التعريف الجغرافي للضغط الجوي هو وزن عمود من الهواء في المقطع العرضي لكل وحدة مساحة، وارتفاعه يعادل سمك الغلاف الجوي. الضغط الجوي هو ضغط واحد في الجو يحتوي على مجموعة متنوعة من الغازات، بالإضافة إلى النيتروجين بنسبة 78٪ والأكسجين بنسبة 21٪.
ما هو الضغط؟
- يشير مصطلح `الضغط` في السياق العلمي إلى القوة التي تؤثر على وحدة المساحة، ووحدة القوة هي النيوتن، ووحدة المساحة هي المتر المربع. لذلك، وحدة الضغط المعروفة هي النيوتن/المتر المربع، وتسمى أيضا بالباسكال.
- يساوي الضغط رياضيا القوة المؤثرة على السطح مقسومة على مساحة السطح.
- بمعنى آخر، إذا مطبقة قوة عمودية بمقدار 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، أي 2 باسكال.
شاهد أيضًا: ما هو الجهاز المستخدم في قياس الضغط الجوي
تعريف الضغط الجوي
- الضغط الجوي المعروف أيضا بالضغط البارومتري هو القوة التي يمارسها الهواء على وحدة المساحة، وهو عبارة عن كمية كبيرة من الهواء في منطقة معينة.
- وهناك عدة وحدات لقياس الضغط الجوي، منها: البوصة والمليمتر الزئبقي، كيلوباسكال ومليبار.
- يتراوح الضغط القياسي عند مستوى سطح البحر حوالي 760 مم (29.92 بوصة) زئبقي، ويقاس بوحدة الباسكال 101.325 وبوحدة المليبار 1013.25.
- الفرق بين هذه القيم صغير جدًا، على سبيل المثال: تم تسجيل أعلى وأدنى قيمة للضغط عند مستوى سطح البحر، حيث بلغت قيمة الضغط 32.01 بوصة في وسط سيبيريا و25.9 بوصة في إعصار جنوب المحيط الهادئ.
أجهزة قياس الضغط الجوي
- يعتبر الضغط الجوي كمية فيزيائية يمكن قياسها كمية، وقد أثبت ذلك العالم الإيطالي إيفانجليستا طور شلي في عام 1643.
- يبلغ طول الأنبوب الزجاجي الجاف مترا واحدا، ثم يملأ بالزئبق ويغلق بسدادة، ثم يوضع رأسيا فوق خزان الزئبق بعد إزالة السدادة.
- لوحظ من قبل العلماء أن جزءا من الزئبق ينبعث من الأنبوب ويترك عمودا من الزئبق يصل ارتفاعه إلى 760 مم.
- يتم قياس الضغط الجوي بواسطة العديد من الأجهزة والجهاز المستخدم لقياس ضغط الهواء هو كما يلي: حجم 0.76 سم ولا يوجد هواء فوق العمود
1- الباروميتر الزئبقي
- يتم استخدام البارومتر الذي ابتكره العالم الإيطالي إيفانجليستا طور شلي في المختبر، وعند استخدامه لقياس الضغط الجوي، فإن الفرق في الارتفاع بين السطحين في البارومتر هو القيمة البارومترية.
2- الباروميتر المعدني
- اخترع الفيزيائي الفرنسي لوسيان فيدي هذا الجهاز في عام 1843، وهو يستخدم وسادة معدنية تخلو من الهواء لتمثيل شيء يشبه الغشاء.
- تتحرك الوسادة بحركة دائرية من الأعلى إلى الأسفل وبالعكس، بفضل تصميم ميكانيكي معقد، ويتم قياس ضغط الهواء من خلال هذه الحركة.
3- الباروغراف أو الباروميتر المسجل
- هناك جهاز دائري يدور الساعة، ويمكن للقلم الحركة بدقة لأعلى ولأسفل عليه، لأن القيمة الجوية للضغط تسجل في محطة رصد الطقس طوال اليوم.
ملحوظة
تظهر النتائج أن قيمة الضغط تتغير مع الارتفاع، فإذا كانت قيمة الضغط معروفة في منطقة محددة، يمكن حساب الارتفاع، والعكس صحيح لذلك، فكلما زاد الارتفاع، قلت قيمة الضغط الجوي للمنطقة.
نقطة غليان الماء
- باعتبار التعريف، يغلي الماء عند درجة حرارة 100 درجة مئوية، فنقطة الغليان تكون درجة الحرارة التي يكون فيها ضغط البخار مساويا لضغط الماء المحيط.
- لذلك، ينخفض نقطة غليان الماء عند الضغط المنخفض وترتفع عند الضغط المرتفع، وهذا هو السبب في أن الطهي على ارتفاعات عالية يستغرق وقتا أطول من المعتاد.
- يمكن تحديد ذلك من خلال معرفة درجة غليان الماء عند هذا الارتفاع، وقد استخدم المستكشفون والمسافرون هذه الطريقة في القرن التاسع عشر لتحديد ارتفاع المنطقة التي زاروها.
العوامل المؤثرة في الضغط الجوي
1- درجة الحرارة
- مع ارتفاع درجة الحرارة، ينخفض كثافة الهواء ويتمدد، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط الجوي (علاقة عكسية)، بسبب وجود المنطقة الاستوائية.
- ضغط منخفض بسبب ارتفاع درجة الحرارة، كما أن المنطقة القطبية لديها ضغط مرتفع بسبب انخفاض درجة الحرارة.
2- الارتفاع عن مستوى سطح البحر
- يتم توليد ضغط الهواء بسبب وزنه، وبالتالي يكون الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر أعلى، ويقل الضغط الجوي مع زيادة الارتفاع.
- نظرا لأن الهواء العلوي أخف وأقل كثافة، فعند الارتفاع بمقدار 5 كيلومترات عن سطح البحر، ينخفض ضغط الهواء إلى النصف بشكل عكسي.
- إذا ارتفعت الارتفاع عن سطح البحر بمقدار 11 كيلومترا، فإن ضغط الهواء سينخفض إلى الربع، وهذا يجعل النفس صعبة.
3- الرطوبة
- عندما يتحول الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية ويتبخر، يسمى ذلك رطوبة الهواء.
- عند تبخر الماء، يصبح وزنه أخف، وبالمقارنة مع الهواء الجاف، يقل ضغط الهواء الرطب، وتتغير كمية بخار الماء حسب الظروف والتغيرات الجوية بسبب الضغط الجوي المختلف.
4- الجاذبية الأرضية
- عندما نبتعد عن مركز الأرض، تقل جاذبية الأرض؛ وذلك لأن المناطق القطبية أقرب إلى مركز الأرض من المنطقة الاستوائية. وببساطة، ضغط الهواء في المناطق القطبية أعلى منه في المناطق الاستوائية. بمعنى آخر، هناك علاقة طردية بين الجاذبية وضغط الهواء.
5- دوران الأرض
- حركة دوران الأرض ناتجة عن قوة الطرد المركزي، وتؤثر قوة الطرد المركزي بشكل كبير في المناطق الاستوائية، ولكن تكون أقل في المناطق القطبية حيث تدفع الأجسام بعيدا عن مركزها قوة الطرد المركزي.
- وبالتالي، يؤثر على ضغط الهواء، بالمقارنة مع المناطق القطبية التي لا يوجد فيها ضغط تقريبا في المناطق الاستوائية.
نطاقات الضغط الجوي
- نظرا لاختلاف درجات الحرارة، يتغير الضغط الجوي من مكان إلى آخر. يتغير نطاق درجات الحرارة اعتمادا على زاوية سقوط أشعة الشمس، وبالتالي تنقسم الأرض إلى مناطق موجية مختلفة، كما هو موضح أدناه
شاهد أيضًا: الرصد الجوي على سطح الارض
1- نطاق الضغط الجوي المرتفع القطبي
تتشكل هذه المنطقة بسبب هواء شديد البرودة عند القطب.
2- نطاق الضغط الجوي المنخفض الاستوائي
يحصر النطاق بين خط عرض 5 درجات جنوبا و5 درجات شمالا بسبب ارتفاع درجة الحرارة طوال العام، حيث يتحرك الحزام بناء على حركة الشمس المرئية في الشتاء والصيف.
3- نطاق الضغط الجوي المنخفض بالقرب من الدائرتين القطبيتين
- بسبب التيارات الهوائية الصاعدة، يحدد هاتان النطاقتان بين خطوط العرض 45-60 درجة شمالا وخط العرض الجنوبي.
- يتم تشكيل نطاقي التردد هذين بواسطة القطب الجنوبي والقطب الشمالي.
- تنبع الرياح القطبية من المناطق القطبية وتتجه نحو المنطقتين، مما يجعلها باردة بشكل طبيعي.
4- نطاقا الضغط الجوي القطبي المرتفع
يتشكل هذان الشريطان عند القطبين وفقا لتيار الهواء النازل البارد جدا، تتطور الرياح الشديدة القادمة من هاتين المنطقتين في اتجاه ضغط منخفض شبه شديد.
تأثير الضغط الجوي على الإنسان
- يستطيع البشر العيش على ارتفاع يصل إلى ستة كيلومترات فوق سطح البحر، وبعدها، بسبب انخفاض كثافة الهواء وضغطه، لن يتمكن الشخص من الحصول على كمية كافية من الأكسجين لتغذية الدماغ.
- ويجب الإشارة إلى أنه إذا قضى الشخص وقتا أطول في المناطق المرتفعة، سيتكيف جسمه مع انخفاض مستوى الأكسجين.
- وبسبب ذلك، يجب على المتسلقين البقاء في المناطق الجبلية لبضعة أيام قبل التسلق لتكييف أجسامهم مع هذه الأحوال الجوية.
- والطائرات التي تحلق على ارتفاعات تزيد عن 9 كيلومترات تكون مزودة بنظام ضغط، حيث يقوم النظام بزيادة كثافة وضغط الهواء الداخلي حتى يصبح مساويا للضغط في المناطق المنخفضة.
تأثير نقص الضغط الجوي على صحة الإنسان
- هناك العديد من الأعراض الصحية المرتبطة بانخفاض ضغط الهواء، وأكثر الأعراض وضوحا بالنسبة للإنسان هي:
- تحدث نقص عملية التأكسج عند زيادة ارتفاع الشخص، مما يؤدي إلى انخفاض توافر الأكسجين.
- كلما زاد الارتفاع بشكل أسرع، ستتسارع حالة نقص الأكسجين، لكن جسم الإنسان غير قادر على التكيف بشكل كاف مع هذه الحالة.
- يعتبر داء المرتفعات الحاد أكثر شيوعا في بيئات جبال الألب، ويتوقف حدوثه على العديد من العوامل، مثل معدل التسلق وفترة الإقامة في المناطق العالية وقدرة تحمل كل فرد.
- الارتفاع في المناطق الجبلية يؤدي إلى حدوث التورم الرئوي، وتؤثر هذه الحالة على نسبة تتراوح بين 0.5٪ إلى 2٪ من الأشخاص المعيشين في المناطق الجبلية، وقد يكون سببها أمراض مرتبطة بالعيش في مثل هذه المناطق.
- وهذا معروف بأنه يرتفع لفترة تتراوح بين 6 إلى 96 ساعة في المناطق العالية.
- الوذمة الدماغية في المناطق العالية، وهي مرض الارتفاع الحاد.
- نزيف شبكية العين: عادة، هذه الحالة تحدث بدون ظهور أي أعراض، وتنجم عن زيادة تدفق الدم في الشبكية وتوسع الأوعية الدموية بشكل كبير نتيجة لانخفاض مستويات الأكسجين.
تأثيرات أخرى للضغط الجوي على الإنسان
- أحد وظائف جلد الإنسان هو التكيف مع تغيرات ضغط الهواء البشري، ولكن التجاويف في الجسم مثل تجويف الأذن والرئتين، لا تقوم بهذه العملية تلقائيا.
- بسبب اختلاف ارتفاع الأشخاص، عندما يتغير ضغط الهواء، قد يحدث طنين عند الصعود إلى السطح، مثل تسلق الجبال أو ركوب الطائرات.
شاهد أيضًا: تعريف الضغط الجوي والرياح
في نهاية رحلتنا في تعريف الضغط الجوي جغرافيا، يعد الضغط الجوي ذو أهمية كبيرة لاستمرار حياة الإنسان، وتأثير زيادته أو نقصانه على حياة الإنسان سلبيا، وقد شرحنا في هذا المقال كل ما يتعلق بالضغط الجوي ومناطق ارتفاعه وانخفاضه.
