مجمع عن الغلاف الجوي

[حكيم العامري]

انقل لكم بعض ما كتب عن الغلاف الجوي ونلاحظ تباين في المعلومات
من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة


ويتكون الغلاف الجوي من خمس طبقات رئيسية تتداخل في بعضها مما يجعل الفصل بينها تقريبا وهذه الطبقات :

• التروبوسفير و هي الطبقة التي تحدث معظم التغيرات الجويه التي نلمسها يوميا وتقل فيها درجات الحراره مع الارتفاع وهي الطبقه التي تحتوي على معظم بخار الماء والاكسجين وثاني اكسيد الكربون وتتركز فيها انشطة الانسان.

• الاستراتوسفير وهي الطبقه التي تعلو التربوسفير وتمتد من ارتفاع 21 إلى 80 كيلو متر تقريبا فوق سطح الارض. وتتميز هذه الطبقه بخلوها من التقلبات المختلفه او العواصف . و يوجد بها حزام يعرف بطبقة الاوزون التي تحمي سطح الارض من مخاطرا لاشعه فوق البنفسجيه.

• ميزوسفير

• ثيرموسفير

• الايونوسفير وهي الطبقه التي تعلو الاستراتوسفير من ارتفاع 80 كيلومتر تقريبا وحتى 360 كيلومتر او أكثر وتتميز تلك الطبقه بخفة غازاتها ويسود فيها غاز الهيدروجين والهيليوم .

• إكزوسفير

tolen اعداد

طبــــــــــقات الجــــــــو



أيونوسفير


أيونوسفير طبقة متواجدة في طبقة الثيرموسفير، وتكون فيها جزيئات الغازات المكونة للجو متأينة أو متشردة نتيجة التعرض لأشعة الشمس، هذا التأين أو التشرد يعكس أمواج الراديو كالمرآة مما يجعل الاتصالات اللاسلكية ممكنة.




إكزوسفير

طبقة إكسوسفير (Exosphere) تشكل طبقة أكسوسفير الطبقة الأخيرة الخارجية من الغلاف الجوي، وقد أشتق أسمها من كلمة “Exo” التي تعني خارج. تمتد طبقة إكسوسفير مرتفعة فوق طبقة ثيرموسفير وحتى نهاية الغلاف الجوي عند ارتفاع يناهز 64400 كم. وتصبح جزيئات الهواء نادرة الوجود في طبقة إكسوسفير إلى حد إنها تعد غير موجودة، فمثلاً، عند أسفلها من الممكن أن تنطلق ذرة غازية نحو 10 كم قبل أن تصطدم بذرة غازية أخرى. وعادة يعرف العلماء المسافة التي تقطعها الذرات الغازية قبل أن تصطدم مع ذرة أخرى بالممر الحر.

التركيب

يتركب الغلاف الجوي في إكسوسفير من ذرات الهليوم (He) والهيدروجين (H) والأكسجين (O). وبالحقيقة فإن الحد الفاصل بين طبقة ثرموسفير وطبقة إكسوسفير غير محدد حرارياً كما هو الحال في حدود طبقات الغلاف الجوي الأخرى، لأن درجة الحرارة تظل على حالها كما هي عند حد ثرموبوز، ولذلك يعتمد على اختلاف التركيب الغازي فيهما في تحديد حد ثرموبوز وبداية طبقة إكسوسفير، وبخاصة عند غياب جزيئات النتروجين (N2) وحلول جزيئات الهيدروجين (H) مكانها.

بالنسبة لدرجة الحرارة في طبقة إكسوسفير، فإنها تتصرف بشكل مثير، إذ إنها تزيد عن 1000 ْ مئوية عند التعرض لأشعة الشمس مباشرة، وتصل في الظل إلى الصفر المطلق" -273 ْ مئوية" . يعرف الجزء الأسفل من إكسوسفير بمستوى الفرار الحرج، حيث يكون الضغط الجوي منخفضاً جداً، وعنده تتمكن ذرات من الهليوم والهدروجين، لخفة وزنها وسرعة انطلاقها، من الفرار إلى الفضاء الخارجي، عبر حدها الأعلى المعروف بإقليم الحافة أي حافة الغلاف الجوي.





تروبوسفير

طبقة التروبوسفير الطبقه الاولي من طبقات الجو, وأقربها إلى الأرض, ترتفع حوالي 10 كم في القطبين و 16 كم من خط الاستواء, وهي أكثف الطبقات فكثافتها وتحتوي على 75% من كلتة غلاف الأرض الجوي.





ثيرموسفير

طبقة ثرموسفير ( Thermosphere Layer) تشكل طبقة ثرموسفير الطبقة الرابعة من الغلاف الجوي. ترتفع طبقة ثرموسفير فوق سطح البحر إلى ارتفاع يتراوح بين 500 كم، عندما تكون الشمس نشيطة ، وبين 750 كم، عندما تكون الشمس هادئة . وبذلك يتراوح سمكها فوق حد ميزوبوز بين 420- 670 كم على التوالي. ولا يوجد بينها وبين الطبقة الجوية التي تليها حد حراري، ولذلك تحدد قمتها بحد ثرموبوز على أساس تركيبها الغازي. تثبت 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 1700 ْ مئوية عندما تكون الشمس نشيطة وتظل درجة الحرارة على وضعها حتى نهاية طبقة ثرموسفير وخلال الطبقة الجوية التي تليها . ويبدو واضحاً أن أسمها قد أشتق من كلمة (Thermo) الإغريقية والتي تعني حار للدلالة على شدة الحرارة فيها.

ميزات طبقة ثرموسفير

من أهم ميزات طبقة ثرموسفير احتوائها في أجزائها السفلى، بين 90- 300 كم، ما يعرف بالأقاليم المتأينة والتي عادة ما تعرف بالطبقة المتأينة "أيونوسفير" (Ionosphere)، والتي تكون سبباً في حدوث ما يعرف بالأضواء الشمالية (Aurora borealis) والأضواء الجنوبية (Aurora ustralis)، والتي سنعود إليها لاحقاً.




ستراتوسفير


ستراتوسفير، هي إحدى طبقات الجو العليا التي تعلو طبقة التروبوسفير و تمتد من 11 او 17 كم إلى نحو 55 كم فوق سطح البحر. الهواء في هذه الطبقة جاف وصافي وبارد، حيث أن درجة الحرارة فيه ثابتة حوالي -5°، وتوجد فيه طبقة الأوزون.




ميزوسفير


طبقة الميزوسفير هى ثالث طبقات الجو بعد التربوسفير والاستراتوسفير ويبلغ ارتفاعها حوالى من 50 إلى 80 كلم عن سطح البحر . وبالرغم من ارتفاع هذه الطبقه عن سطح البحر الا انها تتميز بدرجه حراره مرتفعه ويرجع ذلك إلى وجود طبقه الاوزون في الجزء السفلى من هذه الطبقه (o3) والذى يبلغ سمكها حوالى 30 كلم واللتى تقوم بحجب الاشعه فوق البنفسجيه اللتى تصدر من الاشعاع الشمسى ،بالاضافه إلى ان معظم النيازك والشهب تحترق في هذه الطبقه مما يؤدى إلى ارتفاع في درجه حراره هذه الطبقه .





طبقة الأوزون


طبقة الأوزون (Ozone layer) او (Ozonsphere layer) هو الجزء من الغلاف الجوي لكوكب الأرض و الذي يحتوي بشكل مكثف غاز اال************ . و هي متمركزة بشكل كبير في الجزء السفلي من طبقة الستراتوسفير (Stratosphere) من الغلاف الجوي للأرض.




اكتشف كل من شارل فابري (Charles Fabry) و هنري بويسون (Henri Buisson) طبقة الأوزون في 1913 و تم معرفة التفاصيل عنها من خلال ج. ب. دوبسون (G. M. B. Dobson) الذي قام بتطوير جهاز لقياس الأوزون الموجود في طبقة الستراتوسفير من سطح الأرض.

بين سنة 1928 و 1958 قام دوبسون بعمل شبكة عالمية لمراقبة الأوزون و التي ما زالت تعمل حتى وقتنا هذا. وحدة قياس دوبسون, هي وحدة لقياس مجموع الأوزون في العامود...تم تسميتها تكريماً له.


الأشعة الفوق بنفسجية و الأوزون و مشعل
رسم بياني يوضح مستويات الأوزون عند ارتفاعات مختلفة و منع الأشعة فوق البنفسجية

الاوزون مهم بشكل كبير للحياة على الأرض, حيث انها تتشرب الأشعة فوق البنفسجية الضارة (UV) التي تطلقها الشمس. تم تصنيفها على حسب طول موجاتها إلى UV-A و UV-B و UV-C حيث تعتبر الأخيرة خطيرة جداً على البشر و يتم تنقيتها بشكل كامل من خلال الأوزون على ارتفاع 35 كيلومتر فوق سطح الأرض. مع ذلك يعتبر غاز الأوزن سام على ارتفاعات منخفضة حيث يسبب النزيف و غيرها.

من الممكن ان يؤدي تعرض الجلد لأشعة UV-B لإحتراقه (يظهر على شكل احمرار شديد); و التعرض الشديد له قدر يؤدي إلى تغير في الشفرة الوراثية و التي تنتج عنها سرطان الجلد. مع ان طيقة الأوزون تمنع وصول الأشعة UV-B الا انه يصل بعضاً منها لسطح الأرض. معظم أشعة UV-A تصل الأرض و هي لا تضر بشكل كبير إلا انها من الممكن ان تسبب تغيير في الشفرة الوراثية ايضاً.

استنزاف طبقة الأوزون يسمح بالتعرض الأشعة فوق البنفسجية و تحديداً أشعة ذات موجات أكثر ضرر للوصول إلى السطح مما يؤدي إلى زيادة في التغيير بالجينيات الوراثية للأحياء .

حساسية الحمض النووي للأشعة فوق البنفسجية






مستويات طاقة الأشعة فوق البنفسجية عند ارتفاعات مختلفة, الخط الأزرق يوضح حساسية الحمض النووي (DNA). اللون الأحمر يوضح مستوى الطاقة عند انخفاض 10% بنسبة الاوزون

لتقدير أهمية الوقاية من الأشعة فوق البنفسجية, نستطيع خصائص الضرر من التعرض للإشعاع في طيف ضوئي (action spectrum), حيث يبين لنا تأثير الإشعاع البيولوجي حسب طول الموجات. من الممكن ان يكون التأثير حروق الجلد, تغير في نمو النبات او تغيير في الحمض النووي (DNA). يتغير الضرر من التعرض للإشعاع على حسب طول الموجات. لحسن الحظ, يتغير تركيب الحمض النووي (DNA) بالموجات الأقل من 290 نانومتر و التي تقوم طبقة الأوزون بحجبها بشكل كبير. و في الموجات الأطول التي يحجبها الاوزون بشكل بسيط لا يتضرر الحمض النووي بشكل كبير. لو قل الأوزون بنسبة 10%, سيتم التغيير بنسبة 22% في الحمض النووي من تأثير الأشعة الفوق بنفسجية. للعلم التغيير في الحمض النووي يؤدي أمراض مثل سرطان الجلد, و هذا يوضح نص عريض

توزيع الأوزون في طبقة الستراتوسفير




المتوسط الشهري العالمي لكمية الأوزون الإجمالية

سماكة الأوزون هي الكمية الإجمالية في عامود رأسي من الهواء و هي تختلف لأسباب كثيرة, حيث تكون اقل عند خط الإستواء و أكبر مع المرور عند القطبين. و هي تختلف أيضاً في المواسم, حيثت تكون أكثر سماكة في فصل الربيع و أقل سماكة في فصل الخريف. و الأسباب لذلك معقدة, يتضمن ذلك دورة الغلاف الجوي و قوة الشمس.

بما أن الأوزون الموجود في طبقة الستراتوسفير تنتج بسبب الأشعة الفوق البنفسجية الصادرة من الشمس, لذلك من المتوقع ان تكون اعلى مستويات الأوزون عند خط الإستواء و أقلها عن القطبين و لنفس السبب من الممكن الإستنتاج ان اعلى مستويات الأوزون في الصيف و اقلها في الشتاء. غير أن ذلك غير صحيح حيث أن اعلى مستويات الأوزون متواجدة في القطبين الشمالي و الجنوبي كما تكون أعلى في فصل الربيع و ليس في الصيف, و اقلها في فصل الخريف و ليس الشتاء. خلال فصل الشتاء, تزداد سماكة طبقة الاوزون. تم تفسير هذه الأحجية من خلال دورة الرياح في طبقة الستراتوسفير و المعروفة بدورة بروير-دوبسون (). معظم الأوزون يتم انتاجه فوق القطبين و تقوم دورة الرياح في طبقة الستراتوسفير من عند القطبين بإتجاه و بالعكس إلى ارتفاع اقل في طبقة الستراتوسفير.
دورة بروير - دوبسون في طبقة الاوزون

طيقة الأوزون أكثر ارتفاعاً عند خط الإستواء و أقل انخفاضاً عند الإبتعاد عن خط الإستواء, خصوصاً عند منطقة القطبين. تنوع الإرتفاع في الأوزون سببه بطئ دورة الهواء التي ترفع الأوزون من طبقة الترابوسفير إلى الستراتوسفير.

كلما ابتعدنا عن خط الإستواء زادت سماكة الأوزون بإتجاه القطبين, بشكل عام كمية الأوزون الموجودة في القطب الشمالي أكثر منها في الجنوبي. بالإضافة إلى ذلك, تكون سماكة الأوزون في القطب الشمالي أكبر في فصل الربيع (مارس - أبريل) منها في القطب الجنوبي بينما تكون في القطب الجنوبي أكبر في فصل الخريف (سبتمبر - أكتوبر) منها في القطب الشمالي في نفس الفترة. في الواقع أكبر كميات الأوزون في جميع انحاء العالم توجد في القطب الشمالي خلال فترة الربيع و في خلال الفترة نفسها تكون أقل كميات الأوزون في جميع انحاء العالم توجد في القطب الجنوبي خلال فترة الربيع بالقطب الجنوبي بشهري سبتمبر و أكتوبر و ذلك بسبب ظاهرة ثقب الأوزون.



إستنزاف الأوزون




من الممكن استنزاف طبقة الأوزون من خلال بعض المواد الحفازة و ذلك يضم اكسيد النترات (NO), هيدروكسيل (OH), غاز الكلور (Cl) و غاز البرومين (Br). حيث يوجد مصادر طبيعية لجميع العناصر المذكورة, الا ان تركيز غاز الكلور و غاز البرومين قد ارتفع بشكل ملحوظ في السنوات الأخيرة و ذلك بسبب انتاج البشر لبعض المواد المركبة خصوصاً كلوروفلوروكربون (chlorofluorocarbon) و التى تعرف اختصاراً بإسم (CFCs) و ايضاً بروموفلوروكربون.

هذه المركبات المستقرة كيميائية تستطيع ان تصل إلى طبقة الستراتوسفير حيث تعمل الأشعة فوق البنفسجية على تفكيك كل من الكلور و الفلور. يبدأ كل منهم بتحفيز سلسلة من التفاعل القادرة على تفكيك أكثر من 100,000 جزئ أوزون. الاوزون في الجزء الشمالي من الكرة الأرضية في انخفاض 4% كل عقد. تقريباً أكثر من 5% من سطح الأرض حول القطب الشمالي و القطب الجنوبي, أكثر (لكن بشكل موسمي) قد ينخفض; و هذا ما يمسى بـ ثقب الأوزون.


تظيم استخدام كلوروفلوروكربون

السويد هي أول دولة تمنع استخدام الرشاشات التي تحتوي على كلوروفلوروكربون (CFC) في 23 يناير, 1978. تلتها بعض الدول مثل الولايات المتحدة الأمريكية, كندا و النرويج. و قد منعت المجموعة الأوروبية اقتراح مشابه. حتى في الولايات المتحدة, ما زال غاز كلوروفلوروكربون يستخدم في اماكن اخرى مثل الثلاجات و المنظفات الصناعية حتى بعد اكتشاف ثقب طبقة الأوزون بالقطب الجنوبي في سنة 1985. بعد محادثات و معاهدة دولية (بروتوكول مونتريال), تم وقف انتاج كلوروفلوروكربون (CFC) بشكل كبير ابتداً من 1987 و بشكل كامل في عام 1996.


في 2 اغسطس 2003, قام العلاماااء بالإعلان ان استنزاف طبقة الأوزون قد بدأ يتباطأ بعد حظر استخدام الكلوروفلوروكربون (CFC).

ثلاث أقمار اصطناعية و ثلاث محطات ارضية اثبتت بطئ استنزاف طبقة الأوزون العليا بشكل كبير خلال العقد الماضي. تمت الدراسة من خلال منظمة الإتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي (American Geophysical Union). بعض الإنحلال ما زال قائم في طبقة الأوزون بسبب عدم قيام بعض الدول بمنع استخدام الكلوروفلوروكربون (CFC) بالإضافة إلى وجوده مسبقاً في طبقة الستراتوسفير قبل منع استخدامه, حيث له فترة انحلال طويلة من 50 إلى أكثر من 100 سنة, و لذلك تحتاج طبقة الأوزون لرجوعها بشكل كامل لعدة عقود.

حالياً يتم تركيب مكونات تحتوي على (C-H) لتحل كبديل لإستخدام الكلوروفلوروكربون (CFC) مثل هايدروكوروفلوروكربون (HCFC), حيث ان هذه المركبات أكثر نشاط و لحسن الحظ لا تبقى فترة كافية في الغلاف الجوي لتصل إلى طبقة الستراتوسفير حيث تؤثر على طبقة الأوزون.