RAFU YA BARAFU YENYE KUMBUKUMBU

Kuzunguka Antaktika, tandabarafu (ice sheet) haikomei pwani. Hutiririka kuelekea baharini kama majukwaa yanayoelea, rafu za barafu (ice shelves), ambazo bahari huzila kutoka chini. Kwa mujibu wa waandishi, rafu za barafu zilizopungua unene zinaweza kuiruhusu barafu iliyokaa juu ya ardhi nyuma yake kuteleza kwa kasi zaidi kuingia baharini, na kuongeza kupanda kwa kina cha bahari.

Kile kinachojaza nafasi iliyo chini ya rafu ya barafu, pango lake (cavity), ndicho kinachoamua kila kitu. Baadhi ya mapango yana maji baridi, karibu −2 °C (maji ya chumvi huganda chini ya 0 °C), yanayotengenezwa kwenye uso wa bahari katika kiwango cha kuganda: barafu yake huyeyuka polepole. Mengine yanavamiwa na maji ya joto ya kina, karibu 1 °C, yanayoingia kutoka bahari wazi: huko, kuyeyuka ni kwa kasi. Kama pango linaweza kugeuka kutoka baridi kuwa la joto, na kurudi, ni suala linalojadiliwa: tafiti kadhaa zilikuta mageuko hayo ni ya kudumu, nyingine zikayakuta yanaweza kurudi nyuma.

Kiwanda cha chumvi mbele ya barafu

Maji baridi hutoka kwenye polinia za pwani (coastal polynyas): maeneo ya bahari wazi, yasiyo na barafu ya bahari, mbele kabisa ya rafu ya barafu. Pepo husukuma barafu ya bahari mbali na pwani, maji yaliyoachwa wazi hupoteza joto kwa hewa inayoganda, na barafu mpya ya bahari huundwa hapo kwa kasi kuliko mahali pengine popote. Maji ya bahari yanayoganda huacha chumvi yake nyuma. Maji ya uso huwa mazito zaidi na, ikiwa hili ni kali vya kutosha, huzama na kuchanganya maji hadi sakafu ya bahari: mchanganyiko huu wa kina (deep convection) hupeleka maji baridi ndani ya pango.

Rafu ya barafu ya kielelezo katika mfereji wa kilomita 250

Louis Saddier na wenzake, huko Lyon na Canberra, hawakuiga rafu yoyote halisi ya barafu. Kwa programu ya bahari NEMO, walijenga rafu iliyorahisishwa kinadharia (idealised): mfereji wenye urefu wa km 250 na upana wa km 50, sakafu ya bahari tambarare yenye kina cha m 600, rafu ya barafu ya km 100 yenye sehemu ya chini iliyonyooka na kuinama na, upande wa mwisho, bahari wazi iliyowekwa kwenye joto na chumvi zisizobadilika. Mbele kidogo tu ya barafu, uso wa bahari hupokea chumvi, kuiga polinia. Mtiririko huo wa chumvi (salt flux) ndio kidhibiti kikuu.

Urahisi huokoa muda. Kuanzia pango la joto, timu iliongeza mtiririko wa chumvi kwa gramu 0.005 kwa mita mraba kwa sekunde — kwa ubadilishaji wa waandishi, chumvi inayoachwa na takriban mita 5 za barafu mpya ya bahari kwa mwaka — kila baada ya miaka 10, kutoka sifuri hadi 0.075. Kuanzia pango baridi, waliupunguza kwa njia hiyohiyo. Kila njia inahusisha hatua 16 na miaka 160 ya uigaji. Thamani ya juu kabisa ni ya kupindukia kwa makusudi: polinia hai zaidi wanayoitaja waandishi, Cape Darnley, hufikia takriban 0.03 (karibu mita 30 za barafu ya bahari kwa mwaka).

Polinia ileile, bahari mbili zinazowezekana

Maji ya kina ya nje ya pwani yanapokuwa 0 °C au baridi zaidi, kuyeyuka hubadilika taratibu na njia ya kupanda inalingana na njia ya kushuka. Kwenye 1 °C au 2 °C, pango hugeuka ghafla, ndani ya miaka michache, na njia hizo mbili hazilingani tena:

• Kwenye 1 °C, pango la joto hugeuka baridi mara mtiririko wa chumvi unapofikia takriban 0.04. Pango baridi hugeuka la joto tena pale tu mtiririko unaposhuka hadi takriban 0.02, nusu yake.
• Kwenye 2 °C, kugeuka kuwa baridi kunasubiri hadi takriban 0.06, huku njia ya kurudi bado ikitokea karibu na 0.02. Dirisha, yaani masafa ya mtiririko wa chumvi ambamo hali yoyote kati ya hizo mbili inaweza kudumu, hupanuka.
• Katikati, polinia ileile inaweza kudumisha hali yoyote kati ya hizo, kiwango cha wastani cha kuyeyuka kikiwa juu mara kadhaa katika hali ya joto. Wanafizikia huita hili uthabiti-pacha (bistability); ukweli kwamba njia ya kurudi inatofautiana na njia ya kwenda ni histeresisi (hysteresis).

Maji ya kuyeyuka yanayofunga mlango

Kwa nini bahari inakumbuka? Kupitia maji yake yenyewe ya kuyeyuka. Pango la joto huyeyusha barafu nyingi. Maji mepesi, yasiyo na chumvi, ya kuyeyuka husambaa karibu na uso na kuzuia maji ya polinia kuzama, kwa hiyo pango hubaki la joto hata chumvi inapoongezeka. Pango baridi huyeyusha kidogo, mchanganyiko wa kina hutokea kwa urahisi, na pango hubaki baridi hata chumvi inapopungua.

Mrejesho huu unahitaji mtego. Katika kielelezo, mzingo (gyre), mkondo unaozunguka polepole, hushikilia maji ya kuyeyuka mbele ya barafu. Zifanye kuta za pembeni za mfereji zisiwe na msuguano na mzingo huo hupisha mzingo mmoja mkubwa unaobeba maji ya kuyeyuka hadi bahari wazi: swichi inakuwa ya taratibu na inayoweza kurudishwa nyuma kikamilifu. Bahari ya nje ya pwani yenye matabaka yaliyotengana kwa nguvu zaidi pia hupunguza dirisha hadi linatoweka. Kuongeza au kupunguza mara tano mnato wa mlalo, msuguano wa ndani ambao waundaji wa vielelezo huuweka bila vikwazo vingi, pia hupunguza upana wa dirisha. Kwa mujibu wa waandishi, hili linaweza kueleza kwa nini tafiti za awali hazikukubaliana.

Tazama thermoklini, si kuyeyuka

Swichi ina alama iliyo wazi: thermoklini (thermocline), mpaka kati ya tabaka baridi lililochanganywa juu na tabaka lenye joto zaidi chini. Pango hugeuka baridi hasa pale tabaka lililochanganywa linapofika sakafu ya bahari, na kuwa la joto tena thermoklini inapoinuka kutoka sakafuni. Kabla ya kugeuka kuwa baridi, kina cha thermoklini huyumba zaidi na zaidi; kabla ya kurudi kuwa la joto, maji ya joto ya kina hupenya mara nyingi zaidi na zaidi. Kiwango cha kuyeyuka chenyewe hakikutoa onyo lolote la manufaa.

Kuyeyuka hata hufuata sheria mbili: takriban mraba wa ziada ya joto la maji ya nje ya pwani juu ya kiwango cha kuganda cha mahali hapo (−2.33 °C) katika hali ya joto, na uwiano wa moja kwa moja katika hali baridi. Fomula za sheria ya mraba zinazotumiwa kwa kawaida kukadiria kuyeyuka kutokana na hali za nje ya pwani huenda zisifae kila mara.

Hakuna upepo, hakuna sakafu halisi ya bahari

Mfereji huu unaacha nje mabonde ya sakafu ya bahari, pepo, uhusiano na barafu ya bahari, ukingo wa uwanda wa bara (continental shelf) na maji ya kuyeyuka kutoka rafu jirani za barafu. Waandishi wanabainisha kwamba rafu halisi za barafu kama Pine Island, Amery na Filchner zina mizingo karibu na sehemu zao za mbele, jambo linaloweza kuzifanya ziwe na mwelekeo zaidi wa kugeuka bila kurudi nyuma. Katika kielelezo, hatua za miaka kumi zilitosha kwa mgeuko kamili; pango halisi lingechukua muda gani, utafiti huu unaliacha wazi.