סקירות
נקודות המפנה האקלימיות בכדור הארץ ‒ מה יקרה אם הקרח בגרינלנד יימס, יערות האמזונס יתייבשו ויצטמצמו, ומערכת הזרמים באוקיינוס האטלנטי תיעצר?
אנטון לוקשין המחלקה למדעי הסביבה, גאואינפורמטיקה ותכנון ערים, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב ([email protected])
עצי אשוח מתים ביער בהרי הרץ (Harz) בצפון גרמניה, 2022. יער זה הוא חלק מהיערות הבוריאליים. ההתחממות העולמית עלולה לגרום לסדרה של משובים חיוביים שיגרמו לערעור יציבות היערות האלה, בעיקר בחלקיהם הדרומיים, "עד כדי התייבשות פתאומית של שטחים נרחבים ממנו והפיכתה של המערכת האקולוגית המיוערת למערכת דמוית ערבה" | צילום: Svenja Elsner, ויקימדיה, CC BY-SA 4.0
מאת
אבנר גרוס
המחלקה למדעי הסביבה, גאואינפורמטיקה ותכנון ערים, אוניברסיטת בן-גוריון בנגבאנטון לוקשין
המחלקה למדעי הסביבה, גאואינפורמטיקה ותכנון ערים, אוניברסיטת בן-גוריון בנגבמאת
אבנר גרוס
המחלקה למדעי הסביבה, גאואינפורמטיקה ותכנון ערים, אוניברסיטת בן-גוריון בנגבאנטון לוקשין
המחלקה למדעי הסביבה, גאואינפורמטיקה ותכנון ערים, אוניברסיטת בן-גוריון בנגבנכון להיום, בכל שנה נוספים לאטמוספרה כ-10 גיגה-טונות של פחמן בעקבות פליטות גזי חממה ממקורות אנושיים. פליטות גזי החממה מאז תחילת העידן התעשייתי העלו את הטמפרטורה העולמית הממוצעת ב-1.2 מעלות צלזיוס, עם צפי להמשך התחממות עתידית בהתאם לתרחישים השונים של פליטות גזי החממה. עליית הטמפרטורה עלולה להוביל לחציית נקודות מפנה אקלימיות – מושג המתאר שינוי פתאומי ובלתי הפיך במערכות טבעיות שמתחולל לאחר מעבר סף טמפרטורה מסוים. כאשר נחצה סף טמפרטורה המניע שינוי בלתי הפיך במערכות טבעיות שמווסתות את מערכת האקלים העולמית, כדור הארץ כולו עלול להידחף באופן מהיר וחד למצב אקלימי חדש, שיהיו לו השפעות מרחיקות לכת על האדם והטבע. במאמר זה סקרנו את הידע הקיים על אודות נקודות המפנה האקלימיות העיקריות בכדור הארץ, כמו המסת שכבות הקרח של גרינלנד ואנטארקטיקה, הפשרת קרקעות קִפאת העד הצפוניות, התייבשות והצטמצמות של יערות האמזונס ויערות העד הבוריאליים בקווי הרוחב הצפוניים ועצירת מערכות הזרמים באוקיינוס האטלנטי. באמצעות סקירת מאמרים שבחנו מחקרים פליאו-אקלימיים, תצפיות ותוצאות שימוש במודלים אקלימיים, ריכזנו מידע על סף הטמפרטורה הקריטי של כל אחת מנקודות המפנה, על טווחי הזמן הרלוונטיים לחצייתן, על ההשפעות האקלימיות המקומיות והעולמיות הצפויות ועל מידת הסבירות המדעית והאי-ודאות הקיימת לחצייתן. עד היום זוהו 16 נקודות מפנה אקלימיות בכדור הארץ, והסקירה מראה כי חמש מהן קרובות לסף החציה. הסיכוי לחציית שאר נקודות המפנה מתעצם ככל שהאקלים מתחמם. התחממות של 2.6 מעלות מעבר לטמפרטורה ששררה בתקופה הטרום תעשייתית, צפויה להתרחש בסוף המאה הנוכחית בתרחישי אקלים עתידיים, ותקרב אותנו לחציה של נקודות מפנה של שאר המערכות. לעובדות האלה יש משמעות מרחיקת לכת, מאחר שנקודות המפנה מאופיינות ביחסי גומלין הדדיים, וחצייתן צפויה לגרור מפל אירועים שיאיץ את חצייתן של נקודות מפנה נוספות כחלק ממעגל משוב חיובי. סקירת מאמרים זו מדגישה את הצורך בפעולה דחופה כדי למנוע את חצייתן של נקודות המפנה האקלימיות באמצעות צמצום שאפתני ומהיר של פליטות גזי חממה לאטמוספרה.
על קצה המזלג
- המערכות הטבעיות המווסתות את האקלים העולמי נמצאות במצב שיווי משקל.
- ערעור מצב שיווי המשקל שמערכת טבעית נמצאת בו, ומַעבר שלה למצב שיווי משקל חדש – תהליך המכונה נקודת מפנה אקלימית – צפוי להוביל לשינויים משמעותיים, שיהיו בלתי הפיכים למשך תקופה ארוכה ביותר.
- השינויים האלה עלולים להאיץ את שינוי האקלים, לשבש את תפקודן של מערכות אקולוגיות וחקלאיות, לפגוע באספקת מים ובהתיישבות האנושיות, ולהשפיע באופן חמור על החברה, הכלכלה והבריאות.
- כדי להימנע מחציית נקודות המפנה האקלימיות יש להגביל את עליית הטמפרטורה העולמית, דבר הדורש מאמץ עולמי אגרסיבי תוך שיתוף פעולה בין-לאומי ואכיפת מדיניות אקלים.
- ייצוב האקלים יסייע בשימור המגוון הביולוגי, בהגנה על קהילות פגיעות ובהבטחת קיימות ארוכת-טווח. עם זאת, פעולה שאינה נחרצת דיה עלולה להוביל לתוצאות קטסטרופליות ובלתי הפיכות.
מערכת אקולוגיה וסביבה
הלכה למעשה
משינוי הדרגתי למצב בלתי הפיך
התפיסה האנושית מורגלת בלינאריות. לפיכך, בהקשר האקלימי רווחת התפיסה שהשפעות ההתחממות העולמית יהיו איטיות, תוך התעצמות הדרגתית המצומדת לקצב עליית הטמפרטורה. עם זאת, הציפייה שלנו לשינויים הדרגתיים מתנגשת עם התרחשותם של אירועים פתאומיים, רבי-עוצמה ובלתי הפיכים. האירועים הלא לינאריים האלה מווסתים את התנהגותן של המערכות הטבעיות בכדור הארץ, ומעצבים את האקולוגיה והאקלים העולמיים. התהליכים הדרמטיים האלה מתרחשים כאשר שינוי קטן, כמו מדרגה נוספת של עליית טמפרטורה כחלק ממגמת התחממות כללית, יוצר הפרעה גדולה בתפקוד המערכת, ודוחף אותה מעבר לנקודה קריטית לתוך מצב חדש. עליית הטמפרטורה העולמית היא המנוע ההדרגתי הדוחף מערכות טבעיות רבות לעבר חציית הנקודות הקריטיות, וכל מערכת כזו מאופיינת בסף טמפרטורה קריטית ספציפי, שמעליו המערכת מניעה את עצמה לעבר שינוי בלתי הפיך בעל השלכות מרחיקות לכת בסקלה המקומית או העולמית [17]. כאשר נחצה סף המניע שינוי בלתי הפיך במערכות שמווסתות את האקלים העולמי (כמו המסת הקרח בקטבים או התייבשות והצטמצמות של יערות האמזונס), ההשפעות יהיו בסקאלה פלנטרית, ויניעו את כדור הארץ כולו למצב אקלימי חדש, שונה מזה שאנחנו נמצאים בו כיום (איור 1). לפיכך, אירועים פתאומיים ובלתי הפיכים שמתרחשים בעקבות חציה של סף טמפרטורה מסוים זכו לכינוי Tipping Points – נקודות מפנה.
איור 1
הסבר סכמטי של נקודת מפנה
המערכת נמצאת במצב התחלתי (כחול) באחד משני מצבים אפשריים ויציבים, המיוצגים על-ידי עמק וכדור השוכב בבסיס אחד העמקים. אילוץ חיצוני שמקורו מחוץ למערכת (למשל עליית הטמפרטורה, שמיוצגת בשינוי צבע לצהוב), מקטין את עומק העמק, ובכך מקטין את יציבות המערכת. בשלב מסוים, כאשר המערכת מגיעה לנקודת מפנה, המצב ההתחלתי היציב נעלם, והמערכת מתחילה לנוע באופן עצמאי אל עבר מצב חדש ויציב (אדום). האיור מבוסס על Lenton ואחרים, 2022 [16].
חציה של נקודת מפנה תגרור הנעה של מעגלי משוב חיוביים (מצב שבו כוח חיצוני שדוחף לשינוי במערכת מגביר את השפעת השינוי), שיעצימו את השינוי המקורי, ויאיצו את שינוי תנאי המערכת עד להתקבעות בלתי הפיכה במצב תפקודי חדש. דוגמה מוכרת לכך היא המסת קרח בים הארקטי באזור הקטבים, שמואצת כאשר פני השטח הבהירים של הקרח מפַנים את מקומם לפני השטח הכהים יותר של הים, ובעצם כך מקטינים את האלבדו (מספר המבטא את שיעור החזר הקרינה קצרת-גל המגיעה מהשמש מפני השטח), מגדילים את כמות הקרינה הנבלעת בפני השטח, ומחממים את סביבתם אף יותר [5, 30]. עד כה, נקודות המפנה האקלימיות, כמכלול, אובחנו כאירועים בעלי השפעה מכרעת אך בעלי סבירות נמוכה. למרות זאת, עדויות שהצטברו בשנים האחרונות, יחד עם התעצמות ההשפעות של ההתחממות העולמית, מראות כי אנחנו מתקרבים לחצייתן של חלק מנקודות המפנה, ומתקבעת ההבנה כי יש להתייחס לנקודות המפנה האקלימיות כאירועים בעלי השפעה וסבירות גבוהה [31]. לפיכך, נקודות המפנה האקלימיות מעוררות דאגה רבה בקרב הקהילה המדעית ובספירה הציבורית והפוליטית.
עד היום זוהו 16 מערכות טבעיות בכדור הארץ, המאופיינות בנקודות מפנה (המרכזיות שבהן מוצגות בטבלה 1). חלק מנקודות המפנה עלולות להיחצות בהשפעת פעילות אנושית כבר במאה הזו. לתשע מתוכן יש השפעה אקלימית עולמית, ולשבע נוספות השפעות מרחיקות לכת על מגוון המינים ועל רווחת האדם [30]. המיקום הגאוגרפי של המערכות מוצג באיור 2.
טבלה 1
נקודות המפנה העיקריות, ספי טמפרטורות מינימום ומקסימום להתרחשותן, לצד סיכויי התרחשותן, טווח זמן להתרחשות ופוטנציאל ההתחממות התוספתית העולמית
לכל נקודת מפנה יש רמת ודאות שונה. הטבלה מבוססת על Armstrong ואחרים, 2022 [3].
איור 2
הצגת מיקומן הגאוגרפי של נקודות מפנה בעלות השפעה עולמית (א) ושל נקודות מפנה בעלות השפעה מקומית (ב)
רכיבי קְרִיוֹספרה (שכבת הקרח והשלג) מוצגים בכחול, ביוספרה בירוק, ואוקיינוס–אטמוספרה בכתום. מבוסס על Armstrong ואחרים, 2022 [3].
חשוב לציין שקיימת אי-ודאות רבה לגבי סף הטמפרטורה שמעליו ייחצו נקודות המפנה במערכות השונות ולגבי מידת השפעתן על האקלים העולמי. עם זאת, מחקרים מהשנים האחרונות מגלים כי חצייתן של שש נקודות מפנה, כמו התמוססות והתמוטטות של מדפי הקרח של גרינלנד ומערב אנטארקטיקה, תמותת האלמוגים בקווי הרוחב הנמוכים והפשרת קרקעות קִפאת העד (permafrost) בקווי הרוחב הצפוניים, אפשרית כבר בהתחממות של 2 מעלות מעל הטמפרטורה בתקופה הטרום תעשייתית (טמפרטורה זו היא הגבול העליון של ההתחממות לפי הסכם פריז, ולפי תרחיש SSP1-2.6 אנחנו צפויים להגיע אליו תוך כמה עשורים). למעשה, ההתחממות הנוכחית של 1.2 מעלות נמצאת בתוך טווח האי-ודאות של חמש מתוכן. התחממות מעל 2.6 מעלות, שצפויה בסוף המאה בתרחישי אקלים עתידיים, תקרב אותנו לחציה של נקודות המפנה של שאר המערכות (טבלה 1).
מערכות עיקריות המתקרבות לנקודת המפנה שלהן
במאמר זה נסקור מספר נקודות מפנה עיקריות בהתבסס על מחקרים מהשנים האחרונות ונאפיין את טווח הטמפרטורה של חצייתן, את טווח הזמנים של התרחשותן ואת מידת השפעתן האקלימית בסקלה העולמית והמקומית. נתמקד בעיקר בנקודות המפנה המונעות על-ידי עליית הטמפרטורה ושיש להן השפעה אקלימית עולמית.
קְרִיוֹספרה – שכבת הקרח והשלג
התחממות כדור הארץ מאז המהפכה התעשייתית הפחיתה באופן משמעותי את היקף כיסוי פני כדור הארץ בקרח ובשלג (איור נ1 בנספח), מה שמוביל להקטנת האלבדו הפלנטרי, ויוצר משוב חיובי להתחממות. נוסף על כך, המסת הקרחונים תרמה חלק משמעותי מעליית גובה פני הים בעשורים האחרונים (איורים נ1, נ2 בנספח), המהווה סכנה משמעותית לבני אדם ולמערכות אקולוגית באזורים חופיים. מחקרים מהשנים האחרונות מעידים כי מערכות קריוספריות רבות יכולות לחצות את נקודות המפנה במאה הנוכחית. לקריוספרה תצורות שונות, כפי שמוצג באיור 3.
התמוססות והתמוטטות של שכבת הקרח של גרינלנד
נפח שכבת הקרח של גרינלנד פוחת בקצב מואץ בעשורים האחרונים בעקבות המסת פני השטח של שכבת הקרח והתנתקות מסות של קרח בקצות הקרחון [4, 14]. נוסף על כך, פני השטח של שכבת הקרח מאבדים גובה עם המסת הקרח, ונחשפים לאוויר ולטמפרטורה גבוהה יותר ביחס לטמפרטורות השוררות בפסגות הקרחונים, מה שמאיץ עוד יותר את ההמסה. מודלים ונתונים פליאו-אקלימיים מראים כי נקודת המפנה מתרחשת סביב עליית טמפרטורה של 1.5 מעלות, ושקיים טווח אי-ודאות רחב. טמפרטורת המינימום לחציית נקודת המפנה היא 0.8 מעלות, וטמפרטורת המקסימום היא 3 מעלות (טווח 0.8–3 מעלות) [22]. התמוססות והתמוטטות של שכבת הקרח של גרינלנד תוביל להאטתה או אף לעצירתה של מערכת הזרמים באוקיינוס האטלנטי (AMOC – Atlantic Meridional Overturning Circulation) המסיעה בפני שטח הים מים חמים מהים הקריבי לעבר קווי הרוחב הצפוניים ומים קרים בעומק לכיוון קו המשווה. נוסף על כך, המסת הקרח תוביל לירידה בערכי האלבדו ולעליית מפלס פני הים העולמי בכ-35–50 מ"מ. ההתמוססות וההתמוטטות של שכבת הקרח של גרינלנד צפויה להעלות את הטמפרטורה העולמית ב-0.13 מעלות (ועד 3 מעלות בסקלה המקומית). סקלת הזמן של התהליך ארוכה יחסית, והטווח שלה 1,000 עד 15,000 שנים [29].
איור 3
תרשים סכמטי של תצורות קרח ושלג באזורי הקטבים
מבוסס על איור מאתר מנאס"א [21].
התמוססות והתמוטטות של שכבות הקרח של אנטארקטיקה
חלקים גדולים משכבת הקרח של מערב אנטארקטיקה נטועים מתחת לפני הים על משטח מוצק. לפי תאוריית האי-יציבות של שכבות קרח ימיות, בנקודת המפגש של שכבת הקרח עם פני הים הקרח מתחיל לצוף ולהיחשף לפני הים החמים. הטופוגרפיה של שכבת הקרח ושיפועיה יקבעו את מידת המגע בין הים לבסיס הקרחון [2, 5, 32]. משוב חיובי שיעצים את המסת שכבת הקרח, מתרחש כאשר נקודת המפגש בין בסיס הקרחון לפני שטח מוצקים נסוגה, ושטח גדול יותר מהקרחון צף על פני המים. לפי ההערכות, מנגנון נסיגה זה הוביל להתמוססות ולהתמוטטות של שכבת הקרח במערב אנטארקטיקה בתקופות חמות בין-קרחוניות בעבר [28]. מדידות מראות כי ישנם אזורים רבים במערב אנטארקטיקה שקרובים לנקודת המפנה כבר כיום, ועל כן, התמוססות והתמוטטות של הקרחונים באזורים האלה הן בלתי נמנעות בסקלת זמן של עשורים. עדויות מקרחון Thwaites (הנודע בכינוי קרחון יום הדין), תומכות בכך, מאחר שהתמוססותו והתמוטטותו הקרובות יהיו בלתי הפיכות ויאיצו עוד יותר את תהליך נסיגת הקרחונים [33]. ההערכות הן כי נקודת המפנה תתרחש בהתחממות של 1.5 מעלות (בטווח של 1 עד 3 מעלות), בסקלת זמן מינימלית של 500 שנה (טווח של 500 עד 13,000 שנים) ועם השפעה תוספתית על עליית הטמפרטורה העולמית (פוטנציאל התחממות) של 0.05 מעלות (ועד 1 מעלה בסקלה המקומית) [29].
לעומתה, להתמוססותה ולהתמוטטותה של שכבת הקרח של מזרח אנטארקטיקה יש פוטנציאל להעלאת גובה פני הים ב-50 מטר [7], מאחר שהיא בעלת השטח הגדול ביותר בכדור הארץ. שכבה זו נחשבת יציבה הרבה יותר, וההערכה לנקודת המפנה שלה היא בעליית טמפרטורה של 7.5 מעלות (טווח של 5 עד 10 מעלות), בסקלת זמן של 10,000 שנים ועם פוטנציאל התחממות עולמי של 0.6 מעלות.
הפשרה של קרקעות קפאת העד הבוריאליות
קרקעות קִפאת העד (permafrost) הן קרקעות מכוסות קרח שנמצאות במצב קיפאון מספר שנים ברצף. בדרך כלל הקרקעות, שכבות הסלע מתחת לקרקע וסדימנטים קפואי עד עשירים מאוד בפחמן אורגני, וממוקמים בעיקר באזורים הבוריאליים בצפון קנדה, סקנדינביה, אלסקה וצפון רוסיה, באזורי הטונדרה בחוג הארקטי ולעיתים בפסגות הרים גבוהים בקווי גובה נמוכים יותר. בקרקעות קִפאת העד מצויות כ-1,000 גיגה-טונות של פחמן אורגני [24], שיכול להשתחרר עם הפשרתן וחשיפתן לאוויר, כגז פחמן דו-חמצני או כגז מתאן. לפי נתוני הפאנל הבין-ממשלתי לשינוי אקלים, כמות זו גדולה בכ-60% מסך פליטות גזי החממה האנושיות מאז המהפכה התעשייתית [24]. אגמים תרמוקארסטיים נוצרים כאשר מתרחשת הפשרה לא אחידה של הקרח המכסה קרקע או שכבות סלע מתחת לסדימנטים. הפשרה זו יוצרת שקע שהמים מתנקזים אליו, ועלולה לגרור גם התמוטטות פיזית של מדרונות. תהליך ההפשרה לרוב גורם לחשיפה של חומר אורגני, שבתהליך אנאירובי איטי גורם לשחרור מתאן. אגמים תרמוקארסטיים מגבירים את חשיפתן של שכבות נוספות בקרקע הקפואה למים או לאוויר חמים יותר, שמאיצים את הפשרת הקרקעות כחלק ממעגל משוב חיובי. בניגוד להפשרה ההדרגתית שמתרחשת כבר כיום, הפשרה פתאומית ובלתי הפיכה שעלולה להתרחש במספר יבשות בו-זמנית היא נקודת מפנה. ההערכות הן שנקודת המפנה תתרחש כשייחצה סף התחממות של 1.5 מעלות (1 עד 2.3 מעלות) בסקלת זמן של כ-200 שנה (100‒300 שנים), ושהיא תביא לשחרור של מתאן, שווה-ערך ל-10 עד 25 גיגה-טונות פחמן (כלומר, 10–25 מיליארד טונות פחמן) לכל מעלת התחממות. התחממות עולמית של מעל 4 מעלות (טווח של 3 עד 6 מעלות, או מעל 8‒9 מעלות ברמה האזורית) [15, 27] עלולה ליצור חום פנימי בקרקע בעקבות פירוק נרחב של חומר אורגני עשיר בפחמן העולה בקצבו על קצב שחרור החום מהקרקע [10, 18], אפקט המכונה compost bomb instability. תהליך זה יעצים עוד יותר את הפשרת קרקעות קִפאת העד, ויעלה את קצב שחרור גזי החממה בתוספת של 125‒250 גיגה-טונות של פחמן לאטמוספרה בסקלת זמן של 50 שנים בלבד (טווח של 10 עד 300 שנים).
ביוספרה
יחסי הגומלין בין שינוי האקלים ליערות, לשוניות האלמוגים ולאורגניזמים החיים בים וביבשה נחקרו רבות בעשורים האחרונים [12]. מבחינת ההשפעה על מערכת האקלים, מייחסים חשיבות רבה ליערות הטרופיים וליערות הבוריאליים המהווים מבלע (sink) משמעותי מאוד של פחמן דו-חמצני. התייבשות והצטמצמות שלהם עלולה להוביל לשחרור של כמות מסיבית של גזי חממה לאטמוספרה. תפקודן של מערכות היער עלול להיפגע באופן פתאומי ובלתי הפיך מעבר לסף טמפרטורה קריטי [6, 23], כפי שיתואר להלן.
התייבשות והצטמצמות של יערות האמזונס
יערות האמזונס, רצועת היערות הטרופיים הגדולה ביותר בעולם, אוצרים כ-200 גיגה-טונות פחמן [8, 26] (כמות שוות ערך ל-20 שנה של פליטות פחמן דו-חמצני ממקורות אנושיים), וממלאים תפקיד קריטי במחזור הפחמן העולמי. לאורך רוב 12 מיליון השנים האחרונות נותרו יערות האמזונס יציבים, והציגו יכולות התאוששות מהירה מול שינויי אקלים מקומיים ועולמיים [11]. עם זאת, מחקרים חדשים מראים כי כריתת יערות מואצת ושינוי האקלים הקטינו באופן הדרגתי את גודלו של מבלע הפחמן של היערות החל מסוף המאה שעברה, עד כדי הפיכתו בשנים האחרונות ממבלע למקור נטו של פחמן לאטמוספרה [25]. שילוב של התייבשות אגן האמזונס הנגרמת משינוי האקלים יחד עם בצורות חריגות ותכופות ולחצים אנושיים הכוללים שרפות ובירוא יערות, הוביל לכך שחלקים נרחבים מהיער איבדו את יכולת עמידותם [25, 34] (איור נ3 בנספח). מודלים אקלימיים מראים כי התארכות העונה היבשה והירידה בכמות המשקעים באגן צפויות להתעצם בתגובה להתחממות העולמית, ולהחליש עוד יותר את עמידותם של היערות. לפיכך, ההתחממות מניעה סדרה של משובים חיוביים המעצימים את שרפת היערות ותמותת העצים, ומקטינה את תהליך האידוי-דיות (evapotranspiration) של העצים שאחראי ל-70%–30 מהמשקעים באגן האמזונס, בעיקר בעונה היבשה. לפיכך, זהו תהליך קריטי למחזור המים ביער. עד היום, כ-17% משטח היער נפגע, ונמצא במצב לא יציב עקב פעילות אנושית ושינוי האקלים מעשה ידי אדם [8]. ההערכות הן כי נקודת המפנה תתרחש כאשר 40%–25 משטח היער ייפגעו, מה שיניע סדרת משובים חיוביים שתוביל לקריסתה של המערכת האקולוגית ולהפיכתה ממערכת אקולוגית של יער למערכת דמוית סוואנה. ההערכות הן לנקודת מפנה סביב התחממות של 3.5 מעלות (טווח של 2 עד 6 מעלות), ללא קשר לקצב בירוא היער, בסקלת זמן מהירה יחסית של 100 שנים (טווח של 50 עד 200 שנים). פוטנציאל ההשפעה האקלימית מוערך בפליטה של 30 גיגה-טונות של פחמן שיחממו את כדור הארץ ב-0.1 מעלות (0.4‒2 מעלות התחממות ביערות האמזונס עצמם, ועד כ-6 מעלות בברזיל ובפרו).
התייבשות והצטמצמות של היערות הבוריאליים
היערות הבוריאליים משתרעים בחצי הכדור הצפוני מסביבות קו רוחב 70 מדרום לחוג הארקטי, בעיקר ברוסיה, בצפון אירופה ובצפון אמריקה, ועד לסביבות קו רוחב 50. ההתחממות צפויה להניע סדרה של משובים חיוביים שיפגעו ביערות, ויגרמו, בין השאר, לעלייה בהיקף ובתדירות של שרפות יער, להתגברות של מגמת ההתייבשות, להתפרצות של מחלות ולהתפשטות מזיקים שפוגעים בעצים [1, 23]. המשובים החיוביים האלה, כגון הגדלת האלבדו וירידה באידוי-דיות, צפויים לערער את יציבות היער בעיקר בחלקיו הדרומיים, עד כדי התייבשות פתאומית של שטחים נרחבים ממנו והפיכתה של המערכת האקולוגית המיוערת למערכת דמוית ערבה (prairie) [23]. ההערכות הן לנקודת מפנה סביב התחממות של 4 מעלות (טווח של 1.5 עד 7.2 מעלות) בסקלת זמן של 100 שנים ולפליטה של 50 גיגה-טונות של פחמן. התייבשות והצטמצמות של היערות הדרומיים צפויה לגרום לשינוי טמפרטורה עולמי של 0.18- (טווח של 0.5- עד 2 מעלות). בו-בזמן, צפויה להתרחש התפשטות של היערות צפונה, לאזור טונדרה שאינו מיוער כיום. התפשטות היער צפונה תקטין את האלבדו, תעלה את האידוי-דיות, ותגדיל את מבלע הפחמן בכ-6 גיגה-טונות. גם ההערכות לנקודת מפנה זו הן התחממות של 4 מעלות (טווח של 1.5 עד 7.2 מעלות) בסקלת זמן של 100 שנים. התפשטות היער צפונה צפויה לתרום להתחממות עולמית של כ-0.14 מעלות [3].
אוקיינוס ואטמוספרה
לשינויים בזרמי האטמוספרה והאוקיינוס השפעות נרחבות על האקלים המקומי והעולמי ועל תפקודן של מערכות אקולוגיות ימיות ויבשתיות. מודלים עולמיים ועדויות פליאו-אקלימיות של סדימנטים בקרקעית גופי מים המאפשרים להעריך את טמפרטורת המים ואת אופי הזרמים שהיו בתקופות חמות בעבר, מראים כי התחממות כדור הארץ שממיסה את הקרחונים ומגבירה את אגירת החום באוקיינוסים, משפיעה באופן דרמטי על הסעת החום באוקיינוס ובאטמוספרה [1].
עצירת מערכת הזרמים האטלנטית (AMOC)
מערכת הזרמים הימיים העיקרית שחוצה את קווי הרוחב באוקיינוס האטלנטי מאופיינת בהסעה של מי ים חמימים ומלוחים בפני השטח מאזור קו המשווה לכיוון קווי הרוחב הצפוניים, ונקראת AMOC (Atlantic Meridional Overturning Circulation). בדרכם צפונה המים המוסעים מתקררים ומתאדים תוך עלייה בצפיפותם, מה שמוביל לשקיעתם האנכית, ולתנועה שיוצרת קונבקציה עמוקה (ערבוב אנכי של מי האוקיינוס) (איור נ4 בנספח). התחממות כדור הארץ מחממת את פני הים, ובו-בזמן מעצימה את המסת הקרחונים, את כמות המשקעים [20] ואת ספיקת הנהרות בחוג הארקטי. התהליכים האלה מקטינים את צפיפות מי הים, והחשש הוא שבעקבותיהם תואט תנועת הקונבקציה העמוקה, מה שיוביל לעצירתה המוחלטת של מערכת הזרמים מעל סף התחממות מסוים.
עדויות חדשות מראות כי מערכת הזרמים AMOC נחלשת בכ-15% מאז שנות ה-50 של המאה שעברה [19]. מחקרים פליאו-אקלימיים מראים כי מערכת הזרמים הזו נחלשה עד כדי עצירה מוחלטת ביציאה מתקופת הקרח האחרונה וכן בתקופה הבין-קרחונית האחרונה לפני 125,000 שנים, כשהטמפרטורה הממוצעת בכדור הארץ הייתה גבוהה רק במקצת מהטמפרטורה כיום. למעשה, עדויות גאולוגיות וגאוכימיות כגון מיפוי ותארוּך של סדימנטים שמקורם בהמסת קרחונים, כולל מדידת איזוטופים יציבים [9], מראות כי מערכת הזרמים AMOC נעצרה בעבר בגלל היפרדות גושי קרח מהקרחונים באזור צפון-מזרח קנדה ומערב גרינלנד, דרך מְצרֵי האדסון ולתוך צפון האוקיינוס האטלנטי שש פעמים במהלך תקופת הקרח האחרונה (10,000‒100,000 שנים האחרונות), במה שידוע כ"אירועי היינריך" (Heinrich events). לפי העדויות האלה ובהתבסס על מדידות ומודלים, ההערכות הן כי נקודת המפנה תתרחש בהתחממות של 4 מעלות (טווח של 1.4 עד 8 מעלות) ובסקלת זמן של 50 שנה (טווח של 15 עד 300 שנה). אף על פי כן, מחקרים חישוביים מבוססי מודלים מהשנה האחרונה מדווחים על אפשרות של עצירת מערכת הזרמים AMOC כבר בהתחממות של 1.5 מעלות, וייתכן שכבר באמצע המאה הנוכחית [31].
לעצירת מערכת הזרמים AMOC יהיו השלכות מרחיקות לכת גם על דפוסי הטמפרטורה וגם על תפרוסת הגשם. מבין ההשפעות הצפויות: קירור האזור הצפון אטלנטי, חימום ההמיספרה הדרומית, דחיקת אזור התכנסות הבין-טרופי (ITCZ) דרומה, היחלשות המונסון באפריקה ובאסיה, התחזקות המונסון בהמיספרה הדרומית והתייבשות הסאהל וחלקים מהאמזונס, מה שיוביל להפחתה במבלע הפחמן הטבעי [13]. בסך הכול, לעצירת מערכת הזרמים AMOC יש פוטנציאל התחממות עולמי שלילי של 0.5- מעלות (טווח של 4- עד 10, בסקלה האזורית) [3].
עם הפנים לעתיד
מערכות טבעיות שונות בכדור הארץ מאופיינות בנקודות מפנה, עלולות לגרום לשינוי מצב פתאומי ובלתי הפיך מעל סף טמפרטורה מסוים. כאשר המערכות הללו מווסתות את האקלים העולמי, לחציית נקודות המפנה יש השפעות מרחיקות לכת על כדור הארץ כולו. מאחר שישנם יחסי גומלין הדוקים בין נקודות המפנה השונות, תרחיש מדאיג במיוחד הוא Tipping Cascade (מפל של מִפְנים) ‒ כאשר חציה של נקודת מפנה במערכת אחת מעלה את הסיכוי של חצייתן של נקודות מפנה במערכות נוספות, מה שעשוי לגרור שינוי פתאומי, חד, ובלתי הפיך באקלים כדור הארץ. מאחר ששוררת אי-ודאות רבה סביב טווח הטמפרטורה וטווח הזמן לחצייתן של נקודות המפנה השונות, ובגלל פוטנציאל הנזק שלהן לחברה האנושית ולמערכות הטבעיות, עלינו לעשות מאמצים רבים כדי להגביל את התחממות כדור הארץ מתחת ל-2 מעלות, ולעשות מאמצים כבירים להשאירה מתחת לסף ההתחממות של 1.5 מעלות, כפי שנקבע בהסכם פריז. מדיניות הפחתת הפליטות הנוכחית של מדינות העולם איננה מספקת, מכיוון שהיא צפויה להוביל להתחממות של 2‒3 מעלות עד סוף המאה, ובכך לקרב אותנו לחצייתן של מספר נקודות מפנה אקלימיות, ולעודד אינטראקציות ביניהן.
כדי לעמוד ביעדים האקלימיים ולהבטיח עתיד בטוח למין האנושי עלינו לפעול באופן מהיר ונחרץ להפחתת פליטות גזי החממה. לשם כך עלינו לחצות מספר נקודות מפנה חברתיות וטכנולוגיות, שיאיצו את המעבר לאנרגיות מתחדשות ויניעו החלטות מדיניות שמתחשבות באקלים. לשמחתנו, נראה כי חצינו מספר נקודות מפנה טכנולוגיות בתחום האנרגיה בשנים האחרונות. אחד מהמפנים הוא הפיכתן של אנרגיות להפקת חשמל ממקורות מתחדשים כמו שמש ורוח, לזולות יותר מחשמל המופק מדלקי מחצבים, ולצידה הירידה הדרמטית במחירי אגירת האנרגיה בעשור האחרון. לצד צמצום הפליטות עלינו לעשות מאמצים להאיץ את חצייתם של ספים טכנולוגיים כדי לסלק פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה על-ידי עידוד מחקר והשקעה בתחום. עלינו לזהות ולחצות ספים חברתיים שיניעו את הדרג הפוליטי לחוקק חוקים ולעצב מדיניות אקלימית שתשים במרכז את המאמץ להפחתת פליטות גזי החממה במדינות העולם, ואת כלל האנושות לאמץ שיטות, מדיניות וטכנולוגיות בנות-קיימא שעוזרות למתן את השפעות שינוי האקלים ולהסתגל אליהן.
- המערכות הטבעיות המווסתות את האקלים העולמי נמצאות במצב שיווי משקל.
- ערעור מצב שיווי המשקל שמערכת טבעית נמצאת בו, ומַעבר שלה למצב שיווי משקל חדש – תהליך המכונה נקודת מפנה אקלימית – צפוי להוביל לשינויים משמעותיים, שיהיו בלתי הפיכים למשך תקופה ארוכה ביותר.
- השינויים האלה עלולים להאיץ את שינוי האקלים, לשבש את תפקודן של מערכות אקולוגיות וחקלאיות, לפגוע באספקת מים ובהתיישבות האנושיות, ולהשפיע באופן חמור על החברה, הכלכלה והבריאות.
- כדי להימנע מחציית נקודות המפנה האקלימיות יש להגביל את עליית הטמפרטורה העולמית, דבר הדורש מאמץ עולמי אגרסיבי תוך שיתוף פעולה בין-לאומי ואכיפת מדיניות אקלים.
- ייצוב האקלים יסייע בשימור המגוון הביולוגי, בהגנה על קהילות פגיעות ובהבטחת קיימות ארוכת-טווח. עם זאת, פעולה שאינה נחרצת דיה עלולה להוביל לתוצאות קטסטרופליות ובלתי הפיכות.
מערכת אקולוגיה וסביבה
נספחים
נספח 1
להורדהמקורות
- Abis B and Brovkin V. 2017. Environmental conditions for alternative tree-cover states in high latitudes. Biogeosciences 14(3): 511–527.
- Alley RB, Anandakrishnan S, Christianson K, et al. 2015. Oceanic forcing of ice-sheet retreat: West Antarctica and more. Annual Review of Earth and Planetary Sciences 43: 207–231.
- Armstrong McKay DI, Staal A, Abrams JF, et al. 2022. Exceeding 1.5 C global warming could trigger multiple climate tipping points. Science 377(6611): eabn7950.
- Boers N and Rypdal M. 2021. Critical slowing down suggests that the western Greenland Ice Sheet is close to a tipping point. PNAS 118(21): e2024192118.
- Feldmann J and Levermann A. 2015. Collapse of the West Antarctic Ice Sheet after local destabilization of the Amundsen Basin. PNAS 112(46): 14191–14196.
- Flores BM, Montoya E, Sakschewski B, et al. 2024. Critical transitions in the Amazon forest system. Nature 626(7999): 555–564.
- Garbe J, Albrecht T, Levermann A, et al. 2020. The hysteresis of the Antarctic ice sheet. Nature 585(7826): 538–544.
- Gatti LV, Basso LS, Miller JB, et al. 2021. Amazonia as a carbon source linked to deforestation and climate change. Nature 595(7867): 388–393.
- Hemming SR. 2004. Heinrich events: Massive late Pleistocene detritus layers of the North Atlantic and their global climate imprint. Reviews of Geophysics 42(1): RG1005.
- Hollesen J, Matthiesen H, Møller AB, and Elberling B. 2015. Permafrost thawing in organic Arctic soils accelerated by ground heat production. Nature Climate Change 5(6): 574–578.
- Hoorn C, Wesselingh FP, Ter Steege H, et al. 2010. Amazonia through time: Andean uplift, climate change, landscape evolution, and biodiversity. Science 330(6006): 927–931.
- Hubau W, Lewis SL, Phillips OL, et al. 2020. Asynchronous carbon sink saturation in African and Amazonian tropical forests. Nature 579(7797): 80–87.
- Jackson LC, Kahana R, Graham T, et al. 2015. Global and European climate impacts of a slowdown of the AMOC in a high resolution GCM. Climate Dynamics 45: 3299–3316.
- King MD, Howat IM, Candela SG, et al. 2020. Dynamic ice loss from the Greenland Ice Sheet driven by sustained glacier retreat. Communications Earth and Environment 1(1): 1–7.
- Lenton TM. 2012. Arctic climate tipping points. Ambio 41(1): 10–22.
- Lenton TM, Benson S, Smith T, et al. 2022. Operationalising positive tipping points towards global sustainability. Global Sustainability 5: e1.
- Lenton TM, Held H, Kriegler E, et al. 2008. Tipping elements in the Earth's climate system. PNAS 105(6): 1786–1793.
- Luke CM and Cox PM. 2011. Soil carbon and climate change: From the Jenkinson effect to the compost‐bomb instability. European Journal of Soil Science 62(1): 5–12.
- Lynch-Stieglitz J. 2017. The Atlantic meridional overturning circulation and abrupt climate change. Annual Review of Marine Science 9: 83–104.
- McCrystall MR, Stroeve J, Serreze M, et al. 2021. New climate models reveal faster and larger increases in Arctic precipitation than previously projected. Nature Communications 12(1): 6765.
- NASA. Cryospheric Sciences 615. Ice basics.
- Robinson A, Calov R, and Ganopolski A. 2012. Multistability and critical thresholds of the Greenland ice sheet. Nature Climate Change 2(6): 429–432.
- Scheffer M, Hirota M, Holmgren M, et al. 2012. Thresholds for boreal biome transitions. PNAS 109(52): 21384–21389.
- Schuur EA, McGuire AD, Schädel C, et al. 2015. Climate change and the permafrost carbon feedback. Nature 520(7546): 171–179.
- Staal A, Fetzer I, Wang-Erlandsson L, et al. 2020. Hysteresis of tropical forests in the 21st century. Nature Communications 11(1): 4978.
- Steffen W, Rockström J, Richardson K, et al. 2018. Trajectories of the Earth System in the Anthropocene. PNAS 115(33): 8252–8259.
- Strauss J, Schirrmeister L, Grosse G, et al. 2017. Deep Yedoma permafrost: A synthesis of depositional characteristics and carbon vulnerability. Earth-Science Reviews 172: 75–86.
- Turney CS, Fogwill CJ, Golledge NR, et al. 2020. Early last Interglacial ocean warming drove substantial ice mass loss from Antarctica. PNAS 117(8): 3996–4006.
- Van Breedam J, Goelzer H, and Huybrechts P. 2020. Semi-equilibrated global sea-level change projections for the next 10,000 years. Earth System Dynamics Discussions 11(4): 953–976.
- Van der Geest K and Van den Berg R. 2021. Slow-onset events: A review of the evidence from the IPCC special reports on land, oceans and cryosphere. Current Opinion in Environmental Sustainability 50: 109–120.
- Van Westen RM, Kliphuis M, and Dijkstra HA. 2024. Physics-based early warning signal shows that AMOC is on tipping course. Science Advances 10(6): eadk1189.
- Waibel MS, Hulbe CL, Jackson CS, and Martin DF. 2018. Rate of mass loss across the instability threshold for Thwaites Glacier determines rate of mass loss for entire basin. Geophysical Research Letters 45(2): 809–816.
- Yu H, Rignot E, Seroussi H, et al. 2019. Impact of iceberg calving on the retreat of Thwaites Glacier, West Antarctica over the next century with different calving laws and ocean thermal forcing. Geophysical Research Letters 46(24): 14539–14547.
- Zemp DC, Schleussner CF, Barbosa HM, et al. 2017. Self-amplified Amazon forest loss due to vegetation-atmosphere feedbacks. Nature Communications 8(1): 14681.
קריאה נוספת
הרצאות של פרופ' יאן רוקסטורם, במסגרת TED. פרופ' רוקסטרום הוא מהוגי המושג 'גבולות פלנטריים', המתייחס לצורך שהאנושות תפעל בתוך גבולות סביבתיים בטוחים כדי להבטיח עתיד יציב ובר-קיימא. מחקריו מתמקדים בפיתוח בר-קיימא ובעמידות של מערכות אקולוגיות.
Rockström J. 2020. 10 years to transform the future of humanity ‒ or destabilize the planet. Ted lecture.
Rockström J. 2023. Planetary boundaries: Scientific advances. Frontiers Forum Live 2023.
ספר העוסק בהשפעות האפשריות של עלייה בטמפרטורה הממוצעת של כדור הארץ ב-3 מעלות צלזיוס מעל הרמות הטרום-תעשייתיות. הספר מדגיש את החשיבות של הגבלת העלייה בטמפרטורה אל מתחת ל-2 מעלות כדי למנוע השלכות סביבתיות חמורות. הספר מפרט אסטרטגיות שונות, כולל אמצעים פוליטיים וכלכליים אפשריים, כדי להתמודד עם שינוי האקלים.
Wiegandt K (Ed). 2024. 3 degrees more – The impending hot season and how nature can help us prevent it. Cham (Switzerland): Springer Nature Switzerland.
כתבה העוסקת בהשפעות ההתחממות העולמית והצעדים הנדרשים כדי למנוע אותן.
גרוס א. 2023. מה בדיוק יקרה אם כדור הארץ יתחמם בשלוש מעלות? מסע מבהיל לעבר העתיד. הארץ, 22 במרץ.
מהדורה מודפסת
