علوم الأرض

تجربة استهلالية الكتل والجبهات الهوائية تتنوع الكتل الهوائية، وتختلف في خصائصها، فقد تكون كتلا هوائية باردة وقد تكون كتلا هوائية دافئة، وعند التقاء كتلتين هوائيتين فإنهما لا تندمجان معا لتكوين كتلة واحدة، فماذا ينتج عن التقاء كتلتين هوائيتين؟ المواد والادوات: صبغة طعام ذات لون أحمر، وأخرى ذات لون أزرق، ماء ساخن بدرجة حرارة(70°C، ماء بارد، مكعبات من الثلج، كأسان زجاجيتان سعة كل منهما 600ml، وعاء زجاجي، ملعقة فلزية صغيرة، قفازات حرارية، رقائق ألمنيوم. إرشادات السلامة: - غسل اليدين جيدا بالماء والصابون بعد استخدام أصباغ الطعام. - الحذر من انسكاب الماء الساخن على الجسم. - الحذر عند استخدام الكأسين الزجاجيتين، خشية الإصابة بجروح في حال كسرت إحداهما أو كلاهما. خطوات العمل: 1- أرقم الكأسين الزجاجيتين (1، 2). 2- أسكب الماء الساخن في الكأس الزجاجية رقم (1) ، ثم أضيف إليها ملعقة صغيرة من صبغة الطعام الحمراء. 3- أسكب الماء البارد في الكأس الزجاجية رقم (2)، ثم أضيف إليها ملعقة صغيرة من صبغة الطعام الزرقاء وعددا من مكعبات الثلج. 4- أستخدم رقائق الألمنيوم في صنع حاجز ، ثم أثبته في الوعاء الزجاجي بحيث يقسمه إلى نصفين متماثلين. 5- أسكب المحلول من الكأس الزجاجية رقم (1) في النصف الأول من الوعاء، والمحلول من الكأس الزجاجية رقم (2) في النصف الثاني من الوعاء معا في الوقت نفسه. 6- أسحب حاجز الألمنيوم الذي يفصل بين المحلولين الأحمر والأزرق، وأدون ملاحظاتي. التحليل والاستنتاج: 1- أصف اتجاه حركة المحلولين في الوعاء بعد إزالة حاجز الألمنيوم. عند إزالة حاجز الألمنيوم الذي يفصل بين المحلولين، سيتحرك المحلول الأزرق إلى الأسفل من المحلول الأحمر الذي يرتفع إلى الأعلى. 2- أقارن بين كثافة المحلولين في الكأسين الزجاجيتين. كثافة المحلول الأزرق أكبر من كثافة المحلول الأحمر. 3- أفسر سبب اختلاف كثافة المحلولين. يعود سبب اختلاف كثافة المحلولين إلى اختلاف درجة حرارتهما، إذ تقل الكثافة بزيادة درجة الحرارة. 4- أتنبأ ماذا سيحدث إذا تقاربت كتلتان من الهواء إحداهما دافئة والأخرى باردة؟ تتحرك الكتلة الهوائية الباردة أسفل الكتلة الهوائية الدافئة التي سترتفع إلى الأعلى.

 

الكتلة الهوائية Air Mass

الكتلة الهوائية هي كمية ضخمة من الهواء المتجانس في خصائصه من حيث درجات الحرارة والرطوبة، وتمتد الكتلة الهوائية أفقيا فوق مساحة واسعة على سطح الأرض قد تصل إلى آلاف الكيلومترات، كما قد تمتد بضعة كيلومترات رأسيا قد تصل إلى 10 كيلومترات تقريبا.

 

سؤال الشكل (1) صفحة 8

أتنبأ ما اللون الذي يشير إلى الكتلة الهوائية الأعلى درجة حرارة؟

اللون الفوشي، يليه اللون الاحمر.

خصائص الكتل الهوائية وأثرها على حالة الطقس تستخدم النشرة الجوية لوصف حالة الطقس في منطقة ما، وفيها يجري نشر المعلومات التي تم جمعها وتحليلها عن حالة الطقس، باستخدام وسائل مختلفة كالرادار، والأقمار الصناعية. أقرأ النشرة الجوية الآتية، التي صدرت عن دائرة الأرصاد الجوية بتاريخ 21/1/2020. تتأثر المملكة بكتلة هوائية باردة جدا ورطبة، من أصل قطبي مرافقة لمنخفض جوي، لذا، تنخفض درجات الحرارة بشكل ملموس، وتكون الأجواء باردة جدا وغائمة مع هطول الأمطار بإذن الله تعالى على فترات في أغلب مناطق المملكة، وقد تكون غزيرة أحيانا في ساعات الصباح ويصحبها الرعد وتساقط حبات البرد في بعض المناطق: ما يفضي إلى تشكل السيول في الأودية والمناطق المنخفضة، كما يتوقع اعتبارا من ساعات الصباح الباكرتساقط زخات من الثلج بين الحين والآخر فوق المرتفعات الجبلية العالية التي يصل ارتفاعها إلى 1000m عن سطح البحر، بينما تشهد المناطق الجبلية الأقل ارتفاعا أمطارا مخلوطة بالثلوج، ومع ساعات الليل الأولى يتوقع أن تضعف الهطولات تدريجيا ويحصل الانجماد في ساعات الليل المتأخرة في المرتفعات الجبلية والبادية، الرياح شمالية غربية نشطة السرعة، تضعف تدريجيا أثناء الليل. التحليل والاستنتاج: 1- أحدد خصائص الكتلة الهوائية في النشرة الجوية السابقة. باردة جدا ورطبة. 2- أبين مصدر الكتلة الهوائية التي تأثرت بها المملكة. من أصل قطبي. 3- أصف: كيف أثرت الكتلة الهوائية على حالة الطقس في المملكة؟ أدت الكتلة الهوائية إلى خفض درجات الحرارة بشكل ملموس، وتشكل الغيوم مع هطول أمطار قد تكون غزيرة مصحوبة بالرعد على  فترات في أغلب مناطق المملكة، وتساقط حبات البرد في بعض المناطق، وتساقط زخات من الثلج بين الحين والآخر فوق المرتفعات الجبلية العالية التي يصل ارتفاعها إلى 1000m عن سطح البحر، وتساقط أمطارا مخلوطة بالثلوج على الارتفاعات الأقل من 1000m، وحدوث الانجماد في ساعات الليل المتأخرة في المرتفعات الجبلية والبادية. 4- أتوقع: هل سيتشابه تأثير الكتلة الهوائية على حالة الطقس، إذا كانت قادمة من صحراء الجزيرة العربية ومصدرها شمال الهند؟ لا

 

 

أنواع الكتل الهوائية

تعتمد خصائص الكتل الهوائية على المنطقة التي تاتي منها، فقد تتشكل الكتل الهوائية في المناطق الآتية:

فوق المناطق المدارية القارية وشبه المدارية القارية، ويرمز للكتلة الهوائية المتشكلة بهذه المنطقة بالرمز cT وتسمى كتلة هوائية مدارية قارية  Continental Tropical Air Mass

 فوق المحيطات في المناطق المدارية الرطبة، ويرمز للكتلة الهوائية المتشكلة بهذه المنطقة بالرمز mT وتسمى كتلة هوائية مدارية بحرية Maritime Tropical Air Mass 

فوق المناطق القطبية الباردة مثل المناطق الثلجية، ويرمز للكتلة الهوائية المتشكلة بهذه المنطقة بالرمز cP وتسمى كتلة هوائية قطبية قارية Continental Polar Air Mass

فوق المحيطات القريبة من المناطق القطبية الباردة،  ويرمز للكتلة الهوائية المتشكلة بهذه المنطقة بالرمز mP وتسمى كتلة هوائية قطبية بحرية Maritime Polar Air Mass 

والشكل الآتي يوضح انواع الكتل الهوائية وأماكن تشكلها.

 

 

 

إجابة الشكل (2) صفحة 10

أحدد: ما خطوط العرض التي تتوزع عندها الكتلة الهوائية القطبية البحر ية؟

عند خط عرض (55°- 70°) جنوبا تقريبا.

عند خط عرض (55°- 65°) شمالا تقريبا.

ويبين المخطط الآتي العوامل التي اعتمدها العلماء في تصنيف الكتل الهوائية:

 

أفكر صفحة 12

أستنتج: ما التغيرات التي ستطرأ على الكتلة الهوائية القطبية القارية أثناء عبورها فوق المحيط الهادي؟

قد تتعدل خصائص الكتلة الهوائية القطبية القارية من كتلة هوائية جافة وباردة إلى كتلة هوائية باردة ورطبة عند عبورها فوق المحيط الهادي، إذ إن الكتل الهوائية تكتسب خصائص المنطقة التي تمر أو تمكث فوقها.

أتحقق صفحة 12

أوضح العوامل التي تؤثر في خصائص الكتل الهوائية.

تعتمد خصائص الكتلة الهوائية على عاملين: مصدرها أي المنطقة التي تأتي منها، إذ تكتسب الكتل الهوائية خصائص المنطقة التي تأتي منها، والمسار الذي تسلكه أي المنطقة التي تمر أو تمكث فوقها.

 

يوضح الجدول الآتي خصائص الكتل الهوائية اعتمادا على موقع تشكلها:

المنطقة	مدارية قارية	مدارية بحرية	قطبية قارية	قطبية بحرية
خصائص الكتلة الهوائية	حارة وجافة	حارة ورطبة ( مع ملاحظة أن درجة حرارتها أقل من درجة حرارة الكتل الهوائية المتشكلة في المناطق المدارية القارية)	باردة وجافة	باردة ورطبة

 

وفيما يلي وصف لبعض أنواع الكتل الهوائية:

1- الكتلة الهوائية المدارية القارية

خصائصها	أماكن تشكلها	تأثيرها
يرمز لها بالرمز cT، وتعد كتلا هوائية حارة جافة	المناطق المدارية القارية والمناطق شبه المدارية القارية، مثل: مناطق شمال إفريقيا ومنطقة شبه الجزيرة العربية.	قد تسبب ارتفاع درجات الحرارة وخفض رطوبة المناطق التي تمر او تمكث فوقها.

 

توثر هذه الكتل على منطقة الشرق الأوسط وخاصة في الأردن في أوقات مختلفة من السنة، إلا أن تأثيرها يزداد خلال أشهر الصيف.

2- الكتلة الهوائية المدارية البحرية

خصائصها	أماكن تشكلها	تأثيرها
يرمز لها بالرمز mT، وتمتاز بدرجات حرارة أقل من الكتل الهوائية المدارية القارية وأكثر رطوبة.	تنشأ فوق المحيطات في المناطق المدارية الرطبة مثل المنطقة المدارية التي يمتد فيها جزء من المحيط الأطلسي.	قد تتسبب في ارتفاع درجات الحرارة في المناطق التي تمر أو تمكث فوقها، وتكون الغيوم الرعدية وتسبب هطول زخات من المطر والبرد.

 

 

تمتد هذه الكتل إلى منطقة الشرق الأوسط وشمال إفريقيا عبر البحر الأحمر خاصة في فصلي الربيع والخريف.

3- الكتلة الهوائية القطبية القارية

خصائصها	أماكن تشكلها	تأثيرها
يرمز لها بالرمز cP وتتميز بأنها باردة جافة	تتشكل فوق المناطق القطبية الباردة مثل المناطق الثلجية الواسعة في سيبيريا وكندا.	قد تسبب انخفاض في درجات الحرارة، وقد تشكل الصقيع والانجماد في المناطق التي تمر أو تمكث فوقها.

 

تؤثر هذه الكتل على منطقة الشرق الأوسط في أواخر فصل الخريف وفصل الشتاء.

4- الكتلة الهوائية القطبية البحرية

خصائصها	أماكن تشكلها	تأثيرها
يرمز لها بالرمز mP وتتميز بأنها باردة ورطبة.	تتشكل فوق المحيطات القريبة من المناطق القطبية الباردة، مثل منطقة شمال المحيط الأطلسي.	قد تسبب انخفاضا كبيرا في درجات حرارة المناطق التي تمر أو تمكث فوقها، ويمكن أن تسبب تساقط الأمطار والثلوج فيها.

 

تؤثر هذه الكتل على منطقة الشرق الأوسط وبلاد الشام في أشهر الشتاء.

الجبهات الهوائية Air Fronts

الجبهة الهوائية هي المنطقة الفاصلة بين كتلتين هوائيتين مختلفتين في خصائصهما عند التقائهما.

تتشكل الجبهات الهوائية عند التقاء الكتل الهوائية المختلفة، حيث أنها لا تختلط عند إلتقائها بسبب اختلاف خصائصها.

ومن أهم أنواع الجبهات الهوائية:

الجبهة الهوائية الدافئة Warm Air Front

تتكون هذه الجبهة عندما تتحرك كتلة هوائية دافئة بشكل سريع نحو كتلة هوائية باردة تتحرك ببطء، ولأن الكتلة الهوائية الدافئة ذات كثافة أقل من الكتلة الهوائية الباردة، فإنها ترتفع إلى الاعلى فوقها، ويمثل الشكل الآتي جبهة هوائية دافئة.

 

 

نلاحظ تشكل الغيوم عند تكون الجبهة الهوائية الدافئة، وتختلف نوع الغيوم المتشكلة حسب الكتلة الهوائية الدافئة إذا كانت رطبة أو جافة كما هو موضح في الجدول الآتي:

الكتلة الهوائية الدافئة	نوع الغيوم المتشكلة على طول الجبهة
رطبة	الغيوم الطبقية المتوسطة وتتساقط الامطار والثلوج الخفيفة.
جافة	الغيوم الريشية

 

ويرمز للجبهة الهوائية الدافئة على خرائط الطقس بخط تبرز منه أقواس باللون الأحمر كما في الشكل الآتي:

سؤال الشكل 6 صفحة 13

أوضح كيف يسبب ارتفاع الكتلة الهوائية الدافئة إلى الاعلى تشكل الغيوم وتساقط الأمطار؟

عندما ترتفع الكتلة الهوائية الدافئة الرطبة إلى الأعلى تنخفض درجة حرارتها، فيصبح الهواء فيها فوق مشبع ببخار الماء، فيتكاثف على أسطح التكاثف، مما يؤدي إلى تساقط الأمطار.

الجبهة الهوائية الباردة Cold Air Front

تتكون الجبهة الهوائية الباردة عندما تتحرك كتلة هوائية باردة بشكل سريع نحو كتلة هوائية دافئة تتحرك ببطء، ولأنها أكثر كثافة منها تغوص أسفلها، فترتفع الكتلة الهوائية الدافئة للأعلى وتبرد، ويتكاثف بخار الماء فيها على شكل أمطار وثلوج خفيفة، ويمثل الشكل الآتي جبهة هوائية باردة، وعندما تحتوي الكتلة الهوائية الدافئة على كمية كبيرة من بخار الماء تتساقط الأمطار الغزيرة والثلوج الكثيفة، وتتشكل في الجبهة الهوائية الباردة غيوم المزن الركامية التي تتطور لتصبح عواصف رعدية.

 

 

ويرمز للجبهة الهوائية الباردة على خرائط الطقس بخط تبرز منه مثلثات باللون الازرق كما في الشكل الآتي:

 

 

أتحقق صفحة 14

أوضح كيف تتكون الجبهة الهوائية الباردة؟

تتكون الجبهة الهوائية الباردة عندما تتحرك كتلة هوائية باردة بشكل سريع نحو كتلة هوائية دافئة تتحرك ببطء، ولأنها أكثر كثافة منها تغوص أسفلها، فترتفع الكتلة الهوائية الدافئة إلى الأعلى وتبرد، ويتكاثف بخار الماء فيها على شكل أمطار وثلوج خفيفة.