آخر طبقات الغلاف الجوي للأرض وفوائدها

آخر طبقات الغلاف الجوي للأرض تعتبر دراسة مراحل تكوين أغلفة الكرة الأرضية أساساً لفهم التاريخ الجيولوجي لها، حيث تحتوي طبقات الصخور على سطح الأرض على أدلة تشير إلى العمليات التطورية التي مرت بها.

أنواع أغلفة كوكب الأرض

• تقدر عمر الأرض بحوالي 4.6 مليار سنة، وهو نفس الزمن الذي تشكلت فيه معظم عناصر النظام الشمسي.
  • بينما يبلغ عمر أقدم الصخور المكتشفة 4.23 مليار سنة.
• تشير هذه البيانات إلى وجود فجوة في السجل الجيولوجي للأرض، حيث درس العلماء العديد من العوامل لفهم طبيعة هذه الفترة المهمة من تاريخ الأرض.
  • من بينها دراسة نظائر الرصاص المختلفة التي وصلت إلى الأرض عبر النيازك الساقطة منذ ملايين السنين.
• في المراحل المبكرة من تكوين الأرض، غرقت العناصر المعدنية ذات الكتلة الأكبر نحو مركز الأرض.
  • بينما صعدت العناصر الأخف إلى الطبقات العليا، وتشكّلت الغازات الأخف مثل الهيدروجين والهيليوم، ربما كونت الغلاف الجوي البدائي.
  • مع ارتفاع درجة الحرارة، انصهرت مكونات المركز، وتوجهت السوائل المنصهرة الأخف إلى الأعلى ثم تبردت.

تشكلت القشرة الأرضية لأول مرة بينما غرقت العناصر الأثقل مثل الحديد والنيكل إلى أعماق الأرض مشكّلةً لب الكرة الأرضية، في حين ارتفعت العناصر المتطايرة والغازات نحو الأعلى.

وهكذا، تكوّن الغلاف الجوي الثانوي والمحيطات، وقد أطلق العلماء على هذه العملية اسم “تمايز الأرض”، مما ساهم في فهم مراحل تكوين أغلفة الكرة الأرضية، والتي ارتبتطت بالشكل التالي:

الغلاف الصخري

• يعتبر الغلاف الصخري إحدى مراحل تكوين أغلفة الكرة الأرضية، وهو الغلاف الخارجي للأرض ويشمل القشرة والغطاء العلوي، مكوّناً الطبقة الصلبة للأرض.

الغلاف المائي

• يمثل الغلاف المائي كتلة المياه الموجودة على سطح الأرض، بأشكالها المتعددة من مياه سائلة ومجمدة، بالإضافة إلى المياه الجوفية والمحيطات والبحيرات والجداول.
• يبلغ حجمها حوالي 1386 مليون كيلومتر مكعب، حيث تُمثل المياه المالحة 97.5٪ بينما المياه العذبة لا تتجاوز 2.5٪.

الغلاف الجوي

• يتكون الغلاف الجوي من عدة طبقات من الغازات التي تحيط بكوكب الأرض، حيث يتكون أساساً من النيتروجين بنسبة تقارب 78٪.
• والأكسجين حوالي 21٪ وكميات ضئيلة من الأرجون وثاني أكسيد الكربون وغازات أخرى، ويعد الأكسجين أساسياً لتنفس الكائنات الحية.
• أما النيتروجين، فيتحول إلى نيوكليوتيدات وأحماض أمينية عبر البرق وأنواع معينة من البكتيريا.
• تستخدم النباتات والطحالب ثاني أكسيد الكربون في عملية التمثيل الضوئي، كما أن الغلاف الجوي يوفر الحماية من الأشعة فوق البنفسجية والرياح الشمسية والأشعة الكونية، مما يجعل الأرض ملائمة للحياة.

الغلاف الحيوي

• يمثل الغلاف الحيوي المرحلة الأخيرة من مراحل عملية تكوين أغلفة الكرة الأرضية، ويشمل جميع الكائنات الحية على الأرض من الحيوانات والنباتات وحتى الكائنات المُفردة الخلايا.
• تعتمد معظم أشكال الحياة الأرضية على منطقة تمتد من 3 أمتار تحت الأرض إلى 30 متر فوقها.
• وفي المحيطات والبحار، تعيش معظم الكائنات البحرية في نطاق يمتد من السطح إلى حوالي 200 متر في العمق.
• يُمكن أن تعيش بعض الكائنات خارج هذه النطاقات، مثل بعض أنواع الطيور.

آخر طبقات الغلاف الجوي

• يعرف الغلاف الجوي للأرض بأنه الحيز الذي يحيط بسطح الكرة الأرضية بمكوناتها من يابسة ومحيطات وجبال جليدية.
  • يمتد إلى الفضاء الخارجي ويحتوي على العديد من الطبقات التي تبدأ من سطح الأرض حتى الفضاء الخارجي.
• تُعرف الطبقة الأخيرة من الغلاف الجوي باسم “الإكسوسفير”، والتي اشتُق اسمها من الكلمة اليونانية “Exo” التي تعني “خارج”.
• تمتد طبقة الإكسوسفير فوق طبقة الثيرموسفير حتى نهاية الغلاف الجوي عند ارتفاع يقارب 64400 كيلومتر.
• تبدو جزيئات الهواء نادرة في طبقة الإكسوسفير إلى الحد الذي يؤدي إلى اعتقاد بأنها شبه معدومة، حيث قد تنطلق ذرة غازية لمسافة تصل إلى 10 كيلومترات قبل أن تصطدم بذرّة غازية أخرى.
• تشير الدراسات إلى أن المسافة التي تقطعها الذرات الغازية قبل الاصطدام تُعرف بالممر الحر، والذي يتمتع باحتمالية تصادم منخفضة نتيجة للكثافة المنخفضة.
• تتناسب كثافة الغلاف الجوي طردياً مع قربه من سطح الأرض، حيث تزداد كثافة الغلاف الجوي عند الاقتراب من الأرض ويقل كلما ابتعدنا عنها.
  • يمكن أن تؤدي هذه الظروف إلى انطلاق بعض الجزيئات مثل الهيدروجين نحو الفضاء الخارجي خارج مجال جاذبية الأرض.
  • وبذلك، تصبح جزيئات الهواء نادرة في طبقة الإكسوسفير إلى الدرجة التي تجعلها شبه معدومة.

الحدود العليا للغلاف الجوي

• تبدأ هذه الطبقة من منطقة تعرف باسم الثيرموبوز (Thermopause أو Exobase)، وهي ترتفع عن الأرض بمسافة تتراوح بين 250 إلى 500 كيلومتر، ويختلف هذا الارتفاع تبعًا للنشاط الشمسي الذي يؤثر على الغلاف الجوي.
• وعلى الرغم من أنه يصعب تحديد الحد الأعلى لهذه الطبقة بدقة، إلا أنه يمكن تقديره نظرياً بارتفاع يصل إلى نحو 193 ألف كيلومتر، وهو ما يعادل نصف المسافة إلى القمر.
  • عند هذه المسافات الكبيرة، تكون قوة الضغط الإشعاعي للشمس على ذرات الهيدروجين أكبر من قوة الجاذبية الأرضية، مما ينتج عنه ظاهرة تُعرف باسم الهالة الأرضية (Geocorona)، والتي يمكن رصدها من الفضاء على ارتفاع نحو 96560 كيلومتر.
• تمتد طبقة الإكسوسفير أعلى طبقة الثيرموسفير وصولاً إلى النهاية العليا للغلاف الجوي باتجاه الفضاء الخارجي.
  • تظل درجات الحرارة في هذا الغلاف الخارجي ثابتة مع الارتفاع، حيث يبلغ متوسطها حوالي 1500 كلفن.
  • وهنا تلتقي الغلاف الجوي مع الفضاء الخارجي، وهو المكان الذي توجد فيه الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض.

درجة الحرارة في الإكسوسفير

• تتجاوز درجة الحرارة في طبقة الإكسوسفير 1000 درجة مئوية عندما تتعرض لأشعة الشمس مباشرة، بينما تصل في الظل إلى الصفر المطلق (-273 درجة مئوية).

الغلاف الأيوني

• يمثل الغلاف الأيوني الحدود بين الطبقات المختلفة، حيث يوجد غلاف فاصل بين كل طبقة وأخرى.
  • يتيح هذا الفاصل تغيرات في درجات الحرارة والكثافة، مما يؤدي إلى اختلاف كل طبقة عن سابقتها.
  • يتكون الغلاف الأيوني من جزيئات أيونية، مؤينة ومتأينة، تشمل جميعها أيونات وإلكترونات ذات شحنة كهربائية.
• من المهم ملاحظة أن ارتفاع الغلاف الأيوني يتغير مع تغير الفصول وأيضًا خلال النهار، ويعتبر الغلاف الأيوني ذا أهمية كبيرة في التعرف على خصائص الغلاف الجوي بجميع طبقاته.

الطبقات الأخرى من الغلاف الجوي

• طبقة التروبوسفير: تُعتبر أقرب طبقات الغلاف الجوي إلى سطح الأرض، وتصل ارتفاعها ما بين 6 إلى 20 كيلومتر فوق سطح الأرض، حيث تحتوي على 50٪ من جميع غازات الغلاف الجوي.
  • تُعرف أيضًا بطبقة الطقس، حيث يحدث فيها تحول الهواء الذي يشكل الطقس اليومي، وكلما ارتفعنا عن هذه الطبقة، تنخفض درجات الحرارة.
• طبقة الستراتوسفير: تُعرف أيضًا بمخزن الأوزون، حيث تمتد هذه الطبقة من 20 كيلومتر إلى 50 كيلومتر فوق سطح الأرض، كما تُستخدم هذه الطبقة في حركة الطائرات التجارية.
  • نظرًا للاختلاف الكبير في درجات الحرارة بين أسفلها وأعلاها، فإن عمليات الحمل الحراري فيها تكاد تكون معدومة.
• طبقة الميزوسفير: تمتد من ارتفاع 50 كيلومتر إلى 85 كيلومتر فوق سطح الأرض، وتُعد هذه الطبقة من الطبقات التي يتميز بالحرارة المنخفضة جداً، إذ يمكن أن تنخفض إلى ما دون -143 درجة مئوية.
• طبقة الثيرموسفير: تمتد هذه الطبقة من 85 كيلومتر إلى 600 كيلومتر فوق سطح الأرض، وتتميز بدرجات حرارة عالية تصل إلى 2000 درجة مئوية.

• ولكن نظراً لكون الهواء رقيقاً ووجود عدد قليل فقط من جزيئات الغاز المسؤولة عن نقل الحرارة، فإن الإحساس بالبرد سيكون كبيرًا.
• طبقة الإكزوسفير: وفي هذه الطبقة تلتقي الغلاف الجوي مع الفضاء الخارجي، حيث تضم الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض.