פרופ' נתן פלדור, החוג למדעי כדור הארץ באוניברסיטה העברית "שינויי אקלים גלובליים – עובדות ומיתוסים", אתר משרד ראש הממשלה, המועצה לכלכלה, 6 בנובמבר 2007.
1. שינויי אקלים גלובליים:
עובדות ומיתוסים
(או: מכונת האקלים המורכבת של כדוה"א)
פרופ' נתן פלדור
המכון למדעי כדור הארץ
האוניברסיטה העברית בירושלים
מועצה לכלכלה – 6/נובמבר/7002
2. על מה נדבר:
שינויי טמפרטורה גלובליים (או מבט מקרוב על עליית 1.
הטמפרטורה בטווחי זמן שונים)
אפקט החממה (מה זה בדיוק? האם זה טוב או רע 2.
לאדם? שינויים בעבר הקרוב) והקשר שלו לשינויי
טמפרטורה
מהי יכולת החיזוי העתידית שלנו? (מוגבלת למדי. קצת 3.
צניעות בבקשה)
הסביבה המקומית. כאן טמונות הבעיות המהותיות 4.
אשר נדחקות לשוליים בגלל בעיות "גלובליות" משניות
3. 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)
4. העלייה בכמות ה- 2 COהנפלטת ע"י האדם
לאטמוספרה והשינויים בריכוזו
5. CO2 concentration in the atmosphere measured in the observatory on
Mona Loa (Hawaii) starting from 1957 using identical calibrated means
6. את עליית הטמפרטורה הגלובלית ניתן לקשור
לעלייה בריכוז ה- 2( COכתוצאה משריפת
דלקים מאובנים) באמצעות אפקט החממה
נתבונן תחילה באופן מדוקדק בהשתנות הטמפ'
הגלובלית ( )Tבטווחי זמן שונים
לאחר מכן נסביר את מהותו של אפקט החממה
ואת התפקיד שממלא בו גז ה- 2CO
7. 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)
9. במהלך ההיסטוריה הגיאולוגית של כדוה"א (עשרות מיליוני
שנים) האקלים אופיין על ידי טמפרטורה גלובלית גבוהה
(בהרבה) מזו של היום! אנו חיים בעידן קריר
10. ?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
11. מה ניתן להסיק מהשתנות Tמאז תקופת הקרח
האחרונה?
א. לאחר המקסימום ה"הולוקני" לפני 0005 שנה בו היתה T
גבוהה ב- 1Cמזו של היום התפתח העולם לציוויליזציה כפי
שאנחנו מכירים אותה כיום. לא קטסטרופה נוראית כ"כ.
ב. בערך לפני 000,01 שנים ( T )Younger Dryasעלתה
באופן מונוטוני בשיעור של 2.5Cתוך "הרבה עשורים".
להשוואה, ב 051 השנים האחרונות עלתה הטמפרטורה עליה
לא מונוטונית בשיעור של .0.7C
13. סיכום התצפיות של עליית Tבאלף האחרון
:
1. שינויי Tבשיעור של 1Cקרו באופן טבעי
2. ב "תקופת הקרח הקטנה" (המאות 91-41) היו
שינויים ב Tבשיעור של 0.5Cתוך כ- 001
שנה
3. שינויים אלו התרחשו לפני המהפכה התעשייתית
וללא שום שינוי מוחשי בריכוז ה- 2CO
מסקנה: הן הגודל והן הקצב של עליית Tבמאה ה-02 אינם
נדירים בהיסטוריה האקלימית של כדור הארץ
14. 2. אפקט החממה והשפעתו על האקלים
The “engine” of Earth’s climate is the Sun that radiates its warming energy
15. 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
ללא אטמוספרה: קרינת השמש המחממת את כדוה"א מאוזנת בדיוק על
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
T= -18C ידי הקרינה הנפלטת כדוה"א לחלל
average surface temperature would be -18°C (0°F).
16. עם אטמוספרה: המולקולות של גזים מסוימים בולעות חלק מהקרינה
הנפלטת מפני כדוה"א ומקרינות אותה חזרה אל כדוה"א T= +15C
17. המולקולות של הגזים המרכיבים את האטמוספרה
"שקופות" לקרינה המגיעה מהשמש אבל בולעות חלק
ניכר מהקרינה היוצאת מפני כדוה"א לחלל
-18C • הטמפרטורה שהיתה לכדוה"א ללא אטמוספרה:
+15C • הטמפרטורה עם האטמוספרה:
• ההפרש בין שתי הטמפרטורות, ,15-(-18)=33Cנובע
מנוכחותם של גזים מסוימים (גזי חממה) במעטפת הגזית של
כדור הארץ - האטמוספרה
זהו אפקט החממה
אוהב/אויב: נסו לדמיין את החיים בישראל ללא אטמוספרה
כאשר השלג נמס רק בימי שרב!
18. 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)
19. 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
20. סכמה פשוטה של אפקט החממה האטמוספרי
Some gasses in the atmosphere (GHG) partially absorb outgoing LW radiation
21. סיכום: גזי חממה
• גזי החממה שבאטמוספרה (בעיקר H2Oו- 2 COאבל גם 4)CH
בולעים ביעילות את הקרינה ארוכת הגל ( )10mהנפלטת מפני
כדוה"א אבל מאפשרים לקרינה קצרת הגל ( )0.5mמהשמש
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
מסקנה לוגית אפשרית (הגברת אפקט החממה):
עם העלאת הריכוז של 2 COבאטמוספירה יתחזק
אפקט החממה (יותר קרינה ארוכת גל תיבלע
באטמוספירה) העלאת T
22. רצף האירועים נראה כך:
CO2 (EGHE) T
החנו את כל המכונית וכבו את האורות!!
אולם: אנליזות כימיות ואיזוטופיות של בועיות
אוויר זעירות שנלכדו בתוך הקרח שנקבר בעומק
גדול מתחת לפני השטח באנטרקטיקה (גלעיני
קרח מ- ,VOSTOKתחנת המחקר הרוסית)
הראו כי:
23. 1. לשינויים ב- CH4 ,CO2 ,Tב- 000,024 השנים
האחרונות יש מתאם גבוה.
2. ארבעה מחזורי חימום-קירור
24. אבל: ללא שריפה של דלקים רצף האירועים לא יכול
להתחיל עם עלייה בריכוז ה- 2 COבאטמוספרה
(אנחנו לא אשמים)
האם ייתכן שרצף האירועים היה הפוך?
2TCO
אם אכן כך מה יכול היה לגרום לעליית ?T
שאלה נוספת: מדוע עולה ריכוז ה- 2 COעם עליית ?T
רמז: א. באוקיאנוס (שחקן מרכזי במשחק האקלים) יש פי 05
יותר 2 COמאשר באטמוספרה. ב. מסיסותם של גזים במים
יורדת עם העלייה ב- ( Tחשבו על תתסססס של בקבוק קולה)
25. יתירה מכך: כמחצית מכמות ה-2 COהנשרפת מדי שנה
נקברת בתהליך מורכב למדי באוקיאנוס. קצב ההתאמה
של האוקיאנוס לעליית 2 COאינו ידוע
26. על מנת למצוא את ה"אשם" ב Tבסדרת הזמן
של Vostokנזכור את 4 המחזורים ב- 000024
שנה
התיאוריה שפיתח האסטרופיסיקאי
הסרבי Milutin Milankovitch
בשנות ה- 03 של המאה ה-02 (כל
החישובים נעשו ללא מחשב!)
הצביעו על קיומם של 3 מחזורים
באקלים כדוה"א הנובעים משינויים
במסלול של תנועתו סביב השמש.
זמני המחזור הם: 40K ,20Kו-
100Kשנים.
27. המחזור של 000,001 שנים קשור לאקסצנטריות של המסלול
האליפטי המתקרב ומתרחק חליפות ממסלול מעגלי
אם כך – לשינויי Tשנמדדו בקידוחי הקרח של ווסטוק יש הסבר פשוט (אולי)
28. האקלים של כדוה"א עובר באופן מתמיד הרבה שינויים.
חלקם מחזוריים עם זמני מחזור שנעים בין 11 שנים
(כתמי שמש) לעשרות אלפי שנים (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
29. לשינויי Tב-004 השנים האחרונות יש מתאם
גבוה עם השינויים בקרינת השמש רק כאשר
הפעילות הוולקנית נמוכה.
30. ההתפרצות של הר הגעש פינאטובו ( )Pinatuboב-
1991 גרמה לירידה של כ- 0.7Cב- T
31. 3. איך חוזים התפתחויות עתידיות?
אחד ה"כלים" המשמשים לחיזוי שינויים עתידיים אפשריים
באקלים כדוה"א בעקבות המשך העלייה בריכוז ה-2 COהוא
מודל נומרי
מודלים אלו מהווים תכניות ענקיות (~000,01 שורות) בהם
מתורגם לשפת מחשב כל מה שידוע לנו (וגם את מה שאיננו
יודעים) בנוגע לתהליכים הפיסיקלים/כימיים המתרחשים
באטמוספרה ומסביב לה (ים ויבשה)
המודלים האקלימיים הם מודלים מטאורולוגיים כאלה המשמשים
באופן שגרתי לחיזוי מזג אוויר לטווחי זמן של 3-1 ימים שעברו
פישוט ( )simplificationמסיבי ע"מ שניתן יהיה להריץ אותם
עד שנת 0012 ולקבל את תוצאות החישובים תוך שבוע/חודש
הבה נסקור את איכותם/דיוקם של מודלים אלו
32. ביצועי המודלים המשמשים לחיזוי
1. תחזית לטמפרטורת המקסימום באותו יום (~6
שעות) ממקורות שונים (רדיו, טלביזיה, עיתונות
כתובה, אינטרנט): הבדלים של 1-3C
2. השגיאות בתחזית לטווח של 3-1 ימים מגיעות ל-
4C
3. אמינותם של תחזיות המשקעים נמוכה בהרבה
4. לשם השוואה: ב-( WWIIלפני 56 שנים) התחזית
האופרטיבית ל 42 שעות שניתנה לטייסי ההפצצה
(קרב) אפשרה ביצוע יעיל של כ- 000,08 גיחות
ביממה (ללא מחשבים או נתונים מחלליות!)
33. האם לאחר שמפשטים את המודלים (אנו
מעוניינים לקבל את תוצאות החישוב לפני
הישיבה הבאה של הוועדה) ניתן לסמוך על
תוצאות ה"תחזית" לשנת 0502 או 0012?
החיזוי העתידי נעשה גם על סמך ניתוח מגמות עיתיות
של שינויים עכשוויים (אקסטרפולציה)
היום אנו יכולים לבחון רק את טיבם של תחזיות העבר
34. מסקנהצוותים המנטרים את הוא מסדר גודל של תקופת הקרח
לבריה"מ יש : הקירור הצפוי ... סיביר והקוטב והם כבר
האחרונה ... תוצאההשינויים הצפויים (מלחמה קרה!) ימיים
בוחנים את משמעותם של מפתיעה שנצפתה במשקעים
2791: אתראה חמורה
מצד מדענים מודאגים:
העולם נמצא בפתחו של
עידן קרח
35. עד סוף שנות ה- 07: התקררות (ע"י חלקיקים
)CO2 למרות חימום קל ע"י מולקולות
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)
1 לא התממשהC התחזית לירידת טמפרטורה של
36. שנות ה-08: פניקת ההתחממות תופסת תאוצה
המודלים הראשונים (למעשה מאמצע שנות ה-07): הכפלת ריכוז ה- 2CO
תביא להעלאת Tב: .1C
מודלים מאוחרים יותר: העלייה ב- Tגדולה יותר ( 2C-6Cאבל אינה
אחידה בכל מעלות הרוחב).
בהנחה שצריכת הדלק לא תשתנה Tצפוי לעלות עד שנת 0002 ()Y2K
בשיעור של 1C-2C
גם תחזית זו לא התממשה!
עד שנת 0002 Tעלה רק ב- 0.2-0.3C
בזמן ש- Tעלה במעט חלו שינויים דרסטיים בסביבה המקומית
37. הסביבה המקומית (לוקלית)
• שינויי טמפרטורה של 10C – 30Cמתרחשים
באופן טבעי במהלך השנה. בשינוי של 0.5Cהאדם
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
בהסכמה בין כ- 002 מדינות
38. מדגם של בעיות מקומיות בהם יכולה ממשלה
מקומית (עיר/מדינה) לטפל ביעילות (אך אינה)
• איכות אוויר:
עישון במקומות ציבוריים (הסרטן גורם המוות מספר 3!) –
התקנת ממירים קטליטיים במכוניות (כנוביץ' מתהפך בקברו מאז שנות ה-06) –
מעבר לדלק דל-גופרית –
"אוויר הרים צלול כיין" רק בשיר. בעונות המעבר זיהום האוויר בי-ם גבוה מזה –
שבת"א
ב Los Angelesנפתרה בעיית הערפיח כבר לפני 03 שנה. בת"א עדיין מתים –
0001 איש מדי שנה בגלל פגעי זיהום האוויר!
• איכות מי שתיה: בארות מים מתוקים באקוויפר החוף
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)
40. 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).
שאלה 1: מה יכול להגדיל את ריכוזם של גזי
החממה?
שאלה 2: מה תהיה התוצאה של הגדלת ריכוזם של
גזי החממה באטמוספירה?
42. הטמפרטורה האקוויולנטית של כדוה"א
• הטמפרטורה האקוויולנטית:
הטמפרטורה של "סלע" הנמצא במרחק של 051 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 לטמפרטורת ה-"סלע" בהתאם למרחק מהשמש,
(קרינת גוף שחור; תנור חימום) תכונות פני השטח (קרח)
43. Degrees Degrees
[Region] Place Date
Fahrenheit Centigrade
World (Africa) El Azizia, Libya Sept. 13, 1922 136 58
North America (US) Death Valley, Calif. July 10, 1913 134
Table 1
57
Asia Tirat Tsvi, Israel June 21, 1942 129 54
Australia Cloncurry, Queensland Jan. 16, 1889 128 53
Europe Seville, Spain Aug. 4, 1881 122 50
South America Rivadavia, Argentina Dec. 11, 1905 120 49
Midale and Yellow Grass,
Canada Saskatchewan, Canada
July 5, 1937 113 45
Persian Gulf (sea-surface) Aug. 5, 1924 96 36
Vanda Station Jan. 5, 1974 59 15
Antarctica
South Pole Dec. 27, 1978 7.5 -14