Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
רעיון מרכזי פורסם: 31 בינואר, 2019

שינויים במפלס הים – מדוע הם מדאיגים?

תַקצִיר

כ-250 מיליון איש בעולם חיים ליד חופים, בגובה של פחות מחמישה מטרים מעל פני הים. שינויים במפלס פני הים משפיעים על בני אדם כאשר המים מציפים את היבשה. זה קורה בדרך כלל כאשר מי הים גואים מאוד ולא נשאר בו מקום למי הנהרות הזורמים אליו, או בזמן סופה. אם מי ים חודרים לשדות חקלאיים ולמאגרי מים, הם עלולים להשפיע על מי השתייה והיבולים. לכן חשוב לחֱברה שלנו לדעת על שינויים במפלס הים ועל הגורמים להם.

עד כמה משתנֶה מפלס הים?

כבר מעל ל-150 שנה נערכות מדידות קבועות של הגאות והשפל בנמלים שונים בעולם. לפי המדידות האלה אפשר לראות את השינויים במפלס הים ברחבי כדור הארץ. כפי שתראו באיור 1, המדידות הראשונות היו פשוטות מאוד והיו בהן שגיאות. אבל עם הזמן השתפרה רמת הדיוק, ובעשורים האחרונים יש גם אפשרות לערוך מדידות מדויקות ביותר באמצעות לוויינים [12]. מהמידע שנאסף אפשר לראות שמאז 1850 בערך עלה מפלס הים בעולם בכ-20 ס“מ. הוא גם עולה יותר ויותר מהר – מאז שנת 2000 קצב עליית המים מתגבר בכ-3 מ”מ לשנה [3].

איור 1 - שינויים במפלס פני הים בעולם מאז 1850 בערך [1, 2].
  • איור 1 - שינויים במפלס פני הים בעולם מאז 1850 בערך [12].
  • הציר האנכי מראה את השינוי במפלס הים, בסנטימטרים, והציר האופקי – את השנה. המדידות הראשונות נעשו בשיטות פשוטות ולא היו מדויקות, אבל בכל זאת הן מראות מגמה משמעותית של עלייה במפלס פני הים (כ-0.8 מ“מ לשנה). עד 1950 כבר התפתחו שיטות מדידה הרבה יותר מדויקות (את התוצאות מסמן הקו הכחול) שהראו כי הקצב עלה לסביבות שני מ”מ לשנה. בעשורים האחרונים נערכות מדידות באמצעות לוויינים (קו שחור) המתעדות בדיוק רב את מפלס הים. לפיהן אפשר לראות כי כיום הוא עולה בקצב של קצת יותר משלושה מ“מ לשנה.

מדוע משתנה מפלס הים?

יש ארבעה גורמים עיקריים לעלייה במפלס הים: 1. התחממות האוקיאנוסים בגלל ההתחממות הגלובלית – כשהמים מתחממים (אפילו בפחות ממעלה אחת), הנפח שלהם גדל והמפלס עולה; 2. הפשרת משטחי הקרח בגרינלנד ובאנטארקטיקה; 3. הפשרת קרחוני יבשה קטנים יותר ברחבי העולם; 4. הצטמצמות כמות המים ביבשה, למשל מי תהום ומי מאגרים פתוחים. כמחצית מהשינוי הניכר במפלס פני הים היא תוצאה של התחממות האוקיאנוסים (התופעה נקראת גם ”התפשטות תֶרמית“), והמחצית השנייה היא תוצאת הפשָרה של אלפי קרחונים יבשתיים קטנים. הפשרת משטחי הקרח באנטארקטיקה ובגרינלנד אמנם לא שיחקה תפקיד משמעותי בשינויים אלה מאז המאה ה-19 – אבל גם הם מפשירים כיום מהר יותר בגלל ההתחממות הגלובלית, וייתכן שבעתיד הם יגביהו מאוד את מפלס פני הים.

עד כמה עלול מפלס הים לעלות?

בגלל ההתחממות הגלובלית יימשכו ההתפשטות התֶרמית של האוקיאנוסים והפשרת הקרחונים היבשתיים, ויתרמו לעליית מפלס הים [3]. אילו כל קרחוני היבשה הקטנים שנשארו בעולם היו מפשירים, פני הים היו עולים בכ-50 ס”מ. עד כמה ההתפשטות התֶרמית תגביה את פני הים בעתיד? תלוי עד כמה המים ימשיכו להתחמם. יותר מכול, עלולים להשפיע משטחי הקרח הגדולים של העולם, הנמצאים בגרינלנד, במערב אנטארקטיקה ובמזרח אנטארקטיקה. אילו משטח הקרח הגרינלנדי היה מפשיר לגמרי, היה מפלס האוקיאנוסים עולה בכשבעה מטרים; הפשרה של משטח הקרח במערב אנטארקטיקה הייתה מעלה את המפלס בחמישה מטרים, והפשרת המשטח שבמזרח אנטארקטיקה – ב-53 מטרים! זו הסיבה שרבּים מהגלַסיוֹלוֹגים (מדענים החוקרים קרח) בַּעולם מתמקדים בשינויים שההתחממות הגלובלית מחוללת באנטארקטיקה ובגרינלנד.

איך עלולה הפשרה של משטחי הקרח להעלות את פני הים?

כפי שתראו באיור 2, שלושת משטחי הקרח – במערב אנטארקטיקה ובמזרחה ובגרינלנד – שונים זה מזה, ומגיבים אחרת להתחממות הגלובלית. בגרינלנד, הקרח מפשיר בעיקר בגלל מגע עם אוויר חמים, והמים שנוצרו זורמים לאוקיאנוס. במערב אנטארקטיקה, משטח הקרח מונח על אדמה השקועה עד שני ק“מ תחת פני הים, ולכן הוא נקרא ”משטח קרח ימי“. מכיוון שהמים באוקיאנוס נוגעים בקצה משטח הקרח, הטמפרטורה שלהם קובעת אם הקרח יפשיר ובאיזו מידה. במזרח אנטארקטיקה, רוב משטח הקרח מונח על קרקע שמעל פני הים. מכיוון שהקור שם עז מאוד, משטח הקרח הוא עתיק ביותר – עד 14 מיליון שנה! בגלל גודלו העצום, אפילו הפשרה של אחוז קטן ממנו עלולה להעלות במידה משמעותית את פני האוקיאנוס בכל העולם.

איור 2 - A. אובדן קרח בגרינלנד, בגלל הפשרה ישירה של הקרח על-ידי אוויר חמים, וזרימת המים אל האוקיאנוס.
  • איור 2 - A. אובדן קרח בגרינלנד, בגלל הפשרה ישירה של הקרח על-ידי אוויר חמים, וזרימת המים אל האוקיאנוס.
  • B. שינויים בגובה פני הקרח בגרינלנד, לפי מדידות לוויין. האזורים שאיבדו כמויות גדולות של קרח מסומנים באדום, והכמויות הגדולות ביותר מסומנות במסגרות. C. שינויים בגובה פני הקרח באנטארקטיקה, לפי מדידות לוויין. האזורים שאיבדו כמויות גדולות של קרח מסומנים באדום, והכמויות הגדולות ביותר מסומנות במסגרות. D. אובדן קרח באנטארקטיקה, בגלל מי האוקיאנוס המפשירים את משטח הקרח ואת מדפי הקרח הצפים. באנטארקטיקה זורמים מי האוקיאנוס החמימים יחסית מתחת למדף הקרח הצף ומפשירים אותו מלמטה. כתוצאה מכך, גם משטח הקרח הנמצא על הקרקע מאבד קרח.

בכל משטח קרח יש זרימה איטית מאוד של קרח מהמרכז לקצוות. הקרח שבקצוות מפשיר או מתפרק לקרחונים, וממשיך אל האוקיאנוס. במקביל גם מצטבר על הקרחון שלג, שמגדיל אותו. ההפרש בין כמות הקרח שהמשטח מאבד לבין השלג שהוא צובר קובע כמה ישפיע על מפלס פני הים. אבל שינויים בזרימת הקרח יכולים להשפיע במהירות גם על כמות הקרח המגיעה למי האוקיאנוס – ולכן על מפלס פני הים.

במערב אנטארקטיקה ובחלקים מסוימים של מזרח אנטארקטיקה, הקרח המונח על הקרקע מוקף במדפי קרח צפים בעובי של מאות מטרים. הם תומכים במשטח הקרח מן הצדדים, ושומרים שיישאר במקומו. אם מדפי הקרח יפשירו, הנוזלים עצמם אמנם לא יעלו את מפלס הים – כי המדפים ממילא דוחים כמות מים שוות-ערך למשקלם – אבל משטח הקרח הצמוד אליהם יאבד את התמיכה, מה שעלול להגביר את זרימת הקרח ואת כמות הקרח המגיעה לאוקיאנוס, ואז מפלס המים אכן יעלה.

אגב, צריך להבדיל בין משטחי קרח ומדפי קרח לבין קרח ים – שכבת קרח דקה מאוד (מטר עד שני מטר) המכסה את האוקיאנוס הקר בקטָבים. קרח הים באזור הארקטי הולך ופוחת כבר כמה עשורים בגלל ההתחממות הגלובלית. גם הוא, כמו מדפי הקרח, צף ממילא במים ולכן אינו מעלה את המפלס כשהוא מפשיר – אבל העובדה שהוא מפשיר כבר כמה עשורים היא חשובה, כי היא מצביעה על התחממות האזור הארקטי.

האם מפלס פני הים השתנה בעבר?

מפלס פני הים השתנה באופן טבעי בעבר, בעיקר בגלל גדילה והפשרה של משטחי קרח גדולים בעידני הקרח [4]. בשיא עידן הקרח האחרון (לפני כ-20,000 שנה), מפלס הים היה נמוך בכ-120 מטר משהוא כיום! במהלך ההתחממות הגלובלית הטבעית שהחלה אחר כך ונמשכה עד לפני כ-10,000 שנה, מפלס הים עלה ב-1.2 ס”מ לשנה, ובהדרגה הפסיק לעלות. במשך התקופה הזו היו גם כמה “קפיצות” בקצב – למשל, לפני כ-14,000 שנה הקֶצב עלה לכשלושה ס“מ בשנה, בגלל הפשרת משטחי הקרח. הפעם האחרונה שהאקלים על פני כדור הארץ היה דומה לאקלים של היום הייתה הרבה קודם, לפני 120,000 שנה, בין שני עידני קרח. בתקופה ההיא היה מפלס הים גבוה לפחות בשישה מטרים משהוא כיום, כנראה משום שחלקים ממשטחי הקרח בגרינלנד ובמערב אנטארקטיקה היו קטנים יותר [4].

העובדות ההיסטוריות האלה מרתקות כי הן מראות שמפלס הים מסוגל להשתנות במידה ניכרת בגלל התחממות גלובלית, ושקצב השינוי עלול עוד להתגבר מאוד.

איך משתנה הקרח כיום?

בתחילת שנות התשעים החלו לוויינים למדוד את מפלס האוקיאנוס ואת משטחי הקרח בעולם [2]. כך התגלה שמשטחי הקרח הולכים ומאבדים מסה בדרכים שונות. בגרינלנד, במחצית הדרומית של משטח הקרח, יש הפשרה של פני השטח בגלל ההתחממות הגלובלית. במזרח אנטארקטיקה יש כמה אזורים בקצוות של משטחי הקרח המאבדים קרח בגלל מי האוקיאנוס החמימים יחסית, אבל עדיין לא בכמויות משמעותיות. השינויים הגדולים והמדאיגים ביותר נמדדו במערב אנטארקטיקה. במשך 20 השנים האחרונות, גרמה הטמפרטורה החמימה-יחסית של מי האוקיאנוס באזור זה לנסיגה של עשרות קילומטר בקצוות של חלק מהקרחונים. יש מדענים המאמינים שמשטח הקרח במערב אנטארקטיקה כבר החל להתפרק [5].

באמצעות לוויינים אפשר גם למדוד את ההתפרקות הפתאומית של מדפי קרח באזורים שונים של אנטארקטיקה. במהלך עשרים השנים האחרונות, חלק מהמדפים האלה התמוטטו במהירות רבה (תוך כמה ימים), וכתוצאה מכך התגברה מיד זרימת הקרח לאוקיאנוס.

האם ההתחממות הגלובלית, שבני האדם גורמים לה, היא הסיבה לשינויים במשטחי הקרח?

אין כמעט ספק שהשינויים בגרינלנד הם תוצאה של התחממות גלובלית, ושטמפרטורות האוויר העוֹלות ממיסות את השלג והקרח. ההתחממות הגלובלית תגרום גם להתפשטות תֶרמית של האוקיאנוס והפשרה של קרחוני יבשה קטנים. לעומת זאת, לשינויים באנטארקטיקה אין קשר חד-משמעי לבני אדם ולמעשיהם. מי האוקיאנוס שגרמו להפשרת קרח באנטארקטיקה התחממו כנראה כבר לפני מאות שנים. מצד שני, הם משפיעים על הקרח בגלל זרמים מסוימים באוקיאנוס, וייתכן שהזרמים האלה השתנו לאחרונה בגלל שינויים בתנאים האטמוספריים – למשל כיוון הרוח. הדמיית מחשב הראתה שזרמי האוקיאנוס באזור חשוב במערב אנטארקטיקה עלולים להשתנות בהמשך המאה, בגלל התחממות גלובלית הנובעת מפעילויות של בני אדם [6]. השינוי בזרמי האוקיאנוס עלול לגרום לחלקים גדולים ממשטח הקרח במערב אנטארקטיקה להפשיר מהר יותר, בגלל המגע של הקרח עם מים חמימים יחסית. קצב ההפשרה של מדפי הקרח במספר אזורים באנטארקטיקה קשור כנראה להתחממות הגלובלית. אם היא תימשך, מדפי הקרח בכל היבשת עלולים להיפגע. המדענים מודאגים מכך כי במקרה כזה, משטח הקרח של מערב אנטארקטיקה עלול להיחשף למי אוקיאנוס חמימים יותר ולהתחיל להפשיר גם הוא.

מה יהיו השינויים במפלס הים בעתיד?

בגלל העלייה בפני הים בשנים האחרונות, ובגלל ההתחממות הגלובלית, המדענים די בטוחים שהעלייה תימשך בעשורים הקרובים, עם הפשרתם של קרחונים ומשטחי קרח נוספים והתפשטות תֶרמית של מי האוקיאנוס.

ב-2013 יצא דו”ח של קבוצה בשם “הפאנל הבין-ממשלתי לשינוי האקלים” (IPCC). נכתב בו שבמצב של “עסקים כרגיל” (הכוונה למצב שבו נמשיך לשרוף דלק מאובנים כפי שאנו עושים היום), הפשרת משטחי הקרח בעולם תעלה את מפלס הים ב-3.5 עד 36.8 ס“מ עד שנת 2100. אם לוקחים בחשבון גם את השפעות ההתפשטות התרמית והפשרת הקרחונים, מפלס הים עלול לעלות עד שנת 2100 במטר שלם!

באותו זמן, מפלס הים גם יתחיל כנראה לעלות בקצב מהיר יותר. הפאנל הגיע למסקנה שבמצב של ”עסקים כרגיל“, הקֶצב יתגבר ב-0.7 עד 1.6 ס”מ לשנה, ויהיה דומה לקצב עליית פני הים בסוף עידן הקרח האחרון. אפילו אם נצליח במשך העשורים הקרובים להוריד לאֶפס את פליטת גזי החממה, פני הים צפויים לעלות עד שנת 2100 בארבעים ס“מ לפחות.

איך תשפיע עליית פני הים על מדינות העולם?

הפשרת משטחי קרח משפיעה באופן שונה על מפלס הים במקומות שונים בעולם [7]. לכן היא גם תשפיע בדרכים שונות על בני אדם, תלוי היכן הם חיים. בבריטניה, למשל, רגילים כבר להתמודד עם התופעה במשך תקופות קצרות, בייחוד במקרים של סערות משולבות בגאות טבעית גבוהה מהרגיל. אם המסקנות של הפאנל הבין-ממשלתי נכונות, צריך לקחת בחשבון שבזמנים כאלה מפלס המים עלול לעלות עוד יותר בעתיד. המשמעות היא שבעשורים הבאים, גאות מסוכנת תהיה נפוצה יותר והרסנית יותר משהייתה עד כה.

באזורים חקלאיים ליד החוף, הצפות של מי ים עלולות להמליח את האדמה ולפגוע בפּוֹריוּת שלה. הם גם עלולים לחדור למאגרים של מי תהום, שהם מקור חשוב למֵי שתייה ולהשקיית יבולים חקלאיים.

בערי חוף, העלייה במפלס פני הים תגרום להצפות תכופות יותר של בתים ובתי עסק. נשמע אולי הגיוני להרחיק את היישובים מאזורים של הצפות מזיקות, אם אנחנו כבר צופים אותן מראש; אבל הקמת יישוב חדש היא יקרָה כל כך, שסביר יותר שננסה להגן על היישובים הקיימים. ייתכן שנצטרך לבנות לאורך החוף חומות בגובה כמה מטרים, כי הרחובות יהיו נמוכים יותר מפּני הים ההולכים ועולים.

סיכום

כבר מ-1850 נערכות מדידות של עליית פני הים במקומות שונים בעולם. בינתיים עלו פני האוקיאנוסים ב-20 ס”מ, בגלל ההתחממות הגלובלית הנגרמת מפליטת גזי חממה כאשר אנו שורפים פחם, נפט וגז. אבל השינויים שהתרחשו מאז 1850 הם קטנים בהשוואה לשינויים שקָרו בזמנים קדומים יותר. בעידן הקרח שלפני 20,000 שנה, היה מפלס הים נמוך ב-120 מטרים משהוא כיום. מכך אפשר להבין שני דברים: 1. שמפלס פני הים מסוגל להשתנות במידה משמעותית, ו-2. שכאשר האקלים מתחמם, הקרח מפשיר ומפלס פני הים עולה. הוא ימשיך לעלות, אולי אפילו במטר שלם עד סוף המאה, אם לא נצמצם את פליטת גזי החממה. העלייה במפלס פני הים תציב בעיות חמורות בפני 250 מיליון בני האדם החיים קרוב לים. היא תשפיע על יכולתנו לגדל יבולים בשדות ליד החוף, תקשה על שמירת האיכות של מי השתייה, ותשנה את האופן שבו אנחנו חיים ביישובים שלנו ומפתחים אותם.

מילון מונחים

התחממות גלובלית (Global warming): שינויי אקלים טבעיים היו בכדור הארץ מאז ומתמיד, אבל ההתחממות המתרחשת מאז 1850 היא תוצאה של פליטת גזי חממה לאטמוספירה, בגלל בני האדם השורפים פחם, נפט וגז. כיום, העולם כבר חם במעלה אחת משהיה ב-1850, ומפלס הים גבוה ב-20 ס“מ.

משטח קרח (Ice sheet): –מסה גדולה של קרח הזורמת על פני גבעות ועמקים ותופסת חלק משמעותי משטח של יבשת מסוימת. כיום יש בעולם רק שלושה משטחי קרח משמעותיים – אחד בגרינלנד, אחד במערב אנטארקטיקה ואחד במזרח אנטארקטיקה.

קרחון יבשתי (Glacier): –גוש קרח קטן יחסית, הנמצא בדרך כלל בתוך עמק. בעולם קיימים כ-200,000 קרחונים יבשתיים.

מדף קרח (Ice shelf): משטח עבה (כמה מאות מטרים) של קרח צף. הוא מקבל קרח ממשטח הקרח, ומאבד קרח כאשר קרחונים מתנתקים מהקצה שלו, וכאשר יש הפשרה של צדו התחתון.

קרח ים (Sea ice): –שכבה דקה מאוד (2-1 מטר) של קרח, אשר צפה על פני הים. שכבה זו גדלה בחודשי החורף הקרים ומפשירה בקיץ. בעשורים האחרונים, יש באזור הארקטי פחות ופחות קרח ים בקיץ; באזור אנטארקטיקה יש גם גדילה וגם הצטמצמות של כמות הקרח.

עידן קרח (Ice age): –לפני 20,000 שנה היה העולם קר יותר בכמה מעלות. משטחי קרח השתרעו בצפון אמריקה, סקנדינביה ודרום אמריקה, בין השאר. אלה היו מי אוקיאנוס שקפאו, ולכן פני האוקיאנוס היו אז נמוכים ב-120 מטר משהם כיום.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.


מקורות

[1] Church, J. A., and White, N. J. 2006. A 20th century acceleration in global sea-level rise. Geophys. Res. Lett. 33:L01602. doi: 10.1029/2005GL024826

[2] Church, J. A., Clark, P. U., Cazenave, A., Gregory, J. M., Jevrejeva, S., Levermann, A., et al. 2013. Chapter 13: Sea level change. In Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, eds T. F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S. K. Allen, and J. Boschung, et al. Cambridge, United Kingdom, New York, NY, USA: Cambridge University Press. 1137–216.

[3] Hay, C. C., Morrow, E., Kopp, R. E., and Mitrovica, J. X. 2015. Probabilistic reanalysis of twentieth-century sea-level rise. Nature 517:481–4. doi: 10.1038/nature14093

[4] Siegert, M. J. 2001. Ice Sheets and Late Quaternary Environmental Change. Chichester, UK: John Wiley. 231.

[5] Joughin, I., Smith, B. E., and Medley, B. 2014. Marine ice sheet collapse potentially under way for the Thwaites Glacier basin, West Antarctica. Science 344:735–8. doi: 10.1126/science.1249055

[6] Hellmer, H. H., Kauker, F., Timmermann, R., Determann, J., and Rae, J. 2012. Twenty-first-century warming of a large Antarctic ice-shelf cavity by a redirected coastal current. Nature 485:225–8. doi: 10.1038/nature11064

[7] The Ice2Sea Consortium. 2013. From Ice to High Seas: Sea-Level Rise and European Coastlines. Cambridge, United Kingdom.