Fallstreak Hole: Ένα “παράξενο παιχνίδι” της θερμοδυναμικής στα σύννεφα

Kαταπληκτικός σχηματισμός με την διεθνή ονομασία «Fallstreak Hole” κατεγράφη στις 19 Οκτωβρίου 2019 από τον Marco Beric στη Γερμανία. O παράξενος σχηματισμός μπορεί να εμφανιστεί σε νέφη Cirrocumulus η σε Altocumulus. Τέτοιες οπές σχηματίζονται όταν η θερμοκρασία του νερού στα σύννεφα είναι κάτω από το μηδέν, αλλά το νερό δεν έχει παγώσει ακόμη, λόγω της έλλειψης πυρήνων παγοποίησης (νερό σε υπέρτηξη). Όταν οι παγοκρύσταλλοι αρχίζουν να δημιουργούνται, τότε πυροδοτείται μια επίδραση ντόμινο, λόγω της διαδικασίας Bergeron με αποτέλεσμα τα σταγονίδια νερού γύρω από τους κρυστάλλους να εξατμιστούν. Αυτό αφήνει μια μεγάλη, συχνά κυκλική, τρύπα στο σύννεφο.

Γνωρίζαμε με άλλα λόγια ήδη ότι, για να σχηματίσουν την τρύπα τα σταγονίδια στο στρώμα των νεφών, πρέπει να «υπερψυχθούν». Αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει να βρίσκονται σε θερμοκρασία κάτω από 0 ° Κελσίου, χωρίς όμως ακόμη να έχουν παγώσει.  Εδώ και χρόνια είναι γνωστό ότι εμφανίζεται αυτό όταν μέρος ενός νέφους σταγονιδίων νερού παγώνει και γίνονται κρύσταλλοι  πάγου. Οι επιστήμονες έχουν γνωρίσει εδώ και αρκετό καιρό ότι η επίδραση αυτή συμβαίνει όταν οι παγοκρύσταλλοι μεγαλώνουν αρκετά ώστε ακολούθως να πέσουν κάτω και να δημιουργήσουν αυτή την παράξενη εικόνα του “καταρράκτη” . Αυτό όμως που ήταν πάντα ασαφές είναι ακριβώς γιατί αυτή η «κατάψυξη» ξεκινά σε μια συγκεκριμένη περιοχή ενός στρώματος του νέφους και πώς η τρύπα μεγαλώνει σε μέγεθος, φτάνοντας μερικές φορές στα 50 χλμ σε μια ώρα μετά την έναρξη της τρύπας.

Σχετικά πρόσφατη έρευνα (2011) που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Science μας βοήθησε να εξηγήσει μερικά από τα μυστήρια αυτών των όμορφων “οπών του φθινοπώρου”. Γνωρίζαμε ήδη ότι, για να σχηματίσουν την τρύπα, τα σταγονίδια στο στρώμα των νεφών πρέπει να «υπερψυχθούν». Αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει να βρίσκονται σε θερμοκρασία κάτω από 0 ° Κελσίου, χωρίς όμως ακόμη να έχουν παγώσει. Στην πραγματικότητα, τα σταγονίδια νεφών μπορεί -και συχνά παρατηρείται – να παραμένουν σε υγρή μορφή σε θερμοκρασίες πολύ κάτω από τη θερμοκρασία ψύξης ενός ποτηριού νερού όταν αυτό βρίσκεται στην επιφάνεια της γης.

Όταν το νερό βρίσκεται σε μορφή μικροσκοπικών σταγονιδίων, χρειάζεται έναν μηχανισμό , ένα είδος  πυρήνα που θα το ενθαρρύνει  να παγώσει – και αυτό θα μπορούσε να είναι ένα μικροσκοπικό σωματίδιο που μπορεί να ξεκινήσει αυτή τη διαδικασία domino. Χωρίς ένα από αυτά τα σωματίδια, τα σταγονίδια θα αρνούνται αποφασιστικά να παγώσουν ακόμη και αν η θερμοκρασία του αέρα πέσει ακόμη και στους -40 ° Κελσίου.

Αλλά τι είναι εκείνο που ξεκινά αυτό το πάγωμα σε μια περιοχή του σύννεφου; Η έρευνα επιβεβαίωσε τη μακροχρόνια υποψία ότι ένα αεροσκάφος που πετά μέσα από ένα σύννεφο μπορεί να ξεκινήσει τη διαδικασία κατάψυξης. διότι προκαλείται μεγάλη πτώση της πίεσης.

Η επίδραση του αέρα καθώς περνάει πάνω από τα φτερά του αεροσκάφους και (για ορισμένους τύπους αεροπλάνων) πάνω από τα πτερύγια των ελίκων του, προκαλεί την ψύξη του.

Αυτή η στιγμιαία ψύξη μπορεί να είναι αρκετή για να οδηγήσει τη θερμοκρασία σε πάρα πολύ χαμηλά επίπεδα ώστε τα σταγονίδια να αρχίσουν να παγώνουν, παρόλο που μπορεί να μην υπάρχουν αρκετοί πυρήνες πήξης.

Η έρευνα αναλύει  τον λόγο τον τρόπο με τον οποίο το νερό κατάψυξης θα μπορούσε να προκαλέσει μια τρύπα να επεκταθεί προς τα έξω από το σημείο όπου το αεροπλάνο πέταξε μέσα από το σύννεφο. Όταν τα σταγονίδια αλλάζουν και γίνονται στερεά σωματίδια, εκπέμπουν μια μικρή ποσότητα θερμότητας – αρκετή για να προκαλέσει τον αέρα να διασταλεί και να ανέβει λίγο προς τα πάνω . Ως αντίδραση σε αυτό το αυξανόμενο ρεύμα, ο περιβάλλων αέρας βυθίζεται ελαφρά. Καθώς ο αέρας γύρω από το κατεψυγμένο πτύχωμα βυθίζεται και θερμαίνεται, τα σταγονίδια εκεί εξατμίζονται. Αυτή φαίνεται να είναι η μέθοδος με την οποία η πτώση των παγωμένων κρυστάλλων που παράγονται από το αεροπλάνο που ανέρχεται ή κατεβαίνει μέσα από το στρώμα νεφών,  σχηματίζει μια κυκλική οπή που εμφανίζεται διάτρητη μέσα από το στρώμα νεφών.

Εάν το αεροπλάνο διέρχεται από το σύννεφο σε μια πιο μικρή (ρηχή) γωνία, προκαλεί την κατάψυξη μιας γραμμής νεφών δημιουργώντας μια τρύπα σε μορφή πούρου, που είναι γνωστή ως κανάλι νέφους.

Προσπάθησα όσο πιο απλά να σας περιγράψω μια διαδικασία στην ατμόσφαιρα που για πρώτη φορά μελετήθηκε από τον Γερμανό Alfred Wegener το 1911. Δηλαδή λίγα χρόνια μετά την εφεύρεση του αεροπλάνου. Ο μεγάλος φυσικός Bergeron το 1933 θεμελίωσε όλο το θεωρητικό υπόβαθρο , ενώ οι ατμοσφαιρικές διαδικασίες ερευνώνται μέχρι τις μέρες μας σε βάθος. Δυστυχώς υπάρχει η παραπληροφόρηση για τις γραμμές των νεφών κ.α. Γι’ αυτό θα μιλήσουμε μια άλλη φορά. Σύντομα.