كيف تذوب القارة القطبية الجنوبية؟ روبوتات وأدوات تبحث عن التفاصيل

يبلغ سمك الطبقة الجليدية في القطب الجنوبي في المتوسط ​​كيلومترين، وتغطي ضعف مساحة أستراليا تقريبًا، وتحتوي على ما يكفي من المياه العذبة لرفع مستوى سطح البحر العالمي بمقدار 58 مترًا.

وبحسب موقع “Phys”، فمن المتوقع أن يكون فقدان الجليد من هذه الطبقة هو المحرك الرئيسي لارتفاع مستوى سطح البحر بحلول عام 2100، إلا أن مساهمته لا تزال غير مؤكدة إلى حد كبير، في حين من المؤكد أن ترتفع مستويات سطح البحر هذا القرن. تتراوح توقعات مساهمة الجليد في القارة القطبية الجنوبية من 44 سم إلى 22 سم على الأقل.

يرجع جزء كبير من عدم اليقين هذا إلى أن العمليات المحيطية التي تتحكم في مصير الوشاح تحدث على نطاق أصغر من أن يمكن قياسه ووضع نموذج له.

الانكماش والترقق والترهل

على أطراف الغطاء الجليدي في القطب الجنوبي، تتدفق الأنهار الجليدية إلى المحيط الجنوبي، لتشكل أرففًا جليدية عائمة. تعمل هذه الأرفف الجليدية بمثابة حجر الأساس، مما يعمل على استقرار الطبقة الجليدية أثناء انكماشها.

يقوم المحيط بإذابة الرفوف الجليدية من الأسفل، وهي عملية تعرف باسم “الذوبان القاعدي”. وقد أدى الذوبان القاعدي المتزايد إلى ترقق الطبقة الجليدية وتراجعها في بعض المناطق، مما أدى إلى ارتفاع مستويات سطح البحر على مستوى العالم.

كما أدى إلى إبطاء التيار الأعمق للدورة الانقلابية العالمية، وهو نظام من التيارات المحيطية التي تعمل على تدوير المياه حول العالم، ومثل الأنهار الجليدية التي تغذيها، فإن الرفوف الجليدية هائلة.

ومع ذلك، فإن العمليات المحيطية التي تتحكم في الذوبان القاعدي، ومصير الطبقة الجليدية بأكملها في القطب الجنوبي، تحدث على مقياس المليمترات، وتحدث في طبقة رقيقة من المحيط، أسفل الجليد مباشرة.

تشكل دراسة هذه الطبقة باستخدام تقنيات أخرى مثل المحاكاة الحاسوبية تحديًا كبيرًا أيضًا. حتى وقت قريب، كانت الحركات الصغيرة داخل الطبقة الحدودية للمحيط الجليدي تجعل من الصعب وضع نماذج دقيقة لذوبان الجليد. وقد أعاقت هذه التحديات المزدوجة الجهود المبذولة للإجابة على السؤال البسيط: “كيف تذيب المحيطات الجرف الجليدي؟” في القارة القطبية الجنوبية؟

النمذجة المجهرية

إن عمليات المحاكاة الحاسوبية لعمليات المحيطات ليست جديدة، ولكن في الآونة الأخيرة فقط أصبحت محاكاة الطبقة الحدودية للمحيطات الجليدية ممكنة، مع نمو الموارد الحاسوبية وانخفاض تكلفة استخدامها.

وقد تناولت العديد من المجموعات البحثية حول العالم هذه المشكلة، من خلال وضع نماذج لتدفق المحيطات على نطاق صغير والذي يزود الجليد بالحرارة اللازمة للذوبان.

يبحث الباحثون عن علاقة بين ما يفعله المحيط ومدى سرعة ذوبان الجليد. وحتى الآن، لم يكشفوا عن علاقة واحدة فحسب، بل عن عدة علاقات، تشير كل منها إلى “نظام” ذوبان مختلف.

تحدد ظروف المحيط (درجة الحرارة، ومحتوى الملح، وسرعة تيارات المحيط) وشكل الجليد نظام الذوبان الذي سيتم تطبيقه.
يعد شكل الطبقة الجليدية أمرًا أساسيًا لأن المياه الذائبة أخف من المحيط. مثل الهواء الساخن الذي يتجمع في الجزء العلوي من الغرفة، يتجمع الماء البارد العذب الذائب في تجاويف في السطح السفلي للغطاء الجليدي، مما يؤدي إلى عزل الجليد عن مياه المحيط أدناه وإبطاء الذوبان.

بالنسبة للجليد شديد الانحدار، يكون تأثير العزل أقل بكثير. يؤدي التدفق النشط للمياه الذائبة أثناء ارتفاعها تحت الجليد شديد الانحدار إلى اختلاطها بمياه المحيط الأكثر دفئًا، مما يزيد من الذوبان. ولتيارات المحيط السريعة تأثير مماثل، حيث تنقل الحرارة إلى الجليد.

روبوتات مجهزة بالسونار

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

وباستخدام السونار والكاميرات، كشفت هذه الروبوتات عن “مشهد جليدي” غريب ورائع على الجانب السفلي من الرفوف الجليدية.

يتكون هذا المشهد الجليدي من العديد من السمات الجليدية المختلفة، التي يتراوح حجمها من سنتيمترات إلى كيلومترات، وبعضها، مثل الصدوع شديدة الانحدار، يتشكل عن طريق تشقق الجليد.

يُعتقد أن الميزات الأخرى، مثل المنخفضات الخشنة في الجليد (التي تسمى غالبًا “المحار”)، و”المدرجات” الشبيهة بالدرج، و”المجارف” الشبيهة بالمحار، والقنوات القاعدية الأكبر حجمًا، تتشكل عن طريق عمليات الذوبان.

تلقي هذه المعرفة الجديدة بالذوبان من خلال المحاكاة الحاسوبية والروبوتات الضوء على هذه الميزات وكيفية تشكلها.
يساعد وجود أنظمة الذوبان في تفسير تطور المدرجات شديدة الانحدار، أو سبب ظهور ميزات مختلفة في أجزاء مميزة من الجرف الجليدي.

لا يزال من غير المعروف بالضبط كيف تتشكل بعض هذه الميزات. تظهر عمليات المحاكاة الجديدة التي تسمح لحدود المياه الجليدية بالتحرك بمرور الوقت سلوك “النحت الذاتي” لذوبان الجليد. وهذا مشابه لكيفية تشكل الكثبان الرملية وتحركها في الصحراء. ومع ذلك، هناك حاجة إلى نماذج كمبيوتر جديدة. للمحاكاة.