স্মৃতি আছে এমন এক বরফ-তাক

অ্যান্টার্কটিকার চারপাশে বরফের চাদর উপকূলে এসে থেমে যায় না। এটি সমুদ্রের ওপর দিয়ে ভাসমান মঞ্চের মতো বেরিয়ে আসে, যাদের বলে বরফ-তাক (ice shelves), আর সমুদ্র নিচ থেকে এগুলোকে ক্ষয় করে। লেখকদের মতে, পাতলা বরফ-তাক তাদের পেছনের মাটিতে বসা বরফকে আরও দ্রুত সমুদ্রে পিছলে যেতে দিতে পারে, যা সমুদ্রপৃষ্ঠের উচ্চতা বৃদ্ধিতে যোগ করে।

একটি বরফ-তাকের নিচের জায়গা, অর্থাৎ এর গহ্বর (cavity), কী দিয়ে ভরা, সেটাই সব পার্থক্য গড়ে দেয়। কিছু গহ্বরে থাকে ঠান্ডা পানি, প্রায় −2 °C (লবণাক্ত পানি 0 °C-এর নিচে জমে), যা সমুদ্রপৃষ্ঠে হিমাঙ্কে তৈরি হয়: তাদের বরফ ধীরে গলে। অন্যগুলোতে খোলা সমুদ্র থেকে ঢুকে পড়ে উষ্ণ গভীর পানি, প্রায় 1 °C: সেখানে গলন দ্রুত। একটি গহ্বর ঠান্ডা থেকে উষ্ণে, এবং আবার ফিরে, পাল্টে যেতে পারে কি না, তা নিয়ে বিতর্ক আছে: কিছু গবেষণা এমন পাল্টানোকে স্থায়ী পেয়েছে, অন্যগুলো উভমুখী।

বরফের সামনে লবণের কারখানা

ঠান্ডা পানি আসে উপকূলীয় পলিনিয়া (coastal polynyas) থেকে: সামুদ্রিক বরফমুক্ত খোলা সমুদ্রের বিস্তার, ঠিক একটি বরফ-তাকের সামনে। বাতাস সামুদ্রিক বরফকে উপকূল থেকে দূরে ঠেলে দেয়, উন্মুক্ত পানি হিমশীতল বাতাসে তাপ হারায়, আর সেখানে অন্য যেকোনো জায়গার চেয়ে দ্রুত নতুন সামুদ্রিক বরফ তৈরি হয়। জমে যাওয়া সমুদ্রের পানি তার লবণ পেছনে ফেলে যায়। পৃষ্ঠের পানি ভারী হয়ে ওঠে এবং, প্রক্রিয়াটি যথেষ্ট তীব্র হলে, ডুবে গিয়ে সমুদ্রতল পর্যন্ত পানিকে আলোড়িত করে: এই গভীর পরিচলন (deep convection) গহ্বরে ঠান্ডা পানি পাঠায়।

250 কিলোমিটারের একটি খালে একটি মডেল বরফ-তাক

লিয়ঁ ও ক্যানবেরার লুই সাদিয়ে (Louis Saddier) ও তাঁর সহকর্মীরা কোনো বাস্তব বরফ-তাকের মডেল তৈরি করেননি। NEMO সমুদ্র-কোড দিয়ে তাঁরা একটি আদর্শায়িত (idealised) বরফ-তাক বানিয়েছেন: 250 কিমি লম্বা ও 50 কিমি চওড়া একটি খাল, 600 মিটার গভীর একটি সমতল সমুদ্রতল, সোজা ঢালু তলদেশসহ একটি 100 কিমির বরফ-তাক, এবং দূরের প্রান্তে স্থির তাপমাত্রা ও লবণাক্ততায় রাখা একটি খোলা সমুদ্র। বরফের ঠিক সামনে সমুদ্রপৃষ্ঠ লবণ পায়, যা একটি পলিনিয়ার অনুকরণ। এই লবণ-প্রবাহই (salt flux) প্রধান নিয়ন্ত্রক চাবি।

সরলতা সময় বাঁচায়। একটি উষ্ণ গহ্বর থেকে শুরু করে দলটি প্রতি 10 বছরে লবণ-প্রবাহ প্রতি বর্গমিটারে প্রতি সেকেন্ডে 0.005 গ্রাম করে — লেখকদের রূপান্তর অনুযায়ী, বছরে প্রায় 5 মিটার নতুন সামুদ্রিক বরফ যে লবণ রেখে যায় — বাড়িয়েছে, শূন্য থেকে 0.075 পর্যন্ত। একটি ঠান্ডা গহ্বর থেকে শুরু করে তাঁরা একইভাবে এটি কমিয়েছেন। প্রতিটি পথ জুড়ে আছে 16টি ধাপ এবং 160 সিমুলেটেড বছর। সর্বোচ্চ মানটি ইচ্ছাকৃতভাবে চরম: লেখকদের উদ্ধৃত সবচেয়ে সক্রিয় পলিনিয়া, কেপ ডার্নলি (Cape Darnley), প্রায় 0.03-এ পৌঁছায় (বছরে প্রায় 30 মিটার সামুদ্রিক বরফ)।

একই পলিনিয়া, দুটি সম্ভাব্য সমুদ্র

উপকূল থেকে দূরের গভীর পানি যখন 0 °C বা তার চেয়ে ঠান্ডা, তখন গলন মসৃণভাবে বদলায় এবং ওঠার পথ নামার পথের সঙ্গে মিলে যায়। 1 °C বা 2 °C-এ গহ্বরটি হঠাৎ, কয়েক বছরের মধ্যে, পাল্টে যায়, আর দুটি পথ আর মেলে না:

• 1 °C-এ লবণ-প্রবাহ প্রায় 0.04-এ পৌঁছালে একটি উষ্ণ গহ্বর ঠান্ডা হয়ে যায়। একটি ঠান্ডা গহ্বর আবার উষ্ণ হয় কেবল তখনই, যখন প্রবাহ নেমে আসে প্রায় 0.02-এ, অর্থাৎ অর্ধেকে।
• 2 °C-এ ঠান্ডায় বদলের জন্য অপেক্ষা করতে হয় প্রায় 0.06 পর্যন্ত, অথচ ফেরার পথ তখনও ঘটে 0.02-এর কাছে। পরিসরটি, অর্থাৎ লবণ-প্রবাহের যে ব্যাপ্তিতে দুটি অবস্থার যেকোনোটি টিকে থাকতে পারে, চওড়া হয়।
• এর মাঝামাঝি, একই পলিনিয়া যেকোনো একটি অবস্থা ধরে রাখতে পারে, যেখানে উষ্ণ অবস্থায় গড় গলনের হার কয়েক গুণ বেশি। পদার্থবিদেরা একে বলেন দ্বিস্থিতিশীলতা (bistability); ফেরার পথ যে যাওয়ার পথ থেকে আলাদা, তাকে বলে হিস্টেরেসিস (hysteresis)।

যে গলিত পানি দরজায় তালা দেয়

সমুদ্র কেন মনে রাখে? তার নিজের গলিত পানির মাধ্যমে। একটি উষ্ণ গহ্বর প্রচুর বরফ গলায়। হালকা, মিঠা গলিত পানি পৃষ্ঠের কাছে ছড়িয়ে পড়ে এবং পলিনিয়ার পানিকে ডুবতে দেয় না, তাই লবণ বাড়লেও গহ্বরটি উষ্ণ থাকে। একটি ঠান্ডা গহ্বর কম গলায়, পরিচলন সহজে ঘটে, আর লবণ কমলেও এটি ঠান্ডা থাকে।

এই প্রতিক্রিয়ার (feedback) জন্য একটি ফাঁদ দরকার। মডেলে একটি ঘূর্ণিস্রোত (gyre), অর্থাৎ ধীরে ঘুরতে থাকা একটি স্রোত, গলিত পানিকে বরফের সামনে ধরে রাখে। খালের পাশের দেয়ালগুলোকে ঘর্ষণহীন করে দিলে সেই ঘূর্ণিস্রোতের জায়গা নেয় একটিমাত্র বড় ঘূর্ণিস্রোত, যা গলিত পানিকে খোলা সমুদ্রে বয়ে নিয়ে যায়: বদলটি হয়ে ওঠে ধীরে ধীরে ও সম্পূর্ণ উভমুখী। উপকূল থেকে দূরের সমুদ্র আরও জোরালোভাবে স্তরে বিভক্ত হলেও পরিসরটি সংকুচিত হয়ে শেষে মিলিয়ে যায়। অনুভূমিক সান্দ্রতা (viscosity) পাঁচ গুণ বাড়ালে বা কমালেও পরিসরটি সরু হয়ে আসে; এটি একটি অভ্যন্তরীণ ঘর্ষণ, যার মান মডেল-নির্মাতারা খুব কম বাধ্যবাধকতার মধ্যে ঠিক করেন। লেখকদের মতে, এটিই হয়তো ব্যাখ্যা করে কেন আগের গবেষণাগুলো একমত হয়নি।

গলন নয়, থার্মোক্লাইনের দিকে নজর রাখুন

বদলের একটি স্পষ্ট চিহ্ন আছে: থার্মোক্লাইন (thermocline), অর্থাৎ ওপরের আলোড়িত ঠান্ডা স্তর আর নিচের উষ্ণতর স্তরের মধ্যকার সীমানা। আলোড়িত স্তর যখন সমুদ্রতলে পৌঁছায় ঠিক তখনই গহ্বরটি ঠান্ডা হয়ে যায়, আর থার্মোক্লাইন যখন সমুদ্রতল থেকে ওপরে উঠে যায় তখন আবার উষ্ণ হয়। ঠান্ডায় বদলের আগে থার্মোক্লাইনের গভীরতা ক্রমশ বেশি দুলতে থাকে; আবার উষ্ণে ফেরার আগে উষ্ণ গভীর পানি ক্রমশ বেশিবার ভেতরে ঢুকে পড়ে। গলনের হার নিজে কোনো কাজের সতর্কসংকেত দেয়নি।

গলন এমনকি দুটি নিয়ম মেনে চলে: উষ্ণ অবস্থায় স্থানীয় হিমাঙ্কের (−2.33 °C) ওপরে দূরের পানির বাড়তি তাপমাত্রার মোটামুটি বর্গের অনুপাতে, ঠান্ডা অবস্থায় সরল সমানুপাতে। দূরের সমুদ্রের অবস্থা থেকে গলন আন্দাজ করতে সচরাচর ব্যবহৃত বর্গ-নিয়মের সূত্রগুলো হয়তো সবসময় খাটে না।

না বাতাস, না বাস্তব সমুদ্রতল

খালটিতে বাদ পড়েছে সমুদ্রতলের খাত, বাতাস, সামুদ্রিক বরফের সঙ্গে সংযোগ, মহীসোপানের কিনারা এবং প্রতিবেশী বরফ-তাক থেকে আসা গলিত পানি। লেখকেরা উল্লেখ করেছেন, পাইন আইল্যান্ড (Pine Island), আমেরি (Amery) ও ফিলখনারের (Filchner) মতো বাস্তব বরফ-তাকগুলোর সামনের দিকের কাছে ঘূর্ণিস্রোত আছে, যা এদের অপরিবর্তনীয় বদলের প্রতি বেশি প্রবণ করে তুলতে পারে। মডেলে সম্পূর্ণ একটি বদলের জন্য দশ বছরের ধাপই যথেষ্ট ছিল; একটি বাস্তব গহ্বরের কত সময় লাগবে, গবেষণাটি সেই প্রশ্ন খোলা রেখেছে।