ما هي مراحل تشكل قطرات الماء وكيفيتها
تتكون القطرات في الهواء عندما يوجد كمية من الماء في الغلاف الجوي تزيد عن كمية البخار الممكنة للحفاظ عليه، ويطلق على هذه النقطة التي يتم فيها الاحتفاظ بأكبر كمية ممكنة من بخار الماء دون تكوين ماء سائل (التكثيف) اسم نقطة التشبع
تتشكل قطرات الماء عن طريق تعرضها لظروف معينة، مثل التكثيف والتبخر والتساقط بفعل الجاذبية، وهذه المراحل هي نفسها الإجابة على سؤال كيفية تشكل قطرات الماء.
ويمكن معرفة ذلك بمتابعة المراحل التالية:
عندما يتبرد الهواء، تنقص كمية بخار الماء التي يمكن للهواء أن يحتفظ بها، ويصبح عملية التبريد فعالة في الغلاف الجوي بفضل التبريد، مع ارتفاع الهواء، ينخفض ضغطه، مما يسمح له بالتمدد والتبريد، ومع التبريد الكافي، يصل الهواء إلى درجة التشبع وتبدأ قطرات الماء الصغيرة في التكون، يعتمد عدد وحجم القطرات على درجة تشبع الغلاف الجوي وخصائص الجزيئات الدقيقة، المعروفة بنوى تكاثف السحب، وعليها يتكثف الماء، عندما تتشكل قطرات بحجم لا يقل عن بضعة أعشار من الميكرون، تصبح مرئية.
تتكون قطرات الماء عن طريق تحول الماء الموجود حول وعبر وفوق الأرض باستمرار بين الماء السائل وبخار الماء والجليد. وتصف طريقة دورة الماء حركة قطرة الماء خلال تحركها.
- مرحلة الوجود على سطح الأرض
يُعَدّ المحيط هو أفضل مكان للبدء، فهو المكان الذي تتواجد فيه معظم مياه الأرض، وإذا أرادت القطرة البقاء في المحيط، فإن ذلك يتطلب أن تكون بعيدة عن أشعة الشمس وعن سطح البحر، لأن حرارة الشمس يمكن أن تؤثر على القطرة وتكون سببًا في دفئها.
- مرحلة التبخر
تحويلها إلى بخار ماء جعلها ترتفع في الهواء (مثل قطرات صغيرة) وتستمر في الارتفاع حتى يصطدم بها الرياح القوية في الأعلى وتنتقل عبر مئات الأميال، وفي ذلك المكان، تؤدي الحركات الدافئة الصاعدة من الأرض الساخنة إلى رفع البخار (الماء الآن) إلى مستوى أعلى حيث يكون الهواء باردا جدا
- مرحلة التكثيف
عندما يصبح البخار باردًا، يتحول مرة أخرى إلى سائل (العملية التي سبق شرحها وهي التكثيف)، إذا كان الجو باردًا بدرجة كافية، فقد يتحول إلى بلورات جليدية صغيرة، مثل تلك التي تشكل السحب الرقيقة، يتكثف البخار على جزيئات صغيرة من بلورات الغبار والدخان والملح ليصبح جزءًا من السحابة.
بعد فترة، تتضافر قطرة المياه مع قطرات أخرى لتشكيل قطرة أكبر وتسقط على الأرض كمطر، حيث تساعد جاذبية الأرض على سحبها إلى السطح، بمجرد أن تبدأ في السقوط، هناك العديد من الأماكن لتذهب قطرات الماء إليها، ربما ستهبط على ورقة في شجرة، وفي هذه الحالة من المحتمل أن تتبخر وتبدأ عملية التوجه نحو الغيوم مرة أخرى.
قد تسقط قطرة ماء على أرض جافة في حقل مسطح. في هذه الحالة، قد تختفي القطرة في التربة وتنشأ كمياه جوفية، وستستمر في الهبوط بشكل أساسي نحو أسفل كمياه جوفية. ومع ذلك، قد يستغرق الأمر عشرات الآلاف من السنين حتى تخرج من التربة
يمكن ضخ القطرة من الأرض عبر بئر ماء ورشها على المحاصيل، حيث يتم امتصاصها من قبل جذور النباتات وتدمج فيها، أو تتبخر وتتدفق على طول الأرض في مجرى مائي، أو تعود إلى الأرض مرة أخرى
سبب تشكل قطرات الماء على السطح الخارجي للزجاج
في دورة الماء، يتم دفع بخار الماء إلى الغلاف الجوي العلوي الأكثر برودة مما يؤدي إلى إبطاء معدل التبخر إلى أقل من معدل التكثيف، يحدث التكثيف بمعدل أسرع، وتتكثف جزيئات الماء الغازي حول جزيئات الغبار والملح والدخان المحمولة في الهواء لتشكيل قطرات صغيرة يمكن أن تزيد عن طريق جمع المزيد من جزيئات الماء السائلة.
تنشأ القطرات على السطح الخارجي لكوب الماء المثلج بسبب التكثف، حيث تكون درجة حرارة الزجاج باردة بما يكفي لتبريد بخار الماء في الهواء المحيط، مما يجعله يتحول من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة، وعليه، تتكون القطرات بسهولة في الأجواء الدافئة أكثر من الأجواء الباردة
يشير المصطلح “التكثيف” إلى تحول المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة، ويحتوي الهواء الموجود في الغلاف الجوي على كمية محددة من بخار الماء، وإذا تم تبريد الهواء بعد نقطة التكثف، التي تعتمد على الضغط والتركيز، فإنه سيحدث تكثيف. ويحدث التكثيف بشكل أسهل في الهواء المشبع بخار الماء أكثر من الهواء الجاف.
كيف تتكون الغيوم
تتشكل الغيوم عندما يحتوي الهواء على أقصى كمية ممكنة من بخار الماء (الغاز)، وتسمى هذه الحالة بنقطة التشبع، ويمكن الوصول إليها بطريقتين، إما عن طريق تراكم الرطوبة حتى تصل إلى الحد الأقصى الذي يمكن لحجم الهواء حمله، أو عن طريق تبريد الهواء حتى يتحول البخار إلى سائل ويتشكل الضباب.
الطريقة الأخرى لتخفيض درجة حرارة الهواء المشبع بالرطوبة هي تقليل كمية الرطوبة التي يحتويها، مما يؤدي إلى تقليل درجة الرطوبة والتشبع من خلال التبخر والتكثيف، وعندما يصل الهواء إلى درجة التشبع، يتحول الرطوبة إلى قطرات مائية مرئية على شكل ضباب وسحب وغيوم.
يتغير الماء السائل إلى غاز عندما تحصل جزيئات الماء على طاقة إضافية من مصدر حرارة مثل الشمس أو من جزيئات الماء الأخرى التي تدخل فيها، ثم تتسرب هذه الجزيئات النشطة من الماء السائل على شكل غاز، في عملية التحول من سائل إلى غاز، تمتص الجزيئات الحرارة التي تحملها معها في الغلاف الجوي، هذا يبرد الماء الذي يتركه وراءه.
تتكون بعض الغيوم عندما ترتفع درجة حرارة الهواء بالقرب من سطح الأرض ويتم رفعها، حيث تسخن الأرض بفعل أشعة الشمس وتسخن الهواء الموجود فوقها مباشرة، ويبدأ هذا الهواء الدافئ في الارتفاع لأنه يكون أخف وأقل كثافة من الهواء المحيط به.
عندما يرتفع، ينخفض ضغط الهواء ودرجة حرارته، مما يؤدي إلى تكثف بخار الماء، وفي النهاية تتكثف رطوبة كافية من الهواء لتشكيل سحابة، وتتشكل عدة أنواع من السحب بهذه الطريقة، بما في ذلك السحب الركامية والركامية الرعدية.
لماذا قطرة الماء كروية الشكل
الشكل الكروي هو أصغر شكل سطحي، مما يعني أنه يأخذ مساحة أقل، ونظرًا لأن القطرات تتكون من جزيئات تلتصق ببعضها بشدة، فإن الشكل الكروي هو الشكل الأفضل الذي يمكن تكوين الجزيئات فيه.
يتم تشكيل قطرات المطر على شكل كروي نتيجة التصادم مع سطح الماء، وذلك بسبب تفاعل الجزيئات المائية مع بعضها البعض، ويتسبب ميل جزيئات الماء إلى التصاقها ببعضها البعض في اكتساب قطرات المطر للشكل الكروي، ويتميز هذا الشكل بأقل مساحة سطحية ممكنة، مما يجعله أكثر قدرة على مقاومة القوى الخارجية في الغلاف الجوي، وتتحمل قوى التماسك بين جزيئات السائل المسؤولية عن التصادم مع سطح الماء، ولا تحتوي جزيئات الماء على سطح مثل الجزيئات الأخرى من حولها