أظهرت الأبحاث الحديثة أنه في المستقبل سيكون هناك عدد أقل من الأيام الممطرة في منطقتنا بسبب أزمة المناخ، ولكن سيكون هناك المزيد من الأحداث الممطرة القوية. كيف يمكن تفسير ذلك باستخدام مبادئ علمية بسيطة؟
- إيتامار كاربي، الموقع الإلكتروني لمعهد ديفيدسون، الذراع التعليمي لمعهد وايزمان
في العقود الأخيرة، شهد مناخ الأرض تغيرات كبيرة مرتبطة بدرجات الحرارة، ومن المحتمل أن يكون هذا هو الحال في المستقبل المنظور أيضًا. تطلق البشرية غازات الدفيئة بمعدل غير مسبوق، وبالتالي تسبب ظاهرة الاحتباس الحراري والذي يقاس في معظم الأرض.
في الماضي، كان التصور السائد هو أن تأثير الغازات الدفيئة يقتصر على الاحتباس الحراري، ولكن اليوم أصبح من الواضح أن انبعاث الغازات الدفيئة يؤثر على كل جانب من جوانب مناخ الأرض، بما في ذلك أنظمة الرياح وأنماط هطول الأمطار في العالم. يسبب الجفاف والفيضانات وتغير الفصول.
كيف من المتوقع أن تتغير أنماط الأمطار في إسرائيل؟ إن الإجابة على هذا السؤال لها آثار بعيدة المدى على الزراعة والبنية التحتية والنظم البيئية. سنحاول في هذا المقال فهم بعض التغيرات المتوقعة باستخدام مبادئ علمية بسيطة: تأثير الاحتباس الحراري على كمية بخار الماء في الغلاف الجوي وعلى نظام الرياح العالمي.
زيادة في الرطوبة
كيف سنفهم العلاقة بين زيادة كمية الغازات الدفيئة والأمطار؟ سوف نستخدم معادلة تم تطويرها منذ حوالي مائتي عام من قبل عالمين أطلقوا عليها اسمها - معادلة كلاوزيوس-كالبيرون. توضح المعادلة أن الهواء الدافئ يمكن أن يحتوي على بخار ماء أكثر من الهواء البارد. على سبيل المثال، في وعاء به ماء بغطاء، كلما زادت سخونة الماء والهواء، زاد احتواء القدر على بخار الماء. تحدث عمليتان طوال الوقت في الوعاء: يتبخر الماء وفي نفس الوقت يتكثف بخار الماء ويعود مرة أخرى إلى ماء. ومع تسخين الماء، يزداد معدل تبخره. ومع ذلك، مع زيادة كمية البخار، يزداد معدل التكثيف أيضًا. وبعد فترة من التسخين، فإن معدل التكثيف المتزايد سوف يساوي في النهاية معدل التبخر، وستظل كمية البخار في الوعاء ثابتة. تسمى هذه الحالة بالتوازن وتقوم معادلة كلاوسيوس-كالبيرون بحساب كمية البخار الموجودة في الهواء عند التوازن عندما تتغير درجة حرارة الهواء.
وإذا استخدمنا المعادلة ليس لوصف وعاء بغطاء، بل لوصف الغلاف الجوي والبحر، نجد أنه مع ارتفاع درجة حرارة سطح الأرض بمقدار درجة واحدة، يمكن أن يحتوي الهواء على ما يصل إلى سبعة بالمائة أكثر من بخار الماء. لا تنص المعادلة على أن الهواء الدافئ سيحتوي بالضرورة على رطوبة أكثر، ولكنه قد يحتوي على رطوبة أكثر. ولهذا السبب توجد مناطق حارة وجافة في العالم، كالصحاري على سبيل المثال. وفقًا للمعادلة، في المستقبل، عندما يصبح الجو أكثر دفئًا، سيحتوي الهواء على المزيد من بخار الماء، وسيكون هذا قادرًا على التكثف في السحب وتساقط الأمطار. المزيد من المياه فوق رؤوسنا سوف تسبب هطول الأمطار بقوة أكبر, من بين أمور أخرى في إسرائيل.
تساهم خلية الدلو في ارتفاع الهواء في المنطقة الاستوائية، فيبرد هذا الهواء ويتكثف ويهطل. الخلايا الهوائية الموجودة على سطح الأرض ديزاينوا، شترستوك
الرياح والأمطار والصحراء
إذا كان الأمر كذلك، فقد رأينا أنه في المستقبل سيكون هناك المزيد من المياه في الغلاف الجوي وهطول المزيد من الأمطار، ولكن أين سيهطل المطر؟ يحتوي الهواء على بخار الماء ويمكنه أيضًا أن يحمل قطرات الماء العائمة - السحب. وهذا هو معنى التوازن: بخار الماء يتحول إلى قطرات ماء، وإذا لم تكن ثقيلة بما يكفي لسقوطها على الأرض، فإنها تتبخر وتعود مرة أخرى إلى غاز، بخار. ومن ناحية أخرى، يعتبر المطر مثالا على عدم الاستقرار: حيث تنمو قطرات الماء العائمة وعندما تكون ثقيلة بما فيه الكفاية، فإنها تتساقط على شكل أمطار.
يمكن أن يتطور عدم الاستقرار هذا بعدة طرق. أحد العناصر المهمة هو الحركة العمودية للهواء لأعلى. يبرد الهواء بسرعة، فيتكثف الماء ويتحول إلى قطرات. تنمو القطرات حتى تصبح ثقيلة بما يكفي لتسقط على شكل مطر. وتقع إسرائيل عند نقطة التقاء بين منطقة مناخ البحر الأبيض المتوسط المعتدلة ومنطقة مناخ الصحراء، ويفسر عدم الاستقرار والحركة العمودية للهواء سبب هطول الأمطار في إسرائيل في الشتاء ولكن ليس في الصيف. لفهم أسباب هذه الاختلافات بين الفصول، يجب أن نتعرف على ما يسمى بنظام الرياح مقصورة الدلو (خلية هادلي).
غرفة الدلو هي نظام دوران الهواء العالمي الناتج عن اختلاف درجات الحرارة بين المنطقة الاستوائية حول خط الاستواء، حتى خط العرض 23، والمناطق شبه الاستوائية، بين خطي العرض 23 و 35. يؤدي تدفق الهواء في الغرفة إلى ارتفاع الهواء الرطب في المنطقة الاستوائية، حول خط الاستواء، وهبوط الهواء الجاف في المناطق شبه الاستوائية. هذا التدفق الدائري والمغلق أعطى النظام اسم "الخلية". يوجد في الخلية حركة عمودية للهواء، مما يدل على وجود اتصال بين الخلية ونظام هطول الأمطار العالمي. وبالفعل فإن حجرة الدلو تساهم في ارتفاع الهواء في المنطقة الاستوائية، فيبرد هذا الهواء ويتكثف ويهطل. هكذا توجد الغابات المطيرة في المناطق الاستوائية، بما في ذلك غابات الأمازون. ومن ناحية أخرى، في المناطق شبه الاستوائية، تساهم خلية الدلو في ترسيب الهواء الجاف الذي يمنع هطول الأمطار، وبالتالي تساهم في تكوين الحزام الصحراوي الذي يضم الصحراء الكبرى في أفريقيا.
المقصورة موسمية. وفي الصيف يصل الجزء النازل والجاف إلى حوالي 30 خط عرض، أما في الشتاء فيبقى الجزء النازل أقرب إلى خط الاستواء ويؤثر على مساحة أصغر. تقع إسرائيل عند خط العرض 31، لذا فإن تدفق الهواء الجاف في المقصورة في الصيف يمنع هطول الأمطار في إسرائيل، ويكون الصيف الإسرائيلي جافًا تمامًا تقريبًا. في الشتاء، خلية الدلو لا تصل إلى منطقتنا وبالتالي يمكن أن تهطل الأمطار في إسرائيل.
شتاء عاصف وقصير
بعد زيادة تركيز الغازات الدفيئة في الغلاف الجوي، تتوسع حجرة الدلو ومن المتوقع أن يهاجر فرعه الهابط الذي يشكل الحزام الصحراوي العالمي شمالا. كيف ستؤثر هذه الظاهرة على هطول الأمطار في إسرائيل؟
في الصيف، لن يكون للتوسع تأثير كبير، لأن الصيف في إسرائيل يكاد يكون جافًا تمامًا على أي حال. وفي الشتاء لن يصل الفرع النازل للخلية إلى إسرائيل، حتى مع الأخذ بعين الاعتبار التوسع المستقبلي. لذلك، عندما تتوسع الخلية، يتوقع حدوث الجفاف الأكثر أهمية على وجه التحديد خلال المواسم الانتقالية. ستمنع الخلية هطول الأمطار ليس فقط في أشهر الصيف، يونيو إلى سبتمبر، ولكنها ستتحرك شمالًا وبالتالي ستمنع هطول الأمطار قبل هذه الفترة وبعدها أيضًا. الشتاء الإسرائيلي يصبح أقصر لأن خلية الدلو تصل إلى إسرائيل لفترة أطول كل عام.
لقد توصلنا إلى رؤيتين: من معادلة كلاوزيوس-كالبيرون استنتجنا أن أحداث المطر في المستقبل ستكون أقوى لأن الغلاف الجوي سيحتوي على المزيد من الماء، ومن تمدد غرفة الدلو استنتجنا أنه في المستقبل سيكون هناك أقل هطول الأمطار وعدد أقل من الأيام الممطرة خلال المواسم الانتقالية في إسرائيل. ما الذي يحدث في الواقع؟ هل هذه هي التغييرات المقاسة؟
مجموعة من الباحثين من الجامعة العبرية وجامعة تل أبيب وجد أن عدد الأيام الممطرة في إسرائيل انخفض بمعدل حوالي اثنين بالمائة كل عقد منذ عام 1975، لكن شدة الأمطار في الأيام الممطرة زادت بمعدل حوالي اثنين بالمائة كل عقد. وتفترض الدراسة أن التساقطات المطرية سوف تشتد ولكن عدد الأيام الممطرة سينخفض بمقدار سبعة أيام في المتوسط كل عام، وسوف نتلقى كمية مماثلة من الأمطار كل عام. توصلت خدمة الأرصاد الجوية إلى استنتاجات مماثلة.
ووجد الباحثون أيضًا أنه خلال المواسم الانتقالية، انخفضت الأيام الممطرة مرتين في المتوسط، بنحو خمسة بالمائة كل عقد. يتوافق هذا الاتجاه مع توقعات تعتمد على توسيع خلية الدلو. وبالتالي، فإن التغيرات في مستويات الرطوبة وأنظمة الرياح تسمح لنا بفهم كيف من المتوقع أن تتغير أنماط هطول الأمطار في إسرائيل نتيجة لانبعاثات الغازات الدفيئة. لقد رأينا أنه من الممكن فهم معظم أنماط الأمطار في إسرائيل والتنبؤ بها بمساعدة المبادئ العلمية الأساسية، وليس فقط بمساعدة نماذج الكمبيوتر المعقدة.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
إلى موقع معهد ديفيدسون لتعليم العلوم
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
תגובה אחת
شكرا، إثراء.
مثال على القدر - فكيف تغلي الغلاية؟ وفقا لكيفية وصف عملية التسخين، ألا ينبغي أن يتولد بخار زائد؟