כיצד נוצר שלג והגורמים המשפיעים עליו
שלג הוא אחת מתופעות מזג האוויר המרתקות והחשובות ביותר במערכת האקלים של כדור הארץ. עבור חלק, שלג הוא שם נרדף לאטמוספרה היפה והקרה של ההרים או מדינות עם אקלים בן ארבע עונות. עם זאת, מתחת ליופיו, שלג נוצר באמצעות תהליכי פיזיקה אטמוספריים מורכבים המושפעים מגורמים שונים, כולל טמפרטורה ולחות וכיסוי עננים. מאמר זה ידון כיצד שלג נוצר ובגורמים המרכזיים הקובעים האם אזור יחווה שלג, גשם או שילוב של שניהם.
הגדרת שלג
שלג הוא משקעים (גשם) בצורת גבישי קרח מוצקים הנופלים מהאטמוספרה אל פני כדור הארץ. בניגוד לגשם, שהוא טיפות מים נוזליות, שלג נוצר כאשר אדי מים באטמוספרה קופאים לגבישי קרח בעננים, אשר לאחר מכן מתאחדים ויוצרים פתיתי שלג גדולים וכבדים מספיק כדי ליפול על הקרקע.
מעניין לציין, שלא כל טמפרטורות קרות מייצרות אוטומטית שלג. אזור יכול להיות קר מאוד אך עדיין לא לחוות שלג אם תכולת אדי המים בו נמוכה. לעומת זאת, אזורים עם לחות גבוהה יכולים לחוות שלג כבד אם תנאי הטמפרטורה נוחים.
תהליך היווצרות השלג באטמוספירה
היווצרות שלג מתרחשת בדרך כלל בעננים שכבתיים או קומוליים בשכבות אטמוספריות שבהן הטמפרטורות מתחת לאפס. השלבים העיקריים הם כדלקמן:
1. אדי מים עולים ומתקררים
האטמוספרה מכילה תמיד אדי מים. כאשר אוויר לח עולה (לדוגמה, עקב חימום פני השטח, מפגש עם הרים, או נוכחות של מערכת לחץ נמוך), הוא מתקרר באופן אדיאבטי. קירור זה מפחית את יכולתו של האוויר להחזיק אדי מים, וגורם לו להתעבות או לשקוע.
2. היווצרות ליבת עיבוי וליבה מקפיאה
כדי שאדי מים יהפכו לחלקיקי מים או קרח, בדרך כלל נדרש "גרעין" בצורת חלקיקים קטנים הנישאים באוויר כמו אבק, מלח ים, אפר וולקני או מזהמים. חלקיקים אלה נקראים לעתים קרובות גרעיני קרח לצורך היווצרות גבישי קרח. ללא חלקיקים אלה, קשה יותר לאדי מים ליצור גבישי קרח, אם כי הם עדיין יכולים להופיע בתנאים מסוימים.
3. טמפרטורה בעננים מתחת ל-0°C
שלג נוצר כאשר טמפרטורת הענן יורדת מתחת ל-0 מעלות צלזיוס. עם זאת, באטמוספירה האמיתית, עננים רבים מכילים מים "מקוררים במיוחד", שהם מים נוזליים שנשארים בטמפרטורות מתחת ל-0 מעלות צלזיוס. כאשר מים מקוררים במיוחד אלה באים במגע עם גבישי קרח, הם קופאים ומקדמים צמיחת גבישים.
4. שקיעה: אדי מים הופכים ישירות לקרח
אחד התהליכים העיקריים ביצירת גבישי שלג הוא שקיעת מים, ההמרה הישירה של אדי מים לקרח מבלי לעבור דרך הפאזה הנוזלית. מולקולות אדי מים נצמדות לגבישי קרח קטנים, מה שמגדיל את גודלם. צמיחת הגבישים תלויה במידה רבה בטמפרטורה ובלחות בתוך הענן.
5. צבירה: גבישים מתאחדים והופכים לפתיתי שלג
לאחר היווצרותם, גבישי קרח יכולים להתנגש ולהידבק זה לזה. תהליך זה נקרא צבירה. התוצאה היא פתיתי שלג גדולים יותר, שלעתים קרובות בעלי צורה מורכבת. פתיתי השלג הללו נופלים בסופו של דבר אל פני השטח.
6. מסע אל פני השטח: האם שלג שורד?
לאחר נפילתם מענן, פתיתי שלג עוברים דרך שכבות אוויר שיכולות להיות בעלות טמפרטורות משתנות. אם האוויר שמתחת לענן חם מספיק, השלג עשוי להימס ולהפוך לגשם לפני שהוא מגיע לקרקע. אם האוויר ליד פני השטח הוא רק מעט מעל 0°C, השלג עדיין עשוי להגיע לקרקע אך להימס במהירות.
צורה ומבנה של פתית שלג
פתיתי שלג מגיעים במגוון צורות: חלקם בצורת כוכב, בצורת מחט, בצורת לוחית, ואפילו גושים לא סדירים יותר. שינויים אלה נקבעים על ידי המיקרו-תנאים בתוך הענן, במיוחד טמפרטורה ולחות. בטמפרטורות מסוימות, גבישים נוטים לגדול בצורות דמויות לוחית, בעוד שבאחרות, הם יוצרים בקלות רבה יותר מחטים או עמודים. זו הסיבה שכל סופת שלג יכולה לייצר אופי שלג שונה - חלקם רכים ויבשים, אחרים רטובים וכבדים.
גורמים המשפיעים על היווצרות שלג
על מנת ששלג יווצר ויגיע אל פני השטח, הגורמים הבאים ממלאים תפקיד מרכזי:
1. טמפרטורת אוויר (פרופיל טמפרטורה אנכי)
הגורם החשוב ביותר הוא הטמפרטורה, לא רק על פני השטח, אלא בכל האטמוספירה, מהעננים ועד לקרקע. באופן כללי:
– אם כל שכבת האוויר נמוכה מ-0 מעלות צלזיוס, סביר להניח שהמשקעים ירדו כשלג.
– אם יש שכבה חמה במרכז האטמוספירה, שלג יכול להימס לגשם.
– אם השלג נמס ואז חוזר לשכבה הקרה הקרובה לפני השטח, הוא יכול ליצור ברד קטן (שלג) או גשם מקפיא, תלוי בעובי השכבה הקרה.
2. לחות ותכולת אדי מים
שלג דורש אדי מים כחומר גלם. אזורים קרים מאוד אך יבשים חווים לעתים קרובות שלג נדיר. לעומת זאת, אזורים ליד הים או אגמים נוטים להיות בעלי היצע גדול יותר של אדי מים, מה שמאפשר שלג עז יותר, כמו תופעת אפקט האגם סביב האגמים הגדולים בצפון אמריקה.
3. סוגי עננים ודינמיקה
עננים עבים עם רוחבי עלייה חזקים נוטים יותר לייצר משקעים. במערכות סערה, רוחבי עלייה מסייעים לקרר את האוויר ולשמור על רוויה יתר של קרח, מה שמאפשר לגבישי שלג לגדול במהירות ובכמויות גדולות.
4. מערכות לחץ אוויר ומזג אוויר
שלג מופיע לעתים קרובות במערכות לחץ נמוך הנושאות אוויר לח עולה. חזיתות קרות וחזיתות חמות יכולות גם הן לגרום למשקעים. כאשר אוויר חם נדחק כלפי מעלה מעל אוויר קר (הצפה), משקעים יכולים להיווצר בעננים גדולים, ואם השכבה הקרה עבה מספיק, שלג יכול להיווצר.
5. גובה וטופוגרפיה
ככל שאזור גבוה יותר, כך הטמפרטורה נמוכה יותר. לכן, אזורים הרריים נוטים יותר לשלג מאשר אזורים נמוכים באותו קו רוחב. הטופוגרפיה גם מאלצת את האוויר לעלות (הרמה אורוגרפית), מה שמגביר את היווצרות העננים והמשקעים. זו הסיבה שהרים משמשים לעתים קרובות כ"מפעלי שלג" טבעיים.
6. טמפרטורת פני הקרקע
למרות שייתכן שיירדו שלג, הוא לא בהכרח מצטבר באופן מיידי. אם הקרקע עדיין חמה, השלג יימס במגע עם פני השטח. הצטברות שלג מתרחשת בדרך כלל כאשר טמפרטורות פני השטח נשארות באופן עקבי סביב 0°C או מתחתיו, או כאשר כמות השלג כה כבדה עד שהיא גוברת על תהליך ההיתוך.
7. רוח וסערות
רוח משפיעה על פיזור השלג בזמן יורד ואחרי שהוא מצטבר על הקרקע. רוחות חזקות עלולות לגרום לשלג נושב ולהצטברות לא אחידה. יתר על כן, רוחות נושאות מסות אוויר חמות או קרות, אשר יכולות לשנות את סוג המשקעים.
8. חלקיקי אירוסול וזיהום אוויר
חלקיקים באטמוספירה יכולים לשמש כגרעינים מקפיאים. בתנאים מסוימים, עלייה בכמות האירוסולים יכולה להשפיע על האופן שבו עננים יוצרים גבישי קרח. עם זאת, ההשפעה מורכבת: אירוסולים יכולים להגדיל את מספר הגרעינים, אך הם יכולים גם לשנות את מבנה העננים, כך שהשפעתם על היווצרות שלג משתנה ממקום למקום.
סְגִירָה
שלג נוצר באמצעות אינטראקציה של אדי מים, טמפרטורות קרות, גרעינים קופאים, ודינמיקה של עננים ואטמוספרה. התהליך מתחיל בעליית אוויר לח, היווצרות גבישי קרח בעננים בטמפרטורות מתחת ל-0 מעלות צלזיוס, צמיחת גבישים באמצעות שקיעת קרקע, והתלכדות הגבישים לפתיתי שלג הנופלים לאחר מכן אל פני השטח. האם פתיתי השלג יישארו שלג או יהפכו לגשם נקבע במידה רבה על ידי פרופיל הטמפרטורה מהענן אל פני השטח, כמו גם גורמים אחרים כגון לחות, טופוגרפיה ותנאי מזג אוויר אזוריים.
הבנת אופן היווצרות השלג אינה רק מרתקת מדעית, אלא גם חיונית לחיזוי מזג האוויר, ניהול משאבי מים, בטיחות תחבורה ומחקרי שינויי אקלים. על ידי הבנת הגורמים המשפיעים על שלג, נוכל להתכונן טוב יותר להשפעותיו ולהעריך את מורכבות התהליכים הטבעיים המייצרים את הפתיתים הלבנים הללו.
