פחמן דו-חמצני

פחמן דו-חמצני, נקרא גם דו-תחמוצת הפחמן, (באנגלית: Carbon dioxide‏; CO₂ בכתיב כימי), הוא גז (בטמפרטורת החדר) המהווה תרכובת של פחמן וחמצן. כל מולקולה של CO₂ מורכבת מאטום פחמן (C) אחד ושני אטומי חמצן (O), הקשורים אליו בקשר קוולנטי כפול. זהו גז חסר צבע. שכיחותו באטמוספירה נמוכה יחסית - רק 0.035 אחוזים.

התחממות עולמית

אפקט החממה שינויי אקלים גרף מקל ההוקי גז חממה מחזור הפחמן פוטנציאל התחממות עולמית עמעום עולמי החמצת אוקיינוסים נקודות מפנה במערכת האקלים מודל אקלימי הפנל הבין-ממשלתי לשינוי האקלים השפעות ההתחממות העולמית השפעות כלכליות דו"ח שטרן הכחשת אקלים התחממות גלובלית - מורה נבוכים שינויי אקלים בישראל

פחמן דו-חמצני הוא אחד הגזים שמרכיבים את האטמוספירה של כדור הארץ ויש לו חלק חשוב בתהליכים ביולוגיים, אקולוגיים וגאופיסיים רבים. כחלק ממחזור הפחמן, הפחמן הדו חמצני זורם מהאטמוספירה ואל האטמוספירה ממאגרים נוספים כמו תרכובות פחמן בבעלי חיים וצמחים וכן ממאגרי הפחמן הדו חמצני המומס המצויים באוקיינוסים.

הפחמן הדו חמצני הוא גז החממה המרכזי בכדור הארץ. למרות כמותו הקטנה יחסית לגזי חממה אחרים כמו אדי מים, זמן השהייה הארוך שלו באטמוספירה (עשרות שנים) גורם לכך שהוא מהווה חלק חשוב באפקט החממה. התאוריה המקובלת בקרב רוב מדעני העולם העוסקים בתחום האקלים טוענת שפליטות אנושיות של פחמן דו חמצני שנפלטו בתהליכי בעירה של דלק מחצבי כמו גם תהליכים תעשייתיים וחקלאיים אחרים מאז המהפכה התעשייתית, גרמו לעליית אחוזי הפחמן הדו חמצני באטמוספירה ובכך הובילו להתחממות עולמית.

מתקיימים מאמצים גדולים להפחית את כמות הפחמן הדו חמצני שנפלט על ידי בני האדם - בין היתר על ידי התייעלות אנרגטית ומעבר לאנרגיה מתחדשת או לאנרגיה גרעינית. עם זאת, השימוש בדלק מחצבי (פחם, נפט וגז טבעי) שפולט פחמן דו חמצני תוך כדי בעירה עדיין נפוץ מאוד ומהווה את רוב משק האנרגיה העולמי, כך שפליטות הגז רק גדלות עם השנים, גם אם יש מקומות שהצליחו להקטין את הפליטה המקומית של גזי חממה.

ריכוז הפחמן דו-חמצני באטמוספירה

ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה של כדור הארץ נמצא בעליה מתמדת במאות השנים האחרונות בעקבות המהפכה התעשייתית וכן בגלל גידול אוכלוסיית העולם.

על פי ארגון המטאורולוגיה העולמי (WMO) ריכוז הפחמן הדו-חמצני (CO₂) באוויר הגיע ל-403.3 חלקיקים למיליון בשנת 2016, לעומת 400 בשנת 2015. זה היה שיא הריכוז עד לשנה זו. על פי הדו"ח, הגידול עלול להביא להתחממות של 3 מעלות צלזיוס ולעלייה של כ-20 מטרים בגובה פני הים. עוד עולה מהדו"ח כי חוקרי הארגון אמרו כי שילוב זיהום האוויר מעשה ידי אדם ושנת האל-ניניו גרמו לשיא החדש. [1] [2]

ב-11 במאי 2019 מדדו מדענים במצפה Mauna Loa בהוואי, ריכוז פחמן דו חמצני של 415 ppm, הריכוז הגבוה ביותר זה 2.5 מיליון שנה.

פחמן דו חמצני באוקיינוסים

ערך מורחב – החמצת אוקיינוסים

כמות הפחמן הדו חמצני המומסת במי האוקיינוסים גדולה בערך פי 50 מאשר הכמות שנמצאת באטמוספירה. במי ים, פחמן דו חמצני מופיע בצורה של CO₂ וכן בצורה של חומצה פחמתית (H₂CO₃) וביקרבונט (^-HCO₃). האוקיינוסים והימים משמשים כ"כיור פחמן" ענקי במסגרת מחזור הפחמן בטבע. כשליש מהפחמן הדו חמצני שנפלט כתוצאה מפעילות אנושית נקלט בים.

מסיסות הגז במי הים (היכולת של המים להכיל גז) יורדת כאשר הטמפרטורה עולה (מלבד בלחצים גבוהים של מעל 300 בר וטמפרטורה של מעל 393 מעלות, דבר שמתרחש רק ליד מעיינות חמים ועמוקים בקרקעית הים). דבר זה דומה לתופעה שבה פחמן דו חמצני בורח ממשקה מוגז שמתחמם. מסיבה זו, קצב הקליטה של פחמן דו חמצני מהאטמוספירה יורד כאשר טמפרטורת הים עולה.

רוב הפחמן הדו חמצני שנקלט מהאטמוספירה אל תוך הים, יוצר חומצה פחמתית שנמצאת בשיווי משקל כימי עם ביקרבונט. חלק מכמות זו נצרכת על ידי פעילות פוטוסינתטית, שמוציאה פחמן ממי הים. ריכוזי פחמן גבוהים יותר באטמוספירה הובילו לאלקניות נמוכה יותר של מי הים, ויש חשש שדבר זה יוביל להשפעות שליליות על יצורים חיים בים. במיוחד, אלקניות יורדת מובילה להקטנת הזמינות של קרבונטים הדרושים לשם יצירת קונכיות, אם כי קיימות גם עדויות להגדלת הייצור של קונכיות בקרב מספר מינים.

השפעת ריכוז פחמן דו חמצני על פוריות צמחים

בעקרון ככל שריכוז פחמן דו חמצני באטמוספרה גבוה יותר כך הדבר משפר פוריות של צמחים. אבל באקולוגיה ובתהליכים רבים מתקיים חוק החבית של לייביג - זה לא משנה כמה גורם מסויים נמצא בעודף כאשר מרכיבים אחרים שחיוניים לתהליך נמצאים בחוסר. אז רכיבים אלה הופכים להיות גורם מגביל.

כמות הפחמן הדו חמצני באטמוספרה היא בדרך כלל לא גורם מגביל ליצרנות צמחים במערכות טבעיות. הגורמים הבסיסיים המשפיעים על פוטוסינתזה הם טמפרטורה, קרינת אור-שמש ומים. גורמים אלה משפיעים זה על זה ויוצרים גורמים מגבילים מורכבים ומשתנים על יצרנות צמחים. (Running et al. 2004; Nemani et al. 2003; Churkina and Running 1998; Boisvenue and Running 2006)

במקומות רבים ביבשה ובמיוחד במקומות יבשים, מים הם גורם מרכזי שמגביל פוריות יצרנות של צמחים. לכן במדבריות או טונדרות יבשות גם אם יש שפע שמש (ופחמן דו חמצני) אין הרבה צמחייה. פוטוסינתזה תלויה בקרינה והיא עולה עם כמות הקרינה עד לרמת רוויה. המים הם הגורם היסודי לפוטוסינתזה והרכיב הכימי המרכזי ברוב תאי הצמח. באזורים יבשים קיים קשר לינארי עולה בין כמות המים הזמינה לבין יצרנות במדד של NPP שמודד ייצור ראשוני ((Loik et al. 2004.

גם טמפרטורה משפיעה - הטמפרטורה קובעת את קצב המטבוליזם, שבתורו קובע את הכמות הפוטוסינתזה והנשימה של הצמח. רוב הפעילות של מטבוליזם ביולוגי מתרחשת בתחום של 0-50 מעלות צלזיוס. C (Hopkins and Hüner 2004). יש מעט פעילות מטבולית בצמחים בתחומים מעל או מתחת לתחום זה. הטמפרטורה האופטימלית ליצרנות צמחים מתרחשת בטווח של 15-25 מעלות צלזיוס, שהיא גם הטמפרטורה האופטימלית לפוטוסינתזה. (Hopkins and Hüner 2004) לעומת זאת טמפרטורות בטווח של 44 עד 55 מעלות צלזיוס עלולות להיות קטלניות לצמחים. (Schulze et al. 2002) .

ברוב המקרים המגבלות על יצרנות של יער, משתנים בהתאם לדומיננטיות של גורם מגביל מסויים לאורך תקופות השנה. אם נסתכל על יערות הצפון שנמצאים בצפון רוסיה , אירופה וקנדה, היצרנות שלהם משתנה בתקופות שונות. בזמן החורף היצרנות של יער ביערות הצפון יכולה להיות מוגבלת על ידי כמות הקרינה בגלל ימים קצרים. בסוף החורף, באביב או בסתיו, יהיו יותר שעות אור והגורם המגביל ליצרנות יהיה אולי טמפרטורות נמוכות. בחודשי הקיץ מחסור במים יכול להיות גורם מגביל. ברחבי העולם, היערות נוטים להיות באזורים שבהם המגבלות הן בגלל טמפרטורות או קרינה (Churkina and Running 1998) והם נדירים יותר במקומות שבהם המגבלה ליצרנות היא מגבלת מים. כיום פחות מ-7% מהיערות בעולם מוגבלים בצורה חזקה על ידי מים - יערות אלה נמצאים בעיקר באזורים יבשים בשולי מדבריות - כמו אפריקה מסביב למדבר סהרה במזרח התיכון אוסטליה ועוד.

קישורים חיצוניים

• פחמן דו-חמצני בוויקיפדיה האנגלית
• פחמן דו חמצני, אנציקלופדיית כדור הארץ
• פליטות אנושיות של פחמן דו חמצני, אנציקלופדיית כדור הארץ
• פחמן דו חמצני באטמוספירה: ידית שליטה מרכזית המנהלת את טמפרטורת כדור הארץ Andrew A. Lacis, Gavin A. Schmidt, David Rind and Reto A. Ruedy, Science, 15 October 2010: Vol. 330 no. 6002 pp. 356-359
• יוגב ישראלי, רמת הפחמן הדו חמצני באטמוספירה - הגבוהה במיליוני השנים האחרונות, וואינט, 19 ביוני 2022