شگفتی‌های جوّ زمین

جوّ شگفت‌انگیز زمین، سیاره آبی‌رنگ و سومین عضو سامانه خورشیدی، در حقیقت پوشش گازی پیرامون سیاره قابل سکونت ماست که به «هوا» معروف است و با نیروی گرانی زمین نگه‌ داشته شده است. ترکیب هوای خشک در تراز دریا عبارت است از: نیتروژن 78.08 درصد، اکسیژن 20.95 درصد، آرگون0.93 درصد، دی‌اکسید کربن 0.03 درصد، نئون 0.0018 درصد، هلیوم 0.0005 درصد، کریپتون 0.0001 درصد و زنون 0.00001 درصد. افزون بر بخارآب در جاهایی از هوا ترکیبات سولفور، پراکسید هیدروژن، هیدروکربورها و نیز ذره‌های غبار وجود دارد. در چند ده سال اخیر هم آلاینده‌های فراوان دیگر می‌توان یافت. امروزه هر فرد مطلع از امور کره زمین می‌داند که خلاف ترکیبات مفید جوّ مانند اکسیژن که برای سکونت‌پذیر‌کردن زمین و بقای انسان و حیوانات ضروری است، بیشتر آلاینده‌های محصول صنایع ایجادشده مشکلات زیست‌محیطی پدید آورده‌اند.
جوّ دارای چهار لایه متمایز است، با مرزهای نادقیق. پایین‌ترین تراز جوّ که بیشترین پدیده‌های «وضع هوا» در آن رخ می‌دهد «وردسپهر» نام دارد. ارتفاع این تراز از هفت کیلومتر در قطبین زمین تا 28 کیلومتر در استوا متغیر است. در این لایه با افزایش ارتفاع دما کاهش می‌یابد. لایه بعدی «پوش‌سپهر» نام دارد که ارتفاع آن به حدود 50 کیلومتر می‌رسد. در این لایه دما با تقریبی مناسب ثابت است. بالای لایه پوش‌سپهر تا زیر لایه «گرم‌سپهر»، لایه «میان‌سپهر» قرار دارد. در میان‌سپهر با صعود در ارتفاع دما پایین می‌آید و در جایی به نام مزوپاوز یا «میان‌ایست» به کمینه مقدار خود می‌رسد. اطلاعات ماهواره‌ای لایه میان‌سپهر را بسیار خشک نشان می‎‌دهند؛ اما در ماه‌های تابستان رد بسنده بخار آب دیده می‌شود. شاهد عینی آن ‌هم ابرهای معروف به شب‌درخش نقره - آبی‌فام در نزدیکی ‌میان‌ایست است. از لای میان‌سپهر، یعنی لایه میانی جوّ گرم‌سپهر آغاز می‌شود. به زبان دیگر از ارتفاع 85 کیلومتری میان‌ایست شروع و تا ارتفاع 500 کیلومتری زیر برون‌سپهر گسترده است و یون‌سپهر را شامل می‌شود. در گرم‌سپهر دما با افزایش ارتفاع بالا می‌رود و در نقطه «گرم‌ایست» تا هزارو 500 درجه سانتی‌گراد می‌رسد. پدیده‌های این ناحیه شهاب‌ها و شفق‌ها هستند. در یون‌سپهر که درون گرم‌سپهر قرار گرفته، دما به‌شدت بالاست و ترکیب آن بسیار متفاوت است. از ارتفاع حدود صد کیلومتر و بالاتر بیشترین اکسیژن هوا به اتم‌ها شکسته می‌شود. از حدود ارتفاع 150 کیلومتر درصد اندازه نیتروژن به صفر می‌رسد. در یون‌سپهر گازها بر اثر جذب تابش خورشید یونیده‌اند. این پدیده امکان می‌دهد که گسیل‌های رادیویی خم سطح زمین را دور بزنند و این گاز یونیده برای پاره‌ای از طول‌موج‌ها نقش «بازتابگر» را ایفا می‌کند. یون‌سپهر به سه لایه تقسیم می‌شود: لایه D در حدود 50 تا 90 کیلومتر است و غلظت الکترون‌های آزاد آن کم است و موج‌های رادیویی بسامد پایین را بازمی‌تاباند. لایه E، 90 تا 150 کیلومتر است که آن را «لایه هویساید» یا «لایه هویساید- کنلی» نیز می‌گویند؛ زیرا وجود آن را اُلیور هویساید و آرتور کنلی به ‌طور مستقل کشف کردند. این لایه موج‌های رادیویی متوسط را بازمی‌تاباند. لایه F از 150 تا هزار کیلومتر بوده و به سبب اینکه سِر ادوارد آپلتون آن را کشف کرد، «لایه آپلتون» نیز نامیده می‌شود. این لایه پر از الکترون‌های آزاد و برای گسیل‌های رادیویی بسیار سودمند است. طول‌موج‌های میان هشت میلی‌متر تا 20 متر را یون‌سپهر بازنمی‌تاباند و به فضای بیرون فرار می‌کنند؛ بنابراین برای گسیل‌های تلویزیونی که این موج‌ها را به کار می‌برند، برای بازتاب یا گرفت، تقویت و بازگسیل باید از ماهواره‌ها استفاده کنند. از ارتفاع حدود 400 کیلومتر تا دوردست‌ترین ناحیه جوّ را بیرون از جوّ به شمار آورده و آن را «برون‌سپهر» می‌نامند.
از ارتفاع بالای 500 کیلومتر جوّ به‌تدریج رقیق ‌شده و وارد فضای میان‌سیاره‌ای می‌شویم؛ بنابراین در برون‌سپهر چگالی ذرات جوّ خیلی کم است. برای مثال در ارتفاع هزار‌کیلومتری تنها 1057.3 ذرّه در هر سانتی‌متر مکعب وجود دارد. این مقدار را مقایسه کنید با 10192.5 در تراز دریا. در چنین شرایطی برخورد میان ذره‌ها خیلی کمیاب است.
در علم هواشناسی جوّ آزاد بخشی از جوّ زمین است که لایه مرزی سیاره است. با اثر مالش سطح زمین قابل‌چشم‌پوشی است بر روی حرکت هوا. جایی که به ‌طور معمول هوا را شاره آرمانی در نظر می‌گیرند.
جوّ زمین سرشار از شگفتی است و پیش‌بینی رفتار آن نیازمند محاسبات پیچیده و رایانه‎های پرتوان محاسباتی. رفتار جو تأثیر مستقیم بر زندگی روزمره مردم و حتی اقتصاد کشورها دارد. حتی سرنوشت جنگ‌ها نیز با رفتار جوّ تغییر کرده است. نمونه بارز آن زمین‌گیر‌شدن ارتش آلمان در خاک شوروی است. امروزه در بیشتر دانشگاه‌های دنیا رشته هواشناسی وجود دارد و حتی در مواردی دانشجویان رشته‌هایی نظیر فیزیک، ژئوفیزیک و زمین‌شناسی این امکان را دارند تا درس اختیاری هواشناسی را بگذرانند.

جوّ شگفت‌انگیز زمین، سیاره آبی‌رنگ و سومین عضو سامانه خورشیدی، در حقیقت پوشش گازی پیرامون سیاره قابل سکونت ماست که به «هوا» معروف است و با نیروی گرانی زمین نگه‌ داشته شده است. ترکیب هوای خشک در تراز دریا عبارت است از: نیتروژن 78.08 درصد، اکسیژن 20.95 درصد، آرگون0.93 درصد، دی‌اکسید کربن 0.03 درصد، نئون 0.0018 درصد، هلیوم 0.0005 درصد، کریپتون 0.0001 درصد و زنون 0.00001 درصد. افزون بر بخارآب در جاهایی از هوا ترکیبات سولفور، پراکسید هیدروژن، هیدروکربورها و نیز ذره‌های غبار وجود دارد. در چند ده سال اخیر هم آلاینده‌های فراوان دیگر می‌توان یافت. امروزه هر فرد مطلع از امور کره زمین می‌داند که خلاف ترکیبات مفید جوّ مانند اکسیژن که برای سکونت‌پذیر‌کردن زمین و بقای انسان و حیوانات ضروری است، بیشتر آلاینده‌های محصول صنایع ایجادشده مشکلات زیست‌محیطی پدید آورده‌اند.
جوّ دارای چهار لایه متمایز است، با مرزهای نادقیق. پایین‌ترین تراز جوّ که بیشترین پدیده‌های «وضع هوا» در آن رخ می‌دهد «وردسپهر» نام دارد. ارتفاع این تراز از هفت کیلومتر در قطبین زمین تا 28 کیلومتر در استوا متغیر است. در این لایه با افزایش ارتفاع دما کاهش می‌یابد. لایه بعدی «پوش‌سپهر» نام دارد که ارتفاع آن به حدود 50 کیلومتر می‌رسد. در این لایه دما با تقریبی مناسب ثابت است. بالای لایه پوش‌سپهر تا زیر لایه «گرم‌سپهر»، لایه «میان‌سپهر» قرار دارد. در میان‌سپهر با صعود در ارتفاع دما پایین می‌آید و در جایی به نام مزوپاوز یا «میان‌ایست» به کمینه مقدار خود می‌رسد. اطلاعات ماهواره‌ای لایه میان‌سپهر را بسیار خشک نشان می‎‌دهند؛ اما در ماه‌های تابستان رد بسنده بخار آب دیده می‌شود. شاهد عینی آن ‌هم ابرهای معروف به شب‌درخش نقره - آبی‌فام در نزدیکی ‌میان‌ایست است. از لای میان‌سپهر، یعنی لایه میانی جوّ گرم‌سپهر آغاز می‌شود. به زبان دیگر از ارتفاع 85 کیلومتری میان‌ایست شروع و تا ارتفاع 500 کیلومتری زیر برون‌سپهر گسترده است و یون‌سپهر را شامل می‌شود. در گرم‌سپهر دما با افزایش ارتفاع بالا می‌رود و در نقطه «گرم‌ایست» تا هزارو 500 درجه سانتی‌گراد می‌رسد. پدیده‌های این ناحیه شهاب‌ها و شفق‌ها هستند. در یون‌سپهر که درون گرم‌سپهر قرار گرفته، دما به‌شدت بالاست و ترکیب آن بسیار متفاوت است. از ارتفاع حدود صد کیلومتر و بالاتر بیشترین اکسیژن هوا به اتم‌ها شکسته می‌شود. از حدود ارتفاع 150 کیلومتر درصد اندازه نیتروژن به صفر می‌رسد. در یون‌سپهر گازها بر اثر جذب تابش خورشید یونیده‌اند. این پدیده امکان می‌دهد که گسیل‌های رادیویی خم سطح زمین را دور بزنند و این گاز یونیده برای پاره‌ای از طول‌موج‌ها نقش «بازتابگر» را ایفا می‌کند. یون‌سپهر به سه لایه تقسیم می‌شود: لایه D در حدود 50 تا 90 کیلومتر است و غلظت الکترون‌های آزاد آن کم است و موج‌های رادیویی بسامد پایین را بازمی‌تاباند. لایه E، 90 تا 150 کیلومتر است که آن را «لایه هویساید» یا «لایه هویساید- کنلی» نیز می‌گویند؛ زیرا وجود آن را اُلیور هویساید و آرتور کنلی به ‌طور مستقل کشف کردند. این لایه موج‌های رادیویی متوسط را بازمی‌تاباند. لایه F از 150 تا هزار کیلومتر بوده و به سبب اینکه سِر ادوارد آپلتون آن را کشف کرد، «لایه آپلتون» نیز نامیده می‌شود. این لایه پر از الکترون‌های آزاد و برای گسیل‌های رادیویی بسیار سودمند است. طول‌موج‌های میان هشت میلی‌متر تا 20 متر را یون‌سپهر بازنمی‌تاباند و به فضای بیرون فرار می‌کنند؛ بنابراین برای گسیل‌های تلویزیونی که این موج‌ها را به کار می‌برند، برای بازتاب یا گرفت، تقویت و بازگسیل باید از ماهواره‌ها استفاده کنند. از ارتفاع حدود 400 کیلومتر تا دوردست‌ترین ناحیه جوّ را بیرون از جوّ به شمار آورده و آن را «برون‌سپهر» می‌نامند.
از ارتفاع بالای 500 کیلومتر جوّ به‌تدریج رقیق ‌شده و وارد فضای میان‌سیاره‌ای می‌شویم؛ بنابراین در برون‌سپهر چگالی ذرات جوّ خیلی کم است. برای مثال در ارتفاع هزار‌کیلومتری تنها 1057.3 ذرّه در هر سانتی‌متر مکعب وجود دارد. این مقدار را مقایسه کنید با 10192.5 در تراز دریا. در چنین شرایطی برخورد میان ذره‌ها خیلی کمیاب است.
در علم هواشناسی جوّ آزاد بخشی از جوّ زمین است که لایه مرزی سیاره است. با اثر مالش سطح زمین قابل‌چشم‌پوشی است بر روی حرکت هوا. جایی که به ‌طور معمول هوا را شاره آرمانی در نظر می‌گیرند.
جوّ زمین سرشار از شگفتی است و پیش‌بینی رفتار آن نیازمند محاسبات پیچیده و رایانه‎های پرتوان محاسباتی. رفتار جو تأثیر مستقیم بر زندگی روزمره مردم و حتی اقتصاد کشورها دارد. حتی سرنوشت جنگ‌ها نیز با رفتار جوّ تغییر کرده است. نمونه بارز آن زمین‌گیر‌شدن ارتش آلمان در خاک شوروی است. امروزه در بیشتر دانشگاه‌های دنیا رشته هواشناسی وجود دارد و حتی در مواردی دانشجویان رشته‌هایی نظیر فیزیک، ژئوفیزیک و زمین‌شناسی این امکان را دارند تا درس اختیاری هواشناسی را بگذرانند.