كشف دور الرياح كمحرك رئيسي لتكوين المياه العميقة بالقطب الجنوبي ودورة المحيطات على الكوكب

محيطات الأرض نظام معقد، وطبيعتها المترابطة لها آثار عالمية، حول القارة القطبية الجنوبية، تتشكل المياه الباردة والكثيفة في أعماق المحيط الجنوبي. يُعرف هذا بمياه قاع القطب الجنوبي (AABW).

وهي تتألف من معظم أعمق جزء أعماق المحيط وحوالي ثلث حجم البيئات البحرية للكوكب، تؤدي AABW وظيفة مهمة في الدوران العالمي وأنماط المحيط المتقلبة، حيث توزع الحرارة والملح والكربون والمغذيات شمالًا إلى الأحواض عبر الكوكب.

في العقود الأخيرة، أصبح AABW أكثر دفئًا وأقل ملوحة وتراجع في الحجم، هذا له عواقب على درجات حرارة المحيطات والتهوية وتوزيع المغذيات على السطح، مما يؤثر على النظم الإيكولوجية البحرية والكائنات الحية المتنوعة التي تدعمها، كما أنه يؤثر على المناخ العالمي وارتفاع مستوى سطح البحر، مما يؤثر على المجتمعات الساحلية.

الدورة الحرارية الملحية

يتشكل AABW نتيجة للرياح القطبية الباردة التي تجلب الجليد البحري إلى المنطقة، والتي يؤدي تكوينها إلى طرد الملح في المحيط (تبلغ نسبة الملوحة في الجليد البحري حوالي 5 ٪، مقارنة بـ 34.5 ٪ من مياه البحر المحيطة).
يتركز هذا الملح في المحيط، مما يجعل مياه البحر أكثر كثافة، وتجذب مياه البحر البحرية الأكثر دفئًا وطفوًا إلى المنطقة في دورة مستمرة تُعرف باسم الدورة الحرارية الملحية.

قام الباحثون في جامعة نيو ساوث ويلز، أستراليا، بمحاكاة تكوين وهجرة AABW على مدى 60 عامًا من أربع مناطق حول القارة القطبية الجنوبية استنادًا إلى نماذج الجليد البحري والبحري.

هذه النماذج، التي تم الإبلاغ عنها في مجلة البحوث الجيوفيزيائية: المحيطات، تنظر في كيفية تأثير التغييرات في نقل الجليد البحري، وذوبان الجليد الأرضي والرياح الساحلية على AABW.

السيناريو الأول

يمكن أن يستمر تصدير خزان AABW من بحري Weddell و Ross لمدة تصل إلى عامين، بينما يستغرق تصدير مكامن AABW من خليج Prydz وساحل Adélie أقل من عام، تم العثور على السيناريو الأول ليكون له تأثيرات قوية على دوران المحيطات لمدة تصل إلى عقد من الزمان بعد ذلك، في حين أن الأخير ناتج عن الجرف الضيق لشرق أنتاركتيكا، مما تسبب في تصدير سريع لمياه البحار العميقة (DSW) التي تمنع التراكم في العمق.

السبب المفترض لتكوين AABW المتزايد من بحار Weddell و Ross هو الرياح الشرقية القطبية الأضعف، أو حتى الانعكاس الكامل للغرب، مما يقلل من كمية الجليد البحري الذي يتم نقله إلى المنطقة وبالتالي يترك محيطًا مفتوحًا أكثر.
يؤدي هذا إلى تكوين البولينيا، التي تتعرض للقوة الكاملة لهواء القطب الجنوبي البارد، مما يشجع على تكوين الجليد البحري بمعدل أسرع بكثير، لذلك، مع نمو الجليد البحري، يتم طرد المزيد من الملح إلى المحيطات، مما يزيد من الكمية المتاحة لتشكيل AABW الكثيف والمالح.

بحر Weddell هي المنطقة ذات أعلى مستوى تكوين من AABW ، حيث يبلغ الحد الأقصى لمعدل تدفق DSW الهائل 4.9 مليون متر مكعب في الثانية أسفل الجرف القاري، والذي يزيد إلى 9.7 مليون متر مكعب / ثانية عند تصدير AABW بعد ذلك إلى هاوية أحواض المحيطات الأخرى.

تم استخدام تقديرات تحويل كتلة المياه السطحية لحساب معدل دفع المياه السطحية إلى العمق (وهي عملية تُعرف باسم الجريان السفلي) بسبب الاختلاف في الطفو الناتج عن تغيرات درجة الحرارة والملوحة.
تم المساعدة في ذلك من خلال إطلاق مواد تتبع تشبه الصبغة في المياه السطحية للمناطق الأربع ، مع استخدام ألوان مختلفة لكل منها.

أكبر انخفاض في المياه السطحية

وجدت الأبحاث السابقة أن الكاشفات التي تم إطلاقها في خليج بريدز تشير إلى أن AABW يندمج غربًا مع ذلك من بحر Weddell ويخرج إلى المحيط الأطلسي وغرب المحيط الهندي. وفي الوقت نفسه، تندمج AABW من ساحل Adélie و Ross Sea للتصدير إلى المحيط الهادئ.

تظهر الموسمية أيضًا كعامل في تكوين ونقل AABW ، حيث يشهد الشتاء الأسترالي (الذي يحدث في نصف الكرة الجنوبي من يونيو إلى أغسطس) أكبر انخفاض في المياه السطحية ، مقارنة مع عدم وجود مياه أو القليل جدًا في الصيف.

أثناء تكوين الجليد البحري، يتم رفض المحلول الملحي في المحيط ، مما يزيد الملوحة ويساهم في تحويل المياه السطحية إلى أعماق. داخل بحر روس.

وجد الباحثون أنه مع زيادة تكوين الجليد البحري، زاد تدفق DSW إلى AABW ، على الرغم من أن هذا لم يكن ثابتًا في جميع المناطق الأربع.

التباين قصير الأجل والآليات طويلة الأجل

عندما تكون هناك أحداث انحدار قوية بشكل خاص في DSW الكثيفة والمالحة، فإن النماذج تظهر تصدير AABW أعلى من المنطقة لمدة تصل إلى 10 سنوات بعد ذلك.

حدث هذا في بحر ويديل عندما أدى النقل الجماعي للمياه السطحية في 1962 و1980 و 1998 إلى تعزيز تكوين AABW خلال الستينيات والثمانينيات ومن أواخر التسعينيات إلى منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين.

بينما يُظهر هذا البحث ارتباطًا بين تكوين الرياح وتكوين DSW لاحقًا AABW ، يلاحظ العلماء أن تأثير المد والجزر لم يتم تضمينه في عمليات المحاكاة، والتي من المعروف أنها تساهم في تقليل تكوين AABW ، وهذا يمثل 10٪ و30٪ انخفاض في بحار ويديل وروس على التوالي، كما أنه لا يأخذ في الحسبان التغيرات الموسمية في مدخلات المياه الذائبة، التي تعمل على تنقية المياه المالحة، أو تجاويف الجرف الجليدي، ويسلط الضوء على الحاجة إلى أن ينظر باحثو المناخ في آثار كل من التباين قصير الأجل بين السنوات والآليات طويلة الأجل لفهم الآثار المترتبة على مستقبل أكثر دفئًا لتقليل ، أو حتى انهيار، تشكيل AABW .