סיפורו של אטום: מהו מחזור הפחמן?

מחזור הפחמן המהיר

עד לפני 700-500 מיליון שנה לא היו חיים על היבשה, אולם בזכות אצות בים שספחו פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה ופלטו חמצן בתהליך הפוטוסינתזה, השתנה הרכב האוויר והתפתחו שלל יצורים חיים מחוץ למים. בדומה לאצות, לרוב הצמחים כיום, ביבשה ובמים, יש את היכולת לבצע פוטוסינתזה. בתהליך זה הצמחים מקבעים פחמן דו-חמצני בתאים ומייצרים ממנו סוכר (גלוקוז), שמשמש להפקת אנרגיה.

הפחמן המקובע באיברי הצמחים בתהליך הפוטוסינתזה הוא הבסיס התזונתי של כל היצורים החיים. ממנו נוצרים החומרים החיוניים לקיום הגוף החי: התאים, הדנ"א, מאגרי האנרגיה ועוד. במקביל מתרחש תהליך הפוך, שבו מתפרקים מאגרי האנרגיה האלה, וכתוצאה מכך נפלט פחמן דו-חמצני מהגוף החוצה. חלק מהפחמן הדו-חמצני הזה, שמשתחרר לאטמוספרה, נקלט חזרה בצמחים, אבל חלקו מתמוסס באוקיינוסים. זהו מחזור הפחמן המהיר.

מחזור הפחמן האיטי

הפחמן המומס באוקיינוסים מבלה תחילה במים הרדודים, אבל בתהליך ארוך ואיטי, של מאות עד אלפי שנים, הוא שוקע בעומק הים. פחמן דו-חמצני משמש יצורים ימיים, כמו אלמוגים, חוריריות, פלנקטון ורכיכות לבניית השלד שלהן.

עם מותם של היצורים האלה הם שוקעים ומצטברים בקרקעית האוקיינוס, וכאשר הם נקברים עמוק ונדחסים בצפיפות נוצרת שכבה של סלע משקע. התהליכים הללו מתרחשים כל הזמן, וככה נוצרות שכבות סלע צעירות על גבי שכבות סלע ותיקות יותר, מה שמאפשר למדענים לדעת מתי נוצרה כל  שכבה ושכבה. אבל עדיין מדובר בתהליך איטי מאוד שמשכו מאות אלפי שנים ואף מיליוני שנים, בתקופה שנפרשת על פני עידנים גיאולוגיים. תהליך היווצרות סלעי המשקע הוא מחזור הפחמן האיטי.

כמו סלעי המשקע, גם הנפט והגז הטבעי נוצרו במשך מיליוני שנים בבטן האדמה משרידיהם של יצורים חיים. אולם בשונה מהסלעים, תנאים מיוחדים, כמו לחץ גבוה וטמפרטורה גבוהה, גרמו ליצורים שנכלאו בין שכבות סלעי המשקע להפוך לנפט או לגז. פחם נוצר משרידי צמחים עתיקים, שחיו ומתו לפני מיליוני שנים בביצות פרהיסטוריות ונרקבו בקרקעיתן בתנאים דלי חמצן במשך מיליוני שנים.

הכל עניין של איזון: מה משפיע על מחזור הפחמן?

הרוב הגדול של הפחמן – כ-65,500 ג׳יגה טון פחמן – נמצא בסלעים. המאגר השני בגודלו, הים העמוק וקרקעית האוקיינוסים, מכיל כ-38,000 ג׳יגה טון פחמן. יתר הפחמן נמצא באטמוספרה, בגופם של בעלי חיים וצמחים, באדמה ובדלקי מאובנים. העניין הוא שפחמן, כמו יתר החומרים בטבע, לא נוצר יש מאין או נעלם כלא היה, אלא עובר בין המאגרים, במחזור האיטי ובמחזור המהיר.

לאורך זמן מתקיים שיווי משקל בין המחזור האיטי והמהיר, כך שרוב הפחמן מגיע לסלעים ולים העמוק. לעיתים, התפרצות געשית, גורמת לכמות גדולה של פחמן דו-חמצני להשתחרר לאטמוספרה אך לאורך זמן המערכת שומרת על שיווי משקל.

ההשפעה האנושית על מחזור הפחמן

ב-200 השנים האחרונות משפיע גורם מסוים על מחזור הפחמן, עד שהוציא אותו משיווי המשקל. גורם זה הוא שריפת דלקי מאובנים על ידי האדם. דלקי המאובנים הם המניע העיקרי של החשמל, המפעלים, התחבורה והטכנולוגיה. כמעט כל פעולה שלנו כיום מערבת אנרגיה משריפת דלקי מאובנים, במהלכה נפלט לאטמוספרה פחמן דו-חמצני.

בשעה אחת אנחנו מסוגלים להספיק לנסוע נסיעה קצרה ברכב, לגלוש במחשב, להטעין את הטלפון הנייד ולשלוח באמצעותו הודעה לחבר, להדליק את התאורה, לחמם ארוחה במיקרוגל ולהפעיל את מדיח הכלים או מכונת הכביסה. בכל פעולה כזאת משתחרר פחמן שהיה אגור בדלקי מאובנים ונכנס לאטמוספרה. קצב שריפת הדלקים הלך וגבר ונעשה גבוה יותר מקצב קיבוע הפחמן בצמחים בתהליך הפוטוסינתזה ומקצב היווצרות סלעי המשקע בקרקעית הים. דבר זה שיבש לחלוטין את מחזור הפחמן והביא  לעלייה בריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה.

כדי להוריד את ריכוז גזי החממה לרמה הטרום תעשייתית על בני האדם להירתם יחד ולחולל שינוי. כיום, יש טכנולוגיות להפקת חשמל מאנרגיות מתחדשות, בעיקר שמש ורוח, וגם לנו יש יכולת להשפיע ולבחור, במעשי היום-יום שלנו, בצעדים יותר ידידותיים לסביבה ולאקלים – לחסוך באנרגיה, להפחית בצריכה, להתנייד בתחבורה ציבורית, לצמצם אבדן מזון ולהרבות באכילת מזון מן הצומח על פני מזון מן החי.