מנגנונים המניעים שינויים באיכות האוויר התלויים בגובה ובקו הרוחב כתוצאה מפליטות NOx בגובה רב

מדוע מטוסים שעפים גבוה חשובים לאוויר שאנחנו נושמים

רובנו שמים לב למטוסים רק כשהם מרעישים מעלינו או מופיעים בחשבון הטיסה. אבל מה שקורה לפלט שהם משאירים אחריהם, במיוחד כשהמטוסים שורדים בגבהים גבוהים מעל העננים, יכול לשנות בשקט את האוויר שאנו נושמים בגובה הקרקע. המחקר הזה עוסק בשאלה פשוטה אך למדי שלא זכתה לתשומת לב מספקת: איך הגובה והמיקום של פליטות תחמוצות חנקן (NOx) ממטוסים וממקורות אחרים בגובה רב משפיעים על איכות האוויר בפני השטח, כולל אוזון וחלקיקים מזיקים עדינים (PM2.5)? התשובות חשובות ככל שהטיסות האזרחיות גדלות וככל שמטוסים על-קוליים ופעילות חלל עולים לגבהים גבוהים יותר באטמוספירה.

שני סוגי זיהום עם השפעות בריאותיות שונות מאוד

גזי NOx, המיוצרים על ידי מנועים, ברק ותעשייה, אינם נשארים במקום הפליטה. ברגע שהם באוויר הם מעוררים תגובות כימיות שיוצרות או הורסות אוזון ומייצרות חלקיקים זעירים שניתן לשאוף. בקרבת הקרקע, אוזון מגרה את הריאות ומחמיר אסטמה, בעוד PM2.5 חודר עמוק לגוף וקושר למחלות לב וריאה. רגולטורים כבר מגבילים NOx ממנועי מטוסים כדי להגן על האוויר סביב שדות תעופה, אבל הכללים הללו מניחים ברובם גובה שיטוס תת-קולי רגיל. המאמר שואל מה קורה כשהאותם כמויות NOx מיוצרות לא רק בגובה הרגיל של 9–12 ק"מ אלא עד 22 ק"מ, וברצועות קו רוחב שונות מהטרופics ועד הקטבים.

טיסות גבוהות-נמוכות מעלות אוזון פני השטח

באמצעות מודל מפורט של כימיה ותחבורה עולמית בשם GEOS-Chem, החוקרים סימולו פליטה של אותה כמות NOx (1 טרגראם חנקן בשנה) בשילובים רבים של גובה וקו רוחב. כאשר NOx נפלט ב־8–10 ק"מ מעל קווי רוחב בינוניים בחצי הכדור הצפוני (בקירוב מעל צפון אמריקה ואירופה), זה מעלה את ריכוז האוזון במישורת העליונה של הטרופוספירה. אותו אוזון נוסף מתמזג בהדרגה כלפי מטה, ומעלה את ריכוז האוזון בפני השטח ברחבי העולם. במונחי משקל אוכלוסייה, אוזון פני השטח עולה בכ־0.52 חלקים למיליארד, עם עליות בולטות במיוחד מעל שטחי רכס גבוהים כמו הרי הרוקי והרמה הטיבטית, ומעל אזורים יבשים ודלים ב־NOx כמו הסהרה והאוקיינוסים הסמוכים, שבהם פחות זיהום מקומי שמסוגל להוריד אוזון נכנס.

טיסות גבוהות מאוד מורידות אוזון אך מגבירות חלקיקים מזיקים

מעל כ־16 ק"מ התמונה מתהפכת. פליטות NOx בגובה 20–22 ק"מ גורמות לאובדן נקי של אוזון גבוה באטמוספירה, מה שמדלדל את השכבה המגנה שמסננת בדרך כלל קרינת UV. יותר UV מגיע אז לאטמוספירה התחתונה, ומאיץ תגובות כימיות שמפרקות אוזון קרוב לפני השטח ויוצרות מחמצנים פעילים יותר. כתוצאה מכך, אוזון פני השטח למעשה יורד — בכ־1.7 חלקים למיליארד במונחי משקל אוכלוסייה עבור פליטות בגובה רב בקווי רוחב בינוניים — בעוד שרמות החלקיקים העדינים מזנקות. המודל מראה עלייה של כ־310 ננוגרם למטר מעוקב ב־PM2.5, בערך פי תשע יותר ליחידת NOx מאשר בגבהי שיטוס תת-קוליים טיפוסיים. רוב ה־PM2.5 הנוסף מורכב מסולפט שהוּצר מסולפור דיאוקסיד (בעיקר נפלט מהקרקע) שמומר מהר יותר לחלקיקים בסביבה מחמצנת חזקה יותר שנוצרת על ידי ה־UV המוגבר.

איפה אתה פולט משנה כמו באיזה גובה אתה טס

קו הרוחב מוסיף תפנית נוספת. בגבהים נמוכים יותר, אותה כמות NOx שנפלטת בחצי הכדור הדרומי הנקי יותר יוצרת יותר אוזון מאשר בחצי הכדור הצפוני המלא יותר בזיהום, משום שהאוויר פחות רווי ב־NOx והכימיה יעילה יותר. עם זאת, האוכלוסייה מרוכזת בחצי הכדור הצפוני, ולכן ההשפעה הבריאותית של פליטה מסוימת שם גדולה יותר גם כשתגובת הכימיה קטנה יותר. עבור NOx בגבהים מאוד גבוהים, אובדן האוזון ועליות החלקיקים חזקים יותר מעל החצי הכדור הצפוני, בחלקם משום שרמות האוזון ההתחלתיות גבוהות יותר ואוויר שנ下下来 מעל האוקיינוסים שומר על אוזון לאורך זמן רב יותר. משמעות הדבר היא שמעברים מתוכננים של צמיחת התעופה לעבר החצי הכדור הדרומי, החזרה האפשרית של מטוסי נוסעים על-קוליים, ועלייה בפעילות רקטות ולוויינים עלולים לשנות את דפוסי איכות האוויר העולמיים בפני השטח בדרכים מורכבות.

מה המשמעות של זה לטיסות העתיד ולבריאותנו

להבין בפשטות, המסר המרכזי הוא ש"פלט בגובה רב אינו זהה תמיד". NOx ממטוסים תת-קוליים של היום נוטה להעלות גם את אוזון פני השטח וגם חלק מהחלקיקים, בעוד NOx ממטוסים שעפים הרבה יותר גבוה — כגון מטוסים על-קוליים עתידיים או רקטות — יכול להפחית אוזון פני השטח אך להגדיל בחוזקה את החלקיקים העדינים המזיקים על ידי שינוי קרינת השמש והכימיה בכל צירי האטמוספירה. כללי המנועים הנוכחיים, המתוכננים סביב רמות טיסה קונבנציונליות, אינם לוכדים לחלוטין את ההשפעות התלויות בגובה הללו. המחקר מציע שמדיניות עתידית עשויה להזדקק לוויסות לא רק של כמות ה־NOx שהמטוסים מפלטים, אלא גם של היכן ובאיזה גובה הם טסים, וכן לשקול את תפקידן של פליטות גופרית מהקרקע בעיצוב זיהום החלקיקים המושרה על ידי פעילויות בגובה רב.

ציטוט: Oh, L.J., Eastham, S.D. & Barrett, S.R.H. Mechanisms driving altitude- and latitude-dependent air quality variations from high-altitude NO_x emissions. npj Clim Atmos Sci 9, 54 (2026). https://doi.org/10.1038/s41612-026-01324-9

מילות מפתח: פליטות תעופה, NOx בגבהים גבוהים, אוזון פני השטח, חלקיקים עדינים, מטוסי על-קול