معلومات عن مكونات الغلاف الجوي

الغلاف الجوي

يمكن تعريف الغلاف الجوي بأنه الغازات المحيطة بالنجم أو الجسم الكوكبي، والتي تبقى في موقعها بواسطة الجاذبية، وتكمن أهميته في حماية الأرض من الاشعة فوق البنفسجية الضارة للكائنات الحية، وهي التي تسبب الإصابة بحروق الشمس، وفي المقابل فإنه يسمح لأشعة الشمس الدافئة بالمرور من خلاله، وهو يبقي درجة حرارة الأرض صالحة لعيش وتكاثر الكائنات الحية .

مكونات الغلاف الجوي

يتكون الغلاف الجوي للأرض من النيتروجين ثنائي الذرة (N₂) بنسبة 78.08%، والأكسجين ثنائي الذرة (O₂) بنسبة 20.95%، والأرجون (A) بنسبة 0.93%، والماء (H₂0) بنسبة تتراوح بين 0-4% تقريباً، وثاني أكسيد الكربون (CO₂) بنسبة 0.04%، والغازات الخاملة مثل: النيون (Ne)، والهيليوم (He)، والكريبتون (Kr) ومكونات أخرى مثل أكاسيد النيتروجين ، ومركبات الكبريت، ومركبات الأوزون بكميات قليلة، كما يضم مكونات أخرى غير الغازات الطبيعية مثل الغبار ، والدخان والتي تزيد نسبتها بالاقتراب من المدن.

غاز النيتروجين

يعد غاز النيتروجين أكثر العناصر وفرة في الغلاف الجوي للأرض، ومن مصادره المواد المتحللة، والأسمدة البشرية المضافة إلى الأرض، وعلى الرغم من وفرته في الغلاف الجوي، إلا أنه لا يمكن للكانات الحية استخدامه في حالته هذه، لذلك تحصل عليه هذه الكائنات التي تحتاج إليه في تركيب البروتين من مصادر أخرى، وفي المقابل تستطيع بعض الميكروبات أخذه من الهواء وتحويله إلى الأمونيا ، وجعله متوفراً للنباتات، وغيرها من الكائنات الحية في عملية تدعى تثبيت النيتروجين (بالإنجليزية: nitrogen fixation).

يعد غاز النيتروجين غازاً خاملاً عند درجات الحرارة والضغط العاديين؛ بسبب الرابطة الثلاثة القوية بين الذرات المكوّنة لجزيئه، وهو غاز عديم اللون، والرائحة، والطعم، ومن العناصر المهمة في كيمياء الكائنات الحية، فهو يشكل جزءاً من الحمض الأميني الذي يعد عبارة عن البنية الأساسية لتركيب البروتين.

غاز الأكسجين

يعد غاز الأكسجين ثاني أكثر العناصر وفرة في الغلاف الجوي، وفي الماضي لم يحتوٍ الغلاف الجوي للأرض على الأكسجين، إلا أن الميكروبات التي تنتج طعامها بواسطة عملية البناء الضوئي، أنتجت الأكسجين كمنتج ثانوي لهذه العملية، مما أدى إلى زيادة نسبته في الغلاف الجوي بعد ذلك.

تحتاج جميع الكائنات الحية إلى الأكسجين لتبقى على قيد الحياة، ويتم إنتاجه عن طريق عملية البناء الضوئي بواسطة النباتات، وغيرها من الميكروبات، كما أن النباتات تستهلكه أيضاً في عملية التنفس، ويعد الأكسجين كذلك غازاً شديد الاشتعال، يساعد على إشعال النيران.

غاز ثاني أكسيد الكربون

يعد غاز ثاني أكسيد الكربون غازاً عديم اللون، وغير قابل للاشتعال، عند ظروف درجة الحرارة والضغط العادية، ورابع أكثر المكونات وفرة في الغلاف الجوي، ويعتقد العلماء أن نسبته زادت نحو 40% في الغلاف الجوي منذ بداية الأنشطة الصناعية للإنسان.

تعد البراكين، وحرائق الغابات من أهم مصادر ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، كما أن عملية التنفس في الكائنات الحية تطلق غاز ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي، كما ينتج عن عملية الاحتراق مثل: عمليات الاحتراق في محركات الاحتراق الداخلي، وفي المقابل تؤدي عملية البناء الضوئي إلى إزالته من الغلاف الجوي.

من الجدير بالذكر أن تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض في السابق احتوى على كميات من ثاني أكسيد الكربون أكبر بكثير، ولم يحتوٍ على الأكسجين تقريباً، وأدت زيادة الكائنات التي تقوم بعملية البناء الضوئي إلى زيادة نسبة الأكسجين فيه، مما أتاح فرصة لعيش للكائنات الحية التي تعتمد على الأكسجين للتنفس على سطح الأرض.

بخار الماء

تعتمد نسبة بخار الماء في الغلاف الجوي على الحرارة، وكثافة الهواء؛ حيث يستطيع الهواء الساخن حمل كميات أكبر من المياه مقارنة بالهواء البارد؛ لذلك ترتفع نسبة بخار الماء في المناطق الحارة الاستوائية، وتقل في المناطق القطبية والباردة.

يدخل بخار الماء إلى الغلاف الجوي عن طريق التبخر من الأجسام المائية بعد تعرضها للحرارة، ويعبّر عن نسبة بخار الماء في الغلاف الجوي بقياس مستويات الرطوبة (بالإنجليزية: humidity level)، والتي ترتفع عند الاقتراب من البحار والمسطحات المائية.

غازات الدفيئة

يمكن تعريف غازات الدفيئة بأنها أي نوع من الغازات التي لديها القدرة على امتصاص الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من سطح الأرض، لتشعها ثانية إليه، مما يؤدي إلى حدوث ظاهرة الدفيئة أو الاحتباس الحراري (بالإنجليزية: greenhouse effect)، ويعد كل من الميثان، وبخار الماء، وثاني أكسيد الكربون، من أهم هذه الغازات، ويعد الأوزون، وأكاسيد النيتروز، والغازات المفلورة (بالإنجليزية: fluorinated gases) من هذه الغازات أيضاً.

تؤثر غازات الدفيئة بشكل كبير على ميزانية الطاقة لنظام الأرض، رغم أنها لا تشكل إلا جزءاً ضئيلاً من غازات الغلاف الجوي، وقد اختلفت تركيزاتها بشكل كبير خلال تاريخ الأرض، الأمر الذي أدى إلى تغيرات مناخية كبيرة على نطاق واسع.

هناك العديد من العوامل التي تؤثر على تركيزات غازات الدفيئة، ومن أهمها: الأنشطة البشرية منذ الثورة الصناعية، وخاصة احتراق الوقود الأحفوري، التي أدت إلى ازدياد تركيز العديد من غازات الدفيئة مثل: ثان أكسيد الكربون، والميثان، والأوزون، والكلوروفلوروكربونات (CFCs).

طبقات الغلاف الجوي

يمتلك الغلاف الجوي للأرض خمس طبقات رئيسية، وهذه الطبقات هي:

• التروبوسفير (بالإنجليزية: troposphere): هي طبقة تمتد من سطح الأرض إلى ارتفاع 12كم تقريباً، وتضم معظم الغيوم، والطائرات، والتيارات الهوائية، وتضم نحو 80% من كتلة الغلاف الجوي.
• الستراتوسفير (بالإنجليزية: stratosphere): هي الطبقة التي تلي التروبوسفير ، وتمتد من ارتفاع 12-50 أو 55كم فوق سطح الأرض تقريباً، وتضم الغيوم الصدفية (بالإنجليزية: nacreous clouds)، وطبقة الأوزون، والقليل من الطائرات، وتزيد فيها درجة الحرارة مع الارتفاع؛ بسبب امتصاص الأشعة فوق البنفسجية من قبل طبقة الأوزون فيها.
• الميزوسفير (بالإنجليزية: mesosphere): هي تمتد من نهاية طبقة الستراتوسفير وحتى ارتفاع 85 كيلومتراً تقريباً، وتبدأ درجات الحرارة بالانخفاض فيها مرة أخرى.
• الثيرموسفير (بالإنجليزية: thermosphere): تمتد من نهاية الميزوسفير وحتى ارتفاع 499-998 كم فوق سطح الأرض تقريباً؛ حيث يعتمد حجمها على نشاط الشمس، وترتفع فيها درجات الحرارة مرة أخرى، وهي تضم الشفق (بالإنجليزية: auroras) الذي يمكن رؤيته من القطبين الشمالي والجنوبي للأرض.
• إكزوسفير (بالإنجليزية: exosphere): هي أعلى طبقة من الغلاف الجوي ، وتمتد إلى نحو 10,000كم فوق سطح الأرض تقريباً، وهي تضم عدداً قليلاً من الجزيئات التي ترتبط بشكل ضعيف بالأرض.