עונות השנה – קיץ, סתיו, חורף, אביב – ממלאות תפקיד מהותי בתרבות ובקצב החיים המודרניים. בעבר, כשחיי רוב האנשים סבבו סביב עבודת האדמה, חשיבותן של העונות הייתה גדולה עוד יותר. מה גורם לשינויי האקלים הקבועים במהלך השנה?
כדור הארץ חג סביב השמש במסלול שאינו מעגל מושלם, אלא אליפטי מעט – ולכן בחלק מהשנה הוא קרוב יותר לשמש ובחלק מהשנה הוא נמצא במרחק גדול יותר ממנה. אך לעובדה זו יש השפעה שולית בלבד על האקלים – ההבדל במרחק מן השמש בין הנקודה הקרובה ביותר במסלול (שכיום כדור הארץ מגיע אליה בינואר) לנקודה הרחוקה ביותר (שכיום כדור הארץ מגיע אליה ביולי) הוא כ-5 מיליון קילומטר בלבד. הבדל זה אינו גדול ביחס למרחק הכולל מהשמש, שהוא כ-150 מיליון קילומטר – וההבדל בכמות האנרגיה שמגיעה לכדור הארץ מהשמש בשתי הנקודות היא כ-5 אחוזים בלבד מהערך הממוצע. נוסף על כך, האליפטיות של מסלול כדור הארץ אינה יכולה כמובן להסביר את חילופי העונות, שהרי בשעה שבחצי כדור הארץ הצפוני שורר חורף, בחצי הכדור הדרומי שורר קיץ – ולהפך.
לא המרחק, אלא הזווית
עונות השנה אינן נובעות אם כך מהאליפטיות של מסלול הסיבוב של כדור הארץ, אך הן אכן נובעות משינויים בכמות האנרגיה שמגיעה מהשמש לנקודות שונות על פני כדור הארץ. הסיבה לקיומן של עונות, ולכל מערכת האקלים המחזורית של כדור הארץ, היא נטיית ציר הסיבוב העצמי של כדור הארץ. כדור הארץ משלים סיבוב סביב עצמו פעם ביממה, וציר הסיבוב - שנמתח בין הקוטב הדרומי לקוטב הצפוני - נוטה בזווית של 23.5 מעלות ביחס לציר הסיבוב של כדור הארץ סביב השמש. זווית הנטייה של הציר ביחס לציר הסיבוב סביב השמש היא קבועה ואינה משתנה לאורך השנה. כך, כאשר הקוטב הצפוני פונה מעט לכיוון השמש, הקוטב הדרומי פונה הרחק מהשמש, ולהפך.
האקלים באזור מסוים מושפע מכמות החום שמגיעה אליו מהשמש, ובמהלך השנה משך שעות האור משתנה עקב נטיית ציר הסיבוב. אם נסתכל על נקודה בחצי הכדור הצפוני בחורף, כאשר חצי הכדור הזה נוטה הרחק מהשמש, משך שעות האור קצר יותר משום שהחלק שמוסתר מהשמש גדול יותר מהחלק שחשוף לשמש. לדוגמה, בישראל, ביום הקצר ביותר – שחל לרוב ב-21 בדצמבר – יהיו רק כ-10 שעות אור, לעומת כ-14 שעות ביום הארוך ביותר, שחל לרוב ב-21 ביוני.
ככל שמרחיקים מקו המשווה צפונה או דרומה, הפער בין היום הקצר ביותר ליום הארוך ביותר גדל, עד אשר מגיעים לקו רוחב 66.5 מעלות, המכונה חוג הקוטב (הצפוני או הדרומי). חוג הקוטב הוא קו המעבר, שבו ביום הקצר ביותר בשנה יש אפס שעות אור – כלומר, השמש כלל אינה זורחת, וביום הארוך ביותר השמש אינה שוקעת. ככל שמרחיקים הלאה לכיוון הקוטב, משך תקופת השנה שאין בה אור בחורף, ומשך תקופת השנה שאין בה חושך בקיץ, מתארך. העיר מורמנסק שבצפון רוסיה, על 300 אלף תושביה, היא העיר הגדולה ביותר מצפון לחוג הקוטב הצפוני, ומתאפיינת בלא פחות מארבעים ימי חשכה בשיא החורף. ועדיין, אילו זה היה הגורם היחיד, היינו מצפים שבקוטב הצפוני ובקוטב הדרומי הקיץ יהיה חם הרבה יותר מהקיץ אצלנו, כי השמש זורחת שם ברציפות. אבל בפועל, האזורים האלו קפואים במשך כל השנה. מדוע זה כך?
מובן כי פחות או יותר שעות אור ישפיעו על כמות האנרגיה שתגיע מהשמש אל אזור מסוים בכדור הארץ בזמן נתון, אולם כמות האנרגיה, ולפיכך מידת ההתחממות, תלויה גם בזווית שבה קרני השמש פוגעות בקרקע. גודל הזווית הזאת תלוי בקו הרוחב ומשתנה לאורך השנה. ככל שהזווית שבה קרני השמש פוגעות בקרקע קרובה יותר ל-90 מעלות, כך גדלה כמות הקרינה ליחידת שטח. זווית פגיעה של קרוב ל-90 מעלות קיימת בסביבות קו המשווה לאורך כל השנה, ולכן שורר באזורים אלה אקלים יציב וחם במשך השנה כולה. ככל שמרחיקים מקו המשווה אל עבר הקטבים, זווית הפגיעה קטנה יותר ולכן ההתחממות מועטה יותר. משום כך בקווי רוחב צפוניים יותר שורר אקלים קריר יותר, למרות שעות האור הממושכות בקיץ.
לשם הדגמה, נשווה את כמות האור המגיעה אל פני כדור הארץ בשעת הצהריים בקו רוחב 50, שבסביבתו שוכנות ערים צפון אירופיות כמו לונדון, אמסטרדם וברלין, ובישראל, שנמצאת בסביבות קו הרוחב 32. כמות האנרגיה למטר רבוע שתגיע לישראל ביום הארוך ביותר בשנה גדולה ב-10 אחוזים מכמות האנרגיה שמגיעה לערי צפון אירופה באותו יום. בספטמבר הפער כבר מגיע ל-30 אחוזים, וביום הקצר ביותר – בדצמבר – הפער מגיע ל-100 אחוזים, כלומר כמות האנרגיה המגיעה ליחידת שטח בישראל כפולה מזו המגיעה ליחידת שטח באמסטרדם או בלונדון. זוהי הסיבה ל"אור האירופי הרך" הידוע, בהשוואה לאור הישראלי העז והבהיר.
לא רק השמש קובעת
לכמות האור שמגיעה מהשמש יש אמנם תרומה חשובה לאקלים, אך האקלים מושפע מאוד גם מקרבה לגופי מים גדולים כמו אוקיינוסים, וממערכות זרמי אוויר וזרמי מים גלובליים. למשל, בעוד שבלונדון הטמפרטורה לרוב אינה יורדת מתחת לאפס מעלות, במזרח קנדה יישובים באותו קו רוחב (המתאפיינים לפיכך באותן שעות אור ובאותה זווית פגיעה של קרני השמש) מכוסים בשלג קרוב לחצי מהשנה.
נסיים בשני מועדים ראויים לציון בלוח השנה: הימים המכונים ימי השוויון. אלה מתרחשים בסביבות ה-20 במרץ וה-22 בספטמבר. בימים אלה, מספר שעות היום משתווה למספר שעות הלילה ברחבי כדור הארץ. אחרי ה-22 בספטמבר הימים קצרים יותר מהלילה בחצי כדור הארץ הצפוני, ומקובל לראות ביום זה את תחילתו של הסתיו. בחצי הכדור הדרומי, מנקודה זו ואילך הימים ארוכים יותר מהלילה, ומקובל לראות ביום זה את תחילת האביב.
דן יודילביץ, מכון דוידסון לחינוך מדעי
