Πολλές φορές ακούμε για τα μέτωπου καιρού που επηρεάζουν τον καιρό της περιοχές μας. Ένα από αυτά είναι και το θερμό μέτωπο. Τι όμως ακριβώς είναι ένα θερμό μέτωπο.

 

Ένα θερμό μέτωπο δημιουργείται όταν θερμός και υγρός αέρας εξαναγκάζεται να ακολουθήσει ανοδική πορεία πάνω από μία ψυχρότερη αέρια μάζα. Συνήθως χρησιμοποιούμε τον όρο θερμό μέτωπο για να οριοθετήσουμε τις δύο διαφορετικής θερμουγρομετρικής κατάστασης αέριες μάζες στην επιφάνεια. Ωστόσο αυτή η οριοθέτηση συνεχίζεται και συνολικά στο προφίλ της ατμόσφαιρας (δηλαδή καθ’ ύψος). Στο παρακάτω σχήμα το θερμό μέτωπο παρουσιάζεται με την χαρακτηριστική κόκκινη γραμμή.

Καθώς ο θερμός και υγρός αέρας ανέρχεται πάνω από τον ψυχρότερο αέρα, συμπυκνώνεται και δημιουργεί μία εκτεταμένη νεφική μάζα. Σημαντικό ρόλο στη δημιουργία αυτής της νεφικής μάζας παίζει η ζώνη θερμής μεταφοράς (warm conveyor belt), η οποία χαρακτηρίζεται από αυξημένες ταχύτητες ανέμων και υψηλα ποσά υδρατμών (υπερκορεσμένη ζώνη). Πάνω από αυτή τη ζώνη η ταχύτητα των ανέμων μπορεί να μειώνεται ή/και να μεταβάλλεται η διεύθυνσή τους. Για τον λόγο αυτό μπορεί να δημιουργείται τυρβώδης ροή, η οποία να απελευθερώνει μικρού μεγέθους αστάθεια (Kelvin-Helmholtz instability). Μέσω της τυρβώδους αυτής ροής, πακέτα θερμότερου αέρα μεταφέρονται σε ψυχρότερο περιβάλλον και εξαναγκάζονται σε περαιτέρω ανοδική πορεία, δημιουργώντας έτσι κύτταρα αστάθειας ενσωματωμένα στην εκτεταμένη νεφική μάζα του θερμού μετώπου (βλ. embedded convection και generating cells). Μέσα σε αυτά τα κύτταρα, οι μικροφυσικές διαδικασίες είναι πιο έντονες δημιουργώντας περισσότερο υετό.

Μία από τις πιο συνήθεις διαδιακασίες δημιουργίας παγοκρυστάλλων μέσα στα νέφη είναι όταν νεφοσταγονίδια σε υπέρψυξη (το καθαρό νερό μπορεί να βρίσκεται σε υγρή μορφή μέχρι την θερμοκρασία των -38°C) βρεθούν σε κατάλληλο θερμοκρασιακό περιβάλλον και παγώσουν (heterogeneous ice nucleation, condensation following by freezing). Σε αυτή τη φάση δημιουργούνται οι πρωταρχικοί παγοκρύσταλλοι (pristine ice crystals) σε σχηματισμούς που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία και την υγρασία του περιβάλλοντος γέννεσής τους. Στη συνέχεια καθώς πέφτουν προς τα κάτω (αφού αποκτήσουν σημαντικό βάρος) μπορούν να συγκρούνται και συσσωματώνονται με άλλους παγοκρύσταλλους (aggregation). Η συσσωμάτωση είναι πιο έντονη σε θερμοκρασίες κοντά στους 0°C, όπου τα άκρα των παγοκρυστάλλων γίνονται υγρά και “κολλώδη”.

Μία από τις μικοφυσικές διαδικασίες που μπορεί να συμβούν μέσα στα νέφη είναι η δημιουργία χιονοχάλαζου (graupel). Το χιονοχάλαζο δημιουργείται λόγω της παρέλευσης παγοκρυστάλλων μέσα από υπερκορεσμένο περιβάλλον και της σύγκρουσής τους με υδροσταγόνες, οι οποίες παγώνουν πάνω στην επιφάνεια των παγοκρυστάλλων. Με τον τρόπο αυτό δημιουργείται ένα ακανόνιστο ημι-σφαιρικό συσσωμάτωμα που ονομάζεται χιονοχάλαζο ή graupel. Η δημιουργία του είναι αρκετά συχνή μέσα στη ζώνη θερμής μεταφοράς ενός θερμού μετώπου, καθώς όπως προαναφέρθηκε, αυτή μεταφέρει υψηλά ποσά υγρασίας (και άρα υδροσταγόνες).

Σε περιπτώσεις έντονου υετού η ισόθερμη των 0°C μπορεί να υποχωρεί σε χαμηλότερα υψόμετρα. Αυτό συμβαίνει διότι οι μεγάλου μεγέθους νιφάδες λιώνουν δυσκολότερα και άρα παραμένουν σε στερεά/ημι-τιγμένη μορφή σε χαμηλότερα υψόμετρα. Σε αυτήν την φάση (συνύπαρξης υγρής και στερεάς φάσης του νερού), ενέργεια (λανθάνουσα θερμότητα) αποροφάται από τους παγοκρύσταλλους ώστε να μετατραπούν σε νερό και δε δαπανάται ώστε να θερμανθεί ο περιβάλλων αέρας (ως εκ τούτου η θερμοκρασία παραμένει στους 0°C μέχρι την πλήρη τήξη των παγοκρυστάλλων).

Τέλος, παγοβροχή δημιουργείται όταν ψυχρός αέρας εγκλωβιστεί σε πολύ επιφανειακά στρώματα της ατμόσφαιρας (λόγω ορογραφίας ή άλλων παραγόντων), αλλά η ισόθερμη των 0°C τοποθετείται αρκετά ψηλότερα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, οι παγοκρύσταλλοι, αφού περάσουν την ισόθερμη των 0°C, να λιώσουν και να ξαναπαγώσουν όταν πλέον περάσουν στο ψυχρό επιφανειακό στρώμα (διατηρώντας το σφαιρικό τους σχήμα). Σε κάποιες περιπτώσεις, οι υδροσταγόνες δεν προλαβαίνουν να παγώσουν όσο βρίσκονται στον άερα, αλλά παγώνουν στην επαφή τους με επιφάνειες όταν πέφτουν στη γη.

 

Να τονιστεί ότι η παρούσα περιγραφή αποτελεί μία πολύ απλοϊκή προσέγγιση των μικροφυσικών διαδικασιών που συμβαίνουν μέσα σε ένα θερμό μέτωπο. Ακόμα και σήμερα πραγματοποιέιται εκτεταμένη έρευνα πάνω στις μικροφυσικές διαδικασίες, ενώ πολλές είναι και οι παραδοχές που γίνονται ώστε να εξηγηθούν/προσομοιωθούν παρόμοιες καταστάσεις.

 

 

Για να μένετε πάντα μετεωρολογικά ενημερωμένοι μπορείτε να ακολουθείτε το group μας στο facebook αλλά και το κανάλι μας στο youtube.

Είναι αλήθεια ότι το σχήμα των παγοκρυστάλλων μπορεί να μας δώσει πληροφορίες σχετικά με τις θερμοϋγρομετρικές συνθήκες που επικρατούν μέσα στα νέφη. Οι νιφάδες της “Σοφίας” μπαίνουν στο μικροσκόπιο.

 

Μπορεί να εκπλαγούμε όταν συνειδητοποιήσουμε από πόσα μικρά παγοκρυστάλλια μπορεί να αποτελείται μία νιφάδα χιονιού. Στην περίπτωση της “Σοφίας” το πρωινό της Παρασκευής (5/1/2019) στη Θεσσαλονίκη, οι νιφάδες αποτελούνταν από έναν μεγάλο αριθμό διαφορετικών παγοκρυστάλλων. Το πρώτο που πρέπει να γνωρίζουμε είναι ότι οι πρωταρχκοί παγοκρύσταλλοι δύσκολα υπερβαίνουν το 0.5 με 1 χιλιοστό σε διάμετρο. Στη συνέχεια καθώς αυτοί πέφτουν προς τη γη υπάρχει η δυνατότητα να συσσωματωθούν δημιουργώντας μεγαλύτερες νιφάδες. Η ικανότητα των παγοκρυστάλλων να συνενωθούν αυξάνει όταν παγοκρύσταλλοι έχουν διαφορετική ταχύτητα πτώσης. Επίσης, αυξάνει για δενδριτικούς σχηματισμούς ιδιαίτερα όταν αυτοί βρίσκονται σε θερμοκρασίες κοντά στο 0°C, οπότε και οι απολήξεις τους γίνοται πιο υγρές και άρα πιο κολλώδεις.

Σχήμα 1 – Νιφάδες χιονιού κατά την κακοκαιρία “Σοφία” στη Θεσσαλονίκη.

 

Στην φωτογραφία φαίνεται με αρκετή λεπτομέρεια η σύσταση των νιφάδων το πρωινό της Πέμπτης. Παρατηρούμε ότι σε μία νιφάδα υπάρχουν τόσο δενδρίτες όσο και κάποια σφαιρικά συσσωματώματα που ονομάζονται graupel ή πιο κοινά χιονοχάλαζο. Και οι δύο τύποι παγοκρυστάλλων υποδηλώνουν ιδιαίτερα υψηλά επίπεδα κορεσμού στα νέφη. Σύμφωνα με το σχήμα 2, οι δενδρίτες δημιουργούνται σε ιδιαίτερα κορεσμένα περιβάλλοντα με μεγάλα ποσά υδρατμών και θερμοκρασίες μεταξύ -10°C και -22°C στο νέφος. Για τον λόγο αυτό άλλωστε οι περιοχές που αποτελούνται από δενδρίτες στα νέφη θεωρούνται επικίνδυνες για τη διέλευση αεροσκαφών αφού η πιθανότητα να δημιουργηθεί πάγος (icing) πάνω σε αυτά είναι πολύ μεγάλη. Οι περισσότεροι δενδρίτες δεν παρουσιάζουν ξεκάθαρο σχήμα εξαιτίας της περαιτέρω ανάπτυξής τους συλλέγοντας μικρότερα νεφοσταγονίδια τα οποία παγώνουν πάνω τους (riming). Από την άλλη, τα graupel δημιουργούνται όταν ένα πρωτογενής παγοκρύσταλλος βρεθεί μέσα σε υπερκορεσμένο περιβάλλον, οπότε μικρά νεφοσταγονίδια παγώνουν πάνω σε αυτόν (riming). Τέλος, αν και όχι ξεκάθαρο, διακρίνονται κάποιοι παγοκρύσταλλοι σε σχήμα “βελώνας“, οι οποίοι δημιουργούνται σε θερμότερα περιβάλλοντα αλλά εξίσου κορεσμένα. Έτσι, οι δενδρίτες προερχόμενοι από υψηλότερες περιοχές των νεφών θα μπορούσαν να συγκρουστούν και ενωθούν με αυτούς τους βελωνοειδείς κρυστάλλους. Συνεπώς, και στις τρεις περιπτώσεις φαίνεται ξεκάθαρα ότι τα νέφη πάνω από τη Θεσσαλονίκη ήταν υπερκορεσμένα σε υδρατμούς (ή πρακτικά η τροπόσφαιρα περιείχε πολύ μεγάλα ποσά υγρασίας) και ότι οι θερμοκρασίες στις οποίες δημιουργούνταν οι παγοκρύσταλλοι κυμαίνονταν τουλάχιστον μεταξύ -10°C και -22°C. Αυτό σημαίνει (σύμφωνα και με τη ραδιοβόλιση στο αεροδρόμιο Μακεδονία εδώ) ότι οι παγοκρύσταλλοι δημιουργούνταν σε ύψη από 2 έως 4 km.

 

Σχήμα 2 – Εξάρτηση σχήματος παγοκρυστάλλων από τη θερμοκρασία και την υγρασία (Πηγή σχήματος)

 

Οι εκπομπές χλωροφόρμιου, που αυξάνονται συνεχώς, ιδίως στην ανατολική Ασία και ειδικότερα στην ανατολική Κίνα, αποτελούν μια νέα απειλή για το στρώμα του όζοντος στην ατμόσφαιρα, η αποκατάσταση του οποίου μπορεί καθυστερήσει έως και οκτώ χρόνια, σύμφωνα με νέες εκτιμήσεις των επιστημόνων.

Η «τρύπα» του όζοντος, το οποίο προστατεύει τη Γη από την επικίνδυνη υπεριώδη ακτινοβολία του ήλιου, βρίσκεται σε διαδικασία σταδιακής αποκατάστασης, χάρη στους περιορισμούς που είχε επιβάλει το 1987 το πετυχημένο διεθνές Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ στους χλωροφθοράνθρακες, την κύρια αιτία για την καταστροφή του όζοντος. Οι περισσότεροι επιστήμονες προβλέπουν ότι κάπου στα μέσα του αιώνα μας η «τρύπα» θα έχει κλείσει τελείως.

Όμως, μια νέα διεθνής μελέτη με επικεφαλής τον καθηγητή ατμοσφαιρικής επιστήμης Ρόναλντ Πριν του Πανεπιστημίου ΜΙΤ, που έκανε τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό γεωεπιστημών “Nature Geoscience”, εντόπισε μια νέα απειλή, το χλωροφόρμιο, μια άχρωμη ουσία που χρησιμοποιείται για την παραγωγή κυρίως προϊόντων όπως το «Τεφλόν» και διάφορες ψυκτικές ουσίες.

Μεταξύ 2000-2010 οι παγκόσμιες εκπομπές χλωροφόρμιου παρέμειναν σταθερές στους περίπου 270.000 τόνους ετησίως. Όμως, μεταξύ 2010-2015 οι εκπομπές και οι συγκεντρώσεις του στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας έχουν αυξηθεί σημαντικά, ξεπερνώντας πλέον τους 324.000 τόνους. Το μεγαλύτερο μέρος της αύξησης αποδίδεται στην Κίνα, σύμφωνα με το ΑΜΠΕ.

Αν αυτή η τάση συνεχιστεί, οι επιστήμονες προβλέπουν ότι η αποκατάσταση του όζοντος θα καθυστερήσει κατά τέσσερα έως οκτώ χρόνια. «Η ανάκαμψη του όζοντος δεν είναι τόσο γρήγορη όσο οι άνθρωποι ήλπιζαν και, όπως διαπιστώσαμε, το χλωροφόρμιο πρόκειται να την καθυστερήσει κι άλλο», δήλωσε ο Πριν.

Το χλωροφόρμιο είναι μια πολύ βραχύβια ουσία στην ατμόσφαιρα, όπου παραμένει περίπου πέντε μήνες μετά την εκπομπή της, γι’ αυτό και το Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ δεν την είχε συμπεριλάβει στους περιορισμούς του. Όμως, σύμφωνα με τους ερευνητές, κάνει μεγαλύτερη ζημιά από ό,τι είχε υποτεθεί έως τώρα.

 

 

Πέρυσι, Βρετανοί επιστήμονες είχαν ανακοινώσει μια άλλη απειλή για το στρώμα του όζοντος, από μια επίσης πολύ βραχύβια ουσία, το διχλωρομεθάνιο, το οποίο, όπως το χλωροφόρμιο, χρησιμοποιείται από τη χημική βιομηχανία ως ενδιάμεσο προϊόν για την παραγωγή άλλων τελικών προϊόντων.

Το χλωροφόρμιο και το διχλωρομεθάνιο, μπορούν υπό τη επίδραση των τυφώνων, μουσώνων και άλλων ισχυρών ανέμων, να ωθηθούν προς τη στρατόσφαιρα, όπου τελικά θα αποσυντεθούν σε χλώριο, το οποίο, με τη σειρά του, καταστρέφει το όζον.

 

Πηγή: GreenAgenda

Ο καλός χιονάνθρωπος θέλει τα μαθηματικά του! Αυτό σκέφτηκε μια ομάδα βρετανών ειδικών από το Πανεπιστήμιο Νότιγχαμ Τρεντ (UNT)και σε συνδυασμό με τις χαμηλές θερμοκρασίες και το αφράτο χιόνι αποφάσισαν να δημιουργήσουν την μαθηματική εξίσωση για τον τέλειο χιονάνθρωπο.

Η μαθηματική φόρμουλα του τέλειου χιονάνθρωπου | in.gr

Η εξίσωση, η οποία εκ πρώτης όψης, θυμίζει από μόνη της χιονάνθρωπο, παροτρύνει τους επίδοξους «γλύπτες» του χιονιού να φτιάξουν έναν χιονάνθρωπο ύψους 1,62μ., τοποθετώντας τρεις μπάλες την μία πάνω στην άλλη. 

Εξίσωση «θάρρους»

Πρόσφατη μελέτη βρετανικής ασφαλιστικής εταιρείας More Than είχε δείξει ότι παρά το γεγονός ότι το 92% των πολιτών δηλώνει ότι τους αρέσει να φτιάχνουν χιονάνθρωπους, με το 87% ωστόσο να θεωρεί ότι δεν έχει τα απαραίτητα προσόντα για κάτι τέτοιο.

Θέλοντας να τονώσει την αυτοπεποίθηση των Βρετανών, η εταιρεία ζήτησε από τον δρ Τζέιμς Χιντ και την ομάδα του να δημιουργήσουν την μαθηματική εξίσωση για τον τέλειο χιονάνθρωπο. Ο τύπος των ειδικών αξιολογεί την «τελειότητα» του χιονάνθρωπου μέσω των διαστάσεων, της ποιότητας του χιονιού και των αξεσουάρ που «φοράει», ενώ ο παράγοντας «φ», όπως τον βάφτισαν οι ερευνητές, αποτελεί τον δείκτη της συνολικής εμφάνισής του. 

Εκτός των ιδανικών αναλογιών ο χαρούμενος Όλαφ από το Frozen, κατά τους ειδικούς

Παγωμένα χαρακτηριστικά

Σύμφωνα με τους ειδικούς, πέρα από ύψος 1,62μ. ο τέλειος χιονάνθρωπος πρέπει να αποτελείται από τρεις μπάλες διαμέτρου 30 εκ. για το κεφάλι, 50 εκ. για τον κορμό και 80 εκ. για την βάση του. Οι συγκεκριμένες διαστάσεις αποτελούν, κατά τους ίδιους, τον χρυσό κανόνα της επιτυχίας.

Ακόμα, ο χιονάνθρωπος οφείλει να έχει χέρια από κλαράκια και να είναι κατασκευασμένος από φρέσκο χιόνι. Τα μάτια του δεν πρέπει να έχουν απόσταση μεγαλύτερη από 5 εκ. μεταξύ τους,, ενώ η καροτένια μύτη του θα πρέπει να έχει μήκος 4 εκ. Τέλος, ο μοδάτος χιονάνθρωπος οφείλει να φοράει τρία αξεσουάρ – καπέλο, κασκόλ και γάντια -, αλλά και φέρει τρία κουμπιά στο μπροστινό μέρος του κορμού του τοποθετημένα σε ίση απόσταση μεταξύ τους.

Οι επιστήμονες αναφέρουν μάλιστα ότι ο Όλαφ, ο γνωστός χιονάνθρωπος από την ταινία της Ντίσνεϊ, Frozen, δεν ακολουθεί τις ιδανικές αναλογίες. Κάτι τέτοιο παρόλα αυτά δεν φάνηκε να επηρεάζει τη δημοτικότητά του στους μικρούς θαυμαστές του.

Πηγή in.gr

Όλο και συχνότερα ακούμε τον όρο “Medicane”, ο οποίος ουσιαστικά αναφέρεται σε κυκλώνα με χαρακτηριστικά ενός τροπικού κυκλωνα, ο οποίος όμως δημιουργείται στη Μεσόγειο θάλασσα. Τι όμως είναι ένας Medicane και πως ορίζεται.

Ο όρος Medicane προκύπτει από το πρώτο συνθετικό της λέξης Mediterranean (=Μεσόγειος) και την κατάληξη της λέξης Hurricane (=τυφώνας). Πρόκειται για έναν κυκλώνα με χαρακτηριστικά παρόμοια με αυτά που εμφανίζουν οι τροπικοί κυκλώνες. Όπως και οι τυφώνες, έτσι και οι Medicanes προκαλούν απότομη πτώση της ατμοσφαιρικής πίεσης και μεταβολή των ανέμων. Ωστόσο αυτό συμβαίνει σε πολύ μικρότερες κλίμακες και εντάσεις από αυτές των τυφώνων.

Ένας Medicane πρέπει στις δορυφορικές εικόνες να εμφανίσει το λεγόμενο “μάτι” στο κέντρο του (δηλαδή μία κυκλική ανέφελη περιοχή μικρής έκτασης), το οποίο περιβάλλεται από πολύ συμπαγή νεφική μάζα με αξονική συμμετρία.

Οι Tous και Romero (2011) προτείνουν κάποια γενικά κριτήρια για τον εντοπισμό τέτοιον συστημάτων. Αυτά είναι:

1. Η ύπαρξη καλώς σχηματισμένου “ματιού” στο κέντρο του κυκλώνα
2. Η ύπαρξη συμμετρίας της νεφικής μάζας γύρω από το “μάτι”
3. Η συνέχεια της νεφικής μάζας (δηλαδή το να είναι συμπαγής)
4. Η συνολική διάμετρος του συστήματος να είναι <300km
5. Η διάρκεια ζωής του να ξεπερνάει τις 6 ώρες

 

Καθώς ο ορισμός των Medicanes είναι σχετικά καινούγιος, νέες έρευνες προσπαθούν να ορίσουν πιο συγκεκριμένα μαθηματικά κριτήρια για τον προσδιορισμό τους. Σύμφωνα με τους Picornell et al. (2014), η ατμοσφιαρική πίεση από το κέντρο του συστήματος προς την περιφέρειά του θα πρέπει να αυξάνει με ρυθμό τουλάχιστον 3.2hPa ανά 100km. Αυτό ουσιαστικά ορίζει ότι η ταχύτητα των ανέμων πρέπει να ξεπερνάει τα 55km/h, δηλαδή τα 7 μποφόρ στην περιφέρεια ενός κυκλώνα με ακτίνα 150km.

Στη συγκεκριμένη εργασία η συμμετρία ορίζεται από την παράμετρο Β ως η μέση διαφορά γεωδυναμικών υψών Ζ στα ισοβαρικά επίπεδα των 700 και 925mb μεταξύ αριστερού και δεξιού (ως προς την διεύθυνση κίνησης) τομέα του κυκλώνα:

τα R και L ορίζουν τον τομέα (δεξιό/αριστερό) του κυκλώνα. Στους Medicanes πρέπει B<10m, ώστε ουσιαστικά να παρουσιάζουν σχετική συμμετρία.

Σύμφωνα με την ίδια εργασία πρέπει ο κυκλώνας να εμφανίζει θερμό πυρήνα, ενώ θα πρέπει να συνοδεύεται από βαθύ ψυχρό αυλώνα ή αποκομμένο χαμηλό των υψών (cut-off low) στη μέση-ανώτερη τροπόσφαιρα (700-400mb).

 

Επίσημα έχουν καταγραφεί Medicanes που πληρούσαν όλα τα κριτήρια (σύμφωνα με τους Tous και Romero, 2011) κατά τις παρακάτω ημερομηνίες. Για διευκόλυνση παραθέτουμε και τους χάρτες Reanalysis του NOAA για γεωδυναμικά στα 500mb και θερμοκρασία στα 850mb (από το www.wetterzentrale.de):

28/9/1983

  

 

14/12/1985

 

15/1/1995

 

 

7/10/1996

 

19/3/1999

 

 

10/12/1999

 

 

Στη νεότερη ιστορία καταγράφονται δύο ακόμη Medicanes:

8/11/2014

 

 

18/11/2017

  

 

Πηγές

Tous, M., and R. Romero. “Medicanes: cataloguing criteria and exploration of meteorological environments.” Tethys 8 (2011): 53-61.

Μια ακόμη ξεχωριστή μέρα στο Νευροκόπι από μετεωρολογικής άποψη με τον μετεωρολογικό  σταθμό του δικτύου  στην περιοχή να καταγράφει εξαιρετικά ενδιαφέρουσες τιμές (για τον σταθμό μας κλικ ΕΔΩ).

Το Κάτω Νευροκόπι Δράμας λόγω της γεωμορφολογίας της τοποθεσίας του (είναι στο βόρειο τμήμα ενός μεγάλου οροπεδίου το οποίο είναι γνωστό ως κάμπος του Νευροκοπίου) και της έντονης ηπειρωτικότητας που παρουσιάζει η ευρύτερη περιοχή, παρουσιάζει ιδιαίτερες θερμοκρασιακές συνθηκες. Στην περιοχή παρατηρούνται μεγάλα θερμοκρασιακά εύρη (η διαφορά ανάμεσα στην ελάχιστη και στην μέγιστη θερμοκρασιακή τιμή της ημέρας). Επίσης, παρατηρούνται ακραίες ελάχιστες θερμοκρασιακές τιμές κάτι που οφείλεται κατά βάση στο φαινόμενο της θερμοκρασιακής αναστροφής (μπορείτε να διαβάσετε περισσότερες πληροφορίες ΕΔΩ).

Ωστόσο, ένας άλλος μηχανισμός που θα μπορούσε να προκαλέσει/ενισχύσει την πτώση της θερμοκρασίας στα επιφανειακά στρώματα θα μπορούσε να είναι και η αύρα των βουνών που λαμβάνει χώρα επίσης τις βραδινές ώρες. Πιο συγκεκριμένα, κατά τη διάρκεια των νυχτερινών ωρών μπορεί να παρατηρηθούν βόρειοι-βορειανατολικοί άνεμοι ασθενούς έντασης, οι οποίοι οδηγούνται στην περιοχή του Νευροκοπίου μέσω ενός μεγάλου ρέματος και μεταφέρουν ψυχρότερες αέριες μάζες από τα ψηλότερα τμήματα των ορεινών περιοχών.

Οι δύο ορεινοί όγκοι βόρεια-βορειανατολικά του χωριού και ακριβώς δεξιά του μετεωρολογικού μας σταθμού το μεγάλο ρέμα

Αλλά ας δούμε τι έγινε σήμερα που ήταν από τις πιο εντυπωσιακές μέρες που έχουν καταγραφεί. Η ελάχιστη θερμοκρασιακή τιμή ήταν στους 3.6°C Κελσίου, η χαμηλότερη θερμοκρασιακή τιμή της χώρας χαμηλότερη ακόμα και από τα 2250 μέτρα στο Χ/Κ του Παρνασσού οπού η θερμοκρασία έπεσε στους 4.8°C. Η μέγιστη θερμοκρασία της ημέρας στο Νευροκόπι ήταν 28.7°C κάτι που σημαίνει οτί το θερμοκρασιακό εύρος της ημέρας ήταν στους 25.1°C (το μεγαλύτερο θερμοκρασιακό εύρος που σημειώθηκε στη χώρα σήμερα).

Τις παραπάνω καταγραφές αλλά και τις τρέχουσες συνθήκες στο Νευροκόπι μπορείτε να παρακολουθείτε μέσω του μετεωρολογικού σταθμού του δικτύου του NorthMeteo ΕΔΩ.

 

Η πρώτη ατμόσφαιρα του πλανήτη πιθανότατα είχε πάρα πολλές ομοιότητες με την ατμόσφαιρα του ήλιου. Η ατμόσφαιρα αυτή, η οποία περιείχε μεγάλες ποσότητες υδρογόνου (Η2) και ήλιου (He), χάθηκε σχετικά σύντομα μετά από τη δημιουργία της, πριν από περίπου 4.6 δισ. χρόνια. Στην απώλεια της αρχικής ατμόσφαιρας της Γης συνετέλεσαν, μεταξύ άλλων, ο ισχυρός ηλιακός άνεμος («βροχή» φορτισμένων σωματιδίων από τον ήλιο) και οι εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες που επικρατούσαν στον πλανήτη μας εκείνη τη χρονική περίοδο.

Η παρούσα ατμόσφαιρα θεωρείται το αποτέλεσμα της εξελικτικής πορείας μιας πρωταρχικής, αναγωγικής ατμόσφαιρας η οποία προέκυψε από την έκλυση διαφόρων αερίων από το εσωτερικό της Γης μέσω της ηφαιστειακής δραστηριότητας και των θερμοπιδάκων. Τα εκλυόμενα αέρια αποτελούνταν στο μεγαλύτερο ποσοστό τους (~80%) από υδρατμούς (Η2Ο) και διοξείδιο του άνθρακα (CO2), ενώ σε μικρότερες ποσότητες περιείχαν ενώσεις του αζώτου (Ν2). Με βάση χημικές αναλύσεις από τα αρχαιότερα πετρώματα της Γης, η πρωταρχική αυτή ατμόσφαιρα περιείχε επίσης μεθάνιο (CH4), μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και κυάνιο (CN), ενώ απουσίαζε το οξυγόνο (Ο2).

Η έκλυση αερίων από το θερμό εσωτερικό του πλανήτη μας συνεχίστηκε για εκατομμύρια χρόνια, εμπλουτίζοντας την αναγωγική ατμόσφαιρα με υδρατμούς και οδηγώντας, σταδιακά, στο σχηματισμό νεφών (αποτέλεσμα της συμπύκνωσης των υδρατμών). Ταυτόχρονα, η θερμοκρασία της επιφάνειας συνέχισε να υποχωρεί, επιτρέποντας στο νερό που έπεφτε με την μορφή βροχής να γεμίσει σταδιακά της κοιλότητες (αποτέλεσμα του «βομβαρδισμού» της Γης από πλήθος αστρικών σωμάτων) του πλανήτη μας, δημιουργώντας λίμνες, ποτάμια και ωκεανούς. Κατά τη διάρκεια αυτής της φυσικής διεργασίας, μεγάλες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα απομακρύνθηκαν από την ατμόσφαιρα, διαλυόμενες στο βρόχινο νερό και αποθηκευόμενες τελικά στους ωκεανούς. Μέσω χημικών και βιολογικών διεργασιών, ένα σημαντικό μέρος του παραπάνω διοξειδίου του άνθρακα εγκλωβίστηκε τελικά σε ιζηματογενή πετρώματα (π.χ. ασβεστόλιθος). Η σταδιακή απομάκρυνση υδρατμών (μέσω συμπύκνωσης και κατακρήμνισης με την μορφή βροχής) και διοξειδίου του άνθρακα κατέστησε τελικά το χημικά αδρανές άζωτο κυρίαρχο ατμοσφαιρικό συστατικό.

Κατά την ίδια χρονική περίοδο, η αναγωγική ατμόσφαιρα της Γης «σφυροκοπείται» από την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία ενώ εκδηλώνονται πολύ βίαια καιρικά φαινόμενα, συνοδευόμενα από έντονη ηλεκτρική δραστηριότητα (κεραυνοί). Η συνύπαρξη αυτών των πηγών ενέργειας και της αναγωγικής ατμόσφαιρας έπαιξε καθοριστικό ρόλο στη δημιουργία του οξυγόνου, αφού επέτρεψε καταρχήν τη δημιουργία πρωτόγονων μορφών ζωής (π.χ. βακτήρια), οι οποίες στη συνέχεια εμπλούτισαν με οξυγόνο την ατμόσφαιρα μέσω της διεργασίας της φωτοσύνθεσης.

Το ατμοσφαιρικό οξυγόνο μπορεί να δημιουργηθεί με τουλάχιστον δύο τρόπους:

  • Με φωτοδιάσπαση των υδρατμών υπό την επίδραση της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας.

Κατά τη φωτοχημική αυτή διεργασία, τα μόρια των υδρατμών διασπώνται από την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία, οδηγώντας στην παραγωγή μορίων υδρογόνου και οξυγόνου. Η διεργασία αυτή εξακολουθεί να λαμβάνει χώρα ακόμα και σήμερα στην ανώτερη ατμόσφαιρα.

  • Με φωτοσύνθεση κατά την οποία ζώντες οργανισμοί συνθέτουν την τροφή τους (γλυκόζη) από υδρατμούς και διοξείδιο του άνθρακα, παρουσία της ορατής ηλιακής ακτινοβολίας.  

Από τους δύο αυτούς τρόπους παραγωγής του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα, η διεργασία της φωτοσύνθεσης είναι κυρίαρχη σε σχέση με τη φωτοδιάσπαση. Σύμφωνα με δοκιμαστικούς υπολογισμούς, μόνο το 10-6 – 10-4 της σημερινής συγκέντρωσης της ατμόσφαιρας σε οξυγόνο θα μπορούσε να παραχθεί με φωτοδιάσπαση. Στον αντίποδα βέβαια, η διεργασία της φωτοσύνθεσης προϋποθέτει την παρουσία ζωής.  

Σύμφωνα με τις σημερινές αντιλήψεις, οι πρώτοι ζώντες οργανισμοί της Γης δημιουργήθηκαν μέσω της επίδρασης των προαναφερθέντων ισχυρών πηγών ενέργειας επάνω στα αέρια της πρωταρχικής, αναγωγικής ατμόσφαιρας. Πειραματικά αποδεικνύεται πως η επίδραση ισχυρών πηγών ενέργειας επάνω σε αναγωγική ατμόσφαιρα οδηγεί στο σχηματισμό αμινοξέων και άλλων οργανικών ενώσεων. Αυτές οι οργανικές ενώσεις διαλύθηκαν στους υδάτινους όγκους της «νεαρής» Γης όπου, προστατευόμενες από τη βλαβερή υπεριώδη ακτινοβολία, σχημάτισαν καταλυτικά μόρια DNA και RNA, καθώς και διάφορα άλλα ένζυμα, «συστατικά» απαραίτητα για την ανάπτυξη ζωής. Ωστόσο, η έξοδος αυτών των πρωτόγονων μορφών ζωής από το νερό δε θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί προτού η Γη αποκτούσε κάποιου είδους προστασία από την επιζήμια υπεριώδη ακτινοβολία του ήλιου.

Η προστασία της Γης από τη βλαβερή υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία επετεύχθη με το σχηματισμό του όζοντος (Ο3), το οποίο είναι αέριο που διαθέτει το μοναδικό χαρακτηριστικό της ισχυρής απορρόφησης της βλαβερής υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας. Τα πρώτα ίχνη όζοντος στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας δημιουργήθηκαν από το λιγοστό οξυγόνο που άρχισαν να εκλύουν οι πρωτόγονοι «υποβρύχιοι» οργανισμοί μέσω της διεργασίας της φωτοσύνθεσης. Η παραγωγή όζοντος από οξυγόνο είναι μια φωτοχημική διεργασία η οποία λαμβάνει χώρα στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, υπό την επίδραση της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας. Με βάση θεωρητικά ατμοσφαιρικά υποδείγματα, υπολογίζεται πως για την παραγωγή ποσότητας όζοντος ικανής για την προστασία της ζωής στη Γη απαιτούταν το ένα χιλιοστό της σημερινής συγκέντρωσης της ατμόσφαιρας σε οξυγόνο.
Με τη δημιουργία της προστατευτικής στιβάδας του όζοντος στην ανώτερη ατμόσφαιρα, οι ζώντες οργανισμοί κατόρθωσαν να επιβιώσουν και έξω από το νερό. Έτσι, αναπτύχθηκε σταδιακά η βλάστηση στην επιφάνεια του πλανήτη μας και η φωτοσύνθεση κυριάρχησε, εμπλουτίζοντας την ατμόσφαιρα με οξυγόνο. Σήμερα γνωρίζουμε ότι πριν από 0.5 – 1 δισ. χρόνια, η ατμόσφαιρα της Γης περιείχε τόσο οξυγόνο όσο περίπου και σήμερα. Στο σημείο αυτό αξίζει να σημειώσουμε πως από τη συνολική ποσότητα οξυγόνου που παρήχθη από τους φυτικούς οργανισμούς στη διάρκεια της ιστορίας της Γης, μόνο το 10% αντιστοιχεί στα επίπεδα συγκεντρώσεων που παρατηρούμε σήμερα. Το υπόλοιπο 90% καταναλώθηκε κυρίως για την παραγωγή οξειδίων στο φλοιό της Γης (π.χ. ανθρακικό ασβέστιο).

Η δημιουργία, ειδικότερα, των ανθρακικών ενώσεων έπαιξε σημαντικό ρόλο στην απομάκρυνση σημαντικών ποσοτήτων διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα. Στην πιο πρόσφατη ιστορία του πλανήτη μας, η περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας σε διοξείδιο του άνθρακα και οξυγόνο παρέμεινε σταθερή ως αποτέλεσμα της ισορροπίας μεταξύ των διεργασιών της φωτοσύνθεσης, της δέσμευσης του διοξειδίου του άνθρακα σε ανθρακικά πετρώματα, της αναπνοής, της καύσης, της οξείδωσης και της έκλυσης ηφαιστειακών αερίων. Στον «καθαρισμό» της ατμόσφαιρας από το διοξείδιο του άνθρακα, καθοριστικό ρόλο έπαιξε το νερό. Δίχως την παρουσία του δεν θα αναπτυσσόταν ζωή ικανή να φωτοσυνθέσει και να εμπλουτίσει την ατμόσφαιρα με οξυγόνο.

Συνοψίζοντας, μπορούμε να πούμε ότι η σημερινή ατμόσφαιρα προέκυψε από την πρωταρχική αναγωγική ατμόσφαιρα αφού πρώτα αφαιρέθηκαν μεγάλες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα και υδρατμών. Μέσα από τη διαδικασία αυτή, το άζωτο κατέστη το κυρίαρχο συστατικό της ατμόσφαιρας, λόγω και της χημικής του αδράνειας. Τέλος, η ανάπτυξη ζωής αρχικά στο νερό και στη συνέχεια έξω από αυτό, εμπλούτισε την ατμόσφαιρα με οξυγόνο. Υπολογίζεται ότι η ατμόσφαιρα της Γης έφτασε στη σημερινή της σύσταση πριν από περίπου 0.5 δισ. χρόνια.  

Επιμέλεια – Σύνταξη: Θοδωρής Μ. Γιάνναρος, Φυσικός – Δρ. Φυσικής Περιβάλλοντος

Ενας πολύ σπάνιος, νεφικός σχηματισμός έλαβε χώρα σήμερα στους ουρανούς της Θεσσαλονίκης. Εντυπωσιασμένοι οσοι θεσσαλονικείς έστρεψαν τα κεφάλια τους προς τον ουρανό, παρατήρησαν μια εντυπωσιακή ‘ τρύπα’ στην συννεφιά, δίνοντας τροφή στους περισότερο ευφάνταστους για σενάρια ψεκασμών. Ομως, η τρύπα αυτή, έχει εξήγηση. Στην Μετεωρολογία, αποκαλέιται < Fallstreak Hole >. Δημιουργείται, όταν οι παγοκρύσταλλοι που υπάρχουν μέσα στα alto νέφη των φωτογραφιών, συναντούνε μια περιοχή με σταγονίδια σε υπέρτηξη. Οταν σε μια περιοχή, συνυπάρχουν παγοκρύσταλλοι και υδροσταγονίδια, οι πρώτοι, αναπτύσσονται σε βάρος των δεύτερων, λειτουργούν δηλαδή οι παγοκρύσταλλοι, σαν..μαγνήτης των υδατοσταγονιδίων. Το αποτέλεσμα είναι, να δημιουργηθεί ένα κενό στην νεφική κουβέρτα, μέσα στο οποίο διακρίνεται η συγκέντρωση των παγοκρυστάλλων, συνήθως σχηματίζοντας νέφη τύπου cirrus ή altostratus ακριβώς στο κέντρο της τρύπας.  Παρακάτω, βλέπουμε τις εντυπωσιακές εικόνες απο το φαινόμενο στον ουρανό της πόλης.

12200577_10208012673535872_2113447368_n 12200593_10208227239017511_412000333_n 12207955_10208012596253940_1077640451_n 12207963_10208012596573948_498321041_n 12208199_10208012670855805_2132488996_n

[ad name=”InsidePostBanner”]

Υπάρχουν πολλά που ακόμα δε γνωρίζουμε σχετικά με τις διεργασίες που συμβαίνουν μέσα στα νέφη. Μία νέα έρευνα αποκαλύπτει μέσα στα νέφη μπορούμε να βρούμε παγωμένα γλυφιτζούρια, τα οποία μπορούν να μας δώσουν πληροφορίες σχετικά με τη μικροφυσική των νεφών αυτών.

Τι είναι τα Ice-Lollies;
Ένα Ice-Lolly είναι ένα παγοκρυστάλλιο που αποτελείται από ένα στυλοειδή παγοκρύσταλλο (ice column) και μία παγωμένη σταγόνα νερού προσαρτημένη στο άκρο του. Το μέγεθος της σταγόνας συνήθως είναι διαμέτρου ~300μm, ενώ το συνολικό μήκος του μπορεί να φτάσει και το 1.5mm. Ο λόγος για τον οποίο ονομάστηκαν έτσι από τους Keppas et al. [2017] είναι το πολύ ιδιαίτερο σχήμα τους. Αν και στο παρελθόν παρόμοια παγοκρυστάλλια έχουν παρατηρηθεί μεμονωμένα, αυτή είναι η πρώτη φορά που παρατηρούνται σε σημαντικές συγκεντρώσεις και περιοχές μέσα σε νέφη. Πιο συγκεκριμένα τα Ice-lollies παρατηρήθηκαν κατά τη διάρκεια περάσματος ενός θερμού μετώπου στη νότια Αγγλία στις 21/01/2009, μέσα σε μία θερμή ζώνη μεταφοράς (warm conveyor belt). Μία τέτοια ζώνη, είναι ουσιαστικά ένα θερμό ρεύμα αέρα που ξεκινάει από τον θερμό τομέα της ύφεσης και ανέρχεται πάνω από τον ψυχρό τομέα (κάθετα στο θερμό μέτωπο) μεταφέροντας υγρό και θερμό αέρα ψηλότερα. Το εν λόγω θερμό μέτωπο συσχετιζόταν με ένα εκτεταμένο και καλά οργανωμένο σύστημα χαμηλών πιέσεων στον βόρειο Ατλαντικό.

Πως ανακαλύφθηκαν;
Η ερευνητική ομάδα του πανεπιστημίου του Manchester, ερευνώντας και συγκρίνοντας δεδομένα που ελήφθησαν από πτηση παρατήρησης (στις 21/01/2009) μέσα στο θερμό μέτωπο και δεδομένα από ραντάρ διπλής πολικότητας (στο Chilbolton), που σάρωνε ταυτόχρονα την περιοχή πτήσης με σκοπό τη μελέτη μικροφυσικής του μετώπου, παρατήρησε τα συγκεκριμένα παγοκρυστάλλια σε σημαντικές συγκεντρώσεις και περιοχές μέσα στα νέφη. Τα δεδομένα που λήφθηκαν από την πτήση περιήχαν μεταξύ άλλων (πχ. συγκέντρωση και μέγεθος υδρομετεώρων) και εικόνες ειλημμένες από το 2D-S probe. Η λειτουργία του 2D-S probe βασίζεται στην στόχευση των παγοκρυστάλλων και υδροσταγονιδίων από μία δέσμη laser και την καταγραφή της σκιάς τους. Αυτή η σκιά παρέχει πληροφορίες σχετικά με το μέγεθος των υδρομετεώρων. Περισσότερες πληροφορίες για το συγκεκριμένο όργανο καταγραφής μπορείτε να βρείτε εδώ. Ακολουθεί ένα διάγραμμα ice-lollies όπως καταγράφηκαν από το εν λόγω μέσο καταγραφής σε σχέση με την θερμοκρασία:

Πως δημιουργούνται;
Κατά τη διάρκεια του θερμού μετώπου παρατηρήθηκε ότι οι κορυφές των νεφών αποτελούνταν κατά βάση από εξαγωνικούς παγοκρυστάλλους (ice plates, ice dendrites). Αυτοί οι παγοκρύσταλλοι ακολουθώντας καθοδική πορεία μέσα στο νέφος εισέρχονταν μέσα στη θερμή ζώνη μεταφοράς, η οποία μετέφερε υγρό αέρα και δημιουργούσε υπερψυγμένα υδροσταγονίδια (σταγόνες που παραμένουν σε υγρή φάση σε θερμοκρασίες μεταξύ 0°C και -38°C). Αυτά τα υδροσταγονίδια πάγωναν με την επαφή τους με τα παγοκρυστάλλια (riming process). Σε θερμοκρασίες μεταξύ -3°C και -8°C, σύμφωνα με την θεωρία Hallett-Mossop, τα υπερψυγμένα υδροσταγονίδια ερχόμενα σε επαφή με παγοκρύστάλλους, ψύχονται με συγκεκριμένο τρόπο. Πρωτίστως δημιουργείται μία επιφανειακή κρούστα πάγου, ενώ το εσωτερικό παραμένει σε υγρή μορφή. Στη συνέχεια η ψύξη συνεχίζεται στο εσωτερικό της σταγόνας. Λόγω της εκτόνωσης του πάγου στο εσωτερικό, η αρχική επιφανειακή κρούστα θραύεται με αποτέλεσμα μικρά θραύσματα να απελευθερώνονται μέσα στο νέφος. Σε θερμοκρασίες μεταξύ -3°C και -8°C αυτά τα θραύσματα αναπτύσσονται στυλοειδώς. Αυτά τα στυλόμορφα παγοκρυστάλλια στη συνέχεια συγκρούονται με άλλες υπερψυγμένες σταγόνες για να σχηματίσουν τα ice-lollies.

Πως επηρεάζουν τα νέφη;
Η δημιουργία των Ice-Lollies σχετίζεται με την ψύξη των υπερψυγμένων σταγόνων μέσα σε νέφη μικτής φάσης (νέφη που περιέχουν υγρή και στερεά φάση ταυτόχρονα). Αυτό σημαίνει ότι τα Ice-Lollies μπορούν να επιταγχύνουν τις διαδιακασίες παγοποίησης ενός νέφους και να το μετατρέψουν σε νέφος, που περιέχει αποκλειστικά πάγο. Αυτό μπορεί να έχει επίπτωση στο χρόνο ζωής των νεφών. Επίσης, κατά την πρόσκρουση μίας σταγόνας σε ένα στυλοειδές παγοκρυστάλλιο και τη δημιουργία ενός Ice-Lolly είναι δυνατή η επανάλληψη της διαδικασίας Hallett-Mossop που περιγράφηκε προηγουμένως. Αυτό θα είχε ως συνέπεια την περαιτέρω δημιουργία παγοκρυστάλλων (ice multiplication), η οποία θα μπορούσε να συνδεθεί με ενίσχυση του υετού στην επιφάνεια της γης. Σε γενικότερο πλαίσιο, τα νέφη αποτελούν σημαντικό μέρος του ενεργειακού ισοζυγίου του συστήματος γης-ήλιου, επηρεάζοντας τόσο την εισερχόμενη όσο και την εξεχόμενη από τη γη ακτινοβολία. Η καλύτερη κατανόηση των διαδικασιών που λαμβάνουν χώρα στα νέφη μπορεί να βοηθήσει στην καλύτερη παραμετροποίηση αυτών των διαδικασιών στα κλιματικά και τα μοντέλα καιρού.

Περισσότερες λεπτομέριες και σχήματα μπορείτε να βρείτε στο άρθρο που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο AGU: Keppas et al. [2017]

Το AGU έχει δημοσιεύσει και ένα χιουμοριστικό κόμικ για την πιο εύκολη κατανόηση της διαδικασίας σχηματισμού των Ice-Lollies: AGU comic

Αναφορές για τη συγκεκριμένη εργασία έχουν γίνει και σε άλλους επίσημους ιστότοπους: Science News, EGU blog