|

اتمسفر زمین

جوی که پیرامون سیاره زمین را فراگرفته است اتمسفر یا جو نامیده می‌شود. اتمسفر زمین مجموعه‌ای از گازها است؛ که توسط جاذبه اطراف زمین نگه‌داشته می‌شود. بیش از بیست گاز اتمسفر زمین را تشکیل می‌دهد که برخی از آن‌ها بسیار فراوان‌تر از بقیه می باشند.

ترکیبات جو

تا به حال شایع‌ترین گاز در جو زمین نیتروژن بوده که حدود %78 گازهای جو را تشکیل می‌دهد. اکسیژن که برای حفظ حیات و کارکرد صحیح موتورهای احتراق داخلی ضروری است فقط %21 جو را تشکیل می‌دهد و گاز های دیگر که کم‌تر از %1 جو را تشکیل می‌دهد. گازهای دیگر شامل کربن مونوکسید، هلیوم، متان، ازن و هیدروژن می‌باشد. میزان این گازها تا حدود 60 کیلومتری زمین ثابت باقی می ماند ولی پس از این ارتفاع Gravitational separation نسبت گاز ها را تغییر می دهد. تصویر شماره 1 را مشاهده کنید.

 

 

تصویر شماره 1

ساختار جو

اتمسفر از لایه‌های مختلفی تشکیل‌شده است که دارای خواص مختلفی می باشند. برای تعریف ساختار جو، یک ویژگی که با ارتفاع متغیر است باید شناسایی شود. بااینکه در ارتفاع‌های مختلف خصوصیات جو تغییر می‌کند، ویژگی تعیین‌کننده دما می‌باشد. نتیجتا جو بر اساس دما طبقه بندی شده است.

اتمسفر یک ساختار لایه‌‌ای دارد. به‌طور کلی، خلبان‌های هواپیماهای سبک به دلیل محدودیت ارتفاع عملیاتی هواپیما، فقط در تروپوسفر پرواز می‌کنند؛ اما به لایه فوقانی تروپوسفر هم اشاره مختصری می‌شود که استراتوسفر نام دارد.

تروپوسفر

پایین‌ترین لایه اتمسفر با نام تروپوسفر شناخته می‌شود، این نام از واژه‌ای یونانی به معنای ترکیب یا چرخش گرفته‌شده است، این واژه به این واقعیت اشاره می کند که در تروپوسفر تغییرات فشار و دما باعث ایجاد و تغییرات آب‌وهوا می‌شود. تقریباً تمام پدیده‌های آب و هوایی پیرامون کره زمین در تروپوسفر شکل می‌گیرد.

تروپوسفر دو ویژگی مشخص دارد:

1- دما با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد. این تغییرات دما در تروپوسفر در کنار این واقعیت که این لایه بیشترین مقدار بخارآب اتمسفر را دارد، باعث ناپایداری در تروپوسفر می‌شود و همین ویژگی (ناپایدار بودن) منجر به تشکیل ابر و بارندگی می‌شود.

2- تروپوسفر بیش از %70 کل جرم اتمسفر را شامل می‌شود. این بدان دلیل است که هوا تراکم پذیر است و جرم دارد. هوا در معرض میدان گرانشی زمین قرار می‌گیرد و بیشتر جرم هوا در نزدیکی سطح زمین نگه‌داشته می شود. به این دلیل که نیروی گرانش زمین در این محدوده به حداکثر نیروی خود می‌رسد. به‌علاوه هوای نزدیک سطح زمین توسط لایه‌های فوقانی جو فشرده می شود. این بدین معنی است که فشار و چگالی هوا در نزدیکی سطح زمین در بیشترین مقدار خود قرار دارند و با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابند.

تروپوپاز

تروپوپاز مرز بین تروپوسفر و استراتوسفر می باشد. تروپوپاز جایی است که کاهش دما با افزایش ارتفاع متوقف می شود.

نکته: a level not a layer


ضخامت تروپوسفر و به دنبال آن ارتفاع تروپوپاز اطراف زمین ثابت نمی باشد. برفراز قطب جنوب و قطب شمال، ارتفاع تروپوپاز حدود 8 کیلومتر است. درحالی که برفراز خط استوا تروپوپاز ارتفاعی حدود 18 کیلومتر دارد. این تفاوت ارتفاع در تروپوپاز ناشی از تغییرات دمای سطح زمین است. در نزدیکی خط استوا تروپوپاز در بالاترین ارتفاع خود قرار دارد و در نزدیکی قطب‌ها، جایی که هوا بسیار سرد است تروپوپاز در کم‌ترین ارتفاع خود قرار دارد. ارتفاع متوسط تروپوپاز حدود 11 کیلومتر یا 36090 پا است. ارتفاع متوسط تروپوپاز در عرض جغرافیایی 45 درجه است و همچنین ارتفاع متوسط در اتمسفر استاندارد ایکائو (ISA) می باشد که در ادامه این فصل شرح داده خواهد شد. تصویر شماره 2 را مشاهده کنید.

هر چه ارتفاع تروپوپاز بالاتر باشد، دمای آن کمتر است. بر فراز خط استوا، دمای آن حدود 80- درجه سانتی‌گراد است. در حالی که در قطب‌ها، دمای آن حدود 40- درجه سانتی‌گراد است. دمای متوسط تروپوپاز تقریباً .556- درجه سانتی‌گراد است. این دما در عرض‌های جغرافیایی میانی وجود دارد و همان‌طور که پیش از این گفته شد ارتفاع متوسط تروپوپاز تقریباً 11 کیلومتر است.

استراتوسفر

تصویر شماره 2

 

این لایه بالای تروپوسفر قرار دارد. استراتوسفر برخلاف تروپوسفر در ارتفاع‌های مختلف به‌ویژه در قسمت پایینی با تغییرات دما مواجه نمی‌شود. در استراتوسفر ابتدا دما تا ارتفاع 20 کیلومتری ثابت می‌ماند و سپس در قسمت بالایی لایه، به دلیل وجود لایه ازن دما با افزایش ارتفاع افزایش می‌یابد. تغییر نکردن دما در ابتدای استراتوسفر باعث پایدار شدن این لایه می‌شود؛ به عبارت دیگر حرکت عمودی هوا در داخل استراتوسفر به‌شدت محدود است.

بنابراین، توسعه ابرها کاهش می‌یابد و تروپوپاز مرز نهایی اکثر پدیده‌های جوی تجربه شده در اتمسفر می‌باشد. تصویر شماره 3 را مشاهده کنید.

 

تصویر شماره 3

استراتوپاز

مرز میان استراتوسفر و لایه فوقانی آن یعنی مزوسفر استراتوپاز نامیده می شود. بالاتر از استراتوپاز، دما با افزایش ارتفاع افزایش می یابد. استراتوپاز حدودا از ارتفاع 50 کیلومتری شروع می شود. تصویر شماره 3 را مشاهده کنید.

مزوسفر

بالای استراتوپاز، مزوسفر قرار دارد که در آن دما با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد.

مزوسفر سردترین لایه اتمسفر زمین است. بین ارتفاعات 80 تا 90 کیلومتری دمای متوسط آن بین 80 تا 90 درجه سانتی‌گراد است. پایین‌ترین دمایی که در این لایه اندازه‌گیری شده است 153- درجه سانتی‌گراد بوده است. این اندازه‌گیری در ارتفاع 93 کیلومتری و در تاریخ 17 جولای 1966 در آلاسکا انجام‌شده است.

ترموسفر

در این لایه با افزایش ارتفاع دما افزایش می‌یابد. دما گاهی به 1000 درجه سانتی‌گراد هم می‌رسد. این لایه از ارتفاع 90 کیلومتری تا 500 کیلومتری ادامه دارد.

اگزوسفر

این لایه از 500 کیلومتری شروع می‌شود. در این لایه فاصله متوسط بین مولکول‌های گاز 30 کیلومتر می باشد.

نویسنده: پارسا گل محمدی

ارسال نظر