مجموعات بيانات مستقبلية للتوزيع السنوي العالمي للأرض المتجمدة استناداً إلى نموذج رقم الصقيع مع معامل كابا

لماذا تهم الأرض المتجمدة تحت أقدامنا

على عمق كبير تحت الثلوج والتندرا في القطب الشمالي، وعلى ارتفاعات شاهقة في سلاسل جبال من الهيمالايا إلى الأنديز، توجد طبقة من الأرض تبقى متجمدة سنة بعد سنة. هذه الطبقة الخفية، المسماة الأرض المتجمدة، تحتجز الماء، وتشكل المناظر الطبيعية، وتدعم المباني والطرق، وتخزن كميات هائلة من الكربون. مع احترار الكوكب، تبدأ هذه القاعدة المجمدة بالذوبان، مما يترتب عليه عواقب للنظم البيئية والبنية التحتية والمناخ. الدراسة الملخصة هنا تقدم أحد أكثر التوقعات تفصيلاً حتى الآن حول كيفية تغير الأرض المتجمدة على مدار هذا القرن، مما يمنح العلماء والمخططين والمجتمعات رؤية أوضح لما ينتظرهم.

نظرة أقرب على الأرض المتجمدة في العالم

الأرض المتجمدة ليست متشابهة كلها. بعض التربة أو الصخور تبقى متجمدة باستمرار لمدة عامين أو أكثر، بينما مناطق أخرى تتجمد وتذوب مع الفصول، ومناطق أخرى تتجمد لفترات وجيزة فقط. معاً، تغطي هذه الأشكال من الأرض المتجمدة حالياً جزءاً كبيراً من سطح اليابسة في نصف الكرة الشمالي، بما في ذلك سيبيريا وألاسكا وشمال كندا والهضبة التبتية العالية وجبال الألب وأجزاء من الأنديز. عندما تتغير هذه الأرض المتجمدة، يمكن أن يختل إمداد المياه المحلية، وتتفكك انحدارات التلال والمباني، وتتحرر كربونات قد تسهم في مزيد من الاحترار المناخي. ومع ذلك، كان التنبؤ بدقة بالمواقع التي ستستمر فيها الأرض المتجمدة أو تختفي أمراً صعباً، لأنه يعتمد على تفاصيل دقيقة لدرجات الحرارة على مدار السنة بأكملها، وليس فقط على مدى برودة الشتاء.

بناء مقياس حراري أفضل لما تحت الأرض

عالج المؤلفون هذا التحدي من خلال تحسين أداة بسيطة نسبياً لكنها قوية تعرف باسم نموذج رقم الصقيع (Frost Number Model). بدلاً من محاكاة كل عملية في التربة، يستخدم هذا النموذج مدة وشدة بقائها أدنى أو أعلى من نقطة التجمد كل عام لتقدير ما إذا كانت الأرض في الأسفل تبقى متجمدة. عنصر أساسي هو حد عددي، أو عتبة، يقرر متى يُحتسب الموقع على أنه متجمد بشكل دائم أو موسمي أو مؤقت. الدراسات السابقة غالباً ما اختارت هذه العتبة بشكل عشوائي إلى حد ما، مما قيد الدقة. في هذا العمل، اختبر الباحثون بصورة منهجية العديد من قيم العتبة المحتملة مقابل خرائط حديثة عالية الدقة للأرض المتجمدة مبنية من الأقمار الصناعية وقياسات ميدانية وبيانات أخرى. استخدموا مقياساً إحصائياً يعرف بمعامل كابا لتحديد العتبات التي طابقت الواقع بشكل أفضل، مع ضبطها بشكل منفصل للمناطق عالية العرض والمناطق الجبلية العالية، وللفئات الثلاث الرئيسية للأرض المتجمدة.

من نماذج المناخ إلى خرائط مفصلة للمستقبل

بمجرد تحديد أفضل العتبات، توجه الفريق إلى توقعات المناخ من أحدث جيل من النماذج العالمية (CMIP6). بدلاً من استخدام مخرجات النماذج الخام، اعتمدوا على مجموعة بيانات مُصححة ومُنخفضة المقياس بعناية توفر درجات حرارة الهواء اليومية على شبكة عالمية دقيقة، حوالي ربع درجة في الدقة. من عام 1950 وحتى 2099، حسبوا مؤشرات التجميد والذوبان السنوية في كل خلية شبكية، وحولوها إلى مؤشر صقيع، ثم صنفوا كل موقع على أنه متجمد دائماً أو متجمد موسمياً أو متجمد متقطع أو غير متجمد. كرروا هذه العملية تحت أربعة سيناريوهات مستقبلية مختلفة، تتراوح من تخفيضات قوية في الانبعاثات وإجراءات مناخية إلى مسار انبعاثات مرتفع مع تخفيف محدود، مكونين مجموعة كاملة من الخرائط السنوية العالمية المتاحة الآن للجمهور.

ما تكشفه الخرائط عن عالم دافئ

الصورة الناتجة صادمة. بغض النظر عن المسار المستقبلي الذي يُنظر إليه، تنكمش المناطق المغطاة بأرض متجمدة طويلة الأمد بشكل ملحوظ على مدار القرن، بينما تتوسع المناطق التي تتجمد موسمياً أو لفترات وجيزة. بحلول منتصف القرن، يُتوقع أن يذوب ما بين حوالي خُمس ونحو ثلث تضاريس اليوم المتجمدة طويلاً، اعتماداً على السيناريو. وبحلول أواخر القرن، تتزايد الخسائر بشكل أكبر: تحت مسار الانبعاثات الأعلى، يختفي نحو ثلاثة أخماس الأراضي المتجمدة دائماً عالمياً. تحدث التغيرات الأكثر دراماتيكية على الحواف الجنوبية لحزام الجليد الدائم الحالي في القطب الشمالي وفي مناطق الجبال العالية مثل الهضبة التبتية، حيث يتحول الكثير من الأرض المتجمدة طويلاً إلى تربة تتجمد موسمياً فقط. لا تزال السيناريوهات ذات الانبعاثات الأقل تظهر خسائر كبيرة، لكن وتيرة التراجع أبطأ والمساحات المتبقية من الأرض المتجمدة أكبر.

استخدام الخرائط الجديدة للتحضير للتغيير

لضمان موثوقية نهجهم، قارن المؤلفون إعادة الإعمار التاريخية التي أجرَوها بعدة خرائط مستقلة للأرض المتجمدة لروسيا وكندا والمنطقة القطبية الأوسع، فوجدوا اتفاقاً قوياً في كل من المساحة والأنماط المكانية. وبما أن مجموعة البيانات الناتجة تغطي الكرة الأرضية بأكملها بدقة نسبية عالية وتمتد عبر 150 عاماً، فيمكن الآن استخدامها كمرجع مشترك لأنواع كثيرة من الدراسات. يمكن لهيدرولوجيي المياه استخدامها لاستكشاف كيف قد يتغير جريان الأنهار والمياه الجوفية؛ ويمكن لعلماء البيئة فحص كيف تؤثر أنماط التجميد والذوبان المتغيرة على الغطاء النباتي والحياة البرية؛ ويمكن للمهندسين تحديد الأماكن التي تكون فيها الطرق والأنابيب والمباني الأكثر عرضة للخطر؛ ويمكن لعلماء المناخ تقدير كمية الكربون التي قد تتحرر من التربة الذائبة بصورة أفضل. للقراء غير المتخصصين، الرسالة الأساسية واضحة: الأرض المتجمدة ليست فضولاً بعيداً تحت التندرا القطبية. إنها قاعدة هشة وحساسة للمناخ لكوكبنا تتغير بالفعل، وخياراتنا بشأن الانبعاثات المستقبلية ستؤثر بقوة على مقدار ما سنحتفظ به منها.

الاستشهاد: Pan, X., Li, H. & Nie, X. Future global annual frozen ground distribution datasets based on Frost Number Model with Kappa coefficient. Sci Data 13, 561 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06918-9

الكلمات المفتاحية: الجليد الدائم, الأرض المتجمدة, تغير المناخ, احتباس حراري في القطب الشمالي, الهضبة التبتية