تضخُّم البحار


تضخُّم البحار

شاهد الماء ينتفخ ويتقلص مع التغيرات في درجة الحرارة.

أحد الأسباب الرئيسة لارتفاع مستوى سطح البحر هو ارتفاع درجة حرارة محيطاتنا. في هذه الوجبة العلمية الخفيفة، سترى بنفسك تأثير تغيُّر درجة الحرارة في الماء.

الأدوات والخامات

 

 

  • زجاجة، حجم 12 أونصة (355 ملل تقريبًا) يكون مناسبًا.
  • صلصال أو شريط عازل، أو أي مادة أخرى لغلقٍ محكمٍ يمنع تسرُّبَ المياه.
  • ماصَّة زجاجية أو بلاستيكية شفافة (أو قلم حبر جاف ذو سطحٍ خارجيٍّ شفافٍ يمكنك تفكيكه لعمل أنبوبٍ مفتوحٍ من كلا الطرفين).
  • إناءان أكبر، مثل الأوعية أو الأواني.
  • ماء (ماء الصنبور شديد السخونة، وماء شديد البرودة –الثلج يساعد– وماء بدرجة حرارة الغرفة).
  • قلم سميك دائم (غير ظاهر في الصورة).
  • اختياري: ألوان طعام.

التجميع

  1. املأ الزجاجة بالكامل ماءً بدرجة حرارة الغرفة.
  1. إذا كنت تستخدم مُلوِّن الطعام، أضف قطرة أو قطرتين إلى الماء في الزجاجة.
  1. إذا كنت تستخدم قلمَ حبرٍ جافٍّ بدلاً من الماصَّة، اسحب خرطوشة القلم وطرف الكتابة بعناية من أحد الطرفين وانزع غطاء النهاية من الطرف الآخر.(قد تحتاج كمَّاشة). ملحوظة: في بعض الأقلام الشفافة يوجد ثقب صغير في الجانب؛ إذا كان قلمك هكذا، غطِّ الثقب بشريطٍ لاصقٍ شفافٍ أو ابحث عن قلمٍ مختلفٍ «بدون ثقب».
  1. إذا كنت تستخدم الصلصال مادةً مانعةً للتسرُّب، لف قطعةً صغيرةً بالقرب من أحد طرفي الماصَّة دون أن يسد الصلصال الفتحة.

  

إذا كنت تستخدم شريط إخفاء، لفَّه حول الماصَّة أكثر من مرةٍ حتى يشكِّلَ «عوامة» من اللاصق بقطرٍ يكفي لدخولها من أعلى من الزجاجة، وتثبيتها بإحكام.

  1. ضع الماصَّة وكرة الصلصال (أو سدادة الشريط) المرفقة بها في الجزء العلوي من الزجاجة، وسد جانبها أولاً. ادفع المادة المانعة للتسرب في الجزء العلوي من الزجاجة لإحكام الغلق.
  1. اضغط برفقٍ على السدادة داخل الزجاجة حتى ترى الماء يتصاعد في الماصَّة. إذا كان الغلق محكمًا بدرجةٍ كافيةٍ، فسيظل مستوى الماء في الماصَّة ثابتًا. وإذا استمر منسوب المياه في الماصة في الانخفاض، فهذا يدل على وجود تسريب (حاول تكرار الخطوتين 4 و5). حاول تثبيت مستوى الماء في الماصَّة عند مستوى  5 سم تقريبًا (2 بوصة) فوق الجزء العلوي من الزجاجة، كما هو موضح في الصورة أدناه.

  

  1. باستخدام القلم السميك الدائم، حدد ارتفاع الماء في الماصة (انظر الصورة أدناه).

  


 

ماذا تفعل وماذا تلاحظ؟

اسكب الماء الساخن في أحد الأوعية الكبيرة والماء شديد البرودة في الوعاء الآخر. يجب أن يكون الوعاءان ممتلئين بدرجةٍ كافيةٍ لتغطية معظم الزجاجة، ولكن ليسا ممتلئين لدرجة أن يفيضا عند وضع الزجاجة بداخلهما.

ضع الزجاجة في وعاء الماء الساخن وراقبها لمدة من 5 إلى 10 دقائق؛ ماذا تلاحظ؟

هل يمكنك تخمين ما سيحدث عندما تضع الزجاجة في وعاء الماء البارد؟ جرب ولاحظ.


 

ما الذي يحدث؟

ربما لاحظت أن مستوى الماء في الزجاجة ارتفع عندما وضعتها في الماء الساخن وهبط عندما وضعتها في الماء البارد؛ ذلك لأن الماء في الزجاجة تمدد مع حرارة الماء الساخن وانكمش عندما برد مرةً أخرى. تتمدد معظم المواد عند تسخينها –وهي خاصية تسمى «التمدد الحراري»– والماء السائل ليس استثناءً.

عندما يصبح الماء في الزجاجة أكثر دفئًا، تزداد الحركة الجزيئية فتتسبب في زيادة حجم الماء أيضًا؛ يؤدِّي هذا إلى ارتفاع مستوى الماء في الماصة، على الرغم من عدم إضافة الماء إلى النظام.

عندما يُبرد الماء، تقل الحركة الجزيئية ويتقلص حجم الماء في الزجاجة؛ فينخفض مستوى الماء في الماصَّة.

يُعد الماء الموجود في الزجاجة نموذجًا لما يحدث في محيطاتنا؛ فتزداد درجة حرارة المحيطات لأن غلافنا الجوي يزداد دفئًا. وتمنع الكميات المتزايدة من الغازات الدفيئة في غلافنا الجوي الحرارة من سطح الأرض من الانبعاث مرةً أخرى في الفضاء بحُرِّية كما كانت تفعل سابقًا؛ هذا يجعل الجو أكثر دفئًا؛ وتمتص المحيطات 90٪ من هذه الحرارة الزائدة، مما يجعلها أكثر دفئًا أيضًا.

تتمدد مياه المحيط عند تسخينها مثل الماء الموجود في الزجاجة. يعد هذا التوسع وذوبان الجليد الأرضي، مثل الأنهار الجليدية والصفائح الجليدية، عاملين رئيسين يساهمان في ارتفاع مستويات سطح البحر في جميع أنحاء العالم. عندما يذوب الجليد الأرضي، يتدفق الماء الناتج إلى المحيط، مما يرفع مستوى سطح البحر. حتى العقد الماضي أو نحو ذلك، ساهم التمدد الحراري للمياه وذوبان الجليد الأرضي في ارتفاع مستويات سطح البحر بشكلٍ متساوٍ تقريبًا. في العقد الماضي، أصبح ذوبان الجليد الأرضي هو المساهم الأكبر في ارتفاع مستويات سطح البحر، فهو مسؤول عن ضعف الزيادة الناجمة عن التمدد الحراري (انظر الرسم البياني أدناه).


 

المضي قدمًا

قد تلاحظ أن عمود الماء في الماصة ينخفض مؤقتًا عند وضع الزجاجة لأول مرة في وعاء الماء الساخن (وقد يرتفع مؤقتًا عند وضع الزجاجة لأول مرة في الماء البارد). يرجع هذا إلى تمدد (وانكماش) الزجاجة نفسها؛ فتتسع الزجاجة عند غمرها في الماء الساخن، مما يزيد من حجمها. نتيجة لذلك، يتدفق بعض الماء الموجود في الماصة إلى الزجاجة وينخفض مستوى الماء في الماصة. بعد لحظات قليلة، يبدأ الماء الموجود في الزجاجة في التسخين، والتمدد، والارتفاع مرةً أخرى في الماصَّة.


نصائح للمعلمين

قد يحتاج إحكام الغلق حول الماصَّة وفي الجزء العلوي من الزجاجة بعض الوقت والصبر. احرص على عدم سحق الماصة. قد يحتاج صغار السن إلى المساعدة في هذه الخطوة، وكذلك في التعامل مع الماء الساخن.

قد تلاحظ أن عمود الماء في الماصة ينخفض عند وضع الزجاجة لأول مرة في وعاء الماء الساخن؛ إذا كان الأمر كذلك، اسأل الطلاب عن سبب حدوث هذا في اعتقادهم.


 

المصادر

أظهرت دراسة حديثة أن درجة حرارة المحيط لعام 2019 تبلغ نحو 0.075 درجة مئوية فوق متوسط 1981-2010.

(Cheng, L., Abraham, J., Zhu, J. et al. Record-Setting Ocean Warmth Continued in 2019. Adv. Atmos. Sci. 37, 137–142 (2020). https://doi.org/10.1007/s00376-020-9283-7)


 

Exploratorium, 2020 

by the Exploratorium 2020 ©