يقدم علماء معهد وايزمان حلاً للغز عمره 50 عامًا
عند النظر إلى الأرض من الفضاء، فإن نصفيها - الشمالي والجنوبي - يظهران بنفس القدر من السطوع. وهذه الحقيقة مثيرة للدهشة بشكل خاص لأن نصف الكرة الجنوبي مغطى في الغالب بالمحيطات المظلمة، في حين أن أجزاء كبيرة من نصف الكرة الشمالي مرصوفة بمساحات من اليابسة الفاتحة. وعلى مر السنين، ظل سبب هذا التناظر بين النصفين لغزا. وفي دراسة جديدة نشرت هذا الأسبوع في المجلة العلمية PNASيكشف علماء معهد وايزمان للعلوم وشركاؤهم عن العلاقة بين شدة العواصف ومعدلات الغيوم ودرجة انعكاس الطاقة الشمسية في كل نصفي الكرة الأرضية. ومن خلال القيام بذلك، فإنهم يقدمون حلاً للغموض، بل ويقدرون كيف يمكن أن تتغير عودة الإشعاع في المستقبل بسبب تغير المناخ.
بالفعل في السبعينيات من القرن الماضي، عندما قام العلماء بتحليل بيانات الأقمار الصناعية الأولى للأرصاد الجوية، أدركوا، بشكل مدهش، أن كلا نصفي الأرض يعكسان نفس الكمية من الإشعاع الشمسي؛ الانعكاسية المعروفة في اللغة المهنية باسم "البياض". لفهم ماهية البياض بشكل أفضل، فكر في القيادة ليلاً: ما مدى سهولة اكتشاف الخط الفاصل الأبيض، الذي يعكس الضوء من المصابيح الأمامية للسيارة جيدًا، ولكن ما مدى صعوبة رؤية الأسفلت الداكن. وينطبق الشيء نفسه عند مراقبة الأرض من الفضاء - فالنسبة بين الطاقة الشمسية التي تضرب وتلك المنعكسة من كل منطقة من الأرض تعتمد على عوامل مختلفة، بما في ذلك النسبة بين المحيطات المظلمة والأراضي الفاتحة، والتي، فقط مثل الأسفلت والخط الفاصل، تختلف في درجة انعكاسها. تبلغ مساحة الأرض في نصف الكرة الشمالي حوالي ضعف مساحة نصف الكرة الجنوبي، وفي الواقع عند قياسها بالقرب من السطح في سماء صافية هناك اختلافات تزيد عن 70٪ في البياض. ومع ذلك، في الغلاف الجوي، يبدو النصفان ساطعين بنفس القدر.
وفي الدراسة الجديدة التي أجراها البروفيسور. يوهاي كاسبي وطالب البحث أور هاداس من قسم علوم الأرض والكواكب في المعهد، ركز العلماء على العامل الموجود على ارتفاعات عالية ويعكس إشعاع الشمس - السحب. وقام العلماء بتحليل البيانات من قواعد البيانات الأكثر تقدما في العالم، بما في ذلك البيانات السحابية التي جمعتها أقمار ناسا الصناعية (CERES) والبيانات من ERA5، وهي قاعدة بيانات عالمية للطقس تحتوي على معلومات تم جمعها من مجموعة متنوعة من المصادر في الهواء وعلى الأرض منذ عام 1950. أتاحت المعلومات الموجودة في قاعدة بيانات ERA5 إكمال بيانات الغيوم وإحالة مرجعية لهذه البيانات لمدة 50 عامًا مع المعلومات المقابلة عن شدة العواصف.
""إن انعكاسية الإشعاع الشمسي من السحب الناشئة عن العواصف القوية في النصف الجنوبي، يوازن بدرجة عالية من الدقة الانعكاسية الناشئة من مساحة الأرض الكبيرة في النصف الشمالي"
وصنف العلماء العواصف التي حدثت في هذه السنوات إلى ثلاث مجموعات حسب شدتها، وكشفوا عن علاقة مباشرة بين شدة العواصف وكمية السحب التي تتشكل حولها. ولاحظوا أن مناطق اليابسة، ونصف الكرة الشمالي بشكل عام، تتميز بعواصف أضعف - في حين أن العواصف المعتدلة والقوية أكثر شيوعا في نصف الكرة الجنوبي وفوق المحيطات. ومن تحليل البيانات تبين أن العلاقة بين كمية السحب وشدة العواصف تفسر بشكل جيد الاختلافات في السحب بين نصفي الكرة الأرضية. يقول هاداس: "لقد وجد أن بياض السحب نتيجة العواصف القوية في نصف الكرة الجنوبي، يتوازن بدرجة عالية من الدقة مع البياض الذي ينشأ من مساحة الأرض الكبيرة في نصف الكرة الشمالي"، ويضيف: "هذا يثبت أن العواصف هي العامل الذي يربط بين سطوع السطح والسحب، وبالتالي يتم الحفاظ على التماثل في البياض بين نصفي الكرة الأرضية".
هل سيؤدي تغير المناخ إلى جعل نصف الكرة الأرضية أكثر قتامة؟
في السنوات الأخيرة تتغير الأرض بسرعة. ولدراسة ما إذا كان تغير المناخ سيؤثر على تناظر البياض وكيف ذلك، استخدم الباحثون CMIP6، وهي مجموعة من النماذج التي تديرها مراكز أبحاث المناخ حول العالم في محاولة للتنبؤ بتغير المناخ. أحد العيوب الرئيسية لهذه النماذج هو قدرتها المحدودة على تقديم تنبؤات حول درجة الغطاء السحابي. إلا أن العلاقة التي وجدت في الدراسة بين شدة العواصف والغيوم تسمح لنا باستنتاج درجة الغيوم من توقعات العواصف.
ووفقا لهذه النماذج، سيؤدي تغير المناخ إلى انخفاض في تواتر جميع العواصف في نصف الكرة الشمالي والعواصف الضعيفة والمتوسطة في نصف الكرة الجنوبي. ومع ذلك، فإن أقوى العواصف في نصف الكرة الجنوبي سوف تشتد. والسبب في هذه الاختلافات المتوقعة هو "تضخيم القطب الشمالي" في نصف الكرة الشمالي، وهي ظاهرة ترتفع فيها درجة حرارة القطب الشمالي بمعدل أسرع مرتين على الأقل من المتوسط العالمي. على ما يبدو، كان من المتوقع أن يؤدي هذا الاختلاف إلى كسر التماثل في البياض، لكن نتائج البحث تظهر أنه في العواصف القوية جدًا تصل كمية السحب إلى حد التشبع. ولذلك، فإن الزيادة الإضافية في شدتها لن تغير درجة الغيوم، ومن الممكن الحفاظ على التماثل.
يقول البروفيسور كاسبي: "ليس من الممكن حتى الآن أن نحدد على وجه اليقين ما إذا كان تناسق الوضاءة سينكسر بسبب ظاهرة الاحتباس الحراري"، "ومع ذلك، فإن البحث الجديد يجيب على سؤال أساسي ويوسع فهمنا للتوازن الإشعاعي للأرض و العوامل التي تؤثر عليه. عندما نتعامل مع تغير المناخ، فسوف يكون من الضروري أن نعمل على تطوير حلول الهندسة الجيولوجية التي من شأنها أن تسمح لنا بالتعايش معه. آمل أن يساعد فهم الظواهر المناخية الأساسية، مثل التماثل في البياض، في تطوير هذه الحلول."
كما شارك في الدراسة الدكتور جورج داسريس والبروفيسور بيورن ستيفنز من معهد ماكس بلانك للأرصاد الجوية في هامبورغ؛ الدكتور جواكين بلانكو والبروفيسور رودريغو كاباليرو من جامعة ستوكهولم؛ والدكتورة ساندرين بوني من جامعة السوربون في باريس.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
