الضغط الجوي، من منظور جغرافي، يمثل وزن عمود الهواء الذي يمتد على مساحة معينة، حيث يتناسب سمك هذا العمود مع سمك الغلاف الجوي. يُقاس الضغط الجوي عادة بمقدار 1 ضغط جوي، وهو مزيج من الغازات يشمل 78% من النيتروجين و21% من الأكسجين، بالإضافة إلى غازات أخرى.
ما هو الضغط؟
- الضغط، في السياق العلمي، يصف القوة المطبقة على وحدة المساحة. تقاس القوة بوحدة النيوتن، بينما الوحدة المستخدمة للمساحة هي المتر المربع، وبالتالي تكون وحدة الضغط هي نيوتن لكل متر مربع، والمعروفة أيضًا باسم باسكال.
- من الناحية الرياضية، يُعرف الضغط بأنه القوة المؤثرة على السطح مقسومة على المساحة.
- على سبيل المثال، إذا تم تطبيق قوة مقدارها 4 نيوتن على مساحة سطح تقارب 2 متر مربع، فإن قيمة الضغط ستكون 4 نيوتن مقسومة على 2 متر مربع، مما يعادل 2 نيوتن لكل متر مربع، أو ما يُعادل 2 باسكال.
تعريف الضغط الجوي
- يعرف الضغط الجوي، المعروف أيضًا بالضغط البارومتري، بأنه القوة الناتجة عن العمود الجوي بالنسبة لمساحة الوحدة، مما يعكس الكمية الكبيرة من الهواء في منطقة معينة.
- توجد عدة وحدات تستخدم لقياس الضغط الجوي، مثل البوصة، المليمتر الزئبقي، كيلوباسكال، والمليبار.
- تشير القيمة القياسية للضغط عند مستوى سطح البحر إلى حوالي 760 مم من الزئبق أو 101.325 كيلو باسكال، أو 1013.25 ملي بار.
- الفروق بين هذه القيم ضئيلة، حيث تم تسجيل أعلى وأدنى ضغط على مستوى سطح البحر بقيمة 32.01 بوصة في وسط سيبيريا و25.9 بوصة خلال إعصار في جنوب المحيط الهادئ.
أجهزة قياس الضغط الجوي
- يعتبر الضغط الجوي كميّة فيزيائية قابلة للقياس، وقد أثبت ذلك العالم الإيطالي إيفانجليستا طور شلي في عام 1643.
- تم استخدام أنبوب زجاجي طوله متر واحد، مُملوء بالزئبق ثم تم إغلاقه، ليُوضع عموديًا فوق خزان الزئبق بعد إزالة السدادة.
- لاحظ العالم أن كمية من الزئبق ترتفع لترسم عمودًا بارتفاع 760 مم، أي 0.76 سم، حيث لا يوجد هواء فوق العمود. يتم قياس الضغط الجوي باستخدام مجموعة متنوعة من الأجهزة، ومن بينها:
1- الباروميتر الزئبقي
- يُستخدم البارومتر، الذي اخترعه إيفانجليستا طور شلي، في المختبرات، حيث يعكس الارتفاع بين سطحيه القيمة البارومترية عند قياس الضغط الجوي.
2- الباروميتر المعدني
- اخترع العالم الفرنسي لوسيان فيدي الجهاز في عام 1843، حيث يستخدم وسادة معدنية مُفرغة من الهواء تمثل مادة مشابهة للغشاء.
- تنتقل الحركة لأعلى ولأسفل للوسادة، مما يسمح بقياس ضغط الهواء من خلال تصميم ميكانيكي معقد.
3- الباروغراف أو الباروميتر المسجل
- يُستخدم أسطوانة تدور مع مرور الوقت، حيث يتحرك القلم بدقة لأعلى ولأسفل، مما يسجل قيمة الضغط الجوي في محطة الرصد الجوي طوال اليوم.
ملحوظة
تشير النتائج إلى أن قيمة الضغط تتغير مع الارتفاع، وعندما تكون قيمة الضغط معروفة في منطقة معينة، يمكن حساب الارتفاع، والعكس صحيح. وبالتالي، كلما زاد الارتفاع، انخفض الضغط الجوي للمنطقة.
نقطة غليان الماء
- تُعرف نقطة غليان الماء بأنها درجة الحرارة التي يغلي عندها الماء، وعادة ما تكون 100 درجة مئوية، حيث يكون ضغط البخار مساويًا لضغط الماء المحيط.
- لذا، مع انخفاض الضغط، تنخفض أيضًا درجة غليان الماء، في حين ترتفع عند زيادة الضغط، مما يجعل الطهي في ارتفاعات أعلى يستغرق وقتًا أطول.
- يمكن تحديد درجة الغليان من خلال معرفة القيمة عند هذا الارتفاع، وقد استخدم الرحالة هذه الطريقة خلال القرن التاسع عشر لتحديد ارتفاع المناطق التي زاروها.
العوامل المؤثرة في الضغط الجوي
1- درجة الحرارة
- تُقلل درجة الحرارة المرتفعة من كثافة الهواء وتؤدي إلى تمدده، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط الجوي (علاقة عكسية)، حيث يتسبب ارتفاع الحرارة في انخفاض الضغط في المناطق الاستوائية.
- على العكس، تتمتع المناطق القطبية بضغط مرتفع بسبب انخفاض الحرارة.
2- الارتفاع عن مستوى سطح البحر
- يتولد ضغط الهواء بسبب وزن الهواء، لذا يكون الضغط عند مستوى سطح البحر أعلى ويقل مع زيادة الارتفاع.
- يتناسب ضغط الهواء عكسيًا مع كثافته؛ فعند الارتفاع 5 كيلومترات ينخفض الضغط إلى النصف، أما عند ارتفاع 11 كيلومترًا، فإنه ينخفض إلى الربع، مما قد يُسبب صعوبة في التنفس.
3- الرطوبة
- تنشأ الرطوبة في الهواء عندما يتبخر الماء ويتحول من حالة سائلة إلى غازية، مما يؤدي إلى انخفاض وزن الهواء الرطب مقارنة بالهواء الجاف.
- هذا التغير في البخار يتسبب أيضاً في اختلاف ضغط الهواء من وضع إلى آخر.
4- الجاذبية الأرضية
- تتناقص الجاذبية كلما ابتعدنا عن مركز الأرض؛ حيث أن المناطق القطبية أقرب إلى المركز من المناطق الاستوائية، مما يؤدي إلى ارتفاع الضغط في المناطق القطبية مقارنة بالمناطق الاستوائية.
5- دوران الأرض
- يسبب دوران الأرض قوة الطرد المركزي، والتي تكون أكثر تأثيرًا في المناطق الاستوائية وأقل في المناطق القطبية، مما يؤثر بدوره على ضغط الهواء.
نطاقات الضغط الجوي
- بسبب الاختلاف في درجة الحرارة، يتفاوت الضغط الجوي من مكان إلى آخر، كما يتغير نطاق درجة الحرارة تبعًا لزاوية سقوط الضوء الشمس، مما يؤدي إلى تقسيم الأرض إلى نطاقات متفاوتة، على النحو التالي:
1- نطاق الضغط الجوي المرتفع القطبي
تتكون هذه المنطقة عند القطب بسبب الهواء شديد البرودة.
2- نطاق الضغط الجوي المنخفض الاستوائي
يقع هذا النطاق بين خط العرض 5 درجات جنوبًا و5 درجات شمالًا، بسبب درجات الحرارة المرتفعة على مدار السنة.
3- نطاق الضغط الجوي المنخفض قرب الدائرتين القطبيتين
- يقتصر هذا النطاق على ما بين 45-60 درجة شمالًا وجنوبًا، وذلك نتيجة للتيارات الهوائية الصاعدة.
- تتشكل هذه النطاقات بفعل الدوائر القطبية والرياح القطبية التي تهب من المناطق القطبية.
4- نطاقا الضغط الجوي القطبي المرتفع
تتكون هذه الشريطان عند القطبين نتيجة الهواء النازل شديد البرودة.
تأثير الضغط الجوي على الإنسان
- يمكن للبشر العيش على ارتفاع ست كيلومترات فوق مستوى سطح البحر، إذ بعد ذلك، يصبح توفر الأكسجين غير كافٍ لتغذية الدماغ نتيجة لانخفاض ضغط الهواء وكثافته.
- إذا قضى الإنسان فترة أطول في المناطق المرتفعة، سيتكيف جسمه مع انخفاض مستوى الأكسجين.
- لذا، يتعين على المتسلقين البقاء في المناطق الجبلية لبضعة أيام قبل التصعيد للتأقلم مع الظروف.
- الطائرات التي تحلق على ارتفاعات تزيد عن 9 كيلومترات يتم تجهيزها بنظام ضغط للحفاظ على معدل كافٍ من ضغط الهواء الداخلي.
تأثير نقص الضغط الجوي على صحة الإنسان
- توجد العديد من الأعراض الصحية المرتبطة بانخفاض ضغط الهواء؛ من أبرزها نقص الأكسجة.
- تحدث هذه الظاهرة مع زيادة الارتفاع، مما يتسبب في انخفاض مستوى الأكسجين المتاح.
- تزداد حدة حالة نقص الأكسجة كلما كان الارتفاع أكبر وبسرعة أكبر، مما قد يعيق قدرة الجسم على التكيف.
- يعتبر مرض الارتفاع الحاد شائعًا في المناطق الجبلية، ويعتمد حدوثه على عدة عوامل مثل معدل التسلق ومدة الإقامة والتحمل الفردي.
- تؤثر الوذمة الرئوية في المناطق المرتفعة على 0.5%-2% من الأشخاص، وغالبًا ما تظهر بعد الإقامة في ارتفاعات عالية بين 6-96 ساعة.
- تتضمن الأعراض أيضًا الوذمة الدماغية والنزيف الشبكي، الذي يكون عادة بدون أعراض ولكنه ناتج عن زيادة تدفق الدم في الشبكية.
تأثيرات أخرى للضغط الجوي على الإنسان
- تتطلب إحدى وظائف جلد الإنسان التكيف مع التغيرات في ضغط الهواء، بينما لا تحدث هذه التغييرات بشكل تلقائي في تجاويف الجسم مثل الأذن الوسطى والرئتين.
- يمكن أن يحدث الطنين نتيجة فرق الضغط، مثلما يحدث في تسلق الجبال أو عند الصعود على متن الطائرة.
