معرفی ساختار جو زمین

اتمسفر یا همان جو زمین دمای آن را تنظیم كرده و پرتوهای خورشیدی را فیلتر می كند.جو زمین همان قدر كه نقش موثری در زندگی ما دارد، به همان اندازه مورد غفلت واقع شده است. اگر از كسی بپرسید كه جو زمین چیست، احتمالا با خنده ای تمسخرآمیز مواجه خواهید شد كه پس از آن، این جمله ادا خواهد شد: خب، جو زمین فضای اطراف آن است دیگر. آری، جو زمین و كلا جو هر جرم آسمانی دیگری، فضای اطراف آن است، اما نقش این فضا چیست؟ وجود آن، چه ضرورتی دارد؟ و هزاران سئوال دیگر. امروز در این نوشته سعی خواهد شد بخوبی با یكی از بزرگترین موهبت های الهی آشنا شویم و اجزای تشكیل دهنده آن را بشناسیم.از فضا، جو زمین همانند پوسته آبی نازكی دیده می شود. این پوسته شكستنی و حساس در واقع محفظه ای از گازهایی است كه ما هر روز تنفس می كنیم. علاوه بر این، اتمسفر یا همان جو زمین، دمای آن را تنظیم كرده و سطوح خطرناك پرتوهای خورشیدی را فیلتر می كند.در سالهای اخیر تحقیقات علمی مشخص كرده كه ساختار شیمیایی اتمسفر در حال تغییر بوده و دو دلیل عمده آن عوامل طبیعی و دخالت های انسان است. در مورد فعالیت های انسانی باید گفت كه هر سال نگرانی در این مورد بیشتر می شود، چون انسان با كارهای خود گازهای جذب كننده گرمای بیشتری تولید می كند، بر پدیده گرم شدن زمین دامن می زند، ازن را نابود می كند و... كه همگی اینها باعث نابودی تدریجی اتمسفر می شوند و نابودی اتمسفر یعنی نابودی محض تمام موجوداتی كه زیر آن زندگی می كنند.
پیشینه اتمسفر
باور عموم دانشمندان بر این است كه زمین، ۵ میلیارد سال پیش به وجود آمده است. در ۵۰۰ میلیون سال اول، اتمسفر غلیظی متشكل از گازها و بخاری كه حاصل واكنش های درونی زمین بود، اطراف زمین را پوشانده بود. این گازها احتمالا هیدروژن (H۲)، بخار آب، متان (CH۴) و اكسیدهای كربن بوده اند. تا سه و نیم میلیارد سال پیش، اتمسفر زمین احتمالا از دی اكسیدكربن (CO۲)، منوكسید كربن (CO)، آب (H۲O)، نیتروژن (N۲) و هیدروژن (H۲) تشكیل شده بوده است. مهمترین ویژگی محیط باستانی جو، غیبت عنصر آزاد اكسیژن در آن است. شواهدی از وجود چنین اتمسفری در برخی صخره ها وجود دارد كه شامل عناصری مانند آهن و اورانیوم هستند. به این ترتیب كه فسیل های موجود در صخره ها جوان تر می شوند و تا مرز ۳ میلیارد سال قبل باز می گردند، وجود این عناصر در اتمسفر هم كمتر می شود.در حدود یك میلیارد سال پیش ارگانیزم های دریایی اولیه كه جلبك های سبز- آبی نامیده می شوند، شروع كردند به گرفتن انرژی از خورشید برای تجزیه CO۲ و H۲O به اجزای ارگانیك و اكسیژن مولكولی (O۲)، به این روش جذب انرژی خورشیدی و به كارگیری هدف دار آن، فتوسنتز می گویند.قسمتی از اكسیژنی كه توسط عمل فتوسنتز به وجود می آمد با كربن تركیب شده و دی اكسیدكربن تولید می كردند. قسمت اضافی اكسیژن در فضا یا همان اتمسفر رها می شد و به این ترتیب هرچه اكسیژن اتمسفر بیشتر می شد، دی اكسیدكربن كمتر می شد.در مناطق بالای اتمسفر، برخی از مولكول های اكسیژن (O۲)، از اشعه های مادون بنفش خورشید انرژی جذب می كردند و به اتم های تكی اكسیژن تبدیل می شدند. این اتم های تكی در تركیب با مولكول اكسیژن (O۲)، مولكول های ازن (O۳) را تشكیل دادند كه در جذب اشعه های مادون بنفش بسیار مهم هستند. لایه نازكی كه اطراف كره زمین را محاصره كرده همانند یك سپر عمل كرده و از سیاره در برابر پرتوافكنی نور مادون بنفش محافظت می كند. ازن به صورت دقیق تر، اشعه های مادون بنفشی را جذب می كند كه طول موجی از ۲۰۰ تا ۳۰۰ نانومتر دارند و كشنده محسوب می شوند. باور دانشمندان بر این است كه ازن از ۶۰۰ میلیون سال پیش در اتمسفر زمین وجود داشته است. در این هنگام سطح اكسیژن در اتمسفر ۱۰ درصد غلظت فعلی آن بوده است. پیش از این دوره، زندگی در زمین فقط محدود به اقیانوس ها بود. وجود ازن باعث شد ارگانیزم ها پیشرفته تر شوند و بتوانند روی زمین هم زندگی كنند. در واقع می توان گفت ازن نقش بسیار چشمگیری در تكامل حیات داشته و در واقع این ازن بوده است كه اجازه داده زندگی به حدی از تكامل كه ما امروز می بینیم برسد.
اتمسفر امروز
اتمسفری كه ما امروز استنشاق می كنیم تركیب پایداری از چندصد نوع گاز متفاوت با منشاهای گوناگون است. این محفظه گازی، زمین را پوشانده و با آن می چرخد. نسبت گازهای اتمسفر به جز بخارآب تا ۸۰كیلومتر بالاتر از سطح زمین، تقریبا یك دست و ثابت است. اجزای اصلی این گازها بر حسب حجم، اكسیژن(۲۱درصد)، نیتروژن(۷۸درصد) و آرگون
(۹۳/۰درصد) هستند. مقادیر كمی از گازهای دیگر هم یافت می شود. این گازهای دیگر به قدری كم هستند كه به عنوان نسبت تركیبی اندازه گیری می شوند. مثلا ازن، دی اكسیدكربن و كلروفلوئوروكربن ها(CFC) با مقیاس های چند بخش از میلیون، چند بخش از میلیارد و چند بخش از تریلیارد اندازه گیری می شوند. نقش این گازهای كم حجم احتمالا در كنترل دما و وضعیت شیمیایی اتمسفر است. شواهدی در دست است كه نشان می دهد درصد حجم این گازها به دلیل عوامل طبیعی و انسانی در حال تغییر هستند.نمونه های گازهایی كه توسط انسان دستخوش تغییر حجم شده اند كلروفلوئوروكربن های CFC-۱۱ و CFC-۱۲ هستند. دی اكسید كربن، اكسید نیترات و متان از سوختن سوخت های فسیلی، بدن های مرده یا زنده یا فرآیند متابولیك میكروارگانیزم های موجود در خاك ، لجن زارها و اقیانوس های سیاره به دست می آیند.
ساختار اتمسفر
محفظه گازی اطراف زمین خود به چندین لایه متفاوت تقسیم می شود. حد بالای اتمسفر یعنی جایی كه گازها به درون فضا راه پیدا می كنند، یكهزاركیلومتر بالاتر از سطح دریا است. بیش از ۹۰درصد حجم نهایی اتمسفر در ۴۰كیلومتر ابتدایی این ارتفاع یكهزار كیلومتری قرار دارد.لایه های اتمسفر باتوجه به شرایط شیمیایی به پنج قسمت تقسیم می شوند كه تفاوت های اساسی در دما دارند:
تروپوسفر: تروپوسفر نزدیك ترین لایه اتمسفری به زمین بوده و بیشترین درصد حجم كلی اتمسفر را در خود جای داده است. ویژگی بارز این لایه غلظت هوای آن است. در این لایه به ازای هر كیلومتر ارتفاع، دمای هوا ۶درجه سلسیوس تغییر می كند. با افزایش ارتفاع، دما و حجم بخار آب بشدت كاهش می یابد. بخار آب نقش بسیار مهمی در كنترل دما دارد، چون انرژی خورشیدی و پرتوافكنی های گرمایی سطح سیاره را جذب می كند. تروپوسفر ۹۹درصد بخار آب موجود در اتمسفر را در خود جای داده است. غلظت بخارآب باتوجه به عرض جغرافیایی هم تغییر می كند. روی مدارهای اصلی غلیظ تر و روی قطب ها غلظتشان بیشتر می شود. تمام پدیده های آب و هوایی در این منطقه صورت می گیرند. تروپوسفر به معنای منطقه تركیب شدن است و دلیل آن وجود بادهای شدیدی است كه درهم می پیچند.حد بالای این لایه از ۸كیلومتر در عرض های بالایی و تا ۱۸كیلومتر روی استوا متغیر است. این مرز با تغییر فصل ها تغییر می كند، به گونه ای كه در تابستان در بلندترین حالت است و در زمستان در كوتاه ترین . منطقه بسیار باریكی به نام تروپوپاس نقش حایل بین تروپوسفر و لایه بالایی را بازی می كند. نكته جالب اینجاست كه باوجود افزایش ارتفاع در تروپوپاس دما همچنان ثابت می ماند.
استراتوسفر: بالای لایه تروپوسفر، استراتوسفر قرار دارد؛ جایی كه جریان هوا بیشتر افقی است. لایه ازن نازكی كه در بالای منطقه استراتوسفر قرار دارد، مقادیر بسیار زیادی ازن در خود دارد. همان طور كه اشاره شد، ازن حالت خاصی از اكسیژن است. وظیفه اصلی این لایه این است كه اشعه مادون قرمز خورشید را جذب كند. درحال حاضر انسان ها با فعالیت های مخرب خود از قبیل تولید بیش از حد فلوئوروكربن ها باعث تخریب بخش هایی از لایه ازن شده اند.
مزوسفر: مزوسفر تقریبا از ۵۰ كیلومتری سطح زمین شروع می شود و در ۸۰كیلومتری به پایان می رسد. مشخصه ویژه این لایه اتمسفری كاهش بسیار شدید دما در آن است. غلظت ازن و بخار آب در این منطقه بسیار ناچیز است و به همین علت دمای هوا در این لایه بسیار كمتر از تروپوسفر و استراتوسفر است. با افزایش فاصله از سطح زمین، تركیب شیمیایی هوا شدیدا به ارتفاع وابسته شده و اتمسفر سرشار از گازهای سبك می شود.
ترموسفر: ترموسفر بالاتر از مزوسفر قرار دارد. منطقه ای به نام فروسپاس بین ترموسفر و مزوسفر حائل است. دما در این لایه با افزایش ارتفاع، بالا می رود. این افزایش دما به دلیل جذب پرتوافكنی های شدید خورشیدی است كه توسط میزان بسیار كم و محدود مولكول های اكسیژن انجام می گیرد. در ارتفاع ۱۰۰ تا۲۰۰ كیلومتری هنوز هم عناصر اصلی اتمسفر نیتروژن و اكسیژن هستند.
اگزوسفر: اگزوسفر دورترین لایه اتمسفری از سطح زمین است . شاید حد بالای این لایه به ارتفاع۹۶۰ تایكهزار كیلومتر برسد. به هر حال نمی توان برای آن حد معینی تعیین كرد. اگزوسفر فضای انتقالی بین اتمسفر زمین و فضای بین سیاره ای محسوب می شود. مطالبی كه گفته شد، بخش بسیار ناچیزی از اطلاعاتی است كه در مورد اتمسفر می توان داشت، اما همین میزان اطلاعات هم نقش انكارنشدنی اتمسفر در ایجاد زمینه حیات را به خوبی نمایان می كند، پس بر ماست كه از این سپر شكستنی هرچه بیشتر محافظت كنیم.

منبع : روزنامه همشهری