التكاثف وصوره

التكاثف Condensation
يتكاثف بخار الماء عادة عندما تكون الرطوبة النسبية قريبة من 100 % ولا تحصل هذه الحالة اذا كان الهواء خالياً تماماً من نويات التكائف فقد اظهرت الدراسات الحديثة ان التكاثف لم يحل في هواء خال تماماً من نويات التكثف حتى بعد ان زادت رطوبته النسبية فوق 100% اذ لم يحدث التكاثف فيه حتى بعد ان وصلت رطوبته النسبية الى 400 % . ونويات التكاثف هذه أجسام صغيرة جداً عالقة بالهواء تنجذب نحوها جزيئات بخار الماء وتتجمع فوقها مكونات قطرات مائية صغيررة او بلورات الجليد. وان اهم نويات التكاثف في الجو هي  ذرات الاملاح المتطايرة من البحر، أوكسيد النتريك ، جزيئات عضوية ، ثالث اوكسيد الكبريت الذي يتواجد بصورة خاصة حول المدن الكبرى والاقاليم الصناعية. وتتزايد أهمية ذرات الاملاح قرب البحار وفوقها عادة تقل داخل القارات. ويتباين قطر نويات التكاثف بين 0.01 – 50 ميكرون . كما يتباين عدد هذه النويات في الهواء كثيراً من مكان لآخر من عدة مئات الى عدة ملايين في سم3 . فمن المحتمل وجود نويات تكاثف كثيرة قرب المدن مما يؤدي الى حدوث الضباب في حين يؤدي وجود الى عدم حصول التكاثف في مناطق عديدة.
وتبدأ نويات التكاثف بامتصاص جزيئات الماء حتى قبل ان تصل رطوبة الهواء النسبية الى 100% فهي في العادة تبدأ بهذه العملية عندما تصل رطوبة الهواء النسبية 80 % ، وتكبر بصورة بطيئة حتى تصل رطوبة الهواء النسبية 96 % حيث تنمو بعد ذلك بسرعة اعظم.
ولكي يتم التكاثف في الجو يجب ان تنخفض درجة حرارة الهواء الحاوي على بخار الماء ونويات التكاثف ويتم ذلك بعدة وسائل هي:-
1. فقدان حرارة الهواء بالاشعاع وخاصة اثناء الليل.
2. تاثير الهواء بسطح الارض الملامس له بالتوصيل فتنخفض درجة حرارته.
3. المزج ويحدث عند اختلاط هواء بارد بآخر دافيء ورطب حيث يرتفع الهواء الدافئ الرطب الى الاعلى فيتكاثف.
4. أرتفاع الهواء الى الاعلى حيث تنخفض درجة حرارته ذاتياً ، ويحدث هذا الارتفاع بثلاث طرق هي:
                ‌أ. التصعيد  
 ‌ب. الحواجز التضاريسية
     ‌ج. النشاط الاعصاري
صور التكاثف
يتخذ التكاثف اشكالاً مختلفة بسبب عوامل هي:
1. التباين في كمية بخار الماء الموجود في الهواء.
2. مقدار درجة حرارة الهواء التي يحصل فيها التكاثف.
3. اختلاف المستوى بالنسبة لسطح الارض الذي يتم فيه التكاثف.
واستناداً الى المستوى الذي يحدث فيه التكاثف يمكن ان يقسم الى شكلين هما:-
أ‌. أشكال التكاثف التي تحدث قرب سطح الارض او سطح البحر مثل الندى والصقيع والضباب.
ب‌.  اشكال التكاثف التي تحدث على ارتفاعات كبيرة نسبياً داخل الغلاف الجوي مثل الغيوم والامطار والبرد والمطر المتجمد والثلج.
أ. اشكال التكاثف التي تحدث قرب سطح الارض أو سطح البحر:
1.الندى DEW
وهو مظهر مألوف من مظاهر التكاثف ، فكثيراً ما نجد في الصباح الباكر من بعض الايام قطرات مائية متجمعة فوق الاجسام الصلبة الموجودة في سطح الارض مثل الاجسام المعدنية والصخرية. وكذلك نجد هذه القطرات متجمعة على اوراق النباتات والاعشاب. ويطلق على هذا الشكل من اشكال التكاثف اسم (الندى).
ويحدث الندى في الليالي الخالية من الغيوم ذات الهواء الهادئ حيث يتبرد سطح الارض بسرعة بالاشعاع الارضي وتصبح درجة حرارته اخفض من درجة حرارة الهواء الذي يستقر فوقه. وتبعاً لذلك فان طبقة الهواء الملامسة لسطح الارض البارد سوف تتبرد ايضاً. وباستمرار هذه العملية فان جزءا من الهواء سوف يستمر بالتبرد حتى يصل الى نقطة الندى. ويجب ان نذكر هنا ان هذه العملية تنحصر فقط على طبقة الجوي الرقيقة المجاورة لسطح الارض. وعندما يستمر تبرد الهواء الى ابعد من نقطة الندى فان قسماً من بخار الماء سوف يتكاثف ويتحول الى قطرات مائية. ولا يحدث الندى عادة في الليالي التي تكون سماؤها ملبدة بالغيوم لان الارض لا تبرد بسرعة كما بينا ذلك في الفصل الاول من هذا الكتاب. ولا يتكون الندى أيضاً في الليالي التي فيها رياح شديدة الى متوسطة لان هذه الرياح تؤدي الى مزج الهواء ولا تبقي طبقة معينة منه على تطال مستمر مع سطح الارض.
2. الصقيع Frost
ليس الصقيع ندى متجمد كما قد يتصور ذلك البعض. فعلى الرغم من ان الظروف التي تؤدي الى تكوين الصقيع تكون مشابهة للظروف التي تؤدي الى تكوين الندى ، وما عدا وجود فرق مهم واحد ، وهو ان التكاثف في حالة الصقيع يحدث على الاجسام الباردة التي تكون درجة حرارتها دون الانجماد. اذ يتحول بخار الماء في هذه الظروف من الحالة الغازية الى الحالة الصلبة مباشرة دون المرور بالحالة السائلة مكوناً بلورات جليدية تتجمع في الصباح الباكر على الاجسام الصلبة والنباتات تعرف بالصقيع Frost.
3. الضباب Fog.
ليس الضباب اكثر من غيوم على اتصال مباشر بسطح الارض. ويتكون الضباب في العادة خلال الفترات التي تسود فيها رياح خفيفة او تكون الرياح غير موجودة اصلا. ويشيع وجود الضباب قرب المحيطات حيث توجد تجهيزات كافية من الرطوبة قرب السطح اكثر مما هي موجودة في المناطق الداخلية.
ويتواجد الضباب بصورة كبيرة في بعض المناطق خلال القسم البارد من السنة اكثر مما يتواجد فيها خلال القسم الدافيء منهما. ولا يشيع وجود الضباب بصورة عامة في المناطق المدارية. وقسم الضباب الى عدة أنواع تبعاً للظروف التي تسببه.
اولاً: ضباب الكتل الهوائية.
ويوجد هذا النوع من الضباب داخل الكتلة الهوائية وليس هناك أية علاقة بين وجوده ونشاط الجبهات الهوائية على الرغم من أن بعض هذا النوع من الضباب قد يتأثر بالجبهات. ويمكن تمييز أربعة أنواع من ضباب الكتل الهوائية تبعاً للعملية الرئيسية التي سببته هي:-
أ. الضباب الناتج من الحركة الافقية للهواء Adevction Fog
ويحدث هذا النوع من الضباب عندما يعبر هواء رطب فوق سطح بارد حيث تنخفض درجة حرارته بالتوصيل وبالاختلاظ مع الطبقات السلفى حتى يصل الى نقطة الندى.
ب . ضباب الاشعاع Radiation Fog
ويتكون عندما يتبرد هواء رطب في مكان ما نتيجية لتبرد سطح الارض الذي يستقر فوقه. أذ يحصل انتقال للحرارة من ذلك الهواء الى سطح الارض بالخلط والتوصل. ولا داعي هنا لحصول حركة في الهواء في هذا النوع من الضباب.
ج. ضباب البخار Steam Fog
ويتكون هذا النوع من الضباب عندما يعبر هواء بارد فوق سطح مائي دافيء حيث يتحرك بخار الماء في ذلك الهواء من ذلك المسطح المائي . ولا يشترط في تكون هذا النوع من الضباب انخفاض في درجات الحرارة للهواء اكثر مما يشترط اضافة كميات حديدة من الرطوبة اليه.
د. ضباب السفوح Up-Slope Fog
ويتكون هذا الضباب عندما يتحررك هواء بصورة بطيئة نحو الاعلى حيث يتبرد بالتمدد ويحدث فيه الضباب.
ويمك أن تعطى بعض الامثلة للاماكن التي تحدث فيها تلك الانواع من الضباب، اذ يعتبر الضباب الذي يحدث فوق المياه الباردة المحيطة بنيوفاوندلاند ولبرادور خلال فصل الصيف مثالاً للضباب الناتج عن الحركة الافقية للهواء، كما يمكن اعتبار الضباب الذي يحدث على طول ساحل كاليفورينا في الصيف من هذا النوع ايضاً. اذ يتحرك الهواء البحري الرطب فوق سطح المحيط البارد ويتبرد حتى يصل الى درجة الاشباع. وعندما تكون سرعة الرياح قليلة نسبياً يحدث أن ترفع قاعدة الضباب الى الاعلى مكونة غيوم رقيقة.
اما ضباب الاشعاع فانه يحدث في الليالي الصافية حينما يفقد سطح الارض حرارته بسرعة وتكون الرياح خفيفة الا انها ليست ساكنة ، اذ من النادر ان يحدث الضباب في الليالي الهادئة تماما بل يتكون محله الندى أو الصقيع.
ويحدث مثل هذا النوع من الضباب بصورة شائعة في فصل الخريف داخل الولايات المتحدة، ويتصف بأنه يحتل طبقة هوائية رقيقة ويتلاشى بعد شرق الشمس مباشرة.
ويكون ضباب البخار نادراً جداً ولكن له اهمية كبيرة. ويحدث هذا النوع من الضباب بعد اول هجمة برد في الشتاء حيث يمكن رؤية البخار الذي يتصاعد من الاجسام المائية الدافئة نحو الهواء المجاور بسب منحدر ضغط البخار الشديد من الماء الدافي ء الى الهواء البارد . ويحدث هذا النوع من الضباب حول حافات الجليد في المناطق القطبية وفوق البحيرات الدافئة والانهار في المناطق المعتدلة في نهاية الخريف او في بداية الشتاء وذلك قبل ان تتجمد. ويحدث ضباط السفوح عندما يضطر هواء رطب مستقر للارتفاع عن سطح الارض كما في السفوح الشرقية من جبال الروكي حيث تهب رياح من السهول العظمى نحو الغرب بأتجاه جبال الروكي وتبرد بالارتفاع فيحدث الضباب.
ثانياً: ضباب الجبهات الهوائية  Frontal Fog
ويحدث هذا الضباب في العادة عند تقدم الجبهة الدافئة . حيث يسقط مطر من سطح الجبهة خلال طبقة الهواء البارد قرب السطح ، ويتبخر المطر عن مروره خلال الهواء البارد الى ان يصبح ذلك الهواء مشبعاً فيتكون الضباب. من المحتمل ان ترتبط هذه العملية بحدوث تصعيد او وجود حركة رفع للهواء البارد الموجود في أسفل الجبهة كما سبق بيانه في الفصل السابق. ويمكن ان تحدث مثل هذه العملية ايضاً خلف جبهات الهواء البارد البطيئة الحركية. ويتكون ضباب الجبهات بسرعة كبيرة نسبياً من ساعة الى ثلاث ساعات وينتشر بسرعة. وعندما تزداد سرعة الرياح بحيث تصبح أكثر من عدة أميال في الساعةة فأنها تقوم برفع القسم الاسفل من الضباب مكونة غيوماً طبقية.
ب‌. صورة التكاثف التي تحدث على ارتفاعات كبيرة نسبياً داخل الغلاف الجوي

                                     الغيوم( والتي سنتطرق لها في المحاضرة القادمة )