Yağmurun Oluşum Mekaniği

13 Kasım 1946 sabahı General Electric araştırmacısı Vincent Schaefer, küçük bir pervaneli uçakla Massachusetts'teki Greylock Dağı'nın üzerinde, yaklaşık 4.300 metrede bir bulutun içine girdi. Bulutun içi eksi 18,5 dereceydi ama tamamen sıvı damlacıklardan oluşuyordu. Schaefer bulutun üstünden ezilmiş kuru buz döktü. Şirketin ertesi gün dağıttığı bültene göre toplam 6 libre, yani 2,7 kilo kadardı.¹

Kontrol kulesinden izleyen Irving Langmuir'e göre iki dakika geçmeden bulutun tabanından kar sağanakları sarkmaya başladı. Kar 900 metre kadar düştü ve alttaki kuru havada buharlaşıp yere ulaşmadı. Tohumlamadan önce Schaefer güneşin çevresinde su damlacıklarının yaptığı renkli halkayı görüyordu; sonra yalnızca buz kristallerinin oluşturduğu 22 derecelik haleyi gördü.¹ Bulut zaten eksi 18,5 derecedeydi ve yağmıyordu. Kar, içine buz girdikten sonra başladı.

Damlacık neden düşmüyor

Bulut, havada asılı duran sayısız küçük damlacıktan oluşur. ABD Ulusal Hava Durumu Servisi'nin eğitim notlarına göre tipik bir bulut damlacığının çapı 0,02 milimetre, tipik bir yağmur damlasınınki 2 milimetre. Çap yüz kat büyüyünce hacim bir milyon kat büyüyor. Tek bir yağmur damlası bir milyon bulut damlacığının suyunu taşıyor.²

Damlacığın oluşması için de bir tutunma noktası gerekiyor. Su buharı havadaki toz, deniz tuzu ve is gibi çok küçük parçacıkların üzerinde yoğuşuyor; meteorologlar bunlara yoğuşma çekirdeği diyor.²

Damlacığın ne kadar hafif olduğunu ABD Hava Bürosu'ndan Ross Gunn ve Gilbert Kinzer 1949'da ölçtü. İkili, elektrik yüklü 1.500'den fazla su damlasını durgun havada düşürdü ve iki algılayıcı arasından geçiş sürelerini kaydetti. 0,1 milimetrelik bir damla saniyede 27 santimetre düşüyordu. 2 milimetrelik damla saniyede 6,5 metreye çıkıyordu. Ölçebildikleri en büyük damla 5,8 milimetreydi, saniyede 9,17 metreye ulaştı ve bu boyda damlalar artık bütün kalamayacak kadar kararsızdı.³ Bulut damlacığı ise bundan da küçük olduğu için bulutun içindeki zayıf bir yukarı akım onu kolayca taşır.

Buz girince bulut boşalıyor

Su sıfır derecede donmak zorunda değil. Üzerinde donabileceği bir parçacık bulamayan damlacık çok daha soğukta sıvı kalabiliyor. Schaefer laboratuvarda, eksi 40 dereceden soğuk her şeyin aşırı soğumuş bulutta kendiliğinden buz kristali doğurduğunu buldu.⁴ Kuru buz yaklaşık eksi 78 derecede olduğu için Greylock bulutunu bir anda değiştirdi.

Böyle bir buluta birkaç buz kristali karışınca denge bozuluyor. Aynı sıcaklıkta buzun üzerindeki doymuş buhar basıncı suyun üzerindekinden düşük. Eksi 10 derecede suya göre tam doymuş hava, buza göre yüzde 10 kadar aşırı doymuş sayılıyor. Kristal havadaki buharı çekip büyüyor, hava kurudukça çevredeki damlacıklar buharlaşıyor ve kristal onların suyunu kendine topluyor. Ağırlaşan kristal düşmeye başlıyor, yolda başka kristallerle birleşip kar tanesine dönüşüyor, sıfır derece seviyesinin altına inince de eriyip yere yağmur olarak varıyor. İsveçli meteorolog Tor Bergeron bu açıklamayı 1933'te ortaya attı, Alman Walter Findeisen 1938'de geliştirdi.⁵

Bunun ne kadar yaygın olduğunu Leipzig Üniversitesi'nden Johannes Mülmenstädt ve ekibi hesapladı. Ekip, CloudSat ve CALIPSO uydularının 2006 ile 2011 arasında topladığı 50 milyonu aşkın yağmurlu ölçümde bulutun tepesindeki evreye baktı. 30. enlemin kuzeyinde ve güneyinde kalan karalarda yağmur yağan bulutların yüzde 67'sinin tepesi tamamen buzdu, yüzde 32'sininki buz ile suyun karışımıydı. Yalnızca sıvı damlacıklardan oluşan bulutlardan gelen yağmurun payı yüzde 1'de kaldı.⁶ Türkiye 36 ile 42. enlemler arasında duruyor.

Okyanusun sıcak yağmuru

Tropik denizlerde tablo tersine dönüyor. Aynı çalışmada, ekvator yakınındaki fırtına kuşağının dışında kalan tropik denizlerin geniş bölümünde yağmurun neredeyse tamamı sıcak bulutlardan geliyordu.⁶ Orada damlalar çarpışarak büyüyor. Biraz daha iri bir damlacık biraz daha hızlı düşüyor, yolundaki küçükleri yakalayıp kendine katıyor, büyüdükçe hızlanıyor ve daha çok damlacık topluyor.

Karada bu yol neden işlemiyor? Mülmenstädt'in ekibi kara bulutlarındaki damlacıkların okyanustakilerden küçük olduğunu buldu. Küçük damlacıklar çarpışmayı başlatacak boya geç ulaşıyor, bu yüzden bulutun yağmur verebilmesi için çok daha fazla yükselmesi gerekiyor. Damlacıkları küçülten şeyin havadaki parçacık bolluğu mu yoksa karadaki daha güçlü yukarı akımlar mı olduğunu veri ayırt edemedi.⁶

Çarpışma yolu bazen olağanüstü damlalar da çıkarıyor. Washington Üniversitesi'nden Peter Hobbs ve Arthur Rangno, Eylül 1995'te Brezilya'da orman yangınının dumanıyla büyüyen bir bulutun altından, Temmuz 1999'da da Marshall Adaları'nın temiz deniz havasında uçarken 8,8 milimetrelik damlalar kaydetti. Brezilya'daki bulutta uçağın aletleri hiç buz saptamadı. Araştırmacılar bu dev damlaların, bulutun suyun olağandışı yoğun olduğu dar bölgelerinde hızlı çarpışmalarla büyüdüğünü öne sürdü.⁷

Damlanın gerçek biçimi

Çizimlerdeki gözyaşı biçimli damla gökyüzünde görülmez. Küçük damlalar küreye yakındır, büyüdükçe alttan çarpan hava onları yassıltır. Marsilya'daki IRPHE laboratuvarından Emmanuel Villermaux ve Benjamin Bossa, 2009'da 6 milimetrelik su damlalarını yukarı esen bir hava akımının içinde yüksek hızlı kamerayla çekti. Damla önce krep gibi yassılıyor, sonra ortası ters dönmüş bir torba gibi şişiyor. Torba patlıyor ve kenardaki kalın halka irili ufaklı damlalara ayrılıyor. Kareler arasında 4,7 milisaniye vardı ve bütün dönüşüm birkaç karede bitiyordu.⁸

Bu çekimler yerdeki damla boylarını da açıkladı. 1948'den beri bilinen Marshall-Palmer dağılımına göre yağmurda çok sayıda küçük, az sayıda büyük damla bulunur. Bu dağılım uzun süre damlaların birbirine çarpmasıyla açıklanmıştı. Villermaux ve Bossa, tek bir damlanın parçalanmasının aynı dağılımı verdiğini ve parçalanmanın iki damlanın karşılaşmasından çok daha kısa sürede tamamlandığını gösterdi. Hesapları kararlı bir yağmur damlası için yaklaşık 6 milimetrelik bir üst sınır veriyor ve bu değer doğal yağmurda kaydedilen kesme boyuyla örtüşüyor.⁸ Hobbs ve Rangno'nun 8,8 milimetrelik damlaları bu sınırın üstünde kaldığı için nadir bir kayıt sayılıyor; iki ölçüm de bulut tabanının en çok 500 metre altında yapılmıştı.⁷

Türkiye'de yağmurun haritası

Bir yerin ne kadar yağmur aldığını bulut fiziği tek başına belirlemiyor; nemli havanın ne sıklıkla yükselip soğuduğu da hesaba giriyor. Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nün 1991-2020 normallerine göre Türkiye'ye yılda ortalama 573,4 milimetre yağış düşüyor. En yüksek değerler Doğu Karadeniz'de, Rize ve Artvin kıyılarında 1.600 milimetrenin üzerinde. En düşük değerler İç Anadolu'nun orta kesimlerinde ve Şanlıurfa, Ağrı, Iğdır çevresinde ölçülüyor. 2024'te ülke geneli 537,2 milimetrede kaldı ve normalinin yüzde 6,3 altına indi.⁹

Rize meteoroloji istasyonunun Dünya Meteoroloji Örgütü'ne bildirilen 1991-2020 normali yılda 2.309,5 milimetre. İstasyonda yılın ortalama 141 gününde 1 milimetreyi aşan yağış ölçülüyor ve en yağışlı ay, ortalama 307,3 milimetreyle Ekim.¹⁰

kafa1milyon

Meraklı bir kafa. Bilimsel makaleleri, arşiv belgelerini ve saha notlarını okuyup gündelik dile çeviriyor; bilinmeyeni bilinmiyor diye yazmaktan çekinmiyor.