لماذا يعتبر النيتروجين العنصر الأكثر شيوعًا في الغلاف الجوي للأرض
تكمن الإجابة في الغالب في ثلاث أسباب:
- النيتروجين متقلب في معظم أشكاله.
- غير متفاعل مع المواد التي تشكل القشرة الصلبة للأرض.
- يَكونُ مُستَقِرًّا جِدًّا في وُجودِ الإشعَاعِ الشَّمْسِي، دورَةً
وحتى نفهم كمية النيتروجين المتواجد في الجو، من المفيد مقارنته بالأكسجين الذي يعد العنصر الأكثر وفرة بعد النيتروجين في الغلاف الجوي. عند المقارنة بالأكسجين، نجد أن النيتروجين يتواجد بنسبة أكبر بمقدار أربعة أضعاف في الغلاف الجوي. ومع ذلك، يجب أن نأخذ أيضا في الاعتبار الوفرة النسبية للأكسجين والنيتروجين على سطح الأرض بأكملها. فالأكسجين هو الأكثر وفرة بنسبة تصل إلى حوالي 10000 مرة. تعكس هذه الوفرة الأرضية بشكل عام تكوين المواد التي تشكلت منها الأرض في الأصل وعملية تراكم الأرض. إن الأكسجين هو مكون رئيسي للقشرة الأرضية، جنبا إلى جنب مع السيليكون والعناصر مثل المغنيسيوم والكالسيوم والصوديوم
- النيتروجين غير مستقر كجزء من الشبكة البلورية، ولذلك لا يتم دمجه في الأرض الصلبة، وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل تخصيبالنيتروجين في الغلاف الجوي مهمًا بالنسبة للأكسجين.
- السبب الرئيسي الآخر هو أن النيتروجين مستقر للغاية في الغلاف الجوي ولا يشارك بشكل كبير في التفاعلات الكيميائية. ويساعد النيتروجين في الحصول على الغذاء النباتي، وهذا يعد جزءا من أهمية النيتروجين للكائنات الحية. وبمرور الوقت الجيولوجي، تراكم النيتروجين في الغلاف الجوي أكثر من الأكسجين. ومن المهم معرفة أن النيتروجين والأكسجين هما متورطان بشكل وثيق في دورة الحياة على الكوكب، ولكن هذه المواد الكيميائية تدور عبر هذه الدورة بشكل سريع بالنسبة للعمليات الجيولوجية التي شكلت الأرض وجعلتها ما هي عليه اليوم من الناحية التركيبية والجسدية
- تم العثور على كميات من النيتروجين والأكسجين في المحيط الحيوي والمواد العضوية الأحفورية، ويمكن أن يذوب كل منهما في مياه البحر. ومع ذلك، تكون النسبة الصغيرة للنيتروجين أقل من 1٪ والأكسجين أقل بكثير من 1٪ من إجمالي هذه العناصر على الكوكب في تلك المناطق. وبالتالي، تراكمت هذه العناصر بشكل أكبر في الغلاف الجوي بالمقارنة مع الأكسجين، وتحدث دورة النيتروجين بشكل طبيعي في الأرض والماء. يجدر بالذكر أن دانيال ردرفورد هو من اكتشف النيتروجين
ماهو الغلاف الجوي
يتركز الغلاف الجوي على سطح الأرض ويخف بسرعة أثناء التحرك لأعلى ، ويمتزج مع الفضاء على ارتفاع 100 ميل تقريبًا فوق مستوى سطح البحر ، الغلاف الجوي في الواقع رقيق جدًا مقارنة بحجم الأرض ، يعادل سمكه قطعة من الورق موضوعة فوق كرة شاطئ ، ومع ذلك فهي مسؤولة عن الحفاظ على أرضنا صالحة للسكن وإنتاج الطقس ، ويعتبر النيتروجين هو العنصر السائد بالغلاف الجوي فيمثل 78% من مكوناته.
مكونات الغلاف الجوي
يتكون الغلاف الجوي من مزيج من عدة غازات مختلفة بكميات متفاوتة وهي
- النيتروجين والأكسجين والأرجون هي الغازات الثابتة التي لا تتغير نسبتها يومًا بعد يوم في الغلاف الجوي، حيث يبلغ النيتروجين 78٪ والأكسجين 21٪ والأرجون 0.9٪.
- الغازات مثل ثاني أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروز والميثان والأوزون هي غازات أثرية تمثل حوالي عشر واحد بالمائة من الغلاف الجوي
- يعتبر بخار الماء فريدا من نوعه، حيث يتفاوت تركيزه بين 0 إلى 4٪ في الغلاف الجوي، وذلك اعتمادا على المكان والوقت في اليوم. عادة، يكون تركيز بخار الماء في المناطق الباردة والجافة أقل من 1٪ في الغلاف الجوي، بينما في المناطق الاستوائية الرطبة، يكون تركيز بخار الماء يصل إلى حوالي 4٪ من الغلاف الجوي. يعتبر محتوى بخار الماء ذو أهمية بالغة في توقع الطقس.
- تتميز غازات الاحتباس الحراري، التي تختلف نسبها يوميا وفصليا وسنويا، بخصائص فيزيائية وكيميائية تجعلها تتفاعل مع الإشعاع الشمسي وضوء الأشعة تحت الحمراء (الحرارة) المنبعثة من الأرض، مما يؤثر على توازن الطاقة في الكرة الأرضية. وبسبب هذا السبب، يقوم العلماء بمراقبة زيادة غازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان بعناية، حيث يمكن أن تؤثر بشكل كبير على التوازن العالمي للطاقة ودرجة الحرارة بمرور الوقت
طبقات الغلاف الجوي
الغلاف الجوي”: هو الطبقة الخارجية الغازية للكواكب، وتم اكتشافه حول جميع الكواكب والعديد من الأقمار الصناعية، ويتميز بالكثافة المختلفة، حيث يتحول تدريجيا إلى طبقات سائلة تحتوي على الجزء الأكبر من كتلة الكوكب، ويختلف التركيب من غلاف جوي يتكون أساسا من الهيدروجين والهيليوم لعمالقة الغاز إلى تلك الموجودة حول الكواكب والأقمار الصناعية الأرضية وتحتوي على نسب عالية من النيتروجين وثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت، وتعتبر الملوثات العضوية السبب الرئيسي في تلوث الغلاف الجوي، ولكن هناك أيضا العديد من ملوثات الغلاف الجوي الأخرى، مثل انبعاثات السيارات والمصانع، ويؤدي تلوث الغلاف الجوي إلى تغيرات سلبية في المناخ، وفيما يلي الطبقات الأساسية للغلاف الجوي:
Thermosphere
ترتفع درجة الحرارة مع الارتفاع بسبب التدفق الشمسي القوي للأشعة فوق البنفسجية، والذي يشمل الغلاف الخارجي وجزءًا من الأيونوسفير، وترتفع درجة الحرارة على سطح الأرض إلى 1000 درجة مئوية عند ارتفاع يصل إلى 500 كم، وتزداد درجة الحرارة فوق هذا المستوى
إكزوسفير
الطبقة الخارجية من طبقات الغلاف الجوي للأرض، وهي تتراوح في الارتفاع بين 640 كم وحوالي 1280 كم، وتسمى الحد السفلي للغلاف الخارجي المستوى الحرج للهروب، حيث يكون الضغط الجوي منخفضا جدا وتتباعد ذرات الغاز على نطاق واسع جدا، وتكون الاصطدامات نادرة وتكون درجة الحرارة منخفضة جدا
Exobase
الارتفاع الذي يبلغ 500 كيلومتر فوق سطح الأرض هو الحد الأدنى للغلاف الجوي، وعند هذا الارتفاع، يكون مقطع الاصطدام والكثافة المتكاملة لعدد الغلاف الجوي مكافئا لمتوسط طول مسار حر واحد
الأيونوسفير
يبدأ الطبق الجوي العلوي من ارتفاع حوالي 75 كم ويمتد لمئات الكيلومترات، ويحتوي على العديد من الأيونات الناتجة عن تدفق الشمس والبلازما من الإلكتروناتالحرة.
Mesospause
الطبقة الانتقالية بين الأيونوسفير والغلاف الجوي.
Mesosphere
تتميز منطقة الحرارة المتساوية عمومًا بدرجات حرارة تتناقص بسرعة مع الارتفاع عن سطح الأرض، وتمتد من 17 إلى 80 كيلومترًا فوق السطح.
ستراتوبوز
تمثل الطبقة الانتقالية بين طبقة الميزوسفير والستراتوسفير أعلى درجة حرارة.
الستراتوسفير
يتميز طبقة الستراتوسفير في الجزء العلوي من الغلاف الجوي بارتفاع طفيف في درجات الحرارة مع الارتفاع، وغياب السحب، وتمتد هذه الطبقة من 17 إلى 50 كم فوق سطح الأرض. تقع طبقة الأوزون على الأرض في هذه الطبقة، وتمتص الكثير من الطاقة الشمسية فوق البنفسجية، وهي من أهمية كبيرة للغلاف الجوي. ويتم العثور على أعلى السحب في الجزء السفلي من الستراتوسفير
تروبوبوز
الطبقة المتوسطة التي تفصل بين طبقة التروبوسفير والستراتوسفير، حيث يتغير هيكل درجة الحرارة بشكل ضئيل أو غير ملحوظ مع زيادة الارتفاع (أي درجة حرارة أقل)
تروبوسفير
التروبوسفير هي الطبقة الأدنى في الغلاف الجوي للأرض، وتمتد من سطح الأرض إلى ارتفاع حوالي 17 كيلومترا. وتتكون الطقس والغيوم في هذه الطبقة من العناصر النادرة للغازات القابلة للتكثف، وتنخفض درجة الحرارة بشكل عام مع زيادة الارتفاع. كما أن خصائص طبقات الغلاف الجوي السبعة مختلفة إلى حد ما