آخر طبقات الغلاف الجوي لكوكب الأرض

أحدث طبقات الغلاف الجوي للأرض تتطلب معرفة دقيقة بمراحل تكوين أغلفة الكرة الأرضية، وهذا يتطلب دراسة تاريخها الجيولوجي. تحتوي طبقات الصخور على سطح الأرض على أدلة متعددة تعكس العمليات التطورية التي مرت بها.

أنواع أغلفة كوكب الأرض

• يُقدّر عمر الأرض بحوالي 4.6 مليار سنة، وهي نفس الفترة الزمنية التي شهدت تشكل معظم عناصر النظام الشمسي.
  • ومع ذلك، فإن أقدم الصخور المكتشفة يبلغ عمرها 4.23 مليار سنة.
• وهذا يعني وجود فجوة في السجل الجيولوجي للأرض، حيث قام العلماء بدراسة عوامل متنوعة لفهم طبيعة هذه الفترة الهامة من تاريخ الأرض.
  • مثل فحص نظائر الرصاص المختلفة التي وصلت إلى الأرض عبر النيازك الساقطة منذ ملايين السنين.
• كما في المراحل الأولية لتكوين الأرض، غرقت العناصر المعدنية الأكبر في الكتلة نحو مركز الأرض، بينما صعدت العناصر الأخف نحو الطبقات العليا. أما الغازات الأخف مثل الهيدروجين والهيليوم، فمن المحتمل أنها شكلت الغلاف الجوي البدائي للأرض، ومع تزايد درجة الحرارة، حدث انصهار مكونات المركز، مما أدى إلى رفع السوائل المنصهرة الخفيفة إلى الأعلى وتبريدها.

تكونت القشرة الأرضية لأول مرة، في حين غرقت العناصر الأكثر كثافة كالحديد والنيكل إلى الأعماق مشكّلة لب الكرة الأرضية، بينما توجهت العناصر المتطايرة والغازات نحو الأعلى.

لتكوين الغلاف الجوي الثانوي والمحيطات، أطلق العلماء على هذه العملية اسم “تمييز الأرض”، التي فسرت مراحل تشكيل أغلفة الكرة الأرضية والتي تنقسم إلى الترتيبات التالية:

الغلاف الصخري

• يعد الغلاف الصخري واحدًا من مراحل تكون أغلفة الكرة الأرضية، حيث يشكل الغلاف الخارجي للأرض ويتضمن القشرة والغطاء العلوي، مما يشكل الطبقة الصلبة للأرض.

الغلاف المائي

• يتكون من كتلة الماء المتواجدة على سطح الأرض بجميع صورها، سواء كانت سائلة أو متجمدة، بالإضافة إلى المياه الجوفية، المحيطات، البحيرات، والجداول.
• يبلغ حجم المياه الاجمالي 1386 مليون كيلومتر مكعب، حيث تشكل المياه المالحة 97.5% منها، بينما تمثل المياه العذبة 2.5% فقط.

الغلاف الجوي

• يتكون من طبقات متعددة من الغازات المحيطة بكوكب الأرض، ويتألف بشكل أساسي من النيتروجين بنسبة تقارب 78%.
• بينما تصل نسبة الأكسجين إلى حوالي 21%، مع كميات ضئيلة من الأرغون، ثاني أكسيد الكربون، وغيرها من الغازات، ويعتبر الأكسجين ضروريًا لتنفس الكائنات الحية.
• النيتروجين يتحول إلى النيوكليوتيدات والأحماض الأمينية بواسطة البرق وأنواع معينة من البكتيريا.
• بينما تستخدم النباتات والطحالب ثاني أكسيد الكربون في عملية التمثيل الضوئي.
• كما يعمل الغلاف الجوي على حماية الأرض من الأشعة فوق البنفسجية، الرياح الشمسية، والأشعة الكونية، مما يجعله بيئة ملائمة للحياة، على عكس الكواكب الأخرى.

الغلاف الحيوي

• يمثل المرحلة الأخيرة من مراحل تكوين أغلفة الكرة الأرضية، حيث يضم جميع الكائنات الحية على سطح الأرض من حيوانات ونباتات وحتى كائنات أحادية الخلية.
• توجد معظم أشكال الحياة على الأرض ضمن نطاق يمتد من 3 أمتار تحت الأرض إلى 30 متر فوقها.
• أما في المحيطات فتعيش الكائنات البحرية في نطاق يمتد من السطح إلى حوالي 200 متر تحت الماء.
• لكن بعض الكائنات مثل الطيور قد تعيش خارج هذه النطاقات.

آخر طبقات الغلاف الجوي

• يعتبر الغلاف الجوي للأرض الحيز المحيط بسطح الكرة الأرضية بكل مكوناتها من يابسة، محيطات، وجبال جليدية.
  • ويمتد إلى الفضاء الخارجي، حيث يحتوي الغلاف الجوي على عدة طبقات تبدأ من سطح الأرض وتمتد نحو الفضاء.
• آخر طبقات الغلاف الجوي تُعرف بـ “الإكسوسفير”، والكلمة مشتقة من اليونانية حيث تعني “خارج”.
• تمتد طبقة الإكسوسفير فوق طبقة الثيرموسفير حتى نهاية الغلاف الجوي عند ارتفاع يقدر بحوالي 64400 كم.
• تعتبر جزيئات الهواء في طبقة الإكسوسفير نادرة، حتى أنه يمكن لذرة غازية أن تسافر لحوالي 10 كم قبل أن تصطدم بذرة غازية أخرى.
• ويعرف العلماء بحالة “الممر الحر” في طبقة الإكسوسفير، حيث يكون احتمال تصادم الجزيئات منخفضًا بسبب قلة الكثافة.
• كثافة الغلاف الجوي تتناقص كلما ابتعدنا عن سطح الأرض، فإذا اقتربنا زادت الكثافة، والعكس صحيح.
  • يمكن أن تتجه بعض الجزيئات مثل الهيدروجين نحو الفضاء الخارجي، خارج نطاق جاذبية الأرض.
  • ولهذا، تصبح جزيئات الهواء نادرة الوجود في طبقة الإكسوسفير إلى درجة يتم اعتبارها غير موجودة.

آخر طبقات الغلاف الجوي

• تبدأ هذه الطبقة من منطقة تُعرف بالثيرموبوز (Thermopauz) أو ما يعرف بـ (Exobase).
• ترتفع هذه المنطقة عن سطح الأرض بمسافة تتراوح بين 250 إلى 500 كيلومتر، ويختلف هذا الارتفاع وفقًا للنشاط الشمسي الذي يؤثر على الغلاف الجوي، ولا يمكن تحديد الحد العلوي لهذه الطبقة بدقة.
• من الناحية النظرية، يُقدّر هذا الحد العلوي بحوالي 193 ألف كيلومتر، وهو ما يعادل نصف المسافة إلى القمر.
  • عند هذه المسافات الكبيرة، تكون قوة الضغط الإشعاعي للشمس على ذرات الهيدروجين أكثر من قوة جذب الأرض، مما يؤدي إلى ظهور ظاهرة تعرف باسم “الهالة الأرضية” (Geocorona)، والتي يمكن رصدها من الفضاء على ارتفاع 96560 كيلومتر تقريبًا.
• تمتد طبقة الإكسوسفير فوق طبقة الثيرموسفير حتى نهاية الغلاف الجوي نحو الفضاء الخارجي.
  • تظل درجات الحرارة في هذا الغلاف الخارجي ثابتة مع الارتفاع، حيث يبلغ متوسطها حوالي 1500 كلفن.
  • هنا، يتلاقى الغلاف الجوي والفضاء الخارجي، وهو المكان حيث تدور الأقمار الصناعية حول الأرض.

درجة الحرارة

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

الغلاف الأيوني للطبقات

• يمثل الغلاف الذي يغطي المسافات بين الطبقات، إذ يوجد غلاف فاصلي بين كل طبقتين.
  • يساعد على تنظيم عمليات التغير في الحرارة والكثافة، مما يسهم في تمييز كل طبقة عن الأخرى.
  • يتكون من جزيئات أيونية، مؤينة ومتأينة، ومن كافة الأيونات والإلكترونات ذات الشحنة الكهربائية.
• يرتفع غلاف الأيونوسفير مع تغير الفصول، وأيضًا خلال النهار، وتعتبر هذه الطبقة ذات أهمية خاصة لذا يجب التعريف بها بجانب الطبقات الأخرى من الغلاف الجوي.

الطبقات الأخرى من الغلاف الجوي

• طبقة التروبوسفير: تعد أقرب طبقة لسطح الأرض، حيث ترتفع بين 6 إلى 20 كيلومتر، وتحتوي على 50٪ من جميع غازات الغلاف الجوي.
  • تُعرف هذه الطبقة أيضًا بطبقة الطقس، حيث يتم تشكيل الطقس اليومي. وكلما ارتفعنا عن هذه الطبقة، كلما انخفضت درجات الحرارة.
• طبقة الستراتوسفير: تُعرف أيضًا بمخزن الأوزون، وتمتد من 20 كم إلى 50 كم فوق سطح الأرض، حيث تُستخدم هذه الطبقة للطيران التجاري.
  • بسبب اختلاف درجة حرارة الهواء بين قاعدة وقمة الطبقة، فإن عمليات الحمل الحراري فيها تكون شبه معدومة.
• طبقة الميزوسفير: تبدأ هذه الطبقة من ارتفاع 50 كم حتى 85 كم، وهي الطبقة ذات درجات الحرارة المنخفضة جدًا، حيث يمكن أن تنخفض إلى ما دون -143 درجة مئوية.
• طبقة الثيرموسفير: تمتد هذه الطبقة من 85 كم إلى 600 كم فوق مستوى سطح الأرض، وتتميز بدرجات حرارة مرتفعة تصل إلى 2000 درجة مئوية.

• رغم ذلك، يكون الهواء رقيقًا، مع وجود عدد قليل من جزيئات الغاز المسؤولة عن نقل الحرارة، مما يساهم في الشعور بالبرودة إلى حد كبير.
• طبقة الإكزوسفير: حيث يتقابل الغلاف الجوي مع الفضاء الخارجي، وهي المكان الذي تدور فيه الأقمار الصناعية حول الأرض.