ענן. "שילוב הנתונים של כל הקבוצות מתחיל לפרוס בפנינו תמונה כוללת של האבולוציה של האקלים: מהעצים לעננים ולגשם", אומר פרופ' יקיר.
 
"התרגשנו מאוד מהמבצע הזה", הוא אומר. "זו הייתה דוגמה נפלאה לשיתוף פעולה מדעי שבו קבוצות שונות עובדות ביחד במעבדה קטנה אחת. זה גם היה מבחן נוסף למיכשור שלנו, ונראה שהתוצאות שהתקבלו מעניינות מאוד. מעל לכל, הפרויקט הזה הוכיח שההשקעה במעבדה הביוספרית-אטמוספרית הניידת השתלמה – התוצאות בהחלט שוות את הסיכון".


משוואה בשני נעלמים

המעבדה הביוספרית-אטמוספרית הניידת
המעבדה הניידת אפשרה באחרונה לבצע כמה צעדים חשובים בדרך לפתרונה של בעיה ארוכת שנים: כמה  דו תחמוצת-הפחמן (CO2) מסלקים צמחים מהאטמוספרה? ידוע כי צמחים ירוקים חשובים לקירור כדור-הארץ: הם קולטים מהאטמוספרה מיליארדי טונות של דו תחמוצת-הפחמן, וממירים אותו, באמצעות פוטוסינתזה, לסוכרים, ובסופו של דבר למאסה צמחית. מצד שני, צמחים גם משחררים  דו תחמוצת-הפחמן לאטמוספרה בתהליך הנשימה ובתהליכי פירוק. אם כן, כדי לחשב את כמות  דו תחמוצת-הפחמן שמסלקים הצמחים מהאטמוספרה, יש להחסיר את הכמות הנפלטת מהם בתהליך הנשימה מזו שהם סופגים בתהליך הפוטוסינתזה. משוואה זו נשמעת פשוטה, אולם עד כה חישוב שני מרכיביה – הנדרש לצורך חיזוי מדויק של השפעת הצמחים על התחממות כדור-הארץ – היה מסובך ביותר.
 
מחקר שנעשה באחרונה במעבדתו של פרופ' דן יקיר מציג שיטה חדשה למדידת כמות דו תחמוצת-הפחמן שנקלטת על-ידי צמחים. השיטה, המבוססת על מולקולה המצויה בכמויות זעירות באטמוספרה, תוביל אולי למודלים אקלימיים ותחזיות אקלימיות משופרים.
 
פרופ' יקיר וחברי קבוצתו החליטו להשתמש ברעיון שעלה לראשונה לפני מספר שנים, אולם בזמנו אי אפשר היה ליישם אותו: מדידת הקליטה בצמח של מולקולה אחרת, קרבוניל-סולפיד (COS). קרבוניל-סולפיד דומה במבנהו הכימי לדו תחמוצת-הפחמן, והצמחים קולטים אותם ביחד, אולם הם אינם משחררים אותו בנשימה, ולכן מדידתו יכולה לשמש כמדד מוצלח לכמות דו תחמוצת-הפחמן הנקלטת. הבעיה היחידה היא שכמות הקרבוניל-סולפיד באטמוספרה קטנה פי מיליון מזו של דו תחמוצת-הפחמן: על כל טריליון מולקולות גז באטמוספרה מצויות מולקולות בודדות של קרבוניל סולפיד.
 
למרות הנתונים המרתיעים, הצליחו המדענים ממכון ויצמן לשכנע חברה אמריקאית לבנות עבורם מערכת מדידה המבוססת על לייזר (QCL - quantum cascade laser), אשר מסוגלת למדוד בדייקנות ובתנאי שדה כמויות זעירות ביותר של קרבוניל-סולפיד. במהלך חמש השנים שלאחר מכן בחנה תלמידת המחקר קרן סטימלר את מערכת המדידה בניסויי מעבדה, וזאת במטרה לפענח את החוקים הבסיסיים של חילופי הקרבוניל-סולפיד בצמחים, ולשפר את השימוש במכשיר ואת ניתוח התוצאות.
 
במחקר שהתפרסם באחרונה בכתב-העת המדעי Nature Geoscience, הוציאו פרופ' יקיר והחוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר דוד אסף את מכשיר המדידה החדש לשטח, ובחנו את תפקודו בתנאים טבעיים: יערות אורנים ושדות חקלאיים באזורים אקלימיים שונים. התוצאות הראו כי מדידת קרבוניל-סולפיד המבוססת על טכנולוגיית QCL אכן מספקת נתונים כמותיים מדויקים על צריכת דו תחמוצת-הפחמן. המדידות אשרו ממצאים קודמים של צוות המדענים, שהתפרסמו לפני שנים ספורות בכתב-העת Science, לפיהם אחסון הפחמן ביערות האורנים בישראל משתווה לזה של יערות האורנים באירופה: היערות המקומיים אומנם קולטים כמות קטנה הרבה יותר של דו תחמוצת-הפחמן בתהליך הפוטוסינתזה, אולם הם גם משחררים כמות קטנה יותר בתהליך הנשימה, כך שההפרש, הפחמן המאוחסן בצמח, זהה בשני סוגי היערות.
 
 
 
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם