11.1.1: מבוא

Last updated
Save as PDF

Page ID: 206176

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

הבנת מדע שינויי האקלים: היסודות

מודול 9 מתמקד באופן שבו החקלאות תורמת לאקלים העולמי וכיצד שינויי האקלים ישפיעו על החקלאות העולמית. בנוסף, נחקור אסטרטגיות חקלאיות להתאמה לאקלים משתנה. אך לפני שנחקור את הקשרים בין שינויי אקלים עולמיים לייצור מזון, אנו רוצים לוודא שכולם מבינים חלק מהמדע הבסיסי העומד בבסיס שינויי האקלים העולמיים.

האם אי פעם חשבת על ההבדל בין מזג אוויר לאקלים? אם אתה לא אוהב את מזג האוויר כרגע, מה אתה עושה? במקומות רבים, אתה רק צריך "לחכות חמש דקות"! אם אתה לא אוהב את האקלים שבו אתה גר, מה אתה עושה? לזוז! מזג האוויר הוא התנודה היומיומית במשתנים מטאורולוגיים כולל טמפרטורה, משקעים, רוח ולחות יחסית, ואילו האקלים הוא הממוצע לטווח הארוך של אותם משתנים. אם מישהו שאל אותך איך האקלים של עיר הולדתך, התגובה שלך עשויה להיות "חמה ויבשה" או "קרה ולחה". לעתים קרובות אנו מתארים את האקלים לפי הטמפרטורה הצפויה ודפוס המשקעים העקבי עבור האזור הגיאוגרפי. לכן, כשאנחנו מדברים על שינויי אקלים, אנחנו לא מדברים על מזג האוויר היומיומי, שלעתים יכול להיות די קיצוני. במקום זאת, אנו מדברים על שינויים בדפוסי הטמפרטורה והמשקעים לטווח הארוך שהם די צפויים. אקלים מתחמם פירושו שהטמפרטורה הממוצעת בטווח הארוך עולה, אך עדיין יכולים להיות ימים מושלגים קרים וסופות שלגים אפילו!

שני הסרטונים שלהלן הם היכרות מצוינת עם מדע שינויי האקלים. נשתמש בסרטונים אלה כמבוא שלך למדע הבסיסי העומד מאחורי הבנתנו את שינויי האקלים עליהם נבנה כאשר נחקור את הקשרים בין שינויי אקלים לייצור מזון בשאר מודול זה. עקוב אחר הוראות המדריך שלך עבור פרק היכרות זה של מודול 9.

שינויי אקלים וידאו אופציונליים: קווי ראיות

האקדמיות הלאומיות למדעים הנדסה ורפואה הכינו רצף מצוין של 20 דקות של סרטונים, שינויי אקלים: קווי ראיות, המסביר כיצד מדענים הגיעו למצב הידע אודות שינויי האקלים הנוכחיים וסיבותיו. השתמש בגליון העבודה המקושר למטה כדי לסכם את הסיפור שהסרטון מספר על פליטת גזי חממה אנתרופוגניים והשינויים הנובעים מכך באקלים של כדור הארץ. המספר מדבר די מהר, אז תרצה להשהות את הסרטון ולהריץ אחורה כשאתה צריך לוודא שאתה מבין מה הוא מסביר. חשוב להקדיש זמן להבנה ולענות על השאלות בגליון העבודה מכיוון שתשתמש במידע זה במשימה עתידית.

אם הנחיית המדריך שלך, הורד שאלות מפורטות אודות שינויי האקלים: קווי ראיות סרטונים:

וידאו: מהו אקלים? שינויי אקלים, קווי ראיות: פרק 1 (25:59)

לחץ לתמליל של מהו אקלים? שינויי אקלים, קווי ראיות.: שבעה סרטונים רצופים. וידאו #1 מהו אקלים? שינויי אקלים, קווי ראיות: פרק 1. האקדמיה הלאומית למדעים הפיקה סרטון זה כדי לעזור לסכם את הידוע על שינויי אקלים. מהו אקלים? אקלים נחשב בדרך כלל כתנאי מזג האוויר הממוצעים במיקום או באזור נתון לאורך זמן. אנשים מבינים אקלים בדרכים מוכרות רבות. לדוגמה, אנו יודעים שהחורף בדרך כלל יהיה קריר יותר מהקיץ. אנו יודעים גם שהאקלים במדבר מוהאבי יהיה שונה בהרבה מהאקלים בגרינלנד. האקלים נמדד על ידי נתונים סטטיסטיים כגון טמפרטורות ממוצעות וגשמים ותדירות הבצורת. שינויי אקלים מתייחסים לשינויים בסטטיסטיקה זו לאורך עונות השנה ושינויים משנה לשנה, כמו גם עשרות שנים - לאורך מאות שנים ואף לאורך אלפי שנים, כמו באופן שבו כדור הארץ נע פנימה והחוצה מעידני הקרח ותקופות חמות. סרטון זה נועד לעזור לאנשים להבין את מה שנלמד על שינויי אקלים. דרכים עצומות נעשו בהגברת ההבנה שלנו לגבי שינויי האקלים וסיבותיו. ומתגלה תמונה ברורה יותר של ההשפעות הנוכחיות והעתידיות. המחקר שופך אור גם על פעולות שניתן לנקוט כדי להגביל את גודל שינויי האקלים או להסתגל להשפעותיו. אנו מציגים את הראיות לכך שפעילות אנושית, במיוחד שריפת דלקים מאובנים, אחראית לחלק גדול מההתחממות והשינויים הנלווים הנצפים על פני כדור הארץ. המידע מבוסס על מספר דוחות של מועצת המחקר הלאומית, שכל אחד מהם מייצג את הקונצנזוס של מומחים שסקרו מאות מחקרים, המתארים שנים רבות של צבירת ראיות. הרוב המכריע של מדעני האקלים מסכימים שפעילות אנושית, במיוחד שריפת דלקים מאובנים, אחראית לרוב ההתחממות הגלובלית הנצפית. אבל איך מגיעים למסקנה זו? מדע האקלים, כמו כל מדע, הוא תהליך של למידה קולקטיבית המסתמכת על איסוף וניתוח מדוקדקים של נתונים, ניסוח השערות ופיתוח מודלים ממוחשבים שיעזרו להבין את השינוי בעבר ובהווה. זהו השימוש המשולב בתצפיות ובמודלים המסייעים בבדיקת ההבנה המדעית, על מנת לסייע בחיזוי שינוי עתידי. הידע המדעי נבנה עם הזמן, ככל שתצפיות ונתונים חדשים הופכים לזמינים. האמון בהבנתנו גדל כאשר ניתוח גלובלי עצמאי, על ידי קבוצות מדעיות במדינות שונות, מראה את אותו דפוס התחממות, או אם ניתן לשלול הסברים אחרים. במקרה של שינויי אקלים, מדענים הבינו במשך יותר ממאה שנה כי פליטות משריפת דלקים מאובנים צריכות להוביל לעלייה בטמפרטורת פני השטח הממוצעת של כדור הארץ. עשרות שנים של תצפיות ומחקרים אישרו והרחיבו הבנה זו. וידאו #2 האם כדור הארץ מתחמם? שינויי אקלים, קווי ראיות: פרק 2 כיצד נדע שכדור הארץ מחומם? מדענים מבצעים מדידות גלובליות נרחבות של טמפרטורת פני כדור הארץ במשך מאות שנים. בשנות ה -80 של המאה ה -19 היו מספיק נתונים כדי לייצר הערכות מהימנות של הטמפרטורה הממוצעת העולמית. נתונים אלה השתפרו בהתמדה וכיום הטמפרטורות נרשמות על ידי מדחומים באלפי מיקומים רבים, הן ביבשה והן מעל האוקיינוסים. קבוצות מחקר שונות, כולל מכון גודארד לחקר החלל של נאס"א, מרכז הדלי בבריטניה והסוכנות המטאורולוגית היפנית, השתמשו במדידות גולמיות אלה כדי לייצר רשומות של שינוי טמפרטורת פני השטח לטווח הארוך. קבוצות מחקר פועלות בזהירות כדי לוודא שהנתונים אינם מוטים על ידי דברים כמו שינויים במכשירים הנוטלים את המדידות, או על ידי גורמים אחרים המשפיעים על הטמפרטורה המקומית, כגון חום נוסף שהגיע מהצמיחה ההדרגתית של הערים. ניתוחים אלה מראים כי טמפרטורת פני השטח הממוצעת של כדור הארץ עלתה ביותר מ -1.4 מעלות פרנהייט במהלך 100 השנים האחרונות, כאשר חלק ניכר מהעלייה הזו התרחשה במהלך 35 השנים האחרונות. שינוי טמפרטורה של נקודה אחת בארבע מעלות פרנהייט אולי לא נראה כמו הרבה אם אתה חושב על תנודה יומית או עונתית. עם זאת, זהו שינוי משמעותי כאשר אתה חושב על עלייה קבועה בממוצע על פני כדור הארץ כולו. לדוגמה, נקודה אחת בארבע מעלות היא יותר מהפרש הטמפרטורות השנתי הממוצע בין וושינגטון הבירה לצ'רלסטון, דרום קרוליינה, שנמצאת יותר מ -450 קילומטרים דרומית לוושינגטון. תחשוב על זה. בכל יום נתון, הבדל של תשע מעלות פרנהייט עשוי להיות ההבדל בין לבישת סוודר או לא. אך שינוי של תשע מעלות בטמפרטורה הממוצעת העולמית הוא ההבדל המשוער בין האקלים של ימינו לעידן הקרח. בנוסף לטמפרטורת פני השטח, חלקים אחרים של מערכת האקלים מנוטרים בקפידה. לדוגמה, מגוון מכשירים משמשים למדידת טמפרטורה, מליחות וזרמים מתחת לפני האוקיינוס. בלוני מזג אוויר משמשים לבדיקת הטמפרטורה, הלחות והרוחות באטמוספירה. פריצת דרך מרכזית ביכולת לעקוב אחר שינויים סביבתיים גלובליים החלה בשנות השבעים, עם שחר עידן החישה מרחוק לווייני. סוגים רבים ושונים של חיישנים, הנישאים על עשרות רבות של לוויינים, אפשרו לנו לבנות תמונה גלובלית באמת של שינויים בטמפרטורת האטמוספירה, ושל האוקיאנוס ומשטחי היבשה. נתוני לוויין משמשים גם לחקר שינויים במשקעים ושינויים בכיסוי הקרקע. למרות שלוויינים אינם מודדים טמפרטורה באותו אופן כמו מכשירים על פני כדור הארץ, וכל שגיאה תהיה בעלת אופי שונה לחלוטין, שני הרשומות מסכימות. כמו כן נצפו מספר אינדיקטורים נוספים להתחממות כדור הארץ. לדוגמה, גלי חום הופכים תכופים יותר. הצמדות קרות כעת קצרות ומתונות יותר. שלג וכיסוי קרח הולכים ופוחתים בחצי הכדור הצפוני. קרחונים וכיפות קרח ברחבי העולם נמסים וצמחים ומינים רבים של בעלי חיים עוברים לקווי רוחב שונים או לגבהים גבוהים יותר עקב שינויים בטמפרטורה. התמונה העולה מכל מערכי הנתונים הללו ברורה ועקבית. כדור הארץ מתחמם. וידאו #3 גזי חממה: שינויי אקלים, קווים ברורים: פרק 3 כיצד נדע שגזי חממה מובילים להתחממות? כבר בשנות ה -20 של המאה העשרים החלו מדענים להעריך את חשיבותם של גזים מסוימים בוויסות הטמפרטורה של כדור הארץ. גזי חממה, הכוללים אדי מים, פחמן דו חמצני, מתאן ותחמוצת חנקן, פועלים כמו שמיכה המכסה את כדור הארץ, ולוכדים חום באטמוספירה התחתונה, המכונה הטרופוספירה. למרות שגזי חממה הם רק חלק זעיר מהאטמוספירה של כדור הארץ, הם קריטיים לשמירה על כדור הארץ מספיק חם כדי לתמוך בחיים כפי שאנו מכירים אותם. כך עובד אפקט החממה. כאשר אנרגיית השמש פוגעת בכדור הארץ, חלק ממנה משתקף בחזרה לחלל, אך רובו נספג ביבשה ובאוקיינוסים. אנרגיה נספגת זו מוקרנת כלפי מעלה מעל פני כדור הארץ בצורה של חום. בהיעדר גזי חממה, חום זה פשוט יברח לחלל וטמפרטורת פני השטח הממוצעת של כדור הארץ תהיה הרבה מתחת לאפס. אבל גזי חממה סופגים ומפנים חלק מהאנרגיה הזו כלפי מטה, ושומרים על חום ליד פני כדור הארץ. ככל שריכוזי גזי החממה הלוכדים חום גדלים באטמוספירה, אפקט החממה הטבעי של כדור הארץ מוגבר, כמו שיש שמיכה עבה יותר, וטמפרטורות פני השטח עולות לאט. הפחתת רמות גזי החממה באטמוספירה תגרום לירידה בטמפרטורת פני השטח. וידאו #4 פליטות מוגברות: שינויי אקלים, קווי ראיות: פרק 4 כיצד נדע שבני אדם גורמים לעלייה בריכוזי גזי החממה? קביעת ההשפעה האנושית של ריכוזי גזי החממה הייתה מאתגרת, מכיוון שגזי חממה רבים מתרחשים באופן טבעי באטמוספירה של כדור הארץ. פחמן דו חמצני מיוצר ונצרך בתהליכים טבעיים רבים המהווים חלק ממחזור הפחמן. ברגע שבני אדם החלו לחפור צורות קבורות ארוכות של פחמן, כגון פחם ושמן, ולשרוף אותם לאנרגיה, CO2 נוסף שוחרר לאטמוספירה, הרבה יותר מהר מאשר במחזור הפחמן הטבעי. פעילויות אנושיות אחרות, כמו ייצור מלט וכריתת יערות, הוסיפו גם CO2 לאטמוספירה. עד שנות החמישים, מדענים רבים חשבו שהאוקיינוסים יספגו את רוב עודפי ה- CO2 שמשתחררים מפעילות אנושית. לאחר מכן פורסמה סדרה של מאמרים מדעיים שבדקו את הדינמיקה של חילופי פחמן דו חמצני בין האוקיינוס לאטמוספירה, כולל מאמר של האוקיאנוגרפים רוג'ר רוול והאן סוס בשנת 1957, ועוד אחד מאת ברט בולין ואריק אריקסון בשנת 1959. עבודה זו הובילה מדענים להשערה כי האוקיינוסים אינם יכולים לספוג את כל ה- CO2 הנפלט. כדי לבדוק השערה זו, עמיתו של ראוול צ'ארלס דיוויד קילינג החל לאסוף דגימות אוויר במצפה מאונה לואה בהוואי, כדי לעקוב אחר שינויים בריכוזי CO2. כיום מדידות כאלה נעשות באתרים רבים ברחבי העולם. הנתונים חושפים עלייה מתמדת ב- CO2 האטמוספרי. כדי לקבוע כיצד CO2 הריכוז השתנה לפני המדידות המודרניות, מדענים חקרו את הרכב בועות האוויר הכלואות בליבות קרח שהופקו מגרינלנד ואנטארקטיקה. נתונים אלה מראים כי במשך אלפיים שנה לפחות לפני המהפכה התעשייתית, ריכוז ה- CO2 האטמוספרי היה יציב ואז החל לעלות בחדות החל מסוף המאה ה -19. כיום ריכוז CO2 אטמוספרי עולה על 390 חלקים למיליון, גבוה בכ- 40 אחוז מהרמות הטרום-תעשייתיות. ולפי נתוני ליבת הקרח, גבוה יותר מכל נקודה ב-800,000 השנים האחרונות. פעילות אנושית הגדילה את הריכוזים האטמוספריים של גזי חממה חשובים אחרים גם כן. מתאן, המיוצר על ידי שריפת דלקים מאובנים, גידול בעלי חיים, ריקבון פסולת הטמנה, ייצור והובלת גז טבעי ופעילויות אחרות, עלה בחדות לאורך כל העידן התעשייתי, לפני שהחל להתיישר בערך פי שניים וחצי מרמתו הקדם-תעשייתית. תחמוצת החנקן גדלה בכחמישה עשר אחוזים מאז 1750, בעיקר כתוצאה משימוש בדשנים חקלאיים, אך גם משריפת דלק מאובנים ותהליכים תעשייתיים מסוימים. כמה כימיקלים תעשייתיים, כגון כלורופלואורו-פחמנים המשמשים בקירור ופחי ריסוס, פועלים כגזי חממה חזקים והם חיים זמן רב באטמוספירה. עם זאת, ריכוז ה- CFC יורד בגלל ההצלחה של פרוטוקול מונטריאול משנת 1989, שאסר על השימוש בהם. מכיוון של-CFC אין מקורות טבעיים, ניתן לייחס בקלות את העליות שלהם לפעילות אנושית. בנוסף למדידות ישירות של ריכוזי CO2 באטמוספירה, ישנם רישומים מפורטים של כמה פחם, נפט וגז טבעי נשרפים מדי שנה. באמצעות המדע, הערכות נעשות על כמה CO2 נספג בממוצע, על ידי האוקיינוסים וחיי הצומח ביבשה. ניתוחים אלה מראים שכמעט מחצית מעודף CO2 הנפלט מפעילות אנושית נשאר באטמוספירה במשך מאות שנים רבות. בדיוק כפי שכיור יתמלא אם מים ייכנסו מהר יותר מכפי שהם יכולים להתנקז, ייצור אנושי של CO2 עולה על יכולתו הטבעית של כדור הארץ להסיר אותו מהאוויר. כתוצאה מכך, רמות CO2 באטמוספירה עולות. ניתוח בסגנון משפטי של CO2 באטמוספירה חושף את טביעות האצבע הכימיות של פחמן דלק טבעי ומאובן. קווי ראיות אלה מוכיחים באופן חד משמעי כי העלייה ב- CO2 באטמוספירה היא תוצאה של פעילות אנושית. וידאו #5 כמה התחממות? שינויי אקלים, קווי ראיות: פרק 5 עד כמה פעילויות אנושיות מחממות את כדור הארץ? גזי חממה מכונים סוכני אילוץ בגלל יכולתם לשנות את מאזן האנרגיה של כוכבי הלכת. סוכן כפייה יכול לדחוף את הטמפרטורה של כדור הארץ למעלה או למטה. גזי חממה שונים בכוח הכפייה שלהם. לדוגמה, למולקולת מתאן אחת יש פי 25 מכוח ההתחממות של מולקולת CO2 אחת. עם זאת, למתאן אורך חיים קצר יותר באטמוספירה והוא פחות שופע, ואילו ל- CO2 יש אפקט התחממות גדול יותר מכיוון שהוא שופע הרבה יותר ונשאר באטמוספירה לפרקי זמן ארוכים בהרבה. מדענים יכולים לחשב את כוח הכפייה של גזי חממה על סמך השינויים בריכוזים שלהם לאורך זמן, ועל חישובים מבוססי פיזית כיצד הם מעבירים אנרגיה באטמוספירה. חלק מחומרי הכפייה דוחפים את מאזן האנרגיה של כדור הארץ לעבר קירור, ומקזזים חלק מהחימום הקשור לגזי חממה. לדוגמה, לחלק מהאירוסולים, שהם חלקיקים נוזליים או מוצקים זעירים כמו ריסוס ים, או זיהום אוויר גלוי התלוי באטמוספירה, יש אפקט קירור מכיוון שהם מפזרים חלק מאור השמש הנכנס בחזרה לחלל. פעילויות אנושיות, במיוחד שריפת דלקים מאובנים, הגדילו את מספר חלקיקי האירוסול באטמוספירה, במיוחד באזורים עירוניים ותעשייתיים מרכזיים ובסביבתם. שינויים בשימוש בקרקע ובכיסוי הקרקע הם דרך נוספת שבה הפעילות האנושית משפיעה על האקלים של כדור הארץ, וכריתת יערות אחראית ל -10 עד 20 אחוזים מעודף CO2 הנפלט לאטמוספירה. כאמור, החקלאות תורמת תחמוצת החנקן ומתאן. שינויים בשימוש בקרקע ובכיסוי הקרקע משנים גם את רפלקטיביות פני כדור הארץ. ככל שמשטח משקף יותר, כך אור השמש נשלח בחזרה לחלל. שטחי גידולים בדרך כלל משקפים יותר מיער ללא הפרעה, בעוד שאזורים עירוניים משקפים לעתים קרובות פחות אנרגיה מאשר אדמה ללא הפרעה. בעולם, לשינויים בשימושי קרקע אנושיים הייתה אפקט קירור קל. כאשר כל הסוכנים האנושיים נחשבים יחד, מדענים חישבו כי השינוי נטו בכוח האקלים, בין 1750 בשנת 2005, דוחף את כדור הארץ להתחממות. האנרגיה הנוספת היא כ 1.6 וואט למ"ר על פני כדור הארץ. כאשר מוכפל שטח הפנים הכולל של כדור הארץ, זה מייצג יותר מ 800 טריליון וואט של אנרגיה. אנרגיה זו מתווספת למערכת האקלים של כדור הארץ בכל שנייה בכל יום. המשמעות היא שבכל שנה אנו מוסיפים למערכת האקלים יותר מפי 50 מכמות הכוח המיוצרת מדי שנה, על ידי כל תחנות הכוח בעולם יחד. כמות ההתחממות הכוללת שתתרחש בתגובה לאילוץ אקלים נקבעת על ידי מגוון פידבקים, אשר מגבירים או מעכבים את השינוי הראשוני. לדוגמה, ככל שכדור הארץ מתחמם, שלג קוטבי וקרח נמסים, ומאפשרים לאדמה ולאוקיינוסים בצבע כהה יותר לספוג יותר חום, מה שגורם לכדור הארץ להתחמם עוד יותר, מה שמוביל ליותר שלג וקרח נמס וכן הלאה. משוב חשוב נוסף כולל אדי מים. כמות אדי המים באטמוספירה עולה ככל שפני האוקיאנוס והאטמוספירה התחתונה מתחממים. התחממות של 1 מעלות צלזיוס או 1.8 מעלות פרנהייט מגדילה את אדי המים בכ -7%. מכיוון שאדי מים הם גם גז חממה, עלייה זו גורמת להתחממות נוספת. פידבקים המחזקים את אילוץ האקלים הראשוני מכונים בקהילה המדעית משוב חיובי או מגביר. יש זמן פיגור מובנה בהתחממות הנגרמת על ידי כפייה נתונה. פיגור זה מתרחש מכיוון שלוקח זמן עד שחלקים ממערכת האקלים של כדור הארץ, במיוחד האוקיינוסים המסיביים, מתחממים או מתקררים. גם אם באמצעות קסם נוכל להחזיק את כל סוכני הכפייה המיוצרים על ידי בני אדם בערכים של ימינו, כדור הארץ ימשיך להתחמם הרבה מעבר ל -1.4 מעלות פרנהייט שכבר נצפו בגלל פליטת האדם עד כה. וידאו #6 השפעת השמש: שינויי אקלים, קווי ראיות: פרק 6 כיצד נדע שמגמת ההתחממות הנוכחית אינה נגרמת על ידי השמש? דרך נוספת לבחון את התיאוריה המדעית היא לחקור הסברים חלופיים. מכיוון שלתפוקת השמש יש השפעה חזקה על טמפרטורת כדור הארץ, מדענים בחנו רשומות של פעילות השמש כדי לקבוע אם שינויים בתפוקת השמש עשויים להיות אחראים למגמת ההתחממות הגלובלית שנצפתה. המדידות הישירות ביותר של תפוקת השמש הן קריאות לוויין, שהיו זמינות מאז 1979. רישומי לוויין אלה מראים כי תפוקת השמש לא הראתה עלייה נטו במהלך 30 השנים האחרונות ולכן אינה יכולה להיות אחראית להתחממות הגלובלית באותה תקופה. לפני לוויינים היה צריך להעריך את אנרגיית השמש בשיטות עקיפות יותר, כמו תיעוד של מספר כתמי השמש שנצפו מדי שנה, המהווה אינדיקטור לפעילות השמש. שיטות עקיפות אלה מצביעות על עלייה קלה באנרגיה הסולארית במחצית הראשונה של המאה ה -20, וירידה במחצית השנייה. הגידול אולי תרם להתחממות במחצית הראשונה של המאה, אך זה לא מסביר את ההתחממות בחלק האחרון של המאה. עדויות נוספות לכך שההתחממות הנוכחית אינה תוצאה של שינויים סולאריים ניתן למצוא במגמות הטמפרטורה בשכבות האטמוספירה השונות. נתונים אלה מגיעים משני מקורות, בלוני מזג אוויר ששוגרו פעמיים ביום ממאות אתרים ברחבי העולם מאז סוף שנות החמישים, ולוויינים, אשר עקבו אחר הטמפרטורה של שכבות שונות באטמוספירה מאז סוף שנות השבעים. שני מערכי הנתונים הללו נבדקו בכבדות ושניהם מראים מגמת התחממות בשכבה התחתונה של האטמוספירה, בטרופוספירה ומגמת קירור בשכבה העליונה, הסטרטוספירה. זהו בדיוק הדפוס האנכי של שינוי הטמפרטורה הצפוי מגזי חממה מוגברים, הלוכדים אנרגיה קרוב יותר לפני כדור הארץ. אם עלייה בתפוקת השמש הייתה אחראית למגמת ההתחממות האחרונה, דפוס ההתחממות האנכי היה אחיד יותר דרך שכבות האטמוספירה. וידאו #7 מחזורים טבעיים: שינויי אקלים, קווי ראיות: פרק 7 כיצד נדע שמגמת ההתחממות הנוכחית אינה נגרמת על ידי מחזורים טבעיים? גילוי ההשפעה האנושית על האקלים מסובך על ידי העובדה כי ישנם שינויים טבעיים רבים בטמפרטורה, משקעים ומשתני אקלים אחרים. וריאציות טבעיות אלו נגרמות על ידי תהליכים רבים ושונים שיכולים להתרחש במגוון רחב של לוחות זמנים, החל מקיץ חם במיוחד או חורף מושלג, ועד לשינויים לאורך מיליוני שנים רבות. בין תנודות האקלים הידועות ביותר לטווח הקצר ניתן למנות את אל נינו ולה נינה, שהן תקופות של התחממות וקירור טבעיים באוקיאנוס השקט הטרופי. אל ניניו ולה נינה חזקים קשורים לשינויים משמעותיים משנה לשנה בטמפרטורה ובדפוסי הגשמים בחלקים רבים של כדור הארץ, כולל ארצות הברית. אירועים אלה נקשרו כגורמים לתנאים קיצוניים מסוימים, כגון שיטפונות באזורים מסוימים ובצורת קשה באזורים אחרים. בעולם הטמפרטורות נוטות להיות גבוהות יותר בתקופות אל ניניו כמו 1998, ונמוכות יותר בתקופות לה נינה כמו 2008. אך ברור כי וריאציות טבעיות אלה קטנות במיוחד ממגמת ההתחממות של המאה העשרים. התפרצויות גדולות כמו זו של הר פינטובו בשנת 1991, גורשות כמויות אדירות של חלקיקים לסטרטוספירה שקיררה את כדור הארץ. עם זאת, טמפרטורות פני השטח בדרך כלל חוזרות תוך שנתיים עד חמש שנים, כאשר החלקיקים מתיישבים מהאטמוספירה. ניתן לראות את השפעות הקירור לטווח הקצר של התפרצויות געשיות גדולות בשיא הטמפרטורה של המאה ה -20, וכך גם שינויי הטמפרטורה העולמיים הקשורים לאירועים חזקים של אל נינו ולה נינה. אך ניכרת מגמת התחממות כוללת. שינויי אקלים טבעיים יכולים להיאלץ גם על ידי שינויים איטיים במסלול, המשפיעים על האופן שבו אנרגיית השמש משפיעה על מערכת האקלים של כדור הארץ, כמו שקורה במחזורי עידן הקרח. במשך 800,000 השנים האחרונות, מחזורים טבעיים ארוכי טווח אלה בין תקופות קרח לתקופות חמות ראו פחמן דו חמצני נע בין כ -180 חלקים למיליון, בנקודות הקרות ביותר, עד לכ -300 חלקים למיליון בנקודה החמה ביותר. כיום עם ריכוזי הפחמן הדו-חמצני העולים מעל 390 חלקים למיליון, אנו גוברים על המחזור הטבעי ומאלצים את מערכת האקלים של כדור הארץ למצב חם יותר. ייחוס שינויי אקלים לפעילות אנושית מסתמך על ההערכה המשולבת מתצפיות, כמו גם מידע ממודלים אקלימיים כדי לסייע בבדיקת ההבנה המדעית. מדענים השתמשו במודלים אלה כדי לדמות מה היה קורה אם בני האדם לא היו משנים את האקלים של כדור הארץ במהלך המאה ה -20. במילים אחרות, כיצד הטמפרטורות העולמיות היו מתפתחות אילו רק גורמים טבעיים היו משפיעים על מערכת האקלים, כמו הרי געש, שמש או מחזורי אוקיינוס. סימולציות כדור הארץ הבלתי מופרעות הללו מנבאות כי בהיעדר פעילויות אנושיות הייתה התחממות זניחה, או אפילו התקררות קלה, במהלך המאה ה -20. כאשר פליטת גזי חממה אנושית ופעילויות אחרות כלולות במודלים, טמפרטורות פני השטח המתקבלות דומות יותר לשינויים שנצפו בטמפרטורה. בהתבסס על הערכה קפדנית של רשומות הטמפרטורה הזמינות, אומדני אילוץ האקלים ומקורות לשונות האקלים הטבעי, מדענים הגיעו למסקנה שיש יותר מ -90 אחוז סיכוי שרוב מגמת ההתחממות הגלובלית שנצפתה במהלך 50 עד 60 השנים האחרונות ניתן לייחס לפליטות משריפת דלקים מאובנים ופעילויות אנושיות אחרות. הבנת הגורמים לשינויי אקלים מספקת מידע רב ערך שיעזור לנו לנהל את עתידנו, למצוא דרכים חסכוניות וטובות יותר לייצר את המזון, האנרגיה והטכנולוגיות הדרושות לנו כדי לחיות ולשגשג.

אם הסרטון לא מופיע, אנא צפו באתר NAS.

משאב נוסף שתוכלו להשתמש בו כדי לעזור לענות על השאלות הוא החוברת המצורפת לסרטון זה: שינויי אקלים: עדויות, השפעות, בחירות. זה 40 עמודים, אז אולי לא תרצה להדפיס אותו. השתמש בו כהפניה מקוונת.

פרופסור לגיאולוגיה של פן סטייט, הסרטון של ריצ'רד אלי, בן 45 דקות, משתמש במדעי כדור הארץ כדי לספר את סיפור ההיסטוריה האקלימית של כדור הארץ ואת מערכת היחסים שלנו עם דלקים מאובנים. אין גליון עבודה המשויך לסרטון זה.

**סרטון אופציונלי: כדור הארץ: מדריך המפעילים (53:42)**

לחץ לתמליל של כדור הארץ: סרטון מדריך המפעילים.

RICHARD ALLEY: בכל רחבי כדור הארץ, מדינות וערים פועלים כדי להפחית את התלות שלהם בדלקים מאובנים ולקדם אפשרויות אנרגיה בת קיימא.

ANNISE PARKER: כי זה הדבר החכם, כי זה הגיוני לעסקים, וזה הדבר הנכון. מספר: בסין, אירופה וברזיל, חידושי אנרגיה משנים את אופן חיינו. ובארצות הברית, כל ענף של הצבא מתגייס כדי לחתוך את טביעת הפחמן שלו.

דוד טיטלי: אנחנו באמת מאמינים שהאקלים משתנה.

RICHARD ALLEY: בתוכנית זו, נשתף כיצד אנו יודעים שכדור הארץ מתחמם ומדוע ונגלה מה מדע כדור הארץ מספר לנו על הזדמנויות לאנרגיה נקייה וירוקה. אני ריצ'ארד אלי. אני גיאולוג באוניברסיטת פן סטייט. אבל המחקר שלי לקח אותי סביב כדור הארץ, מגרינלנד לאנטארקטיקה. אני מוקסם מאיך שהאקלים שלנו השתנה באופן דרמטי ולעתים קרובות, מתקופות עם קרח בכל מקום ועד ללא קרח בשום מקום על פני כדור הארץ. רשומות של אקלים בעבר עוזרות לנו ללמוד כיצד כדור הארץ שלנו פועל. מה שקרה יכול לקרות שוב. ואני יודע שלפעמים, דברים משתנים ממש מהר. אני רפובליקני רשום, משחק כדורגל בשבתות, והולך לכנסייה בימי ראשון. אני הורה ופרופסור. אני דואג למשרות לסטודנטים שלי ולעתיד של בתי. הייתי חבר גאה בפאנל האו "ם לשינויי אקלים. ואני מכיר את הסיכונים. ועבדתי בחברת נפט ויודע כמה כולנו זקוקים לאנרגיה. והמדע הטוב ביותר מראה שיהיה לנו טוב יותר אם נתייחס לסיפורים התאומים של שינויי אקלים ואנרגיה, וכי ככל שנקדים להתקדם, כך ייטב. השימוש שלנו בדלקים מאובנים לאנרגיה דוחף אותנו לעבר אקלים שלא נראה בהיסטוריה של הציוויליזציה. אבל אוכלוסייה הולכת וגדלה זקוקה ליותר ויותר אנרגיה נקייה. אבל אני מאמין שהמדע מציע לנו מדריך למפעיל עם תשובות לשני האתגרים העצומים הללו.

[השמעת מוסיקה] מספר: "כדור הארץ - מדריך המפעיל" מתאפשר על ידי NSF, הקרן הלאומית למדע, שם מתחילות תגליות.

ריצ'רד אלי: בני אדם זקוקים לאנרגיה. תמיד יש לנו ותמיד יהיה. אבל האופן שבו אנו משתמשים באנרגיה הוא קריטי כעת להישרדותנו. הכל התחיל באש. כיום, מדובר בעיקר בדלקים מאובנים. עכשיו אנחנו סוגרים על 7 מיליארד מאיתנו, ואוכלוסיית כדור הארץ מתקדמת לעבר 10 מיליארד. הערים שלנו והציוויליזציה שלנו תלויות בכמויות אדירות של אנרגיה. דלקים מאובנים - פחם, נפט וגז טבעי - מספקים כמעט 80% מהאנרגיה המשמשת ברחבי העולם. הגרעין הוא קצת פחות מ -5%, כוח מים קצת מתחת ל -6%, ושאר האנרגיה המתחדשת - שמש, רוח וגיאותרמית - בערך 1%, אך צומחת במהירות. עץ וגללים מהווים את השאר. השימוש באנרגיה עוזר לרבים מאיתנו לחיות טוב יותר מאי פעם. עם זאת, למעלה מ -1.5 מיליארד מפגרים מאחור, ללא גישה לחשמל או דלקים נקיים. בשנים האחרונות ברזיל הביאה חשמל ל -10 מיליון. אבל בסיארה הכפרית, חלקם עדיין חיים מחוץ לרשת... אין חשמל, אין מים זורמים, ואין מקררים כדי לשמור על בטיחות המזון. יסודות החיים מגיעים מעבודת פרך משלהם. חינוך הוא חובה, אך לימודים הם אתגר כשמגיע הערב. האור היחיד הוא מנורות נפט. הם מעושנים, עמומים ומסוכנים. יום אחד, האמא הזו מתפללת, רשת החשמל תגיע לביתה.

מתרגם: הדבר הראשון שאעשה כשהחשמל יגיע לביתי יהיה לומר מחרוזת תפילה ולהלל את אלוהים.

RICHARD ALLEY: יותר ממחצית 1.3 מיליארד אזרחי סין חיים באזורים הכפריים. תושבים כפריים רבים עדיין משתמשים בעץ או בפחם לבישול וחימום, אם כי רוב סין כבר נמצאת ברשת. סין השתמשה באנרגיה כדי לתדלק את הפיתוח שהוציא יותר מ -500 מיליון מהעוני. בבתים בכפר יש טלוויזיות עם מסך שטוח ומזגנים. עד 2030, צפוי כי 350 מיליון סינים - יותר מאוכלוסיית ארצות הברית כולה - יעברו מהכפר לערים, מגמה שהדהדה ברחבי העולם. התפתחות באסיה, אפריקה ודרום אמריקה פירושה ש-3 מיליארד אנשים יתחילו להשתמש ביותר ויותר אנרגיה כשהם בורחים מהעוני. נניח שאנו הופכים את הנורה המוכרת, אם המיושנת, של 100 וואט ליחידה שלנו להשוואת שימוש באנרגיה. אם אתה מחוץ לרשת, חלקך באנרגיה של האומה שלך יהיה רק כמה מאות וואט, כמה נורות. דרום אמריקה בממוצע כ-13 נורות. עבור סין המתפתחת במהירות, זה יותר כמו 22 נורות. אירופה ורוסיה, 5,000 וואט, 50 נורות וצפון אמריקאים, מעל 10,000 וואט, יותר מ -100 נורות. עכשיו בואו נחליף את הנורות האלה במספרים האמיתיים. האוכלוסייה מוצגת על פני החלק התחתון ושימוש באנרגיה מוצג אנכית - מחוץ לרשת משמאל, צפון אמריקה מימין. אם כולם בכל מקום היו מתחילים להשתמש באנרגיה בקצב שצפון אמריקאים עושים זאת, צריכת האנרגיה בעולם הייתה פי ארבעה. ושימוש בדלקים מאובנים, זה בבירור לא בר קיימא. אין ספק בכך... פחם, גז ונפט הביאו יתרונות עצומים. אבל אנחנו שורפים דרכם בערך פי מיליון מהר יותר ממה שהטבע הציל אותם עבורנו, והם ייגמרו. מה שגרוע עוד יותר - הפחמן הדו-חמצני ממערכת האנרגיה שלנו מאיים לשנות את כדור הארץ בדרכים שיעשו את חיינו הרבה יותר קשים. אז מדוע דלקים מאובנים הם מקור אנרגיה כה חזק, אך בסופו של דבר בעייתי? התנאים בנתיבי המים של לואיזיאנה של ימינו עוזרים לנו להבין כיצד מייצרים דלקים מאובנים ומדוע הם בסופו של דבר אינם בר קיימא. נפט, פחם וגז טבעי עשויים מדברים - בעיקר צמחים - שחיו ומתו מזמן. לקח מאות ומיליוני שנים לטבע ליצור מספיק מהתנאים המיוחדים שחסכו את הפחמן והאנרגיה והצמחים כדי ליצור את הדלקים המאובנים בהם אנו משתמשים. הנה איך זה עובד. צמחים, כמו דיאטומים זעירים אלה עטופים בקליפות סיליקה, גדלים בשכבות העליונות של אגמים ואוקיינוסים, תוך שימוש באנרגיית השמש כדי להפוך פחמן דו חמצני ומים לצמחים נוספים. כשהם מתים, אם הם קבורים במקום שיש מעט חמצן כדי לפרק אותם, הקשרים הכימיים שלהם שומרים על האנרגיה שהחלה כאור השמש. אם מספיק חומר עשיר בפחמן קבור מספיק עמוק מספיק זמן, החום והלחץ של כדור הארץ הופכים אותו לדלק מאובנים, ומרכזים את האנרגיה שהאכילה פעם את הצמחים הגדלים. השתנה מה נכנס לסיר הלחץ של כדור הארץ והטמפרטורה, ובסופו של דבר אתה מקבל סוגים שונים של דלק מאובנים. צמחי וודי מייצרים פחם. צמחים דקים, אצות, יתנו לך שמן, ושניהם מולידים גז טבעי. הדלקים המאובנים נוצרו במשך כמה מאות מיליוני שנים, ואנחנו שורפים אותם במשך כמה מאות שנים. ואם נמשיך לעשות את זה, במוקדם או במאוחר, הם חייבים להיגמר. אבל יש בעיה גדולה יותר עם דלקים מאובנים. כפי שראינו, הם עשויים מפחמן, בעיקר. וכשאתה שורף אותם, אתה מוסיף חמצן, וזה יוצר CO2 שנכנס לאוויר. אנחנו הופכים את התהליך שבאמצעותו הם נוצרו. ואם נמשיך לעשות זאת, זה חייב לשנות את הרכב האטמוספירה של כדור הארץ. מה שעושה CO2 אושר על ידי מחקר בסיסי שלא היה לו שום קשר לשינויי אקלים.

כתב: המשך תוכנית האוויר העליון יספק נתונים מדעיים הנוגעים לפיזיקה של האטמוספירה העליונה.

ריצ'רד אלי: מלחמת העולם השנייה הסתיימה, אך המלחמה הקרה החלה. חיל האוויר האמריקני היה צריך להבין את האווירה לתקשורת ולתכנן טילים המחפשים חום. באורכי גל מסוימים, פחמן דו חמצני ואדי מים חוסמים קרינה, כך שהטילים החדשים לא יכלו לראות רחוק מאוד אם הם השתמשו באורך גל ש- CO2 סופג. מחקר במעבדה לגיאופיזיקה של חיל האוויר בהנסקום, מסצ'וסטס הפיק מאגר נתונים עצום עם מדידות מדוקדקות של גזים אטמוספריים. מחקר נוסף של אחרים יישם והרחיב את התגליות הללו, והראה בבירור את השפעת לכידת החום של CO2. חיל האוויר לא יצא לחקור את ההתחממות הגלובלית. הם רק רצו שהטילים שלהם יעבדו. אבל פיזיקה היא פיזיקה. לאווירה לא אכפת אם אתה לומד אותה לצורך לחימה או התחממות. הוספת CO2 מגבירה את התרמוסטט של כדור הארץ. זה עובד גם בכיוון ההפוך. הסר CO2, והדברים מתקררים. אלה האלפים הדרומיים של ניו זילנד, וההיסטוריה האקלימית שלהם מראה שהפיזיקאים באמת הבינו את זה נכון. הערימות העמוקות והעבות האלה של מים קפואים הן קרחונים... נהרות קרח הנעים לאט יושבים על היבשה. אבל פעם אחת, כשהטמפרטורות היו חמות יותר, הם היו מים נוזליים המאוחסנים בים. אנחנו הולכים לעקוב אחרי זה, פרנץ יוזף, מפסגה לאוקיינוס כדי לראות את ההשפעה של העולם האמיתי של רמות משתנות של CO2. זה יפה כאן על שדה השלג הגבוה ביותר, אבל סכנות אורבות מתחת לפני השטח. ביליתי הרבה זמן על הקרח. זה נוהג סטנדרטי כאן למעלה לנסוע בזוגות, קשור לבטיחות. הקרחון ניזון ממשהו כמו שישה מטרים של מים בשנה - אולי 20 מטר, 60 רגל של שלג, אז ממש ממש גבוה שלג. השלג והקרח התפשטו תחת משקלם, והוא יורד במורד משהו כמו קילומטר בשנה. כאשר הקרח מאיץ הרבה כשהוא זורם לכיוון החוף, הוא יכול להיסדק ולפתוח נקיקים גדולים שנותנים לך מבט אל מעי הקרחון. בנאדם, זה אחד גדול. 10, 20, 30, מטר יותר, 100 רגל או יותר יורדים לכאן. ואנחנו יכולים לראות הרבה מהמבנה של הקרחון ממש כאן.

אז מה שאנחנו הולכים לעשות זה פשוט לשבת על הקצה ואז ללכת אחורה, ואז אני אוריד אותך.

ריצ'רד אלי: תגיד לי מתי. בסדר. תגלגל אותה, ונרד למטה. שלג מגיע בשכבות, כל סערה מורידה אחת. שמש הקיץ מחממת את השלג וגורמת לו להיראות קצת שונה משלג החורף. וכך אתה בונה היסטוריה. בשכבות האלה, יש סימנים לאקלים... כמה ירד שלג, מה הייתה הטמפרטורה. וכל זה נקבר על ידי עוד שלג. ומשקלו של השלג הזה סוחט את מה שמתחתיו והופך אותו לקרח. ובכך הוא יכול ללכוד בועות. ובבועות האלה יש דגימות של אוויר ישן - תיעוד של הרכב האטמוספירה של כדור הארץ, כולל כמה CO2 היה בה, תיעוד של הטמפרטורה על יריעות הקרח וכמה ירד שלג. כפי שנראה, אנו יכולים לפתוח את בקבוקי האוויר הקפואים האלה וללמוד את ההיסטוריה של האטמוספירה של כדור הארץ. נוף זה מספר גם את סיפורם של ימי הקרח והכוחות שעיצבו את האקלים של כדור הארץ. במהלך מיליוני השנים האחרונות נראה כי בהירות השמש לא השתנתה הרבה. אך מסלול כדור הארץ והטיה של צירו השתנו בדפוסים קבועים במשך עשרות ומאות אלפי שנים. המסלול משנה צורה, משתנה כמה קרוב ורחוק כדור הארץ מתקרב כשהוא מקיף את השמש מדי שנה. במשך 41,000 שנה, הטיה של ציר כדור הארץ הולכת וגדלה, ומעבירה חלק מהשמש מקו המשווה לקטבים ובחזרה. ולכוכב הלכת שלנו יש נדנוד קל, כמו צמרת ילד, ומשנה איזה חצי כדור מופנה בצורה הישירה ביותר לעבר השמש כאשר כדור הארץ הכי קרוב אליו. במשך עשרות אלפי שנים, וריאציות טבעיות אלה מסיטות את אור השמש על פני כדור הארץ, וזה משפיע על האקלים. לפני יותר מ -20,000 שנה, ירידה בכמויות השמש באזור הארקטי אפשרה ליריעות קרח גדולות לצמוח ברחבי צפון אמריקה ואירואסיה, והגיעו לאתרים המודרניים של ניו יורק ושיקגו. מפלס הים ירד כאשר המים ננעלו ביבשה. זרמים משתנים מאפשרים לאוקיינוסים לספוג CO2 מהאוויר. זה קירר את חצי הכדור הדרומי ושחרר את כוחם העצום של הקרחונים, כמו פרנץ יוזף, שהתקדם במורד העמק הרחב הזה ומילא אותו בקרח עמוק ועבה. עכשיו אנחנו טסים מעל קו החוף של היום, שם סלעים ענקיים הם שאריות מעידן הקרח האחרון. קרחון הוא מכונה נהדרת להעברת אדמה. זו משאית זבל שנושאת סלעים שנופלים עליה. זה דחפור שדוחף סלעים לפניו, והוא מתווה את עצמו עם הסלעים האלה, עושה פיקדון שאנחנו קוראים לו מורנה שאומר לנו איפה הקרחון היה. אנחנו 20 ק "מ, 12 מייל, מהחזית של קרחון פרנץ יוזף היום. אבל לפני כ -20,000 שנה, הקרח הפקיד את הסלעים האלה כשהוא זרם על פנינו ויצא לים. הסלעים שאנו יכולים לראות עד היום מאשרים היכן היה פעם הקרחון. כעת, בזמן שנוצר על ידי מחשב המעבה אלפי שנים מההיסטוריה של כדור הארץ, אנו רואים מה קרה. CO2 נמוך יותר, טמפרטורות קרות יותר, יותר שלג וקרח, ופרנץ יוזף התקדם. לפני 20,000 שנה, 30% משטח היבשה של ימינו כוסו על ידי יריעות קרח גדולות שנעלו כל כך הרבה מים עד שגובה פני הים העולמי היה כמעט 400 רגל נמוך מהיום. ואז, כשמסלול כדור הארץ השתנה, הטמפרטורות והפחמן הדו-חמצני עלו, והקרחון נמס בחזרה. המסלולים הציבו את הבמה. אבל כשלעצמם, לא היה מספיק. אנו זקוקים להשפעות ההתחממות והקירור של עלייה וירידה של CO2 כדי להסביר את השינויים שאנו יודעים שקרו. כיום, CO2 האטמוספרי עולה עוד יותר, הטמפרטורות עולות וקרחונים ויריעות קרח נמסים. ניתן לראות זאת בבירור על האגם שנוצר על ידי קרחון טסמן המתכווץ מעבר לטווח שבין פרנץ יוזף. כך נראה סופו של עידן הקרח... קרחונים מתפרקים, אגמים חדשים, אדמה חדשה, קרחונים שיורדים מקדמת הקרח. בתחילת שנות השמונים היינו נמצאים בתוך קרחון טסמן בניו זילנד ממש כאן. כעת אנו חולפים על פני קרחונים באגם חדש מקרחון שהתפרק ברובו ומסתיים יותר משישה קילומטרים, ארבעה קילומטרים משם. קרחון אחד לא אומר לנו מה העולם עושה. אך בזמן שהטסמן נסוג, הרוב הגדול של הקרחונים על פני כדור הארץ הצטמצמו. זהו קרחון קולומביה באלסקה. זהו סוג של קרחון שהופך את השפעות ההתחממות לקלות לראות. הוא נסוג כל כך מהר שסקר הקרח הקיצוני נאלץ למקם מחדש את מצלמות הזמן שלהם כדי לעקוב אחר תנועתו. באיסלנד, טמפרטורות האוויר המחממות גרמו לקרחון הזה פשוט להתמוסס, ולהשאיר אחריו נחלים ואגמים קטנים. מדחומים באוויר מראים התחממות. מדי חום באוויר הרחק מערים מראים התחממות. שים את המדחום שלך באדמה, באוקיינוס, הסתכל למטה מלוויינים... הם מראים התחממות. הראיות ברורות. האקלים של כדור הארץ מתחמם. בספרייה הקפואה הזו, מעבדת ליבת הקרח הלאומית בדנוור, קולורדו, יש קרח מכל רחבי העולם, המוחזק במינוס 35 מעלות. הגרעין העתיק ביותר כאן חוזר כ -400,000 שנה אחורה. כאן, קרח עתיק באמת מגרינלנד בצפון ואנטארקטיקה בדרום חושף את היסטוריית האקלים של כדור הארץ. בואו נראה מה ליבות כאלה יכולות לספר לנו. ראשית, השכבות שהזכרתי בשלג הניו זילנדי. הם הפכו לקרח, ואנחנו יכולים לספור אותם... קיץ, חורף, קיץ, חורף. כמו טבעות עץ, אנו יכולים לתארך את הליבה. ליבות אחרות מספרות סיפורים אחרים. תראה את זה. זה אפר של הר געש איסלנדי שהתפוצץ לגרינלנד לפני 50,000 שנה. ליבות מחזיקות בסודות אחרים, ואף חשובים יותר. תראה את הבועות האלה. הם נוצרו כשהשלג הפך לקרח ולכד אוויר ישן שעדיין נמצא שם. מדענים עובדים כעת עם ליבות מאנטארקטיקה שחוזרות עוד יותר. הם מספרים לנו, ברמת דיוק גבוהה מאוד, כמה פחמן דו חמצני היה באוויר כל כך הרבה אחורה. חוקרים שוברים גושי קרח בתאי ואקום ומנתחים בזהירות את הגזים שיורדים. הם מסוגלים למדוד, בדיוק רב, רמות של פחמן דו חמצני באוויר העתיק הזה. כשמסתכלים על הליבות, אנו רואים דפוס שחוזר על עצמו - 280 חלקים למיליון CO2, ואז 180, 280, 180, 280. על ידי ניתוח הכימיה של אטומי החמצן בקרח, ניתן לראות גם את דפוס העלייה והירידה של הטמפרטורה לאורך זמן - קר יותר בתקופות הקרח, חם יותר בתקופות הבין-קרחוניות. עכשיו חברו את שני הקווים יחד, ותוכלו לראות עד כמה טמפרטורה ופחמן דו חמצני עוקבים זה אחר זה. הם לא בדיוק אותו הדבר. לעיתים המסלולים גרמו לשינוי טמפרטורה קטן לפני שהשפעות המשוב של CO2 הצטרפו. אבל בדיוק כפי שראינו בניו זילנד, אנחנו לא יכולים להסביר את הגודל הגדול של השינויים בטמפרטורה ללא ההשפעות של CO2. זוהי החתימה של וריאציה טבעית, מחזור עידני הקרח המונע על ידי שינויים במסלול כדור הארץ ללא מעורבות אנושית. אבל כאן אנחנו נמצאים היום. תוך 250 שנה בלבד מאז המהפכה התעשייתית, עברנו את 380 בלי שום סימן להאטה. זו רמה שלא נראתה יותר מ -400,000 שנה, ארוכה פי 40 מהציוויליזציה האנושית העתיקה ביותר. אז הפיזיקה והכימיה אומרות לנו שהוספת פחמן דו חמצני לאטמוספירה מחממת דברים, והיסטוריית האקלים של כדור הארץ מראה לנו שיהיו השפעות, החל מהיתוך יריעות קרח ועד עליית פני הים. אבל איך נדע, בוודאות שווה, שזו לא רק וריאציה טבעית יותר, שבני אדם הם המקור ל CO2 הגובר? כשאנחנו מסתכלים על נוף כמו זה, אנחנו יודעים מיד שהרי געש מוציאים כל מיני דברים מעניינים, וזה כולל CO2. אז איך נדע שעליית CO2 באטמוספירה שאנו רואים נובעת משריפת הדלקים המאובנים שלנו ולא ממשהו שהרי הגעש עשו? ובכן, הצעד הראשון בבעיה הוא רק הנהלת חשבונות. אנו מודדים כמה CO2 יוצא מהרי הגעש. אנו מודדים כמה CO2 יוצא מערימות העשן והצינורות שלנו. המקור הטבעי הוא קטן. בני אדם מוציאים פי 50 עד 100 יותר CO2 מהמקור הוולקני הטבעי. לאחר מכן נוכל לשאול את האוויר אם הנהלת החשבונות שלנו נכונה, והאוויר אומר שכן. הרי געש מייצרים CO2 על ידי המסת סלעים כדי לשחרר את ה-CO2. הם לא נשרפים, והם לא משתמשים בחמצן. אבל שריפת דלקים מאובנים אכן משתמשת בחמצן כאשר היא מייצרת CO2. אנו רואים שהעלייה ב- CO2 הולכת עם נפילת החמצן, מה שאומר שה- CO2 העולה נובע משריפת משהו. לאחר מכן נוכל לשאול את הפחמן ב- CO2 העולה מאיפה הוא הגיע. פחמן מגיע בשלושה טעמים - קל משקל, פחמן-12, אשר נפוץ במיוחד בצמחים, המשקל הבינוני, פחמן -13, שהוא קצת יותר נפוץ בגזים היוצאים מהרי געש, ובמשקל הכבד, פחמן-14. הוא רדיואקטיבי ומתפורר כמעט לחלוטין לאחר כ-50,000 שנה, וזו הסיבה שלא תמצאו אותו בדברים ישנים מאוד, כמו עצמות דינוזאורים או דלקים מאובנים. אנו רואים עלייה בפחמן-12 שמקורו בצמחים. אנחנו לא רואים עלייה של פחמן-13, אז CO2 לא מגיע מהרי הגעש. ואנחנו לא רואים עלייה בפחמן-14, כך שה-CO2 לא יכול להגיע מצמחים חיים לאחרונה. וכך האווירה אומרת שה- CO2 העולה נובע משריפת צמחים שמתו זמן רב. זה דלק מאובנים. CO2 מגיע מהדלקים המאובנים שלנו. זה אנחנו. אז פיזיקה וכימיה מראים לנו שפחמן דו חמצני נמצא ברמות שמעולם לא נראו בהיסטוריה האנושית. והראיות אומרות שכולנו שורפים דלקים מאובנים שמניעים את העלייה. אבל מה עם שינויי אקלים והתחממות כדור הארץ? האם הם אמיתיים? הנה מה שאומרים מי שהסתכל על כל הנתונים על העתיד.

שינויי אקלים, ביטחון אנרגטי ויציבות כלכלית קשורים זה בזה באופן בלתי נפרד. שינויי אקלים יתרמו למחסור במזון ובמים, יגבירו את התפשטות המחלות ועלולים לדרבן או להחמיר את ההגירה ההמונית.

ריצ'רד אלי: מי אתה חושב שאמר את זה? לא מלומד, לא פוליטיקאי. הפנטגון. משחקי המלחמה האלה בפורט ארווין, קליפורניה מספקים אימונים מציאותיים לשמירה על בטיחות חיילינו. מטרת סקירת ההגנה הרביעית של הפנטגון, ה- QDR, היא לשמור על ביטחון האומה. הסקירה מכסה אסטרטגיות צבאיות לעולם לא בטוח. הפנטגון צריך לחשוב לטווח ארוך ולהיות מוכן לכל המקרים. ה- QDR לשנת 2010 הייתה הפעם הראשונה בה מקרים אלה כללו שינויי אקלים. האדמירל האחורי דיוויד טיטלי הוא אוקיינוגרף של חיל הים ותרם לסקירת ההגנה.

דוד טיטלי: ובכן, אני חושב ש- QDR באמת מדבר על שינויי אקלים במונחים שבאמת לא לדיון. ואתה תסתכל על הטמפרטורות העולמיות. אתה מסתכל על עליית פני הים. אתה תסתכל על מה שהקרחונים עושים... לא רק קרחון אחד או שניים, אלא באמת קרחונים ברחבי העולם. ואתם מחברים את כל אלה יחד, וזו אחת הסיבות שאנחנו באמת מאמינים שהאקלים משתנה. אז התצפיות אומרות לנו את זה. גם הפיזיקה מספרת לנו את זה.

RICHARD ALLEY: המשמעות של שינויי אקלים עבור נקודות חמות מרכזיות עולמיות פחות ברורה.

דוד טיטלי: אנו מבינים שכדור הארץ מתחמם. אנו מבינים שהאוקיינוסים מתחממים. מה שאנחנו לא מבינים זה בדיוק איך זה ישפיע על דברים כמו סופות חזקות, שיעורי גשמים, חלוקת גשמים. אז כן, שינויי אקלים הם וודאות, אבל איך זה יהיה באזורים ספציפיים בעולם, ומתי?

RICHARD ALLEY: תחום אחד שמדאיג במיוחד את חיל הים הוא עליית פני הים.

DAVID TITLEY: עליית פני הים הולכת להיות נושא ארוך טווח ומאוד מאוד משמעותי עבור המאה ה -21.

RICHARD ALLEY: ה- QDR כלל הערכת פגיעות בתשתיות שמצאה כי 153 מתקנים ימיים נמצאים בסיכון משמעותי ממתחים אקלימיים. מפרל הארבור, הוואי ועד נורפולק, וירג'יניה, הבסיסים והקהילות הסמוכות שלהם יצטרכו להסתגל.

DAVID TITLEY: אפילו עם אחד עד שני מטרים של עליית פני הים, וזה מאוד, מאוד משמעותי, יש לנו זמן. זה לא משבר, אבל זה בהחלט הולך להיות אתגר אסטרטגי.

RICHARD ALLEY: ברחבי העולם, שינויי האקלים צפויים להיות יותר שריפות, שיטפונות ורעב. אומות עלולות להיות מעורערות. עבור הפנטגון, שינוי האקלים הוא מכפיל איום. אבל עם מדעי האקלים הקוליים, טיטלי מאמין שהוזהר מראש.

דוד טיטלי: הדבר הטוב הוא שהמדע מתקדם מספיק באוקיאנוגרפיה, גלאסיולוגיה, מטאורולוגיה שיש לנו מיומנות מסוימת במסגרות מסוימות של חיזוי זה. ואם אנו בוחרים להשתמש בתחזיות אלה, אנו יכולים, למעשה, על ידי התנהגותנו, לשנות את העתיד לטובתנו. ריצ'רד אלי: טיטלי והפנטגון חושבים שהעובדות נמצאות.

דוד טיטלי: שינויי אקלים מתרחשים, וישנן עדויות מאוד מאוד חזקות לכך שחלק גדול מזה הוא למעשה מעשה ידי אדם.

RICHARD ALLEY: הצבא הוא משתמש האנרגיה הגדול ביותר באמריקה, והוא מכיר בכך שהשימוש בו בדלקים מאובנים צריך להשתנות. הפנטגון משתמש ב-300,000 חביות נפט בכל יום. זה יותר מ-12 מיליון גלונים. האמר משוריין מגיע ארבעה קילומטרים לגלון. במלוא המהירות, טנק קרב אברמס משתמש בארבעה ליטרים עד הקילומטר. וזה יכול לעלות עד 400 דולר לגלון להביא דלק לכמה בסיסים מרוחקים באפגניסטן. פורט ארווין הוא מיטת ניסוי כדי לבדוק אם הצבא יכול לפעול באותה יעילות תוך שימוש בפחות דלק מאובנים ויותר מתחדשים. וזה לא רק פורט ארווין בצבא. במחנה פנדלטון הוכשרו נחתים בבסיס הפעלה ניסיוני קדימה החוסך באנרגיה שהתפרס איתם לאפגניסטן.

רוברט הדלונד: לפני שציוד כלשהו נכנס לתיאטרון, אנחנו רוצים שנחתים יתאמנו עליו. אז מה הם חלק מהדברים שאנחנו יכולים לתפוס מיד ולוודא שאנחנו יכולים לעשות את ההבדל עבור הלוחם למטה מטווח? RICHARD ALLEY: הם בודקים סוגים שונים של יחידות כוח סולאריות ניידות. הם גם מתרגלים כיצד לטהר מים עומדים ולהפוך אותם לשתייה. הצבא והנחתים שניהם רוצים למזער את מספר השיירות המובילות בדלק ובמים. דו"ח לצבא מצא כי בתוך חמש שנים נהרגו או נפצעו יותר מ -3,000 אנשי שירות בשיירות אספקה.

רוברט הדלונד: ואם יש לך נחתים ששומרים על השיירה הזו, וחלילה, היא תיפגע ממטען חבלה, אז מה הם הפצועים, מה מקרי המוות הכרוכים בכך? והאם אנחנו באמת מנצלים את הנחתים האלה ואת היכולת הזו כמו שאנחנו צריכים?

RICHARD ALLEY: גנרטורים המשמשים לשמירה על מקומות מגורים ומחשבים פועלים הם גם זוללי גז גדולים.

ADORJAN FERENCZY: כרגע, מה שאנחנו עושים זה לשים צל כוח. יש לו פאנלים סולאריים גמישים בחלקו העליון ונותן לנו מספיק כוח להפעלת אלקטרוניקה קטנה, כמו מערכות תאורה ומחשבים ניידים. זה גם מספק צל על מבנה האוהל. ניסוי בציוד זה באפריקה הוכיח שהוא יכול להפחית את הטמפרטורה הפנימית של האוהל שבע עד 10 מעלות.

RICHARD ALLEY: כל נורות הלד באוהל כולו משתמשות ב-91 וואט בלבד, פחות מנורת ליבון מיושנת אחת.

ADORJAN FERENCZY: זה לא פשוט כשמדובר ביעילות.

RICHARD ALLEY: דיודות פולטות אור לא שוקלות הרבה, אבל הן עדיין מחוספסות מספיק כדי לשרוד את המגע העדין של ימית טיפוסית.

זאק לימן: כשאנחנו מכניסים משהו ליישום צבאי והם מכים אותו, זה מחוספס. הוא מוכן לגרוע ביותר שהעולם יכול לקחת. אז דבר אחד שאנשים אומרים הוא שאם הצבא השתמש בדבר הזה והם סומכים עליו, אז אולי זה בסדר לחצר האחורית שלי.

RICHARD ALLEY: אנרגיה מתחדשת תשחק גם תפקיד חשוב בים ובאוויר. האי מאקין של חיל הים הוא ספינת תקיפה אמפיבית עם מטוסי קפיצה, מסוקים וכלי נחיתה. זהו הכלי הראשון שיש לו גם טורבינות גז וגם כונן חשמלי היברידי, שבו הוא יכול להשתמש במשך 75% מזמנו בים. פריוס זה של האוקיינוס קיצץ את עלויות הדלק ב -2 מיליון דולר במסע הבכורה שלו. עד 2016, חיל הים מתכנן לקבל את מה שהוא מכנה צי ירוק גדול, קבוצת נושאות שלמה הפועלת על דלקים מתחדשים עם ספינות גרעיניות, ספינות שטח חשמליות היברידיות ומטוסים שטסים רק דלק ביולוגי. עד 2020 המטרה היא לצמצם את השימוש בדלקים מאובנים ב -50%. לאחר פריסתו באפגניסטן, ה- XFOB צמצם את הגז המשמש בגנרטורים ביותר מ -80%. בעבר, החידושים של הפנטגון במחשבים, GPS ומכ"ם התגלגלו לחיים אזרחיים. בעתיד, השימוש של הצבא באנרגיה מתחדשת יכול להפחית את התלות בנפט זר, להגביר את הביטחון המבצעי ולהציל חיים וכסף.

ג'ים שבלייה: הרבה פעמים, זה שינוי תרבותי יותר מכל דבר אחר. ומשרד ההגנה, לאורך השנים, הוכיח, פעם אחר פעם, שהם יכולים להוביל את הדרך בשינוי התרבות הזה.

RICHARD ALLEY: אם צבא ארה"ב הוא המשתמש הגדול ביותר באנרגיה באמריקה, סין היא כיום הצרכנית הגדולה ביותר על פני כדור הארץ. עם 1.3 מיליארד, בסין אוכלוסייה גדולה פי ארבעה מארה"ב, ולכן השימוש הממוצע לאדם בפליטות CO2 נותר בערך 1/4 מאלו של האמריקאים. אך בדומה לצבא ארה"ב, סין מתקדמת במלוא המהירות במספר אפשרויות אנרגיה בת קיימא שונות. וזה פחות או יותר חייב. ערים צפופות. האוויר מזוהם. המשך הצמיחה המהירה באמצעות טכנולוגיות ישנות נראה בלתי בר קיימא. פגישה זו בבייג'ינג הפגישה ראשי ערים מכל רחבי סין, מנהלים ממפעלים בבעלות המדינה ונציגים בינלאומיים. המארגן היה ארגון לא ממשלתי אמריקני-סיני בראשות פגי ליו.

פגי ליו: במשך 20 שנה, יהיו לנו 350 מיליון אנשים שיעברו לערים בסין. ואנחנו עומדים לבנות 50,000 גורדי שחקים חדשים, המקבילה ל-10 מנהטן, 170 מערכות הסעת המונים חדשות. זה פשוט מדהים, בקנה מידה מדהים.

RICHARD ALLEY: הצמיחה המסיבית והמהירה הזו מגיעה עם עלות סביבתית גבוהה.

מרטין שונבאואר: הם מכירים בכך שהם מוציאים עד 6% מהתוצר המקומי הגולמי שלהם בנושאים סביבתיים.

RICHARD ALLEY: בשנת 2009 התחייבה סין 35 מיליארד דולר, כמעט פי שניים מארה"ב, למחקר אנרגיה ותמריצים לטכנולוגיות רוח, שמש ואנרגיה נקייה אחרת. זה משך חברה אמריקאית להקים את תחנת המחקר המתקדמת ביותר בעולם לאנרגיה סולארית. סין מייצרת כיום יותר פאנלים סולאריים מכל מדינה אחרת. אבל זה גם מקדם פתרונות לואו-טק, בעלות נמוכה. דודי שמש נראים על בתים כפריים צנועים. בערים מסוימות יש אותם כמעט בכל גג.

PEGGY LIU: סין זורקת ספגטי על הקיר כרגע במונחים של למעלה מ -27 ערים שונות שעושות תאורת רחוב לד, או מעל 20, 30 ערים שונות שעושות כלי רכב חשמליים.

RICHARD ALLEY: אבל לבקר בכל עיר, ואתה יכול לראות כי פחם המשמש לייצור יותר מ 70% של החשמל של סין יש השלכות חמורות עם זיהום גלוי השפעות בריאותיות שליליות. סין משתמשת ביותר פחם מכל מדינה אחרת על פני כדור הארץ, אך היא גם מנסה למצוא דרכים לשרוף פחם בצורה נקייה יותר.

PEGGY LIU: בשלוש שנים, 2006 עד 2009, בזמן שסין בנתה תחנת כוח פחמית חדשה בשבוע, היא גם סגרה מפעלי פחם לא יעילים. אז זה בחוץ עם הישן ונכנס עם החדש. והם ממש משתדלים להמציא דגמים חדשים.

RICHARD ALLEY: מפעל פיילוט זה, המיועד ללכידת פחמן וסגירת פחמן, הובהל לסיומו בזמן לתערוכת העולם בשנחאי 2010. הוא סופג ומוכר פחמן דו חמצני ובקרוב יגדל כדי ללכוד 3 מיליון טון בשנה שניתן לשאוב בחזרה לאדמה, ולהרחיק אותו מהאוויר.

מרטין שונבאואר: כאן בסין, הם מביאים צמחים רבים לאינטרנט בפרק זמן קצר בהרבה שלוקח לנו בארה"ב. PEGGY LIU: סין היא כרגע המפעל של העולם. מה שאנחנו רוצים לעשות זה להפוך אותו למעבדת הטכנולוגיה הנקייה של העולם. RICHARD ALLEY: אם מדינות בוחרות לשלם את המחיר, שריפת פחם עם לכידת פחמן יכולה להציע לעולם גשר זמני עד שמתחדשים יגיעו לקנה המידה. PEGGY LIU: סין עומדת להמציא פתרונות אנרגיה נקייה שהם חסכוניים וניתנים לפריסה בקנה מידה גדול - במילים אחרות, פתרונות שכולם ברחבי העולם רוצים.

RICHARD ALLEY: האם פתרונות דלי פחמן באמת יכולים לתת לנו מספיק אנרגיה כדי להניע את כדור הארץ ואת האוכלוסייה ההולכת וגדלה? בואו נשים כמה מספרים על כמה אנרגיה אנו יכולים לקבל מתחדשים של דלק שאינו מאובנים. כיום, כל בני האדם בכל מקום על פני כדור הארץ משתמשים בכ -15.7 טרה-וואט של אנרגיה. זה מספר גדול. בוואט, זה 157 ואחריו 11 0, או 157 מיליארד מאותן נורות 100 וואט בהן השתמשנו כהפניה. כדי להראות מה אפשרי, בואו נראה אם נוכל להגיע ל 15.7 טרה-וואט באמצעות אנרגיה מתחדשת בלבד. אני כאן בדיונות אלגודונס ליד יומה, אריזונה. ספר השיאים של גינס אומר שזה המקום הכי שטוף שמש בעולם. בקושי יש ענן בשמי היום בערך 90% מהשנה. 0.01%, 1/100 מתוך 1% - אם היינו יכולים לאסוף כל כך הרבה מאנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ, זה יהיה יותר מכל השימוש האנושי כיום. הטכנולוגיות של היום עשו התחלה. זו הייתה תחנת הכוח המסחרית הראשונה בעולם שהשתמשה במגדל כדי לקצור אנרגיה סולארית מרוכזת. ליד סביליה, ספרד, 624 מראות משתרעות על שטח של יותר מ -135 דונם, מקרינות אור שמש בחזרה למגדל שגובהו כמעט 400 מטר. חום עז מייצר קיטור המניע את הטורבינה, המייצרת חשמל. עם השלמתו, מתקן אחד זה יוכל להפעיל 200,000 בתים, מספיק כדי לספק את כל העיר סביליה הסמוכה. זוכר את היעד שלנו של 15.7 טרה-וואט? ובכן, השמש מספקת 173,000 טרה-וואט לראש האטמוספירה של כדור הארץ, פי 11,000 מהשימוש האנושי הנוכחי. אין סיכוי שנוכל ללכוד את כל האנרגיה הפוטנציאלית הזו על פני כדור הארץ. אבל במדבריות דרום מערב אמריקה, עם הטכנולוגיה של ימינו, יש מספיק אדמה מתאימה כדי לספק 80% מהשימוש הנוכחי של כדור הארץ כולו. כמובן, יש בעיה אחת גדולה עם אנרגיה סולארית - לילה. אבל עם קווי תמסורת יעילים יותר, וכחלק מתיק אנרגיה מתחדשת מאוזנת הכוללת אחסון, הפוטנציאל של השמש הוא עצום. במדינות טרופיות כמו ברזיל, השמש מחממת מים, מייצרת עננים ומשחררת גשמים המזינים כמה מהנהרות הגדולים ביותר על פני כדור הארץ. מפלי איגואסו הוא אטרקציה תיירותית, אחד המפלים המרהיבים ביותר על פני כדור הארץ, בו תוכלו לחוש בכוחם העצום של מים נופלים. סכר איטאיפו הסמוך בגבול ברזיל בפרגוואי מייצר את הכוח ההידרואלקטרי ביותר מכל תחנת ייצור בעולם. סכר אחד זה מספק את מרבית החשמל המשמש בסאו פאולו, עיר המונה יותר מ -11 מיליון. סאו פאולו נמצאת במרחק של 600 קילומטרים משם, אך ברזיל קיבלה את ההחלטה לבנות קווי שידור זרם ישר חדשניים במתח גבוה כדי למזער את אובדן האנרגיה. רשת החשמל של איטאיפו לסאו פאולו פועלת מאז 1984 ומראה כי אנרגיה מתחדשת יכולה ללכת למרחק. סכרים לא יכולים להיות התשובה לכל אומה. הם מציפים נופים, משבשים מערכות אקולוגיות ומעקרים אנשים. אבל כוח מים נותן לברזיל, מדינה גדולה יותר מיבשת ארצות הברית, 80% מהחשמל שלה. ובעולם, כוח מים יכול לתרום 12% משימוש באנרגיה אנושית, מוכן בהתראה של רגע למקרה שהשמש תעבור מאחורי ענן. ברזיל משתמשת גם בסביבה הטבעית הייחודית שלה בדרך אחרת. האקלים הטרופי שלו מספק תנאים אידיאליים לקנה סוכר, אחד הצמחים היעילים ביותר בכדור הארץ ביכולתו לאסוף את אנרגיית אור השמש. מטעים כמו זה קוצרים את המקל לייצור סוכר ואת הדלק הביולוגי הנקרא אתנול. ארה"ב היא למעשה היצרנית מספר אחת של אתנול בעולם, בעיקר באמצעות תירס במקום מקל. אבל אתנול העשוי מקנה סוכר יעיל פי כמה בהחלפת דלק מאובנים מאשר אתנול מבוסס תירס. מתקנים מודרניים כמו זה מחזירים פסולת רטובה כדי להפרות את השדות ולשרוף את הפסולת היבשה, הנקראת הגז, כדי לייצר חשמל להפעלת המפעל. עבור ברזיל, לפחות, אתנול עובד. כיום, כמעט כל המכוניות הנמכרות בברזיל יכולות להשתמש בדלקים גמישים. הנהגים בוחרים בנזין מעורבב עם 25% אתנול או אתנול טהור, תלוי במחיר וכמה רחוק הם מתכננים לנסוע. חוקרים מקומיים אומרים שאם כל הבנזים בעולם ייעלמו לפתע, ברזיל היא האומה היחידה שיכולה ללכת לבד ולהשאיר את מכוניותיה פועלות. השימוש במזון לדלק מעלה שאלות גדולות בעולם רעב. נכון לעכשיו, אתנול קנה סוכר לא השפיע רבות על מחירי המזון. אבל יש חששות עם תירס. אז כאן בארה"ב, מעבדות ממשלתיות כמו NREL, המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת, השיקו תוכניות כדי לראות אם ניתן לייצר דלק ביולוגי מפסולת חקלאית. זה אכן עובד, והחוקרים מנסים להוריד את העלות. אז כשצמחים לוכדים בערך פי 11 שימוש באנרגיה אנושית, הם הזדמנות הולכת וגוברת. ניו זילנד מנצלת אנרגיה מסוג אחר. אלה הגייזרים והמעיינות החמים ברוטורואה שבאי הצפוני. פעם הם שימשו את הילידים המאורים לבישול ורחצה. כעת תחנות כוח גיאותרמיות קוצרות חום והופכות אותו לכ -10% מכלל החשמל של ניו זילנד. פרויקטים רבים של כוח הם שותפויות עם המאורים, מועילים לתושבים המקומיים ונמנעים מבעיות "לא בחצר האחורית שלי" שלעתים קרובות מסבכות את פיתוחי האנרגיה. בעולם, אנרגיה גיאותרמית מציעה פי שלושה מהשימוש הנוכחי שלנו. אבל אנחנו יכולים לכרות גיאותרמית, לחלץ את האנרגיה מהר יותר ממה שהטבע מספק אותה, לקרר את הסלעים עמוק מתחתינו כדי ליצור כוח לאנשים. אנרגיה זו קיימת גם במקום בו אינכם רואים גייזרים וסירי בוץ, כך שניתן לחלץ אותה מבלי לפגוע בפלאי הטבע הללו. מחקר שנערך על ידי MIT הראה כי הסלעים החמים הנגישים מתחת לארצות הברית מכילים מספיק אנרגיה כדי לנהל את המדינה במשך 130,000 שנה. וכמו הידרואלקטרי, גיאותרמית יכולה לספק כוח שיא, מוכן לצאת בהתראה של רגע אם השמש לא זורחת והרוח לא נושבת. כריית אנרגיה מסלעים עמוקים וחמים היא טכנולוגיה חדשה יחסית, אך אנשים משתמשים בטחנות רוח במשך מאות שנים, והרוח נושבת לכל מקום. כאן יש לארצות הברית מזל גדול. בואו נצא לטיול במסדרון הרוח של המדינה, מטקסס בדרום לגבול הקנדי. סגול בהיר מציין את הרוחות החזקות ביותר. לאורך כל זה כמעט 2,000 מיילים, יש פוטנציאל להפוך משאב חופשי שאינו פולט CO2 לחשמל. אבל זה דורש בחירות ופעולות של יחידים וממשלות. הנה מה שקורה במערב טקסס. זו ארץ של חוות וחוות וכמובן אסדות נפט ושקעי משאבה. אבל בתחילת שנות ה -90, זה היה אחד האזורים המדוכאים ביותר מבחינה כלכלית במדינה. קהילות כמו נולאן דייוויד נפלו בתקופות קשות. בתי הספר נסגרו. אנשים התרחקו. אבל מאז 1999, המבנים החדשים המתנשאים מעל השדות השטוחים אינם דרקי נפט, אלא טורבינות רוח. המספר הגדול ביותר, יותר מ-1,600, נמצא במחוז נולאן. גרג וורת'אם הוא ראש עיריית סוויטווטר, מושב המחוז.

גרג וורת'אם: זו לא הייתה החלטה פילוסופית או פוליטית. זה היה חוואים וחקלאים ונהגי משאיות ורתכים ומסילות ברזל. ועובדי רוח.

RICHARD ALLEY: משפחתו של סטיב אוטמן חוותה את הלב הכפול במשך שלושה דורות. לסטיב אולי יש ספקות לגבי הגורמים לשינויי אקלים, אך לא לגבי אנרגיית הרוח.

סטיב אוטמן: אבל זו הייתה ברכה. זה עוזר לשלם מסים. זה עוזר לשלם את חשבון ההזנה. רוסקו, 30 במאי.

גרג וורת'אם: אנחנו מדברים על כך שזו אנרגיה ירוקה כי היא משלמת כסף. החוואים והחקלאים קוראים לזה כסף מתיבות דואר. הם צריכים לקום, להזיע, ולעבוד קשה כל היום. הדברים די מלחיצים. ואם אתה יכול פשוט ללכת לתיבת הדואר ולקחת קצת כסף כי יש לך טורבינות מעל הקרקע, זה עושה את החיים הרבה יותר קל. סמטת ריצ'רד: כל טחנת רוח יכולה לייצר בין 5,000 ל 5,000ו 15,000 בשנה. אז חווה עם ממוצע של 10 עד 20 טורבינות יכולה לספק יציבות פיננסית לאנשים שתמיד חיו עם אי וודאות.

סטיב אוטמן: אני לא מאמין בזה רק כי אני מתפרנס מזה. זה משהו שצריך לקרות למדינה.

RICHARD ALLEY: אז עכשיו, לבתי ספר מקומיים יש נרשמים הולכים וגדלים וכספים לשלם עבור תוכניות.

גרג וורת'אם: היו לנו כ -500 מיליון דולר במס המבוסס בכל המחוז בשנת 2000. ובחלק המאוחר של אותו עשור, תוך פחות מעשר שנים, הוא עלה לשווי מס של 2.5 מיליארד דולר.

RICHARD ALLEY: עד סוף 2009, קיבולת טורבינות הרוח במערב טקסס הסתכמה קרוב ל -10,000 מגה וואט. אם טקסס הייתה מדינה, היא הייתה מדורגת במקום השישי בעולם באנרגיית הרוח. משרד האנרגיה האמריקני מעריך כי רוח יכולה לספק 20% מהחשמל של אמריקה עד 2030. חוות רוח ימיות חדשות ייצרו יותר מ -43,000 מקומות עבודה חדשים. זה מתורגם לדחיפה של 200 מיליארד דולר לכלכלת ארה"ב. ברחבי העולם, הרוח יכולה לספק כמעט פי 80 את השימוש האנושי הנוכחי. שום צורה של אנרגיה אינה נקייה לחלוטין מדאגות סביבתיות או מעלויות הפעלה כבדות. כמה חוות רוח מוקדמות לא התייחסו מעט לציפורים וליצורים מעופפים אחרים, כמו עטלפים נודדים. אך דיווחים אחרונים של גרינפיס וחברת אודובון מצאו כי טורבינות נראות ומופעלות כראוי יכולות למזער בעיות. ראש העיר וורת'אם, למשל, מברך טורבינות רוח לחצר האחורית שלו.

גרג וורת'אם: אנחנו אוהבים אותם. יש אנשים שלא. אבל אנחנו יותר משמחים לייצא את האנרגיה שלנו לאותן מדינות שרוצות לקנות ירוק, אבל לא רוצות לראות ירוק.

סטיב אוטמן: בטווח הארוך, אני מקווה שיש לנו טורבינות רוח בכל מקום שהם יכולים לייצר אנרגיה. אנחנו צריכים אותם. זה מה שאמריקה תצטרך לעשות. זו אבן המדרגה הבאה להציל את עצמנו.

RICHARD ALLEY: מדינת טקסס השקיעה 5 מיליארד דולר כדי לחבר את רוח מערב טקסס לערים גדולות כמו דאלאס ופורט וורת'. דרומה יותר נמצאת יוסטון, אחת הערים רעבות האנרגיה במדינה. הנמל שלה הוא הגדול ביותר באמריקה לפי טונות זרות, ובתי הזיקוק והמפעלים הכימיים שלה מספקים חלק ניכר מהאומה. אבל כבר, אולי באופן מפתיע, יוסטון היא הרוכשת העירונית הגדולה ביותר של אנרגיה מתחדשת במדינה. 30% מהשימוש הממשלתי בעיר הכוח מגיע מרוח, עם יעד של 50%. וראש העיר שלה רוצה לקצץ בעלויות האנרגיה ולהגדיל את יעילות האנרגיה.

ANNISE PARKER: אני רוצה לעבור מבירת הנפט והגז של העולם לבירת האנרגיה הירוקה והמתחדשת של העולם.

RICHARD ALLEY: נתמך על ידי דולרי גירוי פדרליים, השירות המקומי מקדים את לוח הזמנים להתקנת מונים חכמים. אלה יעזרו לצרכנים לחסוך בשימוש באנרגיה. העיר כבר התקינה 2,500 רמזורים לד המשתמשים ב -85% פחות אנרגיה מנורות ליבון מסורתיות. זה מתורגם לחיסכון של 3.6 מיליון דולר בשנה. העירייה חושבת שהיא יכולה גם לשפר את איכות האוויר על ידי שינוי סוגי המכוניות שיוסטונים נוהגים.

אניז פארקר: אם

RICHARD ALLEY: העיר כבר מפעילה צי של היברידיות פלאג-אין. כעת זה מעודד פיתוח תשתית כדי להפוך את הנהיגה בכלי רכב חשמליים לקלה ומעשית. ובסביבה החמה והלחה של יוסטון, זה עוזר להחזיק מספר גדל והולך של בניינים חסכוניים באנרגיה ומאושרים על ידי LEED. ANNISE PARKER: אנחנו הולכים לעשות את זה כי זה הדבר החכם, כי זה הגיוני בעסקים, וזה הדבר הנכון.

RICHARD ALLEY: כמה הערכות הן שארה"ב יכולה לחסוך עד 23% מהביקוש הצפוי משימוש יעיל יותר באנרגיה.

ANNISE PARKER: ובכן, אם אתה מתכוון להתמודד עם יעילות אנרגטית, אתה יכול באותה מידה לעשות זאת במקום שהוא משתמש מושפל באנרגיה. וכאשר אתה עושה את ההבדל שם, אתה יכול לעשות הבדל שהוא משמעותי.

RICHARD ALLEY: ברחבי העולם, יעילות יכולה לצמצם את הביקוש לאנרגיה ב 1/3 עד 2030. בשורה התחתונה, ישנן דרכים רבות קדימה, ואנחנו יכולים לפגוע ביעד האנרגיה המתחדשת. ואם נכלל גם גרעיני מהדור הבא, בתוכנית אחת יש את תמהיל האנרגיה האפשרי של 2030 שהופך מאחד שמסתמך על דלקים מאובנים לכזה שנראה כך, עם מתחדשים - שמש, רוח, גיאותרמית, ביומסה וכוח מים - בסך הכל 61%, דלקים מאובנים ירדו ל -13%, וגרעין קיים וחדש המרכיב את האיזון. תוכנית אחרת עונה על צרכי האנרגיה העולמיים רק עם רוח, מים ושמש. ולמעשה, ישנם נתיבים אפשריים רבים לעתיד אנרגיה בר קיימא. הטכנולוגיות של ימינו יכולות להתחיל, ומחויבות למחקר וחדשנות תביא עוד יותר אפשרויות. טיילנו בעולם כדי לראות כמה מהמקורות שכדור הארץ מציע כדי לענות על הצורך הגובר שלנו באנרגיה נקייה. יש יותר מדי אפשרויות כדי לכסות את כולם כאן. וחוץ מזה, כל אומה, כל מדינה, כל אדם חייב לעשות את הבחירות שלו לגבי מה שהכי מתאים לו. אבל הרעיון המרכזי ברור. אם ניגש לכדור הארץ כאילו יש לנו מדריך למפעיל שאומר לנו כיצד לשמור על כדור הארץ מזמזם בביצועי שיא, נוכל לעשות זאת. אנו יכולים להימנע מאסונות אקלים, לשפר את ביטחון האנרגיה ולעשות מיליוני מקומות עבודה טובים. עבור "כדור הארץ - המדריך למפעיל", אני ריצ'רד אלי.

מספר: "כדור הארץ - מדריך המפעיל" מתאפשר על ידי NSF, הקרן הלאומית למדע, שם מתחילות תגליות.

[השמעת מוסיקה] לתסריט המואר והמאויר עם קישורים למידע על שינויי אקלים ואנרגיה בת קיימא, סרטונים בלעדיים לאינטרנט, משאבי מחנכים ועוד ועוד, בקר ב- pbs.org. "כדור הארץ - מדריך המפעיל" זמין ב- DVD. הספר הנלווה זמין גם כן. להזמנה, בקר ב- shoppbs.org, או התקשר אלינו למספר 1-800-PLAY-PBS.

שאלות מעקב אופציונליות לסרטונים

אם המדריך שלך הורה, הורד את השאלות הבאות שניתן להחיל על כל אחד מהסרטונים: