يمكن أن يساعد فهم الغبار الموجود في خطوط العرض العليا في التنبؤ بالاحتباس الحراري وأنماط الطقس بشكل أفضل في المستقبل.
يتعمق العلماء في عالم الرمال لفهم تأثيرها بشكل أفضل على أنظمة المناخ والطقس لدينا. قد يبدو المكان الذي اختاروه لإجراء أبحاثهم مفاجئًا.
أيسلندا هي أكبر منطقة صحراوية وأكثرها نشاطا في أوروبا، ولكن بدلا من الكثبان الرملية البرتقالية، فإن مناطقها الصحراوية التي تبلغ مساحتها 44000 كيلومتر مربع هي مساحات مسطحة قاحلة من الغبار البركاني الأسود. مثل الصحاري العادية، فإنها تنتج الرمال التي يمكن أن تؤدي إلى عواصف ترابية قوية في الطقس العاصف.
تُعرف هذه الجسيمات باسم “غبار خطوط العرض العالية” (HLD)، لأنها تأتي بشكل رئيسي من مناطق قريبة من الدائرة القطبية الشمالية، على الرغم من أنها يمكن أن تصل إلى البر الرئيسي لأوروبا.
ولكل نوع من الغبار بصمة فريدة وفقا للمادة التي تصنعه: الجزيئات الأيسلندية الواحدة مصنوعة من الزجاج البركاني الأسود.
تقول بافلا داغسون فالدهوسروفا، الباحثة في جامعة الزراعة في أيسلندا ورئيسة جمعية الهباء الجوي والغبار الأيسلندية: “لقد وجدنا الغبار الأسود الأيسلندي في فنلندا، بل وحتى في صربيا”.
كيف تشكل الغبار في أيسلندا؟
الأمم المتحدة صفوف التصحر “من بين أكبر التحديات البيئية في عصرنا”، حيث يحول تغير المناخ والأنشطة التي من صنع الإنسان المناطق الخضراء إلى طائرات غبار.
الصحاري الأيسلندية هي نتيجة للنشاط البشري. تقول داجسون-والدهاوسروفا، وهي تشير إلى المناظر الطبيعية القاحلة: “كانت هذه المنطقة عبارة عن غابة من أشجار البتولا”. حاول مستوطنو الفايكنج زراعة الأرض باستخدام تقنيات مناسبة لشمال أوروبا، لكن هذه الأساليب أثبتت عدم فعاليتها في المناخ البارد والرياح في أيسلندا.
لقد تدهورت المناظر الطبيعية في البلاد على مر القرون، واليوم، تغطي الغابات أو الغابات حوالي 2 في المائة فقط من أيسلندا.
يعتقد أن القطب الشمالي قد يصبح في النهاية أخضرًا ومورقًا مرة أخرى، إعادة التحريج في أيسلندا يتقدم ببطء وبأهداف متواضعة. وتأمل دائرة الغابات الأيسلندية (IFS) أن تتمكن من زيادة الغطاء الحرجي في البلاد إلى 4 في المائة بحلول عام 2050.
بمجرد أن يبدأ التصحر، يكون من الصعب التراجع: هناك حوالي 135 يومًا في السنة يتصاعد فيها الغبار من الصحراء الأيسلندية ويلوث مناطق أخرى في أوروبا أو أيسلندا لم تتصحر بعد. تضخ الانفجارات البركانية المزيد من الرماد، مما يؤدي إلى تكثيف الظروف الصحراوية.
ما هو التأثير المناخي للغبار الداكن عند خطوط العرض العليا؟
تختلف الآثار المناخية لـ HLD بشكل كبير عن آثار الغبار عند خطوط العرض المنخفضة. الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ يعتبر إن غبار الصحراء الكبرى والآسيوية أكثر إشراقا مفيد من ناحية، لأنه يعكس الضوء.
لكن جزيئات الغبار الأيسلندية أكثر قتامة، مما يعني أنها تمتص ضوء الشمس وبالتالي تدفئ الأرض والهواء.
“إن التأثير الأكثر أهمية على المناخ هو الإيداع [of dust] تقول داجسون-والدهاوسروفا، وهي تشير إلى نهر ميردالجوكول الجليدي الموجود أمامنا: “على الغلاف الجليدي”. عندما تشكل الرمال السوداء طبقة تصل إلى 1.3 سم على الأنهار الجليدية، فإن الحرارة التي تجمعها تذيب الجليد.
قامت بمراقبة تدهور الأنهار الجليدية لأكثر من عامين بفضل تمويل مؤتمر COP21 مشروع مراقبة الكوكب التي قدمت كاميرات لرصد 10 أنهار جليدية في جميع أنحاء العالم.
وعلى غرار الفحم الأسود، يعد هذا الغبار ملوثًا كبيرًا للهواء ومحركًا لتغير المناخ في مناطق القطب الشمالي الهشة. وتقول داجسون-والدهاوسروفا إن الأنهار الجليدية في جرينلاند والجليد البحري تتأثر أيضًا بسبب انتشارها.
ومع ذوبان الأنهار الجليدية بشكل أسرع بسبب ارتفاع درجات الحرارة، يتعرض المزيد من الغبار. وتشرح قائلة: “تحت النهر الجليدي، توجد أجود المواد الجبلية، ومصدر غير محدود من الغبار”.
تراقب داجسون-والدهاوسروفا بؤر الغبار النشطة وتعمل على تطوير نموذج غبار إقليمي أكثر دقة، بمساعدة العديد من أدوات القياس المتمركزة في جميع أنحاء أيسلندا.
شكرا ل برنامج مراقبة كوبرنيكوس (CAMS)لقد أنهت للتو عامها الأول من المراقبة الدائمة للغبار. “المشكلة في نماذج الغبار العالمية هي أنها لا تحتوي على مصادر HLD مضمنة أو أن الدقة منخفضة جدًا. يجب أن تساعد بياناتنا الموقعية مصممي نماذج الغبار على ضبط نماذجهم.
ان مُقدَّر يدخل 2 مليار طن من الرمال والغبار إلى الغلاف الجوي كل عام، مما يحد من الرؤية ويسبب مشاكل صحية مثل أمراض الجهاز التنفسي.
لا تزال المخاطر أقل من قيمتها الحقيقية: “بينما فقد شخصان فقط حياتهما بسبب الانفجارات البركانية في السنوات الـ 150 الماضية، تسببت العواصف الترابية في مقتل مئات الأشخاص في حوادث في أيسلندا”، كما تقول داجسون فالدهوسروفا.
الغبار الأسود يمكن أن يحمل دليلاً على السحب
وللغبار الموجود على خطوط العرض العليا تأثيرات تبريد محتملة أيضًا.
يمكن للغبار المحمول جواً أن يخلق المزيد من السحب في السماء من خلال العمل كنواة لبلورات الجليد، وهي عملية حاسمة لتكوين السحب. تشرح بولي فوستر، طالبة الدكتوراه في جامعة ليدز بالمملكة المتحدة والتي تدرس هذا التأثير: “حتى مجرد حفنة من جزيئات الغبار يمكن أن يكون لها تأثير هائل على الطريقة التي تتشكل بها السحابة وعمرها”.
التركيبة الفريدة لـ HLD، بلونها الداكن ومحتواها المعدني العالي، تجعلها فعالة بشكل خاص في تشكيل السحب المملوءة بالثلج أو الماء.
تؤثر السحب بقوة على مناخ الأرض من خلال عملية تسمى ردود الفعل السحابية والمناخية.
فهي ضرورية لدورة المياه وتلعب دورًا رئيسيًا في التحكم في درجة حرارة الأرض من خلال التأثير على مقدار الطاقة الشمسية التي تنعكس مرة أخرى إلى الفضاء ومقدار الحرارة المحتبسة.
يقول فوستر: “إذا تمكنا من فهم كمية الغبار المتصاعدة، فسنكون قادرين على التنبؤ بالسحب بشكل أفضل، وهذا بدوره يمكن أن يساعدنا على التنبؤ بالاحتباس الحراري وأنماط الطقس بشكل أفضل بكثير”.
التكنولوجيا لتنبؤات أفضل
ولكشف هذا اللغز، يحتاج العلماء إلى اكتشاف كيفية توزيع الجسيمات على ارتفاعات مختلفة في السماء.
يقوم فوستر بتجربة طريقة جديدة لتحديد وجود الجسيمات: “ربما اكتشفنا طريقة لنتمكن من تحديدها. وتقول: “هذا شيء لم يفعله أحد من قبل، وهو أمر مثير ومهم حقًا”.
يستخدم الفريق طائرة بدون طيار للأرصاد الجوية للوصول إلى ارتفاعات مختلفة. يقول بن بيكرينغ، كبير مسؤولي الأرصاد الجوية في شركة الطائرات بدون طيار مينابيا: “تقيس طائرتنا بدون طيار درجة الحرارة، والضغط، والرطوبة، والرياح ثنائية الأبعاد، وكذلك حجم الجسيمات وعددها في الوقت الفعلي، ويمكن أن تصل إلى كيلومترين”.
وحتى الآن، لا يمكن قياس الطبقة الحدودية للغلاف الجوي (ABL) سوى بالونات الطقس وأجهزة ضوء الليزر التي تسمى “ليدار” – وهي الطبقة الأدنى على مستوى الأرض.
ويضيف بيكرينغ: “إن ABL مهم للغاية لجعل التنبؤ بالطقس أكثر دقة لأنه المكان الذي يحدث فيه كل تبادل الطاقة، وهو المكان الذي يمكن فيه احتجاز تلوث الهواء”.
ولكن في حين أن طيران بالونات الطقس مكلف للغاية ولا يجمع القياسات إلا مرتين يوميًا، ولا يمكن لجهاز الليدار الطيران إلا في ظروف مناخية صافية، فإن الطائرات بدون طيار تعد خيارًا رخيصًا وموثوقًا.
يرفق فوستر أداة مبتكرة بالطائرة بدون طيار يمكنها جمع الجزيئات بكميات منخفضة جدًا على شريحة زجاجية، مما يوفر رؤى لا مثيل لها حول سلوك الغبار وانتقاله.
وفي الوقت نفسه يتم جمع الجسيمات بنفس الأداة على مستوى الأرض لمقارنة الشرائح الزجاجية. وتقول: “إذا جاءت النتائج إيجابية، وتمكنا من إظهار الطريقة التي تم بها نقل الغبار، فسيكون ذلك أمرًا لا يصدق”.
تم دعم إعداد التقارير لهذه القصة من خلال جائزة الصحافة العلمية من مؤسسة الاتحاد الأوروبي لعلوم الأرض.
