کشف یک مخزن وسیع یخ زیر لایههای سنگی؛ یخچالهای سنگی چگونه تشکیل میشوند؟
تینا مزدکی_در مقایسه با یخچالهای طبیعی که معمولاً پهنههای وسیعی از یخ را در سطح زمین نمایان میسازند، یخچالهای سنگی (Rock Glaciers) بیشتر به تودههایی از سنگهای خرد شده شباهت دارند که به آرامی حرکت میکنند. لایه سنگی روی این ساختارها میتواند مقدار زیادی یخ را در خود جای دهد و به طور همزمان همچون یک عایق، از آن در برابر تابش مستقیم خورشید و دمای بالا محافظت کند.
این گونه ساختارها در رشتهکوههای واساچ و اوینتا واقع در یوتا گسترده شدهاند و همچنین در فلات کلرادو و کوههای لاسال نزدیک موآب نیز قابل مشاهده هستند. یکی از بزرگترین نمونههای موجود در زیر قله تییمپانوگوس قرار دارد؛ قلهای که به عنوان یک نشانگر بر فراز نواحی اطراف سالتلیکسیتی و پروو ایستاده است.
یخ پنهان در زیر کوه تییمپانوگوس
دو تحقیق جدید که توسط دانشگاه یوتا انجام شده، به بررسی نحوه شکلگیری یخچال سنگی تییمپانوگوس و مقدار آب یخزده موجود در آن پرداختهاند. برآورد پژوهشگران نشان میدهد که ۸۳ درصد این ساختار از یخ و ۱۷ درصد باقیمانده آن از سنگهای سست تشکیل شدهاند.
حجم آبی که در این یخ مدفون وجود دارد، حدود ۱.۵ میلیون مترمکعب، معادل تقریبی ۵۳ میلیون فوت مکعب برآورد شده است. این مقدار برای پر کردن ۶۰۰ استخر شناور المپیک کافی است و از نظر حجم، مشابه بزرگترین هرم در مجموعه جیزه در مصر به نظر میرسد.
برانسون سیویانوویچ، دانشجوی پیشین مقطع تحصیلات تکمیلی در گروه زمینشناسی و ژئوفیزیک دانشگاه یوتا و نویسنده اصلی یکی از این مطالعات، میگوید: «یخچال سنگی تییمپانوگوس به طرز شگفتانگیزی غنی از یخ است. ۸۳ درصد آن یخ و ۱۷ درصد آن شامل سنگهای سست میباشد.»
لیف اندرسون، استاد برجسته یخچالشناسی، با اشاره به گستردگی این ذخایر پنهان میافزاید: «در کوههای یوتا مقدار قابل توجهی یخ نهفته است. وقتی در مناطق مرتفع پیادهروی میکنیم و بر روی سنگها یا قلوهسنگهای سست حرکت میکنیم، نمیتوانیم تصور کنیم که ممکن است ۱۲۰ فوت، معادل حدود ۳۷ متر، یخ زیر قدمهایمان دفن شده باشد.»
اندازهگیری یخ با استفاده از گرانش
از آنجایی که یخ در زیر لایهای از سنگ و آوار نهفته است، پژوهشگران نمیتوانند مقدار آن را به روشهای متداول مشاهدهای اندازهگیری کنند. در حالی که تصاویر ماهوارهای قادر به مشخصکردن مرز یک یخچال سنگی هستند، اما اطلاعات دقیقی درباره عمق، شکل یا حجم مواد یخزده درون آن ارائه نمیدهند.
سیویانوویچ در پاییز ۲۰۲۴، شش مأموریت مطالعاتی به یخچال سنگی تییمپانوگوس انجام داد و تجهیزات حساس اندازهگیری را به این ساختار در ارتفاعات بالای دریاچه امرالد منتقل کرد. او با بهرهگیری از یک گرانشسنج پیشرفته، در ۲۳۲ نقطه که در قالب یک شبکه منظم با فاصله ۲۵ متر از یکدیگر قرار داشتند، اندازهگیریهای لازم را انجام داد.
این روش بر اساس یک تفاوت فیزیکی اساسی استوار است: چگالی یخ به طور قابلتوجهی کمتر از چگالی سنگ است. بنابراین مناطقی که یخ ضخیمتری زیر خود دارند، نیروی گرانشی کمی ضعیفتر را ایجاد میکنند. دانشمندان میتوانند با مطالعه این تغییرات بسیار ناچیز، ساختار یخ مدفون را بدون نیاز به حفاری بازیابی نمایند.
مایکل تورن، استاد ژئوفیزیک دانشگاه یوتا، توضیح میدهد: «تفاوت فاحشی میان چگالی جرمی سنگهای تشکیلدهنده کوه تییمپانوگوس و چگالی به مراتب پایینتر یخ موجود در یخچال سنگی مجاور آن وجود دارد. زمانی که شتاب گرانشی را در سطح یخچال سنگی اندازهگیری میکنیم، در نواحی که یخ بیشتری وجود دارد، کاهش بیشتری در شتاب گرانشی مشاهده میشود.»
تصویری سهبعدی از یخهای زیرزمینی
اندازهگیریها به اصلاحات دقیقی نیاز داشتند؛ زیرا گرانش تحت تأثیر تغییرات ارتفاع، عرض جغرافیایی، زمینهای اطراف و حتی موقعیت خورشید و ماه تغییر میکند. بعد از در نظر گرفتن این عوامل، پژوهشگران از آمار بیزی بهرهبرداری کردند تا محتملترین شکل سهبعدی یخ مخفی در زیر سطح را محاسبه کنند. تورن افزود: «ماهها زمان صرف محاسبات و تصویربرداری با استفاده از روشهای نوینی که آزمودیم، شده است.»
نتیجه این فرایند به طور قابل توجهی شبیه به سیتیاسکن بدن انسان است. با این تفاوت که در اینجا به جای استفاده از پرتوهای تابشی برای تشخیص استخوانها و بافتها، تغییرات بسیار جزئی در میدان گرانش برای ترسیم یخ مدفون در زیر لایهای ضخیم از سنگ و آوار به کار گرفته شده است.
این تکنیک میتواند به عنوان یک راهکار مفید برای تخمین میزان یخ موجود در دیگر یخچالهای سنگی به کار گرفته شود؛ بهویژه در ساختارهایی که در مناطق دورافتاده یا ناپایدار واقع شدهاند و حفاری در آنها دشوار یا پرخطر است. همچنین این روش میتواند اطلاعات زیادی درباره سامانه آب کوهستانی ارائه دهد که ممکن است در بررسیهای معمول یخچالهای طبیعی نادیده گرفته شود.
یخچالهای سنگی یوتا چگونه شکل گرفتهاند؟
یخچالهای سنگی معمولاً در زیر درههایی با دیوارههای شیبدار یا سیرکهای یخچالی ایجاد میشوند؛ مناطقی که در آن فرسایش کوهستان بهطور مداوم سنگها را بر روی برفهای دائمی انباشته میسازد. با انباشت سنگها، برف مدفون میشود و این لایه سنگی به حفاظت از یخ شکلگرفته در برابر شرایط محیطی کمک میکند.
اندرسون اظهار میدارد: «در واساچ، خود کوهها در حال فرسایش هستند و برف را پوشانده و بدین وسیله آن را دفن میکنند؛ این عامل باعث شکلگیری یخچالهای سنگی میشود.»
پژوهشگران برای توضیح این فرآیند یک مدل ریاضی را طراحی کردهاند. این مدل نشان میدهد چگونه ریزش سنگها با پوشش دادن برفهای دائمی در بخشهای بالایی یخچال سنگی، بهتدریج توده بیشتری را به آن اضافه کرده و ساختاری ایجاد میکند که بخش بزرگی از آن زیر سطح سنگی به یخ اختصاص یافته است.
مطالعه دوم پژوهشگران همچنین نشان میدهد که یخچالهای سنگی یوتا برآمده از دوره یخبندان نیستند؛ رویدادی که به اوج خود حدود ۲۱ تا ۱۸ هزار سال پیش رسید. در عوض، این ساختارها طی هزاران سال بعد از ناپدید شدن یخچالهای طبیعی باستانی در این منطقه شکل گرفتهاند. بنابراین یخچالهای سنگی یوتا باید بهعنوان مخازن یخزده نسبتاً جوان در نظر گرفته شوند، نه بقایای باقیمانده از صفحاتی یخی که در دوران باستان وجود داشتند.
ذخیرهای جهانی از آب یخزده
بررسیهای ماهوارهای تا به حال ۸۳۶ یخچال سنگی شناختهشده را در ایالت یوتا شناسایی کردهاند. پژوهشگران با بهرهگیری از ارتباط میان مساحت سطحی و حجم یخ که در یخچال سنگی تییمپانوگوس به دست آمده است، روشی برای تخمین حجم یخ پنهان در سایر ساختارهای مشابه ابداع کردند.
زمانی که این محاسبات برای نزدیک به ۵۰ هزار یخچال سنگی شناختهشده در سرتاسر جهان به کار گرفته شد، روشن شد که این ساختارها به طور کلی ممکن است نزدیک به ۴۸ گیگاتن آب ذخیره کنند. هر گیگاتن معادل یک میلیارد تن متریک است و به طور تقریباً برابر با یک کیلومتر مکعب آب به حساب میآید؛ حجمی که برای پر کردن حدود ۴۰۰ هزار استخر شناور المپیک کافی است.
بر اساس برآوردهای انجام شده، یخچالهای سنگی یوتا ممکن است حدود یک گیگاتن آب را در خود نگهداری کنند؛ حجمی معادل تقریباً ۸۱۵ هزار ایکرفوت آب.
این یافتهها همگی نشان میدهند که بخش قابل توجهی از آب شیرین منجمد در مناطق کوهستانی ممکن است در ساختارهایی پنهان شده باشند که در نگاه اول، ظاهری شبیه تودههای متعارف سنگ و قلوهسنگ دارند. در نتیجه، مطالعه این یخچالهای سنگی میتواند دیدی جامعتر از ذخایر آب کوهستانی و تغییرات آنها در آینده به ما ارائه دهد.
لازم به ذکر است که بودجه این تحقیق توسط سازمان زمینشناسی آمریکا، بنیاد ملی علوم آمریکا، مرکز ویلز دانشگاه یوتا برای علوم و سیاست اقلیمی، دفتر پژوهشهای کارشناسی دانشگاه یوتا و برنامه پژوهش تابستانی دانشجویان کارشناسی تأمین شده است.
منبع: scitechdaily
۲۲۷۳۲۳