Που οφείλονται οι ισχυρές θύελλες σκόνης στον αέρα της ερήμου;

Ηλεκτρικές δυνάμεις στον αέρα της ερήμου δημιουργούν τις ισχυρές θύελλες σκόνης. Ηλεκτρικά πεδία σε θύελλες σκόνης έχουν ανακαλυφθεί σύμφωνα με νέα πειράματα που έγιναν στην έρημο της Σαχάρα. Η ανακάλυψη έχει μεγάλες συνέπειες για την παγκόσμια μελέτη του κλίματος, καθώς και για την κατανόηση του φαινομένου σε θύελλες σκόνης στον Άρη.

Το φαινόμενο που βρέθηκε στη Σαχάρα είναι παρόμοιο με εκείνο μιας κοινής καταιγίδας, όπου συγκρούονται σωματίδια πάγου στα σύννεφα δημιουργώντας ένα ηλεκτρικό πεδίο στον ουρανό - διαχωρισμός του θετικού και αρνητικού φορτίου που εξουδετερώνεται από κεραυνό. Στον αέρα της ερήμου, οι συγκρούσεις της σκόνης και άμμου παράγουν ηλεκτρική ενέργεια και μπορεί ακόμη και να παράγουν κεραυνούς. Όμως, η νέα μελέτη δείχνει κάτι ακόμα πιο παράξενο να συμβαίνει: όταν οι συνθήκες το επιτρέπουν, η ηλεκτρική ενέργεια βοηθά να ανέβει περισσότερη σκόνη στον αέρα, και αυτό αποτελεί την έναρξη για ισχυρές θύελλες σκόνης, σύμφωνα με τους συγγραφείς της μελέτης.

Αερομεταφερόμενα σωματίδια σκόνης έχουν σημαντικό αντίκτυπο στο παγκόσμιο κλίμα, αλλά αν ενταθούν στον πλανήτη εξαιτίας της κλιματικής αλλαγής είναι αδύνατο να γνωρίζουμε το τι θα συμβεί, σύμφωνα με τον Nilton Renno, έναν ατμοσφαιρικό και πλανητικό επιστήμονα ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη . Δείχνοντας πώς οι ηλεκτρικές δυνάμεις επηρεάζουν τη διαδικασία ανύψωσης της σκόνης, η νέα μελέτη βοηθά τους επιστήμονες να δώσουν έμφαση, και στη σχέση μεταξύ σκόνης και κλίματος, σύμφωνα με την Francesca Esposito, μία πλανητική επιστήμονα στο Εθνικό Ινστιτούτο Αστροφυσικής στη Νάπολη της Ιταλίας.

"Για να προβλέψουμε τις κλιματικές αλλαγές, είναι σημαντικό να καταλάβουμε πόση σκόνη σηκώνεται από την επιφάνεια και σε ποιες συνθήκες", δήλωσε η Esposito, συγγραφέας της νέας μελέτης που δημοσιεύθηκε στο Geophysical Research Letters , ένα περιοδικό της Αμερικανικής Γεωφυσικής Ένωσης. Αυτές οι συνθήκες συνήθως υπολογίζονται χρησιμοποιώντας μοντέλα του κλίματος, αλλά μέχρι τώρα, τα κλιματικά μοντέλα δεν έχουν συμπεριλάβει τις επιπτώσεις της ηλεκτρικής ενέργειας στον αέρα. "Η επίδραση αυτή είναι σημαντική, διότι σηκώνει περισσότερη σκόνη από το αναμενόμενο», δήλωσε η Esposito.

Αερομεταφερόμενη σκόνη επηρεάζει το κλίμα της Γης με διάφορους τρόπους. Σκόνη από ερήμους και άλλες ξηρές περιοχές απορροφά και διαχέει το φως και τη θερμότητα από τον ήλιο και ενεργεί ως πυρήνας συμπύκνωσης που βοηθά να σχηματίζονται σύννεφα. Επιπλέον, ο άνεμος μεταφέρει τη σκόνη από τη Σαχάρα πέρα από τον Ατλαντικό στον Αμαζόνιο, όπου γονιμοποιεί φυτά στο τροπικό δάσος . Προηγούμενα μαθηματικά μοντέλα μεταφοράς σκόνης πρότειναν ηλεκτρικές δυνάμεις ότι θα μπορούσαν να επηρεάσουν το πώς η σκόνη σηκώνεται στον αέρα, αλλά αυτό το αποτέλεσμα δεν είχε αποδειχθεί, δήλωσε η Esposito.

Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε νέα μέσα για τη μέτρηση της ταχύτητας του ανέμου, την πίεση του αέρα, τη θερμοκρασία, την υγρασία, την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου, και πολλά άλλα.

Η Esposito και η ομάδα της εκτέλεσαν δύο πειράματα στη μαροκινή έρημο της Σαχάρα τα καλοκαίρια του 2013 και του 2014 για να μελετήσουν το πώς η ηλεκτρική ενέργεια επηρεάζει την ανύψωση σκόνης στον πραγματικό κόσμο. Αυτά είναι τα πρώτα πειράματα που έχουν καταγραφεί ποτέ σε συγκεντρώσεις σκόνης στον αέρα και την ισχύ του ηλεκτρικού πεδίου κατά την ίδια στιγμή.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι όσο περισσότερη σκόνη ανυψώθηκε στον αέρα, τόσο ισχυρότερο είναι το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργήθηκε, και όσο ισχυρότερο είναι το ηλεκτρικό πεδίο, τόσο περισσότερη σκόνη εκδηλώθηκε. Αυτό το φαινόμενο ανάδρασης, όπως λέγεται, ήταν πολύ ισχυρό και πολύ γρήγορο: της τάξης των δευτερολέπτων ή λιγότερο, δήλωσε η Esposito. Η επίδραση και η ανατροφοδότηση ήταν τόσο ισχυρή ώστε, όταν οι ταχύτητες του ανέμου είχαν φτάσει σε ένα συγκεκριμένο όριο, η ηλεκτρική ενέργεια ανύψωσε 10 φορές περισσότερη σκόνη στον αέρα από τη κανονική, σύμφωνα με τη μελέτη.

Υγρασία και ηλεκτρική ενέργεια

Η ομάδα βρήκε επίσης ότι η ανύψωση της σκόνης και η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου εξαρτάται από την υγρασία αέρα του περιβάλλοντος. Είδαν ότι όταν η σχετική υγρασία φθάσει σε ένα ορισμένο όριο - μεταξύ 20 και 30%, ανάλογα με την υγρασία της άμμου - η ίδια ποσότητα σκόνης δημιουργεί ασθενέστερο ηλεκτρικό πεδίο σε σύγκριση με τις ξηρές συνθήκες. «Η παρουσία νερού [στον αέρα] αλλάζει τις ηλεκτρικές ιδιότητες των αλάτων. Η επιβάρυνση που συντελείται μεταξύ των σωματιδίων είναι διαφορετική όταν η υγρασία είναι υψηλή.» εξήγησε η Esposito

Η Esposito δεν είναι βέβαιη για τον μηχανισμό που επιφέρει αυτή την αλλαγή, αλλά οι ερευνητές υποπτεύονται ότι πάνω από το όριο υγρασίας, τα άλατα που ανυψώνονται από την άμμο απορροφούν νερό και διαλύονται, δημιουργώντας μία υγρή μεμβράνη γύρω από τους κόκκους άμμου και της σκόνης που αλλάζει την ικανότητά τους να μεταφέρουν φορτίο το ένα στο άλλο .

Συνέπειες για την εξερεύνηση του Άρη

Η κατανόηση της σχέσης μεταξύ της σκόνης, της ηλεκτρικής ενέργειας και των καιρικών συνθηκών στη Γη είναι επίσης σημαντική, διότι θα πρέπει να μελετηθεί σε μελλοντικές αποστολές στον Άρη. Αυτό τον Οκτώβριο, η πρώτη αποστολή του προγράμματος ExoMars του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος θα φτάσει στον κόκκινο πλανήτη και θα μελετήσει τη σκόνη, την αξιολόγηση του κινδύνου, και θα παρέχει τις πρώτες μετρήσεις των ηλεκτρικών πεδίων στην επιφάνεια του Άρη.

"Για να κατανοήσουμε τα δεδομένα που θα έρθουν από τον Άρη, πρέπει να έχουμε μια σαφή κατανόηση της φυσικής του φαινομένου στη Γη», δήλωσε η Esposito. "Αυτό θα είναι μια μοναδική ευκαιρία για να καταλάβουμε αν στον Άρη, όπως στη Γη, η δυναμική της σκόνης έχει μια ανάδραση στις ηλεκτρικές ιδιότητες της ατμόσφαιρας."

Γεωδίφης

Πηγή- Geophysical Research Letters