اتمسفر: تفاوت بین نسخه‌ها
هانيه اميري (بحث | مشارکتها) جز (جایگزینی متن - 'ك' به 'ک') |
|||
| سطر ۱: | سطر ۱: | ||
| − | اتمسفر یا جَو که از ترکیب دو واژه یونانی atmos به معنای بخار (هوا) و sphere به معنای کره ساخته شده، نامی | + | اتمسفر یا جَو که از ترکیب دو واژه یونانی atmos به معنای بخار (هوا) و sphere به معنای کره ساخته شده، نامی کلی است که به هوا (گازهایی) که سطح یک [[سیاره]] را احاطه کرده‌اند اطلاق می‌شود. در [[منظومه شمسی]]، سیارات از نظر وجود اتمسفر تنوع زیادی دارند. |
نکته قابل اشاره در مورد اتمسفر سیارات این است که هر چه نیروی گرانش وارده از طرف جرم مرکزی به این لایه‌های گازی بیشتر باشد، توان نگاه داشتن گازهای فرار بیشتری در جو فراهم می‌آید. مثلا [[مشتری]] با [[گرانش]] قوی خود می‌تواند گازهای فراری همچون [[هیدروژن]] و [[هلیوم]] را در جو خود نگاه دارد. | نکته قابل اشاره در مورد اتمسفر سیارات این است که هر چه نیروی گرانش وارده از طرف جرم مرکزی به این لایه‌های گازی بیشتر باشد، توان نگاه داشتن گازهای فرار بیشتری در جو فراهم می‌آید. مثلا [[مشتری]] با [[گرانش]] قوی خود می‌تواند گازهای فراری همچون [[هیدروژن]] و [[هلیوم]] را در جو خود نگاه دارد. | ||
| سطر ۵: | سطر ۵: | ||
به همین دلیل [[تیتان]]، تریتون و [[پلوتو]] با وجود [[گرانش]] کم می‌توانند جو خود را حفظ کنند. | به همین دلیل [[تیتان]]، تریتون و [[پلوتو]] با وجود [[گرانش]] کم می‌توانند جو خود را حفظ کنند. | ||
| − | [[عطارد]] به دلیل | + | [[عطارد]] به دلیل نزدیکی به [[خورشید]] تقریبآ جو ندارد. بر خلاف [[عطارد]]، [[سیاره]] ی [[زهره]] جو بسیار غلیظی دارد که حتی دیدن سطح [[سیاره]] را برای ما غیر ممکن می‌کند و همیشه فقط می‌توانیم جو و ابرهای بالای سطح آن را مشاهده کنیم. |
| − | [[سیاره]] [[مریخ]] جو دارد، اما از جو [[زمین]] رقیق‌تر است و درصد [[ | + | [[سیاره]] [[مریخ]] جو دارد، اما از جو [[زمین]] رقیق‌تر است و درصد [[اکسیژن]] کمتری از جو [[زمین]] دارد. |
| − | [[سیارات گازی]] هم | + | [[سیارات گازی]] هم کم و بیش جو دارند، اما به دلیل گازی بودن سطح آنها، تفکیک دقیق جو از سطح سیاره در لایه‌های زیرین مشکل است. به همین دلیل در مورد ضخامت جو این سیارات نظرات مختلفی وجود دارد. |
| − | اما [[جو زمین]] شاید اساسی‌ترین دلیل وجود حیات بر روی این سیاره باشد. بر خلاف تصور | + | اما [[جو زمین]] شاید اساسی‌ترین دلیل وجود حیات بر روی این سیاره باشد. بر خلاف تصور اکثر افراد [[جو زمین]] ضخامت چندانی ندارد. |
| − | البته در بعضی منابع ضخامت [[جو زمین]] تا 1000 | + | البته در بعضی منابع ضخامت [[جو زمین]] تا 1000 کیلومتر نیز ذکر شده است. اما 90 درصد جو زمین در ارتفاع کمتر از 16 کیلومتری قرار دارد و در ارتفاعات بالا تر رقیق و رقیق‌تر می‌شود و در واقع نمی‌توان مرز دقیقی بین آخرین لایه‌ی جو زمین و فضای بیرون از جو مشخص کرد. جو زمین شامل 78% [[نیتروژن]]، 21% [[اکسیژن]] و درصد کمی [[دی اکسید کربن]]، آرگون و سایر گازها است. |
[[جو زمین]] عامل ایجاد پدیده‌های مختلف نجومی هم هست: | [[جو زمین]] عامل ایجاد پدیده‌های مختلف نجومی هم هست: | ||
| سطر ۱۹: | سطر ۱۹: | ||
[[بارش شهابی]] به دلیل برخورد [[شهاب]] ها با[[ جو زمین]] به وجود می‌آید. | [[بارش شهابی]] به دلیل برخورد [[شهاب]] ها با[[ جو زمین]] به وجود می‌آید. | ||
| − | [[ | + | [[چشمک زدن ستارگان]] هم به دلیل وجود جو زمین و شکست پیاپی نور در آن است. در خارج از جو نور ستارگان ممتد و بدون چشمک زدن دیده می‌شود. |
| − | همچنین وجود جو مقدار قابل توجهی از دید ما نسبت به جهان را تغییر می‌دهد و تا حدودی تاثیر نامطلوبی بر روی کیفیت تصویر | + | همچنین وجود جو مقدار قابل توجهی از دید ما نسبت به جهان را تغییر می‌دهد و تا حدودی تاثیر نامطلوبی بر روی کیفیت تصویر تلسکوپ‌های مرئی می‌گذارد. |
| − | به همین دلیل از 2 دهه قبل نسل جدیدی از [[تلسکوپ]] ها به نام " [[ | + | به همین دلیل از 2 دهه قبل نسل جدیدی از [[تلسکوپ]] ها به نام " [[تلسکوپ های فضایی]] " ایجاد شدند تا با استقرار در خارج از جو، بدون مزاحمت تلاطمات جوی، تصویر بهتر و دقیق‌تری به کیهان‌شناسان ارائه کنند. |
| سطر ۲۹: | سطر ۲۹: | ||
| − | بر اساس نظریه‌هایجدید | + | بر اساس نظریه‌هایجدید کره‌ی زمین در ابتدا بدون هیچ گونه جوی، از تجمع تدریجی ذرات سفت و سرد شده در اندازه‌های گوناگون به وجود آمده است. این ذرات بر اساس نظریه‌های گوناگون، حاصل انقباض خورشید بزرگ که روزیبه اندازه‌ی کل منظومه شمسی بوده است، می‌باشد. «به طور کلیاتمسفر مخلوطی از گازها می‌باشد و اگرچه جو زمین ظاهرا به دلیل ماهیت گازیکه دارد بی وزن به نظر می‌رسد، اما دارای جرمی به مقدار 6/5×1014 تن می‌باشد. حدود 99% از حجم اتمسفر زمین را دو گاز ازت و اکسیژن تشکیل می‌دهد که ازت با 87% پیکره‌ی اصلیاتمسفر زمین را شکل می‌دهد و بعد از آن اکسیژن قرار دارد و دیگر گازها فقط در حدود 1% می‌باشند. علاوه بر ترکیبات دائمی جو، اتمسفر زمین حاوی مواد معلق و گوناگونی است که شامل ذرات نمک، گرد و غبار و قطرات بسیار کوچک آب نیز می‌باشد، که البته نباید آنها را در قالب ترکیبات گازی جو به حساب آورد.» |
| − | جدول زیر | + | جدول زیر گازهایتشکیل دهنده جو را در یک هوایخشک (بدون بخار آب و آلاینده‌ها) به صورت حجمیو جرمینشان می‌دهد . |
نوع گاز در صد حجمی درصد جرمی | نوع گاز در صد حجمی درصد جرمی | ||
ازت 78/084 75/51 | ازت 78/084 75/51 | ||
| − | + | اکسیژن 20/946 23/15 | |
آرگون 0/934 1/28 | آرگون 0/934 1/28 | ||
| − | + | دیاکسید کربن 0/033 0/046 | |
| − | برای جو نمی‌توان حدی مشخص قائل شد؛ زیرا هرچه از سطح زمین دور می‌شویم از غلظت گازهای | + | برای جو نمی‌توان حدی مشخص قائل شد؛ زیرا هرچه از سطح زمین دور می‌شویم از غلظت گازهای تشکیل‌دهنده، کاسته می‌شود؛ تا جاییکه ذرات و اتم‌های گاز به فاصله‌های بسیار زیاد از هم قرار می‌گیرند. بر مبنای تجربه می‌توان گفت که تا ارتفاع 1000 کیلومتری نیز آثار وجود گاز مشاهده شده است. |
| − | «علاوه بر گازهای موجود در جدول فوق مقدار زیادی بخار آب نیز در جو وجود دارد و همچنین گازهایی مانند هیدروژن و | + | «علاوه بر گازهای موجود در جدول فوق مقدار زیادی بخار آب نیز در جو وجود دارد و همچنین گازهایی مانند هیدروژن و گازهایرادیواکتیویته مانند رادن (Radon) در جو دیده شده است. همچنین همیشه ذرات دیگری مانند گرد و خاک و دود کارخانجات و نمک‌های مختلف را می‌توان در هوا یافت.» |
| − | == | + | == فیزیک فضا و اتمسفر == |
| − | + | فیزیک فضا یکی از شاخه‌های علم فیزیک است که تا اندازه‌ای پاسخگوی هزاران سؤال موجود در ذهن بشر در مورد فضا می‌باشد. بخشی از فیزیک فضا که در آن اجرام آسمانی مورد مطالعه قرار می‌گیرد، مکانیک سماوی است. در این بخش نیروهای مؤثر بر حرکت اجسامی نظیر سیارات، ماهواره‌ها و پروپ‌های مصنوعی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در سال 1619 میلادی کوپلر در مورد حرکت سیارات سه قانون اساسی خود را با استفاده از مشاهدات تیکو براهه بیان کرد. قوانین کپلر که پایه و اساس قوانین نیوتن و مکانیک کلاسیک برای حرکت سیارات است، عبارتند از: | |
| − | 1- | + | 1-حرکت سیارات به دور خورشید در یک مدار بیضویانجام می‌گیرد که خورشید در یکی از کانون‌های آن بیضی قرار دارد. |
| − | 2-مدار | + | 2-مدار یک سیاره به دور خورشید، سطحی را تشکیل می‌دهد که این سطح جاروب شده توسط خط واصل بین سیاره و خوشید، با زمان حرکت سیاره نسبت مستقیم دارد. |
| − | 3-نسبت بین مربع دوره‌ی تناوب گردش هر سیاره و | + | 3-نسبت بین مربع دوره‌ی تناوب گردش هر سیاره و مکعب نصف محور بزرگ مدار بیضوی، در مورد هر سیاره‌ی منظومه شمسی عدد یکسانی است. |
| − | + | فیزیک فضا علمی بسیار جدید است. با وجود این یک تکنولوژی مهم سبب حل بسیاری از نا شناخته‌های قبلی بوده است. در فیزیک اتمسفر، پارامترهای مهم معین در هر نقطه از اتمسفر مانند فشار، چگالی، دما، میدان مغناطیسی زمین، میدان الکتریکی، تابش الکترومغناطیسی موجود در اتمسفر، ذرات باردار و شهاب سنگ‌ها مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در اثر بر‌هم‌کنش فوتون (که تشکیل‌دهنده‌ی امواج الکترو معناطیسی است) با گازهای موجود در جو زمین، این گازها یونیزه می‌شوند. اتم‌های یونیزه دوباره بر اثر برخورد با الکترون‌های موجود در اتمسفر، در فرآیند ترکیب مجدد شرکت می‌کنند. که این فرایند در جو زمین انجام می‌شود. | |
| سطر ۵۷: | سطر ۵۷: | ||
| − | فضای بین اتمسفر زمین و سیارات منظومه‌ی شمسی، خلاء | + | فضای بین اتمسفر زمین و سیارات منظومه‌ی شمسی، خلاء کامل نیست. اگرچه چگالی مواد بین سیارات کم است، این فضا مقادیری گازهای داغ و ذرات گرد و غبار در بر دارد. مواد گازی موجود در این نواحی را گاز بین سیارات می‌نامند. زیرا این گازها بین سیارات قرار دارند و اغلب از پروتون‌ها و الکترون‌ها تشکیل شده‌اند و چگالی ملکولی آن بسیار کم است. |
| − | مدار | + | مدار حرکت زمین به دور خورشید از فضای بین سیارات می‌گذرد و به همین دلیل با گازهای بسیار رقیق بین سیارات ادغام می‌شود. جو از نظر عمودی ممکن است بنا به ترکیبات، واکنش‌های شیمیایی، یونیزه شدن، دما، فشار و ... بر حسب ارتفاع طبقه‌بندی شود. اما یونیزه شدن از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردار است. |
| − | آنچه بر روی این | + | آنچه بر روی این کره‌ی خاکی حیات را مقدور ساخته است، ارتباط بسیار منظم تنگاتنگی میان اعضای این پوشش با طبقات مختلف است. طبقاتی که هر لایه‌ی آن وظیفه بسیار مهم تعیین‌کننده‌ای در تشکیل و ادامه‌ی حیات دارا است . به نحوی که با حذف مجازی هر لایه و محاسبه مربوط به آن دگرگونی ژرفیدر سایر طبقات و طبع آن، تغییر کامل مکانیسم فعلی را سبب می‌شود. در دید اغلب افراد اهمیت جو در لایه‌ی مجاور زمین است که دارای اکسیژن کافی برای تنفس می‌باشد. برای شکل‌گیری این لایه که موجودات در تماس مستقیم با آن می‌باشند، طبقات دیگر طبق چینش خاص خود با خصوصیات خاص دخالت دارند، که در این مشارکت با حذف هر کدام قطعاً حیات به خطر جدی خواهد افتاد. گرچه جو به معنای واقعی یک سیال کامل است و هیچ جای خالی در آن نمی‌توان یافت و کاملاً فضا را به یک نسبت و یک شکل پوشش می‌دهد، اما در هر لایه ترکیبات خاص از عناصر و ملکول‌ها با توجه به خصوصیات آن لایه قرار دارد. |
| − | == | + | == ترکیبات اتمسفر == |
| − | + | ترکیبات اتمسفر را طی جدولی در بخش تعریف جو یا اتمسفر در ابتدا به خوانندگان عزیز ارائه کردیم؛ اما با توجه به موارد مندرج در جدول یاد شده اگر سهم بخار آب موجود در اتمسفر را نیز در این تقسیم‌بندی دخالت دهیم، این نسبت‌ها ثابت نخواهد بود؛ زیرا دمای لایه‌های پائین جو همیشه در حال تغییر بوده و با رسیدن دما به نقطه‌ی میعان و تبدیل بخار به مایع، درصد حجمی بخار آب در جو تغییر خواهد کرد. در مقیاس جهانی، به طور متوسط 1% حجم اتمسفر زمین را بخار آب تشکیل می‌دهد، اما عملاً ممکن است در یک مکان، هوا فاقد بخار آب و در نقطه‌ای دیگر تا 4% بخار آب وجود داشته باشد. گرچه وزن مولکولی بخار آب از وزن سایر عناصر تشکیل دهنده‌ی جو کمتر است، با این وجود بخار آب بیشتر در لایه‌های پائین جو متمرکز می‌باشد. | |
| − | بیشترین مقدار بخارآب در لایه مجاور سطح زمین بوده و با افزایش ارتفاع، به شدت از میزان آن | + | بیشترین مقدار بخارآب در لایه مجاور سطح زمین بوده و با افزایش ارتفاع، به شدت از میزان آن کاسته می‌شود. بالا بودن مقدار بخار آب در نزدیکی سطح زمین به دو علت است: یکی به دلیل وجود اقیانوس‌ها که منبع اصلی تأمین بخار آب است؛ و دیگری سرد بودن لایه‌های فوقانی جو که مانع از نفوذ و نگه داشت بخار آب می‌شوند. |
| − | == | + | == اکسیژن در جو == |
| − | + | «اکسیژن به سه صورت در جو وجود دارد» | |
| − | 1- | + | 1- اکسیژن معمولی( O2) |
| − | 2- | + | 2- اکسیژن به صورت اتم (O) که مقدار بسیار جزئیاز اکسیژن جو را تشکیل می‌دهد و در قسمت‌های فوقانی جو یعنی از 100 کیلومتر به بالا وجود دارد. |
| − | 3- | + | 3- اکسیژن به صورت ازن (o3) که قسمت عمده‌ی اکسیژن جو را تشکیل می‌دهد و در ارتفاعات بین 35 الی80 کیلومتری جو موجود است.» |
== ارتفاع و ساختار اتمسفر == | == ارتفاع و ساختار اتمسفر == | ||
| − | هر میزان از سطح زمین دور شویم، از غلظت هوا | + | هر میزان از سطح زمین دور شویم، از غلظت هوا کاسته می‌شود. به طوریکه غلظت هوا درلایه‌های انتهایی آنقدر کم می‌شود که به طور غیر محسوس با جو خورشید در هم می‌آمیزد. ساختار اتمسفر را می‌توان از دیدگاه‌های مختلف مورد بررسی قرار داد: یکی از معیارهایی که بر اساس آن لایه‌های جو طبقه‌بندی می‌شوند، دمای هواست. لایه‌بندی حرارتی(thermal stratification) از نظر تغییرات هوا و اثرات مستقیم گرما بسیار با اهمیت می‌باشد. لایه‌بندی دیگری نیز در ارتباط با یونیزاسیون(Ionization) یا وجود ذرات باردار اتمی در جو انجام می‌گیرد که به نوبه‌ی خود دارای اهمیت می‌باشد. اما آنچه به عنوان مبنا پذیرفته شده، همان لایه‌بندی حرارتی است. |
| − | با توجه به محدود بودن اطلاعات ما از خصوصیات جو در لایه‌های فوقانی و به این دلیل | + | با توجه به محدود بودن اطلاعات ما از خصوصیات جو در لایه‌های فوقانی و به این دلیل که سطوح بالایی هنوز تحت بررسی و تحقیق می‌باشد، هیچگونه تعریف مشخص جامعی از ساختار جو در این قسمت وجود ندارد. پایین‌ترین لایه‌ی جو که در برگیرنده‌ی بیشترین جو هواست، و همچنین بزرگترین ویژگی آن، کاهش تدریجی دمای هوا نسبت به ارتفاع می‌باشد، لایه‌ی تروپوسفر (troposphere) نام دارد. بیشترین تغییرات جوی که کاهش دما نسبت به ارتفاع، مهمترین آنهاست، دراین لایه اتفاق می‌افتد. ضخامت متوسط لایه‌ی تروپوسفر حدود 11 کیلومتر است. ضخامت این لایه در قطب حداقل و در استوا به بالاترین مقدار خود می‌رسد. |
| − | روی لایه‌ی تروپوسفر، طبقه‌ی استراتوسفر (stratosphere) قرار دارد | + | روی لایه‌ی تروپوسفر، طبقه‌ی استراتوسفر (stratosphere) قرار دارد که ضخامت متوسط آن حدود 23 کیلومتر است. در 3 کیلومتر اول استراتوسفر، دمای هوا ثابت است؛ اما در قسمت‌های بالاتر، دمای هوا با ارتفاع افزایش می‌یابد. لایه‌ی مزوسفر (mesosphere) در بالای طبقه استراتوسفر واقع شده و به صورتی است که در آن دمای هوا نسبت به افزایش ارتفاع به طور سریع کاهش پیدا می‌کند. ترموسفر (thermosphere) انتهایی ترین لایه‌ی جو می‌باشد که در آن بار دیگر دمای هوا با ارتفاع به شدت زیاد می‌شود. این لایه از ارتفاع تقریبی80 کیلومتری زمین شروع و تا 190 کیلومتری سطح زمین ادامه دارد. بدین ترتیب جو زمین از نظر حرارتی به چهار لایه‌ی متمایز: تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر و ترموسفر تقسیم می‌شود. مرز بین لایه‌ی اول و دوم، تروپوپاز (tropopause)؛ مرز لایه‌ی دوم و سوم، استراتوپاز (stratopause)؛ و مرز بین لایه‌ی سوم چهارم، مزوپاز (mesopause) نام گرفته است. مزوپاز محلی است که پایین‌ترین دما را داراست. |
| − | در برخی دیگر از منابع دو طبقه‌ی دیگر به جو اضافه | + | در برخی دیگر از منابع دو طبقه‌ی دیگر به جو اضافه کردند: «یونوسفر، که تقریباً در 80 تا 800 کیلومتری سطح زمین واقع شده است و اتم‌های این طبقه به علت برخورد با اشعه‌ی خورشید و اشعه‌ی کیهانی به شدت یونیزه می‌شود و موجب انتشار امواج رادیویی می‌گردند. به علت فاصله‌ی زیاد این طبقه با سطح زمین، تعداد ذرات هوا در هر سانتیمتر مکعب (توده ویژه) کم و فاصله‌ی ذرات گاز در آن زیاد می‌باشد. ولی به هر حال فاصله این ذرات به اندازه‌ای است که سنگهای آسمانی که جذب زمین می‌شوند در اثر تماس و اصطکاک با این ذرات به حدی گرم می‌گردند که به حالت گداخته و درخشان درآمده و به شکل شهاب ثاقب دیده می‌شوند. |
| − | «دیگری طبقه اگزوسفر | + | «دیگری طبقه اگزوسفر که در قسمت فوقانی جو و در حقیقت آستانه یا سر حد فضاست که در آن ذرات هوا حرکات پرتابی دارند می‌باشد. چون این طبقه از سطح زمین دور است، نیروی جاذبه‌ی زمین کاهش یافته و ذرات جو از هم دور و با داشتن میدان فعالیت بیشتری با سرعت زیادتری حرکت کرده تا جاییکه نیروی گریز از مرکز بر نیروی جاذبه غلبه می‌کند. بعضی از این ذرات در اثر همین حرکات پرتابی از جو زمین خارج می‌گردند و بعضیدیگر به علت برخورد با ذرات دیگر دو مرتبه به داخل جو زمین بر می‌گردند.» |
== ایزوترمال == | == ایزوترمال == | ||
| − | در طبقه‌ی استراتوسفر از سطح تراپاپاز به بالا ابتدا درجه‌ی حرارت با ارتفاع تغییر | + | در طبقه‌ی استراتوسفر از سطح تراپاپاز به بالا ابتدا درجه‌ی حرارت با ارتفاع تغییر نکرده و ثابت می‌ماند. از این رو است که قسمت های زیرین این طبقه را که دارای چنین خاصیتی است با درجه حرارت ثابت یا «هم‌درجه‌ی حرارت» (Isothermal layer) می‌نامند. ارتفاع ایزوترمال معمولاً 35 کیلومتر می‌باشد. از ارتفاع 35 تا 80 کیلومتری وجود ازن اثبات شده است. عمل ازن در این طبقه جذب زیاد اشعه حرارتی خورشید و به وجود آوردن یک طبقه از هوای گرم در جو بالا است. وجود اوزون در این منطقه ناشی از وجود اشعه‌ی ماورای بنفش است. زیرا که توسط این اشعه فعل و انفعالات شیمیایی انجام گردیده و اکسیژن معمولی با اتم اکسیژن ترکیب شده و اوزون به وجود می‌آید. |
== اوزون == | == اوزون == | ||
| − | « اوزون نامی است | + | « اوزون نامی است که به مولکول سه اتمی اکسیژن داده‌اند. مولکول‌های اکسیژن در اثر تابش ماورای بنفش خورشید به دو اتم اکسیژن تجزیه می‌شوند.این اتم‌های آزاد شده می‌توانند با دیگر مولکول‌های اکسیژن ترکیب شده وازن را تشکیل دهند. به دلیل اینکه ازن نسبت به مولکول‌های معمولی اکسیژن از پایداری کمی برخوردار است، در اثر تابش خورشیدی به اتم و مولکول اکسیژن تجزیه می‌شود.» |
| − | این فعل و انفعالات توسط انرژی ماورای بنفش انجام شده و در نتیجه، باعث نرسیدن این تابش خطر | + | این فعل و انفعالات توسط انرژی ماورای بنفش انجام شده و در نتیجه، باعث نرسیدن این تابش خطر ناک به زمین می‌شود. از طرف دیگر به هنگام تجزیه اوزون مقداری انرژی به صورت انرژی حرارتی آزاد شده و جذب اتمسفر می‌شود که این امر باعث افزایش دمای اتمسفر می‌گردد. با توجه به این که تابش ماورای بنفش آثار تخری بی شدیدی بر روی سلول‌های زنده دارد، اهمیت لایه‌ی اوزون برای ادامه‌ی بقای موجودات زنده در سطح زمین انکار ناپذیر است. |
[[رده:علوم سیاره‌ای]] | [[رده:علوم سیاره‌ای]] | ||
نسخهٔ ۲۸ اکتبر ۲۰۱۲، ساعت ۱۳:۲۶
اتمسفر یا جَو که از ترکیب دو واژه یونانی atmos به معنای بخار (هوا) و sphere به معنای کره ساخته شده، نامی کلی است که به هوا (گازهایی) که سطح یک سیاره را احاطه کرده‌اند اطلاق می‌شود. در منظومه شمسی، سیارات از نظر وجود اتمسفر تنوع زیادی دارند.
نکته قابل اشاره در مورد اتمسفر سیارات این است که هر چه نیروی گرانش وارده از طرف جرم مرکزی به این لایه‌های گازی بیشتر باشد، توان نگاه داشتن گازهای فرار بیشتری در جو فراهم می‌آید. مثلا مشتری با گرانش قوی خود می‌تواند گازهای فراری همچون هیدروژن و هلیوم را در جو خود نگاه دارد. از طرف دیگر فاصله سیارات از خورشید نیز در ترکیب جو موثر است. به این ترتیب که انرژیی که از طرف خورشید به گازهای موجود در جو سیارات می‌رسد، موجب بیشتر شدن سرعت حرکت گرمایی آنها از سرعت گریز از گرانش سیاره می‌شود. به همین دلیل تیتان، تریتون و پلوتو با وجود گرانش کم می‌توانند جو خود را حفظ کنند.
عطارد به دلیل نزدیکی به خورشید تقریبآ جو ندارد. بر خلاف عطارد، سیاره ی زهره جو بسیار غلیظی دارد که حتی دیدن سطح سیاره را برای ما غیر ممکن می‌کند و همیشه فقط می‌توانیم جو و ابرهای بالای سطح آن را مشاهده کنیم.
سیاره مریخ جو دارد، اما از جو زمین رقیق‌تر است و درصد اکسیژن کمتری از جو زمین دارد.
سیارات گازی هم کم و بیش جو دارند، اما به دلیل گازی بودن سطح آنها، تفکیک دقیق جو از سطح سیاره در لایه‌های زیرین مشکل است. به همین دلیل در مورد ضخامت جو این سیارات نظرات مختلفی وجود دارد.
اما جو زمین شاید اساسی‌ترین دلیل وجود حیات بر روی این سیاره باشد. بر خلاف تصور اکثر افراد جو زمین ضخامت چندانی ندارد.
البته در بعضی منابع ضخامت جو زمین تا 1000 کیلومتر نیز ذکر شده است. اما 90 درصد جو زمین در ارتفاع کمتر از 16 کیلومتری قرار دارد و در ارتفاعات بالا تر رقیق و رقیق‌تر می‌شود و در واقع نمی‌توان مرز دقیقی بین آخرین لایه‌ی جو زمین و فضای بیرون از جو مشخص کرد. جو زمین شامل 78% نیتروژن، 21% اکسیژن و درصد کمی دی اکسید کربن، آرگون و سایر گازها است.
جو زمین عامل ایجاد پدیده‌های مختلف نجومی هم هست:
بارش شهابی به دلیل برخورد شهاب ها باجو زمین به وجود می‌آید.
چشمک زدن ستارگان هم به دلیل وجود جو زمین و شکست پیاپی نور در آن است. در خارج از جو نور ستارگان ممتد و بدون چشمک زدن دیده می‌شود.
همچنین وجود جو مقدار قابل توجهی از دید ما نسبت به جهان را تغییر می‌دهد و تا حدودی تاثیر نامطلوبی بر روی کیفیت تصویر تلسکوپ‌های مرئی می‌گذارد.
به همین دلیل از 2 دهه قبل نسل جدیدی از تلسکوپ ها به نام " تلسکوپ های فضایی " ایجاد شدند تا با استقرار در خارج از جو، بدون مزاحمت تلاطمات جوی، تصویر بهتر و دقیق‌تری به کیهان‌شناسان ارائه کنند.
محتویات
تعریف جو یا اتمسفر (Atmosphere)
بر اساس نظریه‌هایجدید کره‌ی زمین در ابتدا بدون هیچ گونه جوی، از تجمع تدریجی ذرات سفت و سرد شده در اندازه‌های گوناگون به وجود آمده است. این ذرات بر اساس نظریه‌های گوناگون، حاصل انقباض خورشید بزرگ که روزیبه اندازه‌ی کل منظومه شمسی بوده است، می‌باشد. «به طور کلیاتمسفر مخلوطی از گازها می‌باشد و اگرچه جو زمین ظاهرا به دلیل ماهیت گازیکه دارد بی وزن به نظر می‌رسد، اما دارای جرمی به مقدار 6/5×1014 تن می‌باشد. حدود 99% از حجم اتمسفر زمین را دو گاز ازت و اکسیژن تشکیل می‌دهد که ازت با 87% پیکره‌ی اصلیاتمسفر زمین را شکل می‌دهد و بعد از آن اکسیژن قرار دارد و دیگر گازها فقط در حدود 1% می‌باشند. علاوه بر ترکیبات دائمی جو، اتمسفر زمین حاوی مواد معلق و گوناگونی است که شامل ذرات نمک، گرد و غبار و قطرات بسیار کوچک آب نیز می‌باشد، که البته نباید آنها را در قالب ترکیبات گازی جو به حساب آورد.»
جدول زیر گازهایتشکیل دهنده جو را در یک هوایخشک (بدون بخار آب و آلاینده‌ها) به صورت حجمیو جرمینشان می‌دهد . نوع گاز در صد حجمی درصد جرمی ازت 78/084 75/51 اکسیژن 20/946 23/15 آرگون 0/934 1/28 دیاکسید کربن 0/033 0/046
برای جو نمی‌توان حدی مشخص قائل شد؛ زیرا هرچه از سطح زمین دور می‌شویم از غلظت گازهای تشکیل‌دهنده، کاسته می‌شود؛ تا جاییکه ذرات و اتم‌های گاز به فاصله‌های بسیار زیاد از هم قرار می‌گیرند. بر مبنای تجربه می‌توان گفت که تا ارتفاع 1000 کیلومتری نیز آثار وجود گاز مشاهده شده است.
«علاوه بر گازهای موجود در جدول فوق مقدار زیادی بخار آب نیز در جو وجود دارد و همچنین گازهایی مانند هیدروژن و گازهایرادیواکتیویته مانند رادن (Radon) در جو دیده شده است. همچنین همیشه ذرات دیگری مانند گرد و خاک و دود کارخانجات و نمک‌های مختلف را می‌توان در هوا یافت.»
فیزیک فضا و اتمسفر
فیزیک فضا یکی از شاخه‌های علم فیزیک است که تا اندازه‌ای پاسخگوی هزاران سؤال موجود در ذهن بشر در مورد فضا می‌باشد. بخشی از فیزیک فضا که در آن اجرام آسمانی مورد مطالعه قرار می‌گیرد، مکانیک سماوی است. در این بخش نیروهای مؤثر بر حرکت اجسامی نظیر سیارات، ماهواره‌ها و پروپ‌های مصنوعی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در سال 1619 میلادی کوپلر در مورد حرکت سیارات سه قانون اساسی خود را با استفاده از مشاهدات تیکو براهه بیان کرد. قوانین کپلر که پایه و اساس قوانین نیوتن و مکانیک کلاسیک برای حرکت سیارات است، عبارتند از: 1-حرکت سیارات به دور خورشید در یک مدار بیضویانجام می‌گیرد که خورشید در یکی از کانون‌های آن بیضی قرار دارد. 2-مدار یک سیاره به دور خورشید، سطحی را تشکیل می‌دهد که این سطح جاروب شده توسط خط واصل بین سیاره و خوشید، با زمان حرکت سیاره نسبت مستقیم دارد. 3-نسبت بین مربع دوره‌ی تناوب گردش هر سیاره و مکعب نصف محور بزرگ مدار بیضوی، در مورد هر سیاره‌ی منظومه شمسی عدد یکسانی است. فیزیک فضا علمی بسیار جدید است. با وجود این یک تکنولوژی مهم سبب حل بسیاری از نا شناخته‌های قبلی بوده است. در فیزیک اتمسفر، پارامترهای مهم معین در هر نقطه از اتمسفر مانند فشار، چگالی، دما، میدان مغناطیسی زمین، میدان الکتریکی، تابش الکترومغناطیسی موجود در اتمسفر، ذرات باردار و شهاب سنگ‌ها مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در اثر بر‌هم‌کنش فوتون (که تشکیل‌دهنده‌ی امواج الکترو معناطیسی است) با گازهای موجود در جو زمین، این گازها یونیزه می‌شوند. اتم‌های یونیزه دوباره بر اثر برخورد با الکترون‌های موجود در اتمسفر، در فرآیند ترکیب مجدد شرکت می‌کنند. که این فرایند در جو زمین انجام می‌شود.
اتمسفر زمین
فضای بین اتمسفر زمین و سیارات منظومه‌ی شمسی، خلاء کامل نیست. اگرچه چگالی مواد بین سیارات کم است، این فضا مقادیری گازهای داغ و ذرات گرد و غبار در بر دارد. مواد گازی موجود در این نواحی را گاز بین سیارات می‌نامند. زیرا این گازها بین سیارات قرار دارند و اغلب از پروتون‌ها و الکترون‌ها تشکیل شده‌اند و چگالی ملکولی آن بسیار کم است. مدار حرکت زمین به دور خورشید از فضای بین سیارات می‌گذرد و به همین دلیل با گازهای بسیار رقیق بین سیارات ادغام می‌شود. جو از نظر عمودی ممکن است بنا به ترکیبات، واکنش‌های شیمیایی، یونیزه شدن، دما، فشار و ... بر حسب ارتفاع طبقه‌بندی شود. اما یونیزه شدن از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردار است. آنچه بر روی این کره‌ی خاکی حیات را مقدور ساخته است، ارتباط بسیار منظم تنگاتنگی میان اعضای این پوشش با طبقات مختلف است. طبقاتی که هر لایه‌ی آن وظیفه بسیار مهم تعیین‌کننده‌ای در تشکیل و ادامه‌ی حیات دارا است . به نحوی که با حذف مجازی هر لایه و محاسبه مربوط به آن دگرگونی ژرفیدر سایر طبقات و طبع آن، تغییر کامل مکانیسم فعلی را سبب می‌شود. در دید اغلب افراد اهمیت جو در لایه‌ی مجاور زمین است که دارای اکسیژن کافی برای تنفس می‌باشد. برای شکل‌گیری این لایه که موجودات در تماس مستقیم با آن می‌باشند، طبقات دیگر طبق چینش خاص خود با خصوصیات خاص دخالت دارند، که در این مشارکت با حذف هر کدام قطعاً حیات به خطر جدی خواهد افتاد. گرچه جو به معنای واقعی یک سیال کامل است و هیچ جای خالی در آن نمی‌توان یافت و کاملاً فضا را به یک نسبت و یک شکل پوشش می‌دهد، اما در هر لایه ترکیبات خاص از عناصر و ملکول‌ها با توجه به خصوصیات آن لایه قرار دارد.
ترکیبات اتمسفر
ترکیبات اتمسفر را طی جدولی در بخش تعریف جو یا اتمسفر در ابتدا به خوانندگان عزیز ارائه کردیم؛ اما با توجه به موارد مندرج در جدول یاد شده اگر سهم بخار آب موجود در اتمسفر را نیز در این تقسیم‌بندی دخالت دهیم، این نسبت‌ها ثابت نخواهد بود؛ زیرا دمای لایه‌های پائین جو همیشه در حال تغییر بوده و با رسیدن دما به نقطه‌ی میعان و تبدیل بخار به مایع، درصد حجمی بخار آب در جو تغییر خواهد کرد. در مقیاس جهانی، به طور متوسط 1% حجم اتمسفر زمین را بخار آب تشکیل می‌دهد، اما عملاً ممکن است در یک مکان، هوا فاقد بخار آب و در نقطه‌ای دیگر تا 4% بخار آب وجود داشته باشد. گرچه وزن مولکولی بخار آب از وزن سایر عناصر تشکیل دهنده‌ی جو کمتر است، با این وجود بخار آب بیشتر در لایه‌های پائین جو متمرکز می‌باشد.
بیشترین مقدار بخارآب در لایه مجاور سطح زمین بوده و با افزایش ارتفاع، به شدت از میزان آن کاسته می‌شود. بالا بودن مقدار بخار آب در نزدیکی سطح زمین به دو علت است: یکی به دلیل وجود اقیانوس‌ها که منبع اصلی تأمین بخار آب است؛ و دیگری سرد بودن لایه‌های فوقانی جو که مانع از نفوذ و نگه داشت بخار آب می‌شوند.
اکسیژن در جو
«اکسیژن به سه صورت در جو وجود دارد» 1- اکسیژن معمولی( O2) 2- اکسیژن به صورت اتم (O) که مقدار بسیار جزئیاز اکسیژن جو را تشکیل می‌دهد و در قسمت‌های فوقانی جو یعنی از 100 کیلومتر به بالا وجود دارد. 3- اکسیژن به صورت ازن (o3) که قسمت عمده‌ی اکسیژن جو را تشکیل می‌دهد و در ارتفاعات بین 35 الی80 کیلومتری جو موجود است.»
ارتفاع و ساختار اتمسفر
هر میزان از سطح زمین دور شویم، از غلظت هوا کاسته می‌شود. به طوریکه غلظت هوا درلایه‌های انتهایی آنقدر کم می‌شود که به طور غیر محسوس با جو خورشید در هم می‌آمیزد. ساختار اتمسفر را می‌توان از دیدگاه‌های مختلف مورد بررسی قرار داد: یکی از معیارهایی که بر اساس آن لایه‌های جو طبقه‌بندی می‌شوند، دمای هواست. لایه‌بندی حرارتی(thermal stratification) از نظر تغییرات هوا و اثرات مستقیم گرما بسیار با اهمیت می‌باشد. لایه‌بندی دیگری نیز در ارتباط با یونیزاسیون(Ionization) یا وجود ذرات باردار اتمی در جو انجام می‌گیرد که به نوبه‌ی خود دارای اهمیت می‌باشد. اما آنچه به عنوان مبنا پذیرفته شده، همان لایه‌بندی حرارتی است. با توجه به محدود بودن اطلاعات ما از خصوصیات جو در لایه‌های فوقانی و به این دلیل که سطوح بالایی هنوز تحت بررسی و تحقیق می‌باشد، هیچگونه تعریف مشخص جامعی از ساختار جو در این قسمت وجود ندارد. پایین‌ترین لایه‌ی جو که در برگیرنده‌ی بیشترین جو هواست، و همچنین بزرگترین ویژگی آن، کاهش تدریجی دمای هوا نسبت به ارتفاع می‌باشد، لایه‌ی تروپوسفر (troposphere) نام دارد. بیشترین تغییرات جوی که کاهش دما نسبت به ارتفاع، مهمترین آنهاست، دراین لایه اتفاق می‌افتد. ضخامت متوسط لایه‌ی تروپوسفر حدود 11 کیلومتر است. ضخامت این لایه در قطب حداقل و در استوا به بالاترین مقدار خود می‌رسد.
روی لایه‌ی تروپوسفر، طبقه‌ی استراتوسفر (stratosphere) قرار دارد که ضخامت متوسط آن حدود 23 کیلومتر است. در 3 کیلومتر اول استراتوسفر، دمای هوا ثابت است؛ اما در قسمت‌های بالاتر، دمای هوا با ارتفاع افزایش می‌یابد. لایه‌ی مزوسفر (mesosphere) در بالای طبقه استراتوسفر واقع شده و به صورتی است که در آن دمای هوا نسبت به افزایش ارتفاع به طور سریع کاهش پیدا می‌کند. ترموسفر (thermosphere) انتهایی ترین لایه‌ی جو می‌باشد که در آن بار دیگر دمای هوا با ارتفاع به شدت زیاد می‌شود. این لایه از ارتفاع تقریبی80 کیلومتری زمین شروع و تا 190 کیلومتری سطح زمین ادامه دارد. بدین ترتیب جو زمین از نظر حرارتی به چهار لایه‌ی متمایز: تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر و ترموسفر تقسیم می‌شود. مرز بین لایه‌ی اول و دوم، تروپوپاز (tropopause)؛ مرز لایه‌ی دوم و سوم، استراتوپاز (stratopause)؛ و مرز بین لایه‌ی سوم چهارم، مزوپاز (mesopause) نام گرفته است. مزوپاز محلی است که پایین‌ترین دما را داراست.
در برخی دیگر از منابع دو طبقه‌ی دیگر به جو اضافه کردند: «یونوسفر، که تقریباً در 80 تا 800 کیلومتری سطح زمین واقع شده است و اتم‌های این طبقه به علت برخورد با اشعه‌ی خورشید و اشعه‌ی کیهانی به شدت یونیزه می‌شود و موجب انتشار امواج رادیویی می‌گردند. به علت فاصله‌ی زیاد این طبقه با سطح زمین، تعداد ذرات هوا در هر سانتیمتر مکعب (توده ویژه) کم و فاصله‌ی ذرات گاز در آن زیاد می‌باشد. ولی به هر حال فاصله این ذرات به اندازه‌ای است که سنگهای آسمانی که جذب زمین می‌شوند در اثر تماس و اصطکاک با این ذرات به حدی گرم می‌گردند که به حالت گداخته و درخشان درآمده و به شکل شهاب ثاقب دیده می‌شوند. «دیگری طبقه اگزوسفر که در قسمت فوقانی جو و در حقیقت آستانه یا سر حد فضاست که در آن ذرات هوا حرکات پرتابی دارند می‌باشد. چون این طبقه از سطح زمین دور است، نیروی جاذبه‌ی زمین کاهش یافته و ذرات جو از هم دور و با داشتن میدان فعالیت بیشتری با سرعت زیادتری حرکت کرده تا جاییکه نیروی گریز از مرکز بر نیروی جاذبه غلبه می‌کند. بعضی از این ذرات در اثر همین حرکات پرتابی از جو زمین خارج می‌گردند و بعضیدیگر به علت برخورد با ذرات دیگر دو مرتبه به داخل جو زمین بر می‌گردند.»
ایزوترمال
در طبقه‌ی استراتوسفر از سطح تراپاپاز به بالا ابتدا درجه‌ی حرارت با ارتفاع تغییر نکرده و ثابت می‌ماند. از این رو است که قسمت های زیرین این طبقه را که دارای چنین خاصیتی است با درجه حرارت ثابت یا «هم‌درجه‌ی حرارت» (Isothermal layer) می‌نامند. ارتفاع ایزوترمال معمولاً 35 کیلومتر می‌باشد. از ارتفاع 35 تا 80 کیلومتری وجود ازن اثبات شده است. عمل ازن در این طبقه جذب زیاد اشعه حرارتی خورشید و به وجود آوردن یک طبقه از هوای گرم در جو بالا است. وجود اوزون در این منطقه ناشی از وجود اشعه‌ی ماورای بنفش است. زیرا که توسط این اشعه فعل و انفعالات شیمیایی انجام گردیده و اکسیژن معمولی با اتم اکسیژن ترکیب شده و اوزون به وجود می‌آید.
اوزون
« اوزون نامی است که به مولکول سه اتمی اکسیژن داده‌اند. مولکول‌های اکسیژن در اثر تابش ماورای بنفش خورشید به دو اتم اکسیژن تجزیه می‌شوند.این اتم‌های آزاد شده می‌توانند با دیگر مولکول‌های اکسیژن ترکیب شده وازن را تشکیل دهند. به دلیل اینکه ازن نسبت به مولکول‌های معمولی اکسیژن از پایداری کمی برخوردار است، در اثر تابش خورشیدی به اتم و مولکول اکسیژن تجزیه می‌شود.» این فعل و انفعالات توسط انرژی ماورای بنفش انجام شده و در نتیجه، باعث نرسیدن این تابش خطر ناک به زمین می‌شود. از طرف دیگر به هنگام تجزیه اوزون مقداری انرژی به صورت انرژی حرارتی آزاد شده و جذب اتمسفر می‌شود که این امر باعث افزایش دمای اتمسفر می‌گردد. با توجه به این که تابش ماورای بنفش آثار تخری بی شدیدی بر روی سلول‌های زنده دارد، اهمیت لایه‌ی اوزون برای ادامه‌ی بقای موجودات زنده در سطح زمین انکار ناپذیر است.
