يكشف التصوير بالرنين المغناطيسي العملاق للقارة القطبية الجنوبية عن وجود مياه البحر الأحفورية تحت الغطاء الجليدي

اكتشف العلماء تحت تيار جليدي سريع التدفق في غرب القارة القطبية الجنوبية طبقة مياه جوفية شاسعة ممتلئة بمياه البحر والتي من المحتمل أن تكون محبوسة هناك لآلاف السنين.

هذه هي المرة الأولى التي يكتشف فيها العلماء وجود مياه جوفية تحت مجرى جليدي في القارة القطبية الجنوبية ، والاكتشاف يمكن أن يعيد تشكيل فهمنا لكيفية تفاعل القارة المتجمدة مع تغير المناخ وما أنواع الكائنات الحية الغامضة الكامنة تحت الأرفف الجليدية العديدة.

قال كلوي دي جوستافسون ، المؤلف الرئيسي لدراسة جديدة حول طبقة المياه الجوفية المدفونة ، والذي كان سابقًا في الجيوفيزياء في جامعة كولومبيا لامونت دوهرتي إيرث المرصد ومقره الآن في معهد سكريبس لعلوم المحيطات بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو. قالت لـ Live Science:"يبلغ سمك 'الإسفنج' الذي لاحظناه ما بين نصف كيلومتر وحوالي كيلومترين [0.3 إلى 1.2 ميل] ، لذا فهو عميق جدًا".

وصفت جوستافسون وزملاؤها طبقة المياه الجوفية الكبيرة في تقرير نشر الخميس (5 مايو) في مجلة Science (يفتح في علامة تبويب جديدة). يقع الخزان الجوفي تحت نفس مجرى الجليد مثل بحيرة تحت جليدية تسمى بحيرة ويلانز ، والتي تقع على عمق ضحل ، حوالي 2625 قدمًا (800 متر) تحت الجليد.

قالت ويني تشو ، عالمة الجيوفيزياء الجليدية في كلية علوم الأرض والغلاف الجوي التابعة لمعهد جورجيا للتكنولوجيا ، والتي لم تشارك في الدراسة:"بالنسبة لي ، النتيجة الأكثر إثارة للدهشة هي الحجم الهائل للمياه الموجودة داخل طبقة المياه الجوفية". قدر المؤلفون أن طبقة المياه الجوفية الهائلة تحتوي على أكثر من 10 أضعاف حجم المياه الموجودة في النظام الضحل للبحيرات والأنهار الموجودة في قاعدة الجرف الجليدي. يشمل هذا النظام الضحل بحيرة ويلانز ، التي تبلغ مساحتها 20 ميلاً مربعاً (60 كيلومترًا مربعًا) ويبلغ عمقها حوالي 7 أقدام (2.1 مترًا).

"تصوير بالرنين المغناطيسي للأرض"

قال تشو إن العلماء توقعوا منذ فترة طويلة أن طبقات المياه الجوفية الضخمة قد تكون مخبأة تحت جليد القارة القطبية الجنوبية ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن تيارات الجليد والأنهار الجليدية في القارة تنزلق فوق طبقة من الرواسب النفاذة التي يجب أن تكون المياه قادرة على اختراقها. ومع ذلك ، حتى الآن ، منعت القيود التكنولوجية الباحثين من جمع الأدلة المباشرة لمثل هذه النظم الهيدرولوجية العميقة ، أي الأنظمة المكونة من المياه ، كما أوضحت. بدلاً من ذلك ، ركز البحث على البحيرات والأنهار الضحلة نسبيًا الموجودة عند أو بالقرب من قاعدة الأنهار الجليدية والرفوف الجليدية.

وللتحديق خارج هذه الأنظمة الضحلة في الأعماق المخفية أدناه ، استخدمت جوستافسون وزملاؤها تقنية تسمى "التصوير المغناطيسي للمغناطيس". أخذوا قياسات من تيار ويلانز الجليدي في غرب أنتاركتيكا ، وهو حزام جليدي متحرك يبلغ سمكه حوالي 0.5 ميل (0.8 كم) ويتحرك حوالي 6 أقدام (1.8 متر) يوميًا في تدفقاته نحو روس الجرف الجليدي القريب.

يعتمد التصوير المغنطيسي على الكهرومغناطيسية الحقول الناتجة عن الرياح الشمسية التي تتفاعل مع الأيونوسفير للأرض - طبقة كثيفة من الجزيئات والجسيمات المشحونة كهربائيًا في الغلاف الجوي العلوي. عندما تضرب الرياح الشمسية طبقة الأيونوسفير ، فإنها تثير الجسيمات داخلها وتولد مجالات كهرومغناطيسية متحركة تخترق سطح الأرض. هذه الحقول المتحركة تحفز الحقول الثانوية في الجليد والثلج والرواسب ، وهذه الحقول الثانوية هي التي تقيسها الأدوات المغناطيسية. قام الفريق بدفن هذه الأدوات في حفر ضحلة في الثلج وجمع البيانات من حوالي أربعين موقعًا مختلفًا على تيار الجليد.

قال جوستافسون:"هذه الحقول الثانوية مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالجيولوجيا والهيدرولوجيا ، على وجه التحديد" ، مما يعني أن الجليد يبدو مختلفًا تمامًا عن الرواسب ، والمياه المالحة تبدو مختلفة عن المياه العذبة ، وما إلى ذلك. وقالت:"هذا يشبه أخذ التصوير بالرنين المغناطيسي للأرض ، وتأتي إشارتنا للتو من تفاعل الشمس مع المجال المغناطيسي للأرض".

استخدمت فرق أخرى من العلماء هذا التصوير بالرنين المغناطيسي الضخم في القارة القطبية الجنوبية من قبل لفحص قشرة الأرض والغطاء العلوي. بدأت هذه الدراسات في وقت مبكر من التسعينيات ، وفقًا لمراجعة أجريت عام 2019 في مجلة Surveys in Geophysics (يفتح في علامة تبويب جديدة). وبدلاً من ذلك ، أخذ فريق غوستافسون قياسات من عمق ضحل ، يمتد من قاعدة التيار إلى حوالي 3 أميال (5 كم) أسفل. اكتشفوا هناك إسفنجًا سميكًا من الرواسب بمياه بحر مالحة بشكل لا يصدق في أعمق أعماقها ومياه عذبة بالقرب من أضعف جزء منها ، حيث اقترب الإسفنج من مجرى الجليد.

قال جوستافسون إن هذا التدرج يشير إلى أن الأنظمة الضحلة تحت الجليدية ترتبط بطبقة المياه الجوفية العميقة الجذور ، وأن كلاهما من المحتمل أن يؤثر على تدفق الجليد أعلاه. "في الوقت الحالي ، ليس من الواضح ما إذا كان الخزان الجوفي يمكنه تبادل المياه من وقت لآخر مع الهيدرولوجيا تحت الجليدية أم أنه انتقال في اتجاه واحد" ، حيث تتدفق المياه من التيار الجليدي إلى أسفل ثم تظل مخزنة في طبقة المياه الجوفية بالنسبة للبعض قال تشو.

اعتمادًا على السيناريو ، قد يقوم الخزان الجوفي بتشحيم تيار الجليد عن طريق حقن الماء بشكل دوري في النظام تحت الجليدي أو قد يقوم بإزالة الماء من النظام ؛ وأضاف تشو أن كلتا الديناميكيتين ستؤثران على تدفق تيار الجليد أعلاه.

وقال جوستافسون إن تبادل المياه بين النظام العميق والنظام الضحل يمكن أن يؤثر أيضًا على أنواع الحياة الميكروبية التي تنمو تحت مجرى الجليد وكيف تعيش هذه الكائنات الحية الدقيقة. ذلك لأن تدفق المياه السائلة عبر طبقة المياه الجوفية والبحيرات والأنهار المترابطة أعلاه يدفع تدفق العناصر الغذائية عبر النظام البيئي. بالإضافة إلى أن انحدار المياه المالحة إلى المياه العذبة يشكل نوعًا من الميكروبات يمكن أن يعيش في كل بيئة.

فيما يتعلق بالمياه الأكثر ملوحة في أعماق طبقة المياه الجوفية ، افترض المؤلفون أن المياه تتدفق على الأرجح من المحيط إلى نظام المياه الجوفية منذ حوالي 5000 إلى 7000 عام ، خلال فترة دافئة في منتصف الهولوسين عصر عندما كان الغطاء الجليدي في غرب أنتاركتيكا في حالة انحسار. وكتب تشو في تعليق للدراسة (يفتح في علامة تبويب جديدة) ، تم نشره أيضًا في 5 مايو في Science.