الفيزياء الدقيقة للجليد والأطوار المختلطة
كيف تتشكل بلورات الجليد وتنمو، وكيف يتفاعل الجليد والماء السائل فائق التبريد لإنتاج الهطول في السحب الباردة.
Definition
الفيزياء الدقيقة للجليد والأطوار المختلطة هي دراسة تنوي ونمو وتفاعل جسيمات الجليد، وتعايشها مع الماء السائل فائق التبريد، في السحب الأبرد من نقطة التجمد.
Scope
يغطي أنماط تنوي الجليد، ونمو بلورات الجليد عن طريق الترسيب البخاري وتنوع أشكال البلورات، وعملية فيغنر-بيرجيرون-فينديزن التي ينمو بها الجليد على حساب القطيرات فائقة التبريد، وتكون الصقيع والبرد وحبات البرد، وتجمعها في رقاقات ثلجية، وإنتاج الجليد الثانوي.
Core questions
- كيف يتكون الجليد في السحب، ولماذا يستمر الماء فائق التبريد؟
- لماذا تنمو بلورات الجليد بسرعة عند وجود قطيرات فائقة التبريد؟
- كيف يؤدي التصقيع والتجمع إلى تكوين البرد وحبات البرد ورقاقات الثلج؟
Key theories
- عملية فيغنر-بيرجيرون-فينديزن
- بما أن ضغط البخار المشبع فوق الجليد أقل منه فوق الماء فائق التبريد، تنمو بلورات الجليد عن طريق الترسيب البخاري بينما تتبخر القطيرات القريبة، مما ينتج الجليد بحجم الهطول بكفاءة.
Mechanisms
يمكن أن يظل ماء السحابة سائلاً تحت درجة التجمد بكثير لأن تنوي الجليد يتطلب إما نوى جليدية أو، عند درجات حرارة منخفضة جداً، تجمد متجانس. بمجرد تشكل الجليد، يؤدي ضغط البخار المشبع الأقل فوق الجليد مقارنة بالماء فائق التبريد إلى انتقال صافي للبخار من القطيرات إلى البلورات، وهي عملية فيغنر-بيرجيرون-فينديزن. تتخذ البلورات أشكالاً تحددها درجة الحرارة والتشبع الفائق، وتنمو بشكل أكبر عن طريق الاصطدام بالقطيرات فائقة التبريد وتجميدها (التصقيع) لتكوين البرد وحبات البرد، وتتجمع في رقاقات ثلجية تسقط وقد تذوب لتتحول إلى مطر.
Clinical relevance
تهيمن عمليات الجليد على هطول الأمطار في خطوط العرض الوسطى وتؤثر بقوة على عمر السحب وخصائصها الإشعاعية، مما يجعل الفيزياء الدقيقة للأطوار المختلطة نقطة عدم يقين رئيسية في نماذج الطقس والمناخ.
History
لاحظ فيغنر عدم استقرار تعايش الجليد والماء، وطورها بيرجيرون وفينديزن في ثلاثينيات القرن الماضي لتصبح نظرية البلورات الجليدية للهطول، والتي كانت لفترة طويلة التفسير السائد للمطر في خطوط العرض الوسطى.
Key figures
- Tor Bergeron
- Walter Findeisen
- Alfred Wegener
Related topics
Seminal works
- pruppacher1997
- lamb2011
Frequently asked questions
- ما هو الماء فائق التبريد؟
- الماء فائق التبريد هو ماء سائل يبقى غير متجمد تحت 0 درجة مئوية لأنه يفتقر إلى نوى جليدية فعالة؛ وهو شائع في السحب ومركزي في هطول الأمطار ذي الأطوار المختلطة.