מבין מגוון התופעות הטבעיות שאפשרו את האבולוציה של החיים בכדור הארץ, שכבת האוזון היא ללא ספק מהחשובות ביותר. זו שכבה אטמוספרית הנמצאת בגובה רב מעל הקרקע שאחראית לספיגת רוב הקרינה העל-סגולה המסוכנת הנפלטת מהשמש, בטרם תגיע אל פני כדור הארץ. אילו שכבה אטמוספרית זו לא הייתה קיימת, לא היינו מסוגלים להתהלך בבטחה באור השמש, וייתכן גם שבעלי החיים המוכרים לנו היום כלל לא היו כובשים את היבשה, ונותרים לחיות בתוך הים, שבו המים מסננים את הקרינה העל-סגולה ומגינים עליהם.
4 צפייה בגלריה
שכבת האוזון בולעת כמעט את כל הקרינה העל-סגולה החזקה ביותר (החיצים מימין), ומאפשרת את החיים על כדור הארץ כפי שאנו מכירים אותם
(איור: shutterstock)
אך על אף חשיבותה העצומה של שכבת האוזון לחיינו, רק לפני 30 שנה היינו בדרך להרוס אותה לגמרי. תהליך ההתמודדות עם המשבר הסביבתי הזה, מעשה ידינו, הוא אבן דרך משמעותית בהיסטוריה של האדם, שאנחנו יכולים ללמוד ממנה כיצד להתמודד עם משברים דומים המתחוללים סביבנו. אז מהו האוזון, כיצד יצרנו בו חור ומדוע אנחנו לא שומעים עליו עוד?
בעקבות האוזון
גז אוזון נוצר בלי הרף באטמוספרה כאשר קרינה על-סגולה פוגעת במולקולות גז חמצן. הקרינה גורמת לשבירת המולקולה המורכבת משני אטומי חמצן (O2), לאטומי חמצן בודדים המגיבים מיד עם מולקולות חמצן אחרות ויוצרים מולקולות המורכבות משלושה אטומי חמצן (O3), הנקראות אוזון. גם מולקולות האוזון עצמן רגישות לקרינה על-סגולה, וכאשר היא פוגעת בהן האוזון מתפרק בחזרה למולקולת חמצן ולאטום חמצן בודד שמתחבר שוב למולקולת חמצן, וכך שוב ושוב בתהליך אינסופי המכונה מעגל החמצן-אוזון.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
(לא) מוציאים לשון: על לשון קשורה
העולם על פי יהונתן גפן
מאבן שואבת לאלקטרומגנט
התגובה המחזורית שבה קרינה הופכת מולקולות חמצן לאוזון ולהיפך נמצאת בשיווי משקל: קצב יצירת האוזון שווה לקצב הפירוק שלו, וכך ריכוז האוזון באטמוספרה נותר קבוע לאורך זמן. שבירת מולקולות החמצן והאוזון סופגת את האנרגיה שבקרינה העל-סגולה וממירה אותה לאנרגיית חום. ספיגת הקרינה הזו יעילה ביותר, ומעגל החמצן-אוזון אחראי לספיגה של בין 97 ל-99 אחוזים מכלל הקרינה העל-סגולה המסוכנת המגיעה לכדור הארץ.
החור באוזון מעל הקוטב הדרומי, סרטון מ-2021
(צילום: פרויקט קופרניקוס של האיחוד האירופי)
המונח "שכבת האוזון" אינו מציין שכבה נבדלת באטמוספרה, אלא מתאר את האזור באטמוספרה שריכוז האוזון בו גבוה יותר מאשר בשכבות אטמוספריות אחרות, אם כי עדיין נמוך מאוד: רק כ-8 מולקולות מכל מיליון מולקולות מסוגים שונים באוויר (ppm). שכבת האוזון נמצאת לרוב בגובה של בין 15 ל-35 קילומטרים מעל פני הים, ועוביה משתנה בהתאם לאזור הגיאוגרפי ולעונות השנה. גז האוזון נמצא בעיקר ברום האטמוספרה בגלל היעילות הגבוהה של מעגל החמצן-אוזון, שסופג את מרבית הקרינה העל-סגולה עם חדירתה לאטמוספרה. הכמות הקטנה של הקרינה העל-סגולה שמגיעה לשכבות נמוכות יותר באטמוספרה אינה מספיקה ליצירת אוזון.
סיבה נוספת לריכוזו הנמוך של גז האוזון קרוב לפני השטח היא היציבות הנמוכה שלו. אוזון הוא אחד החומרים המחמצנים החזקים ביותר המוכרים למדע, והוא מגיב במהירות עם מגוון רחב של חומרים והופך לתרכובות שאינן סופגות קרינה על-סגולה. המגוון הרב של תרכובות כימיות שונות על פני השטח של כדור הארץ ובשכבת האוויר הסמוכה אליהם מכלה במהירות את מעט האוזון שנוצר באטמוספרה התחתונה. לכן אין זה מפתיע שהמהפכה התעשייתית, שגרמה לפליטת מגוון רחב של גזים, פגעה מיד במעגל החמצן-אוזון.
גזי קירור נגד אוזון
מבין שלל החומרים החדשים שבני האדם החדירו לאטמוספרה מאז תחילת המהפכה התעשייתית, החומרים שגרמו לפגיעה הקשה ביותר בשכבת האוזון היו פחמימנים הלוגניים, תרכובות פחמן המכילות אטומים של יסודות ממשפחת ההלוגנים, הנמצאים בטור השביעי בטבלה המחזורית. פחמימנים כאלה, ובייחוד אלה המכילים את היסודות כלור ופלואור ונקראים באנגלית Chloroflurocarbons, או בראשי התיבות שלהם: CFC, החלו לשמש כגזי קירור במקררים ובמזגנים מאז שנות ה-30 של המאה ה-20. גזי קירור הם גזים בעלי קיבול חום גבוה המשמשים להעברת אנרגיה בין חלקים שונים במכשירים. גזי ה-CFC היו הרבה פחות רעילים מגזי הקירור שהיו בשימוש קודם לכן, ונוסף על כך הם גם יציבים ולא-דליקים. לכן הם נעשו פופולריים מאוד. עד מהרה החלו להשתמש בהם למגוון מטרות נוספות, למשל במטפי כיבוי אש ובתרסיסים קוסמטיים כמו דאודורנט, שם הם שימשו כגז אחסון, ליצירת לחץ בתוך המיכלים. מעריכים כי בעשורים המאוחרים של המאה ה-20 יוצרו מדי שנה למעלה ממיליון טונות של גזי CFC.
לשימוש הנרחב ב-CFC היה גם צד הרסני. הגזים לא יועדו להשתחרר לאוויר מתוך מכשירי הקירור, שם הם כלואים במערכת סגורה, אך דליפות הן דבר בלתי נמנע, במיוחד לאחר סיום השימוש במכשירים והשלכתם. לאחר שנפלטו לאטמוספרה, גזי ה-CFC היציבים מסוגלים להישאר בה למעלה ממאה שנים, זמן ארוך מספיק כדי שיחדרו גם אל האטמוספרה הגבוהה ואל שכבת האוזון. בשכבה גבוהה זו, גזי ה-CFC נחשפים לקרינה על-סגולה השוברת אותם ומשחררת מהם את אטומי הכלור. הכלור מפרק מולקולות אוזון ביעילות גבוהה להחריד: כיום ידוע כי אטום כלור יחיד שמגיע אל שכבת האוזון מסוגל לגרום לפירוק של למעלה מ-100 אלף (!) מולקולות אוזון לפני שיתרכב עם מולקולות מסוגים אחרים המייצבות אותו, ולהקטין את כמות האוזון בקצב מהיר בהרבה מקצב ההתחדשות הטבעי שלו.
רק בשנת 1974, כ-40 שנה לאחר תחילת השימוש הנרחב בגזי CFC, פורסם לראשונה מחקר המזהיר מפני הנזק שגזים אלה עלולים לגרום לשכבת האוזון, ולפיכך, לפגיעה הקשה שהם עלולים לגרום לסביבה. את המחקר של מריו מולינה (Molina) מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) ופרנק רולנד (Rowland) מאוניברסיטת קליפורניה, ואף הוביל לזכייתם בפרס נובל בכימיה ב-1995. מחקר זה, ואחרים שבאו בעקבותיו, שיערו כי הפגיעה בשכבת האוזון העולמית צפויה להסתכם בירידה של 4-2 אחוזים בכמות האוזון עד סוף המאה ה-21. חשש זה היה כבד מספיק כדי שיוביל לנקיטת צעדים בינלאומיים ראשוניים. אולם אלה היו מצומצמים יחסית, וכללו בעיקר הקמה של מערכות לניטור שכבת האוזון והמלצות כלליות להפחתת השימוש בגזי CFC, ללא קביעת נהלים המחייבים מדינות לפעול לפיהם.
פגיעה קשה מהצפוי
חלפו כעשר שנים נוספות עד שהנזק האמיתי התגלה והיכה בדעת הקהל העולמית. הראיה הראשונה לפגיעה קשה ולא צפויה בשכבת האוזון הגיעה בשנת 1985, כאשר חוקרים מבריטניה – ג'וזף פרמן (Farman), בריאן גרדינר (Gardiner) וג'ונתן שנקלין (Shanklin) - זיהו כי הידלדלות שכבת האוזון מעל אנטארקטיקה, תופעה קבועה המתרחשת עם יציאת הקוטב הדרומי מעונת החורף החשוכה אל האביב השמשי, התגברה לרמות יוצאות דופן בהשוואה לעשורים הקודמים. על פי המדידות, ריכוזו של האוזון מעל תחנות המחקר ביבשת הדרומית פחת באותה עת בכ-40 אחוזים.
רוב האוזון באטמוספרה מיוצר סמוך לקו המשווה, אזור שבו קרינת השמש חזקה במשך כל השנה, ומשם הוא מתפזר לקווי רוחב גבוהים יותר ועד לקטבים באמצעות זרמי אוויר ברום האטמוספרה. אך במהלך החורף האנטארקטי מתפתחת מעל לקוטב הדרומי מערכת אקלים קרה ו"סגורה", כלומר, מערכת שאינה מאפשרת חדירת אוויר מקווי רוחב אחרים, ואספקת האוזון לשכבת האוזון נפסקת עד לאביב.
הדפוס של זרמי האוויר בחצי הכדור הדרומי לא השתנה בשנות ה-50 עד שנות ה-80 באופן שיכול להסביר את הירידה הגדולה בריכוז האוזון מעל לקוטב.השינוי העיקרי שכן התרחש היה בהרכב האטמוספרה, ובייחוד בריכוז גזי ה-CFC שחדרו לגבהים שבהם נמצאת שכבת האוזון. לדעת החוקרים, נוכחותם המוגברת של גזים אלה במערכת האקלים החורפית בקוטב הדרומי הסיטה את מעגל החמצן-אוזון באזור זה משיווי המשקל העדין שלו, ובמהירות גדולה בהרבה מכפי שחזו מחקרים תיאורטיים שנערכו שנים אחדות קודם לכן. ממצאים אלה העלו את החשש כי שטחו של ה"חור באוזון" – השם הקליט שהוענק לתופעה זו ומתאר את האזור בשכבת האוזון שנעשה דליל במיוחד – יוסיף לגדול משנה לשנה ויסכן את תושבי אוסטרליה, ניו-זילנד ודרום אמריקה הדרומית, ובעתיד הרחוק גם את האוכלוסיות בקווי רוחב צפוניים יותר.
4 צפייה בגלריה
ההסכם המוצלח ביותר. מספר המדינות שחתמו על פרוטוקול מונטריאול לפי אזור גיאוגרפי ושנת הצטרפות
(מקור: Our World in Data, Wikipedia)
מאבק יעיל
הגילוי המטריד בשמי אנטארקטיקה בשנת 1985 דחף להשקעה גדולה יותר בחקר האוזון, ולחתימה של כל המדינות החברות באו"ם על פרוטוקול מונטריאול בשנת 1987. הפרוטוקול קבע כללים להפסקה הדרגתית של ייצור גזי CFC וחומרים הלוגניים נוספים שזוהו כמסוכנים לשכבת האוזון, ושל השימוש בחומרים אלה. בהסכם נקבע כי השימוש בגזי CFC ובגזים דומים יופסק לגמרי במדינות מפותחות עד שנת 1996, וגזים הלוגניים אחרים יוצאו משימוש בהדרגה בשנים שלאחר מכן. נוסף על כך הוקמה במסגרת ההסכם קרן בינלאומית שנועדה לספק תמיכה כלכלית וטכנית למדינות מתפתחות, כדי שיעמדו ביעדים דומים. בשנים הבאות תוקן ההסכם ונוספו לו צעדים מחמירים עוד יותר.
המאמץ הבינלאומי הצליח. עד לשנות האלפיים המוקדמות, הייצור של גזי CFC והשימוש בהם ברחבי העולם פסק כמעט לחלוטין, ועד לשנת 2009 הופסק גם השימוש במרבית הגזים האחרים שנכללו בהסכם. לא עבר זמן רב עד שהתוצאות הורגשו בהרכב האטמוספרה. כבר לקראת סוף שנות ה-90, נבלמה העלייה בריכוז הגזים ההלוגניים בשמי הקוטב הדרומי, ובעשור האחרון אף נמדדה ירידה בו. בהתאמה, הירידה בריכוז האוזון מעל לקוטב הדרומי, שנמשכה ברציפות במהלך העשורים האחרונים של המאה ה-20, נבלמה, ועל פי כמה מחקרים המגמה אף התהפכה וריכוז האוזון החל לטפס באיטיות.
אך הדרך להחלמה מלאה של שכבת האוזון עודנה ארוכה, ורצופה תהפוכות שמקורן בשונות הגבוהה המאפיינת את המערכת האקלימית. בשנת 2005 היקף החור באוזון הגיע לשיא מאז החלו המדידות ושטחו הגיע לכ-27 מיליון קילומטרים רבועים, יותר משטחה של רוסיה. אירוע נרחב עוד יותר התרחש בשנת 2015, אז היקף החור צמח ליותר מ-28 מיליון קילומטרים רבועים. אך על אף המקרים הנקודתיים הללו, רוב הקהילה המדעית תמימת דעים כי החור באוזון נסגר והולך, ואם הציות לפרוטוקול מונטריאול יימשך, השפעתו המזיקה של האדם על שכבת האוזון עתידה להתאפס עד שנת 2065.
פרוטוקול מונטריאול נחשב בקרב רבים להסכם הבינלאומי המוצלח ביותר אי פעם, וליחיד עד כה שחתמו עליו כל המדינות החברות באו"ם. ייתכן מאוד שהוא אחראי ישירות להישרדות המין האנושי כפי שאנו מכירים אותו, ולהישרדותן של מערכות אקולוגיות רבות. מעריכים כי לולא היו נעשים צעדים להגנה על שכבת האוזון, והפליטה של גזים הפוגעים בה הייתה נמשכת באותו הקצב, החור באוזון היה מתרחב לכדור הארץ כולו עד לשנת 2040. בעולם כזה, שהייה חשופה וממושכת בחוץ במהלך שעות האור הייתה פוגעת משמעותית בתוחלת החיים.
ממשבר למשבר
ישנם קווי דמיון רבים בין משבר החור באוזון למשבר התחממות כדור הארץ, שאנו עדיין מתמודדים עמו. שניהם נגרמים בעקבות פעילות של האנושות הגורמת לפליטה לא מבוקרת של גזים לאטמוספרה, ושניהם עלולים להוביל להרס תנאי המחיה הקיימים בכדור הארץ ולסבל אנושי רב. אך לעומת ההתמודדות המוצלחת של האנושות עם החור באוזון, בחזית התחממות כדור הארץ המצב שונה לחלוטין.
4 צפייה בגלריה
ההסכם המוצלח ביותר. מספר המדינות שחתמו על פרוטוקול מונטריאול לפי אזור גיאוגרפי ושנת הצטרפות
(מקור: Our World in Data, Wikipedia)
הסיבה המרכזית להבדל באופן ההתמודדות של האנושות עם שני המשברים היא מה שנדרש ממדינות העולם כדי להפוך את הגלגל. הפסקת השימוש בתרכובות CFC הייתה פשוטה יחסית. יש להם מגוון תחליפים אפשריים, והמעבר לשימוש בתחליפים אלה לא פגע משמעותית בכלכלה של שום מדינה. הפתרון למשבר ההתחממות העולמית דורש צעדים מרחיקי לכת בהרבה, בעיקר הפחתת השימוש בדלקים מאובנים, מקור האנרגיה הכמעט בלעדי של רוב מדינות העולם. לדרישה הזאת אין פתרונות קלים, והפתרונות הקיימים יחייבו מדינות, תעשיות ואזרחים מן השורה לוויתורים כואבים, שרובם אינם ממהרים לעשות.
ייתכן שיש עוד סיבה לקושי בהתמודדות עם משבר האקלים בהשוואה למשבר החור באוזון, והיא אופייה של התקשורת האינטראקטיבית המודרנית. חלקים גדולים מהחברה האנושית כיום מקבלים חלק ניכר מהמידע שלהם מרשתות חברתיות שאינן בנויות דווקא לספק מידע אמין ולהציג נקודת מבט רחבה. במקרים רבים הן מעודדות חשיפה לדעות קיצוניות, מכיוון שדעות כאלה מייצרות מעורבות (engagement) גבוהה יותר ברשת.
מקומן המרכזי של הרשתות החברתיות בחיי האדם כיום נחשב לאחת הסיבות לכך שבעשור האחרון נוצר קיטוב בין דעות המצדדות בהגנה על האקלים, המזוהות יותר עם מחנה השמאל החברתי-כלכלי, לבין דעות שלפיהן החששות האלו אינם מצדיקים בלימה של הצמיחה הכלכלית בעולם, המזוהות לרוב עם הימין החברתי-כלכלי. בסביבה פוליטית מקוטבת זו כל מחנה מתבצר ומגן על עצמו מפני הצד האחר, במקום להגיע לעמק השווה ולשתף פעולה בנושא קריטי לעצם קיומנו על כדור הארץ. הרשתות החברתיות, והתהליכים החברתיים שהן מחוללות, כמעט לא היו קיימים בזמן חתימת פרוטוקול מונטריאול לפני יותר משלושה עשורים, ומעניין לחשוב כיצד הדיון בו היה מתנהל כיום.
משבר החור באוזון מלמד אותנו על הקלות המפתיעה שבה אנו מסוגלים להשפיע על תהליכים טבעיים בכדור הארץ, גם על כאלו שבמבט ראשון נראים גדולים מכדי שפעולותינו יחוללו בהם שינוי כלשהו. הוא גם מלמד אותנו על מקומם של המדע והקהילה המדעית בתהליכי קבלת החלטות, ועל חשיבותם בעיצוב היחסים שבין אדם ועולמו. הקישור שנעשה פופולרי כיום בין מדע להשקפה פוליטית, וכפועל יוצא – הפסילה של ממצאים מדעיים על ידי מחנות פוליטיים שלמים, מסוכן לנו, ועלול לגרום לכך שמשברים אקלימיים נוכחיים ועתידיים לא יזכו לניהול אחראי ולהתמודדות רצינית כמו אלה שהביאו לפתרונו המוצלח של משבר החור באוזון.
אור אליאסון, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
