التروبوسفير: أدنى طبقة من الغلاف الجوي

وتسمى الطبقة الدنيا من الغلاف الجوي التي تعمل فيها الكائنات الحية بالتروبوسفير. إنها منطقة تحركات الهواء القوية والتكوينات السحابية. كان خليطًا من عدة غازات بقيت إلى حد ما بوفرة. ومع ذلك ، حدث بخار الماء والغبار في طبقة التروبوسفير بتركيزات متغيرة للغاية.

يتألف الهواء في التروبوسفير ، وهو الهواء الذي نتنفسه ، من حوالي 78 في المائة من النيتروجين (N ₂ ) و 21 في المائة من الأكسجين (O ₂ ) و 1 في المائة من الأرجون (Ar) و 0.03 في المائة من ثاني أكسيد الكربون (CO ₂ ). كما توجد آثار للغازات الأخرى ، ومعظمها خامل. وترد تفاصيل كل هذه الغازات في الجدول 1.2 أدناه.

جدول 1.2. تفاصيل الغازات المختلفة في جو العالم:

إن الطبقة الأكثر أهمية في مكافحة التلوث هي طبقة التروبوسفير ، لأن هذه هي الطبقة التي توجد بها معظم الكائنات الحية. أحد التغيرات الأخيرة في طبقة التروبوسفير ينطوي على ظاهرة الأمطار الحمضية. ينتج المطر الحمضي أو الترسب الحمضي عندما تتفاعل انبعاثات الغازات من أكاسيد الكبريت (SO _x ) وأكاسيد النيتروجين (NO _x ) مع بخار الماء وأشعة الشمس ويتم تحويلها كيميائياً إلى مركبات حمضية قوية مثل حامض الكبريتيك (H ₂ SO ₄ ) وحمض النيتريك (HNO ₃ ).

يتم ترسيب هذه المركبات جنبا إلى جنب مع غيرها من المواد الكيميائية العضوية وغير العضوية ، على الأرض كهباء وجسيمات (ترسب جاف) أو يتم حملها إلى الأرض بواسطة قطرات المطر أو الثلج أو الضباب أو الندى (الترسيب الرطب).

الستراتوسفير:

الستراتوسفير هو الكتلة الهوائية التي تمتد من المستوى الأعلى للتروبوسفير إلى المستوى الأعلى من الستراتوسفير ، على بعد حوالي 50 كم فوق سطح الأرض. يشكل الأوزون الموجود هناك طبقة من الأوزون تسمى "الأوزون". وهي تتكون من الأكسجين من خلال تفاعل كيميائي ضوئي حيث ينشطر جزيء الأكسجين لتشكيل الأكسجين.

O ₂ + (h = radiation) = 2O

يتكون الأكسجين الذري مع الأكسجين الجزيئي والأوزون.

O ₃ + O = O ₃

تشكل مظلة تسمى مظلة الأوزون التي تمتص الأشعة فوق البنفسجية من الشمس. وعلاوة على ذلك ، فإنه بمثابة بطانية في خفض معدل تبريد الأرض. لذلك ، يعد التوازن بين الأوزون وبقية الهواء عاملًا مهمًا في البيئة.

غلاف الأوسط:

أعلى طبقة الستراتوسفير هي طبقة الميزوسفير التي توجد بها درجة الحرارة الباردة والضغط الجوي المنخفض. تنخفض درجة الحرارة لتصل إلى حد أدنى -95 درجة مئوية على مسافة 80-90 كم فوق سطح الأرض. تسمى المنطقة بانقطاع الطمث.

الحراري:

فوق الغلاف الجوي هو الغلاف الحراري الذي يمتد لمسافة 500 كم فوق سطح الأرض. يتميز بزيادة في درجة الحرارة من الغلاف الجوي للميزوسفير. المنطقة العليا إلى الغلاف الجوي حيث يسمى التأين من جزيئات الأكسجين يسمى الأيونوسفير.

إكزوسفير:

يسمى الغلاف الجوي فوق طبقة الأيونوسفير exosphere of space في الفضاء الخارجي الذي يأخذ الغلاف الجوي باستثناء الهدروجين والهليوم ويمتد إلى 32190 كم من سطح الأرض. لديها درجة حرارة عالية جدا بسبب إشعاعات من الشمس.

خصائص عنصري للغلاف الجوي:

تنشأ مشاكل التلوث من التقاء الملوثات الجوية ، وظروف الأرصاد الجوية المعاكسة ، وفي بعض الأحيان ظروف طبوغرافية معينة. ونظراً للعلاقة الوثيقة القائمة بين تلوث الهواء وظروف معينة في الغلاف الجوي ، من الضروري الحصول على بعض الفهم للأرصاد الجوية.

إن مصدر جميع ظواهر الأرصاد الجوية هو أمر أساسي ، ولكنه ترتيب متغير للخصائص الأساسية للغلاف الجوي - الحرارة والضغط والرياح والرطوبة. جميع الأحوال الجوية بما في ذلك نظام الضغط ، وسرعة الرياح واتجاهها ، والرطوبة ، ودرجة الحرارة وهطول الأمطار تنتج في النهاية عن علاقة متغيرة من الحرارة والضغط والرياح والرطوبة.

يمكن ملاحظة تفاعل هذه العناصر الأربعة على عدة مستويات مختلفة من المقياس. ترتبط موازين الحركة هذه بحركة الهواء الجماعية التي قد تكون عالمية أو قارية أو إقليمية أو محلية في النطاق. وفقاً لمدى تأثيرهم الجغرافي ، يمكن تحديد مقياس الحركة على أنه مقياس كلي أو نطاق متوسط ​​أو مقياس دقيق.

مقياس ماكرو:

تتضمن حركة الغلاف الجوي في هذا المقياس أنماط الكواكب الدورانية ، وهي التي تكتسح تيارات الهواء فوق نصف الكرة الأرضية. وتحدث هذه الظاهرة على نطاق آلاف الكيلومترات وتتجسد في مناطق الضغط العالي والمنخفض شبه الدائمة فوق المحيطات والقارات.

حركة الهواء على المستوى العالمي ليست ببساطة في الاتجاه الطولي من خط الاستواء إلى القطبين أو العكس ، لأن التأثير المزدوج لتفاوت الحرارة بين القطبين وخط الاستواء ودوران الأرض على محاورها يؤسس نمطًا أكثر تعقيدًا لتدوير الهواء . تحت هذا التأثير المزدوج للتحويل الحراري وقوة corolis (تأثير دوران الأرض على سرعة الرياح واتجاهها) التي تشكلت مناطق الضغط العالية والمنخفضة ، الجبهات الباردة أو الدافئة ، والأعاصير والعواصف الشتوية.

أحد العناصر الأساسية المؤثرة في حركة الكتلة الهوائية على هذا المقياس هو توزيع كتل الأرض والماء فوق سطح الأرض. إن التباين الكبير بين القدرات الموصلة لكتل ​​اليابسة والمحيطات يمثل تطور العديد من أنظمة الطقس لدينا.

متوسطة المدى:

يتطور نمط التداول على الوحدات الجغرافية الإقليمية ، ويرجع ذلك أساسًا إلى تأثير التضاريس الإقليمية أو المحلية. هذه الظاهرة تحدث على نطاق مئات الكيلومترات. الحركة الجوية لأسطح الأرض - موقع السلاسل الجبلية والأجسام المحيطية والتشجير والتنمية الحضرية.

الميكروسكيل:

تحدث ظاهرة الميكروسكيل على مناطق تقل عن 10 كيلومترات. ويحدث داخل طبقة الاحتكاك ، طبقة الغلاف الجوي على مستوى الأرض حيث يمكن أن تؤدي تأثيرات الإجهاد الاحتكاك والتغيرات الحرارية إلى انحراف الرياح عن الأنماط القياسية.

ويصادف الإجهاد الاحتكاكي مع تحرك الهواء فوق وحول الخصائص الفيزيائية غير المنتظمة مثل المباني والأشجار والشجيرات أو الصخور التي تسبب اضطرابات ميكانيكية تؤثر على نمط حركة الهواء. تؤدي الحرارة المشعة الناتجة عن امتدادات الأسفلت والخرسانة في المناطق الحضرية أو رمال الصحراء أو غيرها من الأسطح الأخرى إلى اضطراب حراري يؤثر أيضًا على أنماط حركة الهواء.

أنماط الدوران macroscale لها تأثير مباشر ضئيل على جودة الهواء في معظم الحالات. إنها حركة الهواء على مستويات متوسطة النطاق ومتناهية الصغر مما يشكل مصدر قلق حيوي لأولئك المسؤولين عن التحكم في تلوث الهواء.

الحرارة:

الحرارة هي متغير الغلاف الجوي الحرج. وهو محفز رئيسي للظروف المناخية. تأتي الطاقة الحرارية في الغلاف الجوي من الشمس كإشعاع قصير الموجة (حوالي 0.5 ميكرومتر) ، معظمها في شكل ضوء مرئي. تبعث الأرض موجات أطول بكثير (بمعدل 10 ميكرومترات) مما تتلقاها ، ومعظمها في شكل إشعاع حراري غير مرئي.

بعض أشعة الشمس مبعثرة من جزيئات الهواء المتداخلة. هذا هو تشتت الأشعة ذات أطوال موجية مختلفة تعطي سماء صافية لونها الأزرق العميق. التشتت أكثر كثافة عندما تتحرك الشمس بالقرب من الأفق ، وهذه الظاهرة هي التي تنتج أشعة الشمس الحمراء وغروب الشمس.

سطح الأرض هو الممتص الأول للطاقة الشمسية. وبالتالي يتم تسخين التروبوسفير في المقام الأول من الأرض وليس من الشمس.

هناك أربع طرق مهمة يحدث فيها انتقال الحرارة في طبقة التروبوسفير من خلال تأثير البيت الأخضر ، والتكثيف ، ودورة التبخر ، والتوصيل والحمل الحراري.

دورة تبخير التبخر:

يتطلب تبخر الماء استخدام الطاقة ويتم امتصاص هذه الطاقة من الغلاف الجوي وتخزينها في بخار الماء. عند التكثيف ، يتم تحرير هذه الطاقة الحرارية. لأن التبخر يحدث عادة على سطح الأرض أو بالقرب منه ، في حين أن التكثيف يحدث عادة في المناطق العليا من التروبوسفير ، فإن عملية التبخر - التكثيف تميل إلى تحريك الحرارة من المناطق الأدنى إلى المناطق الأعلى.

التوصيل:

كما يتم نقل الحرارة من الأرض إلى الغلاف الجوي من خلال عملية التوصيل ونقل الحرارة عن طريق الاتصال الجسدي المباشر للهواء والأرض. عندما يتحرك الهواء للأسفل ، فإنه يتلامس مع الأرض الأكثر دفئًا ويأخذ الحرارة من الأرض إلى الغلاف الجوي.

الحمل:

إنها عملية بدأها ارتفاع الهواء الدافئ وامتصاص الهواء البارد وهي قوة رئيسية في نقل الحرارة من الأرض إلى التروبوسفير. الحمل الحراري هو العامل الرئيسي في حركة الكتل الهوائية على الماكروسكيل.

الضغط:

الضغط هو متغير مهم في ظاهرة الأرصاد الجوية. لأن الهواء له وزن ، يضغط الغلاف الجوي بالكامل لأسفل على الأرض تحته. ويقاس هذا الضغط عادة بمقياس الزئبق. في خرائط الطقس ، يتم تمثيل توزيع الضغط في جميع أنحاء الغلاف الجوي بخطوط الأيوبار التي تربط نقاط الضغط الجوي المتساوي. تحدد هذه الخطوط خلايا الضغط المرتفعة والمنخفضة التي تؤثر على تطور أنظمة الطقس الرئيسية.

تتعرض أنماط الضغط على الأرض لتغير مستمر بينما يرتفع ضغط الهواء في المناطق نفسها ويسقط في مناطق أخرى. إن موقع القارات ، والاختلافات في خشونة السطح والإشعاع ، وطاقة الرياح ، وأنماط الدوران العالمية ، كلها عوامل تجمع قوة تطوير أنظمة أو خلايا الضغط المرتفعة والمنخفضة. إن دوران أو حركة أنظمة الضغط المرتفعة والمنخفضة هذه مسؤولة عن العديد من التغيرات المناخية.

ينفخ:

الرياح هي ببساطة الهواء في الحركة. على النطاق الكلي ، تنشأ الحركة في توزيع غير متكافئ لدرجة الحرارة والضغط الجوي على سطح الأرض وتتأثر بدرجة كبيرة بدوران الأرض. اتجاه تدفق الرياح من الأعلى إلى المنخفض ولكن قوة coriolis (أي تأثير دوران الأرض على سرعة الرياح واتجاهها) ، تميل إلى تحويل التيارات الهوائية للخروج من هذه الأنماط المتوقعة.

على النطاق المتوسط ​​والنطاق الصغير ، تؤثر السمات الطبوغرافية بشكل حاسم على تدفق الرياح. التغيرات السطحية لها تأثير واضح على سرعة واتجاه حركة الهواء. وعلاوة على ذلك ، فإن نسيم البحر والأرض ورياح الجبال الجبلية والضباب الساحلي وأنظمة الهطول المتعرج والجزر الحرارية الحضرية كلها أمثلة على تأثير التضاريس الإقليمية والمحلية على الظروف الجوية.

ويمثل التباين في القدرة الموصلة للأرض والمياه تأثير آخر للطبوغرافيا على اتجاه الرياح. ولما كانت الأرض تدفئ وتبرد بسرعة أكبر من أجسام المياه المجاورة ، تندرج الرياح الساحلية في نمط نسيم البحر ونسائم الأراضي المسائية.

تقاس سرعة الرياح عادة بواسطة مقياس شدة الريح ، وهو أداة تتكون عادة من ثلاثة أو أربعة أغطية نصف كروية مرتبة حول محور عمودي. كلما كان معدل دوران القبعات أسرع ، كلما ارتفعت سرعة الرياح.

رطوبة:

التبخر للتكثيف لهطول الأمطار هو دورة متكررة باستمرار في بيئتنا. يتم نقل الرطوبة أولاً من سطح الأرض إلى الغلاف الجوي. يتكثف بخار الماء ويشكل الغيوم.

تكمل الدورة نفسها عندما يتم إرجاع البخار المكثف إلى سطح الأرض في شكل ما من أشكال الأمطار أو المطر أو البرد أو الثلج أو المتجمد. تلعب التضاريس دورا هاما في توزيع الرطوبة. تميل الجبال إلى إجبار ارتفاع الهواء الملوث بالرطوبة ، مما يؤدي إلى هطول الأمطار بشكل أكبر على الجانب الأمامي من المدى.

الرطوبة النسبية:

تقاس كمية بخار الماء الموجودة في الغلاف الجوي من حيث الرطوبة. كلما ارتفعت درجة حرارة الهواء ، كلما ازدادت كمية بخار الماء قبل أن تصبح مشبعة. عند مستوى سطح الأرض ، تزيد درجة الحرارة بمقدار 11.1 درجة مئوية تقريبًا من سعة الرطوبة في الغلاف الجوي.

تقاس الرطوبة النسبية بواسطة أداة تسمى مقياس الرطوبة. يشير مقياس الحرارة لمبة مقياس الجفاف إلى درجة حرارة الهواء ، في حين يقيس ميزان الحرارة الرطب مقدار التبريد الذي يحدث مع تبخر الرطوبة في اللمبة. مع الاختلاف في القراءتين ودرجة حرارة المصباح الجاف يمكن للمرء الحصول على قراءات الرطوبة النسبية من جداول مقياس الجسيمات.