Μέχρι τώρα, η δημοφιλής πεποίθηση όριζε τις σταγόνες της βροχής ως δάκρυ. Αυτή η σύλληψη έχει διαιωνιστεί σε σχέδια και αναπαραστάσεις στα μέσα ενημέρωσης, αλλά, όπως το NASA, αυτή η ιδέα απέχει πολύ από το να είναι σωστή.
Ερευνητής της NASA, Κρις παιδάκι, εξήγησε ότι οι σταγόνες της βροχής δεν μοιάζουν καθόλου με τα δάκρυα, αλλά το σχήμα τους μοιάζει περισσότερο με αυτό του α ψωμί χάμπουργκερ λόγω των διακυμάνσεων της πίεσης που αντιμετωπίζουν καθώς πέφτουν. Αυτός ο χαρακτηρισμός είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση όχι μόνο του σχήματος των σταγονιδίων, αλλά και για το πώς επηρεάζουν το κλίμα μας.
Οι φάσεις των σταγόνων βροχής
Ο Chris Kidd έχει εντοπίσει ότι τα σταγονίδια νερού περνούν από τρεις διακριτές φάσεις κατά τον σχηματισμό και την πτώση τους:
- Αρχική φάση: Τα σταγονίδια ξεκινούν τη ζωή τους ως μικροσκοπικά μπαλόνια νερού, στα οποία τα μόρια του νερού κολλάνε μεταξύ τους. Αυτή η δομή επιτρέπει τη διατήρηση του στρογγυλεμένου σχήματος λόγω του επιφανειακή τάση του νερού.
- Πτώση και παραμόρφωση: Καθώς οι σταγόνες κατεβαίνουν, το πίεση αέρα που συναντούν καθώς πέφτουν ωθήσεις από κάτω παραμορφώνοντας το σχήμα τους. Αυτή η πίεση κάνει το πάνω μέρος της σταγόνας να διατηρεί ένα σφαιρικό σχήμα, ενώ το κάτω μέρος ισιώνει, θυμίζοντας κουλούρι χάμπουργκερ.
- Πριν το σπάσιμο: Λίγο πριν σπάσει μια σταγόνα, μεταμορφώνεται σε ένα σχήμα που ο Kidd έχει συγκρίνει με το a αλεξίπτωτο. Αυτή η αλλαγή στο σχήμα συμβαίνει λόγω της συσσώρευσης βάρους και της αντίστασης του αέρα.
Γιατί είναι σημαντικό να γνωρίζουμε το σχήμα των σταγόνων της βροχής;
Αν και μπορεί να φαίνεται σαν μια ασήμαντη ανακάλυψη, η κατανόηση του αληθινού σχήματος των σταγόνων της βροχής έχει σημαντικές επιπτώσεις. Ο Kidd τονίζει ότι αυτές οι πληροφορίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση των συμβουλών στις υπηρεσίες έκτακτης ανάγκης σε καταστάσεις πλημμύρας, καθώς και για τη βελτιστοποίηση της αεροπορίας, ειδικά κατά τη διάρκεια καταιγίδων. Με αυτόν τον τρόπο, τα καιρικά μοτίβα και η δυναμική των σταγόνων της βροχής μπορούν να συμβάλουν στην καλύτερη διαχείριση των δυσμενών καιρικών φαινομένων. Επιπλέον, για να καταλάβουμε πώς το τεχνητή βροχή επηρεάζει τον καιρό, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε το σχήμα των σταγόνων.
Μεγέθη και σχήματα σταγόνων βροχής
Οι σταγόνες βροχής υπάρχουν σε διάφορα μεγέθη και το σχήμα τους μπορεί να ποικίλλει σημαντικά ανάλογα με τη διάμετρό τους. Στην περίπτωση των σταγόνων που πέφτουν σαν ψιλόβροχο, αυτές είναι μικρές, με διάμετρο γύρω 0.1 mm. Αυτή η μικρή διάσταση δημιουργεί μια μεγάλη επιφάνεια σε σύγκριση με τη μάζα της, επιτρέποντάς τους να είναι σφαιρικοί και να πέφτουν αργά λόγω της επιφανειακή τάση.
Καθώς το μέγεθος των σταγονιδίων αυξάνεται μέχρι να φτάσει 2 mm σε διάμετρο, η επιφάνεια γίνεται 400 φορές μεγαλύτερη από το ψιλόβροχο και η μάζα της είναι 8,000 φορές μεγαλύτερη. Αυτό σημαίνει ότι η μάζα παίζει πιο σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση του σχήματός της, το οποίο δεν θα είναι πλέον σφαιρικό. Σε αυτή την περίπτωση, το πολεμική αεροπορία δημιουργεί πιο επίπεδο σχήμα στο κάτω μέρος ενώ το πάνω μέρος παραμένει πιο στρογγυλεμένο.
Τέλος οι σταγόνες της βροχής που φτάνουν 5 mm σε διάμετρο έχουν επιφάνεια 2,500 φορές μεγαλύτερη από το ψιλόβροχο, αλλά η μάζα τους είναι 125,000 φορές υψηλότερο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα σταγονίδια να πέφτουν γρήγορα και να ισοπεδώνονται περαιτέρω, διαμορφώνοντας τελικά ένα σχήμα που μπορεί να μοιάζει με αλεξίπτωτο, προτού αποτύχει η επιφανειακή τάση και η σταγόνα σπάσει σε πολλαπλά μικρότερα σταγονίδια, ένα φαινόμενο που είναι κρίσιμο για την ο κύκλος του νερού στην ατμόσφαιρά μας.
Μηχανισμοί Σχηματισμού Σταγόνων Βροχής
Ο κύκλος του νερού είναι μια πολύπλοκη διαδικασία που περιλαμβάνει διάφορους μηχανισμούς σχηματισμού σταγόνων βροχής. Συχνά διδάσκεται ότι ο κύκλος ξεκινά με το εξάτμιση από το νερό των θαλασσών και των ωκεανών, το οποίο στη συνέχεια συμπυκνώνεται σε σύννεφα. Ωστόσο, οι επιστήμονες κατάφεραν να προσδιορίσουν περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με το πώς σχηματίζονται στην πραγματικότητα αυτά τα σταγονίδια.
- Συμπύκνωση: Οι σταγόνες βροχής σχηματίζονται όταν οι υδρατμοί ψύχονται και συμπυκνώνονται στους πυρήνες συμπύκνωσης, μικροσκοπικά σωματίδια παρόντες στην ατμόσφαιρα. Αυτοί οι πυρήνες μπορεί να περιλαμβάνουν σκόνη, γύρη και θαλάσσια άλατα.
- Σύγκρουση και συνένωση: Μόλις αρχίσουν να σχηματίζονται σταγονίδια, άλλα μικρά σταγονίδια μπορεί να συγκρουστούν μαζί τους. Αυτή η διαδικασία σύγκρουσης επιτρέπει στα μεγαλύτερα σταγονίδια να αποκτήσουν μέγεθος εις βάρος των μικρότερων, μια ουσιαστική πτυχή του σχηματισμού βροχής.
- Θεωρία Bergeron-Findeisen: Αυτός είναι ένας άλλος μηχανισμός που ενεργοποιείται σε καταστάσεις όπου υπάρχουν κρύσταλλοι πάγου στα σύννεφα. Καθώς αυτά τα σταγονίδια πάγου μετατρέπονται σε νερό, μπορούν να παγιδέψουν άλλα σταγονίδια νερού, αυξάνοντας το μέγεθός τους πριν πέσουν στην επιφάνεια.
Κάθε μία από αυτές τις διαδικασίες συμβάλλει στην ποσότητα και το μέγεθος της βροχόπτωσης που βιώνουμε. Η κατανόησή τους είναι ζωτικής σημασίας για τη βελτίωση καιρικές προβλέψεις, καθώς και για τον σχεδιασμό και την αντιμετώπιση φυσικών καταστροφών.
Η ιδέα ότι οι σταγόνες της βροχής μοιάζουν με τα δάκρυα είναι ένας μύθος που έχει καταρριφθεί μέσω της επιστημονικής έρευνας. Τα σταγονίδια είναι στην πραγματικότητα πολύ πιο περίπλοκα από ό,τι φανταζόμαστε συχνά και έχουν σημαντικό αντίκτυπο στο κλίμα και το περιβάλλον μας. Από το σχήμα τους μέχρι τον σχηματισμό τους, κάθε πτυχή των σταγόνων της βροχής προσφέρει πολύτιμες πληροφορίες για τις φυσικές διεργασίες στον πλανήτη μας.
