حتى الآن، كان الاعتقاد السائد هو أن قطرات المطر تأخذ شكل الدموع. وقد تم ترسيخ هذا المفهوم في الرسومات والتمثيلات في وسائل الإعلام، ولكن، كما هو الحال في وكالة ناساهذه الفكرة بعيدة كل البعد عن الصواب.
باحث في وكالة ناسا، كريس كيدوأوضح أن قطرات المطر لا تشبه الدموع إطلاقا، ولكن شكلها أشبه بقطرات الماء. خبز الهامبرغر بسبب اختلافات الضغط التي يتعرضون لها أثناء سقوطهم. إن هذه الخصائص ضرورية لفهم ليس فقط شكل القطرات، بل أيضًا كيفية تأثيرها على مناخنا.
مراحل قطرات المطر
حدد كريس كيد أن قطرات الماء تمر بثلاث مراحل مميزة أثناء تشكلها وسقوطها:
- المرحلة الأولى: تبدأ القطرات حياتها كبالونات ماء صغيرة، حيث تلتصق جزيئات الماء ببعضها البعض. يسمح هذا الهيكل بالحفاظ على الشكل الدائري بسبب التوتر السطحي من الماء.
- الانخفاض والتشويه: مع نزول القطرات، ضغط جوي التي يواجهونها أثناء سقوطهم تدفعهم من الأسفل، مما يؤدي إلى تشويه شكلهم. يؤدي هذا الضغط إلى الحفاظ على شكل كروي لجزء العلوي من القطرة، في حين يصبح الجزء السفلي مسطحًا، ويشبه كعكة الهامبرغر.
- قبل الكسر: قبل أن تنكسر القطرة مباشرة، تتحول إلى شكل قارنه كيد بـ مظلة. يحدث هذا التغير في الشكل بسبب تراكم الوزن ومقاومة الهواء.
لماذا من المهم معرفة شكل قطرات المطر؟
ورغم أن الأمر قد يبدو اكتشافًا تافهًا، فإن فهم الشكل الحقيقي لقطرات المطر له آثار كبيرة. ويؤكد كيد أن هذه المعلومات يمكن استخدامها لتحسين المشورة المقدمة لخدمات الطوارئ في حالات الفيضانات، فضلاً عن تحسين طيران، وخاصة أثناء العواصف. وبهذه الطريقة، يمكن لأنماط الطقس وديناميكيات قطرات المطر أن تساهم في إدارة أفضل للأحداث الجوية المعاكسة. بالإضافة إلى ذلك، لفهم كيفية مطر اصطناعي يؤثر الطقس على الأمطار، لذا من المهم معرفة شكل القطرات.
أحجام وأشكال قطرات المطر
تأتي قطرات المطر بأحجام متنوعة، ويمكن أن يختلف شكلها بشكل كبير اعتمادًا على قطرها. أما في حالة القطرات التي تتساقط على شكل رذاذ فهي صغيرة، ويبلغ قطرها حوالي سماكة 0.1 ملم. هذا البعد الصغير يولد مساحة سطح كبيرة مقارنة بكتلته، مما يسمح لها بأن تكون كروية وتسقط ببطء بسبب التوتر السطحي.
مع زيادة حجم القطرة حتى تصل إلى سماكة 2 ملم في القطر، يصبح السطح أكبر بـ 400 مرة من الرذاذ، وكتلته أكبر بـ 8,000 مرة. وهذا يعني أن الكتلة تلعب دورا أكثر أهمية في تشكيل شكلها، الذي لن يكون كرويا بعد الآن. في هذه الحالة، القوات الجوية يخلق شكلًا مسطحًا في الجزء السفلي بينما يظل الجزء العلوي أكثر تقريبًا.
وأخيرا قطرات المطر التي تصل سماكة 5 ملم يبلغ قطرها 2,500 مرة مساحة سطح أكبر من الرذاذ، لكن كتلتها 125,000 مرة أعلى. ويؤدي هذا إلى سقوط القطرات بسرعة وتسطيحها أكثر، لتتوافق في النهاية مع شكل قد يشبه المظلة، قبل أن يفشل التوتر السطحي وتنقسم القطرة إلى قطرات متعددة أصغر، وهي ظاهرة حاسمة لـ دورة المياه في غلافنا الجوي.
آليات تشكل قطرات المطر
دورة المياه هي عملية معقدة تتضمن عدة آليات لتكوين قطرات المطر. غالبًا ما يتم تدريس أن الدورة تبدأ بـ تبخر من مياه البحار والمحيطات، والتي تتكثف بعد ذلك لتتحول إلى سحب. ومع ذلك، تمكن العلماء من تحديد المزيد من التفاصيل حول كيفية تشكل هذه القطرات في الواقع.
- تركيز: تتشكل قطرات المطر عندما يبرد بخار الماء ويتكثف على نوى التكثيف، الجسيمات المجهرية موجودة في الغلاف الجوي. يمكن أن تشمل هذه النوى الغبار وحبوب اللقاح وأملاح البحر.
- التصادم والاندماج: بمجرد أن تبدأ القطرات في التكون، قد تصطدم بها قطرات صغيرة أخرى. وتسمح عملية الاصطدام هذه للقطرات الأكبر حجمًا باكتساب حجم أكبر على حساب القطرات الأصغر حجمًا، وهو جانب أساسي من جوانب تكوين المطر.
- نظرية بيرجيرون-فيندايزن: وهذه آلية أخرى يتم تفعيلها في المواقف التي يوجد فيها كريستالات الثلج في السحاب. وعندما تتحول قطرات الجليد هذه إلى ماء، فإنها قد تحبس قطرات ماء أخرى، مما يزيد من حجمها قبل أن تسقط على السطح.
تساهم كل هذه العمليات في كمية وحجم الأمطار التي نشهدها. إن فهمهم أمر حيوي لتحسين تنبؤات الطقس، وكذلك للتخطيط والاستجابة للكوارث الطبيعية.
إن فكرة أن قطرات المطر تشبه الدموع هي مجرد أسطورة تم دحضها من خلال البحث العلمي. في الواقع، القطرات أكثر تعقيدًا بكثير مما نتخيل في كثير من الأحيان ولها تأثير كبير على مناخنا وبيئتنا. من شكلها إلى تكوينها، يقدم كل جانب من جوانب قطرات المطر معلومات قيمة حول العمليات الطبيعية على كوكبنا.
