طبقات الغلاف الجوي بقلم المدرس المساعد ذر انتصار بكر

كلية العلوم  |  جامعة ديالى

المقال العلمي الاسبوعي

طبقات الغلاف الجوي بقلم المدرس المساعد ذر انتصار بكر /التدريسيي في قسم علوم الفيزياء  كلية العلوم / جامعة ديالى

يِعدّ كوكب الأرض كوكباً فريداً ليس فقط ضمن كواكب المجموعة الشمسية أو في مجرة درب التبانة  فقط  بل يمكن أن يكون في الكون بأسره، هناك العديد من الأسباب وراء هذا التفرد ، فكوكب الأرض هو الكوكب الوحيد الذي نعرفه، ويحمل جميع مقومات  الحياة البشرية من هواء وماء ونبات فضلا عن ذلك فان بعده المناسب عن الشمس يوفر لها ضوءءا وحرارة مناسبتين للحياة , كما يوفر دوران الأرض حول الشمس وحول نفسها, بسرعات متناسبة, اختلاف الفصول الأربعة و تعاقب الليل والنهار مما يسبب تنوعاً في ظروف الحياة بطريقة تحافظ على مقومات الحياة على سطح الأرض ،كما أن وجود غلاف جوي حول الأرض بخصائص و مميزات فريدة  مقارنة بالأغلفة الجوية المحيطة بكواكب المجموعة الشمسية يعدّ من أهم المميزات الفريدة  والمهمة لكوكب الأرض .  حيث قسم العلماء الغلاف الجوي إلى طبقات مختلفة بناءً على الاختلاف في درجات الحرارة مع الارتفاع و الشكل (1) يوضح ذلك وهذه الطبقات هي  :  

                                                

شكل (1) طبقات في درجة الحرارة مع الارتفاع  

•  طبقة التروبوسفير  إن كلمة تروبوسفير هي تسمية يونانية فــ (تروبو) تعني متغير و (سفير) تعني الكرة . طبقة التروبوسفير هي الطبقة السفلي من الغلاف الجوي والملاصقة لسطح الأرض تعدّ هذه الطبقة من أهم طبقات الغلاف الجوي الأرضي بالنسبة لجميع أنواع الحياة على سطح الأرض. يبلغ متوسط ارتفاع  هذه الطبقة حوالي  (12 km). بالرغم من قلة سمك طبقة التروبوسفير مقارنة بسمك الغلاف الجوي فان حوالي (75%) من كتلة ومادة الغلاف الجوي الأرضي توجد في هذه الطبقة، يختلف سمك هذه الطبقة بين خط الاستواء والأقطاب وذلك بسبب الاختلاف في درجات الحرارة في هذه المنطقتين. تعدّ طبقة التروبوسفير  الطبقة الفعالة في تغيرات المناخ, إذ يطلق عليها “الطبقة المناخية” لأنه يحدث بها جميع الظواهر الجوية كالضباب، والغيوم، والأمطار، والعواصف الرعدية والعواصف الرملية، وكذلك حدوث تقلبات المناخ و الطقس وما يتبع ذلك من رطوبة وحرارة وضغط. تحتوي طبقة التروبوسفير أيضا على معظم بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي لذلك تعدّ هذه الطبقة من أهم طبقات الغلاف الجوي بالنسبة لعلماء الأرصاد الجوية وعلماء المناخ. يبلغ متوسط درجة حرارة سطح الأرض في أسفل هذه الطبقة حوالي (15°C). تمتاز طبقة التروبوسفير بانخفاض في درجة الحرارة مع الارتفاع بمعدل 6 درجات مئوية لكل كيلومتر حيث يقل معدل التناقص هذا إلى ارتفاع 15 km) ) إلى أن يتوقف هذا التناقص تماماً على ارتفاع نحو 20 km)) التي هي الحد الفاصل بين طبقة التروبوسفير والطبقة التي تليها طبقة الستراتوسفير يعرف هذا الفاصل بطبقة التروبوبوز إذ تعرف طبقة التروبوسفير و التروبوبوز لدى العلماء بالغلاف الجوي السفلي  .وعند حد التروبوبوز يصبح الهواء رقيقًا جدًا بحيث لا يكفي للحياة، وعادة ما يكون الغلاف الجوي القريب من سطح الأرض أدفأ ،لأن أشعة الشمس التي تمر خلال الغلاف الجوي تسخن الأرض وبخار الماء، وبدورها تقوم الأرض بتسخين الهواء الملامس لها مباشرة. ويكون الهواء باردًا في التروبوبوز، حيث تتكون السحب من بلورات الثلج، وأبرد جزء في طبقة التربوسفير هو التربوبوز الواقع فوق خط الاستواء، حيث يبلغ تصاعد الهواء أعلى حد له ، فتهبط درجة حرارة الهواء إلى مادون   (-80 °C). أما درجة حرارة التروبوبوز فوق القطبين، فإنها تزيد عنها فوق خط الاستواء بـ (30 °C) ، وفي بعض الأحيان، وبخاصة خلال الليل في فصل الشتاء، يكون الهواء الملامس للسطح أبرد من الهواء الذي يعلوه. وهنا، تزداد درجة الحرارة في طبقة رقيقة من طبقة التروبوسفير كلما ارتفعنا إلى الأعلى. وهذه الحالة الشاذة تسمى “الانقلاب الحراري”. وتظهر أسوأ حالات التلوث الجوي في أثناء حدوث هذه الظاهرة، لأن الهواء البارد القريب من سطح الأرض يحتجز الملوثات ويمنعها من الانتشار أو الصعود إلى أعلى. وتدوم حالة الانقلاب الحراري حتى تقضي الأمطار أو الرياح على هذه الطبقة الهوائية الدافئة و الشكل (2) يوضح خصائص طبقة التروبوسفير.

        

شكل(2) خصائص طبقة التروبوسفير

• طبقة الستراتوسفير تمتد طبقة الستراتوسفير من ارتفاع km) 20)  إلى نحو65km) )  فوق سطح البحر، تمتاز هذه الطبقة بازدياد في درجة الحرارة بشكل عام من حوالي 60 درجة مئوية تحت الصفر من طبقة التربوبوز إلى صفر درجة مئوية في أعلى الستراتوسفير (ستراتوبوز) . وتمتاز هذه الطبقة بالاستقرار التام في جوها حيث ينعدم فيها بخار الماء وتكون جافة ، واقل كثافة من التروبوبوز , كما تخلو من الظواهر الجوية كالغيوم والضباب والأمطار.. الخ ، لذا فإن الطيران في هذه الطبقة يعد مثالياً ومريحاً للطائرات ، تحتوي طبقة  الستراتوسفير على مجموعة من الغازات الحقيقة التي تكون بصورة ذرية، أو جزئية ، أو مركبات غازية. في الستراتوسفير يوجد الأوزون و الذي له أثر كبير في امتصاص الأشعة فوق  البنفسجية الشمسية وحمايتنا من مخاطرها.

• طبقة الميز وسفير وهي الطبقة التي تلي طبقة الستراتوسفير وتمتد من ارتفاع ((56 km إلى نحو 90 km)) فوق سطح البحر أي بسمك حوالي (24 km). تمتاز هذه الطبقة بتناقص مضطرب في درجات الحرارة مع الارتفاع حتى تصبح الحرارة في أعلى هذه الطبقة منخفضة جداً نحو°C) -100) والتي تعتبر أقل درجة حرارة في الغلاف الجوي في أعلى هذه الطبقة.  في طبقة الميزوسفير  يتم احتراق الشهب الكونية القادمة إلى الأرض التي تصل إلى سطح الأرض على هيئة نيازك صغيرة نسبياً. تصل كثافة الغلاف الجوي في هذه الطبقة نحو ((0.0007 % من كثافة الغلاف الجوي عند سطح الأرض، وهذه الكثافة هي في حقيقة الأمر متغيرة نتيجة المتغيرات التي تحصل في هذه الطبقة بسبب التغير في النشاط الشمسي. تفصل الميزيوبوز طبقة الميزوسفير عن الطبقة التي تليه الايونوسفير، ويطلق العلماء على منطقة الستراتوسفير و الميزوسفير مع الستراتوبوز و الميزيوبوز  الغلاف الجوي الأوسط.

• طبقة الثيرموسفير   وهي أعلى طبقة في الغلاف الجوي. وتبدأ من نهاية حد الميزوبوز، وتستمر إلى الفضاء الخارجي. ويتميز الهواء في هذه الطبقة بأنه خفيف جدًا، إذ إن (99.99%) من الغلاف الجوي يقع أسفل منه. ويختلف التركيب الكيميائي للهواء في هذه الطبقة عن التركيب الكيميائي لبقية الطبقات المكونة للغلاف الجوي. ففي الأجزاء الدنيا من طبقة الثيرموسفير، تتحطم معظم جزيئات الأوكسجين إلى ذرات الأوكسجين. وتحتوي الأجزاء العليا منها بشكل رئيسي على الهيدروجين والهليوم. تواجه طبقة الثيرموسفير أشعة الشمس مباشرة، فتعمل على تسخين الهواء الخفيف إلى درجة عالية جدًا. وتقفز درجة الحرارة بسرعة من الميزوبوز إلى 600°C)) عند ارتفاع ((200 km فوق سطح الأرض، ولكن في أثناء الرياح الشمسية تصل كمية إضافية من الإشعاع والجسيمات إلى طبقة الثيرموسفير. وهنا يصبح الهواء أكثر سخونة، حيث تصل درجة الحرارة إلى ما يزيد عن (2000°C) على ارتفاع (400km) فوق سطح الأرض. وعندما ترتطم أشعة الشمس وغيرها من الإشعاعات القادمة من مصادر كونية أخرى بطبقة الثيرموسفير، فإن بعض الجزيئات والذرات تشحن بالكهرباء أي تتأين. وتُسمى هذه الذرات المشحونة بالكهرباء أيونات. وتوجد معظم هذه الأيونات في الأجزاء السفلى من الثيروموسفير، لذلك تُسّمى هذه الأجزاء من الطبقة الغلاف الأيوني (الأيونوسفير). إذ تؤدي هذه الطبقة دورًا كبيرًا في الاتصالات الراديوية بعيدة المدى. وتقوم هذه الطبقة بعكس الموجات الكهرومغناطيسية إلى الأرض عوضًا عن انتشارها في الفضاء. وتظهر يوميًا في طبقة الثيرموسفير حالات مدٍ غازي هائلة، وتغير حالات المد هذه اتجاهها كل ست ساعات. كما يظهر ضوء طبيعي في هذه الطبقة يسمى الفلق. ويحدث الفلق عندما تجذب الأرض تلك الذرات المتأنية في طبقة الثيرموسفير إليها، إذ تتحطم الجزيئات في طبقة الثيرموسفير مكوِّنة حلقة حول الأقطاب المغناطيسية للأرض، وينتج عن ذلك طاقة على شكل ضوء. ويسمى الفلق الذي يبدو في شمال الكرة الأرضية الفلق الشمالي. أما الفلق الذي يظهر في النصف الجنوبي من الكرة الأرضية فيسمى الفلق الجنوبي. يسمى الجزء العلوي من طبقة الثيرموسفير الإكسوسفير (الغلاف الخارجي) ، وترتفع إلى نحو (480km) عن سطح الأرض إلى أن تنتهي في الرياح الشمسية. ولا يوجد في الأكسوسفير إلا القليل من الهواء. ولا تجد السفن الفضائية والأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض في هذه المنطقة مقاومة تذكر. وتتحرك بعض الذرات والجزيئات في الأكسوسفير بسرعة هائلة جدًا، حيث تتغلب على قوة جاذبية الأرض، وتنطلق إلى الفضاء الخارجي، وهكذا فإن الأرض تفقد غلافها الجوي بالتدريج. ولكن هذه العملية تحتاج إلى بلايين السنين حتى تأتي على مجمل الغلاف الجوي المحيط بالكرة. والى اللقاء في مقال أخر أن شاء الله……