لماذا للأرض رائحة مميزة بعد سقوط المطر؟

 

لماذا للأرض رائحة مميزة بعد سقوط المطر؟

من أجمل الروائح التي يعرفها كثير من الناس تلك الرائحة التي تظهر عندما تسقط أولى قطرات المطر على الأرض الجافة.

قد تشمها قبل أن يصبح الشارع مبللًا بالكامل.

رائحة ترابية منعشة وقوية، ترتبط لدى كثيرين بالشتاء والحدائق وبداية المطر.

لكن المفاجأة أن الماء نفسه ليس صاحب هذه الرائحة.

قطرة المطر شبه عديمة الرائحة.

الرائحة تأتي من الأرض ومن كائنات دقيقة ومركبات كانت موجودة قبل نزول المطر، ثم جاءت القطرات وأطلقتها في الهواء.

وللرائحة اسم علمي معروف:

رائحة المطر على الأرض الجافة

Petrichor

من أين جاءت كلمة رائحة المطر؟

في عام 1964 نشر الباحثان الأستراليان إيزابيل جوي بير وريتشارد توماس بحثًا في مجلة نيتشر عن الرائحة المميزة التي تنطلق من التربة والصخور بعد ترطيبها.

واستخدما كلمة جديدة لوصفها.

Petrichor

اشتقت الكلمة من كلمتين يونانيتين قديمتين ترتبطان بالصخر وبالسائل الذي كان يُعتقد في الأساطير أنه يجري في عروق الآلهة.

وبذلك أصبح لهذه الرائحة اليومية التي عرفها البشر منذ آلاف السنين اسم علمي خاص.

المطر نفسه لا يصنع الرائحة من الصفر

قبل نزول المطر تكون التربة مليئة بمواد عديدة.

هناك بكتيريا.

وبقايا نباتات.

ومواد عضوية.

ومركبات متطايرة.

وزيوت تنتجها بعض النباتات.

وتستطيع بعض هذه المواد الالتصاق بحبيبات التربة والصخور خلال الأيام الجافة.

عندما يصل الماء تبدأ هذه المركبات بالخروج من الأسطح والانتقال إلى الهواء.

لذلك يمكن القول إن المطر لا يصنع العطر بقدر ما يفتح الباب لخروجه.

واحدة من أهم المواد لها اسم غريب

من أشهر المركبات المسؤولة عن الرائحة الترابية مادة تسمى الجيوسمين.

Geosmin

حتى اسمها يعني تقريبًا رائحة الأرض.

هذه المادة تنتجها مجموعة من الكائنات الدقيقة، ومن أهمها أنواع من البكتيريا التي تعيش في التربة.

ومن أشهرها بكتيريا:

Streptomyces

وهي بكتيريا واسعة الانتشار في التربة.

بعض أنواعها تنتج الجيوسمين ضمن دورة حياتها.

لذلك عندما تشم رائحة الأرض المميزة، قد يكون جزء مما يصل إلى أنفك ناتجًا أصلًا عن نشاط كائنات مجهرية لا تستطيع رؤيتها.

كيف تستطيع كمية صغيرة من مادة أن تعطي رائحة قوية جدًا؟

أنف الإنسان شديد الحساسية للجيوسمين.

يمكن للبشر اكتشافه عند تركيزات صغيرة للغاية.

ولهذا لا تحتاج التربة إلى إطلاق كمية ضخمة حتى نلاحظ الرائحة.

هذه الحساسية نفسها هي السبب في أن كميات ضئيلة من الجيوسمين في مياه الشرب قد تجعل الماء يبدو ذا طعم أو رائحة ترابية رغم أنه قد يحتوي على كمية صغيرة جدًا من المركب.

والشيء نفسه يفسر الرائحة والطعم الترابيين المميزين لبعض الأطعمة، مثل الشمندر.

لكن كيف تنتقل المادة من التربة إلى أنفك؟

هذه واحدة من أجمل أجزاء القصة.

لفترة طويلة كان معروفًا أن سقوط المطر يطلق الرائحة، لكن التفاصيل الفيزيائية لم تكن واضحة تمامًا.

في عام 2015 استخدم باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا كاميرات فائقة السرعة لمشاهدة ما يحدث عندما تضرب قطرة الماء سطحًا مساميًا مثل التربة.

وجدوا عملية صغيرة لا يستطيع الإنسان رؤيتها بعينه المجردة.

قطرة المطر تصنع فقاعات صغيرة

عندما تضرب قطرة المطر سطح التربة، لا تختفي ببساطة داخل الأرض.

يمكن أن تحبس كمية صغيرة جدًا من الهواء تحتها.

يتحول هذا الهواء إلى فقاعات مجهرية داخل القطرة.

ثم تتحرك الفقاعات نحو سطح القطرة.

وعندما تصل إليه تنفجر.

يشبه الأمر بصورة مصغرة جدًا ما يحدث عندما تنفجر فقاعات المشروب الغازي عند السطح.

لكن الفقاعات هنا أصغر بكثير.

عندما تنفجر الفقاعة ترش قطرات مجهرية في الهواء

انفجار هذه الفقاعات يقذف رذاذًا بالغ الصغر إلى الهواء.

وتسمى هذه القطرات والجسيمات الدقيقة التي تبقى معلقة في الهواء بالهباء الجوي.

Aerosols

يمكن لهذا الرذاذ أن يحمل معه المواد الموجودة على سطح التربة.

ومن بينها المركبات المسؤولة عن الرائحة الترابية.

ثم ينتقل الرذاذ مع الهواء.

فتصل جزيئات الرائحة إلى الأنف.

وهكذا فإن الرائحة التي تشمها بعد المطر قد تكون قد وصلت إليك محمولة على قطرات مجهرية قذفتها قطرات المطر من سطح الأرض.

وقد يستطيع المطر حمل أشياء أكثر من الروائح

الأمر لا يتوقف عند الجيوسمين.

في دراسة لاحقة أظهر الباحثون أن قطرات المطر تستطيع أيضًا قذف كائنات دقيقة من سطح التربة إلى الهواء ضمن هذا الرذاذ.

أي أن تأثير قطرة مطر واحدة على الأرض عملية أكثر تعقيدًا بكثير مما تبدو عليه.

تضرب القطرة.

يتحبس الهواء.

تتشكل الفقاعات.

تنفجر.

ويتطاير رذاذ مجهري من سطح التربة إلى الجو.

وكل هذا يحدث خلال وقت قصير جدًا.

لماذا تكون الرائحة جميلة وواضحة بعد أول مطر؟

ربما لاحظت أن أول مطر بعد أسابيع من الجفاف له رائحة أقوى من المطر الذي يهطل يوميًا عدة أيام متتالية.

هناك سبب منطقي لذلك.

خلال فترة الجفاف تتراكم على التربة والصخور مواد مختلفة قابلة للانطلاق عند الترطيب.

كما تكون التربة جافة وجاهزة للتفاعل بقوة مع أولى القطرات.

وعندما يأتي المطر الأول تتحرر كمية كبيرة نسبيًا من المركبات المتراكمة.

أما إذا هطل المطر بالأمس ثم عاد اليوم، فقد يكون جزء كبير من المواد السهلة التحرر قد أُطلق بالفعل.

ولهذا يمكن أن تكون الرائحة أضعف.

الدراسات الأولى نفسها لاحظت أهمية الجفاف

الباحثان اللذان وصفا رائحة المطر علميًا في الستينيات لاحظا أن الظروف الدافئة والجافة تساعد على تراكم المواد المرتبطة بهذه الرائحة في الصخور والتربة.

ولهذا ترتبط الظاهرة بصورة خاصة بعودة المطر بعد فترة جفاف.

الأمر الذي يطابق التجربة اليومية لكثير من الناس.

أقوى رائحة غالبًا هي رائحة أول مطرة بعد انتظار طويل.

هل المطر الخفيف قد يصنع رائحة أقوى من المطر العنيف؟

هذا ممكن في بعض الظروف.

تجارب قطرات المطر أظهرت أن إنتاج الرذاذ المجهري من الأسطح المسامية يحدث بفاعلية في ظروف تشبه المطر الخفيف والمتوسط.

أما عندما تضرب القطرة السطح بعنف شديد، فقد تتغير طريقة تفاعلها معه.

ولهذا قد تكون تلك القطرات الأولى الهادئة التي تسقط على التراب الجاف ممتازة في إطلاق الرائحة.

وهذا يفسر جزئيًا لماذا نستطيع أحيانًا شم المطر بقوة قبل أن تتحول السماء إلى هطول غزير.

لماذا تكون رائحة التراب في الحديقة أقوى من الشارع أحيانًا؟

لأن التربة الحقيقية غنية بالكائنات الدقيقة والمواد العضوية.

الحدائق والمزارع والأراضي غير المعبدة تحتوي على مصادر كبيرة للمركبات الترابية مثل الجيوسمين.

أما الأسفلت والخرسانة فتطلق خليطًا مختلفًا من المواد.

ولهذا لا تكون رائحة المطر في وسط مدينة مزدحمة مطابقة للرائحة في مزرعة أو غابة أو حديقة.

ما نسميه رائحة المطر هو في الحقيقة مجموعة من الروائح تعتمد على المكان الذي يسقط عليه الماء.

حتى النباتات تضيف جزءًا من الرائحة

خلال الفترات الجافة يمكن للنباتات إطلاق مركبات وزيوت مختلفة تستقر على الأسطح المحيطة بها.

وعندما تهطل الأمطار قد تتحرر بعض هذه المواد إلى الهواء.

لذلك فإن الرائحة بعد المطر ليست جزيئًا واحدًا فقط.

الجيوسمين عنصر مهم جدًا في الرائحة الترابية، لكن الرائحة الكاملة يمكن أن تحتوي على خليط من المركبات القادمة من التربة والنباتات والأسطح المحيطة.

ولهذا تختلف رائحة المطر من مكان إلى آخر.

رائحة المطر فوق الصحراء ليست كرائحته فوق الغابة

في منطقة غنية بالنباتات ستكون المركبات النباتية جزءًا أكبر من الخليط.

وفي أرض زراعية قد تكون الروائح الترابية والميكروبية واضحة جدًا.

وفي المدينة قد يحرر المطر مواد موجودة على الأسفلت والخرسانة والأسطح المختلفة.

لهذا يوجد شيء مألوف في رائحة المطر أينما ذهبنا، لكنها ليست متطابقة تمامًا.

الأرض التي يسقط عليها المطر تشارك في صنع الرائحة.

ماذا عن الرائحة التي نشمها قبل أن يبدأ المطر أصلًا؟

هذه قد تكون قصة مختلفة.

قبل العواصف الرعدية يمكن أن يلاحظ بعض الأشخاص رائحة حادة مختلفة عن الرائحة الترابية المعتادة.

أحد المركبات المرتبطة بهذه الرائحة هو الأوزون.

Ozone

يمكن للعمليات المرتبطة بالعواصف وحركة الهواء أن تجلب هواءً يحتوي على الأوزون من طبقات أعلى نحو مستوى قريب من الأرض.

للأوزون رائحة حادة مميزة قد يصفها البعض بأنها تشبه الرائحة الكهربائية.

لذلك قد توجد رائحتان مختلفتان نربطهما بالمطر.

رائحة تسبق بعض العواصف.

ورائحة ترابية تظهر عندما تصل القطرات إلى الأرض.

وهما ليستا الشيء نفسه.

هل رائحة المطر دليل على أن المطر سيأتي؟

إذا شممت الجيوسمين والرائحة الترابية الواضحة، فمن المحتمل أن المطر قد وصل بالفعل إلى تربة قريبة، حتى لو لم تصل القطرات إليك بعد.

فالهواء يستطيع حمل المركبات المتطايرة والرذاذ من مكان إلى آخر.

أما الرائحة المرتبطة بالأوزون وتغير حركة الهواء فقد تظهر قبل وصول المطر إلى منطقتك.

لهذا يستطيع بعض الناس القول إنهم يشمون المطر قادمًا، وقد يكون هناك تفسير فيزيائي وكيميائي حقيقي لما يلاحظونه.

لكن الأنف ليس وسيلة موثوقة للتنبؤ بالطقس بالطبع.

لماذا يحب كثير من الناس هذه الرائحة؟

هنا ندخل في منطقة أقل وضوحًا علميًا.

هناك اقتراحات تربط انجذاب الإنسان إلى الروائح الترابية بالماء والبيئات الطبيعية، لكن ليس لدينا دليل يسمح بالقول إن البشر تطوروا تحديدًا ليحبوا رائحة المطر من أجل العثور على الماء.

كما تلعب الذاكرة دورًا مهمًا جدًا في الروائح.

حاسة الشم مرتبطة بقوة بمناطق في الدماغ تشارك في العاطفة والذاكرة.

ولهذا قد تكون رائحة المطر لشخص ما مرتبطة بطفولة أو منزل أو مدرسة أو فصل شتاء أو تجربة قديمة.

وبالتالي يمكن للرائحة نفسها أن تكون مريحة جدًا لشخص وعادية تمامًا لشخص آخر.

الجيوسمين لا يثير اهتمام الإنسان وحده

من أكثر جوانب القصة غرابة أن الجيوسمين يبدو ذا أهمية لكائنات أخرى أيضًا.

أظهرت دراسات أن بعض الحيوانات الصغيرة الموجودة في التربة تستطيع اكتشاف الجيوسمين الناتج عن بكتيريا معينة.

وفي إحدى الدراسات جذب الجيوسمين كائنات صغيرة تسمى قافزات الذيل إلى بكتيريا من جنس الستربتوميسيس.

وعندما تتحرك هذه الكائنات بين الأماكن يمكن أن تحمل أبواغ البكتيريا معها.

وهكذا قد تكون الرائحة التي نعتبرها مجرد عطر جميل جزءًا من نظام تواصل بيئي بين الكائنات الحية في التربة.

لكن الوظيفة البيولوجية الكاملة للجيوسمين ما زالت غير مفهومة تمامًا.

وهناك كائنات تتجنب الجيوسمين بدل الانجذاب إليه

الأمر يصبح أكثر إثارة لأن الرائحة نفسها لا تعني الشيء نفسه لكل الكائنات.

بعض الأنواع قد تنجذب إليها.

وبعضها يمكن أن تتعامل معها كإشارة تحذير.

وقد وجدت أبحاث أن الجيوسمين يستطيع تغيير سلوك بعض الكائنات الصغيرة التي تتغذى على البكتيريا.

أي أن هذه المادة قد تعمل في الطبيعة كرسالة كيميائية تختلف طريقة قراءتها بحسب الحيوان.

لماذا تكون للشمندر رائحة أو طعم يشبه التراب؟

الجيوسمين هو أحد الأسباب.

فالشمندر قادر على احتواء هذه المادة أو مركبات مرتبطة بالرائحة الترابية.

ولهذا يقول بعض الناس إن طعمه يشبه رائحة الأرض بعد المطر.

الأمر ليس مجرد تشابه خيالي.

الرائحة التي تلاحظها في الحديقة بعد المطر والمذاق الترابي الذي تلاحظه في بعض الأغذية يمكن أن يرتبطا بالمركب نفسه.

الجيوسمين يمكن أن يصبح مشكلة أيضًا

الرائحة التي نحبها في الحديقة قد تكون غير مرغوبة إذا ظهرت في مياه الشرب.

لأن أنف الإنسان حساس جدًا للجيوسمين، يمكن لكميات صغيرة أن تجعل الماء يبدو ترابي الرائحة أو الطعم.

ولهذا تهتم محطات معالجة المياه بالجيوسمين وغيره من المركبات المشابهة.

وقد تكون المياه آمنة من ناحية معينة لكن المستهلك يرفضها بسبب الرائحة غير المعتادة.

وهذا يوضح مدى قوة حاسة الشم لدينا تجاه هذه المادة.

هل استنشاق رائحة المطر خطر بسبب البكتيريا؟

لا ينبغي تفسير اكتشاف أن المطر يستطيع تحويل بعض مكونات التربة إلى رذاذ على أنه يعني أن شم المطر المعتاد نشاط خطير.

فالهواء الطبيعي يحتوي أصلًا على أعداد هائلة من الجسيمات والكائنات الدقيقة من مصادر كثيرة.

الدراسات التي بحثت رذاذ المطر كانت تهدف إلى فهم كيفية انتقال المواد والكائنات الدقيقة من التربة إلى الجو، وليس لإثبات أن الوقوف بعد المطر يشكل خطرًا صحيًا عامًا.

أهمية الاكتشاف الأساسية أنه كشف آلية طبيعية كانت غير واضحة من قبل.

لماذا تبدو الرائحة قوية جدًا ثم تختفي بسرعة؟

لأن المواد المتطايرة تنتشر في الهواء.

في اللحظات الأولى للمطر يمكن أن يكون تركيزها قريبًا من الأرض مرتفعًا نسبيًا.

ثم تحملها الرياح بعيدًا.

ويغسل المطر المستمر سطح التربة.

كما تصبح الأرض أكثر رطوبة وتختلف الطريقة التي تتفاعل بها القطرات الجديدة معها.

لذلك قد تكون أول خمس دقائق من المطر أكثر إثارة لحاسة الشم من الساعة التي تليها.

قطرة المطر إذن ليست مجرد ماء يسقط من السماء

عندما تضرب قطرة صغيرة أرضًا جافة، تبدأ سلسلة من الأحداث المجهرية.

يتحبس الهواء تحت القطرة.

تتشكل فقاعات دقيقة.

تصعد الفقاعات.

تنفجر.

يتطاير رذاذ مجهري.

يحمل الرذاذ مركبات من التربة.

تلتقط الرياح هذه المواد.

ثم تصل بعض جزيئاتها إلى مستقبلات الشم في أنفك.

وفي لحظة تقول:

هذه رائحة المطر.

لكن ما شممته في الحقيقة هو عطر الأرض الذي أطلقه المطر.

المصادر

الدراسة الأصلية المنشورة في مجلة Nature عام 1964 التي وصف فيها إيزابيل جوي بير وريتشارد توماس الظاهرة وأدخلا مصطلح Petrichor إلى الأدبيات العلمية. (Nature)

Nature of Argillaceous Odour – Nature

معهد CSIRO الأسترالي يروي قصة اكتشاف رائحة المطر وأصل المصطلح ودور الرطوبة والمطر في تحرير المركبات الموجودة في الصخور والتربة. (CSIRO)

The smell of rain: how our scientists invented a new word – CSIRO

دراسة في Nature Communications استخدمت التصوير فائق السرعة وأظهرت كيف تحبس قطرة المطر فقاعات هواء عند اصطدامها بالتربة، ثم يؤدي انفجارها إلى إطلاق رذاذ مجهري إلى الجو. (Nature)

Aerosol generation by raindrop impact on soil – Nature Communications

دراسة لاحقة في Nature Communications أثبتت أن الآلية نفسها تستطيع إطلاق كائنات دقيقة من التربة في صورة رذاذ حيوي عندما تضرب قطرات المطر الأرض. (Nature)

Bioaerosol generation by raindrops on soil – Nature Communications

مراجعة علمية حديثة عن الجيوسمين، المركب المسؤول عن جانب كبير من الرائحة الترابية، ومصادره البكتيرية ووظائفه البيئية التي ما زال بعضها غير مفهوم بالكامل. (PubMed)

Volatile sensation: The chemical ecology of the earthy odorant geosmin – PubMed

دراسة في Applied and Environmental Microbiology حول قدرة الإنسان على اكتشاف الجيوسمين بتركيزات شديدة الانخفاض ودوره المحتمل كإشارة كيميائية في البيئة. (PubMed)

The Ubiquitous Soil Terpene Geosmin Acts as a Warning Chemical – PubMed