Curious Kids هي سلسلة للأطفال من جميع الأعمار. إذا كان لديك سؤال تريد أن يجيب عليه أحد الخبراء، فأرسله إلى Curiouskidsus@theconversation.com.
كيف يتم صنع الثلج؟ – تينلي، 7 سنوات، روكفورد، ميشيغان
يمكن لفكرة الثلج أن تستحضر في أذهاننا صور المنحدرات الناعمة أو أيام الغياب عن المدرسة أو ساعات التجريف. بالنسبة لملايين الأشخاص، يعد هذا جزءًا لا مفر منه من الحياة – ولكنك نادرًا ما تتوقف للتفكير في سبب تشكل الثلج.
كأستاذ في علوم الغلاف الجوي والكواكب، قمت بدراسة كيف تتحول بلورات الجليد العائمة في السماء إلى الثلج الذي يكسو الأرض.
كل شيء يبدأ في السحب.
تتشكل الغيوم عندما يرتفع الهواء القريب من سطح الأرض. ويحدث هذا عندما يقوم ضوء الشمس بتدفئة الأرض والهواء الأقرب إليها، تمامًا كما يمكن للشمس أن تدفئ وجهك في يوم شتاء بارد.
ومع صعود الهواء الأكثر دفئًا قليلًا، فإنه يبرد، ويتكثف بخار الماء الموجود في هذا الهواء الصاعد ليشكل ماءً سائلًا أو جليدًا مائيًا. ومن هنا تولد السحابة.
مسارات لا نهاية لها
عندما تكون درجات الحرارة أقل بكثير من درجة التجمد على الأرض، تتكون السحب في المقام الأول من الماء على شكل جليد. تحت 32 درجة فهرنهايت – أي صفر درجة مئوية – تقوم جزيئات الماء المتجمد بترتيب نفسها في شكل بلوري سداسي أو سداسية الجوانب. ومع نمو بلورات الجليد وتكتلها معًا، تصبح ثقيلة جدًا بحيث لا يمكنها البقاء عالياً. وبمساعدة الجاذبية، يبدأون في التراجع عبر السحابة وفي النهاية يخرجون منها.
ويعتمد الشكل الذي تبدو عليه بلورات الجليد هذه بمجرد وصولها إلى الأرض على درجة حرارة الجو ورطوبته. مع زيادة الرطوبة – أو كمية بخار الماء في السحابة – ستنمو بعض بلورات الجليد أذرعًا معقدة في زواياها الستة. تخلق عملية التفرع هذه ما نعتقد أنه الأشكال المميزة لرقاقات الثلج.
لا توجد بلورات ثلجية تسلك نفس المسار عبر السحابة. وبدلًا من ذلك، تتعرض كل بلورة ثلجية لدرجات حرارة ورطوبة مختلفة أثناء انتقالها عبر السحابة، سواء كانت صعودًا أو هبوطًا. إن الظروف المتغيرة باستمرار، جنبًا إلى جنب مع العدد اللانهائي من المسارات التي يمكن أن تسلكها البلورات، تؤدي إلى تاريخ نمو فريد وشكل بلوري لكل ندفة ثلج. ولهذا السبب من المحتمل أنك سمعت المثل القائل: “لا توجد رقاقات ثلج متشابهة تمامًا”.
وفي كثير من الأحيان تكون هذه الاختلافات مرئية بالعين المجردة؛ في بعض الأحيان يكون من الضروري استخدام المجهر لتمييزها عن بعضها البعض. وفي كلتا الحالتين، يمكن للعلماء الذين يدرسون السحب والثلوج فحص ندفة الثلج وفهم المسار الذي سلكته عبر السحابة حتى تهبط على يدك.
الماء السائل كالغراء
عندما يتساقط الثلج من السماء، لا ترى عادةً بلورات ثلجية فردية، بل ترى كتلًا من البلورات ملتصقة ببعضها البعض. إحدى الطرق التي تتجمع بها بلورات الثلج هي من خلال ما يسمى بالتشابك الميكانيكي. عندما تصطدم بلورات الجليد ببعضها البعض، تتشابك البلورات ذات الفروع والأذرع المعقدة وتلتصق ببعضها البعض.
هذه الآلية هي عملية الالتصاق الرئيسية في الظروف الأكثر برودة وجفافًا – وهو ما يسميه الناس “الثلج الجاف”. والنتيجة هي ثلج مثالي للتزلج، ويمكن أن تلتقطه الرياح بسهولة، لكنه لن يتماسك عندما يتشكل على شكل كرة ثلج.
الطريقة الثانية للصق بلورات الثلج معًا هي تسخينها قليلًا. عندما تسقط بلورات الجليد عبر منطقة من السحب أو الغلاف الجوي حيث تكون درجة الحرارة أعلى قليلاً من درجة التجمد، تبدأ حواف البلورات في الذوبان. مجرد كمية صغيرة من الماء السائل تسمح لبلورات الثلج التي تصطدم ببعضها البعض بالالتصاق ببعضها البعض بكفاءة عالية، مثل الغراء تقريبًا.
النتيجة؟ كتل كبيرة من بلورات الجليد تتساقط من السماء، ما نسميه “الثلج الرطب” – وهي ليست مثالية للصعود إلى المنحدرات ولكنها مثالية لبناء رجل ثلج.
عادة ما يصل الثلج المتكون في السحب إلى الأرض في فصل الشتاء فقط. لكن معظم السحب، بغض النظر عن الوقت من العام أو الموقع، تحتوي على بعض الجليد. وينطبق هذا حتى على السحب في المناطق الاستوائية الدافئة، لأن الغلاف الجوي فوقنا أكثر برودة ويمكن أن تصل درجات الحرارة إلى ما دون درجة التجمد حتى في الأيام الأكثر دفئًا. في الواقع، اكتشف العلماء الذين يدرسون الطقس أن السحب التي تحتوي على الجليد تنتج أمطارًا أكثر من تلك التي لا تحتوي على أي جليد على الإطلاق.
مرحبًا أيها الأطفال الفضوليون! هل لديك سؤال تود أن يجيب عليه أحد الخبراء؟ اطلب من شخص بالغ أن يرسل سؤالك إلى CuriousKidsUS@theconversation.com. من فضلك أخبرنا باسمك وعمرك والمدينة التي تعيش فيها.
وبما أن الفضول ليس له حد عمري – أيها البالغون، أخبرنا بما تتساءل عنه أيضًا. لن نتمكن من الإجابة على كل الأسئلة، لكننا سنبذل قصارى جهدنا.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. بقلم: ألكسندريا جونسون، جامعة بوردو
اقرأ المزيد:
الإسكندرية جونسون تتلقى تمويلا من وكالة ناسا.