בכל יום אנו שומעים על שינוי האקלים שנגרם כתוצאה מעלייה בריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה. אבל איך אנחנו יודעים בוודאות שהאחראי המרכזי לעלייה זו הוא האדם, בעיקר עקב שריפת דלקים מאובנים כמו פחם, נפט וגז? כאן תוכלו לקבל הצצה מרתקת אל העבודה הבלשית שחושפת את ה"חותמת" הייחודית של מקור הפחמן.
צפו בפרק של מיזם °מעלה וחצי על האחראי המרכזי לעליית הפחמן הדו-חמצני:
מהם איזוטופים של פחמן ואיך הם קשורים לדלקים מאובנים?
בעולם המדע מקשרים את העלייה בפחמן הדו-חמצני באטמוספרה לשריפה של דלקים מאובנים. מדובר בדלקים שנוצרו במשך מיליוני שנים, כשחומרים אורגניים נקברו תחת שכבות סלע. כיום, דלקים מאובנים הם מקורות האנרגיה המרכזיים של האנושות. האם כמות הדלקים ששרפנו מסבירה את הגידול בפחמן הדו-חמצני? בהחלט כן.
יש מקורות נוספים לפחמן דו-חמצני באטמוספרה, למשל הרי געש, אוקיינוסים, שריפות טבעיות, נשימת צמחים ובעלי חיים. אולי הם אחראים לעלייה? כאן נכנס לתמונה כלי עוצמתי שנקרא "ההרכב האיזוטופי של הפחמן".
ה"חותמת" האיזוטופית מאפשרת לגלות את מקור הפחמן. בדומה לאריזה של מוצר עם חותמת ייצור, גם לאטום הפחמן יש "חותמת" ייחודית. אטומי פחמן, כמו כל יסוד כימי, מורכבים מפרוטונים ומנויטרונים שמרוכזים בגרעין וממעטפת אלקטרונים. אטום פחמן מכיל תמיד שישה פרוטונים, אך מספר הנויטרונים שלו יכול להשתנות – זה מה שיוצר איזוטופים שונים של פחמן.
בטבע קיימים שלושה איזוטופים כאלה: פחמן 12 שהוא הנפוץ ביותר - כ-99 אחוז מהפחמן בטבע הוא פחמן 12; פחמן 13 שהוא נפוץ פחות, כמעט אחוז אחד; ופחמן 14 שקיים בכמויות מזעריות. ההרכב האיזוטופי המדויק משתנה בשברי אחוזים בין מקורות פחמן שונים כמו דלקים מאובנים, הרי געש, שריפות ועוד. בעזרת מדידות מדויקות של ההרכב האיזוטופי של הפחמן דו-חמצני באטמוספרה, אפשר לזהות את מקורותיו.
עדות ראשונה: ירידה בריכוז פחמן 13 באטמוספרה
פחמן דו-חמצני שמקורו בהרי געש ובאוקיינוסים מכיל באופן קבוע כ-1.115 אחוזים של פחמן 13 בעוד שאר האחוזים הם פחמן 12. לעומת זאת, פחמן דו-חמצני שמקורו בתהליכי נשימה של יצורים, ובשריפה של חומרים אורגניים כמו דלקים מאובנים, מכיל פחות פחמן 13: כ-1.095 אחוזים. זו ירידה קטנה שניתנת למדידה מדויקת.
מדידות של ריכוז פחמן 13 בבועיות אוויר קדומות שנמצאו בגלעיני קרח (גלילי קרח שמדענים הוציאו בקידוח מתוך קרחונים) מאנטארקטיקה ומגרינלנד הראו שהרכב הפחמן דומה מאוד להרכב הפחמן שמקורו בהרי געש ובאוקיינוסים. עם תחילת המהפכה התעשייתית ושריפת דלקים מאובנים, צנח ריכוז הפחמן 13 מתחת לערך של 1.115 אחוזים. זהו סימן ברור לכך שמקור הפחמן המוסף הוא אורגני, ובכך נשללים הרי געש והאוקיינוסים כמקורות עיקריים לעלייה הנוכחית.
עדות שנייה: ירידה בריכוז פחמן 14 באטמוספרה
אחרי שצמצמנו את החשודים למקורות אורגניים (שריפות, תהליכי נשימה ושריפת דלקים מאובנים), הגיע תורו של פחמן 14 לספק את ההוכחה המכריעה. פחמן 14 נוצר באטמוספרה מקרינה קוסמית והוא נכנס למערכת הביולוגית דרך תהליך הפוטוסינתזה. מכיוון שפחמן 14 הוא איזוטופ רדיואקטיבי, הוא מתפרק עם הזמן, וריכוזו בחומר אורגני דועך מרגע שהאורגניזם מת. זה אומר שאחרי 5,000 שנה נשארת מחצית מהכמות, ולאחר 50,000 שנה הוא נעלם כמעט לחלוטין.
את ריכוז הפחמן 14 באטמוספרה ניתן לשחזר ממדידת טבעות שנתיות בגזעי עצים. עצים מטמיעים פחמן מהאטמוספרה ומשמרים את הרכב הפחמן 14 בגזע. אם נראה ירידה בריכוז של פחמן 14 באטמוספרה, זו עדות להוספה של פחמן "עתיק" מאוד שאינו פחמן 14, כלומר פחמן שמגיע משריפה של דלקים מאובנים שנוצרו לפני מיליוני שנים ולכן הם אינם מכילים פחמן 14. ואכן, מדידות מראות ירידה ברורה בריכוז פחמן 14 מאז המהפכה התעשייתית ב-1820.
שילוב בין שתי ה"חותמות" מוביל למסקנה ברורה. מדידות פחמן 13 שללו מקורות כמו הרי געש ואוקיינוסים, ומדידות פחמן 14 שללו שריפות טבעיות ונשימת יצורים חיים כמקורות עיקריים לעלייה בריכוזי הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה. ההסבר היחיד שמתיישב עם המדידות הוא בשריפה של פחם, של נפט ושל גז.
זה אולי נשמע כמו חדשות רעות – שהאשמה היא בנו, בני האדם. אך אלה גם חדשות טובות, כי אם אנחנו האחראים לעלייה בריכוז הפחמן הדו-חמצני, הרי שאנחנו גם בעלי הכוח לפעול: להפסיק את השימוש בדלקים מזהמים ולמצוא דרכים להסיר פחמן מהאטמוספרה.
פרופ' אורי ריב הוא גיאולוג וגיאוכימאי במכון למדעי כדור הארץ באוניברסיטה העברית, וחבר בפורום מדעני ומדעניות האקלים. הפורום הוקם במטרה ליצור חיבור אפקטיבי בין המחקר המדעי העוסק במשבר האקלים למקבלי ההחלטות והתקשורת.
הכתבה הוכנה על ידי פורום מדעני ומדעניות האקלים וסוכנות הידיעות זווית מבית האגודה הישראלית לאקולוגיה ולמדעי הסביבה
