فروست

يُشير الصقيع الأبيض ، أو الصقيع الإشعاعي ، أو البروينا ، إلى بلورات جليدية بيضاء تتراكم على الأرض أو تلتصق بشكل غير محكم بالأجسام المكشوفة، مثل الأسلاك أو الأوراق. ^{[ 4 ]} يتشكل هذا الصقيع في الليالي الباردة الصافية عندما تكون الظروف مواتية لإشعاع الحرارة إلى الفضاء الخارجي بسرعة تفوق قدرة الأجسام الدافئة القريبة أو الرياح على تعويضها. في ظل ظروف مناسبة، تبرد الأجسام إلى ما دون درجة تجمد الهواء المحيط ^{[ 5 ]} ، أي أقل بكثير من درجة تجمد الماء. وقد تُعزز هذه الظاهرة ظواهر مثل الصقيع الفيضي أو جيوب الصقيع . ^{[ 6 ]} تحدث هذه الظواهر عندما يُبرد الإشعاع على مستوى سطح الأرض الهواء حتى يتدفق إلى أسفل ويتراكم في جيوب من الهواء شديد البرودة في الوديان والمنخفضات. وقد يتجمد الصقيع الأبيض في هذا الهواء البارد المنخفض حتى عندما تكون درجة حرارة الهواء على ارتفاع بضعة أقدام فوق سطح الأرض أعلى بكثير من درجة التجمد.

كلمة "hoar" مشتقة من صفة إنجليزية قديمة تعني "يُظهر علامات الشيخوخة". في هذا السياق، تشير إلى الصقيع الذي يجعل الأشجار والشجيرات تبدو كالشعر الأبيض.

قد يكون للصقيع أسماء مختلفة حسب مكان تشكله:

• الصقيع الهوائي هو ترسب الصقيع على الأشياء الموجودة فوق السطح، مثل أغصان الأشجار وسيقان النباتات والأسلاك.
• يشير مصطلح "الصقيع السطحي" إلى بلورات الجليد الشبيهة بأوراق السرخس التي تترسب مباشرة على الثلج أو الجليد أو الأسطح المتجمدة بالفعل.
• يتكون الصقيع الجليدي من بلورات تتشكل في الشقوق الجليدية حيث يمكن أن يتراكم بخار الماء في ظل ظروف جوية هادئة.
• يشير مصطلح "الصقيع العميق" إلى البلورات متعددة الأوجه التي نمت ببطء داخل تجاويف تحت سطح طبقات الثلج الجاف. تنمو بلورات الصقيع العميق باستمرار على حساب البلورات الأصغر المجاورة، لذا فهي عادةً ما تكون متدرجة بشكل واضح وتحتوي على تجاويف متعددة الأوجه.

عندما يغطي الصقيع السطحي أكوام الثلج المنحدرة، قد تُشكل طبقة بلورات الصقيع خطرًا لحدوث انهيارات ثلجية ؛ فعندما تُغطي طبقات سميكة من الثلج الجديد السطح المتجمد، تُعيق البلورات الرقيقة البارزة من الثلج القديم تساقط رقائق الثلج، مُشكلةً طبقة من الفراغات تمنع طبقات الثلج الجديدة من الالتصاق بقوة بالثلج القديم تحتها. ^{[ 7 ]} الظروف المثالية لتكوّن الصقيع على الثلج هي الليالي الباردة الصافية، مع تيارات هوائية باردة خفيفة جدًا تحمل الرطوبة بالمعدل المناسب لنمو بلورات الصقيع. الرياح القوية أو الدافئة جدًا تُدمر البلورات الرقيقة، وبالتالي قد تسمح برابطة أقوى بين طبقات الثلج القديمة والجديدة. مع ذلك، إذا كانت الرياح قوية وباردة بما يكفي لتسوية البلورات وتجفيفها، مُغطيةً الثلج ببلورات باردة سائبة دون إزالتها أو تدميرها أو السماح لها بالتسخين والالتصاق، فإن سطح الصقيع بين طبقات الثلج قد يُشكل خطرًا لحدوث انهيارات ثلجية، لأن نسيج بلورات الصقيع يختلف عن نسيج الثلج، ولن تلتصق البلورات الجافة بالثلج الطازج. لا تزال هذه الظروف تمنع وجود رابطة قوية بين طبقات الثلج. ^{[ 8 ]}

في درجات الحرارة المنخفضة جدًا، حيث تتشكل بلورات الصقيع السطحي الرقيقة دون أن تُغطى بالثلوج لاحقًا، قد تكسرها الرياح القوية، مُشكّلةً غبارًا من جزيئات الجليد، وتنفثه فوق السطح. ثم قد يُشكّل غبار الجليد ما يُعرف بـ "يوكيماريمو" ، كما لوحظ في أجزاء من القارة القطبية الجنوبية، في عملية مشابهة لتكوّن كرات الغبار وبنى مماثلة.

يتشكل الصقيع الأبيض والجليدي أيضًا في البيئات التي صنعها الإنسان، مثل المجمدات أو مرافق التبريد الصناعية . إذا لم تكن هذه الأماكن الباردة أو الأنابيب التي تخدمها معزولة جيدًا، وتعرضت للرطوبة المحيطة، فإن الرطوبة ستتجمد فورًا تبعًا لدرجة حرارة المجمد. قد يغطي الصقيع الأنابيب بطبقة سميكة، مما يوفر لها عزلًا جزئيًا، لكن هذا العزل غير الفعال يظل مصدرًا لفقدان الحرارة.

يُشير صقيع الرياح (أو صقيع الحمل الحراري ) إلى نتوءات جليدية صغيرة تتشكل عندما تهب رياح شديدة البرودة فوق أغصان الأشجار والأعمدة والأسطح الأخرى. ويبدو كحلقة تحيط بحواف الأزهار والأوراق، ويتشكل عادةً عكس اتجاه الرياح . ويمكن أن يحدث في أي وقت، ليلاً أو نهاراً.

يتشكل الصقيع على النوافذ (ويُسمى أيضًا صقيع السرخس أو زهور الجليد ) عندما يتعرض لوح زجاجي لهواء بارد جدًا من الخارج وهواء دافئ ورطب نسبيًا من الداخل. إذا كان اللوح الزجاجي عازلًا ضعيفًا (على سبيل المثال، إذا كانت نافذة ذات لوح زجاجي واحد)، يتكثف بخار الماء على الزجاج، مُشكلًا أنماطًا من الصقيع. مع انخفاض درجات الحرارة الخارجية، قد يظهر الصقيع على الجزء السفلي من النافذة حتى مع النوافذ المزدوجة الموفرة للطاقة، لأن تيارات الحمل الحراري بين لوحي الزجاج تضمن أن يكون الجزء السفلي من وحدة التزجيج أبرد من الجزء العلوي. في المركبات غير المُدفأة، يتشكل الصقيع عادةً على السطح الخارجي للزجاج أولًا. يؤثر سطح الزجاج على شكل البلورات، لذا فإن العيوب أو الخدوش أو الغبار قد تُغير طريقة تكوّن الجليد . تُشكل أنماط الصقيع على النوافذ شكلًا كسريًا ببعد كسري أكبر من واحد وأقل من اثنين. هذا نتيجة لعملية التكوين النووي المقيدة بالانكشاف في بعدين، على عكس ندفة الثلج، التي تتشكل بعملية مماثلة، ولكنها تتشكل في ثلاثة أبعاد ولها بُعد كسري أكبر من اثنين. ^{[ 9 ]}

إذا كان الهواء الداخلي رطباً جداً، بدلاً من أن يكون معتدلاً، فإن الماء يتكثف أولاً في قطرات صغيرة، ثم يتجمد إلى جليد شفاف .

قد تحدث أنماط مماثلة من التجمد على الأسطح الرأسية الملساء الأخرى، لكنها نادراً ما تكون واضحة أو مذهلة كما هي على الزجاج الشفاف.

الصقيع الأبيض هو ترسب صلب للجليد يتشكل مباشرة على أسطح الثلج من بخار الماء الموجود في الهواء. ^{[ 10 ]}

يتشكل الصقيع الأبيض عندما تتجاوز الرطوبة النسبية 90% وتكون درجة الحرارة أقل من -8  درجات مئوية (18  درجة فهرنهايت)، وينمو عكس اتجاه الرياح، لأن الهواء القادم من جهة الريح يكون أكثر رطوبة من الهواء القادم من الجهة المقابلة، ولكن يجب ألا تكون الرياح قوية، وإلا فإنها ستتلف البنية الجليدية الرقيقة عند بدء تشكلها. يشبه الصقيع الأبيض طبقة سميكة من الصقيع الأبيض مع بلورات كبيرة متشابكة، وعادة ما تكون على شكل إبرة.

الصقيع الجليدي نوع من ترسب الجليد يحدث بسرعة، غالبًا في ظروف رطبة وعاصفة. ^{[ 11 ]} من الناحية الفنية، لا يُعدّ الصقيع الجليدي نوعًا من أنواع الصقيع، إذ يتضمن عادةً قطرات ماء فائقة التبريد ، على عكس الصقيع الأبيض الذي يتبخر فيه بخار الماء ببطء وبشكل مباشر. قد تتراكم كميات كبيرة من الصقيع الجليدي على حبال السفن التي تبحر في البحار القطبية. وعلى عكس الصقيع الأبيض الذي يتميز بمظهره الريشي، يتميز الصقيع الجليدي عمومًا بمظهره الجليدي الصلب.

الصقيع الأسود (أو "الصقيع القاتل") ليس صقيعًا بالمعنى الدقيق للكلمة، لأنه حالة تصيب المحاصيل عندما تكون الرطوبة منخفضة جدًا بحيث لا يتشكل الصقيع، لكن درجة الحرارة تنخفض إلى درجة تتجمد فيها أنسجة النبات وتموت، فتسودّ، ومن هنا جاء مصطلح "الصقيع الأسود". يُطلق على الصقيع الأسود غالبًا اسم "الصقيع القاتل" لأن الصقيع الأبيض عادةً ما يكون أقل برودة، ويعود ذلك جزئيًا إلى أن الحرارة الكامنة لتجمد الماء تقلل من انخفاض درجة الحرارة. ^{[ 12 ]}

يمكن أن تتضرر أو تموت العديد من النباتات بسبب درجات الحرارة المتجمدة أو الصقيع. ويختلف هذا باختلاف نوع النبات، والنسيج المعرض للبرد، ودرجة انخفاض درجات الحرارة؛ فالصقيع الخفيف الذي يتراوح بين -2 و0 درجة مئوية (28 إلى 32 درجة فهرنهايت) يُلحق ضرراً أقل بأنواع النباتات مقارنةً بالصقيع الشديد الذي يقل عن -2 درجة مئوية (28 درجة فهرنهايت) . ^{[ 13 ] [ 14 ]}    

تشمل النباتات التي يُحتمل أن تتضرر حتى من الصقيع الخفيف النباتات المتسلقة - مثل الفاصوليا والعنب والكوسا والبطيخ - بالإضافة إلى نباتات الباذنجانيات مثل الطماطم والباذنجان والفلفل. أما النباتات التي قد تتحمل الصقيع (أو حتى تستفيد منه) فتشمل: ^{[ 15 ]}

• الخضراوات الجذرية (مثل الشمندر والجزر والجزر الأبيض والبصل)
• الخضراوات الورقية (مثل الخس، والسبانخ، والسلق، والخيار ^{[ 16 ]} )
• الخضراوات الصليبية (مثل الملفوف، والقرنبيط، والبوك تشوي، والبروكلي، والكرنب، والفجل، واللفت، والكرنب الأخضر، والخردل، واللفت، واللفت السويدي)

حتى النباتات التي تتحمل الصقيع قد تتضرر عند انخفاض درجات الحرارة إلى ما دون -4 درجات مئوية أو 25 درجة فهرنهايت . ^{[ 13 ]} تدخل النباتات المعمرة القوية، مثل نبات الهوستا ، في حالة سكون بعد الصقيع الأول، ثم تعود للنمو مع حلول الربيع. وقد يتحول لون النبات الظاهر بالكامل إلى البني حتى دفء الربيع، أو قد تتساقط جميع أوراقه وأزهاره، ولا يتبقى منه سوى الساق. أما النباتات دائمة الخضرة، مثل أشجار الصنوبر، فتتحمل الصقيع، وإن كان نموها يتوقف كليًا أو جزئيًا. ويُعدّ تشقق الصقيع عيبًا في لحاء النبات ناتجًا عن مزيج من انخفاض درجات الحرارة وحرارة شمس الشتاء.  

لا تتضرر النباتات بالضرورة عندما تنخفض درجة حرارة أوراقها إلى ما دون درجة تجمد محتويات خلاياها. ففي غياب بيئة مناسبة لتكوين بلورات الجليد، تبقى الأوراق في حالة سائلة فائقة التبريد ، حيث تصل درجات حرارتها بأمان إلى ما بين -4 و -12 درجة مئوية (25 إلى 10 درجات فهرنهايت) . مع ذلك، بمجرد تشكل الصقيع، قد تتضرر خلايا الأوراق بفعل بلورات الجليد الحادة. التصلب هو العملية التي يصبح النبات من خلالها قادرًا على تحمل درجات الحرارة المنخفضة. انظر أيضًا علم الأحياء التجميدي .  

تُعدّ بعض أنواع البكتيريا ، ولا سيما بكتيريا Pseudomonas syringae ، فعّالة بشكل خاص في تحفيز تكوّن الصقيع، حيث ترفع درجة حرارة التكوّن إلى حوالي -2 درجة مئوية (28 درجة فهرنهايت) . ^{[ 17 ]} أما البكتيريا التي تفتقر إلى البروتينات النشطة في تكوّن الجليد ( بكتيريا خالية من الجليد ) فتؤدي إلى تقليل أضرار الصقيع بشكل كبير. ^{[ 18 ]}  

تشمل التدابير النموذجية لمنع الصقيع أو الحد من شدته واحداً أو أكثر مما يلي:

• يُستخدم مراوح قوية لمحاكاة الرياح، مما يمنع تراكم الهواء البارد. وتتعدد أشكال هذه التقنية، منها آلة الرياح، وهي عبارة عن مروحة تعمل بمحرك مثبتة على عمود رأسي، وتدفع الهواء بشكل أفقي تقريبًا. وقد استُخدمت آلات الرياح كوسيلة للحماية من الصقيع في كاليفورنيا خلال عشرينيات القرن الماضي، لكنها لم تنتشر على نطاق واسع حتى أربعينيات وخمسينيات القرن نفسه. واليوم، تُستخدم على نطاق واسع في أنحاء كثيرة من العالم. ^{[ 19 ]} وهناك نوع آخر هو " المصرف المقلوب الانتقائي" ، ^{[ 20 ]} وهو جهاز يمنع الصقيع عن طريق سحب الهواء البارد من الأرض ودفعه لأعلى عبر مدخنة. وقد طُوّر هذا الجهاز في الأصل لحماية ثمار الحمضيات من أضرار الصقيع في أوروغواي . وفي نيوزيلندا، تُستخدم المروحيات بطريقة مماثلة، لا سيما في مناطق زراعة العنب مثل مارلبورو . من خلال سحب الهواء الدافئ من طبقات الانعكاس الحراري ، ومنع تجمع الهواء البارد على الأرض، تحمي المروحيات التي تحلق على ارتفاع منخفض براعم الفاكهة من التلف. ونظرًا لأن هذه العمليات تُجرى ليلًا، وقد شارك فيها سابقًا ما يصل إلى 130 طائرة في الليلة الواحدة في منطقة واحدة، فإن قواعد السلامة صارمة. ^{[ 21 ]} وعلى الرغم من أنها ليست طريقة مخصصة، إلا أن توربينات الرياح لها تأثير مشابه (وإن كان أقل) في مزج طبقات الهواء ذات درجات الحرارة المختلفة رأسيًا. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}
• بالنسبة للمحاصيل ذات القيمة العالية، قد يقوم المزارعون بتغليف الأشجار واستخدام أغطية مادية للمحاصيل.
• بالنسبة للمحاصيل ذات القيمة العالية التي تزرع على مساحات صغيرة، قد يكون التسخين لإبطاء انخفاض درجة الحرارة أمراً عملياً.
• إنتاج الدخان لتقليل التبريد بالإشعاع، والذي يُعتقد الآن أنه قليل الفائدة. ^{[ 25 ]}
• رش المحاصيل بطبقة من الماء. تُعد هذه التقنية طريقة فعّالة ومنخفضة التكلفة للمزارع الصغيرة ومشتل النباتات، حيث تستغل الحرارة الكامنة للتجمد . يقوم مؤقت الري النبضي ^{[ 26 ]} بتوصيل الماء عبر الرشاشات العلوية الموجودة بكميات قليلة لمكافحة الصقيع حتى -5 درجات مئوية (23 درجة فهرنهايت) . ^{[ 26 ] [ 27 ]} ينبعث من الماء حرارة كامنة أثناء تجمده، مما يمنع انخفاض درجة حرارة أوراق النبات إلى ما دون الصفر بكثير. ^{[ 27 ]}  

يجب تطبيق هذه التدابير بحذر، لأنها قد تسبب ضرراً أكثر من النفع؛ على سبيل المثال، يمكن أن يتسبب رش المحاصيل بالماء في حدوث ضرر إذا أصبحت النباتات مثقلة بالجليد.