Language
Country/Area
No result found
لماذا تكون الأرض سالبة الشحنة؟ لماذا لا يتم تحييد الشحنة الموجودة في الغلاف الجوي أبدًا؟
على كوكبنا، يتم الشعور بفاتورة الكهرباء في الغلاف الجوي كل يوم تقريبًا، وفي ظل ظروف معينة، يمكن أن تصبح هذه الفواتير واحدة من أكثر الظواهر الملفتة للنظر في الطبيعة. من البرق أثناء العواصف الرعدية إلى الحث الكهروستاتيكي في يوم صافٍ، كلها جزء من كهرباء الغلاف الجوي. سوف تتعمق هذه المقالة في سبب شحنة الأرض سالبة ولماذا لا يتم تحييد الشحنة الموجودة في الغلاف الجوي تمامًا.
إن كهرباء الغلاف الجوي هي موضوع متعدد التخصصات يشتمل على مفاهيم مثل الكهرباء الساكنة، وفيزياء الغلاف الجوي، والأرصاد الجوية، وعلوم الأرض.
تكوين وتدفق الشحنات الكهربائية
توجد في قلب كهرباء الغلاف الجوي دوائر كهربائية عالمية. تخلق هذه الظاهرة فرقًا في الجهد عندما تتحرك الشحنات الموجودة في الغلاف الجوي بين سطح الأرض والغلاف الأيوني، مما يجعل سطح الأرض يبدو سالبًا كهربائيًا. ويلاحظ بشكل عام أنه في اليوم الصافي يظل سطح الأرض مشحونا بشحنة سالبة، بينما يكون المجال الكهربائي في الهواء موجبا، لأن الشحنات تتحرك باستمرار في الغلاف الجوي وتوجد على شكل تيارات كهربائية ضعيفة. خلال هذا الوقت، تبلغ شدة المجال الكهربائي حوالي 100 فولت لكل متر، مما يدفع الشحنات الموجبة إلى الأسفل.
دور العواصف الرعدية
تعمل العواصف الرعدية بمثابة بطارية عملاقة في الغلاف الجوي، وتخزين الطاقة فيها أكبر بكثير مما نتخيل. تتراكم العواصف الرعدية مئات الآلاف من الفولتات من خلال عمليات فصل الشحنات المكثفة، وعندما يطلق البرق هذه الشحنات، يكون لها تأثير كبير على الخواص الكهربائية للغلاف الجوي. هذا النوع من المجال الكهربائي القوي لا يوفر الظروف اللازمة لتكوين البرق فحسب، بل يضمن أيضًا عدم التوازن وتوزيع الشحنات الجوية على المدى الطويل.
يؤدي تصادم جزيئات الجليد في العواصف الرعدية مع حبات البرد الناعمة في السحابة إلى انفصال الشحنات، وهي عملية مهمة في توليد البرق.
التطور التاريخي
بالنظر إلى التاريخ، في وقت مبكر من عام 1708، أشار الدكتور ويليام وول إلى أن تفريغ الشحنات يشبه الصواعق الصغيرة، كما أثبتت تجارب بنجامين فرانكلين أيضًا أن الظواهر الكهربائية في الغلاف الجوي تشبه تلك الموجودة في المختبر. استكشفت دراسات أخرى مثل إيرمان وبلتيير الخواص الكهربائية للأرض من جوانب مختلفة وأنشأت تدريجيًا فهمًا أساسيًا لكهرباء الغلاف الجوي.
كلما حدثت عاصفة رعدية، يقوى فرق الجهد بين الأرض والغلاف الأيوني. وهذه العملية هي التي تجعل الأرض تستمر في الشحنة السالبة.
تأثير التدفق الحالي والأرصاد الجوية
تربط التيارات الموجودة في الغلاف الجوي بين العديد من العمليات الطبيعية، والتي لا تؤثر على الظواهر الجوية فحسب، بل تلعب أيضًا دورًا مهمًا على المستوى البيولوجي. تشجع الحقول الكهربائية القريبة من الأرض الشحنات الموجبة في الغلاف الجوي على التدفق نحو المناطق سالبة الشحنة من الأرض، مما يخلق تفاعلات بيئية مثيرة للاهتمام، مثل تفاعلات بعض الكائنات الحية التي يمكنها استخدام هذه المجالات للتنقل.
التأثير من الكون إلى الأرض
تتأثر الأرض غالبًا بإشعاعات الكون. تنشأ هذه الإشعاعات من جسيمات موجبة الشحنة في الكون، والتي تتفاعل مع الذرات الموجودة في الغلاف الجوي لإنتاج التأين، مما يجعل الغلاف الجوي موصلًا قليلاً ويعزز تدفق التيارات الصغيرة. يلعب هذا التوازن دورًا مهمًا في الغلاف الجوي، مما يساعد في الحفاظ على خصائص الأرض السالبة الكهربية.
اختلال التوازن المستمر في الشحن
على الرغم من التفريغ الكهربائي الهائل الذي يحدث أثناء العواصف، إلا أن النظام الجوي لا يصل أبدًا إلى حالة الحياد التام. مع استمرار تدفق الجسيمات والتيار الكهربائي، تكون الشحنة غير منتظمة دائمًا. وتعد هذه الظاهرة لغزا مستمرا سواء في العلم الحديث أو في الملاحظات القديمة.
حتى في اليوم الصافي، يستمر المجال الكهربائي في التغير، وتختلف شدته باختلاف الظروف الجوية. كل هذا هو جوهر كهرباء الغلاف الجوي.
الأبحاث المستقبلية وآثارها
مع تطور العلوم والتكنولوجيا، ستصبح الأبحاث المتعلقة بالكهرباء في الغلاف الجوي أكثر تعمقًا، وعلى وجه الخصوص، قد تصبح كيفية استخدام التدفق الحالي للشحنات الكهربائية لفهم أنماط الطقس وتأثيراتها موضوعًا بحثيًا ساخنًا في المستقبل. في كثير من الظواهر الجوية، غالبا ما يتم التقليل من دور المجالات الكهربائية، ومع ذلك، فإن تأثير المجال الكهربائي القوي هو عامل لا غنى عنه بين البيئة والمناخ.
فكيف سنفهم إذن، في مواجهة هذه العلاقة الديناميكية المعقدة بين المجالات الكهربائية والشحنات، الخصائص الكهربائية للأرض وتأثيرها المحتمل على حياتنا في المستقبل؟
