Tectonically inherited shelf bathymetry mediates ice-ocean interaction in Lützow-Holm Bay, East Antarctica

إن قاع المحيط تحت الرفوف الجليدية في القارة القطبية الجنوبية ليس سهلاً مسطحاً بلا ملامح. إنه مشهد طبيعي نحتته قوى قديمة وأعاد تشكيله الجليد المتحرك، مليء بالخنادق العميقة والنتوءات الضحلة التي تعمل كبوابات للمياه المتدفقة تحت الجليد. هذه التضاريس تحت المائية بالغة الأهمية لأنها تتحكم في كيفية وصول المياه الدافئة من أعماق المحيط إلى قاعدة الأنهار الجليدية. فعندما تتدفق هذه المياه الدافئة، المعروفة باسم المياه المحيطية العميقة المعدلة، إلى القنوات العميقة، فإنها تذيب الجليد من الأسفل، مما يؤدي إلى ترقق الرفوف الجليدية وتراجع الأنهار الجليدية. ومع ذلك، عانى العلماء لعقود من أجل رؤية هذا المشهد المخفي بوضوح؛ إذ حجب الجليد البحري الكثيف والمستمر السفن من الاقتراب من جبهات الأنهار الجليدية، مما ترك فجوات كبيرة في خرائطنا. وبدون خرائط دقيقة لعمق وشكل هذه القنوات تحت المائية، يصبح من المستحيل التنبؤ بكيفية تفاعل المحيط مع الجليد في المستقبل، أو فهم كيف تصرفت الصفائح الجليدية خلال التغيرات المناخية الماضية.

لقد نجح فريق من الباحثين بقيادة ماساكازو فوجي ويوشيفومي نوغي من المعهد الوطني للبحوث القطبية في اليابان في ملء بعض هذه القطع المفقودة لمنطقة محددة تسمى خليج لوتزوم-هولم في شرق القارة القطبية الجنوبية. ومن خلال الاستفادة من مواسم الصيف النادرة التي تكسر فيها الجليد البحري بما يكفي للسماح بمرور سفينة، أبحروا بالقرب من جبهات الأنهار الجليدية واستخدموا الموجات الصوتية لرسم خريطة لقاع البحر بدقة محسنة. ويكشف عملهم عن شبكة معقدة من الأخاديد العميقة والنتوءات الضحلة التي تشكلت بفعل بنية الصخور القديمة للقشرة الأرضية. وقد وجدوا أن عمق القنوات المؤدية إلى مختلف الأنهار الجليدية يختلف بشكل كبير، مما يخلق حواجز طبيعية يمكنها إما السماح بتدفق المياه الدافئة أو منعها. علاوة على ذلك، اكتشف الباحثون أن اتجاه وموقع هذه القنوات العميقة يتوافق مع الشقوق والحدود القديمة في الصخور الأساسية، مما يشير إلى أن جيولوجيا القارة ساعدت في توجيه المسارات التي نحت فيها الجليد أعمق طرقه.

أجرى الباحثون مسحهم خلال ثلاثة صيفات منفصلة بين عامي 2016 و2018، مستخدمين كاسحة الجليد اليابانية "شيراسي" للملاحة في الخليج. وقد استخدموا نظاماً صوتياً أحادي الشعاع عالي الدقة للحصول على قياسات العمق على طول مسارات السفينة. لقد جمعوا أكثر من 900,000 قياس فردي للعمق، مما خلق صورة مفصلة لقاع البحر تتميز بدقة موقعية أفضل من الخرائط السابقة. ولضمان صحة هذه القياسات، فقد وضعوا في الاعتبار سرعة الصوت في الماء، والتي تتغير بتغير درجة الحرارة والملوحة. ومن خلال دمج بياناتهم الجديدة مع قياسات قديمة أقل دقة تم أخذها من الجليد البحري في الماضي، أنتجوا خريطة شاملة للهندسة تحت المائية للخليج.

تظهر الخريطة الجديدة اختلافاً صارخاً في عمق القنوات المؤدية إلى مختلف الأنهار الجليدية في الخليج. فالقناة الرئيسية أمام نهر شيراسي الجليدي عميقة وواسعة، حيث تصل أعماقها إلى أكثر من 1,000 متر، وتتصل مباشرة بالمحيط العميق عبر مدخل يبلغ عمقه حوالي 740 متراً. وهذا الاتصال العميق يعني أن المياه الدافئة يمكن أن تتدفق بسهولة نسبية نحو قاعدة نهر شيراسي الجليدي. وفي المقابل، تفصل نتوءات تحت مائية ضحلة، أو "سدات"، القنوات المؤدية إلى أنهار سكالين وتيلين وهونور الجليدية عن الأخدود العميق الرئيسي. فالمدخل إلى أخاديد سكالين وتيلين محجوب بسدة يبلغ عمقها حوالي 580 متراً، بينما مدخل أخدود هونر هو الأكثر ضحالة، حيث يبلغ حوالي 480 متراً. وتعمل هذه النتوءات الضحلة كعتبات؛ فهي لا توقف المياه الدافئة تماماً، لكنها تجعل من الصعب على المياه العميقة الدافئة الوصول إلى جبهات الأنهار الجليدية. ويعتمد ما إذا كانت المياه الدافئة ستتمكن من عبور هذه العتبات على ظروف المحيط المتغيرة في ذلك الوقت، لكن الشكل الفيزيائي لقاع البحر هو الذي يحدد مسرح هذه التفاعلات.

استكشفت الدراسة أيضاً سبب وجود هذه القنوات والنتوءات في مواقعها المحددة. وقارن الباحثون خريطة الأعماق الجديدة مع البيانات المتعلقة بالشذوذ المغناطيسي في المنطقة، والتي تكشف عن بنية الصخور الأساسية القديمة المخفية تحت الجليد والرواسب. ووجدوا أن الجزء من الأخدود الذي يمتد من الشمال الغربي إلى الجنوب الشرقي يتوافق مكانياً مع حد مغناطيسي رئيسي في القشرة الأرضية. هذا الحد هو بقايا نشاط تكتوني قديم عندما تفككت القارة العظمى "غندوانا". ويشير هذا التوافق إلى أن الجليد لم ينحت هذه القنوات عشوائياً؛ بل إن الأنهار الجليدية اتبعت نقاط الضعف والكسور الموجودة مسبقاً في الصخور الأساسية، وعملت على تعميقها بمرور الوقت. وهذا يعني أن شكل المشهد الطبيعي تحت المائي اليوم هو نتيجة لكل من الجيولوجيا القديمة للقارة والقوة التآكلية للصفائح الجليدية التي تدفقت فوقها لآلاف السنين.

لهذه النتائج آثار هامة على فهم كيفية استجابة الغطاء الجليدي في القارة القطبية الجنوبية لمناخ دافئ. فعمق السدات واتجاه الأخاديد يحددان مدى سهولة وصول مياه المحيط الدافئة إلى الجليد. ويمتلك نهر شيراسي الجليدي مساراً محتملاً أعمق وأكثر استمرارية لوصول المياه الدافئة، بينما قد تحد السدات الضحلة من وصول المياه إلى أخاديد جبهات الأنهار الجليدية سكالين وتيلين وهونور. وتعتمد الفعالية الفعلية لهذه المسارات على الظروف الأوقيانوغرافية المتغيرة بمرور الوقت. ويشير الباحثون إلى أن الطبيعة المجزأة للأخاديد، بتفاوت أعماقها واتصالاتها، تخلق نظاماً معقداً حيث قد تتفاعل الأنهار الجليدية المختلفة بشكل مختلف مع نفس ظروف المحيط. ويساعد هذا التحكم الهيكلي في تفسير سبب تراجع بعض أجزاء الصفيحة الجليدية بشكل أسرع من غيرها.

لا تدعي الورقة البحثية أنها حلت اللغز الكامل للتفاعل بين الجليد والمحيط، ولا أنها تقدم تنبؤاً نهائياً بمعدلات الذوبان المستقبلية. بدلاً من ذلك، فهي تقدم إطاراً هندسياً حاسماً يمكن للعلماء استخدامه الآن لبناء نماذج حاسوبية أفضل. فمن خلال معرفة مكان القنوات العميقة بالضبط ومدى عمق الحواجز الضحلة، يمكن للباحثين محاكاة تدفق المياه الدافئة بدقة أكبر. كما تسلط الدراسة الضوء على أن تاريخ القشرة الأرضية ليس مجرد سجل للماضي البعيد فحسب، بل إنه يشكل بنشاط نظام المناخ الحالي من خلال التحكم في مسارات المحيط. ويؤكد العمل على قيمة الفرص النادرة لجمع البيانات في المناطق النائية والمغطاة بالجليد، موضحاً أن حتى التحسينات الصغيرة في معرفتنا بقاع البحر يمكن أن تؤدي إلى فهم أوضح بكثير للقوى التي تقود التغيير في القارة القطبية الجنوبية.