مكونات الغلاف الجوي

يقوم الدرس على دراسة الغلاف الجوي الذي يحيط بالكرة الأرضية بسمك يصل إلى عشرة آلاف كيلومتر، ويتكون من غازات أبرزها النيتروجين بنسبة ثمانية وسبعين بالمئة والأكسجين بنسبة واحد وعشرين بالمئة. وينقسم الغلاف الجوي رأسياً إلى خمس طبقات رئيسية تبدأ بطبقة الغلاف الجوي السفلي وتنتهي بطبقة الغلاف الجوي الخارجي. كما يعرض الدرس الإشعاع الشمسي بوصفه المصدر الرئيس لحرارة الأرض، ويبين كيف يتوزع هذا الإشعاع بين انعكاس وامتصاص وانتشار عبر الغلاف الجوي وسطح الأرض.

الفكرة الأساسية

يتناول الدرس الغلاف الجوي المحيط بالارض بوصفه غطاء سميك يبلغ سمكه نحو عشرة آلاف كيلومتر، ويتكون من غازات بلا لون او رائحة وتتميز بالسيولة والحرركة والانضغاط والتمدد. وينقسم هذا الغلاف إلى خمس طبقات رئيسية بناء على اختلاف مكوناتها وأنواع غازاتها واختلاف درجة حرارتها رأسيا. كما يوضح الدرس دور الإشعاع الشمسي كمصدر رئيس لحرارة الأرض وكيفية تفاعله مع الغلاف الجوي وسطح الأرض.

الشرح

انظر إلى نسب الغازات المكونة للغلاف الجوي: النيتروجين يشكل ثمانية وسبعين بالمئة، والأكسجين يشكل واحدا وعشرين بالمئة، بينما تتوزع النسبة الباقية وهي واحد بالمئة على بخار الماء وغازات أخرى مثل الأرجون وثاني أكسيد الكربون. ويتركز سبعة وتسعون بالمئة من حجم هذه الغازات في الجزء السفلي الذي يبلغ سمكه نحو تسعة وعشرين كيلومترا.

ينقسم الغلاف الجوي رأسيا إلى خمس طبقات:

1. طبقة الغلاف الجوي السفلي وتروبوسفير: هي الطبقة القريبة إلى سطح الأرض والتي نعيش فيها، وتحدث فيها تقلبات الطقس والطقس ونشوء السحب والأمطار والعواصف. تنخفض درجة الحرارة فيها تدريجيا بمعدل درجة مئوية واحدة كلما ارتفعنا مئة وخمسين مترا.
2. طبقة الغلاف الجوي العلوي ستراتوسفير: تقع فوق الطبقة السابقة مباشرة وفيها غاز الأوزون، وتقل فيها الرطوبة النسبية إلى حدها الأدنى حيث يكون حدوث السحب نادرا، لذا يفضل الطيران فيها لتجنب تقلبات الجو السفلي.
3. طبقة الغلاف الجوي المتوسط ميزوسفير: تقع فوق أطراف ستراتوسفير العليا، وتحترق فيها الشهب ومفتتات النيازك القادمة من الفضاء الخارجي والمتجهة صوب الأرض.
4. طبقة الغلاف الجوي الحراري ثيرموسفير: هي الطبقة العليا من الغلاف الجوي وترتفع فيها درجات الحرارة كثيرا إذ قد تصل إلى ألف درجة مئوية عند حدودها العليا.
5. طبقة الغلاف الجوي الخارجي إكسوسفير: هي الطبقة الأخيرة والنحيلة التي يندمج بعدها الغلاف الجوي في الفضاء الخارجي.

فيما يخص الإشعاع الشمسي، فهو المصدر الرئيس لحرارة الأرض وغلافها الجوي. تتوزع الأشعة الشمسية الواردة إلى أشعة مرئية وأشعة غير مرئية تشمل الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية. وعند وصولها إلى الأرض يصبيها انعكاس وامتصاص وانتشار، حيث تعكس السحب ثلاثة وعشرين بالمئة، ويثبعث في الهواء تسعة بالمئة، ويعكس سطح الأرض اثنين بالمئة. بينما يمتص سطح الأرض ستة وستين بالمئة من جملة الإشعاع الشمسي ليرتد مرة أخرى إلى الغلاف الجوي على شكل إشعاع أرضي يمنع فقدان الحرارة ليلا.

مثال محلول خطوة بخطوة

لو كنت تقف في طبقة الغلاف الجوي السفلي وتروبوسفير على سطح البحر وكانت درجة الحرارة ثلاثين درجة مئوية، وارتفعت بمقدار مئة وخمسين مترا، فكم تصبح درجة الحرارة الجديدة؟ الخطوة الأولى: تذكر معدل التغير في هذه الطبقة وهو انخفاض درجة الحرارة بمعدل درجة مئوية واحدة لكل ارتفاع قدره مئة وخمسو مترا. الخطوة الثانية: بما أن الارتفاع هو مئة وخمسون مترا، إذن ستنخفض درجة الحرارة بمقدار درجة مئوية واحدة. الخطوة الثالثة: اطرح مقدار الانخفاض من درجة الحرارة الأصلية، أي ثلاثين ناقص واحد يساوي تسعة وعشرين درجة مئوية.

أخطاء شائعة

• الاعتقاد بأن جميع طبقات الغلاف الجوي تشهد تقلبات جوية وسحب وأمطار، والصواب أن ذلك يقتصر على طبقة الغلاف الجوي السفلي تروبوسفير وحدها.
• الخلط بين نسب الغازات، حيث يظن البعض أن الأكسجين هو الغاز الأكبر نسبة، والصواب أن النيتروجين هو الغاز الأكبر بنسبة ثمانية وسبعين بالمئة بينما الأكسجين واحد وعشرون بالمئة.
• الاعتقاد بأن الإشعاع الشمسي كله يمتصه سطح الأرض، والصواب أن جزءا منه ينعكس بفعل السحب وسطح الأرض وجزء يتبعثر في الهواء، بينما يمتص سطح الأرض ستة وستين بالمئة فقط.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ما هي الطبقة التي تحترق فيها الشهب ومفتتات النيازك القادمة من الفضاء الخارجي؟ الإجابة: طبقة الغلاف الجوي المتوسط ميزوسفير. السؤال الثاني: ما هي النسبة المئوية لغاز الأكسجين في حجم الهواء بالمقارنة مع حجم الغازات الكلي؟ الإجابة: واحد وعشرون بالمئة.