ذوب شدن دو برابر سریعتر یخچال‌های قطب جنوب به دلیل برف مرطوب که قبلاً نادیده گرفته شده بود
برف مرطوب، که ترکیبی از آب و برف است، بیش از نیمی از کل آب های ذوب شده روی سطح یخچال های طبیعی قطب جنوب در اوج تابستان را تشکیل می دهد، اما این موضوع در مدل های اقلیمی منطقه ای به درستی در نظر گرفته نمی شود.
محققان به رهبری دانشگاه کمبریج با استفاده از تکنیک های هوش مصنوعی، میزان برف مرطوب روی یخچال های طبیعی قطب جنوب را نقشه برداری کردند و دریافتند که ۵۷ درصد از کل آب های ذوب شده به صورت برف مرطوب و مابقی به شکل دریاچه ها و برکه های سطحی است.
با گرم شدن کره زمین، آب بیشتری روی سطح یخچال های شناور قطب جنوب که مانند سدی در برابر یخ های حاشیه ای از خشکی عمل می کنند، ذوب می شود. افزایش آب های ذوب شده می تواند منجر به بی ثباتی یا فروپاشی یخچال ها شود که به نوبه خود باعث بالا آمدن سطح آب دریاها می گردد.
محققان همچنین دریافتند که برف مرطوب و آب های ذوب شده باعث افزایش ۲.۸ برابری میزان ذوب شدن یخ نسبت به پیش بینی مدل های اقلیمی استاندارد می شوند، زیرا این آب ها گرمای بیشتری را از خورشید نسبت به یخ یا برف جذب می کنند. نتایج این پژوهش که در مجله علمی “نیچر ژئوساینس” منتشر شده است، می تواند تأثیرات عمیقی بر ثبات یخچال ها و بالا آمدن سطح آب دریاها داشته باشد.
هر تابستان با گرم شدن هوا، آب روی سطح یخچال های شناور قطب جنوب جمع می شود. تحقیقات قبلی نشان داده است که دریاچه های آب ذوب شده روی سطح یخچال ها می توانند به شکستن و فروپاشی یخچال ها کمک کنند، زیرا وزن آب می تواند باعث خم شدن یا شکستن یخ شود. با این حال، تعیین نقش برف مرطوب در ثبات یخچال ها دشوارتر است.
دکتر ربکا دل، نویسنده اصلی این پژوهش از مؤسسه تحقیقات قطبی اسکات (SPRI) دانشگاه کمبریج می گوید: “ما می توانیم با استفاده از تصاویر ماهواره ای، نقشه دریاچه های آب ذوب شده را در بخش اعظم قطب جنوب تهیه کنیم، اما نقشه برداری از برف مرطوب به دلیل شباهت آن به سایه ابرها از دید ماهواره، کار دشواری است. اما با استفاده از تکنیک های یادگیری ماشین، می توانیم فراتر از آنچه چشم انسان می بیند عمل کنیم و تصویری روشن تر از تأثیر احتمالی برف مرطوب بر یخ در قطب جنوب به دست آوریم.”
پژوهشگران کمبریج با همکاری محققان دانشگاه کلرادو بولدر و دانشگاه فناوری دلفت، با استفاده از داده های اپتیکی ماهواره لندسات ۸ ناسا، یک مدل یادگیری ماشین را آموزش دادند تا سوابق ماهانه ای از میزان برف مرطوب و دریاچه های آب ذوب شده در ۵۷ یخچال طبیعی قطب جنوب را بین سال های ۲۰۱۳ تا ۲۰۲۱ به دست آورند.
دل می گوید: “یادگیری ماشین به ما این امکان را می دهد تا از اطلاعات بیشتری از ماهواره استفاده کنیم، زیرا می تواند با طول موج های بیشتری از نور که چشم انسان قادر به دیدن آنها نیست، کار کند. این قابلیت به ما امکان می دهد تا تشخیص دهیم که چه چیزی برف مرطوب است یا نه، و سپس می توانیم مدل یادگیری ماشین را برای شناسایی سریع آن در کل قاره آموزش دهیم.”
پروفسور ایان ویلیس، دیگر نویسنده این پژوهش از SPRI نیز می گوید:
“ما علاقه مند هستیم که بدانیم در طول تابستان قطب جنوب چه مقدار برف مرطوب وجود دارد و چگونه این میزان در طول زمان تغییر کرده است.”
محققان با استفاده از مدل یادگیری ماشین خود دریافتند که در اوج تابستان قطب جنوب در ژانویه، بیش از نیمی (۵۷ درصد) از کل آب های ذوب شده روی یخچال های طبیعی قطب جنوب به صورت برف مرطوب و ۴۳ درصد باقی مانده در قالب دریاچه های آب ذوب شده است.
دل می گوید:
“این برف مرطوب هرگز در مقیاس بزرگ در سراسر یخچال های طبیعی بزرگ قطب جنوب نقشه برداری نشده است، پس تا الان می دونیم که بیشتر از نصف کل آب های ذوب شده تا به حال نادیده گرفته می شدند.”
وجود برف مرطوب می تواند بر فرآیند شکستگی هیدرولیکی یخ (hydrofracture) تأثیر بگذارد، جایی که وزن آب ذوب شده می تواند شکستگی های موجود در یخ را بزرگتر کند یا ترک های جدیدی ایجاد کند.
آب های ذوب شده بر ثبات یخچال های شناور حاشیه خط ساحلی قطب جنوب تأثیر می گذارند. با گرم شدن کره زمین و افزایش سرعت ذوب شدن یخ در قطب جنوب، آب های ذوب شده – چه به شکل دریاچه و چه به صورت برف مرطوب می توانند وارد شکاف های یخ شوند و باعث بزرگتر شدن شکاف ها شوند. این امر می تواند باعث ایجاد شکستگی در یخچال یخی شود و یخچال های آسیب پذیر را در معرض خطر فروپاشی قرار دهد که در نتیجه، یخ های حاشیه ای که روی خشکی قرار دارند می توانند وارد اقیانوس شوند و به بالا آمدن سطح آب دریاها کمک کنند.
ویلیس می گوید:
“از آنجایی که برف مرطوب نسبت به آب دریاچه ها سفت تر است، به همان شکل باعث شکستگی هیدرولیکی نمی شود، اما قطعا چیزی است که هنگام تلاش برای پیش بینی اینکه آیا یخچال ها فرو می ریزند یا نه، باید در نظر بگیریم.”
علاوه بر تأثیرات احتمالی برف مرطوب بر شکستگی هیدرولیکی، این پدیده همچنین تأثیر زیادی بر سرعت ذوب شدن یخ دارد. از آنجایی که برف مرطوب و دریاچه ها نسبت به برف یا یخ، سفیدتر نیستند، گرمای بیشتری را از خورشید جذب می کنند و باعث ذوب شدن بیشتر برف می شوند. این ذوب شدن اضافی در حال حاضر در مدل های آب و هوایی در نظر گرفته نمی شود و این موضوع ممکن است منجر به کمبود برآورد در پیش بینی ذوب شدن یخچال ها و ثبات یخچال های شناور شود.
دل می گوید: “تعجب کردم که این آب های ذوب شده تا این حد در مدل های اقلیمی نادیده گرفته شده اند. وظیفه ما به عنوان دانشمند کاهش عدم قطعیت است، بنابراین همیشه می خواهیم مدل های خود را بهبود بخشیم تا تا حد ممکن دقیق باشند.”
ویلیس گفت: “در آینده، به احتمال زیاد مناطقی در قطب جنوب که در حال حاضر هیچ آب یا برف مرطوبی ندارند، شروع به تغییر خواهند کرد. با ادامه گرم شدن کره زمین، ذوب شدن بیشتری رخ خواهد داد که می تواند بر ثبات یخ ها و بالا آمدن سطح آب دریاها تأثیر بگذارد.”
این تحقیق تا حدودی توسط آژانس فضایی اروپا و شورای تحقیقات محیط زیست طبیعی (NERC) که بخشی از نوآوری تحقیقاتی بریتانیا (UKRI) است، پشتیبانی شده است. ربکا دل، همکار افتخاری کالج ترینیتی، کمبریج است.
