NAO-Driven AMOC Collapse through the Edge State using a Rare Event Approach

إن المحيط ليس حوض استحمام ساكنًا؛ بل هو محرك هائل ومتحرك يساعد في تنظيم مناخ الأرض. أحد أهم مكوناته هو "الدورة التقلبية الأطلسية الجنوبية" (Atlantic Meridional Overturning Circulation)، وهي حزام ناقل عملاق من المياه يحمل الحرارة الدافئة شمالًا والمياه الباردة جنوبًا. يعمل هذا النظام كمُنظم حرارة للكوكب، حيث يشكل الأنماط الجوية من المناطق الاستوائية إلى القطب الشمالي. وقد عرف العلماء منذ زمن طويل أن هذا الحزام الناقل يمكن أن ينتقل بين حالتين مختلفتين تمامًا: تدفق قوي وصحي يحافظ على اعتدال المناخ في أوروبا، وحالة من الانهيار والضعف من شأنها أن تجلب تبريدًا دراماتيكيًا وتزعزع استقرار الطقس العالمي. وبينما نقلق غالبًا من أن ذوبان الجليد أو ارتفاع غازات الاحتباس الحراري قد يدفع هذا النظام نحو الحافة، يطرح بحث جديد سؤالًا أكثر دقة: هل يمكن للتقلبات المزاجية الطبيعية للغلاف الجوي نفسها أن تكون كافية لإحداث انهيار، حتى دون تدخل بشري؟

يعاني الغلاف الجوي فوق شمال الأطلسي من إيقاع مهيمن يسمى "تذبذب شمال الأطلسي". تخيل الأمر كأنه أرجوحة (سيسو) من الضغط الجوي بين جزر الأزور وآيسلندا. عندما تميل الأرجوحة في اتجاه ما، فإنها تجلب رياحًا قوية وهواءً باردًا؛ وعندما تميل في الاتجاه الآخر، تكون الرياح أضعف والطقس أكثر اعتدالًا. تحدث هذه التحولات بشكل طبيعي، في دورات سنوية وعقدية. وكان السؤال الذي أراد الباحثون الإجابة عليه هو ما إذا كان ميل طويل ومستمر نحو الجانب "الضعيف" من هذه الأرجوحة يمكن أن يكون كافيًا، بمفرده، لإيقاف حزام المحيط الناقل. ولأن مثل هذا الانهيار حدث نادر وبطيء، فمن المستحيل تقريبًا رصده في محاكاة حاسوبية قياسية تعمل لبضع مئات من السنين فقط. ولحل هذه المعضلة، استخدم الباحثون خدعة رياضية خاصة تعمل كآلة زمن للأحداث النادرة، مما يسمح للنموذج الحاسوبي باستكشاف السيناريوهات الأكثر غرابة والتي قد يتعثر فيها الطبيعة في نهاية المطاف.

قام الفريق بتشغيل آلاف السنين المحاكات باستخدام نموذج لمناخ الأرض، وتحديدًا عبر توجيه الغلاف الجوي للبقاء في حالة "سلبية" مستمرة من تذبذب شمال الأطلسي. في هذه الحالة، تكون الرياح فوق شمال الأطلسي أضعف، مما يقلل من كمية الحرارة التي يفقدها المحيط للجو ويغير كيفية حركة المياه العذبة عبر السطح. وكشفت النتائج عن انقسام دراماتيكي في سلوك المحيط. أظهرت معظم المسارات المحاكات أن المحيط يضعف ببطء، لكن مجموعة محددة من المسارات اتخذت منحى خطيرًا. في هذه السيناريوهات الخطيرة، تسببت الظروف الجوية المستمرة في جعل المياه السطحية في بحر لابرادور، بالقرب من جرينلاند، عذبة ودافئة للغاية بحيث لا يمكنها الغوص. وهذا هو محرك الحزام الناقل؛ فعندما تتوقف المياه عن الغوص، يتباطأ النظام بأكره.

ما حدث بعد ذلك كان الجزء الأكثر إثارة للدهشة في الاكتشاف. وجد الباحثون أنه بمجرد ضعف المحيط بما يكفي، فإنه يصل إلى نقطة تحول حرجة تُعرف باسم "الحالة الحدية" (edge state). هذه حالة توازن هشة حيث لا يكون النظام قويًا تمامًا ولا منهارًا تمامًا. وفي المحاكاة، بمجرد أن انجرف المحيط إلى هذه الحالة الحدية، أصبح غير مستقر. وعندما توقف الباحثون عن إجبار الغلاف الجوي على البقاء في تلك الحالة السلبية وتركوا النموذج يعمل بحرية، اعتمدت النتيجة على مدى ابتعاد النظام عن نقطة الأصل. فإذا كان المحيط قد ضعف ولكن لم يصل بعد إلى الحالة الحدية، فإنه يعود لمساره، حيث أظهرت جميع عمليات المحاكاة استعادة تدريجية لعملية الحمل الحراري العميق والعودة إلى تدفق قوي. ومع ذلك، إذا دفعت الظروف السلبية المستمرة النظام وصولًا إلى الحالة الحدية، فإن المحيط لا يتعافى ببساطة. بدلاً من ذلك، حوالي نصف عمليات المحاكاة التي وصلت إلى هذه الحالة الحدية انهارت تلقائيًا إلى الحالة الضعيفة (حالة الإيقاف)، بينما نجحت النصف الآخر في التعافي والعودة إلى التدفق القوي. يشير هذا إلى أن التباين الطبيعي للغلاف الجوي يمكن أن يدفع المحيط إلى حافة الهاوية تمامًا، وبمجرد الوصول إلى هذه الحافة، يمكن للديناميكيات الداخلية للمحيط أن تقرر ما إذا كان سيسقط أم سيتعافى.

كشف البحث أيضًا عن سبب أدت بعض المسارات إلى الانهيار بينما أدت أخرى إلى التعافي. في المسارات التي فشلت، أدى الضعف الأولي للمحيط إلى إطلاق دورة تعزز نفسها ذاتيًا. فمع توقف المياه عن الغوص، بدأ الجليد البحري بالنمو في بحر لابرادور. عمل هذا الجليد كغطاء، يعزل المياه عن الهواء البارد ويمنعها من البرودة بما يكفي لتغوص، مما أدى إلى مزيد من تشكل الجليد. هذه الحلقة المرتدة دفعت النظام نحو الهاوية. أما في المسارات التي تعافت، فقد امتلك المحيط قوة داخلية كافية لمقاومة نمو الجليد هذا، ووجد النظام في النهاية طريقة لاستعادة المياه الغارقة والتدفق القوي. وأشار الباحثون إلى أن مسار المحيط نحو الصحة لم يكن عكسًا بسيطًا؛ إذ غالبًا ما تضمن طفرة مؤقتة في القوة، متجاوزًا الحالة الطبيعية قبل الاستقرار مجددًا.

هذا العمل يغير طريقة تفكيرنا في استقرار المناخ. فهو يوضح أن انهيارًا كبيرًا للحزام الناقل في الأطلسي لا يتطلب بالضرورة صدمة خارجية هائلة، مثل فيضان مفاجئ من المياه الناتجة عن ذوبان جليد جرينلاند. بدلاً من ذلك، يمكن للتقلبات الفوضوية الطبيعية للغلاف الجوي، على مدى فترة زمنية كافية، أن توجه المحيط نحو نقطة لا عودة. تشير الدراسة إلى أن خطر مثل هذا الانهيار لا يتعلق فقط بكمية ثاني أكسيد الكربون في الهواء، بل يتعلق أيضًا بكيفية تصرف الغلاف الجوي في هذه الأثناء. ورغم أن هذه النتائج تأتي من نموذج حاسوبي وليس من المحيط الحقيقي، إلا أنها تقدم تحذيرًا واضحًا: إن نظام مناخ الأرض معقد ومترابط، وقد تكون إيقاعاته الطبيعية قوية بما يكفي لإطلاق تحولاته الأكثر خطورة.