Published in: البيئة

طبقات الغلاف الجوي

Author أ. سعاد شوا

Published on: 19 أكتوبر، 2023

أ. سعاد شوا

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

الغلاف الجوي للأرض وحقائق عن الغطاء الواقي لكوكبنا

الغلاف الجوي يحيط بالأرض، ويجعلها موطناً مُحبّباً وصالحاً للعيش، حيث يحمي الغلاف الجوي للأرض الكوكب بأكثر من طريقة، فالغلاف الجوي للأرض عبارة عن شريطٍ رقيقٍ من الهواء يتكون من طبقاتٍ عديدة تعتمد على درجة الحرارة، ودون هذه البطانيّة الواقية لن يكون هناك حياة على الأرض.

لأنها تحمينا من الحرارة والإشعاع المُنبعث من الشمس، وتزودنا بالأوكسجين اللازم للتنفس. كما يحمي الغلاف الجوي المياه الثمينة من التبخُّر في الفضاء، وعلى الرغم من أن الأوكسجين ضروريٌّ للحياة على الأرض، إلا أنه ليس المكوّن الأساسي للغلاف الجوي لدينا.

وفقاً لموقع التعليم (vision learning) يتكون الغلاف الجوي للأرض من حوالي 78 بالمئة من النيتروجين، و21 بالمئة من الأوكسجين، و0,93 بالمئة من الأرغون، و0,04 بالمئة من ثاني أوكسيد الكربون، بالإضافة إلى كمياتٍ ضئيلة من النيون، الهيليوم، الميثان، الكريبيتون، الأوزون، الهيدروجين، بالإضافة إلى بخار الماء.

ما مدى ارتفاع الغلاف الجوي للأرض؟

وفقاً لوكالة ناسا، فإن الطبقة العليا للغلاف الجوي للأرض (الغلاف الخارجي) تمتدُّ حتى 6200 ميل (10000 كم)، وفوقها يمتزج الغلاف الجوي والفضاء. رغم أن الجميع لا يتفقون على المكان الذي يبدأ فيه الفضاء فعلياً. إلا أن معظم العلماء يتفقون على أن خط كارمان الذي يقع على ارتفاع 62 ميلاً (100 كم) فوق مستوى سطح البحر ليمثل نقطة الانتقال بين الأرض والفضاء، وبما أن 99,99997 بالمائة من الغلاف الجوي للأرض يقع تحت هذه النقطة، فإنه يُعتبر ارتفاعاً معقولاً لرسم الحدود بين الأرض والفضاء.

ممَّ يتكون الغلاف الجوي للأرض؟

يتكون الغلاف الجوي للأرض من خمس طبقات رئيسية من الأدنى إلى الأعلى: التروبوسفير، والستراتوسفير، والميزوسفير، والغلاف الحراري والأكسوسفير أو الغلاف الخارجي، ويتمُّ فصل الطبقات بناءً على درجة الحرارة، ويكون للهواء في كل طبقة نفس التركيب.

وفقاً للمعهد الوطني لأبحاث المياه والغلاف الجوي يتضاءل الغلاف الجوي في كل طبقةٍ أعلى حتى تتبدّد الغازات في الفضاء كما يتناقص الضغط الجوي مع الارتفاع، وعند مستوى سطح البحر، يبلغ ضغط الهواء حوالي 14,7 رطل لكل بوصة مربعة، ويكون الغلاف الجوي كثيفاً نسبياً على ارتفاع 10000 قدم (3كم).

ويبلغ ضغط الهواء 10 رطل لكل بوصة مربعة، مما يعني أن جزيئات الغاز التي تشكل الغلاف الجوي أقل كثافة، وهذا يجعل من الصعب على الشخص التنفس، والحصول على ما يكفي من الأوكسجين للحياة، وهناك أدلةٌ أيضاً على وجود حياةٍ ميكروبية في أعالي السحب.

1- التروبوسفير

هي الطبقة الأدنى من الغلاف الجوي والأكثر كثافةً، وبحسب (NIWA) يوجد فيها حوالي 75 بالمئة من كل الهواء الموجود في الغلاف الجوي، وتمتدُّ طبقة التروبوسفير من سطح الأرض إلى ارتفاع يتراوح بين خمسة إلى تسعة أميال (8 إلى 14,5 كم) تقريباً. وفقاً لوكالة ناسا، فإن ارتفاع طبقة التروبوسفير يكون أقل عند قطبي الأرض وأعلى عند خط الاستواء، كما تعني كلمة (تروبوس) التغيير، وتختلط الغازات بالاستمرار في طبقة التروبوسفير.

وفقاً للموقع التعليمي CK-12 ينشأ الاضطراب في طبقة التروبوسفير عندما تقوم الشمس بتدفئة سطح الأرض، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الهواء أعلاه، ويرتفع الهواء الدافئ ثم يتمدَّد بسبب انخفاض ضغط الهواء فيبرد، وتشكل أحواض الهواء البارد أنظمة الضغط العالي وفقاً لموقع World Alas، وتحلق معظم طائرات الهليكوبتر، والطائرات الخفيفة في طبقة التروبوسفير.

2- الستراتوسفير

هي الطبقة الثانية من الغلاف الجوي للأرض، وتبدأ طبقة الستراتوسفير فوق طبقة التروبوسفير، وتمتدُّ حتى ارتفاع حوالي 31 ميلاً (50كم)، وبحسب (NIWA)، فإن معظم الأوزون الموجود في الغلاف الجوي موجودٌ في طبقة الستراتوسفير، ويحمينا الأوزون عن طريق امتصاص أشعة الشمس فوق البنفسجية الضارة، ويؤدي ذلك إلى تسخين طبقة ستراتوسفير، وبالتالي تزداد درجات الحرارة في هذه الطبقة مع الارتفاع، فهي طبقةٌ مستقرةٌ جداً مع دورانٍ قليل.

ولذلك تميل شركات الطيران التجارية إلى الطيران في طبقة الستراتوسفير السفلية لتجنُّب أنظمة الطقس، والحفاظ على رحلاتٍ جوية سلسة، وذلك حسب موقع تعليم الطيران Aero Corner. وفقاً لموقع Weather.gov، فإن درجات الحرارة في طبقة الستراتوسفير تتراوح من (-60) درجة فهرنهايت حتى (-51) درجة مئوية تقريباً، وفي أسفلها تتراوح ما بين 5 درجات فهرنهايت و(-15) درجة مئوية في الأعلى.

تحتوي هذه الطبقة أيضاً على جزيئات الهباء الجوي التي تنطلق نحو السماء بسبب الانفجار البركاني أو الدخان الناتج عن حرائق الغابات، وملوثات متراكمة، مثل: مركبات الكلور، والفلور، والكربون، وغيرها من المواد الكيميائية المعروفة باسم مركبات الكربون الكلورية فلورية، والتي بإمكانها تدمير طبقة الأوزون الواقية مما يؤدي إلى ترققُّها بشكلٍ كبير.

3- الميزوسفير

وهي الطبقة الثالثة من الغلاف الجوي للأرض، وحسب وكالة ناسا يبدأ الميزوسفير فوق طبقة الستراتوسفير مباشرةً، ويمتدُّ إلى ارتفاع حوالي 53 ميلاً (85كم)، ولا يعرف العلماء الكثير عن هذه الطبقة حيث يصعب تحليل طبقة الميزوسفير، لأن الطائرات ومناطيد الأبحاث لا ترتفع عالياً بدرجةٍ كافية.

بينما الأقمار الصناعية تطير على ارتفاعاتٍ عاليةٍ جداً بحيث لا يمكنها دراسة الطبقة مباشرة. ومع ذلك، إننا نعلم أن معظم النيازك تحترق في هذه الطبقة دون ضرر أثناء اندفاعها نحو الأرض، وإن السحب العالية المعروفة باسم السحب الليلية المضيئة أو سحب الميزوسفير القطبية تتشكل أحياناً في الميزوسفير.

الميزوبوز

الجزء العلوي من طبقة الميزوسفير يسمّى الميزوبوز، وهو أبرد جزءٍ من الغلاف الجوي للأرض، حيث يبلغ متوسط درجات الحرارة حوالي (-130) درجة فهرنهايت إلى (- 90) درجة مئوية وفقاً للمركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي، ومن يصل إليه يُعرف باسم رائد الفضاء حسب القوات الجوية الأميركية.

ويُعرف الميزوبوز أيضاً باسم خط كارمان نسبةً للفيزيائي ثيودور فون كارمان الذي كان يتطلع لتحديد الحافة السفلية لما يمكن أن يشكل الفضاء الخارجي، وقبلت بعض الوكالات التابعة للحكومة الأميركية ذلك باعتباره تحديداً للمكان الذي يُفرّق بين الغلاف الجوي والفضاء الخارجي، ويقع خط كارمان على ارتفاع 100كيلو متر (62 ميل) فوق الأرض من منسوب سطح البحر.

4- الغلاف الحراري

وهو الطبقة الرابعة من الغلاف الجوي للأرض، ويبدأ فوق طبقة الميزوسفير مباشرةً، ويمتدُّ إلى ارتفاع حوالي 372ميلاً (600 كم) بحسب وكالة ناسا. الغلاف الحراري هو طبقة جوية أخرى ترتفع فيها درجات الحرارة مع الارتفاع بحسب (NIWA)، وينجم ارتفاع درجة الحرارة عن امتصاص الضوء فوق البنفسجي والأشعة السينية المُنبعثة من الشمس، مما يحمي من هذه الأشعة الضارة، ويمكن أن تتراوح درجة الحرارة من البرودة الشديدة إلى الحرارة التي تصل إلى حوالي 1980درجة مئوية (3600 درجة فهرنهايت) بالقرب من القمة.

كما يؤدي تباين إنتاج الطاقة الشمسية إلى تمدُّد سماكة هذه الطبقة مع تسخينها وتقلصها عندما تبرد، ويُعتبر الغلاف الحراري جزءاً من الغلاف الجوي للأرض، ولكن كثافة الهواء منخفضةٌ جداً. في الواقع، هذا هو المكان الذي حلقت فيه المكوكات الفضائية، وهو المكان الذي تدور فيه محطة الفضاء الدولية حول الأرض.

كما يعدُّ الغلاف الحراري موطناً لتلك العروض الضوئية السماوية الجميلة التي تتراقص عبر سماء الليل، والمعروفة بالشفق القطبي، وهي نتاج الغلاف الأيوني حيث تصطدم الأيونات الناتجة عن الرياح الشمسية مع جزيئات الأوكسجين والهيدروجين في الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى وصولها إلى حالات تفوق الطاقة، وتتخلص الذرات من هذه الطاقة الزائدة عن طريق إصدار فوتونات من الضوء، وهي جسيماتٌ ضوئية نراها على شكل الشفق القطبي الملون والشفق الأسترالي.

 الأيونوسفير

وهي طبقةٌ نشطةٌ للغاية من الغلاف الجوي للأرض، فهي ليست طبقة متميزة، بل هي في الواقع تنمو وتنكمش اعتماداً على مقدار الطاقة التي تمتصُّها من الشمس، فهي عبارةٌ عن منطقةٍ من الجسيمات المشحونة، وتمتدُّ من طبقة الستراتوسفير العليا أو الميزوسفير السفلى وصولاً إلى طبقة الإكسوسفير.

5- الإكسوسفير

هي طبقة الغلاف الخارجي، وهي أعلى طبقة من الغلاف الجوي للأرض، وتمتدُّ أعلى الغلاف الحراري على ارتفاع حوالي 6200 ميل (10000كم) فوق سطح الأرض بحسب وكالة ناسا، ويتكون الغلاف الخارجي من جزئيات الهيدروجين، والهيليوم، وهي منتشرةٌ على نطاقٍ واسع ومتباعدةٌ جداً لدرجة أنها نادراً ما تتصادم مع بعضها البعض، وتوجد فيها جاذبية بسيطة كافية لمنع معظم جزيئات الهواء المتناثرة من الانجراف بعيداً، وبعضها يطفو بعيداً، وتفقده الأرض إلى الأبد.