-
اتمسفر
● تركیب اتمسفر :
اتمسفر یا جو زمین، مخلوطی از گازهای مختلف است كه تا ارتفاع ۹۰ كیلومتری از سطح زمین ازت‌ـ اكسیژن‌‌ـ آرگون‌ـ دیاكسیدكربن و بخار آب از نظر حجم ۹۹/۷۷ در صد آن را تشكیل می‌دهند. مشاهدات نشان میدهد كه تا ارتفاع ۵۰ كیلومتری نسبت اختلاط گازهای اتمسفری باستثناء بخار آب، به طور محسوس ثابت است. اتمسفر دارای جرمی برابر با ۱۰۱۴ ×۵/ ۶تن می‌باشد.
● تغییرات اتمسفر:
▪ تغییرات با ارتفاع :
گازهای سبكتر (بویژه هیدروژن‌ـ هلیوم) اصولاً باید در اتمسفر فوقانی بسیار فراوان باشند. تغییرات اساسی وابسته به میزان دو گاز عمده غیر دائمی یعنی بخارآب و ازن می‌باشد.
▪ بخار آب :
هوا در بعضی نواحی تقریباً فاقد بخار آب و دربرخی نقاط تا ۴ درصد از نظر حجم خود دارای رطوبت است. ۹۰ درصد از بخار آب در پایین‌ترین قسمت اتمسفر حدود ۶ كیلومتری از سطح زمین قرار گرفته است.
▪ ازن : عمدتاً در ۱۵ تا ۳۵ كیلومتری از ضخامت اتمسفر، متمركز می‌شود. اشعه ماوراء بنفش كه لایه‌های فوقانی اتمسفر را منور می‌كند سبب تجزیه مولكول‌های اكسیژن در لایه‌های بین ۸۰ تا ۱۰۰ كیلومتر می‌گردد.
● تغییرات در ارتباط با فصل و عرض جغرافیایی :
مقدار ازن در روی استوا كم و در عرض‌های فوق ۵۰ درجه شمالی بویژه در بهار بیشتر می‌شود.
ازن ذخیره شده در طول «شب قطبی» سبب به وجود آمدن یك لایه غنی از آن در اوایل بهار می‌گردد.
مقدار آب دقیقاً وابسته به حرارت است از این رو در عرض‌های پایین و تابستان‌ها بیشتر است ولی در بیابانهای مناطق حاره استثنا می‌باشد.
● تغییرات با زمان :
كمیت‌هایی از دیاكسیدكربن و ازن در اتمسفر ممكن است مربوط به تغییرات در طی دوره‌ایی طولانی باشد. دی اكسیدكربن به طور عمده بوسیله كنش ارگانیزم‌های زنده در زمین و دریا وارد اتمسفر می‌شود. از منابع كوچك دیگر فساد عناصر اورگانیك در خاك و اشتعال سوخت‌های فسیل می‌باشند افزایش میزان دیاكسیدكربن سبب می‌شود كه اتمسفر به مقدار زیاد، انرژی حاصل از خورشید را بگیرد.
اگر تغییراتی در اشعه ماوراء بنفش خورشید رخ دهد در ارتباط با آن تغییراتی نیز ممكن است در میزان ازن حاصل آید زیرا ازن هم تابش خورشید و هم تشعشع زمینی را جذب می‌كند.
با توجه به پراكندگی دما، اتمسفر به لایه‌های زیر تقسیم می‌شود:
۱) تروپوسفر :
دارای ضخامتی حدود ۸ كیلومتر در قطب‌ها ۱۶ تا ۱۹ كیلومتر در مناطق استوایی است از خصوصیات عمده آن كاهش دما در جهت قائم تقریباً ۶ درجه سانتی‌گراد برای ۱۰۰۰ متر افزایش سرعت بادها با ارتفاع رطوبت قابل ملاحظه در سطوح پایین‌تر، و به طور كلی مجموعه پدیده‌های اتمسفری كه هوا نامیده می‌شود در این لایه قابل بررسی است.
۲) تروپوپوز :
مرز انتقال خصوصیات اتمسفری را در مقیاس بزرگی از تلاطم و اختلاط را تشكیل میدهد. این لایه كم‌ژرفا در منطقه استوا نسبتاً مشخص شده است این مرز فوقانی تروپوسفر نسبت به فصول سال تغییر می‌كند.
۳) استراتوسفر :
دومین لایه بزرگ اتمسفر كه بالای تروپوسفر و پایین مزوسفر قرار دارد. استراتوسفر نامیده می شود. افزایش تدریجی دما از ویژگی آن است یكی دیگر از ویژگی‌های استراتوسفر میزان نسبتاً زیاد گاز ازن به خصوص در اطراف لایه استراتوپوز است كه ضخامتی حدود ۱۶ تا ۳۰ كیلومتر در این لایه را تشكیل میدهد. و از نظر جلوگیری از اثرات مرگبار تابش‌های شدید ماوراء بنفش، وجود ازن بسیار موثر است. از طرف دیگر گاز ازن توأم با دیاكسیدكربن اثر بسزائی در پراكندگی عمودی دما دارد.
۴) استراتوپوز :
این لایه از ارتفاع حدود ۵۰ كیلومتری شروع شده و منطقه انتقالی بین استراتوسفر و مزوسفر را تشكیل میدهد.
۵) مزوسفر :
در این لایه درجه حرارت به سرعت كاهش می‌یابد بطوریكه در ارتفاع ۸۰ كیلومتری میزان آن به حدود ۹۰- درجه سانتی‌گراد می‌رسد. فشار هوا در مزوسفر بسیار پایین است و میزان آن از یك میلی بار در ارتفاع ۵۰ كیلومتری به ۱ درصد در ۹۰ كیلومتری كاهش می‌یابد.
۶) مزوپوز :
منطقه فوق مزوسفر در ارتفاع ۸۰ كیلومتری به وسیله حداقل دما، و وارونگی پس از آن مشخص می‌شود. این منطقه انتقالی بین مزوسفر و ترموسفر را مزوپوز می‌گویند.
۷) ترموسفر :
فاقد مرز فوقانی معین است. اصطلاح ترموسفر به سبب دمای فوق‌العاده زیاد ترمودینامیك، به این لایه داده شده است كه این میزان ممكن است به ۱۵۰۰ درجه كلوین برسد جلوه سرخی شفق یكی از پدیده‌های ترموسفر پایینی است قسمت پایینی ترموسفر به طور عمده مركب از ازت (N) و اكسیژن O۲ به صورت مولكولی اتمی (O) است در حالیكه در فوق كیلومتری اكسیژن به ازت غلبه می‌كند. دمای زیاد در این لایه مدیون جذب تشعشع ماوراء بنفش بوسیله اكسیژن اتمی .
۸) یونسفر :
بخشی از اتمسفر زمین است كه از حدود فوق ۶۰ كیلومتری به سبب یونیزاسیون، به صورت منطقه (تمركز یون‌ها و الكترون‌های) آزادی در می‌آید كه سبب انعكاس امواج رادیویی می‌شود. از طرف دیگر فجرهای قطبی شمالی و جنوبی نیز بوسیله نفوذ ذرات یونیزه، در درون اتمسفر از ۳۰ تا ۸۰ كیلومتری به ویژه در مناطق حدود ۲۰ تا ۲۵ درجه از قطب‌های مغناطیسی مشاهده می‌شوند.
این لایه فاقد گازهای سنگینی نظیر بخارآبـ اكسیژن و ازت حالت مولكولی است.در این لایه ناوه‌های كم‌ژرفا به صورت لایه‌های یونسفری E و F۱ و F۲ طبقه‌بندی می‌شوند.كه به ترتیب در حدود ۱۱۰-۱۶۰- و ۳۰۰ كیلومتری قرار دارند.
انعكاسات رادیویی بعضاً در سطوحی به ارتفاع ۶۵ تا ۸۰ كیلومتری رخ میدهد كه بنام لایه D نامیده می‌شود.این لایه با حداكثر از تمركز یونیزاسیون مشخص می‌شود.
لایه‌های E و F۱ تقریباً منظم و در میزان‌های حداكثر خود از نظر یون و چگالی الكترون‌ها، دارای تغییرات منظم روزانه‌ـ فصلی و چرخه لك‌های خورشیدی می‌باشند.
لایه F۲ در ارتباط با كشنده‌های خورشیدی‌ـ قمری و اثر میدان مغناطیسی زمین، آنومالی‌های بسیاری را نشان میدهد. تغییرات كوتاه مدت از پراكندگی و تمركز در این لایه، دقیقاً وابسته به طوفان‌های مغناطیسی است كه بنام طوفان‌های یونسفری نامیده می‌شود.
۹- اگزوسفر : در ارتفاع بیش از ۳۰۰ كیلومتری از زمین و در ورای یونسفر منطقه‌ایی كه جاذبه زمین نیروی چندانی ندارد. لایه‌ای از گازها وجود دارد كه بنام اگزوسفر نامیده می‌شود. در اینجا اتمهای اكسیژن و هلیوم اتمسفر رقیقی را تشكیل می‌دهند. هلیوم خنثی و اتم های هیدروژن كه دارای وزن‌های اتمی پایینی هستند می‌توانند فرار كنند.
هیدروژن با تجزیه بخار آب و متان از نزدیكی مزوپوز جایگزین می‌شود. در حالی كه هلیوم به طریق عمل پرتوهای كیهانی در ازت و از شكستن عناصر پرتوزا در پوسته سطحی زمین به طور آرام ولی مداوم تولید می‌شود.
با توجه به تغییرات و پراكندگی دما اتمسفر به لایه‌های زیر تقسیم می‌شود:
۱) تغییرات با ارتفاع :
گازهای سبكتر (بویژه هیدروژن‌ـ هلیوم) اصولاً باید در اتمسفر فوقانی بسیار فراوان باشند. تغییرات اساسی وابسته به میزان دو گاز عمده غیر دائمی یعنی بخارآب و ازن می‌باشد.
▪ بخار آب :
هوا در بعضی نواحی تقریباً فاقد بخار آب و دربرخی نقاط تا ۴ درصد از نظر حجم خود دارای رطوبت است. ۹۰ درصد از بخار آب در پایین‌ترین قسمت اتمسفر حدود ۶ كیلومتری از سطح زمین قرار گرفته است.
ازن : عمدتاً در ۱۵ تا ۳۵ كیلومتری از ضخامت اتمسفر، متمركز می‌شود. اشعه ماوراء بنفش كه لایه‌های فوقانی اتمسفر را منور می‌كند سبب تجزیه مولكول‌های اكسیژن در لایه‌های بین ۸۰ تا ۱۰۰ كیلومتر می‌گردد.
۲) تغییرات در ارتباط با فصل و عرض جغرافیایی :
مقدار ازن در روی استوا كم و در عرض‌های فوق ۵۰ درجه شمالی بویژه در بهار بیشتر می‌شود.
ازن ذخیره شده در طول «شب قطبی» سبب به وجود آمدن یك لایه غنی از آن در اوایل بهار می‌گردد.
مقدار آب دقیقاً وابسته به حرارت است از این رو در عرض‌های پایین و تابستان‌ها بیشتر است ولی در بیابانهای مناطق حاره استثنا می‌باشد.
۳) تغییرات با زمان :
كمیت‌هایی از دیاكسیدكربن و ازن در اتمسفر ممكن است مربوط به تغییرات در طی دوره‌ایی طولانی باشد. دی اكسیدكربن به طور عمده بوسیله كنش ارگانیزم‌های زنده در زمین و دریا وارد اتمسفر می‌شود. از منابع كوچك دیگر فساد عناصر اورگانیك در خاك و اشتعال سوخت‌های فسیل می‌باشند افزایش میزان دیاكسیدكربن سبب می‌شود كه اتمسفر به مقدار زیاد، انرژی حاصل از خورشید را بگیرد.
اگر تغییراتی در اشعه ماوراء بنفش خورشید رخ دهد در ارتباط با آن تغییراتی نیز ممكن است در میزان ازن حاصل آید زیرا ازن هم تابش خورشید و هم تشعشع زمینی را جذب می‌كند.
▪ تروپوسفر :
دارای ضخامتی حدود ۸ كیلومتر در قطب‌ها ۱۶ تا ۱۹ كیلومتر در مناطق استوایی است از خصوصیات عمده آن كاهش دما در جهت قائم تقریباً ۶ درجه سانتی‌گراد برای ۱۰۰۰ متر افزایش سرعت بادها با ارتفاع رطوبت قابل ملاحظه در سطوح پایین‌تر، و به طور كلی مجموعه پدیده‌های اتمسفری كه هوا نامیده می‌شود در این لایه قابل بررسی است.
▪ تروپوپوز :
مرز انتقال خصوصیات اتمسفری را در مقیاس بزرگی از تلاطم و اختلاط را تشكیل میدهد. این لایه كم‌ژرفا در منطقه استوا نسبتاً مشخص شده است این مرز فوقانی تروپوسفر نسبت به فصول سال تغییر می‌كند.
▪ استراتوسفر :
دومین لایه بزرگ اتمسفر كه بالای تروپوسفر و پایین مزوسفر قرار دارد. استراتوسفر نامیده می شود. افزایش تدریجی دما از ویژگی آن است یكی دیگر از ویژگی‌های استراتوسفر میزان نسبتاً زیاد گاز ازن به خصوص در اطراف لایه استراتوپوز است كه ضخامتی حدود ۱۶ تا ۳۰ كیلومتر در این لایه را تشكیل میدهد. و از نظر جلوگیری از اثرات مرگبار تابش‌های شدید ماوراء بنفش، وجود ازن بسیار موثر است. از طرف دیگر گاز ازن توأم با دیاكسیدكربن اثر بسزائی در پراكندگی عمودی دما دارد.
▪ استراتوپوز :
این لایه از ارتفاع حدود ۵۰ كیلومتری شروع شده و منطقه انتقالی بین استراتوسفر و مزوسفر را تشكیل میدهد.
▪ مزوسفر :
در این لایه درجه حرارت به سرعت كاهش می‌یابد بطوریكه در ارتفاع ۸۰ كیلومتری میزان آن به حدود ۹۰- درجه سانتی‌گراد می‌رسد. فشار هوا در مزوسفر بسیار پایین است و میزان آن از یك میلی بار در ارتفاع ۵۰ كیلومتری به ۱ درصد در ۹۰ كیلومتری كاهش می‌یابد.
▪ مزوپوز :
منطقه فوق مزوسفر در ارتفاع ۸۰ كیلومتری به وسیله حداقل دما، و وارونگی پس از آن مشخص می‌شود. این منطقه انتقالی بین مزوسفر و ترموسفر را مزوپوز می‌گویند.
▪ ترموسفر :
فاقد مرز فوقانی معین است. اصطلاح ترموسفر به سبب دمای فوق‌العاده زیاد ترمودینامیك، به این لایه داده شده است كه این میزان ممكن است به ۱۵۰۰ درجه كلوین برسد جلوه سرخی شفق یكی از پدیده‌های ترموسفر پایینی است قسمت پایینی ترموسفر به طور عمده مركب از ازت (N) و اكسیژن O۲ به صورت مولكولی اتمی (O) است در حالیكه در فوق كیلومتری اكسیژن به ازت غلبه می‌كند. دمای زیاد در این لایه مدیون جذب تشعشع ماوراء بنفش بوسیله اكسیژن اتمی
▪ یونسفر :
بخشی از اتمسفر زمین است كه از حدود فوق ۶۰ كیلومتری به سبب یونیزاسیون، به صورت منطقه (تمركز یون‌ها و الكترون‌های) آزادی در می‌آید كه سبب انعكاس امواج رادیویی می‌شود. از طرف دیگر فجرهای قطبی شمالی و جنوبی نیز بوسیله نفوذ ذرات یونیزه، در درون اتمسفر از ۳۰ تا ۸۰ كیلومتری به ویژه در مناطق حدود ۲۰ تا ۲۵ درجه از قطب‌های مغناطیسی مشاهده می‌شوند.
این لایه فاقد گازهای سنگینی نظیر بخارآبـ اكسیژن و ازت حالت مولكولی است.
در این لایه ناوه‌های كم‌ژرفا به صورت لایه‌های یونسفری E و F۱ و F۲ طبقه‌بندی می‌شوند.كه به ترتیب در حدود ۱۱۰-۱۶۰- و ۳۰۰ كیلومتری قرار دارند.
انعكاسات رادیویی بعضاً در سطوحی به ارتفاع ۶۵ تا ۸۰ كیلومتری رخ میدهد كه بنام لایه D نامیده می‌شود.این لایه با حداكثر از تمركز یونیزاسیون مشخص می‌شود.
لایه‌های E و F۱ تقریباً منظم و در میزان‌های حداكثر خود از نظر یون و چگالی الكترون‌ها، دارای تغییرات منظم روزانه‌ـ فصلی و چرخه لك‌های خورشیدی می‌باشند.
لایه F۲ در ارتباط با كشنده‌های خورشیدی‌ـ قمری و اثر میدان مغناطیسی زمین، آنومالی‌های بسیاری را نشان میدهد. تغییرات كوتاه مدت از پراكندگی و تمركز در این لایه، دقیقاً وابسته به طوفان‌های مغناطیسی است كه بنام طوفان‌های یونسفری نامیده می‌شود.
▪ اگزوسفر :
در ارتفاع بیش از ۳۰۰ كیلومتری از زمین و در ورای یونسفر منطقه‌ایی كه جاذبه زمین نیروی چندانی ندارد.
لایه‌ای از گازها وجود دارد كه بنام اگزوسفر نامیده می‌شود. در اینجا اتمهای اكسیژن و هلیوم اتمسفر رقیقی را تشكیل می‌دهند. هلیوم خنثی و اتم های هیدروژن كه دارای وزن‌های اتمی پایینی هستند می‌توانند فرار كنند. هیدروژن با تجزیه بخار آب و متان از نزدیكی مزوپوز جایگزین می‌شود. در حالی كه هلیوم به طریق عمل پرتوهای كیهانی در ازت و از شكستن عناصر پرتوزا در پوسته سطحی زمین به طور آرام ولی مداوم تولید می‌شود.
● گرم شدن اتمسفر :
بطور كلی اتمسفر كره زمین تمام گرمای طبیعی خود را به طور مستقیم و یا غیرمستقیم از خورشید دریافت می‌كند. این امر به طرق زیر صورت می‌پذیرد:
۱) انرژی تابشی :
انرژی تابشی دریافت شده از خورشید، گستره‌ای از طول موج‌ها است كه بنام طیف خورشیدی معروف است. در این طیف وسیع بلندترین امواج (امواج رادیویی) حدود ۱۰n برابر امواج كوتاه (اشعه گاما) می‌باشد ولی حداكثر انرژی و مقدار زیادی از كل انرژی تابش در محدوده كم عرض قسمت مرئی واقع است.
امواج مرئی خورشیدی از درون گازهای اتمسفر عبور می‌كنند ولی اشعه ماورای بنفش با طول موج كوتاه، در اتمسفر فوقانی جذب می‌گردد. مقداری از اشعه مادون‌قرمز توسط دیاكسیدكربن و بخار آب اتمسفر تحتانی جذب می‌شود. اما بیشتر انرژی خورشیدی بدون اینكه توسط هوا جذب شود. به زمین می‌رسد.
گرما قسمت اعظمی از اتمسفر در وهله اول بوسیله سطح زیرین آن، پس از گرم شدن توسط تابش خورشیدی تأمین می‌شود. سه طریقه انتقال گرما (تابش‌ـ رسانش‌ـ همرفت) به همراه گرمای نهان تبخیر در هم آمیخته اتمسفر را گرم می‌كنند.
۲) تشعشع زمین :
سطح زمین با جذب نورخورشیدی، به نوبه خود گرم می‌شود. مواد گرم ساطع كننده انرژی هسته و طول موج این تابش به درجه حرارت جسمی كه انرژی تابشی از دست میدهد بستگی دارد. زمین نورمرئی را به اشعه مادون‌قرمز با طول موج بلندتر تبدیل می‌كند بخار آب و تا حدی كمتر دیاكسیدكربن، اشعه مادون قرمز را جذب می‌كنند. قطرات مایع آب موجود در ابرها نیز یك جاذب خیلی قوی اشعه مادون قرمز هستند و در نتیجه شب‌های ابری همیشه گرمتر از شب‌های صاف است.
۳) انتقال آشفته :
دومین طریقه مهم گرم شدن اتمسفر، انتقال انرژی بوسیله هدایت مستقیم، گرما از سطح زمین به اتمسفر با تماس مستقیم با آن است هوا یك هادی خیلی ضعیف انرژی گرمایی است چرا كه فقط پایین‌ترین قسمت اتمسفر بوسیله آن گرم می‌شود. اما به محض گرم شدن، هوا گسترش یافته، صعود می‌كند و از طریق همرفت گرمایی هدایت شده را به سطوح بالا انتقال میدهد تركیب اعمال هدایت و همرفت در گرم كردن هوا را معمولاً تبادل گرمایی آشفته می‌نامند.
۴) گرمای نهان :
هنگامی كه آب بخار شده از حالت مایع خارج می‌گردد. ۵۴۰ تا ۶۰۰ كالری توسط هر گرم آب تبدیل شده به بخار جذب می‌شود. هیچ مقداری از این گرما در تغییر دما دخالت ندارد. بلكه صرفاً برای تأمین انرژی لازم مولكول‌های آب جهت خارج شدن از حالت مایع به گاز می باشد (تنها یك كالری لازم است كه دمای یك گرم آب را یك درجه سانتی‌گراد بالا ببرد)
۵۴۰ تا ۶۰۰ كالری كه برای تبدیل یك گرم آب به گاز لازم است بسیار زیاد می‌باشد. سرانجام بخار آب در فرآیند تراكم قطرات آب، ابرها را بوجود آورده و در نتیجه گرمای نهان خود را به صورت گرمای محسوس آزاد می‌كند.
۵) پدیده گلخانه :
اتمسفر كره زمین همانند شیشه گلخانه، با جلوگیری از اتلاف انرژی برگشتی از سطح زمین، بخش اعظم انرژی تابش از خورشید را محبوس می‌كند زیرا جو زمین تقریباً شرایط شفافی را نسبت به تابش خورشیدی با امواج كوتاه دارد ولی در مقابل امواج طولانی تشعشع زمین تقریباً شرایط كدری را دارا می باشد در این بین بخارآبـ ابرها و دیاكسیدكربن نقش بسیار عمده‌ایی در مقیاس وسیعی در درون اتمسفر جهت بازداشتن از خروج تشعشع زمین به عهده دارند این امر سرانجام شرایط پدیده گلخانه‌ای را برای جو زمین بوجود آورده و سبب افزایش درجه حرارت آن می‌گردد.
مهمترین عوامل در تغییر مقدار انرژی تابش كه به سطح زمین می‌رسد.
▪ انحراف محور گردش وضعی و گردش به دور خورشید :
باعث می‌شود كه اشعه خورشید تحت زاویه‌ای كه با ایام سال و در نواحی مختلف متغیر است به زمین می‌رسد.
▪ ضخامت اتمسفر :
كه محل عبور اشعه خورشید است انرژی خورشیدی كه وارد اتمسفر می‌شود در ارتفاع كم بیشتر از ارتفاعات زیاد، توسط هوا و ذرات خارجی موجود در جو تصفیه می‌شود ضعف نور خورشید به هنگام غروب را می‌توان با تابش آن در ظهر مقایسه كرد.
▪ ذرات خارجی از قبیل گردوغبار‌ـ ابر‌ـ در اتمنسفر با توجه به مكان و زمان دارای تغییرات مشخصی هستند. غبار روی قسمت‌های میانی اقیانوس حداقل و در صورتی كه اتمسفر شهرهای صنعتی حداكثر مقدار غبار را دارد و ذرات غبار و آب در تصفیه قسمت زیادی از انرژی خورشیدی بوسیله جذب‌‌ـ انعكاس و پخش حائز اهمیت بسیارند.
▪ دوره تابش خورشیدی :
در یك مكان بندرت می‌توان دید كه دوره تابش خورشیدی ثابت باشد. این امر خود سهم بسزائی در تغییر میزان انرژی ورودی از خورشید در دوره‌های مختلف سال و در نقاط مختلف كره زمین دارد.
▪ تركیبات سطح زمین :
تنوع در تركیبات زمین سبب تفاوت‌های چشمگیری در مقدار انرژی جذب شده می‌گردد.
▪ اثرات نا برابر خشكی‌‌ها و آبها :
عواملی مانند شفافیت آب‌ـ گرمای ویژه خیلی بیشتر از گرمای ویژه سنگ و سیال بودن آب، جریان آب و عمل تبخیر باعث گرم نامساوی خشكی و دریا می‌شود.
منبع: سایت مفاهیم
