قد تحمل سحابة نموذجية مئات الأطنان من الماء

قد تحتوي سحابة ركامية في طقس معتدل على نحو 500 طن متري من الماء السائل، إذا كان حجمها يقارب 1 km³. ويستند هذا التقدير إلى نحو 0.5 g من الماء السائل في كل متر مكعب، مضروبة في حجم السحابة؛ ويستخدم تقدير هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية لوزن السحب (تفتح في علامة تبويب جديدة) هذا النوع من الحسابات.

يبدو هذا الإجمالي كأنه كمية كبيرة من الماء على وشك الهطول. لكن التقدير يحسب الماء السائل المبعثر على هيئة قطرات صغيرة، لا بركةً أو كتلةً صلبة. أما بقية حجم السحابة فمكوّنة من الهواء، وهذا الهواء مهم لفهم سبب بقاء القطرات معلّقة.

أولًا، لنقدّر حجم السحابة

للسحب أشكال ذات قمم متعرجة وقواعد أكثر تسطحًا، وتتلاشى أطرافها في السماء الصافية. وللحصول على تقدير عملي، تخيّل سحابة ركامية في طقس معتدل يبلغ عرضها 1 km وعمقها 1 km وارتفاعها 1 km. وإذا اعتبرناها مكعبًا، فسيكون حجمها نحو 1 km³، أي 1 billion m³. ويوضح دليل خدمة الطقس الوطنية عن السحب (تفتح في علامة تبويب جديدة) كيف تتكوّن السحب عندما يرتفع الهواء الرطب.

يُبسّط هذا النموذج الاختلافات داخل السحابة: فبعض أجزائها يحتوي على قطرات أكثر من غيره، بينما تمتزج أطرافها الخافتة بالهواء المحيط. ويسهّل تطبيق متوسط محتوى الماء على الحجم كله إجراء الحسابات، من دون أن يعني ذلك أن كل جزء من السحابة يبدو بالشكل نفسه أو يحتوي على الكمية نفسها.

من السهل تخيّل مسافة 1 km بمقارنتها بمعلم بارز. يبلغ ارتفاع برج خليفة 828 m (2,720 ft)؛ ولو وضعنا البرج بجوار العرض المقدّر للسحابة، لما امتد تمامًا من جانبها إلى الجانب الآخر. فالامتداد الأفقي للسحابة مساحة واسعة فوقنا، لا برجًا قائمًا على الأرض.

وتمنحنا المعالم الطبيعية إحساسًا آخر بالمقياس. يرتفع كثيب بيغ دادي إلى 325 m (1,070 ft)، أي نحو 2.8 مرة ارتفاع هايبرون، شجرة الخشب الأحمر التي يبلغ ارتفاعها 116 m (380 ft). وتجعل أشكالهما الظلية المختلفة مقارنة امتداد السحابة البالغ كيلومترًا بارتفاعات تُقاس انطلاقًا من الأرض أسهل.

اضرب الحجم في كمية الماء الموجودة فيه

يفترض النموذج وجود نحو 0.5 g من الماء السائل (تفتح في علامة تبويب جديدة) في كل متر مكعب. اضرب هذه الكمية في حجم السحابة البالغ 1 billion m³: 0.5 g/m³ × 1,000,000,000 m³ = 500,000,000 g. وهذا يعادل 500,000 kg، أو نحو 500 طن متري من الماء السائل.

وهناك طريقة أخرى لمتابعة الحساب، وهي تخيّل تقسيم السحابة إلى مكعبات يبلغ طول كل ضلع فيها 1 m. يحتوي كل مكعب على نصف غرام فقط من الماء، لكن النموذج يضم 1 billion من هذه الأمتار المكعبة. وهكذا تؤدي كمية صغيرة متكررة عبر حجم هائل إلى إجمالي كبير.

هذه هي الطريقة الأساسية نفسها المستخدمة في نصائح التقدير: اختر حجمًا، وقدّر كمية ما يحتويه كل جزء من هذا الحجم، ثم اضرب. والنتيجة تقدير للماء السائل وحده، ولا تشمل الهواء الذي يملأ الحيز نفسه.

تحتوي السحابة أيضًا على كمية هائلة من الهواء

قرب مستوى سطح البحر، تبلغ كتلة متر مكعب من الهواء نحو 1.2 kg (تفتح في علامة تبويب جديدة). لذلك سيحتوي حجم النموذج البالغ 1 billion m³ على نحو 1.2 billion kg من الهواء، أو 1.2 million طن متري. وهذا يعادل تقريبًا 2,400 ضعف كتلة الماء السائل المقدّرة.

تختلط القطرات بهذا الهواء؛ فهي لا تحل محله. وقد يكون الهواء الرطب أقل كثافة أيضًا من الهواء الأكثر جفافًا المحيط به، كما توضح هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية. فجزيئات بخار الماء أخف من جزيئات النيتروجين والأكسجين التي تحل محلها، كما تؤثر فروق درجات الحرارة في صعود الهواء أو هبوطه.

لذا، لا تحمل السحابةَ قشرةٌ خفية. إنها منطقة من الغلاف الجوي تحمل فيها حركة الهواء قطرات الماء معها. وقد تكون الكتلة الإجمالية للماء كبيرة، بينما يظل كل جزء من السحابة ضبابًا خفيفًا ضمن حجم أكبر بكثير من الهواء.

لماذا لا تسقط مئات الأطنان من الماء دفعة واحدة؟

يبلغ عرض قطرة السحابة النموذجية نحو 20 micrometres (تفتح في علامة تبويب جديدة). ويبلغ عرض شعرة الإنسان نحو 70 µm، لذا فالقطرة أصغر بكثير من الشعرة المألوفة. تسحب الجاذبية القطرات إلى أسفل، لكن صغر حجمها يجعل مقاومة الهواء تبطئ سقوطها؛ ويمكن للتيارات الصاعدة والاضطراب أن يبقياها متحركة مع الهواء.

تتكوّن السحب عندما يرتفع الهواء الرطب ويبرد، ما يسمح للماء بالتكاثف في صورة قطرات. وحين يتحرك الهواء أو يجف، تتبخر القطرات وتتلاشى الحافة المرئية. ويشير التاج الساطع والواضح للسحابة الركامية وحافتها المتعرجة إلى تغيّر الهواء والرطوبة، لا إلى حدود ثابتة.

عندما تكبر قطرات الماء أو جزيئات الجليد بما يكفي، يمكنها الهطول مطرًا أو غيره من أشكال الهطول. وتختلف هذه العملية عن رفع المناطيد والبالونات، الذي يعتمد على قوة الطفو داخل غلاف. فالسحابة لا غلاف لها؛ بل تنتقل قطراتها مع الهواء المحيط بها.

انظر إلى سحابة ركامية من الأرض: يبرز تاجها الأبيض أمام السماء الزرقاء، بينما ترق حافتها المتعرجة إلى أن يختفي الضباب عن الأنظار.