الغلاف الجوي والأرض الشرح والتوضيح
استقصاء الهواء من حولنا
الحياة على سطح الأرض غير ممكنة من دون الهواء يقوم الغلاف الجوي وهو طبقة الغازات المحيطة بالأرض - بتزويد الأرض بجميع الغازات اللازمة للحياة إضافة إلى حماية المخلوقات الحية من التأثير الضار للأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية، وفي الوقت نفسه يقوم بامتصاص الحرارة وتوزيعها.
كان جاليليو جاليلي ( ١٥٦٤م - ١٦٤٢م) يرى أن الهواء أكثر من مجرد فراغ بخلاف الاعتقاد الذي كان سائدا في عصره. ولإثبات ذلك قاس كتلة دورق مغلق بإحكام، ثم حقن فيه كمية إضافية من الهواء، ثم قاس كتلته مرة أخرى. ويبين الشكل ) أن كتلة الدورق الذي حقن بالهواء أكبر من كتلته قبل الحقن استنتج جاليليو من تجربته أن للهواء كتلة، لذا فهو يحتوي على مادة. أما اليوم فقد أصبح معروفا للعلماء أن للهواء خصائص أخرى، منها أنه يخزن الحرارة ويُطلقها ويحمل البخار، ويولد ضغطًا بسبب وزنه. وتسهم جميع هذه الخصائص - مع الطاقة القادمة من الشمس - في تكوين الطقس اليومي لمنطقة ما على الأرض.
مكونات الغلاف الجوي
ومما يعرفه العلماء أيضًا عن الغلاف الجوي أنه يتأثر بالجاذبية، لأنه يتكون من مادة، وله كتلة، وهذا يبقيه قريبا من الأرض، ويمنعه من الانفلات وتصعب ملاحظة الغلاف الجوي أو الإحساس به؛ لأنه بولد ضغطا مساو للضغط الداخلي في جسم الإنسان، ويعادل وزن الغلاف الجوي وزن طبقة ماء سمكها ١٠ أمتار تغلف الأرض. ويعتقد العلماء أن الغلاف الجوي خليط من غازات وماء دقائق مجهرية الحجم تتكون من مواد صلية وسائلة.
ماذا قرأت ما مكونات الغلاف الجوي ؟
يتكون الغلاف الجوي من خليط من غازات وماء ودقائق مجهرية الحجم من مواد صلبة وسائلة.
الغازات يتكون الغلاف الجوي من عدة غازات، أهمها النيتروجين N والأكسجين O بنسبة ٩٩٪ حيث يشكّل النيتروجين نحو ۷۸٪ ، ويشكل الأكسجين نحو ٢١٪، أما النسبة الضئيلة جدا المتبقية فتتكون من غازات مختلفة، كما يوضحها الشكل ، ومن بين هذه الغازات الضئيلة التركيز الغازات تؤدي دورا مهما في الطقس، فبخار الماء الموجود بتركيز يتراوح بين ٠ - ٤% هو المسؤول عن تكون الغيوم والأمطار، ويُعد غاز ثاني أكسيد الكربون CO الغاز الثاني من حيث الأهمية؛ إذ تحتاج إليه النباتات بشدة من أجل عملية البناء الضوئي وصنع الغذاء. كما يقوم غاز ثاني أكسيد الكربون (CO) بامتصاص الحرارة، وينها من جديد في اتجاه سطح الأرض. وهذه العملية مهمة جدا في المحافظة على دفء كوكب الأرض.
الهواء الجوي يتكون الهواء الجوي من مواد صلبة، مثل الغبار والأملاح وحبوب اللقاح، ومواد سائلة مثل القطيرات الحمضية. يدخل الغبار إلى الغلاف الجوي عن طريق الرياح التي تقوم بحمل دقائق التربة وبعثرتها، أو بفعل البراكين التي تقذف عند نورانها كميات هائلة من الرماد البركاني في الهواء، وتدخل الأملاح إلى الغلاف الجوي عندما تتحرك الرياح فوق المحيطات، أما حبوب اللقاح فتدخل الغلاف الجوي مباشرة من النباتات. وتضيف بعض نشاطات الإنسان ومنها حرق الوقود الأحفوري - الهباء الجوي إلى الغلاف الجوي تعكس بعض دقائق الهباء الجوي - ومنها تلك التي تقذفها البراكين - الطاقة الشمسية مما يؤثر في الطقس والمناخ الأرضي.
طبقات الغلاف الجوي
يقسم الغلاف الجوي إلى طبقات، كما هو موضح في الشكل . ويعتمد تقسيم هذه الطبقات على تغير درجة الحرارة، مع اختلاف الارتفاعات، كما أن لكل طبقة خصائص مميزة، تتضمن الطبقات السفلى التروبوسفير والستراتوسفير بينما تتضمن الطبقات العليا الميز وسفير والثير موسفير والإكسو سفير.
حدد ماذا يحدث لنسب الغازات الأخرى عندما ترتفع نسبة بخار الماء ؟
تقل نسب الغازات الأخرى عندما ترتفع نسبة بخار
الماء.
التروبو سفير ( الطبقة المتقلبة) إن طبقة التروبو سفير هي أقرب طبقات الغلاف الجوي إلى سطح الأرض، وتمتد إلى ارتفاع ١٠ كم، وهي القسم الآلة أرباع الحادة الكلية الموجودة في الغلاف الجوي، وتحوي تقريبا جميع الغيوم والتغيرات الملاقية يمتص الغلاف الجوي بعض طاقة الشمس، ويعكس جزءا منها إلى الفضاء، إلا أن ٥٠% من الطاقة الشمسية يخترق طبقة التورو بوسفير، فتصل إلى سطح الأرض، وتتسبب في تسخينه، يسخن الغلاف الجوي الملابس السطح الأرض بالتوصيل، وهذا يعني أن معظم حرارة الغلاف الجوي مصدرها سطح الأرض الذا فإن درجة حرارة الترويو مسفير تكون غالبا أعلى عند سطح الأرض، ونقل مع الارتفاع بمعدل ٦,٥ س / كم تقريبا.
ما أهم خصائص طبقة التروبو سفير ؟
طبقة التروبوسفير هي أقرب طبقات الغلاف الجوي إلى سطح الأرض. تحتوي على ثلاثة أرباع المادة الكلية الموجودة في الغلاف الجوي. تكون درجة حرارة التروبوسفير غالباً عند سطح الأرض وتقل مع الارتفاع بمعدل ٥٦.٥ س / كم تقريباً.
الستراتوسفير تقع هذه الطبقة فوق طبقة التروبوسفير، وتمتد من ارتفاع ١٠ كم إلى ارتفاع ٥٠ كم فوق سطح الأرض (انظر الشكل (۳). يتركز في هذه الطبقة معظم الأوزون الجوي، الذي يمتص أكبر كمية من الأشعة فوق البنفسجية الصادرة من الشمس، ونتيجة لذلك تزداد درجة حرارة الستراتوسفير كلما ارتفعنا إلى أعلى. ولولا وجود هذه الطبقة الغنية بالأوزون الوصلت كميات كبيرة من الأشعة الضارة إلى الأرض، وسببت مشكلات صحية خطيرة للنباتات والحيوانات.
الطبقات العليا تقع طبقة الميز وسفير فوق طبقة الستراتوسفير، وتمتد من ارتفاع ٥٠ كم إلى ٨٥ كم فوق سطح الأرض، وتعتبر أكثر طبقات الغلاف الجوي برودة لاحتوائها على كمية قليلة من الأوزون تمكنها من امتصاص القليل جدا من الحرارة، لذا فهي أكثر طبقات الغلاف الجوي برودة.
تلي طبقة الميز وسفير طبقة الثير موسفير، وتمتد من ارتفاع ٨٥ كم - ٥٠٠ كم فوق سطح الأرض، وترتفع درجة الحرارة في هاذه الطبقة بشكل سريع لتصل إلى أكثر من ۱۷۰۰ م. وتقوم هذه الطبقة بتصفية أشعة الشمس من الأشعة السينية وأشعة جاما الضارة، ويسمى جزء من كل من طبقتي الثير موسفير والميز وسفيره طبقة الأيونوسفير (الطبقة المتأينة ) ، لأن ذراتها تكون مشحونة كهربائيا، أي في حالة أيونية، نتيجة كثافة تصادم أشعة الشمس بالذرات. ولهذه الطبقة أهمية كبرى، لأنها تقوم بعكس أمواج الراديو AM وإبقائها داخل الغلاف الجوي،
أما الطبقة الأخيرة من الغلاف الجوي فتحتوي على القليل من الذرات، وتسمى الإكسو سفير، وتمتد هذه الطبقة من أعلى طبقة الغير مو سفير، إلى أن تتلاشى عند حدود القضاء الخارجي، ولا يوجد فاصل واضح بين نهايتها وبين الفضاء.