تعقب مخلفات غلاسير في أنتاركتيكا وغرينلاند مع صور ساتلية

وقد أصبحت الصور الساتلية أدوات لا غنى عنها لرصد معتكف الجليد في أنتاركتيكا وغرينلاند، حيث تقدم آراء غير مسبوقة عن أكثر المناظر المجمدة في الأرض، وتلتقط هذه المراصد المدارية بيانات مفصلة ومكررة عن التغيرات في حجم الجليد وسرعة وموقعه بمرور الوقت، وتوفر للعلماء سجلا مستمرا عن كيفية استجابة هذه الأجسام الجليدية الضخمة لعالم دافئ.

الدور الحاسم للتصوير الساتلي في البحوث القطبية

إن الأنتاركتيكا وغرينلاند معاً يمسكان حوالي 99 في المائة من ثلج المياه العذبة في العالم، وتصرفات الجليد تؤثر تأثيراً مباشراً على مستويات البحر العالمية، وأنماط تداول المحيطات، ونظم المناخ، ويوفر التصوير الساتلي التغطية الشاملة اللازمة لرصد هذه الصفائح الجليدية الهائلة التي تمتد إلى ملايين الكيلومترات المربعة، وبدون تكنولوجيا السواتل، سيقتصر العلماء على قياسات أرضية متفرقة وعمليات مسح جوي عرضية، مما يترك ثغرات كبيرة في فهم كيفية تطور هذه الأنهار الجليدية.

وتتيح عمليات الرصد بواسطة السواتل الرصد المستمر بغض النظر عن الظروف الجوية أو ساعات النهار، وتتيح تكنولوجيا الاستشعار الحديثة للباحثين الحصول على البيانات من خلال الغطاء السحابي وخلال الليالي القطبية الطويلة، وضمان وجود سجلات متسقة طوال السنة، وهذه الاستمرارية الزمنية ضرورية لكشف التغيرات السريعة مثل قياس الأحداث، وتسريع تدفق الجليد، ودورات الذوبان الموسمية، وتدعم مجموعات البيانات الناتجة نماذج المناخ التي تُقدِّم ارتفاع مستوى سطح البحر في المستقبل وتساعد الحكومات والمجتمعات المحلية على التخطيط.

وتمتد قيمة الصور الساتلية إلى ما هو أبعد من البحوث العلمية، ويعتمد صانعو السياسات على البيانات المستمدة من السواتل لاتخاذ قرارات مستنيرة بشأن التخفيف من حدة المناخ والتكيف معه، وتستعمل الهيئات الدولية مثل الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ عمليات الرصد الساتلية كمصدر رئيسي للأدلة في تقارير التقييم التي تصدرها، كما تدعم البيانات الأنشطة التنفيذية، بما في ذلك سلامة الملاحة في المياه القطبية وتخطيط الهياكل الأساسية في المناطق المتأثرة بالظروف الجليدية المتغيرة.

أساليب رصد التغير في غلاسير من الفضاء

التصوير الضوئي للسواتل

وتلتقط أجهزة الاستشعار الضوئية الضوء المرئي والمنعكس تحت الحمراء من سطح الأرض، وتوفر هذه الصور تفاصيل بصرية عالية الاستبانة عن الحدود الجليدية، والحرق، والشعارات، وملامح المذوفات السطحية، وتُحدد السواتل مثل سلسلة لاندرسات، وصور الترددات السطحية التي تلتقطها وكالة الفضاء الأوروبية، وصورا عن طريق قرارات مكانية تتراوح بين 10 و 30 مترا لكل مجموعة من الخرائط.

والصور البصرية مفيدة بشكل خاص في وضع قوائم جرد للمعالم الجليدية وتغييرات في رسم الخرائط على مدى موسمي إلى سلاسل زمنية للإبادة، غير أن هذه المستشعرات تعتمد على ضوء الشمس والمناطق الواضحة، مما يحد من فعاليتها خلال الشتاء القطبي وفي ظروف غير مأمونة، ولتجاوز هذه القيود، يجمع العلماء بين البيانات البصرية وأنواع الاستشعار الأخرى واستخدام تقنيات معالجة الصور لتحقيق أقصى قدر من المعلومات التي يمكن استخدامها من كل موقع.

رادار وجهاز اصطناعية

وتخترق أجهزة الاستشعار الرادارية الغلاف السحابي وتعمل بشكل مستقل عن ضوء الشمس، وتوفر نظم الرادار الاصطناعي ذات الفتحة الاصطناعية، مثل تلك الموجودة في سواتل جهاز الاستشعار - 1 التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، والبعثة الألمانية TerraSAR-X، قدرات التصوير بالنهار والليل الضرورية للرصد القطبي.

إن بيانات البحث العلمي ذات قيمة استثنائية لقياس سرعة الجليد من خلال تقنية تسمى التتبع أو التقاطع، ومن خلال مقارنة الصور الرادارية التي تم الحصول عليها أيام أو أسابيع، يمكن للعلماء حساب مدى سرعة تحركات الجليد، والكشف عن التغيرات في ديناميات الزهر التي غالبا ما تسبق تراجعا كبيرا، كما أن الرادار يلتقط أيضا أحداثا على سطح الجليد وكسر الظلام التي توفر الإنذار المبكر.

قياسات التأشيرات والارتفاع

أجهزة قياس الليزر الصناعي مثل مهمة ناسا إسات-2 نبضات الليزر المشتعلة على سطح الأرض وقياس الوقت الذي يستغرقه الضوء للعودة

وتكشف قياسات التألق الليزرية المتكررة عن مكان ترقيع الجليد وعن المعدل الذي يُعده، وهذه البيانات حاسمة في حساب التوازن الجماعي لصحائف الجليد - سواء كانت تكسب أو تفقد الجليد عموما، وعندما تقترن بقياس السرعة من قياسات الرادار والمدى من الصور البصرية، يقدم طب التألق الليزر صورة كاملة لديناميات الجليد وإسهامها في ارتفاع مستوى سطح البحر.

تحليل تغيرات كشف البيانات

ويعتمد الرصد الحديث للسواتل على أساليب حاسوبية متطورة لاستخراج معلومات ذات مغزى من محفوظات الصور الشاسعة، وقد تكوّن تقنيات تحليل السلاسل الزمنية صورا متعددة اكتسبت على مدى أشهر أو سنوات لتحديد الاتجاهات والانحرافات، كما أن تغيير خوارزميات الكشف يقارن تلقائيا الصور من تواريخ مختلفة، ويبرز المناطق التي تحولت فيها الحدود الجليدية، وقد تغيرت السمات السطحية، أو ظهور صدمات جديدة.

ويتزايد تطبيق نُهج التعلم والتعلم العميق على تحليل الصور الساتلية، ويمكن للشبكات العصبية المدربة على الصور الجليدية المسمّاة أن تحدد الجبهات المطلة على الأرض، والبحيرات السطحية، وأن تكتشف التغيرات في الغطاء السطحي بسرعة واتساق ملحوظين، وتتيح هذه الأدوات للعلماء معالجة الحجم المتزايد للبيانات الساتلية بكفاءة، وتركيز اهتمامهم على المناطق التي تشهد أكثر التغييرات سرعة.

رصد السواتل في الآونة الأخيرة لمخلفات غلاسير في أنتاركتيكا

إن صحف الجليد في أنتاركتيكا تحتوي على ما يكفي من المياه المجمدة لرفع مستويات البحر العالمي بحوالي 58 مترا إذا كان للذوبان تماما، وفي حين أن الإنصهار الكامل ليس وشيكا، فإن البيانات الساتلية خلال العقدين الماضيين كشفت عن حدوث خسائر ثلجية متسارعة، لا سيما في غرب أنتاركتيكا وشبه أنتاركتيكا، فإن القارة تفقد الجليد بمعدل متوسطه حوالي 150 بليون طن سنويا، مع ارتفاع المعدل بمرور الوقت.

"ثويتس غلاسير" و"أموندسن"

"تنتظر "غلاسير" كثيراً ما يسمى "اليوم السبتي" تلقى اهتماماً كبيراً من جهود الرصد بواسطة السواتل، حيث يوجد في سفارة بحر "أموندسن" في غرب أنتاركتيكا، "ثويتز" تقريباً حجم فلوريدا ويستنزف منطقة شاسعة من الساحل الغربي للمحيط القطبي

صور الأقمار الصناعية الحديثة قد وثقت تشكيل وتوسيع الشقوق و الشقوق عبر رف الجليد العائم في ثاينز هذه الملامح هي سلائف لحادثات عجل الجليد التي يمكن أن تزعزع الرف وتخفض من قدرته على إمساك الجليد في أعلى النهر، وقد لاحظ الباحثون الذين يستخدمون البيانات البصرية والرادارية أن مياه المحيط الحارة تذوب الجليد من الأسفل وتخفف الرف الجليدي وتسمح للزراعة الجليدية بأن تتدفق بسرعة أكبر.

Pine Island Glacier

كما أظهرت الصور الساتلية تغيرات كبيرة مرئية من الفضاء وصور ثلجية كبيرة في 2017 و202020 و2023، قام كل منها بإزالة أجزاء كبيرة من لسان الجليد العائم، وتشير بيانات الرادار إلى أن سرعة تدفق الجليد قد زادت بأكثر من 70 في المائة منذ السبعينات، وتراجع خط الأرض فيها إلى عدة كيلومترات.

تحليل الصور البصرية من (لاندسات) و(سينتينيل-2) يظهر أن سطح الجليد أصبح أكثر كسوراً، مع وجود مناطق واسعة من الحرق التي تشير إلى إضعاف هيكلي، ويستخدم العلماء هذه الملاحظات لنموذج كيف سيتطور جليد جزيرة بيني وتقييم إمكانية انهيار الغطاء الجليدي في غرب أنتاركتيكا.

مخرجات أنتاركتيكا الشرقية

وفي حين شهدت غرب أنتاركتيكا أكثر التغيرات المأساوية، فقد حدد الرصد الساتلي أيضاً معتكف في شرق أنتاركتيكا، حيث كشف توتين غلاسير، وهو أحد أكبر مراحيض الأنتاركتيكا في شرق أنتاركتيكا، عن تراجع خط الترقيب والهبوط استجابة لتقلبات مياه المحيطات الحارة، ويكشف قياس الليزر بواسطة الساتل ICESat-2 عن وجود افتراضات كبيرة تتعلق بالارتفاع، ولا سيما عندما يتفاعل مع تغير الجليد.

"مراقبات الأقمار الصناعية لـ "جريندير ريتريات

إن صحف ثلج غرينلاند يفقد الجليد بمعدل متسارع، ويسهم بحوالي 0.7 ميليميتر في ارتفاع مستوى سطح البحر العالمي كل عام، وقد كانت بيانات السواتل مفيدة في توثيق التراجع الواسع النطاق لزراعة المياه المدوية على طول ساحل غرينلاند، مع تراجع بعض الجليديين بعدة كيلومترات كل عقد.

The Southeast Greenland Outlet Glaciers

وتحتوي جنوب شرق غرينلاند على بعض من أسرع وأسرع ما تتغير الجليد في الجزيرة، وقد تعقبت السواتل تراجع الجليد مثل هيلهيم وكنغرلوسسواك وجاكوبشان إسماعيل، الذي يستنفد أجزاء كبيرة من صحيفة الجليد، وتبين الصور البصرية أن هذه الأزهار قد تراجعت عن عشرات الكيلومترات من مواقعها في وقت مبكر.

(جاكوبشافن إيسبا) عندما عانت (غرينلاند) من سرعة التدفق في الجليد، فترة من التراجع السريع بين عامي 2000 و 2016، ووثقت قياسات الرادار الساتلية سرعة تدفق تتجاوز 40 مترا يوميا خلال ذروتها، وفي السنوات الأخيرة، تباطأ الجليد وسمك قليلا بسبب تبريد المياه المحيطية في خليج ديسكو، ولكن الاتجاه العام لا يزال واحدا من صافي الخسائر في الكتلة.

Marine-Terminating vs. Land-Terminating Glaciers

وقد ساعدت البيانات الساتلية العلماء على التمييز بين مختلف أنواع الجليديات واستجاباتها لفرض المناخ، فالأنهار الجليدية التي تحددها البحار، والتي تنتهي في المحيط، حساسة بوجه خاص لدرجات حرارة المحيطات وتيارها، وتظهر الصور الساتلية أن هذه الأنهار الجليدية تتراجع بسرعة أكبر من الجليديات التي ترسم حدود الأرض، وتنشأ الاختلافات بسبب أن المياه الحارة في المحيطات تذوب تحت الماء تتسارع تحت سطح البحر.

لا تزال الصوامع المصممة على الأرض، مع أنها أقل حساسية من إكراه المحيط، تفقد الكتلة من خلال الذوبان السطحي، الصور البصرية الساتلية والمجسات الحرارية تتبع مدى ومدة الذراع الصيفي عبر سطح الجليد في غرينلاند، وفي السنوات الأخيرة، سجلت السواتل تذوب في قمة الغطاء الجليدي، حدثاً بالغاً حدثاً لم يحدث إلا نادراً في الماضي.

دور الجراثيم والخوذات

وقد جمعت البيانات المستمدة من السواتل عن معتكف الجليد مع رسم خرائط قاع البحر لفهم مدى تأثير الهندسة الفجائية على سلوك الجليد، وتظهر البحوث التي تستخدم الصور الساتلية إلى جانب الدراسات الاستقصائية لقياس الأعماق أن العديد من غلام غرينلاند تراجعت عبر أسرة مائية عكسية، حيث يعمق قاع البحر مع تراجعات الجليد الجليدية في البر، ويمكن أن تؤدي هذه القياسات الأرضية إلى ظهور نماذج سريعة وغير مستقرة.

بيانات مجمعة من المنطقتين القطبيتين

إن تكامل عمليات الرصد بواسطة السواتل من أنتاركتيكا وغرينلاند يوفر رؤية شاملة لخسارة الجليد العالمية، وتظهر المنطقتان خسائر جمة متسارعة تتسق مع درجات الحرارة في الغلاف الجوي والمحيطات، غير أن هناك اختلافات هامة، وتفقد القارة القطبية الجنوبية الجليد بالدرجة الأولى من خلال تذوب رفوف الجليد وأجهزة الجليد المطلّقة على المحيط، بينما تنجم فقدان الجليد في غرينلاند عن مزيج من الانزلاق السطحي والغلاسير البحري.

وقد كانت قياسات الجاذبية الساتلية من بعثات GRACE وGRACE-FO حاسمة في تحديد كمية التغيرات الكلية في كتل الجليد هذه السواتل تكشف عن تغيرات طفيفة في ميدان الجاذبية الأرضية بسبب تغيرات الكتلة الجليدية، وتظهر بيانات الجاذبية أن كلا الشرائح الجليدية قد فقدت كتلة في معدلات متزايدة منذ أوائل العقد الأول من القرن الماضي، مع ما مجموعه 500 بليون طن في السنوات الأخيرة.

الآثار المترتبة على ارتفاع مستوى سطح البحر العالمي

إن التراجع الذي يُرصد بواسطة السواتل للمعالم الجليدية في أنتاركتيكا وغرينلاند له عواقب مباشرة على المجتمعات الساحلية في جميع أنحاء العالم، وتشير التوقعات الحالية إلى أن مساهمات الغطاء الجليدي يمكن أن ترفع مستويات سطح البحر العالمي بمقدار 0.3 إلى 1.0 متر بحلول عام 2100، تبعاً لتصورات الانبعاثات، وأن البيانات الساتلية أساسية للتحقق من هذه الإسقاطات وتحسينها، ومن خلال تقديم ملاحظات بشأن السلوكيات الجليدية الفعلية، تتيح السواتل للعلماء اختبار وصقل النماذج التي تستند إلى توقعات مستوى سطح البحر.

وقد كشفت عمليات الرصد الساتلية الأخيرة عن عمليات لم تكن مدرجة سابقا في النماذج، مثل التراجع السريع للمعالم الجليدية التي تحددها السفن عبر أسرة التنمية العكسية، وتآكل رفوف الجليد بواسطة المياه المذوبة، مما أدى إلى زيادة الإسقاطات في المستقبل لمستوى سطح البحر، وسيلزم مواصلة رصد السواتل لتتبع ما إذا كانت هذه العمليات تزيد من سرعة توفير الإنذار المبكر بنقاط التصفير المحتملة في الجليد.

الاتجاهات المستقبلية في مجال رصد غلاسير السواتل

البعثات التالية لسواتل الملاحة

ومن المقرر أو يجري تطوير عدة بعثات ساتلية جديدة تعزز قدرتنا على رصد معتكف الجليد، وستستخدم بعثة ناسا للبحث عن الجليد، وهي مشروع مشترك مع المنظمة الدولية للسواتل، الرادار المزدوج التردد لقياس التغيرات السطحية الجليدية بالطرق غير المسبوقة، وستوفر بعثات توسيع نطاقات كوبرنيكوس التابعة للوكالة الأوروبية للفضاء، بما فيها تشيم و سيمير، قدرات محسنة لرصد التوازن الجماعي الجليدي والممتلكات السطحية.

وسيمكن إطلاق السواتل الفائقة الأطياف العلماء من تحديد مختلف أنواع الجليد والثلوج والحطام على سطح الجليد، ويمكن لهذه أجهزة الاستشعار أن تميز بين الجليد النظيف والجليد المتسخ والجليد المغطى بالغاز وملامح المياه المذوفة، مع توفير معلومات عن العمليات التي تؤدي إلى تغيير الجليد، ومع استمرار تشغيل البرامج الساتلية القائمة، ستنشئ هذه البعثات الجديدة نظاما شاملا للمراقبة بالنسبة للجليد القطبي.

السلف في تجهيز البيانات وإمكانية الوصول إليها

ويتزايد حجم البيانات الساتلية المتاحة لرصد الجليديات بصورة سريعة، إذ أن البرامج القائمة على الكلاود وسياسات البيانات المفتوحة تتيح للباحثين إمكانية الوصول إلى هذه البيانات في جميع أنحاء العالم، وأن خطوط الأنابيب الآلية التي تستخدم خوارزميات للتعلم الآلي في الصور الساتلية تصبح أدوات قياسية لرصد الجليد، ويمكن لهذه النظم أن تكتشف وترسم خرائط الجبهات، وتحسب سرعة الجليد، وتحدد الملامح السطحية في آلاف الدقائق.

ويواصل التعاون الدولي، مثل برنامج كوبرنيكوس ] و فريق علوم اللاندسات ]، تحسين معايير الوصول إلى البيانات وتجهيزها.() ويمكِّن NASA MEaSUREs program من استخدام بيانات قياسية متطورة من خلال قياسات قياسية.

Citizen Science and Open Data

وقد تزايدت المشاركة العامة في التصوير بالسواتل من خلال منابر تتيح للمتطوعين المساعدة في رسم خرائط الجليد، كما أن مشاريع مثل AntarcticGlaciers.org وغيرها من المبادرات التعليمية تتيح إمكانية الحصول على الصور الساتلية والمواد التدريبية، ويمكن للعلماء من المواطنين أن يساعدوا في تحديد السمات القطبية الجليدية، وتوثيق التصنيفات الآلية، والإسهام في رصد المناطق النائية.

خاتمة

وقد حولت الصور الساتلية فهمنا للتراجع الجليدي في أنتاركتيكا وغرينلاند، وتوفر هذه الأدوات المدارية الملاحظات الثابتة الواسعة النطاق اللازمة لتتبع التغيرات في بعض أكثر الأماكن النائية التي يتعذر الوصول إليها على الأرض، والبيانات التي تجمعها تكشف عن تسارع فقدان الجليد، وتغير ديناميات الجليد، والتأثير العميق لتغير المناخ على المناطق القطبية، وبما أن تكنولوجيا السواتل لا تزال تقدم، ولا تؤدي البعثات الجديدة إلى تحسين سرعة قياسها.