מתאן, צמחים ושינוי האקלים

מה על מדען לעשות כשהוא מגלה תגלית הסותרת בעליל את הכתוב בספרי הלימוד? שנינו נתקלנו פנים אל פנים בבעיה הזאת כשניסויים שערכנו ב-2005 הראו שצמחים מפיקים את גז החממה מתאן. על פי הדעה הרווחת, רק חיידקים המשגשגים ללא חמצן (חיידקים אנאירוביים, או אל-אווירניים) מסוגלים לייצר את הגז הזה. אבל הבדיקות שערכנו גילו במפתיע שגם צמחים ירוקים מפיקים מתאן, ולא מעט.

הדבר הראשון שעשינו היה לחפש טעויות בתכנון הניסויים שלנו ולנסות לחשוב על כל התרחישים האפשריים שהיו עלולים להוליכנו שולל. אך לאחר ששכנענו את עצמנו שממצאינו תקפים, הבנו שנתקלנו בדבר מיוחד במינו והתחלנו לחשוב על השלכות התגלית ועל אופן הצגתה לפני חוקרים אחרים. אם לנו היה קשה לקבל את התגלית, הניסיון לשכנע את עמיתינו המדענים ואת הציבור היה כמעט בלתי אפשרי. הקושי העיקרי נבע מכך שהיה עלינו להסביר כיצד נעלם מקור מתאן חשוב כל כך מעיניהם של החוקרים הרבים והמוכשרים שחקרו את הנושא במשך עשרות שנים ותהו על השפעתו על שינוי האקלים.

גז טבעי

רוב האנשים מכירים את הגז מתאן (שנוסחתו הכימית היא CH4) בשם "גז טבעי". מתאן מצוי בשדות נפט, במרבצי פחם ובמאגרי גז טבעי והוא משמש כמקור אנרגיה חשוב. בהתחשב בעתודות הנפט המוגבלות של כוכב הלכת שלנו, יש להניח שהגז ישמש למטרה זו גם בעתיד. מדי שנה משתחררות לאטמוספרה כ-600 מיליון טונות של מתאן, מקצתו אנתרופוגני (תוצר של פעילות אנושית) ומקצתו טבעי. עד כה סברו שרוב הפליטות נובעות מפירוקם של חומרים אורגניים שאינם ממקור מחצבי על ידי חיידקים אנאירובים. רוב המתאן נפלט משטחים מוצפים במים כגון ביצות ושדות אורז.

בני בקר, צאן, וטרמיטים מפיקים מתאן במעיהם כתוצר לוואי של פעולות עיכול חיידקי אנאירובי. הגז משתחרר לאוויר גם בשרפות יער וערבות עשב וגם בבעירה של דלקים מחצביים. במשך השנים צברו החוקרים ידע רחב על אודות מחזור המתאן העולמי, וב-2001 הסכימו רוב חברי ה"פאנל הבין-ממשלתי לענייני שינוי האקלים" (IPCC) שמקורותיו העיקריים של הגז ידועים, אף שתרומתו היחסית של כל מקור נותרה עדיין בלתי ודאית.

ועם זאת היה קשה להסביר כמה תצפיות. לדוגמה, תנודות ניכרות בריכוז המתאן באטמוספרה בעידני קרח ובעידני חום, ששוחזרו באמצעות ניתוח הרכבן של בועות אוויר לכודות בליבות קרח, נותרו בגדר תעלומה. אבל שום מדען ב-2001 לא לקח בחשבון פליטה ישירה של מתאן מצמחים, משום שאיש לא העלה על דעתו שהפקה ביולוגית של מתאן אפשרית אלא בתהליכים חיידקיים אנאירוביים.

חשוב לדעת מהם מקורות המתאן וכמה גז הם פולטים מפני שמתאן הוא גז חממה יעיל ביותר. כמות הפחמן הדו-חמצני שנפלט לאטמוספרה מדי שנה גדולה אמנם בהרבה מכמות המתאן הנפלט, אבל קילוגרם אחד של מתאן מחמם את כדור הארץ פי 23 מקילוגרם אחד של פחמן דו-חמצני. האדם כמעט שילש בפעולותיו את ריכוז המתאן באטמוספרה ב-150 השנים האחרונות. האם יוסיף הריכוז לעלות גם במאה ה-21? האם אפשר להפחית את הפליטה? מדעני אקלים צריכים להשיב על השאלות האלה, ולשם כך עליהם לדעת מהם מקורותיו של הגז החשוב הזה ומהו גורלו.

ממצאים מבהילים

שורש הרעיון לחקור אם צמחים פולטים מתאן נעוץ במחקר שערכנו על כלורו-מתאן, גז מכיל כלור שהורס את האוזון ושעל פי הסברה נוצר בעיקר באוקיינוסים ובשרפות יער. לפני כמה שנים, כשעבדנו במחלקה למדעי המזון והחקלאות באוניברסיטת קווין בבלפסט שבצפון אירלנד, גילינו שרוב הכלורו-מתאן באטמוספרה מגיע משאריות מתיישנות של צמחים. מכיוון שמתאן, כמו כלורו-מתאן, משתחרר כששורפים ביומסה, תהינו אם גם צמחים שלמים, שלא עברו פגיעה, משחררים מתאן.

מתוך סקרנות אספנו 30 סוגים שונים של עלי עצים ועשבים מאזורים טרופיים וממוזגים, ושמנו אותם במכלים קטנים שריכוזי החמצן בהם אופייניים לאטמוספרה. לתדהמתנו, כל סוגי העלים ופסולת הצמחים פלטו מתאן. בדרך כלל, שחרר גרם אחד של חומר צמחי יבש בין 0.2 ל-3 ננוגרמים (מילארדיות הגרם) של מתאן בשעה אחת. היה קשה לנטר את הכמויות האלה, הזעירות באופן יחסי, אפילו בעזרת הציוד החדיש והרגיש מאוד שהיה ברשותנו.

האתגר היה גדול עוד יותר משום שהיה עלינו להבדיל בין המתאן שנוצר ברקמה הצמחית ובין זה המצוי דרך קבע בריכוז גבוה ברקע, כלומר באוויר התא. אנו סבורים שהקושי הזה הוא שמנע מביולוגים להבחין בתופעה עד כה. הסוד לתגליתנו היה שביטלנו את הפרעת הרקע על ידי שטיפת המכלים באוויר נטול מתאן לפני תחילת כל ניסוי. כך עלה בידינו למדוד את המתאן שהשתחרר מן הרקמה הצמחית.

סקרנותנו גברה והתחלנו לעשות ניסויים דומים בצמחים חיים. מצאנו שהפקת המתאן זינקה באופן חד וקצב פליטתו היה גבוה פי 10 עד פי 100 מזה של העלים הקטופים. לאחר שערכנו סדרת ניסויים ששללו את האפשרות שחיידקים הגדלים בלי חמצן הם אלה שהפיקו את המתאן, השתכנענו לגמרי שצמחים חיים משחררים כמויות לא מבוטלות של הגז. איננו יכולים לספק תשובות מיידיות בדבר מנגנון הפקת המתאן בצמחים, אבל אנו משערים שמעורב בכך החומר פקטין, המצוי בדפנות תאי הצמח. החלטנו ששאלת המנגנון תיאלץ להמתין למחקר נוסף, שאכן מתנהל בימים אלה. ואולם, בשל התפקיד שממלא המתאן בתהליכי שינוי האקלים, הבנו שרצוי מאוד להתחיל להביא בחשבון את כמויות הגז שמשתחרר לאטמוספרה ממקור זה שאך התגלה.

כמה מתאן עשויים הצמחים לתרום לכמות הכוללת של הגז בכדור הארץ? על אף שכמות המתאן שמפיקים כל עלה וכל צמח זעירה, לא היה לנו ספק שבסך הכול משתחררת כמות ניכרת של גז מכיוון שצמחייה מכסה חלק נכבד מפני כדור הארץ. ובכל זאת נדהמנו מתוצאות החישוב. התברר שצמחים מפיקים 60 עד 240 טונות של מתאן בשנה, שהם 40%-10% מכמות המתאן שנפלטת בכל העולם בשנה. מרבית הגז, כשני שלישים ממנו, נפלט מן האזורים הטרופיים העשירים בצמחייה. ידענו, כמובן, שהערכה גלובלית המסתמכת על דגימה מצומצמת בניסויי מעבדה מועדת לטעויות. ואף על פי כן נראה המספר הסופי גדול מאוד, ואם הוא הפתיע אותנו, על אחת כמה וכמה שעמיתינו המדענים עלולים לראות בו דבר כפירה.

למזלנו, לא עבר זמן רב עד שנמצא אישוש לעבודתנו ממקור לא צפוי. קבוצה של פיזיקאים סביבתיים מהיידלברג שבגרמניה עסקה בתצפיות על האטמוספרה של כדור הארץ מן החלל. ב-2005 גילו מדידות הלוויין שלהם "ענני" מתאן מעל יערות טרופיים. בדיווחם כתבו, שהאופן שבו אנו מבינים כיום את מאזן המתאן העולמי אינו יכול להסביר את התצפיות. הממצאים שלנו, לעומת זאת, מסבירים את תצפיותיהם: הצמחייה הירוקה היא המקור לענני המתאן.

פול ג' קרוצן, חתן פרס נובל ב-1995, ועמיתיו סיפקו לאחרונה אישוש נוסף. לאחר פרסום ממצאינו ב-2006, הם חזרו וניתחו דגימות אוויר שנאספו בסוואנה של ונצואלה בינואר 1988 והגיעו למסקנה שהצמחייה באזורים אלו עשויה לשחרר 30 עד 60 מיליון טונות של מתאן. קרוצן אמר ש"בדיעבד מתברר שיכולנו לגלות זאת ב-1988, אבל מכיוון שקיבלנו את הדעה הרווחת שמתאן מופק רק בתנאים אנאירובים, איחרנו את הרכבת."

על אף הסימוכין האלה לעבודתנו, מדענים רבים עדיין מפקפקים בפליטת מתאן מצמחים, ובייחוד בהערכותינו בדבר כמות המתאן שמקורה בצמחייה. כמה מעמיתינו המדענים עורכים אפוא מחדש, בשיטות שונות משלנו, את מאזן המתאן בהתחשב בנתח שמפיקים הצמחים ובהסתמך על שיעורי הפליטה שמצאנו. אנחנו מצפים כמובן בכיליון עיניים לאימות בלתי תלוי של ממצאי המעבדה שלנו.

פתרון חידה ישנה

ממצאינו עשויים לענות על שאלה שמסקרנת מדענים זה שנים: מדוע בעבר עלו רמות המתאן בעולם וירדו במקביל לשינויי טמפרטורה גלובליים? ליבות קרח משמשות כארכיון טבעי שגנוז בו מידע על אודות הרכב האטמוספרה והשתנות האקלים בכמעט מיליון השנים האחרונות. בועות אוויר קטנטנות הכלואות בקרח מגלות את ריכוזיהם היחסיים של גזים אטמוספריים בעבר. בליבות הקרח אנחנו רואים, למשל, שתנודות ברמת הפחמן הדו-חמצני בעבר קשורות קשר הדוק לשינויי טמפרטורה גלובליים. בעידני קרח, ריכוזי הפחמן הדו-חמצני נמוכים; בתקופות חמות, הריכוזים עולים.

ככלל, גם תנודות בריכוזי המתאן תואמות את אלו של ריכוזי הפחמן הדו-חמצני, אבל הסיבה לכך לא הייתה ברורה. מדענים ניסו להכליל במודלים שלהם אדמות מוצפות מים (שעד כה נחשבו למקור הטבעי היחיד שמייצר הרבה מתאן) כדי לשחזר את התנודות התמוהות. אך הם התקשו לשחזר את הממצאים שהורו על הפרשים ברמות המתאן באטמוספרה בין תקופות הקרח ובין התקופות שביניהן.

הסבר אחר הציע לקחת בחשבון את המתאן הלכוד בגבישים מוצקים של הידראטים, או מתאן ממוים. גבישים אלה נוצרים בלחץ גבוה, כמו למשל בקרקעיות אוקיינוסים. כמות המתאן הלכודה בצורה הזאת במשקעי האוקיינוסים אינה ידועה, אבל היא עשויה להיות גדולה מאוד. שחרור פתאומי של מתאן, בנפחים גדולים, מן המשקעים האלה אל האטמוספרה הוצע כסיבה אפשרית לאירועי התחממות גלובלית מהירים בעברו הרחוק של כדור הארץ. ואולם, מחקרים מן הזמן האחרון בליבות קרח מאזורי הקטבים מלמדים שהמתאן הממוים בקרקעית הים נותר יציב ב-40,000 השנים האחרונות לפחות. להידראטים של מתאן לא היה אפוא חלק בעלייה החדה שחלה בריכוז המתאן באטמוספרה במחזור הקרח האחרון.

ידוע שהצמחייה על היבשה רגישה מאוד לשינויים בסביבה. כמות הצמחים הכוללת על פני כדור הארץ מתנודדת אפוא עם התחממות האקלים והתקררותו במהלך מחזורי הקרח. לאור הממצאים שלנו, יש לבחון ברצינות את האפשרות שתנודות אלה הן הגורמות לירידות ברמות המתאן בתקופות הקרח ולעלייתן בתקופות הביניים. בשיא עידן הקרח האחרון, לפני 21,000 שנה בערך, צמחו יערות האמזונס בקצב נמוך פי שניים מקצב צמיחתם היום, לכן אפשר שהצמחייה הטרופית שחררה אז הרבה פחות מתאן ממה שהיא משחררת היום. מאז עלו הטמפרטורות על פני כדור הארץ כולו ועמן גם ריכוזי הפחמן הדו-חמצני, שהגבירו את קצב הצמיחה ובתוך כך, אנו משערים, פלטו הצמחים עוד ועוד מתאן.

תרחישי אקלים דומים התרחשו אולי גם בתקופות אחרות בהיסטוריה של כדור הארץ, בייחוד במהלך אירועי הכחדה המונית כמו אלו שאירעו בגבול שבין עידני הפרם ובין הטריאס (לפני כ-250 מיליון שנה) ובגבול שבין הטריאס ובין היורה (לפני כ-200 מיליון שנה). ריכוזי פחמן דו-חמצני גבוהים במיוחד באטמוספרה וכן עלייה בטמפרטורות הביאו אולי לעלייה חדה בביומסה הצמחית. תקופות כאלה של התחממות גלובלית היו אולי מלוות גם בשחרור נמרץ של מתאן מן הצמחייה שהביא להגברת ההתחממות. ההשערה שפליטת המתאן הייתה גבוהה אולי עד פי 10 מן הפליטה היום, אף שהיא השערה ספקולטיבית, אינה מופרכת מיסודה. אם כך אכן קרה, הרי שאפשר לראות בפליטת מתאן מצמחייה, בנוסף על פליטתו מביצות ואולי אף מקרקעית הים, כוח מניע בשינויי אקלים היסטוריים.

פירוש לא נכון בתקשורת

אם באותו יום שבו פרסמת את עבודתך המדעית מדווחים עליה במהדורת החדשות העולמית של ה-BBC מיד לאחר דיווחים על שפעת העופות ועל המצב בעיראק, אתה מבין שגילית משהו שיש לו נגיעה חברתית חשובה. הבנה זו העמיקה למחרת היום, כשעיתונים בכל העולם סיפרו על תגליתנו, ולא אחת בכותרותיהם הראשיות.

לרוע המזל, סיקור תקשורתי נרחב עלול לגרור הגזמות, ובמקרה שלנו סופו שהביא לפירוש לא נכון של התוצאות. דיווחים רבים טענו שייתכן שהצמחים הם האחראים להתחממות כדור הארץ. לדוגמה, בשער של עיתון מכובד ראינו כותרת שזעקה: "התחממות כדור הארץ: האשימו את היערות".

ואז, כשאתה מקבל הרבה הודעות בדואר אלקטרוני ושיחות טלפון מאנשים ששואלים אם עליהם לגדוע את העצים שבגנם כדי להילחם בהתחממות כדור הארץ, אתה מבין שמשהו השתבש מאוד בהעברת המידע לציבור. הרגשנו שעלינו למסור עוד הודעה לעיתונות ולהגיב בה על הפרשנות השגויה של מחקרנו.

בהודעה השנייה שהעברנו לעיתונות, הדגשנו שאם נכונים ממצאינו, הרי שצמחים פולטים מתאן לאטמוספרה כבר מאות מיליוני שנים. הפליטות הללו תרמו לאפקט החממה הטבעי, שבלעדיו לא היו החיים יכולים להתקיים כפי שהם. ואולם, אין הצמחים אחראים לעלייה התלולה בריכוזי המתאן שנרשמה מאז תחילת התיעוש. פעילויות האדם הן שגרמו לכך.

תגליתנו גם פתחה דיון סוער בדבר ההשערה שהמתאן הנפלט מצמחים עלול לקזז את ההשפעה של הטמעת הפחמן הדו-חמצני ואגירתו בצמחים במסגרת תכניות לייעור מחדש. אילו הייתה ההשערה נכונה, היו לדבר השלכות חשובות על מדינות המנסות ליישם את אמנת קיוטו למזעור פליטת הפחמן בעולם, שכן על פי האמנה, פרויקטים לנטיעת עצים יכולים לשמש מרכיב באסטרטגיות לאומיות להפחתת כמות הפחמן הדו-חמצני. אבל חישובינו מראים שהתועלת האקלימית של נטיעת יערות חדשים שיקלטו פחמן דו-חמצני עולה בהרבה על ההשפעה השלילית, הקטנה יחסית, של הוספת מתאן לאטמוספרה (שעלולה להפחית את קליטת הפחמן של היערות ב-4% לכל היותר). אין לנו ספק בכוחה של נטיעת עצים לבלימת התחממות כדור הארץ.

בלהט הדיון הזה, שכחו אנשים עובדה מכרעת: הצמחים הם הריאות הירוקות של כוכב הלכת שלנו - הם מספקים את החמצן שמאפשר את קיום החיים שאנו מכירים. הם גם נושאים עוד בהרבה משימות חשובות. הם מעניקים, למשל, סביבה טבעית המעודדת מגוון ביולוגי, ומווסתים את מחזור המים הטרופי. הבעיה אינה הצמחים אלא שרפת דלקים מחצביים בקנה מידה אדיר בכל העולם.

חשש תקף יותר הוא האפשרות שהמתאן שמפיקה הצמחייה עלול להשפיע על האקלים בעתיד הקרוב. אף על פי שלא הצמחים העלו במידה ניכרת את כמות המתאן באטמוספרה מאז הימים הקדם-תעשייתיים, הם אכן צומחים היום מהר יותר. פליטת המתאן מצמחים צפויה לגבור עם העלייה בטמפרטורה, והדבר יאיץ את ההתחממות עוד יותר. היה אפשר לראות במשוב האכזרי הזה תופעה טבעית אילולי המהירות שבה הוא מתגלגל, והאצתו בעיקר עקב פעילויות אנתרופוגניות כגון שרפת דלקים מחצביים. אבל תופעת המשוב הצמחייתי שהגבירה את התחממויות הקודמות באקלים כדור הארץ, לא תתרחש כנראה הפעם, משום שכל כך הרבה יערות נכרתו.

אף על פי שמוקדם עוד לומר איך בדיוק תשפיע התגלית שלנו על תחזיות שינוי האקלים בעתיד הרחוק, ברור שבכל ההערכות החדשות שעורכים היום יש לקחת בחשבון את פליטת המתאן מצמחים.