طبقات الغلاف الجوي

يتكون الغلاف الجوي للأرض من عدة طبقات من الغازات التي تحيط بالأرض بسبب تأثيرات حقل الجاذبية.

كل طبقة لديها تركيبة محددة من الغازات التي يتم تنظيمها وفقا لكثافاتها. يتم سحب الغازات الأكثر كثافة بالقرب من سطح الأرض بينما تظل الغازات الأخرى بعيدة عن الكوكب.

نظرًا للخصائص المختلفة للغازات الموجودة ، فإن طبقات الغلاف الجوي لها خصائصها الخاصة وتلعب أدوارًا محددة في علاقتها بالأرض.

الطبقات الخمس التي تشكل الغلاف الجوي للأرض هي: التروبوسفير ، الستراتوسفير ، الميزوسفير ، الغلاف الحراري والغلاف الخارجي.

التروبوسفير

يمثل التروبوسفير أكثر طبقات الغلاف الجوي كثافة ، وبالتالي فهو الأقرب إلى سطح الأرض. تشير التقديرات إلى أن الكتلة الكلية للغلاف الجوي تبلغ 5 × 1018 كجم ، وأن 75 ٪ من هذه الكمية تقع في التروبوسفير.

يتراوح سمك طبقة التروبوسفير من 8 كم إلى 14 كم ، اعتمادًا على منطقة الأرض. النقاط الدقيقة (حيث يصل سمك 8 كم) في القطبين الشمالي والجنوبي.

نظرًا لأنه أدنى طبقة في الغلاف الجوي ، فإن التروبوسفير مسؤول عن إيواء الحياة على هذا الكوكب ، وهو أيضًا مكان تحدث فيه جميع الظواهر المناخية تقريبًا. مشتق مصطلح التروبوسفير من المدرجات اليونانية (تغيير) لتعكس الطبيعة الديناميكية لتغير المناخ وسلوك هذه الطبقة من الغلاف الجوي.

تسمى منطقة التروبوسفير التي تحدد نهايتها وبداية الستراتوسفير بالتروبوبوز. يمكن التعرف بسهولة على tropopause من خلال أنماط الضغط ودرجة الحرارة المختلفة لكل طبقة.

تكوين التروبوسفير

من حيث الحجم ، يتكون التروبوسفير من 78.08 ٪ من النيتروجين ، 20.95 ٪ من الأكسجين ، 0.93 ٪ من الأرجون و 0.04 ٪ من ثاني أكسيد الكربون. يتكون الهواء أيضًا من نسبة مئوية متغيرة من بخار الماء الذي يدخل التروبوسفير من خلال ظاهرة التبخر.

درجة الحرارة في التروبوسفير

مثل الضغط ، تنخفض درجة الحرارة في التروبوسفير مع زيادة الارتفاع. وذلك لأن التربة تمتص معظم الطاقة الشمسية وتسخن المستويات الدنيا من التروبوسفير. وبالتالي ، بالنظر إلى أن التبخر أكبر في المناطق الأكثر سخونة ، يكون بخار الماء أكثر حضوراً عند مستوى سطح البحر وندرة في المناطق المرتفعة.

ما الذي يمكن العثور عليه في التروبوسفير؟

بعض الأمثلة على ما يمكن العثور عليه في التروبوسفير هي:

• مناخ
• ترسبات مثل المطر والثلوج والبرد ؛
• غازات مثل النيتروجين والأكسجين والأرجون وثاني أكسيد الكربون
• سحاب
• دواجن

الستراتوسفير

الستراتوسفير هو ثاني أكبر طبقة في الغلاف الجوي ، وهو أيضًا ثاني أقرب طبقة من سطح الأرض. تشير التقديرات إلى أنه يحتوي على حوالي 15 ٪ من إجمالي كتلة الأرض من الغلاف الجوي.

تقع سماكة الستراتوسفير على بعد 35 كم من التروبوبوز ، مما يعني أنها تقع بين التروبوسفير والميزوسفير. يتم اشتقاق مصطلح الستراتوسفير من الطبقة اليونانية (الطبقة) لتعيين حقيقة أن الستراتوسفير نفسه ينقسم إلى طبقات أصغر أخرى.

تتشكل طبقات الستراتوسفير بسبب غياب الظواهر المناخية التي تمزج الهواء. وبالتالي ، هناك انقسام واضح بين الهواء البارد والغزير ، الموجود أدناه ، والهواء الدافئ والخفيف الموجود في الأعلى. وهكذا ، من حيث درجة الحرارة ، يعمل الستراتوسفير بطريقة تتعارض مع التروبوسفير

كونها منطقة مستقرة للغاية (نظرًا لعدم وجود تغييرات في الهواء) ، يميل طياري الطائرات إلى البقاء في بداية الستراتوسفير لتجنب الاضطرابات. على هذا الارتفاع تصل الطائرات والبالونات إلى أقصى درجات الكفاءة.

بعض الطائرات ، ولا سيما الطائرات النفاثة ، تصعد إلى الستراتوسفير لتجنب الاحتكاك وتغيرات الهواء.

يحتوي الستراتوسفير أيضًا على طبقة الأوزون المعروفة المسؤولة عن امتصاص معظم الأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من الشمس. بدون طبقة الأوزون ، لن تكون الحياة على الأرض ، كما نعرفها ، ممكنة.

مثل طبقة التروبوسفير ، يوجد في طبقة الستراتوسفير أيضًا منطقة تحدد نهايتها وتمثل بداية الغلاف المتوسط ​​، والتي تسمى الطبقة العليا.

تكوين الستراتوسفير

معظم العناصر الموجودة على سطح الأرض وفي التروبوسفير لا تصل إلى الستراتوسفير. بدلاً من ذلك ، من الشائع بالنسبة لهم:

• تتحلل في التروبوسفير
• يتم القضاء عليها من أشعة الشمس
• يعاد إلى سطح الأرض من خلال الأمطار أو غيرها من الأمطار

بسبب الانعكاس في ديناميات درجة الحرارة بين طبقة التروبوسفير وطبقة الستراتوسفير ، لا يوجد تقريبًا أي تبادل للهواء بين الطبقتين ، مما يسبب بخار الماء في الوجود بكميات دقيقة فقط في طبقة الستراتوسفير. لهذا السبب ، فإن تكوين السحب في هذه الطبقة أمر صعب للغاية.

فيما يتعلق بالغازات ، يتشكل الستراتوسفير في الغالب بواسطة الأوزون الموجود في طبقة الأوزون. ويعتقد أن 90 ٪ من جميع الأوزون في الغلاف الجوي في هذه المنطقة. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي الستراتوسفير على عناصر محمولة عبر الانفجارات البركانية مثل أكاسيد النيتروجين وحمض النيتريك والهالوجين ، إلخ.

درجة الحرارة في الستراتوسفير

تزداد درجة الحرارة في الستراتوسفير مع زيادة الارتفاع ، حيث تتراوح من -51 درجة مئوية عند أدنى نقطة (tropopause) إلى -3 درجة مئوية في أعلى نقطة (الطبقة العليا).

ما الذي يمكن العثور عليه في الستراتوسفير؟

بعض الأمثلة على ما يمكن العثور عليه في الستراتوسفير هي:

• طبقة الأوزون
• الطائرات وبالونات المناخ
• بعض الطيور

ميزوسفير

إن الطبقة الوسطى هي آخر طبقة في الغلاف الجوي لا تزال فيها الغازات مختلطة في الهواء ولا يتم تنظيمها بواسطة كتلتها. يعتبر العلم أصعب طبقة للدراسة ، لذلك هناك القليل من المعلومات المؤكدة حول هذا الموضوع.

يبلغ سمك الطبقة الوسطى حوالي 35 كم ، ويتم حسابها من الطبقة العليا ، مما يعني أنها تقع بين طبقة الستراتوسفير والغلاف الحراري. يأتي مصطلح الميسوسفير من الميزوس اليوناني (الأوسط) ، وهو الثالث بين الطبقات الخمس للغلاف الجوي للأرض

بالونات المناخ والطائرات ليست قادرة على الحصول على ارتفاع لأنها تصل إلى الميزوسفير. في الوقت نفسه ، لا تتمكن الأقمار الصناعية من المدار فوقه إلا بطريقة لا يمكنها قياس خصائص الطبقة بشكل صحيح. الطريقة الوحيدة لدراسة الغلاف الجوي اليوم هي استخدام الصواريخ الصوتية التي تجمع القليل من المعلومات لكل مهمة.

في الغلاف المتوسط ​​، يدخل احتراق الأجرام السماوية إلى الغلاف الجوي الأرضي ، مما يؤدي إلى ظهور ظواهر مثل زخات الشهب.

يحدث دش النيزك عندما يدخل جسم سماوي إلى الغلاف الجوي للأرض. بسبب ارتفاع درجة الحرارة ، يحترق الجسم السماوي ويذوب بشكل عام في عدة قطع أصغر.

تكوين الميزوسفير

إن النسبة المئوية للأكسجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون في منطقة الميسوسفير هي في الأساس نفس النسبة المئوية للطبقات أدناه. يكون بخار الماء أكثر ندرة مما هو عليه في الستراتوسفير ، والذي بدوره ينقل جزءًا من الأوزون إلى الميسوسفير.

يحتوي الميسوسفير أيضًا على مواد قادمة من الشهب التي تتبخر عند دخول الغلاف الجوي. وهكذا ، يتكون الميسوسفير أيضًا من نسبة عالية نسبيًا من الحديد والمعادن الأخرى.

درجة الحرارة في المنطقة الوسطى

تتناقص درجة الحرارة في منطقة الميسوسفير مع زيادة الارتفاع ، حيث تتراوح من -3 درجة مئوية في أدنى نقطة (الطبقة العليا) إلى -143 درجة مئوية في أعلى نقطة ، ونسخة متوسطة ، أبرد منطقة في الغلاف الجوي للأرض بأكمله.

ما الذي يمكن العثور عليه في الستراتوسفير؟

بعض الأمثلة على ما يمكن العثور عليه في الستراتوسفير هي:

• وسائل الاحتراق
• غيوم ليلية (نوع خاص من الغيوم التي تتلألأ في الليل)

الحراري

يقع الغلاف الحراري فوق الميزوسفير وتحت الغلاف الخارجي. يبلغ سمكها حوالي 513 كم ، أي أكبر بكثير من جميع الطبقات السفلية مجتمعة.

على الرغم من أن الغلاف الحراري يعتبر جزءًا من الغلاف الجوي للأرض ، إلا أن كثافة الهواء منخفضة جدًا لدرجة أن معظم الطبقة يُنظر إليها خطأً على أنها مساحة فلكية. تتعزز هذه الفكرة بحقيقة أن الطبقة لا تحتوي على جزيئات كافية للموجات الصوتية للسفر.

في الغلاف الحراري ، يتسبب الإشعاع فوق البنفسجي في ظاهرة تأين الجزيئات ، أي تكوين الأيونات من خلال الاتصال بين الفوتون والذرة. هذه الظاهرة مسؤولة عن تكوين الأيونوسفير الموجود داخل الغلاف الحراري. يلعب الغلاف الجوي المتأين دورًا مهمًا في انتشار الموجات الراديوية إلى المناطق البعيدة من الأرض.

في المدار الحراري ، تدور الأقمار الصناعية ومحطة الفضاء الدولية (ISS). بالإضافة إلى ذلك ، يحدث في الشفق الحراري الشفق القطبي.

يحدث الشفق القطبي مع تصادم الجسيمات الشمسية مع كثافة الغلاف الجوي الأرضي.

الكلمة thermosphere تنبع من الترمس المصطلح اليوناني ، مما يعكس حقيقة أن درجات الحرارة مرتفعة للغاية في هذه الطبقة.

وتسمى الحدود بين الغلاف الحراري والغلاف الخارجي بالحرارة الحرارية.

تكوين الغلاف الحراري

بخلاف الطبقات الموجودة أدناه ، والتي تمزج فيها الغازات ، نادراً ما تصطدم الجسيمات في الغلاف الحراري ، مما يؤدي إلى تقسيم موحد للعناصر. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تكسير جزء كبير من الجزيئات الموجودة في الغلاف الحراري بسبب أشعة الشمس.

في الأجزاء العليا من الغلاف الحراري تتكون من الأكسجين الذري والنيتروجين الذري والهيليوم.

درجة حرارة الغلاف الجوي

قد تتراوح درجة الحرارة في الغلاف الحراري بين 500 درجة مئوية و 2000 درجة مئوية. هذا لأن الكثير من أشعة الشمس أمر سخيف في هذه الطبقة.

ما الذي يمكن العثور عليه في الغلاف الحراري؟

بعض الأمثلة على ما يمكن العثور عليه في الغلاف الحراري هي:

• الأقمار الصناعية
• في الأيام الخوالي ، مكوك الفضاء
• ISS
• الأنوار الشمالية
• الأينوسفير الغلاف الأيوني

إكزوسفير

الغلاف الخارجي هو أكبر طبقة خارجية من الغلاف الجوي للأرض. يمتد لمسافة 600 كم حتى يضيق ويختلط مع الفضاء بين الكواكب. وهذا يجعل سمكها 10000 كم. يصل الحد الأقصى للغلاف الخارجي في منتصف المسافة إلى القمر.

يأتي مصطلح exosphere من exo اليوناني (الخارجي) ، مما يشير إلى حقيقة أن هذه هي آخر طبقة في الغلاف الجوي قبل فراغ الفضاء.

تكوين exosphere

الجسيمات في الغلاف الخارجي متباعدة للغاية وبالتالي لا تصنف غازات لأن الكثافة منخفضة للغاية. من الممكن أن ينتقل الجسيم لمئات الأميال حتى يصطدم بجسيم آخر. كما أنها لا تعتبر البلازما لأنها ليست مشحونة كهربائيا.

في المناطق السفلية من الغلاف الخارجي ، من الممكن العثور على الهيدروجين والهيليوم وثاني أكسيد الكربون والأكسجين الذري ، والتي تبقى ملتصقة بالأرض عن طريق حقل الجاذبية.

درجة الحرارة في الغلاف الخارجي

نظرًا لحقيقة أن الغلاف الخارجي فارغ تقريبًا (بسبب عدم وجود تفاعل بين الجزيئات) ، تكون درجة الحرارة في الطبقة ثابتة وباردة.

ما الذي يمكن العثور عليه في الغلاف الخارجي؟

بعض الأمثلة على ما يمكن العثور عليه في الغلاف الخارجي هي:

• تلسكوب هابل الفضائي
• الأقمار الصناعية