جغرافیا

ترکیبات جو

الف)ترکیب جو
جو یا اتمسفر چیست: لایۀ نازکی از هوا که دور تا دور کرۀ زمین را در بر گرفته است جو نامیده می شود.
جرم جو : 1018x5/1 کیلوگرم یا حدود  یک میلیونیم جرم کرۀ زمین است.
مرز نهایی جو در ارتفاع حدود 3000 کیلومتر قرار دارد.
ترکیب جو
1-گازها:
99/99 درصد ترکیب جو را گازهای نیتروژن،78 % ،اکسیژن حدود 21% آرگون و دی اکسید کربن با هم حدود 1%
گازهای دیگری مثل نئون،کریپتون،هیدروژن،آمونیاک،ازون و غیره در جو وجود دارند که به گازهای نادر معروفند چون میزان آنها بسیار کم است.

همگن کره و ناهمگن گره               

تا ارتفاع حدود 90 کیلومتری بالای زمین، به علت تلاطم شدید هوا،ترکیب گازهای جوی تقریباً ثابت می ماند به این لایه،
 همگن کره یا هموسفر می گویند .
از ارتفاع 90 کیل.متری به بالا،گازها بر اساس وزن مولکولی یا وزن اتمی مستقر می شوند یعنی گازهای سبک مثل هیدروژن در بخشهای بالای این لایه و گازهای سنگین تر مثل هلیوم در بخشهای پایینتر قرار می گیرند..به این لایه که ترکیب ناهمگونی دارد ناهمگون کره یا هتروسفر می گویند

خصوصیات گازهای جوی
1-اکسیژن باثبات ترین گاز در بین تمام گازهای جوی است.20 درصد کاهش میزان گاز اکسیژن باعث مشکلات تنفسی می شود.(مثال:کوهنوردان و استفاده ازکپسول اکسیژن در ارتفاعات بالا)
2-گاز دی اکسید کربن یا CO2 که از فعالیتهای انسانی و طبیعی وارد جو می شود اگرچه در کل حدود 03/0 درصد است ولی در اثر مصرف بی رویه سوختهای فسیلی هر روز بر میزان آن افزوده می شود.خاصیت گلخانه ای شدید دارد. و در گرمایش جهانی نقش اصلی را دارد.تحقیقات نشان می دهند در حال حاضر میزان آن حدود 35/0درصد است.

3-ازنO3 گازی خطرناک در سطح زمین با سه اتم اکسیژن است.در لایۀ استرتوسفر گازی مفید برای جذب اشعه ماوراء بنفش خورشیدی است ولی در سطح زمین که عمدتاً از سوختهای فسیلی حاصل می شود بسیار سمی و خطر ناک است.

4-گاز)SO2 دی اکسید گوگرد)که ناشی از احتراق سوختهای فسیلی است و در اثر ترکیب با آب باران به صورت اسید سولفوریک باعث آسیب های زیادی بر محیط زیست و تمام موجود زنده می شود.

2- بخار آب

بخار آب یکی دیگر از ترکیبات جوی است که اهمیت بسیاری برای تمام موجودات زنده از جمله انسان دارد.حداکثر 4 درصد از حجم جو را می تواند به خود اختصاص دهد.به سه شکل جامد ،مایع و گاز در جو وجود دارد

3-هواویزها یا هواویزه ها
هواویزها برخی از ترکیبات غیر گازی و جامد جوی هستند.ذرات گردوغباربیابانها و برخورد شهابسنگها ، خاکسترهای آتشفشانی، دوده های صنعتی و اگزوز اتوموبیلها، ذرات نمک، گرده های گیاهی و غیره همگی هواویزها را تشکیل می دهند.

اهمیت هواویزها در جو:

هواویزها اگر چه باعث کدر شدن و کثیف شدن جو هستند.جلو تابش را تاحدودی می گیرند،ولی نقش بسیار مهمی در ایجاد هسته های تراکم برای تشکیل بارندگی دارند.

ب)ساختار یا ساختمان جو
جوزمین دارای ساختمان ثابت و یکسانی نیست وبه طبقات و لایه هایی قابل تقسیم است.بر اساس روند تغییرات دما ، اختلاف در چگالی، تغییرات فشار، تداخل گازها و ویژگیهای الکتریکی قابل طبقه بندی است.با این همه مهمترین عامل در لایه بندی جو،تغییرات دمایی است.

بر اساس روند تغییرات دمایی، جو کرۀ زمین را به لایه های تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر، یونوسفر، اگزوسفر، تقسیم نموده اند. مرز لایه ها را با پاوز یا پوز از هم دیگر جدا می کنند مثل تروپوپوز که مرز بین تروپوسفر و استراتوسفر است


تروپوسفر
1-پایین ترین لایه جوی است که خود به لایه های ریزتر تقسیم میشود(یادگیری این تقسیم بندیها چندان ضروری نیست)
2-تقریباً تمام بخار آب در این لایه قرار دارد.
3-منبع حرارتی آن در زمین و ناشی از بازتابش انرژی تابشی خورشید است.
ضخامت آن در همه جا یکسان نیست. در استوا 17-18 کیلومتر در مناطق معتدله 10-11 کیلومتر و در مناطق قطبی 7-8 کیلومتر است.
4-حرکات قائم و افقی هوا در این لایه بیشتر است و باعث اختلاط ترکیبات جو و ثابت ماندن نسبت ترکیبات جوی می شود.
5-جهت بادها تحت تاثیر عوامل اصطکاک، گردش زمین و اختلافات دمایی در سطح زمین است.سرعت بادها در سطوح بالاتر بیشتر است چون عوامل اصطکاک مثل کوهها در ارتفاعات بالاتر نقش کمتری دارند.در بالای این لایه سرعت بادها به حد رودباد یا جت استریم می رسد.
6-دمای هوا بالای لایۀ تروپوسفر در قطبها به 40- درجه سانتی گراد و در مناطق معتدله به 56- درجه و در استوا به 80- تا 90- درجه می رسد.
7-کاهش دما به ازای ارتفاع در این لایه را افت آهنگ قائم دما یا افت دما یا لپس ریت می گویند که بطور متوسط 6 درجه به ازای هر کیلومتر است

استراتوسفر
1-از ارتفاع 11 کیلومتری تا ارتفاع 50 کیلومتری لایۀ استراتوسفر نامیده می شود.
2-از ارتفاع 11 تا  25 کیلومتری دمای هوا ثابت است به این قسمت ایزوترمال یا هم
دما گفته می شود.دما در اینجا همان 56- درجه است.
3-بالاتر از این لایه، به دلیل وجود گاز ازن و جذب اشعه ماورای بنفش خورشیدی توسط آن، دما  تا ار تفاع 50 کیلومتری افزایش یافته و به صفر درجه می رسد.
4-در استراتوسفر بندرت ابر تشکیل می شودو تنها در شرایط خاص ابرهایی به نام مادر مروارید در ارتفاع 21 تا 29 کیلومتری تشکیل شود.
5-مرز بین استراتوپوز و لایه بالایی که مزوسفر است به مزوپوز معروف است.
6-ازن که گاز مهمی در این لایه است از طریق واکنشهای شیمیایی زیر ایجاد می شود.همانطوریکه گفتیم این گاز نقش مهمی در حفظ حیات در کرۀ زمین دارد.
O2 + hv           o + o
O2 + o + M           o3 + M
O3 + hv           o2 + o
O3 + o            2o2
در واکنشهای بالا،  hvمعرف انرژی و Mمعرف هر نوع مولکول یا اتم است که واکنش را تحریک نماید

لایۀ مزوسفر

مزوسفر به معنای متوسط کره است و لایه ای است که در بالای لایۀ گرم استراتوسفر قرار دارد.این لایه در بین دو لایۀ گرم استراتوسفر در پایین و لایه گرم ترموسفر یا یونوسفر در بالا قرار گرفته است .در این لایه دما  با افزایش ارتفاع کاهش می یابد.این لایه از ارتفاع حدود 50 کیلومتری شروع و تا حدود 80-90 کیلومتری ادامه می یابد.دمای این لایه در ارتفاع حدود 90 کیلومتری به حدود 80- درجه سانتی گراد می رسد.
-تحقیقات نشان می دهد این لایه فاقد رطوبت است فقط در موارد بسیار نادر ابرهای شفافی به نام ابرهای شب تاب ممکن است در آن مشاهده شود.
- لایۀ مزوسفر سردترین لایه اتمسفر نیز نامیده شده است چرا که اندازه گیری ها توانسته اند دمای حدود 160- درجه را نیز در این لایه ثبت نمایند.
-بادهای شدیدی نیز در این لایه ثبت شده است که به 720 کیلومتر در ساعت نیز می رسد.

لایِۀ یونوسفر یا ترموسفر
از ارتفاع حدود 90 کیلومتری به بالا، و تا ارتفاع 1000 کیلومتری جو، پرتوهای پرانرژی خورشید مثل ماورای بنفش، اشعه های ایکس،رونتگن و غیره وارد جو می شوند.این پرتوها باعث گسستگی پیوند بین مولکولها و اتمها می شوند.یونیزاسیون حاصله باعث تولید گرمای شدید در این لایه می شود.به دلیل همین واکنشهای یونیزاسیون یا یونیزه شدن است که یونهای آزاد در این لایه فراوان بوده و به لایه یونوسفر معروف شده است. همچنینی به دلیل گرمای زیاد حاصل از این فعالیتهاست که به ترموسفر یا گرم کره نیز معروف است.
-روند تغییر دما از مزوپوز که مرز بین مزوسفر و یونوسفر است شروع شده و ابتدا به شدت افزایش می یابد ولی بعد ازارتفاع حدود 500 کیلومتری آرامتر می شود بطوریکه در ارتفاع حدود 1000 کیلومتری دمای هوا به 2000 درجه نیز می رسد.البته به دلیل کمبود مولکولهای هوا و اتمها در این لایه، دمای یاد شده محسوس نیست بلکه بر اساس تجهیزات خاصی قابل اندازه گیری است.
-وجود الکترونها در یونوسفر باعث انعکاس امواج رادیویی می شود.از همین خاصیت یونوسفر برای ارسال امواج رادیویی استفاده می کنند.

اگزوسفر
-اگزوسفر به معنای برون کره یا کرۀ خارج از جو زمین  و ورود به فضای کیهانی است.
-چگالی هوا در این لایه بسیار کم است.به ندرت برخورد بین اتمها و ذرات صورت می گیرد.
-شرایط یونوسفر در این لایه نیز حاکم است.
یونهای آزاد گازها هنوز قابلیت هدایت الکتریکی را دارند.
- حد بالایی این لایه را حدود 3000 کیلومتری بالای زمین می دانند.

ماگنتوسفر
ذرات باردار خورشیدی به شکل پروتونها و الکترونها بطور پیوسته به سمت زمین یورش می آورند.گسیل این ذرات به بادهای خورشیدی معروف است.
سرعت این بادها 1600 کیلومتر در ثانیه است. طوفان خورشیدی نیز می گویند
1-2 روز طول می کشد این ذرات به 8000 کیلومتری زمین برسند.
این ذرات با حرکات مارپیچی حلقه وار به سمت قطبهای مغناطیسی زمین کشیده شده و در دام قطبها می افتند.
این حلقه ها با نام کاشف آن به کمربند تابشی وان آلن معروفند که ماکنتوسفر نیز نامیده می شود.
این کمربندها در فاصله 10000 تا 60000 کیلومتری زمین قرار می گیرند.
این کمربند تابشی برای حفظ حیات موجودات زنده در روی کرۀ زمین اهمیت بی نظیر دارد.

 
اتمسفر استاندارد
اتمسفر استاندارد را سازمان جهانی هواشناسی بر اساس توزیع دما، فشار و چگالی هوا تعیین نموده است و نشانگر شرایط عمومی جو در مناطق معتدله است.بطور مثال :
دمای سطح دریا در این مناطق 15/2 درجه سانتی گراد، فشار 1013/2میلی بار یا هکتوپاسکال است. یا در ارتفاع 5000 متری یا 5 کیلومتری بالای زمین دمای هوا 17/3- درجه و فشار 540/5 میلی بار است.

منبع :مقاله امید ملک حسینی