معظم الغلاف الجوي. الغلاف الجوي للأرض - شرح للأطفال

الغلاف الجوي هو ما يجعل الحياة ممكنة على الأرض. نحصل على المعلومات والحقائق الأولى حول الجو في المدرسة الابتدائية. في المدرسة الثانوية ، نتعرف بالفعل على هذا المفهوم بمزيد من التفاصيل في دروس الجغرافيا.

مفهوم الغلاف الجوي الأرضي

الغلاف الجوي موجود ليس فقط للأرض ، ولكن أيضًا للأجرام السماوية الأخرى. هذا هو اسم قذيفة الغاز المحيطة بالكواكب. يختلف تكوين هذه الطبقة الغازية اختلافًا كبيرًا من كوكب إلى كوكب. دعنا نلقي نظرة على المعلومات والحقائق الأساسية حول ما يسمى بالهواء.

أهم جزء منه هو الأكسجين. يعتقد بعض الناس خطأً أن الغلاف الجوي للأرض يتكون بالكامل من الأكسجين ، لكن الهواء في الواقع عبارة عن مزيج من الغازات. يحتوي على 78٪ نيتروجين و 21٪ أكسجين. النسبة المتبقية تشمل الأوزون والأرجون وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء. دع النسبة المئوية لهذه الغازات صغيرة ، لكنها تؤدي وظيفة مهمة - فهي تمتص جزءًا كبيرًا من الطاقة المشعة الشمسية ، وبالتالي تمنع النجم من تحويل الحياة على كوكبنا إلى رماد. تتغير خصائص الغلاف الجوي مع الارتفاع. على سبيل المثال ، على ارتفاع 65 كم ، يكون النيتروجين 86٪ والأكسجين 19٪.

تكوين الغلاف الجوي للأرض

• نشبع ضروري لتغذية النبات. في الغلاف الجوي ، يظهر نتيجة لعملية تنفس الكائنات الحية ، الاضمحلال ، الاحتراق. غيابه في تكوين الغلاف الجوي سيجعل وجود أي نباتات مستحيلة.
• الأكسجين - مكون حيوي من مكونات الغلاف الجوي للبشر. وجودها شرط لوجود جميع الكائنات الحية. تشكل حوالي 20٪ من الحجم الإجمالي للغازات الجوية.
• الأوزون - ممتص طبيعي للأشعة فوق البنفسجية الشمسية التي تؤثر سلبًا على الكائنات الحية. يشكل معظمها طبقة منفصلة من الغلاف الجوي - شاشة الأوزون. في الآونة الأخيرة ، أدى النشاط البشري إلى حقيقة أنه يبدأ في الانهيار التدريجي ، ولكن نظرًا لما له من أهمية كبيرة ، يجري العمل النشط للحفاظ عليه واستعادته.
• بخار الماء يحدد رطوبة الهواء. يمكن أن يختلف محتواها اعتمادًا على عوامل مختلفة: درجة حرارة الهواء ، والموقع الإقليمي ، والموسم. في درجات الحرارة المنخفضة ، يوجد القليل جدًا من بخار الماء في الهواء ، ربما أقل من واحد بالمائة ، وفي درجات الحرارة المرتفعة تصل كميته إلى 4٪.
• بالإضافة إلى كل ما سبق ، توجد دائمًا نسبة معينة في تكوين الغلاف الجوي للأرض الشوائب الصلبة والسائلة... هذه هي السخام والرماد وملح البحر والغبار وقطرات الماء والكائنات الحية الدقيقة. يمكنهم الوصول إلى الهواء بشكل طبيعي وبشري.

طبقات الغلاف الجوي

تختلف درجة حرارة الهواء وكثافته وجودته على ارتفاعات مختلفة. لهذا السبب ، من المعتاد التمييز بين طبقات مختلفة من الغلاف الجوي. كل واحد منهم له خصائصه الخاصة. دعنا نتعرف على طبقات الغلاف الجوي المميزة:

• تروبوسفير - هذه الطبقة من الغلاف الجوي هي الأقرب إلى سطح الأرض. يبلغ ارتفاعها 8-10 كم فوق القطبين و16-18 كم في المناطق الاستوائية. يحتوي على 90٪ من كل بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي ، لذلك هناك تكوين نشط للسحب. في هذه الطبقة أيضًا ، هناك عمليات مثل حركة الهواء (الرياح) والاضطراب والحمل الحراري. وتتراوح درجة الحرارة من +45 درجة ظهراً في الموسم الدافئ في المناطق الاستوائية إلى -65 درجة عند القطبين.
• طبقة الستراتوسفير هي ثاني أبعد طبقة في الغلاف الجوي. تقع على ارتفاع 11 إلى 50 كم. في الطبقة السفلية من الستراتوسفير ، تكون درجة الحرارة تقريبًا -55 ؛ وترتفع إلى + 1 درجة في اتجاه المسافة من الأرض. تسمى هذه المنطقة بالانعكاس وهي الحد الفاصل بين طبقة الستراتوسفير والميزوسفير.
• يقع الميزوسفير على ارتفاع 50 إلى 90 كم. تبلغ درجة الحرارة عند حدوده السفلية حوالي 0 ، وفي الجزء العلوي تصل إلى -80 ...- 90 درجة مئوية. النيازك التي تدخل الغلاف الجوي للأرض تحترق تمامًا في الغلاف الجوي ، ولهذا السبب يضيء الهواء هنا.
• يبلغ سمك الغلاف الحراري حوالي 700 كيلومتر. تظهر الأضواء الشمالية في هذه الطبقة من الغلاف الجوي. تظهر بسبب عمل الإشعاع الكوني والإشعاع المنبعث من الشمس.
• الغلاف الخارجي هو منطقة تشتت الهواء. هنا يكون تركيز الغازات صغيرًا ويحدث هروبها التدريجي إلى الفضاء بين الكواكب.

تعتبر الحدود بين الغلاف الجوي للأرض والفضاء الخارجي حدًا يبلغ 100 كيلومتر. هذا الخط يسمى خط الجيب.

الضغط الجوي

عند الاستماع إلى توقعات الطقس ، غالبًا ما نسمع قراءات الضغط الجوي. لكن ماذا يعني الضغط الجوي ، وكيف يمكن أن يؤثر علينا؟

اكتشفنا أن الهواء يتكون من غازات وشوائب. كل من هذه المكونات لها وزنها الخاص ، مما يعني أن الغلاف الجوي ليس عديم الوزن ، كما كان يعتقد حتى القرن السابع عشر. الضغط الجوي هو القوة التي تضغط بها جميع طبقات الغلاف الجوي على سطح الأرض وعلى جميع الكائنات.

أجرى العلماء حسابات معقدة وأثبتوا أن الغلاف الجوي يضغط بقوة 10333 كجم لكل متر مربع من المساحة. وهذا يعني أن جسم الإنسان يخضع لضغط هواء يبلغ وزنه 12-15 طنًا. لماذا لا نشعر به؟ ينقذنا بضغطه الداخلي الذي يوازن الضغط الخارجي. يمكنك أن تشعر بضغط الغلاف الجوي أثناء وجودك في طائرة أو في أعالي الجبال ، لأن الضغط الجوي عند الارتفاع أقل بكثير. في هذه الحالة ، من الممكن الشعور بعدم الراحة الجسدية ، وانسداد الأذن ، والدوخة.

يمكن قول الكثير عن الجو المحيط. نعرف الكثير من الحقائق الشيقة عنها ، وبعضها قد يبدو مفاجئًا:

• وزن الغلاف الجوي للأرض هو 5،300،000،000،000،000 طن.
• يعزز نقل الصوت. على ارتفاع أكثر من 100 كم ، تختفي هذه الخاصية بسبب تغير في تكوين الغلاف الجوي.
• إن حركة الغلاف الجوي ناتجة عن التسخين غير المتكافئ لسطح الأرض.
• يستخدم مقياس الحرارة لتحديد درجة حرارة الهواء ، ويستخدم مقياس الضغط الجوي لمعرفة قوة الضغط الجوي.
• إن وجود الغلاف الجوي ينقذ كوكبنا من 100 طن من النيازك يوميًا.
• تم إصلاح تركيبة الهواء لعدة مئات من الملايين من السنين ، لكنها بدأت تتغير مع بداية النشاط الصناعي النشط.
• يُعتقد أن الغلاف الجوي يمتد إلى ارتفاع يصل إلى 3000 كيلومتر.

قيمة الغلاف الجوي للبشر

تبلغ المنطقة الفسيولوجية للغلاف الجوي 5 كم. على ارتفاع 5000 متر فوق مستوى سطح البحر ، يبدأ الشخص في إظهار جوع الأكسجين ، والذي ينعكس في انخفاض في أدائه وتدهور في الرفاهية. هذا يدل على أنه لا يمكن لأي شخص أن يعيش في فضاء بدون هذا المزيج المذهل من الغازات.

كل المعلومات والحقائق حول الغلاف الجوي تؤكد فقط أهميته للناس. بفضل وجودها ، أصبح من الممكن تطوير الحياة على الأرض. اليوم ، بعد أن قدّرتنا حجم الضرر الذي يمكن للبشرية أن تلحقه بالجو الواهب للحياة من خلال أفعالها ، يجب أن نفكر في المزيد من التدابير للحفاظ على الغلاف الجوي واستعادته.

الغلاف الجوي للأرض هو غلاف هوائي.

لقد أثبت الإغريق القدماء وجود كرة خاصة فوق سطح الأرض ، ووصفوا الغلاف الجوي بأنه كرة بخار أو غاز.

هذا هو أحد الغلاف الجوي للكوكب ، والذي بدونه لن يكون وجود جميع الكائنات الحية ممكنًا.

أين الجو

يحيط الغلاف الجوي الكواكب بطبقة كثيفة من الهواء تبدأ من سطح الأرض. إنه يتلامس مع الغلاف المائي ، ويغطي الغلاف الصخري ، ويذهب بعيدًا في الفضاء الخارجي.

مما يتكون الغلاف الجوي

تتكون الطبقة الهوائية للأرض أساسًا من الهواء ، وتصل كتلتها الإجمالية إلى 5.3 * 1018 كجم. من بين هؤلاء ، الجزء المصاب هو الهواء الجاف ، وبخار الماء أقل بكثير.

فوق سطح البحر كثافة الغلاف الجوي 1.2 كيلوجرام لكل متر مكعب. يمكن أن تصل درجة الحرارة في الغلاف الجوي إلى -140.7 درجة ، ويذوب الهواء في الماء عند درجة حرارة صفر.

يحتوي الغلاف الجوي على عدة طبقات:

• تروبوسفير.
• تروبوبوز.
• الستراتوسفير وستراتوبوز.
• Mesosphere و Mesopause.
• خط خاص فوق مستوى سطح البحر يسمى خط كرمان ؛
• الحرارة و Thermopause.
• منطقة التشتت أو الغلاف الخارجي.

كل طبقة لها خصائصها الخاصة ، فهي مترابطة وتضمن عمل الغلاف الجوي للكوكب.

حدود الغلاف الجوي

يمتد أدنى حافة من الغلاف الجوي على طول الغلاف المائي والطبقات العليا من الغلاف الصخري. يبدأ الحد العلوي في الغلاف الخارجي ، الذي يبعد 700 كيلومتر عن سطح الكوكب وسيحترق حتى 1.3 ألف كيلومتر.

وبحسب بعض التقارير فإن الغلاف الجوي يصل إلى 10 آلاف كيلومتر. اتفق العلماء على أن الحد الأعلى للطبقة الجوية يجب أن يكون خط كرمان ، لأن الطيران لم يعد ممكنًا هنا.

من خلال الدراسات المستمرة في هذا المجال ، أثبت العلماء أن الغلاف الجوي على اتصال مع طبقة الأيونوسفير على ارتفاع 118 كيلومترًا.

التركيب الكيميائي

تتكون هذه الطبقة من الأرض من غازات وشوائب غازية تشمل بقايا الاحتراق وملح البحر والجليد والماء والغبار. إن تركيب وكتلة الغازات التي يمكن أن توجد في الغلاف الجوي عمليا لا تتغير أبدا ، فقط تركيز الماء وثاني أكسيد الكربون يتغيران.

يمكن أن يختلف تكوين الماء من 0.2 في المائة إلى 2.5 في المائة ، حسب خط العرض. العناصر الإضافية هي الكلور ، النيتروجين ، الكبريت ، الأمونيا ، الكربون ، الأوزون ، الهيدروكربونات ، حمض الهيدروكلوريك ، فلوريد الهيدروجين ، بروميد الهيدروجين ، يوديد الهيدروجين.

جزء منفصل مشغول بالزئبق واليود والبروم وأكسيد النيتريك. بالإضافة إلى ذلك ، توجد الجسيمات السائلة والصلبة ، التي تسمى الهباء الجوي ، في طبقة التروبوسفير. أحد أندر الغازات على هذا الكوكب ، الرادون ، يوجد في الغلاف الجوي.

من حيث التركيب الكيميائي ، يحتل النيتروجين أكثر من 78٪ من الغلاف الجوي ، والأكسجين - 21٪ تقريبًا ، وثاني أكسيد الكربون - 0.03٪ ، والأرجون - 1٪ تقريبًا ، والكمية الإجمالية للمادة أقل من 0.01٪. تشكل تكوين الهواء هذا عندما ظهر الكوكب للتو وبدأ في التطور.

مع ظهور رجل تحول تدريجياً إلى الإنتاج ، تغير التركيب الكيميائي. على وجه الخصوص ، كمية ثاني أكسيد الكربون في تزايد مستمر.

وظائف الغلاف الجوي

للغازات الموجودة في طبقة الهواء مجموعة متنوعة من الوظائف. أولاً ، تمتص الأشعة والطاقة المشعة. ثانيًا ، تؤثر على تكوين درجة الحرارة في الغلاف الجوي وعلى الأرض. ثالثًا ، يوفر الحياة ومسارها على الأرض.

بالإضافة إلى ذلك ، توفر هذه الطبقة تنظيمًا حراريًا يؤثر على الطقس والمناخ وطريقة توزيع الحرارة والضغط الجوي. يساعد التروبوسفير على تنظيم تدفق الكتل الهوائية ، وتحديد حركة الماء ، وعمليات التبادل الحراري.

يتفاعل الغلاف الجوي باستمرار مع الغلاف الصخري والغلاف المائي وتوفير العمليات الجيولوجية. أهم وظيفة هي أنه محمي من الغبار من أصل نيزكي ، من تأثير الفضاء والشمس.

حقائق

• يوفر الأكسجين على الأرض تحلل المواد العضوية للصخور الصلبة ، وهو أمر مهم للغاية في الانبعاثات ، وتحلل الصخور ، وأكسدة الكائنات الحية.
• يساهم ثاني أكسيد الكربون في التمثيل الضوئي ، كما يساهم في انتقال الموجات القصيرة من الإشعاع الشمسي ، وامتصاص الموجات الحرارية الطويلة. إذا لم يحدث هذا ، فسيتم ملاحظة ما يسمى بتأثير الاحتباس الحراري.
• من المشاكل الرئيسية المرتبطة بالغلاف الجوي التلوث الذي يحدث من تشغيل المصانع وانبعاثات السيارات. لذلك ، في العديد من البلدان ، تم إدخال ضوابط بيئية خاصة ، وعلى المستوى الدولي ، يتم تنفيذ آليات خاصة لتنظيم الانبعاثات وتأثيرات الاحتباس الحراري.

يجب أن يقال إن هيكل وتكوين الغلاف الجوي للأرض لم يكن دائمًا قيمًا ثابتة في وقت أو آخر في تطور كوكبنا. اليوم ، يمثل الهيكل الرأسي لهذا العنصر ، الذي يبلغ إجمالي سمكه 1.5-2.0 ألف كيلومتر ، عدة طبقات رئيسية ، بما في ذلك:

1. تروبوسفير.
2. تروبوبوز.
3. الستراتوسفير.
4. ستراتوبوز.
5. Mesosphere و Mesopause.
6. ثيرموسفير.
7. إكزوسفير.

العناصر الأساسية للغلاف الجوي

طبقة التروبوسفير هي طبقة تُلاحظ فيها حركات رأسية وأفقية قوية ، وهنا يتشكل الطقس والظواهر الرسوبية والظروف المناخية. يمتد من 7 إلى 8 كيلومترات من سطح الكوكب في كل مكان تقريبًا ، باستثناء المناطق القطبية (حتى 15 كم هناك). في طبقة التروبوسفير ، هناك انخفاض تدريجي في درجة الحرارة ، بحوالي 6.4 درجة مئوية مع كل كيلومتر من الارتفاع. قد يختلف هذا الرقم باختلاف خطوط العرض والمواسم.

يتم تمثيل تكوين الغلاف الجوي للأرض في هذا الجزء بالعناصر التالية ونسبها:

نيتروجين - حوالي 78 في المائة ؛

الأكسجين - 21٪ تقريبًا ؛

الأرجون - حوالي واحد بالمائة ؛

ثاني أكسيد الكربون - أقل من 0.05٪.

قطار واحد يصل إلى 90 كيلومترًا

بالإضافة إلى ذلك ، يمكنك هنا العثور على الغبار ، وقطرات الماء ، وبخار الماء ، ومنتجات الاحتراق ، وبلورات الجليد ، وأملاح البحر ، والعديد من جزيئات الهباء الجوي ، وما إلى ذلك. لوحظ هذا التركيب للغلاف الجوي للأرض حتى ارتفاع حوالي تسعين كيلومترًا ، وبالتالي فإن الهواء تقريبًا نفس الشيء في التركيب الكيميائي ، ليس فقط في طبقة التروبوسفير ، ولكن أيضًا في الطبقات التي تعلوها. لكن الغلاف الجوي هناك له خصائص فيزيائية مختلفة اختلافًا جوهريًا. تسمى الطبقة ، التي لها تركيبة كيميائية مشتركة ، الغلاف المتجانس.

ما العناصر الأخرى الموجودة في الغلاف الجوي للأرض؟ كنسبة مئوية (بالحجم ، في الهواء الجاف) مثل الغازات مثل الكريبتون (حوالي 1.14 × 10 -4) ، والزينون (8.7 × 10 -7) ، والهيدروجين (5.0 × 10-5) ، والميثان (حوالي 1.7 × 10-4) ) ، أكسيد النيتروز (5.0 × 10 -5) ، إلخ. بالنسبة المئوية حسب الوزن للمكونات المدرجة معظم أكسيد النيتروز والهيدروجين ، تليها الهيليوم ، والكريبتون ، إلخ.

الخصائص الفيزيائية لطبقات الغلاف الجوي المختلفة

ترتبط الخصائص الفيزيائية لطبقة التروبوسفير ارتباطًا وثيقًا بتمسكها بسطح الكوكب. من هنا ، يتم توجيه الحرارة الشمسية المنعكسة على شكل أشعة تحت الحمراء إلى الأعلى ، بما في ذلك عمليات التوصيل الحراري والحمل الحراري. هذا هو السبب في انخفاض درجة الحرارة مع المسافة من سطح الأرض. تُلاحظ هذه الظاهرة حتى ارتفاع طبقة الستراتوسفير (11-17 كيلومترًا) ، ثم تصبح درجة الحرارة عمليا دون تغيير حتى 34-35 كيلومترًا ، ثم ترتفع درجة الحرارة مرة أخرى إلى ارتفاع 50 كيلومترًا (الحد الأعلى للستراتوسفير) . بين الستراتوسفير والتروبوسفير توجد طبقة وسيطة رقيقة من التروبوبوز (تصل إلى 1-2 كم) ، حيث يتم ملاحظة درجات حرارة ثابتة فوق خط الاستواء - حوالي 70 درجة مئوية تحت الصفر وما دون. فوق القطبين ، "ترتفع درجة حرارة التروبوبوز" في الصيف إلى 45 درجة تحت الصفر ، وفي الشتاء تتقلب درجات الحرارة هنا حول -65 درجة مئوية.

يتضمن تكوين الغاز في الغلاف الجوي للأرض عنصرًا مهمًا مثل الأوزون. إنه صغير نسبيًا بالقرب من السطح (عشرة إلى سدس أس في المائة) ، حيث يتكون الغاز تحت تأثير أشعة الشمس من الأكسجين الذري في الغلاف الجوي العلوي. على وجه الخصوص ، يقع معظم الأوزون على ارتفاع حوالي 25 كم ، وتقع "شاشة الأوزون" بالكامل في مناطق من 7-8 كم في منطقة القطب ، من 18 كم عند خط الاستواء وحتى خمسين كيلومترًا إجمالاً فوق سطح الكوكب.

الغلاف الجوي يحمي من الإشعاع الشمسي

يلعب تكوين هواء الغلاف الجوي للأرض دورًا مهمًا للغاية في الحفاظ على الحياة ، نظرًا لأن بعض العناصر والتركيبات الكيميائية تحد بنجاح من وصول الإشعاع الشمسي إلى سطح الأرض والناس والحيوانات والنباتات التي تعيش عليها. على سبيل المثال ، تمتص جزيئات بخار الماء بشكل فعال جميع نطاقات الأشعة تحت الحمراء تقريبًا ، باستثناء الأطوال في النطاق من 8 إلى 13 ميكرون. يمتص الأوزون الضوء فوق البنفسجي حتى طول موجي 3100 ألف. بدون طبقة رقيقة (سيكون 3 مم فقط في المتوسط \u200b\u200bإذا كان موجودًا على سطح الكوكب) ، فقط المياه على عمق أكثر من 10 أمتار والكهوف تحت الأرض حيث لا تصل الأشعة الشمسية يمكن أن يسكنها ...

الصفر المئوي في الستراتوبوز

بين المستويين التاليين من الغلاف الجوي ، الستراتوسفير والميزوسفير ، هناك طبقة رائعة - الستراتوبوز. يتوافق تقريبًا مع ارتفاع الحد الأقصى للأوزون ، وهناك درجة حرارة مريحة نسبيًا للإنسان - حوالي 0 درجة مئوية. فوق الستراتوبوز ، في طبقة الميزوسفير (تبدأ في مكان ما على ارتفاع 50 كم وتنتهي على ارتفاع 80-90 كم) ، هناك مرة أخرى انخفاض في درجات الحرارة مع زيادة المسافة من سطح الأرض (حتى 70-80 تحت الصفر) درجة مئوية). في الغلاف الجوي المتوسط \u200b\u200b، عادة ما تحترق النيازك تمامًا.

في الغلاف الحراري - زائد 2000 كلفن!

يحدد التركيب الكيميائي للغلاف الجوي للأرض في الغلاف الحراري (يبدأ بعد انقطاع الميزان من ارتفاعات حوالي 85-90 إلى 800 كم) إمكانية حدوث ظاهرة مثل التسخين التدريجي لطبقات "الهواء" شديدة التخلخل تحت تأثير الطاقة الشمسية إشعاع. في هذا الجزء من "الحجاب الهوائي" للكوكب ، تحدث درجات حرارة تتراوح من 200 إلى 2000 كلفن ، والتي يتم الحصول عليها فيما يتعلق بتأين الأكسجين (يقع الأكسجين الذري فوق 300 كم) ، وكذلك إعادة اتحاد ذرات الأكسجين في جزيئات مصحوبة بإطلاق كمية كبيرة من الحرارة. الغلاف الحراري هو أصل الشفق.

يوجد فوق الغلاف الحراري الغلاف الخارجي - الطبقة الخارجية من الغلاف الجوي ، والتي يمكن أن يهرب منها الضوء وذرات الهيدروجين المتحركة بسرعة إلى الفضاء. يتم تمثيل التركيب الكيميائي للغلاف الجوي للأرض هنا بشكل أكبر بواسطة ذرات الأكسجين الفردية في الطبقات السفلية ، وذرات الهيليوم في الوسط ، وبشكل حصري تقريبًا بواسطة ذرات الهيدروجين في الطبقات العليا. تسود هنا درجات حرارة عالية - حوالي 3000 كلفن ولا يوجد ضغط جوي.

كيف تشكل الغلاف الجوي للأرض؟

ولكن ، كما ذكر أعلاه ، لم يكن للكوكب دائمًا مثل هذا التكوين للغلاف الجوي. في المجموع ، هناك ثلاثة مفاهيم لأصل هذا العنصر. تشير الفرضية الأولى إلى أن الغلاف الجوي مأخوذ من سحابة كوكبية أولية أثناء التراكم. ومع ذلك ، تخضع هذه النظرية اليوم لانتقادات كبيرة ، حيث كان يجب تدمير مثل هذا الغلاف الجوي الأولي بواسطة "الرياح" الشمسية القادمة من الشمس في نظامنا الكوكبي. بالإضافة إلى ذلك ، من المفترض أن العناصر المتطايرة لا يمكن أن تبقى في منطقة تكوين الكواكب الأرضية بسبب درجات الحرارة المرتفعة للغاية.

تكوين الغلاف الجوي الأساسي للأرض ، كما تقترح الفرضية الثانية ، يمكن أن يكون قد تشكل بسبب القصف النشط للسطح بواسطة الكويكبات والمذنبات ، التي وصلت من محيط النظام الشمسي في المراحل الأولى من التطور. تأكيد أو دحض هذا المفهوم صعب بما فيه الكفاية.

تجربة في IDG RAS

يبدو أن الفرضية الثالثة هي الأكثر منطقية ، والتي تعتقد أن الغلاف الجوي ظهر نتيجة إطلاق غازات من عباءة قشرة الأرض منذ حوالي 4 مليارات سنة. تم التحقق من هذا المفهوم في IDG RAS خلال تجربة تسمى Tsarev 2 ، عندما تم تسخين عينة من مادة نيزكية في فراغ. بعد ذلك ، تم تسجيل إطلاق غازات مثل H 2 و CH 4 و CO و H 2 O و N 2 وما إلى ذلك. لذلك ، افترض العلماء بحق أن التركيب الكيميائي للغلاف الجوي الأساسي للأرض يشمل الماء وثاني أكسيد الكربون وفلوريد الهيدروجين (HF) بخار ، غاز أول أكسيد الكربون (CO) ، كبريتيد الهيدروجين (H 2S) ، مركبات النيتروجين ، الهيدروجين ، الميثان (CH 4) ، أبخرة الأمونيا (NH 3) ، الأرجون ، إلخ. شارك بخار الماء من الغلاف الجوي الأساسي في في تكوين الغلاف المائي ، ظهر ثاني أكسيد الكربون إلى حد كبير في حالة ملزمة في المواد العضوية والصخور ، وانتقل النيتروجين إلى تكوين الهواء الحديث ، وأيضًا إلى الصخور الرسوبية والمواد العضوية.

لن يسمح تكوين الغلاف الجوي الأساسي للأرض للناس المعاصرين بالتواجد فيه بدون جهاز تنفس ، حيث لم يكن هناك أكسجين بالكميات المطلوبة في ذلك الوقت. ظهر هذا العنصر بأحجام كبيرة منذ مليار ونصف مليار سنة ، كما يُعتقد ، فيما يتعلق بتطور عملية التمثيل الضوئي في الطحالب الخضراء المزرقة وغيرها من الطحالب ، وهي أقدم سكان كوكبنا.

الحد الأدنى من الأكسجين

تشير حقيقة أن تكوين الغلاف الجوي للأرض كان في البداية خاليًا من الأكسجين تقريبًا من خلال حقيقة أن الجرافيت المؤكسد (الكربون) الذي يتأكسد بسهولة ، موجود في أقدم صخور (كاتاركان). في وقت لاحق ، ظهر ما يسمى بخامات الحديد النطاقات ، والتي تضمنت طبقات من أكاسيد الحديد المخصبة ، مما يعني ظهور مصدر قوي للأكسجين في شكل جزيئي على الكوكب. لكن هذه العناصر ظهرت بشكل دوري فقط (ربما ظهرت نفس الطحالب أو غيرها من منتجي الأكسجين في جزر صغيرة في الصحراء قليلة الأكسجين) ، بينما كان باقي العالم لاهوائيًا. هذا الأخير مدعوم بحقيقة أنه تم العثور على البيريت القابل للأكسدة بسهولة في شكل حصى تمت معالجتها بالتدفق دون آثار لتفاعلات كيميائية. نظرًا لأنه لا يمكن تهوية المياه المتدفقة بشكل سيئ ، فقد قيل أن الغلاف الجوي قبل العصر الكمبري كان يحتوي على أقل من واحد في المائة من الأكسجين من تكوين اليوم.

تغيير ثوري في تكوين الهواء

في منتصف العصر البروتيروزوي تقريبًا (منذ 1.8 مليار سنة) ، حدثت "ثورة أكسجين" ، عندما تحول العالم إلى التنفس الهوائي ، حيث يمكن الحصول على جزيء واحد من المغذيات (الجلوكوز) من 38 ، وليس اثنين (كما هو الحال مع التنفس اللاهوائي) وحدات الطاقة. بدأ تكوين الغلاف الجوي للأرض ، من حيث الأكسجين ، يتجاوز واحد بالمائة من الحاضر ، وبدأت تظهر طبقة الأوزون التي تحمي الكائنات الحية من الإشعاع. كان منها أن حيوانات قديمة مثل ثلاثية الفصوص "اختبأت" تحت قذائف سميكة. منذ ذلك الحين وحتى وقتنا هذا ، ازداد محتوى عنصر "الجهاز التنفسي" الرئيسي تدريجيًا وببطء ، مما يوفر مجموعة متنوعة من أشكال الحياة على هذا الكوكب.

جنبا إلى جنب مع الأرض ، تدور القشرة الغازية لكوكبنا ، والتي تسمى الغلاف الجوي. تحدد العمليات التي تحدث فيها الطقس على كوكبنا ، كما أن الغلاف الجوي هو الذي يحمي عالم الحيوان والنبات من الآثار الضارة للأشعة فوق البنفسجية ، ويضمن درجة الحرارة المثلى ، وما إلى ذلك. ، ليس من السهل تحديده ، وإليك السبب.

جو الأرض كم

الغلاف الجوي هو مساحة غازية. لم يتم التعبير عن حدوده العليا بوضوح ، لأنه كلما زادت الغازات ، زادت تخلخلها وانتقلت تدريجياً إلى الفضاء الخارجي. إذا تحدثنا عن قطر الغلاف الجوي للأرض تقريبًا ، فإن العلماء يسمون الرقم حوالي 2-3 آلاف كيلومتر.

جو الأرض من أربع طبقات ، والتي تندمج أيضًا بسلاسة مع بعضها البعض. هو - هي:

• التروبوسفير.
• الستراتوسفير.
• الميزوسفير.
• الأيونوسفير (الغلاف الحراري).

بالمناسبة ، حقيقة مثيرة للاهتمام: كوكب الأرض بدون غلاف جوي سيكون هادئًا مثل القمر ، لأن الصوت هو اهتزازات جزيئات الهواء. وحقيقة أن السماء هي ضوء أزرق تفسرها خصوصيات تحلل أشعة الشمس التي تمر عبر الغلاف الجوي.

ملامح كل طبقة من الغلاف الجوي

يتراوح سمك طبقة التروبوسفير من ثمانية إلى عشرة كيلومترات (في خطوط العرض المعتدلة - حتى 12 ، وفوق خط الاستواء - حتى 18 كيلومترًا). يتم تسخين الهواء في هذه الطبقة من الأرض والماء ، لذا كلما زادت نصف قطر الغلاف الجوي للأرض، تنخفض درجة الحرارة. هنا يتركز 80 في المائة من كتلة الغلاف الجوي بأكملها ويتركز بخار الماء ، وتتشكل العواصف الرعدية والعواصف والغيوم والأمطار ، ويتحرك الهواء في اتجاهات رأسية وأفقية.

يقع الستراتوسفير من طبقة التروبوسفير على ارتفاع ثمانية إلى 50 كيلومترًا. الهواء هنا أرق ، لذلك لا تتناثر أشعة الشمس ، ويتحول لون السماء إلى اللون الأرجواني. تمتص هذه الطبقة الأشعة فوق البنفسجية الناتجة عن الأوزون.

يقع الغلاف الجوي الوسيط أعلى - على ارتفاع 50-80 كيلومترًا. هنا تبدو السماء سوداء بالفعل ، ودرجة حرارة الطبقة تصل إلى 90 درجة تحت الصفر. يأتي بعد ذلك الغلاف الحراري ، حيث ترتفع درجة الحرارة بشكل حاد ثم تتوقف على ارتفاع 600 كم عند حوالي 240 درجة.

الطبقة الأكثر تخلخلًا هي طبقة الأيونوسفير ، وهي تتميز بالكهرباء العالية ، كما أنها تعكس موجات الراديو ذات الأطوال المختلفة مثل المرآة. هذا هو المكان الذي تتشكل فيه الأضواء الشمالية.

تم التحديث: 31 مارس 2016 بواسطة المؤلف: آنا فولوسوفيتس

الغلاف الجوي هو الغلاف الجوي للأرض. تمتد حتى 3000 كم من سطح الأرض. يمكن تتبع آثاره حتى ارتفاع 10000 كم. تبلغ الكثافة غير المتكافئة لأفريقيا 50.5 وتتركز كتلها حتى 5 كم ، 75٪ حتى 10 كم ، 90٪ حتى 16 كم.

يتكون الغلاف الجوي من الهواء - خليط ميكانيكي من عدة غازات.

نتروجين(78٪) في الغلاف الجوي تلعب دور مخفف الأكسجين ، حيث تنظم معدل الأكسدة ، وبالتالي معدل وكثافة العمليات البيولوجية. النيتروجين هو العنصر الرئيسي في الغلاف الجوي للأرض ، والذي يتم تبادله باستمرار مع المادة الحية للغلاف الحيوي ، ومركبات النيتروجين (الأحماض الأمينية ، البيورينات ، إلخ) هي الأجزاء المكونة لهذا الأخير. يحدث استخراج النيتروجين من الغلاف الجوي عن طريق طرق غير عضوية وكيميائية حيوية ، على الرغم من ارتباطها الوثيق ببعضها البعض. يرتبط الاستخراج غير العضوي بتكوين مركباته N 2 O و N 2 O 5 و NO 2 و NH 3. توجد في هطول الأمطار في الغلاف الجوي وتتشكل في الغلاف الجوي تحت تأثير التصريفات الكهربائية أثناء العواصف الرعدية أو التفاعلات الكيميائية الضوئية تحت تأثير الإشعاع الشمسي.

يتم الارتباط البيولوجي بالنيتروجين بواسطة بعض البكتيريا في تكافل مع النباتات الأعلى في التربة. يتم أيضًا إصلاح النيتروجين بواسطة بعض الكائنات الحية الدقيقة والطحالب العوالق في البيئة البحرية. من الناحية الكمية ، يتجاوز التثبيت البيولوجي للنيتروجين تثبيته غير العضوية. يستغرق تبادل كل النيتروجين في الغلاف الجوي حوالي 10 ملايين سنة. يوجد النيتروجين في الغازات ذات الأصل البركاني وفي الصخور النارية. عندما يتم تسخين عينات مختلفة من الصخور البلورية والنيازك ، يتم إطلاق النيتروجين في شكل جزيئات N 2 و NH 3. ومع ذلك ، فإن الشكل الرئيسي لوجود النيتروجين ، سواء على الأرض أو على الكواكب الأرضية ، هو الجزيئي. تتأكسد الأمونيا ، التي تدخل الغلاف الجوي العلوي ، بسرعة ، وتطلق النيتروجين. في الصخور الرسوبية ، يتم دفنها مع المواد العضوية وتوجد بكميات متزايدة في الرواسب البيتومينية. في عملية التحول الإقليمي لهذه الصخور ، يتم إطلاق النيتروجين بأشكال مختلفة في الغلاف الجوي للأرض.

دورة النيتروجين الجيوكيميائية (

الأكسجين(21٪) تستخدمه الكائنات الحية للتنفس ، وهي جزء من مادة عضوية (بروتينات ، دهون ، كربوهيدرات). الأوزون O 3. يؤخر إشعاع الشمس فوق البنفسجي ، وهو قاتل للحياة.

الأكسجين هو ثاني أكثر الغازات انتشارًا في الغلاف الجوي ، ويلعب دورًا مهمًا للغاية في العديد من العمليات في المحيط الحيوي. الشكل السائد لوجودها هو O 2. في الطبقات العليا من الغلاف الجوي ، وتحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية ، تنفصل جزيئات الأكسجين ، وعلى ارتفاع حوالي 200 كم ، تصبح نسبة الأكسجين الذري إلى الأكسجين الجزيئي (O: O 2) مساوية لـ 10. عندما تكون هذه الأشكال من الأكسجين يتفاعل في الغلاف الجوي (على ارتفاع 20-30 كم) حزام الأوزون (شاشة الأوزون). الأوزون (O 3) ضروري للكائنات الحية ، حيث يحتفظ بمعظم إشعاع الشمس فوق البنفسجي ، وهو مدمر لها.

في المراحل الأولى من تطور الأرض ، ظهر الأكسجين الحر بكميات صغيرة جدًا نتيجة للانفصال الضوئي لثاني أكسيد الكربون وجزيئات الماء في الغلاف الجوي العلوي. ومع ذلك ، تم استهلاك هذه الكميات الصغيرة بسرعة في أكسدة الغازات الأخرى. مع ظهور كائنات التمثيل الضوئي ذاتية التغذية في المحيط ، تغير الوضع بشكل كبير. بدأت كمية الأكسجين الحر في الغلاف الجوي في الزيادة تدريجياً ، مما أدى إلى أكسدة العديد من مكونات الغلاف الحيوي. لذلك ، عززت الأجزاء الأولى من الأكسجين الحر ، أولاً وقبل كل شيء ، انتقال الأشكال الحديدية للحديد إلى أكسيد ، والكبريتيدات إلى كبريتات.

في النهاية ، وصلت كمية الأكسجين الحر في الغلاف الجوي للأرض إلى كتلة معينة وتم موازنتها بطريقة أصبحت الكمية المنتجة مساوية للكمية الممتصة. في الغلاف الجوي ، تم إنشاء الثبات النسبي لمحتوى الأكسجين الحر.

دورة الأكسجين الجيوكيميائية (V.A. فرونسكي ، ج. فويتكيفيتش)

نشبع، يذهب إلى تكوين المادة الحية ، ويخلق مع بخار الماء ما يسمى "تأثير الدفيئة (الدفيئة)".

الكربون (ثاني أكسيد الكربون) - معظمه في الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون وأقل بكثير في شكل الميثان. تعتبر قيمة التاريخ الجيوكيميائي للكربون في المحيط الحيوي عالية للغاية ، لأنه جزء من جميع الكائنات الحية. ضمن حدود الكائنات الحية ، تسود الأشكال المختزلة من الكربون والأشكال المؤكسدة في بيئة المحيط الحيوي. وهكذا ، يتم إنشاء التبادل الكيميائي لدورة الحياة: СО 2 المادة الحية.

مصدر ثاني أكسيد الكربون الأولي في المحيط الحيوي هو النشاط البركاني المرتبط بإزالة الغازات الدنيوية للوشاح والآفاق السفلية لقشرة الأرض. ينشأ جزء من ثاني أكسيد الكربون هذا من التحلل الحراري للحجر الجيري القديم في مناطق مختلفة من التحول. تحدث هجرة ثاني أكسيد الكربون في المحيط الحيوي بطريقتين.

يتم التعبير عن الطريقة الأولى في امتصاص ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية التمثيل الضوئي مع تكوين المادة العضوية والدفن اللاحق في ظروف اختزال مواتية في الغلاف الصخري على شكل خث وفحم وزيت وصخر زيت. وفقًا للطريقة الثانية ، يؤدي انتقال الكربون إلى إنشاء نظام كربونات في الغلاف المائي ، حيث يمر ثاني أكسيد الكربون إلى H 2 CO 3 و HCO 3 -1 و CO 3-2. ثم ، بمشاركة الكالسيوم (أقل في كثير من الأحيان المغنيسيوم والحديد) ، يحدث ترسيب الكربونات بطريقة حيوية وغير حيوية. تظهر طبقات سميكة من الحجر الجيري والدولوميت. وفقًا لـ A.B. رونوف ، كانت نسبة الكربون العضوي (Corg) إلى كربونات الكربون (Ccarb) في تاريخ المحيط الحيوي 1: 4.

إلى جانب دورة الكربون العالمية ، هناك أيضًا عدد من دوراتها الثانوية. لذلك ، على الأرض ، تمتص النباتات الخضراء ثاني أكسيد الكربون لعملية التمثيل الضوئي في النهار ، وفي الليل تطلقه في الغلاف الجوي. مع موت الكائنات الحية على سطح الأرض ، تحدث أكسدة المواد العضوية (بمشاركة الكائنات الحية الدقيقة) مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. في العقود الأخيرة ، احتل الاحتراق الهائل للوقود الأحفوري وزيادة محتواه في الغلاف الجوي الحديث مكانًا خاصًا في دورة الكربون.

دورة الكربون في الغلاف الجغرافي (بعد ف.رماد ، 1981)

أرجون- ثالث أكثر غازات الغلاف الجوي شيوعًا ، والذي يميزه بشكل حاد عن الغازات الخاملة الأخرى الموزعة بشكل نادر للغاية. ومع ذلك ، فإن الأرجون في تاريخه الجيولوجي يشترك في مصير هذه الغازات ، والتي تتميز بميزتين:

1. عدم رجعة تراكمها في الغلاف الجوي ؛
2. علاقة وثيقة مع الاضمحلال الإشعاعي لبعض النظائر غير المستقرة.

تقع الغازات الخاملة خارج دورة معظم العناصر الحلقية في المحيط الحيوي للأرض.

يمكن تصنيف جميع الغازات الخاملة إلى غازات أولية ومشعة. العناصر الأساسية هي تلك التي تم التقاطها بواسطة الأرض أثناء تكوينها. هم نادرون للغاية. يتم تمثيل الجزء الأساسي من الأرجون بشكل أساسي بالنظائر 36 Ar و 38 Ar ، بينما يتكون الأرجون الجوي بالكامل من نظير 40 Ar (99.6٪) ، وهو بلا شك مشع. في الصخور المحتوية على البوتاسيوم ، حدث تراكم للأرجون المشع ويرجع ذلك إلى تحلل البوتاسيوم -40 عن طريق التقاط الإلكترون: 40 K + e → 40 Ar.

لذلك ، يتم تحديد محتوى الأرجون في الصخور حسب العمر وكمية البوتاسيوم. إلى هذا الحد ، فإن تركيز الهيليوم في الصخور هو دالة على عمرها ومحتوى الثوريوم واليورانيوم. يتم إطلاق الأرجون والهيليوم في الغلاف الجوي من باطن الأرض أثناء الانفجارات البركانية ، على طول الشقوق في قشرة الأرض على شكل نفاثات غازية ، وكذلك أثناء تجوية الصخور. وفقًا للحسابات التي أجراها P. Daimon و J. Culp ، يتراكم الهيليوم والأرجون في العصر الحديث في قشرة الأرض ويدخلان الغلاف الجوي بكميات صغيرة نسبيًا. معدل تدفق هذه الغازات المشعة منخفض جدًا لدرجة أنه لا يمكن أن يوفر المحتوى المرصود لها في الغلاف الجوي الحديث خلال التاريخ الجيولوجي للأرض. لذلك ، يبقى أن نفترض أن معظم الأرجون في الغلاف الجوي جاء من أحشاء الأرض في المراحل الأولى من تطورها ، وأضيف القليل في وقت لاحق في عملية البراكين وأثناء تجوية الصخور المحتوية على البوتاسيوم.

وهكذا ، كان للهيليوم والأرجون عمليات هجرة مختلفة عبر الزمن الجيولوجي. الهيليوم في الغلاف الجوي صغير جدًا (حوالي 5 * 10 -4٪) ، وكان "تنفس الهيليوم" للأرض أسهل ، لأنه ، باعتباره أخف الغازات ، يهرب إلى الفضاء. وكان "تنفس الأرجون" ثقيلاً وبقي الأرجون ضمن حدود كوكبنا. ارتبطت معظم الغازات الخاملة الأولية ، مثل النيون والزينون ، بالنيون الأولي الذي تم التقاطه بواسطة الأرض أثناء تكوينها ، وكذلك مع الإطلاق أثناء تفريغ الوشاح في الغلاف الجوي. تشير مجموعة البيانات المتعلقة بالكيمياء الجيولوجية للغازات النبيلة إلى أن الغلاف الجوي الأولي للأرض نشأ في المراحل الأولى من تطوره.

يحتوي الغلاف الجوي و بخار الماء و ماءفي الحالة السائلة والصلبة. الماء في الغلاف الجوي هو تراكم مهم للحرارة.

تحتوي الطبقات السفلى من الغلاف الجوي على كمية كبيرة من الغبار والهباء الجوي المعدني والصناعي ومنتجات الاحتراق والأملاح والجراثيم وحبوب اللقاح للنباتات ، إلخ.

حتى ارتفاع 100-120 كم ، بسبب الاختلاط الكامل للهواء ، يكون تكوين الغلاف الجوي متجانسًا. النسبة بين النيتروجين والأكسجين ثابتة. أعلاه ، تسود الغازات الخاملة ، الهيدروجين ، إلخ.يوجد بخار الماء في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي. مع المسافة من الأرض ، يتناقص محتواها. أعلاه ، تتغير نسبة الغازات ، على سبيل المثال ، على ارتفاع 200-800 كم ، يسود الأكسجين على النيتروجين بنسبة 10-100 مرة.