واجه لويس فورتييه مشكلة. الأختام لا تترك.
فورتيير عالم أحياء بحرية بجامعة لافال في كيبيك ، كندا. كان ذلك في شتاء عام 2007 إلى عام 2008 في منطقة القطب الشمالي المرتفعة وكان على متن سفينة أبحاث - CCGS Amundsen . كان فورتيير يحاول دراسة ما تفعله الأسماك تحت جليد القطب الشمالي خلال الشتاء الطويل المظلم.
مع اقتراب الشتاء ، اختفت الشمس. بدأ البحر يتجمد. وجلست السفينة في النهاية محبوسة في جليد يصل سمكه إلى مترين (6.5 قدم). كان العلماء وحدهم.
باستثناء الأختام الحلقية.
اموندسن يحتوي على بركة قمر - حفرة في منتصف السفينة تنفتح على الماء. قد تكون درجة حرارة الهواء في الخارج -40 درجة مئوية (-40 درجة فهرنهايت) ، ولكن داخل السفينة ، يكون ثقب القمر في درجة حرارة الغرفة ، والماء -2 درجة مئوية (28 درجة فهرنهايت). في شتاء القطب الشمالي المرتفع ، يكون هذا معتدلًا بشكل إيجابي.
يستخدم العلماء بركة القمر كوسيلة ملائمة لأخذ القياسات دون الحاجة إلى قطع الجليد البحري السميك. على الرغم من ذلك ، بالنسبة إلى الأختام الحلقية ، كانت عبارة عن ساونا. يتذكر فورتييه "لقد حوّلوه إلى نادٍ اجتماعي". "كان هناك ما يصل إلى تسعة أو 10 أختام حلقية في وقت واحد في بركة القمر. كانوا ينامون هناك ، فقط يسبحون ويقضون اليوم. أرادت. كانت دافئة. لقد كانوا محميين من الدببة القطبية ".
لسوء الحظ ، جعلت الأختام مساعدين مختبرين رهيبين. لقد استولوا على بركة القمر. لقد تجاوزوا مستشعرات الباحثين. والأسوأ من ذلك كله ، أنهم استمتعوا بسمك القد القطبي الذي كان فورتيير موجودًا لدراسته.
قد تكون الأختام الحلقية هي الأكثر إزعاجًا (ورائعًا) بين سكان القطب الشمالي في فصل الشتاء ، لكنها ليست الوحيدة. لمعرفة ما يحدث خلال موسم الكآبة ، كان على الباحثين التكيف مع الظلام ، تمامًا مثل المخلوقات التي تعيش هناك. يتعلم العلماء أنه حتى عندما يكون القطب الشمالي متجمدًا ومظلمًا ، فإنه بعيد عن الهدوء. ولكن مع انتقال الناس الآن إلى القطب الشمالي وإضاءة الليل ، فقد يتسببون في تغييرات لم يحلم بها العلماء أبدًا.
البحر الأسود
ليلة شتوية في القطب الشمالي المرتفع ليست مزحة. مع تحول الخريف إلى الشتاء في أقصى الشمال ، تغرب الشمس. لن ترتفع مرة أخرى حتى الربيع.
النهار والليل هما نتيجة دوران الأرض حول محورها - الخط الذي يمر عبر القطبين الشمالي والجنوبي. يختبر الناس النهار عندما يواجه جانبهم من الكوكب الشمس ، والليل عندما يواجه بعيدًا.
المحور الذي تدور حوله الأرض مائل بالنسبة للمستوى الذي يدور حوله كوكبنا حول الشمس. يؤدي هذا إلى ظهور فصولنا. هذا الميل لا يتغير أبدا. بدلاً من ذلك ، بينما تقوم الأرض برحلتها السنوية حول الشمس ، سيشير القطب الشمالي قليلاً بعيدًا عن الشمس خلال الشتاء ، ونحو الشمس في الصيف. عندما يميل القطب الشمالي بعيدًا عن الشمس ، تصبح الأيام في نصف الكرة الشمالي أقصر وأكثر برودة. هذا الشتاء. بعد نصف عام ، سيشير هذا الميل نحو الشمس مرة أخرى. الآن ، يمر نصف الكرة الشمالي بأيام أطول وأكثر دفئًا - الصيف.
يتم وصف المسافة شمال أو جنوب خط الاستواء بالدرجات. خط الاستواء عند الصفر والقطب الشمالي عند 90 درجة والدائرة القطبية الشمالية 66 درجة شمالا. شمال هذا الخط ، لا تطل الشمس حتى فوق الأفق لجزء من الشتاء على الأقل. هذه هي الليلة القطبية .
لن ينكسر الفجر مرة أخرى حتى يبدأ طرف ميل الأرض في الالتفاف نحو الشمس مرة أخرى. كلما ذهبت إلى الشمال ، كلما استغرق ذلك وقتًا أطول. عند 67 درجة شمالًا ، تقع كيرونا في السويد فوق الدائرة القطبية الشمالية مباشرةً. تستمر ليلتها القطبية 28 يومًا. في سفالبارد ، النرويج ، عند 78 درجة شمالًا ، يمتد الليل 84 يومًا متتاليًا. في القطب الشمالي نفسه ، لا تشرق الشمس فوق الأفق لمدة 179 يومًا. هذا ما يقرب من ستة أشهر!
اعتاد العلماء على الاعتقاد بأن هذه الأشهر الطويلة كانت صامتة ومظلمة وميتة بشكل أساسي ، كما يلاحظ يورغن بيرج. يعمل عالم الأحياء البحرية هذا في جامعة ترومسو في النرويج. هناك يدرس الحياة في المحيط.
يقول بيرج:"لدينا تعبير باللغة النرويجية":عندما لا يتمكن الصيادون من صيد أي سمكة ، فذلك بسبب وجود "بحر أسود" أو "بحر مظلم". يوضح أن المصطلح "يشير إلى مكان مظلم حيث لا يوجد نشاط بيولوجي". "إنه وصف جيد لكيفية التفكير في الليل القطبي."
لكن ليس بعد الآن.
يعيش Tiny في الليل
يغذي الضوء الحياة. بدون ضوء الشمس ، لا يمكن للنباتات إجراء التمثيل الضوئي - انتاج الطاقة من ضوء الشمس والماء. الإنتاج الأولي للمصانع تشكل قاعدة معظم النظم البيئية. تنمو النباتات وتوفر الغذاء للحيوانات التي توفر الغذاء للحيوانات الأخرى. وهلم جرا. إذن ، بالنسبة للعلماء ، يبدو الظلام وكأنه قاتل للصفقات.
تقول Anna Båtnes:"فترة الضوء هي الوقت الذي يحدث فيه معظم الإنتاج الأولي". هي عالمة أحياء بحرية في الجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا في تروندهايم. "نمو النبات ، الطحالب ، النظام بأكمله يعتمد على هذا الإنتاج." لذلك افترض العلماء أنه بدون ضوء النهار ، تتباطأ الحياة وتكاد تتوقف.
لكن Berge و Båtnes وزملاؤهم وجدوا مخلوقات صغيرة تسمى العوالق يحوم في المحيط المظلم. العوالق النباتية (FY-toh-plank-ton) - كائنات المحيط الدقيقة التي تصنع الطعام من الشمس - غير نشطة. لكن العوالق الحيوانية (ZOH-plank-ton) - الحيوانات الصغيرة التي تأكل العوالق الأخرى - لا تدع الظلام يحبطها.
يقول العلماء:مجداف الأرجل
عندما تكون هناك دورة نهارية / ليلية منتظمة على مدار 24 ساعة ، فإن جحافل من العوالق الحيوانية الصغيرة تسمى مجدافيات الأرجل (KOH-puh-podz) استخدم الشمس لتوقيت نظام التمرين. تدور هذه القشريات الصغيرة لأعلى ولأسفل في الماء في نمط يسمى diel (Di-EEL) الهجرة العمودية . في النهار ، تنزل المخلوقات الصغيرة إلى المياه العميقة. في الليل ، يصعدون إلى السطح.
هذه اللفات اليومية هي مسألة بقاء بالنسبة للعوالق الحيوانية. لكن هذا يجعلها أيضًا مصدرًا موثوقًا للطعام "جذابة حقًا للحيوانات المفترسة ،" يلاحظ باتنيس. تشرح قائلة:"إنها مليئة بالدهون" - "مثل قضبان الطاقة". وتشير إلى صعوبة رؤية مجدافيات الأرجل على الحيوانات المفترسة في المياه العميقة أثناء النهار. في الليل ، يكون من الآمن أن تظهر قضبان الطاقة العائمة على السطح وتتغذى على العوالق النباتية هناك.
عندما لا يكون هناك ضوء الشمس - كما هو الحال أثناء الليل في القطب الشمالي - فقد يبدو أن مجدافيات الأرجل يجب أن تغرق وتنخفض. لا يوجد شيء نأكله ، لذلك من المنطقي أن تتجنب العوالق الحيوانات المفترسة. لكن ظلمة القطب الشمالي لا توقف هذه الحيوانات مؤقتًا.
أول دليل لبيرج؟ براز العوالق. قام هو وزملاؤه بوضع مصيدة لالتقاط الجسيمات من سطح الماء أثناء الليل القطبي. عندما قاموا بسحب المصيدة ، وجدوا الكثير من براز العوالق. ويلاحظ بيرج أنه حيثما يوجد براز العوالق ، يجب أن يكون هناك عوالق. هذا يعني أن مجدافيات الأرجل كانت لا تزال تدور في الماء صعودًا وهبوطًا ، حتى عندما لا يمكن رؤية الشمس في أي مكان.
في الواقع ، لا تكون الليلة القطبية سوداء قاتمة. يقول بيرج:"بالنسبة للعين البشرية ، إنها مظلمة". ولكن كلما زاد الوقت الذي تقضيه في الظلام ، كلما لاحظت ماهية الضوء الموجود هناك. لا يزال القمر موجودًا ، ويطلق وهجًا خافتًا. تصنع بعض الكائنات الدقيقة ضوءها الخاص ، وهو ما يسمى الإضاءة الحيوية . وهناك أيضًا الشفق القطبي - وهو ضوء خافت في الغلاف الجوي يحدث عندما تصطدم جزيئات من الشمس بالغاز في الغلاف الجوي للأرض.
أدرك بيرج أن العوالق لم تكن بحاجة إلى الشمس. عندما غادرت الشمس ، قامت المخلوقات الصغيرة بتوقيت تحركاتها مع شروق وغروب القمر. نشر بيرج وزملاؤه النتائج التي توصلوا إليها في مجلة Current Biology في عام 2016.
لا يعطي القمر الكثير من الضوء. لكن في القطب الشمالي ، حتى هذا القليل يكفي. أظهر باتنس وبيرج. وجد الباحثون قبل بضع سنوات أن مجدافيات الأرجل حساسة جدًا للضوء بحيث يمكنها استشعار وهج الشفق القطبي الشمالي - حتى من 120 مترًا (390 قدمًا) تحت السطح.
أدلة الترميز الليلية
تحتاج مجدافيات الأرجل إلى الاستمرار في السباحة وإلا سينتهي بها الأمر ببعض الأسماك. وهي مفضلة لدى سمك القد القطبي الذي كان فورتييه يتتبعه خلال شتاء 2007 و 2008 المظلم.
يعتبر سمك القد هذا مهمًا لأن عددًا قليلاً من أنواع الأسماك الأخرى تجوب البحار القطبية الشمالية ، يلاحظ فورتيير. في موقع استوائي مثل البحر الأحمر ، الذي يفصل بين إفريقيا وآسيا ، "سيكون نوعان فقط من كل 10 [أسماك] من نفس النوع. لكن في القطب الشمالي ، سيكون 99 في المائة من القد [القطبي] "، يشرح. "إنه نوع محوري في شبكة الغذاء . يأكلون هذه القشريات الصغيرة وبالتالي تأكلها الحيوانات المفترسة:الثدييات البحرية وطيور البحر. "
في الصيف ، تعج المناطق الضحلة من البحار شمال ألاسكا وكندا بالأسماك. ومع ذلك ، هدأت المياه في الشتاء. أو يبدو أنهم. أين كانت كل الأسماك وماذا كانوا يفعلون؟ أراد فريق Fortier أن يعرف.
كما اتضح ، لم تختف السمكة. كانوا فقط يتحركون عميقا. رصدهم فريق فورتيير وهم يتسكعون على أعماق تتراوح بين 200 و 400 متر (650 إلى 1300 قدم). يقول فورتيير:"اعتقدنا أنهم كانوا فقط ، كما تعلمون ، يضيعون الوقت ، فقط في انتظار عودة الشمس والطعام". بين المعارك مع الفقمات ، قام هو وفريقه بإغراق أجهزة الاستشعار والشبكات الإلكترونية تحت الجليد.
لقد تعلموا أن سمك القد القطبي ليس لديه وقت يضيعه. يقول فورتيير:"إنهم نشيطون للغاية في الشتاء". "إنهم يتغذون ، ويضعون بيضهم في العمق." سوف يرتفع هذا البيض ببطء ، ويصل إلى الجانب السفلي من الجليد السطحي. هناك ستفقس بين يناير ويوليو.
ومع ذلك ، كان على سمك القد أن يتجنب تلك الأختام المزعجة. مع أكباد كبيرة مليئة بالدهون اللذيذة ، تعتبر الأسماك علاجًا شهيرًا للفقمة. لذلك بدأ فورتييه وفريقه في تتبع غوص الفقمة أيضًا. لتجنب أن تصبح وجبات خفيفة ، يتم فصل سمك القد حسب العمق بناءً على حجمها.
عندما يكون هناك ضوء النهار ، تتدلى الأسماك الصغيرة على أعماق تتراوح من 160 إلى 230 مترًا (525 إلى 755 قدمًا). ولكن عندما يحل الظلام ، ترتفع الأسماك الصغيرة إلى ما بين 90 و 150 مترًا (295 إلى 490 قدمًا) تحت السطح. ترتفع ، عالية بما يكفي لتكون قريبة من السطح. الغوص الضحل الصغير الجائع سوف يسبح تحته مباشرة.
ومع ذلك ، فإن سمك القد الأكبر دائمًا ما يكون على عمق أكبر من 180 مترًا (590 قدمًا). يقول فورتيير إن ذلك يتيح لهم تجنب حتى الأختام التي تغوص في أعماق البحار. كود أكبر "لا يهاجر لأنه مضمون أن يتم ضربه بواسطة ختم".
تصطدم الحيتان بالليل
فورتيير ليس الباحث الوحيد الذي ابتليت به الفقمة. ومع ذلك ، فإن مشكلة كيت كوفاكس هي الفقمة الملتحية - موطن شائع آخر في القطب الشمالي.
الشرح:ما هو الحوت؟
كوفاكس يدرس الثدييات البحرية في المعهد القطبي النرويجي في ترومسو. لقد درست الفقمة ، لكنها الآن مهتمة بالحيتان. يقول كوفاكس إن الفقمة الملتحية تمثل مشكلة عندما تريد دراسة الحيتان. "إنهم يسترون أصوات الحيتان."
Kovacs هو جزء من مجموعة تحاول الاستماع إلى نغمات منفوخة. هم الحيتان البلين الوحيدة (التي تتغذى بالترشيح) التي تعيش بدوام كامل في القطب الشمالي. إنهم يكسبون قوتهم من خلال تناول كميات هائلة من الماء ، ثم تصفية العوالق اللذيذة التي تعيش في تلك المياه.
يشير كوفاكس إلى أن هذا يعني أن الحيتان بحاجة إلى اتباع العوالق حولها. "الثدييات التي تتغذى في عمود الماء سوف تتبع فريستها. إذا تعمقت فرائسها في الفترة المظلمة "، كما تقول ، فإن الحيتان ستفعل ذلك أيضًا.
لكن كان من الصعب معرفة أين ذهبت الحيتان وماذا فعلوا خلال الشتاء. يقول كوفاكس:"لا نعرف الكثير [عنهم] ، لأنهم يتكاثرون في الليل القطبي في المياه المغطاة بالجليد".
لتتبع هذه الثدييات العملاقة السرية ، يستمع كوفاكس. الحيتان مقوسة الرأس تغني - كثيرا. خاصة الذكور. يقول كوفاكس:"الغناء هو مزيج من خطوط النقل والإعلان". بإسقاط ميكروفونات خاصة في مياه القطب الشمالي ، تمكن فريقها من الاستماع لمغازلة الحيتان هذه.
عندما استمعوا إلى التسجيلات ، فوجئ العلماء. قاموا بتتبع 184 نوعًا مختلفًا من الأغاني على مدار ثلاث سنوات. وهذا يعني أن الحيتان المقوسة الرأس تغني أنواعًا من الألحان أكثر من العديد من الطيور المغردة. ويميل كل رأس قوس إلى غناء أغنية واحدة لشهور في كل مرة. لذا فإن 184 أغنية قد تعني أن هناك عددًا أكبر من الحيتان المقوسة الرأس أكثر مما افترضه العلماء ، كما يقول كوفاكس - "ما لم يغيروا أصواتهم".
كانت الغناء مفعم بالحيوية بشكل خاص في ديسمبر ويناير. وتقول:"ما صدمنا هو أنهم كانوا يغنون" حيث كان الغطاء الجليدي 100 في المائة لمعظم تلك الأشهر. " مع كل هذا الجليد البحري ، لا توجد أماكن كثيرة للحوت ليصعد ويلتقط أنفاسه. لكن الحيتان لم تهتم. حان وقت الرومانسية. نشرت كوفاكس وزملاؤها النتائج التي توصلوا إليها في 4 أبريل 2018 في رسائل علم الأحياء .
رأيت سفينة تبحر فيها
تتعرض الحيتان مقوسة الرأس لخطر الانقراض في بعض الأماكن. يتضمن ذلك مواقع حول سفالبارد ، النرويج ، حيث يدرس كوفاكس هذه الحيتانيات. تقول:"لقد طاردها الناس على وشك الانقراض". إنها "واحدة من أكبر الحيتان في القطب الشمالي - حيتان ضخمة [مع] لحومها اللذيذة."
الآن الحيوانات محمية من الصيد. لكن الظلام الذي يجعل ليلة تاريخ الحوت العظيم مهددة. الناس يتحركون شمالا وجلب الصوت والضوء معهم.
الشرح:كيف يعرف العلماء أن الأرض تزداد احترارًا
التهديد الأكبر هو تغير المناخ. مع ارتفاع درجة حرارة العالم ، لم يعد القطب الشمالي شديد البرودة بعد الآن. يغطي الجليد البحري المنطقة بأقل من كل عام. توضح دونا هاوزر أن "تراجع [الجليد البحري] في الربيع يحدث مبكرًا ، ويحدث التجمد لاحقًا في كل منطقة تقريبًا". عالمة البيئة البحرية بجامعة ألاسكا في فيربانكس ، تدرس بيئة المحيطات. إذا استمر الجليد في الذوبان بالمعدل الحالي ، يتوقع العلماء أنه في غضون بضعة عقود حتى القطب الشمالي قد لا يكون مغلقًا بالجليد طوال فصل الشتاء.
هناك بالفعل مياه مفتوحة لأكثر من عام الآن. ومن المرجح أن تجعل المياه المفتوحة الناس والسفن على اتصال بالمخلوقات التي تعيش هناك. نظرت هاوزر وزملاؤها إلى أين تسافر السفن عندما يختفي الجليد ، وأي الحيوانات تعيش بالقرب من ممرات الشحن هذه. لقد أرادوا توقع الأنواع التي قد تعاني أكثر من غيرها في حالة زيادة الشحن.
وجدت هاوزر وزملاؤها أن الحيوانات البرية ، مثل الدببة القطبية ، لن تتضايق كثيرًا من عمليات الشحن. لكن من المحتمل أن تفعل الحيتان مثل الرؤوس والأسماك. يوضح هاوزر:"إنها كائنات تعتمد على الصوت". يمكن لأصوات السفن أن تزعج كيفية تواصل الحيوانات. أو يمكن لتلك السفن أن تصطدم بالحيتان وتؤذيها أو تقتلها. نشرت هاوزر وزملاؤها توقعاتهم في 2 تموز (يوليو) الماضي في Proceedings of the National Academy of Sciences .
تمثل السفن مشكلة بشكل أساسي خلال الصيف والخريف ، عندما تتعرض القطب الشمالي لأشعة الشمس. لكن الأنواع الأخرى من التغييرات قد تستمر.
يقول كوفاكس إن قلة الجليد قد تعني المزيد من السياح والزوار الآخرين. عندما ينتقل الناس إلى مكان جديد ، فإنهم يميلون إلى البقاء. وأنوارهم تبقى معهم.
إضاءة الليل
بالنسبة للمخلوقات الحساسة مثل عوالق بيرج ، فإن القليل من الضوء الإضافي يحدث فرقًا كبيرًا. في الواقع ، ربما أغفل العلماء كثيرًا عن الحياة في القطب الشمالي - لأنهم كانوا ينظرون بالضوء.
أطلق بيرج وفريقه مركبة صغيرة تعمل عن بعد ، أو ROV ، من سفينة الأبحاث الخاصة بهم لتتبع العوالق. عندما كانت ROV بعيدة عن السفينة الرئيسية ، التقطت أصواتًا خافتة ، وأرسلتها إلى العلماء على السفينة الرئيسية. في هذه الأصوات ، اكتشف العلماء كميات هائلة من العوالق تهاجر صعودًا وهبوطًا عبر الماء. كان هناك أكثر بكثير مما توقعه بيرج. ولكن عندما عادت السيارة نحو السفينة ذات الإضاءة الساطعة ، اختفت العوالق.
وهل هربوا من ضوء السفينة؟
لاختبار ذلك ، قام بيرج بإغلاق كل أضواءها على سفينة الأبحاث. ("لم يكن القبطان مسرورًا لأننا اضطررنا إلى إطفاء جميع الأنوار عندما كان علينا أخذ عينة" ، كما يقول.) ومن المؤكد أن المستشعرات الموجودة على السفينة قد التقطت الآن جحافل العوالق الصاعدة والهابطة. لكن تلك العوالق اندفعت بمجرد عودة الأضواء.
تظهر هذه النتائج أنه حتى أضواء العلم قد تزعج دورة النشاط الدقيقة لليل القطب الشمالي. نشر بيرج ومجموعته النتائج التي توصلوا إليها في 10 كانون الثاني (يناير) 2018 في Science Advances .
أسئلة الفصل الدراسي
ربما ينبغي أن نفكر مرتين قبل أن نضيء ليل القطب الشمالي ، كما يقول بيرج. ويشير إلى أن "الليل القطبي هو جزء مهم من دورة حياة العديد من الكائنات الحية". "إنها ليست مجرد فترة انتقالية بين الخريف والربيع."
قد يرغب العلماء في معرفة المزيد عن ليلة القطب الشمالي ، وقد يرغب الناس في زيارتها. لكن الكائنات الحية التي تعيش في ليل القطب الشمالي قد تفضل فقط تركها في الظلام.
