هيكل الغلاف الجوي للأرض
الغلاف الجوي هو الغلاف الغازي للأرض بما يحتويه من جزيئات الهباء الجوي، التي تتحرك مع الأرض في الفضاء ككل واحد وتشارك في نفس الوقت في دوران الأرض. معظم حياتنا تجري في الجزء السفلي من الغلاف الجوي.
تقريبا كل كواكبنا لها أجواءها الخاصة. النظام الشمسيلكن الغلاف الجوي للأرض وحده هو القادر على دعم الحياة.
عندما تشكل كوكبنا قبل 4.5 مليار سنة، كان على ما يبدو خاليا من الغلاف الجوي. يتكون الغلاف الجوي نتيجة للانبعاثات البركانية لبخار الماء الممزوج بثاني أكسيد الكربون والنيتروجين وغيرها المواد الكيميائيةمن أعماق الكوكب الشاب. لكن الغلاف الجوي يمكن أن يحتوي على كمية محدودة من الرطوبة، لذا فإن فائضها نتيجة التكثيف أدى إلى نشوء المحيطات. ولكن بعد ذلك كان الجو خاليا من الأكسجين. بدأت الكائنات الحية الأولى التي نشأت وتطورت في المحيط، نتيجة تفاعل التمثيل الضوئي (H 2 O + CO 2 = CH 2 O + O 2)، في إطلاق أجزاء صغيرة من الأكسجين، الذي بدأ في دخول الغلاف الجوي.
أدى تكوين الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض إلى تكوين طبقة الأوزون على ارتفاعات تتراوح بين 8 – 30 كم تقريباً. وهكذا اكتسب كوكبنا الحماية من الآثار الضارة لدراسة الأشعة فوق البنفسجية. كان هذا الظرف بمثابة قوة دافعة لمزيد من التطور لأشكال الحياة على الأرض، لأنه ونتيجة لزيادة عملية التمثيل الضوئي، بدأت كمية الأكسجين في الغلاف الجوي في النمو بسرعة، مما ساهم في تكوين وصيانة أشكال الحياة، بما في ذلك على الأرض.
يتكون غلافنا الجوي اليوم من 78.1% نيتروجين، و21% أكسجين، و0.9% أرجون، و0.04% ثاني أكسيد الكربون. الأجزاء الصغيرة جدًا مقارنة بالغازات الرئيسية هي النيون والهيليوم والميثان والكريبتون.
تتأثر جزيئات الغاز الموجودة في الغلاف الجوي بقوة الجاذبية الأرضية. وبما أن الهواء قابل للانضغاط، فإن كثافته تتناقص تدريجيا مع الارتفاع، ويمر إلى الفضاء الخارجي دون حدود واضحة. ويتركز نصف إجمالي كتلة الغلاف الجوي للأرض في الـ 5 كيلومترات السفلية، وثلاثة أرباعها في الـ 10 كيلومترات السفلية، وتسعة أعشار في الـ 20 كيلومترًا السفلية. يتركز 99% من كتلة الغلاف الجوي للأرض تحت ارتفاع 30 كيلومترا، وهو ما يمثل 0.5% فقط من نصف القطر الاستوائي لكوكبنا.
عند مستوى سطح البحر يبلغ عدد الذرات والجزيئات في السنتيمتر المكعب الواحد من الهواء حوالي 2*1019، وعلى ارتفاع 600 كم فقط 2*107. عند مستوى سطح البحر، تتحرك الذرة أو الجزيء مسافة 7*10 -6 سم تقريبًا قبل أن تصطدم بجسيم آخر. على ارتفاع 600 كم تبلغ هذه المسافة حوالي 10 كم. وعلى مستوى سطح البحر، تحدث مثل هذه الاصطدامات بمعدل 7 * 10 9 كل ثانية، على ارتفاع 600 كيلومتر - حوالي واحد فقط في الدقيقة!
لكن الضغط لا يتغير فقط مع الارتفاع. تتغير درجة الحرارة أيضًا. لذلك، على سبيل المثال، عند القدم جبل عالييمكن أن يكون الجو حارا جدا، في حين أن الجزء العلوي من الجبل مغطى بالثلوج ودرجة الحرارة هناك في نفس الوقت أقل من الصفر. وإذا ركبت طائرة على ارتفاع حوالي 10-11 كم، يمكنك سماع رسالة مفادها أن درجة الحرارة في الخارج -50 درجة، بينما على سطح الأرض تكون أكثر دفئًا بمقدار 60-70 درجة...
في البداية، افترض العلماء أن درجة الحرارة تنخفض مع الارتفاع حتى تصل إلى الصفر المطلق (-273.16 درجة مئوية). ولكن هذا ليس صحيحا.
يتكون الغلاف الجوي للأرض من أربع طبقات: التروبوسفير، الستراتوسفير، الميزوسفير، الأيونوسفير (الغلاف الحراري). تم اعتماد هذا التقسيم إلى طبقات أيضًا بناءً على البيانات المتعلقة بتغيرات درجات الحرارة مع الارتفاع. الطبقة السفلية، حيث تنخفض درجة حرارة الهواء مع الارتفاع، تسمى التروبوسفير. الطبقة فوق التروبوسفير، حيث يتوقف انخفاض درجة الحرارة، يتم استبدالها بالأيسوثرم، وأخيرا تبدأ درجة الحرارة في الارتفاع، وتسمى الستراتوسفير. الطبقة فوق الستراتوسفير التي تنخفض فيها درجة الحرارة بسرعة مرة أخرى هي طبقة الميزوسفير. وأخيرًا، الطبقة التي تبدأ فيها درجة الحرارة بالارتفاع مرة أخرى كانت تسمى الأيونوسفير أو الغلاف الحراري.
وتمتد طبقة التروبوسفير في المتوسط إلى أقل من 12 كيلومترًا. هذا هو المكان الذي يتشكل فيه الطقس لدينا. أعلى السحب (السمحاق) تتشكل في الغالب الطبقات العلياالتروبوسفير. تنخفض درجة الحرارة في طبقة التروبوسفير بشكل ثابت مع الارتفاع، أي. يحدث التغير في درجة الحرارة بسبب انخفاض الضغط مع الارتفاع. يتم تحديد ملف درجة حرارة التروبوسفير إلى حد كبير من خلال كمية المياه التي تصل إلى سطح الأرض. اشعاع شمسي. نتيجة لتسخين سطح الأرض بواسطة الشمس، تتشكل تدفقات الحمل الحراري والمضطرب، الموجهة نحو الأعلى، والتي تشكل الطقس. ومن الجدير بالذكر أن تأثير السطح الأساسي على الطبقات السفلى من طبقة التروبوسفير يمتد إلى ارتفاع حوالي 1.5 كم. بالطبع باستثناء المناطق الجبلية.
الحد العلوي لطبقة التروبوسفير هو التروبوبوز - وهي طبقة متساوية الحرارة. يتذكر مظهر مميزالسحب الرعدية التي يكون قمتها عبارة عن "انفجار" من السحب الرقيقة تسمى "السندان". هذا "السندان" "ينتشر" فقط تحت طبقة التروبوبوز، لأنه بسبب الأيسوثرم، تضعف تيارات الهواء الصاعدة بشكل كبير، وتتوقف السحابة عن التطور عموديًا. لكن في حالات خاصة ونادرة، يمكن أن تغزو قمم السحب الركامية الطبقات السفلية من الستراتوسفير، مما يؤدي إلى كسر طبقة التروبوبوز.
يعتمد ارتفاع التروبوبوز على خط العرض الجغرافي. وبذلك فهي تقع عند خط الاستواء على ارتفاع حوالي 16 كيلومتراً، ودرجة حرارتها حوالي -80 درجة مئوية. في القطبين، يقع التروبوبوز في مستوى منخفض، على ارتفاع حوالي 8 كم. تصل درجة الحرارة هنا في الصيف إلى -40 درجة مئوية، وفي الشتاء إلى -60 درجة مئوية. وهكذا، على الرغم من أكثر درجات حرارة عاليةبالقرب من سطح الأرض، يكون التروبوبوز الاستوائي أكثر برودة بكثير منه في القطبين.
على سطح الأرض، يتعامل علم الأرصاد الجوية مع التغيرات طويلة المدى، ويتعامل علم المناخ مع التغيرات طويلة المدى.
ويبلغ سمك الغلاف الجوي 1500 كم من سطح الأرض. الكتلة الإجمالية للهواء، أي خليط الغازات التي يتكون منها الغلاف الجوي، هي 5.1-5.3 * 10^15 طن. الكتلة الجزيئية للهواء الجاف النظيف هي 29. الضغط عند 0 درجة مئوية عند مستوى سطح البحر هو 101325. باسكال، أو 760 ملم. غ. فن.؛ درجة الحرارة الحرجة - 140.7 درجة مئوية؛ الضغط الحرج 3.7 ميجا باسكال. ذوبان الهواء في الماء عند 0 درجة مئوية هو 0.036%، عند 25 درجة مئوية - 0.22%.
يتم تحديد الحالة المادية للغلاف الجوي. المعلمات الأساسية للغلاف الجوي: كثافة الهواء والضغط ودرجة الحرارة والتكوين. ومع زيادة الارتفاع، تقل كثافة الهواء. تتغير درجة الحرارة أيضًا مع تغيرات الارتفاع. يتميز العمودي باختلاف درجات الحرارة والخصائص الكهربائية وظروف الهواء المختلفة. اعتمادًا على درجة حرارة الغلاف الجوي، يتم تمييز الطبقات الرئيسية التالية: التروبوسفير، الستراتوسفير، الميزوسفير، الغلاف الحراري، الغلاف الخارجي (المجال المتناثر). تسمى المناطق الانتقالية في الغلاف الجوي بين الأصداف المتجاورة التروبوبوز، والستراتوبوز، وما إلى ذلك، على التوالي.
التروبوسفير- الارتفاع الأدنى والرئيسي والأكثر دراسة في المناطق القطبية هو 8-10 كم، حتى 10-12 كم، عند خط الاستواء - 16-18 كم. تحتوي طبقة التروبوسفير على ما يقرب من 80-90% من إجمالي كتلة الغلاف الجوي وكل بخار الماء تقريبًا. عند الارتفاع كل 100 متر، تنخفض درجة الحرارة في طبقة التروبوسفير بمعدل 0.65 درجة مئوية وتصل إلى -53 درجة مئوية في الجزء العلوي. تسمى هذه الطبقة العليا من التروبوسفير بالتروبوبوز. يتم تطوير الاضطراب والحمل الحراري بشكل كبير في طبقة التروبوسفير، ويتركز الجزء السائد، وتظهر السحب وتتطور.
الستراتوسفير- طبقة من الغلاف الجوي تقع على ارتفاع 11-50 كم. تتميز بتغير طفيف في درجة الحرارة في الطبقة 11-25 كم (الطبقة السفلى من الستراتوسفير) وزيادة في الطبقة 25-40 كم من -56.5 إلى 0.8 درجة مئوية (الطبقة العليا من الستراتوسفير أو منطقة الانعكاس). بعد أن وصلت إلى قيمة 273 كلفن (0 درجة مئوية) على ارتفاع حوالي 40 كم، تظل درجة الحرارة ثابتة حتى ارتفاع 55 كم. وتسمى هذه المنطقة ذات درجة الحرارة الثابتة الستراتوبوز وهي الحد الفاصل بين الستراتوسفير والميزوسفير.
تقع الطبقة في طبقة الستراتوسفير الغلاف الأوزون (« طبقة الأوزون"، على ارتفاع 15-20 إلى 55-60 كم)، وهو ما يحدد الحد الأعلى للحياة فيها. يعد الأوزون أحد العناصر المهمة في طبقة الستراتوسفير والميزوسفير، والذي يتشكل نتيجة للصورة التفاعلات الكيميائيةالأكثر كثافة على ارتفاع 30 كم. ستكون الكتلة الإجمالية للأوزون في الضغط الطبيعيطبقة بسمك 1.7-4 مم، لكن هذا يكفي لامتصاص الأشعة فوق البنفسجية المدمرة للحياة. يحدث تدمير الأوزون عندما يتفاعل مع الجذور الحرة وأكسيد النيتروجين والمركبات المحتوية على الهالوجين (بما في ذلك "الفريونات"). الأوزون - تباين الأكسجين، يتشكل نتيجة للتفاعل الكيميائي التالي، عادة بعد المطر، عندما يرتفع المركب الناتج إلى الطبقات العليا من التروبوسفير؛ الأوزون له رائحة محددة.
في طبقة الستراتوسفير، يتم الاحتفاظ بمعظم الجزء القصير الموجة من الأشعة فوق البنفسجية (180-200 نانومتر) وتتحول طاقة الموجات القصيرة. تحت تأثير هذه الأشعة تتغير المجالات المغناطيسيةوتتفكك الجزيئات ويحدث التأين وتكوين غازات جديدة وغيرها مركبات كيميائية. ويمكن ملاحظة هذه العمليات في النموذج الاضواء الشماليةوالبرق وغيرها من التوهجات. لا يوجد بخار ماء تقريبًا في طبقة الستراتوسفير.
الميزوسفيريبدأ على ارتفاع 50 كم ويمتد إلى 80-90 كم. على ارتفاع 75-85 كم تنخفض إلى -88 درجة مئوية. الحد الأعلى للميزوسفير هو الميزوبوز.
الغلاف الحراري(اسم آخر هو الأيونوسفير) - طبقة الغلاف الجوي التي تتبع الميزوسفير - تبدأ على ارتفاع 80-90 كم وتمتد حتى 800 كم. ترتفع درجة حرارة الهواء في الغلاف الحراري بسرعة وبشكل مطرد وتصل إلى عدة مئات بل وآلاف الدرجات.
اكسوسفير- منطقة التشتت، الجزء الخارجيالغلاف الحراري، وتقع فوق 800 كم. الغاز الموجود في الغلاف الخارجي مخلخل للغاية، ومن هنا تتسرب جزيئاته إلى الفضاء بين الكواكب (التبديد).
حتى ارتفاع 100 كيلومتر، يكون الغلاف الجوي عبارة عن خليط متجانس (أحادي الطور) وممزوج جيدًا من الغازات. في الطبقات العليا، يعتمد توزيع الغازات حسب الارتفاع على أوزانها الجزيئية؛ ويتناقص تركيز الغازات الأثقل بشكل أسرع مع المسافة من سطح الأرض. بسبب انخفاض كثافة الغاز، تنخفض درجة الحرارة من 0 درجة مئوية في طبقة الستراتوسفير إلى -110 درجة مئوية في طبقة الميزوسفير. ومع ذلك، فإن الطاقة الحركية للجزيئات الفردية على ارتفاعات 200-250 كم تتوافق مع درجة حرارة حوالي 1500 درجة مئوية. فوق 200 كم، لوحظت تقلبات كبيرة في درجة الحرارة وكثافة الغاز في الزمان والمكان.
على ارتفاع حوالي 2000-3000 كم، يتحول الغلاف الخارجي تدريجياً إلى ما يسمى بالفراغ القريب من الفضاء، وهو مليء بجزيئات شديدة التخلخل من الغاز بين الكواكب، وخاصة ذرات الهيدروجين. لكن هذا الغاز لا يمثل سوى جزء من المادة الموجودة بين الكواكب. ويتكون الجزء الآخر من جزيئات الغبار ذات الأصل المذنب والنيزكي. بالإضافة إلى هذه الجزيئات النادرة للغاية، يخترق هذا الفضاء الإشعاع الكهرومغناطيسي والجسيمي ذو الأصل الشمسي والمجري.
تمثل طبقة التروبوسفير حوالي 80٪ من كتلة الغلاف الجوي، والستراتوسفير - حوالي 20٪؛ كتلة الغلاف الجوي لا تزيد عن 0.3٪، والغلاف الحراري أقل من 0.05٪ من إجمالي كتلة الغلاف الجوي. بناءً على الخواص الكهربائية في الغلاف الجوي، يتم التمييز بين الغلاف النيوترونوسفير والأيونوسفير. ويعتقد حاليا أن الغلاف الجوي يمتد إلى ارتفاع 2000-3000 كم.
اعتمادا على تكوين الغاز في الغلاف الجوي، يتم تمييز الغلاف الجوي والغلاف الجوي. الغلاف الجوي المتغاير- هذه هي المنطقة التي تؤثر فيها الجاذبية على فصل الغازات، لأن اختلاطهم عند هذا الارتفاع غير مهم. وهذا يعني تكوين متغير للغلاف الجوي. يوجد أسفله جزء متجانس ومختلط جيدًا من الغلاف الجوي يسمى الغلاف الجوي. وتسمى الحدود بين هذه الطبقات بالتوقف التوربيني، وتقع على ارتفاع حوالي 120 كم.
الضغط الجوي هو الضغط الواقع على الأجسام الموجودة فيه وعلى سطح الأرض. المستوى الطبيعي هو 760 ملم زئبق. فن. (101,325 باسكال). ومع كل كيلومتر زيادة في الارتفاع، ينخفض الضغط بمقدار 100 ملم.
تكوين الغلاف الجوي
الغلاف الجوي للأرض، ويتكون بشكل رئيسي من الغازات والشوائب المختلفة (الغبار، قطرات الماء، بلورات الجليد، أملاح البحر، منتجات الاحتراق)، وكميتها ليست ثابتة. الغازات الرئيسية هي النيتروجين (78%) والأكسجين (21%) والأرجون (0.93%). يكون تركيز الغازات التي يتكون منها الغلاف الجوي ثابتًا تقريبًا، باستثناء ثاني أكسيد الكربون CO2 (0.03%).
ويحتوي الغلاف الجوي أيضًا على ثاني أكسيد الكبريت، والميثان، والنيتروجين، وأول أكسيد الكربون، والهيدروكربونات، وHC1، وHF، وبخار الزئبق، وI2، بالإضافة إلى أكسيد النيتروجين والعديد من الغازات الأخرى بكميات صغيرة. تحتوي طبقة التروبوسفير باستمرار على كمية كبيرة من الجزيئات الصلبة والسائلة العالقة (الهباء الجوي).
- الغلاف الجوي للكرة الأرضية، الذي يدور مع الأرض. يتم رسم الحدود العليا للغلاف الجوي بشكل تقليدي على ارتفاعات تتراوح بين 150 و 200 كم. الحد الأدنى هو سطح الأرض.
الهواء الجوي عبارة عن خليط من الغازات. معظم حجمه في الطبقة السطحية من الهواء يمثل النيتروجين (78٪) والأكسجين (21٪). بالإضافة إلى ذلك، يحتوي الهواء على غازات خاملة (الأرجون والهيليوم والنيون وغيرها)، وثاني أكسيد الكربون (0.03)، وبخار الماء وجزيئات صلبة مختلفة (الغبار، والسخام، وبلورات الملح).
الهواء عديم اللون، ولون السماء يفسر بخصائص تشتت موجات الضوء.
يتكون الغلاف الجوي من عدة طبقات: التروبوسفير، الستراتوسفير، الميزوسفير، والغلاف الحراري.
تسمى الطبقة الأرضية السفلية من الهواء التروبوسفير.عند خطوط العرض المختلفة قوتها ليست هي نفسها. يتبع التروبوسفير شكل الكوكب ويشارك مع الأرض فيه الدوران المحوري. وعند خط الاستواء يتراوح سمك الغلاف الجوي من 10 إلى 20 كيلومترا. وعند خط الاستواء يكون أكبر، وعند القطبين يكون أقل. تتميز طبقة التروبوسفير بأقصى كثافة للهواء حيث تتركز 4/5 من كتلة الغلاف الجوي بأكمله. يحدد التروبوسفير طقس: هنا مختلفة الكتل الهوائيةوتتشكل السحب والأمطار، وتحدث حركة هوائية أفقية وعمودية مكثفة.
يقع فوق طبقة التروبوسفير، على ارتفاع يصل إلى 50 كم الستراتوسفير.ويتميز بانخفاض كثافة الهواء ويفتقر إلى بخار الماء. في الجزء السفلي من طبقة الستراتوسفير على ارتفاعات حوالي 25 كم. هناك "شاشة الأوزون" - وهي طبقة من الغلاف الجوي ذات تركيز عالٍ من الأوزون، والتي تمتص الأشعة فوق البنفسجية القاتلة للكائنات الحية.
على ارتفاع 50 إلى 80-90 كم يمتد الميزوسفير.ومع زيادة الارتفاع، تنخفض درجة الحرارة بمتوسط انحدار عمودي (0.25-0.3) درجة/100 م، وتقل كثافة الهواء. عملية الطاقة الرئيسية هي نقل الحرارة بالإشعاع. ينجم التوهج الجوي عن عمليات كيميائية ضوئية معقدة تتضمن الجذور والجزيئات المثارة اهتزازيًا.
الغلاف الحراريتقع على ارتفاع 80-90 إلى 800 كم. كثافة الهواء هنا ضئيلة، ودرجة تأين الهواء عالية جدًا. تتغير درجات الحرارة تبعا لنشاط الشمس. بسبب كمية كبيرةيتم ملاحظة الجسيمات المشحونة والأضواء القطبية والعواصف المغناطيسية هنا.
الجو لديه قيمة عظيمةلطبيعة الأرض.وبدون الأكسجين لا تستطيع الكائنات الحية التنفس. تحمي طبقة الأوزون جميع الكائنات الحية من الأشعة فوق البنفسجية الضارة. يعمل الغلاف الجوي على تنعيم التقلبات في درجات الحرارة: لا يتعرض سطح الأرض للبرودة الفائقة أثناء الليل ولا ترتفع درجة حرارته أثناء النهار. في طبقات كثيفة الهواء الجويقبل أن تصل إلى سطح الكوكب، تحترق النيازك من الأشواك.
يتفاعل الغلاف الجوي مع جميع طبقات الأرض. وبمساعدتها، يتم تبادل الحرارة والرطوبة بين المحيط واليابسة. وبدون الغلاف الجوي لن يكون هناك غيوم ولا أمطار ولا رياح.
له تأثير سلبي كبير على الغلاف الجوي النشاط الاقتصاديشخص. يحدث تلوث الهواء في الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى زيادة تركيز أول أكسيد الكربون (CO 2). وهذا يساهم الاحتباس الحرارىالمناخ ويعزز ظاهرة الاحتباس الحراري. يتم تدمير طبقة الأوزون على الأرض بسبب النفايات الصناعية والنقل.
الجو يحتاج إلى الحماية. في الدول المتقدمةويجري تنفيذ مجموعة من التدابير لحماية الهواء الجوي من التلوث.
لا تزال لديك أسئلة؟ هل تريد معرفة المزيد عن الغلاف الجوي؟
للحصول على مساعدة من المعلم، قم بالتسجيل.
موقع الويب، عند نسخ المادة كليًا أو جزئيًا، يلزم وجود رابط للمصدر الأصلي.
يجب على كل شخص متعلم أن يعلم ليس فقط أن الكوكب محاط بغلاف جوي مكون من خليط من جميع أنواع الغازات، ولكن أيضا أن هناك طبقات مختلفة من الغلاف الجوي تقع على مسافات غير متساوية من سطح الأرض.
عند مراقبة السماء، لا نرى على الإطلاق تركيبها المعقد، أو تركيبها غير المتجانس، أو أشياء أخرى مخفية عن الأنظار. ولكن بفضل التركيبة المعقدة والمتعددة المكونات لطبقة الهواء، فإن الظروف الموجودة حول الكوكب هي التي سمحت بنشوء الحياة هنا، وازدهار النباتات، وظهور كل شيء كان هنا على الإطلاق.
يتم إعطاء المعرفة حول موضوع المحادثة للأشخاص الموجودين بالفعل في الصف السادس في المدرسة، لكن البعض لم يكمل دراسته بعد، وكان البعض هناك منذ فترة طويلة لدرجة أنهم نسوا كل شيء بالفعل. ومع ذلك، يجب على كل شخص متعلم أن يعرف مما يتكون العالم من حوله، وخاصة ذلك الجزء منه الذي تعتمد عليه إمكانية حياته الطبيعية بشكل مباشر.
ما اسم كل طبقة من طبقات الغلاف الجوي، وعلى أي ارتفاع تقع، وما الدور الذي تلعبه؟ سيتم مناقشة كل هذه القضايا أدناه.
هيكل الغلاف الجوي للأرض
عند النظر إلى السماء، خاصة عندما تكون صافية تمامًا، من الصعب جدًا حتى تخيل أن لديها مثل هذا الهيكل المعقد ومتعدد الطبقات، وأن درجة الحرارة هناك على ارتفاعات مختلفة مختلفة تمامًا، وأنها موجودة على ارتفاع أن أهم العمليات تتم لجميع النباتات والحيوانات الموجودة على الأرض.
إذا لم يكن الأمر كذلك لمثل هذا التركيب المعقد للغطاء الغازي للكوكب، فلن تكون هناك حياة هنا وحتى إمكانية أصلها.
المحاولات الأولى لدراسة هذا الجزء من العالم المحيط تم إجراؤها من قبل الإغريق القدماء، لكنهم لم يتمكنوا من الذهاب بعيدًا في استنتاجاتهم، لأنهم لم يكن لديهم ما يلزم القاعدة التقنية. لم يروا الحدود طبقات مختلفة، لم يتمكنوا من قياس درجة حرارتهم، ودراسة تكوين مكوناتهم، وما إلى ذلك.
في الغالب فقط احوال الطقسدفع العقول الأكثر تقدمًا إلى الاعتقاد بأن السماء المرئية ليست بسيطة كما تبدو.
ويعتقد أن هيكل الغلاف الغازي الحديث حول الأرض قد تشكل على ثلاث مراحل.في البداية كان هناك غلاف جوي بدائي مكون من الهيدروجين والهيليوم تم التقاطه من الفضاء الخارجي.
ثم ملأت الانفجارات البركانية الهواء بكتلة من الجزيئات الأخرى، ونشأ جو ثانوي. وبعد مرور جميع التفاعلات الكيميائية الأساسية وعمليات استرخاء الجسيمات، نشأ الوضع الحالي.
طبقات الغلاف الجوي بالترتيب من سطح الأرض وخصائصها
هيكل الغلاف الغازي للكوكب معقد ومتنوع للغاية. دعونا ننظر إليها بمزيد من التفصيل، والوصول تدريجيا إلى أعلى المستويات.
التروبوسفير
وبصرف النظر عن الطبقة الحدودية، فإن طبقة التروبوسفير هي الطبقة الأدنى من الغلاف الجوي. وتمتد إلى ارتفاع حوالي 8-10 كم فوق سطح الأرض في المناطق القطبية، و10-12 كم في مناخ معتدل، و في الأجزاء الاستوائية- 16-18 كيلومترا.
حقيقة مثيرة للاهتمام:قد تختلف هذه المسافة حسب الوقت من العام - فهي أقل قليلاً في الشتاء عنها في الصيف.
يحتوي هواء طبقة التروبوسفير على القوة الرئيسية الواهبة للحياة لجميع أشكال الحياة على الأرض.تحتوي على حوالي 80% من إجمالي الهواء الجوي المتوفر، وأكثر من 90% من بخار الماء، وهنا تتشكل السحب والأعاصير وغيرها. الظواهر الجوية.
ومن المثير للاهتمام ملاحظة الانخفاض التدريجي في درجة الحرارة مع ارتفاعك عن سطح الكوكب. حسب العلماء أنه لكل 100 متر من الارتفاع، تنخفض درجة الحرارة بحوالي 0.6-0.7 درجة.
الستراتوسفير
الطبقة التالية الأكثر أهمية هي الستراتوسفير. يبلغ ارتفاع الستراتوسفير حوالي 45-50 كيلومترًا.يبدأ عند 11 كم وتسود هنا بالفعل درجات حرارة سلبية تصل إلى -57 درجة مئوية.
ولماذا تعتبر هذه الطبقة مهمة للإنسان وكل الحيوانات والنباتات؟ هنا، على ارتفاع 20-25 كيلومترًا، توجد طبقة الأوزون - فهي تحبس الأشعة فوق البنفسجية المنبعثة من الشمس وتقلل من تأثيرها المدمر على النباتات والحيوانات إلى مستوى مقبول.
ومن المثير للاهتمام أن طبقة الستراتوسفير تمتص أنواعًا عديدة من الإشعاعات التي تصل إلى الأرض من الشمس والنجوم الأخرى والفضاء الخارجي. يتم استخدام الطاقة الواردة من هذه الجزيئات لتأيين الجزيئات والذرات الموجودة هنا، وتظهر مركبات كيميائية مختلفة.
كل هذا يؤدي إلى ظاهرة مشهورة وملونة مثل الأضواء الشمالية.
الميزوسفير
يبدأ الميزوسفير عند حوالي 50 ويمتد إلى 90 كيلومترًا.لم يعد التدرج، أو اختلاف درجة الحرارة مع التغيرات في الارتفاع، كبيرًا هنا كما هو الحال في الطبقات السفلية. عند الحدود العليا لهذه القشرة تبلغ درجة الحرارة حوالي -80 درجة مئوية. يتضمن تكوين هذه المنطقة حوالي 80% نيتروجين بالإضافة إلى 20% أكسجين.
من المهم أن نلاحظ أن الميزوسفير هو نوع من المنطقة الميتة لأي أجهزة طيران. لا يمكن للطائرات أن تطير هنا، لأن الهواء رقيق للغاية، ولا يمكن للأقمار الصناعية أن تطير على هذا الارتفاع المنخفض، لأن كثافة الهواء المتوفرة لها مرتفعة للغاية.
واحدة أخرى خاصية مثيرة للاهتمامالميزوسفير – هذا هو المكان الذي تحترق فيه النيازك التي تضرب الكوكب.تتم دراسة هذه الطبقات البعيدة عن الأرض بمساعدة صواريخ خاصة، لكن كفاءة العملية منخفضة، لذا فإن معرفة المنطقة تترك الكثير مما هو مرغوب فيه.
الغلاف الحراري
مباشرة بعد أن تأتي الطبقة المدروسة الغلاف الحراري الذي يمتد ارتفاعه بالكيلومترات إلى 800 كيلومتر.في بعض النواحي يكاد يكون كذلك مساحة مفتوحة. يوجد هنا تأثير عدواني للإشعاع الكوني والإشعاع والإشعاع الشمسي.
كل هذا يؤدي إلى ظهور ظاهرة رائعة وجميلة مثل الشفق القطبي.
يتم تسخين الطبقة السفلية من الغلاف الحراري إلى درجات حرارة تبلغ حوالي 200 كلفن أو أكثر. يحدث هذا بسبب العمليات الأولية بين الذرات والجزيئات وإعادة تركيبها وإشعاعها.
يتم تسخين الطبقات العليا بسبب التدفق هنا العواصف المغناطيسية, التيارات الكهربائيةوالتي يتم إنشاؤها في هذه الحالة. درجة حرارة الطبقة غير متساوية ويمكن أن تتقلب بشكل كبير.
تحدث معظم الرحلات الجوية في الغلاف الحراري الأقمار الصناعيةوالأجسام الباليستية والمحطات المأهولة وما إلى ذلك. كما يتم هنا إجراء اختبارات إطلاق لأنواع مختلفة من الأسلحة والصواريخ.
اكسوسفير
الغلاف الخارجي، أو كما يطلق عليه أيضًا المجال المتناثر، هو أعلى مستوى في غلافنا الجوي، وهو الحد الأقصى له، يليه الفضاء الخارجي بين الكواكب. يبدأ الغلاف الخارجي على ارتفاع حوالي 800-1000 كيلومتر.
يتم ترك الطبقات الكثيفة وهنا الهواء مخلخل للغاية؛ أي جزيئات تدخل من الخارج يتم نقلها ببساطة إلى الفضاء بسبب التأثير الضعيف جدًا للجاذبية.
تنتهي هذه القذيفة على ارتفاع حوالي 3000-3500 كم، ولم يعد هناك أي جزيئات تقريبًا هنا. وتسمى هذه المنطقة فراغ الفضاء القريب. ما يسود هنا ليس الجزيئات الفردية في حالتها الطبيعية، ولكن البلازما، في أغلب الأحيان متأينة بالكامل.
أهمية الغلاف الجوي في حياة الأرض
هذا ما تبدو عليه جميع المستويات الرئيسية للغلاف الجوي لكوكبنا. وقد يشمل مخططها التفصيلي مناطق أخرى، لكنها ذات أهمية ثانوية.
من المهم أن نلاحظ ذلك يلعب الغلاف الجوي دورًا حاسمًا في الحياة على الأرض.يسمح وجود الكثير من الأوزون في طبقة الستراتوسفير للنباتات والحيوانات بالهروب من التأثيرات المميتة للإشعاع والإشعاع من الفضاء.
وهنا أيضًا يتشكل الطقس، وتحدث جميع الظواهر الجوية، وتنشأ وتموت الأعاصير والرياح، ويتم إنشاء هذا الضغط أو ذاك. لقد حدث كل شيء تأثير مباشرعلى حالة الإنسان وجميع الكائنات الحية والنباتات.
أقرب طبقة، التروبوسفير، تعطينا الفرصة للتنفس، وتشبع جميع الكائنات الحية بالأكسجين وتسمح لهم بالعيش. حتى الانحرافات الصغيرة في بنية وتكوين مكونات الغلاف الجوي يمكن أن يكون لها تأثير أكثر ضررًا على جميع الكائنات الحية.
ولهذا السبب تم الآن إطلاق مثل هذه الحملة ضد الانبعاثات الضارة الناجمة عن السيارات والإنتاج، ويدق أنصار حماية البيئة ناقوس الخطر بشأن سمك طبقة الأوزون، ويدعو حزب الخضر وأمثاله إلى أقصى قدر من الحفاظ على الطبيعة. هذه هي الطريقة الوحيدة لإطالة أمد الحياة الطبيعية على الأرض وعدم جعلها غير محتملة من حيث المناخ.
يتكون العالم من حولنا من ثلاثة جدا اجزاء مختلفة: الأرض والماء والهواء. كل واحد منهم فريد ومثير للاهتمام بطريقته الخاصة. الآن سنتحدث فقط عن آخرهم. ما هو الجو؟ كيف حدث ذلك؟ مما تتكون وإلى أي أجزاء يتم تقسيمها؟ كل هذه الأسئلة مثيرة للاهتمام للغاية.
اسم "الغلاف الجوي" نفسه يتكون من كلمتين من أصل يوناني، مترجم إلى اللغة الروسية يعني "البخار" و "الكرة". وإذا نظرت تعريف دقيق، ثم يمكنك قراءة ما يلي: "الغلاف الجوي هو الغلاف الجوي لكوكب الأرض، الذي يندفع معه في الفضاء الخارجي". لقد تطورت بالتوازي مع العمليات الجيولوجية والجيوكيميائية التي حدثت على هذا الكوكب. واليوم تعتمد عليه جميع العمليات التي تحدث في الكائنات الحية. وبدون الغلاف الجوي، سيصبح الكوكب صحراء هامدة، مثل القمر.
مما تتكون؟
إن مسألة ماهية الجو والعناصر المضمنة فيه قد أثارت اهتمام الأشخاص لفترة طويلة. كانت المكونات الرئيسية لهذه القذيفة معروفة بالفعل في عام 1774. تم تركيبها من قبل أنطوان لافوازييه. واكتشف أن تكوين الغلاف الجوي يتكون في معظمه من النيتروجين والأكسجين. مع مرور الوقت، تم تحسين مكوناته. والآن من المعروف أنه يحتوي على غازات أخرى كثيرة بالإضافة إلى الماء والغبار.
دعونا نلقي نظرة فاحصة على ما يشكل الغلاف الجوي للأرض بالقرب من سطحها. الغاز الأكثر شيوعا هو النيتروجين. أنه يحتوي على ما يزيد قليلا عن 78 في المئة. ولكن، على الرغم من هذه الكمية الكبيرة، فإن النيتروجين غير نشط عمليا في الهواء.
العنصر التالي من حيث الكمية والمهم جدًا من حيث الأهمية هو الأكسجين. يحتوي هذا الغاز على ما يقرب من 21%، وهو يظهر نشاطًا عاليًا جدًا. وتتمثل وظيفتها المحددة في أكسدة المواد العضوية الميتة التي تتحلل نتيجة لهذا التفاعل.
غازات منخفضة ولكنها مهمة
الغاز الثالث الذي يشكل جزءًا من الغلاف الجوي هو الأرجون. إنها أقل قليلاً من واحد بالمائة. وبعد ذلك يأتي ثاني أكسيد الكربون مع النيون، والهيليوم مع الميثان، والكريبتون مع الهيدروجين، والزينون، والأوزون، وحتى الأمونيا. ولكن هناك عدد قليل جدا منهم نسبة مئويةمن هذه المكونات يساوي أجزاء من المائة والألف والمليون. ومن بين هذه العناصر، يلعب ثاني أكسيد الكربون فقط دورًا مهمًا، لأنه كذلك مواد بناءوالتي تحتاجها النباتات لعملية التمثيل الضوئي. غيره وظيفة مهمةهو منع الإشعاع وامتصاص بعض الحرارة الشمسية.
يوجد غاز آخر صغير ولكنه مهم، وهو الأوزون لاحتجاز الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس. بفضل هذه الخاصية، تتم حماية جميع أشكال الحياة على هذا الكوكب بشكل موثوق. ومن ناحية أخرى، يؤثر الأوزون على درجة حرارة الستراتوسفير. ونظرًا لأنه يمتص هذا الإشعاع، فإن الهواء يسخن.
يتم الحفاظ على ثبات التركيب الكمي للغلاف الجوي من خلال الخلط المستمر. تتحرك طبقاتها أفقيًا وعموديًا. لذلك، في أي مكان على الكرة الأرضية يوجد ما يكفي من الأكسجين ولا يوجد فائض من ثاني أكسيد الكربون.
ماذا يوجد أيضًا في الهواء؟
تجدر الإشارة إلى أنه يمكن العثور على البخار والغبار في المجال الجوي. ويتكون الأخير من حبوب اللقاح وجزيئات التربة في المدينة التي تنضم إليها شوائب الانبعاثات الصلبة من غازات العادم.
ولكن هناك الكثير من الماء في الغلاف الجوي. وفي ظروف معينة يتكثف وتظهر السحب والضباب. في جوهرها، هذه هي نفس الشيء، فقط الأول يظهر عاليا فوق سطح الأرض، والأخير ينتشر على طوله. تأخذ الغيوم أشكالاً مختلفة. وتعتمد هذه العملية على الارتفاع فوق الأرض.
إذا تشكلت على ارتفاع 2 كم فوق الأرض، فإنها تسمى الطبقات. ومنهم يتساقط المطر على الأرض أو يتساقط الثلج. وتتشكل فوقها سحب ركامية يصل ارتفاعها إلى 8 كيلومترات. هم دائما أجمل ورائعة. إنهم هم الذين ينظرون إليهم ويتساءلون عن شكلهم. إذا ظهرت مثل هذه التشكيلات في الـ 10 كيلومترات القادمة، فستكون خفيفة للغاية ومتجددة الهواء. اسمهم ريش.
ما هي الطبقات التي ينقسم إليها الغلاف الجوي؟
على الرغم من أن درجات الحرارة لديهم مختلفة تمامًا عن بعضها البعض، إلا أنه من الصعب جدًا معرفة الارتفاع المحدد الذي تبدأ به طبقة واحدة وتنتهي الطبقة الأخرى. هذا التقسيم مشروط للغاية وتقريبي. إلا أن طبقات الغلاف الجوي لا تزال موجودة وتقوم بوظائفها.
الجزء السفلي من الغلاف الجوي يسمى التروبوسفير. ويزداد سمكه كلما انتقل من القطبين إلى خط الاستواء من 8 إلى 18 كيلومترا. هذا هو الجزء الأكثر دفئًا في الغلاف الجوي، لأن الهواء الموجود فيه يتم تسخينه سطح الأرض. يتركز معظم بخار الماء في طبقة التروبوسفير، ولهذا السبب تتشكل الغيوم، وتهطل الأمطار، وتهتز العواصف الرعدية، وتهب الرياح.
ويبلغ سمك الطبقة التالية حوالي 40 كيلومترًا وتسمى الستراتوسفير. فإذا تحرك الراصد في هذا الجزء من الهواء، وجد أن السماء قد تحولت إلى اللون الأرجواني. ويفسر ذلك انخفاض كثافة المادة التي لا تتبعثر عمليا أشعة الشمس. في هذه الطبقة يطيرون طائرات نفاثة. جميع المساحات المفتوحة مفتوحة لهم، حيث لا توجد غيوم عمليا. توجد داخل طبقة الستراتوسفير طبقة تتكون من كمية كبيرةالأوزون.
وبعد ذلك يأتي الستراتوبوز والميزوسفير. ويبلغ سمك الأخير حوالي 30 كم. ويتميز انخفاض حادكثافة الهواء ودرجة الحرارة. تبدو السماء سوداء للمراقب. هنا يمكنك حتى مشاهدة النجوم خلال النهار.
الطبقات التي لا يوجد فيها هواء عمليًا
يستمر هيكل الغلاف الجوي بطبقة تسمى الغلاف الحراري - وهي الأطول بين جميع الطبقات الأخرى، ويصل سمكها إلى 400 كيلومتر. وتتميز هذه الطبقة بارتفاع درجة حرارتها التي قد تصل إلى 1700 درجة مئوية.
غالبًا ما يتم دمج المجالين الأخيرين في مجال واحد ويسمى الأيونوسفير. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن ردود الفعل تحدث فيها مع إطلاق الأيونات. هذه الطبقات هي التي تجعل من الممكن ملاحظة ظاهرة طبيعية مثل الأضواء الشمالية.
يتم تخصيص الـ 50 كيلومترًا التالية من الأرض للغلاف الخارجي. هذه هي القشرة الخارجية للغلاف الجوي. يقوم بتوزيع جزيئات الهواء في الفضاء. تتحرك أقمار الطقس عادة في هذه الطبقة.
وينتهي الغلاف الجوي للأرض بالغلاف المغناطيسي. هي التي قامت بإيواء معظم الأقمار الصناعية للكوكب.
بعد كل ما قيل، لا ينبغي أن يكون هناك أي أسئلة حول ما هو الجو. إذا كانت لديك شكوك حول ضرورتها، فيمكن تبديدها بسهولة.
معنى الغلاف الجوي
وتتمثل المهمة الرئيسية للغلاف الجوي في حماية سطح الكوكب من الحرارة الزائدة أثناء النهار والتبريد المفرط في الليل. الغرض المهم التالي لهذه القشرة، والذي لن يجادل فيه أحد، هو توفير الأكسجين لجميع الكائنات الحية. وبدون هذا سوف يختنقون.
تحترق معظم النيازك في الطبقات العليا، ولا تصل أبدًا إلى سطح الأرض. ويمكن للناس أن يعجبوا بالأضواء المتطايرة، ويظنون أنها شهب. وبدون الغلاف الجوي، ستكون الأرض بأكملها مليئة بالحفر. وقد تمت بالفعل مناقشة الحماية من الإشعاع الشمسي أعلاه.
كيف يؤثر الإنسان على الغلاف الجوي؟
سلبي جدا. هذا يرجع إلى النشاط المتزايد للناس. الحصة الرئيسية من جميع الجوانب السلبية تقع على الصناعة والنقل. وبالمناسبة، فإن السيارات هي التي تنبعث منها ما يقرب من 60٪ من جميع الملوثات التي تخترق الغلاف الجوي. وتنقسم الأربعون المتبقية بين الطاقة والصناعة، وكذلك صناعات التخلص من النفايات.
قائمة مواد مؤذية، الذي يجدد تكوين الهواء يوميًا، طويل جدًا. بسبب النقل في الغلاف الجوي يوجد: النيتروجين والكبريت والكربون والأزرق والسخام، بالإضافة إلى مادة مسرطنة قوية تسبب سرطان الجلد - البنزوبيرين.
حسابات الصناعة لمثل هذا العناصر الكيميائية: ثاني أكسيد الكبريت، الهيدروكربون وكبريتيد الهيدروجين، الأمونيا والفينول، الكلور والفلور. وإذا استمرت العملية، فسرعان ما ستكون الإجابات على الأسئلة: ما هو الجو؟ مما تتكون؟ سوف تكون مختلفة تماما.