احتمالا اتمسفر حال حاضر زمین آن اتمسفر اولیه نیست . اتمسفر جاری ما را شیمیدانهای اتمسفر اکسیداسیون می خوانند ،در حالیکه اتمسفر اولیه را شیمیدانها اتمسفر در حال کاهش می خواندند. مشخصا گویا اتمسفر اولیه در بر دارنده اکسیژن نبوده است.
ترکیب اتمسفر
اتمسفر اولیه ممکن است مشابه ترکیب سحابی خورشیدی 0توده های عظیم گاز و گرد و غبار ما بین فواصل ستارگان راه شیری) و نزدیک به ترکیب حاضر سیاره های بزرگ گازی بوده است ، اگر چه این بستگی به جزئیات فشرده شدن سیارات از سحابی های خورشیدی دارد. آن اتمسفر در فضا گم شده بود و با گاز خارج خارج شده از پوستر و یا (در برخی از تئوریهای اخیر ) بیشتر اتمسفر ممکن است از برخوردهای دنباله دارها و دیگر مواد با فشار بخار زیاد جابجا شده است. اکسیژن موجود در اتمسفر که جزء خصوصیات ان است بوسیله گیاهان تهیه شده است. (خزه دریایی سبز – آبی و یا سیانو باکتری ) بنابراین ، ترکیب حال حاضر اتمسفر شامل 7960 نیتروژن ، 25% اکسیژن و 1% گازهای دیگر می باشد.
لایه های اتمسفر
همانند آنچه در مشکل زیر نشان داده است ممکن است اتمسفر زمین به چندین لایه مجزا تقسیم بشود.
لایه های اتمسفر زمین
تروتسفر : تروتسفر جایی است که همه آب و هواها واقع می شوند. آن منطقه بالا و پایین رفتن بسته های هوا می باشد. فشار هوا در بالای تروتسفر فقط 100% سطح دریا می باشد. منطقه حائل نازکی بین تروتسفر و لایه بعدی وجود دارد تروپوپاز خوانده می شود.
لایه ازن و استراتوسفر : در بالای تروپسوسفر ، استراتوسفر قرار دارد که جریان هوایی تقریبا افقی است. لایه نازک ازن در استراتوسفر بالایی دارای فشردگی بالایی از ازن است. که به شکل اکسیژن یافته است. وظیفه اصلی این لایه جذب اشعه ماوراء بنفش خورشید است. تشکیل این لایه یک وضعیت حساس است. از آنجایی که فقط می تواند ازن شکل گیرد و از جریان شدید اشعه ماوراء بنفش و از رسیدن آن به سطح زمین جلوگیری به عمل آورد که که اکسیژن تولید شده باشد. که این اشعه برای سیر تکاملی یک خطر محسوب می شود. در حال حاضر این نگرانی وجود دارد که ترکیبات فلئور کربن ساخته دست بشر ممکن است لایه ازن را از بین ببرد. و همچنین برای نتایج مهلکی که برای آینده زندگی بشر رخ می دهد نگرانی هایی موجود است.
مزوسفر و یونوسفر
در بالای استراتوسفر مزوسفر است و در بالای آن نیز یونوسفر (یا ترموسفر ) است که خیلی از اتمها یونیزه شده اند. (یا الکترونها را از دست داده اند و یا با آنها تقویت شده اند بنابراین دارای بار الکتریکی خالص هستند). یونوسفر خیلی نازک است اما جایی است که شفق قطبی رخ می دهد و مسئولیت جذب پر انرژی ترین فوتون ها از خورشید را بر عهده دارد. از وظایف دیگر آن انعکاس امواج رادیویی که بدان وسیله ارتباطات رادیویی دور و بر را ممکن می سازد می باشد. ساختار یونوسفر بوسیله باد ذره باردار شده خورشیدی (باد سحابی) قویا تحت تاثیر قرار می گیرند ، که به نوبت بوسیله سطح فعالیت خورشیدی کنترل می شوند. یک اندازه از ساختار یونوسفر چگالی الکترون آزاد است ، که شاخصی از میزان یونیزاسیون است. در اینجا نقشه های شمارش چگالی الکترون یونوسفر برای ماههای 1957 تاکنون موجود است. این شبیه سازی های متغیر با ماه یونوسفر را برای سال 1995 (دوره ای از فعالیت خورشیدی بالا با لکه های خورشیدی زیاد) و 1996 (دوره ای از فعالیت خورشیدی کم با لکه های خورشیدی کم ) مقایسه کنید.
چگالی الکترون : انیمیشن های مجاور تغییرات یونوسفر در ماه را در دو سال متفاوت شبیه سازی می کند.
1- (تصویر بالایی ) سال 1990 که دوره فعالیت های خورشیدی بالا با لکه های خورشیدی زیاد است(150)
2- (تصویر پایینی ) سال 1996، که دوره فعالیت خورشیدی پایین با لکه های خورشیدی کم (10) می باشد. رسم ها شمارش چگالی الکترون را نشان می دهد که شاخص مقدار یونیزاسیون در اتمسفر هستند. زردها و قرمزها یونیزاسیون بزرگتر و آبی ها و سبزها یونیزاسیون کوچکتر را نشان می دهند. به تفاوت های ذاتی متفاوت در این دو انیمیشن توجه کنید ، با یونیزاسیون جوی قوی تر در تصویر بالایی (خورشید فعال سال 1990) نسبت به تصویر پایین تر (خورشید کامل سال 1996)
تصاویر مجاور بر اساس نقشه های شمارش چگالی الکترون یونوسفر برای ماههای سال 1957 تا بحال هستند. انیمیشن های بیش تر را می توانید در راهنمای NOAA (آژانسی در ساختمان تجارت که نقشه اقیانوسها را ترسیم می کند و از منابع حیاتی آنها محافظت می کند) بیابید. به تفاوتهای ذاتی میان این دو انیمیشن توجه کنید که مرتبط با تاثیر قوی فعالیت خورشیدی روی ساختار یونوسفر زمین است.
ترکیبات اتمسفر
هوا مخلوطی از گازهای مختلف است. گر چه اتمسفر زمین ظاهرا به دلیل ماهیت گازی شکل خود بی وزن به نظر میرسداما در واقع دارای جرمی به مقدار تن می باشد. به استثنای بخار آب نسبت اختلاط گازهای تشکیل دهنده هوا تا ارتفاع 60 کیلومتری تقریبا ثابت است. حدود 99 درصد حجم هوای زمین را دو گاز عمده ازت و اکسیژن تشکیل می دهد که ازت 78 درصد ، پیکره اصلی اتمسفر زمین می باشد بعد از آن اکسیژن قرار دارد و سایر گازها فقط یک درصد حجم آن را شامل می شوند. جدول گازهای تشکیل دهنده اتمسفر را در یک هوای خشک (بدون بخار آب و آلاینده ها) به صورتهای حجمی و جرمی نشان می دهد که معمولا تقسیم بندی حجمی آن متداولتر است. اگر سهم بخار آب موجود در اتمسفر را نیز در این تقسیم بندی دخالت دهیم این نسبتها ثابت نخواهد بود زیرا دمای لایه های پایین جو همیشه در حال تغییر بوده و با رسیدن دما به نقطه میعان و تبدیل بخار به مایع ، درصد حجمی بخار آب در جو تغییر خواهد کرد. در مقیاس جهانی به طور متوسط یک درصد حجم اتمسفر زمین را بخار آب تشکیل می دهد ، اما عملا ممکن است در یک مکان ، هوا فاقد بخار آب و در نقطه دیگر تا 4 درصد بخار آب وجود داشته باشد. گر چه وزن مولکولی بخار آب از وزن سایر عناصر تشکیل دهنده جو کمتر است ، با این وجود بخار آب عمدتا در لایه های پایین جو متمرکز می باشد. بیشترین مقدار بخار آب در لایه مجاور سطح زمین بوده و با افزایش ارتفاع به شدت از میزان آن کاسته می شود. بالا بودن مقدار بخار آب در نزدیکی سطح زمین به دو علت است یکی به دلیل وجود اقیانوسها که منبع اصلی تامین بخار آب است و دیگری سرد بودن لایه های فوقانی جو که مانع از نفوذ و نگهداشت بخار آب می شود.
جالب است بدانیم که مقدار دی اکسید کربن موجود در اتمسفر زمین در طول سالهای گذشته اندکی افزایش پیدا کرده است. داده های مربوط به اندازه گیری میزان در هوا از سال 1860 تا 1950 نشان می دهد. که از سال 1900 به بعد در طی 50 سال 9 درصد بر مقدار گاز کربنیک هوا افزوده شده است.
بخشی از این افزایش به دلیل مصرف زیاد سوختهای فسیلی است که نتیجه آزاد شدن گاز است . روند افزایشی گاز در سالهای اخیر (از 1950 تا سال 2000 ) شدیدتر بوده است. که پاره ای از ناهنجاریهای اقلیمی به آن نسبت داده می شود.
ترکیب حجمی و جرمی هوای خشک
نوع گاز درصد حجمی درصد جرمی
ازت 084/78 75151
اکسیژن 946/20 15/23
آرگون 934/0 28/1
دی اکسید کربن 033/0 046/0
ساختمان و ترکیبات
جو را تشکیل از یک سری لایه جداگانه می توان در نظر گرفت که با چگونگی دمای هوا در ارتفاعات مختلف از یکدیگر جدا می شوند. برای یک جو استاندارد ، این لایه ها تقریبا به ترتیب زیر از یکدیگر تفکیک می شوند. شکل (1-1) با ضخامت های متوسط.
ورد سپهر : لایه بسیار متغیر که به طور متوسط ارتفاع آن از حدود 8 کیلومتر در قطب تا 16 کیلومتر در استوا تغییر می کند. این تغییرات تابعی از زمان و مکان می باشد.
وردایست: مرز بین ورد سپهر و پوش سپهر است که شیب تغییرات دما در آن تغییر جهت می دهد.
پوش سپهر : از مرز وردایست تا ارتفاع 47 کیلومتر.
پوش ایست: از انتهای پوش سپهر تا 52 کیلومتر.
میان سپهر : از 52 کیلومتر تا 83 کیلومتر.
میان ایست: تا ارتفاع 93 کیلومتری از سطح زمین.
گرم سپهر : از ارتفاع 93 کیلومتری به بالا.
لازم به توضیح است که لایه های فوق از نظر ضخامت و تغییرات دما تا حدودی به عرض جغرافیایی محل بستگی داشته است.
بیشترین توجه هواشناسها بر روی ورد سپهر متمرکز است زیرا اغلب فعل و انفعالاتی که ما آنها را تغییرات هوا می نامیم در این لایه صورت می گیرد. می توان گفت که تقریبا تمامی ابرها و تحقیقا تمامی بارندگیها و همچنین طوفانها در این ناحیه از جو متولد می شوند. این امر باعث شده است که ورد سپهر را کره هوا بنامند.
قسمت اعظم ضخامت جو در اطراف زمین از مخلوط گازهای دایمی تشکیل شده است که هوای خشک نامیده می شوند. هوا و دیگری نیز در جو وجود دارند که مقدار آنها متغیر است.
این مواد شامل : بخار آب ، مواد آلی و معدنی از قبیل گرد و غبار ، دود و سایر آلوده کننده هایند. هواغی خشک خالص که کاملا شفاف و بدون بو است از 78% نیتروژن ، 21% اکسیژن ، 1% آرگون و 3% دی اکسید کربن و مقداری از گازهای دیگری همچون هیدروژن ، ازن ، نئون و... تشکییل شده است.
از این گازها دایمی جو، دی اکسید کربن به علت جذب برخی از تشعشعات ساطع شده از زمین و تابش مجدد آنها به طرف زمین از اهمیت اقلیمی خاص برخوردار است. این گاز به طور پیوسته توسط سبزینه ها تنفس و توسط جانوران تولید می شوند. با سوختن برخی از مواد فسیلی ، فعالیت آتشفشانها و استهلاک خاک نیز مقادیر زیادی از این گاز تولید می شود.
بخار آب نیز که شفاف و بی بو است حجم بسیار متغیری را در جو به خود اختصاص می دهد. این حجم از تقریبا صفر در نواحی مرتفع و سرد جو تا حدود 3تا 4% حجم کل هوا در نزدیک سطح و در نواحی گرم و مرطوب تغییر می کند. از آنجا که بخار از طریق تبخیر آب در سطوح خشکی و دریا به آسمان می رود ، به ناچار در نواحی کم ارتفاع سطح زمین تجمع می یابد . اهمیت بخار آب بیشتر از آن چیزی است که درصد حضور آن نشان می دهد زیرا نه تنها باعث ایجاد ابر و بارندگی می شود بلکه مقدار زیادی از اشعه خورشید و اشعه ساطع شده از سطح زمین را جذب و یا پراشیده می کند. علاوه بر این مقدار زیادی گرما که جهت تبخیر مورد استفاده قرار گرفته است در زمان میعان دوباره در جو آزاد می شود. بنابراین می توان از بخار آب به عنوان عامل اصلی انتقال انرژی در جو نام برد. جو از طریق برخی از خواص شیمیایی و فیزیکی گازهای تشکیل دهنده خود می تواند انرژی خورشیدی تابش شده به سمت زمین را نیز کنترل کند. برای مثال گاز ازن که بیشترین غلظت را در فاصله 20 تا 35 کیلومتری از سطح زمین دارد به عنوان یک سپر محافظ در مقابل اشعه کشنده فوق بنفش خورشید عمل می کند. برخی از ناخالصی های موجود در جو نقش بسیار مهمی در تشکیل ابر و ایجاد بارندگی ایفا می کنند. این ذارت ناخالصی در هوا باعث می شوند که ذرات آب در روی آنها به مایع تبدیل شده و هسته ای برای این فرایند باشند.
لایه دیگری که در تعریف های فوق بیان نشده و از نظر مخابرات دارای اهمیت است لایه یون سپهر نام داشته و در ارتفاع بین 80 تا 400 کیلومتری قرار می گیرد. در این لایه اتمهای نیتروژن و اکسیژن با جذب طول موجهای کوتاه اشعه خورشیدی یونیزه می شوند. در نتیجه ضخامت این لایه در طول روز بیشتر از ضخامت آن در طول تاریکی است.
از نظر الکتریکی یون سپهر به سه لایه اصلی F,E,D تقسیم می شود. در هر حال ، یون سپهر اثر چندانی در تغییرات هوا ندارد و تنها تاثیری که ممکن است در زندگی روزمره ما داشته باشد اثر آن بر روی بر روی دریافت امواج رادیویی می باشد. برای توضیح بیشتر این موضوع ، استفاده از رادیو را در شب و روز مثال می زنیم. بدین ترتیب که ایستگاهی را که در شب به راحتی و وضوح دریافت می کنید. در طول روز قادر به دریافت علایم آن ایستگاه نخواهید بود. علت این در لایه F یون سپهر می باشد. بدین ترتیب که این لایه که در طول شب و روز وجود دارد مسئول بازتاب امواج AM رادیو می باشد. از طرف دیگر این امواج توسط لایه D که فقط در طول روز وجود دارد جذب می شوند. در نتیجه این امواج تنها در طول شب قادر به رسیدن به لایه F و بازتاب بر روی آن هستند.
چگالی و فشار
از آنجا که گازهای موجود در جو تراکم پذیرند با افزایش ارتفاع او در نتیجه کم شدن فشار هوا مطابق قانون هیدرواستاتیک چگالی هوا کاهش می یابد. بدین ترتیب می توان گفت که 75% جرم هوا در ناحیه ورد سپهر متمرکز است در سطح آبهای آزاد فشار استاندارد جو برابر با 2/1013 هکتو پاسکال است. البته لازم به توضیح است که نیروی ناشی از این فشار از جهات مختلف بر بدن اثر کرده یکدیگر را خنثی می کنند و در نتیجه آسیبی به بدن وارد نمی شود. با افزایش ارتفاع ، فشار هوا کاهش می یابد. (شکل 1-2)
دما
دما در ورد سپهر اغلب با افزایش ارتفاع کاهش می یابد. شیب خط در شکل 1-1 آهنگ این کاهش را نشان می دهد. از آنجایی که این شیب به دمای هوا بستگی دارد بنام آهنگ کاهش دمای محیط (ELR) معروف شده است. برای شرایط یک جو استاندارد که در آن دمای سطح C15 می باشد. ELR برای 6/5C در هر یک کیلومتر است. بدین معنی که به طور متوسط با هر کیلومتر صعود6/5C دما کاهش می یابد. لایه ورد ایست که حد فاصل بین ورود سپهر و پوش سپهر است با ELR برابر با یا کمتر معرفی می شود. در یک جو استاندارد ، موقعیت وردایست در ارتفاع 12 کیلومتری تعریف می شود ولی در شرایط واقعی این ارتفاع 12 کیلومتری تعریف می شود ولی در شرایط واقعی این ارتفاع از 16 کیلومتر در نواحی مدار گانی تا حدود 9 کیلومتر در نواحی قطبی متغیر است. گهگاه ارتفاع می افتد که در لایه های کم عمق از ورد سپهر دما با ارتفاع افزایش می یابد. این وضعیت را که در آن elr منفی است(وارونگی دما) می نامند. که اغلب در فصل زمستان و نزدیک سطح خشکی زمین در اثر تابش شبانه ایجاد می شود.
ساختمان عمودی اتمسفر
فشار اتمسفر : عبارت است از وزن ستون عمودی از هوا در بالای محلی معین و نسبت به ارتفاع کاهش می یابد. هر قدر بالاتر می رویم از سرعت رقیق شدن هوا کاسته می شود. حجم اتمسفر متراکم در جهت عمودی و حجم آن در جهت افقی یکسان نیست. طبق محاسبه روی کره ای به قطر یک متر قسمتی که مورد توجه جو شناسان است. تنها ایجاد اتمسفر متناسب می شود که معمولا آن را اتمسفر استاندارد می گویند.
درجه گرما و تقسیمات مهم اتمسفر
معمولا در عرض های متوسط از 11تا 12 کیلومتری کاهش درجه حرارت دفعتا قطع شده و گرما روبه افزایش می گذارد. آنجا یک گسستگی وجود دارد که به تروپوپوز معروف است و قسمت زیرین اتمسفر را که به تروپوسفر موسوم است محدود می کند.
تروپوسفر :
در مجاورت سطح زمین تا 2یا3 کیلومتر منحنی های حرارتی بر حسب نواحی هوایی که حکمفرماست حالات متغیری به خود می گیرند به دلیل وجود هوای آشفته این قسمت از اتمسفر را طبقه آشفته گویند زیرا در اثر مالش در روی پوشش نباتی و به خصوص در روی موانع ناهمواری ها گرد بادهای متعددی ایجاد می شود ولی در صورت آرام بودن هوا اختلاط آن نیز کمتر است و وضع منفی حرارتی در اکثر موارد به خصوص در صورت وقوع درجه حرارت معکوس که به صورت اعتای ویژه ای روی گرافیک درجه حرارت ظاهر می گردد متغیر است. طبقه زیرین در نتیجه اعمال مکانیکی گردبادها یا در نتیجه اثرات تشعشعی ناشی از پرتوافکنی زمین تحت تاثیر سطح زمین قرار گرفته طبقه جغرافیایی نامیده می شود. این طبقه در قسمت بالا به وسیله درجه حرارت معکوس ختم می شود. در این سطح آلودگی هوا گرد و غبار حاصله از خاک و قطرات زیر پوشش ابری متوقف می شوند. سطح مزبور را بطور عامیانه طبقه آلوده می نامند. به طرف بالا تا مرز تروپوسفر از اتمسفر آزاد بسیار زلال و یکنواخت تشکیل یافته است.
تروپوپز
مرز فوقانی تروپوسفر است که در عرض جغرافیایی معین سطح متوسط آن ثابت نیست و خیل کم تغییر می کند. معمولا ارتفاع آن در تابستان بیشتر از زمستان است اختلاف فصلی 1 تا5/1 کیلومتر تجاوز نمی کند ولی تغییرات ارتفاع تروپوپز در جهت نصف النهاری خیلی زیاد است به طوری که از کمتر از 6 کیلومتر در قطب تا 18 کیلومتر در استوا دیده شده است. در تروپوسفر ضخیم استوا کاهش درجه حرارت نسبت به ارتفاع بیشتر از تروپوسفر نازک قطب است. به همین علت حد متوسط درجه حرارت در سطح تروپوپز و یا در استراتوسفر زیرین نواحی استوایی نسبت به استراتوسفر زیرین نواحی قطب کمتر است. 80یا 85 درجه سانتی گراد در مقابل 45 تا 50 درجه سانتی گراد در عرض های متوسط که تروپوپز در ارتفاع 11 یا 12 کیلومتری جایگزین می شود درجه حرارت در حدود 55 تا 60 درجه سانتی گراد است. به طور کلی توزیع جغرافیایی درجه حرارت در سطح تروپوپز در جهت عکس پراکندگی آن در سطح زمین است.
استراتوسفر
این طبقه بیشتر از 60 کیلومتر ضخامت دارد و هوای روشن به خشک و بدون ابری را دارا می باشد. جابجایی هوا در استراتوسفر گاهی خیلی سریع بوده و طبقات هوا اکثرا در جهت افقی و در روی هم حرکت می کند.
رطوبت اتمسفر
در تروتروپوسفر هوا خشک نیست و پیوسته قسمت نسبتا مهمی از آب را به صورت گاز یعنی بخار آب (غیر قابل دید) دارا می باشد. از عوامل موثر در تنظیم تبخیر در مرحله اول درجه حرارت و تشعشع مستقیم آفتاب را باید در نظر گرفت به طوری که تغییر حالت فیزیکی آب مستلزم رسیدن کالری حرارت قابل ملاحظه ای است. سپس رطوبت اتمسفر در تنظیم تبخیر دخالت می کند و در نتیجه سرعت باد که موجب تهدید هوا می شود . هوا یمرطوب را جانشین هوای خشک کرده و می تواند بخار آب را آزاد نماید بالاخره فشار یکی دیگر از عوامل موثر به شمار می آید به طوری که هر قدر کم باشد تبخیر به همان اندازه بیشتر خواهد بود. تبخیر مقداری از انرژی کالریفیک را مصرف کرده و موجب سرد شدن هوا می شود در صورتی که نسیم معکوس یعنی تراکم (گذر از حالت گازی به حالت مایع ) باعث رهایی مقداری از انرژی شد. در نتیجه درجه گرما افزایش می یابد. (حرارت مخفی تراکم)
پایداری و ناپایداری در جهت عمودی
گرادیان حرارتی اتمسفر در جهت عمودی از ترکیب عوامل تشعشعی و مبادله گرما در اثر تماس و به ویژه اختلاط حاصل می شود. گرادیان حرارتی که به وسیله سوندارهای متعدد به دست می آید در تروپوسفر به خصوص در اتمسفر آزاد تقریبا ثابت است مقدار متوسط آن در حدود 5/6 درجه سانتی گراد در 1000 متر ارتفاع است. گرادیان ؟ اتمسفر ممکن است بر حسب موارد کمتر یا بیشتر از میزان سرد شدن (گرم شدن) پوسته هوایی می باشد. که در طول عمودی جابجا می شود از اختلاط درجه حرارت و در نتیجه تراکمی که بدین ترتیب حاصل می شود پایداری و ناپایداری هوا صورت می گیرد.
حرکات جانبی اتمسفر
اگر چه در نقاط مختلف کره زمین اختلافات فشار اتمسفر در جهت افقی از اختلاف فشار در جهت عمودی کمتر است ولی جابجایی افقی هوا از نظر وسعت و سرعت خود نسبت به حرکات عودی برتری دارد (به نسبت 100تا 1000بریک) چرا که وجود اندکی رطوبت در طبقه اتمسفر باعث می شود که هوا در اثر سنگینی به سوی پایداری کشیده شود.
1- میدان فشارهای اتمسفری : پراکندگی فشار در سطح کره زمین – اگر بخواهیم نقشه تغییرات افقی فشار را یعنی میدان فشار را در سطح کره زمین ترسیم کنیم باید از دو عامل مختل کننده آن صرف نظر کنیم :1- عامل ارتفاع 2- عامل نوسانات نیم روزانه فشار
عامل ارتفاع : برای این کار کافیست که کاهش فشار را میدان فشار را درارتفاعات میزان و مقدار آن بر مبنای سطح دریا محاسبه کرد.
3- که به تغییرات روزانه درجه حرارت بستگی داشته و به ویژه در نواحی بین المدارین محسوس است بدین ترتیب از روی مقادیر به دست آمده می توان ازوبار (خطوط هم فشار را در روی نقشه ترسیم کرد این بر حسب کم و زیاد بودن گرادیان فشار در جهت افقی خطوط هم فشار به هم نزدیک یا دور هستند. بسته بودن خطوط هم فشار نشان می دهد که پراکندگی فشار دما اتفاقی نیست. خطوط بسته واحدهای هم فشاری را بنام فشارهای زیاد (آنتی سکلین یا حد اکثر بارومتریک) و فاشر های کم (دپرسیون یا حداقل بارومتریک یا سکلین) تشکیل می دهند. از ترسیم خطوط هم ارزش نقشه ای مشابه نقشه توپوگرافی با منحنی های میزان به دست می آید. شکل 113
ارتفاع و ساختار اتمسفر
جو زمین ، پوشش عظیم گازی شکلی است که اطراف کره زمین قرار گرفته و حتی در سطح آن نیز نفوذ کرده است. هر قدر از سطح زمین دور شویم از غلظت هوا کاسته می شود. به طوری که غلظت هوا در لایه های انتهایی آنقدر کم می شود که جو به طور غیر محسوس با جو خورشید در هم می آمیزد. در ابتدا شدت کاهش غلظت هوا بسیار سریع است به طوری که 50 درصد جرم هوا در ارتفاع کمتر از 5/5 کیلومتری سطح زمین قرار دارد. و فقط نیمی از آنچه باقی می ماند در 5/5 کیلومتر دوم متمرکز است. به عبارت دیگر ، سه چهارم جرم هوا در ارتفاع کمتر از 11 کیلومتری سطح زمین متمرکز است. افزایش غلظت هوا در نزدیک سطح زمین ، به دلیل نیروی جاذبه زمین است. در دمای صفر درجه سانتی گراد و فشار 76 سانتی متر جیوه ، چگالی هوا در سطح زمین 3/1 کیلوگرم بر متر مکعب است. هر چند هوا در نقاط انتهایی جو به قدری رقیق است که حتی ایجاد وضعیت مشابه ان در آزمایشگاهها نیز امکان پذیر نیست. اما باز هم در چنین ارتفاعی ذارت هوا وجود داشته که به صورت غیر مستقیم قابل دیدبانی و اندازه گیری است. به همین دلیل ، ماهواره هایی که در مدارهایی به فاصله صدم کیلومتر از زمین گردش می کنند، حرکتشان به علت اصطکاک بارزات هوا کند شده و به طرف زمین کشیده می شوند. ساختار اتمسفر را می توان از دیدگاههای مختلف مورد بررسی قرار دارد . یکی از معیارهایی که بر اساس آن از نظر تغییرات هوا و اثرات مستقیم گرما بسیار با اهمیت می باشد. لایه بندی دیگری نیز در ارتباط با یونیزاسیون (Ionization) یا وجود ذارت باردار اتمی در جو انجام می گیرد. که به نوبه خود دارای اهمیت می باشد.
اما آنچه به عنوان مبنا پذیرفته شده ، همان لایه بندی حرارتی است. با توجه به محدود بودن اطلاعات ما از خصوصیات جو در لایه های فوقانی به این دلیل که سطوح بالایی هنوز تحت بررسی و تحقیق می باشد هیچ گونه تعریف و مشخصه جامعی از ساختار جو در این قسمت وجود ندارد. پایین ترین لایه جو که در برگیرنده بیشترین جرم هواست و همچنین بزرگترین ویژگی آن کاهش تدریجی هوا نسبت به ارتفاع می باشد. لایه تروپوسفر (troposphere) نام دارد. بیشترین تغییرات جوی که کاهش دما نسبت به ارتفاع مهمترین آنهاست در این لایه اتفاق می افتد. ضخامت متوسط لایه تروپوسفر حدود 11 کیلومتر است. ضخامت این لایه در قطب حداقل و در استوا به بالاترین مقدار خود می رسد. روی لایه تروپوسفر ، طبقه استراتوسفر قرار دارد که ضخامت متوسط آن حدود 23 کیلومتر است. در 3 کیلومتر مراحل استراتوسفر دمای هوا ثابت است. اما در قسمت های بالاتر ، دمای هوا با ارتفاع افزایش می یابد. لایه مزوسفر (Mesospher) در بالای طبقه استراتوسفر واقع شده و به صورتی است که در آن دمای هوا افزایش نسبت به افزایش ارتفاع به طور سریع کاهش پیدا می کند. ترموسفر (thermopher) انتهایی ترین لایه جو می باشد که در آن بار دیگر دمای هوا با ارتفاع به شدت زیاد می شود . این لایه از ارتفاع تقریبی 80 کیلومتری زمین شروع و تا 190 کیلومتری سطح زمین ادامه دارد. بدین ترتیب جو زمین از نظر حرارتی به چهار لایه متمایز تروپوسفر ، استراتوسفر ، مزوسفر ، ترموسفر تقسیم می شود. مرز بین لایه های اول و دوم ، تروپوپاز(Tropopause) ، مرز لایه لایه دوم و سوم ااستراتوپاز(stratopause) ،و مرز لایه های سوم و چهارم ، مزوپاز (Mesopoause) نام گرفته است. مزوپاز محلی است که پایین ترین دما را دارا می باشد.
همانطور که گفته شد ، برای جو زمین نمی توان انتهای مشخصی قایل شد اما در ارتفاع 190 کیلومتری که به عنوان انتهای لایه تروموسفر ذکر شد حدودی است که در عمل از آن استفاده می شود و گرنه لایه ترموسفر یونیزه بوده و محتوای ذرات باردار اتمی است. قسمت های پایین ترموسفر از نظر وجود ذرات باردار غنی است. به طوری که یک لایه مشخص مشخص یونیزه را در این قسمت تشکیل می دهد. ارتباطهای رادیویی راه دور از طریق انعکاسهای یک یا چندگانه تابشهای موج کوتاه از لایه های یونیزه مذکور امکان پذیر می گردد. آن قسمت از لایه های فوقانی جو که محتوای مقدار زیادی ذرات باردار (یون) است ، یونسفر (Unosphere) نام گرفته است. ترکیب گازهای هوا تا ارتفاع 70 کیلومتری کاملا یکنواخت و همگن است. اما بالاتر از این ارتفاع علاوه بر ساختار فیزیکی که در شکل 1-6 نشان داده شده ، لایه بندی دیگری نیز بر اساس گازهای موجود در جو وجود دارد که در شکل 1-7 نشان داده شده است.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 34 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله اتمسفر زمین
