یخ کره

واژه یخ کره cryosphare از دو واژه ی یونانی کریوس kryos به معنای سرما و یخ و واژه سفیر sphaira به معنای گوی یا توپ تشکیل شده است گرفته شده که برای آن قسمت هایی از زمین که توسط یخ و یا برف که همان آب در فرم جامد هستند به کار برده خواهند شد. (به طور مثال رودخانه های یخ بسته، یخ های اقیانوسی، یخ های دریاچه ای، زمین های یخ زده و…) یخ کره بخش جدایی ناپذیری از زمین است که تأثیرات و بازخورردهای مهمی را باعث می شود و می تواند برروی میزان انرژی سطحی، جریان رطوبت ها و جریان ابرها و دیگر جریانات تأثیرات شدیدی بگذارد. به دلیل این فرآیندهای بازخوردی، یخ کره نقش مهمی را در آب و هوای کره ی زمین بازی می کند. یخ شناسی نیز علمی در راستای شناسایی تغییرات یخ کره است.
ساختار:
وسعت مناطق یخ کره طبق پنجمین گزارش ارزیابی IPCC به اجزاء تشکیل دهنده ی آن در سراسر دنیا وابستگی شدیدی خواهد داشت. آب یخ زده در سطح زمین به طور معمول به صورت برف، یخ های ایجاد شده از آب دریاچه ها رودخانه ها و دریاها و آب یخ زده ی درون زمین یافت می شوند. زمان باقی ماندن و پایداری فرم یخی آب در هرکدام از این زیر گروه های یخ کره به شدت متغییر خواهد بود. پوشش برفی و یخ آب های تازه و همچنین بیشتر یخ دریاها اساساً فصلی هستند. بیشتر برف ها و همچنین بیشتر یخ ها فصلی هستند به جز یخ های مرکزی قطب شمال مابقی حداکثر چیزی در حدود چندین سال عمر خواهند نمود. ذرات محبوس در خاک های یخ زده، صفحات یخی و… می توانند مدت زمانی به اندازه ١٠ الی ١٠٠٠٠٠ طول عمر داشته باشند، اما ذرات محبوس در عمق یخ های موجود در شرق قطب جنوب می توانند طول عمری به اندازه يك میلیون سال داشته باشند.
بیشترین حجم یخ موجود در جهان در قطب جنوب واقع است به ویژه در صفحه یخی شرقی قطب جنوب هر چند که در فصل زمستان به ویژه در ماه ژانویه در نیم کره ی شمالی زمین ٢٣٪‏ از سطح این نیم کره را یخ و برف می پوشاند. بسته به خواص فیزیکی منحصر به فرد وسعت فضایی و اهمیت نقش آب و هوایی برف و یخ نشان دهنده ی اهمیت و نقش اساسی آن ها در آب هوا است که بنابراین نیازمند به توانایی رصد و مدل سازی مناطق تحت پوشش برف و یخ هستیم.
چندین خواص فیزیکی و بنیادی مربوط به برف و یخ باعث تعدیل کردن تبادل انرژی مابین سطح و اتمسفر خواهد شد. پارامترهای اساسی عبارتند از:
قابلیت بازتاب سطحی albedo، توانایی انتقال حرارت termal diffisivity و توانایی تغییر در وضعیت latent hea. این خواص فیزیکی به همراه سختی و پستی بلندی های سطحی و قابلیت نشر و ویژگی های دی الکتریک دلالت مهمی بر دیده شدن پوشش برف و یخ از فضا دارند. برای مثال پستی و بلندی های سطحی اغلب فاکتور غالبی جهت تعیین میزان باز پراکندگی امواج راداری و قدرت آن را دارد. مشخصات فیزیکی مانند ساختار کریستالی، تراکم، طول و حجم آب مایع فاکتورهای مهمی هستند که برروی تبادل و تغییرات حرارت و آب هوا و پراکندگی انرژی مربوط به امواج میکرو تأثیر می گذارند.
توانایی بازتاب سطحی تشعشعات ورودی خورشیدی به زمین به منظور بالانس انرژی سطحی زمین (SEB) از اهمیت خاصی برخوردار است که به نسبت ما بین تابش و برخورد تشعشعات خورشیدی است که معمولاً با عنوان albedo به آن اشاره می شود. اقلیم شناسان معمولاً به albedo مربوط به مجموع اجزا موج کوتاه در طیف الکترومغناطیس (٣٠٠ الی ٣٥٠٠ نانومتر) اهمیت می دهند که بر میزان انرژی ورودی از خورشید منطبق است. معمولاً میزان albedo برای سطح یخ ذوب نشده نسبت به سطوح پوشیده شده از جنگل بیش از ٨٠ الی ٩٠ درصد است.
Albedo بیشتر برای برف ها و یخ ها با جا به جایی سریعی در بازتاب سطحی در فصول بهار و پاییز در مدارهای بالایی زمین می شود، این افزایش معنادار albedo در آب هوای کلی زمین توسط پوشش ابری تعدیل خواهد شد. ( albedo سیاره ای اساساً توسط پوشش ابری و مقدار اندک پرتوهای خورشیدی که توسط مدارهای بالایی در ماه های زمستانی محاسبه می شود.) تابستان و زمستان زمان هایی هستند که بیشتری میانگین ابری بودن برروی اقیانوس شمالی است، بنابراین albedo به علت پوشیده شدن بخش عظیمی از سطح یخ ها و برف ها توسط ابر کاهش می یابد. پوشش برفی بیشترین تأثیر را برروی بالانس تابش های دریافتی زمین در فصل بهار دارد به دلیل آنکه نور خورشید بیشترین تابش اش را بر سطح فضایی پوشیده شده از برف را دارد.
مشخصات حرارتی پارامترهای یخ کره تأثیرات قابل توجهی را دارد. برف و یخ ها کمترین توانایی پراکندگی حرارتی termal diffusivitus را نسبت به هوا را دارد. پراکندگی حرارتی معیاری است از سرعتی که امواج حرارتی می توانند از درون ماده عبور کنند. پوشش برفی باعث ایزوله و عایق شدن سطح زمین می شود و یخ های اقیانوسی نیز آب های زیرین خود را عایق می کنند. یخ ها باعث ایجاد سطحی مابین بخار ایجاد شده از آب دریا و هوا می شوند و باعث می شوند که حرارت آب به سرعت از دست نرود و اگر یک پوشش برفی بر سطح آن نیز باشد این تأثیر بیشتر نیز خواهد شد! (خرس های قطبی از این خاصیت برف ها در زمستان استفاده کرده و خود را گرم نگه می دارند.) پوشش برفی علاوه بر خاصیت عایق بندی که از از دست رفتن انرژی زیاد در زمستان جلوگیری می کند در تابستان و بهار باعث کمتر شدن فرآیند گرمایش زمین می شوند مقدار انرژی زیادی جهت از بین بردن این پوشش یخی مورد نیاز است.
پوشش برف و یخ علاوه بر ایزوله کردن زمین در برابر از دست دادن انرژي آن را در برای گرم شدن سریع در بهار و تابستان مراقبت می کنند. در بعضی از مناطق مانند منطقه ی اوراسیا سرمایش ایجاد شده بر اثر انبوهی از برف و رطوبت موجود در خاک در فصل بهار باعث ایجاد تعدیلی در جریان باد و باران های موسمی در تابستان می شوند.
نقش پوشش برفی در تعدیل باد و باران های موسمی یکی از شواهد تأثیر کوتاه مدت یخ کره برروی آب و هوا که در بر گیرنده اتمسفر و زمین های سطحی است می باشد.

برف:
پوشش برفی دومین عامل تأثیرگذار در یخ کره است با مقدار بیشینه میانگین ٤٧ میلیون کیلومتر مربع. بیشتر مناطق پوشیده شده از برف زمین در نیم کره ی شمالی واقع شده است و تغییر پذیری موقت به علت گردش های فصلی قابل مشاهده است. وسعت مناطق پوشیده شده از برف در نیم کره ی شمالی از ٥/٤٦ میلیون کیلومتر مربع در ماه ژانویه تا ٨/٣ میلیون کیلومتر مربع در ماه آگوست متغییر است. مناطق پوشیده شده از برف در آمریکای شمالی روند رو به رشدی را در قرن اخیر نشان داده اند که بیشتر به دلیل ببیشتر شدن بارش ها است. هرچند که دیتاهای موجود از ماهواره های هواشناسی تغییراتی کمتر از چهاردهم درصد در پوشش های برفی اخیر ما بین سال های ١٩٧٢ الی ١٩٩٦ نشان می دهند. پوشش برفی نیم کره ی شمالی به منظور رشد در دمای فصل بهار در قرن اخیر باید کاهشی را در منطقه خود به نمایش می گذاشت. محاسبات و تخمین های اولیه از مناطق پوشیده شده از برف بر اساس منابع تاریخی و بازیابی های صورت گرفته در منطقه نشان می دهند دلیل اخیر ذکر شده برای افزایش دما در قاره اوراسیا صادق است اما این مورد برای قاره ی آمریکای شمالی صادق نیست جایی که در آن میزان وسعت مناطق پوشیده از برف در طول یک قرن اخیر ثابت مانده است. به دلیل رویت رابطه نزدیک ما بین دمای هوای نیم کره و مناطق تحت پوشش برف در نیم کره ی شمالی توسط ماهواره های هواشناسی در طول یک بازه ی زمانی (IPCC1996)، نگرانی های قابل توجهی جهت مشاهده مناطق تحت پوشش برف در نیم کره ی شمالی برای یافتن تغییرات آب و هوایی وجود دارد.
پوشش های برفی یک روش و ترکیب مناسب جهت ایجاد تعادل در آب و هوا است به ویژه برف های شدید فصلی در مناطق کوهستانی جهان. هر چند که از لحاظ مقیاس این برف های فصلی منابع عمده تأمین جریان آب های جاری سطحی و جریان ها ابری و بخارها هستند. به طور مثال بیش از ٨٥٪‏ از آب های جاری در سال در رودخانه کلورادو از منابع برفی تأمین می گردند. برف ها آب شده در کوهستان ها از آن جاری شده و باعث پر شدن رودخانه ها و سفره های زیر زمینی می گردند که میلیارها انسان زندگیشان به آن ها وابسته است. به علاوه بیش ٤٠٪‏ مناطق حفاظت شده در کوهستان ها واقع شده اند که هم به عنوان اکوسیستم های ویژه و نیز به عنوان منبع مناسبی جهت تأمین آب برای مردم منطقه و جهان باید مورد توجه قرار گیرند. گرمایش زمین باعث می شود انتظار داشته باشیم که تغییراتی را در میزان بارش برف و باران و مدت زمان مورد نیاز جهت آب شدن برف ها انتظار داشته باشیم که تأثیرات عظیمی بر جیره بندی آب خواهد داشت.

یخ دریایی
یخ دریایی اکثر اقیانوس های قطبی را تشکیل می دهد و با انجماد آب دریا شکل می گیرد. داده های ماهواره ای از اوایل دهه ١٩٧٠ نشان دهنده تغییرات قابل توجه فصلی، منطقه ای و بین سالیانه در پوشش های یخ در هر دو نیمکره است. به صورت فصلی مساحت دریای یخی در نیمکره جنوبي از حداقل سه تا چهار میلیون کیلومتر مربع در ماه فوریه تا حداکثر ١٧ تا ٢٠ میلیون کیلومترمربع در ماه سپتامبر متفاوت است. تغییرات فصلی در نیمکره شمالی بیشتر است زیرا طبیعت محدود و عرض بالای اقیانوس اطلس منجر به آب شدن بیش از حد یخ شده و خشکی های اطراف آن دامنه ی گسترش زمستانی یخ را محدود می کنند. بنابراین تغییرات فصلی در دامنه یخ نیمکره شمالی از حداقل هفت تا نُه میلیون کیلومترمربع در ماه سپتامبر تا حداکثر ١٦-١٤ میلیون کیلومترمربع در ماه مارس تغییر می کند.
پوشش یخ در دو نیم کره شمالی و جنوبی تغییرات زیادی در مقیاس منطقه ای را نشان می دهد. نوسانات منطقه ای در هر دو نیمکره به گونه ای است که برای هر دوره چند ساله مشاهدات ماهواره ای بعضی از مناطق کاهش پوشش یخ را نشان می دهند در حالی که در مناطق دیگر میزان پوشش یخ افزایش می یابد. روند کلی اطلاعات به دست آمده مایکروویو از سال ١٩٧٨ تا اواسط سال ١٩٩٥ نشان می دهد که میزان یخ دریایی قطب شمال در هر دهه به میزان ٢/٧ درصد کاهش می یابد درحالی که میزان یخ دریایی قطب جنوب در هر دهه ١/٣ درصد افزایش یافته است.

دریاچه یخ و یخ رودخانه
خنک شدن هوا به واسطه تغییر فصل باعث تشکیل یخ در رودخانه ها و دریاچه ها می گردد. فرآیند تشکیل و ذوب یخ ها بسته به عوامل محلی و جهانی می باشد. به طوری که تغییرات بزرگی در طول سال ها در تاریخ ظهور و ناپدید شدن یخ وجود دارد. مشاهدات و نظارت بر روند تشکیل و ذوب یخ ممکن است شاخص های مناسب، یکپارچه و فصلی خاص از اختلالات اقلیمی را فراهم کند. اطلاعات مربوط به شرایط یخبندان رودخانه به عنوان یک پارامتر هواشناسی کمتر مفید خواهد بود زیرا تشکیل یخ به شدت وابسته به رژیم رودخانه است. رژیم رودخانه ها تحت تأثیر بارش، ذوب یخ ها و حوزه آبریز که با دخالت انسانی می باشد.
یخ بستن دریاچه به ذخیره سازی گرما در دریاچه و در عمق آن، سرعت و دمای جریان های آب و هوا بستگی دارد. اطلاعات مربوط به عمق دریاچه اغلب در دسترس نیست اگر چه برخی از نشانه های عمق دریاچه های کم عمق در قطب شمال را می توان از تصاویر رادار هواپیما در اواخر و تصاویر ماهواره در طول تابستان به دست آورد. زمان آب شدن یخ به عمق برف برروی یخ و همچنین ضخامت یخ و جریان آب شیرین بستگی دارد.

زمین منجمد و پرمافراست
زمین منجمد (پرمافراست و زمین منجمد فصلی) حدود ٥٤ میلیون کیلومتر مربع از مناطق زمین در نیمکره شمالی را اشغال می کند و بنابراین دارای بیشترین وسعت در یخ کره می باشد. پرمافلاست (انجماد زمین) زمانی اتفاق می افتد که میانگین دمای سالانه هوا کمتر از ١- یا ٢- درجه سانتیگراد است و اگر این میانگین کمتر از ٧- درجه سانتیگراد باشد تداوم خواهد داشت. علاوه بر این میزان و ضخامت پرمافراست از رطوبت خاک، پوشش گیاهی، عمق برف زمستانی و ابعاد آن متأثر می گردد. گستره جهانی پرمافراست ها هنوز کاملاً شناخته نشده است اما تقریباً ٢٠٪ از مناطق زمین نیمکره شمالی را تشکیل می دهد. ضخامت پرمافراست در امتداد ساحل شمال قطب شمال، سیبری و آلاسکا از ٦٠٠ متر بیشتر است اما به سمت حاشیه از ضخامت آن کاسته شده و آرام آرام به صورت افقی ناپدید می گردد. کاهش پرمافراست نشانه افزایش دمای منطقه می باشد. در تابستان عمق لایه فعال اثرات قابل توجهی بر رژیم های هیدرولوژیکی و ژئومورفیک دارد. به طور متوسط هر یک درجه افزایش دمای هوا باعث جابجائی منطقه تحت تأثیر پرمافلاست در حدود ٥٠ تا ١٥٠ کیلومتر به سمت شمال دارد. طبق تحقیقات انجام شده نتیجه گرمایش دو تا چهار درجه سانتیگراد طی ١٠٠ سال باعث کاهش ٢٥ درصدی پرمافراست با ضخامت ٤٠٠ متر در آلاسکا شده است. تأثیرات جانبی این فرآیند ممکن است باعث تغییر در عمق پوشش برف منطقه و نیز پوشش گیاهی گردد.

یخچال ها و صفحات یخ
صفحات یخ و یخچال ها حفره های زمین را با توده های یخ پر می کنند. آن ها با انباشت برف، ذوب سطحی و سطح زیرین، حرکت به سمت به اقیانوس های اطراف و دریاچه ها کنترل می شوند. جریان خزش ناشی از گرانش در درون یخ و تعامل آن با بخش زیرین یخچال باعث نازک شدن و گسترش افقی آن می گردد. هر گونه تغییر در این این تعادل پویا بین افزایش جرم، ذوب و انتقال به علت جریان باعث بزرگ و یا کوچک شدن یخچال می گردد.
عرصه ها یخی و یخچال ها ٧٧٪‏ کل منابع آب شیرین جهان را شمال می گردد. این مقدار معادل افزایش آب سطح دریاها به اندازه ٨٠ متر می باشد. ٩٠٪‏ این منابع در قطب جنوب و ١٠٪‏ باقی مانده در جریزه گرینلند قرار گرفته است. سایر یخچال های زمین فقط نیم درصد دیگر را شامل می گردد.
با توجه به نرخ سالانه بارش و ذوب برف زمان اقامت آب در این عرصه های یخی بین یکصد هزار سال تا یک میلیون سال متغییر می باشد. هرگونه تغییر آب و هوائی واکنش هایی را به وجود می آورد که در دوره های یخبندان و بین دوره ای رخ می دهد. تغییر در یخبندان و عرصه های یخی تأثیر منفی بر آب و هوای جهانی دارد. یک سوم تا نیمی از افزایش سطح آب دریاها در قرن بیستم مربوط به همین مورد می باشد.
برنامه ریزی جهت به حداقل رساندن تأثیرات منفی ذوب یخ یخچال های قطبی باید به دقت انجام پذیرد. برآوردها نشان دهنده افزایش سالیانه يك میلیمتری سطح آب دریاها به واسطه ذوب یخچال های قطبی و يك میلیمتر به واسطه منبسط شدن آب اقیانوس ها متأثر از گرمایش جهانی می باشد.
رابطه بین آب و هوای جهانی و تغییرات یخچال ها پیچیده می باشد. تعادل یخچال ها و صفحات یخ در مناطق غیر قطبی با میزان بارش و انباشت برف در زمستان و آب شدن آن ها در طول فصل تابستان سنجیده می شود. با این حال در بخش اعظم قطب جنوب ذوب یخ سطحی اتفاق نمی افتد. در بخش انتهايی یخچال ها در اقیانوس آب شدن یخ به صورت کوه های یخ اتفاق می افتد. گرمایش جهانی باعث آب شدن بیشتر یخچال های گرینلند نسبت به قطب جنوب می گردد. با این حال اگر یخسار غربی در قطب جنوب که برروی زمین بستر دریا قرار گرفته است بشکند، سطح آب دریاها در طول یک قرن بین شش تا هفت متر بالا خواهد آمد.
روابط بین آب و هوای جهانی و تغییرات در دامنه یخ پیچیده است. تعادل جرم یخچال های زمینی و صفحات یخ با انباشت برف عمدتاً در فصل زمستان و تخلیه گرما در فصل تابستان به دلیل تابش خورشید و شار حرارتی آشفته برای ذوب شدن یخ و برف از تهدید هواي گر تعیین می شود. (مونرو ١٩٩٠). با این حال اکثر قطب جنوب هرگز سطح ذوب را تجربه نمی کنند. در جایی که توده های یخی در اقیانوس ختم می شوند گوسفند یخ زده مهمترین عامل کاهش تلفات است. در این وضعیت حاشیه ی یخ ممکن است به آب های عمیق به عنوان یک قفسه یخ شناور مانند دریای راس گسترش یابد. با وجود احتمال اینکه گرم شدن کره زمین می تواند منجر به خسارت ناشی از یخ های گرینلند شده توسط سود حاصل از یخچال های قطب جنوب شود، ٣٠ نگرانی عمده در مورد احتمال فروپاشی یخچال غرب قطب جنوب وجود دارد. ورقه یخ غرب قطب جنوب بر پایه ی زیر سطح دریا استوار است و فروپاشی آن دارای توانایی افزایش سطح دریا در سطح دریا شش تا هفت متر در چند صد سال است.

منبع:
‏https://en.wikipedia.org/wiki/Cryosphere#Sea_ice

کلمات کلیدی:
یخسار – یخ – قطب جنوب – گرینلند – یخچال – گرمایش جهانی

ترجمه و تنظیم
آرش زمانپور
مهر پویا توکلی