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

अंटार्कटिका के बर्फ की परतों (आइस शेल्व्स) के नीचे समुद्र का तल एक सपाट, विशेषताहीन मैदान नहीं है। यह एक ऐसा परिदृश्य है जिसे प्राचीन शक्तियों ने तराशा है और चलती हुई बर्फ ने नया रूप दिया है, जो गहरी खाइयों और उथली कटक (रिज) से भरा हुआ है जो बर्फ के नीचे बहने वाले पानी के लिए द्वारपालों का काम करते हैं। यह अंतर्जलीय स्थलाकृति अत्यंत महत्वपूर्ण है क्योंकि यह नियंत्रित करती है कि गहरे महासागर से आने वाला गर्म पानी ग्लेशियरों के आधार तक कैसे पहुँचता है। जब यह गर्म पानी, जिसे संशोधित सर्कमपोलर डीप वॉटर के रूप में जाना जाता है, गहरे चैनलों में बहता है, तो यह नीचे से बर्फ को पिघला देता है, जिससे बर्फ की परतें पतली हो जाती हैं और ग्लेशियर पीछे हटने लगते हैं। हालाँकि, दशकों से वैज्ञानिक इस छिपे हुए परिदृश्य को स्पष्ट रूप से देखने के लिए संघर्ष कर रहे हैं। घनी, निरंतर जमी हुई समुद्री बर्फ ने जहाजों को ग्लेशियर के अग्रभागों के करीब जाने से रोक रखा है, जिससे हमारे मानचित्रों में बड़े अंतराल रह गए हैं। इन अंतर्जलीय चैनलों की गहराई और आकार के सटीक मानचित्रों के बिना, यह भविष्यवाणी करना असंभव है कि भविष्य में महासागर बर्फ के साथ कैसे परस्पर क्रिया करेगा, या अतीत के जलवायु परिवर्तनों के दौरान बर्फ की चादरें कैसे व्यवहार करती थीं।

जापान के नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ पोलर रिसर्च के मसाकाज़ू फुजीई और योशिफूमी नोगी के नेतृत्व वाली शोधकर्ताओं की एक टीम ने अंततः पूर्वी अंटार्कटिका के एक विशिष्ट क्षेत्र, जिसे लुट्ज़ो-होम बे (Lützow-Holm Bay) कहा जाता है, के लिए इन लुप्त कड़ियों को भरने में सफलता प्राप्त की है। उन दुर्लभ गर्मियों का लाभ उठाकर जब समुद्री बर्फ इतनी टूट गई थी कि एक जहाज वहां से गुजर सके, वे ग्लेशियर के अग्रभागों के करीब पहुंचे और समुद्र तल का मानचित्रण करने के लिए ध्वनि तरंगों का उपयोग किया। उनका कार्य गहरे गड्ढों (ट्रफ्स) और उथले सिल्स (sills) का एक जटिल नेटवर्क प्रकट करता है जो पृथ्वी की पपड़ी के नीचे स्थित चट्टानी संरचना द्वारा आकार दिया गया था। उन्होंने पाया कि विभिन्न ग्लेशियरों की ओर जाने वाले चैनलों की गहराई काफी भिन्न होती है, जो प्राकृतिक बाधाएं बनाती हैं जो गर्म पानी के प्रवाह को या तो अनुमति दे सकती हैं या उसे रोक सकती हैं। इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने पाया कि इन गहरे चैनलों की दिशा और स्थान प्राचीन दरारों और बेडरॉक (आधारभूत चट्टान) की सीमाओं के साथ संरेखित हैं, जिससे पता चलता है कि महाद्वीप के भूविज्ञान ने यह निर्देशित करने में मदद की कि लाखों साल पहले बर्फ ने अपने सबसे गहरे रास्ते कहाँ बनाए थे।

शोधकर्ताओं ने 2016 और 2018 के बीच तीन अलग-अलग गर्मियों के दौरान जापानी आइसब्रेकर 'शिरासे' (Shirase) का उपयोग करके अपना सर्वेक्षण किया। उन्होंने जहाज के ट्रैक के साथ गहराई के माप प्राप्त करने के लिए एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन सिंगल-बीम ध्वनिक प्रणाली (acoustic system) का उपयोग किया। उन्होंने 900,000 से अधिक व्यक्तिगत गहराई माप एकत्र किए, जिससे समुद्र तल की एक विस्तृत तस्वीर बनी जो जहाज पर किए गए अवलोकनों की बेहतर स्थिति सटीकता (positional accuracy) को दर्शाती है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि ये माप सही हों, उन्होंने पानी में ध्वनि की गति का भी हिसाब रखा, जो तापमान और लवणता के साथ बदलती रहती है। अपने नए डेटा को अतीत के कम सटीक मापों के साथ जोड़कर, उन्होंने खाड़ी की व्यापक अंतर्जलीय ज्यामिति का एक विस्तृत मानचित्र तैयार किया।

नया मानचित्र खाड़ी में विभिन्न ग्लेशियरों की ओर जाने वाले चैनलों की गहराई में एक बड़ा अंतर दिखाता है। शिरासे ग्लेशियर के सामने मुख्य चैनल गहरा और चौड़ा है, जो 1,000 मीटर से अधिक की गहराई तक पहुँचता है और लगभग 740 मीटर गहरे प्रवेश द्वार के माध्यम से सीधे गहरे महासागर से जुड़ता है। यह गहरा संबंध इसका अर्थ है कि गर्म पानी शिरासे ग्लेशियर के आधार की ओर अपेक्षाकृत आसानी से बह सकता है। इसके विपरीत, स्कैलन (Skallen), टेलेन (Telen) और हॉन्नोर (Honnør) ग्लेशियरों की ओर जाने वाले चैनलों को उथले अंतर्जलीय उभारों, या सिल्स (sills) द्वारा अलग किया गया है। स्कैलन और टेलेन ट्रफ का प्रवेश द्वार लगभग 580 मीटर गहरे सिल द्वारा अवरुद्ध है, जबकि हॉन्नोर ट्रफ का प्रवेश द्वार और भी उथला है, जो लगभग 480 मीटर है। ये उथले उभार दहलीज (थ्रेशोल्ड) के रूप में कार्य करते; वे गर्म पानी को पूरी तरह से नहीं रोकते, लेकिन वे संशोधित सर्कमपोलर डीप वॉटर को ग्लेशियर के अग्रभाग तक पहुँचने में कठिनाई पैदा कर सकते हैं। गर्म पानी इन दहलीजों को पार कर पाएगा या नहीं, यह उस समय की समुद्री स्थितियों पर निर्भर करता है, लेकिन समुद्र तल का भौतिक आकार इन अंतःक्रियाओं के लिए मंच तैयार करता है।

अध्ययन ने यह भी खोजा कि ये चैनल और उभार अपने विशिष्ट स्थानों पर क्यों मौजूद हैं। शोधकर्ताओं ने अपने नए बाथमीट्रिक मानचित्र की तुलना क्षेत्र में चुंबकीय विसंगतियों (magnetic anomalies) के डेटा से की, जो बर्फ और तलछट के नीचे छिपी प्राचीन बेडरॉक की संरचना को प्रकट करती है। उन्होंने पाया कि उत्तर-पश्चिम से दक्षिण-पूर्व की ओर चलने वाले ट्रफ का हिस्सा एक प्रमुख चुंबकीय सीमा (magnetic boundary) के साथ स्थानिक रूप से संरेखित है। यह संरेखण बताता है कि बर्फ ने इन चैनलों को यादृच्छिक रूप से नहीं बनाया था; इसके बजाय, ग्लेशियरों ने बेडरॉक की पूर्व-मौजूद कमजोरियों और दरारों का अनुसरण किया और समय के साथ उन्हें गहरा किया। इसका अर्थ है कि आज के अंतर्जलीय परिदृश्य का आकार महाद्वीप के प्राचीन भूविज्ञान और हजारों वर्षों से उसके ऊपर बहने वाली बर्फ की चादरों की अपरदन शक्ति, दोनों का परिणाम है।

इन निष्कर्षों के बढ़ते गर्म होते जलवायु के प्रति अंटार्कटिक बर्फ की चादर की प्रतिक्रिया को समझने के लिए महत्वपूर्ण निहितार्थ हैं। सिल्स की गहराई और ट्रफ का संरेखण यह निर्धारित करता है कि गर्म समुद्री जल कितनी आसानी से बर्फ तक पहुँच सकता है। यदि पानी सिल्स के ऊपर से बहने के लिए पर्याप्त गहरा है, तो यह पिघलने की प्रक्रिया को तेज कर सकता है और बर्फ की परतों को अस्थिर कर सकता है। शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि ट्रफ की खंडित प्रकृति, जिसमें उनकी अलग-अलग गहराई और जुड़ाव शामिल है, एक ऐसी जटिल प्रणाली बनाती है जहाँ विभिन्न ग्लेशियर समान समुद्री स्थितियों के प्रति अलग-अलग प्रतिक्रिया दे सकते हैं। उदाहरण के लिए, शिरासे ग्लेशियर के पास गर्म पानी की पहुंच के लिए एक गहरा और अधिक निरंतर संभावित मार्ग है, जबकि उथले सिल्स स्कैलन, टेलेन और हॉन्नोर ग्लेशियर-फ्रंट ट्रफ तक पहुंच को प्रतिबंधित कर सकते हैं। इन मार्गों की वास्तविक प्रभावशीलता समय के साथ बदलने वाली समुद्र विज्ञान संबंधी स्थितियों पर निर्भर करती है। यह संरचनात्मक नियंत्रण यह समझाने में मदद कर सकता है कि क्यों बर्फ की चादर के कुछ हिस्से दूसरों की तुलना में तेजी से पीछे हट सकते हैं।

यह शोध पत्र यह दावा नहीं करता है कि इसने बर्फ-महासागर की अंतःक्रिया की पूरी पहेली को सुलझा लिया है, न ही यह भविष्य में पिघलने की दर की कोई निश्चित भविष्यवाणी करता है। इसके बजाय, यह एक महत्वपूर्ण ज्यामितीय ढांचा प्रदान करता है जिसका उपयोग वैज्ञानिक अब बेहतर कंप्यूटर मॉडल बनाने के लिए कर सकते हैं। यह जानकर कि गहरे चैनल कहाँ हैं और उथले अवरोध कितने गहरे हैं, शोधकर्ता अधिक सटीकता के साथ गर्म पानी के प्रवाह का अनुकरण (सिमुलेशन) कर सकते हैं। अध्ययन यह भी रेखांकित करता है कि पृथ्वी की पपड़ी का इतिहास केवल दूर के अतीत का रिकॉर्ड नहीं है; यह सक्रिय रूप से वर्तमान जलवायु प्रणाली को आकार देता है क्योंकि यह महासागर के मार्गों को नियंत्रित करता है। यह कार्य दूरस्थ, बर्फ से ढके क्षेत्रों में डेटा एकत्र करने के दुर्लभ अवसरों के महत्व को उजागर करता है, जो यह दर्शाता है कि समुद्र तल के बारे में हमारे ज्ञान में छोटे सुधार भी अंटार्कटिका में परिवर्तन को चलाने वाले बलों की अधिक स्पष्ट समझ की ओर ले जा सकते हैं।