כמויות גשם גבוהות מהממוצע ברוב אזורי הארץ ומספר אירועי שלג. זו ההערכה של החזאים לקראת חורף 2016-15 שנמצא כבר בפתח. בסופו של אחד הקיצים החמים ביותר שפקדו את ישראל מאז תחילת המדידות, ולאחר שקיעת האבק שהגיע לאזורנו באחת מסופות החול הקשות שידע מזרח אגן הים התיכון, סופת הגשמים הראשונה שוב תפסה אותנו לא-מוכנים.
מה הקשר בין אבק וגשם, אתם שואלים? התשובה לכך נמצאת בעננים.
קבוצת חוקרים ישראלית ממכון וייצמן בחנה את הקשר בין ריכוז החלקיקים (אירוסולים) באטמוספרה לבין מאפייני הענן ועוצמת הגשם שהוא צפוי להוריד. החלקיקים מהווים "גרעיני התעבות", שסביבם מתגבשות טיפות המים שמרכיבות את הענן, ולכן הם חיוניים להיווצרותו. כתוצאה מפעילות תעשייתית, פליטות כלי תחבורה, שריפה של יערות וגם עיבוד של שדות חקלאיים, ריכוז החלקיקים באטמוספרה בקרבה לאזורים מיושבים הוא גבוה במיוחד.
תוצאות המחקר, שחלקים ממנו הוצגו בוועידה השנתית למדע ולסביבה 2015, מלמדות על תפקידם החשוב של החלקיקים בתהליך היווצרות העננות: עלייה קטנה בריכוזם של החלקיקים בסביבה נקייה (שבה ריכוז החלקיקים קטן יחסית) מעודדת היווצרות של עננים עבים וגדולים יותר, אבל מעבר לריכוז מסוים, עלייה בכמות החלקיקים תוביל דווקא להיווצרות של עננים קטנים יותר. התופעה, שזכתה לשם "אפקט הבומרנג", אומתה על ידי נתונים שנאספו במשך יותר מ-10 שנים של תצפיות ושל ניסויי שדה.
הדינמיקה של הענן
ד"ר אורית אלטרץ, חוקרת בקבוצה של פרופ' אילן קורן מהמחלקה למדעי הסביבה שבמכון ויצמן, אומרת שתמיד יימצאו חלקיקים באטמוספרה. "סביבה נקייה מאירוסולים קיימת רק במעבדה. במקומות מאוד נקיים בלב האוקיינוסים הריכוזים יהיו סביב עשרות בודדים של אירוסולים לסנטימטר מעוקב של אוויר. באזורי תעשייה מזוהמים הריכוזים יכולים להגיע לעשרת אלפים חלקיקים בסנטימטר מעוקב אחד", היא מוסיפה. בדרך כלל האפקט האנתרופוגני מתבטא בהוספת כמויות גדולות של חלקיקים, קטנים באופן יחסי, לאטמוספרה.
כיצד מושפעת התפתחות העננים מכמותם וסוגם של האירוסולים הקיימים באטמוספרה? על כך אומרת אלטרץ, שלקחה חלק במחקר יחד עם גיא דגן, ש"התפתחות עננים תלויה ומושפעת במידה רבה מכמותם והרכבם של האירוסולים באטמוספרה. החלקיקים המזעריים משמשים כגרעיני התעבות ליצירת טיפות מים, וכגרעיני קפאון ליצירה ראשונית של קרח בעננים. לכן, מספרם וגודלם של האירוסולים ישפיע על מספרם וגודלם של הטיפות וגבישי הקרח שנוצרים בענן".
הרכבם הכימי של האירוסולים השונים יקבע את מידת התאמתם לשמש כגרעיני התעבות או כגרעיני קיפאון (של גבישי קרח). ההשפעה הראשונית היא על גודלן ומספרן של הטיפות הנוצרות בענן, מה שמשפיע בסופו של דבר על כל תהליכי הגידול של הטיפות בעננים. "גידול הטיפות בענן הוא על ידי עיבוי או כתוצאה מהתנגשויות בין טיפות (שמתלכדות לטיפות גדולות יותר), והוא תלוי בגודלן של הטיפות ומספרן". תהליכי הגידול של טיפות משפיעים גם על הדינמיקה של הענן ובסקלות גדולות יותר אפילו על הדינמיקה והארגון של שדה העננים.
אפקט הבומרנג וזיהום אוויר
"אם נשנה את הסביבה שבה מתפתח הענן מנקייה מאוד למעט מזוהמת, הרי שעננים חמים, שמכילים רק טיפות מים (ולא גבישי קרח), יהפכו לעבים ולגדולים יותר ויורידו גשם חזק יותר", מציינת אלטרץ. אם כך, האם ניתן להניח שפעילות האדם יכולה לעודד דווקא היווצרות עננים וגשם? לא בהכרח. כאשר הסביבה מזוהמת, וקיימים בה ריכוזים גבוהים של אירוסולים, כל גידול נוסף בכמות החלקיקים יביא לתוצאה הפוכה של היווצרות עננים קטנים יותר.
"מגמה זו מוסברת על ידי תחרות בין שני תהליכים הפוכים המתרחשים בעננים", אומרת אלטרץ. "בשלב הראשון בחיי העננים הם צריכים את האירוסולים על מנת להתפתח ולגדול יותר. אחר כך תהליך עיבוי הטיפות נעשה יעיל וממושך יותר והעננים מצליחים 'לאסוף' יותר מים ולגדול יותר כאשר מוסיפים אירוסולים לעננים בסיבה נקייה".
"מעבר לריכוז אירוסולים אופטימלי, גידול נוסף בכמותם גורם דווקא לאידוי מוגבר בשלבים מאוחרים בחיי הענן ולאיבוד מים מהענן", מוסיפה אלטרץ. האירוסולים, שסופגים חלק מקרינת השמש וכתוצאה מכך מתחממים, הם הסיבה לאידוי המוגבר של טיפות מים מהענן.
המחקר של הצוות ממכון ויצמן מתקשר גם לסופת החול האחרונה שפקדה את ישראל. "סופות אבק שמביאות כמות חריגה של אירוסולים לאזורנו יכולות להיות בעלות השפעה מכרעת על התפתחות עננים וגשם", אומרת אלטרץ. "הסופה האחרונה שהתפתחה בספטמבר, התרחשה במצב סינופטי שאינו תומך ביצירת עננים מפותחים וגשם. יש גם סופות אבק שמתפתחות באזורנו בחורף, ובמצב זה המפגש בין האבק לענני הגשם יוצר השפעה משמעותית על תהליכי יצירת וגידול טיפות וגבישי קרח בעננים". כך, משנה סופת האבק את תכונות העננים והגשם שהם ממטירים.
חם יותר ולכן גם גשום יותר?
המערכת האטמוספרית של כדור הארץ מכילה מנגנונים רבים שתלויים ומושפעים אחד מהשני. לכן, קשה לצפות מה תהיה התוצאה הסופית של ההתחממות הגלובלית בנוגע לכמויות העננים ולתפרוסת הגשמים. בנוסף, ברור כיום שהאפקט יהיה שונה במקומות גיאוגרפים שונים על פני כדור הארץ. "באופן כללי זה נכון שאטמוספרה חמה יותר 'יעילה' יותר באידוי של מים מפני הים, אך היא גם יכולה להכיל יותר אדי מים (קיבולת אדי המים של אוויר חם גבוהה יותר, א.ב.נ)", אומרת אלטרץ. "ולכן, ההשפעה על יצירת עננות וגשם אינה פשוטה לחיזוי".
בנוסף להורדת משקעים, לעננים תפקיד חשוב בוויסות הקרינה המגיעה לפני כדור הארץ. "ההשפעה על המאזן הקרינתי תלויה בסוג העננות שנוצרת", אומרת אלטרץ. ויש הבדל משמעותי בין שמדובר בעננים שקרובים לפני השטח או עננים גבוהים. גידול בכמות העננות קרוב לפני השטח מגדילה את האלבדו (האחוז של הקרינה שחוזרת לחלל, א.ב.נ) של כדור הארץ ובכך מקטינה את שטף קרינת השמש שמגיע לפני כדור הארץ. מצד שני, העננים הגבוהים כולאים קרינה אינפרא-אדומה שנפלטת מכדור הארץ וכך גורמים לחימום, בדומה לאפקט החממה".
"מכיוון שמעורבים עוד מנגנונים רבים במערכת הקובעת את הטמפרטורה הסופית של כדור הארץ, כמו שינויים במערכות הלחץ הגלובליות ושינויים בכמויות הגשם קשה מאוד לדעת מה תהיה התוצאה הסופית של ההתחממות הגלובלית", מסכמת אלטרץ.
