من الجبال الجليدية إلى الدخان ، والتنبؤ أين ستنتقل الأخطار

في السبعينيات ، كان الأشخاص الذين يديرون البرك يعانون من مشكلة الطحالب والنباتات والقواقع في الماء. للسيطرة على الآفات ، أحضر المديرون أربعة أنواع من الكارب ، وهو نوع من الأسماك ، من آسيا. لكن بعض الأسماك هربت إلى الأنهار والممرات المائية الأخرى. سرعان ما كان هناك الكثير من الأسماك. وأصبحوا من الأنواع الغازية المزعجة. يمكن لهذه الأسماك غير الأصلية أن تتنمر على النظم البيئية ، وتتولى زمام الأمور بسرعة. تنمو بسرعة وكبيرة ، فهي تحجب الكثير من الطعام الذي تعتمد عليه الأسماك المحلية عادة.

اليوم ، لا يزال أحفاد هذا الكارب يمثل مشكلة كبيرة. وبينما تفرخ الأسماك ، كان بيضها ينجرف بعيدًا وواسعًا. قد يكون توقع أين سينجرف شيء ما تحديًا شائكًا. لكن العثور على إجابات قد يؤدي إلى تفادي الأزمات.

في جامعة ميسوري بكولومبيا ، يعمل المهندس المدني والبيئي بينبين وانج على اكتشاف مكان انتشار بيض الأسماك الغازية في نهر ميسوري. إذا تمكن العلم من تجاوز المشكلة ، فهناك أمل في أن يكتشف الناس كيفية إيقافها. ولكن إذا كان العلم بطيئًا جدًا في الإجابة على هذا السؤال ، فإن جحافل من بيض الكارب ستنمو لتصبح بالغة وتتفوق على جيرانها. سيساعد إيقاف انتشارها في تقليل الضرر العام الذي تسببه.

قد يبدو الانجراف غير متوقع. لكن وانج من بين كادر الباحثين الذين يتطلعون إلى إظهار كيفية التنبؤ به.

يريد بعض محققي الانجراف هؤلاء معرفة ما إذا كانت الجبال الجليدية الكبيرة تهدد منصات النفط البحرية. يأمل آخرون في تتبع أعمدة الهواء أو المياه الملوثة - وتحديد مصدرها. العمل صعب. كما يمكن أن تكون مجزية للغاية. والأهم من ذلك ، أن النتائج التي توصلوا إليها قد تشير إلى حلول لبعض التهديدات البيئية المهمة.

مياه مضطربة

لا تتدفق المياه في مجرى أو نهر بسلاسة. يندفع ، تموجات ، يتقطر ، شلالات ، يقطر ويتقطر عبر المناظر الطبيعية. كل تلك الحركة تسبب الاضطرابات.

ربما تكون قد عانيت من اضطرابات أثناء ركوب طائرة وعر. أو شاهدت شارب قهوة يحرك المبيض في المشروب. يلاحظ وانغ أن الحركة الفوضوية لهذا المزيج هي أيضًا اضطراب في العمل. يحدث هذا التقليب في الأنهار أيضًا. في الواقع ، كما يلاحظ ، "يحدث ذلك في كل لحظة يتدفق فيها النهر ، وفي كل مكان." كما أنه مهم جدًا للكارب الذي يدرسه. يقول إنه بدون اضطراب ، يغرق بيضهم ويموت.

يريد وانج وزملاؤه معرفة كيفية تأثير اضطراب المياه على انجراف بيض السمك. يمكنهم التنبؤ بالمكان الذي من المحتمل أن يكون فيه بيض الكارب في أي وقت ، ويمكنهم مشاركة هذه البيانات مع الآخرين الذين يعملون للحد من انتشار الأنواع.

يؤكد وانغ أن علم الأحياء ليس تخصصه. يتألق باحثون آخرون في فريقه في ذلك. خبرته هي فهم كيفية تدفق السوائل. كما يدرس كيف تؤثر هذه التدفقات على البيئات.

وهنا يأتي دور الاضطراب. لنفترض أن بيض السمك ينجرف عبر بقعة واحدة في النهر ظهرًا في يوم معين من شهر مايو. أطلق على هذا المكان أ. بحلول الساعة 4 مساءً ، سيكون البيض قد انجرف إلى مكان آخر ، يسمى B.

في الظهيرة ، من المرجح أن يختلف الاضطراب في كل موقع. في الواقع ، ستكون الاضطرابات في أي وقت أقوى في بعض المناطق وأضعف في مناطق أخرى. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون المكان "أ" هادئًا نسبيًا في ظهر ذلك اليوم من شهر مايو ، ولكنه يحرك بقوة أكبر عند الظهر في أحد أيام شهر يونيو.

لفهم كيف يمكن أن يؤثر ذلك على بيض الكارب ، قام فريق وانج بجمع البيانات من العديد من الأماكن في نهر ميسوري وفي عدة نقاط زمنية. لقد استخدموا هذه البيانات لبناء نموذج كمبيوتر لرسم خريطة لما سيكون عليه انجراف البيض على الأرجح في ظل ظروف مختلفة ، لا سيما الاضطرابات الشديدة.

الرياضيات هي جزء مهم من هذا البحث. يستخدم وانج نوعًا من الرياضيات المتقدمة يُعرف باسم المعادلات التفاضلية. هذه تتعامل مع "المتغيرات [التي] تتغير فيما يتعلق بالوقت ،" يشرح. ويضيف:"في بعض الأحيان" يمكنهم أيضًا "التغيير فيما يتعلق بالفضاء". تعتبر سيارة الإسعاف متغيرًا مهمًا لنماذج كمبيوتر وانغ ، لأنها تؤثر بشدة على كيفية ومكان انتقال البيض.

الشرح:ما هو نموذج الكمبيوتر؟

يقول:"نأمل ،" أن تساعد البيانات الميدانية فريقه على "فهم أفضل لبعض البيانات التي قمنا بمحاكاتها [في النموذج]." يخطط فريق وانغ لتقديم بعض النتائج الأولية التي توصلوا إليها هذا الشهر في الاجتماع الوطني للاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي.

يقترح برنامج أطلق في وقت سابق من هذا العام كيف يمكن استخدام هذه البيانات. في يناير الماضي ، وقع المسؤولون في إلينوي وميتشيغان اتفاقيات لمشروع يهدف إلى منع مثل هذا الكارب الغازي من السفر إلى منطقة البحيرات العظمى. يتضمن جزء من البرنامج وضع حاجز كهربائي جديد في مجرى مائي بالقرب من روميوفيل ، إلينوي. (توجد ثلاثة حواجز أخرى مثل هذه بالفعل.) يمكن معرفة مكان وضع الحاجز من خلال التنبؤات التي يقوم فريق وانغ بتطويرها.

كانت الجبال الجليدية في الماضي تمثل عبئًا ثقيلًا

بيض السمك الصغير ليس الأشياء الوحيدة الجديرة بالملاحظة التي تنجرف في الماء. يدرس آلان كوندرون الجبال الجليدية - بعضها بحجم مباني المكاتب. مصمم نماذج مناخ ، يعمل في معهد وودز هول لعلوم المحيطات في ماساتشوستس.

الجبال الجليدية هي كتل جليدية ضخمة وسميكة تقطع الأنهار الجليدية أو الجرف الجليدي وتطفو في البحر. يقع معظم الجبل الجليدي تحت الماء. يرتفع أصغرها حوالي 5 أمتار (16 قدمًا) فوق الماء. كان أكبر ارتفاع تم تسجيله على الإطلاق هو 168 مترًا (550 قدمًا). ويمكن أن تكون بعض الجبال الجليدية ضخمة حقًا ؛ غطت إحدى العجول التي ولدت في وقت سابق من هذا العام 4320 كيلومترًا مربعًا (1،668 ميلًا مربعًا). هذا أكبر من ولاية رود آيلاند.

غالبًا ما تنشأ الجبال الجليدية في القارة القطبية الجنوبية أو جرينلاند. معظمهم لا يبتعدون كثيرًا عن المنزل قبل أن يذوبوا في البحر.

اكتشف كوندرون وزميله مؤخرًا أنه منذ حوالي 31000 عام ، يبدو أن الجبال الجليدية قد انجرفت جنوبًا لأكثر من 5000 كيلومتر (3000 ميل). أخذ هذا الأبراج الجليدية من الساحل الشرقي لكندا وصولاً إلى جنوب فلوريدا. وصف الفريق هذا في 16 يونيو في Nature Communications .

يقول كوندرون:"فكرة نزول الجبال الجليدية إلى فلوريدا تبدو مجنونة". إذا ذهبت إلى أحد شواطئ فلوريدا اليوم ، "لم يحدث أبدًا في أحلامك الجامحة" ، فهل يمكن أن تتخيل أنه ربما كان هناك وقت كانت فيه الجبال الجليدية الكبيرة قد انجرفت إلى الماضي.

يكشف العمل عن رؤى جديدة حول الروابط بين المناخ الماضي وسلوك الجبال الجليدية والأنهار الجليدية. انجرفت الصخور جنوبًا عندما كانت كميات كبيرة من المياه تتدفق من الأنهار الجليدية الذائبة. تعلم المزيد عن سلوك الجبل الجليدي السابق قد ينتج عنه رؤى جديدة حول كيفية تصرف الجبال الجليدية في ظل الظروف المناخية المستقبلية.

أجرى كوندرون بحثه الجديد مع جينا هيل. هي باحثة جيولوجية في مركز علوم البحار والمحيط الهادئ التابع لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية. كان ذلك في سانتا كروز ، كاليفورنيا. نظر هيل في مناظير جبل الجليد. يطلق عليهم أحيانًا علامات المحراث. يقول كوندرون إن الجبال الجليدية حفرت هذه العلامات منذ فترة طويلة عندما كانت تقطع قاع البحر أثناء انجرافها على التيارات البحرية. قد تشبههم ، كما يقول ، بالأخاديد التي يتركها محراث مزرعة في التربة. يقول:"نرى ميزات مثل هذه تمامًا في قاع البحر ، لكنها أكبر بكثير."

لا تترك كل الجبال الجليدية مثل هذه الأخاديد. حيثما تكون عميقة ، فقط بيرغ ضخمة تترك مثل هذه الآثار. لكن في المياه الضحلة ، كما يقول كوندرون ، ليس من الضروري أن تكون الجبال الجليدية ضخمة حتى تصل إلى قاع البحر.

تظهر جولات Telltale على خرائط قاع البحر عالية الدقة. نظر Hill في حوالي 700 من الميزات الرائعة. ركزت على تلك الموجودة بين كيب هاتيراس في نورث كارولينا وفلوريدا كيز. ثم ابتكر كوندرون نماذج حاسوبية لتحليل الشكل الذي قد تبدو عليه هجرة الجبل الجليدي. تشير تلك المناظرات القديمة إلى "عدد كبير جدًا من الجبال الجليدية" مما جعلها تصل إلى فلوريدا ، كما يقول.

تحطيم نموذج فيض

يتكون نموذج جبل الجليد لشركة Condron من جزأين رئيسيين. يتعامل الأول مع الديناميات - إلى أي مدى انجرف جبل جليدي. والثاني هو معادلة الحرارة ، الرياضيات التي تتنبأ بمعدل ذوبان الجبل الجليدي.

يخبرنا الجزء الديناميكي أن القوة المؤثرة على الجسم تساوي كتلة الجسم مضروبة في تسارعه. لا يصف هذا التسارع ما إذا كان الجبل الجليدي يتسارع أم يتباطأ فحسب ، بل يصف أيضًا الاتجاه الذي ينجرف فيه.

هناك قوى أخرى تؤثر على تسارع الجبل الجليدي أيضًا ، كما يشير كوندرون. الأول هو الماء الذي يدفع الجليد. تدفع الرياح أيضًا على هذا الجليد الشاهق فوق الماء. محرك آخر هو ما يُعرف باسم قوة كوريوليس. يشرح كوندرون أنه "ناتج بشكل أساسي عن دوران الأرض". لحساب هذه وأكثر ، كان عليه أن يلخص القوات.

أخيرًا ، حفر Condron و Hill لبًا (أو أسطوانة من مادة) من النتوءات وما كان أسفلها. باستخدام التأريخ بالكربون المشع ، يمكن للاثنين تحديد أن هذه الأخاديد قد تكونت على الأرجح في وقت يعرف باسم حدث هاينريش 3.

الآن ، تدرس Condron مخاطر اصطدام الجبال الجليدية بأشياء مثل منصات البترول والسفن. هناك العديد من منصات البترول قبالة الساحل الشرقي لكندا. إذا أدى الاحتباس الحراري إلى زيادة تكوين الجبال الجليدية ، كما يلاحظ ، "فسيشكل ذلك تهديدًا لمنصات النفط هذه".

كما أنه يبحث في إمكانية سحب الجبال الجليدية. قامت السفن بسحب سفن صغيرة قبالة كندا لمنعها من الاصطدام بالأشياء المثيرة للقلق. لكن فريق وودز هول يدرس الآن ما إذا كان من الممكن أيضًا اصطياد الجبال الجليدية وسحبها ككتلة متحركة من المياه العذبة. قد تبدو هذه الفكرة وكأنها شيء من الخيال العلمي. ولكن إذا نجحت ، كما تقول Condron ، فقد تساعد في توفير المياه الصالحة للشرب للمناطق التي تعاني من الجفاف.

‘ تحولت السماء إلى اللبني

محقق آخر عن الانجراف يدرس مشكلة مختلفة تمامًا - واحدة مرتبطة بشكل متزايد بمناخ الأرض المتغير.

Holger Baars هو عالم الغلاف الجوي الذي كان يدرس أعمدة دخان حرائق الغابات. يعمل في معهد لايبنيز لأبحاث التروبوسفير في ألمانيا. في العام الماضي ، شاهد فريقه أعمدة من رذاذات حرائق الغابات تنجرف إلى ألمانيا. لم يكن من الواضح في البداية مصدر الدخان.

لم يخطط بارس لدراسة هذا الدخان. لكن الانجراف بعيد المدى لتلك الأعمدة أصبح شبه مستحيل تجاهله. يتذكر أن الدخان "كان مرئيًا بالعين ، حيث تحولت السماء إلى اللون اللبني".

كانت معدات الأقمار الصناعية تراقب السماء فوق لايبزيغ عندما تدفَّق الدخان. وقد كشفت أدوات القياس المستمرة والليدار عن مستويات عالية من الهباء الجوي في طبقة التروبوسفير ، على حد قوله. كانت تلك الهباء الجوي تنجرف على ارتفاعات تتراوح بين 8 و 12 كيلومترًا (26250 و 39400 قدمًا).

وقال إن الأدوات قدمت "مؤشرات واضحة" على أن الهباء الجوي كان "دخانًا قديمًا". ثم استخدمت مجموعته تقنية تسمى المحاكاة العكسية لتحديد المصدر. لقد ساعدهم في إظهار أن الدخان جاء من الغرب الأمريكي. يعود معظمهم إلى ولاية كاليفورنيا. اندلعت حرائق غابات كبيرة في أنحاء الولاية في سبتمبر / أيلول 2020. والتقط الفريق صور الأقمار الصناعية للمساعدة في تتبع انجراف أعمدة الدخان هذه عبر أوروبا.

يقول بارس:"استخدمنا نموذجًا (حاسوبيًا) طورته الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA)". (NOAA هي الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي.) يحسب هذا النموذج مسار حجم الهواء ، المعروف أيضًا باسم طرد الهواء. "لهذا ، يحتاج المرء إلى معرفة سرعة الرياح واتجاهها ،" يشرح. يجب أن تغطي هذه المعلومات الرياح في كل مكان بين السطح والستراتوسفير. ويضيف:"أنت أيضًا بحاجة إلى معرفة درجة الحرارة وضغط [الهواء]". ثم "يُحسب نقل طرد جوي لخطوات زمنية صغيرة ، واحدة تلو الأخرى" ، كما يقول. هذا لأنه في كل موقع ، تتغير سرعة الرياح واتجاهها مع مرور الوقت.

إحدى الرسائل المأخوذة من هذا البحث هي ما يقوله بارس لأطفاله. "كل شيء مرتبط و [] الغلاف الجوي ليس له حدود." لذا فإن حريقًا في غرب الولايات المتحدة لديه القدرة على التأثير على جودة الهواء في أوروبا وخارجها. وهذه ليست سوى واحدة من العديد من المشكلات التي تتأثر بالانجراف بعيد المدى. لهذا السبب ، كما يقول بارس ، يجب علينا جميعًا الاهتمام ببيئتنا "لأن هذا جهد عالمي".

قد لا يبدو الأمر كما لو أن محققي الانجراف يغيرون العالم. لكنهم يعالجون المشكلات التي قد يكون لها تأثير كبير على الظروف الحالية والمستقبلية التي تؤثر على الحياة في جميع أنحاء العالم.