علت سرد بود هوای کویر در شب چیست؟

کویر سرزمینی است که تضادهای آب وهوایی آن شگفت انگیز است. در طول روز آفتاب سوزان دما را به شدت بالا می برد اما با غروب خورشید سرمایی گزنده جایگزین گرمای طاقت فرسا می شود. این نوسان شدید دما یکی از ویژگی های بارز مناطق بیابانی است که زندگی را در آن ها با چالش های منحصربه فردی روبه رو می کند. درک علت این پدیده فراتر از کنجکاوی صرف برای شناخت اکوسیستم کویر و سازگاری موجودات زنده با آن ضروری است. این سرمای شبانه نتیجه ترکیبی از عوامل فیزیکی مربوط به جنس خاک شرایط جوی و نبود عامل تعدیل کننده دما یعنی آب و رطوبت است. شناخت این عوامل به ما کمک می کند تا تصویر کامل تری از دینامیک حرارتی این مناطق خشک و پهناور داشته باشیم.

مناطق کویری در سراسر جهان به دلیل نوسان بسیار شدید دما بین روز و شب شناخته می شوند. این پدیده که به «دامنه حرارتی روزانه بزرگ» معروف است می تواند در برخی کویرها به بیش از ۳۰ درجه سانتی گراد نیز برسد. در حالی که دمای هوا در طول روزهای آفتابی به سرعت بالا می رود و به مقادیر بسیار زیاد گاهی بیش از ۵۰ درجه سانتی گراد می رسد پس از غروب خورشید دما با سرعتی خیره کننده کاهش می یابد و شب های کویری اغلب سرد و حتی در برخی مناطق و فصول سال یخبندان می شوند. این تغییر ناگهانی و شدید دما نتیجه تعامل پیچیده ای از ویژگی های فیزیکی سطح زمین ترکیب جوی و چرخه های انرژی است که در ادامه به تفصیل بررسی می شود.

یکی از مهم ترین دلایل این نوسان شدید دما ویژگی های فیزیکی منحصربه فرد خاک و شن موجود در کویر است. سطح کویر عمدتاً از شن ماسه و ذرات ریز خاک تشکیل شده که خواص حرارتی خاصی دارند. این مواد برخلاف بسیاری از سطوح دیگر زمین مانند خاک های مرطوب یا پوشش گیاهی گرما را به سرعت جذب و دفع می کنند. بافت دانه ای و خشک شن و ماسه در نحوه ذخیره و انتقال انرژی حرارتی نقش محوری ایفا می کند و زمینه را برای تغییرات دمایی چشمگیر فراهم می آورد. درک این ویژگی ها گام اول برای فهم چرایی سرمای شب های کویر است.

شن و ماسه دارای ظرفیت گرمایی ویژه پایینی هستند. ظرفیت گرمایی ویژه مقدار انرژی گرمایی لازم برای افزایش دمای یک واحد جرم از ماده به اندازه یک درجه سانتی گراد است. در مقایسه با آب که ظرفیت گرمایی ویژه بسیار بالایی دارد شن و ماسه برای گرم شدن یا سرد شدن به انرژی بسیار کمتری نیاز دارند. این بدان معناست که در طول روز با تابش نور خورشید شن و ماسه به سرعت گرم می شوند و دمای سطح به شدت بالا می رود. به همین ترتیب در شب زمانی که تابش خورشید متوقف می شود این مواد به سرعت گرمای خود را از دست داده و سرد می شوند. این خاصیت اصلی ترین عامل اولیه در نوسان سریع دمای سطح کویر است.

علاوه بر ظرفیت گرمایی پایین نحوه انتقال گرما در شن و ماسه نیز متفاوت است. گرما از سطح به عمق شن به کندی منتقل می شود. این به دلیل وجود فضاهای خالی زیاد بین ذرات شن و ماسه است که هوا را در خود حبس می کنند و هوا نیز عایق نسبتاً خوبی است. بنابراین در طول روز بیشتر گرمای خورشید در لایه های سطحی شن متمرکز می شود و به عمق نفوذ چندانی نمی کند. این باعث می شود که دمای سطح شن به شدت بالا برود. در شب این لایه سطحی که بیشترین گرما را جذب کرده بود به سرعت و بدون اینکه گرمای زیادی از لایه های عمیق تر دریافت کند آن را از دست می دهد و سرد می شود. این محدودیت در انتقال گرما به عمق باعث تشدید سرمایش سطحی در شب می شود.

کمبود رطوبت و آب یکی دیگر از عوامل کلیدی و شاید مهم ترین عامل در تفاوت شدید دمای شب و روز در کویر است. در مناطق مرطوب آب به اشکال مختلف (رطوبت در خاک بخار آب در هوا دریاچه ها رودخانه ها) حضور دارد. آب به دلیل ظرفیت گرمایی ویژه بسیار بالا نقش یک تعدیل کننده دما را ایفا می کند. این بدان معناست که آب مقدار زیادی گرما را جذب و ذخیره می کند و به کندی آن را از دست می دهد. در مقابل در کویر که آب بسیار کمی وجود دارد این عامل تعدیل کننده دما عملاً حذف شده است و دما می تواند بدون مانع و به سرعت تغییر کند.

همانطور که پیشتر اشاره شد آب ظرفیت گرمایی ویژه بسیار بالایی دارد. به طور تقریبی برای افزایش دمای یک کیلوگرم آب به اندازه یک درجه سانتی گراد حدوداً چهار برابر انرژی بیشتری نسبت به یک کیلوگرم شن خشک نیاز است. این تفاوت فاحش به این معنی است که آب می تواند مقادیر بسیار بیشتری از انرژی خورشید را در طول روز بدون اینکه دمای آن به شدت بالا برود جذب و ذخیره کند. در شب نیز آب به کندی این گرمای ذخیره شده را آزاد می کند. این خاصیت باعث می شود که مناطقی که دارای منابع آب یا رطوبت کافی هستند نوسانات دمایی روزانه بسیار کمتری داشته باشند.

مقایسه سرمایش در مناطق مرطوب و کویر به وضوح نقش رطوبت را نشان می دهد. در مناطق مرطوب بخار آب موجود در جو به عنوان یک گاز گلخانه ای طبیعی عمل می کند و بخشی از تابش گرمایی ساطع شده از سطح زمین در شب را جذب و دوباره به سمت زمین بازتاب می دهد. این پدیده که به اثر گلخانه ای بخار آب معروف است باعث می شود که شب ها در این مناطق گرم تر باقی بمانند. علاوه بر این تبخیر آب در طول روز بخش قابل توجهی از انرژی خورشید را مصرف می کند و از افزایش بیش از حد دما جلوگیری می نماید (سرمایش تبخیری). در کویر به دلیل کمبود شدید رطوبت هر دو مکانیزم تعدیل کننده (ذخیره گرمای آب و اثر گلخانه ای بخار آب) عملاً وجود ندارند بنابراین سطح زمین به سرعت سرد می شود و گرمای آن به راحتی به فضا می گریزد.

آسمان کویر در شب معمولاً بسیار صاف و بدون پوشش ابری است. این ویژگی عامل مهم دیگری در سرمایش سریع شبانه محسوب می شود. ابرها مانند یک پتو یا لایه عایق عمل می کنند؛ آن ها تابش گرمایی (امواج فروسرخ) که از سطح زمین ساطع می شود را جذب کرده و بخشی از آن را دوباره به سمت زمین بازمی گردانند. این بازتاب باعث حفظ گرما در لایه های پایین تر جو و نزدیک سطح زمین می شود و مانع از سرمایش شدید می شود. در غیاب این پوشش ابری هیچ مانعی برای خروج تابش گرمایی از سطح زمین به فضای بالای جو وجود ندارد.

در شب های صاف کویر سطح زمین که در طول روز گرمای زیادی جذب کرده است شروع به ساطع کردن انرژی به صورت تابش فروسرخ می کند. از آنجایی که آسمان صاف است و بخار آب کمی در جو وجود دارد این تابش گرمایی بدون مانع خاصی به سمت فضا حرکت می کند و از جو زمین خارج می شود. این فرآیند که به «سرمایش تابشی» معروف است عامل اصلی کاهش دمای سطح زمین و هوای مجاور آن در شب های کویر است. هرچه آسمان صاف تر و خشک تر باشد میزان تابش گرمایی که می تواند به فضا فرار کند بیشتر است و در نتیجه سرمایش شدیدتری رخ می دهد.

همانطور که ذکر شد ابرها اثر گلخانه ای دارند و با جذب و بازتاب تابش گرمایی زمین از سرمایش شدید شبانه جلوگیری می کنند. نبود پوشش ابری در کویر به معنای عدم وجود این اثر گلخانه ای محافظ است. در نتیجه گرمای انباشته شده در سطح زمین در طول روز به جای اینکه در لایه های پایین تر جو به دام بیفتد به راحتی به فضا تابش می شود. این عدم وجود مانع در برابر خروج حرارت در کنار ظرفیت گرمایی پایین شن و ماسه و کمبود رطوبت شرایط ایده آلی را برای سرمایش سریع و شدید در شب های کویر فراهم می کند و به پدیده اختلاف دمای فاحش روز و شب دامن می زند.

در طول روز به دلیل ظرفیت گرمایی پایین شن و ماسه و تابش مستقیم و شدید خورشید سطح کویر به سرعت انرژی حرارتی را جذب می کند و دما به سرعت بالا می رود. این جذب سریع انرژی باعث می شود که حتی با وجود انتقال کند گرما به عمق لایه های سطحی به شدت داغ شوند. در شب با قطع تابش خورشید و آغاز فرآیند سرمایش تابشی همین مواد با ظرفیت گرمایی پایین گرمای جذب شده را به سرعت از دست می دهند. نبود رطوبت و پوشش ابری این فرآیند دفع حرارت را تسهیل می کند. بنابراین سرعت جذب حرارت در روز و سرعت دفع حرارت در شب در کویر بسیار بالا است که منجر به تغییرات دمایی سریع می شود.

مجموعه عواملی که به آن ها اشاره شد – ظرفیت گرمایی پایین شن و ماسه انتقال کند گرما به عمق کمبود شدید رطوبت و آب و آسمان صاف و بدون ابر – دست به دست هم می دهند تا دامنه تغییرات دما بین روز و شب در کویر بسیار وسیع باشد. در حالی که در مناطق دیگر زمین آب و پوشش گیاهی و ابرها به عنوان عوامل تعدیل کننده عمل کرده و نوسانات دمایی را محدود می کنند در کویر این عوامل یا وجود ندارند یا بسیار ضعیف هستند. نتیجه این شرایط روزهای بسیار گرم و شب های بسیار سرد است که تفاوت دمایی آن ها می تواند به ده ها درجه سانتی گراد برسد و محیطی با شرایط حرارتی بسیار متغیر ایجاد کند.

سرمایش شب کویر عمدتاً از طریق چند مکانیزم اصلی صورت می گیرد که همگی با ویژگی های خاص این محیط در ارتباط هستند. اولین و مهم ترین مکانیزم سرمایش تابشی است که طی آن سطح زمین گرمای خود را به صورت امواج فروسرخ به فضا ساطع می کند. دومین عامل ظرفیت گرمایی پایین شن و ماسه است که باعث می شود این مواد با از دست دادن مقدار کمی گرما دمایشان به سرعت کاهش یابد. سومین عامل نبود رطوبت کافی در هوا و خاک است که هم اثر گلخانه ای بخار آب را تضعیف می کند و هم عامل ذخیره و آزادسازی کند حرارت را حذف می نماید. چهارمین عامل انتقال کند گرما به عمق شن است که باعث می شود سرمایش در لایه های سطحی متمرکز شده و شدیدتر باشد. این مکانیزم ها به صورت هم افزا عمل کرده و منجر به سرمای قابل توجه شب های کویر می شوند.

چرا اختلاف دمای شب و روز در کویر زیاد است؟

این اختلاف دما به دلیل ظرفیت گرمایی پایین شن کمبود رطوبت و آسمان صاف است که باعث جذب سریع گرما در روز و دفع سریع آن به فضا در شب می شود.

دمای هوای کویر در شب تا چه حد می تواند کاهش یابد؟

دمای شب در کویر می تواند به شدت کاهش یابد و بسته به موقعیت جغرافیایی و فصل حتی به زیر صفر درجه سانتی گراد نیز برسد.

آیا نبود رطوبت مهم ترین عامل سرمای شب کویر است؟

کمبود رطوبت یکی از عوامل کلیدی است اما در کنار ظرفیت گرمایی شن و آسمان صاف مجموعه این عوامل باعث سرمای شدید شب کویر می شوند.

چرا آسمان صاف شب به سرد شدن کویر کمک می کند؟

آسمان صاف اجازه می دهد تا تابش گرمایی ساطع شده از سطح زمین بدون مانع به فضا بگریزد و باعث سرمایش سریع و شدید شود.

آیا همه بیابان های جهان در شب سرد می شوند؟

اغلب بیابان ها به دلیل خشکی و آسمان صاف نوسان دمایی زیادی دارند و شب ها سرد می شوند اما شدت سرما به عرض جغرافیایی و ارتفاع نیز بستگی دارد.

خنک شدن تابشی در شب های کویر به چه معناست؟

به فرآیند از دست دادن گرما از سطح زمین به صورت تابش امواج فروسرخ به فضای سرد و بدون ابر آسمان در طول شب گفته می شود.