اقلیم، شرایط بلندمدت جوی در یک منطقه را میگویند و به‌طورکلی اقلیم شامل برهمکنش، جو، آب‌کره، سنگ‌کره، زیست‌کره، یخ کره است و سامانه‌ی اقلیمی شامل تبادل انرژی و رطوبت بین این کرات است. هرگونه تغییر در این کرات باعث تغییر در اقلیم منطقه می‌شود. این متن درباره‌ی تغییر اقلیم و تأثیرات آن بر اقیانوس‌هاست. پارامترهای مؤثر در تغییرات آب‌وهوایی را می‌توان با قلمروهای مختلفی در دو گروه عوامل طبیعی و عوامل انسانی دسته‌بندی کرد.

عوامل طبیعی: عوامل درون جوی و عوامل برون جوی؛ نقش خورشید بر آب‌وهوای زمین و موقعیت زمین به‌عنوان یک سیاره در فضا.

عوامل انسانی: مربوط به فعالیت‌های بشری می‌شود که می‌توان ازجمله آنها به تشدید غلظت گازهای گلخانه‌ای، تخریب جنگل‌ها و افزایش آلاینده‌ها اشاره کرد. پیامد عملکرد بشر از عوامل اصلی، افزایش درجه حرارت هوا (گرمایش جهانی) است که خود سبب بالا آمدن سطح آب‌های جهان و بر هم خوردن الگو و میانگین بارندگی‌ها، پس‌روی یخچال‌ها و مناطق پوشیده از برف و یخ همیشگی، تغییر در بازدهی محصولات کشاورزی، وقوع خشکسالی، سیل و دیگر فاجعه‌ها طبیعی است.

شکل 1- برهمکنش سامانه اقلیمی و تغییرات در آن
شکل 1- برهمکنش سامانه اقلیمی و تغییرات در آن

مشاهدات آب‌وهوای گذشته

ما برای بررسی تغییرپذیری طولانی‌مدت سامانه‌ی اقلیم در خصوص اجزای جو-اقیانوس و برهمکنش میان آنها با مشاهدات موجود مشکل داریم. مجموعه‌ی مشاهدات سامانمند دمای سطح دریا و جریانات دریایی تنها تا 150 سال گذشته را پوشش می‌دهد؛ درحالی‌که اندازه گیری های دما و شوری در اعماق اقیانوس‌ها مربوط به 100 سال اخیر است. کیفیت مشاهدات سطحی از کشتی‌های تجاری اغلب از طریق روش نمونه‌گیری انجام شده است؛ البته با بررسی‌های دقیق علمی، امکان اعمال اصلاحات وجود دارد. مشاهدات باکیفیت‌تر دما و شوری اقیانوس در حوضه‌های مهم اقیانوسی در طول سال 1957 در (IGY) انجام شد. برخی از این بخش‌ها در فواصل ناکافی 10 یا 15 سال تکرار شده‌اند. یکی از طولانی‌ترین دوره‌های زمانی پیوسته دما و شوری کل ستون آب در ایستگاه اقیانوسی نزدیک برمودا از دهه 1950 تعیین شده است. حتی بر روی خشکی، مشاهدات دمای سطحی مربوط به 300 سال اخیر است. سری‌های زمانی نواحی مرکزی انگلستان یکی از طولانی‌ترین سری‌های زمانی موجود از 1659 تاکنون است. این سری‌ها بر اساس اندازه گیری های دما و یادداشت‌های مربوط به آب‌وهوا در تعیین و ثبت داده‌ها قابل قبول است. با توجه به وضعیت نامطلوب نصب و قرار گرفتن دماسنج‌های قدیمی مقادیر مربوط به دما کیفیت پایینی دارند؛ بنابراین به توجه و دقت بالایی برای تعیین سری‌های زمانی پیوسته‌ی داده‌ها نیاز است.

سنجش‌های سامانمند هواشناسی بر فراز اقیانوس‌ها در 1853 آغاز شد اما پایش های منظم روزانه‌ی تروپوسفر تا دهه 1940 انجام نگرفت. به دلیل اینکه در بهترین حالت، داده‌های ثبت‌شده فقط تا 003 سال گذشته را پوشش می‌دهند لذا برای اندازه‌گیری آب‌وهوا  درگذشته به روش‌های دیگری نیاز است. دانشمندان علم نسبتاً جدید آب‌وهوا شناسی دیرینه و اقیانوس‌نگاری دیرینه را برای ارائه‌ی اطلاعات بیشتر توسعه داده‌اند. این روش با استفاده از طیف وسیعی از شواهد فسیلی نظیر گرده-سطوح دریاچه- رسوبات اعماق اقیانوس- یخچال‌های طبیعی- و لایه‌های یخ برای شناسایی تغییرات آب‌وهوای گذشته استفاده می‌کند. در این متن برخی از نتایج مربوط به درک فعل‌وانفعالات جو –اقیانوس و نقش آنها در تغییر آب‌وهوا را بررسی خواهیم کرد. یکی از نمونه‌های قابل‌توجه مغزه‌های یخ به دست آمده از صفحات قطب جنوب و گرینلند است. این مغزه‌های یخ بیش از 3000 متر طول داشته و شامل سوابق آب و هوایی گذشته هستند که به 750000 سال پیش از عصر حاضر برمی‌گردد. این رکورد از طریق پنج عصر یخچالی عمده بسط داده‌شده و این چرخه‌های یخچالی، دورهای از حدود 100000 تا 150000 سال بین عصر یخبندان و دوره‌های بین یخچالی دارند (شکل 2) حباب‌های کوچک هوا که در یخ محبوس شده‌اند، سرگذشت ترکیب جو را پیش از آنکه اثرات و تغییرات ناشی از فعالیت‌های انسانی در جو رخ داده باشد، به خوبی نشان می‌دهد. به‌ویژه آنها شواهدی از تغییرات طبیعی دی‌اکسید کربن و متان فراهم کرده و همچنین مجموعه‌ای از اندازه گیری های مبنا پیش از نفوذ و تأثیر انسان را قابل‌شناسایی می‌سازند.

تغییر اقلیم
شکل 2- تغییرات دمای سطح زمین در سه مقیاس زمانی: (a برآورد دمای جهانی 1000 سال گذشته. مشاهدات بر اساس اندازه گیری های دما و برآوردهای دیگر از نسوزی‌های غیرمستقیم است. خطوط مقطع میانگین جهانی 1951-1990 است. دمای 1000 سال گذشته از ویکی‌پدیا گرفته شده. قسمت لوحه‌ها را برای دیدن تصویر رنگی آن ببینید. (b دمای سطحی در غرب اقیانوس آرام استوایی برای بیش از یک میلیون سال قبل. سال‌های 1870-2005 برای مقایسه نشان داده شده است (هانسن و همکاران. C) (2006 درجه حرارت در قطب جنوب بیش از 5 میلیون سال. خطوط مقطع نشان‌دهنده شرایط آغاز قرن بیستم است (از داده‌های دمای زمین‌شناسی ویکی‌پدیا)

همچنین هسته‌ی زمانی که نخستین بار در عمق شکل می‌گیرد، اطلاعاتی در رابطه با شرایط محیطی در لحظه‌ی تشکیل در اختیار می‌گذارد. ترکیب اکسیژن ایزوتوپی اندازه‌گیری شده با استفاده از حباب‌های هوای محبوس در یخ، داده‌های جدیدی از دمای دیرینه‌ی اقیانوس و حجم اقیانوس‌ها، سطوح اسیدیته‌ی آب‌ها، رخدادهای آتشفشانی گذشته را فراهم می‌سازد؛ درحالی‌که اندازه گیری های گردوغبار، شاخصی از توفانی بودن منطقه را فراهم می‌کند. طول و تفکیک زمانی بالای داده‌ها دریچه‌های جدیدی را به‌سوی تغییرات آب‌وهوا در گذشته می‌گشاید. به عنوان مثال تغییرات گذشته در جریان اقیانوس اطلس شمالی را می‌توان از دمای دیرینه‌ی اقیانوس و داده‌های به دست آمده در مغزه‌های یخی گرینلند استنباط کرد. یک مغزه نشان داده که اقیانوس اطلس شمالی در یک دوره‌ی زمانی بسیار کوتاه 20 تا 50 ساله بین شرایط گرم و سرد در نوسان بوده است. این تغییرات سریع به نوبه‌ی خود می‌توانسته اثرات عمدهای بر آب‌وهوای شمال اروپا داشته باشد. یکی از جنبه‌های جالب این تغییرات در اقلیم این است که آنها در ابتدای دوره‌ی بین یخچالی ظاهر می‌شوند که با عنوان دوره‌یEemian  ا (150000 سالBP) شناخته می‌شود؛ درحالی‌که در 10000 سال گذشته (دوره‌ی هولوسن) دماهای اقیانوس اطلس شمالی در حالت بسیار پایداری بوده است.

بی‌ثباتی آب‌وهوا در شمال اقیانوس اطلس شمالی موردتوجه اقیانوس شناسان و اقلیم شناسان بوده و به‌عنوان منطقه‌ی اصلی کنترل کننده‌ی گردش ترموهالین اقیانوسی شناخته شده است. یکی از مشکلات مرتبط با مغزههای یخی این است که تنها به گرینلند و قطب جنوب محدودند و درنتیجه برخی از اثرات اقلیمی به‌صورت محلی و مربوط به این مناطق خواهد بود؛ درحالی‌که دیگر موارد از تغییرات جهانی قابل اندازه گیری هستند. باوجوداین، دی‌اکسید کربن و یکنواخت بوده و داده‌های استخراج‌شده از  متان در کل جو نسبتاً کلاهک‌های یخی شواهد بسیار خوبی از غلظت جهانی این گازها فراهم می‌سازند. از سوی دیگر، سطوح اسیدیته در صفحات یخی گرینلند به‌شدت متأثر از رخدادهای محلی آتشفشانی ایسلند بوده اما به‌احتمال کمی تحت تأثیر فوران‌های شدید عرض‌های پایین نظیر پیناتوبو در 1991 در فیلیپین نیز بوده‌اند. اطلاعات مغزه‌های یخی منبع اطلاعات مناسب برای تعیین آب‌وهوای گذشته است. منبع دیگر مغزه‌های رسوبی، اعماق اقیانوس است که از برنامه‌های حفاری نظیر برنامه حفاری اعماق دریا  DSDP و اخیراً برنامه حفاری اقیانوس ODP به دست آمده اند. مغزه‌ها از تمام نواحی اقیانوسی به‌غیراز اقیانوس منجمد شمالی به دست آمده اند و دامنه‌ی گسترده‌ای از تغییرات آب‌وهوا در میلیون‌ها سال قبل را فراهم کرده‌اند. ازآنجاکه کند است؛ بنابراین به‌دست تغییرات در اعماق اقیانوس نسبتاً آوردن شاخص قابل‌قبول از تغییرات اقلیم امکان‌پذیراست.

مغزه‌های به دست آمده از حوضه‌های سانتا باربارا و استوایی شرقی اقیانوس آرام رسوب‌گذاری سالانه دیاتومه‌ها و فلس‌های ماهی را نشان داده‌اند. ضخامت این رسوبات ریز و متورق شواهدی از حاصلخیزی در لایه‌های سطحی ستون آب را فراهم می‌کنند. این غنی بودن آب، در ارتباط با ال نینو است، ازاین‌رو ضخامت رسوبات یا تراکم فلس‌های ماهی‌ها یک رکورد منحصربه‌فرد از حوادث ال نینو در طول 2000 سال گذشته طولانی‌ترین دوره نسبت به شواهد دیگر را فراهم کرده است این رکوردها نشان می‌دهند آل نینو با تغییرات طولانی‌تر در مقیاس زمانی 20 تا 100 ساله تنظیم شده است. درعین‌حال هیچ سازوکاری برای این تغییرات شناسایی نشده است. درنهایت شکل 3 تغییرات سطح دریا را نشان می‌دهد که توسط روش‌های غیرمستقیم آب‌وهوا دیرینه از آخرین دوره‌ی یخچالی 18000 سال قبل تاکنون را نشان می‌دهد. افزایش 120 متری سطح آب دریا از 18000 تا 8000 سال قبل فلات‌های قاره اقیانوسی را زیر آب فرو برده و خطوط ساحلی و مصبهای مرتبط با آنها به طرز قابل‌توجهی تغییر کرده‌اند. این نمونه‌ها تنوع اطلاعاتی را درباره‌ی تغییرات آب‌وهوای گذشته نشان می‌دهد. شکل 2 بازسازی دمای جهانی 5 میلیون سال قبل را نشان می‌دهد که با استفاده از روش‌های پالیو کلیمایی به‌دست آمده است.

شکل 3- افزایش جهانی سطح آب دریا از آخرین دوره‌ی یخچالی 24000 سال قبل تاکنون. سطح دریا در بعد از دوره‌ی یخچالی- ویکی‌پدیا
شکل 3- افزایش جهانی سطح آب دریا از آخرین دوره‌ی یخچالی 24000 سال قبل تاکنون. سطح دریا در بعد از دوره‌ی یخچالی- ویکی‌پدیا

از این تصاویر می‌توان ملاحظه کرد که چرخه‌های بین یخچالی میان دوره‌های یخچالی در ارتباط با تغییرات دمای جهانی حدود 6-8 درجه سانتی‌گراد هستند؛ درحالی‌که در عصر کوچک یخبندان (1450-1850) سراسر اقیانوس اطلس شمالی با تغییر دمای کمتر از یک درجه در نیمکره‌ی شمالی همراه بوده است.

ادامه مطلب تغییر اقلیم

  1. بخش اول
  2. بخش دوم
  3. بخش سوم
  4. بخش چهارم
  5. بخش پنجم
  6. بخش آخر

این مطلب اولین بار در ماهنامه علوم زمین و معدن به قلم سحر ملکی منتشر شده است.