مشروع SOCCOM

مشروع رصد ونمذجة الكربون والمناخ في المحيط الجنوبي ( SOCCOM ) هو مشروع بحثي واسع النطاق ممول من المؤسسة الوطنية للعلوم ومقره جامعة برينستون وقد بدأ في سبتمبر 2014. ^{[ 1 ]} يهدف المشروع إلى زيادة فهم المحيط الجنوبي والدور الذي يلعبه في عوامل مثل المناخ، بالإضافة إلى تثقيف علماء جدد في مجال الرصد المحيطي.

إجمالاً، يتعاون علماء المحيطات وعلماء المناخ من ثلاثة عشر مؤسسة بحثية في ثلاثة فرق متميزة، لكل منها تركيز أساسي؛ وتشمل هذه الفرق الملاحظات والتأثيرات الأوسع والنمذجة. ^{[ 2 ]}

يستفيد المشروع من تقنية عوامات أرغو لرصد درجة حرارة وملوحة وسرعة مياه المحيط حتى عمق 2000 متر. ويجري تزويد منظومة أرغو الإقليمية التابعة لمركز أبحاث المحيطات في جنوب المحيط الهادئ (SOCCOM) بمجسات بيوجيوكيميائية لقياس مكونات إضافية مثل الأكسجين والمغذيات ودرجة الحموضة والكلوروفيل والجسيمات. ^{[ 3 ]} العوامات عبارة عن كبسولات عائمة تُرسَل في مواقع محددة حيث تغوص وتنجرف، وتجمع في الوقت نفسه بيانات قيّمة. تُعدّ عوامات أرغو مثالية لهذا المشروع نظرًا للظروف القاسية التي غالبًا ما يشهدها المحيط الجنوبي، حيث قد تكون الرحلات الاستكشافية المأهولة محفوفة بالمخاطر.

يخضع المحيط الجنوبي للدراسة نظراً للظواهر الفريدة التي تحدث داخله وحوله. فعلى سبيل المثال، على الرغم من أنه لا يشكل سوى 30% تقريباً من مساحة محيطات الأرض، إلا أن المحيط الجنوبي يستحوذ على ما يقارب نصف امتصاص الكربون المحيطي ، فضلاً عن غالبية امتصاص الحرارة المحيطية ، نتيجة للأنشطة البشرية. ^{[ 4 ]} ويُعتقد أن هذه الخصائص ناتجة عن دوران محيطي فريد من نوعه في المحيط الجنوبي.

تصعد المياه الباردة من الأعماق، وهي مياه فقيرة بالكربون. وعندما تتلامس هذه المياه مع الغلاف الجوي الدافئ، يمتص المحيط الكربون الناتج عن الأنشطة البشرية ( _{ثاني أكسيد الكربون) والحرارة. ثم تنتقل المياه السطحية الدافئة والغنية بالكربون عبر} تيار إيكمان . ويصاحب هذا الانتقال نقل المغذيات إلى خطوط العرض المنخفضة حيث تعتمد عليها النظم البيئية. بعد الانتقال، تغوص المياه إلى الأسفل، حيث يختلط الكربون والحرارة مع الطبقات العميقة. ^{[ 4 ]} يؤدي فائض الكربون الذي يحتجزه المحيط إلى تحمضه ، وهو ما يؤثر بشكل خاص على المحيط الجنوبي نظرًا لانخفاض تركيز كربونات الكالسيوم فيه بطبيعته . وستؤدي زيادة الحموضة إلى انخفاض تركيز كربونات الكالسيوم بشكل أكبر، مما يصعب على الكائنات الحية المُكلسة النمو والبقاء. وسيكون لانخفاض أعداد هذه الكائنات تداعيات خطيرة على بقية الشبكة الغذائية في المحيط الجنوبي، لذا من المهم تحديد مدى تحمض هذا المحيط. ^{[ 5 ]}

يُعدّ تحسين قياس المتغيرات البيوجيوكيميائية في المحيطات جهدًا متواصلًا، ويتم ذلك بشكل أساسي من خلال جمع عينات المياه عبر السفن، ثم تحليلها لاحقًا في المختبر. تتميز القياسات التي تُجرى من السفن بدقتها العالية ودقتها الرأسية العالية. ^{[ 6 ]} مع ذلك، تفتقر العينات المجمعة إلى الدقة المكانية والزمانية، وتتأثر بمواقع وأوقات أخذ العينات من السفينة. لهذا السبب، تُستخدم عوامات أرغو في مشروع SOCCOM، لقدرتها على جمع البيانات في المحيط الجنوبي، حيث لا تستطيع السفن الوصول إليه، كما أنها قادرة على العمل في هذه البيئة حتى في الظروف القاسية التي لا تسمح للسفن بالوصول إليها. تستطيع عوامات أرغو أيضًا جمع البيانات على نطاقات زمنية ومكانية واسعة، وهو أمر بالغ الأهمية لتحديد كيفية تغير العمليات البيوجيوكيميائية في المحيط الجنوبي والآليات التي تُحرك هذه التغيرات. ^{[ 7 ]}

إلى جانب أجهزة قياس الموصلية والحرارة والعمق الأساسية الموجودة في معظم العوامات، زُودت عوامات SOCCOM بمجسات بيوجيوكيميائية إضافية تقيس الأكسجين والنترات ودرجة الحموضة والكلوروفيل. ومع ازدياد استخدام المجسات البيوجيوكيميائية الجديدة، برزت الحاجة إلى تطوير طرق لجعل هذه المجسات دقيقة قدر الإمكان.

• قياسات الأكسجين

يجري تطوير أساليب جديدة لزيادة دقة مجسات الأكسجين، بما في ذلك معايرتها بشكل دوري أثناء وجود العوامات على السطح. ^{[ 8 ]} تُحسّن قياسات الأكسجين التي تجمعها العوامات مع عملية المعايرة هذه دقة القياسات لتصل إلى 1% مقارنةً بالقياسات المُحددة من اختبار وينكلر للأكسجين المذاب . ^{[ 9 ]} يُمثل مقدار الأكسجين المذاب في الماء مقدار الإنتاجية الأولية والتنفس في المنطقة. هذه العلاقة بين مستويات الأكسجين والعمليات البيولوجية تعني أن الأكسجين والكربون مرتبطان، ويتم تحديد نسب الأكسجين إلى الكربون عبر نسبة ريدفيلد . ^{[ 10 ]} هذا يعني أنه من خلال قياسات الأكسجين المذاب، يُمكن أيضًا تحديد تركيزات الكربون.

• قياسات الرقم الهيدروجيني

تُقاس حموضة الماء باستخدام مجسات الأس الهيدروجيني الحساسة للأيونات والمثبتة على عوامات أرجو. يسمح الطلاء الأكسيدي المذبذب لقناة توصيل الترانزستور بتغير الشحنة السطحية تبعًا لدرجة الحموضة. ويتيح هذا التغير السطحي تبعًا لدرجة الحموضة تحديد درجة حموضة المحلول. ^{[ 11 ]} تُعد قياسات درجة حموضة المحيط الجنوبي ذات أهمية خاصة للعلماء، لأن هذا المحيط يحتجز كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون، مما يؤدي إلى زيادة حموضة الماء نتيجة تفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الماء لتكوين حمض الكربونيك. ^{[ 5 ]} لذلك، يُعدّ فهم استجابة حموضة المحيط الجنوبي لكمية ثاني أكسيد الكربون التي يحتجزها أحد أهداف مشروع SOCCOM.

• الكلوروفيل

يُعد الكلوروفيل مؤشرًا على وفرة العوالق النباتية ، لذا فإن رسم خرائط الكلوروفيل يُسهم في فهم أعمق لدورة المغذيات في منطقة ما. عندما يتعرض الكلوروفيل لضوء ذي طول موجي معين، فإنه يُصدر ضوءًا بطول موجي أعلى، ولذلك، لقياس الكلوروفيل، زُودت عوامات أرجو بمجسات تُصدر ضوءًا بطول موجي محدد، ثم تُسجل الطول الموجي المُنعكس. ومن خلال الطول الموجي للضوء المنبعث، يُمكن تحديد توزيع الكلوروفيل. ^{[ 12 ]}

• نترات

يُعدّ النترات عنصرًا غذائيًا مُحددًا هامًا للعوالق النباتية، ويمكن أن يُحدد وفرة النترات حدود الكتلة الحيوية للعوالق النباتية في المحيط. يُقاس النترات باستخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية، حيث يُمتصّ في طيف مميز يُمكن استخدامه لحساب تركيزات النترات. ^{[ 13 ]}

• https://socom.princeton.edu/
• http://biogeochemical-argo.org/index.php#
• http://www.climatecentral.org/what-we-do/our-programs/soccom