دور العواصف الطبيعية في تغيرات المناخ الطويلة الأجل للأرض

Earth's Natural Climate Cycles and Their Role in Long-Term Climate Change

نظام المناخ الأرضي هو شبكة دينامية مترابطة من العمليات التي تعمل عبر نطاقات زمنية واسعة، في حين أن المناقشات المناخية الحديثة غالباً ما تركز على التأثيرات البشرية،

وتشهد هذه الدورات أنماطاً يمكن أن يُظهرها العلماء، وفي بعض الحالات، التنبؤ، ومن المفارقات أن هذه الدورات لا تعمل في إطار العزلة، بل تتفاعل بطرق غير خطية، وتزيد من آثار بعضها البعض أو تخفف منها، وتزيد من حدة التغير في الناتج الشمسي أو التركز الجغرافي المداري، وتشتمل على حساسية الغاز غير المتناهي.

ما هي العواصف الطبيعية في نظام المناخ؟

إنّ الدورات الطبيعية عمليات دورية أو شبه مؤقتة تؤثر على مناخ الأرض من خلال التغيّرات في الطاقة الشمسية المتلقاة، وتوزيع الحرارة عبر الكوكب، وتكوين الغلاف الجوي، وهي تنبع من قياسات الأرض المدارية للكوكب، ومحرك الحرارة الداخلي، والتقلب الشمسي، والتفاعل المعقد بين الغلاف الجوي والمحيطات وأسطح الأرض.

ويمكن تجميع هذه الدورات في عدة فئات رئيسية، يعمل كل منها على نطاق زمني محدد ومن خلال آليات محددة:

Orbital cycles (Milankovitch cycles)] 'mdash; operate over tens to hundreds of thousands of years
Solar cycles] "mdash; operate over decades to decades
Oceanic cycles] "mdash; operate over years to millennia
Volcanic activity] " medash; episodic, with effects lasting years to decades
Tectonic and geological cycles] " adash; operate over millions of years
Carbon cycle feedbacks] "mdash; operate across all timescales

وتشكل هذه الدورات مجتمعة خلفية تتكشف عنها جميع تقلبات المناخ في الأجل القصير، وفهم سلوكها أمر أساسي للتمييز بين تقلبات المناخ الطبيعي والتغيرات التي تحدثها الإنسان.

محرك الخيل: مهندس الثلج المداري

وتصف دورات ميلانكوفيتش، التي تسمى ميلوتين ميلانكوفيتش الجيوفيزيائي الصربي، الآثار الجماعية للتغيرات في قياس الأرض المداري على مناخها، وهذه الدورات مسؤولة عن إطفاء الدورات الجليدية الجانبية في السنوات العديدة الماضية وتعتبر المحرك الرئيسي الطويل الأجل لتقلب المناخ خلال الفترة الرباعية (السنوات الثانية والنصف الماضية).

نظرية ميلانكوفيتش اقترحت أن تغيرات في ثلاثة بارامترات مدارية تغير توزيع وكمية الإشعاع الشمسي وصولاً إلى الأرض، خاصة في خطوط العرض العالية خلال الصيف، التي تتحكم في نمو وتراجع صفائح الجليد، وقد اكتسبت النظرية قبولاً واسع النطاق بعد أن كشفت نواة الرواسب في أعماق البحار وسجلات الجليد في القطب الجنوبي أن الدورات الجليدية الداخلية تتواءم بشكل وثيق مع التنبؤات من المدارات.

التخصص

تشير الفارق إلى شكل مدار الأرض حول الشمس، الذي يُتذبذب بين ما يقرب من التعميم و الهجائي قليلاً على مدى حوالي 100 ألف سنة و413000 سنة،

Axial Tilt (Obliquity)

تذبذبات الأرض الدوارة مقارنة بطائرتها المدارية تتفاوت بين 22 و1 و2.5 درجة و5000 سنة من الطول المهيمن و1000 ألف سنة

فترة التمهيد

يشير التمهيد إلى بطء المحور الأرضي، وإكمال دورة كاملة تقريباً كل 000 19 إلى 000 23 سنة، وهذه الدورة تغير توقيت المواسم مقارنة بموقع الأرض في مداره، مثلاً، قبل حوالي 000 11 سنة، كانت الأرض أقرب إلى الشمس خلال صيف نصف الكرة الشمالي، الذي زاد من عزل الصيف في الشمال وساهم في التراجع النهائي لأثار الجليد في آخر موسم.

الأدلة والأثر

وقد بدأ الانتقال من الحد الأقصى الجليدي الأخير منذ نحو 000 21 سنة إلى منطقة المهول الإسلامية الحالية، نتيجة للتغيرات التي حدثت في عزل الصيف في نصف الكرة الشمالي نتيجة لتركيب الركود والهدوء، ومع ازدياد عزل الصيف، بدأت صحائف الجليد في أمريكا الشمالية وأوراسيا في التراجع، مما أدى إلى تآكل المياه العذبة في المحيطات، وغيّر الأنماط الجوية.

ومن المهم أن دورات ميلانكوفيتش لا تنتج مباشرة تغيرات كبيرة في درجة الحرارة وحدها؛ فالضغط الإشعاعي المباشر من التغيرات المدارية متواضع نسبيا؛ وعلى نحو ١-٢ و/م/مستوب٢؛ وعلى أساس المتوسط العالمي، بل تعمل كصانعة أو محفزة، تتضخم من خلال عمليات التغذية المرتدة:

Ice-albedo feedback:] As ice sheets retreat, darker land and ocean surfaces absorb more solar energy, accelerating warming.
Greenhouse gas feedback:] Ice core records from Antarctica show a strong correlation between COsub2; and temperature over glacial-interglacial cycles. As oceans warm, they release dissolved COsub2; into the atmosphere, and as terrestrial ecosystems expand, carbon stocks change.
Vegetation feedback:] Changes in plant cover affect surface albedo and evapotranspiration, further modifying regional and global climate.

وتزيد هذه التعليقات من حجم المدار المتواضع الذي يُستخدم في الحرق، مما ينتج تقلبات كبيرة في درجة الحرارة تبلغ نحو 4-7 درجة مئوية؛ وجيم بين الولايات الجليدية والولاية المشتركة بين الدول؛ وثاني أكسيد الكربون، و180 جزء من المليون تقريباً خلال فترة التكسيم الجليدي إلى حوالي 280 جزء من المليون في أثناء فترات التقاطع، مما يمثل نحو نصف مجموع تغير درجة الحرارة.

الحلقتان الشمسية: الفرق في الناتج الخفيف

بينما الشمس نجمة مستقرة نسبياً، تتفاوت ناتجها من الطاقة على مدى عدة فترات زمنية، أكثرها شهرة هو دورة التوقيت الشمسي التي تمتد 11 عاماً، لكن التباينات الأطول أجلاً قد تؤثر أيضاً على مناخ الأرض، لا سيما من خلال مسارات غير مباشرة.

"الـ 11 سنة من "شوابي سيكل

(الدورة الشمسية، تسمى أيضا دورة (شوابي تعكس تغيرات في النشاط الميداني المغناطيسي للشمس خلال فترة الشمس القصوى، تُظهر الشمس بؤر شمسية أكثر، وشعلات شمسية، وطلقات كتلة متزامنة، مما يُحدث زيادة طفيفة في إشعاع الشمس، والتغير هو التكبير، والتوزيع التراكمي بنسبة 0.1 في المائة من مجموع الإشعاعات الشمسية الثابتة، أو نحو 0.25 في المائة.

أما الأثر الإشعاعي المباشر لهذا الاختلاف في درجة الحرارة السطحية العالمية، وهو 0.1 في المائة، فهو متواضع، حسب ترتيب 0.1 درجة مئوية؛ جيم أو أقل، غير أن الأدلة المتزايدة تشير إلى أن الآليات غير المباشرة يمكن أن تضخم الإشارة الشمسية.

"آلية "الباب

وخلال فترة الاستخدام القصوى للشمس، يؤدي ارتفاع الإشعاع فوق البنفسجي إلى تعزيز إنتاج الأوزون في الغلاف الجوي الستراتوسفيري، مما يغير درجات الحرارة وأنماط الرياح في الغلاف الجوي، التي يمكن أن تتحول إلى أسفل، وأن تؤثر على موقع وقوام مسارات تيار الطائرات والعواصف في الغلاف الجوي التروبوسفيري، ويمكن لهذه الآلية أن تنتج استجابات مناخية إقليمية، لا سيما في أنماط الشتاء المرتفعة، أكبر مما يتوقع من الإشعاع المباشر.

وقد ربطت الدراسات الملاحية بين تقلبات الشمس وبين التحولات في شمال الأطلسي (NAO) وشمال القطب الشمالي (AO) مع وجود أقصى ماسيما شمسي مرتبط بمراحل أكثر إيجابية من هذه الأنماط، مما أدى إلى جعل الشتاء المبتسم يتجه إلى شمال أوروبا وشتاءات أبرد إلى منطقة البحر الأبيض المتوسط.

أطول - تيرم - التغير الشمسي

بعد دورة الـ 11 سنة، توجد عمليات تغيير طويلة الأجل، دورة (غليزبرغ) (حوالي 80-90 سنة) ودورة الفرز أو السويس (حوالي 200-210 سنوات) تم اكتشافها في سجلات مسببة للثدي مثل النظائر الكونية (الكربون 14 و البيريليوم 10) المحتفظ بها في حلقات الأشجار و الألواح الجليدية

وقد تزامنت الفترة الدنيا للأشعة تحتية (حوالي 1645-1715)، وهي فترة طويلة من النشاط المتدني للغاية في بقع الشمس، مع الجزء الأبرد من العصر الجليدي الصغير، وهو وقت من درجات الحرارة الأكثر برودة عبر نصف الكرة الشمالي، وفي حين أن العلاقة السببية لا تزال محل نقاش، فإن التآكل يشير إلى أن التخفيضات المستمرة في الناتج الشمسي يمكن أن تسهم في التبريد المناخي، في الفترة 1970.

وتتراوح التقديرات الحالية للتصنيف الشمسي للقرن العشرين من حوالي - ١ إلى ٣,٠ غرب/مناطق مربعة؛ وخلال فترات الحد الأدنى للشمس والحد الأقصى للشمس على التوالي، وهذا أمر أصغر حجما من تكلفة غازات الدفيئة التي تُجبر بنحو ٣,٠ و/م/ميغاسوب ٢؛ منذ زمن ما قبل الصناعة.

الأوقيانوغرافية: مهندس المحيط - الغلاف الجوي

تخزن المحيطات كميات كبيرة من الحرارة والكربون، تعمل كحاجز ومحرك لتقلب المناخ على مدى فترات زمنية من المواسم إلى قرون، وتقوم عدة دورات محيطية رئيسية بأدوار حاسمة في نظام المناخ الأرضي، وتعيد توزيع الحرارة من خط الاستواء نحو القطبين، وتؤثر في أنماط التداول الجوي.

El Nintilde;o-Southern Oscillation (ENSO)

إن المنظمة هي أبرز تقلبات المناخ في العالم من سنة إلى أخرى، وهي تنطوي على تغيرات في درجات الحرارة السطحية البحرية والضغط الجوي عبر المحيط الهادئ الاستوائية، وتمثل النينتيلدي مرحلة الدفء، مع ضعف الرياح التجارية وارتفاع درجة الحرارة في وسط وشرق المحيط الهادئ، بينما تمثل لا نينانتلد، مرحلة هادئة تتسم برياح تجارية أقوى في شرق المحيط الهادئ.

ويؤثر هذا النظام على أنماط الطقس في جميع أنحاء العالم؛ ويتغير توزيع الأمطار، ويؤثر على نشاط الأعاصير، ويغير شذوذ درجات الحرارة، وعلى سبيل المثال، في النينتيلد؛ كما أن الأحداث تتحول عادة إلى خط الاستواء في مجرى مياه المحيط الهادئ، مما يجلب الظروف المزرية إلى أجزاء من أمريكا الجنوبية، ويزيد من الظروف المسيلة إلى جنوب آسيا وأستراليا.

وفي حين تعمل المنظمة على مدار فترة تتراوح بين سنتين و7 سنوات، فإن سلوكها يُعدّل من خلال التفاعلات مع دورات المحيطات الطويلة الأجل والضرعات الخارجية، فعلى سبيل المثال، يمكن للثورات البركانية أن تنقل الشبكة إلى النينتينتليدي؛ ومن المتوقع أن تزيد الظروف الشبيهة بالنينتلينت؛ ومن المتوقع أن تزيد تواتر النينتيلد المتطرف؛ ولا نينتيلد؛ وأحداث.

Pacific Decadal Oscillation (PDO)

ويعتبر قانون منع التمييز بين الجنسين نمطاً متشابهاً منذ فترة طويلة في تقلبات المناخ في المحيط الهادئ، ويستمر هذا النمط لمدة تتراوح بين 20 و30 سنة، ويتميز بتشوهات في منطقة شمال المحيط الهادئ، ويؤثر تأثيراً قوياً على أنماط الطقس في الشتاء في أمريكا الشمالية وآسيا، وعندما يكون هذا النوع من التمييز في مرحلة دافئة (محتملة)، تنحو درجات الحرارة في الشتاء إلى أن تكون أكثر دفئاً في غرب الولايات المتحدة، وتك في جنوب شرق الولايات المتحدة.

Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO)

وتصف المنظمة الاستشارية لشؤون الإدارة والميزانية أوجه التباين في المنطقة الواقعة جنوب المحيط الأطلسي في منطقة شمال الأطلسي التي تمتد إلى ما يقرب من 60 إلى 80 سنة، وترتبط مرحلة دافئة من المنظمة البحرية الدولية بزيادة نشاط الأعاصير في المحيط الأطلسي، وصيفات أكثر دفئا في أوروبا وأمريكا الشمالية، وتحولات في أنماط هطول الأمطار في منطقة الساحل، وعلى وجه التحديد، ترتبط الظروف السائدة في منطقة الساحل في أفريقيا بمراحل دفيئة من المنظمة البحرية الأفريقية، في حين أن ظروف الجفاف تتوافق مع مراحل باردة، وله آثار كبيرة على التخطيط الإقليمي للكوارث.

دائرة حرارة حرارة (الحزام العالمي)

وفي أطول فترات زمنية للمحيطات، تتجه المدن إلى قرون من الكموداش، ويعمق نظام تداول المحيطات المعروف بتداول حرارة البحر، ويدخل المحيط الهندي في نهاية المطاف إلى أعماق المحيط الهادئ، حيث يتحول إلى ارتفاع في درجات الحرارة والملوحة، ويحرك هذا الماء السطحي المحيطي المحيطي الجنوبي بكميات كبيرة من المياه حول العالم، وفي شمال المحيط الأطلسي، يعمق الماء السطحي الملح في أعماق المحيط الهادئ حيث يبرد، ويشكل مياها لشمال المحيط الأطلسي العميق.

ويعيد هذا التداول توزيع عمود الحرارة، مما يسهم في المناخ النادر نسبيا في أوروبا الغربية بالمقارنة مع المناطق ذات خطوط العرض المتشابهة، وقد ترتب على التغيرات في قوة ثاني أكسيد الكربون التي يحتمل أن تنجم عن تآكل صفائح الجليد أو زيادة التهطال، صلة بالأحداث المناخية المفاجئة التي وقعت في الماضي، ويُعتقد أن فترة تيار تصريف مياه اليرق (حوالي 900 12 إلى 700 11 سنة مضت).

وفي حين أن الانهيار الكامل للمراكز التقنية في القرن الحالي يعتبر غير محتمل، فإن نماذج المناخ تُنقَل تدريجياً نسبة 10-20 في المائة في إطار سيناريوهات عالية الانبعاثات، وهذا الضعف سيكون له آثار كبيرة على المناخ الإقليمي، لا سيما في أوروبا وشمال المحيط الأطلسي.

النشاط البركاني: حفز المناخ الرئوي

وتوفر ثورات البركانية اضطراباً متقطعاً ولكن قوياً في المناخ يعمل على فترات زمنية تتراوح بين سنوات وسنوات، وخلافاً للدورات الدورية التي نوقشت أعلاه، فإن النشاط البركاني هو نشاط حساس، ولكن آثاره يمكن أن تكون كبيرة ويمكن أن تتفاعل مع دورات مناخية أخرى.

التبريد القصير الأجل من سلفات أيروسولز

كما أن هذه الهباءات تعكس الإشعاع الشمسي الذي يعود إلى الفضاء، مما يقلل من حجم الطاقة التي تصل إلى سطح الأرض ويسبب أثراً في التبريد، وقد أدى انفجار جبل بينات فيتوبو في الفلبين في عام 1991 إلى حدوث انخفاض في طوله نحو 20 مليون طن من درجة الحرارة العالمية(16).

ويدوم عادة ما يدوم تأثير التبريد في ثورة كبيرة واحدة فترة تتراوح بين سنتين وثلاث سنوات، حيث يتم إزالة الهباء الهباء من طبقة الاستراتوسفير من خلال الترسبات والخلط، كما أن السجلات التاريخية للثوران البركاني، مقترنة بسجلات أساسية جليدية تحافظ على طبقات الكبريت، تسمح للعلماء بإعادة بناء الزراعة البركانية في الألفية الماضية والأطول.

أطول - آثار وتراكمية

وفي حين أن الإنفجارات الفردية لا تنتج سوى التبريد القصير الأجل، فإن مجموعات من الانفجارات الكبيرة يمكن أن تكون لها آثار تراكمية تؤثر على التقلبات المناخية المتعددة الديكاسات، فعلى سبيل المثال، شهد القرن التاسع عشر سلسلة من الاندلاعات الكبيرة، بما في ذلك الانفجار الغامض الذي حدث في عام 1808/1809 وثورة تامبورا في عام 1815، مما أسهم في ظروف باردة في أوائل القرن التاسع عشر خلال فترة العصر الجليدي الصغيرة.

على فترات زمنية جيولوجية أطول بكثير، اندلاعات كبيرة فيضانات من نوع (باسلت) مثل الـ(سيبيريا تراب) في نهاية الفترة (منذ 251 مليون سنة)، أفرج عن كميات ضخمة من (كوسوبي2) و(سوبي ثانوي2) و(فوفوم سو) و(فومسوبي2) على مدى مئات الآلاف من السنوات، ودفعت هذه الأحداث كل من الاحترار العالمي (من ثاني أكسيد الكربون) وتبريد قصير الأجل (من تاريخ (سوروبوتر)

التلقيم البركاني على المحيطات ومركبات الكربون

ويمكن أن يؤثر التبريد البركاني على تداول المحيطات وتدوير الكربون، إذ تزيد درجة الحرارة السطحية المبردة من قدرة ثاني أكسيد الكربون على التذوّب؛ وفي مياه البحر، يمكن أن تخفض منسوب ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي؛ ومستوياته، غير أن هذا التأثير متواضع مقارنة بالضغط الإشعاعي المباشر من الهباءات الجوية البركانية، وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤثر الثورات البركانية على الغلاف الحيوي الأرضي بتقليل من التغير في ضوء الشمس.

Cycles Tectonic and Geological: The slow Sculptors

في غضون ملايين السنين، تُعيد العمليات التكتونية تشكيل مشهد الأرض ومناخها، هذه القوى البطيئة ولكن القوية تعمل من خلال الإنجراف القاري، وبناء الجبال، وقطع البركان، مما يُغيّر بشكل أساسي الظروف الحدودية التي تعمل فيها جميع العمليات المناخية السريعة.

الجرف القاري وطرق المحيطات

وتتحكم مواقع القارات في تداول المحيطات والأنماط الجوية، وعندما تتحرك القارات، فإنها تفتح أو تغلق بوابات المحيطات، مما يمكن أن يغير بشكل كبير النقل الحر في جميع أنحاء العالم، على سبيل المثال:

إن إغلاق جزيرة بنما قبل نحو 3 ملايين سنة قد غير تداول المحيط الأطلسي والمحيط الهادئ بعرقلة تدفق مياه المحيط الهادئ الحارة إلى المحيط الأطلسي، مما عزز خط الخليج وزاد من انتقال الرطوبة إلى خطوط العرض الشمالية المرتفعة، مما أسهم في تكثيف الجليد في نصف الكرة الشمالي.
إن فتح ممر الدريك قبل نحو ٣٠ مليون سنة سمح بتشكيل تيار القطب الجنوبي، الذي يعزل القارة القطبية الجنوبية الحالية عن مياه المحيط الحارة، مما أدى إلى تطوير صحيفة الجليد القطبية الجنوبية والانتقال من حالة مناخية من الدفيئة إلى حالة جليدية.
وقد أعاد إغلاق المحيط التايثي واصطدام الهند مع آسيا قبل نحو 50 مليون سنة، تشكيل التداول العالمي للغلاف الجوي وتغيير تيارات المحيط في المحيط الهندي.

مبنى الجبال

The uplift of mountain ranges such as the Himalayas and the Tibetan Plateau altered global atmospheric circulation patterns. The Himalayas block cold air from Central Asia and enhance the Indian monsoon, while also contributing to the drawdown of atmospheric CO&sub2; through silicate weathering. The process of silicate weathering consumes CO&sub2; over geological time and is a key component of Earth's long-term carbon cycle. Enhanced weathering from mountain uplift has been linked to long-term cooling trends, including the transition from the warm Eocene epoch to the colder Oligocene and the eventual development of Antarctic glaciation.

Volcanic and Hydrothermal COsub2; Release

وعلى الجانب الآخر، فإن عملية قطع الأراضي البركانية تطلق ثاني أكسيد الكربون، إلى الغلاف الجوي، وعلى نطاق زمني جيولوجي، والتوازن بين ثاني أكسيد الكربون، والإفراج (عن طريق البركان في المناطق المتوسطة أو الفرعية) وثاني أكسيد الكربون، ويمكن أن يكون التطهير (عن طريق الطقس المهيمن ودفن الكربون العضوي) يحدد مدة طويلة في فترة زمنية أطول من عشر سنوات من عمر الأرض، ويتجاوز التركيز في هذه الدورة.

The Carbon Cycle: Feedback and Regulation

(ب) تغيرات دورة الكربون الطبيعية في معظم الظروف المناخية التي لوحظت في السجل الجيولوجي، وعلى مدى فترات زمنية تمتد إلى عقود، فإن المحيط والمحيطات والبيولوجيا الأرضية المتغيرة (Csub2)، وفي الغلاف الجوي، وعلى مدى آلاف السنين، تؤدي حركة المحيطات العميقة والكلية دوراً مهيمناً، وترتبط دورة الكربون ارتباطاً وثيقاً بالمناخ: زيادة درجات الحرارة في المحيطات، وارتداد ثاني أكسيد الكربون، وتغيّر ثاني أكسيد الكربون، وتحدّ من ذلك.

Glacial-Interglacial COsub2; Changes

وتكشف السجلات الأساسية للمحيطات من أنتاركتيكا أن ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وتراوحت التركيزات من حوالي 180 جزء من المليون خلال فترة الترميز الجليدية إلى حوالي 280 جزء من المليون في أثناء فترات ما بين الإسلاوات، وتتبع التباينات الدقيقة في درجات الحرارة في أنتاركتيكا، وثاني أكسيد الكربون، وتغير درجة الحرارة بقلة من قرون إلى ألفية، مما يشير إلى أن تركيبة ثاني أكسيد الكربون، تعمل كعامل مضاعف بدلا من الارتداد أولي لهذه التحولات ثاني أكسيد الكربون.

زيادة مرونة ثاني أكسيد الكربون؛ في المحيطات الأكثر برودة
زيادة المضخة البيولوجية بسبب تخصيب الحديد من زيادة تربة الغبار
التغيرات في تداول المحيطات وتهوية المياه العميقة
توسيع الجليد البحري، والحد من ثاني أكسيد الكربون؛ وتجاوز المحيط الجنوبي

The Marine Biological Pump

وتفسر عملية المضخة البيولوجية البحرية التي لوحظت أثناء الصيد؛ والعملية التي يستوعب فيها الفيتوبلات ثاني أكسيد الكربون؛ وعن طريق التصوير الضوئي والغرق إلى أعماق المحيطات؛ ونقل الكربون من السطح إلى أعماق المحيطات؛ ويمكن أن تؤدي التغييرات في تداول المحيطات وتوافر المغذيات إلى تغيير قوة هذه المضخة، مما يؤثر على المناطق التي تخفض فيها انبعاثات ثاني أكسيد الكربون؛ ومستويات ارتفاع معدلات الترسبات في الغلاف الجوي، وزيادة معدلات الترسبات الغبارية (من إلى الحد الأدنى).

تنظيم الطقس والطول

في غضون ملايين السنين، تُستخدم في تجوّل الطقس كجهاز تدفئة حراري، مع ارتفاع معدل الطقس الكيميائي، و تستهلك ثاني أكسيد الكربون، وتبريد الكوكب، وعلى العكس من ذلك، فإن درجات الحرارة الأكثر برودة تباطؤاً، مما يسمح بزيادة حجم السائل، وتراكمه في الغلاف الجوي، وقد ساعدت هذه التغذية السلبية على تنظيم مناخ الأرض لمليارات السنين،

التفاعلات والتضخيمات بين العوالق

ولا توجد دورة واحدة تعمل في عزلة، ويظهر النظام المناخي سلوكا معقدا وناشئا من تفاعل هذه الدورات، وفهم هذه التفاعلات أمر أساسي لتفسير السجلات غير المستقرة والتنبؤ بالتغيرات المناخية في المستقبل.

التفاعلات الرئيسية

وتبدأ دورات ميلانكوفيتش تغييرات في أنماط التحلل، ولكن تأثيرها المناخي يتضخم بقوة من جراء التغذية المرتدة من دورة الكربون، والآلات الجليدية، وتغير الغطاء النباتي، وما ينتج عن ذلك من تغيرات في ثاني أكسيد الكربون، وتغييرات بدورها، وتقويض الإكراه الإشعاعي، وتضخيم إشارة درجة الحرارة.
وتُعدّل الدورات الشمسية الضغط المداري الخلفي، مما قد يؤثر على توقيت الإنهاءات الجليدية من خلال تغييرات طفيفة في ميزانية الطاقة تؤثر على استقرار الغطاء الجليدي.
ويتفاعل المكتب الوطني للتوحيد القياسي مع الأنماط الموسمية ويمكن أن تتأثر بالضغط البركاني، فعلى سبيل المثال، يعتقد أن ثورة بيناتوبو في عام 1991 قد حولت إلى " النينتليد " نحو " " ، أو إلى حالة شبيهة، مما أدى إلى تغيير أنماط الطقس العالمية لعدة سنوات.
وتُغير دورات المحيطات النقل الحر، مما يؤثر على استقرار صحائف الجليد وتوزيع الجليد البحري، ويمكن أن تؤدي التغيرات في قوة ثاني أكسيد الكربون إلى الحد من الاستجابة المناخية إلى الإكراه المداري على مدى قرون إلى آلاف السنين.
ويمكن أن تؤدي الانفجارات البركانية إلى استجابات بحرية قصيرة الأجل، بما في ذلك التغيرات في المحتوى الحر وأنماط التداول، التي تستمر أطول من تأثير التبريد المباشر في الغلاف الجوي.
وفي فترات زمنية مطهرة، أدت التفاعلات بين ديناميات صفائح الجليد وتداول المحيطات ودورة الكربون إلى ظهور أحداث مفجعة في دانسغارد - أوش وأحداث هينريتش التي لوحظت في نواة الجليد في غرينلاند، وشملت هذه الأحداث دفءا سريعا أو تبريد 5 أو 10 أشجار؛ وجيم على غرينلاند في غضون عقود، ثم التبريد التدريجي.

أهمية النماذج المزدوجة

ويتطلب فهم هذه التفاعلات نماذج مناخية مقترنة تدمج الإكراه المداري، والتقلب الشمسي، والانبعاثات البركانية، وديناميات الغلاف الجوي المحيطي، ودورة الكربون، وسلوك المصفوفات الجليدية، وهذه النماذج أساسية لتفسير البيانات غير المستقرة، ولإسناد التغيرات الملحوظة إلى عوامل طبيعية أو من صنع الإنسان، وقد كان تطوير هذه النماذج إنجازاً رئيسياً لعلوم المناخ، مما مكّن العلماء من اختبار الافتراضات بشأن التغيرات المناخية في المستقبل.

Implications for Understanding Modern Climate Change

وتوفر دراسة الدورات الطبيعية سياقاً أساسياً لتغير المناخ المعاصر، إذ يمكن للعلماء، عن طريق إعادة بناء دول المناخ السابقة التي تستخدم بؤر مثل نواة الجليد، ولبوا الرواسب، وخواتم الأشجار، وفرق النمو المرجاني، أن يحددوا نطاق التقلب الطبيعي وأن يحددوا متى يبتعد المناخ الحالي عن هذا النطاق.

معدلات التغيير غير المتوقعة

ومعدل ثاني أكسيد الكربون الحالي؛ وزيادة المظلات؛ وحوالي 2-3 جزء من المليون في السنة بسبب حرق الوقود الأحفوري واستخدام الأراضي وتغيير استخدام الأراضي؛ وتجاوزت في ذلك ارتفاع معدلات ثاني أكسيد الكربون الطبيعي؛ وسجلت زيادة في السجل الأساسي للجليد؛ وخلال أسرع عمليات الانتقال الطبيعي، مثل الاحترار من الحد الأقصى الجليدي الأخير إلى منطقة هولوك - 20، فإن ثاني أكسيد الكربون يزيد بمعدل 100 مرة في المتوسط بمعدلات ترتفع إلى نحو 10 مرات.

وبالمثل، فإن درجات الحرارة العالمية ترتفع الآن بوتيرة لا يمكن تفسيرها بأي دورة طبيعية معروفة وحدها، إذ أن معدل الاحترار خلال السنوات الخمسين الماضية الذي يبلغ نحو 0.18 درجة مئوية؛ جيم في العقد هو معدل أسرع من متوسط معدل الاحترار خلال الإنهاءات الجليدية، في حين أن نماذج المناخ التي لا تشمل سوى الإكراهات الطبيعية (الأوبيتية، والشمسية، والبركانية) لا تستنسخ الاتجاه الدفء الملاحظ منذ عام 1970، بينما تشمل نماذج دقيقة من الغازات البشرية.

الإسناد ودور التقلب الطبيعي

ويؤكد هذا العمل على أن تأثيرها، في حين أن الدورات الطبيعية لا تزال تعمل، يرجح الآن على اتجاه قوي للاحترار من جانب الإنسان، وعلى سبيل المثال، وجود ظاهرة طبيعية للنيترود؛ أو يمكن أن يضخم الحدث مؤقتا درجة الحرارة السنوية العالمية (كما حدث في الفترة 2023-2024)، ولكن مستوى خط الأساس الذي تحدث فيه هذه التقلبات قد تحول إلى أعلى بسبب تراكم غازات الدفيئة.

ويمكن أن تخفي الدورات الطبيعية أيضاً أو تضاعف التغيرات المناخية الإقليمية، فعلى سبيل المثال، يمكن أن تبطئ المرحلة السلبية من المنظمة البحرية الدولية بشكل مؤقت من الاحترار في منطقة شمال الأطلسي، في حين أن مرحلة إيجابية يمكن أن تعززه، ففهم هذه التعديلات الإقليمية مهم لتخطيط التكيف.

خاتمة

كانت الدورات الطبيعية هي المحرك المهيمن لمناخ الأرض لملايين السنين، تنتج الإيقاعات الجليدية الجانبية للفصل الرباعي، والتقلبات على نطاق قرن في فترة الحرب العصور الوسطى والسن الجليدية الصغيرة، والتغيرات في الدكادلية التي تؤثر على الأنماط الجوية الإقليمية، وهذه الدورات تنشأ من ميكانيكيات المدار، والتغيرات الشمسية، وديناميات المحيطات، والنشاط البركاني.

فهم هذه الدورات أمر حاسم لتفسير سجل المناخ الجيولوجي والتاريخي، ولوضع التغيرات الأخيرة في المنظور، ولتنقيح التوقعات المتعلقة بالمناخ في المستقبل، وتظهر الأدلة المخففة بوضوح أن مناخ الأرض يمكن أن يتغير بشكل مفاجئ ومثير عندما تُعبر العتبات، كما حدث في أثناء أحداث ينجر درايس وغيرها من الأحداث المفجعة، وتبرز هذه المعرفة أهمية فهم النطاق الكامل لسلوك النظام المناخي.

وفي حين أن الاحترار الحديث هو في المقام الأول مصدره الأنشطة البشرية، فإن الدورات الطبيعية ستواصل الحد من معدل وتعبير تغير المناخ " تقليد " ؛ والتأثير على أنماط التهطال الإقليمية، وتواتر وكمية الأحداث والحوادث والفيضانات الشديدة، وسلوك مسارات تيار الطائرات والعواصف، ووتيرة معتكف الجليد، وارتفاع مستوى سطح البحر، مما يؤدي إلى وجود فهم قوي للدورات الطبيعية، وهو أمر لا غنى عنه في سياق البيانات المتناة.

For further reading, see NASA's Milankovitch cycle overview , NOA's ENSO page , and the IPCC Sixth Assessment Report for a comprehensive carbon cycle and climate change science.