فراچاهش

این تصویر، مهم‌ترین مناطق فراچاهشی در امتداد سواحل جهان را با رنگ قرمز نشان می‌دهد. این آب‌های زیرسطحی معمولاً سردتر، غنی از مواد مغذی و از نظر زیستی بسیار پربار هستند. از این رو، مناطق دارای فراچاهش معمولاً از بهترین و پربازده‌ترین نواحی صید آبزیان به‌شمار می‌روند. برای مثال، منابع غنی شیلات در امتداد سواحل غربی آفریقا و آمریکای جنوبی، تا حد زیادی به دلیل وقوع مداوم فراچاهش ساحلی در طول سال شکل گرفته و حفظ می‌شوند.

رابطه بین فروچاهش، مناطق هم‌گرایی و فراچاهشی

فراچاهش یا فراشارش (به انگلیسی: Upwelling) که خیزش آب، جریان فراچاهشی و جریان فراشارشی نیز نامیده می‌شود، پدیده‌ای اقیانوسی است که به حرکت آب متراکم، خنک تر و معمولاً سرشار از غذا از عمق پایین‌تر آب به سوی سطح اقیانوس گفته می‌شود. این آب جایگزین آب گرم‌تر سطح اقیانوس که معمولاً خالی از مواد غذایی است می‌شود. این حرکت در اثر وزش باد صورت می‌گیرد. این آب سرشار از مواد مغذی با حرکت به سوی سطح رشد و تولیدمثل فرآورنده‌های نخستین مانند فیتوپلانکتون‌ها را افزایش می‌دهد. با توجه به زیست‌توده فیتوپلانکتون‌ها و وجود آب خنک در این مناطق نواحی ای که فراچاهش در آن صورت گرفته می‌توانند به‌وسیله مشاهدهٔ دمای خنک سطح دریا و تمرکز بالای کلروفیل آن شناسایی شوند. دسترسی بیشتر به نواحی‌ای که فراچاهش در آن پدید می‌آید منجر به بالا رفتن سطح فرآوری نخستین و در نتیجهٔ آن رشد تولید صنعت شیلات می‌شود. تقریباً ۲۵ درصد از کل شیلات دریایی جهان از پنج ناحیهٔ فراچاهش انجام می‌شود که فقط ۵ درصد از کل اقیانوس‌ها را تشکیل می‌دهند.

در مقابل جریان فراچاهشی، پدیده فروچاهش یا فروشارش (Downwelling) وجود دارد که برخلاف جریان فراچاهشی، آب پُراکسیژن سطح را به لایه‌های عمیق‌تر هدایت می‌کند.

جریان فراچاهشی و فروچاهشی، حرکات توده‌ای اقیانوس را توصیف می‌کند که بر جریان‌های سطحی و عمیق تأثیر می‌گذارد. این حرکات برای به هم زدن اقیانوس، رساندن اکسیژن به عمق، توزیع گرما و آوردن مواد مغذی به سطح ضروری هستند. فراچاهش حرکت آب سرد، عمیق و اغلب غنی از مواد مغذی به لایه سطحی است؛ و فروچاهش، حرکت آب سطحی به اعماق بیشتر است.

جریان فروچاهشی زمانی اتفاق می‌افتد که آب‌های سطحی هم‌گرا می‌شوند (به هم می‌رسند) و آب سطحی را به سمت پایین هل می‌دهند. مناطقی که فروچاه هستند، به دلیل مصرف مواد مغذی و عدم تأمین مداوم توسط آب سرد و غنی از مواد مغذی از زیر سطح، بهره‌وری پایینی دارند.

پدیده فراچاهش آب زمانی رخ می‌دهد که آب‌های سطحی از هم دور می‌شوند (از هم جدا می‌شوند) و حرکت رو به بالای آب را ممکن می‌سازند. جریان فراچاهشی، آبی را به سطح می‌آورد که غنی از مواد مغذی مهم برای بهره‌وری اولیه (رشد جلبک) است که به نوبه خود از اکوسیستم‌های دریایی بسیار پربار پشتیبانی می‌کند. مناطق فراچاهشی اغلب با بهره‌وری آنها به دلیل هجوم مواد مغذی به لایه مخلوط سطحی و منطقه نورگیر (لایه آفتاب‌گیر) توسط جریان‌های بالا آمدن آب، اندازه‌گیری می‌شوند. این امر فتوسنتز فیتوپلانکتون‌ها (جلبک‌های ریز) را که پایه شبکه غذایی اقیانوس را تشکیل می‌دهند، هدایت می‌کند. مناطق فراچاهشی کمتر از ۱ درصد از اقیانوس‌های جهان را از نظر مساحت تشکیل می‌دهند، اما بیش از ۲۰ درصد از صید ماهی جهانی را تشکیل می‌دهند.

برخی از مهم‌ترین مناطق فراچاهش آب در امتداد سواحل قاره‌ها قرار دارند. در این مناطق فراچاهشی ساحلی، بادهای سطحی، آب را از ساحل دور می‌کنند و در ساحل واگرایی ایجاد می‌کنند که با آب از عمق جایگزین می‌شود. برای وقوع فراچاهش آب ساحلی، باد باید موازی با ساحل باشد زیرا آب در نیم‌کره جنوبی به سمت چپ باد و در نیم‌کره شمالی به سمت راست باد منحرف می‌شود. این انحراف به دلیل نیروی کوریولیس است که باعث می‌شود اجسامی که در یک خط مستقیم حرکت می‌کنند به دلیل چرخش زمین خمیده یا منحرف به نظر برسند.

فراچاهش و فروچاهش فصلی در امتداد سواحل غربی ایالات متحده نیز رخ می‌دهند. در فصل زمستان، بادها از جنوب به شمال می‌وزند و در نتیجه، پدیده فروچاهش ایجاد می‌شود. در مقابل، در فصل تابستان، بادها از شمال به جنوب می‌وزند و آب‌های سطحی به سمت فراساحل (دور از ساحل) رانده می‌شوند؛ در پی آن، آب‌های عمقی به سمت سطح صعود کرده و پدیده فراچاهش در امتداد ساحل رخ می‌دهد. این فراچاهش تابستانه موجب شکل‌گیری آب‌های ساحلی سرد در منطقه سان‌فرانسیسکو می‌شود و در نتیجه، نقش مهمی در ایجاد مه‌های مکرر تابستانی این منطقه ایفا می‌کند.

سازوکار

اگر در نیمکرهٔ جنوبی باد به موازات ساحل بوزد (مانند سواحل پرو که جهت باد به سوی شمال است) آنگاه ترابرش اکمن شبکه‌ای از حرکت آب با زاویهٔ ۹۰ درجه به سمت چپ ایجاد می‌کند. این خیزش آب از نوع خیزش آب ساحلی است.

اگر در نیمکرهٔ شمالی باد به موازات ساحل بوزد (مانند سواحل کالیفرنیا که باد به سوی جنوب می‌وزد) آنگاه ترابرش اکمن شبکه‌ای از حرکت آب با زاویهٔ ۹۰ درجه به سمت راست ایجاد می‌کند. این خیزش آب از نوع خیزش آب ساحلی است.

سه محرک اصلی که با همدیگر پدیده فراچاهش آب را ایجاد می‌کنند عبارتند از باد، اثر کوریولیس و ترابرش اکمن. در فرایند فراچاهش، باد در امتداد ساحل روی سطح دریا و در جهت مشخص می‌وزد که در نتیجهٔ آن برهم کنش باد-آب پدید می‌آید و در نتیجهٔ این برهم کنش آب در یک زاویهٔ ۹۰ درجه با جهت طبق نیروی کوریولیس و ترابرش اکمن حرکت می‌کند. ترابرش اکمن باعث می‌شود که لایهٔ سطحی آب با زاویهٔ ۴۵ درجه از سمت آب حرکت کند و برخورد میان آن لایه و لایهٔ زیر آن باعث می‌شود که لایهٔ جایگزین در آن جهت حرکت کند. این برهم کنش سبب حرکت مارپیچی آب به سوی پایین می‌شود. سپس نیروی کوریولیس تعیین می‌کند که اب به کدام سو حرکت کند. در نیمکرهٔ شمالی آب به سمت راست جهت باد ترابرده می‌شود و در نیمکرهٔ جنوبی به سمت چپ.

ساحلی

فراچاهش ساحلی شناخته‌شده‌ترین نوع فراچاهش است و بیشترین ارتباط را با فعالیت‌های انسانی دارد، زیرا از برخی از پربارترین شیلات در جهان پشتیبانی می‌کند. فراچاهش ساحلی در صورتی رخ می‌دهد که جهت باد موازی با خط ساحلی باشد و جریان‌های ناشی از باد ایجاد کند. جریان‌های ناشی از باد به دلیل اثر کوریولیس به سمت راست بادها در نیمکره شمالی و به سمت چپ در نیمکره جنوبی منحرف می‌شوند. نتیجه، حرکت خالص آب سطحی در زاویه قائمه نسبت به جهت باد است که به عنوان انتقال اکمن شناخته می‌شود (همچنین به مارپیچ اکمن مراجعه کنید). هنگامی که انتقال اکمن در دور از ساحل اتفاق می‌افتد، آب‌های سطحی که دور می‌شوند با آب عمیق‌تر، سردتر و متراکم‌تر جایگزین می‌شوند. به‌طور معمول، این فرایند فراچاهش با سرعت حدود ۵ تا ۱۰ متر در روز اتفاق می‌افتد، اما سرعت و نزدیکی پدیده فراچاهش به ساحل می‌تواند به دلیل قدرت و فاصله باد تغییر کند.

آب‌های عمیق سرشار از مواد مغذی، از جمله نیترات، فسفات و اسید سیلیسیک هستند که خود حاصل تجزیه مواد آلی ته‌نشین شده (پلانکتون‌های مرده/آواری) از آب‌های سطحی هستند. وقتی این مواد مغذی به سطح آب می‌آیند، توسط فیتوپلانکتون‌ها، همراه با _CO2 محلول (دی‌اکسید کربن) و انرژی نور خورشید، برای تولید ترکیبات آلی، از طریق فرایند فتوسنتز، مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ بنابراین، مناطق فراچاهشی در مقایسه با سایر مناطق اقیانوس، منجر به سطوح بسیار بالایی از تولید اولیه (مقدار کربن تثبیت شده توسط فیتوپلانکتون‌ها) می‌شوند. آنها حدود ۵۰٪ از بهره‌وری دریایی جهانی را تشکیل می‌دهند. تولید اولیه بالا در زنجیره غذایی گسترش می‌یابد زیرا فیتوپلانکتون‌ها در پایه زنجیره غذایی اقیانوسی قرار دارند.

زنجیره غذایی از مراحل زیر پیروی می‌کند:

فیتوپلانکتون← زئوپلانکتون← زئوپلانکتون شکارچی← فیلترفیدرها← ماهی‌های شکارچی← پرندگان دریایی، پستانداران دریایی

فراچاهش آب‌های ساحلی در برخی مناطق، که به عنوان سیستم‌های اصلی فراچاهش آب‌های ساحلی شناخته می‌شوند، در تمام طول سال وجود دارد و در مناطق دیگر، که به عنوان سیستم‌های فصلی فراچاهش آب‌های ساحلی شناخته می‌شوند، فقط در ماه‌های خاصی از سال رخ می‌دهد. بسیاری از این سیستم‌های فراچاهش آب با بهره‌وری نسبتاً بالای کربن مرتبط هستند و از این رو به عنوان اکوسیستم‌های بزرگ دریایی طبقه‌بندی می‌شوند.

در سراسر جهان، پنج جریان ساحلی اصلی مرتبط با مناطق فراچاهشی وجود دارد: جریان قناری (در شمال غربی آفریقا)، جریان بنگوئلا (در جنوب آفریقا)، جریان کالیفرنیا (در خارج از کالیفرنیا و اورگان)، جریان هامبولت (در خارج از پرو و شیلی) و جریان سومالی (در خارج از سومالی و عمان). همه این جریان‌ها از شیلات عمده پشتیبانی می‌کنند. چهار جریان مرزی شرقی اصلی که در آنها فراچاهش ساحلی عمدتاً رخ می‌دهد عبارتند از: جریان قناری، جریان بنگوئلا، جریان کالیفرنیا و جریان هامبولت. جریان بنگوئلا مرز شرقی چرخاب جنب‌حاره‌ای اقیانوس اطلس جنوبی است و می‌تواند به یک زیرسیستم شمالی و جنوبی تقسیم شود که جریان فراچاهشی در هر دو منطقه رخ می‌دهد. زیرسیستم‌ها توسط منطقه‌ای از فراچاهش دائمی در خارج از لودریتز، که قوی‌ترین منطقه فراچاهشی در جهان است، از هم جدا می‌شوند. سیستم جریان کالیفرنیا (CCS) یک جریان مرزی شرقی اقیانوس آرام شمالی است که با شکاف شمال و جنوب نیز مشخص می‌شود. شکاف در این سیستم در پوینت کانسپشن، کالیفرنیا، به دلیل فراچاهش ضعیف در جنوب و فراچاهش قوی در شمال رخ می‌دهد. جریان قناری یک جریان مرزی شرقی چرخاب اطلس شمالی است و به دلیل وجود جزایر قناری نیز از آن جدا شده است. در نهایت، جریان هامبولت یا جریان پرو در امتداد ساحل آمریکای جنوبی از پرو تا شیلی به سمت غرب جریان دارد و تا ۱۰۰۰ کیلومتر از ساحل امتداد می‌یابد. این چهار جریان مرزی شرقی، اکثر مناطق فراچاهش ساحلی در اقیانوس‌ها را تشکیل می‌دهند.

اثرات فراچاهش

تنوع زیستی و تولیدپذیری

از آنجا که آب‌های عمیقی که به سطح می‌آیند معمولاً سرشار از مواد مغذی هستند، فراچاهش ساحلی رشد جلبک‌های دریایی و پلانکتون‌ها را تقویت می‌کند. این موجودات نیز به نوبه خود، منبع غذایی برای ماهی‌ها، پستانداران دریایی و پرندگان فراهم می‌کنند.

نکته اصطلاح‌شناسی: در متون علمی اقیانوس‌شناسی، Upwelling معمولاً به بالاآمدگی یا فراچاهش آب‌های عمیق ترجمه می‌شود که «فراچاهش» یا «بالاآمدگی» رایج‌تر و پذیرفته‌شده‌تر است. همچنین productivity در این زمینه به تولیدپذیری زیستی یا بهره‌وری زیستی اشاره دارد، نه صرفاً «تولید».

بالاآمدگی (Upwelling) برخی از حاصل‌خیزترین اکوسیستم‌های جهان را پدید می‌آورد. برای نمونه، منطقه‌ای به وسعت ۲۵٬۹۰۰ کیلومتر مربع (۱۰٬۰۰۰ مایل مربع) در سواحل غربی پرو به‌طور مداوم تحت تأثیر فراچاهش ساحلی قرار دارد و از غنی‌ترین مناطق صید ماهی در جهان به‌شمار می‌رود. به‌طور کلی، اگرچه مناطق فراچاهش ساحلی تنها ۱ درصد از کل مساحت اقیانوس‌های جهان را در بر می‌گیرند، اما حدود ۵۰ درصد از کل صید ماهی که توسط شیلات جهان به ساحل منتقل می‌شود، از همین مناطق تأمین می‌گردد.

جابه‌جایی جانوران

فراچاهش بر الگوهای جابه‌جایی و پراکنش جانوران در این مناطق تأثیر می‌گذارد. لاروهای ریز ــ که مراحل اولیه رشد بسیاری از ماهیان و بی‌مهرگان را تشکیل می‌دهند ــ می‌توانند برای مدت‌های طولانی همراه با جریان‌های اقیانوسی جابه‌جا شوند. وقوع یک رویداد شدید فراچاهش ممکن است این لاروها را به مناطق بسیار دور از ساحل منتقل کند و در نتیجه، شانس بقا و ادامه رشد آن‌ها را به خطر اندازد.

اقلیم ساحلی

آب سردی که در اثر فراچاهش به سطح اقیانوس می‌رسد، هوای ناحیه را خنک می‌کند. این فرایند شرایط را برای تشکیل مه دریایی فراهم می‌سازد. برای مثال، شهر سان‌فرانسیسکو در ایالت کالیفرنیا به تابستان‌های خنک و مه‌آلود خود شهرت دارد که عمدتاً در نتیجه جریان‌های فراچاهشی فصلی در آب‌های ساحلی این منطقه ایجاد می‌شود.

انواع فراچاهش

فراچاهش‌های اصلی آب در اقیانوس با انشعاب جریان‌هایی مربوط است که آب‌های ژرف‌تر، سردتر و مغذی تر را به سطح آب می‌آورند. دست کم پنج نوع فراچاهش آب وجود دارد: فراچاهش ساحلی، فراچاهش با مقیاس گسترده در مرکز اقیانوس، فراچاهش‌های گردابی، فراچاهش‌های توپوگرافیک و فراچاهش پراکنده و گسترده در مرکز اقیانوس.

جستارهای وابسته

• فروچاهش