چگونه نوسانات درجه حرارت شدید در بیابانها شن و گرد و غبار را مخلوط می کند علوم پایه


میدان تپه های سفید ماسه ای دور از هرگونه فعالیت انسانی متروک و منزوی است ، ویژگی هایی که صحرای نیومکزیکو را به مکانی ایده آل برای آزمایش ایالات متحده برای آزمایش اولین بمب اتمی جهان در سال 1945 تبدیل کرده است. امروز نیز به عنوان یک برد موشکی فعال عمل می کند. . فضای 275 مایل مربع ماسه های سفید گچی همچنین مکانی ایده آل را برای انجام آزمایش میدانی بی سابقه برای اندرو گان ، ژئومورفولوژیست فراهم می کند.

گان و همکارانش که قادر به کار آرام و بدون نگرانی در مورد از دست دادن تجهیزات گران قیمت خود برای دزد بودند ، سعی در کشف اسرار حرکت شن و ماسه داشتند. به طور خاص ، آنها بررسی کردند که آیا تغییرات روزانه دما و باد در جو زمین منجر به حرکت قابل پیش بینی شن و گرد و غبار از پایین می شود یا خیر. تعیین علت و معلول در این قسمت از صحرا یک گام اساسی در پیش بینی چگونگی تأثیر ذرات سطح سیاره بر آب و هوا است.

گان گفت: “میدان تپه های شنی بسیار عجیب و غیر قابل مهمان است.” “این احساس بیگانه است.”

ژئومورفولوژی ، که گان در دانشگاه پنسیلوانیا مطالعه کرد ، بررسی می کند که چگونه یخ ، آب و هوا قالب ایجاد می کنند و مناظر زمینی را تغییر می دهند. در White Sands ، جایی که دما می تواند از -19 درجه فارنهایت در شب تا 95 درجه در طول روز باشد ، گان دریافت که نوسانات شدید دما در محیط باعث ایجاد باد شدید می شود که تپه های شنی را به حرکت در می آورد و گرد و غبار را به جو وارد می کند. یافته های منتشر شده در نامه های تحقیق ژئوفیزیکی اوایل سال جاری به دانشمندان کمک خواهد کرد که هم چگونگی ساخت مدل های آب و هوایی در زمین و هم اینکه چگونه فرآیندهای جوی ممکن است سطح مریخ را شکل دهند ، درک کنند.

کویرها تقریباً یک سوم سطح زمین را پوشش می دهند و بخشی مهم از سیستم آب و هوایی هستند. وقتی شن به گرد و غبار تبدیل می شود ، باد یا طوفان آن را به جو منتقل می کند و در آنجا به سیستم گردش خون لجن متصل می شود که مواد مغذی فیتوپلانکتون را در اقیانوس تأمین می کند ، زندگی گیاهان را در آمازون تغذیه می کند و حتی بر تشکیل ابر تأثیر می گذارد. چندین مطالعه چگونگی وقایع عمده آب و هوایی مانند رعد و برق و توپی گرد و غبار را به داخل سیستم بررسی کرده اند ، اما مطالعات در مورد چگونگی تغییرات روزمره جوی روزانه بر حرکت رسوب تأثیر دارد.

گان و تیمش در بهار 2017 و 2018 – فصل باد – به یک فرضیه و مجموعه ای از جعل برای آزمایش آن به White Sands رفتند. دانشمندان بر این باور بودند که با گرم شدن سطح زمین و جو کمتر از هوای بالا ، این باعث ایجاد بادهایی می شود که شن و ماسه را به حرکت در می آورد. محققان از دستگاه داپلر لیدار برای پراکنده کردن لیزرها در هوا برای اندازه گیری بادهای حدود 1000 فوت بالاتر از سطح زمین استفاده کردند. آنها برای ثبت گرما و رطوبت از یک برج خورشیدی با سنسورها موسوم به دکل هوا استفاده کردند. سنسور شوری شن و ماسه در هنگام حرکت حتی یک دانه شن شناسایی می شود. آنها به آزمایشگاه بازگشتند و تصاویر ماهواره ای را با استفاده از الگوریتم یادگیری ماشین برای اندازه گیری گرد و غبار ورودی به جو تجزیه و تحلیل کردند.

آنها دریافتند که هنگام صبح نور خورشید زمین را گرم می کند ، اتمسفر پایین را به حدی گرم می کند که ناپایدار می شود و شروع به همرفت می کند – با هوای گرم و کمتر متراکم که بالا می رود و هوای خنک و متراکم تری غرق می شود. این همرفت جو را به حرکت در می آورد و در نهایت جریانی از بادهای بالاتر را که به سرعت در حال حرکت هستند ، به سمت پایین می کشاند.

گان گفت: “این ایده در واقع این است كه مزارع تپه های شنی باد خود را ایجاد می كنند.”

در حوالی ظهر ، هنگامی که دمای سطح به اوج خود رسید ، تیم متوجه شد که سرعت باد در حالی که رطوبت شن و ماسه بخار شده است به بالاترین سرعت خود می رسد. دانه های شن و ماسه روی سطح پریدند و گرد و غبار به سمت بالا به جو منتقل شد. پس از غروب آفتاب ، دمای هوا و شن به سرعت پایین آمد. سرعت باد روی سطح فروکش کرد و دانه های شن نشست. هر روز این روند تکرار می شود ، زیرا کویر کمی حرکت می کند و گرد و غبار بیشتری به جو پمپ می کند.

گان می گوید: “حمل شن و ماسه ، حرکت تپه های شنی ، از بین بردن گرد و غبار از منظره – همه اینها با این چرخه روزانه ارتباط ناگسستنی دارند.

به دنبال مطالعه ماسه های سفید ، گان و همکارانش مشاهدات هواشناسی انجام شده در طول یک دهه پرواز 45 تپه های شنی در سراسر جهان را بررسی کردند تا ببینند آیا می توانند شواهدی از همین روند پیدا کنند یا خیر. این یافته ها منعکس کننده نتایج موجود در White Sands است. هرچه تغییر دما بیشتر شود ، سرعت وزش باد در سطح کویر سریعتر است.

آنها به طور غیر منتظره دریافتند که اندازه کویر بر قدرت باد تأثیر می گذارد. هرچه میدان تپه های شنی بزرگتر باشد ، رابطه بین تغییرات دما و سرعت باد و انتقال شن و ماسه بر روی زمین و جو قویتر است.

داگ جرولماک ، ژئوفیزیکدان تجربی در دانشگاه پنسیلوانیا و نویسنده این تحقیق ، می گوید: کشف این چرخه گرمایی روزانه و انتقال شن و گرد و غبار می تواند مدل سازی آب و هوا را بهبود بخشد. این مدل ها که از داده های انتشار گرد و غبار برای پیش بینی تشکیل ابر استفاده می کنند ، برای فیزیکدانان و هواشناسان در پیش بینی دقیق آب و هوا مفید هستند. ابرها نقش مهمی و پیچیده در تنظیم دمای آب و هوای زمین دارند ، اما مدل سازی آنها دشوار است. داده های بهتر گرد و غبار می تواند به محققان کمک کند تا درباره چگونگی شکل گیری ، رشد و تعامل ابرها با یکدیگر بیشتر درک کنند.

Gerolmak می گوید: “چیزهای مختلفی وجود دارد که آب برای ایجاد ابر متراکم می شود ، اما دو مورد اصلی گرد و غبار و نمک دریا است.” “این بی ثباتی همرفت در کویر اکنون مانند یک پمپ عمودی است که گرد و غبار را جذب می کند و آن را به جو بالاتر می رساند ، جایی که می تواند ابرها را بکارد.”

لوری فنتون ، دانشمند سیاره ای در موسسه SETI که در این مطالعه مشارکت ندارد ، می گوید همان روشی که در White Sands مشاهده شده احتمالاً در مریخ اتفاق می افتد ، شاید حتی با تغییرات شدیدتر در دما و رطوبت. وی گفت: “در مریخ ، ماسه های تپه های شنی تیره تر از زمین اطراف است ، که باعث افزایش بی ثباتی همرفتی و ایجاد وزش باد می شود.”

دانشمندان تا همین اواخر تصور می کردند که تپه های شنی مریخ یادگارهای بی حرکتی از دوره قبل است. با این حال ، موج و تپه های شنی که نشان داده شده است در سیاره سرخ حرکت می کنند نشان می دهد که مناطق خاصی مانند میدان تپه های نیلی پاترا ، استیرتیس ماژور و ماورث والیس از حال و هوای فعلی خارج می شوند.

طوفان های گرد و غبار مریخ ، که به صورت محلی شروع می شوند و گاهی اوقات با هم ترکیب می شوند تا کل کره زمین را پوشش دهند ، می تواند تا حدی با یافته های گان توضیح داده شود ، زیرا مکانیک جوی موجود در White Sands ممکن است همان چیزی باشد که گرد و غبار اولیه را ایجاد می کند و باعث ایجاد طوفان های محلی می شود. فنتون می گوید: “ایجاد طوفان های بزرگ گرد و غبار در یک سیاره یک رمز و راز حل نشده در علم مریخ است.”

ماندگاری ناسا ، که اکنون در سطح مریخ حرکت می کند ، انتظار می رود از تپه های شنی و امواج بزرگ در امتداد تراورس کاتر یزرو تا لبه دلتای رودخانه باستان عبور کند. حسگرهای موجود در آن اطلاعات هواشناسی مربوط به دمای سطح ، پروفیل های باد و ذرات گرد و غبار را جمع آوری می کند – شبیه آزمایش گان در ماسه های سفید. این به شما کمک می کند تا تأیید کنید که آیا گرمای شدید باعث افزایش سرعت باد در سیاره سرخ می شود یا خیر.

بدست آوردن پیش بینی های دقیق حرکت گرد و غبار در مریخ نیز به دلایل عملی مهم است. در سال 2018 ، وقتی مریخ نورد کنجکاوی ناسا درگیر طوفان گرد و غبار شد ، دیگر نمی توانست باتری خود را شارژ کند. ژان فیلیپ آواک ، زمین شناس و دانشمند سیاره ای در CalTech گفت: “در حالی که ما قصد داریم تجهیزات و سرانجام انسانها را به مریخ بفرستیم ، شما می خواهید رژیم باد را به خوبی درک کنید.” “اگر ماسه زیادی از باد بوزد ، به همه تجهیزات آسیب می رساند و این یک مشکل اساسی است.”




منبع: khabar-top.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*