ניבוי העתיד

תיאוריה מדעית נמדדת ב"יכולת הניבוי" שלה. במילים אחרות - היכולת לנבא, על סמך התיאוריה, התנהגות עתידית.

לדוגמה: הטבלה המחזורית, והתיאוריה העומדת מאחוריה, הוצעה הרבה לפני שכל היסודות המתוארים בה התגלו. על סמך התיאוריה הצליח הכימאי הרוסי דמיטרי מנדלייב לנבא את תכונותיהם של חומרים שעדיין לא נתגלו - למשל, גרמניום, גליום וסקנדיום.

תיאורית גזי החממה מנבאת מה תהיה ההשפעה של גידול בריכוז הפחמן הדו חמצני בעקבות פעולות האדם. התיאוריה הוצעה לראשונה על ידי המדען השוודי סוונטה ארהניוס בשנת 1896, והסתמכה על עבודות של פורייה ושל טינדאל. מדענים רבים עדכנו את התיאוריה ותרמו להתגבשותה במאה האחרונה. כמעט כולם הגיעו לאותה מסקנה: הגדלת ריכוז גזי החממה באטמוספירה תגרום להתחממות כדור הארץ.

המחלוקת נוגעת למידת ההתחממות הצפויה. הנושא הזה נקרא "הרגישות האקלימית" - המידה בה יעלו הטמפרטורות אם וכאשר ריכוז הפחמן הדו חמצני יהיה כפול מזה שלפני העידן התעשייתי. מודלים של מערכת האקלים חוזים עלית טמפרטורה מינימלית של 1.65 מעלות צלזיוס (2.97 פרנהייט). מודלים שונים חוזים עליה מקסימלית שונה. ממוצע העליה המקסימלית בין המודלים הוא 5.2 מעלות צלזיוס (9.36 פרנהייט). התחזית הסבירה ביותר היא עליה של כ-3 מעלות צלזיוס (5.4 פרנהייט), ועד 4.5 צלזיוס (8.1 פרנהייט).

מה שיורד…

אפקט החממה עובד כך: אנרגיה מגיעה מהשמש כאור נראה וקרינה אולטרה סגולה. כדור הארץ פולט קרינה בתחום התדרים האינפרא אדום. גזי החממה "בולעים" חלק מהקרינה האינפרא-אדומה הנפלטת מכדור הארץ, ופולטים אותה בחזרה לכל הכיוונים - כולל בחזרה אל פני השטח.

באמצעות התהליך הזה, פחמן דו חמצני וגזי חממה אחרים מביאים לעליה של 33 מעלות צלזיוס (59.4 פרנהייט) ביחס לטמפרטורה שהיתה שוררת בכדור הארץ בהעדרם. עד כה עלה ריכוז הפחמן הדו חמצני ב-42% ביחס לתקופה הפרה-תעשייתית, והטמפרטורות עלו. נסביר על מה מבוסס הקשר בין ריכוז הפחמן הדו חמצני לטמפרטורה.

עד כה, הטמפרטורה הממוצעת עלתה בכ-0.8 מעלות צלזיוס (1.4 פרנהייט):

"על פי מדידות שנעשו על ידי מדענים במכון נאסא-גודארד למדעי החלל (GISS), הטמפרטורה הגלובלית הממוצעת בכדור הארץ עלתה בכ-0.8 מעלות צלזיוס (1.4 פרנהייט) מאז 1880. שני שלישים מההתחממות הזו התרחשה מאז 1975, בקצב של כ-0.15-0.2 מעלה לעשור"

הטמפרטורות ממשיכות לעלות, כפי שחוזה התיאוריה. עדיין, מה העדות לקשר בין ההתחממות לריכוז גזי החממה - פחמן דו חמצני, מתאן, אוזון, או תחמוצות חנקן?

התשובה נעוצה בספקטרום של קרינת גזי החממה. באמצעות ספקטרוסקטפית פורייה ניתן למדוד את אורכי הגל של הקרינה האנפרא-אדומה המגיעה לקרקע.

תמונה 1: ספקטרום הקרינה המגיעה מגזי החממה, כפי שנמדדה על פני השטח. ספקטרום הקרינה של אדי מים אינו מוצג בגרף, כדי להראות את התרומה של גזים אחרים (אוונס 2006).

רואים בברור שפחמן דו חמצני תורם קרינה רבה, כמו גם אוזון (O3) ומתאן (CH4). התופעה הזו מכונה "האילוץ הקרינתי בפני השטח" ( surface radiative forcing), והיא מהווה עדות אמפירית לתרומה של פחמן דו חמצני להתחממות.

…חייב לעלות

מזה כמה זמן מהווה הפחמן הדו חמצני גורם משמעותי בהתחממות? על פי נאס"א, "שני שלישים מההתחממות התרחשה מאז 1975". ניתן לבודד ולהעריך את השפעת הפחמן הדו חמצני לאורך התקופה הזו באמצעות מדידות ספקטרום הקרינה שנפלטה מכדור הארץ. לווינים מדדו את הקרינה הנפלטת מכדור הארץ בשנים 1970-1997 על מנת לעקוב אחר שינויים בה.

תמונה 2: שינויים בספקטרום הקרינה הנפלטת מכדה"א בשנים 1970 עד 1996 בהשפעת גזים באטמוספירה. המונח "Brightness temperature" (בציר האנכי) מתאר שינויי טמפרטורה מותאמים ל"גוף שחור" (האריס 2001)

ניתן לראות, שבתקופה בה חלה התחממות מואצת, ירדה הכמות הקרינה הנפלטת החוצה מהאטמוספירה. קרינה באורכי גל תואמים לאלו שנקלטו בפני כדור הארץ "נלכדה" באטמוספירה. אורכי הגל מתאימים לגזי החממה שהוזכרו: פחמן דו חמצני, מתאן ואוזון.

העדויות האמפיריות

בעקבות עליית הטמפרטורה בכדור הארץ, נעשו יותר ויותר ניסיונות מחקריים להתחקות אחר הגורמים לה. הסברים רבים עלו, וכולם פרט לאחד הופרכו וננטשו בהעדר ראיות תומכות. רק תיאוריה אחת עומדת במבחן הזמן ומתיישבת עם עוד ועוד ממצאים ניסיוניים.

ידוע שפחמן דו חמצני בולע ופולט קרינה באורכי גל גדולים (טינדאל). תיאורית גזי החממה מנבאת שככל שיגדל ריכוזם באטמוספירה, כך תגבר ההתחממות (ארהניוס).

מדענים מדדו את השפעת הפחמן הדו חמצני הן על הקרינה המגיעה אל פני כדה"א והן על זו הנפלטת באורכי גל ארוכים (אינפרא-אדום). כמות הקרינה הנפלטת לחלל באורכי גל המתאימים לגזי החממה, קטנה. במקביל גדלה כמות הקרינה הנקלטת בפני השטח באותם אורכי גל.

כל הממצאים האלה מהווים עדות אמפירית לאפקט החממה בהשפעת פחמן דו חמצני.