ماذا يحدث عندما يضرب البرق...الرمال؟

ماذا يحدث عندما يضرب البرق...الرمال؟

البرق والرعد متلازمتان عرفهما الانسان منذ فجر التاريخ، فبينما اعتقد الاغريق أن الرعد هو صوت زيوس الغاضب والبرق هي سهامه التي يرشق بها اعداءه، نعرف نحن الآن التفسير العلمي الواضح لكل من الظاهرتين، ونعرف يقيناً أيضا انه من الممكن ان يضرب البرق المكان نفسه مرتين!، ونعرف أيضا انه من الممكن ان تصل درجة حرارة البرق إلى درجة تفوق درجة حرارة سطح الشمس.

لكن، ماذا يحدث عندما تضرب السنة البرق رمال الشاطئ؟

انتشرت الكثير من الصور على الشبكة العنكبوتية تمثل اشكالا يُقال أنها من فعل البرق عندما يضرب الرمل، لكن معظم هذه الصور مزيفة وغير منطقية اطلاقاً، وخلطها كثيرون مع الاعمال الفنية التي يبدعها البعض على الشواطئ.

السؤال هو: ماذا يحدث بالضبط؟

في الواقع، من الممكن ان يتسبب البرق في احداث أشكال مميزة ورائعة عندما يضرب الرمل، لكن لهذا شروط محددة ودقيقة في الحقيقة.

عندما تكون الرمال غنية بالسيليكا او الكوارتز ودرجة حرارة البرق تفوق الـ 1800 ° مئوية، عندها يصهر البرق رمال الشاطئ ويحولها إلى زجاج. انفجار بلايين وحدات الطاقة هذا داخل الرمال ينتشر مثل الاشعاع مكوناً ما يشبه الأنابيب الزجاجية المجوفة والتي يحيط بها الرمل من الخارج، فيما يعرف بظاهرة البرق الحجري او البرق المتحجر.

يشبّه علماء المعادن ضربة البرق للرمل ضمن الشروط المثالية وكأنها جذور شجرة تنتشر داخل الرمال في جميع الاتجاهات مما يصنع شكلها المميز.

لكن، ما المشكلة في هذا؟ وما المشكلة في العديد من الصور التي انتشرت في الشبكة العنكبوتية؟

تتكون ظاهرة البرق الحجري (تحت)الرمال وليس فوقها!. ومن الممكن ان تظهر اعلى الرمال في حالة واحدة: التعرية!. حيث تعمل العوامل الجوية من رياح وامطار وامواج الشاطئ على ضرب الرمال ببطئ ونعومة مما يزيح اكوام الرمال عن التشكيلات المخبئة تحتها.

ولأن الزجاج باستطاعته ان يقاوم الكثير من التغيرات الجوية المحيطة، قد تظهر لنا هذه التشكيلات ،لكن هذا لا ينفي حقيقة انه هش وقابل للكسر!، لذا حتى نستطيع رؤيته يجب ان يتواجد التركيب في مكان هادئ وبعيد عن الحركة الكثيفة والامواج العاتية.

الكثير من الصور أدناه ليست منطقية؛ فلا يمكن لتركيب زجاجي هش ان يتحمل انعدام التوازن الواضح في التركيبات. والحقيقة ان معظم هذه الصور تمثل نوعا من الفن يسمى Stick Art ، ولا علاقة لها بظاهرة البرق الحجري.

ليست برقاً حجريا

ليست برقاً متحجراً

 

ٍStick Art

فقاعات الميثان.. المتجمدة!

فقاعات الميثان … المتجمدة!

الصورة الجميلة اعلاه التقطها مصور محترف في بحيرة ابراهام في كندا. قد تبدو الفقاعات تحت البحيرة في الصورة كمشهد لفيلم من افلام ديزني، او كجواهر الشتاء الثلجية النادرة.لكن هذه الفقاعات ليس هذا او ذاك، بل وربما تكون فقاعات خطرة وشديدة الانفجار لو جرب احدهم اشعال عود كبريت قريباً منها.

في معظم الاوقات - ومنها فصل الصيف بالتأكيد - تخرج فقاعات غاز الميثان من اسطح البحيرات والماء بصورة طبيعية غير مؤذية او ضارة، وغير محسوسة أيضاً.

لكن، ما مصدر هذه الغازات بطبيعة الحال؟

تتكون فقاعات غاز الميثان بصورة طبيعية تحت الماء عندما تموت الكائنات العضوية ( الحيوانات وأوراق الاشجار) وتسقط في الماء، وتستمر في الغوص حتى الاعماق. عندها تبدأ بكتيريا التحلل عملها وتحلل هذه المواد العضوية إلى مكونات أبسط، وينتج في عملية التحلل هذه غاز الميثان.

عندما تتلامس فقاعات غاز الميثان مع سطح المياه المتجمدة والباردة  فإن هذه الفقاعات تتجمد على شكل فقاعات بيضاء معلقة تحت سطح الماء.

ويختلف شكل وحجم وقطر هذه الفقاعات تحت سطح الماء، لكن هذا لا يمنعها من ان ترسم لوحة فنية جميلة تحت سطح الماء المتجمد. 

الدوائر والاقراص الثلجية..ما هي وكيف تتكون؟

الدوائر والاقراص الثلجية..ما هي وكيف تتكون؟

الدوائر الثلجية Ice Circles  :

الدوائر الثلجية هي ظاهرة نادرة تحدث عندما يتحرك الماء ببطئ شديد في الأجواء الباردة.

يُطلق على القطع الدائرية الثلجية الرقيقة والتي تدور ببطئ شديد في الماء " الدوائر الثلجية"، ويعتقد أنها ناتجة عن الدوامات والتيارات العكسية في الماء في الأجواء الهادئة والباردة بطيئة الحركة.

تم رصد العديد من الدوائر الثلجية في المناطق الاسكندنافية ومناطق امريكا الشمالية وويلز الانجليزية. وأفادت بعض التقارير برصد بعض الدوائر الثلجية تجاوزت في قطرها 50 قدما ( 15 م تقريباً) في بحيرة كاترينا في نيويورك، الولايات المتحدة.

وقد تم رصد العديد من الدوائر التي يزداد حجمها مع مرور الوقت بفعل الدوامات المستمرة بطيئة الحركة وكأنها ( تنمو)،  وكانت حلقات ( النمو) هذه واضحة عند الاطراف.

الاقراص الثلجية Ice Discs :

تتكون الأقراص الثلجية بطريقة مختلفة نوعاً ما؛ حيث تتكون عند انحناءات الأنهار عندما يتسارع التيار المائي مكوناً ما يعرف بعلم الهندسة بقوى "القص الدائري Rotational Shear ". تعمل قوى القص هذه على قطع قطع الجليد وحفه دائرياً ليبدو مثل القرص. ومع استمرار الدوران، يستمر الحف وتصبح الحواف ملساء وأكثر نعومة. وقد تم رصد هذه الظاهرة لأول مرة عام 1895 في نهر ميانوس، في نيويورك.

المقلاة الثلجية Ice Pans :

قد يبدو الاسم غريباً، لكن هذا الاسم أُطلق على الظاهرة التي " تتكون فيها القطع الثلجية في مركز البحيرة او الجدول المائي وليس على الاطراف. وعندما تبدأ عملية التبريد ويشرع الماء في فقدان حرارته، فإن هذه الحرارة تذيب بعض الثلج محولة إياه إلى مزيج من البلورات الثلجية والماء الذي يتجمع في شكل يشبه المقلاة.

ما هي أزهار الصقيع Frost Flowers ؟

ما هي أزهار الصقيع Frost Flowers ؟

أزهار الصقيع هي بلورات جليدية تنمو وتتكون عادة على الجليد البحري حديث التكوّن أو على الأسطح الجليدية الرقيقة للبحيرات في الأجواء الباردة، والهادئة. تشاهد عادة على شكل قطع لا يزيد قطرها عن 4سم. ويكون تركيز الأملاح فيها مرتفعاً جداً مقارنة بماء البحر العادي او المحيط، ولأن التوتر السطحي لها مرتفع أيضا، فإن هذا كفيل باطلاق المركبات الكيميائية التي تحويها هذه إلى الجو عندما تتلاشى.

كيف تتكون أزهار الصقيع :

تتكون زهور الصقيع على الطبقة الجليدية الرقيقة المتكونة على سطح البحر، وبالتحديد عندما يكون الجو المحيط بالطبقة الجليدية هذه أبرد بكثير من الجليد الذي يعلو الماء. وعلى الأقل لا يجب أن يقل فرق درجة الحرارة بينهما عن 15° - وهذا الرقم يقل كثيراً في حالة الأجواء المشبعة بالرطوبة - .في هذه الظروف تتكون طبقة من البخار فوق المشبع فوق طبقة الجليد مباشرة ناتجة عن تسامي الجليد في طبقة الهواء الجاف والبارد المحيط بها؛ حيث يؤدي تلامس طبقة البخار الرطب الدافئ هذه مع طبقة الجليد الباردة  لتحويلها إلى طبقة بخار فوق مشبعة باستطاعتها تكثيف البلورات على سطح البحر المتجمد بشكل معين.

في العادة تأخذ البلورات شكل أزهار  - شجرية - عندما تكون الرياح ساكنة تقريباً. فعندما تكون الرياح شديدة فإن طبقة البخار المشبه تتبعثر مبتعدة عن السطح الجليدي.

لا يختلف شكل أزهار الصقيع المتكونة على أسطح البحيرات عن الصقيع العادي المتكون على أغصان الأشجار والاسلاك واسطح المنازل، لكنها تأحذ شكلها المميز عندما تتكون فوق أسطح البحار، حيث تكون ملوحتها 3 أضعاف ملوحة ماء البحر العادي.

وكما أسلفنا، تتكون عادة على الأسطح الجليدية الرقيقة خاصة في المناطق القطبية، حيث تكون فروقات درجات الحرارة واضحة وبيّنة. وعندما تصبح الطبقة الجليدية على سطح الماء سميكة جداً تنخفض درجة حرارتها كثيراً لتصبح مقاربةً لدرجة حرارة الهواء المحيط بها، فلا تتكون أزهار الصقيع أصلا. وهذا يعني أنها تتكون فقط في الأيام الأولى لتكون الطبقة الجليدية على سطح الماء.

تؤكد الدراسات الحديثة وجود صلة وثيقة بين طبيعة الجو القطبي في تلك المناطق وبين وجود أزهار الصقيع؛ حيث أن تلاشي أزهار الصقيع بعد تكونها يزيد من تركيز بعض المركبات الكيميائية مثل أحادي اكسيد البروم وكمية الأوزون في الجو وحتى نسبة جزيئات الملح المعلقة في الهواء.

ما هي الأعمدة الضوئية Light Pillars ؟

ما هي الأعمدة الضوئية Light Pillars  ؟

الأعمدة الضوئية هي أعمدة ضيقة من الضوء تظهر في الأفق بشكل عمودي نحو الأعلى والأسفل، ويترواح طولها بين 5 - 10° وربما أطول.

ولو شئنا الدقة فإن الاعمدة الضوئية ليست أشعة عمودية في الواقع، بل هي مجموع التألق لملايين البلورات الجليدية المعلقة في الجو او في الغيوم.

تأخذ الأعمدة الضوئية لون الشمس والغيوم، فهي تظهر أحيانا بيضاء، واحيانا أخرى تظهر ظلال الاصفر، والاحمر وحتى البنفسجي.

وتبلغ استطالة الاعمدة الضوئية وتألقها قمتها عند غروب الشمس، حيث يمكن متابعة حركة الشمس لفترة تصل إلى الساعة حتى تختفي.

كيف تتكون الأعمدة الضوئية:

تتكون الأعمدة الضوئية من تفاعل الضوء مع البلورات الثلجية الموجودة في الجو او في الغيوم، ولهذا فإنها تنتمي إلى عائلة "الهالات الضوئية".

وكما قلنا سابقاً، ليست الاعمدة الضوئية أشعة ضوء عمودية في الافق، وانما هي انعكاس الضوء عن ملايين البلورات الجليدية المعلقة في الجو باتجاه عين الناظر.

وعلى خلاف الحزم الضوئية؛ لا تظهر الاعمدة الضوئية فوق او تحت مصدر الضوء، وانما تظهر بشكل عمودي موزع في الافق، حيث يسببها انعكاس الضوء عن البلورات الجليدية المسطحة سداسية الأضلاع والتي تطفو بشكل مائل عن الافق، مما يجعل انعكاس الضوء يشكل ما يشبه العمود الضوئي، حيث تشكل اسطح البلورات المائلة ما يشبه المرآة العملاقة التي تعكس الضوء عمودياً. وكلما كبرت البلورة في الحجم زاد أثر الانعكاس على الظاهرة.

تتكون الاعمدة الضوئية المتجهة إلى الاعلى من انعكاس الضوء إلى الاسفل عن الوجه السفلي للبلورات الجليدية المائلة. ولأن الانكسارين الحاصلين على وجهي البلورة متماثلين فإن الاعمدة الضوئية عادة لا تكون ملونة. لكن الأعمدة تأخذ لون ضوء الشمس الساقط على البلورة مما قد يجعلها تحمل ظلالاً ملونة.

وعندما ينعكس الضوء عن الوجه العلوي للبلورة باتجاه الأعلى فإن الاعمدة المتجهة نحو الأعلى تتكون.

وعلى عكس الهالات الضوئية التي تحدث عندما تكون البلورات الجليدة متراصة وبمحاذاة بعضها، تحدث الاعمدة الضوئية عندما تعاني البلورات الجليدية من ميلان واضح.

تسببت الأعمدة الضوئية بالكثير من التقارير عن الأطباق الطائرة ( UFO ) ظناً أنها ظاهرة غير طبيعية ولها مدلول خوارقي.كما تتسبب شلالات نياجرا وخاصة في فصل الشتاء في حدوث هذه الظاهرة كثيراً حيث تتجمد قطرات الماء المعلقة قريباً منه مكونةً اعمدة ضوئية في الأفق.

ما هي الشمس الكاذبة Sundogs ؟

 ما هي الشمس الكاذبة Sundogs ؟

تشكل الشمس الكاذبة (  البارهيليا Parhelia أوالشمس الزائفة ) مع الهالات الدائرية(هالة الـ 22° )أكثر هالات الجليد شيوعاً.

في الشمس الكاذبة تظهر بقعتين مضيئتين على جانبي الشمس يميل لونهما إلى الاحمر، واحياناً يظهر اللونين الاخضر والازرق في الخلف. في بعض الاحيان تكون الشمس الكاذبة مضيئة ومشعة للغاية فلا يمكن تمييز أي لون، وتكون الألوان أوضح ما يمكن عندما تميل الشمس إلى الغروب، وتظهر الشمس الكاذبة في جميع المناطق بغض النظر عن درجة حرارتها.

كيف تحدث ظاهرة الشمس الزائفة :

كما اوضحنا في الهالات الدائرية، تحدث هذه الظواهر بفعل مرور الضوء في البلورات الجليدية المعلقة في الهواء، وهنا نتحدث عن البلورات الجليدية الموجودة في الغيوم الرقيقة على ارتفاع يترواح ما بين 5- 13كم. تكون البلورات الجليدية المسؤولة عن تكوين الشمس الكاذبة سداسية الأوجه مسطحة، وقد تتكون قريباً من سطح الأرض بفعل الغبار الماسي.

تطفو البلورات الجليدية في الغيوم بشكل شبه أفقي، حيث تدخل اشعة الضوء أحد اوجه البلورة السداسية ثم تخرج عبر وجه آخر يشكل مع الوجه الأول امتداداً بزاوية 60°. ويسبب الانكساران السابقان انحرافاً في الضوء بزاوية 22 ° أو أكثر وذلك حسب زاوية سقوط الضوء الذي دخل إلى البلورة في البداية.

وكما عرفنا سابقاً، ينكسر الضوء الاحمر بشكل أقل من باقي الألوان، لذا يكون الجزء الداخلي للهالة والبقع المضيئة احمر اللون.

من النادر أن تطفو البلورات الجليدية بشكل أفقي تماماً؛ حيث أنها تميل وتتمايل بازدياد حجم البلورة المسطحة.

القمر الكاذب Moondogs :

يتكون حول القمر هالات كما تتكون حول الشمس، وهي مشابهة لظاهرة الشمس الكاذبة وتسمى بارسلينا Parselenea . عادة ما تكون الهالات القمرية باهتة ويمكن مشاهدتها افضل ما يكون عندما يكون الفمر مكتملا. غالباً ما تبدو الهالات القمرية بلا لون لأن الضوء المسبب لها - ضوء القمر - ليس قوياً بما يكفي ليحفز العين البشرية لتمييز الألوان فيه.

ما هي هالات الجليد Ice Halos ؟

ما هي هالات الجليد Ice Halos  ؟

تعتبر الهالات الجليدية من الظواهر الضوئية التي تنتج من تفاعل الضوء مع بلورات الجليد المعلقة في الهواء، مما ينتج عنه تنوع في الألوان، والحلقات البيضاء وحتى الأقواس والنقاط المضيئة في السماء.مروراً بأشهر أنواع الهالات وهي الهالات الدائرية ( هالة الـ 22° ) ، واعمدة الضوء والشمس الكاذبة ( SunDogs )، حتى اندرها ظهورا والتي تتعلق بذات الظروف؛ بلورات جليدية معلقة في الهواء.

يمكننا رؤية الهالات الجليدية طوال العام وفي كل المناطق تقريبا، ابتداءً من المناطق المدارية وحتى الأقطاب. حيث تتشكل الهالات بسبب وجود بلورات جليدية معلقة في الغيوم السمحاقية الطبقية على ارتفاع (5 - 10) كم حيث يكون الجو دائما بارداً.

أما في المناطق الباردة للغاية فقد تتشكل هالات الجليد قريباً من الأرض بفعل الغبار الماسي؛ وهو لفظ يطلق على بلورات الجليد المعلقة قريباً من مستوى الأرض.

تتصرف البلورات الجليدية كالجواهر تماماً. فعندما يدخل الضوء داخل البلورة فإنه يتعرض لانكسارات وانعكاسات متتالية وفي مسار هندسي محدد، والهالات الناتجة عنها هي مجموع التألق واللمعان لملايين الاشعة المنكسرة من ملايين البلورات الجليدية المعلقة.

ولأن كل بلورات الجليد لها نفس عدد الأوجه والزوايا والشكل ( على المستوى الجزيئي فإن جزيئات الماء تتصل مع بعضها في شبكة محددة ومنتظمة الشكل ) هذا يجعل الهالات الناتجة عنها منتظمة بل ويمكن التنبؤ بها.

يعتمد شكل هالات الجليد على شكل البلورات الجليدية المكونة لها، حيث ينعكس الضوء وينكسر ويحيد بفعل البلورات المعلقة في الهواء، وربما يتسبب هذا في تحلل الضوء الابيض إلى الوانه المميزة بفعل التشتت، حيث تتصرف البلورات مثل المرايا ( تعكس الضوء ) والمناشير ( تكسر الضوء) مرسلة أشعتها الضوئية وفق زوايا محددة.

الهالات الدائرية ( هالة الـ 22° ) :

من اشهر الهالات الجليدية، وغالباً ما تسمى اختصاراً ( الهالة )، تظهر كحلقة كبيرة حول الشمس او القمر بنصف قطر 22°. تنتج عن ملايين البلورات الجليدية سداسية الأوجه شبه العشوائية الموجودة في الغيوم السمحاقية الطبقية على ارتفاع (3 - 5) أميال. حيث تكون الحلقة ذات طرف احمر اللون من الداخل ثم تبهت تدريجياً حتى تتلاشى. وتكون السماء داخل الحلقة معتمة لأن بلورات الجليد تكسر الضوء بزاوية لا تقل عن 22 ° مما يعطي انطباعاً بأن هناك  " فجوة في السماء".

تكون الحلقة كبيرة فعلا!، فلو مددت ذراعك بطولها، وجعلت ابهامك على الشمس واصبعك الخنصر يلامس طرف الحلقة المضيء فإن اصابعك ستصنع زاوية تقريبية تعادل 20 °. ويتشابه قطر الهالات الدائرية دائماً بغض النظر عن مكانها، وهناك حلقات ملونة أصغر تتكون حول الشمس أو القمر تنتج عن قطرات ماء وليس عن بلورات جليدية.

كيفية تكون الهالات الدائرية :

يتعرض شعاع الشمس داخل البلورة الجليدية لانعكاسات وانكسارات بزوايا مختلفة.

اقل انحراف للضوء الاحمر يحصل عند زاوية 21.7°، وهذا يحصل عندما ينكسر الضوء بصورة متماثلة على كل وجه من اوجه البلورة السداسية التي تتصرف كمنشور سداسي.

وعندما يمر الضوء بين وجهين للمنشور يصنعان زاوية 60° فإن الضوء يعاني من انحراف يترواح ما بين 22° إلى 50 °.

معظم الأشعة في الهالات الجليدية تنحرف بزاوية 22° لتكوين الطرف الداخلي المضيء للهالة.

ينكسر الضوء الأحمر بشكل اضعف من باقي الألوان، لذا يظهر الطرف الداخلي للهالة ملوناً باللون الأحمر ويتناقص مظهرا اللون البرتقالي فالأصفر والازرق. لكن الألوان تتداخل فلا يظهر منها واضحاً إلا اللون الاحمر.

هل تشير الهالات الجليدية دائماً إلى سقوط المطر؟ ليس بالضرورة.

تحمل الغيوم السمحاقية معها البلورات الجليدية وقد تكون ذاتها مقدمة لجبهة هوائية دافئة قد تحمل معها امطارا غزيرة، وهذا يعتمد على سرعة واتجاه الرياح المصاحبة لها أيضاً. لكن الكثير من الهالات في هذه الغيوم لا تصاحب جبهات هوائية فلا تعتبر دليلا قاطعاً على جو رطب قادم .