تويت
التقط رواد الفضاء على متن محطة الفضاء الدولية هذه الصورة التي تُظهر الغلاف الجوي للأرض والقمر في 31 تموز من عام 2011. يُعد كوكب الأرض الكوكب الوحيد في المجموعة الشمسية الذي يملك طبقة من الغلاف الجوي تدعم الحياة عليه. لا يحتوي الغطاء الغازي على الهواء الذي نستنشقه فقط، وإنما يحمينا أيضًا من ضربات الحرارة والإشعاع المنبعث من الشمس . كما إنه يدفئ الأرض خلال النهار ويبردها أثناء الليل .
الغلاف الجوي للأرض
تبلغ سماكة الغلاف الجوي للأرض حوالي 300 ميلًا (480 كيلومترًا)، ولكن معظمه على بعد 10 أميال (16 كيلومتر) عن سطح الأرض . يتناقص ضغط الهواء مع الارتفاع، فعند مستوى سطح البحر تبلغ قيمة ضغط الهواء حوالي 14.7 باوند/إنش مربع (1 كيلوغرام/سنتيمتر مربع). على الارتفاع 10000 قدم (3 كيلومتر)، تبلغ قيمته 10 باوند/إنش مربع (0.7 كيلوغرام/سنتيمتر مربع)، حيث يصعب التنفس بسبب قلة الأكسجين .
مكونات الهواء في الغلاف الجوي الأرضي
وفقًا لناسا، تشمل غازات الغلاف الجوي للأرض على:
- النتروجين بنسبة 78 بالمئة
- الأوكسجين بنسبة 21 بالمئة
- الأرغون بنسبة 0.93 بالمئة
- ثنائي أوكسيد الكربون بنسبة 0.04 بالمئة
- كميات ضئيلة من غاز النيون، الهيليوم، الميثان، الكريبتون، الهيدروجين، وبخار الماء
ينقسم الغلاف الجوي للأرض إلى خمس طبقات رئيسية وهي: الإكسوسفير، والترموسفير، والميزوسفير، والستراتوسفير، والتروبوسفير. تتناقص سماكة الغلاف الجوي بالارتفاع حتى تتلاشى الغازات في الفضاء ، لا يوجد حدود واضحة بين الغلاف الجوي و الأرض ، ولكن يوجد خط وهمي على بعد حوالي 62 ميلًا (100 كيلومترًا) من سطح الأرض يدعى خط كارمان، عادة ما يقول العلماء أن عنده يلتقي الغلاف الجوي بالفضاء الخارجي.
التروبوسفير
وهي أقرب الطبقات لسطح الأرض، وتبلغ سماكتها من [4-12] ميلًا (7-20 كيلومترًا) وتحتوي على نصف الغلاف الجوي للأرض. يكون الهواء فيها ساخنًا بالقرب من سطح الأرض ويصبح أقل حرارة بالارتفاع، وتقريبًا كل بخار الماء والغبار في الغلاف الجوي موجود في هذه الطبقة؛ وهذا ما يفسر وجود الغيوم فيها.
عند الحديث عن علاقة الغلاف الجوي والطقس، عادة ما تكون هذه الطبقة هي المقصودة كون كل أحداث الطقس الهامة تتم ضمنها.
الستراتوسفير
وهي ثاني طبقة وتبدأ فوق طبقة التروبوسفير وتنتهي عند الارتفاع 31 ميلًا (50 كيلومترًا) فوق الأرض. تحتوي هذه الطبقة على الأوزون الذي يسخن الغلاف الجوي ويمتص الإشعاع المضر المنبعث من الشمس. الهواء في هذه الطبقة جاف جدًا وأخف بحوالي 1000 مرة مما هو عليه عند مستوى سطح البحر، وهذا هو سبب تحليق الطائرات النفاثة ومناطيد الرصد الجوي فيها.
الميزوسفير
تبدأ عند الارتفاع 31 ميلًا (50 كيلومترًا) وتمتد لحوالي 53 ميلًا (85 كيلومترًا). يُدعى الجزء العلوي من طبقة الميزوسفير (ميزوبوز-mesopause) وهو أبرد جزء من طبقات الغلاف الجوي، إذ تصل درجات حرارته إلى 130 درجة فهرنهايت تحت الصفر (90 درجة مئوية تحت الصفر). تعد هذه الطبقة صعبة للدراسة، حيث لا ترتفع الطائرات والمناطيد بشكل كافٍ، في الوقت الذي تدور فيه الأقمار الصناعية والمكوكات الفضائية على ارتفاع عالٍ، ويدرك العلماء أن الشهب والنيازك تحترق في هذه الطبقة.
الترموسفير
يمتد من حوالي 56 ميلًا (90 كيلومترًا) لما بين 310-620 ميلًا (500-1000 كيلومترًا). يمكن أن ترتفع درجات الحرارة لتصل لغاية 2700 درجة فهرنهايت (1500 درجة مئوية) عند هذا الارتفاع، وتُعتبر هذه الطبقة من الغلاف الجوي للأرض، ولكن كثافة الهواء فيها منخفضة جدًا لدرجة يمكن أن تظنها من الفضاء الخارجي. في الواقع، هنا تحلق المكوكات الفضائية وتدور محطة الفضاء الدولية حول الأرض، وفي هذه الطبقة أيضًا تحدث ظاهرة الشفق.
تصطدم الجسيمات المشحونة من الفضاء بالذرات والجزيئات من الترموسفير محفزة إياها لمستويات أعلى من الطاقة، إذ تصرف الذرات هذه الطاقة من خلال نفث فوتونات الضوء التي نراها في شفق القطبين الشمالي والجنوبي.
الإكسوسفير
وهي أعلى الطبقات وأقلها سماكةً، وفيها يندمج الغلاف الجوي بالفضاء الخارجي وتتألف من جسيمات متفرقة من الهيليوم والهيدروجين.
المناخ والطقس
تستطيع الأرض دعم تنوع واسع من الكائنات الحية بسبب مناخاتها الإقليمية المختلفة، والتي تتراوح من البرد الشديد عند القطبين إلى الحرارة المدارية عند خط الاستواء. ويُعرف المناخ المحلي بأنه الطقس الوسطي في مكان ما لفترة تزيد عن 30 سنة، ويوصف مناخ المنطقة بالكلمات التالية: مشمس أو عاصف أو جاف أو رطب. يمكن أن تصف الكلمات السابقة الطقس لمكان ما، مع العلم أن الطقس يتغير خلال بضعة ساعات أما المناخ فيتغير على مدى فترة زمنية أطول.
المناخ العالمي للأرض
هو متوسط المناخات الإقليمية، ولقد تغير المناخ العالمي ما بين السخونة والبرودة عبر التاريخ. اليوم، نشهد ارتفاعًا سريعًا غير عادي لدرجات الحرارة، إذ يتفق العلماء كافة على أن غازات الدفيئة التي تتزايد بسبب الأنشطة البشرية تحتجز الحرارة ضمن الغلاف الجوي.
الغلاف الجوي والطقس في كل منالأرض والزهرة والمريخ
لفهم بنية وتشكيل الأرض بشكل أفضل، عادة ما يُقارن العلماء كوكبنا بالزهرة والمريخ. هذه الكواكب الثلاثة ذات طبيعة صخرية وهي جزء ضمن المجموعة الشمسية، ما يعني أنها تقع بين الشمس وحزام الكويكبات. يمتلك كوكب الزهرة غلافًا جويًا مليئًا بثاني أوكسيد الكربون مع كميات ضئيلة من النتروجين وحمض الكبريتيك. مع ذلك فإن هذا الكوكب له تأثير غازات الدفيئة على سطحه.
يجب أن تُدعم المركبات الفضائية بشدة لتنجو من الضغط الهائل (أثقل ب 90 مرة من وزن الأرض)، ومن درجات الحرارة المرتفعة 872 درجة فهرنهايت (467 درجة مئوية) الموجودة على سطحه. كما أن الغيوم سميكة جدًا لدرجة لا يظهر فيها سطح الكوكب عند وجود ضوء مرئي، وذلك لعدم وصول ضوء كافٍ من الشمس للسطح، ما يعني أن الزهرة ليس لديه تغيرات ملحوظة في درجات الحرارة الموسمية.
يمتلك المريخ أيضًا غلافًا جويًا مليئًا بثاني أوكسيد الكربون مع كميات ضئيلة من النتروجين، الأرغون، الأوكسجين وأول أوكسيد الكربون وبعض الغازات الأخرى. الغلاف الجوي علی المريخ أقل سماكة بحوالي 100 مرة مما هو عليه على كوكب الأرض، وهو حالة مختلفة تمامًا عن الماضي، عندما أظهرت أدلة جيولوجية أن الماء اعتاد أن يتدفق على السطح منذ أكثر من 4.5 مليار سنة مضت.
يقترح العلماء أن الغلاف الجوي في المريخ أصبح أرق مع الوقت، إما بسبب تجريد الشمس للجزيئات الأخف بالغلاف الجوي أو لأن تأثيرًا هائلًا لكويكب أو لمذنب عرّى الغلاف الجوي بشكل كارثي. يخضع المريخ لتذبذب بدرجات الحرارة متأثرًا بكمية الضوء التي تصل لسطحه من الشمس والتي تؤثر أيضًا على الغطاء الجليدي القطبي (تأثير كبير آخر على غلاف الأرض الجوي).
يقارن العلماء بشكل روتيني الكواكب الخارجية (كواكب غير شمسية) الصغيرة الصخرية بالأرض والزهرة والمريخ ليفهموا بشكل جيد إمكانية استصلاحها وعمرانها وسكنها. التعريف الروتيني والصحيح لصلاحية السكن: هو توفر ظروف مناسبة من ناحية قرب الكوكب بشكل كافٍ من النجم، وتوفر الماء السائل علی سطحه والقدرة علی تجميدها وتبخيرها. بطبيعة الحال لا تتوقف صلاحية سكن كوكب فقط على مدى تباعد الكوكب من النجم وإنما على الغلاف الجوي للكوكب وتغيرات النجم وعوامل أخرى.