الاحتباس الحرارى و الغلاف الجوي
الاحتباس الحرارى و الغلاف الجوي
الاحتباس الحرارى (ظاهرة الصوبة)
لا تصل أشعة الشمس التي تسقط على الغلاف الجوى إلى سطح الأرض بكامل قوتها، فينعكس نحو 25% من هذه الأشعة عائداً إلى الفضاء بفعل الهواء والسحاب، ويمتص الغلاف الجوي نحو 23% منها. أما الباقي وهو 52% منها فقط فيصل إلى سطح الأرض. وينعكس من هذه الكمية الأخيرة نحو 6% عائداً إلى الفضاء أما الباقي وهو 46% فيمتصه سطح الأرض ومياه البحار فيدفئهما. وتشع هذه الأسطح الدافئة بدورها الطاقة الحرارية التي اكتسبتها من الشمس على شكل الأشعة تحت الحمراء ذات الموجات الطويلة. ونظرا لأن بعض الغازات الشحيحة الموجودة طبيعياً في الهواء ـ خاصة ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء ـ لها القدرة على امتصاص هذه الأشعة فإن هذا يؤدي إلى حجز جزء من الطاقة الحرارية المنبعثة من سطح الأرض داخل الغلاف الجوي ويمنع تبددها في الفضاء. وتعرف هذه الظاهرة بالاحتباس الحراري أو ظاهرة الصوبة نسبة لما يحدث داخل الصوبة الزجاجية التي تستخدم في الزراعة. ولولا هذا الاحتباس الحراري الطبيعي لانخفضت درجة حرارة سطح الأرض بمقدار 33 درجة مئوية عن مستواها الحالي، أي لهبطت إلى دون نقطة تجمد الماء ولأصبحت الحياة على سطح الأرض مستحيلة. ونظرا لأن التركيز الطبيعي لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي تحكمه التفاعلات التي تحدث بين الغلاف الجوي ومياه البحر والمحيط الحيوي على سطح الأرض، فيما يعرف باسم الدورة الجيوكيميائية للكربون، فإن أي خلل في توازن هذه التفاعلات يحدث تغيراً في درجة الحرارة على سطح الأرض. ويعد غاز ثاني أكسيد الكربون غاز الاحتباس الحراري الرئيسي، وتتوقف تركيزاته في الهواء على الكميات المنبعثة من نشاطات الإنسان، خاصة من احتراق الوقود الحفري ومن معدل آزالة الغابات، والتغيرات التي قد تطرأ في الغطاء النباتي. ويقدر تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي اليوم بنحو 353 جزءاً في المليون بالحجم، أي بزيادة قدرها 25% عن مستواه قبل عصر الصناعة (عام 1750 ـ 1800 م) البالغ 280 جزءاً من المليون بالحجم. وتتزايد التركيزات اليوم بمعدل 5ر0% سنوياً بسبب الانبعاثات الناشئة عن الأنشطة البشرية. وإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون وجد أن هناك عددا من الغازات الأخرى لديها خصائص الاحتباس الحراري، وأهم هذه الغازات: الميثان وأكسيد النيتروز ومجموعة الكلوروفلوروكربون والأوزون الذي يتكون في طبقة التروبوسفير.
الأرصاد الجوية للطيران
Aeronautical Meteorology
نظراً لأهمية الأرصاد الجوية بالنسبة للطيران فقد تم إنشاء مراكز للتنبؤات الجوية في جميع المطارات الدولية، تصدر تقارير وتنبؤات جوية عن حالات الطقس في المطارات التابعة لها لتذيعها إلى المطارات الأخرى وإلى الطائرات، كما تستقبل التنبؤات والتقارير الجوية من كافة المطارات بصفة مستمرة، تصدر التنبؤات الجوية الخاصة برحلات الطيران على خرائط كاملة لمساحات كبيرة من العالم، تشتمل على معلومات الرياح والحرارة والطقس عند مستويات ارتفاعات مختلفة، هذا بالإضافة إلى صور الأقمار الصناعية التي تبيِّن مواقع الأعاصير والرياح الشديدة خلال الرحلة.
وعند تصميم الطائرة يلزم معرفة الخصائص الفيزيائية والديناميكية للجو. وفي التجهيز لأعمال الطيران تلزم المعلومات الجوية في بناء المطارات حيث تحدِّد قيمُ الضغط والحرارة أطوال الممرات، وتحدِّد الرياحُ السطحية السائدة اتجاهات هذه الممرات.
وفي عمليات الطيران تفيد معلومات الأرصاد الجوية فيما يلي:
1 ـ اختيار أنسب أوقات الرحلات الجوية ومساراتها.
2 ـ توفير الوقود وتقدير الحمل الفعّال للطائرة مما يوفر عائداً اقتصادياً محسوساً.
3 ـ تأمين سلامة الطائرات والأرواح في الجو وخلال مراحل الإقلاع والهبوط.
الهواء
الهواء خليط الغازات الذي يحيط بالأرض. وغالباً ما يطلق عليه الغلاف الجوي. وبدون الهواء فإن الحياة تستحيل على سطح الأرض، وتكون مجرد عالم صخري شبيه بسطح القمر، وتكون السماء داكنة باستمرار، والنجوم غير متلألئة، وتكون الشمس كرة نارية تذهب بالأبصار، وتنطلق منها إلى الأرض إشعاعات مميتة، بالإضافة إلى الحرارة والضوء.
وتحتاج جميع الأحياء (الحيوانات والنباتات) الهواء لتبقى على قيد الحياة، فقد يعيش الإنسان أكثر من شهر دون طعام وأكثر من أسبوع دون ماء. لكنه لا يستطيع البقاء حياف دون هواء سوى بضع دقائق.
وللهواء دور أكبر من كونه يمكِّننا من التنفس. فالهواء يقي الأرض من الأشعة الضارة التي تنبعث من الشمس وغيرها من الأجسام، والكواكب في الفضاء الخارجي. وفي نفس الوقت يقوم الهواء بامتصاص الكثير من الحرارة المنبعثة من الشمس. وبهذا يحافظ الهواء على بقاء الأرض دافئة بما فيه الكفاية لضمان استمرار الحياة. والهواء يحمينا من الجسيمات النيزكية، التي يحترق معظمها قبل أن ترتطم بسطح الأرض.
وتجلب السحب التي تتشكل في طبقات الجو العليا المياء سواء أكانت على شكل أمطرا أم ثلوج. وينبغي توافر المياه والهواء لجميع الكائنات الحية لكي تعيش.
ونحتاج للهواء أيضاً لكي نسمع، حيث ينتقل الصوت عبر الهواء، أو أي مادة أخرى. ومعظم الأصوات التي نسمعها تنتقل عبر الهواء. وللهواء وزن، وهذا الوزن يمكِّن المناطيد المملوءة بالغاز الخفيف أو الساخن من أن ترتفع فوق الأرض لأنها أخف من الهواء المحيط بها. كما يمكِّن الهواء المتحرك الملامس لأجنحة الطائرات والطيور والحشرات من الطيران.
يحتوي الهواء على خليط من الغازات، تمتد من سطح الأرض إلى الفضاء الخارجي. وتعمل الجاذبية الأرضية على تثبيت الغلاف الجوي حول الأرض. وتتحرك الغازات بحرية فيما بينها. ويعبر ضوء الشمس، الذي يتكون من خليط من جميع الألوان، الغلاف الجوي فتعمل جزيئات الهواء على تشتيته في كل الاتجاهات. وتبدو السماء زرقاء اللون، لكون الضوء الأزرق أكثر تشتتاً من غيره من الألوان. وتوجد العديد من جسيمات الغبار عالقة في الهواء. كما يحتوي الهواء على قطيرات الماء وعلى بلورات ثلجية على شكل سحب.
غازات الهواء: النيتروجين والأكسجين من الغازات الرئيسية في الهواء. ويحتوي الهواء على غيرهما من الغازات مثل بخار الماء وثاني أكسيد الكربون والنيون والأرجون والهيليوم والكريبتون والهيدروجين والزيتون والأوزون. أما بخار الماء في الهواء فهو ماء على شكل غاز غير مرئي. ويشكل النيتروجين 78% من الهواء الجاف (خال من بخار الماء)، ويشكل الأكسجين 21% من الهواء الجاف. ويحتوي الباقي (1%) بشكل رئيسي، على الأرجون وغيرها من الغازات الأخرى.
وبعض الغازات في الغلاف الجوي مهمة جداً. فعندما نتنفس، نأخذ الأكسجين من الهواء ونُخرج ثاني أكسيد الكربون. وتأخذ النباتات الخضراء ثاني أكسيد الكربون وتطلق الأكسجين في عملية صناعة الغذاء أو ما يسمى بعملية التركيب الضوئي.
ويؤدي الأكسجين في الجو دوراً في بعض العمليات الكيميائية كصدأ الحديد وتصنيع الخل من عصير التفاح. وتحتاج معظم أنواع الوقود الأكسجين لكي تحترق. وتقوم بعض أنواع البكتيريا في التربة بتحويل النيتروجين في الجو إلى مخصبات كيميائية للنبات.
ويساعد ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء على بقاء الأرض دافئة، حيث يمنعان جزءاً من حرارة سطح الأرض التي تكتسبها من أشعة الشمس من التسرب إلى الفضاء الخارجي. ويُعرف هذا السلوك من قبل الغازات بتأثير البيت المحمي. ويلزم وجود بخار الماء في الجو لتشكيل الأمطار والثلوج. والأوزون شكل من أشكال الأكسجين، يمتص جزءاً كبيراً من الأشعة الشمسية فوق البنفسجية غير المرئية الضارة.
تركيب الغلاف الجوي
يقسم العلماء الغلاف الجوي إلى أربع طبقات بناء على اختلاف درجة الحرارة. وهذه الطبقات مرتبة من الأدنى إلى الأعلى هي:
1 ـ طبقة التروبوسفير
2 ـ الإستراتوسفير (الطبقة الجوية العليا)
3 ـ الميزوسفير (الغلاف الأوسط)
4 ـ الثيرموسفير (الغلاف الحراري).
يقل سُمك الغلاف الجوي كلما ارتفعنا عن سطح الأرض. وتتلاشى الطبقة الخارجية للغلاف الجوي بالتدريج في الفضاء الخارجي حيث تقابل الرياح الشمسية. والرياح الشمسية دفق مستمر من الجسيمات المشحونة من الشمس.
الهوائي جهاز يرسل ويستقبل إشارات الراديو والتلفاز والرادار. تُحْمَل تلك الإشارات بوساطة موجات كهرومغنطيسية، تتنقل عبر الفضاء بسرعة الضوء. وهي تختلف في أطوال الموجات، ذات الصلة المباشرة بترددها، أي نسبة اهتزازها. وتبث محطات الإذاعة، والتلفاز، والرادار على أطوال موجات مختلفة، لكي لا محطات الإذاعة هما تضمني الاتساع، وتضمين التردد. وعموماً، تستخدم محطات تضمين الاتساع أطوالاً موجية تتراوح بين 10 و20000 م، بينما تستخدم محطات تضمين التردد، ومحطات التلفاز أطوالاً موجية طولها 3 م فأقل. أما إشارات الرادار، فإنها تستخدم أطوالاً موجية يبلغ طولها بضعة سنتمترات.
ثقب الأوزون
أظهرت أرصاد طبقة الاستراتوسفير، فوق القطب الجنوبي، نقصاً كبيراً في الأوزون في نهاية فصل الشتاء (سبتمبر ـ أكتوبر) . وقد اكتشف هذا النقص ـ الذي أشير إليه بأنه فجوة أو ثقب في طبقة الأوزون ـ عام 1984 م. ولقد بينت الدراسات الحديثة أن متوسط النقص في العمود الكلى للأوزون يتراوح بين 30 ـ 40 في المائة على ارتفاع بين 15 و20 كيلومتراً فوق القطب الجنوبي. وبالرغم من وجود نظريات مختلفة لتفسير تكوين ثقب الأوزون، تشير الأدلة العلمية إلى أن المركبات الكيميائية المحتوية على الكلور أو البروم مثل الكلوروفورم ورابع كلوريد الكربون، وبخاصة مركبات الكلوروفلورو كربون التي يستخدمها الإنسان هي المسؤولة أساساً عن ذلك. ويمتد عمر هذه المركبات في الهواء إلى نحو 75 ـ 110 سنوات، وهي مدة تسمح لها بالانتشار والوصول إلى طبقة الأوزون في الاستراتوسفير، وهناك تتفكك هذه المركبات ويتحد بعض ما بها من ذرات الهالوجين مع جزيئات الأوزون، وبذلك تسبب أضمحلال هذه الطبقة وتآكلها.
