موسوعتي العلمية ارجوا التثبيت

الأحجار الكريمة وشبه الكريمة
FGemstones Semi-precious
هي المعادن والصخور النادرة الوجود التي تتميز بقوة الاحتمال والخمول الكيميائي، والجمال اللافت للنظر، ومعظمها له درجات صلادة تقع بين 7 و10 حسب مقياس «موه» لقياس الصلاة. وتتميز الأحجار الكريمة بخاصية مهمة هي اللون Colour وعرض الألوان Play of colours. وبهذه الخاصية يصدر المعدن ألواناً مختلفة في تتابع سريع عندما يدار المعدن ببطء أو عندما نحرك العين بالنسبة إلى المعدن ذات اليمين أو ذات اليسار، مثال ذلك معدن الألماس الذي يعطى عرضاً للألوان نتيجة لقوة التشتت الضوئي dispersion في معدن الألماس. وتتميز الأحجار الكريمة كذلك بخاصية الأوبالية Opalescence التي يظهرها معدن الأوبال، وتنتج الألوان المتلألئة من الانعكاس الداخلي للمعدن، وكذلك خاصية عين الهر Chatoyancy التي تظهر في معدن الأجيت agate، وهي ظهور بريق متموج يتغير لونه وتتغير شدته باختلاف اتجاه النظر. وبعض الأحجار الكريمة لها خاصية التضوء Luminscence أي أن المعدن يصدر عنه ضوء، وخاصية التفلور Fluorite الذي تبدى بعض أنواعه هذه الخاصية. أما إذا استمرت ألوان الضوء عقب زوال المؤثر فإنها تعرف باسم التفسفر Phosphorescence. وقد لوحظت خاصية التفسفر عندما تعرضت بعض المعادن لضوء الشمس، فلما نقلت إلى حجرة مظلمة أظهرت ألواناً ساطعة جذابة. ومعظم الأحجار الكريمة، الذي يترتب عليه انعكاس كمية من الضوء الساقط على أوجه البلورة أكثر من تلك التي تنعكس على أوجه البلورات ذات معامل الانكسار المنخفض، وتعد صناعة قطع الأحجار الكريمة من الفنون العلمية الراقية التي تتطلب ذوقاً رفيعاً. وهناك أحجار شبه كريمة Semi- precious، ليست لها القيمة التي للألماس، ومنها الياقوت الأصفر (التوباز) Topaz. ومعظم التوباز الذي يبيعه تجار المجوهرات ليس توبازا حقيقيا لكنه ضرب من الكوارتز الأصفر، ويميز بينه وبين التوباز الحقيقي: أن الأخير له خاصية التكهرب بالاحتكاك، كما أنه أعلى صلادة من الكوارتز وأكبر كثافة كذلك. وأشهر مواطن استخراج التواباز البرازيل وجبال الأورال في روسيا.
وهناك أيضاً التورمالين Tourmaline، ودرجة صلادته 5ر7 تقريباً وتوجد منه ثلاثة ضروب هي: الزبرجد السيلونى وهو التورمالين الأصفر Cylonese peridot، والزمرد البرازيلي ولونه أخضر Brazilian emerald، وهناك ضرب لونه بني. وأهم مواطن استخراج التورمالين البرازيل ومدغشقر وسيلان. ومن أهم الأحجار شبه الكريمة العقيق الأحمر (الجارنت Garnet)، وصلادته حوالي سبعة، ومعامل انكسار الضوء فيه 75ر1، والبلورات الكاملة لها قيمة كبيرة، وقد تتخذ البلورات ألواناً عديدة، منها الأخضر والأصفر والأحمر، لكن أشهرها على الإطلاق الجارنت الأحمر. ومن الأحجار شبه الكريمة الزبرجد Peridot وتركيبه الكيميائي سليكات المغنسيوم والحديد، وصلادته حوالي 7، ومعامل انكسار الضوء فيه 7ر1، وهو ضرب من معدن الأوليفين المعروف، لكن لونه صاف جميل نتيجة لوجود الحديد به في حالة الحديدوز، ويوجد الزبرجد في جزيرة سان جونز أو جزيرة الزبرجد بالبحر الأحمر، كذلك يوجد في منطقة جبل زبارا جنوب مدينة القصر بالصحراء الشرقية المصرية.

أما الفيروز Turquoise الذي تبلغ صلادته 6، فيوجد في نيسابور بإيران كما يوجد بالمكسيك وأريزونا وروسيا. ويوجد في مصر في بعض صخور الحجر الرملي من العصر الكربوني في عدة أماكن من وسط سيناء، حتى أن شبه جزيرة سيناء كانت تسمى قديماً أرض الفيروز.

هناك أيضاً حجر القمر Moonstone الذي يعتبر ضرباً من معدن الميكروكلين، وحجر اللازورد Lapis-lazuli الذي يوجد على هيئة حبيبات دقيقة منتشرة في بعض الأحجار الجيرية المتبلورة المتحولة، وأحسن عيناته تأتي من أفغانستان ومن سيبريا.
الألماس
Diamond
أشهر الأحجار الكريمة على الإطلاق، وهو معدن يتكون من عنصر الكربون الحر يتبلور على صورة ثماني الأوجه octahedron أو ذي الأثني عشر وجها Dodecahedron في فصيلة المكعب cubic. والهند وجنوب أفريقيا والبرازيل أكبر المصادر العالمية لإنتاج الألماس. وبجانب أهمية الألماس بوصفه حجراً كريماً، فإن له استخدامات مهمة في الصناعة في كونه مادة ثاقبة وقاطعة. وترجع روعته بجانب صلادته العالية إلى معامل انكسار الضوء العالي فيه؛ إذ يبلغ أكثر من 2,4 بينما في الزجاج يساوي 1,5، وهذه الخاصية هي التي تسبب لمعان الألماس وبريقه الخاطف. وهناك نماذج من القطع الصناعي للألماس أشهرها قطع البرلنتى Brilliant cut، والقطع المتدِّرج Step-cut. وأثمن عينات الألماس هي التي يكون لها لون ضارب إلى الزرقة الخفيفة وتليها فيالقيمة الأنواع الشفافة. ويعد اللون الأصفر الخافت أكثر العيوب التي تقلل من قيمة الألماس، وأقل أنواعه قيمة هي الأنواع الرمادية أو السوداء.

هناك ألماسات مشهورة على مستوى التاريخ والعالم، لعل أكثرها قيمة وشهرة ألماسة المغول الكبيرة Great Mongul، وهذه الألماسة ضخمة ولا يعرف وزنها تماماً، وكانت في حوزة أباطرة الهندستان وفقدت، ولم يعثر لها على أثر حتى الآن. أما بلّورة جبل النور Koh-i- noor التي تزن 108 قراريط، والتي استخرجت من الهند فقد توارثها أباطرة كثيرون حتى آلت أخيراً إلى بريطانيا وأصبحت دُرّة التاج البريطاني. هناك أيضاً ألماسة نجم الجنوب Star of South ويبلغ وزنها 108 قراريط، واستخرجت من مناجم البرازيل. أما أضخم ألماسة معروفة فهي الكولنيان The Kullinian التي استخرجت من مناجم جنوب أفريقا ويبلغ وزنها 3250 قيراطاً (رطل وست أوقيات)، وقطعت إلى ألماستين فريدتين إحداهما تزن 530 قيراطاً والأخرى 317 قيراطاً إلى جانب مائة ألماسة صغيرة.
البازلت
Basalt
صخر بركاني دقيق التحبب يرتكب أساساً من البلاجيوكليز الكلسى (غالباً لابرادوريت)، والبيروكسين وكمية ضئيلة نسبياً من المعادن القاتمة (ماجنتيت وإلمنيت) . وقد يحتوي الصخر على كميات متفاوتة من الأوليفين أو النيفيلين أو الكوارتز أو السبينل. ويتميز البازلت بأنسجة البورفيرى والأوفيتى وتحت الأوفيتى والفاريوليتى. وصخر البازلت أكثر الصخور انتشاراً على سطح الأرض ويوجد في البيئات التكتونية التالية:

1 ـ سلاسل الجبال المغمورة في قعور المحيطات ووسطها التي تعرف باسم الأعراف المحيطية Mid ocean Ridge Basins. وأحياناً تظهر بعض القمم البركانية فوق سطح البحر مكونة جزراً، وأشهرها وأكبرها جزيرة أيسلند البازلتية.
2 ـ الجزر المحيطة Oceanic Islands، مثل جزر هاواي والكنارى البازلتية.
3 ـ الحدود القارية الأوروجينية وأقواس الجزر Orogenic continental areas # island arcs، مثال ذلك جزر اليابان والفلبين وإندونيسيا.
4 ـ البراكين القارّية داخل القارات والبعيدة عن نُطُق الانزلاق Continental basalts. وهذه الصخور تنتشر في جنوب أفريقيا وجنوب أمريكا وشمال استراليا. كما توجد أيضاً في مناطق الأخاديد مثل أخاديد شرق أفريقيا وأوسلو والراين.
5 ـ البازلت الأركى Archaean basalt حيث تغطى صخور البازلت مساحات كبيرة من دروع الحق الأركى مثل الدرع الأفريقي والدرع الكندى ودائماً تكون هذه الصخور متحولة إلى مرتبة الجرين شست أو الأمفيبوليت وتعرف بأحزمة الصخور الضخراء Greenstone belts.
وينقسم البازلت على أساس تركيبه المعدني ثلاثة أقسام رئيسية هي:
1 ـ الثولييت Tholeiite أو البازلت الثولييتى Tholeiitic basalt الذي يتركب من البلاجيوكليز الكلسى والبيروكسين الفقير في الكالسيوم.
2 ـ البازلت الأوليفينى القلى Alkali olivine basalt يتركب من الللاجيوكليز الكلسى والبيروكسين الكلسى (الأوجيت) والأوليفين والنيفيلين بالإضافة إلى معدنى الماجنتيت والإلمنيت ويتميز هذا الصخر باحتوائه على كمية كبيرة نسبياً من العناصر القلوية خاصة الصوديوم.
3 ـ البازلت الغنى بالألومينا High - Alumina basalt الذي يتميز باحتوائه على كمية كبيرة من البلاجيوكليز والألومينا.
وبالإضافة إلى أن البازلت يغطى معظم أجزاء القشرة المحيطية وأجزاء من القشرة القارية فإنه يغطى أيضاً مساحات كبيرة من سطح القمر وأسطح بعض الكواكب مثل الزهرة وعطارد، كما يدخل البازلت في تركيب بعض النيازك Meteorites. وعلى هذا فإن البازلت يعد أكثر الصخور شيوعاً على الإطلاق.

البترول (النفط)
يعتبر زيت البترول من أهم مصادر الطاقة في هذا العصر، بل هو واحد من أهم مقومات الحضارة الحديثة للإنسان؛ فهو يستخدم وقوداً في مختلف الصناعات ويستعمل في تسيير وسائل النقل والمواصلات، كما يستعمل في الزراعة وفي التدفئة وفي توليد الكهرباء. كذلك تستخدم بعض مكونات البترول في صناعة عشرات من المواد الكيميائية المهمة مثل اللدائن والأصباغ والأدوية والألياف الصناعية.
وقد عرف الإنسان زيت البترول منذ قديم الزمان، فعرفه الفرس منذ نحو 4000 سنة مضت، واستخدموا الأسفلت الناتج منه في تثبيت أحجار المعابد وأسوار المدن. ويعتقد أن «نار المجوس» نتجت عن اشتعال بعض أبخرة البترول والغاز الطبيعي عند خروجها من بعض الشقوق وفي قشرة الأرض، ولذلك اعتبرها المجوس ناراً مقدسة لا تطفىء أبداً. ويحدثنا الرحالة الإيطالى الشهير «ماركو بولو» أنه شاهد وهو في طريقه إلى الصين زيتا أسود يخرج من الأرض في منطقة باكو، وقد أصبحت هذه المنطقة فيما بعد من أغنى مناطق البترول. كذلك ذكر المستكشفون الأوال لقارة أمريكا الشمالية أنهم وجدوا زيتا أسود يخرج من شقوق في سطح الأرض ويكون بركا ضحلة كريهة الرائحة. وقد عرف العرب البترول منذ زمن بعيد وأطلقوا عليه اسم «النفط» لأنه كان يحدث بثوراً في جلد الإنسان.
وقد تم حفر أول بئر في الولايات المتحدة عام 1806، وكان الهدف من حفرها هو الحصول على المياه الجوفية، ولكن القائمين على الحفر فوجئوا بخروج زيت أسود مع الماء، وضاقوا به لأنه كريه الرائحة ويلوث الماء وكان ما يحيط بهم. ولم يكن الناس يعرفون إلا نوعين من الوقود هما الخشب والفحم. ولم يكن هناك وقود سائل إلا بعض الزيوت التي تنتج من تقطير الفحم، وكانت تعرف باسم كيروسين، وهي مشتقة من كلمة «Kero» في اللغة الإغريقية وتعنى الشمع. وقد تبين بعد ذلك أن زيت البترول قابل للاشتعال، وأن الطاقة الناتجة منه تعادل الطاقة الناتجة من كيروسين الفحم ولذلك ازداد الطلب على البترول. وقد كانت أغلب الآبار التي يستخرج منها هذا الزيت تقع حول مدينة «تيتوس فيل» بولاية بنسلفانيا ـ وقد تم بعد ذلك حفر أول بئر إنتاجية بها عام 1859 بواسطة «إدوين دريك»، وكان ذلك بمثابة مولد صناعة البترول. وكان عمق الآبار لا يزيد على 20 متراً، وبلغ إنتاج الولايات المتحدة من البترول عام 1860 نحو ألفي برميل، وهو رقم لا يقارن بما يتم إنتاجه اليوم من البترول والذي يصل إلى عدة ملايين من البراميل في اليوم الواحد.
المواد الأولية المستخرجة من البترول والغاز الطبيعي:
يتم تقطير البترول، وفصل مكوناته في معامل التكرير بعملية تسمى التقطير التجزيئي، والجدول التالي يوضح النواتج الرئيسية لتكرير البترول.

تلاحظ من الجدول أن كل ناتج من نواتج عملية التقطير هو عبارة عن مخلوط من عدة مركبات (لاحظ مدى عدد ذرات الكربون ودرجة الغليان)، لذلك تجري عملية تقطير مرة أخرى للنواتج السابقة لفصل مكونات كل منها، فمثلاً يمكن إعادة تقطير الجازولين (مخلوط أولي) إلى مكونات شبه نقية حيث نحصل على الإيثر البترولي، والبنزين، واللجروين.
بعد فصل المكونات الرئيسة للبترول والغاز الطبيعي، يحتاج كثير من هذه المركبات إلى معالجة حرارية للحصول على مواد أخرى أكثر استخداماً في مجال الصناعة. وإذا ما أجريت هذه العملية على الألكانات سميت (بالتكسير الحراري). كما يمكن معالجة الإيثان والبروبان حرارياً لتكوين بعض الألكينات مثل الإيثين والبروبين.
بركان
Volcano
جبل أو تلّ مخروطيّ الشكل تكوّن حول فتحة فيالقشرة الأرضية متصلة بغرفة صهارية في باطن الأرض تخرج منها اللابة Lava والغازات والصخور الملتهبة. ويتكوّن البركان من أجزاء، هي المخروط Cone، والفوَّهة Crater، وقصبة البركان neck.
زلزال
Earthquake
هزة أرضية تحدث في مناطق معينة من القشرة الأرضية سببها انتقال موجات زلزالية في الصخور، يعتقد أن سببها المباشر هو الانكسار المفاجىء للصخور نتيجة لتعرضها للضغط أو الشد أو كليهما فيؤدّي ذلك إلى حدّ من الإجهاد يتسبب في تشوه الصخور بالكسر. وينشأ عن الزلزال ثلاثة أنواع من الموجات الزلزالية Seismic waves، هي الموجات التضاغطية السريعة الانتشار. وتسبب تشوهاً مرناً في المواد الصلبة على هيئة نبضات متتالية من التخلخل والضغط في اتجاه انتشار الموجة، وهي أولى الموجات التي تصل إلى أجهزة التسجيل، وتسمى الموجات الأولية ويرمز لها بالحرف الإنجليزي P، والنوع الثاني هو الموجات المستعرضة وتسبب ذبذبات عمودية على اتجاه انتشارها، وتسمى موجات ثانوية ويرمز لها بالحرف الإنجليزي S، والنوع الثالث موجات سطحية تنشأ من انعكاسات الموجات الزلزالية في داخل القشرة غير المتجانسة، وهي موجات بطيئة نسبياً وتصل إلى أجهزة تسجيل الزلازل بعد الموجات الأولية والثانوية. تستخدم لرصد الزلازل أجهزة حساسة تسمى السيزموجراف Seismograph.
وتقاس شدة الزلزال بوحدات مقياس رختر، وهو مقياس لوغارتمى، فمثلاً الزلزال الذي شدته تقابل وحدتين من مقياس رختر يساوي في الشدة عشرة أضعاف الزلزال الذي له شدة تقابل وحدة واحد فقط من مقياس رختر، ويتدرج المقياس في شدته من وحدة واحدة إلى ثماني وحدات.
وينشأ الزلزال من نقطة في باطن الأرض هي بؤرة الزلزال Focus والنقطة الواقعة أعلى البؤرة مباشرة على سطح الأرض تسمى نقطة فوق المركز Epicenter.
وتنتشر موجات الزلازل في جميع بقاع الأرض، لكن مصادرها تتركز في أماكن محدودة يتكرر فيها حدوث الزلازل من وقت لآخر، وهي مناطق الأحزمة الزلزالية. يوجد حزام زلزال حول المحيط الهادي يمتد من شيلي إلى بيرو إلى أمريكا الوسطى ـ المكسيك ـ كاليفورنيا ـ غرب كندا ـ ألاسكا ـ اليابان ـ الفلبين ـ إندونسيا ونيوزلندا. ويشمل الحزام الثاني: شمال أفريقيا ـ أسبانيا ـ إيطاليا ـ اليونان ـ تركيا ـ إيران ـ شمال الهند ـ بورما إلى الصين. وتوجد مناطق نشيطة زلزالياً، لكن أهميتها أقل من الحزامين الزلزاليين الأساسيين، وتنتشر هذه المناطق في المحيط المتجمد الشمالي، والمحيط الأطلسي والهندي ووسط سيبيريا وشمال وشرق أفريقيا. وتحدث الزلازل عادة في مناطق عدم الاستقرار في القشرة الأرضية. والزلازل قد تكون ضحلة، وهي التي تنشأ عند أعماق لا تزيد على ستين كيلومتراً وهي أخطر أنواع الزلازل.
قوة الزلزال بحسب مقياس رخترعدد الزلازل في العام تأثيره على المناطق المسكونة
أقل من 3,480,000لا يسجل إلا بالسيزموجراف
3,5 ـ 4,230,000يشعر به بعض الناس
4,3 ـ 4,84,800يشعر به الكثير من الناس
4,9 ـ 5,41,400يشعر به الجميع
5,5 ـ 6,1500يسبب بعض التلف في المباني
6,2 ـ 6,9100تلف شديد في المباني وتشقق في الجسور
7 ـ 7,315تلف شديد في المباني في شكل دمار جزئي
7,4 ـ 7,94دمار عظيم وانهيار شديد للمباني
اكثر من 8زلزال كل خمسة أو عشرة أعوامدمار عام شامل
وقد تكون الزلازل متوسطة العمق لا تبعد البؤرة فيها عن 300 كيلومتر، أما الزلازل العميقة وهي أقل الأنواع تدميراً وتأثيراً على القشرة الأرضية لأنها تحدث عند أعماق تصل إلى 800 كيلومتر.
ويصاحب حدوث الزلزال ظواهر جيولوجية مثل حدوث شقوق في الأرض، وهبوط في مواقع، وارتفاع في مناطق أخرى. كذلك تحدث الانزلاقات الأرضية والانهيارات الجبلية، وانفجار المياه الأرضية المختزنة في باطن الأرض، كذلك قد يعقب الزلزال تحرك الجبال الثلجية. وفي حالات نادرة قد يعقب الزلزال ثوران البركان، كما حدث في بيرو عام 1992 وكولومبيا 1993.

ويعقب الزلزال عادة عدد من الهزات التي تسمى توابع الزلزال Aftershocks قد تصل في العدد إلى مئات الهزات. وقد يستمر تأثيرها فترة طويلة قد تصل شهوراً عديدة، لكنها غالباً تكون أقل في شدتها من الزلزال الرئيسي الذي حدث أولاً.

علم التعدين
Metallurgy
يعنى هذا العلم بتركيز الخامات واستخلاص الفلزات منها وتنقيتها، ومن الجدول التالي نجد أن الفلزات توجد في خاماتها على صورة مركبات كيميائية، فالفلزات الواقعة في المجموعة الأولى والثانية في الجدول الدوري لا توجد إلا في صورة مركبات وأكثرها نشاطاً يوجد في صورة أملاح كالكلوريدات والكبريتات والكربونات وغيرها. أما الألومنيوم والفلزات الثقيلة فتوجد غالباً في صورة أكاسيد أو كبريتيدات، أما بعض الفلزات الواقعة في مجموعة العناصر الانتقالية فهي غير نشطة كيميائياً، لذلك فغالباً ما توجد في الطبيعة منفردة، أي بشكلها العنصري أكثر من وجودها في صورة مركبات، ومن أمثلتها الذهب والفضة ومجموعة البلاتين.

وتحتوي الخامات غالباً على كميات كبيرة من مواد أرضية غير مرغوب فيها كالسليكات والطفل والصخور النارية، ولكي يكون استخلاص فلز ما من خاماته ممكناً من الناحية الكيميائية وغير مكلف من الناحية الاقتصادية فلابد من تركيز الخام بالقدر المناسب، وهذا يختلف من فلز لآخر

الاحتباس الحرارى (ظاهرة الصوبة)

لا تصل أشعة الشمس التي تسقط على الغلاف الجوى إلى سطح الأرض بكامل قوتها، فينعكس نحو 25% من هذه الأشعة عائداً إلى الفضاء بفعل الهواء والسحاب، ويمتص الغلاف الجوي نحو 23% منها. أما الباقي وهو 52% منها فقط فيصل إلى سطح الأرض. وينعكس من هذه الكمية الأخيرة نحو 6% عائداً إلى الفضاء أما الباقي وهو 46% فيمتصه سطح الأرض ومياه البحار فيدفئهما. وتشع هذه الأسطح الدافئة بدورها الطاقة الحرارية التي اكتسبتها من الشمس على شكل الأشعة تحت الحمراء ذات الموجات الطويلة. ونظرا لأن بعض الغازات الشحيحة الموجودة طبيعياً في الهواء ـ خاصة ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء ـ لها القدرة على امتصاص هذه الأشعة فإن هذا يؤدي إلى حجز جزء من الطاقة الحرارية المنبعثة من سطح الأرض داخل الغلاف الجوي ويمنع تبددها في الفضاء. وتعرف هذه الظاهرة بالاحتباس الحراري أو ظاهرة الصوبة نسبة لما يحدث داخل الصوبة الزجاجية التي تستخدم في الزراعة. ولولا هذا الاحتباس الحراري الطبيعي لانخفضت درجة حرارة سطح الأرض بمقدار 33 درجة مئوية عن مستواها الحالي، أي لهبطت إلى دون نقطة تجمد الماء ولأصبحت الحياة على سطح الأرض مستحيلة. ونظرا لأن التركيز الطبيعي لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي تحكمه التفاعلات التي تحدث بين الغلاف الجوي ومياه البحر والمحيط الحيوي على سطح الأرض، فيما يعرف باسم الدورة الجيوكيميائية للكربون، فإن أي خلل في توازن هذه التفاعلات يحدث تغيراً في درجة الحرارة على سطح الأرض. ويعد غاز ثاني أكسيد الكربون غاز الاحتباس الحراري الرئيسي، وتتوقف تركيزاته في الهواء على الكميات المنبعثة من نشاطات الإنسان، خاصة من احتراق الوقود الحفري ومن معدل آزالة الغابات، والتغيرات التي قد تطرأ في الغطاء النباتي. ويقدر تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي اليوم بنحو 353 جزءاً في المليون بالحجم، أي بزيادة قدرها 25% عن مستواه قبل عصر الصناعة (عام 1750 ـ 1800 م) البالغ 280 جزءاً من المليون بالحجم. وتتزايد التركيزات اليوم بمعدل 5ر0% سنوياً بسبب الانبعاثات الناشئة عن الأنشطة البشرية. وإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون وجد أن هناك عددا من الغازات الأخرى لديها خصائص الاحتباس الحراري، وأهم هذه الغازات: الميثان وأكسيد النيتروز ومجموعة الكلوروفلوروكربون والأوزون الذي يتكون في طبقة التروبوسفير.

الأرصاد الجوية للطيران
Aeronautical Meteorology

نظراً لأهمية الأرصاد الجوية بالنسبة للطيران فقد تم إنشاء مراكز للتنبؤات الجوية في جميع المطارات الدولية، تصدر تقارير وتنبؤات جوية عن حالات الطقس في المطارات التابعة لها لتذيعها إلى المطارات الأخرى وإلى الطائرات، كما تستقبل التنبؤات والتقارير الجوية من كافة المطارات بصفة مستمرة، تصدر التنبؤات الجوية الخاصة برحلات الطيران على خرائط كاملة لمساحات كبيرة من العالم، تشتمل على معلومات الرياح والحرارة والطقس عند مستويات ارتفاعات مختلفة، هذا بالإضافة إلى صور الأقمار الصناعية التي تبيِّن مواقع الأعاصير والرياح الشديدة خلال الرحلة.
وعند تصميم الطائرة يلزم معرفة الخصائص الفيزيائية والديناميكية للجو. وفي التجهيز لأعمال الطيران تلزم المعلومات الجوية في بناء المطارات حيث تحدِّد قيمُ الضغط والحرارة أطوال الممرات، وتحدِّد الرياحُ السطحية السائدة اتجاهات هذه الممرات.

وفي عمليات الطيران تفيد معلومات الأرصاد الجوية فيما يلي:
1 ـ اختيار أنسب أوقات الرحلات الجوية ومساراتها.

2 ـ توفير الوقود وتقدير الحمل الفعّال للطائرة مما يوفر عائداً اقتصادياً محسوساً.

3 ـ تأمين سلامة الطائرات والأرواح في الجو وخلال مراحل الإقلاع والهبوط.

الهواء

الهواء خليط الغازات الذي يحيط بالأرض. وغالباً ما يطلق عليه الغلاف الجوي. وبدون الهواء فإن الحياة تستحيل على سطح الأرض، وتكون مجرد عالم صخري شبيه بسطح القمر، وتكون السماء داكنة باستمرار، والنجوم غير متلألئة، وتكون الشمس كرة نارية تذهب بالأبصار، وتنطلق منها إلى الأرض إشعاعات مميتة، بالإضافة إلى الحرارة والضوء.
وتحتاج جميع الأحياء (الحيوانات والنباتات) الهواء لتبقى على قيد الحياة، فقد يعيش الإنسان أكثر من شهر دون طعام وأكثر من أسبوع دون ماء. لكنه لا يستطيع البقاء حياف دون هواء سوى بضع دقائق.

وللهواء دور أكبر من كونه يمكِّننا من التنفس. فالهواء يقي الأرض من الأشعة الضارة التي تنبعث من الشمس وغيرها من الأجسام، والكواكب في الفضاء الخارجي. وفي نفس الوقت يقوم الهواء بامتصاص الكثير من الحرارة المنبعثة من الشمس. وبهذا يحافظ الهواء على بقاء الأرض دافئة بما فيه الكفاية لضمان استمرار الحياة. والهواء يحمينا من الجسيمات النيزكية، التي يحترق معظمها قبل أن ترتطم بسطح الأرض.

وتجلب السحب التي تتشكل في طبقات الجو العليا المياء سواء أكانت على شكل أمطرا أم ثلوج. وينبغي توافر المياه والهواء لجميع الكائنات الحية لكي تعيش.
ونحتاج للهواء أيضاً لكي نسمع، حيث ينتقل الصوت عبر الهواء، أو أي مادة أخرى. ومعظم الأصوات التي نسمعها تنتقل عبر الهواء. وللهواء وزن، وهذا الوزن يمكِّن المناطيد المملوءة بالغاز الخفيف أو الساخن من أن ترتفع فوق الأرض لأنها أخف من الهواء المحيط بها. كما يمكِّن الهواء المتحرك الملامس لأجنحة الطائرات والطيور والحشرات من الطيران.

يحتوي الهواء على خليط من الغازات، تمتد من سطح الأرض إلى الفضاء الخارجي. وتعمل الجاذبية الأرضية على تثبيت الغلاف الجوي حول الأرض. وتتحرك الغازات بحرية فيما بينها. ويعبر ضوء الشمس، الذي يتكون من خليط من جميع الألوان، الغلاف الجوي فتعمل جزيئات الهواء على تشتيته في كل الاتجاهات. وتبدو السماء زرقاء اللون، لكون الضوء الأزرق أكثر تشتتاً من غيره من الألوان. وتوجد العديد من جسيمات الغبار عالقة في الهواء. كما يحتوي الهواء على قطيرات الماء وعلى بلورات ثلجية على شكل سحب.

غازات الهواء: النيتروجين والأكسجين من الغازات الرئيسية في الهواء. ويحتوي الهواء على غيرهما من الغازات مثل بخار الماء وثاني أكسيد الكربون والنيون والأرجون والهيليوم والكريبتون والهيدروجين والزيتون والأوزون. أما بخار الماء في الهواء فهو ماء على شكل غاز غير مرئي. ويشكل النيتروجين 78% من الهواء الجاف (خال من بخار الماء)، ويشكل الأكسجين 21% من الهواء الجاف. ويحتوي الباقي (1%) بشكل رئيسي، على الأرجون وغيرها من الغازات الأخرى.
وبعض الغازات في الغلاف الجوي مهمة جداً. فعندما نتنفس، نأخذ الأكسجين من الهواء ونُخرج ثاني أكسيد الكربون. وتأخذ النباتات الخضراء ثاني أكسيد الكربون وتطلق الأكسجين في عملية صناعة الغذاء أو ما يسمى بعملية التركيب الضوئي.
ويؤدي الأكسجين في الجو دوراً في بعض العمليات الكيميائية كصدأ الحديد وتصنيع الخل من عصير التفاح. وتحتاج معظم أنواع الوقود الأكسجين لكي تحترق. وتقوم بعض أنواع البكتيريا في التربة بتحويل النيتروجين في الجو إلى مخصبات كيميائية للنبات.
ويساعد ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء على بقاء الأرض دافئة، حيث يمنعان جزءاً من حرارة سطح الأرض التي تكتسبها من أشعة الشمس من التسرب إلى الفضاء الخارجي. ويُعرف هذا السلوك من قبل الغازات بتأثير البيت المحمي. ويلزم وجود بخار الماء في الجو لتشكيل الأمطار والثلوج. والأوزون شكل من أشكال الأكسجين، يمتص جزءاً كبيراً من الأشعة الشمسية فوق البنفسجية غير المرئية الضارة.

تركيب الغلاف الجوي

يقسم العلماء الغلاف الجوي إلى أربع طبقات بناء على اختلاف درجة الحرارة. وهذه الطبقات مرتبة من الأدنى إلى الأعلى هي: 1 ـ طبقة التروبوسفير 2 ـ الإستراتوسفير (الطبقة الجوية العليا) 3 ـ الميزوسفير (الغلاف الأوسط) 4 ـ الثيرموسفير (الغلاف الحراري).
يقل سُمك الغلاف الجوي كلما ارتفعنا عن سطح الأرض. وتتلاشى الطبقة الخارجية للغلاف الجوي بالتدريج في الفضاء الخارجي حيث تقابل الرياح الشمسية. والرياح الشمسية دفق مستمر من الجسيمات المشحونة من الشمس.
الهوائي جهاز يرسل ويستقبل إشارات الراديو والتلفاز والرادار. تُحْمَل تلك الإشارات بوساطة موجات كهرومغنطيسية، تتنقل عبر الفضاء بسرعة الضوء. وهي تختلف في أطوال الموجات، ذات الصلة المباشرة بترددها، أي نسبة اهتزازها. وتبث محطات الإذاعة، والتلفاز، والرادار على أطوال موجات مختلفة، لكي لا محطات الإذاعة هما تضمني الاتساع، وتضمين التردد. وعموماً، تستخدم محطات تضمين الاتساع أطوالاً موجية تتراوح بين 10 و20000 م، بينما تستخدم محطات تضمين التردد، ومحطات التلفاز أطوالاً موجية طولها 3 م فأقل. أما إشارات الرادار، فإنها تستخدم أطوالاً موجية يبلغ طولها بضعة سنتمترات.

ثقب الأوزون

أظهرت أرصاد طبقة الاستراتوسفير، فوق القطب الجنوبي، نقصاً كبيراً في الأوزون في نهاية فصل الشتاء (سبتمبر ـ أكتوبر) . وقد اكتشف هذا النقص ـ الذي أشير إليه بأنه فجوة أو ثقب في طبقة الأوزون ـ عام 1984 م. ولقد بينت الدراسات الحديثة أن متوسط النقص في العمود الكلى للأوزون يتراوح بين 30 ـ 40 في المائة على ارتفاع بين 15 و20 كيلومتراً فوق القطب الجنوبي. وبالرغم من وجود نظريات مختلفة لتفسير تكوين ثقب الأوزون، تشير الأدلة العلمية إلى أن المركبات الكيميائية المحتوية على الكلور أو البروم مثل الكلوروفورم ورابع كلوريد الكربون، وبخاصة مركبات الكلوروفلورو كربون التي يستخدمها الإنسان هي المسؤولة أساساً عن ذلك. ويمتد عمر هذه المركبات في الهواء إلى نحو 75 ـ 110 سنوات، وهي مدة تسمح لها بالانتشار والوصول إلى طبقة الأوزون في الاستراتوسفير، وهناك تتفكك هذه المركبات ويتحد بعض ما بها من ذرات الهالوجين مع جزيئات الأوزون، وبذلك تسبب أضمحلال هذه الطبقة وتآكلها.