چرا وجود اقیانوس قطب جنوب بسیار برای کره زمین حیاتی است؟!

در سال 2018، طرحی به وجود آمد که در آن زمین از بالای قطب جنوب مشاهده می‌شد که برای نشان دادن ماهیت متصل حوضه‌های اقیانوس طراحی شده بود. این دیدگاه به طور طبیعی زندگی افرادی که در نیمکره جنوبی تحت سلطه اقیانوس قرار دارند، را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

اقیانوس جنوبی که اقیانوس قطب جنوب (یا حتی اقیانوس استرال) نیز نامیده می‌شود، مانند هیچ یک از اقیانوس‌های دیگر نیست و از بین آن‌ها بهترین توصیف می‌شود. در ادامه این مطلب با ما، آی‌تی‌رسان، همراه باشید.

ذخیره گرما و کربن

بیایید ابتدا به ظرفیت اقیانوس جنوبی برای ذخیره گرمای اضافی و کربن نگاهی بیندازیم. اقیانوس‌های جهان بیش از 90 درصد گرمای اضافی حاصل از سوزاندن سوخت‌های فسیلی و یک سوم دی اکسید کربن اضافی را به خود اختصاص می‌دهند. تخمین زده می‌شود که اقیانوس جنوبی، 30 درجه سانتیگراد، حدود 75 درصد از این جذب جهانی اقیانوس از گرمای اضافی و حدود 35 درصد از جذب جهانی کربن اضافی را از جو در خود ذخیره کند. این ذخیره اولیه گرما و کربن برای کره زمین است.

اقیانوس جنوبی، تمام حوضه‌های اصلی اقیانوس‌ها، به جز قطب شمال را به هم متصل می‌کند. ارتباط آن جریان قطبی قطب جنوب (ACC) یا همان بزرگترین جریان اقیانوس روی کره زمین است. این جریان بیش از 100 برابر جریان رودخانه‌های موجود در زمین را حمل می‌کند و آب کافی را تا دریاچه انتاریو فقط در عرض چند ساعت پر می‌کند. ترکیبی از بادهای شدید و تقریبا بی‌وقفه از اطراف قطب جنوب جریان و سرعت بالای جریان قطبی قطب جنوب را ایجاد می‌کند.

تداخل جریان‌های جهانی

Roaring Forties ،Furious Fifties و Screaming Sixties همگی نام‌های مشهوری برای وزش بادهای شدید غربی هستند که تقریبا بدون وقفه در سراسر اقیانوس جنوبی می‌وزند و موج‌هایی به همان اندازه چشمگیر ایجاد می‌کنند. این مسئله منجر می‌شود تا اندازه‌گیری سطح اقیانوس دشوار شود.

اما تبادلات گرما و کربن از طریق این رابط پیچیده در سطح جهانی از اهمیت بالایی برخوردار است و اقیانوس‌شناسان ابزارهای خاصی را برای این محیط چالش‌برانگیز طراحی کرده‌اند. برای اینکه بهتر اقیانوس جنوبی را درک کنیم، باید در سه بعد فکر کرد. آب‌هایی که دارای خصوصیات مختلف هستند هم به صورت افقی و هم به صورت عمودی در گرداب‌ها مخلوط می‌شوند. آب نیمه گرمسیری نسبتاً گرم در جنوب مخلوط می‌شود، آب خنک عمیق اقیانوس اطلس شمالی به سمت بالا می‌رود و توده‌های آب قطبی سردتر به سمت شمال حرکت می‌کنند و دوباره به پایین فرو می‌روند. این کنش متقابل پیچیده توسط باد و به شکل کف دریا هدایت می‌شود.

در شمال، فقط سه گرفتگی عمده وجود دارد: گذرگاه دریک به عرض 850 کیلومتر، زیردریایی کرگولان و فلات کمپبل. در جنوب، جریان قطبی مقابل قطب جنوب قرار می‌گیرد. در اینجا اقیانوس با ترکیب آب نسبتا گرم جریان قطبی قطب جنوب با یخ‌های حاشیه قطب جنوب، نقش حیاتی دیگری در سیستم آب و هوایی جهانی ایفا می‌کند.

ذوب و یخ‌زدگی سالیانه یخ‌های دریا

چرخه سالیانه درست شدن و ذوب یخ‌های دریایی در اطراف قطب جنوب یکی از اصول تعیین‌کننده در کره زمین و یکی از جنبه‌های مهم اهمیت اقیانوس جنوبی است. دو منطقه قطبی از این نظر نمی‌توانند متفاوت باشند.

قطب شمال یک اقیانوس کوچک و عمیق است که توسط خشکی احاطه شده و فقط راه‌های خروجی باریکی دارد. اما قطب جنوب یک سرزمین بزرگ است و دارای یک فلات قاره است که توسط اقیانوس احاطه شده است. هر ساله 15 میلیون کیلومتر مربع از یخ دریا پیشروی کرده و در این آب‌ها عقب‌نشینی می‌کند.

یخ دریای قطب جنوب بر خلاف تغییرات واضح و چشمگیر در شمال، از الگوی‌های کمتری پیروی کرده است. در مقابل یک اقیانوس در حال گرم شدن، در واقع این اقیانوس در حال گسترش به سمت شمال بود تا اینکه در حدود سال 2016، ناگهان شروع به کوچک شدن کرد.

با نگاهی به چرخه سالانه یخ‌های دریای قطب جنوب، ممکن است تصور شود که با سرد شدن و گرم شدن هوا در سال، این یخ‌ها به سادگی گسترش یافته و در محل خود ذوب می‌شوند. اما در حقیقت، بیشتر تولید یخ دریا در آب محصور در یخ اتفاق می‌افتد. کارخانه‌های تولید یخ دریا که در نزدیکی ساحل هستند، با استفاده از بادهای سرد و سریع قطب جنوب که هر دو یخ جدید دریایی را به همان سرعتی که به نظر می‌رسد ایجاد می‌کنند و از بین می‌برند.

این روند باعث می‌شود به گردش جهانی اقیانوس بازگردیم. هنگامی که یخ جدید رشد می‌کند، نمک حاصل از آب دریا که در حال انجماد است فشرده می‌شود و با آب دریا پایین مخلوط می‌شود و سپس آب دریای سردتر و شورتری ایجاد می‌کند که به کف دریا فرو رفته و به سمت شمال تخلیه می‌شود. آب محصور در یخ در واقع مانند یک ایستگاه مترو در سیستم حمل و نقل جهانی است که آب را در قطب‌ها غرق می‌کند، و سپس به سمت شمال جریان می‌یابد تا در چرخه‌ای 1000 ساله به سمت بالا با آب‌های دیگر ترکیب شود.

هیچکدام از سکوهای یخی مانند هم نیستند!

شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای نشان داده است که چگونه سکوهای یخی حاشیه قطب جنوب در طی هزاره‌های گذشته از بین رفته‌اند. از آنجا که این ورقه‌های یخ شناور مستقیماً با اقیانوس برهم کنش دارند، باعث می‌شوند صفحه یخ به آب و هوا حساس شود. گرم شدن اقیانوس و تغییر در منبع آب در تماس با سکوی یخی می‌تواند باعث تغییر آن و به نوبه خود کل صفحه یخ شود. اما همه سکوهای یخی به یک شکل به گرم شدن واکنش نشان نمی‌دهند. برخی از حفره‌های اقیانوس‌ها سرد و به آرامی در حال تکامل یافتن هستند. بقیه سکوهای یخی در واقع به دلیل تأثیر متقابلشان با آب عمیق جریان‌های قطبی گرم توصیف می‌شوند. دیگری اکنون به سرعت در حال تغییر کردن است.

می‌توان بسیاری از فرآیندهای یخ کره را از فضا مشاهده کرد، اما برای درک واقعی اینکه اقیانوس تا چه حد به زیر یخ می‌رسد، باید صدها متر زیر سطح یخ‌ها برویم.

پیش‌بینی آب و هوا مستلزم درک درستی از فرآیندهای جزئی مانند چرخه‌های جزر و مد است که در بازه‌های زمانی کوتاه در مناطقی از کره زمین اتفاق می‌افتد و ما را به کاوش کردن تحریک می‌کند.

مشاهده اقیانوس در عرض جغرافیایی شصت درجه

با چه وسیله‌ای می‌توان از چنین چیز به این بزرگی و طوفانی نمونه گرفت؟ پاسخ این سوال این است که به وسیله ربات‌ها می‌توان این کار را انجام داد.

ماهواره‌ها از دهه 1980 سطح اقیانوس را رصد می‌کنند. این فناوری می‌تواند خصوصیاتی مانند دما و ارتفاع سطح اقیانوس را اندازه‌گیری کند و حتی برای تخمین بهره‌وری بیولوژیکی استفاده شود. اما ماهواره‌ها نمی‌توانند زیر سطح را ببینند. وقتی برنامه تغییر بازی آرگو در دهه 1990 آغاز شد، با ایجاد شبکه‌ای از نگهبانان اقیانوس که در حال حرکت و اندازه‌گیری دما و شوری تا عمق دو کیلومتری بودند، انقلابی در زمین ایجاد شد.

کشتی تحقیقاتی Kaharoa رکورددار بیشترین کاوشگرها در اقیانوس جنوبی است، از جمله آخرین سفر طوفانی که تحت تأثیر ویروس کرونا در جنوب استرالیا و اقیانوس هند انجام شده بود. برنامه آرگو تنها آغاز دوره جدیدی از مشاهده اقیانوس‌ها است. کاوشگرهای آرگو تا عمق 6 کیلومتری اقیانوس وارد می‌شوند تا میزان گرم شدن اقیانوس را تشخیص دهند.

گذشته و آینده اقیانوس جنوبی

زمین همیشه مانند امروز نبوده است. در بعضی مواقع در گذشته این سیاره، اقیانوس جنوبی حتی وجود نداشته است. قاره‌ها و حوضه‌های اقیانوس در موقعیت‌های مختلفی قرار داشتند و سیستم آب و هوایی بسیار متفاوت بود. از دیدگاه تکامل انسان، اقیانوس جنوبی جزء پایدار سیستم آب و هوایی بوده و در معرض نوسانات یخبندان بی‌خطری قرار داشته است. اما چرخه یخبندان طی ده‌ها هزار سال رخ می‌دهد. حدود سه قرن از آغاز انقلاب صنعتی در چشم بهم زدنی گذشته است.

پیش بینی تغییرات آینده در کوتاه‌مدت (مثلاً تا سال 2050) و بلند مدت (تا 2300) به سختی انجام می‌شود. در حالی که در فیزیک نسبتاً واضح است که چه اتفاقی خواهد افتاد و پیش‌بینی زمان وقوع آن چالش‌برانگیزتر است. ابزارهای شبیه‌سازی که باعث می‌شوند اقیانوس، جو و فرآیندهای یخ درست شوند، شامل حفره‌هایی در سکوهای یخی و گرداب‌های اقیانوس هستند. ساخت جدیدترین مدل‌های آب و هوایی، پیشرفت در کارهای شبیه‌سازی شده در اقیانوس جنوبی را نشان می‌دهد. اما یخ دریا چالشی برای شبیه‌سازی به حساب می‌آید.

یخ دریا مانند یک مرز است: یک جامعه تحقیقاتی جهانی که برای درک بهتر نحوه عملکرد این اقیانوس بی‌نظیر در تلاش است داده‌ها را با مدل‌های رایانه‌ای که به سرعت بهبود می‌یابند متصل کند.

زندگی در اقیانوس زیر صفر درجه

در نگاه اول، قطب جنوب محیط نامهربان و تقریباً زمینی بی‌حاصل پوشیده یخ و برف به نظر می‌رسد که دارای پرندگان دریایی و خوک دریایی است. اما با غواصی در زیر سطح اقیانوس، زندگی و اکوسیستم‌های پیچیده‌ای از جلبک‌های تک سلولی و موجودات ریزخارهای کوچک گرفته تا بزرگترین شکارچیان معروفی مانند پنگوئن‌ها، خوک دریایی و نهنگ‌ها می‌توان مشاهده کرد.

اقیانوس جنوبی بیش از 9000 گونه دریایی شناخته شده را در خود جای داده است و اکتشافات و مطالعات بیشتر موارد بیشتری را نشان می‌دهد. مطالعه زندگی موجودات در اقیانوس جنوبی اصلا آسان نیست. ارتفاع موج‌ها بیش از 20 متر است و کوه‌های یخ و یخ دریا در میان آنها وجود دارد. دمای آب اغلب زیر صفر است، آب شیرین در صفر درجه یخ می‌زند، اما آب شور در نزدیکی  منفی 2 درجه یخ می‌زند. اگرچه در این آب غواصی کردن امکان‌پذیر است، اما تحقیقات زیادی در مورد زندگی در اقیانوس جنوبی از طریق نمونه‌گیری از راه دور انجام می‌شود.

دانشمندان علوم دریایی از ابزارهای رباتیک مانند وسایل نقلیه زیر آب از راه دور برای مشاهده و جمع‌آوری نمونه‌ها و پرورش موجودات ساکن در پایین آب استفاده می‌کنند. ما نمونه‌های ژنتیکی را از پستانداران دریایی با شلیک لوله‌های کوچک نمونه‌برداری (مانند سوزن) بدست آورده‌ایم.

همچنین می‌توان اطلاعات گسترده‌تری در مورد تنوع از دی‌ان‌ای محیطی (eDNA) بدست آورد. آثار موجودات زنده از نمونه‌های آب فیلتر شده و با استفاده از ابزارهای ژنتیکی که معمولاً می‌تواند انواع مختلفی از گونه‌ها را داشته باشد، مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌دهد.

هر اکتشاف باعث آشکار شدن گونه‌های جدیدی می‌شود؛ برخی از آنها به طور بالقوه دارای ارزش تجاری هستند و همه آنها بخش‌های مهم اکوسیستم اقیانوس جنوبی هستند. دانش ما از تنوع منطقه به سرعت در حال رشد است. با این وجود، اقیانوس جنوبی وسیع است و قسمت عمده‌ای از آن بدون نمونه یا نمونه‌های کم باقی مانده است.

به سوی زنجیره‌های غذایی در زیر آب اقیانوس

در اقیانوس جنوبی، تولید کنندگان اولیه (موجودات زنده در ابتدای زنجیره غذایی) از جلبک‌های تک سلولی مانند دیاتوم‌ها با پوسته‌های ساخته شده از سیلیس تا جلبک‌های بزرگ مانند جلبک دریایی هستند. کلپ و سایر جلبک‌های دریایی بزرگ فقط در جایی زنده می‌مانند که کوه‌های یخ اغلب کف دریا را از بین نبرند. دیاتوم‌ها متنوع هستند و برخی از گونه‌ها در زیر یخ دریا رشد می‌کنند.

جلبک‌های یخی منبع غذایی مهمی برای کریل، سخت پوستان کوچکی هستند که خود بخشی حیاتی از شبکه‌های غذایی اقیانوس جنوبی را تامین می‌کنند.

اقیانوس جنوبی به طرز حیرت‌انگیزی به عنوان مرکز سیستم‌های گرمایی به شمار می‌رود. اقیانوس جنوبی که شامل چگالی عظیمی از سخت پوستان و گیاهان اکینودرم است، انرژی خود را به جای خورشید، از طریق مواد شیمیایی که از پوسته زمین خارج می‌شوند، دریافت می‌کند.

بی‌مهرگان قطب جنوب بیش از 90 درصد گونه‌ها را در اقیانوس جنوبی تشکیل می‌دهند. بیش از 50 درصد آن‌ها منحصر به این اقیانوس است. این بی‌مهرگان اغلب بسیار بزرگتر از بی‌مهرگان موجود در آب‌های گرمتر و شمالی‌تر هستند. این پدیده به عنوان غول‌پیکر قطبی شناخته می‌شود و در بسیاری از گروه‌ها مانند عنکبوت‌های دریایی غول پیکر، اسفنج‌های عظیم و کرم‌هایی بزرگی به اندازه بازو وجود دارد.

هنوز محققان کاملا مطمئن نیستند که چرا بی‌مهرگان قطب جنوب تا این حد بزرگ می‌شوند، اما ممکن است مربوط به سطح اکسیژن بالا، سرعت رشد آهسته یا عدم وجود گروه‌های اصلی درنده مانند کوسه‌ها و خرچنگ‌های براکیوران باشد.

بالاتر از زنجیره غذایی

در زنجیره غذایی دریایی، کریل قطب جنوب بین تولیدکنندگان اولیه جلبک و شکارچیان برجسته که همیشه با قطب جنوب در ارتباط است، شنا می‌کند. نهنگ‌های بالن انرژی زیادی را از کریل‌های انبوه (10000 تا 30000 حیوان جداگانه در هر متر مکعب) به دست می‌آورند، و رگه های صورتی رنگ در پنگوئن و خوک‌های دریایی نشان می‌دهد که آنها نیز به این سخت‌پوستان خوشمزه علاقه‌مند هستند.

ماهی و سفالوپود (ماهی مرکب و هشت پا) در اقیانوس جنوبی رشد می‌کنند و غذای پستانداران دریایی مانند فیل‌های دریایی را فراهم می‌کنند. بعضی از گونه‌های ماهی به خوبی با آب‌های سرد غنی از اکسیژن سازگار هستند و دیگر گلبول‌های قرمز تولید نمی‌کنند، بلکه در عوض پروتئین‌های ضد انجماد در خون آنها تولید می‌کنند تا به آنها در زنده ماندن در آب‌های زیر صفر درجه کمک کند.

محافظت از محیط‌های دریایی

مسلما خشن‌ترین شکارچیان در اقیانوس جنوبی، ما، انسان‌ها، هستیم. قطب جنوب ممکن است دور باشد، اما در حدود 200 سال پس از کشف آن، دریاهای اطراف قطب جنوب به شدت توسط انسان‌ها مورد بهره‌برداری قرار گرفته است. ابتدا گونه‌های خوک‌های دریایی و سپس نهنگ‌ها را تا مرز نابودی سوق دادیم. حتی پنگوئن‌ها نیز برای روغن بدنشان شکار شدند.

اخیرا ماهی و کریل (که به عنوان مکمل‌های غذایی از آب صید می‌شود) جزو اهداف اصلی صید مردم بوده‌ است و در نتیجه جمعیت برخی از گونه‌ها به شدت کاهش یافته است. وقتی تأثیرات غیر مستقیم بیشتری مانند گرم شدن اقیانوس و اسیدی شدن با ماهیگیری ترکیب شود، این می‌تواند منجر به کاهش جمعیت کریل‌ها شود، که به نوبه خود منجر به کاهش تعداد شکارچیان برجسته مانند نهنگ‌ها خواهد شد. تعیین مقرراتی برای ماهیگیری در اقیانوس جنوبی دشوار است؛ زیرا این آب‌ها متعلق به هیچ یک از ملت‌ها نیستند. برای کمک به مدیریت تأثیر شیلات، سهمیه‌هایی برای محدود کردن صید تعیین شده است که توسط کمیسیون حفاظت از منابع زندگی دریایی قطب جنوب (CCAMLR)  مدیریت می‌شوند.

این نهاد بین‌المللی همچنین در تلاش است تا مناطق حفاظت شده دریایی بیشتری را ایجاد کند. بدون این تلاش‌ها برای مدیریت صید، می‌توان از بخش‌های مهم شبکه غذایی (مانند کریل) تا حدی بهره‌برداری کرد که این اکوسیستم‌ها از بین بروند.

تغییر محیط به معنای تغییر اکوسیستم است!

سالانه بیش از 21000 گردشگر و دانشمند از قطب جنوب بازدید می‌کنند و به طرز بدی باعث آلودگی، بیماری‌ها و وجود گونه‌های مهاجم می‌شوند. برای مدیریت تأثیرات انسانی بر اکوسیستم قطب جنوب و کمک به مذاکرات سیاسی، پیمان قطب جنوب از 23 ژوئن 1961 لازم‌الاجرا شد. این پیمان کلیه فعالیت‌های قطب جنوب در دمای 60 درجه سانتیگراد را تنظیم می‌کند و شامل پروتکلی برای حفاظت از محیط‌زیست است. تأثیرات تغییرات آب و هوایی جهانی و اسیدی شدن اقیانوس‌ها با گرم شدن درجه حرارت اقیانوس‌ها، کاهش یخ‌های دریا و فروپاشی سکوهای یخی، در اقیانوس جنوبی مشهود است.

تحقیقات نشان می‌دهد که حتی اقیانوس جنوبی دور نیز از سایر اتفاقات جهانی دور نبوده است؛ گرم شدن زمین، آلودگی پلاستیک و گونه‌های غیربومی به آب‌های قطب جنوب نیز راه پیدا کرده است. تراکم جلبک دریایی شناور از خارج قطب جنوب باعث شده است تا موجوداتی از مناطق دیگر از اقیانوس جنوبی عبور کرده و به سواحل قطب جنوب برسند. در حال حاضر، به نظر نمی‌رسد که آنها بتوانند در آب و هوای شدید قطب جنوب زنده بمانند، اما این مسئله ممکن است با گرم شدن هوا تغییر کند.

گونه‌های جدیدی که به قطب جنوب نقل مکان کرده‌اند، فشار زیادی به گیاهان و حیوانات منحصر به‌فرد قطب جنوب وارد می‌کنند. هر چند که همه آن نابودی و تاریکی نیست. طی چندین دهه از زمان اجرایی شدن معاهده قطب جنوب، ما مشاهده کرده‌ایم که ملت‌ها می‌توانند با هم همکاری کنند تا چالش‌های پیش‌روی قطب جنوب را حل کنند. یک نمونه ایجاد مناطق حفاظت شده دریایی قطب جنوب(MPA)  است. در این سطح از همکاری بین‌المللی نه تنها باید به حل مشکلات آینده اقیانوس جنوبی امیدوار باشیم، بلکه حل چالش‌های اساسی دیگری که جهان با آنها روبرو است، نیز بسیار مهم است.

نوشته چرا وجود اقیانوس قطب جنوب بسیار برای کره زمین حیاتی است؟! اولین بار در اخبار فناوری و موبایل پدیدار شد.