تعريف الضغط الجوي
يُشير الضغط الجوي (بالإنجليزية: Atmospheric pressure) إلى قوة (وزن) عمود الهواء على وحدة من المساحة على سطح الأرض.
قياس الضغط الجوي
يعبر عن الضغط الجوي في مجموعة من [١] الوحدات وهي؛ ملليمترات من الزئبق، ورطل لكل بوصة مربعة، ودينيس لكل سنتيمتر مربع، ومليبار، وأجواء قياسية، وكيلوباسكالس.
يبلغ الضغط القياسي لمستوى سطح البحر 760 مم من الزئبق، أو 14.70 رطل لكل بوصة مربعة، أو 1013.25 × 103 داين لكل سنتيمتر مربع أو 1013.25 مليبار، أو جو قياسي واحد، أو 101.325 كيلو باسكال، ومن أدوات قياس الضغط الجوي ما يأتي:
مقياس الزئبق
ابتكر عالم الفيزياء إيفانجليستا توريشيلي مقياس الزئبق في عام 1643م، وهو أنبوب زجاجي يصل ارتفاعه إلى 91 سم، ويكون أحد طرفي الأنبوب مفتوح، والطرف الآخر مغلق، كما يكون مملوء بمادة الزئبق، ويوضع مقلوبًا في وعاء (الخزان) الذي يحتوي أيضًا على الزئبق.
يرتفع أو ينخفض مستوى الزئبق عند تغير وزن عمود الهواء في مقياس الزئبق، ويساوي ارتفاع الزئبق في الأنبوب مقدار الضغط الجوي.
ينخفض الهواء بسرعة كبيرة نحو سطح الأرض في المناطق ذات الضغط الجوي المرتفع، فتُحدث جزيئات الهواء المتراكمة قوة فوق السطح (الخزان)، مما يؤدي إلى ارتفاع مستوى الزئبق في الأنبوب الزجاجي، حيث يكون وزن الزئبق أقل من وزن الهواء.
بينما يرتفع الهواء بعيدًا عن سطح الأرض بسرعة كبيرة في المناطق ذات الضغط الجوي المنخفض، فتتناقص جزيئات الهواء فوق المنطقة، ويقل الوزن؛ مما يؤدي إلى انخفاض مستوى الزئبق في الأنبوب الزجاجي، حيث يكون وزن الزئبق أكبر من وزن الهواء.
يمكن تسجيل قيمة الضغط الجوي عندما يصبح وزن الزئبق في الأنبوب الزجاجي مساويًا لوزن الهواء فوق الخزان، وبذلك تتوقف حركة كل منهما، ويلاحظ توازنهما.
مقياس اللاسائلية
ابتكر على يد العالم الفرنسي لوسيان في عام 1884م، وهو يشبه البوصلة أو الساعة، ويكون عنصر الاستشعار فيه قرص معدني مجوف، ومفرغ جزئيًا، ومموج، ومدعوم بواسطة زنبرك داخلي أو خارجي.
يسجل التغيير الحاصل في شكل القرص مع تغير الضغط الجوي باستخدام ذراع قلم وأسطوانة دوارة تعمل على مدار الساعة، ويعد مقياس اللاسائلية من أكثر الأنواع استخدامًا في المنازل والطائرات الصغيرة.
بارومتر الهاتف النقال
تُزود أجهزة الهاتف النقال من iPhone أو Android بمقياس رقمي مدمج (البارومتر الرقمي) يعمل مثل مقياس اللاسائلية لكن يستخدم فيه محول بسيط لاستشعار الضغط الجوي.
العوامل المؤثرة في الضغط الجوي
توجد عدة عوامل مؤثرة في الضغط الجوي، وهي:
درجة الحرارة
يوجد علاقة عكسية بين درجة الحرارة والضغط الجوي، حيث تؤدي درجة الحرارة المرتفعة إلى انخفاض الضغط الجوي؛ بسبب توسع جزيئات الهواء وانتشارها على مساحة واسعة نتيجة تسخين الهواء.
تؤدي درجة الحرارة المنخفضة إلى ارتفاع الضغط الجوي؛ بسبب تقلص وتكاثف جزيئات الهواء نتيجة عملية التبريد؛ مما يؤدي إلى وجود قوة عالية على سطح الأرض، بالتالي فإن المناطق القطبية هي مناطق ذات ضغط مرتفع بينما المناطق الاستوائية هي مناطق ذات ضغط منخفض.
الارتفاع
يوجد علاقة عكسية بين الارتفاع والضغط الجوي، فكلما زاد الارتفاع كلما انخفض الضغط الجوي؛ لأن الهواء ينتشر على مساحة واسعة في المرتفعات العالية، وبالتالي ينخفض وزنه، مما يؤدي إلى حدوث انخفاض في ضغط الجو.
يحدث الضغط الجوي المرتفع في بعض المناطق المنخفضة مثل التلال ومستوى البحر؛ لأن الهواء القريب من الأرض يدعم وزن الهواء فوق السطح، فتندفع جزيئات الهواء باستمرار إلى الأسفل، أيضًا بسبب التركيز العالي لشوائب الهواء مثل الغبار، وثاني أكسيد الكربون في المناطق المنخفضة.
دوران الأرض
في أثناء دوران الأرض يندفع الهواء بعيدًا عند كل من القطب الشمالي والجنوبي؛ فيعبر الهواء البارد الكثيف خطوط العرض العالية باتجاه خط الاستواء، وينتشر على مساحة أوسع من التي كان يحتلها؛ وبالتالي يحدث ضغط جوي منخفض عند خط الاستواء.
وينتشر الهواء الصاعد عند خط الاستواء في أثناء تحركه نحو كل من القطب الشمالي والجنوبي إلى مساحة أصغر؛ وبالتالي يحدث ضغط جوي مرتفع عند خطوط عرض الحصان.
الموقع الخطي
يزداد الضغط الجوي في المناطق البعيدة عن خط الاستواء، وباتجاه المناطق القطبية حيث تعاني المنطقة الاستوائية من ضغط جوي منخفض؛ بسبب ظهور الشمس لفترة طويلة وبسبب درجة الحرارة العالية، بينما يكون الضغط الجوي مرتفع في المناطق القطبية؛ بسبب قلة ظهور الشمس، وانخفاض درجة الحرارة.
طبيعة سطح الأرض
تؤثر طبيعة سطح الأرض على الضغط الجوي حيث تسخن اليابسة بسرعة أكبر من المسطحات المائية في أثناء ساعات النهار؛ مما يؤدي إلى حدوث ضغط جوي منخفض فوق اليابسة، وضغط جوي مرتفع فوق المسطحات المائية، وفي أثناء ساعات الليل يحدث ضغط جوي منخفض فوق المسطحات المائية، وضغط جوي مرتفع فوق اليابسة؛ لأن سطح الأرض يبرد بسرعة أكبر من المسطحات المائية.
طبيعة الهواء
يشكل الهواء الرطب ضغطًا مرتفعًا؛ لأنه بارد وكثيف، بينما يشكل الهواء الجاف ضغطًا منخفضًا؛ لأنه دافئ وخفيف.
حركة الشمس الظاهرة
يحدث ضغط جوي منخفض في مدار السرطان (نصف الكرة الأرضية الشمالي) عندما تقع الشمس فوقه في كل من شهر حزيران وتموز، بسبب درجة الحرارة المرتفعة، ويحدث ضغط جوي مرتفع في نصف الكرة الجنوبي.
ويحدث ضغط جوي منخفض في نصف الكرة الجنوبي عندما تقع الشمس فوقه في كل من شهري كانون الأول وكانون الثاني، بسبب درجة الحرارة المرتفعة، بينما يحدث ضغط جوي مرتفع في نصف الكرة الشمالي.
ما الذي يسبب تغيرات في الضغط الجوي؟
تختلف درجة حرارة الكتلة الهوائية باختلاف موقعها، إذ إن درجة الكتلة الهوائية فوق المحيطات أبرد من درجة حرارة الكتلة الهوائية فوق اليابسة، ويؤدي الاختلاف في درجة حرارة الهواء فوق سطح الأرض بتغيرات الضغط الجوي .
يؤدي اختلاف درجة حرارة الكتلة الهوائية إلى ظهور الرياح التي تحرك أنظمة الضغط الجوي ، التي تتغير في أثناء مرور الرياح فوق الجبال والمحيطات والمناطق المختلفة، كما بيّن العالم الفرنسي بليز باسكال أن الضغط الجوي يتناقص مع الارتفاع إلى الأعلى.
وتحدث التغيرات في الضغط الجوي؛ بسبب حالة الطقس حيث يشير المتنبئ الجوي إلى مناطق الضغط المرتفع أو المنخفض؛ لوصف الظروف الجوية المتوقعة، فعندما يصعد الهواء في مناطق الضغط الجوي المنخفض يبرد ويتكاثف على هيئة سحب وتهطل المطار وتحدث العواصف.
أيضًا عندما ينخفض الهواء في مناطق الضغط الجوي المرتفع باتجاه الأرض ترتفع درجة حرارته؛ فينتج عنه طقس جاف ومعتدل.
أهمية الضغط الجوي
تكمن أهمية الضغط الجوي فيما يأتي:
- يقدم معلومات حول حالة الطقس، وبالتالي تحديد مدى القدرة على القيام بالأنشطة المتعددة مثل الرحلات الجبلية.
- يضمن استمرارية عملية التنفس.
- تحديد الموقع عبر نظام التموضع العالمي (Global Positioning System).
- يحدد ارتفاع الطائرات.
- يحافظ على ضغط الكائنات الحية.
- يمنع عملية تبخر السوائل.
