ماذا سيحدث للمياه مع استمرار درجات الحرارة في الارتفاع؟

سؤال بمليارات الدولارات: ماذا سيحدث للمياه مع استمرار درجات الحرارة في الارتفاع؟ سيكون هناك فائزون وخاسرون مع أي تغيير يعيد توزيع أين ومتى وكم المياه المتاحة للبشر للشرب واستخدامها.

للعثور على إجابات وتقديم تنبؤات مستنيرة، يتطلع العلماء إلى الماضي، ساعدت عمليات إعادة بناء تغير المناخ الماضي باستخدام البيانات الجيولوجية في إظهار التأثير البعيد المدى للنشاط البشري على درجات الحرارة منذ العصر الصناعي، لكن ثبت أن تجميع سجلات المناخ المائي لنفس الإطار الزمني هو أمر أصعب بكثير.

إعادة بناء التاريخ العالمي للمياه

اتخذت دراسة أجراها فريق مشروع Iso2k التابع للتغيرات العالمية الماضية (PAGES)، بقيادة برونوين كونيكي من جامعة واشنطن في سانت لويس، خطوة مهمة نحو إعادة بناء التاريخ العالمي للمياه على مدى الألفي عام الماضية.

باستخدام الأدلة الجيولوجية والبيولوجية المحفوظة في الأرشيفات الطبيعية – بما في ذلك 759 سجلًا مختلفًا للمناخ القديم من الشعاب المرجانية والأشجار والجليد وتكوينات الكهوف والرواسب الموزعة عالميًا – أظهر الباحثون أن دورة المياه العالمية قد تغيرت خلال فترات ارتفاع وانخفاض درجات الحرارة في الماضي القريب .

وقال كونيكي، الأستاذ المساعد في علوم الأرض والبيئة والكواكب في الآداب والعلوم بجامعة واشنطن والمؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة التي نشرت في مجلة Nature Geoscience، إن دورة المياه العالمية ترتبط ارتباطًا وثيقًا بدرجات الحرارة العالمية “.

وقالت: “وجدنا أنه خلال الفترات الزمنية التي تتغير فيها درجة الحرارة على نطاق عالمي، نرى أيضًا تغيرات في الطريقة التي تتحرك بها المياه حول الكوكب”.

إن دورة المياه معقدة، وهطول الأمطارعلى وجه الخصوص له اختلافات جغرافية أكثر جذرية بكثير من درجة حرارة الهواء، وقد جعل هذا من الصعب على العلماء تقييم كيفية تغير هطول الأمطار على مدى الألفي عام الماضية.

وقالت كونيكي: “لقد قررنا أن نبدأ بسجلات نظائر الماء لأنها تعكس إشارات شاملة ولأنها مسجلة في جميع أنواع الأرشيفات الطبيعية المختلفة”، “هذه خطوة أولى نحو إعادة بناء أنماط الجفاف أو هطول الأمطار على المستوى العالمي خلال الألفي عام الماضية.”

دورة متشابكة

دورة المياه العالمية واسعة ومتشابكة، يتبخر الماء من سطح الأرض، ويصعد إلى الغلاف الجوي، ثم يبرد ويتكثف على شكل أمطار أو ثلوج في السحب، ثم يسقط مرة أخرى على السطح على شكل أمطار.

كل جزيء ماء يشكل جزءًا من الدورة له “بصمة” أو تركيبة نظائرية معينة، والتي تعكس اختلافات صغيرة في الوزن الذري لذرات الأكسجين والهيدروجين التي يتكون منها الجزيء، لذلك، يمكن أن تكون جزيئات الماء الفردية أثقل أو أخف.

ومن خلال هذه الدراسة الجديدة، وجد العلماء أنه عندما تكون درجة الحرارة العالمية أعلى، تصبح الأمطار والمياه البيئية الأخرى أكثر غزارة من الناحية النظائرية.

قام الباحثون بتفسير هذه التغييرات النظائرية وحددوا جدولها الزمني من خلال تجميع البيانات من مجموعة واسعة من مصادر الأرشيف الطبيعية من الألفي سنة الماضية من تاريخ الأرض.

قام فريق مشروع PAGES Iso2k – الذي يضم أكثر من 40 باحثًا من 10 دول – بجمع وتصنيف وأحياناً رقمنة مجموعات البيانات من مئات الدراسات لبناء قاعدة البيانات التي استخدموها في تحليلهم.

وانتهى بهم الأمر إلى الحصول على 759 مجموعة بيانات متسلسلة زمنية موزعة عالميًا، تمثل أكبر قاعدة بيانات متكاملة في العالم لسجلات وكيل نظائر الماء.

إن تجميع الإشارات من العديد من الأنواع المختلفة من المحفوظات الطبيعية يمكن أن يكون مثل تجميع التفاح والبرتقال معًا، ومع ذلك، عرف كونيكي وفريق المشروع أن نظائر الماء تسجل الإشارات المناخية بطرق محددة في أرشيفات طبيعية مختلفة.

يمكن لهذا الخيط المشترك، الذي تم تجميعه بعناية، أن يساعدهم في مقارنة حلقة شجرة بنواة جليدية.

وقالت كونيكي: “كل أرشيف مختلف”، “لجعل الأمور أكثر تعقيدًا، يتم إنشاء مجموعات البيانات من أرشيفات مختلفة بواسطة مجتمعات علمية مختلفة بمصطلحاتها ومعاييرها وموادها المرجعية لقد توصلنا إلى حقول وصف البيانات (البيانات الوصفية) لقاعدة البيانات التي تترجم خصوصيات كل سجل إلى لغة مشتركة “يجعل من الممكن مقارنة الاختلافات في أحد الأرشيفات مع الاختلافات في أرشيف آخر. وقد استغرقت هذه العملية سنوات.”

المزيد من التغييرات في دورة المياه قادمة

لقد تم الاعتراف منذ فترة طويلة بالعلاقات ذات النطاق العالمي بين درجة الحرارة والتركيب النظائري لبعض المياه البيئية، مثل مياه البحر والجليد الجليدي، مع تحرك الكوكب داخل وخارج دورات العصر الجليدي. كما أن العلاقات المحلية مع درجة الحرارة على نطاقات زمنية تتراوح من دقائق إلى أشهر راسخة أيضًا.

لكن هذه الدراسة توفر أول دليل على أن درجة الحرارة والتركيب النظائري للمياه البيئية يسيران جنبًا إلى جنب على فترات زمنية بينهما، أي على مدى عقود إلى قرون.

وقالت كونيكي إنه تعديل سريع، “مع ارتفاع درجة حرارة الكوكب وبرودته، فإن ذلك يؤثر على سلوك الماء أثناء خروجه من المحيطات وقوة حركته عبر الغلاف الجوي”. “إن الإشارات النظائرية في هذه المياه تستجيب بشكل كبير للتغيرات في درجات الحرارة.”

ووجد العلماء، أن متوسط درجة حرارة السطح العالمية كان له تأثير متماسك على التركيب النظائري لهطول الأمطار العالمي و”المياه النيزكية” (المياه في البحيرات والأنهار وذوبان الجليد) طوال الألفي عام الماضية.

كانت التغييرات التي لاحظوها مدفوعة بعمليات تبخر وتكثيف المحيطات العالمية، مع قيم أقل خلال الفترة الزمنية المعروفة باسم العصر الجليدي الصغير (1450-1850) وقيم أعلى بعد بداية ظاهرة الاحتباس الحراري التي يسببها الإنسان والتي بدأت حوالي عام 1850.

وعندما يتعلق الأمر بالتأثير المحدد لهذه التغيرات على هطول الأمطار وتوافر المياه في المستقبل، فمن السابق لأوانه التنبؤ بمن سيفوز ومن سيخسر، لكن بيانات هذه الدراسة من الألفي سنة الماضية تشير إلى أنه من المحتمل حدوث المزيد من التغيرات في دورة المياه مع استمرار ارتفاع درجات الحرارة العالمية.

كانت يونيو ويوليو وأغسطس 2023 هي الأشهر الأكثر سخونة على الإطلاق لكوكبنا.

وقالت كونيكي: “إن الطريقة التي تتصرف بها المياه عندما تترك المحيطات وتتحرك حول الغلاف الجوي وتهطل الأمطار، يتأثر هذا السلوك بشدة بالتغيرات في درجة حرارة الغلاف الجوي”.