تعريف بخار الماء
بخار الماء (بالإنجليزية: Water Vapour) يُعرف بأنه الحالة الغازية للماء، والتي تتواجد في الغلاف الجوي بكميات متفاوتة. يُعتبر بخار الماء جزءًا حيويًا من دورة المياه، حيث يمثل حوالي 0.01٪ من إجمالي المخزون المائي على كوكب الأرض. عادةً ما تبقى جزيئات الماء في الغلاف الجوي لفترة قصيرة، تتراوح تقريبًا بين تسعة أيام.
يدخل الماء إلى الغلاف الجوي عبر عمليات متعددة مثل التبخر والنتح والتسامي التي تحدث على سطح الأرض. ومع زيادة الارتفاع في الغلاف الجوي، ينخفض تركيز بخار الماء بشكل ملحوظ، ليصل إلى أقل من 20 كيلومتر. تشمل معايير قياس تركيز بخار الماء كلاً من ضغط بخار الماء، ونسبة الرطوبة، بالإضافة إلى الرطوبة المطلقة والنسبية. ومن المهم الإشارة إلى أن بخار الماء يسهم في تكوين السحب والظواهر المطرية.
الصيغة الكيميائية لبخار الماء
تتطابق الصيغة الكيميائية لبخار الماء مع تلك الخاصة بالماء السائل، وهي H2O. ومع ذلك، فإن جزيئات بخار الماء تتسم بانخفاض تماسكها وتفاعلها مع بعضها البعض. وبخار الماء يُعتبر الحالة الغازية للماء، مما يؤدي إلى تقليل تماسك جزيئات بخار الماء وتنظيمها مقارنة بالحالة السائلة.
كيفية تشكيل بخار الماء
يتشكل بخار الماء إما من خلال عملية التبخر أو التسامي؛ حيث إن بخار الماء لا يمكن رؤيته ككثافة على الأفق، على عكس الضباب والغيوم التي تتكون من جزيئات الماء السائل المعلقة في الهواء. إليك تفاصيل عمليات تكوين بخار الماء:
عملية التبخر
عبارة عن تحويل الماء من حالته السائلة إلى الحالة الغازية. وفقًا لجامعة ميتشيغان التكنولوجية، تضمن هذه العملية انتقال الماء من اليابسة والمسطحات المائية إلى الغلاف الجوي عندما ترتفع درجة حرارة الماء، مما يجعل جزيئاته تتحرك وتهتز بسرعة.
يُعتبر التبخر أحد أشكال التبخير، حيث الشكل الآخر هو الغليان. يتطلب التبخر وجود طاقة لدعمه، مما يُسرع العملية عند درجات الحرارة المرتفعة ومعدلات التدفق العالية بين حالتي الغاز والسائل. في السوائل ذات التوتر السطحي الأقل، يمكن أيضًا ملاحظة التبخر بشكل أسرع، نظراً لأن التوتر السطحي هو الميل المرن للسائل، مما يسمح ببعض الظواهر مثل تعويم الحشرات على الماء وتكوين الفقاعات.
عملية التسامي
تُعرف عملية التسامي بتحويل الماء من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية بشكل مباشر، دون المرور بالحالة السائلة. غالبًا ما تشير هذه العملية إلى تحول الثلج إلى بخار ماء في الهواء. ومن الأمثلة على ذلك، الثلج الجاف، الذي يتكون من ثاني أكسيد الكربون المتجمد، والذي يتحول إلى غاز عند درجة حرارة -78.5 درجة مئوية. الضباب يتمثل في مزيج من غاز ثاني أكسيد الكربون البارد والماء، الناتج عن ذوبان الثلج الجاف.
العوامل المؤثرة في بخار الماء
تتأثر عملية تكوين بخار الماء بعدة عوامل، نذكر منها:
- الضغط ودرجة الحرارة
تبلغ درجة غليان الماء 100 درجة مئوية عند الضغط المحيط على مستوى سطح البحر، ولكن تحت ضغط أقل، تنخفض درجة الغليان.
- مساحة السطح المعرض للسائل
عند وضع كميتين متساويتين من الماء في وعاء واسع وآخر ضيق، يتبخر الماء في الوعاء الواسع بشكل أسرع من الوعاء الضيق.
- درجة نقاء الماء
تؤثر درجة نقاء الماء على سرعة تبخره، حيث يتبخر الماء النقي بشكل أسرع من الماء المالح.
- الرطوبة
تزداد سرعة تبخر الماء مع انخفاض مستوى الرطوبة في الهواء، حيث تعني الرطوبة كمية بخار الماء المتواجد في الجو.
- سرعة الرياح
تسهم زيادة سرعة الرياح في تعزيز معدل تبخر الماء.
أهمية بخار الماء
يُعتبر بخار الماء عنصرًا حيويًا للحفاظ على الغلاف الجوي، وأهم النقاط المرتبطة بأهميته تتضمن:
- يعدّ من الطرق الرئيسية لنقل الحرارة والطاقة من سطح الأرض إلى الغلاف الجوي.
- يمتص جزيئات بخار الماء الحرارة المنبعثة من سطح الأرض في الغلاف الجوي السفلي.
- يُعتبر المصدر الثاني للدفء بعد ضوء الشمس، حيث يشع الحرارة في جميع الاتجاهات.
- يُساهم في الديناميكا الحرارية للغلاف الجوي، مما يُساعد في نقل الحرارة الكامنة وامتصاصها.
- يساهم في تكوين السحب التي تلعب دورًا رئيسيًا في عكس الإشعاع الشمسي.
- يمثل جزءًا أساسيًا من دورة المياه على الأرض، والتي تُعتبر ضرورية للحياة على كوكبنا.
- يُساعد في تحقيق توازن الطاقة على الأرض، كونه أحد الغازات الدفيئة المهمة التي تؤثر في التغيرات المناخية.
- يُساهم بخار الماء في أبحاث المناخ وكذلك في علوم مراقبة الأرض.