מהי נקודת מפנה?

כאשר שינוי קטן מאוד יוצר השפעה גדולה, ארוכת-טווח, אנו מכנים זאת נקודת מפנה. בשפה מדעית, אנו אומרים שמערכת עוברת מ“מצב” אחד לאחר. כדי להבין את ההגדרה הזו, נבחן דוגמה של נקודת מפנה מחיי היומיום שלנו. דמיינו שאתם רוכבים על אופניים לאורך פסגה של גבעה (איור 1). בכל פעם שאתם דוחפים את הדוושות, אתם נעים מעט יותר קדימה, עד שדחיפה אחת שולחת אתכם סנטימטר מכריע אחד לכיוון הקצה. לפתע אתם נעים מטה לאורך המדרון באופן בלתי הפיך, כל הדרך עד לתחתית. בכך שביצעתם את הדחיפה האחרונה הזו בדוושות, אתם עוברים את הַסַּף שלוקח אתכם ממצב אחד – היותכם בפסגת הגבעה, למצב אחר – היותכם בתחתית.

מדענים עמלים במטרה להבין אם ישנן נקודות מפנה במערכת האקלים של כדור הארץ, ואם כן, אֵילוּ סוגים של השפעות גלובליות יכולים להיות לנקודות המפנה האלה בעתיד. נתאר כעת את האזורים במערכת האקלים של כדור הארץ שבהם נראה הכי סביר שהתנהגות סף זו תתרחש.

נקודת מפנה של יריעות קרח

לכדור הארץ יש שתי יריעות קרח גדולות: יריעת הקרח בגרינלנד בצפון, ויריעת הקרח באנטרקטיקה בדרום. נבחן את יריעת הקרח בגרינלנד כדוגמה.

יריעת קרח זו היא שריד מעידן הקרח הקודם – כלומר לא נוצרה באקלים שלנו כיום, אלא היא שארית מהתקופה שבה האקלים היה הרבה יותר קר. יריעת הקרח בגרינלנד כל כך עבה שהיא מגיעה לגובה של יותר מ-2 קילומטרים מעל גובה פני הים. בגובה זה, האוויר הרבה יותר קר מאשר בגובה פני הים, מה שמסייע לקרח להישאר קפוא. בעבר, האוויר היה מספיק קר כדי לעצור הִמַּסּוּת מהירה מדי של הקרח. זה אִפְשֵׁר לשלג שנחת על פני השטח של יריעת הקרח להחליף את הקרח שנמס ואבד לאוקיינוס. אולם ככל שחום רב יותר נכלא בכדור הארץ על ידי גזי החממה באטמוספרה, האוויר מתחמם. במצב זה, יריעת הקרח נמסה מהר יותר מהמהירות שבה היא יכולה להיות מוחלפת על ידי השלג היורד.

כאשר הקרח נמס, יריעת הקרח מתכווצת – היא נעשית קטנה יותר ונמוכה יותר. בגבהים הנמוכים האלה, יריעת הקרח חשופה לאוויר חם יותר. ככל שיותר קרח נמס, כך יריעת הקרח מתקצרת. זה גורם ליותר קרח להימס, מקטין עוד יותר את יריעת הקרח, דבר שגורם להתחממות נוספת, וכך הלאה (איור 2) [1]. תופעה זו ידועה בתור לולאת היזון חוזר מחזקת – ככל שהיא מתרחשת יותר, כך היא מחריפה. בנקודה קריטית, מדענים סבורים שיריעת הקרח תעבור סף שבו היא תנוע באופן בלתי הפיך ממצב של קרח קבוע למצב ללא קרח קבוע – יריעת הקרח תעבור נקודת מפנה, שאחריה היא תיעלם לחלוטין באופן בלתי נמנע [2].

נקודת מפנה של הקרקע

יער הגשם באמזונס הוא אחת מהמערכות האקולוגיות הגדולות ביותר בכדור הארץ. יער זה סופג כל כך הרבה פחמן דו-חמצני עד שלעיתים הוא מְכֻנֶּה ’הריאוֹת של כדור הארץ’. ללא יער האמזונס, כמות גדולה הרבה יותר של פחמן דו-חמצני הייתה תקועה באטמוספרה. כפי שאולי ניחשתם משמו, יער הגשם דורש כמות רבה של גשם. יער האמזונס גדול כל כך עד שהוא יוצר עד כמחצית מהגשם שלו רק מהמים שמתאדים מהצמחים ומהאדמה [3]. בלי מספיק גשם, יער הגשם נעשה חשוף לשינויים גדולים.

כאשר האקלים מתחמם, תבניות של גשם משתנות גם הן. מודלים של אקלים חוזים הפחתה בגשם מעל האמזונס עם עליית הטמפרטורות הגלובלית. דבר נוסף שמחריף את המצב הוא העובדה שׁיער האמזונס גם מתכווץ כתוצאה מבֵּרוּא (כריתת עצים על ידי בני אדם), אשר בתורו מפחית את כמות הגשם שׁיער הגשם יכול לייצר מהאידוי העצמי שלו. אם אין מספיק גשם ויער האמזונס מתייבש יותר מדי, הדבר עלול לגרום לתופעה שנקראת דעיכה (dieback), שמשמעותה היא שהעצים ימותו ולא יצמחו מחדש. במקום זאת, יער הגשם יוחלף על ידי אזורים של דשא וערבות (איור 3) [5, 4].

תופעת דעיכת האמזונס תסיר סופג פחמן גדול ממערכת האקלים של כדור הארץ. המשמעות היא שיותר גזי חממה יישארו באטמוספרה וימשיכו לחמם את כדור הארץ במהירות גוברת. הנקודה שבה אין מספיק עצים באמזונס, או שאין מספיק גשם, היא דוגמה לנקודת מפנה אפשרית על גבי הקרקע.

נקודת מפנה של האוקיינוס

באוקיינוס, ישנוֹ אוסף של זרמי מים גדולים שנקרא זרימת התהפכות מרידיאלית אטלנטית. הזרמים האלה נושאים מים מאזורים טרופיים (ליד קו המשווה) צפונה לכיוון אוקיינוס הקרח הצפוני (האוקיינוס הארקטי). שם המים מתקררים, שוקעים, ואז נעים חזרה לאזורים הטרופיים. הזרימה המחזורית הזו מניעה את עצמה – ככל שיותר מים שוקעים בצפון, כך יותר מים מובאים מעלה מהאזורים הטרופיים לכיוון הצפון, שם, בתורם, הם שוקעים שוב. אולם כאשר יריעת הקרח בגרינלנד נמסה וכמות הגשם גדלה, כך נפח גדול יותר של מים מתוקים וקרים זורם לחלק הצפוני של האוקיינוס האטלנטי [6]. המים המתוקים האלה מתערבבים עם המים המלוחים, מה שגורם להם להיות קלים יותר ובעלי סיכויים נמוכים יותר לשקוע. דבר זה מחליש את זרימת המים, וגורם לזרימת ההתהפכות המרידיאלית האטלנטית להאט.

מדעני אקלים ואוקיינוגרפים מנסים להבין אם ההאטה הזו תוכל אי פעם להפוך לעצירה מוחלטת, כלומר זרימת ההתהפכות תיפסק לחלוטין. זרימת התהפכות מרידיאלית אטלנטית אחראית על האקלים המתון במערב אירופה – בלעדיה, הטמפרטורות והגשמים שם יהיו די שונים. זרימות המים העצומות האלה חשובות גם לספיגת חום ופחמן. מדענים חוקרים במטרה להבין אם ישנהּ נקודה קריטית – סף – שבו ההאטה של זרימת ההתהפכות המרידיאלית האטלנטית תוכל להפוך לעצירה בלתי הפיכה שלה [1]. זוהי דוגמה לנקודת מפנה אפשרית באוקיינוס.

מדוע עלינו להיות מודאגים מנקודות מפנה?

אם ישנן נקודות מפנה במערכת האקלים של כדור הארץ, האם נקודת מפנה אחת יכולה להניע את השאר, כמו מפולת של אבני דומינו? זוהי אפשרות מדאיגה ביותר. אלמנטים שמגיעים לנקודות מפנה יכולים לגרום לשינויים פתאומיים או איטיים, אך בכל מקרה מַעֲבָר של סף גורם למערכת לנוע באופן בלתי נמנע לְעֵבֶר מצב חדש. הגעה לנקודת מפנה באזור אחד במערכת האקלים של כדור הארץ עשויה להגביר את ההסתברות שנגיע לסף של נקודת מפנה באזור אחר. ההשפעה של נקודת מפנה אחת שגורמת לאחרת נקראת קַסְקָדַת נקודת מפנה [7] (קסקדה מוגדרת כרצף תגובות כימיות או פיזיקליות שאחת מובילה לבאה אחריה).

האם כדור הארץ יגיע לנקודות מפנה בקרוב? מערכת האקלים של כדור הארץ מורכבת מאוד. מדענים משתמשים בהרבה פיסות רְאָיוֹת שונות כדי להבין מה יקרה בעתיד. הם בונים מודלים אקלימיים ועורכים תצפיות של שינויים במקומות מסוימים, כמו למשל באוקיינוס. בשלב זה, אנו יודעים שכמות גדולה יותר של גזי חממה משמעותה התחממות נוספת. אולם, איננו יודעים בדיוק כמה גזי חממה נדרשים כדי לגרום לנקודת מפנה עבור יריעות הקרח, או לדעיכה של העצים ביער הגשם באמזונס. המשמעות היא שעדיין יש חוסר ודאות רב לגבי נקודות מפנה, מתי הן יכולות להתרחש ומהן השלכותיהן האפשריות [8].

אולם עצם הידיעה שנקודות מפנה עשויות להתרחש יכולה להספיק כדי להשפיע על מה שאנו עושים היום. מאחר שההשלכות של נקודות המפנה שתיארנו הן חמורות כל כך, אפילו ההסתברות הקטנה של הגעה לנקודת מפנה עשויה להיות סיכון שאיננו מוכנים לקחת [9]. זוהי אחת הסיבות העיקריות לכך שכל הממשלות בעולם מנסות להגביל את שינויי האקלים כך שנפחית את הסיכונים של ההשפעות החמורות האלה.

מדענים ימשיכו לעבוד במטרה להבין אם ישנן נקודות מפנה במערכת האקלים של כדור הארץ, ואם כן, מתי הן עשויות להתרחש ומה עשוי לקרות בעקבות ההגעה אליהן. ככל שנלמד עוד על נקודות מפנה, כך נוכל לתכנן דרכים להימנע מהן בצורה טובה יותר, או לכל הפחות לתכנן כיצד להתמודד איתן אם אכן יתרחשו. האפשרות של הגעה לנקודות מפנה ולהתרחשות קסקדת נקודות מפנה, היא סיבה מצוינת עבורנו לבצע הרבה פעולות חיוביות היום במטרה להפחית את פליטות גזי החממה שלנו.

מילון מונחים

נקודת מפנה (Tipping Point): ↑ סף במערכת שכאשר עוברים אותו גורם לשינויים גדולים. קצה של גבעה הוא דוגמה לנקודת מפנה – מַעֲבָר הקצה מוביל מהפסגה לתחתית.

סַף (Threshold): ↑ הערך שצריך לעבור כדי שמערכת תנוע ממצב אחד לאחר.

לולאת היזון חוזר מחזקת (Self-Reinforcing Feedback Loop): ↑ תהליך אשר מתחזק ככל שהוא מתרחש יותר. ההימסות של יריעת הקרח בגרינלנד והתכווצותה הן דוגמה ללולאת היזון חוזר מחזקת.

דעיכת האמזונס (Amazon Dieback): ↑ אובדן של בִּיוֹמָסָה כתוצאה משינויי אקלים, כמו למשל שינויים בתבניות יערות גשם ועלייה בכמות השׂרפות.

סופג פחמן (Carbon Sink): ↑ משהו שסופג יותר פחמן ממה שהוא משחרר, ולכן מסיר פחמן מהאטמוספרה. יערות גשם הם דוגמה לסופגי פחמן.

זרימת התהפכות מרידיאלית אטלנטית [Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC)]: ↑ מערכת של זרמים באוקיינוס האטלנטי, שמניעה מים באופן מחזורי מהאזורים הטרופיים לצפון האוקיינוס האטלנטי.

קַסְקָדַת נקודת מפנה (Tipping Point Cascades): ↑ מצב שבו הגעה לנקודת מפנה אחת גורמת לשינויים באקלים אשר גורמים לנקודת מפנה נוספת, וכן הלאה.

הצהרת ניגוד אינטרסים

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