שינויי אקלים גלובליים:עובדות ומיתוסים

)או: מכונת האקלים המורכבת של כדוה"א(

פרופ' נתן פלדור

המכון למדעי כדור הארץ

האוניברסיטה העברית בירושלים

2007/נובמבר/6מועצה לכלכלה –

על מה נדבר:

שינויי טמפרטורה גלובליים )או מבט מקרוב על 1.עליית הטמפרטורה בטווחי זמן שונים(

אפקט החממה )מה זה בדיוק? האם זה טוב או רע 2.לאדם? שינויים בעבר הקרוב( והקשר שלו לשינויי

טמפרטורהמהי יכולת החיזוי העתידית שלנו? )מוגבלת למדי. 3.

קצת צניעות בבקשה(הסביבה המקומית. כאן טמונות הבעיות המהותיות 4.

אשר נדחקות לשוליים בגלל בעיות "גלובליות" משניות

The issue: Since the Industrial revolution a Global T-increase of about 0.6 – 0.8C

But:

Over half of the observed increase took place between 1910-1940

Between 1940 – 1975 the temperature has decreased!

A possible culprit blamed for this T-increase is CO2 (a GH gas)

הנפלטת ע"י האדם CO2העלייה בכמות ה-לאטמוספרה והשינויים בריכוזו

CO2 concentration in the atmosphere measured in the observatory on Mona Loa (Hawaii) starting from 1957 using identical calibrated means

נתבונן תחילה באופן מדוקדק בהשתנות ( בטווחי זמן שוניםTהטמפ' הגלובלית )

לאחר מכן נסביר את מהותו של אפקט CO2ואת התפקיד שממלא בו גז ה- החממה

את עליית הטמפרטורה הגלובלית ניתן )כתוצאה CO2לקשור לעלייה בריכוז ה-

משריפת דלקים מאובנים( באמצעות אפקט החממה

שום שיא טמפרטורה, עולמי או יבשתי, לא נרשם בעשורים האחרונים

• World )Africa, Sahara(: 1922 )58(

• N. America )Death Valley, CA(: 1913 )57(

• Asia )Tirat Tzvi, Israel(: 1942 )54(

• Australia )Clncry, Queensland(: 1889 )53(

• Europe )Seville, Spain(: 1881 )50(

• S. America )Rivadavia, Argentina(: 1905 )49(

• Canada )Saskatchewan, Canada(: 1937 )45(

• Antarctica )S. Pole(: 1978 )-14(

תחנות מטאורולוגיות בארה"ב בהם 1990 אחרינרשמו שיאי חום/קור

Low T-record High T-record1994 19/Jan., New Whiteland, Indiana )-36F( 29/June, Lake Havasu, Ariz. )128F(

19/Jan., Shelbyville, Kentucky )-37F( 29/June, Laughlin, Nev. )125F(

27/June, Lakewood, N.M. )122F( 27/June, Tipton, Okla. )120F(

1995 15/July, Danbury, Conn. )106F(

1996 3/Feb., Elkader, Iowa )-47F( 2/Feb., Tower, Minnesota )-60F(

5/Feb., Greene, Rhode Island )-25F(4/Feb., Couderay, Wisconsin )-55F(

1999 5/Jan., Congerville, Illinois )-36F( 2006 15/July, Kelly Ranch/Usta, S.D.

)120F(

Total T-records1990-2006 7 6

במהלך ההיסטוריה הגיאולוגית של כדוה"א )עשרות מיליוני שנים( האקלים אופיין על ידי טמפרטורה גלובלית

אנו חיים בעידן קרירגבוהה )בהרבה( מזו של היום!

אך מה קורה בזמנים קרובים יותר?

Since the last “Glacial” 18,000 ya, global T increased by 4-5C.

Increase is not monotonic and ~5000 ya T was 1C higher than at present

שנה בו 5000א. לאחר המקסימום ה"הולוקני" לפני מזו של היום התפתח העולם 1C גבוהה ב- Tהיתה

לציוויליזציה כפי שאנחנו מכירים אותה כיום. לא קטסטרופה נוראית כ"כ.

עלתה T( Younger Dryas שנים )10,000ב. בערך לפני תוך "הרבה עשורים". 2.5C בשיעור של מונוטוניבאופן

השנים האחרונות עלתה הטמפרטורה 150להשוואה, ב .0.7C בשיעור של לא מונוטוניתעליה

מאז תקופת הקרח Tמה ניתן להסיק מהשתנות האחרונה?

טבעיים בשיעור העולה על Tבאלף האחרון: שינויי 0.5C

קרו באופן טבעי1C בשיעור של Tשינויי 1.

( 14-19ב "תקופת הקרח הקטנה" )המאות 2. תוך כ- 0.5C בשיעור של Tהיו שינויים ב

שנה100

שינויים אלו התרחשו לפני המהפכה 3.התעשייתית וללא שום שינוי מוחשי בריכוז

CO2ה-

: באלף האחרוןTסיכום התצפיות של עליית

20 במאה ה-Tמסקנה: הן הגודל והן הקצב של עליית אינם נדירים בהיסטוריה האקלימית של כדור הארץ

. אפקט החממה והשפעתו על 2 האקלים

The “engine” of Earth’s climate is the Sun that radiates its warming energy

Figure 12a: Sunlight warms the earth's surface only during the day, whereas the surface constantly emits infrared radiation upward.Without water vapor, CO2, and other greenhouse gases, the earth's surface would constantly emit infrared radiation (IR); incoming energy from the sun would be equal to outgoing IR energy from the earth's surface. Without the greenhouse effect, the earth's average surface temperature would be -18°C (0°F).

: קרינת השמש המחממת את כדוה"א מאוזנת ללא אטמוספרה= -18C Tבדיוק על ידי הקרינה הנפלטת כדוה"א לחלל

: המולקולות של גזים מסוימים בולעות חלק עם אטמוספרהמהקרינה הנפלטת מפני כדוה"א ומקרינות אותה חזרה אל כדוה"א

+15C T=

המולקולות של הגזים המרכיבים את האטמוספרה "שקופות" לקרינה המגיעה מהשמש אבל בולעות חלק ניכר מהקרינה היוצאת מפני כדוה"א לחלל

- C18הטמפרטורה שהיתה לכדוה"א ללא אטמוספרה:•

+ C15הטמפרטורה עם האטמוספרה:•

, נובע 33C(=18-)-15ההפרש בין שתי הטמפרטורות, •מנוכחותם של גזים מסוימים )גזי חממה( במעטפת

הגזית של כדור הארץ - האטמוספרה

זהו אפקט החממה נסו לדמיין את החיים בישראל ללא אוהב/אויב:

בימי שרב!רקאטמוספרה כאשר השלג נמס

GH1: Due to the drastic difference between the temperatures of the Sun )5800C( and Earth )15C( the incoming solar energy is radiated as short waves )SW; ~0.5 m( while the outgoing energy from Earth is radiated as long waves )LW; ~10 m(

GH2:

1. Each gas molecule in the air “captures” radiation in different wavelength ranges

2. The total absorption near 0.5 m is low

3. The total absorption near 10 m is high

4. Energy radiated from Earth )10 m( is absorbed efficiently while that radiated from the Sun )0.5 m( just passes through

Note: H2O is more effective than CO2 in absorbing radiation

סכמה פשוטה של אפקט החממה האטמוספרי

Some gasses in the atmosphere (GHG) partially absorb outgoing LW radiation

סיכום: גזי חממה אבל גם CO2 ו- H2Oגזי החממה שבאטמוספרה )בעיקר •

CH4( בולעים ביעילות את הקרינה ארוכת הגל )10m )הנפלטת מפני כדוה"א אבל מאפשרים לקרינה קצרת הגל

(0.5m מהשמש לחדור את האטמוספרה ולהגיע לפני )השטח

כמחצית מהקרינה הנבלעת על ידי גזי החממה מוקרנת •חזרה לעבר פני השטח וגורמת לחימומו לטמפרטורות

הגבוהות מאלו שהיו לו אילו לא היו גזי חממה באטמוספרה

אפקט החממה(:הגברתמסקנה לוגית אפשרית )

באטמוספירה CO2עם העלאת הריכוז של יתחזק אפקט החממה )יותר קרינה ארוכת גל

T העלאת תיבלע באטמוספירה(

רצף האירועים נראה כך:

CO2 )EGHE( T

אנליזות כימיות ואיזוטופיות של בועיות אולם:אוויר זעירות שנלכדו בתוך הקרח שנקבר

בעומק גדול מתחת לפני השטח , VOSTOK)גלעיני קרח מ- באנטרקטיקה

הראו כי:תחנת המחקר הרוסית(

החנו את כל המכונית וכבו אתהאורות!!

השנים 420,000 ב- T, CO2, CH4. לשינויים ב- 1האחרונות יש מתאם גבוה. . ארבעה מחזורי חימום-קירור2

TCO2

T?אכן כך מה יכול היה לגרום לעליית אם

? T עם עליית CO2שאלה נוספת: מדוע עולה ריכוז ה- 50 א. באוקיאנוס )שחקן מרכזי במשחק האקלים( יש פי רמז: מאשר באטמוספרה. ב. מסיסותם של גזים במים CO2יותר

)חשבו על תתסססס של בקבוק קולה(Tיורדת עם העלייה ב-

ללא שריפה של דלקים רצף האירועים לא אבל: CO2יכול להתחיל עם עלייה בריכוז ה- באטמוספרה )אנחנו לא אשמים(

?האם ייתכן שרצף האירועים היה הפוך

הנשרפת מדי CO2: כמחצית מכמות ה-יתירה מכךשנה נקברת בתהליך מורכב למדי באוקיאנוס. קצב

אינו ידוע CO2ההתאמה של האוקיאנוס לעליית

בסדרת Tעל מנת למצוא את ה"אשם" ב המחזורים ב- 4 נזכור את Vostokהזמן של שנה 420000

התיאוריה שפיתח Milutinהאסטרופיסיקאי הסרבי

Milankovitch -של 30 בשנות ה )כל החישובים נעשו 20המאה ה-

ללא מחשב!( הצביעו על קיומם מחזורים באקלים כדוה"א 3של

הנובעים משינויים במסלול של תנועתו סביב השמש. זמני

100K ו- 20K, 40Kהמחזור הם: שנים.

שנים קשור לאקסצנטריות של 100,000המחזור של המסלול האליפטי המתקרב ומתרחק חליפות ממסלול

מעגלי

שנמדדו בקידוחי הקרח של ווסטוק יש הסבר פשוט Tאם כך – לשינויי )אולי(

האקלים של כדוה"א עובר באופן מתמיד הרבה שינויים. חלקם מחזוריים עם זמני מחזור שנעים

שנים )כתמי שמש( לעשרות אלפי שנים 11בין )אקסצנטריות, פרצסיה, ועוד( ואף יותר וחלקם לא

מחזוריים )התפרצויות געשיות, פגיעה של גופים מהחלל, אל-ניניו ועוד(.

לא את כל גורמי השינויים אנו מכירים כראוי

נתבונן לדוגמא בהשפעה של התפרצויות געשיות על T

השנים האחרונות יש 400 ב-Tלשינויי מתאם גבוה עם השינויים בקרינת השמש

רק כאשר הפעילות הוולקנית נמוכה.

( Pinatuboההתפרצות של הר הגעש פינאטובו ) T ב- 0.7C גרמה לירידה של כ- 1991ב-

אחד ה"כלים" המשמשים לחיזוי שינויים עתידיים אפשריים CO2באקלים כדוה"א בעקבות המשך העלייה בריכוז ה-

מודל נומריהוא

שורות( בהם 10,000מודלים אלו מהווים תכניות ענקיות )~)וגם את מה מתורגם לשפת מחשב כל מה שידוע לנו

בנוגע לתהליכים הפיסיקלים/כימיים שאיננו יודעים(המתרחשים באטמוספרה ומסביב לה )ים ויבשה(

המודלים האקלימיים הם מודלים מטאורולוגיים כאלה המשמשים באופן שגרתי לחיזוי מזג אוויר לטווחי זמן של

( מסיבי ע"מ שניתן simplification ימים שעברו פישוט )1-3 ולקבל את תוצאות 2100יהיה להריץ אותם עד שנת החישובים תוך שבוע/חודש

הבה נסקור את איכותם/דיוקם של מודלים אלו

. איך חוזים התפתחויות 3עתידיות?

ביצועי המודלים המשמשים לחיזוי

6תחזית לטמפרטורת המקסימום באותו יום )~1.שעות( ממקורות שונים )רדיו, טלביזיה, עיתונות

1-3Cכתובה, אינטרנט(: הבדלים של

ימים מגיעות ל- 1-3השגיאות בתחזית לטווח של 2.4C

אמינותם של תחזיות המשקעים נמוכה בהרבה3.

שנים( התחזית 65 )לפני WWIIלשם השוואה: ב-4. שעות שניתנה לטייסי ההפצצה 24האופרטיבית ל

גיחות 80,000)קרב( אפשרה ביצוע יעיל של כ- ביממה )ללא מחשבים או נתונים מחלליות!(

האם לאחר שמפשטים את המודלים )אנו מעוניינים לקבל את תוצאות החישוב לפני

הישיבה הבאה של הוועדה( ניתן לסמוך או 2050על תוצאות ה"תחזית" לשנת

2100?

החיזוי העתידי נעשה גם על סמך ניתוח מגמות עיתיות של שינויים עכשוויים )אקסטרפולציה(

היום אנו יכולים לבחון רק את טיבם של תחזיות העבר

: אתראה חמורה 1972מצד מדענים מודאגים:

העולם נמצא בפתחו של עידן קרח

מסקנה: הקירור הצפוי ... הוא מסדר גודל של תקופת הקרח האחרונה ... תוצאה מפתיעה שנצפתה במשקעים

ימייםלבריה"מ יש צוותים המנטרים את סיביר והקוטב והם כבר

בוחנים את משמעותם של השינויים הצפויים )מלחמה קרה!(

)ע"י התקררות :70עד סוף שנות ה- חלקיקים למרות חימום קל ע"י מולקולות

CO2)

לא התממשה 1Cהתחזית לירידת טמפרטורה של

There seems to be e general consensus that the Earth is at the start of a cooling period… .. a major, long-term change. ) An ice age(

: פניקת ההתחממות תופסת 80שנות ה-תאוצה

: הכפלת ריכוז ה- (70המודלים הראשונים )למעשה מאמצע שנות ה-CO2 תביא להעלאת T :1 בC.

אבל אינה 2C-6C גדולה יותר )T העלייה ב- מודלים מאוחרים יותר:אחידה בכל מעלות הרוחב(.

2000 צפוי לעלות עד שנת Tבהנחה שצריכת הדלק לא תשתנה (Y2K בשיעור של )1C-2C

!גם תחזית זו לא התממשה0.2-0.3C עלה רק ב- T 2000עד שנת

עלה במעט חלו שינויים דרסטיים בסביבה Tבזמן ש-המקומית

הסביבה המקומית )לוקלית(

מתרחשים 10C – 30Cשינויי טמפרטורה של • 0.5Cבאופן טבעי במהלך השנה. בשינוי של

האדם אינו מסוגל להבחין

הבעיות המקומיות משפיעות על איכות חייו של •האדם הממוצע הרבה יותר מאשר הבעיות

הגלובליות

יתירה מכך: בבעיות מקומיות ניתן לטפל )אם לא •לפתור באופן מלא( על ידי עיריה/מדינה ואין צורך

מדינות 200בהסכמה בין כ-

מדגם של בעיות מקומיות בהם יכולה ממשלה מקומית )עיר/מדינה( לטפל ביעילות )אך אינה(

איכות אוויר:•!(3עישון במקומות ציבוריים )הסרטן גורם המוות מספר –התקנת ממירים קטליטיים במכוניות )כנוביץ' מתהפך בקברו מאז שנות –

(60ה-מעבר לדלק דל-גופרית–"אוויר הרים צלול כיין" רק בשיר. בעונות המעבר זיהום האוויר בי-ם גבוה –

מזה שבת"א שנה. בת"א עדיין 30 נפתרה בעיית הערפיח כבר לפני Los Angelesב –

איש מדי שנה בגלל פגעי זיהום האוויר! 1000מתים

: בארות מים מתוקים באקוויפר החוף איכות מי שתיה•נסגרות בגלל זיהום או המלחה )תהליך בלתי הפיך(.

ליטר מי נביעות עולה כמו ליטר בנזין )ונמכרים הרבה ליטרים(

הראות הירוקת נעלמות )גן העצמאות ננגס בקביעות(•מטרדי רעש אינם מטופלים )מסלול המראה מנתב"ג •

הועבר לאחרונה אל מעל בני עטרות; קטנועים קצוצי משתק(

לסיכום: העולמיתקיטורים על הקורה בזירה

אינם תחליף ראוי לפעולה בזירה המקומית

סיכום: אפקט החממה

חלק מהגזים הנמצאים באטמוספירה )גזי •חממה( מאפשרים לקרינת השמש )קצרת גל( לחדור אל פני כדוה"א אבל בולעים חלק ניכר מהקרינה הנפלטת מפני כדוה"א )ארוכת גל(.

: מה יכול להגדיל את ריכוזם של גזי 1שאלה החממה?

: מה תהיה התוצאה של הגדלת ריכוזם 2שאלה של גזי החממה באטמוספירה?

להשוואה:בנוגה )=וונוס;

מרחק מהשמש כ –

מליון 110ק"מ; לחץ

אטמוספרי: פי מזה שעל 90

כדור הארץ!( פני השטח

חמים ב- 450C !

מהטמפרטורה האקווילנטית

האקוויולנטית של כדוה"אהטמפרטורה

הטמפרטורה האקוויולנטית:•

150הטמפרטורה של "סלע" הנמצא במרחק של מליון ק"מ מהשמש )כגון, כדור הארץ ללא

אטמוספירה(.

הטמפרטורה נקבעת על ידי איזון )שיווי משקל( בין •הקרינה המגיעה אל כל מ"ר מפני ה-"סלע"

והקרינה הנפלטת ממנו.

קרינה נבלעת = קרינה נפלטת בהתאם למרחק

מהשמש, תכונות פני השטח )קרח(

בהתאם לטמפרטורת ה-"סלע" )קרינת גוף שחור;

תנור חימום(

Table 1

[Region]PlaceDateDegrees

FahrenheitDegrees

Centigrade

World (Africa)El Azizia, LibyaSept. 13, 192213658

North America (US)Death Valley, Calif.July 10, 191313457

AsiaTirat Tsvi, IsraelJune 21, 194212954

AustraliaCloncurry, QueenslandJan. 16, 188912853

EuropeSeville, SpainAug. 4, 188112250

South AmericaRivadavia, ArgentinaDec. 11, 190512049

CanadaMidale and Yellow

Grass, Saskatchewan, Canada

July 5, 193711345

Persian Gulf )sea-surface( Aug. 5, 19249636

AntarcticaVanda StationJan. 5, 19745915

South PoleDec. 27, 19787.5-14