אפקט החממה

ההתחממות הגלובלית היא אחת הבעיות הרציניות ביותר שהמדע מתמודד איתן בתחום מדעי כדור הארץ ואיכות הסביבה. על פי המודלים המקובלים, הגורם העיקרי להתחממות הגלובלית הוא העלייה ביצירת גזי חממה שמונעים לחלל פליטה של שאריות קרינה המגיעה מהשמש לכדור הארץ. התופעה שנוצרת נקראת אפקט החממה.

לצפייה ביישומון לחצו על התמונה ופתחו את הקובץ המקושר (יישומון ג'אווה).

 

לחץ כאן

היישומון הופק במסגרת פרויקט PhET של אוניברסיטת קולורדו
להורדת היישומון ולהרצתו על המחשב לחצו כאן
אם אינכם מצליחים להעלות את היישומון, התקינו את תוכנת Javaweb. לחצו כאן והתקינו לפי ההוראות.

לפני שנתחיל עם היישומון, בואו נגדיר כמה מושגי יסוד:

פוטון: חלקיק תת-אטומי שממנו מורכב האור. צבע האור (אורך הגל שלו) מוכתב עלי ידי צפיפות הפוטונים בגל האור. אור נראה ההוא אור שאורך הגל שלו קצר יותר מאור תת-אדום (אינפרה-אדום), כלומר האנרגיה שלו גבוהה יותר.

גז חממה: מולקולה במצב צבירה גזי שיש לה יכולת לקלוט אור באורך גל תת-אדום ולהחזיר אותו. כמה דוגמאות לגזי חממה הן פחמן דו-חמצני (CO₂), מתאן (CH₄) ומים במצב גזי (H₂O). על פי רוב גזי חממה נפלטים משריפת דלקים וחומרים אורגניים.

אפקט החממה: מצב שבו האטמוספירה מכילה ריכוז גבוה של גזי חממה שקולטים אור תת-אדום שנפלט מהאדמה אחרי שאור נראה נספג בה. גזי החממה מחזירים את האור התת-אדום אל פני האדמה ויוצרים כך חום.

אנו ממליצים לצפות גם בכתבות ובסרטונים של נושא החודש אפריל 2010 – ההתחממות הגלובלית.

כעת בואו נתחיל לשחק:

היישומון מתחיל באפקט הסביבתי וממשיך ממנו לרמת המולקולה הבודדת. נתחיל בלשונית "אפקט החממה". ראשית ודאו שהמדחום מופיע על המסך (אפשרויות) וש"אטמוספירה בזמן" נמצאת בריכוז משתנה. בסרגל "ריכוז גזי חממה" תגררו את הסמן עד הסוף שמאלה (ל"כלום"). חכו מעט והביטו. מה קרה לטמפרטורה? כעת העבירו את הסמן עד הסוף ימינה ("המון") ועקבו אחר הטמפרטורה. מה קרה הפעם?

שימו לב מה קרה לפוטונים (האדומים והצהובים) בשני המקרים. האם אתם יכולים לשער אלו פוטונים השפיעו על הטמפרטורה? איזה תפקיד ממלאים לדעתכם בתהליך הפוטונים מהסוג השני? נסו להוסיף עננים. איך הם תורמים לאפקט החממה? מה לדעתכם הסיבה לכך (רמז: שימו לב להגדרה של גזי חממה).

עכשיו שימו לב שהיישומון מציע שלוש נקודות זמן: תקופת הקרח, שנת 1750 וכיום. נסו את שלוש נקודות הזמן וראו מה קורה לפוטונים ולטמפרטורה בכל אחת מהן. אם אומר לכם שהמהפיכה התעשייתית החלה באמצע המאה ה-18 (בסביבות שנת 1760), מה תוכלו לשער על הקשר בין תעשייה לאפקט החממה?

נעבור לחלקו השני של היישומון – שכבות זכוכית. נסו להוסיף 3-0 שכבות זכוכית וראו איך הן משפיעות על הטמפרטורה במדחום. האם נוצר לנו כאן אפקט חממה? מדוע לדעתכם הזכוכית איננה מודל טוב להסביר את אפקט החממה?

ולחלק האחרון – Photon Absorption (בליעת פוטונים). על הצג יופיעו כמה רכיבים. מצד שמאל תראו פנס שמסוגל לירות פוטונים באור תת-אדום ובאור נראה, ובמרכז תופיע מולקולת מתאן. נסו לירות על המולקולה פוטונים באור נראה (הפנס הצהוב) מה קרה? כעת נסו לירות פוטונים באור תת-אדום (הפנס האדום) מה קרה הפעם? חזרו על התרגיל עם המולקולות האחרות שמופיעות משמאל. אילו מהן הן גזי חממה?

כעת שחקו מעט בהרכבי אטמוסיפירה שונים על ידי אופציית Build Atmosphere (בנו אטמוספירה) והוסיפו מולקולות מסוגים שונים. שימו לב – באטמוספירה שלנו יש כ-78 אחוז חנקן, 21 אחוז חמצן, 0.03 אחוז פחמן דו-חמצני וריכוזים אפסיים של מתאן וגזים אחרים. ריכוז המים משתנה בהתאם לאזור וללחות השוררת בו, ונע סביב 7-0 אחוז (שימו לב שמדובר בלחות אבסולוטית ולא בלחות היחסית שעליה מדווחים בתחזית מזג האוויר). נסו ליצור אטמוספירה דומה לזו שבכדור הארץ וראו איך הפוטונים מתנהגים בה.

ביישומון הזה התנסינו מעט בהשפעה שיש לקרינת אור על גזי חממה ועל טמפרטורת הסביבה. חשוב לזכור שיש במשוואה הזאת עוד פרמטרים רבים במשוואה, כגון ריכוזי צמחייה, לחות ועוד. אין ספק שפליטה מוגברת של גזי חממה לא עושה טוב לסביבה – ולא רק בהיבט של ההתחממות הגלובלית – על כן כדאי להשתדל לחסוך בחשמל ובדלק, לקנות מוצרים מתוצרת מקומית (וכך לחסוך את השינוע שלהם), לנסות למחזר כמה שיותר ועוד.

שאלה לדיון: כוכב חמה הוא הכוכב הקרוב ביותר לשמש. קרינת השמש שנוגה מקבל נמוכה יותר פי ארבעה ממנו, אבל עדיין הוא חם יותר באופן משמעותי. האם אתם יכולים לחשוב על סיבה לכך?

ארז גרטי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.