هوا و جو

اطراف زمین را لایه ای از گازها فرا گرفته است که به این گازها جو یا اتمسفر می گوئیم و یکی از مهمترین ویژگی های کره زمین و یکی از مهمترین عوامل شکل گیری حیات و حمایت از آن به حساب می ماند . بدون جو زمین , امکان شکل گیری هیچگونه حیات و زندگی در روی زمین وجود نداشته و ندارد . در این قسمت به طور مفصل در مورد جو زمین توصیح می دهیم .

۱- ترکیبات جو زمین

جو زمین از ترکیبات و لایه های مختلفی تشکیل شده است ابتدا به گازهای تشکیل دهنده جو زمین پرداخته و بعد لایه های مختلف جو زمین را مورد بررسی قرار می دهیم .
جو زمین از گازهای مختلفی تشکیل شده است که عمده ترین آنها این می باشد :
نیتروژن (که بیشترین درصد را در بین گازهای زمین دارد با ۷۸ درصد) , اکسیژن که رتبه بعدی را دارد با ۲۱ درصد آرگون ۹/درصد , دی اکسید کربن ۰۳/ درصد همچنین بخار آب و سایر گازهای دیگر ( از جمله انواع آلاینده ها و ذرات معلق درجو )
غلظت نیتروژن و اکسیژن و آرگون تقریبا ثابت ولی غلظت دی اکسد کربن , بخار آب , ازن و همچنین سایر گازهای دیگر و انواع گازهای آلاینده جو (که توسط بشر وارد می شود) محل به محل و حتی نقطه به نقطه تعغیر می کند و مقدار ثابتی ندارد .
امروزه ورود گازهای آلاینده و افزایش دی اکسید کربن مشکل ساز شده و باعث بالا رفتن دمای زمین شده است که در مقاله  ” گرمایش زمین ”  به طور مفصل به آن پرداخته شده است .
جو زمین از سطح زمین شروع شده و تا ارتفاع ۰۰۰ر۱۰ کیلومتری از سطح زمین ادامه پیدا می کند . 

  ۲- لایه های اصلی جو زمین

جو زمین از پنج لایه اصلی تشکیل شده است که در اینجا به شرح لایه های مختلف جو می پردازیم  . این لایه ها عبارتند از : ترپوسفر , استراتوسفر , مزوسفر , ترموسفر , اگزوسفر در این قسمت در مورد این لایه ها توضیح مفصل می دهیم .

شکل شماره ۱- لایه های جو زمین به اشیائی که در لایه ها قرار دارند دقت کنید خط کارمن که مرز فضا و هوا می باشد در شکل مشخص شده است

شکل شماره ۲ – تصویری واقعی از لایه های مختلف جو 

نکته : شکل شماره ۲ یک تصویر واقعی بوده که فضانوردان ایستگاه بین المللی بر فراز اقیانوس هند از جو زمین گرفته اند . مرز بین لایه ها در این تصویر کاملا مشخص است .

۱) ترپوسفر یا ورودسپهر (به انگلیسی: troposphere )

  پایین‌ترین لایه جو زمین است. این لایه ۷۵ درصد کل جرم جو و تقریباً تمام بخار آب و ذرات معلق درون جو زمین در آن قرار دارد. بنابراین بیشتر  ابرها و بیشتر پدیده هائی که در هوا می بینیم در این لایه قرار دارد .
ارتفاع این لایه از سطح زمین در استوا حدود ۲۰ کیلومتر می باشد و هرچه به طرف مناطق قطبی برویم ازارتفاع آن کاسته می شود تادرنواحی قطبی به ۸ کیلومتر می رسدولی میانگین ارتفاع آن ۱۷کیلومتر می باشد.
پرندگانی که در هوا پرواز می کنند و اشیا پرنده ای همانند بالگرد نمی توانند از این لایه بالاتر بروند و اکثر هواپیماها هم در این لایه پرواز می کنند ولی معدودی هم به لایه های بالاتر می رسند . غلظت هوا در بالای این لایه و لایه های دیگر بقدری کم است که قابل تنفس برای انسان و موجودات دیگر مانند پرندگان نیست .

۲) پوشَن‌سپهر یا استراتوسفر (به انگلیسی : Stratosphere)

بعد از ترموسفر , استراتوسفر قرار  دارد که دومین لایه بزرگ اتمسفر می باشد . درست در نقطه شروع استراتوسفر لایه ازن قرار دارد.(در مورد لایه ازن در مقاله “ لایه ازن “ توضیح  مفصل دادیم )
ضخامت این لایه حدود ۳۰ کیلومتر می باشد.بنابراین قسمت پائین این ناحیه از سطح زمین۲۰کیلومتر و قسمت بالای آن حدود۵۰کیلومتر می باشد.بسیاری از ابرهای سیروس در این ناحیه تشکیل می شوند.غلظت هوا در پائین این لایه۱۰درصدغلظت هوا درسطح زمین می باشد ولی دربالای این ناحیه به کمتر ازیک درصد غلظت هوا درسطح زمین می رسد.فقط برخی بالن ها و موشک ها و اشیاء پرنده دیگر در این لایه و لایه های بالاتر پرواز می کنند .

۳) مزوسفر یا میان‌سپهر (به انگلیسی: Mesosphere)

مزوسفر سومین لایه تشکیل دهنده جو زمین می باشد که از حدود ۵۰ کیلومتر شروع و تا ۸۵ کیلومتر ادامه دارد .
این لایه در بالای استراتوسفر و در زیر ترموسفر قرار دارد . از ویژگی های آن این است که روند کاهش دما در آن ادامه می یابد و به حدود ۸۰ درجه زیر صفر می رسد . بالن ها هم نمی توانند به این ارتفاع برسند و فقط موشک ها در این ارتفاع پرواز می کنند .
از ویژگی های آن این است که شهاب سنگ هائی که به طرف زمین سقوط می کنند در این ارتفاع سوخته و هرگز به زمین نمی رسند . بنابراین رد شهاب هائی که می بینیم در این لایه تشکیل می شود .
لایه یونسپهر: لایه یونسپهر لایه ای است که بعد از تمام شدن لایه مزوسفر شروع شده (در واقع قسمتی از آن درون لایه مزوسفر قرار دارد ) و در واقع در درون لایه ترموسفر قرار دارد و لایه جداگانه ای نیست به این دلیل به عنوان لایه جداگانه معرفی نشده است. نقش آن بیشتر در زمینه تبادلات رادیوئی می باشد .
بنابر این ما در یک بخش جداگانه مورد بررسی قرار می دهیم . همچنین در مقاله  “یون سپهر و امواج رادیوئیدر مورد آن توضیح مفصل می دهیم .

۴) ترموسفر یا گرما سپهر (به انگلیسی: Thermosphere)

لایه بعدی ترموسفر نام دارد که به معنی گرما سپهر است و علت آن هم این است که هوا از این لایه به بعد شروع به گرم شدن می کند و تا جائی پیش می رود که با گرمای روی سطح زمین تقریبا برابر می شود و بعد دوباره افزایش پیدا می کند و حتی ممکن است تا ۱۵۰۰ درجه نیز برسد که علت آن یونیزه شده مولکول های اکسیژن و نیتروژن بر اثر برخورد با اشعه ماوراء بنفش خورشید می باشد .
این لایه از ارتفاع ۸۵ کیلومتری شروع شده و تا ارتفاع ۷۰۰ کیلومتری ادامه پیدا می کند . فشار هوا در این ارتفاع بسیار پائین است . در ارتفاع ۱۰۰ کیلومتری بقدری به صفر نزدیک می شود که عملا هوائی وجود ندارد و طبق تعریفی که در قسمت های بعد توضیح خواهیم داد مرز هوا و فضا در این لایه می باشد.(خط کارمن)
هر چند بنا بر بعضی تعاریف مرز هوا و فضا از ارتفاع ۸۵ کیلومتری (مرز این لایه با لایه زیرین)شروع می شود.
در این لایه چون اصطکاکی با  هوا وجود ندارد (بسیار ناچیز است) ماهواره ای که در مدار قرار بگیرد می تواند سال ها به حرکت خود ادامه دهد بدون این که بر اثر اصطکاک با هوا سرعت مداری خود را از دست داده و سقوط کند . بنابر این در این لایه ماهواره های مختلف مدار پائین نیز قرار دارند .
همچنین پدیده زیبای شفق قطبی که در فصول بعد در مورد آن توضیح خواهیم داد ,در این لایه شکل می گیرد .  

۵) اگزوسفر یا برون‌سپهر (به انگلیسی: Exosphere)

اگزوسفر پنجمین و بیرونی‌ترین و آخرین لایه اتمسفر  می باشد . که از ارتفاع ۷۰۰ کیلومتری شروع شده و تا ۰۰۰ر۱۰کیلومتر ادامه پیدا می کند .
اگر چه ۱۰۰کیلومتری به عنوان مرز هوا و فضا تعریف می شود و اگر چه در این لایه فشار هوا عملا به صفر می رسد و فرق چندانی با خلابین سیاره ای ندارد ولی چون هنوز مقدار بسیار اندکی از  گازهای اتمسفر در این لایه قرار دارد این لایه را هم به عنوان یکی از لایه های جو زمین تعریف کرده اند . ترکیب اتمسفر در این لایه با ترکیب اتمسفر درسطح زمین بسیار متفاوت می باشد.گازهای این لایه شامل هیدروژن ,هلیم,دی اکسید کربن و اکسیژن تک اتمی می باشد.دمای هوا هم در این ناحیه بسیار بالا می باشد که ناشی از یونیزه شدن گازها می باشد .
اگر چه هیدروژن وهلیم نمی توانند در این لایه باقی بمانند و به فضای بین سیاره ای می گریزند ولی مرتب تولید و جایگزین می شوند از این رو همیشه مقدار بسیار اندکی هیدروژن و هلیم در این ناحیه وجود دارد .
هیدروژن و اکسیژن بر اثر تجزیه بخار آبی که از اتمسفر زمین به این ناحیه گریخته (بر اثر پرتوهای خورشیدی در این ناحیه آب تجزیه می شود) همچنین از بدام افتادن یون های هیدروژن ناشی از باد خورشیدی مرتب تولید می شود و هلیم هم بر اثر عملکرد پرتوهای کیهانی در ازت و فروپاشی عناصر رادیو اکتیو در سطح زمین تولید و به بالا می گریزد .
در این ناحیه ماهواره های بیشتری (ماهوارهای مدار پائین ) قرار دارند و به دلیل کمبود هوا و اصطکاک عمر بسیار بیشتری دارند (مدت بیشتری می توانند بدون تکیه بر موتورهای پیشران) درفضا بمانند .  
ولی به هر حال بدون موتورهای پیشران (که انرژی از دست رفته ماهواره را جبران می کند) نمی توانند تا ابد در مدار باقی بمانند .

 ۳- نقش و اهمیت لایه ازن

نظر به اهمیت لایه ازن بخاطر تاثیری که در چگونگی حمایت از حیات در روی زمین دارد در این قسمت در مورد لایه ازن توضیح مختصری می دهیم .
برای توضیحات کاملتر در مورد لایه ازن به مقاله “ لایه ازن “ از همین سایت مراجعه کنید .

۱) لایه ازن

بسیاری لایه ازن را یک لایه جداگانه در نظر می گیرند و نام آن را “ازن سپهر”  می نامند(ولی در بیشتر منابع لایه ازن جزئی از استراتوسفر است) بنابراین با در نظر گرفتن لایه ازن تعداد لایه های اتمسفر زمین به۶ لایه می رسد :
۱- ترپوسفر , ۲- ازن سپهر  , ۳- استراتوسفر  , ۴- مزوسفر  ,  ۵- ترموسفر  , ۶-اگزوسفر 

۲) تشکیل لایه ازن و خواص آن

ازن مولکول سه اتمی اکسیژن می باشد بر خلاف اکسیژن معمولی که از دو اتم تشکیل شده است (O2) ازن از سه اتم اکسیژن (O3) تشکیل شده است . اشعه ماورا بنفش موجود در نور خورشید وقتی به لایه ازن برخورد کرده ازن را تجزیه و به مولکول دو اتمی اکسیژن تبدیل کرده و اشعه ماوراء بنفش به اشعه مادون قرمز تبدیل می شود .
به این ترتیب لایه ازن با تبدیل اشعه خطرناک ماوراء بنفش به اشعه بی خطر مادون قرمز از ورود این اشعه به زمین که خطرات زیادی برای موجودات زنده دارد جلوگیری می کند .
برای مطالعه در مورد اشعه ماوراء بنفش به مقاله “امواج الکترو مغناطیس” از همین سایت مراجعه کنید

۳) نابودی لایه ازن

در سال ۱۹۳۰ ترکیبات جدیدی در آمریکا کشف شد که به نام کلروفلوئوروکربنها (سی‌اف‌سی‌ها) شناخته شد .
که به عنوان سرد کننده در وسائل برودتی به کار می رفت . این مواد بعد از آزاد شدن به لایه ازن راه پیدا کرده و اتم کلر آزاد کرده و اتم کلر به مولکول های ازن حمله کرده و باعث نابودی مولکول های ازن می شود . بدین گونه لایه ازن شروع به تخریب کرد .

۴) پیمان مونترال و جلوگیری از تخریب لایه ازن

 وقتی دانشمندان و سیاستمداران پی به تخریب لایه ازن (بخاطر موادی همچون CFC ها ) و خطراتی که بدنبال آن محیط زیست را تهدید می کند بردند به تکاپو افتادند و سرانجام در مونترال کانادا گرد هم جمع شدند و توافق نامه مونترال را امضا کردند و طی این توافق نامه استفاده از CFC ها و موادی که لایه ازن را تهدید می کند ممنوع کردند و در عوض از موادی مانندHCFC که خطر بسیار کمتری برای محیط زیست دارد استفاده کردند .
پیمان مونترال با شرکت بیش از ۱۹۷کشور جهان امضا شد و این کشورها متعهد شدند از مصرف موادی که لایه ازن را تخریب می کند جلوگیری کنند . پیمان مونترال یکی از موفق ترین پیمان های زیست محیطی بود و بعد از اجرای کامل این پیمان جهانیان شاهد ترمیم لایه ازن بودند . به طوری که طبق پیش بینی هواشناسان و همچنین ناسا حفره های ازن تا سال ۲۰۷۰ به طور کامل ترمیم می شود . به همین منظور روز ۱۶ سپتامبر ( ۲۵ شهریور ) به عنوان روز جهانی حفاظت از لایه اوزون نامگذاری شد ( توضیحات بیشتر در مقاله “لایه ازن “ )

۴- یونوسفر چیست و چه تاثیراتی دارد ؟

  در بین لایه های اصلی جو که شرح آن رفت لایه ای وجود دارد که خود از چندین لایه تشکیل شده است و نه به عنوان یک لایه مجزا بلکه به صورت لایه ای مابین لایه های دیگر گسترده شده است این لایه را ,لایه یونسفر می نامند و علت آن که به عنوان لایه ای مجزا در لایه های مختلف جو معرفی نشده این است که این لایه در واقع در داخل چندین لایه مختلف قرار دارد و عملکردش منحصر به فرد است (برای آشنائی با عملکرد این لایه به مقاله یون سپهر و امواج رادیوئی” از همین سایت مراجعه کنید ) از آنجائی که امواج رادیوئی بخشی ازامواج الکترومغناطیس می باشند قبل از آن بخش امواج الکترو مغناطیس” را حتما مطالعه کنید .
در اینجا فقط راجع به یونوسفرو نقش یونوسفر در مخابرات و انتشار امواج رادیوئی و دیگر کارکردهای آن توضیح کوتاهی می دهیم .
لایه یونوسفر از ارتفاع ۵۰ کیلومتری شروع و تا ۵۰۰ کیلومتری گسترده می شود . (یعنی درون لایه های مزوسفر و ترموسفر گسترده شده , البته دربعضی منابع از ارتفاع ۸۰ تا ۶۴۰ کیلومتری ذکر می شود که تماما درداخل مزوسفر قرار دارد) دریونوسفر هوا بشدت رقیق است و مولکول های نیتروژن و اکسیژن به صورت ذرات اتمی در آمده و بعد با ازدست دادن الکترون به صورت یون (اتمی که بار الکتریکی دارد) در می آیند. در این میان مقدار بسیار زیادی از اشعه های اشعه ایکس و ماوراء بنفش (بقیه اشعه های ماوراء بنفش توسط لایه ازن جذب می شود) را جذب کرده و مانع رسیدن آنها به زمین می شوند .
نقش این لایه به انعکاس امواج بلند رادیوئی مربوط می شود . یون های موجود در این لایه همانند آینه ای امواج بلندتر از ۱۵متر را منعکس کرده و بر می گردانند. چه امواجی که از روی سطح زمین به فضا تابانده شود و چه امواجی که از فضا به سمت زمین می آیند . از آنجا که بیشتر امواج رادیوئی ارسالی از فضا طول موج کمتر از ۱۵متردارند این لایه اختلالی در رسیدن طول موج های کیهانی ندارد برای بررسی طول موج های بلند رادیوئی ارسالی از فضا باید گیرنده های لازم را در فضا و خارج از لایه یونوسفر مستقر کرد .
لایه های یونوسفر به طور خلاصه از این قرارند :
۱- لایه D : این لایه در پائین ترین قسمت یونوسفر قرار گرفته است . ارتفاع این لایه از سطح زمین بین ۵۰ تا ۹۰ کیلومتر ( متوسط ۷۰ کیلومتر ) می باشد . و متوسط ضخامت آن ۱۰ کیلومتر می باشد . در طول روز فعال است و در طی شب از بین می رود .
۲-لایه E : ارتفاع  این لایه بین ۱۰۰ تا ۱۲۰ کیلومتر می باشد . در شب ضعیف شده ولی کاملا از بین نمی رود .
۳- لایه F : این لایه در طول روز به دو لایه F1وF2 تقسیم می شود و هردو کاملا فعالند ولی در شب با هم یکی شده و لایهۤ F را بوجود می آورند .
بنابراین در جمع لایه بونوسفر دو خاصیت مفید برای بشر و حیات بر روی زمین دارد .
اول : لایه یونوسفر با جذب اشعه های خطرناک ایکس و ماوراء بنفش که حیات را بر روی زمین تهدید می کنند نقش مهمی در حفظ حیات دارد .
دوم : لایه های یونوسفر با انعکاس امواج رادیوئی به انتشار و پخش این امواج که نقش مهمی در تمدن بشری دارد کمک شایانی می کند .

۵- فشار هوا

فشار حاصل تقسیم نیرو بر واحد سطح می باشد . این به این معنی است که هرچه نیروی بیشتری در سطح کمتری وارد شود فشار بیشتر است .
در مقاله “ فشار هوا “ به طور مفصل در مورد فشار هوا توضیح دادیم برای اطلاعات بیشتر می توانید به مقاله “فشار هوا “ از همین سایت مراجعه کنید .
در اینجا به طور مختصر در مورد فشار هوا توضیح می دهیم .

۱) واحد های فشار

 واحدهای مختلفی برای اندازه گیری فشار هوا وجود دارد که از این قرار است :  
۱- ۱) پاسکال(pa) : واحد اصلی فشار پاسکال (Pa) می باشد و آن عبارت است از نیروی یک نیوتنی که بر یک متر مربع وارد می شود پاسکال فشار کوچکی است از این رو از واحدهای کیلو و مگا پاسکال استفاده می کنند .
۲-۱)  اتمسفر(atm) :  فشار هوا در سطح دریا برابر یک اتمسفر در نظر گرفته می شود که برابر است با ۳۲۵ر۱۰۱ پاسکال می شود . این فشار برابر است با فشاری که یک وزنه ۱۰ تنی بر یک متر مربع وارد می کند .
۳-۱)بار (bar) : نظر به این که یک اتمسفر خیلی به ۰۰۰ر۱۰۰ پاسکال نزدیک است یک بار را دقیقا برابر ۰۰۰ر۱۰۰ پاسکال در نظر می گیرند که هم مضرب ده دهی از پاسکال باشد و هم به یک اتمسفر خیلی نزدیک باشد .
۴-۱) سانتیمتر جیوه و میلیمتر جیوه :  اگر یک لوله آزمایش را در یک ظرف شیشه ای غوطه ور کرده تا پر از جیوه شود و بعد آن را به گونه ای برگردانیم تا سر لوله داخل جیوه قرا بگیرد فشار هوا نمی گذارد تمام جیوه از لوله تخلیه شود و ارتفاع جیوه در درون لوله به یک مقدار مشخص (۷۶سانتی متر ) می رسد که این ارتفاع را بر حسب سانتیمتر یا میلیمتر به عنوان میلیمتر جیوه یا سانتیمتر جیوه واحد فشار درنظر می گیرند .
۵-۱) واحدهای دیگر فشار : تور , کیلوگرم نیرو بر سانتیمتر مربع و… واحدهای دیگر فشار می باشند .

۲) فشار هوا چگونه بوجود می آید ؟

هوائی که در اطراف زمین وجود دارد  وزن داشته و بر روی تمام اشیا اطراف خود نیرو وارد می کند . بنابر این نیروئی که وزن ستون هوا بالای سطح زمین بر اشیاء وارد می کند فشاری را تولید می کند که فشار هوا می نامیم .
مقدار فشار هوا در روی زمین تقریبا ۱۰۰ هزار پاسکال است ( ۳۲۵ر۱۰۱ ) و این یعنی در روی سطح زمین و در کنار دریا بر هر متر مربع از سطح زمین تقریبا نیروئی معادل  ۰۰۰ر۱۰۰نیوتن ( تقریبا  معادل وزنه ۱۰تنی) واردمی شود . این فشار را یک اتمسفر(atm) می نامند .

۳) چرا فشار هوا به ما صدمه نمی زند ؟

فشار هوا بر روی زمین مقدار بسیار عظیمی می باشد و با توجه به سطح بدن انسان نیروئی برابر وزن ۲ کامیون بر بدن انسان وارد می شود ولی ساختار بدن انسان ( و همینطور سایر جانداران ) جوری تکامل پیدا کرده که فشار داخل بدن ( همچنین داخل تک تک سلول ها ) با فشار هوای بیرون یکسان است از این رو فشاری که از بیرون به بدن وارد می شود برابر است با فشاری که از درون بر تمام بدن وارد می شود این دو نیرو همدیگر  را خنثی کرده و در نتیجه هیچ فشار اضافی به بدن وارد نمی شود .

۴) رابطه فشار هوا با ارتفاع

هر چه از سطح زمین بالاتر می رویم فشار هوا کمتر می شود . این به این معنی است که تراکم هوائی که در اطراف ما وجود دارد کم و کمتر می شود تا در فضا تقریبا به صفر می رسد . بنابر این فشار هوا در ارتفاعات کوهستان از فشار هوا بر روی سطح زمین و در سطح دریا به مراتب کمتر است .
به همین ترتیب هر چه بالاتر می رویم فشار هوا بسرعت کاهش می یابد تا در “استراتوسفر” (حدود ۲۰ کیلومتری سطح زمین ) کمتر از یکدهم فشار در سطح زمین می رسد و بعد در طبقات بالاتر جو  عملا به صفر می رسد تا به فضای تهی برسیم که هیچ فشاری وجود نداشته باشد(فضای تهی یاجائی است که هیچ گازی و ماده ای وجود نداشته باشد و فشار هوا صفر است) بر این اساس وسیله ای ساخته شده ( ارتفاع سنج ) که با توجه به فشار هوا ارتفاع نقاط را از سطح دریا اندازه می گیرند .

۵) آلتی متر یا ارتفاع سنج

 ارتفاع سنج یک وسیله بسیار مفید در جغرافیا و کوه نوردی و هوانوردی می باشد . بسیاری از کوه نوردان با استفاده از این وسیله ارتفاع قله هائی را که فتح کرده و نقاطی را که برای کوه نوردی به آنجا می روند اندازه گیری می کنند همچنین در صنعت هوانوردی هم کاربرد گسترده ای دارد .
ارتفاع سنج در نوع مکانیکی و دجیتال ساخته می شود ولی اساس و روش آن بسیار ساده است . کم شدن فشار هوا با ارتفاع ( شکل شماره  ۲ )  

 

 شکل شماره ۳- ارتفاع سنج 

۶) آزمایشات و پدیده های در ارتباط فشار هوا

در سال ۱۶۵۴(۱۰۳۳ خورشیدی ) اتوون گریکه (شهردار ماگدبورگ) در حضور نمایندگان و اعضای شورای شهر و مقامات برجسته آزمایشی ترتیب داد که در آن دو بین دو نیمکره برنجی واشر چرمی آغشته به روغن قرار داد و بهم وصل کرد و توسط پمپ تخلیه هوای بین دو نیمکره را تخلیه کرد . بعد به قلاب هائی که دو سر نیمکره ها بود طناب های محکمی بست و دو گروه اسب , هر گروه در ۴اسب قوی هیکل(جمعا ۸ اسب) نتوانستند دو نیمکره را از هم جدا کنند . این آزمایش نشان داد فشار هوا در سطح زمین چقدر زیاد است .
علاوه بر آزماش اتو ون گریکه آزمایشات زیاد دیگری وجود دارد که نشان می دهد در سطح زمین فشار هوا وجود دارد و مقدار این فشار چقدر زیاد است .
برای مطالعه مشروح این آزمایش ها و اطلاعات بیشتر به مقاله “فشار هوا مراجعه کنید .

۷) رابطه نقطه جوش آب و فشار هوا

هر چه فشار هوا بیشتر باشد نقطه جوش مایعات ( از جمله آب ) هم بیشتر می شود از طرفی هر چه ارتفاع از سطح دریا بیشتر باشد فشار هوا هم کمتر است . بنابراین نقطه جوش آب هم کمتر می شود . این توضیح می دهدکه چرا در ارتفاعات ( کوهنوردان این پدیده را تجربه کرده اند) آب در دمای کمتری به جوش می آید و غذا دیرتر می پزد .

۶- نقش جو زمین در محافظت از حیات

بدون وجود جو زندگی بر روی زمین امکان پذیر نبوده و نخواهد بود (نه زندگی گیاهی و نه زندگی جانوری ) این یک چیز کاملا مشخص و معلوم است در اینجا ابعاد مختلف این قضیه را به طور کامل بررسی می کنیم .

۱) جو زمین و گازهای موجود در آن

جو زمین از گازهائی تشکیل شده است که بدون آن حیات امکان پذیر نمی باشد . بی شک همه شما نقش اکسیژن و دی اکسید کربن را که برای حیات جانوری و گیاهی لازم است می دانید و لزومی به توضیح آن نیست .
حیات حداقل به آن صورتی که می شناسیم بدون وجود اکسیژن که ۲۱ درصد جو زمین را تشکیل داده است امکان پذیر نمی باشد .
دانشمندان برای برسی حیات بر روی سیارات مختلف ماوراء زمینی یکی از مهمترین عواملی که در نظر می گیرند وجود جوی با مقدار مناسب اکسیژن می باشد .

۲) جو زمین به عنوان وسیله ذخیره و تبادل گرما

یکی از فوائد وجود داشتن جو در هر سیاره ذخیره گرمای روز و استفاده از آن در شب است . خورشید هر روز به زمین تابیده و اشعه آن زمین را گرم می کند . جو زمین این گرما را در خود ذخیره کرده و در شب که خورشید غروب می کند به آرامی آن را به فضا بازتاب می کند و نمی گذارد که در روز دمای هوا به صورت وحشتناکی گرم شده و در شب بشدت سرد شود . علاوه برآن بعضی از نقاط تابش آفتاب شدیدتر است و هوا بشدت گرم می شود و برعکس بعضی نقاط تابش آفتاب کمتر و هوا بشدت سرد می شود . جو زمین با جابجائی هوا که به صورت باد آن را حس می کنیم این گرمای اضافی را جابجا کرده و تا حدودی هوا را متعادل می کند .
سیاراتی که جو ندارند در تابش آفتاب بشدت گرم و داغ می شوند و به محض غروب خورشید بشدت سرد می شوند . به عنوان مثال دمای ماه (که در مقیاس فضائی بسیار به زمین نزدیک است) در طول روز به ۱۲۳درجه می رسد ( که غیر قابل تحمل برای موجودات زنده است ) و در طول شب به ۱۵۳درجه زیر صفر می رسد ( که آن هم قابل تحمل نیست )
علاوه بر آن انتقال آب ( که مایه حیات و زندگی است ) از اقیانوس ها به خشکی های دور از دریا و اقیانوس و بارندگی و… همه به کمک جو و هوای موجود در آن امکان پذیر می باشد .

۳)حفاظت از اشعه های مرگبار فضائی

اشعه هائی که از خورشید به زمین می رسند همه برای زمین سودمند نیستند برای مثال اشعه ماوراء بنفش می تواند تاثیرات مخربی بر روی زمین داشته باشد و لایه ازن که یکی از لایه های جو می باشد این اشعه ها را جذب می کند.(برای مطالعه در مورد لایه ازن به مقاله “لایه ازن “ از همین سایت مراجعه کنید )
همچنین لایه های یونسفر هم نقش مهمی در جذب اشعه های خطرناک ایکس و ماوراء بنفش دارند که اگر این اشعه هابه زمین می رسیدند  امکان پیدایش حیات در زمین موجود نبود ( برای مطالعه در مورد یونسفر به “یون سپهر و امواج رادیوئی” مراجعه کنید )

۴) حفاظت از شهاب سنگ ها و اجرام خطرناک فضائی

یکی از مهمترین نقش های جو زمین حفاظت از زمین در مقابل شهاب سنگ ها و سنگ های بزرگ آسمانی می باشد . (مقاله “ شهاب سنگ “در این مورد در آینده منتشر می شود) وقتی یک سنگ آسمانی جذب جاذبه زمین شده و وارد جو می شود. براثر کشش زمین شروع به شتاب گرفتن می کند و مرتب بر سرعتش افزوده می شود. وقتی سنگ به جو زمین می رسد سرعتش بیشتر از ۱۱/۲ کیلومتر درثانیه می شود ( یعنی برابر سرعت فرار از زمین و ۴۰ برابر سرعت صوت) این سرعت بالاتر رفته و تا ۷۰ کیلومتر در ثانیه نیز می رسد. بنابراین بر اثر اصطکاک با جو لحظه به لحظه حرارتش بالاتر می رود درجه حرارت از ۲۰۰۰درجه هم فراتر می رود و براثر این حرارت بالا ذوب شده و شروع به سوختن می کند که از روی زمین به صورت شهاب دیده می شود .
بدین گونه بیشتر سنگ های آسمانی خطرناک در جو زمین سوخته و خاکستر می شوند و فقط تعداد اندکی سالم به زمین می رسند که شهاب سنگ نامیده می شوند . شهاب سنگی که سقوط می کند بعد از برخورد گودالی که ایجاد می کند ده ها برابر قطر شهاب سنگ است و می تواند خسارات وحشتناکی به بار بیاورد .
بدین ترتیب بیش از ۹۰درصد سنگ های سرگردان که به جو زمین وارد شده اند از بین می روند و جو زمین ما را در برابر خطرات برخوردهای شهاب سنگی حفظ می کند . اگر به سیاره ها و قمرهای فاقد جو نگاهی بیندازیم ( مانند ماه ) می بینیم که سطح آنها مملو از چاله های برخوردی می باشد .

۵) جو زمین در خدمت برقراری ارتباط رادیوئی

همانطور که گفته شد در جو زمین لایه ای به نام یونوسفر وجود دارد .
برای آشنائی با عملکرد این لایه به بخش یون سپهر و امواج رادیوئی مراجعه کنید .
لایه یونوسفر با انعکاس امواج رادیوئی نقش بسیار مهمی در ارتباطات رادیوئی دارد .

۶) محافظت از جو زمین

بدون جو امکان زندگی گیاهی و جانوری وجود ندارد . و حفظ و حراست از جو از وظائف همه انسان های روی زمین می باشد . نظر به اهمیت این بخش در قسمت بعد به طور کامل در مورد آن توضیح می دهیم .
نظر به این که مقاله های مرتبط با صدماتی که بشر به جو زمین زده ( آلوده کردن جو با آلاینده ها و گازهای گلخانه ای) در مقاله های محیط زیستی به طور کامل منتشر شده شما را به این مقالات که در همین سایت منتشر شده ارجاع می دهیم . ( لینک مقاله ها در قسمت بعد” ۷- لزوم محافظت از جو زمین” )
همچنین بخاطر اهمیت صنعت نفت در آزاد سازی گازهای گلخانه ای و سایر آلاینده ها به مقاله های در ارتباط با صنعت نفت هم مراجعه کنید . ( لینک مقاله ها در قسمت بعد” ۷- لزوم محافظت از جو زمین” )
توضیح تکمیلی ( شکل ۴ ) : طبق گزارش ها , در جریان بارش شهابی “ لئوئید “ که در سال ۱۸۳۳ رخ داد , ده هزار شهاب سنگ در هر ساعت و ده تا ۱۵ شهاب در هر ثانیه مشاهده شد .

 

 شکل شماره ۴ – اکثر شهاب سنگ ها قبل از برخورد با زمین از بین می روند

۷- لزوم محافظت از جو زمین

زمین خانه ماست . محل زندگی ماست.جو زمین نه تنها هوا و اکسیژن تنفسی ما را تامین می کند بلکه همچون چتری ما را از خطراتی که از فضا ما را تهدید می کند حفظ می کند آلوده کردن جو زمین به معنی نابودی زندگی و حیات بر روی زمین است . عوامل مختلفی جو زمین را تخریب و زندگی را بر روی زمین مورد تهدید قرار می دهند در اینجا تنها به چند مورد از اقداماتی که بشر انجام داده و هوا را آلوده و زندگی را دستخوش مخاطره قرار می دهد اشاره می کنیم .

۱) آلودگی هوا و وارد کردن آلاینده ها  به جو زمین

آلاینده ها موادی هستند که جو زمین را آلوده کرده و گازها و مواد سمی را وارد هوا می کنند . و زندگی را بر روی زمین مورد مخاطره می اندازند. ( مقاله “ آلودگی هوا “ در این مورد آینده منتشر می شود )

۲) ورود گازهای گلخانه ای و گرمایش زمین 

گازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن اگر چه در نگاه اول جزء آلاینده ها محسوب نمی شوند ولی نقش مخرب آنها در پدیده گرمایش زمین امروزه بر همه جهانیان آشکار شده است (مگر کسانی که بخاطر منافع خود چشم و گوش خود را بسته و این مسئله را انکار می کنند) پس یکی از مهمترین اقدامات بشر (حکومت ها , سیاستمداران , دانشمندان و… مردم عادی ) جلوگیری از ورود گازهای گلخانه ای می باشد .
برای مطالعه بیشتر در مورد نقش گازهای گلخانه ای و تلاش های انجام شده برای جلوگیری از انتشار آنها و این که چرا تلاش های بین المللی تا کنون برای کاهش گازهای گلخانه ای موفق نبوده می توانید به مقاله های زیر که در همین سایت منتشر شده است مراجعه کنید :
۱- ۲) مقاله  گرمایش زمین  “در این مقاله گرمایش زمین و خطرات آن را به طور مفصل توضیح می دهیم .
۱- ۲) مقاله  تاریخچه تعغیرات اقلیمیدر این مقاله ضمن مطالعه تاریخچه  گرمایش زمین در مورد این که چرا تلاش های جهانی برای جلوگیری از ورودگازهای گلخانه ای به جو بی تاثیر بوده توضیح می دهیم.
۱- ۳) مقاله  پیمان های زیست محیطیدر این مقاله در مورد پیمان ها و توافقاتی که بین دولت های مختلف برای جلوگیری از ورود گازهای گلخانه ای بسته شده توضیح می دهیم .

۳) لایه ازن و لزوم حفاظت از آن   

در قسمت “  ۳- نقش و اهمیت لایه ازن “  در همین مقاله در مورد لایه ازن و نقش آن و لزوم حفاظت از آن به طور مختصر توضیح دادیم و در مقاله “لایه ازن “ هم به طور مفصل در مورد لایه ازن توضیح دادیم ..

۴) ریز گردها

یکی از نتایج وارد کردن گازهای گلخانه ای و تخریب محیط زیست بحث ریز گردها می باشد که در مقاله “ریز گردها “ توضیح مفصل دادیم .

نکته : لینک کلیه مقالات در ارتباط با محیط زیست در صفحه “جمع بندی کلیه مقاله های محیط زیست – فصل اول” آمده با کلیک روی آن ( نوشته آبی ) می توانید به کلیه مقالات دسترسی داشته باشید .

۸- هوا و فضا (تفاوت های هوا و فضا )  

تا ارتفاع مشخصی از سطح زمین را که هوا پوشانده است را هوا می نامند و بعد از آن را فضا می نامند در اینجا می خواهیم تفاوت هوا و فضا را شرح بدهیم .

۱) فضای تهی ( خلا )

 عمده تفاوت هوا و فضا در فضای تهی است . در روی زمین هوا وجود دارد و همانطور که گفته شد هوا فشار دارد . ولی هرچه به طبقات بالاتر هوا صعود کنیم این فشار بسرعت کاهش می یابد تا در فضا تقریبا به صفر می رسد در فضای بین سیاره ای و ستاره ای خلا و فضای تهی حاکم است و این عمده تفاوت فضا و هوا می باشد .
نکته : اگر فضا را هر چیزی در نظر بگیریم که از مرز فضا بالاتر باشد هزاران میلیارد سیاره و ستاره و… در جهان هم جزئی از فضا به حساب می آیند روی بسیاری از آنها هم اتمسفری با فشار بیشتر یا کمتر و بسیاری هم ممکن است با اتمسفری برابر زمین (حتی با ترکیباتی بسیار مشابه زمین)وجود داشته باشند.
بنابراین آنچه به عنوان فضای تهی مطرح می باشد فضای بین سیاره ای و یا ستاره ای و کهکشانی می باشد نه در همه جای فضا

۲) دنیای بدون جاذبه

 نیروی جاذبه زمین همه چیز را در روی زمین نگه داشته و ما شاهد پدیده هائی هستیم که در فضای بین ستاره ای و…شاهد آن نیستیم . البته جاذبه زمین تا ده ها و صدها  هزار کیلومتر بالاتر از جو ادامه دارد ولی بسرعت کاهش می یابد و ما در فواصل بسیار دور از زمین (و هر جرم بزرگ دیگر) شاهد دنیای بدون جاذبه هستیم .
نکته :  باز هم تاکید می کنم در فضای بین سیاره ای و به دور از منابع جاذبه  , و گرنه در مجاورت سیارات بزرگ و ستارگان و اجرام بزرگ سماوی میزان جاذبه بسیار بیشتر و سهمگین تر از زمین می باشد به طوری که روی سطح بعضی از اجرام شدت جاذبه به ده ها و هزاران و میلون ها و…. برابر سطح زمین می رسد .

۳) اشعه های فضائی

 جو زمین و کمربند مغناطیسی آن ما را از بسیاری از اشعه های خطرناکی که از خورشید و سایر نقاط فضا می آیند محافظت می کند راجع به این موضوع در قسمت ” ۶- نقش جو زمین در محافظت از حیات  “به طور مفصل توضیح دادیم .


شکل شماره ۵ – لباس مخصوص باز آلدرین در مأموریت آپولو ۱۱

در فضا چیزی که جلو این اشعه ها را بگیرد وجود ندارد بنابراین فضانوردانی که به فضا می روند باید بتوانند خود را در مقابل این تابش ها محاظت کنند.(در مقاله “ لباس های فضائی “در آینده به این موضوع خواهیم پرداخت)

۴) اجرام خطرناک کیهانی

 علاوه بر اشعه های خطرناک فضائی در خارج از زمین چیزی که بتواند جلو شهاب سنگ ها و اشیاء خطرناک را بگیرد وجود ندارد ولی این اشیاء در حجم بسیار کوچکی وجود دارند زیرا بقیه فضا تهی است .

۹- هوا و فضا (انواع تعاریف در مورد مرز هوا و فضا) 

از زمین که بلند شویم ابتدا وارد هوا می شویم و بعد که بالاتر برویم به جائی می رسیم که مرز هوا و فضا از آنجا شروع می شود . در واقع هیچ مرز مشخصی بین هوا و فضا وجود ندارد از این رو تعاریفی که در مورد مرز هوا و فضا می شود مختلف و متنوع است در اینجا به سه مورد اشاره می کنیم .

۱) خط کارامان ( یا کارمن )

طبق تعریف فدراسیون هوانوردی خط کارمن ( ارتفاع ۱۰۰ کیلومتری ) مرز بین هوا و فضا می باشد . در مورد خط کارامان به طور مفصل در قسمت بعد توضیح می دهیم .

شکل شماره  ۶ – زمین از ارتفاع ۱۰۰ کیلومتری خط کارمن

۲) مرز بین مزوسفر و ترموسفر

بجز خط کارمن تعاریف دیگری هم برای مرز فضا و هوا در نظر گرفته شده است . یکی از این تعاریف مرز بین مزوسفر و ترموسفر می باشد . یعنی ارتفاع ۸۰ کیلومتری  از سطح زمین 
طبق تعریف رسمی ایالات متحده آمریکا فردی که قادر باشد در ارتفاعی بیش از ۸۰ کیلومتر از سطح زمین پرواز کند، مفتخر به کسب عنوان فضانورد خواهد شد. این ارتفاع جایی است که لایه مزوسفر Mesosphere تمام می‌شود.

۳) مرز ۱۲۰ کیلومتری از سطح زمین

 بسیاری از مهندسان طراح هوافضا، هنگام طراحی و یا شبیه‌سازی بازگشت اجرام به جو زمین، گذر از ارتفاع ۱۲۰ کیلومتری را عبور از مرز فضا به جو می‌شناسند. سرعت بسیار زیاد اجسام در بازگشت به جو دلیل تفاوت دیدگاه این دسته از مهندسان با گروه اول و دوم است.
آنها معتقدند در سرعتهای بسیار زیاد، جو رقیق فاصله بین ارتفاع ۱۲۰ تا ۱۰۰ کیلومتری، هم پسای اتمسفری ( نیروی مقاومت هوا ) قابل توجهی تولید می‌کند. بنابر این مرز ۱۲۰ کیلومتری مناسب تر است تا ۱۰۰ کیلومتری با این حساب سه نوع مرز برای تفکیک هوا و فضا وجود دارد .
 مرز بین مزوسفر و ترموسفر ( ارتفاع ۸۰ کیلومتری ) , خط کارمن ( ارتفاع ۱۰۰ کیلومتری ) , خط مهندسان طراح هوا فضا ( ارتفاع ۱۲۰کیلومتری )

۱۰- خط کارامان یا کارمن (Karman Line)

خط کارامان یکی از مهمترین مرزها بین هوا و فضا می باشد برای این که در مورد خط کارامان توضیح بدهیم ابتدا در مورد یک اصطلاح نجومی به نام سرعت مداری توضیح می دهیم .

۱) سرعت مداری

سرعت مداری (به انگلیسی: Orbital speed) داشتن سرعتی کافی برای یک سیاره، یا ماهوارهٔ مدارگرد طبیعی یا مصنوعی‌است که سبب باقی‌ماندن آن در مدار بر گرد مرکز یا پایهٔ گرانشی خود؛ که معمولاً جرم بزرگ‌تری است، می‌شود. اینرسی موجود در آن جرم در حال حرکت، گرایش آن را به حرکت در یک خط مستقیم متمایل می‌کند، در حالی که نیروی گرانش موجود نیز می‌کوشد که آن را به سوی پایین بکشد. در نتیجه، مسیر مدار، که می‌تواند بیضوی یا دایره‌ای باشد، نشان دهندهٔ تعادل بین گرانش و اینرسی است .
بسیاری اوقات منظور از سرعت مداری حداقل سرعت جسم چرخنده می باشد که در این صورت مدار باید دایره کامل باشد .

شکل شماره  ۷ – سرعت مداری

۲) محاسبه سرعت مداری

در اینجا برای محاسبه سرعت مداری حداقل سرعت را محاسبه می کنیم . بنابراین مدار را دایره می گیریم .
برای ماهواره ای که دور زمین می چرخد در صورتی که نیروی گریز از مرکز با نیروی جاذبه ای که زمین به ماهواره وارد می کند برابر باشد . ماهواره در مدار می ماند پس شرط اصلی این است F1=F2  حال فرمول ها را می نویسیم

۳) تئودوره فون کارمان

تئودوره فون کارمان (به مجاری: Theodore von Kármán) (زاده ۱۱ مه ۱۸۸۱در بوداپست، مجارستان – درگذشته ۷ مه ۱۹۶۳در آخن، آلمان) فیزیکدان و مهندس هوانوردی اتریشی-مجاری-آمریکایی بود. از او به عنوان یکی از پیشگامان آیرودینامیک مدرن و مهندسی هوانوردی و پدر علم پرواز فراصوتی یاد می‌شود.

شکل شماره  ۸ – تئودوره فون کارمن

۴) خط کارمان چیست ؟

طبق تعریف فدراسیون هوانوردی خط کارمن ( ارتفاع ۱۰۰ کیلومتری ) مرز بین هوا و فضا می باشد . زیرا اولا نیروی مقاومت هوا (نیروی پسا) به صفر می رسد و ثانیا سرعتی که یک هواپیما لازم دارد تا نیروی برا ( بالا برنده درهواپیما ) تولید کند از سرعت مداری یک ماهواره در همان ارتفاع بیشتر می شود . حال این دو مورد را دقیق تر بررسی می کنیم .
۱-  صفر شدن مقاومت هوا : در این ارتفاع غلظت جو بقدری کاهش پیدا می کند که می توان از نیروی مقاومت هوا ناشی از حرکت اجسام پرنده در هوا صرف نظر کرد بنابر این مقاومت هوا دیگر انرژی اجسام پرنده (نظیر هواپیما) را تلف نمی کند و جسم پرنده برای جبران انرژی تلف شده نیازی به مصرف انرژی ندارد .
۲ – سرعت لازم برای نیروی برا ( بالا رونده ) : یکی از این نیروهائی که به هواپیمای درحال پرواز وارد می شود نیروی بالا رونده (نیروی برا ) می باشد هرچه غلظت جو بیشتر باشد هواپیما برای تامین نیروی “برا “ لازم برای غلبه بر وزن خودش سرعت کمتری لازم دارد . و هر چه غلظت جو کمتر باشد هواپیما سرعت بیشتری لازم دارد . تا نیروی بالارونده لازم را تولید کند .
در این ارتفاع (خط کارمن) یک هواپیما باید به سرعت مداری یک ماهواره در همان ارتفاع برسد تا نیروی “برا – بالا برنده “ برای جلوگیری از سقوط هواپیما تولید شود . در این حالت هواپیما دیگر به عنوان یک جسم پرنده نامیده نمی شود بلکه به عنوان یک ماهواره در مدار قرار خواهد گرفت ( زیرا به سرعت مداری می رسد ) . و احتیاجی به کارکرد موتورها نیز ندارد زیرا در این ارتفاع  غلظت هوا بقدری کم است که عملا نیروی مقاومت هوا وجود ندارد پس این ارتفاع نقطه مناسبی برای مرز هوا و فضا می باشد .
معنی این گفته این است که در ارتفاع پائین تر حداقل سرعت هواپیما برای باقی ماندن در هوا از سرعت ماهواره ای که در همان ارتفاع در مدار می چرخد کمتر است ولی در این ارتفاع سرعت هواپیما با ماهواره برابر می شود و عملا هواپیما به ماهواره تبدیل می شود .
برای مطالعه در مورد نحوه پرواز هواپیما و نیروهای وارد شده به هواپیما به مقاله “داستان پرواز ,۴- هواپیما   , شکل شماره ۳۳) که از همین سایت منتشر شده مراجعه کنید .  

۱۱– تاریخچه تکامل جو

در اینجا داستان تکامل جو را شرح می دهیم باید بدانیم جوی که هم اکنون زمین ما دارد همیشه به همین صورت نبوده و در طی دوران های مختلف تعغیر کرده است . جو زمین در سه مرحله تکامل پیدا کرده است که در اینجا مراحل هر کدام را جداگانه شرح می دهیم .

۱) جو نخستین زمین

کره زمین و منظومه شمسی در حدود ۴/۶ میلیارد سال پیش بوجود آمدند . در همان موقع که زمین از بهم پیوستن سنگ هائی که درمدار کنونی زمین گرد خورشید می چرخیدند بوجود آمدسطحی بسیار داغ و مذاب داشت .
عناصر و مواد سنگین به درون زمین رفتند و هرچه بیشتر در اعماق ماندند و مواد سبک و بیشتر گازهائی که مواد اولیه زمین را شکل دادند در روی زمین باقی مانده و پوسته زمین و جو زمین را شکل دادند و طبیعتا گازهای هیدروژن و هلیم (که فراوانترین عناصر در طبیعت هستند ) گرد زمین را فرا گرفتند . و زمین مذاب همانند اکثر سیارات گازی جوی مملو از هیدروژن و هلیم داشت.بنابراین جو اولیه زمین هیدروژن و هلیم بود.  

۲) جو دوم  زمین

زمین به اندازه سیارات گازی بزرگ نبود و جاذبه اش آنقدر قوی نبود که بتواند جوی مملو از هیدروژن و هلیم را در اطراف خود نگاه دارد (بخصوص که در آغاز آفرینش زمین مذاب و درجه حرارت سطح و جو آن نیز بسیار بالا بود ) بنابراین ملوکول های هیدروژن و هلیم از سطح زمین گریختند . و جوی برای زمین باقی نگذاشتند .
اگر وضع به همین صورت می ماند زمین نمی توانست جوی داشته باشد ولی درحدود ۳/۵ تا ۲/۷ میلیارد سال پیش در حالی که زمین هنوز مذاب بود وپوسته ای هم که تازه تشکیل شده بود ترد و شکننده بود , در همان زمانی که برخورد شهاب سنگ ها بشدت ادامه داشت (دوران بمباران های سنگین ) و زمین و فضای اطراف زمین دوران ملتهبی را می پیمود . گازهائی که در دل زمین حبس شده بودند فشار زیادی وارد آورده و پوسته شکننده و خشک زمین را شکافته و همراه با مقادیر عظیمی دود و غبار و مواد مذاب از دل زمین بیرون آمدند .
امروزه هم گازهائی که هنوز در دل زمین وجود دارند گاه گاهی نقاطی از پوسته را که ضعیف تر هستند شکافته و مواد مذاب (ماگما ) و گاز و غبار را بیرون می ریزند و سبب اصلی حرکات تکنونیک (حرکات پوسته زمین) و زلزله و آتشفشان و کوه زائی می شوند . در آن زمان آتشفشان ها بسیار بیشتر از امروز بود (صدها و هزاران برابر) که البته با ضخیم شدن پوسته زمین تعداد آتشفشان ها مرتب کم و کمتر شده و می شود .
آتشفشان ها همراه خود گازهائی همچون بخار آب و دی اکسید کربن و آمونیاک و نیتروژن و مونوکسید کربن به جو زمین وارد کردند . بنابراین جو دوم ترکیبی از گازهای منوکسید کربن و دی اکسیدکربن و آمونیاک بود. جاذبه زمین آنقدر قوی بود که این گازها را در اطراف خود نگه دارد بنابراین مولکول های این گازها نتوانستند از جو زمین بگریزند

  

 شکل های شماره ۹ و ۱۰ – زمین در مراحل اولیه خلقت 

۳) از جو دوم تا جو سوم ( روند افزایش اکسیژن )

بعد از خروج گازهائی که جو دوم را شکل دادند ابتدا مقدار کمی از بخار آب به لایه ای بالائی صعود کرده و تحت تاثیر اشعه ماوراء بنفش شکسته شده و به اکسیژن و هیدروژن تبدیل شده که اکسیژن در جو مانده و هیدروژن فرار می کند . همچنین بقیه آبی که تجزیه نشده در تشکیل دریاها و اقیانوس های زمین مشارکت می کند .
حدود ۳۰۰ تا ۴۰۰ میلون سال بعد از شکل گیری جو دوم در حالی که آتشفشان ها هنوز بشدت فعال بودند و  گازهای محبوس را وارد جو زمین می کردند برخوردهای شهاب سنگی هم با شدت هر چه بیشتر ادامه داشت . نظریه غالب بر این است که شهاب سنگ ها و دنباله دارها که در داخل خود مقادیر عطیمی آب به صورت یخ داشتند در برخورد با زمین این آبها را وارد زمین کردند و اتمسفر را با بخار آب اشباح کردند از این رو بارندگی های عظیمی شروع شد که میلون ها سال ادامه پیدا کرد , آب ها کم کم در زمین جمع شدند و دریاها و اقیانوس ها شکل گرفتند . هچنین بارندگی ها مقادیر عظیم دی اکسید کربن و آمونیاک را وارد آب کردند , سیلاب ها مواد معدنی و مغذی را از سطح زمین جمع کرده و به داخل دریاها و اقیانوس ها بردند و زمین آماده شکل گیری حیات شد . و این درحالی بود که هنوز برخوردهای شهاب سنگی و آتشفشان ها ادامه داشت .
در درون دریاها و اقیانوس های جوان اولین موجودات و میکرو ارگانیزم ها شکل گرفتند . موجودات و میکرو ارگانیزم های شکل گرفته شده , تک سلولی این توانایی را داشتند.که از راه های بسیار گوناگون و متنوعی و در سخت ترین حالت ها انرژی کسب کنند .
در حدود ۲/۲ میلیارد سال پیش یک نوع باکتری چند سلولی  به نام “ پرکاریوت ها “همچنین (سیانوباکتری ها -جلبک‌های سبزآبی ) ، بوجود آمدند که قادر بودند بر روی ترکیبات کربن دار عمل فتوسنتز (تبدیل دی اکسید کربن و آب به اکسیژن و قند ) انجام داده و گاز اکسیژن تولید کنند . بدین گونه روند تولید اکسیژن شروع شد.اکسیژنی که آزاد شد در ابتدا شروع به حل شدن در درون اقیانوس ها و دریاها  کرد و صرف اکسید کردن عناصر و مواد موجود در دریاها شد . بنابراین مدت ۵۰۰ الی ۶۰۰ میلون سال طول کشید تا اکسیژن آهسته آهسته , از کف دریاها و اقیانوس ها به جو زمین راه پیدا کند . کشف سیانوباکترها در سنگ‌های آهک ۳/۵ میلیارد ساله نشان می‌دهد که سیانوباکترها در آن زمان وجود داشته‌اند. در ابتدا که دریاها و اقیانوس ها تازه شکل گرفته بود بخاطر وجود دی اکسید کربن وبخار آب رنگ دریاها و اقیانوس ها سبز بود ولی با مصرف دی اکسید کربن و آزاد شدن اکسیژن رنگ آب دریاها و اقیانوس ها هم کم کم به رنگ آبی در آمد .
همان‌گونه که ذکر شد، در جو اولیه زمین مقدار زیادی آمونیاک هم موجود بود که به سرعت با اکسیژن آزاد شده واکنش می‌داد. باکتری‌ها هم تمایل به جذب آمونیاک داشتند. البته باید توجه داشت بیشتر نیتروژن موجود در جوّ امروزی زمین، ناشی از تجزیه شیمیایی گازهای آمونیاکی است که از دهانه آتشفشان‌ها در طول اعصار مختلف حیات زمین، بیرون آمده است (گاز آمونیاک در اثر تابش نور خورشید تجزیه شده و نیتروژن آزاد می کند )

 ۴) جو سوم زمین ( جو کنونی )

با پدید آمدن لایه ازن و شتاب هر چه سریع‌تر رشد و نمو گیاهان و فرایندهایی که ذکرشد، آهسته آهسته جوّی با شرایط کنونی یا جو سوم زمین شکل گرفت. این جو از اکسیژن و نیتروژن تشکیل شد. مطالعات بر روی حباب‌های هوایی که از حدود ۲۰۰ تا ۲۵۰ میلیون سال پیش باقی مانده‌اند، نشان داده است که مثلا در آن زمان حدود ۳۵ درصد جوّ زمین اکسیژن و مابقی بیش‌تر نیتروژن بوده است. از آن‌جا که اکسیژن همواره تمایل دارد تا در واکنش‌های شیمیایی شرکت کند، در طول اعصار مختلف مقدار آن کمتر شده است.
بنابراین اکسیژن موجود درجو کنونی زمین بعد از پدید آمدن میکرو ارگانیزم ها و گیاهانی که عمل فتوسنتز انجام می دادند پدید آمد . و نیتروژن هم از تجزیه آمونیاک که در جو دوم زمین موجود بود پدید آمد . آمونیاک در آن زمان حجم عظیم و درصد بالای جو زمین را شکل داده بود و چون مولکول های آمونیاک ناپایدارند و در هوا شکسته می شوند نیتروژنی که امروزه نزدیک ۷۸ درصد جو زمین را شکل داده همه از تجزیه آمونیاک بوجود آمد .
گاز آرگون در اتمسفر زمین تا حدود ٪۱ موجود است. بیشتر این حجم آرگون، آرگون-۴۰ است که از واپاشی پتاسیم-۴۰ در جو بر اثر پرتوهای کیهانی تولید شده‌است. در جهان، آرگون-۳۶ بسیار فراوان‌تر از آرگون-۴۰ است. زیرا از محصولات سنتز هسته‌ای ستاره‌ای در ابرنواخترها می‌باشد.

شکل شماره  ۱۱ – سیانو باکتری ها اولین موجودات فتوسنتز کننده

شکل شماره ۱۲ – جلبک های سبز آبی از اولین فتوسنتز کننده ها هستند .

۱۲– آینده جو زمین

جو زمین مرتب در حال تعغیر می باشد . یکی از گازهائی که در جو زمین تعغیر می کند اکسیژن است . اکسیژن جو زمین مرتب در حال کاهش می باشد .

۱) تعغیر اکسیژن جو زمین

دانشمندان با اندازه گیری مقدار اکسیژن در ۸۰۰ هزار سال گذشته نشان دادند که میزان این گاز طی این مدت ۷/ درصد کاهش یافته است و این صرف نظر از پدیده گازهای گلخانه ای می باشد . آنها هنوز هیچ دلیلی برای این کاهش اکسیژن پیدا نکردند ولی برای این پدیده حدس های مختلفی وجود دارد
در حالت عادی اکسیژن وضعیتی پویا دارد یعنی مقدار اکسیژنی که جانوران مصرف می کنند و به دی اکسید کربن تبدیل می کنند دوباره توسط گیاهان به اکسیژن تبدیل می شود و مقدار آن باید در جو زمین ثابت بماند ولی بخاطر بعضی عوامل مختلف این مقدار ثابت نیست و تعغیر می کند .

۲) عواملی که مقدار اکسیژن را تعغیر می دهد

عوامل مختلفی مقدار اکسیژن را تعغیر می دهد یکی از آنها صخره های سیلیکاتی است . این صخره ها در زمان فرسایش مقدار زیادی اکسیژن مصرف می کنند . بنابراین هر موقع به دلائل زمین شناسی نرخ فرسایش شتاب بیشتری بگیرد رسوبات بیشتری در معرض اکسید شدن قرار می گیرند و مصرف اکسیژن افزایش می یابد .
با خنک شدن اقیانوس ها، انحلال پذیری اکسیژن در آب افزایش می یابد، در نتیجه کربن آلی بیشتری در دریاها اکسید شده و بنابراین O2 کمتری به جو باز خواهد گشت.

۳) گازهای گلخانه ای و دخالت انسان

فعالیت انسان و ورود گازهای گلخانه ای میزان دی اکسید کربن را در جو افزایش داده و مقدار اکسیژن کاهش می یابد . برای مطالعه در مورد پدیده گرم شدن زمین و اثر گلخانه ای به مقاله “گرمایش زمین  “ مراجعه کنید .

۴) دانشمندان چگونه هوای دوران های پیش را اندازه گرفتند ؟

در اعماق یخ های قطبی مقدار زیادی “حباب هوا “ از صدها هزار سال و میلون ها سال پیش محبوس شده اند.دانشمندان با نمونه برداری از عمق یخ های قطبی و تجزیه هوای آن می توانند ترکیبات آن را بدقت تعیین کرده و درصد هوای زمان ها گذشته را بدست آورند . همچنین با تعیین درصد ایزوتوپ های مختلف اکسیژن و  نیتروژن سن حباب حبس شده را هم تعیین کنند .

۵) جو زمین در آینده دور  

جدای از گازهای گلخانه ای که حیات را در زمین تهدید می کند جو زمین در آینده دور تعغیر می کند . یکی از گازهائی که میزان آن تعغیر می کند . اکسیژن می باشد که مرتب مصرف می شود و مصرف آن بیشتر از تولید آن می باشد بنابر این درصد آن کاهش می یابد ولی سایر گازهای جو هم در گذر زمان تعغیر می کنند. در پایان عمر خورشید که به غول قرمز تبدیل می شود زمین نه تنها همه اتمسفر خود را ازدست می دهد بلکه تمام آب اقیانوس ها و دریاها هم از دست می رود.

برای مطالعه سایر مقاله های نجومی روی شکل زیر کلیک کنید.

برای مطالعه مقاله های روانشناسی اینجا  را کلیک کنید .

عکس های طبیعت, طبیعت خوانسار , شکوفه های بهاری  , گلستان کوه ,دانلود آلبوم های کامل بهترین و زیباترین عکس ها ,آلبوم هائی با صدها عکس کیفیت بالا ,  در هیچ کجای اینترنت این عکسها را پیدا نمیکنید , عکس هابدون استفاده از تکنیک های فتوشاپ تهیه شده , کاملا طبیعی 

برای آموزش کامل و حرفه ای گوگل مپ روی شکل زیر کلیک کنید

همه جیز در مورد گوگل مپ

۱) هر گونه اظهار نظر را در فرم اظهار نظر کاربران وارد کنید .
۲) نظرات بعد از تایید مدیریت نشان داده می شود .
۳) با انتقادات و پیشنهادات سازنده خود ما را هرچه بیشتر  همراهی کنید . مدیریت از انتقادات و پیشنهادات سازنده شما استقبال میکند .
۴) نوشته های قرمز پر رنگ ارجاع به لینک هستند که هنوز لینک آنها قرار داده نشده است ( هنوز صفحه آنها منتشر نشده است )
۵) نوشته های آبی پر رنگ ارجاع به لینک هستند که لینک آنها قرار داده شده است ( صفحه آنها منتشر شده است )
۶) هرگونه بهره برداری : کپی تمام و یا قسمتی از مطالب این سایت بدون ارجاع منبع آن ممنوع می باشد .
۷) تکثیر فایل های Pdf با ذکر منبع آزاد ولی فروش آن تحت هر عنوان و با ذکر منبع هم ممنوع می باشد.

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *