כשאנחנו מסתכלים על השמיים ורואים את הקווים הלבנים מאחורי מנועי הסילון, קל לפקפק במה שאנחנו רואים. מסביב ל... קווי מיתרים של מטוס כל מיני תיאוריות מסתובבות, אבל המדע מסביר כבר שנים בצורה די ברורה מהן, כיצד הן נוצרות, ואיזה תפקיד הן ממלאות באקלים של כדור הארץ.
רחוק מלהיות a שיטת גיאוהנדסה או כלי צבאי, אסטלות הן מעל לכל עקבות של תופעה פיזיקלית הקשורה לאדי מים וטמפרטורות נמוכות מהשכבות העליונות של האטמוספירה. עם זאת, השפעתו על ההתחממות הגלובלית נמצאת תחת ביקורת מצד הקהילה המדעית, במיוחד באירופה, שם התנועה האווירית אינטנסיבית ומרוכזת מאוד במסדרונות מסוימים.
מהם בעצם קווי תקיפה של מטוסים?
קווי תקיפה של מטוס אינם מכילים חומרים כימיים או ביולוגיים נוספים.הם גם לא משמשים ככלי סודי לשינוי מזג האוויר. מה שיוצא מהמנועים הוא, ביסודו, תערובת של גזים וחלקיקים, ובתוך תערובת זו רק אדי מים אחראים ישירות להיווצרות של קשתות עיניים.שאר הרכיבים של מערכת הפליטה אינם אלה שיוצרים את הפסים הלבנים שאנו רואים מהקרקע.
לדברי נציג הסוכנות המטאורולוגית הממלכתית (AEMET) בנווארה, פלומה קסטרו לוברה, המפתח נמצא ב- טמפרטורה נמוכה במיוחד של הרמות העליונות של הטרופוספירההשכבה הראשונה של האטמוספירה שבה טסים מטוסים מסחריים במשך רוב מסעם. בגבהים אלה, בין כ-8 ל-12 קילומטרים מעל הקרקע בקווי רוחב בינוניים, נפוץ למצוא טמפרטורות בין -30 ל- -50 מעלות צלזיוס.
כאשר סילון האוויר החם והלח מהמנוע מתערבב עם האוויר הקר מאוד הזה, ה- אדי מים מתעבים וקופאים, ויוצרים גבישי קרחגבישים זעירים אלה הופכים את הקונטרייל לגלוי, לפעמים מופיע כקו דק מאוד ולפעמים כפס רחב יותר, דמוי צירוס. ככל שהאטמוספירה החיצונית קרה יותר, ככל שהשביל יכול להישאר זמן רב יותר בשמיים מבלי להתפוגג.
התנהגות זו ניכרת במיוחד באזורי הקוטב כמו אנטארקטיקה, שם האוויר קר ויבש. שם, שובל אדי המים שמשאיר מטוס בולט הרבה יותר ועמידים יותר זמן מאשר באזורים ממוזגים, כך שהשבילים יכולים להישאר גלויים למשך תקופות ארוכות, להתרחב ולתפוס שטחים ניכרים.
גובה, רוחב וריכוז קונטרייל
הקלות שבה נוצרים ומתוחזקים קווי גבול תלויה גם ב גובה הטרופופאוזה, הגבול העליון של הטרופוספירהגבול אטמוספרי זה אינו באותו גובה על פני כדור הארץ: בקטבים הוא בדרך כלל כ-8 קילומטרים, בקווי רוחב בינוניים הוא כ-10-12 קילומטרים ובאזורים הסמוכים לקו המשווה הוא יכול להגיע לכ-16 קילומטרים.
פרט זה חשוב מכיוון שמטוסים מסחריים הם טסים בדיוק בסביבת המעבר בין הטרופוספירה לסטרטוספירה.במילותיו של קסטרו, יצירת קווי תקיפה (contrails) אינה תהליך "מתמטי": האם הם מופיעים או לא, והאם הם נמשכים זמן רב יותר או קצר יותר, תלוי בתנאי היום הספציפי ובאזור שמעליו טסים, גם אם המטוס שומר על גבהים דומים.
באזורים עם נפח עסקאות גבוה, כמו מדריד, ברצלונה, לונדון או פריזנפוץ לראות נחילים של ממש של קונטריילים. המטאורולוג מצטט את העיר טולדו, דרומית-מערבית למדריד, כדוגמה: בכל יום נתון, כל מה שצריך לעשות הוא להרים את מבטו כדי לראות תריסר אסטלות בו זמניתמשהו דומה קורה בחוף ברצלונה, שם שייט פשוט מאפשר לכם להרהר בשמיים המצויים באינספור פסים לבנים.
הצטברות קווים זו יכולה להיות בולטת, ולעתים מדאיגה, עבור אלו שאינם מכירים את התופעה, אך אין זה אומר שהמטוסים מרססים חומרים נוספים.מה שאנחנו רואים הוא התעבות של אדי מים וקרח באזורים ספציפיים מאוד באטמוספירה. כפי שמציין קסטרו, לא מדובר במקרה של שחרור מכוון של גזי חממה, אלא בתופעה פיזיקלית הקשורה להפעלת הכורים עצמם.למרות שהשפעתו האקלימית הגלובלית נחקרת.
מקווים דקים ועד עננים גבוהים המשפיעים על מזג האוויר
מנקודת מבט פיזית, ה- שובלי עיבוי או קווי ניגוד הם נוצרים כאשר גזים חמים ולחים הנפלטים ממנועים פוגשים שכבות של אוויר קר מאוד רוויות בלחותהחלקיקים הנמצאים באגזוז פועלים כ"זרעים" עליהם מתעבים אדי מים, בסופו של דבר קופאים ויוצרים ענן ליניארי של גבישי קרח.
בשלביו הראשונים, ענן זה הוא קו דק ומוגדר היטבאבל אם תנאי מזג האוויר יאפשרו זאת, ייתכן להתרחב, להשתלב בסביבה ולהפוך לענן גבוה בדומה לענני צירוסתצורות בגובה רב אלו ממלאות תפקיד מורכב באיזון הקרינה של כדור הארץ: הן משקפות חלק מקרינת השמש הנכנסת, אך הן גם שומרות על החום הנפלט מפני כדור הארץ לחלל.
מחקר האקלים מסכים כי, באופן כללי, ענני הקונטרה וענני הציר הנגזרים מהם יוצרים אפקט התחממות נטו, במיוחד בלילה, כאשר אין עוד אור שמש להחזירו והתפקיד הדומיננטי הוא ללכוד את קרינת האינפרא אדום הנפלטת מהקרקע והאוקיינוסים.
בהקשר זה, מספר מחקרים מצביעים על כך קווי גז של מטוסים עשויים להיות אחראים לחלק משמעותי מאוד מההשפעה האקלימית של התעופה., אולי עד כמעט מחצית אם מוסיפים יחד את תרומתם של קווי פסי הליניאריים הנראים לעין ואלו המוטמעים בעננים קיימים.
שבילים "נסתרים" בתוך ענני צירוס
מעבר לשבילים הנראים לעין בשמיים בהירים, המדע החל להתמקד בסוג אחר, פחות ברור של שביל: ה- שובלי עיבוי הנוצרים בתוך עננים גבוהים קיימים, במיוחד ענני צירוסקווי ניגוד "מוטבעים" אלה אינם ניתנים להבחנה לעין בלתי מזוינת כקווים בודדים, אך הם יכולים לשנות באופן ניכר את מבנה הענן שהם עוברים דרכו.
יצירה של ה- המכון למטאורולוגיה של אוניברסיטת לייפציג הצליח לראשונה לכמת תופעה זו, שנחקרה מעט בעבר. על ידי שילוב נתוני מיקום מטוסים עם תצפיות לוויין מבוססות לייזר, הצוות ניתח יותר מ 40.000 מקרים בין 2015 ל-2021, ומשווה את הנקודות שבהן נתיב הטיסה ומדידת הלוויין חפפו כדי לזהות שינויים בענני צירוס המיוחסים למעבר כלי טיס.
התוצאות מצביעות על כך שאלו קונטריילים משובצים תורמים כ-10% מאפקט ההתחממות המיוחס לקוניאליים ליניאריים גלויים.בקנה מידה עולמי, חוקרים מעריכים כי כוח קרינה שנתי ממוצע של כ-5 מיליוואט למטר מרובע, נתון שאינו חסר משמעות כאשר מסוכמים את כל הגורמים המרכיבים את מאזן האנרגיה של האטמוספירה.
המחקר גם מבהיר ספק שריחף מעל הוויכוח המדעי: היו ספקולציות שבמקרים מסוימים, אילוץ מטוסים לעבור דרך ענני צירוס עלול להפוך את האיזון וליצור אפקט קירור נטועל ידי שינוי הענן באופן שיגביר את יכולתו להחזיר קרינת שמש. תצפיות אינן תומכות בהשערה זו; המחברים אינם מוצאים ראיות מוצקות להשפעת קירור דומיננטית במצבים אלה.
כתוצאה מכך, הסטת טיסות באופן מכוון לחציית אזורי ענני צירוס מתוך רעיון של השגת "טיסה ירוקה" נראית כאסטרטגיה לא מציאותית.קווי קונטרייל, רחוקים מקיזוז ההתחממות, מוסיפים השפעה נוספת שיש לכלול בהערכות האקלים של תחבורה אווירית.
המגפה והשבילים באטמוספירה
הירידה הדרסטית בתנועת האוויר במהלך מגפת COVID-19 זה הציע הזדמנות כמעט ניסיונית לחקור את השפעת קווי המתאר בהקשר של פעילות אנושית מופחתת. בשנת 2020, מספר הטיסות צנח, ועמו כמות ההפרעה הנגרמת על ידי כלי טיס בענני צירוס ובטרופוספירה העליונה.
חוקרים בלייפציג גילו כי בתקופה זו, האטמוספירה התקרבה למצב הדומה יותר לתנאים טרום-תעשייתיים.עם פחות "רעש" הקשור לחלקיקים והפרעות ממקור אנושי. באופן פרדוקסלי, בתרחיש נקי יותר זה, ה- האות הקרינתי מהסטלות המשובצות התבהרדווקא בגלל שהיו פחות הפרעות רקע.
עם זאת, ההשפעה הייתה זמנית. עם התאוששות התנועה האווירית בשנת 2021, המדדים חזרו במהירות לערכים דומים לאלה שלפני המגפה.זה מדגיש את המידה שבה התעופה המודרנית משפיעה על המיקרופיזיקה של עננים גבוהים ועל מאזן הקרינה של האטמוספירה.
המחקר מצביע על כך שההשפעה נטו של שבילים נסתרים אלה תלויה בגורמים רבים: תכונות ענן הציר המקורי, מיקום השמש, השעה ביום (עם התנהגות שונה במהלך היום ובלילה) והזמן שחלף מאז שנוצר השביל. באופן כללי, ה קונטראילים צעירים יותר, שנצפו ב-15 הדקות הראשונות, נוטים לייצר חימום מקומי גדול יותר. אלה שהתמזגו עם ענן הרקע וכבר אינם ניתנים להבחנה בבירור.
הימנעות מקווי גבול: דרך מהירה אך מורכבת להפחית את השפעת האקלים
אחד הרעיונות שמעוררים את העניין הרב ביותר בקרב מדענים, חברות תעופה ורגולטורים אירופאים הוא האפשרות של צמצום ההשפעה האקלימית של התעופה על ידי הימנעות, ככל האפשר, מאזורים באטמוספירה הנוטים להיווצרות קווי גבול מתמשכים.ההיגיון פשוט: אם הבעיה אינה רק פליטת CO₂, אלא גם ענני הקרח הנוצרים מאחורי מטוסים, מניעת היווצרותם יכולה להפחית במהירות חלק מאפקט ההתחממות.
בניגוד לפחמן דו-חמצני, שיכול להישאר באטמוספירה במשך עשרות שנים, לקווי קונטרה יש השפעה כמעט מיידית וקצרת מועדאם ניתן לבצע טיסה שתמנע יצירת קונטרייל באזור קריטי, היתרון האקלימי מורגש מהרגע שהמטוס חולף מעליו, מבלי שיהיה צורך להמתין שנים כדי לראות את התוצאה.
על הנייר, זה מספיק כדי התאימו מעט את הגובה או את המסלול כדי להימנע משכבות האוויר הקרות והלחות יותרזה דומה לאופן שבו רמות הטיסה מכוונות כיום כדי למנוע מערבולות. בפועל, האתגר גדול בהרבה: זה דורש דיוק ניכר. היכן ומתי יתרחשו התנאים המעודדים היווצרות של קונטריילים מתמשכיםולעשות זאת תוך הבטחת בטיחות, ניהול תנועה אווירית וצריכת דלק.
כדי להתמודד עם אתגר זה, הקהילה המדעית מנתחת את רישומים של קווי גבול שכבר נוצרו ונתונים אטמוספריים על מנת לפתח מודלים חיזויים. שם ה- תמונות לווייןהמאפשרים תצפית על שטחים נרחבים של השמיים ושחזור התנהגותם של קווי תקיפה במצבי טיסה אמיתיים.
מה לוויינים גיאוסטציונריים רואים (ולא רואים)
נכון לעכשיו, הכלי העיקרי לניטור קונטריילים בקנה מידה גדול הוא לוויינים גיאוסטציונריים (GEO)ממוקמים כ-36.000 קילומטרים מעל קו המשווה, הם מסתובבים באותו קצב כמו כדור הארץ ויכולים לצפות... תמיד אותו אזור, יום ולילהלוכדים תמונות חדשות כל כמה דקות. כיסוי רציף זה הופך אותן לעמוד השדרה של ניטור האטמוספירה באירופה ובאזורים אחרים בעולם.
עם זאת, מחקר שנערך לאחרונה על המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) זה מזהיר מפני מגבלה חשובה: בעת השוואה תמונות של קווי גבול שצולמו על ידי לווייני GEO ולוויינים במסלול נמוך של כדור הארץ (LEO)קרוב הרבה יותר לפני השטח של כדור הארץ, חוקרים זיהו מספר רב של עקבות החומקים מהתצוגה הגיאוסטציונרית.
לפי תוצאותיהם, לוויינים גיאוסטציונריים מפספסים כ-80% מהקווי גבול המופיעים בתמונות לוויין LEOהסיבה היא בעיקר גיאומטרית וקשורה לרזולוציה: בהיותם רחוקים יותר, ה-GEOs מזהים בבירור רק את קווי גבול גדולים, מפותחים ונפוצים יותרבעוד שהקצרים, הדקים והחדשים יותר מטושטשים לתוך הפיקסלים.
אין זה מרמז על כך שההשפעה של 80% מהאקלים הקשורה לקווי גבול מתעלמת, שכן ענני קרח גדולים וצפופים יותר הם בדרך כלל אלה שמייצרים את כוח הקרינה הגדול ביותר.אבל זה כן מדגיש שהתמונה שיש לנו כרגע אינה שלמה, וכי על מנת לתכנן אסטרטגיות יעילות להפחתת נזקים, כמו כן, יש צורך לשמור על השלבים המוקדמים והפחות גלויים של עקבות אלה תחת שליטה..
לוויינים במסלול נמוך סביב כדור הארץ ומצלמות קרקעיות: יותר עיניים לשמיים
ل לוויינים במסלול נמוך (LEO) הם טסים בגבהים נמוכים בהרבה מאשר מטוסים גיאוגרפיים (GEO), ולכן, הם מציעים רזולוציה מרחבית טובה בהרבה.זה מאפשר להם ללכוד פרטים שבלתי אפשרי להבחין ביניהם מלוויין גיאוסטציונרי בגובה 36.000 קילומטרים: שבילים קצרים, מבנים דקים יותר, שינויים ראשוניים בהיווצרות גבישי קרח וכו'.
החיסרון הוא ש-LEO הם לא יכולים לצפות באותו אזור ברציפות.הם מצלמים תמונה רק כשהם עוברים מעל נקודה, כך שיכולות לחלוף שעות רבות בין שתי תצפיות באותו מיקום. חוסר "צילומים רציפים" מגביל את התועלת שלהם אם משתמשים בהם בנפרד כדי לנטר את האבולוציה המלאה של קווי תקיעה.
לכן, גם המחקר של MIT וגם עבודות אחרונות אחרות מצביעות על גישה רב-תצפיתיתכדי לשלב את נקודות החוזק של כל סוג חיישן, לווייני GEO יתרום את כיסוי זמני כמעט ללא הפרעהה-LEO, ה- פתרון ופרטי השלבים המוקדמים; וה רשתות של מצלמות הממוקמות על הקרקע הם יכלו לתעד בזמן אמת את הרגע המדויק שבו כלי טיס מייצר קונטרייל מעל שדה תעופה או מסדרון סואן.
בעזרת שילוב זה, החוקרים מעלים את האפשרות של לעקוב אחר מחזור החיים המלא של קונטרילמרגע שהוא עוזב את המנוע, הוא עובר שלב ליניארי, ואם התנאים מאפשרים, הופך לענן קרח נרחב או מתפוגג כמעט לחלוטין. עם מספיק נתונים שנצברו, ניתן יהיה להשתמש באימון. מודלים של חיזוי בזמן אמת המסוגלים לציין באיזה גובה ובאילו אזורים סביר להניח להתרחש קווי מעגל בעלי השפעה אקלימית גבוהה.
לקראת מערכות חיזוי לתעופה אירופאית
באירופה, שבה המרחב האווירי מאוכלס בצפיפות ומדיניות האקלים הופכת מחמירה יותר ויותר, ניתן לשלב מידע מסוג זה ב... מערכות ניהול תנועה אוויריתבדיוק כפי שטייסים מקבלים כיום אזהרות מפני מערבולת או סופות, בעתיד הם יוכלו לקבל התראות לגבי... אזורים הנוטים להיווצרות של קונטרה-טרליים מתמשכים.
אם מודל אמין יזהה שבגובה מסוים, תנאי לחות וטמפרטורה יעדיפו היווצרות של קונטרייל בעל השפעה קרינתית גבוהה, זה יכול להיות ממליץ על שינוי בגובה הטיסה של כמה מאות מטריםההתאמה קטנה יחסית, אך היא יכולה לעשות את ההבדל בין יצירת ענן קרח מתמשך לבין הליכה על קצות האצבעות דרך שכבת אוויר פחות רגישה.
חוקרי MIT מתעקשים ש חיישנים גיאוסטציונריים יישארו חיוניים בגלל יכולתו לכסות שטחים גדולים ולספק רצף תמונות כמעט רציף. אבל הם גם מזהירים ש הסתמכות אך ורק עליהם מספקת תמונה חלקיתזה רלוונטי הן למדע והן לחברות תעופה שרוצות ליישם אסטרטגיות להימנעות מקווי גז.
במקביל, הדלת נפתחת לפריסה רשתות מצלמות קרקעיות בשדות תעופה ונקודות אסטרטגיותמערכות אלו מסוגלות לקשר כל קונטרייל לטיסה ספציפית, לקבוע את הגובה המדויק שבו הוא נוצר, ולעקוב אחר גדילתו ופיזורו בעזרת לוויינים. כל זה יאפשר בניית מסדי נתונים חזקים שבעזרתם ניתן לשפר מודלים חיזויים.
מחקרים עדכניים מצביעים על כך קווי גז של מטוסים הם מרכיב מרכזי בהשפעת האקלים של מגזר התעופה.תצורות עננים אלו נראות כקווים גלויים בשמיים בהירים או כשבילים המשובצים בעננים גבוהים. הן תוצאה של תופעה פיזיקלית מובנת היטב - עיבוי וקפיאה של אדי מים באוויר קר מאוד - ולא של תוכניות סודיות לשינוי מזג אוויר, אך השפעתן על ההתחממות הגלובלית דורשת שיקול דעת רציני. ניצול מיטבי של השילוב של לוויינים גיאוסטציונריים, לוויינים במסלול נמוך סביב כדור הארץ ותצפיות קרקעיות יכול לסייע בתכנון מסלולים וגבהים המפחיתים את מספרם ואת התמדתם של עננים מלאכותיים אלו, צעד נוסף באתגר הרחב יותר של הפיכת טיסות לפחות יקרות לאקלים.
