מערכות כדור הארץ משתנה כיום במהירות עם עליית ריכוז פחמן דו-חמצני (CO2) וההתחממות הגלובלית שהיא גורמת. התהליך שמאט את קצב עליית ריכוז ה-CO2 הוא הפוטוסינתזה, תהליך ייצור המזון בצמחים, הכולל קליטת הפחמן הדו-חמצני מהאוויר ופליטת חמצן שחיוני לקיום החיים בכדור הארץ. בתהליך הפוטוסינתיזה CO2 נכנס לעלי הצמחים דרך פתחים זעירים, ומקובע לסוכר. יחד עם ה- CO2 נכנס לעלה גם גז בשם קרבוניל סולפיד (COS), שנמצא באטמוספרה ומגיע בעיקר מהאוקיינוס ומפעילות אנושית (בעיקר תעשייה), והוא מגיב עם אותם אנזימים בעלה שמגיבים עם ה-CO2.לדברי החוקרים, COS נצרך בעלה בתהליך חד-כיווני ולא נפלט חזרה לאוויר, ולכן מדידת הכמויות שלו באוויר יכולה לשמש סמן לתהליך הפוטוסינתיזה. אחד האתגרים החשובים שעומדים כיום בפני מדעני האקלים הוא להעריך את השינויים בקצב הפוטוסינתיזה על פני יבשות שלמות ובעולם כולו.
כדי להעריך קצבי פוטוסינתיזה על פני אזורים נרחבים נערכו בעבר מחקרים, שנסמכו על ריכוזי COS באוויר שהשתמר בבועות בכיפות הקרח בקוטב הצפוני והדרומי, אך הדיוק שלהם הוגבל על ידי אי-ודאות בהערכת המקורות של COS לאטמוספרה. מחקר חדש בנושא התפרסם לאחרונה בכתב העת המדעי Proceeding of the National Academy of Science. המחקר, בהובלת הדוקטורנט חן דוידסון, ובהנחיית פרופ' אלון עמרני ופרופ' אלון אנגרט מהמכון למדעי כדור הארץ באוניברסיטה העברית, מציג שיטה חדשה ופורצת דרך להערכת מידת הפליטות הטבעיות של גז ה-COS לאטמוספרה מהאוקיינוס וממקורות אנושיים. המידע ישמש בעתיד להערכות מדויקות יותר של השינויים בפוטוסינתיזה היבשתית ברחבי העולם – ולמעשה בקצב ההתחממות הגלובלית.
קצב הפוטוסינתיזה כיום כמעט מאוזן על ידי תהליכי נשימה בצמחים וקרקעות (הביוספרה היבשתית), אך ישנה סכנה שאקלים מתחמם ובצורות יפגעו בעצים ויגבילו את יכולת היערות לקלוט CO2. כאמור, בעלים של צמחים ישנם פתחים זעירים, שדרכם נכנסים CO2 ו-COS לעלה בתהליך הפוטוסינתיזה. בעוד CO2 גם נפלט בתהליכי נשימה בצמח ובקרקע, COS נצרך בעלה בתהליך חד-כיווני, ולכן מדידת הכמויות שלו באוויר יכולה לשמש סמן לתהליך הפוטוסינתיזה ולבדוק אם הוא מבוצע בקצב שממתן את ההתחממות הגלובלית.
כדי להעריך את התרומה היחסית שיש לפליטות טבעיות מהאוקיינוס על COS באטמוספרה, מול פליטות מפעילות תעשייתית, השתמשו החוקרים ביחסים בין איזוטופים של גופרית (אטומי גופרית שיש ביניהם הבדלים קטנים במסה), המהווים מעין טביעת אצבע ייחודית למקור שממנו נוצרו. לשם כך פיתח צוות החוקרים שיטה חדשנית למדידת יחסים איזוטופיים בגופרית בריכוזים הזעירים של COS באטמוספרה (מתוך 2 מיליארד מולקולות באוויר, רק אחת תהיה של COS). נוסף על כך, פותחו שיטות למדידת יחסים איזוטופיים אלה ב-COS שנפלט מהאוקיינוס ובזה שנקלט על ידי צמחייה.
החוקרים ביצעו ניסויים במעבדה ואפיינו באמצעותם את ההשפעה של קליטת COS על ידי צמחייה על היחסים האיזוטופיים וערכו מדידות בים התיכון (בסיוע המכון לחקר ימים ואגמים בחיפה, ובסיוע מועדון לגונה בבת-ים) ובים סוף (בסיוע המכון הבינאוניברסיטאי באילת), שאפשרו לזהות את היחסים האיזוטופיים של COS שנפלט מהים. כמו כן אסף צוות החוקרים דוגמאות אוויר בישראל (ירושלים, חיפה, מצפה-רמון והערבה) וברחבי העולם (ארה"ב, האיים הקנריים, הודו, פורטוגל והאוקיינוס הדרומי) ומדד את היחסים האיזוטופיים ב-COS בהן.
"מצאנו כי כתוצאה מפעילות הצמחייה, בחודשי הקיץ הפוטוסינתיזה המוגברת בחצי הכדור הצפוני גורמת לירידה בריכוז הגז COS באוויר, המלווה בשינוי ביחס האיזוטופי", הסביר פרופ' אלון אנגרט, "כמו כן, השתמשנו בדוגמאות שהראו השפעה של פליטות ממקורות אנושיים כדי לאפיין את טביעת האצבע האיזוטופית של מקורות אלה. מיזוג של התוצאות האלה אִפשר להעריך כי כ-40% מפליטות הCOS הן ממקור תעשייתי/אנושי, וכ-60% ממקור טבעי באוקיינוס".
לדברי החוקרים, המחקר יעזור להבין טוב יותר את המחזור של COS באטמוספרה, וישמש בעתיד להערכות מדויקות יותר של השינויים בפוטוסינתיזה היבשתית הגלובלית במהלך המאות ה-20 וה-21.
למאמר המלא: https://www.pnas.org/content/118/6/e2020060118
