بحث حول الغلاف الجوي (لتلاميذ سنة ثالثة متوسط)

يعتبر كوكب الأرض كوكباً فريداً ليس فقط ضمن كواكب المجموعة الشمسية أو في مجرة درب التبانة فقط بل يمكن أن يكون في الكون بأسرة,هناك العديد من الأسباب وراء هذا التفرد , فكوكب الأرض هو الكوكب الوحيد الذي نعرفه ويحمل جميع مقومات الحياة البشريةمن هواء وماء ونبات إضافة إلى ذلك فان بعده المناسب عن الشمس يوفر لها ضوءً وحرارة مناسبتين للحياة , كما يوفر دوران الأرض حول الشمس وحول نفسها, بسر عات 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 مقارنتاً بالأغلفة الجوية المحيطة بكواكب المجموعة الشمسية يعتبر من أهم المميزات الفريدة والمهمة لكوكب الأرض.
أهمية الغلاف الجوي:
الغلاف الجوي الأرضي هو عبارة عن طبقة رقيقة مركبة من الغازات وبعض المركبات الكيميائية تحيط بالأرض وتحميها بنفس الطريقة التي تحمي بها قشرة التفاحة الخفيفة التفاحة شكل(1).
يعتبر وجود الغلاف الجوي حول الأرض عاملاًً أساسيا و مهماً جداً في نشأة الحياة على الأرض.
فالغلاف الجوي بمكوناته الغازية يوفر المواد الأساسية اللازمة للحياة كالأكسجين وغاز ثاني أكسيد الكربون و غاز النيتروجين الذي يعتبر حجر الأساس في كل صور الحياة الموجودة على سطح الأرض, كما أن هناك غازات ومركبات كيميائية أخرى مهمة تدخل بطريقة مباشرة أو غير مباشرة في معظم أنشطة الإنسان على سطح الأرض .
تتسبب حركة الغلاف الجوي سواء على مستوى الكرة الأرضية أو على المستوى الإقليمي المحدود في حدوث الكثير من الظواهر الطبيعية مثل تجانس مكونات الهواء وتكون السحب والمطر وهبوب الرياح, و كذلك حفظ كوكب الأرض من التغييرات الكبيرة و المفاجئة في درجات الحرارة.
بالإضافة إلى ما سبق فأن الغلاف الجوي الأرضي يعمل على حمايتنا من الأشعة الشمسية الضارة كالأشعة الفوق البنفسجية والأشعة السينية الصادرة والمنطلقة من الشمس بصفة مستمرة, وكذلك الأشعة الكونية القادمة من الشمس و الفضاء الخارجي والتي لولا إرادة الله تعالى ثم وجود الغلاف الجوي لا أنهت هذه الأشعة جميع أنواع الح
يعتبر وجود الغلاف الجوي حول الأرض عاملاًً أساسيا و مهماً جداً في نشأة الحياة على الأرض.
فالغلاف الجوي بمكوناته الغازية يوفر المواد الأساسية اللازمة للحياة كالأكسجين وغاز ثاني أكسيد الكربون و غاز النيتروجين الذي يعتبر حجر الأساس في كل صور الحياة الموجودة على سطح الأرض, كما أن هناك غازات ومركبات كيميائية أخرى مهمة تدخل بطريقة مباشرة أو غير مباشرة في معظم أنشطة الإنسان على سطح الأرض .
تتسبب حركة الغلاف الجوي سواء على مستوى الكرة الأرضية أو على المستوى الإقليمي المحدود في حدوث الكثير من الظواهر الطبيعية مثل تجانس مكونات الهواء وتكون السحب والمطر وهبوب الرياح, و كذلك حفظ كوكب الأرض من التغييرات الكبيرة و المفاجئة في درجات الحرارة.
بالإضافة إلى ما سبق فأن الغلاف الجوي الأرضي يعمل على حمايتنا من الأشعة الشمسية الضارة كالأشعة الفوق البنفسجية والأشعة السينية الصادرة والمنطلقة من الشمس بصفة مستمرة, وكذلك الأشعة الكونية القادمة من الشمس و الفضاء الخارجي والتي لولا إرادة الله تعالى ثم وجود الغلاف الجوي لا أنهت هذه الأشعة جميع أنواع الحياة البشرية الممكنة على سطح الأرض
والأهم من ذلك كله أن الغلاف الجوي يشكل سقفاً فوق الأرض يعمل على حمايتها من الشهب الكونية الكبيرة التي تحترق في أعلى الغلاف الجوي لتصل إلى الأرض على هيئة نيازك صغيرة نسبياً.
قال تعالى : ( وجعلنا السماء سقفاً محفوظاً وهم عن آياتها معرضون) . الأنبياء 32
مكونات الغلاف الجوي
يتكون الغلاف الجوي من خليط من الغازات تنقسم إلى قسمين أساسيين, الغازات الأساسية أو النشطة وهي الغازات التي تدخل مباشرةًً في التفاعلات الحيوية على الأرض وهذه الغازات هي: غاز النيتروجين ونسبته 78% من مجموع الغازات الموجودة وغاز الأكسجين ونسبته 21% وغاز ثاني أكسيد الكربون ومجموعة أخرى من الغازات بنسب ضئيلة شكل(2) .
أما القسم الثاني فهي الغازات النادرة أو الخاملة والتي نادراً ما تدخل في التفاعلات الحيوية ومن هذه الغازات غاز الميثان والارجون والهليوم والهيدروجين والأوزون .
بالإضافة إلى الغازات السابقة فان الغلاف الجوي يتكون من بعض المركبات الكيميائية المهمة مثل بخار الماء الذي تختلف نسبته باختلاف المكان والزمان والحرارة والعوامل الجوية المسببة في تغيره, كما يوجد في الغلاف الجوي نسبة من الغبار العالق المكون في الغالب من المعادن والمركبات العضوية الموجودة على سطح الأرض أو تلك التي في النيازك والتي هي عبارة عن جزئيات صغيرة جداً(ميكروسكوبية) من الغبار و التي تعمل على تشتت أشعة الشمس والاحتفاظ بدرجة حرارة الكرة الأرضية و المساهمة في تكثيف بخار الماء لتكوين حبات المطر.
الأقسام الرئيسية (الأساسية) للغلاف الجوي:-
ينقسم الغلاف الجوي المحيط بالأرض إلى قسمين أساسيين هما الغلاف الجوي الداخلي و الغلاف الجوي الخارجي شكل(3).
قسم العلماء الغلاف الجوي الداخلي إلى طبقات مختلفة بناءً على الاختلاف في درجات الحرارة مع الارتفاع وهي: طبقة التروبوسفير
1. طبقة التروبوسفير أو الطبقة المناخيةTroposphere
إن كلمة تروبوسفير هي تسمية يونانية فتروبو تعني متغير و سفير تعني الكرة . طبقة التروبوسفير هي الطبقة السفلي من الغلاف الجوي والملاصقة لسطح الأرض تعتبر هذه الطبقة من أهم طبقات الغلاف الجوي الأرضي بالنسبة لجميع أنواع الحياة على سطح الأرض. يبلغ متوسط ارتفاع هذه الطبقة حوالي 11 كلم. بالرغم من قلة سمك طبقة التروبوسفير مقارنتاًً بسمك الغلاف الجوي فأن 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. تعتبر طبقة التروبوسفير الطبقة الفعالة في تغيرات المناخ, حيث يطلق عليها الطبقة المناخية لأنة 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 تعبر هذه الطبقة من أهم طبقات الغلاف الجوي بالنسبة لعلماء الأرصاد الجوية meteorology وعلماء المناخ climatologic

يبلغ متوسط درجة حرارة سطح الأرض في اسفل هذه الطبقة حوالي 15 درجة مئوية. تتميز طبقة التروبوسفير بانخفاض في درجة الحرارة مع الارتفاع بمعدل 6 درجات مئوية لكل كيلومتر حيث يقل معدل التناقص هذا إلى ارتفاع 15 كلم إلى أن يتوقف هذا التناقص تماماً على ارتفاع حوالي 20 كلم والتي هي الحد الفاصل بين طبقة التروبوسفير والطبقة التي تليها طبقة الستراتوسفير يعرف هذا الفاصل بطبقة التروبوبوز(تروبو تعني تغير , بوز تعني الاستقرار , أي طبقة وقف التغيرات)حيث تعرف طبقة التروبوسفير و التروبوبوز لدي العلماء بالغلاف الجوي السفليLower Atmosphere.
يعتبر احتباس الأشعة الشمسية التي تصل إلى الأرض أو ما يعرف بظاهرة البيوت الزجاجية هو مصدر الحرارة و التسخين لطبقة التروبوسفير..
2. طبقة الستراتوسفير الطبقة الهادئةstratosphere
تمتد طبقة الستراتوسفير من ارتفاع 20 كلم إلى حوالي65 كلم فوق سطح البحر تتميز هذه الطبقة بازدياد في درجة الحرارة بشكل عام من حوالي 60 درجة مئوية تحت الصفرمن طبقة التربوبوز إلى حوالي صفر درجة مئوية في أعلى الستراتوسفير (ستراتوبوز) . تتميز 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 مثاليا ومريحاً للطائرات، تحتوي طبقة الستراتوسفير على مجموعة من الغازات الحقيقة التي تكون بصورة ذرية أو جزئية أو مركبات غازية. في أعلى الستراتوسفير يوجد طبقة الأوزون و التي لها دور كبير في امتصاص الأشعة الفوق البنفسجية الشمسية وحمياتنا من مخاطرها.
طبقة الأوزون:
تتواجد طبقة الأوزون(Ozone layer) على ارتفاع حوالي 35 كلم أي في الجزء الأعلى من الستراتوسفير , ويبلغ سمكها حوالي 16 كلم . يعتبر غاز الأزون O3 من أهم مكونات طبقة الستراتوسفير. تكون طبقة الأوزون اقل سمكاً في المناطق الاستوائية وتكون اكثر كثافة باتجاه الأقطاب.
تتواجد طبقة الأوزون على ارتفاع حوالي 35 كلم عن سطح الأرض وهي مؤثرة جداً في امتصاص الإشعاعات الشمسية الفوق بنفسجية ولا تسمح ألا بنفاذ جزء صغيرة جدا منها ولولا و وجود طبقة الأوزون هذه و امتصاصها لهذه الأشعة القاتلة لكانت شدة هذه الإشعاعات مهلكة لجميع من في الأرض
ينتج غاز الأوزون من اتحاد الأكسجين الجزئي O2 الموجود في طبقة الستراتوسفير مع الأكسجين الذري O1 الناتج من تفكك الأكسجين الجزئي عن طريق الأشعة الفوق البنفسجية القادمة من الشمس عند الطول الموجي(320-243) نانومتر
3 . طبقة الميز وسفير-الطبقة الوسطي mesosphere
وهي الطبقة التي تلي طبقة الستراتوسفير وتمتد من ارتفاع 56 كلم إلى حوالي 90 كلم فوق سطح البحر اي بسمك حوالي 24 كلم. تتميز هذه الطبقة بتناقص مضطرب في درجات الحرارة مع الارتفاع حتى تصبح الحرارة في أعلى هذه الطبقة منخفضة جداً حوالي 100 درجة مئوية تحت الصفر والتي تعتبر أقل درجة حرارة في الغلاف الجوي في أعلى هذه الطبقة. في طبقة الميز وسفير يتم احتراق الشهب الكونية القادمة إلى الأرض و التي تصل إلى سطح الأرض على هيئة نيازك صغيرة نسبياً. في الغالب يستخدم علماء الأرصاد الجوية هذه الطبقة في إرسال ووضع المناطيد الخاصة بهم التي تطلق يومياُ من الأرض لأخذ بعض المعلومات عن الغلاف الجوي كأجهزة Radiosnode

تصل كثافة الغلاف الجوي في هذه الطبقة حوالي 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 الميز وسفير عن الطبقة التي تليه الايونوسفير ويطلق العلماء على منطقة الستراتوسفير و الميز وسفير مع الستراتوبوز و الميزيوبوز الغلاف الجوي الأوسطMiddle Atmosphere .
4 الطبقة المتأينة الايونوسفيرIonosphere
تمتد طبقة الايونوسفير من ارتفاع حوالي 90 كلم إلى حوالي 775 إلى 1000 كلم عن سطح البحر أي بسمك يصل بين 685 إلى 910 كلم . سميت هذه الطبقة بالطبقة المتأنية لأنها تحتوي على كميات كبيرة من الأكسجين والنيتروجين المتأين( التأين هو فقدان ذرات المواد لبعض من الكتروناتها). إن السبب الرئيسي في تأين مكونات هذه الطبقة هو امتصاص غازات طبقة الايونوسفير للأشعة السينية والأشعة الفوق البنفسجية القادمة و الموجودة في الإشعاع القادم من الشمس حيث تعمل هذه الأشعة على اقتلاع إلكترونات ذرات هذه الغازات وترك ذراتها في حالة تأين شكل(9).
ثقب الأوزون Ozone Hole
خلال ال خمسة عشر سنة الأخيرة وجد أن طبقة الأوزون حصل لها تحلل depletion و اختلاف في توازن مكوناتها الكيميائية والسبب الرئيس في ذلك هو التصاعد المستمر للمواد الكيمائية الناتجة من المصانع التي عملها الإنسان على سطح الأرض والمكونة في الغالب من عنصر الكلورين مثل (CFS) والمركبات الكيميائية التي تحتوي على البرومين والهيدروجين وكذلك أكسيد النيتروجين. مركبات CFC هي في الغالب ناتجة من منتجات صناعية كأنظمة التبريد( غاز الفريون) أجهزة التكييف.... . أما أكسيد النيتروجين فهو ناتج من الانبعاث الغازي من الطائرات.
هذه المواد الكيميائية المتصاعدة إلى أعالي الغلاف الجوي سوف تتفاعل مع الأكسجين الموجود في الستراتوسفير الأمر الذي سيودي إلى اضطراب وعدم توازن في عملية إنتاج الأكسجين الجزئي المستخدم في تكوين غاز الأوزون وبالتالي فان ذلك سيؤثر علي عملية إنتاج غاز الأوزون , الأمر الذي سيودي في النهاية إلى تحلل في كمية غاز الأوزون. وهذا يعني أننا سنفقد جزءً من فوائد هذه الطبقة الأمر الذي سيودي إلى تعرضنا إلى المزيد من الأشعة الفوق بنفسجية الضارة و التي تعتبر من أهم مسببات مرض سرطان الجلد, هذا بالإضافة إلى تأثيرها علي بعض المنتجات الزراعية.
الاحتباس الحراريGlobal Warming
كما ذكرنا في وصف ظاهرة البيوت الزجاجية هناك غازات كثاني أكسيد الكربون CO 2 وبخار الماء والميثان تعمل على امتصاص الأشعة الحمراء من الإشعاع الشمسي الواصل إلى الأرض وعكس جزء منه على سطح الأرض وجعل درجة حرارة الأرض مستقرة نسبياً و الحياة ممكنة بإذن الله.
ولكن اكتشف العلماء في السنوات الأخيرة إلى أن هناك زيارة في تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي نتيجة لحرق بعض المواد على سطح الأرض وتصاعد الغازات ودخان المصانع بصف مستمرة
حيث توصلوا إلى أن الزيادة في تركيز ثاني أكسيد الكربون تعمل على زيادة درجة حرارة الغلاف الجوي, وكذلك توصلوا إلى أن تركيز ثاني أكسيد الكربونCO2 سيزداد الضعف بنهاية القرن الحالي. حيث توصلت ال------اذج الرياضية الموضوعة حالياً أنه بحلول عام 2100 م(17) سوف ترتفع درجة الحرارة إلى حوالي 2 درجة مئوية الأمر الكافي لتغير مناخ الأرض وزيادة مستوى المياه على سطح الأرض.