جغرافيًا، تعريف الضغط الجوي هو وزن عمود من الهواء في مقطع عرضي لكل وحدة مساحة، وارتفاعه يساوي سماكة الغلاف الجوي. الضغط الجوي = 1 ضغط جوي، يحتوي على غازات مختلفة (من بين الغازات الأخرى، النيتروجين 78٪ والأكسجين 21٪).
ما هو الضغط؟
- يشير الضغط بالمعنى العلمي إلى القوة المؤثرة على وحدة مساحة، ووحدة القوة هي النيوتن ووحدة المساحة هي المتر المربع، لذا فإن وحدة الضغط هي نيوتن / متر مربع وهي معروفة بالباسكال.
- والضغط يساوي رياضيًا القوة المؤثرة على سطح مقسومة على مساحة السطح.
- بمعنى آخر، إذا تم تطبيق قوة رأسية مقدارها 4 نيوتن على مساحة سطح تبلغ 2 متر مربع، فإن قيمة الضغط ستكون 4 نيوتن / 2 متر مربع، أي ما يعادل 2 نيوتن / متر مربع، وهو ما يساوي 2 باسكال.
انظر أيضًا: ما الأداة المستخدمة لقياس الضغط الجوي؟
تحديد الضغط الجوي
- يُطلق على الضغط الجوي الضغط الجوي، وهو القوة التي يعمل بها عمود الغلاف الجوي ضد وحدة مساحة، أي كمية الهواء في المنطقة.
- هناك عدة وحدات للضغط الجوي، بما في ذلك البوصات ومليمترات الزئبق والكيلوباسكال والمليبار.
- يبلغ الضغط القياسي عند مستوى سطح البحر حوالي 760 مم (29.92 بوصة) من الزئبق، ويقاس عند 101.325 كيلوباسكال و 1013.25 مليبار.
- الفرق بين هذه القيم صغير جدًا، على سبيل المثال: أعلى وأدنى ضغوط مسجلة عند مستوى سطح البحر هي 32.01 بوصة في وسط سيبيريا و 25.9 بوصة في إعصار جنوب المحيط الهادئ.
مقاييس الضغط الجوي
- الضغط الجوي هو كمية فيزيائية يمكن قياسها كميًا، وقد أثبتها العالم الإيطالي Evangelist Tur Shelley في عام 1643.
- يملأ أنبوب زجاجي جاف بطول متر واحد بالزئبق، ويغلق بفلين وبعد إزالة الفلين يوضع رأسياً فوق الحاوية بالزئبق.
- لاحظ العالم أن بعض الزئبق خرج من الأنبوب وترك عمودًا من الزئبق بارتفاع 760 ملم.
- أي 0.76 سم ولا يوجد هواء فوق العمود ويقاس الضغط الجوي بالعديد من الأجهزة والجهاز التالي يستخدم لقياس ضغط الهواء:
1- بارومتر الزئبق
- البارومتر الذي اخترعه العالم الإيطالي Evangelist، الذي صمم Shelly، يستخدم في المختبر، وعند استخدامه لقياس الضغط الجوي، فإن الارتفاع الذي يفصل بين سطحين من البارومتر هو القيمة البارومترية.
2- بارومتر معدني
- اخترع العالم الفرنسي لوسيان ويد الجهاز في عام 1843 ويستخدم وسادة معدنية مفرغة من الهواء تمثل شيئًا يشبه الغشاء.
- تنتقل الحركة لأعلى ولأسفل للوسادة كحركة دائرية من خلال هيكل ميكانيكي معقد، ويقاس ضغط الهواء بهذه الحركة.
3- البارومتر أو البارومتر المسجل
- هناك أسطوانة يمكنها قلب الساعة، ويمكن للمقبض أن يتحرك لأعلى ولأسفل بدقة عليها، لأن قيمة الضغط الجوي تُسجل في محطة الطقس طوال اليوم.
ملحوظة
تظهر النتائج أن قيمة الضغط تتغير مع الارتفاع. إذا كانت قيمة الضغط في منطقة معينة معروفة، فيمكن حساب الارتفاع والعكس صحيح. لذلك، كلما ارتفع الارتفاع، انخفضت قيمة الضغط الجوي في المنطقة.
نقطة غليان الماء
- بحكم التعريف، يغلي الماء عند 100 درجة مئوية، ونقطة الغليان هي درجة الحرارة التي يكون عندها ضغط البخار مساويًا لضغط الماء المحيط.
- لذلك، تنخفض درجة غليان الماء عند ضغط منخفض وترفع عند ضغط مرتفع، لذلك يستغرق الطهي على ارتفاعات أعلى وقتًا أطول من المعتاد.
- يمكن تحديدها من خلال معرفة نقطة غليان الماء عند هذا الارتفاع، وقد استخدم الرحالة والمستكشفون هذه الطريقة في القرن التاسع عشر لتحديد ارتفاع المنطقة التي زاروها.
العوامل المؤثرة في الضغط الجوي
1- درجة الحرارة
- مع زيادة درجة الحرارة، تنخفض كثافة الهواء وتتوسع، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط الجوي (علاقة عكسية)، منذ المنطقة الاستوائية لديها.
- الضغط المنخفض بسبب ارتفاع درجة الحرارة والمنطقة القطبية لديها ضغط مرتفع بسبب درجة الحرارة المنخفضة.
2- الارتفاع عن سطح البحر
- ينتج ضغط الهواء عن وزن الهواء، لذلك يكون ضغط الهواء أعلى عند مستوى سطح البحر ويقل ضغط الهواء مع الارتفاع.
- نظرًا لأن الهواء العلوي أخف وأقل كثافة (متناسبًا عكسيا)، إذا ارتفع 5 كم فوق مستوى سطح البحر، سينخفض الضغط الجوي إلى النصف.
- إذا ارتفع عن مستوى سطح البحر بمقدار 11 كيلومترًا، سينخفض ضغط الهواء أيضًا إلى الربع، والضغط المنخفض يجعل التنفس صعبًا.
3- الرطوبة
- عندما يتغير الماء من حالة سائلة إلى حالة غازية ويتبخر، يطلق عليه اسم الرطوبة.
- عندما يتبخر الماء، يصبح الوزن أخف، فيرتفع، ومقارنة بالهواء الجاف، يقل ضغط الهواء الرطب، وتختلف كمية بخار الماء باختلاف الموقف وتتغير بسبب ضغط الهواء أيضًا من حالة إلى أخرى.
4- جاذبية الأرض
- عندما نبتعد عن مركز الأرض، تقل جاذبية الأرض لأن المناطق القطبية أقرب إلى مركز الأرض من المنطقة الاستوائية، بمعنى آخر، يكون ضغط الهواء فيها أعلى منه في المناطق الاستوائية بمعنى آخر العلاقة بين الجاذبية وضغط الهواء المباشر.
5- دوران الأرض
- دوران الأرض ناتج عن قوة الطرد المركزي، وقوة الطرد المركزي لها تأثير أكبر في المناطق المدارية، ولكن أقل في المناطق القطبية، حيث تدفع قوة الطرد المركزي الأجسام بعيدًا عن مركزها.
- لذلك، فإنه يؤثر على الضغط الجوي، مقارنة بالمناطق القطبية، لا يوجد ضغط تقريبًا في المناطق المدارية.
يتراوح الضغط الجوي
- نظرًا لاختلاف درجات الحرارة، يختلف الضغط الجوي من مكان إلى آخر، يختلف نطاق درجة الحرارة باختلاف زاوية حدوث ضوء الشمس، لذلك تنقسم الأرض إلى نطاقات موجية مختلفة كما هو موضح أدناه:
أنظر أيضا: الأرصاد الجوية على سطح الأرض
1- نطاق القطب الشمالي للضغط المرتفع
بسبب الهواء شديد البرودة، تتشكل هذه المنطقة عند القطب.
2- النطاق المداري للضغط الجوي المنخفض
ويتركز النطاق بين خط عرض خمس درجات جنوبا وخمس درجات شمالا بسبب ارتفاع درجة الحرارة على مدار العام، ويتحرك الحزام حسب حركة الشمس التي تظهر في الشتاء والصيف.
3- نطاق الضغط الجوي المنخفض بالقرب من الدوائر القطبية
- نظرًا لارتفاع التيارات الهوائية، فإن هذين النطاقين محدودان بين خطي عرض 45-60 درجة شمالاً وخط عرض جنوب.
- يتم تشكيل نطاقي التردد من قبل دوائر القطب الجنوبي والقطب الشمالي.
- تهب رياح القطب الشمالي من المناطق القطبية إلى منطقتين، مكان بارد بشكل طبيعي.
4- مناطق الضغط الجوي المرتفع في القطب الشمالي
يتشكل هذان الشريطان عند القطبين وفقًا للهواء الهابط، لأن الجو بارد جدًا، وتتطور الرياح القوية القادمة من هاتين المنطقتين في اتجاه ضغط منخفض للغاية تقريبًا.
تأثير الضغط الجوي على الإنسان
- يمكن لأي شخص أن يعيش على ارتفاع ستة كيلومترات فوق مستوى سطح البحر، لأنه بسبب انخفاض كثافة الهواء والضغط المنخفض، لن يتمكن الشخص من الحصول على ما يكفي من الأكسجين لتغذية الدماغ.
- وتجدر الإشارة إلى أنه إذا كان الشخص يقضي وقتًا أطول على ارتفاعات عالية، فإن جسمه يتكيف مع محتوى أكسجين أقل.
- ولهذا السبب يتعين على المتسلقين البقاء في المناطق الجبلية لعدة أيام قبل التسلق حتى تتأقلم أجسادهم مع الطقس.
- الطائرات التي تطير فوق 9 كم مزودة بنظام ضغط يزيد من كثافة وضغط الهواء بالداخل حتى يتساوى مع الضغط في المناطق المنخفضة.
تأثير انخفاض الضغط الجوي على صحة الإنسان
- ترتبط العديد من الأعراض الصحية بانخفاض الضغط الجوي، وأكثر الأعراض وضوحًا للإنسان هي:
- نقص الأكسجة، تحدث هذه الظاهرة عندما يزداد طول الشخص، وبالتالي يقل الأكسجين المتاح.
- وكلما كان الصعود أسرع، ستحدث حالة نقص الأكسجة بشكل أسرع، لكن جسم الإنسان لا يملك فرصًا كافية للتكيف مع هذا الموقف.
- يعد داء المرتفعات الحادة أكثر شيوعًا في ظروف جبال الألب، ويعتمد حدوثه على العديد من العوامل، على سبيل المثال: سرعة الصعود، ومدة الإقامة على ارتفاعات عالية، والقدرة على التحمل لكل شخص.
- قد تكون زيادة الوذمة الرئوية، وهي حالة تصيب 0.5٪ -2٪ من الأشخاص على ارتفاعات عالية، مرتبطة بأمراض ناجمة عن العيش على ارتفاعات عالية.
- من المعروف أن هذا المرض يتطور على ارتفاعات أعلى في غضون 6-96 ساعة.
- الوذمة الدماغية المرتفعة، داء المرتفعات الحاد.
- نزيف الشبكية: عادة ما تكون هذه الحالة بدون أعراض وتحدث بسبب زيادة تدفق الدم في الشبكية والتوسع الهائل في الأوعية الدموية بسبب انخفاض مستويات الأكسجين.
تأثيرات أخرى للضغط الجوي على الإنسان
- تتمثل إحدى وظائف جلد الإنسان في التكيف مع التغيرات في ضغط الهواء البشري، لكن تجاويف الجسم مثل تجويف الأذن والرئتين لا تؤدي هذه العملية تلقائيًا.
- لذلك، مع تغير ارتفاع الجسم، يمكن أن يحدث صوت طنين عندما يتغير ضغط الهواء على السطح، على سبيل المثال عند تسلق جبل أو عند الهبوط على متن طائرة.
أنظر أيضا: تعريف الضغط الجوي والرياح
في نهاية رحلتنا مع تعريف الضغط الجوي جغرافياً، فإن الضغط الجوي له أهمية كبيرة لاستمرار حياة الإنسان، وزيادته أو نقصانه يؤثر سلباً على حياة الإنسان.في هذا المقال شرحنا كل ما يتعلق بالضغط الجوي و مناطقها العالية والمنخفضة.