ديناميكات الغلاف الجوي للأرض وتأثيره على الجغرافيا السطحية

الغلاف الجوي: مهندس ديناميكي يرسم سطح الأرض

إن الغلاف الجوي للأرض أكثر بكثير من بطانية الغازات، إنه نظام دينامي دائم التغير يقود طقس الكوكب، والمناخ، وشكل سطحه، والتفاعل بين العمليات الجوية في الغلاف الجوي وميدان الأرض الصلب المعروف الآن باسم علم الأرض - يفسّر تكوين صحاري، وحفر وادي نهرية، وتوزيع النظم الإيكولوجية في جميع أنحاء العالم.

The Stratified Layers of the Atmosphere

وتنقسم الغلاف الجوي إلى خمس طبقات أولية، يؤدي كل منها دورا متميزا في تنظيم الطاقة وحماية الحياة والتأثير على الظروف السطحية.

Troposphere: The Weather Layer

ويمتد الغلاف الجوي من السطح إلى حوالي ٨-١٥ كيلومترا )٥-٩ أميال( ويحتوي على ما يقرب من ٨٠ في المائة من الكتلة الجوية، وهذا هو المكان الذي تحدث فيه جميع الظواهر الجوية، والأمطار والعواصف والاضطرابات، ويتناقص درجة الحرارة مع ارتفاع هذه الطبقة )معدل الانهيار(، ويقود تيارات الامتلاك التي تعيد توزيع الحرارة والرطوبة.

Stratosphere: The Ozone Shield

ويقع فوق طبقة التروبوسفير على بعد 50 كيلومترا تقريبا، وأكثر سماتها أهمية هي طبقة الأوزون التي تستوعب 95-99 في المائة من الإشعاع فوق البنفسجي الضار، وبدون هذا الدرع، ستكون النظم الإيكولوجية السطحية مختلفة اختلافا جذريا، كما أن معدلات الطقس الكيميائي الضوئي ستزداد أيضا، مع وجود خليط عمودي ضئيل، مما يجعلها هامة للنقل البعيد المدى.

Mesosphere: where Meteors Burn Up

من 50 إلى 85 كيلومتراً الغلاف المائي هو طبقة حيث تهبط درجات الحرارة إلى حوالي 90 درجة مئوية معظم النيازك تفكك هنا، مما يخلق النجوم المشتعلة، رغم أن الغلاف الجوي البعيد عن السطح، يؤثر على كيمياء الغلاف الجوي العلوي ويمكن أن يؤثر على انتشار الأمواج الجوية التي تهبط إلى مستويات أقل.

الغلاف الجوي: المنطقة الساخنة، المنطقة المأهولة

ويمتد الغلاف الحراري من 85 كيلومترا إلى حوالي 600 كيلومتر، ويستوعب الإشعاع الشمسي عالي الطاقة، ويتسبب في ارتفاع درجات الحرارة إلى ارتفاع أعلى من 000 2 درجة مئوية، وتحتوي هذه طبقة الغلاف الجوي الأيوني، التي تعكس موجات إذاعية وتتيح الاتصالات البعيدة المدى، وتظهر أورورا (النورترن والإضاءة الجنوبية) هنا عندما تتفاعل الجسيمات المشحونة مع الحقل المغنطيفي، بينما يؤثر التثيث الهوائي على أرضية.

الغلاف الجوي: هامش الفضاء

الطبقة الخارجية تتلاشى تدريجياً في فراغ الفضاء، بدءاً من حوالي 600 كيلومتر، هنا، يمكن لذرات الهيدروجين والهيليوم أن تفلت من جسامة الأرض، الأقمار الصناعية في مدار منخفض الأرض هذه الطبقة، الغلاف الجوي لا يؤثر تأثيراً مباشراً على الجغرافيا السطحية، لكنه يُعدّ الحدود التي ينتهي فيها تأثير الغلاف الجوي.

الدورة الجوية والبوابات العالمية الفائزة

التدفئة غير المتساوية لسطح الأرض بواسطة الشمس تقود إلى تداول جوي واسع النطاق، يعيد توزيع الحرارة والرطوبة حول الكوكب، هذا النظام هو المحرك وراء المناطق المناخية ونظم الطقس الرئيسية.

هادلي، فيرل، والخليات القطبية

خلايا التموين الرئيسية التي يتم توزيعها في كل نصف الكرة الأرضية، و خلية هادلي تعمل بالقرب من خط الاستواء: ارتفاع حراري، ارتفاع في الهواء، وثدي في العواصف الرعدية، وتأخير الحرارة، وهذا الهواء التصاعدي ينشئ منطقة التقارب بين المدارات، ثم يولد موجة من الأمطار الغزيرة

The Coriolis Effect and Surface Winds

تناوب الأرض ينتقل إلى اليمين في نصف الكرة الشمالي و إلى اليسار في نصف الكرة الجنوبي

جيت سترامز: مرتفعات خط العرض في الهواء

إن مجرى النجارة، الذي يمتد بسرعة إلى مجرى الطائرات، الذي يقترب عادة من تروبوفوز على ارتفاعات تتراوح بين 10 و 15 كيلومترا، ويفصل بين كتل هوائية دافئة وباردة، ويؤثر على موجة الطائرات القطبية، بصفة خاصة، في الطقس المتوسط المدى بواسطة نظم العواصف المتحركة، ويمكن أن يجلب محركاتها المتوهجة (الموجات المتطاة من روسبي) الهواء البارد جنوبا أو يسمح باله المداري الدا بالتدفق نحو الشمال، مما يؤدي إلى ظواهر الجوية الرئيسية.

لغطاء أعمق في التداول الجوي، انظر

Climate Zones and Their Geographical Distribution

وتخلق الآثار المشتركة للخط العرضي، والتداول الجوي، وتيار المحيطات، والمعالم الطبوغرافية، مناطق مناخية متميزة تفرض جغرافيا سطحية - من الغابات المطيرة المشبع بالآيس كريم إلى الحد من الغطاء الجليدي.

Tropical Climates (Af, Am, Aw)

وتعاني المناخات المدارية التي تُوجد في حدود 20 درجة من خط الاستواء من ارتفاع درجات الحرارة في مدار السنة، ويتلقى المناخ المداري للغابات المطيرة أكثر من 000 2 ملليمتر سنويا، ويدعم الغابات الكثيفة والمتعددة الطراز ذات المعدلات السريعة لطقس الطقس وغسل التربة، وعلى النقيض من ذلك، فإن المناخ المداري (السفانا) يُعد موسم جفاف متميز يؤدي إلى الجفاف الشديد في المناطق التي تسود فيها الأمطار.

Arid and Semi-Arid Climates (BWh, BWk, BSh, BSh, BSh)

وتنتج أحزمة الكساد العالية شبه المدارية (نحو 30 درجة) صحراوات قاحلة مثل الصحراء والعربية والخلف الأسترالي، حيث يقل سقوط الأمطار السنوي عن 250 ملم، وتؤدي الرياح دوراً جغرافياً مهيمناً، وتخلق الكثبان والفناء، وهواة الانكماش، كما أن المناطق شبه القاحلة (العظمية) مثل البلاستيك الأمريكي الكبير، ولكن الجفاف لا يزال يعاني من زيادة طفيفة.

Temperate Climates (Cfa, Cfb, Cs, Cwa)

وتميز مناطق خط العرض المتوسطة (30 درجة - 60 درجة) مواسم مميزة، وتعاني المناطق الهضمية شبه المدارية مثل جنوب شرق الولايات المتحدة من صيف حار ورطوبة وشتاء معتدل، مع عواصف رعدية وعواصف عرضية، وتزيد من مناخ الساحل الغربي البحري، مثل شمال غرب المحيط وأوروبا الغربية، بفعل التحات في أحراج المحيط، مع حلول سنة.

Climates (Dfa, Dfb, Dfc)

وتعاني المناطق الداخلية في أمريكا الشمالية وأوراسيا من تقلبات حرارة كبيرة، وتعاني المناخات القارية الهضمية (دفا/دفب) من تدني الغابات وخلتها، بينما توجد في المناخات دون الإقليمية (Dfc) التي تسودها شتاءات باردة طويلة (غابات برية) وبرمفاست، وتُشكل الأرض الخردة حاجزاً أمام الصرف الصحي، وتخلق أرضاً واسعة النطاق ومشهداً حراً.

Polar Climates (ET, EF)

وتهيمن مناخات التوندرا القطبية والقبعة الجليدية على خطوط العرض العالية، وفي التوندرا، ودرجات الحرارة المنخفضة، ودرجة الدعم القصيرة النمو في الموسم، على العواصف والليخات وأشلاء القزم، وتظل الأرض المزروعة (أي أشجار البلع، ومركبات البوليغون) تستقبل كميات ضئيلة جدا من التهطال، ولكن الجليد يتدفق.

For detailed climate classifications, consult the NOA Köppen Climate Classification.

Atmosphere-Land Interactions: Erosion, Weathering, and Soil Formation

الغلاف الجوي عامل رئيسي في كسر ونقل المواد السطحية، وهذه العمليات تعمل على مدى فترات زمنية تتراوح بين دقائق (في فيضان سريع) وألفينيا (في تشكيل أفق التربة).

الطقس: الميكانيكي والكيميائي

Mechanical (physical) weathering] occurs when atmospheric forces fracture rock without changing its composition. Frost wedgingwater freeze and expanding in cracks-is most active in mid-latitude and alpine climate. Salt Belgian growth in arid regions and thermal expansion from daily temperature cycles in deserts also contribute

التآكل من جانب الرياح والمياه

إن تآكل الرياح هو أكثر ما يكون فعالية في المناظر الجافة غير المزروعة، إذ أن التلويث )باقة الحبوب الرملية( والتعليق )بسبب الجسيمات التي ترتفع( يمكن أن ينقل الرواسب على مسافات كبيرة، كما أن ترسيب العزل )الصلب المتفشي( قد خلق طبقة خصبة من التربة في الصين ووسط غرب أوروبا، وتآكل المياه بفعل سقوط الأمطار وهض.

النباتات كعامل مكيف

وتُخفّض الأمطار النباتية وتُخفّض من الرسوبيات وتُرسب التربة بنظم جذورها، ففي المناطق الملغزة أو التي تُجَفَّر فيها، يمكن أن ترتفع معدلات التآكل بأوامر ضخامة، وتُحدّد المناطق المناخية نوع وكثافة النباتات التي تُوسّط بدورها الطاقة الكثيفة للغلاف الجوي، مثلاً، فإن الغابات الاستوائية المطيرة الكثيفة التي تُبُطِّ.

Extreme Weather Events and their Geomorphic Legacies

ويمكن للأحداث الجوية ذات الطاقة العالية أن تعيد تشكيل المناظر الطبيعية بطرق لا يمكن أن تؤدي إلى عمليات تدريجية.

Cyclones (Hurricanes/Typhoons)

وهذه العواصف الهائلة تجلب سقوطاً شديداً في الأمطار، وتدفقات العواصف، والرياح المرتفعة، وتتسارع حدة التآكل الساحلي إلى حد كبير مع موجات وطفح الشواطئ والكثبان، ويمكن أن تؤدي الفيضانات الداخلية إلى حدوث انهيار أرضي (وبخاصة في التضاريس الجبلية) وتتسبب في حدوث تفجر مفاجئ في مسار النهر.

Cyclones and Blizzards

ويمكن لعواصف منتصف خط العرض، التي تُستخدم في تناقضات الحرارة، أن تنتج تراكمات كبيرة من الثلج تذوب بسرعة في وقت لاحق، مما يؤدي إلى الفيضانات الربيعية، وتُودع البليزات غطاء ثلجي سميك يُزرع الأرض ويؤثر على دورات الموز، وفي المناطق الساحلية، تولد العواصف الشواطئ العاصفة وودائع المغطاة التي تعيد تشكيل الجزر الحاجزة.

الفيضانات وسجلها الترسبي

وتتدفق مياه نهرية فوق مصارف الفيضان وتودع الرواسب الغرامة (الالويفيوم) على قوارير الفيضانات، وبناء أرض زراعية خصبة، ولكن الفيضانات الشديدة - مثل الفيضانات التي حدثت في عام 1993 في نهر ميسيسيبي أو فيضانات نهر إندوز في عام 2010 - يمكن أن تهدر قنوات جديدة، وتدفن الأراضي الزراعية تحت طبقات رمال سميكة، وتشعل تكوين تراسات نهرية، وفي المناطق القاحية، وفي محطات قاحية،

الجفاف والتصحر

إن الجفاف الممتد يقتل النباتات، ويعرض التربة إلى تآكل الرياح والمياه، وقلمة الدبست في الثلاثينات من القرن الماضي في الولايات المتحدة الأمريكية، مثال كلاسيكي: فجفاف متعدد السنوات، مقترنا بممارسات زراعية سيئة، أدى إلى عواصف غبارية واسعة النطاق تقطع التربة من ملايين الهكتارات، وقد أدى التصحر في منطقة الساحل في أفريقيا إلى انخفاض المراعي وتغيير الألبدو السطحية، مما أثر على أنماط الطقس المحلية.

Learn more about the impacts of extreme weather on landscapes from USGS Landslide Hazards Program].

التعديلات البشرية على الديناميات الأرضية ومركبات الكربون

وتُعدِّل الأنشطة البشرية الآن الغلاف الجوي على الصعيدين العالمي والمحلي، مما يُحدث حلقات تفاعلية تُعجل بتغيير المشهد.

Urban Heat Islands and Local Climate

وتستبدل المدن السطح الطبيعي بالمواد المظلمة غير المهددة التي تستوعب الإشعاع الشمسي، وترفع درجات الحرارة بمقدار 1-3 درجة مئوية مقارنة بالمناطق الريفية المحيطة، كما أن الجزر الحرارية الحضرية تعزز التكتلات، وتزيد من تواتر العواصف الرعدية والهيكل المكثف للمدن وتهدمها، مما يؤدي إلى زيادة سرعة الركض والفيضان الحاد في تيار المدن وتقلبات شبكات المياه العواصفية المتزايدة.

إزالة الغابات وتغير الغطاء الأرضي

إن إزالة الغابات من أجل الزراعة أو الأخشاب تقلل من التبخر وتتناقص الأمطار المحلية وتزيد من سرعة سطح الأرض، وفي الأمازون، ترتبط إزالة الغابات بمواسم الجفاف المطوّلة وتخفض إعادة تدوير الرطوبة، كما أن فقدان الغطاء الشجري يعجل بتآكل التربة: ففي جنوب شرق آسيا، زادت معدلات تآكل الغابات في مزارع زيت النخيل بنسبة تتراوح بين 20 و50 مرة، ويعرض تدهور التربة إلى آثار الغبار والريح.

Industrial Emissions and Climate Change

ويطلق الوقود الأحفوري المحترق غازات الدفيئة (الميثان الثاني) التي تزيد حرارة الشراك، وتزيد من درجات الحرارة العالمية، ويتغير تغير المناخ في أنماط التهطال: فبعض المناطق تصبح أكثر رطبة (عواصف أكثر كثافة) بينما يصبح بعضها أكثر جفافا (مزيد من الجفاف)، مما يؤدي إلى زيادة سرعة التحات والظواهر الرسوبية، مما يؤدي إلى زيادة قدرة الجليدية والتضخم الحاد للكربونات العضوية في حالة التحلل إلى التأجيج،

الممارسات الزراعية وصحة التربة

فزراعة الطفرة، والرعي، والحراثة غير السليمة، تترك التربة عرضة للتحات، وتخفض فقدان المادة العضوية قدرة التربة على حيازة المياه، مما يجعل المناظر الطبيعية أكثر عرضة للجفاف والفيضانات على حد سواء، ويساهم التآكل الريحي من حقول الزراعة الجافة في انبعاثات الغبار التي تؤثر على نوعية الهواء وسقوط الألبدو، ويمكن أن تؤدي ممارسات حفظ مثل الزراعة غير المزروعة وتغطية المحاصيل إلى التخفيف من هذه الآثار، ولكن التبني لا يزال غير منتظم.

For an overview of human impacts on the atmosphere and land, see IPCC Sixth Assessment Report (AR6) — Physical Science Basis].

الاستنتاج: فهم متكامل

إن سطح الأرض والغلاف الجوي مغلق في رقصة مستمرة ذات توجهات ثنائية، إذ أن الديناميات في الغلاف الجوي تشكل مشهداً من خلال الطقس والمناخ والتحات، بينما يتحول السطح نفسه إلى التضاريس، والنباتات، والتعديلات البشرية إلى تأثير على أنماط الطقس والمناخ، وهذا النظام المتكامل يتطلب نهجاً متعدد التخصصات: عالمو الأرصاد الجوية، وعلماء البيئة، والتفاعل بين علماء المناخ، وتغيرات المناخية.