أين يوجد أنقى هواء على وجه الأرض؟ دور السحب والمطر في تنظيف الهواء
السحب والأمطار تلعب دورًا حاسمًا في تنظيف الغلاف الجوي.. يقوم المطر بفرك الهباء الجوي من السماء بنفس طريقة الغسالة لتنظيف الملابس
يشتهر المحيط الجنوبي بكونه أنظف هواء على وجه الأرض . لكن الأسباب الدقيقة وراء ذلك ظلت غامضة حتى الآن.
هناك ما هو أكثر من مجرد قلة النشاط البشري، نعم، هناك عدد أقل من الأشخاص الذين يستخدمون المواد الكيميائية الصناعية ويحرقون الوقود الأحفوري. ولكن هناك مصادر طبيعية للجسيمات الدقيقة أيضًا، مثل الملح الناتج عن رذاذ البحر أو الغبار الذي تحمله الرياح.
بغض النظر عن المنشأ، تُعرف الجزيئات الصلبة الدقيقة أو القطرات السائلة المعلقة في الهواء باسم “الهباء الجوي”. نحن نعتبر أن الهواء النظيف يحتوي على مستويات منخفضة من الهباء الجوي، دون التمييز بين المصادر الطبيعية أو الصناعية.
بحثنا الأخير ، الذي نشر في مجلة npj Climate and Atmospheric Science ، اكتشف أن السحب والأمطار تلعب دورًا حاسمًا في تنظيف الغلاف الجوي.
فهم دور السحب والمطر
تتأثر مستويات الهباء الجوي فوق المحيط الجنوبي بمجموعة من العوامل،. وتشمل هذه العوامل كمية رذاذ الملح والاختلاف الموسمي في نمو كائنات حية صغيرة تشبه النباتات تسمى العوالق النباتية، والتي تعد مصدرًا لجزيئات الكبريتات المحمولة جواً.
ويتم إنتاج كميات أقل من الكبريتات خلال فصل الشتاء، وهو الوقت الذي يكون فيه الهواء فوق المحيط الجنوبي في أفضل حالاته.
لكن هذه ليست القصة الكاملة، المحيط الجنوبي هو أيضًا المكان الأكثر غيومًا على وجه الأرض، إنها تشهد زخات متفرقة قصيرة العمر لا مثيل لها في أي مكان آخر، أردنا أن نفهم دور السحب والمطر في تنظيف الهواء.
كان العائق الأكبر أمام فهم هذه العمليات دائمًا هو الافتقار إلى عمليات رصد عالية الجودة للسحب وهطول الأمطار والهباء الجوي في هذه المنطقة التي لا تتم مراقبتها بشكل جيد من العالم.
ولحسن الحظ، فإن الجيل الجديد من الأقمار الصناعية يسمح لنا بدراسة صور السحب بتفاصيل غير مسبوقة. لقد قمنا بتطوير برنامج كمبيوتر للتعرف على أنماط السحب المختلفة على مساحة واسعة من المحيط الجنوبي.
وعلى وجه الخصوص، كنا نبحث عن أنماط مميزة على شكل قرص العسل في مجال السحب. وتحظى هذه السحب الشبيهة بقرص العسل باهتمام كبير لما لها من دور كبير في تنظيم المناخ.
عندما تكون خلية قرص العسل مملوءة بالسحابة أو “مغلقة”، فإنها تكون أكثر بياضًا وأكثر سطوعًا، مما يعكس المزيد من ضوء الشمس إلى الفضاء. لذا فإن هذه الغيوم تساعد في الحفاظ على برودة الأرض.
من ناحية أخرى، تسمح خلايا قرص العسل الفارغة أو “المفتوحة” بدخول المزيد من ضوء الشمس.
وتظل هذه التعقيدات مصدرًا للخطأ في نمذجة مناخ الأرض، لأنها لم يتم تضمينها بشكل صحيح، من المهم تحقيق التوازن الصحيح بين الخلايا المفتوحة والمغلقة، وإلا قد تكون النتائج بعيدة المنال.
ما إذا كانت خلايا قرص العسل مفتوحة أم مغلقة يرتبط أيضًا بكمية الأمطار التي يمكن أن تنتجها.
الخلايا كبيرة بما يكفي لرؤيتها من الفضاء، ويبلغ قطرها حوالي 40-60 كيلومترًا. لذا يمكننا دراستها باستخدام صور الأقمار الصناعية.
يأتي بحثنا في الوقت المناسب بشكل خاص نظرًا لإطلاق تجربة السحب وهطول الأمطار هذا الشهر في كينوك / كيب جريم في تسمانيا. ويهدف إلى الحصول على بيانات عالية الدقة عن السحب والأمطار وأشعة الشمس.
تنقية الهباء الجوي من السماء
قمنا بمقارنة أنماط السحب على شكل قرص العسل مع قياسات الهباء الجوي من مرصد كينوك/كيب غريم وأيضًا مع ملاحظات مكتب الأرصاد الجوية عن هطول الأمطار من مقياس المطر القريب.
أظهرت نتائجنا أن الأيام التي يكون فيها الهواء أنظف كانت مرتبطة بوجود سحابة قرص العسل المفتوحة. نعتقد أن السبب في ذلك هو أن هذه السحب تولد زخات مطرية متفرقة ولكنها كثيفة، والتي يبدو أنها “تغسل” جزيئات الهباء الجوي من الهواء.
إنه أمر غير بديهي إلى حد ما، ولكن اتضح أن الخلايا المفتوحة تحتوي على رطوبة أكثر وتنتج أمطارًا أكثر من الخلايا البيضاء الرقيقة المغلقة المليئة بالغيوم. لقد وجدنا أن السحب المفتوحة على شكل قرص العسل تنتج ستة أضعاف كمية الأمطار التي تنتجها السحب المغلقة.
لذا فإن ما يبدو طقسًا أقل غيومًا عبر الأقمار الصناعية يؤدي في الواقع إلى إطلاق زخات المطر الأكثر فعالية لغسل الهباء الجوي. في حين أن نمط قرص العسل المملوء أو المغلق، والذي يبدو أكثر غائما، يكون أقل فعالية. وكان هذا أحد الجوانب الأكثر إثارة للدهشة في النتائج التي توصلنا إليها.
لقد وجدنا أن أقراص العسل الفارغة تكون أكثر شيوعًا خلال أشهر الشتاء، عندما يكون الهواء نظيفًا.
أردنا أيضًا أن نعرف ما الذي يجعل الحقول السحابية تبدو كما هي. يشير تحليلنا إلى أن أنظمة الطقس واسعة النطاق تتحكم في نمط المجال السحابي. ومع تحرك العواصف الجامحة عبر المحيط الجنوبي، فإنها تنتج هذه الخلايا المفتوحة والمغلقة.
الهواء النقي ونماذج مناخية أفضل
لقد أضاف بحثنا قطعة جديدة إلى اللغز حول السبب الذي يجعل المحيط الجنوبي يتمتع بأنقى هواء في العالم. هطول الأمطار هو المفتاح، وخاصة المطر من هذه السحب الصافية والمفتوحة التي تشبه خلايا قرص العسل. كنا أول من اكتشف أنهم مسؤولون حقًا عن تنظيف كل الهواء المتدفق فوق المحيط الجنوبي.
توجد أنماط قرص العسل هذه أيضًا في منطقتي شمال المحيط الأطلسي وشمال المحيط الهادئ خلال فصل الشتاء. لذا فإن عملنا سيساعد أيضًا في شرح كيفية إزالة هذه السحب للهباء الجوي بما في ذلك الغبار والتلوث في هذه المواقع. وستساعد النتائج التي توصلنا إليها في تحسين النماذج المناخية، مما يتيح تنبؤات أكثر دقة.
يقوم المطر بفرك الهباء الجوي من السماء بنفس الطريقة التي تعمل بها الغسالة لتنظيف الملابس.
بعد مرور الجبهة الباردة، يصبح الهواء نظيفًا. إذا كنت تقضي فصل الشتاء على الساحل الجنوبي لأستراليا، فيمكنك استنشاق الفوائد حيث يأتي هذا الهواء النقي من المحيط الجنوبي.
نود أن نعترف بالمساهمات القيمة التي قدمتها CSIRO وANSTO ومكتب الأرصاد الجوية في هذا البحث.
