لا زال كوكبنا الأزرق مليء بالخفايا، حيث تمكن فريق من علماء الجليد، وبعد جهد كبير وفي طبيعة عدائية وقارسة البرودة وبالحفر لمسافة 500 متر في الجليد وصولا إلى عبر نهر "كامب الجليدي" في غرب القارة المتجمدة الجنوبية "أنتاركتيكا" على بعد 800 كيلومتر من القطب الجنوبي، من اكتشاف كهف ضخم تحت الجليد،  وبينما كان يعتقد أن القارة القطبية الجنوبية خالية من التنوع البيولوجي المعقد، كانت المفاجأة الكبرى أن هذا الكهف عبارة عن واحة تعّج بالحياة، وهو ما سنبحثه في هذا المقال من جزئين والمترجم من مقال في مجلة  Science News.

فالسهل الساحلي لنهر كامب الجليدي، لا يبدو وكأنه ساحل على الإطلاق، في هذا المكان، لن ترى سوى الجليد المسطح الممتد في كل اتجاه، ومنه ما يطفو على الماء، في أيام الصيف الصافية، يعكس الجليد ضوء الشمس بشدة لدرجة أنه يتسبب في حروق الشمس في باطن فتحتي أنفك، قد يبدو من الصعب تصديق ذلك، ولكن تم اكتشاف كهف ضخم ومستنقع موحل للمد والجزر تحت هذا الجليد، حيث يشق نهر طريقه إلى المحيط.

حتى وقت قريب، لم يلمح أي إنسان هذا المشهد السري، ولكن العلماء استنتجوا وجوده فقط من الانعكاسات الباهتة للرادار والموجات الزلزالية، ولكن في الأيام الأخيرة من عام 2021، تجرأ فريق من العلماء من نيوزيلندا بإذابة حفرة ضيقة عبر جليد النهر الجليدي وتم إنزال الكاميرا، كانوا يأملون أن يتقاطع الثقب الذي أحدثوه مع النهر، الذي اعتقدوا أنه يذيب قناة في الجليد، ليجدوا تجويفا شاسعا مملوءا بالمياه، طويل بما يكفي لاستيعاب مبنى إمباير ستيت ونصف طول مانهاتن، وفي 29 كانون الأول/ديسمبر، ألقى العالم كريغ ستيفنز Craig Stevens أول نظرة على الداخل، وهي لحظة سيتذكرها دائمًا.

وستيفنز هو عالم المحيطات الفيزيائي في المعهد الوطني النيوزيلندي لأبحاث المياه والغلاف الجوي New Zealand’s National Institute of Water and Atmospheric Research  في ويلينغتون Wellington، وهناك شاهد فيديو مباشر من الكاميرا وهي تنزل إلى الحفرة، وهناك على عمق 502 متر، اتسعت الجدران فجأة!

صاح ستيفنز طالبًا من زميل له أن يوقف الرافعة أثناء إنزال الكاميرا، حدق في الشاشة بينما كانت الكاميرا تدور على الكابل الخاص بها. لتكشف أضواءها عبر سقف من الجليد الجليدي مشهدا مذهلا، كانت تشبه التموجات الحالمة التي قد تستغرق آلاف السنين لتتشكل في كهف من الحجر الجيري.

يقول ستيفنز: "الجزء الداخلي للكهف يشبه الكاتدرائية، كاتدرائية ليس فقط في الجمال، ولكن أيضًا في الحجم، مع إعادة تشغيل الرافعة، تحركت الكاميرا إلى أسفل لمدة نصف ساعة أخرى، عبر 242 مترًا من المياه الخالية من الشمس، أثارت التيارات المتدفقة إلى أسفل مثل رقاقات الثلج عبر الفراغ الأسود أجزاء من الطمي العاكس.

والنهر يسمى Kamb Ice Stream  الذي يقع على ساحل غرب أنتاركتيكا ويتدفق إلىRoss Ice Shelf، وهو لوح من الجليد العائم يبلغ سمكه مئات الأمتار، يظهر موقع الكهف المكتشف حديثًا على الخرائط على شكل صندوق أصفر.

أمضى ستيفنز وزملاؤه الأسبوعين التاليين وهم ينزلون الآلات في الفراغ. كشفت ملاحظاتهم أن هذا النهر الساحلي الذي أذاب كهفًا ضخمًا شديد الانحدار قطع حتى 350 مترًا في الجليد الذي يعلوه، يمتد الكهف لمسافة لا تقل عن 10 كيلومترات نحو منبع النهر، ويحفر مزيدا تحت الجليد كل عام.

يوفر هذا التجويف للباحثين نافذة على شبكة الأنهار والبحيرات تحت الجليدية التي تمتد مئات الكيلومترات إلى الداخل في هذا الجزء من غرب أنتاركتيكا. إنها بيئة دنيوية أخرى بالكاد استكشفها البشر، وهي محملة بالأدلة على ماضي القارة القطبية الجنوبية الدافئ والبعيد، عندما كانت لا تزال تسكنها بعض الأشجار.

جاءت إحدى أكبر المفاجآت عندما وصلت الكاميرا إلى أسفل في ذلك اليوم، حدق ستيفنز في حالة من عدم التصديق بينما سبحت عشرات الألوان البرتقالية واندفعت أمام شاشة الكاميرا  دليل على أن هذا المكان، على بعد حوالي 500 كيلومتر من المحيط، مع ذلك يعج بالحيوانات البحرية.

يقول هيو هورغان Huw Horgan، عالم الجليد الذي كان يعمل سابقًا في جامعة فيكتوريا في ويلينغتون، والذي قاد الحملة  الاستكشافية "كانت رؤيتها مجرد صدمة كاملة".

هورغان، الذي انتقل مؤخرًا إلى "معهد زيورخ للتكنولوجيا"  ETH Zurich، أراد أن يعرف كمية المياه التي تتدفق عبر الكهف وكيف سيؤثر نموه على Kamb Ice Stream  بمرور الوقت. من غير المرجح أن ينهار كامب في أي وقت قريب؛ فهذا الجزء من غرب أنتاركتيكا ليس مهددًا على الفور بتغير المناخ. لكن الكهف لا يزال يقدم أدلة على كيفية تأثير المياه تحت الجليد على المزيد من الأنهر الجليدية المعرضة للخطر.

ماذا يوجد تحت الغطاء الجليدي في القارة القطبية الجنوبية؟

لطالما اعتقد العلماء أن هناك قشرة من الماء السائل موضوعة تحت الكثير من الغطاء الجليدي الذي يغطي القارة القطبية الجنوبية، وتتشكل هذه المياه عندما يذوب الجزء السفلي من الجليد ببطء، وبسماكة بضعة مليمترات في السنة، بسبب الحرارة المتسربة من باطن الأرض، في عام 2007، أشارت هيلين أماندا فريكر، وهي عالمة جليد في معهد سكريبس لعلوم المحيطات  Scripps Institution of Oceanography في لا جولا، كاليفورنيا، إلى أدلة على أن هذه المياه تتجمع في بحيرات كبيرة تحت الجليد ويمكن أن تتدفق بسرعة من بحيرة إلى أخرى.

كانت فريكر تبحث في بيانات من القمر الصناعي للجليد والسحب والارتفاع الأرضي التابع لوكالة ناسا، أو ICESat، والذي يقيس ارتفاع سطح الجليد عن طريق عكس الليزر منه، يبدو أن السطح في عدة مناطق في غرب أنتاركتيكا يتمايل لأعلى ولأسفل، يرتفع وينخفض بما يصل إلى تسعة أمتار على مدى عامين، وقد فسرت هذه البقع النشطة على أنها بحيرات تحت جليدية، وبينما كانت تمتلئ بالماء وتتدفق منها، ارتفع الجليد المغطى وانخفض، وجد فريق Fricker  وعدد من العلماء الآخرين في نهاية المطاف أكثر من 350 من هذه البحيرات المنتشرة حول القارة القطبية الجنوبية، بما في ذلك بضع عشرات تحت Kamb والنهر الجليدي المجاور له، وهو Whillans Ice Stream

البحيرات تحت جليد أنتاركتيكا

أثارت هذه البحيرات اهتمامًا كبيرًا، لأنه كان من المتوقع أن تحتوي على الحياة، وقد توفر أدلة حول أنواع الكائنات الحية التي يمكنها البقاء على قيد الحياة في عوالم أخرى، في أعماق أقمار كوكب المشتري وزحل المغطاة بالجليد، على سبيل المثال، وقد تقدم طبقات الرواسب في بحيرات أنتاركتيكا أيضًا لمحات عن المناخ القديم للقارة والنظم البيئية والغطاء الجليدي، حاولت الفرق الممولة من روسيا والمملكة المتحدة والولايات المتحدة الحفر في بحيرات تحت الجليد. في عام 2013، نجح الفريق الذي تقوده الولايات المتحدة في تذويب الطبقة الجليدية عبر حفر 800 متر من الجليد والاستفادة من خزان  يسمى بحيرة ويلانز الجليدية Subglacial Lake Whillans  والتي كانت تعج بالأحياء الدقيقة، حيث وجدوا 130.000 خلية لكل مليلتر من مياه البحيرة.

ساعد هورغان في رسم خريطة بحيرة ويلانز قبل بدء الحفر، ولكن بحلول الوقت الذي تم فيه اختراق البحيرة، أصبح هو وآخرون مفتونين بواجهة أخرى من المناظر الطبيعية تحت الجليدية.

ويتطلب العثور على هذه الأنهار الخفية تخمينًا ودراسات معقدة، حيث تتأثر مسارات تدفقهم ليس فقط بالتضاريس تحت الجليدية، ولكن أيضًا بالاختلافات في سمك الجليد الذي يغطيها، ينتقل الماء من الأماكن التي يكون فيها الجليد سميكًا (والضغط مرتفعًا) إلى الأماكن التي يكون فيها الجليد أرق (والضغط أقل) مما يعني أن الأنهر يمكن أن تصعد أحيانًا.

بحلول عام 2015، كان العلماء قد رسموا خرائط المسارات المحتملة لعشرات من الأنهر تحت الجليدية، لكن لا يزال الحفر فيها بعيد المنال، خصوصا وأنه تصل سماكة الجليد إلى أكثر من 800 مترا في معظم الأماكن.

ولكن أثناء فحص صور القمر الصناعي لـ Kamb Ice Stream، لاحظ العلماء وجود تجعد في نسيج الصورة المنقسم، كان التجعد يشبه حوضًا طويلًا ضحلًا على سطح الجليد، كما لو أن الجليد قد تهدل من الذوبان تحته. يقع الحوض على بعد عدة كيلومترات من المسار الافتراضي لنهر واحد تحت الجليد. واعتقد هورغان أنه حدد المكان الذي يتدفق فيه هذا النهر فوق السهل الساحلي وامتد إلى البحر المغطى بالجليد.

في عام 2016، أثناء زيارة المنطقة من أجل مشروع بحثي غير ذي صلة، انحرف هورغان ورفاقه لفترة وجيزة إلى قاع السطح لأخذ قياسات الرادار، وتأكدوا من وجود فراغ تحت الجليد مملوءًا بالماء السائل، بدأ هورغان بعدها في وضع خطط لدراسته عن كثب، وعاد مرتين في السنوات القليلة المقبلة، مرة لرسم خريطة للنهر بالتفصيل ومرة ثانية للتنقيب فيه، وما وجده فاق توقعاته إلى حد كبير.

العلماء يوثقون المشهد

قام هورغان وطالب الدراسات العليا أران ويتفورد Arran Whiteford من جامعة فيكتوريا في ويلينغتون بزيارة تيار كامب الجليدي السفلي لرسم خريطة للنهر في كانون الأول/ديسمبر 2019.

بعد أسابيع على الغطاء الجليدي في القطب الجنوبي، اعتاد الفريق العلمي على المناظر الطبيعية المسطحة الرتيبة، وغدا إدراكهم أكبر لأي تغيير خصوصا لأوقات الصعود والهبوط الصغيرة على سطح الجليد، في هذا السياق، "فإن القاع السطحي بدا مثل هذه الهوة الهائلة"، كما يقول وايتفورد، "مثل المدرج".

عمل هورغان ووايتفورد لمدة تصل إلى 12 ساعة يوميًا ولمدة أسبوع، وكانا يتداولان أحيانًا في المراكز، وكانا يجتمعان كل مساء في خيمتهما، ويدرسان آثار الرادار الخاصة بهما، وبدت قناة النهر أكثر دراماتيكية بكثير مما اقترحه الإنخفاض اللطيف فوق الجليد، فتحت أقدامهما، كان هناك كهف شاسع مملوء بالمياه بجوانب شديدة الانحدار مثل نفق قطار، بعرض 200 متر إلى كيلومتر واحد، وقطع ما يصل إلى 50 بالمئة عبر النهر الجليدي.

بعد عودته إلى نيوزيلندا في يناير 2020، فحص وايتفورد سلسلة من صور الأقمار الصناعية القديمة، لقد ظهر أن سطح الحوض - وبالتالي الكهف - قد بدأ في التكون قبل 35 عامًا على الأقل، بدءًا من نقطة صغيرة عند مصب النهر، حيث يجري في المحيط، وقد استطال تدريجياً، ووصل إلى مناطق أبعد في الداخل، أو أعلى المنبع. أبلغ وايتفورد وهورغان عن الملاحظات في أواخر عام 2022 في مجلة البحوث الجيوفيزيائية مع نظريتهم حول كيفية تشكل الكهف.

وفي أجزاء أخرى من القارة القطبية الجنوبية حيث يبرز الغطاء الجليدي قبالة الساحل، وجد العلماء أن الجانب السفلي للجليد غالبًا ما يكون معزولًا عن حرارة المحيط بواسطة طبقة طافية من المياه الذائبة الباردة والعذبة، يبلغ سمك هذه الطبقة الواقية أحيانًا مترين فقط، لكن هورغان ووايتفورد اشتبها في أن اضطراب النهر تحت الجليدي الذي يتدفق إلى المحيط يؤثر في تلك الطبقة الواقية، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة مياه البحر التي تكون أكثر دفئًا ببضعة أعشار من درجة حرارة المياه تحت الجليدية  لتلامس الجليد، حيث يتسبب هذا في ذوبان منطقة مركزة عند مصب النهر مباشرة، مما يؤدي إلى تكوين تجويف صغير حيث يمكن أن تتغلغل مياه البحر الدافئة بشكل أكبر.

بهذه الطريقة، كما يقول هورغان، فإن النقطة المحورية للذوبان هي "التراجع بمرور الوقت، بحيث يخترق الكهف تدريجيًا أعالي المنبع في الجليد".

وقد استخدم وايتفورد مجموعة مختلفة من قياسات الأقمار الصناعية - والتي تقيس معدل غرق سطح الجليد بمرور الوقت - لتحديد مدى سرعة ذوبان الجليد في الكهف، وبناءً على ذلك، قدر أنه في نهاية الكهف، يذوب الجليد (حاليًا بسمك 350 إلى 500 متر فوق القناة) ويخف بمقدار 35 مترًا في السنة، ويعتبر هذا معدلا كبيرا، إنه 135 ضعف ما تم قياسه على بعد 50 كيلومترًا جنوب غرب الكهف، حيث يطفو الجليد على المحيط.

يعتقد هورغان أن الكهف في نهر كامب يدين أيضًا بارتفاعه الدرامي إلى عامل آخر، فالأنهار الجليدية في هذا الجزء من غرب أنتاركتيكا تتدفق بشكل عام عدة مئات من الأمتار في السنة، لذا فإن الذوبان الناجم عن تدفق نهر تحته، على مدى سنوات أو عقود، سينتشر عادة على رقعة طويلة من الجليد، سيؤدي هذا مع الوقت إلى تآكل قناة ضحلة بدلاً من شق عميق، لكن كامب غريب الأطوار، فمنذ حوالي 150 عامًا، توقف عن الحركة بالكامل تقريبًا بسبب التفاعل الدوري للذوبان والتجميد في قاعدته، وهو الآن يزحف إلى الأمام بحوالي 10 أمتار فقط في السنة، وهكذا يتركز الذوبان، عاما بعد عام، في نفس المكان تقريبا.

بالعودة إلى عام 2020، كان كل هذا لا يزال مجرد تخمين، ولكن إذا تمكن هورغان وزملاؤه من العودة، والحفر في الكهف ووضع الأدوات فيه، ليمكنهم تأكيد كيفية تشكله، ومن خلال دراسة المياه والرواسب والميكروبات المتدفقة منها، يمكنهم أيضًا معرفة الكثير عن هذه الطبيعة المخفية الشاسعة تحت الجليدية في القارة القطبية الجنوبية.

في الجزء الثاني ، كيف تشكل الكهف الخفي؟، حجم وشكل الكهف، واكتشافات إضافية