برف دریایی: رونمایی از کولاک پنهان اقیانوس

یک بارش برف ملایم و دائمی را در اعماق اقیانوس تصور کنید. این آب یخ‌زده نیست، بلکه رگباری از مواد آلی است که از آب‌های سطحی آفتاب‌گیر به سمت ژرفای تاریک فرو می‌ریزد. این پدیده که با نام «برف دریایی» شناخته می‌شود، جزء حیاتی اکوسیستم دریایی است و نقشی حیاتی در چرخه جهانی کربن ایفا می‌کند.

برف دریایی چیست؟

برف دریایی یک موجودیت واحد نیست، بلکه توده‌ای پیچیده از مواد آلی و معدنی مختلف است. آن را مانند سوپی از زباله‌های اقیانوسی در حال فرورفتن و تحول مداوم در نظر بگیرید. ترکیب آن بسته به مکان، زمان سال و فعالیت بیولوژیکی در آب‌های اطراف می‌تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد. اجزای کلیدی آن عبارتند از:

• پلانکتون‌های مرده و در حال پوسیدگی: فیتوپلانکتون‌ها (جلبک‌های میکروسکوپی) و زئوپلانکتون‌ها (حیوانات کوچک) پایه زنجیره غذایی دریایی را تشکیل می‌دهند. هنگامی که آن‌ها می‌میرند، بقایایشان سهم قابل توجهی در تشکیل برف دریایی دارد.
• گلوله‌های مدفوعی: زئوپلانکتون‌ها و دیگر موجودات دریایی، مواد زائد را به شکل گلوله‌های مدفوعی تولید می‌کنند. این گلوله‌ها سرشار از مواد آلی هستند و نسبتاً سریع فرو می‌روند و انتقال کربن به اعماق دریا را تسریع می‌کنند.
• موکوس و سایر پلیمرهای آلی: موجودات دریایی موکوس و دیگر مواد چسبنده را ترشح می‌کنند که می‌توانند ذرات کوچک‌تر را به هم بچسبانند و توده‌های بزرگ‌تری از برف دریایی را تشکیل دهند.
• شن و دانه‌های معدنی: گرد و غبار زمینی و روان‌آب‌های رودخانه‌ای می‌توانند ذرات معدنی را وارد اقیانوس کنند که ممکن است در برف دریایی ادغام شوند.
• باکتری‌ها و ویروس‌ها: میکروب‌ها نقش حیاتی در تجزیه مواد آلی درون برف دریایی ایفا می‌کنند و مواد مغذی را دوباره به ستون آب بازمی‌گردانند.

تشکیل و دینامیک

تشکیل برف دریایی فرآیندی پیچیده است که تحت تأثیر عوامل مختلف فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی قرار دارد. اختلاط آشفته در لایه‌های بالایی اقیانوس به برخورد ذرات کمک می‌کند، در حالی که مواد چسبنده تجمع آن‌ها را تقویت می‌کنند. سرعت فرورفتن برف دریایی بسته به اندازه، چگالی و شکل آن متفاوت است. توده‌های بزرگ‌تر و چگال‌تر سریع‌تر فرو می‌روند، در حالی که ذرات کوچک‌تر و شکننده‌تر ممکن است برای مدت طولانی‌تری در ستون آب معلق بمانند.

سرعت فرورفتن برف دریایی یک عامل حیاتی در کارایی «پمپ بیولوژیکی» است، فرآیندی که طی آن کربن از سطح اقیانوس به اعماق دریا منتقل می‌شود. سرعت فرورفتن بیشتر به این معناست که مواد آلی کمتری در ستون آب بالایی مصرف یا تجزیه می‌شوند و این امر اجازه می‌دهد کربن بیشتری به کف دریا برسد، جایی که می‌تواند برای دوره‌های طولانی ذخیره شود.

نقش ذرات پلیمری خارج سلولی شفاف (TEP)

ذرات پلیمری خارج سلولی شفاف (TEP) مواد چسبنده و غنی از کربوهیدرات هستند که توسط فیتوپلانکتون‌ها تولید می‌شوند. آن‌ها با چسباندن ذرات کوچک‌تر به یکدیگر و ایجاد توده‌های بزرگ‌تر که سریع‌تر فرو می‌روند، نقش حیاتی در تشکیل برف دریایی دارند. TEP به ویژه در هنگام شکوفایی فیتوپلانکتون‌ها، زمانی که مقادیر زیادی مواد آلی در سطح اقیانوس تولید می‌شود، فراوان هستند.

اهمیت زیست‌محیطی

برف دریایی یک منبع غذایی حیاتی برای طیف گسترده‌ای از موجودات اعماق دریا است. این پدیده منبع اصلی انرژی و مواد مغذی برای بسیاری از جوامع کف‌زی (بنتیک) است که اغلب دور از آب‌های سطحی آفتاب‌گیر قرار دارند. حیواناتی که از برف دریایی تغذیه می‌کنند عبارتند از:

• تغذیه‌کنندگان پالایه‌خوار: موجوداتی مانند اسفنج‌ها، دمه‌داران و ستاره‌های شکننده، برف دریایی را مستقیماً از ستون آب فیلتر می‌کنند.
• تغذیه‌کنندگان رسوب‌خوار: موجوداتی مانند خیارهای دریایی و کرم‌ها برف دریایی را که در کف دریا ته‌نشین شده است، می‌بلعند.
• لاشه‌خواران: موجوداتی مانند دوجورپایان و جورپایان از قطعات بزرگ‌تر مواد آلی در حال پوسیدگی که به کف دریا افتاده‌اند، تغذیه می‌کنند.

فراوانی و کیفیت برف دریایی می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر تنوع زیستی و بهره‌وری اکوسیستم‌های اعماق دریا داشته باشد. در مناطقی که نرخ رسوب برف دریایی بالاست، جوامع کف‌زی معمولاً متنوع‌تر و فراوان‌تر هستند. برعکس، در مناطقی با نرخ رسوب پایین، جوامع کف‌زی ممکن است پراکنده و کم‌بهره‌تر باشند.

تأثیر بر اکوسیستم‌های اعماق دریا

اکوسیستم‌های اعماق دریا اغلب با شرایط شدید، از جمله فشار بالا، دمای پایین و تاریکی دائمی مشخص می‌شوند. برف دریایی یک شریان حیاتی برای این اکوسیستم‌ها فراهم می‌کند و انرژی و مواد مغذی لازم برای حفظ حیات در غیاب نور خورشید را تأمین می‌کند. بدون برف دریایی، بسیاری از موجودات اعماق دریا قادر به بقا نخواهند بود.

پمپ بیولوژیکی و جداسازی کربن

برف دریایی نقش حیاتی در «پمپ بیولوژیکی» ایفا می‌کند، فرآیندی که طی آن دی‌اکسید کربن (CO2) از جو حذف و به اعماق اقیانوس منتقل می‌شود. فیتوپلانکتون‌ها در سطح اقیانوس CO2 را طی فتوسنتز جذب می‌کنند. هنگامی که این فیتوپلانکتون‌ها می‌میرند یا توسط زئوپلانکتون‌ها مصرف می‌شوند، مواد آلی آن‌ها به صورت برف دریایی به اعماق دریا فرو می‌رود. بخشی از این مواد آلی توسط باکتری‌ها تجزیه شده و CO2 را دوباره به ستون آب بازمی‌گرداند. با این حال، بخش قابل توجهی از مواد آلی به کف دریا می‌رسد، جایی که می‌تواند در رسوبات دفن شده و برای دوره‌های طولانی جدا شود و به طور مؤثر آن را از جو حذف کند.

کارایی پمپ بیولوژیکی تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله فراوانی و نوع فیتوپلانکتون‌ها، سرعت فرورفتن برف دریایی و نرخ تجزیه در اعماق دریا قرار دارد. درک این عوامل برای پیش‌بینی واکنش اقیانوس به تغییرات اقلیمی آینده حیاتی است.

نقش برف دریایی در تنظیم اقلیم

پمپ بیولوژیکی با حذف CO2 از جو، نقش مهمی در تنظیم اقلیم زمین ایفا می‌کند. برف دریایی جزء کلیدی این فرآیند است و انتقال کربن به اعماق اقیانوس را تسهیل می‌کند، جایی که می‌تواند برای قرن‌ها یا حتی هزاران سال جدا شود. تغییرات در فراوانی یا ترکیب برف دریایی می‌تواند پیامدهای قابل توجهی برای چرخه جهانی کربن و تغییرات اقلیمی داشته باشد.

تأثیرات انسانی بر برف دریایی

فعالیت‌های انسانی به طور فزاینده‌ای بر محیط اقیانوس تأثیر می‌گذارد و این تأثیرات می‌تواند اثرات آبشاری بر برف دریایی و پمپ بیولوژیکی داشته باشد. برخی از تأثیرات کلیدی انسانی عبارتند از:

• اسیدی شدن اقیانوس: جذب CO2 از جو باعث اسیدی‌تر شدن اقیانوس می‌شود. این امر می‌تواند بر توانایی برخی موجودات، مانند کوکولیتوفورها (نوعی فیتوپلانکتون)، برای تشکیل پوسته‌های کربنات کلسیم خود تأثیر بگذارد که می‌تواند میزان کربن منتقل شده به اعماق دریا به صورت برف دریایی را کاهش دهد.
• گرمایش اقیانوس: افزایش دمای اقیانوس می‌تواند توزیع و فراوانی فیتوپلانکتون‌ها را تغییر دهد که می‌تواند بر مقدار و نوع مواد آلی موجود برای تشکیل برف دریایی تأثیر بگذارد.
• آلودگی: آلودگی ناشی از منابع زمینی، مانند روان‌آب‌های کشاورزی و زباله‌های صنعتی، می‌تواند مواد مغذی و سموم را وارد اقیانوس کند که می‌تواند زنجیره غذایی دریایی را مختل کرده و بر تشکیل و تجزیه برف دریایی تأثیر بگذارد.
• صید بی‌رویه: صید بی‌رویه می‌تواند شکارچیان کلیدی را از اکوسیستم دریایی حذف کند که می‌تواند ساختار زنجیره غذایی را تغییر داده و بر فراوانی و ترکیب برف دریایی تأثیر بگذارد.

درک تأثیرات فعالیت‌های انسانی بر برف دریایی برای توسعه استراتژی‌های مؤثر برای حفاظت از محیط اقیانوس و کاهش تغییرات اقلیمی حیاتی است.

آلودگی پلاستیکی و برف دریایی

میکروپلاستیک‌ها، ذرات پلاستیکی کوچک با اندازه کمتر از ۵ میلی‌متر، به طور فزاینده‌ای در اقیانوس شایع شده‌اند. این میکروپلاستیک‌ها می‌توانند به روش‌های مختلفی با برف دریایی تعامل داشته باشند. آن‌ها می‌توانند در توده‌های برف دریایی ادغام شوند و به طور بالقوه سرعت فرورفتن و ترکیب آن‌ها را تغییر دهند. علاوه بر این، میکروپلاستیک‌ها می‌توانند توسط موجودات دریایی بلعیده شوند و به طور بالقوه زنجیره غذایی را مختل کرده و بر سلامت اکوسیستم‌های دریایی تأثیر بگذارند. تعاملات بین آلودگی پلاستیکی و برف دریایی یک حوزه نگرانی رو به رشد برای دانشمندان دریایی است.

تحقیق و اکتشاف

برف دریایی یک پدیده پیچیده و شگفت‌انگیز است که هنوز به طور کامل درک نشده است. دانشمندان از تکنیک‌های مختلفی برای مطالعه برف دریایی استفاده می‌کنند، از جمله:

• تله‌های رسوب: تله‌های رسوب در اقیانوس مستقر می‌شوند تا ذرات در حال فرورفتن، از جمله برف دریایی، را جمع‌آوری کنند. سپس مواد جمع‌آوری شده را می‌توان در آزمایشگاه برای تعیین ترکیب و سرعت فرورفتن آن تجزیه و تحلیل کرد.
• دوربین‌های زیر آب و ضبط‌کننده‌های ویدئویی: از دوربین‌ها و ضبط‌کننده‌های ویدئویی زیر آب می‌توان برای مشاهده برف دریایی در محیط طبیعی خود استفاده کرد و بینش‌های ارزشمندی در مورد تشکیل و دینامیک آن ارائه داد.
• سنجش از دور: از تکنیک‌های سنجش از دور مبتنی بر ماهواره می‌توان برای تخمین فراوانی و توزیع فیتوپلانکتون‌ها در اقیانوس استفاده کرد که می‌تواند اطلاعاتی در مورد پتانسیل تشکیل برف دریایی ارائه دهد.
• مدل‌های ریاضی: از مدل‌های ریاضی می‌توان برای شبیه‌سازی تشکیل و انتقال برف دریایی استفاده کرد و به دانشمندان اجازه می‌دهد فرضیه‌ها را آزمایش کرده و پیش‌بینی کنند که برف دریایی چگونه به تغییرات آینده در محیط اقیانوس پاسخ خواهد داد.

تلاش‌های تحقیقاتی در حال انجام با هدف بهبود درک ما از برف دریایی و نقش آن در اکوسیستم دریایی و چرخه جهانی کربن است. این تحقیقات برای توسعه استراتژی‌های مؤثر برای حفاظت از محیط اقیانوس و کاهش تغییرات اقلیمی ضروری است.

ابتکارات تحقیقاتی جهانی

چندین ابتکار تحقیقاتی بین‌المللی به مطالعه برف دریایی و نقش آن در اقیانوس اختصاص یافته است. این ابتکارات اغلب شامل همکاری بین دانشمندان از کشورها و مؤسسات مختلف است. نمونه‌ها شامل مشارکت در سیستم‌های جهانی مشاهده اقیانوس، انجام سفرهای تحقیقاتی به مناطق مختلف اقیانوس و توسعه فناوری‌های پیشرفته برای مطالعه برف دریایی است.

نتیجه‌گیری

برف دریایی جزء حیاتی اکوسیستم دریایی است و نقش بسیار مهمی در چرخه جهانی کربن ایفا می‌کند. این رگبار به ظاهر ناچیز از مواد آلی، حیات اعماق دریا را حفظ می‌کند، اقلیم زمین را تنظیم می‌کند و سطح اقیانوس را به ژرفای تاریک متصل می‌کند. درک دینامیک برف دریایی برای پیش‌بینی چگونگی واکنش اقیانوس به تغییرات اقلیمی آینده و برای توسعه استراتژی‌های مؤثر برای حفاظت از این منبع ارزشمند ضروری است. تحقیقات بیشتری برای کشف کامل اسرار برف دریایی و تعاملات پیچیده آن با محیط دریایی مورد نیاز است.

مطالعه برف دریایی نیازمند همکاری بین‌المللی است. چالش‌های تحقیقات اقیانوسی قابل توجه هستند. حمایت از تلاش‌های تحقیقاتی برای درک بهتر این فرآیندهای مهم اقیانوسی را در نظر بگیرید.

برای مطالعه بیشتر

• Alldredge, A. L., & Silver, M. W. (1988). Characteristics, dynamics and significance of marine snow. Progress in Oceanography, 20(1-4), 41-82.
• Turner, J. T. (2015). Zooplankton fecal pellets, marine snow, phytodetritus and sinking carbon. Marine Biology, 162(3), 449-474.