التيارات الهوائية الهابطة⁽¹⁾:

من البديهي إن الهواء يصعد بصفة عامة في منطقتين أساسيتين هما منطقة الضغط المنخفض الاستوائي ومنطقة الضغط المنخفض الدائم في العروض دون القطبية حيث تكون مثل هذه المناطق طاردة للملوثات الهوائية. فيما يهبط في منطقتين هما منطقة الضغط المرتفع في العروض الوسطى والمنطقة القطبية. وتحدث حالات الاحتباس الحراري في مناطق العروض الوسطى (المناطق المحصورة بين خطي عرض 30-60 شمالاً وجنوباً) بسبب التيارات الهوائية الهابطة التي تحجز الغازات والملوثات تحتها. وتتميز هذه التيارات بارتفاع درجة حرارتها بسبب الكبس المسلط عليها من الطبقات العليا، وحال نزوله فإذا ارتفعت درجة حرارته فوق درجة حرارة الهواء الموجود تحته فان ذلك يولد ما يعرف بـ(الانقلاب ألخمودي⁽²⁾ Sub sidence Inversion) وترافق هذه الظروف أجواء صافية وقليلة المطر، فإذا تزامن وجود الملوثات الهوائية مع هذه الظروف الجوية وقعت الكوارث البشرية وحصل الاختناق لكثير من سكان المدن الصناعية في المناطق المحصورة بين هذين الدائرتين مثل كاليفورنيا ولندن ولوس انجلوس وكندا واليابان وغيرها من الأقاليم الصناعية التي تقع ضمن هذا الموقع الفلكي. ويساعد طول النهار وتوفر الأشعة الشمسية وصفاء الجو على تكوين تفاعلات ضوء كيميائية (Photochemical) ينتج عنها ما يسمى بالضباب الضوء كيميائي الذي يرتبط بصورة عامة بمدينة لوس انجلوس الأمريكية⁽³⁾. ويرافق ذلك توفر الغازات الدفيئة والمواد الهيدروكاربونية واو كسيد النيتروجين التي تعد عامل أساس في وقوع المشكلة البيئية. وتُعتبر حالات الاستقرارية وانخفاض سرعة الرياح وقلة الغيوم وصفاء الجو من الظروف المرافقة للتيارات الهابطة حيث يعيقان تبعثر الملوثات في طبقات الجو.

الاختلاط الرأسي (الاضطراب ألدوامي):

وسرعة الرياح الصاعد والهابط، وبطبيعة الحال أن تنتقل الملوثات مع هذه الحركة الأفقية والرأسية).إن ظواهر الاضطراب والتيارات الدوامية مسؤولة عن حدوث عملية الاختلاط والانتشار من الاتجاه العمودي والأفقي (الجانبي)، وهذا التأثير خاضع لعدد من التيارات الدوامية المختلفة، فالتيارات الكبيرة تتبع عموماً تيارات دوامية اصغر تكفي لحركة وانتقال الجزئيات الملوثة وتبعثرها⁽⁴⁾ وتؤدي هذه العملية الى تخفيف تركيز الملوثات الهوائية في جو المدن عن طريق رفعها الى الأعلى⁽⁵⁾وتبعثرها في الفضاء حتى يقل تركيزها وإبعاد خطرها عن طبقة التروبوسفير التي يعيش فيها الإنسان والكائنات الحية.كما إن سرعة الرياح واتجاهها يؤثران بشكل كبير في تركيز نسبة الملوثات، حيث يتناسب تركيز الملوثات في الغلاف الغازي تناسباً عكسياً مع سرعة الرياح، فكلما ازدادت سرعة الرياح كلما قلت نسبة تركيز الملوثات جدول المرفق، وتساعد حركة الرياح الأفقية على نقل الغازات الملوثة الى أقاليم أخرى بعيدة عن منطقة المصدر ومن ثم اختلاطها مع رياح جديدة وبالتالي تقليل التراكيز السمية لها. أما انخفاض سرعتها أو ما يسمى (الأحوال الجوية المستقرة) فتؤدي الى حدوث ضعف في عملية الاختلاط الهوائي فتنشأ عنها بعض الظواهر الجوية كالضباب والندى وخاصة إذا توافرت الرطوبة الجوية.وتحدث الكوارث البيئية التي تسببها ظاهرة الاحتباس الحراري في الأيام التي يكون فيها ارتفاع الحركة الرأسية للهواء (الاختلاط الرأسي) اقل من 1500م وسرعة الرياح اقل من 4م/ثا أي حوالي اقل من 15كم/ ساعة، وتكون غير مصاحبة بأمطار وهي ما تسمى بـ(الأيام الحدثية) ⁽⁶⁾

الانقلابات الإشعاعية:

يحدث هذا النوع في مناطق العروض العليا والمناطق الأخرى الباردة بفضل عوامل جوية تساعد على تكوين الانقلاب أو الانعكاس الحراري، ويسمى هذا النوع (بالانقلاب الحراري المناخي) أو الانقلاب الإشعاعي (Radiation Inversion). ففي ليالي الشتاء الساكنة والصافية يبرد سطح الأرض عن طريق الإشعاع الحراري، وبهذه العملية تبرد طبقة الهواء الملامس لسطح الأرض. ففي الحالة الاعتيادية تتناقص درجة الحرارة كلما ارتفعنا للأعلى اعتباراً من سطح الأرض، لكن هنا تصبح العملية معاكسة للعملية السابقة (الهبوط الحراري)، إذ تنخفض درجة الحرارة حتى ارتفاع محدد اعتباراً من سطح الأرض ولن تسمح كتلة الهواء المستقرة فوق طبقة الهواء البارد والقريبة من سطح الأرض بالتبادل الشاقولي للهواء محدثة بذلك انقلاباً جوياً. ويكون ارتفاع الطبقة الحاجزة (Blocked layer) ضئيلاً فهي تقع عادة على ارتفاع 200م أو اقل من ذلك⁽⁷⁾. وعندما تقوم الشمس بتدفئة الأرض خلال النهار تدفئ الغلاف الجوي السفلي، فتكوّن طبقة يحدث عندها اختلاط في الجو وفجأة تتحرر الملوثات التي كانت محجوزة في الغلاف الجوي خلال الطبقة الحاجزة.

 والانقلاب الإشعاعي ذا أهمية كبيرة في الشمال الأقصى أثناء الليل القطبي الطويل، فقد يبقى أسابيع عدة ويساهم في أماكن كثيرة مثل فيريا نكس وألاسكا وكندا بقدر كبير في أحداث تلوث الهواء⁽⁸⁾.

وتزداد هذه الظاهرة خطورة في العروض القطبية المغطاة بالثلوج حيث يرتد الإشعاع الشمسي بشدة وينجم عن ذلك انخفاض درجة حرارة الهواء الملامس للأسطح الثلجية في حين ترتفع درجة حرارة الهواء كلما ارتفعنا للأعلى ويسمى هذا بالانقلاب الحراري الثابت⁽(Stable Inversion)  ⁽⁹⁾، وإذا ما تزامن مع هذا الظرف وجود مصادر لانبعاث الملوثات تتراكم الغازات الدفيئة تحت هذه الطبقة وتسبب حجز أو احتباس لها مما ترفع درجة الحرارة في هذه المناطق.

الرطوبة (الأمطار والضباب):

لرطوبة الهواء تأثير واضح في توزيع كمية الدخان بالجو، وان نسبة تركيز الدخان تزداد عند ارتفاع كمية الضباب (جدول2). ومن الملاحظ إن هناك قاعدة عامة ترتفع فيها نسبة تركيز الملوثات بارتفاع نسبة الرطوبة في الهواء، غير إن ذلك لا ينطبق على كل الغازات، فمثلاً إن تركيز الكلور ينخفض بارتفاع نسبة الرطوبة في الهواء، في حين ترتفع نسبة السخام وثاني اوكسيد الكبريت. وفي الأجواء الرطبة مثل مدينة البصرة وفي فصل الصيف على وجه الخصوص فان الجو يكون مرهقاً، وتتجمع تحت الطبقة الهوائية الرطبة الغبار والدخان مما يضعفان الرؤية. وقد تتكاثف الرطوبة سحباً ركامية صغيرة ومبعثرة ثم تكبر وتتصل وتنتشر تحت القاعدة ويكون نموها من أعلى إلى أسفل، وإذا أسقطت مطراً فيكون ملوثاً بجسيمات الغبار والدخان. وغالباً ما تكون الأجواء الضبابية مصحوبة بدرجة عالية من التلوث الهوائي⁽¹⁰⁾. تؤدي هذين الظاهرتين الى إسقاط جزيئات العناصر الملوثة العالقة في الجو وإشراكها معها في تفاعلات كيميائية يكون الماء العنصر الفعال في هذا التفاعل ومن ثم إسقاطها على الأرض بشكل ملوثات سائلة اقل خطورة من الملوثات التي يستنشقها الإنسان ويكون تأثيرها مباشراً.

الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة:

يعد الإشعاع الشمسي المصدر الرئيس لتسخين سطح الأرض، وهو عبارة عن أشعة كهرومغناطيسية تتحول الى طاقة كيميائية، تعتبر الأساس في حدوث التفاعلات الضوء كيميائية للغازات الملوثة المنتشرة في الجو. وتوجد علاقة طردية بين كمية وقوة الإشعاع الشمسي وكمية وخطورة التفاعلات الضوء كيميائية للملوثات، حيث يزداد نشاط التفاعلات الكيميائية مع شدة الإشعاع الشمسي. وبذلك يكون لشدة ومعدل ساعات السطوع اليومي اثر كبير في حدوث عملية الاحتباس الحراري. إن الإشعاع الأرضي (Terrestrial Radiation) يشكل جانب آخر مؤثر في حدوث هذه الظاهرة، وهو يتمثل بكونه أشعة مظلمة تحمل الحرارة فقط، ويبلغ أقصى معدل له بعد الظهر تقريباً فيما يبقى مستمراً طوال اليوم⁽¹¹⁾. فكلما كانت ساعات السطوع طويلة كلما كان الإشعاع الأرضي أطول. وتعمل الغيوم والسحب الدخانية والغبار والغازات الملوثة وبخار الماء، على التقليل من فقدان الإشعاع الأرضي بصفة خاصة أثناء الليل وفي الطبقة السفلية من الجو، وبالتالي فان درجة الحرارة ترتفع كثيراً بتأثير الإشعاع الأرضي المحجوز تحتها⁽¹²⁾.

إن لدرجة الحرارة تأثير واضح في عملية الاحتباس الحراري، فهناك علاقة عكسية بين درجة الحرارة ونسبة تركز الملوثات، حيث إن أكثر ما تصل إليه نسبة التلوث عندما تكون درجة حرارة الهواء منخفضة جداً، وخاصة أوقات الشتاء لما لذلك من علاقة برطوبة الهواء. ومن خلال الجدول 3يتبين إن نسبة تركيز السخام وغاز ثاني اوكسيد الكبريت تزداد بنسبة أكثر من ربع الكمية في حال انخفاض درجة الحرارة الى الصفر المئوية.

الرياح المحلية:

تسبب الرياح المحلية مثل (نسيم البر والبحر، نسيم الجبل والوادي) حالات من الاحتباس الحراري. ففي الأوقات التي ينساب فيها الهواء البارد من فوق السفوح الجبلية العالية الى بطون الأودية يكون أكثر كثافة ووزناً، في حين يرتفع الهواء الساخن الى الأعلى(30) مما يعيق حركة كتلة الهواء البارد ويجبرها على الاستقرار في مكانها لفترة زمنية، كما ويرافقها انعدام حركة الرياح الأفقية والعمودية.

لقد أثرت هذه الحالة في مواقع متعددة من الدول الصناعية، فالحادثة التي أصابت وادي الميز في بلجيكا كانت من هذا القبيل، حيث استقر الهواء المنزلق من السلاسل الجبلية الى قعر الوادي ولم يستطع الهواء الدافئ من إخراجه لذا استقر فوق الهواء البارد مما جعل السكان يلجأون إلى تدفئة منازلهم بمصادر التدفئة التقليدية مما رفع نسبة الملوثات وحجزها داخل الوادي حيث سبب الاختناق والوفاة لسكان المنطقة وإصابة المتبقين بالأمراض المزمنة⁽¹³⁾.

الثبات الجوي (الاستقرارية) (Stability):

من المعروف إن درجات الحرارة تنخفض بمعدل درجة مئوية واحدة لكل 100م ارتفاع للأعلى⁽¹⁴⁾، لكن تحدث في معظم الأحيان إن تنخفض درجة الحرارة بمعدل أسرع من هذا المعدل، أي إن الهبوط يكون أكثر من درجة مئوية واحدة لكل 100م، عندها يكون الجو غير مستقر وتكون الحركة الرأسية والأفقية⁽¹⁵⁾ للهواء على أشدها، مما يدفع الملوثات على الانتقال وتخفيف تراكيزها في الهواء. وعندما تنعكس الحالة، أي ترتفع درجة الحرارة مع الارتفاع بمعدل أسرع من معدل الهبوط الاديباتيكي حينئذ يكون الهواء ثابتاً، أي إن الحركة الرأسية معدومة أو متوقفة وهنا يظهر ما يسمى بـ(الطبقة الانقلابية) التي يكون من خصائصها إن ترتفع فيها درجة حرارة الجو مع الارتفاع بدلاً من انخفاضها، لذا فتعمل كغطاء فوق الغلاف الجوي تحجز الملوثات تحتها، وتجمعها بالقرب من سطح الأرض⁽¹⁶⁾ مسببة بذلك حالة من الاحتباس الحراري.

الجبهات الهوائية:

 تحدث حالات الاحتباس الحراري في المناطق التي تتعرض لغزو الجبهات الهوائية، أي عندما تلتقي كتلتان هوائيتان مختلفتان من حيث خصائصهما الحرارية ينساب الهواء البارد الثقيل الى الأسفل، في حين يرتفع الهواء الساخن الخفيف الى الأعلى لأنه اقل وزناً وكثافة، فتحدث حالة تسمى بـ(الانقلاب الحراري المتحرك) ⁽¹⁷⁾، مما يحجز الملوثات الهوائية لمدة من الزمن. وبما إن الجبهات الهوائية كتل كبيرة ومتحركة بصورة مستمرة ، لذلك لا توجد خطورة في مثل هذا النوع من الاحتباس، فهو لا يتجاوز يوم واحد أو بعض اليوم. وبسبب الحركة المستمرة للجبهات الهوائية تتبدد الملوثات مع حركة الجبهة وتقل خطورتها تدريجياً .

_________________________________

(1)  التيارات الهوائية الهابطة، يعزى حدوثها الى ارتفاع الضغط الجوي في الطبقات العليا من الهواء، وذلك بسبب نقص معدل انخفاض الضغط بالارتفاع في الهواء الساخن بالنسبة للهواء الأقل حرارة منه، وتبعاً لهذا الاختلاف يتحرك الهواء في الطبقات العليا من الجو من خط الاستواء نحو منطقتي عروض وسط كوكب الأرض (عروض الخيل) ويترتب على ذلك 

زيادة وزن الهواء في هاتين المنطقتين وهبوطه نحو سطح الأرض بصورة تيارات هوائية هابطة، وبالمثل أيضا يتحرك الهواء في الطبقات العليا من الجو في منطقتي الدائرتين القطبيتين نحو القطب وبالتالي يزيد من وزنه وضغطه فوقهما ويهبط على شكل تيارات هوائية هابطة عند القطبين. انظر: د.فتحي عبد العزيز أبو راضي، الأصول العامة في الجغرافية المناخية والنباتية، دار المعرفة الجامعية، الإسكندرية، 2003، ص197.

(2) لمزيد من الاطلاع على الانقلابات الخمودية، ينظر كيلبرت ماسترز، مدخل الى العلوم البيئية والتكنولوجية، ترجمة د.طارق محمد صالح وآخرون، دار الكتب للطباعة والنشر، جامعة الموصل، 1980، ص255-257.

(3) المصدر نفسه، ص220.

(4) د.عادل رفقي عوض، مؤثرات نشر الروائح في محطات معالجة مياه الصرف الصحي، المجلة العربية للعلوم، المنظمة العربية للتربية والثقافة والعلوم، جامعة الدول العربية، عدد 24، السنة الثالثة عشرة، القاهرة، 1994، ص69-77.

(5) من الجدير بالذكر إن الحركات الرأسية للهواء تشتد كلما زادت سرعة الرياح الأفقية ذلك لان ازدياد سرعة الرياح يجعلها لا تنساب في مستويات أفقية نظراً لاختلاف سرعتها في طبقاتها السطحية، إذ نتيجة لذلك إن تصعد أجزاء منها وتهبط أجزاء أخرى في نفس الوقت، وتعرف هذه الحركة بـ(الحركة غير الانسيابية للهواء) وهي تساعد على انتشار بخار الماء والغبار والملوثات الغازية في الهواء لسمك قد يصل الى 1000م تبعاً لسرعة الهواء ووجود عوائق تعترضه، كما أنها تظهر في الحالات غير المستقرة للجو في حين أنها تكاد تنعدم في حالات الانقلاب الحراري وسكون الهواء. ينظر: د.فتحي عبد العزيز أبو راضي، الأصول العامة في الجغرافية المناخية والنباتية، مصدر سابق، ص197.

(6) كلبرت ماسترز، مصدر سابق، ص263.

(7) د.عادل رفقي عوض، مصدر سابق، ص69-77.

(8) كلبرت ماسترز، مصدر سابق، ص260.

(9) د.صباح محمود الراوي، عدنان هزاع ألبياتي، أسس علم المناخ، وزارة التعليم العالي   والبحث العلمي، مطابع بيت الحكمة، بغداد، 1990، ص101.

(10) د.حيدر عبد الرزاق كمونه، العوامل الطبيعية وتلوث البيئة، مجلة النفط والتنمية، العدد 6، دار الشؤون الثقافية العامة، بغداد، 1987، ص8-30.

(11) د.فتحي عبد العزيز أبو راضي، أسس الجغرافية الطبيعية، مصدر سابق، ص328.

(12) تتم عملية تخفيف وتركيز الملوثات على شكل دورات يومية، ففي المساء عند صفاء السماء تبدأ الأرض بالإشعاع الحراري إلى الجو، فتبرد أكثر سرعة من طبقات الهواء القريبة مما تسبب عملية انعكاس حراري، وتستمر طوال الليل حيث تبدأ الرياح بالخفوت مما تتجمع الملوثات عند قاعدة الانعكاس. أما عند الشروق، فتسخن الأرض تدريجياً مع نقصان الهبوط في درجة الحرارة عند وصول سحابة الغازات الى طبقة الانعكاس العليا، وآنذاك تبدأ الملوثات المتجمعة بالهبوط الى الأرض. ومع زيادة درجة الحرارة تزداد سرعة الرياح تدريجياً دافعة الملوثات بعيداً فيقل تركيزها وتبقى الظروف ملائمة لعملية الانتشار حتى انخفاض درجة الحرارة عند غروب الشمس ثانياً. نظر/ د.حيدر عبد الرزاق كمونه، العوامل الطبيعية وتلوث البيئة، مصدر سابق، ص8-30.

(13) د.صباح محمود الراوي، عدنان هزاع ألبياتي، مصدر سابق، ص102.

(14) باكاكس، الإبعاد الصحية للتحضر، ترجمة د.محمد عبد الرحمن الشرنوبي، دار القلم للنشر، الكويت، 1980، ص237.

(15) تسمى هذه العملية بمعدل الهبوط الاديباتيكي (Adiabatic laps Rate).

(16) من الواضح إن الهواء يتحرك على شكل تيارات رأسية الى أعلى والى أسفل بسبب ارتفاع درجة حرارة الهواء في طبقاته السفلى نتيجة لملامسته لسطح الأرض الساخن، وارتفاع نسبة بخار الماء فيه بسبب كثرة التبخر مما يؤدي الى نقص كثافته وصعوده الى الأعلى على شكل تيارات مستمرة يطلق عليها اسم (تيارات الحمل) لأنها تحمل الحرارة وبخار الماء الى طبقات الجو العليا وتنشط في حالات عدم استقرار الجو. انظر/ د.فتحي عبد العزيز أبو راضي، أسس الجغرافية الطبيعية، مصدر سابق، ص196.

(17) كلبرت ماسترز، مصدر سابق، ص260.