headline
 



אקלים



קרינת השמש וטמפרטורות


לשמש גורם מכריע על קיום החיים על פני כדור-הארץ, על התפתחות האקלים ועל היווצרותן של תופעות מזג-האוויר השונות. בפרק זה נלמד כיצד מתחלקת קרינת השמש באופן לא שווה על פני כדור-הארץ ויוצרת עקב כך אזורים בעלי טמפרטורות שונות. נלמד על התופעות שיוצרת קרינת האור המגיעה לכדור-הארץ. נלמד על אפקט החממה שקיומו הכרחי לשמירה על טמפרטורה נוחה על פני כדור-הארץ. נלמד גם על החור באוזון המוזכר הרבה מאז העשור האחרון של המאה העשרים.

קרינת השמש


השמש היא גוף שמימי הנמצא במרכז מערכת השמש שלנו. בתוך השמש מתרחשים תהליכים גרעיניים שבמהלכם נפלטת קרינה. הקרינה הנפלטת היא בתחום תדרים רחב. חלק קטן מתחום תדרים זה נקרא תחום האור הנראה. גלי הקרינה נפלטים מפני השמש במהירות האור שהיא בקירוב כ- 300,000 ק"מ בשנייה.

כ-45% מקרינת השמש פוגע בשכבת האטמוספרה. חלק זה מורכב מ-25% מקרינת השמש הפוגעת באטמוספרה ומוחזרת ממנה לחלל, ומ-20% מקרינת השמש שנבלעת באטמוספרה וגורם להתחממותה.

כ-55% מקרינת השמש פוגעת ישירות בפני כדור-הארץ. חלק זה מורכב מ-5% מקרינת השמש הפוגעת בפני כדור-הארץ ומוחזרת ממנו לחלל, ומ-50% מקרינת השמש שנבלעת בפני כדור-הארץ ומחממת אותו.

פגיעת קרינת השמש בכדור-הארץ


קרינת השמש כוללת, כאמור, גם קרינה באורכי הגל בתחום הנראה. האור המגיע לכדור-הארץ מורכב מכל צבעי הקשת גם יחד. כאשר מעבירים את אור השמש דרך מנסרה מתפצלת אלומת אור השמש למרכיביה השונים. כך מתקבלים מאור השמש קשת של צבעים.

טיפות הגשם יוצרות מסך המהווה מנסרה טבעית המפצלת את אור השמש למרכיביו. כך מתקבלת תמונה מרהיבה של קשת צבעונית בשלל צבעים.

קשת בשמיים


במהלך היום השמש נעה במרכז השמיים כך שהקרינה המגיעה ממנה עוברת מרחק קצר יחסית בשכבת האטמוספרה. רוב קרינת השמש פוגעת בחלקיקי האבק והאפר הקטנים שנמצאים בשכבת האטמוספרה העליונה. פגיעה בחלקיקים קטנים אלו מפצלת את אלומת קרינת השמש ומפזרת מתוכה בעיקר את האור הכחול. לכן במהלך שעות היום נצבעים השמיים בצבע הכחול. במהלך הזריחה והשקיעה של השמש היא נמצאת בקו האופק, וקרינתה פוגעת באטמוספרה בזווית פגיעה חדה. קרינת השמש עוברת במסלול ארוך יותר בשכבת האטמוספרה הנמוכה בה נמצאים חלקיקים יותר גדולים. פגיעה בחלקיקים גדולים אלו מפצלת את אלומת קרינת השמש ומפזרת מתוכה בעיקר את האור האדום. לכן במהלך שעות הזריחה והשקיעה נצבעים השמיים בצבעים בעלי גוון אדום, כתום וצהוב.

שקיעה


אפקט דומה של צבע שמיים אדמדם מתקבל גם בזמן התפרצויות געשיות, כאשר לתוך האוויר מתרוממת כמות גדולה מהרגיל של חלקיקים גדולים.

עונות השנה


הגורם לעונות השנה הנו זווית ההטיה של ציר סיבוב כדור-הארץ ביחס למישור בו הוא נע סביב השמש. כדור-הארץ נע סביב צירו. ציר זה מוטה בזווית של כ-º23.5 ביחס למסלול היקפו סביב השמש.

במהלך מסלולו של כדור-הארץ סביב השמש משתנה מיקומו של ציר זה ביחס לשמש. ישנן ארבע נקודות קיצון אליהן יש להתייחס.

בנקודת קיצון אחת נמצא ציר סיבובו של כדור הארץ מוטה אל עבר השמש, כך שקרינתה פוגעת בחלקו הצפוני של כדור-הארץ יותר מאשר בחלקו הדרומי. תקופה זו של השנה נקראת מפנה שמש קיצי. שיאה של תקופה זו הוא ב-21 ליוני. ביום זה בשנה נמצאת קרינת השמש בקו ישר עם ציר סיבובו של כדור-הארץ. בגלל הטיית ציר סיבוב כדור-הארץ פוגעת קרינת השמש עד מעבר לקוטב הצפוני, עד לקו רוחב º66.5. במהלך כל סיבובו של כדור-הארץ על צירו (משך של 24 שעות) נמצא אזור זה תחת פגיעת קרינת השמש ולכן הנו מואר במשך כל היממה. אזור קו רוחב º66.5 צפון עד לקוטב הצפוני נקרא חוג הקוטב הצפוני. בהגדרה דומה אך בצד הדרומי של כדור-הארץ נמצא חוג הקוטב הדרומי. בשיא המפנה הקיצי נמצא חוג הקוטב הדרומי בחשיכה מוחלטת באותה יממה בשנה.

מפנה שמש קיצי


בנקודת הקיצון ההפוכה נמצא ציר סיבובו של כדור-הארץ מוטה מן השמש הלאה, כך שקרינתה פוגעת בחלקו הדרומי של כדור-הארץ יותר מאשר בחלקו הצפוני. תקופה זו של השנה נקראת מפנה שמש חרפי. שיאה של תקופה זו הוא ב-21 לדצמבר. כל הנאמר על קרינת השמש במפנה שמש קיצי נכון לגבי מפני שמש חרפי בהחלפת האזורים צפון ודרום בהתאמה.

מפנה שמש חרפי


שתי נקודות הקיצון הנוספות מתרחשות ב-22 לספטמבר וב-22 למרץ. בשני תאריכים אלו זווית הפגיעה של קרינת השמש הינה בניצב לציר הסיבוב של כדור-הארץ. בגלל זווית פגיעה זו מגיעה קרינת השמש לכל נקודה על פני כדור-הארץ ומתחלקת באופן שווה. בתאריכים אלו מתרחש בקו המשווה שוויון בין אורך היום לאורך הלילה ביממה. תאריכים אלו נקראים שוויון סתווי ושוויון אביבי בהתאמה. התאריכים הללו נכונים לגבי קו רוחב אפס – קו המשווה. בקווי רוחב אחרים, צפוניים יותר או דרומיים יותר, מתרחש השוויון עד מספר ימים מוקדם יותר או מאוחר יותר.

הערה: כדור-הארץ נע במסלול אליפטי סביב השמש. חלק מן השנה כדור-הארץ נמצא קרוב יותר לשמש וחלק אחר של השנה הוא נמצא רחוק ממנה. הבדלי מרחק אלו מן השמש מתבטאים בהבדלי עוצמת קרינה מזעריים, ולכן אינם משפיעים על עונות השנה.

למדנו עד כה כי זווית הפגיעה של קרינת השמש ומספר שעות הקרינה ביממה משתנה לאורך השנה ומאזור לאזור. גורמים אלו משפיעים על הטמפרטורה ויוצרים את עונות השנה.

אזורי הקטבים הנם קרים יותר משאר האזורים על פני כדור-הארץ משלוש סיבות. זווית הפגיעה של קרינת השמש בקוטב הצפוני למשל היא אינה ישירה. גם בצהרי היום בשיא המפנה הקיצי פוגעת קרינת השמש בקוטב בזווית כלשהי. זווית פגיעה לא ישירה משמעה פחות קרינה ליחידת שטח ולכן פחות חום שמש נקלט ונבלע בפני הקרקע. בנוסף, מספר שעות ההארה של השמש נע בין אפס לעשרים וארבע שעות. הפרש זה מאפשר את קיומו של חורף קטבי בעל טמפרטורות נמוכות באופן קיצוני. סיבה שלישית, אך פחות משמעותית, היא משטחי הקרח הלבנים הגדולים הנמצאים בקטבים. הצבע הלבן מחזיר היטב את קרינת השמש לעומת צבעים כהים יותר. לכן פחות קרינת שמש נבלעת במשטחי הקרח הלבנים לעומת הקרקע שצבעה חום, הג'ונגלים שצבעם ירוק עז והאוקיינוסים שצבעם כחול.

באזור קו-המשווה אין הבדל לאורך השנה בזווית הפגיעה של השמש ובמספר שעות הקרינה. אזור זה סופג את מרב הקרינה בשעות הצהריים כאשר השמש נמצאת במרכז השמים. החום הרב המצטבר באזור קו המשווה מוסע ממנו הלאה אל אזורי הקטבים הקרים יותר בעזרת הרוחות עליהן נלמד מאוחר יותר.

אפקט החממה


כמחצית מקרינת השמש פוגעת ישירות בפני הקרקע. בזמן פגיעתה של קרינת השמש נפלטת קרינת אינפרא-אדום שהנה גלי חום. גלי החום הנפלטים מפני הקרקע עולים מעלה באטמוספרה. באטמוספרה נבלעים גלי החום בחלק מן גזים המצויים בה והנקראים גזי החממה. גזי החממה כוללים את הפחמן הדו-חמצני, מתאן ואדי מים, הללו מתחממים וגורמים להתחממות האטמוספרה כולה. האטמוספרה המתחממת מחממת בחזרה את פני כדור-הארץ. תהליך זה דומה מאוד למתרחש בחממות גידול בהם רוצים ליצור סביבה בעלת טמפרטורה גבוהה יותר מן הסביבה. החממה מורכבת מיריעות פלסטיק שקופות המאפשרות את חדירת קרינת אור השמש ומונעות את בריחת החום הנפלט כאשר אלו פוגעות בקרקע שבתוך החממה. מכאן שמו של אפקט זה.

אפקט החממה


כמחצית מקרינת השמש פוגעת ישירות בפני הקרקע. בזמן פגיעתה של קרינת השמש נפלטת קרינת אינפרא-אדום שהנה גלי חום. גלי החום הנפלטים מפני הקרקע עולים מעלה באטמוספרה. באטמוספרה נבלעים גלי החום בחלק מן גזים המצויים בה והנקראים גזי החממה. גזי החממה כוללים את הפחמן הדו-חמצני, מתאן ואדי מים, הללו מתחממים וגורמים להתחממות האטמוספרה כולה. האטמוספרה המתחממת מחממת בחזרה את פני כדור-הארץ. תהליך זה דומה מאוד למתרחש בחממות גידול בהם רוצים ליצור סביבה בעלת טמפרטורה גבוהה יותר מן הסביבה. החממה מורכבת מיריעות פלסטיק שקופות המאפשרות את חדירת קרינת אור השמש ומונעות את בריחת החום הנפלט כאשר אלו פוגעות בקרקע שבתוך החממה. מכאן שמו של אפקט זה.

היבט פחות נעים של אפקט החממה הוא התחממות המכונית המושארת בשמש בעונת הקיץ החמה. למכונית שטח פנים העשוי זכוכית שקופה המאפשרת חדירה של קרני השמש בדומה לחממה. קרני השמש פוגעות בפנים המכונית ופולטות את אותה קרינת אינפרא-אדום שהנה גלי חום. תופעה דומה נוספת מתרחשת בבנייני משרדים גדולים בהם הקירות משופעים בחלונות זכוכית דרכן חודרות קרני השמש. במקרה זה צד הבניין הפונה לשמש בשעות החמות מתחמם מאוד לעומת הצד השני שאינו פונה לשמש.

בזכות אפקט החממה הטמפרטורה הממוצעת על פני כדור-הארץ נשמרת בטווח נוח לצורות החיים שעל פניו. ממוצע טווח זה נע סביב ºC17-18. ללא אפקט החממה הטמפרטורה הממוצעת על פני כדור-הארץ הייתה צונחת הרבה אל מתחת לאפס מעלות!

פליטת עודף גזי חממה כתוצאה מהתיעוש המואץ בעשורים האחרונים גורם לאפקט חממה מוגבר. קיים חשש כי אפקט החממה המוגבר יגרום לעליית הטמפרטורה. עליית הטמפרטורה תגרום להמסה מוגברת של הקרחונים, לעליית מפלס מי הים ולשינויי אקלים בלתי צפויים כמו מדבור, סופות קיצוניות ושיטפונות.


החור באוזון


מולקולת חמצן רגילה מכילה שני אטומי חמצן וסימנה O2. קרינת השמש האולטרה סגולה המזיקה לצומח ולחי פוגעת במולקולות החמצן והאנרגיה שבה מפרקת אותן לשני אטומי חמצן. חלק מן האטומים החופשיים יחברו בינם לבין עצמם ויצרו מולקולות חמצן חדשות. חלק אחר מן אטומי החמצן החופשיים יחברו כל אחד אל מולקולות חמצן קיימות. אטום חמצן המתחבר אל מולקולת חמצן קיימת יוצר מולקולת חמצן חדשה המורכבת משלושה אטומי חמצן וסימנה O3. מולקולות חמצן אלו נקראות גז האוזון. מולקולות אלו אינן יציבות מספיק ונוטות להתפרק בקלות יחסית. מולקולות אלו סופגות יותר מקרינת השמש האולטרא-סגולה המזיקה מאשר מולקולות חמצן אחרות או כל גז אחר.

גז האוזון נמצא בשכבת האטמוספרה השנייה, הסְטְרַטוֹסְפֵרָה, בעיקר בגבהים שבין 20-40 ק"מ מפני הקרקע. ריכוז גז האוזון באטמוספרה יורד ככל שמתרחקים מקו המשווה ומתקרבים לאזורי הקטבים. הידלדלות בשכבה זו יגרום לכך שיותר קרינה אולטרא-סגול תגיע לפני כדור-הארץ. קרינה זו מסוכנת ועלולה לגרום לעלייה במקרי סרטן העור, לעלייה במספר מקרי הפגיעה בעיניים ואף לירידה ביעילות תהליך ההטמעה (פוטוסינתזה) בצמחים.

מדענים בריטיים הציגו באמצע שנות השמונים של המאה הקודמת עדויות על ירידה דרסטית בריכוז גז האוזון באזור שמעל יבשת אנטרקטיקה. ירידה של כ-40% בריכוז גז האוזון בפרק זמן של עשר שנים בלבד. ירידה נצפתה גם מעל אזור הקוטב הצפוני אך במידה פחותה יותר, כ-5% בלבד.
ריכוזי גז האוזון נוטים להשתנות במשך השנים במחזור טבעי, בהתאם לעונות השנה, לטמפרטורות, למיקום גיאוגרפי של קווי רוחב ועוד. יבשת אנטרקטיקה הנה קרה יותר מאשר הקוטב הצפוני ולכן שכבת האוזון הנמצאת מעליה רגישה יותר לשינויים.

מחקרים הראו שאחד החומרים מעשי ידי אדם, גז המכונה CFC, גורם להתפרקות מולקולות האוזון כאשר הוא בא במגע איתן. גז ה- CFC משמש בתעשייה במערכות קירור כמו מזגנים ומקררים וגם בתרסיסים שונים. כאשר גז זה נפלט ממכשירים אלו הוא עולה באטמוספרה ללא שינוי בהרכבו עד לגובה בו נמצאת שכבת האוזון. מולקולת גז ה- CFC הינה מולקולה המורכבת מכלור, פראון וקרבון. כאשר הגז מגיע לגובה בו נמצאת גם שכבת האוזון הוא סופג מקרינת השמש האולטרא-סגולה ומתפרק. אחד מגורמי הפירוק הנו אטום כלור. כאשר אטום הכלור בא במגע עם מולקולת אוזון הוא מפרק אותה למולקולת חמצן דו-אטומי רגילה ויוצר עם אטום החמצן החופשי מולקולה חדשה של כלור-חמצני. כך מדלדל גז ה- CFC את שכבת האוזון.

בספטמבר 1987 התאגדו 24 מדינות וחתמו על הסכם להגבלת ייצור גז ה- CFC וצמצומו בהדרגה. כיום ישנם מוצרים רבים, בעיקר תרסיסים, אשר אינם מכילים את גז ה- CFC ונושאים את התווית "ידידותי לאוזון".

עד שנת 2001 גדל החור באוזון שמעל אנטרקטיקה עד שכיסה את היבשת כולה, שטח של כ-24 מליון קמ"ר. בשנת 2002 התפצל החור לשני חורים קטנים יותר והחלה להימדד הקטנה בגודלו, עד לגודל של כ-15 מליון קמ"ר.

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - גיאוגרפיה | אקלים: מבוא | שכבת האטמוספרה | קרינת השמש וטמפרטורות | תנועות האוויר באטמוספרה | העננים והשפעתם | ממלכת הים | סוגי אקלים | שינויי אקלים ]