עקומת קילינג

עקומת קילינג (באנגלית: Keeling Curve) היא גרף של השינוי השנתי וההצטברות הכוללת של פחמן דו-חמצני באטמוספירת כדור הארץ  המבוסס על מדידות רציפות שנלקחו במצפה מאונה לואה באי הוואי משנת 1958 ועד היום. העקומה קרויה על שמו של המדען צ'ארלס דייוויד קילינג , שהתחיל את תוכנית הניטור ופיקח עליה עד מותו בשנת 2005.

המדידות של קילינג הראו את העדויות המשמעותיות הראשונות לעלייה מהירה ברמות הפחמן דו-חמצני (CO2) באטמוספירה. לדברי נעמי אורסקס, פרופסורית להיסטוריה של המדע באוניברסיטת הרווארד, עקומת קילינג היא אחת העבודות המדעיות החשובות ביותר של המאה ה-20. מדענים רבים זוקפים לזכותה של עקומת קילינג את הפניית תשומת הלב העולמית הראשונה לעלייה הנוכחית של CO2 באטמוספירה.

 רקע 
לפני שנות ה-50 של המאה ה-20, מדידות של ריכוזי CO2 אטמוספיריים נלקחו על בסיס אד הוק במיקומים שונים. בשנת 1938, המהנדס והמטאורולוג החובב גיא סטיוארט קלנדר  השווה מערכי נתונים של CO2 אטמוספירי מקיו בשנים 1898–1901, שעמדו על ממוצע של 274 חלקים למיליון בנפח (ppm), וממזרח ארצות הברית בשנים 1936–1938, שעמדו על ממוצע של 310 ppm, והגיע למסקנה שריכוזי ה-CO2 עולים עקב פליטות אנתרופוגניות. עם זאת, ממצאיו של קלנדר לא התקבלו באופן נרחב על ידי הקהילה המדעית בשל אופיין המקוטע של המדידות.

צ'ארלס דייוויד קילינג ממכון סקריפס לאוקיינוגרפיה באוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו היה האדם הראשון שביצע מדידות קבועות ותכופות של ריכוזי CO2 אטמוספיריים באנטארקטיקה, ועל מאונה לואה, הוואי, החל ממרץ 1958 ואילך. קילינג בדק והפעיל קודם לכן טכניקות מדידה במיקומים שכללו את ביג סר ליד מונטריי, יערות גשם בחצי האי אולימפיק במדינת וושינגטון, ויערות הרים גבוהים באריזונה. הוא הבחין בהתנהגות יומית חזקה של CO2, עם עודף CO2 בלילה עקב נשימה של צמחים וקרקעות, וערכי אחר צהריים המייצגים את "האטמוספירה החופשית" מעל חצי הכדור הצפוני.

 מדידות מאונה לואה 
טקסט=|ממוזער|400x400 פיקסלים|מצפה מאונה לואה בהוואי
בשנים 1957–1958, השנה הגאופיזית הבין-לאומית, השיג קילינג מימון מלשכת מזג האוויר של ארצות הברית  כדי להתקין מנתחי גז באינפרא אדום במיקומים מרוחקים, כולל בקוטב הדרומי ועל הר הגעש מאונה לואה שבאי הוואי. מאונה לואה נבחר כאתר ניטור ארוך טווח בשל מיקומו המרוחק והמבודד הרחק מיבשות והיעדר הצמחייה שבו. קילינג ושותפיו מדדו את בריזת האוקיינוס הנכנסת מעל שכבת ההיפוך התרמי כדי למזער זיהום מקומי מלועות געשיים. הנתונים עברו נרמול כדי להסיר כל השפעה של זיהום מקומי. בשל קיצוצים במימון באמצע שנות ה-60, נאלץ קילינג לנטוש את מאמצי הניטור הרציפים בקוטב הדרומי, אך הוא גירד מספיק כסף כדי לשמור על הפעילות במצפה מאונה לואה, שנמשכת עד עצם היום הזה.

מאמרו של קילינג בכתב העת Tellus משנת 1960 הציג את הרשומות החודשיות הראשונות של CO2 ממאונה לואה ואנטארקטיקה (1957 עד 1960), ומצא "מחזור עונתי ברור... ואולי, עלייה עולמית ב-CO2 משנה לשנה." עד שנות ה-70 היה מבוסס היטב שהעלייה בפחמן הדו-חמצני באטמוספירה נמשכת ונובעת מפליטות אנתרופוגניות.

מדידות פחמן דו-חמצני במצפה מאונה לואה בהוואי מבוצעות באמצעות סוג של ספקטרופוטומטר אינפרא אדום, הידוע כחיישן אינפרא אדום לא נפיץ, אשר מכויל בשימוש בתקנים של הארגון המטאורולוגיה העולמי. סוג זה של מכשיר, שנקרא במקור קפנוגרף, הומצא לראשונה על ידי ג'ון טינדל בשנת 1864, ותועד על ידי רישומי עט על גבי רשם תרשים פס. כיום, מתווספים מספר חיישני לייזר כדי לפעול במקביל לספקטרופוטומטר האינפרא אדום במכון סקריפס לאוקיינוגרפיה, בעוד מדידות של מנהל האוקיינוסים והאטמוספירה הלאומי במאונה לואה עדיין משתמשות בחיישן האינפרא אדום הלא נפיץ.

 תוצאות ופרשנות 
המדידות שנאספו במצפה מאונה לואה מראות עלייה מתמדת בריכוז ה-CO2 האטמוספירי הממוצע מ-313 חלקים למיליון בנפח (ppm) במרץ 1958 ל-406 ppm בנובמבר 2018, עם עלייה נוכחית של 2.48 ± 0.26 (ממוצע ± 2 סטיות תקן) ppm CO2 לשנה. עלייה זו ב-CO2 האטמוספירי נובעת מבעירה של דלקי מאובנים, והיא הואצה במאה ה-21. מכיוון ש-CO2 הוא גז חממה, יש לכך השלכות משמעותיות על ההתחממות העולמית. מדידות של ריכוז CO2 בבועות אוויר עתיקות הכלואות בליבות קרח קוטביות מראות שריכוז ה-CO2 האטמוספירי הממוצע היה בין 275 ל-285 ppm במהלך תקופת הולוקן (מ-9,000 לפני הספירה ואילך), אך החל לעלות בחדות בתחילת המאה ה-19.

עקומת קילינג מראה גם שונות מחזורית של כ-6 ppm מדי שנה, התואמת לשינוי העונתי בקליטת ה-CO2 על ידי הצמחייה היבשתית בעולם. רוב הצמחייה הזו נמצאת בחצי הכדור הצפוני, היכן שרוב היבשה ממוקמת. מהערך המקסימלי במאי, הרמה יורדת במהלך האביב והקיץ הצפוניים כאשר צימוח חדש של צמחים מוציא CO2 מהאטמוספירה באמצעות פוטוסינתזה. לאחר הגעה לערך מינימלי בספטמבר, הרמה עולה שוב בסתיו ובחורף הצפוניים כאשר צמחים ועלים מתים ומרקיבים, ומשחררים CO2 חזרה לאטמוספירה.

 מורשת 
 ניטור עולמי 
בחלקו הודות לחשיבות ממצאיו של קילינג, מנהל האוקיינוסים והאטמוספירה הלאומי החל לנטר רמות CO2 ברחבי העולם בשנות ה-70.Keeling, Charles D. (1978). "The Influence of Mauna Loa Observatory on the Development of Atmospheric CO2 Research". In Mauna Loa Observatory: A 20th Anniversary Report. (National Oceanic and Atmospheric Administration Special Report, September 1978), edited by John Miller, pp. 36–54. Boulder, CO: NOAA Environmental Research Laboratories. רמות ה-CO2 האטמוספירי מנוטרות בכ-100 אתרים ברחבי העולם באמצעות רשת הייחוס העולמית לגזי חממה. מדידות באתרים מבודדים רבים אחרים אישרו את המגמה ארוכת הטווח שמראה עקומת קילינג, אף על פי שלאף אתר אין תיעוד ארוך כל כך כמו למאונה לואה.
ממוזער|עקומת ICOS המראה את רמות ה-CO2 באטמוספירה באירופה בין השנים 1990 ו-2025

 עקומת ICOS 
מערכת התצפית הפחמנית המשולבת (באנגלית: Integrated Carbon Observation System; בראשי תיבות:ICOS) אוספת נתונים מ-38 אתרי ניטור ברחבי אירופה ומרכיבה עקומה הדומה לעקומת קילינג. היא זכתה לכינוי עקומת ICOS. עקומה זו מציגה ריכוז ממוצע של CO2 הגבוה במעט מהממוצע העולמי, שכן אירופה צפופה באוכלוסין ועדיין פולטת רמות גבוהות של CO2.

 ראלף קילינג 
מאז מותו של צ'ארלס דייוויד קילינג בשנת 2005, האחריות והפיקוח על הפרויקט הועברו לבנו של קילינג, ראלף קילינג. במלאת חמישים שנה לתחילת הפרויקט, כתב קילינג הבן מאמר במגזין Science המתאר את חייו ועבודתו של אביו וכיצד הפרויקט גדל והתפתח עם הזמן. לצד חומרי מדידה מדויקים יותר ומימון לפרויקט ניטור רמות ה-CO2 בכדור הארץ, קילינג כתב על גאוותו בעבודת אביו וכיצד המשיך אותה לזכרו.

 הוקרה 
בשנת 2015, הוכרזה עקומת קילינג כציון דרך היסטורי לאומי בכימיה על ידי האגודה האמריקנית לכימיה. לוחות זיכרון הוצבו במצפה מאונה לואה ובמכון סקריפס לאוקיינוגרפיה באוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו.

 חציית 400 ppm ב-2013 
ב-9 במאי 2013, הריכוז הממוצע היומי של CO2 באטמוספירה שנמדד במאונה לואה חצה את רף 400 החלקים למיליון (ppm). הערכות של CO2 בתקופות גאולוגיות קודמות קודמים מרמזות שה-CO2 לא הגיע לרמה זו מאז תקופת האמצע הפליוקן, לפני 2 עד 4 מיליון שנים. רמה זו של פחמן דו-חמצני, הגורמת לשינוי אקלים, מצביעה על החמרה מתמשכת באסונות טבע ואקולוגיים, אשר מאיימת יותר ויותר על בתי הגידול של בני אדם ובעלי חיים על פני כדור הארץ, אם פליטות גזי החממה לא יופחתו משמעותית.

 תרשים קילינג 
תרשים קילינג הוא ייצוג גרפי של שינויים ב-δ13C (יחסי איזוטופים של פחמן) (ציר ה-y), המשורטטים מול ההופכי של ריכוז ה-CO2 (קרי 1/[CO2]) (ציר ה-x), ומשמש לזיהוי מקורות ובולעי פחמן בתוך מערכות אקולוגיות, עבור מחקרים בפלאוקלימטולוגיה, או למחקרי מחזור הפחמן.

 ראו גם 
 הסכם פריז (2015)

 קישורים חיצוניים 

 אתר האינטרנט הרשמי של קילינג קורו. מכון סקריפס לאוקיינוגרפיה, אוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו
 CO2 כדור הארץ: גרסה מתעדכנת מדי שנה של עקומת קילינג
 שינויי האקלים ברורים במאונה לואה, NPR, יום אחר יום, 1 במאי 2007
 מכון סקריפס לאוקיינוגרפיה CO2 -תוכנית: מקור עקומת קילינג

 הערות שוליים 

קטגוריה:אטמוספירת כדור הארץ