Τι είναι το χαλάζι και πώς δημιουργείται; - Του Κωνσταντίνου Δ. Καρπούζα, Καθηγητού Φυσικής-Χημείας

Ποια μορφή θα έχουν τα υδάτινα αυτά κατακρημνίσματα όταν  φτάνουν στο έδαφος, εξαρτάται απ' την θερμοκρασία, την υγρασία και την ύπαρξη ή όχι κατακόρυφων ρευμάτων του αέρα. Αν η θερμοκρασία είναι πάνω απ' το μηδέν τα κατακρημνίσματα θα έχουν μορφή βροχής, διαφορετικά χιονιού. Αν όμως η θερμοκρασία δεν είναι πολύ κάτω απ' το σημείο παγοποίησης θα έχουμε χαλάζι, με το οποίο θα ασχοληθούμε αναλυτικότερα.

1. Ποια νέφη δημιουργούν το χαλάζι;

Μόνο οι σωρειτομελανίες (νέφη που προκαλούν καταιγίδες) είναι ικανοί να δημιουργήσουν χαλάζι. Σχεδόν όλες οι καταιγίδες παράγουν χαλάζι σε κάποιο στάδιο της ανάπτυξής τους, αλλά λίγες φορές οι χαλαζόκοκκοι καταφέρνουν να φτάσουν στο έδαφος και να εκδηλωθεί το φαινόμενο της χαλαζόπτωσης. Αρκετές φορές τα χαλαζοφόρα νέφη έχουν μια περίεργη ελαφρώς πρασινωπή όψη. Το χρώμα προκύπτει με κατάλληλο συνδυασμό του μεγέθους του σταγονιδίου και του ύψους νέφωσης. Τότε η νέφωση δρα ως φίλτρο που ευνοεί περισσότερο τη διέλευση του πράσινου ή γαλαζοπράσινου χρώματος απορροφώντας τα άλλα χρώματα.

2. Πώς δημιουργείται το χαλάζι;

Για να δημιουργηθεί το χαλάζι, θα πρέπει να συμβούν πολλά πράγματα μαζί. Αρχικά, πρέπει να υπάρχουν σύννεφα με μεγάλη ποσότητα υγρασίας και σε ύψος τουλάχιστον 15 χιλιομέτρων. Η θερμοκρασία σε αυτά τα ύψη, πολλές φορές είναι πολύ χαμηλή και μπορούν πολύ εύκολα να παγώσουν τα σταγονίδια που υπάρχουν στα σύννεφα. Παράλληλα, στα σύννεφα αυτά, δημιουργούνται ισχυροί άνεμοι με ρεύματα αέρα από τη γη προς τον ουρανό. Τότε σηκώνονται μικροσκοπικά στερεά σωματίδια από τη γη (όπως μόρια σκόνης), μέχρι τα σύννεφα, τα διασχίζουν και έρχονται σε επαφή με τα παγωμένα σταγονίδια. Αυτά θα γίνουν μικρά παγωμένα σφαιρίδια, κατά την επαφή τους με τα στερεά μικροσκοπικά σωματίδια. Τα παγωμένα σφαιρίδια αρκετές φορές, ανεβαίνουν ξανά και ξανά μέσα στο σύννεφο και κάθε φορά, προστίθεται και μία επιπλέον στρώση πάγου πάνω τους, με αποτέλεσμα να μεγαλώνουν όλο και περισσότερο. Μετά από κάποιο σημείο θα έχουν αποκτήσει τόσο μεγάλο βάρος, που οι άνεμοι δεν θα μπορέσουν να τα ξανατραβήξουν επάνω και θα πέσουν στο έδαφος!

Αν κάνουμε ανατομία σε ένα παγωμένο σφαιρίδιο χαλαζιού, θα δούμε ότι αποτελείται από πολλές στρώσεις, η μία μέσα στην άλλη, ακριβώς σαν το κρεμμύδι. Ο χαλαζόκοκκος έχει διαφορετικές στρώσεις που τέθηκαν κατά την μετακίνησή του μέσα στο καταιγιδοφόρο νέφος. Οι ημιδιαφανείς στρώσεις οφείλονται στο πέρασμα από περιοχές με υψηλή συγκέντρωση σταγονιδίων και οι λευκές και αδιαφανείς κατά το πέρασμα από περιοχές πλούσιες σε ατμό. Ο λόγος που φτάνει στη γη σε στέρεη μορφή (πάγος) και όχι σε υγρή, είναι επειδή πολύ απλά, δεν προλαβαίνει να λιώσει, γιατί πέφτει πολύ γρήγορα στη γη.

Όταν κατά την χαλαζόπτωση πέφτουν τεράστιες ποσότητες χαλαζόκοκκων μεγάλου μεγέθους και βάρους επί αρκετά λεπτά, τότε το φαινόμενο αναφέρεται ως χαλαζοθύελλα, ενώ σε περίπτωση έντονης χαλαζόπτωσης και με μεγάλη διάρκεια αν το χαλάζι παραμένει στο έδαφος έχουμε χαλαζόστρωση.

3 . Διαστάσεις και σχήματα.

Οι κόκκοι του χαλαζιού μπορεί να έχουν μέγεθος από μερικά χιλιοστά μέχρι μερικά εκατοστά. Σπάνια μπορεί να φτάσουν και στο μέγεθος μιας μπάλας του τένις ή και μεγαλύτερο. Τότε χρησιμοποιείται συχνά ο όρος χαλαζόκοκκος-τέρας. Πολύ μεγάλο χαλάζι παρατηρείται κάθε χρόνο σε περιοχές της ΒΑ Ινδίας και του Μπαγκλαντές, στη Νότια Κίνα, στις ΗΠΑ και στη Λατινική Αμερική.

Το σχήμα τους εξαρτάται από τον τρόπο που στριφογυρίζουν μέσα στα νέφη πριν πέσουν. Συνήθως είναι σχεδόν σφαιρικό ή ελλειπτικό σαν μικρού αυγού και άλλες φορές σαν μικρού αχλαδιού. Αρκετές φορές έχουν πέσει και χαλαζόκοκκοι με αγκαθωτές προεξοχές. Ένας τέτοιος χαλαζόκοκκος-τέρας με αγκαθωτές προεξοχές και διαμέτρου 13,5 εκατοστών έπεσε στο Κάνσας στις 14 Mαΐου 2004.

Το μέγεθος του χαλαζιού μπορεί να καταγραφεί μόνο με ειδικά όργανα τα χαλαζόμετρα, απλές κατασκευές από πορώδη υλικά, πάνω στα οποία οι χαλαζόκοκκοι αφήνουν το αποτύπωμά τους και γίνεται η καταμέτρηση. Επίσης αναλύοντας δεδομένα από ραντάρ καιρού μπορούμε να εκτιμήσουμε το μέγεθος του χαλαζιού, αλλά με μικρή ακρίβεια. Στο Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών πρόσφατα άρχισε η χρήση τεχνικών τηλεπισκόπησης από δορυφόρους για να εκτιμηθεί ποιες καταιγίδες είναι ικανές να παράγουν χαλαζοπτώσεις με ενθαρρυντικά αποτελέσματα.

4. Σε τι διαφέρει το μικρό από το μεγάλο χαλάζι;

Για να δημιουργηθεί μεγάλο χαλάζι με διάμετρο πάνω από 2 εκατοστά, απαιτείται έντονη αστάθεια στην ατμόσφαιρα, και μεγάλη διαφορά ταχύτητας του ανέμου καθ' ύψος. Έτσι ο στροβιλισμός των αέριων μαζών μέσα στο νέφος αναγκάζει τον χαλαζόκοκκο να κάνει πολλές διαδρομές οριζόντια και κατακόρυφα, συλλέγοντας περισσότερο νερό και αυξάνοντας το μέγεθος. Με αυτόν τον τρόπο πολλές φορές το χαλάζι χάνει το σφαιρικό του σχήμα και αποκτά μυτερές προεξοχές.

5. Βακτήρια στον πάγο.

Οι μετεωρολόγοι μας λένε ότι υπαίτια για το χαλάζι, το χιόνι και τη βροχή είναι τα διάφορα άλατα και μικροσωματίδια που συγκεντρώνονται μέσα στα σύννεφα και προκαλούν τη συμπύκνωση των υδρατμών. Μια νέα μελέτη μας δείχνει ότι και μικροοργανισμοί παγιδεύονται μέσα στα νέφη. Ερευνητές με επικεφαλής τον Αλεξάντερ Μισό έκαναν την παραπάνω διαπίστωση όταν εξέτασαν χαλαζόπετρες και ανακάλυψαν μεγάλες συγκεντρώσεις βακτηρίων στο κέντρο τους. Μια μεγάλη ποικιλία από μικροοργανισμούς, βακτήρια, μύκητες, διάτομα, ακόμη και φύκη που αιωρούνται στην ατμόσφαιρα μπορούν να χρησιμεύσουν ως πυρήνες συμπύκνωσης του νερού για να σχηματιστούν, ανάλογα με τις συνθήκες, οι σταγόνες της βροχής, οι χαλαζόπετρες ή οι νιφάδες του χιονιού.

6. Βιολογικοί καταλύτες.

Ο Μπρεντ Κράιστνερ, μικροβιολόγος στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Λουΐζιάνας, ανέφερε σε ένα συνέδριο ότι τα διάφορα άλατα και ανόργανα συστατικά δεν είναι τόσο δραστικά για τη δημιουργία των πυρήνων που προκαλούν τη συμπύκνωση του πάγου στην ατμόσφαιρα, όσο τα βιολογικά σωματίδια. Αυτά μπορούν να χρησιμεύσουν ως καταλύτες για τον σχηματισμό του πάγου ακόμη και στους -2 βαθμούς Κελσίου.

Ένας νέος κλάδος επιστήμης με μεγάλο ενδιαφέρον ασχολείται με τη μελέτη «βιολογικών ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων» του ρόλου των βιολογικών αιωρούμενων σωματιδίων στον σχηματισμό του πάγου και στους μηχανισμούς άλλων καιρικών φαινομένων. Ο όρος «βιολογικά αιωρούμενα σωματίδια» επινοήθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1980 από τον Ντέιβιντ Σαντς, καθηγητή και ειδικό στην παθολογία των φυτών στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Μοντάνα.

7. Πότε έχουμε χαλαζοπτώσεις στην Ελλάδα;

Στη ηπειρωτική Ελλάδα οι χαλαζοπτώσεις με μικρό μέγεθος χαλαζόκοκκων (κάτω των δύο εκατοστών), αλλά σε μεγάλες ποσότητες, παρατηρούνται κυρίως τον Απρίλιο και το πρώτο μισό του Μαΐου, όταν η αστάθεια στην ατμόσφαιρα είναι ισχυρή, και πολλές φορές ψυχρές αέριες μάζες παραμένουν κοντά στο έδαφος. Ενώ το μεγάλο χαλάζι (άνω των δύο εκατοστών) παρατηρείται την περίοδο μεταξύ Μαΐου και στο πρώτο μισό του Ιουνίου. Αντίθετα στα νησιά του Ιονίου και του Αιγαίου οι χαλαζοπτώσεις είναι πιο συχνές το φθινόπωρο και λιγότερο τους χειμερινούς μήνες, όταν η αστάθεια περιορίζεται πάνω από τη θάλασσα.

8. Πού έχει παρατηρηθεί το μεγαλύτερο χαλάζι στην Ελλάδα;

Στις 10 Ιουνίου 2013 πολύ ισχυρές καταιγίδες έπληξαν περιοχές της Ημαθίας και της Πιερίας με χαλάζι διαμέτρου έως και οκτώ εκατοστών. Είναι το μεγαλύτερο χαλάζι που γνωρίζουμε να έχει παρατηρηθεί στη χώρα μας τουλάχιστον τα τελευταία 30 χρόνια. Από παλιές εφημερίδες μαθαίνουμε ότι στις 15 Ιουνίου 1956 στο χωριό Λοξάδα Καρδίτσας 46 κάτοικοι τραυματίστηκαν και δεκάδες οικόσιτα ζώα σκοτώθηκαν από πρωτοφανή χαλαζόπτωση.

9. Τι προβλήματα προκαλεί το χαλάζι;

Το σημαντικότερο είναι η οικονομική ζημία της αγροτικής παραγωγής λόγω καταστροφής καλλιεργειών. Το χαλάζι αποτελεί ίσως τον χειρότερο εχθρό των αγροτών ειδικά γιατί εκδηλώνεται την άνοιξη που οι καλλιέργειες βρίσκονται σε ώριμο στάδιο. Μετά, είναι οι υλικές ζημιές σε οικίες και οχήματα, με τις αποζημιώσεις ασφαλιστικών εταιρειών να αυξάνονται κάθε χρόνο. Το χαλάζι μικρού μεγέθους  προκαλεί μεγαλύτερη ολισθηρότητα στο οδόστρωμα από το χιόνι, γι' αυτό και είναι συχνά τα τροχαία ατυχήματα. Σπάνια έχουν αναφερθεί ακόμα και θάνατοι ανθρώπων που εκτέθηκαν σε πολύ έντονη χαλαζόπτωση, εξαιτίας θανατηφόρων κρανιοεγκεφαλικών κακώσεων.

10. Γίνεται πρόγνωση χαλαζοπτώσεων;

Η πρόγνωση είναι πολύ δύσκολη γιατί δεν είναι δυνατόν να γνωρίζουμε ακριβώς τις συνθήκες που δημιουργούν το χαλάζι σε κάθε σημείο της ατμόσφαιρας. Στην ΕΜΥ χρησιμοποιούνται αλγόριθμοι, που εκτιμούν την εκδήλωση χαλαζόπτωσης και το μέγεθος του χαλαζιού, από προγνωστικά δεδομένα αριθμητικών μοντέλων.

11. Γίνεται αποτροπή χαλαζοπτώσεων;

Ο Οργανισμός Ελληνικών Γεωργικών Ασφαλίσεων (ΕΛΓΑ) εφαρμόζει από το 1981 το Εθνικό Πρόγραμμα Χαλαζιακής Προστασίας. Το Κέντρο Μετεωρολογικών Εφαρμογών (ΚΕΜΕ) στο αεροδρόμιο «Μακεδονία» αναλαμβάνει την επιχειρησιακή λειτουργία του προγράμματος που περιλαμβάνει, δίκτυο χαλαζόμετρων στη Μακεδονία, επιτήρηση των καιρικών συνθηκών στην Κεντρική και Βόρεια Ελλάδα με ραντάρ καιρού και αεροσκάφη για το ράντισμα των καταιγιδοφόρων νεφών με ιωδιούχο άργυρο. Με αυτόν τον τρόπο, με το ράντισμα, επιδιώκεται η μείωση του μεγέθους των χαλαζόκοκκων, εφόσον υπάρχουν περισσότεροι τεχνητοί πυρήνες συμπύκνωσης που λειτουργούν ανταγωνιστικά με τους φυσικούς, κάτι που σημαίνει ότι το διαθέσιμο νερό κατανέμεται σε περισσότερους χαλαζόκοκκους.

ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ Δ. ΚΑΡΠΟΥΖΑΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ - ΧΗΜΕΙΑΣ