هواسپهر و گازهای تشکیل دهنده آن

هواسپهر که با نام های دیگری از جمله جو و اتمسفر نیز شناخته می شود برای سیاره ما شبیه ژاکت است.

اتمسفری که سیاره ما را احاطه کرده ما را گرم نگه می دارد، به ما اکسیژن می دهد تا نفس بکشیم و در واقع همان هوا است.زمین یک سیاره عالی برای زندگی است زیرا در اطراف خود فضای شگفت انگیزی دارد. جو زمین مانند پوست یک پرتقال سیاره ما را احاطه کرده است.

اما در همه جا یکسان نیست و از لایه های مختلف با کیفیت های مختلف تشکیل شده است. هواسپهر از 6 لایه تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر، ترموسفر، یونوسفر و اگزوسفر تشکیل شده است.

ترکیب هواسپهر زمین:
معنی هواسپهر همان اتمسفر است و شامل ترکیبی از گازها است که در درجه اول شامل ازت مولکولی (78 درصد) و اکسیژن مولکولی (21 درصد) است. همچنین مقادیر بسیار کمتری از گازهایی مانند آرگون (تقریباً 1 درصد)، بخار آب (به طور متوسط 1 درصد اما متغیر)، دی اکسید کربن (0.0395درصد) و متان ( 0.00018 درصد) همراه با ذرات جامد و مایع در جو زمین وجود دارد.

زمین در مقایسه با سیارات غول پیکر دارای یک میدان جاذبه ضعیف (به دلیل اندازه آن) و هوای گرم (به دلیل مجاورت با خورشید) بوده و فاقد رایج ترین گازهای موجود در جهان یعنی هیدروژن و هلیوم است.

اگرچه نیتروژن و اکسیژن هر دو برای زندگی انسان در کره زمین ضروری هستند اما تأثیر کمی بر آب و هوا و سایر فرایندهای جوی دارند. اجزای متغیر اتمسفر که به مراتب کمتر از 1 درصد جو را تشکیل می دهند، تأثیر بسیار بیشتری بر آب و هوای کوتاه مدت و آب و هوای بلند مدت دارند. به عنوان مثال، تغییرات بخار آب در جو برای ما به عنوان رطوبت نسبی شناخته شده است.

بخار آب، CO2، CH4، N2O و SO2 همگی دارای ویژگی مهمی هستند: آنها گرمای ساطع شده توسط زمین را جذب می کنند و در نتیجه جو زمین را گرم می کنند و آنچه را "اثر گلخانه ای" می نامیم ایجاد می کنند. بدون این گازهای به اصطلاح گلخانه ای، سطح زمین حدود 30 درجه سانتی گراد خنک تر خواهد بود که برای زندگی بسیار سرد است.

اگرچه گاهی اوقات اثر گلخانه ای به عنوان یک پدیده نامطلوب به تصویر کشیده می شود، اما مقادیر کمی از گازهایی مانند CO2 برای حفظ حیات، فضای سیاره ما را گرم می کنند. از طرف دیگر، گرم شدن کره زمین فرایندی جداگانه است که می تواند به دلیل افزایش مقدار گازهای گلخانه ای در جو ایجاد شود.

دما در هواسپهر:
با بررسی ارزیابی های جمع آوری شده توسط رادیوسوند و هواپیماها (و بعداً توسط موشک ها)، دانشمندان متوجه شدند که جو یکنواخت نیست. مدت ها بود که بسیاری از مردم فهمیده بودند که دما با ارتفاع کاهش می یابد - اگر تا به حال از کوه بلندی بالا رفته اید حتما متوجه شده اید که دما در بالای کوه کمتر است.

در اتمسفر زمین حدود 18 کیلومتر بالاتر از سطح زمین دما به طور ناگهانی تغییر می کند و با افزایش ارتفاع شروع به افزایش خواهد کرد. کشف این وارونگی منجر به تقسیم جو به لایه هایی با خاصیت حرارتی متفاوت شد.

در پایین تر از 12 تا 18 کیلومتری جو که تروپوسفر نامیده می شود تغییرات آب و هوا رخ می دهد، ابرها تشکیل می شوند و باران می بارد، باد می وزد، رطوبت از مکانی به مکان دیگر متفاوت است و جو با سطح زیرین تعامل دارد. در داخل تروپوسفر، دما با ارتفاع با سرعت حدود 6.5 درجه سانتی گراد در هر کیلومتر کاهش می یابد. در ارتفاع 8، 856 متر کوه اورست جو زمین هنوز به کمتر از نیمه راه تروپوسفر می رسد.

با فرض دمای 26 درجه سانتی گراد (80 درجه فارنهایت) در سطح دریا دما در قله اورست در حدود -31 درجه سانتی گراد (-24 درجه فارنهایت) خواهد بود! در واقع، دما در قله اورست به طور متوسط -36 درجه سانتی گراد است، در حالی که دما در دهلی نو (در نزدیکی هند)، در ارتفاع 233 متر به طور متوسط حدود 28 درجه سانتی گراد (82.4 درجه فارنهایت) است.

در بالاترین مرز تروپوسفر، دمای هوا به حدود -100 درجه سانتی گراد می رسد و سپس با افزایش ارتفاع شروع به افزایش می کند. این لایه افزایش دما استراتوسفر نامیده می شود. علت وارونگی دما وجود یک لایه ازن غلیظ است.

توانایی ازن در جذب اشعه ماورا بنفش (UV) خورشید در سال 1881 کشف شده بود، اما وجود لایه ازن در ارتفاع 20 تا 50 کیلومتری تا دهه 1920 مشخص نشد. با جذب اشعه ماورا بنفش، لایه ازن هم هوای اطراف خود را گرم می کند و هم ما را در سطح زمین در برابر اشعه مضر uv محافظت می کند.

فشار در هواسپهر:
فشار اتمسفر را می توان وزن ستون فوقانی هوا تصور کرد. برخلاف دما، فشار با افزایش ارتفاع به طور تصاعدی کاهش می یابد. ردپای اتمسفر تا 500 کیلومتری سطح زمین قابل تشخیص است، اما 80 درصد جرم اتمسفر در 18 کیلومتری نزدیک سطح زمین قرار دارد.

فشار اتمسفر معمولاً به میلی بار (mb) اندازه گیری می شود. این واحد اندازه گیری معادل 1 گرم در سانتی متر مربع است. گاهاً از واحدهای دیگری مانند اتمسفر یا میلی متر جیوه نیز برای این منظور استفاده می شود.

در سطح دریا فشار از حدود 960 تا 1050 میلی بار، با متوسط 1013 میلی بار متغیر است. در بالای کوه اورست، فشار تا 300 میلی بار می رسد. از آنجا که فشار گاز به چگالی مربوط است، این فشار پایین به این معنی است که تقریباً یک سوم مولکولهای گازی استنشاق شده در هر تنفس در بالای کوه وجود دارد.

به همین دلیل کوهنوردان هرچه بالاتر می روند تنگی نفس شدیدتری را تجربه می کنند، زیرا با هر تنفس اکسیژن کمتری استشمام می شود.

اگرچه سایر سیارات هم هواسپهر دارند اما وجود اکسیژن آزاد و بخار آب فضای ما را تا آنجا که می دانیم بی نظیر می کند. این مولفه ها نه تنها با تأمین اکسیژن برای تنفس، بلکه با محافظت از ارگانیسم ها در برابر اشعه های مضر ماورا بنفش و با سوزاندن شهاب سنگ های کوچک قبل از برخورد به سطح زمین از زندگی و حیات روی زمین محافظت می کنند.

علاوه بر این، ترکیب و ساختار این منبع منحصر به فرد کلید مهمی برای درک گردش هوا در جو، چرخه بیوژئوشیمیایی مواد مغذی، الگوهای کوتاه مدت آب و هوای محلی و تغییرات آب و هوایی بلند مدت در جهان است.