המערבולת

מערכות רוח ענקיות ממחישות לנו, בכל פעם מחדש, את מורכבות הגורמים המשפיעים על מזג האוויר. אבל מה מקור האנרגיה של רוחות הענק? כיצד הן נוצרות? מדוע הן מתפתחות וגדלות? פרופ' גרגורי פלקוביץ, מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע, בוחן תיאוריות שונות במטרה להבין כיצד מתחוללות התופעות הענקיות האלה באטמוספירת כדור-הארץ. "האטמוספירה היא שכבה דקה מאוד ביחס לגודלו של כדור-הארץ", הוא אומר. "באופן טבעי, אנו מתעניינים בעיקר במה שקורה בגובה של עד 10 קילומטרים. זו שכבה, שביחס לעובי האטמוספירה כולה אפשר לראותה כדו-ממדית".

פרופ' פלקוביץ, כפיסיקאי תיאורטיקן, פיתח מודל תיאורטי של התהליכים אשר מתחוללים בשכבת אטמוספירה זו. כדי לבחון את המודל בתנאים מבוקרים, חבר לפיסיקאי הניסיונאי פרופ' מיכאל שטס מהאוניברסיטה הלאומית של אוסטרליה, בקנברה, שבנה במעבדתו מערכת שולחנית המדמה את המערכת האטמוספירית הנמוכה (עד לגובה 10 ק"מ). במערכת זו, שבה מים ממלאים את תפקיד האוויר, הוא יצר תנודות - והמתין.

באטמוספירה מתחוללת תדיר תנועת אוויר אנכית, הנובעת מהפרשי לחצים שנובעים מהפרשי טמפרטורה כתוצאה מהבדלים בין מידת הבליעה של קרינת השמש על-ידי הקרקע באזורים שונים, וגם כתוצאה מהבדלים בחימום הישיר של השמש באזורים שונים. באותה עת, ומסיבות דומות, מתחוללות באטמוספירה גם זרימות (רוחות) אופקיות.

הבדלים בין מידת הבליעה של קרינת השמש בקרקע באזורים שונים, והבדלים בחימום הישיר של האוויר על-ידי השמש באזורים שונים, יוצרים הפרשי טמפרטורה ובהתאמה הפרשי לחצים. כתוצאה מכך מתחוללות תדיר באטמוספירה הן תנועות אוויר אנכיות והן זרימות (רוחות) אופקיות.

המדענים יצרו תופעות דומות במערכת המבוקרת במעבדה, וקיבלו תוצאות המתאימות לתחזיות המודל שפיתח פרופ' פלקוביץ. מתברר, שאם מתחוללת תנועה אנכית זעירה יחסית במערכת שבה מתחוללת כבר תנועה (רוח) אופקית חזקה, תתפתח בתוך זמן מערבולת אופקית גדולה מאוד. "מדובר במערבולות בקנה-מידה עולמי", אומר פרופ' פלקוביץ. "קוטרן יכול להגיע עד ל-1,000 ואפילו ל-5,000 קילומטרים. רק מדידות מלוויינים יכולות ללמד אותנו על היקפן המלא".

אבל היווצרות המערבולת היא רק השלב הראשון בתהליך. בשלב הבא, כעבור פרק זמן מסוים, מתחוללת תופעה מפתיעה. מתברר, שמערבולת הרוח האופקית,שיחסית אפשר לראותה כדו-ממדית, "מדכאת" את המערכת האנכית (שבמקור גרמה להיווצרותה), ו"שואבת" ממנה אנרגיה נוספת. כיוון שהסיבות לזרימה האופקית עדיין קיימות, נוצרת זרימה אופקית חדשה, ולמעשה גדולה יותר, שגם היא מעבירה את האנרגיה שלה למערבולת האופקית. כך נוצר מעין "מנוע צמיחה", המספק אנרגיה וגורם לגדילה הדרגתית של המערבולת האופקית.