استخدام الخرائط الطبوغرافية لدراسة التآكل والارتداد في المناطق القطبية

قياس معدلات التآكل

وتوفر الخرائط الطبوغرافية بيانات خط الأساس اللازمة لحساب معدلات التحات، ويمكن للعلماء، من خلال مقارنة ارتفاع سطح حجر الأساس قبل وبعد التراجع الجليدي، أن يحددوا كمية المواد التي تم إزالتها، وكثيرا ما يتم ذلك عن طريق الإفراط في نماذج الارتفاع الرقمي من فترات زمنية مختلفة، وسحب واحدة من الأخرى لوضع خريطة للفرق.

وقد وجدت الدراسات في المناطق القطبية أن معدلات التحات تتراوح بين أقل من 0.1 ملليمتر في السنة في الجليد البارد والبطيء الحركة إلى أكثر من 10 ملليمترات في السنة في مجاريات مائية ومتسارعة التدفق، وتعكس هذه الاختلافات تفاوتات في درجة حرارة الجليد، وسرعة الانزلاق البصلي، وصعوبة الصخور الأساسية، ويساعد التحليل الطبغرافي على تحديد العوامل التي تهيمن في مختلف البيئات، وتحسين نماذج التطور.

Case Study: Greenland Ob#8217;s Outlet Glaciers

(ب) إن مجاري غرينلاند(22)17؛ وهي تستخرج من الجليديات، مثل جاكوبشافن إيسبراي وهيلهايم غلاسير، من أسرع مجرى جليدي على الأرض، وتظهر الخرائط الطبوغرافية لهذه الأنهار الجليدية قنوات عميقة الارتداد تمتد إلى مناطق بعيدة، مما يدل على تآكل شديد في الطاحونة، وتكشف دراسات استقصائية أحدث عن أن هذه القنوات تتعمق وتتسع درجات الحرارة في ضوء الجليد.

وقد استخدم باحثون من جامعة كاليفورنيا وإرفين وغيرها من المؤسسات أسلوبا عالي الاستبانة في تتبع التغيرات في المناظر الطبيعية الخضراء)٢٨٢١(؛ ويظهر عملهم أن معدلات التآكل قد زادت بمعامل يتراوح بين اثنين وأربعة خلال العقدين الماضيين، وتتتبع عن كثب تسارع تدفق الجليد، وتؤكد هذه النتائج على الانقلاب الحاد بين ترسبات المناخ والديناميات الجليدية والتغير.

رصد مسارات الركود الجليدية

ويشير التراجع الجليدي إلى العملية التي يتقلص بها الجليديات ويتحرك المصطلح فيها فوق الوادي، ويحدث ذلك عندما يتجاوز الذوبان وحسابه تراكم الثلج والجليد الجديدين، ولا غنى عن الخرائط الطبوغرافية لرصد التراجع لأنها توفر إطاراً مكانياً لقياس التغيرات في حجم الجليد وحجمه بمرور الوقت.

وتوفر الخرائط الطبوغرافية التاريخية، التي يعود بعضها إلى أوائل القرن العشرين، خط أساس يمكن مقارنة التغييرات الحديثة بها، وفي العديد من المناطق القطبية، قام مستكشفون مبكرون مثل رولد أماندوسن وروبرت فالكون سكوت بوضع خرائط تقريبية، على الرغم من القيود التي يفرضها، لا تزال توفر معلومات قيمة عن مدى الجليد، كما أن الخرائط الحديثة القائمة على السواتل توفر قدرا أكبر من الدقة والتغطية، مما يتيح للباحثين متابعة الانكماش على نطاق عالمي.

قياس التغيرات في الجليد

إن الاستخدام الأكثر وضوحاً للخرائط الطبوغرافية في دراسات المعتكف هو قياس التغيرات في وضعية المصطلح الجليدي، ومن خلال مقارنة الخرائط من سنوات مختلفة، يمكن للعلماء حساب المسافة التي تحركت بها جبهة الجليد، وفي غرينلاند وأنتاركتيكا، تراجعت عدة أحجار الجليد من الكيلومترات في البر خلال العقود العديدة الماضية.

كما تكشف الخرائط الطبوغرافية عن حدوث تغيرات في سميك الجليد، فبصفتها أضعف من حيث الحجم الجليدي، فإن انخفاضات ارتفاع سطحها يمكن اكتشافها بمقارنة خطوط المرافئ من الدراسات الاستقصائية المختلفة، وهذا الترقيق كثيرا ما يُسبق أو يرافق تراجعا في فترة المصطلح، مما يوفر إنذارا مبكرا بالتغير الدينامي، وعلى سبيل المثال، فإن مسلسل " بيين آيلاند غلاسير " في غرب أنتا قد خففت من سلسلة من الاتجاهات في كل عام منذ التسعينات.

معدل الركود والمناخ

ومعدل التراجع الجليدي ليس ثابتا؛ فهو يختلف مع الظروف المناخية المحلية، ودرجات حرارة المحيطات، ومقياس سطحي لسرير الجليد، وتساعد الخرائط الطبوغرافية على تحديد العوامل التي تتحكم في معدلات التراجع، فعلى سبيل المثال، تميل الأنهار الجليدية التي تنهي في المياه العميقة إلى الانكماش بشكل أسرع لأن حرارة المحيطات يمكن أن تضعف واجهة الجليد، وعلى العكس من ذلك، فإن الأنهار الجليدية على أزهار الضحلال أو الحواف قد تستقر مؤقتا.

By correlating topographic data with climate records, researchers have established strong links between atmospheric and ocean warming and accelerated retreat. A study published in Nature Geoscience] found that the retreat of tidewater glaciers in Greenland closely matches the timing of ocean temperature increases, with a lag of only a few yearsographic data depends precise maps.

دراسة حالة: شبه جزيرة أنتاركتيكا

وقد شهد شبه جزيرة أنتاركتيكا بعض أكثر المتراجعات الجليدية دراما على الأرض، وعلى مدى السنوات الخمسين الماضية، انهارت عدة رفوف جليدية، بما في ذلك رفوف لارسن ألف، ولارسن باء، وورق الثلج في ويلكينز، وتظهر الخرائط الطبوغرافية أن الجليد يغذي هذه الأرفف تتسارع وتخفف بعد الانهيار، مما يسهم في ارتفاع مستوى سطح البحر.

وفي الأشهر التي أعقبت انهيار لارسن بي في عام 2002، كشفت نظم إدارة السواتل أن الجليد الداخلي تسارع بنسبة 300 في المائة، وأن تضاؤل عشرات الكيلومترات في أعلى المجرى، يبين كيف يمكن لرسم الخرائط الطبوغرافية أن يلتقط الآثار البعيدة المدى لخسارة الجرف الجليدي، وقد كانت هذه الملاحظات حاسمة بالنسبة لتأكيد نماذج الحواسيب التي تنبئ بسلوكها في المستقبل.

التقدم التكنولوجي في رسم الخرائط الطبوغرافية

وقد أدى العقدان الماضيان إلى إدخال تحسينات ثورية على التكنولوجيا المستخدمة في وضع خرائط طوبوغرافية للمناطق القطبية، وقد مكّنت هذه التطورات العلماء من رصد التحات الجليدية والتراجع على نطاقات وقرارات غير مسبوقة.

LiDAR and Photogrammetry

يستخدم الليزر المولد جواً (الكشف عن هوية الطائرة ورشها) نبضات الليزر لقياس الارتفاع الأرضي بدقة على مستوى سنتيمتر، وعندما يتدفق فوق الجليد، يمكن لليدار أن يكتشف التغيرات الخفية في ارتفاع سطح الأرض التي تشير إلى التكتل أو التخثر، وتتيح الدراسات الاستقصائية عن الدي آر للباحثين وضع خرائط مفصلة لتغير الارتفاع بمرور الزمن، مما يكشف عن أنماط التآكل والتشويش التي يمكن أن تكون غير مرئية.

كما أن قياس الصور الفوتوغرافية، الذي يستخدم الصور الجوية المتداخلة لإعادة بناء ثلاثة أراض جانبية، قد أحرز تقدما كبيرا، ويمكن أن تولد تقنيات حديثة للهيكل من الحركة نظماً دينامية من صور الطائرات بدون طيار التي تستخدمها شركة المستهلكين، مما يجعل من الممكن الوصول إلى رسم خرائط ذات استبانة عالية لطائفة أوسع من الباحثين، وفي المناطق القطبية، تستخدم الطائرات بدون طيار بشكل متزايد لوضع خرائط لأجهزة الجليد الصغيرة والثلاجات التي لا تغطيها الدراسات الاستقصائية الساتلية.

ساتل رادار التمتري

وتوفر البعثات الساتلية مثل CryoSat-2 (وكالة الفضاء الأوروبية) و ICESat-2 (NASA) قياسات مستمرة لارتفاعها عبر الأرض(#8217)؛ وصحائف الثلج القطبية هذه تستخدم الرادار أو زيت الليزر لقياس الارتفاع السطحي بدقة كبيرة، حتى من خلال الغطاء السحابي، وتُدرج البيانات في نظم إيكسيدية تغطي ملايين الكيلومترات المربعة، مما يوفر رؤية شاملة للتغيير.

فعلى سبيل المثال، يمكن أن يقاس الليزر المحاسبي الضوئي التغيرات في الارتفاع التي تقل عن سنتيمتر في السنة على المناطق الكبيرة، وقد أصبحت الخرائط الطبوغرافية المستمدة من هذه البيانات المرجع الموحد لتقييم التوازن الكتلي في صحائف الجليد، ويستخدم الباحثون في جامعة واشنطن وفي أماكن أخرى هذه الخرائط لحساب مقدار فقدان الأرض الخضراء وانتاركتيكا كل سنة.

نماذج الرفع الرقمية والبيانات المفتوحة

نماذج الارتفاع الرقمي هي المعادل الحديث لخرائط الطبوغرافية المطبوعة، التي تقدم نفس المعلومات في شكل يمكن تحليله بواسطة الحواسيب، وهناك العديد من نظم الإدارة البيئية متاحة الآن بحرية من خلال مبادرات مثل المركز القطبي للجغرافيا المكانية والمركز الوطني لبيانات الثلج والثلج، وقد أضفت هذه الموارد المفتوحة على البحوث الجيولوجية، مما أتاح المجال للعلماء في جميع أنحاء العالم للحصول على بيانات عالية الجودة دون اشتراط الحصول على بيانات ميدانية باهظة التكلفة.

إن نموذج الارتفاع المرجعي في أنتاركتيكا مثال رئيسي، الذي أنشئ من مئات الآلاف من الصور التي تصورها الساتلي " ريما " ، يوفر نظاماً اقتصادياً عالي الاستبانة في القارة القطبية الجنوبية بأسرها، ويستخدمه الباحثون لرسم خرائط لتدفق الجليد وتحديد السمات السطحية، وقياس التغيرات الكمية في الارتفاع بدقة والتي لم يكن بالإمكان تصورها منذ عقد مضى.

التطبيقات العملية لخرائط الطبوغرافية في البحوث العالمية

وتمتد استخدامات الخرائط الطبوغرافية إلى ما يتجاوز العلوم الأساسية، والبيانات التي توفرها ضرورية للتطبيقات العملية في مجال الإدارة البيئية، وتقييم المخاطر، والسياسة المناخية.

تعقب التغيرات في حجم غلاسير

والخرائط الطبوغرافية هي الأداة الرئيسية لقياس مساحة الجليد وحجمه بمرور الوقت، وبمقارنة الخرائط من سنوات مختلفة، يمكن للباحثين أن يحسبوا مقدار الجليد الذي فقد، وبأي معدل، وتغذي هذه البيانات التقييمات العالمية للتوازن الكتلي الجليدي، مثل تلك التي تجريها دائرة رصد الجليد العالمي.

وفي المناطق القطبية، حيث يتعذر في كثير من الأحيان الوصول إلى الجليديات، قد تكون الخرائط هي الطريقة الوحيدة لرصد التغيير.() وتسمح الآن نظم الإدارة التي تستخدم السواتل للعلماء بتتبع صحة آلاف الجليديات في وقت واحد، مما يوفر صورة شاملة عن كيفية استجابة الغلاف الجليدي للاحترار.

تحديد أنماط الارتداد

وتكشف الخرائط الطبوغرافية عن الأنماط المكانية للتحات الجليدي، حيث ينمو الجليد في أعماقه، وحيث يترك أرضا غير ممسودة نسبيا، وهذه المعلومات قيمة لفهم التطور الطويل الأجل للسلاسل الجبلية والهوامش القارية، وفي أماكن مثل الجبال العابرة للقارات، تبين الخرائط أن التآكل الجليدي كان عملية تحديد المشهد المهيمنة لملايين السنين.

كما أن أنماط التآكل تُبلِّغ البحوث الجيولوجية بكشف حجر الأساس الذي يحتوي على أدلة عن الأرض(6217)؛ وتاريخ التكتون والمناخ؛ فمع تراجع الجليديات، تكتشف مشاهد مشهداً مخبأة لشهر من الزمن، وتعرض نافذة في بيئات سابقة، وتساعد الخرائط الطبوغرافية العلماء على تحديد المواقع الأكثر واعدة للدراسات الميدانية وأخذ العينات.

Assessing the Impacts of Climate Change

ولعل أكثر تطبيقات الخرائط الطبوغرافية إلحاحا في البحوث القطبية هو تتبع آثار تغير المناخ، وتوفر الخرائط أدلة كمية واضحة على فقدان الجليد يمكن الوصول إليه للعلماء والجمهور على السواء، وتشكل صورا للتراجع الجليدي، التي أنشئت عن طريق مقارنة الخرائط الطبوغرافية من عقود مختلفة، أدوات اتصال قوية تنقل حقيقة عالم الاحترار.

ويستخدم الباحثون هذه البيانات لنموذج ارتفاع مستوى سطح البحر في المستقبل، الذي يعتمد على سرعة تضاؤل الجليد وصحائف الجليد، وتوفر الخرائط الطبوغرافية القيود الجغرافية اللازمة لهذه النماذج، بما في ذلك شكل سرير الجليد ووضع خطوط الأساس، والتنبؤات الدقيقة ضرورية للتخطيط الساحلي وتكييف الهياكل الأساسية في جميع أنحاء العالم.

التخطيط لحفظ البيئة

ومع تراجع الجليديات، تظهر مشهدات جديدة، مما يخلق فرصاً وتحديات للحفظ، وتساعد الخرائط الطبوغرافية على تحديد المناطق التي قد تصبح خالية من الجليد ومن ثم متاحة للاستعمار الإيكولوجي، ففي القطب الشمالي، على سبيل المثال، تكشف عن الجزر والجزر التي كانت تغطيها سابقاً في الجليد، والتي قد تؤثر على طرق الشحن وموائل الأحياء البرية.

وتستخدم منظمات الحفظ بيانات الطبوغرافية لتحديد المناطق المحمية ورصد آثار السياحة واستخراج الموارد، كما تسترشد الخرائط بالجهود المبذولة للحفاظ على مواقع التراث الثقافي، مثل مساحات الصيد القديمة أو معسكرات الاستكشاف التاريخية، التي تتعرض لها كذوبان جليدية.

التحديات والحدود

وفي حين أن الخرائط الطبوغرافية أدوات لا غنى عنها، فإنها ليست بدون قيود، فهم هذه التحديات مهم لتفسير البيانات تفسيرا صحيحا.

جهات القرار والتغطية

ولا توجد في جميع المناطق القطبية في القرار نفسه، إذ توجد في بعض المناطق، ولا سيما في شرق أنتاركتيكا وداخل غرينلاند، بيانات طبوغرافية مقارنتها، مما يحد من القدرة على كشف السمات الصغيرة أو على تتبع التغيرات في الأنهار الجليدية النائية، وتشغل البعثات الساتلية والحملات الميدانية الجارية هذه الثغرات تدريجيا، ولكن التغطية لا تزال غير متكافئة.

كما أن غطاء السحاب والظلام القطبي يتداخلان مع الصور الساتلية البصرية، مما يقلل من تواتر البيانات القابلة للاستعمال، ويمكن للمستشعرات القائمة على الرادار أن تخترق السحابات وتعمل ليلا، ولكن لديهما حلول مكانية أقل من النظم البصرية، ويجب على الباحثين في كثير من الأحيان أن يجمعوا بين مصادر بيانات متعددة لتحقيق التغطية الكافية.

القرار المؤقت

وتمثل الخرائط الطبوغرافية صوراً سريعة في الوقت المناسب، ولكن العمليات الجليدية تعمل باستمرار، وستظهر خريطة من عام 2000 وأخرى من عام 2020 التغير الصافي على مدى 20 عاماً، ولكنها لا تستطيع أن تكشف كيف حدث هذا التغيير، وهل تراجعت النظارة بشكل مطرد، أم تعرضت لبضات سريعة من الانهيار؟ ومن الضروري إيجاد حل زمني أعلى لفهم الديناميات.

وتُقدم بعض البعثات الساتلية حاليا تغطية متكررة كل بضعة أيام، مما يتيح للباحثين بناء سلسلة زمنية من تغير الارتفاع بكثافة زمنية عالية، غير أن تحويل هذه القياسات الخام إلى خرائط طبوغرافية صالحة للاستخدام لا يزال يتطلب تجهيزا كبيرا، وتبذل الجهود لتشغيل هذا الخط.

Interprelex Terrain

فالمناظر الطبيعية معقدة، وتفسير الخرائط الطبوغرافية يتطلب خبرة، ويمكن أن تؤدي سمات مثل الكرفسات وقنوات المياه المذوبة وغطاء الحطام إلى غموض الطبوغرافية الأساسية أو إلى أخطاء بالنسبة للأضرار الأخرى، وفي التضاريس العميقة، يمكن أن تؤدي الظل والتنبؤ في الصور الساتلية إلى أخطاء.

ولا تزال عملية التحقق من صحة المواقع مهمة، إذ توفر الدراسات الاستقصائية التي تستند إلى الأرض والرحلات الجوية بدون طيار بيانات عن الحقيقة الأرضية تساعد على تصحيح الأخطاء في الخرائط المستمدة من السواتل، وتيسر شبكات البحوث التعاونية، مثل اللجنة العلمية الدولية في القطب الشمالي، تبادل البيانات الميدانية لتحسين دقة الخرائط.

الاتجاهات المستقبلية

ومستقبل رسم الخرائط الطبوغرافية في المناطق القطبية مشرق، حيث تتجه التكنولوجيات الجديدة والتعاون الدولي إلى تقديم بيانات أكثر تفصيلاً وحسنة التوقيت.

البعثات التالية لسواتل الملاحة

وستؤدي عدة بعثات ساتلية من المقرر أن تُطلق في السنوات القادمة إلى تحسين عملية حل الخرائط الطبوغرافية القطبية وتغطيتها، وستوفر بعثة رادار الاصطناعية التي من المقرر إطلاقها في عام 2024 صورة رادارية ذات حل غير مسبوق وقياس التشوه السطحي والتدفق الجليدي، وستضيف بعثات توسيع نطاق الساتل كوبرنيكيوس أجهزة رصد رادارية وبصرية جديدة تكفل استمرارية عمليات الرصد الحالية.

كما تساهم الشركات الخاصة في ذلك، إذ أن برمجيات السواتل الصغيرة، مثل السواتل التي تديرها مختبرات بلانيت، تقدم صوراً يومية للأرض بكاملها عند حلول 3-5 متر، وفي حين أنه لا يمكن معالجة هذه الصور في الطبوغرافية بصرامة، فإنه يمكن تجهيزها في نظم الإدارة البيئية باستخدام قياسات الأشعة السينية، مما يوفر تكملة فعالة من حيث التكلفة للبعثات الحكومية.

الاستخبارات الفنية والرسم الآلي

وبدأت الاستخبارات الفنية تحول كيفية إنشاء الخرائط الطبوغرافية وتحليلها، ويمكن أن تحدد الخوارزميات التعليمية الآلاتية السمات الجليدية مثل الخرافات، والأساليب، والهوامش الجليدية، مما يعجل عملية رسم الخرائط، كما يمكن للمرء أن يملأ الثغرات في البيانات بالتنبؤ بالطوبوغرافيا في المناطق التي تتفاوت فيها القياسات.

ويدرب الباحثون شبكات الظواهر العصبية على نظم الإدارة القائمة للاعتراف بأنماط مرتبطة بالتحات الجليدي، ويمكن عندئذ تطبيق هذه النماذج على مجالات جديدة، مما يوفر تقييما سريعا للتاريخ التآكلي والإمكانيات، وقد تتيح المنظمة بمرور الوقت رسم خرائط آلية تماما للمناظر القطبية، مع الاحتفاظ بالرقابة البشرية لأغراض مراقبة الجودة.

علم المجتمع المحلي والبيانات المفتوحة

وتتوسع مبادرات علوم المواطنين في نطاق رسم الخرائط الطبوغرافية، وتدعو مشاريع مثل بعثة رسم الخرائط في أنتاركتيكا متطوعين إلى المساعدة في التحقق من الخرائط المستمدة من السواتل، وتحسين دقتها مع إشراك الجمهور في البحوث القطبية، وتتأكد سياسات البيانات المفتوحة التي تعتمدها وكالات الفضاء الرئيسية من أن هذه الخرائط متاحة بحرية لأي شخص له صلة بالشبكة الدولية.

ويعود الجمع بين أجهزة الاستشعار الأفضل، والمقاييس الذكية، والمشاركة الأوسع نطاقا بمستقبل يجري فيه باستمرار تحديث الخرائط الطبوغرافية للمناطق القطبية وتتاح في قرار غير مسبوق، مما سيمكن العلماء وصانعي السياسات والمجتمعات المحلية من التصدي لتحديات التغير الجليدي بثقة.

خاتمة

والخرائط الطبوغرافية هي أكثر بكثير من الصور الثابتة للمناظر الطبيعية، وهي أدوات دينامية تكشف عن تاريخ ومسارات التحات الجليدية والتراجع في المناطق القطبية، وقد وفرت هذه الخرائط، منذ إجراء الدراسات الاستقصائية ذات السحب اليدوي إلى نماذج الارتفاع الرقمي الحديثة التي تستخدمها السواتل، الإطار المكاني لفهم كيفية تشكيل الجليد للأرض.

ومن خلال التحليل الدقيق لخطوط المخروط، وتغيرات الارتفاع، والأنماط المزروعة، قام العلماء بتوثيق تباطؤ فقدان الجليد في غرينلاند، وأنتاركتيكا، ومنطقة القطب الشمالي، وقيسوا معدلات التحات التي تُروي قصة أغطية الجليد والمجلات على مدى آلاف السنين، وما زالوا يصقلون فهمهم للوصلات بين المناخ والديناميات الجليدية وتطور المناظر الطبيعية.

ومع زيادة إمكانية الوصول إلى التقدم التكنولوجي والبيانات، ستظل الخرائط الطبوغرافية في صميم البحوث القطبية، وهي تقدم سجلا مفصلا وكميا وقاهرا للتغيير في أبرد مناطق الكوكب، وبالنسبة لأي شخص يسعى إلى فهم آثار تغير المناخ، فإن هذه الخرائط دليل أساسي، والقصة التي يرويها هي إحدى التحولات، وهي لا تزال تتكشف.