ביולי 2003 הצהיר הארגון המטאורולוגי העולמי (WMO) שאירועי מזג האוויר החריגים צפויים להתגבר, ושהם מהווים עדות להתחממות הגלובלית. בהודעה מצוטט הפאנל הבין־ממשלתי לשינויי אקלים (IPCC), אשר בדו"ח האחרון שלו כתוב לראשונה כי ניתן להבחין בהשפעה אנושית על מהלך האקלים בחמישים השנים האחרונות.
הפאנל הבין־ממשלתי הוא הגוף המספק למקבלי החלטות את הבסיס המדעי על שינויי אקלים. לא פלא, אם כן, שהתמונה שיש לרוב העוסקים בנושא מקורה בגרף המפורסם שהפיק הפאנל ובו חוזים מודלים אקלימיים עלייה הדרגתית של בין 1.4 ל־5.8 מעלות צלזיוס בממוצע העולמי עד שנת 2100.
רוב הדיון בנושא שינויי האקלים נשען על ההנחה הנוחה הזו, לפיה כדור הארץ יתחמם לאיטו, והנוף ומזג האוויר ישתנו בהתאם לאורך עשרות או אף מאות שנים. זהו לוח זמנים ארוך מבחינה אקלימית וכמעט נצח במושגים פוליטיים.
הגרף שהפיק הפאנל פתח את הרצאתו של פרופ' ריצ'רד אלי בכינוס על "שינויי אקלים חדים" של החברה המלכותית בלונדון, שנערך בפברואר 2003. אלי הוא פליאוקלימטולוג (כלומר, חוקר את האקלים ששרר לפני שהחלו מדידות המכשירים) מאוניברסיטת פנסילבניה. הוא שותף במחקר גלעיני קרח ארוכים שנקדחו מכיפת הקרח בגרנלנד, אותם הוא מכנה "מכונת זמן", משום שהם מספקים לנו עדויות רבות על אקלימי העבר.
"האם התמונה המוצגת למקבלי ההחלטות אינה אופטימית מדי?", שאל אלי, והתייחס בעיקר להחלקה שעבר הגרף לקראת פרסומו ולעלייה ההדרגתית הצפויה בטמפרטורה. "כשאנחנו מסתכלים על רשומות מהעבר, נראה כי האקלים השתנה בחדות ולא באופן הדרגתי; זה נכון לכל מקום ובכל זמן שאנו בוחנים, חוץ מאשר בכמה אלפי השנים האחרונות, שבהן התחילו הציוויליזציות לפתח חקלאות ותעשייה".

הזיגזג הוויקינגי
המשך הרצאתו של אלי שפע גרפים מפותלים, שמשקפים אקלים הפכפך המשתנה בפתאומיות ובחריפות בכל כמה אלפי שנים, ובמהירות עוצרת נשימה. אלי התעכב על זיגזוג קטנטן בגרף: התחממות קלה בסביבות שנת אלף לספירה אִפשרה לאריק האדום, מנהיגם האגדי של הוויקינגים, לשוט ברחבי צפון האוקיינוס האטלנטי ולהתיישב באיסלנד ובגרנלנד, ולאנגלים לגדל גפנים.
כמה מאות אחר כך, בערך ב־1400 לספירה, החלה התקררות שנמשכה עד אמצע המאה ה־19 ומוכרת בשם הקצת יומרני "תקופת הקרח הקטנה". בתחילת ההתקררות הצטמצמו יישובי הוויקינגים בגרנלנד אל רצועת החוף; עם המשך ההתקררות הם הפסיקו לעבד את האדמה, "הכניסו את החיות הביתה, אכלו אותן ונעלמו…", כדבריו של אלי.
מהמשכה של התקופה הזו מוכרים לנו נופים אירופאיים קפואים מציורו של פיטר ברויגל האב, "ציידים בשלג", וגם רשמים קפואים פחות מפורסמים מצדו השני של האוקיינוס, כמו ציורו של עמנואל גוטליב לויצה, "ג'ורג' וושינגטון חוצה את הדלוור". זהו קצהו של הזיכרון התרבותי שלנו וזהו ההקשר שבו דנים רוב האנשים בסוגיית שינויי אקלים.
"אלו היו תנודות של כמעלה וחצי. הן לא קבעו את אורח חייהם של בני האדם, אבל ללא ספק היו אלו שינויים שהשפיעו עליהם", אמר אלי וחשף את חציו הקדום יותר של הגרף. תמונה דרמטית הרבה יותר מתגלה. בעת ההתחממות מתקופת הקרח האחרונה, הטמפרטורות נסקו במהירות אל טווח קרוב לזה של ימינו, צנחו חזרה במספר קפיצות גדולות, העולם קפא לכ־1,500 שנה, ואז התרחש טלטול נוסף: הטמפרטורות עלו שוב בכשמונה מעלות צלזיוס בתוך כעשר שנים, כמות השלג שירדה בגרנלנד הוכפלה בתוך שלוש שנים.
עדויות אחרות, מעשרות מקומות בעולם, מראות שהשינויים לא אפיינו את גרנלנד בלבד. תקופת הקרח בעולם כולו הסתיימה, ואז החלה לפתע שוב והסתיימה שוב במהירות עצומה. ההיפוכים האלו אינם חלק ממצעד תקופות הקרח. תקופת הקרח תמה קודם לכן, וכיסוי הקרח קטן לכמחצית. הם גם לא התרחשו בגלל עלייה בכמות הפחמן הדו חמצני באטמוספרה.
בהשוואה לטלטולים האלה מתגמד הזיכרון התרבותי שלנו: השטפונות העזים באירופה בשנים האחרונות, גלי החום, הבצורות בסאהל (Sahel) שבאפריקה בשנות השישים והשבעים של המאה העשרים, הבצורת הגדולה בארצות הברית בשנות השלושים של המאה העשרים, ואפילו המחליקים על התעלות הקפואות בהולנד בתקופת הקרח הקטנה והוויקינגים שיישבו את גרנלנד בתחילת ימי הביניים — כל אלה נשמעים כהד חלוש למה שמערכת האקלים מסוגלת לעשות. למעשה, נראה כי אף פעם לא היה משעמם יותר.

עידן קרחוני
רק בתקופות קצרות יחסית במשך כארבעה וחצי מיליארדי שנות כדור הארץ כיסו קרחונים את הקטבים. זהו המצב במשך קצת יותר משניים וחצי מיליוני השנים האחרונות. כלומר, אנחנו חיים בעידן קרחוני. במשך עידן קרחוני יש מחזורים רבים של התקררות והתפשטות קרחונים, ולאחריהם התחממות ונסיגה.
האדם הקדמון חווה מחזורים רבים כאלו. האחרונים שבהם היו די סדירים: 10,000 שנים חמימות ולאחריהן 90,000 שנים קרות, שבהן התפשטה כיפת קרח ענקית באמריקה דרומה עד אזור ניו יורק, ושנייה כיסתה את סקנדינביה, האיים הבריטיים וחלקים גדולים של רוסיה ומזרח אירופה. בשיא התקופה הקרחונית האחרונה כיסו קרחונים כשליש משטח היבשות והיא הסתיימה לפני כ־12 אלף שנה. כלומר, התקופה הבין־קרחונית הנוכחית מעט ארוכה מאחיותיה.
מרבית המדענים משייכים את המצעד אל ומחוץ לתקופות הקרח לשינויים קלים באופן שבו כדור הארץ מסתובב סביב השמש – שינויים הגורמים להבדלים קטנים בין כמות הקרינה בחצי הכדור הצפוני והדרומי, בין אזור המשווה לאזורי הקטבים – ולאופן שבו החום מחולק על פני הכדור.
קצבי השינוי במסלול תואמים את מצעד תקופות הקרח, אבל אין הם מסוגלים להסביר את ההתקררות העזה שבאה לאחר היציאה מתקופת הקרח האחרונה. היא התחוללה בזמן שקרינת השמש המשיכה להכתיב מעבר מאקלים קרחוני לאקלים של היום. אין לנו הסבר טוב לעובדה שבעת התקופות הקרחוניות – ובעיקר בעת המעברים – אקלימו של כדור הארץ מיטלטל בחדות אחת לכמה אלפי שנים, ועושה זאת בתוך שנים ספורות בלבד.

"סופת שלגים" במרכז תל אביב, פרי מחלקת האפקטים של ארגון גרינפיס לקראת הקרנת הסרט "היום שאחרי מחר" העוסק בשינויי אקלים. בגרינפיס מתריעים כי שינויי אקלים אינם מדע בדיוני, אלא מציאות קיימת ומסוכנת | צילום : Greenpeace/BauBau

מהם שינויי אקלים חדים?
שינויי טמפרטורות חדים ומהירים מתחוללים כל יום, מזג האוויר משתנה לחלוטין בין קיץ לחורף, אבל בשינויים אלו אין שום דבר בלתי צפוי. עליית הטמפרטורות באה בתגובה לעלייה בקרינת השמש, ובעת שמפסיק החימום יורדות הטמפרטורות. לעומת זאת, שינוי חד מתחולל כאשר אין קשר בין עוצמתו של הגורם האקלימי (קרינת השמש או שינוי בריכוז גזי חממה) ובין התוצאה. "לדוגמה", אומר אלי, "שייט קיאק יכול לנטות מעט ימינה ושמאלה וכשיפסיק תחזור הסירה למקומה. אך אם הוא יעבור זווית מסוימת, הקיאק יתהפך. לא בגלל שהדחיפה הסופית היתה חזקה יותר, אלא משום שנחצה ערך סף מסוים, שמעבר לו הקיאק יציב יותר כשהוא הפוך. כדי להחזיר את המצב לקדמותו יהיה צורך בהפעלת כוח שונה לגמרי".
אלי מעלה את ההשערה ששינויי אקלים כוללים תהליך של מעבר ערך סף, ומרגע שהוא נחצה מתחולל שינוי מהיר שאינו תלוי יותר בגורמים החיצוניים: מערכת מורכבת להפליא של תהליכי משוב בין רכיביה השונים של מערכת האקלים (בעיקר בין האוקיינוסים, האטמוספרה וכיפות הקרח) מגבירה את התהליכים והמערכת "קופצת" ממצב שיווי משקל אחד למצב לגמרי אחר, למרות שהאילוץ החיצוני ממשיך להשתנות באופן הדרגתי.
השערה זו מתחזקת בעקבות עבודותיהם של חוקרים המריצים מודלים המדמים את האקלים. הם מצאו כבר משנות השישים של המאה העשרים ש"קפיצות" אקלימיות עשויות להתחולל בתגובה לשינוי קטן יחסית במשתנים המכתיבים את פעילותה של המערכת. אילולא העדויות מגרנלנד וממקומות אחרים, קפיצות אלו היו נדונות קרוב לוודאי רק בכתבי עת המוקדשים למודלים ממוחשבים ומיוחסות לממצאי שווא שמקורם בסכמות מתמטיות סבוכות, בחסר נתונים או בשיקוף גס מדי של האוקיינוסים והאטמוספרה על ידי המודל. אבל הדמיון בין ההדמיות ובין אוסף העדויות האקלימיות ההולך וגדל חיזק את ההשערה שערכי סף אכן קיימים במערכת האקלים וש"קפיצות" כאלו הן אפשריות מבחינה פיזיקלית.
הגורם, אם כן, לשינויים כה חריפים במחזורים של אלפי שנים נמצא בתוך מערכת האקלים עצמה. מערכות מזג אוויר באטמוספרה נוצרות ודועכות בתוך ימים. קצב ההתרחשויות הזה מוציא מכלל אפשרות שהאטמוספרה היא הגורם, ונשארו שני חשודים: האוקיינוסים וכיפות הקרח. לאו דווקא השרידים שאנחנו מכירים היום מאנטארקטיקה ומגרנלנד, אלא כיפות קרח גדולות הרבה יותר שכיסו אזורים נרחבים בחצי הכדור הצפוני.

אגסים, תותים ודובי קוטב
אזור המשווה מקבל יותר קרינת שמש מאזורי הקטבים. האטמוספרה והאוקיינוסים מסיעים כמויות אדירות של חום אל הקטבים וכך מאזנים את עודף החום. בדרך כלל מכונה התהליך הזה "מזג האוויר". זרמי הים בצפון האוקיינוס האטלנטי מזרימים כמות מים השקולה לכשמונים נהרות אמזונס מדרום לצפון, וכך מעבירים כמות אדירה של חום אל האטמוספרה באזור זה.

מקובל לחשוב שחלק ניכר מהחום הזה מוסע אל עבר אירופה בידי מערכות מזג האוויר ואחראי במידה ניכרת לאקלים החמים ששורר בה, חמימות המאפשרת לאירופים לגדל אגסים ותותים בקווי רוחב שבהם פוגשים הקנדים דובי קוטב. הפסקת הזרימה באוקיינוס עלולה להפסיק את אספקת החום לצפון־מערב אירופה וכך אולי יהפוך אקלימה של רומא לדומה יותר לזה של בוסטון הקפואה, הנמצאת הרחק מערבית לה.
מודלים רבים מראים כי יש בכוחם של שינויים בדפוסי הזרימה בצפון האוקיינוס האטלנטי לדחוף את מערכת האקלים לשיווי משקל חדש, שבו צפון־מערב אירופה והחוף המזרחי של ארצות הברית יהיו קרים וסוערים הרבה יותר מאשר היום, המונסון עשוי להיחלש, אפריקה תסבול מבצורות בעוד אנטארקטיקה עשויה להתחמם. אך מדוע שהזרמים בצפון האטלנטי ייפסקו או ייחלשו?
כדי להסביר זאת מציג אלי איור המתאר את הזרימה באוקיינוסים. "המסוע האוקייני" הוא מושג שטבע וואלאס ברוקר, גיאוכימאי ומבכירי החוקרים במדעי כדור הארץ, שתרם כמה מהרעיונות המוקדמים ביותר לגבי שינויי אקלים חדים. "המסוע" משלב את הזרמים על פני  שטח האוקיינוסים לזרם אחד ענק ומתפתל, אשר שוקע למעמקים במקומות שבהם המים צפופים ביותר – בצפון האוקיינוס האטלנטי ועל פני מדף היבשת באנטארקטיקה.
מששקעו המים יימשך מסעם במעמקי האוקיינוס עוד כאלף שנה עד שיחזרו ויעלו אל פני השטח ברחבי האוקיינוס השקט וההודי.
אלי מתלוצץ ואומר שהאיור משמש "מסדר זיהוי" לאוקיינוגרפים, ההופכים חיוורים בעת שהתמונה הכל כך פשטנית של זרמי האוקיינוס מוצגת. אך הוא עוזר להבין שאחד מ"מנועי" הזרימה נמצא בצפון האוקיינוס האטלנטי. המים על פני השטח שם קרים ומלוחים מספיק — כלומר, צפופים מספיק כדי לשקוע, ולפנות מקום למים המביאים איתם עוד חום מהדרום.
עשרות מודלים מראים שדפוס הזרימה הזה כנראה רגיש מאוד לתוספת מים מתוקים אל צפון האטלנטי. זהו אחד ה"מתגים" במערכת. אם תתחולל "המתקה" של פני הים, עלולה המערכת "לקפוץ" ברגע מסוים לשיווי משקל חדש. שקיעת המים עלולה להיפסק לגמרי או להתקיים מול חופי צרפת, המים ישקעו לעומק רדוד יותר, הזרמים מהדרום ייחלשו, החום יצטבר בדרום האוקיינוס האטלנטי וצפון־מערב אירופה תתקרר בשלוש עד חמש מעלות.
לא קשה לראות מדוע רבים חוששים שההתחממות הגלובלית עלולה להיות הגורם שיעורר היפוך אקלימי כזה: חימום פירושו העצמה של מחזור המים; יותר אדי מים יתאדו מהאוקיינוסים באזורים הטרופיים וישמשו כדלק למזג אוויר סוער יותר. יותר גשמים ושלגים על פני היבשות יגבירו את זרימת המים המתוקים בנהרות חזרה היישר אל אותם אזורי מפתח בצפון האוקיינוס האטלנטי. חימום והמסה של קרח ים באזור הארקטי תורמים אף הם מים מתוקים, ואם קיים במערכת "מתג" כלשהו, אין צורך בתהליך עז במיוחד. גם תוספת קטנה יחסית של מים מתוקים עלולה להפוך את המערכת על פיה. לפי המודלים, מרגע שנפסקה שקיעת המים, עשויות לחלוף מאות שנים עד שתתחיל מחדש.

סוגיה של ביטחון לאומי
שינויי האקלים החדים אינם תגלית חדשה. במאמר "אקלים כאוטי" טען ברוקר, כבר ב־1995, כי 10,000 השנים האחרונות הן יוצאות דופן בהיסטוריה של כדור הארץ. התקופה הזו, שבה התפתחו הציוויליזציות האנושיות, התאפיינה באקלים יציב ורגוע יותר מאשר כל תקופה באורך דומה במאה אלף השנים האחרונות. היפוכים אקלימיים שגררו שינויים מהירים ונרחבים מוכרים כבר יותר מעשור שנים בקרב חוקרי האוקיינוסים והאטמוספרה, ובקרב פליאוקלימטולוגים (חוקרי אקלימי העבר), למרות שעד לאחרונה קיבלו מעט מאוד פרסום בחוגים רחבים יותר של מדענים שעוסקים בשינויי אקלים.

"אם נסתכל בקנה מידה רחב מספיק, נראה כי השינויים החדים הם הכלל", אומר אלי, שהוא גם יושב ראש הוועדה לשינויי אקלים חדים של האקדמיה האמריקאית הלאומית למדעים, שפרסמה ב־2002 את הדו"ח "שינויי אקלים חדים – הפתעות בלתי נמנעות". פרסומו של הדו"ח כופה למעשה מושגים חדשים על הוויכוח באשר להתחממות הגלובלית. עדיין ניתן לדמיין שכדור הארץ יתחמם לאיטו, והנוף ומזג האוויר ישתנו בהתאם. אבל בהחלט ייתכן ששינוי חריף הרבה יותר יתחולל, כדוגמת השינויים שחלו בעבר.
רוברט גאגוסיאן, נשיא המכון האוקיינוגרפי בוודס הול, מסצ'וסטס, אחד ממרכזי המחקר הפעילים ביותר בנושא, טוען שכלכלנים, פוליטיקאים ואנשי עסקים, ובעקבותיהם מנהיגים ברחבי העולם, מתכוננים לקראת תסריטים של התחממות גלובלית איטית והדרגתית, בעוד שייתכן כי ההפך הוא שיקרה. הוא מציע להתכונן לאפשרות שהזרימה בצפון האטלנטי תיפסק במהירות, ושבעקבותיה תרדנה הטמפרטורות בצפון האטלנטי ובצורות יתרחשו באפריקה בעוד שבחלקים אחרים בעולם תימשך ההתחממות ההדרגתית.
הפרסומים בעיתונות המדעית וההבנה שחימום גלובלי עשוי להוביל לקירור עז בצפון־מערב אירופה הציתו את דמיונם של רבים, שאולי השתעממו מהתחזיות המעיקות על התחממות הדרגתית ועליית פני הים. לאחרונה מתפרסמות כתבות רבות עם כותרות הזועקות "תקופת הקרח החדשה" ו"השמיעו את פעמוני האזעקה", המאיימות שהתחממות תוביל באופן פרדוקסלי להתקררות חזקה, מהירה ונרחבת בחצי הכדור הצפוני. הכיסוי התקשורתי הזה מעורר אי נחת אפילו בקרב החוקרים המצוטטים בהן, שכן מרוב הכתבות משתמע שהשינוי החד כבר מתרחש ואנחנו עומדים בפתחה של תקופת קרח חדשה. לעומת כתבות אלה, התחזיות המדעיות לא מתיימרות לייחס ל"היפוך אקלימי" ממדים של תקופת קרח שבה כוסו בקרחונים חלקים נרחבים של היבשות, ואינן מנסות לשער את הסבירות להתרחשותו של שינוי אקלימי חד ומהיר. לא כל תרחיש אפשרי הוא גם סביר, אבל במקרה הזה, גם כשהסבירות אינה ידועה – השלכותיו של האירוע, אם יתרחש, הן כה עזות עד שהביאו את הפנטגון להעביר מסר המדרבן את הממשל האמריקאי לשנות את הדיון בנושא מוויכוח מדעי לסוגיה של ביטחון לאומי.
המתריעים מפני שינוי אקלימי חד מדגישים את העובדה שהשינוי הפתאומי האחרון, לפני כ־13 אלף שנה, היה בעיצומה של ה"התחממות הגלובלית" האחרונה, בעת ההתאוששות מהקיפאון של תקופת הקרח. בתקופה זו היה גודלן של כיפות הקרח עצום יחסית להיום, וזוהי אחת הנקודות שעליה מצביעים הספקנים. חוקרים רבים מתנים את הטלטלות האקלימיות בכוחות הפועלים בתוך כיפות הקרח וביחסי הגומלין שלהם עם האוקיינוסים. בהפוגות שבין תקופות הקרח ובהיעדר קרחונים נרחבים, טוענים המתנגדים, שינויי אקלים מהירים הם בלתי סבירים, ואולי אף בלתי אפשריים. הם אף מצביעים על כך שלא כל המודלים מציעים קיומו של "מתג" השולט במערכת.
גם המתנגדים להתחממות הגלובלית אינם שוללים את העובדה שריכוז הפחמן הדו חמצני וגזי חממה אחרים באטמוספרה עולה. חלקם אף מסכימים שבעשורים האחרונים עלו הטמפרטורות (למרות שהעובדות עדיין רחוקות מלהיות מוצקות), אך לטענתם לא הפעילות האנושית היא האחראית למגמת ההתחממות, אלא תהליך טבעי בלתי נשלט.
חברי הוועדה לשינויי אקלים חדים של האקדמיה האמריקאית הלאומית למדעים נחרצים הרבה פחות. יואכים מרוצקה מהמרכז האוקיינוגרפי בסאותהמפטון, אנגליה, שעובד רבות בפיתוח מודלים אקלימיים, מעיד ש"ככל שיש לנו יותר מידע על אקלימי העבר, כך מתברר לנו כמה מעט אנו מבינים את מערכת האקלים, ועד כמה היא רגישה ודינמית". וריצ'רד אלי מזכיר את עצם העובדה שלאקלים יש היסטוריה ארוכה של שינויים מהירים ומצביע על מגמת העלייה העכשווית החדה בפחמן דו חמצני באטמוספרה, שאין שני לה בהיסטוריה של גלעיני הקרח בגרנלנד.
"בהיעדר מידע טוב יותר, עלינו להניח שפעילות אנושית עשויה לזרז את התרחשותו של שינוי חד, ולו משום שאנחנו משנים את המערכת", אומר אלי ומסכם במלים פשוטות: "כדי ליפול בגרם מדרגות חשוך צריך להסתובב בחדר. כדי להפעיל בטעות מתג אור בחדר חשוך צריך למשש את הקירות. אם אתה מאמין שחוסר יציבות טבוע באקלים, הדבר האחרון שאתה רוצה לעשות בו הוא ניסוי ענקי ובלתי מבוקר".