أسباب تغير درجات الحرارة في طبقات الغلاف الجوي

ما سبب تغير درجات الحرارة في طبقات الغلاف الجوي المختلفة

الغلاف الجوي يتكون من عدة طبقات كل طبقة منها لها درجة حرارة مختلفة وفي بعض الطبقات ترتفع درجة الحرارة وتنخفض في طبقات أخرى مع الارتفاع وكل طبقة منهم تمتاز بأشياء مختلفة فالطقس مثلًا يتواجد في الطبقة السفلية من الغلاف الجوي أما الشفق القطبي فيتواجد في أعلى الغلاف الجوي ويرجع الإختلاف في درجات الحرارة الموجودة في طبقات الغلاف الجوي إلى عدة أسباب منها :

• إنخفاض الكثافة .
• إنخفاض ضغط الهواء .
• إنخفاض وارتفاع ضغط الحرارة .(تدرجها )

حيث يحدث ارتفاع للهواء الدافئ لأعلى بسبب قدرة جزيئات الغاز على الحركة بحرية عند عدم احتوائها، وتحتل مساحات أكبر أو أصغر وتزيد قوتها وحركتها كلما انخفض ضغط الهواء، وتزيد أيضا كثافته. أما الهواء البارد، فجزيئاته لا تشغل مساحات كبيرة وتتحرك ببطء، وهنا يوجد نفس عدد الجزيئات في مساحة أصغر مع وجود ضغط هواء أعلى وكثافة هواء أعلى أيضا .

ومن المظاهر التي تحدث في طبقات الغلاف الجوي المختلفة خاصية الحمل الحراري حيث يرتفع الهواء الدافئ وينخفض الهواء الأكثر برودة وذلك بسبب كثافته الأكثر من الهواء الموجود تحته ويتغير في هذه الطبقات درجة الحرارة الخاصة بالهواء تتغير بصورة غير منتظمة وبصورة معاكسة للضغط والكثافة .

درجة الحرارة تتغير تدريجيا مع المسافة وتسمى هذه الخاصية “تدرج درجة الحرارة.” تعود اختلافات درجات الحرارة في الطبقات المختلفة إلى مصدر الحرارة الموجود في كل طبقة. ينقسم الغلاف الجوي إلى طبقات بناء على تغير درجات الحرارة فيه، حيث يزداد في بعض الطبقات مع الارتفاع وينخفض في طبقات أخرى .

مصادر الحرارة في طبقات الغلاف الجوي

تتميز كل طبقة من الغلاف الجوي بخصائص مميزة ترجع إلى درجات الحرارة والضغط والكثافة وغيرها، وتختلف درجات الحرارة الموجودة في هذه الطبقات بناءً على مصدر الطاقة الموجود فيها وعدد الجزيئات التي تحملها وغيرها من العوامل، ومن بين هذه المصادر:

طبقة التروبوسفير

كلما اقتربنا من سطح الأرض ، زادت درجات الحرارة وكلما ارتفعنا عن سطح الأرض ، انخفضت درجات الحرارة. وفي هذه الطبقة ، يتم تدرج درجة الحرارة بمقدار 6.5 درجة مئوية لكل 1000 متر أو 3.6 درجة فهرنهايت لكل 1000 قدم من الارتفاع. ويعود مصدر الحرارة في هذه الطبقة إلى سطح الأرض نفسه ، حيث يتم امتصاص ضوء الشمس من خلال الصخور أو الماء أو التربة الموجودة على الأرض.

تعود درجة الحرارة العالية في الغلاف الجوي إلى زيادة الغازات وتأثير الجاذبية العالية أيضا، وترتفع درجة الحرارة بالقرب من السطح. وتعود أسباب انخفاض درجة الحرارة في المناطق الجبلية أيضا إلى ارتفاعها عن سطح الأرض، وتعتبر طبقة التروبوسفير الهواء الأكثر دفئا على الرغم من عدم استقرارها في حالات الهواء الدافئ والبارد.

حيث يختلط كلاهما كثيرًا فينتج عن هذا الخلط  الأختلاف في درجة الحرارة نتيجة لإختلاف المكان والزمان صعودًا وهبوطًا وكذلك يحدث انعكاس في درجة الحرارة حيث ترتفع درجة الحرارة مع الارتفاع ويبقى الهواء الدافئ فوق الهواء البارد وهو ما يسمى بالإنقلابات التي قد يحدث أن تستمر لعدة أسابيع .

طبقة الستراتوسفير

هذه الطبقة تقع فوق التروبوسفير، وعندما تصل الرماد والغازات إليها قد تنفجر بسبب ثورة بركانية، مما يجعلها تتعلق في هذه الطبقة دون اختلاط لعدة سنوات. ويعد الجزء السفلي من هذه الطبقة مكانًا مفضلًا للطيارين بسبب قلة الاضطرابات الجوية فيه .

تزداد درجة الحرارة في هذه الطبقة مع الارتفاع نتيجة للشمس، وهي المصدر المباشر للحرارة في هذه الطبقة. يعتبر الهواء في هذه الطبقة مستقرا وأكثر دفئا، وأقل كثافة في الأعلى، وأكثر برودة وكثافة في الأسفل. قد يحدث اختلاط طفيف للهواء داخل الطبقة. ومن مميزات هذه الطبقة وجود طبقة الأوزون، التي تتواجد على ارتفاع يتراوح بين 15 إلى 30 كيلومترا، أي من 9 إلى 19 ميلا. إنها طبقة مهمة جدا لأنها تمتص معظم أشعة الشمس الضارة .

طبقة الأوزون هي التي تحمي الحياة على الأرض من الأشعة فوق البنفسجية العالية الطاقة التي يمكنها تدمير الحمض النووي والتي يمكن أن تؤدي إلى موت الخلايا مثل حروق الشمس السيئة. هناك العديد من الكائنات الحية التي لا تستطيع التعامل مع هذه الأشعة، ويمكن أن يؤدي ذلك إلى تلفها أو حتى موتها. لذلك، إذا لم تكن هناك طبقة الأوزون، فلن تستمر الحياة كثيرا على كوكب الأرض. وسمك طبقة الأوزون يختلف حسب خط العرض والموسم، ويعتبر ذلك من أهمية الغلاف الجوي لمحيطنا .

طبقة الميزوسفير

تنخفض درجة الحرارة في هذه الطبقة كلما زاد ارتفاعها، وذلك بسبب وجود عدد قليل من جزيئات الغاز التي تمتص الشمس. تعتبر هذه الطبقة شديدة البرودة خاصة في القمة حيث تصل درجة الحرارة إلى حوالي -90 درجة مئوية أو -130 درجة فهرنهايت، وكثافة الهواء والضغط فيها منخفضة جدا. يتواجد معظم الغلاف الجوي في الأسفل، ومن المشاكل التي يمكن أن يتعرض لها الأشخاص في هذه الطبقة هي

• تتعرض الأشخاص لحروق شديدة ناتجة عن الأشعة فوق البنفسجية .
• بالإضافة إلى أن هذه الطبقة تكون منعدم الأكسجين تقريبًا، ولا يمكن لأي شخص التنفس فيها .
• تقوم هذه الطبقة بجعل دم الإنسان المسافر بها يغلي في درجة حرارة الجسم الطبيعية عندما لا يتم حمايته بشكل صحيح، وذلك بسبب الضغط المنخفض جدًا .
• من الأمور المميزة لهذه الطبقة هو احتراق النيازك أو الشهب بها، على الرغم من أن الغاز في هذه الطبقة رقيق جدًا

طبقة الثيرموسفير

توجد هذه الطبقة تقريبا بين 53 ميلا (85 كم) و 375 ميلا (600 كم)، وتعرف بالغلاف الجوي العلوي أو الحراري. تكون الغازات في هذه الطبقة رقيقة جدا، ولكنها تصبح أكثر كثافة مع انخفاض الارتفاع عن الأرض. يعتبر مصدر الحرارة في طبقة الثيرموسفير الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السنية التي تمتصها الجزيئات الموجودة في هذه الطبقة .

الطبقة الجوية هي السبب وراء ارتفاع درجة الحرارة، وكلما ارتفعنا إلى أعلى كلما زادت درجة الحرارة، إذ تقدر درجة الحرارة في الجزء السفلي من الطبقة بحوالي -184 درجة فهرنهايت أو -120 درجة مئوية، ثم ترتفع تدريجياً إلى 3600 درجة فهرنهايت أو 2000 درجة مئوية كلما اقتربنا من القمة .

وقد يبدو لك أن درجات الحرارة الموجودة هنا مرتفعة إلا أنها سوف تجعلك تشعر بالبرد الشديد جدًا وذلك بسبب الغلاف الرقيق ولأن درجات الحرارة هذه تعني كمية الطاقة التي تقوم الجزيئات بإمتصاصها ولكنها تتواجد بصورة قليلة في الطبقة وهو ما يعني أن أجمالي عدد هذه الجزيئات غير كافي بالمرة لتسخين بشرتنا .

طبقة الإكزوسفير أو الأكسوسفير

تعتبر الطبقة الخارجية من الغلاف الجوي، التي يمتد ارتفاعها من قمة الغلاف وحتى 6200 ميل أو 10000 كم فوق سطح الأرض، واحدة من الطبقات التي يحدث بها انقطاع حراري عند مسافة تقرب من 375 ميل أو 600 كم فوق سطح الأرض. في هذه الطبقة، تنطلق الذرات والجزيئات نحو الفضاء، وتعتبر هذه الطبقة الطبقة التي تدور بها الأقمار الصناعية حول الأرض .