تُعد الشمس مصدر الطاقة الحرارية لكوكبنا. تنتقل الطاقة من الشمس عبر الفضاء ثم الغلاف الجوي في طريقها لسطح الأرض.
بما أن هذه الطاقة تمد الأرض والغلاف الجوي بالدفء، إذًا فجزء منها إما يكون طاقة حرارية أو يتحول إليها. يوجد ثلاث طرق لانتقال الحرارة عبر الغلاف الجوي:
● الإشعاع.
● التوصيل.
● الحمل.
الإشعاع
إذا كنت قد وقفت أمام مدفأة أو بالقرب من مصدر لهب، فقد أحسست بنوع من انتقال الحرارة يُسمى بالإشعاع.
الجزء المقابل من جسدك لمصدر اللهب يشعر بالحرارة، بينما لا يتأثر الجزء الآخر بالحرارة. بالرغم من أنك محاط بالهواء، فليس للهواء علاقة بهذا النوع من انتقال الحرارة. مصابيح الحرارة، التي تحافظ على الطعام دافئًا، تعمل بنفس الطريقة.
الإشعاع هو انتقال الطاقة الحرارية خلال الفراغ بالإشعاع الكهرومغناطيسي.
أغلب الطيف الكهرومغناطيسي الذي يصل للأرض من الشمس غير مرئي. جزء صغير فقط يمكننا أن نراه وهو الضوء.
يتكون الضوء من ترددات متعددة. التردد هو عدد تكرارات الذبذبة خلال زمن محدد.
التردد في الإشعاع الكهرومغناطيسي هو عدد الموجات الكهرومغناطيسية التي تمر بنقطة معينة في الثانية.
يُترجم مخ الإنسان هذه الترددات المختلفة إلى ألوان، بما في ذلك الأحمر، والبرتقالي، والأصفر، والأخضر، والأزرق، والنيلي، والبنفسجي.
عندما ترى العين كل هذه الألوان في نفس الوقت، يُترجمها المخ إلى اللون الأبيض.
الموجات التي تصلنا من الشمس ولا نراها تكون أشعة تحت حمراء، أي لها ترددات أقل من تردد اللون الأحمر، أو فوق بنفسجية، أي لها ترددات أعلى من اللون البنفسجي.
الأشعة تحت الحمراء هي المسؤولة عن شعورنا بالدفء.
يُمتص أغلب الإشعاع الشمسي بواسطة الغلاف الجوي وأغلب ما يصل منه إلى سطح الأرض ينعكس مرة أخرى إلى الغلاف الجوي ليتحول إلى طاقة حرارية.
الأشياء ذات اللون الداكن، كالأسفلت، تمتص الحرارة أسرع من الأجسام الملونة. مع ذلك، تُشِعُّ الطاقة أيضًا أسرع.
التوصيل
التوصيل هو انتقال الحرارة من مادة لأخرى، أو خلال المادة الواحدة.
هل تركت قبلًا ملعقة معدنية في وعاء حساء يجري تسخينه على الموقد؟ بعد فترة قصيرة ستصبح الملعقة ساخنة.
يرجع ذلك إلى انتقال الطاقة الحرارية من جزيء لجزيء أو من ذرة لذرة. عندما يتم لحام شيئين معًا، يصبح المعدن ساخنًا (التوهج الأحمر-البرتقالي) بسبب انتقال الحرارة عبر قوس كهربي.
يُسمى ذلك بالتوصيل، وهو طريقة فعالة لانتقال الحرارة في المعادن. مع ذلك، توصيل الهواء للحرارة رديء.
الحَمْل
الحمل هو طريقة انتقال الحرارة في الموائع. هذا النوع من التسخين أكثر شيوعًا في المطبخ حيث ترى السوائل تغلي.
الهواء في الغلاف الجوي يتصرف كالموائع. تضرب أشعة الشمس سطح الأرض، وبالتالي ترتفع درجة حرارة الصخور نتيجة التوصيل، وتنطلق الطاقة الحرارية إلى الغلاف الجوي، مكونة فقاعة من الهواء أدفأ من الهواء المحيط. بينما ترتفع الفقاعة لأعلى، تبرد بسبب تسرب الحرارة منها إلى الغلاف المحيط.
بينما ترتفع كتلة الهواء لأعلى، يحل هواء أبرد محل الفقاعة، أكثر كثافة، يؤدي ذلك لتكون الرياح. حركة كتل الهواء هذه من الممكن أن تكون ضعيفة في أماكن معينة، كتجمعات السحب الركامية الكبيرة، أو الدورات الكبيرة في طبقة التروبوسفير، التي تغطي مساحة كبيرة من سطح الأرض.
تيارات الحَمل مسؤولة عن العديد من الأنماط المناخية المختلفة في طبقة التروبوسفير.
ترجمة: أحمد صلاح
تدقيق: أحمد اليماني
تحرير: أحمد عزب
