10 دقیقه
عمیق در زیر سطح گرینلند، چیزی غیرمنتظره در حال تا کردن لایههای یخ است: ستونهایی صعودی که رفتارشان بیشتر شبیه سنگ داغ است تا آب یخ زده. اسکنهای راداری این اختلالات شبیه به قُرقه را بیش از یک دهه ثبت کردهاند و مدلسازیهای رایانهای اخیر اکنون به یک مقصر شگفتآور اشاره میکنند — همرفت حرارتی درون خود تشت یخی.
چینهای پنهان در یک بایگانی عظیم برف
تشت یخی گرینلند یک بایگانی وسیع و لایهلایه از آبوهوای گذشته و بارشهای فصلی است. این یخپوش تقریباً ۸۰ درصد جزیره را میپوشاند و اگر ناپدید شود، آب کافی برای افزایش سطح جهانی دریاها به میزان چند متر را در خود ذخیره کرده است. دانشمندان این بایگانی را با رادار نفوذی در یخ بررسی میکنند. امواج رادیویی از درون یخ عبور میکنند و از لایههای داخلی — برف متراکمشده، گرد و غبار، خاکستر و نشانههای شیمیایی که هر فصل و هر قرن را مشخص میکنند — بازتاب مییابند.
در سال ۲۰۱۴، محققان ویژگیهای نامعمولی را در اعماق شمال گرینلند مشاهده کردند: سازههای عظیمی که به سمت بالا تاب برداشته بودند و در سوابق راداری با توپوگرافی بستر سنگی منطبق نبودند. سالها منشأ این سازهها مورد بحث بود. آیا آب مایع که در پایه یخ یخ میزند میتواند لایهها را دگرگون کند؟ آیا نواحی لغزشی روانشده در حال جابجایی میتوانند چنین تابخوردگیهایی ایجاد کنند؟ آن فرضیهها منطقی به نظر میرسیدند، اما هیچکدام با مجموعه کامل مشاهدات همخوانی نداشتند.
اینجا همرفت حرارتی وارد میشود: فرایندی که از داخل زمین آشناست، جایی که سنگ گرم و خمیریشکل بالا میآید و ماده خنکتر فرو مینشیند و رگهها و سلولهایی را پدید میآورد. در نگاه نخست، این ایده برای یخ جامد عجیب به نظر میرسد. یخ سرد و شکننده نیست؟ نکته این است که یخ تحت فشار عظیم یک تشت یخی و کمی گرمشده در پایه، بسیار قابلتغییرتر میشود. در این حالت، غلتش آرام و شناور شده از لحاظ فیزیکی امکانپذیر میشود و باعث ایجاد ستونها یا «پلانوم»های صعودی میگردد.
این تفسیر، یعنی وجود همرفت حرارتی در تشت یخی، نشاندهنده تعامل میان فرآیندهای زمینشناسی و فیزیک یخ است و برای درک پویایی یخپوشها و تحلیل دادههای راداری اهمیت دارد. این پدیده میتواند لایهبندی تاریخی ثبتشده در هستههای یخ را پیچیده کند و پیامدهایی برای بازخوانی سوابق آبوهوایی گذشته داشته باشد.
شبیهسازی یک قابلمه جوشان از جنس یخ
برای بررسی این ایده، یخشناسان به رهبری رابرت لاو در دانشگاه برگن یک بسته مدلسازی ژئودینامیک را که معمولاً برای همرفت گوشته بهکار میرود، اقتباس کردند. آنها یک برش عمودی سادهشده از تشت یخی گرینلند ساختند — یک لایه تقریباً ۲.۵ کیلومتری — و پارامترهای واقعگرایانه را تغییر دادند: تجمع بارش برف، ضخامت یخ، دمای پایه، نرمی یخ (ویسکوزیته مؤثر) و سرعتهای سطحی.
در یک مجموعه محدود اما معقول از شرایط، مدل ستونهای صعودی یخ گرمتر و نرمتر تولید کرد که لایههای رویی را به شکلهای شبیه به پلوما (plume) تا میزدند. امضای راداری مصنوعی تولیدشده از این صعودها با مشاهدات رادار واقعی همخوانی چشمگیری داشت. نتیجه ضمنی این است: اگر آن پلوماهای راداری واقعاً صعودهای همرفتی باشند، یخ در پایهٔ شمال گرینلند باید گرمتر و بسیار نرمتر از آنچه فرضهای مرسوم اجازه میدهند باشد.
در مدلسازی، منابع گرمایی عجیب و غریب فرض نشدهاند. در عوض، گرمای لازم با جریان گرمایی زمینساختی پایدار که از پوسته زمین به بالا میآید سازگار است — گرمایی که از فروپاشی رادیواکتیو عناصر و گرمای باقیمانده از شکلگیری سیاره تولید میشود. اگرچه این شار گرمایی در مقایسه با تابش سطحی کم است (چند ده تا چند صد میلیوات بر متر مربع)، اما وقتی زیر کیلومترها یخ عایقشده محصور میشود، میتواند لایهٔ قاعدهای را طی بازههای زمانی طولانی تا حدی گرم کند که یخ چکشپذیر و متحرک شود.
آندریاس بورن، آبوهوادوست در همان دانشگاه، این فرایند را به یک قابلمه آرام در حال جوش تشبیه کرد — نه یک برکه شل، بلکه یخی جامد که در بازههای زمانی هزارساله مثل یک سیال ویسکوز رفتار میکند. این تمایز مهم است؛ حرکت همرفتی در عمق به این معنا نیست که یخ امروز لجنآلود است یا فردا ناپدید خواهد شد؛ بلکه مکانیزمی ظریف درونی را نشان میدهد که میتواند لایهبندیهای داخلی را بازآرایی کند و روند تکامل تشت یخی را در قرنها تا هزارهها تغییر دهد.
برای اطمینان از پایداری این نتیجهها، محققان حساسیت مدل را نسبت به پارامترهایی مانند نرخ انباشت سالانه، شیب دما در پایه، و قانون تنش-کرنش یخ آزمودند. آنها نشان دادند که حتی تغییرات نسبتا کوچک در ویسکوزیتهٔ یخ یا مقدار گرمای زمینساختی میتواند تعیینکنندهٔ بروز یا عدم بروز همرفت باشد. این حساسیت نشان میدهد که نقشهبرداری دقیقتر از شرایط پایه برای تأیید نظریه حیاتی است.
نمونههایی از سازههای پلوما در شمال گرینلند که از بررسیهای راداری نگاشت شدهاند.
پیامدها برای پویایی یخ و پیشبینی سطح دریا
کشف همرفت حرارتی داخل تشت یخی نیاز به بازنگری در شرایط پایهای و رئولوژی داخلی یخ دارد. اگر بخشهایی از تشت یخی گرینلند میزبان سلولهای همرفتی باشند، آن نواحی ممکن است حرارت و ناخالصیها را به شیوهای متفاوت نسبت به مدلهای مرسوم حمل کنند. لایههای گرد و غبار و نشانگرهای شیمیایی میتوانند بلند شوند یا تاب بخورند و خوانش سوابق اقلیمی از هستههای یخ را پیچیده کنند. نرمی پایه همچنین بر نحوهٔ انتقال تنش در سراسر یخ تأثیر میگذارد و الگوهای جریان بلندمدت را تغییر میدهد.
اما این چه معنایی برای افزایش سطح دریا دارد؟ این پرسش فوری است اما هنوز بیپاسخ کامل. همرفت در عمق ساختار داخلی را تغییر میدهد تا بهطور مستقیم مقدار آب ذوبشده را افزایش دهد. با این حال، تغییر در الگوهای جریان ممکن است روی یخچالهای خروجی یا دینامیک خط قرارگیری (grounding line) تأثیر بگذارد و در بازههای زمانی طولانی بر نرخ تخلیه یخ به دریا اثر بگذارد. تیم پژوهشی تأکید میکند که کار بیشتری لازم است — اندازهگیریهای هدفمند دمای پایه، نمونهگیری مستقیم در مکانهایی که امکانپذیر است، و مدلهای تصفیهشده که ترمودینامیک پایه را با جریان تودهای یخپوش در مقیاس بزرگ جفت کنند.
از منظر مدلسازی اقلیمی و پیشبینی سطح دریا، گنجاندن مکانیسمهای همرفتی در مدلهای عددی یخپوش میتواند حساسیت نتایج را تغییر دهد. مدلهای فعلی که فرض پایهٔ سرد و نسبتاً جامد را در بستر در نظر میگیرند ممکن است روندهای جریان را دستکم یا نادرست برآورد کنند؛ بهویژه در نقاطی که شار گرمایی زمینساختی بالاتر یا جمعآوری برف کمتر است، شرایط برای همرفت مساعدتر خواهد بود. بنابراین، انتقال از مدلهای سادهشده به مدلهای جامعتر که فرآیندهای داخلی را در بر میگیرند، برای ارتقای اعتبار پیشبینیها ضروری است.
همچنین باید به تأثیرات بر استخراج دادههای دیرینهشناختی از هستههای یخ توجه شود. اگر لایهها در اثر همرفت جابهجا یا چینخورده باشند، سنسنجی سالانه یا طبقهبندی شیمیایی برخی لایهها ممکن است نیازمند بازبینی شود تا اختلالات درونی شناسایی و تصحیح شوند. این موضوع برای دانشمندانی که از هستههای یخ برای بازسازی دقیق تغییرات اقلیمی گذشته و نرخهای تغییر استفاده میکنند اهمیت خاصی دارد.
پیچیدگیهای عملی نیز وجود دارد. اندازهگیری شرایط در مرز بین یخ و بستر سنگی کار دشوار و پرهزینهای است. حسگرهای ماهوارهای و راداری سرنخهایی فراهم میآورند، اما صحت میدانی — چاههای آزمایشی، بررسیهای لرزهای و اندازهگیریهای گرمایی — برای تأیید نتایج مدلسازی و نگاشت نواحی احتمالی همرفت لازم خواهد بود. تا آن زمان، فرضیهٔ اینکه یک تشت یخی میتواند گردش آرامی شبیه پلوما داشته باشد، تفسیر تحریکآمیزی است که بهتر از فرضیات رقیب با دادهها سازگار است.
دیدگاه کارشناسان
«این یادآوری است که تشتهای یخی بیش از صندوقچههای غیر فعالی برای برف هستند،» دکتر مایا خاتری، یخفیزیکدان در ناسا گادرد که در این مطالعه دخیل نبوده است، میگوید. «شرایط پایه میتواند رفتارهای نوظهوری را تولید کند که از سطح نامرئیاند تا زمانی که با رادار و مدلها نگاه کنیم. همرفتهای جابهجایی آراماند، اما در طول قرنها میتوانند چشمانداز داخلی یک تشت یخی را تغییر دهند و این هنگامی اهمیت پیدا میکند که میخواهید واکنش بلندمدت آن به گرمایش اقلیمی را پیشبینی کنید.»
دکتر خاتری یک هشدار نیز اضافه میکند: «ما به کمپینهای هماهنگ نیاز داریم — چاههای ژرف، رادار با وضوح بالا و مدلهای جفتشدهٔ یخ-حرارت — تا این شبیهسازیهای زیبا را به محدودیتهای محکم برای پیشبینی سطح دریا تبدیل کنیم.»
رادار، مدلسازی و کار میدانی ما را یک گام به فهم زندگی درونی گرینلند نزدیکتر کردهاند. کشف اینکه یخ میتواند در محل غلت بزند و به آرامی بجوشد، در پی حرارت ناچیز اما پیوستهٔ زمینساختی، هم یادآوریای از پیچیدگی زیر پای ماست و هم فراخوانی برای پالایش ابزارهایی که برای پیشبینی آیندهٔ یخ و سطح دریا استفاده میکنیم.
هر چه بیشتر به سیگنالهای دفنشده در یخ گوش دهیم — از رادارهای نفوذی تا پروفایلهای دمایی و دادههای ژئوفیزیکی — بهتر برای خواندن آنچه که برای سواحل و جوامع در سراسر جهان به معنا دارد آماده خواهیم شد. گسترش همکاریهای بینرشتهای، سرمایهگذاری در اندازهگیریهای میدانی هدفمند و توسعهٔ مدلهای چندفیزیکی، مسیر پیشروی پژوهشگران برای روشنکردن نقش همرفت حرارتی در تشتهای یخی است.
در نهایت، شناسایی نواحی که احتمالاً میزبان همرفت پایهای هستند میتواند به اولویتبندی مأموریتهای پژوهشی و نظارت کمک کند، تا فهم ما از پویایی یخپوشها، تاریخ اقلیمی ثبتشده در هستههای یخ و پیامدهای بلندمدت برای سطح دریا دقیقتر و قابل اتکاتر شود.
منبع: sciencealert
نظرات
مکس_ایکس
جذاب اما بنظرم کمی اغراق شده؛ شبیهسازیا قشنگن ولی بدون مشاهدات پایهای نمیشه قاطع بود. منتظر چاههای ژرف و اندازهگیریام...
پمپزون
تحلیلِ خوب و محتاطانهست. پیامدها واضح نیست اما هشدار مهمیه برای افزودن فرایندهای داخلی به مدلها
دانیکس
تو یک پروژه لرزهای دیدم الگوهای غیرمعمول شبیه این، شبیه چینخوردگی لایهها. اگه تأیید بشه یعنی باید بازخوانی هستهها رو تجدید کنیم
دیتاپالس
واقعاً همه این پلوماها همرفت پایهان؟ مدلها خیلی حساسن، دادههای میدانی لازمه. آیا رادار بهتنهایی کافیه؟
رامین
منطقش بد نیست؛ گرمای زمینساختی کم ولی طولانیمدت میتونه تاثیر بذاره. اما هنوز جا برای بررسی هست
لابکور
وای، جدی؟ اینکه یخ مثل قابلمه داره آروم قل میزنه، تصویر عجیبیه... فکر نمیکردم طبیعت اینقدر پیچیده باشه!
ارسال نظر