עננים במעבדה

הבנת אופן ההשפעה של העננים על האקלים אינה משימה פשוטה. מה קובע את מבנה העננים הנמוכים, אשר מקררים את האטמוספרה, או את מבנה העננים הגבוהים, שלוכדים את החום מתחתם? כיצד יכולים בני-האדם לשנות את דפוסי היווצרות העננים? מחקרו של פרופ' אילן קורן, ממכון ויצמן למדע, מעלה את האפשרות כי הפעילות האנושית דוחפת את העננים לרוחב ולגובה. המחקר, שבמסגרתו ניתח, יחד עם חברי קבוצתו, סוג מיוחד של עננים, התפרסם באחרונה בכתב-העת Science, ומצביע על כך שבתקופות טרום-תעשייתיות כיסו פחות עננים את פני הים לעומת המצב כיום.

אחד התנאים להיווצרות עננים הוא נוכחותם של חלקיקים זעירים בשם "אירוסולים", המרחפים באטמוספרה. אותם אירוסולים - בין אם הם טבעיים, כמו מלח ים ואבק, ובין אם הם מלאכותיים, כמו פיח - יוצרים גרעינים שסביבם מתעבות טיפות מים אשר יוצרות עננים. בסביבות נקיות יחסית יתפתחו העננים בהתאם לגודל שמאפשרים להם האירוסולים האטמוספריים: הם הגורם המגביל את היווצרות העננים.

השאלה היא, האם כמות האירוסולים הקיימת כיום באטמוספרה כבר חורגת מהגבול, ובמקרה כזה, האם הוספת חלקיקים לא תשפיע במידה ניכרת על היווצרות העננים; או שככל שזיהום האוויר גובר, ממשיכים האירוסולים להיות גורם מגביל, כך שהוספת אירוסולים תמשיך להשפיע על העננים? מודל שפיתחו פרופ' קורן וצוותו הראה, שעלייה בכמות האירוסולים, אפילו בתנאי זיהום באופן יחסי, תגרום להיווצרותם של עננים גבוהים יותר וגדולים יותר, שמייצרים יותר גשם. אבל הוכחת נכונותו של המודל היא עניין אחר: ניסוי בעננים, או אפילו בידוד הגורמים השונים שגורמים להיווצרותם בזמן אמת, הן פעולות שקשה לבצען.

פרופ' קורן, תלמיד המחקר גיא דגן, וד"ר אורית אלטרץ-סטולר, מהמחלקה למדעי כדור-הארץ וכוכבי-הלכת במכון ויצמן למדע, מצאו מקום בלתי-צפוי לבחינת המודל: באזורים מרוחקים במרכז האוקיינוס, ליד קווי רוחב הקרויים "רחבי הסוסים". אזורים אלה היו ידועים לשמצה בקרב מלחים, מפני שהרוחות שנשאו את סירות המפרש שלהם לשם שככו לעיתים למשך שבועות, וספינותיהם לא יכלו לנוע. המדענים ראו באזור זה מעבדה טבעית, שבה יוכלו לבדוק את הפיסיקה שבבסיס המודל שלהם: אזור אטמוספרי שבו שולטים תנאים מטאורולוגיים יחסית קבועים. לעיתים האטמוספרה נקייה לחלוטין מאירוסולים, ולעיתים היא מכילה רמות נמוכות שלהם. אם המודל נכון, המעבר בין שני המצבים יהיה קיצוני.

כעת, כשהוסרו שאר הגורמים המשפיעים האפשריים (רוח, שינויי טמפרטורה קיצוניים או תצורת הקרקע), ניגשו המדענים לבדוק את השערותיהם ביחס לעננים באזור - הנוצרים בתהליך הסעת חום, ו"ניזונים" מהלחות שבים. קבוצת המחקר התרכזה באירוסולים - באמצעות השוואת צילומי לווין יומיים, המציגים את התפרסות העננים ומדידת רמת האירוסולים, לתחזיות של המודל. שימוש בסוגי ניתוחים שונים הוכיח, שהמודל התיאורטי אכן מתאים לממצאי הלווינים.

בהמשך השתמשו המדענים במקור מידע נוסף: מערכת המכשירים הלוויניים שמודדת את אנרגיית הקרינה אשר פולטים העננים וכדור-הארץ (CERES). מערכת זו מנטרת את שטף הקרינה אשר מוחזרת מכדור-הארץ ונפלטת ממנו לחלל, במטרה לסייע למדענים להבין שינויי אקלים. כאשר השוו נתונים אלה לריכוזי האירוסולים בזמן ובמקום נתונים, התוצאה, מספר פרופ' קורן, הייתה "הדגמה קלאסית של 'ההשפעה המחזקת' שיש להוספת אירוסולים על היווצרות עננים". במילים אחרות, נתוני הקרינה התאימו ל"חתימה" המיוחדת של עננים מתרחבים וגבוהים: עקב החזרת גלים קצרים חלה התקררות ניכרת בעננים אלה. עם זאת, תופעה זו התבטלה באופן חלקי בגלל אפקט חממה - לכידת קרינה ארוכת-גל אשר מגיעה מלמטה.

לפחות מעל האוקיינוס היו תנאֵי האטמוספרה בתקופה הטרום-תעשייתית שונים במידה ניכרת מאלה של ימינו. המשמעות היא, שייתכן כי לאירוסולים שאנו מוסיפים לאטמוספרה יש השפעה מכרעת על תבניות עולמיות של היווצרות עננים וירידת גשמים.

פרופ' קורן: "הראינו שעננים הנוצרים בתהליך הסעת חום אינם מפסיקים בהכרח להיות מוגבלי-אירוסולים. בתנאים של זיהום יחסי תהפוך העלייה בריכוזי האירוסולים את העננים לגבוהים יותר ולגדולים יותר, ואת הגשם שהם מייצרים - לחזק יותר. ככל שהאזור אשר מכוסה עננים גדֵל, משמעות הדבר היא שקיימת יותר קרינה קצרת-גל; אבל ככל שהעננים גובהים, אפקט החממה משפיע יותר, והוא מנטרל כמחצית מהתקררותם".