دليل كامل لـ "ملاك الأرض" في الغلاف الجوي و وظائفهم

الغلاف الجوي للأرض هو نظام متداخل يحافظ على الحياة وينظم الحرارة ويحمي الكوكب من الإشعاع الشمسي المؤذي، ويمتد هذا الظرف الغازي إلى مئات الكيلومترات فوق السطح، وينظم إلى طبقات متميزة، كل منها خصائص فريدة، درجات حرارة، ووظائف، فهم هذه الطبقات الجوية أمر أساسي لعلم الأرصاد الجوية، والطيران، وعلوم المناخ، واستكشاف الفضاء.

ما هي "ملاير الغلاف الجوي"؟

الغلاف الجوي للأرض مقسم إلى خمس طبقات أولية بناء على تغيرات في درجة الحرارة مع ارتفاع وليس تركيبة الهواء بينما الهواء يصبح أرق كما تصعد، تتفاوت درجة الحرارة تفاوتا كبيرا من طبقة واحدة إلى أخرى، الطبقات الخمس الرئيسية المدرجة من أدنى إلى أعلى، هي:

  • Troposphere] 'mdash; 0 to 12 km (0 to 7.5 mi)
  • Stratosphere] 'mdash; 12 to 50 km (7.5 to 31 mi)
  • Mesosphere] 'mdash; 50 to 85 km (31 to 53 mi)
  • Thermosphere] 'mdash; 85 to 600 km (53 to 373 mi)
  • Exosphere] 'mdash; 600 km and above (373 mi+)

وبالإضافة إلى هذه المناطق، توجد منطقتان خاصتان: ozone layer] داخل طبقة الستراتوسفير و]ionosphere]، التي تتداخل مع الغلاف الجوي والغلاف الحراري، وتؤدي كل طبقة دوراً محدداً في تكوين الطقس، وحماية الغلاف الجوي، والاتصالات اللاسلكية، والعمليات الساتلية.

الغلاف الجوي: حيث يحدث الطقس

الغلاف الجوي هو أقل طبقة وأكثرها إلماماً، حيث تمتد من سطح الأرض إلى ارتفاع متوسطه حوالي 12 كيلومتراً (7.5 ميل)، على الرغم من أن هذا الارتفاع يختلف بالخط العرض والموسم، وفي خط الاستواء يصل الغلاف الجوي إلى 18 كيلومتراً (11 متراً)، بينما يقترب من القطبين فقط من 8 كيلومترات (5 أمتار)

درجة الحرارة والضغط

وفي الغلاف الجوي، تنخفض درجة الحرارة بارتفاع متوسطه حوالي 6.5 درجات مئوية لكل كيلو متر، وهذا معروف بـ معدل الانهيار البيئي ، وفي أعلى الغلاف الجوي، يُدعى ، والضغوط التي تُستخدم في المناطق المتدنية

الديناميكية الجلدية والتداول

ويتميز الغلاف الجوي بالحركة العمودية والأفقية الثابتة، ويرتفع الهواء الطلق من السطح والبرود والبالوعة في عملية تسمى Convection، مما يدفع إلى تشكيل الغيوم، والهيبة، ونظم العواصف، وينظم التداول العالمي للغلاف التروبوسفيري في ثلاث خلايا رئيسية في كل نصف الكرة الأرضية:

  • Hadley cells] "mdash; near the equator, driving tropical rainfall and trade winds
  • Ferrel cells] 'mdash; at mid-latitudes, governing westerly wind patterns
  • Polar cells] "mdash; near the poles, creating easterly winds and polar fronts

وبالإضافة إلى ذلك، فإن مسارات الهجين ] " مضمار؛ وسلاسل ضيقة من الهواء السريع في طابور الريح؛ وتؤدي دورا رئيسيا في نظم الطقس التوجيهية والتأثير في أوقات الطيران، ووفقا لما ذكرته دائرة الطقس الوطنية، يمكن أن تتجاوز هذه الرياح العالية طولها 300 كيلومتر/ساعة (186 مليون) خلال الشتاء القوي.

التفاعل البشري مع الغلاف الجوي

وتُجرى عادة رحلات جوية على ارتفاعات تتراوح بين 9 و 12 كيلومترا (من 30 إلى 39 ألف قدم)، وتضعها في الغلاف الجوي العلوي أو في طبقة تحت سطح البحر، وهذا الارتفاع يقلل من الاضطرابات ويقلل من استهلاك الوقود بسبب انخفاض كثافة الهواء، ولا يزال تلوث الهواء، بما في ذلك الأوزون الأرضي والجسيمات، محصورا في الغلاف الجوي، ويؤثر تأثيرا مباشرا على صحة الإنسان وعلى غلة المحاصيل.

The Stratosphere: Home of the Ozone Layer

فوق طبقة التروبوباس، يمتد من حوالي 12 كيلومتراً إلى 50 كيلومتراً (7.5 إلى 31 متراً) على ارتفاع، وعلى عكس الغلاف الجوي، فإن طبقة الغلاف الجوي العلوي تختبر معادلاً للتوتر : ارتفاع درجة الحرارة مع ارتفاع، وهذا يحدث لأن طبقة الأوزون تستوعب الإشعاع فوق الأشعة فوق الفوقية من الشمس.

The Ozone Layer: Earth's Protective Shield

إن طبقة الأوزون، التي تقع أساسا بين 15 و 35 كيلومترا (9 إلى 22 مترا)، هي منطقة طبقة الغلاف الجوي العلوي ذات التركيز العالي للجزيئات الأوزون، ويستوعب الأوزون ما يتراوح بين 97 و 99 في المائة من الإشعاع الأشعة فوق البنفسجية الضارة للشمس والأشعة فوق البنفسجية، وبدون هذه الطبعة، ستواجه الحياة على سطح الأرض أضرارا كارثية من الإشعاع الشمسي، بما في ذلك حروق الشمس الشديد، والتشوهات الحمضية، وارتفاع معدلات الإصابة بسرطان البيئي.

استنفاد الأوزون واستعادته

وفي السبعينات والثمانينات، اكتشف العلماء أن المواد الكيميائية التي هي من صنع الإنسان والتي تسمى مركبات الكربون الكلورية فلورية كانت تدمر الأوزون الستراتوسفيري، مما أدى إلى تكوين " ثقب الأوزون " على القارة القطبية الجنوبية، وكان الرد الدولي سريعا وفعالا، وقد أدى بروتوكول مونتريال، الموقع في عام 1987، إلى التخلص التدريجي من إنتاج مركبات الكربون الكلورية فلورية والمواد ذات الصلة.

علامات أخرى من طبقة الستراتوسفير

إن الغلاف المائي شديد الجفاف والاستقرار، مع اختلاط عمودي ضئيل جداً، وهذا الاستقرار يجعله طبقة مثالية من الطوابع الطويلة، التي تطير في طبقة الغلاف الجوي الأدنى لتجنب اضطراب الطقس، كما أن طبقة البالوتات البوستارية - السحابات الستراتوسفيرية ، التي تشكل أثناء الجو البارد وتؤدي دوراً في رصد طبقة الأوزون.

The Mesosphere: The Coldest Layer

The mesosphere extends from roughly 50 km to 85 km (31 to 53 mi) above Earth, it is the least studied layer, as it is too high for aircraft and weather balloons (which typically reach only 40 km) yet too low for satellites. This region is characterized by a steep temperature decline with altitude, reaching the coldest temperatures in the entire atmosphere: as low as -90 degrees Celsari

نشاطات الأرصاد الجوية والكلوز النباتية

الغلاف الجوي حيث يحترق معظم النيزكات عند دخول الغلاف الجوي للأرض بينما تسافر هذه الصخور الفضائية بسرعة عالية تتجمع مع الجزيئات الهوائية وتولد حرارة شديدة وتنتج شريحة لامعة من الضوء يعرف باسم النيزك، ويدخل الغلاف الجوي كل يوم ما يقدر بـ 40 إلى 100 طن من مواد النيازك، ومعظمها ينهار في الغلاف الجوي.

وثمة سمة أخرى بارزة لهذه الطبعة هي تشكيل السحب الغامضة [(FLT:0)] من السحب المزروعة ] " الطراز؛ الغيوم الحساسة والفضية - السحاب التي تظهر على حافة الفضاء، وهي عالية من 76 إلى 85 كيلومترا (47 إلى 53 مترا)، وهذه الغيوم تتألف من بلورات جليدية صغيرة وهي أكثر وضوحا خلال الدراسة التي أجريت في الصيف عند خطوط العرض العالية.

التحديات العلمية في الغلاف الجوي

ويصعب الوصول مباشرة إلى الغلاف الجوي، ويمكن أن تُعينه الصواريخ الباهظة، كما أن أدوات الليدار على الأرض يمكن أن تُسجِّل ممتلكاتها، وقد أظهرت الدراسات الأخيرة أن الغلاف الجوي متأثر بتغير المناخ، مع ملاحظة اتجاهات التبريد على مدى العقود العديدة الماضية، وقد يرتبط هذا التبريد بزيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وهو ما يخالف ما يحدث في الغلاف الجوي.

الغلاف الحراري: درجة الحرارة العالية، كثافة منخفضة

ويرتفع الغلاف الحراري من حوالي 85 كيلومترا (53 مترا) إلى حوالي 600 كيلومتر (373 مترا) فوق سطح الأرض، وترتفع درجة الحرارة في هذه الطبعة ارتفاعا كبيرا، حيث تصل إلى 500 2 درجة مئوية (500 4 درجة فهرنهايت) أو أكثر خلال فترات النشاط الشمسي المرتفع، غير أن درجات الحرارة المرتفعة لا تشعر بالحرارة على جسم بشري لأن كثافة الهواء منخفضة للغاية.

Ultraviolet and X-Ray Absorption

ويستوعب الغلاف الحراري أكثر الإشعاعات حماساً في الشمس: الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية المتطرفة، وهذا الاستيعاب مسؤول عن ارتفاع درجة الحرارة الشديدة، كما يؤدي إلى تعطل الموجات الشمسية - الغلاف الجوي الأيوني - - الغلاف الجوي الأيوني .

العمليات الساتلية

One of the most spectacular natural phenomena occurs in thermosphere: the aurora borealis] in the Northern Hemisphere and aurora australis in the Southern Hemisphere. Auroras are produced when charged particlesne field accelerate

أما محطة الفضاء الدولية والكثير من السواتل ذات المدار الأرضي المنخفض في المدار داخل الغلاف الجوي، فتتراوح عادة بين 350 و450 كيلومترا (217 إلى 280 مترا)، وحتى في هذه الارتفاعات، فإن السواتل تختبر جرا في الغلاف الجوي، وهو ما يزيل ببطء مداراتها ويتطلب دفعات دورية للحفاظ على الارتفاع، ووفقا لوكالة الفضاء الأوروبية، فإن زيادة النشاط الشمسي يمكن أن تسخن وتزيد من الغلاف الجوي الحراري، مما يزيد من جر السواتل وتعقّب التنبؤات المدارية.

الغلاف الجوي: درّس الفضاء

الغلاف الجوي هو طبقة الغلاف الخارجي من الغلاف الجوي للأرض تمتد من حوالي 600 كيلومتر (373 مترا) إلى حوالي 000 10 كيلومتر (200 6 متراً) أو أكثر، وليس هناك حدود واضحة حيث ينتهي الغلاف الجوي ويبدأ الفضاء؛ وبدلاً من ذلك، يتلاشى الغلاف الجوي تدريجياً في الرياح الشمسية، وتتكون هذه طبقة من كثافة منخفضة للغاية من ذرات الهيدروجين والهيليوم، التي يمكن أن تسافر مئات الكيلومترات دون تصادم مع بعضها البعض الآخر.

الجسيمات التي تُفرّق إلى الفضاء

بعض الذرات في الغلاف الجوي تصل إلى سرعة الهروب وتترك سحب الأرض الجاذبية، وتصبح جزءاً من الفضاء بين الكواكب، وهذه العملية، التي تسمى الجانز تهرب ، هي أكثر أهمية بالنسبة لعناصر أخف مثل الهيدروجين، وسرعات الزمن الجيولوجية، وفقد الأرض كميات كبيرة من الهيدروجين وبعض الغازات الهيليومية نسبياً مقارنةً بالمكان.

المدارات الساتلية والغلاف الجوي

ومعظم السواتل التي تستخدم لرصد الأرض والاتصال والملاحة في الغلاف الجوي، حيث أن هذه السواتل تقع داخل هذه طبقة المياه الجوفية، كما أن السواتل في المدارات المنخفضة الكثافة، مثل الغلاف الجوي العالمي، على بعد نحو 786 35 كيلومترا (236 22 مترا) فوق خط الاستواء، لا بد أن تكون موجودة في هذه الطبقة، كما أن السواتل في المدارات الأدنى، مثل الغلاف الجوي المنخفض للسواتل، عند حوالي 200 20 كيلومتر (50 مترا للغاية).

أين (سبيس بجين)؟

هناك تعاريف مختلفة للحدود بين الغلاف الجوي للأرض و المساحة، خط كارمان، الذي يُحدّد على بعد 100 كيلومتر (62 مترا) فوق سطح البحر، مُعترف به على نطاق واسع كحافة مساحات لأغراض حفظ السجلات الفضائية الجوية، ولكن من الناحية العلمية، فإن الانتقال تدريجيا، وتشير الإدارة الوطنية لدراسة المحيطات والغلاف الجوي إلى وجود 000 10 كيلومتر.

التفاعلات مع أصحاب الأدوار وامتلاكات نظام الأرض

لا تعمل الطبقات الجوية في عزلة، فالطاقة والزخم والأنواع الكيميائية تتحرك بين طبقات من خلال آليات مختلفة:

  • Vertical coupling] 'mdash; Waves and tides propagate upward from the troposphere, influencing winds and temperatures in the mesosphere and thermosphere.
  • Chemical exchange] 'mdash; Trace gases like methane and nitrous oxide from the surface can reach the stratosphere, where they participate in ozone chemistry.
  • Solar influence] 'mdash; Variations in solar output affect all layers, from heating thermosphere to modulating photochemical reactions in the stratosphere.
  • Meteorological connections] 'mdash; Large volcanic eruptions inject ash and sulfur dioxide into the stratosphere, causing temporary global cooling.

فهم هذه الروابط أمر أساسي لنموذج المناخ الدقيق، فعلى سبيل المثال، يمكن أن تؤثر التغيرات في دوامة القطب الجنوبي على أنماط الطقس الشتوية في خط العرض الأوسط، وهي ظاهرة تعرف باسم ] ]] الانقلابات بين الغلاف الجوي والغلاف المداري .]

الأثر العملي لملاير الغلاف الجوي

ولكل طبقة آثار مباشرة على النشاط البشري والتكنولوجيا:

  • Aviation] 'mdash; Weather planning relies on tropospheric forecasts; jet stream positions affect fuel efficiency; stratospheric conditions influence motor performance at cruising altitude.
  • Telecommunications 'mdash; The ionosphere reflects and refracts radio waves, enabling beyond-horizon communication. Space weather events can disrupt GPS signals.
  • Space operations] "mdash; Satellite design must account for drag in thermosphere, radiation exposure in the exosphere, and the risk of collision with tropical debris.
  • Climate monitoring] 'mdash; Temperature trends in the stratosphere and mesosphere serve as indicators of climate change and ozone recovery.

مركز بيانات العلوم في الغلاف الجوي التابع لوكالة ناسا ومركز التنبؤ بالمناخ التابع لوكالة الفضاء الوطنية يقدم بيانات وتوقعات في الوقت الحقيقي لمختلف البارامترات الجوية، يساعد الباحثين وواضعي السياسات في جميع أنحاء العالم.

خاتمة

طبقة الغلاف الجوي للأرض تشكل نظاماً مهيكلاً ودينامياً يحمي الحياة وينظم المناخ ويمكّن التكنولوجيا الحديثة من الغلاف الجوي الثرثار إلى الغلاف الجوي الحاد، تؤدي كل طبقة وظائف محددة بينما تتفاعل مع الطبقات المتاخمة من خلال عمليات مادية وكيميائية معقدة، طبقة الأوزون في طبقة الغلاف الجوي العلوي تُدرّس السطح من الإشعاع فوق البنفسج، وتدمر الغلاف الجوي الجديد