كيف يحارب البرق ظاهرة الاحتباس الحراري
فوائد البرق المجهولة - ينظف البرق و التفريغ الكهربي غير المرئي الغلاف الجوي من الغازات الدفيئة المسببة للاحتباس الحراري ( ظاهرة الاحترار العالمى) .
ملخص المقالة:
- البرق مهم ينتج مجموعات الهيدروبروكسيل والهيدروكسيل
- يتفاعل مع الميثان والغازات المسببة للاحتباس الحراري
- كان هناك اعتقاد سائد أن البرق القوي المرئي فقط هو ما يسبب التحليل الكهربي لبعض المركبات الموجودة في الغلاف الجوي.
- الجديد أن تلك مجموعة الهيدروكسيد (تتفكك بالتفريغ الكهربي الضعيف الغير مرئي بالعين المجردة)
- الأوزون وأكسيد النيتريك لا ينتج إلا عند حدوث البرق المرئي
- يحتاج البحث إلى مزيد من التأكيدات والاختبارات.
شكر وتقدير لويكيبيديا ...
نص المقالة :
المترجم محمد عبد الفتاح عبد العزيزأكتشف العلماء أن صواعق البرق، وكذلك التفريغ الكهربي الغير مرئي التي لا يمكن رؤيتها بالكاميرات أو بالعين المجردة تمكنت من إنتاج كميات كبيرة من مجموعة الهيدروكسيل (أكسيد قاعدي ال معروفOH) والهيدروبروكسيل (فوق الأكسيد القاعدي المعروف ب HO2).
يعتبر مجموعة الهيدروكسيد بالغة الأهمية في الغلاف الجوي وتأتي تلك الأهمية من أنه المسئول عن بدأ التفاعلات الكيميائية وتفكيك جزيئات مثل غاز الميثان المسببة للاحتباس الحراري (تأثير الصوبة الزجاجية).
كذلك تكسر صواعق البرق الروابط بين ذرات جزيئات النيتروجين والأكسجين في الغلاف الجوي وتنتج مواد كيميائية تؤثر أيضا على غازات الاحتباس الحراري. ولكن الجديد هنا، أن فريق من علماء الكيمياء المتخصصين في تفاعلات الغلاف الجوي والعلماء المتخصصون في دراسة البرق وجدوا أن صواعق البرق، وكذلك التفريغ الكهربي الغير مرئية التي لا يمكن رؤيتها بالكاميرات أو بالعين المجردة (بسبب ضعفها مقارنة بالبرق) تنتج أيضا كميات كبيرة من مجموعة الهيدروكسيد - OH - ومجموعة الهيد وبروكسيل (المعروفة أيضا باسم فوق أكسيد الهيدروجين) - - HO2.
تعتبر مجموعة الهيدروكسيد بالغة الأهمية في الغلاف الجوي حيث يبدأ التفاعلات الكيميائية و يفكك جزيئات مثل غاز الميثان المسببة للاحتباس الحراري (تأثير الصوبة الزجاجية. لذا تعتبر المجموعة الكيميائية OH)) هي المحرك الرئيسي للعديد من التغييرات التي تحدث في تركيبة الغلاف الجوي.
أخبرنا السيد وليام برون (William H. Brune ) :
"في البداية تساءلنا عن سبب وجود كل تلك القياسات التي التقطتها أجهزتنا التي تخبرنا عن وجود كميات كبيرة من مجموعة الهيدروكسيد، وتساءلنا إن كان هنا خطب بها؟! لقد افترضنا وجود بعد التشويش (الكهربي في أداة القياس، لذلك عزلنا تلك الإشارات الضخمة من مجموعة بياناتنا ووضعناها على الرف لدراستها في وقت لاحق."
لقد أتت تلك البيانات والقياسات من أداة مثبتة على متن طائرة طارت فوق كولورادو وأوكلاهوما في عام 2012 تبحث في التغيرات الكيميائية التي تحدثها العواصف الرعدية والبرق في الغلاف الجوي (قلب الطيار ده ميت لم يخف من الصواعق).
ولكن قبل بضع سنوات، أخرج السيد برون تلك البيانات من على الرف، ورأي أن تلك الإشارات ربما تكون فعلا هي مجموعات هيدروكسيل وهيدروبروكسيل، لذا عمل مع طالب سنة النهائية متميز وباحث زميل ما إذا كان يمكن إنتاج هذه الإشارات بواسطة قوس التفريغ الكهربي والتفريغ الكهربي غير المرئي (الضعيف) في المختبر.. لذا قاموا بإعادة تحليل مجموعة البيانات التي أتت العاصفة الرعدية والبرق و قارنوها بالنتائج المعملية.
قال برون: "بمساعدة طالب متميز من السنة النهائية لم يتخرج بعد، تمكنا من الربط بين القياسات الضخمة التي تراها أجهزتنا. عندما حلقت عبر غيوم العاصفة الرعدية بالقياسات التي حصلنا عليها من المعمل."
وقد قدم الباحثون نتائجهم عبر الأنترنت لمجلة البحوث الجيوفيزيائية.
أخبرنا برون أن الطائرات تتجنب التحليق عبر مركز العواصف الرعدية لأنها خطيرة ، ولكن يمكنها الاقتراب من فوهة العاصفة المعروف بالسندان ، وهو الجزء العلوي من السحابة الذي ينتشر إلى الخارج مع اتجاه الريح ( هنا الشرح ولكن بالإنجليزية ولكن من الصور أظنك ستعلم المقصود ).
يحدث البرق المرئي القوي كهربيا في جزء السندان بالقرب من قلب العاصفة الرعدية.
قال برون: "عبر التاريخ، أهتم الناس فقط بصواعق البرق بسبب ما يمكنها فعله على الأرض، الآن هناك اهتمام متزايد بالتفريغ الكهربائي الضعيف الذي يحدث في قلب العواصف الرعدية التي تؤدي بدورها إلى حدوث نوعا أخر من الصواعق الكهربية."
معظم البرق لا يضرب الأرض على الإطلاق، والبرق الذي يبقى في السحب بالغ الأهمية وبشكل خاص لتأثيره على الأوزون، وغازات الاحتباس الحراري، الموجودة في الطبقات العليا من الغلاف الجوي (طبقة الستراتوسفير حيث طبقة الأوزون). من المعروف أن البرق بصفة عامة لديه القدرة على تكسير الروابط المكونة لجزيئات الماء وتكوين مجموعة الهيدروكسيل والهيدروبروكسيل، ولكن لم تتم ملاحظة (قياس) هذه العملية فعليا من قبل خلال حدوث العواصف الرعدية.
ما لاحظه فريق برون في البداية هو أن أجهزتهم سجلت مستويات عالية من الهيدروكسيل والهيدروبروكسيل في مناطق السحابة حيث لم يكن هناك برق مرئي يمكن رصده سواء من الطائرة أو الأرض. ولكن بفضل التجارب المعملية أظهرت أن تيارًا كهربائيًا ضعيفًا، أقل نشاطًا بكثير من البرق المرئي، يمكن أن يقدم نفس النتائج.
استطاع الباحثون في المعمل تخليق الهيدروكسيل والهيدروبروكسيل في ظروف تحاكي المناطق التي تحوي البرق غير المرئي، لكنهم لم يرصدوا سوى القليل من القياسات المرتبطة بالأوزون ولم يرصدوا أي قياس يدل على أكسيد النيتريك ( NO ) ، الذي فقط البرق المرئي لديه القدرة على تكوينه. لذا إذا كان البرق غير المرئي لديه هذا التأثير، فيجب تضمين الهيدروكسيل والهيدروبروكسيل الذي تخلقه هذه الظواهر الكهربائية في نماذج الغلاف الجوي. حاليا، تلك المجموعات الذرية لا تتواجد في أي نماذج للغلاف الجوي.
ووفقًا للباحثين "يمكن أن يكون الهيدروكسيل المتولد عن البرق في جميع العواصف التي تحدث على مستوى العالم مسؤولاً عن نسبة 2٪ إلى 16٪ من عمليات الأكسدة* التي تتم في الغلاف الجوي العالمي"
قال برون: "هذه النتائج غير مؤكدة إلى حد كبير، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أننا لا نعرف كيف هي حالة باقي القياسات على مستوى العالم، لقد حلقنا فقط فوق كولورادو وأوكلاهوما. معظم العواصف الرعدية تحدث في المناطق المدارية. والعواصف التي تحدث في مناطق السهول في الولايات المتحدة تختلف تماما عن تلك الموجودة في المناطق المدارية. من الواضح أننا بحاجة إلى مزيد من القياسات المرصودة من خلال الطائرات لتقليل هذا الشك ".
يعتبر مجموعة الهيدروكسيد بالغة الأهمية في الغلاف الجوي وتأتي تلك الأهمية من أنه المسئول عن بدأ التفاعلات الكيميائية وتفكيك جزيئات مثل غاز الميثان المسببة للاحتباس الحراري (تأثير الصوبة الزجاجية).
كذلك تكسر صواعق البرق الروابط بين ذرات جزيئات النيتروجين والأكسجين في الغلاف الجوي وتنتج مواد كيميائية تؤثر أيضا على غازات الاحتباس الحراري. ولكن الجديد هنا، أن فريق من علماء الكيمياء المتخصصين في تفاعلات الغلاف الجوي والعلماء المتخصصون في دراسة البرق وجدوا أن صواعق البرق، وكذلك التفريغ الكهربي الغير مرئية التي لا يمكن رؤيتها بالكاميرات أو بالعين المجردة (بسبب ضعفها مقارنة بالبرق) تنتج أيضا كميات كبيرة من مجموعة الهيدروكسيد - OH - ومجموعة الهيد وبروكسيل (المعروفة أيضا باسم فوق أكسيد الهيدروجين) - - HO2.
تعتبر مجموعة الهيدروكسيد بالغة الأهمية في الغلاف الجوي حيث يبدأ التفاعلات الكيميائية و يفكك جزيئات مثل غاز الميثان المسببة للاحتباس الحراري (تأثير الصوبة الزجاجية. لذا تعتبر المجموعة الكيميائية OH)) هي المحرك الرئيسي للعديد من التغييرات التي تحدث في تركيبة الغلاف الجوي.
أخبرنا السيد وليام برون (William H. Brune ) :
"في البداية تساءلنا عن سبب وجود كل تلك القياسات التي التقطتها أجهزتنا التي تخبرنا عن وجود كميات كبيرة من مجموعة الهيدروكسيد، وتساءلنا إن كان هنا خطب بها؟! لقد افترضنا وجود بعد التشويش (الكهربي في أداة القياس، لذلك عزلنا تلك الإشارات الضخمة من مجموعة بياناتنا ووضعناها على الرف لدراستها في وقت لاحق."
لقد أتت تلك البيانات والقياسات من أداة مثبتة على متن طائرة طارت فوق كولورادو وأوكلاهوما في عام 2012 تبحث في التغيرات الكيميائية التي تحدثها العواصف الرعدية والبرق في الغلاف الجوي (قلب الطيار ده ميت لم يخف من الصواعق).
ولكن قبل بضع سنوات، أخرج السيد برون تلك البيانات من على الرف، ورأي أن تلك الإشارات ربما تكون فعلا هي مجموعات هيدروكسيل وهيدروبروكسيل، لذا عمل مع طالب سنة النهائية متميز وباحث زميل ما إذا كان يمكن إنتاج هذه الإشارات بواسطة قوس التفريغ الكهربي والتفريغ الكهربي غير المرئي (الضعيف) في المختبر.. لذا قاموا بإعادة تحليل مجموعة البيانات التي أتت العاصفة الرعدية والبرق و قارنوها بالنتائج المعملية.
قال برون: "بمساعدة طالب متميز من السنة النهائية لم يتخرج بعد، تمكنا من الربط بين القياسات الضخمة التي تراها أجهزتنا. عندما حلقت عبر غيوم العاصفة الرعدية بالقياسات التي حصلنا عليها من المعمل."
وقد قدم الباحثون نتائجهم عبر الأنترنت لمجلة البحوث الجيوفيزيائية.
أخبرنا برون أن الطائرات تتجنب التحليق عبر مركز العواصف الرعدية لأنها خطيرة ، ولكن يمكنها الاقتراب من فوهة العاصفة المعروف بالسندان ، وهو الجزء العلوي من السحابة الذي ينتشر إلى الخارج مع اتجاه الريح ( هنا الشرح ولكن بالإنجليزية ولكن من الصور أظنك ستعلم المقصود ).
يحدث البرق المرئي القوي كهربيا في جزء السندان بالقرب من قلب العاصفة الرعدية.
قال برون: "عبر التاريخ، أهتم الناس فقط بصواعق البرق بسبب ما يمكنها فعله على الأرض، الآن هناك اهتمام متزايد بالتفريغ الكهربائي الضعيف الذي يحدث في قلب العواصف الرعدية التي تؤدي بدورها إلى حدوث نوعا أخر من الصواعق الكهربية."
معظم البرق لا يضرب الأرض على الإطلاق، والبرق الذي يبقى في السحب بالغ الأهمية وبشكل خاص لتأثيره على الأوزون، وغازات الاحتباس الحراري، الموجودة في الطبقات العليا من الغلاف الجوي (طبقة الستراتوسفير حيث طبقة الأوزون). من المعروف أن البرق بصفة عامة لديه القدرة على تكسير الروابط المكونة لجزيئات الماء وتكوين مجموعة الهيدروكسيل والهيدروبروكسيل، ولكن لم تتم ملاحظة (قياس) هذه العملية فعليا من قبل خلال حدوث العواصف الرعدية.
ما لاحظه فريق برون في البداية هو أن أجهزتهم سجلت مستويات عالية من الهيدروكسيل والهيدروبروكسيل في مناطق السحابة حيث لم يكن هناك برق مرئي يمكن رصده سواء من الطائرة أو الأرض. ولكن بفضل التجارب المعملية أظهرت أن تيارًا كهربائيًا ضعيفًا، أقل نشاطًا بكثير من البرق المرئي، يمكن أن يقدم نفس النتائج.
استطاع الباحثون في المعمل تخليق الهيدروكسيل والهيدروبروكسيل في ظروف تحاكي المناطق التي تحوي البرق غير المرئي، لكنهم لم يرصدوا سوى القليل من القياسات المرتبطة بالأوزون ولم يرصدوا أي قياس يدل على أكسيد النيتريك ( NO ) ، الذي فقط البرق المرئي لديه القدرة على تكوينه. لذا إذا كان البرق غير المرئي لديه هذا التأثير، فيجب تضمين الهيدروكسيل والهيدروبروكسيل الذي تخلقه هذه الظواهر الكهربائية في نماذج الغلاف الجوي. حاليا، تلك المجموعات الذرية لا تتواجد في أي نماذج للغلاف الجوي.
ووفقًا للباحثين "يمكن أن يكون الهيدروكسيل المتولد عن البرق في جميع العواصف التي تحدث على مستوى العالم مسؤولاً عن نسبة 2٪ إلى 16٪ من عمليات الأكسدة* التي تتم في الغلاف الجوي العالمي"
تنويه*: (مجموعة الهيدروكسيل هي مجموعة سالبة لذا فعندما يرتبط بأيون موجب تسمى بعملية الأكسدة).
قال برون: "هذه النتائج غير مؤكدة إلى حد كبير، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أننا لا نعرف كيف هي حالة باقي القياسات على مستوى العالم، لقد حلقنا فقط فوق كولورادو وأوكلاهوما. معظم العواصف الرعدية تحدث في المناطق المدارية. والعواصف التي تحدث في مناطق السهول في الولايات المتحدة تختلف تماما عن تلك الموجودة في المناطق المدارية. من الواضح أننا بحاجة إلى مزيد من القياسات المرصودة من خلال الطائرات لتقليل هذا الشك ".
ومن بين الباحثين الآخرين في جامعة ولاية بنسلفانيا باتريك ج. ماكفارلاند طالب جامعي عظيم الشأن؛ ديفيد ميلر (حاصل على الدكتوراه)؛ وجينا جنكيز (مرشحة لنيل درجة الدكتوراه)، وجميعهم متخصصون في علم الأرصاد الجوية والغلاف الجوي.
كما عمل على المشروع إريك برونيج (الأستاذ المساعد في علوم الغلاف الجوي في جامعة تكساس التقنية؛ شون وو باحث الأرصاد الجوية، ودونالد ماكجورمان كبير علماء الأبحاث وكلاهما من مختبر NOAA الوطني للعواصف الشديدة؛ شين رونغ رن عالم فيزيائي في مختبر الموارد الجوية NOAA؛ جونغ كيو ماو، أستاذ مساعد في كيمياء الغلاف الجوي في جامعة ألاسكا؛ وجيف بيشل مساعد كبير علماء الأبحاث في المعهد التعاوني لأبحاث العلوم البيئية في جامعة كولورادو . وقد دعمت المؤسسة الوطنية للعلوم ووكالة ناسا والإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي هذا البحث.
اذا أردت الاطلاع على المصادر من هنا
1. W. H. Brune, P. J. McFarland, E. Bruning, S. Waugh, D. Mac Gorman, D. O. Miller, J. M. Jenkins, X. Ren, J. Mao, J. Peischl. Extreme oxidant amounts produced by lightning in storm clouds. Science, 2021; eabg0492 DOI: 10.1126/science.abg0492
2. Jena M. Jenkins, William H. Brune, David O. Miller. Electrical Discharges Produce Prodigious Amounts of Hydroxyl and Hydroperoxyl Radicals. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2021; DOI: 10.1029/2021JD034557
كما عمل على المشروع إريك برونيج (الأستاذ المساعد في علوم الغلاف الجوي في جامعة تكساس التقنية؛ شون وو باحث الأرصاد الجوية، ودونالد ماكجورمان كبير علماء الأبحاث وكلاهما من مختبر NOAA الوطني للعواصف الشديدة؛ شين رونغ رن عالم فيزيائي في مختبر الموارد الجوية NOAA؛ جونغ كيو ماو، أستاذ مساعد في كيمياء الغلاف الجوي في جامعة ألاسكا؛ وجيف بيشل مساعد كبير علماء الأبحاث في المعهد التعاوني لأبحاث العلوم البيئية في جامعة كولورادو . وقد دعمت المؤسسة الوطنية للعلوم ووكالة ناسا والإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي هذا البحث.
اذا أردت الاطلاع على المصادر من هنا
المراجع:
1. W. H. Brune, P. J. McFarland, E. Bruning, S. Waugh, D. Mac Gorman, D. O. Miller, J. M. Jenkins, X. Ren, J. Mao, J. Peischl. Extreme oxidant amounts produced by lightning in storm clouds. Science, 2021; eabg0492 DOI: 10.1126/science.abg0492
2. Jena M. Jenkins, William H. Brune, David O. Miller. Electrical Discharges Produce Prodigious Amounts of Hydroxyl and Hydroperoxyl Radicals. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2021; DOI: 10.1029/2021JD034557