خصائص طبقات الغلاف الجوي السبعة

طبقات الغلاف الجوي.

أهمية الغلاف الجوي

يمكن تقسيم الغلاف الجوي إلى طبقات بناء على درجة حرارته، وتشمل هذه الطبقات التروبوسفير والستراتوسفير والميزوسفير والغلاف الحراري. توجد منطقة أخرى تبدأ عند حوالي 500 كيلومتر فوق سطح الأرض وتسمى الغلاف الخارجي. يوضح الخط الأحمر في الشكل كيفية تغير درجة الحرارة مع الارتفاع. عموما، ينخفض ضغط الهواء وكثافته مع الارتفاع في الغلاف الجوي، ومع ذلك، تتغير درجة الحرارة بشكل أكثر تعقيدا مع الارتفاع. قد تظل نسبيا ثابتة أو تزداد حتى في بعض المناطق، وذلك بسبب النمط العام لتغير درجة الحرارة بالنسبة للارتفاع. يوفر سلوك درجة الحرارة مقياسا مفيدا للتمييز بين طبقات الغلاف الجوي، ويعتبر الغلاف الجوي واقيا للأرض من النيازك.

تنقسم الغلاف الجوي للأرض إلى خمس طبقات رئيسية، وباستثناء الغلاف الخارجي، يتكون الغلاف الجوي من أربع طبقات أولية وهي: التروبوسفير والستراتوسفير والميزوسفير والغلاف الحراري. ومن الأعلى إلى الأدنى، تتكون الطبقات الخمس الرئيسية من:

• الغلاف الخارجي: 700 إلى 10000 كيلومتر (440 إلى 6200 ميل)
• الغلاف الجوي: 80 إلى 700 كم (50 إلى 440 ميلاً)
• الميزوسفير: من 50 إلى 80 كم (31 إلى 50 ميلاً)
• الستراتوسفير: يتراوح بين 12 و 50 كم (7-31 ميلاً)
• تروبوسفير: من 0 إلى 12 كم (من 0 إلى 7 أميال)

طبقات الغلاف الجوي بالترتيب وخصائصها

التروبوسفير

عند البحث عن الغلاف الجوي وطبقاته، نجد أن أول طبقات الغلاف الجوي هي الطبقة السفلى التي نعيش فيها. تحتوي هذه الطبقة على معظم ظواهر الطقس مثل السحب والأمطار والثلوج. في هذه الطبقة، يزداد برودة الجو مع ارتفاع المسافة عن سطح الأرض بمعدل تقريبي 6.5 درجة مئوية لكل كيلومتر. يختلف التغير الفعلي في درجة الحرارة بين الأيام وفقالظروف الجوية. تحتوي طبقة التروبوسفير على حوالي 75٪ من إجمالي الهواء الموجود في الغلاف الجوي، بالإضافة إلى معظم بخار الماء الذي يشكل السحب والأمطار. يعود انخفاض درجة الحرارة مع الارتفاع إلى انخفاض الضغط الجوي. عندما يتحرك الهواء للأعلى، يتمدد نتيجة الضغط المنخفض، وعندما يتمدد الهواء، يبرد. وبالتالي، يكون الهواء في الأعلى أبرد من الهواء في الأسفل.

يطلق على الجزء السفلي من طبقة التروبوسفير اسم الطبقة الحدودية، وهي المنطقة التي يتم فيها تحديد حركة الهواء بناء على خصائص سطح الأرض. تحدث اضطرابات عندما تهب الرياح على سطح الأرض ويتم تسخين الأرض بواسطة أشعة الشمس، وتؤدي هذه الاضطرابات إلى إعادة توزيع الحرارة والرطوبة داخل الطبقة الحدودية، بالإضافة إلى الملوثات وعناصر الغلاف الجوي الأخرى. يطلق على الجزء العلوي من طبقة التروبوسفير اسم التروبوبوز، وهو المنطقة الأدنى عند القطبين ويقع على ارتفاع يتراوح بين 7-10 كيلومترات فوق سطح الأرض. يكون الارتفاع الأعلى لهذه المنطقة (حوالي 17-18 كم) بالقرب من خط الاستواء.

الستراتوسفير

تمتد هذه الصعودة من طبقة التروبوبوز إلى نحو 50 كم، وتحتوي على كمية كبيرة من الأوزون في الغلاف الجوي. تحدث زيادة في درجة الحرارة مع الارتفاع بسبب امتصاص الأوزون هذا الأشعة فوق البنفسجية من الشمس. درجات الحرارة في التراتوسفير أعلى فوق القطب الصيفي وأقل فوق القطب الشتوي. يحمينا الأوزون الموجود في التراتوسفير من سرطان الجلد والأضرار الصحية الأخرى من خلال امتصاص الأشعة فوق البنفسجية الضارة.

المركبات الكيميائية المعروفة بمركبات الكربون الكلورية الفلورية أو الفريونات والهالونات، كانت تستخدم في السابق في الثلاجات وعلب الرش وطفايات الحريق، وأدت إلى تقليل كمية الأوزون في الستراتوسفير، خاصة في مناطق العروض القطبية، مما أدى إلى حدوث ما يسمى “ثقب الأوزون في القطب الجنوبي.” والآن، توقف البشر عن إنتاج معظم المركبات الكربون الكلورية الفلورية الضارة، ومن المتوقع أن يتعافى ثقب الأوزون في نهاية المطاف خلال القرن الحادي والعشرين، ولكن هذه العملية بطيئة.

الميزوسفير

تسمى المنطقة التي تقع فوق الستراتوسفير بالميزوسفير، حيث تنخفض درجة الحرارة مرة أخرى مع الارتفاع حتى تصل إلى -90 درجة مئوية على الأقل عند “سن اليأس.

الغلاف الجوي والأيونوسفير

يقع الغلاف الحراري فوق منطقة الميزوبوز، وهي منطقة ترتفع فيها درجات الحرارة مرة أخرى مع الارتفاع. هذه الزيادة في درجة الحرارة ناتجة عن استيعاب الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية النشطة من الشمس، ويسبب الغلاف الجوي الذي يتجاوز 80 كم أيضا “الأيونوسفير”، لأن الإشعاع الشمسي النشط يقطع الإلكترونات عن الجزيئات والذرات ويحولها إلى “أيونات” مشحونة إيجابا. تختلف درجة حرارة الغلاف الحراري بين الليل والنهار وبين الفصول، وتختلف أيضا أعداد الأيونات والإلكترونات الموجودة. يعكس الغلاف المتأين موجات الراديو ويمتصها، وهذا يسمح لنا بتلقي البث الإذاعي على الموجات القصيرة في نيوزيلندا من أجزاء أخرى من العالم.

الحراري

الغلاف الحراري هو الطبقة الأكثر كثافة في الغلاف الجوي، ويتم العثور على الغازات الأخف هناك، ويتكون في الغالب من الأكسجين والهيليوم والهيدروجين. يمتد الغلاف الحراري من الميزوبوز في الحد الأعلى للميزوسفير ويصل إلى 690 كيلومترا (429 ميلا) فوق سطح الأرض. تمتص جزيئات الغاز الرقيقة الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية في هذا الغلاف في عملية تؤدي إلى زيادة سرعة الجزيئات ودرجات حرارة عالية. يمكن لدرجات الحرارة في الغلاف الحراري أن تصل إلى 1500 درجة مئوية (2732 درجة فهرنهايت، أو 1773 كلفن)، وعلى الرغم من أنها مرتفعة جدا، إلا أن الحرارة في ذلك الغلاف ليست كثيرة.

إكزوسفير

يُطلق على المنطقة التي يزيد ارتفاعها عن 500 كيلومتر الغلاف الخارجي، وتحتوي بشكل أساسي على ذرات الأكسجين والهيدروجين، ولكن بكميات قليلة جدًا، بحيث نادرًا ما يحدث تصادم بينها. فهي تتبع مسارات “باليستية” تحت تأثير الجاذبية، وبعضها يهرب مباشرة إلى الفضاء.

الغلاف المغناطيسي

بعد أن يتم تعريف الغلاف الجوي بجميع طبقاته لابد أن نتعرف على الغلاف المغناطيسي، حيث تتصرف الأرض كمغناطيس ضخم تحبس الإلكترونات (الشحنة السالبة) والبروتونات (الموجبة) ، وتركزها في نطاقين على ارتفاع 3000 و 16000 كيلومتر فوق الكرة الأرضية، أحزمة Van Allen “الإشعاعية”، تسمى هذه المنطقة الخارجية المحيطة بالأرض ، حيث تدور الجسيمات المشحونة على طول خطوط المجال المغناطيسي بالغلاف الجوي.