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.


جو زمین لایه‌ای از گازها است که که زمین را احاطه کرده‌اند که این گازها بوسیله جاذبه زمین نگهداشته شده‌اند. جو زمین شامل نیتروژن (78.1%) و اکسیژن (20.9%) همراه مقدار کمی از آرگون (0.9%) ، دی اکسید کربن (متغیر، ولی حدود 0.035%) ، بخار آب و دیگر گازها می‌شود. جو زمین موجودات روی زمین را از طریق جذب اشعه فرابنفش خورشید و کم کردن دمای بالای بین روز و شب محافظت می‌کند.

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

دمای جو زمین همراه با ارتفاع تغییر می‌کند؛ رابطه ریاضی بین دما و ارتفاع مابین لایه‌های مختلف جو متغیر است:


  • 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

فشار جو نتیجه مستقیمی از وزن هواست. این به این معنی است که به همراه مکان و زمان تغییر می‌کند چون مقدار (و وزن) هوای بالای زمین به همراه مکان و زمان تغییر می‌کند. فشار جوی در اتفاع حدود 5 کیلومتری تقریبا به اندازه 50% سقوط می‌کند. میانگین فشار جو در سطح دریا حدود 101.3 کیلو پاسکال است. (حدود 14.7 پوند بر اینچ مربع)

جرم و جرم حجمی

جرم حجمی هوا در سطح دریا حدود 1.2 کیلو گرم بر متر مکعب است. این جرم حجمی با افزایش ارتفاع کم و به همین صورت فشار آن کاهش می‌یابد. مجموع جرم جو زمین در حدود 5.1 × 1018 کیلوگرم است که بخش بسیار ناچیزی از کل جرم زمین را تشکیل می‌دهد. جرم حجمی فشار جو زمین با افزایش ارتفاع تغییر می‌کنند. این تغییر تقریبا می‌تواند نمونه کاربردی Barometric formula باشد.

مناطق مختلف جوی

مناطق جوی به چند طریق نامگذاری می‌شوند:

  • 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 لایه ای از جو زمین است که در بالای لایه تراپوسفر قرار دارد.

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.


استراتوپوز
بطور خلاصه می‌توان گفت که جو از چهار لایه کاملا مشخص تروپوسفر ، استراتوسفر ، مزوسفر و ترموسفر تشکیل شده است. محفظه گازی اطراف زمین خود به چندین لایه متفاوت تقسیم می‌شود. حد بالای اتمسفر یعنی جایی که گازها به درون فضا راه پیدا می‌کنند، یکهزار کیلومتر بالاتر از سطح دریا است. بیش از 90 درصد حجم نهایی اتمسفر در 40 کیلومتر ابتدایی این ارتفاع یکهزار کیلومتری قرار دارد. لایه‌های اتمسفر با توجه به شرایط شیمیایی به پنج قسمت تقسیم می‌شوند که تفاوتهای اساسی در دما دارند:

تروپوسفر

تروپوسفر نزدیکترین لایه اتمسفری به زمین بوده و بیشترین درصد حجم کلی اتمسفر را در خود جای داده است. ویژگی بارز این لایه غلظت هوای آن است. در این لایه به ازای هر کیلومتر ارتفاع ، دمای هوا 6درجه سلسیوس تغییر می‌کند. با افزایش ارتفاع ، دما و حجم بخار آب بشدت کاهش می‌یابد. بخار آب نقش بسیار مهمی در کنترل دما دارد، چون انرژی خورشیدی و پرتو افکنیهای گرمایی سطح سیاره را جذب می‌کند. تروپوسفر 99 درصد بخار آب موجود در اتمسفر را در خود جای داده است.

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

بالای لایه تروپوسفر ، استراتوسفر قرار دارد؛ جایی که جریان هوا بیشتر افقی است. لایه اوزون نازکی که در بالای منطقه استراتوسفر قرار دارد، مقادیر بسیار زیادی اوزون در خود دارد. همانطور که اشاره شد، اوزون حالت خاصی از اکسیژن است. وظیفه اصلی این لایه این است که اشعه مادون قرمز خورشید را جذب کند. درحال حاضر انسانها با فعالیتهای مخرب خود از قبیل تولید بیش از حد فلوئورو کربنها باعث تخریب بخشهایی از لایه اوزون شده‌اند.

مزوسفر

مزوسفر تقریبا از 50 کیلومتری سطح زمین شروع می‌شود و در 80 کیلومتری به پایان می‌رسد. مشخصه ویژه این لایه اتمسفری کاهش بسیار شدید دما در آن است. غلظت اوزون و بخار آب در این منطقه بسیار ناچیز است و به همین علت دمای هوا در این لایه بسیار کمتر از تروپوسفر و استراتوسفر است. با افزایش فاصله از سطح زمین ، ترکیب شیمیایی هوا شدیدا به ارتفاع وابسته شده و اتمسفر سرشار از گازهای سبک می‌شود.

ترموسفر

ترموسفر بالاتر از مزوسفر قرار دارد. منطقه‌ای به نام فروسپاس بین ترموسفر و مزوسفر حائل است. دما در این لایه با افزایش ارتفاع ، بالا می‌رود. این افزایش دما به دلیل جذب پرتوافکنیهای شدید خورشیدی است که توسط میزان بسیار کم و محدود مولکولهای اکسیژن انجام می‌گیرد. در ارتفاع 100 تا۲۰۰ کیلومتری هنوز هم عناصر اصلی اتمسفر نیتروژن و اکسیژن هستند.

اگزوسفر

اگزوسفر دورترین لایه اتمسفری از سطح زمین است. شاید حد بالای این لایه به ارتفاع۹۶۰ تایکهزار کیلومتر برسد. به هر حال نمی‌توان برای آن حد معینی تعیین کرد. اگزوسفر فضای انتقالی بین اتمسفر زمین و فضای بین سیاره‌ای محسوب می‌شود.
دماهای زیاد نزدیک سطح زمین ، در مجاورت استراتوپوز 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.

دما و لایه‌های جوی

دمای جو زمین همراه با ارتفاع تغییر می کند؛ رابطه ریاضی بین دما وارتفاع مابین لایه های مختلف جومتغیر است:


  • 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
مرزهای بین این مناطق تروپوپوز ، استراتوپوز و مزوپوز نامگذاری شده‌اند. میانگین دمای جو در سطح زمین 14 درجه سانتیگراد است.

لایه استراتوپوز

استراتوپوز لایه‌ای از جو زمین است که مرز بین استراتوسفر و مزوسفر نیز می‌باشد. در استراتوسفر دما به همراه ارتفاع افزایش می‌یابد و استراتوپوز بخشی است که بیشترین دما را دارد. این مسئله تنها در اتمسفر زمین رخ نمی‌دهد بلکه در سیارات دیگری که دارای اتمسفر هستند نیز رخ می‌دهد. بر روی زمین عموما معتقدند که استراتوپوز در ارتفاع 50 کیلومتری واقع شده است. فشار اتمسفری حدود یک هزارم فشار در سطح دریاست.


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.

اکثر پدیده‌های جوی که در زندگی روزانه ، انسان نقش عمده‌ای دارند، بیشتر اوقات در طبقه پایین جو یعنی تروپوسفر اتفاق می‌افتد. ارتفاع تروپروسفر بین 7 تا 18 کیلومتر متغیر است. این ارتفاع در استوا به 18 کیلومتر و در قطبین به 7 الی 8 کیلومتر می‌رسد. تروپوسفر لایه متغیر هواست و به ندرت در مدت طولانی قسمت آرامی در آن یافت می‌شود. تمام اتفاقات جوی مانند باران ، برف ، تکرگ ، رعد و برق ، چاههای هوایی و امثال اینها در تروپوسفر رخ می‌دهد.

تقسیمات عمودی جو

  1. تروپوسفر
  2. استراتوسفر
  3. مزوسفر
  4. ترموسفر
  5. اگزوسفر

تروپوباز

مرز تروپوسفر و استراتوسفر و استراتوپاز ، مرز مشترک استراتوسفر و مزوسفر است. همچنین مرز باز مرز بین مزوسفر ترموسفر می‌باشد. نوع دیگری از تقسیم بندی لایه‌های جوی وجود دارد که طی آن ارتفاع بالاتر از 60 کیلومتری را یونسفر می‌نامند، چون دارای ذرات باردار است.

لیپس ریت (Lapsrade)

هر چه از سطح زمین بالاتر می‌رویم هوا سردتر می‌شود، زیرا از تعداد مولکولهای هوا کاسته می‌شود. در لایه تروپوسفر معمولا دما نسبت به ارتفاع کاهش می‌یابد. کاهش دما نسبت به ارتفاع را لیپس ریت گویند. بطور متوسط کاهش درجه حرارت نسبت به ارتفاع در طبقات پایین جو ، 6 درجه سانتیگراد در هر کیلومتر است که آنرا گرادیان قائم دما با لیپس ریت گویند.


δ = ∆t/∆z

اینورژن (Inuersion)

گاهی دما نسبت به ارتفاع در این لایه افزایش می‌یابد که عکس لیپس ریت می‌باشد. این حالت استثنایی را در هواشناسی اینورژن می‌گویند. در حالت کلی بر طبق قوانین فیزیک در یک سیستم پایدار چون هوای سرد پایین و هوای گرم بالاتر می‌گیرد (هوای گرم سبکتر است). می‌دانیم که گرم بودن هوا در شب به علت تابش شبانه زمین است. در اوایل صبح هنگامی که زمین بیشتر گرمای خود را از دست داده و آنرا به لایه‌های هوای بالای آن داده ، هوای گرم بالا رفته و هوای سرد جای آنرا گرفته است و زمین هم دیگر انرژی گرمایی کافی برای گرم کردن بسته هوای سرد که اکنون روی آن مستقر است را ندارد تا بتواند آن را آنقدر گرم کند که از بسته هوای بالایی بالاتر برود.

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 ، ازن ، گاز کربنیک ، هیدروژن و گازهای نادر ترکیبات هوا در تروپوسفر را تشکیل می‌دهند که در جدول زیر درصد آن بدون آلودگی ، وزن مولکولی و ثابت گاز را در تروپوسفر نشان می‌دهد.

ازت

گاز ازت اصولا بصورت مولکولی است. تجزیه مولکولهای ازت مشکل است و تا ارتفاع 500 کیلومتری غلظت ازت اتمی (N) خیلی کم است. در جو از ترکیبات ازت دار مانند دی اکسید ازت NO2 که در اثر آتشفشانی ، آتش سوزی ، دود کارخانجات و نظایر اینها وجود دارد که در اثر تجزیه ، تولید ازن می‌کند.

اکسیژن

گاز اکسیژن توسط اشعه‌های فرابنفش خورشیدی تجزیه می‌شود. غلظت اکسیژن مولکولی با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد، در حالی که اکسیزن اتمی (O) نسبت به ارتفاع افزایش می‌یابد. به همین ترتیب میزان مولکول اکسیژن در تروپوسفر از سایر لایه‌های جوی بیشتر است، در ارتفاع 130 کیلومتری دو سوم اکسیژن موجود در آن ارتفاع بصورت اتمی است و در ارتفاع 500 کیلومتری مقادیر ناچیزی از اکسیژن مولکولی باقی مانده است. اکسیژن اتمی منبع تولید ازن است.

گاز کربنیک CO2

مقدار گاز کربنیک در حالت طبیعی در تروپورسفر 0.03 درصد است، ولی امروزه به دلیل گسترش صنایع مقادیر آن رو به افزایش است. گاز کربنیک تابش خورشیدی را جذب کرده و تجزیه می‌شود. طول موج اشعه‌ای که باعث تجزیه گاز کربنیک می‌شود زیر 0.169 میکرون بوده و این گستره موجی توسط اکسیژن (O2) نیز جذب می‌شود و از تجزیه گاز کربنیک محافظت می‌کند. بدین ترتیب در ارتفاع 90 کیلومتری عمل فتوشیمیایی بر روی گاز کربنیک کم است. گاز کربنیک در تعادل حرارتی زمین و جو نقش بسیار مهمی دارد و تابشهای خروجی را در طول موج معین جذب و از کاهش حرارت جلوگیری می‌کند. این گاز جز آلوده کننده‌های جو به شمار می‌رود و بر اثر آشفتگیهای جوی آمیخته می‌شود. منابع تولید آن تنفس انسان ، حیوان ، احتراق ، آتشفشان و صنایع است.

ازن

اندازه گیریها نشان می‌دهند که حداکثر مقدار ازن در حدود 25 کیلومتری است و توزیع آن بطور عمومی یکسان نیست. از ارتفاع مذکور ، هر چه به طرف بالا و یا پایین برویم از مقدار آن کاسته می‌شود، بطوری که در حدود 70 کیلومتری به کمترین مقدار خود می‌رسد. در اثر تجزیه اکسیژن ، گاز کربنیک و دی اکسید ازت بوسیله تابش فرابنفش خورشیدی و در طول موج معین ، اکسیژن اتمی تولید می‌شود. آمیزش اکسیژن اتمی و اکسیژن مولکولی در حضور یک ذره سوم موجب تولید ازن می‌شود.


O2 → O + O

O2 + 0 → O3

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.


O3 → O2 + O + E

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)

در جو هوا کاملا خشک نیست. اگر چه بر روی بیابانها و عرضهای جغرافیایی بالا نسبتا خشک باشد. در هر حال همیشه بخار آب همراه هوای خشک وجود دارد. تبخیر آب از اقیانوسها ، دریاها (آبهای خارجی) و آبهای داخلی نظیر زمین و گیاهان منبع بخار آب ، ابرها و بارندگیها است. بخار آب به نسبتهای متغیری در جو وجود دارد و تا حدود چهار درصد است و هر قدر ارتفاع بلندتر باشد، از مقدار آن کاسته می‌شود.

تروپوپوز

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.


محفظه گازی اطراف زمین خود به چندین لایه متفاوت تقسیم می‌شود. حد بالای اتمسفر یعنی جایی که گازها به درون فضا راه پیدا می‌کنند، یک هزار کیلومتر بالاتر از سطح دریا است. بیش از 90 درصد حجم نهایی اتمسفر در 40 کیلومتر ابتدایی این ارتفاع یک هزار کیلومتری قرار دارد. لایه‌های اتمسفر با توجه به شرایط شیمیایی به پنج قسمت تقسیم می‌شوند که تفاوتهای اساسی در دما دارند:


  1. تروپوسفر
  2. استراتوسفر
  3. مزوسفر
  4. اگزوسفر

ترموسفر

ترموسفر لایه‌ای از جو زمین است که درست در بالای مزوسفر و زیر اگزوسفر قرار دارد. در این لایه اشعه فرابنفش باعث یونیزاسیون می‌شود. ترموسفر از واژه یونانی thermo به معنای حرارت گرفته شده که از 80 کیلومتری بالای زمین شروع می‌شود. در این ارتفاع بالا باقی مانده گازهای اتمسفری بر طبق جرم مولکولی به لایه‌هایی تقسیم می‌شوند. دمای ترموسفر همراه ارتفاع به سبب جذب بالای پرتوهای فعال خورشید توسط مقدار ناچیزی از اکسیژن باقی مانده موجود افزایش می‌یابد.

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.

مزوپوز

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.


دماهای زیاد نزدیک سطح زمین ، در مجاورت استراتوپوز 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.

دما و لایه‌های جوی

دمای جو زمین همراه با ارتفاع تغییر می‌کند؛ رابطه ریاضی بین دما وارتفاع مابین لایه های مختلف جو متغیر است:
  • 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