أهمية الغلاف الجوي للأرض وتركيبه وطبقاته

• تعريف الغلاف الجوي
• تركيبة الغلاف الجوي
• طبقات الغلاف الجوي

يحيط الأرض غلاف عظيم من الهواء يطلق عليه الغلاف الجوي او الغازي (Atmosphere). يتكون الغلاف الجوي القريب من الأرض من النيتروجين بنسبة 78% والأوكسجين بنسبة 21% وغازات أخرى مثل الأرجون وثاني أوكسيد الكربون وبخار الماء والميثان والأوزون وغيرها بنسبة 1%؛ ويكون ثاني أوكسيد الكربون بنسبة 0.038% (Bauer, 2005). من المعروف ان غازي النيتروجين والاوكسجين لا يؤثران في ظاهرة الاحتباس الحراري لانهما لا يمتصان الأشعة الحرارية المنبعثة من الأرض والمنطلقة باتجاه الفضاء الخارجي. بينما تلعب بقية الغازات الموجودة في الهواء مثل بخار الماء وثاني أوكسيد الكربون والميثان وغيرها دوراً كبيراً واساسياً في هذه الظاهرة.

تركيبة الغلاف الجوي

الغلاف الغازي هو ذلك الخليط الشفاف من الغازات التي تحيط بالأرض بشكل كامل وتفصلها عن الفضاء الكوني ويمتد حتى عشرة ألاف كيلو متر ارتفاعاً. تكون كثافة الغلاف الجوي في طبقة التروبوسفير ( Troposphere) القريبة من سطح الأرض الأعلى وتنخفض الكثافة كلما ارتفعنا نحو الطبقات العليا من الغلاف الجوي. تقدر كتلة الهواء بحدود 5.14 x 1021 غرام بينما يقدر وزن عمود الهواء على سطح مساحته واحد سنتيميتر مربع حوالي 1000 غرام (كيلو غرام واحد). يوجد 99.99% من كتلة الهواء تحت ارتفاع 50 كم فوق مستوى سطح البحر. يتكون الهواء النقي والخالي من الشوائب من مجموعة من الغازات موضحة في الجدول التالي.

يحتوي الهواء على كمية من بخار الماء تختلف نسبتها من مكان لاخر ومن وقت لاخر في نفس المكان وتقدر ضمن 0.05 – 4%. وتوجد النسبة العظمى من بخار الماء تحت ارتفاع 15 كم من الغلاف الجوي. كما ويحتوي الهواء على غاز الأوزون O3 الذي تتركز نسبة عالية منه في طبقة الستراتوسفير (Stratosphere) على ارتفاع 15-35 كم فوق مستوى سطح البحر. ولايخلو الهواء من غازات نادرة مثل الهليوم والكسينون والكربتون والميثان وكمية من الغبار والدقائق الصلبة والعالقة الأيروسول (Aerosols).

يعد الغلاف الجوي وبكل مكوناته الغازية الأنفة الذكر نظاماً حرارياً ضخماً يستمد طاقته المحركة من الأشعة الشمسية الحرارية الواصلة الى الأرض مروراً بالغلاف الجوي. توزع كل من المحيطات والغلاف الجوي الحرارة الشمسية الساقطة على الأرض في النظام المناخي للأرض. يؤدي الاختلاف في شدة الاشعة الشمسية الحرارية الواصلة الى الارض إلى اختلاف في درجة الحرارة والضغط الجوي وينجم عنه تيارات هوائية تنقل الحرارة والرطوبة (بخار الماء والغيوم) من مكان الى اخر داخل الغلاف الجوي مما يؤدي الى التباينات في حالات الطقس والمناخ في المناطق المختلفة من الأرض.

طبقات الغلاف الجوي

يتكون الغلاف الجوي من مجموعة من الطبقات الهوائية اعتمادا على تركيز الغازات ونوعيتها وكثافة وضغط الهواء والوزن الجزيئي للذرات والجزيئات ودرجة حرارة الهواء. يقسم الغلاف الجوي الى الطبقات الآتية

1. طبقة التروبوسفير Troposphere

تمثل الطبقة السفلى من الغلاف الجوي ويكون سمكها 8 كم فوق القطبين و16 كم عند خط الاستواء ويزداد هذا السمك وتقل كثافة الهواء فيها عند فصل الصيف بسبب تمدد جزيئات وذرات الغازات وزيادة المسافة التي تفصل بينها بفعل زيادة درجة الحرارة. تحتوي طبقة التروبوسفير تقريباً كامل حجم وكمية بخار الماء الموجودة في الغلاف الجوي وعلى 75% من كتلة الهواء وتكون كثافة الهواء في جزئها الأسفل الأعلى بين طبقات الهواء. وبسبب قربها من سطح الارض ومن مصادر التلوث فان نسبة عالية جداً تقدر بحدود 99% من الملوثات تتركز بها. تنخفض درجة الحرارة في هذه الطبقة كلما ارتفعنا بمعدك o6.5 م/ كم وتنخفض درجة الحرارة في نهايتها الى حوالي – o55 تحت الصفر.

2. طبقة الستراتوسفير Stratosphere ( طبقه الاوزون )

تمتد من نهاية طبقة التروبوسفير والى ارتفاع 55 كم فوق مستوى سطح البحر, وهي طبقة انتقالية ترتفع فيها درجة الحرارة حتى تصل الى درجة الصفر المئوي في مستوياتها العليا. تحتوي طبقة الستراتوسفير على معظم كمية غاز الأوزون (90%) الذي يحمي كوكب الأرض من تأثيرات الاشعة فوق البنفسجية الضارة ويبلغ اقصى كثافة له عند ارتفاع 22 كم فوق مستوى سطح البحر تصل الملوثات الهوائية الخفيفة المتصاعدة من طبقة التروبوسفير الى الجزء الأسفل من هذه الطبقة, كما ويلوث الطيران المدني والحربي هذه الطبقة بالمخلفات الغازية وبكميات من بخار الماء نراها على شكل خطوط بيضاء متكثفة.

3. طبقه الميزوسفير Mesosphere

تقع هذه الطبقة بين طبقة الستراتوسفير وطبقة الثرموسفير وتصل إلى ارتفاع يقارب 80 كم فوق مستوى سطح البحر وبسمك مقداره 25كم. تتكون عادةً من غازات خفيفة وزنها الجزيئي قليل مثل غازي الهليوم والهيدروجين. وهي طبقة متخلخلة تكون كثافة الهواء بها قليلة وتنخفض بها درجة الحرارة حتى تصل الى درجه 90 تحت الصفر المئوي في الجزء الأعلى منها.

4. طبقة الثرموسفير Thermosphere

تعرف طبقة الثرموسفير باسم الطبقة الحرارية او الطبقة المتأينة (Ionosphere) ويصل ارتفاعها الى 1000 كم فوق مستوى سطح البحر. تحتوي على الاوكسجين الذري والاوكسجين والنيتروجين والهليوم وهي طبقة متأينة ومشحونة كهربائياً بسبب تصادم الجزيئات والذرات مع الأشعة الشمسية عالية الطاقة وهذا ما يجعل درجه الحرارة في هذه الطبقة مرتفعة وتقل بها كثافة الهواء كلما ارتفعنا نحو الاعلى.

حسن الكوفي