التيارات تحت المائية الغامضة تعيد تشكيل الأرض

في نوفمبر من عام 1929، تسبب زلزال ضخم في غراند بانكس قبالة الساحل الجنوبي لنيوفاوندلاند في كندا باهتزازات وصلت إلى نيويورك. مع اهتزاز قاع البحر، بدأت كمية هائلة من الرمال والطين في التحرك والتدفق متجهة إلى أسفل الأخدود، مكتسبة زخماً أثناء تحركها، مما أدى إلى حدوث انهيار Avalanche دراماتيكي تحت مائي. وجرف التيار هذا كميات من مواد تكفي لصنع جبلي إيفرست، وتسبب في حدوث تسونامي أسفر عن مقتل أكثر من 25 شخصاً.

هذا هو أكبر مثال معروف لانهيار يحدث تحت سطح البحر، لكنه لم يكن الانهيار الوحيد. تحت الأمواج، تحدث أكبر الانهيارات في العالم بانتظام في سواحل الأرض والمحيطات، ناحتة أعمق وأطول الأخاديد على كوكبنا. وفي معظم الأحيان، يحدث ذلك دون أن يلاحظ أحد.

لمئات السنين، كان الشهود الوحيدون على هذه الأحداث هم الأسماك ومخلوقات أعماق البحار، والتي ربما جرفت إلى وسط البحر أو تغذت على الرواسب الغنية بالمغذيات التي تحملها التيارات معها. وفي الآونة الأخيرة، كانت خطوط أنابيب الغاز المشققة وكابلات الاتصالات المكسورة دليلاً على أن شيئاً ما كبيراً يحدث. لكن الأمور بدأت تتغير على مدى السنوات القليلة الماضية.

والآن، بفضل سلسلة من التجارب وقليل من الحظ، استطعنا مشاهدة هذه الأحداث التي تنحت في الأرض وقت حدوثها. واتضح لنا أن متاهات الأخاديد تحت الماء، والتي كما نعتقد لفترة طويلة أن العديد منها غير نشط جيولوجياً، هي في الواقع نقيض ذلك. متسلحين ببيانات جديدة، بدأ الباحثون بتكوين صورة أفضل تصف الانهيارات تحت المائية، وكيفية تشكيلها للأرض، ودورها الحيوي في منع الكربون من رفع حرارة عالمنا.

تتشابه أعمق وأطول أنظمة الأخاديد على كوكبنا من حيث الحجم والشكل مع الأخدود العظيم (غراند كانيون) في ولاية أريزونا. ولكن الانهيارات تحت المائية، على عكس نظيراتها على الأرض، والتي نحتت باستمرار بفعل الرمال والحصى التي تحملها الأنهار، تنشأ بسبب الانهيارات غير المنتظمة التي تقع بشكل متتال قبالة الجرف القاري وصولا الى أعماق المحيطات (انظر: شلالات المحيط). تفرغ الأنهار الطمي على الجرف القاري حيث تتراكم، وتكون في نهاية المطاف غير مستقرة – أو في بعض الأحيان تنهار بعد أن يدفعها زلزال أو عاصفة أو فيضان – وتتساقط من الجرف القاري وتنحت الأودية أثناء تحركها.

تنقل تدفقات الرواسب، والمعروفة أيضاً بتيارات العكر Turbidity currents، مواد أكثر من أي عملية طبيعية أخرى على الأرض، وتحمل الرواسبَ الغنية بالكربون العضوي وتجرف الحطام أثناء تحركها، بما في ذلك الأعشاب البحرية المتحللة والمواد النباتية والكائنات البحرية. أثناء اندفاعها إلى السهل السحيق – وهي منطقة مسطحة تغطي أكثر من 50% من قاع البحر- تصنع هذه التدفقات فسيفساء من الموائل المتخصصة Specialised habitats، كاشفة الرواسب الحاملة للميثان في بعض المناطق، في حين تغمر مناطق أخرى خانقة إياها لتكون جيوبا من الطين الخالي من الأكسجين.

تدعم هذه البيئة غير العادية أنظمة إيكولوجية متنوعة وفريدة من نوعها بما في ذلك المجتمعات القائمة التحليل الكيميائي Chemosynthetic المتخصصة، مثل الديدان الأنبوبية والمحاريات الحويصلية Vesicomyid clams، والتي توجد عادة بالقرب من الفوهات الحرارية المائية Hydrothermal vents، والتي يدعم بقاءَها كبريتيد الهيدروجين والميثان. يحفر خيار البحر Sea cucumbers القطع الصغيرة المتحللة من الطين المترسب حديثاً، في حين تنجرف شقائق النعمان البحرية Pom-pom anemones معها، وأحياناً تستقر على وجبة.

وتتسارع الانهيارات ذاتياً وتكتسب الطاقة، مثلها مثل ما يضاهيها على الجبال بفعل الانهيارات الثلجية. «هذا يعني أنه يمكنها الارتحال إلى مسافات هائلة في أعماق البحار ونقل كميات هائلة من المواد»، كما يقول ديفيد هودجسون David Hodgson، عالم الجيولوجيا في جامعة ليدز University of Leeds في المملكة المتحدة.

تؤدي هذه الانتقالات الهائلة للرواسب دوراً في دورة الكربون على الأرض، حيث تدفن الكربون الموجود في المواد العضوية وتحبسها في قاع المحيط لملايين السنين. ولكن معرفة كمية الكربون التي تحملها بالضبط لم يكن أمراً سهلاً. يقول هودجسون: «لم نتمكن من جمع المعلومات من هذه التدفقات الضخمة، ويرجع ذلك جزئياً إلى أنها نادرة ولا يمكن التنبؤ بها، وجزئياً لأنها تحطم معداتنا»

نسبة صغيرة من الأخاديد البحرية التي نعرفها، والتي يبلغ عددها نحو 9,000، لا تزال مرتبطة بمصبات الأنهار على الساحل

الأخاديد المحيطية المنفصلة
هناك نسبة صغيرة من الأخاديد البحرية التي نعرفها، والتي يبلغ عددها نحو 9,000، لا تزال مرتبطة بمصبات الأنهار على الساحل. لكن نحو ثلاثة أرباعها صارت منفصلة عن أنهارها عندما ارتفعت مستويات سطح البحر بعد العصر الجليدي الأخير. وتقع هذه الأخاديد المنفصلة الآن بعيداً في داخل البحر.

على بعد نحو 300 كيلومتر جنوب غرب كورنويل في المملكة المتحدة، يقع أخدود ويتارد Whittard Canyon، وهي شبكة من القنوات بحجم غراند كانيون (الأخدود العظيم) Grand Canyon تمتد في شمال المحيط الأطلسي. نظراً لأنه الأخدود الوحيد الذي يتواجد في مياه تملك المملكة المتحدة حقوقاً فيها، تقدم مايك كليرMike Clare، الباحث في المخاطر الجيولوجية البحرية National Oceanography Centre في المركز الوطني لعلوم المحيطات في ساوثهامبتون، المملكة المتحدة، بطلب للحصول على تمويل لدراسته. ويقول: «لأكون صريحاً، لم أكن متحمساً في البداية». «كان الرأي السائد هو أنه لا توجد طريقة واضحة لتحفيز حدوث تيارات العكر في أخدود منفصل، لذلك اعتقدت أن الأمر سيكون مملاً».

ومع ذلك، في يونيو 2019، وضع كلير وفريقه اثنين من مراسي المياه العميقة Deep-water moorings في الأخدود وشغلوا أجهزة لمراقبة حركة الرواسب، على أمل التقاط انهيار تحت الماء. كما وضعوا حلقة دوارة من الزجاجات على ارتفاع 10 أمتار فوق قاع البحر عند أول مرسى من أجل اصطياد الرواسب. ثم انتظروا. وما حدث بعدها كان مفاجئاً؛ ففي غضون ثلاثة أسابيع، كانوا قد التقطوا انهيارا أثناء حدوثه.

وعلى مدى السنة التالية، سجلوا ستة من هذه الانهيارات، كل منها استمر لعدة ساعات. يقول كلير: «كنا نظن أن هذا الأخدود سيكون خاملا، لذلك كانت مفاجأة حقيقية لرؤية هذا النشاط». هناك أكثر من 1,000 من الأخاديد تحت المائية في العالم لديها تفاصيل مشابهة جدا لأخدود ويتارد. ويقول: «علينا إعادة تقييم وجهات نظرنا حول كيفية عمل هذه الأخاديد ومدى نشاطها».

أحد الألغاز كان التوقيت. يقول كلير: «إن كان هناك أي نشاط محتمل، كنا سنتوقع أن يكون في الخريف والشتاء، عندما أثارت العواصف مخزون الرواسب الجليدية». ولكن النتائج تظهر أن معظم تدفقات العكر تحدث خلال فصلي الربيع والصيف.

طريق سريع كربوني
جاء أحد التلميحات التي تفسر السبب من الترسبات التي التقطتها الزجاجات، والتي كانت مليئة بالكربون العضوي الآتي من الكائنات البحرية. يقول كلير: «شكوكنا تدور حول أن تيارات العكر تغذيها ازدهار الطحالب blooms Algae على أعلى نقطة في الأخدود». توفر العديد من الأخاديد في العالم نقاطاً للتيارات المائية الصاعدة، حيث تسحب تياراتُ المحيطات السطحيةُ المياه الباردة الغنية بالمغذيات Nutrient من الأعماق إلى الأعلى، وتخلق منطقة غزيرة الإنتاج وتعج بالحياة. يقول كلير: «لهذا السبب توجد الحيتان بالقرب من أعالي الأخاديد». تسحب المناطق المشابهة الكثير من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي إلى المواد العضوية، ولكن لكي يتم حبس هذا الكربون إلى الأبد، يجب أن يصل إلى أعماق المحيط بسرعة، قبل أن تتاح له فرصة الأكسدة مرة أخرى لتكوين CO2. قد توفر الأخاديد المشابهة لأخدود ويتارد طريقاً سريعاً لم يكن معروفاً في السابق لوصول الكربون البحري إلى قاع المحيط.

في أكتوبر 2019، شرع بيتر تالينغ Peter Talling في جامعة دورهام Durham University في المملكة المتحدة وفريقه في التقاط انهيار آخر تحت الماء. هذه المرة، كان هدفهم لا يزال متصلاً بنهر. قام الباحثون بتثبيت 12 مرسى مزودة بأجهزة إرسال على طول قاع أخدود الكونغو تحت المائي. بدأوا بالقرب من مقدمة الأخدود، الذي يقع داخل مصب نهر الكونغو على ساحل غرب إفريقيا، ووزعوا الباقي على نظام الأخدود. ووُضع مربط الإرساء الأخير على بعد نحو 1,200 كم من الشاطئ على عمق ما يقرب من 5,000 متر.

كان من المفترض أن تبقى المراسي لمدة عام، حاملة أدوات تراقب عمود الماء وتدفقات الرواسب تحتها. ولكن، بعد بضعة أشهر فقط، في يناير 2020، حدث شيء غريب. تلقى الباحثون تنبيهات بأن المراسي قد صعدت للسطح. «في البداية، اعتقدنا أنه ربما تم الإخلال بواحد أو اثنين من المراسي من قبل قوارب الصيد»، بحسب ما تقول ميغان بيكر Megan Baker من جامعة دورهام، والتي كانت عضوا في فريق المشروع. ولكن، واحدا تلو الآخر، بطريقة منتظمة، أرسل كل مرسى رسالة بريد إلكتروني تلقائية ليقول إنه صعد للسطح. يقول بيكر: «بدأنا نعتقد أن شيئاً كبيراً قد حدث».

انهيار أخدود الكونغو
كانوا على حق. بدأ تيهور للرواسب عند مصب نهر الكونغو. ومع تحركها، زادت سرعتها السرعة – ووصلت إلى نحو 30 كم/ساعة – وتحولت إلى تدفق تحت الماء سافر لأكثر من 1,130 كم، مما يجعلها أطول تدفق للرواسب تم قياسه على الإطلاق. وحملت كمية هائلة من الرواسب وألقتها في السهل السحيق في جنوب المحيط الأطلسي على عمق أكثر من 5,000 متر. قطع التدفق كابلين رئيسيين للاتصالات في قاع البحر، مما تسبب في بطء الإنترنت بشكل كبير في معظم أنحاء إفريقيا، من نيجيريا إلى جنوب إفريقيا.

حقيقة أن المراسي وجدت في مثل هذا التيار الضخم كان مثيرا، ولكن كانت هناك مشكلة. كُسِر نقاط تثبيت المراسي بسبب التدفق القوي وكان لا بد من استعادتها قبل أن يتمكن الباحثون من قراءة بياناتهم. كان حجم كل منها ثلاثة أضعاف حجم كرة القدم الأمريكية وفقدت في المحيط الأطلسي مع تفشي جائحة كوفيد-19. ومما زاد الطين بلة أن البطاريات الموجودة في مرابط الإرساء لن تصمد لأكثر من ثلاثة أشهر. يقول تالينغ: «لم أتوقع أبداً استعادة أي منها».

ولكن لحسن الحظ، كانت هناك أدلة. «أخبرَنا البريدُ الإلكتروني الآلي بالوقت الذي وصل فيه كل مربط إرساء إلى سطح المحيط، مما أعطانا فكرة تقريبية عن مكان وجودها»، كما يقول تالينغ. وُجِّهت القوارب إلى الأماكن التي ظهرت فيها مرابط الإرساء لأول مرة. كانت السفينة التي أرسلت لإصلاح كابلات الإنترنت واحدة من أوائل السفن التي وصلت إلى مكان الحادث وانضمت إلى المطاردة، واستعادت خمسة من أجهزة الاستشعار قبل أن تبتعد أكثر من اللازم أو تنفد البطارية. في نهاية المطاف استرد الباحثون تسعة من مرابط الإرساء.

في يوليو من عام 2022، نشرت نتائج الفريق، وكشفت عن تفاصيل أكثر إثارة للدهشة.  نعلم أن الزلازل يمكن أن تؤدي إلى حدوث انهيارات تغمر الأخاديد، مثل حدث غراند بانكس Grand Banks. لكن تيار العكر في أخدود الكونغو أظهر أن فيضانات الأنهار يمكن أن تحرضها أيضاً. قبل ثلاثة أسابيع من انهيار أخدود الكونغو، شهد نهر الكونغو أكبر فيضان منذ أكثر من 50 عاماً. يقول تالينغ: «كان الفيضان ليلقي بالكثير من الرواسب في الجزء العلوي من الأخدود، في مصب نهر الكونغو، لكنه لم يؤدي على الفور إلى تدفق. بدلاً من ذلك، تراكمت الرواسب لبضعة أسابيع قبل أن تسقط – كانت هذه مفاجأة». وأما سبب انهيار الرواسب في النهاية ليس واضحاً بعد، ولكن من المرجح أن التدفقات تبدأ عند انخفاض المد، عندما تكون فقاعات الغاز المحصورة في الرواسب قادرة على التمدد، مما يضعف بنية الرواسب.

فيضانات الوادي المتكررة بشكل مدهش
يمكن أن تكون أحداث تدفق الأخدود الضخمة أكثر تكراراً مما كان متوقعاً في السابق، على الأقل في أخدود الكونغو. وقد تؤدي الزلازل الكبرى إلى حدوث حدث يسبب تدفق في الأخدود كل 100 إلى 300 سنة، ولكن نهر الكونغو يواجه فيضاناً كبيراً كل 20 إلى 50 عاماً. والتدفقات الأصغر، التي تحمل الرواسب لنحو 200 كيلومتر، يبدو أنها تحدث بشكل متكرر. وقد تبين أن الروافد العليا لللأخدود تنشط نحو ثلث الوقت.

قد يبدو هذا مقلقاً، خاصة بالنسبة إلى فواصل الكابلات، ولكن هناك جانباً جيداً محتملاً. في المستقبل، مع توقع زيادة الفيضانات بسبب تغير المناخ، يمكن أن يكون هناك المزيد من التدفقات تحت الماء، مما يؤدي إلى دفن المزيد من الكربون. يقول تالينغ: «كنا نعتقد أن معظم الكربون العضوي الذي ينجرف من الأرض يُلقى على الجرف القاري». وهذا يعني أن الكثير منه قد تأكسد وعاد إلى الغلاف الجوي على شكل CO₂. «لكن هذه النتائج تظهر أنه على مدى الجداول الزمنية الجيولوجية – أي آلاف السنين – يمكن أن تكون تيارات العكر آلية مهمة لحبس الكربون، وهي آلية كدنا نتجاهلها في السابق».

في الوقت الحالي، لا يزال الجيولوجيون في مرحلة محاولة تحديد كمية الكربون التي تُنقَلُ بهذه الطريقة، ولكن إذا كانت تيارات العكر مضخة كبيرة للكربون، كما تشير قياسات أخدود الكونغو وأخدود ويتارد، فسوف نحتاج إلى تغيير نماذجنا لدورة الكربون.

للأسف، ليس الكربون الشيء الوحيد الذي تنقله تيارات العكر إلى قاع البحر. يقول هودجسون: «سينتهي الأمر بالمبيدات الحشرية والمستحضرات الدوائية والبلاستيك بكميات كبيرة في أعماق البحار عبر هذه التدفقات. وهذا أمر مقلق لأنها تدخل إلى قاعدة السلسلة الغذائية ولا نعرف نوع التأثير الذي ستحدثه».

أظهرت الأبحاث السابقة أن 99% من 8 ملايين طن من البلاستيك التي تدخل المحيط كل عام لا تؤخذ بالحسبان. من المحتمل أن الكثير من هذا ينتهي في أعماق المحيط، ولكن كيفية وصوله إلى هناك كان – حتى الآن – لغزاً. يقول هودجسون: «لقد بدأ يبدو أن تيارات العكر هي آلية مهمة».

جعلت دراسة أخدود الكونغو الجيولوجيين يعيدون التفكير في مدى ضخامة هذه التدفقات. يقول تالينغ: «تشير تقديراتنا إلى أن ما يعادل ثلث الرواسب التي تآكلت بسبب جميع الأنهار في العالم في عام واحد قد جُرِفت في هذا الأخدود في حدث واحد يستمر لبضعة أيام». في السنوات الأخيرة، تشير الأبحاث إلى أن الانهيارات الأرضية تحت المائية، وهي نوع آخر من الأحداث البحرية التي تؤثر في تشكيل الأرض، تحدث أيضاً أكثر بكثير مما كنا نظن (انظر: مُطلِقات التسونامي). بشكل عام، يبدو أن هناك الكثير مما يحدث أكثر مما كنا نتصور.

الآن، يحرص الباحثون على المغامرة أبعد من ذلك والتحقيق في الأخاديد المنفصلة الأخرى. ويأتي على رأس القائمة أخدود الأمازون، وهو واحد من أكبر القنوات تحت البحرية في العالم، والتي تبدأ على بعد نحو 200 كيلومتر قبالة ساحل البرازيل وتمتد إلى أكثر من 1,000 كيلومتر في جنوب المحيط الأطلسي.

يتم ترشيح كميات هائلة من الكربون العضوي من غابات الأمازون المطيرة إلى نهر الأمازون، ثم تُجرَف إلى الجرف القاري. تقول كلير: «بالنظر إلى ما نراه في كلٍ من أخدودي ويتارد والكونغو تحت البحرية، أعتقد أننا بحاجة إلى طرح المزيد من الأسئلة حول مصير تلك المادة العضوية».

مُطْلِقات التسونامي
قبل نحو 8,000 سنة، انهار جزء كبير من الجرف القاري النرويجي. ويعرف هذا الحدث بانهيار ستوريغا Storegga Slide، حيث هبط نحو 3,200 كيلومتر مكعب من الرواسب إلى قاع المحيط. وسافر التسونامي الناتج من ذلك إلى جرينلاند وكندا، مع موجات وصلت إلى أكثر من 20 مترا تحطمت فوق جزر شتلاند في المملكة المتحدة. يقترح البعض أن الحدث ربما يكون قد أغرق دوجرلاند، وهي منطقة كانت ذات يوم فوق الأمواج، ولكنها الآن مغمورة ببحر الشمال، مما أدى إلى عزل المملكة المتحدة عن أوروبا.

على عكس تدفق تيار العكر (انظر: المقالة الرئيسية)، تنقل الانهيارات الأرضية تحت البحرية كتلة متماسكة من الرواسب في حركة واحدة درامية. ولكن مثل تيارات التعكر، لم يتم قياس الانهيارات الأرضية تحت البحرية حتى وقت قريب.

لم يكن وينيوان فان Wenyuan Fan، عالم الزلازل من معهد سكريبس لعلوم المحيطات في كاليفورنيا Scripps Institution of Oceanography in California، يبحث عن الانهيارات الأرضية عندما بدأ بتحليل القراءات الزلزالية من خليج المكسيك. يقول: «كنت أبحث عن الزلازل. ولكن بعد ذلك لفت انتباهي الكثير من الإشارات الزلزالية الغريبة التي تضيء خليج المكسيك، والتي كانت مفاجأة لأن هذه ليست منطقة تكتونية نشطة».

وحدد فان وزملاؤه 85 انهيارا أرضيا تحت بحري لم تكن معروفة من قبل في الخليج بين عامي 2008 و2015، نتج 75 منها عن وصول موجات نابعة من الزلازل تبعد عنها ما يزيد عن 1,500 كيلومتر وبقوة تصل إلى 5. يقول فان: «لم نتمكن أبداً من ربط هذه الأحداث على مثل هذه المسافة الطويلة من قبل». ليس من الواضح بعد إن كان خليج المكسيك – الذي يحتوي على رواسب تشبه الهلام – حالة خاصة أو إن كانت الزلازل البعيدة تسبب انهيارات أرضية تحت بحرية في أجزاء أخرى من العالم أيضاً.

بقلم كيت رافيليوس

© 2023, New Scientist, Distributed by Tribune Content Agency LLC.