شکافهای کوچک در یخهای دریایی قطب شمال ممکن است در نگاه اول ناچیز به نظر برسند، اما پژوهشهای جدید نشان میدهد همین ترکهای ظاهراً ساده میتوانند اثرات اقلیمی گستردهای ایجاد کنند.
یک مطالعه تازه نشان میدهد که آب آزاد میان یخها، در کنار آلودگی ناشی از میدانهای نفتی مجاور، میتواند وارد تعامل شیمیایی شود، واکنشهای زنجیرهای ایجاد کند و ساختار ابرها را تغییر دهد؛ فرآیندی که در نهایت به تسریع ذوب یخهای دریایی منجر میشود.
اندازهگیری آلودگی در منطقهای بهظاهر بکر
در جریان پروازهای تحقیقاتی نزدیک به دامنه شمالی آلاسکا، دانشمندان سطح دیاکسید نیتروژن را بین ۶۰ تا ۷۰ بخش در میلیارد ثبت کردند؛ عددی که به آستانه مجاز سلامت در ایالات متحده نزدیک است، آن هم در منطقهای که اغلب بهعنوان محیطی دستنخورده شناخته میشود.
این دادهها بین فوریه تا آوریل ۲۰۲۲ و در قالب پروژه تحقیقاتی CHACHA گردآوری شد. در این پروژه، دو هواپیمای تحقیقاتی بر فراز دریاهای بوفورت و چوکچی پرواز کردند.
این پژوهش به سرپرستی دکتر خوزه فوئنتس از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا انجام شده و بررسی میکند که چگونه یخ، ابرها و آلودگی در بهار قطب شمال با یکدیگر ترکیب میشوند؛ فصلی که حتی تغییرات کوچک میتوانند بهسرعت گرمایش را تشدید کنند.
مهی که از شکافهای یخ برمیخیزد
نقش شکافهای فصلی در تبادل انرژی
در فصل بهار، شکافهای طولانی آب آزاد میان یخهای دریایی که به آنها lead گفته میشود و ممکن است از چند متر تا چندین کیلومتر امتداد داشته باشند، گرما و بخار آب را وارد هوای قطب شمال میکنند.
این هوای گرم و مرطوب به لایههای سردتر بالایی صعود میکند، جایی که قطرات ابر شکل میگیرند. همین شکافها نقشی محوری در مشاهدات پروژه CHACHA داشتند و ارتباط مستقیمی میان شکافهای یخ، آلودگی و تسریع کاهش یخ دریایی نشان دادند.
دود دریایی؛ نخستین ابرهای مشاهدهشده
یکی از نخستین انواع ابر که هواپیماها با آن مواجه شدند، «دود دریایی» بود؛ تودههایی شبیه مه که در اثر تبخیر آب آزاد از میان شکافهای یخ شکل میگیرند.
زمانی که هوای بسیار سرد و خشک از روی آب گرمتر عبور میکند، تبخیر بهسرعت هوا را اشباع میکند و بخار آب به قطرات ریز تبدیل میشود.
این ابرهای کمارتفاع میتوانند با بازتاب نور خورشید سطح زمین را روشنتر کنند، در عین حال در روزهای آرام از خروج گرما از اقیانوس جلوگیری کنند.
انتقال گرما از طریق آب آزاد
لایه مرزی جو که پایینترین بخش هوا و بهشدت تحتتأثیر سطح زمین است، روی یخ پایدار باقی ماند، اما بالای شکافهای آب آزاد به حالتی ناپایدار و آشفته تبدیل شد.
بر فراز آب آزاد، لایه مرزی همرفتی تا ارتفاعی بین ۲۵۰ تا ۸۵۰ متر گسترش یافت و جریانهای صعودی و نزولی، الگوی رطوبت هوا را بازآرایی کردند.
تودههای گرم برخاسته از شکافها دمای هوای اطراف را حدود ۱۰ درجه سانتیگراد افزایش دادند؛ تغییری که میتواند به ایجاد شکافهای بیشتر در یخ کمک کند.
تغذیه ابرها از شکافهای یخی
ذرات معلق ناشی از پاشش آب دریا، شامل آئروسلهای بسیار ریز، از سطح شکافها برخاستند و وارد ابرهای کمارتفاع شدند.
با صعود این تودهها تا چندصد متر، بخار آب و مواد شیمیایی واکنشپذیر به لایههای بالاتر منتقل شد و مواد اولیه بیشتری برای رشد ابرها فراهم کرد.
افزایش هستههای تشکیل ابر میتواند نحوه بازتاب نور و حفظ گرما را تغییر دهد، بنابراین حتی تودههای کوچک نیز در مقیاس منطقهای اهمیت دارند.
واکنشهای شیمیایی زیر نور خورشید بهاری
نور خورشید باعث فعال شدن هالوژنها، عناصری واکنشپذیر مانند برم، کلر و ید، در هوای نزدیک به سطح برف و یخ قطب شمال میشود.
در اوایل بهار، مولکولهای هالوژن تحت تابش نور شکسته میشوند و اتمهایی بسیار واکنشپذیر میسازند که زنجیرههای شیمیایی سریعی را آغاز میکنند.
«این پروژه میدانی فرصتی بیسابقه برای بررسی تغییرات شیمیایی در لایه مرزی جو فراهم کرده است.» – دکتر خوزه فوئنتس
نقش برف شور در کاهش ازن
در سواحل قطب شمال، تودههای برف شور که حاوی نمک دریا هستند، هنگام ترکیب با آلایندههای میدانهای نفتی، گازهای برم آزاد میکنند.
اتمهای برم پس از ورود به هوا با ازن واکنش میدهند و آن را تجزیه میکنند. این فرایند باعث نفوذ بیشتر نور خورشید به سطح، نازک شدن یخ دریایی و در نهایت گرمتر شدن سطح میشود.
اندازهگیریها در نزدیکی منطقه Utqiaġvik کاهشهای ناگهانی ازن در نزدیکی سطح زمین را ثبت کرد. بیشترین فعالیت برم در پایینترین لایهها مشاهده شد و در ارتفاع کمتر از ۳۰۰ متر بهتدریج کاهش یافت.
این دورههای کمازن تعادل مواد اکسیدکننده را تغییر میدهند و باعث میشوند آلودگی در قطب شمال رفتاری متفاوت از عرضهای جغرافیایی پایینتر داشته باشد.
تجمع آلودگی بر فراز یخهای قطبی
نزدیک میدانهای نفت و گاز خلیج پرودهو، تودههای صنعتی ترکیبات اکسید نیتروژن را تغییر دادند؛ گازهایی که نقش کلیدی در شیمی مهدود دارند.
انتشار این آلایندهها باعث افزایش اسیدیته هوا و شکلگیری مهدود غنی از NOx شد؛ پدیدهای که میتواند ریهها را تحریک کند و شفافیت آسمان قطب شمال را کاهش دهد.
در شرایط پایدار هوای قطبی، این تودهها میتوانند نزدیک سطح زمین باقی بمانند و مسیرهای شیمیایی را در گسترهای فراتر از تأسیسات نفتی تغییر دهند.
واکنشهای هالوژنی درون این تودهها رادیکالهای آزاد تولید میکند؛ مولکولهایی کوتاهعمر اما بسیار واکنشپذیر که برخی از آنها به ترکیبات پایدارتر تبدیل شده و همراه با باد در سراسر قطب شمال جابهجا میشوند.
حلقههای بازخورد و شتابگیری گرمایش
تعامل میان شکافهای یخ دریایی و آلودگی میدانهای نفتی یک حلقه بازخوردی ایجاد میکند؛ چرخهای که هر تغییر، تغییر بعدی را تقویت میکند.
آب آزاد و شیمی تغییریافته جو، پوشش ابری و تابش خورشید را تحتتأثیر قرار میدهند، گرمایش سطح را افزایش میدهند و به باز شدن شکافهای بیشتر منجر میشوند.
این چرخه در دوره شکست بهاری یخها به اوج میرسد و زمانی تضعیف میشود که بادها آلودگی را پراکنده کنند یا یخها پایدار بمانند.
یافتهها نشان میدهد مدلهای اقلیمی باید شیمی محلی و فرآیندهای کوچکمقیاس را با دقت بیشتری لحاظ کنند، زیرا هموارسازی بیشازحد شکافهای یخ و تودههای باریک آلودگی میتواند به نادیده گرفتن فرآیندهای کلیدی منجر شود.
پیوند میان ابرها، یخ و آلودگی
گرمایش قطب شمال در دهههای اخیر بسیار سریعتر از میانگین جهانی رخ داده و پیشبینی روندهای آینده را دشوار کرده است.
پروفایلهای عمودی دقیق این پروژه به مدلسازان کمک میکند تا زمان ضخیم شدن ابرها، تغییر ناگهانی شیمی جو و نحوه گسترش آلودگی در هوای قطبی را بهتر درک کنند.
بهبود این ورودیها میتواند پیشبینیهای مرتبط با یخ دریایی، کیفیت هوا و پیامدهای اقلیمی محلی را برای برنامهریزان، ساکنان قطب شمال و فعالان حملونقل دقیقتر کند.
این پژوهش در مجله علمی Bulletin of the American Meteorological Society منتشر شده است.
اگر به تغییرات اقلیمی قطب شمال علاقهمند هستید، این مقاله را با دیگران به اشتراک بگذارید یا دیدگاه خود را در بخش نظرات با ما در میان بگذارید.
