Multiscale structure and evolution of an intense atmospheric river connecting Patagonia and the Antarctic Peninsula

تخيل الغلاف الجوي كنظام أنهار شاسع وغير مرئي، ولكن بدلاً من تدفق المياه في مجرى، هو تيار من الهواء الدافئ والرطب يتحرك عبر السماء. هذه "الأنهار الجوية" هي ممرات ضيقة تحمل كميات هائلة من بخار الماء من المناطق الدافئة نحو القطبين. لعقود من الزمن، عرف العلماء وجود هذه الأنهار وأنها يمكن أن تفرغ ثلوجاً كثيفة أو أمطاراً عندما تصطدم باليابسة. ومع ذلك، فإن النظر إليها من الفضاء أو عبر النماذج الحاسوبية غالباً ما يشبه مراقبة عاصفة من قمر صناعي: ترى الشكل العام وإجمالي كمية الرطوبة، لكن لا يمكنك رؤية كيف يتحرك الهواء فعلياً داخل السحابة، أو كيف تتغير الرياح عند ارتفاعات مختلفة، أو كيف يغير النهر شكله أثناء انتقاله. وهذا ينطبق بشكل خاص على الزوايا النائية والمتجمدة من العالم، حيث يكون الهواء بارداً، والسحب كثيفة، والأدوات اللازمة لقياس الرياح نادرة. إن فهم الحياة الداخلية لهذه الأنهار أمر بالغ الأهمية لأن الطريقة التي تنقل بها الرطوبة تحدد ما إذا كانت المنطقة ستحصل على تساقط ثلجي لطيف أو فيضانات خطيرة، وما إذا كانت الصفائح الجليدية على حافة القارة القطبية الجنوبية ستظل مستقرة أم ستبدأ في الذوبان.

في أواخر مارس 2026، التقط فريق من الباحثين مشهداً نادراً وعالي الدقة لأحد هذه الأنهار الجوية الكثيفة أثناء انتقاله من الطرف الجنوبي لأمريكا الجنوبية نحو شبه جزيرة أنتاركتيكا. بدأت هذه الظاهرة فوق أوشوايا، وهي بلدة في الأرجنتين تقع عند بوابة المحيط الجنوبي، وتحركت جنوباً عبر ممر دريك لتصل إلى قاعدة مارمبينجو على ساحل القارة القطبية الجنوبية. ولدراسة ذلك، لم يعتمد العلماء فقط على الأقمار الصناعية أو النماذج الحاسوبية؛ بل أطلقوا أسطولاً من بالونات الطقس الصغيرة وخفيفة الوزن، المعروفة باسم "سمارتيز" (Smarties)، من مطار أوشوايا. كانت هذه البالونات ضئيلة جداً، حيث تزن حوالي 8 جرامات فقط، مما سمح للفريق بإطلاقها بشكل متكرر — أحياناً كل ساعة — بل وحتى إطلاق خمس منها في وقت واحد من نقاط مختلفة قليلاً لإنشاء شبكة متحركة. سمحت هذه الاستراتيجية لهم بتتبع الرطوبة والرياح ليس فقط عند نقطة واحدة، بل عبر حجم متغير من الهواء أثناء مرور النهر فوق الرأس. كما جمعوا بيانات من محطة أرصاد جوية قياسية في القاعدة القطبية لمعرفة كيف بدا النهر عندما وصل أخيراً إلى وجهته.

وجد الباحثون أن هذا النهر الجوي لم يكن جداراً استاتيكياً من الرطوبة، بل كان نظاماً ديناميكياً يعيد تنظيم نفسه أثناء تحركه. عندما وصل النهر أولاً فوق أوشوايا، كان أقوى انتقال للرطوبة متركزاً في طبقة محددة من السماء، تقريباً بين 2 و3 كيلومترات فوق مستوى سطح البحر. استمرت هذه الطبقة لمدة تتراوح بين ثماني إلى عشر ساعات، حاملة كمية هائلة من بخار الماء. ومع ذلك، لم يظل النهر ساكناً؛ فمع مرور الساعات، ضعف جوهر نقل الرطوبة لفترة وجيزة، ثم اشتد وانتقل إلى الأعلى، ليصل في النهاية إلى ارتفاعات كانت سرعات الرياح فيها أقوى. وبحلول الوقت الذي تحرك فيه النهر باتجاه المصب إلى شبه جزيرة أنتاركتيكا، بعد يوم تقريباً، تغير الهيكل مرة أخرى. ففي القاعدة القطبية، كانت الرطوبة لا تزال مركزة في طبقة عميقة، لكنها كانت الآن تقبع في هواء بارد بما يكفي لتشكل الجليد، وكان الهواء مشبعاً للغاية بحيث أصبح فوق مشبع بالنسبة للجليد، مما يعني أنه يحمل بخار ماء أكثر مما ينبغي نظرياً عند درجة الحروا تلك.

كان أحد الاكتشافات الأكثر إثارة للدهشة هو أنه رغم الكمية الهائلة من الرطوبة المتحركة عبر السماء، إلا أن هطول الأمطار الفعلي على الأرض كان متواضعاً بشكل غير متوقع. ففي أوشوايا، ارتفعت درجة الحرارة بشكل ملحوظ واشتدت الرياح، ومع ذلك ظلت إجماليات الأمطار اليومية منخفضة، وأقل بكثير مما يعتبر حدثاً متطرفاً في ذلك الوقت من العام. وبالمثل، في القاعدة القطبية، وبينما كانت الرياح عاتية والهواء كثيفاً بالرطوبة، لم تصل كميات تساقط الثلوج إلى مستويات قياسية. هذا الانفصال بين كمية الرطوبة الضخمة في السماء وكمية الهطول المتواضعة على الأرض يشير إلى أن مجرد امتلاك الكثير من بخار الماء ليس كافياً لإحداث عاصفة. لاحظ الباحثون أن الطريقة المحددة لحركة الهواء، ودرجة حرارة السحب، والبنية الرأسية للرياح كانت أكثر أهمية من إجمالي كمية الرطوبة وحدها. لقد كان النهر نظاماً متماسكاً ومنظماً، لكن ميكانيكياته الداخلية هي التي حددت مقدار ذلك الماء الذي يسقط فعلياً إلى الأرض.

كشفت الدراسة أيضاً عن كيفية سلوك النهر أثناء تحركه عبر الفضاء. عندما أطلق الفريق بالوناته الخمسة معاً، رأوا أن الهواء الذي يأخذون عيناته لم يكن موحداً. ففي المرحلة المبكرة من الحدث، تباعدت البالونات بسرعة، مما أدى إلى أخذ عينات من منطقة واسعة وفوضوية حيث تفاوتت سرعة الرياح بشكل كبير من بالون لآخر. وهذا يشير إلى أن طبقة الرطوبة كانت مضطربة وتتعرض لقص ناتج عن سرعات رياح مختلفة. وفي وقت لاحق من الحدث، ظلت البالونات قريبة جداً من بعضها البعض، حيث أخذت عينات من طبقة هواء أكثر تماسكاً وتجانساً كانت قد انتقلت إلى ارتفاع أعلى في السماء. أظهر هذا التغيير أن النهر لم يكن مجرد كتلة واحدة من الهواء تتحرك جنوباً؛ بل كان بنية معقدة ومتطورة تتغير في شكلها، وارتفاعها، واستقرارها الداخلي أثناء انتقالها. وحقيقة أن ذروة الرطوبة ظلت ميزة متماسكة عبر هذه القياسات المختلفة أكدت للعلماء أنهم كانوا يتتبعون جزءاً حقيقياً ومنظماً من النظام الجوي، وليس مجرد تقلبات عشوائية.

من خلال الربط بين هذه الملاحظات التفصيلية عالية السرعة وخرائط الطقس واسعة النطاق وصور الأقمار الصناعية، تمكن الفريق من ربط النقاط بين أنماط الطقبة الواسعة والظروف المحلية المحددة على الأرض. لقد أظهروا أنه يمكن تحديد النهر الجوي من الفضاء كحزمة طويلة ومستمرة من الرطوبة، ومع ذلك يمكن لهيكله الداخلي أن يتغير بشكل كبير خلال ساعات قليلة فقط. فالنهر الذي بدأ كطبقة منخفضة ومضطربة فوق أمريكا الجنوبية تحول إلى طبقة أعلى وأكثر استقراراً ومشبعة بالجليد فوق القارة القطبية الجنوبية. يوفر هذا المستوى من التفاصيل، الذي تم التقاطه من خلال الجمع الفريد بين عمليات إطلاق البالونات المتكررة وأخذ العينات الشبكية، صورة أوضح لكيفية عمل هذه الأنظمة الجوية القوية في المناطق القطبية. ويشير ذلك إلى أنه لكي يفهم العلماء حقاً تأثير الأنهار الجوية على الغطاء الجليدي في القارة القطبية الجنوبية والطقس المحلي، فعليهم النظر إلى ما وراء إجمالي كمية الرطوبة والاهتمام بدقة بالطبقات الرأسية، وقص الرياح، والطريقة المحددة لحركة الهواء عند ارتفاعات مختلفة.