מהם אירוסולים ומה חשיבותם לאנושות

ענן אבק מעל ישראל

תמונה : ענן אבק מהסהרה מעל ישראל, תמונה מלווין נאסא, לווין Aqua, מכשיר MODIS

ארוסולים אטמוספריים הם חלקיקים קטנים המרחפים באוויר. לעיתים מכנים אירוסולים גם הידרוסולים, כלומר טיפות, ובמיוחד כשמדובר בחלקיקים וטיפות מעורבים. היחידה שבה משתמשים כדי לציין גודל של אירוסולים באטמוספירה היא מיקרון, מליונית המטר, אלפית המילימטר. יש ארוסולים שקוטרם קטן מעשירית מיקרון ויש כאלו שקוטרם גדול מעשרה מיקרון, אולם בדרך כלל הארוסולים החשובים הם בתחום הגודל שבין עשירית לעשרה מיקרון.

פעילויות אנושיות כמו שריפת יערות, וגם שריפה של דלק במנועי מכוניות, גורמות לפליטת ארוסולים. ארוסולים אלו נקראים אנתרופוגניים, כלומר מעשי ידי אדם.

כמו כן קיימים ארוסולים טבעיים, שמשקלם באטמוספירה גבוה בהרבה ממשקל הארוסולים האנתרופוגניים.

ארוסולים טבעיים כאלו הם למשל מלח, שנמצא כמובן מעל האוקינוסים ובחופי הים. מקור אחר לארוסולים טבעיים הן התפרצויות געשיות שיכולות להעיף כמויות גדולות של אבק לגובה רב. בארץ יש לנו מקור נוסף לארוסולים טבעיים, שהוא ענני אבק שמגיעים ממדבר סהרה. האבק הזה עושה דרך של אלפי קילומטרים ותרומתו לכמות החלקיקים בארץ יכולה להגיע אפילו ל 20% במשקל.

עם זאת, הארוסולים הטבעיים הם בדרך כלל גדולים יותר מהאנתרופוגניים. קוטר אופייני של ארוסולים טבעיים הוא כמה מיקרון, ורובם נמצא בתחום שבין 1-2 מיקרון ל 10-20 מיקרון. יש גם ארוסולים גדולים יותר, של עשרות מיקרון, אולם ככל שגודל החלקיק גדול יותר כך זמן השהיה שלו באטמוספירה יהיה קטן יותר. כאשר מדברים על הסעה של ארוסולים למרחקים גדולים, של אלפי קילומטר, אנחנו מתייחסים בדרך כלל לארוסולים שקוטרם עד 10 מיקרון.

ארוסולים אנתרופוגניים הם בדרך כלל קטנים יותר, מתחת למיקרון. מקובל לדבר על גודל של מתחת ל 2.5 מיקרון, כאשר למעשה רוב הארוסולים האנתרופוגניים קטנים יותר.

חשוב לציין כי על אף שרוב מסת הארוסולים באטמוספירה היא ממקורות טבעיים, ההבדלים בגודל בין ארוסולים טבעיים לאנתרופוגניים יוצרים הטעיה מסוימת במדידה לפי משקל. כך למשל כדור שקוטרו 10 מיקרון מסתו תהיה גדולה פי אלף מכדור שעשוי מאותו חומר וקוטרו רק 1 מיקרון. זאת כי נפח עולה לפי רדיוס (קוטר) בשלישית. לפיכך בהחלט יתכן שבבדיקה מיקרוסקופית נגלה ארוסול בקוטר 10 מיקרון שמקורו טבעי, מוקף ב 100 אירוסולים אנתרופוגניים שקוטר כל אחד מהם 1 מיקרון, ועם זאת מבחינת המשקל, הארוסול הטבעי יהווה 90% מהמסה.

השיטה שבה מודדים ארוסולים היא לשאוב אוויר דרך מסנן, filter. לאחר שנשאבה כמות מסוימת של אוויר, למשל 10 מטר מעוקב, מפסיקים את פעולת המשאבה, מוציאים את המסנן ובודקים את הארוסולים שנאספו עליו. הבדיקה הפשוטה ביותר לביצוע היא שקילת המסנן, ומכיוון שיודעים את משקל המסנן ללא ארוסולים, אפשר לחשב מסה של חלקיקים למטר מעוקב. בדיקה מורכבת יותר היא להכניס את המסנן למיקרוסקופ, בדרך כלל מיקרוסקופ אלקטרונים סורק, Scanning Electron Microscope, ולהסתכל ממש על החלקיקים שנאספו.

כיום מקובל כי מספר הארוסולים, גודלם, והחומר שהם עשויים ממנו, חשובים בהרבה ממשקל הארוסול, אולם עדיין קל הרבה יותר למדוד מסה, וגם מסיבות היסטוריות תקני הבריאות והמחקרים השונים נעשו כולם לפי משקל.

חשיבות הארוסולים כמרכיב באטמוספירה ידועה שנים רבות בהקשר של משקעים. טיפות נוצרות על גרעיני התעבות (condensation nuclei), כך שגשם, שלג, או ברד, כולם נוצרים סביב ארוסולים. ללא החלקיקים באוויר היו נוצרות טיפות רק בריכוזי מים גבוהים בהרבה, פי 5 ואף יותר, מאשר נוצרות בפועל. למעשה כאשר אנו רואים ענן אנחנו מסתכלים על צבר של ארוסולים שסביבם התעבו טיפות.

בעשורים האחרונים התבררה חשיבותם של הארוסולים במאזן הקרינה באטמוספירה, ובפרט בהקשר של התחממות כדור הארץ.

קל להבין את ההשפעה של החלקיקים על החזרת אור, משום שחלקיקים בהירים מחזירים אור, וחלקיקים כהים בולעים אור. מקרה קיצוני ומשום כך קל להבנה הם חלקיקי פיח על שלג. החלקיקים השחורים בולעים את אור השמש ומתחממים, והחלקיק החם גורם להמסת השלג שמסביבו. זו לא תאוריה מופשטת, אלא אפשר ממש לראות בעין שכאשר מניחים חלקיק שחור על שלג נוצרת סביבו שלולית (באור השמש כמובן). מכך מובן שאם יגיעו ענני פיח לאזורים שפני הקרקע מכוסים בשלג או קרח תיגרם התחממות. לעומת זאת חלקיקים בהירים יגרמו להתקררות.

למעשה השפעתם של הארוסולים על האקלים רבה אפילו יותר מאשר רק ההשפעה של בליעה או החזרה של אור, וזאת משום החשיבות שלהם ביצירת עננים. כאשר יש מספר גדול של ארוסולים יווצרו טיפות רבות. מכיוון שכך, עבור אותה כמות מים באטמוספירה, אם יהיו יותר ארוסולים יהיו יותר טיפות, שכל אחת מהן יותר קטנה. טיפות קטנות מחזירות אור יותר מאשר טיפות גדולות, וכך מספר גדול של טיפות קטנות יוצרות ענן לבן, שמחזיר חלק גדול יותר של הקרינה מהשמש אל החלל, ומפחית את כמות הקרינה שנבלעת בכדור הארץ. באופן כזה ריבוי ארוסולים גורם לקירור של כדור הארץ דרך השפעתם של האירוסולים על העננים.

כיום נחשבים האירוסולים לרכיב באטמוספירה שההשפעה שלו על התחממות כדור הארץ היא הפחות מוכרת וידועה. ההשפעה של האירוסולים במודלי האקלים נעה בין ביטול מוחלט של השפעת גזי החממה, מה שכמובן אנחנו יודעים שהוא לא נכון כי כדור הארץ מתחמם, ועד החרפה של ההתחממות. הכל כתלות בהרכב הארוסולים, כמותם, ואפילו היכן בדיוק הם נפלטים ולאן הם מגיעים.

מלבד ההשפעה שלהם על הסביבה, ארוסולים נחשבים כבעלי השפעה שלילית על בריאות האדם. יש לנו בגוף מערכות סינון טבעיות שמטרתן למנוע מחלקיקים להגיע לריאות. מערכת הסינון הראשונה היא האף, שבו יש שערות, ושגם המבנה שלו הוא כזה שנועד לגרום לחלקיקים להלכד על דפנותיו. זו אחת הסיבות שחשוב לנשום דרך האף. גם בהמשך דרכי הנשימה בנויות לתוכן מלכודות חלקיקים שמטרתן למנוע מחלקיקים להגיע לריאות. המלכודות הללו יעילות מאוד ואכן מצליחות למנוע מחלקיקים שגודלם מעל כ-1 מיקרון להכנס פנימה. אולם חלקיקים קטנים מכ-1 מיקרון מצליחים להגיע לריאות. רוב החלקיקים הקטנים באטמוספירה הם ממקור אנתרופוגני, לדוגמא חלקיקים שנפלטים ממנועי דיזל. לרוע המזל אלו גם החלקיקים שיש סיבה להניח שהחומרים שהם עשויים מהם הם מסוכנים. בחלקיקי דיזל יש תרכובות פחמן שונות שחלקן ידועות כמסרטנות, וגם אלו שלא די בוודאות לא מוסיפות לנו בריאות. זאת, לעומת חלקיקי אבק טבעי שהם פשוט מינרלים טבעיים שונים שאינם מזיקים, או אפילו סתם מלח ים שיש גם מי שטוענים שהוא מועיל. למעשה, במחקרים שנעשו התגלה כי אפילו כימיית הדם השתנתה לאחר חשיפה לחלקיקים קטנים, כלומר החלקיקים נכנסו לריאות ודרכן הגיעו אל מחזור הדם.

קוריוז מענין הוא שלפני יותר מעשור מנועי דיזל נחשבו ”בריאים“ יותר ממנועי בנזין משום שפלטו הרבה פחות גזים רעילים כגון SO2, NO, NO2, CO. עם התקנת ממירים קטליטיים במכוניות עם מנועי בנזין, ועם גילוי הסכנה שבחלקיקים, התהפך המצב וכיום מנועי דיזל נחשבים מסוכנים הרבה יותר ממנועי בנזין, משום שהם פולטים הרבה יותר (עד פי 100) חלקיקים. עם זאת, כיום קיימים לוכדי חלקיקים למנועי דיזל, מעין אנלוגיה לממיר קטליטי, שיכולים להפחית את כמות החלקיקים הנפלטת ממנועי דיזל ולעשותם שוב בטוחים כמו מנועי בנזין. כמובן שכפי שממיר קטליטי עולה כסף כך גם מלכודות החלקיקים. משום כך אף יצרן לא מתנדב להתקין אותם, ועד שלא יוצאו תקנות שמחייבות התקנה, כמו התקנות המחייבות התקנת ממירים קטליטיים בכל מכונית, מנועי הדיזל שאתם נתקלים בהם בכביש ימשיכו לזהם ולסכן את הבריאות הרבה יותר ממנועי בנזין.

בארץ נעשים מחקרים רבים על אירוסולים, אנתרופוגניים וטבעיים.

מחקר שאלי גנור ואנוכי ביצענו הראה, לדוגמא, שבתל-אביב הופר הסטנדרט הבריאותי לגבי ריכוז אבק מרחף שנתי במשך כמחצית מהשנים בכ-15 השנים האחרונות. עם זאת, הסטנדרט הופר עקב תוספת החלקיקים מסופות האבק הטבעיות שפוקדות אותנו בעונות המעבר ובחורף. לאחר הפחתת התוספת הטבעית קיבלנו שריכוז החלקיקים הממוצע השנתי לא עבר את התקן, כאשר מדובר בחלקיקים גדולים עד 10 מיקרון. עבור חלקיקים קטנים אין תקן, אולם אם נתייחס לתקן המוצע, ולתקנים המקובלים בעולם, אזי נקבל שהתקן מופר למעשה כל שנה, ובמקרה זה גם הפחתת תרומת סופות האבק הטבעיות לא תעזור. מסקנתנו היא כי הדרך היחידה לעמוד בתקני הבריאות ולהפחית את ריכוז החלקיקים באוויר היא להפחית את פליטת החלקיקים שמקורם אנושי. עבור תל-אביב פירושו של דבר להפחית את פליטת החלקיקים מתחבורה, מה שיקרה אם נעבור למכוניות מונעות בגז או, כמובן, מכוניות חשמליות. העיריה יכולה לתרום לכך על ידי חישמול כל הרכבים העירוניים, כפי שנעשה בערים אחרות בעולם כמו פאריס. דרך אחרת להפחית את פליטת החלקיקים היא חיוב התקנת מלכודות חלקיקים בכל מכוניות הדיזל, ובפרט ברכב כבד כלומר אוטובוסים ומשאיות. זו כמובן החלטה ברמה של הממשלה שצריכה לחול על כל הארץ.

כמה קישורים למי שרוצה ללמוד עוד בנושא :

http://en.wikipedia.org/wiki/Aerosol

http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov/gallery/?search=israel

http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6VH3-4WV15WK-3&_user=10&_coverDate=11%2F30%2F2009&_alid=1536552094&_rdoc=14&_fmt=high&_orig=search&_origin=search&_zone=rslt_list_item&_cdi=6055&_sort=d&_docanchor=&view=c&_ct=136&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=95f2b40866db3e3ecd8bcb51399d254b&searchtype=a

אודות אמנון סטופ

תחומי הענין הספרותיים שלי מאז ילדותי היו מדע בדיוני ופנטזיה, לפני כ-15 שנה גיליתי מחדש את הקומיקס, ומזה כמה שנים אני מתענין במנגה ובאנימה. זכיתי בתואר ד"ר בפיסיקה מאוניברסיטת תל-אביב, בתחום האסטרופיסיקה. מאז שנת 2000 אני עוסק בתחום הסביבה, במסגרת החוג לגאופיסיקה ומדעים פלנטריים באוניברסיטת תל-אביב. כמו כן, עבדתי במרכז הבינתחומי לחיזוי טכנולוגי שליד אוניברסיטת תל-אביב המתמחה בעתידנות.
הפוסט הזה פורסם בתאריך מדע פופולרי עם התגים , , , . קישור קבוע.

2 תגובות על מהם אירוסולים ומה חשיבותם לאנושות

  1. מאת מומלצי הבלוגוספירה:‏

    איזה כיף ללמוד משהו חדש ואכן למדתי.
    מאלף. מומלץ אצלי בפנאי.
    http://hamimlatsim.blogspot.com/2010/12/2312-1612.html

    אסתי כ.

כתיבת תגובה

האימייל שלך לא יוצג בבלוג. (*) שדות חובה מסומנים

*

תגי HTML מותרים: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

*