الغلاف الجوي

[منخفض السودان]

الغلاف الجوي

2-1- الغلاف الجوي ( الهواء):
يمثل الغلاف الجوي محيطا عظيما من الهواء يناهز ارتفاعه حوالي 10000 كم (1) وترى دراسات أخرى أنه يصل حتى 30000 كم (2)، ومن الأكيد أنه لا يوجد هواء بعد ارتفاع 32000 كم لأنه عند ذلك الارتفاع تتفوق قوة الطرد المركزية المتولدة من دوران الأرض حول نفسها على الجاذبية الأرضية(3). لكن مؤخراً بينت قياسات الأقمار الصناعية أن ارتفاع الغلاف الجوي يصل إلى نحو 64400 كم فوق سطح البحر(4)، وذلك بعد اكتشاف بعض ذرات غازية من الغلاف الجوي موجودة عند هذا الارتفاع. ومع ذلك فإن حوالي 99.99997 % من الغلاف الجوي يقع دون ارتفاع 100 كم، ويزيد حجمه عن 5 ×2110 م3. وتقدر كتلته بحوالي 5.14×1510 كيلوغرام (5).
يغلف الغلاف الجوي سطح كوكب الأرض مالئا فراغاته وفراغات الأجسام والمواد الأخرى الموجودة عليه كلها مهما كانت كبيرة أو صغيرة أو دقيقة. ويعد الغلاف الجوي جزءا لا يتجزأ من الأرض نفسها, ويرتبط بها بقوة جاذبيتها. وعلى الرغم من أننا نحن البشر والمخلوقات الحية الأخرى نعيش على سطح الأرض قابعين في قعر هذا المحيط الهوائي العظيم، معتمدين عليه في استمرار حياتنا, لا نشعر عادة بوجوده, لأننا لا نستطيع رؤيته ولا تذوقه ولا شمه. مع ذلك يشكل الغلاف الجوي جسما ماديا يمكن تتحسسه والشعور بوجوده حين نتحرك خلاله راكبين دراجة أو سيارة أو قطارا. كما يشعرنا الغلاف الجوي بوجوده وبقوته أحيانا، حين يهب الهواء من حولنا منعشا نفوسنا لافحا وجوهنا محركا ثيابنا ومحركا أغصان الأشجار وأوراقها, حانيا رؤوسها, ومداعبا ستائر النوافذ, وجاعلا الأعلام خفاقة في السماء, أوحين تهب الرياح محملة بالغبار والأوراق والأتربة والرمال المتطايرة من حولنا. وأحيانا يزيد الغلاف الجوي من تأكيد وجوده, عندما تثور العواصف القوية العاتية مزمجرة مطبقة على الناس وممتلكاتهم مقتلعة الأشجار وسقوف المنازل وأعمدة الهاتف والكهرباء, مدحرجة السيارات, قاذفة بالناس والحيوانات فوق سطح الأرض. إذن يشكل الغلاف الجوي جسما ماديا يمكن تتحسسه والشعور بوجوده لكنه لا يرى.

تدل الدراسات(3، 6) أن الأرض وجدت منذ 4.5 بليون (جيجا) سنة وتكًًًًًًًًًًًًوََََََََََن لها في الوقت نفسه غلاف جوي بدائي، مؤلفا أساسيا من بخار الماء. وبحوالي 3.3 بليون سنة مضت تكاثف بخار الماء مشكلا المحيطات والبحيرات والأنهار. وبدأ غلاف جوي جديد بالتشكل من الغازات المنطلقة عبر شقوق القشرة الأرضية والبراكين من الغازات المحتجزة ومن المواد الثقيلة المنصهرة في باطن الأرض. ويعتقد أنه كان مؤلفا من حوالي 80% بخار الماء (H2O) و12% من ثاني أكسيد الكربون (CO2) و6% من ثاني أكسيد الكبريت (SO2). وقد دخل معظم غاز ثاني الكربون في تركيب الصخور الكلسية والدلومتية.
ومع أن الأكسجين لم يظهر كغاز في الغلاف الجوي، لكن الدلائل تشير أنه كان موجودا منذ 1.9 بليون سنة خلت في مركبات فلزات الصخور الملونة باللون الأحمر والبني الناتجة عن أكسدة الحديد. لكن ما زال غير مؤكد كيف ظهر الأكسجين في الغلاف الجوي ومتى.
والحقيقة يوجد عدة آليات يمكن أن يكون الأكسجين قد وجد بواسطتها في الغلاف الجوي. فقد يكون قد تشكل عن التفكك الضوئي لجزيئات بخار الماء الناتج عن البراكين بوساطة الأشعة الشمسية (SR):

2H2O + (SR) → 2H2 + O2

أو تشكل عن طريق عمليات التمثيل الضوئي التي يشارك فيها كل من الماء وثاني أكسيد الكربون والأشعة الشمسية الضوئية (LSR)، المنتجة للهيدروكربونات (CH2O)، الجارية في بعض البكتيريات، منذ ثلاثة بلايين سنة قبل الآن، وأوراق النباتات، منذ بليونين سنة قبل الآن، التي كانت تعيش وتنمو كلها في المياه عند أعماق تتراوح بين 3-10م بعيدا عن متناول الأشعة الشمسية فوق البنفسجية المدمرة للحياة العضوية النباتية والحيوانية:

H2O + CO2 + (LSR) → (CH2O
ويعتقد أنه بحوالي 1.6 بليون ) + O2
سنة مضت كان تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي يعادل حوالي 1% من تركيزه الحالي لأن معظم الأكسجين المتولد وقتئذ كان يدخل في عمليات أكسدة الحديد أو ينحل في مياه البحر. ومع تزايد المساحات النباتية وصل تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي الى حوالي 10% من تركيزه الحالي قبل بليون سنة. وبتزايد تركيز الأكسجين تأمنت الحماية الكافية للحياة العضوية من الأشعة فوق البنفسجية، فازدهرت وترعرعت وساهمت بتزايد تركيز الأكسجين الى أن وصل الى مستوى كاف لظهور حياة نباتية على اليابسة حوالي 400 مليون سنة قبل الآن، ووصل لتركيزه الحالي في الغلاف الجوي منذ 300 مليون سنة قبل الآن.

[منخفض السودان]

من طبقات مختلفة تتغير كلما أرتفعنا عن سطح الأرض وتتكون من :

• تروبوسفير أو الطبقة السفلى (troposphere) : تمتد من سطح الأرض وترتفع ما بين10 كلم عند القطبين 16 كلم عند خط الأستواء وتحتوي على تسعة أعشار الغازات الجوية . وفيها تتكون الظواهر المناخية وتغير مستمر لدرجات الحرارة .
• الستراتوسفير أو الطبقة الوسطى (stratosphere) : وهي الطبقة بين (7 كلم – 17 كلم ) إلى (50 كلم ) ، ويوجد فيها الأوزون الذي يحمي من الإشعاعات المؤذية.
• الميزوسفير أو الطبقة العليا (mesosphere) : وتبدأ من 50 كلم حتى ارتفاع 80 كلم – 85 كلم .
• الثيرموسفيرأو الطبقة الحرارية (thermosphere) : تبدأ من 80 كلم – 85 كلم إلى 640 كلم .
• الأيونوسفير أو الطبقة الشاردية (ionosphere) : وهي 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.
• الاكزوسفير أو الطبقة الخارجية (exosphere) : وهي الطبقة التي تلي الآيونوسفير وتمتد حتى تختلط مع فراغ الفضاء.

أقسام الغلاف الجوي

من الصعب تحديد الامتداد الرأسي للغلاف الجوي تحديداً دقيقاً، ويرجع ذلك إلى عدم وجود حدود فاصلة تميز بين كل من النهايات العليا في الجو من ناحية، وبداية الفضاء الخارجي Outer Space الذي يقع خلفه من ناحية أخرى، وعلى أساس الاختلاف الرأسي في درجات الحرارة ومكونات الغلاف الجوي وأنواع غازاته، قسم العلماء الغلاف الجوي إلى الطبقات التالية:

1- طبقة التروبوسفير Troposphere

وهي الطبقة، التي تعلو سطح الأرض مباشرة، ويبلغ سمكها حوالي 12 كيلومتراً، وتؤلف هذه الطبقة حوالي ثلاثة أرباع وزن الغلاف الجوي، وتتميز بأنها أكثر طبقات الجو اضطراباً، لاسيما القطاع الأسفل منها، والذي يبلغ سمكه حوالي ثلاثة كيلومترات. وتحدث فيه معظم الظواهر الجوية التي تتحكم في توزيع المناخ على سطح الأرض.
ومن بين مميزات طبقة التروبوسفير، أن درجة الحرارة تنخفض فيها انخفاضاً تدريجياً وشبه منتظم مع الارتفاع عن سطح الأرض، وذلك بمعدل درجة مئوية واحدة لكل 100 متر (في الهواء الجاف) إلى أن تبلغ درجة الحرارة 21 ْ تحت الصفر إلى 27 ْ تحت الصفر، في القسم الأعلى من التروبوسفير والذي يُعرف باسم طبقة التربوبوز . Tropopause وتتعرض الأطراف العليا من طبقة التروبوسفير لتيارات هوائية شديدة السرعة، يُطلق عليها اسم التيارات النفاثةJet Streams .

2- طبقة الأستراتوسفير Stratosphere

حينما تثبت درجة الحرارة بالارتفاع، تبدأ طبقة الاستراتوسفير، التي تقع فوق التروبوسفير، ويصل ارتفاعها إلى 80 كيلومتراً من سطح البحر. وتتميز هذه الطبقة بتخلخل هوائها إلى حد كبير، ويتضح ذلك إذ علمنا أن 90% من وزن الغلاف الجوي ينحصر في العشرين كيلومتراً السفلى منه (أي في منطقة التروبوسفير) إضافة إلى الثمانية كيلومترات السفلى من طبقة الأستراتوسفير.
ويتركز غاز الأوزون Ozone في الغلاف الجوي في طبقة الأستراتوسفير، لا سيما في جزئها المحصور بين 15 إلى 45 كيلومتراً فوق سطح البحر، وهو الجزء الذي يُطلق عليه الأوزونوسفير Ozonosphere. ويمتص غاز الأوزون في هذا الجزء معظم الأشعة فوق البنفسجية، التي ترسلها الشمس نحو الأرض، وبالتالي يقل أثرها على أنواع الحياة على سطح الأرض، إذ لا يصل منها سوى نسبة قليلة قد تقضي على الجراثيم، ولكنها لا تضر بالنبات والحيوان. كما يُساعد امتصاص غاز الأوزون لهذه الأشعة على ارتفاع درجة حرارة الهواء في نطاق الأوزونوسفير.

3- طبقة الميزوسفير Mesosphere

تقع هذه الطبقة فيما وراء الأطراف العليا لطبقة الأستراتوسفير، ويفصلهما طبقة تعرف بطبقة الاستراتوبوز Stratopause .وتتميز طبقة الميزوسفير بارتفاع درجة حرارة الهواء في قسمها السفلي ، ثم تنخفض بالتدريج مع الارتفاع إلى أعلى النهايات العليا للطبقة المعروفة باسم طبقة الميزوبوز Mesopause .
ويرجع الفضل إلى هذه الطبقة الهوائية في حدوث عمليات احتراق الشهب والنيازل الساقطة من الفضاء الخارجي والمتجهة إلى سطح الكرة الأرضية.

4- طبقة الثرموسفير Thermosphere

أكدت الدراسات الميتورولوجية الحديثة للطبقات العليا من الغلاف الجوي بأن هواء طبقة الثرموسفير يتميز بارتفاع درجة حرارته .
ويطلق على القسم الأسفل من طبقة الثرموسفير اسم طبقة الأيونوسفير Ionosphere، أو طبقة الأثير، وتبعد أطرافها السفلي عن سطح البحر بنحو 80 كيلومتراً، واستطاع العلماء تحديد أبعاد هذه الطبقة بفضل تركز الجزئيات الأيونية فيها Ionized Particles، وأثرها على انعكاس الموجات اللاسلكية والكهرومغناطيسية.
وينتج عن الإلكترونات، التي تصاحب سقوط الأشعة الشمسية في طبقة الأيونوسفير، حدوث ما يعرف باسم الفجر القطبي أو الأورورا Aurora Borealis ، في النصف الشمالي من الكرة الأرضية، وباسم الفجر أو الوهج القطبي الجنوبي أو الأسترالي Aurora Australis، في النصف الجنوبي من الكرة الأرضية. ويرجع سبب هذا الوهج أو الأضواء إلى حدوث اضطرابات كهربائية في طبقة الأيونوسفير، ينتج عنها تكوين تيارات ضوئية تبدو على هيئة خيوط أو ستائر مضيئة تتدلى نحو سطح الأرض.