השמש מניעה כמעט הכול
מהרוח ועד הגשם, כמעט כל תהליך על פני כדור הארץ מתחיל באנרגיית השמש
מקור האנרגיה המרכזי
קרינה: כך מגיעה האנרגיה
קרינת השמש מגיעה לכדור הארץ דרך ריק החלל ונקלטת באטמוספרה, במים, בקרקע וביצורים חיים. הקרינה היא מעבר אנרגיה בגלים אלקטרומגנטיים, והיא המקור המרכזי לחימום פני השטח.
קרינה קצרת גל וקרינה ארוכת גל
האנרגיה מהשמש מגיעה ויוצאת מכדור הארץ בשני סוגי קרינה, ולהבדל ביניהם יש משמעות גדולה לאקלים.
השמש שולחת אלינו קרינה קצרת גל (גלים קצרים ואנרגטיים), שעוברת בקלות דרך האטמוספרה ומחממת את פני כדור הארץ. כדור הארץ, שמתחמם, פולט בחזרה קרינה ארוכת גל (גלים ארוכים ואנרגיה חלשה יותר). חלק מהקרינה הארוכה עולה לחלל, אך גזי החממה באטמוספרה לוכדים חלק ממנה ומחזירים אותה כלפי מטה, כמו שמיכה שמחממת. כך נשמר כדור הארץ חם.
סיכום: קרינה קצרה = מגיעה מהשמש, חזקה, עוברת את האטמוספרה. קרינה ארוכה = נפלטת מכדור הארץ, חלשה יותר, נלכדת חלקית.
תהליך זה הוא הבסיס לאפקט החממה הטבעי ולמאזן הקרינה של האטמוספרה.
דוגמה ממחישה: חשבו על רכב שעומד בשמש. חלונות הזכוכית מאפשרים לקרינה הקצרה לחדור פנימה ולחמם את המושבים. הקרינה הארוכה שהמושבים פולטים נלכדת בתוך הרכב ולא יוצאת. לכן בפנים חם הרבה יותר מבחוץ. האטמוספרה פועלת בדיוק כך.
אלבדו: כמה אור מוחזר?
לא כל הקרינה שמגיעה לכדור הארץ נקלטת. חלק ממנה מוחזר בחזרה לחלל. הכמות שמוחזרת תלויה באלבדו של המשטח, מדד שמתאר כמה אור משטח מסוים מחזיר. מילה זו לקוחה מהלטינית ופירושה 'לובן'. משטח בהיר מחזיר הרבה אור (אלבדו גבוה), ומשטח כהה בולע הרבה אור (אלבדו נמוך).
אלבדו של משטחים שונים
| משטח | אלבדו | מה קורה בפועל |
|---|---|---|
| שלג וקרח לבן | גבוה מאוד (80-90%) | מחזירים את רוב האור, ולכן נשארים קרים |
| מדבר חולי בהיר | בינוני-גבוה (35-45%) | מחזיר חלק ניכר מהאור, מתחמם בצורה מתונה |
| יער ירוק וצמחייה | נמוך-בינוני (10-20%) | בולע את רוב האור ומתחמם, מאפשר פוטוסינתזה |
| אוקיינוס כהה | נמוך (5-10%) | בולע הרבה אור, מאגר חום לאורך זמן |
| אספלט עירוני | נמוך מאוד (5-10%) | בולע הרבה אור ומתחמם מאוד, לכן ערים חמות |
* ישראל: מדבר הנגב הבהיר מחזיר יותר אור מיערות הכרמל הירוקים.
האלבדו מסביר תופעה מהיומיום: בקיץ נעים יותר ללבוש בגדים בהירים, כי הם מחזירים את אור השמש (אלבדו גבוה) ולכן מתחממים פחות. בגדים כהים בולעים את האור ומתחממים מהר. בישראל, שבה הקיץ ארוך וחם, ידע זה מאוד רלוונטי.
המחשה אינטראקטיבית: אלבדו ומאזן הקרינה
מאזן הקרינה
עכשיו שאנחנו מבינים שכדור הארץ קולט קרינה מהשמש ופולט קרינה בחזרה, שאלה טבעית עולה: מה קובע אם כדור הארץ מתחמם, מתקרר, או נשאר באותה טמפרטורה? התשובה היא מאזן הקרינה.
האיזון בין קליטה לפליטה
כיצד נשמרת הטמפרטורה של כדור הארץ יציבה לאורך זמן?
מאזן הקרינה הוא האיזון בין כמות האנרגיה שכדור הארץ קולט מהשמש לבין הכמות שהוא פולט בחזרה לחלל. כשהקליטה והפליטה שוות - הטמפרטורה נשארת יציבה. כשנקלטת יותר אנרגיה ממה שנפלט - כדור הארץ מתחמם. כשנפלטת יותר ממה שנקלט - כדור הארץ מתקרר.
המאזן מושפע משלושה גורמים: כמות הקרינה מהשמש, כמה אור מוחזר לחלל (אלבדו), וכמה חום נלכד באטמוספרה על ידי גזי החממה.
הפרת מאזן הקרינה, למשל בגלל ריבוי גזי חממה שלוכדים קרינה, גורמת לכדור הארץ להתחמם. זהו הבסיס המדעי להבנת ההתחממות הגלובלית.
←
←
←
קשרי גומלין: ארבע הספרות ואנרגיית השמש
כדור הארץ הוא מערכת שבה האטמוספרה, ההידרוספרה, הגאוספרה והביוספרה קשורות זו לזו. אנרגיית השמש מניעה תהליכים בכל ארבע הספרות: רוחות, מחזור מים, בליה, פוטוסינתזה ואקלים.
אטמוספרה
השמש מחממת אוויר ומייצרת הפרשי לחץ שמניעים רוחות. היא גם מאדה מים ויוצרת עננים וגשם. בלי שמש, אין רוחות ואין גשם.
הידרוספרה
השמש מאדה מים מהאוקיינוסים ומניעה את מחזור המים: אדים עולים, מתקררים, מתעבים לעננים ויורדים כגשם חזרה לים.
גאוספרה
חום השמש מאיץ בליה של סלעים, מניע תהליכי קרח (קפיאה והפשרה) ומסייע לפירוק חומר אורגני לקרקע.
ביוספרה
צמחים סופגים אנרגיית שמש בפוטוסינתזה (הטמעה). זהו הבסיס לכל שרשרת המזון: ללא שמש, אין חיים.
דוגמאות מישראל: אלבדו ואנרגיה
ישראל היא דוגמה מצוינת לאופן שבו אלבדו ואנרגיית שמש פועלים בפועל. מדינה קטנה, אך עם גיוון אקלימי מרשים.
אנרגיית שמש ואלבדו באזורים שונים בישראל
| אזור | מאפיין משטח | אלבדו | השפעה מעשית |
|---|---|---|---|
| מדבר הנגב | חול בהיר, סלע גיר לבן | גבוה יחסית | חם ביום, קר בלילה, האלבדו הגבוה מחזיר חלק מהקרינה |
| רמת הגולן והגליל | צמחייה ירוקה, קרקע כהה | נמוך-בינוני | מתחמם יותר ומקבל יותר גשם |
| תל אביב (עיר) | אספלט ובטון | נמוך | אפקט אי חום עירוני: הרבה יותר חם מפרבריה |
| ים המלח | מים מלוחים | בינוני-נמוך | בולע חום, ממתן את הטמפרטורות |
* ישראל השקיעה רבות בפאנלים סולריים, כי היא מקבלת קרינה חזקה בשל קו הרוחב שלה.
שאלה לחשיבה
מדוע ערים בישראל (כמו תל אביב) חמות יותר מהסביבה הכפרית שלהן, גם כשהן באותו אזור גאוגרפי?
ערים מכוסות אספלט ובטון עם אלבדו נמוך מאוד, שבולעים הרבה אנרגיית שמש. בנוסף, בניינים ומכוניות פולטים חום. כך נוצר 'אי חום עירוני'. בשדות וביערות ליד העיר, הצמחייה מחזירה יותר אור ומאדה מים (מה שמקרר). לכן הסביבה הירוקה שמסביב לעיר קרירה יותר ממרכז העיר הבנוי.
האלבדו ואנרגיית השמש קשורים ישירות לחיי היומיום בישראל.
שאלות לחשיבה
שאלה לחשיבה
מדוע אומרים שהשמש מניעה כמעט כל תהליך על פני כדור הארץ? תנו דוגמה אחת מכל ספרה.
השמש היא מקור האנרגיה המרכזי. דוגמאות: אטמוספרה - השמש מחממת את האוויר ויוצרת רוחות; הידרוספרה - השמש מאדה מים ומניעה את מחזור המים; גאוספרה - החום מסייע בבליה של סלעים; ביוספרה - השמש מאפשרת לצמחים לבצע הטמעה ולגדול.
כמעט כל תהליך בכדור הארץ מתחיל באנרגיית השמש.
שאלה לחשיבה
שני אזורים מקבלים אותה כמות קרינה, אך אחד מתחמם יותר. כיצד האלבדו מסביר זאת? תנו דוגמה קונקרטית.
האזור הכהה יותר (אלבדו נמוך) בולע יותר מהקרינה ולכן מתחמם יותר. האזור הבהיר יותר (אלבדו גבוה) מחזיר חלק גדול מהקרינה לחלל ולכן מתחמם פחות. דוגמה: מדבר חולי בהיר ויער ירוק באותו קו רוחב - הנגב בהיר יחסית, אך יערות הכרמל כהים יותר, ולכן הכרמל סופג יותר חום ולח יותר.
אלבדו קובע כמה מהאור נבלע וכמה מוחזר.
שאלה לחשיבה
מה קורה לטמפרטורה של כדור הארץ אם נקלטת יותר אנרגיה ממה שנפלט בחזרה לחלל? קשרו לגזי חממה.
כדור הארץ מתחמם. מאזן הקרינה מופר: כשהקליטה גדולה מהפליטה, האנרגיה מצטברת והטמפרטורה עולה. זה בדיוק מה שקורה בהתחממות הגלובלית - גזי חממה לוכדים יותר קרינה ארוכת גל, פחות ממנה יוצאת לחלל, ולכן כדור הארץ מתחמם בהדרגה.
מאזן קרינה מופר ← התחממות.
מושגי מפתח
ארבעה מושגים שחייבים להיות ברורים:
- קרינה קצרת גל = מגיעה מהשמש, חזקה, עוברת את האטמוספרה
- קרינה ארוכת גל = נפלטת מכדור הארץ, נלכדת חלקית על ידי גזי חממה
- אלבדו = כמה אור משטח מחזיר. בהיר = גבוה = קר. כהה = נמוך = חם
- מאזן קרינה = קליטה פחות פליטה. אם קליטה גדולה מפליטה, הטמפרטורה עולה
כשהקרחונים נמסים בגלל ההתחממות, מתגלה מתחתם משטח כהה יותר (ים או קרקע) עם אלבדו נמוך. המשטח הכהה בולע יותר אור, מתחמם יותר, וכך גורם לעוד קרחונים להימס. זו דוגמה מצוינת לתהליך שמזין את עצמו, שבו אלבדו נמוך מאיץ את ההתחממות, וההתחממות מורידה עוד את האלבדו.