נסחפים ברוח

 

 

לוח שחור, גדול, חולש על חדרו של פרופ' גרגורי פלקוביץ מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע. ועל הלוח רשומות משוואות. הרבה מאוד משוואות. על השולחן מונחים ניירות, וגם עליהם משורבטים סימנים מתמטיים רבים. פרופ' פלקוביץ מחלק את זמנו בין הלוח והשולחן, וכשהוא הולך ביניהם, מחשבותיו זורמות, בניסיון מאומץ להבין את פרטי הפרטים של זרימת האוויר הגועשת באטמוספירה. זה מה שנקרא מחקר בסיסי, תיאורטי. אבל, כפי שפרופ' פלקוביץ גילה באחרונה להפתעתו, התיאוריה הזאת נושקת למציאות שבה אנו חיים ואפילו עשויה להשפיע עליה. זרימת האוויר הגועשת מסיעה חלקיקי אבק אינרטיים, העשויים להשפיע על תופעות שונות המתחוללות באטמוספירה, למשל, על עיבוי המים בעננים וירידת משקעים. כך, המחקר התיאורטי על זרימת האוויר הגועשת באטמוספירה עשוי להוביל להבנה טובה יותר של הגורמים המשפיעים על היווצרות המשקעים, ובעתיד אולי אפילו לפיתוח דרכים להשפיע עליהם. באזורי אקלים יבשים עשויה היכולת הזאת לשרטט את הקו המבדיל בין חיים למוות.

 

במחקר שביצע באחרונה יחד עם תלמידו לשעבר, ד"ר ייבגני בלקובסקי, ועם תלמידו הנוכחי, אלכסנדר פוקסון, הצליח פרופ' פלקוביץ לתאר באופן סטטיסטי את תנועת החלקיקים הנסחפים בזרימת האוויר הגועשת באטמוספירה. מתברר, שחלקיקי אבק גדולים אינם מתפזרים באטמוספירה בפיזור אחיד. ליתר דיוק, חלקיקים שקוטרם נע בין שני מיקרון לעשרים מיקרון (מיקרון הוא אלפית המילימטר), הנקלעים לזרימת אוויר גועשת, נוטים להתקבץ יחד וליצור גושי חומר גדולים יחסית, המגיעים עד לקוטר של מילימטר. אפשר להמחיש את התופעה הזאת, אם במקום חלקיקי אבק הנסחפים בזרימה גועשת של אוויר, מתבוננים בבועות אוויר הנסחפות בזרם של מים גועשים. כאשר המים זורמים, למשל, לעבר פתח הניקוז בכיור, בועות האוויר אינן מפוזרות במים בפיזור אחיד. הן נוטות להישאב למרכז מערבולת המים, תוך שהן מתקבצות יחד ויוצרות בועות גדולות יותר. לעומת זאת, חלקיקים כבדים יותר, כמו חלקיקי אבק, "נהדפים" להיקף המערבולת. כך או כך, החלקיקים מתרכזים בקצוות המערבולת, כך שמדידת הריכוז שלהם, בכל נקודה שהיא, אינה יכולה ללמד על מידת ריכוזם בנקודה אחרת.

 

עכשיו נחזור לאטמוספירה ביום סגריר. זרימת האוויר הגועשת באטמוספירה ניתנת לתיאור כמערכת כאוטית המורכבת מהרבה מערבולות גדולות, שקוטרן מגיע למאות מטרים, וקטנות, שקוטרן נמדד במילימטרים בודדים. המחקר החדש של פרופ' פלקוביץ מאפשר לחשב את השפעתם של שינויים במבנה מערכת הזרימה על ההסתברות להיווצרותם של ריכוזי חלקיקים במערכת. למשל, חלקיקי עופרת שנפלטו מצינור הפליטה של מכונית, או מארובת מפעל תעשייתי, יתקבצו בקבוצות צפופות שקוטרן עשוי להגיע למילימטרים אחדים. אבל, כאמור, הגושים האלה ייווצרו רק בקצות המערבולת. כלומר, מדידת רמת זיהום האוויר, שבדרך כלל מבוססת על ממוצע, עלולה להפיק תוצאה מטעה במיוחד. במלים אחרות, ביצוע מדידות על פי ממצאי מחקרו של פרופ' פלקוביץ עשוי להוביל לשינוי משמעותי בתקנים הקיימים בתחום זיהום האוויר ואיכות הסביבה.

 

עוד יישום אפשרי למחקרו התיאורטי של פרופ' פלקוביץ עשוי להביא להגברת יעילותם של מאיידים ("קרבורטורים") במכוניות. מנוע בעירה פנימית מופעל באמצעות שריפה שלתערובת אוויר ותרסיס בנזין. אבל, כאשר טיפות הבנזין הזעירות מתפזרות באוויר באופן לא אחיד, עלול הדבר לגרום לשריפה לא אחידה(כפי שאכן נצפה בפועל). שריפה לא אחידה כזאת מפחיתה במידה רבה את יעילות המנוע, וגורמת לשריפת כמויות גדולות של דלק ולזיהום אוויר. מחקרו של פרופ' פלקוביץ עשוי להציע פתרון לתופעה הלא רצויה הזאת. האפשרות העולה ממנו, לחשב את ההסתברות לפיזור לא אחיד של טיפות הבנזין הזעירות, עשויה לסייע בתכנון של זרימת האוויר, כך ששריפת הדלק תתחולל באופן אחיד ומאוזן יותר, דבר שישפר את ניצול הדלק, יגביר את יעילות המנוע ויפחית את הזיהום שהוא פולט.

 

אבל היישום החיוני מכל של המחקר החדש קשור להתעבותם של אדי מים באטמוספירה ולהיווצרות משקעים. ירידת הגשם מתחוללת כאשר טיפות מים זעירות, הנסחפות בעננים, שגודלן מיקרונים בודדים, מצטרפות זו לזו ויוצרות יחד טיפות גדולות שקוטרן מילימטרים אחדים. טיפת כבדות אלה נופלות אל הקרקע כגשם. במלים אחרות, הטיפות הזעירות פשוט נוהגות כמו כל חלקיק הנסחף בזרימה גועשת. היסודות להבנת התופעה הזאת, שהונחו בידי פרופ' אלכסנדר חיין ופרופ' מאיר פינסקי מהאוניברסיטה העברית, הבשילו באחרונה בעבודתו החדשנית של פרופ' פלקוביץ, המאפשרת חישוב כמותי של הסתברות היווצרותן של טיפות מים גדולות בעננים. האם היכולת החדשה הזאת עשויה להביא, בעתיד, לפיתוח דרכים לעידוד העיבוי ולהגברת הגשם? כיום הרעיון הזה נראה רחוק למדי מיישום, אבל הניסיון מלמד שהדרכים בין תיאוריות ליישומים מתפתלות לעתים במסלולים מפתיעים למדי.