مجرة - Majarah
طريقك الى العالم

خصائص الغلاف الجوي

يساعد الغلاف الجوي على جعل الحياة على الأرض ممكنة بعدة طرق، إنه يحمينا من معظم الأشعة فوق البنفسجية الضارة القادمة من الشمس، ويدفئ سطح كوكبنا بحوالي 33 درجة مئوية (59 درجة فهرنهايت) من خلال تأثير الاحتباس الحراري، ويمنع إلى حد كبير الاختلافات الشديدة بين درجات الحرارة في النهار والليل.

 

الغازات في الغلاف الجوي للأرض

النيتروجين والأكسجين هما الأكثر شيوعًا؛ يتكون الهواء الجاف من حوالي 78٪ نيتروجين (N2) وحوالي 21٪ أكسجين (O2)، الأرجون وثاني أكسيد الكربون والعديد من الغازات الأخرى موجودة أيضًا بكميات أقل بكثير؛ كل منها يشكل أقل من 1٪ من خليط الغازات في الغلاف الجوي، يشمل الغلاف الجوي أيضًا بخار الماء، تختلف كمية بخار الماء الموجودة كثيرًا، ولكنها في المتوسط ​​حوالي 1٪. هناك أيضًا العديد من الجسيمات الصغيرة - المواد الصلبة والسائلة - "الطافية" في الغلاف الجوي، هذه الجسيمات، التي يسميها العلماء "الهباء الجوي"، تشمل الغبار والجراثيم وحبوب اللقاح والملح من رذاذ البحر والرماد البركاني والدخان وغير ذلك.

الخصائص الفيزيائية للغلاف الجوي

الضغط والسماكة

يُحدد متوسط ​​الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر بواسطة الغلاف الجوي القياسي الدولي على أنه 101325 باسكال (760.00 تور؛ 14.6959 رطل / بوصة مربعة؛ 760.00 ملم زئبق)، يشار إلى هذا أحيانًا على أنه وحدة من الغلاف الجوي القياسي (atm)، يبلغ إجمالي كتلة الغلاف الجوي 5.1480 × 1018 كجم (1.135 × 1019 رطل)، [35] حوالي 2.5٪ أقل مما يمكن استنتاجه من متوسط ​​ضغط مستوى سطح البحر ومساحة الأرض البالغة 51007.2 ميغا هكتار، ويتم إزاحة هذا الجزء عن طريق التضاريس الجبلية للأرض، الضغط الجوي هو الوزن الإجمالي للهواء فوق مساحة الوحدة عند النقطة التي يتم فيها قياس الضغط، وبالتالي يختلف ضغط الهواء باختلاف الموقع والطقس.

 

إذا كانت كتلة الغلاف الجوي بأكملها ذات كثافة منتظمة تساوي كثافة مستوى سطح البحر (حوالي 1.2 كجم لكل متر مكعب) من مستوى سطح البحر إلى أعلى، فسوف تنتهي فجأة على ارتفاع 8.50 كيلومتر (27900 قدم)، إنه في الواقع يتناقص بشكل كبير مع الارتفاع، حيث ينخفض ​​بمقدار النصف كل 5.6 كم (18000 قدم) أو بمعامل 1 / e كل 7.64 كم (25100 قدم)، متوسط ​​ارتفاع مقياس الغلاف الجوي أقل من 70 كم (43 ميل؛ 230.000 قدم)، ومع ذلك، يتم تصميم الغلاف الجوي بدقة أكبر باستخدام معادلة مخصصة لكل طبقة تأخذ في الاعتبار تدرجات درجة الحرارة والتركيب الجزيئي والإشعاع الشمسي والجاذبية.

 

باختصار، يتم توزيع كتلة الغلاف الجوي للأرض تقريبًا على النحو التالي: 

 

  • 50٪ أقل من 5.6 كم (18000 قدم).

  • 90٪ أقل من 16 كم (52000 قدم).

  • 99.99997 ٪ أقل من 100 كم (62 ميل؛ 330،000 قدم)، خط كارمان، وفقًا للاتفاقيات الدولية، يمثل هذا بداية الفضاء حيث يُعتبر المسافرون البشريون رواد فضاء.

 

بالمقارنة، فإن قمة جبل. يبلغ ارتفاع جبل إيفرست 8،848 م (29،029 قدمًا)؛ تطير الطائرات التجارية عادة بين 10 و 13 كم (33000 و 43000 قدم) حيث يعمل الهواء الرقيق على تحسين الاقتصاد في استهلاك الوقود؛ تصل بالونات الطقس إلى 30.4 كم (100000 قدم) وما فوق؛ ووصلت أعلى رحلة لـ X-15 في عام 1963 إلى 108.0 كم (354300 قدم).

 

حتى فوق خط كارمان، لا تزال تحدث تأثيرات كبيرة في الغلاف الجوي مثل الشفق القطبي، تبدأ الشهب في التوهج في هذه المنطقة، على الرغم من أن النيازك الكبيرة قد لا تحترق حتى تخترق بشكل أعمق، تبدأ الطبقات المختلفة من الأيونوسفير للأرض، المهمة للانتشار الراديوي عالي التردد، تحت 100 كم وتمتد إلى ما بعد 500 كم، وبالمقارنة، فإن محطة الفضاء الدولية ومكوك الفضاء تدور عادة على مسافة 350-400 كم، داخل الطبقة F من الأيونوسفير حيث تواجه مقاومة كافية في الغلاف الجوي تتطلب عمليات إعادة تعزيز كل بضعة أشهر، اعتمادًا على النشاط الشمسي، يمكن أن تتعرض الأقمار الصناعية لضغط جوي ملحوظ على ارتفاعات تصل إلى 700-800 كم.

 

درجة حرارة وسرعة الصوت

تمت مناقشة تقسيم الغلاف الجوي إلى طبقات في الغالب بالرجوع إلى درجة الحرارة أعلاه، تنخفض درجة الحرارة مع بدء الارتفاع عند مستوى سطح البحر، لكن الاختلافات في هذا الاتجاه تبدأ فوق 11 كم، حيث تستقر درجة الحرارة عبر مسافة رأسية كبيرة عبر بقية طبقة التروبوسفير، في الستراتوسفير، تبدأ درجة الحرارة فوق حوالي 20 كم، تزداد درجة الحرارة مع الارتفاع ، بسبب التسخين داخل طبقة الأوزون الناجم عن التقاط أشعة فوق بنفسجية كبيرة من الشمس بواسطة غاز الأوكسجين وغاز الأوزون في هذه المنطقة، لا تزال هناك منطقة أخرى تزداد فيها درجة الحرارة مع الارتفاع على ارتفاعات عالية جدًا، في الغلاف الحراري المسمى على نحو مناسب فوق 90 ​​كم.

 

لأنه في الغاز المثالي ذي التكوين الثابت، تعتمد سرعة الصوت فقط على درجة الحرارة وليس على ضغط الغاز أو كثافته، فإن سرعة الصوت في الغلاف الجوي مع الارتفاع تأخذ شكل ملف تعريف درجة الحرارة المعقد، ولا يعكس تغيرات الارتفاع في الكثافة أو الضغط.

 

الكثافة والكتلة

تبلغ كثافة الهواء عند مستوى سطح البحر حوالي 1.2 كجم / م 3 (1.2 جم / لتر، 0.0012 جم / سم 3)، لا يتم قياس الكثافة بشكل مباشر ولكن يتم حسابها من قياسات درجة الحرارة والضغط والرطوبة باستخدام معادلة الحالة للهواء (شكل من أشكال قانون الغاز المثالي)، تنخفض كثافة الغلاف الجوي مع زيادة الارتفاع، يمكن نمذجة هذا الاختلاف تقريبًا باستخدام الصيغة البارومترية، تُستخدم نماذج أكثر تعقيدًا للتنبؤ بالتآكل المداري للأقمار الصناعية.

 

يبلغ متوسط ​​كتلة الغلاف الجوي حوالي 5 كوادريليون (5 × 1015) طن أو 1/1200000 من كتلة الأرض، وفقًا للمركز الوطني الأمريكي لأبحاث الغلاف الجوي، "يبلغ متوسط ​​الكتلة الكلية للغلاف الجوي 5.1480 × 1018 كجم مع نطاق سنوي بسبب بخار الماء 1.2 أو 1.5 × 1015 كجم، اعتمادًا على ما إذا كان يتم استخدام ضغط السطح أو بيانات بخار الماء؛ أصغر إلى حد ما من التقدير السابق، تقدر الكتلة المتوسطة لبخار الماء بـ 1.27 × 1016 كجم وكتلة الهواء الجاف بـ 5.1352 ± 0.0003 × 1018 كجم. "

 

لما لا تترك تعليق