تعیین ارتفاع ابر ها با استفاده از الکتریسته ی جو
دانشمندان برای چندین دهه بر روی این موضوع بحث کرده‌اند که آیا ارتباطی میان پرتوهای کیهانی و پوشش ابری که به نوبه خود موجب بروز تغییراتی در آب‌وهوا می‌شود وجود دارد یا نه؟ اکنون دو فیزیک‌دان جو‌شناس در انگلستان بر اساس یافته‌های خود به این نتیجه رسیده‌اند که الکتریسیته‌ی جو سراسری، ارتفاع پایه‌ی انواع معینی از ابرها را تحت تاثیر قرار می‌دهد؛ این الکتریسیته توسط پرتوهای کیهانی٬ آب‌وهوای فضا و ال‌نینیو (El Niño) تغییر می‌یابد.گیلز هریسون (Giles Harrison) که به همراه مارتن آمبائوم (Maarten Ambaum) این مطالعه‌ی اخیر را در دانشگاه Reading انجام داده‌اند توضیح می‌دهند:«جریان‌های الکتریکی٬ به دلیل وجود مدار الکتریکی سراسری٬ به شکل پیوسته در اغلب نقاط جو جاری می‌شوند که این جریان‌ها بعضی مواقع از میان ابرها عبور می‌کنند.»
تاریکی قطبی
با این تصور٬ این دو دانشمند نوع معروفی از ابرها را موسوم به «ابرهای لایه‌ای» در طول تاریکی قطبی مورد تحقیق قرار دادند؛ تاریکی قطبی به زمانی گفته می‌شود که بسیاری از اثرات دیگری که در این پدیده دخالت دارند یا کاهش می‌یابند و یا حضور نداشته باشند. بر اساس اندازه‌گیری‌هایی که توسط یک ارتفاع‌سنج ابری (ceilometer) لیزری در سودانکایلو (Sodankylä) در فنلاند و هالی در قطب‌جنوب انجام شده٬ به ازای یک درصد افزایش چگالی جریان الکتریکیِ هوای بدون ابر٬ ارتفاع پایه‌ای ابری٬ به طور متوسط چهارمتر افزایش می‌یابد: این یعنی جابجائی‌هایی حداکثر تا ۲۰۰ متر در روز نیز ممکن است.
الکتریسیته‌ی جو سراسری از یک چرخه روزانه برخوردار است که به کمینه مقدار خود حدود ساعت ۳:۰۰ و به اوج خود در حدود ساعت ۱۹:۰۰ به وقت گرینویچ - زمانی‌که نقاط حساس رعدوبرق همانند آفریقا و آمریکای شمالی٬ در فعالیت بالایی قرار دارند- می‌رسد. این فعالیت چرخشی در اوایل قرن بیستم بر روی بُرد یک کشتی که توسط موسسه‌ی کارنیگ (Carnegie) واشنگتن راه‌اندازی شده بود٬ کشف شد. این تغییرات به منحنی کارنیگ معروف است و یا همان طور که هاریسون به شکل شاعرانه‌ای بیان کرده:«ضربان قلب الکتریکیِ بنیادینِ زمین» است.
هاریسون و آمبائوم دریافتند که ارتفاع پایه‌ای ابرهای لایه‌ای که آن‌ها به دنبال آن بودند٬ چرخه‌ی مشابه منحنیِ کارنیگ را طی می‌کند. آن‌ها معتقدند که این اثر ممکن است ناشی از بارگذاری ریزذرات در پایه‌ی ابری باشند که آن‌ها را تشویق می‌کند تا این دو را به هم ارتباط بدهند.
رعدوبرق و آب‌وهوای فضا
به گفته ی هاریسون:«استنباطی که وجود دارد این است که عواملی همچون رعدوبرق٬ پرتوهای کیهانی و دماهای اقیانوس آرام٬ که شارش جریان‌های جو را تحت تاثیر قرار می‌دهند٬ اثرات دوری بر روی خواص ریزقطرات در ارتفاع ابرها داشته باشند.» «موضوع قابل‌توجه و ویژه‌ی دیگری که وجود دارد این است که تغییرات آب‌وهوای فضایی بتواند باعث تغییر آب وهوا در جو پائین‌تر شود.»
به بیان هاریسون٬ همان‌طور که در مورد تغییراتی که سریعاً رخ می‌دهند دیده شده است٬ این نتایج هیچ‌چیزی را دررابطه با اثرات بلندمدت بدست نمی‌دهد. به گمان او اثبات اینکه این جریان‌های الکتریکی ابرها را تحت تاثیر قرار می‌دهد٬ چشم‌انداز دیگری را بر روی فرآیندهای جفت‌شده در داخل جو می‌گشاید.
آمبائوم می‌افزاید:«تحقق این امر که ضربان قلب الکتریکی سیاره زمین در تشکیل ابرهای لایه‌ای نقش بازی می‌کند نشان‌دهنده‌ی آن است که مدل‌های موجود در مورد ابرها و آب‌وهوا هنوز از چنان مولفه‌های پتانسیل‌دار مهمی برخوردار نیست.» «درک چنان عناصر مهمی برای بهبود دقت پیش‌بینی های آب‌وهوای‌مان و پیش‌گویی تغییرات اقلیمی حیاتی است.»
به دام انداختن و انعکاس انرژی
ابرهای لایه‌ای در حدود ۴۰ درصد از زمین را می‌پوشانند، گرما را در شب به دام انداخته اما در طول روز باعث انعکاس تابش خورشیدی می‌شوند. برخلاف ابرهای صاعقه‌دار چنین ابرهایی قادر به ایجاد برق‌رسانیِ قوی از درون خود نیستند.
به بیان هاریسون٬ تعیین اندازه‌ی اثرات ناشی از تغییرات جریان مدار سراسری همچنان باقی می‌ماند. «برای دست یافتن به اندازه‌گیری‌های بالن-هوای بهبود یافته از ریزقطرات ابر و برق‌رسانیِ آن‌ها طرح و برنامه‌ریزی می‌کنیم تا به این وسیله جزئیات فرآیندهای ریزقطرات موردنظر و اثرات آن‌ها بر روی دماهای سطحی یا بارش باران را شرح دهیم.»
کار پیش‌بینی که هاریسون انجام داده بود روش‌های آزمایشگاهی جدیدی را با استفاده از بالن‌های هوا برای آشکارسازی چگونگی باردار شدن ریزقطرات نزدیک لبه‌های بالایی و پائینی ابرهای لایه‌ای- بعنوان نتیجه‌ای از جریان‌های شارش یافته در جو- توسعه داده بود. به گفته‌ی وی:«با استفاده از این تکنیک‌ها به شکل نظری نشان داده بودیم که چگونه بارهای ایجاد شده رفتار ریزقطرات ابر را تحت تاثیر قرار می‌دهند. اثبات ضربان‌قلب الکتریکی زمین در ابرهای قطبی٬ گام جلوتری در نشان دادن این بود که آیا ریزقطرات واقعاً با گردش این جریان‌ها تحت تاثیر قرار می‌گیرند یا نه.»
این تحقیق در Environmental Research Letters توصیف شده و می‌توانید ویدیوی مربوط به آن را اینجا ببینید.
درباره‌ی نویسنده:
لیز کالافر (Liz Kalaugher) ویراستار environmentalresearchweb است.
منبع:انجمن فیزیک ایران
