جرف جليدي له ذاكرة

حول القارة القطبية الجنوبية، لا يتوقف الغطاء الجليدي عند الساحل. بل يتدفق فوق البحر على هيئة منصات طافية، هي الجروف الجليدية، التي يأكلها المحيط من الأسفل. ووفقًا للمؤلفين، يمكن للجروف الجليدية الأرقّ أن تسمح للجليد المرتكز على اليابسة خلفها بالانزلاق أسرع نحو المحيط، مما يزيد من ارتفاع مستوى سطح البحر.

وما يملأ الحيّز الواقع تحت الجرف الجليدي، أي تجويفه، هو ما يصنع الفرق كله. فبعض التجاويف تحتوي ماءً باردًا، نحو −2 °C (فالماء المالح يتجمّد تحت 0 °C)، يتكوّن عند سطح البحر في درجة التجمّد: وجليدها يذوب ببطء. وبعضها الآخر يغزوه ماء عميق دافئ، نحو 1 °C، يتدفق من المحيط المفتوح: وهناك يكون الذوبان سريعًا. ويدور جدل حول ما إذا كان التجويف قادرًا على التحوّل من البارد إلى الدافئ، ثم العودة: فبعض الدراسات وجدت هذه التحوّلات دائمة، وأخرى وجدتها عكوسة.

مصنع الملح عند واجهة الجليد

يأتي الماء البارد من البولينيات الساحلية (coastal polynyas): امتدادات من البحر المفتوح، خالية من الجليد البحري، أمام الجرف الجليدي مباشرة. تدفع الرياح الجليد البحري بعيدًا عن الشاطئ، فيفقد الماء المكشوف حرارته لصالح الهواء المتجمّد، ويتكوّن هناك جليد بحري جديد أسرع من أي مكان آخر. وماء البحر حين يتجمّد يترك ملحه خلفه. فيزداد ماء السطح ثقلًا، وإذا كانت العملية شديدة بما يكفي، يغوص ويقلّب الماء حتى قاع البحر: وهذا الحمل الحراري العميق (deep convection) يرسل الماء البارد إلى داخل التجويف.

جرف جليدي نموذجي في قناة طولها 250 كيلومترًا

لم يُنمذج لويس ساديي (Louis Saddier) وزملاؤه، في ليون وكانبرا، أي جرف جليدي حقيقي. فباستخدام شيفرة المحيطات NEMO، بنوا جرفًا مثاليًا (idealised): قناة طولها 250 كم وعرضها 50 كم، وقاع بحر مستوٍ عمقه 600 م، وجرف جليدي طوله 100 كم بقاعدة مستقيمة مائلة، وفي الطرف البعيد محيط مفتوح ثابت الحرارة والملوحة. وأمام الجليد مباشرة، يتلقى سطح البحر ملحًا، محاكيًا بولينيا. وهذا تدفق الملح (salt flux) هو المقبض الرئيسي.

البساطة توفّر الوقت. فانطلاقًا من تجويف دافئ، رفع الفريق تدفق الملح بمقدار 0.005 غرام لكل متر مربع في الثانية، وهو بحسب تحويل المؤلفين الملح الذي يخلّفه نحو 5 أمتار من الجليد البحري الجديد في السنة، كل 10 سنوات، من الصفر إلى 0.075. وانطلاقًا من تجويف بارد، خفضوه بالطريقة نفسها. ويغطي كل مسار 16 خطوة و160 سنة محاكاة. والقيمة العليا متطرفة عمدًا: فأنشط بولينيا يذكرها المؤلفون، عند رأس دارنلي (Cape Darnley)، تبلغ نحو 0.03 (قرابة 30 مترًا من الجليد البحري في السنة).

البولينيا نفسها، ومحيطان ممكنان

حين يكون الماء العميق في عرض البحر عند 0 °C أو أبرد، يتغير الذوبان تغيّرًا سلسًا ويطابق طريقُ الصعود طريقَ النزول. أما عند 1 °C أو 2 °C، فينقلب التجويف فجأة، في غضون سنوات قليلة، ولا يعود المساران متطابقين:

• عند 1 °C، يتحوّل التجويف الدافئ إلى بارد ما إن يبلغ تدفق الملح نحو 0.04. ولا يعود التجويف البارد دافئًا إلا حين ينخفض التدفق إلى نحو 0.02، أي النصف.
• عند 2 °C، ينتظر التحوّل إلى البارد حتى نحو 0.06، بينما لا تزال العودة تحدث قرب 0.02. فتتسع النافذة، أي نطاق تدفق الملح الذي يمكن أن تصمد فيه أيٌّ من الحالتين.
• وفي ما بين ذلك، يمكن للبولينيا نفسها أن تحافظ على أي من الحالتين، مع معدل ذوبان متوسط أعلى بعدة أضعاف في الحالة الدافئة. ويسمي الفيزيائيون هذا ثنائية الاستقرار (bistability)؛ أما كون طريق العودة مختلفًا عن طريق الذهاب فيسمى التخلّف (hysteresis).

ماء ذوبان يُوصد الباب

لماذا يتذكر المحيط؟ بفضل ماء ذوبانه هو. فالتجويف الدافئ يذيب كثيرًا من الجليد. وماء الذوبان الخفيف العذب ينتشر قرب السطح ويمنع ماء البولينيا من الغوص، فيبقى التجويف دافئًا حتى مع ارتفاع الملح. أما التجويف البارد فيذيب قليلًا، ويحدث الحمل الحراري بسهولة، فيبقى باردًا حتى مع انخفاض الملح.

تحتاج هذه التغذية الراجعة إلى مصيدة. ففي النموذج، تحبس دوّامة (gyre)، أي تيار يدور ببطء، ماءَ الذوبان أمام الجليد. اجعل الجدران الجانبية للقناة عديمة الاحتكاك، فتُفسح تلك الدوّامة المجال لدوّامة واحدة كبيرة تحمل ماء الذوبان بعيدًا نحو المحيط المفتوح: فيصبح التحوّل تدريجيًا وعكوسًا تمامًا. كما أن محيطًا أشد تطبّقًا في عرض البحر يقلّص النافذة حتى تختفي. كما أن رفع اللزوجة الأفقية أو خفضها خمسة أضعاف، وهي احتكاك داخلي يحدده واضعو النماذج بقيود قليلة، يضيّق النافذة هو الآخر. ووفقًا للمؤلفين، قد يفسّر هذا سبب اختلاف الدراسات السابقة.

راقب الخط الحراري، لا الذوبان

للتحوّل علامة واضحة: الخط الحراري (thermocline)، أي الحد الفاصل بين الطبقة الباردة المقلَّبة في الأعلى والطبقة الأدفأ في الأسفل. فيتحوّل التجويف إلى بارد تمامًا حين تبلغ الطبقة المقلَّبة قاع البحر، ويعود دافئًا حين يرتفع الخط الحراري عنه. وقبل التحوّل إلى البارد، يتذبذب عمق الخط الحراري أكثر فأكثر؛ وقبل العودة إلى الدافئ، يتسلل الماء العميق الدافئ إلى الداخل بتواتر متزايد. أما معدل الذوبان نفسه فلم يعطِ أي إنذار مفيد.

بل إن الذوبان يتبع قانونين: فهو يتبع تقريبًا مربّع زيادة حرارة الماء في عرض البحر على درجة التجمّد المحلية (−2.33 °C) في الحالة الدافئة، ويتبع تناسبًا بسيطًا في الحالة الباردة. وقد لا تنطبق دائمًا صيغ قانون المربّع المستخدمة عادةً لتقدير الذوبان انطلاقًا من الظروف في عرض البحر.

لا رياح، ولا قاع حقيقي

تُغفل القناة الأخاديد في قاع البحر، والرياح، والاقتران مع الجليد البحري، وحافة الرصيف القاري، وماء الذوبان القادم من الجروف الجليدية المجاورة. ويلاحظ المؤلفون أن جروفًا جليدية حقيقية مثل باين آيلاند (Pine Island) وأميري (Amery) وفيلشنر (Filchner) لديها دوّامات قرب واجهاتها، مما قد يجعلها أكثر عرضة للتحوّلات غير العكوسة. وفي النموذج، كانت الخطوات الممتدة عشر سنوات كافية لتحوّل كامل؛ أما المدة التي قد يستغرقها تجويف حقيقي، فتتركها الدراسة مفتوحة.