ענן בצנצנת

בניסוי זה נכין ענן קטנטן בתוך צנצנת, בעזרת אדי מים, קוביות קרח ורכיב נוסף שדרוש ליצירת עננים. הניסוי מחייב השגחה של אדם מבוגר!

ציוד וחומרים

• צנצנת (עדיף גדולה)
• קוביות קרח
• קערית
• מים רותחים (זהירות!)
• שיפוד עץ
• מצית או גפרורים (זהירות!)

 מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי ניתן לראות בסרטון הבא:

שקוף שזה לבן

עננים, הם טיפות מים קטנטנות (אבל ממש קטנטנות) או גבישי קרח קטנטנים, המפוזרים באוויר. קוטר כל טיפת מים בענן היא בממוצע מאית מילימטר בלבד! מים הם כידוע שקופים, אם כך מדוע ענן הבנוי מטיפות מים נראה לבן? האם טיפות מים הן בצבע לבן? אם נסתכל בטיפה בודדת של מים, מקרוב, נראה היטב את מה שנמצא מצידה השני – כלומר היא תיראה לנו שקופה. אז מה בעצם קורה כאן?

התשובה היא פיזור והחזרה: כאשר אור פוגע במים אכן רוב רובו עובר דרך המים ללא שינוי, והמים נראים כשקופים, אולם יש גם דברים אחרים שמתרחשים. חלק קטן מהאור פוגע במים וחוזר חזרה, וכך אנחנו יכולים לראות במים את ההשתקפות שלנו, כמו בראי. חלק אחר משנה את כיוונו ונשבר לצדדים, כמו מה שמתרחש למשל ביהלום הנוצץ באור. התופעות הללו, שמכונות "פיזור אור" בשפה המדעית, מתרחשות רק בחלק קטנטן של האור - רובו עובר דרך המים. לכן טיפה בודדת ניראית לנו שקופה, אבל כאשר יש לנו המון טיפות, מיליארדי מיליארדים של טיפות, כמו בענן, האור מהשמש יעבור הרבה מאוד פיזורים ולא נוכל להבחין במה שמאחורי הענן, כלומר הוא לא יהיה שקוף. במובן מסויים הפיזורים "מטשטשים" את התמונה. ולמה הענן לבן, ולא בצבע אחר? אור השמש מכיל את כל צבעי הקשת, וכאשר כולם מעורבבים יחד הם ניראים לנו לבנים. כיוון שכל הצבעים מתפזרים מהטיפות באותו אופן, הענן נראה לבן.

אם התופעה עדיין נראית לכם מוזרה, דעו שהיא נראית סביבכם כל יום, ולא רק בשמים. קחו גרגיר של סוכר והסתכלו בו היטב בעזרת זכוכית מגדלת: הוא יראה לכם שקוף! (ראו תמונה למטה). אבל כאשר יש הרבה סוכר – הוא נראה לבן, בדיוק מאותה סיבה. ובאותו אופן, זכוכית היא שקופה, אבל ערימה של שברי זכוכית קטנים נראית לבנה. זו גם הסיבה שערפל מפריע לאור לעבור דרכו.

התופעה הזו נראית סביבכם כל יום. למעלה: גרגיר סוכר בודד נראה שקוף, גם בהגדלה, אולם כאשר הרבה גרגרי סוכר נמצאים יחד הם נראים לבנים, עקב תופעה של פיזור אור. למטה: גם שברי זכוכית שקופה נראים לבנים כאשר הם בערמה, כמו טיפות מים בענן | צילומים: אבי סאייג, שאטרסטוק

לכלוכים שעוזרים

טיפות המים הקטנטנות שבענן נוצרות מאדי מים, כלומר מים במצב צבירה גזי, שהתעבו - שינו מצב צבירה והפכו לנוזל. בעולם האמיתי, עננים נוצרים ממים שמתאדים מהקרקע ומהים, ומתעבים חזרה ברום השמיים, שם הטמפרטורות נמוכות. בניסוי שלנו השתמשנו במים חמים מאוד שמתאדים בקצב מהיר כדי למלא את האוויר באדי מים, ובקערית מלאה בקרח כדי לעבות חזרה את אדי המים וליצור ענן.

אולם כאן נתקלנו בתופעה מעניינת: אדי המים והקור לא הספיקו כדי ליצור ענן. למעשה אם היינו משאירים את הניסוי כך, המים היו מתעבים רק על תחתית הקערית ונופלים משם כמין גשם בצנצנת, אבל ענן – לא היה נוצר לנו. זה בגלל שאדי המים לא מסוגלים להתעבות 'סתם כך' באוויר, לפחות לא בתנאים רגילים (ראו הערה למטה). האדים צריכים להתעבות על משהו, גוף מוצק או נוזל שיוכלו להידבק סביבו. למשהו הזה קוראים 'גרעיני התעבות', וזה יכול להיות כאמור כל דבר שהוא מוצק או נוזל, גם אם הוא קטנטן: גרגירי אבק באוויר, עשן ופיח משריפות, רסס של מלח שעף ממי הים ואפילו יצורים חיים מיקרוסקופיים כמו חיידקים. כולם נקראים בשפה המדעית אירוסולים (או ארססים בעברית), וכולם יכולים לשמש גרעיני התעבות. 

האדים צריכים להתעבות על משהו, גוף מוצק או נוזל שיוכלו להידבק סביבו. אדי מים (בצבע טורקיז) מתעבים על ליכלוכים (עיגולים שחורים) המהווים גרעיני התעבות המרחפים באוויר | איור: רונית צוויג

בניסוי שלנו השתמשנו בעשן בתור אירוסול המשמש גרעין התעבות לאדי המים – וממש באופן מיידי, ברגע שהוכנס עשן לצנצנת התחיל להיווצר בה ענן. אם תשימו לב הענן המשיך להתפתח גם בהמשך – כי ברגע שיש כבר טיפות מים מפוזרות באוויר הן עצמן משמשות גרעיני התעבות לאדי מים נוספים. כך זה גם בענן אמיתי שבשמיים. אפשר לומר שגם תחתית הקערית הקרה מהווה גרעין התעבות (ענק) לאדי המים – ואכן עליה מתעבים מים רבים ואף מטפטפות ממנה טיפות מים גדולות כפי שרואים בניסוי. טיפות מים קטנטנות כמו שנוצרות בענן הן קלות מדי ולא נופלות מטה וחייבות לגדול, על ידי עיבוי נוסף או התנגשויות שמחברות אותן זו לזו, כדי ליפול כגשם.

בניסוי שלנו השתמשנו בעשן בתור אירוסול המשמש גרעין התעבות לאדי המים | צילום: עידן גליקזליג 

אם כך – האם ניתן לומר שיש גם פן חיובי לזיהום אוויר? הרי הוא משחרר לאוויר המון אירוסולים המשמשים כגרעיני התעבות, וכך נוצרים עננים המחזירים את קרינת השמש, ומפחיתים  את התחממות כדור הארץ. במשך שנים רבות מדענים אכן חשבו כך, אולם מחקרים חדשים על אירוסולים מעשי ידי אדם מראים כי המצב מורכב יותר: כאשר יש הרבה אירוסולים באוויר, האוויר מלא בגרעיני התעבות וכתוצאה מכך הענן שנוצר מהם מורכב מהרבה מאוד טיפות מים קטנות, לעומת ענן עם מספר קטן יותר של טיפות מים גדולות. המחקרים הראו שענן מטיפות קטנות נוטה להחזיק מעמד הרבה פחות זמן, כי הטיפות הזעירות מתאדות במהרה חזרה לאוויר. כך שזיהום אוויר אכן מגביר עננים, אבל לא לאורך זמן.

לעוד ניסויים בנושא ראו: גשם של מיץ פטל, גשם בקופסת זרעים וענן בתוך בקבוק.

ברגע שהוכנס עשן לצנצנת התחיל להיווצר בה ענן | צילום: עידן גליקזליג