במזל גדול, האטמוספרה של כדור הארץ שקופה. תכונה זו, שכלל אינה מובנת מאליה כאשר בוחנים כוכבי לכת אחרים, מאפשרת לקרני השמש לחמם את גופם של זוחלים, להזין את עלי הצמחים ומאפשרת לנו ליהנות מהנופים המרהיבים של עולמנו ולראות למרחקים. אך האוויר בפני השטח אינו תמיד צלול כל כך, וכמה תופעות אטמוספריות מסוגלות להפחית את שקיפות האוויר, להקטין את כמות האור המגיעה לפני השטח ולקצר את טווח הראייה שלנו.
שלוש התופעות הנפוצות מסוג זה הן ערפל, אובך וערפיח. המשותף לשלושתן הוא שעכירות האוויר נגרמת מהצטברות של חלקיקים זעירים באטמוספרה, החוסמים את המעבר החופשי של קרני האור באמצעות בליעתן או פיזורן. סוג החלקיקים המאפיינים כל תופעה והתהליכים הפיזיקליים המביאים להצטברותם באוויר, שונים מתופעה לתופעה ומגוונים למדי.
ערפל
ערפל, בדומה לאחיו הגבוהים יותר, העננים, נוצר כאשר האוויר נעשה רווי באדי מים, כלומר, מים במצב צבירה גזי. חלקם העודף "נפלט" מתוכו ומתעבה לאינספור טיפות מים זעירות וצפופות. נקודת הרוויה של האוויר לאדי מים, המכונה גם נקודת הטל, תלויה בריכוז אדי המים באוויר ובטמפרטורה שלו. ככל שהאוויר קר יותר הוא מסוגל להכיל פחות אדי מים, ונקודת הטל תתממש בלחות יחסית נמוכה יותר. מסיבה זו ערפל נוטה להיווצר לפנות בוקר, אז טמפרטורת פני השטח לרוב צונחת אל ערכיה הנמוכים ביותר במהלך היממה. אם טמפרטורת האוויר צונחת אל מתחת לאפס מעלות צלזיוס, טיפות הערפל עשויות לקפוא לקרח. עם זריחת השמש, טמפרטורת פני השטח מתחילה לטפס ואיתה רף נקודת הטל. טיפות המים הנוזליות מתאדות ושבות אל האוויר השקוף.
ערפל כבד ברחבי הארץ באפריל אשתקד
(צילום: רועי עידן, חגי דקל)
תופעה זהה מתרחשת כאשר אנו נושפים אוויר מתוך הפה במזג אוויר קר. האוויר הנפלט ממערכת הנשימה שלנו התחמם במהלך שהותו הקצרה בגופנו, והוא מכיל בתוכו אדי מים רבים שהתאדו משטח הפנים של הריאות. כאשר האוויר החם שפלטנו מתערבב עם האוויר הקר שמסביב, נקודת הטל שלו צונחת וחלק מאדי המים בתוכו מתעבים לטיפות נוזליות. זהו הבל הפה שאנו רואים.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
לא רק תחנת כוח: מתמקדים במיטוכונדריה
אבעבועות הקוף: מצב חירום עולמי
אבות נטלו תרופה - הבנים נולדו עם מום
ערפל יכול להיווצר גם בעקבות עלייה בריכוז אדי המים באוויר ללא שינוי בטמפרטורה. תופעה כזו מתרחשת למשל בקרבת גופי מים גדולים, כמו אוקיינוסים ואגמים, אשר מאדים באופן קבוע מים אל האוויר הנושב על פניהם. גם תהליך הדיות בצמחים, כאשר הוא מתרחש בקנה מידה גדול מספיק כמו למשל ביערות טרופיים, מסוגל להעלות ריכוז הלחות באוויר עד להופעה של ערפל ואף ענני גשם.
תנאי נוסף להיווצרותו של ערפל, ושל עננים באופן כללי, הוא נוכחותם של חלקיקי אבק זעירים הנישאים באוויר ומכונים אירוסולים (aerosols). בתנאים רגילים אדי מים אינם מסוגלים להתעבות לנוזל על גבי האוויר הגזי עצמו, אלא רק על פני גופים במצב צבירה מוצק או נוזל. חלקיקים כאלו מכונים גרעיני התעבות והם יכולים להיות ממגוון רחב של חומרים. גבישי מלח ים המצויים באוויר בסביבה החופית הם גרעיני התעבות יעילים ביותר, ויכולים להביא להיווצרותו של ערפל סמיך במיוחד בסביבת גופי מים מלוחים. באופן דומה פועלים גם חלקיקי אפר המתרוממים לאוויר במהלך שריפות.
התנאים המובילים להיווצרות ערפל בפני השטח עשויים להתקיים גם גבוה יותר באטמוספרה, שם הם יביאו להיווצרות ענן שכבתי ורחב ידיים המכונה סטרטוס (stratus), בעל מופע של שמיכה לבנה ועמומה, המכסה לעיתים את כל כיפת השמיים.
אובך
תופעה אטמוספרית נוספת הפוגמת בצלילות האוויר ושמקטינה את טווח הראות היא אובך. בניגוד לערפל, העשוי חלקיקי מים נוזליים או קפואים, אובך הוא מצב שבו שכבת האוויר הסמוכה לפני השטח נושאת בתוכה ריכוז גבוה של חלקיקים מוצקים ויבשים, המרחפים בה למשך פרקי זמן ארוכים הודות לגודלם הזעיר. חומרים שונים רבים מסוגלים לגרום לאובך, כמו אבק מינרלי, אפר שריפות ואף אבקני פרחים.
בישראל, אירועי האובך הנפוצים והבולטים ביותר נגרמים כתוצאה מזרמי אוויר הנושבים מכיוון מדבריות צפון אפריקה או חצי האי ערב, ונושאים עימם חלקיקי קוורץ זעירים שהרימו מפני הקרקע במהלך דרכם הארוכה. מקורה של קרקע הלס המכסה שטחים נרחבים בדרום הארץ הוא בחלקיקים הללו ששקעו על פני השטח במשך אלפי שנים, אולם רובם הגדול הגיעו ממדבריות סמוכים יותר במערב הנגב ובסיני, ולא מצפון אפריקה הרחוקה.
גם פעילות אנושית מסוגלת לגרום לאובך. שריפת פסולת בקנה מידה נרחב, בדומה לשריפות חורש טבעיות, מחדירות אל האוויר חלקיקי אפר המסוגלים להתפרס על פני שטח רב. אתרי בנייה גדולים, מחצבות וחריש בשדות יכולים ליצור אובך מקומי.
ערפיח
ערפיח (smog) הוא שילוב המילים ערפל ופיח, והוא מתאר מצב של זיהום אוויר קיצוני הנוצר לרוב בעקבות פעילות אנושית כמו שריפת דלקים או תעשייה כימית. בעוד ערפל ואובך מתארים אוויר העמוס בחלקיקי נוזל או מוצק בלבד, ערפיח מכיל בתוכו רכיבים גזיים רבים, שבשילוב עם חלקיקי מוצק ונוזל מקנים לאוויר גוונים אפורים, צהובים או חומים. מבחינה חזותית, אובך וערפיח עשויים להיראות דומים למדי, כאשר אובך הוא לרוב תופעה המכסה אזורים גיאוגרפיים נרחבים, בעוד ערפיח הוא מקומי יותר ונראה מרחוק כשכבה אווירית נמוכה המרחפת מעל ערים. אף שהמונח ערפיח כולל בתוכו את המילה ערפל, אין הוא מחייב את קיומו של ערפל טיפתי.
הגזים העיקריים המרכיבים ערפיח הם תחמוצות חנקן, תחמוצות גופרית ואוזון. מרכיב משמעותי נוסף בערפיח הוא הפיח עצמו, העשוי תרכובות פחמן שונות במצב צבירה גזי או מוצק, שנפלטו במהלך שריפה חלקית של דלקים פחמימניים כמו פחם ונפט. מקורם של הגזים והחלקיקים המרכיבים את הערפיח הוא במנועי הבעירה הפנימית בכלי רכב, בתחנות כוח פחמיות ואפילו בתנורי הסקה ביתיים המבוססים על שריפת עץ, פחם או נפט. מסיבה זו, ערפיח היא תופעה המאפיינת בעיקר ערים סואנות או כאלו בעלות חורף קר, והוא מפגע בריאותי משמעותי בסביבות עירוניות.
אחד מהתהליכים הפיזיקליים המעורבים בהיווצרות ערפיח מכונה ערפיח פוטוכימי: תגובה ופירוק של תרכובות הגזים המזהמות באמצעות קרינה על-סגולה מהשמש ליצירת גזים חדשים, חלקם תגובתיים מאוד ומסוכנים מאוד. לדוגמה, הקרינה עלולה לגרום לתחמוצות חנקן להתרכב עם חמצן ליצירה של גז אוזון (O3) רעיל ולא יציב. חוסר היציבות של האוזון מתבטא בכך שהוא מגיב במהירות עם גזים אחרים בערפיח ליצירת תרכובות רעילות נוספות כמו פרוקסיאציל-ניטרטים. האוזון מגביר גם את ההפיכה של תחמוצות גופרית וחנקן בערפיח לחומצה גופרתית וחנקתית, הנספחות לטיפות גשם ואף לטיפות ערפל, מה שיוצר גשם או ערפל חומצי הפוגעים במערכות אקולוגיות, במבנים ובתשתיות.
היפוך טמפרטורות
תופעה מטאורולוגית התורמת להיווצרות ערפל, אובך וערפיח היא היפוך טמפרטורות, או אינוורסיה, בשכבת האטמוספרה התחתונה, הנקראת טרופוספרה. בדרך כלל, טמפרטורת האוויר בטרופוספרה נמוכה יותר ככל שעולים בגובה. אולם לעיתים מתקיים מצב הפוך, שבו שכבת האוויר התחתונה, הנמצאת במגע עם פני השטח, קרה יותר מהאוויר שמעליה. מאחר שאוויר קר צפוף יותר מאוויר חם הוא אינו שואף להתרומם, ושכבת האוויר התחתונה למעשה עומדת במקומה ומאפשרת לחלקיקים ולגזים להצטבר בה לריכוזים גבוהים מבלי שיתפזרו למרחב בעקבות זרימת אוויר אנכית.
זו גם הסיבה שתחנות כוח השורפות דלקי מאובנים פולטות את העשן באמצעות ארובות גבוהות ביותר, שתפקידן לנתב את הגזים וחלקיקי העשן מעל לשכבת האינוורסיה, כדי שלא יצטברו סמוך לפני השטח ויגרמו למפגע בריאותי.
ערפיח המצטבר מתחת לשכבת האינוורסיה היא בעיה משמעותית באזורים עירוניים גדולים, הנוטים ליצור סביבם 'איי-חום עירוניים' עקב בליעה רבה יותר של קרינת השמש ביחס לפני שטח טבעיים. בשעות הלילה, כאשר קרינת השמש פוסקת, שכבת האוויר החם העוטפת את פני העיר עשויה להתרומם מעט ולאפשר לאוויר קר יותר מהסביבה לחדור מתחתיה ליצירה של אינוורסיה. תופעה זו נעשית חמורה עוד יותר בערים השוכנות בתוך עמקים, כמו מקסיקו סיטי ואולן בטור שבמונגוליה, היכן שאוויר קר מפסגות ההרים גולש מטה במהלך הלילה אל מתחת לאוויר העירוני החם ונכלא תחתיו. ערים אלה, כמו רבות אחרות השוכנות בטופוגרפיה דומה, סובלות מזיהום אוויר כבד ביותר, ותושביהם נמצאים בסיכון מוגבר לפתח בעיות בריאותיות שונות ולמוות בטרם עת בשל כך.
אלה התופעות הבולטות המשפיעות על צלילות האטמוספירה. חלק מהן תופעות לוואי של תהליכים שאינם בשליטתנו, כמו סופות חול, שריפות יער טבעיות או התפרצויות געשיות, אבל חלקן נגרם, או מושפע מאוד, בגלל זיהום אוויר מעשה ידי אדם. את אלה אנו יכולים וצריכים לצמצם, גם בשביל הנאה רבה יותר מהנופים של עולמנו, אך קודם כל למען בריאותנו.
אור אליאסון, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
