كيف تذوب القارة القطبية الجنوبية؟ روبوتات وأدوات تبحث عن التفاصيل

يبلغ سمك الغطاء الجليدي في القارة القطبية الجنوبية كيلومترين في المتوسط ويغطي ضعف مساحة أستراليا تقريبًا، ويحتوي على ما يكفي من المياه العذبة لرفع مستويات سطح البحر العالمية بمقدار 58 مترًا.

ووفقا لما ذكره موقع "Phys"، فإنه من المتوقع أن يكون فقدان الجليد من هذه الطبقة هو المحرك الرئيسي لارتفاع مستوى سطح البحر بحلول عام 2100، ومع ذلك تظل مساهمته غير مؤكدة إلى حد كبير، في حين من المؤكد أن مستويات سطح البحر سترتفع هذا القرن، فإن توقعات مساهمة الجليد في القارة القطبية الجنوبية تتراوح من ارتفاع 44 سم إلى انخفاض 22 سم.

ويرجع الكثير من هذا الغموض إلى أن العمليات المحيطية التي تتحكم في مصير الغطاء تحدث على نطاق صغير بشكل يصعب قياسها ونمذجتها.

الانكماش والترقق والتراجع

عند هوامش الغطاء الجليدي في القارة القطبية الجنوبية، تتدفق الأنهار الجليدية إلى المحيط الجنوبي، وتشكل أرففًا جليدية عائمة، تعمل هذه الأرفف الجليدية كحجر أساس، مما يعمل على استقرار الغطاء الجليدي، كما أنها تتقلص.

يذيب المحيط الرفوف الجليدية من الأسفل، وهي العملية المعروفة باسم "الذوبان القاعدي"، وقد أدى الذوبان القاعدي المتزايد إلى ترقق وتراجع الغطاء الجليدي في بعض المناطق، مما أدى إلى ارتفاع مستويات سطح البحر على مستوى العالم.

كما أدى إلى إبطاء التيار الأعمق في الدورة الانقلابية العالمية، وهو نظام من التيارات المحيطية التي تدور المياه حول العالم، ومثل الأنهار الجليدية التي تغذيها، فإن الرفوف الجليدية هائلة.

ومع ذلك فإن العمليات المحيطية التي تتحكم في ذوبان القاعدية، ومصير الغطاء الجليدي في القارة القطبية الجنوبية بالكامل، تحدث على نطاق ملليمترات، وتحدث في طبقة رقيقة من المحيط، أسفل الجليد مباشرة.

تشكل دراسة هذه الطبقة باستخدام تقنيات أخرى مثل المحاكاة الحاسوبية أيضًا تحديًا كبيرًا، فحتى وقت قريب، كانت الحركات الضئيلة داخل طبقة حدود الجليد والمحيط تجعل النمذجة الدقيقة لذوبان الجليد صعبة، وأعاقت هذه التحديات المزدوجة الجهود المبذولة للإجابة على السؤال البسيط: "كيف يذيب المحيط الجرف الجليدي في القارة القطبية الجنوبية؟"

نمذجة المقاييس الدقيقة

تعد المحاكاة الحاسوبية لعمليات المحيطات ليست جديدة، ولكن في الآونة الأخيرة فقط أصبحت محاكاة طبقة الحدود بين الجليد والمحيط ممكنة، مع نمو موارد الحوسبة وتقلص تكلفة استخدامها.

وتناولت العديد من مجموعات البحث في جميع أنحاء العالم هذه المشكلة، حيث قامت بنمذجة تدفق المحيط على نطاق صغير والذي يزود الجليد بالحرارة اللازمة للذوبان.

ويبحث الباحثون عن علاقة بين ما يفعله المحيط ومدى سرعة ذوبان الجليد. وحتى الآن، لم يكشفوا عن علاقة واحدة فقط بل عدة علاقات، كل منها يشير إلى "نظام" ذوبان مختلف.

تحدد ظروف المحيط (درجة الحرارة ومحتوى الملح وسرعة تيارات المحيط) وشكل الجليد نظام الذوبان الذي ينطبق.
شكل الغطاء الجليدي هو المفتاح لأن الماء الذائب أخف من المحيط مثل الهواء الساخن الذي يتجمع في أعلى الغرفة، تتجمع مياه الذوبان العذبة الباردة في تجاويف في السطح السفلي للغطاء الجليدي، مما يعزل الجليد عن مياه المحيط أدناه ويبطئ الذوبان.

بالنسبة للجليد شديد الانحدار، يكون التأثير العازل أقل بكثير، يؤدي التدفق النشط لمياه الذوبان أثناء ارتفاعها تحت الجليد شديد الانحدار إلى الاختلاط بمياه المحيط الأكثر دفئًا، وهذا يزيد من الذوبان، وتتمتع التيارات المحيطية السريعة بتأثير مماثل، حيث تنقل الحرارة إلى الجليد.

الروبوتات المجهزة بالسونار

في الآونة الأخيرة، قدمت روبوتات المحيط، بما في ذلك المركبات تحت الماء المستقلة والمجسات المربوطة التي يتم نشرها عن طريق الحفر عبر الجليد، كميات غير مسبوقة من البيانات حول البيئة تحت الرفوف الجليدية.

باستخدام السونار والكاميرات، كشفت هذه الروبوتات عن "منظر جليدي" غريب ورائع على الجانب السفلي من الرفوف الجليدية.

يتكون هذا المنظر الجليدي من العديد من السمات الجليدية المختلفة، والتي تتراوح من سنتيمترات إلى كيلومترات في الحجم، بعضها، مثل الشقوق شديدة الانحدار، تتشكل من تشقق الجليد.

كما أن بعض السمات الأخرى، مثل المنخفضات المتعرجة في الجليد (والتي غالباً ما تسمى "المحار")، و"المدرجات" التي تشبه السلالم، و"المغارف" التي تشبه المحار، والقنوات القاعدية الأكبر، يعتقد أنها تتشكل من خلال عمليات الذوبان.

هذه المعرفة الجديدة بالذوبان من خلال المحاكاة الحاسوبية والروبوتات تسلط الضوء على هذه السمات وكيفية تشكلها.
يساعد وجود أنظمة الذوبان في تفسير تطور التراسات شديدة الانحدار، أو لماذا تظهر سمات مختلفة في أجزاء مميزة من الجرف الجليدي.

لا يزال من غير المعروف بالضبط كيف تتشكل بعض هذه السمات، وتظهر المحاكاة الجديدة التي تسمح لحدود الجليد والماء بالتحرك بمرور الوقت سلوك "النحت الذاتي" لذوبان الجليد، وهذا يشبه كيف تتشكل الكثبان الرملية وتتحرك في الصحراء، ومع ذلك، هناك حاجة إلى نماذج كمبيوترية جديدة للمحاكاة.