التركيب المادي للغلاف الجوي. تكوين الغلاف الجوي للأرض كنسبة مئوية. التركيب الكيميائي للغلاف الجوي للأرض

يهيمن النيتروجين والأكسجين على كيمياء الغلاف الجوي اليوم. تمثيل عناصر مثل ثاني أكسيد الكربون والأرجون والغازات الخاملة الأخرى صغير جدًا ، حوالي 1 ٪ في المجموع ، ولكن الحد الأدنى من التغيير في محتواها يمكن أن يكون له تأثير خطير على حياة كوكبنا.

الغازات السائدة. ضع في اعتبارك خصائص العناصر الكيميائية التي تهيمن على تكوين الغلاف الجوي للأرض.

الأكسجين.الأكسجين هو أحد الغازات الرئيسية في الغلاف الجوي (حوالي 21٪) ، والأكثر أهمية للحياة على هذا الكوكب. "يحتوي الغلاف الجوي على حوالي 10 15 طناً من الأكسجين الحر ، بينما في قشرة الأرض ربما يزيد عن 10 و 19 طناً" (1). العنصر الأكثر شيوعًا على وجه الأرض.

بفضله أصبح تنفس الكائنات الحية ممكنًا. الأكسجين نشط كيميائيًا ، ويتفاعل بسهولة مع العديد من العناصر والمركبات الكيميائية. ثلاثة نظائر للأكسجين معروفة - 16 O ، 17 O ، 18 O. في ظل الظروف العادية ، يكون محتواها في الغلاف الجوي على التوالي (٪) 99.74 و 0.04 و 0.20. "أقوى عامل مؤكسد هو مركب أكسجين ثلاثي الذرات - الأوزون (O 3). إنه يشكل خليطًا ضئيلًا في الغلاف الجوي "(4). على ارتفاع حوالي 22-25 كم ، يصل الأوزون إلى أقصى تركيز له - شاشة الأوزون ، التي تمتص الأشعة فوق البنفسجية للشمس (0.29 ميكرون) ، والتي تضر بجميع الكائنات الحية.

نتروجين. "النيتروجين هو أحد المكونات الرئيسية للمادة العضوية ، وبالنظر إلى حقيقة أنه أقل نشاطًا كيميائيًا من الأكسجين ، فإن الظروف الخاصة ضرورية لتكوين مركبات النيتروجين ولتمثيلها بواسطة الكائنات الحية. لم يتم بعد دراسة هذه الشروط بشكل كافٍ "(4). النيتروجين هو الغاز الأكثر وفرة في الغلاف الجوي ، حوالي 78٪. يلعب النيتروجين في الغلاف الجوي دورًا كبيرًا في العمليات الجيوكيميائية ، ويشارك بنشاط في تمايز المواد المعدنية ، من ناحية ، في تخليق المواد العضوية ، من ناحية أخرى. يتم توفير هذا الأخير من خلال التفاعلات الكيميائية الحيوية. من المعروف أن النيتروجين يشارك في عملية التمثيل الضوئي ، وتخليق البروتينات والأحماض النووية. لذلك ، بدون النيتروجين ، الحياة كما نعرفها مستحيلة "(1).

كربون. يمثل ثاني أكسيد الكربون (CO 2) الكربون الموجود في الغلاف الجوي للأرض. تحتاج النباتات إلى ثاني أكسيد الكربون لأنها تستخدمه للتنفس. يؤثر محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي أيضًا على توازن حرارة الأرض. يؤدي النشاط البشري (حرق الفحم والنفط) إلى زيادة تركيزه.

بخار الماء. يلعب بخار الماء دورًا رئيسيًا في تأثير الاحتباس الحراري. ينقل بخار الماء إشعاعًا شمسيًا قصير الموجة ويمتص إشعاع الموجة الطويلة من الأرض. يرتبط بتكوين أنظمة السحابة.

في الاتجاه الأفقي ، يتم الخلط بسبب دوران الأرض. الخلط الرأسي هو بشكل أساسي نتيجة تسخين سطح الأرض بواسطة الإشعاع الشمسي الوارد. معدل الاختلاط في المحيطات أبطأ بكثير ، ولكن حتى هذا يكفي لتوفير تركيبة عامة ثابتة نسبيًا بنفس الطريقة الموجودة في الغلاف الجوي. ومع ذلك ، فإن بعض أجزاء الغلاف الجوي ليست متجانسة جدًا ، وتوجد فيها تغييرات عميقة جدًا في التكوين العام.
ينقسم الغلاف الجوي إلى طبقات تختلف في درجة الحرارة ودرجة تأين الجزيئات والضغط وما إلى ذلك: طبقة التروبوسفير والستراتوسفير والميزوسفير والغلاف الحراري والغلاف الخارجي. تنخفض كثافة الهواء تدريجيًا ، ويمر الغلاف الجوي بدون حدود حادة إلى الفضاء بين الكواكب.

الجزء السفلي من الغلاف الجوي ، المسمى التروبوسفير ، مختلط جيدًا بسبب الحمل الحراري. من بين القوى الدافعة للحمل الحراري ، فإن أكثر الظواهر وضوحًا هي العواصف الرعدية. في طبقة التروبوسفير ، تنخفض درجة الحرارة مع الارتفاع ؛ تعمل الطاقة الشمسية على تسخين سطح الأرض ، مما يؤدي بدوره إلى تسخين الهواء المجاور له مباشرة ، مما يتسبب في اختلاط الحمل الحراري. وذلك لأن الهواء الدافئ الذي يلامس سطح الأرض يكون أخف وزناً ويميل إلى الارتفاع. ومع ذلك ، على ارتفاع حوالي 15-25 كم ، يتم تسخين الغلاف الجوي عن طريق امتصاص الأشعة فوق البنفسجية بواسطة الأكسجين (O2) والأوزون (Oz). نتيجة الزيادة في درجة الحرارة مع الارتفاع هو أن الغلاف الجوي العلوي أكثر مقاومة للخلط الرأسي ، لأن الهواء البارد الثقيل في قاعدته لا يميل إلى الارتفاع. تحتوي هذه المنطقة من الغلاف الجوي على طبقتين منفصلتين من الهواء وبالتالي تسمى الستراتوسفير. تتشكل طبقة Oz المعروفة عند هذه الارتفاعات. على الرغم من هذا الاستقرار ، فإن طبقة الستراتوسفير مختلطة جيدًا مقارنة بالجزء الأعلى من الغلاف الجوي. فوق 120 كم ، يكون الخلط المضطرب ضعيفًا لدرجة أن جزيئات الغاز الفردية يمكن أن تنفصل تحت تأثير الجاذبية. وبالتالي ، فإن التركيزات النسبية للأكسجين الذري (O) والنيتروجين (N) تكون أكبر في القاع ، بينما يسيطر الهيدروجين الخفيف (H) والهيليوم (He) أعلاه.

أجواء غناء مختلفة. يسمى الجزء الذي تعمل فيه الجاذبية عادة الغلاف غير المتجانس بسبب التركيب المتغير. الجزء الأكثر اختلاطًا من الغلاف الجوي أدناه يسمى الغلاف المتجانس. مصطلح "turbopause" يُعطى للحد الذي يفصل بين الجزأين. الغلاف المغاير مرتفع جدًا (مئات الكيلومترات) لدرجة أن الضغط هنا منخفض للغاية ، وهذا ما يؤكده المقياس اللوغاريتمي في الشكل.
في مثل هذا المزيج من الغازات ، كما هو الحال في الغلاف الجوي ، يتحقق قانون دالتون للضغط الجزئي. ويترتب على ذلك أن ضغط الغازات الفردية في الغلاف الجوي سينخفض ​​بنفس معدل الضغط الكلي.

الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر - 1 ضغط جوي = 760 ملم زئبق. فن.

كما ذكر أعلاه ، يتكون الغلاف الجوي للأرض من عدد من الطبقات - طبقة التروبوسفير والستراتوسفير والميزوسفير والغلاف الحراري والغلاف الخارجي:

		درجة الحرارة	صفة مميزة
تروبوسفير		قطرات 6 درجات لكل كيلومتر	يتم تسخين طبقة التروبوسفير بواسطة الأشعة تحت الحمراء من سطح الأرض.
الستراتوسفير
		تنمو قليلاً ، على ارتفاع 50 كم حوالي 0 درجة مئوية	ترتفع درجة الحرارة بسبب تفاعل تحلل الأوزون ، الذي يصاحبه إطلاق حرارة.
الميزوسفير			يمتص الأوزون الأشعة فوق البنفسجية في المنطقة (200-300 نانومتر) ، مما يحمي الحياة على سطح الأرض.
ثيرموسفير		تزداد درجة الحرارة مع الارتفاع. خلال النهار على ارتفاع 400 كم حوالي 1500 درجة مئوية	تعمل الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية المنبعثة من الشمس على تأين جزيئات الهواء. لذلك ، يسمى الغلاف الحراري الأيونوسفير. تنعكس موجات الراديو من طبقة الأيونوسفير. أصبح الهيدروجين والهيليوم سائدين.
إكزوسفير	أكثر من 800 كم		تتحرك الجزيئات بسرعات هائلة ، وتطير أحيانًا في الفضاء بين الكواكب

دور الغلاف الجوي

إذا كان محتوى النيتروجين في الأكسجين في حالة توازن طبيعي بسبب نباتات الأرض ، فإن محتوى ثاني أكسيد الكربون والغازات الضارة الأخرى في الغلاف الجوي يتغير نتيجة النشاط الاقتصادي البشري. هناك اتجاه خطير لزيادة محتوى ثاني أكسيد الكربون ، الأمر الذي سيؤدي إلى تدهور صحة الإنسان ، وإلى ارتفاع درجة حرارة المناخ ، وإلى كوارث عالمية.

أثبت الطب أن الشيخوخة المبكرة تبدأ إلى حد كبير بسبب نقص الأكسجين في الجسم. وفي الوقت نفسه ، يحتوي هواء العديد من المدن في العالم على كمية كبيرة من الغازات الضارة. يدخل البعض الغلاف الجوي من أنابيب المصنع. الغازات غير المستنفدة للسيارات تسمم الهواء بشدة. في بعض المدن ، تترسب مئات الأطنان من الغاز والغبار لكل كيلومتر مربع في السنة. في لندن ، تصل كمية الغاز والغبار لكل كيلومتر مربع إلى 365 طنًا سنويًا. غالبًا ما تكون هذه المدينة ضبابية. هم ، مع السخام والسخام ، يشكلون ضبابًا دخانيًا خفيفًا واحدًا ومسببًا للتآكل. في عام 1951 ، ضباب لمدة أربعة أيام

"القاتل" كان السبب المباشر أو غير المباشر لوفاة ما يقرب من 4 آلاف شخص. وكان بعضهم ضحية اصطدام سيارات وسط ضباب كثيف ، واختنق آخرون بسبب الضباب الدخاني.

بجاتوف ف. تاريخ الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض. - م: ندرا ، 1985.



تكوين الأرض. هواء

الهواء عبارة عن مزيج ميكانيكي من غازات مختلفة تشكل الغلاف الجوي للأرض. الهواء ضروري لتنفس الكائنات الحية ويستخدم على نطاق واسع في الصناعة.

تم إثبات حقيقة أن الهواء عبارة عن خليط وليس مادة متجانسة خلال تجارب العالم الاسكتلندي جوزيف بلاك. خلال إحداها ، اكتشف العالم أنه عندما يتم تسخين المغنيسيا البيضاء (كربونات المغنيسيوم) ، يتم إطلاق "الهواء المرتبط" ، أي ثاني أكسيد الكربون ، ويتم تكوين المغنيسيا المحترقة (أكسيد المغنيسيوم). في المقابل ، عندما يتم حرق الحجر الجيري ، تتم إزالة "الهواء المقيد". وبناءً على هذه التجارب خلص العالم إلى أن الفرق بين القلويات الكربونية والقلوية الكاوية هو أن الأول يحتوي على ثاني أكسيد الكربون وهو أحد مكونات الهواء. نعلم اليوم أنه بالإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون ، فإن تكوين هواء الأرض يشمل:

نسبة الغازات في الغلاف الجوي للأرض الموضحة في الجدول نموذجية لطبقاتها السفلية ، حتى ارتفاع 120 كم. في هذه المناطق توجد منطقة متجانسة ومختلطة جيدًا تسمى الغلاف المتجانس. يوجد فوق الغلاف المتجانس الغلاف غير المتجانس ، والذي يتميز بتحلل جزيئات الغاز إلى ذرات وأيونات. يتم فصل المناطق عن بعضها البعض من خلال انقطاع التيار الكهربائي.

يُطلق على التفاعل الكيميائي الذي تتحلل فيه الجزيئات إلى ذرات ، تحت تأثير الإشعاع الشمسي والكوني ، التفكك الضوئي. أثناء تحلل الأكسجين الجزيئي ، يتكون الأكسجين الذري ، وهو الغاز الرئيسي للغلاف الجوي على ارتفاعات تزيد عن 200 كم. على ارتفاعات تزيد عن 1200 كم ، يبدأ الهيدروجين والهيليوم ، وهما أخف الغازات ، بالهيمنة.

نظرًا لأن الجزء الأكبر من الهواء يتركز في طبقات الغلاف الجوي الثلاثة السفلية ، فإن التغييرات في تكوين الهواء على ارتفاعات تزيد عن 100 كم ليس لها تأثير ملحوظ على التكوين العام للغلاف الجوي.

النيتروجين هو الغاز الأكثر شيوعًا ، حيث يمثل أكثر من ثلاثة أرباع حجم هواء الأرض. تشكل النيتروجين الحديث عندما تأكسد الغلاف الجوي المبكر للأمونيا والهيدروجين بواسطة الأكسجين الجزيئي ، والذي يتكون أثناء عملية التمثيل الضوئي. حاليًا ، تدخل كمية صغيرة من النيتروجين إلى الغلاف الجوي نتيجة نزع النتروجين - عملية اختزال النترات إلى نيتريت ، يليها تكوين أكاسيد غازية ونيتروجين جزيئي ، يتم إنتاجه بواسطة بدائيات النوى اللاهوائية. يدخل بعض النيتروجين إلى الغلاف الجوي أثناء الانفجارات البركانية.

في الغلاف الجوي العلوي ، عند التعرض للتصريفات الكهربائية بمشاركة الأوزون ، يتأكسد النيتروجين الجزيئي إلى أول أكسيد النيتروجين:

N 2 + O 2 → 2NO

في الظروف العادية ، يتفاعل أحادي أكسيد النيتروز على الفور مع الأكسجين لتكوين أكسيد النيتروز:

2NO + O 2 → 2N 2 O

النيتروجين هو أهم عنصر كيميائي في الغلاف الجوي للأرض. النيتروجين هو جزء من البروتينات ، ويوفر التغذية المعدنية للنباتات. يحدد معدل التفاعلات الكيميائية الحيوية ، ويلعب دور مخفف الأكسجين.

الأكسجين هو ثاني أكثر الغازات وفرة في الغلاف الجوي للأرض. يرتبط تكوين هذا الغاز بالنشاط الضوئي للنباتات والبكتيريا. وكلما ازداد تنوع وتعدد كائنات التمثيل الضوئي ، زادت أهمية عملية محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي. يتم إطلاق كمية صغيرة من الأكسجين الثقيل أثناء تفريغ الوشاح من الغاز.

في الطبقات العليا من التروبوسفير والستراتوسفير ، تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية الشمسية (نشير إليها بـ hν) ، يتكون الأوزون:

O 2 + hν → 2O

نتيجة لعمل نفس الأشعة فوق البنفسجية ، يتحلل الأوزون:

O 3 + hν → O 2 + O

O 3 + O → 2O 2

نتيجة التفاعل الأول ، يتكون الأكسجين الذري ، نتيجة ثانيًا - الأكسجين الجزيئي. جميع ردود الفعل الأربعة تسمى آلية تشابمان ، على اسم العالم البريطاني سيدني تشابمان الذي اكتشفها في عام 1930.

يستخدم الأكسجين لتنفس الكائنات الحية. بمساعدتها ، تحدث عمليات الأكسدة والاحتراق.

يعمل الأوزون على حماية الكائنات الحية من الأشعة فوق البنفسجية التي تسبب طفرات لا رجعة فيها. لوحظ أعلى تركيز للأوزون في الطبقة السفلى من الستراتوسفير ضمن ما يسمى. طبقة الأوزون أو شاشة الأوزون الكائنة على ارتفاعات 22-25 كم. محتوى الأوزون صغير: عند الضغط الطبيعي ، سيحتل كل الأوزون الموجود في الغلاف الجوي للأرض طبقة بسماكة 2.91 مم فقط.

يرتبط تكوين ثالث أكثر الغازات شيوعًا في الغلاف الجوي ، وهو الأرجون وكذلك النيون والهيليوم والكريبتون والزينون ، بالانفجارات البركانية وانحلال العناصر المشعة.

على وجه الخصوص ، الهيليوم هو نتاج التحلل الإشعاعي لليورانيوم والثوريوم والراديوم: 238 U → 234 Th + α، 230 Th → 226 Ra + 4 He، 226 Ra → 222 Rn + α (في هذه التفاعلات ، α- الجسيم هو نواة الهيليوم ، والتي في عملية فقدان الطاقة تلتقط الإلكترونات وتصبح 4 He).

يتكون الأرجون أثناء تحلل النظير المشع للبوتاسيوم: 40 K → 40 Ar + γ.

النيون يهرب من الصخور النارية.

يتكون الكريبتون كمنتج نهائي لاضمحلال اليورانيوم (235 يو و 238 يو) والثوريوم ث.

تم تشكيل الجزء الأكبر من الكريبتون في الغلاف الجوي في المراحل الأولى من تطور الأرض نتيجة لانحلال عناصر عبر اليورانيوم ذات نصف عمر قصير بشكل استثنائي أو جاء من الفضاء ، ومحتوى الكريبتون فيه أعلى بعشرة ملايين مرة مما هو موجود على الأرض .

الزينون هو نتيجة انشطار اليورانيوم ، لكن معظم هذا الغاز يبقى من المراحل الأولى لتكوين الأرض ، من الغلاف الجوي الأساسي.

يدخل ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي نتيجة الانفجارات البركانية وفي عملية تحلل المواد العضوية. يختلف محتواها في الغلاف الجوي لخطوط العرض الوسطى للأرض اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على فصول السنة: في الشتاء ، تزداد كمية ثاني أكسيد الكربون ، وفي الصيف تنخفض. يرتبط هذا التقلب بنشاط النباتات التي تستخدم ثاني أكسيد الكربون في عملية التمثيل الضوئي.

يتكون الهيدروجين نتيجة تحلل الماء عن طريق الإشعاع الشمسي. ولكن نظرًا لكونها أخف الغازات التي يتكون منها الغلاف الجوي ، فإنها تتسرب باستمرار إلى الفضاء الخارجي ، وبالتالي يكون محتواها في الغلاف الجوي صغيرًا جدًا.

ينتج بخار الماء عن تبخر الماء من سطح البحيرات والأنهار والبحار والأرض.

تركيز الغازات الرئيسية في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي ، باستثناء بخار الماء وثاني أكسيد الكربون ، ثابت. بكميات صغيرة ، يحتوي الغلاف الجوي على أكسيد الكبريت SO 2 ، والأمونيا NH 3 ، وأول أكسيد الكربون CO ، والأوزون O 3 ، وكلوريد الهيدروجين HCl ، وفلوريد الهيدروجين HF ، وأول أكسيد النيتروجين NO ، والهيدروكربونات ، وبخار الزئبق Hg ، واليود I 2 وغيرها الكثير. في طبقة الغلاف الجوي السفلى من التروبوسفير ، هناك باستمرار كمية كبيرة من الجسيمات الصلبة والسائلة العالقة.

مصادر الجسيمات في الغلاف الجوي للأرض هي الانفجارات البركانية ، وحبوب اللقاح النباتية ، والكائنات الحية الدقيقة ، وفي الآونة الأخيرة ، الأنشطة البشرية مثل حرق الوقود الأحفوري في عمليات التصنيع. أصغر جزيئات الغبار ، وهي نوى التكثيف ، هي أسباب تكون الضباب والسحب. بدون الجسيمات الصلبة الموجودة باستمرار في الغلاف الجوي ، لن يسقط هطول الأمطار على الأرض.

الغلاف الجوي عبارة عن مزيج من غازات مختلفة. يمتد من سطح الأرض إلى ارتفاع يصل إلى 900 كم ، مما يحمي الكوكب من الطيف الضار للإشعاع الشمسي ، ويحتوي على الغازات اللازمة لجميع أشكال الحياة على الكوكب. يحبس الغلاف الجوي حرارة الشمس ، حيث ترتفع درجة حرارته بالقرب من سطح الأرض ويخلق مناخًا مناسبًا.

تكوين الغلاف الجوي

يتكون الغلاف الجوي للأرض بشكل أساسي من غازين - النيتروجين (78٪) والأكسجين (21٪). بالإضافة إلى أنه يحتوي على شوائب من ثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى. يوجد في الغلاف الجوي على شكل بخار ، قطرات رطوبة في السحب وبلورات جليدية.

طبقات الغلاف الجوي

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

• الغلاف المغناطيسي اللاهوائي. تحلق معظم الأقمار الصناعية للأرض هنا خارج الغلاف الجوي للأرض.
• إكزوسفير (450-500 كم من السطح). تقريبا لا يحتوي على غازات. بعض الأقمار الصناعية الخاصة بالطقس تطير في الغلاف الخارجي. يتميز الغلاف الحراري (80-450 كم) بدرجات حرارة عالية تصل إلى 1700 درجة مئوية في الطبقة العليا.
• ميزوسفير (50-80 كم). في هذا المجال ، تنخفض درجة الحرارة مع زيادة الارتفاع. هنا تحترق معظم النيازك (أجزاء من الصخور الفضائية) التي تدخل الغلاف الجوي.
• الستراتوسفير (15-50 كم). تحتوي على طبقة الأوزون ، أي طبقة الأوزون التي تمتص الأشعة فوق البنفسجية من الشمس. هذا يؤدي إلى زيادة درجة الحرارة بالقرب من سطح الأرض. عادة ما تطير الطائرات النفاثة هنا ، مثل الرؤية في هذه الطبقة جيدة جدًا ولا يوجد أي تداخل تقريبًا بسبب الظروف الجوية.
• تروبوسفير. يتراوح الارتفاع من 8 إلى 15 كم من سطح الأرض. هنا يتشكل طقس الكوكب ، منذ ذلك الحين تحتوي هذه الطبقة على معظم بخار الماء والغبار والرياح. تنخفض درجة الحرارة مع المسافة من سطح الأرض.

الضغط الجوي

على الرغم من أننا لا نشعر به ، إلا أن طبقات الغلاف الجوي تمارس ضغطًا على سطح الأرض. الأعلى بالقرب من السطح ، وكلما ابتعدت عنه ، يتناقص تدريجياً. يعتمد ذلك على اختلاف درجة الحرارة بين اليابسة والمحيط ، وبالتالي في المناطق الواقعة على نفس الارتفاع فوق مستوى سطح البحر ، غالبًا ما يكون هناك ضغط مختلف. يجلب الضغط المنخفض طقسًا رطبًا ، بينما يؤدي الضغط المرتفع عادةً إلى طقس صافٍ.

حركة الكتل الهوائية في الغلاف الجوي

وتتسبب الضغوط في اختلاط الغلاف الجوي السفلي. ينتج عن هذا رياح تهب من مناطق الضغط العالي إلى مناطق الضغط المنخفض. في العديد من المناطق ، تحدث الرياح المحلية أيضًا ، بسبب الاختلافات في درجات حرارة الأرض والبحر. للجبال أيضًا تأثير كبير على اتجاه الرياح.

الاحتباس الحراري

يحبس ثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى الموجودة في الغلاف الجوي للأرض حرارة الشمس. تسمى هذه العملية عادة بتأثير الاحتباس الحراري ، حيث إنها تشبه من نواح كثيرة دوران الحرارة في البيوت الزجاجية. يتسبب تأثير الدفيئة في الاحتباس الحراري على كوكب الأرض. في مناطق الضغط المرتفع - الأعاصير المضادة - يتم إنشاء نظام شمسي صافٍ. في مناطق الضغط المنخفض - الأعاصير - يكون الطقس عادة غير مستقر. دخول الحرارة والضوء إلى الغلاف الجوي. تحبس الغازات الحرارة المنعكسة من سطح الأرض ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة على الأرض.

توجد طبقة أوزون خاصة في الستراتوسفير. يحجب الأوزون معظم الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس ، مما يحمي الأرض وكل أشكال الحياة عليها منها. وجد العلماء أن سبب تدمير طبقة الأوزون هو غازات ثاني أكسيد الكلوروفلوروكربون الخاصة الموجودة في بعض الهباء الجوي ومعدات التبريد. فوق القطب الشمالي والقارة القطبية الجنوبية ، تم العثور على ثقوب ضخمة في طبقة الأوزون ، مما يساهم في زيادة كمية الأشعة فوق البنفسجية التي تؤثر على سطح الأرض.

يتكون الأوزون في الغلاف الجوي السفلي نتيجة بين الإشعاع الشمسي وأبخرة وغازات العادم المختلفة. عادة ما ينتشر في الغلاف الجوي ، ولكن إذا تشكلت طبقة مغلقة من الهواء البارد تحت طبقة من الهواء الدافئ ، يتركز الأوزون ويحدث الضباب الدخاني. لسوء الحظ ، هذا لا يمكن أن يعوض فقدان الأوزون في ثقوب الأوزون.

تُظهر صورة القمر الصناعي بوضوح ثقبًا في طبقة الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية. يختلف حجم الثقب ، لكن يعتقد العلماء أنه يتزايد باستمرار. تجري محاولات لخفض مستوى غازات العادم في الغلاف الجوي. الحد من تلوث الهواء واستخدام الوقود الذي لا يدخن في المدن. يسبب الضباب الدخاني تهيج العين والاختناق لدى كثير من الناس.

ظهور وتطور الغلاف الجوي للأرض

الغلاف الجوي الحديث للأرض هو نتيجة لتطور تطوري طويل. نشأت نتيجة للعمل المشترك للعوامل الجيولوجية والنشاط الحيوي للكائنات الحية. عبر التاريخ الجيولوجي ، مر الغلاف الجوي للأرض بالعديد من عمليات إعادة الترتيب العميقة. على أساس البيانات الجيولوجية والنظرية (المتطلبات الأساسية) ، يمكن أن يتكون الغلاف الجوي البدائي للأرض الفتية ، والذي كان موجودًا منذ حوالي 4 مليارات سنة ، من مزيج من الغازات الخاملة والنبيلة مع إضافة صغيرة من النيتروجين السلبي (N.A. Yasamanov ، 1985 ؛ A. S. Monin ، 1987 ؛ O. ، يمكن أن تتكون من خليط من الميثان والأمونيا وثاني أكسيد الكربون نتيجة لتفريغ الوشاح وعمليات التجوية النشطة التي تحدث على سطح الأرض ، وبخار الماء ومركبات الكربون في شكل ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون ، والكبريت و بدأت المركبات في دخول الغلاف الجوي ، بالإضافة إلى أحماض الهالوجين القوية - HCI و HF و HI وحمض البوريك ، والتي تم استكمالها بالميثان والأمونيا والهيدروجين والأرجون وبعض الغازات النبيلة الأخرى في الغلاف الجوي. رقيقة للغاية. لذلك ، كانت درجة الحرارة بالقرب من سطح الأرض قريبة من درجة حرارة التوازن الإشعاعي (AS Monin ، 1977).

بمرور الوقت ، بدأ تكوين الغاز في الغلاف الجوي الأولي يتحول تحت تأثير التجوية للصخور التي تبرز على سطح الأرض ، والنشاط الحيوي للبكتيريا الزرقاء والطحالب الخضراء المزرقة ، والعمليات البركانية وعمل ضوء الشمس. أدى ذلك إلى تحلل الميثان وثاني أكسيد الكربون والأمونيا إلى نيتروجين وهيدروجين ؛ بدأ ثاني أكسيد الكربون بالتراكم في الغلاف الجوي الثانوي ، والذي ينحدر ببطء إلى سطح الأرض ، والنيتروجين. بفضل النشاط الحيوي للطحالب الخضراء المزرقة ، بدأ إنتاج الأكسجين في عملية التمثيل الضوئي ، والتي ، مع ذلك ، تم إنفاقها في البداية بشكل أساسي على "غازات الغلاف الجوي المؤكسدة ، ثم الصخور. في الوقت نفسه ، بدأت الأمونيا ، المؤكسدة إلى النيتروجين الجزيئي ، في التراكم بشكل مكثف في الغلاف الجوي. من المفترض أن جزءًا كبيرًا من النيتروجين في الغلاف الجوي الحديث قد تم تخليصه. تم أكسدة الميثان وأول أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون. تم أكسدة الكبريت وكبريتيد الهيدروجين إلى SO 2 و SO 3 ، والتي تمت إزالتها بسرعة من الغلاف الجوي بسبب حركتها العالية وخفتها. وهكذا ، فإن الغلاف الجوي من الغلاف الجوي المختزل ، كما كان في العصر الأركي وأوائل البروتيروزويك ، تحول تدريجياً إلى جو مؤكسد.

دخل ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي نتيجة لأكسدة الميثان ونتيجة لتفريغ الوشاح وتجوية الصخور. في حالة بقاء كل ثاني أكسيد الكربون المنطلق على مدار تاريخ الأرض بأكمله في الغلاف الجوي ، يمكن أن يصبح ضغطه الجزئي الآن هو نفسه على كوكب الزهرة (O. Sorokhtin ، S. A. Ushakov ، 1991). لكن على الأرض ، انعكست العملية. تم إذابة جزء كبير من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي في الغلاف المائي ، حيث تم استخدامه من قبل الكائنات المائية لبناء أصدافها وتحويلها بيولوجيًا إلى كربونات. بعد ذلك ، تشكلت أقوى طبقات الكربونات الكيميائية والعضوية منها.

تم توفير الأكسجين في الغلاف الجوي من ثلاثة مصادر. لفترة طويلة ، بدءًا من لحظة تكوين الأرض ، تم إطلاقه أثناء تفريغ الوشاح وكان يتم إنفاقه بشكل أساسي على العمليات المؤكسدة.كان المصدر الآخر للأكسجين هو التفكك الضوئي لبخار الماء عن طريق الأشعة فوق البنفسجية الصلبة. ظهور؛ أدى الأكسجين الحر في الغلاف الجوي إلى موت معظم بدائيات النوى التي عاشت في ظروف مختزلة. لقد غيرت الكائنات بدائية النواة موائلها. لقد تركوا سطح الأرض إلى أعماقها والمناطق التي لا تزال فيها الظروف المختزلة محفوظة. تم استبدالها بحقيقيات النوى ، والتي بدأت في معالجة ثاني أكسيد الكربون بقوة إلى أكسجين.

خلال العصر الأركي وجزءًا مهمًا من البروتيروزويك ، تم إنفاق كل الأكسجين تقريبًا ، الناشئ بشكل غير حيوي أو حيوي ، بشكل أساسي على أكسدة الحديد والكبريت. بحلول نهاية العصر البروتيروزوي ، تأكسد كل الحديد المعدني ثنائي التكافؤ الموجود على سطح الأرض أو انتقل إلى قلب الأرض. أدى هذا إلى حقيقة أن الضغط الجزئي للأكسجين في الغلاف الجوي المبكر للطلائع الأولية قد تغير.

في منتصف البروتيروزويك ، وصل تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي إلى نقطة أوري وبلغ 0.01٪ من المستوى الحالي. بدءًا من ذلك الوقت ، بدأ الأكسجين يتراكم في الغلاف الجوي ، وربما وصل محتواه بالفعل في نهاية نهر الريفاي إلى نقطة باستير (0.1٪ من المستوى الحالي). من الممكن أن تكون طبقة الأوزون قد نشأت في فترة Vendian ولم تختف في ذلك الوقت.

حفز ظهور الأكسجين الحر في الغلاف الجوي للأرض على تطور الحياة وأدى إلى ظهور أشكال جديدة مع التمثيل الغذائي الأكثر مثالية. إذا كانت الطحالب وحيدة الخلية حقيقية النواة في وقت سابق ، والتي ظهرت في بداية البروتيروزويك ، تتطلب محتوى أكسجين في الماء بنسبة 10 -3 فقط من تركيزها الحديث ، ثم مع ظهور Metazoa غير الهيكلية في نهاية Vendian المبكر ، أي منذ حوالي 650 مليون سنة ، كان من المفترض أن يكون تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي أعلى من ذلك بكثير. بعد كل شيء ، استخدم Metazoa تنفس الأكسجين وهذا يتطلب أن يصل الضغط الجزئي للأكسجين إلى مستوى حرج - نقطة Pasteur. في هذه الحالة ، تم استبدال عملية التخمير اللاهوائي بعملية التمثيل الغذائي للأكسجين الواعدة والمتقدمة.

بعد ذلك ، حدث المزيد من تراكم الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض بسرعة كبيرة. ساهمت الزيادة التدريجية في حجم الطحالب الخضراء المزرقة في تحقيق مستوى الأكسجين في الغلاف الجوي الضروري لدعم حياة عالم الحيوان. 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 التثبيت النهائي لمستوى الأكسجين في الغلاف الجوي. منذ ذلك الوقت ، بدأ تركيزه يتقلب ضمن حدود ضيقة إلى حد ما ، ولم يتجاوز وجود الحياة. استقر تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي تمامًا منذ ظهور النباتات المزهرة. وقع هذا الحدث في منتصف العصر الطباشيري ، أي منذ حوالي 100 مليون سنة.

تم تشكيل الجزء الأكبر من النيتروجين في المراحل الأولى من تطور الأرض ، ويرجع ذلك أساسًا إلى تحلل الأمونيا. مع ظهور الكائنات الحية ، بدأت عملية ربط النيتروجين الجوي بالمواد العضوية ودفنه في الرواسب البحرية. بعد إطلاق الكائنات الحية على الأرض ، بدأ النيتروجين في دفن الرواسب القارية. تم تكثيف عمليات معالجة النيتروجين الحر بشكل خاص مع ظهور النباتات الأرضية.

في مطلع العصر الخفيري ودهر الحياة ، أي منذ حوالي 650 مليون سنة ، انخفض محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى أعشار بالمائة ، ووصل إلى محتوى قريب من المستوى الحالي فقط مؤخرًا ، حوالي 10-20 مليونًا. منذ سنوات.

وبالتالي ، فإن تكوين الغاز في الغلاف الجوي لا يوفر فقط مساحة حية للكائنات الحية ، بل يحدد أيضًا خصائص نشاطها الحيوي ، ويعزز الاستقرار والتطور. أدت الإخفاقات الناتجة في توزيع تركيبة الغاز في الغلاف الجوي المواتية للكائنات ، سواء بسبب الأسباب الكونية أو الكوكبية ، إلى انقراضات جماعية للعالم العضوي ، والتي حدثت مرارًا وتكرارًا خلال Cryptozoic وفي مراحل معينة من تاريخ دهر الحياة.

وظائف الغلاف الجوي الإثنوسفيرية

يوفر الغلاف الجوي للأرض المادة الضرورية والطاقة ويحدد اتجاه وسرعة عمليات التمثيل الغذائي. تكوين الغاز في الغلاف الجوي الحديث هو الأمثل لوجود الحياة وتطورها. كمجال لتكوين الطقس والمناخ ، يجب أن يخلق الغلاف الجوي ظروفًا مريحة لحياة الناس والحيوانات والنباتات. تخلق الانحرافات في اتجاه أو آخر في نوعية الهواء الجوي والظروف الجوية ظروفًا قاسية لحياة عالم الحيوان والنبات ، بما في ذلك البشر.

لا يوفر الغلاف الجوي للأرض فقط الظروف لوجود الجنس البشري ، كونه العامل الرئيسي في تطور الغلاف الإثني. في الوقت نفسه ، اتضح أنها مصدر للطاقة والمواد الخام للإنتاج. بشكل عام ، يعتبر الغلاف الجوي عاملاً يحافظ على صحة الإنسان ، وبعض المناطق ، نظرًا للظروف المادية والجغرافية وجودة الهواء الجوي ، تعمل كمناطق ترفيهية وهي مناطق مخصصة لعلاج المصحات والاستجمام للناس. وبالتالي ، فإن الجو هو عامل تأثير جمالي وعاطفي.

إن وظائف الغلاف الجوي الإثنوسفيري والتكنوسفيري للغلاف الجوي ، التي تم تحديدها مؤخرًا (E.D. Nikitin ، N. A. Yasamanov ، 2001) ، تحتاج إلى دراسة مستقلة ومتعمقة. وبالتالي ، فإن دراسة وظائف طاقة الغلاف الجوي مهمة للغاية من حيث حدوث وتشغيل العمليات التي تضر بالبيئة ، ومن حيث التأثير على صحة الإنسان ورفاهيته. في هذه الحالة ، نتحدث عن طاقة الأعاصير والأعاصير المضادة ، والدوامات الجوية ، والضغط الجوي والظواهر الجوية المتطرفة الأخرى ، والتي سيساهم الاستخدام الفعال لها في الحل الناجح لمشكلة الحصول على مصادر طاقة بديلة لا تلوث البيئة. بيئة. بعد كل شيء ، فإن بيئة الهواء ، وخاصة ذلك الجزء منها الذي يقع فوق المحيط العالمي ، هي منطقة لإطلاق كمية هائلة من الطاقة المجانية.

على سبيل المثال ، ثبت أن الأعاصير المدارية ذات القوة المتوسطة تطلق طاقة تعادل طاقة 500000 قنبلة ذرية تم إلقاؤها على هيروشيما وناغازاكي في يوم واحد فقط. لمدة 10 أيام من وجود مثل هذا الإعصار ، يتم إطلاق طاقة كافية لتلبية جميع احتياجات الطاقة في بلد مثل الولايات المتحدة لمدة 600 عام.

في السنوات الأخيرة ، تم نشر عدد كبير من أعمال علماء الطبيعة ، بطريقة أو بأخرى تتعلق بالجوانب المختلفة للنشاط وتأثير الغلاف الجوي على عمليات الأرض ، مما يشير إلى تكثيف التفاعلات متعددة التخصصات في العلوم الطبيعية الحديثة. في الوقت نفسه ، يتجلى الدور التكاملي لبعض اتجاهاتها ، من بينها أنه من الضروري ملاحظة الاتجاه الوظيفي الإيكولوجي في الجيوكولوجيا.

يحفز هذا الاتجاه التحليل والتعميم النظري للوظائف البيئية ودور الكواكب لمختلف المجالات الأرضية ، وهذا بدوره شرط أساسي مهم لتطوير المنهجية والأسس العلمية لدراسة شاملة لكوكبنا ، والاستخدام الرشيد و حماية مواردها الطبيعية.

يتكون الغلاف الجوي للأرض من عدة طبقات: طبقة التروبوسفير والستراتوسفير والميزوسفير والغلاف الحراري والأيونوسفير والغلاف الخارجي. في الجزء العلوي من التروبوسفير والجزء السفلي من الستراتوسفير توجد طبقة غنية بالأوزون تسمى طبقة الأوزون. تم تحديد بعض الانتظامات (اليومية ، الموسمية ، السنوية ، إلخ) في توزيع الأوزون. منذ نشأته ، أثر الغلاف الجوي على مسار العمليات الكوكبية. كان التكوين الأساسي للغلاف الجوي مختلفًا تمامًا عن الوقت الحالي ، ولكن بمرور الوقت زادت نسبة ودور النيتروجين الجزيئي بشكل مطرد ، حيث ظهر الأكسجين الحر منذ حوالي 650 مليون سنة ، وتزايدت كميته باستمرار ، لكن تركيز ثاني أكسيد الكربون انخفض وفقًا لذلك. . تحدد الحركة العالية للغلاف الجوي وتكوينه الغازي ووجود الهباء الجوي دوره البارز ومشاركته النشطة في مختلف العمليات الجيولوجية والغلاف الحيوي. دور الغلاف الجوي في إعادة توزيع الطاقة الشمسية وتطور الظواهر الطبيعية الكارثية والكوارث دور كبير. الزوابع الجوية - الأعاصير (الأعاصير) والأعاصير والأعاصير والظواهر الأخرى لها تأثير سلبي على العالم العضوي والنظم 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 وغازات الدفيئة المختلفة ، ولكن أيضًا في زيادة كمية بخار الماء ، وتتجلى في شكل ضباب دخاني وأمطار حمضية. تغير غازات الدفيئة نظام درجة حرارة سطح الأرض ، وتقلل انبعاثات غازات معينة من حجم شاشة الأوزون وتساهم في تكوين ثقوب الأوزون. الدور الإثنوغرافي للغلاف الجوي للأرض عظيم.

دور الغلاف الجوي في العمليات الطبيعية

يخلق الغلاف الجوي السطحي في حالته الوسيطة بين الغلاف الصخري والفضاء الخارجي وتكوينه الغازي ظروفًا لحياة الكائنات الحية. في الوقت نفسه ، تعتمد العوامل الجوية وشدة تدمير الصخور ، ونقل وتراكم المواد الفتاتية على كمية وطبيعة وتواتر هطول الأمطار ، وتواتر الرياح وقوتها ، وخاصة على درجة حرارة الهواء. الغلاف الجوي هو المكون المركزي للنظام المناخي. درجة حرارة الهواء والرطوبة والغيوم وهطول الأمطار والرياح - كل هذا يميز الطقس ، أي حالة الغلاف الجوي المتغيرة باستمرار. في الوقت نفسه ، تميز هذه المكونات نفسها المناخ أيضًا ، أي متوسط ​​نظام الطقس على المدى الطويل.

تكوين الغازات ووجود السحب والشوائب المختلفة والتي تسمى جزيئات الهباء الجوي (الرماد والغبار وجزيئات بخار الماء) ، تحدد خصائص مرور الإشعاع الشمسي عبر الغلاف الجوي وتمنع هروب الإشعاع الحراري للأرض. في الفضاء الخارجي.

الغلاف الجوي للأرض متحرك للغاية. تؤثر العمليات التي تنشأ فيه والتغيرات في تكوين الغاز ، وسمكه ، وظهوره الغائم ، وشفافيته ووجود جزيئات الهباء الجوي المختلفة فيه على كل من الطقس والمناخ.

يتم تحديد عمل واتجاه العمليات الطبيعية ، وكذلك الحياة والنشاط على الأرض ، من خلال الإشعاع الشمسي. يعطي 99.98٪ من الحرارة القادمة إلى سطح الأرض. سنويا فهو يصنع 134 * 10 19 سعرة حرارية. يمكن الحصول على هذه الكمية من الحرارة عن طريق حرق 200 مليار طن من الفحم. ستكون احتياطيات الهيدروجين ، التي تولد هذا التدفق من الطاقة الحرارية النووية في كتلة الشمس ، كافية لمدة 10 مليارات سنة أخرى على الأقل ، أي لفترة ضعف وجود كوكبنا نفسه.

حوالي ثلث إجمالي كمية الطاقة الشمسية التي تدخل الحدود العليا للغلاف الجوي تنعكس مرة أخرى في الفضاء العالمي ، وتمتص طبقة الأوزون 13٪ (بما في ذلك جميع الأشعة فوق البنفسجية تقريبًا). 7٪ - باقي الغلاف الجوي و 44٪ فقط تصل إلى سطح الأرض. إجمالي الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى الأرض في يوم واحد يساوي الطاقة التي تلقتها البشرية نتيجة حرق جميع أنواع الوقود على مدار الألفية الماضية.

تعتمد كمية وطبيعة توزيع الإشعاع الشمسي على سطح الأرض اعتمادًا وثيقًا على غيوم الغلاف الجوي وشفافيته. تتأثر كمية الإشعاع المتناثر بارتفاع الشمس فوق الأفق ، وشفافية الغلاف الجوي ، ومحتوى بخار الماء ، والغبار ، والكمية الإجمالية لثاني أكسيد الكربون ، إلخ.

يقع أقصى قدر من الإشعاع المتناثر في المناطق القطبية. كلما كانت الشمس منخفضة فوق الأفق ، قلت الحرارة التي تدخل منطقة معينة.

شفافية الغلاف الجوي والغيوم لهما أهمية كبيرة. في يوم صيفي ملبد بالغيوم ، عادة ما يكون الجو أكثر برودة منه في يوم صافٍ ، لأن السحب النهارية تمنع سطح الأرض من التسخين.

يلعب محتوى الغبار في الغلاف الجوي دورًا مهمًا في توزيع الحرارة. إن الجزيئات الصلبة المتناثرة بدقة من الغبار والرماد الموجودة فيه ، والتي تؤثر على شفافيتها ، تؤثر سلبًا على توزيع الإشعاع الشمسي ، الذي ينعكس معظمه. تدخل الجسيمات الدقيقة الغلاف الجوي بطريقتين: إما أن تكون رمادًا ينبعث أثناء الانفجارات البركانية ، أو غبار صحراوي تحمله الرياح من المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية القاحلة. يتشكل الكثير من هذا الغبار بشكل خاص أثناء فترات الجفاف ، عندما يتم نقله إلى الطبقات العليا من الغلاف الجوي عن طريق تيارات الهواء الدافئ ويمكن أن يبقى هناك لفترة طويلة. بعد ثوران بركان كراكاتوا في عام 1883 ، ظل الغبار الذي ألقى عشرات الكيلومترات في الغلاف الجوي في طبقة الستراتوسفير لمدة 3 سنوات تقريبًا. نتيجة لثوران بركان El Chichon (المكسيك) عام 1985 ، وصل الغبار إلى أوروبا ، وبالتالي كان هناك انخفاض طفيف في درجات حرارة السطح.

يحتوي الغلاف الجوي للأرض على كمية متغيرة من بخار الماء. بالقيمة المطلقة ، من حيث الوزن أو الحجم ، تتراوح الكمية من 2 إلى 5٪.

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

المصدر الأساسي لبخار الماء في الغلاف الجوي هو سطح المحيطات. تتبخر منها طبقة من الماء بسمك 95 إلى 110 سم سنويًا ، ويعود جزء من الرطوبة إلى المحيط بعد التكثف ، ويتجه الآخر نحو القارات بواسطة التيارات الهوائية. في المناطق ذات المناخ المتغير الرطوبة ، يعمل هطول الأمطار على ترطيب التربة ، وفي المناطق الرطبة يخلق احتياطيات من المياه الجوفية. وبالتالي ، فإن الغلاف الجوي هو تراكم للرطوبة وخزان لهطول الأمطار. والضباب الذي يتشكل في الغلاف الجوي يوفر الرطوبة لغطاء التربة وبالتالي يلعب دورًا حاسمًا في تنمية عالم الحيوان والنبات.

يتم توزيع رطوبة الغلاف الجوي على سطح الأرض بسبب حركة الغلاف الجوي. لديها نظام معقد للغاية من الرياح وتوزيع الضغط. نظرًا لحقيقة أن الغلاف الجوي في حالة حركة مستمرة ، فإن طبيعة ومدى توزيع تدفقات الرياح والضغط يتغيران باستمرار. تتنوع مقاييس الدوران من الأرصاد الجوية الدقيقة ، التي لا يتجاوز حجمها بضع مئات من الأمتار ، إلى مقياس عالمي يبلغ حجمه عدة عشرات الآلاف من الكيلومترات. تشارك الدوامات الجوية الضخمة في إنشاء أنظمة للتيارات الهوائية واسعة النطاق وتحديد الدوران العام للغلاف الجوي. بالإضافة إلى ذلك ، فهي مصادر لظواهر الغلاف الجوي الكارثية.

يعتمد توزيع الأحوال الجوية والظروف المناخية وعمل المادة الحية على الضغط الجوي. في حالة تذبذب الضغط الجوي ضمن حدود صغيرة ، فإنه لا يلعب دورًا حاسمًا في رفاهية الناس وسلوك الحيوانات ولا يؤثر على الوظائف الفسيولوجية للنباتات. كقاعدة عامة ، ترتبط الظواهر الأمامية وتغيرات الطقس بتغيرات الضغط.

يعد الضغط الجوي ذا أهمية أساسية لتكوين الرياح ، والتي ، باعتبارها عاملاً من عوامل التخفيف ، لها التأثير الأقوى على النباتات والحيوانات.

الريح قادرة على كبح نمو النباتات وفي نفس الوقت تعزز نقل البذور. دور الرياح في تكوين الطقس والظروف المناخية كبير. كما أنه يعمل كمنظم للتيارات البحرية. تساهم الرياح كواحد من العوامل الخارجية في تآكل وانكماش المواد التي تتعرض للعوامل الجوية على مسافات طويلة.

الدور البيئي والجيولوجي لعمليات الغلاف الجوي

يؤثر انخفاض شفافية الغلاف الجوي بسبب ظهور جزيئات الهباء الجوي والغبار الصلب فيه على توزيع الإشعاع الشمسي ، مما يزيد من البياض أو الانعكاسية. تؤدي التفاعلات الكيميائية المختلفة إلى نفس النتيجة ، مما يؤدي إلى تحلل الأوزون وتكوين غيوم "لؤلؤية" تتكون من بخار الماء. التغير العالمي في الانعكاسية ، وكذلك التغيرات في تكوين غازات الغلاف الجوي ، وغازات الاحتباس الحراري بشكل أساسي ، هي سبب تغير المناخ.

تؤدي التسخين غير المتكافئ ، الذي يسبب اختلافات في الضغط الجوي على أجزاء مختلفة من سطح الأرض ، إلى دوران الغلاف الجوي ، وهي السمة المميزة لطبقة التروبوسفير. عندما يكون هناك اختلاف في الضغط ، يندفع الهواء من مناطق الضغط العالي إلى مناطق الضغط المنخفض. تحدد حركات الكتل الهوائية هذه ، جنبًا إلى جنب مع الرطوبة ودرجة الحرارة ، السمات البيئية والجيولوجية الرئيسية لعمليات الغلاف الجوي.

اعتمادًا على السرعة ، تنتج الرياح أعمالًا جيولوجية مختلفة على سطح الأرض. بسرعة 10 م / ث ، تهز أغصان الأشجار السميكة ، تلتقط وتحمل الغبار والرمل الناعم ؛ يكسر أغصان الأشجار بسرعة 20 م / ث ويحمل الرمل والحصى ؛ بسرعة 30 م / ث (عاصفة) تقطع أسطح المنازل ، وتقتلع الأشجار ، وتكسر الأعمدة ، وتحرك الحصى وتحمل الحصى الصغيرة ، وإعصار بسرعة 40 م / ث يدمر المنازل ويكسر ويهدم خط الكهرباء أعمدة تقتلع الأشجار الكبيرة.

للعواصف العاصفة والأعاصير (الأعاصير) تأثير بيئي سلبي كبير مع عواقب وخيمة - الدوامات الجوية التي تحدث في الموسم الدافئ على جبهات جوية قوية بسرعة تصل إلى 100 م / ث. الزوابع هي زوابع أفقية مع سرعة رياح إعصار (تصل إلى 60-80 م / ث). غالبًا ما تكون مصحوبة بزخات غزيرة وعواصف رعدية تستمر من بضع دقائق إلى نصف ساعة. تغطي العواصف مناطق يصل عرضها إلى 50 كم وتقطع مسافة 200-250 كم. وألحقت عاصفة شديدة في موسكو ومنطقة موسكو عام 1998 أضرارا بأسطح العديد من المنازل وألحقت أضرارا بالأشجار.

الأعاصير ، التي تسمى الأعاصير في أمريكا الشمالية ، هي دوامات قوية في الغلاف الجوي على شكل قمع ترتبط غالبًا بالسحب الرعدية. هذه أعمدة من الهواء تضيق في الوسط ويبلغ قطرها عدة عشرات إلى مئات الأمتار. يبدو الإعصار على شكل قمع ، مشابه جدًا لجذع الفيل ، ينزل من السحب أو يرتفع من سطح الأرض. يمتلك الإعصار خلخلة قوية وسرعة دوران عالية ، ويسافر إلى عدة مئات من الكيلومترات ، ويسحب الغبار والمياه من الخزانات والأشياء المختلفة. تصاحب الأعاصير القوية العواصف الرعدية والأمطار ولها قوة تدميرية كبيرة.

نادرًا ما تحدث الأعاصير في المناطق شبه القطبية أو الاستوائية ، حيث يكون الجو باردًا أو ساخنًا باستمرار. قليل من الأعاصير في المحيطات المفتوحة. تحدث الأعاصير في أوروبا واليابان وأستراليا والولايات المتحدة الأمريكية وروسيا بشكل خاص في منطقة وسط الأرض السوداء ، في مناطق موسكو وياروسلافل ونيجني نوفغورود وإيفانوفو.

تورنادو ترفع وتحرك السيارات والمنازل والعربات والجسور. يتم ملاحظة الأعاصير المدمرة بشكل خاص (الأعاصير) في الولايات المتحدة. يتم تسجيل 450 إلى 1500 إعصار سنويًا ، بمتوسط ​​حوالي 100 ضحية. الأعاصير هي عمليات جوية كارثية سريعة المفعول. يتم تشكيلها في 20-30 دقيقة فقط ، ومدة وجودها 30 دقيقة. لذلك ، يكاد يكون من المستحيل التنبؤ بوقت ومكان حدوث الأعاصير.

دوامات الغلاف الجوي الأخرى المدمرة ، ولكن طويلة المدى هي الأعاصير. تتشكل بسبب انخفاض الضغط ، والذي ، في ظل ظروف معينة ، يساهم في حدوث حركة دائرية للتيارات الهوائية. تنشأ الدوامات الجوية حول تيارات تصاعدية قوية من الهواء الدافئ الرطب وتدور بسرعة عالية في اتجاه عقارب الساعة في نصف الكرة الجنوبي وعكس اتجاه عقارب الساعة في نصف الكرة الشمالي. الأعاصير ، على عكس الأعاصير ، تنشأ فوق المحيطات وتنتج أفعالها المدمرة فوق القارات. وتتمثل العوامل المدمرة الرئيسية في الرياح القوية ، وهطول الأمطار الغزيرة على شكل تساقط الثلوج والأمطار الغزيرة والبرد والفيضانات المفاجئة. رياح 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 من 50 إلى 200 كم / ساعة. الأعاصير في منتصف خط العرض لها قطر أكبر. تتراوح أبعادها العرضية من آلاف إلى عدة آلاف من الكيلومترات ، وتكون سرعة الرياح عاصفة. يتحركون في نصف الكرة الشمالي من الغرب ويرافقهم البرد وتساقط الثلوج ، وهي كارثية. الأعاصير والأعاصير المصاحبة لها هي أكبر الكوارث الطبيعية بعد الفيضانات من حيث عدد الضحايا والأضرار التي تسببها. في المناطق المكتظة بالسكان في آسيا ، يُقاس عدد الضحايا خلال الأعاصير بالآلاف. في عام 1991 ، في بنغلاديش ، خلال إعصار تسبب في تكوين أمواج بحرية بارتفاع 6 أمتار ، توفي 125 ألف شخص. تتسبب الأعاصير في أضرار جسيمة للولايات المتحدة. نتيجة لذلك ، يموت العشرات والمئات من الناس. في 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 لمدة 90-100 يوم في السنة ، في المنطقة المعتدلة لمدة 10-30 يومًا. في بلدنا أكبر عدد من العواصف الرعدية يحدث في شمال القوقاز.

عادة ما تستمر العواصف الرعدية أقل من ساعة. تشكل الأمطار الغزيرة ، وعواصف البَرَد ، والصواعق ، وهبوب الرياح ، والتيارات الهوائية العمودية خطرًا خاصًا. يتم تحديد خطر البَرَد حسب حجم أحجار البَرَد. في شمال القوقاز ، وصلت كتلة أحجار البرد مرة واحدة إلى 0.5 كجم ، وفي الهند ، لوحظت أحجار البَرَد التي تزن 7 كجم. تقع أكثر المناطق خطورة في بلادنا في شمال القوقاز. في يوليو 1992 ، ألحق حائل أضرارًا بـ 18 طائرة في مطار مينيراليني فودي.

البرق هو ظاهرة مناخية خطرة. إنهم يقتلون الناس ، ويقتلون الماشية ، ويتسببون في الحرائق ، ويتلفون شبكة الكهرباء. يموت حوالي 10000 شخص كل عام بسبب العواصف الرعدية وعواقبها في جميع أنحاء العالم. علاوة على ذلك ، في بعض أجزاء أفريقيا ، في فرنسا والولايات المتحدة ، يكون عدد ضحايا الصواعق أكبر من عدد ضحايا الظواهر الطبيعية الأخرى. الأضرار الاقتصادية السنوية الناجمة عن العواصف الرعدية في الولايات المتحدة لا تقل عن 700 مليون دولار.

حالات الجفاف نموذجية في مناطق الصحراء والسهوب والغابات. يؤدي قلة هطول الأمطار إلى جفاف التربة ، وانخفاض مستوى المياه الجوفية والخزانات حتى تجف تمامًا. يؤدي نقص الرطوبة إلى موت النباتات والمحاصيل. حالات الجفاف شديدة بشكل خاص في أفريقيا والشرق الأدنى والشرق الأوسط وآسيا الوسطى وجنوب أمريكا الشمالية.

يغير الجفاف ظروف حياة الإنسان ، وله تأثير سلبي على البيئة الطبيعية من خلال عمليات مثل تملح التربة والرياح الجافة والعواصف الترابية وتآكل التربة وحرائق الغابات. تكون الحرائق قوية بشكل خاص أثناء الجفاف في مناطق التايغا والغابات الاستوائية وشبه الاستوائية والسافانا.

حالات الجفاف هي عمليات قصيرة المدى تستمر لموسم واحد. عندما يستمر الجفاف لأكثر من موسمين ، يكون هناك خطر المجاعة والوفيات الجماعية. عادة ، يمتد تأثير الجفاف إلى أراضي دولة واحدة أو أكثر. غالبًا ما تحدث حالات جفاف طويلة الأمد لها عواقب مأساوية في منطقة الساحل بأفريقيا.

تسبب ظواهر الغلاف الجوي مثل تساقط الثلوج والأمطار الغزيرة المتقطعة والأمطار الطويلة الأمد أضرارًا جسيمة. يتسبب تساقط الثلوج في حدوث انهيارات جليدية هائلة في الجبال ، ويؤدي الذوبان السريع للثلوج المتساقطة والأمطار الغزيرة الطويلة إلى حدوث فيضانات. تتسبب الكتلة الهائلة من المياه المتساقطة على سطح الأرض ، خاصة في المناطق الخالية من الأشجار ، في تآكل شديد لغطاء التربة. هناك نمو مكثف لأنظمة شعاع الوادي. تحدث الفيضانات نتيجة للفيضانات الكبيرة خلال فترة هطول الأمطار الغزيرة أو الفيضانات بعد الاحترار المفاجئ أو ذوبان الثلوج في الربيع ، وبالتالي فهي ظاهرة جوية في الأصل (تمت مناقشتها في الفصل الخاص بالدور البيئي للغلاف المائي).

التغيرات البشرية المنشأ في الغلاف الجوي

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

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

تنبعث من الصناعة في الغلاف الجوي ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد الكربون وثاني أكسيد الهيدروكربونات والأمونيا وكبريتيد الهيدروجين وحمض الكبريتيك والفينول والكلور والفلور وغيرها من المركبات والمواد الكيميائية. لكن المكانة المهيمنة بين الانبعاثات (تصل إلى 85٪) يشغلها الغبار.

نتيجة للتلوث ، تتغير شفافية الغلاف الجوي ، وتظهر فيه الهباء الجوي والضباب الدخاني والأمطار الحمضية.

الهباء الجوي عبارة عن أنظمة مشتتة تتكون من جزيئات صلبة أو قطرات سائلة معلقة في وسط غازي. عادة ما يكون حجم جسيم الطور المشتت 10 -3 -10 -7 سم اعتمادًا على تكوين المرحلة المشتتة ، يتم تقسيم الهباء الجوي إلى مجموعتين. الأول يشمل الهباء الجوي الذي يتكون من جسيمات صلبة منتشرة في وسط غازي ، والثاني - ضباب ، وهو خليط من الأطوار الغازية والسائلة. الأول يسمى الدخان ، والثاني - 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 لنوى التركيز. لذلك ، على سبيل المثال ، عندما يتم تدمير العشب الجاف بنيران على مساحة 4000 م 2 ، يتم تشكيل 11 * 10 22 نوى الهباء الجوي في المتوسط.

بدأت الهباء الجوي تتشكل منذ لحظة ظهور كوكبنا وأثرت على الظروف الطبيعية. ومع ذلك ، فإن عددهم وأفعالهم ، متوازنة مع التداول العام للمواد في الطبيعة ، لم تسبب تغيرات بيئية عميقة. أدت العوامل البشرية في تكوينها إلى تحويل هذا التوازن نحو الأحمال الزائدة الكبيرة في الغلاف الحيوي. ظهرت هذه الميزة بشكل خاص منذ أن بدأت البشرية في استخدام الهباء الجوي الذي تم إنشاؤه خصيصًا في شكل مواد سامة ولوقاية النبات.

أخطر الغطاء النباتي هو الهباء الجوي لثاني أكسيد الكبريت وفلوريد الهيدروجين والنيتروجين. عند ملامستها لسطح ورقة مبللة ، فإنها تشكل أحماض لها تأثير ضار على الكائنات الحية. يدخل الرذاذ الحمضي مع الهواء المستنشق إلى أعضاء الجهاز التنفسي للحيوانات والبشر ، ويؤثر بشدة على الأغشية المخاطية. بعضها يتحلل الأنسجة الحية ، والهباء الجوي المشع يسبب السرطان. من بين النظائر المشعة ، يعتبر SG 90 خطرًا خاصًا ليس فقط بسبب قدرته على الإصابة بالسرطان ، ولكن أيضًا باعتباره نظيرًا للكالسيوم ، يحل محله في عظام الكائنات الحية ، مما يتسبب في تحللها.

أثناء التفجيرات النووية ، تتشكل غيوم الهباء الجوي المشعة في الغلاف الجوي. الجسيمات الصغيرة التي يتراوح نصف قطرها من 1 إلى 10 ميكرون لا تسقط فقط في الطبقات العليا من التروبوسفير ، ولكن أيضًا في الستراتوسفير ، حيث يمكنها البقاء لفترة طويلة. تتشكل غيوم الهباء الجوي أيضًا أثناء تشغيل مفاعلات المنشآت الصناعية التي تنتج الوقود النووي ، وكذلك نتيجة للحوادث في محطات الطاقة النووية.

الضباب الدخاني هو مزيج من الهباء الجوي بمراحل متناثرة سائلة وصلبة تشكل ستارة ضبابية فوق المناطق الصناعية والمدن الكبيرة.

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

أحيانًا ما يطلق على الضباب الدخاني الرطب ، أو الضباب الدخاني من نوع لندن ، الضباب الدخاني الشتوي. إنه مزيج من الملوثات الغازية (بشكل أساسي 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 السطحية للهواء البارد (أقل من 700 متر). في الوقت نفسه ، لا يوجد التبادل الأفقي فحسب ، بل أيضًا الرأسي. تتراكم الملوثات ، التي عادة ما تكون مشتتة في طبقات عالية ، في الطبقة السطحية.

يحدث الضباب الدخاني الجاف خلال فصل الصيف وغالبًا ما يشار إليه على أنه ضباب دخان من نوع LA. إنه خليط من الأوزون وأول أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين والأبخرة الحمضية. يتكون هذا الضباب الدخاني نتيجة تحلل الملوثات عن طريق الإشعاع الشمسي ، وخاصة الجزء فوق البنفسجي. الشرط الأساسي للأرصاد الجوية هو انعكاس الغلاف الجوي ، والذي يتم التعبير عنه في ظهور طبقة من الهواء البارد فوق الطبقة الدافئة. يتم بعد ذلك تشتيت الغازات والجسيمات الصلبة التي يتم رفعها بواسطة تيارات الهواء الدافئ في الطبقات الباردة العليا ، ولكنها في هذه الحالة تتراكم في طبقة الانعكاس. في عملية التحلل الضوئي ، تتحلل ثاني أكسيد النيتروجين المتكون أثناء احتراق الوقود في محركات السيارات:

لا 2 → لا + س

ثم يحدث تخليق الأوزون:

O + O 2 + M → O 3 + M.

NO + O → NO 2

يصاحب عمليات التفكك الضوئي توهج أصفر وأخضر.

بالإضافة إلى ذلك ، تحدث التفاعلات وفقًا للنوع: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4 ، أي يتم تكوين حمض الكبريتيك القوي.

مع تغير ظروف الأرصاد الجوية (ظهور الرياح أو تغير الرطوبة) ، يتبدد الهواء البارد ويختفي الضباب الدخاني.

يؤدي وجود المواد المسرطنة في الضباب الدخاني إلى فشل الجهاز التنفسي وتهيج الأغشية المخاطية واضطرابات الدورة الدموية والاختناق بالربو وغالبًا الموت. الضباب الدخاني خطير بشكل خاص على الأطفال الصغار.

المطر الحمضي هو ترسيب جوي محمض بالانبعاثات الصناعية لأكاسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين وأبخرة حمض البيركلوريك والكلور المذاب فيها. في عملية حرق الفحم والغاز ، يتحول معظم الكبريت الموجود فيه ، سواء في شكل أكسيد أو في مركبات مع الحديد ، ولا سيما في البيريت ، والبيروتيت ، والكالكوبيريت ، وما إلى ذلك ، إلى أكسيد الكبريت ، والذي يتحول مع الكربون ثاني أكسيد ، يتم إطلاقه في الغلاف الجوي. عندما يتم الجمع بين النيتروجين والانبعاثات التقنية في الغلاف الجوي والأكسجين ، تتشكل أكاسيد النيتروجين المختلفة ، ويعتمد حجم أكاسيد النيتروجين المتكونة على درجة حرارة الاحتراق. يحدث الجزء الأكبر من أكاسيد النيتروجين أثناء تشغيل المركبات ذات المحركات وقاطرات الديزل ، ويحدث الجزء الأصغر في قطاع الطاقة والمؤسسات الصناعية. أكاسيد الكبريت والنيتروجين هي المكونات الحمضية الرئيسية. عند التفاعل مع الأكسجين الجوي وبخار الماء فيه ، تتشكل أحماض الكبريتيك والنتريك.

من المعروف أن التوازن الحمضي القلوي للوسط يتحدد بقيمة الرقم الهيدروجيني. البيئة المحايدة لها قيمة pH 7 ، البيئة الحمضية لها قيمة pH 0 ، البيئة القلوية لها قيمة pH 14. في العصر الحديث ، قيمة pH لمياه الأمطار هي 5.6 ، على الرغم من أنها في الماضي القريب كان محايدا. يتوافق الانخفاض في قيمة الرقم الهيدروجيني بمقدار واحد مع زيادة الحموضة بمقدار عشرة أضعاف ، وبالتالي ، في الوقت الحالي ، تسقط الأمطار مع زيادة الحموضة في كل مكان تقريبًا. كانت أقصى حموضة للأمطار مسجلة في أوروبا الغربية هي 4-3.5 درجة حموضة. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن قيمة الأس الهيدروجيني التي تساوي 4-4.5 مميتة لمعظم الأسماك.

للأمطار الحمضية تأثير قوي على الغطاء النباتي للأرض وعلى المباني الصناعية والسكنية وتسهم في تسارع كبير في تجوية الصخور المكشوفة. تمنع زيادة الحموضة التنظيم الذاتي لمعادلة التربة التي تذوب فيها المغذيات. وهذا بدوره يؤدي إلى انخفاض حاد في الغلة ويتسبب في تدهور الغطاء النباتي. تساهم حموضة التربة في إطلاق مادة ثقيلة تكون في حالة مقيدة ، والتي تمتصها النباتات تدريجيًا ، مما يتسبب في تلف الأنسجة الشديد فيها واختراق السلسلة الغذائية للإنسان.

يؤدي التغيير في إمكانات الأحماض القلوية لمياه البحر ، خاصة في المياه الضحلة ، إلى توقف تكاثر العديد من اللافقاريات ، ويسبب موت الأسماك ويعطل التوازن البيئي في المحيطات.

نتيجة للأمطار الحمضية ، تتعرض غابات أوروبا الغربية ودول البلطيق وكاريليا والأورال وسيبيريا وكندا لخطر الموت.

هو الغلاف الجوي للكوكب ، ويتكون من غازات وشوائب ، مثل الغبار والأملاح ومنتجات الاحتراق أو الماء ، في حين أن كميتها ليست قيمة ثابتة ، على عكس تركيز الغازات. دعونا نفكر بالتفصيل في تكوين الغاز في الغلاف الجوي من حيث النسبة المئوية: النيتروجين - 78٪ ، الأكسجين - 21٪ ، الزينون - 8.7٪ ، الهيدروجين - 5٪ ، أكسيد النيتروز - 5٪ ، الهيليوم - 4.6٪ ، النيون - 1.8 ٪ ، ميثان - 1.7٪ ، كريبتون - 1.1٪ ، أرجون - 0.9٪ ، ماء - 0.5٪ ، ثاني أكسيد الكربون - 0.03٪.

يتضمن تكوين الغلاف الجوي بخار الماء ، والذي يختلف في المكان والزمان ويتركز في طبقة التروبوسفير. تميل إلى التغيير ويعتمد محتواها بشكل مباشر على حياة البشر والنباتات. غالبًا ما توجد جزيئات الهباء الجوي الناتجة عن الأنشطة البشرية في طبقة التروبوسفير وعلى ارتفاعات عالية ، ولكنها في الحالة الأخيرة تكون بجرعات صغيرة.

وهكذا ، يتغير تكوين الغلاف الجوي مع تغير الارتفاع. في الطبقات القريبة من الأرض ، تزداد كمية ثاني أكسيد الكربون وينخفض ​​الأكسجين. في بعض الأماكن تزداد نسبة الميثان والغازات الأخرى مما يساهم في تدمير طبقة الأوزون وظهور ظاهرة الاحتباس الحراري وحوالي 10٪ من الشوائب تدخل الغلاف الجوي نتيجة العمليات الطبيعية. على سبيل المثال ، أثناء الانفجارات البركانية ، يدخل فيها الرماد والكبريتيك والأحماض الأخرى ، وكذلك الغازات السامة. المصادر الأخرى للكبريت هي بقايا النباتات المتحللة وقطرات مياه البحر وحرائق الغابات. بالإضافة إلى ذلك ، يساهم هذا الأخير في إطلاق المركبات العضوية المتطايرة (المركبات العضوية المتطايرة). 90٪ المتبقية من الشوائب التي يتكون منها الغلاف الجوي تأتي من الأنشطة البشرية. يمكن أن يكون هذا ، على سبيل المثال ، انبعاثات الدخان وتخزين النفايات وما إلى ذلك.

وتجدر الإشارة إلى أن الغلاف الجوي يتكون من خمس طبقات يتم تحديد حدودها بالتغيرات في نظام درجة الحرارة الذي يعتمد على الاختلافات في امتصاص الإشعاع.

لذلك ، تدخل الغازات من سطح الأرض إلى الطبقة السفلى (طبقة التروبوسفير). يحتوي التروبوسفير على مكونين رئيسيين لتشكيل الغاز: النيتروجين والأكسجين. تحتوي هذه الطبقة أيضًا على كمية كبيرة من الهباء الجوي وبخار الماء الناتج عن التبخر من سطح محيطات المياه.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن تكوين الغلاف الجوي يتضمن مواد مختلفة تلوثه ولها تأثير ضار على الكائنات الحية. دعونا نفكر في بعضها.

1. يدخل الغلاف الجوي أثناء تبخر مياه البحر وانبعاثات الغاز والعمليات الطبيعية الأخرى ، وكذلك أثناء احتراق الوقود. هنا يتفاعل مع بخار الماء ويشكل حامض الكبريتيك.

2. ينتج أول أكسيد الكربون عن طريق احتراق الخشب والوقود والتبغ ، وكذلك عن طريق تشغيل محرك الاحتراق الداخلي.

3. تتشكل المركبات العضوية المتطايرة (الأيزوبرين والتربين والميثان) نتيجة لأنشطة المصانع الكيماوية ومحطات الطاقة الحرارية وكذلك تبخر الرطوبة في مزارع الأرز أو المستنقعات.

4. يتكون أكسيد النيتروجين (ثاني أكسيد) مع نقص الأكسجين نتيجة احتراق الوقود ، وكذلك مع كمية كبيرة من الانبعاثات من محطات الطاقة الحرارية.

5. المؤكسدات الكيميائية الضوئية (PAN ، الفورمالديهايد والأوزون) تتشكل نتيجة تفاعلات كيميائية تحدث بمشاركة الإشعاع الشمسي.

وبالتالي ، فإن تكوين الغلاف الجوي للأرض يتضمن عددًا كبيرًا من العناصر والمواد المختلفة. بعضها لا غنى عنه للحفاظ على النشاط الحيوي للكائنات الحية على هذا الكوكب ، والبعض الآخر يلعب دورًا ضارًا لهم ، ويساهم في تدميرها. هذا هو السبب في أنه من الضروري التأكد من عدم دخول كمية كبيرة من المواد الضارة إلى الغلاف الجوي ، مما يؤدي إلى تدميره تدريجياً.

الغلاف الغازي الذي يحيط بكوكب الأرض ، والمعروف باسم الغلاف الجوي ، يتكون من خمس طبقات رئيسية. تنشأ هذه الطبقات على سطح الكوكب ، من مستوى سطح البحر (في بعض الأحيان أدناه) وترتفع إلى الفضاء الخارجي بالتسلسل التالي:

• تروبوسفير.
• الستراتوسفير.
• ميزوسفير.
• حرارة.
• إكزوسفير.

رسم تخطيطي للطبقات الرئيسية للغلاف الجوي للأرض

بين كل من هذه الطبقات الخمس الرئيسية توجد مناطق انتقالية تسمى "فترات توقف" حيث تحدث تغيرات في درجة حرارة الهواء وتكوينه وكثافته. إلى جانب فترات التوقف ، يشتمل الغلاف الجوي للأرض على إجمالي 9 طبقات.

تروبوسفير: حيث يحدث الطقس

من بين جميع طبقات الغلاف الجوي ، فإن طبقة التروبوسفير هي الطبقة التي نعرفها كثيرًا (سواء أدركت ذلك أم لا) ، لأننا نعيش في قاعها - سطح الكوكب. يغلف سطح الأرض ويمتد لأعلى لعدة كيلومترات. كلمة تروبوسفير تعني "تغيير الكرة". اسم مناسب جدًا ، لأن هذه الطبقة هي المكان الذي يحدث فيه طقسنا اليومي.

بدءًا من سطح الكوكب ، يرتفع التروبوسفير إلى ارتفاع يتراوح من 6 إلى 20 كم. يحتوي الثلث السفلي من الطبقة الأقرب إلينا على 50٪ من جميع غازات الغلاف الجوي. إنه الجزء الوحيد من التكوين الكامل للغلاف الجوي الذي يتنفس. بسبب حقيقة أن الهواء يسخن من الأسفل بواسطة سطح الأرض ، الذي يمتص الطاقة الحرارية للشمس ، تنخفض درجة حرارة وضغط التروبوسفير مع زيادة الارتفاع.

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

الستراتوسفير: موطن الأوزون

الستراتوسفير هي الطبقة التالية من الغلاف الجوي. يمتد من 6-20 كم إلى 50 كم فوق سطح الأرض. هذه هي الطبقة التي تطير فيها معظم الطائرات التجارية وتسافر المناطيد.

هنا ، لا يتدفق الهواء لأعلى ولأسفل ، ولكنه يتحرك موازية للسطح في تيارات هواء سريعة جدًا. تزداد درجات الحرارة كلما صعدت ، وذلك بفضل وفرة الأوزون الطبيعي (O3) ، وهو منتج ثانوي للإشعاع الشمسي ، والأكسجين ، الذي لديه القدرة على امتصاص أشعة الشمس فوق البنفسجية الضارة (أي ارتفاع في درجة الحرارة مع الارتفاع معروف في الأرصاد الجوية باعتبارها "انعكاسًا").

نظرًا لأن طبقة الستراتوسفير تحتوي على درجات حرارة أكثر دفئًا في القاع ودرجات حرارة أكثر برودة في الأعلى ، فإن الحمل الحراري (الحركات الرأسية للكتل الهوائية) نادر في هذا الجزء من الغلاف الجوي. في الواقع ، يمكنك مشاهدة عاصفة مستعرة في طبقة التروبوسفير من الستراتوسفير ، حيث تعمل الطبقة "كغطاء" للحمل الحراري ، والذي لا تخترق الغيوم العاصفة من خلاله.

يتبع الستراتوسفير مرة أخرى طبقة عازلة ، تسمى هذه المرة الستراتوبوز.

Mesosphere: الغلاف الجوي الأوسط

يقع الغلاف الجوي المتوسط ​​على بعد حوالي 50-80 كم من سطح الأرض. يعتبر الجزء العلوي من الغلاف الجوي أبرد مكان طبيعي على وجه الأرض ، حيث يمكن أن تنخفض درجات الحرارة إلى أقل من -143 درجة مئوية.

الحرارة: الغلاف الجوي العلوي

ويتبع طبقة الميزوسفير والميسوبوز الغلاف الحراري ، الذي يقع بين 80 و 700 كيلومتر فوق سطح الكوكب ، ويحتوي على أقل من 0.01٪ من إجمالي الهواء في الغلاف الجوي. تصل درجات الحرارة هنا إلى + 2000 درجة مئوية ، ولكن بسبب الندرة الشديدة للهواء ونقص جزيئات الغاز لنقل الحرارة ، يُنظر إلى درجات الحرارة المرتفعة هذه على أنها شديدة البرودة.

إكزوسفير: حدود الغلاف الجوي والفضاء

على ارتفاع حوالي 700-10000 كم فوق سطح الأرض يوجد الغلاف الخارجي - الحافة الخارجية للغلاف الجوي ، على الحدود مع الفضاء. هنا تدور أقمار الأرصاد الجوية حول الأرض.

ماذا عن الأيونوسفير؟

الأيونوسفير ليس طبقة منفصلة ، وفي الواقع يستخدم هذا المصطلح للإشارة إلى الغلاف الجوي على ارتفاع 60 إلى 1000 كم. يشمل الأجزاء العلوية من الغلاف الجوي ، والغلاف الحراري بأكمله وجزء من الغلاف الخارجي. حصل الغلاف المتأين على اسمه لأنه في هذا الجزء من الغلاف الجوي ، يتأين إشعاع الشمس عندما يمر بالمجالات المغناطيسية للأرض عند و. تُلاحظ هذه الظاهرة من الأرض كالشفق القطبي الشمالي.