منشا سرمای قطب شمال و جنوب

دو قطب زمین به اندازه منطقه استوایی گرما دریافت می کنند اما منشأ سرمای شدید دو قاره منجمد شمال و جنوب از کجاست؟

منشا سرمای قطب شمال و جنوب (North and South Pole): چنانکه میدانیم، مناطق قطبی از توده های عظیم یخ پوشیده شده است. معمولا وجود این یخ ها را ناشی از سرمای شدیدی میدانند که در این مناطق حکمفرماست. ولی چنین استدلالی که سابقه دیرینه ای در اذهان بشری دارد، غلط است، باید به خلاف آن بپذیریم که سرمای شدید قطبی معلول وجود توده های عظیم یخ می باشد.

برای روشن شدن موضوع، توضیح میدهیم: با در نظر گرفتن مقدار تشعشع خورشید که به سطح زمین می رسد، هرگاه این کلاهک یخی در دو قطب زمین نمی بود، میزان حرارت در هر دو قطب حتی در شبهای بسیار طولانی زمستان، نمی بایست هیچوقت از ۵ درجه بالای صفر پائین تر برود، و البته باید توجه داشت در چنین حالتی اصولا یخی نیز نمی توانست به وجود آید.

در حقیقت مناطق استوایی و قطبی زمین طی یکسال «کم و بیش» به یک اندازه تشعشع در هر مترمربع دریافت می دارند.

تنها تفاوت موجود در میزان جذب این تشعشعات است. سطح دریاها و اقیانوس ها ۹۰ تا ۹۵ درصد تشعشع وارده را جذب، و باقی را منعکس می کند. سطح خاک اگر پوشیده از یخ یا برف نباشد، بطور متوسط ۸۰ درصد تشعشعات را جذب می کند، و حال آنکه این رقم برای زمین پوشیده از برف و یخ بین ۱۰ تا ۳۰ درصد است. به دیگر سخن قدرت منعکس کننده یخ (یا برف) ۷۰ تا ۹۰ درصد است، و از آن دریا ۵ تا ۱۰ درصد.

این پدیده مبین سرمای قطبی و دوام کلاهک یخی آن می باشد، و بنابر آنچه که گفته شد. یخ و سرما خود بخود حفظ و تثبیت می شود، زیرا تقریبا تمام گرمایی را که به قطب می رسد، به فضا باز پس میدهد.

در نظر اول شگفت می نماید، که مثلا سرزمین های قطبی به همان اندازه در معرض تشعشع خورشید باشند، که مناطق استوایی قرار دارند، ولی به هرحال چنین است.

عامل قطعی در افزایش یا کاهش میزان تشعشع دریافت شده «طول روز است، که به علت میلی که محور دو قطب نسبت به صفحه مدار زمین دارد، در طی سال پیوسته در حال تغییر است، به استثنای نواحی استوا که در آن طول روز و شب ثابت و همواره ۱۲ ساعت می باشد، و همچنین در دو قطب که در آن شش ماه شب است و شش ماه روز. با این همه در هر نقطه زمین طول کامل روزهای سال با طول کل شبها یکسان و برابر است.

سیستم حرارتی زمین اکنون عبارت است از یخ بستگی جزیی – البته در مقیاس اعصار زمین شناسی – که سیستمی اساسأ ناپایدار است، و آغاز آن به یک میلیون سال پیش کشیده می شود، در راستای این زمان طولانی، یخها متناوبا در حال پیشرفت بوده ، یا عقب نشسته اند، ولی به هرحال هیچگاه از بین نرفته اند. در مواقعی که یخ در حداکثر پیشروی و گسترش خود بود، یک سوم قاره های زمین را می پوشاند، و سطح اقیانوس ها ۸۰ متر پائین تر از سطح کنونی بود، و جزایر انگلستان و ایرلند با قاره اروپا اتصال داشت.

سطح یخهای زمین امروزه به میزان قابل توجهی کمتر از دوران گذشته است. بزرگترین توده یخ زمین در قطب جنوب قرار دارد، که وسعت آن به ۱۳۰ میلیون کیلومتر مربع میرسد. همچنین منطقه گروئنلند در شمال که ۲.۱۸ میلیون کیلومتر مربع – تقریبا یک سوم بیشتر از مساحت ایران – وسعت دارد. ضخامت یخ در گروئنلند بطور متوسط ۲۰۰۰ متر و در قطب جنوب ۲۵۰۰ متر می باشد. ۹۹ درصد حجم یخهای زمین در این دو منطقه یافت می شود، و هرگاه این توده یخ ذوب شود، سطح آب دریا ۹۰ متر بالا خواهد آمد. و باری سیستم حرارتی زمین تنها در وضع پایدار متصور است، یکی یخ بستگی کامل که اگرچه احتمال آن بسیار کم است، اما محال نیست.

کارشناسان اقلیم شناس رصدخانه نوویکوف (روسیه) حساب کرده اند که اگر روزی سراسر زمین از برف و یخ پوشیده شود درجه حرارت آن همه جا در حدود صد درجه زیر صفر خواهد بود، و برای همیشه ثابت خواهد گشت. و دومین وضع ثابت سیستم حرارتی زمین آن است که به هیچ وجه یخبندانی نباشد، و احتمال این امر خیلی بیشتر است. در واقع هم در حدود دو میلیون سال پیش از آغاز دوره چهارم زمین شناسی چنین وضعی برقرار بود. و طی این مدت طولانی، زمین نه سرما می شناخت و نه یخ بندان. طی نزدیک به صد میلیون سال خزندگان عظیم الجثه سراسر روی زمین را فرا گرفته بودند.
این جانوران دارای هیچ گونه دستگاه تنظیم حرارت نبودند، و بنابراین جز در آب و هوایی گرم و ثابت نمی توانستند زندگی کنند.

اگر یخ های زمین از بین برود، آب و هوای آن دوباره به همان وضع در خواهد آمد. در آن هنگام اقیانوس ها که ۸۰ درصد سطح زمین را فرا خواهند گرفت، بعلت ضریب جذب تشعشعات ۹۰ تا ۹۵ درصد خود، با وجود تعییرات بزرگی که در میزان ساعات روز پدید می آید، حرارت زمین طی سال به نحو ثابت تنظیم خواهد گردید.

بی شک در حدود یک میلیون سال پیش حادثه نامعهودی روی زمین یا در منظومه شمسی روی داده است، بعلتی نامعلوم یک چند از شدت تشعشع خورشید بر سطح زمین کاسته شد، و از اینجا تشکیل توده عظیم یخ آغاز گردید. بعلت شب شش ماهه قطبی که تشکیل توده یخ را تسهیل می نمود، این امر درست در منطقه قطب صورت گرفت. و چون طی روز شش ماهه قطبی که بعد از آن فرا رسید یخ های تشکیل شده به تمامی آب نشدند، همین خود سبب مداومت وجود یخها گردید. اما یخبندان در مناطق استوایی هرچند که کمتر احتمال آن می رود، غیرممکن هم نیست، زیرا مقدار تشعشعی که زمین در استوا دریافت می کند بیشتر از میزان تشعشع دریافتی در قطب نمی باشد، و ما میدانیم که در حدود دویست و پنجاه میلیون سال پیش در مناطق استوایی یخبندان بزرگی صورت گرفته است. علت این امر را نقل مکان قاره ها و یا حتى نقل مکان سراسر قشر زمین دانسته اند، اما این استدلال با آن که پذیرفتنی بنظر می رسد، به هیچ وجه ضروری نیست.

درباره علت اولیه کاهش تشعشعات خورشید نظریه های مختلفی پیش کشیده شده است، از قبیل کاهش موقت تشعشع خود خورشید، با وجود غبارات آتش نشانی های بسیار بزرگ معلق در جو با عبور خورشید و سیارات تابع آن از درون ابرهای کیهانی. همه این پدیده ها در واقع برای شروع یخبندان طی سال های نسبتا معدود می تواند کفایت کند، و همین که چنین یخبندانی شروع شد، بعلت ضریب بزرگ انعکاس تشعشعات روی سطح برف و یخ، خود بخود دیگر ادامه خواهد یافت، با این همه باید گفت که برای تأیید این تئوری ها هیچگونه دلیلی در دست نیست. ولی «آ. میلانکوویچ» دانشمند یوگسلاوی، توضیح پذیرفتنی بدست داده است. تأثیر سیاره های بزرگ مانند مشتری و زحل در طی زمان موجب تغییر شکل مدار زمین می گردد، و در نتیجه مقدار حرارتی که کره زمین دریافت می کنند نیز متغیر خواهد بود. از راه محاسبه می توان ثابت کرد که این تغییر شکل مدار، طی یک میلیون سال اخیر صورت گرفته، و در نتیجه میزان تشعشع دریافت شده، تقلیل یافته است، و همین کاهش میزان تشعشعات با تحول یخ بستگیهای زمین مطابقت داشته است.

در این تبیین آنچه مجال بحث و تردید میدهد آن است که چگونه این کاهش نسبتا ضعیف تشعشعات دریافت شده، می تواند برای شروع یخبندان های وسیع کافی باشد؟