Table of Contents
فهم سجل التمهل الأرضي
درجة الحرارة الباردة التي تقاس على الأرض بشكل موثوق بها قد حدثت في محطة فوستوك في أنتاركتيكا في 21 تموز/يوليه 1983 عندما انخفضت درجة الحرارة إلى 89.2 درجة مئوية (128.6 درجة ف) وهذه المحطة البحثية الروسية التي أسسها الاتحاد السوفياتي في عام 1957 تقع في القطب الجنوبي من البرود، مما يجعلها واحدة من أكثر البيئات تطرفا على كوكبنا، ومقارنة، فإن درجة الحرارة هذه هي 10.7 درجة مئوية من الضغط دون المتوسط.
محطة (فوستوك) هي محطة بحث روسية في الأراضي الداخلية الأميرة (إليزابيث لاند)، (أنتاركتيكا) تقع على بعد حوالي 301 1 كيلومتراً (808 ميل) من القطب الجنوبي الجيوغرافي، في منتصف صفحة الجليد في شرق أنتاركتيكا، وقد أصبح هذا الموقع البعيد مرادفاً بالبرد الشديد، مما يمثل حدود درجات الحرارة التي تحدث بشكل طبيعي على سطح الأرض، وقد ظل قياس كسر السجلات لأكثر من أربعة عقود، وهو بمثابة معيار لفهم سطح الأرض.
The Historic Record-Breaking Event
قياسات الفرضية
وكانت درجة الحرارة الأدنى التي تم قياسها بشكل موثوق على الأرض تبلغ 89.2 درجة مئوية (128.6 درجة مئوية) في فوستوك في 21 تموز/يوليه 1983 عند الساعة 05:45 من وقت موسكو، التي كانت 07:45 في منطقة فوستوك الزمنية، و01:45 درجة حرارة مترو الأنترنيت، وكانت درجة الحرارة الفعلية المبلغ عنها هي -89.2 درجة مئوية، كما هو مبين في سجل الملخصات الشهرية، التي كانت مصورة في مكتب فورستوك في كانون الثاني/يناير 1991.
درجة الحرارة هذه كانت أقل بـ 54 درجة من متوسط الشتاء في فوستوك وتمثل درجة الحرارة الأكثر برودة التي سجلت على الأرض، وقد قُسمت درجة الحرارة المنخفضة القياسية بعد التبريد على خط قريب من 30 كيلو متراً على مدى 10 أيام من درجة الحرارة القريبة من شهر تموز/يوليه، مما يدل على أن هذا لم يكن مجرد يوم شتاء عادي بل كان تقارباً استثنائياً في الظروف الجوية.
كيف تم تأكيد السجل
وقد أكد هذا السجل معهد البحوث في القطب الشمالي وفي أنتاركتيكا في لينينغراد (سانت بيترسبرغ)، روسيا، وقد تأكد المجتمع العلمي من هذا القياس بشكل شامل، مما جعله السجل الرسمي لأدنى درجة حرارة تحدث بصورة طبيعية تقاس مباشرة على سطح الأرض، وتضمنت عملية التأكيد تحليلا دقيقا لأدوات الأرصاد الجوية، وبروتوكولات المراقبة، والظروف الجوية التي حدثت أثناء الحدث.
ومن المثير للاهتمام أن بعض المصادر أعطت هذه الدرجة في البداية هي -89.4 درجة مئوية، ولكن الخطأ ربما كان نتيجة تحويل من سيليسيوس إلى فهرنهايت وتقريبها إلى -129 درجة ف ثم تحويلها إلى سيليسوس، مما يبرز أهمية الاحتفاظ بسجلات دقيقة وتحديات تحويل الوحدات في القياسات العلمية.
لماذا محطة فوستوك تختبر مثل هذا الملتوي
العوامل الجغرافية والطوبوغرافية
وترتفع محطة فورستوك إلى ارتفاع قدره 488 3 مترا (444 11 مترا)، وترتفع فيها إلى أعلى صفحة شرق أنتاركتيكا، وترتفع درجة حرارة الهواء بمقدار 6.5 درجة مئوية لكل كيلومتر واحد، ونظرا لأن متوسط ارتفاع أنتاركتيكا يبلغ 2.3 كيلومترا، فإن الهواء أكثر برودة بكثير مقارنة بالمحيط القطبي الشمالي، الذي هو في مستوى سطح البحر.
محطة فورستوك تقع بعيدا عن التأثير المعتدل للمحيطات (أكثر من 1000 كيلومتر من أقرب ساحل بحري) وخط العرض المرتفع الذي ينتج عن حوالي ثلاثة أشهر من ليلة القطب المدني كل عام (أقل من شهر مايو إلى نهاية تموز/يوليه) أنتاركتيكا هي أرضية ضخمة تتلقى حرارة ضئيلة جدا من المحيط بينما غطاء الجليد القطبي الشمالي ضعيف نسبياً
الظروف الجوية
محطة فورستوك لديها مناخ سقف جليدي مع تهيج سنوي يبلغ 22 ملليمتراً فقط (0.87 في)، وكلها تحدث كثلج، مما يجعلها واحدة من الأماكن الأقل تجمداً على الأرض، كما أن الهواء في أنتاركتيكا جاف جداً، ودرجات الحرارة المنخفضة تؤدي إلى رطوبة مطلقة منخفضة جداً، مما يعني أن الجلد الجاف والشفاه المتصدعة يمثلان مشكلة مستمرة بالنسبة للعلماء والمتحركين العاملين في القارة.
إن التأمل الكبير (البدا) للثلوج والجليد يسبب ما يصل إلى 85 في المائة من العزل الذي سيظهر، مما يحد من استيعاب الإشعاع الشمسي على مستوى الأرض ويحد من كمية الاحترار التي يمكن أن تحدث خلال الأشهر الصيفية، ويخلق هذا الأثر الالبدو دورة للتأمين الذاتي تعكس فيها الأضواء البيضاء، وتمنع الاحترار وتحافظ على الظروف الباردة القصوى.
"الليلة القطبية"
وتستغرق ليلة القطب حوالي 120 يوما في فوستوك، من أواخر نيسان/أبريل إلى منتصف آب/أغسطس، بما في ذلك 85 يوما متواصلا من الليل القطبي المدني، والليلة القطبية ظاهرة تحدث في المناطق الشمالية والجنوبية من الأرض عندما تظل الشمس تحت الأفق لأكثر من 24 ساعة، وهذا يحدث فقط داخل الدوائر القطبية.
إن أبرد فترة في الهضبة القطبية الداخلية تحدث عادة في أواخر آب/أغسطس، قبل أن تعود الشمس بعد الليل القطبي الطويل مباشرة، وخلال هذا الظلام الممتد، يتجاوز الإشعاع الأرضي المتقادم بدرجة كبيرة الإشعاع الشمسي القادم، مما يؤدي إلى تهدئة سطحية قوية ويتسبب في تحولات حرارة أنتاركتيكا التي تزداد فيها درجة الحرارة من السطح إلى أعلى بحوالي 000 1 قدم فوق السطح.
الظروف الخمسة الحرجة خلف سجل عام 1983
وقد أجرى العلماء تحليلات مفصلة لفهم سبب انخفاض درجة الحرارة بشكل كبير في ذلك اليوم من تموز/يوليه في عام 1983، وحدث هذا الحدث بسبب خمسة شروط محددة نشأت: (1) كانت درجة الحرارة في قلب دودة منتصف الغلاف الجوي منخفضة القيمة؛ (2) انتقل مركز دودة الهواء إلى المحطة؛ (3) ظل نظام تدفق شبه دائري حول المحطة لمدة أسبوع نتيجة فقدان طفيف في الهواء الدافئ.
والبرد الشديد ناتج عن عدم وجود إشعاع شمسي، سماء واضحة، خليط عمودي صغير، هواء هادئ لمدة طويلة، وارتفاع مستوى المحطة، وكل من هذه العوامل تسهم بمفردها في درجات الحرارة الباردة، ولكن ظهورها في نفس الوقت خلق الظروف المثالية لقياس كسر السجلات، وتوافق جميع الظروف الخمسة نادر نسبيا، مما يفسر عدم ملاحظة درجات الحرارة القصوى كل شتاء، حتى في فوستوك.
وقد وجد الباحثون الهواء الدافئ نسبيا، الذي يتدفق عادة فوق المحيط الجنوبي إلى هضبة أنتاركتيكا، وقد توقف تقريبا خلال هذه الفترة، وحال تدفق الهواء البارد المحيط بفوستوك دون اختلاط الهواء الدافئ من خطوط العرض الدنيا، وعزل منطقة المحطة عن تدفق الهواء الدافئ، وتسبب في ظروف التبريد شبه الآلية، وكانت هذه العزلة الجوية حاسمة في تحقيق درجة حرارة منخفضة.
حتى درجة الحرارة الباردة: اكتشافات السواتل
قياسات درجة الحرارة السطحية من الفضاء
وفي حين أن فوستوك يحمل سجل قياسات درجات الحرارة المباشرة في الهواء، فقد كشفت عمليات الرصد بواسطة السواتل درجة حرارة سطحية أبرد في أنتاركتيكا، وفي 10 آب/أغسطس 2010، أظهرت عمليات الرصد بواسطة السواتل درجة حرارة سطحية تبلغ 93 درجة مئوية (134 درجة شرقاً؛ و 181 درجة مئوية) عند درجة حرارة 81 درجة 48 درجة غرباً و18 درجة مئوية، على طول ارتفاع يتراوح بين دومي أرغوس ودومي فوجي، في الساعة 00/15 (0000 8 متر) في ارتفاع في سان فرانسيسكو (8 متر) في المائة في عام 2013.
أقل درجة حرارة مسجلة في أي موقع على سطح الأرض عند درجة 8148 درجة مئوية 63 درجة غرباً تم تنقيحها بواسطة بيانات جديدة في عام 2018 في حوالي 100 موقع، تتراوح بين 93.2 درجة مئوية (135.8 درجة شرقاً) و98 درجة مئوية (144.4 درجة شرقاً) و144.4 درجة شرقاً) وحوالي 144 درجة شرقاً هو المكان الأكثر برودة على الكوكب وفقاً لقياسات السواتل الحديثة
لماذا هذه ليست الوثائق الرسمية
ولا تُدرج القيمة باعتبارها أدنى درجة حرارة قياساً بالاستشعار عن بعد من السواتل وليس بواسطة مقاييس حرارية أرضية، خلافاً لسجل عام 1983، ودرجة الحرارة المعلن عنها تعكس سطح الجليد، بينما قيست قراءات فوستوك الهواء فوق الجليد، وبالتالي فإن القياسين غير قابلين للمقارنة مباشرة، وهذه القياسات غير مباشرة ولا تعتبر سجلات " رسمية " من جانب منظمات مثل المنظمة العالمية للأرصاد الجوية، التي تتطلب قياساً مباشراً.
ويرتفع الهواء بدرجات قليلة فوق السطح، وبمقارنة القياسات الساتلية ببيانات من أقرب محطات الطقس، اكتشف الباحثون أن درجات الحرارة في هذه المنطقة ستكون أكثر دفئاً بقليل قرب ارتفاع رأس الإنسان، وحوالي 137 درجة ف، ولكن عند السطح، حيث يلمس قدمك الجليد، فقد رأوا درجات حرارة من أقل من 144 درجة ف.
احتمال حدوث درجة حرارة حتى أدنى
ويقدر العلماء أنه إذا حدثت فترة أطول من العزلة، فإن درجة الحرارة السطحية في فوستوك يمكن أن تنخفض إلى حوالي 96 درجة مئوية. وعادة ما يكون الموقع الأعلى لدوم أرغوس 5-6 كيلو برودة أكبر من فوستوك، بحيث يكون له القدرة على تسجيل درجة حرارة أقل، واقترح البروفيسور تيرنر أنه إذا كانت هناك مناطق ثابتة محليا أعلى من الحافة، فإن درجات الحرارة يمكن أن تهبط إلى درجة منخفضة عند 95 درجة مئوية.
هذه التنبؤات تشير إلى أن أبرد درجات الحرارة التي تحدث طبيعياً قد لا تكون ملاحظه بعد، وأنه في ظل الظروف المناسبة، يمكن تسجيل المزيد من البرد في داخل أنتاركتيكا، لكن هذه الظروف ستتطلب فترة أطول من العزلة في الغلاف الجوي والسموم الواضحة مما حدث في عام 1983.
الحياة والبحث في محطة فوستوك
تاريخ المحطة والعمليات
وقد أنشئت محطة فوستوك في 16 كانون الأول/ديسمبر 1957 خلال السنة الدولية للفيزياء الأرضية في إطار المرحلة الثانية من التوسع السوفياتي في أنتاركتيكا، وتم تشغيلها في مدار السنة لأكثر من 72 عاما، على الرغم من أن المحطة أغلقت مؤقتا من كانون الثاني/يناير 1962 إلى كانون الثاني/يناير 1994، وخلال شتاء عام 2003، وفي 28 كانون الثاني/يناير 2024، شارك الرئيس الروسي فلاديمير بوتين في احتفال تعيين مجمع البحوث الشتوية الجاري في المحطة عن طريق وصلة بالفيديو.
ويقع في فوستوك في الشهر الصيفي حوالي 25 شخصاً، حيث يبلغ متوسط درجة الحرارة فيها - 30 درجة مئوية ويصنفون على أنهم " سمير " بينما يوجد 13 شخصاً فقط في الشتاء، ويواجهون الهواء بأقل قدر من الرطوبة أو محتوى الأكسجين، ورياح قوية، وقطع الكهرباء، وحوالي أربعة أشهر من الليل فقط، وتمتد تحديات المعيشة والعمل في فوستوك إلى أبعد من البرد الأقصى.
فترة التدرج على مدار السنة
- متوسط درجة حرارة الموسم البارد (من نيسان/أبريل إلى أيلول/سبتمبر) حوالي 66 درجة مئوية (87 درجة مئوية)، في حين أن متوسط درجة حرارة الموسم الدافئة (من تشرين الأول/أكتوبر إلى آذار/مارس) يبلغ نحو 44 درجة مئوية (47 درجة مئوية) ودرجة الحرارة المسجلة في فوستوك هي 14,0 درجة مئوية (6.8 درجة مئوية) التي حدثت في 5 كانون الثاني/يناير 1974، ومتوسط الحرارة في شهر آب/أغسطس 1987 البالغ 8 درجات مئوية.
ورغم أن فوستوك لم يؤكد، فقد أفيد بأن درجة حرارة تبلغ 91 درجة مئوية (132 درجة مئوية) في 28 تموز/يوليه 1997، وهي درجة ستكون أكثر برودة من سجل عام 1983، إلا أن قياس عام 1983 ما زال، دون تأكيد رسمي، هو الرقم القياسي المعترف به لدرجات الحرارة الجوية الأكثر برودة المقاسة مباشرة على الأرض.
أنشطة البحث العلمي
وتشمل البحوث التي أجريت في فوستوك الحفريات الأساسية للجليد والمغنطيسية، وقد تم، بقيادة البروفيسور بوريس كودرايشوف، الحصول على عينات أساسية من الجليد القديم، وعُين المبنى المجمّع للحفر موقعا أو مصباحا تاريخيا (HSM 88)، وذلك بناء على اقتراح من روسيا للاجتماع الاستشاري لمعاهدة أنتاركتيكا، وتوفر هذه النواة الجليدية معلومات قيّمة عن تاريخ الأرض المناخي الذي يمتد على مئات الآلاف من السنوات.
المحطة تسكن فوق بحيرة فوستوك، واحدة من أكبر البحيرات الفرعية في أنتاركتيكا، بحيرة فوستوك تقع على بعد حوالي 000 4 متر (13 قدما) تحت سطح صحيفة الجليد المركزية في أنتاركتيكا وتغطي مساحة قدرها 000 14 كيلومتر مربع (400 5 متر مربع)، وقد أصبحت هذه البحيرة المخبأة موضع اهتمام علمي مكثف، حيث أنها قد تأوي حياة فريدة من الميكروبات التي انعزلت عن السطح لملايين السنين.
القارة القطبية الجنوبية: القارة الباردة
لماذا أنتاركتيكا هي كولدر ثان من القطب الشمالي
والسبب في الاختلاف المناخي الكبير بين القطب الشمالي والجنوبي يكمن أساسا في التوزيع العكسي للأرض والبحر: القطب الشمالي محيط محاط بالأرض، في حين أن أنتاركتيكا قارة محاطة بالمحيطات، ولا يوجد في المحيط القطب الشمالي، وهو مصدر حراري يخفف من حدة المناخ، نظير في القطب الجنوبي، وهو الارتفاع الكبير في الغطاء الجليدي الذي يكثف من مناخه القطبي.
وفي محطة القطب الجنوبي، يبلغ متوسط درجة الحرارة الصيفية الشهرية 18 درجة ف، ومتوسط درجة الحرارة الشهرية الشتوية 76 درجة ف، وهو أكثر برودة بكثير من درجات حرارة القطب الشمالي، التي يبلغ متوسطها 40 درجة شرقاً في الشتاء و32 درجة شرقاً في وسط فصل الشتاء، وبالمقارنة، فإن درجة حرارة القطب الجنوبي، نظراً للانخفاض في درجة الحرارة، تتراوح بين 5 و18 درجة مئوية.
سمات المناخ الوحيدة في أنتاركتيكا
إن مناخ أنتاركتيكا هو أبرد ما في الأرض، والقارة أيضا جاف للغاية (وهي صحراء)، ومتوسط يبلغ 166 ملم (6.5 في) من التهطال في السنة، وداخل القارة القطبية الجنوبية لا يفتأ كثيراً من التهطال الذي يُحتسب بين صحر العالم القاحلة، ويفيد برنامج أنتاركتيكا بأن القارة بأسرها، القارة القطبية الجنوبية، تتلقى متوسطاً يبلغ 2 في المائة من الأمطار.
تقريباً كل الأنتاركتيكا مغطى بورقة من الجليد، أي على الأقل 500 1 متر (خمسة آلاف قدم) سميكة، وتحتوي أنتاركتيكا على 90 في المائة من الثلج في العالم وأكثر من 70 في المائة من مياهها العذبة، وبفضل الجليد السميك، يبلغ متوسط ارتفاع أنتاركتيكا أكثر من 000 6 قدم (أكثر من ميل فوق سطح البحر)، وأعلى أجزاء الجليد الموجودة بالقرب من وسط شرق أنتاركتيكا،
سون شاين بارودوكس
فوستك هو أحد أغرب الأماكن على الأرض، رغم عدم وجود أشعة الشمس في جميع أنحاء أيار/مايو وآب/أغسطس؛ فهناك ساعات من أشعة الشمس في السنة أكثر من أكثر الأماكن شمس في جنوب أفريقيا وأستراليا وشبه الجزيرة العربية، وفوستوك لديه أعلى مجموع أشعة الشمس لأي شهر تقويمي على الأرض، في المتوسط 708.8 ساعة من شروق الشمس في كانون الأول/ديسمبر، أو 22.9 ساعة يوميا.
سجلات أخرى عن المعبد البارد حول العالم
شمال نصف الكرة الأرضية
في 6 شباط/فبراير 1933، سُجلت درجة حرارة تبلغ 67.7 درجة مئوية (89.9 درجة مئوية) في محطة الطقس في أويمياكون، وفي ذلك الوقت كانت هذه أبرد درجة حرارة في نصف الكرة الشمالي، وكانت مدينة أويمياكون الصغيرة في روسيا هي أبرد منطقة مأهولة بالسكان بشكل دائم، وقُسمت أدنى درجات الحرارة في 6 شباط/فبراير 1933، عندما بلغت درجة الحرارة في عام 1967.
غير أن المنظمة العالمية للأرصاد الجوية اعترفت في عام 2020 بدرجات حرارة تبلغ 69.6 درجة مئوية (93.3 درجة مئوية) مقاسة قرب القمة الطبوغرافية لصحيفة الجليد في غرينلاند في 22 كانون الأول/ديسمبر 1991، باعتبارها أدنى درجة في نصف الكرة الشمالي، وقد تم قياس السجل في محطة جوية آلية وتم اكتشافه بعد ما يقرب من 30 سنة، مما يدل على أنه حتى في المناطق التي تم فحصها جيدا، لا تزال هناك سجلات جديدة لدرجات الحرارة في هذا البلد.
وعلى سبيل المقارنة، كانت درجة الحرارة الأكثر برودة التي سجلت في الولايات المتحدة في أقل من 48 درجة حرارة مطروحة من 70 درجة ف (57 درجة مئوية) في روجرز باس، مونت، في كانون الثاني/يناير 1954، مما يدل على أن درجة الحرارة في الولايات المتحدة القارية هي أكثر دفئا بكثير من تلك التي شهدتها أنتاركتيكا أو أبرد أجزاء من القطب الشمالي.
قياسات أنتاركتيكا التاريخية
وقد أجري القياس الموثوق التالي خلال موسم عام 1957 في محطة القطب الجنوبي في أموندسن - سكوت في أنتاركتيكا، حيث أسفر عن 7.6 7 درجة مئوية (100.5 درجة ف؛ 199.6 ك) في 11 أيار/مايو و74.5 درجة مئوية (102.1 درجة شرقاً؛ 198.7 كتار) في 17 أيلول/سبتمبر، وكان الرقم القياسي العالمي التالي منخفضاً هو قراءة للمرحلة 1883 كحد أقصى (169).
Climate Change and Antarctica's Future
أنماط الإنذار المعقدة
وعلى الرغم من عزلة أنتاركتيكا، فقدت في العقود الأخيرة درجة حرارة وثلجية، مدفوعة بانبعاثات غازات الدفيئة، حيث دفء غرب أنتاركتيكا بأكثر من 0.1 درجة مئوية في العقد من الخمسينات إلى 2000، وظل شبه الجزيرة القطبية المتعرضة للاحترار يدفأها 3 درجات مئوية (5.4 درجة مئوية) منذ منتصف القرن العشرين، بينما لم تظهر القطب الجنوبي الأكثر برودة واستقرارا أي دفء حتى 2000 سنة.
وقد دفأت أنتاركتيكا بمعدل زهاء 0.12 درجة مئوية (0.22 درجة ف) في العقد منذ عام 1957، ليبلغ متوسط درجات الحرارة الإجمالية 0.5 درجة مئوية من درجة حرارة كليسيس (درجة واحدة ف). غير أن الاحترار الملاحظ طويل الأجل موجود في شبه جزيرة أنتاركتيكا وغرب أنتاركتيكا، مع تبريد متواضع في أجزاء من شرق أنتاركتيكا، ولا سيما خلال الخريف والشتاء المحوس، وهذا يدل على أن تغير المناخ يؤثر على أجزاء مختلفة من أجزاء مختلفة من القارة.
التغيرات الإقليمية في الاتجاهات المعمارية
إن شبه الجزيرة القطبية الجنوبية، التي هي الجزء الأبعد من القطب الجنوبي، تدفأ بسرعة، أسرع خمس مرات من المتوسط العالمي، ومنذ عام 1950، احترت شبه الجزيرة القطبية نحو 3 درجات مئوية (5.4 درجة ف)، وهي أكثر دفئا من أي مكان آخر في نصف الكرة الجنوبي، وقد أدى هذا الاحترار السريع إلى حدوث تغيرات كبيرة في المنطقة، بما في ذلك انهيار رفوف الجليد والتغيرات في الحياة البرية.
على شرق أنتاركتيكا، الذي هو أعلى بكثير في الارتفاع، اتجاهات الحرارة كانت أصعب لتقييم، وخلصت دراسة أجريت في عام 2014 إلى أن درجات الحرارة ارتفعت بمقدار 0.11 01,16 ْF في العقد بين 1958 و2012، ولكن الاتجاه لم يكن ذا أهمية إحصائية، في حين أن محطة أموندسن - سكوت في القطب الجنوبي - مقرها في شرق أنتاركتيكا قد تبدد في العقود الأخيرة، مع استعراض أقل لورقة عام 2014
وقود المحيطات وفقدان الجليد
وفي محيط أنتاركتيكا، استوعب المحيط الجنوبي حرارة محيطية أكثر من أي محيط آخر، وشهد دفئا قويا في أعماق تقل عن 000 2 متر (600 6 متر)، حيث احترار المحيط في غرب أنتاركتيكا بمقياس حرارة 1 درجة مئوية (1.8 درجة ف) منذ عام 1955، وأدى دفء المحيط الجنوبي حول أنتاركتيكا إلى إضعاف أو انهيار رف الجليد الذي يطفو بعيدا عن الجليد ويستقر فيه.
ففي الفترة بين عامي 1992 و 2017، فقدت أنتاركتيكا أكثر من ثلاثة تريليون طن من الجليد، معظمها جاء من صحيفة الجليد في أنتاركتيكا الغربية، وبعض أكثر الآثار الدرامية للاحترار تنهار القنابل الجليدية في غرب أنتاركتيكا، التي تسببها الاحترار، وهذه التغيرات لها آثار هامة على مستويات البحر العالمية وأنماط تداول المحيطات.
التوقعات المستقبلية
وفي إطار السيناريو الأكثر حدة لتغير المناخ، المعروف بمؤشر RCP8.5، يتوقع أن ترتفع درجات الحرارة السطحية في أنتاركتيكا بمقدار 3 درجات مئوية (5.4 درجة مئوية) بحلول عام 2070، وبمعدل 4 درجات مئوية (7.2 درجة مئوية) في المتوسط، بحلول عام 2100، ويقترن ذلك بزيادة بنسبة 30 في المائة في التهطال وبنقصان بنسبة 30 في المائة في الجليد البحري بحلول عام 2100، وتشير هذه الإسقاطات إلى أن أنتاركتيكا ستستمر في حدوث تغيرات في القارة في القارة.
إن أنتاركتيكا باردة جدا لدرجة أن درجات الحرارة ستظل عموما دون نقطة الانصهار من الجليد، وهذا يعني أنه في حين أن أنتاركتيكا تدفئ، فإنها ستبقى على الأرجح قارة مجمدة للمستقبل المنظور، على الرغم من أن معدل وحجم فقدان الجليد سيظلان عاملين حاسمين في تغير المناخ العالمي.
The Science of Extreme Cold
فهم التحولات إلى درجة الحرارة
وخلال منتصف الشتاء الأوسترال، كان هناك تحول شديد في درجة حرارة السطح، مما يشير إلى أن هذا التحليل هو ترتيب 25 كيلو في فوستوك، وخلال الحدث الموصوف، ازداد الفرق في درجة الحرارة بين السطح و500 هب في فوستوك من 20.9 كيلو في الساعة 00/000 في 11 تموز/يوليه إلى 34.7 كيلو في الساعة 00/000 في 21 تموز/يوليه، وهذه التحولات في درجة الحرارة هي سمات في المناطق القطبية وتؤدي دورا حاسما.
تحدث حالات التقلب عند تهوية البرد والكثافة بالقرب من السطح بينما يظل الهواء الدافئ في الهواء في الهواء النقي، وهذا عكس مسار درجة الحرارة الطبيعية في الغلاف الجوي، وهو واضح بشكل خاص في أنتاركتيكا خلال الشتاء، وتتصرف طبقة التحويل كغطاء، وتقطع الهواء البارد على السطح وتمنع الخلط بين الهواء الدافئ من الأعلى.
دور التكرير الإشعاعي
فبدون وجود طبقة غزيرة وحمائية من المياه غنية بالجو، والتي تستوعب في مناطق أخرى الإشعاعات الطويلة المدى وتعيد إشعاعها، يفقد سطح أنتاركتيكا الطاقة الحرارية بسهولة في الفضاء، وأثناء التعاويذ الجافة في أنتاركتيكا، عندما يكون معظم بخار المياه قد غرق خارج الغلاف الجوي، يبدأ فتح نافذة لا تفتح عادة أي مكان آخر على الأرض، وتتحول حرارة الجليد إلى هروب.
عملية التبريد الإشعاعي هذه أكثر فعالية عندما تكون السماء واضحة والغلاف الجوي جاف، عادة ما تعمل بخار الماء وسحبه كبطانية، تستوعب الإشعاعات الفوقية وتعيد إشعاعها إلى السطح، وفي ظروف القطب الجنوبي الجافة والواضحة، يتم التقليل من هذا التأثير البطاني إلى أدنى حد، مما يسمح بفقدان الحرارة إلى الفضاء.
ريح كاتاباتيك
وبسبب ارتفاع متوسط الارتفاع في أنتاركتيكا، هناك أيضا ضغط أقل في الغلاف الجوي، وانخفاض الضغوط الجوية التي تسهم في إبقاء المنطقة باردة، وارتفاع متوسط ارتفاع ارتفاع الهواء يسمح بالهبوط والهبوط في أنتاركتيكا (يسمى هذا رياح كاتاباتيك) وهذه الرياح التي تحركها الجاذبية تنخفض من ارتفاع المناطق الداخلية في أنتاركتيكا إلى الساحل، ويمكن أن تصل إلى سرعة قوة الأعاصير في بعض المواقع.
إن الرياح القاتمة تؤدي دورا هاما في نظام المناخ في أنتاركتيكا بنقل الهواء البارد من المناطق الداخلية إلى المناطق الساحلية، ولكن في فوستوك خلال الحدث البارد، كانت سرعة الرياح السطحية منخفضة للموقع، وهو أحد العوامل الرئيسية التي تسمح بأن تنخفض درجات الحرارة بشكل كبير، وكانت الرياح القوية ستخلط الهواء وتمنع هذا التبريد المتطرف.
Implications for Climate Science
فهم مُضيات المناخ للأرض
الحرارة الباردة في فوستوك توفر للعلماء بيانات قيمة عن حدود تقلبات المناخ الطبيعي للأرض، وبدراسة الظروف التي أدت إلى هذا الحدث المتطرف، يمكن للباحثين أن يفهموا بشكل أفضل العمليات الجوية التي تحكم المناخ القطبي وكيف تستجيب هذه المناطق للتغيرات في الأنماط المناخية العالمية.
دراسة تغير المناخ في أنتاركتيكا مهمة لأنها تمكن العلماء من التنبؤ بتغيّر المناخ في المستقبل بشكل أدق، وتقديم المعلومات إلى السياسيين وصانعي السياسات، فالظروف القصوى في أماكن مثل فوستوك هي بمثابة مختبرات طبيعية لفهم كيفية عمل نظام المناخ الأرضي في ظل أشد الظروف صعوبة.
Ice Core Research
ويكشف تحليل لبؤات الجليد في أنتاركتيكا وسجلات الرواسب البحرية أن صحيفة الجليد في أنتاركتيكا قد نمت وتقلصت على التاريخ الجيولوجي، وخلال السنوات الـ 800 ألف الماضية، شهدت الأرض ثماني دورات جليدية (كلها عصر جليد وفترة دافئة)، وتوفر نواة الجليد التي حفرت في فوستوك وغيرها من المواقع في أنتاركتيكا محفوظات لا تقدر بثمن من الأحوال المناخية في الماضي، تحتوي على فقاعات جوية محصورة تحافظ على عينات من الغلاف الجوي القديم.
وتتيح هذه النواة الجليدية للعلماء إعادة بناء درجات الحرارة السابقة، وتكوين الغلاف الجوي، وأنماط التهطال التي تمتد مئات الآلاف من السنوات، وهذا المنظور الطويل الأجل أساسي لفهم التغيرات المناخية الراهنة في سياقها الصحيح، وللتحقق من النماذج المناخية المستخدمة في وضع الظروف المستقبلية.
Global Climate Connections
وتؤثر التغيرات في تداول الجليد في أنتاركتيكا والمحيط الجنوبي على الأنماط المناخية العالمية، بما في ذلك هطول الأمطار وتقلب درجات الحرارة في أفريقيا، وتؤثر حرارة أنتاركتيكا على تيار القطب الجنوبي وستار أغولهاس الذي ينقل الحرارة والرطوبة عبر نصف الكرة الجنوبي، مع تفاوت الآثار الإقليمية: إذ تشهد شمال أفريقيا تزايد شح المياه، وتظهر شرق أفريقيا حدوث هطول شديد التباين مع تغير الجفاف والمطر الشديد، وتواجه جنوب أفريقيا درجات حرارة متزايدة.
فالمياه الباردة والملحة للغاية حول القارة القطبية الجنوبية تغرق في أعماق المحيط، مما يقود حزاماً من حرارة المحيطات حول العالم، والمحيط الجنوبي فعال جداً في استيعاب ثاني أكسيد الكربون في غازات الدفيئة من الغلاف الجوي نتيجة لخلط المحيطات بسبب الرياح الشديدة الوطأة في جميع أنحاء القارة، وهذه الروابط العالمية تعني أن التغيرات في أنتاركتيكا لها آثار بعيدة المدى على المناخ والأنماط الجوية في جميع أنحاء العالم.
Challenges of Extreme Cold Environments
بقاء البشر وتكيفهم
إن بقاء الإنسان عند درجة حرارة 89.2 درجة مئوية مستحيل بدون معدات واقية واسعة النطاق وتدريب متخصص، وحتى مع أفضل المعدات، فإن وقت التعرض محدود جدا، حيث يحدث الفروستبيت في غضون دقائق، ويظل نقص الحرارة يشكل تهديدا مستمرا، ويطرح البرد الشديد في فوستوك وفي مواقع مماثلة تحديات غير مسبوقة أمام السكن البشري والبحوث العلمية.
وتعد الطبقات المتعددة من الملابس المزروعة أساسية، بما في ذلك الملابس الداخلية الحرارية، وطبقات الفرو، وقصف خارجي مضاد للريح ومقاومة للماء، مع مكونات رئيسية تشمل حديقة ذات غطاء مائل، وقفازات أو قفازات معزولة، وحذاء معزول، بالإضافة إلى الملابس، يجب على الباحثين أن يتصدوا أيضاً لفشل المعدات، حيث أن العديد من المواد تصبح رطبة وبط حرارة.
التحديات التكنولوجية
إن البرد المتطرف يطرح تحديات عديدة، منها الحفاظ على قدرة المعدات على العمل، ومنع تجميد الوقود، وضمان إمدادات موثوقة من الطاقة، ومواجهة الآثار النفسية للعزلة المطولة والظروف البيئية القاسية، وتتطلب هذه التحديات حلولا هندسية مبتكرة، والتخطيط الدقيق لضمان سلامة عمليات البحث في أنتاركتيكا ونجاحها.
وتستخدم مقاييس حرارة متخصصة، وتملأ عادة بالكحول أو غيرها من السوائل التي تكون فيها نقاط تجميد منخفضة للغاية، وتستخدم أجهزة الاستشعار الالكترونية أيضا، وتُعيَّن للعمل بدقة في درجات الحرارة المرتفعة، مع اعتبار المعايرة حاسمة لضمان دقة القياسات، كما أن تطوير وصيانة أدوات قادرة على العمل بصورة موثوقة في هذه الظروف القصوى يشكل تحديا مستمرا للبحوث القطبية.
الآثار النفسية والصحية
وبالنسبة لمن يعيشون في القطب الشمالي (أو الذين يقيمون في محطات البحوث في أنتاركتيكا)، يمكن أن تشكل الليلة القطبية تحديا عميقا، كما أن غياب الطعائر المألوفة ودورات الليل اليومية يمكن أن يؤثر على الإيقاعات الإيقاعية في السيركادي ويعطل النوم، كما أن الافتقار الدائم إلى ضوء النهار يُسد الطاقة في كثير من الأحيان، ويخلق الجمع بين السود والظلم والعزلة ضغوطا نفسية فريدة لمن يفصل الشتاء في محطات البحوث في أنتاركتيكا.
لكن العيش في الليل القطبي الطويل ليس بائساً عالمياً، ويتقبل الكثير من السكان التجربة، مع أحد سكان (سفالبارد) يشرح: "يجب أن ترى الجمال في [الظلام]، و بالنسبة لي، هذا ليس صعباً على الإطلاق، أشعر أنّي أكثر غموضاً بالطبيعة عندما أخرج إلى الظلام"
"السيّارة الأوسع لـ "مُعظم الأرض
مقارنة السجلات الساخنة والملوثة
بينما (فوستوك) لديه سجل لدرجات الحرارة الباردة، الأرض أيضاً تُعاني من حرارة شديدة، الحرارة الأكثر حرارةً على الأرض أكثر حرارة بكثير من البرد، مما يدل على عدم التماثل في درجات حرارة الأرض القصوى، وهذا الفارق يعكس الاختلافات الأساسية في كيفية توليد الحرارة والبرد والحفاظ عليهما على كوكبنا.
إن نطاق درجات الحرارة التي تحدث طبيعيا على سطح الأرض يمتد أكثر من 200 درجة مئوية من أبرد قياسات أنتاركتيكا إلى أكثر المناطق صحراء، وهذا النطاق الرائع يدل على تنوع الظروف المناخية على كوكبنا وعلى قدرة الحياة على التكيف مع هذه الظروف القاسية.
المنظور الكوكبي
باحث في مركز بيانات الثلج والسنوية الوطني يقول عن أبرد الأماكن في أنتاركتيكا: "إنه مكان قريب جداً من حدوده، إنه مثل كوكب آخر"
إن فهم هذه الظروف القاسية يساعد العلماء على فهم مجموعة المناخات الممكنة على الأرض والتي يمكن أن تُقام على الكواكب الأخرى، وتسهم دراسة المتطرفات البرودة في أنتاركتيكا في فهمنا الأوسع لنظم المناخ الكواكبي والعوامل التي تحدد مدى القدرة على الاعتداد بها.
الرصد والبحث في المستقبل
تحسين شبكات القياس
وكانت محطات الرصد في أنتاركتيكا قليلة وكبيرة بين ذلك؛ وكانت فوستوك قبل عام 1995 محطة البحوث الوحيدة في منطقة أنتاركتيكا فوق ارتفاع 000 3 متر (باستثناء محطة بلاتاو خلال الفترة القصيرة التي كانت نشطة فيها في الستينات)، ولم تسجل أي محطات أخرى لعدد من مئات الكيلومترات في أي اتجاه، ودرجات حرارة أدنى من 892.2 درجة مئوية (128.6 درجة شرقا)، إذا لم تكن موجودة في مكان آخر.
وقد وضع فريق البحوث مجموعة من الأدوات التي تهدف إلى البقاء والعمل في أبرد الأماكن خلال الشتاء وقياس درجات الحرارة الجليدية والجوية على السواء، ويخططون لنشر الأدوات في العام المقبل أو الثاني، خلال الصيف الذي تكون فيه درجات الحرارة أقل نسبياً - 30 درجة مئوية (22 درجة فهرنهايت)، وهذه الأدوات الجديدة ستساعد على سد الثغرات في فهمنا لأبشع المناطق في أنتاركتيكا.
سلف التكنولوجيا الساتلية
تكنولوجيا السواتل قد أحدثت ثورة في قدرتنا على رصد درجات حرارة القارة القطبية الجنوبية، مما سمح للعلماء بمراقبة المناطق النائية جدا أو غير المبشرة بالزراعات الجوية الدائمة، فالسواتل يمكن أن تقيس درجة الحرارة الأرضية للقارة بأكملها، ولكن فقط في أيام واضحة، عندما لا تحجب الغيوم عن وجهة النظر، وعلى الرغم من هذا الحد، فقد أثبتت السواتل أنها لا تقدر بثمن لتحديد المواقع الأكثر برودة في هضبة القطب الجنوبي.
ويوفر الجمع بين عمليات الرصد الساتلية والقياسات الأرضية صورة أكمل لدرجات حرارة أنتاركتيكا عن أي من الطرق وحدها، ومن المرجح أن تستمر أوجه التقدم في المستقبل في تقنيات تكنولوجيا السواتل وتحليل البيانات في تحسين فهمنا لدرجات الحرارة القصوى في أنتاركتيكا والمناطق النائية الأخرى.
Climate Model Validation
ويبالغ البرنامج في تقدير حرارة أنتاركتيكا بشكل كبير، على غرار المعدل العالمي، ويزيد إلى أقصى حد من مستوى المناطق الداخلية في أنتاركتيكا، غير أن متوسط درجات الحرارة ودرجات الحرارة القصوى تدل على أن القارة القطبية الجنوبية الداخلية تشهد تغيرا ملحوظا في المناخ، مما يوازي السلوك المتوقع في إطار المبادرة العالمية لمكافحة الاتجار بالبشر، ولكن مع انخفاض حجمه.
وتبرز التباينات بين التنبؤات والملاحظات النموذجية في أنتاركتيكا تعقيد نظم المناخ القطبية والتحديات التي تواجه حفزها بدقة، وسيساعد مواصلة البحث في الآليات التي تقود المناخ في أنتاركتيكا، بما في ذلك الأحداث الباردة الشديدة مثل سجل فوستوك لعام 1983، على تحسين هذه النماذج وتحسين قدرتنا على التنبؤ بالتغيرات المناخية في المستقبل.
النتيجة:
إن درجة حرارة كسر السجلات -89.2 درجة مئوية (128.6 درجة ف) التي تقاس في محطة فوستوك في 21 تموز/يوليه 1983، لا تزال واحدة من أكثر الملاحظات التي تُلاحظ في تاريخها، وهذا القياس المتطرف يمثل تقارب عوامل الغلاف الجوي والجغرافي المتعددة التي خلقت أبرد الظروف المسجلة مباشرة على سطح الأرض، ويوفر هذا الحدث نظرة ثاقبة لا تقدر بثمن على حدود تقلبات المناخ الطبيعي للأرض والعمليات التي تحكم المناخ القطبي.
بينما رصدت المراقبة الساتلية درجة حرارة سطحية أكثر برودة في داخل أنتاركتيكا، فإن سجل فوستوك يظل المعيار الرسمي لدرجات الحرارة الجوية الأكثر برودة التي تقاس بواسطة أدوات أرضية، وهذا التمييز مهم للحفاظ على معايير علمية متسقة وضمان إمكانية مقارنة سجلات درجات الحرارة عبر الزمن والموقع.
ومع استمرار تأثير تغير المناخ على القارة القطبية الجنوبية بطرق معقدة، حيث تدفأ بعض المناطق بسرعة بينما تظل مناطق أخرى مستقرة أو حتى هادئة قليلا، فإن أهمية فهم الأحداث الباردة الشديدة مثل سجل فوستوك لعام 1983 لا تزيد إلا، وهذه المتطرفات تساعد على تحديد حدود نظام المناخ الأرضي وتوفر بيانات حاسمة للتحقق من نماذج المناخ والتوقعات التي ستتغير في المستقبل.
البحث الجاري في محطة فوستوك وغيرها من مواقع أنتاركتيكا يستمر في تعزيز فهمنا للمناخ القطبي، والديناميات الجليدية، والوصلات المناخية العالمية، ومع تحسن التكنولوجيا، واتساع شبكات الرصد، قد نكتشف حتى الآن درجات حرارة أكثر برودة في المناطق الداخلية الواسعة في أنتاركتيكا، مما يزيد من زيادة حدود معرفتنا بشأن بيئات الأرض الأكثر برودة.
وللمزيد من المعلومات عن المناخ والبحوث في أنتاركتيكا، يرجى زيارة دراسة أنتاركتيكا البريطانية ]، المركز الوطني للبيانات الثلجية والثلجية ، أو برنامج أنتاركتيكا التابع للولايات المتحدة .