رسم أول خريطة لنظام المياه الجوفية تحت أعماق جليد القطب الجنوبي

مصطفى شعبان 

ارتفاع درجات حرارة الأرض يهدد بدفع المياه من الرواسب ورفع مستويات سطح البحر في العالم

يقول العديد من العلماء، إن الماء السائل هو مفتاح لفهم سلوك الشكل المتجمد الموجود في الأنهار الجليدية، ومن المعروف أن المياه الذائبة تعمل على تليين قواعدها المرصوفة بالحصى وتسريع مسيرتها نحو البحر.

في السنوات الأخيرة، اكتشف باحثون في القارة القطبية الجنوبية مئات من البحيرات والأنهار السائلة المترابطة والموجودة داخل الجليد نفسه، وقد قاموا بتصوير أحواض سميكة من الرواسب تحت الجليد، والتي من المحتمل أن تحتوي على أكبر خزانات المياه على الإطلاق.

ولكن حتى الآن، لم يؤكد أحد وجود كميات كبيرة من الماء السائل في الرواسب تحت الجليد، ولم يدرس كيف يمكن أن يتفاعل مع الجليد.

رسم أول خريطة

كشف بحث جديد تم نشره في مجلة Science، أن فريقا للعلماء رسم أول خريطة ضخمة لنظام المياه الجوفية المتداولة بنشاط في الرواسب العميقة في غرب أنتاركتيكا، ويقولون إن مثل هذه الأنظمة، التي ربما تكون شائعة في القارة القطبية الجنوبية، قد يكون لها آثار غير معروفة حتى الآن على كيفية تفاعل القارة المتجمدة مع تغير المناخ، أو ربما تساهم فيه.

قال المؤلف الرئيسي للدراسة، كلوي جوستافسون، الذي أجرى البحث كطالب دراسات عليا في لامونت بجامعة كولومبيا: “افترض الناس أنه يمكن أن تكون هناك مياه جوفية عميقة في هذه الرواسب، ولكن حتى الآن، لم يقم أحد بأي تصوير تفصيلي”، مضيفا “كانت كمية المياه الجوفية التي وجدناها كبيرة جدًا، ومن المحتمل أن تؤثر على عمليات التيار الجليدي، الآن علينا اكتشاف المزيد ومعرفة كيفية دمج ذلك في النماذج.”

استخدم العلماء لعقود من الزمان رادارات وأدوات أخرى فوق الغطاء الجليدي في أنتاركتيكا لتصوير المعالم الجوفية، من بين أشياء أخرى كثيرة، كشفت هذه البعثات عن أحواض رسوبية محصورة بين الجليد والصخر الصخري، لكن الجيوفيزياء المحمولة جواً يمكنها بشكل عام أن تكشف فقط الخطوط العريضة التقريبية لهذه الميزات، وليس المحتوى المائي أو الخصائص الأخرى.

في استثناء واحد، استخدمت دراسة أجريت عام 2019 على وديان ماكموردو الجافة في القارة القطبية الجنوبية أدوات محمولة بالهليكوبتر لتوثيق بضع مئات من الأمتار من المياه الجوفية تحت الجليدية، تحت حوالي 350 مترًا من الجليد.

قد تعيد مياه المحيط غزو الرواسب

تقول الدراسة، أن معظم الأحواض الرسوبية المعروفة في القارة القطبية الجنوبية أعمق بكثير، ومعظم جليدها أكثر سمكًا بكثير، بحيث لا يمكن للأجهزة المحمولة جواً الوصول إليه، في أماكن قليلة، حفر الباحثون الجليد في الرواسب، لكنهم اخترقوا الأمتار القليلة الأولى فقط.

تقع معظم الأحواض الرسوبية المترامية الأطراف في القارة القطبية الجنوبية تحت مستوى سطح البحر الحالي، محصورة بين الجليد الأرضي المترابط مع طبقة الأساس الصخرية والرفوف الجليدية البحرية العائمة التي تحيط بالقارة، يُعتقد أنها تشكلت في قاع البحر خلال الفترات الدافئة عندما كانت مستويات سطح البحر أعلى.

إذا تراجعت الجروف الجليدية في ظل ارتفاع درجات الحرارة، فقد تعيد مياه المحيط غزو الرواسب، ويمكن للأنهار الجليدية خلفها الاندفاع إلى الأمام ورفع مستويات سطح البحر في جميع أنحاء العالم.

ركز الباحثون في الدراسة الجديدة على تيار ويلانز الجليدي الذي يبلغ عرضه 60 ميلاً، وهو واحد من ستة تيارات سريعة الحركة تغذي جرف روس الجليدي، الأكبر في العالم، بحجم إقليم يوكون الكندي.
كشفت الأبحاث السابقة عن بحيرة داخل الجليد، وحوض رسوبي يمتد تحته، أدى الحفر الضحل في القدم الأولى أو نحو ذلك من الرواسب إلى ظهور مياه سائلة، ومجتمع مزدهر من الميكروبات، لكن ما يكمن في المستقبل كان لغزا.

التصوير المغناطيسي

في أواخر عام 2018، أسقطت طائرة تزلج تابعة للقوات الجوية الأمريكية LC-130 جوستافسون، جنبًا إلى جنب مع لامونت دوهرتي الجيوفيزيائي كيري كي، والجيوفيزيائي في مدرسة كولورادو للمناجم ماثيو سيجفريد، ومتسلقة الجبال ميجان سيفرت على ويلانز، وكانت مهمتهم رسم خريطة أفضل للرواسب وخصائصها باستخدام أدوات جيوفيزيائية توضع مباشرة على السطح، بعيدًا عن أي مساعدة إذا حدث خطأ ما، سيستغرق الأمر ستة أسابيع مرهقة من السفر، والحفر في الثلج، وزرع الآلات، وعدد لا يحصى من الأعمال الروتينية.

استخدم الفريق تقنية تسمى التصوير المغناطيسي، والتي تقيس تغلغل الطاقة الكهرومغناطيسية الطبيعية المتولدة في الغلاف الجوي للأرض، حيث يقوم الجليد، والرواسب، والمياه العذبة، والمياه المالحة، وصخور الأساس، بتوصيل الطاقة الكهرومغناطيسية بدرجات مختلفة؛ من خلال قياس الاختلافات، يمكن للباحثين إنشاء خرائط تشبه التصوير بالرنين المغناطيسي للعناصر المختلفة.

قام الفريق بزرع أدواتهم في حفر ثلجية لمدة يوم أو نحو ذلك في كل مرة، ثم حفرها ونقلها، وفي النهاية أخذ قراءات في حوالي أربعين موقعًا، كما قاموا بإعادة تحليل الموجات الزلزالية الطبيعية المنبعثة من الأرض والتي تم جمعها بواسطة فريق آخر للمساعدة في تمييز الصخور الأساسية والرواسب والجليد.
الرواسب مليئة بالمياه السائلة

أظهر تحليلهم أنه، اعتمادًا على الموقع، تمتد الرواسب أسفل قاعدة الجليد من نصف كيلومتر إلى ما يقرب من كيلومترين قبل أن تضرب الصخر الصخري.
وأكدوا أن الرواسب مليئة بالمياه السائلة على طول الطريق، يقدر الباحثون أنه إذا تم استخراجه بالكامل، فإنه سيشكل عمودًا مائيًا بارتفاع 220 إلى 820 مترًا، على الأقل 10مرات أكثر من النظم الهيدرولوجية الضحلة داخل وقاعدة الجليد، وربما أكثر من ذلك بكثير من ذلك.

المياه الجوفية أكثر ملوحة مع العمق

توصل المياه المالحة الطاقة بشكل أفضل من المياه العذبة، لذلك تمكنوا أيضًا من إظهار أن المياه الجوفية تصبح أكثر ملوحة مع العمق، قال كي، إن هذا أمر منطقي، لأن الرواسب يعتقد أنها تشكلت في بيئة بحرية منذ فترة طويلة، ربما وصلت مياه المحيط آخر مرة إلى ما يعرف الآن بالمنطقة التي يغطيها ويلانز خلال فترة دافئة منذ حوالي 5000 إلى 7000 عام، مما أدى إلى تشبع الرواسب بالمياه المالحة.
عندما تقدم الجليد مرة أخرى ، كان من الواضح أن الماء الذائب الناتج عن الضغط من الأعلى والاحتكاك عند القاعدة الجليدية قد تم دفعه بشكل واضح إلى الرواسب العليا. قال كي إنه ربما يستمر في التصفية والاختلاط اليوم.

يقول الباحثون، إن هذا التصريف البطيء للمياه العذبة في الرواسب يمكن أن يمنع الماء من التراكم في قاعدة الجليد، هذا يمكن أن يكون بمثابة كبح على الحركة الأمامية للجليد.

المياه العذبة تتدفق عبر الرواسب إلى المحيط

وتظهر القياسات التي أجراها علماء آخرون عند الخط الأرضي للتيار الجليدي – النقطة التي يلتقي فيها التيار الجليدي الأرضي بالجرف الجليدي العائم – أن الماء هناك أقل ملوحة إلى حد ما من مياه البحر العادية، يشير هذا إلى أن المياه العذبة تتدفق عبر الرواسب إلى المحيط، مما يفسح المجال لمزيد من المياه الذائبة للدخول، ويحافظ على استقرار النظام.

ومع ذلك، يقول الباحثون، إذا كان سطح الجليد رقيقًا- وهو احتمال واضح مع ارتفاع درجة حرارة المناخ- يمكن عكس اتجاه تدفق المياه، ستنخفض الضغوط المعلقة، ويمكن أن تبدأ المياه الجوفية الأعمق في التدفق نحو القاعدة الجليدية.

يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة تزييت قاعدة الجليد وزيادة حركته إلى الأمام، علاوة على ذلك، إذا كانت المياه الجوفية العميقة تتدفق إلى أعلى، فيمكن أن تحمل الحرارة الجوفية المتولدة بشكل طبيعي في الصخر الصخري؛ قد يؤدي ذلك إلى إذابة قاعدة الجليد ودفعه للأمام، لكن ما إذا كان هذا سيحدث وإلى أي مدى فهذا غير واضح.

وجود الميكروبات في الرواسب الضحلة يضيف بعدا آخر

قال جوستافسون: “في النهاية، ليس لدينا قيود كبيرة على نفاذية الرواسب أو مدى سرعة تدفق المياه”، “هل سيحدث فرقًا كبيرًا من شأنه أن يولد تفاعلًا سريعًا؟ أم أن المياه الجوفية تلعب دورًا ثانويًا في المخطط الكبير لتدفق الجليد؟”

يقول الباحثون، إن الوجود المعروف للميكروبات في الرواسب الضحلة يضيف بعدا آخراً، فمن المحتمل أن يكون هذا الحوض وغيره مأهولة في الأسفل؛ وإذا بدأت المياه الجوفية في الارتفاع، فستخرج الكربون المذاب الذي تستخدمه هذه الكائنات الحية، وسيرسل تدفق المياه الجوفية الجانبي بعد ذلك بعضًا من هذا الكربون إلى المحيط، هذا من شأنه أن يحول القارة القطبية الجنوبية إلى مصدر للكربون لم يتم النظر فيه حتى الآن في عالم يسبح فيه بالفعل. وتسأل جوستافون، ما إذا كان هذا سيحدث بعض التأثير المهم؟

يقول الباحثون، إن الدراسة الجديدة هي مجرد بداية للإجابة على هذه الأسئلة، كتبوا: “إن تأكيد وجود ديناميكيات المياه الجوفية العميقة قد غير فهمنا لسلوك التيارات الجليدية، وسيجبرنا على تعديل نماذج المياه تحت الجليدية”.