रोबोट डेटा रहस्यमय रहस्यों को समझाने में मदद करता है

वेडेल सी पॉलिन्या, आमतौर पर 3,700 वर्ग मील, 2017. नकली रंग नासा उपग्रह छवि नीले रंग में बर्फ, सफेद में बादल दिखाती है। (फोटो: स्क्रिप्स इंस्टीट्यूशन ऑफ ओशनोग्राफी)

अंटार्कटिका के वेडेल सागर की सतह पर सर्दियों की बर्फ कभी-कभी एक बहुत बड़ा छेद विकसित करती है। 2016 और 2017 में, इस तरह के एक छेद ने वैज्ञानिकों और मीडिया से गहन जिज्ञासा खींची।

हालांकि बड़े अंतराल दशकों पहले बने थे, यह पहली बार था जब समुद्रविदों को अंटार्कटिक शीतकालीन बर्फ बर्फ में अप्रत्याशित अंतर की सही निगरानी करने का मौका मिला था। यह एक अवसर था जो अचेतन समय और समुद्र के अनुभवी समुद्र विज्ञानी के ज्ञान के परिणामस्वरूप आया था।

कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय सैन डिएगो में स्क्रिप्स इंस्टीट्यूशन ऑफ ओशिनोग्राफी के शोधकर्ताओं द्वारा सह-लेखक किए गए एक नए अध्ययन में समुद्र के बर्फ के कवर की तस्वीरें और रोबोट ड्रिफ्टर्स द्वारा एकत्र किए गए डेटा और यहां तक कि सेंसर के साथ संगठन भी हैं जो घटना को बेहतर ढंग से समझने के लिए तैयार किए गए हैं। वाशिंगटन विश्वविद्यालय (UW) के नेतृत्व में शोध में पता चला है कि यह छेद केवल कुछ वर्षों में ही क्यों दिखाई देता है, और यह बड़े महासागर परिसंचरण में क्या भूमिका निभा सकता है।

जर्नल नेचर में 10 जून को प्रकाशित यह अध्ययन समुद्र विज्ञानियों द्वारा जलवायु के लिए महत्वपूर्ण माने जाने वाले क्षेत्र को छूता है। दक्षिणी महासागर को वैश्विक महासागर धाराओं और कार्बन चक्रों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के लिए माना जाता है, लेकिन इसका व्यवहार खराब समझा जाता है। यह ध्रुवीय सर्दियों के 24 घंटे के अंधेरे में अंटार्कटिका के चारों ओर निर्बाध रूप से घूमने वाली हवाओं के साथ ग्रह पर कुछ भयंकर तूफानों की मेजबानी करता है। अध्ययन बताता है कि जिन हवाओं में गति होती है, वे दुनिया भर में जलवायु के लिए निहितार्थ हैं।

"हमें लगा कि समुद्र के बर्फ में यह बड़ा छेद - जिसे एक पोलिनेया के रूप में जाना जाता है - कुछ ऐसा था जो दुर्लभ था, शायद एक प्रक्रिया जो विलुप्त हो गई है। लेकिन 2016 और 2017 की घटनाओं ने हमें इसका मूल्यांकन करने के लिए मजबूर किया," प्रमुख लेखक ईथन कैम्पबेल ने कहा, समुद्र विज्ञान में एक UW डॉक्टरेट छात्र। "टिप्पणियों से पता चलता है कि हाल ही में पोलिनेशिया कारकों के संयोजन से खोला गया है: एक असामान्य समुद्र की स्थिति है, और दूसरा बहुत तीव्र तूफानों की एक श्रृंखला है जो लगभग हरिकेन-बल हवाओं के साथ वेडेल सागर पर घूमता है।"

एक "पोलिन्या," एक रूसी शब्द जिसका मोटे तौर पर "बर्फ में छेद" है, किनारे के पास बन सकता है क्योंकि हवा चारों ओर बर्फ को धक्का देती है। लेकिन यह तट से दूर भी दिखाई दे सकता है और हफ्तों से महीनों तक चिपका रहता है, जहाँ यह पेंगुइन, व्हेल और सील के लिए एक नखलिस्तान के रूप में कार्य करता है और साँस लेता है।

अंटार्कटिक तट से दूर इस विशेष स्थान पर अक्सर छोटे उद्घाटन होते हैं और पहले बड़े राजवंशों को देखा है। उस स्थान पर सबसे बड़े ज्ञात राजवंश 1974, 1975 और 1976 में थे, जब पहले उपग्रहों को लॉन्च किया गया था, जब न्यूजीलैंड का आकार लगातार तीन अंटार्कटिक सर्दियों के माध्यम से बर्फ़ीली हवाओं के तापमान के बावजूद बर्फ से मुक्त रहता था।

नए अध्ययन में दक्षिणी महासागर कार्बन और जलवायु अवलोकन और मॉडलिंग परियोजना, या SOCCOM से टिप्पणियों का इस्तेमाल किया गया, जो 2014 से ऐसे उपकरणों की तैनाती कर रहा है जो अंटार्कटिक स्थितियों की निगरानी के लिए धाराओं के साथ बहाव करते हैं। परियोजना की सफलता की कुंजी वेडेल सागर में उन स्थानों का चयन था जहां उपकरण तैनात किए गए थे। 2014 के उत्तरार्ध में, SOCCOM में मुख्य वैज्ञानिकों में से एक, स्क्रिप्स के समुद्र विज्ञानी लिन तलले ने एक अलग विशेषता के कारण इस स्थान को चुना। शोध टीम ने मूल रूप से अर्गो के लिए निर्मित झांकियों के संशोधित संस्करणों को लॉन्च किया - लगभग 4,000 रोबोटों का एक नेटवर्क जो दुनिया भर में 2,000 मीटर (6,500 फीट) की गहराई तक मौलिक डेटा एकत्र करता है। ये विशेष इकाइयाँ - जिन्हें जैव-रासायनिक अर्गो फ़्लोट्स के रूप में जाना जाता है - में अतिरिक्त इंस्ट्रूमेंटेशन होता है जो जैविक गतिविधि से संबंधित मापों को सक्षम बनाता है।

एक अध्ययन के सह-लेखक, टैली ने कहा कि उसने मौड राइज क्षेत्र को निशाना बनाया क्योंकि वह जानती थी कि यह दिलचस्प जलवायु घटना से जुड़ा होगा। वह जानती थी कि पहाड़ के चारों ओर समुद्र भौतिकी एक अच्छा मौका है, जो पहाड़ के चारों ओर तैरने के लिए प्रवेश कर सकता है, जिससे डेटा का एक बोनांजा हो सकता है।

"लेकिन हमारे पास कोई सुराग नहीं था कि 1970 के दशक के मध्य से सबसे बड़ी घटना तब होगी जब हम उन झांकियों को डालेंगे," उन्होंने कहा।

संयोग से, विशाल पोलिनेया का गठन 2016 में हुआ था जब इस घटना को पकड़ने के लिए इस क्षेत्र में फ़्लोट्स अभी भी मौजूद थे। उस वर्ष के अगस्त में नासा की एक उपग्रह छवि ने 33,000-वर्ग-किलोमीटर (13,000-वर्ग-मील) अंतराल का खुलासा किया जो तीन सप्ताह तक दिखाई दिया। 2017 के सितंबर और अक्टूबर में 50,000 वर्ग किलोमीटर (19,000 वर्ग मील) तक बढ़ने वाला एक बड़ा अंतर।

पेपर के सह-लेखक स्क्रिप्स के शोधकर्ता मैट मजलॉफ ने कहा, "जलवायु में मौड राइज क्षेत्र के महत्व को समझते हुए, लिन ने सुनिश्चित किया कि अर्गो फ्लोट SOCCOM परियोजना के हिस्से के रूप में मौजूद थे।" "फ्लोट डेटा ने इस आइस-कवर खोलने के कारणों और प्रभावों के गहन अध्ययन के साथ-साथ ऐतिहासिक घटनाओं की एक नई समझ को सक्षम किया।"

अध्ययन में अन्य आर्गो डेटा के साथ-साथ हाथी के द्वारा एकत्र किए गए डेटा का उपयोग किया गया था, जो टैग के साथ बुना हुआ था, जो इसे वापस किनारे, मौसम स्टेशन, वायुमंडलीय रिनैलिसिस, और दशकों के उपग्रह चित्रों के साथ बीम करता था।

समुद्र विज्ञान के एक यूडब्ल्यू प्रोफेसर सह-लेखक स्टीफन रिसर ने कहा, "इस अध्ययन से पता चलता है कि यह पोलिनेया वास्तव में कई कारकों के कारण होता है, जिन्हें होने के लिए सभी को लाइन में लगना पड़ता है।" "किसी भी वर्ष में आप इनमें से कई चीजें कर सकते हैं, लेकिन जब तक आप उन सभी को प्राप्त नहीं करते हैं, तब तक आपको एक पॉलिनेया नहीं मिलता है।"

अध्ययन से पता चलता है कि जब अंटार्कटिका के आस-पास की हवाएँ किनारे के करीब आती हैं, तो वे पूर्वी वेसेल सी में पानी के ऊपर की ओर मिश्रित मिश्रण को बढ़ावा देती हैं। उस क्षेत्र में, माउद राइज अपने आस-पास के समुद्री जल को रोक देता है और ऊपर एक कताई भंवर छोड़ देता है। दो SOCCOM उपकरण मौड उदय के ऊपर भंवर में फंसे हुए थे और वहां वर्षों के अवलोकन दर्ज किए गए थे।

विश्लेषण से पता चलता है कि जब सतह महासागर विशेष रूप से नमकीन होता है, जैसा कि पूरे 2016 में देखा गया था, मजबूत सर्दियों के तूफान एक अतिरंजित परिसंचरण को सेट कर सकते हैं जिसमें गहराई से गर्म, खारा पानी सतह तक मंथन हो जाता है। वहाँ हवा इसे ठंडा करती है और नीचे के पानी की तुलना में इसे सघन बनाती है। जैसा कि पानी डूबता है, लगभग 1 ℃ (34 repl) का गहरा गर्म पानी सतह पर बदल जाता है, एक प्रतिक्रिया लूप बनाता है जहां बर्फ फिर से नहीं बन सकता है।

टैली ने कहा, "जो मिश्रण मौद राइज पर मिला है, उसमें पोषक तत्व भी मिलाया गया है और एक बड़े और शुरुआती क्लोरोफिल खिलने में योगदान दिया गया है, जिसे एसओसीओएम के जैव-रासायनिक रासायनिक फ्लोट्स द्वारा मापा गया था।"

जलवायु परिवर्तन से प्रेरित, पिघलने वाले ग्लेशियरों और अन्य स्रोतों से ताजे पानी से दक्षिणी महासागर की सतह की परत को कम घना बनाने की उम्मीद है, जिसका भविष्य में कम पॉलिनेया हो सकता है। लेकिन नए अध्ययन में यह सवाल है कि धारणा। कई मॉडल दिखाते हैं कि अंटार्कटिका की परिक्रमा करने वाली हवाएं मजबूत हो जाएंगी और तट के करीब आ जाएंगी। नए पेपर से यह पता चलता है कि यह और अधिक राजवंशों को बनने के लिए प्रोत्साहित करेगा, कम नहीं।

ये साबित करने के लिए पहली टिप्पणियां हैं कि 2016 की तरह एक छोटा सा पॉलिनिया भी सतह से गहरे महासागर तक पानी ले जाता है।

सह-लेखक अर्ले विल्सन ने हाल ही में UW में समुद्रशास्त्र में अपनी डॉक्टरेट की पढ़ाई पूरी की है, "यह सतह से गहरे तक एक-तरफ़ा यात्रा पर सतह के पानी के इंजेक्शन के बजाय, पूरे महासागर के ऊपर एक फ़्लिपिंग है।"

एक तरीका है कि एक सतह बहुपद जलवायु को प्रभावित करता है गहरे पानी के माध्यम से अंटार्कटिक नीचे पानी के रूप में जाना जाता है। गहरे पानी का निर्माण कहां और कैसे किया जाता है, इसकी विशेषताओं को प्रभावित करता है, और इससे अन्य प्रमुख महासागरीय धाराओं पर तरंग प्रभाव होगा।

"अभी लोगों को लगता है कि ज्यादातर निचला पानी अंटार्कटिक शेल्फ पर बन रहा है, लेकिन ये बड़े अपतटीय पोलिनेया अतीत में अधिक सामान्य रहे होंगे," रिसर ने कहा। "हमें अपने मॉडल में सुधार करने की आवश्यकता है ताकि हम इस प्रक्रिया का अध्ययन कर सकें, जिसमें बड़े पैमाने पर जलवायु निहितार्थ हो सकते हैं।"

बड़े और लंबे समय तक चलने वाले बहुपत्नी वातावरण को भी प्रभावित कर सकते हैं, क्योंकि गहरे पानी में जीवन-चक्रों से कार्बन होता है जो सदियों से डूब गए हैं और अपने रास्ते पर भंग हो गए हैं। एक बार जब यह पानी सतह पर पहुंच जाता है तो कार्बन छोड़ा जा सकता है।

"कार्बन के इस गहरे जलाशय को सैकड़ों वर्षों से बंद कर दिया गया है, और एक पोलिनेया में यह वास्तव में हिंसक मिश्रण के माध्यम से सतह पर हवादार हो सकता है," कैम्पबेल ने कहा। "अगर एक पंक्ति में कई साल हो जाते हैं तो एक बड़ी कार्बन आउटसिंग घटना वास्तव में जलवायु प्रणाली को बर्बाद कर सकती है।"

“यह राजवंश हमारी बदलती जलवायु के बारे में महत्वपूर्ण निहितार्थ के साथ एक महत्वपूर्ण घटना थी। मजलॉफ ने कहा कि यह माइन राइज पर तैरने को तैनात करने के लिए लिन के ज्ञान का धन्यवाद था। "इस अध्ययन के अलावा, अन्य विश्लेषण उभरने लगे हैं, जो कि घटना के महत्व और सूचनाओं की मात्रा के लिए एक वसीयतनामा है, जिसे हमने SOCCOM की बदौलत इकट्ठा किया है।"

कागज पर अन्य सह-लेखक टोरंटो विश्वविद्यालय में केंट मूर हैं, जो यूडब्ल्यू में आर्कटिक स्टडीज में 2016-17 कनाडा फुलब्राइट विजिटिंग चेयर थे; और दक्षिण कैरोलिना विश्वविद्यालय में केसी ब्रेटन, जिन्होंने स्क्रिप्स में समर अंडरग्रेजुएट रिसर्च फैलोशिप (SURF) कार्यक्रम के हिस्से के रूप में परियोजना में अपना काम शुरू किया।

SOCCOM राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा वित्त पोषित है। कैंपबेल को रक्षा विभाग द्वारा राष्ट्रीय रक्षा विज्ञान और इंजीनियरिंग स्नातक फैलोशिप कार्यक्रम के माध्यम से समर्थित किया गया था। अतिरिक्त फंडिंग NSF, नेशनल ओशनिक एंड एटमॉस्फेरिक एडमिनिस्ट्रेशन, UW और स्क्रिप्स ओशनोग्राफी से होती है।

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