ابر چگونه تشکیل می‌شود؟
اجزای اصلی تشکیل‌دهنده ابر
برای اینکه یک ابر شکل بگیرد، به سه چیز مهم نیاز داریم: رطوبت، هوای سرد و ذرات ریز. رطوبت همان بخار آبی است که از تبخیر آب‌های زمین به وجود می‌آید. هوای سرد باعث می‌شود این بخار آب به قطرات ریز مایع تبدیل شود. اما برای این تغییر حالت، به سطحی نیاز است تا بخار آب حول آن جمع شود؛ این سطح، همان ذرات هسته‌ای هستند. این ذرات می‌توانند گرد و غبار، دود، نمک دریا یا حتی گرده گیاهان باشند.
مراحل گام‌به‌گام تشکیل یک ابر
تشکیل ابر مانند یک داستان چند فصل است:
فصل اول: تبخیر
انرژی خورشید باعث می‌شود آب اقیانوس‌ها، دریاچه‌ها، رودخانه‌ها و حتی خاک و گیاهان گرم شود. مولکول‌های آب انرژی کافی به دست می‌آورند تا از حالت مایع به حالت گاز (بخار آب) تبدیل شوند و به درون هوا صعود کنند. به این فرآیند تبخیر می‌گویند.
فصل دوم: صعود و سرد شدن
هوای حاوی بخار آب، به دلایل مختلفی بالا می‌رود. مثلاً وقتی خورشید زمین را گرم می‌کند، هوای مجاور سطح زمین نیز گرم شده و منبسط می‌شود. هوای گرم سبک‌تر از هوای سرد است، بنابراین به سمت بالا حرکت می‌کند. یا وقتی یک توده هوا به سمت کوه‌ها برخورد کند، مجبور به بالا رفتن از دامنه کوه می‌شود. با بالا رفتن هوا، فشار اتمسفر کم‌تر و هوا منبسط می‌شود. این انبساط باعث سرد شدن هوا می‌گردد.
فصل سوم: میعان و تولد ابر
همان‌طور که هوا سرد می‌شود، توانایی آن برای نگهداری بخار آب کاهش می‌یابد. هوای سرد نمی‌تواند به اندازه هوای گرم رطوبت نگه دارد. به نقطه‌ای می‌رسیم که هوا اشباع می‌شود، یعنی دیگر نمی‌تواند بخار آب بیشتری در خود حل کند. در این مرحله، بخار آب اضافی شروع به چسبیدن به ذرات ریز معلق در هوا (ذرات هسته‌ای) می‌کند و به قطرات آب مایع یا بلورهای یخ بسیار ریز تبدیل می‌شود. به این ترتیب، یک ابر متولد می‌شود.
انواع مختلف ابرها و معنای آن‌ها
همه ابرها شبیه هم نیستند. شکل، ارتفاع و ترکیب آن‌ها با هم فرق دارد و هرکدام داستان متفاوتی از وضعیت هوا بیان می‌کنند. دانشمندان ابرها را بر اساس ارتفاع و شکل آن‌ها دسته‌بندی می‌کنند.
| نوع ابر | ارتفاع (تقریبی) | ظاهر | معنای آب و هوایی |
|---|---|---|---|
| کومولوس (کومه‌ای) | 2-15 کیلومتر | پنبه‌ای، پف‌کرده، با پایه صاف | هوای خوب. اگر بزرگ شوند (کومولونیمبوس) باران رعد و برق می‌آورند. |
| استراتوس (پوششی) | 0-2 کیلومتر | لایه‌ای یکنواخت، خاکستری رنگ، مانند پتو | هوای ابری، ممکن است باران نم نم بباراند. |
| سیروس (پَری) | 5-13 کیلومتر | نازک، ظریف، رشته‌ای، از بلورهای یخ | معمولاً نشانه هوای خوب، اما ممکن است خبر از تغییر آب و هوا بدهد. |
| نیمبوس (باران‌زا) | در پایه پایین است | ابرهای تیره و خاکستری که خورشید را می‌پوشانند | نشانه قطعی بارش باران یا برف. |
آزمایشی ساده برای درک تشکیل ابر
می‌توانی با یک آزمایش ساده، فرآیند میعان و تشکیل ابر را در خانه شبیه‌سازی کنی. به یک بطری شفاف پلاستیکی، کمی آب گرم و یک تکه یخ نیاز داری.
- مقداری آب گرم (نه جوش) در بطری بریز و درب آن را محکم ببند.
- بطری را به خوبی تکان بده تا هوای داخل آن از بخار آب اشباع شود.
- حالا چند تکه یخ روی درب بطری قرار بده.
- هوای گرم و مرطوب داخل بطری، در اثر تماس با سرمای ناحیه درب (مثل هوایی که به ارتفاعات می‌رود و سرد می‌شود)، سرد شده و بخار آب اضافی آن به قطرات ریز آب تبدیل می‌شود. این قطرات یک "ابر" کوچک در داخل بطری تشکیل می‌دهند!
این آزمایش به خوبی نشان می‌دهد که چگونه سرد شدن هوای مرطوب منجر به تشکیل ابر می‌شود.
نقش ابرها در سیستم آب و هوای زمین
ابرها فقط برای زیبایی آسمان یا بارش باران نیستند. آن‌ها نقش‌های بسیار مهمی در تنظیم شرایط کره زمین بازی می‌کنند:
- تنظیم دما: ابرها در روز مانند یک سایه‌بان عمل کرده و با بازتاباندن بخشی از نور خورشید، از گرم‌شدن بیش از حد زمین جلوگیری می‌کنند. در شب نیز مانند یک پتو، گرمای تابش‌شده از زمین را به دام می‌اندازند و از سرد شدن سریع زمین جلوگیری می‌کنند.
- چرخه آب: ابرها بخش اصلی چرخه آب هستند. آن‌ها آب را از نقاط مختلف زمین گرفته (تبخیر) و آن را به صورت باران یا برف به نقاط دیگر منتقل می‌کنند. این کار برای ادامه حیات تمام موجودات زنده ضروری است.
- پیش‌بینی آب و هوا: با نگاه کردن به نوع و حرکت ابرها، می‌توانیم آب و هوای چند ساعت آینده را تا حدی پیش‌بینی کنیم. مثلاً مشاهده ابرهای کومولونیمبوس تاریک، هشدار یک طوفان نزدیک است.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
پاسخ: خیر، این یک اشتباه رایج است. ابرها از قطرات ریز آب مایع یا بلورهای یخ تشکیل شده‌اند که حول ذرات ریز معلق در هوا جمع شده‌اند. ما بخار آب را که یک گاز نامرئی است، نمی‌توانیم ببینیم. آنچه ما به عنوان ابر می‌بینیم، در واقع نتیجه میعان آن بخار آب نامرئی است.
پاسخ: رنگ ابر به چگالی و ضخامت آن بستگی دارد. ابرهای نازک‌تر، نور خورشید را به راحتی از خود عبور می‌دهند و بنابراین سفید به نظر می‌رسند. اما ابرهای بسیار ضخیم و غلیظ (مانند ابرهای باران‌زا)، نور خورشید را به طور کامل مسدود می‌کنند و در نتیجه از پایین، خاکستری یا سیاه دیده می‌شوند. هرچه قطرات آب درون ابر بزرگ‌تر و بیشتر باشند، نور کم‌تری عبور می‌کند.
پاسخ: بله! یک ابر کوچک و متوسط کومولوس می‌تواند وزنی معادل 500 تن (معادل وزن حدود 100 فیل!) داشته باشد. اما چرا این ابرهای سنگین بر روی ما سقوط نمی‌کنند؟ زیرا وزن آن به میلیون‌ها قطره ریز آب و بلور یخ تقسیم شده است و این قطرات به قدری کوچک و سبک هستند که توسط جریان‌های هوای بالا رونده به راحتی در آسمان شناور نگه داشته می‌شوند.
پاورقی
1میعان (Condensation): فرآیند تغییر حالت ماده از فاز گاز به فاز مایع.
2ذرات هسته‌ای (Condensation Nuclei): ذرات میکروسکوپی جامد یا مایع در هوا که بخار آب حول آن‌ها متراکم شده و به قطرات آب یا بلورهای یخ تبدیل می‌شود.
3اشباع (Saturation): حالتی که هوا در یک دمای مشخص حداکثر مقدار بخار آبی که می‌تواند در خود نگه دارد را داراست.