يتكهن العلماء بمستقبل محيطات الأرض المغطاة بالجليد على أطرافها القاسية

واحدة من أقسى المناطق وأكثرها ديناميكية على الأرض هي منطقة الجليد الهامشية – المكان الذي تلتقي فيه أمواج المحيط بالجليد البحري ، والذي يتكون من تجمد سطح المحيط.

نُشر اليوم ، وهو عدد موضوعي من مجلة Philosophical Transactions of the Royal Society A يستعرض التقدم السريع الذي أحرزه الباحثون خلال العقد الماضي في فهم هذه البيئة الصعبة وتصميمها.

هذا البحث حيوي بالنسبة لنا لفهم التفاعلات المعقدة لأنظمة مناخ الأرض بشكل أفضل. ذلك لأن المنطقة الجليدية الهامشية تلعب دورًا في التجميد الموسمي وذوبان الجليد في المحيطات.

مكان قاس للدراسة

في القطب الشمالي والقطب الجنوبي ، تنخفض درجات حرارة سطح المحيط باستمرار إلى أقل من -2 ℃ – باردة بدرجة كافية لتتجمد ، وتشكل طبقة من الجليد البحري.

في أعلى خطوط العرض القريبة من القطبين ، يشكل الجليد البحري غطاءًا صلبًا بسمك عدة أمتار على المحيط يعكس أشعة الشمس ، ويبرد المنطقة ويدفع المياه الباردة حول المحيطات. هذا يجعل الجليد البحري مكونًا رئيسيًا لنظام المناخ.

اقرأ المزيد: يمتص المحيط الجنوبي حرارة أكثر من أي محيط آخر على الأرض ، وستظل التأثيرات محسوسة لأجيال

ولكن عند خطوط العرض المنخفضة ، عندما ينتقل المحيط المغطى بالجليد إلى المحيط المفتوح ، يتشكل الجليد البحري إلى أجزاء أصغر وأكثر قدرة على الحركة تسمى “طوافات” مفصولة بالماء أو كتلة من بلورات الجليد.

تتفاعل هذه المنطقة الجليدية الهامشية مع الغلاف الجوي أعلاه والمحيط تحته بطريقة مختلفة تمامًا عن الغطاء الجليدي الأقرب إلى القطبين.

إنها بيئة مليئة بالتحديات بالنسبة للعلماء للعمل فيها ، مع رحلة إلى المنطقة الجليدية الهامشية حول القارة القطبية الجنوبية في عام 2017 شهدت رياحًا تزيد سرعتها عن 90 كم / ساعة وموجات يزيد ارتفاعها عن 6.5 متر. من الصعب أيضًا مراقبتها عن بُعد لأن الطوافات أصغر مما يمكن أن تراه معظم الأقمار الصناعية.

سحقته الأمواج

تتفاعل منطقة الجليد الهامشية أيضًا مع المحيط المفتوح عبر موجات السطح ، التي تنتقل من المياه المفتوحة إلى المنطقة ، مما يؤثر على الجليد. يمكن أن يكون للأمواج تأثير مدمر على الغطاء الجليدي ، من خلال تكسير العوامات الكبيرة وتركها أكثر عرضة للذوبان خلال فصل الصيف.

على النقيض من ذلك ، خلال فصل الشتاء ، يمكن للأمواج أن تعزز تكوين طوافات “فطيرة” ، وهذا ما يسمى لأنها أقراص رقيقة من الجليد البحري (يمكنك رؤيتها في الصورة أعلاه).

لكن طاقة الأمواج نفسها تُفقد أثناء التفاعلات مع الطوافات ، بحيث تصبح الموجات أضعف تدريجيًا لأنها تنتقل إلى عمق المنطقة الجليدية الهامشية. ينتج عن هذا آليات تغذية مرتدة من الموجة والجليد تدفع تطور الجليد البحري في مناخ متغير.

على سبيل المثال ، سيؤدي الاتجاه إلى درجات حرارة أكثر دفئًا إلى إضعاف الغطاء الجليدي ، مما يسمح للأمواج بالسفر إلى أعماق المحيطات المغطاة بالجليد والتسبب في مزيد من الانقسام ، مما يؤدي إلى إضعاف الغطاء الجليدي – وما إلى ذلك.

يهدف العلماء الذين يدرسون ديناميكيات منطقة الجليد الهامشية إلى تحسين فهمنا لدور المنطقة في التغييرات الدراماتيكية والمربكة في كثير من الأحيان التي يمر بها الجليد البحري في العالم استجابة لتغير المناخ.

على سبيل المثال ، في المحيط المتجمد الشمالي ، انخفض الغطاء الجليدي البحري “بمقدار النصف تقريبًا منذ الثمانينيات”. في القطب الجنوبي ، كان للغطاء الجليدي البحري مؤخرًا واحد من أكبر وأصغر نطاقات مسجلة ، مع كون المنطقة الجليدية الهامشية مصدرًا واحدًا للتقلبات من سنة إلى أخرى.

تمحور تقدمنا ​​في فهم أفضل لهذه المناطق القاسية حول برامج البحث الدولية الكبيرة ، التي يديرها مكتب الولايات المتحدة للبحوث البحرية وغيرها. تضم هذه البرامج علماء الأرض وعلماء الجيوفيزياء وعلماء المحيطات والمهندسين وحتى علماء الرياضيات التطبيقيين (مثلنا).

أنتجت الجهود الحديثة تقنيات مراقبة مبتكرة ، مثل طريقة لموجة الصورة ثلاثية الأبعاد وديناميكيات الطفو في المنطقة الجليدية الهامشية من على متن كاسحة الجليد والتقاط الموجات في الجليد من صور الأقمار الصناعية.

لقد أسفرت أيضًا عن نماذج جديدة قادرة على محاكاة تفاعل الأمواج والجليد من مستوى الطواف الفردي إلى السلوك العام للمحيطات بأكملها. حفزت التطورات الأسترالية تجربة متعددة الأشهر بقيادة أستراليا في المنطقة الجليدية الهامشية في أنتاركتيكا ، على كاسحة الجليد الجديدة RSV Nuyina التي تبلغ تكلفتها 500 مليون دولار ، والمتوقعة العام المقبل.

ستكون المنطقة الجليدية الهامشية مكونًا متزايد الأهمية للغطاء الجليدي البحري في العالم في المستقبل ، حيث ترتفع درجات الحرارة وتصبح الأمواج أكثر تطرفاً.

على الرغم من التقدم السريع ، لا يزال هناك بعض الشوط الذي يتعين قطعه قبل أن يُترجم فهم عمليات التغذية الراجعة في منطقة الجليد الهامشية إلى تنبؤات مناخية محسنة تستخدمها ، على سبيل المثال ، تقارير تقييم الهيئة الدولية المعنية بتغير المناخ.

تم وصف تضمين منطقة الجليد الهامشية في النماذج المناخية بأنه “الكأس المقدسة” للحقل من قبل أحد الشخصيات البارزة فيه ، وتشير قضية الموضوع إلى روابط أوثق مع مجتمع المناخ الأوسع باعتباره الاتجاه الرئيسي التالي لهذا المجال.

اقرأ المزيد: تمنع الرفوف الجليدية الأنهار الجليدية في القارة القطبية الجنوبية من زيادة مستويات سطح البحر – لكنها تنهار