حقوق الصورة: NASA / JPL
أحد جوانب مناخ الأرض ، توزيع بخار الماء ، قد يكون له آثار كبيرة على تغير المناخ واستنفاد الأوزون. لفهم أهميتها ، يستخدم علماء وكالة ناسا طائرات خاصة لبناء خريطة تفصيلية لكيفية تحرك بخار الماء في الغلاف الجوي ، من سطح الأرض إلى ارتفاع 40 كم ، حيث يجف الهواء تمامًا. كانوا قادرين على معرفة أي بخار تم إنشاؤه على ارتفاعات عالية والذي تم رفعه بواسطة التيارات الهوائية.
فتح علماء وكالة ناسا نافذة جديدة لفهم بخار الماء في الغلاف الجوي ، وآثاره على تغير المناخ ، واستنفاد الأوزون.
ابتكر العلماء أول خريطة تفصيلية للمياه تحتوي على ذرات هيدروجين وأكسجين ثقيل داخل السحب وخارجها ، من سطح الأرض إلى حوالي 25 ميلًا لأعلى ، لفهم ديناميكيات كيفية دخول الماء إلى الستراتوسفير بشكل أفضل.
فقط كميات صغيرة من الماء تصل إلى الستراتوسفير القاحلة ، 10 إلى 50 كيلومترًا (6 إلى 25 ميلاً) فوق الأرض ، لذا فإن أي زيادة في المحتوى المائي يمكن أن تؤدي إلى تدمير بعض قدرة حجب الأوزون في هذا الجزء من الغلاف الجوي. ويمكن أن ينتج عن ذلك استنفاد أكبر للأوزون فوق القطبين الشمالي والجنوبي وكذلك عند خطوط العرض الوسطى.
تشكل المياه مناخ الأرض. تتحكم الكمية الكبيرة منه في الغلاف الجوي السفلي ، التروبوسفير ، في كمية أشعة الشمس التي تصل إلى الكوكب ، وكم عالق في سمائنا ، وكم يعود إلى الفضاء. أعلى في الستراتوسفير ، حيث يحمي معظم درع الأوزون على الأرض السطح من الأشعة فوق البنفسجية الضارة ، هناك القليل جدًا من الماء (أقل من 0.001 من تركيز السطح). لا يفهم العلماء تمامًا كيفية تجفيف الهواء قبل وصوله إلى هذه المنطقة.
في طبقة التروبوسفير ، يوجد الماء على شكل بخار في الهواء ، مثل قطرات سائلة في السحب ، وكجزيئات جليدية مجمدة في سحب عالية الارتفاع. نظرًا لوجود الكثير من المياه بالقرب من الأرض وعدد قليل جدًا من الأميال المذكورة أعلاه ، فمن المهم فهم كيفية دخول المياه والخروج من الستراتوسفير. يعد "المحتوى النظائري" ، البصمة الطبيعية التي خلفتها الأشكال الثقيلة من الماء ، مفتاحًا لفهم العملية. النظير هو أي من شكلين أو أكثر لعنصر له نفس الخصائص الكيميائية أو ذات الصلة الوثيقة جدًا والعدد الذري نفسه ، ولكن الأوزان الذرية المختلفة. مثال على ذلك الأكسجين 16 مقابل الأكسجين 18 - كلاهما أكسجين ، لكن أحدهما أثقل من الآخر.
يتم تكثيف الماء الثقيل أو تجميده بسهولة أكبر من بخاره ، مما يتسبب في اختلاف طبيعة توزيعه إلى حد ما عن الشكل النظائري المعتاد للمياه. يمكّن قياس التكوين النظائري لبخار الماء العلماء من تحديد كيفية دخول الماء إلى الستراتوسفير.
قال الدكتور كريستوفر ر. ويبستر ، كبير الباحثين في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا ، باسادينا ، كاليفورنيا ، "ولأول مرة ، لدينا محتوى نظائر الماء تم تعيينه بتفاصيل لا تصدق" ، وبستر هو المؤلف الرئيسي لورقة علمية تعلن عن النتائج في مجلة العلوم. الدكتور أندرو جيه. هيمسفيلد ، من المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي ، بولدر ، كولورادو ، مؤلف مشارك.
يعد قياس نظائر الماء أمرًا صعبًا للغاية ، لأنها لا تمثل سوى جزء صغير ، أقل من واحد بالمائة ، من إجمالي المياه في الغلاف الجوي. تم إجراء قياسات تفصيلية باستخدام مطياف امتصاص الأشعة تحت الحمراء بالليزر للطائرة على متن طائرة نفاثة عالية الارتفاع WB-57F التابعة لناسا في يوليو 2002. تتيح تقنية الليزر الجديدة رسم خرائط لنظائر المياه بدقة كافية لمساعدة الباحثين على فهم كل من النقل المائي و الفيزياء الميكروية التفصيلية للسحب ، المعلمات الرئيسية لفهم تكوين الغلاف الجوي ، وتنمية العواصف والتنبؤ بالطقس.
قال ويبستر: "إن تقنية الليزر تمنحنا القدرة على قياس الأنواع المختلفة من النظائر الموجودة في المياه". "باستخدام بصمة النظائر ، اكتشفنا أن جزيئات الجليد الموجودة تحت طبقة الستراتوسفير علت من الأسفل ، ونما بعضها في مكانها."
تساعد البيانات على توضيح كيفية تقليل محتوى الماء من الهواء الداخل إلى الستراتوسفير ، وتظهر أن الصعود التدريجي والحركة التصاعدية السريعة المرتبطة بالنظم السحابية الطويلة (ارتفاع علوي) يلعبان دورًا في تحديد جفاف الستراتوسفير.
كان الغرض من مهمة الطائرة هو فهم التكوين والمدى والعمليات المرتبطة بسحب السحب. استخدمت البعثة ست طائرات من وكالة ناسا ووكالات اتحادية أخرى لإبداء الملاحظات فوق الغيوم وتحتها. من خلال الجمع بين بيانات الطائرات والبيانات الأرضية والأقمار الصناعية ، يكون لدى العلماء صورة أفضل للعلاقة بين الغيوم وبخار الماء وديناميكيات الغلاف الجوي أكثر من السابق. يمكنهم أيضًا تفسير القياسات الساتلية بشكل روتيني من قبل وكالة ناسا.
تم تمويل المهمة من قبل مؤسسة علوم الأرض التابعة لناسا. تتفانى المؤسسة في فهم الأرض كنظام متكامل وتطبيق علوم نظام الأرض لتحسين التنبؤ بالمناخ والطقس والأخطار الطبيعية باستخدام نقطة الفضل الفريدة للفضاء. لمزيد من المعلومات حول الاسم المستعار ، يرجى زيارة: http://laserweb.jpl.nasa.gov.
للحصول على معلومات حول وكالة ناسا ، قم بزيارة: http://www.nasa.gov.
يدير JPL وكالة ناسا من قبل معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا
المصدر الأصلي: NASA / JPL News Release
