גֶּשֶׁם או מָטָר הוא משקע הנופל מהעננים כטיפותמים. גשם נוצר מהתעבותאדי מים לטיפות מים מיקרוסקופיות ולאחר מכן התלכדותן לטיפות גדולות יותר, הכבדות מספיק כדי ליפול ארצה. הגשם ממלא תפקיד בסיסי במחזור המים, שבו לחות מתאדה מן האוקיינוסים, הימים והיבשות, מתעבה ויוצרת עננים, נופלת חזרה כמשקעים, וחלקה חוזר לאוקיינוסים ולימים דרך נהרות ונחלים, ומתחילה את המחזור מחדש. הגשם מאפשר את החיים המוכרים לנו על היבשה: יצירת עמקי נחלים, סלעי משקע וסחיפת חומרי הזנה לים. הגשם הוא אחד התופעות הבסיסיות שיוצרות את העולם המוכר לנו.
היווצרות הגשם
הגורם העיקרי ליצירת גשם הוא אוויר לח שנע בכיוון מעלה ומתקרר עקב ירידת הלחץ בעת העלייה. כאשר האוויר מתקרר מספיק מתחילה התעבות על גרעיני התעבות (גרגרים קטנים הדומים לאבק), גבישי מלח שנוצרים מטיפות מים מהים וזיהום אוויר ממקורות שונים. אם הטיפות גדלות מספיק הן תתחברנה, תגדלנה מספיק וכתוצאה מכך ייווצר גשם. תהליך חליפי הוא גידול של גבישיי קרח על גרעיני קפיאה כאשר הטמפרטורה היא מתחת ל-0, כך נוצר המשקע הקרוי שלג. אם פתית השלג גדול מספיק ונופל דרך אוויר שהטמפרטורה שלו היא מעל ל-0 מעלות, פתיתי השלג יפשירו ויהפכו לגשם. גשם חזק יורד מעננים ערמתיים (כאלה עם זרמים אנכיים חזקים), כמו קומולונימבוס.
לגשם ריח אופייני המכונה בשם פטריכור. ריח זה מקורו בחומר המופרש מצמחים בתקופות יובש ומתפזר לאוויר על ידי טיפות הגשם.
מטאורולוגיה- מחזור המים בטבע
שלב האידוי - שכבות האוויר הקרובות לקרקע מתמלאות אדי מים שמקורם, בין היתר, בים וביערות.
שלב העילוי – שכבות האוויר רוויות הלחות עולות מעלה עד שכבת האינוורסיה.
שלב העיבוי – כתוצאה מעליית האוויר מעלה, והתלכדות הטיפות עם גרעיני התעבות, האוויר מתקרר - דבר שגורם לעיבוי אדי המים וליצירת עננים.
שלב האיחוי – אוויר זז בתוך ענן וגורם לטיפות מים קטנטנות להתלכד אל טיפות אחרות עד אשר טיפות המים נעשות גדולות וכבדות מספיק כדי שיוכלו לרדת מן הענן ואז נוצר הגשם.
כדי שטיפת מים תעזוב את הענן ויתחיל לרדת גשם, הטיפה צריכה להיות בגודל מינימלי של כ-1 מ"מ. מהירות נפילת הטיפות יכולה להגיע עד ל-7.6 מטר לשנייה. בהתחלה הטיפות גדלות על ידי איסוף הלחות עד שהן מגיעות לגודל של כ-20 אלפיות המילימטר, אך אין זו הדרך היחידה שבה נוצרת הטיפה. אילו היה זה התהליך היחיד, היו עוברים ימים עד שתיווצר טיפה אחת. כאשר טיפות מזעריות נוצרות, הן מתנגשות בינן לבין עצמן בענן ויוצרות טיפה גדולה יותר. הטיפה הזו מתחילה ליפול כלפי מטה והיא "אוספת" טיפות נוספות, וכך נוצרת טיפה גדולה יותר ויותר.
גודל טיפות הענן תלוי במהירות הזרמים האנכיים בענן. ככל שהזרמים מהירים יותר, כך הטיפות גדולות יותר, שכן ישנן יותר התנגשויות עם טיפות מזעריות. כשגודל טיפות המים מתגבר על עוצמת הרוחות האנכיות, הן מתחילות ליפול אל הקרקע. ענני ערימה מורידים לרוב גשמים חזקים המורכבים מטיפות בגודל של מילימטר עד חמישה מילימטרים. זאת בניגוד לגשמים חלשים, הבאים מעננים שכבתיים שגודל הטיפות בהם הוא קטן. בעננים שכבתיים הזרמים האנכיים חלשים יחסית, ולכן הטיפות קטנות ונופלות לאט.
לעיתים, טיפות גשם הנוצרות בענן אינן פוגעות בקרקע. כאשר הלחות היחסית מתחת לענן היא נמוכה, הטיפות הנוצרות ומתחילות ליפול מתאדות מיד, קצב הנפילה שלהן מואט ולבסוף הן אינן מגיעות אל הקרקע. מתחת לעננים האלה ניתן לפעמים לראות פסי גשם כהים, אשר אינם מגיעים אל הקרקע. תופעה זו נקראת "וירגה". תופעת הווירגה מתרחשת גם בענני צירוס הגבוהים: טיפות המים והקרח מתחילות ליפול, אך הן מתאדות לפני הגיען לקרקע.
בציורים רבים ניתן לראות טיפות גשם בצורת דמעה, אך בדרך כלל טיפות קטנות של גשם הן כדוריות או אליפטיות לחלוטין. טיפות גדולות יותר מקבלות צורה שטוחה יותר.
עננים חמים הם עננים שמכילים מים נוזליים בלבד, עננים קרים מכילים גם קרח. גשם נוצר על ידי שני סוגים העננים. בעננים קרים, הגשם בדרך כלל יורד כשלג ומפשיר במהלך רדתו ארצה (את תהליך היווצרות המשקעים בעננים קרים ניתן לראות בערך שלג)
את כמות הגשם שיורדת במקום מסוים מודדים באמצעות מד גשם והיא מצוינת באמצעות גובה המים שהתאספו במכל שטוח במילימטרים. את כמויות הגשם ניתן לאמוד באמצעות מכ"ם מזג אוויר. ממוצע המשקעים השנתי ביבשות הוא 715 מ"מ, אך בכל כדור הארץ הוא 990 מ"מ[2]. שיטות סיווג מערכות האקלים, כמו שיטת קפן, משתמשות בממוצע משקעים שנתי כדי להבדיל בין אזורים אקלימיים שונים.
עננים חמים (Warm clouds)
במקרה זה מצב הצבירה של המים לאורך כל התהליך הוא נוזלי, ללא קיפאון. נפוץ בעיקר באזורים טרופיים ומעל לאוקיינוסים.
גידול על ידי הדיפוזיה - חוק פיק: . F- שטף המסה. D – מקדם הדיפוזיה של המים, ρ– צפיפות אדי המים מסביב לטיפה הנוצרת.
התנגשויות בין טיפות.
אי אפשר להגיע לגשם רק על ידי התעבות. בתחילת התהליך לדיפוזיה יש חלק משמעותי בגידול הטיפה, אולם לאחר גדילתה, בגלל יחס שטח פנים לנפח, תרומתה קטנה (כך למשל, יחלפו 44 שעות עד ליצירתה של טיפה בקוטר של 0.1 מ"מ). יש צורך בהתנגשויות בין טיפות המים והתלכדות ביניהן – תהליך זה משמעותי יותר לאחר עשרות דקות. מידת ההתנגשות (Collisions and coalescence) תלויה במהירות של הטיפה. לשם כך מחשבים את הכוח שמפעילה הטיפה, לפי חוק ארכימדס. מהירות נפילת הטיפות תלויה ברדיוס, ובחלקיקים מוצקים, מהירות הנפילה תלויה בשורש הרדיוס. כאשר טיפונות המים מתחת לטיפת המים המתגבשת קטנות מדי, הן לא מתאחדות עם הטיפה אלא עוקפות עם האוויר, מחמת תנע נמוך. אם הטיפות באותו גודל, הן במהירות דומה ולכן אין התנגשות. עם עליית ערך היחס r/R יעילות ההתנגשות גוברת, עד ל-0.6. לאחר מכן, הבדלי המהירות קטנים מדי.
בעת עליית חבילת האוויר מתרחשים שני תהליכים מנוגדים. מחד, עם התקררותה, יש גידול בשיעור העל רוויה, ומאידך, תהליך ההתעבות דרך הדיפוזיה מביא להקטנה בשיעור העל רוויה.
בחלקו התחתון של הענן יש עלייה מהירה בעל רוויה עד הגעה למקסימום, עדיין בחלק התחתון של הענן. לאחר מכן יש ירידה עד התייצבות של ערך מסוים ללא תלות משמעותית בגובה.
השפעת ריכוז גרעיני התעבות
צורתן של טיפות הגשם תלויה בגודלן
מעל היבשות כמות האירוסולים גדולה משמעותית מאשר בימים ובאוקיינוסים, 300 - 500 ל-cc, לעומת 1,000 - 2,000 ל-cc. עקב הריכוז הגבוה של האירוסולים באזורים היבשתיים, נוצרות טיפות רבות, אך הן קטנות מאוד, ולכן לוקח זמן רב יותר עד שגשם יורד (תהליך ההתנגשות יעיל פחות, וזמן החיים של העננים גדול יותר), והעל רוויה נשארת זמן רב יותר. מעל האוקיינוס הטיפות גדולות יותר, וגשם מתחיל לרדת מהר יותר. מספר הטיפות אינו שווה למספר גרעיני ההתעבות. ראשית, לא כל גרעין התעבות עובר אקטיבציה, ושנית, התנגשויות בין טיפות שונות גורמות להימצאותם של מספר גרעיני על התעבות בטיפה אחת.
במהלך תהליך ההתנגשות-התלכדות בעננים ימיים, הרוויה קבועה תחילה מכיוון שיש עדיין טיפות בריכוז מספיק בענן, ואז עם הירידה בריכוז הטיפות יש "קפיצה" בעל הרוויה, כי אין טיפות שייקחו את האדים באמצעות דיפוזיה.
שבירת טיפות במהלך נפילה – כתוצאה ממערבולות וזרמי אוויר באטמוספירה, טיפות העולות בגודלן על 2 מ"מ תישברנה. הגבלה כזו אינה קיימת כשמדובר בברד. במהלך נפילתן, טיפות גשם עלולות להישבר בצורות שונות, ואז תהליך ההתאחדות מתחיל מחדש.
פיזור מרשל-פלמר
פיזור מרשל פלמר (Marshall-Palmer Distribution of Raindrop)– מתאר יחס אקספוננציאלי (בקירוב) בין קוטר הטיפה ובין מספר הטיפות ליחידות הנפח של גשם (כאשר מודדים בקרקע). יש מעט טיפות גדולות, והרבה קטנות. העקומות השונות מתארות את קצבי הגשם השונים. . משתנה עם סוג הגשם (מענן שכבתי או ערמתי) ועם עוצמת הגשם לפי הקשר
כאשר R עוצמת הגשם ביחידות של mm/hr. הפרמטר אינו תלוי ברמת הגשם.
שבירה של טיפות גשם
אחד ההסברים ל-DCD, ולפיזור האקספוננציאלי, הוא שבירת הטיפות הגדולות. לרוב לא רואים טיפות הגדולות משישה מ"מ. טיפות גדולות יותר ("טיפות ענק" יכולות להגיע לגודל של יותר מ-8 מ"מ) יורדות בדרך כלל בתחילת הממטר, בריכוז נמוך, ומקורן בהפשרת ברד, גראופל ושלג. ההסתברות לשבירת טיפות ספונטנית עולה עבור טיפות הגדולות מ-3 מ"מ, מחמת זרמים פנימיים הנוצרים על ידי כוחות אווירודינמיים. טיפות שגודלן עולה על 5 מ"מ נהיות בלתי יציבות ונשברות בהכרח. הסיבה העיקרית להגבלת גודלן של הטיפות הוא שבירתן עם רדת.
זריעת עננים היא שיטה מלאכותית להגברת ירידת גשמים והיא חלק מפעולות שינוי מזג אוויר (הנדסת מזג אוויר). הדבר נעשה על ידי פיזור באמצעות תנורים או מטוסי ריסוס של החומרים יודיד הכסף (תרכובת של כסף ויוד) הגורם לזירוז תהליך הקיפאון או אירוסולים המזרזים את יצירת טיפות המים.
בישראל בוצע פרויקט מחקר גדול בשם "ניסויי ישראל" בו גילו כי החומר יודיד הכסף הוא היעיל מכולם עבור ישראל לצורך השגת מטרה זו[3]. יודיד הכסף מסוגל לזרז את תהליך קפיאת הטיפות בטמפרטורות שליליות בזכות המבנה הקריסטלוגרפי שלו הדומה למבנה מולקולת הקרח.
במעלה ההרים הפונים לכיוון הרוח יורדות כמויות הגשם הגדולות ביותר. במקומות אלה, אוויר לח מטפס על ההרים עד שהוא מגיע לגובה רם והופך לענן. במורדות ההרים, הפונים בניגוד לכוון הרוח כמות הגשמים נמוכה. לדוגמה, בהרי ההימליה, כאשר רוח נושבת צפונה מהאוקיינוס ההודי לכיוון ההרים, יורדים כ-10,000 מ"מ ואילו במורדות הצפוניים, שם לא מגיעה רוח מן הים, יורדים רק כ-1,000 מ"מ.
באזור ארץ ישראל קיימים הבדלים חדים בין מערב הרי הלבנון והחרמון (1,500 מ"מ) ביחס לאזורים המזרחיים להם - בבקעת הלבנון למשל, כמות הגשמים השנתית היא 600 מ"מ ובדמשק המזרחית ממנה כ-240 מ"מ בלבד. דוגמה נוספת היא ירושלים, שבה כמות הגשמים השנתית עומדת על 600 מ"מ וביריחו, המזרחית ממנה רק בכ-30 ק"מ, כמות המשקעים השנתית היא 170 מ"מ.
פנורמה של אזור תחת עננה. ניתן לראות מרחוק שצד ימין גשום לפי הפסים שנראים יורדים מהעננים, לעומת הצד השמאלי היבש
הגשם בתרבות
לגשם השפעה רבה על רוב התרבויות בעולם. בכל אזור שבו חיים אנשים, התפתחה תלות בגשם. תלות זו עשויה להיות בעקבות מיעוט גשמים שכן בלי הגשם קשה להתקיים. כמו כן, תלות האדם בגשם יכולה לבוא בעקבות גשמים רבים מדי שעלולים לגרום להצפות ולשיטפונות. האדם ראה בגשם את הגורמים לנוף: צמחייה, נהרות, נחלים ועוד תופעות רבות. הגשם מסמל וסימל בתרבויות רבות את תהליך ההפריה המינית ואת פוריות הטבע. מושגים רבים הושאלו מהגשם המתארים רגשות אנושיים. תלותו של האדם הגשם גרמה לתרבויות שונות, לכאורה, לשלוט באופן ירידת הגשמים. כיום ידועים מיתוסים, אגדות וטקסים רבים כתוצאה מן הגשם.
שבט אבאלוייה במזרח קניה האמין שהאל ברא תרנגול אדום עצום ממדים. כאשר התרנגול מנפנף בכנפיו זהו ברק, וכאשר הוא קורא, נוצר הרעם. תפקיד הקשת בענן הוא לווסת את כמות הגשמים. באיי פולינזיה האמינו כי בתחילתו של העולם השמיים והאדמה היו מחוברים זה לזה. אך כאשר הזדווגו ונולדו להם בנים, הפרידו בין השמיים לארץ. הגשם הוא דמעותיהם של אלי השמיים הבוכים על הפרידה. שבטים רבים ניסו לחקות את קול הרעם ובכך לעודד את נפילת הגשמים. את זאת עשו בקול תופת עז, רשרוש ברעשנים, דרדור אבנים ותקיעה בשופר. שבט זוני בניו מקסיקו ביצע חיקוי של עננים שבוצע באמצעות פיזור נוצות וסיד באוויר. כמו כן, הם לבשו בגדים שחורים ומעשים רבים אחרים אשר היו קשורים בשחור. למשל: צביעת הפנים בשחור, הקרבת קורבנות של חיות בשחור ואוכל צבוע שחור.
הגשם ביהדות
שמחת בית השואבה. ציורה של האמנית דפנה לבנון.
המקור הראשון שמלמד על סירקולציית הגשם מופיע בתנ״ך בחומש בראשית פרק ב, פסוק ו,
לגשם השפעה רבה בתרבות, במקורות ובמסורת היהודית שכן תלותה של ארץ ישראל בגשם לצמיחת היבול נתנה להופעתו בזמן ובמידה הנדרשת חשיבות רבה. בתנ"ך הודגש ההבדל בין מצב המים בארץ כנען ובין זה שבמצרים, ”כִּי הָאָרֶץ אֲשֶׁר אַתָּה בָא-שָׁמָּה לְרִשְׁתָּהּ לֹא כְאֶרֶץ מִצְרַיִם הִוא אֲשֶׁר יְצָאתֶם מִשָּׁם אֲשֶׁר תִּזְרַע אֶת-זַרְעֲךָ וְהִשְׁקִיתָ בְרַגְלְךָ כְּגַן הַיָּרָק. וְהָאָרֶץ אֲשֶׁר אַתֶּם עֹבְרִים שָׁמָּה לְרִשְׁתָּהּ אֶרֶץ הָרִים וּבְקָעֹת, לִמְטַר הַשָּׁמַיִם תִּשְׁתֶּה-מָּיִם” (ספר דברים, פרק י"א, פסוקים י'–י"א).
מחמת התלות הטבעית במים בארץ ישראל, מהווים הגשמים שכר על שמירת מצוות האל, מידה כנגד מידה - ”אִם בְּחֻקֹּתַי תֵּלֵכוּ וְאֶת-מִצְוֹתַי תִּשְׁמְרוּ וַעֲשִׂיתֶם אֹתָם, וְנָתַתִּי גִשְׁמֵיכֶם בְּעִתָּם ... וְאִם-לֹא תִשְׁמְעוּ לִי וְלֹא תַעֲשׂוּ אֵת כָּל-הַמִּצְוֹת הָאֵלֶּה... וְנָתַתִּי אֶת-שְׁמֵיכֶם כַּבַּרְזֶל” (ספר ויקרא, פרק כ"ו); ואילו מן הצד השני, היעדר גשם הוא עונש ממרום. במשל הכרם אומר ישעיהו מה יעשה לכרמו, כלומר לישראל: ”וְעַתָּה אוֹדִיעָה-נָּא אֶתְכֶם, אֵת אֲשֶׁר-אֲנִי עֹשֶׂה לְכַרְמִי: הָסֵר מְשׂוּכָּתוֹ וְהָיָה לְבָעֵר, פָּרֹץ גְּדֵרוֹ וְהָיָה לְמִרְמָס. וַאֲשִׁיתֵהוּ בָתָה, לֹא יִזָּמֵר וְלֹא יֵעָדֵר, וְעָלָה שָׁמִיר, וָשָׁיִת; וְעַל הֶעָבִים אֲצַוֶּה, מֵהַמְטִיר עָלָיו מָטָר” (ספר ישעיהו, פרק ה', פסוקים ה'–ו')
העונש של ציווי העננים "מהמטיר מטר" הוא עונש כבד, כיוון שלא יהיו מים לשתייה ולקיום משק חקלאי.
גשם ברכה הוא גשם שירד בעונת הגשמים בין חודש מרחשוון לניסן - "יורה במרחשוון ומלקוש בניסן". גשם קללה הוא גשם שיורד בעת בה הוא עלול להזיק או בעוצמה מופרזת. גשמים בסוכות, למשל, הם גשמי קללה, שכן הם עלולים למנוע את מצוות הישיבה בסוכה.
כאשר מגיע שמיני עצרת ועד יום ראשון של פסח נזכרת בתפילה גבורות הגשם. מז' בחשוון מתחילים להתפלל על הגשם: "ותן טל ומטר" ב"ברכת השנים" בתפילת העמידה. תפילה זו מתחילה בז' בחשוון על מנת שהעולים לירושלים יספיקו לחזור לביתם לפני בוא הגשמים.
יהודי המזרח קיימו מנהגים שונים הקשורים לגשם, בעיקרם כדי למנוע בצורת ולעודד ירידת גשמים. מנהגים אלה היו דומים למנהגי המוסלמים השכנים. היהודים התהלכו יחד עם ספרי תורה בעודם מתפללים, תוקעים בשופר וצמים סביב קברי צדיקים. כמו כן, חילקו בשר לעניים.
