The Interconnectedness of Oceanic and Atmospheric Systems in Climate Regulation

إن مناخ الأرض نظام مركب ومتكامل حيث ينخرط المحيط والغلاف الجوي في تبادل مستمر للطاقة والرطوبة والغازات، وهذا التفاعل الدينامي يُشكل أنماط الطقس، ويؤثر على المناخ الإقليمي والعالمي، ويؤدي دورا حاسما في تنظيم درجة الحرارة الطويلة الأجل للكوكب، وبدلا من الظواهر المعزولة، فإن العمليات المحيطية واللغوية تتقاطع بشدة، مع وجود حلقات تفاعلية يمكن أن تُضخم أو تُعتدل في فهم المناخ.

المحيط كمستودع حراري وكربون سبونغ

فالمحيط الذي يغطي حوالي ٧١ في المائة من سطح الأرض ويصل إلى أعماق تزيد على ٠٠٠ ١١ متر هو أكبر خزان حرارة وكربون في الكوكب، حيث أن حجمه الواسع وقدرته العالية الحرارة تمكنه من استيعاب وتخزين كميات هائلة من الطاقة الحرارية، وتهدئة درجات الحرارة العالمية، فضلا عن أن المحيطات تعمل كغلاف حرج لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى تخفيف سرعة الاحترار العالمي.

الامتصاص والتخزين وإعادة التوزيع

فالمحيط يستوعب نحو ٩٠ في المائة من الحرارة الزائدة الناجمة عن زيادة تركيزات غازات الدفيئة منذ منتصف القرن العشرين، وهذا الارتفاع الحراري ليس موحدا ولكنه يختلف من حيث المكان والزمان، حيث يبلغ ارتفاع ٧٠٠ متر من حرارة المحيطات أسرع، ويعاد توزيع المياه السطحية الممتصة على الصعيد العالمي من خلال شبكة من تيارات المحيطات التي تنجم عن الإجهاد الريحي، واختلافات كثافة الحرارة، وتداول المياه الباردة معا.

  • Surface mixing:] Wind-driven currents, such as the trade winds and Westerlies, induce horizontal transport of heat within the upper ocean layers, influencing regional climates.
  • Deep circulation:] In high-latitude regions like the North Atlantic and Southern Ocean, cold, salty water sinks and initiates a slow but persistent deep return flow connecting all ocean basins. This process plays a vital role in sequestering heat and carbon for decades to millennia.

فعلى سبيل المثال، يحمل مجرى الخليج مياها استوائية دافئة شمالا على طول الساحل الشرقي لأمريكا الشمالية وعبر المحيط الأطلسي إلى أوروبا الغربية، مما يُحدث درجة حرارة الشتاء بشكل كبير ويمكِّن من تهيئة مناخ أكثر اكتظاظا من المناطق الأخرى التي تعيش في خطوط عرض مماثلة، ويمكن أن يكون للاضطرابات التي تنجم عن هذا التداول، مثل تلك التي تسبب تدفق المياه العذبة من الجليد المذوب، آثار بعيدة المدى على أنماط المناخ العالمية.

ارتفاع الكربون وتصديق المحيطات

وقد امتصت المحيطات نحو 30 في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ منذ الثورة الصناعية، حيث كانت بمثابة حاجز حيوي ضد الاحترار الجوي السريع، وعندما يحل ثاني أكسيد الكربون في مياه البحر، فإنها تستجيب لجزيئات المياه لتشكل حمض الكربون، الذي يفصل بين البكربونات والهيدروجينات، وهذه العملية تقلل من كمية مياه البحر، وهي ظاهرة معروفة بحامض المحيطات.

ويشكِّل تحمض المحيطات خطراً خطيراً على الكائنات الحية البحرية مثل المرجان والفولوسك وبعض أنواع النباتات العوالق التي تعتمد على أيون الكربون لبناء قذائف الكربون الكاسيوم والعظميات، ويمكن أن يؤدي الانخفاض في هذه الكائنات إلى تعطيل شبكات الأغذية البحرية وإلى انخفاض التنوع البيولوجي، مع ما قد يترتب على ذلك من آثار مسببة للاختلاط على مصائد الأسماك وخدمات النظم الإيكولوجية، علاوة على ذلك، حيث يصبح التلوث المحيط أكثر حمضا(2).

The ocean’s role as a carbon sink is a critical buffer against climate change, but its capacity is not unlimited. As atmospheric CO2 concentrations continue to rise, the efficiency of this sink may decline, accelerating global warming.

]

دور الغلاف الجوي في تشكيل المناخ وال الطقس

وعلى الرغم من أن الغلاف الجوي لا يشمل سوى طبقة رقيقة تنمو الأرض، فإنه يعمل كنظم لطقس المحرك، وإعادة توزيع الحرارة والرطوبة والزخم في جميع أنحاء العالم، ويقرر التركيب الجوي، وأنماط التداول، والتفاعلات مع سطح الأرض والمحيطات بصورة جماعية المناطق المناخية المتنوعة للكوكب وتقلبات الطقس.

غازات الدفيئة وتوازن الطاقة في الغلاف الجوي

إن غازات الدفيئة الطبيعية - بما في ذلك بخار المياه وثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد النيتروز وأكسيد النيتروز وأشعة الأشعة تحت الحمراء التي انبعثت من سطح الأرض، مما يخلق " خللاً " في الطاقة يحافظ على متوسط حرارة سطحية أعلى من مستوى حرارة النيتروز، وهو ما ينجم عن غيابها، وقد أدت الأنشطة البشرية، ولا سيما الاحتراق الأحفوري وإزالة الأحراج والزراعة، إلى زيادة تركيزات من ثاني أكسيد الكربون.

ويتغير هذا الفائض من الوقود في مجال الطاقة في التداول الجوي، ودرجة الحرارة، وتوزيع الرطوبة، مما يؤثر بدوره على العمليات المحيطية، ويخلق حلقات تفاعلية مقترنة بشدة تضاعف آثار تغير المناخ.

خلايا الغلاف الجوي والمناطق المناخية

:: وجود محركات تسخين شمسية غير مسبوقة في أنماط التداول الجوي التي تنظم النقل الحر والرطوبة على الصعيد العالمي، وارتفاع الهواء الحربي قرب خط الاستواء، والتدفقات القطبية على ارتفاعات عالية، والبرود والبالوعات في المناطق دون المدارية، والعودة إلى خط الاستواء بالقرب من السطح، وتشكيل خلية هادلي، وتعمل آليات مماثلة في مناطق وسط خطوط العرض (خلية الرياح السائدة) والمناطق القطبية (الخلية القطبية).

  • Hadley cells:] Intense solar heating at the equator causes air uplift and heavy precipitation, fostering tropical rainforests. Descending air in the subtropics generates high-pressure zones and arid deserts.
  • Ferrel cells:] Located between subtropical and polar latitudes, Ferrel cells produce prevailing westerly winds that steer weather systems and interact dynamically with ocean currents like the Gulf Stream.
  • Polar cells:] Characterized by cold, dense air sinking at the poles and flowing equatorward near the surface, these cells generate polar easterly winds and influence polar climate conditions.

ويخلق التفاعل بين هذه الخلايا الجوية وتيار المحيطات النطاقات المناخية الرئيسية التي لوحظت على الأرض، من المناطق المدارية الرطبة إلى المناطق المعتدلة والصحراء القطبية.

التفاعلات الرئيسية بين المحيط والغلاف الجوي

ويعمل المحيط والغلاف الجوي كنظام مقترن، ويدخل في ردود فعل معقدة تنظم الحرارة والرطوبة وتبادلات الزخم، وتغير التغيرات في درجة حرارة سطح البحر مستويات الضغط في الغلاف الجوي، التي تعدل أنماط الرياح، وتؤثر هذه الرياح في تيارات سطح المحيط والخلط الرأسي، وتستكمل حلقة تفاعل دينامية أساسية لتقلب المناخ.

التهرب، التهطال، والعصابة الهيدرولوجيّة

ويغذي المحيط ما يقرب من 86 في المائة من بخار المياه في الغلاف الجوي من خلال التبخر، ويعود هذا الرطوبة إلى الغيوم، ويعود إلى السطح كتأجيل، ويكمل الدورة الهيدرولوجية، ويزيد من معدلات الأمطار في المناطق التي تطول فيها فترات الجفاف، ويزيد من معدلات التذبذبذب في الغلاف الجوي.

El Niño-Southern Oscillation (ENSO)

ويمثل هذا النظام المهيمن للتغيرات المناخية التي تحدث بين السنوات نتيجة للتفاعلات بين المحيطات والغلاف الجوي في المحيط المداري، وخلال أحداث النينيو، تتيح الرياح التجارية الضعيفة المياه الحارة الهجرة شرقا على طول خط الاستواء، وتعطيل أنماط الاحتواء المعتادة، وتحول هطول الأمطار المدارية، مما يؤدي إلى حدوث تشوهات كبيرة في الطقس في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك الفيضانات الشديدة في بيرو، والجفاف في إندونيسيا وأستراليا، وتغير الطقس في فصل الشتاء في أمريكا الشمالية.

وعلى العكس من ذلك، تعزز أحداث لا نينيا الريح التجارية، وتدفع المياه المبردة إلى الغرب، وتعزز الارتقاء في شرق المحيط الهادئ، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى آثار مناخية معاكسة، والتنبؤ بالإنسو أمر حيوي بالنسبة للزراعة وإدارة الموارد المائية والتأهب للكوارث، وينقذ بلايين الدولارات سنويا من الخسائر الاقتصادية.

Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC)

وتعد الرابطة عنصرا حاسما في حركة حرارة الأنابيب العالمية، حيث تنقل المياه السطحية الدافئة من المناطق المدارية إلى شمال الأطلسي، حيث يؤدي التبريد وزيادة الملوحة إلى المياه إلى الغرق والعودة إلى الجنوب بعمق، ويعيد هذا التداول توزيع الحرارة، ويؤثر على المناخ في جميع أنحاء أوروبا وأمريكا الشمالية وما بعدها.

وتشير البحوث الأخيرة إلى أن مدخلات المياه العذبة من ملاءم الجليد في غرينلاند والجليد البحري في القطب الشمالي يمكن أن تضعف أو تعطل حركة الملاحة البحرية، وقد يؤدي هذا التباطؤ إلى درجات حرارة أكثر برودة في منطقة شمال الأطلسي، وإلى تحول أنماط سقوط الأمطار، وزيادة ارتفاع مستوى سطح البحر على امتداد الساحل الشرقي للولايات المتحدة، وإلى تداعيات المناخ العالمية.

سطح البحر

ويؤدي الجليد البحري دورا محوريا في توازن الطاقة في الأرض من خلال ألبدو عالية، مما يعكس ما يصل إلى 80 في المائة من الإشعاع الشمسي القادم إلى الفضاء، ومع ارتفاع درجات الحرارة العالمية، فإن ثلج البحر المتناقص يكشف عن أسطح المحيطات الأكثر ظلما التي تستوعب طاقة شمسية وتتسارع في الاحترار وتزيد من الذوبان الجليدي، وهذه الحلقة الإيجابية التي تعرف باسم التضخم القطبي، تضاعف درجة الحرارة القصوى بمعدلات تتراوح بين 2 و 3 مرات في المتوسط العالمي المحتمل.

Observed and Projected Impacts of Climate Change on Ocean-Atmosphere Systems

وقد وثقت عقود من البيانات المراقبة ونمذجة المناخ وتوقعت حدوث تغيرات عميقة في نظام المحيط والمحيطات والمحيطات المختلط، مدفوعا بارتفاع تركيزات غازات الدفيئة.

ورش المحيطات وأجهزة الموجات الحرارية البحرية

وقد دفأ المحيط بشكل كبير منذ السبعينات، حيث سجل ارتفاع 200 متر أعلى أعلى أعلى أعلى الزيادات السريعة في درجة الحرارة، ويسهم هذا الاحترار في فترات أكثر تواتراً وشدة من الموجات الحرارية البحرية - التي تمتد إلى درجات حرارة سطحية عالية الشموع - والتي لها آثار مدمرة على النظم الإيكولوجية البحرية، وقد أصبحت أحداث تبيض الشعاب المرجانية واسعة الانتشار، وتهدد التنوع البيولوجي الشعابي والمجتمعات التي تعتمد على مصائد الأسماك.

وعلاوة على ذلك، تعود الموجات الحرارية البحرية إلى التداول الجوي وتكثيف نظم العواصف وتغيير نظم التهطال، مما يربط الاحترار المحيطي مباشرة بالطقس الأرضية المتطرفة.

سطح البحر

وقد ارتفع مستوى سطح البحر العالمي على مدى القرن الماضي بنحو 20 سنتيمترا، حيث ارتفع المعدل في العقود الأخيرة، وينجم ارتفاع مستوى سطح البحر أساسا عن عمليتين: التوسع الحراري للمياه البحرية في ظل دفئها، وإضافة المياه العذبة من مزارع الجليد وصحائف الجليد، ويزيد من تدهور السواحل، ويزيد من تواتر وشدة الاضطرابات الناجمة عن العواصف، ويهدد الدول الجزرية المنخفضة الحجم ويهدد السكان.

وتشير التوقعات إلى أنه بدون إجراء تخفيضات كبيرة في الانبعاثات، يمكن أن ترتفع مستويات سطح البحر بمقدار متر واحد أو أكثر بحلول عام 2100، مما يتطلب اتخاذ تدابير عاجلة للتكيف لحماية الفئات السكانية الضعيفة والهياكل الأساسية.

التغيرات في أنماط كثافة العواصف وطولها

وتوفر سطح المحيط المائي طاقة متزايدة ورطوبة للأعاصير المدارية، مما يسهم في احتمال حدوث أعاصير أكثر كثافة وأعاصير تلفونات تتسم برياح أقوى، وهطول الأمطار بدرجة أكبر، وارتفاع موجات العواصف، وتشير الدراسات أيضا إلى حدوث تحولات في مسارات هذه العواصف وموعدها الموسمي بسبب تغير أنماط التداول الجوي.

وفي الوقت نفسه، ستواجه بعض المناطق جفافا أشد حدة، حيث تُعيد حركات الريح ونظم الضغط المتغيرة توجيه الهطول بعيدا عن المناطق التي تعتمد على هطول الأمطار المطرد، وتطرح هذه التغييرات تحديات كبيرة لإدارة الموارد المائية والزراعة والتأهب للكوارث في جميع أنحاء العالم.

استراتيجيات التخفيف والتكيف

ونظراً للروابط الجوهرية بين النظم المحيطية ونظم الغلاف الجوي، يتطلب العمل الفعال المتعلق بالمناخ اتباع نهج متكاملة تحد من انبعاثات غازات الدفيئة، وحماية النظم الإيكولوجية البحرية، وتعزيز رصد المناخ، وتعزيز القدرة المجتمعية على مواجهة الآثار التي لا يمكن تجنبها.

Reducing Greenhouse Gas Emissions

كما أن التخفيف من حدة تغير المناخ يتوقف على الانتقال من الوقود الأحفوري إلى مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية والريحية والطاقة الكهرمائية والطاقة الحرارية الأرضية. كما أن تعزيز كفاءة الطاقة عبر الصناعات والنقل، وتوسيع نطاق الكهربة، ونشر تكنولوجيات احتجاز الكربون وتخزينه، هي عناصر حاسمة في استراتيجيات خفض الانبعاثات.

وتحدد الاتفاقات الدولية مثل اتفاق باريس أهدافا للحد من الاحترار العالمي إلى ما دون درجة مئوية عالية من مستويات ما قبل الصناعة، بهدف منع حدوث أشد حالات تعطيل لنظم المحيطات والغلاف الجوي وحماية النظم الإيكولوجية والمجتمعات البشرية.

حماية النظم الإيكولوجية البحرية وتجديدها

وتؤدي النظم الإيكولوجية البحرية الصحية دورا حيويا في عزل الكربون وتنظيم المناخ، ويمكن أن يؤدي حماية هذه النظم الإيكولوجية من التدهور واستعادة الموائل المتضررة من الكربون الأزرق - غابات المانغروف، وغراسي البحر، وكربون الماشية المالحة - بمعدلات تتجاوز كثيرا مثيلاتها في معظم الغابات الأرضية، وأن حماية هذه النظم الإيكولوجية من التدهور واستعادة الموائل المتضررة يمكن أن يعزز بدرجة كبيرة من كمية الكربون المحيطية بينما يوفر دفاعات طبيعية ضد تآكل السواحل وآثار العواصف.

فالمناطق البحرية المحمية، والإدارة المستدامة لمصائد الأسماك، والحد من التلوث، هي أمور أساسية للحفاظ على قدرة النظم الإيكولوجية على التكيف في مواجهة الإجهاد المناخي.

تحسين رصد المناخ والتنبؤ به

وقد أدت التطورات التكنولوجية في الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل، ومنابر الرصد المستقلة للمحيطات مثل عوامات أرغو، والنماذج المناخية العالية الاستبانة إلى تحسن كبير في رصد وتنبؤ التفاعلات بين المحيطات والغلاف الجوي في الوقت الحقيقي، وتوفر مبادرات مثل النظام العالمي لرصد المحيطات التابع للرابطة بيانات حيوية عن درجة الحرارة والملوحة والتيار والمتغيرات الكيميائية الحيوية الضرورية لفهم ظواهر مثل ENSO وقابلية التكهن.

وتسمح القدرات المعززة للتنبؤ بتحسين نظم الإنذار المبكر للأحداث الجوية البالغة الشدة، مع توفير المعلومات اللازمة للتأهب للكوارث وإدارة الموارد في جميع أنحاء العالم.

التكيف في المجتمعات المحلية الضعيفة

وحتى مع التخفيف الطموح من آثار المناخ، فإن بعض الآثار المناخية لا مفر منها، إذ تواجه المجتمعات الساحلية ارتفاعا في مستويات سطح البحر وتكثيف العواصف التي تتطلب تدابير تكيف مثل الجدران البحرية، واستعادة الأراضي الرطبة، والتراجع المنظم، ويجب على النظم الزراعية أن تعتمد محاصيل تسامح مع الجفاف، وتحسين تقنيات الري، والممارسات الزراعية المتنوعة لمواجهة أنماط التهطال المتغيرة.

والاستثمار في الهياكل الأساسية الملائمة، والتأهب للصحة العامة، وشبكات الأمان الاجتماعي أمر حاسم للتقليل إلى أدنى حد من المخاطر الناجمة عن الموجات الحرارية والفيضانات وغيرها من الأخطار المتصلة بالمناخ، ويكفل إشراك المجتمعات المحلية وأطر السياسات المنصفة فعالية استراتيجيات التكيف وشمولها.

خاتمة

ويشكل المحيط والغلاف الجوي نظاماً مناخياً وحيداً لا ينفصل عن الآخر ويديم الحياة على الأرض من خلال التبادل المستمر للحرارة والرطوبة والكربون والزخم، وقد دفعت الأنشطة البشرية هذا النظام إلى وضع جديد أقل استقراراً، مع ما يترتب على ذلك من عواقب عميقة بالنسبة للنظم الإيكولوجية، والمتطرفات الجوية، والمجتمعات البشرية، وفهم دقيق للترابط بين العمليات المحيطية والعمليات الجوية - المرتكزة على علوم مراقبة صارمة، وات المناخية التنبؤية.

وبخفض انبعاثات غازات الدفيئة بصورة نشطة، وحماية البيئة البحرية واستعادةها، وتعزيز رصد المناخ، والاستثمار في التكيف، يمكن للبشرية أن تساعد على الحفاظ على التوازن الكواكبي الدقيق الذي تعتمد عليه الحياة كلها، ولا يزال البحث المستمر والتعاون العالمي من الأمور الرئيسية في التخفيف من التحديات المعقدة التي يشكلها تغير المناخ.

For further reading, see the IPCC Sixth Assessment Report] on the physical science basis, ]NOA’s ocean currents resource, and NASA’s climate gate for up-to-date data and analysis on climate science.