شگفتی طبیعت؛ چگونه یخ‌های گرینلند مثل سنگ مذاب در حال تلاطم‌اند؟

زومیت/دانشمندان دریافته‌اند که اعماق یخ‌های گرینلند برخلاف تصور ساکن نیست و مانند گوشته زمین، دچار همرفت حرارتی شده و لایه‌های یخ را به بالا می‌راند.

در اعماق یخچال عظیم گرینلند، جایی که چشم انسان هرگز آن را نمی‌بیند، دانشمندان با استفاده از رادار به ساختارهایی برخوردند که سال‌ها آن‌ها را سردرگم کرده بود: ستون‌هایی عجیب که لایه‌های یخ را خم کرده و به سمت بالا رانده‌اند؛ گویی چیزی از پایین در حال فشار آوردن است.

اکنون پژوهشگران می‌گویند احتمالاً پاسخ این معما را یافته‌اند؛ پاسخی که در نگاه اول با تصور ما از یخ سازگار نیست. به گفته آنان، آنچه در دل این صفحه یخی رخ می‌دهد ممکن است نوعی «همرفت حرارتی» باشد یعنی همان فرایندی که باعث بالا آمدن مواد داغ در گوشته زمین و شکل‌گیری حرکت‌های درونی سیاره ما می‌شود.

صفحه یخی گرینلند حدود ۸۰ درصد این جزیره را پوشانده و یکی از بزرگ‌ترین ذخایر آب یخ‌زده جهان است. اگر بخش قابل‌توجهی از آن ذوب شود، سطح آب دریاها در سراسر جهان بالا خواهد آمد. به همین دلیل، شناخت دقیق رفتار درونی این یخ‌ها برای پیش‌بینی آینده سواحل زمین اهمیت حیاتی دارد.

دانشمندان برای بررسی درون یخ از رادارهای نفوذکننده استفاده می‌کنند. این رادارها امواج رادیویی را به درون یخ می‌فرستند. امواج هنگام برخورد با لایه‌های مختلف (که در اصل همان برف‌های قدیمی فشرده‌شده طی هزاران سال هستند) بازتاب‌های متفاوتی ایجاد می‌کنند. هر لایه ویژگی‌های خاص خود را دارد؛ برای مثال تفاوت اندک در میزان اسیدیته، مقدار گردوغبار یا خاکستر آتشفشانی. همین تفاوت‌ها باعث می‌شود لایه‌ها در تصاویر راداری به‌وضوح دیده شوند.

پژوهشگران در سال ۲۰۱۴، هنگام بررسی داده‌های شمال گرینلند متوجه ساختارهایی بزرگ و خمیده شدند که لایه‌ها را به سمت بالا تا کرده بودند. نکته عجیب این بود که این برآمدگی‌ها هیچ ارتباطی با ناهمواری‌های سنگ‌بستر زیر یخ نداشتند. یعنی برخلاف انتظار، کوه یا پستی‌وبلندی زیرین باعث شکل‌گیری آن‌ها نشده بود.

نمونه‌هایی از ساختارهای فوران‌مانند در شمال گرینلند.

از آن زمان تاکنون، چندین فرضیه مطرح شد. برخی پیشنهاد کردند که شاید آب ذوب‌شده یخچالی در زیر صفحه یخی دوباره منجمد شده و این برجستگی‌ها را ساخته باشد. برخی دیگر به «نقاط لغزنده» در کف یخ اشاره کردند که ممکن است جابه‌جا شده باشند. اما هیچ‌یک نتوانست توضیحی کامل و قانع‌کننده ارائه دهد.

اینجا بود که رابرت لا، یخچال‌شناس دانشگاه برگن نروژ، و همکارانش به سراغ ایده‌ای رفتند که پیش‌تر آزمایش نشده بود: آیا ممکن است درون خود یخ، همرفت حرارتی رخ دهد؟

همرفت حرارتی فرایندی است که وقتی ماده‌ای از پایین گرم می‌شود اتفاق می‌افتد. بخش‌های گرم‌تر سبک‌تر شده و بالا می‌آیند، در حالی که بخش‌های سردتر پایین می‌روند. این چرخه در قابلمه آب جوش، در جو زمین، و در گوشته سیاره ما دیده می‌شود. در گوشته زمین این همرفت طی میلیون‌ها سال باعث حرکت قاره‌ها می‌شود.

در نگاه اول، تصور چنین فرایندی در یخ عجیب به نظر می‌رسد. ما یخ را جامد، سخت و بی‌تحرک تصور می‌کنیم. اما از نظر فیزیکی، یخ در فشارهای بالا رفتاری نرم‌تر از آنچه فکر می‌کنیم دارد. رابرت لا توضیح می‌دهد که یخ دست‌کم یک میلیون برابر نرم‌تر از گوشته زمین است؛ بنابراین اگر شرایط مناسب فراهم شود، از نظر قوانین فیزیک همرفت در آن ممکن است.

برای آزمایش ایده، تیم پژوهشی از مدل‌سازی رایانه‌ای استفاده کرد. آن‌ها برشی دیجیتالی از صفحه یخی گرینلند با ضخامت حدود ۲٫۵ کیلومتر ساختند و از نرم‌افزاری بهره گرفتند که معمولاً برای شبیه‌سازی همرفت در گوشته زمین استفاده می‌شود. سپس متغیرهایی مانند نرخ بارش برف، ضخامت یخ، میزان نرمی یخ و سرعت حرکت سطحی آن را تغییر دادند.

پرسش اصلی ساده بود: اگر پایه یخ از پایین گرم شود (مثلاً به دلیل گرمای طبیعی درون زمین) آیا ساختارهایی شبیه آنچه رادار دیده تولید می‌شود؟

دانشمندان در اعماق یخ‌های گرینلند با استفاده از رادار، ساختارهایی عجیب و ستون‌مانند پیدا کرده‌اند که لایه‌های قدیمی یخ را به سمت بالا خم کرده‌اند

نتیجه شگفت‌انگیز بود. در شرایطی که یخ نزدیک به پایه کمی گرم‌تر و نرم‌تر از مقادیر استاندارد در نظر گرفته می‌شد، مدل شروع به تولید ستون‌های صعودی کرد. این ستون‌ها لایه‌های بالایی را خم می‌کردند و الگوهایی ایجاد می‌کردند که شباهت چشمگیری با تصاویر راداری واقعی داشتند.

اما گرمای لازم برای این پدیده از کجا می‌آید؟ زمین به طور مداوم گرمایی اندک اما پایدار از درون خود آزاد می‌کند. این گرما ناشی از دو منبع اصلی است: واپاشی رادیواکتیو عناصر در پوسته زمین و گرمای باقی‌مانده از زمان شکل‌گیری سیاره ما حدود ۴٫۵ میلیارد سال پیش. هرچند این شار گرمایی بسیار کوچک است، وقتی برای هزاران سال زیر لایه‌ای ضخیم و عایق از یخ انباشته شود، می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی داشته باشد

آندریاس بورن، اقلیم‌شناس دانشگاه برگن، می‌گوید تصور اینکه بخشی از صفحه یخی گرینلند مانند قابلمه‌ای در حال جوشیدن پاستا رفتار کند، هم غیرمنتظره است و هم هیجان‌انگیز.

بااین‌حال، پژوهشگران تأکید می‌کنند که این مشاهدات به معنای «آبکی» شدن یخ نیست. یخ همچنان جامد است و حرکت آن در مقیاس زمانی هزاران سال رخ می‌دهد، نه در حد دقیقه یا ساعت. همچنین این کشف به‌طور مستقیم به معنای افزایش سریع‌تر ذوب یخ‌ها نیست. برای درک پیامدهای دقیق این پدیده بر آینده صفحه یخی گرینلند و سطح دریاها، تحقیقات بیشتری لازم است.

پژوهش در ژورنال The Cryosphere منتشر شده است.