במטאורולוגיה, משקעים הם מים שיורדים אל פני כדור הארץ מהאטמוספירה בצורה נוזלית או מוצקה בהשפעת כוח הכבידה. לכן, תופעות כמו גשם, שלג, ברד הן משקעים. שקול את השאלה כיצד נוצרים גשם, שלג, ברד וטל וכפור.
מהם עננים ועננים?
לפני שנדון כיצד נוצרים גשם וסוגי משקעים אחרים, הבה נסתכל על עצמים טבעיים כגון עננים ועננים מנקודת המבט של הפיזיקה, שכן הם ממלאים תפקיד חשוב בתהליך המשקעים.
עננים ועננים הם אוסף של טיפות קטנות או גבישי מים התלויים באטמוספירה. האם ענן נתון מורכב מגבישים או מטיפות מים קטנות תלוי בגובה מעל פני כדור הארץ של ענן זה ובטמפרטורה. עננים נוצרים כתוצאה מכך שמסות חמות ולחות בקרבת פני המים בים ובאוקיינוסים עולות, מתקררות ומתעבות לטיפות קטנות. הטיפות האלה כל כך קטנותגלוי לעין בלתי מזוינת. השילוב שלהם יוצר עננים ועננים. אם הטיפות הללו, מסיבה זו או אחרת, יתחילו לגדול בגודלן, הן ייפלו אל הקרקע.
היווצרות גשם
כדי להבין כיצד נוצר גשם, כדאי לשים לב לגודל טיפות המים התלויות באטמוספירה המרכיבות את הענן. כאשר הטיפות הללו מתחילות להתנגש ולהתחבר זו לזו, אז בגודל קריטי מסוים, כוח הכבידה יאלץ אותן ליפול אל הקרקע. במקביל, הם רוכשים מהירות של 4 עד 8 מ' לשנייה.
לטיפות גשם יש גודל של כ-1 מ"מ (מ-0.7 מ"מ עד 5 מ"מ). כדי להגיע לגודל זה, טיפות הענן חייבות להגדיל את המסה שלהן מיליוני פעמים. בהקשר זה, עובי הענן חייב להיות גדול מגודל מסוים. חלק מהעננים יכולים להגיע לעובי של 12 ק"מ, בעוד שהם עלולים להוביל להיווצרות של גשם שוטף עוצמתי וממושך, ובמקרים מסוימים אף ברד.
עובי העננים והעננים הגדול מאפשר לטיפות לעלות בעובי שלהן, תוך חיבור עם טיפות אחרות. כתוצאה מתהליך זה נוצרות טיפות גדולות, שיורדות בצורת גשם. מנגנון נוסף שמסביר כיצד נוצר גשם הוא כדלקמן: עולה בעובי הענן, טיפה קטנה מתקררת ומתגבשת. הגבישים האלה נופלים על הקרקע, כשהם נופלים הם מתחממים והופכים למים.
תופעת וירגה
Virga הוא גשם שיורד באטמוספירה, אך אינו מגיע אל פני כדור הארץ. ניתן להסביר את תופעת הטבע הזואם נשקול את הנושא מנקודת המבט של הפיזיקה. איך נוצר גשם כזה? העובדה היא שבין ענן גדול המסוגל ליצור משקעים לבין פני כדור הארץ, עשויות להיות שכבות של מסות אוויר שיהיו חמות ויבשות מאוד. במקרה זה, טיפות מים הנופלות מעובי העננים, כאשר הן נכנסות למוניות האוויר החמות והיבשות הללו, פשוט יתאדו שוב ולעולם לא יגיעו לפני השטח של כדור הארץ.
היווצרות שלג
בואו נמשיך לנתח את השאלה כיצד נוצרים גשם, טל ושלג. כעת נתמקד בתהליך היווצרות משקעים מוצקים - שלג.
שלג הוא צורה מוצקה של מים הנופלת אל פני כדור הארץ בצורה של פתיתי שלג. פתיתי שלג נוצרים כאשר טיפות מים קטנות בעננים מתקררות לטמפרטורות מתחת ל-0 מעלות צלזיוס ומתגבשות. על מנת שייווצר שלג, הטמפרטורות אינן נמוכות מספיק, עדיין חייבת להיות רמה מסוימת של לחות באטמוספירה. יש מקומות על פני כדור הארץ שהם די קרים, אבל בגלל האוויר היבש, כמעט ולא יורד שלג.
היווצרות ברד
לבחון את השאלה כיצד נוצרים טל, כפור, גשם ושלג, אי אפשר שלא לדבר על ברד. בניגוד לשלג, שמספיק ליצירת טמפרטורות נמוכות, ברד נוצר כאשר הטמפרטורה נמוכה מ-15 מעלות צלזיוס. מכיוון שהטמפרטורה באטמוספירה יורדת עם הגובה, ברד נוצר בראש עננים עבים שבהם הטמפרטורות יורדות ל-50 מעלות צלזיוס. עננים כאלהשנקרא קומולונימבוס. בחלקם התחתון המים הם בצורת טיפות נוזל קטנות, ובחלק העליון - בצורת גבישי קרח. גבישים אלו גדלים בהדרגה עקב טיפות מים העולות מתחתית הענן עקב זרמי אוויר עולים. כאשר הגביש מגיע לגודל קריטי, הוא נופל על הקרקע. שימו לב שלא כל גבישי הקרח מגיעים לאדמה, כשהם נמסים עם נפילתם.
טל וכפור
בואו נסיים את בחינתנו בשאלה כיצד נוצרים גשם, שלג, טל וכפור, עם הסבר פיזיקלי של שתי התופעות האחרונות, כלומר היווצרות הטל והכפור.
שתי התופעות הללו קשורות לתנודות טמפרטורות יומיות באטמוספירה. כדי להבין אותם, כדאי לדעת שמסיסות המים בצורת גז באטמוספירה תלויה בטמפרטורה. ככל שטמפרטורת האוויר גבוהה יותר, ניתן להמיס בו יותר מים בצורת קיטור. במהלך היום השמש מחממת את האוויר ומביאה להתאדות המים ולעלייה בלחות באטמוספרה. בלילה האוויר מתקרר, מסיסות אדי המים בו יורדת, עודפי מים מתעבים לטיפות קטנות הנופלות בצורת טל.
כפור נוצר בצורה דומה, רק שבמקרה זה או טמפרטורת האוויר יורדת מתחת לאפס, מה שמוביל להקפאת טיפות המים באטמוספירה, או שפני כדור הארץ קרים מספיק, והטל שירד על זה מתגבש.
