سیستم توزیع گرمای کره زمین در خطر است

دانشمندان سال‌هاست پیش‌بینی می‌کنند که با گرم‌تر شدن زمین، یکی از جریان‌های اصلی اقیانوس اطلس به نام «گردش واژگونی نصف‌النهاری اطلس» یا AMOC ممکن است ضعیف شود. این سامانه نقش مهمی در جابه‌جایی گرما میان مناطق گرمسیری و نواحی شمالی اقیانوس اطلس دارد. با این حال، تا همین اواخر شواهد مستقیم و بلندمدت برای نشان دادن چنین تغییری محدود بود. اکنون پژوهشی تازه به سرپرستی محققان مدرسه علوم دریایی، جوی و زمین روزنستیل در دانشگاه میامی که نتایج آن در نشریه «ساینس ادونس» (Science Advances) منتشر شده، نشان می‌دهد قدرت این گردش در بخش بزرگی از مرز غربی اقیانوس اطلس شمالی به‌تدریج در حال کاهش است.

این نتیجه بر پایه داده‌های جمع‌آوری‌شده از چهار سامانه پایش اقیانوسی به دست آمده است؛ ایستگاه‌هایی که از مناطق گرمسیری تا عرض‌های جغرافیایی بالاتر امتداد دارند و ابزار‌های آنها به کف دریا مهار شده است. این ابزار‌ها به‌طور پیوسته ویژگی‌هایی مانند فشار، دما، چگالی آب و سرعت جریان‌ها را در اعماق مختلف ثبت می‌کنند. پژوهشگران با استفاده از یک روش تحلیلی یکسان در همه این ایستگاه‌ها، نشانه‌هایی همسان از تضعیف AMOC را شناسایی کرده‌اند؛ الگویی که به گفته آنان بیانگر یک تغییر گسترده در مقیاس کل اقیانوس اطلس است، نه یک نوسان کوتاه‌مدت یا محلی.

از آنجا که AMOC نقش مهمی در انتقال گرما، شکل‌گیری الگو‌های بارش و حتی تغییرات سطح دریا دارد، دانشمندان معتقدند تغییر در این سامانه بزرگ گردش آب‌های سطحی و عمیق اقیانوس می‌تواند پیامد‌هایی برای آب‌وهوای مناطق مختلف جهان داشته باشد. در این گفت‌و‌گو، خبرنگار «آناتک» با پژوهشگر مسئول این مطالعه، دکتر «چیانجیانگ شینگ» (Dr. Qianjiang Xing)، درباره سازوکار این گردش اقیانوسی، اهمیت شواهد تضعیف آن و پیامد‌های احتمالی این روند برای اقلیم جهانی ــ حتی در مناطقی دور از اقیانوس اطلس ــ گفت‌و‌گو کرده است.

دکتر چیانجیانگ شینگ Dr. Qianjiang Xing

در ابتدا درباره «گردش واژگونی نصف‌النهاری اطلس» (Atlantic meridional overturning circulation) یا به اختصار AMOC را توضیح دهید؟

تصور کنید یک نوار نقاله عظیم و جهانی در اقیانوس اطلس وجود دارد. آب گرم و شور از مناطق گرمسیری در نزدیکی سطح به سمت شمال جریان می‌یابد؛ برای مثال «جریان گلف استریم» [یک جریان اقیانوسی گرم و قوی در اقیانوس اطلس] یکی از بخش‌های شناخته شده آن است. وقتی این آب به اقیانوس اطلس شمالیِ سرد در نزدیکی گرینلند می‌رسد، سرد می‌شود، چگال‌تر (سنگین‌تر و فرو رونده‌تر) می‌گردد و به اعماق فرو می‌رود. سپس این آب سردِ عمیق در اعماق اقیانوس دوباره تا جنوب جریان پیدا می‌کند. این چرخه همان «گردش واژگونی نصف‌النهاری اطلس» (AMOC) است. در واقع، این چرخه تنها جابه‌جایی آب نیست بلکه سامانه اصلی است که گرما را در سراسر سیاره ما توزیع می‌کند.

سامانه «گردش واژگونی نصف‌النهاری اطلس» (AMOC) چگونه به تنظیم اقلیم (آب و هوای) زمین کمک می‌کند؟ هنگامی که این «نوار نقاله اقیانوسی» کُند می‌شود، چه اتفاقی برای توزیع گرما، الگو‌های بارش یا سطح دریا می‌افتد؟

«گردش واژگونی نصف‌النهاری اطلس» (AMOC) گرما را جابه‌جا می‌کند. این سامانه مقدار عظیمی از گرمای مناطق گرمسیری را به نیمکره شمالی منتقل می‌کند. به همین علت اروپای غربی گرم‌تر از حالتی است که در غیر این صورت می‌بود و همچنین از این مسئله جلوگیری می‌کند که مناطق گرمسیری حتی گرم‌تر شوند. اگر AMOC کُند شود، نخست نیمکره شمالی اندکی سردتر خواهد شد؛ اما گرمای مناطق گرمسیری دچار ایستایی می‌شود و این امر می‌تواند به موج‌های گرمای شدیدتر در عرض‌های جغرافیایی پایین‌تر منجر شود. دوم اینکه کمربند بارشی گرمسیری ممکن است جابه‌جا شود و به‌طور بالقوه سامانه‌های [بارشی] مونسون آفریقا و آسیا را مختل کند. علاوه بر این، کُند شدن AMOC باعث می‌شود آب در سواحل شرقی ایالات متحده انباشته شود و سطح دریا در آنجا بالا بیاید؛ بنابراین حتی اگر نزدیک اقیانوس اطلس زندگی نکنید، تغییر در این «نوار نقاله» در واقع ترموستات (دماپا) جهانی و موتور سامانه آب‌وهوایی را تغییر می‌دهد.

مقاله منتشره شما؛ از کاهش پایدار قدرت AMOC بر اساس مشاهدات مستقیم خبر می‌دهد. دو یا سه نتیجه کلیدی این مقاله چیست؟ و چرا این شواهد نسبت به برآورد‌های قبلیِ مبتنی بر مدل قوی‌تر به نظر می‌رسد؟

برای دهه‌ها، مدل‌های اقلیمی پیش‌بینی کرده‌اند که AMOC به علت گرمایش جهانی کُند خواهد شد؛ اما شواهد مستقیم در دست نبود. مطالعه ما این شواهد مستقیم را ارائه می‌کند.

نخست، ما کاهشی سازگار در امتداد مرز غربی اقیانوس اطلس؛ یعنی بخش کلیدی از گردش واژگونی نصف‌النهاری اقیانوس اطلس (AMOC) یافتیم. این سیگنال تضعیف یک پدیده محلی نیست بلکه از مناطق نیمه‌گرمسیری تا عرض‌های میانی (حدود ۱۶٫۵ درجه شمالی تا ۴۲٫۵ درجه شمالی) دیده می‌شود. این موضوع نشان می‌دهد که با تغییری در مقیاس حوضه اقیانوس روبه‌رو هستیم، نه یک نوسان کوتاه‌مدت.

دوم، سیگنال‌هایی که در امتداد لبه غربی اقیانوس اطلس شناسایی می‌شوند ممکن است راهی کارآمد برای پایش روند‌های بلندمدت AMOC فراهم کنند، حتی اگر بخش‌های دیگر اقیانوس تا حدی این سیگنال را جبران کنند.

به نظر من شواهد ما قوی‌تر است؛ زیرا به شبیه‌سازی‌های غیرمستقیم مدل‌ها تکیه نکردیم. ما اندازه‌گیری‌های بلندمدت را از چهار آرایه پایش اقیانوسی که در امتداد مرز غربی اقیانوس اطلس شمالی قرار دارند تجزیه و تحلیل کردیم؛ آرایه‌هایی که از مناطق گرمسیری تا عرض‌های جغرافیایی بالاتر امتداد دارند. این آرایه‌ها از ابزار‌هایی که به کف دریا محکم شده‌اند (که mooring یا مهار نامیده می‌شوند) استفاده می‌کنند تا به‌طور پیوسته ویژگی‌هایی مانند فشار اقیانوس، دما، چگالی و جریان‌ها را در اعماق مختلف اندازه‌گیری کنند.

به‌جای آنکه کل گردش را به‌طور مستقیم اندازه‌گیری کنیم (کاری که دشوار است و بسته به مکان تغییر می‌کند)، ما یک روش یکسان را برای هر چهار مجموعه‌داده به کار بردیم؛ روشی موسوم به Stepping method که از گرادیان فشار (تفاوت فشار) در کف اقیانوس در امتداد شیب قاره‌ای برای برآورد قدرت جریان‌های واژگونی در عمق کمتر از حدود هزار متر استفاده می‌کند. به بیان دیگر، این کار شبیه آن است که نبض اقیانوس را با یک گوشی پزشکی واقعی بگیریم، نه فقط با یک شبیه‌سازی رایانه‌ای.

مدل‌های اقلیمی نشان می‌دهند تغییرات در اقیانوس اطلس می‌تواند گردش جو را در نقاط دوردست نیز تحت تأثیر قرار دهد. از نظر شما آیا از نظر علمی محتمل است که تضعیف AMOC بتواند بر الگو‌های بزرگ‌مقیاس مانند جت استریم یا سامانه‌های فشاری که به خاورمیانه می‌رسند اثر بگذارد؟

بله، از نظر علمی چنین چیزی محتمل است. جو و اقیانوس به شدت به یکدیگر وابسته‌اند. در حالی که تضعیف AMOC می‌تواند اقیانوس اطلس شمالی را سردتر کند، این ناهنجاری سرد ممکن است گردش بزرگ‌مقیاس جو را تغییر دهد. به‌طور مشخص، می‌تواند بر نوسان [سامانه آب‌و‌هوایی]اطلس شمالی (NAO) و موقعیت جت استریم اثر بگذارد. تغییر در جت استریم می‌تواند به شکل‌گیری الگو‌های انسدادی پایدارتر مانند گنبد‌های گرمایی یا دوره‌های سرمای شدید منجر شود. سرد شدن آب‌های اقیانوس اطلس شمالی و تغییرات در الگو‌های گردش جوی در تابستان ممکن است احتمال وقوع موج‌های گرما و خشکسالی در مدیترانه و خاورمیانه را تقویت کند؛ بنابراین هرچند AMOC مستقیما با ایران تماس ندارد، اثر آن از طریق جت استریم می‌تواند منتقل شود.

ایران و کشور‌های همسایه از هم‌اکنون با تنش آبی و طوفان‌های فصلی گردوغبار روبه‌رو هستند. آیا کند شدن AMOC می‌تواند بارش زمستانی در حوضه مدیترانه را تغییر دهد یا مسیر سامانه‌های طوفانی را جابه‌جا کند، به‌گونه‌ای که به‌طور غیرمستقیم بر منطقه ما اثر بگذارد؟ اگر چنین است، دانشمندان باید به دنبال چه نشانه‌هایی باشند؟

از طرح این پرسش سپاسگزارم؛ اما می‌خواهم روشن بگویم که من متخصص سامانه‌های اقلیمی منطقه‌ای نیستم؛ بنابراین پاسخ من تنها بر پایه درکم از برهم‌کنش‌های بزرگ‌مقیاس اقیانوس–جو است.

با این حال باید توجه داشت، بخش زیادی از بارش زمستانی ایران به مسیر‌های طوفانی مدیترانه وابسته است. این مسیر‌ها تا حد زیادی توسط تضاد دمایی میان اقیانوس اطلس و اروپا هدایت می‌شوند. کند شدن AMOC که موجب سردتر شدن اطلس شمالی می‌شود می‌تواند این گرادیان‌های (اختلاف‌های) دمایی را تغییر دهد. از نظر اصولی، این موضوع ممکن است به کاهش بارش زمستانی در مدیترانه شرقی و بخش‌هایی از خاورمیانه بینجامد. خشکسالی‌های مکررتر و پایدارتر، همراه با خشک‌تر شدن خاک، متأسفانه می‌تواند فراوانی طوفان‌های گردوغبار را افزایش دهد. از نظر شاخص‌هایی که باید زیر نظر گرفته شوند، پیشنهاد می‌کنم تغییرات بلندمدت بارش زمستانی در منطقه کوه‌های زاگرس و نیز هرگونه روند به سوی الگو‌های انسدادی پایدارتر در جو بر فراز مدیترانه شرقی پایش شود.

در بسیاری از مناطق ایران، کشاورزی و مدیریت منابع آب به چرخه‌های فصلی قابل پیش‌بینی وابسته است. اگر تضعیف AMOC به افزایش نوسان‌پذیری اقلیم منجر شود، آیا ممکن است پیش‌بینی‌های فصلی را برای مناطقی مانند منطقهٔ ما دشوارتر کند؟ آیا فصل‌ها یا محصولات خاصی وجود دارند که آسیب‌پذیرتر باشند؟

این پرسش بسیار مهمی است. پاسخ احتمالا و متأسفانه بله است؛ ممکن است در کوتاه‌مدت پیش‌بینی را دشوارتر کند. تضعیف AMOC یک متغیر غیرخطی مهم را وارد سامانه اقلیمی ما می‌کند. بسیاری از مدل‌های کنونی پیش‌بینی فصلی بر پایه داده‌های تاریخی آموزش دیده‌اند. اگر گردش اقیانوسی (الگوی بزرگ جریان‌های آب در اقیانوس‌ها) در حال ورود به وضعیتی باشد که در هزار سال گذشته مشاهده نشده است-مانند یک کندشدگی قابل توجه-آنگاه قواعد تاریخی ممکن است دیگر به‌طور کامل صدق نکنند.

در مورد فصل‌ها یا محصولات خاص، دو مورد را مهم می‌دانم: اگر مسیر طوفان‌های زمستانی جابه‌جا شود، کشاورزی دیم (دیم کاری) ممکن است با شکست مواجه شود. همچنین یخبندان‌های دیرهنگام یا موج‌های گرمای زودرس که به نوسان‌های جت استریم مرتبط‌اند می‌توانند در بهار به باغ‌ها آسیب جدی وارد کنند.

برای یک دانشجو، پژوهشگر یا سیاست‌گذار در کشوری آسیب‌پذیر از نظر اقلیم که ظرفیت محدودی برای پایش اقیانوس‌ها دارد، بر اساس نتایج پژوهش شما یک نکته عملی یا یک شاخص هشدار زودهنگام چیست که باید به آن توجه کنند؟

برای خوانندگان عمومی، توصیه می‌کنم تنها به دمای منطقه خود نگاه نکنید؛ بلکه وضعیت اقیانوس اطلس شمالی را هم زیر نظر داشته باشید. حتی بدون پایش مستقیم اقیانوس در محل، می‌توان از داده‌های رایگان و در دسترس عمومی استفاده کرد.

یک نشانه هشدار زودهنگام این است که دمای سطح دریا در گردابه زیرقطبی اطلس شمالی در جنوب گرینلند را زیر نظر بگیرید. اگر در حالی که بیشتر نقاط جهان در حال گرم شدن هستند، این منطقه همچنان سردتر از حد معمول باقی بماند، دانشمندان گاهی آن را «لکه آبی» می‌نامند. این پدیده که در مطالعات اقلیمی با نام warming hole نیز شناخته می‌شود، می‌تواند نشانه‌ای باشد از اینکه گردش AMOC هنوز در حال تضعیف است.

برای یک سیاست‌گذار، چنین وضعیتی باید یک علامت هشدار جدی تلقی شود تا در زیرساخت‌های مقاوم در برابر خشکسالی و سامانه‌های ذخیره آب سرمایه‌گذاری کند؛ زیرا این وضعیت می‌تواند به معنای گرایش بلندمدت به زمستان‌های خشک‌تر در منطقه شما باشد.

اگر بخواهید یک نقل‌قول مستقیم درباره اهمیت همکاری بین‌المللی در پایش اقلیم بیان کنید و اینکه چگونه دانشمندانی در مناطق دور از اقیانوس اطلس نیز می‌توانند در تلاش‌های پایش جهانی مشارکت داشته باشند یا از آن بهره ببرند، چه می‌گویید؟

اقیانوس اطلس یک دیوار نیست؛ پلی است که اقلیم (آب و هوای) همه قاره‌ها را به هم متصل می‌کند. ممکن است کشوری مانند ایران کشتی‌های تحقیقاتی در اقیانوس اطلس شمالی نداشته باشد؛ اما مزارع و رودخانه‌های آن همچنان تحت تأثیر جریان‌های جوی ناشی از اقیانوس اطلس قرار دارند.

وقتی دانشمندانی از ۲۰ کشور مختلف داده‌های به‌دست‌آمده از سامانه‌های مهار شده در دریا، ماهواره‌ها و مدل‌های اقیانوسی را با یکدیگر به اشتراک می‌گذارند، در واقع در حال ساختن یک سامانه هشدار زودهنگام جهانی هستیم.

پیام من این است: هیچ کشوری آن‌قدر از اقیانوس اطلس دور نیست که بتواند AMOC را نادیده بگیرد و هیچ دانشمندی آن‌قدر دور نیست که نتواند در این تلاش مشارکت کند؛ چه با تحلیل داده‌های متن‌باز و چه با پیوند دادن چرخه‌های خشکسالی محلی با ناهنجاری‌های گرمایی اقیانوس اطلس.

در یک اقلیم در حال تغییر، پایش اقیانوس تنها یک موضوع در علوم دریایی نیست بلکه به برنامه‌ریزی کشاورزی، امنیت آب و ایمنی عمومی مربوط می‌شود.