الموجات الحرارية البحرية

تعريف الظاهرة: إطار عمل هوبداي

ما الذي يصنع موجة حرارية بحرية؟

قبل عام 2016، لم يكن هناك تعريف علمي متفق عليه للموجة الحرارية البحرية — تم وصف الأحداث نوعيًا من قبل باحثين مختلفين باستخدام مقاييس متباينة. حل هوبداي وآخرون [1] هذه المشكلة باقتراح تعريف صارم يعتمد على العتبة، مماثل لتعريفات الموجات الحرارية الجوية: الموجة الحرارية البحرية هي فترة تتجاوز فيها درجة حرارة سطح البحر المئوية التسعين للخط الأساسي المناخي (محسوبة على فترة مرجعية قياسية مدتها 30 عامًا) لمدة خمسة أيام متتالية على الأقل. تُعتبر الأحداث المتجاورة التي تفصل بينها أقل من يومين مستمرة. هذا التعريف نسبي مناخيًا، مما يعني أنه يلتقط الدفء الشاذ مقارنة بما اختبرته الكائنات الحية في موقع معين تاريخيًا — مع إدراك أن درجة حرارة 'ساخنة' في شمال المحيط الأطلسي شبه القطبي ستكون عادية في المناطق الاستوائية. عتبة المئوية التسعين متعمدة: فهي تلتقط الأحداث ذات الأهمية البيئية الحقيقية مع تصفية التقلبات الروتينية لدورة الفصول.

التصنيفات من الأول إلى الرابع: تصنيف الشدة

وسع هوبداي وآخرون [2] التعريف الأصلي في عام 2018 بنظام تصنيف للشدة من أربع فئات على غرار فئات الأعاصير، مما يسهل التواصل العام والمقارنة التاريخية. أحداث الفئة الأولى (المعتدلة) تتجاوز عتبة المئوية التسعين ولكن لا تتجاوز ضعف الفرق بين تلك العتبة والمتوسط المناخي. أحداث الفئة الثانية (القوية) تضاعف هذا الشذوذ؛ الفئة الثالثة (الشديدة) ثلاث مرات؛ والفئة الرابعة (المتطرفة) أربع مرات أو أكثر. صنفت موجة حر نينجالو البحرية عام 2011 قبالة غرب أستراليا، والتي تسببت في ابيضاض مرجاني جماعي وقتلت 22% من مروج الأعشاب البحرية في خليج القرش، على أنها الفئة الثالثة. وصلت أجزاء من موجة حر شمال شرق الأطلسي عام 2023 إلى الفئة الرابعة — وهو تصنيف لا يوجد له سابقة تاريخية في تلك المياه.

أحداث الموجات الحرارية البحرية البارزة

الكتلة الهادئة (2013-2015)

تشكلت الكتلة في خليج ألاسكا في أواخر عام 2013 كمنطقة ضغط عالٍ غير طبيعية أدت إلى تقليل الخلط الناتج عن الرياح وفقدان الحرارة السطحية، مما سمح للإشعاع الشمسي بالتراكم في طبقة مختلطة دافئة سميكة. بحلول ربيع عام 2014، امتد الشذوذ الحراري الدافئ من جزر أليوتيان إلى باجا كاليفورنيا، مغطيًا مساحة أكبر من الولايات المتحدة المتجاورة. كانت العواقب البيئية متتالية: ازدهار طحالب Pseudo-nitzschia الدياتومية — التي تنتج السم العصبي حمض الدومويك — امتد من كاليفورنيا إلى ألاسكا، ملوثًا المحار والطيور البحرية والثدييات البحرية. انهارت أعداد سمك السردين والأنشوجة في المحيط الهادئ تحت الضغط المزدوج للمياه الدافئة منخفضة الإنتاجية والمرض. تقطعت السبل بمئات من صغار أسود بحر كاليفورنيا الجائعة على الشواطئ لعدم قدرة الأمهات على العثور على فريسة. وثق ستروب وآخرون [5] استجابات نفوق الأعشاب البحرية المتنوعة، بما في ذلك الانقراض المحلي لعشب البحر في أجزاء من شمال شرق المحيط الهادئ حيث نما لعقود. ثم اندمجت الكتلة مع ظاهرة النينيو الناشئة 2015-2016، مما زاد من الإجهاد الحراري عالميًا.

ارتفاع درجة حرارة المحيطات العالمية 2023-2024

ابتداءً من أبريل 2023، انحرف متوسط درجة حرارة سطح البحر العالمية عن سجل قياس الارتفاعات الساتلية يوميًا تقريبًا، ووصل إلى شذوذات تبلغ +0.9 درجة مئوية فوق متوسط 1982-2011 — وهي قيمة كانت ستكون استثنائية في أي حوض منفرد ولكنها كانت متزامنة عالميًا. وشملت العوامل المساهمة ظاهرة النينيو المتطورة، وانخفاض حمل الهباء الجوي بعد ثوران هونغا تونغا عام 2022 (والذي كبح مؤقتًا الانعكاس السطحي)، وانخفاض الغبار الصحراوي الذي كان قد تم نمذجته بالفعل لزيادة درجات حرارة سطح البحر في الأطلسي. وكانت العواقب على الشعاب الاستوائية غير مسبوقة في السجل الرصدي: أعلنت إدارة المحيطات والغلاف الجوي الوطنية (NOAA) عن الحدث الرابع لابيضاض المرجان العالمي في فبراير 2024، مع توثيق ابيضاض عبر الحاجز المرجاني العظيم (للمرة الخامسة منذ 2016)، ومنطقة البحر الكاريبي، والبحر الأحمر، والمحيط الهندي، والمحيط الهادئ. كان أوليفر وآخرون [3] قد وثقوا الاتجاه طويل المدى نحو زيادة أيام الموجات الحرارية البحرية؛ وقد ضغط عام 2023 هذا الاتجاه في عرض واحد متسارع.

الآليات الدافعة للموجات الحرارية البحرية

تتطور الموجات الحرارية البحرية عادة من خلال مزيج من تقليل خلط الرياح (الذي سيجلب بخلاف ذلك مياهًا أبرد تحت السطح إلى السطح)، قمع الغطاء السحابي (زيادة الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى السطح)، وأنماط الدوران الجوي الشاذة مثل أنظمة الضغط العالي التي تمنع الحركة. في المناطق الاستوائية، ترتبط الموجات الحرارية البحرية غالبًا بمراحل ظاهرة النينيو-التردد الجنوبي (ENSO)، وتذبذب مادن-جوليان، والشذوذات الدورية الإقليمية. في المناطق خارج المدارية، يؤدي التواء التيار النفاث إلى كتل ضغط عالٍ مستمرة يمكنها الحفاظ على ظروف سطح المحيط الدافئة لأسابيع إلى شهور. يمكن أن تعزز التغذية الراجعة بين المحيط والغلاف الجوي الموجات الحرارية البحرية: تعمل درجات حرارة سطح البحر الدافئة على قمع الحمل الحراري الجوي والتبريد التبخيري، مما يساعد على الحفاظ على الشذوذ بمجرد تأسيسه.

تغير المناخ كعامل مضخم

استخدم فروليخر وآخرون [4] مجموعة كبيرة من عمليات محاكاة نماذج المناخ CMIP5 لتوقع كيف سيغير الاحتباس الحراري إحصائيات الموجات الحرارية البحرية. نتائجهم مدهشة: بالنسبة للخط الأساسي قبل الثورة الصناعية، ستستمر الموجة الحرارية البحرية العالمية المتوسطة 112 يومًا وتغطي 21 مليون كم² بحلول عام 2100 في ظل سيناريو RCP8.5. عند ارتفاع درجة حرارة بمقدار 2 درجة مئوية، ستزداد أيام الموجات الحرارية البحرية عالميًا بمقدار 41 ضعفًا مقارنة بالخط الأساسي قبل الثورة الصناعية. أكد أوليفر وآخرون [3] الاتجاه التاريخي: زاد تواتر الموجات الحرارية البحرية بنحو 54% بين عامي 1925 و 2016، بينما زاد متوسط المدة بنسبة 17%. الأهم من ذلك، نظرًا لأن المحيط يزداد دفئًا، فإن عتبة المئوية التسعين نفسها ترتفع — لكن درجات حرارة سطح البحر المرصودة ترتفع بشكل أسرع، مما يعني أن تواتر الأحداث التي تتجاوز العتبة يتسارع بشكل غير خطي.

العواقب البيئية للغواصين

ابيضاض المرجان ووفيات الهياكل

يحدث ابيضاض المرجان عندما تتسبب درجات حرارة سطح البحر المرتفعة (عادة 1-2 درجة مئوية فوق الحد الأقصى لصيف لمدة تزيد عن بضعة أسابيع) في انهيار العلاقة التكافلية بين المرجان والطحالب داخل الخلايا (Symbiodiniaceae). تطرد المرجان المبيض طحالبها، وتفقد مصدر طاقتها الرئيسي، وإذا استمر الشذوذ الحراري، فإنها تموت. وثق هيوز وآخرون [6] كيف أدت عملية ابيضاض عام 2016 في الحاجز المرجاني العظيم إلى وفاة ما يقرب من 50٪ من المرجان الضحل في القسم الشمالي — وهو حدث نفوق جماعي لم يسبق له مثيل في تاريخ الشعاب المرجانية الموثق. وأظهر تحليلهم أن الابيضاض يحدث الآن عند درجات حرارة أقل بحوالي 1 درجة مئوية عما كانت عليه في التسعينيات، لأن المرجان يتعرض قبل اكتمال التعافي من الأحداث السابقة. وتعتبر الموجات الحرارية البحرية، من خلال توفير إجهاد حراري حاد بالإضافة إلى خط الأساس الذي يزداد دفئًا ببطء، هي المحفز الأقرب لمعظم أحداث الابيضاض.

غابات عشب البحر ومروج الأعشاب البحرية

تعتبر غابات عشب البحر من أكثر النظم البيئية إنتاجية وتنوعًا بيولوجيًا على وجه الأرض، وهي شديدة الحساسية لدرجات الحرارة. معظم أنواع الطحالب الكبيرة في غابات عشب البحر الباردة والمعتدلة لديها حدود عليا لتحمل الحرارة تتراوح بين 18-22 درجة مئوية، ويمكن أن تتجاوز درجات حرارة الموجات الحرارية البحرية هذه العتبات بعدة درجات. استعرض ستروب وآخرون [5] مجموعة استجابات الأعشاب البحرية للموجات الحرارية البحرية — من المقاومة إلى النفوق الجزئي إلى الانقراض المحلي — ووثقوا انهيارات غابات عشب البحر الإقليمية في غرب أستراليا (2011)، وجنوب كاليفورنيا (2014-2015)، وتسمانيا (مستمر). عانت مروج الأعشاب البحرية، التي توفر موائل حضانة حاسمة لأسماك الشعاب المرجانية، من نفوق جماعي في خليج القرش خلال موجة حر نينجالو البحرية عام 2011 ولم تتعافَ إلى امتداد ما قبل الحدث. يتسلسل فقدان هذه الموائل الأساسية عبر الشبكة الغذائية ليؤثر على الكائنات البحرية الكبيرة — حيتان القرش، وأسماك شيطان البحر، والسلاحف البحرية — التي تجذب الغواصين إلى الوجهات المعتدلة وشبه الاستوائية.

اضطراب النظم البيئية السطحية (Pelagic)

تعمل الموجات الحرارية البحرية على تقسيم الطبقات العليا من المحيط، مما يثبط ارتفاع المغذيات ويقلل من إنتاجية العوالق النباتية في قاعدة السلسلة الغذائية. تنخفض الكتلة الحيوية للعوالق الحيوانية، مما يقلل بدوره من توافر الفرائس للأسماك الصغيرة المتجمعة، مما يقلل من الفرائس للحيوانات المفترسة الأكبر. بالنسبة للغواصين في مواقع المحيطات المفتوحة الغنية — جزر غالاباغوس، جزر الأزور، جزيرة كوكوس، الجزر المرجانية الخارجية في جزر المالديف — تشير ظروف الموجات الحرارية البحرية إلى انخفاض الوفرة لكل شيء من أسماك القرش الحوت وأسماك شيطان البحر المحيطية إلى تجمعات أسماك الطعم التي تجذب الدلافين وأسماك أبو سيف. تنتقل الكائنات البحرية الكبيرة إلى مناطق أبعد نحو القطبين أو إلى مياه أعمق وأبرد خلال الموجات الحرارية البحرية المستمرة، مما يقلل بشكل مباشر من معدلات المواجهة أثناء الغوص في النقاط الساخنة المعروفة.

• أسماك القرش الحوت: تتجمع حول مناطق المد المنخفض الغنية بالمواد الغذائية؛ تنهار هذه المناطق خلال الموجات الحرارية البحرية.
• أسماك شيطان البحر المحيطية: تتبع رقع العوالق الحيوانية؛ يؤدي انخفاض الإنتاجية إلى تغيير توزيعها المكاني.
• مولا مولا (سمك الشمس المحيطي): تصعد إلى المياه السطحية الدافئة لتنظيم حرارة جسمها بعد التغذية العميقة — تعطل الموجات الحرارية البحرية أنماط هجرتها الرأسية.
• الأسماك السطحية المتجمعة (التونة، السَّمَك، السَّمَك الكينغ): تنضغط في طبقات رقيقة مؤكسجة ومتحملة للحرارة، مما يؤدي أحيانًا إلى تجمعات سطحية مذهلة فوق المياه الدافئة تحت السطح — ولكن هذا يشير إلى نظم بيئية مجهدة تحتها.

التنبؤ بالموجات الحرارية البحرية: أدوات لتخطيط رحلات الغوص

تنشر NOAA Coral Reef Watch منتجات درجات الحرارة المتراكمة (DHW) في الوقت شبه الحقيقي بدقة 5 كيلومترات عالميًا. تدمج DHW الشذوذ الحراري التراكمي على مدى نافذة 12 أسبوعًا: تعادل DHW واحدة أسبوعًا واحدًا تتجاوز فيه درجة حرارة سطح البحر متوسط الشهر الأقصى المناخي بمقدار 1 درجة مئوية. يبدأ الابيضاض عادة عند 4 DHW؛ ومن المتوقع حدوث وفيات واسعة النطاق عند 8+ DHW. تصدر هيئة الأرصاد الجوية الأسترالية و CSIRO منتجات تتبع الموجات الحرارية البحرية للمنطقة الأسترالية. توفر توقعات درجة حرارة سطح البحر الموسمية من NOAA والمركز الأوروبي للتنبؤات الجوية متوسطة المدى (ECMWF) تنبؤات احتمالية تتراوح من شهر إلى 6 أشهر لدرجات حرارة سطح البحر فوق المعدل الطبيعي، مما يوفر إنذارًا مبكرًا لتخطيط الرحلات.

التوقعات: المحيط الأكثر سخونة في المستقبل

المسار واضح. أظهر أوليفر وآخرون [3] أنه إذا تم تحقيق ارتفاع درجة حرارة بمقدار 1.5 درجة مئوية (الهدف الطموح لاتفاقية باريس)، فإن تواتر الموجات الحرارية البحرية سيكون أعلى بخمس مرات تقريبًا من مستوى ما قبل الثورة الصناعية؛ وعند 2 درجة مئوية، سيكون أعلى بـ 41 مرة؛ وعند 3.5 درجة مئوية، سيكون أعلى بـ 90 مرة. من الناحية العملية، هذا يعني أن سطح المحيط في معظم مواقع الشعاب المرجانية الاستوائية سيقضي معظم العام في ظروف 'موجة حرارية بحرية' بحلول الجزء الأخير من هذا القرن في ظل سيناريوهات الانبعاثات العالية. عند هذه النقطة، يصبح تعريف هوبداي [1] القائم على العتبة متناقضًا — لا يمكن أن يكون حدث ما دافئًا بشكل غير طبيعي مقارنة بخط أساس هو نفسه موجة حرارية بحرية. أشار فرويليتشر وآخرون [4] إلى هذه الحالة باسم 'حالة الموجات الحرارية البحرية الدائمة'.

بحول عام 2100، وفي ظل سيناريو الانبعاثات العالية، سيكون المحيط العالمي في حالة موجة حرارية بحرية دائمة مقارنة بالخط الأساسي لأواخر القرن العشرين — ما نسميه اليوم متطرفًا سيصبح هو القاعدة.

— Frölicher, Fischer & Gruber, Nature, 2018 [4]