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 قياس 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 الممتلكات الفريدة تسمح للمحيط باستيعاب كميات هائلة من الإشعاع الشمسي خلال فترات دافئة وإطلاقه ببطء خلال فترات التبريد، وتقلب درجة الحرارة العالمية بشكل فعال، وبدون هذه القدرة العازلة، فإن درجات حرارة الأراضي ستتقلب بدرجة أكبر بكثير مما يجعل المناطق الشاسعة أقل رسامة بل غير صالحة للسكن.

وعلاوة على ذلك، فإن قدرة تخزين الحرارة في المحيط تؤخر الأثر الكامل للاحترار العالمي، والوقت اللازم لشراء المجتمعات للتكيف، وأيضاً تحديد مرحلة الاستجابة المتأخرة، وإن كانت شديدة، ومواضيعية، وهذا التخلف الحراري يعني أنه حتى لو انخفضت انبعاثات غازات الدفيئة انخفاضاً شديداً 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 منتظم؛ 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 العرض المماثلة، مثل أجزاء من كندا أو سيبيريا، وبدون هذا المناخ، سيكون مناخ أوروبا الشمالية أكثر برودة وأقل غرابة.

وتُعزى تيارات المحيط العميق، المعروفة مجتمعة باسم تداول حراري، إلى اختلافات في كثافة المياه بسبب تفاوتات في الحرارة (الذروة) والملوحة (المحلية)، وهذا النظام البطيء النطاق العالمي 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 غرينلاند.

The Ocean-Atmosphere Feedback Loop

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 الاحترار بالمحيطات 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، ظاهرة النينيو - الجنوب، التي تشمل مرحلتي النينيو والنينيا، وقد تؤدي درجات الحرارة السطحية في البحر أكثر من المتوسط في وسط وشرق المحيط الهادئ إلى تغيرات في الرياح التجارية وإلى تغير أنماط سقوط الأمطار العالمية، وقد تؤدي هذه التغيرات إلى حدوث جفاف في أستراليا، وفيضانات في أمريكا الجنوبية، وتعطل آثارها.

دورة الكربون والدرجة المُزمنة - الفيدرفين

خط الاستيعاب الكربوني للمحيطات ودرجة حساسيته المزمنة

ويعمل المحيط كبواليع كربون رئيسي، ويستوعب نحو ربع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ سنوياً، ويحدث هذا المركب من خلال آليتين أساسيتين: حل طبيعي، حيث يحل ثاني أكسيد الكربون مباشرة في مياه البحر، والعمليات البيولوجية، حيث تلتقط الكائنات البحرية صوراً متجانسة وكربوناً في كتلتها الأحيائية.

غير أن قابلية التحمل لدى ثاني أكسيد الكربون تقل 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 تضخيم 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 والتنزيل من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي)٢(.

ويؤدي انخفاض إنتاجية البانتوكتون إلى إضعاف مضخة الكربون البيولوجية هذه، مما يزيد من تقليص قدرة المحيط على عزل 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 كميات متزايدة من ثاني أكسيد الكربون، فإنها تخضع لتغييرات كيميائية تقلل من حمضها، وهي عملية تعرف باسم تحمض المحيطات، وفي حين أن التحمض يحركه في المقام الأول كيمياء الكربون بدلا من درجة الحرارة، فإن المياه الحارة تزيد من حدة الضغط على الكائنات البحرية، ولا سيما تلك التي تعتمد على كربونات الكالسيوم لبناء قذائف وكتيبات.

وتواجه الشعاب المرجانية تهديدا مزدوجا: فالدرجات المرتفعة من الحرارة تسبب تبيض المرجان، بينما يعرقل التحمض عمليات الحساب، 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 يتراوح 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 ظروفاً ضعيفة وتؤدي في كثير من الأحيان إلى استمرار الوفيات.

وقد أصبحت أحداث التبيض الجماعي أكثر تواترا وشدة 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 عبر التوسع الحراري

ومع احترار مياه البحر، فإنها تتوسع في ظاهرة معروفة بالتوسع الحراري، وهذه العملية، مقترنة بزراعة الجليد وصحائف الجليد، تشكل عاملا رئيسيا في ارتفاع 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 نظرا لأن مستويات البحر لا تزال ترتفع بسرعة متسارعة.

ويشدد الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ على أن الحد من الاحترار العالمي إلى 1.5 درجة مئوية فوق مستويات ما قبل الصناعة 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 ونهج التهطال المتغيرة

فالأعاصير المدارية - الهواكين والأعاصير - 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 بدرجة أكبر، وإلى زيادة موجات العواصف، وتشير البحوث الأخيرة إلى ارتفاع نسبة الأعاصير من الفئة 4 و 5 على الصعيد العالمي، بما يتسق مع اتجاهات الاحترار بالمحيطات.

وبالإضافة إلى تكثيف العواصف، فإن المحيطات الأكثر دفئاً تبدل أنماط التداول في الغلاف الجوي، وتتحول نظم التهطال في جميع أنحاء العالم، وتعجل هذه التغييرات بالدورية المائية العالمية، مما يجعل المناطق الجافة أكثر جفافاً وبلعاً، ويزيد من تواتر وشدة الجفاف والفيضانات على السواء، ويعطل الزراعة، والموارد المائية، وسبل العيش البشرية.

رصد درجة حرارة المحيطات: الأساليب والتكنولوجيات

الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل

وتوفر السواتل المجهزة بمستشعرات الموجات 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 ضبط 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، وتنتقل 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.

أجهزة البحث في السفن ومرصدات أعماق المحيطات

وعلى الرغم من التقدم المحرز في التكنولوجيا المستقلة، لا تزال سفن البحث لا غنى عنها لنشر الأدوات، والحفاظ على الطفافات المتحركة، وإجراء دراسات محددة الهدف، وتوفر المراصد العميقة للمحيطات والصفائف المزروعة 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، وتعميمها، وصحة النظم الإيكولوجية.

Regional Climate Variations Linked to Ocean Temperature

دائرة الإطاحة بالرجولة في المحيط الأطلسي

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 المضبوطة والمحاكاة النموذجية الأخيرة إلى أن لجنة الرصد والتحقق والتفتيش 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 المعطلة، مع تأثيرات واسعة على النظم الإيكولوجية والمجتمعات البشرية.

The Indian Ocean Dipole and Monsoon Variability

إن ديبول المحيط الهندي ظاهرة مناخية تتسم بالاختلافات في درجة حرارة سطح البحر بين غرب وشرق المحيط الهندي، وتنتج أحداث الإبطال الإيجابي للمياه الأكثر دفئا في غرب المحيط الهندي والمياه المبردة 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 التخلص من الذخائر المتفجرة المتطرفة، مما يشكل 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 معروفة بتضخم القطب الشمالي، ويقودها إلى حد كبير إلى تعقيبات تتعلق بفقدان الجليد البحري: فمع وجود مذيبات جليدية، يستوعب الماء المظلم في المحيطات إشعاعا شمسيا، 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 تذويب 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

Reducing Greenhouse Gas Emissions

ويتمثل النهج الأكثر مباشرة لتباطؤ دفء المحيطات في خفض 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 خفض 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

وإن إنشاء مناطق بحرية محمية، وإعادة أشجار المانغروف، وسرير مياه البحر، والشعاب المرجانية، والحد من الإجهاد المحلي مثل الصيد المفرط والتلوث، يمكن أن يساعد النظم الإيكولوجية البحرية على بناء القدرة على مواجهة ضغط الحرارة، وإن كانت مشاريع إصلاح المرجان محدودة حاليا على نطاقها، فإنها توفر الأمل في الحفاظ على التنوع الجيني والحفاظ على وظيفة النظام الإيكولوجي.

والإدارة المستدامة لمصائد الأسماك حاسمة أيضا في التغلب على 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 لزيادة 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.