סיקור מקיף

כוורת חוזרת בעננים

מודלים מתמטיים חושפים את עקרונות הארגון של מערכות ענני גשם נמוכים. ייתכן שגם מערכות אלה מושפעות מפעילותם של בני האדם

ענני גשם מעל פרו. צילום: נאס"א
ענני גשם מעל פרו. צילום: נאס"א

גליה אריאל | גליליאו

ענני הגשם הנמוכים, הידועים בשם סטרטו-קומולוס ימי, נוצרים לעתים קרובות בסמוך לחופים המערביים של היבשות ברצועות האקלימיות התת-טרופיות, והם משתרעים מעל לאוקיינוסים על פני שטחים של עד אלפי קילומטרים רבועים. העננים האלה יוצרים מערכות מאורגנות להפליא. תמונות לוויין שלהן מגלות דפוס מרתק: משבצות כמעט מושלמות של תאי ענן משושים, סגורים, מעין כוורות לבנות, רכות. אזורים אחרים מכילים תאים פתוחים, שבהם העננים מתרכזים מסביב לגבולות התא.

מערכות עננים כאלה עשויות להתקיים במשך שעות. מדענים ממכון ויצמן למדע ושותפיהם למחקר ממינהל האטמוספרה והאוקיינוסים של ארה"ב (NOAA), מאוניברסיטת בייג'ינג וממעבדות PNNL בוושינגטון, שפכו אור חדש על תעלומת היווצרותם של תאי העננים האלה וחשפו כמה מהעקרונות הבסיסיים ששולטים בהם. הממצאים העולים מהמחקר הזה עשויים לספק תובנות חדשות על תהליכים אקלימיים שונים.

כמו רתיחת מים

מתברר שהכיסוי הלבן הבוהק של העננים בתאים הסגורים מחזיר את קרינת השמש אל החלל, ובכך תורם להתקררות האקלים בכדור-הארץ. לעומת זאת, התאים הפתוחים מחזירים הרבה פחות קרינה.
"תהליך ההיווצרות של תאי העננים דומה במידה מסוימת לרתיחת מים", אומר ד"ר אילן קורן, מהמחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה שבפקולטה לכימיה במכון ויצמן למדע. "ההפרש הגדול בטמפרטורה, בין בסיס הקומקום המחומם ובין פני השטח הקרירים יחסית של המים, גורם לתנועה מתמדת – מעין ערבול אנכי של עמודות מים. מים חמים עולים אל פני השטח, מתקררים, יורדים לתחתית, מתחממים שוב, וחוזר חלילה בתהליך הקרוי הסעת רייליי-בנארד (Rayleigh-Bénard convection). תהליך דומה גורם להיווצרות תאי העננים".

יציבות דינמית
ד"ר קורן וד"ר גרהם פיינגולד, ממעבדת NOAA בקולורדו, חקרו את תפקיד הגשם במערכות ימיות פתוחות של ענני סטרטו-קומולוס. הם בדקו, באמצעות תצלומי לוויין, כיצד המערכות האלה מתקדמות ומתפתחות במשך שעות וימים. בהמשך יצרו מודלים מתמטיים שאִפשרו להם לחשוף את עקרונות הארגון של מערכות העננים. כך עלה בידם לגלות מנגנון משוב – שהגשם מממלא בו תפקיד מרכזי – אשר גורם לתאים להתנדנד בין מצבים פתוחים.

המודל מתחיל במצב שבו עננים נוצרים בגבולות (ה"קירות") של התאים הפתוחים, בגלל אדי מי הים שעולים באטמוספרה. לאחר זמן קצר יחסית אדי מים אלה הופכים לגשם, דבר שיוצר דינמיקה הפוכה מזו שיצרה את העננים בהתחלה. בשלבים הראשוניים של ייצור עננים מגביר החום שמשתחרר כאשר האדים העולים מתעבים את זרימת האוויר כלפי מעלה. אבל אחר כך, כשהגשם מתחיל לרדת ולהתאדות מתחת לבסיס העננים, השפעת הקירור מתגברת. הקירור גורם לשקיעת האוויר, דבר שמביא לזרימה של הענן "ההורֶה" כלפי מטה(downdraft) . האוויר היורד מאלץ את האוויר סביבו לעלות, וכך נוצר הדור הבא של עננים באתר שבו היה קודם לכן המרכז הריק של תא הענן ה"הורה".

לכן, כל התאים מחוברים אחד לשני ולמעשה כל התנודות של התאים אף הן מתוזמנות. תא בודד לא יכול לפעול לבד: הוא חייב לתפקד כחלק מ"רשת". במובנים מסוימים הוא תלוי בשיתוף הפעולה של שכניו. ד"ר קורן: "כמו הקול שמשמיעות הרבה ידיים המוחאות כפיים בקצב, או ההבזקים המתוזמנים של גחליליות בליל קיץ, התקשורת הזאת מביאה לייצור מערכת בעלת סידור עצמי שמתנודד באופן עקבי." אף על פי שהתאים הבודדים מתבהרים או מתמלאים בעננים לסירוגין, המערכת כולה נשארת ימים שלמים, ולכן המדענים מדברים על "יציבות דינמית" בכיסוי העננים.

במחקר קודם חקר ד"ר קורן את תפקידם של חלקיקים זעירים באטמוספרה, טבעיים ומלאכותיים, בייצור עננים ומשקעים. מכיוון שחלקיקים אלה, הקרויים אירוסולים, משפיעים על גודל טיפות המים הנוצרות בענן (דבר שמשפיע על ירידת גשמים), הוא סבור שגם הדינמיקה של מערכות סטרטו-קומולוס ימיות עשויה להיות מושפעת מפעילות אנושית. אם יש בכך אמת, כי אז ייתכן שהשפעתנו על מאזן האנרגיה של המערכת האקלימית גדולה ממה שמעריכים כיום.
הכתבה המלאה התפרסמה במגזין גליליאו, ינואר 2011

4 תגובות

  1. מרדכי (1)
    על בועות סבון שמעת פעם? ועל פתיתי שלג? ועל גבישי מלח?
    מי אתה חושב מסדר כל אחד מהם בצורתו האופיינית?
    אתה באמת חושב שיש איזה "מסדר עליון" שיושב בסדנה שלו בשמיים (הוא, או גמדים מטעמו) ומצרף אטומים לאטומים כפי שמתחשמק לו באותו רגע?

    אין צורך בשום מסדר עליון, בודאי שאין צורך במסדר תבוני. כל מה שצריך הם עקרונות פיסיקאליים (בדרך כלל פשוטים למדי) שיוצרים את הסדר שאתה חווה. רוצה דוגמא עוד יותר פשוטה? הנה תרגיל למחשבה:
    כאשר מעבירים קמח שנגוע בזחלים דרך מסננת, הקמח עובר והזחלים לא. נוצר סדר (קמח בצד אחד, זחלים בצד שני). מי יצר את הסדר בפעולה הזו? המסדר העליון?

  2. מה זה סידור עצמי? איך דבר יכול לסדר את עצמו מאליו, זה לא סותר את עיקרון האנטרופיה הגדלה?
    מיהו המסדר העליון?

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן