(الأتموس اليوناني - البخار والسفيرا - الكرة) - القشرة الهوائية للأرض. الغلاف الجوي ليس له حدود عليا حادة. يتركز حوالي 99.5% من كتلته الإجمالية في الـ 80 كيلومترًا السفلية.
نشأ الغلاف الجوي نتيجة لانبعاث الغازات عند . وقد تأثر تكوينها لاحقًا بظهور المحيطات و.
هيكل الغلاف الجوي
هناك عدة طبقات رئيسية تختلف في الخصائص والكثافة وما إلى ذلك. الطبقة السفلية هي التروبوسفير. يتم تسخينه بواسطة الأرض، والتي بدورها تسخن بواسطة الشمس. الطبقات الأكثر دفئًا في التروبوسفير مجاورة للأرض. تتناقص الحرارة مع الارتفاع، وتنخفض هذه الحرارة من +14 درجة مئوية عند مستوى سطح البحر إلى -55 درجة مئوية عند الحدود العليا لطبقة التروبوسفير. وقد حسب العلماء أن درجة الحرارة هنا تنخفض بمعدل 0.6 درجة لكل 100 متر، وتسمى هذه القيمة بالتدرج الرأسي لدرجة الحرارة. يختلف سمك طبقة التروبوسفير: فهو 17 كم، وفوق خطوط العرض القطبية 8-9 كم. فقط في طبقة التروبوسفير تحدث ظواهر مثل تكوين السحب وهطول الأمطار وغيرها. فوق طبقة التروبوسفير توجد طبقة الستراتوسفير (ما يصل إلى 50-55 كم)، والتي يتم فصلها عن الطبقة السفلية بطبقة انتقالية - التروبوبوز. في طبقة الستراتوسفير، يكون الهواء في حالة نادرة، ولا تتشكل السحب هنا، حيث لا توجد شاشة مائية عمليًا. يستمر انخفاض درجة الحرارة مع الارتفاع، ولكن فوق 25 كم تبدأ في الارتفاع بمقدار 1-2 درجة مئوية لكل كيلومتر. ويبدو أن السبب في ذلك هو أن طبقة الأوزون تمتص وتشتت الإشعاع الشمسي، مما يمنعه من الوصول إلى سطح الأرض. توجد فوق طبقة الستراتوسفير أيضًا منطقة انتقالية - الستراتوبوز، وبعدها تأتي الطبقة التالية من الغلاف الجوي - الميزوسفير (حتى 80-85 كم). الهواء هنا أرق، وتستمر درجة الحرارة في الارتفاع. والأعلى من ذلك توجد طبقة تسمى الغلاف الحراري. التفاعلات الكيميائية المعقدة في هذه الطبقات من الغلاف الجوي (فوق 50 كم) تجعلها موصلة للكهرباء. وبما أن التفاعلات تطلق الأيونات، فإن الجزء العلوي من الغلاف الجوي، والذي يتضمن الميزوسفير والغلاف الحراري، يسمى الأيونوسفير. وفي هذه الطبقات يحدث ما يحدث. فوق 800 كيلومتر يوجد الغلاف الخارجي ("exo" - خارجي)، وهنا تكون جزيئات الغاز نادرة جدًا، وتصل درجة الحرارة إلى +2000 درجة مئوية. وقد تمت دراسة تكوين الغاز في الغلاف الجوي لفترة طويلة. في عام 1774، قام العالم الفرنسي أنطوان لافوازييه بدراسة الأجزاء الرئيسية للهواء وأثبت وجود الأكسجين والنيتروجين هناك. وبعد ذلك تم اكتشاف أنه بالإضافة إلى هذه الغازات، توجد أيضًا غازات أخرى في الهواء. وبالتالي فإن الهواء عبارة عن خليط من الغازات يتكون على سطح الأرض من العناصر التالية:
- نيتروجين - 78%
- أكسجين - 21%
- الغازات الخاملة - 0.94%
- ثاني أكسيد الكربون - 0.03%
- بخار الماء والشوائب - 0.03%.
أهمية الغلاف الجوي في الطبيعة وحياة الإنسان
- بفضل الغلاف الغازي، لا يسخن سطح الأرض أثناء النهار ولا يبرد في الليل بقدر ما يبرد، على سبيل المثال، سطح خالٍ من الغلاف الجوي؛
- الغلاف الجوي يحمي الأرض من أن معظمها يحترق ولا يصل إلى سطح الكوكب؛
- شاشة الأوزون () تحمي البشرية من الأشعة فوق البنفسجية الزائدة، والتي تكون جرعة كبيرة منها ضارة بالجسم؛
- الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي ضروري لجميع الكائنات الحية للتنفس.
دراسة الغلاف الجوي
لقد اهتمت البشرية بمحيط الهواء لفترة طويلة، ولكن منذ 300 إلى 400 عام فقط تم اختراع الأدوات الأولى لدراسة الغلاف الجوي: مقياس الحرارة، وريشة الطقس. حاليًا، يتم إجراء دراسة الغاز تحت قيادة المنظمة العالمية للأرصاد الجوية (WMO)، والتي تضم بالإضافة إلى روسيا العديد من المنظمات الأخرى. تم تطوير برنامج لجمع ومعالجة المواد باستخدام أحدث الوسائل التقنية. ولرصد حالة الغلاف الجوي، تم إنشاء شبكة من محطات الأرصاد الجوية الأرضية المجهزة بأجهزة مختلفة.
يتم قياس درجة الحرارة باستخدام موازين الحرارة، ومن المعتاد قياسها بالدرجات المئوية. يعتمد هذا النظام على الخواص الفيزيائية للماء: عند درجة الصفر يتحول إلى حالة صلبة - ويتجمد عند 100 درجة - إلى حالة غازية. يتم قياس كمية الهطول بواسطة مقياس الهطول - وهو وعاء به علامات خاصة على الجدران. يتم قياس سرعة حركة التيارات الهوائية بواسطة مقياس الرياح (مقياس شدة الريح). عادة ما يتم تثبيت ريشة الطقس بجوارها للإشارة إلى اتجاه الريح. في المطارات وبالقرب من الجسور، حيث قد يكون هناك خطر، يتم تثبيت مؤشرات اتجاه الرياح - أكياس كبيرة على شكل مخروطي مصنوعة من قماش مخطط، مفتوحة على كلا الجانبين. تقاس بواسطة البارومتر.
في محطات الأرصاد الجوية، يتم أخذ القراءات 4 مرات على الأقل في اليوم. تعمل محطات الأرصاد الجوية الراديوية الأوتوماتيكية في المناطق التي يصعب الوصول إليها. وفي المحيطات، يتم تركيب مثل هذه المحطات على منصات عائمة. تتم دراسة الغلاف الجوي الحر باستخدام المسبار اللاسلكي، وهي أدوات متصلة ببالونات مطاطية تحلق بحرية ومملوءة بالهيدروجين. يقومون بجمع بيانات عن حالة الغلاف الجوي على ارتفاعات تصل إلى 30-40 كم. وترتفع صواريخ الأرصاد الجوية إلى ارتفاع أعلى يصل إلى 120 كيلومترًا. على ارتفاع معين، يتم فصل جزء من الصاروخ بالأدوات وإسقاطه بالمظلة على سطح الأرض. ولتوضيح تركيبة الهواء ودراسة الطبقات الموجودة على ارتفاعات عالية، يتم استخدام الصواريخ التي تسبر الغلاف الجوي لمسافة تصل إلى 500 كيلومتر. يتم توفير معلومات مهمة جدًا حول حالة الغلاف الجوي وعمليات الطقس التي تحدث فوق سطح الأرض بواسطة الأقمار الصناعية الأرضية. إن ملاحظات الظواهر الجوية التي يقوم بها رواد الفضاء من المحطات المدارية في الفضاء لها قيمة كبيرة.
مصدر الفيديو: AirPano.ru
تلوث البيئة الجو
الهواء الجوي هو مورد طبيعي ضروري. تستخدم الكائنات الحية الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي في عملية التنفس. يتم استخدامه عند حرق أي وقود في مصانع الإنتاج والمحركات المختلفة. يعد الغلاف الجوي وسيلة اتصال مهمة يستخدمها الطيران.
المستهلكون الرئيسيون للهواء في الطبيعة هم النباتات والحيوانات على الأرض. تشير التقديرات إلى أن محيط الهواء بأكمله يمر عبر الكائنات الأرضية في حوالي عشر سنوات.
يتخلل الغلاف الجوي إشعاع شمسي قوي ينظم النظام الحراري للأرض ويساهم في إعادة توزيع الحرارة حول العالم. تعتبر الطاقة الإشعاعية الصادرة عن الشمس المصدر الوحيد للحرارة على سطح الأرض. يمتص الغلاف الجوي هذه الطاقة جزئيًا. تمتص التربة والمياه الطاقة التي تصل إلى الأرض جزئيًا، وتنعكس جزئيًا من سطحهما إلى الغلاف الجوي. ليس من الصعب أن نتخيل كيف سيكون نظام درجة حرارة الأرض إذا لم يكن هناك غلاف جوي: في الليل وفي الشتاء سيكون الجو باردًا جدًا بسبب الإشعاع الشمسي، وفي الصيف وأثناء النهار سيكون محمومًا بسبب الإشعاع الشمسي، كما يحدث على القمر حيث لا يوجد غلاف جوي.
بفضل الغلاف الجوي على الأرض، لا توجد انتقالات حادة من الصقيع إلى الحرارة والعودة. .
إذا لم تكن الأرض محاطة بالغلاف الجوي، ففي غضون يوم واحد سيصل مدى تقلبات درجات الحرارة إلى 200 درجة مئوية: خلال النهار حوالي +100 درجة مئوية، وفي الليل حوالي 100 درجة مئوية. وسيكون هناك فرق أكبر بين درجات حرارة الشتاء والصيف . ولكن بفضل الغلاف الجوي، يبلغ متوسط درجة حرارة الأرض حوالي +15 درجة مئوية.
يعتبر الغلاف الجوي درعاً موثوقاً يقي جميع الكائنات الحية التي تعيش على الأرض من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية والأشعة الكونية المدمرة، والتي تتناثر جزئياً وتمتص جزئياً في طبقاته العليا.
يقوم الغلاف الجوي بتبادل المواد بين الأرض والفضاء. في الوقت نفسه، تفقد الأرض أخف الغازات - الهيدروجين والهيليوم وتستقبل الغبار الكوني والنيازك. الغلاف الجوي يحمينا من شظايا النجوم. في معظم الحالات، لا يكون حجم النيازك أكبر من حجم حبة البازلاء؛ وتحت تأثير الجاذبية تصطدم بالغلاف الجوي بسرعة هائلة تتراوح بين 11-64 كم/ث، بسبب احتكاكها بالهواء، تسخن وتحترق في الغالب على ارتفاع 60-70 كم من سطح الأرض. تعتبر الطاقة الإشعاعية الصادرة عن الشمس المصدر الوحيد للحرارة على سطح الأرض. يمتص الغلاف الجوي هذه الطاقة جزئيًا. تمتص التربة والمياه الطاقة التي تصل إلى الأرض جزئيًا، وتنعكس جزئيًا من سطحهما إلى الغلاف الجوي. ليس من الصعب أن نتخيل كيف سيكون نظام درجة حرارة الأرض إذا لم يكن هناك غلاف جوي: في الليل وفي الشتاء سيكون الجو باردًا جدًا بسبب الإشعاع الشمسي، وفي الصيف وأثناء النهار سيكون محمومًا بسبب الإشعاع الشمسي، كما يحدث على القمر حيث لا يوجد غلاف جوي.
بفضل الغلاف الجوي على الأرض، لا توجد انتقالات حادة من الصقيع إلى الحرارة والعودة. إذا لم تكن الأرض محاطة بالغلاف الجوي، ففي غضون يوم واحد سيصل مدى تقلبات درجات الحرارة إلى 200 درجة مئوية: خلال النهار حوالي +100 درجة مئوية، وفي الليل حوالي 100 درجة مئوية. وسيكون هناك فرق أكبر بين درجات حرارة الشتاء والصيف . ولكن بفضل الغلاف الجوي، يبلغ متوسط درجة حرارة الأرض حوالي +15 درجة مئوية.
تتمتع شاشة الأوزون بأهم قيمة وقائية. تقع في طبقة الستراتوسفير على ارتفاع 20-50 كم عن سطح الأرض. ويقدر إجمالي كمية الأوزون في الغلاف الجوي بنحو 3.3 مليار طن، وسمك هذه الطبقة صغير نسبيا: من 2 ملم عند خط الاستواء إلى 4 ملم عند القطبين في الظروف العادية. تتمثل الأهمية الرئيسية لشاشة الأوزون في حماية الكائنات الحية من الأشعة فوق البنفسجية.
يعتبر الغلاف الجوي درعاً موثوقاً يقي جميع الكائنات الحية التي تعيش على الأرض من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية والأشعة الكونية المدمرة، والتي تتناثر جزئياً وتمتص جزئياً في طبقاته العليا. يقوم الغلاف الجوي بتبادل المواد بين الأرض والفضاء. في الوقت نفسه، تفقد الأرض أخف الغازات - الهيدروجين والهيليوم وتستقبل الغبار الكوني والنيازك. .
الغلاف الجوي يحمينا من شظايا النجوم. في معظم الحالات، لا يكون حجم النيازك أكبر من حجم حبة البازلاء؛ وتحت تأثير الجاذبية تصطدم بالغلاف الجوي بسرعة هائلة تتراوح بين 11-64 كم/ث، بسبب احتكاكها بالهواء، تسخن وتحترق في الغالب على ارتفاع 60-70 كم من سطح الأرض. يلعب الغلاف الجوي دوراً كبيراً في توزيع الضوء. يكسر الهواء أشعة الشمس إلى ملايين الأشعة الصغيرة، ويبعثرها ويخلق الإضاءة الموحدة التي اعتدنا عليها.
إن وجود غلاف هوائي يمنح سماءنا لونًا أزرقًا، حيث أن جزيئات العناصر الأساسية للهواء والشوائب المختلفة الموجودة فيه تنثر بشكل رئيسي الأشعة ذات الطول الموجي القصير، أي الأزرق والنيلي والبنفسجي. في بعض الأحيان، بسبب وجود الشوائب في الغلاف الجوي، يكون لون السماء غير نقي. ومع صعودك للأعلى، تقل الكثافة وتلوث الهواء، أي. مع عدد الجزيئات المتناثرة، يصبح لون السماء أغمق، ويتحول إلى اللون الأزرق العميق، وفي الستراتوسفير - إلى اللون البنفسجي الأسود. الغلاف الجوي هو الوسط الذي تنتقل منه الأصوات. بدون الهواء، سيكون هناك صمت على الأرض. لن نسمع بعضنا البعض، ولا ضجيج البحر، والرياح، والغابة، وما إلى ذلك. .
يسهل الغلاف الأيوني إرسال الإشارات الراديوية وانتشار موجات الراديو.
لفترة طويلة كان يعتقد أن الهواء ليس له كتلة. فقط في القرن السابع عشر ثبت أن كتلة 1 م3 من الهواء الجاف، إذا وزنت عند مستوى سطح البحر عند درجة حرارة 0 درجة مئوية، تساوي 1293 جم، ولكل سنتيمتر مربع من سطح الأرض هناك 1033 غرام من الهواء.
تتعرض كف الإنسان لضغط هواء بقوة حوالي 1471 نيوتن، ويضغط الهواء على جسم الإنسان بأكمله بقوة 1471*103 نيوتن. ونحن لا نلاحظ هذه الجاذبية فقط لأن جميع أنسجة جسمنا أيضًا مشبعة بالهواء الذي يوازن الضغط الخارجي. عندما ينتهك هذا التوازن، فإن رفاهنا يزداد سوءا: تسارع النبض، ويظهر الخمول واللامبالاة، وما إلى ذلك. يشعر الإنسان بنفس الأحاسيس عند تسلق جبل أو الغوص إلى أعماق كبيرة، وكذلك عند الإقلاع والهبوط بالطائرة. في الأعلى ينخفض الضغط الجوي وكتلته: على ارتفاع 20 كم، تبلغ كتلة 1 م 3 من الهواء 43 جم، وعلى ارتفاع 40 كم - 4 جم، وتكون الطاقة الإشعاعية للشمس عمليا هي المصدر الوحيد للحرارة على سطح الأرض. يمتص الغلاف الجوي هذه الطاقة جزئيًا. تمتص التربة والمياه الطاقة التي تصل إلى الأرض جزئيًا، وتنعكس جزئيًا من سطحهما إلى الغلاف الجوي. ليس من الصعب أن نتخيل كيف سيكون نظام درجة حرارة الأرض إذا لم يكن هناك غلاف جوي: في الليل وفي الشتاء سيكون الجو باردًا جدًا بسبب الإشعاع الشمسي، وفي الصيف وأثناء النهار سيكون محمومًا بسبب الإشعاع الشمسي، كما يحدث على القمر حيث لا يوجد غلاف جوي.
يتم تنفيذ جميع العمليات التي تتطور في الغلاف الجوي باستخدام طاقة الشمس. وبفضله تتبخر مليارات الأطنان من الماء من سطح الأرض كل عام. يعمل الغلاف الجوي بمثابة إعادة توزيع للرطوبة على الكرة الأرضية.
تتغير الخصائص الفيزيائية وحالة الغلاف الجوي: 1) بمرور الوقت - خلال النهار والفصول والسنوات؛ 2) في الفضاء - حسب الارتفاع فوق مستوى سطح البحر وخط عرض المنطقة والمسافة من المحيط.
يحتوي الجو دائمًا على كمية معينة من الشوائب. مصادر التلوث يمكن أن تكون طبيعية أو صناعية. تشمل المصادر الطبيعية: الغبار (من أصل نباتي وبركاني وكوني)، والعواصف الترابية، وجزيئات أملاح البحر، ومنتجات التجوية، والضباب، والدخان والغازات الناتجة عن حرائق الغابات والسهوب، والمنتجات المختلفة ذات الأصل النباتي والحيواني والميكروبيولوجي، وما إلى ذلك. المصادر الطبيعية تمثل الأجواء الملوثة ظاهرة طبيعية هائلة مثل الانفجارات البركانية. عادة ما تكون كارثية. عندما تثور البراكين، تنطلق في الغلاف الجوي كمية هائلة من الغازات وبخار الماء والجزيئات الصلبة والرماد والغبار، ويحدث التلوث الحراري للغلاف الجوي، حيث تنطلق مواد شديدة الحرارة في الهواء. .
درجة حرارتهم لدرجة أنهم يحرقون كل شيء في طريقهم. وبعد تراجع النشاط البركاني، يتم استعادة التوازن العام للغازات في الغلاف الجوي تدريجياً.
حرائق الغابات والسهوب الكبيرة تلوث الجو بشكل كبير. غالبا ما تحدث في سنوات الجفاف. وينتشر الدخان الناتج عن الحرائق على مساحات واسعة. تحدث العواصف الترابية بسبب انتقال جزيئات التربة الصغيرة التي ترتفع من سطح الأرض بفعل الرياح القوية. الرياح القوية - الأعاصير، الأعاصير - ترفع أيضا شظايا صخرية كبيرة في الهواء، لكنها تبقى في الهواء لفترة طويلة. خلال العواصف القوية، يرتفع ما يصل إلى 50 مليون طن من الغبار في الهواء. أسباب العواصف الترابية هي الجفاف والرياح الحارة التي تحدث بسبب الحرث المكثف والرعي وتدمير الغابات. العواصف الترابية أكثر شيوعًا في مناطق السهوب وشبه الصحراوية والصحراوية. وتؤدي الأحداث الكارثية المرتبطة بالانفجارات البركانية والحرائق والعواصف الترابية إلى ظهور درع ضوئي حول الأرض، مما يغير إلى حد ما التوازن الحراري للكوكب. لكن هذه الظواهر في الغالب محلية بطبيعتها. إن تلوث الهواء الجوي المرتبط بالتجوية وتحلل المواد العضوية هو ذو طبيعة محلية بسيطة للغاية. .
يمكن أن تكون مصادر التلوث الطبيعية إما موزعة، مثل الغبار الكوني، أو عفوية قصيرة المدى، على سبيل المثال، حرائق الغابات والسهوب، والانفجارات البركانية، وما إلى ذلك. مستوى تلوث الغلاف الجوي من المصادر الطبيعية هو الخلفية ولا يتغير إلا قليلاً مع مرور الوقت. التلوث الاصطناعي هو الأخطر على الغلاف الجوي. المناطق الأكثر استقرارًا ذات التركيزات العالية من الملوثات تحدث في أماكن النشاط البشري النشط. يتميز التلوث البشري المنشأ بمجموعة متنوعة من الأنواع ومصادر عديدة. المصادر الطبيعية لتلوث الهواء هي ظواهر طبيعية هائلة مثل الانفجارات البركانية. عادة ما تكون كارثية. عندما تثور البراكين، تنطلق في الغلاف الجوي كمية هائلة من الغازات وبخار الماء والجزيئات الصلبة والرماد والغبار، ويحدث التلوث الحراري للغلاف الجوي، حيث تنطلق مواد شديدة الحرارة في الهواء. درجة حرارتهم لدرجة أنهم يحرقون كل شيء في طريقهم. وبعد تراجع النشاط البركاني، يتم استعادة التوازن العام للغازات في الغلاف الجوي تدريجياً. .
مشكلة تلوث الهواء ليست جديدة. منذ أكثر من قرنين من الزمان، أصبح تلوث الهواء في المراكز الصناعية الكبرى في العديد من الدول الأوروبية مصدر قلق بالغ. ومع ذلك، لفترة طويلة كانت هذه التلوثات ذات طبيعة محلية. كان الدخان والسخام يلوث مساحات صغيرة نسبيًا من الغلاف الجوي، وكان من السهل تخفيفهما بكتلة من الهواء النظيف في وقت كانت فيه المصانع قليلة وكان استخدام العناصر الكيميائية محدودًا. إذا كان في بداية القرن العشرين. تم استخدام 19 عنصرًا كيميائيًا في الصناعة، وفي منتصف القرن تم استخدام حوالي 50 عنصرًا بالفعل، وفي الوقت الحاضر تم استخدام جميع عناصر الجدول الدوري تقريبًا. وقد أثر هذا بشكل كبير على تكوين الانبعاثات الصناعية وأدى إلى تلوث جوي نوعي جديد مع الهباء الجوي للمعادن الثقيلة والنادرة والمركبات الاصطناعية والمواد المشعة غير الموجودة وغير الطبيعية والمسرطنة والبكتريولوجية وغيرها من المواد.
ويعني النمو السريع للصناعة والنقل أنه لم يعد من الممكن تبديد هذه الكميات من الانبعاثات. يزداد تركيزها، الأمر الذي يستلزم عواقب خطيرة وحتى مميتة على المحيط الحيوي. أصبحت هذه المشكلة حادة بشكل خاص في النصف الثاني من القرن العشرين، أي خلال فترة الثورة العلمية والتكنولوجية، التي تميزت بمعدلات نمو عالية للغاية في الإنتاج الصناعي وتوليد واستهلاك الكهرباء وإنتاج واستخدام عدد كبير من الطاقة. مركبات.
ينشأ تلوث الهواء الرئيسي عن عدد من الصناعات والنقل بالسيارات وتوليد الحرارة والطاقة. علاوة على ذلك، يتم توزيع مشاركتها في تلوث الهواء على النحو التالي: المعادن الحديدية وغير الحديدية، وإنتاج النفط، والبتروكيماويات، وإنتاج مواد البناء، والصناعة الكيميائية - 30٪؛ هندسة الطاقة الحرارية - 30، النقل بالسيارات - 40٪.
المواد السامة الأكثر شيوعًا التي تلوث الغلاف الجوي هي: أول أكسيد الكربون CO، وثاني أكسيد الكبريت SO 2، وثاني أكسيد الكربون CO 2، وأكاسيد النيتروجين NO x، والهيدروكربونات C p N m والغبار. التركيب النسبي التقريبي للمواد الضارة في جو المدن الصناعية الكبيرة هو: ثاني أكسيد الكربون - 45٪، SO - 18٪، CH - 15٪، الغبار - 12٪. .
وبالإضافة إلى هذه المواد، توجد أيضًا مواد أخرى أكثر سمية في الهواء الجوي الملوث، ولكن بكميات أقل. على سبيل المثال، تحتوي انبعاثات التهوية الصادرة عن مصانع صناعة الإلكترونيات على أبخرة من أحماض الهيدروفلوريك والكبريتيك والكروم وغيرها من الأحماض المعدنية والمذيبات العضوية وغيرها. ويوجد حاليا أكثر من 500 مادة ضارة تلوث الغلاف الجوي، وعددها في تزايد. التلوث الاصطناعي هو الأخطر على الغلاف الجوي. المناطق الأكثر استقرارًا ذات التركيزات العالية من الملوثات تحدث في أماكن النشاط البشري النشط. يتميز التلوث البشري المنشأ بمجموعة متنوعة من الأنواع ومصادر عديدة. المصادر الطبيعية لتلوث الهواء هي ظواهر طبيعية هائلة مثل الانفجارات البركانية. عادة ما تكون كارثية. عندما تثور البراكين، تنطلق في الغلاف الجوي كمية هائلة من الغازات وبخار الماء والجزيئات الصلبة والرماد والغبار، ويحدث التلوث الحراري للغلاف الجوي، حيث تنطلق مواد شديدة الحرارة في الهواء. درجة حرارتهم لدرجة أنهم يحرقون كل شيء في طريقهم. وبعد تراجع النشاط البركاني، يتم استعادة التوازن العام للغازات في الغلاف الجوي تدريجياً.
دور الغلاف الجوي في حياة الأرض
الغلاف الجوي عبارة عن غلاف غازي يحيط بكوكب الأرض. يغطي سطحه الداخلي الغلاف المائي وقشرة الأرض جزئيًا، بينما يحد سطحه الخارجي الجزء القريب من الأرض من الفضاء الخارجي.
عادة ما تسمى مجموعة فروع الفيزياء والكيمياء التي تدرس الغلاف الجوي بفيزياء الغلاف الجوي. يحدد الغلاف الجوي حالة الطقس على سطح الأرض، وتدرس الأرصاد الجوية الطقس، ويتعامل علم المناخ مع التغيرات المناخية طويلة المدى.
بالفعل على ارتفاع 5 كم فوق مستوى سطح البحر، يبدأ الشخص غير المدرب في تجربة جوع الأكسجين وبدون التكيف، يتم تقليل أداء الشخص بشكل كبير. المنطقة الفسيولوجية للغلاف الجوي تنتهي هنا. يصبح تنفس الإنسان مستحيلاً على ارتفاع 9 كيلومترات، رغم أن الغلاف الجوي على ارتفاع 115 كيلومتراً تقريباً يحتوي على الأكسجين.
يزودنا الغلاف الجوي بالأكسجين اللازم للتنفس. ومع ذلك، نظرًا لانخفاض الضغط الكلي للغلاف الجوي، فعندما ترتفع إلى الارتفاع، ينخفض الضغط الجزئي للأكسجين وفقًا لذلك.
تحتوي رئتا الإنسان باستمرار على حوالي 3 لترات من الهواء السنخي. يبلغ الضغط الجزئي للأكسجين في الهواء السنخي عند الضغط الجوي الطبيعي 110 ملم زئبقي. الفن، ضغط ثاني أكسيد الكربون - 40 ملم زئبق. الفن وبخار الماء - 47 ملم زئبق. فن. مع زيادة الارتفاع، ينخفض ضغط الأكسجين، ويظل إجمالي ضغط بخار الماء وثاني أكسيد الكربون في الرئتين ثابتًا تقريبًا - حوالي 87 ملم زئبق. فن. سيتوقف إمداد الأكسجين إلى الرئتين تمامًا عندما يصبح ضغط الهواء المحيط مساويًا لهذه القيمة.
على ارتفاع حوالي 19-20 كم، ينخفض \u200b\u200bالضغط الجوي إلى 47 ملم زئبق. فن. ولذلك، عند هذا الارتفاع، يبدأ الماء والسائل الخلالي بالغليان في جسم الإنسان. خارج المقصورة المضغوطة على هذه الارتفاعات، يحدث الموت على الفور تقريبًا. وهكذا، من وجهة نظر علم وظائف الأعضاء البشرية، يبدأ "الفضاء" بالفعل على ارتفاع 15-19 كم.
طبقات الهواء الكثيفة - التروبوسفير والستراتوسفير - تحمينا من التأثيرات الضارة للإشعاع. مع وجود خلخلة كافية للهواء، على ارتفاعات تزيد عن 36 كم، يكون للإشعاعات المؤينة - الأشعة الكونية الأولية - تأثير مكثف على الجسم؛ على ارتفاعات تزيد عن 40 كم، يشكل الجزء فوق البنفسجي من الطيف الشمسي خطورة على البشر. الغلاف الجوي الأكسجين إشعاع الستراتوسفير
مع صعودنا إلى ارتفاع أكبر من أي وقت مضى فوق سطح الأرض، فإن الظواهر المألوفة التي يتم ملاحظتها في الطبقات السفلية من الغلاف الجوي مثل انتشار الصوت، وحدوث الرفع والسحب الديناميكي الهوائي، وانتقال الحرارة عن طريق الحمل الحراري، وما إلى ذلك، تضعف تدريجيًا ثم تختفي تمامًا.
في طبقات الهواء المتخلخلة، يكون انتشار الصوت مستحيلًا. حتى ارتفاعات 60-90 كم، لا يزال من الممكن استخدام مقاومة الهواء والرفع للطيران الديناميكي الهوائي.
ولكن بدءًا من ارتفاعات 100-130 كيلومترًا، تفقد مفاهيم الرقم M وحاجز الصوت المألوفة لدى كل طيار معناها: هناك يكمن خط كرمان التقليدي، الذي تبدأ بعده منطقة الطيران الباليستي البحت، والذي لا يمكن إلا أن يكون يتم التحكم فيها باستخدام قوى رد الفعل.
على ارتفاعات تزيد عن 100 كيلومتر، يُحرم الغلاف الجوي من خاصية رائعة أخرى - وهي القدرة على امتصاص وتوصيل ونقل الطاقة الحرارية عن طريق الحمل الحراري (أي عن طريق خلط الهواء). وهذا يعني أن عناصر مختلفة من المعدات الموجودة في المحطة الفضائية المدارية لن تكون قادرة على التبريد من الخارج بنفس الطريقة التي يتم بها عادةً على متن الطائرة - بمساعدة الطائرات النفاثة ومشعات الهواء. وعلى هذا الارتفاع، كما هو الحال في الفضاء بشكل عام، فإن الطريقة الوحيدة لنقل الحرارة هي الإشعاع الحراري.
يتكون العالم من حولنا من ثلاثة أجزاء مختلفة تمامًا: الأرض والماء والهواء. كل واحد منهم فريد ومثير للاهتمام بطريقته الخاصة. الآن سنتحدث فقط عن آخرهم. ما هو الجو؟ كيف حدث ذلك؟ مما تتكون وإلى أي أجزاء يتم تقسيمها؟ كل هذه الأسئلة مثيرة للاهتمام للغاية.
اسم "الغلاف الجوي" نفسه يتكون من كلمتين من أصل يوناني، مترجم إلى اللغة الروسية يعني "البخار" و "الكرة". وإذا نظرت إلى التعريف الدقيق، يمكنك قراءة ما يلي: "الغلاف الجوي هو الغلاف الجوي لكوكب الأرض، الذي يندفع معه في الفضاء الخارجي". لقد تطورت بالتوازي مع العمليات الجيولوجية والجيوكيميائية التي حدثت على هذا الكوكب. واليوم تعتمد عليه جميع العمليات التي تحدث في الكائنات الحية. وبدون الغلاف الجوي، سيصبح الكوكب صحراء هامدة، مثل القمر.
مما تتكون؟
إن مسألة ماهية الجو والعناصر المضمنة فيه قد أثارت اهتمام الأشخاص لفترة طويلة. كانت المكونات الرئيسية لهذه القذيفة معروفة بالفعل في عام 1774. تم تركيبها من قبل أنطوان لافوازييه. واكتشف أن تكوين الغلاف الجوي يتكون إلى حد كبير من النيتروجين والأكسجين. مع مرور الوقت، تم تحسين مكوناته. والآن من المعروف أنه يحتوي على غازات أخرى كثيرة بالإضافة إلى الماء والغبار.
دعونا نلقي نظرة فاحصة على ما يشكل الغلاف الجوي للأرض بالقرب من سطحها. الغاز الأكثر شيوعا هو النيتروجين. أنه يحتوي على ما يزيد قليلا عن 78 في المئة. ولكن، على الرغم من هذه الكمية الكبيرة، فإن النيتروجين غير نشط عمليا في الهواء.
العنصر التالي من حيث الكمية والمهم جدًا من حيث الأهمية هو الأكسجين. يحتوي هذا الغاز على ما يقرب من 21%، وهو يظهر نشاطًا عاليًا جدًا. وتتمثل وظيفتها المحددة في أكسدة المواد العضوية الميتة التي تتحلل نتيجة لهذا التفاعل.
غازات منخفضة ولكنها مهمة
الغاز الثالث الذي يشكل جزءًا من الغلاف الجوي هو الأرجون. إنها أقل قليلاً من واحد بالمائة. وبعد ذلك يأتي ثاني أكسيد الكربون مع النيون، والهيليوم مع الميثان، والكريبتون مع الهيدروجين، والزينون، والأوزون، وحتى الأمونيا. ولكن يوجد عدد قليل جدًا منها لدرجة أن النسبة المئوية لهذه المكونات تساوي أجزاء من المئات والألف والمليون. ومن بين هذه العناصر، يلعب ثاني أكسيد الكربون فقط دورًا مهمًا، لأنه مادة البناء التي تحتاجها النباتات لعملية التمثيل الضوئي. وتتمثل وظيفتها المهمة الأخرى في منع الإشعاع وامتصاص بعض حرارة الشمس.
يوجد غاز آخر صغير ولكنه مهم، وهو الأوزون لاحتجاز الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس. بفضل هذه الخاصية، تتم حماية جميع أشكال الحياة على هذا الكوكب بشكل موثوق. ومن ناحية أخرى، يؤثر الأوزون على درجة حرارة الستراتوسفير. ونظرًا لأنه يمتص هذا الإشعاع، فإن الهواء يسخن.
يتم الحفاظ على ثبات التركيب الكمي للغلاف الجوي من خلال الخلط المستمر. تتحرك طبقاتها أفقيًا وعموديًا. لذلك، في أي مكان على الكرة الأرضية يوجد ما يكفي من الأكسجين ولا يوجد فائض من ثاني أكسيد الكربون.
ماذا يوجد أيضًا في الهواء؟
تجدر الإشارة إلى أنه يمكن العثور على البخار والغبار في المجال الجوي. وتتكون الأخيرة من حبوب اللقاح وجزيئات التربة، وفي المدينة تنضم إليها شوائب الانبعاثات الصلبة من غازات العادم.
ولكن هناك الكثير من الماء في الغلاف الجوي. وفي ظروف معينة يتكثف وتظهر السحب والضباب. في جوهرها، هذه هي نفس الشيء، فقط الأول يظهر عاليا فوق سطح الأرض، والأخير ينتشر على طوله. تأخذ الغيوم أشكالاً مختلفة. وتعتمد هذه العملية على الارتفاع فوق الأرض.
إذا تشكلت على ارتفاع 2 كم فوق الأرض، فإنها تسمى الطبقات. ومنهم يتساقط المطر على الأرض أو يتساقط الثلج. وفوقها تتشكل سحب ركامية يصل ارتفاعها إلى 8 كيلومترات. هم دائما أجمل ورائعة. إنهم هم الذين ينظرون إليهم ويتساءلون عن شكلهم. إذا ظهرت مثل هذه التشكيلات في الـ 10 كيلومترات القادمة، فستكون خفيفة للغاية ومتجددة الهواء. اسمهم ريش.
ما هي الطبقات التي ينقسم إليها الغلاف الجوي؟
على الرغم من أن درجات الحرارة لديهم مختلفة تمامًا عن بعضها البعض، إلا أنه من الصعب جدًا معرفة الارتفاع المحدد الذي تبدأ به طبقة واحدة وتنتهي الطبقة الأخرى. هذا التقسيم مشروط للغاية وتقريبي. إلا أن طبقات الغلاف الجوي لا تزال موجودة وتقوم بوظائفها.
الجزء السفلي من الغلاف الجوي يسمى التروبوسفير. ويزداد سمكه كلما انتقل من القطبين إلى خط الاستواء من 8 إلى 18 كيلومترا. هذا هو الجزء الأكثر دفئًا في الغلاف الجوي لأن الهواء الموجود فيه يسخن بواسطة سطح الأرض. يتركز معظم بخار الماء في طبقة التروبوسفير، ولهذا السبب تتشكل الغيوم، ويتساقط المطر، وتهتز العواصف الرعدية، وتهب الرياح.
ويبلغ سمك الطبقة التالية حوالي 40 كيلومترًا وتسمى الستراتوسفير. فإذا تحرك الراصد في هذا الجزء من الهواء، وجد أن السماء قد تحولت إلى اللون الأرجواني. ويفسر ذلك انخفاض كثافة المادة التي لا تشتت أشعة الشمس عمليا. في هذه الطبقة تطير الطائرات النفاثة. جميع المساحات المفتوحة مفتوحة لهم، حيث لا توجد غيوم عمليا. توجد داخل طبقة الستراتوسفير طبقة تتكون من كميات كبيرة من الأوزون.
وبعد ذلك يأتي الستراتوبوز والميزوسفير. ويبلغ سمك الأخير حوالي 30 كم. ويتميز بانخفاض حاد في كثافة الهواء ودرجة الحرارة. تبدو السماء سوداء للمراقب. هنا يمكنك حتى مشاهدة النجوم خلال النهار.
الطبقات التي لا يوجد فيها هواء عملياً
يستمر هيكل الغلاف الجوي بطبقة تسمى الغلاف الحراري - وهي الأطول بين جميع الطبقات الأخرى، ويصل سمكها إلى 400 كيلومتر. وتتميز هذه الطبقة بارتفاع درجة حرارتها التي قد تصل إلى 1700 درجة مئوية.
غالبًا ما يتم دمج المجالين الأخيرين في مجال واحد ويسمى الأيونوسفير. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن ردود الفعل تحدث فيها مع إطلاق الأيونات. هذه الطبقات هي التي تجعل من الممكن ملاحظة ظاهرة طبيعية مثل الأضواء الشمالية.
يتم تخصيص الـ 50 كيلومترًا التالية من الأرض للغلاف الخارجي. هذه هي القشرة الخارجية للغلاف الجوي. يقوم بتوزيع جزيئات الهواء في الفضاء. تتحرك أقمار الطقس عادة في هذه الطبقة.
وينتهي الغلاف الجوي للأرض بالغلاف المغناطيسي. هي التي قامت بإيواء معظم الأقمار الصناعية للكوكب.
بعد كل ما قيل، لا ينبغي أن يكون هناك أي أسئلة حول ما هو الجو. إذا كانت لديك شكوك حول ضرورتها، فيمكن تبديدها بسهولة.
معنى الغلاف الجوي
وتتمثل المهمة الرئيسية للغلاف الجوي في حماية سطح الكوكب من الحرارة الزائدة أثناء النهار والتبريد المفرط في الليل. الغرض المهم التالي لهذه القشرة، والذي لن يجادل فيه أحد، هو توفير الأكسجين لجميع الكائنات الحية. وبدون هذا سوف يختنقون.
تحترق معظم النيازك في الطبقات العليا، ولا تصل أبدًا إلى سطح الأرض. ويمكن للناس أن يعجبوا بالأضواء المتطايرة، ويظنون أنها شهب. وبدون الغلاف الجوي، ستكون الأرض بأكملها مليئة بالحفر. وقد تمت بالفعل مناقشة الحماية من الإشعاع الشمسي أعلاه.
كيف يؤثر الإنسان على الغلاف الجوي؟
سلبي جدا. هذا يرجع إلى النشاط المتزايد للناس. الحصة الرئيسية من جميع الجوانب السلبية تقع على الصناعة والنقل. بالمناسبة، فإن السيارات هي التي تنبعث منها ما يقرب من 60٪ من جميع الملوثات التي تخترق الغلاف الجوي. وتنقسم الأربعون المتبقية بين الطاقة والصناعة، وكذلك صناعات التخلص من النفايات.
قائمة المواد الضارة التي تغذي الهواء يوميًا طويلة جدًا. بسبب النقل في الغلاف الجوي يوجد: النيتروجين والكبريت والكربون والأزرق والسخام، بالإضافة إلى مادة مسرطنة قوية تسبب سرطان الجلد - البنزوبيرين.
وتمثل الصناعة العناصر الكيميائية التالية: ثاني أكسيد الكبريت، الهيدروكربونات وكبريتيد الهيدروجين، الأمونيا والفينول، الكلور والفلور. وإذا استمرت العملية، فسرعان ما ستكون الإجابات على الأسئلة: ما هو الجو؟ مما تتكون؟ سوف تكون مختلفة تماما.
6.2. معنى وهيكل الغلاف الجوي
إذا كان الماء، الذي ظل نقصا في المعروض لفترة طويلة، يسمى "مورد الحياة"، فإن الهواء لم يُذكر إلا في عصرنا الحضري. دعونا نتذكر أن الشخص يمكن أن يعيش بدون طعام لعدة عشرات من الأيام، ولكن بدون هواء - فقط ما يصل إلى 5-7 دقائق. بالإضافة إلى ذلك، يحتاج الناس إلى الهواء النظيف، والذي يعاني من نقص في المعروض، خاصة في المدن والمراكز الصناعية.
معنى الغلاف الجوي. الهواء الجوي هو أهم الموارد الطبيعية وجهة (للأرض والإنسانية ):
تزويد الإنسان والنبات والحيوانات بالعناصر الغازية الحيوية (الأكسجين، وثاني أكسيد الكربون)؛
التخفيف من التغيرات في درجات الحرارة (الهواء موصل رديء للحرارة والبرودة)، أي. ضمان التنظيم الحراري على الكوكب؛
حماية سطح الأرض من الإشعاعات الكونية والإشعاعات الشمسية فوق البنفسجية؛
حماية الأرض من النيازك والأجسام الكونية الأخرى التي تحترق كتلتها الساحقة في الغلاف الجوي؛
توفير العمليات الصناعية البشرية باستخدام الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين والغازات المحايدة.
يقوم الغلاف الجوي "بتدفئة" كوكبنا عن طريق امتصاص الحرارة المنبعثة من الأرض إلى الفضاء وإعادتها جزئيًا على شكل إشعاع مضاد. ويعمل الغلاف الجوي على تشتيت أشعة الشمس، مما يؤدي إلى التحول التدريجي من الضوء إلى الظل (الشفق). في الليل تنبعث منه أشعة ضوئية ويعمل كمصدر لإضاءة سطح الأرض.
التوهج الليلي للغلاف الجوي (التلألؤ) هو وهج غازات الهواء المتخلخلة على ارتفاعات تتراوح من 80 إلى 300 كيلومتر. يوفر 40-45% من إجمالي إضاءة سطح الأرض في ليلة غير مقمرة، بينما يشكل ضوء النجوم حوالي 30%، والضوء المنتشر بواسطة الغبار بين النجوم يمثل النسبة المتبقية 25-30%. الشفق القطبي هو نوع من التوهج الجوي. على الأرض، يتم ملاحظتها عند خطوط العرض العالية فقط في الليل في غياب السحب. من الفضاء، يكون الشفق القطبي مرئيًا دائمًا، وفي نفس الوقت على مساحات واسعة.
هيكل الغلاف الجوي. يتكون الغلاف الجوي من عدة طبقات - مجالات لا توجد حدود محددة بوضوح بينها.
1. التروبوسفير - الطبقة الرئيسية السفلى من الغلاف الجوي. وهو الأكثر دراسة. يصل ارتفاع طبقة التروبوسفير إلى 10 كم فوق القطبين، و12 كم في خطوط العرض المعتدلة، ويصل إلى 18 كم فوق خط الاستواء.
تحتوي طبقة التروبوسفير على أكثر من 4/5 من إجمالي كتلة الهواء الجوي. تتجلى فيه الظواهر الجوية المختلفة بشكل واضح. ومن المعروف أن مع زيادة بمقدار كيلومتر واحد، تنخفض درجة حرارة الهواء في هذه الطبقة بأكثر من 6 درجات. ويحدث ذلك لأن الهواء يسمح لأشعة الشمس بالوصول إلى سطح الأرض، مما يؤدي إلى تسخينها. كما تسخن طبقات الغلاف الجوي المجاورة للأرض من سطح الأرض.
وفي الشتاء يبرد سطح الأرض بشكل كبير، وهو ما يسهله الغطاء الثلجي الذي يعكس معظم أشعة الشمس. ولهذا السبب يتبين أن الهواء الموجود على سطح الأرض أبرد منه في الأعلى، أي ما يسمى بالهواء انقلاب درجة الحرارة.غالبًا ما يتم ملاحظة انعكاس درجة الحرارة في الليل.
في الصيف، يتم تسخين سطح الأرض بقوة وبشكل غير متساو بواسطة أشعة الشمس. وترتفع دوامات الهواء إلى أعلى من أكثر مناطقه حرارة. ويتم استبدال الهواء الصاعد بالهواء القادم من المناطق الأقل حرارة من الأرض، والذي بدوره يتم استبداله بالهواء القادم من الطبقات العليا للغلاف الجوي. ينشأ الحمل الحراري,مما يسبب اختلاط الغلاف الجوي في الاتجاه العمودي. ويساعد الحمل الحراري على تبديد الضباب وتقليل الغبار في الطبقة السفلية من الغلاف الجوي.
في الطبقات العليا من التروبوسفير على ارتفاع 12 - 17 كم، عندما تحلق الطائرات فوقها، غالبًا ما تتشكل مسارات سحابية بيضاء، يمكن رؤيتها بوضوح من مسافة بعيدة. تسمى هذه الآثار تركيز، أو آثار الانقلابات.السبب الرئيسي لمسارات التكثيف هو تكثيف أو تسامي بخار الماء الداخل إلى الغلاف الجوي مع غازات عادم محركات الطائرات، حيث أنه عند احتراق الكيروسين في محرك الطائرة، يتشكل بخار الماء.
لحرق 1 كجم من الوقود في المحرك، يتم استهلاك حوالي 11 كجم من الهواء الجوي، مما ينتج حوالي 12 كجم من غازات العادم التي تحتوي على 1.4 كجم تقريبًا من بخار الماء.
2. الستراتوسفير تقع فوق طبقة التروبوسفير على ارتفاع 50-55 كم. يحتوي على أقل من 20٪ من كتلة الهواء الجوي بأكمله. في هذه الطبقة هناك حركة طفيفة للغازات وتزداد درجة الحرارة مع الارتفاع (تصل إلى 0 درجة مئوية عند الحد العلوي).
الجزء السفلي من الستراتوسفير عبارة عن طبقة احتجاز سميكة يتراكم تحتها بخار الماء وبلورات الجليد والجزيئات الصلبة الأخرى. الرطوبة النسبية هنا دائمًا قريبة من 100٪.
في الستراتوسفيرتقع طبقة الأوزون،يعكس الإشعاع الكوني المدمر للحياة وجزئيًا أشعة الشمس فوق البنفسجية. أعلى تركيز الأوزونيوجد على ارتفاع 15-35 كم، حيث يتحول الأكسجين الحر إلى أوزون تحت تأثير الإشعاع الشمسي .
3. الميزوسفير يمتد فوق طبقة الستراتوسفير على ارتفاع حوالي 50 إلى 80 كم. يمثل أقل من 1٪ من الهواء. ويتميز بانخفاض درجة الحرارة مع زيادة الارتفاع، من حوالي 0 درجة مئوية على الحدود مع الستراتوسفير إلى -90 درجة مئوية في الطبقات العليا من الميزوسفير.
4. الأيونوسفير يقع فوق الميزوسفير. ويتميز بمحتوى كبير من الأيونات الجوية والإلكترونات الحرة. في الغلاف الأيوني، تحت تأثير الإشعاع الشمسي فوق البنفسجي والأشعة السينية، يحدث تأين للهواء المخلخل للغاية، وكذلك الإشعاع الكوني، مما يؤدي إلى تحلل جزيئات الغاز الجوي إلى أيونات وإلكترونات. يكون التأين شديدًا بشكل خاص على ارتفاعات تتراوح من 80 إلى 400 كم. يسهل الغلاف الأيوني انتشار موجات الراديو. الحد العلوي للغلاف الأيوني هو الجزء الخارجي من الغلاف المغناطيسي للأرض. غالبا ما يسمى الأيونوسفير الغلاف الحراري.
