يكون للبحر الأحمر تاريخ تطوري مميز بسبب انعزاله عن المحيط الهندي، لذلك لا يمكن العثور على الكثير من الأحياء البحرية التي تستوطن البحر الأحمر في أي مكان آخر. تبلغ مساحته نحو 440 ألف كم مربع، وتتمتع أعماقه بالمياه الأدفأ مقارنة بجميع البحار والمحيطات الأخرى؛ إذ تصل درجة حرارتها إلى 21 درجة مئوية عند عمق 2800 متر.

يؤوي البحر الأحمر عشرات البحيرات المغمورة شديدة الملوحة، التي تمثل أنظمة بيئية ميكروبية متطرفة، لذا فهو يقدم ثروة من الفرص البحثية للعلماء. وبسبب ما يتمتع به من خصائص فريدة، دائمًا ما يُنظر إليه على أنه حقل تجارب طبيعية لآثار التغير المناخي على المحيطات.

تحظى جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست) بموقع خاص يساعدها على استكشاف هذا المسطح المائي الذي لم يَحظَ بالقدر الكافي من الدراسة على مدار التاريخ كونها تقع على ساحل البحر الأحمر في مدينة ثول السعودية شمال جدة.

و لاحظ الباحثون في كاوست أن معدل ارتفاع درجات حرارة مياهه بسبب التغير المناخي تعدت المتوسط المسجّل عالميّا، مما قد يشكل تحديًا لقدرة الكائنات التي تعيش بالبحر الأحمر على التكيّف بالسرعة الكافية لكي تنجح في البقاء.

وتقدّم التحليلات التي أجراها فريق متعدد الاختصاصات يضم باحثين من ثلاثة أقسام في الجامعة، بيانات حيوية من شأنها أن تساعد على توقّع مستقبل التنوّع البيولوجي للأحياء البحرية بالبحر الأحمر إذا دعمتها أدلة مجمّعة حول حدود التحمّل الحرارية للكائنات المحلية.

و تبيّن أن درجات الحرارة القصوى لسطح البحر ارتفعت عبر حوض البحر الأحمر من شماله إلى جنوبه، إذ سجلت درجات الحرارة الأدنى في خليجي السويس والعقبة في أقصى الشمال. ومع هذا، يشهد الخليجان أعلى معدلات تغيّر مقارنة بباقي الحوض؛ إذ يفوق معدل ارتفاع درجات الحرارة بهما أربعة أضعاف المتوسط العالمي لارتفاع درجات حرارة المحيطات. كما تشير السجلات إلى أن درجات الحرارة القصوى لسطح البحر تتقدم بنحو ربع يوم لكل عقد.

تؤكد طالبة الدكتوراه في علم البحار في كاوست، فيرونيكا تشايديز، أن ثمة حاجة إلى أن تقيّم جهود الرصد الممنهج آثار هذه المعدلات السريعة لارتفاع درجات الحرارة على ظاهرتي ابيضاض الشعب المرجانية والنفوق الجماعي للكائنات البحرية. وحاليّا هناك غياب لهذا النوع من جهود الرصد في البحر الأحمر، بيد أن تشايديز تعمل على اختبار السعات الحرارية لبعض نباتات وحيوانات حوض البحر في المختبر. 

يساعد نموذجٌ، يدمج بيانات خاصة بدرجات الحرارة وحدود التحمل الحرارية للكائنات البحرية وغيرها من البيانات البيولوجية ذات الصلة، على توقّع آثار ارتفاع درجات الحرارة على النظام البيئي المحلي.

ويكون من الأحداث المتطرفة التي تؤثر على نظام البحر البيئي العواصف العنيفة التي تحمل الأتربة من أفريقيا إلى المملكة العربية السعودية وتجلب معها العناصر الغذائية التي تنعش المزارع السمكية والأراضي الزراعية، غير أنها تحمل جسيمات تعوق أداء أجهزة الطاقة الشمسية.

و استعد فريق آخر، يقوده الأستاذ المساعد في هندسة وعلوم الأرض إبراهيم حطيط، لاكتشاف كيفية تأثير التأرجح الجنوبي لظاهرة النينيو (ENSO) على هطول الأمطار في منطقة التقاء رياح البحر الأحمر Red Sea Convergence Zone، وهي منطقة تتسم بالسماء الملبدة بالغيوم وبالرذاذ، مما يتناقض مع حالة الجو التي تتميز بالاعتدال في المنطقة.

ويوضح حطيط أن حوض البحر الأحمر ضيق، لذا يتطلب بيانات مكانية عالية الدقة للوصول إلى وصف دقيق للتباينات في منطقة التقاء رياح البحر الأحمر. ويعني ذلك أننا نحتاج إلى مجموعات بيانية مفصلة ودقيقة لتقييم تأثير تقلُّبات التأرجح الجنوبي لظاهرة النينيو على هطول الأمطار بالمنطقة».

طوّر الفريق نموذجًا لأنماط هطول الأمطار في الفترة بين عامي 1979 و2016. واشتمل على مزج بيانات مأخوذة من مجموعات بيانية مختلفة. حدد الباحثون أولًا مكان نطاق تقارب رياح البحر الأحمر وشدته، وأماكن أنظمة الضغط المرتفع والمنخفض المصاحبة له. ولاكتشاف الآليات المسؤولة عن هطول الأمطار بعد ذلك، عملوا على تحليل متغيرات مختلفة مثل الطاقة الكامنة المتوفرة للحمل الحراري والعامود الكلي لبخار الماء المتكثف والتبخر. يقول هاري داساري المؤلف الأول للدراسة: «ترتبط كثافة هطول الأمطار بالتقاء تدفُّقات مختلفة لبخار الماء، لذا استخدمنا تحليل مقدار الرطوبة لتحديد مصادر الرطوبة ولتقدير حجم هطول الأمطار بالمنطقة».

وجد الباحثون أن منطقة التقاء رياح البحر الأحمر تتحرك في اتجاه الشمال خلال المرحلة الدافئة للتأرجح الجنوبي لظاهرة النينيو، حاملة المزيد من الرطوبة من بحر العرب، ومتسببة في زيادة الأيام التي تهطل فيها الأمطار وفي زيادة شدتها.

ويقول حطيط "نحن نعمل على بناء نماذج متقدمة للتوقعات القصيرة والطويلة المدى، بالإضافة إلى دراسة مدى ارتباط التغيرات في أنماط حركة دوران الرياح العالمية في أثناء سنوات حدوث ظاهرة التأرجح الجنوبي للنينيو بحالتي الطقس والمناخ في البحر الأحمر والعكس». ومع أن تغيُّر أنماط هطول الأمطار قد لا يشكل ضررًا كبيرًا، يُعَدُّ حوض البحر الأحمر موطنًا للكوارث الطبيعية مثل العواصف الترابية، والجفاف، والفيضانات.

وترى سابرينا فيتوري - وهي طالبة دكتوراه يشرف على رسالتها مارك جينتون ورافاييل هاسر - أن «هذه الظواهر المناخية المتطرفة يمكن أن تؤثر على المجتمعات والبنية التحتية». ويمكن القول إن التنبؤ بهذه الأحداث أمر صعب، ليس فقط لأنها نادرة الحدوث، بل أيضاً لأن من بين ملايين المجموعات البيانية عدداً ضئيلاً فقط من هذه البيانات يتعلق بالأحداث المتطرفة. ومن شأن زيادة عدد المتغيِّرات التي يجري رصدها (مثل درجة الحرارة وسرعة الرياح) أن تزيد من قدرة نماذج المحاكاة على التوقُّع بشكل أكبر، إلا أنها تتطلب قدرًا هائلًل من البراعة الإحصائية؛ من أجل تحديد مزيج الظروف الذي يؤدي إلى الأحداث المتطرفة وتوقُّعه على النحو الصحيح.

وتتَّبِع نماذج المحاكاة متعددة المتغيرات عامة أحد أسلوبين: أولهما الأساليب البارامترية التي تضبط النموذج باستخدام مجموعة من المتغيرات لتقريب سلوك النموذج لما تصفه البيانات بأفضل صورة ممكنة. أما النوع الثاني فهو الأساليب اللابارامترية، وهي طرق إحصائية تُطابق دالة مع البيانات لكنها لا تستخدم افتراضات أو قيوداً أساسية.

ولقد طور الفريق في أثناء إجراء البحث أداة حاسوبية لتنفيذ الأساليب اللابارامترية، وأجرى محاكاة هائلة ومنهجية ليقارن أداء المـُقَدِّر البارامتري واللابارامتري فيما يصل إلى خمسة أبعاد في ظل سيناريوهات مختلفة. قدمت هذه الأساليب رؤية ثاقبة على مستوى الأبعاد الأعلى.

يذكر أن الكائنات الحية في البحر الأحمر تحولت لتتأقلم نسبيا مع التغيرات الطارئة عليه. ويحتوي على الأقل على 25 منفساً مائيّاً حراريّاً مصحوباً بميكروبات غير مدروسة نسبيّاً. هذه الميكروبات عدّلت من جيناتها بحيث تستطيع أن تنمو بقوة في المياه شديدة الملوحة والحرارة. كما يحدد غذاء الأسماك المرجانية أنواع الميكروبات التي تعيش داخل جهازها الهضمي، والتي تؤثر بدورها على نمو هذه الأسماك، ومناعتها، وسلوكها. هذه البكتيريا تساعد على هضم أنواع مختلفة من الطحالب، بالإضافة إلى إمكانية إسهامها كذلك في تطوير منتجات جديدة كالوقود الحيوي.