מאזן הפחמן של כוכב הלכת שלנו נשלט על ידי מה שנכנס ומה שיוצא, בתהליכים שמתרחשים על פני טווחי זמן מגוונים להפליא. התהליכים האלה לא רק משפיעים על החיים שלנו, אלא הם גם חלק מהאוויר שאנחנו נושמים ומהאוכל שאנחנו אוכלים.
צפו בפרק של מיזם °מעלה וחצי על מחזור הפחמן הארוך:
אנלוגיית האמבטיה
כדי להבין את מאזן הפחמן, דמיינו אמבטיה שבה מים זורמים פנימה מברז ומתנקזים החוצה דרך חור. באופן דומה, גם ריכוז הפחמן באטמוספרה ובאוקיינוסים של כדור הארץ נקבע על ידי האיזון בין הזרימה פנימה לזרימה החוצה. אם הזרימה פנימה גדלה, מפלס המים עולה עד שהזרימה החוצה משתווה לזרם הנכנס, בין אם המים ניגרים מעבר לשפת האמבטיה ובין אם הם מתנקזים דרך חור. גודלם ומספרם של "החורים" הללו קובעים את מפלס המים הסופי והיציב. מאזן הפחמן של כדור הארץ פועל על עקרונות דומים, אך עם "ברזים" ו"חורי ניקוז" שונים, הפועלים על פני טווחי זמן שונים באופן מהותי.
מחזור הפחמן קצר הטווח כרוך בשני תהליכים עיקריים: פוטוסינתזה ובה צמחים קולטים פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה לייצור סוכרים וחומר אורגני, ונשימה ובה יצורים חיים שורפים סוכרים לאנרגיה ומשחררים פחמן דו-חמצני חזרה לאטמוספרה.
יש לכך השפעה עונתית. באביב ובקיץ, כשעצים מצמיחים עלים חדשים וצמחים עושים יותר פוטוסינתזה מאשר נשימה, ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה יורד. לעומת זאת, בחורף, כשהעלים נושרים והפוטוסינתזה מואטת, הנשימה משמעותית יותר, מה שגורם לעלייה בריכוז הפחמן הדו-חמצני.
אולם, כשאנחנו בוחנים את ריכוז הפחמן הדו-חמצני במשך עשורים, המחזור העונתי הטבעי הזה מתגמד לעומת עלייה מתמשכת ויציבה. פחמן דו-חמצני הוא גז חממה שאחראי להתחממות הגלובלית ולמשבר האקלים. מאז שהחלו המדידות בסביבות 1960, עלה ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה מכ-315 חלקיקים למיליון לכ-425 חלקיקים למיליון. עלייה מדאיגה זו מתרחשת מכיוון שפליטות הפחמן הדו-חמצני עקב פעילות האדם מתרחשות בקצב שהמחזור הביולוגי העונתי פשוט אינו יכול לאזן.
עניין של עומק
קבוצה נוספת וחשובה של זרימות פחמן מתרחשת בין האטמוספרה להידרוספרה (מערכות מים, בעיקר האוקיינוסים). בעוד החלק הרדוד של האוקיינוס מחליף במהירות פחמן דו-חמצני עם האטמוספרה, ומגיע לשיווי משקל תוך שנים בודדות, הוא לא נחשב מאגר פחמן גדול. "הספוג" האמיתי הוא האוקיינוס העמוק, שמכיל פי 40 יותר פחמן מאשר האוקיינוס הרדוד והאטמוספרה גם יחד.
הקאץ'? קצב החילוף של הפחמן הדו-חמצני בין האוקיינוס הרדוד לעמוק הוא איטי להפליא, ונמשך יותר מאלף שנה כדי להגיע לשיווי משקל. המשמעות היא שבעוד שחלק ניכר מפליטות הפחמן הדו-חמצני הנוכחיות שלנו יגיע בסופו של דבר לאוקיינוס העמוק, תהליכים אלה עדיין איטיים בשביל לנטרל את הקצב המהיר של פליטות האדם, מה שמוביל להמשך עלייה בריכוזי הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה.
התרמוסטט הטבעי של כדור הארץ
מחזור הפחמן הארוך ביותר משתרע על פני מאות אלפי עד מיליוני שנים של תקופות גיאולוגיות. הוא כולל תהליכים שמסוגלים להוציא כמויות כמעט בלתי מוגבלות של פחמן מהאטמוספרה. מדובר באינטראקציה בין האטמוספרה לגאוספרה (סלעי כדור הארץ), המכונה לעיתים קרובות מחזור הסיליקט-קרבונט. מחזור זה פועל כ"תרמוסטט" טבעי לאקלים כדור הארץ.
איך זה עובד? פחמן דו-חמצני נפלט באופן טבעי לאטמוספרה, למשל, מהרי געש. הפחמן הדו-חמצני מתמוסס במי גשם, ויוצר חומצה פחמתית. גשם חומצי זה יורד על סלעים, במיוחד סלעים מגמטיים (שאינם מכילים פחמן). החומצה מזרזת את התמוססותם, מפרקת אותם ליסודות מומסים כמו סיליקון, סידן ומגנזיום. בשלב הבא היסודות המומסים האלה נישאים על ידי נהרות לים ומצטברים בו. באוקיינוס, יצורים ימיים משתמשים ביסודות מומסים אלה יחד עם פחמן מהאטמוספרה כדי לבנות את הקונכיות והשלדים שלהם מסידן פחמתי (גיר). כשהיצורים האלה מתים, קונכיותיהם נערמות על קרקעית האוקיינוס, ולאחר עשרות עד מאות אלפי שנים הן יוצרות סלעי גיר חדשים. תהליך זה למעשה מוציא פחמן ממערכת האוקיינוס-אטמוספרה וכולא אותו בסלעים.
מחזור הסיליקט-קרבונט הוא יותר מסתם ניקוז; הוא "חור" מווסת ב"אמבטיה" היכול לשנות את גודלו. הוא מייצב את ריכוזי הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה ואת הטמפרטורות העולמיות. אם אספקת הפחמן הדו-חמצני (לדוגמה, מהרי געש) עולה, כך ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה עולה. כאמור, עלייה בריכוז של גזי חממה מובילה לאקלים חם יותר. טמפרטורות גבוהות מזרזות את בליית סלעי הסיליקטים, שכן תגובות כימיות מואצות עם חום. אקלים חם יותר גם מגביר את המחזור ההידרולוגי, ומוביל ליותר גשם, מה שמאיץ עוד יותר את הבליה. בליה מוגברת משמעותה זרימה רבה יותר של חומרים מומסים לאוקיינוס, מה שמגביר את קצב יצירת הגיר וקבורתו. יצירת גיר מוגברת זו משתמשת ביותר פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה, ומובילה לייצוב או לירידה בריכוזו. מנגנון משוב עוצמתי זה מבטיח כי אספקת פחמן דו-חמצני מהרי געש מאוזנת בסופו של דבר על ידי קבורת גיר, ובכך מייצב את האקלים של כדור הארץ במשך מיליוני שנים.
המרוץ האנושי נגד הזמן
אם לכדור הארץ יש תרמוסטט כה חזק של ויסות עצמי, מדוע אנחנו עדיין מודאגים מעלייה בריכוזי הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה? התשובה טמונה בהבדל העצום בטווחי הזמן. בעוד מחזור הסיליקט-קרבונט יכול להסיר מהאטמוספרה כמויות בלתי מוגבלות של פחמן, הוא עושה זאת לאט להפליא (מאות אלפי עד מיליוני שנים).
הקצב שבו האנושות פולטת פחמן דו-חמצני הוא מהיר בכמה סדרי גודל מהקצב שבו תהליכים גיאולוגיים טבעיים אלה יכולים לנטרל אותו. גם אם היינו מפסיקים את כל פליטות הפחמן עוד היום, עדיין ייקח מאות אלפי שנים עד שהריכוז באטמוספרה יחזור לרמות הטרום-תעשייתיות באמצעות תהליכים טבעיים. אנחנו למעשה ממלאים את "אמבטיית הפחמן" מהר יותר מיכולת ההתמודדות של כל "חור ניקוז" טבעי, וכך גורמים להתחממות מואצת של עולמנו.
פרופ' איתי הלוי הוא גאוכימאי מהמחלקה למדעי כדור הארץ וכוכבי הלכת במכון ויצמן, 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
