كيف تتشكل الغيوم؟ وكيف تسقط على شكل أمطار

إذا كنت تريد فهمًا أفضل لهطول الأمطار ولماذا ينزل المطر من السحب، فابدأ بدورة المياه، وهي الآلية التي يتحرك من خلالها الماء من الأرض إلى الغلاف الجوي ويعود مرة أخرى، في المقال التالي كيف تتشكل الغيوم؟ وكيف تسقط على شكل أمطار

فهم دورة المياه.

كمية المياه المتوفرة على الأرض لا تتغير أبدًا. لكن حالته (صلبة أو سائلة أو غازية) تعمل، وذلك بفضل الطاقة الحرارية من الشمس. عندما يتم تسخين المياه السائلة بواسطة الشمس، فإنها تتلقى طاقة كافية لتفكيك جزيئاتها وتحويلها إلى شكلها الغازي - بخار الماء.

كلما كان الهواء أكثر دفئًا، زاد بخار الماء الذي يمكنه حمله. يرتفع هذا الهواء الدافئ المشبع بالرطوبة مع بخار الماء الذي يحتويه، ومع ارتفاعه يبرد. نقطة الندى هي درجة الحرارة التي يحدث عندها تكثيف أكبر من التبخر في الهواء، ومن ثم يبدأ بخار الماء في التكاثف والالتحام في قطرات الماء التي يمكن أن تسقط على شكل مطر. يمكن أن تختلف نقطة الندى في أي مكان من 30 درجة فهرنهايت، في حالات نادرة، إلى أكثر من 80 درجة فهرنهايت.

بمجرد أن يبرد الهواء بعد "نقطة الندى"، فإنه يتكثف حول "نوى التكثيف"، والتي تكون عادةً جزيئات صغيرة جدًا من الغبار أو الدخان أو حتى الملح العالقة في الهواء. قطرات الماء الصغيرة التي تتشكل في البداية هي ما تراها كالغيوم - وإذا كنت تولي اهتمامًا وثيقًا للسحب في السماء، فسترى أنها تتقلص وتنمو باستمرار استجابةً للقوى المتحاربة المتمثلة في التبخر والتكثف.

كيف تسقط الأمطار على شكل الغيوم

تشبع بخار الماء

يحتوي الهواء في الغلاف الجوي دائمًا على بعض بخار الماء، والتي لا يمكن أن ترتفع كثافتها إلا إلى قيمة تشبع معينة في أي درجة حرارة معينة. ومع ذلك، فإن أقصى محتوى ممكن من بخار الماء في الهواء يزيد بشكل لا يتناسب مع أي زيادة في درجة الحرارة. بالمثل، من الممكن دائمًا تبريد طرد هوائي، وتقليل قيمة تشبع بخار الماء، إلى درجة حرارة يبدأ عندها الماء في التكثف. تُعرف درجة الحرارة التي يبدأ عندها حدوث ذلك باسم نقطة الندى. يؤدي المزيد من التبريد إلى ترسيب بخار الماء الزائد على الأسطح الثابتة (تكوين الندى) أو على نوى التكثيف، مما يؤدي إلى تكوين قطرات. عادة ما تكون الجسيمات الصغيرة من أصل مختلف، ما يسمى بالهباء الجوي، موجودة بكثرة في الغلاف الجوي وتكون بمثابة نوى التكثيف هذه.

سحاب

عندما يرتفع طرد الهواء يبرد، يتكاثف بخار الماء عندما يصل إلى نقطة الندى. يتناثر ضوء الشمس من القطرات الناتجة بحيث يمكن رؤية الغيوم الناشئة بالعين البشرية بضوئها الأبيض المنتشر. أفضل مثال على ذلك هو عندما ترتفع الطرود الجوية من الأرض الدافئة في الصيف؛ أولئك الذين لديهم طفو صغير فقط مقارنةً بالجو المحيط ينتجون غيوم "طقس جيد"، أما تلك ذات الطفو الأقوى فتتسلق أعلى وتشكل غيومًا كثيفة وهطول أمطار غزيرة.

في أنظمة الضغط المنخفض مع تدفق الهواء الإعصاري (عكس اتجاه عقارب الساعة، في نصف الكرة الشمالي)، يتم نقل الهواء الدافئ والرطب شبه الاستوائي إلى الشمال الشرقي. نظرًا لانخفاض كثافته، فإنه يتحرك لأعلى فوق الهواء الشمالي الأكثر برودة، ويبرد مع ارتفاعه. هذه هي الطريقة التي تتشكل بها السحب على الجبهات الدافئة لأنظمة الضغط هذه في خطوط العرض الوسطى. على العكس من ذلك، على الجانب الغربي من المنخفض، يتحرك الهواء البارد جنوبًا، دافعًا تحت الهواء شبه الاستوائي الأكثر دفئًا ويرفعه فوق مستوى التكثيف لتشكيل السحب على الجبهة الباردة. يمكن أن تتشكل الغيوم أيضًا من التبريد والتكثيف الذي يحدث عندما يتدفق الهواء فوق عوائق مادية مثل سلاسل الجبال.

تساقط

قطرات السحب صغيرة، قطرها 1/100 مم فقط، وبالتالي فهي خفيفة للغاية وتطفو بحرية في الهواء. عندما تصطدم القطرات، مع مرور الوقت تنمو بعضها أكبر من غيرها وتبدأ في السقوط ببطء، وتهبط بشكل أسرع حيث تتراكم المزيد والمزيد من القطرات. إذا كانت سحابة القطرات كثيفة بدرجة كافية لتكوين قطرات قطرها أكبر من 1/10 مم خلال هذه العملية، فإن القطرات تنجو من السقوط عبر الهواء أسفل السحابة، على الرغم من التبخر، وتصل إلى الأرض كمطر. تطور هذه العملية ما يُعرف باسم "المطر الدافئ"، ولكن في الجزء الخاص بنا من العالم، فهي مسؤولة فقط عن أضعف رذاذ من السحب القريبة من السطح. في المناطق المدارية الدافئة، تكون مسؤولة عن هطول أمطار غزيرة من السحب التي يقل ارتفاعها عن 5 كم.

الأهم من ذلك في تكوين أمطار غزيرة هي العملية التي تنطوي على جسيمات متجمدة. على الرغم من أن درجة الحرارة على مستوى السحابة غالبًا ما تكون أقل من 0 درجة مئوية، إلا أن القطرات نفسها تظل في صورة سائلة - وهذا ما يُعرف باسم "التبريد الفائق". في هذه الظروف، يكون الاضطراب البسيط (تصادم، أو وجود نوى جليدية مناسبة) كافياً لإحداث تجمد مفاجئ للقطرات. يتكثف بخار الماء على جزيئات الجليد بسهولة أكبر من تكثيفه على قطرات الماء السائل، لذلك تنمو جزيئات الجليد هذه بشكل أسرع من القطرات المحيطة وتبدأ في السقوط في وقت أقرب. تنمو أكثر من خلال تراكم القطرات الأخرى وتصبح بسرعة كبيرة بما يكفي لتصل إلى مستوى الأرض. نظرًا لأن جزيئات الجليد تواجه طبقات أكثر دفئًا من الغلاف الجوي أثناء سقوطها، فإنها تذوب غالبًا أثناء سقوطها وتصل إلى الأرض على شكل مطر. إذا تشكلت في سحابة كثيفة للغاية، فإنها يمكن أن تصبح كبيرة جدًا بحيث لا تذوب قبل أن تصل إلى الأرض وتسقط كجسيمات جليدية حبيبية. يمكن أن تحتوي غيوم العاصفة على رياح صاعدة قوية جدًا لدرجة أن جزيئات الجليد التي ذابت بالفعل على السطح يتم سحبها مرة أخرى إلى السحابة وتتجمد من جديد. في مرحلة ما سوف يسقطون مرة أخرى، وينمون بتراكم القطرات الأخرى ويذوبون مرة أخرى. تتكرر هذه العملية من حين لآخر عدة مرات، مما يؤدي في نهاية المطاف إلى تكوين أحجار بَرَد كبيرة ذات طبقات.

أنواع السحب وأنواع المطر.

تنقسم السحب أساسًا إلى فئتين، بناءً على المظهر: هناك طبقة واحدة (طبقية الشكل) وغيوم متراكمة (تراكمية)، والتي يمكن أن تحدث على ارتفاعات مختلفة في جميع أنحاء التروبوسفير. تتشكل السحب الطبقية من خلال الارتفاع الواسع النطاق لطبقات الهواء بأكملها، بينما تتكون السحب الركامية بشكل أساسي من خلال عمليات الخلط الرأسي الصغيرة الحجم.

ما هو نوع "المطر" هذا؟

كما تعلم بالفعل، يمكن أن ينزل هطول الأمطار إلى الأرض بعدة طرق - وكلمات مثل "ضباب" أو "رذاذ" أو "انفجار سحابي" ليست وصفية فحسب، بل لها أيضًا تعريفات علمية لحجم الماء القطيرات وسرعة سقوطها وبوصة هطول الأمطار في الساعة وكثافتها أو عدد القطرات الموجودة في القدم المربع. من أخف هطول إلى أثقل، هذه المصطلحات هي:

• ضباب
• شَبُّورَة
• رذاذ
• مطر خفيف
• أمطار معتدلة
• مطر غزير