جو زمین

مقدمه

تاریخچه زمین تنها مطالب بسیار اندکی قبل از یک بیلیون سال پیش می‌داند، ولی پیرو یک رشته حوادث محتمل ارائه می‌شود. این نظریه از یک منطقه فعال پژوهشی به جا مانده است. اتمسفر امروزی گاهی به عنوان سومین اتمسفر شناخته می‌شود. چنانکه ترکیب شیمیایی از دو ترکیب قابل ملاحظه شیمیایی تشخیص داده شده است. اتمسفر اصلی مقدمتا از هلیوم و هیدروژن تشکیل شده بود و گرما آنرا از هم پاشاند.
حدود 3.5 بیلیون سال پیش سطح زمین به اندازه‌ای سرد شد که پوسته آن شکل گرفت، به شدت بوسیله آتشفشانهایی که بخار ، دی اکسید کربن و بخار آمونیاک آزاد می‌کردند محصور شد. این باعث بوجود آمدن اتمسفر دومی شد که مقدمتا شامل دی اکسید کربن و بخار آب و همراه مقداری نیتروژن و بدون اکسیژن می‌شد. دومین اتمسفر به عنوان اتمسفر رایج 100 برابر اولین اتمسفر گاز داشت. بطور کلی این باور وجود دارد که پدیده گلخانه‌ای با بالا رفتن مقدار دی اکسید کربن باعث نگهداری زمین از یخ زدگی می‌شود.
در طول چند بیلیون سال بعد بخار آب از طریق متراکم شدن باعث بوجود آمدن باران و اقیانوسها شد که شروع به حل کردن دی اکسید کربن کرد. حدود 50% از دی اکسید کربن جذب اقیانوسها می‌شدند. فوتوسنتز گیاهان باعث باز شدن و تبدیل شدن دی اکسید کربن به اکسیژن می‌شد. بیشتر اوقات کربن زیادی در سوختهای فسیلی ، سنگهای رسوبی و پوست حیوانات محبوس است. چنانکه اکسیژن آزاد شده برای تشکیل نیتروژن با آمونیاک واکنش می‌دهد؛ افزون بر این باکتری می‌تواند آمونیاک را به نیتروژن تبدیل کند.
به نظر می‌رسد بیشتر گیاهان مهمترین عامل افزایش میزان اکسیژن هستند. در ابتدا با عنصرهای مهمی از جمله آهن ترکیب شده ، ولی سرانجام باعث انباشته شدن اکسیژن در جو و همچنین پیشرفت این نظریه شد. همراه با ظهور لایه اوزون موجودات مختلف از اشعه فرابنفش بهتر محافظت می‌شدند. این اتمسفر نیتروژن _اکسیژن سومین اتمسفر به حساب می‌آید.

دید کلی

جو زمین لایه‌ای از گازها است که که زمین را احاطه کرده‌اند که این گازها بوسیله جاذبه زمین نگهداشته شده‌اند. جو زمین شامل نیتروژن (78.1%) و اکسیژن (20.9%) همراه مقدار کمی از آرگون (0.9%) ، دی اکسید کربن (متغیر، ولی حدود 0.035%) ، بخار آب و دیگر گازها می‌شود. جو زمین موجودات روی زمین را از طریق جذب اشعه فرابنفش خورشید و کم کردن دمای بالای بین روز و شب محافظت می‌کند.
مرز دقیقی بین لایه‌های مختلف جو وجود ندارد، ولی جو به سرعت با افزایش ارتفاع رقیق می‌شود و هیچ مرز مشخصی بین جو و فضای خارج از جو وجود ندارد. 75% از جو زمین تا ارتفاع 11 کیلومتر از سطح سیاره وجود دارد. در ایالات متحده کسانی که به بالای 50 مایل (80 کیلومتر) سفر کنند فضانورد شناخته می‌شوند. ارتفاع 400000 پا (75 مایل یا 120 کیلومتر) جایی است که تأثیر قابل توجهی هنگام ورود به آن می‌گذارد. همچنین ارتفاع 100 کیلومتری یا 62 مایلی به عنوان مرز بین اتمسفر و فضا بطور مکرر استفاده می‌شود.

دما و لایه‌های جوی

دمای جو زمین همراه با ارتفاع تغییر می‌کند؛ رابطه ریاضی بین دما و ارتفاع مابین لایه‌های مختلف جو متغیر است:
• تراپوسفر ، 0- 7.17 کیلومتر ، دما با افزایش ارتفاع کم می‌شود.
• استراتوسفر ، 7.17 - 50 کیلومتر ، دما با افزایش ارتفاع زیاد می‌شود.
• مزوسفر ، 50 – 80.85 کیلومتر ، دما با افزایش ارتفاع کم می‌شود.
• ترموسفر ، 80.85 - + 640 کیلومتر دما با افزایش ارتفاع زیاد می‌شود.
• اگزوسفر
مرزهای بین این مناطق تروپوپوز ، استراتوپوز و مزوپوز نامگذاری شده‌اند. میانگین دمای جو در سطح زمین 14 درجه سانتیگراد است.

فشار

فشار جو نتیجه مستقیمی از وزن هواست. این به این معنی است که به همراه مکان و زمان تغییر می‌کند چون مقدار (و وزن) هوای بالای زمین به همراه مکان و زمان تغییر می‌کند. فشار جوی در اتفاع حدود 5 کیلومتری تقریبا به اندازه 50% سقوط می‌کند. میانگین فشار جو در سطح دریا حدود 101.3 کیلو پاسکال است. (حدود 14.7 پوند بر اینچ مربع)

جرم و جرم حجمی

جرم حجمی هوا در سطح دریا حدود 1.2 کیلو گرم بر متر مکعب است. این جرم حجمی با افزایش ارتفاع کم و به همین صورت فشار آن کاهش می‌یابد. مجموع جرم جو زمین در حدود 5.1 × 1018 کیلوگرم است که بخش بسیار ناچیزی از کل جرم زمین را تشکیل می‌دهد. جرم حجمی فشار جو زمین با افزایش ارتفاع تغییر می‌کنند. این تغییر تقریبا می‌تواند نمونه کاربردی Barometric formula باشد.

مناطق مختلف جوی

مناطق جوی به چند طریق نامگذاری می‌شوند:
• یونوسفر: منطقه‌ای که شامل یونها می‌شود: تقریبا مزوسفر و ترموسفر تا حدود 550 کیلومتر.
• اگزوسفر: بالای یونوسفر ، جایی که جو به طرف فضا رقیق می‌شود.
• لایه اوزون: یا اوزونوسفر ، حدود 10 - 50 کیلومتری جایی که اوزون استراتوسفری یافت می‌شود. باید توجه داشت در داخل این منطقه اوزون از نظر حجم یک عنصر فرعی است.
• مگنتوسفر: این منطقه جایی است که میدان مغناطیسی زمین با بادهای خورشیدی مقابله می‌کند. این لایه برای دهها هزار کیلومتر در فاصله زیادی از خورشید ادامه دارد.
• کمربندهای تشعشعی وان آلن: مناطقی هستند که ذرات از طرف خورشید متراکم می‌شوند.
منبع: دانشنامه رشد