استخدم فريق بقيادة علماء الجليد من جامعة كاليفورنيا في إيرفين بيانات رادار الأقمار الصناعية لإعادة بناء تأثير مياه البحر الدافئة على منطقة تحت السطح بطول عدة كيلومترات أسفل نهر ثويتس الجليدي في غرب القارة القطبية الجنوبية. البحث منشور في ورقة بناسسيساعد ذلك مصممي النماذج المناخية على الحصول على تنبؤات أكثر دقة لارتفاع مستوى سطح البحر نتيجة ذوبان الأنهار الجليدية التي توقف البحار في جميع أنحاء العالم. حقوق الصورة: ناسا/جيمس يونكل

تُظهر بيانات رادار الأقمار الصناعية تسربًا كبيرًا لمياه البحر تحت القارة القطبية الجنوبية نهر ثويتس الجليدييتسبب في ارتفاع وهبوط الثلوج.

وباستخدام بيانات رادارية عالية الدقة عبر الأقمار الصناعية، وجد فريق من علماء الجليد بقيادة باحثين من جامعة كاليفورنيا أدلة على وجود مياه بحر دافئة وعالية الضغط تتسرب على بعد عدة كيلومترات تحت الطبقة الجليدية الأرضية لنهر ثويتس الجليدي في غرب القارة القطبية الجنوبية. غالبًا ما يُشار إلى هذا النهر الجليدي باسم “نهر يوم القيامة الجليدي” نظرًا لدوره الرئيسي في ارتفاع مستوى سطح البحر عالميًا والتأثيرات الكارثية المحتملة التي يمكن أن يحدثها هذا الارتفاع على مستوى العالم. ويعكس اللقب الحجم الهائل للنهر الجليدي ومعدل ذوبانه الكبير، والذي يعتقد العلماء أنه يمكن أن يساهم بشكل كبير في ارتفاع مستوى سطح البحر إذا انهار أو ذاب بالكامل.

وخلص الفريق الذي تقوده جامعة كاليفورنيا في إيرفاين إلى أن الاتصال الواسع النطاق بين مياه البحر والأنهار الجليدية – وهي عملية تنعكس في القارة القطبية الجنوبية وجرينلاند – يسبب “ذوبانًا شديدًا” وقد يتطلب إعادة تقييم توقعات ارتفاع مستوى سطح البحر عالميًا. وتم نشر دراستهم في 20 مايو وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم,

البيانات والملاحظات

اعتمد الباحثون في مجال الأنهار الجليدية على البيانات التي تم جمعها في الفترة من مارس إلى يونيو 2023 بواسطة مهمة القمر الصناعي التجاري الفنلندية ICEYE. تستخدم أقمار ICEYE الصناعية InSAR – رادار الفتحة الاصطناعية للتداخل لرصد التغيرات في سطح الأرض بشكل مستمر، وتشكيل “كوكبة” في المدار القطبي حول الكوكب. توفر التمريرات المتعددة للمركبة الفضائية على منطقة صغيرة ومحددة نتائج بيانات سلسة. وفي حالة هذه الدراسة، أظهر ثويتس ارتفاع وهبوط وانحناء النهر الجليدي.

وقال المؤلف الرئيسي إريك رينوت، أستاذ علوم نظام الأرض بجامعة كاليفورنيا في إيرفين: “توفر بيانات ICEYE هذه سلسلة طويلة المدى من الملاحظات اليومية التي تتطابق بشكل وثيق مع دورات المد والجزر”. “في الماضي، كانت لدينا بعض البيانات المتاحة بشكل متقطع، ومع تلك الملاحظات القليلة كان من الصعب معرفة ما كان يحدث. عندما ننظر إلى سلاسل زمنية متواصلة ونقارنها بدورة المد والجزر، نرى مياه البحر تأتي بارتفاعات عالية. المد والجزر والتراجع، وفي بعض الأحيان يعلقون بعيدًا تحت النهر الجليدي، وبفضل ICEYE، بدأنا في رؤية ديناميكية المد والجزر هذه لأول مرة.

لقطة شاشة لعرض ثلاثي الأبعاد للحركة الموجية لنهر ثويتس الجليدي، غرب القارة القطبية الجنوبية، تم تسجيلها بواسطة كوكبة رادار الفتحة الاصطناعية (SAR) ICEYE استنادًا إلى الصور التي تم الحصول عليها في 11 و12 و13 مايو 2023. مساحة السرير 50 ​​م . فاصلة. كل دورة ألوان هامشية تداخلية عبارة عن تحول في الطور بمقدار 360 درجة، وهو ما يعادل إزاحة 1.65 سم في خط رؤية سطح الجليد. تم وضع مخطط التداخل على صورة Landsat 9 التي تم الحصول عليها في فبراير 2023. في هذه الدراسة، أظهرنا أن مدى انحناء المد والجزر يختلف على مدى كيلومترات في دورة المد والجزر، مما يشير إلى أن مياه البحر المضغوطة يمكن أن تخترق وتتصلب على بعد كيلومترات تحت الصفائح الجليدية الأرضية. نقل الحرارة مع قاعدة الجليدية. على الجانب الأيمن من الشاشة، يُظهر نموذج واحد على شكل مركز الثور تسرب مياه البحر الممتد لمسافة 6 كيلومترات أخرى خلف سلسلة من التلال الواقية، مما يشير إلى أن تراجع الأنهار الجليدية لا يزال مستمرًا بمعدل كيلومتر واحد سنويًا في هذه المنطقة الحرجة من القارة القطبية الجنوبية. الائتمان: اريك ريجنو / جامعة كاليفورنيا في ايرفين

عمليات الرصد المتقدمة عبر الأقمار الصناعية

وقال مايكل وولرشيم، مدير التحليلات في ICEYE، والمؤلف المشارك: “حتى الآن، كان من المستحيل مراقبة بعض العمليات الأكثر ديناميكية في الطبيعة بتفاصيل أو تردد كافٍ”. يوفر قياسات دقيقة بمقياس السنتيمتر وبتردد يومي يمثل تقدمًا كبيرًا.”

وقال رينو إن المشروع ساعده وزملاؤه على تطوير فهم أفضل لسلوك مياه البحر عند قاعدة نهر ثويتس الجليدي. وقال إن مياه البحر عند قاعدة الغطاء الجليدي، إلى جانب المياه العذبة الناتجة عن تدفق الطاقة الحرارية الأرضية والاحتكاك، “يجب أن تجري في مكان ما”. يتم توزيع المياه من خلال الأنابيب الطبيعية أو يتم جمعها في فتحات، مما يخلق ضغطًا كافيًا لرفع الجليد.

وقال رينو: “هناك أماكن يكون فيها الماء تحت ضغط كبير من الجليد، لذلك يتطلب الأمر المزيد من الضغط لدفع الجليد إلى الأعلى”. “يتم ضغط الماء بما يكفي لرفع عمود من الجليد لمسافة تزيد عن نصف ميل.”

وهي ليست مجرد مياه البحر. لعقود من الزمن، كان رينو وزملاؤه يجمعون الأدلة على تأثير تغير المناخ على تيارات المحيط، التي تدفع مياه المحيط الأكثر دفئًا نحو شواطئ القارة القطبية الجنوبية وغيرها من مناطق الجليد القطبي. المياه العميقة محيطياً مالحة وأقل تجمداً. يتجمد الماء العذب عند درجة الصفر درجة مئويةيتجمد الماء المالح عند درجة حرارة درجتين تحت الصفر، وهذا الفارق البسيط يكفي للمساهمة في “الذوبان الشديد” للجليد القاعدي الموجود في الدراسة.

ارتفاع مستوى سطح البحر وتأثيره على البحوث المستقبلية

مؤلف مشارك كريستين دوف، أستاذ في كلية البيئة جامعة واترلو في أونتاريو، كندا، “يعتبر نهر ثويتس أكثر الأماكن غير المستقرة في القطب الجنوبي، ويعادل ارتفاع مستوى سطح البحر 60 سم. ومبعث القلق هو أننا نقلل من السرعة التي يتغير بها النهر الجليدي، والتي يمكن أن تكون مدمرة على المناطق الساحلية. المجتمعات حول العالم”.

وقال رينو إنه يأمل ويتوقع أن تحفز نتائج المشروع على إجراء المزيد من الأبحاث حول الظروف الموجودة أسفل الصفائح الجليدية في القطب الجنوبي، والمعارض التي تتضمن روبوتات مستقلة وعمليات رصد متعددة عبر الأقمار الصناعية.

وقال: “هناك حماس كبير من المجتمع العلمي للذهاب إلى هذه المناطق القطبية النائية لجمع البيانات وبناء فهمنا لما يحدث، ولكن التمويل تأخر”. “نحن نعمل بالدولار الحقيقي في عام 2024 بنفس الميزانية التي كانت عليها في التسعينيات. نحن بحاجة إلى تطوير مجتمع من علماء الجليد وعلماء المحيطات الفيزيائيين لحل مشاكل المراقبة هذه بسرعة، ولكن في الوقت الحالي ما زلنا نتسلق جبل إيفرست بأحذية التنس.” .

الاستنتاج والآثار المترتبة على النمذجة

ومؤخرًا، رينو، أحد كبار علماء المشروع ناسامختبر الدفع النفاث (مختبر الدفع النفاث)، قال إن الدراسة ستوفر فوائد دائمة لمجتمع نمذجة الجليد.

وقال: “إذا وضعنا هذه الأنواع من التفاعلات بين الجليد البحري في نماذج الجليد، أتوقع أن نتمكن من القيام بعمل أفضل في إعادة محاكاة ما حدث خلال ربع القرن الماضي، الأمر الذي سيمنحنا المزيد من الثقة في توقعاتنا”. “إذا تمكنا من إضافة هذه العملية التي أوضحناها في الورقة، والتي لم يتم تضمينها في معظم النماذج الحالية، فيجب أن تتوافق عمليات إعادة بناء النموذج مع الملاحظات بشكل أفضل بكثير. وإذا تمكنا من تحقيق ذلك فسيكون ذلك بمثابة نجاح كبير.

وأضاف داو: “ليس لدينا معلومات كافية لنقول بطريقة أو بأخرى مقدار الوقت المتبقي قبل تسرب مياه البحر. ومن خلال تحسين النماذج وتركيز أبحاثنا على هذه الأنهار الجليدية المهمة، سنحاول ربط هذه الأرقام على مدى عقود أو حتى قرون على الأقل. وسيركز العمل على الحد من انبعاثات الكربون لمنع أسوأ السيناريوهات ومساعدة الناس على التكيف مع تغير مستويات سطح البحر.

المرجع: إيريك ريجنوت، وإنريكو سيراتشي، وبيرند شوشل، وفالنتين دولبيكين، ومايكل ولرشيم، وكريستين داو، 20 مايو 2024، “تسرب مياه البحر على نطاق واسع تحت الجليد الأرضي لنهر ثويتس الجليدي، غرب القارة القطبية الجنوبية” وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
دوى: 10.1073/pnas.2404766121

انضم إلى Rignot وDow وWollershiem في المشروع إنريكو سيراتشي، وهو أستاذ مساعد في جامعة كاليفورنيا في إيرفين لعلوم نظام الأرض وزميل ما بعد الدكتوراه في وكالة ناسا؛ بيرند شوشل، باحث في جامعة كاليفورنيا في إيرفين في علوم نظام الأرض؛ وفالنتين تولبيكين من ICEYE. يقع المقر الرئيسي لشركة ICEYE في فنلندا وتعمل من خمسة مواقع دولية، بما في ذلك الولايات المتحدة. تم دعم هذا البحث بتمويل من وكالة ناسا والمؤسسة الوطنية للعلوم.