آستانه پنهان یخ های جنوبگان در تغییرات اقلیمی زمین

به جنوبگان نه به‌عنوان یخچالی کندرو، بلکه مانند یک برد مدار نگاه کنید: تغییری ظریف در یک نقطه می‌تواند جریان‌ها را در جایی دیگر منحرف کند و ناگهان کل سامانه را دگرگون سازد. این تصویری است که از یک بازسازی تازه اقلیمی به دست می‌آید؛ بازسازی‌ای که نشان می‌دهد صفحه یخی جنوبگان حدود یک میلیون سال پیش از یک آستانه اقلیمی عبور کرده و پس از آن، واکنش آن به تغییرات جو و اقیانوس‌ها بسیار تندتر و حساس‌تر شده است.

پژوهشگران مرکز فیزیک اقلیم آی‌بی‌اس در کره جنوبی، یک شبیه‌سازی اقلیمی سه میلیون ساله را کنار هم قرار دادند و خروجی دما و بارش آن را وارد یک مدل دقیق صفحه یخی و سکوی یخی کردند که در دانشگاه ایالتی پن توسعه یافته است. نتیجه، بازپخش پیوسته و مبتنی بر فیزیک از رفتار یخ‌های جنوبگان در چندین چرخه یخچالی است؛ تصویری بسیار غنی‌تر از داده‌های پراکنده و غیرمستقیمی که پژوهشگران تا امروز به آن‌ها تکیه می‌کردند.

آنچه از دل شبیه‌سازی‌ها بیرون آمد، تغییری آشکار در رفتار یخ‌ها بود که با دی‌اکسید کربن جو ارتباط داشت. هنگامی که غلظت دی‌اکسید کربن به کمتر از حدود ۲۴۰ قسمت در میلیون رسید، حجم یخ جنوبگان دیگر به‌آرامی و به‌شکلی قابل پیش‌بینی تغییر نمی‌کرد. در عوض، یخ‌های این قاره نسبت به تغییرات بسیار حساس‌تر شدند، به‌ویژه نسبت به سرد شدن اقیانوس جنوبی و نوسان‌های سطح دریا. پیشروی‌های یخچالی بزرگ‌تر شد و عقب‌نشینی‌ها چشمگیرتر. خلاصه اینکه: یک آستانه پشت سر گذاشته شده بود.

چرا چند ده قسمت در میلیون دی‌اکسید کربن باید چنین اهمیت بزرگی داشته باشد؟ مدل‌ها به چند سازوکار فیزیکی اشاره می‌کنند که هم‌زمان عمل کرده‌اند. آب‌های سردتر اقیانوس در اوج دوره‌های یخچالی، ذوب شدن زیر بخش دریامحور صفحه یخی را کاهش داد و یخ‌های استوار بر بستر زیر سطح دریا را پایدارتر و ضخیم‌تر کرد. هم‌زمان، سطح جهانی دریا ده‌ها متر پایین‌تر از امروز بود، برآوردها عمدتا حدود ۵۰ تا ۱۰۰ متر را نشان می‌دهند، و این وضعیت فشار وارد بر سنگ‌بسترهای ساحلی را کاهش داد. این کاهش بار امکان بازگشت ایزوستاتیک آهسته را فراهم کرد: سنگ‌بستر بالا آمد و اجازه داد یخ‌های ساحلی مؤثرتر انباشته شوند. ترکیب این اثرها به شکل‌گیری صفحات یخی بزرگ‌تر و پایدارتر جنوبگان کمک کرد؛ صفحاتی که ویژگی مرحله دیرتر دوره پلیستوسن به شمار می‌آیند.

زمان‌بندی این تغییر با آنچه «گذار میانی پلیستوسن» نامیده می‌شود هم‌خوان است؛ دگرگونی‌ای در مقیاس سیاره‌ای که طی آن عصرهای یخبندان طولانی‌تر و عمیق‌تر شدند. تا پیش از این، دانشمندان می‌توانستند این گذار را به‌طور کلی توصیف کنند، اما به دلیل کمبود داده‌های بلندمدت و سازگار از اقلیم و صفحه یخی، پیوند دادن آن با پویایی‌های مشخص جنوبگان دشوار بود. این گروه با اجرای هم‌زمان مدل‌های اقلیمی و صفحه یخی در بازه‌ای سه میلیون ساله روی یکی از ابررایانه‌های برتر کره جنوبی، بازسازی کرد که ارتفاع و گستره جنوبگان در وضعیت‌های مختلف دی‌اکسید کربن و سطح دریا چگونه تکامل یافته است؛ همراه با سکوهای یخی مدل‌سازی‌شده در دریاهای راس و ودل.

پیامد عملی این یافته نگران‌کننده است. صفحات یخی همیشه سامانه‌هایی آرام، قابل پیش‌بینی و خطی نیستند که به گرمایش زمین پاسخی منظم و تدریجی بدهند. برعکس، آن‌ها می‌توانند پس از عبور از یک آستانه، وارد رژیم‌هایی با حساسیت بالاتر شوند. همین موضوع پیش‌بینی افزایش سطح دریا را دشوارتر می‌کند: اگر رفتار صفحه یخی بتواند از نظر کیفی تغییر کند، واکنش‌های گذشته لزوما برای محدود کردن سناریوهای آینده کافی نخواهد بود.

اگر صفحات یخی بتوانند میان رژیم‌های رفتاری جابه‌جا شوند، واکنش آینده آن‌ها به گرمایش ناشی از فعالیت انسانی ممکن است ناگهانی‌تر و بزرگ‌تر از برآوردهای ساده خطی باشد.

این یافته پیش‌بینی نمی‌کند که فروپاشی در آستانه وقوع است. با این حال، یک هشدار جدی به شمار می‌آید. این مطالعه دیدگاهی را تقویت می‌کند که بر اساس آن دمای اقیانوس‌ها، سطح جهانی دریا و غلظت دی‌اکسید کربنی که به پیش‌برد آن‌ها کمک می‌کند، کنترل‌کننده‌های اصلی پایداری جنوبگان هستند. همچنین ارزش شبیه‌سازی‌های بلندمدت و از نظر فیزیکی سازگار را برجسته می‌کند؛ شبیه‌سازی‌هایی که مدل‌های اقلیمی را با پویایی یخ پیوند می‌دهند. چنین رویکردهای جفت‌شده‌ای آستانه‌ها و بازخوردهایی را آشکار می‌کنند که مجموعه‌داده‌های جداگانه ممکن است از دید پنهان بگذارند.

پس این یافته‌ها ما را به کجا می‌رساند؟ گذشته نشان می‌دهد که یخ‌های جنوبگان پس از برآورده شدن برخی شرایط می‌توانند واکنش‌پذیرتر شوند. آینده به این بستگی دارد که آیا گرمایش ناشی از انسان، این سامانه را به سوی وضعیت‌هایی سوق می‌دهد که این واکنش‌پذیری را تقویت می‌کنند یا نه. دانشمندان اکنون چارچوب روشن‌تری برای بررسی این مسیرها در اختیار دارند. زمان همچنان در حال گذر است؛ اینکه ما با چه سرعتی آن را جلو می‌بریم، بر تصمیم بعدی یخ‌ها اثر خواهد گذاشت.