تباين علاقة نظائر الماء بالحرارة عبر القارة القطبية الجنوبية يحكمه دوران الغلاف الجوي

قراءة الماضي في جليد القارة القطبية الجنوبية

يستخدم العلماء الفروقات الطفيفة في جزيئات الماء المجمدة في جليد القارة القطبية الجنوبية لقراءة تاريخ مناخ الأرض، تمامًا كما تسجل حلقات الأشجار الطقس الماضي. تشرح هذه الدراسة لماذا لا تكون العلاقة بين تلك «البصمات» المائية ودرجة حرارة الهواء بسيطة كما كان يُعتقد سابقًا، وكيف أن فهم الرياح التي تحمل الرطوبة إلى القارة يمكن أن يحسن رؤيتنا لتغيرات المناخ الماضية.

لماذا تهم جزيئات الماء الخاصة

الماء يتألف من الهيدروجين والأكسجين، لكن ليست كل الجزيئات متطابقة. جزء صغير يحمل نسخًا أثقل قليلًا من هذه الذرات، تُسمى نظائر ثقيلة. عندما يتبخر ماء البحر، ويسافر عبر الغلاف الجوي ويسقط في النهاية كثّلج فوق القارة القطبية الجنوبية، يتغير مزيج الماء الخفيف والثقيل بطريقة متوقعة. لعقود، استخدم العلماء هذا النمط في نوى الجليد لتقدير مدى برودة الجو حين سقط الثلج. ومع ذلك، كشفت القياسات عبر القارة أن قوة الرابط بين النظائر والحرارة تختلف من مكان لآخر ومن سنة لأخرى، ما أثار الشكوك حول استخدام قاعدة واحدة لتحويل بيانات النظائر إلى درجات حرارة ماضية.

متابعة الرطوبة عبر قارة متجمدة

لمعالجة هذا اللغز، قام الباحثون برحلة صيفية عبر شرق القارة القطبية الجنوبية، قاطعين أكثر من 3000 كيلومتر من محطة السواحل دومونت دورفيل إلى الداخل العالي عند قبة سي وما بعدها. على طول الطريق، قاسوا باستمرار التركيب النظيري لبخار الماء في الهواء، ودمجوا هذه القراءات مع بيانات موجودة من الثلج المتساقط ونوى الجليد. وبما أن البخار والهطول ينحدران من نفس الكتل الهوائية، فإن تتبع البخار يتيح للعلماء مشاهدة عملية تقطير الرطوبة أثناء تحركها نحو الداخل، دون الضوضاء التي تضيفها لاحقًا تقلبات تساقط الثلوج أو تغييرات سطح الثلج.

الزمان والمكان يرويان قصصًا مختلفة

قارن الفريق كيف ترتبط النظائر ودرجة الحرارة بطريقتين: عبر المكان، أي بالتحرك من الساحل المعتدل نسبيًا إلى الداخل الجمّاد، وعبر الزمن، مع تغير الفصول في موقع واحد. أكدوا أن علاقة النظائر بالحرارة أُكثر انحدارًا عبر المكان مقارنةً بالزمن. بعبارة أخرى، فإن الانتقال مسافة ألف كيلومتر نحو الداخل يغير الإشارة النظيرية أكثر بكثير من الاحترار أو التبريد بعدة درجات في محطة واحدة. يُظهِر تحليلهم أن هذا الاختلاف ينشأ لأن المواقع الداخلية مثل قبة سي تتغذى بكتل هوائية فقدت معظم رطوبتها على شكل ثلج خلال رحلتها من المحيط، ما يترك البخار المتبقي مُفْتَقِرًا بشكل قوي للنظائر الثقيلة.

مسارات الرطوبة في السماء

لشرح هذه الأنماط، لجأ الباحثون إلى صورة فيزيائية بسيطة لحركة الهواء. بدلاً من التركيز فقط على خط العرض، تتبعوا «مسارات الرطوبة» في الغلاف الجوي التي تحافظ تقريبًا على كمية مرتبطة بالحرارة والرطوبة. على طول هذه المسارات تُستنزف الرطوبة تدريجيًا على صورة ثلج، وتتغير النظائر بطريقة شبيهة بتقطير سائل. من خلال تتبع تطور الحرارة والنظائر على طول مثل هذه المسارات في عدة نماذج مناخية، استطاعوا إعادة إنتاج كل من الانحدارات الزمنية الأضعف والانحدارات المكانية الأقوى المرصودة في البيانات الحقيقية. يوضح هذا أن دوران الغلاف الجوي على نطاق واسع، وليس عوامل الطقس المحلية فقط، هو الذي يحدد كيفية استجابة النظائر للحرارة فوق القارة القطبية الجنوبية.

إعادة التفكير في درجات الحرارة من نوى الجليد

تحمل النتائج دروسًا مهمة لقراءة نوى جليد القارة القطبية الجنوبية. فهي تشير إلى أنه لا توجد قيمة تحويل ثابتة واحدة بين النظائر والحرارة صالحة في كل زمان ومكان. بدلاً من ذلك، يعتمد الانحدار على المسافة التي سافرها الهواء من مصدر رطوبته، وكمية الثلج التي تساقطت بالفعل على طول الطريق، والحالة المناخية الأوسع، مثل قوة التباين الحراري بين القطبين وخط الاستواء. على فترات زمنية طويلة، يمكن لتغيرات في جليد البحر، وارتفاع صفيحة الجليد ومسارات العواصف أن تحوّل هذه المسارات الرطبة وتغير علاقة النظائر بالحرارة. تجادل الدراسة بأن إعادة بناء نوى الجليد يجب أن تستخدم طيفًا من العلاقات مستندًا إلى فيزياء الغلاف الجوي ومدعومًا بأدلة حرارية أخرى، مثل قياسات آبار الحفر ونظائر الغازات.

ما معنى ذلك لسردنا المناخي

من خلال ربط إشارات النظائر في جليد القارة القطبية الجنوبية مباشرة بكيفية حمل الرطوبة وتبريدها في الغلاف الجوي، يوفر هذا العمل خريطة أوضح لتحويل طبقات الجليد إلى درجات حرارة ماضية. للقراء غير المتخصصين، الرسالة الأساسية هي أن جليد القارة القطبية الجنوبية ما زال يوفر سجلاً قويًا لمناخ الأرض، لكنه يجب أن يُفَكَّ شفرة مع مراعاة الهواء المتحرك أعلاه، وليس الثلج أدناه فقط. يساعد فهم هذه المسارات الجوية الباحثين على بناء تواريخ أكثر موثوقية لمدى دفء وكُلٍّّ أُخرى برد كوكبنا، مما يحسن بدوره الأدوات المستخدمة لتوقع تغير المناخ مستقبلاً.

الاستشهاد: Casado, M., Bailey, A., Leroy-Dos Santos, C. et al. Water isotope–temperature relationship variability across Antarctica set by atmospheric circulation. Nat. Geosci. 19, 581–588 (2026). https://doi.org/10.1038/s41561-026-01961-y

الكلمات المفتاحية: القارة القطبية الجنوبية, نوى الجليد, نظائر الماء, دوران الغلاف الجوي, المناخ القديم