تكوين الغلاف الجوي للأرض كنسبة مئوية. الغلاف الجوي للأرض

الغلاف الجوي عبارة عن خليط من الغازات المختلفة. ويمتد من سطح الأرض إلى ارتفاع 900 كيلومتر، ويحمي الكوكب من طيف الإشعاع الشمسي الضار، ويحتوي على الغازات الضرورية لجميع أشكال الحياة على الكوكب. يحبس الغلاف الجوي حرارة الشمس، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة سطح الأرض وخلق مناخ مناسب.

تكوين الغلاف الجوي

يتكون الغلاف الجوي للأرض بشكل رئيسي من غازين - النيتروجين (78%) والأكسجين (21%). بالإضافة إلى أنه يحتوي على شوائب من ثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى. ويوجد في الغلاف الجوي على شكل بخار وقطرات رطوبة في السحب وبلورات الجليد.

طبقات الغلاف الجوي

يتكون الغلاف الجوي من عدة طبقات لا توجد حدود واضحة بينها. تختلف درجات حرارة الطبقات المختلفة بشكل ملحوظ عن بعضها البعض.

• الغلاف المغناطيسي الخالي من الهواء. هذا هو المكان الذي تطير فيه معظم أقمار الأرض خارج الغلاف الجوي للأرض.
• الغلاف الخارجي (450-500 كم من السطح). لا توجد غازات تقريبًا. تطير بعض الأقمار الصناعية الخاصة بالطقس في الغلاف الخارجي. ويتميز الغلاف الحراري (80-450 كم) بارتفاع درجات الحرارة حيث تصل إلى 1700 درجة مئوية في الطبقة العليا.
• الميزوسفير (50-80 كم). وفي هذه المنطقة تنخفض درجة الحرارة مع زيادة الارتفاع. هذا هو المكان الذي تحترق فيه معظم النيازك (شظايا الصخور الفضائية) التي تدخل الغلاف الجوي.
• الستراتوسفير (15-50 كم). تحتوي على طبقة الأوزون، أي طبقة الأوزون التي تمتص الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس. وهذا يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة بالقرب من سطح الأرض. عادة ما تطير الطائرات النفاثة هنا بسبب الرؤية في هذه الطبقة جيدة جدًا ولا يوجد أي تداخل تقريبًا بسبب الظروف الجوية.
• التروبوسفير. ويتراوح ارتفاعها من 8 إلى 15 كيلومتراً عن سطح الأرض. ومن هنا يتشكل طقس الكوكب منذ عام تحتوي هذه الطبقة على معظم بخار الماء والغبار والرياح. تنخفض درجة الحرارة مع البعد عن سطح الأرض.

الضغط الجوي

وعلى الرغم من أننا لا نشعر بذلك، إلا أن طبقات الغلاف الجوي تمارس ضغطًا على سطح الأرض. ويكون في أعلى مستوياته بالقرب من السطح، وكلما ابتعدت عنه يقل تدريجياً. يعتمد ذلك على اختلاف درجة الحرارة بين الأرض والمحيط، وبالتالي في المناطق الواقعة على نفس الارتفاع فوق مستوى سطح البحر غالبًا ما تكون هناك ضغوط مختلفة. الضغط المنخفض يجلب الطقس الرطب، في حين أن الضغط المرتفع عادة ما يجلب الطقس الصافي.

حركة الكتل الهوائية في الغلاف الجوي

وتجبر الضغوط الطبقات السفلية من الغلاف الجوي على الاختلاط. وهكذا تنشأ الرياح، حيث تهب من مناطق الضغط المرتفع إلى مناطق الضغط المنخفض. كما تنشأ في العديد من المناطق رياح محلية بسبب اختلاف درجات الحرارة بين الأرض والبحر. للجبال أيضًا تأثير كبير على اتجاه الرياح.

الاحتباس الحراري

ثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى التي تشكل الغلاف الجوي للأرض تحبس الحرارة من الشمس. تُسمى هذه العملية عمومًا بتأثير الدفيئة، لأنها تذكرنا من نواحٍ عديدة بتداول الحرارة في الدفيئات. يتسبب تأثير الاحتباس الحراري في ظاهرة الاحتباس الحراري على الكوكب. في مناطق الضغط العالي - الأعاصير المضادة - يبدأ الطقس المشمس الصافي. مناطق الضغط المنخفض - الأعاصير - عادة ما تشهد طقسا غير مستقر. دخول الحرارة والضوء إلى الغلاف الجوي. تحبس الغازات الحرارة المنعكسة من سطح الأرض، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارة الأرض.

توجد طبقة أوزون خاصة في الستراتوسفير. يحجب الأوزون معظم الأشعة فوق البنفسجية الصادرة عن الشمس، مما يحمي الأرض وجميع أشكال الحياة عليها منها. لقد وجد العلماء أن سبب تدمير طبقة الأوزون هو غازات ثاني أكسيد الكلوروفلوروكربون الخاصة الموجودة في بعض الأيروسولات ومعدات التبريد. وفوق القطب الشمالي والقارة القطبية الجنوبية، تم اكتشاف ثقوب ضخمة في طبقة الأوزون، مما ساهم في زيادة كمية الأشعة فوق البنفسجية التي تؤثر على سطح الأرض.

يتشكل الأوزون في الطبقة السفلية من الغلاف الجوي نتيجة بين الإشعاع الشمسي وأبخرة وغازات العادم المختلفة. عادة ما يكون منتشرًا في جميع أنحاء الغلاف الجوي، ولكن إذا تشكلت طبقة مغلقة من الهواء البارد تحت طبقة من الهواء الدافئ، يتركز الأوزون ويحدث الضباب الدخاني. ولسوء الحظ، لا يمكن لهذا أن يحل محل الأوزون المفقود في ثقوب الأوزون.

يظهر ثقب في طبقة الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية بوضوح في هذه الصورة الفضائية. ويختلف حجم الحفرة، لكن العلماء يعتقدون أنها تنمو باستمرار. وتبذل الجهود لخفض مستوى غازات العادم في الغلاف الجوي. وينبغي الحد من تلوث الهواء واستخدام الوقود عديم الدخان في المدن. يسبب الضباب الدخاني تهيج العين والاختناق للكثير من الأشخاص.

نشأة وتطور الغلاف الجوي للأرض

الغلاف الجوي الحديث للأرض هو نتيجة التطور التطوري الطويل. لقد نشأت نتيجة للعمل المشترك للعوامل الجيولوجية والنشاط الحيوي للكائنات الحية. على مر التاريخ الجيولوجي، شهد الغلاف الجوي للأرض العديد من التغييرات العميقة. واستنادًا إلى البيانات الجيولوجية والمقدمات النظرية، يمكن أن يتكون الغلاف الجوي البدائي للأرض الفتية، والذي كان موجودًا منذ حوالي 4 مليارات سنة، من مزيج من الغازات الخاملة والغازات النبيلة مع إضافة صغيرة من النيتروجين السلبي (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993). في الوقت الحالي، تغيرت النظرة إلى تكوين وبنية الغلاف الجوي المبكر إلى حد ما. الغلاف الجوي الأساسي (الغلاف الجوي الأولي) في المرحلة الأولى من الكواكب الأولية، أي أقدم من 4.2 مليار سنوات، يمكن أن تتكون من خليط من الميثان والأمونيا وثاني أكسيد الكربون. ونتيجة لتفريغ الغاز من الوشاح وعمليات التجوية النشطة التي تحدث على سطح الأرض، ينشأ بخار الماء ومركبات الكربون على شكل ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والكبريت ومشتقاته. بدأت المركبات تدخل الغلاف الجوي، بالإضافة إلى أحماض الهالوجين القوية - HCI، HF، HI وحمض البوريك، والتي تم استكمالها بالميثان والأمونيا والهيدروجين والأرجون وبعض الغازات النبيلة الأخرى في الغلاف الجوي، وكان هذا الغلاف الجوي الأولي رقيقًا للغاية. ولذلك فإن درجة الحرارة على سطح الأرض كانت قريبة من درجة حرارة التوازن الإشعاعي (A. S. Monin, 1977).

بمرور الوقت، بدأ تكوين الغاز في الغلاف الجوي الأولي في التحول تحت تأثير عمليات التجوية للصخور البارزة على سطح الأرض، ونشاط البكتيريا الزرقاء والطحالب الخضراء المزرقة، والعمليات البركانية وعمل ضوء الشمس. وأدى ذلك إلى تحلل الميثان إلى ثاني أكسيد الكربون، والأمونيا إلى نيتروجين وهيدروجين؛ بدأ ثاني أكسيد الكربون، الذي غاص ببطء إلى سطح الأرض، والنيتروجين في التراكم في الغلاف الجوي الثانوي. بفضل النشاط الحيوي للطحالب الخضراء المزرقة، بدأ إنتاج الأكسجين في عملية التمثيل الضوئي، والذي، مع ذلك، في البداية تم إنفاقه بشكل أساسي على "أكسدة الغازات الجوية، ثم الصخور". وفي الوقت نفسه، بدأت الأمونيا المؤكسدة إلى النيتروجين الجزيئي تتراكم بشكل مكثف في الغلاف الجوي. من المفترض أن هناك كمية كبيرة من النيتروجين في الغلاف الجوي الحديث. تم أكسدة الميثان وأول أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون. تمت أكسدة الكبريت وكبريتيد الهيدروجين إلى ثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد الكبريت، والتي تمت إزالتها بسرعة من الغلاف الجوي بسبب حركتها العالية وخفة وزنها. وهكذا، فإن الغلاف الجوي من الغلاف الجوي المختزل، كما كان في العصر الأركي وأوائل البروتيروزويك، تحول تدريجيًا إلى جو مؤكسد.

دخل ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي نتيجة لأكسدة الميثان ونتيجة لتفريغ الغاز من الوشاح وتجوية الصخور. في حالة الحفاظ على كل ثاني أكسيد الكربون المنبعث طوال تاريخ الأرض بأكمله في الغلاف الجوي، فقد يصبح ضغطه الجزئي حاليًا هو نفسه الموجود في كوكب الزهرة (O. Sorokhtin، S. A. Ushakov، 1991). لكن على الأرض كانت العملية العكسية تحدث. تم إذابة جزء كبير من ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي في الغلاف المائي، حيث استخدمته الكائنات المائية لبناء أصدافها وتحويلها بيولوجيًا إلى كربونات. وفي وقت لاحق، تم تشكيل طبقات سميكة من الكربونات الكيميائية والعضوية المنشأ منها.

دخل الأكسجين إلى الغلاف الجوي من ثلاثة مصادر. لفترة طويلة، بدءاً من لحظة ظهور الأرض، تم إطلاقها أثناء تفريغ الوشاح وتم إنفاقها بشكل أساسي على عمليات الأكسدة، وكان المصدر الآخر للأكسجين هو التفكك الضوئي لبخار الماء بواسطة الأشعة الشمسية فوق البنفسجية الصلبة. ظهور؛ أدى الأكسجين الحر في الغلاف الجوي إلى موت معظم بدائيات النوى التي عاشت في ظروف مخففة. الكائنات بدائية النواة غيرت موائلها. لقد تركوا سطح الأرض في أعماقها والمناطق التي لا تزال ظروف التعافي فيها قائمة. تم استبدالهم حقيقيات النوى، والتي بدأت في تحويل ثاني أكسيد الكربون بقوة إلى أكسجين.

خلال العصر الأركي وجزء كبير من عصر البروتيروزويك، تم إنفاق كل الأكسجين الناتج تقريبًا عن طريقتي المنشأ الحيوي والحيوي بشكل أساسي على أكسدة الحديد والكبريت. بحلول نهاية عصر البروتيروزويك، كل الحديد المعدني ثنائي التكافؤ الموجود على سطح الأرض إما يتأكسد أو ينتقل إلى قلب الأرض. تسبب هذا في تغير الضغط الجزئي للأكسجين في الغلاف الجوي المبكر للبروتيروزويك.

وفي منتصف الدهر البروتيروزويك، وصل تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي إلى نقطة التحكيم وبلغ 0.01% من المستويات الحديثة. بدءًا من هذا الوقت، بدأ الأكسجين يتراكم في الغلاف الجوي، وربما وصل محتواه بالفعل في نهاية نهر Riphean إلى نقطة باستور (0.1٪ من المستوى الحديث). ومن الممكن أن تكون طبقة الأوزون قد ظهرت في فترة فينديان ولم تختف أبدًا.

حفز ظهور الأكسجين الحر في الغلاف الجوي للأرض تطور الحياة وأدى إلى ظهور أشكال جديدة ذات عملية استقلابية أكثر تقدمًا. إذا كانت الطحالب وحيدة الخلية حقيقية النواة والسيانيا، التي ظهرت في بداية عصر البروتيروزويك، تتطلب محتوى أكسجين في الماء يبلغ 10 -3 فقط من تركيزه الحديث، فمع ظهور الميتازوا غير الهيكلية في نهاية عصر فيندي المبكر، أي منذ حوالي 650 مليون سنة، كان من المفترض أن يكون تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي أعلى بكثير. بعد كل شيء، استخدم ميتازوا تنفس الأكسجين وهذا يتطلب أن يصل الضغط الجزئي للأكسجين إلى مستوى حرج - نقطة باستور. في هذه الحالة، تم استبدال عملية التخمير اللاهوائي بعملية استقلاب أكسجين أكثر تقدمًا وواعدة.

بعد ذلك، حدث تراكم إضافي للأكسجين في الغلاف الجوي للأرض بسرعة كبيرة. ساهمت الزيادة التدريجية في حجم الطحالب الخضراء المزرقة في تحقيق مستوى الأكسجين الضروري لدعم الحياة في عالم الحيوان في الغلاف الجوي. حدث استقرار معين لمحتوى الأكسجين في الغلاف الجوي منذ اللحظة التي وصلت فيها النباتات إلى الأرض - منذ حوالي 450 مليون سنة. أدى ظهور النباتات على الأرض، والذي حدث في العصر السيلوري، إلى الاستقرار النهائي لمستويات الأكسجين في الغلاف الجوي. ومنذ ذلك الوقت بدأ تركيزها يتقلب في حدود ضيقة نوعا ما، لا تتجاوز أبدا حدود وجود الحياة. استقر تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي تمامًا منذ ظهور النباتات المزهرة. وقد وقع هذا الحدث في منتصف العصر الطباشيري، أي في منتصف العصر الطباشيري. منذ حوالي 100 مليون سنة.

تشكل الجزء الأكبر من النيتروجين في المراحل الأولى من تطور الأرض، ويرجع ذلك أساسًا إلى تحلل الأمونيا. ومع ظهور الكائنات الحية، بدأت عملية ربط النيتروجين الجوي بالمواد العضوية ودفنه في الرواسب البحرية. وبعد وصول الكائنات الحية إلى الأرض، بدأ دفن النيتروجين في الرواسب القارية. تكثفت عمليات معالجة النيتروجين الحر بشكل خاص مع ظهور النباتات البرية.

في مطلع العصر الخفي والفانيروزويك، أي منذ حوالي 650 مليون سنة، انخفض محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى أعشار النسبة المئوية، ولم يصل إلى محتوى قريب من المستوى الحديث إلا مؤخرًا، أي حوالي 10-20 مليون سنة. منذ.

وهكذا، فإن التركيبة الغازية للغلاف الجوي لم توفر مساحة للعيش للكائنات الحية فحسب، بل حددت أيضًا خصائص نشاط حياتها وساهمت في الاستيطان والتطور. أدت الاضطرابات الناشئة في توزيع تركيبة الغاز في الغلاف الجوي الملائمة للكائنات الحية، لأسباب كونية وكوكبية، إلى انقراض جماعي للعالم العضوي، والذي حدث مرارًا وتكرارًا خلال العصر الخفي وفي حدود معينة من تاريخ دهر الحياة الظاهرة.

الوظائف الإثنوسفيرية للغلاف الجوي

يوفر الغلاف الجوي للأرض المواد اللازمة والطاقة ويحدد اتجاه وسرعة عمليات التمثيل الغذائي. إن التركيبة الغازية للغلاف الجوي الحديث هي الأمثل لوجود الحياة وتطورها. كونها المنطقة التي يتشكل فيها الطقس والمناخ، يجب أن يخلق الغلاف الجوي ظروفًا مريحة لحياة الناس والحيوانات والنباتات. تؤدي الانحرافات في اتجاه أو آخر في جودة الظروف الجوية والطقس الجوي إلى خلق ظروف قاسية لحياة النباتات والحيوانات، بما في ذلك البشر.

لا يوفر الغلاف الجوي للأرض الظروف اللازمة لوجود البشرية فحسب، بل هو العامل الرئيسي في تطور الغلاف العرقي. وفي الوقت نفسه، يتبين أنها مصدر للطاقة والمواد الخام للإنتاج. بشكل عام، يعد الغلاف الجوي عاملاً يحافظ على صحة الإنسان، وبعض المناطق، بسبب الظروف الجغرافية الفيزيائية ونوعية الهواء الجوي، تعمل كمناطق ترفيهية وهي مناطق مخصصة لعلاج منتجع المصحة والترفيه للناس. وبالتالي فإن الجو عامل من عوامل التأثير الجمالي والعاطفي.

تتطلب وظائف الغلاف الجوي العرقي والتقني، التي تم تحديدها مؤخرًا (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001)، دراسة مستقلة ومتعمقة. وبالتالي، فإن دراسة وظائف الطاقة في الغلاف الجوي وثيقة الصلة بالموضوع، سواء من وجهة نظر حدوث وتشغيل العمليات التي تضر بالبيئة، أو من وجهة نظر التأثير على صحة ورفاهية الناس. في هذه الحالة، نحن نتحدث عن طاقة الأعاصير والأعاصير المضادة، والدوامات الجوية، والضغط الجوي وغيرها من الظواهر الجوية المتطرفة، والتي سيساهم استخدامها الفعال في الحل الناجح لمشكلة الحصول على مصادر طاقة بديلة لا تلوث البيئة. بيئة. بعد كل شيء، فإن البيئة الجوية، وخاصة الجزء منها، الذي يقع فوق المحيط العالمي، هي منطقة يتم فيها إطلاق كمية هائلة من الطاقة المجانية.

على سبيل المثال، ثبت أن الأعاصير المدارية ذات القوة المتوسطة تطلق طاقة تعادل طاقة 500 ألف قنبلة ذرية ألقيت على هيروشيما وناغازاكي في يوم واحد فقط. وفي غضون 10 أيام من وجود مثل هذا الإعصار، يتم إطلاق طاقة كافية لتلبية جميع احتياجات الطاقة لدولة مثل الولايات المتحدة لمدة 600 عام.

في السنوات الأخيرة، تم نشر عدد كبير من أعمال علماء الطبيعة، التي تتناول بطريقة أو بأخرى مختلف جوانب النشاط وتأثير الغلاف الجوي على العمليات الأرضية، مما يشير إلى تكثيف التفاعلات متعددة التخصصات في العلوم الطبيعية الحديثة. وفي الوقت نفسه، يتجلى الدور التكاملي لبعض اتجاهاتها، ومن بينها ينبغي أن نشير إلى الاتجاه الوظيفي البيئي في علم البيئة الجيولوجية.

يحفز هذا الاتجاه التحليل والتعميم النظري حول الوظائف البيئية والدور الكوكبي لمختلف المجالات الجغرافية، وهذا بدوره شرط أساسي مهم لتطوير المنهجية والأسس العلمية للدراسة الشاملة لكوكبنا، والاستخدام الرشيد وحماية الموارد الطبيعية. مواردها الطبيعية.

يتكون الغلاف الجوي للأرض من عدة طبقات: التروبوسفير، الستراتوسفير، الميزوسفير، الغلاف الحراري، الغلاف الأيوني والغلاف الخارجي. في الجزء العلوي من طبقة التروبوسفير وأسفل الستراتوسفير توجد طبقة غنية بالأوزون تسمى درع الأوزون. تم تحديد أنماط معينة (يومية، موسمية، سنوية، إلخ) في توزيع الأوزون. منذ نشأته، أثر الغلاف الجوي على مسار العمليات الكوكبية. كان التركيب الأولي للغلاف الجوي مختلفًا تمامًا عما هو عليه في الوقت الحاضر، ولكن مع مرور الوقت زادت حصة ودور النيتروجين الجزيئي بشكل مطرد، منذ حوالي 650 مليون سنة ظهر الأكسجين الحر، الذي تتزايد كميته بشكل مستمر، ولكن تركيز ثاني أكسيد الكربون انخفضت وفقا لذلك. تحدد الحركة العالية للغلاف الجوي وتكوينه الغازي ووجود الهباء الجوي دوره المتميز ومشاركته النشطة في مجموعة متنوعة من العمليات الجيولوجية وعمليات المحيط الحيوي. يلعب الغلاف الجوي دوراً كبيراً في إعادة توزيع الطاقة الشمسية وتطور الظواهر الطبيعية والكوارث الكارثية. الدوامات الجوية - الأعاصير (الأعاصير) والأعاصير والأعاصير والأعاصير وغيرها من الظواهر لها تأثير سلبي على العالم العضوي والأنظمة الطبيعية. المصادر الرئيسية للتلوث، إلى جانب العوامل الطبيعية، هي أشكال مختلفة من النشاط الاقتصادي البشري. يتم التعبير عن التأثيرات البشرية على الغلاف الجوي ليس فقط في ظهور الهباء الجوي والغازات الدفيئة المختلفة، ولكن أيضًا في زيادة كمية بخار الماء، وتتجلى في شكل ضباب دخاني وأمطار حمضية. تعمل الغازات الدفيئة على تغيير نظام درجة حرارة سطح الأرض، حيث تؤدي انبعاثات بعض الغازات إلى تقليل حجم طبقة الأوزون وتساهم في تكوين ثقوب الأوزون. الدور العرقي للغلاف الجوي للأرض عظيم.

دور الغلاف الجوي في العمليات الطبيعية

الغلاف الجوي السطحي، في حالته المتوسطة بين الغلاف الصخري والفضاء الخارجي وتركيبته الغازية، يخلق الظروف الملائمة لحياة الكائنات الحية. في الوقت نفسه، تعتمد التجوية وشدة تدمير الصخور ونقل وتراكم المواد الفتاتية على كمية وطبيعة وتواتر هطول الأمطار، وعلى تواتر وقوة الرياح وخاصة على درجة حرارة الهواء. الغلاف الجوي هو عنصر أساسي في النظام المناخي. درجة حرارة الهواء والرطوبة والغيوم وهطول الأمطار والرياح - كل هذا يميز الطقس، أي حالة الغلاف الجوي المتغيرة باستمرار. وفي الوقت نفسه، فإن هذه المكونات نفسها هي التي تميز المناخ، أي متوسط ​​نظام الطقس على المدى الطويل.

تركيبة الغازات ووجود السحب والشوائب المختلفة والتي تسمى بجزيئات الهباء الجوي (الرماد والغبار وجزيئات بخار الماء) تحدد خصائص مرور الإشعاع الشمسي عبر الغلاف الجوي وتمنع تسرب الإشعاع الحراري للأرض إلى الفضاء الخارجي.

الغلاف الجوي للأرض متحرك للغاية. إن العمليات التي تنشأ فيه والتغيرات في تكوين الغاز وسمكه وتغيمه وشفافيته ووجود جزيئات معينة من الهباء الجوي فيه تؤثر على الطقس والمناخ.

يتم تحديد عمل واتجاه العمليات الطبيعية، وكذلك الحياة والنشاط على الأرض، من خلال الإشعاع الشمسي. يوفر 99.98% من الحرارة التي تصل إلى سطح الأرض. كل عام يصل هذا إلى 134 * 10 19 سعرة حرارية. ويمكن الحصول على هذه الكمية من الحرارة عن طريق حرق 200 مليار طن من الفحم. احتياطيات الهيدروجين التي تخلق هذا التدفق من الطاقة النووية الحرارية في كتلة الشمس سوف تستمر لمدة 10 مليارات سنة أخرى على الأقل، أي لفترة ضعف وجود كوكبنا ووجوده.

حوالي ثلث إجمالي الطاقة الشمسية التي تصل إلى الحدود العليا للغلاف الجوي تنعكس مرة أخرى إلى الفضاء، وتمتص طبقة الأوزون 13% منها (بما في ذلك جميع الأشعة فوق البنفسجية تقريبًا). 7% - باقي الغلاف الجوي و44% فقط يصل إلى سطح الأرض. إن إجمالي الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى الأرض يوميًا يساوي الطاقة التي تلقتها البشرية نتيجة حرق جميع أنواع الوقود على مدى الألفية الماضية.

تعتمد كمية وطبيعة توزيع الإشعاع الشمسي على سطح الأرض بشكل وثيق على غيوم وشفافية الغلاف الجوي. وتتأثر كمية الإشعاع المتناثر بارتفاع الشمس فوق الأفق، وشفافية الغلاف الجوي، ومحتوى بخار الماء، والغبار، والكمية الإجمالية لثاني أكسيد الكربون، وما إلى ذلك.

أقصى قدر من الإشعاع المتناثر يصل إلى المناطق القطبية. كلما كانت الشمس منخفضة فوق الأفق، انخفضت الحرارة التي تدخل منطقة معينة من التضاريس.

لشفافية الغلاف الجوي والغيوم أهمية كبيرة. في يوم صيفي غائم، عادة ما يكون الجو أكثر برودة من يوم صاف، لأن الغيوم أثناء النهار تمنع تسخين سطح الأرض.

تلعب غبار الجو دورًا رئيسيًا في توزيع الحرارة. كما أن الجزيئات الصلبة المتطايرة الدقيقة الموجودة فيه من الغبار والرماد والتي تؤثر على شفافيته، تؤثر سلباً على توزيع الإشعاع الشمسي الذي ينعكس معظمه. تدخل الجسيمات الدقيقة إلى الغلاف الجوي بطريقتين: إما الرماد المنبعث أثناء الانفجارات البركانية، أو غبار الصحراء الذي تحمله الرياح من المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية القاحلة. يتشكل الكثير من هذا الغبار بشكل خاص أثناء فترات الجفاف، عندما تحمله تيارات الهواء الدافئ إلى الطبقات العليا من الغلاف الجوي ويمكن أن تبقى هناك لفترة طويلة. بعد ثوران بركان كراكاتوا عام 1883، بقي الغبار المتناثر عشرات الكيلومترات في الغلاف الجوي في طبقة الستراتوسفير لمدة 3 سنوات تقريبًا. ونتيجة لثوران بركان إل تشيشون (المكسيك) عام 1985، وصل الغبار إلى أوروبا، وبالتالي حدث انخفاض طفيف في درجات حرارة السطح.

يحتوي الغلاف الجوي للأرض على كميات متفاوتة من بخار الماء. بالقيمة المطلقة من حيث الوزن أو الحجم، تتراوح كميته من 2 إلى 5%.

بخار الماء، مثل ثاني أكسيد الكربون، يعزز ظاهرة الاحتباس الحراري. في السحب والضباب التي تنشأ في الغلاف الجوي، تحدث عمليات فيزيائية وكيميائية غريبة.

المصدر الرئيسي لبخار الماء في الغلاف الجوي هو سطح المحيط العالمي. وتتبخر منه طبقة من الماء يتراوح سمكها بين 95 و110 سم سنوياً، ويعود جزء من الرطوبة إلى المحيط بعد تكاثفها، والجزء الآخر يتجه بفعل التيارات الهوائية نحو القارات. في المناطق ذات المناخ الرطب المتغير، يعمل هطول الأمطار على ترطيب التربة، وفي المناخات الرطبة يخلق احتياطيات من المياه الجوفية. وبالتالي فإن الجو عبارة عن تراكم للرطوبة وخزان لهطول الأمطار. والضباب الذي يتشكل في الغلاف الجوي يوفر الرطوبة لغطاء التربة وبالتالي يلعب دورًا حاسمًا في تطور النباتات والحيوانات.

تتوزع الرطوبة الجوية على سطح الأرض بسبب حركة الغلاف الجوي. ويتميز بنظام معقد للغاية لتوزيع الرياح والضغط. نظرًا لحقيقة أن الغلاف الجوي في حركة مستمرة، فإن طبيعة وحجم توزيع تدفقات الرياح والضغط تتغير باستمرار. ويتراوح نطاق التداول من نطاق الأرصاد الجوية الدقيقة، الذي لا يتجاوز حجمه بضع مئات من الأمتار، إلى نطاق عالمي يصل إلى عدة عشرات الآلاف من الكيلومترات. تشارك الدوامات الجوية الضخمة في إنشاء أنظمة تيارات هوائية واسعة النطاق وتحدد الدورة العامة للغلاف الجوي. بالإضافة إلى أنها مصادر للظواهر الجوية الكارثية.

يعتمد توزيع الظروف الجوية والمناخية وعمل المادة الحية على الضغط الجوي. وإذا تقلب الضغط الجوي في حدود صغيرة فإنه لا يلعب دورا حاسما في رفاهية الإنسان وسلوك الحيوانات ولا يؤثر على الوظائف الفسيولوجية للنباتات. عادة ما ترتبط التغيرات في الضغط بالظواهر الأمامية والتغيرات الجوية.

يعد الضغط الجوي ذا أهمية أساسية لتكوين الرياح، والتي، كونها عاملاً في تكوين التضاريس، لها تأثير قوي على عالم الحيوان والنبات.

يمكن للرياح أن تثبط نمو النبات وفي نفس الوقت تعزز نقل البذور. دور الرياح في تشكيل الظروف الجوية والمناخية كبير. كما أنه يعمل كمنظم للتيارات البحرية. تساهم الرياح، باعتبارها أحد العوامل الخارجية، في تآكل وانكماش المواد التي تعرضت للتجوية على مسافات طويلة.

الدور البيئي والجيولوجي للعمليات الجوية

إن انخفاض شفافية الغلاف الجوي بسبب ظهور جزيئات الهباء الجوي والغبار الصلب فيه يؤثر على توزيع الإشعاع الشمسي، مما يزيد من البياض أو الانعكاسية. التفاعلات الكيميائية المختلفة التي تسبب تحلل الأوزون وتولد السحب "اللؤلؤية" المكونة من بخار الماء تؤدي إلى نفس النتيجة. التغيرات العالمية في الانعكاسية، وكذلك التغيرات في غازات الغلاف الجوي، وخاصة الغازات الدفيئة، هي المسؤولة عن تغير المناخ.

يؤدي التسخين غير المتساوي، الذي يسبب اختلافات في الضغط الجوي على أجزاء مختلفة من سطح الأرض، إلى دوران الغلاف الجوي، وهو السمة المميزة لطبقة التروبوسفير. عند حدوث اختلاف في الضغط، يندفع الهواء من مناطق الضغط المرتفع إلى مناطق الضغط المنخفض. تحدد حركات الكتل الهوائية هذه، إلى جانب الرطوبة ودرجة الحرارة، السمات البيئية والجيولوجية الرئيسية للعمليات الجوية.

اعتمادا على السرعة، تقوم الرياح بأعمال جيولوجية مختلفة على سطح الأرض. وبسرعة 10 م/ث، تهز أغصان الأشجار الكثيفة، فترفع وتنقل الغبار والرمال الناعمة؛ يكسر أغصان الأشجار بسرعة 20 م/ث، ويحمل الرمل والحصى؛ بسرعة 30 م/ث (عاصفة) تمزق أسطح المنازل وتقتلع الأشجار وتكسر الأعمدة وتحريك الحصى وتحمل الركام الصغير، كما أن رياح الإعصار بسرعة 40 م/ث تدمر المنازل وتكسر وتهدم الكهرباء أعمدة الخط، تقتلع الأشجار الكبيرة.

العواصف والأعاصير (الأعاصير) - الدوامات الجوية التي تنشأ في الموسم الدافئ على جبهات جوية قوية، بسرعات تصل إلى 100 م/ث، لها تأثير بيئي سلبي كبير مع عواقب كارثية. العواصف عبارة عن زوابع أفقية ذات سرعة رياح إعصارية (تصل إلى 60-80 م / ث). وغالبًا ما تكون مصحوبة بأمطار غزيرة وعواصف رعدية تستمر من عدة دقائق إلى نصف ساعة. تغطي العواصف مناطق يصل عرضها إلى 50 كيلومترًا وتقطع مسافة 200-250 كيلومترًا. أدت عاصفة عاصفة ضربت موسكو ومنطقة موسكو عام 1998 إلى تدمير أسطح العديد من المنازل واقتلاع الأشجار.

الأعاصير، التي تسمى الأعاصير في أمريكا الشمالية، هي دوامات جوية قوية على شكل قمع، وغالبًا ما ترتبط بالسحب الرعدية. وهي عبارة عن أعمدة من الهواء تتناقص في المنتصف ويبلغ قطرها عدة عشرات إلى مئات الأمتار. الإعصار له مظهر قمع، يشبه إلى حد كبير جذع الفيل، ينزل من السحب أو يرتفع عن سطح الأرض. يمتلك الإعصار تخلخلًا قويًا وسرعة دوران عالية، ويسافر لمسافة تصل إلى عدة مئات من الكيلومترات، ويسحب الغبار والمياه من الخزانات والأشياء المختلفة. تكون الأعاصير القوية مصحوبة بالعواصف الرعدية والأمطار ولها قوة تدميرية كبيرة.

نادرًا ما تحدث الأعاصير في المناطق شبه القطبية أو الاستوائية، حيث يكون الجو باردًا أو حارًا باستمرار. هناك عدد قليل من الأعاصير في المحيط المفتوح. تحدث الأعاصير في أوروبا واليابان وأستراليا والولايات المتحدة الأمريكية، وفي روسيا، فهي متكررة بشكل خاص في منطقة الأرض السوداء الوسطى، في مناطق موسكو وياروسلافل ونيجني نوفغورود وإيفانوفو.

تقوم الأعاصير برفع وتحريك السيارات والمنازل والعربات والجسور. ولوحظت الأعاصير المدمرة بشكل خاص في الولايات المتحدة. كل عام، هناك ما بين 450 إلى 1500 إعصار، ويتسبب في مقتل حوالي 100 شخص في المتوسط. الأعاصير هي عمليات جوية كارثية سريعة المفعول. يتم تشكيلها خلال 20-30 دقيقة فقط، وعمرها 30 دقيقة. ولذلك، يكاد يكون من المستحيل التنبؤ بوقت ومكان الأعاصير.

الدوامات الجوية المدمرة الأخرى ولكن طويلة الأمد هي الأعاصير. يتم تشكيلها بسبب اختلاف الضغط، والذي يساهم في ظل ظروف معينة في ظهور حركة دائرية لتدفقات الهواء. تنشأ الدوامات الجوية حول تدفقات تصاعدية قوية من الهواء الدافئ الرطب وتدور بسرعة عالية في اتجاه عقارب الساعة في نصف الكرة الجنوبي وعكس اتجاه عقارب الساعة في النصف الشمالي. الأعاصير، على عكس الأعاصير، تنشأ فوق المحيطات وتنتج آثارها المدمرة على القارات. العوامل المدمرة الرئيسية هي الرياح القوية والأمطار الغزيرة في شكل تساقط الثلوج والأمطار الغزيرة والبرد والفيضانات المفاجئة. الرياح التي تبلغ سرعتها 19 - 30 م / ث تشكل عاصفة، 30 - 35 م / ث - عاصفة، وأكثر من 35 م / ث - إعصار.

يبلغ متوسط ​​عرض الأعاصير المدارية - الأعاصير والأعاصير - عدة مئات من الكيلومترات. تصل سرعة الرياح داخل الإعصار إلى قوة الإعصار. تستمر الأعاصير المدارية من عدة أيام إلى عدة أسابيع، وتتحرك بسرعة تتراوح من 50 إلى 200 كم/ساعة. الأعاصير في خطوط العرض الوسطى لها قطر أكبر. وتتراوح أبعادها العرضية من ألف إلى عدة آلاف من الكيلومترات، وتكون سرعة الرياح عاصفة. وهي تتحرك في نصف الكرة الشمالي من الغرب ويصاحبها تساقط البرد والثلوج وهي ذات طبيعة كارثية. ومن حيث عدد الضحايا والأضرار الناجمة، فإن الأعاصير وما يرتبط بها من أعاصير وأعاصير هي أكبر الظواهر الجوية الطبيعية بعد الفيضانات. وفي المناطق ذات الكثافة السكانية العالية في آسيا، يصل عدد القتلى بسبب الأعاصير إلى الآلاف. في عام 1991، في بنغلاديش، خلال إعصار تسبب في تكوين أمواج بحرية بارتفاع 6 أمتار، مات 125 ألف شخص. الأعاصير تسبب أضرارا كبيرة للولايات المتحدة. وفي الوقت نفسه، يموت العشرات والمئات من الأشخاص. وفي أوروبا الغربية، تسبب الأعاصير أضرارًا أقل.

تعتبر العواصف الرعدية ظاهرة جوية كارثية. تحدث عندما يرتفع الهواء الدافئ الرطب بسرعة كبيرة. على حدود المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية، تحدث العواصف الرعدية 90-100 يومًا في السنة، وفي المنطقة المعتدلة 10-30 يومًا. في بلادنا، يحدث أكبر عدد من العواصف الرعدية في شمال القوقاز.

تستمر العواصف الرعدية عادة أقل من ساعة. ومن الأمور الخطرة بشكل خاص هطول الأمطار الغزيرة والبرد والصواعق وهبوب الرياح والتيارات الهوائية العمودية. يتم تحديد خطر البرد من خلال حجم حبات البرد. في شمال القوقاز، وصلت كتلة حبات البرد ذات مرة إلى 0.5 كجم، وفي الهند تم تسجيل حبات البرد التي تزن 7 كجم. تقع أكثر المناطق الحضرية خطورة في بلادنا في شمال القوقاز. في يوليو 1992، أدى البرد إلى إتلاف 18 طائرة في مطار منيراليني فودي.

وتشمل الظواهر الجوية الخطيرة البرق. إنهم يقتلون الناس والماشية ويسببون الحرائق ويدمرون شبكة الكهرباء. يموت حوالي 10000 شخص بسبب العواصف الرعدية وعواقبها كل عام في جميع أنحاء العالم. علاوة على ذلك، في بعض مناطق أفريقيا وفرنسا والولايات المتحدة الأمريكية، يكون عدد ضحايا البرق أكبر من عدد ضحايا الظواهر الطبيعية الأخرى. تبلغ الأضرار الاقتصادية السنوية الناجمة عن العواصف الرعدية في الولايات المتحدة 700 مليون دولار على الأقل.

تعتبر حالات الجفاف نموذجية بالنسبة للمناطق الصحراوية والسهوب والغابات. ويؤدي نقص الهطول إلى جفاف التربة وانخفاض مستوى المياه الجوفية والخزانات حتى تجف تماماً. يؤدي نقص الرطوبة إلى موت النباتات والمحاصيل. وتكون حالات الجفاف شديدة بشكل خاص في أفريقيا والشرق الأدنى والأوسط وآسيا الوسطى وجنوب أمريكا الشمالية.

تغير حالات الجفاف الظروف المعيشية للإنسان ولها تأثير سلبي على البيئة الطبيعية من خلال عمليات مثل تملح التربة والرياح الجافة والعواصف الترابية وتآكل التربة وحرائق الغابات. تكون الحرائق شديدة بشكل خاص أثناء الجفاف في مناطق التايغا والغابات الاستوائية وشبه الاستوائية والسافانا.

الجفاف عبارة عن عمليات قصيرة المدى تستمر لمدة موسم واحد. وعندما يستمر الجفاف لأكثر من موسمين، يكون هناك خطر المجاعة والوفيات الجماعية. عادة، يؤثر الجفاف على أراضي بلد واحد أو أكثر. تحدث حالات الجفاف الطويلة الأمد ذات العواقب المأساوية في كثير من الأحيان في منطقة الساحل بأفريقيا.

الظواهر الجوية مثل تساقط الثلوج والأمطار الغزيرة قصيرة المدى والأمطار المستمرة لفترات طويلة تسبب أضرارًا كبيرة. ويتسبب تساقط الثلوج في حدوث انهيارات ثلجية هائلة في الجبال، ويؤدي الذوبان السريع للثلوج المتساقطة وهطول الأمطار لفترات طويلة إلى حدوث فيضانات. وتسبب الكتلة الهائلة من المياه المتساقطة على سطح الأرض، خاصة في المناطق الخالية من الأشجار، تآكلًا شديدًا للتربة. هناك نمو مكثف لأنظمة شعاع الأخدود. تحدث الفيضانات نتيجة لفيضانات كبيرة خلال فترات هطول الأمطار الغزيرة أو ارتفاع منسوب المياه بعد ارتفاع درجة الحرارة المفاجئ أو ذوبان الثلوج في الربيع، وبالتالي فهي ظواهر جوية في الأصل (تتم مناقشتها في الفصل الخاص بالدور البيئي للغلاف المائي).

التغيرات الجوية البشرية المنشأ

يوجد حاليًا العديد من المصادر البشرية المختلفة التي تسبب تلوث الهواء وتؤدي إلى اضطرابات خطيرة في التوازن البيئي. من حيث الحجم، هناك مصدران لهما التأثير الأكبر على الغلاف الجوي: النقل والصناعة. في المتوسط، يمثل النقل حوالي 60٪ من إجمالي كمية التلوث الجوي، والصناعة - 15، والطاقة الحرارية - 15، وتقنيات تدمير النفايات المنزلية والصناعية - 10٪.

النقل، اعتمادًا على الوقود المستخدم وأنواع المؤكسدات، ينبعث في الغلاف الجوي أكاسيد النيتروجين والكبريت وأكاسيد وثاني أكسيد الكربون والرصاص ومركباته والسخام والبنزوبيرين (مادة من مجموعة الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات، وهي مادة قوية مادة مسرطنة تسبب سرطان الجلد).

تنبعث من الصناعة ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد وثاني أكسيد الكربون والهيدروكربونات والأمونيا وكبريتيد الهيدروجين وحمض الكبريتيك والفينول والكلور والفلور ومركبات كيميائية أخرى في الغلاف الجوي. لكن الموقع المهيمن بين الانبعاثات (ما يصل إلى 85٪) يحتله الغبار.

نتيجة للتلوث، تتغير شفافية الغلاف الجوي، مما يسبب الهباء الجوي والضباب الدخاني والأمطار الحمضية.

الهباء الجوي عبارة عن أنظمة مشتتة تتكون من جزيئات صلبة أو قطرات سائلة معلقة في بيئة غازية. عادة ما يكون حجم جسيمات الطور المشتت 10-3-10-7 سم، واعتمادًا على تكوين الطور المشتت، يتم تقسيم الهباء الجوي إلى مجموعتين. الأول يشمل الهباء الجوي الذي يتكون من جزيئات صلبة منتشرة في وسط غازي، والثاني يشمل الهباء الجوي الذي هو خليط من الطور الغازي والسائل. الأول يسمى الدخان، والأخير - الضباب. تلعب مراكز التكثيف دورًا مهمًا في عملية تكوينها. يعمل الرماد البركاني والغبار الكوني ومنتجات الانبعاثات الصناعية والبكتيريا المختلفة وما إلى ذلك كنواة تكثيف، ويتزايد باستمرار عدد المصادر المحتملة لتركيز النوى. لذلك، على سبيل المثال، عندما يتم تدمير العشب الجاف بالنار على مساحة 4000 م2، يتم تشكيل متوسط ​​11*1022 نواة الهباء الجوي.

بدأ الهباء الجوي بالتشكل منذ لحظة ظهور كوكبنا وتأثره بالظروف الطبيعية. ومع ذلك، فإن كميتها وفعاليتها، المتوازنة مع الدورة العامة للمواد في الطبيعة، لم تسبب تغيرات بيئية عميقة. لقد أدت العوامل البشرية المنشأ لتكوينها إلى تحويل هذا التوازن نحو أحمال زائدة كبيرة في المحيط الحيوي. لقد كانت هذه الميزة واضحة بشكل خاص منذ أن بدأت البشرية في استخدام الهباء الجوي المصمم خصيصًا في شكل مواد سامة ولحماية النباتات.

والأكثر خطورة على الغطاء النباتي هو الهباء الجوي الذي يحتوي على ثاني أكسيد الكبريت وفلوريد الهيدروجين والنيتروجين. عندما تتلامس مع سطح ورقة رطب، فإنها تشكل أحماض لها تأثير ضار على الكائنات الحية. يدخل الضباب الحمضي إلى أعضاء الجهاز التنفسي للحيوانات والبشر مع الهواء المستنشق ويكون له تأثير عدواني على الأغشية المخاطية. بعضها يتحلل الأنسجة الحية، والهباء الجوي المشع يسبب السرطان. من بين النظائر المشعة، يعتبر Sg 90 خطيرًا بشكل خاص ليس فقط بسبب تسببه في السرطان، ولكن أيضًا باعتباره نظيرًا للكالسيوم، حيث يحل محله في عظام الكائنات الحية، مما يسبب تحللها.

أثناء الانفجارات النووية، تتشكل سحب الهباء الجوي المشعة في الغلاف الجوي. لا تقع الجزيئات الصغيرة التي يبلغ نصف قطرها من 1 إلى 10 ميكرون في الطبقات العليا من طبقة التروبوسفير فحسب، بل أيضًا في طبقة الستراتوسفير، حيث يمكن أن تبقى لفترة طويلة. وتتشكل سحب الهباء الجوي أيضًا أثناء تشغيل المفاعلات في المنشآت الصناعية التي تنتج الوقود النووي، وكذلك نتيجة لحوادث محطات الطاقة النووية.

الضباب الدخاني عبارة عن خليط من الهباء الجوي مع مراحل متفرقة سائلة وصلبة، مما يشكل ستارة ضبابية فوق المناطق الصناعية والمدن الكبيرة.

هناك ثلاثة أنواع من الضباب الدخاني: الجليدي والرطب والجاف. يسمى الضباب الدخاني الجليدي بالضباب الدخاني في ألاسكا. هذا مزيج من الملوثات الغازية مع إضافة جزيئات الغبار وبلورات الجليد التي تحدث عندما تتجمد قطرات الضباب والبخار المنبعثة من أنظمة التدفئة.

يُطلق على الضباب الدخاني الرطب، أو الضباب الدخاني من نوع لندن، أحيانًا اسم الضباب الدخاني الشتوي. وهو عبارة عن خليط من الملوثات الغازية (بشكل رئيسي ثاني أكسيد الكبريت) وجزيئات الغبار وقطرات الضباب. شرط الأرصاد الجوية لظهور الضباب الدخاني الشتوي هو الطقس الهادئ، حيث توجد طبقة من الهواء الدافئ فوق الطبقة الأرضية من الهواء البارد (أقل من 700 متر). في هذه الحالة، لا يوجد تبادل أفقي فحسب، بل عمودي أيضًا. وعادة ما تكون الملوثات منتشرة في طبقات عالية، وفي هذه الحالة تتراكم في الطبقة السطحية.

يحدث الضباب الدخاني الجاف خلال فصل الصيف ويسمى غالبًا بالضباب الدخاني من نوع لوس أنجلوس. وهو عبارة عن خليط من الأوزون وأول أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين والأبخرة الحمضية. ويتشكل هذا الضباب الدخاني نتيجة تحلل الملوثات بواسطة الإشعاع الشمسي، وخاصة الجزء فوق البنفسجي منها. شرط الأرصاد الجوية هو الانقلاب الجوي، والذي يتم التعبير عنه في ظهور طبقة من الهواء البارد فوق الهواء الدافئ. عادة، يتم بعد ذلك تشتيت الغازات والجزيئات الصلبة التي ترفعها تيارات الهواء الدافئة إلى الطبقات الباردة العليا، لكنها في هذه الحالة تتراكم في الطبقة المعكوسة. في عملية التحلل الضوئي، تتحلل ثاني أكسيد النيتروجين المتكون أثناء احتراق الوقود في محركات السيارات:

رقم 2 → رقم + O

ثم يحدث تخليق الأوزون:

يا + يا 2 + م → يا 3 + م

لا + يا → لا 2

تكون عمليات التفكك الضوئي مصحوبة بتوهج أصفر-أخضر.

وبالإضافة إلى ذلك، تحدث تفاعلات من النوع: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4، أي يتكون حمض الكبريتيك القوي.

ومع تغير الظروف الجوية (ظهور الرياح أو تغير الرطوبة) يتبدد الهواء البارد ويختفي الضباب الدخاني.

ويؤدي وجود المواد المسرطنة في الضباب الدخاني إلى مشاكل في التنفس وتهيج الأغشية المخاطية واضطرابات الدورة الدموية والاختناق الربووي وفي كثير من الأحيان الوفاة. الضباب الدخاني خطير بشكل خاص على الأطفال الصغار.

المطر الحمضي هو هطول جوي محمض بسبب الانبعاثات الصناعية لأكاسيد الكبريت والنيتروجين وأبخرة حمض البيركلوريك والكلور المذاب فيها. في عملية حرق الفحم والغاز، فإن معظم الكبريت الموجود فيه، سواء في شكل أكسيد أو في مركبات تحتوي على الحديد، ولا سيما في البيريت والبيروتيت والكالكوبايرايت، وما إلى ذلك، يتحول إلى أكسيد الكبريت، والذي، معًا مع ثاني أكسيد الكربون المنبعث في الغلاف الجوي. عندما يتحد النيتروجين الجوي والانبعاثات التقنية مع الأكسجين، تتشكل أكاسيد النيتروجين المختلفة، ويعتمد حجم أكاسيد النيتروجين المتكونة على درجة حرارة الاحتراق. ويحدث الجزء الأكبر من أكاسيد النيتروجين أثناء تشغيل المركبات وقاطرات الديزل، ويحدث جزء أصغر في قطاع الطاقة والمؤسسات الصناعية. أكاسيد الكبريت والنيتروجين هي صانعي الأحماض الرئيسية. عند التفاعل مع الأكسجين الجوي وبخار الماء الموجود فيه، تتشكل أحماض الكبريتيك والنيتريك.

من المعروف أن التوازن القلوي الحمضي للبيئة يتحدد بقيمة الرقم الهيدروجيني. البيئة المحايدة لها قيمة الرقم الهيدروجيني 7، والبيئة الحمضية لها قيمة الرقم الهيدروجيني 0، والبيئة القلوية لها قيمة الرقم الهيدروجيني 14. وفي العصر الحديث، تبلغ قيمة الرقم الهيدروجيني لمياه الأمطار 5.6، على الرغم من أنه في الماضي القريب كان كان محايدا. إن الانخفاض في قيمة الرقم الهيدروجيني بمقدار واحد يتوافق مع زيادة في الحموضة بمقدار عشرة أضعاف، وبالتالي، في الوقت الحاضر، يسقط المطر مع زيادة الحموضة في كل مكان تقريبًا. وكانت الحموضة القصوى للأمطار المسجلة في أوروبا الغربية 4-3.5 درجة حموضة. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن قيمة الرقم الهيدروجيني 4-4.5 تعتبر قاتلة لمعظم الأسماك.

للمطر الحمضي تأثير عدواني على نباتات الأرض وعلى المباني الصناعية والسكنية ويساهم في تسريع عملية تجوية الصخور المكشوفة بشكل كبير. زيادة الحموضة تمنع التنظيم الذاتي لتحييد التربة التي تذوب فيها العناصر الغذائية. وهذا بدوره يؤدي إلى انخفاض حاد في المحصول ويسبب تدهور الغطاء النباتي. تعمل حموضة التربة على تعزيز إطلاق التربة الثقيلة المقيدة، والتي تمتصها النباتات تدريجياً، مما يتسبب في تلف خطير للأنسجة واختراق السلسلة الغذائية البشرية.

يؤدي التغير في القدرة القلوية الحمضية لمياه البحر، وخاصة في المياه الضحلة، إلى توقف تكاثر العديد من اللافقاريات، ويسبب موت الأسماك ويخل بالتوازن البيئي في المحيطات.

ونتيجة للأمطار الحمضية، تتعرض الغابات في أوروبا الغربية ودول البلطيق وكاريليا وجزر الأورال وسيبيريا وكندا لخطر التدمير.

يجب القول أن بنية وتكوين الغلاف الجوي للأرض لم تكن دائمًا قيمًا ثابتة في فترة أو أخرى من تطور كوكبنا. واليوم، يتم تمثيل الهيكل الرأسي لهذا العنصر، الذي يبلغ "سمكه" الإجمالي 1.5-2.0 ألف كيلومتر، بعدة طبقات رئيسية، منها:

1. التروبوسفير.
2. التروبوبوز.
3. الستراتوسفير.
4. الستراتوبوز.
5. الميزوسفير والميزوبوز.
6. الغلاف الحراري.
7. اكسوسفير.

العناصر الأساسية للغلاف الجوي

طبقة التروبوسفير هي طبقة تُلاحظ فيها حركات رأسية وأفقية قوية، وهنا يتشكل الطقس والظواهر الرسوبية والظروف المناخية. ويمتد من 7 إلى 8 كيلومترات من سطح الكوكب في كل مكان تقريبًا، باستثناء المناطق القطبية (حتى 15 كيلومترًا هناك). في طبقة التروبوسفير، هناك انخفاض تدريجي في درجة الحرارة، بحوالي 6.4 درجة مئوية مع كل كيلومتر من الارتفاع. قد يختلف هذا المؤشر باختلاف خطوط العرض والمواسم.

ويتمثل تكوين الغلاف الجوي للأرض في هذا الجزء بالعناصر التالية ونسبها:

النيتروجين - حوالي 78 بالمائة؛

الأكسجين - ما يقرب من 21 في المئة؛

الأرجون - حوالي واحد بالمائة؛

ثاني أكسيد الكربون - أقل من 0.05٪.

تكوين واحد يصل إلى ارتفاع 90 كيلومترا

بالإضافة إلى ذلك، يمكنك أن تجد هنا الغبار، وقطرات الماء، وبخار الماء، ومنتجات الاحتراق، وبلورات الجليد، وأملاح البحر، والعديد من جزيئات الهباء الجوي، وما إلى ذلك. ويمكن ملاحظة هذا التكوين للغلاف الجوي للأرض على ارتفاع يصل إلى تسعين كيلومترًا تقريبًا، لذلك يكون الهواء تقريبًا نفس التركيب الكيميائي، ليس فقط في طبقة التروبوسفير، ولكن أيضًا في الطبقات التي تغطيها. ولكن الجو هناك له خصائص فيزيائية مختلفة بشكل أساسي. الطبقة التي لها تركيب كيميائي عام تسمى الغلاف الجوي.

ما هي العناصر الأخرى التي تشكل الغلاف الجوي للأرض؟ بالنسبة المئوية (من حيث الحجم، في الهواء الجاف) الغازات مثل الكريبتون (حوالي 1.14 × 10 -4)، زينون (8.7 × 10 -7)، الهيدروجين (5.0 × 10 -5)، الميثان (حوالي 1.7 × 10 -5) يتم تمثيلها هنا. 4)، وأكسيد النيتروز (5.0 × 10 -5)، وما إلى ذلك كنسبة مئوية من الكتلة، فإن معظم المكونات المدرجة هي أكسيد النيتروز والهيدروجين، يليها الهيليوم، والكريبتون، وما إلى ذلك.

الخصائص الفيزيائية لطبقات الغلاف الجوي المختلفة

ترتبط الخصائص الفيزيائية لطبقة التروبوسفير ارتباطًا وثيقًا بقربها من سطح الكوكب. من هنا، يتم توجيه الحرارة الشمسية المنعكسة على شكل أشعة تحت الحمراء إلى الأعلى، بما في ذلك عمليات التوصيل والحمل الحراري. ولهذا السبب تنخفض درجة الحرارة مع البعد عن سطح الأرض. تُلاحظ هذه الظاهرة حتى ارتفاع طبقة الستراتوسفير (11-17 كيلومترًا)، ثم تصبح درجة الحرارة دون تغيير تقريبًا حتى 34-35 كيلومترًا، ثم ترتفع درجة الحرارة مرة أخرى إلى ارتفاعات 50 كيلومترًا (الحد الأعلى لطبقة الستراتوسفير). . بين الستراتوسفير والتروبوسفير توجد طبقة متوسطة رقيقة من التروبوبوز (تصل إلى 1-2 كم)، حيث يتم ملاحظة درجات حرارة ثابتة فوق خط الاستواء - حوالي 70 درجة مئوية تحت الصفر وأدناه. فوق القطبين، ترتفع درجة حرارة طبقة التروبوبوز في الصيف إلى 45 درجة مئوية تحت الصفر، وفي الشتاء تتقلب درجات الحرارة هنا حول -65 درجة مئوية.

يتضمن تكوين الغاز في الغلاف الجوي للأرض عنصرًا مهمًا مثل الأوزون. ويوجد منه القليل نسبيًا على السطح (عشرة أس ناقص سدس واحد بالمائة)، حيث يتشكل الغاز تحت تأثير ضوء الشمس من الأكسجين الذري في الأجزاء العليا من الغلاف الجوي. وعلى وجه الخصوص، فإن معظم الأوزون يقع على ارتفاع حوالي 25 كم، وتقع "شاشة الأوزون" بأكملها في مناطق من 7-8 كم عند القطبين، ومن 18 كم عند خط الاستواء ويصل إلى خمسين كيلومتراً إجمالاً فوق سطح الأرض. سطح الكوكب.

الغلاف الجوي يحمي من الإشعاع الشمسي

يلعب تكوين الهواء في الغلاف الجوي للأرض دورا مهما للغاية في الحفاظ على الحياة، حيث أن العناصر والتركيبات الكيميائية الفردية تحد بنجاح من وصول الإشعاع الشمسي إلى سطح الأرض والأشخاص والحيوانات والنباتات التي تعيش عليها. على سبيل المثال، تمتص جزيئات بخار الماء بفعالية جميع نطاقات الأشعة تحت الحمراء تقريبًا، باستثناء الأطوال التي تتراوح من 8 إلى 13 ميكرون. يمتص الأوزون الأشعة فوق البنفسجية حتى طول موجي يصل إلى 3100 ألف. وبدون طبقته الرقيقة (3 ملم فقط في المتوسط ​​إذا وضعت على سطح الكوكب)، فقط الماء على عمق أكثر من 10 أمتار والكهوف تحت الأرض حيث لا ينفذ الإشعاع الشمسي. يمكن أن يسكنها الوصول..

صفر درجة مئوية عند طبقة الستراتوبوز

بين المستويين التاليين من الغلاف الجوي، الستراتوسفير والميزوسفير، هناك طبقة رائعة - الستراتوبوز. وهو يتوافق تقريبًا مع ارتفاع الحد الأقصى للأوزون ودرجة الحرارة هنا مريحة نسبيًا للبشر - حوالي 0 درجة مئوية. فوق الستراتوبوز، في طبقة الميزوسفير (يبدأ في مكان ما على ارتفاع 50 كم وينتهي على ارتفاع 80-90 كم)، لوحظ مرة أخرى انخفاض في درجة الحرارة مع زيادة المسافة من سطح الأرض (إلى 70-80 درجة مئوية تحت الصفر) ). عادة ما تحترق النيازك بشكل كامل في طبقة الميزوسفير.

في الغلاف الحراري - بالإضافة إلى 2000 كلفن!

يحدد التركيب الكيميائي للغلاف الجوي للأرض في الغلاف الحراري (يبدأ بعد فترة انقطاع الطمث من ارتفاعات حوالي 85-90 إلى 800 كم) إمكانية حدوث ظاهرة مثل التسخين التدريجي لطبقات "الهواء" المخلخل للغاية تحت تأثير الإشعاع الشمسي . تتراوح درجات الحرارة في هذا الجزء من "الغطاء الهوائي" للكوكب من 200 إلى 2000 كلفن، والتي يتم الحصول عليها بسبب تأين الأكسجين (يقع الأكسجين الذري فوق 300 كيلومتر)، وكذلك إعادة تجميع ذرات الأكسجين إلى جزيئات. ، يرافقه إطلاق كمية كبيرة من الحرارة. الغلاف الحراري هو المكان الذي يحدث فيه الشفق القطبي.

يوجد فوق الغلاف الحراري الغلاف الخارجي - الطبقة الخارجية من الغلاف الجوي، والتي يمكن لذرات الهيدروجين الخفيفة والمتحركة بسرعة الهروب إلى الفضاء الخارجي. يتم تمثيل التركيب الكيميائي للغلاف الجوي للأرض هنا في الغالب بواسطة ذرات الأكسجين الفردية في الطبقات السفلية، وذرات الهيليوم في الطبقات الوسطى، وذرات الهيدروجين بشكل حصري تقريبًا في الطبقات العليا. تسود درجات الحرارة المرتفعة هنا - حوالي 3000 كلفن ولا يوجد ضغط جوي.

كيف تشكل الغلاف الجوي للأرض؟

ولكن، كما ذكر أعلاه، لم يكن لدى الكوكب دائما مثل هذا التكوين الجوي. في المجموع، هناك ثلاثة مفاهيم حول أصل هذا العنصر. تشير الفرضية الأولى إلى أن الغلاف الجوي قد تم أخذه من خلال عملية التراكم من سحابة كوكبية أولية. ومع ذلك، تخضع هذه النظرية اليوم لانتقادات كبيرة، حيث كان من المفترض أن يتم تدمير مثل هذا الغلاف الجوي الأولي بواسطة "الرياح" الشمسية القادمة من نجم في نظامنا الكوكبي. بالإضافة إلى ذلك، من المفترض أنه لا يمكن الاحتفاظ بالعناصر المتطايرة في منطقة تكوين الكواكب الأرضية بسبب درجات الحرارة المرتفعة جدًا.

يمكن أن يكون تكوين الغلاف الجوي الأولي للأرض، كما تقترحه الفرضية الثانية، قد تشكل بسبب القصف النشط للسطح بواسطة الكويكبات والمذنبات التي وصلت من محيط النظام الشمسي في المراحل الأولى من التطور. من الصعب جدًا تأكيد أو دحض هذا المفهوم.

تجربة في IDG RAS

ويبدو أن الفرضية الثالثة هي الأكثر منطقية، والتي ترى أن الغلاف الجوي ظهر نتيجة لانبعاث الغازات من غطاء القشرة الأرضية منذ حوالي 4 مليارات سنة. وتم اختبار هذا المفهوم في معهد الجغرافيا التابع لأكاديمية العلوم الروسية خلال تجربة تسمى "تساريف 2"، عندما تم تسخين عينة من مادة ذات أصل نيزكي في الفراغ. ثم تم تسجيل إطلاق الغازات مثل H 2، CH 4، CO، H 2 O، N 2، وما إلى ذلك، لذلك، افترض العلماء بحق أن التركيب الكيميائي للغلاف الجوي الأساسي للأرض يشمل الماء وثاني أكسيد الكربون، فلوريد الهيدروجين ( HF)، وغاز أول أكسيد الكربون (CO)، وكبريتيد الهيدروجين (H 2 S)، ومركبات النيتروجين، والهيدروجين، والميثان (CH 4)، وبخار الأمونيا (NH 3)، والأرجون، وما إلى ذلك. وشارك في التكوين بخار الماء من الغلاف الجوي الأولي. من الغلاف المائي، كان ثاني أكسيد الكربون إلى حد كبير في حالة مرتبطة بالمواد العضوية والصخور، وانتقل النيتروجين إلى تكوين الهواء الحديث، وكذلك مرة أخرى إلى الصخور الرسوبية والمواد العضوية.

إن تكوين الغلاف الجوي الأساسي للأرض لن يسمح للأشخاص المعاصرين بالتواجد فيه بدون أجهزة تنفس، حيث لم يكن هناك أكسجين بالكميات المطلوبة في ذلك الوقت. وظهر هذا العنصر بكميات كبيرة قبل مليار ونصف المليار سنة، ويعتقد أنه مرتبط بتطور عملية التمثيل الضوئي في الطحالب الخضراء المزرقة وغيرها من الطحالب، التي تعد أقدم سكان كوكبنا.

الحد الأدنى من الأكسجين

تشير حقيقة أن تكوين الغلاف الجوي للأرض كان في البداية خاليًا تقريبًا من الأكسجين إلى حقيقة أن الجرافيت (الكربون) المؤكسد بسهولة ولكن غير المؤكسد موجود في أقدم الصخور (الكاترخائية). بعد ذلك، ظهر ما يسمى خامات الحديد ذات النطاقات، والتي تضمنت طبقات من أكاسيد الحديد المخصب، مما يعني ظهور مصدر قوي للأكسجين في شكل جزيئي على الكوكب. لكن هذه العناصر لم يتم العثور عليها إلا بشكل دوري (ربما ظهرت نفس الطحالب أو غيرها من منتجي الأكسجين في جزر صغيرة في صحراء خالية من الأكسجين)، في حين كان بقية العالم لاهوائيا. ويدعم هذا الأخير حقيقة أنه تم العثور على البيريت المؤكسد بسهولة في شكل حصى تمت معالجتها بالتدفق دون آثار للتفاعلات الكيميائية. وبما أن المياه المتدفقة لا يمكن تهويتها بشكل سيئ، فقد تطورت وجهة نظر مفادها أن الغلاف الجوي قبل العصر الكامبري كان يحتوي على أقل من واحد بالمائة من تركيبة الأكسجين الموجودة اليوم.

التغيير الثوري في تكوين الهواء

في منتصف عصر البروتيروزويك تقريبًا (قبل 1.8 مليار سنة)، حدثت "ثورة الأكسجين" عندما تحول العالم إلى التنفس الهوائي، حيث يمكن الحصول على 38 من جزيء واحد من المغذيات (الجلوكوز)، وليس جزيئين (كما هو الحال مع التنفس اللاهوائي) وحدات الطاقة. وبدأت تركيبة الغلاف الجوي للأرض، من حيث الأكسجين، تزيد عن واحد بالمائة مما هي عليه اليوم، وبدأت تظهر طبقة الأوزون التي تحمي الكائنات الحية من الإشعاع. كان منها، على سبيل المثال، أن الحيوانات القديمة مثل ثلاثية الفصوص "اختبأت" تحت قذائف سميكة. ومنذ ذلك الحين وحتى عصرنا هذا، زاد محتوى العنصر "التنفسي" الرئيسي تدريجيًا وببطء، مما يضمن تنوع تطور أشكال الحياة على الكوكب.

يؤدي التغيير في تكوين الغلاف الجوي إلى التأثير على النظام الإشعاعي للغلاف الجوي - وهذه هي الآلية الرئيسية للتأثير البشري على نظام المناخ العالمي عند المستوى الحالي والمتوقع للتنمية الصناعية في العقود القادمة.

مساهمة غازات الدفيئة في الغلاف الجوي (انظر. الاحتباس الحراري) يشكل الجزء الأكبر من هذا التأثير. ويتحدد تأثير تركيزات الغازات الدفيئة على درجة الحرارة من خلال امتصاص الإشعاع طويل الموجة القادم من الأرض، وبالتالي انخفاض الإشعاع الفعال على سطح الأرض. وفي هذه الحالة ترتفع درجات الحرارة القصوى، وتنخفض درجة حرارة الطبقات العليا من الغلاف الجوي بسبب فقدان الإشعاع الكبير. يتم تعزيز هذا التأثير من خلال حالتين:

1) زيادة كمية بخار الماء في الغلاف الجوي أثناء ارتفاع درجة الحرارة، مما يمنع أيضًا الإشعاع طويل الموجة؛

2) تراجع الجليد القطبي أثناء ارتفاع درجة الحرارة، مما يقلل من بياض الأرض عند خطوط العرض العالية نسبيًا.

توفر جميع غازات الدفيئة والأوزون طويلة العمر تأثيرًا إشعاعيًا إيجابيًا (2.9 ± 0.3 واط/م2). يبلغ إجمالي التأثير الإشعاعي للعوامل البشرية المرتبطة بالتغيرات في تركيز جميع غازات الدفيئة والهباء الجوي 1.6 (من 0.6 إلى 2.4) واط/م2. جميع أنواع الهباء الجوي تخلق تأثيرًا إشعاعيًا بشكل مباشر وغير مباشر عن طريق تغيير بياض السحابة. إجمالي تأثير الهباء الجوي سلبي (–1.3 ± 0.8 واط/م2). ومع ذلك، فإن موثوقية هذه التقديرات أقل بكثير من تلك التي تم الحصول عليها بالنسبة للغازات الدفيئة (تقرير التقييم، 2008).

الغازات الدفيئة الموجودة في الغلاف الجوي والتي تتأثر بشكل كبير بالأنشطة الاقتصادية:

– ثاني أكسيد الكربون(ثاني أكسيد الكربون 2)وهو أهم غازات الدفيئة من حيث التحكم في المناخ. وعلى مدار الـ 250 عامًا الماضية، حدثت زيادة غير مسبوقة في تركيزه في الغلاف الجوي بنسبة 35%. وفي عام 2005 بلغ 379 مليون –1؛

– الميثان(الفصل 4)وهو ثاني أهم غازات الدفيئة بعد ثاني أكسيد الكربون ; وقد زاد تركيزه بمقدار 2.5 مرة مقارنة بفترة ما قبل الصناعة وبلغ 1774 جزء في البليون في عام 2005؛

– أكسيد النيتروز(N2O)وارتفع تركيزها بنسبة 18% بحلول عام 2005 مقارنة بفترة ما قبل الصناعة وبلغ 319 مليار -1؛ في الوقت الحالي، يعود ما يقرب من 40% من كمية أكسيد النيتروجين التي تدخل الغلاف الجوي إلى الأنشطة الاقتصادية (الأسمدة وتربية الماشية والصناعة الكيميائية).

على أرز. 4.7يتم عرض الدورة الزمنية لتركيز ثاني أكسيد الكربون ( أ) ، الميثان ( ب) وأكسيد النيتروز ( الخامس) في الغلاف الجوي وتغيراتها على مدى العشرة آلاف سنة الماضية ومنذ عام 1750. وتم الحصول على الدورة الزمنية من قياسات في الرواسب الجليدية من مختلف الباحثين والقياسات في الغلاف الجوي. ويبين الشكل بوضوح الزيادة التدريجية في ثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى خلال العصر الصناعي.

وفقا لتقرير التقييم الرابع الصادر عن الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (2007)، حدثت خلال العصر الصناعي زيادة كبيرة في تركيزات الغازات النشطة في الغلاف الجوي. وهكذا، على مدار الـ 250 عامًا الماضية، زادت تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من 280 إلى 379 جزءًا في المليون (جزء في المليون لكل وحدة حجم). إن التركيز الحالي للغازات الدفيئة في الغلاف الجوي، كما يتحدد من خلال تحليل فقاعات الهواء من النوى الجليدية التي حافظت على تكوين الغلاف الجوي القديم للقارة القطبية الجنوبية، أعلى بكثير من أي وقت مضى خلال العشرة آلاف سنة الماضية. زادت تركيزات غاز الميثان في الغلاف الجوي على مستوى العالم من 715 إلى 1774 جزء في المليار (جزء في المليار لكل وحدة حجم) خلال العصر الصناعي. وقد لوحظت الزيادة الأكثر دراماتيكية في تركيزات غازات الدفيئة في العقود الأخيرة، مما أدى إلى ارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي.

وبالتالي فإن العملية ارتفاع درجة حرارة المناخ الحديثيحدث على خلفية المستدامة زيادة في تركيزات الغازات الدفيئةوقبل كل شيء، ثاني أكسيد الكربون (CO 2). وهكذا، وفقا لبيانات عام 1999، بلغت انبعاثات ثاني أكسيد الكربون نتيجة للنشاط البشري، من احتراق الوقود الأحفوري، 6.2 مليار طن في عام 1996، أي ما يقرب من 4 أضعاف ما كانت عليه في عام 1950. ومن عام 1750 إلى عام 2000، حدثت زيادة في تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بنسبة 31% (Perevedentsev Yu.P., 2009).

يُظهر المسار الزمني لتركيز ثاني أكسيد الكربون في محطة تيريبيركا الروسية (الشكل 4.8) أن متوسط ​​معدل نمو ثاني أكسيد الكربون على مدى 20 عامًا كان 1.7 مليون -1 سنويًا، مع تقلبات موسمية كبيرة تساوي 15÷20 مليون -1.

أرز. 2.8. الدورة الزمنية لتركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي في محطة تيريبيركا (شبه جزيرة كولا) لفترة المراقبة منذ عام 1988. توضح النقاط والخطوط قياسات فردية ( 1 ) ، التباين الموسمي السلس ( 2 ) والاتجاه طويل المدى ( 3 ) تركيز ثاني أكسيد الكربون، جزء في المليون (OD، 2008)

يتم تفسير آلية ظاهرة الاحتباس الحراري من خلال الاختلاف في قدرة الغلاف الجوي على امتصاص الإشعاع الشمسي القادم إلى الأرض والإشعاع الخارج من الأرض. تتلقى الأرض إشعاعًا من الشمس في نطاق واسع من الطيف يبلغ متوسط ​​طوله الموجي حوالي 0.5 ميكرون، ويمر هذا الإشعاع قصير الموجة تقريبًا عبر الغلاف الجوي. تعطي الأرض الطاقة المستقبلة تقريبًا مثل جسم أسود بالكامل في نطاق الأشعة تحت الحمراء طويل الموجة، بمتوسط ​​طول موجي يبلغ حوالي 10 ميكرون. في هذا النطاق، العديد من الغازات (CO 2، CH 4، H 2 O، وما إلى ذلك) لها نطاقات امتصاص عديدة؛ تمتص هذه الغازات الإشعاع، ونتيجة لذلك تطلق الحرارة، وفي معظم الأحيان، تسخن الغلاف الجوي. يمتص ثاني أكسيد الكربون بشكل مكثف الإشعاع القادم من الأرض في حدود 12-18 ميكرون وهو أحد العوامل الرئيسية التي تؤدي إلى ظاهرة الاحتباس الحراري (Perevedentsev Yu.P., 2009).

الاحترار المناخي الحديث. حقيقة أن المناخ الحديث يتغير معترف بها من قبل الجميع، لأن القياسات الآلية والمؤشرات الطبيعية تشير إلى شيء واحد: في العقود الأخيرة كان هناك ارتفاع كبير في درجة حرارة مناخ الكوكب. على مدى القرن الماضي (1906-2005)، سجلت شبكة الأرصاد الجوية الأرضية زيادة كبيرة في متوسط ​​درجة الحرارة العالمية على سطح الأرض بمقدار 0.74 درجة مئوية. تنشأ الخلافات عند مناقشة أسباب ارتفاع درجات الحرارة. في تقرير التقييم الرابع، يستخلص خبراء الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (2007) استنتاجات بشأن أسباب الاحترار الملحوظ: تم تقييم احتمال حدوث تغير المناخ على مدى الخمسين عامًا الماضية دون تأثير خارجي (بشري المنشأ) على أنه منخفض للغاية (<5%). С высокой степенью вероятности (>90٪ يقولون أن التغييرات التي لوحظت على مدى الخمسين عامًا الماضية لم تكن ناجمة عن تأثيرات طبيعية فحسب، بل أيضًا عن تأثيرات خارجية. وبثقة تزيد عن 90%، يشير التقرير إلى أن التركيزات المتزايدة للغازات الدفيئة البشرية المنشأ هي المسؤولة عن معظم ظاهرة الاحتباس الحراري منذ منتصف القرن العشرين.

وهناك آراء أخرى حول أسباب الاحترار - وهو عامل داخلي، وهو التقلب الطبيعي الذي يسبب تقلبات درجات الحرارة، سواء في اتجاه الاحترار أو التبريد. وهكذا، في العمل (Datsenko N.M.، Monin A.S.، Sonechkin D.M.، 2004) يشير مؤيدو هذا المفهوم إلى أن فترة الزيادة الأكثر كثافة في درجة الحرارة العالمية في القرن العشرين (التسعينيات) تقع على الفرع الصاعد من الستينيات. التقلبات الصيفية، التي تم تحديدها من قبلهم في المؤشرات التي تميز الحالة الحرارية والدورة الدموية للغلاف الجوي. في الوقت نفسه، يقترح أن التقلبات المناخية الحديثة هي نتيجة لردود الفعل غير الخطية للنظام المناخي للتأثيرات الخارجية شبه الدورية (دورات المد والجزر الشمسية القمرية والنشاط الشمسي، دورات ثورة أكبر كواكب النظام الشمسي حول مركز مشترك، وما إلى ذلك) (Perevedentsev Yu.P.، 2009).

لأول مرة، تم إثبات نمو انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الصناعية في الغلاف الجوي من قبل معالي الوزير. سوس في أوائل الخمسينيات من القرن العشرين. واستنادًا إلى التغيرات في نسبة الكربون في حلقات الأشجار، خلص سويس إلى أن ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي قد تم تجديده بانبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن احتراق الوقود الأحفوري منذ النصف الثاني من القرن التاسع عشر. واكتشف أن نسبة الكربون المشع 14، الذي يتشكل باستمرار في الغلاف الجوي بسبب عمل الجزيئات الكونية، إلى الكربون المستقر 12 قد تناقصت على مدى المائة عام الماضية نتيجة "لتخفيف" ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بواسطة التدفق. ثاني أكسيد الكربون الناتج عن الوقود الأحفوري، الذي لا يحتوي فعليًا على الكربون (نصف عمر الكربون 14 يساوي 5730 عامًا). وهكذا، تم اكتشاف زيادة في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الصناعية في الغلاف الجوي بناءً على قياسات حلقات الأشجار. ولم يبدأ تسجيل تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلا في عام 1958 في محطة مونا لوا في المحيط الهادئ.

أرز. 4.7. الدورة الزمنية لتركيز ثاني أكسيد الكربون ( أ) ، الميثان ( ب) وأكسيد النيتروز ( الخامس) في الغلاف الجوي وتغيراته خلال العشرة آلاف سنة الماضية (لوحة كبيرة) ومنذ عام 1750 (لوحة أصغر تم إدخالها فيه). نتائج القياسات في رواسب الجليد (رموز مختلفة الألوان والتكوينات) من مختلف الباحثين والقياسات في الغلاف الجوي (المنحنى الأحمر). يظهر مقياس التقييمات المقابلة لتركيزات التأثيرات الإشعاعية المقاسة على اللوحات الكبيرة على الجانب الأيمن (تقرير التقييم عن تغير المناخ وعواقبه على أراضي الاتحاد الروسي (AR)، 2008)

الغلاف الجوي للأرض

أَجواء(من. اليونانية القديمةἀτμός - البخار و σφαῖρα - الكرة) - غازصدَفَة ( الغلاف الجوي) المحيطة بالكوكب أرض. ويغطي سطحه الداخلي المحيط المائيوجزئيا نباح، يحد الجزء الخارجي الجزء القريب من الأرض من الفضاء الخارجي.

تسمى عادة مجموعة فروع الفيزياء والكيمياء التي تدرس الغلاف الجوي فيزياء الغلاف الجوي. الجو يحدد طقسعلى سطح الأرض لدراسة الطقس علم الارصاد الجوية، والتغيرات طويلة المدى مناخ - علم المناخ.

هيكل الغلاف الجوي

هيكل الغلاف الجوي

التروبوسفير

الحد الأعلى لها هو على ارتفاع 8-10 كم في المناطق القطبية، و10-12 كم في المناطق المعتدلة، و16-18 كم في خطوط العرض الاستوائية؛ أقل في الشتاء منه في الصيف. الطبقة السفلية الرئيسية من الغلاف الجوي. يحتوي على أكثر من 80% من إجمالي كتلة الهواء الجوي وحوالي 90% من إجمالي بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي. في التروبوسفير متطورة للغاية الاضطرابو الحمل الحراري، تنشأ سحاب، تتطور الأعاصيرو الأعاصير المضادة. تنخفض درجة الحرارة مع زيادة الارتفاع مع متوسط ​​العمودي الانحدار 0.65°/100 م

يتم قبول ما يلي على أنه "ظروف طبيعية" على سطح الأرض: الكثافة 1.2 كجم/م3، الضغط الجوي 101.35 كيلو باسكال، درجة الحرارة زائد 20 درجة مئوية والرطوبة النسبية 50%. هذه المؤشرات الشرطية لها أهمية هندسية بحتة.

الستراتوسفير

طبقة من الغلاف الجوي تقع على ارتفاع يتراوح بين 11 إلى 50 كم. تتميز بتغير طفيف في درجة الحرارة في الطبقة 11-25 كم (الطبقة السفلى من الستراتوسفير) وزيادة في الطبقة 25-40 كم من -56.5 إلى 0.8 درجة مع(الطبقة العليا من الستراتوسفير أو المنطقة الانقلابات). وبعد أن وصلت إلى قيمة حوالي 273 كلفن (0 درجة مئوية تقريبًا) على ارتفاع حوالي 40 كم، تظل درجة الحرارة ثابتة حتى ارتفاع حوالي 55 كم. وتسمى هذه المنطقة ذات درجة الحرارة الثابتة الستراتوبوزوهي الحدود بين الستراتوسفير و الميزوسفير.

الستراتوبوز

الطبقة الحدودية للغلاف الجوي بين الستراتوسفير والميزوسفير. في التوزيع الرأسي لدرجة الحرارة هناك حد أقصى (حوالي 0 درجة مئوية).

الميزوسفير

الغلاف الجوي للأرض

الميزوسفيريبدأ على ارتفاع 50 كم ويمتد إلى 80-90 كم. تتناقص درجة الحرارة مع الارتفاع بمتوسط ​​انحدار عمودي (0.25-0.3) درجة/100 م، وعملية الطاقة الرئيسية هي نقل الحرارة بالإشعاع. العمليات الكيميائية الضوئية المعقدة التي تنطوي على الشوارد الحرةوالجزيئات المثارة اهتزازيًا، وما إلى ذلك، تسبب توهج الغلاف الجوي.

انقطاع الطمث

الطبقة الانتقالية بين الميزوسفير والغلاف الحراري. يوجد حد أدنى لتوزيع درجة الحرارة العمودي (حوالي -90 درجة مئوية).

خط كرمان

الارتفاع فوق مستوى سطح البحر، والذي يتم قبوله تقليديًا باعتباره الحد الفاصل بين الغلاف الجوي للأرض والفضاء.

الغلاف الحراري

المقال الرئيسي: الغلاف الحراري

الحد الأعلى حوالي 800 كم. ترتفع درجة الحرارة إلى ارتفاعات 200-300 كيلومتر، حيث تصل إلى قيم في حدود 1500 كلفن، وبعدها تبقى شبه ثابتة على الارتفاعات العالية. تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية والإشعاع الشمسي والإشعاع الكوني، يحدث تأين الهواء (" الشفق") - مناطق رئيسية الأيونوسفيرتقع داخل الغلاف الحراري. على ارتفاعات أعلى من 300 كيلومتر، يسود الأكسجين الذري.

طبقات الغلاف الجوي يصل ارتفاعها إلى 120 كم

الغلاف الخارجي (مجال التشتت)

اكسوسفير- منطقة التشتت، الجزء الخارجي من الغلاف الحراري، وتقع فوق 700 كم. الغاز الموجود في الغلاف الخارجي نادر جدًا، ومن هنا تتسرب جزيئاته إلى الفضاء بين الكواكب ( تبديد).

على ارتفاع 100 كيلومتر، يكون الغلاف الجوي عبارة عن خليط متجانس ومختلط جيدًا من الغازات. في الطبقات العليا، يعتمد توزيع الغازات حسب الارتفاع على أوزانها الجزيئية، ويتناقص تركيز الغازات الأثقل بشكل أسرع مع المسافة من سطح الأرض. بسبب انخفاض كثافة الغاز، تنخفض درجة الحرارة من 0 درجة مئوية في طبقة الستراتوسفير إلى -110 درجة مئوية في طبقة الميزوسفير. ومع ذلك، فإن الطاقة الحركية للجزيئات الفردية على ارتفاعات 200-250 كم تتوافق مع درجة حرارة ~ 1500 درجة مئوية. فوق 200 كم، لوحظت تقلبات كبيرة في درجة الحرارة وكثافة الغاز في الزمان والمكان.

على ارتفاع حوالي 2000-3000 كم، يتحول الغلاف الخارجي تدريجيا إلى ما يسمى فراغ الفضاء القريب، وهي مليئة بجزيئات شديدة التخلخل من الغاز بين الكواكب، وخاصة ذرات الهيدروجين. لكن هذا الغاز لا يمثل سوى جزء من المادة الموجودة بين الكواكب. ويتكون الجزء الآخر من جزيئات الغبار ذات الأصل المذنب والنيزكي. بالإضافة إلى جزيئات الغبار النادرة للغاية، يخترق هذا الفضاء الإشعاع الكهرومغناطيسي والجسيمي من أصل شمسي ومجري.

تمثل طبقة التروبوسفير حوالي 80٪ من كتلة الغلاف الجوي، والستراتوسفير - حوالي 20٪؛ كتلة الغلاف الجوي لا تزيد عن 0.3٪، والغلاف الحراري أقل من 0.05٪ من إجمالي كتلة الغلاف الجوي. بناءً على الخواص الكهربائية في الغلاف الجوي، يتم التمييز بين الغلاف النيوترونوسفير والأيونوسفير. ويعتقد حاليا أن الغلاف الجوي يمتد إلى ارتفاع 2000-3000 كم.

اعتمادًا على تكوين الغاز الموجود في الغلاف الجوي، فإنها تنبعث منها هوموسفيرو الغلاف الجوي المتغاير. الغلاف الجوي المتغاير - هذه هي المنطقة التي تؤثر فيها الجاذبية على فصل الغازات، حيث أن اختلاطها عند هذا الارتفاع لا يكاد يذكر. وهذا يعني تكوين متغير للغلاف الجوي. ويوجد أسفله جزء متجانس ومختلط جيدًا من الغلاف الجوي يسمى هوموسفير. ويسمى الحد بين هذه الطبقات توقف توربووتقع على ارتفاع حوالي 120 كم.

الخصائص الفيزيائية

يبلغ سمك الغلاف الجوي حوالي 2000 - 3000 كيلومتر من سطح الأرض. الحجم الكلي هواء- (5.1-5.3)×10 18 كجم. الكتلة الموليةالهواء الجاف النظيف هو 28.966. ضغطعند 0 درجة مئوية عند مستوى سطح البحر 101.325 كيلو باسكال; حرارة حرجة?140.7 درجة مئوية; الضغط الحرج 3.7 ميجا باسكال. ج ص 1.0048×10 3 جول/(كجم ك) (عند 0 درجة مئوية)، ج الخامس 0.7159×10 3 جول/(كجم ك) (عند 0 درجة مئوية). ذوبان الهواء في الماء عند 0 درجة مئوية هو 0.036%، عند 25 درجة مئوية - 0.22%.

الخصائص الفسيولوجية وغيرها من الغلاف الجوي

بالفعل على ارتفاع 5 كم فوق مستوى سطح البحر، يتطور شخص غير مدرب مجاعة الأكسجينوبدون التكيف، ينخفض ​​أداء الشخص بشكل كبير. المنطقة الفسيولوجية للغلاف الجوي تنتهي هنا. يصبح تنفس الإنسان مستحيلاً على ارتفاع 15 كيلومتراً، رغم أن الغلاف الجوي على ارتفاع 115 كيلومتراً تقريباً يحتوي على الأكسجين.

يزودنا الغلاف الجوي بالأكسجين اللازم للتنفس. ومع ذلك، نظرًا لانخفاض الضغط الكلي للغلاف الجوي، فعندما ترتفع إلى الارتفاع، ينخفض ​​الضغط الجزئي للأكسجين وفقًا لذلك.

تحتوي رئتا الإنسان باستمرار على حوالي 3 لترات من الهواء السنخي. ضغط جزئيالأكسجين في الهواء السنخي عند الضغط الجوي الطبيعي هو 110 ملم زئبق. الفن، ضغط ثاني أكسيد الكربون - 40 ملم زئبق. الفن وبخار الماء - 47 ملم زئبق. فن. مع زيادة الارتفاع، ينخفض ​​ضغط الأكسجين، ويظل إجمالي ضغط بخار الماء وثاني أكسيد الكربون في الرئتين ثابتًا تقريبًا - حوالي 87 ملم زئبق. فن. سيتوقف إمداد الأكسجين إلى الرئتين تمامًا عندما يصبح ضغط الهواء المحيط مساوياً لهذه القيمة.

على ارتفاع حوالي 19-20 كم، ينخفض ​​\u200b\u200bالضغط الجوي إلى 47 ملم زئبق. فن. ولذلك، عند هذا الارتفاع، يبدأ الماء والسائل الخلالي بالغليان في جسم الإنسان. خارج المقصورة المضغوطة على هذه الارتفاعات، يحدث الموت على الفور تقريبًا. وهكذا، من وجهة نظر علم وظائف الأعضاء البشرية، يبدأ "الفضاء" بالفعل على ارتفاع 15-19 كم.

طبقات الهواء الكثيفة - التروبوسفير والستراتوسفير - تحمينا من التأثيرات الضارة للإشعاع. مع ندرة كافية للهواء، على ارتفاعات تزيد عن 36 كم، يكون للعوامل المؤينة تأثير مكثف على الجسم. إشعاع- الأشعة الكونية الأولية؛ على ارتفاعات تزيد عن 40 كم، يشكل الجزء فوق البنفسجي من الطيف الشمسي خطورة على البشر.

مع صعودنا إلى ارتفاع أكبر من أي وقت مضى فوق سطح الأرض، لوحظت ظواهر مألوفة في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي مثل انتشار الصوت، وظهور الديناميكيات الهوائية. يرفعوالمقاومة وانتقال الحرارة الحمل الحراريوإلخ.

في طبقات الهواء المتخلخلة، التوزيع صوتتبين أنه مستحيل. حتى ارتفاعات 60-90 كم، لا يزال من الممكن استخدام مقاومة الهواء والرفع للطيران الديناميكي الهوائي. لكن البدء من ارتفاعات 100-130 كم هي مفاهيم مألوفة لدى كل طيار أرقام مو حاجز الصوتتفقد معناها، هناك مشروط خط كرمانوبعد ذلك يبدأ مجال الطيران الباليستي البحت، والذي لا يمكن التحكم فيه إلا باستخدام القوى التفاعلية.

على ارتفاعات تزيد عن 100 كيلومتر، يُحرم الغلاف الجوي من خاصية رائعة أخرى - وهي القدرة على امتصاص وتوصيل ونقل الطاقة الحرارية عن طريق الحمل الحراري (أي عن طريق خلط الهواء). وهذا يعني أن عناصر مختلفة من المعدات الموجودة في المحطة الفضائية المدارية لن تكون قادرة على التبريد من الخارج بنفس الطريقة التي يتم بها عادةً على متن الطائرة - بمساعدة الطائرات النفاثة ومشعات الهواء. على هذا الارتفاع، كما هو الحال في الفضاء عمومًا، تكون الطريقة الوحيدة لنقل الحرارة هي الإشعاع الحراري.

تكوين الغلاف الجوي

تكوين الهواء الجاف

يتكون الغلاف الجوي للأرض بشكل رئيسي من الغازات والشوائب المختلفة (الغبار، قطرات الماء، بلورات الجليد، أملاح البحر، منتجات الاحتراق).

يكون تركيز الغازات التي يتكون منها الغلاف الجوي ثابتًا تقريبًا، باستثناء الماء (H2O) وثاني أكسيد الكربون (CO2).

تكوين الهواء الجاف
نتروجين
الأكسجين
الأرجون
ماء
ثاني أكسيد الكربون
نيون
هيليوم
الميثان
كريبتون
هيدروجين
زينون
أكسيد النيتروز

بالإضافة إلى الغازات المبينة في الجدول، يحتوي الغلاف الجوي على SO 2، NH 3، CO، الأوزون, الهيدروكربونات, حمض الهيدروكلوريك, التردد العالي, الأزواج زئبق، أنا 2، وأيضا لاوالعديد من الغازات الأخرى بكميات قليلة. تحتوي طبقة التروبوسفير باستمرار على عدد كبير من الجزيئات الصلبة والسائلة العالقة ( الهباء الجوي).

تاريخ تكوين الغلاف الجوي

وفقا للنظرية الأكثر شيوعا، كان للغلاف الجوي للأرض أربعة تركيبات مختلفة مع مرور الوقت. في البداية كانت تتكون من غازات خفيفة ( هيدروجينو هيليوم)، تم التقاطها من الفضاء بين الكواكب. هذا هو ما يسمى الجو الابتدائي(منذ حوالي أربعة مليارات سنة). وفي المرحلة التالية أدى النشاط البركاني النشط إلى تشبع الغلاف الجوي بغازات أخرى غير الهيدروجين (ثاني أكسيد الكربون، الأمونيا, بخار الماء). هذه هي الطريقة التي تم تشكيلها جو ثانوي(حوالي ثلاثة مليارات سنة قبل يومنا هذا). وكان هذا الجو التصالحي. علاوة على ذلك، تم تحديد عملية تكوين الغلاف الجوي من خلال العوامل التالية:

تسرب الغازات الخفيفة (الهيدروجين والهيليوم) إلى الفضاء بين الكواكب;

التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الغلاف الجوي تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية وتفريغ البرق وبعض العوامل الأخرى.

تدريجيا هذه العوامل أدت إلى تشكيل الجو الثالث، تتميز بمحتوى أقل بكثير من الهيدروجين ومحتوى أعلى بكثير من النيتروجين وثاني أكسيد الكربون (يتكون نتيجة التفاعلات الكيميائية من الأمونيا والهيدروكربونات).

نتروجين

يرجع تكوين كمية كبيرة من N 2 إلى أكسدة الغلاف الجوي للأمونيا والهيدروجين بواسطة جزيئي O 2، الذي بدأ يأتي من سطح الكوكب نتيجة لعملية التمثيل الضوئي، بدءاً من 3 مليارات سنة. يتم إطلاق N2 أيضًا في الغلاف الجوي نتيجة لنزع النترات والمركبات الأخرى المحتوية على النيتروجين. يتأكسد النيتروجين بواسطة الأوزون إلى NO في الغلاف الجوي العلوي.

يتفاعل النيتروجين N 2 فقط في ظل ظروف محددة (على سبيل المثال، أثناء تفريغ البرق). يتم استخدام أكسدة النيتروجين الجزيئي بواسطة الأوزون أثناء التفريغ الكهربائي في الإنتاج الصناعي للأسمدة النيتروجينية. يمكنهم أكسدته باستهلاك منخفض للطاقة وتحويله إلى شكل نشط بيولوجيًا. البكتيريا الزرقاء (الطحالب الخضراء المزرقة)والبكتيريا العقيدية التي تشكل الريزوبيال تكافلمع البقولياتالنباتات، ما يسمى السماد الأخضر.

الأكسجين

بدأ تكوين الغلاف الجوي يتغير بشكل جذري مع ظهور الأرض كائنات حية، نتيجة ل البناء الضوئييرافقه إطلاق الأكسجين وامتصاص ثاني أكسيد الكربون. في البداية، تم إنفاق الأكسجين على أكسدة المركبات المخفضة - الأمونيا، الهيدروكربونات، شكل النيتروز غدةالواردة في المحيطات، وما إلى ذلك. وفي نهاية هذه المرحلة، بدأ محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي في الزيادة. تدريجيا، تم تشكيل جو حديث مع خصائص مؤكسدة. لأن هذا تسبب في تغييرات خطيرة ومفاجئة في العديد من العمليات التي تحدث في أَجواء, الغلاف الصخريو المحيط الحيوي، تم استدعاء هذا الحدث كارثة الأكسجين.

خلال دهر الحياة الظاهرةخضع تكوين الغلاف الجوي ومحتوى الأكسجين للتغييرات. لقد ارتبطت في المقام الأول بمعدل ترسب الرواسب العضوية. وهكذا، خلال فترات تراكم الفحم، يبدو أن محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي تجاوز بشكل كبير المستوى الحديث.

ثاني أكسيد الكربون

يعتمد محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على النشاط البركاني والعمليات الكيميائية في أصداف الأرض، ولكن الأهم من ذلك كله - على شدة التخليق الحيوي وتحلل المواد العضوية في المحيط الحيوي أرض. تقريبا كامل الكتلة الحيوية الحالية للكوكب (حوالي 2.4 × 10 12 طن ) يتكون بسبب ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين وبخار الماء الموجود في الهواء الجوي. دفن في محيط، الخامس المستنقعاتو في الغاباتتتحول المادة العضوية إلى فحم, زيتو غاز طبيعي. (سم. دورة الكربون الجيوكيميائية)

غازات نبيلة

مصدر الغازات الخاملة - الأرجون, هيليومو الكريبتون- الانفجارات البركانية واضمحلال العناصر المشعة. فالأرض بشكل عام والغلاف الجوي بشكل خاص مستنفدان من الغازات الخاملة مقارنة بالفضاء. ويعتقد أن السبب في ذلك يكمن في التسرب المستمر للغازات إلى الفضاء بين الكواكب.

تلوث الهواء

في الآونة الأخيرة، بدأ تطور الغلاف الجوي يتأثر بشر. وكانت نتيجة أنشطته زيادة كبيرة ومستمرة في محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بسبب احتراق الوقود الهيدروكربوني المتراكم في العصور الجيولوجية السابقة. يتم استهلاك كميات هائلة من ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية التمثيل الضوئي وتمتصها محيطات العالم. ويدخل هذا الغاز إلى الغلاف الجوي نتيجة تحلل الصخور الكربونية والمواد العضوية ذات الأصل النباتي والحيواني، وكذلك بسبب النشاط البركاني والصناعي البشري. على مدى السنوات المائة الماضية، زاد محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بنسبة 10%، ويأتي الجزء الأكبر (360 مليار طن) من احتراق الوقود. إذا استمر معدل نمو احتراق الوقود، فسوف تتضاعف كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي خلال الـ 50 إلى 60 عامًا القادمة، وقد يؤدي ذلك إلى التغيرات المناخية العالمية.

يعد احتراق الوقود المصدر الرئيسي للغازات الملوثة ( شركة, لا, لذا 2 ). يتأكسد ثاني أكسيد الكبريت بواسطة الأكسجين الجوي إلى لذا 3 في الطبقات العليا من الغلاف الجوي، والتي بدورها تتفاعل مع الماء وبخار الأمونيا، وينتج عن ذلك حمض الكبريتيك (ح 2 لذا 4 ) و كبريتات الأمونيوم ((NH 4 ) 2 لذا 4 ) العودة إلى سطح الأرض على شكل ما يسمى ب. أمطار حمضية. الاستخدام محركات الاحتراق الداخلييؤدي إلى تلوث جوي كبير بأكاسيد النيتروجين والهيدروكربونات ومركبات الرصاص ( رباعي إيثيل الرصاص Pb(CH 3 الفصل 2 ) 4 ) ).

ينجم تلوث الغلاف الجوي عن أسباب طبيعية (الانفجارات البركانية، والعواصف الترابية، واحتباس قطرات من مياه البحر وحبوب اللقاح النباتية، وما إلى ذلك) والأنشطة الاقتصادية البشرية (استخراج الخامات ومواد البناء، وحرق الوقود، وصناعة الأسمنت، وما إلى ذلك). ). يعد الإطلاق المكثف على نطاق واسع للمواد الجسيمية في الغلاف الجوي أحد الأسباب المحتملة لتغير المناخ على هذا الكوكب.

يتكون الغلاف الغازي المحيط بكوكبنا الأرض، والمعروف بالغلاف الجوي، من خمس طبقات رئيسية. تنشأ هذه الطبقات على سطح الكوكب، من مستوى سطح البحر (أحياناً تحته) وترتفع إلى الفضاء الخارجي بالتسلسل التالي:

• التروبوسفير.
• الستراتوسفير.
• الميزوسفير.
• الغلاف الحراري.
• اكسوسفير.

رسم تخطيطي للطبقات الرئيسية للغلاف الجوي للأرض

بين كل طبقة من هذه الطبقات الخمس الرئيسية توجد مناطق انتقالية تسمى "فترات التوقف" حيث تحدث تغيرات في درجة حرارة الهواء وتكوينه وكثافته. يتضمن الغلاف الجوي للأرض، مع فترات التوقف، ما مجموعه 9 طبقات.

التروبوسفير: حيث يحدث الطقس

من بين جميع طبقات الغلاف الجوي، فإن طبقة التروبوسفير هي الطبقة التي نعرفها أكثر (سواء أدركت ذلك أم لا)، لأننا نعيش في قاعه - سطح الكوكب. وهو يغلف سطح الأرض ويمتد إلى الأعلى لعدة كيلومترات. كلمة التروبوسفير تعني "تغير الكرة الأرضية". اسم مناسب جدًا، لأن هذه الطبقة هي المكان الذي يحدث فيه الطقس اليومي.

بدءًا من سطح الكوكب، ترتفع طبقة التروبوسفير إلى ارتفاع يتراوح بين 6 إلى 20 كيلومترًا. ويحتوي الثلث السفلي من الطبقة، الأقرب إلينا، على 50% من جميع غازات الغلاف الجوي. هذا هو الجزء الوحيد من الغلاف الجوي الذي يتنفس. ونظرًا لأن الهواء يسخن من الأسفل عن طريق سطح الأرض، الذي يمتص الطاقة الحرارية للشمس، فإن درجة الحرارة والضغط في طبقة التروبوسفير تنخفض مع زيادة الارتفاع.

توجد في الأعلى طبقة رقيقة تسمى التروبوبوز، وهي مجرد منطقة عازلة بين التروبوسفير والستراتوسفير.

الستراتوسفير: موطن الأوزون

الستراتوسفير هي الطبقة التالية من الغلاف الجوي. وتمتد من 6-20 كم إلى 50 كم فوق سطح الأرض. هذه هي الطبقة التي تطير فيها معظم الطائرات التجارية وتسافر بها بالونات الهواء الساخن.

هنا لا يتدفق الهواء لأعلى ولأسفل، بل يتحرك بشكل موازٍ للسطح في تيارات هوائية سريعة جدًا. ومع ارتفاعك ترتفع درجة الحرارة، وذلك بفضل وفرة الأوزون الطبيعي (O3)، وهو ناتج ثانوي للإشعاع الشمسي والأكسجين، الذي له القدرة على امتصاص أشعة الشمس فوق البنفسجية الضارة (أي ارتفاع في درجة الحرارة مع الارتفاع معروف في الأرصاد الجوية). باعتباره "انقلابًا") .

نظرًا لأن طبقة الستراتوسفير تتمتع بدرجات حرارة أكثر دفئًا في الأسفل ودرجات حرارة أكثر برودة في الأعلى، فإن الحمل الحراري (الحركة العمودية للكتل الهوائية) نادر في هذا الجزء من الغلاف الجوي. في الواقع، يمكنك مشاهدة العاصفة المشتعلة في طبقة التروبوسفير من طبقة الستراتوسفير لأن الطبقة تعمل بمثابة غطاء حراري يمنع السحب العاصفة من الاختراق.

بعد الستراتوسفير هناك مرة أخرى طبقة عازلة، تسمى هذه المرة الستراتوبوز.

الميزوسفير: الغلاف الجوي المتوسط

يقع الميزوسفير على بعد حوالي 50-80 كم من سطح الأرض. يعد الميزوسفير العلوي أبرد مكان طبيعي على وجه الأرض، حيث يمكن أن تنخفض درجات الحرارة إلى ما دون -143 درجة مئوية.

الغلاف الحراري: الغلاف الجوي العلوي

بعد الميزوسفير والميزوبوز يأتي الغلاف الحراري، الذي يقع على ارتفاع يتراوح بين 80 و700 كيلومتر فوق سطح الكوكب، ويحتوي على أقل من 0.01% من إجمالي الهواء الموجود في الغلاف الجوي. تصل درجات الحرارة هنا إلى +2000 درجة مئوية، ولكن بسبب النحافة الشديدة للهواء وعدم وجود جزيئات الغاز لنقل الحرارة، يُنظر إلى درجات الحرارة المرتفعة هذه على أنها باردة جدًا.

الإكسوسفير: الحد الفاصل بين الغلاف الجوي والفضاء

على ارتفاع حوالي 700-10000 كيلومتر فوق سطح الأرض يوجد الغلاف الخارجي - الحافة الخارجية للغلاف الجوي المتاخمة للفضاء. هنا تدور أقمار الطقس حول الأرض.

ماذا عن الأيونوسفير؟

الأيونوسفير ليس طبقة منفصلة، ​​ولكن في الواقع يستخدم هذا المصطلح للإشارة إلى الغلاف الجوي على ارتفاع يتراوح بين 60 و1000 كيلومتر. ويشمل الأجزاء العليا من الميزوسفير، والغلاف الحراري بأكمله وجزء من الغلاف الخارجي. حصل الغلاف الأيوني على اسمه لأنه في هذا الجزء من الغلاف الجوي يتأين إشعاع الشمس عندما يمر عبر المجالات المغناطيسية للأرض عند و. ويمكن ملاحظة هذه الظاهرة من الأرض مثل الأضواء الشمالية.