عندما تجتاح رياح الشمال الباردة والجافة منطقة الخليج العربي في الشتاء، تُلمس آثارها بسرعة من خلال انخفاض درجات الحرارة، وارتفاع الغبار، واضطراب البحار. ومع ذلك، تحت السطح، تُحدث هذه الرياح تغييرات معقدة يمكن أن تحول عمود الماء بأكمله في غضون أيام.
كشفت دراسة حديثة أن رياح الشمال الشتوية القوية يمكن أن تدفع المياه السطحية الباردة نحو الأسفل، مما يكثف الخلط الرأسي من سطح البحر إلى قاع البحر. ومع ذلك، وفي تأثير يبدو متناقضًا، يمكن لنفس العملية أن تضعف الاضطراب بالقرب من قاع البحر عن طريق تقليل الفروقات في سرعة المياه التي عادة ما تحافظ عليه.
نُشرت الدراسة في مجلة Frontiers in Marine Science، وجمعت بين قياسات ميدانية تم جمعها بالقرب من جزيرة قاروه الكويتية ومحاكاة حاسوبية لحركة المياه. وقد فحصت حدثين قويين لرياح الشمال الشتوية في فبراير ومارس 2013 للتحقيق في كيفية تأثير الرياح على ديناميكيات عمود الماء والاضطراب.
يقول طارق الرشيد، الأستاذ المساعد في قسم علوم البحار بكلية العلوم بجامعة الكويت والمؤلف الرئيسي للدراسة، إن الاكتشاف الرئيسي هو أن رياح الشمال يمكن أن تؤثر على ما هو أبعد بكثير من الظروف على سطح الخليج، حيث تعيد تشكيل حركة المياه وخلطها على امتداد عمقها.
يُسرّع الهواء البارد والجاف فقدان الحرارة من البحر، مما يبرد المياه السطحية ويزيد من كثافتها. ثم تغوص المياه الأكثر كثافة، مما يؤدي إلى خلط رأسي يمكن أن يمتد، في المناطق الضحلة، عبر عمود الماء بأكمله وصولاً إلى قاع البحر.
خلال الحدث الأقوى في مارس، سجل الباحثون سرعات رياح بلغت 15.12 مترًا في الثانية، أو حوالي 54 كيلومترًا في الساعة، بينما انخفضت الرطوبة النسبية إلى 33% وتراجعت درجات حرارة سطح البحر بحوالي 2 درجة مئوية. وبلغ صافي فقدان الحرارة من سطح البحر حوالي 511 واط لكل متر مربع.
شكل التبخر الحصة الأكبر من فقدان الحرارة هذا. فالرياح القوية والجافة تحمل بخار الماء بعيدًا عن السطح، ناقلة كميات كبيرة من الحرارة من البحر إلى الغلاف الجوي. ومع برودة الطبقة العليا من الماء وزيادة كثافتها، فإنها تغوص وتختلط مع الماء الموجود تحتها.
لماذا ضعف اضطراب قاع البحر رغم قوة الرياح؟
كان أحد أبرز النتائج التي توصلت إليها الدراسة هو أن الاضطراب الناتج عن التيارات المدية بالقرب من قاع البحر قد ضعف خلال أقوى ظروف رياح الشمال، على الرغم من أنه قد يُتوقع عادة أن تزيد الرياح الأقوى من الاضطراب في جميع أنحاء عمود الماء.
يوضح الرشيد أن التناقض الظاهري يعكس تفاعل آليتين مختلفتين للخلط: إحداهما تتولد بالقرب من قاع البحر، والأخرى مدفوعة بالتبريد والخلط عند السطح.
في الظروف الهادئة نسبيًا، تحرك التيارات المدية الماء ذهابًا وإيابًا، بينما يؤدي الاحتكاك بقاع البحر إلى إبطاء حركة الماء الأقرب إلى القاع مقارنة بالطبقات التي تعلوها. تخلق هذه الفروقات في السرعة ما يسميه العلماء القص الرأسي، والذي يولد اضطرابًا مستمرًا بالقرب من قاع البحر.
خلال أحداث رياح الشمال القوية، ومع ذلك، يؤدي تبريد السطح إلى خلط رأسي واسع النطاق، مما يجعل درجات الحرارة وسرعات التيار أكثر تجانسًا في جميع أنحاء عمود الماء. وهذا يقلل من فروقات السرعة التي كانت تحافظ سابقًا على الاضطراب بالقرب من قاع البحر.
يصف الرشيد هذه العملية بأنها إدخال آلية خلط قوية من الأعلى. وعلى الرغم من أن هذه الآلية تجعل عمود الماء أكثر تجانسًا بشكل عام، إلا أنها تضعف في الوقت نفسه الظروف المسؤولة عن توليد الاضطراب المعتاد بالقرب من القاع.
ونتيجة لذلك، يمكن أن يصبح البحر أكثر اختلاطًا بشكل كامل من السطح إلى قاع البحر حتى مع انخفاض الاضطراب المرتبط تحديدًا بالقص المدي في الطبقات السفلية.
توضح النتائج كيف يمكن لعمليات فيزيائية مختلفة أن تعمل في وقت واحد، مما ينتج عنه تأثيرات قد تبدو متناقضة عند النظر إليها بمعزل عن بعضها.
لماذا يهم هذا الأمر الكويت والخليج العربي؟
تعتبر هذه العملية ذات أهمية خاصة للخليج العربي بسبب مياهه الضحلة. فبمتوسط عمق يبلغ حوالي 35 مترًا، يعتبر الخليج ضحلًا بما يكفي لتؤثر التغيرات الناشئة على السطح في الظروف القريبة من قاع البحر بسهولة أكبر مما هو عليه الحال في البحار والمحيطات الأعمق.
يوضح الرشيد أن الخلط الرأسي القوي يمكن أن يعيد توزيع الحرارة والأكسجين المذاب والمغذيات والجزيئات العالقة في جميع أنحاء عمود الماء.
وقد يحمل أيضًا المغذيات المتراكمة بالقرب من قاع البحر إلى المياه السطحية المضاءة بالشمس، حيث يمكن للعوالق النباتية استخدامها. وهذا بدوره يمكن أن يؤثر على الإنتاجية البحرية والشبكة الغذائية الأوسع.
سجل الباحثون تغيرات في الأكسجين المذاب تتوافق مع الآثار المشتركة للتبريد، وتبادل الغازات المعزز بين البحر والغلاف الجوي، والخلط الرأسي. كما لاحظوا مؤشرات على تغيرات في المواد العالقة بالقرب من قاع البحر.
