חוקרים ממכון ויצמן מצאו דרך לעקוב אחר שינויי החומציות באוקיינוס במשך ארבעה מיליארד שנים, ולהבין טוב יותר השפעות של שינויי אקלים

שינויי האקלים שעוברים על כדור הארץ בעשרות השנים האחרונות מתבטאים בין השאר בתמורות בחומציות מי האוקיינוסים. פחמן דו-חמצני – גז החממה העיקרי שנפלט מבעירה של דלקי מחצבים מתמוסס בריכוזים גבוהים יחסית במים והופך לחומצה פחמתית. העלייה בריכוז הגז באטמוספרה עלולה להתבטא גם בריכוזו בים ולהביא לעלייה בחומציות המים, שמשפיעה ישירות על מארג החיים המורכב שקיים באוקיינוסים ובימים. במאמר בכתב העת Science ניסו ד"ר איתי הלוי ממכון ויצמן למדע ואביב בחן מאוניברסיטת סטנפורד להעריך את השינויים בחומציות מי הים במיליארדי השנים שחלפו מאז נוצר כדור הארץ.

חומציות מודדים ביחידות pH, שככל שערכיהן נמוכים מ-7, כך רמת החומציות גבוהה יותר,   כלומר ריכוז הפרוטונים (אטומי מימן בעלי מטען חשמלי חיובי) גבוה יותר. חומר בדרגה 7 בדיוק הוא נייטרלי, וחומר בעל pH גבוה יותר הוא בסיסי. לפי ההערכה, מאז תחילת המהפכה התעשייתית ירד ה-pH של הים מ-8.25 ל-8.14, כלומר הפך פחות בסיסי ויותר חומצי.

יש חשיבות רבה להבנת התהליכים שמשפיעים על חומציות הים כיום ושהשפיעו עליה בעבר, בין השאר כדי שנוכל ליצור תחזיות מדויקות ואמינות יותר לעתיד. המודל שפיתחו החוקרים קושר בין גורמים כמו רמות הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה לריכוזי יונים (חלקיקים טעונים במטען חשמלי) בים כדי לחזות את החומציות שלו. סך ריכוזי היונים השונים בים, כמו יוני נתרן, כלור, אשלגן, ברזל, גופרית ועוד, מכתיב את ריכוז הפרוטונים ואת ה-pH.

אי אפשר כמובן למדוד ישירות את ריכוז הפרוטונים לאורך ההיסטוריה של כדור הארץ, אך יש מידע רב לגבי הריכוזים של היונים שהיו בים דרך שכבות סלעי המשקע שנוצרו במשך העידנים ממשקעים שהצטברו על הקרקעית והתקשו. החוקרים אספו נתונים רבים על ריכוזי היונים השונים ויצרו מאגר של ערכים שמשקף את התכונות הכימיות של הים בארבעה מיליארד השנים האחרונות. לאחר מכן שילבו את הנתונים במשוואה סטטיסטית שניבאה את רמת החומציות של המים בכל תקופה ותקופה.  

"לפני מיליארדי שנים השמש הייתה חלשה יותר, אף שאין עדות לכך שהאקלים היה קר בהרבה מהיום. אנו מייחסים את זה לכך שבאטמוספרה היו אז רמות גבוהות יותר של פחמן דו-חמצני לעומת היום, והוא יצר אפקט חממה. ככל שהשמש התחזקה, הפחמן הדו-חמצני התמעט", מסביר הלוי.

ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה הוא כאמור הגורם המרכזי לשינויים בחומציות מי הים, כך שאפשר להסיק מזה שמי הים היו חומציים יותר בעבר הרחוק. ואכן, תוצאות המודל העידו שבאוקיינוסים הקדומים, לפני שלושה-ארבעה מיליארדי שנים, חומציות הים נעה סביב 7.5-6. בסביבה הזו, החומצית יחסית למצב הקיים כיום, נוצרו החיים הראשונים על פני כדור הארץ, וממצאי המחקר יכולים לעזור להבין טוב יותר את התנאים שאפשרו את זה.

"מי הים היו חומציים בהרבה מכפי שהם כיום, ובתנאים האלה שגשגו צורות חיים ראשוניות ומחזורים כימיקליים התאזנו", מוסיף הלוי. "אבל מה כל זה אומר לנו לגבי המצב כיום? עלינו לזכור שהאיזון בין חומצות לבסיסים נשמר לאורך מיליוני שנים. פליטות הפחמן הדו-חמצני כיום כתוצאה משימוש בדלק ובפחם הן הרבה יותר מהירות, והאוקיינוסים – על היצורים החיים בתוכם – עלולים לא להסתגל במהירות מספקת לשינויים האלה. נכון, בעוד כמה מאות אלפי שנים האוקיינוסים עשויים להתאזן מחדש, אבל עד אז העלייה ברמות הפחמן הדו-חמצני והחמצת מי הים עלולים להזיק ליצורים הימיים ולסביבה הימית בכללותה. השאלה היא רק עד כמה".