تكشف دراسة الجليد في القطب الجنوبي البالغ عمره 3 ملايين عام عن تأثير ثاني أكسيد الكربون على ظاهرة الاحتباس الحراري

استخرج العلماء أسطوانات جليدية من القارة القطبية الجنوبية تحافظ على معلومات الغلاف الجوي منذ حوالي 3 ملايين سنة. تحتوي العينات على فقاعات هواء صغيرة محاصرة أثناء ضغط الثلوج على مدى آلاف السنين. تعمل المادة كسجل مباشر للتركيب الكيميائي للهواء في العصور الجيولوجية البعيدة. يركز التحليل على قياس تركيزات غازات الدفيئة السابقة بدقة.

وتتيح دراسة هذه النوى إجراء مقارنة مباشرة بين المناخ القديم وظروف الأرصاد الجوية الحالية على الكوكب. تقوم فرق علم الجليد بشكل أساسي بالتحقيق في مستويات ثاني أكسيد الكربون والميثان المحتجزة في العينات. وتساعد البيانات التي تم الحصول عليها على معايرة النماذج الحاسوبية الحديثة بشأن ظاهرة الاحتباس الحراري. ويضع البحث معيارًا تاريخيًا لفهم استجابة الأرض للتغيرات في امتصاص الطاقة الشمسية.

عملية الحفر وتأريخ العينات القطبية

يتطلب الحصول على النوى حفرًا عميقًا في الغطاء الجليدي في القطب الجنوبي باستخدام معدات متخصصة. وتتراكم الثلوج التي تتساقط سنويا في المنطقة في طبقات متتالية وتخضع لعملية ضغط مستمرة. تخلق هذه الديناميكية بنية طبقية تخزن تاريخ مناخ الكوكب بطريقة تسلسلية. إن استخراج أسطوانة مستمرة يوفر للباحثين جدولًا زمنيًا ماديًا يعود إلى ملايين السنين.

تُظهر الأجزاء الأعمق من الجليد، بالقرب من علامة 3 ملايين سنة، تشوهًا هيكليًا ناجمًا عن الضغط الشديد من الطبقات العليا. ويستخدم العلماء تقنيات تأريخ متقدمة للتغلب على هذا التحدي وتحديد العمر الدقيق لكل قطعة. وتتضمن الطريقة حساب نظائر مشعة محددة ومقارنة البيانات مع سجلات الرواسب البحرية العالمية. تتوافق هذه الفترة الجيولوجية مع العصر البليوسيني، وهي مرحلة في تاريخ الأرض تتميز بمتوسط ​​درجات حرارة أعلى من تلك المسجلة في القرن الماضي.

خلال العصر البليوسيني، كان غياب حرق الوقود الأحفوري يعني أن المناخ استجاب حصرا للعوامل الطبيعية. وتجاوز مستوى المحيطات في ذلك الوقت المستوى الحالي بعدة أمتار، مما أدى إلى إعادة تشكيل الخطوط الساحلية للقارات. إن دراسة هذا العصر توفر نظيرًا طبيعيًا لسيناريو الانحباس الحراري المعاصر. ويستخدم المجتمع العلمي هذه المعلومات لعزل تأثير الأنشطة الصناعية البشرية عن التقلبات المناخية الطبيعية للكوكب.

التحليل المختبري لفقاعات الهواء المحاصرة

تحدث آلية تكوين فقاعة الهواء أثناء الانتقال من الثلج إلى الجليد الصلب. تنغلق المساحات الفارغة بين بلورات الجليد تدريجيًا، مما يؤدي إلى عزل أجزاء صغيرة من الهواء المحيط عن تلك اللحظة التاريخية المحددة. يعمل كل مسام مغلق بمثابة كبسولة مجهرية تحافظ على الخليط الأصلي للغازات الجوية سليمًا. ويتم الحفظ في درجات حرارة منخفضة للغاية، مما يمنع التفاعلات الكيميائية التي يمكن أن تغير تكوين العينة.

تتطلب معالجة المواد في المختبر بروتوكولات صارمة لمكافحة التلوث. قام الباحثون بقطع أجزاء ملليمترية من النواة وإدخالها في غرف مفرغة تم تطويرها لهذا الغرض. يمر الثلج بعملية سحق ميكانيكية تعمل على كسر الفقاعات وإطلاق الهواء القديم إلى أجهزة استشعار القراءة. تقيس أجهزة قياس الطيف الكتلي والكروماتوجراف التركيزات الدقيقة لثاني أكسيد الكربون والميثان والغازات النزرة الأخرى.

يوفر التركيب الجزيئي للمياه المجمدة في حد ذاته بيانات تكميلية مهمة لأبحاث المناخ. تعمل النسبة بين النظائر المختلفة للأكسجين والهيدروجين الموجودة في الجليد كمقياس حرارة طبيعي للوقت الذي تساقط فيه الثلج. إن دمج هذه القياسات النظائرية مع تحليل الغاز يجعل من الممكن إعادة بناء درجات الحرارة العالمية بدقة عالية. والنتيجة النهائية هي قاعدة بيانات مفصلة تربط بين تكوين الغلاف الجوي والتغيرات الحرارية على مدى ملايين السنين.

Leia Tambem

موجات الصدمة من النجوم المحتضرة تنحت مشاتل نجمية على شكل عربة كونية

يُظهر مشروع سفاروج وغيره من الاختبارات إمكانات وحدود الأشرعة الشمسية في الفضاء

تشير دراسة إمبريال كوليدج إلى وجود أشرعة شمسية على حافة النظام الشمسي خلال 10 أو 20 عامًا

العلاقة التاريخية بين الغازات الدفيئة ودرجة الحرارة

تؤكد البيانات المستخرجة من الجليد البالغ عمره 3 ملايين عام الأنماط المناخية التي تم تحديدها في العينات الأحدث. وتظهر السجلات أن الزيادات في تركيزات ثاني أكسيد الكربون تسبق الزيادات المستمرة في متوسط ​​درجات الحرارة العالمية. عادةً ما يختلف الفاصل الزمني لاستجابة نظام الأرض ببضع مئات من السنين بعد ذروة الانبعاثات الطبيعية. يقدم الميثان سلوكًا مشابهًا، حيث يعمل بمثابة احتجاز أكثر قوة للحرارة، على الرغم من أنه يدور بتركيزات أقل في الغلاف الجوي.

تشير القياسات من الفترات الأكثر دفئًا في العصر البليوسيني إلى تركيزات ثاني أكسيد الكربون تقترب من 400 جزء في المليون. كان متوسط ​​درجة حرارة الكوكب أعلى ببضع درجات من معايير ما قبل الصناعة في ظل هذا التكوين الجوي. تسببت الحرارة الإضافية في تراجع كبير للكتل الجليدية الكبيرة الموجودة في جرينلاند وغرب القارة القطبية الجنوبية. ويشير تحليل التكوينات الجيولوجية الساحلية إلى أن مستوى سطح البحر تراوح بين 10 و20 مترا فوق الخط الحالي خلال هذه المرحلة.

إن الارتباط الرياضي بين كمية الغازات والزيادة في درجة الحرارة يحدد المقياس المعروف باسم حساسية المناخ. ويحدد هذا المفهوم المعدل المتوقع للاحترار لكل تضاعف في تركيز ثاني أكسيد الكربون. يثبت أرشيف الجليد في القطب الجنوبي أن النظام المناخي يحافظ على استجابة مستقرة ويمكن التنبؤ بها على فترات زمنية جيولوجية. إن العلاقة المباشرة بين ظاهرة الاحتباس الحراري والاحتباس الحراري تسود حتى في مواجهة التغيرات الدورية في مدار وميل محور الأرض.

توقعات المناخ على أساس سجلات البليوسين

تسجل محطات الرصد الجوي الحالية تركيزات ثاني أكسيد الكربون تتجاوز 420 جزءًا في المليون. ويتجاوز المؤشر جميع القيم القصوى الموثقة في العينات الجليدية على مدى 3 ملايين سنة. يمثل التركيب الكيميائي للغلاف الجوي المعاصر شذوذاً إحصائياً عند مقارنته بالتاريخ الطبيعي للكوكب. إن سرعة تراكم الغاز منذ الثورة الصناعية لا مثيل لها في السجلات الجليدية التي تم تحليلها.

تستخدم نماذج التنبؤ المناخي بيانات البليوسين لتوقع السيناريوهات للعقود القادمة. ويشير القصور الذاتي الحراري للكوكب إلى أن الانحباس الحراري سوف يستمر حتى لو تم خفض الانبعاثات الصناعية على الفور. تحتاج المحيطات والغابات والقمم الجليدية القطبية إلى قرون لاستيعاب الطاقة الزائدة والوصول إلى حالة جديدة من التوازن. تتيح لنا مراقبة الأحداث الماضية سرد التطورات الرئيسية المتوقعة لنظام الأرض:

• تؤدي الزيادة المستمرة في تركيزات ثاني أكسيد الكربون والميثان إلى تسريع احتجاز الأشعة تحت الحمراء.
• يؤدي التمدد الحراري لمياه المحيطات إلى تكثيف ذوبان الرفوف الجليدية الساحلية.
• ويهدد ارتفاع مستويات سطح البحر بإعادة تشكيل جغرافية المناطق الساحلية المكتظة بالسكان.
• يحدث التحول المناخي الحالي على مدى فترة تزيد قليلاً عن قرن من الزمان.
• استغرقت التغيرات الطبيعية الموثقة في الجليد القديم آلاف السنين لتترسخ.

إن دراسة أسطوانات الجليد تحول الماضي الجيولوجي إلى أداة تخطيط استراتيجي للمستقبل. تخضع فيزياء الغلاف الجوي لقواعد ثابتة تحدد استجابة الكوكب لتراكم الغازات الدفيئة. إن الإسناد الترافقي لبيانات الأنهار الجليدية مع السجلات المأخوذة من حلقات الأشجار والرواسب البحرية يعزز فهم ديناميكيات المناخ. يشير مرجع الثلاثة ملايين سنة إلى المسار المحتمل لدرجات الحرارة العالمية إذا استمرت الانبعاثات الناجمة عن النشاط البشري في النمو.