כבר בשנות השבעים מדענים שמו לב לשינויים יוצאי דופן באקלים של כדור הארץ. במהלך השנים עלו מספר תאוריות מדעיות שנועדו להסביר את השינויים הללו, אך רק אחת מהן עמדה במבחן הזמן והתאימה לממצאים ולמדידות לאורך שנים. התאוריה הזו היא תאוריית 'אפקט החממה', ולפניכם מובא הסבר מדעי שלה.
ניתן להתייחס לכדור הארץ בתור מערכת המחליפה אנרגיה עם הסביבה שלה. כדור הארץ קולט חום מקרינה אשר פוגעת בו ופולט חום בצורת קרינה בחזרה לחלל. הטמפרטורה של כדור הארץ קובעת את כמות הקרינה הנפלטת - ככל שהטמפרטורה של כדור הארץ גבוהה יותר, כך הוא פולט יותר קרינה. כדור הארץ נמצא בטמפרטורה שבה מתקיים שיווי משקל - כמות הקרינה הנכנסת שווה לכמות הקרינה היוצאת.
הקרינה שכדור הארץ קולט ופולט היא למעשה גלי אור. לכל קרינה יש אורך גל - המרחק בין שיא אחד של גל האור לשיא הבא אחריו. הצבע של קרינת האור נקבע על ידי אורך הגל שלו. למשל, גוף הפולט קרינה באורך גל של 700 ננומטרים יראה לנו אדום, וגוף הפולט קרינה באורך גל של 400 ננומטרים יראה לנו סגול (מקור). חומרים שונים בולעים אור באורכי גל שונים. לדוגמה, חפץ ירוק בולע את רוב הקרינה פרט לקרינה "הירוקה", באורך גל של 550 ננומטר, שאותה הוא מחזיר. גלי האור הירוקים מוחזרים מהחפץ אל העיניים שלנו וכתוצאה מכך אנחנו רואים את החפץ כירוק.
כזכור השמש וכדור הארץ שניהם פולטים קרינה, אך עקב הטמפרטורות השונות שלהם כל אחד פולט קרינה באורכי גל שונים. בעוד השמש פולטת בעיקר קרינה בתחום האור הנראה, באורכי גל של 400 עד 700 ננומטר (מקור), כדור הארץ פולט קרינה בעיקר בתחום האינפרה אדום באורכי גל של 10000 ננומטר (מקור).
לתוך מודל זה יש להכניס גם את האטמוספירה של כדור הארץ המכילה גזים שונים. לכל גז באטמוספירה ספקטרום בליעה שונה - כל גז בולע קרינה בצבעים מסויימים ושקוף לקרינה בצבעים אחרים. באטמוספירה ישנם גזים מסוימים כמו פחמן דו חמצני, מתאן ואדי מים שמחזירים אורכי גל אשר מגיעים מכדור הארץ (אינפרה אדום) אך מעבירים אורכי גל המגיעים מהשמש (אור נראה - לכן הם גם שקופים לעין שלנו). כלומר הגזים האלו נותנים לקרינת השמש להיכנס לתוך האטמוספירה אך מונעים מכדור הארץ לפלוט קרינה בחזרה לחלל. בגלל התכונה הזו, הם מהווים כמעין שמיכה על כדור הארץ ששומרת על החום שלו. בלעדיהם כדור הארץ היה מגיע לטמפרטורות קרות בצורה קיצונית - לפי ההערכות, ללא הגזים הללו הטמפרטורה הממוצעת של כדור הארץ הייתה מינוס 18 מעלות (מקור). בשפה המדעית הגזים האלו נקראים גזי חממה.
כאשר ריכוז גזי החממה באטמוספירה עולה, כמות הקרינה הנכנסת לכדור הארץ נשארת קבועה אך כמות הקרינה שכדור הארץ פולט בחזרה פוחתת. על מנת לשוב לשיווי המשקל בו כמות הקרינה הנכנסת שווה לכמות הקרינה היוצאת, כדור הארץ מתחמם.
כלומר, כמות גזי החממה באטמוספירה משפיעה באופן ישיר על טמפרטורת כדור הארץ - זהו הבסיס לתיאורית אפקט החממה.
כעת נבחן ניסויים ומדידות ונבדוק האם הם מתאימים לתיאוריה. הנתון ההגיוני ביותר שנוכל לבדוק הוא - איך הטמפרטורה של כדור הארץ מושפעת מכמות הפחמן הדו חמצני? לפי תאוריית אפקט החממה, מכיוון שהפחמן הדו חמצני הוא גז חממה משמעותי, כאשר כמות הפד"ח באטמוספירה עולה, כך גם הטמפרטורה צריכה לעלות.
מהתבוננות בגרף, ניתן לראות בבירור קורלציה חזקה בין כמות הפד"ח לטמפרטורה. בתקופות שבהן כמות הפחמן הדו חמצני (בכחול) הייתה גבוהה, למשל לפני 130 אלף שנים, גם הטמפרטורה (באדום) הייתה גבוהה.
כעת, ננסה לבחון כוכבים דומים לכדור הארץ שבהם נוכל להבחין בהשפעת אפקט החממה. למשל, נתבונן על נגה וחמה - שני כוכבי לכת הנמצאים במערכת השמש שלנו. מרחקו של חמה מהשמש הוא כ60 מיליון קילומטרים, ונוגה מרוחק יותר - הוא נמצא 100 מיליון קילומטרים מהשמש. לכן, מדענים הופתעו לגלות שנוגה חם הרבה יותר מחמה - הטמפרטורה הממוצעת של חמה היא 160 מעלות צלזיוס, ואילו על נוגה שורר חום נוראי של 460 מעלות צלזיוס. לבסוף נפתרה התעלומה - האטמוספירה של נוגה מורכבת מ96.5% של פחמן דו חמצני (מקור), שהוא כידוע גז חממה. האטמוספירה של נוגה לא מאפשרת לקרינה האינפרה אדומה שנפלטת ממנו לצאת לחלל וכך הוא מגיע לטמפרטורות קיצוניות למרות מרחקו הגדול יותר מן השמש.
Comments