ما هي مراحل تشكل قطرات الماء وكيفيتها
تتشكل القطرات كلما وحيثما يوجد ماء في حجم معين من الغلاف الجوي أكثر مما يمكن أن تحتفظ به كبخار، تسمى النقطة التي يحتفظ عندها الهواء بأكبر قدر ممكن من بخار الماء بدون تكوين الماء السائل (التكثيف) بنقطة التشبع.
وبذلك يمكن القول أن قطرات الماء تتشكل عن طريق تعرضها لحالات معينة، من التكثيف والتبخر، والتساقط بفعل الجاذبية، أو بما يعرف دورة الماء، مما يعني أن مراحل تشكل الماء، هي ذاتها الإجابة عن سؤال كيفية تشكل قطرات الماء.
ويمكن معرفة ذلك بمتابعة المراحل التالية:
عندما يبرد الهواء، تقل كمية بخار الماء التي يمكن للهواء الاحتفاظ بها، عملية التبريد تصبح فعالة في الغلاف الجوي بفضل الرفع، مع ارتفاع الهواء، ينخفض ضغطه، مما يسمح له بالتمدد والتبريد، مع التبريد الكافي، يصل الهواء إلى التشبع وتبدأ قطرات الماء الصغيرة في التكون، يعتمد عدد وحجم القطرات على درجة تشبع الغلاف الجوي، وعدد وخصائص الجزيئات الدقيقة، التي تسمى نوى تكاثف السحب، والتي يتكثف عليها الماء، عندما تتشكل قطرات كافية لا تقل عن بضعة أعشار من ميكرون، فإنها تصبح مرئية.
أما بالنسبة لمراحل تشكل قطرات الماء دائمًا ما تحدث بالشكل التالي فالماء موجود حول الأرض وعبرها وفوقها، حيث يتغير باستمرار من الماء السائل إلى بخار الماء إلى الجليد، تتمثل إحدى طرق تصور دورة المياه في اتباع قطرة ماء أثناء تحركها في الطريق.
- مرحلة الوجود على سطح الأرض
ولتكن البداية من المحيط هو أفضل مكان للبدء، حيث أن هذا هو المكان الذي توجد فيه معظم مياه الأرض، إذا أرادت القطرة البقاء في المحيط، فذلك يتطلب أن تكون بعيدة عن الشمس وعن سطح البحر، إذا تواجدت حرارة الشمس، تأثرت القطرة، وكانت سبب في دفئها.
- مرحلة التبخر
وتبخرها إلى بخار ماء، ارتفعت (مثل قطرات صغيرة) في الهواء واستمرت في الارتفاع حتى اجتاحت الرياح القوية عالياً وأخذت مئات الأميال حتى حلقت فوق الأرض، وهناك، أدت الحركات الصاعدة الدافئة القادمة من سطح الأرض الساخن إلى رفع القطرات (بخار الماء الآن) إلى مستوى أعلى، حيث يكون الهواء باردًا جدًا.
- 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 الس��ب 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.
يمكن أن تهبط القطرة على رقعة من الأتربة الجافة في حقل مسطح، في هذه الحالة، قد تغرق في الأرض لبدء رحلتها إلى طبقة المياه الجوفية كمياه جوفية، سيستمر الهبوط (بشكل رئيسي إلى أسفل) كمياه جوفية، لكن قد تستغرق الرحلة عشرات الآلاف من السنين حتى تجد طريقها للخروج من الأرض.
ثم مرة أخرى، يمكن ضخ القطرة من الأرض عبر بئر ماء ورشها على، المحاصيل (حيث إما أن تتبخر، وتلتقطها جذور النبات وتندمج فيها، وتتدفق على طول الأرض في مجرى مائي، أو تعود إلى الأرض).
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.
تتشكل قطرات الماء على السطح الخارجي لكوب من الماء المثلج بسبب التكثف، درجة حرارة الزجاج باردة بدرجة كافية لتبريد بخار الماء في الهواء المحيط، فيتحول من غاز إلى سائل، لذلك، تتشكل القطرات بسهولة أثناء الطقس الدافئ أكثر من الطقس البارد.
التكثيف هو التحول الأساسي لمادة ما من غاز إلى سائل، يحتوي كل الهواء الموجود في الغلاف الجوي على درجة معينة من بخار الماء، إذا تم تبريد الهواء بعد نقطة تكثف الماء، والتي تعتمد على الضغط والتركيز، فسيحدث التكثيف. يحدث التكاثف بسهولة في الهواء المشبع أكثر من الهواء الجاف.
كيف تتكون الغيوم
تتشكل الغيوم عندما يحتوي الهواء على أكبر قدر ممكن من بخار الماء (الغاز)، هذه الحالة هي التي تسمى نقطة التشبع، ويمكن الوصول إليها بطريقتين، أولاً تتراكم الرطوبة حتى تصل إلى الحد الأقصى الذي يمكن أن يحمله حجم الهواء.
الطريقة الأخرى تقلل درجة حرارة الهواء المملوء بالرطوبة، مما يقلل بدوره من كمية الرطوبة التي يمكن أن يحتويها، وبالتالي، يتم الوصول إلى التشبع من خلال التبخر والتكثيف، على التوالي، عند حدوث التشبع، تصبح الرطوبة قطرات ماء 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.
تتشكل بعض الغيوم مع ارتفاع درجة حرارة الهواء بالقرب من سطح الأرض وترتفع، تسخن الأرض بفعل أشعة الشمس، وتسخن الهواء فوقها مباشرة، يبدأ هذا الهواء الدافئ في الارتفاع لأنه عندما يكون دافئًا يكون أخف وأقل كثافة من الهواء المحيط به.
مع ارتفاعه، ينخفض ضغطه ودرجة حرارته مما يؤدي إلى تكثف بخار الماء، في النهاية، تتكثف رطوبة كافية من الهواء لتشكيل سحابة، تتشكل عدة أنواع من السحب بهذه الطريقة بما في ذلك السحب الركامية، الركامية.
لماذا قطرة الماء كروية الشكل
الشكل الكروي هو أصغر شكل سطحي، مما يعني أنه يأخذ حيز أقل، وكما سبق القول أن القطرات تتكون من جزييات شديدة الالتصاق ببعضها، فإن أفضل شكل يمكن أن تتكون فيه الجزيئات هو الشكل الكروي.
تأخذ قطرات المطر الشكل الكروي بسبب الصدمة مع السطح للماء الناجم عن ميل جزيئات الماء إلى الالتصاق ببعضها البعض، الشكل الكروي له أقل مساحة سطح ممكنة بسبب قدرته على مقاومة أي من القوى الخارجية في الغلاف الجوي، قوى التماسك بين جزيئات السائل ��ي المسؤولة عن الصدمة مع السطح، لا تحتوي جزيئات الماء على السطح مثل الجزيئات من حولها.
