الغلاف الجوي هو الغلاف الغازي لكوكبنا الذي يدور مع الأرض. الغاز الموجود في الغلاف الجوي يسمى الهواء. الغلاف الجوي على اتصال بالغلاف المائي ويغطي الغلاف الصخري جزئيًا. لكن الحدود العليا يصعب تحديدها. من المقبول تقليديًا أن يمتد الغلاف الجوي للأعلى لحوالي ثلاثة آلاف كيلومتر. هناك يتدفق بسلاسة إلى الفضاء الخالي من الهواء.

التركيب الكيميائي للغلاف الجوي للأرض

بدأ تكوين التركيب الكيميائي للغلاف الجوي منذ حوالي أربعة مليارات سنة. في البداية، كان الغلاف الجوي يتكون فقط من الغازات الخفيفة - الهيليوم والهيدروجين. وفقًا للعلماء، كانت المتطلبات الأساسية لإنشاء غلاف غازي حول الأرض هي الانفجارات البركانية، التي أطلقت مع الحمم البركانية كميات هائلة من الغازات. وبعد ذلك، بدأ تبادل الغازات مع المساحات المائية، ومع الكائنات الحية، ومع منتجات أنشطتها. تغير تكوين الهواء تدريجيًا وثبت في شكله الحديث منذ عدة ملايين من السنين.

المكونات الرئيسية للغلاف الجوي هي النيتروجين (حوالي 79%) والأكسجين (20%). أما النسبة المتبقية (1%) فتتكون من الغازات التالية: الأرجون، النيون، الهيليوم، الميثان، ثاني أكسيد الكربون، الهيدروجين، الكريبتون، الزينون، الأوزون، الأمونيا، الكبريت وثاني أكسيد النيتروجين، أكسيد النيتروز وأول أكسيد الكربون، وهي متضمنة. في هذا واحد في المئة.

بالإضافة إلى ذلك، يحتوي الهواء على بخار الماء والجسيمات (حبوب اللقاح والغبار وبلورات الملح وشوائب الهباء الجوي).

في الآونة الأخيرة، لاحظ العلماء ليس تغييرا نوعيا، ولكن كميا في بعض مكونات الهواء. والسبب في ذلك هو الإنسان وأنشطته. وفي المائة عام الماضية فقط، زادت مستويات ثاني أكسيد الكربون بشكل ملحوظ! وهذا أمر محفوف بالعديد من المشاكل، وأشدها عالمية هو تغير المناخ.

تشكيل الطقس والمناخ

يلعب الغلاف الجوي دورًا حاسمًا في تشكيل المناخ والطقس على الأرض. يعتمد الكثير على كمية ضوء الشمس وطبيعة السطح الأساسي والدورة الجوية.

دعونا ننظر إلى العوامل بالترتيب.

1. ينقل الغلاف الجوي حرارة أشعة الشمس ويمتص الأشعة الضارة. عرف اليونانيون القدماء أن أشعة الشمس تسقط على أجزاء مختلفة من الأرض بزوايا مختلفة. كلمة "المناخ" نفسها المترجمة من اليونانية القديمة تعني "المنحدر". لذا، عند خط الاستواء، تسقط أشعة الشمس عموديًا تقريبًا، ولهذا السبب يكون الجو حارًا جدًا هنا. كلما اقتربنا من القطبين زادت زاوية الميل. وتنخفض درجة الحرارة.

2. بسبب التسخين غير المتكافئ للأرض، تتشكل تيارات هوائية في الغلاف الجوي. يتم تصنيفها وفقا لأحجامها. أصغرها (عشرات ومئات الأمتار) هي الرياح المحلية. ويلي ذلك الرياح الموسمية والرياح التجارية والأعاصير والأعاصير المضادة والمناطق الأمامية الكوكبية.

كل هذه الكتل الهوائية تتحرك باستمرار. بعضها ثابت تمامًا. على سبيل المثال، الرياح التجارية التي تهب من المناطق شبه الاستوائية باتجاه خط الاستواء. وتعتمد حركة الآخرين بشكل كبير على الضغط الجوي.

3. الضغط الجوي هو عامل آخر يؤثر على تكوين المناخ. هذا هو ضغط الهواء على سطح الأرض. وكما هو معروف فإن الكتل الهوائية تتحرك من منطقة ذات ضغط جوي مرتفع نحو منطقة يكون فيها هذا الضغط أقل.

تم تخصيص إجمالي 7 مناطق. خط الاستواء هو منطقة الضغط المنخفض. علاوة على ذلك، توجد على جانبي خط الاستواء حتى خطوط عرض الثلاثينيات منطقة ذات ضغط مرتفع. من 30° إلى 60° - ضغط منخفض مرة أخرى. ومن 60° إلى القطبين منطقة ضغط مرتفع. وتنتشر الكتل الهوائية بين هذه المناطق. تلك التي تأتي من البحر إلى الأرض تجلب المطر والطقس السيئ، وتلك التي تهب من القارات تجلب طقسًا صافًا وجافًا. وفي الأماكن التي تتصادم فيها التيارات الهوائية، تتشكل مناطق جبهة جوية تتميز بهطول الأمطار وطقس عاصف عاصف.

لقد أثبت العلماء أنه حتى رفاهية الشخص تعتمد على الضغط الجوي. وفقا للمعايير الدولية، يبلغ الضغط الجوي الطبيعي 760 ملم زئبق. العمود عند درجة حرارة 0 درجة مئوية. يتم حساب هذا المؤشر لتلك المناطق من الأرض التي تكون تقريبًا على مستوى سطح البحر. مع الارتفاع ينخفض ​​الضغط. لذلك، على سبيل المثال، لسانت بطرسبرغ 760 ملم زئبق. - هذا هو المعيار. لكن بالنسبة لموسكو التي تقع أعلى، يبلغ الضغط الطبيعي 748 ملم زئبق.

يتغير الضغط ليس فقط عموديا، ولكن أيضا أفقيا. هذا محسوس بشكل خاص أثناء مرور الأعاصير.

هيكل الغلاف الجوي

الجو يذكرنا بكعكة الطبقة. وكل طبقة لها خصائصها الخاصة.

. التروبوسفير- الطبقة الأقرب إلى الأرض. يتغير "سمك" هذه الطبقة مع المسافة من خط الاستواء. وفوق خط الاستواء تمتد الطبقة نحو الأعلى بمقدار 16-18 كم، وفي المناطق المعتدلة بمقدار 10-12 كم، وعند القطبين بمقدار 8-10 كم.

يوجد هنا 80٪ من إجمالي كتلة الهواء و 90٪ من بخار الماء. تتشكل الغيوم هنا، وتنشأ الأعاصير والأعاصير المضادة. تعتمد درجة حرارة الهواء على ارتفاع المنطقة. وفي المتوسط، تنخفض بمقدار 0.65 درجة مئوية لكل 100 متر.

. التروبوبوز- الطبقة الانتقالية للغلاف الجوي. يتراوح ارتفاعه من عدة مئات من الأمتار إلى 1-2 كم. درجة حرارة الهواء في الصيف أعلى منها في الشتاء. على سبيل المثال، تبلغ درجة الحرارة فوق القطبين في الشتاء -65 درجة مئوية. وفوق خط الاستواء -70 درجة مئوية في أي وقت من السنة.

. الستراتوسفير- هذه طبقة تقع حدودها العليا على ارتفاع 50-55 كيلومترا. الاضطراب هنا منخفض، ومحتوى بخار الماء في الهواء لا يكاد يذكر. ولكن هناك الكثير من الأوزون. الحد الأقصى لتركيزه هو على ارتفاع 20-25 كم. في طبقة الستراتوسفير، تبدأ درجة حرارة الهواء في الارتفاع وتصل إلى +0.8 درجة مئوية. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن طبقة الأوزون تتفاعل مع الأشعة فوق البنفسجية.

. الستراتوبوز- طبقة متوسطة منخفضة بين الستراتوسفير والميزوسفير الذي يليه.

. الميزوسفير- الحد الأعلى لهذه الطبقة 80-85 كيلومتراً. تحدث هنا العمليات الكيميائية الضوئية المعقدة التي تنطوي على الجذور الحرة. إنهم هم الذين يوفرون ذلك التوهج الأزرق اللطيف لكوكبنا، والذي يُرى من الفضاء.

تحترق معظم المذنبات والنيازك في طبقة الميزوسفير.

. انقطاع الطمث- الطبقة المتوسطة التالية التي تكون درجة حرارة الهواء فيها -90 درجة على الأقل.

. الغلاف الحراري- يبدأ الحد السفلي على ارتفاع 80 - 90 كم، ويمتد الحد العلوي للطبقة على ارتفاع 800 كم تقريبًا. درجة حرارة الهواء ترتفع. يمكن أن تتراوح من +500 درجة مئوية إلى +1000 درجة مئوية. خلال النهار، تصل تقلبات درجات الحرارة إلى مئات الدرجات! لكن الهواء هنا مخلخل لدرجة أن فهم مصطلح «درجة الحرارة» كما نتصوره ليس مناسباً هنا.

. الأيونوسفير- يجمع بين طبقة الميزوسفير، وطبقة الميزوبوز، والغلاف الحراري. يتكون الهواء هنا بشكل أساسي من جزيئات الأكسجين والنيتروجين، بالإضافة إلى البلازما شبه المحايدة. أشعة الشمس التي تدخل الغلاف الأيوني تؤين جزيئات الهواء بقوة. في الطبقة السفلى (حتى 90 كم) تكون درجة التأين منخفضة. كلما زاد التأين كلما زاد التأين. لذلك، على ارتفاع 100-110 كم، تتركز الإلكترونات. وهذا يساعد على عكس موجات الراديو القصيرة والمتوسطة.

الطبقة الأكثر أهمية في الأيونوسفير هي الطبقة العليا، والتي تقع على ارتفاع 150-400 كم. وتكمن خصوصيتها في أنها تعكس موجات الراديو، مما يسهل نقل إشارات الراديو عبر مسافات كبيرة.

في الغلاف الأيوني تحدث ظاهرة مثل الشفق القطبي.

. اكسوسفير- يتكون من ذرات الأكسجين والهيليوم والهيدروجين. والغاز الموجود في هذه الطبقة نادر جدًا وغالبًا ما تهرب ذرات الهيدروجين إلى الفضاء الخارجي. ولذلك تسمى هذه الطبقة "منطقة التشتت".

أول عالم اقترح أن غلافنا الجوي له ثقل هو الإيطالي إي. توريسيلي. على سبيل المثال، أعرب أوستاب بندر في روايته "العجل الذهبي" عن أسفه لأن كل شخص يضغط عليه عمود من الهواء يزن 14 كجم! لكن المتآمر العظيم كان مخطئا بعض الشيء. يتعرض الشخص البالغ لضغط يصل إلى 13-15 طنًا! لكننا لا نشعر بهذا الثقل، لأن الضغط الجوي يتوازن مع الضغط الداخلي للإنسان. ويبلغ وزن الغلاف الجوي لدينا 5,300,000,000,000,000 طن. وهذا الرقم هائل، على الرغم من أنه لا يتجاوز جزء من المليون من وزن كوكبنا.

البروز

يُعرف سطح الشمس الذي نراه باسم الغلاف الضوئي. هذه هي المنطقة التي يصل فيها الضوء من القلب أخيرًا إلى السطح. تبلغ درجة حرارة الغلاف الضوئي حوالي 6000 كلفن ويتوهج باللون الأبيض.

ويمتد الغلاف الجوي فوق الغلاف الضوئي مباشرة لعدة مئات الآلاف من الكيلومترات. دعونا نلقي نظرة فاحصة على بنية الغلاف الجوي للشمس.

الطبقة الأولى في الغلاف الجوي لديها درجة حرارة دنيا، وتقع على مسافة حوالي 500 كيلومتر فوق سطح الغلاف الضوئي، مع درجة حرارة حوالي 4000 كلفن. بالنسبة للنجم، فهذا رائع جدًا.

كروموسفير

تُعرف الطبقة التالية بالكروموسفير. وتقع على مسافة حوالي 10000 كيلومتر فقط من السطح. في الجزء العلوي من الكروموسفير، يمكن أن تصل درجات الحرارة إلى 20000 كلفن. ويكون الكروموسفير غير مرئي بدون معدات خاصة تستخدم المرشحات الضوئية ضيقة النطاق. يمكن أن ترتفع الشواظات الشمسية العملاقة في طبقة الكروموسفير إلى ارتفاع 150 ألف كيلومتر.

توجد طبقة انتقالية فوق الكروموسفير. وتحت هذه الطبقة، الجاذبية هي القوة المهيمنة. وفوق المنطقة الانتقالية، ترتفع درجة الحرارة بسرعة لأن الهيليوم يصبح متأينًا بالكامل.

الإكليل الشمسي

الطبقة التالية هي الإكليل، وتمتد من الشمس ملايين الكيلومترات إلى الفضاء. يمكنك رؤية الإكليل أثناء الكسوف الكلي، عندما يتم تغطية قرص النجم بالقمر. درجة حرارة الإكليل أعلى بحوالي 200 مرة من سطحه.

في حين أن درجة حرارة الغلاف الضوئي تبلغ 6000 كلفن فقط، فإنها يمكن أن تصل بالقرب من الإكليل إلى 1-3 مليون درجة كلفن. ولا يزال العلماء لا يعرفون تمامًا سبب ارتفاعها إلى هذا الحد.

الغلاف الشمسي

الجزء العلوي من الغلاف الجوي يسمى الغلاف الشمسي. وهي عبارة عن فقاعة من الفضاء مملوءة بالرياح الشمسية وتمتد إلى حوالي 20 وحدة فلكية (1 AU هي المسافة من الأرض إلى الشمس). في النهاية، ينتقل الغلاف الشمسي تدريجيًا إلى الوسط البينجمي.

أَجواء

الغلاف الجوي للأرض هو الهواء الذي نتنفسه، وهو الغلاف الغازي للأرض المألوف لنا. الكواكب الأخرى لديها أيضًا مثل هذه القذائف. تتكون النجوم بالكامل من الغاز، ولكن تسمى طبقاتها الخارجية أيضًا بأغلفة جوية. وفي هذه الحالة، فإن تلك الطبقات التي يمكن لجزء من الإشعاع منها على الأقل أن يهرب بحرية إلى الفضاء المحيط دون أن تمتصه الطبقات التي تغطيها، تعتبر خارجية.

الفوتوسفير

يبدأ الغلاف الضوئي للشمس على عمق 200-300 كيلومتر من الحافة المرئية لقرص الشمس. تسمى هذه الطبقات العميقة من الغلاف الجوي بالفوتوسفير. نظرًا لأن سمكها لا يزيد عن واحد على ثلاثة آلاف من نصف قطر الشمس، يُطلق على الغلاف الضوئي أحيانًا اسم سطح الشمس.

كثافة الغازات في الغلاف الضوئي هي نفسها تقريبًا في طبقة الستراتوسفير للأرض، وأقل بمئات المرات من سطح الأرض. وتنخفض درجة حرارة الغلاف الضوئي من 8000 كلفن على عمق 300 كيلومتر إلى 4000 كلفن في الطبقات العليا. تبلغ درجة حرارة الطبقة الوسطى، التي نستقبل منها الإشعاع، حوالي 6000 كلفن.

في مثل هذه الظروف، تتحلل جميع جزيئات الغاز تقريبًا إلى ذرات فردية. فقط في الطبقات العليا من الغلاف الضوئي يوجد عدد قليل نسبيًا من الجزيئات والجذور البسيطة من النوع H 2 وOH وCH المحفوظة.

ويلعب دور خاص في الغلاف الجوي الشمسي أيون الهيدروجين السالب، وهو غير موجود في الطبيعة الأرضية، وهو عبارة عن بروتون يحتوي على إلكترونين. يحدث هذا المركب غير العادي في الطبقة الخارجية الرقيقة "الأبرد" من الغلاف الضوئي عندما "تلتصق" الإلكترونات الحرة المشحونة سالبًا، والتي يتم توصيلها بواسطة ذرات الكالسيوم والصوديوم والمغنيسيوم والحديد والمعادن الأخرى المتأينة بسهولة، بذرات الهيدروجين المحايدة. عند توليدها، تنبعث أيونات الهيدروجين السالبة معظم الضوء المرئي. تمتص الأيونات هذا الضوء نفسه بشراهة، ولهذا السبب تزداد عتامة الغلاف الجوي بسرعة مع العمق. لذلك، تبدو لنا الحافة المرئية للشمس حادة جدًا.

تعتمد كل معرفتنا تقريبًا عن الشمس على دراسة طيفها - وهو شريط ضيق متعدد الألوان له نفس طبيعة قوس قزح. ولأول مرة، وضع نيوتن منشورًا في مسار الشعاع الشمسي، وتلقى مثل هذا الشريط وصرخ:

"نطاق!" (الطيف اللاتيني - "الرؤية"). وفي وقت لاحق، لوحظت خطوط داكنة في طيف الشمس واعتبرت حدود الألوان. وفي عام 1815، قدم الفيزيائي الألماني جوزيف فراونهوفر أول وصف تفصيلي لمثل هذه الخطوط في الطيف الشمسي، وبدأ تسميتها باسمه. اتضح أن خطوط فراونهوفر تتوافق مع أجزاء معينة من الطيف التي تمتصها ذرات المواد المختلفة بقوة (انظر مقال "تحليل الضوء المرئي"). في التلسكوب ذو التكبير العالي، يمكنك ملاحظة التفاصيل الدقيقة للغلاف الضوئي: يبدو أن كل شيء متناثر مع حبيبات صغيرة مشرقة - حبيبات مفصولة بشبكة من المسارات المظلمة الضيقة. التحبيب هو نتيجة لاختلاط تدفقات الغاز الأكثر دفئًا بالارتفاع والتدفقات الباردة الهابطة. يكون فرق درجة الحرارة بينهما في الطبقات الخارجية صغيرًا نسبيًا (200-300 كلفن)، ولكنه أعمق، في منطقة الحمل الحراري، يكون أكبر، ويحدث الخلط بشكل أكثر كثافة. يلعب الحمل الحراري في الطبقات الخارجية للشمس دورًا كبيرًا في تحديد البنية العامة للغلاف الجوي.

في نهاية المطاف، فإن الحمل الحراري، نتيجة للتفاعل المعقد مع المجالات المغناطيسية الشمسية، هو سبب جميع المظاهر المتنوعة للنشاط الشمسي. وتشارك المجالات المغناطيسية في جميع العمليات التي تحدث في الشمس. في بعض الأحيان، تنشأ مجالات مغناطيسية مركزة في منطقة صغيرة من الغلاف الجوي الشمسي، أقوى بعدة مرات من تلك الموجودة على الأرض. تعتبر البلازما المتأينة موصلًا جيدًا، ولا يمكنها الاختلاط عبر خطوط الحث المغناطيسي لمجال مغناطيسي قوي. لذلك في مثل هذه الأماكن يتم منع اختلاط الغازات الساخنة وصعودها من الأسفل وتظهر منطقة مظلمة - بقعة شمسية. على خلفية الغلاف الضوئي المبهر، يبدو أسودًا تمامًا، على الرغم من أن سطوعه في الواقع أضعف بعشر مرات فقط.

مع مرور الوقت، يتغير حجم وشكل البقع بشكل كبير. بعد أن ظهرت على شكل نقطة بالكاد ملحوظة - مسام، تزيد البقعة حجمها تدريجيًا إلى عدة عشرات الآلاف من الكيلومترات. تتكون البقع الكبيرة، كقاعدة عامة، من جزء مظلم (جوهر) وجزء أقل قتامة - شبه الظل، الذي يعطي تركيبه البقعة مظهر الدوامة. البقع محاطة بمناطق أكثر سطوعًا من الغلاف الضوئي، تسمى faculae أو حقول التوهج.

يمر الغلاف الضوئي تدريجيًا إلى الطبقات الخارجية الأكثر تخلخلًا للغلاف الجوي الشمسي - الكروموسفير والإكليل.

كروموسفير

سمي الغلاف اللوني (باليونانية: "مجال اللون") بهذا الاسم نسبة إلى لونه البنفسجي المحمر. ويمكن رؤيته خلال كسوف الشمس الكلي كحلقة لامعة وممزقة حول القرص الأسود للقمر، الذي كسف الشمس للتو. الغلاف اللوني غير متجانس للغاية ويتكون بشكل أساسي من ألسنة ممدودة (شويكات)، مما يمنحه مظهر العشب المحترق. درجة حرارة هذه النفاثات الكروموسفيرية أعلى مرتين إلى ثلاث مرات من درجة حرارة الغلاف الضوئي، وتكون كثافتها أقل بمئات الآلاف من المرات. يبلغ الطول الإجمالي للكروموسفير 10-15 ألف كيلومتر.

يتم تفسير الزيادة في درجة الحرارة في الكروموسفير من خلال انتشار الموجات والمجالات المغناطيسية التي تخترقها من منطقة الحمل الحراري. يتم تسخين المادة بنفس الطريقة كما لو كانت في فرن ميكروويف عملاق. وتزداد سرعة الحركة الحرارية للجزيئات، ويصبح التصادم بينها أكثر تكرارا، وتفقد الذرات إلكتروناتها الخارجية: فتتحول المادة إلى بلازما متأينة ساخنة. تحافظ هذه العمليات الفيزيائية نفسها أيضًا على درجة حرارة عالية بشكل غير عادي للطبقات الخارجية للغلاف الجوي الشمسي، والتي تقع فوق الكروموسفير.

في كثير من الأحيان أثناء الكسوف (وبمساعدة أدوات طيفية خاصة - ودون انتظار الكسوف) فوق سطح الشمس، يمكن للمرء ملاحظة "نافورات" و"سحب" و"قمع" و"شجيرات" و"أقواس" ذات أشكال غريبة. تشكيلات مضيئة أخرى من مواد الكروموسفير. يمكن أن تكون ثابتة أو تتغير ببطء، وتحيط بها نفاثات منحنية ناعمة تتدفق داخل أو خارج الغلاف اللوني، وترتفع عشرات ومئات الآلاف من الكيلومترات. هذه هي التكوينات الأكثر طموحًا للغلاف الجوي الشمسي - الشواظات. وعند رصدها في الخط الطيفي الأحمر المنبعث من ذرات الهيدروجين، فإنها تظهر على خلفية القرص الشمسي على شكل خيوط داكنة وطويلة ومنحنية.

البروز له نفس الكثافة ودرجة الحرارة تقريبًا مثل الكروموسفير. لكنها فوقه وتحيط بها طبقات عليا عالية شديدة التخلخل من الغلاف الجوي الشمسي. لا تقع الشواظات في الغلاف الشمسي لأن مادتها مدعومة بالمجالات المغناطيسية للمناطق النشطة في الشمس.

ولأول مرة، تمت ملاحظة طيف الشواظ خارج الكسوف من قبل الفلكي الفرنسي بيير يانسن وزميله الإنجليزي جوزيف لوكير في عام 1868. ويتم وضع شق المطياف بحيث يتقاطع مع حافة الشمس، وإذا كان الشواظ هو وتقع بالقرب منه، ومن ثم يمكن رؤية طيف إشعاعه. ومن خلال توجيه الشق إلى أجزاء مختلفة من البروز أو الغلاف اللوني، من الممكن دراستها على أجزاء. ويتكون طيف الشواظ، مثل الكروموسفير، من خطوط مشرقة، بشكل رئيسي الهيدروجين والهيليوم والكالسيوم. توجد أيضًا خطوط انبعاث من عناصر كيميائية أخرى، لكنها أضعف بكثير.

بعض الشواظات، التي ظلت لفترة طويلة دون تغيرات ملحوظة، تبدو وكأنها تنفجر فجأة، ويتم إلقاء مادتها في الفضاء بين الكواكب بسرعة مئات الكيلومترات في الثانية. كما يتغير مظهر الكروموسفير بشكل متكرر، مما يشير إلى الحركة المستمرة للغازات المكونة له.

في بعض الأحيان يحدث شيء مشابه للانفجارات في مناطق صغيرة جدًا من الغلاف الجوي للشمس. هذه هي ما يسمى مشاعل الكروموسفير. وعادة ما تستمر عدة عشرات من الدقائق. أثناء التوهجات في الخطوط الطيفية للهيدروجين والهيليوم والكالسيوم المتأين وبعض العناصر الأخرى، يزداد توهج قسم منفصل من الغلاف الجوي فجأة عشرات المرات. تزداد الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية بقوة خاصة: في بعض الأحيان تكون قوتها أعلى بعدة مرات من إجمالي قوة إشعاع الشمس في منطقة الموجة القصيرة من الطيف قبل التوهج.

البقع، المشاعل، البروز، مشاعل الكروموسفير - كل هذه مظاهر النشاط الشمسي. ومع زيادة النشاط، يزداد عدد هذه التكوينات على الشمس.

تاج

على عكس الغلاف الضوئي والكروموسفير، فإن الجزء الخارجي من الغلاف الجوي للشمس - الإكليل - له نطاق هائل: فهو يمتد على مدى ملايين الكيلومترات، وهو ما يتوافق مع عدة أنصاف أقطار شمسية، ويمتد امتداده الضعيف إلى أبعد من ذلك.

تتناقص كثافة المادة في الهالة الشمسية مع الارتفاع بشكل أبطأ بكثير من كثافة الهواء في الغلاف الجوي للأرض. يتحدد الانخفاض في كثافة الهواء أثناء ارتفاعه بجاذبية الأرض. على سطح الشمس، تكون قوة الجاذبية أكبر بكثير، ويبدو أن غلافها الجوي لا ينبغي أن يكون مرتفعا. في الواقع، فهي واسعة النطاق بشكل غير عادي. وبالتالي، هناك بعض القوى التي تعمل ضد جاذبية الشمس. وترتبط هذه القوى بالسرعات الهائلة لحركة الذرات والإلكترونات في الإكليل، التي يتم تسخينها إلى درجة حرارة تتراوح بين 1 - 2 مليون درجة!

من الأفضل ملاحظة الهالة خلال المرحلة الكلية لكسوف الشمس. صحيح، في الدقائق القليلة التي تستمر، من الصعب جدًا رسم ليس فقط التفاصيل الفردية، ولكن حتى المظهر العام للتاج. بدأت عين الراصد للتو في التعود على الشفق المفاجئ، ويعلن شعاع الشمس الساطع الذي يخرج من خلف حافة القمر بالفعل عن نهاية الكسوف. ولذلك، فإن رسومات الإكليل التي رسمها مراقبون ذوو خبرة خلال نفس الكسوف كانت في كثير من الأحيان مختلفة تمامًا. ولم يكن من الممكن حتى تحديد لونه بدقة.

أعطى اختراع التصوير الفوتوغرافي لعلماء الفلك طريقة موضوعية وتوثيقية للبحث. ومع ذلك، فإن الحصول على لقطة جيدة للتاج ليس بالأمر السهل أيضًا. والحقيقة هي أن الجزء الأقرب من الشمس، والذي يسمى بالإكليل الداخلي، يكون ساطعًا نسبيًا، في حين أن الإكليل الخارجي البعيد المدى يبدو وهجًا شاحبًا للغاية. لذلك، إذا كان التاج الخارجي مرئيا بوضوح في الصور الفوتوغرافية، فإن الجزء الداخلي يتحول إلى تعريض مفرط، وفي الصور الفوتوغرافية التي تكون فيها تفاصيل التاج الداخلي مرئية، فإن الجزء الخارجي غير مرئي تمامًا. وللتغلب على هذه الصعوبة، يحاولون عادةً أثناء الكسوف التقاط عدة صور للهالة مرة واحدة - بسرعات غالق طويلة وقصيرة. أو يتم تصوير الإكليل عن طريق وضع مرشح "شعاعي" خاص أمام لوحة التصوير، مما يضعف المناطق الحلقية للأجزاء الداخلية اللامعة من الإكليل. في مثل هذه الصور، يمكن تتبع هيكلها إلى مسافات تصل إلى العديد من أنصاف أقطار الشمس.

عندما نلاحظ منظرًا صيفيًا مشمسًا، يبدو لنا أن الصورة بأكملها مغمورة بالضوء. أما إذا نظرنا إلى الشمس بأجهزة خاصة فسنجد أن سطحها كله يشبه بحراً عملاقاً، حيث تشتعل الأمواج النارية وتتحرك البقع. ما هي المكونات الرئيسية للغلاف الجوي الشمسي؟ ما هي العمليات التي تحدث داخل نجمنا وما هي المواد التي يتكون منها؟

المعلومات الإجمالية

الشمس جرم سماوي وهو نجم، والوحيد في النظام الشمسي. وتدور حوله الكواكب والكويكبات والأقمار الصناعية وغيرها من الأجسام الفضائية. التركيب الكيميائي للشمس هو نفسه تقريبًا في أي نقطة عليها. إلا أنه يتغير بشكل ملحوظ مع اقترابه من مركز النجم، حيث يقع قلبه. اكتشف العلماء أن الغلاف الجوي الشمسي ينقسم إلى عدة طبقات.

ما هي العناصر الكيميائية التي تشكل الشمس؟

لم يكن لدى البشرية دائمًا البيانات المتعلقة بالشمس التي يمتلكها العلم اليوم. ذات مرة، جادل أنصار النظرة الدينية للعالم بأنه من المستحيل معرفة العالم. وكتأكيد لأفكارهم، استشهدوا بحقيقة أنه لا يمكن للإنسان أن يعرف ما هو التركيب الكيميائي للشمس. ومع ذلك، فقد أثبت التقدم العلمي بشكل مقنع مغالطة مثل هذه الآراء. وقد تقدم العلماء بشكل خاص في دراسة النجوم بعد اختراع المطياف. يدرس العلماء التركيب الكيميائي للشمس والنجوم باستخدام التحليل الطيفي. لذلك، وجدوا أن تكوين نجمنا متنوع للغاية. وفي عام 1942، اكتشف الباحثون وجود الذهب في الشمس، على الرغم من عدم وجود الكثير منه.

مواد أخرى

يتضمن التركيب الكيميائي للشمس بشكل رئيسي عناصر مثل الهيدروجين والهيليوم. هيمنتها تميز الطبيعة الغازية لنجمنا. محتوى العناصر الأخرى، على سبيل المثال، المغنيسيوم والأكسجين والنيتروجين والحديد والكالسيوم، ضئيل.

باستخدام التحليل الطيفي، اكتشف الباحثون ما هي المواد التي لا توجد بالتأكيد على سطح هذا النجم. على سبيل المثال، الكلور والزئبق والبورون. ومع ذلك، يشير العلماء إلى أن هذه المواد، بالإضافة إلى العناصر الكيميائية الأساسية التي تشكل الشمس، قد تكون موجودة في قلبها. ما يقرب من 42٪ من نجمنا يتكون من الهيدروجين. ما يقرب من 23٪ يأتي من جميع المعادن التي تشكل جزءًا من الشمس.

مثل معظم معلمات الأجرام السماوية الأخرى، يتم حساب خصائص نجمنا نظريًا فقط باستخدام تكنولوجيا الكمبيوتر. البيانات الأولية هي مؤشرات مثل نصف قطر النجم وكتلته ودرجة حرارته. توصل العلماء الآن إلى أن التركيب الكيميائي للشمس يتمثل في 69 عنصرًا. يلعب التحليل الطيفي دورًا رئيسيًا في هذه الدراسات. على سبيل المثال، بفضله، تم إنشاء تكوين الغلاف الجوي لنجمنا. كما تم اكتشاف نمط مثير للاهتمام: مجموعة العناصر الكيميائية في تكوين الشمس تشبه بشكل مدهش تكوين النيازك الصخرية. وهذه الحقيقة دليل مهم على أن هذه الأجرام السماوية لها أصل مشترك.

تاج النار

إنها طبقة من البلازما شديدة الندرة. وتصل درجة حرارته إلى 2 مليون كلفن، وكثافة المادة تفوق كثافة الغلاف الجوي للأرض بمئات الملايين من المرات. هنا لا يمكن للذرات أن تكون في حالة محايدة؛ فهي تتصادم وتتأين باستمرار. الهالة هي مصدر قوي للأشعة فوق البنفسجية. يتعرض نظامنا الكوكبي بأكمله للرياح الشمسية. تبلغ سرعته الأولية حوالي ألف كيلومتر في الثانية، لكنها تتناقص تدريجيًا مع ابتعاده عن النجم. وتبلغ سرعة الرياح الشمسية على سطح الأرض حوالي 400 كم/ثانية.

أفكار عامة عن التاج

يُطلق على التاج الشمسي أحيانًا اسم الغلاف الجوي. ومع ذلك، فهو جزء خارجي فقط. أسهل وقت لمراقبة الهالة هو أثناء الكسوف الكلي. ومع ذلك، سيكون من الصعب جدًا رسمه، لأن الكسوف يستمر بضع دقائق فقط. عندما تم اختراع التصوير الفوتوغرافي، تمكن علماء الفلك من الحصول على صورة موضوعية للهالة الشمسية.

وبعد التقاط الصور الأولى، تمكن الباحثون من اكتشاف المناطق المرتبطة بزيادة نشاط النجوم. هالة الشمس لها بنية مشعة. إنه ليس فقط الجزء الأكثر سخونة في غلافه الجوي، ولكنه أيضًا الأقرب إلى كوكبنا. وفي الواقع، نحن دائمًا داخل حدودها، لأن الرياح الشمسية تخترق أبعد أركان النظام الشمسي. ومع ذلك، فإننا محميون من تأثيرات الإشعاع بواسطة الغلاف الجوي للأرض.

النواة والكروموسفير والفوتوسفير

الجزء المركزي من نجمنا يسمى النواة. نصف قطرها يساوي تقريبا ربع إجمالي نصف قطر الشمس. المادة الموجودة داخل القلب مضغوطة جدًا. أقرب إلى سطح النجم هو ما يسمى منطقة الحمل الحراري، حيث تحدث حركة المادة، وتوليد مجال مغناطيسي. وأخيرًا، يُطلق على السطح المرئي للشمس اسم الغلاف الضوئي. وهي طبقة يزيد سمكها عن 300 كيلومتر. من الغلاف الضوئي يأتي الإشعاع الشمسي إلى الأرض. وتصل درجة حرارته إلى حوالي 4800 كلفن. يبقى الهيدروجين هنا محايدًا عمليًا. فوق الفوتوسفير يوجد الكروموسفير. سمكها حوالي 3 آلاف كيلومتر. على الرغم من أن الكروموسفير والإكليل الشمسي يقعان فوق الغلاف الضوئي، إلا أن العلماء لم يرسموا حدودًا واضحة بين هاتين الطبقتين.

البروز

يتمتع الكروموسفير بكثافة منخفضة جدًا وأقل كثافة من الإشعاع للهالة الشمسية. ومع ذلك، يمكن ملاحظة ظاهرة مثيرة للاهتمام هنا: النيران العملاقة، التي يبلغ ارتفاعها عدة آلاف من الكيلومترات. يطلق عليهم البروز الشمسية. وفي بعض الأحيان يرتفع الشواظ إلى ارتفاع يصل إلى مليون كيلومتر فوق سطح النجم.

بحث

تتميز البروزات بنفس مؤشرات الكثافة مثل الكروموسفير. إلا أنها تقع فوقه مباشرة وتحيط بها طبقاته المتناثرة. ولأول مرة في تاريخ علم الفلك، رصد الباحث الفرنسي بيير يانسن وزميله الإنجليزي جوزيف لوكير شروق الشمس في عام 1868. ويشمل طيفهما عدة خطوط مشرقة. التركيب الكيميائي للشمس والشواظ متشابه جدًا. ويحتوي بشكل رئيسي على الهيدروجين والهيليوم والكالسيوم، ووجود العناصر الأخرى لا يكاد يذكر.

بعض الشواظظ، التي كانت موجودة لفترة معينة من الزمن دون تغيرات مرئية، تنفجر فجأة. يتم إطلاق مادتها إلى الفضاء الخارجي القريب بسرعة هائلة تصل إلى عدة كيلومترات في الثانية. غالبا ما يتغير مظهر الكروموسفير، مما يدل على العمليات المختلفة التي تحدث على سطح الشمس، بما في ذلك حركة الغازات.

في مناطق النجم ذات النشاط المتزايد، من الممكن ملاحظة ليس فقط الشواظ، ولكن أيضا البقع، وكذلك المجالات المغناطيسية المتزايدة. في بعض الأحيان، بمساعدة معدات خاصة، يتم اكتشاف مشاعل الغازات الكثيفة بشكل خاص على الشمس، والتي يمكن أن تصل درجة حرارتها إلى قيم هائلة.

مشاعل الكروموسفير

في بعض الأحيان يزيد انبعاث الراديو من نجمنا مئات الآلاف من المرات. وتسمى هذه الظاهرة بالتوهج الكروموسفيري. ويصاحبه تكوين بقع على سطح الشمس. في البداية، لوحظت التوهجات في شكل زيادة في سطوع الكروموسفير، ولكن تبين لاحقًا أنها تمثل مجموعة كاملة من الظواهر المختلفة: زيادة حادة في انبعاث الراديو (الأشعة السينية وإشعاع جاما)، طرد جماعي من الهالة، مشاعل البروتون.

استخلاص النتائج

لذلك، اكتشفنا أن التركيب الكيميائي للشمس يتمثل بشكل رئيسي في مادتين: الهيدروجين والهيليوم. وبالطبع هناك عناصر أخرى لكن نسبتها منخفضة. بالإضافة إلى ذلك، لم يكتشف العلماء أي مواد كيميائية جديدة من شأنها أن تكون جزءًا من النجم ولن تكون موجودة على الأرض. يتشكل الإشعاع المرئي في الغلاف الضوئي الشمسي. وهي بدورها ذات أهمية كبيرة للحفاظ على الحياة على كوكبنا.

الشمس جسم حار يبعث باستمرار، ويحيط بسطحه سحابة من الغازات. درجة حرارتها ليست عالية مثل درجة حرارة الغازات الموجودة داخل النجم، لكنها لا تزال مثيرة للإعجاب. يتيح لنا التحليل الطيفي معرفة التركيب الكيميائي للشمس والنجوم عن بعد. وبما أن أطياف العديد من النجوم تشبه إلى حد كبير أطياف الشمس، فهذا يعني أن تكوينها هو نفسه تقريبا.

واليوم، تتم دراسة العمليات التي تحدث على السطح وداخل النجم الرئيسي لنظامنا الكوكبي، بما في ذلك دراسة تركيبه الكيميائي، من قبل علماء الفلك في مراصد شمسية خاصة.

أَجواء(من الكلمة اليونانية أتموس - بخار و spharia - كرة) - الغلاف الجوي للأرض الذي يدور معها. كان تطور الغلاف الجوي مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا بالعمليات الجيولوجية والجيوكيميائية التي تحدث على كوكبنا، وكذلك بأنشطة الكائنات الحية.

يتزامن الحد السفلي للغلاف الجوي مع سطح الأرض، حيث يخترق الهواء أصغر المسام في التربة ويذوب حتى في الماء.

الحدود العليا على ارتفاع 2000-3000 كم تمر تدريجياً إلى الفضاء الخارجي.

بفضل الغلاف الجوي الذي يحتوي على الأكسجين، أصبحت الحياة على الأرض ممكنة. يستخدم الأكسجين الجوي في عملية التنفس للإنسان والحيوان والنبات.

لو لم يكن هناك غلاف جوي لكانت الأرض هادئة مثل القمر. بعد كل شيء، الصوت هو اهتزاز جزيئات الهواء. يتم تفسير اللون الأزرق للسماء من خلال حقيقة أن أشعة الشمس التي تمر عبر الغلاف الجوي، كما هو الحال من خلال العدسة، تتحلل إلى الألوان المكونة لها. في هذه الحالة، تكون أشعة الألوان الزرقاء والزرقاء متناثرة أكثر.

يحبس الغلاف الجوي معظم أشعة الشمس فوق البنفسجية، والتي لها تأثير ضار على الكائنات الحية. كما أنه يحتفظ بالحرارة بالقرب من سطح الأرض، مما يمنع كوكبنا من التبريد.

هيكل الغلاف الجوي

في الغلاف الجوي، يمكن تمييز عدة طبقات تختلف في الكثافة (الشكل 1).

التروبوسفير

التروبوسفير- أدنى طبقة من الغلاف الجوي، ويبلغ سمكها فوق القطبين 8-10 كم، وفي خطوط العرض المعتدلة - 10-12 كم، وفوق خط الاستواء - 16-18 كم.

أرز. 1. هيكل الغلاف الجوي للأرض

يتم تسخين الهواء الموجود في طبقة التروبوسفير عن طريق سطح الأرض، أي عن طريق الأرض والماء. ولذلك فإن درجة حرارة الهواء في هذه الطبقة تنخفض مع الارتفاع بمعدل 0.6 درجة مئوية لكل 100 متر. وعند الحدود العليا للتروبوسفير تصل إلى -55 درجة مئوية. وفي الوقت نفسه، في منطقة خط الاستواء عند الحدود العليا لطبقة التروبوسفير، تبلغ درجة حرارة الهواء -70 درجة مئوية، وفي منطقة القطب الشمالي -65 درجة مئوية.

يتركز حوالي 80٪ من كتلة الغلاف الجوي في طبقة التروبوسفير، ويوجد كل بخار الماء تقريبًا، وتحدث العواصف الرعدية والعواصف والسحب والأمطار، وتحدث حركة الهواء العمودية (الحمل الحراري) والأفقية (الرياح).

يمكننا القول أن الطقس يتشكل بشكل رئيسي في طبقة التروبوسفير.

الستراتوسفير

الستراتوسفير- طبقة من الغلاف الجوي تقع فوق طبقة التروبوسفير على ارتفاع يتراوح بين 8 إلى 50 كم. ويظهر لون السماء في هذه الطبقة باللون الأرجواني، وهو ما يفسر رقة الهواء، بحيث تكاد لا تتشتت أشعة الشمس.

يحتوي الستراتوسفير على 20% من كتلة الغلاف الجوي. الهواء في هذه الطبقة مخلخل ، ولا يوجد بخار ماء عمليًا ، وبالتالي لا تتشكل السحب والأمطار تقريبًا. ومع ذلك، تُلاحظ تيارات هوائية مستقرة في طبقة الستراتوسفير، تصل سرعتها إلى 300 كم/ساعة.

تتركز هذه الطبقة الأوزون(شاشة الأوزون، غلاف الأوزون)، وهي الطبقة التي تمتص الأشعة فوق البنفسجية، فتمنعها من الوصول إلى الأرض وبالتالي حماية الكائنات الحية على كوكبنا. بفضل الأوزون، تتراوح درجة حرارة الهواء عند الحدود العليا للستراتوسفير من -50 إلى 4-55 درجة مئوية.

توجد بين طبقة الميزوسفير والستراتوسفير منطقة انتقالية - الستراتوبوز.

الميزوسفير

الميزوسفير- طبقة من الغلاف الجوي تقع على ارتفاع 50-80 كم. كثافة الهواء هنا أقل بـ 200 مرة من كثافة الهواء على سطح الأرض. ويظهر لون السماء في طبقة الميزوسفير باللون الأسود، وتظهر النجوم خلال النهار. تنخفض درجة حرارة الهواء إلى -75 (-90) درجة مئوية.

على ارتفاع 80 كم يبدأ الغلاف الحراري.ترتفع درجة حرارة الهواء في هذه الطبقة بشكل حاد إلى ارتفاع 250 مترًا، ثم تصبح ثابتة: على ارتفاع 150 كيلومترًا تصل إلى 220-240 درجة مئوية؛ على ارتفاع 500-600 كم تتجاوز 1500 درجة مئوية.

في طبقة الميزوسفير والغلاف الحراري، وتحت تأثير الأشعة الكونية، تتفكك جزيئات الغاز إلى جزيئات مشحونة (متأينة) من الذرات، لذلك يسمى هذا الجزء من الغلاف الجوي الأيونوسفير- طبقة من الهواء النادر للغاية، تقع على ارتفاع 50 إلى 1000 كيلومتر، وتتكون بشكل رئيسي من ذرات الأكسجين المتأينة وجزيئات أكسيد النيتروجين والإلكترونات الحرة. تتميز هذه الطبقة بكهربة عالية، وتنعكس منها موجات الراديو الطويلة والمتوسطة مثل المرآة.

تظهر الشفق القطبي في الغلاف الأيوني - وهج الغازات النادرة تحت تأثير الجزيئات المشحونة كهربائيًا التي تطير من الشمس - ولوحظت تقلبات حادة في المجال المغناطيسي.

اكسوسفير

اكسوسفير- الطبقة الخارجية من الغلاف الجوي الواقعة فوق 1000 كم. وتسمى هذه الطبقة أيضًا بمجال التشتت، حيث تتحرك جزيئات الغاز هنا بسرعة عالية ويمكن أن تنتشر في الفضاء الخارجي.

تكوين الغلاف الجوي

الغلاف الجوي عبارة عن خليط من الغازات تتكون من النيتروجين (78.08%)، الأكسجين (20.95%)، ثاني أكسيد الكربون (0.03%)، الأرجون (0.93%)، كمية قليلة من الهيليوم، النيون، الزينون، الكريبتون (0.01%)، الأوزون والغازات الأخرى، ولكن محتواها لا يكاد يذكر (الجدول 1). تم إنشاء التركيب الحديث للهواء الأرضي منذ أكثر من مائة مليون عام، لكن النشاط الإنتاجي البشري المتزايد بشكل حاد أدى إلى تغييره. حاليًا، هناك زيادة في محتوى ثاني أكسيد الكربون بحوالي 10-12%.

تؤدي الغازات التي يتكون منها الغلاف الجوي أدوارًا وظيفية مختلفة. ومع ذلك، فإن الأهمية الرئيسية لهذه الغازات تتحدد في المقام الأول من خلال حقيقة أنها تمتص الطاقة الإشعاعية بقوة وبالتالي يكون لها تأثير كبير على نظام درجة حرارة سطح الأرض والغلاف الجوي.

الجدول 1. التركيب الكيميائي للهواء الجوي الجاف بالقرب من سطح الأرض

نتروجين،وهو الغاز الأكثر شيوعًا في الغلاف الجوي، وهو قليل النشاط كيميائيًا.

الأكسجينعلى عكس النيتروجين، فهو عنصر نشط للغاية كيميائيا. وتتمثل الوظيفة المحددة للأكسجين في أكسدة المواد العضوية للكائنات غيرية التغذية والصخور والغازات غير المؤكسدة المنبعثة في الغلاف الجوي بواسطة البراكين. وبدون الأكسجين، لن يكون هناك تحلل للمواد العضوية الميتة.

دور ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي كبير للغاية. يدخل الغلاف الجوي نتيجة لعمليات الاحتراق وتنفس الكائنات الحية والتحلل وهو في المقام الأول مادة البناء الرئيسية لإنشاء المواد العضوية أثناء عملية التمثيل الضوئي. بالإضافة إلى ذلك، فإن قدرة ثاني أكسيد الكربون على نقل الإشعاع الشمسي قصير الموجة وامتصاص جزء من الإشعاع الحراري طويل الموجة لها أهمية كبيرة، الأمر الذي سيخلق ما يسمى بظاهرة الاحتباس الحراري، والتي سيتم مناقشتها أدناه.

وتتأثر أيضًا العمليات الجوية، وخاصة النظام الحراري لطبقة الستراتوسفير الأوزون.ويعمل هذا الغاز كممتص طبيعي للأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس، ويؤدي امتصاص الإشعاع الشمسي إلى تسخين الهواء. يختلف متوسط ​​القيم الشهرية لمحتوى الأوزون الكلي في الغلاف الجوي حسب خط العرض والوقت من السنة في حدود 0.23-0.52 سم (وهذا هو سمك طبقة الأوزون عند الضغط الأرضي ودرجة الحرارة). هناك زيادة في محتوى الأوزون من خط الاستواء إلى القطبين ودورة سنوية الحد الأدنى في الخريف والحد الأقصى في الربيع.

من الخصائص المميزة للغلاف الجوي أن محتوى الغازات الرئيسية (النيتروجين والأكسجين والأرجون) يتغير قليلاً مع الارتفاع: على ارتفاع 65 كم في الغلاف الجوي يكون محتوى النيتروجين 86٪ والأكسجين - 19 والأرجون - 0.91 على ارتفاع 95 كم - نيتروجين 77 ، أكسجين - 21.3 ، أرجون - 0.82٪. يتم الحفاظ على ثبات تكوين الهواء الجوي عموديًا وأفقيًا من خلال خلطه.

بالإضافة إلى الغازات، يحتوي الهواء بخار الماءو جزيئات صلبة.يمكن أن يكون لهذا الأخير أصل طبيعي وصناعي (بشري المنشأ). وهي حبوب اللقاح وبلورات الملح الصغيرة وغبار الطريق وشوائب الهباء الجوي. وعندما تخترق أشعة الشمس النافذة يمكن رؤيتها بالعين المجردة.

يوجد بشكل خاص العديد من الجزيئات الجسيمية في هواء المدن والمراكز الصناعية الكبيرة، حيث تضاف انبعاثات الغازات الضارة وشوائبها المتكونة أثناء احتراق الوقود إلى الهباء الجوي.

ويحدد تركيز الهباء الجوي في الغلاف الجوي مدى شفافية الهواء، مما يؤثر على وصول الإشعاع الشمسي إلى سطح الأرض. أكبر الهباء الجوي هي نوى التكثيف (من خطوط العرض. التكثيف- الضغط والسماكة) - المساهمة في تحويل بخار الماء إلى قطرات ماء.

تتحدد أهمية بخار الماء في المقام الأول من خلال حقيقة أنه يؤخر الإشعاع الحراري طويل الموجة من سطح الأرض؛ يمثل الرابط الرئيسي لدورات الرطوبة الكبيرة والصغيرة؛ يزيد من درجة حرارة الهواء أثناء تكثيف طبقات الماء.

تختلف كمية بخار الماء في الغلاف الجوي باختلاف الزمان والمكان. وبذلك يتراوح تركيز بخار الماء على سطح الأرض من 3% في المناطق الاستوائية إلى 2-10 (15)% في القارة القطبية الجنوبية.

يبلغ متوسط ​​\u200b\u200bمحتوى بخار الماء في العمود الرأسي للغلاف الجوي في خطوط العرض المعتدلة حوالي 1.6-1.7 سم (هذا هو سمك طبقة بخار الماء المكثف). المعلومات المتعلقة ببخار الماء في طبقات الغلاف الجوي المختلفة متناقضة. كان من المفترض، على سبيل المثال، أنه في نطاق الارتفاع من 20 إلى 30 كم، تزداد الرطوبة النوعية بقوة مع الارتفاع. ومع ذلك، تشير القياسات اللاحقة إلى جفاف أكبر في الستراتوسفير. ومن الواضح أن الرطوبة النوعية في طبقة الستراتوسفير تعتمد قليلاً على الارتفاع وتبلغ 2-4 ملغم/كغم.

يتم تحديد تقلب محتوى بخار الماء في طبقة التروبوسفير من خلال تفاعل عمليات التبخر والتكثيف والنقل الأفقي. ونتيجة لتكثيف بخار الماء تتشكل السحب ويتساقط المطر على شكل أمطار وبرد وثلوج.

تحدث عمليات التحولات الطورية للمياه في الغالب في طبقة التروبوسفير، ولهذا السبب تُلاحظ نادرًا نسبيًا السحب في طبقة الستراتوسفير (على ارتفاعات 20-30 كم) والميزوسفير (بالقرب من الميزوبوز)، والتي تسمى لؤلؤية وفضية، في حين أن السحب التروبوسفيرية غالبًا ما تغطي حوالي 50٪ من سطح الأرض بأكمله.

تعتمد كمية بخار الماء التي يمكن احتواؤها في الهواء على درجة حرارة الهواء.

1 م 3 من الهواء عند درجة حرارة -20 درجة مئوية يمكن أن يحتوي على ما لا يزيد عن 1 غرام من الماء؛ عند 0 درجة مئوية - لا يزيد عن 5 غرام؛ عند +10 درجة مئوية - لا يزيد عن 9 جم؛ عند +30 درجة مئوية - لا يزيد عن 30 جم من الماء.

خاتمة:كلما ارتفعت درجة حرارة الهواء، زاد عدد بخار الماء الذي يمكن أن يحتوي عليه.

قد يكون الهواء ثريو غير مشبعةبخار الماء. لذلك، إذا كان عند درجة حرارة +30 درجة مئوية، يحتوي 1 م 3 من الهواء على 15 جم من بخار الماء، فإن الهواء غير مشبع ببخار الماء؛ إذا 30 جم - مشبعة.

الرطوبة المطلقة- هذه هي كمية بخار الماء الموجودة في 1 م 3 من الهواء. يتم التعبير عنها بالجرام. على سبيل المثال، إذا قالوا "الرطوبة المطلقة 15"، فهذا يعني أن 1 مل يحتوي على 15 جم من بخار الماء.

الرطوبة النسبية- هذه هي النسبة (بالنسبة المئوية) للمحتوى الفعلي لبخار الماء في 1 م 3 من الهواء إلى كمية بخار الماء التي يمكن احتواؤها في 1 م لتر عند درجة حرارة معينة. على سبيل المثال، إذا بث الراديو تقريرًا عن الطقس يفيد بأن الرطوبة النسبية 70%، فهذا يعني أن الهواء يحتوي على 70% من بخار الماء الذي يمكنه الاحتفاظ به عند درجة الحرارة تلك.

كلما ارتفعت الرطوبة النسبية، أي. كلما اقترب الهواء من حالة التشبع، زاد احتمال هطول الأمطار.

يتم ملاحظة رطوبة هواء نسبية عالية دائمًا (تصل إلى 90٪) في المنطقة الاستوائية، حيث تظل درجة حرارة الهواء مرتفعة هناك طوال العام ويحدث تبخر كبير من سطح المحيطات. الرطوبة النسبية مرتفعة أيضًا في المناطق القطبية، ولكن لأنه في درجات الحرارة المنخفضة حتى كمية صغيرة من بخار الماء تجعل الهواء مشبعًا أو قريبًا من التشبع. في خطوط العرض المعتدلة، تختلف الرطوبة النسبية باختلاف الفصول - فهي أعلى في الشتاء، وأقل في الصيف.

تكون رطوبة الهواء النسبية في الصحاري منخفضة بشكل خاص: يحتوي 1 م 1 من الهواء هناك على بخار ماء أقل بمقدار مرتين إلى ثلاث مرات مما هو ممكن عند درجة حرارة معينة.

لقياس الرطوبة النسبية، يتم استخدام مقياس الرطوبة (من اليونانية hygros - الرطب وMetreco - أقيس).

عند تبريده، لا يستطيع الهواء المشبع الاحتفاظ بنفس الكمية من بخار الماء؛ فيتكاثف (يتكثف)، ويتحول إلى قطرات من الضباب. يمكن ملاحظة الضباب في الصيف في ليلة صافية وباردة.

سحاب- هذا هو نفس الضباب، لكنه لا يتشكل على سطح الأرض، ولكن على ارتفاع معين. ومع صعود الهواء، يبرد، ويتكثف بخار الماء الموجود فيه. وتشكل قطرات الماء الصغيرة الناتجة السحب.

يتضمن تكوين السحابة أيضًا الجسيمات الدقيقهمعلقة في طبقة التروبوسفير.

يمكن أن يكون للسحب أشكال مختلفة، والتي تعتمد على ظروف تكوينها (الجدول 14).

أدنى وأثقل السحب هي الستراتوس. وتقع على ارتفاع 2 كم من سطح الأرض. وعلى ارتفاع يتراوح بين 2 إلى 8 كم، يمكن ملاحظة المزيد من السحب الركامية الخلابة. أعلى وأخف السحب هي السحب المعلاقية. وتقع على ارتفاع يتراوح بين 8 إلى 18 كيلومترًا فوق سطح الأرض.

الحماية الجوية

المصادر الرئيسية هي المؤسسات الصناعية والسيارات. في المدن الكبرى، تعد مشكلة تلوث الغاز على طرق النقل الرئيسية حادة للغاية. ولهذا السبب، قامت العديد من المدن الكبرى حول العالم، بما في ذلك بلدنا، بإدخال الرقابة البيئية على سمية غازات عوادم المركبات. ووفقا للخبراء، فإن الدخان والغبار الموجود في الهواء يمكن أن يقلل من إمدادات الطاقة الشمسية إلى سطح الأرض بمقدار النصف، الأمر الذي سيؤدي إلى تغير في الظروف الطبيعية.