انحياز منهجي في قياس الرقم الهيدروجيني بواسطة العوامات يؤدي إلى تضخيم pCO2 المشتق وتقليل تقدير امتصاص الكربون بواسطة المحيط الجنوبي

لماذا تهم قياسات محيطية صغيرة

المحيط الجنوبي، الحلقة الشاسعة من المياه حول القارة القطبية الجنوبية، يمتص بهدوء جزءًا كبيرًا نسبياً من الحرارة الزائدة وثاني أكسيد الكربون في الكوكب. وبما أنه بعيد وعاصف، يعتمد العلماء بشكل متزايد على عوامات تصفحية روبوتية بدلاً من السفن لتتبع مقدار CO2 الذي يمتصه هذا المحيط فعليًا. تُظهر هذه الدراسة أن خطأً دقيقًا لكنه منهجيًا في كيفية قياس هذه العوامات للحموضة (الرقم الهيدروجيني) يؤدي إلى تقدير مبالغ فيه لمقدار CO2 المذاب في الماء—وبالتالي إلى التقليل من مقدار الكربون الذي يمتصه المحيط الجنوبي فعليًا من الغلاف الجوي.

روبوتات تراقب محيطاً يصعب الوصول إليه

العوامات البيوجيوكيميائية من شبكة آركو هي آلات طافية حرة تنزل من السطح إلى نحو 2000 متر كل بضعة أيام، وتقيس درجة الحرارة والملوحة والأكسجين والمواد المغذية والرقم الهيدروجيني. في المحيط الجنوبي، توفر مجموعات كبيرة من هذه العوامات الآن قياسات متكررة أكثر بكثير مما يمكن أن تقدمه السفن. اعتمادًا على الرقم الهيدروجيني وقيمة مقدرة لخاصية كيميائية أخرى تسمى القلوية، يحسب العلماء الضغط الجزئي لـ CO2 (pCO2) في ماء البحر، والذي يستخدم بعد ذلك لتقدير تبادل CO2 بين المحيط والهواء. من المثير للدهشة أن الحسابات المبنية على بيانات العوامات أشارت إلى أن المحيط الجنوبي يطلق CO2 إجمالًا، في تناقض مع قياسات السفن والطائرات التي تشير إلى كونه مصدراً صافياً لامتصاص الكربون.

مقارنة الروبوتات بالسفن في مياه عميقة قديمة

للبحث عما إذا كانت المشكلة من العوامات أو من الملاحظات التقليدية، قارن المؤلفون مخططات العوامات ببيانات سفن عالية الجودة من مشروع تحليل بيانات المحيط العالمي. ولأهمية هذه المقارنة ركزوا أولًا على كتل المياه العميقة التي انفصلت عن الغلاف الجوي منذ ما قبل العصر الصناعي وبالتالي تحتوي على كميات ضئيلة جداً من الكربون البشري المنشأ. في هذه المياه "القديمة"، يجب أن يعكس أي اختلاف بين قياسات العوامات والسفن بشكل رئيسي تحيزًا في الجهاز بدلاً من تغير بيئي حقيقي. أظهرت المقارنة أن قراءات العوامات والسفن تتطابق تقريبًا في درجة الحرارة والملوحة والأكسجين والنترات والقلوية، لكن ليس في نظام الكربون: فالرقم الهيدروجيني المقاس بواسطة العوامات أقل في المتوسط بنحو 0.021 وحدة من رقم السفن، وpCO2 المستنتجة من العوامات أعلى بحوالي 20 ميكروأتموسفير.

انحياز من السطح إلى القاع، وليس فقط عند السطح

عن طريق تجميع البيانات في نطاقات عمق، وجدت الدراسة أن هذه التباينات حاضرة عبر أجزاء كبيرة من عمود الماء، خصوصًا بين 200 و1500 متر، وتتقلص فقط في الطبقات الأعمق. وبما أن قيم pCO2 المحسوبة للعوامات تعتمد على الرقم الهيدروجيني والقلوية، ولأن القلوية تتفق جيدًا بين العوامات والسفن، فإن السبب الأكثر احتمالًا هو اختلاف منهجي في قياسات حساس الرقم الهيدروجيني وفي طرق تصحيحها. تفترض المعالجة الحالية أن تعديلًا واحدًا محددًا عند نحو 1500 متر يصلح عند جميع الأعماق على حدٍ سواء. ونمط الاختلاف المعتمد على العمق يشير إلى أن هذا النهج القائم على نقطة واحدة ليس دائمًا صالحًا: يبدو أن التصحيح يعمل بشكل معقول تحت 1500 متر لكنه يترك خطأً متبقياً كبيرًا في طبقات أعلى في عمود الماء.

كيف تشوّه الأخطاء السطحية تقديرات تدفق الكربون

نظرًا لأن تبادل CO2 بين الهواء والبحر يعتمد مباشرة على pCO2 السطحي، قام المؤلفون بعد ذلك بتكميم الانحياز عند سطح المحيط. باستخدام تحليل مشترك لانحرافات CO2 والأكسجين عن قيم توازنها، قدروا أن pCO2 السطحي المستنتج من العوامات منحاز بارتفاع يقارب 14 ميكروأتموسفير. ومقارنة مستقلة مع منتج عالمي لثاني أكسيد الكربون السطحي مبني على قياسات مباشرة من السفن ومصادر أخرى أعطت جوابًا مشابهًا جدًا، نحو 17 ميكروأتموسفير. تجتمع هذه الأدلة لتشير إلى انحياز سطحي وسطي يبلغ 15±3 ميكروأتموسفير عبر مئات من مخططات العوامات في المحيط الجنوبي—وهو أكبر بكثير مما كان مفترضًا سابقًا. وتظهر الاختبارات الإحصائية أن هذا الاختلاف لا يمكن تفسيره بخطأ قياس عشوائي أو بتغيرات موسمية أو باتجاهات التحَمُض طويلَة الأمد.

ماذا يعني هذا لصورتنا عن المحيط الجنوبي

إذا كانت قيم pCO2 السطحية للعوامات مرتفعة بشكل منهجي، فقد جعلت الدراسات السابقة المحيط الجنوبي يبدو أقل قدرة على امتصاص الكربون مما هو عليه فعلاً. باستخدام العلاقات المنشورة بين انحياز pCO2 وتدفق الكربون، يقدر المؤلفون أن تصحيح هذا الخطأ سيحول تقديرات العوامات من إطلاق صافٍ لـ CO2 إلى امتصاص صافٍ، مما يجعلها أقرب بكثير إلى تقديرات السفن والطائرات. بعبارة أخرى، وبدلاً من أن تخفق العوامات في تمثيل الحقيقة، قد يكون المحيط الجنوبي ما زال يمتص كميات أكبر بكثير من CO2 البشري المنشأ مما أشارت إليه بعض تحليلات العوامات. وتخلص الدراسة إلى أن معايرة أعمق وواعية بالعمق لبيانات رقم الهيدروجيني للعوامات—مرتكزة على استمرار القياسات عالية الجودة من السفن—ستكون ضرورية لاستغلال أنظمة المراقبة الذاتية بالكامل مع الحفاظ على ميزانية الكربون العالمية على أساس متين.

الاستشهاد: Zhang, C., Wu, Y., Brown, P.J. et al. A systematic bias in float pH leads to overestimation of derived pCO₂ and underestimation of carbon uptake by the Southern Ocean. Sci Rep 16, 13929 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43863-4

الكلمات المفتاحية: مخزن الكربون في المحيط الجنوبي, انحياز قياسات حموضة المحيط, عوّامات آركو البيوجيوكيميائية, تدفق CO2 بين الهواء والبحر, دورة الكربون في المحيطات