فوق سطح الأرض مباشرة، يتكون الغلاف الجوي من طبقة من الغازات الأساسية لوجود الحياة على الكوكب. ففي النهاية، فهو يحتوي على الهواء الذي تتنفسه جميع الكائنات الحية. علاوة على ذلك، هذا هو المكان الذي تحدث فيه الظواهر والعمليات المناخية مثل ظاهرة الاحتباس الحراري.
- يبدو أن الأكسجين سوف ينفد من الأرض بشكل أسرع مما كنا نعتقد
- ربما كان الغلاف الجوي للأرض في وقت مبكر سامًا مثل الغلاف الجوي لكوكب الزهرة اليوم
يتكون الغلاف الجوي من 5 طبقات:
- التروبوسفير
- الستراتوسفير
- الميزوسفير
- الغلاف الحراري
- الغلاف الخارجي
لكن هذه الطبقة الغازية لم تكن هي نفسها دائمًا. يروي FreeGameGuide كيف ظهرت وتحولت حتى أصبحت على ما هي عليه اليوم. وبعد ذلك، سوف تتعلم ما هي طبقات الغلاف الجوي وخصائصها.
تكوين وتطور الغلاف الجوي
لقد تغير الغلاف الجوي للأرض كثيرًا منذ تشكل الكوكب قبل حوالي 4.5 مليار سنة. تتشكل الكواكب من التراكم البطيء للغازات والغبار في السحابة التي تدور حول نجم شاب، ويرتبط التكوين الأولي للغلاف الجوي للأرض ارتباطًا وثيقًا بعملية تكوين الكواكب نفسها.
عندما يتشكل الكوكب، تعتمد الغازات التي يمكنه حبسها لتكوين غلافه الجوي على قوة جاذبيته والسرعة التي تتحرك بها تلك الغازات. ربما كان الغلاف الجوي الأول للأرض يتكون بشكل أساسي من الهيدروجين، وهو الغاز الرئيسي الموجود في السديم الشمسي، بالإضافة إلى الميثان والأمونيا وبخار الماء. ولكن لأن جزيئات الهيدروجين تتحرك بسرعة عالية جدًا، فإنها سرعان ما تغادر الغلاف الجوي للأرض. ولا تستطيع الجزيئات الأثقل، التي تعاني من جاذبية أكبر، الهروب.
على مدى ملايين السنين التالية، عندما برد سطح الكوكب، بدأت فترة من النشاط البركاني المكثف. أصبحت الغازات المنبعثة من البراكين جزءًا من الغلاف الجوي. في هذا الوقت، النيتروجين وثاني أكسيد الكربون تصبح وفيرة. وخلال هذه الفترة أيضًا، يبدأ بخار الماء بالتكثف والتراكم على السطح في صورة سائلة.
عندما يصل الأكسجين
استغرق الأكسجين الذي نتنفسه اليوم بضعة مليارات من السنين ليظهر بشكل ملحوظ في الغلاف الجوي. لقد بدأ إطلاقه من أشكال الحياة البدائية، التي لم تكن بحاجة إلى هذا الغاز للبقاء على قيد الحياة.
كان حوالي 5% من الغلاف الجوي عبارة عن أكسجين منذ حوالي 600 مليون سنة، ووجوده الآن يسمح بظهور أشكال حياة جديدة. ويستمر هذا التراكم بحد أقصى حوالي 35% من هذا الغاز في الغلاف الجوي للأرض منذ 300 مليون سنة. وعلى مدى العشرة ملايين سنة التالية، تنخفض هذه القيمة مرة أخرى حتى تستقر حول 21%، والذي لا يزال موجودًا حتى اليوم.
بالإضافة إلى الأكسجين، يحتوي الغلاف الجوي أيضًا على حوالي 78% من النيتروجين. تشتمل بقية تركيبته على غازات مثل الأرجون وثاني أكسيد الكربون، من بين العديد من الغازات الأخرى بكميات أقل بكثير.
بمعرفة تاريخ الغلاف الجوي وتكوينه، حان الوقت للتعرف على طبقاته المختلفة.
طبقات الغلاف الجوي
يقسم العلماء الغلاف الجوي إلى خمس طبقات، حسب اختلاف درجات الحرارة مع الارتفاع. متغير آخر هو تركيز الغازات، والذي يتناقص كلما ابتعدنا عن السطح: حوالي 90% من إجمالي كتلة الغلاف الجوي أقل من 16 كيلومترًا.
التروبوسفير
الطبقة الأقرب إلى الأرض هي طبقة التروبوسفير، حيث تتنفس الكائنات الحية وتحدث فيها الظواهر المرتبطة بالمناخ الجوي، مثل المطر والرياح والبرد. وتتناقص درجة الحرارة خطياً مع زيادة الارتفاع في هذه الطبقة التي تمتد إلى نحو 17 كيلومتراً فوق سطح الأرض.
الستراتوسفير
والثاني هو مكان وجود طبقة الأوزون المسؤولة عن منع دخول أخطر أشعة الشمس فوق البنفسجية، وبسبب وجود هذا العنصر فإن درجة الحرارة في طبقة الستراتوسفير هي عكس طبقة التروبوسفير: فهي تزداد كلما ارتفعت إلى أعلى. ويصل ارتفاع هذه الطبقة إلى 50 كيلومتراً وهي المكان الذي تحلق فيه الطائرات النفاثة.
الميزوسفير
يظهر الميزوسفير مرة أخرى انخفاضًا في درجة الحرارة ويصل حده الأعلى، على بعد حوالي 80 كيلومترًا من السطح، إلى -100 درجة مئوية. الهواء مخلخل للغاية، لكن الجزيئات الموجودة فيه مسؤولة عن منع النيازك من الوصول إلى سطح الأرض. إن احتكاكها بالهواء الموجود في طبقة الميزوسفير يؤدي إلى تفككها حتى في هذه الطبقة.
الغلاف الحراري
فوق 80 كيلومترا هو الغلاف الحراري. وفي هذه الطبقة ترتفع درجات الحرارة بسرعة، حيث تصل إلى حوالي 1500 درجة مئوية. هناك تركيز كبير من الأيونات الناتجة عن النشاط الشمسي وفي هذه الطبقة يحدث الشفق القطبي. طوله متغير، حيث يصل ارتفاعه إلى 800 كيلومتر خلال الفترات التي تكون فيها الشمس نشطة للغاية. وتقع محطة الفضاء الدولية أيضًا في الغلاف الحراري، على ارتفاع حوالي 400 كيلومتر فوق سطح الأرض.
الغلاف الخارجي
الطبقة الأخيرة من الغلاف الجوي، الغلاف الخارجي، ليس لها حد أعلى محدد. ويتكون بشكل رئيسي من الهيدروجين والهيليوم بتركيزات منخفضة للغاية، ويشكل مع الغلاف الحراري ما يسمى بالأيونوسفير.
