يشهد القطب الشمالي تسارعًا في تغير المناخ، وقد قام فريق من العلماء بتخطيط كيفية مساهمة الكيمياء في هذه الظاهرة.
خلال حملة ميدانية استمرت شهرين، استخدم الباحثون طائرتين بحثيتين بالتوازي مع محطات أرضية في شمال ألاسكا وبحارها المجاورة، واكتشفوا ثلاث عمليات مترابطة.
أولاً، وجدوا أن الشقوق المفتوحة في الجليد البحري (“leads”) تسرّع تشكيل الغيوم ورفع الملوثات إلى السماء. ثم، تؤثر الانبعاثات من أكبر حقل نفط في أمريكا الشمالية بشكل ملحوظ على الغلاف الجوي المحلي.
وأخيرًا، يؤدي تفاعلهما معًا إلى تعزيز حلقات التغذية الراجعة التي تضعف الجليد البحري وتزيد الاحترار الإقليمي.
نُشرت الدراسة في مجلة Bulletin of the American Meteorological Society.
تتبع الغيوم والهالوجينات والجسيمات الهوائية
يعد هذا العمل جزءًا من مشروع CHACHA – الكيمياء في القطب الشمالي: الغيوم والهالوجينات والجسيمات الهوائية – لفهم كيفية امتزاج الهواء المحيط بالسطح وإحداث سلسلة من التفاعلات بين رذاذ البحر، الغيوم المنخفضة، والتلوث.
انطلقت الحملة من أوتكياغفيك، ألاسكا، بين 21 فبراير و16 أبريل 2022، مباشرة بعد شروق الشمس القطبي، حيث يؤدي عودة الشمس إلى تنشيط كيمياء السطح والغلاف الجوي السفلي.
مراقبة تطور الكيمياء عموديًا
سارت مسارات الطائرات عبر بحري بوفورت وتشوكشي والسهول الثلجية، وجمعت عينات من الهواء فوق الجليد الصلب والأسطح المتجمدة حديثًا وأشرطة المياه المفتوحة.
كما حلق الفريق فوق حقول نفط غاز برودهو باي، لالتقاط الانبعاثات ورصد تطورها مع الرياح.
تتيح مطابقة بيانات الطائرات مع القياسات الأرضية متابعة تطور الكيمياء عموديًا، وهو أمر حاسم لفهم كيفية تشكل الغيوم وانتقال الملوثات للأعلى.
حلقة تغذية راجعة ذاتية التعزيز
كانت المفاجأة الكبرى فوق المحيط هي قوة تأثير الشقوق. حتى الفتحات الضيقة دفعت الهواء الدافئ والرطب إلى الأعلى، مكونة أعمدة الحمل الحراري وتشكيل الغيوم المنخفضة بسرعة.
يرافق هذا الهواء جزيئات الهالوجين، والجسيمات الهوائية، وبخار الماء، التي تحبس الحرارة وتغير انعكاسية الغيوم والكيمياء الجوية.
يعزز هذا الامتزاج العمودي انتقال الحرارة والرطوبة من المحيط إلى الهواء، ما يضعف الجليد القريب ويولد شقوقًا جديدة، مشكلة حلقة تغذية راجعة مستمرة.
الثلوج المالحة والكيمياء القطبية
على اليابسة، التقط الفريق حلقة أخرى في الثلوج المالحة الساحلية، حيث أدى عودة الشمس إلى تفعيل كيمياء الهالوجين، خصوصًا البروم.
تقوم هذه الجزيئات بتقليل الأوزون في الغلاف الجوي السفلي، ما يسمح لمزيد من ضوء الشمس بتسخين الثلوج وتسريع التفاعلات الكيميائية مرة أخرى.
تأثير الكيمياء الناتجة عن حقول النفط
على حقل برودهو باي، التقطت الطائرات انبعاثات حمضية أدت إلى تكوين مركبات ضارة وضباب دخاني، حيث تفاعلت الهالوجينات مع هذه الانبعاثات لتكوين جذور حرة عالية التفاعل تتحول لاحقًا إلى مركبات مستقرة قادرة على الانتقال لمسافات طويلة.
وصلت بعض مستويات ثاني أكسيد النيتروجين إلى 60–70 جزءًا من المليار، مماثلة للمدن الكبيرة في أيام التلوث السيئة.
ترابط العمليات معًا
عند الجمع بين تأثير المحيط واليابسة، تظهر صورة واضحة: الشقوق تنقل الحرارة والرطوبة وتشكل الغيوم، الثلوج المالحة تولد البروم وتخفف الأوزون، والانبعاثات الصناعية تزود المواد الأولية لتكوين جذور حرة طويلة العمر.
كل هذه العوامل تدفع النظام نحو مزيد من الامتزاج، تكوين الغيوم، النشاط الكيميائي، وتآكل الجليد.
ما بعد شمال ألاسكا
هذه النتائج ليست مجرد فضول إقليمي؛ النماذج المناخية العالمية غالبًا ما تتجاهل التفاصيل الدقيقة مثل الشقوق أو تقلل من أهمية كيمياء الهالوجين، مما يقلل من دقة توقعات ذوبان الجليد والاحترار القطبي.
الخطوة القادمة
يعمل فريق CHACHA على تجميع بياناته للنمذجة، مع التركيز على العواصف وكثافة الشقوق وحلقات الانبعاثات، لفهم كيفية تأثيرها على النظام. الهدف هو تحسين دقة النماذج التي توجه السياسات والتخطيط.
في القطب الجديد، الكيمياء ليست ضوضاء خلفية؛ الشقوق، الثلوج المالحة، والانبعاثات الصناعية تتفاعل لتسخين المنطقة وتآكل الجليد، وفهم هذه التفاعلات أمر أساسي لمواكبة التوقعات.
