كتل المياه في القطب الشمالي من 40 عاماً من الملاحظات الهيدروغرافية

لماذا تهم الطبقات الخفية في القطب الشمالي

المحيط المتجمد الشمالي يحرُّ ويفقد جليد البحر أسرع من معظم مناطق الأرض الأخرى، وهذا له عواقب على الطقس والحياة البرية ومستويات البحار العالمية. ومع ذلك، تحت الجليد والأمواج، ليس القطب الشمالي بركة مائية موحدة. بل يتكوّن من طبقات وتيارات مميزة، كل منها يحمل حرارته وملوحته ومغذياته الخاصة. يوضح هذا البحث كيف جمع العلماء، ولأول مرة، قياسات تمتد لأربعين عاماً لرسم وتصنيف هذه «كتل المياه» الخفية عبر كامل منطقة القطب الشمالي، ولماذا هذا مهم لفهم تغيّر المناخ المستقبلي.

«نكهات» مختلفة من مياه القطب الشمالي

كما ينظم الغلاف الجوي في كتل هوائية، ينظم المحيط في كتل مائية: أجسام مائية كبيرة تشترك في أصل واحد وخصائص مميزة من درجة حرارة وملوحة وكيمياء. في القطب الشمالي، تجلس المياه السطحية الباردة والنسبيًا العذبة فوق طبقات أكثر ملوحة تتدفق من المحيطين الأطلسي والهادئ. وبما أن المنطقة باردة جدًا، تتحكم الملوحة في كثافة مياه البحر أكثر من الحرارة، لذا فإن المياه الأطلسية الأكثر ملوحة تميل إلى الغوص تحت الطبقة السطحيةالأكثر عذوبة عند دخولها عبر بوابات مثل مضيق فرام وبحر بارنتس. المياه القادمة من المحيط الهادئ عبر مضيق بيرنغ تغوص أيضًا تحت السطح في أجزاء من حوض كندا. معًا، تتحكم هذه الطبقات في كيفية تخزين ونقل الحرارة والمياه العذبة داخل القطب الشمالي، مؤثرة على سرعة ذوبان جليد البحر وكيف يؤثر القطب الشمالي بدوره على نظام المناخ العالمي.

أربعون عاماً من مراقبة محيط ناءٍ

قياس المحيط المتجمد الشمالي صعب للغاية بسبب جليد البحر والطقس القاسي والظلام في الشتاء. بدلًا من الاعتماد على نظام رصد واحد، جمع المؤلفون بيانات عالية الجودة موجودة من مصادر متعددة: مسوحات على متن سفن، وأجهزة مثبتة وعائمة مرتبطة بالجليد، ومقاييس آلية شبيهة بشكل فضفاض بـ«بالونات طقس» تحت الماء. ركزوا على الألف متر العليا من عمود المياه وثلاث خواص رئيسية: الحرارة والملوحة والأكسجين المذاب. بعد إزالة التكرارات والشواذ الواضحة بعناية ومتوسطات الملفات التعريفية في حاويات عمق بعمق 10 أمتار، أنتجوا أرشيفًا متسقًا على مستوى الحوض يغطي من أوائل ثمانينيات القرن الماضي حتى 2024. وعلى الرغم من أن بعض المناطق والفصول ما تزال ناقصة العينات، فإن هذا السجل المدمج يوفر أفضل صورة طويلة الأمد حتى الآن لكيفية تطور داخل القطب الشمالي.

تعليم الحاسوب التعرف على طبقات المياه

تقليديًا، يحدد علماء المحيطات كتل المياه بحل مجموعة معادلات تعتبر كل ملاحظة خليطًا من عدة أنواع «نقية» مصدرية—على سبيل المثال، طبقة سطحية قطبية مميزة، عدة أصناف من مياه المحيط الهادئ، وعدة أصناف من مياه المحيط الأطلسي. يتطلب هذا النهج، المعروف بتحليل الخلط متعدد المعاملات، معرفة مفصلة بمكونات المصادر وقياسات الأكسجين بالإضافة إلى الحرارة والملوحة. ومع ذلك، الأكسجين متاح فقط لحوالي ملف واحد من كل عشرة في القطب الشمالي. لتجاوز هذا القيد، طبق المؤلفون أولًا الطريقة الكلاسيكية حيث وُجد الأكسجين، ثم استخدموا تلك النتائج كمجموعة تدريب لنموذج تعلم آلي قائم على الغابات العشوائية. بإعطاء النموذج الحرارة والملوحة والموقع والعمق وفصل السنة، علموه توقع نسبة كل كتلة مائية حتى عندما يكون الأكسجين مفقودًا، ما زاد التغطية القابلة للاستخدام بحوالي ترتيب كبير.

ما تكشفه الخرائط الجديدة

يتتبع مجموعة بيانات كتل المياه في القطب الشمالي (WMA) الناتجة كيف ينتشر ماء الأطلسي والهادئ عبر القطب الشمالي وكيف تغير تأثيرهما على مدى عقود. تعيد الخرائط إنتاج ميزات معروفة مثل تعمق طبقات الأطلسي الدافئة من بحار البوابات إلى أحواض الداخل ومياه المنشأ الهادئ التي تغذي دوامة بوفورت في غرب القطب الشمالي. كما تلتقط اتجاهات واسعة يُشار إليها أحيانًا باسم «الأطلسنة» و«الهادنة»—التحرك المتزايد لمياه الأطلسي والهادئ إلى مناطق كانت فيما مضى تهيمن عليها طبقات محلية أبرد. في بحار البوابات، ارتفعت نسبة المياه الأطلسية متزامنة مع أدلة مستقلة على زيادة دخل الحرارة، بينما في دوامة بوفورت تظهر نسبة وخصائص مياه المحيط الهادئ تغييرات تتسق مع تدفق أكثر دفئًا وأكثر حجمًا عبر مضيق بيرنغ. يؤكد المؤلفون أن بعض الميزات السطحية أقل يقينًا، وذلك لأن المياه السطحية تتغير بقوة بفعل الطقس وتكوّن الجليد ولأن تغطية البيانات غير متكاملة.

مرجعية جديدة لتغير القطب الشمالي المستقبلي

للتحقق من موثوقية تصنيفهم، اختبر الفريق مدى حساسية النتائج لاختيارات أنواع المصادر، لتغير خصائصها مع الزمن، ولتوزين الأكسجين مقابل الحرارة والملوحة. كما قارنوا مخططهم الموجه بخبرة مع طريقة تجميع غير مراقبة مستقلة تجمع ببساطة نقاط البيانات ذات الخصائص المتشابهة. عبر هذه الاختبارات، برهنت الكتل المائية الرئيسية ومساراتها على ثباتها، ونمذج التعلم الآلي أعاد حسابات الطرق التقليدية بدقة عالية، حتى عندما حُجبت مناطق أو سنوات كاملة أثناء التدريب. المنتج النهائي WMA، الذي أُصدر علنًا مع كود يمكن تكراره، يوفر الآن للعلماء والمعدّلين إطارًا مشاهداتيًا مشتركًا لتتبع كيفية تطور البنية الطبقية للقطب الشمالي، وتقييم مدى دقة نماذج المناخ في تمثيلها، وفي نهاية المطاف تحسين توقعات كيف سيعيد قطب شمال أكثر دفئًا تشكيل الظروف بعيدًا عن الدائرة القطبية.

الاستشهاد: Oglethorpe, K., Lanham, J., Reiss, R.S. et al. Water Masses of the Arctic from 40 Years of Hydrographic Observations. Sci Data 13, 456 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06749-8

الكلمات المفتاحية: محيط القطب الشمالي, كتل المياه, التدفق الأطلسي, التدفق الهادئ/المنبثق من المحيط الهادئ, التعلم الآلي