מדידות מעומק האוקיינוסים, מפני הים, מקרחונים יבשתיים ומהאטמוספרה מראות שכדור הארץ צובר אנרגיה – כלומר מתחמם. מסקנה זו אינה נשענת על מודלים אקלימיים משוכללים ומסובכים, אלא על תצפיות ישירות ועל פיזיקה בסיסית.

פרסומת

כדור הארץ מתחמם בגלל עלייה בריכוז גזי החממה באטמוספרה. עליית הטמפרטורה מיוחסת לפעילות אנושית, אך בפוסט זה נתמקד רק בראיות לכך שכדור הארץ אכן מתחמם.

כמות אנרגיית החום בכדור הארץ שווה לסך כל האנרגיה המגיעה אלינו מהשמש, פחות מה שנפלט לחלל. אם כמויות אלו שוות, כדור הארץ אינו מתחמם והטמפרטורה שלו יציבה. אך אם כמות החום הנפלטת קטנה מהכמות המגיעה לכדור הארץ – הוא מתחמם. נשאלת השאלה: כיצד ניתן למדוד את ההתחממות באופן ישיר ובלי שימוש במודלים? בדיוק כפי שתוכלו להשתמש במדחום כדי לקבוע אם יש לכם "חום" (טמפרטורת גוף גבוהה מן התקין), כך ניתן למדוד את השינוי בטמפרטורה של כדור הארץ ולאמוד את התחממותו בעזרת "מדחומים" שונים.

ניתן לראות באוקיינוסים את מד החום (מד טמפרטורה) הטבעי של כדור הארץ. מכיוון שרוב פני השטח מכוסים מים, אם כדור הארץ אכן מתחמם – תהיה עלייה בטמפרטורה של הים. למים יש קיבול חום גבוה יחסית – כלומר, כדי להעלות את הטמפרטורה של מים או להוריד אותה צריך להוסיף להם או לגרוע מהם כמות רבה של אנרגיית חום. עובדה זו הופכת את השינוי בטמפרטורת האוקיינוסים למדד יציב ואמין במיוחד למאזן האנרגיה של כדור הארץ, כי שינויים קטנים או זמניים במאזן האנרגיה לא יביאו לשינויים משמעותיים בטמפרטורת המים.

את המדידות הראשונות של טמפרטורת פני הים ביצעו מלחים על אוניות כבר באמצע המאה ה־19. החל משנות השמונים של המאה העשרים, מדידות של טמפרטורת פני השטח של הים נעשות גם באמצעות לוויינים המצוידים בחיישני אינפרא־אדום ומיקרוגל. קרינת אינפרא־אדום נבלעת במים מהר מאוד, ולכן חיישני אינפרא־אדום  יכולים למדוד רק את הקרינה התרמית הנפלטת משכבה דקה של פני הים – בעובי של מיקרונים עד מילימטרים – וכך מעריכים את הטמפרטורה של שכבה זו. חיישני המיקרוגל מודדים קרינה בתדרים נמוכים יותר, אשר יכולה לחדור דרך עננים מסווגים מסוימים. חיישנים אלו מאפשרים למדוד את טמפרטורת פני הים גם בתנאים שבהם חיישני אינפרא־אדום אינם יעילים. טמפרטורת פני השטח של הים נמדדת מיליוני פעמים בשנה ובכמעט כל נקודה באוקיינוסים. המדידות מראות מגמת עלייה עקבית של כ־0.9°C בממוצע העולמי של טמפרטורת פני הים מאז אמצע המאה העשרים, ומאז שנות התשעים קצב העלייה אף הואץ [1-4].

מדידת טמפרטורת האוקיינוסים באמצעות לוויינים מספקת מידע רב, אבל היא מוגבלת רק לפני השטח. מכיוון שהטמפרטורה בים משתנה עם העומק, כדי להעריך כמה אנרגיית חום מכיל האוקיינוס צריך למדוד גם בעומק הים. תוכנית ארגו (ARGO - Array for Real-time Geostrophic Oceanography) היא יוזמה בין־לאומית הכוללת צי של כמעט 4,000 מצופים רובוטיים המודדים את הטמפרטורה והמליחות בכל רחבי האוקיינוס. מצופי ארגו נסחפים בזרמי הים, ומיקומם האופקי אינו נשלט. לעומת זאת, כל מצוף מצויד במד עומק מדויק ובשלפוחית ציפה המאפשרת שליטה בעומק שבו הוא נמצא. מצופי ארגו צוללים לעומק, מבצעים מדידות, עולים שוב ומשדרים את הנתונים באמצעות לוויינים [5]. המערכת מספקת מאות מיליוני מדידות מכל העולם בכל שנה, ועל פיהן ניתן לאמוד את השינוי באנרגיה התרמית של כל האוקיינוס, לא רק של פני השטח [6]. נתוני ארגו מראים כי מאז שנת 2000 תכולת האנרגיה באוקיינוסים עולה בקצב ממוצע של 10²¹ ג'אול בשנה [7, 8] – יותר מהאנרגיה שבמאה מיליון פצצות אטום כמו זו שהוטלה על הירושימה במלחמת העולם השנייה! זוהי ראיה חזקה במיוחד – גם  משום שהאוקיינוסים גדולים, גם בשל קיבולת החום הגבוהה של המים, וגם כי המדידות מבוססות על פיזיקה בסיסית ועל מכשירים פשוטים ואמינים (מדי טמפרטורה).

מצוף ARGO. מקור: https://globalocean.noaa.gov/research/argo-program

מאזן האנרגיה משפיע גם על טמפרטורת האטמוספרה. מאות אלפי תחנות מטאורולוגיות ברחבי העולם מודדות טמפרטורה מאז המאה ה־19 [9]. החל משנות החמישים משוגרים מדי יום מאות בלוני מזג אוויר, אשר אוספים נתונים מהקרקע ועד לגובה של עשרות קילומטרים. מדידות אלו מראות עלייה בטמפרטורה של הטרופוספרה (שכבת האטמוספרה הנמוכה, 0–12 ק״מ) וירידה בטמפרטורת הסטרטוספרה (12–50 ק״מ) [10]. מאז תחילת שנות השמונים נוספו למדידות אלו גם מדידות מלוויינים [11]. לוויינים ייעודיים נושאים מדי טמפרטורה המבוססים על גלי מיקרו בטווח תדרים רחב, כאשר כל תדר רגיש לשכבת גובה שונה. כך ניתן להרכיב פרופיל אנכי של טמפרטורת האטמוספרה ברזולוציה גבוהה ובהיקף עולמי [12]. מיליוני מדידות נאספות מדי יום בכל רחבי כדור הארץ, והנתונים מראים בבירור כי יש עלייה משמעותית של טמפרטורת הטרופוספרה וירידה בשכבות העליונות.

תבנית זו – הצטברות אנרגיה בשכבות הנמוכות וירידה בכמות האנרגיה שבשכבות העליונות – מלמדת כי ההתחממות נובעת מירידה בכמות האנרגיה הנפלטת מכדור הארץ לחלל, ולא מעלייה בכמות האנרגיה המגיעה אלינו מהשמש. אנרגיה עוברת מפני השטח של כדור הארץ אל החלל בצורת קרינה אינפרא־אדומה. כאשר חלק גדול יותר מקרינה זו נבלע באטמוספרה, כמות האנרגיה הנפלטת לחלל פוחתת, והאנרגיה נשארת בשכבות הנמוכות. במצב זה, המוכר בשם "אפקט החממה", הטרופוספרה צפויה להתחמם, ואילו הסטרטוספרה, שמקבלת פחות חום מלמטה, צפויה דווקא להתקרר. אילו הגורם להתחממות כדור הארץ היה עלייה בכמות האנרגיה המגיעה מהשמש, לא היינו רואים תבנית כזו – משום שהאנרגיה מהשמש מחממת את השכבות העליונות תחילה. העובדה ששתי שכבות האטמוספירה מגיבות באופנים מנוגדים מאשרת שהעלייה בכמות האנרגיה התרמית של מערכת כדור הארץ נובעת מירידה בכמות האנרגיה הנפלטת לחלל [13].

ישנן גם מדידות עקיפות של העלייה באנרגיה התרמית של כדור הארץ, שאינן מבוססות על מדידות טמפרטורה. למשל, מדידות של הקרחונים היבשתיים הגדולים בגרינלנד ובאנטארקטיקה מראות שהם מאבדים מאות מיליארדי טונות של קרח בכל שנה [15]. כתוצאה מכך, וגם בגלל ההתרחבות התרמית של המים עם עליית הטמפרטורה שלהם, מפלס פני הים עולה. (את מפלס פני הים מודדים ברחבי העולם כבר למעלה ממאה שנים.) גם ממדידות אלו עולה כי כדור הארץ מתחמם [14].

כדור הארץ מתחמם משום שמאזן האנרגיה שלו השתנה, ואנחנו יודעים זאת מכיוון שאנו מודדים את האנרגיה העודפת. אנרגיה זו מעלה את הטמפרטורה של האוקיינוסים, משנה את פרופיל הטמפרטורה באטמוספירה, מעלה את מפלס פני הים וממיסה קרחונים. כל אחת מראיות אלו עומדת בפני עצמה, וביחד הן יוצרות מסקנה פיזיקלית ברורה: כמות אנרגיית החום בכדור הארץ גדלה – כלומר, יש התחממות גלובלית.

בתמונת הנושא של הפוסט: מיקום מצופי ארגו ב־1.12.25, 21:30 לפי שעון ישראל. מקור: https://globalocean.noaa.gov/research/argo-program

עריכה: סמדר רבן

מקורות והרחבות 

1. מאגר נתונים של  טמפרטורת  פני השטח של הים עם  משנת 1854 ועד היום
2. פרק 2 של הדו"ח של IPCC משנת 2021 ובו נתוני הטמפרטורה והשינוי בפני השטח של הים
3. מאגר נתוני טמפרטורת פני שטח הים של הסוכנות האירופית להגנת הסביבה
4. מאמר המנתח  את נתוני הטמפרטורה כדי לחשב את קצב העליה
5. האתר של ARGO
6. הסבר טכני על כמות המדידות של ARGO, זמינות הנתונים, ומה ניתן ללמוד מהם
7. סקירה היסטורית על שימוש בנתוני ARGO
8. מאמר על כמות החום באוקיינוסים
9. מאגר נתונים של תחנות מטאורולוגיות
10. מאגר נתונים של בלוני מזג אוויר הכולל גם קישורים למאמרים רלוונטיים
11. מדידת טמפרטורה באטמוספרה באמצעות לוויינים
12. מאמר המסביר על בניית פרופיל אנכי של הטמפרטורה באטמוספרה על סמך נתונים מלוויינים
13. פרק 3 של הדו"ח של IPCC משנת 2021, ובו הסבר  למה התחממות הטרופוספרה בשילוב  עם קירור הסטרטוספרה הוא חתימה ייחודית למצב שבו פליטת חום לחלל פוחתת
14. מאמר על מגמת העלייה של מפלס פני הים
15.  מאמר על הקרחונים באנטארקטיקה וגרינלנד