מדוע האוקיינוס הארקטי הוא הפוך

האוקיינוסים מכסים 70% מכדור הארץ, ומרבית המים האלה נמצאים בקווי רוחב שבהם הם מקבלים אור שמש במשך כל השנה. כל אור השמש הזה מחמם את פני השטח של האוקיינוס, וגם מניע את האידוי שמסיר מים מתוקים מפני השטח של האוקיינוס, מה שמשאיר את מלחי הים מאחור. משמעות הדבר היא, שבמרבית האוקיינוסים אנו מצפים למצוא מים חמים ומלוחים בפני השטח, בעוד שהמים העמוקים יותר נוטים להיות קרים יותר ופחות מלוחים. לכן, כאשר החוקר הנורווגי פרידטיוף נאנסן שט עם ספינתו פראם אל תוך הקרח הארקטי בשנים 1896-1893 (איור1) ומצא מים קרים ומתוקים בפני השטח ומים חמים יותר ומלוחים יותר מתחתם, הוא תיאר את האוקיינוס הארקטי כאוקיינוס “הפוך” (upside-down) [2]. התצפית המוקדמת הזו של מבנה מי האוקיינוס הארקטי אושרה על ידי כמה אוקיינוגרפים מאז תגליתו של נאנסן. נאנסן ידע שהאוקיינוס הארקטי מכוסה בקרח-ים, ושהכיוון שבו קרח-הים נסחף יכול לשאת את ספינת המחקר שלו מסיביר, דרך הקוטב הצפוני, וחזרה לכיוון נורווגיה. בעוד שהם פספסו את הקוטב בכמה מאות קילומטרים בלבד, המסע יצר עושר של ממצאים חדשים שסיפקו ידע חשוב עבור מדעי האוקיינוס הארקטי המודרניים.

מאז זמנו של נאנסן, האזור הארקטי חווה שינוי אקלים בקצב כפול ממה שנחווה באזורים אחרים בכדור הארץ, והאוקיינוס הארקטי איבד הרבה מקרח-הים הישן. שינויי אקלים באוקיינוס הארקטי לא משפיעים רק על קרח-הים. טמפרטורות חמות יותר משפיעות גם על המים שנמצאים מתחת לפני השטח של האוקיינוס. מסע המחקר של המוזאיק (MOSAiC, ראשי תיבות של Multidisciplinary Drifting Observatory for the Study of Arctic Climate), הושק באוקטובר 2019 ובתקווה יספק תשובות לגבי האופן שבו שינוי האקלים משפיע על קרח-ים באוקיינוס הארקטי, על האוקיינוס הארקטי עצמו, ועל המערכת האקולוגית הארקטית. נכון ליוני 2020, מסע המוזאיק נמצא שבעה חודשים בתוך הקמפיין שמטרתו לעקוב אחרי המסלול המתוכנן של נאנסן (איור1)¹. בינתיים, כדי להבין כיצד שינוי האקלים עשוי להשפיע על האוקיינוס הארקטי, עלינו להבין מדוע ישנן שכבות שונות של סוגי מים (או מסות מים) באוקיינוס הארקטי, ולחשוב על המקום שממנו הן מגיעות.

המבנה של האוקיינוס הארקטי

הצפיפות של מי ים תלויה גם בריכוז המלח, או המליחות שלהם, וגם בטמפרטורה שלהם. כשטמפרטורת המים עולה, המים מתרחבים והצפיפות שלהם יורדת, מה שגורם להם להיות קלים יותר. מלחים מומסים מוסיפים מסה למים ומגדילים את הצפיפות שלהם. במים חמים יותר, שמרכיבים את מרבית האוקיינוסים של העולם, השפעת הטמפרטורה על הצפיפות חשובה יותר מהשפעת המלח. לכן, באופן טיפוסי תמצאו מים חמים יותר שנמצאים מעל למים קרים, ללא תלות במליחות של המים.

במים קרים, כמו למשל אלה שבאוקיינוס הארקטי, השפעת המלח על הצפיפות גוברת על השפעת הטמפרטורה. באוקיינוס הארקטי, תמצאו מים קרים ומתוקים בפני השטח. המים המתוקים האלה מגיעים מקרח ים מומס ומנהרות ארקטיים שמתרוקנים לתוך האוקיינוס (איור 2). מתחת לשכבת פני השטח הקרה מאוד והמתוקה, נמצאים מים צפופים, מלוחים אך חמים יותר שהגיעו מהאוקיינוסים הפסיפי או האטלנטי. כאשר מסות המים החמות והמלוחות האלה מתערבבות עם שכבת המים הקרים והמתוקים שמעליהן, הן יוצרות שכבת ביניים שידועה כהלוֹקליין הארקטי (איור 2). שכבת ההלוקליין הזו משמשת כמחסום למעבר חום, ומונעת מהמים החמים והעמוקים להמיס את קרח-הים. מתחת לשכבת המים החמים והמלוחים, האוקיינוס הארקטי מלא במסת מים מעט מלוחים וקרים יותר, שידועים כמים ארקטיים עמוקים.

מהיכן מגיעים מים של האוקיינוס הארקטי?

נהרות ארקטיים הם מקור עיקרי של מים מתוקים שזורמים לתוך האוקיינוס הארקטי. ישנה זרימה גדולה כל כך של מים מתוקים מנהרות ארקטיים, שהאוקיינוס הארקטי הוא המתוק ביותר מכל אגני האוקיינוס בכדור הארץ. מי נהרות מתוקים מתפשטים דרך האוקיינוס על ידי רוחות, גאות וזרמים באוקיינוס, עם הרבה מים מתוקים שבסופו של דבר מצטברים בפני השטח במרכז האגן הקנדי. חלק ממי הנהר מתערבבים עם מי הים המלוחים יותר באזורים חופיים רדודים יותר, צוברים צפיפות ומסיימים בהלוקליין הארקטי, ולא בפני השטח של האוקיינוס.

מקור מים מתוקים אחר עבור האגנים הארקטיים המרכזיים הוא קרח-ים עם מליחות נמוכה מאוד שנסחף מאזורי חוף הים השטוחים שם הוא נוצר. כאשר קרח-ים נוצר, גבישי קרח נוצרים ממי ים ומרבית המלח נדחה כמי מלח צפופים. מי המלח הצפופים האלה שוקעים דרך מי האוקיינוס ובסופו של דבר זולגים למטה אל המדרון היבשתי וממלאים את מי האוקיינוס העמוקים.

המים החמים ביותר באוקיינוס הארקטי מגיעים מהאוקיינוס האטלנטי. מים אטלנטיים נכנסים לאוקיינוס הארקטי דרך מצר פראם, בין גרינלנד לבין סוולברד, כמו גם דרך מִפְתָּח ים ברנטס, בין סוולברד לבין יבשת נורווגיה (איור 1). כתוצאה מסיבוב כדור הארץ, מים אטלנטיים נעים ימינה אחרי שהם עוזבים את מצר פארם, ועוקבים אחרי המדרון היבשתי סביב לאוקיינוס הארקטי, בתנועה שהיא נגד כיוון השעון. כשמים אטלנטיים חמים ומלוחים נכנסים לראשונה לאוקיינוס הארקטי דרך מצר פראם, הם נמצאים קרוב לפני השטח, אולם הם שוקעים במהרה מתחת למים של פני השטח הקלים יותר, המתוקים והקרים, כשהם זורמים מזרחה. מים מעט מתוקים וחמים יותר מהאוקיינוס הפסיפי מצטרפים להקפה כנגד כיוון השעון הזה כשהם נכנסים לאוקיינוס הארקטי דרך מצר ברלינג. המים הפסיפיים עוצרים ממש מעל למים האטלנטיים.

האוקיינוס הארקטי משפיע על אקלים גלובלי

כאשר המים הפסיפיים והאטלנטיים מסתובבים סביב לאוקיינוס הארקטי, הם מתערבבים עם מסות מים ארקטיות אחרות, נעשים קרים ומתוקים יותר ומאבדים יותר חום לקרח- הים ולאטמוספרה שמעליהם. המים מהאוקיינוס הארקטי בסופו של דבר יוצאים מהאוקיינוס דרך ארכיפלג קנדי, או בתור זרם עמוק, קר ומתוק בחלק המערבי של מצר פארם. באופן הזה, האוקיינוס נושא אנרגיית שמש שנספגת כחום באזורים הטרופיים והסאב-טרופיים, עד לאוקיינוס הארקטי, שם הוא משמש כמקור חום למזג האוויר של חצי הכדור הצפוני. יתרה מזו המים הצפופים והעמוקים שזורמים החוצה מוחלפים על ידי זרימת פני שטח פנימה של מים אטלנטיים ופסיפיים, שמוודאים כי החילוף הזה בין קווי הרוחב הטרופיים והקוטביים ממשיך כמו מסוע ימי ענק.

שינוי האקלים משפיע על האוקיינוס הארקטי, על הקרח שלו ועל המערכות האקולוגיות שלו

מדידות לוויינים במהלך כמה עשורים אחרונים הראו שקרח הים הארקטי חווה ירידה חדה (איור 3) [3]. קרח חדש נוצר כל חורף, אולם בשנים האחרונות עונת ההמסה הגיעה מוקדם יותר ונמשכה זמן רב יותר. זה הגדיל את ההמסה וצימק את כיסוי קרח-הים כפי שנמדד בספטמבר, שזהו הזמן בשנה עם הכי פחות קרח. כאשר תכולת קרח-הים פחתה, הקרח גם איבד עובי, בזמן שהקרח הרב-שנתי הישן יותר נמס או הוצא מהאוקיינוס הארקטי דרך מצר פארם.

מחקרים אחרונים מראים לנו שישנם גורמים רבים לאובדן קרח-ים. מאחר שקרח ים הוא לבן, הוא משקף הרבה יותר מאנרגיית השמש חזרה לחלל, בהשוואה למי-ים נטולי קרח כהים יותר, אשר סופגים אנרגיית שמש. לכן, כשיותר מים נחשפים על ידי קרח-ים שנמס, כך יותר חום מאוחסן באוקיינוס. החום המאוחסן הנוסף הזה ממיס עוד את הקרח, מה שיוצר מעגל מסוכן של התחממות [4].

יותר מים פתוחים משמעותם גם אזורים גדולים יותר שבהם רוח יכולה לערבב שכבות אוקיינוס שונות. הערבוב הזה עשוי לאפשר ליותר חום תת-שכבתי אטלנטי/ פסיפי להגיע לפני השטח של האוקיינוס. באותו הזמן, הטמפרטורה של מי הים האטלנטיים הנכנסים עלתה, והאוקיינוס נושא יותר חום צפונה. לסיכום, יותר חום מגיע לאוקיינוס הארקטי, או נספג על ידו, מה שיוצר הזדמנויות נוספות להביא את אותו החום למגע עם קרח-ים.

היעלמות של קרח-ים מובילה לאזורים גדולים יותר של מי ים, שם האוקיינוס והאטמוספרה יכולים להחליף חום ומים מתוקים באופן ישיר. מאחר שטמפרטורת מי הים בדרך כלל חמה יותר מהאוויר, האוקיינוס הוא מקור חשוב יותר ויותר של חום לאטמוספרה. טמפרטורות אוויר ליד מי אוקיינוסים חמים נראו כעולות בתגובה לעליית טמפרטורת האוקיינוס. היעלמות קרח-ים גם אומרת שיותר אור שמש חודר לאוקיינוס למשך תקופות ארוכות יותר, מה שמספק יותר אנרגיה לפוטוסינתזה על ידי אצות ים ואורגניזמים זעירים דמויי צמחים שנקראים פיטופלנקטון. מדידות לוויינים הראו גדילה של האורגניזמים האלה בבסיס של כל שרשראות המזון באוקיינוס הארקטי [5]. כשתנאי האוקיינוס משתנים באוקיינוס הארקטי, אנו גם רואים שינוי במיני הפיטופלנקטון שחיים שם, עם עלייה במספרם של מינים קטנים שמשגשגים בתנאים עתירי חומרי מזון שנגרמים על ידי ערבוב של מים פסיפים ואטלנטיים עם מים ארקטיים [6].

מדוע כל זה משנה?

מקריאת מאמר זה, כעת אתם יודעים שטמפרטורות קרות מאוד והרבה מים מתוקים הופכים את האוקיינוס הארקטי לאוקיינוס ייחודי הפוך. משמעותן של הטמפרטורות הנמוכות האלה היא שאנרגיית שמש שנספגת ומורווחת על ידי האוקיינוס באזורים הטרופיים ונישאת צפונה, נאבדת באוקיינוס הארקטי, ומספקת חום לאקלים חצי הכדור הצפוני. כאשר האוקיינוס הארקטי חווה התחממות גלובלית, קרח-הים נמס והמספרים של אורגניזמים שחיים באוקיינוס הארקטי עשויים להשתנות ולהשפיע על כל חלק בשרשרת המזון. אובדן קרח-ים מתחיל להשפיע על ציידים שתלויים בקרח, כמו למשל דובי קוטב, אריות ים וסוסי ים. מיני דגים ממים חמים יותר מהגרים לאוקיינוס הארקטי במספרים הולכים וגדלים, מאחר שהאוקיינוס הארקטי מתחמם. מדענים צריכים להמשיך לחקור כיצד שינויים באוקיינוס הארקטי משפיעים על חיים ימיים ועל האקלים הגלובלי שלנו, מאחר שהשינויים האלה ישפיעו על הרבה אנשים – הרבה מעבר למעגל הארקטי.

מילון מונחים

מים מתוקים (Freshwater): ↑ מים שאין בהם מלח. נהרות, גשם, שלג וקרח-ים שנמס הם מקורות טבעיים של מים מתוקים באוקיינוס הארקטי.

צפיפות (Density): ↑ היחס בין המסה לנפח של חומר. מטר מעוקב של מסת מי ים צפופים תהיה כבדה יותר ממטר מעוקב של מים פחות צפופים. לכן, הצפיפויות של מסות מים יקבעו איזו מסת מים נמצאת בפני השטח, ואיזו נמצאת בקרקעית.

מליחות (Salinity): ↑ ריכוז של מלח במי ים. זה בדרך כלל נמדד בגרמים לקילוגרם. לכן, מליחות של 35 משמעותה שבקילוגרם של מי ים ישנם 35 גרם של מלחים.

הלוקליין (Halocline): ↑ שכבה תת-קרקעית של מים שנוצרים חלקית דרך ערבוב של מים מתוקים קרים מפני השטח של האוקיינוס הארקטי שמעליה, והמים המלוחים והחמים יותר של האוקיינוס האטלנטי או הפסיפי מתחתיה. מליחות עולה באופן חד מהחלק העליון לחלק התחתון של הלוקליין.

מי מלח (Brine): ↑ תמיסה של מים מלוחים מאוד. חלק מהדגים המשומרים מגיעים מאוחסנים במי מלח.

קרח רב-שנתי (Multi-year Ice): ↑ זהו קרח-ים שלא נמס במהלך הקיץ, וקיים כמה שנים, בעודו מתעבה בכל שנה.

פוטוסינתזה (Photosynthesis): ↑ תגובה כימית מוּנעת אור שמש בין מים לבין פחמן דו-חמצני שמייצרת סוכרים וחמצן. התגובה הזו מתרחשת על ידי צמחים ואורגניזמים דמויי צמחים כדי ליצור דלק לתמוך בחיים.

פיטופלנקטון (Phytoplankton): ↑ אורגניזמים מיקרוסקופיים זעירים שיכולים לבצע פוטוסינתיזה כמו צמחים. ישנם הרבה סוגים של פיטופלנקטון, כולל חיידקים מסוימים וחלק מהאורגניזמים החד-תאיים דמויי הצמח, שהרבה מהם יכולים ליצור אקזוסקלטונים דמויי צדפה.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.

Footnote

1. ↑ https://follow.mosaic-expedition.org/.