يعتبر الضغط الجوي من الظواهر الطبيعية الهامة التي تعكس العلاقة الفريدة مع الهواء، فهو يشكل عموداً من الهواء. وكأي نوع من الضغط، يتم قياسه من خلال حساب القوة المؤثرة وقسمتها على المساحة العرضية، حيث تمثل القوة وزن العمود الهوائي نفسه.
مكونات الضغط الجوي
- يتكون الضغط الجوي من مجموعة متنوعة من الغازات، لكن النيتروجين يعد الأكثر انتشاراً، حيث يمثل 78% من حجم الهواء، يليه الأكسجين الذي يمثل 21%، وبذلك تُشكل الغازات الرئيسية ما نسبته 99% من تركيبة الهواء.
- أما النسبة المتبقية، التي تبلغ 1%، فتمثل غازات بكميات صغيرة، مثل ثاني أكسيد الكربون، النيون، الهيدروجين، الأرجون، الهيليوم، والأوزون.
صفات الضغط الجوي
- كلما ارتفعنا عن مستوى سطح البحر، ينخفض الضغط الجوي، وذلك لانخفاض ارتفاع عمود الهواء.
- في المناطق الحارة، وبالأخص المناطق الاستوائية، ينشأ ضغط جوي منخفض نتيجة لارتفاع درجات الحرارة، مما يفصل جزيئات الهواء عن بعضها الآخر، وينتج عنه غلاف جوي ذو كثافة أقل.
- بينما في المناطق الباردة، كالقطبية، يحدث عكس ذلك، حيث تزداد كثافة الغلاف الجوي نتيجة انخفاض درجات الحرارة وتجمع الجزيئات.
- الضغط يقاس عادة بوحدات مثل نيوتن/متر² أو باسكال، لكن الضغط الجوي له وحدات شائعة مثل الجو (atm) والبار، حيث يُعادل 0.987 من الجو.
تاريخ قياس الضغط الجوي
- يُمكن قياس الضغط الجوي كمقدار فيزيائي، لكن كثافة الهواء متغيرة وبالتالي يجب استخدام سائل كمؤشر.
- ابتكر العالم الإيطالي تورشيللي البارومتر، وهو أنبوب طوله متر، خالٍ من الهواء ومملوء بالزئبق، حيث توضع فوهة الأنبوب في وعاء مليء بالزئبق.
- تتوافق السوائل عند نفس المنسوب مع نفس الضغط، وبالتالي ينخفض عمود الزئبق إلى 76 سم لتحقيق التوازن.
- بينما يُحسب ضغط النقاط التي تقع على مستوى نفس السائل، يعد الضغط الجوي حركةً ضرورية.
- وتم تشكيل فراغ في الجزء العلوي من الأنبوب يعرف باسم “فراغ تورشيللي”.
- لمعرفة الضغوط، يتم استخدام المعادلة: الكثافة × الارتفاع × تسارع الجاذبية، حيث الكثافة للزئبق = 13600 كجم/م³، وتسرّع الجاذبية = 9.81 م/ث²، والارتفاع = 0.76 م.
- الناتج النهائي يعادل 101325 نيوتن/متر² أو باسكال، وهو ما يساوي 1.013 بار، وتم الحصول على هذه القيمة بواسطة البارومتر الزئبقي.
البارومتر المعدني (اللاسائلي)
- أداة لقياس الضغط الجوي، تتكون من خلية معدنية، ونظام ميكانيكي لرفع الخلية، ومؤشر، وهيكل متزامن يجمع بين كل العناصر.
- الخلية المعدنية عبارة عن أسطوانة مرنة، تُصنع بدقة، وتكون جزئياً خالية من الهواء.
- أي زيادة في الضغط الجوي تؤدي إلى انضغاط الأسطوانة، بينما أي تقلب بسيط في الخلية المعدنية يحرك حلقات الرفع ويدفع المؤشر.
- أي نقص في الضغط الجوي يتسبب في تمدد الخلية المعدنية.
- يتميز البارومتر المعدني بخفة وزنه، ولكنه قد يحتاج إلى صيانة دورية لضمان دقة القياسات مع مرور الوقت.
الباروجراف (راسم الضغط المعدني)
- آلة تقيس تغيرات الضغط الجوي، مكونة من خلية معدنية، أسطوانة دوارة مُغلفة بورقة رسم بياني، قلم ورافعة.
- الخلية المعدنية تتقلص مع زيادة الضغط الجوي، مما يُنقل الحركة إلى القلم الذي يرتفع.
- مع انخفاض الضغط الجوي، يتمدد الخلية، مما يحرك القلم للأسفل.
- وبذلك نحصل في النهاية على رسم بياني يُظهر تغيرات الضغط الجوي عبر الزمن.
عوامل تغير الضغط الجوي
- كما أشرنا سابقًا، هناك عوامل رئيسية تؤثر على الضغط الجوي، مثل درجة الحرارة وارتفاعنا عن مستوى سطح البحر.
- تؤثر الرطوبة أيضًا، فعند تحول الماء إلى بخار يتكون هواء رطب يكون ضغطه أقل من ضغط الهواء الجاف.
- تؤثر كذلك الموضع بالنسبة لمركز الأرض، فتكون المواقع القريبة من مركز الأرض، مثل المناطق القطبية، ذات ضغط جوي أعلى.
- بينما في المناطق الاستوائية، حيث يقل تأثير الجاذبية، ينخفض الضغط الجوي.
العلاقة بين الضغط الجوي والرياح
- الرياح تمثل حركة الهواء بشكل أفقي نتيجة لاختلاف الضغط الجوي.
- تتحرك الرياح من مناطق الضغط الجوي العالي إلى مناطق الضغط الجوي المنخفض بفعل قوة التدرج في الضغط.
- تتأثر الرياح أيضًا بتأثير كوريوليس ما عدا عند خط الاستواء، حيث يتسبب ذلك في عدم وصول الرياح مباشرة إلى نقاط الضغط المنخفض.
- يُسمى تأثير كوريوليس أي تشوه في حركة الهواء بسبب الدوران الأرضي، مما يؤدي إلى حركة الرياح بشكل منحني.
- تجعل قوة كوريوليس الرياح تدور عكس اتجاه عقارب الساعة في نصف الكرة الشمالي ومع اتجاه عقارب الساعة في نصف الكرة الجنوبي.
- عندما تتقاطع تيارات الهواء بالقرب من نقاط الضغط المنخفض، يحدث دوران حلزوني، يُعرف في علوم الأرصاد الجوية بالإعصار.
- تحدث الرياح الجيوستروفية عند توازن قوة كوريوليس مع قوة التدرج في الضغط، وهي تسير بالتوازي مع خطوط الأيزوبار.
- تتحقق المعادلة الجيوستروفية بصورة أساسية عند خط الاستواء.
وصف الرياح
- يُحدد اتجاه الرياح بالجهة التي جاءت منها، مثل الرياح الشمالية، والتي تعني أنها قادمة من الشمال ومتجهة نحو الجنوب.
- تقاس سرعة الرياح بميل أو كيلومتر في الساعة.
أنواع الرياح الدائمة
1- الرياح العكسية
- تُعرف بالرياح الغربية في اللغة الإنجليزية، وتنتشر عبر نصف الكرة الجنوبي والشمالي.
- اتجاه الرياح العكسية هو جنوبية غربية وغربية في نصف الكرة الشمالي، بينما تكون شمالية غربية وغربية في نصف الكرة الجنوبي.
2- الرياح التجارية
- تمت تسميتها بهذا الاسم نظرًا لأن التجار كانوا يعتمدون عليها في نقل سفنهم.
3- الرياح التجارية
- تهب هذه الرياح من مناطق الضغط المرتفع خلف المدارين إلى منطقة الركود الاستوائي، بسرعات تتراوح بين 16-24 كيلومترًا في الساعة.
- تكون اتجاهها شمال شرق في نصف الكرة الشمالي وجنوب شرق في نصف الكرة الجنوبي.
4- الرياح القطبية
- تتجه هذه الرياح من مناطق الضغط العالي القطبية نحو نقاط الضغط المنخفض قرب الدائرتين القطبيتين.
- اتجاه هذه الرياح هو شمال شرق وشرقي في نصف الكرة الشمالي، وجنوب شرق وشرقي في نصف الكرة الجنوبي.
أنواع الرياح المحلية
1- رياح الميسترال
هي رياح باردة تأتي من الشمال، تهب على وادي الرون في جنوب شرق فرنسا.
2- رياح السموم
هي رياح حارة وعنيفة، قد تصل حرارتها إلى ما يتجاوز 54 درجة مئوية، وتؤثر في مناطق مثل سوريا وفلسطين والأردن، فضلاً عن صحراء شبه الجزيرة العربية.
3- رياح الخماسين
هي رياح جافة قادمة من الصحراء الكبرى، تحمل معها كميات كبيرة من الرمل إلى مصر وبلاد الشام وشبه الجزيرة العربية.
4- الرياح الموسمية
- تتواجد الرياح الموسمية على شكل رياح صيفية وأخرى شتوية.
- تشمل مناطق انتشارها الرئيسية جنوب وشرق آسيا، حيث تهب في اتجاهات مختلفة بين الفصول.
- تستمر على مدار ستة أشهر من الاتجاه الشمالي الشرقي، وستة أشهر من الاتجاه الجنوبي الغربي، حيث تكتسب الأولى خواصاً جافة والثانية خواصاً رطبة.
أنواع الرياح اليومية
1- رياح نسيم البحر
تحدث هذه الظاهرة أثناء النهار بالقرب من السواحل، حيث تسخن الشمس اليابسة مما يؤدي إلى تكوين نقاط ضغط منخفض، ويتسبب ذلك في حركة الرياح تجاه الشاطئ.
2- رياح نسيم البر
- تحدث هذه الظاهرة ليلاً في المناطق المحيطة بالبحيرات والبحار، حيث تبر冷 اليابسة بشكل أسرع من المياه، مما يؤدي إلى حركة الهواء البارد من اليابسة إلى البحر بعد ارتفاع الهواء الساخن.
