خصائص طبقة الستراتوسفير وأهميتها

تطبقات الغلاف الجوي

الغلاف الجوي يحتوي على سلسلة من الطبقات، ولكل طبقة سماتها الخاصة وخصائصها الفريدة. يمكن ترتيب الطبقات التالية صعودا من مستوى الأرض: طبقة التروبوسفير (التي تكون قريبة من الأرض) وتمتد من السطح إلى ارتفاع يصل إلى حوالي 10 كيلومترات، ويختلف هذا الارتفاع باختلاف خط العرض. تحدث جميع الأحوال الجوية في هذه الطبقة وتنخفض درجات الحرارة مع الارتفاع، بمعنى أن الهواء الدافئ عندما يرتفع يبرد ثم يعود إلى الأرض، ويسمى هذه العملية الحمل الحراري. وتحدث جميع الأنشطة البشرية في هذه الطبقة، وسنشرحها تفصيلا في هذا المقال.

الميزوسفير هي الطبقة الثالثة، وتتراوح درجة حرارتها بانخفاضها مع زيادة الارتفاع. تحدها الحدود الفاصلة بينها وبين طبقة الثرموسفير، وتسمى هذه الحدود الموجودة في الجزء السفلي بالستراتوبوز. وتحدها الحدود الفاصلة بينها وبين طبقة الستراتوسفير .

بالإضافة إلى الغلاف الحراري، وهو الطبقة العليا من الغلاف الجوي، يزيد ارتفاع درجة حرارة هذه الطبقة لأنها تحصل على تسخين مباشر من الشمس. وهناك أيضا غلاف خارجي متلاشي تدريجيا في الفضاء بين الكواكب، ويسمى طبقات الغلاف الجوي الخارجية .

خصائص طبقة الستراتوسفير

• تعد طبقة الستراتوسفير الطبقة الثانية من طبقات الغلاف الجوي، وتبدأ من ارتفاع 10 كيلومتر وتمتد حتى ارتفاع 50 كيلومتر .
• تم العثور على طبقة الأوزون داخل الستراتوسفير، حيث تعمل جزيئات طبقة الأوزون على امتصاص ضوء الأشعة فوق البنفسجية من الشمس التي تحتوي على طاقة مرتفعة، وهذا يعتبر من أهمية الغلاف الجوي، وتحول هذه الأشعة فوق البنفسجية إلى حرارة، ونجد أن الهواء الدافئ يتمركز في الجزء العلوي من الستراتوسفير، بينما يبقى الهواء البارد منخفضا، وهذا يتعارض مع طبقة التروبوسفير، ويزداد دفء طبقة الستراتوسفير كلما ارتفعت، أي عندما يتحرك المرء صعودا عبر الستراتوسفير ترتفع درجات الحرارة.
• يتضح أن هناك قليلًا من الحرارة والاختلاط في طبقة الستراتوسفير، حيث تكون طبقات الهواء مستقرة تمامًا، مما يجعل الطائرات التجارية النفاثة تحلق في الجزء السفلي من الستراتوسفير.
• تكون طبقة الستراتوسفير جافة جداً، ولكنها تحتوي على القليل من بخار الماء بنسبة 24 بالمئة فقط، فتحتوي على كمية قليلة من الغيوم  وينعدم وجودها تقريباً في هذه الطبقة، ويؤدي ذلك إلى أن الهواء يكون فيها على شكل طبقات، ولكن السحب تتجمع بكثرة في طبقة التروبوسفير الأدنى و والتي تكون الأكثر رطوبة.
• تظهر السحب الستراتوسفيرية القطبية في الجزء السفلي من هذه الطبقة وتكون بالقرب من القطبين في فصل الشتاء، وتكون على ارتفاعات من 15 إلى 25 كيلو متر، وتتشكل فقط عندما تنخفض درجات الحرارة في هذه المرتفعات إلى أقل من 78 درجة مئوية، وتساعد هذه السحب في تكوين الثقوب في طبقة الأوزون، وتسمى هذه السحب بالسحب الصدفية ويرمز لها باللغة الإنجليزية بـــ PSC.
• تبقى المواد التي تدخل طبقة الستراتوسفير، مثل المواد الكيميائية التي تدمر طبقة الأوزون والمعروفة باسم مركبات الكربون الكلورية الفلورية، أو المواد الناتجة عن الانفجارات البركانية الكبيرة وتأثير النيازك التي تطرح جزيئات الهباء الجوي في طبقة الستراتوسفير، بالإضافة إلى غازات العادم التي تنبعث عن طريق إطلاق الصواريخ، لفترات طويلة في طبقة الستراتوسفير بسبب نقص الحمل الحراري، وهذا يؤدي إلى تغير المناخ العالمي في الأرض.

أهمية طبقة الستراتوسفير

• تحمي طبقة الأوزون في الستراتوسفير البيئة الحيوية، حيث تمنع الجرعات الزائدة من أشعة الشمس فوق البنفسجية التي تؤدي إلى تدميرها.
• تمتص الأشعة فوق البنفسجية من الشمس التي يمكن أن تسبب سرطان الجلد، وتلحق الضرر بالمحاصيل وتدمر بعض أنواع الحيوانات البحرية، وتؤثر بشكل عام على الحياة البحرية.
• تعمل الهندسة الجيولوجية الستراتوسفيرية على الحد من ذوبان الجليد في المحيطات.

طبقة الأوزون

يتمركز معظم الأوزون في الغلاف الجوي، وخاصة في طبقة الستراتوسفير، على ارتفاع يتراوح بين تسعة عشر إلى ثمانية عشر ميلا فوق سطح الأرض. والأوزون عبارة عن جزيء يتألف من ثلاث ذرات أوكسجين، حيث تتشكل جزيئات الأوزون باستمرار وتتحلل أيضًا، وتتم هذه العملية في طبقة الستراتوسفير.

تمتص طبقة الأوزون الأشعة فوق البنفسجية التي تنتجها الشمس بأطوال موجية تتراوح بين 280 و320 نانومتر، وتشمل هذه الأشعة UVB وهي من أنواع الأشعة فوق البنفسجية التي لها تأثيرات ضارة عديدة.

تعتبر الأشعة فوق البنفسجية B (UVB) الأكثر فعالية والأكثر ضررًا، حيث تؤثر على الحمض النووي وتتسبب في تدميره، بالإضافة إلى أنها تتسبب في تلف بعض المواد والمحاصيل وتؤدي إلى وفاة الحيوانات البحرية، وتسبب العمى الجزئي وسرطان الجلد .

وتختلف تركيزات الأوزون في الغلاف الجوي حسب البقع الشمسية وتغير الفصول وخط العرض، ونجد أن مع مرور الوقت بأن الأوزون يستنفذ تدريجياً، حيث أن تلامس ذرات الكلور والبروم مع ذرات الأوزون في الستراتوسفير تسبب تلفها وتدميرها، فإن جزيئات الأوزون تتدمر بسرعة أكبر من سرعة تشكيلها، ونسمي هذه المواد بالمواد المستنفذة للأوزون.

تبقى هذه المواد مستقرة عمومًا في طبقة التروبوسفير، ولكنها تتحلل فقط تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية في طبقة الستراتوسفير، وعندما تتحلل، تطلق ذرات البروم أو الكلور وهذه المواد هي التي تسبب استنفاذ الأوزون .

فمثلاً من المواد المستنفذة للأوزون، تعمل على إطلاق مادة البروم التي تشمل الهالونات والمركبات التي تحتوي على البروم والفلور والكربون، وتستخدم عموماً كعوامل لإطفاء الحرائق، ونجد أن كل هذه المواد تسبب تدمير لجزيئات الأوزون، ولكن البروم أكثر فعالية من الكلور في تدمير أوزون الستراتوسفير.

الحل المقترح لحماية طبقة الستراتوسفير

مع وجود مشكلة الاحترار العالمي الذي نتج عن انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، فقد حاول العلماء أن يجدوا وسيلة لحماية طبقة الستراتوسفير، عن طريق مناقشة إمكانية تطبيق الهندسة الجيولوجية للمناخ، وطرح فكرة استخدام رذاذ الكبريتات، فتقوم الهندسة الجيولوجية على تعديل السحب واحتجاز الكربون وعزله.

ولكن يتطلب قرار تنفيذ الهندسة الجيولوجية بيان فوائدها ومخاطرها بالإضافة إلى تكاليفها، فقد اقترح كروتزن في ضوء عدم إحراز تقدم في تخفيف استنفاذ الاوزون، أن الهندسة الجيولوجية ضرورية للحد من آثار الاحترار، و لأن البيانات تُظهر زيادة في معدل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، ولكن روبوك قد قدم عشرين سبباً بين فيها أن الهندسة الجيولوجية قد تكون فكرة سيئة.

سبب إنخفاض درجة الحرارة والضغط مع الإرتفاع

تعمل الجاذبية على سحب الجزيئات التي يتكون منها الغلاف الجوي بالقرب من سطح الأرض، مما يؤدي إلى تركيز الغلاف الجوي على سطح الأرض وترققه بسرعة مع الارتفاع. ويعتبر ضغط الهواء مقياسًا لوزن الجزيئات، حيث يقل عدد الجزيئات كلما تحركنا في الغلاف الجوي، وبالتالي يصبح ضغط الهواء أقل.

ونجد أن درجة الحرارة تنخفض مع الارتفاع في طبقة التروبوسفير لعدة أسباب، على الرغم من أن طاقة الشمس تأتي من السماء إلا أن الأرض تمتصها وتطلق هذه الطاقة باستمرار، كحرارة في ضوء الأشعة تحت الحمراء، لذلك يتم تسخين طبقة التروبوسفير من الأرض إلى الأعلى، مما يجعلها أكثر دفئاً بالقرب من سطح الأرض وبرودة كلما ارتفعنا.

عندما يرتفع الهواء إلى مناطق ذات ضغط منخفض، فإنه يتمدد بسبب عدم وجود جزيئات كافية، وتستخدم هذه الجزيئات الموجودة في الهواء بعض طاقتها للانفصال عن بعضها، مما يؤدي إلى انخفاض درجة حرارة الهواء.