ViewWiki

העולם, קצת יותר מקרוב

אקלים.

אור השמש נכנס, חום יוצא, וכמה גזים באוויר קובעים כמה ממנו בורח. שנו את הכמות שלהם וצפו בקרקע מתחממת.

גלו את הסצנה מאמר אינטראקטיבי

01 / הניסוי

נכנס, יוצא, ומה שנלכד בדרך.

הגבירו והחלישו את גז החממה וצפו בחבילות הקרינה התת־אדומה. כוכב הלכת מראה את הטמפרטורה שלו. כשקר, הקרח מתפשט, וכשחם, היבשה מתייבשת ומשחימה.

תמונה של הסצנה התלת־ממדית „אקלים”, שעוסקת בשאלה: למה כמות זעירה של גז, פחות מחלק עשרים של אחוז מהאוויר, משנה כל כך הרבה?
סצנה אינטראקטיבית

הגרסה האינטראקטיבית נטענת…

ההסבר שלמטה זמין כבר עכשיו, בזמן שהסצנה נטענת.

איור מפושט של מאזן האנרגיה. הגלים הצהובים הקצרים הם אור שמש; האדומים הארוכים הם קרינה תת־אדומה שהקרקע החמה פולטת. המולקולות הן פחמן דו־חמצני; מולקולה מהבהבת כשהיא לוכדת קרינה תת־אדומה, ושולחת אותה הלאה בכיוון אקראי.הכמות שמוחזרת וההתחממות של הקרקע מוצגות באופן איכותי בלבד, ושכבת האוויר מצוירת עבה בהרבה ממה שהיא באמת. גלי הקרינה התת־אדומה האמיתיים ארוכים פי עשרים בערך מגלי אור השמש, לא פי שלושה. האקלים האמיתי תלוי באוקיינוסים, בעננים, בקרח ובזמן.

02 / שלושה זרמים

נכנס, יוצא, מוחזר.

הטמפרטורה של כוכב הלכת היא זו שמשווה את הראשון לשני.

גלים קצרים01

אור שמש נכנס

אור נראה וקרינה תת־אדומה קרובה מהשמש. גזי החממה נותנים לו לעבור; עננים וקרח מחזירים חלק ממנו ישר החוצה.

מסלול
ישר דרך האוויר
מגיע אל
הקרקע והאוקיינוסים
קובע
כמה חום יש ללכוד
גלים ארוכים02

קרינה תת־אדומה יוצאת

הקרקע החמה זוהרת בתת־אדום. בשמיים בהירים וללא גז, כולה הייתה בורחת; בשמיים שלנו חלק ממנה נעצר בדרך.

מסלול
נלכדת בחלקה באוויר
מגיע אל
החלל, בסופו של דבר
קובע
איך כוכב הלכת מתקרר
החלק של החממה03

מוחזר

אדי מים, פחמן דו־חמצני ומתאן בולעים קרינה תת־אדומה ופולטים אותה מחדש לכל הכיוונים. מחצית ממה שהם לוכדים פונה בחזרה למטה.

מסלול
נפלט מחדש ממולקולות הגז
מגיע אל
שוב אל הקרקע
קובע
ההתחממות הנוספת
הרעיון הגדול

גזי חממה שקופים לאור השמש ולא לקרינה תת־אדומה. הם נותנים לחום להיכנס ומאטים את יציאתו, ולכן כמות קטנה של גז קובעת את הטמפרטורה של כוכב לכת שלם.

CO₂ · 420 ppm

המאזן

כדור הארץ מתחמם מדבר אחד, אור השמש, ומתקרר מדבר אחד, הזוהר של עצמו. כל גוף חם פולט אור תת־אדום שאינו נראה לעין, והקרקע והאוקיינוסים קורנים אותו בחזרה אל החלל יומם ולילה. כשהאנרגיה שיוצאת שווה לאנרגיה שנכנסת, הטמפרטורה נשארת יציבה. כשהמאזן נוטה לצד כלשהו, כוכב הלכת מתחמם או מתקרר עד ששני הזרמים משתווים שוב.

המלכודת

רוב האוויר, חנקן וחמצן, שקוף גם לאור השמש וגם לקרינה תת־אדומה, ואין לו שום תפקיד כאן. אבל כמה גזים, אדי מים, פחמן דו־חמצני ומתאן, שקופים לאור השמש ולא לקרינה תת־אדומה. הם נותנים לאנרגיה של השמש לרדת עד הקרקע, ואז לוכדים חלק מהקרינה התת־אדומה שעולה בחזרה ופולטים אותה מחדש לכל הכיוונים, גם למטה. חלק מהחום שהיה יוצא מוחזר. הקרקע צריכה להתחמם עד שהיא זוהרת חזק מספיק כדי לדחוף את אותה כמות כוללת החוצה דרך הדלת הסגורה בחלקה.

זהו אפקט החממה, ובלעדיו כדור הארץ היה כדור קפוא, קר בכשלושים מעלות ממה שהוא היום. קבעו בסצנה את הגז על אפס וצפו בקרקע מתקררת.

האור מהשמש הלוהטת הוא ברובו אור נראה באורכי גל קצרים; הקרקע, הקרה ממנה בהרבה, זוהרת באורכי גל ארוכים פי עשרים בערך. ההבדל הזה הוא מה שגורם לתעלול לעבוד: הגזים מתעלמים מהגלים הקצרים ולוכדים את הארוכים. מסיבה זו הסצנה מציירת את שני סוגי הגלים באורכים שונים. כשמולקולה לוכדת חבילה אדומה, היא מהבהבת ומשחררת את האנרגיה שוב בכיוון אקראי, כך שחלק ממנה ממשיך למעלה אל החלל, חלק הולך הצידה וחלק חוזר למטה אל הקרקע.

נסו: בחרו טרום־תעשייתי, אחר כך היום ואז כפול, וצפו במולקולות מהבהבות ובכמה חבילות אדומות פונות בחזרה.

חזרה לניסוי

כמות זעירה שמשנה הרבה

פחמן דו־חמצני הוא גז קורט: בערך 420 חלקים מכל מיליון, פחות מחלק עשרים של אחוז מהאוויר. ההשפעה שלו גדולה בהרבה מהכמות שלו, כי הוא עושה עבודה שאף רכיב אחר באוויר לא עושה. להוסיף ממנו עוד קצת זה כמו להוסיף עוד שמיכה למיטה: השמיכה דקה, אבל שום דבר אחר לא החזיק את החום בפנים.

מאתיים שנה של שריפת פחם, נפט וגז העלו את הכמות מכ־280 חלקים למיליון ליותר מ־420, מהר יותר מאשר בכל תקופה בתיעוד הגאולוגי שאנחנו יודעים לקרוא. התוספת מספיקה כדי לעכב עוד חלק קטן מהחום היוצא, והחלק הקטן הזה חימם את כוכב הלכת ביותר ממעלה אחת.

משובים

ההתחממות מפעילה שינויים שמחממים עוד יותר. אוויר חם יותר מחזיק יותר אדי מים, שהם בעצמם גז חממה. קרח שנמס חושף ים ואדמה כהים שסופגים את אור השמש במקום להחזיר אותו. אדמה קפואה שמפשירה משחררת מתאן. העננים פועלים לשני הכיוונים, מצלים ביום ומכסים כמו שמיכה בלילה, והם אי־הוודאות הגדולה ביותר בשאלה עד כמה תגיע ההתחממות.

מה המודל הזה משאיר בחוץ

הסצנה מראה את המלכודת ותו לא. אין בה אוקיינוסים, שאוגרים חום במשך מאות שנים; אין עננים; אין קרח שמחזיר את אור השמש לחלל, אף שכוכב לכת קר מצויר לבן; אין עונות; ואין השהיה בזמן, אף שהמערכת האמיתית צריכה עשרות שנים כדי להתייצב. מה שהיא כן מראה נכון הוא העיקר: אור שמש נכנס, קרינה תת־אדומה יוצאת, ושכבה דקה של גז קובעת כמה מהקרינה התת־אדומה מצליחה לצאת.

מותר לעשות בהם שימוש חוזר, עם קרדיט ל־ViewWiki וקישור לעמוד הזה.

04 / ללמוד את זה בקורס

תרגול, צעד אחר צעד.

השיעור הזה מלמד את הנושא עם שאלות שנבדקות.

  1. אקלים פיזיקה · קרח ואקלים