תַקצִיר
בהשוואה לפחמן דו-חמצני (CO2), דִּימֶתִיל סוּלְפִיד (DMS) ופחמן חד-חמצני (CO) הם גזים זעירים בעלי השפעה גדולה על האקלים שלנו. אף על פי שהם נמצאים בכמויות קטנות באטמוספרה, הם משפיעים על האקלים, במיוחד באזור הארקטי–מקום מיוחד בכדור הארץ, שבו כל צורות החיים התאימו עצמן לקור הקיצוני. לכן, התחממות גלובלית מהווה איום גדול עבור האזור הארקטי. דִּימֶתִיל סוּלְפִיד ופחמן חד-חמצני מיוצרים באוקיינוס הארקטי ויכולים להיכנס לאטמוספרה. שם, פחמן חד-חמצני עלול לתרום להתחממות של האזור הארקטי. מצד אחר דִּימֶתִיל סוּלְפִיד ככל הנראה מקרר את האטמוספרה מאחר שגז זה מסייע להיווצרות עננים. התהליכים שפחמן חד-חמצני ודִימֶתִיל סוּלְפִיד מעורבים בהם הם מורכבים, וכנראה ישתנו תחת האקלים המשתנה. חשוב להבין את התהליכים האלה כדי לקבל מושג לגבי עתיד האוקיינוס הארקטי והאקלים, ולמצוא דרכים להציל את האזור הארקטי.
גזים זעירים יוצרים שינוי
המונח עקבות גזים (Trace gases) מתייחס לגזים הנמצאים באטמוספרה שלנו בכמויות קטנות מאוד. אולם אל תתנו להם לְשַׁטּוֹת בכם: הם משפיעים על אקלים כדור הארץ בצורה משמעותית, דרך התנהגויותיהם והאינטראקציות ביניהם. הדבר נכון במיוחד באוקיינוס הארקטי, אחד המקומות המרשימים יותר, ועם זה פגיעים ביותר, בכדור הארץ. ככל הנראה שמעתם על פחמן דו-חמצני, מאחר שהוא אחד המניעים העיקריים של שינויי האקלים – המשפיע הראשי מבּין עקבות הגזים. אולם האם אי פעם שמעתם על פחמן חד-חמצני ועל דִּימֶתִיל סוּלְפִיד? גם הם משפיעים על האקלים – עקבות גזים שֶׁאַל לנו להתעלם מכוחותיהם. מהיכן הם מגיעים? עד כמה הם עוצמתיים, והאם ישפיעו על עתיד האזור הארקטי? באינטסגרם, אנו עוקבים אחרי אנשים משפיעים ומאפשרים להם להשפיע על התנהגותנו. מדוע איננו לוקחים גם עקבות גזים כדוגמה מעוררת השראה? אף על פי שאנו עשויים להרגיש זעירים למול בעיית האקלים הגדולה והמשמעותית, התנהגותנו האישית יוצרת שינוי!
עד כמה גזים אלה ''זעירים''?
כפי שמצביע השם ''עקבות גזים,'' גזים אלה נמצאים באוויר רק בכמויות קטנות (trace–שארית). האוויר שאנו נושמים מכיל בעיקר חנקן וחמצן, ולכן אלה לא נחשבים כעקבות גזים. כל עקבות הגזים יחד מרכיבים פחות מ-1% מהאטמוספרה. פחמן חד-חמצני ודִימֶתִיל סוּלְפִיד הם שניים בלבד מבּין כמה עקבות גזים, ולכן הם מייצגים חלק יחסי זעיר עוד יותר (איור 1). אנו עשויים להסיק שלחלקים יחסיים קטנים יש השפעה קטנה; לכן אנו עלולים לחשוב שעקבות גזים אינם חשובים במיוחד. אולם, זה לא נכון כלל! פחמן דו-חמצני גם הוא גז חשוב מבּין עקבות הגזים. תכונותיו, בשילוב ריכוזיו העולים באטמוספרה, שומרים על חום השמש כלוא קרוב לכדור הארץ במשך זמן ארוך יותר, כך שכדור הארץ מתחמם. זה דומה לאופן שבו גז חממה מאפשר לעגבניות לגדול, אפילו בחורף, ולכן אנו מכנים את התופעה אפקט החממה. אפקט החממה חזק כל כך שהוא משפיע על האקלים של כל כדור הארץ. אך מה לגבי פחמן חד-חמצני ודִימֶתִיל סוּלְפִיד? בהמשך המאמר נסביר מהי ההשפעה של עקבות גזים חשובים אלה על אקלים כדור הארץ.
- איור 1 - שיעור עקבות הגזים באטמוספרה.
- כל עקבות הגזים מרכיבים פחות מ-1% מהאטמוספרה. פחמן חד-חמצני (CO) הוא אחד הגזים במשפחה זו. נסו לדמיין את האטמוספרה בתור בריכת שחייה אולימפית. דמיינו גם כוס שתייה רגילה מלאה בדְיוֹ. שפכו את כוס הדיו הזו אל תוך הבריכה וצפו במידה שבה היא מידלדלת במים. זה שווה בקירוב לכמות הפחמן החד-חמצני באטמוספרה.1
מהו פחמן חד-חמצני והיכן הוא נמצא?
מונחים בשימוש:
#אוהבת אינטראקציה #תוצר אוקיינוס #גז חממה בלתי ישיר #משפיען אקלים
פחמן חד-חמצני נמצא בעיקר במקומות שבהם דברים בוערים. ייתכן ששמעתם על כך שהוא גז מסוכן שיכול להיות רעיל ברמות מסוימות. מרבית הפחמן החד-חמצני מגיע משריפת דלקים, כמו למשל נפט. אך מדענים מצאו שהאוקיינוס מכיל הרבה פחמן חד-חמצני. באוקיינוס, צף חומר מת מהצומח בו אצות ימיות זעירות, שנקראות פִיטוֹפְּלָנְקְטוֹן, המגיבות עם אור השמש ומייצרות פחמן חד-חמצני [1]. כמויות של גז זה, שמיוצרות באזורים מסוימים בפני השטח של האוקיינוס, יכולות לגדול כל כך, שהן נכנסות אל תוך האטמוספרה. זו הסיבה לכך שמדענים מכנים את האוקיינוס מָקוֹר לפחמן חד-חמצני אטמוספרי–#תוצר אוקיינוס.
כיצד פחמן חד-חמצני מתנהג באטמוספרה? כפי שתוכלו לראות איור 2, פחמן חד-חמצני הוא מולקולה פשוטה, המכילה רק אטום פחמן אחד ואטום חמצן אחד. אולם בשל תכונותיה, מולקולה זו אוהבת להתקשר ולהגיב עם מולקולות אחרות באוויר. זה מה שמאפיין את ההשפעה שלה–#אוהבת אינטראקציה. ברגע שפחמן חד-חמצני משוחרר לאוויר, השותפים המועדפים עליו לתגובה הם מולקולות הִידְרוֹקְסִיל (OH⋅). הִידְרוֹקְסִיל הוא החבר הכי טוב של פחמן חד-חמצני, והם אוהבים להתקשר זה עם זה. באינטראקציה ביניהם, פחמן חד-חמצני לוקח במהרה את אטום החמצן של ההִידְרוֹקְסִיל, וזה נותן פחמן חד-חמצני + חמצן. מה נוצר? בדיוק: פחמן דו-חמצני–גז חממה.
- איור 2 - המבנים של מולקולות הגזים פחמן חד-חמצני ודִִימֶתִיל סוּלְפִיד.
- (A) פחמן חד-חמצני (CO) ו-(B) דִימֶתִיל סוּלְפִיד (DMS). פחמן חד-חמצני מכיל אטום פחמן אחד (בוורוד) ואטום חמצן אחד (בכחול) שקשורים זה אל זה. דִימֶתִיל סוּלְפִיד מכיל שתי קבוצות מֶתִיל (בוורוד ובירוק) שמחוברות על ידי אטום גופרית (בצהוב) במרכזו. קבוצת מתיל מורכבת מאטום פחמן אחד שקשור לשלושה אטומי מימן.
לעיתים קרובות מולקולות הִידְרוֹקְסִיל מכונות ''חומר הניקוי של האטמוספרה'', מאחר שהן יכולות להגיב עם תרכובות אטמוספריות רבות, כולל כמה תרכובות מסוכנות, ולהרוס אותן. לדוגמה, הִידְרוֹקְסִיל מגיב עם מֶתָאן (CH4)– גז אחר ממשפחת עקבות הגזים, שהוא גז חממה עוצמתי כמו פחמן דו-חמצני. כאשר הִידְרוֹקְסִיל מגיב עם מֶתָאן, הסכנה שבמֶתָאן מתבטלת. אולם, כאמור, הִידְרוֹקְסִיל אוהב להגיב עם פחמן חד-חמצני כמה שיותר. לכן, אם פחמן חד-חמצני נוכח, הוא לוקח הִידְרוֹקְסִיל, שהוא הפרטנר הפוטנציאלי לתגובה עם מֶתָאן, ומאריך את הזמן שמֶתָאן נשאר באטמוספרה [2]. זה מחזק את אפקט ההתחממות המזיק שיש למֶתָאן על האטמוספרה. אם כן, פחמן חד-חמצני גורם לתגובת שרשרת שבתורה מובילה להתחממות. זו הסיבה לכך שפחמן חד-חמצני נקרא #גז חממה בלתי ישיר – אחד מהמשפיעים על האקלים.
בשלב זה, עשוי להיות לכם ברור יותר מדוע אנו דואגים לכמות הפחמן החד-חמצני שמיוצרת באזורים מרוחקים של אוקיינוסים, כמו למשל האוקיינוס הארקטי. האוקיינוס הארקטי פחות מושפע מפחמן חד-חמצני שמיוצר באדמה ביחס לאזורים רבים אחרים בעולם, מאחר שהשטחים הסובבים אותו לא מאוד מאוכלסים. שחרור של פחמן חד-חמצני מהאוקיינוס הארקטי אל תוך האטמוספרה יכול ליצור שינוי באקלים הארקטי. האם המשמעות היא שאין חדשות טובות עבור האוקיינוס הארקטי? השאלה היא אם ישנן מולקולות משפיעות אחרות שעשויות לסתור את ההשפעה שיש לפחמן חד-חמצני שמשוחרר מהאוקיינוס? כעת, דִּימֶתִיל סוּלְפִיד נכנס לתמונה.
מהו דִּימֶתִיל סוּלְפִיד והיכן הוא נמצא?
מונחים בשימוש:
#תוצר ביולוגי #יוצר ענן #מכילה גופרית #משפיען אקלים
דִּימֶתִיל סוּלְפִיד גם הוא מולקולה פשוטה, הכוללת שתי קבוצות מֶתִיל בקצה שלה ואטום גופרית אחד במרכזה–#מכילה גופרית. קבוצת מתיל מורכבת מאטום פחמן אחד שנקשר לשלושה אטומי מימן. אך אטום הגופרית הופך את המולקולה למיוחדת: גופרית נדרשת עבור כל האורגניזמים החיים לשם יצירת חלבונים ורכיבי מפתח אחרים בתאים שלהם. באוקיינוס, דִּימֶתִיל סוּלְפִיד מיוצר על ידי פיטופלנקטון וחיידקים [3]–#תוצר ביולוגי. לכן, דרך ייצור דִּימֶתִיל סוּלְפִיד, גופרית נעשית זמינה לאורגניזמים אחרים. כמו פחמן חד-חמצני, דִּימֶתִיל סוּלְפִיד יכול להיות משוחרר מהאוקיינוס לתוך האטמוספרה, ושם, הגופרית של מולקולה זו ממלאה תפקיד מרכזי אחר!
כאשר מולקולת דִּימֶתִיל סוּלְפִיד משוחררת לתוך האטמוספרה, היא יכולה לסייע ליצור עננים. ברגע שמולקולה זו נמצאת באוויר, היא גם מגיבה עם הִידְרוֹקְסִיל ומייצרת חלקיקים שיוצרים עננים, ונקראים ''גרעיני התעבּוּת ענן''. תוכלו לדמיין את גרעין התעבות הענן כחלקיק קטן מאוד שפועל כמו זרע – זרע עבור ענן שיגדל סביבו– #יוצר ענן. כנראה הבחנתם בכך שככל שיש יותר עננים בשמיים, כך פחות אור שמש מגיע אלינו לאדמה. העננים מחזירים את אור השמש חזרה אל החלל, והמשמעות של פחות אור שמש שנמצא בפני השטח של כדור הארץ היא שפני השטח מתקררים. מדענים קוראים לתיאוריית היווצרות הענן הזו ''השׁערת CLAW'' (על שם ראשי התיבות של מחברי מסמך מדעי בנושא משנת 1987: צ'רלסון, לוֹוֵלוֹק, אנדרה ווֹרְן), שמשמעותה בתמצית: פיטופלנקטון ימיים יכולים לקרר את כדור הארץ באמצעות יצירת דִּימֶתִיל סוּלְפִיד, וכתוצאה מכך נוצרים עננים [4]– #משפיען אקלים. חיוני שנגלה אם תיאוריית CLAW נכונה עבור מקומות מרוחקים, כמו למשל האוקיינוס הארקטי, המאוימים במיוחד על ידי ההתחממות. זו הסיבה לכך שאנו רוצים לחקור בצורה מוקפדת מאוד ייצור של דִּימֶתִיל סוּלְפִיד, ואת כל התהליכים הקשורים אליו באוקיינוס הארקטי.
מדוע האוקיינוס הארקטי חשוב כל כך?
אזורים קרים יותר בכדור הארץ יכולים להתחמם מהר יותר מאזורים שהם כבר חמים יחסית. לכן, מדענים ראו שהאזור הארקטי מתחמם הרבה יותר מהר מאזורים אחרים בעולם. זה חשוב מאחר שהאזור הארקטי ממלא תפקיד חשוב במזג האוויר ובאקלים העולמי. זרם הגולף הוא דוגמה טובה להשפעה של האוקיינוס הארקטי. הגולף הוא זרם אוקיינוס שמביא חום מהאזורים הטרופיים לאירופה, ולכן אחראי לאקלים המתון באירופה. הכוח המניע העיקרי של זרם הגולף הוא מי ים מהאוקיינוס הארקטי, שהם קרים ומלוחים מאוד. מי ים קרים ומלוחים הם כל כך כבדים ודחוסים, שהם שוקעים למטה אל תחתית האוקיינוס, מה שמוביל לתנועת מים גדולה, בדומה למשאבה. כעת, דמיינו שהטמפרטורה של האוקיינוס הארקטי ותכולת המלח שבו משתנות. ההימסות של הקרח הארקטי עקב ההתחממות המתמשכת של האוקיינוס הארקטי, צפויה להוסיף כמות גדולה של מים מתוקים, שמכילים פחות מלח ממי ים. המים החמים, המתוקים יותר, לא ישקעו כמו המים הקרים, המלוחים, ושינוי זה עלול להחליש את זרם הגולף. שינויים בזרם הגולף לא רק ישפיעו על האוקיינוס הארקטי עצמו, אלא יכולות להיות להם גם השלכות על אזורים אחרים בעולם, כמו למשל אירופה.
אם כן, תוכלו לראות שהגיוני לחקור את ההשלכות הרבות של שינויי אקלים על האזור הארקטי, ללמוד מהן ולקבוע כיצד השינויים האלה עשויים להשפיע על אזורים אחרים בכדור הארץ. יתרה מזו, אנו זקוקים למידע זה כדי לחזות כיצד מזג האוויר והאקלים יהיו בעתיד – כיצד ייראה עולמנו כשתהיו בני 90. על ידי חיזוי עתיד האקלים, אנו מקווים שנוכל למצוא דרכים להסתגל לשינויים, ואפילו למצוא פתרונות כדי לעצור אותם.
כיצד פחמן חד-חמצני ודִימֶתִיל סוּלְפִיד ישפיעו על עתיד האוקיינוס הארקטי ועל האקלים שלנו?
כולנו יודעים שכדור הארץ מתחמם, במיוחד האוקיינוס הארקטי. מחשבה על האינטראקציות שדנו בהן זה עתה מבהירה את התמונה: שינויים סביבתיים כמו התחממות האקלים והימסות קרח עשויים להשפיע על ייצור ושחרור של פחמן חד-חמצני ושל דִּימֶתִיל סוּלְפִיד באוקיינוס הארקטי [5, 6]. אולם, ראינו גם עד כמה תהליכי הייצור והשחרור של דִּימֶתִיל סוּלְפִיד ושל פחמן חד-חמצני הם מורכבים. זו הסיבה לכך שאיננו בטוחים אם פחמן חד-חמצני ודִימֶתִיל סוּלְפִיד באוקיינוס הארקטי יימצאו יותר או פחות בשפע, ואם זה יקרר או יחמם עוד את האטמוספרה הארקטית (איור 3).
- איור 3 - השפעת עקבות גזים על האקלים הארקטי.
- כל עקבות הגזים יחד מהווים פחות מ-1% מהאטמוספרה. פחמן חד-חמצני ודִּימֶתִיל סוּלְפִיד הם שניים מתוך עקבות הגזים האלה. דִּימֶתִיל סוּלְפִיד יכול לסייע ליצור עננים, שפוטנציאלית עשויים להוביל להתקררות האטמוספרה. פחמן חד-חמצני יכול לחמם עוד את האטמוספרה מאחר שהוא מקדם יצירה של גזי חממה נוספים, כמו פחמן דו-חמצני, ומאריך את זמן החיים של מֶתָאן באטמוספרה. אם כן, קשה לחזות מה תהיה ההשפעה הכוללת של עקבות גזים על האקלים הארקטי בעתיד.
לבסוף, הסברנו כי מה שקורה באוקיינוס הארקטי לא בהכרח נשאר באוקיינוס הארקטי, אלא שהשינויים האלה יכולים להשפיע על האקלים בשאר העולם. לכן, חשוב במיוחד להמשיך לחקור את ההתנהגות של עקבות גזים שרלוונטיים לאקלים, כמו פחמן חד-חמצני ודִּימֶתִיל סוּלְפִיד באזור הארקטי, תחת תרחישים עתידיים שונים. אף על פי שעקבות גזים נמצאים בכמויות זעירות, הם יוצרים שינוי גדול.
תודות
אנו מודים ל-Mehmet C. Köse על איורים 1 ו-2. העבודה הזו היא תרומה לפרויקט (FKZ 03F0808A) PETRA שמומן על ידי UKRI-NERC ו-BMBF כחלק מתוכנית ''משנים את האוקיינוס הארקטי''.
מילון מונחים
עקבות גזים (Trace Gases): ↑ גזים שיחד מרכיבים פחות מ-1% מהאטמוספרה שלנו (ראו איור 1).
האוקיינוס הארקטי (Arctic Ocean): ↑ כולל את אזור הקוטב הצפוני, ומוקף על ידי חלקים צפוניים של אירופה ואסיה וכן צפון אמריקה. הוא האוקיינוס הכי קר, קטן ורדוד בהשוואה לאוקיינוסים הפסיפי, האטלנטי, ההודי והדרומי. באזור הארקטי חיים דובי קוטב, אך אין שם פינגווינים.
פחמן חד-חמצני (Carbon Monoxide): ↑ גז פחות מוכר ממשפחת עקבות הגזים, שיש לו פוטנציאל להגביר את ההתחממות הגלובלית.
דימתיל סולפיד (Dimethyl Sulfide): ↑ גז שככל הנראה מקרר את האטמוספרה באמצעות סיוע ביצירת עננים.
אפקט החממה (Greenhouse Effect): ↑ שרפה של דלק ושל גז משחררת עקבות גזים מסוימים. חלק מהגזים האלה פועלים בתור גזי חממה ומצטברים באטמוספרה של כדור הארץ. כמו חממה, הם שומרים יותר חום מאור השמש באטמוספרה, מה שמוביל להתחממות גלובלית.
פיטופלנקטון (Phytoplankton): ↑ אצות ימיות צפות זעירות שהן הבסיס לכל החיים באוקיינוס.
גרעין התעבות ענן (CCN-Cloud Condensation Nucleus): ↑ חלקיק באוויר שפועל כמו זרע עבור היווצרות ענן. סביבו ענן יכול לגדול.
הצהרת ניגוד אינטרסים
המחברים מצהירים כל המחקר נערך בהעדר כי קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
הערת שוליים
1. ↑הנפח של בריכת שחייה אולימפית 50 × 25 × 2 m = 2,500 מטרים מעוקבים = 2,500,000 ליטרים. החלק היחסי של פחמן חד-חמצני באטמוספרה: 0.0000001 = 10−7. נפח דְּיוֹ שנדרש כדי לקבל את אותו החלק היחסי בבריכה: 2,500,000 × 0.0000001 ליטרים = 0.25 ליטרים, כלומר כוס שתייה רגילה (250 מיליליטר) שמלאה בדיו.
מקורות
[1] ↑ Stubbins, A., Uher, G., Law, C. S., Mopper, K., Robinson, C., Upstill-Goddard, R. C. 2006. Open-ocean carbon monoxide photoproduction. Deep Sea Res. II Top. Stud. Oceanogr. 53:1695–705. doi: 10.1016/j.dsr2.2006.05.011
[2] ↑ Conte, L., Szopa, S., Séférian, R., and Bopp, L. 2019. The oceanic cycle of carbon monoxide and its emissions to the atmosphere. Biogeosciences 16:881–902. doi: 10.5194/bg-16-881-2019
[3] ↑ Lovelock, J. E., Maggs, R. J., and Rasmussen, R. A. 1972. Atmospheric dimethyl sulfide and the natural sulfur cycle. Nature 237:452–3.
[4] ↑ Charlson, R. J, Lovelock, J. E., Andreae, M. O., and Warren, S. G. 1987. Oceanic phytoplankton, atmospheric sulfur, cloud albedo and climate. Nature 326:655–61.
[5] ↑ Levasseur, M. 2013. Impact of Arctic meltdown on the microbial cycling of sulfur. Nat. Geosci. 6:691–700. doi: 10.1038/ngeo1910
[6] ↑ Tran, S., Bonsang, B., Gros, V., Peeken, I., Sarda-Esteve, R., Bernhardt, A., et al. 2013. A survey of carbon monoxide and non-methane hydrocarbons in the Arctic Ocean during summer 2010. Biogeosciences 10:1909–35. doi: 10.5194/bg-10-1909-2013