یخ دریایی زمستانی قطب جنوب معمولاً پوششی درخشان بر میلیون‌ها مایل مربع ایجاد می‌کند. بنابراین، زمانی که دانشمندان ناسا برای اولین بار لکه‌ای سیاه و عظیم را مشاهده کردند، اپراتورهای ماهواره‌ای به شدت شگفت‌زده شدند.
حدود یک سال بعد، اوضاع عجیب‌تر شد. این شکاف که «پولینیا» (Polynya) نام دارد، به اندازه کشور سوئیس گسترش یافت و برای هفته‌ها باز باقی ماند.
تنها پس از یخ زدن دوباره، پژوهشگران توانستند شروع به درک این موضوع کنند که چگونه چنین شکاف عظیمی می‌تواند صدها مایل دورتر از نزدیک‌ترین خط ساحلی، دقیقاً بالای فلات زیرآبی Maud Rise ظاهر شود.
درک اولیه از پولینیاها
ساختار معمول اقیانوس جنوبی
اقیانوس جنوبی معمولاً شبیه به یک کیک لایه‌ای است: یک لایه نازک آب سرد و نسبتاً تازه بر روی لایه‌های شورتر و گرم‌تر قرار گرفته است. این تفاوت چگالی اندک مانع از هم خوردن ستون آب می‌شود.
فروپاشی ساختار برای ایجاد پولینیا
برای شکل‌گیری یک پولینیا در وسط اقیانوس، این ساختار باید فروبپاشد. نمک باید وارد سطح شود، لایه بالایی را سنگین‌تر کند و باعث وارونگی لایه‌ها شود.
پس از این فرآیند، همرفت آغاز می‌شود، پوشش یخی می‌شکند، گرما به سمت آسمان می‌رود و اقیانوس گازها را «بازدم» می‌کند.
در نسخه‌های ساحلی، این پدیده هر سال رخ می‌دهد زیرا بادهای شدید یخ را از ساحل دور می‌کنند. اما در دریاهای آزاد، این پدیده بسیار نادرتر است.
نقش Maud Rise در ایجاد پولینیا
Maud Rise، کوهی زیرآبی به ارتفاع ۴۶۰۰ فوت، ممکن است عامل مفقود شده باشد. این ساختار با انحراف جریان‌ها و به دام انداختن آب در چرخش‌های فشرده، شرایط لازم را ایجاد می‌کند.
مقاومت پولینیا بر فراز Maud Rise
سوابق تاریخی
شواهد تاریخی این فرضیه را تأیید می‌کنند. بین سال‌های ۱۹۷۴ تا ۱۹۷۶، یک حفره بسیار بزرگ‌تر هر زمستان بر فراز Maud Rise باقی می‌ماند.
کشف اولیه در دهه ۱۹۷۰
پولینیای Maud Rise در دهه ۱۹۷۰، زمانی که ماهواره‌های سنجش از دور قادر به مشاهده یخ‌های دریایی شدند، کشف شد.
این حفره طی زمستان‌های متوالی از ۱۹۷۴ تا ۱۹۷۶ پایدار ماند و اقیانوس‌شناسان تصور می‌کردند که به یک پدیده سالانه تبدیل خواهد شد. اما از آن زمان تاکنون، این پدیده تنها به‌طور پراکنده و برای مدت کوتاهی رخ داده است.
مشاهده دوباره در سال ۲۰۱۷
به گفته آدیتیا نارایانان از دانشگاه ساوتهمپتون، نویسنده اصلی مطالعه منتشرشده در Science Advances.
«سال ۲۰۱۷ اولین بار بود که چنین پولینیای بزرگ و پایداری را در دریای وِدِل از دهه ۱۹۷۰ به بعد مشاهده کردیم»
او به همراه همکارانش با استفاده از شناورهای رباتیک، فُک‌های برچسب‌گذاری‌شده و مدل‌های اقیانوسی با وضوح بالا، این بازگشت را بررسی کرد.
نمک، طوفان‌ها و نقاله پنهان
افزایش جریان گردشی ودل (Weddell Gyre)
در آن زمستان‌ها، جریان گردشی ودل در جهت ساعت‌گرد سریع‌تر شد. این چرخش، لایه‌ای از آب گرم و شور را به سطح نزدیک‌تر کرد و از زیر باعث نرم شدن یخ شد. با این حال، آب ذوب‌شده باید سطح را تازه‌تر می‌کرد و اختلاط را متوقف می‌کرد.
«این صعود آب گرم به توضیح چگونگی ذوب شدن یخ دریایی کمک می‌کند. اما به دنبال ذوب شدن یخ، آب سطحی تازه‌تر می‌شود که باید جلوی ادامه اختلاط را بگیرد»
توضیح داد فابیان روکِت، استاد اقیانوس‌شناسی فیزیکی در دانشگاه گوتنبرگ و هم‌نویسنده این تحقیق.
ورودی اضافه نمک
پس، باید فرآیند دیگری در جریان باشد که بقای پولینیا را ممکن سازد؛ یعنی ورودی نمک اضافی از جایی دیگر.
نقش طوفان‌های خارج‌مداری
طوفان‌های خارج‌مداری سهم عمده‌ای داشتند. بادهای گردشی این طوفان‌ها یخ دریایی را به بیرون پرتاب کرده، آب شور را به سمت Maud Rise کشیدند.
کمک رودخانه‌های جوی
رودخانه‌های جوی – توده‌های رطوبتی که هزاران مایل کشیده می‌شوند – گرمایی از بالا اضافه کردند و به از بین بردن لایه‌بندی کمک کردند.
نقش «انتقال اکمان» در ایجاد پولینیا
تعریف انتقال اکمان
آخرین فشار از فیزیکی می‌آید که یک قرن پیش توصیف شده بود. زمانی که باد بر سطح اقیانوس می‌وزد، چرخش زمین باعث انحراف جریان سطحی حدود ۹۰ درجه می‌شود، فرآیندی که «انتقال اکمان» نام دارد.
اثر انتقال اکمان بر Maud Rise
مدل‌سازی نشان داد که این جریان، آب شور را دقیقاً به سمت شمالی Maud Rise هدایت کرده است؛ جایی که شکاف سال ۲۰۱۷ ایجاد شد.
«انتقال اکمان همان عامل حیاتی مفقودی بود که برای افزایش نمک سطح و حفظ اختلاط نمک و گرما به سطح لازم بود»
به گفته آلبرتو ناویرا گاراباتو، همکار تحقیق و استاد دانشگاه ساوتهمپتون.
نتیجه نهایی
طوفان‌ها فقط یخ را جابه‌جا نکردند؛ بلکه آب مناسب را به مکان مناسب هدایت کردند و باعث شدند همرفت با قدرت رخ دهد. تا اواخر سپتامبر، این شکاف بیش از بیست برابر گرمای معمول که از یخ یکپارچه نشت می‌کند را تخلیه کرد، پیش از آنکه دوباره یخ بزند.
تاثیر جهانی پولینیاها
اثرات فراتر از محل تشکیل
یک شکاف در یخ دریایی اقیانوس جنوبی ممکن است محلی به نظر برسد، اما اثرات آن در نقاط دوردست نیز ظاهر می‌شود.
«اثر پولینیاها می‌تواند برای سال‌ها پس از تشکیل‌شان در آب باقی بماند»
توضیح داد پروفسور سارا گیل از دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو، یکی دیگر از نویسندگان تحقیق.
آن‌ها می‌توانند جریان‌های آبی و نحوه انتقال گرما به قاره را تغییر دهند. آب‌های متراکم ایجادشده در اینجا می‌توانند در سراسر اقیانوس جهانی گسترش یابند.
اثر بر چرخه کربن و اکسیژن
همرفت عمیق آب‌های سرشار از کربن را به بالا می‌آورد و دی‌اکسیدکربن را آزاد می‌کند، همچنین آب شور غنی از اکسیژن را در امتداد کف دریا می‌فرستد.
آینده پولینیاها چه خواهد شد؟
پیوستن به نوار نقاله جهانی جریان‌ها
آب شور سنگین در نهایت وارد نوار نقاله جهانی جریان‌های اقیانوسی می‌شود که به تنظیم اقلیم کمک می‌کند. از آنجا که مکانیسم Maud Rise به یک گردابه قوی‌تر و آسمان‌های طوفانی‌تر وابسته است، فرکانس وقوع آینده این پدیده می‌تواند به تغییر بادها با گرم شدن سیاره بستگی داشته باشد.
تغییرات اخیر در یخ‌های قطب جنوب
«برای اولین بار از زمان شروع مشاهدات در دهه ۱۹۷۰، روندی منفی در یخ دریایی اقیانوس جنوبی مشاهده شده است که از حدود سال ۲۰۱۶ آغاز شده. قبل از آن، یخ‌ها تقریباً پایدار بودند»
به گفته پروفسور گیل.
همان صعود آب گرم و شور که شکاف ۲۰۱۷ را ایجاد کرد، اکنون به نظر می‌رسد در حال نازک کردن یخ در سراسر حاشیه قطب جنوب است.
اهمیت رصد آینده
دانشمندان زمستان‌های آینده را با دقت زیر نظر خواهند گرفت. چه پولینیا بازگردد یا نه، داستان آن نشان می‌دهد که لبه یخی جهان هنوز می‌تواند شگفتی‌هایی رقم بزند و اتفاقات مناطق جنوبی زمین، تأثیراتی جهانی دارند.
انتشار مقاله
این مطالعه کامل در مجله Science Advances منتشر شده است.
