River water control of stratification in Arctic marginal seas
تكشف هذه الدراسة، باستخدام بيانات الملوحة ونظائر الأكسجين من خليجي هدسون وجيمس، أن مياه الأنهار، وليس ذوبان الجليد البحري، هي المحرك الرئيسي للطبقية الموسمية في البحار الهامشية للقطب الشمالي، مما يعني أن زيادة التصريف النهري في ظل تغير المناخ قد تحد بشكل أكبر من تجديد المياه العميقة وتؤثر على الأنظمة البيوجيوكيميائية والبيئية الأوسع نطاقاً في القطب الشمالي.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
لا يُعد المحيط المتجمد الشمالي طبقة موحدة من الجليد والمياه؛ بل هو نظام متعدد الطبقات، حيث تكون المياه السطحية غالباً أكثر عذوبة بكثير من المياه العميقة الموجودة تحتها. هذا الانفصال، المعروف باسم التطبق، يعمل كغطاء يمنع المياه السطحية الباردة والعذبة من الاختلاط مع المياه الأكثر دفئاً وملوحة في الأعماق. وفي معظم أجزاء محيطات العالم، تتحكم درجة الحرارة في هذا التدرج الطبقي، ولكن في المحيط المتجمد الشمالي، فإن الاختلاف في محتوى الملح هو ما يهم أكثر. فالمياه العذبة أخف من المياه المالحة، لذا عندما تتدفق الأنهار إلى البحر أو يذوب الجليد البحري، تطفو تلك المياه العذبة في الأعلى، مما يخلق حاجزاً مستقراً. ويتحكم هذا الحاجز في كيفية انتقال الحرارة والمغذيات والغازات بين السطح وأعماق المحيط، مما يشكل النظام البيئي البحري بأكمبه. ولعقود من الزمن، فهم العلماء أن هذه المياه العذبة تأتي من مصدرين رئيسيين: الأنهار التي تتدفق من اليابسة، والجليد البحري الذي يذوب في الربيع والصيف. ومع ذلك، في المياه المتجمدة الشاسعة لخليج هودسون وخليج جيمس في كندا، ظل من غير الواضح أي من هذين المصدرين هو المهندس الحقيقي لطبقات المحيط، خاصة مع تغير المناخ وتحول تدفقات الأنهار.
لقد شرع فريق من الباحثين مؤخراً في حل هذا اللغز من خلال فحص العمود المائي لخليج هودسون وخليج جيمس، وهو بحر هامشي شمالي ضخم يستقبل حوالي 700 كيلومتر مكعب من المياه العذبة سنوياً من أكثر من 40 نهراً. ولفهم طبقات المياه غير المرئية، جمع العلماء عينات من السفن عبر الخليج خلال أوائل الصيف، وأواخر الصيف، والخريف على مدار فترة امتدت من عام 2005 إلى عام 2021. وقاموا بقياس ملوحة وحرارة الماء عند أعماق مختلفة، لكن مفتاح اكتشافهم تمثل في بصمة كيميائية: نظائر الأكسجين داخل جزيئات الماء. تماماً كما يكشف الحمض النووي للشخص عن أصوله، فإن النوع المحدد للأكسجين في الماء يكشف عن أصله. إذ تحمل مياه الأنهار بصمة نظيرية مميزة من اليابسة، بينما يحمل الجليد البحري المذاب بصمة مختلفة. ومن خلال تحليل هذه البصمات جنباً إلى جنب مع مستويات الملوحة، استطاع الباحثون حساب كمية المياه في أي عمق معين بدقة، سواء كانت قادمة من نهر أو من ذوبان الجليد.
لقد قلبت النتائج فرضية سائدة منذ فترة طويلة حول كيفية عمل هذا الخليج. فلسنوات، اعتقد العلماء أن التطبق في الأجزاء الشمالية والبعيدة عن الشاطئ مدفوع بشكل أساسي بذوبان الجليد البحري، مع تأثير مياه الأنهار فقط على المناطق الساحلية المباشرة. وتظهر البيانات الجديدة أن هذا ليس هو الحال؛ إذ تهيمن مياه الأنهار على طبقات العمود المائي في الخليج بأكمله، من الشواطئ الجنوبية الضحلة إلى المياه الشمالية العميقة. وحتى في أقصى الشمال، حيث يتوافر الجليد البحري بكثرة وتكون الظروف الشتوية قاسية، فإن المياه العذبة المستقرة في الأعلى هي في الغالب نتيجة للجريان النهري الذي سافر شمالاً، بدلاً من ذوبان الجليد المحلي. وبينما يلعب الجليد البحري المذاب دوراً، لا سيما في الخريف عندما تنخفض تدفقات الأنهار، إلا أنه يعتبر لاعباً ثانوياً. ووجدت الدراسة أن تدرجات مياه الأنهار فسرت ما بين 86 إلى 92% من التباين في طبقات المياه خلال الصيف، بينما أصبح ذوبان الجليد البحري هو العامل المهيمن في الخريف، حيث شكل 66% من التباين، رغم أن مياه الأنهار ظلت تحتفظ بتأثير مستقل قوي.
لهذا الاكتشاف تداعيات كبيرة على مستقبل المنطقة. فقد لاحظ الباحثون أن قوة هذه الطبقات تتغير مع المواسم؛ ففي أوائل الصيف، تخلق مياه الأنهار طبقة ضحلة وحادة بالقرب من السطح في الجنوب. ومع تقدم الموسم نحو أواخر الصيف والخريف، تدفع الرياح والتيارات هذه المياه العذبة نحو الشمال، مما يؤدي إلى تعميق الطبقات في الأجزاء الشمالية من الخليج. وتشير الدراسة إلى أنه نظراً لأن تصريف الأنهار من المتوقع أن يزدة في السنوات القادمة، جزئياً بسبب تغير المناخ وجزئياً بسبب الإدارة البشرية للمياه لأغراض الطاقة الكهرومائية، فإن غطاء المياه العذبة هذا من المرجح أن يصبح أكثر قوة. وهذا الاستقرار المتزايد قد يمنع المياه الغنية بالأكسجين من الوصول إلى السطح، ويمنع المغذيات السطحية من الهبوط، مما قد يؤدي إلى اضطراب الشبكة الغذائية التي تدعم الأسماك والفقمات والحيتان في المنطقة. علاوة على على ذلك، يمكن لطبقة المياه العذبة الأكثر قوة أن تغير مدى تكوّن المياه الباردة والكثيفة في الشتاء، وهي عملية حاسمة للدورة المحيطية العالمية.
كما سلط البحث الضوء على أن الخليج ليس مجرد متلقٍ سلبي للمياه، بل هو نظام ديناميكي تتحرك فيه المياه العذبة بطرق معقدة. ففي الخريف، تتغير أنماط الرياح، مما يدفع المياه العذبة من وسط الخليج نحو الساحل، مما يقوي الطبقات على طول الشواطئ الجنوبية والشرقية. وفي الوقت نفسه، في القنوات الضيقة بين الجزر، يتم إعادة توزيع المياه العذبة، مما يخلق أنماطاً جديدة من الاختلاط. ولاحظ العلماء أنه في بعض المناطق، يكون العمود المائي مستقراً لدرجة أنه يقاوم الاختلاط الطبيعي الذي يحدث عادةً عندما يتشكل الجليد البحري ويطلق المحلول الملحي (البرين) المالح. وهذا المقاومة تعني أن تجديد المياه العميقة، وهي عملية ضرورية لجلب الأكسجين إلى قاع الخليج، قد يتباطأ. وتوفر الدراسة صورة واضحة، فصلاً بفصل، لكيفية كون مياه الأنهار، وليس الجليد البحري، هي القوة الأساسية التي تحافظ على طبقات المحيط في مكانها، مما يوفر خط أساس جديد لفهم كيفية استجابة هذا النظام البيئي الحيوي لعالم أكثر دفئاً.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.