المحتويات
ما هو تعريف الضغط الجوي؟
الضغط الجوي، أو ضغط الهواء، يعبر عن وزن عمود الهواء الممتد فوق مساحة معينة على سطح كوكب الأرض. بعبارة أخرى، هو القوة التي يمارسها الهواء على أي نقطة أسفله. هذه القوة ناتجة عن جاذبية الأرض للغازات التي تشكل الغلاف الجوي.
طرق قياس الضغط الجوي
يتم قياس الضغط الجوي بوحدات متنوعة، تعكس جميعها قوة الضغط. من بين هذه الوحدات: ملليمتر زئبق (mmHg)، ورطل لكل بوصة مربعة (psi)، وداين لكل سنتيمتر مربع (dyne/cm²)، والمليبار (mbar)، والضغط الجوي القياسي (atm)، والكيلوباسكال (kPa). الضغط الجوي القياسي عند مستوى سطح البحر يعادل 760 مم زئبق، أو 14.70 رطل/بوصة مربعة، أو 1013.25 × 103 داين/سم²، أو 1013.25 مليبار، أو 1 ضغط جوي، أو 101.325 كيلو باسكال. وهناك العديد من الأدوات المستخدمة لقياس الضغط الجوي، بما في ذلك:
البارومتر الزئبقي
اخترع العالم الفيزيائي إيفانجليستا توريشيلي البارومتر الزئبقي في عام 1643. يتكون هذا الجهاز من أنبوب زجاجي يبلغ طوله حوالي 91 سم، مغلق من أحد الأطراف ومفتوح من الطرف الآخر. يتم ملء الأنبوب بالزئبق ثم يوضع مقلوبًا في وعاء (حوض) يحتوي أيضًا على الزئبق.
عندما يتغير وزن عمود الهواء، يرتفع أو ينخفض مستوى الزئبق داخل الأنبوب. ارتفاع الزئبق في الأنبوب يعادل قيمة الضغط الجوي. في المناطق ذات الضغط الجوي المرتفع، يندفع الهواء بقوة نحو سطح الأرض، مما يزيد من القوة الضاغطة على سطح الزئبق في الحوض، وبالتالي يرتفع مستوى الزئبق في الأنبوب. أما في مناطق الضغط الجوي المنخفض، يرتفع الهواء بعيدًا عن سطح الأرض، مما يقلل من الضغط على سطح الزئبق في الحوض، وبالتالي ينخفض مستوى الزئبق في الأنبوب.
يتم تسجيل قيمة الضغط الجوي عندما يتعادل وزن الزئبق داخل الأنبوب مع وزن الهواء فوق الحوض، وعندها يتوقف حركة كل منهما ويتحقق التوازن.
البارومتر اللاسائلي
تم اختراع هذا النوع من البارومتر بواسطة العالم الفرنسي لوسيان في عام 1884. يشبه البوصلة أو الساعة في مظهره. يعتمد مبدأ عمله على وجود قرص معدني مجوف ومفرغ جزئيًا ومموج، مدعوم بزنبرك داخلي أو خارجي.
يسجل التغير في شكل القرص نتيجة لتغيرات الضغط الجوي باستخدام ذراع وقلم متصلين بأسطوانة دوارة تعمل على مدار الساعة. يعتبر البارومتر اللاسائلي من أكثر الأنواع شيوعًا في المنازل والطائرات الصغيرة.
البارومتر في الهاتف المحمول
تأتي بعض الهواتف الذكية (iPhone أو Android) مزودة ببارومتر رقمي مدمج. يعمل هذا البارومتر الرقمي بنفس طريقة عمل البارومتر اللاسائلي، ولكنه يستخدم محولًا بسيطًا لاستشعار الضغط الجوي وتحويله إلى قراءة رقمية.
العوامل التي تؤثر على قياس الضغط الجوي
هناك عدة عوامل تؤثر في قيمة الضغط الجوي، وتشمل:
تأثير درجة الحرارة
توجد علاقة عكسية بين درجة الحرارة والضغط الجوي. ارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى انخفاض الضغط الجوي، وذلك بسبب تمدد جزيئات الهواء وانتشارها على مساحة أكبر نتيجة لتسخين الهواء. بالمقابل، انخفاض درجة الحرارة يؤدي إلى ارتفاع الضغط الجوي، بسبب تقلص وتكاثف جزيئات الهواء نتيجة لعملية التبريد، مما يزيد من القوة التي تمارسها على سطح الأرض. لذلك، تعتبر المناطق القطبية مناطق ذات ضغط جوي مرتفع، بينما المناطق الاستوائية مناطق ذات ضغط جوي منخفض.
تأثير الارتفاع
توجد علاقة عكسية بين الارتفاع والضغط الجوي. كلما زاد الارتفاع، انخفض الضغط الجوي، وذلك لأن الهواء ينتشر على مساحة أوسع في المرتفعات العالية، وبالتالي يقل وزنه، مما يؤدي إلى انخفاض في الضغط الجوي. يحدث الضغط الجوي المرتفع في المناطق المنخفضة مثل التلال ومستوى سطح البحر، لأن الهواء القريب من الأرض يدعم وزن الهواء الموجود فوقه، كما أن التركيز العالي لشوائب الهواء مثل الغبار وثاني أكسيد الكربون في المناطق المنخفضة يساهم في زيادة الضغط.
تأثير دوران الأرض
أثناء دوران الأرض، يندفع الهواء بعيدًا عند القطبين الشمالي والجنوبي. يعبر الهواء البارد الكثيف خطوط العرض العالية باتجاه خط الاستواء، وينتشر على مساحة أوسع مما كان يحتله، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط الجوي عند خط الاستواء. بالمقابل، ينتشر الهواء الصاعد عند خط الاستواء أثناء تحركه نحو القطبين الشمالي والجنوبي إلى مساحة أصغر، مما يؤدي إلى ارتفاع الضغط الجوي عند خطوط عرض الحصان.
تأثير الموقع العرضي
يزداد الضغط الجوي في المناطق البعيدة عن خط الاستواء، وباتجاه المناطق القطبية. تعاني المنطقة الاستوائية من ضغط جوي منخفض بسبب طول فترة سطوع الشمس وارتفاع درجة الحرارة، بينما يكون الضغط الجوي مرتفعًا في المناطق القطبية بسبب قلة سطوع الشمس وانخفاض درجة الحرارة.
تأثير طبيعة سطح الأرض
تؤثر طبيعة سطح الأرض على الضغط الجوي. تسخن اليابسة بسرعة أكبر من المسطحات المائية خلال النهار، مما يؤدي إلى حدوث ضغط جوي منخفض فوق اليابسة وضغط جوي مرتفع فوق المسطحات المائية. خلال الليل، يحدث العكس، حيث يحدث ضغط جوي منخفض فوق المسطحات المائية وضغط جوي مرتفع فوق اليابسة، لأن سطح الأرض يبرد بسرعة أكبر من المسطحات المائية.
تأثير طبيعة الهواء
يميل الهواء الرطب إلى أن يكون له ضغط جوي مرتفع لأنه بارد وكثيف، بينما يميل الهواء الجاف إلى أن يكون له ضغط جوي منخفض لأنه دافئ وخفيف.
تأثير حركة الشمس الظاهرية
يحدث ضغط جوي منخفض في مدار السرطان (نصف الكرة الأرضية الشمالي) عندما تكون الشمس فوقه في شهري يونيو ويوليو، بسبب ارتفاع درجة الحرارة، ويحدث ضغط جوي مرتفع في نصف الكرة الجنوبي. بالمقابل، يحدث ضغط جوي منخفض في نصف الكرة الجنوبي عندما تكون الشمس فوقه في شهري ديسمبر ويناير، بسبب ارتفاع درجة الحرارة، بينما يحدث ضغط جوي مرتفع في نصف الكرة الشمالي.
ما هي أسباب التغيرات في قيم الضغط الجوي؟
تختلف درجة حرارة الكتلة الهوائية باختلاف موقعها؛ فالكتلة الهوائية فوق المحيطات أبرد من الكتلة الهوائية فوق اليابسة. هذا الاختلاف في درجة الحرارة يؤدي إلى تغيرات في الضغط الجوي.
يؤدي اختلاف درجة حرارة الكتلة الهوائية إلى ظهور الرياح التي تحرك أنظمة الضغط الجوي. تتغير هذه الأنظمة أثناء مرور الرياح فوق الجبال والمحيطات والمناطق المختلفة. كما أظهر العالم الفرنسي بليز باسكال أن الضغط الجوي يتناقص مع الارتفاع.
تحدث التغيرات في الضغط الجوي بسبب حالة الطقس. يستخدم المتنبئون الجويون مناطق الضغط المرتفع أو المنخفض لوصف الظروف الجوية المتوقعة. عندما يصعد الهواء في مناطق الضغط الجوي المنخفض، يبرد ويتكاثف على هيئة سحب وتهطل الأمطار وتحدث العواصف.
وعندما ينخفض الهواء في مناطق الضغط الجوي المرتفع باتجاه الأرض، ترتفع درجة حرارته، مما ينتج عنه طقس جاف ومعتدل.
ما هي أهمية قياس الضغط الجوي؟
تكمن أهمية الضغط الجوي فيما يلي:
- يقدم معلومات حول حالة الطقس، وبالتالي يساعد في تحديد مدى إمكانية القيام بأنشطة متنوعة كالرحلات الجبلية.
- يضمن استمرارية عملية التنفس.
- يستخدم في تحديد الموقع عبر نظام التموضع العالمي (Global Positioning System).
- يحدد ارتفاع الطائرات.
- يحافظ على الضغط الداخلي للكائنات الحية.
- يمنع تبخر السوائل.
