جو زمین
جو زمین
تاریخچه زمین تنها مطالب بسیار اندکی قبل از یک بیلیون سال پیش میداند، ولی پیرو
یک رشته حوادث محتمل ارائه میشود. این نظریه از یک منطقه فعال پژوهشی به جا مانده
است. اتمسفر امروزی گاهی به عنوان سومین اتمسفر
شناخته میشود. چنانکه ترکیب شیمیایی از دو ترکیب قابل ملاحظه شیمیایی تشخیص داده
شده است. اتمسفر اصلی مقدمتا از هلیوم و هیدروژن
تشکیل شده بود و گرما آنرا از هم پاشاند.
حدود 3.5 بیلیون سال پیش سطح زمین به اندازهای سرد شد که پوسته آن شکل گرفت، به
شدت بوسیله آتشفشانهایی که بخار ، دی اکسید کربن و بخار
آمونیاک آزاد میکردند محصور شد. این باعث بوجود آمدن اتمسفر دومی شد که مقدمتا
شامل دی اکسید کربن و بخار آب و همراه مقداری نیتروژن
و بدون اکسیژن
میشد. دومین اتمسفر به عنوان اتمسفر رایج 100 برابر اولین اتمسفر گاز داشت. بطور
کلی این باور وجود دارد که پدیده گلخانهای با بالا رفتن مقدار دی
اکسید کربن باعث نگهداری زمین از یخ زدگی میشود.
در طول چند بیلیون سال بعد
بخار آب از طریق متراکم شدن باعث بوجود آمدن باران و اقیانوسها شد که شروع به حل
کردن دی اکسید کربن کرد. حدود 50% از دی اکسید کربن جذب اقیانوسها میشدند.
فوتوسنتز گیاهان باعث باز شدن و تبدیل شدن دی اکسید کربن به اکسیژن میشد. بیشتر
اوقات کربن زیادی در سوختهای فسیلی ، سنگهای رسوبی و پوست
حیوانات محبوس است. چنانکه اکسیژن آزاد شده برای تشکیل نیتروژن با آمونیاک واکنش
میدهد؛ افزون بر این باکتری میتواند آمونیاک را به نیتروژن تبدیل کند.
به
نظر میرسد بیشتر گیاهان مهمترین عامل افزایش میزان اکسیژن هستند. در ابتدا با
عنصرهای مهمی از جمله آهن ترکیب شده ، ولی سرانجام
باعث انباشته شدن اکسیژن در جو و همچنین پیشرفت این نظریه شد. همراه با ظهور لایه
اوزون موجودات مختلف از اشعه
فرابنفش بهتر محافظت میشدند. این اتمسفر نیتروژن _اکسیژن سومین اتمسفر به حساب
میآید.
مرز دقیقی بین لایههای مختلف جو وجود ندارد، ولی جو به سرعت با افزایش ارتفاع رقیق میشود و هیچ مرز مشخصی بین جو و فضای خارج از جو وجود ندارد. 75% از جو زمین تا ارتفاع 11 کیلومتر از سطح سیاره وجود دارد. در ایالات متحده کسانی که به بالای 50 مایل (80 کیلومتر) سفر کنند فضانورد شناخته میشوند. ارتفاع 400000 پا (75 مایل یا 120 کیلومتر) جایی است که تأثیر قابل توجهی هنگام ورود به آن میگذارد. همچنین ارتفاع 100 کیلومتری یا 62 مایلی به عنوان مرز بین اتمسفر و فضا بطور مکرر استفاده میشود.
دما و لایههای جوی
- تراپوسفر ، 0- 7.17 کیلومتر ، دما با افزایش ارتفاع کم میشود.
- استراتوسفر ، 7.17 - 50 کیلومتر ، دما با افزایش ارتفاع زیاد میشود.
- مزوسفر ، 50 – 80.85 کیلومتر ، دما با افزایش ارتفاع کم میشود.
- ترموسفر ، 80.85 - + 640 کیلومتر دما با افزایش ارتفاع زیاد میشود.
- اگزوسفر
مرزهای بین این مناطق تروپوپوز ، استراتوپوز و مزوپوز نامگذاری شدهاند. میانگین دمای جو در سطح زمین 14 درجه سانتیگراد است.
فشار
جرم و جرم حجمی
مناطق مختلف جوی
- یونوسفر: منطقهای که شامل یونها میشود: تقریبا مزوسفر و ترموسفر تا حدود 550 کیلومتر.
- اگزوسفر: بالای یونوسفر ، جایی که جو به طرف فضا رقیق میشود.
- لایه
اوزون: یا اوزونوسفر ، حدود 10 - 50 کیلومتری جایی که اوزون استراتوسفری
یافت میشود. باید توجه داشت در داخل این منطقه اوزون از نظر حجم یک عنصر فرعی
است.
- مگنتوسفر: این منطقه جایی است که میدان
مغناطیسی زمین با بادهای خورشیدی مقابله میکند. این لایه
برای دهها هزار کیلومتر در فاصله زیادی از خورشید ادامه دارد.
- کمربندهای تشعشعی وان آلن: مناطقی هستند که ذرات از طرف خورشید متراکم میشوند.
استراتوسفر
استراتوسفر در بالای تراپوسفر ودرست در زیر مزوسفر قرار دارد.در داخل این لایه دما با افزایش ارتفاع افزایش می یابد که بالا ترین منطقه آن دمایی در حدود 270 درجه کلوین دارد.
استراتوسفر ناحیه ای است که فعالیتهای شدیدی از جمله فعالیتهای تشعشعی، دینامیکی و فرآیندهای شیمیایی در آن رخ می دهد. آمیزش افقی ترکیبات گازی بیشتر و سریعتر از آمیزش عمودی آنهاست.
استراتوسفر به خاطر جذب اشعه فرابنفش خورشید توسط لایه اوزون گرمتر از قسمت بالایی تراپوسفر است.
تروپوسفر
غلظت بخار آب با توجه به عرض جغرافیایی هم تغییر میکند. روی مدارهای اصلی غلیظتر و روی قطبها غلظتشان بیشتر میشود. تمام پدیدههای آب و هوایی در این منطقه صورت میگیرند. تروپوسفر به معنای منطقه ترکیب شدن است و دلیل آن وجود بادهای شدیدی است که درهم میپیچند. حد بالای این لایه از 8 کیلومتر در عرضهای بالایی و تا 18کیلومتر روی استوا متغیر است. این مرز با تغییر فصلها تغییر میکند، به گونهای که در تابستان در بلندترین حالت است و در زمستان در کوتاهترین. منطقه بسیار باریکی به نام تروپوپاس نقش حایل بین تروپوسفر و لایه بالایی را بازی میکند. نکته جالب اینجاست که با وجود افزایش ارتفاع در تروپوپاس دما همچنان ثابت میماند.
استراتوسفر
مزوسفر
ترموسفر
اگزوسفر
با نزدیک شدن به این بخش چون به منبع گرمایی نزدیک میشویم، تغییرات دما با افزایش ارتفاع افزایش مییابد.در بخش بالاتر ، مزوسفر قرار دارد که در اینجا چگالی مولکولی کم میشود و با افزایش ارتفاع به دلیل دور شدن از استراتوسفر که منبع گرمایی میباشد، دما به شدت نزول میکند تا بخش بالاتر که ترموسفر نامیده میشود. از اینجا به بعد دما باز هم افزایش مییابد و توجیه آن خروج از حیطه زمین و کاسته شدن اثرات حرارتی آن و نزدیک شدن به منبع اصلی گرما در منظومه شمسی میباشد. از اینجا به بعد تغییرات دما سیر صعودی دارد.
دما و لایههای جوی
- تراپوسفر ، 0 - 7.17 کیلومتر ، دما با افزایش ارتفاع کم میشود.
- استراتوسفر ، 7.17 - 50 کیلومتر ، دما با افزایش ارتفاع زیاد میشود.
- مزوسفر ، 50 - 80.85 کیلومتر ، دما با افزایش ارتفاع کم میشود.
- ترموسفر ، 8.85 - +640 کیلومتر دما با افزایش ارتفاع زیاد میشود.
- اگزوسفر
لایه استراتوپوز
اگزوسفر
شرایط موجود در یونوسفر در این لایه نیز حاکم است؛ بدین معنی که گازها در این لایه همچنان قابلیت هدایت الکتریکی خود را حفظ می کنند. سرعت ذرات در این لایه بسیار زیاد است و در مواردی به 2/11 کیلومتر در ثانیه می رسد.
اگزوسفر لایه گذار جو به فضای کیهانی به شمار می آید که بخش فوقانی آن را در ارتفاع بیش از سه هزار کیلومتری از سطح زمین برآورد کرده اند.
تروپوسفر
هوای بالای سطح زمین جو نام دارد و ارتفاع آن در حد هزار کیلومتر تخمین زده شده است. تقسیم بندی لایههای جوی بنابر واکنشهای شیمیایی ، فیزیکی ، یونش ، دما و ... صورت میگیرد. اما تقسیمات براساس میانگین تغییرات دما نسبت به ارتفاع ، طبق تصمیم سازمان هواشناسی جهان تسریع میشود. تروپوسفر یکی از لایههای جوی بنابر تقسیمات عمودی جوی است. در اینجا میخواهیم درباره این لایه و پارامترهای موجود در آن صحبت کنیم.
تقسیمات عمودی جو
- تروپوسفر
- استراتوسفر
- مزوسفر
- ترموسفر
- اگزوسفر
تروپوباز
لیپس ریت (Lapsrade)
اینورژن (Inuersion)
پس یک سیستم پایدار بصورت یک بسته هوای سرد که یک بسته هوای گرم روی آن وجود دارد، موجود است. این حالت پایدار را پدیده اینورژن گویند. وجود این حالت در صبحگاه میتواند خطر آفرین باشد. چون دود حاصل از کارخانجات ، که بوسیله جابجایی لایههای جوی از زمین دور میشود، در این سیستم پایدار قرار میگیرد و نمیتواند از زمین دور شود و میتواند باعث ایجاد اختلالات تنفسی شود. البته این سیستم با تابش پرتوهای خورشید از بین میرود.
ترکیبات هوا در تروپوسفر
ازت
اکسیژن
گاز کربنیک CO2
ازن
واکنشهای فوق در ارتفاع 25 کیلومتری بهتر و بیشتر انجام میپذیرد. به دلیل اینکه چگالی هوا چنان است که مقدار زیادی اکسیژن اتمی وجود دارد.
ازن از نظر زیستی نقش مهمی بازی میکند، چون ازن تابش فرابنفش خورشیدی را جذب کرده، تجزیه میشود و از رسیدن بیش از حد تابش فرابنفش به زمین جلوگیری میکند.
اگر مقدار ازن از 10 - 6 درصد تجاوز کند، فرابنفش بیشتری را جذب میکند و این باعث ایجاد عارضه کاهش ویتامین D در بدن جانداران (ایجاد بیماری راشیتیسم) است.
بخار آب (H2O)
تروپوپوز منطقه مرزی میان تروپوسفر و استراتوسفر است.
تروپوپوز مرز ثابتی نیست ولو اینکه تغییر دمای ویژه آن صفر است.
ترموسفر
دماهای زیاد نزدیک سطح زمین ، در مجاورت استراتوپاز و ناحیه ترموسفر دیده میشود. این زیاد بودن دما به تابش خورشید و جذب آن مربوط است. بیشتر تابش خورشیدی توسط سطح زمین جذب میشود. بنابراین تروپوسفر از ناحیه زیرین شروع به گرم شدن میکند. تغییرات دما از سطح زمین با افزایش ارتفاع ، کاهش مییابد و این بدین سبب است که از منبع گرمایی که سطح زمین میباشد دور میشویم. برعکس تروپوسفر ناحیه گرمایی استراتوسفر در بالای آن قرار دارد و اینجا همان نقطهای است که در آن شکل گیری اوزون و تجزیه ملوکولهای اکسیژن صورت میگیرد و در اثر این واکنش گرما ایجاد میشود.
با نزدیک شدن به این بخش چون به منبع گرمایی نزدیک میشویم تغییرات دما با افزایش ارتفاع افزایش مییابد. در بخش بالاتر ، مزوسفر قرار دارد که در اینجا چگالی مولکولی کم میشود و با افزایش ارتفاع به دلیل دور شدن از استراتوسفر که منبع گرمایی میباشد، دما به شدت نزول میکند تا بخش بالاتر که ترموسفر نامیده میشود. از اینجا به بعد دما باز هم افزایش مییابد و توجیه آن خروج از حیطه زمین و کاسته شدن اثرات حرارتی آن و نزدیک شدن به منبع اصلی گرما در منظومه شمسی میباشد.از اینجا به بعد تغییرات دما سیر صعودی دارد.
- تروپوسفر
- استراتوسفر
- مزوسفر
- اگزوسفر
ترموسفر
دمای ترموسفر به شدت به فعالیت خورشید وابسته است و میتواند به 2000 درجه سانتیگراد هم برسد. تابش در این لایه میتواند باعث پخش ذرات هوا و باردار شدن آنها شود و قادر است امواج رادیوی را به دورتر از فضا برساند. اگزوسفر در 500 تا 1000 کیلومتری بالای سطح زمین قرار دارد که در این مکان اتمسفر با فضا آمیخته میشود. ذرات ناچیز گازهای این منطقه در طول روز میتواند به 2500 درجه سانتیگراد برسد.
مزوسفر لایه ای از جو زمین است که درست در بالای استراتوسفر و زیر ترموسفر قرار دارد. این لایه در ارتفاع 50 تا 85/80 کیلومتری بالای سطح زمین قراردارد. در این لایه دما با افزایش ارتفاع کاهش می یابد.
دما در بالای مزوسفر به اندازه 200 درجه کلوین افت می کند که بر طبق نظریات مختلف این افت دما به عرض جغرافیایی و فصل ها بستگی دارد. روزانه میلیونها شهاب سنگ در اثر برخورد با ذرات داخل مزوسفر می سوزند.
این برخورد باعث می شود که اجسام آسمانی قبل از رسیدن به زمین بسوزند.
مزوسفر
مزوسفر لایهای از جو زمین است که درست در بالای استراتوسفر و زیر ترموسفر قرار دارد. این لایه در ارتفاع 50 تا 80.85 کیلومتری بالای سطح زمین قرار دارد. در این لایه دما با افزایش ارتفاع کاهش مییابد. دما در بالای مزوسفر به اندازه 200 درجه کلوین افت میکند که بر طبق نظریات مختلف این افت دما به عرض جغرافیایی و فصلها بستگی دارد. روزانه میلیونها شهاب سنگ در اثر برخورد با ذرات داخل مزوسفر میسوزند. این برخورد باعث میشود که اجسام آسمانی قبل از رسیدن به زمین بسوزند.
با نزدیک شدن به این بخش چون به منبع گرمایی نزدیک میشویم، تغییرات دما با افزایش ارتفاع افزایش مییابد.در بخش بالاتر ، مزوسفر قرار دارد که در اینجا چگالی مولکولی کم میشود و با افزایش ارتفاع به دلیل دور شدن از استراتوسفر که منبع گرمایی میباشد، دما به شدت نزول میکند تا بخش بالاتر که ترموسفر نامیده میشود. از اینجا به بعد دما باز هم افزایش مییابد و توجیه آن خروج از حیطه زمین و کاسته شدن اثرات حرارتی آن و نزدیک شدن به منبع اصلی گرما در منظومه شمسی میباشد. از اینجا به بعد تغییرات دما سیر صعودی دارد.
دما و لایههای جوی
- تراپوسفر ، 0 - 7.17 کیلومتر ، دما با افزایش ارتفاع کم میشود.
- استراتوسفر ، 7.17 - 50 کیلومتر ، دما با افزایش ارتفاع زیاد میشود.
- مزوسفر ، 50 - 80.85 کیلومتر ، دما با افزایش ارتفاع کم میشود.
- ترموسفر ، 8.85 - +640 کیلومتر دما با افزایش ارتفاع زیاد میشود.
- اگزوسفر
انجام پروژه های درسی و پایان نامه های رشته های محیط زیست و شیلات و کلیه رشته های مرتبط با کشاورزی پذیرفته می شود.