حرارة الأرض

---

الحرارة وطرق إنتقالها ، التوصيل، الحمل الحراري، الإلبيدو، الإشعاع

درسنا فيما سبق أن الأرض تدور حول الشمس وفي ذات الوقت فإنها تدور حول نفسها أيضاً
سرعة دوران الأرض حول نفسها تبلغ مئات الكيلومترات في الساعة وهي تدور في إتجاه يجعلنا نرى الشمس والقمر والنجوم تظهر لنا من الشرق وتختفي إلى الغرب
ما يهمنا في هذا الدوران في فصلنا هذا هو أن الدوران بهذه الطريقة يجعل تعرضنا لأشعة الشمس متوازنا ومقسما بين أجزاء الكرة الأرضية
لكن أجزاء الكرة الأرضية تختلف في مقدار تعرضها لأشعة الشمس
فالمناطق الواقعة في منتصف الأرض ويعبر عنها بالمناطق الإستوائية تتعرض لطاقة حرارية أكبر من تلك التي تتعرض لها الأجزاء الأخرى من الأرض كالقطبين مثلاً
هذه الطاقة الحرارية التي تتعرض لها الكرة الأرضية من الشمس بكمية مختلفة بين منطقة وأخرى هي التي تقود غلافنا الجوي
وهي المسئولة عن حالات الطقس المختلفة وهي محرك الرياح بأمر الباري جلّ في علاه

نريد في هذا الفصل أن نتحدث عن انتقال الحرارة ونريد أن نفهم معنى الطاقة لكي نعرف كيف يسخن الغلاف الجوي وكيف يبرد
نحن نستخدم تعبير الحرارة دائما لتحديد مقدار سخونة أو برودة الأشياء ولكن علمياً حرارة الهواء أو أي جسم آخر هو سرعة حركة جزيئاته
حيث درجة الحرارة الأعلى تعني حركة جزيئات أكثر
ومثال ذلك عندما نسخن الماء فإن جزيئاته تبدأ بالحركة وكلما زاد التسخين زادت الحركة
وكلما بردناه قلت حركة جزيئاته حتى نصل إلى التجمد حيث لا حركة
وكذلك فإن تسخين الهواء يجعله أخف وأكثر حركة وفي حالة تصاعد
والهواء البارد هو على العكس أكثر كثافة وأكثر وزناً وحركته هابطة
التسخين يولد طاقة وهذه الطاقة قابلة للإنتقال من جسم إلى آخر

يمكن لأيّ منا أن يلاحظ بوضوح لو قام بتسخين قضيب معدني بتعريضه للنار .. حينها سيجد أن الحرارة تنتقل إلى الأصابع
هذا الإنتقال للحرارة من خلال القضيب المعدني يسمى الإنتقال بواسطة التوصيل
مع الأخذ في الإعتبار أن هناك اجسام موصلة جيدة للحرارة وأجسام أقل توصيلا للحرارة وما يهمنا في نطاق الرصد الجوي هو أن نعرف أن الهواء موصل ضعيف للحرارة
ولذلك لا يستطيع أحدنا أن يلمس معدن تم تسخينه بالنار ولكن نستطيع وضع أصابعنا بجواره وبالقرب منه وذلك بسبب ضعف إنتقال الحرارة عبر الهواء

لكن الهواء برغم ضعف توصيله للحرارة يلعب دوراً مهماً في نقلها أفقياً حسب اتجاه الرياح أو تصعيدها علوياً عن طريق الحمل الحراري
وهو وسيلة أخرى من وسائل إنتقال الحرارة

فماهو الحمل الحراري ؟

الحمل الحراري هو إنتقال الحرارة عن طريق نقل الكتلة نفسها .. ولا يحدث الحمل الحراري إلا في الماء أو الهواء بسبب سهولة تحريرهما وتفعيل التيارات خلالهما
والحمل الحراري يحدث بصورة مستمرة في الغلاف الجوي حيث أن بعض المناطق من الأرض تكتسب طاقة حرارية من الشمس بشكل أكبر من مناطق أخرى
إما بسبب الموقع الجغرافي من الكرة الأرضية (منتصف الأرض أو أطرافها)
أو بسبب تركيبة سطح الأرض (بحر أو عشب أو رمل أو صخور)
أو بسبب الخواص التضاريسية (منخفضة أو مرتفعة)

عندما يسخن سطح الأرض يسخن تبعاً لذلك الهواء المجاورلسطح الأرض .. (إنتقال الحرارة من سطح الأرض إلى الهواء المجاور تم بطريقة التوصيل)
وعندما يسخن الهواء المجاور لسطح الأرض يتمدد ويصبح أخف وزناً ويصعد إلى الأعلى
وعند صعود الهواء إلى أعلى يصل إلى طبقات باردة فيبرد ويثقل ويتمدد أفقياً ثم يهبط ويتجه مرة أخرى نحو المكان الذي يتم فيه التسخين ليصعد مرة اخرى
وهكذا تستمر الدورة .. وهذه الحركة العمودية للهواء صعوداً وهبوطاً تسمى في علم الرصد الجوي الحمل الحراري

وهنا صورة شارحة للحمل الحراري

فائدة في مناخ الجزيرة العربية

الوضع المشروح في صورة الحمل الحراري السابقة يعطي فكرة عامة عن مناخ الجزيرة العربية
تخيل أن الإسفلت في الصورة السابقة هو خط الإستواء
والجزيرة العربية شمالاً من هذا الخط
أين ستكون التكونات وأين سيكون الجفاف ؟
ربّما الأمر واضح .. تذكروا هذا الأمر سنناقشه مفصلاً في دروسٍ قادمة

الإشعـــــــــــــــــــــاع

بقي لدينا العنصر الثالث من عناصر إنتقال الحرارة وهو الإشعاع
والإشعاع يتعلق بأشعة الشمس وإنعكاساتها على الأجسام وسنرى في هذا الموضوع آية من آيات الباري في توازن الطبيعة وسبب من أسباب صلاحية الأرض للعيش
وفي الطاقة المنتقلة عبر الإشعاعات ميزة وهي انتقال الحرارة من جسم إلى آخر من دون التأثير على ما يقع بين هذين الجسمين
ومثال ذلك لو وقفت بوجهك أمام شمس الظهيرة الحارقة فإن وجهك سيتوقد من شدة الحرارة رغم ان الهواء بينك وبين الشمس ليس بتلك السخونة

ماهو الإشعاع ؟

من الثابت علمياً أن جميع الاجسام التي تكون درجة حرارتها فوق الصفر ترسل إشعاعاً
صغيرة كانت أم كبيرة .. نخلة كانت أم حجراً
وهذا الإشعاع ناتج عن نشاط الإلكترونات الموجودة بالملايين في كل جسم
أيضاً نحب أن نذكر أن هناك أشعة ترى بالعين وأشعة لا ترى وذلك حسب نوع الموجة الإشعاعية
من المؤكد أنكم سمعتم بالأشعة تحت الحمراء وأشعة إكس وهناك أنواع أخرى لا يهمنا كثيراً البحث في خصائصها فهذا الموضوع طويل وشرحه يطول
يهمنا الآن أن نعرف أن الأجسام المتعرضة لأشعة الشمس تمتص الحرارة وفي نفس الوقت هذه الأجسام هي مشعة أيضاً ..
فإذن هناك إشعاع وهناك إمتصاص وهذا يقودنا إلى الحديث عن التوازن
الأجسام التي تمتص حرارة أكثر مما تشع تسخن والأجسام التي تشع حرارة اكثر مما تمص تبرد
في نهار مشمس، الأرض تمتص طاقة حرارية من الشمس اكثر من الطاقة الحرارية التي تشعها ولذلك يسخن سطح الأرض
بينما في الليل الأرض تشع طاقة حرارية أكثر من التي تمتصها ولذلك تبرد
وكذلك الأمر ينطبق على باقي الأجسام الأخرى، ولو تعادل الإشعاع مع الإمتصاص لبقيت حرارة الجسم كما هي
وسبب الإختلاف بين الأجسام في قوة الإشعاع أو قوة الإمتصاص يعود إلى الخواص السطحية للجسم من لون وكثافة ونعومة ورطوبة إضافة إلى درجة حرارته كما أسلفنا

ومعروف للكثير أن الألوان الداكنة أكثر إمتصاصاً للحرارة وهذا الامر على علاقة بظاهرة الإلبيدو

الإلبيـــــــــــــــــدو

الإلبيدو يعني الإنعكاسية ونستطيع تلخيص مفهوم الإلبيدو في أنه نسبة الإشعاعات التي يعكسها جسم ما مقارنة بما يتلقاه من إشعاعات
وتختلف الأجسام في قدرتها على عكس الأشعة بحسب خصائصها وتكوينها
فبينما يستطيع الثلج أن يعكس من 75 إلى 95 في المئة من أشعته لا يستطيع الماء عكس أكثر من 10 في المئة من الأشعة التي يتلقاها
الرمل يعكس من 15 إلى 40 في المئة والسحب تعكس إلى 80 في المئة بحسب كثافتها وإذا كانت خفيفة فتقل قيمة الإلبيدو بها إلى 30 في المئة
وفي هذه الإختلافات بين خصائص الأجسام في القدرة على عكس الأشعة تأثيرات مهمة في عالم المناخ وإسهامات ضرورية في حفظ التوازن الحراري على سطح الأرض

الأرض بخواصها السطحية المختلفة تمتص الحرارة من أشعة الشمس التي تبعد عنها بمسافة 150 مليون كيلو متر تقريباً بقدر معيّن وبنسبة ثابتة
ولو نظرت إلى كوكب الأرض من الفضاء فإنك ترى نصفها تحت أشعة الشمس ونصفها الآخر مظلم
الجزء المنير يمتص الحرارة ليدفأ والجزء المظلم يشع تلك الحرارة ليلاً ليبرد والعملية مستمرة مادامت السماوات والأرض
حسابياً فإن الأرض تمتص حرارة مساوية للحرارة التي تفقدها وهذا ضروري لتكون الأرض صالحة للعيش
حيث لو كانت الأرض تمتص حرارة أكثر مما تفقد لحدث إرتفاع متنامي في درجة الحرارة حتى تستحيل الحياة
ولو حدث العكس لبردت الأرض بدرجة تستحيل أيضاً معها الحياة
وهذا إعجاز رباني وآية من آيات الله في كونه ..

لكن هناك إعجاز آخر يتبين لنا من حساب درجة حرارة الأرض المفترضة كمعدل عام على وجه الأرض .. فأين هذا الإعجاز ؟

حتى مع هذا التوازن الضروري في كمية الإكتساب الحراري من خلال الإمتصاص وكمية الفقد الحراري من خلال الإشعاع
فإن معدل درجة الحرارة المفترض على وجه الأرض سيبلغ
-18 درجة مئوية تقريباً (مع تفاوت بين مناطق وأخرى)

وهذه الدرجة باردة جداً وليست مناسبة لإستمرار الحياة على وجه الأرض
وهنا تتجلّى قدرة الخالق في تحقيق المعادلة

فقد وجد العلماء أن بخار الماء وبعض الغازات التي تحيط بالأرض تعيد بعض إشعاعات الأرض ولا تسمح لها بالخروج إلى الفضاء
وهذا الأمر يمنع فقد الأرض للحرارة وبالتالي يمنع زيادة برودتها
رغم أن هذه الغازات تسمح بدخول أشعة الشمس ولا تردّها .. لكنّها تردُّ الإشعاعات الصادرة من الأرض
وقد وُجد أيضاً أن من صفات بعض هذه الغازات أنها إنتقائية في السماح والمنع بحسب نوع الموجة الإشعاعية التي تمر من خلالها
وهذه العملية توفر 33 درجة مئوية إضافية
وهو الرقم المطلوب لجعل معدل درجة الحرارة على وجه الأرض 15 درجة مئوية تزيد وتنقص من منطقة إلى أخرى بحسب موقعها الجغرافي

معدل الحرارة المفترض على سطح الأرض حسب الإمتصاص والإشعاع -18
دور بخار الماء والغازات في إعادة بعض إشعاعات الأرض +33
الناتج = 15 درجة مئوية

سبحان الله العظيم وبحمده

هذا التوازن في الحقيقة معرض للإختلال بفعل البشر أنفسهم حيث يتابع العلماء في القرن الأخير زيادة في نسبة ثاني أوكسيد الكربون في غلاف الأرض الجوي بسبب إحتراقات الوقود والتلوث
علماً بأن نسبة تواجد ثاني أكسيد الكربون هي نسبة ضئيلة جداً تقدر ب 0.037 في المئة من غازات الغلاف الجوي للأرض
ولكن يتوقع العلماء بأن زيادة ثاني أكسيد الكربون المتوقعة من الممكن أن تزيد معدل درجة حرارة الأرض درجتان مئوية ونصف الدرجة بنهاية القرن الواحد والعشرين الميلادي
ويتوقعون كذلك ان تكون لهذه الزيادة تغييرات ملحوظة على مناخ الأرض في المستقبل

والله غالبٌ على أمره ولكنّ أكثر الناس لا يعلمون