تقوم جزيئات الماء بامتصاص أجزاء من الطيف الكهرومغناطيسي خلال انتقال الإشعاع الكهرومغناطيسي في وسط يحوي هذه الجزيئات ويحدث امتصاص الماء هذا بشكل خاص عند خاصية محددة من الطول الموجي فيما يحدث نقل موازنة الطيف بأقل أثر ممكن.
يحدث الامتصاص القوي الذي يسببه بخار الماء عند طول موجي يساوي حوالي 2900 و1950 و1450 نانومتر [1][2] أما الامتصاص الأضعف فيحدث عند طول موجي يساوي تقريبا 1200 و970 نانومتر [3] وتوجد 3 مجموعات إضافية من خطوط امتصاص الماء قريبا من 930 و820 و730 نانومتر [4] وتقع جميع هذه الأطوال ضمن طيف الأشعة تحت الحمراء. أما الماء فيمتلك طيف امتصاص معقدا-حيث أن تحديث قاعدة بيانات مطيافية هيتران (HITRAN) يعدّد أكثر من 64,000 خط طيفي تترافق مع انتقالات ملحوظة لبخار الماء وتتراوح بين منطقة الموجات الصغرية (المايكرويف) وحتى منطقة الطيف المرئي.[5]
تتم إزاحة خصائص الامتصاص الطيفي للماء السائل بحوالي 60 نانومتر إلى أطوال موجية أكثر طولا مع أخذ خ[6] صائص البخار بالاعتبار. في الجليد السداسي، تتم إزاحة الخصائص أبعد من ذلك حتى لتصل إلى نطاق الأشعة الحمراء وتحت الحمراء، ويكون كل من طيف الأشعة تحت الحمراء ومطيافية رامان ـأكثر تعقيدا بكثير في الماء السائل منه في البخار.[7]
المؤثرات الجوية
وما بخار الماء إلا عبارة عن غاز دفيئة يوجد في الغلاف الجوي للأرض وهو مسؤول عن 70 بالمئة من الامتصاص المعروف لشعاع الشمس الساقط على الأرض وخصوصا في منطقة الأشعة تحت الحمراء كما أنه مسؤول أيضا عن 60 بالمئة من الامتصاص الجوي للإشعاع الحراري الذي تقوم به الأرض والذي يعرف بالاحتباس الحراري.[8] يعتبر بخار الماء أحد العوامل المهمة أيضا في التصوير متعدد وفائق الأطياف الذي يستخدم طريقة الاستشعار عن بعد[5] وذلك لأن بخار الماء يعمل على امتصاص الإشعاع بشكل مختلف في الحزم الطيفية المختلفة. كما وتؤخذ تأثيرات بخار الماء كعامل مهم في الاعتبار في علم الفلك الكاشوفي وفلك الأشعة تحت الحمراء في الموجات الصغرية أو حزم التردد بالغة العلو. تم بناء تيلسكوب القطب الجنوبي جزئيا في منطقة أنتاركتيكا وذلك لأن عوامل الارتفاع الجغرافي ودرجات الحرارة المنخفضة المتوفرة في هذا المكان تتسبب في تواجد بخار ماء قليل جدا في الجو.[9]
تحدث حزم امتصاص ثنائي أكسيد الكربون بشكل مشابه لما ذكر سابقا بين ما يقارب 1400 و1600 و2000 نانومتر [10] غير أن وجودها في الغلاف الجوي للأرضي يمثل 26 بالمئة فقط من تأثير الاحتباس الحراري.[8] يقوم غاز ثنائي أكسيد الكربون بامتصاص الطاقة في قطاعات صغيرة من طيف تحت الأشعة الحمراء الحراري الذي يفتقر إليه بخار الماء. يتسبب هذا الامتصاص الإضافي داخل الغلاف الجوي بإحماء الهواء أكثر قليلا وبذلك فإنه كل ما ارتفعت حرارة الغلاف الجوي كلما زادت قدرته على الإحاطة بقدر أكبر من بخار الماء ويزيد امتصاص بخار الماء الإضافي هذا من تأثير الاحتباس الحراري للأرض.[11]
يكون كل من وجود ثنائي أكسيد الكربون وامتصاص الماء ضعيفا في نافذة الغلاف الجوي التي تقع بين 8000 و14000 نانومتر تقريبا-وهي منطقة طيف الأشعة تحت الحمراء البعيدة[12]- وتسمح هذه النافذة بإطلاق معظم الإشعاع الحراري في هذه الحزمة إلى الجو مما يحفظ الغلاف الجوي من الدخول في حالة انفلات حراري. وتستخدم هذه الحزمة أيضا في استشعار الأرض عن بعد من الفضاء عن طريق استخدام تصوير الطيف المرئي والقريب من الأشعة الحمراء (VNIR).
التفسير الفيزيائي لهذه الظاهرة
تتعلق روابط الامتصاص الخاصة ببخار الماء بالاهتزازات الجزيئية متطلبة تنويعات مختلفة من نماذج جزيئات الماء التبخيرية الأساسية وهي:
- V1: التمدد المتماثل
- V2: التقويس
- V3: التمدد غير المتماثل
يعزى عامل الامتصاص الذي يتركز قريبا من طول الموجة 970 نانومتر إلى مزيج من نموذجي 2V1 + V3 في حين أن ذلك القريب من طول الموجة البالغ 1200 نانومتر هو مزيج من نماذج V1 + V2 + V3، أما القريب من 14500 نانومتر فهو يعزى إلى مزيج من نموذجي V1 + V3 وأخيرا يرجع عامل الامتصاص الواقع قريبا من الطول الموجي 1950 نانومتر إلى مزيج من نموذجي V2 + V3.[3]
عادة ما تعيق الروابط الهيدروجينية التناوبات في الماء السائل مما يؤدي إلى حركات تأرجحية أو اهتزازية وتتم إزاحة اهتزازات التمدد إلى ترددات أقل بينما يتزايد تردد التقويس بسبب الرابطة الهيدروجينية.[7]
ثلاثة أنواع رئيسية لاهتزازات جزيء الماء
|
|---|
مقالات ذات صلة
مراجع
- Carter, G.A. (1993). "Relationship of leaf spectral reflectance to chloroplast water content determined using NMR microscopy". Remote Sensing of Environment. 46 (3): 305–310. doi:10.1016/0034-4257(93)90050-8. مؤرشف من الأصل في 13 ديسمبر 201931 أكتوبر 2007.
Reflectance responses to leaf water content were greatest in the water absorption bands near 1450 nm, 1950 nm, and 2500 nm wavelengths
- Rossel, R.A.V. (1998). "Laboratory evaluation of a proximal sensing technique for simultaneous measurement of soil clay and water content". Geoderma. 85 (1): 19–39. doi:10.1016/S0016-7061(98)00023-8. مؤرشف من الأصل في 09 يناير 201931 أكتوبر 2007.
the strong absorption bands of OH groups in soil water at around 1450, 1950 and 2500 nm.
- Jacquemoud, S. (2003). "Application of radiative transfer models to moisture content estimation and burned land mapping" ( كتاب إلكتروني PDF ). Joint European Association of Remote Sensing Laboratories (EARSeL) and GOFC/GOLD-Fire Program, 4th Workshop on Forest Fires, University Ghent, Belgium 5--7 June 2003. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 10 أغسطس 201715 أكتوبر 2008.
...in the action spectrum of water the three main peaks near 1400, 1950, and 2500 nm, and two minor ones at 970 and 1200 nm
- إف. جاي دوارتي, Edited (1995). Tunable Laser Applications. New York: M. Dekker. .
There are three sets of water-vapor absorption lines in the near-IR spectral region. Those near 730 and 820 nm are useful for lower tropo- spheric measurements, whereas those near 930 nm are useful for upper- tropospheric measurements...
- Gordon, Iouli E. (2007-06-24). "Current updates of the water-vapor line list in HITRAN: A new Diet for air-broadened half-widths" ( كتاب إلكتروني PDF ). Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 11 ديسمبر 201703 نوفمبر 2007.
Water vapor is the principal absorber of longwave radiation in the terrestrial atmosphere and it has a profound effect on the atmospheric energy budget in many spectral regions. The HITRAN database lists more than 64,000 significant transitions of water vapor ranging from the microwave region to the visible, with intensities that cover many orders of magnitude. These transitions are used, or have to be accounted for, in various remote-sensing applications.
- Toselli, F. (1992). Imaging Spectroscopy. Boston: Kluwer Academic Publishers. .
- Chaplin, Martin (2007-10-28). "Water Absorption Spectrum". مؤرشف من الأصل في 27 أبريل 201904 نوفمبر 2007.
In the liquid, rotations tend to be restricted by hydrogen bonds, giving the librations. Also, spectral lines are broader causing overlap of many of the absorption peaks. The main stretching band in liquid water is shifted to a lower frequency and the bending frequency increased by hydrogen bonding.
- Maurellis, Ahilleas (2003-05-01). "The climatic effects of water vapour - physicsworld.com". Physics World. [[معهد الفيزياء(لندن)|]]. مؤرشف من الأصل في 12 ديسمبر 201103 نوفمبر 2007.
- "South Pole Telescope: South Pole : Why is the telescope at the South Pole?". جامعة شيكاغو. مؤرشف من الأصل في 14 يونيو 201003 نوفمبر 2007.
Quick Answer: Because the South Pole is probably the best place on Earth for this telescope. It is extremely dry, making the atmosphere exceptionally transparent for SPT.
- Prieto-Blanco, Ana. "Satellite estimation of surface/atmosphere parameters: a sensitivity study" ( كتاب إلكتروني PDF ). مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 1 أكتوبر 201131 أكتوبر 2007.
...water absorption bands (around 940nm, 1100nm, 1450nm, 1950nm and 2500nm) and carbon dioxide absorption bands (1400nm, 1600nm and 2000nm)...
- "EO Study: Does the Earth have an Iris Analog". ناسا. مؤرشف من الأصل في 27 سبتمبر 200804 نوفمبر 2007.
- Cotton, William (2006). Human Impacts on Weather and Climate. Cambridge: Cambridge University Press. .
Little absorption is evident in the region called the atmospheric window between 8 and 14 μm