الغلاف الجوي Atmosphere
الغلاف الجوي
تركيبه
...
2 الغلاف الجوي Atmosphere
2- 1- تركيبه:
الغلاف الجوي "أو الجو" هو الغلاف الغازي، الذي يحيط بالكرة الأرضية إحاطة تامة، وهو يتكون من قطاعه الأسفل القريب من سطح الأرض من الهواء الحقيقي، الذي يتركب، وهو جاف ونقي، من عدة عناصر غازية متحدة مع بعضها بنسب معينة، وأهمها النيتروجين "الأزوت" والأكسوجين اللذان يشكلان معًا حوالي99% من حجم الهواء "78% نيتروجين و21% أكسوجين"، وأما الباقي وقدره 1% فتشترك فيه مجموعة من العناصر الأخرى أهمها الأرجون "Argon 0.8%" وثاني أوكسيد الكربون "0.03%" والأيدروجين "Hydrogen 0.01%" وعدد آخر من الغازات التي توجد بنسب ضئيلة جدًّا مثل النيون والأوزون.
والنسب المذكورة لتركيب الهواء ثابتة تقريبًا في كل مكان عند سطح الأرض، باستثناء ثاني أوكسيد الكربون الذي يتغير تغيرًا بسيطًا على حسب توفر مصادره وأهمها عمليات الاحتراق والتلوث في المناطق الصناعية والمدن المزدحمة. وينطبق هذا أيضًا على عنصر الأوزون، وهو شكل من الأشكال التي يتحول إليها الأكسوجين، إذ إن نسبته تتغير تغيرًا بسيطًا مع تغير الأحوال الجوية، حيث ترتفع نوعًا ما في الجو المضطرب عنها في الجو الساكن، وقد أظهرت الأبحاث الحديثة أن نسبته قد تناقصت في الوقت الحاضر وصغر سمك الطبقة الأولى التي توجد فيها بسبب تزايد ملوثات الهواء.
(1/31)
____
وعلى العموم فإن تركيب الهواء يتغير تدريجيًّا كلما زاد الارتفاع حيث تتناقص نسب عناصره الثقيلة وهي النيتروجين والأكسوجين وثاني أوكسيد الكربون، بينما تتزايد نسب عناصره الخفيفة مثل الأيدروجين والهيليوم والنيون، ولكنها لا تلبث هي الأخرى أن تتناقص في القطاعات العليا حتى تختفي تقريبًا على ارتفاع يتراوح بين 300 و 500 كم، وهو أعلى ارتفاع للغلاف الجوي.
ويقدر على وجه الإجمال أن حوالي 50% من الوزن الكلي للغازات التي يتألف منها الغلاف الجوي تتجمع في قطاعه الأسفل حتى ارتفاع ستة كيلومترات وأن 25% من هذا الوزن توجد في الست كيلومترات والنصف التي تعلو ذلك.
وعلى الرغم من أن الهواء يتركب أساسًا من العناصر الغازية السابقة فإنه يحتوي أيضًا على نسب متباينة من الغبار وبخار الماء، وهي مواد عالقة تتباين كمياتها ومعدلاتها من مكان إلى آخر ومن وقت إلى آخر على حسب توفر مصادرها، وهي تتناقص بصفة عامة، وخصوصًا الغبار، كلما زاد الارتفاع.
ولكل من بخار الماء والغبار أهمية مناخية خاصة، فبخار الماء هو كل مظاهر التكثف من سحب وأمطار وضباب وثلج وندى وصقيع، وتتباين نسبته في الهواء من مكان إلى آخر على حسب توفر مصادرها، وأهمها المسطحات المائية التي يؤدي تبخر مياهها إلى زيادة نسبة الرطوبة "بخار الماء" في الهواء، فإذا ما انتقل هذا الهواء إلى مناطق أخرى فإنه ينقل معه ما يحمله من بخار، فإذا ما صادف ظروفًا تساعد على تكيفه وسقوطه بأية صورة من الصور فإنه يعود إلى الأرض لينتهي مرة أخرى إلى البحر، فتتم بذلك الدورة المائية المعروفة.
أما الغبار فيتكون بمعناه من كل الجزيئات والحبيبات الصلبة التي يحملها
(1/32)
____
الهواء وأهمها جزيئات الأتربة والرمال الناعمة وحبوب اللقاح المتطايرة من الأشجار وجزيئات النباتات الجافة والغبار الذي ينطلق من فوهات البراكين.
ويعتبر الغبار من أهم الملوثات الطبيعية للهواء، كما أنه هو مصدر النويات التي يتكثف عليها بخار الماء في الجو، وأنه يساعد الهواء على امتصاص الحرارة من أشعة الشمس في أثناء النهار وعلى سرعة فقدانها بالإشعاع في أثناء الليل، وهو يشترك مع بخار الماء في إحداث بعض الظاهرات الضوئية المعروفة مثل الشفق الذي يظهر عادة عند غروب الشمس وأحيانًا عند شروقها.
(1/33)
____
2- 2- طبقات الغلاف الجوي "شكل1":
ونظرًا للطبيعة الغازية للغلاف الجوي واختلاف كثافة العناصر التي يتكون منها والمواد العالقة به، وارتباطه بالجاذبية الأرضية فإن كثافته تتناقص كلما زاد الارتفاع بسبب تناقص غازاته الكثيفة وتناقص المواد العالقة به فيأخذ نتيجة لذلك في التخلخل والانتشار ولا تبقى به في مستوياته العليا التي يزيد ارتفاعها على 200 كيلو متر إلا بعض الغازات الخفيفة التي تتلاشى بدورها تدريجيًّا حتى تختفي في منطقة التقائه بالفضاء.
ويترتب على التغير الذي يطرأ على تركيب هذا الغلاف وكثافته نتيجة لتزايد الارتفاع تغير في خصائصه الضوئية والحرارية والكهرومغناطيسية وعلى الرغم من أن التغير يحدث ببطء وبالتدريج فقد أمكن تقسيم هذا الغلاف إلى عدة طبقات لكل منها خصائص معينة، ولكنها تتداخل في بعضها تداخلًا تدريجيًّا بحيث لا يسهل وضع حدود واضحة لكل منها، ولهذا فإن ما يفصلها عن بعضها عبارة عن مناطق انتقالية تختلط فيها صفاتها وليس لها بدورها حدود واضحة.
وكأي مادة غازية فإن الهواء الذي يشكل الطبقة السفلى من الغلاف الجوي، تتميز بسهولة التحرك في كل الاتجاهات، وبأنه قابل للانضغاط والانكماش، وبأنه قابل للتمدد والانتشار، وهو دائم التحرك والانتقال سواء
(1/33)
____
على نطاق واسع بين مختلف الأقاليم، أو في حدود ضيقة بين الأماكن المتجاورة.
وعلى الرغم من أن صفات الهواء تتغير أفقيًّا ورأسيًّا تغيرًا واضحًا فمن غير الممكن وضع حدود واضحة بين أنواعه المختلفة؛ لأن هذه الأنواع تتداخل في بعضها تداخلًا تدريجيًّا بحيث تظهر عادة مناطق انتقالية بين الأنواع المتجاورة ولهذا فإن الحدود الخطية التي ترسم على الخرائط أو في الأشكال التوضيحية بين طبقات الجو، أو بين الكتل الهوائية المختلفة، أو بين الأنواع المناخية لا تمثل في الواقع حدودًا بمعنى الكلمة.
ومن السهل تتبع التغير الرأسي الذي يطرأ على خصائص الغلاف الجوي وتركيبه إذا ما ارتفعنا فيه من سطح الأرض إلى أعلى بحيث يمكن تقسيمه إلى طبقات متداخلة بعضها في بعض، وأول هذه الطبقات هي طبقة التروبوسفير Tropsphere التي يتراوح سمكها بين 8 و18 كيلومترًا. وفيها يتجمع معظم الهواء بمعناه المعروف، كما تحدث فيها معظم الظاهرات الجوية التي لها علاقة مباشرة بمناخ الأرض، وفيها يتدرج الهواء في تركيبته وكثافته ودرجة حرارته إلى أعلى.
وتستأثر طبقة التروبوسفير وحدها بنحو 75% من وزن الغلاف الجوي كله، وفيها توجد كل الغازات الثقيلة التي تدخل في تركيب الهواء، وأهمها النيتروجين والأكسوجين وثاني أكسيد الكربون، وكل المواد العالقة بالهواء وهي بخار الماء والغبار، وكلما ارتفعنا في هذه الطبقة تناقصت هذه الغازات وهذه المواد، وقلت كثافة الهواء، وتناقصت درجة حرارته، كما تتناقص درجة الحرارة فيها تناقصًا عامًّا كلما اتجهنا من خط الاستواء نحو القطبين، وتتداخل طبقة التروبوسفير هذه تدريجيًّا في الطبقة التي فوقها، وهي طبقة الاستراتوسفير Stratosphere، وتوجد بينهما طبقة انتقالية هي الاستراتوبوز statopuse ويتميز الاستراتوسفير بشدة برودته حتى إن درجة حرارته تصل إلى -50 ْم ولكنها لا تتناقص بالارتفاع، وفي هذه الطبقة تنعدم تقريبًا
(1/34)
____
الغازات الثقيلة والمواد العالقة، وعلى العكس مما يحدث في الطبقة السفلى أي التروبوسفير، فإن درجة الحرارة تتزايد في الاستراتوسفير كلما اتجهنا من خط الاستواء نحو القطبين. وتتداخل هذه الطبقة بدورها تداخلًا تدريجيًّا في الطبقة التي فوقها وهي طبقة الميزوسفيرMesosphere. وتفصل بينهما طبقة انتقالية يطلق عليها اسم استراتوبوزStratopause وتبقى درجة الحرارة شديدة الانخفاض في طبقة الميزوسفير، ويتزايد انخفاضها بسرعة في أجزائها العليا حتى تصل إلى أقل من -70 ْ. وفي هذه الطبقة تحترق آلاف الشهب التي تندفع يوميًّا من الفضاء نحو الأرض.
وفي الطبقات الأعلى من الجو تتداخل طبقة الميزوسفير في طبقة الأيونوسفير lonosphere من خلال طبقة انتقالية يطلق عليها اسم الميزوبوزMesopause وفيها تأخذ درجة الحرارة في الارتفاع بسرعة ثم تواصل ارتفاعها السريع في الأيونوسفير، وهنا تحدث بعض الظاهرات الضوئية المعروفة وأهمها ظاهرة الشفق أو الوهج القطبي أو "الأورورا Aurora". وهي تظهر قرب الدائرة القطبية بشكل ستائر من الأشعة الملونة التي تتدلى نحو الأرض. ويتدرج الأيونوسفير إلى أعلى حتى يتداخل في أعلى طبقات الغلاف الجوي وهي الترموسفيرThermosphere أي الغلاف الحراري، وهو غلاف انتقالي نحو الفضاء، وفيه ترتفع درجة الحرارة إلى 1000 ْ أو أكثر، وفيه تنعكس الموجات اللاسلكية القصيرة التي تنطلق من الأرض فتعود إليها مرة أخرى حيث يمكن أن يلتقطها جهاز المذياع.
(1/35)
____
شكل "1" طبقات الغلاف الجوي
(1/36)