المفرقعات

على الهباء الجوي وأنماط المطر

المطر يمكن أن يكون نعمة أو كارثة. يمكن للأمطار التي تهطل لمدة ساعة أن توفر الماء لجذور النباتات، وتتسرب تحت السطح، وتجديد خزانات المياه. ولكن إذا انحسرت نفس الكمية من المياه خلال خمس دقائق، فقد تكون النتائج فيضانات وفيضانات. أظهرت دراسة جديدة أجريت في معهد وايزمان للعلوم أن تأثير النشاط البشري على الغلاف الجوي ربما يحرك أنماط المطر في اتجاه أسرع وأثقل.

الدراسة التي نشرت مؤخرا في المجلة العلمية Nature Geosciences، أجراها البروفيسور إيلان كورين وطالب البحث رؤوفين هايبلوم والدكتورة أوريت التريتز من قسم علوم البيئة وأبحاث الطاقة في كلية الكيمياء في المعهد، معا مع زملاء من الولايات المتحدة الأمريكية: جراهام فينجولد، فاندرلي مارتينز، ولورين ريمر. واختبر العلماء شدة المطر -أي كمية المطر التي تهطل في فترة زمنية معينة- في أجزاء واسعة من الأرض. ثم قاموا بالتحقق مما إذا كانت هناك علاقة بين هذا المعدل وتركيز الهباء الجوي، وهي جزيئات صغيرة تطفو في الغلاف الجوي. توجد الهباء الجوي بشكل طبيعي في الهواء، وهي بمثابة "النواة" لتكثيف قطرات المطر، أو في أماكن أعلى في الغلاف الجوي، لتكثيف بلورات الجليد. لكن كميات الهباء الجوي اليوم ليست طبيعية على الإطلاق: فقد أدى حرق الوقود والغابات إلى إضافة أطنان عديدة من الهباء الجوي إلى الغلاف الجوي في القرن العشرين. يقول البروفيسور كورين: "للمرة الأولى، تمكنا من الحصول على صورة عالمية لقدرة الهباء الجوي على تغيير أنماط المطر".

وفي دراسة سابقة، أظهر البروفيسور كورن وفينجولد كيف تؤثر هذه الهباء الجوي على تطور السحب: تتسبب الأحمال الكبيرة من الجسيمات في الهواء في تكوين المزيد من القطرات، لكنها أصغر من المعتاد. من هذا لا يمكن الاستنتاج بشكل مؤكد حول أنماط المطر، حيث أن تطور السحب والمطر يتميز بعمليات معقدة للغاية (غير خطية). هناك العديد من العوامل التي تشارك في هذه العملية، وأنماط هطول الأمطار المختلفة - من المطر الخفيف إلى العواصف والعواصف - تنتج عن ظروف مناخية مختلفة تمامًا. علاوة على ذلك، فإن المطر هو بالفعل ظاهرة منتشرة على نطاق واسع، ولكنها عشوائية - وهي حقيقة تجعل من الصعب للغاية على الجهود الرامية إلى وضع قواعد مفيدة لا لبس فيها فيما يتعلق بأسباب الظواهر المختلفة.

وللحصول على بيانات عالمية عن شدة المطر - مقاسة بالملليمتر في الثانية - لجأ العلماء إلى معلومات من الأقمار الصناعية. هذه الأقمار الصناعية ليست قادرة على قياس الكميات المطلقة للأمطار، لكنها تعرف كيفية قياس شدة أمطار الأنظمة المكونة من السحب المتطورة التي تنتج أمطارًا غزيرة نسبيًا. أتاحت البيانات التي تم جمعها من عدة أقمار صناعية على مدار عدة أشهر في عام 2007 (انظر الإطار) للعلماء تقدير شدة المطر على أجزاء كبيرة من سطح الأرض في الأماكن التي تتشكل عليها أنظمة السحب المتطورة، وحساب مستوى تلوث الهباء الجوي في تلك المناطق.

وبحثت المجموعة البحثية عن الروابط المحتملة بين البيانتين، من خلال المقارنة بين خرائط الأقمار الصناعية لكثافة الأمطار والخرائط التي تصور تلوث الهباء الجوي من خلال تقسيمها إلى ثلاث فئات: نظيفة، وخفيفة التلوث، وشدة التلوث. وكشف التحليل عن وجود علاقة وثيقة: فقد ظهر مستوى عالٍ من التلوث مع هطول أمطار غزيرة في أكثر من 80% من الأنظمة التي تم اختبارها.

هل مستوى الهباء هو الذي يؤثر على شدة المطر؟ أو ربما هناك عامل ثالث، مثل عدم استقرار الغلاف الجوي، على سبيل المثال، يتسبب في انجراف كميات كبيرة من الجزيئات إلى الغلاف الجوي، وزيادة كثافة المطر؟ وفي محاولة للإجابة على هذا السؤال، أجرى العلماء تحليلا متعمقا، وتحققوا من نتائجهم فيما يتعلق بمئات العوامل التي قد تؤثر على هطول الأمطار. تم الحصول على التوافق الأكثر إقناعًا عندما قاموا بتحليل نتائجهم من حيث الاستقرار الجوي النسبي. واكتشفوا أن ارتفاع مستوى الهباء الجوي يرتبط بزيادة شدة المطر في جميع الأحوال الجوية، وبطريقة مماثلة: سواء في الأوضاع المستقرة، أو في الأوضاع غير المستقرة، أو في الأوضاع المحايدة. تشير هذه النتائج إلى أن الزيادة في مستوى الهباء الجوي تزيد من شدة هطول الأمطار.

ويعتقد البروفيسور كورين أن هذه الظاهرة مهمة بشكل رئيسي في المناطق التي تكون فيها أنماط الأمطار حدودية. في الأماكن المعرضة للفيضانات على أي حال، لن تؤثر شدة الأمطار المرتفعة على الفيضانات بشكل كبير، بينما في المناطق القاحلة، يكون تأثير شدة المطر ضئيلًا مقارنة بالنقص المستمر في هطول الأمطار. وفي الحالات المتوسطة، عندما تتساقط كميات متزايدة من الأمطار وبكثافة تجعل الأرض غير قادرة على امتصاص الماء، فإن الأمطار المباركة قد تؤدي إلى تأثيرات سلبية.

إعادة التدوير في الفضاء
في بعض الأحيان، قد تنجح المفاجأة غير المخطط لها في الواقع في تحقيق الأفضل. وكان هذا هو الحال مع مشروع قياس هطول الأمطار الاستوائية (TRMM)، وهو قمر صناعي تديره وكالة ناسا ووكالة الفضاء اليابانية. وعندما تم إطلاق القمر الصناعي عام 1997، مع معدات المراقبة التي تم تطويرها في أوائل التسعينيات من القرن العشرين، كان عمره المقدر حوالي ثلاث سنوات - على الأكثر. وفي عام 90، أرادت الوكالات تدمير القمر الصناعي، باستخدام دخول متحكم فيه إلى الغلاف الجوي (بدلاً من مجرد السماح له بالارتطام بالأرض عندما ينفد الوقود). واعترض العلماء على ذلك، لأهمية المعلومات التي تلقوها منه، وناشدوا الكونجرس الأمريكي تأجيل القرار المصيري. يقول البروفيسور كورين: "يسمح مدار القمر الصناعي له بتغطية مناطق استوائية واسعة، واستنفاد جمع بيانات المطر، ووصف أنظمة المطر المتطورة بدقة". وأضاف: "لقد استمر القمر الصناعي في العمل لمدة 20 عامًا، وبالتالي كانت لدينا أداة ممتازة تحت تصرفنا، مما سمح لنا بإجراء أبحاث موثوقة ودقيقة".