סוף הפריחה

עברית
פחמן דו-חמצני הוא אחד מ"גזי החממה" העיקריים שגורמים להתחממות האקלים בכדור-הארץ. במערכת הטבע מתקיים מחזור פחמן, כאשר פחמן דו-חמצני נצרך בתהליכי פוטוסינתיזה, ליצירת חומר אורגני כמקור אנרגיה, ומשתחרר בתהליכי נשימה. מדענים בכל העולם בוחנים את המחזור הזה על מנת לשפר את יכולתנו לנטר ולחזות שינויי אקלים.
 
אחד הגורמים המרכזיים בתהליך "צריכת" הפחמן הדו-חמצני מהאטמוספירה הוא הפיטופלנקטון – אותן אצות ימיות חד-תאיות הנישאות במי האוקיינוסים, צורכות פחמן-דו-חמצני, מבצעות פוטוסינתזה ופולטות חמצן לאוויר העולם. למעשה, אצות אלה מפיקות חלק ניכר מהחמצן בעולם.
 
צילום לווייני של פריחת פלנקטון מסוג קוקוליטופורים, הקרויים Emiliania huxleyi. צולם בים ברנטס, סמוך לצפון נורבגיה. צוות המדענים השתמש במידע מכמה לוויינים שונים במטרה לכמת את מחזור החיים המלא של פריחת הקוקוליטופורים, בקנה מידה של כ-100 ק"מ בצפון האוקיינוס האטלנטי. ממצאיהם, המתבססים על מדידות שנעשו בשטח בנוסף לצילומי הלוויין, מציעים כי נגיפים הם הכוח המניע את הקריסה המהירה של הפריחות ומשפיע במידה ניכרת על מחזור הפחמן באוקיינוסים. צילום: נורמן קיורינג, נאס"א
 
 
בתצלומי לוויין אפשר לעתים להבחין בפריחת האצות הימיות, הנפרסת על שטח של אלפי קילומטרים וצובעת חלקים ניכרים מהאוקיינוס. לעתים פריחות אלה מופיעות וגדלות במהירות – אך נעלמות בפתאומיות. כמה פחמן דו-חמצני צורכות האצות הפורחות מהאטמוספירה? ומה קורה לפחמן שמשתחרר כאשר הפריחה נעלמת? התשובה לשאלה תלויה בין היתר בגורמים לסיום הפריחה. למשל, אם הפריחה תיטרף על-ידי זואופלנקטון (מעין סרטנים מיקרוסקופיים), הפחמן שנצרך מהאטמוספירה צפוי לעבור במעלה שרשרת המזון. לעומת זאת, אם הפריחה תוגבל בזמינות חומרים מזינים, כמו חנקות וברזל, או תותקף על-ידי נגיפים – אז הפחמן עשוי לשקוע לתחתית הים יחד עם האצות המתות.
 
שלושה ממדעני ממכון ויצמן למדע – ד"ר אסף ורדי מהמחלקה למדעי הצמח והסביבה, פרופ' אילן קורן וד"ר יואב להן מהמחלקה למדעי כדור-הארץ וכוכבי-הלכת, בחנו באחרונה את תפקידן של האצות הימיות במחזור הפחמן העולמי. בעקבות מחקר קודם של ד"ר ורדי – במסגרתו חקר את המנגנונים התאיים האחראים לקריסת פריחת אצות ימיות בעקבות הדבקה נגיפית, הן בתנאים טבעיים והן בתנאי מעבדה – ביקשו המדענים לבדוק האם אפשר לזהות ולמדוד את התופעה באמצעות לוויינים. במסגרת הפלגת מחקר ליד איסלנד, אליה יצאו יחד עם עמיתים מאוניברסיטת רטגרס ומהמכון האוקיינוגרפי בוודס הול, אספו המדענים נתונים אודות נגיפים התוקפים אצות ימיות, ובכך משפיעים על מחזורי הפחמן בעולם.
 
באמצעות הצלבת הנתונים הלווייניים והממצאים שאספו בעת ההפלגה, הצליחו המדענים, לראשונה, להעריך את השפעת הנגיפים על פריחת אצות ימיות באזורים גדולים ופתוחים באוקיינוס. הדבר התאפשר באמצעות איפיון אזורים באוקיינוס, בהם הפריחות אינן מושפעות מתהליכים פיסיקליים (כגון זרמים) ותהליכים ביולוגיים שולטים באופן כמעט בלעדי על גורלן. בהמשך, זיהו המדענים פריחה באחד מאזורים אלה, ועקבו אחר כל מחזור חייה. באמצעות התצפית, הם הצליחו לקבוע את תפקידם של הנגיפים בקריסת אותה פריחה. נתונים שנאספו במשלחת מחקר נפרדת לצפון האוקיינוס האטלנטי אישרו את מסקנותיהם.
 
המדענים מעריכים כי פריחות של אצות ימיות שנפרשות על שטח בגודל של כ-1,000 קמ"ר, מסוגלות לקבע 24,000 טון פחמן ליצירת חומר אורגני בתקופה שנמשכת בין שבוע לשבועיים – הספק דומה לזה של יער גשם באותו הגודל. כיוון שזיהום נגיפי עלול לחסל פריחה שלמה במהירות, היכולת לחזות ולמדוד את התהליך באמצעות לוויינים עשויה לתרום להבנת מחזור הפחמן העולמי, ורגישותו למצבי עקה סביבתיים, לרבות נגיפים ימיים.
 
מידע נוסף ותמונות אפשר לקבל במשרד הדובר, מכון ויצמן למדע:
 08-9343856news@weizmann.ac.il
צילום לווייני של פריחת פלנקטון מסוג קוקוליטופורים
מדעי הסביבה
עברית

עננים במעבדה

עברית

מדעני מכון ויצמן למדע השתמשו ב"מעבדה טבעית" לחקר עננים, והראו כי אין גבול להשפעת זיהום האוויר וחלקיקים אטמוספריים אחרים על דפוסי יצירת עננים

הבנת האופן שבו העננים משפיעים על האקלים איננה משימה פשוטה. מה קובע את מבנה העננים הנמוכים, שמקררים את האטמוספרה, או את מבנה העננים הגבוהים, שלוכדים את החום מתחתם? כיצד יכולים בני-האדם לשנות את דפוסי היווצרות העננים? מחקרו של פרופ' אילן קורן ממכון ויצמן למדע מעלה את האפשרות כי הפעילות האנושית דוחפת את העננים לרוחב ולגובה. מחקר שבו ניתח עם חברי קבוצתו סוג מיוחד של עננים, אשר התפרסם באחרונה בכתב-העת Science, מצביע על כך שבתקופות טרום-תעשייתיות היו פחות עננים שכיסו את פני הים ממה שיש היום.

 

אחד התנאים להיווצרות עננים הוא נוכחותם של חלקיקים זעירים בשם "אירוסולים", המרחפים באטמוספרה. אותם אירוסולים – בין אם הם טבעיים כמו מלח-ים ואבק, או מלאכותיים כמו פיח – יוצרים גרעינים, שסביבם מתעבות טיפות מים שיוצרות עננים. בסביבות נקיות יחסית, העננים יתפתחו בהתאם לגודל שמאפשרים להם האירוסולים האטמוספריים: הם הגורם המגביל את היווצרות העננים.

 

השאלה היא, האם הכמות הקיימת כיום של אירוסולים באטמוספרה כבר חורגת מהגבול, ובמקרה כזה, הוספת חלקיקים לא תשפיע במידה ניכרת על היווצרות העננים; או שככל שזיהום האוויר גובר ממשיכים האירוסולים להיות גורם מגביל, כך שהוספת אירוסולים ממשיכה להשפיע על העננים? מודל שפיתחו פרופ' קורן וצוותו הראה שעלייה בכמות האירוסולים, אפילו בתנאים מזוהמים באופן יחסי, תגרום להיווצרותם של עננים גבוהים יותר וגדולים יותר, שמייצרים יותר גשם. אבל הוכחת נכונותו של המודל היא עניין אחר: ניסוי בעננים, או אפילו בידוד הגורמים השונים שגורמים להיווצרותם בזמן אמת, הן פעולות קשות לביצוע.

 

פרופ' קורן, תלמיד המחקר גיא דגן וד"ר אורית אלטרץ-סטולר, מהמחלקה למדעי כדור-הארץ וכוכבי-הלכת במכון ויצמן למדע, מצאו מקום בלתי-צפוי לבחינת המודל: באזורים מרוחקים במרכז האוקיינוס, ליד קווי רוחב הקרויים "רחבי הסוסים". אזורים אלה היו ידועים לשמצה בקרב מלחים, מפני שהרוחות שנשאו את סירות המפרש שלהם לשם, שככו לעיתים למשך שבועות. המדענים ראו באזור מעבדה טבעית, בה יוכלו לבדוק את הפיסיקה שבבסיס המודל שלהם: אזור אטמוספרי בו שולטים תנאים מטאורולוגיים יחסית קבועים. לעתים האטמוספרה נקייה לחלוטין מאירוסולים, ולעיתים מכילה רמות נמוכות שלהם. אם המודל נכון, המעבר בין שני המצבים יהיה קיצוני.

 


כעת, כששאר הגורמים המשפיעים האפשריים (רוח, שינויי טמפרטורה קיצוניים או תצורת הקרקע) הוסרו, המדענים ניגשו לבדוק את טענותיהם על העננים הנוצרים באזור – המיוצרים בתהליך הסעת חום, ו"ניזונים" מהלחות שבים. קבוצת המחקר התרכזה באירוסולים – באמצעות השוואת צילומי לוויין יומיים של התפרשות העננים ומדידת רמת האירוסולים, לתחזיות של המודל. שימוש בסוגי ניתוחים שונים, הוכיח שהמודל התאורטי אכן מתאים לממצאים הלווייניים.

 

בהמשך, השתמשו המדענים במקור מידע נוסף: מערכת המכשירים הלווייניים שמודדת את אנרגיית הקרינה שפולטים העננים וכדור-הארץ (CERES). מערכת זו מנטרת את שטף הקרינה שמוחזרת ונפלטת מכדור-הארץ לחלל, במטרה לסייע למדענים להבין שינויי אקלים. כאשר הישוו נתונים אלה לריכוזי האירוסולים בזמן ובמקום נתונים, התוצאה, על-פי פרופ' קורן, הייתה "הדגמה קלסית ל'אפקט המחזק' שיש להוספת אירוסולים על היווצרות עננים". במילים אחרות, נתוני הקרינה התאימו ל"חתימה" המיוחדת של עננים מתרחבים וגבהים. עננים אלה הראו עלייה משמעותית בהשפעה המקררת, עקב החזרת גלים קצרים, אבל תופעה זו התבטלה באופן חלקי בגלל אפקט חממה – לכידת קרינה ארוכת-גל, שמגיעה מלמטה.

 

לפחות מעל האוקיינוס, תנאי האטמוספרה בתקופה הטרום-תעשייתית היו שונים במידה ניכרת מאלה של ימינו; המשמעות היא שייתכן ולאירוסולים שאנו מוסיפים לאטמוספרה יש השפעה מכרעת על תבניות עולמיות של היווצרות עננים וירידת גשמים.

 

פרופ' קורן: "הראינו שעננים הנוצרים בתהליך הסעת חום אינם מפסיקים בהכרח להיות מוגבלי-אירוסולים; תחת תנאים מזוהמים יחסית, העלייה בריכוזי האירוסולים תהפוך את העננים לגבוהים יותר וגדולים יותר, ואת הגשם שהם מייצרים לחזק יותר. ככל שהאזור מכוסה העננים גדל, משמעות הדבר שקיימת יותר קרינה קצרת-גל; אבל ככל שהעננים גובהים, אפקט החממה שלהם נעשה משמעותי יותר, ומנטרל כמחצית מהאפקט המקרר שלהם".

 

למידע נוסף ותמונות אפשר לפנות למשרד הדובר: 08-9343856


 

עננים שנוצרו בתהליך הסעת חום, עטופים בעשן, הנוצרים מעל האמזונס.
מדעי הסביבה
עברית

מענק מחקר לתוכנית חדשה בתחום אנרגיית השמש ודלקים ביולוגיים

עברית
קרן לאונה מ. הלמסלי והארי ב. הלמסלי הודיעה באחרונה על הענקת 15 מיליון דולר במהלך שלוש שנים, המיועדים למחקרים בתחומי אנרגיית השמש  והדלקים הביולוגיים במכון ויצמן למדע ובטכניון, מכון טכנולוגי לישראל.
 
תוכנית הלמסלי, בה ישתתפו עשרות מדענים משני מוסדות המחקר, היא ייחודית ממספר היבטים. ראשית, מדענים מתחומים מגוונים, מגנטיקה ומדעי הצמח ועד כימיה, פיסיקה והנדסה ישלבו כוחות למען מטרה משותפת: פיתוח מקורות אנרגיה מתחדשים ובני קיימא, למען ישראל והעולם כולו. שנית, המדענים צופים כי השילוב בין הגישה המדגישה מחקר בסיסי הנהוגה במכון ויצמן למדע, לבין השיטות הטכנולוגיות וההנדסיות המתקדמות שניצבות במוקד המחקר בטכניון, ייצרו סינרגיה שתאיץ את גילויים ואת פיתוחם של מקורות אנרגיה חדשניים, שיהוו את הבסיס לטכנולוגיות עתידיות.
 
בנוסף לקידום תחומי מחקר חדשים, המענק החדש יאפשר להרחיב ולחזק מספר תוכניות מחקר בתחום האנרגיה החילופית, ובהן "יוזמת המחקר לאנרגיה חלופית בת קיימא" (AERI) במכון ויצמן, תוכנית האנרגיה על-שם גרנד של הטכניון (GTEP), ומרכז המצוינות הישראלי (I-CORE) בתחום האנרגיה החילופית – בו שותפים מכון ויצמן למדע, הטכניון ואוניברסיטת בן גוריון.
 
בתחילה יתמקדו המחקרים בשלושה תחומים עיקריים: דלקים ביולוגיים, תאים פוטו-וולטאיים, ורכיבים אופטיים לקליטת אור. מחקר הדלקים הביולוגיים יכלול פיתוח שיטות יעילות לפירוק פסולת צמחית לקבלת מקורות דלק שימושיים; פיתוח אצות כמקור חסכוני לדלקים; וכן פיתוח זני צמחים אותם אפשר לגדל באופן בר קיימא, ומהם אפשר להפיק חומרים הניתנים להמרה פשוטה לדלק. המענק מקרן הלמסלי תאפשר להקים תשתיות מחקר מתקדמות במכון ויצמן לצורך קידומם של מחקרים אלה.
 
שני התחומים המרכזיים הנוספים, תאים פוטו-וולטאיים ואופטיקה, יכללו את פיתוחם של חומרים חדשים אשר מסוגלים לנצל חלק גדול יותר מאנרגיית השמש (בניגוד לתאים הקיימים כיום המסוגלים לנצל רק חלק קטן ממנה), וכן פיתוח דרכים חדשניות להמרה יעילה של אנרגיה לחשמל. המחקר בתחום האופטיקה יכלול כמה מהשיטות המתקדמות ביותר בתחום עיצוב וחקר חומרים, בהן מחקרים בתחומי הפלסמוניקה, הננו-מבנים והמֶטָה-חומרים.
 
בראש התוכנית יעמדו פרופ' דוד כאהן ממכון ויצמן למדע ביחד עם פרופ' גדעון גרדר מהטכניון. הם צופים כי חלק מצוותי המחקר ימצאו את עצמם עובדים בכל שלושת התחומים במקביל, וסבורים כי הפתרונות הטובים ביותר, ובהם גם החזון לטווח הרחוק יותר – פוטוסינתזה מלאכותית – עתידים לצמוח משילוב של שלושת התחומים.

 
מדעי הסביבה
עברית

ענני כבשים

עברית

מה הקשר בין גוש עננים רך ואוורירי לבין עדר צבאים? נוסחה מתמטית שמתארת את הדינאמיקה של אוכלוסיות בעלי חיים – כמו צבאים וחיות הטרף הניזונות מהם – הוסבה, באחרונה, למודל המתאר יחסי הגומלין בין מערכות עננים, גשם וחלקיקים צפים באטמוספרה הקרויים אירוסולים. מודל זה עשוי לסייע, בין היתר, בהבנת האופן בו אירוסולים מעשי ידי אדם משפיעים על דפוסי הגשם.
 
לעננים נודעת תרומה משמעותית למערכת האקלים, ובמיוחד לענני סטראטו-קומולוס ימיים, אשר מכסים אזורים נרחבים מעל אוקיאנוסים סובטרופיים, מקררים את האטמוספרה באמצעות החזרת חלק מקרינת השמש לחלל. ד"ר אילן קורן מהמחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה שבפקולטה לכימיה במכון ויצמן למדע וד"ר גרהם פיינגולד ממעבדת NOAA לחקר כדור הארץ בקולורדו, מצאו כי נוסחאות המשמשות במודלים של מעגלי טורף-נטרף בעולם החי מתאימות גם למעגלי ענן-גשם: ממש כמו אוכלוסיות טורפים ונטרפים אשר גדלות ומתכווצות זו על חשבון זו, כך גם הגשם מרוקן את העננים, ואלה חוזרים ומתמלאים כאשר הגשם נגמר. בנוסף, בדומה לאופן בו זמינות הדשא משפיעה על גודל העדר, כך גם זמינותם היחסית של אירוסולים – ה"זרעים" שיוצרים את העננים כשטיפות מים מתעבות סביבם – משפיעה על צורות העננים. אספקה גדולה יותר של חלקיקים באוויר גורמת לייצור טיפות רבות יותר, אבל טיפות אלה קטנות יותר, ולכן הן נשארות בגובה רב כעננים, במקום לרדת כגשם.
 
במחקרם הקודם התבוננו ד"ר פיינגולד וד"ר קורן מקרוב במערכות סטראטו-קומולוס ימיות, וגילו תנודות בתאי עננים בעלי זרימת אוויר אנכי. במחקר הנוכחי חזרו המדענים לנתונים שנאספו, והביטו בהם ב"מבט על", במטרה לנסות לבדוק אם נוסחה כללית תוכל לחשוף משהו על המערכות האלה. באמצעות שלוש נוסחאות בלבד הם פיתחו מודל שמראה כי הדינאמיקה של עננים וגשם מחקה שלושה דפוסי יחסים ידועים בין טורפים לנטרפים ידועים. כמו אריות וצבאים, העננים והגשם יכולים להתנדנד באופן מתוזמן, כאשר מעגל הגשם ה"טורף" עוקב אחר התפתחות העננים ומפגר אחריו במעט. אפשרות אחרת היא הגעה למעין מצב שיווי משקל, שבו קצב התחדשות העננים זהה לקצב בו הגשם מקטין אותם. אפשרות שלישית היא תוהו ובוהו – הקריסה המתחוללת כאשר אוכלוסיית הטורפים "עולה על גדותיה", המקבילה למצב בו גשם חזק הורס את מערכת העננים.
 
על פי המודל, שינוי בכמויות האירוסולים במערכת עלול לגרום למעברים חדים בין שלושת המצבים. המודל מראה כי קיימים שני תסריטים להיווצרות תנאים לדפוסים יציבים, וכי הם מצויים משני קצוות הסקאלה של כמות האירוסולים. בתסריט הראשון, רמות אירוסולים נמוכות מובילות ליצירת עננים שהתפתחותם תלויה במידה משמעותית בריכוזי האירוסולים. בתסריט השני, רמות גבוהות של אירוסולים יוצרות מצב רוויה. במצב זה, העננים תלויים בתנאים הסביבתיים הראשוניים בלבד.
 
"השימוש בגישה המערכתית הזו", אומר ד"ר קורן, "עשוי לפתוח צוהר חדש דרכו נוכל לראות ולהבין טוב יותר את היחסים המורכבים בין עננים, גשם ואירוסולים בעת היווצרות המערכות. היכולת להתבונן על התמונה הגדולה תסייע לנו להבין כיצד השינוי בריכוזי האירוסולים – שנוצרים בעקבות פעילות אנושית – מחוללים שינויים בדפוסי האקלים".
מדעי הסביבה
עברית

בחינת הנייר של כתבי-עת ישנים מעידה על תהליכים אקלימיים שהתחוללו ב-150 השנים האחרונות

עברית
חלק מהמידע ההיסטורי הצפון בכרכים עתיקים ובכתבי עת מצהיבים עשוי להתחבא בין השורות. מדעני מכון ויצמן למדע גילו כי הניירות האלה מתעדים את התנאים האטמוספריים ששררו בזמן שהנייר היה עדיין חלק מעץ צומח. באמצעות זיהוי איזוטופים שונים של פחמן המצויים בפיסות נייר קטנות שנלקחו מעיתונים ישנים, וניתוח היחסים הכמותיים ביניהם, הצליח פרופ' דן יקיר מהמחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה שבפקולטה לכימיה לעקוב אחר העלייה בזיהום האטמוספרי שמקורו בשריפת דלקים מאובנים, מאז ימי המהפכה התעשייתית.

מדענים משחזרים בדרך כלל נתונים אטמוספריים היסטוריים שכאלה מקידוחים לתוך קרחונים או טבעות עצים. אבל לדברי פרופ' יקיר, לשם קבלת תוצאות אמינות, יש לבדוק מספר רב של עצים. "במקום להסתובב ביערות בכל העולם ולדגום עצים", הוא אומר, "אנחנו הולכים לספריה הציבורית". בארכיון של הספרייה במכון ויצמן למדע, לדוגמה, מצא פרופ' יקיר גיליונות ישנים של כתבי-עת מדעיים, שגילם מגיע עד למעלה מ-100 שנה. הוא הסיר דוגמאות קטנות מהשוליים של גיליונות נבחרים, ולקח אותם לבדיקת מעבדה.

בדיקת המעבדה מתבססת על בדיקת היחס הכמותי בין הגרסה הנדירה יחסית של פחמן (איזוטופ C13) לבין כמויות הפחמן הנפוץ (C12). היחס הזה מספק מידע על כמות הפחמן הדו-חמצני שהשתחרר לאטמוספרה כתוצאה משריפת דלקים מאובנים. הסיבה לכך היא שהצמחים, אשר קולטים פחמן דו חמצני מהאוויר בתהליך הפוטוסינתזה, מעדיפים להשתמש בפחמן דו חמצני שמכיל פחמן נפוץ, שמגיב מהר יותר מהפחמן הכבד. כך, מדי קיץ – במהלכו מגיעה רמת הפוטוסינתזה לשיא – נוצרות טונות רבות של מאסה צמחית ענייה באיזוטופ הכבד של הפחמן (C13). לפני מיליוני שנים הפכה מאסה צמחית כזו לנפט, לגז ולפחם – ולכן מאגרים אלה גם הם דלים בפחמן הכבד C13. ניצול הפחם והנפט שבמאגרים האלה מאז המהפכה התעשייתית משחרר בחזרה לאטמוספרה את הפחמן הזה, שמתאפיין בכמות קטנה של האיזוטופ C13, וכתוצאה מכך, כמות האיזוטופ הזה באטמוספרה הולכת ונמהלת במהלך 150 השנים האחרונות. במקביל, רבים מהעצים שסופגים את הפחמן הדו חמצני הזה נכרתים והופכים לנייר. לכן, הנייר המצוי בארכיונים מכיל רמות משתנות של האיזוטופ פחמן C13. פרופ' יקיר הראה כי תהליך הירידה המתמשך ברמות האיזוטופ הזה מתועד בבירור בדוגמאות הנייר, ומשקף את התגברות השימוש בדלקים מאובנים ב-150 השנים האחרונות.

המחקר מתבצע זה 14 שנים, ובמהלכו, מספר פרופ' יקיר, הוא למד רבות על תעשיית הנייר. כמה מהגיליונות המוקדמים, לדוגמה, הודפסו על נייר שונה מבחינת כמויות האיזוטופים, וסטיות בנתונים, שהתגלו גם בתקופה של מלחמת העולם השנייה, הובילו את פרופ' יקיר להניח כי מדובר בנייר שעבר מיחזור, או עורבב עם נייר שאינו עשוי מעץ (אלא, לדוגמה, מכותנה או פישתה) – כדי להתגבר על המחסור שנוצר בתקופת המלחמה.

רמות הפחמן הכבד, C13, בנייר אף חשפו מספר תופעות אקלימיות מקומיות, המשתקפות, לדוגמה בהבדלים בין נייר שמקורו באמריקה או באירופה. "השיטה הזו מראה את הפוטנציאל של מאגר דוגמאות מסודר להפליא, ממנו התעלמנו עד כה", אומר פרופ' יקיר. "מלבד זאת, אפשר יהיה להשתמש בה כדי לבדוק את האותנטיות של דברי דפוס עתיקים".
 
מדעי הסביבה
עברית

יערות עשויים לתרום גם להתחממות, ולא רק לקירור האקלים

עברית

הנוסחה שלמדנו בשנים האחרונות: "יערות סופגים פחמן דו-חמצני ('גז חממה') מהאטמוספירה ובכך הם מתפקדים כ'מקררים' ומאטים את התחממות כדור-הארץ", אינה כה חד-משמעית, בסופו של דבר. מתברר שיערות מסוגלים לקלוט חום באופן ישיר ולאחסן אותו. התופעה הזאת עשויה לקזז חלק ניכר מההשפעה המקררת של בליעת הפחמן הדו-חמצני. בשורה התחתונה, יש לבדוק את המאזן בין שתי

התופעות הסותרות האלה, שגורם לכך שהיער, בתנאים מסוימים, עשוי לתרום גם להתחממות האקלים. מסקנה זו עולה ממחקר שביצעו פרופ' דן יקיר ועמית המחקר ד"ר אייל רוטנברג, מהמחלקה למדעי הסביבה ולחקר האנרגיה שבפקולטה לכימיה במכון ויצמן למדע. ממצאי המחקר מתפרסמים היום בכתב העת המדעי Science.

בעשור האחרון, מכון ויצמן למדע מפעיל תחנת מחקר ביער יתיר, יער אורנים הנמצא על גבול המדבר, בצפון-מזרח הנגב. תחנה זו היא חלק מרשת עולמית של כ-600 תחנות מחקר הקרויה "פלקסנט" (fluxnet), שנועדה לחקור את יחסי הגומלין בין היערות, האטמוספירה והאקלים. תחנת המחקר ביער יתיר היא מתחנות המחקר הבודדות הממוקמות באיזור יבש, על גבול המדבר.

יערות פועלים נגד "תופעת החממה" בכך שהם קולטים פחמןדו-חמצני מהאטמוספירה, שם הוא לוכד ומשמר חום. חברי קבוצת המחקר של פרופ' יקיר מדדו במשך שנים את "ביצועיו" של יער יתיר בתחום זה. הם גילו שהיער קולט כמויות נאות של גז החממה, בשיעור הדומה לממוצע העולמי, ובדומה ליערות סבוכים באירופה.

אבל יערות לא רק קולטים פחמן דו-חמצני, ופרופ' יקיר וד"ר רוטנברג החליטו לבדוק את התמונה הגדולה – לחשב את "מאזן האנרגיה הכולל" של היער הצחיח. הרמז הראשון באשר לאפשרות שתהליכים מסוימים עלולים לקזז את הקירור הנובע מקליטת הפחמן הדו-חמצני הגיע כשהישוו בין האלבדו של היער – כמות אור שמש המוחזר מפני השטח של היער בחזרה לאטמוספירה –  לבין האלבדו של השטח הפתוח, הסמוך, שבו גדלים שיחים נמוכים. המדענים מצאו, שצמרת היער הכהה היא בעלת אלבדו נמוך בהרבה מזה של השטחים הסמוכים, הבהירים, ומחזירי האור. בסביבה חסרת עננים, החשופה לרמות גבוהות של קרינת שמש, האופיינית לאזורנו, שיעור האלבדו הוא גורם מרכזי בהתחממות השטח.

המדענים בחנו גם את מנגנוני "מיזוג האוויר" ביער עצמו. כדי להתקרר, העצים בחלקים הרטובים יותר של העולם משתמשים במערכות שמבוססות על מים: הם פותחים חורים בעלים שלהם ופשוט נותנים לחלק מהמים שבתוכם להתאייד, דבר שמשחרר חום מהעלים. אבל יער האורנים הצחיח, שמשאבי המים שלו מוגבלים, אינו בנוי לאידוי. במקום זאת הוא משתמש במערכת חלופית שמתבססת על אוויר: היות שיערות צחיחים הם פחות צפופים מהיערות הצפוניים, האוויר בחלל הפתוח שבין העצים בא במגע עם פני שטח נרחבים יותר, כך שהחום עובר ביעילות ובקלות מהעלים אל האוויר הזורם ביניהם. מערכת קירור זו מקררת את צמרת היער, דבר שמביא, בסופו של דבר, לירידה בשיעור הקרינה האינפרא-אדומה הנפלטת אל החלל. במילים אחרות, מצד אחד היער הצחיח קולט מהאטמוספירה פחמן דו-חמצני – ותורם בכך להתקררות; אבל מצד שני הוא קולט יותר אנרגיה מקרינת השמש (כתוצאה משיעור האלבדו הנמוך יחסית שלו), ומאחסן בתוכו חלקים ניכרים ממנה (כתוצאה מהשיעור הנמוך יחסית של הקרינה האינפרא-אדומה). ביחד, שני גורמי ההתחממות האלה הפתיעו את המדענים בעוצמתם. "על אף העובדה שעוצמת התהליכים האלה אינה קבועה, אנחנו מבינים עכשיו שיידרשו עשרות שנים של גידול היער, עד שהשפעת הקליטה של הפחמן הדו-חמצני (הגורם המקרר), תאזן את השפעת התהליכים המנוגדים, התורמים להתחממות".

בשלב הזה שאלו המדענים שאלה נוספת: אם נטיעת יערות באיזורים יבשים יחסית אומנם מובילה בשלבים הראשונים להתחממות, מה קורה כאשר מתחוללת מגמה הפוכה, כלומר מידבור? מניתוח הנתונים החדשים והקיימים על אזורים שהפכו למדבר, הם מצאו שהמידבור אכן יכול למתן את התחממות האקלים – לפחות בטווח הקצר. באמצעות החזר אור השמש ושחרור קרינה אינפרא-אדומה, המידבור שהתחולל באזורים שונים במשך 35 השנים האחרונות, הפחית את השפעתה של "תופעת החממה" בכ-20% בהשוואה לתחזיות שהתבססו רק על עליית שיעור הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה. פרופ' יקיר: "היערות הם בעלי חשיבות עצומה לייצוב האקלים – וגם, כמובן, להיבטים אקולוגיים רבים נוספים. עם זאת, כדי לחזות את שינויי האקלים, עלינו להביא בחשבון תופעות נוספות, כמו המאזן שבין קליטת הפחמן הדו-חמצני על ידי היערות, לבין שיעור אור השמש המוחזר מהם".

 

מידע נוסף ותמונות אפשר לקבל במשרד דובר מכון ויצמן למדע 08-934-3856

מדעי הסביבה
עברית

עשן הנפלט לאטמוספירה עשוי לקרר את האקלים או לחמם אותו, בהתאם לנסיבות

עברית


מחזירים חלק מקרינת השמש בחזרה לחלל. בנוסף לכך, חלקיקים אלה גורמים להתרחבות כיסוי העננים ומאריכים את אורך "חייהם" – וגם העננים מחזירים קרינת שמש לחלל. אבל מחקר חדש של מדענים ממכון ויצמן למדע, שפעלו בשיתוף עם מדענים מאוניברסיטת מרילנד, ומסוכנות החלל של ארה"ב, NASA, גילו שהפיח שבעשן ממלא תפקיד מורכב יותר בעיצוב אקלימו של כדור-הארץ.

חלקיקים כמו פיח שמרחפים באוויר – הקרויים אירוסולים – עולים באטמוספרה ושם הם מתערבבים בעננים. התהליכים המעורבים במפגש שבין האירוסולים לעננים מורכבים במיוחד מכיוון שהעננים הם מערכות דינמיות מאוד. מצד אחד הם מחזירים את קרינת השמש לחלל (מה שגורם להתקררות האקלים), ומצד שני הם לוכדים חום הנפלט מפני כדור-הארץ ומונעים ממנו להשתחרר – דבר שגורם להתחממות האקלים. לפיכך, השפעת האירוסולים על העננים עשויה לגרום להתחממות ולהתקררות בעת ובעונה אחת. מצד אחד, טיפות מים יכולות להתגבש מסביב לחלקיקי האירוסולים, דבר שגורם להארכת משך חיי הענן ולהגדלת שטח הכיסוי שלהם. מצד שני, חלקיקים, במיוחד פיח, קולטים קרינה מהשמש, דבר שגורם להתחממות, ומעכב התפתחות עננים.

ד"ר אילן קורן ותלמידת המחקר הילה אפרגון מהמחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה במכון ויצמן למדע, שפעלו בשיתוף פעולה עם מדענים מאוניברסיטת מרילנד ומ-NASA, פיתחו מודל חישובי ראשון מסוגו שמשלב ומשקלל את כל הגורמים האלה ומראה באיזה תנאים האירוסולים שמתערבבים בעננים יגרמו להתחממות האקלים, ומתי הם דווקא יגרמו להתקררות. המודל שלתוכו הוזנו נתונים מעמק האמזונס, חזה בדייקנות את מצב העננים במציאות.

ממצאים אלה, המתפרסמים היום בכתב-העת המדעי Science, מראים שכאשר מוסיפים כמויות קטנות של אירוסולים לסביבה נקייה – התוצאה תהיה התקררות האקלים. אבל ככל שכמות האירוסולים שמתערבבים בעננים גדלה, התוצאה היא התחממות של האקלים. מתברר גם שהיקף כיסוי העננים המקורי משפיע גם הוא על התהליך. כיסוי נרחב של עננים חוסם את קרני השמש, כך שחלקיקי האירוסולים אינם קולטים את הקרינה, דבר שיכול לגרות להתקררות נוספת. אבל ככל שחלקי השמים הבהירים רחבים יותר, חלקיקי האירוסולים קולטים יותר קרינה, דבר שמאיץ את ההתחממות.

מודל כמותי מדויק של יחסי הגומלין המורכבים בין עננים לאירוסולים עדיין חסר ב"פאזל" של תמונת שינויי האקלים הנגרמים על-ידי האדם, או כתוצאה מתהליכים טבעיים המתחוללים על-פני כדור-הארץ. המדענים סבורים שההבנה הנוספת הנובעת מן  המודל החדש שפיתחו, עשויה לסייע לקובעי מדיניות לאמוד בדייקנות רבה יותר את ההשפעות של תהליכים אלה על האקלים.

מידע נוסף, ותמונות, אפשר לקבל במשרד דובר מכון ויצמן למדע: 08-934-3856

מדעי הסביבה
עברית

פני ירח

עברית

מדוע פניו של "האיש בירח" מלוות אותנו תמיד?

פרופ' עודד אהרונסון. גבעות ועמקים

כאשר אנו מסתכלים אל השמיים, אנו נתקלים במבטו המוכר והחביב של "האיש שבירח", אשר מלווה אותנו בנאמנות. התיאום המוזר של תנועת הירח, כלומר, העובדה שמשך הסיבוב שלו סביב צירו זהה לזמן שנדרש לו כדי להקיף את כדור-הארץ, גורם לכך שהצד הפונה אל כדור-הארץ הוא קבוע – כך שעיניו של האיש שבירח נעוצות בנו תמיד. האם קיימת סיבה לכך שהירח תמיד מפנה אלינו את פניו, או שרק במקרה הוא אינו מסובב את גבו?
 
במחקר שכלל הדמיות וניתוחים מפורטים הראו פרופ' עודד אהרונסון מהפקולטה לכימיה ומהמרכז למדעים פלנטריים במכון ויצמן למדע, פרופ' פיטר גולדרייך מהמכון הטכנולוגי בקליפורניה (שם יזם פרופ' אהרונסון את המחקר הנוכחי), ופרופ' ראם סרי מהאוניברסיטה העברית בירושלים, שפני הקרקע של הירח – כלומר תכונותיו הגיאופיסיות – הם שקובעים את כיוונו ביחס לכדור-הארץ. ממצאי המחקר, שנתמך על-ידי לוויין סקירת הירח של נאס"א (LRO), התפרסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Icarus.
צורתו הגיאופיסית של הירח אינה סימטרית: פני השטח בצדו הקרוב מכוסים במכתשים עמוקים, ובהם חומר געשי דחוס וכהה – והם שיוצרים את "פני האדם". לעומת זאת, בצדו המרוחק של הירח מתנשאים הרים גבוהים. "באופן אינטואיטיבי היינו מצפים כי דווקא צדו המרוחק של הירח – בו מצויים הרים – יפנה אלינו, ולא הצד בו יש מכתשים עמוקים. במצב זה פני השטח של הירח היו קרובים יותר לכדור-הארץ, וכך הרמה האנרגטית של המערכת כולה נמוכה יותר", אומר פרופ' אהרונסון. הטבע מעדיף בדרך כלל מצבים בהם האנרגיה נמוכה יותר. אם כך, מדוע מקרה זה שונה? את תנועתו של הירח אפשר לדמות לרכבת צעצוע, אשר נעה לאורך מסלול מעגלי שבו שתי גבעות ושני עמקים. הגבעות והעמקים מייצגים רמות אנרגיה שונות של הכיוונים בהם יכול הירח להימצא. בגלל החיכוך של הגלגלים במסילה, הרכבת הולכת ומאבדת אנרגיה, עד למצב שבו היא אינה יכולה לטפס במעלה הגבעה, ונתקעת בתוך עמק. הבחירה באחד משני העמקים תלויה בעיקר בגובה הגבעה האחרונה שחצתה (ולא בעומקם של העמקים). כלומר, רמות האנרגיה המרביות (ה"גבעות") הן שקובעות את מצבו הסופי של הירח – ולא האנרגיות המינימליות (ה"עמקים"). פרופ' אהרונסון: "אנשים מופתעים מהעובדה שהירח מפנה אלינו תמיד את פניו, אבל אנו מופתעים גם לנוכח האלגנטיות הרבה של העקרונות שלפיהם פועלת המערכת".
רמות האנרגיה שחישבו המדענים עבור המאפיינים הנוכחיים של פני השטח של הירח מראות, כי קיימת העדפה לייצובו בכיוון הנוכחי. "באמצעות שינויים במודל שתיכננו – כמו שינויים בהתפלגות מאסת הירח, או בפרמטרים אחרים הקשורים לתכונותיו הפנימיות – יכולנו לשלוט בבחירת ה'עמק' שבו יתמקם הירח", אומר פרופ' אהרונסון.
 
הירח, כפי שצולם במצפה הכוכבים על-שם קראר במכון ויצמן למדע
בתכונותיו הגיאופיסיות של הירח התחוללו שינויים משמעותיים מאז ימיו המוקדמים, ולכן ייתכן כי בעבר העדפת כיוונו הייתה שונה. עדויות שונות מצביעות על האפשרות שבעבר הירח אכן היפנה אלינו את צדו השני, אולם בשלב מסוים החלה המערכת להסתחרר כתוצאה מפגיעה ענקית של עצם כלשהו בירח, ולאחר מכן התייצבה וננעלה מחדש במצב הנוכחי – באופן שמתואר במחקר זה.
 

קרוב רחוק

הוא מרוחק מהשמש פי 10 מכדור-הארץ, הוא מקבל מאית מאור השמש שמגיע אלינו, והטמפרטורה בו נמוכה בכ-200 מעלות צלסיוס. ובכל זאת, נופי טיטאן, אחד מירחי כוכב-הלכת שבתאי, אותו חוקר פרופ' אהרונסון, עשויים להיראות לנו מוכרים: מתחת לשמיכת העננים אפשר להבחין בהרים ובעמקים, בדיונות, בנחלים ובאגמים. בתנאי הסביבה הקיצוניים השוררים על טיטאן, המים מוחלפים במתאן נוזלי. פרופ' אהרונסון ושותפיו למחקר הציעו באחרונה הסבר לכך שרוב האגמים משתרעים על חציו הצפוני של טיטאן: מתברר, כי עונות השנה אינן סימטריות. הקיץ בחציו הצפוני הוא ארוך ומתון יחסית, ואילו בחציו הדרומי הוא קצר וקיצוני. המודל שיצרו מראה, כי לפני עשרות אלפי שנים המצב היה הפוך. מסלולו של טיטאן סביב שבתאי משתנה במחזורים של אלפי שנים, דבר שגורם להיפוך בעונות, ולכן עשוי להביא לנדידת האגמים מקוטב לקוטב. בדומה לכך, שינויים ארוכי טווח במסלול כדור-הארץ סביב השמש, גורמים למחזורי עידן הקרח.
 
כדור-הארץ וטיטאן. תצלום: נאס"א
 

אישי

עודד אהרונסון נולד בתל-אביב. הוא קיבל תואר ראשון ושני בפיסיקה יישומית מאוניברסיטת קורנל. לאחר שירות צבאי בחיל אוויר המשיך ללימודי תואר שלישי במדעי כדור-הארץ, האטמוספרה ומדעים פלנטריים במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT). החל משנת 2002 כיהן כפרופסור במכון הטכנולוגי של קליפורניה בפסדינה, ובשנת 2011 הצטרף לסגל המחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה שבפקולטה לכימיה במכון. מחקרו – במסגרת המרכז למדעים פלנטריים שהוקם באחרונה, ובראשו הוא עומד – מתמקד בגופים במערכת השמש שלנו, ובפרט בירח, במאדים ובטיטאן. הוא שותף בצוותים מדעיים האחראים על חלליות ומכשירים שצופים בגופים אלה.
מדוע פניו של "האיש בירח" מלוות אותנו תמיד?
מדעי הסביבה
עברית

זלעפות

עברית
עננים בגובה רב ובינוני
מכסים את השמיים
גשם מקומי ממשיך לרדת בינתיים
הכביש מתפתל בתוך הוואדי
עצי אקליפטוס
מכונית לבנה עולה בכביש הרטוב
לרגע נגלית - לרגע נסתרת
 
"כמו בסרט"
מילים: זאב טנא
לחן: יהודית רביץ
עיבוד: מתי כספי
ביצוע: אושיק לוי
 

פרופ' אילן קורן. תמונה גלובלית

גשם עשוי להיות ברכה או אסון. גשם היורד במשך שעה יכול לספק מים לשורשי הצמחים, לחלחל מתחת לפני השטח, ולחדש את מאגרי המים. אבל, אם אותה כמות מים תרד תוך חמש דקות, התוצאות עלולות להיות שיטפונות והצפה. מחקר חדש שנעשה במכון ויצמן למדע מראה, כי השפעת פעילות האדם על האטמוספרה מזיזה כנראה את דפוסי הגשם לכיוון המהיר והכבד יותר.
 
את המחקר, שהתפרסם באחרונה בכתב העת המדעי Nature Geosciences, ערכו פרופ' אילן קורן, תלמיד המחקר ראובן הייבלום וד"ר אורית אלטרץ מהמחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה שבפקולטה לכימיה במכון, ביחד עם עמיתים מארה"ב: גרהם פיינגולד, ונדרליי מרטינס ולוריין רמר. המדענים בדקו את עוצמת הגשם – כלומר, כמות הגשם היורדת בפרק זמן מסוים – בחלקים גדולים של כדור הארץ. לאחר מכן הם בדקו האם קיים קשר בין השיעור הזה לבין ריכוז האירוסולים – חלקיקים זעירים שצפים באטמוספרה. האירוסולים מצויים באוויר באופן טבעי, והם שמהווים את ה"גרעינים" לעיבוי טיפות גשם, או, גבוה יותר באטמוספרה, לעיבוי גבישי קרח. אבל כמויות האירוסולים כיום אינן טבעיות כלל: שריפת דלקים ויערות הוסיפה טונות רבות של אירוסולים לאטמוספרה במאה ה-20. "בפעם הראשונה הצלחנו לקבל תמונה גלובלית על יכולתם של אירוסולים לשנות את דפוסי הגשם", אומר פרופ' קורן.
 
במחקר קודם הראו פרופ' קורן ופיינגולד כיצד האירוסולים האלה משפיעים על התפתחות העננים: עומסים גדולים של חלקיקים באוויר גורמים ליצירת טיפות רבות יותר, אך הן קטנות מהרגיל. מכאן אי-אפשר להסיק בוודאות לגבי דפוסי הורדת הגשם, שכן התפתחות עננים וגשם מאופיינת בתהליכים בעלי סיבוכיות גבוהה (לא ליניאריים). גורמים רבים מעורבים בתהליך, ודפוסי משקעים שונים – מגשם קליל עד סערות וסופות – נובעים מתנאי מזג אוויר שונים לחלוטין. נוסף על כך, הגשם הוא אמנם תופעה רחבה, אבל אקראית – עובדה שמקשה מאוד על המאמצים להציב כלליםשימושיים וחד-משמעיים לגבי הגורמים לתופעות שונות.
 
כדי לקבל נתונים עולמיים על עוצמת הגשם – הנמדדת במילימטרים לשנייה – פנו המדענים למידע מלוויינים. לוויינים אלה אינם מסוגלים למדוד כמויות מוחלטות של גשם, אבל הם יודעים למדוד את עוצמת הגשם של מערכות הבנויות מעננים מפותחים אשר מייצרים גשמים כבדים יחסית. נתונים שנאספו מכמה לוויינים במשך מספר חודשים בשנת 2007 (ראו מסגרת) איפשרו למדענים להעריך את עוצמת הגשם מעל חלקים גדולים מפני הארץ במקומות שמעליהם נוצרות מערכות עננים מפותחות, ולחשב את רמת זיהום האירוסולים באותם אזורים.
 
קבוצת המחקר חיפשה קשרים אפשריים בין שני הנתונים, באמצעות השוואה בין מפות לווייניות של עוצמות הגשם לבין מפות המתארות זיהום אירוסולים באמצעות חלוקה לשלוש קטגוריות: נקי, מזוהם קלות, ומזוהם מאוד. הניתוח חשף קשר הדוק: רמה גבוהה של זיהום הופיעה יחד עם עוצמת גשם גבוהה ביותר מ-80% מהמערכות שנבדקו.
 
האם רמת האירוסולים היא שמשפיעה על עוצמת הגשם? או אולי גורם שלישי, כמו, למשל, אי-יציבות אטמוספרית, גורם הן לסחיפת כמויות גדולות של חלקיקים לאטמוספרה, והן לעוצמה גבוהה יותר של גשם? בניסיון לענות על השאלה הזאת ערכו המדענים ניתוח מעמיק, ובדקו את התוצאות שלהם ביחס למאות הגורמים שעשויים להשפיע על הגשם. ההתאמה המשכנעת ביותר התקבלה כשניתחו את התוצאות שלהם בהתאם ליציבות האטמוספרית היחסית. הם גילו, כי העלייה ברמת האירוסולים קשורה בעלייה בעוצמת הגשם בכל תנאי מזג האוויר, ובאופן דומה: הן במצבים יציבים, הן במצבים לא יציבים, והן במצבים נייטרליים. ממצאים אלה מעידים, שעלייה במפלס האירוסולים אכן מגדילה את עוצמת הגשמים.
 
פרופ' קורן סבור, שהתופעה משמעותית בעיקר באזורים שבהם דפוסי הגשם גבוליים. במקומות הנוטים ממילא להצפות, עוצמת גשם גבוהה יותר לא תשפיע על ההצפות באופן משמעותי, ואילו באזורים צחיחים, השפעת עוצמת הגשם היא מזערית ביחס למחסור התמידי בגשמים. במצבי ביניים, כשכמות גדולה יותר ויותר מהמשקעים יורדת בעוצמה שבה הקרקע אינה מסוגלת לספוג את המים, הגשמים המבורכים עלולים להוביל לתופעות שליליות.
 

מיחזור בחלל

לעיתים, הפתעה בלתי-מתוכננת עשויה לפעול דווקא לטובה. כך היה עם הפרויקט למדידת גשם טרופי (TRMM), לוויין שמפעילות נאס"א והסוכנות היפאנית לחקר החלל. כששוגר הלוויין, בשנת 1997, עם ציוד ניטור שפותח בראשית שנות ה-90 של המאה ה-20, היה אורך החיים המשוער שלו כשלוש שנים – לכל היותר. בשנת 2005 רצו הסוכנויות להרוס את הלוויין, באמצעות כניסה מבוקרת לאטמוספרה (במקום להניח לו פשוט להתרסק על הארץ כאשר הדלק ייאזל). המדענים התנגדו לכך, בגלל חשיבות המידע שקיבלו ממנו, והם פנו לקונגרס האמריקאי בבקשה לדחות את ההחלטה הגורלית. "מסלול הלוויין מאפשר לו לכסות אזורים טרופיים נרחבים, למצות את איסוף נתוני הגשם, ולתאר במדויק מערכות גשם מפותחות", אומר פרופ' קורן. "הלוויין המשיך לפעול 15 שנה, וכך עמד לרשותנו כלי מצוין, שאיפשר לנו לבצע מחקר אמין ומדויק".
 
 
נתוני גשם שנאספו על-ידי הלוויין TRMM במהלך יממה
 
פרופ' אילן קורן. תמונה גלובלית
מדעי הסביבה
עברית