מדוע במבט מהחלל נראים שני חצאי כדור-הארץ בהירים באותה המידה?

כאשר מביטים בכדור-הארץ מן החלל נראים חצאיו – הצפוני והדרומי – בהירים באותה המידה. עובדה זו מפתיעה במיוחד שכן חצי הכדור הדרומי מכוסה ברובו באוקיינוסים כהים, בעוד חלקים נרחבים מחצי הכדור הצפוני מרוצפים בשטחי יבשה בהירים. לאורך שנים, נותרה הסיבה לסימטריה זו בין החצאים בגדר תעלומה. במחקר חדש, המתפרסם השבוע בכתב-העת המדעי PNAS, חושפים מדעני מכון ויצמן למדע ושותפיהם את הקשר בין עוצמת סופות ושיעורי עננות למידת ההחזריות של אנרגיית השמש בכל אחד מחצאי כדור-הארץ. בכך הם מציעים פתרון לתעלומה, ואף מעריכים כיצד עשויה להשתנות החזרת הקרינה בעתיד בעקבות שינוי האקלים.

כבר בשנות ה-70 של המאה הקודמת כשמדענים ניתחו את נתוני הלוויינים המטאורולוגיים הראשונים, הם זיהו כי באופן מפתיע שני חצאי כדור-הארץ מחזירים אותה כמות של קרינת שמש; החזריות המכונה בשפה המקצועית "אלבדו". כדי להבין טוב יותר מהו אלבדו, חישבו על נהיגה בשעת לילה: כמה קל לזהות את קו ההפרדה הלבן, המחזיר היטב את האור מפנסי הרכב, אך קשה לראות את האספלט הכהה. כך גם כאשר מתבוננים בכדור-הארץ מן החלל –  היחס בין אנרגיית השמש הפוגעת וזו המוחזרת מכל אזור ואזור בכדור-הארץ תלויה בגורמים שונים, ובהם היחס בין אוקיינוסים כהים ויבשה בהירה, שממש כמו האספלט וקו ההפרדה נבדלים במידת ההחזריות שלהם. בחצי הכדור הצפוני שטח היבשה גדול בערך פי שניים מאשר בחציו הדרומי, ואכן כשמודדים סמוך לפני השטח בשמים בהירים ישנם הבדלים של יותר מ-10% באלבדו. ובכל זאת, ברום האטמוספירה נראים החצאים בהירים באותה מידה.

במחקר החדש, בהובלת פרופ' יוחאי כספי ותלמיד המחקר אור הדס מהמחלקה למדעי כדור-הארץ וכוכבי-הלכת במכון, התמקדו המדענים בגורם המצוי בגובה רב ומחזיר קרינה מהשמש – העננים. המדענים ניתחו נתונים שמקורם במאגרי מידע מהמתקדמים בעולם, ובהם נתוני עננות שנאספו באמצעות לוויינים של נאס"א (CERES) ונתונים מ-ERA5, מאגר נתוני מזג אוויר גלובלי ובו מידע שנאסף ממגוון מקורות באוויר ובקרקע החל משנת 1950. המידע במאגר ERA5, אפשר את השלמת נתוני העננות והצלבת 50 שנה של נתונים אלו עם מידע מקביל על עוצמת סופות.

""החזריות קרינת השמש מהעננים שמקורם בסופות החזקות בחצי הדרומי, מאזנת ברמת דיוק גבוהה את ההחזריות שמקורה בשטח היבשה הרב בחצי הצפוני״

המדענים סיווגו את הסופות שהתחוללו בשנים אלה לשלוש קבוצות לפי עוצמתן, וחשפו קשר ישיר בין עוצמת הסופות וכמות העננים שנוצרים סביבן. הם הבחינו כי אזורי יבשה, וחצי הכדור הצפוני ככלל, מתאפיינים בסופות חלשות יותר – בעוד סופות בינוניות וחזקות שכיחות יותר בחצי הכדור הדרומי ומעל האוקיינוסים. מניתוח הנתונים עלה כי הקשר בין כמות העננים ועוצמת הסופות, מסביר היטב הבדלים בעננות בין שני חצאי הכדור. ״אלבדו העננים כתוצאה מהסופות החזקות בחצי הדרומי, נמצא כמאזן ברמת דיוק גבוהה את האלבדו שמקורו בשטח היבשה הרב בחצי הצפוני״, אומר הדס ומוסיף: ״זה מוכיח כי סופות הם הגורם המקשר בין בהירות פני השטח והעננים, וכך נשמרת הסימטריה באלבדו בין שני חצאי כדור-הארץ״.

האם שינוי האקלים יהפוך אחד מחצאי הכדור לכהה יותר?

בשנים האחרונות כדור-הארץ משתנה במהירות. כדי לבחון האם וכיצד שינוי האקלים ישפיע על הסימטריה באלבדו, השתמשו החוקרים ב-CMIP6, מערכת מודלים שמריצים מרכזי מחקר אקלים ברחבי העולם בניסיון לחזות את שינוי האקלים. אחד מחסרונותיהם העיקריים של מודלים אלה הוא יכולתם המוגבלת לספק תחזיות על מידת העננות. ואולם הקשר שנמצא במחקר בין עוצמת הסופות ובין העננות מאפשר להסיק את מידת העננות מתחזית הסופות.

לפי מודלים אלה, שינוי האקלים יביא לירידה בשכיחותן של כלל הסופות בחצי הכדור הצפוני ושל הסופות החלשות והבינוניות בחצי הדרומי. עם זאת, הסופות החזקות בחצי הדרומי יתעצמו. הסיבה להבדלים נחזים אלו היא "ההגברה הארקטית" בחצי הכדור הצפוני, תופעה שבמסגרתה הקוטב הצפוני מתחמם מהר יותר פי-שניים לפחות מהממוצע בכדור-הארץ. לכאורה, ניתן היה לצפות שהבדל זה ישבור את הסימטריה באלבדו, אך מממצאי המחקר עולה כי בסופות חזקות מאוד מגיעה כמות העננים לרוויה. לפיכך, עלייה נוספת בעוצמתן לא תשנה את מידת העננות, וייתכן שהסימטריה תישמר.

"לא ניתן עדיין לקבוע בוודאות האם תישבר הסימטריה באלבדו לנוכח ההתחממות הגלובלית", אומר פרופ' כספי, "עם זאת, המחקר החדש עונה על שאלה בסיסית ומרחיב את הבנתנו על מאזן הקרינה של כדור-הארץ והגורמים המשפיעים עליו. בבואנו להתמודד עם שינוי האקלים יהיה הכרח בפיתוח פתרונות גאו-הנדסיים שיאפשרו לנו לחיות לצדו. כולי תקווה כי הבנת תופעות אקלימיות בסיסיות, כמו הסימטריה באלבדו, תסייע בפיתוח פתרונות אלו".

במחקר השתתפו גם ד"ר ג'ורג' דאצריס ופרופ' ביורן סטיבנס ממכון מקס פלאנק למטאורולוגיה בהמבורג; ד"ר חואקין בלנקו ופרופ' רודריגו קבאלרו מאוניברסיטת סטוקהולם; וד"ר סנדרין בוני מאוניברסיטת סורבון בפריז.