وتغطي صحائف الجليد مواضع واسعة من سطح الأرض، وتخفي النظم الإيكولوجية المعقدة والمعالم الجيولوجية تحت وزنها الهائل، وهذه البيئات دون الإقليمية، التي تغلق بعيدا عن ضوء الشمس والعمليات السطحية، وتمنح العلماء نافذة فريدة في تاريخ الأرض العميق، والحدود التي يعيشها العالم، وميكانيكيات ديناميات الجليد، ومع تسارع تغير المناخ، يصبح فهم هذه العوالم الخفية أمرا متزايد الأهمية للتنبؤ بالارتقاء بالمستوى البحري والفهم.

The Nature of Subglacial Environments

توجد بيئات دونية عند الحدود بين صحائف الجليد و صخرة الأسلاك أو الرواسب تحتها، على الرغم من البرد الشديد على السطح، فإن الضغط من الجليد المكثف يقلل نقطة الانصهار في الماء، والحرارة الحرارية الأرضية من داخل الأرض توفر ما يكفي من الدفء للحفاظ على المياه السائلة في القاعدة، مما يخلق بيئة مظلمة وشديدة الضغط منعزلة عن البيئة السطحية.

ما الذي يكذب عليه (بينيث)

والتفاعل بين الجليد والركيزة ليس مجرد حدود مجمدة، ففي كثير من المناطق يوجد فيلم رقيق للمياه، ويزيل قاعدة الغطاء الجليدي ويسمح له بالنزلاق على الأرض الأساسية، ويمكن لهذا الفيلم المائي أن يتحول إلى أجساد جليدية أكبر)٢٨٢(؛ والبحيرات دون الإقليمية، والأنهار، والملكيات الميكانيكية للأراضي الرطبة)٢٨٢(؛

دور الضغط والعزل

ويمكن أن يصل الضغط في قاعدة صحائف الجليد إلى مئات الغلاف الجوي، ودرجات الحرارة في السرير غالبا ما تكون عند نقطة التجميد من المياه تحت هذا الضغط أو أعلى منها بقليل، كما أن تدفق الحرارة الحرارية الأرضية، الذي يختلف من منطقة إلى أخرى، يوفر مصدرا ثابتا للطاقة يحول دون تجميد القاعدة الصلبة، وفي بعض الأماكن، يؤدي الاحتكاك من الجليد المتحرك إلى توليد حرارة إضافية، وهذا الجمع بين الضغط والحرارة يؤدي إلى نشوء ظروف تتدهور فيها درجة الحرارة السائل(60).

توزيع المياه دون الإقليمية

ولا توزع المياه الجوفية بصورة موحدة، وقد أظهرت الدراسات الاستقصائية للرادارات أن البحيرات الكبرى دون الجليدية تتركز في مناطق محددة، مثل مرتفعات أنتاركتيكا الشرقية، وتحت صفحة الجليد في غرب أنتاركتيكا، وأن أكبر هذه المناطق، بحيرة فوستوك، تولد منطقة مماثلة لبحيرة أونتاريو، وتقع تحت مساحة تزيد على 3.5 كيلومترا من الجليد، وتنشأ فيها أجسام المياه الصغيرة ونظم قنوات تربط هذه البحيرات.

النظم الإيكولوجية الفرعية: الحياة في أعماق

ومن أبرز الاكتشافات في علوم الأرض الحديثة أن الحياة تزدهر في هذه البيئات المظلمة والباردة والمضغوطة، وتهيمن النظم الإيكولوجية دون الإقليمية على الكائنات المجهرية التي تكيفت مع الحياة دون ضوء الشمس، وتعتمد على الطاقة الكيميائية بدلا من التلخيص الضوئي، وهذه الكيكات التي توفر نافذة أمام قدرة الحياة وإمكانية الحياة على اكتشاف عالم آخر.

Microbial Communities and Their Energy Sources

وتستضيف قاعدة صحائف الجليد مجتمعات مجهرية متنوعة، بما فيها البكتيريا والأرخاء والفطريات، وتستمد هذه الكائنات الطاقة من ردود الفعل الكيميائية بين المياه والصخرة أو الرواسب الأساسية، ومن ذلك مثلا أن رد فعل المياه بالمعادن المصلية يمكن أن ينتج الهيدروجين الذي تستخدمه بعض الميكروبات كمصدر للطاقة، كما أن هناك كميات أخرى من الأسقفية المميتة في الكبريت أو الحديد أو مركبات الكربون.

وقد كشفت دراسات الرواسب دون الجليدية عن وجود مجموعات من الميكروبيات على نحو يتراوح بين 10 و6 و10 8]() لكل جرام، مما يشير إلى وجود نظام إيكولوجي قوي، وتبين التحليلات الفيتنامية أن هذه المجتمعات المحلية تمتلك جينات لتثبيت النيتروجين، وتحلل ثاني أكسيد الكربون، وتسمح بالاستجابات.

منطقة البحيرات دون الإقليمية: العالم المعزول

وقد تم تحديد أكثر من 400 بحيرة فرعية تحت الغطاء الجليدي في أنتاركتيكا، حيث كانت بحيرة فوستوك أكبر وأشهر البحيرات، وهي محصورة من السطح بواسطة أكوام الجليد ويمكن اختتامها لملايين السنين، كما أن أخذ العينات من هذه البحيرات يشكل تحديا تقنيا كبيرا يتطلب حفرا دقيقا لتجنب التلوث.

وهذه البحيرات ليست راكدة؛ إذ توجد بها وصلات هيدرولوجية نشطة، حيث تتدفق المياه من بحيرة إلى أخرى تحت الجليد، وتنتقل هذه الشبكة المائية الفرعية من المياه والمغذيات عبر مسافات شاسعة، وتربط النظم الإيكولوجية المعزولة، وقد غير اكتشاف هذه القدرة على الاتصال فهمنا للكيفية التي تعمل بها النظم شبه الزراعية كظواهر بيولوجية متكاملة.

برج الكيماوي الحيوي تحت الجليد

وتؤدي النظم الإيكولوجية دون الإقليمية دوراً في الدورات الكيميائية الأحيائية العالمية، كما أن الميكروبات في هذه البيئات هي الكربون المحتوي على تصنيع النيتروجين والكبريت وعناصر أخرى، وفي نهاية المطاف تهجر المياه إلى المحيط، وتصدر هذه المنتجات، وتشير الدراسات إلى أن البيئات شبه الجليدية قد تكون مصدراً للكميات الأحيائية المتوافرة في المحيط الجنوبي، مما قد يؤثر على الإنتاجية الأولية وعلى استهلاك الكربون في النظم الإيكولوجية البحرية.

الآثار الجيولوجية المخفية تحت صحائف الجليد

وفي ظل الجليد، يُنحت حجر الأساس إلى مشهدات مختلفة تحمل بصمة العمليات الجليدية الماضية والحالية، وتشمل هذه السمات النطاقات الجبلية، والوادي العميقة، والأحواض الرسوبية، والنظم النهرية القديمة التي تسبق الجليد، ويساعد فهم هذه السمات العلماء على إعادة بناء تاريخ الصفائح الجليدية والتصدي لتغير المناخ، كما أن المشهد دون الإقليمي يتحكم في محاور الجليد.

الركازات الجبلية الفرعية والوادي

وقد كشفت الدراسات الاستقصائية للصواريخ عن وجود مناطق جبلية مأساوية مدفونة تحت الجليد، مثل جبال جامبورتسيف في شرق أنتاركتيكا، وهي متشابهة من حيث الحجم مع جبال الألب الأوروبية، وقد شكلت هذه الجبال بواسطة عمليات تكتونية منذ مئات الملايين من السنين، وتم الحفاظ عليها تحت الغطاء الجليدي لملايين السنين، وتؤثر الطبقات السطحية المتردبة على تدفق الجليد وتوزيع المياه الجوفية.

ودائع الرواسب وبوابات الارتداد

كما أن حركة ملاءات الجليد تضعف الصخور الأساسية وتنقل الرواسب، وتضعها في طبقات عند واجهة الجليد وعلى الهامش، ويمكن أن تكون هذه الرواسب الفرعية، المعروفة حتى الآن، سميكة بمئات الأمتار وتتضمن سجلات لديناميات المناخ والجليد، وتساعد دراسة هذه الرواسب العلماء على فهم كيفية تأثير صفائح الجليد على دورات التصفيح الجليدية المتردية.

الظواهر الهيدرولوجيا دون الجليدية

إن تدفق المياه دون الجليدية هو عملية رئيسية ترسم المشهد الطبيعي تحت أغطية الجليد، ويمكن أن تتدفق المياه في الأفلام الرقيقة، من خلال قنوات الجليد، أو من خلال الرواسب المخروطية، وتتطور نظم الصرف هذه بمرور الوقت وتستجيب للتغيرات في مدخلات المياه المميتة وديناميات الجليد.

إن البحيرات الفرعية ليست ثابتة؛ فهي تملأ وتستنزف على مدى سنوات تمتد إلى عقود، مما يتسبب في ارتفاع سطح الجليد المفرط وتنهار بواسطة أجهزة القياس، وقد لوحظ هذا السلوك الدينامي لأول مرة من خلال التأشيرات الساتلية، مع بعثات مثل ] CryoSat مما يوفر قياسات مفصلة لحجم هذه التغيرات في البحيرات.

أساليب البحث لاستكشاف البيئات دون الإقليمية

ويتطلب دراسة البيئات دون الإقليمية تكنولوجيات مبتكرة لأن ورقة الجليد نفسها تشكل حاجزا هائلا، وقد طور العلماء تقنيات التصوير الجيوفيزيائي والاستشعار عن بعد، وتقنيات أخذ العينات المباشرة من خلال الجليد والوصول إلى العالم الخفي أدناه، وكل طريقة توفر نوع مختلف من المعلومات، وتجميع هذه النُهج يُنتج أكثر صور الظروف دون الإقليمية اكتمالا.

Ice Penetrating Radar

ويتيح العلماء الذين يخترقون الرادار المحليون الأداة الرئيسية لرسم الخرائط الطبوغرافية الفرعية، وسمك الجليد، والطبقات الداخلية، كما تتيح الدراسات الاستقصائية للرادار المحمول جوا، مثل تلك التي تجريها عملية إيسبريدج ، خرائط سطحية ذات نطاق قاري لأجهزة قياس المياه، حتى لو كانت هذه الدراسات تكشف عن شكل قاع البحر، وجود أجهزة رادارية موزعة على نطاق القارة.

الدراسات الاستقصائية للنزعات السيزمية

فالطرق السيزمية، باستخدام التفجيرات الخاضعة للرقابة أو الزلازل الطبيعية، تساعد على تحديد خصائص السرير والجيولوجيا الأساسية، إذ يمكن للموجات الزلزالية أن تسافر عبر الجليد والصخور، وتكشف سُبلها عن تكوين وهيكل الاستراتيجية الفرعية، وقد استخدمت هذه الدراسات لتحديد أنواع الرواسب، وعمق عمود المياه في البحيرات دون الإقليمية، ووجود عيوب أو هياكل غيولوجية أخرى.

Ice Core Drilling

وتُعدّ نواة الجليد سجلاً مباشراً للمناخ الماضي، لكنها تُعين أيضاً البيئة دون الإقليمية عندما يصل الحفر إلى القاعدة، وتحتوي نواة الجليد البقع على الرواسب والميكروبات والآثار الكيميائية من واجهة الجليد، وتكشف أعمق أنواع الجليد، مثل تلك التي تُجرى في إطار مشروعي " إيبيكا " (EPICA Dome C) و " WAIS Divide " ، عن وجود جليدي، عن الجليد، عن الجليد، عن الجليد، عن وجود جليدي، وهو وجود يُ نادرة من مئات الآلاف إلى أكثر من المليون.

الوصول المباشر وأخذ العينات

أما بالنسبة للبحيرات الفرعية، فإن الوصول المباشر يتطلب حفر مياه ساخنة من خلال كيلومترات الجليد، يليه أخذ عينات معقمة من المياه والرواسب، وقد حقق مشروع SALSA هذا في بحيرة ويلانز في عام 2013، واستخلاص عينات من المياه والرواسب كشفت عن وجود نظم إيكولوجية حيوية، ومن المقرر بذل جهود مماثلة في البحيرات الأخرى التي تقع تحت الجليد، بما في ذلك بروتوكولات بحيرة فوستوك وبحيرة بحيرة ميركلت.

لماذا البيئة دون الإقليمية

إن دراسة النظم الإيكولوجية دون الإقليمية والسمات الجيولوجية لها آثار تمتد عبر تخصصات علمية متعددة وتكتسي أهمية عملية لفهم كوكبنا المتغير، ومن علوم المناخ إلى علم الفلك، فإن الأفكار التي تكتسب من هذه العوالم الخفية ترسم فهمنا للأرض وما بعدها.

Climate Change and Ice Sheet Stability

فالماء دون الإقليمي يعمل كمزيل للحم في قاعدة صحائف الجليد، ويسرع تدفق الجليد ويزيد من تصريف الجليد في المحيط، ونظرا لأن مياه المياه السطحية تتدفق إلى السرير من خلال الشقوق والفول، فإنه يمكن أن يضيف إلى حجم المياه دون الجليدية، ويحتمل أن يتسارع حركة الجليد، ففهم توزيع وسلوك المياه الجوفية أمر أساسي للتنبؤ بمدى استجابة الأنهار الجليدية لمناخ دافئ.

التنوع البيولوجي والتطرف

فالنظم الإيكولوجية دون الإقليمية هي مستودعات للتنوع البيولوجي الميكروبي الفريد، إذ أن الكائنات الحية التي تعيش هناك تطورت في التكيفات للبقاء في ظروف متطرفة: ارتفاع الضغط، وانخفاض درجة الحرارة، والظلام، وانخفاض توافر المغذيات، وتزيد دراسة هذه المواد التي تعتمد على النزعات الوراثية من فهمنا لمحدودية الحياة على الأرض، وتوفر أدلة عن المكان الذي قد توجد فيه الحياة في أماكن أخرى، كما أن الانزيمات والمسارات اللاصقة التي توجد في هذه الكائنات الحية المحتملة.

علوم الكوكب وعلم الأحياء الفلكية

البيئات دون الإقليمية على الأرض تعتبر من قبيلات البيئات في عالم الجليد الآخر مثل اليوروبا (قمر من المشتري) و(إنسلادوس) و(قمر من الزحل) و(أشجار القطب) التي تُعدّها الكائنات الحية في (الأرض) و(الآيس كريم)

تاريخ الأرض الجيولوجي

وتحتفظ المناظر الطبيعية دون الإقليمية بأدلة على أحداث التكتون والمناخ الماضية، وقد تؤدي هذه المعلومات إلى إعادة بناء المناطق القارية العائمة، وبناء الجبال، والتآكل على النطاقات الجغرافية، ووادي الأنهار القديمة، والأحواض الرسوبية، إلى قصّة القارة قبل أن يغطّيها الجليد، مما يساعد الجيولوجيين على إعادة بناء المناطق القارية، وبناء الجبال، والتآكل على النطاقات الجغرافية، كما يوفر سياقا لفهم التطور الطويل الأجل لسجلات المناخية الجليدية.

التحديات والاتجاهات المستقبلية

وعلى الرغم من التقدم الكبير، فإن العديد من الأسئلة المتعلقة بالبيئات دون الإقليمية لا تزال غير مستجيبة، فالإمكانية محدودة، كما أن الرصد المباشر متباعدة، وسوف تركز البحوث المقبلة على تطوير تكنولوجيات حفر أنظف وأكثر كفاءة، ونشر أدوات رصد طويلة الأجل على السرير، وإدماج البيانات الجيوفيزيائية ذات النماذج العددية، كما أن المركبات ذات المياه الجوفية القادرة على الملاحة في البحيرات الفرعية يجري تطويرها لتوسيع نطاق قدراتنا على بناء المواقع الجليدية.

التعاون الدولي سيكون أساسياً، مشاريع مثل الشراكات الدولية في علوم الجليد الأساسية واللجنة العلمية المعنية بأبحاث أنتاركتيكا تقوم بتنسيق الجهود لاستكشاف البيئات دون الإقليمية في أنحاء أنتاركتيكا، وتحتاج تحديات العمل في البيئات المتطرفة إلى موارد وخبرات مشتركة، ودوائر علمية لديها سجل قوي للتعاون في بحوث أنتاركتيكا، ومع ظهور تكنولوجيات جديدة وتعميق فهمنا، فإن العالم الخفي يكشف عن أسراره

خاتمة

إن العالم الخفي تحت صحائف الجليد هو حدود الاكتشاف، فالنظم الإيكولوجية دون الإقليمية تحد من فهمنا للمكان الذي يمكن أن توجد فيه الحياة، والملامح الجيولوجية المخبأة تحت كيلو متر من الجليد، هي مفاتيح ماضي الأرض ومستقبلها، وبما أن كوكب الأرض يدفئ، فإن ديناميات هذه النظم ستكون لها عواقب مباشرة على ارتفاع مستوى البحر والمناخ العالمي، من خلال الجمع بين الفيزياء الأرضية والصورة المجهرية والباحثين عن الكائنات الجليدية)١٢(.