תַקצִיר
מים הם מקור החיים. בלי מים, שום דבר אינו גדֵל, לרבּוֹת בני האדם! אולם, לא כל דבר בטבע יכול לקבל את כל המים שהוא צריך, כל הזמן. אם צמחים וחיות נהיים צמאים מדי, הם נכנסים למצב סְטְרֶס (דַּחַק). כאשר הטבע מתייבש, עלולים להתהוות תנאים מסוכנים כמו שׂרפות ותקופות בצורת. ישנהּ חשיבוּת רבה לכך שמנהלי פארקים לאומיים יבינו היכן הטבע נהיה צמא, ומתי. בתור מדענים, אנו מנטרים כמה מים יורדים כגשם וכשלג. לאחר מכן, אנו מחסירים את כמות המים שעוזבים דרך נהרות, מי תהום, או אידוי. המים הנותרים יכולים לשמֵּש צמחים וחיות. כדי שנוכל לדעת עד כמה צמחים צמאים, אנו משווים בין כמות המים שהצמחים רוצים ובין כמות המים הזמינים. ככל שחם יותר, כך המים נעלמים מהר יותר. על ידי ידיעת הזמנים והמקומות שבהם הטבע צמא, מנהלי פארקים יכולים לפעול במטרה לסייע בהגנה על פארקים.
איך אנו יודעים מתי הטבע צמא?
כיצד אתם מרגישים כשאינכם שותים מספיק מים? הַפֶּה נעשה דביק; חם לכם, ואז מגיעה התחושה של התייבשות. צָמָא, כמו רָעָב, הוא צורך שיש לספּק. כל צמח וחיה עשויים להיות צמאים, ללא תלות היכן הם ממוקמים; מה גודלם, או מה גילם. ביכולתכם לדעת אם צמח בביתכם צמא, באמצעות עליו הנפולים או הקְּמלים. כיצד מנהלי פארקים לאומיים יכולים לדעת אם היער או מִשטח הדשא או המִּדבר צמאים? מתי נחל או אדמה רטובה נעשים צמאים?
צורות מים רבות – באיזון
לפני שנוכל להבין צָמָא בטבע, עלינו לחשוב על מים והיכן הם קיימים. דַּמְיְינוּ את עצמכם מטיילים בפארק הלאומי האהוב עליכם. אתם הולכים בשביל מתפתל ומְאתרים אזור עם נוף יפהפה של מים. מה אתם רואים? אגם על ההר? גלים באוקיינוס? כעת, חִבשו את מגבעת הבלש שלכם והסתכלו שוב. האם תוכלו למצוא עוד מים? הנה לכם רמז: מים נמצאים בכל מקום, ומתחבאים ממש מול העיניים! מים עשויים להיות קפואים בְּצוּרַת שלג או קרח. ישנם מים שזורמים במעלֵה גזע העץ שלידכם, בתור לְשַׁד, כלומר כוח החיים שלו, ופועמים בדמו של הסנאי שבענפי העץ. ישנם מים בלתי נראים באוויר שסביבכם. ישנם מים אפילו באדמה שמתחת לרגליכם. בהינתן שיש מים בכל כך הרבה צורות ומקומות, כיצד מדענים יכולים לעקוב אחר כל זה? כדי לסייע לנו בכך, אנו משתמשים ברעיון שנקרא איזון מים. המשמעות העומדת מאחוריו היא כי מים שנכנסים לתוך מערכת שווים למים שיוצאים החוצה מהמערכת. מתקיים ביניהם איזון, כמו משוואה מתמטית!
נתחיל עם מערכת שאתם מכירים היטב: הגוף האנושי. המים שנכנסים לגוף הם המים שאתם שותים. חלק מהמים מאוחסנים בתאים לשימוש על ידי הגוף. ככל הנראה תוכלו לחשוב על דרך אחת שבה מים עוזבים את הגוף – בתור שתן! דרכים נוספות שבהן מים עוזבים את הגוף הן כשאתם נושמים וכשאתם מזיעים. לוּ היה באפשרותכם למדוד זאת, הייתם יודעים בכמה מים הגוף שלכם משתמש כדי לשמור עליכם חיים ובריאים. אולם, חלק מהמים הללו קשים למדידה. כיצד תוכלו למדוד את המים הבלתי נראים בנשימתכם, או את הזיעה שמקררת אתכם באמצעות אידוי?
זה המקום שבו מתמטיקה נעשית שימושית. אם תיקחו את הַקְּלָטִים אשר קל למדוד (כמות המים שאתם שותים), ותפחיתו את הַפְּלָטִים שֶׁקל למדוד (נֶפַח השתן שלכם), עדיין יישארו מים. החלק שנותר הוא כל השאר: אחסון, זיעה ונשימה. אם כן, המים שאתם שותים שווים למים שעוזבים את הגוף, אך ישנם מים שנשארים בתוככם ושומרים עליכם בחיים. כל המים שנעים לתוך הגוף, דרכּו והחוצה ממנו הם איזון המים האישי שלכם.
מה לגבי מים בטבע?
מים בטבע פועלים ממש כפי שהם פועלים בגופכם. לפארק למשל הם נכנסים כגשם או כשלג. רְאו אם אתם יכולים לעקוב אחר נתיבים שֶׁמים עשויים לנוע בהם בפארק כמו יֶלוֹסְטוֹן שבצפון-מערב ארה''ב, באיור 1. חלק מהמים ממלאים נהרות; נחלים, ואדמות רטובות שבהם חיי הפרא יכולים ליהנות מלגימה קרירה. מים אחרים מאוחסנים באדמה, שבה הם יכולים לשמֵּש צמחים. מים חבויים אלה הם כמו המים בתאי הגוף, ששומרים עליכם בחיים. בדומה לזיעה שלכם, חלק מהמים מתאדים מהאדמה ודרך עלֵי צמחים, כשאלֶּה מייצרים מזון. אידוי מים דרך עלים של צמחים נקרא דִּיּוּת, ולמעשה האוויר היבש הוא שמושך את המים דרך הצמחים, כשם שאתם עושים בעת שתייה דרך קש. לתיאור התהליך שבו מים בטבע חוזרים לאוויר דרך אידוי ודיות, מדענים חיברו את שתי המילים האלה ויצרו את המונח: אידוי-דיות. כאשר מים נמצאים באוויר, הם כבר לא זמינים לשימוש צמחים וחיות.
- איור 1 - באיזון המים של הטבע ישנן 'בריכות' שונות.
- עם סוגי ה'בריכות' הללו נמנים למשל נהרות; שלג; אדמה ואוויר. בדוגמה הזו מהפארק הלאומי ילוסטון בארה''ב, צמחים וחיות משתמשים בבריכות השונות כדי לשרוד ולשגשג [הדיאגרמות להמחשׁה יוצרו על ידי רשת מישור צפון קוֹלוֹרדוֹ; האלמנטים הגרפיים באדיבות רשת אינטגרציה ויישׂום, המרכז למדעי הסביבה, אוניברסיטת מרילנד ian.umces.edu/symbols/].
מקרא (מלמעלה למטה ומשמאל לימין):
Precipitation = מִשקעים
Temperature = מעלות חום (טמפרטורה)
Rain = גשם
Snow = שלג
Snowpack storage = אחסון ערימות שלג
Snowmelt = הפשׁרַת שלגים
Evaporation = אידוי
Transpiration = דיות
Soil water storage = אחסון מֵי קרקע
Soil moisture = לחוּת של האדמה
Surface water = מים של פני השטח
Runoff = זרימת מים (נֶגֶר).
כדי להבין צָמָא בטבע, מדענים צריכים לדעת כמה מים נמצאים בבריכות שונות (נחלים; אדמות רטובות; קרקע וצמחים), ולאן המים הולכים כשהם עוזבים את הפארק. מדענים חוקרים צמחים וחיות לאורך הזמן, ובודקים את התנאים שלהם בשנים יבֵשות ובשנים רטובות. מה שהם מוצאים שוב ושוב הוא כי צמחים וחיות שורדים במקומות שיש בהם את סוג המים הנכון (קפואים, נוזליים, או גזיים), בכמויות הנכונות ובזמנים הנכונים כדי לספּק את צורכיהם. צפרדע וקקטוס יכולים שניהם לִחיות במדבר אם יהיו להם בריכות המים הנכונות בזמנים הנכונים (איור 2). אנו אומרים כי הצמחים והחיות האלה מותאמים לסביבות שלהם. אולם, אין זה אומר שהתנאים מושלמים כל הזמן. בחלק מהשנים יורדים יותר גשם ושלג בהשוואה לשנים אחרות. הגיוני שהטבע נעשה צמא כאשר יורדים פחות גשם ושלג מהרגיל, מאחר שאז ישנם פחות מים בסביבה. אולם, גורם חשוב אחר מסייע לקבוע את מידת הצמא, והוא חֹם!
- איור 2 - קקטוס וצפרדע-עצים יכולים שניהם לִִחיות במדבר, מאחר שהם משתמשים בבריכות מים שונות כדי לשרוד.
- הקקטוס משתמש במים שמאוחסנים באדמה ובגבעול שלו, בעוד שהצפרדע לעולם אינה מתרחקת מנחל או מאדמה רטובה (התמונות צולמו על ידי R. Weissinger ו- M. Weissinger ליד מוֹאָבּ, יוּטָה, ארה''ב).
מה מתרחש כאשר הטמפרטורה עולה?
כמה מים אתם שותים ביום? האם הכמות שונה אם אתם רצים בחוץ או קוראים ספר בבית? כשאתם מבצעים פעילות גופנית, אתם נושמים בכבדות, מזיעים ומאבדים מים. אובדן המים הזה עלול להצטבר! במטרה לספּק את צורכי הגוף במהלך רכיבה על אופניים בקיץ, עליכם לשתות כדי למלא שוב את מאגר המים בגוף. ממש כמוכם, צורכי המים של צמחים וחיות יכולים להשתנות. בתנאי מזג אוויר שבהם חם, שמשי ויבש, המים בקֶרֶב צמחים וחיות אוזלים מהר יותר, מאחר שתהליך האידוי-דיות מהיר יותר.
זִכרו את איזון המים: המים שנכנסים שווים למים שיוצאים. אם יותר מים נכנסים לאוויר דרך אידוי-דיות, פחות מים זמינים בנחלים; בנהרות ובאדמות רטובות. במצב זה האדמה מתחילה להתייבש גם כן, ונעשה קשה יותר לצמחים ולְחיות לקבל את המים שהם צריכים. אולם, שלא כמוכם, צמח אינו יכול לקחת כוס מים להרוויית צימאונו, ואפילו מַרבית החיות אינן יכולות לנוע הרחק כדי למצוא מים. אלא אם יורדים גשם או שלג, הבריכות של הטבע – נחלים; אדמות רטובות; נהרות; אגמים; לחות באדמה; מים בצמחים ובחיות – מתרוקנות יותר ויותר. חֹם הוא חלק חשוב במתמטיקה של איזון המים: הוא קובע כמה מים נעים מבריכות, שָׁם צמחים וחיות יכולים להשתמש בהם, אל האוויר, שָׁם אינם נגישים.
מה קורה כשצמחים וחיות נעשים צמאים?
כאשר צמחים וחיות אינם יכולים לקבל את כל המים שהם צריכים, הם נהיים צמאים. בטבע, צָמָא זה נקרא בצורת – תופעה שאותה עלולים לחוות כל צמח וחיה. באמצעות איזון המים, מצאנו כי בימים חמים, מעיינות מדבר בפארק הלאומי אַרְצֶ'ס שבמזרח מדינת יוּטה, ארה''ב, מכילים פחות מים שחיות פרא יכולות לשתות [1]. חֳרָפִים חמים מביאים עימם פחות שלג, ומשנים את המקומות שבהם סָלָמַנְדְּרוֹת בפארק הלאומי יֶלוֹסְטוֹן יכולות לִחיות [2]. נוסף על כך תנאי יובש מַקְשִׁים על צמחים לגדול, ומאפשרים ליערות לעלות באש ולהמשיך לבעור [3, 4]. כמה הבדלים אתם יכולים לאתֵּר כשאנו מוסיפים חום לפארק הלאומי ילוסטון, באיור 3? סוגי צמחים מִשתנים וחיות מסוימות, כמו פִּיקוֹת (משפחה בסדרת הארנבאים) וגַרְגְּרָנִים (יונק טורף ממשפחת הסמוּריים. שוכן בחלקים הצפוניים של כדור הארץ), נעים למקומות חדשים [5]. איזון מים משתנה יכול לשנות סביבות מחיה אינדיבידואליוֹת, או אפילו נופים שלמים.
- איור 3 - מדענים חוזים כי שינויים רבים יתרחשו בפארק הלאומי ילוסטון עם עליית הטמפרטורות.
- הַשוו איור זה לאיור 1 – כמה שינויים תוכלו למצוא? חלק מהשינויים האלה צפויים להתרחש בעתיד, כמו למשל שינויים במקומות שבהם גרגרנים ואיילים קוראים יכולים לִחיות. חלק מהשינויים כבר החלו, כמו שׂרפות גדולות והתייבשות של אדמות רטובות [הדיאגרמות להמחשה יוצרו על ידי רשת מישור צפון קוֹלוֹרדוֹ, האלמנטים הגרפיים באדיבות רשת אינטגרציה ויישׂום, המרכז למדעי הסביבה, אוניברסיטת מרילנד (ian.umces.edu/symbols/)].
כיצד ביכולתנו לסייע לטבע להתמודד עם החום?
אנו יודעים כי טמפרטורות ברחבי העולם עולות. כשהעולם נעשה חם יותר, מקומות רבים שחשובים עבורנו יחוו יותר בצורת, אפילו אם יֵרדו אותן כמויות גשם ושלג. הבנַת איזון מים יכולה לסייע למנהלי פארקים להתכונן לקראת העתיד, בכך שתעזור להם לדעת אֵילוּ צמחים וחיות עלולים לחוות בעיות; אֵילוּ עשויים להיות בסדר, ואֵילוּ מקומות יאפשרו לצמחים ולְחיות לשגשג.
מנהלי פארקים אינם יכולים פשוט להוסיף מים כדי למנוע בצורת – פארקים הם הרבה יותר מדי גדולים עבור כך. במקום זאת, מנהלים יכולים לסייע לצמחים ולְחיות בדרכים שונות. באמצעות חישוב מאזַן המים של הטבע, מנהלי פארקים יודעים מתי מדורות שמובערות בקמפינג עלולות להתלקח לשרפות יער. הם יכולים לדעת מתי נחלים זקוקים ליותר מים, ומתי דגים צריכים לעבוד קשה יותר כדי לשרוד. במקרים אלה, הם עשויים לפרסם שלטים אשר מורים על איסור להדליק מדורות, או לדוג. כאשר התנאים משתפרים, מורידים את השלטים האלה.
מוּכנוּת לשינויים עשויה לסייע למזער את ההשפעות של בצורת ושל חום. הנה כמה פעולות שמנהלי פארקים יכולים לנקוט כדי להתכונן לקראת עתיד חם יותר:
- לטעת עצי אורן במדרונות הקרים יותר של הפארק הלאומי ילוסטון, למשל.
- לבחור סוגי דשא שחיות פרא אוהבות לאכול, אשר מותאמים לבצורת במדבר.
- להשתמש במדורות יזומות במטרה לְפַנּוֹת סבך שיחים ולהגן על חורשות של עצי סֶקוֹיָה ענקיים מפני שרפות חמורות.
- לחזות אֵילוּ בריכות ימשיכו להתקיים עבור צפרדעים, ולוודא פינוי דגים שאינם מקומיים, האוכלים צפרדעים מבריכות אלה, כדי לסייע להגן על בטיחות הצפרדעים.
- להתכונן לאפשרות שמקורות מי שתייה עלולים להתייבש, כך שלמטיילים עתידיים יהיו מספיק מי שתייה!
באמצעות הבנַת האופן שבו חום ומים מִתקשרים במאזן המים של הטבע, מנהלי פארקים מתכוננים לקראת ימים חמים ויבשים יותר שיגיעו בעתיד. אולם, עדיין יש הרבה שעלינו ללמוד. האם תוכלו לסייע למדענים למצוא פתרונות עבור הטבע?
מילון מונחים
איזון מים (Water balance): ↑ הרעיון שלפיו מים שזורמים לתוך מערכת, כמו גשם ושלג, שווים למים שמאוחסנים במערכת בתוספת המים שזורמים החוצה מהמערכת.
אידוי (Evaporation): ↑ התהליך שבו מים הופכים מנוזל לגז.
דיות (Transpiration): ↑ התהליך שבו מים נעים דרך צמח, והחוצה ממנו דרך עֲלֵי הצמח.
אידוי-דיות (Evapotranspiration): ↑ סך המים שנעים לתוך האוויר דרך אידוי ודיות.
מותאם (Adapted): ↑ בעל תכונות אשר מקילות על החיים ועל ההישרדות במקום מסוים.
בצורת (Drought): ↑ מֶשֶׁךְ הזמן שבו מים חסרים, ומידת המחסור בהם.
הצהרת ניגוד אינטרסים
המחברים מצהירים כל המחקר נערך בהעדר כי קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
מקורות
[1] ↑ Weissinger, R., Philippi, T., and Thoma, D. 2016. Linking climate to changing discharge at springs in Arches National Park, Utah, USA. Ecosphere 7:e01491. doi: 10.1002/ecs2.1491
[2] ↑ Ray, A. M., Sepulveda, A. J., Irvine, K. M., Wilmoth, S. K. C., Thoma, D. P., Patla, D. A., 2019. Wetland drying linked to variations in snowmelt runoff across Grand Teton and Yellowstone national parks. Sci. Total Environ. 666:1188–97. doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.02.296
[3] ↑ Thoma, D. P., Tercek, M. T., Schweiger, E. W., Munson, S. M., Gross, J. E., and Olliff, S. T., 2020. Water balance as an indicator of natural resource condition: case studies from Great Sand Dunes National Park and Preserve. Glob. Ecol. Conserv. 24:e01300. doi: 10.1016/j.gecco.2020.e01300
[4] ↑ Allen, C. D., Breshears, D. D., and McDowell, N. G. 2015. ESA Centennial Paper on underestimation of global vulnerability to tree mortality and forest die-off from hotter drought in the Anthropocene. Ecosphere 6:1–55. doi: 10.1890/ES15-00203.1
[5] ↑ Ashton, I. 2010. Observed and Projected Ecological Response to Climate Change in the Rocky Mountains and Upper Columbia Basin, Natural Resource Report NPS/ROMN/NRR−2010/220. Fort Collins, CO.