هيئة الطقس الأمريكية: زيادة احتمالات حدوث ظاهرة النينيا في 2016

ابتكر علماء طريقة جديدة تمامًا لتبريد الأشياء تقوم على خفض درجات الحرارة مع إمكانية استبدال الطرق الحالية لتبريد الأشياء بعملية أكثر أمانًا وأفضل للكوكب. والطريقة الجديدة التي طورها باحثون بمختبر لورانس بيركلي الوطني وجامعة كاليفورنيا بالولايات المتحدة تستفيد من طريقة تخزين أو إطلاق الطاقة عندما تتغير المادة، كما هو الحال عندما يتحول الجليد الصلب إلى ماء سائل.

فعلى سبيل المثال؛ رفع درجة حرارة كتلة من الثلج سوف تذيبها. وما قد لا نراه بهذه السهولة هو أن الذوبان يمتص الحرارة من محيطه ويبردها بشكل فعال.

وتتمثل إحدى طرق إجبار الجليد على الذوبان دون الحاجة إلى زيادة الحرارة بإضافة بعض الجسيمات المشحونة أو الأيونات. حيث يعد وضع الملح على الطرق لمنع تشكل الجليد مثالًا شائعًا على ذلك.

وتستخدم الدورة الأيونية أيضًا الملح لتغيير طور السائل وتبريد محيطه.

ومن أجل المزيد من التوضيح، قال المهندس الميكانيكي درو ليلي من مختبر لورانس بيركلي الوطني بكاليفورنيا «ان طبيعة المبردات مشكلة لم يتم حلها. فلم ينجح أحد في تطوير حل بديل يجعل الأشياء باردة ويعمل بكفاءة وآمن ولا يضر بالبيئة». مضيفا «نعتقد أن الدورة الأيونية لديها القدرة على تلبية كل هذه الأهداف إذا تم تحقيقها بشكل مناسب». وذلك وفق ما نقل موقع «ساينس إليرت» العلمي عن مجلة «ساينس» العلمية المرموقة.

وقام الباحثون بنمذجة نظرية الدورة الأيونية لإظهار كيف يمكن أن تنافس أو حتى تحسن كفاءة المبردات المستخدمة اليوم.

على مدار القرن الماضي، ارتفع متوسط درجة حرارة الأرض بسرعة بنحو درجة مئوية واحدة (1.8 درجة فهرنهايت).

ولكن ماذا عن آلاف السنين قبل الثورة الصناعية، قبل موازين الحرارة، وقبل أن يسخن البشر المناخ بإطلاق ثاني أكسيد الكربون المحتجز للحرارة من الوقود الأحفوري؟

في ذلك الوقت، هل ارتفعت درجة حرارة الأرض أم انخفضت؟

على الرغم من أن العلماء يعرفون عن آخر 6000 سنة أكثر من أي فترة زمنية أخرى متعددة الألفيات، إلا أن الدراسات حول هذا المنحى الطويل الأمد لدرجة الحرارة العالمية توصلت إلى استنتاجات متناقضة.

ولمحاولة حل هذا التناقض، تم إجراء تقييم شامل على نطاق عالمي للأدلة الموجودة، بما في ذلك المحفوظات الطبيعية، مثل حلقات الأشجار ورواسب قاع البحر، والنماذج المناخية.

وتقترح نتائج إيلي برودمان، وهو باحث مشارك في ما بعد الدكتوراه في علوم المناخ، وداريل كوفمان، أستاذ علوم الأرض والبيئة، جامعة شمال أريزونا، التي نُشرت في 15 فبراير 2023، طرقا لتحسين التنبؤ بالمناخ بغية تجنب فقدان بعض ردود الفعل المناخية المهمة البطيئة الحركة والتي تحدث بشكل طبيعي.

ويبحث العلماء الذين يدرسون المناخ الغابر، أو المناخ القديم، عن بيانات درجة الحرارة من زمن بعيد، قبل وقت طويل من نشوء موازين الحرارة والأقمار الصناعية.

ولدينا خياران: يمكننا العثور على معلومات حول المناخ الماضي مخزنة في المحفوظات الطبيعية، أو يمكننا محاكاة الماضي باستخدام النماذج المناخية.

هناك العديد من المحفوظات الطبيعية التي تسجل التغيرات في المناخ بمرور الوقت. ويمكن استخدام حلقات النمو التي تتشكل كل عام في الأشجار والصواعد والشعاب المرجانية لإعادة بناء درجة الحرارة السابقة.

ويمكن العثور على بيانات مماثلة في الجليد الأزلي وفي الأصداف الصغيرة الموجودة في الرواسب التي تتراكم بمرور الوقت في قاع المحيط أو البحيرات. وهذه هي بمثابة بدائل للقياسات المبنية على مقياس الحرارة.

وعلى سبيل المثال، يمكن للتغييرات الحاصلة في عرض حلقات الأشجار أن تسجل تقلبات درجات الحرارة. فإذا كان الطقس خلال موسم النمو شديد البرودة، فإن حلقة الشجرة المتكونة في ذلك العام تكون أرق من تلك المتكونة في سنة طقسها أكثر دفئا.

وتم العثور على عامل آخر من عوامل الحرارة في رواسب قاع البحر، في بقايا مخلوقات صغيرة تعيش في المحيط تسمى foraminifera. فعندما تكون الـforaminifera حية، يتغير التركيب الكيميائي لقشرتها تبعا لدرجة حرارة المحيط.

وعندما تنفق هذه، تغرق وتدفن بواسطة حطام آخر بمرور الوقت، مكونة طبقات من الرواسب في قاع المحيط. ويمكن لعلماء المناخ القديم بعد ذلك استخراج نوى الرواسب وتحليل الأصداف في تلك الطبقات كيميائيا لتحديد تكوينها وعمرها، وأحيانا يعودون إلى آلاف السنين. والنماذج المناخية، وهي الأداة الأخرى لاستكشاف البيئات الماضية، وهي تمثيلات رياضية لنظام مناخ الأرض. وتصيغ العلاقات بين الغلاف الجوي والمحيط الحيوي والغلاف المائي لإنشاء أفضل نسخة طبق الأصل عن الواقع.

وتُستخدم النماذج المناخية لدراسة الظروف الحالية، والتنبؤ بالتغيرات في المستقبل، وإعادة بناء الماضي.

على سبيل المثال، يمكن للعلماء إدخال التركيزات السابقة لغازات الدفيئة، والتي نعرفها من المعلومات المخزنة في فقاعات صغيرة في الجليد القديم، ويمكن للنموذج استخدام هذه المعلومات لمحاكاة درجات الحرارة السابقة. وتُستخدم البيانات والتفاصيل المناخية الحديثة من المحفوظات الطبيعية لاختبار دقتها.

وتعد النماذج المناخية مستمرة في المكان والزمان، ولكن رغم أنها غالبا ما تكون ماهرة جدا، فإنها لن تلتقط أبدا كل تفاصيل النظام المناخي.

لغز درجات الحرارة القديمة

في ورقة المراجعة الجديدة، قيّم الباحثون نظرية المناخ والبيانات البديلة والمحاكاة النموذجية، مع التركيز على مؤشرات درجة الحرارة العالمية.

ودرسوا بعناية العمليات التي تحدث بشكل طبيعي والتي تؤثر على المناخ، بما في ذلك التغيرات الطويلة المدى في مدار الأرض حول الشمس، وتركيزات غازات الاحتباس الحراري، والانفجارات البركانية، وقوة الطاقة الحرارية للشمس.

ودرسوا أيضا ردود الفعل المناخية المهمة، مثل تغيرات الغطاء النباتي والجليد البحري، التي يمكن أن تؤثر على درجة حرارة العالم.

وعلى سبيل المثال، هناك أدلة قوية على وجود القليل من الجليد البحري في القطب الشمالي والمزيد من الغطاء النباتي خلال فترة ما قبل حوالي 6000 عام مقارنة بالقرن التاسع عشر. كان من الممكن أن يؤدي ذلك إلى تعتيم سطح الأرض، ما يؤدي إلى امتصاص المزيد من الحرارة.

ويقدم نوعان من الأدلة إجابات مختلفة فيما يتعلق باتجاه درجة حرارة الأرض على مدى 6000 سنة قبل الاحترار العالمي الحديث.

وتظهر المحفوظات الطبيعية عموما أن متوسط درجة حرارة الأرض منذ ما يقرب من 6000 عام كان أكثر دفئا بنحو 0.7 درجة مئوية (1.3 درجة فهرنهايت) مقارنة بمتوسط القرن التاسع عشر، ثم تم تبريده تدريجيا حتى الثورة الصناعية.

وفي الوقت نفسه، تُظهر النماذج المناخية عموما اتجاها طفيفا للاحترار، يتوافق مع زيادة تدريجية في ثاني أكسيد الكربون حيث تطورت المجتمعات القائمة على الزراعة خلال آلاف السنين بعد تراجع الصفائح الجليدية في نصف الكرة الشمالي.

ويسلط تقييم الباحثين الضوء على بعض الطرق لتحسين التنبؤات المناخية.

على سبيل المثال، وجدوا أن النماذج ستكون أكثر قوة إذا كانت تمثل بشكل كامل ردود فعل مناخية معينة.

وكانت إحدى تجارب النماذج المناخية التي تضمنت زيادة الغطاء النباتي في بعض المناطق قبل 6000 عام قادرة على محاكاة ذروة درجة الحرارة العالمية التي تُرى في السجلات البديلة، على عكس معظم نماذج المحاكاة الأخرى، والتي لا تشمل هذا الغطاء النباتي الموسع.

وسيكون فهم هذه الملاحظات والتعليقات الأخرى ودمجها بشكل أفضل أمرا مهما حيث يواصل العلماء تحسين قدرتنا على التنبؤ بالتغييرات المستقبلية.

أكدت دراسة جديدة أن الأرض قادرة على ضبط وتنظيم درجة حرارتها على مدى مئات الآلاف من السنين لإبقائها ضمن نطاق ثابت.

ويحتوي الكوكب على آلية “ردود فعل ثابتة”  قادرة على الحفاظ على درجات الحرارة العالمية ضمن نطاق مستقر، وتمنعها من التأرجح بعيدا في أي من الاتجاهين عبر نطاقات زمنية طويلة، وفقا للأبحاث التي أجراها علماء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT).

وتشير الدراسة إلى أن الأرض قادرة على تنظيم درجة حرارتها واستقرارها عبر نطاقات زمنية شاسعة، 100 ألف سنة أو نحو ذلك في المتوسط ​، حتى بعد التحولات الهائلة في المناخ الناجمة عن العصور الجليدية، وتحولات الإشعاع الشمسي، والنشاط البركاني المكثف.

ويقول الفريق الذي يقف وراء البحث الجديد إن “ردود الفعل المؤدية للاستقرار” هذه، هي جزء من سبب تمكن الأرض من الحفاظ على استمرار الحياة عليها على مدار الـ3.7 مليار سنة الماضية أو نحو ذلك. وقد تم طرح هذه النظريات من قبل، ولكن هناك الآن بعض الأدلة المباشرة عليها.

وللعثور على هذه الأدلة، تعمق الباحثون في بيانات المناخ، والتي جمعت على مدى الـ66 مليون سنة الماضية، وطبقوا نمذجة رياضية لتحديد ما إذا كانت التقلبات في متوسط ​​درجات حرارة الأرض قد تكون محدودة بعامل واحد أو أكثر.

ويقول عالم المناخ كونستانتين أرنسشيدت، من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا  “لديك كوكب تعرض مناخه للعديد من التغيرات الخارجية الدراماتيكية. استقرار للحفاظ على درجات الحرارة المناسبة للحياة. ولكن لم يتم إثبات ذلك من خلال البيانات. إن مثل هذه الآلية قد سيطرت باستمرار على مناخ الأرض”.

ويُعتقد أن هذا يتم من خلال “التجوية weathering بواسطة السيليكات”، وهي عملية جيولوجية تتضمن التجوية (الاتكال) البطيئة والمستمرة لصخور السيليكات، والتي من خلال تفاعلات كيميائية تسحب ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي إلى رواسب الصخور في المحيطات، وبالتالي تحبس الغاز في الصخور.

ووفقا للنتائج، التي نُشرت في مجلة Science Advances، وجد العلماء أنه يبدو أن هناك نمطا ثابتا تتضاءل بموجبه تقلبات درجة حرارة الكوكب على مدار مئات الآلاف من السنين. وهذه المدة مشابهة للمقاييس الزمنية التي يُعتقد أن تجوية السيليكات تعمل خلالها.

ومن خلال الأبحاث السابقة، لاحظ العلماء حركة الكربون داخل وخارج بيئة سطح الأرض للبقاء متوازنة نسبيا، على الرغم من تقلبات درجات الحرارة العالمية.

ويعتقد العلماء أننا نمر حاليا بفترة ارتفاع درجات الحرارة وحثوا صانعي السياسات على سن مجموعة من التغييرات للحد من انبعاثات الكربون أو أن نصبح محايدين للكربون.

وقال دانيال روثمان، أستاذ الجيوفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، في بيان: “إلى حد ما، يبدو الأمر كما لو أن سيارتك تتسارع في الشارع، وعندما تضغط على الفرامل، فإنك تنزلق لفترة طويلة قبل أن تتوقف”.

ونتيجة لذلك، وجدوا أن تقلبات درجات الحرارة تستقر كل 100 ألف سنة تقريبا، وهي ظاهرة لن تحدث إذا لم تكن هناك آلية أساسية. وبالمثل، أظهروا أن فترات الاستقرار المناخي تتوافق مع فترات عملية التجوية بالسليكات.

والاستنتاجات التي تم الحصول عليها، هي الأولى التي تدعم، بناء على تحليل الأدلة الملموسة، وجود عملية تغذية مرتدة مثبتة، مدفوعة بامتصاص الكربون من صخور السيليكات.

ولاحظ العلماء أن فهم كيفية استقرار مناخ الأرض على المقاييس الزمنية الجيولوجية هو قضية مهمة لفهم العواقب الطويلة المدى لتغير المناخ الناجم عن الأنشطة البشرية وتأثيرها على قابلية الكوكب للسكن.