אפקט החממה
אפקט החממה הוא תהליך שבו גזי חממה באטמוספירה של כוכב לכת גורמים להחזר של קרינה אלקטרומגנטית אינפרה אדומה אל פני השטח שלו, ובכך גורמת להתחממות שלו. מקור השם הוא באנלוגיה מוטעית לחימום של אוויר בתוך חממה יחסית לאוויר מחוץ לה (ראו הסבר בהמשך). הטמפרטורה הממוצעת של פני השטח של כדור הארץ עומדת על כ-15 מעלות צלזיוס. בהעדר אפקט החממה הטמפרטורה הייתה קרה יותר בכ-33 מעלות צלזיוס - מתחת לנקודת הקיפאון של מים. מים זורמים הם חיוניים לשם קיום של תהליכים ביולוגיים, משום כך אפקט החממה הוא בעצם גורם חיוני לקיום ההחיים על פני כדור הארץ המודל הוצע לראשונה על ידי הכימאי השוודי סוונטה אוגוסט אהרניוס בשנת 1896.
במאה השנים האחרונות קיימת מגמה של התחממות עולמית של האטמוספירה ושל האוקיינוסים. כיום ישנה תמיכה רחבה בקרב חוקרי האקלים בתאוריה המדעית כי ההסבר להתחממות זו היא שהתעצמות אפקט החממה של כדור הארץ, שמקורה בפעילות של בני אדם (בעיקר עקב פליטת גזי חממה מסוג פחמן דו חמצני ומתאן), גורמת ללכידת חום רב יותר ומכאן להתחממות עולמית [1]. לעיתים קרובות מכחישי אקלים מבלבלים את הציבור בין אפקט החממה לבין התחממות עולמית וטוענים לדוגמה כי "אין מה לפחד מאפקט החממה" ומציינים כי הוא דבר חיוני - עובדה זו היא נכונה אבל יוצרת רושם מטעה ומבלבל.
התאוריה של התגברות אפקט החממה והתחממות האקלים לא תמיד הייתה מקובלת על כל המדענים. בשנות ה-60 וה-70 שררו ויכוחים עזים בין כמה מחנות - אלו שטענו שלא צפוי כל שינוי באקלים, אלו שטענו כי צפויה התקררות עולמית ומחנה נוסף שטען כי קיימת סכנת התחממות עולמית עם הזמן התגברו הראיות לטובת תאוריה זו ותאוריות אחרות נכשלו. כמו כן הסברים אחרים שהוצעו לשם הסבר של מגמות ההתחממות נפסלו בשל ראיות שהצטברו עם השנים. בין היתר התאוריה ניבאה בהצלחה את עצם קיום ההתחממות ארוכת הטווח, וכן היבטים אחרים כמו התקררות של השכבה העליונה של האטמפוספירה - בגלל שחום רב יותר נאגר כיום בשכבות התחתונות יותר. ניבוי מוצלח נוסף היה התחממות מוגבלת של הקטבים.
מנגנון בסיסי של אפקט החממה
כדור הארץ מקבל את רוב האנרגיה שלו מהשמש. אנרגיה זו מגיעה באורכי גל שונים של קרינה כמו אולטרה-סגול, אור נראה, וקרינה קרובה לאולטרה-אדום. מתוך סך כמות האנרגיה שזמינה בחלק הגבוה של האטמוספירה רק כ-50% נקלטת על ידי פני השטח של כדור הארץ. היות וכדור הארץ הוא גוף חם, פני השטח שלו פולטים קרינת אינפרה-אדומה שרחוקה מאור נראה. רוב הקרינה האינפרה אדומה הזאת (שנפלטת לכיוון החלל) נקלטת על ידי האטמוספירה (שמתחממת כתוצאה מכך) וחלק מהקרינה הזאת נשברת בדומה לאור נראה - חלקה מוחזר לכדור הארץ וחלקה מוחזר כלפי מעלה. הקרינה האינפרה-אדומה שמוחזרת אל כדור הארץ נקלטת על ידי פני השטח שלו שמתחממים עוד יותר מכך. לכידה זו של קרינה אינפרה אדומה בעלת אורך-גל ארוך מובילה לטמפרטורה גבוהה יותר יחסית למצב שבו לכדור הארץ לא היתה אטמוספירה כלל. הפרש טמפרטורה זה הוא "אפקט החממה".
- הקרינה שנכנסת אל כדור הארץ היא ברובה באורכי גל קרובים לאור הנראה, בעיקר בטווחים של 0.2-4 μm. כמעט חצי מקרינה זו היא בצורה של אור נראה (ההסבר לכך הוא כי העיניים שלנו ושל חלק גדול מבעלי החיים האחרים התפתחו כדי לראות בצורה טובה תוך שימוש בקרינה באורך גל זה).
- כ-50% מהקרינה נקלטת על ידי פני השטח של כדור הארץ והשאר מוחזר אל החלל או נקלט על די האטמוספירה. האור החוזר אל החלל - בעיקר אור שמוחזר על ידי עננים - יוצא החוצה ואובד למערכת של כדור הארץ.
- האנרגיה שנקלטת על ידי פני השטח של כדור הארץ גורמת להתחממות פני השטח. הצגות פשוטות של אפקט החממה כמו מודל אפקט החממה האידאלי מראה שחום זה נפלט בצורה של קרינת חום. המציאות יותר מסובכת: האטמוספירה הקרובה לפני השטח היא כמעט אטומה לקרינה אינפרה אדומה (עם יוצאי דופן חשובים של רצועות "חלון") ורוב החום שבורח מפני השטח הוא על ידי מנגנונים של הסעת חום סמויה. הפסדי אנרגיה כתוצאה מקרינה הופכים להיות חשובים יותר באזורים גבוהים יותר באטמוספירה במקום שיש פחות אדי מים, שהם גז חממה חשוב. מציאותי יותר לחשוב על אפקט החממה כתהליך שמתרחש במשטח שממוקם באמצע הטרופוספירה.
כאמור כמעט כל האנרגיה שמגיעה לפני השטח של כדור הארץ מקורה באנרגיה סולארית מהשמש. קרינה זו בקצה העליון של האטמוספירה מספקת הספק אנרגטי שנתי של 1366 וואט למטר רבוע בממוצע. אבל אפקטים גאומטרים ומשטחים מחזירי אור מגבילים את כמות האור הנקלט לממוצע של כ-235 וואט למטר רבוע בממוצע. אם זו היתה כמות החום שמתקבלת בפני השטח, אזי, אם נזניח שינויים באלבדו (החזר קרינה), פני השטח של כדור הארץ היו מצויים בטמפרטורה של מינוס 18 מעלות צלזיוס (Lashof 1989). מעל 75% מהחום שנקלט באטמוספירה נקלט בגלל פעילותם של גזי חממה שבולעים קרינת חום הנפלטת על ידי פני השטח של כדור הארץ. האטמוספירה בתורה מעבירה את האנרגיה שקיבלה אל החלל (38%) ואל פני השטח של כדור הארץ (62%). הכמויות האלה תלויות בחום ובדחיסות של האטמוספירה. תהליך זה שבו יש מחזור של אנרגיה שמחמם את פני כדור הארץ הוא חלק מהותי מהאקלים של כדור הארץ.
| התחממות עולמית |
בתנאים יציבים, (ללא שינוי באפקט החממה) כמות האנרגיה הכוללת שנכנסת לכדור הארץ מהשמש, שווה בדיוק לכמות האנרגיה, מה שמאפשר טמפרטורה יציבה (ממוצעת) בכדור הארץ על פני זמן. עם זאת מדידות מהשנים האחרונות מצביעות על כך שכדור הארץ קולט קרינה עודפת בכמות של 0.85 וואט למטר רבוע (עם מרווח שגיאה של 0.15 וואט למטר רבוע). רוב מדעני האקלים חושבים שאי-סימטריה זו של מאזן האנרגיה נובעת מהגדלת הפליטות של גזי חממה על ידי בני אדם. [2]
ההבדל בין אפקט החממה להתחממות עולמית
קיים הבדל בין אפקט החממה הקיים בזמן נתון, לבין התהליך של התחממות עולמית, ובמיוחד בגורמים המשפיעים על שני הדברים.
גזי חממה גורמים לספיגת קרינה של חלקים מהספקטרום האלקטרומגנטי (בתחום התת אדום) המוחזר מכדור הארץ. הגזים השונים משפיעים על אזורי אורך-גל שונים, ובין חלק מהם יש חפיפה באזורי הספקטרום. בנוסף לכך, בחלק מאורכי-הגל קיים כבר כיום אפקט חממה שקרוב ל-100%. הוספת גזי חממה שישפיעו על אורכי-גל אלה, משפיעה מעט מאוד על הגידול בהתחממות העולמית. באורכי-גל אחרים, כמות הבליעה נמוכה, ותוספת של גזי חממה בהם היא משמעותית יותר. זו אחת הסיבות מדוע התרומה של גז חממה לאפקט החממה הקיים, שונה מתרומת אותו גז להתחממות העולמית.
השפעת אדי מים על אפקט החממה ועל התחממות עולמית
אדי מים הם גז החממה העיקרי בכדור הארץ, והם התורמים העיקריים לאפקט החממה הקיים. לעומת זאת הם בעלי השפעה מוגבלת על תהליך ההתחממות העולמי. הקיבולת המקסימלית של אדי המים באטמוספירה נקבעת על ידי הטמפרטורה שלה. כאשר האטמוספירה מתחממת היא יכולה להכיל כמות גבוהה יותר של אדי מים. אם מוסיפים עוד אדי מים, מעל יכולת הקיבולת המקסימלית, הם מתעבים בצורת משקעים שונים כמו טל או גשם ויוצאים מתוך האטמוספירה. מסיבה זו, כמות אדי המים באטמוספירה מוגבלת לגודל מקסימלי בכל טמפרטורה נתונה. הכמות האמיתית של אדי מים באטמוספירה משתנה במהירות על ידי אירועי מזג אוויר - בתוך מספר ימים. לעומת זאת גזי חממה כמו פחמן דו חמצני או מתאן נמצאים באטמוספירה במשך עשרות שנים.
הדבר דומה לשימוש בשמיכות שונות לכיסוי ילד ישן. בעוד שאדי מים מייצגים שמיכה "חמה" יותר (שגורמת לבידוד טוב יותר) - לדוגמה שמיכת פוך, פחמן דו חמצני הוא שמיכה "חמה" פחות - לדוגמה שמיכת צמר. אבל הוספת שמיכת הפוך נמשכת למשך שניות בודדות, לפני שהיא נזרקת על ידי הילד, בעוד ששמיכת הצמר נשארת על הילד כל הלילה. במצב זה שמיכת הצמר גרמה לבידוד טוב יותר יחסית לשמיכת הפוך, למרות שבמשך זמן נתון היא מבודדת פחות טוב.
העובדה שאדי מים הם גז החממה העיקרי מבלבלת אנשים רבים ומנוצלת על ידי גורמים המעורבים בהכחשת אקלים כדי לטעון כי לפליטה של פחמן דו חמצני אין השפעה מהותית על ההתחממות העולמית. דוגמה לטענה זו מופיעה בסרט התרמית הגדולה של ההתחממות העולמית, אבל מוסברת על ידי מדענים שונים כטעות בסיסית או פשוט דיסאינפורמציה.
אפקט החממה בכוכבים אחרים
כוכב הלכת נוגה הוא בעל אטמוספירה דחוסה המורכבת מגזי חממה רבים, בהתאם לכך הוא הכוכב בעל אפקט החממה החזק ביותר במערכת השמש, ובעל טמפרטורת פני השטח של 460 מעלות צלזיוס. וכך, נוגה חם יותר מכוכב חמה אף על פי שהוא מקבל רק רבע מכמות קרינת השמש יחסית אליו.
ההבדל בין אפקט החממה לחממה רגילה
אפקט החממה האטמוספרי שונה מהמנגנון שפועל בחממה רגילה, שמתבסס בעיקר על כליאת אוויר שמונעת העברת חום.
בחממה מעשה ידי אדם, אור נכנס פנימה דרך חלונות הזכוכית, פוגע באדמה וגורם לה לפלוט קרינה אינפרה-אדומה שמחממת את האוויר. האוויר החם לכוד בחממה ואינו יכול לצאת, ודבר זה גורם להתחממות. אם פותחים פתח קטן בקצה העליון של החממה, הטמפרטורה בה יורדת באופן משמעותי, שכן האוויר החם יוצא החוצה.
לעומת זאת, אפקט החממה האטמוספרי, מבוסס על אפקט אחר - בדומה למראה שמחזירה אור נראה, גזי חממה מחזירים קרינה אלקטרומגנטית אינפרה-אדומה שנפלטת מכדור הארץ, ותוספת קרינה זו שמוקרנת חזרה אל כדור הארץ זו תורמת להתחממות פני השטח שלו.
ראו גם
קישורים חיצוניים
- אפקט החממה בוויקיפדיה האנגלית
- הסבר על מים כחלק מאפקט החממה, skeptical science
- "אלו אדי המים לא הפחמן הדו חמצני" הסבר באתר The American Chemical Society
- מדוע פחמן דו חמצני מקבל את רוב תשומת הלב כאשר יש כל כך הרבה גזי חממה אחרים?, ארגון המדענים המודאגים
- גזי חממה - מתוך המדריך לסטודנט על שינויי אקלים, הסוכנות להגנת הסביבה, ארצות הברית.
- מיתוס אקלימי: פחמן דו חמצני הוא לא גז-החממה החשוב ביותר, newscientist
