קולות החום ממצולות הים

כדי להבין לעומק את השינויים שחלים באקלים של כדור הארץ חשוב להבין את מקומם של האוקיינוסים בתהליכים האלה. אולם שיטות המדידה המסורתיות של טמפרטורת המים הוגבלו לעומקים רדודים יחסית, וחסרים נתונים על המתרחש במצולות הים. חוקרים מארצות הברית מצאו כעת דרך מבטיחה לעקוב אחרי הטמפרטורה גם במקומות עמוקים ובלתי נגישים, באמצעות מדידת גלי הקול המגיעים מרעידות אדמה בקרקעית האוקיינוסים.

כדור הארץ הולך ומתחמם עקב אפקט החממה – תופעה שבה אנרגיה שמגיעה מהשמש נשארת כלואה באטמוספרה בעקבות עלייה בריכוז גזי חממה כגון פחמן דו-חמצני. בהיעדר מוצא אחר, האנרגיה הזאת גורמת להתחממות כדור הארץ. מכיוון שלמים יש קיבול חום גבוה, כלומר הם אוגרים אנרגיה ביעילות רבה, 95 אחוז מהחום העודף שנוצר באפקט החממה מצטבר באוקיינוסים.

האוקיינוסים ממלאים תפקיד מרכזי במערכת האקלים ובאקולוגיה של כדור הארץ. הבנת האופן שבו הטמפרטורה מתפלגת בין מעמקי האוקיינוס לבין פני השטח יכולה לסייע לנו לעקוב אחרי התחממות כדור הארץ וליצור תחזיות מדויקות יותר לעתיד. נכון להיום, מקור המידע העיקרי על טמפרטורת האוקיינוסים הוא מערך בשם ארגו (Argo), המורכב מכ-4,000 מצופים הפזורים ברחבי העולם ואוספים נתונים על המתרחש באלפיים המטרים העליונים של האוקיינוס, פעם בעשרה ימים.

ארגו החל לתעד את מצב האוקיינוסים באופן מסודר ב-2006 – לפני כן נעשו רק מדידות לא שיטתיות, בעיקר בעזרת ספינות. לאחרונה מצאה קבוצת חוקרים מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה (Caltech) דרך להעשיר באופן משמעותי את המידע המגיע ממדידות שנעשות באוקיינוסים. במאמר שפרסמו בכתב העת Science הם הציעו שיטה חדשה שמאפשרת למדוד את הטמפרטורה באוקיינוסים בעומקים העולים על 2,000 מטר, במקומות שבהם פני הים מכוסה בקרח, ובמקומות מסוימים אף למדוד רטרואקטיבית את הטמפרטורה ששררה בהם בעבר.

המדידה של גלי קול מאירועים טקטוניים מאפשר למדוד חום במצולות. קרקעית הים ליד אינדונזיה | צילום: GEORGETTE DOUWMA / SCIENCE PHOTO LIBRARY 

הקול של תנועת הלוחות

שיטת המדידה שהחוקרים מציעים מתבססת על הפעילות הסייסמית המתרחשת במעמקי האוקיינוסים – רעידות אדמה תכופות שנוצרת עקב חיכוך בין לוחות טקטוניים. כשרעידות אדמה מתרחשות בקרקעית הים, רוב האנרגיה שלהן מתפשטת באדמה בתור גלים סייסמיים, והשאר מתפשט לתוך המים בגלי קול. גלי הקול האלה מתקדמים לאט יותר מהגלים שמתקדמים דרך האדמה, כך שכאשר מתרחש מתחת לפני הים אירוע סייסמי, הגלים שהתקדמו דרך האדמה יגיעו אל תחנות המדידה לאורך החוף לפני הגלים שהתקדמו דרך המים.

גלי הקול הללו מתקדמים למרחקים גדולים מאוד ללא דעיכה משמעותית, כך שאפשר למדוד אותם בדיוק רב גם במרחק של אלפי קילומטרים ממקום האירוע הסייסמי. מכיוון שמהירות הקול במים עולה ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, אפשר למדוד את משך הזמן שנדרש לגלי הקול להגיע לתחנת המדידה ממקום האירוע הסייסמי וכך להסיק את טמפרטורת המים שהגלים חצו בדרכם. אם משווים לאחר מכן את מהירותם של גלי קול שונים שהגיעו מאירועים סייסמיים נפרדים שהתרחשו באותו מקום, אפשר להסיק מכך את השינוי שחל בטמפרטורה באותו מקום לאורך זמן.

כדי לוודא שאכן מדובר בגלים מאותה רעידת אדמה, השוו החוקרים את חתימת הקול של הרעידות, מעין טביעת אצבע קולית ייחודית לכל מקום שמתרחיש בו אירוע סייסמי. הם השתמשו במידע שנאסף מאז שנת 2004 בתחנת מדידה לחופי אוקיינוס ההודי בעקבות אירועים סייסמיים שהתרחשו באזור האי האינדונזי סומטרה. מכאן הם הסיקו בכמה השתנתה הטמפרטורה באזור בשנים הללו. הם חישבו ומצאו כי כל עשירית שנייה שנגרעת מזמן הגעת גלי הקול מסומטרה לתחנת המדידה, משמעותה עלייה של 0.02 מעלות צלזיוס בטמפרטורת המים באוקיינוס.

שיטת המדידה החדשה הצליחה לשחזר באופן איכותי את התוצאות שנמדדו בדרכים הקונבנציונליות – כלומר החוקרים מצאו שהאוקיינוס אכן מתחמם. עם זאת, מבחינה כמותית נמצא פער גדול בין המדידות, ונמצא כי היקף עליית הטמפרטורה היה גבוה באופן משמעותי – בפער של עד 69 אחוז – לעומת מה שנמצא בעבר.

החוקרים הדגישו, עם זאת, כי אסור להסיק מסקנות נחרצות לפני שייאסף מידע נוסף וינותח בקפידה. שיטת המדידה החדשה תאפשר לדבריהם למדוד את טמפרטורת המים באוקיינוסים בכל רחבי העולם, משום שאירועים סייסמיים מתרחשים כל הזמן וכמעט בכל מקום. בנוסף, מכיוון שהמדידות נעשות עם ציוד וטכנולוגיה קיימים – עלותן צפויה להיות נמוכה.