וולקניזם - היסטוריה טמבורה-ווטרלו

בציור: קרב ווטרלו בבוקר שאחרי, 18 ביוני 1815  (מידע נוסף)

פרופ' מיכה קליין.

בכתבה קודמת עסקתי בקשר שבין אירועים וולקנים ושינוי אקלים והזכרתי את הר הגעש טמבורה.

כאן יוצג רק סיפור היסטורי אחד שחשיבותו גדולה להיסטוריה של אירופה  ומחקר חדש שנעשה על ידי ד"ר , Dr Matthew Genge מאימפריאל קולג' בלונדון מראה כי הוא קשור להתפרצות הטמבורה.

ההיסטוריונים יודעים כי מזג אוויר קשה היה בין הגורמים לנצחון בווטרלו של האנגלים על צבאו של נפוליון ביוני 1815. חודשים לפני תאריך זה התפרץ הר הגעש טמבורה הביא למותם של 100.000 איש, וזרק לאטמוספירה כמות עצומה של אפר שגרמה ל- "שנה ללא קיץ-1816".

המחקר העכשווי מגלה כי אפר וולקני מיונן מהתפרצות הטמבורה שעלה לאטמוספירה הגבוהה אחראי ליצירת עננות ולירידת המשקעים הרבה. החוקר כותב כי בשונה ממה שהיה מקובל וידוע האפר הדק נסק לגבהים של עד 100 ק"מ. אפר זה הביא למזג האוויר הקשה שעזר בהכנעת נפוליאון.

החוקר ערך ניסוים והתוצאות תאמו את המסקנה כי האפר המיונן עלה לגבהים שלא היו ידועים קודם לחוקרים. 

המאמר פורסם בכתב העת Geology  

Matthew J. Genge. Electrostatic levitation of volcanic ash into the ionosphere and its abrupt effect on climate.  Geology, 2018; DOI: 10.1130/G45092.1

 

וולקניזם כגורם לשינויי אקלים.

מאת פרופ' מיכה קליין

נושא שינויי האקלים עקב פעילות האדם מוביל את פעילות הגופים הירוקים בדור האחרון. כאשר מועלית טענת נגד כי שינויי האקלים יכולים לנבוע מסיבות אחרות כמו פעילויות וולקנית, התשובה הרווחת היא כי כמות הפחמן הדו חמצני המשתחררת בפעילויות וולקנית היא קטנה ביחס לכמות המשוחררת על ידי פעילות האדם. מאחרי טענה זו ההנחה כי ההתחממות היא תוצאה של עלייה בפד"ח (פחמן דו חמצני).

מאמר שפורסם היום באתר YNET המתאר מחקר עדכני:

לימוד הגיאולוגיה ההיסטורית הן ה"הרחוקה" והן "הקרובה" מלמד על קשר הדוק בין אירועים וולקניים לבין לבין שינויי אקלים.

הכרת הפעילות הוולקנית

את הפעילות הוולקנית ניתן בהכללה לחלק ל:

1.פעילות בה מתפרצת על פני השטח לבה הזורמת ומכסה שטחים.( איור 1)

2. פעילות בה מתפרץ חומר פירוקלסטי אל פני השטח ומועף באוויר . איור 1)

 כמובן שיש כל מיני שילובים, ומאותו מקום בזמן אחד התפרצו זרמי לבה ובזמן אחר חומר פירוקלסטי.

פעילות זרימת לבה תביא בדרך כלל להתחממות ואילו התפרצות חומר פירוקלסטי תביא להתקררות.

איור 1. זרם לבה, והתפרצות פירוקלסטית.

יש להוסיף כי המידע שלנו על הפעילויות הוולקניות מקורו בעיקר מוולקניזם על פני יבשה או באיים מעל פני הים . כיום ידוע כי עיקר הפעילות הוולקנית סמוי מן העין ומתרחש בעומק הים. המחקר של וולקניזם זה נמצא בחיתוליו. ברור כי לאף מדען בעולם אין הערכה על כמות החומר הנובעת הקרקעית הים , ולא על כמות הפד"ח המשתחררת או על ההשפעה של התפרצות זו על טמפרטורת המים. איור 2

איור 2. וולקניזם תת-ימי.

הכרה של תאורית "טקטוניקת הלוחות"  תוביל להבנה כי בדרך כלל המקום של פתיחה בין הלוחות תהיה התפרצות של זרמי לבה ואילו במקומות של מפגש בין לוחות הגורם לשקיעת גוש אחד מתחת לשני תהיה התפרצות של חומר פירוקלסטי. כך שבמידה רבה הרעיון המוביל של טקטוניקת הלוחות" מוביל את סוג ומיקום ההתפקרצות השונה ומכאן שגם את האקלים.

העבר הגיאולוגי הרחוק

זמנים של הכחדה גדולה בבעלי החיים שחיו על פני הכדור מקושרים לשינויי אקלים קיצוניים שגרמו לשוני בבית הגידול ולכן להכחדה גדולה אחוז המינים ש"נעלם" מוצג באיור 3.ניתן לראות כי לפני 250 מיליון שנה בתום תקופת הפרם ( סוף עידן הפאליאוזויקון)הייתה הכחדה גדולה כמו כן מראה הגרף הכחדה לפניכ-200 מיליון שנה בתום הטריאס. הכחדה גדולה נוספת נראת לפני כ-60 מיליון שנה בסוף הקרטיקון ( סוף עידן המזוזויקון)

איור 3. אחוז המינים שהוכחד לאורך 542 מיליון השנים האחרונות

את ההכחדות האלה ניתן לקשור לשלושה אירועים של פריצת לבה גדולה שכיסתה שטחים גדולים מאד

ההכחדה של 250 מיליון שנה קשורה לבזלת שכיסתה 7 מיליון קמ"ר בסיביר. ההחדה של 200 מיליון שנה קשורה לפתיחה ראשונית של האוקיאנוס האטלני שכיסתה שטח של 11 מיליון קמ"ר, וההכחדה של סוף המזוזיקון שמקובל כי התרחשה בגלל פגיעת גורם מחוץ לכדור הארץ ,אך היא גם קשורה לזרמי הלבה שבנו את רמת דייקן שבהודוהמכסה שטח של 0.5 מיליון קמ"ר.

איור 4. כיסויי הבזלת הגדולים ואחוזי ההכחדה.

העבר הגיאולוגי "הקרוב".

מידע רב על פעילות וולקנית בעשרת אלפים השנה האחרונות ניתן ללמוד מניתוח של גלעיני קרח. האפר הוולקני המועף באוויר נוחת על פני הקרח ומשמר את ההרכב ואת התאריך 

מניתוח של קידוחים רבים כמו גם של תיארוך על פני השטח נבנה הגרף הקושר בין מדד שינויי טמפרטורה לבין פעילות וולקנית בעשרת אלפים השנה האחרונות.איור 6.

איור 6.  מדד השתנות הטמפרטורה ב11.000 השנים האחרונות. אירועים וולקנים בהם זרמה לבה מסומנים בכיתוב אדום, אירועים בהם הייתה פעילות פירוקלבסטית מסומנים בכיתוב שחור.

העבר הקרוב מאוד.

בשנת 1815 התפרץ הר הגעש טמבורה. כמות החומר  שהתפרצה אז  מוערכת  כי הייתה פי 76

יותר גדולה מזו שהתפרצה באירוע סנט-הלן ב-1890.

איור 7 . כמות החומר בטמבורה לעומת כמות החומר בסנט-הלן, בווזוב ובקרקטאו. 

האפר מהתפרצות זו כיסתה את כדור הארץ והביאה לכך כי עשרות ספרים נכתבו בעולם שהכותרת שלהם כמעט אחידה , 1816 השנה ללא קיץ.

ההתפרצות הגדולה הקרובה אל ימינו היא זו שהייתה בשנת 1991 בפינטובו. התפרצות זו גרמה לידידת טמפרטורה של כ-0.5 מעלות בעולם.( איור 8 )

איור 8.אפר וולקני באטמוספירה הגבוהה בולם קרינה סולרית , מעלה את כיסוי העננים ומוביל להתקררות..

מסקנות

שינויי אקלים נקבעים בעיקר על ידי פעילויות וולקניות.
התפרצויות פירוקלסטיות יביאו להתקררות.
התפרצות של זרמי לבה יביאו להתחממות.
טקטוניקת הלוחות קובעת איזה סוג וולקניזם התרחש במקומות שונים.
מודלים אקלימיים לחיזוי העתיד שלא לוקחים בחשבון וולקניזם – טועים.

מה מספרות טבעות העצים על שינויי אקלים?

פרופ. מיכה קליין

עדיות לשינויי אקלים בתקופות "קצרות" של עשרות, מאות, ואלפי שנה ניתן לראות בכמה תופעות טבע המתפתחות עם הזמן בצורה טבעתית כמו: טבעות עצים טבעות באלמוגים טבעות בנטיפים. מבין טבעות אלה הנפוצות ביותר הן טבעות העצים, איור 1.

איור 1. דוגמא לטבעות עצים.

פחות מוכרות אך לא פחות מרשימות הן טבעות אלמוגים ונטיפים,איור 2,3.

איור 2. טבעות באלמוגים (מעל) איור 3 טבעות בנטיפים (מתחת)

.

קצב התפתחות הטבעות תלוי בתנאי הסביבה בזמן הגדילה ולכן הוא איניקטור לתנאי הסביבה האקלימיים. תחום מקצוע רחב בביולוגיה עוסק בנושא בנושא, דנדרוכרונולוגיה.

איור 4 מדגים ניתוח של עובי טבעות עצים ה"מספר" על תקופת יובש גדולה במאה ה-16.

איור 4. התקופה לקראת סוף המאה ה-16, תקופת יובש.

לא צריך לכרות את העץ כדי ללמוד על תנאי הגידול בעבר, אלא ניתן להוציא "קידוח" של גלעין עץ איור 5.

איור 5. מקדח עץ והגלעין.

כל נתוני טבעת עצים נמצאים בבנק הנתונים הבינלאומי לטבעות עצים. הבנק מנוהל על ידי התוכנית NOAA  ומרכז הנתונים העולמי לפליאוקלימטולוגיה. Paleoclimatology

בנק הנתונים כולל מדידות רוחב טבעות או צפיפות עץ. למעלה מ- 2000 אתרים בשש יבשות כלולים. נתונים אלה מייצגים למעלה ממאה מיני עצים ושיחים שונים.

איור 6:

איור 6 . מפה המציגה את מקומות העצים הנמצאים בבנק הנתונים של NOAA

הבנק מאפשר בנית רקורד של אלפי שנה.

איור 7 מציג את הדרך בה ניתן לבנות רצף ארוך מגזעים שונים שיש ביניהם חפיפה חלקית.

איור 7. הטבעות "הירוקות" קושרות בין גזע עץ שנמצא במבנה עתיק לגזע של עץ מת. השכבות הכחולות קושרות בין העץ המת לעץ החי, וכך נתקבל רצף ארוך.

לעיתים סיפור היסטורי ארוך "קבור" בעץ דק. איור 8 מראה גזע שהרדיוס שלו 4 ס"מ בלבד אך מספר מידע על 170 שנה.

איור 8. 170 שנות היסטוריה ב4 ס"מ.

המחקר של טבעות עצים הוא כבר בן יותר ממאה שנה. בשנת 1919 פורסם מאמר הקושר בין עובי טבעות עצים למחזוריות של סערות שמש. נאספו גזעי עצים  מ-4 מדינות אנגליה,גרמניה שוודיה ונורבגיה  בקו רוחב 57 צפון, התוצאות איור 9 מראות על קשר טוב מאוד.

איור 9 . מחקר משנת 1919 המציג את ההתאמה בין עובי טבעות עצים וסערות שמש.

Andrew Ellicott Douglass Climatic Cycles and Tree-Growth 1919

תוצאות המחקרים מציגים את שינוי עובי הטבעות, או את שינויי הטמפרטורה המחושבים או לעיתים את השינוי בכמות המחושבת של המשקעים. רק נתוני עובי הטבעות הם מדודים שאר הפרמטים הם נתוני פרוקסי מחושבים.

בכתבה זו יוצגו רק תוצאות של טבעות עצים מדודות, למרות שחלק גדול מהמחקרים מציג את נתוני השתנות הטמפרטורה. גם נתוני הטבעות וגם נתוני הטמפרטורה מראים כי במאות השנים האחרונות היו שינויים קלים כלפי חם יותר/קר יותר אך אין חריגה של יותר ממעלה וחצי לכל כיוון.

יוצגו כאן שלושה מחקרים מחצי הכדור הצפוני ארה"ב, רוסיה ושבדיה. שלושה מחצי הכדור הדרומי  ארגנטינה, ניוזילנד ואוסטרליה. 

איור 10. שינויי טבעות העצים בתשעה אזורים בארצות הברית בשנים 1600-2000.

 איור 11. שינויי טבעות העצים בחמישה אזורים ברוסיה בשנים 1600-2000

איור 12. שינויי טבעות העצים בחמישה אזורים בשבדיה בשנים 1600-2000

איור 13. שינויי טבעות העצים בשלושה אזורים בארגנטינה בשנים 1600-2000

איור 14. שינויי טבעות העצים בשלושה אזורים בניו-זילנד בשנים 1600-2000

איור 15 השתנות טבעות העצים בעצי Callitris  בצפון מערב אוסטרליה. 1760-2010

פרט לאוסטרליה שהגרף המייצג אותה מכסה רק 250 שנה כל האזורים האחרים מכוסים לאורך 400 שנה באף אזור הטבעות של השנים האחרונות לא יותר דקות , תקופה של יובש וחום, ולא יותר רחבות  תקופה של גידול טוב.

סיכום

בכל המחקרים שהוצגו כאן ומקיפים את כל העולם נראה כי במאות השנים האחרונות היו שינויי אקלים ללא כל השפעה של האדם וללא כל עלייה בדו תחמוצת הפחמן.

שינויים אלה הם תוצאה של מהלכים מחזורים המלווים את כדור הארץ.

מדעני אקלים, מודלים וניבויים

מאת פרופ' יוני דובי

אמר שפורסם השבוע בירחון היוקרתי Nature, מדגים עד כמה מדעני האקלים לוקים בחוסר הבנה בסיסי של המתודה המדעית, ובפרט בשימוש במודלים ממוחשבים על מנת לעשות ניבויים. מודלים ממוחשבים של אקלים (בפרט משפחת מודלים בשם "מודלים של סירקולציה כללית" או GCM) הם כלי מרכזי ב-30 שנה האחרונות בהפצת הפחדות האקלים, מכיוון שהם מראים תגובה קיצונית למדי של כדור הארץ לעלייה מתונה בריכוז הפחמן-הדו-חמצני באטמוספירה. הם גם מודלים גרועים מאוד בחיזוי העתיד, ותחזיות שמבוססות על GCM מתבדות ללא הפסק. יותר מזה, מודלים כאלו אינם יכולים אפילו לתאר את המציאות העכשווית של האקלים.

מדעני אקלים מודעים לכך, כמובן, ומרכזים מאמצים רבים להבין מדוע המודלים הללו נכשלים ומה אפשר לעשות על מנת לשפר אותם ואת השימוש בהם לתחזיות לטווח קצר (אפילו שם הם נכשלים).

במאמר המדובר (קישור למאמר), החוקרים מתרכזים ב"תנודה הצפון אטלנטית" (NAO), תופעת הפרש לחצים לאורך האוקיאנוס האטלנטי שאחראית למגוון רחב של תופעות מטאורולוגיות (משטר גשמים, רוחות וכו') על פני שטחים עצומים, מהמזרח התיכון ועד צפון אמריקה. כשמו כן הוא, הפרש הלחצים הזה משנה את כיוונו כל כמה שנים. עד כה, מודלים ממוחשבים של אקלים לא הצליחו לחזות את ה-NAO, לא בגודל ולא בכיוון, ובמודלים ההשפעה של NAO מוערכת להיות פי עשרה יותר קטנה מאשר במציאות.

במאמר הנ"ל, החוקרים עשו דבר פשוט מאוד - הם הריצו 169 מודלים, במקטעים של 10 שנים, והשתמשו בהם על מנת לנסות לחזות את ההתנהגות של NAO כעשור קדימה. אלא מאי: מתוך כל המודלים האלו, החוקרים לא עשו ממוצע רגיל (כלומר לסכם על כל המודלים, כפי שנהוג לעשות למשל במודלים המפורסמים של ה-IPCC ), אלא בחרו מתוכם רק את 20 המודלים שהראו את ההתנהגות הדומה ביותר למדידות של אותם שנים, ומודלים שנתנו התנהגות שונה מדי לא נכללו במיצוע. על ידי זה הם הראו עליה של פי 10 ביכולת הדיוק של התחזית.

זו היא אכן הבנה מדהימה – שמודלים רק שימושיים את הם מתארים את המציאות הפיסיקאלית...במילים אחרות, עד כה, מדעני האקלים השתמשו במיצוע על מודלים אקלימיים (דבר מפוקפק לכשעצמו מדעית) על מנת לתת פרדיקציות, ללא קשר עד כמה כל מודל בעצמו הצליח להתאים לתצפיות העבר וההווה! (אני למשל כבר דיברתי על זה כאן https://youtu.be/5WIeRcgoHug?t=3250)

בזאת כותבי המאמר למעשה מודים, שעד כה מדעני האקלים לא טרחו לברר את טיב המודלים שלהם ואת ההתאמה שלהם למציאות לפני שהם הפיקו מהם (ברוב רעש) ניבויים קטסטרופליים. עובדה מדהימה לא פחות בעיני הוא שהמאמר הזה מצא את עצמו לעיתון יוקרתי כמו Nature, למרות שהמחקר במאמר הוא לא פחות מטריוויאלי והמסקנה ממנו (שאינה קשורה לאקלים, אגב) היא "למודלים שיותר מתאימים לעבר יש יכולת יותר טובה לנבא את העתיד – לפחות בטווח קצר".

כמובן, השיטה שהם מציעים אינה שימושית לפרדיקציה אמיתית ארוכת טווח, ואינם מהווים ולידציה למודלי GCM. הסיבה היא פשוטה – החוקרים מתאימים את המודלים רק לתופעה אחת   (ה-NAO) , אבל כלל לא ברור האם אותם 20 מודלים שמתארים הכי נכון את ה-NAO  אכן יתארו היטב גם תופעות אחרות (למשל פיזור טמפרטורות בצפון אמריקה, משטר רוחות באוקיאנוס הפסיפי, הדיפול של האוקיאנוס ההודי ועוד ועוד). העובדה שמודל מסוים מתאר נכון תופעה אחת ספציפית אינה הופכת אותו למודל טוב (ובטח שלא שימושי). 

לסיום, שתי ציטטות חשובות מהמאמר: (תרגום שלי)

"העובדה שסיגנל ה-NAO הוא חלש מדי במודלים מרמזת שהאפקטים שלו יהיו מוקטנים ביחס לגורמים אחרים, כגון גזי חממה. מכאן, באזורים שמושפעים מה-NAO ממוצע האנסמבל (של המודלים) לא ישקף את האיזון האמיתי בין כוחות משפיעים (על האקלים), והגדלה ידנית של ההשפעה שלו להתאים אותה למדידות לא תתקן את השגיאה. "

והסיכום שלהם:

"שאלה מרכזית היא האם מודלי אקלים גם מטים מטה סיגנלים על סקאלות זמן מעבר לעשור. יש עדות שהתגובה של הסירקולציה האטמוספרית לאבדן קרח-ימי ארקטי ולגורמים חיצוניים כגון התפרצויות וולקניות, שינויים סולארים ושינויי אוזון היא חלשה מדי במודלים. מודלים גם כנראה מטים מטה את הגודל של שינויי-טמפרטורות על פני מספר עשורים, במיוחד בצפון-אטלנטי. בנוסף לכך, סימני שינוי אקלים חורפי בצפון-אטלנטי נוטים לגדול משמעותית עם הגדלת רזולוציית החישוב, כנראה נובע מכך שהפידבק של זרמים סירקולריים אינו ידוע.

אם הדברים הללו נכונים, שימוש במודלים וסימולציות עכשוויים לניבוי ישיר מוליך למסקנות שגויות לגבי אי-ודאויות ושונות טבעית [של האקלים]. "

תנודות טבעיות

מחקר חדש מפרסם את הממצאים והמסקנות משני קידוחי קרחון שנעשו ב 2013. מדענים קודחים בקרחונים לעומק ומוציאים גלילי קרח מהקדח. הם בוחנים את השכבות של אבק וחומרים אחרים שמצטברים על הקרח כל שנה, לאורך זמן רב. לפי זה ניתן להסיק מה היו הטמפרטורות בעבר. הקידוח הזה, (Colle Gnifetti)  ) מעניין במיוחד מפני שהוא נמצא בלב אירופה, באלפים בגבול בין איטליה לשוויץ,  ולא בגרינלנד או אנטרקטיקה, כמו מרבית הקידוחים עד כה. הוא גם מעניין כי יש לו רזולוציה טובה, והוא מכיל מידע רציף של יותר מ 1200 שנה, משנת 800 בערך עד 2006.

ראשית בוחנים את ההתאמה בין נתוני הקרח לבין הטמפרטורות שנמדדו בפועל, ובאירופה יש לנו רישומים על מדידות של טרמומטרים עוד מהמאה ה 18, יותר מ 200 שנה. באנטרקטיקה וגרינלנד לא קיימות מדידות טרמומטרים אלא אולי מ 1950. בתמונה למטה רואים את ההתאמה בין נתוני הקרח (קו אדום) לבין ממוצע מדידות הטרמומטרים בחצי הכדור הצפוני (קו צהוב). ההתאמה מצויינת. מזה ניתן להסיק שהקשר בין נתוני הקרחון לטמפרטורות הוא טוב, ולכן מוצדק להניח שנתוני הקרחון מבטאים היטב את הטמפרטורות גם בתקופות קודמות (תקופות בהן לא קיימות מדידות טמרמומטרים).

ציור מס' 1: נתוני קרחון מול מדידות טרמומטרים.

ציור 2: הנתונים שנמדדו בקדחי הקרח ברזולוציה של שנתיים (קו אדום) והחלקת הנתונים באמצעות ממוצעים של 15 שנה - קו צהוב.

מה ניתן ללמוד מנתונים אלה? שהטמפרטורות מעולם לא היו יציבות. תנודתיות ניכרת, כלפי מעלה ומטה היא המאפיין את הטמפרטורות לפחות ב 1200 השנים האחרונות. איננו יודעים מה גורם לתנודות אלה, איננו יודעים לחזות מה יהיו התנודות בעתיד. דבר אחד אפשר להגיד בביטחון מוחלט: התנודות הן טבעיות, הן לא נגרמו על ידי פד"ח שבני אדם פלטו, כי בתקופות אלה בני אדם עוד לא פלטו פד"ח בכמויות משמעותיות. למעשה - מקובל לחשוב שהפליטות של גזי חממה על ידי בני האדם היו זניחות לפני 1950, ובלי קשר לשאלה מה ההשפעה של פליטות הפד"ח כיום, לפני 1950 לא היו פליטות ולא הייתה שום השפעה, בוודאות.

העלייה הנוכחית בטמפרטורות, שהיא בשיעור של כ 0.1-0.2 מעלה לעשור (ממוצע 30 השנים האחרונות) אינה חריגה במאום מתנודות קודמות שהתרחשו מסיבות טבעיות. לא מתרחשת בימינו שום התחממות "חסרת תקדים". אדרבא - בתקופות קודמות היו התחממויות והתקררויות יותר מהירות וחזקות, מסיבות טבעיות לא ידועות.

רואים בגרף גם את התקופה החמה של ימי הביניים עם שני שיאים - אחד בערך בשנת 900 והשני בערך ב 1150 וגם את "תקופת הקרח הקטנה" - תקופה קרה, בין 1400 ל 1850 בערך (עם תנודות למעלה ולמטה באמצע), ואת ההתחממות הנמשכת מאז תום תקופת הקרח הקטנה.

סיכום: הטמפרטורות תמיד משתנות, פעם כלפי מעלה, פעם כלפי מטה, ושינויים די גדולים וחדים. תנודות הטמפרטורות בתקופתנו (150 השנים האחרונות) אינן חריגות.

יעקב