أهمية درجة حرارة المحيطات في تنظيم المناخ العالمي

Ocean Temperature as a Primary Driver of Global Climate

فالمحيط هو أكبر مستودع حراري للأرض، حيث يستوعب أكثر من 90 في المائة من الحرارة الزائدة التي تحاصرها غازات الدفيئة، ودرجة حرارة المحيطات ليست مجرد مقياس لتغير البيئة؛ وهي قوة مركزية تشكل أنماط الطقس، وتداول الغلاف الجوي، واستقرار المناخ في الأجل الطويل، وعندما تتحول درجات حرارة المحيطات، تتحول الانعكاسات عبر النظم العالمية، وتؤثر على كل شيء من توقيت مونسوني إلى تواتر وشدة التكيّف بين العواصفات المناخية القصوى.

تخزين الحرارة ودور المحيط كمحرك للمناخ

إن القدرة الحرارية العالية على المياه تعني أنها تتطلب طاقة كبيرة لزيادة درجة حرارتها، وهذه الملكية الفريدة تسمح للمحيط باستيعاب كميات هائلة من الإشعاع الشمسي خلال فترات دافئة وإطلاقه ببطء خلال فترات التبريد، وضبط درجات الحرارة العالمية بشكل فعال، وبدون هذه القدرة العازلة، فإن درجات حرارة الأراضي ستتذب بدرجة أكبر بكثير مما يجعل المناطق الشاسعة أقل رساما أو حتى غير صالحة للسكن.

وعلاوة على ذلك، فإن قدرة تخزين الحرارة في المحيط تؤخر الأثر الكامل للاحترار العالمي، والوقت اللازم لشراء المجتمعات للتكيف، وكذلك تحديد مرحلة الاستجابات المتأخرة، وإن كانت شديدة، والمناخية، وهذا التخلف الحراري يعني أنه حتى لو انخفضت انبعاثات غازات الدفيئة انخفاضا جذريا اليوم، فإن المحيطات ستواصل إطلاق حرارة مخزنة لعقود، مما يؤثر على أنماط المناخ بشكل جيد في المستقبل.

وتشير البيانات الواردة من الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي إلى أن محتوى حرارة المحيطات قد ازداد باطراد على مدى العقود العديدة الماضية، وقد دفأ ارتفاع 000 2 متر من المحيط ارتفاعا كبيرا منذ الخمسينات، مع ملاحظة أكبر الزيادات في المحيط الأطلسي والمحيط الجنوبي، وهذا الاحترار غير متساو، وتدفئة بعض المناطق بسرعة أكبر من غيرها، مما أدى إلى حدوث تدرجات حرارية تدفع تيارات المحيطات وتؤثر على النظم الجوية العالمية.

آليات توزيع الحرارة عبر الغلوب

فالمحيط لا يمتص الحرارة فحسب بل يعيد توزيعها أيضا من خلال نظم التداول المعقدة، فالتيارات السطحية، التي تُحرك أساسا بالرياح السائدة، تنقل المياه الدافئ من المناطق المدارية نحو القطبين، بينما تتدفق المياه الباردة إلى خط الاستواء، وهذا الحزام العالمي لنقل الحرارة يعتدل درجات الحرارة عبر القارات، وهو أمر حاسم للحفاظ على التوازن المناخي الإقليمي.

فعلى سبيل المثال، يحمل مجرى الخليج مياها دافئة من البحر الكاريبي إلى شمال الأطلسي، مما يدفئ أوروبا الغربية بشكل كبير مقارنة بالمناطق الأخرى ذات خطوط عرض مماثلة، مثل أجزاء من كندا أو سيبيريا، وبدون هذا الذي يحدث حاليا، سيكون مناخ أوروبا الشمالية أكثر برودة وأقل غرابة.

وتُعزى تيارات أعماق المحيطات، المعروفة مجتمعة باسم تداول حرارة السفن، إلى اختلافات في كثافة المياه بسبب تفاوتات في درجة الحرارة (الذروة) والملوحة (خط) وهذا النظام البطيء النطاق العالمي الذي يربط جميع أحواض المحيطات، ويعيد توزيع الحرارة، والكربون، والمغذيات الضرورية للنظم الإيكولوجية البحرية، غير أن علماء المناخ يشعرون بالقلق من أن تدفق المياه العذبة الشديد من تآكل الأنهار الجليدية، ولا سيما في المناطق الخضراء.

تغذية الغلاف الجوي والمحيطات

وتؤثر درجة حرارة المحيطات تأثيرا مباشرا على الظروف الجوية من خلال آليات التغذية المرتدة المعقدة، إذ تزيد سطح المحيط المشتعل من معدلات التبخر، وترتفع محتوى بخار المياه في الغلاف الجوي، وبما أن بخار المياه هو غاز حرفي قوي، فإن ذلك يخلق حلقة إيجابية من التغذية المرتدة: فالمحيطات الأكثر دفئا تؤدي إلى مزيد من الرطوبة الجوية، مما يضخ المزيد من الحرارة ويزيد من دفء المحيطات والغلاف الجوي.

وهذه الحلقة المرتدة تضاعف الاحترار الأولي ويمكن أن تعجل وتيرة تغير المناخ، وعلى سبيل المثال، أصبحت موجات الحرارة البحرية - فترات درجات الحرارة السطحية العالية غير العادية - أكثر تواتراً وشدّة بسبب هذه التغذية المرتدة، مما تسبب في أضرار إيكولوجية واقتصادية كبيرة في جميع أنحاء العالم.

ومن أكثر الأمثلة دهشة على الانقلاب المحيطي - المحيطي، تذبذب النينيو - الجنوب، الذي يشمل مرحلتي النينيو ولانيا، وقد يؤدي دفء الحرارة السطحية في البحر أكثر من المتوسط في وسط وشرق المحيط الهادئ إلى تغير الرياح التجارية وتحويل أنماط سقوط الأمطار العالمية، وقد تؤدي هذه التغيرات إلى حدوث جفاف في أستراليا، وفيضانات في أمريكا الجنوبية، وتعطل آثارها.

دورة الكربون والدرجة المُزمنة - الفيدرفين

ارتفاع معدل الكربون في المحيطات ودرجة حساسيته

ويستخدم المحيط كمغسلة كربونية رئيسية، حيث يستوعب نحو ربع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ سنوياً، ويحدث هذا المركب من خلال آليتين رئيسيتين هما: الانحلال المادي، حيث يحل ثاني أكسيد الكربون مباشرة في مياه البحر، والعمليات البيولوجية، حيث تلتقط الكائنات البحرية صوراً وكربوناً في كتلتها الأحيائية.

غير أن قابلية التحمل في ثاني أكسيد الكربون تنخفض مع ارتفاع درجة حرارة المياه، مما يعني أن المحيطات الأكثر دفئاً تستوعب أقل من ثاني أكسيد الكربون، وهذا الانخفاض في القدرة على الاستيعاب يترك جزءاً أكبر من الانبعاثات في الغلاف الجوي، ويكثف تأثير الدفيئة ويعجل الاحترار العالمي، ويتصل هذا الارتداد الكربوني المعتمد على درجة الحرارة بصفة خاصة لأنه يضعف أحد العوازل الطبيعية الرئيسية للكوكب في مواجهة تغير المناخ.

وعلاوة على ذلك، فإن الاحترار يزيد من تصعيد المحيطات - طبقة كتل المياه التي تختلف درجات الحرارة والكثافة - مما يعوق الخلط الرأسي للمياه السطحية مع طبقات أعمق، ويحد من الخلط بين العرض العالي للمغذيات من أعماق المحيط إلى البستنة السطحية، والطحالب المجهرية التي تقود مضخة الكربون البيولوجي بواسطة التصويري وسحبها إلى الغلاف الجوي(2).

ويضعف انخفاض إنتاجية البانتوكتون هذه المضخة الكربونية البيولوجية، مما يزيد من تقليص قدرة المحيط على حبس الكربون، وقد تؤدي هذه الحلقة المرتدة إلى تقليص دور المحيط كبواليع للكربون، مما يجعل من الأصعب تثبيت تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

تعقيم المحيطات وارتباطها الزمني

ومع امتصاص المحيطات لمبالغ متزايدة من ثاني أكسيد الكربون، فإنها تخضع لتغييرات كيميائية تقلل من حمضها، وهي عملية تعرف باسم تحمض المحيطات، وفي حين أن التحمض يُدفع أساساً بكيمياء الكربون بدلاً من درجة الحرارة، فإن المياه الحارة تزيد من حدة الضغط على الكائنات البحرية، ولا سيما تلك التي تعتمد على كربونات الكالسيوم لبناء قذائف وكبريتات.

وتواجه الشعاب المرجانية تهديدا مزدوجا: فالدرجات المرتفعة من الحرارة تسبب تبيض المرجان، بينما يعرقل التحمض عمليات حسابه، وهو أمر أساسي لنمو الشعاب المرجانية وإصلاحها، ويمكن أن يدفع هذا الجمع النظم الإيكولوجية المرجانية إلى تجاوز نقاط التصفيق الحرجة، مما يؤدي إلى انهيار الشعاب المرجانية وفقدان التنوع البيولوجي، ولا يضر هذا التدهور بالأنواع البحرية فحسب، بل يهدد أيضا مصائد الأسماك والسياحة وخدمات الحماية الساحلية.

آثار ارتفاع درجة حرارة المحيطات

Coral Bleaching and Ecosystem Collapse

وتزدهر الشعاب المرجانية في نطاق حرارة ضيق، حيث تتراوح عادة بين 23 درجة مئوية و29 درجة مئوية (73 درجة شرقاً و84 درجة ف). وعندما تتجاوز درجات حرارة المياه هذه النطاق لفترات طويلة، تطرد المرجان طحالبها الديمبيائية (الزوكستانتيل)، التي توفر لها الطاقة والألوان النابضة بالحياة، وهذه العملية، المعروفة باسم التبيض المرجاني، تترك المناطق المرجانية عرضة للإصابة بالمرض وتؤدي في كثير من الأحيان إلى استمرار الإجهاد.

وقد أصبحت أحداث التبيض الجماعي أكثر تواترا وخطورة منذ الثمانينات، فقد شهدت الشعاب المرجانية الكبرى، على سبيل المثال، عدة حلقات تبيض فيها الكارثيين خلال العقدين الماضيين، مما أدى إلى الحد بشدة من الغطاء المرجاني وتغير النظم الإيكولوجية للشعاب المرجانية، كما أن فقدان الشعاب المرجانية يقلل من التنوع البيولوجي البحري ويقوّض مصائد الأسماك ويزيل الحواجز الساحلية الطبيعية التي تحمي شوارع العواصف والتآكل.

ارتفاع منسوب البحر من خلال التوسع الحراري

ومع دفء مياه البحر، فإنها تتوسع في ظاهرة معروفة بالتوسع الحراري، وهذه العملية، مقترنة بزراعة الجليد وصحائف الجليد، هي المحرك الرئيسي لارتفاع مستوى سطح البحر العالمي، فالتوسع الحراري وحده يشكل نصف مستوى سطح البحر الملاحظ على مدى القرن الماضي.

بل إن الزيادات المتواضعة في مستوى سطح البحر تزيد من حدة آثار موجات العواصف والفيضانات الساحلية واقتحام المياه المالحة إلى طبقات المياه العذبة، وتواجه الدول الجزرية المنخفضة والمدن الساحلية تهديدات موجودة، حيث أن مستويات البحر لا تزال ترتفع بوتيرة متسارعة.

ويشدد الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ على أن الحد من الاحترار العالمي إلى 1.5 درجة مئوية فوق المستويات الصناعية السابقة يمكن أن يقلل بدرجة كبيرة من ارتفاع مستوى سطح البحر المتوقع بحلول عام 2100 مقارنة بسيناريو ذي مستوىين، مما يؤكد أهمية جهود التخفيف العدوانية.

زيادة عدد العواصف العاصفة وتغيّر أنماط التهطال

فالأعاصير المدارية - الهواكين والأعاصير التيفونية - التي تستمد طاقتها من مياه المحيط الحارة، وتزيد درجات الحرارة السطحية في البحر المرتفعة من الكثافة المحتملة لهذه العواصف، مما يؤدي إلى ريح أقوى، وإلى سقوط الأمطار في عواصف أكبر، وتدل البحوث الأخيرة على ارتفاع نسبة الأعاصير من الفئة ٤ و ٥ على الصعيد العالمي، بما يتسق مع اتجاهات المحيط المدفأة.

وبالإضافة إلى تكثيف العواصف، فإن المحيطات الأكثر دفئاً تُغيّر أنماط التداول في الغلاف الجوي، وتُحوّل نظم التهطال في جميع أنحاء العالم، وتُسرع هذه التغييرات في الدورة الهيدرولوجية العالمية، مما يجعل المناطق الجافة أكثر جفافاً وتبلّعاً، ويزيد من تواتر وشدة الجفاف والفيضانات، ويُخلّ بالزراعة، والموارد المائية، وسبل العيش البشرية.

رصد معبد المحيطات: الأساليب والتكنولوجيات

الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل

وتوفر السواتل المجهزة بمستشعرات الموجات الأشعة تحت الحمراء والميكروموجة قياسات مستمرة وعالمية لدرجات حرارة سطح البحر، وهذه البيانات أساسية للتنبؤ بالطقس، ونموذج المناخ، واكتشاف الشذوذ مثل الموجات الحرارية البحرية، غير أن السواتل لا تقيس إلا درجة حرارة المليمترات العليا للمحيطات، مما يحد من قدرتها على استخلاص المحتوى الحراري في عمق.

شبكة أرغوا فلات

ويتألف برنامج آرغو من مجموعة عالمية من أكثر من 800 3 عوامة مستقلة ترتفع إلى 000 2 متر، وتمتد هذه العوامات كل 10 أيام إلى السطح، وتقاس درجة الحرارة، والملوحة، والضغط عند ارتفاعها، وتُنقل البيانات عبر السواتل وتتاح مجانا للعلماء في جميع أنحاء العالم.

وقد أحدثت آرغو ثورة في مراقبة المحيطات من خلال توفير قياسات مستمرة ومباشرة لداخل المحيط، مما أتاح للباحثين تتبع التغيرات في المحتوى الحراري والتداول بدقة غير مسبوقة، مما أدى إلى تحسين نماذج المناخ وتعزيز فهم التفاعلات بين المحيط والغلاف الجوي.

مرصدات البحوث ومرصدات أعماق المحيطات

وعلى الرغم من التقدم المحرز في مجال التكنولوجيا المستقلة، لا تزال سفن البحث لا غنى عنها لنشر الأدوات، والحفاظ على الطفافات المتحركة، وإجراء دراسات محددة الهدف، وتوفر المرصدات العميقة للمحيطات والصفائف المتحركة بيانات طويلة الأجل وذات استبانة عالية في المناطق الحرجة مثل المحيط الهادئ الاستوائية والمحيط القطبي.

وهذه القياسات في الموقع حيوية للتحقق من صحة البيانات الساتلية، وتحسين نماذج المناخ، وعمليات الفهم التي تؤثر على تخزين حرارة المحيطات، والتداول، وصحة النظم الإيكولوجية.

Regional Climate Variations Linked to Ocean Temperature

The Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC)

إن اللجنة البحرية الدولية هي نظام كبير من تيارات المحيطات التي تنقل المياه الدافئــة شمالا في المحيط الأطلسي وتعود إلى أعماقها مياه الكثافة في الجنوب، وتؤدي دورا حاسما في تنظيم مناخ أوروبا وأمريكا الشمالية بتوزيع الحرارة من المناطق المدارية إلى خطوط العرض الأعلى.

وتشير الأدلة المثبتة في المحيط الهادئ وعمليات المحاكاة النموذجية الأخيرة إلى أن لجنة الرصد البحرية قد أضعفت على مدى القرن الماضي، ويرجع ذلك جزئيا إلى مدخلات المياه العذبة من ملاءم صحائف الجليد في غرينلاند، وأن استمرار التباطؤ يمكن أن يبرد أجزاء من منطقة شمال الأطلسي، ويرفع مستويات البحر على طول الساحل الشرقي للولايات المتحدة، وأنماط سقوط الأمطار الاستوائية التي تؤثر تأثيرا واسعا على النظم الإيكولوجية والمجتمعات البشرية.

The Indian Ocean Dipole and Monsoon Variability

إن ديبول المحيط الهندي ظاهرة مناخية تتميز باختلاف درجات حرارة سطح البحر بين غرب وشرق المحيط الهندي، وتنتج أحداث التعاطي الإيجابي عن المواد المتفجرة مياه أدفأ في غرب المحيط الهندي ومياه أبرد في الشرق، مما يؤثر على أنماط سقوط الأمطار في شرق أفريقيا وجنوب شرق آسيا وأستراليا.

وكثيراً ما تُجلب الأحداث الإيجابية للإصابة بالهدم إلى شرق أفريقيا والجفاف إلى إندونيسيا وأستراليا، وبما أن المحيط الهندي لا يزال دافئاً، فمن المتوقع أن تزداد تواتر وشدة أحداث التعاطي المستنفد، مما يُحدِث مخاطر كبيرة على الزراعة وأمن المياه وسبل العيش في هذه المناطق الضعيفة.

منطقة القطب الشمالي

وتسخن المنطقة القطبية الشمالية بأكثر من ضعف المتوسط العالمي، وهي ظاهرة تعرف بحجم تضخيم القطب الشمالي، ويقودها إلى حد كبير إلى تعقيبات تتضمن فقدان الجليد البحري: فمع وجود مذيبات جليدية مظلمة، يستوعب مياه المحيطات أكثر من الإشعاع الشمسي، ويزيد من ارتفاع درجات الحرارة.

ويسبب انخفاض الجليد البحري اضطرابا في النظم الإيكولوجية القطبية، ويغير أنماط الطقس في وسط البحر، ويسهم في ارتفاع مستوى سطح البحر العالمي من خلال تذوب صحيفة الجليد في غرينلاند، كما أن التغيرات في درجة حرارة القطب الشمالي والجليد البحري تؤثر أيضا على المجتمعات المحلية للشعوب الأصلية والحياة البرية، مما يؤثر على أساليب الحياة التقليدية والتنوع البيولوجي.

التخفيف والتكيف في محيط بحري

تخفيض انبعاثات غازات الدفيئة

إن النهج الأكثر مباشرة لتباطؤ دفء المحيطات هو الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وغيره من غازات الدفيئة، والانتقال إلى مصادر الطاقة المتجددة، وتحسين كفاءة الطاقة، وحماية بواليع الكربون الطبيعية مثل الغابات والأراضي الرطبة وغابات المانغروف هي خطوات أساسية نحو التخفيف من تغير المناخ.

وحتى مع التخفيضات في الانبعاثات العدوانية، فإن بعض الاحترار في المحيطات مقفل بالفعل بسبب الانبعاثات السابقة، مما يجعل استراتيجيات التكيف حيوية لإدارة الآثار الجارية والمقبلة.

حماية النظم الإيكولوجية البحرية

إن إنشاء مناطق بحرية محمية، وإعادة أشجار المانغروف، وأسرة مياه البحر، والشعاب المرجانية، والحد من الإجهادات المحلية مثل الإفراط في صيد الأسماك والتلوث، يمكن أن يساعد النظم الإيكولوجية البحرية على بناء القدرة على مواجهة ضغط الحرارة، وإن كانت مشاريع إصلاح المرجان محدودة حاليا على نطاق واسع، فإنها توفر الأمل في الحفاظ على التنوع الجيني والحفاظ على وظيفة النظام الإيكولوجي.

كما أن الإدارة المستدامة لمصائد الأسماك أمر بالغ الأهمية لضم آثار تغير سكان الأسماك بسبب المياه المدفأة، مما يساعد على تأمين مصادر الغذاء وسبل كسب الرزق الاقتصادية للمجتمعات الساحلية.

تكييف الهياكل الأساسية الساحلية

ويجب على المجتمعات الساحلية أن تستعد لتزايد مستويات البحر، والعواصف القوية، وتغيير أنماط التهطال، ويمكن أن توفر الحلول الهندسية مثل الجدران البحرية والليفيس حماية قصيرة الأجل، ولكن النهج القائمة على الطبيعة مثل استعادة الأراضي الرطبة، وشعاب المحار، ونظم الحفر دفاعات أكثر استدامة وتكيفا.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن تنفيذ أنظمة الحد من المناطق الساحلية، وتحسين نظم الإنذار المبكر، والاستثمار في الهياكل الأساسية المرنة، هي خطوات أساسية للحد من الضعف وتعزيز القدرة على التكيف في مواجهة تغير أحوال المحيطات والمناخ.