עמוד הבית > מדעי כדור-הארץ והיקום > מטאורולוגיה [אקלים ומזג האוויר] > מזג אוויר > עננים ומשקעים
מטח : המרכז לטכנולוגיה חינוכיתאוניברסיטת תל אביב. בית ספר לחינוך. המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי



תקציר
על מקורן של כמויות המים הנישאות באוויר, על טיפונות של עננים, על היווצרות גשמים, גבישי שלג וברד, על סוגי עננים, על חיזוי מזג האוויר לפי העננות, על הגברת כמות הגשם ועל הקשר בין יערות הגשם ומדבריות הערפל לגשם.



עננים ומשקעים
מחברים: ד"ר יואב יאיר; ד"ר רמי קליין



המים הבלתי-נראים


רק חלק זעיר מכמויות המים בכדור הארץ נמצאות באטמוספרה. הרוב המכריע של המים נמצאים באוקיינוסים, בימים ובאגמים או בכיפות הקרח בקטבים. הכמויות הקטנות של המים באטמוספרה משנות את צורתן במהירות מרגע לרגע וממקום למקום - מאדים בלתי נראים לעננים לבנים או אפורים הממטירים לעתים גשם ושלג.

אנחנו לא יכולים לחוש את אדי המים באוויר, משום שהם חסרי צבע, ריח וטעם. אך למרות זאת אנחנו מרגישים אותם היטב. בימי הקיץ כמות אדי המים באוויר (שאנו נוהגים לכנותה בשם "לחות") קובעת את הרגשתנו. כאשר יש אדי מים רבים באוויר, אנו מיוזעים ודביקים, וכשכמותם קטנה, אנו מזיעים הרבה פחות ומרגישים יבשים.

בכל לילה בהיר בחורף נראה הוכחה אחרת לקיומם של אדי מים באוויר: לפנות בוקר, בשעות הקרות ביותר, הם מתעבים (או קופאים) על גבי חלונות הבית או על גבי המכונית. המדובר בתהליך שבו עברו האדים בחזרה ממצב צבירה גזי למצב צבירה נוזלי (או מוצק, אם מדובר בקרח), ואז אנו מכנים אותם "טל" או "כפור".



מהו מקורן של כמויות המים הנישאות באוויר?


התשובה פשוטה: התאדות מימים, מאוקיינוסים, מאגמים, משלוליות... ובקיצור - מכל מקווה מים על פני כדור הארץ. כמויות עצומות של מים מתאדות בכל רגע ונישאות אל האוויר. קצב ההתאדות הוא מרבי באזורים שקרינת השמש בהם חזקה והטמפרטורה גבוהה; אלה הם כמובן האזורים המשווניים. בתצלום לוויין קל לראות היכן נמצאים אדי המים באטמוספרה בכל רגע נתון. באזורים עתירי צמחייה, כמו, למשל, יערות הגשם הטרופיים, רוב אדי המים מגיעים מן הצמחים בתהליך הדיות.



נבטים וזרעים לטיפונות של עננים


ההוכחה הפשוטה והמוכרת ביותר לכך שיש באוויר כמויות עצומות של מים היא הפקעות הענקיות, לבנות או אפורות, השטות להן במרחבי השמים - פקעות שאנו מכנים בשם עננים. בעננים הופכת הלחות שבאוויר - לטיפות.

ענן הוא אוסף עצום של טיפונות מים זעירות המרחפות באוויר. הטיפות הן זעירות, ומהירות הנפילה שלהן אל האדמה קטנה ביותר - פחות מס"מ בשנייה, כך שהן נישאות באוויר על ידי הרוחות. לטיפות ענן מקובל לקרוא בשם "טיפונות".

טיפונות המים בענן נוצרות מהתעבות אדי המים שבאוויר. מחקרים שהתבצעו במעבדות הוכיחו, שאדי המים נצמדים לנבטי ההתעבות, שהם חלקיקים זעירים המרחפים באוויר במספרים עצומים. יש סוגים רבים של חלקיקים באוויר - אבק, אפר געשי, מלח, עשן, אבקת פרחים ועוד. לא כולם טובים לשמש נבטי התעבות: רק החלקיקים המסיסים במים שגודלם למעלה מ-10 אלפיות המילימטר, יכולים להתאים. ה"זנב הלבן" הנמתח מאחורי מטוס סילון הוא מראה מוכר לכולנו. "זנב" זה הוא פס של טיפונות וגבישי קרח הנוצרים סביב נבטי ההתעבות שנפלטים ממנועי סילון.

בכל סנטימטר מעוקב (סמ"ק) של אוויר שאנו נושמים יש מאות אלפי חלקיקים, אך רק כ-500 מהם טובים לשמש נבטים לטיפונות ענן!



בית חרושת למים מתוקים


עננים מכילים כמויות עצומות של טיפות מים וגבישי קרח, והאוויר סביבם רווי באדי מים. אפשר לומר שבענן אנו יכולים לפגוש את שלושת מצבי הצבירה של המים. תהליכי מעבר בין שלושת מצבי הצבירה מתרחשים בעננים כל הזמן וברציפות: מולקולות מים עוברות ממצב גזי (אדים) למצב נוזלי (בטיפות). חלק מהטיפות יכולות לקפוא ולעבור למצב מוצק - קרח. מובן שטיפות יכולות גם להתאדות, לחזור למצב גזי - ולהיעלם.



אנו יודעים שהרדיוס של טיפות ענן צריך לגדול פי 100 לפחות והנפח שלהן - פי מיליון, כדי שהן תגדלנה ותהפוכנה טיפות גשם! אם הן לא תגדלנה - הן תישארנה לרחף באוויר, וסופן להתאדות. מהו, אם כן, התהליך המתרחש?



מסתבר שבכל שנייה מתרחשות בתוך העננים מיליארדי התנגשויות בין טיפונות הענן, בעת שהן נישאות בזרמי האוויר. לאחר מספר גדול של התנגשויות והתלכדויות עם טיפות אחרות, הטיפה מגיעה לגודל של מילימטר בערך, ואז היא צונחת ארצה ויכולה להגיע עד הקרקע כטיפת גשם. בענן הממטיר גשם צונחות בבת-אחת מיליארדי טיפות, והן יוצרות שטף של גשם סוחף.

אנו יודעים שלא כל העננים ממטירים גשם. למעשה, רוב העננים שאנו רואים בישראל, אינם ממטירים גשם. יש לכך סיבות רבות: כאשר מספר הטיפות בענן קטן, מספר ההתנגשויות קטן גם כן, ולכן הקצב של גדילת הטיפות הוא אטי מאוד. במצב כזה התהליך אינו יעיל, והענן לא יכול לייצר גשם. בקיץ הטמפרטורה גבוהה, והעננים שנוצרים בשמי ישראל קטנים ומכילים לחות מעטה. לכן, מספר הטיפות בתוכם קטן, הן לא מצליחות לגדול ולא יורד גשם.

בחורף הטמפרטורה קרה והלחות גבוהה, העננים גדולים ומפותחים יותר ומכילים כמויות גדולות של טיפות. בעננים אלה תהליך ההתלכדות יעיל, ונוצר גשם.



הגבישים הסמויים מהעין


אחת היצירות המופלאות של הטבע נמצאת, סמויה מעינינו, בתוך העננים: אלה הם גבישי השלג.

גבישי השלג נוצרים בתוך עננים באזורים שהטמפרטורה שלהם נמוכה מנקודת הקיפאון של המים. המים בטבע אינם קופאים בדיוק באפס מעלות צלסיוס, אלא אם כן נמצאים בהם מרכיבים מסוימים - הקרויים נבטי קיפאון - אשר מאפשרים את המעבר מנוזל למוצק.

בטיסות מחקר בתוך עננים אנו מוצאים לא פעם טיפות מים בעננים שהטמפרטורה שלהם היא מינוס 20 מעלות! טיפות אלה לא קפאו משום שלא היו בהן נבטי קיפאון, ועל כן הן נקראות "טיפות בקירור יתר".

התהליך שעוברים גבישי השלג מרגע הקיפאון ועד הגעתם אל הקרקע תלוי מאוד בטמפרטורה של האוויר ובכמות אדי המים שבו (הלחות). הגבישים מתנגשים זה בזה, נדבקים זה לזה, נשברים ומתלכדים מחדש. כך נוצרים פתיתים גדולים, אשר צונחים לעבר הקרקע.

כאשר הטמפרטורה מתחת לענן קרה במידה מספקת, יצליחו הפתיתים להגיע אל האדמה - ואז יתקבל המראה המרהיב של שלג לבן וצח.

בישראל מתרחשת תופעה זו פעמים בודדות בכל חורף. אם, לעומת זאת, הטמפרטורה חמה - יינתכו גבישי השלג, יהפכו לטיפות ויגיעו אל הקרקע כגשם.



המכה השישית במצרים


אחת ממכות מצרים הקיימת במהדורה "מוקטנת" עד ימינו אלה היא תופעת הברד. ברד חזק עלול להשמיד יבול בתוך דקות ולהרוס יבולי חממות ותפוזים בזמן קצר. במקרים קיצוניים עלול הברד לרסק חלונות ולקמט את המתכת של מכוניות.

אנו רגילים לכנות בשם ברד את כדורי הקרח הקטנים הנופלים בעוצמה רבה מענני סערה גדולים. אולם במקומות רבים בעולם אבני הברד גדולות יותר וגודלן עשוי להגיע לגודל של כדורי פינג-פונג או ביצי יען.

לא כל ענן יכול לייצר ברד. רק עננים פעילים וגדולים במיוחד, הנקראים קומולונימבוס, מסוגלים לכך. בעננים אלה ישנן כמויות עצומות של מים וקרח. טיפות גשם אשר נישאות עם הזרמים בענן לעבר אזורים שהטמפרטורה בהם קרה מאוד, קופאות והופכות כדורי קרח קטנים. בדרכן הן פוגשות טיפות נוספות, וכל מפגש כזה מסתיים בהיווצרותה של קליפת קרח נוספת על גבי חלקיק הברד הקטן.

לאחר שכדור הקרח גדל די הצורך, הוא כבד מכדי שהרוח בענן תוכל להחזיק אותו, ואז הוא מתחיל לפול ארצה. בדרכו הוא אוסף עוד ועוד טיפות הקופאות על פניו. לבסוף הוא עוזב את הענן ונופל ארצה כאבן ברד המתרסקת על הקרקע.

בעננים סוערים במיוחד יכול חלקיק ברד כזה לעשות מספר מסלולים "למעלה-למטה" בתוך הענן. ככל שהוא שוהה זמן רב יותר בתוך הענן, כך הוא גדל יותר ומשקלו נעשה רב יותר, ואז הנזק הנשקף ממנו חמור יותר.



האטלס הבינלאומי לעננים


ישנם סוגים רבים מאוד של עננים; כולנו יודעים זאת מנסיוננו היום-יומי. ואכן, העננים משתנים משעה לשעה, מיום ליום ומעונה לעונה, וכמובן, ממקום למקום.

משום שיש מאות סוגים שונים של עננים ועל מנת לקבוע שמות אחידים וקבועים, הומצאה שיטה למיון עננים. עקרונות שיטה זו אפשרו את עריכתו של אטלס בינלאומי ובו תצלומים והגדרות לסוגי העננים.

החלוקה מתבססת על מיון על פי הצורה הכללית של הענן ועל פי הגובה של בסיס הענן מעל פני הקרקע. (בסיס הענן הוא החלק התחתון שלו, והפסגה היא החלק העליון.) צירוף של שני מאפיינים אלה מגדיר את סוג הענן באורח חד-משמעי. כך נוצרה שפה בינלאומית הנהירה לכל חזאי, ימאי וחקלאי אשר צופים בשמים ותלויים במידע על אודות העננים.

המיון על פי צורה מחלק את העננים לשתי צורות עיקריות:
עננים ערמתיים (בלועזית קומולוס) הנראים כמו פקעות או ערמות ומזכירים במבנה שלהם כרובית או כרית.
עננים שכבתיים (בלועזית סטרטוס) הנראים כמו שמיכה שטוחה הפרושה על פני המרחבים הגדולים של השמים.

המיון על פי גובה מחלק את העננים לפי הגובה שלהם מעל הקרקע: נמוך, בינוני או גבוה.
עננים נמוכים - נקראים לפי הצורה, כלומר: ענן ערמתי נמוך נקרא "קומולוס" וענן שכבתי נמוך נקרא "סטרטוס";
עננים בינוניים (אלטו) - ענן ערמתי בינוני נקרא "אלטוקומולוס" וענן שכבתי בינוני נקרא "אלטוסטרטוס".
עננים גבוהים (צירוס) - ענן ערמתי גבוה נקרא "צירוקומולוס" וענן שכבתי גבוה נקרא "צירוסטרטוס".

מקום מיוחד שמור לעננים יוצרי משקעים (גשם או שלג), והם זכו לשמות נפרדים הכוללים את התוספת "נימבו". עננים אלה הם עננים נמוכים בלבד: ענן ערמתי נושא גשם נקרא "קומולונימבוס" וענן שכבתי נושא משקעים נקרא "נימבוסטרטוס".




תמרורים למזג האוויר


העננים הם, למעשה, תמרורים בשמים היכולים לספר לנו על מזג האוויר ולעזור לנו בחיזויו. לשם כך עלינו לדעת באילו מצבים מטאורולוגיים מופיע כל ענן. בחודשי שנה שונים יכול אותו ענן לבשר על מהלך שונה של מזג האוויר.

כאשר שקע ברומטרי מתקרב לאזורנו, הוא יוצר מערכות אופייניות של עננים. אנו יכולים לצפות בעננים ולדעת, מה עומד להתרחש באטמוספרה וכיצד עתיד מזג האוויר להשתנות. מראהו של הענן יכול לעתים לבשר לנו על העתיד להתרחש בטווח הקרוב: אשכולות או כיסים הנראים מתחת לענן מבשרים על סופה קשה הקרבה ובאה. ענן הנראה כמו צלחת מעופפת מרמז על הימצאותן של רוחות חזקות מאוד בגבהים שהוא נמצא בהם - מידע חשוב מאוד לטייסים.

מלבד הצורה של הענן יש לעתים תופעות אופטיות מעניינות הנוצרות מהמפגש של אור השמש עם הטיפות ועם גבישי הקרח בעננים, אשר יכולות לרמוז לנו על מזג האוויר המתפתח.

כשיש בשמים עננים מסוימים נוצרות הילות סביב השמש והירח, ומתקבלים צבעים מיוחדים בשקיעה או בזריחה. תופעות אלה זכו להנצחה באמרות ובפתגמים של ספנים ואנשי ים: שמים אדומים בשקיעה - צפה לסופה; ראית הילה סביב הירח - רוח עתידה לגבור ולשנות כיוון.



לסחוט את העננים


האם ניתן להגביר את כמות הגשם שממטירים העננים?

שאלה זו היא בעלת חשיבות עצומה, בפרט במדינות שהמים אינם מצויים בהן בשפע, כמו בארצנו. מדענים ומהנדסים ניסו לפתור את הבעיה על ידי המרצת תהליכים ליצירת הגשם בעננים.

הרעיון הוא "לזרוע" את העננים בנבטי התעבות או בנבטי קיפאון אשר אינם מצויים בכמות מספקת באוויר באופן טבעי. הגברה מלאכותית כזו, יכולה להאיץ ולייעל את ההתנגשויות וההתלכדויות בין החלקיקים בתוך העננים, ובכך להגביר את יצירת הגשם.

במדינות רבות נוסו שיטות שונות לזריעת העננים, וגם בישראל. התוצאות של הניסויים הללו שנויות במחלוקת, וישנו מקום נרחב למחקר נוסף בתחום זה.



יערות הגשם ומדבריות הערפל


ברור שללא פעולת הזיקוק המבורכת של האטמוספרה, לא היו מתפתחים החיים על פני כדור הארץ כפי שאנו מכירים אותם כיום. ישנן סביבות חיים שונות ומיוחדות שהתפתחו תוך התאמה לכמויות המשקעים.

באזורי קו המשווה, למשל, שההתאדות בהם היא רבה, נוצרים עננים רבים, וכמויות המשקעים הן גדולות ביותר. באזורים אלה נוצרו יערות הגשם האדירים - סביבת חיים שוקקת ובה מיליוני מינים של צמחים ושל בעלי חיים, הנהנים מהמים השופעים.

באזורים שחונים ומדבריים שכמויות הגשם בהם קטנות מאוד, התפתחה סביבת חיים ייחודית המנצלת את כמויות המים הזעירות שמתקבלות בזמן ערפל. הערפל הוא ענן שנוצר על הקרקע בעת שהטמפרטורה יורדת, ובזמן המגע שלו עם האדמה נשארות טיפות קטנות של מים על גבי משטחים שונים. צמחים וחרקים רבים מנצלים את הטיפות הזעירות הללו לקיומם.


אל האסופה מסע במרחבי האטמוספרה : מזג אוויר ואקלים - פרקים נבחרים3

ביבליוגרפיה:
כותר: עננים ומשקעים
שם  התקליטור: רוח ים : מאגר מידע מתוקשב להכרת מערכות האטמוספירה וההידרוספירה
מחברים: יאיר, יואב (ד"ר) ; קליין, רמי (ד"ר)
תאריך: 1999
הוצאה לאור: מטח : המרכז לטכנולוגיה חינוכית; אוניברסיטת תל אביב. בית ספר לחינוך. המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי
הערות: 1. התכנית פותחה בשיתוף אוניברסיטת תל-אביב. בית הספר לחינוך. המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי - מדע וטכנולוגיה לחטיבות הביניים.
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית