کاهش چشمگیر فشار یخچال‌های قطب شمال

کاهش یخ‌های چندساله در قطب شمال و تأثیر آن بر ویژگی‌های یخ دریا

در قطب شمال، یخ‌های قدیمی و چندساله به طور فزاینده‌ای در حال ذوب شدن هستند که این امر به طور چشمگیری فراوانی و اندازه‌ی برآمدگی‌های یخی را کاهش می‌دهد. این برآمدگی‌ها زمانی ایجاد می‌شوند که تکه‌های یخ به یکدیگر فشار می‌آورند و روی هم انباشته می‌شوند. این ویژگی یکی از مشخصه‌های یخ دریا در قطب شمال است که هم به عنوان مانعی برای کشتیرانی عمل می‌کند و هم جزء ضروری اکوسیستم محسوب می‌شود.

در یک مطالعه‌ی جدید که در نشریه Nature Climate Change منتشر شده است، کارشناسان مؤسسه آلفرد وگنر به تحلیل این روند پرداخته و داده‌های مشاهداتی از سه دهه پرواز هوایی را بررسی کرده‌اند. داده‌های ماهواره‌ای در سه دهه گذشته تغییرات چشمگیری را در یخ‌های دریای قطب شمال به دلیل تغییرات اقلیمی ثبت کرده است: مساحت پوشیده از یخ در تابستان به طور مداوم در حال کاهش است و تکه‌های یخ نازک‌تر و سریع‌تر حرکت می‌کنند.

تا به حال، مشخص نبود که برآمدگی‌های یخی چگونه تحت تأثیر قرار گرفته‌اند، زیرا تنها در چند سال اخیر امکان نظارت قابل اعتماد بر آن‌ها از فضا فراهم شده است. برآمدگی‌های یخی به دلیل فشارهای جانبی بر روی یخ دریا تولید می‌شوند. باد یا جریان‌های اقیانوسی می‌توانند تکه‌های یخ را روی هم انباشته کنند و برآمدگی‌هایی به ضخامت چند متر ایجاد نمایند. بخش بالایی این برآمدگی‌ها که سطح صاف یخ را هر چند صد متر یک بار مختل می‌کند، بادبان نامیده می‌شود و ارتفاع آن بین یک تا دو متر است. حتی بخش زیر آب که کیل نام دارد، می‌تواند تا 30 متر عمق داشته باشد و مانع غیرقابل عبوری برای کشتیرانی ایجاد کند.

برآمدگی‌های یخی نه تنها بر تعادل انرژی و جرم یخ دریا تأثیر می‌گذارند، بلکه بر چرخه بیوژئوشیمیایی و اکوسیستم نیز تأثیر دارند: زمانی که بادبان‌های آن‌ها باد را می‌گیرند، تکه‌های یخ می‌توانند در سرتاسر قطب شمال حرکت کنند. خرس‌های قطبی از برآمدگی‌های یخی به عنوان منبعی برای حفاظت در طول زمستان یا زایمان فرزندان خود استفاده می‌کنند. علاوه بر این، این ساختارها به موجودات مرتبط با یخ در سطوح مختلف تغذیه‌ای حفاظت می‌دهند و اختلاط آشفته آب را ترویج می‌کنند که باعث افزایش دسترسی به مواد مغذی می‌شود.

تیمی از محققان مؤسسه آلفرد وگنر و مرکز تحقیقات قطبی و دریایی هلموهولتز (AWI) اکنون داده‌های لیزری جمع‌آوری شده در 30 سال پرواز تحقیقاتی بر روی یخ‌های قطب شمال را دوباره پردازش و تحلیل کرده‌اند. پروازهای نظارتی که مسافتی حدود 76,000 کیلومتر را پوشش می‌دهند، برای اولین بار نشان می‌دهند که فراوانی برآمدگی‌های یخی در شمال گرینلند و در تنگه فرام به طور سالانه 12.2% و ارتفاع آن‌ها 5% کاهش می‌یابد. داده‌های دریای لینکلن، منطقه‌ای که به طور خاص یخ‌های قدیمی در آن تجمع می‌یابند، تصویر مشابهی را نشان می‌دهد: در اینجا، فراوانی به طور سالانه 14.9% و ارتفاع 10.4% کاهش می‌یابد.

دکتر توماس کرومپن، کارشناس یخ دریا در AWI و نویسنده اصلی این مطالعه، می‌گوید: “تا به حال، مشخص نبود که برآمدگی‌های یخی چگونه در حال تغییر هستند. هر چه بیشتر قطب شمال از یخ‌هایی تشکیل شده است که در تابستان ذوب می‌شوند و بیشتر از یک سال عمر ندارند. این یخ‌های جوان و نازک می‌توانند به راحتی تغییر شکل دهند و سریع‌تر برآمدگی‌های جدیدی را تشکیل دهند. بنابراین ممکن است انتظار داشته باشید که فراوانی آن‌ها افزایش یابد. اما واقعیت این است که کاهش برآمدگی‌های یخی به دلیل ذوب شدید تکه‌های یخ قدیمی است. یخی که چندین تابستان را پشت سر گذاشته، به دلیل فشارهای بالایی که در طول زمان طولانی‌تری بر آن وارد شده، دارای تعداد بالایی از برآمدگی‌های یخی است.”

کاهش یخ‌های چندساله و تأثیرات آن بر اکوسیستم قطب شمال

کاهش یخ‌های چندساله به حدی شدید است که ما شاهد کاهش کلی در فراوانی برجستگی‌های فشاری هستیم، حتی با وجود اینکه یخ‌های نازک و جوان به راحتی تغییر شکل می‌دهند. برای نتیجه‌گیری در مورد تغییرات در سطح قطب شمال، محققان تمام داده‌های مشاهداتی را ترکیب کردند تا یک معیار توسعه دهند. سپس با کمک داده‌های ماهواره‌ای، این معیار را به کل قطب شمال اعمال کردند: “ما معمولاً بیشترین کاهش در برجستگی‌های فشاری را در مکان‌هایی مشاهده می‌کنیم که سن یخ به شدت کاهش یافته است.” پروفسور کریستین هااس، رئیس فیزیک یخ در AWI، در این باره می‌گوید: “تغییرات عمده‌ای در دریای بوفورت و همچنین در قطب شمال مرکزی قابل مشاهده است. هر دو منطقه اکنون در تابستان تا حدی بدون یخ هستند، در حالی که قبلاً تحت سلطه یخ‌هایی با حداقل پنج سال سن بودند.”

روش‌های تحقیق و اندازه‌گیری

در این مطالعه، برجستگی‌های فشاری و ارتفاع آن‌ها به دقت اندازه‌گیری و تحلیل شدند. این کار به لطف پروازهای کم‌ارتفاع (کمتر از ۱۰۰ متر بالای سطح) و نرخ بالای اسکن حسگرهای لیزری ممکن شد که اجازه می‌دهد مدل‌های زمین‌شناسی ایجاد شوند. AWI از اوایل دهه ۱۹۹۰ پروازهای علمی بر روی یخ دریا را آغاز کرده و از جزیره اسوالبارد پرواز می‌کرد. در آن زمان، این مؤسسه به دو هواپیمای Dornier DO228، یعنی Polar 2 و Polar 4، متکی بود که اکنون با دو هواپیمای Basler BT-67، یعنی Polar 5 و Polar 6، جایگزین شده‌اند. این هواپیماها به طور ویژه برای پرواز در شرایط شدید قطبی تجهیز شده‌اند و می‌توانند با انواع حسگرها مجهز شوند. با استفاده از این هواپیماها، محققان دو بار در سال یخ‌های شمال گرینلند، اسوالبارد و کانادا را بررسی می‌کنند. همچنین، هلیکوپترهای مستقر در یخ‌شکن Polarstern نیز بخشی از برنامه نظارت هستند.

تأثیرات تغییرات بر اکوسیستم قطب شمال

برای برآورد تأثیرات مستقیم تغییرات مشاهده شده بر اکوسیستم قطب شمال، نیاز به توسعه مدل‌هایی است که بتوانند فرآیندهای فیزیکی و بیولوژیکی را در یخ دریا با سنین مختلف منعکس کنند. اگرچه می‌دانیم که برجستگی‌های فشاری محل زندگی انواع مختلفی از موجودات هستند، اما هنوز درک عمیقی از نقش سن برجستگی‌های فشاری نداریم. این جنبه به ویژه مهم است زیرا درصد برجستگی‌هایی که تابستان اول خود را زنده نمی‌مانند، در حال افزایش است. معما دیگری نیز وجود دارد: با اینکه اندازه و فراوانی بادبان‌های برجستگی کاهش یافته، سرعت جابجایی یخ‌های قطب شمال به طور کلی افزایش یافته است. دکتر لوئیزا فون آلبیدیل، فیزیک‌دان یخ در AWI و یکی از همکاران این مطالعه، توضیح می‌دهد: “در واقع، یخ باید زمانی که بادبان‌ها کوچک می‌شوند، با سرعت کمتری جابجا شود، زیرا سطح کمتری برای انتقال تکانه وجود دارد. این نشان می‌دهد که تغییرات دیگری وجود دارند که اثر معکوس ایجاد می‌کنند. جریان‌های قوی‌تر اقیانوس یا زیر یخ صاف‌تر به دلیل ذوب شدیدتر می‌توانند عوامل مؤثر باشند. برای پاسخ به این سوالات و درک بهتر روابط پیچیده، ما کل مجموعه داده‌ها را در یک آرشیو عمومی قرار داده‌ایم (لینک به PANGAEA)، تا سایر محققان بتوانند از آن استفاده کنند و آن را در مطالعات خود ادغام کنند.”

برنامه‌های آینده و تحقیقات بیشتر

یک سفر اکتشافی با کشتی تحقیقاتی Polarstern برای تابستان آینده برنامه‌ریزی شده است که بر بررسی تفاوت‌های بیولوژیکی و بیوژئوشیمیایی بین تکه‌های یخ و برجستگی‌های فشاری با سنین و منشاء‌های مختلف تمرکز خواهد کرد. در عین حال، پروازهای هوایی گسترده‌ای با هواپیمای تحقیقاتی انجام خواهد شد. به گفته توماس کرومپن: “با ترکیب مشاهدات دریایی و هوایی، امیدواریم بینش‌های بهتری در مورد تعاملات پیچیده بین یخ دریا، اقلیم و اکوسیستم به دست آوریم، زیرا تنها زمانی که درک بهتری از سیستم محیطی این منطقه داشته باشیم، می‌توانیم استراتژی‌های مؤثری برای حفظ و استفاده پایدار از قطب شمال تدوین کنیم.”