نوى تكثيف السحب

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

تلوث الهباء الجوي فوق شمال الهند وبنغلاديش ( صورة فضائية من وكالة ناسا)

نوى تكثيف السحب ( CCNs )، والمعروفة أيضًا باسم بذور السحب ، هي جسيمات صغيرة يبلغ حجمها عادةً 0.2 ميكرومتر ، أي ما يعادل جزءًا من مئة من حجم قطرة السحابة . [ 1 ] تُعدّ نوى تكثيف السحب مجموعةً فريدةً من الهباء الجوي في الغلاف الجوي، حيث يتكثف بخار الماء . وهذا بدوره يؤثر على الخصائص الإشعاعية للسحب والغلاف الجوي ككل. [ 2 ] يحتاج بخار الماء إلى سطح غير غازي ليتحول إلى سائل ؛ وتُسمى هذه العملية بالتكثيف . 

في الغلاف الجوي للأرض ، يظهر هذا السطح على شكل جسيمات صلبة أو سائلة دقيقة تُسمى نوى تكثيف السحب (CCNs). في غياب هذه النوى، يمكن تبريد بخار الماء إلى درجة حرارة فائقة تصل إلى حوالي -13 درجة مئوية (9 درجات فهرنهايت) لمدة 5-6 ساعات قبل أن تتشكل القطرات تلقائيًا. هذا هو أساس غرفة السحب المستخدمة للكشف عن الجسيمات دون الذرية. [ 3 ]  

يُستخدم مفهوم نوى تكثيف السحب (CCN) (التي يجب أن ترتبط بنسبة تشبع فائقة) في تلقيح السحب ، وهي تقنية تهدف إلى تشجيع هطول الأمطار عن طريق تلقيح الهواء بنوى التكثيف (CN، التي لا ترتبط بنسبة تشبع فائقة). وقد اقتُرح أيضًا إمكانية استخدام هذه النوى في تفتيح السحب البحرية ، وهي تقنية من تقنيات هندسة المناخ . [ 4 ] كما تنشأ بعض الظواهر البيئية الطبيعية، مثل تلك المقترحة في فرضية CLAW، من التفاعل بين نوى تكثيف السحب المُنتجة طبيعيًا وتكوين السحب.

ملكيات

مقاس

يبلغ قطر قطرة المطر النموذجية حوالي 2  مم، بينما يبلغ قطر قطرة السحابة النموذجية حوالي 0.02 مم، ويبلغ  قطر نواة تكثيف السحب النموذجية ( الهباء الجوي  ) حوالي 0.0001 مم أو 0.1  ميكرومتر أو أكبر. [ 1 ] يمكن قياس عدد نوى تكثيف السحب في الهواء ضمن نطاق يتراوح بين 100 و1000 نواة لكل سنتيمتر مكعب . عادةً ما يختلف توزيع حجم نوى تكثيف السحب وتركيبها الكيميائي فوق المحيطات اختلافًا واضحًا عن تلك الموجودة فوق اليابسة. [ 1 ] وقد قُدِّرت الكتلة الإجمالية لنوى تكثيف السحب المنبعثة في الغلاف الجوي بـ2 × 10 12  كجم على مدار عام. [ 1 ]

تعبير

توجد أنواع عديدة من الجسيمات العالقة في الغلاف الجوي التي يمكن أن تعمل كنوى تكثيف السحب. قد تتكون هذه الجسيمات من الغبار أو الطين ، أو السخام أو الكربون الأسود الناتج عن حرائق المراعي أو الغابات، أو ملح البحر الناتج عن رذاذ أمواج المحيط، أو السخام الناتج عن مداخن المصانع أو محركات الاحتراق الداخلي، أو الكبريتات الناتجة عن النشاط البركاني ، أو العوالق النباتية ، أو أكسدة ثاني أكسيد الكبريت والمواد العضوية الثانوية المتكونة من أكسدة المركبات العضوية المتطايرة . [ 1 ] تختلف قدرة هذه الأنواع المختلفة من الجسيمات على تكوين قطرات السحب تبعًا لحجمها وتركيبها الدقيق، نظرًا لاختلاف خصائصها الاسترطابية . فالكبريتات وملح البحر، على سبيل المثال، يمتصان الماء بسهولة، بينما لا يمتصه السخام والكربون العضوي والجسيمات المعدنية. ويزداد الأمر تعقيدًا نظرًا لاحتمالية اختلاط العديد من الأنواع الكيميائية داخل الجسيمات (وخاصة الكبريتات والكربون العضوي). بالإضافة إلى ذلك، في حين أن بعض الجسيمات (مثل السخام والمعادن) لا تُشكل نوى تكثيف سحابية جيدة، إلا أنها تعمل كنوى جليدية في الأجزاء الباردة من الغلاف الجوي. [ 2 ]

وفرة

يؤثر عدد ونوع نوى تكثيف السحب (CCNs) على كمية الهطول، [ 5 ] وعمر السحب ، وخصائصها الإشعاعية . وهذا بدوره يؤثر على تغير المناخ . [ 4 ] كشفت دراسة نمذجة بقيادة مارسيا بيكر أن مصادر نوى تكثيف السحب ومصارفها تتوازن بفعل التكتل والاندماج ، مما يؤدي إلى استقرار مستويات هذه النوى في الغلاف الجوي. [ 6 ] [ 7 ] وهناك أيضًا تكهنات بأن التغيرات الشمسية قد تؤثر على خصائص السحب عبر نوى تكثيف السحب، وبالتالي تؤثر على المناخ . [ 8 ]

القياسات المحمولة جواً

يمكن أن تؤدي القياسات المحمولة جواً لهذه الهباءات الجوية المختلطة الفردية إلى تكوين نوى تكثيف السحب في موقع السهول الكبرى الجنوبية (SGP) عند إجرائها باستخدام طائرة بحثية. [ 9 ]

التطبيقات

تلقيح السحب

تلقيح السحب هو عملية يتم من خلالها إضافة جزيئات دقيقة إلى الغلاف الجوي لتحفيز تكوين السحب وهطول الأمطار. وقد تم ذلك عن طريق نثر الأملاح باستخدام طرق جوية أو أرضية. [ 10 ] كما تم البحث في طرق أخرى، مثل استخدام نبضات الليزر لإثارة الجزيئات في الغلاف الجوي، [ 11 ] ومؤخرًا، في عام 2021، تم استخدام انبعاث الشحنات الكهربائية باستخدام الطائرات المسيّرة. [ 12 ] إلا أن فعالية هذه الطرق غير متسقة. فقد لم تلاحظ العديد من الدراسات فرقًا ذا دلالة إحصائية في هطول الأمطار، بينما لاحظت دراسات أخرى ذلك. وقد يحدث تلقيح السحب أيضًا من خلال عمليات طبيعية مثل حرائق الغابات، التي تُطلق جزيئات دقيقة في الغلاف الجوي يمكن أن تعمل كنوى لتكوين السحب. [ 13 ]

إشراق السحب البحرية

تفتيح السحب البحرية هو أسلوب هندسي مناخي يتضمن حقن جزيئات صغيرة في السحب لتعزيز انعكاسيتها، أو ما يُعرف بالبياض . [ 14 ] والهدف من هذا الأسلوب هو التحكم في كمية ضوء الشمس التي تصل إلى سطح المحيطات، على أمل خفض درجة حرارة السطح من خلال التأثير الإشعاعي . [ 15 ] وتتضمن العديد من الطرق تكوين قطرات صغيرة من مياه البحر لتوصيل جزيئات ملح البحر إلى السحب العلوية. [ 16 ] [ 17 ]

قد تنشأ تعقيدات عندما يتفاعل الكلور والبروم النشطان من ملح البحر مع الجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي. وقد ثبت أنهما يقللان من الأوزون في الغلاف الجوي؛ ويؤدي التأثير نفسه إلى تقليل الهيدروكسيد، وهو ما يرتبط بزيادة عمر غاز الميثان، وهو أحد غازات الدفيئة. [ 18 ]

ازدهار العوالق النباتية في بحر الشمال وسكاجيراك – ناسا

العلاقة مع العوالق النباتية والمناخ

أشارت دراسة نُشرت عام ١٩٨٧ في مجلة Nature إلى أن المناخ العالمي قد يتشكل ضمن حلقة تغذية راجعة نتيجةً للعلاقة بين نوى تكثيف السحب (CCNs)، وسلوكيات السحب في تنظيم درجة الحرارة، والعوالق النباتية في المحيطات. [ ١٩ ] وقد عُرفت هذه الظاهرة منذ ذلك الحين باسم فرضية CLAW، نسبةً إلى مؤلفي الدراسة الأصلية. ومن نوى تكثيف السحب الشائعة فوق المحيطات رذاذ الكبريتات. ويتكون هذا الرذاذ من ثنائي ميثيل الكبريتيد (DMS) الذي تنتجه الطحالب الموجودة في مياه البحر. [ ١٩ ] ويمكن أن تُساهم التكاثرات الطحلبية الكبيرة ، التي لوحظ ازديادها في مناطق مثل بحر الصين الجنوبي، في زيادة كمية ثنائي ميثيل الكبريتيد في الغلاف الجوي المحيط بها، مما يؤدي إلى زيادة تكوّن السحب. [ ٢٠ ] [ ١٩ ] وبما أن نشاط العوالق النباتية يعتمد على درجة الحرارة، فإن حلقة التغذية الراجعة السلبية هذه يمكن أن تعمل كشكل من أشكال تنظيم المناخ. يقترح كتاب "انتقام غايا" ، الذي ألفه جيمس لوفلوك، أحد مؤلفي دراسة عام 1987، علاقة بديلة بين درجات حرارة المحيطات وحجم تجمعات العوالق النباتية. وقد أُطلق على هذه العلاقة اسم فرضية "مضاد CLAW". في هذا السيناريو، يؤدي تدرج طبقات المحيطات إلى انحصار المياه الباردة الغنية بالمغذيات تحت المياه الدافئة، حيث يكون ضوء الشمس اللازم لعملية التمثيل الضوئي أكثر وفرة. [ 21 ] يثبط هذا نمو العوالق النباتية، مما يؤدي إلى انخفاض أعدادها، وانخفاض كمية نوى تكثيف السحب الكبريتية التي تنتجها، مع ارتفاع درجة الحرارة. وبالتالي، يُقلل هذا التفاعل من بياض السحب من خلال تقليل تكوّن السحب الناتج عن نوى تكثيف السحب، ويزيد من الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى أسطح المحيطات، مما ينتج عنه حلقة تغذية راجعة إيجابية. [ 21 ]

الرماد البركاني وانبعاثات الغازات من بركان بافلوف في ألاسكا - ناسا

من البراكين

تُطلق البراكين كميات كبيرة من الغازات وجزيئات الرماد المجهرية في الغلاف الجوي عند ثورانها، والتي تتحول إلى رذاذ جوي. [ 22 ] ومن خلال زيادة عدد جزيئات الرذاذ الجوي عبر عمليات تحويل الغاز إلى جسيمات، يمكن أن تؤثر محتويات هذه الثورات البركانية على تركيزات نوى تكثيف السحب (CCN) وجزيئات تكوين الجليد (INP) ، مما يؤثر بدوره على خصائص السحب ويؤدي إلى تغيرات في المناخ المحلي أو الإقليمي. [ 23 ]

من بين هذه الغازات، يُعدّ ثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء الأكثر شيوعًا في الانفجارات البركانية. [ 24 ] في حين أن بخار الماء ونوى تكثيف السحب ( CCNs) لثاني أكسيد الكربون متوفرة بكثرة في الغلاف الجوي، فإن زيادة نوى تكثيف السحب لثاني أكسيد الكبريت قد تؤثر على المناخ مُسببةً تبريدًا عالميًا . [ 25 ] ينبعث ما يقرب من 9.2 تيراغرام من ثاني أكسيد الكبريت ( SO2 ) من البراكين سنويًا. [ 23 ] يتحول ثاني أكسيد الكبريت هذا إلى حمض الكبريتيك ، الذي يتكثف بسرعة في طبقة الستراتوسفير مُنتجًا رذاذًا دقيقًا من الكبريتات. [ 25 ] يبرد الغلاف الجوي السفلي للأرض، أو التروبوسفير، نتيجةً لزيادة قدرة الرذاذ على عكس الإشعاع الشمسي إلى الفضاء.

تأثيره على تلوث الهواء

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 "تكوين الضباب والدخان والسحب: نوى التكثيف" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 نوفمبر 2014 .
  2. 1 2 هدسون، جيمس ج. (1 أبريل 1993). "نوى تكثيف السحب" . مجلة الأرصاد الجوية التطبيقية وعلم المناخ . 32 (4): 596-607 . Bibcode : 1993JApMe..32..596H . doi : 10.1175/1520-0450(1993)032 < 0596 :CCN > 2.0.CO ; 2. ISSN 1520-0450 . 
  3. ↑ المجلس الوطني للبحوث. قسم دراسات الأرض والحياة، المجلس الوطني للبحوث. مجلس علوم الغلاف الجوي والمناخ، المجلس الوطني للبحوث. مجلس دراسات المحيطات (2015). التدخل المناخي: عكس ضوء الشمس لتبريد الأرض . واشنطن العاصمة، ISBN 978-0-309-31483-1. OCLC 914166140 . {{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  4. 1 2 T., Houghton, J. (2001). تغير المناخ 2001: الأساس العلمي . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 0-521-80767-0. OCLC 1295485860 . {{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  5. ↑ خاين، أ.ب.؛ بن موشيه، ن.؛ بوكروفسكي، أ. (1 يونيو 2008). "العوامل المحددة لتأثير الهباء الجوي على هطول الأمطار السطحية من السحب: محاولة للتصنيف" . مجلة علوم الغلاف الجوي . 65 (6): 1721-1748 . Bibcode : 2008JAtS...65.1721K . doi : 10.1175/2007jas2515.1 . S2CID 53991050 . 
  6. ↑ بيكر، مارسيا ب.؛ تشارلسون، روبرت ج. (1990). "ثنائية استقرار تركيزات نوى تكثيف السحب والديناميكا الحرارية في طبقة الحدود المغطاة بالسحب" . مجلة نيتشر . 345 (6271): 142-145 . رمز Bibcode : 1990Natur.345..142B . doi : 10.1038/345142a0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 34623897 .  
  7. ↑ بيكر، إم بي (1 يناير 1993). "التغير في تركيزات نوى تكثيف السحب في طبقة الحدود البحرية المغطاة بالسحب" . مجلة تيلوس بي: الأرصاد الجوية الكيميائية والفيزيائية . 45 (5): 458-472 . رمز Bibcode : 1993TellB..45..458B . doi : 10.3402/tellusb.v45i5.15742 .
  8. ↑ يو، فانغ تشون؛ لو، غان (1 أبريل 2014). "تأثير التغيرات الشمسية على تكوين الجسيمات ونوى تكثيف السحب" . رسائل البحوث البيئية . 9 (4) 045004. Bibcode : 2014ERL.....9d5004Y . doi : 10.1088/1748-9326/9/4/045004 . ISSN 1748-9326 . S2CID 121900557 .  
  9. ↑ كولكارني، غوريهار؛ مي، فان؛ شيلينغ، جون؛ وانغ، جيان؛ ريفيجينو، ريناتو؛ فلين، كونور؛ زيلينيوك، آلا؛ فاست، جيروم (3 فبراير 2023). "دراسة إغلاق نوى تكثيف السحب باستخدام القياسات المحمولة جواً فوق السهول الكبرى الجنوبية" . مجلة البحوث الجيوفيزيائية . 128 (5) . تم الاطلاع عليه في 31 يناير 2026 .
  10. ↑ فونيغوت، ب.؛ تشيسين، هنري (26 نوفمبر 1971). "تكوين نواة الجليد بواسطة يوديد الفضة وبروميد الفضة المترسبين معًا" . مجلة ساينس . 174 (4012): 945-946 . Bibcode : 1971Sci...174..945V . doi : 10.1126/science.174.4012.945 . ISSN 0036-8075 . PMID 17773193. S2CID 37459080 .   
  11. ↑ "الليزر يُشكّل غيوماً فوق ألمانيا" . مجلة نيو ساينتست . 2 مايو 2010. مؤرشف من الأصل في 5 ديسمبر 2010. تم الاطلاع عليه في 5 ديسمبر 2022 .
  12. ↑ «الإمارات العربية المتحدة تختبر طائرات بدون طيار قادرة على اختراق السحب لزيادة هطول الأمطار» . بي بي سي نيوز . ١٧ مارس ٢٠٢١. تم الاطلاع عليه بتاريخ ٥ ديسمبر ٢٠٢٢ .
  13. ↑ باري، كيفن ر.؛ هيل، توماس سي جيه؛ وآخرون . (16 فبراير 2021). "ملاحظات حول جزيئات نواة الجليد في طبقة التروبوسفير الحرة من حرائق الغابات في غرب الولايات المتحدة" . مجلة البحوث الجيوفيزيائية: الغلاف الجوي . 126 (3). Bibcode : 2021JGRD..12633752B . doi : 10.1029/2020JD033752 . ISSN 2169-897X . S2CID 233962401 .   
  14. ↑ أهلم، لارس؛ جونز، آندي؛ ستيرن، كاميلا دبليو؛ موري، هيلين؛ كرافيتز، بن؛ كريستجانسون، جون إيجيل (6 نوفمبر 2017). "تفتيح السحب البحرية - فعال بنفس القدر في غياب السحب" . كيمياء وفيزياء الغلاف الجوي . 17 (21): 13071-13087 . Bibcode : 2017ACP....1713071A . doi : 10.5194/acp-17-13071-2017 . hdl : 10852/59113 . ISSN 1680-7324 . 
  15. ↑ الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، محرر (2014)، "التأثير الإشعاعي البشري والطبيعي، الصفحات من 705 إلى 740"، تغير المناخ 2013 - الأسس العلمية الفيزيائية ، كامبريدج: مطبعة جامعة كامبريدج، الصفحات 705-740 ، doi : 10.1017/cbo9781107415324.019 (غير نشط في 17 يوليو 2025)، ISBN  978-1-107-41532-4{{citation}}: صيانة CS1: رقم التعريف الرقمي غير نشط اعتبارًا من يوليو 2025 ( رابط )
  16. ↑ إيفانز، جيه آر جي؛ سترايد، إي بي جيه؛ إيديريسينغ، إم جيه؛ أندروز، دي جيه؛ سيمونز، آر آر (6 يوليو 2010). "هل يمكن للرغوة المحيطية الحد من ظاهرة الاحتباس الحراري؟" . بحوث المناخ . 42 (2): 155-160 . Bibcode : 2010ClRes..42..155E . doi : 10.3354/cr00885 . ISSN 0936-577X . 
  17. ↑ باريرس، ف.؛ أمافيدا، هـ.؛ لوزانو، أ. (يونيو 2002). "التذرية العابرة للماء بالموجات فوق الصوتية عالية التردد". تجارب في السوائل . 33 (3): 405-413 . Bibcode : 2002ExFl...33..405B . doi : 10.1007/s00348-002-0456-1 . ISSN 0723-4864 . S2CID 122323760 .  
  18. ↑ هورويتز، هانا م.؛ هولمز، كريستوفر؛ رايت، أليسيا؛ شيروين، توماس؛ وانغ، شوان؛ إيفانز، مات؛ هوانغ، جيايو؛ جايجل، ليات؛ تشين، تشيانجي؛ تشاي، شوتينغ؛ ألكسندر، بيكي (28 فبراير 2020). " تأثيرات انبعاثات رذاذ ملح البحر على سطوع السحب البحرية وتأثيرها على كيمياء الغلاف الجوي: دلالات على التأثير الإشعاعي" . رسائل البحوث الجيوفيزيائية . 47 (4) e2019GL085838. Bibcode : 2020GeoRL..4785838H . doi : 10.1029/2019GL085838 . ISSN 0094-8276 . PMC 7375039. PMID 32713977 .   
  19. 1 2 3 تشارلسون، روبرت جيه؛ لوفلوك، جيمس إي؛ أندريا، مينرات أو؛ وارين، ستيفن جي (1987). "العوالق النباتية المحيطية، والكبريت الجوي، وبياض السحب، والمناخ" . مجلة نيتشر . 326 (6114): 655-661 . Bibcode : 1987Natur.326..655C . doi : 10.1038/326655a0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 4321239 .  
  20. ↑ "سلسلة التقدم في علم البيئة البحرية 268:31" (ملف PDF) . int-res.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أبريل 2018 .
  21. 1 2 لوفلوك، جيمس (2007). انتقام غايا: لماذا تقاوم الأرض - وكيف لا يزال بإمكاننا إنقاذ البشرية . لندن: بنغوين. ISBN 978-0-14-102597-1. OCLC 72867986 . 
  22. ↑ "حقائق أساسية حول الانفجارات البركانية | البراكين" . مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها . 25 يناير 2022. تم الاطلاع عليه في 5 ديسمبر 2022 .
  23. ١ ٢ أرغافاني، سوميه؛ روز، كليمنس؛ بانسون، ساندرا؛ بلانش، سيلين؛ سيليغري، كارين (٤ مارس ٢٠٢١). "تأثير استخدام معلمات جديدة للتنوي في نموذج WRF-Chem على معدل تكوين التجمعات وتركيز عدد الجسيمات في عمود بركاني خامد" . ملخصات مؤتمر الجمعية العامة لـ EGU . Bibcode : 2021EGUGA..2312058A . doi : 10.5194/egusphere-egu21-12058 . S2CID 236762909 . 
  24. ↑ «ما هي الغازات المنبعثة من بركان كيلاويا والبراكين النشطة الأخرى؟» هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية . مؤرشف من الأصل في 5 ديسمبر 2022. تم الاطلاع عليه في 5 ديسمبر 2022 .
  25. 1 2 "يمكن أن تؤثر البراكين على المناخ" . هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية . تم الاطلاع عليه في 5 ديسمبر 2022 .

للمزيد من القراءة

  • شارلسون، روبرت ج .؛ لوفلوك، جيمس؛ أندريا، مينرات أو.؛ ​​وارين، ستيفن ج. (1987). "العوالق النباتية المحيطية، والكبريت الجوي، وبياض السحب، والمناخ". مجلة نيتشر . 326 (6114): 655-661 . Bibcode : 1987Natur.326..655C . doi : 10.1038/326655a0 . S2CID 4321239 . 
  • فليتشر، نيفيل هـ. (2011). فيزياء السحب الماطرة (طبعة ورقية). كامبريدج: مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-0-521-15479-6. OCLC 85709529