אפקט החממה - ההיבט הפיזיקלי
איך קרינה שומרת על חום כדור הארץ - ומתי זה הופך לבעיה
אפקט החממה הטבעי - חיוני לחיים
כיצד עובד אפקט החממה?
1. קרינת שמש נכנסת
השמש פולטת קרינה באורכי גל קצרים (אור נראה, UV). רוב הקרינה עוברת דרך האטמוספירה - גזי החממה שקופים לאור נראה.
2. חימום הקרקע
פני הקרקע, הים, וצמחיה בולעים את קרינת השמש ומתחממים. חלק מהקרינה מוחזר (ממשטחים בהירים, קרח, עננים).
3. פליטת קרינת חום
הקרקע החמה פולטת קרינה באורכי גל ארוכים (אינפרא-אדום). זו קרינת חום - כל גוף חם פולט אותה.
4. לכידה באטמוספירה
גזי חממה באטמוספירה בולעים חלק מקרינת החום ופולטים אותה חזרה לכדור הארץ - חימום נוסף.
המפתח הפיזיקלי - שני אורכי גל
למה גזי חממה בולעים חום אבל לא אור?
המנגנון המרכזי של אפקט החממה מבוסס על ההבדל באורכי הגל.
קרינת שמש: אורך גל קצר (אור נראה, UV)
- גזי חממה שקופים לאורכי גל אלה
- הקרינה עוברת דרך האטמוספירה לקרקע
קרינת חום מהקרקע: אורך גל ארוך (אינפרא-אדום)
- גזי חממה בולעים קרינה באורכי גל אלה
- הם פולטים אותה מחדש - חלק חזרה לקרקע, חלק לחלל
זה כמו שמיכה חד-כיוונית: מאפשרת לאנרגיה להיכנס (אור נראה), אבל מקשה עליה לצאת (אינפרא-אדום).
המפתח: גזי חממה שקופים לאור נראה (נכנס) אבל בולעים אינפרא-אדום (יוצא).
גזי החממה העיקריים
גזי חממה עיקריים
| גז | נוסחה | מקורות עיקריים | תרומה יחסית |
|---|---|---|---|
| פחמן דו-חמצני | CO2 | שריפת דלקים, תעשייה, כריתת יערות | ~76% |
| מתאן | CH4 | חקלאות, הרקבה, גז טבעי, פרות | ~16% |
| תחמוצת חנקן | N2O | דישון חקלאי, תעשייה, שריפת דלק | ~6% |
| אדי מים | H2O | אידוי טבעי (מוגבר בהתחממות) | תרומה חשובה אך טבעית |
| גזים פלואוריים | CFCs, HFCs | ייצור תעשייתי, מזגנים | ~2% |
* ריכוז CO2: עלה מ-280 ppm (לפני המהפכה התעשייתית) ליותר מ-420 ppm היום
הגברת אפקט החממה
מאפקט טבעי לבעיה עולמית
מאז המהפכה התעשייתית (כ-1750), פעילות האדם מגבירה את אפקט החממה.
שריפת דלקים פוסיליים (נפט, גז, פחם) משחררת CO2 שהיה כלוא מיליוני שנים.
ריכוז CO2 עולה ← יותר קרינת חום נלכדת ← האטמוספירה מתחממת.
משוב חיובי (מעגל קסמים):
- התחממות ← יותר אידוי ← יותר אדי מים (גז חממה) ← עוד התחממות
- התחממות ← המסת קרח (פחות החזרה) ← בליעת יותר קרינה ← עוד התחממות
הפתרון: צמצום פליטות גזי חממה - אנרגיה מתחדשת, יעילות אנרגטית, וטכנולוגיות לכידת פחמן.
ההשלכות
השלכות ההתחממות הגלובלית
עליית טמפרטורה
כ-1.1 מעלות עד כה. צפויה עלייה של 1.5-4 מעלות עד 2100. נשמע מעט, אבל ההשפעות עצומות.
עליית מפלס הים
המסת קרחונים + התפשטות מים חמים. כ-20 ס"מ עלייה עד כה. מאיימת על ערי חוף בעולם.
אירועי קיצון
יותר סופות, גלי חום, שיטפונות ובצורות. אירועים שהיו נדירים הופכים לתכופים.
שינוי מערכות אקולוגיות
בעלי חיים מאבדים בתי גידול. אלמוגים מתים. יערות נשרפים. מינים נעלמים.
ביטחון מזון
שינויי גשם וטמפרטורה פוגעים בחקלאות. יבולים יורדים באזורים חמים.
בריאות
גלי חום מסכנים חיים. מחלות טרופיות מתפשטות לאזורים חדשים. זיהום אוויר גובר.
טביעת רגל פחמנית
מהי טביעת רגל פחמנית?
טביעת רגל פחמנית היא מדד לכמות גזי החממה שאדם/ארגון/מדינה פולטים.
נמדדת בטון CO2 שווה ערך לשנה.
ממוצע עולמי: כ-4.5 טון CO2 לאדם לשנה.
ישראל: כ-8 טון.
ארה"ב: כ-15 טון.
דרכים לצמצום:
- תחבורה ציבורית / אופניים
- צמצום צריכת אנרגיה בבית
- צריכת מזון מקומי (פחות שינוע)
- שימוש באנרגיה מתחדשת
הפתרונות
אנרגיה מתחדשת
אנרגיה סולרית: תאים פוטו-וולטאיים ממירים אור לחשמל.
אנרגיית רוח: טורבינות רוח.
אנרגיית מים: תחנות הידרו-אלקטריות.
כל אלה לא פולטות CO2 בהפעלה.
יעילות אנרגטית
בידוד בתים (פחות חימום/קירור).
נורות LED (יעילות x10 מליבון).
רכבים חשמליים.
תעשייה ירוקה.
להשתמש באותה אנרגיה בצורה חכמה יותר.
שאלה לחשיבה
מדוע גזי חממה בולעים קרינת חום (אינפרא-אדום) אבל מאפשרים לאור נראה לעבור?
גזי חממה כמו CO2 ומתאן בולעים קרינה באורכי גל ספציפיים - באזור האינפרא-אדום. לאור הנראה יש אורכי גל שונים שהמולקולות הללו שקופות אליהם. כל חומר בולע אורכי גל מסוימים ומאפשר לאחרים לעבור - תלוי במבנה המולקולרי.
שאלה לחשיבה
מדוע עלייה של 'רק' 1.5 מעלות בממוצע עולמי נחשבת מסוכנת?
זה ממוצע עולמי - שכולל ימים, מדבריות ואזורים קוטביים. באזורים ספציפיים ההתחממות גדולה הרבה יותר (4-6 מעלות בקוטבים). בנוסף, שינוי קטן בממוצע גורם לשינויים דרמטיים בתדירות אירועי קיצון (גלי חום, סופות). זה כמו חום גוף: ההבדל בין 37 ל-39 מעלות הוא 'רק' 2 מעלות, אבל מרגישים חולים מאוד.
שאלה לחשיבה
מדוע נטיעת עצים עוזרת נגד שינוי אקלים?
עצים מבצעים פוטוסינתזה: בולעים CO2 מהאוויר ומשתמשים בו לבנות את גופם (עץ = פחמן). עץ בוגר סופג כ-22 ק"ג CO2 בשנה. כריתת יערות פוגעת בשני אופנים: גם מפחיתה את בליעת CO2, וגם משחררת את הפחמן שהיה כלוא בעץ.
לפי מפרט משרד החינוך, ניתן לבנות מודל של אפקט החממה: שני מיכלים זהים שקופים, באחד עטיפת ניילון (מדמה אטמוספירה עם גזי חממה). מניחים בשמש או מתחת למנורה ועוקבים אחר הטמפרטורה. המיכל העטוף יתחמם יותר - כי הניילון שקוף לאור הנראה אבל חוסם חלק מקרינת החום שפני הקרקע פולטים.