آفاق علمية وتربوية موقع متخصص بالثقافة العلمية والتربوية
الغلاف الجوي للأرض
طبقات الغلاف الجوي
• طبقة التروبوسفير
• طبقة الستراتوسفير
• طبقة الميزوسفير
• طبقة الثيرموسفير
• طبقة الأيونوسفير
• طبقة الاكسوسفير
الغلاف الجوي للأرض
الغلاف الجوي للأرض هو طبقة الغازات التي تحيط بكوكبنا ويتم تثبيتها في مكانها بفعل جاذبية الأرض. يتكون الغلاف الجوي من عدة طبقات، بما في ذلك طبقة التروبوسفير والستراتوسفير والميزوسفير والغلاف الحراري والغلاف الخارجي، ولكل منها خصائصها الفريدة.
طبقات الغلاف الجوي
طبقة التروبوسفير
هي الطبقة الدنيا من الغلاف الجوي وتمتد من سطح الأرض إلى ارتفاع يتراوح بين 7 و 20 كيلومترًا (4 إلى 12 ميلًا) ، اعتمادًا على الموقع على الأرض. ويختلف سمك طبقة التروبوسفير باختلاف خطوط العرض، حيث تكون أنحف عند القطبين وأكثر سمكا عند خط الاستواء.
وتحتوي طبقة التروبوسفير على حوالي 75٪ إلى 80٪ من الكتلة الكلية للغلاف الجوي للأرض وهي المكان الذي نعيش فيه ونتنفس وهي الطبقة التي يحدث فيها الطقس والتقلبات المناخية بما في ذلك السحب والعواصف وهطول الأمطار. كما أنه يلعب دورًا حاسمًا في تنظيم مناخ الأرض ، حيث يؤثر تبادل الحرارة والرطوبة والغازات بين الغلاف الجوي وسطح الأرض على درجات الحرارة العالمية وأنماط المناخ.
يتكون الهواء في طبقة التروبوسفير من النيتروجين (78٪) والأكسجين (21٪) وكميات ضئيلة من الغازات الأخرى، بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والأرجون.
تنخفض درجة الحرارة في طبقة التروبوسفير مع زيادة الارتفاع، بمتوسط انخفاض يبلغ حوالي 6.5 درجة مئوية لكل كيلومتر (3.6 درجة فهرنهايت لكل 1000 قدم) في الجزء السفلي من الطبقة. يُعرف ملف تعريف درجة الحرارة هذا بمعدل الزوال. يتم تسخين طبقة التروبوسفير في المقام الأول عن طريق نقل الطاقة من سطح الأرض ، والتي تدفئها الشمس ، من خلال عملية تعرف باسم الحمل الحراري.
طبقة الستراتوسفير
الستراتوسفير هي الطبقة الثانية من الغلاف الجوي للأرض ، وتقع مباشرة فوق طبقة التروبوسفير وتمتد من حوالي 10 إلى 50 كيلومترًا (6 إلى 31 ميلًا) في الارتفاع. يتميز الستراتوسفير باستقراره النسبي وجفافه، فضلاً عن انعكاس درجة الحرارة حيث تزداد درجات الحرارة مع الارتفاع.
من أهم سمات الستراتوسفير وجود طبقة الأوزون ، والتي تتركز بين حوالي 10 و 50 كيلومترًا (6 إلى 31 ميلًا) فوق سطح الأرض. طبقة الأوزون هي منطقة رقيقة في الستراتوسفير تحتوي على تركيزات عالية من جزيئات الأوزون (O3). تساعد هذه الطبقة في حماية الحياة على الأرض من الأشعة فوق البنفسجية الضارة من الشمس عن طريق امتصاص معظم الأشعة فوق البنفسجية – باء والأشعة فوق البنفسجية – ج التي قد تصل إلى سطح الأرض.
تعتبر طبقة الستراتوسفير مهمة أيضًا لدورها في تنظيم درجة حرارة الأرض. نظرًا لأن الهواء في الستراتوسفير جاف ومستقر نسبيًا ، فإنه لا يختلط كثيرًا مع الهواء الموجود في طبقة التروبوسفير أدناه. يخلق هذا الفصل حاجزًا يساعد في احتجاز الحرارة في الغلاف الجوي السفلي، مما يساهم في تأثير الاحتباس الحراري والحفاظ على سطح الأرض دافئًا بدرجة كافية لدعم الحياة.
طبقة الستراتوسفير هي أيضًا موقع بعض أعلى السحب في العالم، والمعروفة باسم سحب الستراتوسفير القطبية (PSCs). تتكون هذه السحب من تفاعل درجات الحرارة شديدة البرودة وتيارات الهواء القطبية على ارتفاعات عالية، وهي تلعب دورًا مهمًا في تكوين ثقب الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية.
وبناء عليه فإن طبقة الستراتوسفير طبقة مهمة من الغلاف الجوي للأرض تلعب دورًا مهمًا في حماية الحياة على الأرض من الإشعاع الضار كالأشعة فوق البنفسجية، وتنظيم درجة حرارة الأرض، ودعم مجموعة متنوعة من الظواهر الجوية.
طبقة الميزوسفير
طبقة الميزوسفير هي الطبقة الثالثة من الغلاف الجوي للأرض، وتقع مباشرة فوق طبقة الستراتوسفير وتمتد من حوالي 50 إلى 85 كيلومترًا (31 إلى 53 ميلًا) في الارتفاع. تتميز هذه الطبقة بضغط هواء منخفض جدًا ودرجات حرارة منخفضة جدًا ووجود بعض من أعلى السحب في الغلاف الجوي.
ومن المعروف أن طبقة الميزوسفير هي منطقة ذات ظروف قاسية ، مع درجات حرارة منخفضة تصل إلى -100 درجة مئوية (-148 درجة فهرنهايت) وضغوط أقل من 1٪ من الضغط عند مستوى سطح البحر. وفيها تحترق معظم الشهب عند دخولها الغلاف الجوي للأرض. وتعمل هذه النيازك خطوطًا ساطعة من الضوء تُعرف باسم شهاب النجوم أو مسارات النيازك.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن طبقة الميزوسفير هي أيضًا موقع بعض أعلى السحب في الغلاف الجوي ، والمعروفة باسم الغيوم الليلية أو الغيوم القطبية المتوسطة. تتكون هذه السحب من بلورات الجليد ويمكن رؤيتها خلال أشهر الصيف في المناطق القطبية ، عندما يكون الغلاف الجوي هو الأبرد.
إن طبقة الميزوسفير مهمة لحماية الأرض من معظم الشهب والنيازك الساقطة والمتجهة إلى سطح الكرة الأرضية ومن الحطام الفضائي لسفن الفضاء والأقمار الصناعية مما يحمى الحياة على سطح.
طبقة الثيرموسفير
طبقة الثيرموسفير هو رابع وأعلى طبقة من الغلاف الجوي للأرض ، ويمتد من حوالي 85 كيلومترًا (53 ميلاً) إلى حافة الفضاء على ارتفاع حوالي 600 كيلومتر (373 ميلاً). تتميز هذه الطبقة بكثافة هواء منخفضة للغاية، وتثبت درجة حرارتها عند درجة الحرارة -93 ْ مئوية لعدة كيلومترات في أسفلها ثم تتزايد تدريجياً مع الارتفاع خلالها، إذ تبلغ نحو 700 ْ مئوية عند ارتفاع 300 كم، لكنها قد تناهز 2000 ْ مئوية عندما تكون الشمس نشيط
وفي طبقة الثيرموسفير موقع محطة الفضاء الدولية (ISS) والعديد من الأقمار الصناعية الأخرى التي تدور حول الأرض. هذه الأجسام قادرة على الحفاظ على مداراتها بسبب كثافة الهواء المنخفضة جدًا في غلاف الثيرموسفير ، مما يؤدي إلى القليل جدًا من السحب على حركتها.
وعلى الرغم من درجات الحرارة المرتفعة ، فإن الغلاف الحراري في الواقع بارد جدًا من حيث نقل الحرارة ، حيث أن جزيئات الهواء في هذه الطبقة متباعدة على نطاق واسع لدرجة أن هناك القليل جدًا من الاصطدامات بينها. هذا يعني أنه على الرغم من تسخين الغلاف الحراري بواسطة الإشعاع الشمسي ، فإنه لا يشعر بالحرارة عند اللمس.
طبقة الأيونوسفير
طبقة الأيونوسفير هي منطقة من الغلاف الجوي العلوي للأرض، تمتد من حوالي 60 كيلومترًا (37 ميلاً) إلى حافة الفضاء على ارتفاع حوالي 1000 كيلومتر (620 ميلاً). سميت بهذا الاسم لأنها تتأين بالإشعاع الشمسي، مما يؤدي إلى وجود الإلكترونات والأيونات الحرة.
الأيونوسفير مهم لقدرته على عكس وانكسار موجات الراديو، مما يجعل الاتصال اللاسلكي لمسافات طويلة ممكنًا. تنعكس موجات الراديو التي تنتقل من سطح الأرض إلى طبقة الأيونوسفير على الأرض، مما يسمح باستقبالها على مسافات أطول بكثير مما يمكن أن يكون ممكنًا بدون طبقة الأيونوسفير. تُستخدم خاصية الأيونوسفير هذه في العديد من التطبيقات ، بما في ذلك البث الإذاعي والتلفزيوني ، وأنظمة تحديد المواقع العالمية (GPS) ، والتواصل مع الطائرات والسفن في البحر.
بالإضافة إلى دوره في الاتصالات الراديوية ، يلعب الأيونوسفير أيضًا دورًا مهمًا في البيئة الفضائية للأرض. يمتص الأيونوسفير إشعاعات عالية الطاقة من الشمس ، مما يحمي سطح الأرض من الإشعاع الضار الذي يمكن أن يتسبب في أضرار للكائنات الحية والإلكترونيات.
يلعب الأيونوسفير أيضًا دورًا رئيسيًا في تكوين الشفق القطبي (الشفق القطبي) والشفق الأسترالي (الشفق القطبي الجنوبي). عندما تدخل الجسيمات المشحونة من الشمس إلى المجال المغناطيسي للأرض، فإنها تتفاعل مع الأيونوسفير وتنتج العروض المذهلة للضوء الملون المرئي في المناطق القطبية.
طبقة الاكسوسفير
هي الغلاف الخارجي وهي الطبقة الخارجية من الغلاف الجوي للأرض، وتمتد من الجزء العلوي من طبقة الثيرموسفير (حوالي 600 كيلومتر أو 373 ميلاً) إلى حافة الفضاء. تتميز هذه الطبقة بكثافة هواء منخفضة للغاية ودرجات حرارة عالية جدًا، حيث تصل درجات الحرارة إلى 2500 درجة مئوية (4532 درجة فهرنهايت) في بعض المناطق.
على عكس طبقات الغلاف الجوي الأخرى، فإن الغلاف الخارجي ليس له حدود عليا محددة جيدًا ، حيث يندمج تدريجياً مع فراغ الفضاء الخارجي. هذا يجعل من الصعب الدراسة مباشرة، ولكن من المعروف أنها تحتوي على كمية صغيرة من الهيدروجين وغاز الهليوم ، بالإضافة إلى آثار غازات أخرى مثل النيتروجين والأكسجين وثاني أكسيد الكربون، وفي هذه الطبقة ونظرا لقلة جزيئات الهواء فيها وندرتها فإنه من الممكن ان تنطلق درة غازية وتسير لمسافة قد تصل الى 10 كيلومتر قبل أن تصطدم بجزء او ذرة غاز أخرى، وهذه المسافة يعرفها العلماء باسم ” الممر الحر” ، ومن المهم ملاحظة أنه على الرغم من عدم وجود مقاومة كبيرة للهواء في هذه الطبقة من الغلاف الغازي للأرض ، إلا أن عوامل أخرى مثل الجاذبية وتأثير الإشعاع الشمسي والقوى الكهرومغناطيسية يمكن أن تؤثر على حركة الأجسام والغازات في هذه المنطقة.
