ההוכחה לכך שפחמן דו חמצני ממקור אנושי הוא הגורם להתחממות הגלובלית משולה לשרשרת של עדויות בבית המשפט. פחמן דו חמצני גורם להתחממות פני כדור הארץ. האנושות מוסיפה פחמן דו חמצני לאטמוספירה, בעיקר משריפת דלקי מאובנים. קיימות עדויות אמפיריות לכך שעליית הטמפרטורה מושפעת מריכוזי הפחמן הדו חמצני.
כדור הארץ עטוף בשמיכה בלתי נראית
האטמוספירה העוטפת את כדור הארץ מאפשרת את החיים עליו. כדי להיווכח, אפשר לבחון את המצב על הירח. על פני הירח, הטמפרטורת ביום מגיעה ל-100 מעלות צלזיוס (212 פרנהייט). בלילה, היא יורדת למינוס 173 צלזיוס (279.4- פרנהייט). לצורך השוואה, הטמפרטורה הנמוכה ביותר שנמדדה על פני השטח של כדור הארץ היא 89.2- צלזיוס (128.6- פרנהייט). על פי הארגון העולמי למטאורולוגיה (WMO), הטמפרטורה הגבוהה ביותר שנמדדה אי פעם על כדור הארץ היא 56.7 צלזיוס (134 פרנהייט), ב-10 ביולי 1913 ב"עמק המוות" (Greenland Ranch).
המין האנושי לא מסוגל לשרוד בטמפרטורות השוררות בירח, גם אם ריכוז החמצן שם היה מאפשר זאת. אנשים, צמחים וחיות אינם מותאמים לטמפרטורות הקיצוניות שעל פני כדור הארץ, אלא אם פיתחו דרכים להתמודדות עם חום וקור קיצוניים. כמעט כל החיים על פני כדור הארץ מתקיימים באזורים בהם הטמפרטורות יחסית מתונות.
כדור השמש והירח נמצאים באותו מרחק מהשמש. אם כך, למה יש הבדל גדול כ"כ בטמפרטורה בין שני הגופים? האטמוספירה המקיפה את כדור הארץ היא הגורם למתינות היחסית של הטמפרטורות על פניו. לירח אין אטמוספירה, ולכן הוא חשוף לאנרגית השמש במלוא עוצמתה. בלילות הטמפרטורה בו צונחת, בעוד שעל פני כדור הארץ האטמוספירה משמרת את החום.
חוקי הפיזיקה מלמדים, שבהעדר אטמוספירה, פני השטח של כדור הארץ היו קרים יותר בערך ב-33 מעלות צלזיוס (59.4 פרנהייט).
טמפרטרות כאלו לא היו מאפשרות התיישבות אנושית בכדור הארץ. החקלאות, כפי שאנו מכירים אותה, אינה אפשרית כאשר הטמפרטורה הממוצעת היא 18 מעלות מתחת לאפס. במילים אחרות, בהעדר אטמוספירה היה קר מאוד - אפילו בשיא הקיץ.
הסיבה שכדור הארץ חם מספיק לאפשר חיים היא קיומם של גזי חממה באטמוספירה. הגזים האלה משמשים מעין שמיכה, המשמרת את החום המגיע לכדור הארץ ומונעת את החזרתו השלמה לחלל החיצון. האפקט זהה לזה המתקבל מהתעטפות בשמיכה - פחות חום משתחרר והטמפרטורה עולה.
כאשר ריכוז גזי החממה באטמוספירה עולה, השמיכה כאילו מתעבה: פחות חום משתחרר. איך אפשר, אם כך, לדעת מה השפעת הפחמן הדו חמצני על הטמפרטורה, האמנם עלייה בריכוזו גורמת להתחממות כדור הארץ?
דרך אחת להעריך את השפעת הפחמן הדו חמצני היא באמצעות מדידות לווין, שמשוות את כמות האנרגיה המגיעה מהשמש לזו הנפלטת מכדור הארץ. בעשרות השנים האחרונות מראות המדידות שכמות האנרגיה הנפלטת חזרה לחלל החיצון יורדת. באותה תקופה, כמות האנרגיה המגיעה מהשמש לא השתנתה במידה משמעותית. זו הראיה הראשונה: יותר אנרגיה נשארת באטמוספירה.

סך תכולה החום של כדור הארץ - מתוך צ'רץ' ושותפיו, 2011.

מה גורם לחום להישאר באטמוספירה? גזי החממה. האפקט הזה מוכר למדע למעלה ממאה שנה. גזי החממה "בולעים" אנרגיה, ומשחררים אותה בכיוון אקראי (כך שחלקה מוחזרת אל פני השטח של כדור הארץ). גזי החממה העיקריים - פחמן דו חמצני (CO2), מתאן (CH4), אדי מים, חמצן דו חנקני ואוזון - הם בערך אחוז אחד מהאוויר.

לכמות הקטנה הזו של גז יש אפקט משמעותי - עליה של 33 מעלות צלזיוס. הרכיבים העיקריים של האטמוספירה - חנקן וחמצן - אינם גזי חממה, משום שאינם מושפעים מקרינה ארוכת גל או מקרינה בתחום האינפרא אדום. זו הראיה השניה - מנגנון מוכח באמצעותו אנרגיה "נכלאת" באטמוספירה.
הראיה השלישית מבוססת על כמות הפחמן הדו חמצני באטמוספירה. על סמך בחינה של בועיות אוויר שנלכדו בליבות קרח ניתן לקבוע, שלפני העידן התעשייתי כמות הפחמן הדו חמצני באטמוספירה היתה בערך 280 חלקיקים למיליון (ppm). ביוני 2013, מכון NOAA לחקר כדור הארץ, הנמצא בהוואי, קבע שלראשונה מזה אלפי שנים, כמות הפחמן הדו חמצני באוויר עברה את סף ה-400 חלקיקים למיליון. זו הראיה השלישית - כמות הפחמן הדו חמצני עלתה ב-43% ב-150 השנים האחרונות.

תמונה 2: כמות הפחמן הדו חמצני באטמוספירה (ירוק - ליבת הקרח Law Dome. כחול - Mauna Loa, הוואי), וכמות מצטברת של פחמן דו חמצני שנפלט (CDIAC). מקובל למדוד כמות הפחמן הדו חמצני בחלקיקים למיליון. כאן היא מוצגת בג'יגה-טון. פליטת פחמן דו חמצני מקורה למשל, בשריפת דלקי מאובנים וגז, ובייצור מלט.

האקדח המעשן

הראיה האחרונה היא "האקדח המעשן" המוכיח שפחמן דו חמצני הוא הגורם לעליית הטמפרטורה. פחמן דו חמצני בולע קרינה באורכי גל מסוימים. שאר גזי חממה בולעים קרינה באורכי גל אחרים. ניתן למדוד את אורכי הגל של הקרינה בשיטה הנקראת ספקטרוסקופיה. להלן דוגמה:

תמונה 3: ספקטרום של קרינת גזי חממה שנמדדה על פני השטח. קרינה שמקורה באדי מים אינה מוצגת, כדי להראות את תרומתם של גזי חממה אחרים (אוואנס 2006).

בגרף מוצגת האנרגיה בכמה אורכי גל (הציר האופקי מתאר את מספר הגל, שהוא ההופכי לאורך הגל), כפי שנמדדה על פני השטח בכדור הארץ. ניתן לראות את הקרינה המוחזרת אל כדור הארץ מגזי חממה שונים - אוזון (O3), מתאן (CH4), וחמצן דו חנקני (N20). האנרגיה הרבה ביותר היא בתחום האופייני לפחמן דו חמצני, בצד השמאלי של הגרף, והיא מגמדת את תרומתם של גזי החממה האחרים ומעידה על חשיבותם היחסית: רוב האנרגיה הנלכדת באטמוספירה נבלעת על ידי פחמן דו חמצני.

לסיכום

כמו בסיפור בלשי - דרוש קורבן, במקרה זה כדור הארץ ההולך ומתחמם בהשפעת האנרגיה הנלכדת באטמוספירה.
נוסף לקורבן, דרושה שיטת פעולה שתגרום לאנרגיה להישאר באטמוספירה. גזי החממה מספקים את ההסבר למנגנון הזה.
דרוש גם "מניע". מה גורם לתהליך הזה? עליית ריכוז הפחמן הדו חמצני בכמעט 50% ב-150 השנים האחרונות והגידול המתמיד בכמות הנפלטת כתוצאה משריפת דלקי מאובנים.
לבסוף, האקדח המעשן - הראיה המפלילה: האנרגיה שנלכדת באטמוספירה היא בדיוק באורכי הגל הנבלעים על ידי פחמן דו חמצני.
הנקודה האחרונה מציבה את הפחמן הדו חמצני בזירת הפשע. החקירה המדעית בונה שרשרת של ראיות ניסיוניות המוכיחות, צעד אחר צעד, שפחמן דו חמצני ממקור אנושי הוא הגורם להתחממות כדור הארץ.