هل سيؤدي تغير المناخ إلى تحويل القطب الشمالي إلى اللون الأخضر؟

تقع المنطقة القطبية الشمالية في قلب تغير المناخ، حيث ترتفع درجة حرارتها بمعدل أربع مرات أسرع من أي مكان آخر على وجه الأرض.

لقد شهد المحيط المتجمد الشمالي بالفعل تغيراً هائلاً، الجليد البحري الذي كان يغطي مساحة شاسعة من المحيط على مدار العام أصبح الآن موسميًا، حيث يذوب ويختفي من مناطق واسعة خلال أشهر الصيف، أما الجليد المتبقي، فيتضاءل كثيرًا، ولوحظ أن عمق الثلوج آخذ في الانخفاض.

كانت مهمة CryoSat التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية أحد الأصول الرئيسية لتتبع ذوبان الجليد في القطب الشمالي. وبعد 14 عامًا في الفضاء، أصبح لديه أحد أطول السجلات المتواصلة لسمك الجليد القطبي في الوجود.

الآن، بفضل البحث المنشور في Geophysical Research Letters ، يمكنه إضافة خيط آخر إلى قوسه، وهو قياس اختراق الضوء عبر الجليد البحري في القطب الشمالي.

إضاءة المحيط المتجمد الشمالي

يؤثر الاحترار السريع في القطب الشمالي على النظام البيئي البحري، وليس فقط الدببة القطبية وحيوانات الفظ.

وقالت جوليان ستروف من جامعة مانيتوبا وجامعة كولورادو: “مع انخفاض الجليد والثلوج، يخترق المزيد من الضوء إلى قاع الجليد البحري”، “إن نظام الضوء المتغير هذا لديه القدرة على التأثير على النظام البيئي البحري بأكمله، والذي يبدأ كله بالطحالب”.

على السطح السفلي للجليد، تتوسع حديقة الطحالب كل عام. مثل العوالق النباتية في المياه المفتوحة، والتي تنمو لتغطي مساحات شاسعة من المحيط التي يمكن رصدها من الفضاء، تزدهر الطحالب المغطاة بالجليد على مناطق واسعة وتدعم شبكة غذائية معقدة.

الطحالب – المنتجين الأساسيين في النظام البيئي

عندما تزدهر الطحالب، ترعى العوالق الحيوانية عليها من الأسفل، والتي تستمر في تغذية مجموعة متنوعة من الحيوانات بما في ذلك الأسماك، التي تستمر في تغذية الفقمات، وبالتالي الدببة القطبية.

لا يزال أمامنا الكثير لنتعلمه حول كيفية تأثر هذا النظام البيئي بسبب تغير المناخ، وبالتالي فإن الطحالب – المنتجين الأساسيين في النظام البيئي – تعد مكانًا رائعًا للبدء.

لقد كان رسم خرائط ذلك من الفضاء تحديًا، وقال كارلي كامبل من جامعة ترومسو: “على عكس المحيط المفتوح، لا يمكننا رؤية الطحالب داخل الجليد البحري من الفضاء”، “ما يمكننا القيام به هو البدء بتقدير مدى توفر الضوء، فالضوء، الذي تحصده الطحالب الجليدية لصنع مركبات عضوية في عملية التمثيل الضوئي، هو عامل رئيسي يدفع الإنتاج البحري، مضيفا”إذا تمكنا من رسم خريطة للضوء الذي يصل إلى الطحالب، فيمكننا الحصول على فكرة عن متى وكم قد تزدهر”.

لكي تفهم أنك بحاجة إلى معرفة مدى سماكة الجليد وكمية الثلج الموجود في الأعلى، ويعني الجليد والثلج الأكثر سمكًا أن كمية أقل من الضوء يمكن أن تصل إلى الطحالب تحت الجليد.

وهنا يأتي دور CryoSat. جنبًا إلى جنب مع بيانات Copernicus Sentinel-3 و NASA ICESat-2، قدر العلماء سمك الجليد البحري في القطب الشمالي خلال عمر CryoSat البالغ 14 عامًا في المدار.

ومن خلال تطبيق الخوارزميات لفهم مقدار اختراق الضوء عبر الجليد والثلوج واستخدام النماذج للتنبؤ بالثلوج والغطاء الجليدي التاريخي ، أصبح من الممكن بعد ذلك وضع نموذج أين ومتى يمكن أن تبدأ الطحالب في الازدهار.

أظهرت البيانات من عام 2011 إلى عام 2022 أن مناطق القطب الشمالي الجنوبية ستشهد ازدهارًا مبكرًا للطحالب، والذي يختلف من عام لآخر. ويبدو أن الثلوج كانت عاملا كبيرا.

يشير النموذج إلى أن عام 2017 كان ثلجيًا بشكل خاص أدى إلى غطاء ثلجي أعمق يمنع مساحات كبيرة من الازدهار بسبب عدم كفاية الإضاءة.

ذوبان الثلج يثير الإزهار

وبما أن الثلج يبدو أنه له تأثير كبير، فقد قام الباحثون بدراسة مدى تأثير انخفاض الثلوج على تكاثر الطحالب. منذ الثمانينيات، بدأ عمق الثلوج في التناقص في معظم أنحاء القطب الشمالي.

وبعد نمذجة التغيرات في عمق الثلوج من عام 1982 إلى عام 2018، ودمج ذلك مع تقديرات الضوء الذي يخترق الجليد، ظهرت صورة واضحة.

اقترح النموذج أن تبدأ ازدهار الطحالب قبل 15 يومًا من كل عقد في المناطق الجنوبية.

هناك العديد من العوامل الأخرى المعنية. سوف تغير بنية الرواسب والجليد مقدار الضوء الذي يمر عبر الثلج والجليد. يجب أيضًا أخذ الأشياء الأخرى التي قد تؤثر على نمو الطحالب في الاعتبار، بالإضافة إلى تأثير زيادة توافر الضوء.

تميل الطحالب المرتبطة بالجليد إلى أن تكون من سكان الظل الطبيعي. وعندما تتعرض لمزيد من الضوء، فإنها قد تنتج سكريات ودهون مختلفة، أو تموت في أوقات مختلفة. ويجب فهم كل هذه الجوانب للحصول على الصورة الكاملة.

لكن القدرة على استخدام قياسات الأقمار الصناعية لرسم صورة واسعة للإشعاع النشط ضوئيًا تحت الجليد تشكل أداة مفيدة للغاية لدعم طرق أخرى لمراقبة النظام البيئي في القطب الشمالي.

وقالت جوليان: “إن هذا الاستخدام غير المسبوق لبيانات الأقمار الصناعية يفيد معرفتنا بالنظام البيئي القطبي الشمالي سريع التغير”، “إن فهم الإشعاع النشط من الناحية الضوئية والذي يخترق الجليد البحري سيدعم دراسات أوسع لفهم ما يحدث للحياة في المحيط المتجمد الشمالي بسبب تغير المناخ.”

وبالنظر إلى أن الثلج عامل رئيسي في تحديد مقدار اختراق ضوء الشمس للجليد، فإن التعاون بين CryoSat وICESat-2 المعروف باسم Cryo2ice يجب أن يؤدي إلى مزيد من الأفكار.

سوف يصطف القمران الصناعيان في وقت واحد تقريبًا فوق القطب الشمالي في شتاء عام 2024، وستعطينا القياسات المجمعة أفضل تقدير لدينا حتى الآن للغطاء الثلجي فوق الجليد.

من خلال عمل رادار CryoSat وأجهزة Lidar الخاصة بـ ICESat-2 جنبًا إلى جنب، سنحصل على نظرة ثاقبة لمستقبل قياس ارتفاع الجليد. ستستخدم مهمة كوبرنيكوس بولار آيس آند ثنو توبوغرافيا الارتفاع (CRISTAL) رادارًا مزدوج التردد لرسم خريطة دقيقة لعمق الثلوج على الجليد البحري، لمواصلة تسجيل الأقمار الصناعية للجليد القطبي حتى ثلاثينيات القرن الحالي.

يقول توماسو بارينيلو، مدير مهمة CryoSat: “بعد 14 عامًا، من الرائع أن نرى أن CryoSat يواصل العثور على تطبيقات جديدة”، “إن التغيرات السريعة التي تحدث في القطب الشمالي سيكون لها عواقب واسعة النطاق تؤثر علينا جميعا.

وأضاف، أن الاحتفاظ بسجلات الأقمار الصناعية طويلة المدى أمرًا حيويًا لمساعدتنا على فهمها والتنقل في المستقبل، أنا متحمس لرؤية تأثيرات تعاون Cryo2ice في الأشهر والسنوات المقبلة بالإضافة إلى مهمة CRISTAL التي ستحافظ على سجل المناخ بعد CryoSat”.