الغلاف الجوي للأرض هو الغلاف الغازي المحيط بالأرض والذي يسمى الهواء. يتكون الهواء الجاف من 78.087٪ نيتروجين ، 20.95٪ أكسجين ، 0.93٪ أرجون ، 0.041٪ ثاني أكسيد كربون ، وآثار غازات أخرى. يحمي الغلاف الجوي الحياة على الأرض عن طريق تصفية الأشعة الشمسية فوق البنفسجية ، وتسخين السطح عن طريق الاحتفاظ بالحرارة (تأثير الاحتباس الحراري)
وتقليل الفروق في درجات الحرارة جزئيًا بين النهار والليل. لا تعتبر الغيوم ، السائلة أحيانًا ، والصلبة أحيانًا ، من مكونات الغلاف الجوي. من ناحية أخرى ، يمثل بخار الماء الموجود في الهواء الرطب ، في المتوسط ، 0.25٪ من إجمالي كتلة الغلاف الجوي 2. يتميز بخار الماء بكونه المائع الوحيد في الغلاف الجوي للأرض القادر على تغيير الطور بسرعة (صلب ، سائل ، غاز) ، بشكل أساسي كدالة لدرجة الحرارة ، ويكون تركيزه متغيرًا جدًا في الزمان والمكان. تميل الحرارة إلى التسبب في ارتفاع الهواء ورطوبته ، بينما ينخفض الضغط الجوي ودرجة الحرارة مع الارتفاع.
جدول المحتويات
حدود ملحوظة بين الغلاف الجوي والفضاء
وصف لا توجد حدود ملحوظة بين الغلاف الجوي والفضاء ، لأنها تصبح أكثر هشاشة وتتلاشى تدريجياً في الفضاء بشكل مستمر. ومع ذلك ، من خلال ملاحظة التباين في كثافة الغازات الأرضية ، يمكن إثبات أن سمك الغلاف الجوي الأرضي يتراوح بين 350 و 800 كيلومتر (حسب النشاط الشمسي) 3 ، ويبلغ متوسط السماكة حوالي 600 كيلومتر. يتوافق هذا الحد مع الحد الفاصل بين الغلاف الحراري والغلاف الخارجي 4.
إقرأ أيضا:أكبر 3 غابات في العالمهناك تعريفات أخرى في الأدبيات الخاصة بحدود الغلاف الجوي للأرض وفقًا لمعايير مختلفة (31 كم: العتبة التي تقل عن 99٪ من كتلة الغلاف الجوي ؛ 80 كم: قاعدة الأيونوسفير ؛ 1000 كم: الحد الذي يبدأ منه لم تعد كثافة الغازات قابلة للتمييز عن تلك الناتجة عن الرياح الشمسية ؛ 50،000 كم: حد الغلاف الخارجي 5،4). يعتبر خط كارمان ، على بعد 100 كم ، الحدود بين الغلاف الجوي والفضاء من قبل الاتحاد الدولي للطيران 6. يمثل ارتفاع 120 كم الحد الذي تصبح فيه التأثيرات الجوية ملحوظة أثناء العودة إلى الغلاف الجوي. لم يتم تحديد الحد الفاصل بين الغلاف الجوي الأرضي والغلاف الجوي الشمسي بدقة:
يتوافق الحد الخارجي للغلاف الجوي مع المسافة التي لا تكاد تخضع فيها جزيئات غاز الغلاف الجوي بعد الآن للجاذبية الأرضية وتفاعلات مجالها المغناطيسي. تحدث هذه الظروف على ارتفاع يختلف باختلاف خط العرض – حوالي 60 كم فوق خط الاستواء و 30 كم فوق القطبين. ومع ذلك ، فإن هذه القيم هي إرشادية فقط: في الواقع ، يتشوه المجال المغناطيسي للأرض باستمرار بفعل الرياح الشمسية.
الغلاف الجوي للأرض :سماكة الغلاف الجوي
ولذلك فإن سماكة الغلاف الجوي تختلف اختلافًا كبيرًا. بالإضافة إلى ذلك ، مثل مياه المحيط ، يتأثر الغلاف الجوي بدوران نظام الأرض والقمر والتداخل الثقالي من القمر والشمس. نظرًا لأن جزيئات الغاز ، التي تكون أخف وأقل ارتباطًا ببعضها البعض من جزيئات مياه البحر ، تتمتع بإمكانيات كبيرة للحركة ،
إقرأ أيضا:كثرة التفكير وقت النوم : كيفية التغلب عليه؟فإن المد والجزر في الغلاف الجوي هي ظاهرة أكثر أهمية من المد والجزر المحيطية. معظم كتلة الغلاف الجوي قريبة من السطح: يندر الهواء عند الارتفاع ويقل الضغط ؛ يمكن قياس ذلك عن طريق مقياس الارتفاع أو مقياس الضغط الجوي. الغلاف الجوي مسؤول عن ظاهرة الاحتباس الحراري التي تؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة سطح الأرض. بدونها ، سيكون متوسط درجة الحرارة على الأرض -18 درجة مئوية ، مقارنة بـ 15 درجة مئوية حاليًا. ينتج تأثير الاحتباس الحراري هذا عن خصائص الغازات مقابل الموجات الكهرومغناطيسية. التركيب الكيميائي المفصل تطور مستويات معروفة من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض.
الغلاف الجوي للأرض:المقياس الزمني
لجعل هذه الاختلافات أكثر وضوحًا ، فإن المقياس الزمني ليس خطيًا. النسبة الحالية لغازات الغلاف الجوي (متوسطات متفاوتة إقليميا وموسميا). لقد تباينت كثيرًا من وقت لآخر. يتم تحريك الغازات في الغلاف الجوي باستمرار ، والغلاف الجوي غير متجانس ، سواء في تكوينه أو في خصائصه الفيزيائية. تركيز مكونات الأقلية ، وخاصة الملوثات ، غير متجانس للغاية على سطح الكرة الأرضية ، بسبب وجود مصادر محلية للغاية للانبعاثات ، إما مرتبطة بالنشاط البشري (المصانع ، الهواء الداخلي أو الخارجي ، إلخ) أو بالعمليات الطبيعية ( الطاقة الحرارية الأرضية ، تحلل المواد العضوية ، إلخ).
إقرأ أيضا:أفضل 15 شاطئًا في قبرصالمكونات الرئيسية عند مستوى سطح البحر ، يتكون الهواء الجاف بشكل أساسي من 78.1٪ نيتروجين و 20.9٪ أكسجين. النسبة المتبقية 1٪ يهيمن عليها 0.93٪ أرجون و 0.04٪ ثاني أكسيد الكربون. يحتوي أيضًا على آثار لعناصر كيميائية أخرى ، غازات ثانوية ، تختلف نسبتها باختلاف الارتفاع. تشكل هذه أقل من 0.03٪ من الغلاف الجوي. وهي في الغالب غازات نادرة: النيون والهيليوم والكريبتون والزينون والرادون. من بين هذه المكونات غازات الاحتباس الحراري هي بخار الماء وثاني أكسيد الكربون والميثان وأكسيد النيتروجين والأوزون.
تطور معدل ثاني أكسيد الكربون المقال الرئيسي: الاحتباس الحراري. تذبذب تركيز هذا الغاز بين 180 و 280 جزء في المليون بين 800000 سنة في الماضي وبداية الثورة الصناعية ، وهذه القيم الدنيا والقصوى تقابل على التوالي الفترات الجليدية والفترات بين الجليدية. في الوقت الحالي ، سيزداد تركيز ثاني أكسيد الكربون أسرع بمئة مرة مما كان عليه في نهاية العصر الجليدي الأخير قبل 10000 عام ، ليصل إلى مستوى ، متغيرًا حسب السنة ، يبلغ حوالي + 2.1 جزء في المليون / سنة 10 مقابل حوالي + 16 جزء في البليون (0.016) جزء في المليون / سنة) في المتوسط في ذلك الوقت 11.
الغلاف الجوي للأرض:التركيزات الأكبر
بحلول نهاية الخمسينيات ، كانت الزيادة +0.7 جزء في المليون / سنة 11 ، أي ثلث المستوى الحالي. كانت التركيزات الأكبر من التركيزات الحالية موجودة بالتأكيد قبل حوالي خمسين مليون سنة (12) ؛ ومع ذلك ، مما يمكن تحديده ، فإن التغيير السنوي لم يصل أبدًا في التاريخ الحديث إلى المستوى الحالي. في مايو 2013 ، أعلن مرصد Mauna Loa في هاواي أن محتوى الغلاف الجوي من ثاني أكسيد الكربون في هذا الموقع قد تجاوز العلامة الرمزية البالغة 400 جزء في المليون 13
(متوسط 400.03 جزء في المليون مسجل في 9 مايو 2013) ، وهو أعلى مستوى لمدة 55 عامًا من القياسات في هذا المكان وبالتأكيد لمدة ما بين مليونين وثلاثة ملايين سنة 14 ، 12 ، 10 ، أي منذ العصر الجليدي 15.
الغلاف الجوي للأرض:قياس التركيزات
من المهم ملاحظة أنه تم بالفعل قياس التركيزات الأعلى في الماضي ، ولكن في أماكن أخرى ، على سبيل المثال في أبريل 2012 ، في كندا والنرويج (أوائل 2013) والإكوادور وجزر الكناري ، وكذلك من خلال قياسات مستقلة من قبل الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) (في القطب الشمالي في 2012 على سبيل المثال 10) ومعهد سكريبس لعلوم المحيطات (عبرت أيضًا العتبة في 10 مايو 2013 للأخيرين 12).
يعتقد الخبراء أن نصف الكرة الجنوبي يجب أن يتجاوز هذا المعلم الرمزي في عام 2014 ، وهو اختلاف لبضعة أشهر ويرتبط جزئيًا بحقيقة أن غازات الدفيئة تنبعث بشكل أساسي شمال خط الاستواء. علاوة على ذلك ، بسبب التقلبات الموسمية الناتجة بشكل رئيسي عن الغطاء النباتي ، يتم الوصول إلى الذروة في مايو وفي الخريف بينما ينخفض المستوى قليلاً في الصيف نتيجة لذلك ، يظل متوسط المستوى السنوي الحالي أقل بقليل من هذه العتبة الرمزية ، حوالي 396 جزء في المليون (متوسط المعدل بين سبتمبر 2012 وسبتمبر 2013 ، وهي فترة تباين فيها المستوى بين 391 و 400 جزء في المليون) 17 ، ولكن يجب تجاوز الحد الأدنى في أي تاريخ من العام بين 2015 و 2016. لم يتم قياس أي مستوى أقل من 350 جزء في المليون في هاواي منذ أكتوبر 1988 12.
الجزء المولي لثاني أكسيد الكربون
بلغ الجزء المولي لثاني أكسيد الكربون ، في يناير 2017 ، 0.040 0٪ ، أو 404 جزء في المليون ، بينما في عام 1998 ، كان 345 جزء في المليون فقط. تاريخ القياس البليوسين (منذ −5 إلى years3 ملايين سنة): 415 جزء في المليون 11 ، 350 إلى 450 جزء في المليون (متوسط 400 جزء في المليون) 16 المرحلة 11 (40000000 سنة): 290 جزء في المليون 12 قبل الثورة الصناعية (قبل القرن التاسع عشر): 280 جزء في المليون 11 1958: 315 صفحة في الدقيقة 11 1974: 330 جزء في المليون 11 2001: 370 جزء في المليون 11 يونيو 2005: 382 صفحة 12 2013: 395 صفحة في الدقيقة 20 2015: 400 جزء في المليون 2020: 415 جزء في المليون بنية درجة حرارة الغلاف الجوي (بالدرجة المئوية) حسب الارتفاع (بالكيلومتر). رسم تخطيطي لطبقات الغلاف الجوي. ينقسم الغلاف الجوي إلى عدة طبقات متفاوتة الأهمية:
تم تعيين حدودها وفقًا لانقطاعات التغيرات في درجات الحرارة ، اعتمادًا على الارتفاع. من الاسفل الى الاعلى : التروبوسفير تنخفض درجة الحرارة مع الارتفاع (من سطح الكرة الأرضية إلى ارتفاع 8-15 كم) ؛ يتراوح سمك هذه الطبقة بين 13 و 16 كيلومترًا عند خط الاستواء ، ولكن بين 7 و 8 كيلومترات عند القطبين. يحتوي على 80 إلى 90٪ من الكتلة الكلية للهواء وتقريبًا كل بخار الماء.
ظواهر الأرصاد الجوية
هذه هي الطبقة التي تحدث فيها ظواهر الأرصاد الجوية (السحب والأمطار وما إلى ذلك) والحركات الجوية الأفقية والرأسية (الحمل الحراري والرياح) ؛ الستراتوسفير تزداد درجة الحرارة مع ارتفاع يصل إلى 0 درجة مئوية (من 8 إلى 15 كم على ارتفاع 50 كم) ؛ تحتوي على جزء كبير من طبقة الأوزون ؛ الميزوسفير تنخفض درجة الحرارة مع الارتفاع (من ارتفاع 50 كم إلى ارتفاع 80 كم)
إلى -80 درجة مئوية ؛ الغلاف الحراري تزداد درجة الحرارة مع الارتفاع (من ارتفاع 80 كم إلى ارتفاع 350 إلى 800 كم) ؛ الغلاف الخارجي من 350 إلى 800 كم فوق مستوى سطح البحر عند 50000 كم فوق مستوى سطح البحر. تروبوسفير طبقة التروبوسفير (من الكلمة اليونانية τρέπω التي تعني “التغيير”) هي الجزء السفلي من الغلاف الجوي. يبدأ على السطح ويمتد بين 7 و 8 كيلومترات عند القطبين و 13 إلى 16 كيلومترًا عند خط الاستواء ، مع تغيرات بسبب الظروف المناخية. يتم توفير الاختلاط الرأسي لطبقة التروبوسفير عن طريق التسخين الشمسي. وهذا الاحترار يجعل الهواء أقل كثافة مما يؤدي إلى ارتفاعه. مع ارتفاع الهواء ، يتناقص الضغط فوقه ، وبالتالي يتمدد ، عكس ضغط الهواء المحيط. ومع ذلك ، من أجل التمدد ، الطاقة ضرورية ، وبالتالي تنخفض درجة الحرارة وكتلة الهواء. مع انخفاض درجة الحرارة ، بخار الماء في الكتلة الهوائية.
إطلاق الحرارة الكامنة
يجب أن يتكثف أو يتجمد ، مما يؤدي إلى إطلاق الحرارة الكامنة مما يسمح بارتفاع إضافي في كتلة الهواء. تحدد هذه العملية الحد الأقصى للانحدار لانخفاض درجة الحرارة مع الارتفاع ، ويسمى التدرج الحراري الثابت. تحتوي طبقة التروبوسفير على ما يقرب من 80٪ من إجمالي كتلة الغلاف الجوي. 50٪ من كتلة الغلاف الجوي أقل من ارتفاع حوالي 5.5 كم. لاحظ أن الجزء السفلي من التروبوسفير يسمى أيضًا Peplos. هذه الطبقة التي يصل حدها إلى حوالي 3 كيلومترات مؤهلة أيضًا لتكون طبقة قذرة نظرًا لمستوى عالٍ جدًا من الشوائب (الهباء الجوي أو النواة) وهي نوى تشكل قطرات من الماء في حالة الهواء وقد وصلت إلى 100٪ الرطوبة النسبية.
تنتهي هذه الطبقة مع بيبلوبوس. يفسر وجود هذه الطبقة المتسخة الغياب الفعلي للهواء المشبع بشكل مفرط في الطبقة العليا من طبقة التروبوسفير. تروبوبوز التروبوبوز هو الحد الفاصل بين طبقة التروبوسفير والستراتوسفير.
طبقة الأوزون
طبقة الأوزون المقال الرئيسي: طبقة الأوزون. على الرغم من أن طبقة الأوزون جزء من الستراتوسفير ، إلا أنها تعتبر طبقة في حد ذاتها لأن تركيبها الكيميائي والفيزيائي يختلف عن تلك الموجودة في الستراتوسفير. يتكون الأوزون (O3) الموجود في طبقة الستراتوسفير من الأرض عن طريق الأشعة فوق البنفسجية التي تصطدم بجزيئات الأكسجين (O2) وتقسمها إلى ذرتين منفصلتين ؛ ثم يتحد الأخير مع جزيء الأكسجين (O2) لتكوين الأوزون (O3).
O3 غير مستقر (على الرغم من أنه يتمتع بعمر أطول في الستراتوسفير) وعندما تصطدم به الأشعة فوق البنفسجية ، فإنه يفصلها إلى O2 و O. هذه العملية المستمرة تسمى دورة الأوزون والأكسجين. يحدث في طبقة الأوزون ، بمساحة 10 إلى 50 كم فوق السطح. يوجد ما يقرب من 90٪ من الأوزون الموجود في الغلاف الجوي في طبقة الستراتوسفير. تبلغ تركيزات الأوزون أعلى ارتفاع لها بين 20 و 40 كم ، حيث تتراوح من 2 إلى 8 جزء في المليون. الستراتوسفير تمتد طبقة الستراتوسفير من التروبوبوز بين 7 و 17 كم وحوالي 50 كم. تزداد درجة الحرارة هناك مع الارتفاع. يحتوي الستراتوسفير على معظم طبقة الأوزون. ستراتوبوز طبقة الستراتوبوز هي الحد الفاصل بين طبقة الستراتوسفير والميزوسفير. تقع على ارتفاع 50 إلى 55 كم فوق مستوى سطح البحر. الضغط هو ما يقرب من 10001000 من الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر.
