תעופת ציפורים בים המלח

מבוא

עובדה מטורפת שלמדתי היום: ציפור יכולה לרחף במקום בים המלח בקלות יותר מבגובה פני הים!

במסגרת סיורי פיזיקטבע שאני מקיימת בים המלח אנחנו לומדים על "הפיזיקה של ים המלח"- מה שונה בים המלח, בגלל הגובה הנמוך שלו, משאר המקומות? (בשביל הביולוגים- איך הגורמים הא-ביוטיים היחודיים בים המלח משפיעים על המערכת האקולוגית- על הגורמים הביוטיים?)

אנחנו לומדים שבים המלח לחץ האוויר מאוד גבוה, חם בהרבה, טמפרטורת הרתיחה גבוהה יותר והקרינה עוצמתית פחות (פחות שורפת). אבל לא ציפיתי לגלות, שהגובה הנמוך של ים המלח ישפיע גם על התעופה של ציפורים!

תעופת ציפורים

על מנת לעוף, ציפור צריכה לייצר כוח כלפי מעלה שיאזן את כוח המשיכה והציפור תוכל להישאר באוויר. את הכוח הזה היא מייצרת במספר דרכים, ואחת מהן היא ע"י נפנוף. בנפנוף כלפי מטה, הציפור דוחפת את האוויר כלפי מטה, וכתגובה, האוויר דוחף את הציפור כלפי מעלה.

בריק, הציפור אינה לא יכולה לעוף, כי אין לה אוויר לדחוף (מאותה סיבה גם אסטרונאוט לא יכול לשנות את תנועתו בחלל). ככל שצפיפות האוויר גדלה כך הציפור משתמשת באוויר בקלות יותר כדי לנוע. בעמידה במקום, הציפור מנפנפת במשרעת קטנה יותר (פריסה קטנה יותר של הכנפיים בנפנוף).

אנחנו בני האדם, יכולים "לעוף" בתוך מים- זו השחייה… המים הם תווך הרבה יותר צפוף ואנחנו מסוגלים לייצר את הכוחות המספקים להרים ולהניע קדימה את גופינו המסיבי. בשחייה אנחנו דוחפים את המים אחורה ולמטה ובתגובה המים דוחפים אותנו למעלה וקדימה. זה החוק השלישי של ניוטון- חוק הפעולה והתגובה.

בדומה הציפור מנפנפנת ודוחפת את האוויר למטה (כדי לא ליפול) ואחורה (כדי להתקדם קדימה).

יונקע דבש ורחיפה

יונקי הדבש או הקוליבריים (בתמונת הנושא) הם משפחת עופות קטני גוף הנפוצים ביבשת אמריקה בלבד. מסתבר שהצופית הבוהקת הישראלית שלנו היא ממשפחה אחרת! הבלבול נובע מכך שהצופית דומה ליונק הדבש- היא קטנה, בעלת הצבעים הפיזיקליים המרהיבים והמקור הארוך המאונקל. גם התזונה דומה. תופעה כזו שיש שני משפחות שונות בעלות מאפיינים צורניים דומים וממלאים תפקיד דומה במערכת האקולוגית מכונה- 'אבולוציה מתכנסת'.

נחזור ליונקי הדבש. תכונה המייחדת את יונקי הדבש היא היכולת שלהן לרחף במקום ללא עזרת רוח. היכולת הזו של הציפור מושגת הודות למשקל גופה הזעיר, תדירות נפנוף כנפיים מהירה (עד 80 פעמים בשניה ליונק דבש הקטן ביותר שמסתו כ-2 גרם), שריר כנף חזקים במיוחד והיכולת לתמרן את הכנף כך שגם בנפנוף כלפי מעלה הציפור מצליחה לייצר עילוי.

יונק הדבש היא הציפור הגדולה ביותר המסוגלת לבצע רחיפה במקום (המאמר מ-1997 במקורות). מסתבר שזה לא נכון ובמאמר ישראלי מצאו שהפרפור העקוד שנפוץ בישראל יכול גם לבצע רחיפה במקום ללא עזרת רוח, למרות שגופו מסיבי בהרבה.

תנאי הסביבה בים המלח

במאמר של אלטשולר ודאדלי מ-2003 בדקו את הקשר בין משרעת הנפנוף לגובה מעל פני הים (עשו בנפרד ניסוי הבודק את המשרעת כתלות בצפיפות האוויר ואת המשרעת כתלות בריכוז החמצן) וגילו שככל שהגובה מעל פני הים גדול יותר, כיוון שהאוויר צפוף פחות, משרעת הנפנוף גדלה. מכאן אני מניחה, שבגבהים מתחת לפני הים הציפור מנפנפת בכנפיה בעוצמה נמוכה יותר! מדהים!

מקורות

Chai, P., & Millard, D. (1997). Flight and size constraints: hovering performance of large
310 hummingbirds under maximal loading. The Journal of Experimental Biology, 200, 2757–2763.

Sustained hovering, head stabilization and vision through the water surface in the Pied kingfisher (Ceryle rudis). Gadi Katzir, Dotan Berman, Moshe Nathan, Daniel Weihs bioRxiv 409201; doi: https://doi.org/10.1101/409201

Douglas L. Altshuler, Robert Dudley; Kinematics of hovering hummingbird flight along simulated and natural elevational gradients. J Exp Biol 15 September 2003; 206 (18): 3139–3147. doi: https://doi.org/10.1242/jeb.00540

Tobalske BW. Hovering and intermittent flight in birds. Bioinspir Biomim. 2010 Dec;5(4):045004.