اقیانوسی از هوا بنام آتمسفر زمین را احاطه کرده است که در واقع ته این اقیانوس جائی است که ما در آن زندگی میکنیم و سطح معینی از آن معلوم نیست چون هر چه از زمین فاصله میگیریم ترکیب این جو تغییر میکند و رقیق میشود ولیکن به کلی خالی نمیشود.
اینک از پائین یعنی سطح زمین لایهها را بترتیب بررسی میکنیم.
90 کیلومتر اول که هوموسفر نام دارد و با وجود کاهش فشار و رقیق شدن هوا ترکیب شیمیائی و نسبت در صد اختلاط گازهای موجود در آن ثابت میباشد.
گازهای ثابت موجود در هوا:
1. گاز ازتN
2. گاز اکسیژنO
3. گاز آرگن
که بترتیب ازت (نیتروژن) تقریباً 78% و اکسیژن 21% و آرگن 94/0% هوا را تشکیل میدهند. گاز نیتروژن از گازهای غیر فعال هوا محسوب میشود (تعدادی از باکتریهای مخصوص موجود در خاک آنرا پس از تبدیل به ترکیبات نیتراتی وارد گیاهان میکنند)
گاز اکسیژن از گازهای فعال و برای سوختن لازم میباشد.
گاز آرگن در مجموع گازهای بیاثر قرار گرفته است (گازهای بیاثر عبارتند از: آرگن، نئون، هلیوم، هیدروژن، گزنون و کریپتن.)
گازهایی هم در هوا هستند که نسبت آنها تغییر میکند مثل بخار آب و دی اکسید کربن.
گازهایی نیز وجود دارند که فقط در بعضی قسمتهای هوا دیده میشوند. مثل اکسیدهای گوگرد و ترکیبات آمونیاک. هوا همواره حاوی ذرات بسیار ریز گرد و غبار نیز هست که درصد آن نسبت به محل و ارتفاع، تفاوت میکند.
از ارتفاع 90 کیلومتری به بالا نسبت اختلاط گازها ثابت نمیماند و هرچه به سمت بالا برویم گازهای سبکتر فراوانتر میشوند. (قابل ذکر است که: لایه ها کاملاً مجزا نیستند.)
تقسیم بندی لایههای هوا بر اساس ترکیب شیمیایی
لایه اوزن: اگرچه مقدار این لایه کم است ولی در ارتفاع 30 تا 35 کیلومتری زمین دیده میشود، و با توجه به اینکه مانع از رسیدن تشعشعات ماوراء بنفش خورشید به سمت زمین میگردد از اهمیت زیادی برخوردار است و به آن اوزونسفر هم میگویند.
عموماً ابرها در تروپوسفر تشکیل میشود و تغییرات وضع هوا همه مربوط به این لایه است و لایه تروپوسفر سنگینترین قشر هواست.
تقسیم بندی هوا بر اساس دما
تقسیمبندی هوا بر اساس هدایت الکتریکی:
از ارتفاع 65 تا 1000 کیلومتری سطح زمین را بر اساس هدایت الکتریکی یونوسفر نامیدهاند. یونوسفر هوائی بسیار رقیق دارد بطوری که در آغاز آن فشار هوا شاید مقدار فشار در سطح دریا میباشد. در واقع اشعه ماورای بنفش خورشید اتمهای نیتروژن و اکسیژن را بمباران میکند و باعث خروج الکترون از آنها میگردد. این یونها و الکترونهای آزاد در ارتفاعات مختلف لایههایی ایجاد میکند که آنها را با حروف اختصاری D و E و F1 و F2 نامگذاری نمودهاند که سه لایه E و F1 و F2 امواج را منعکس میکنند (مثل آینه).
لایه D به جای انعکاس، امواج رادیوئی را جذب میکند ولی در شب از بین میرود و لایه E هم ضعیف میشود لذا در شب ایستگاههای رادیوئی دور دست را بهتر میتوان دریافت کرد. البته انفجاراتی که گاهی در سطح خورشید رخ میدهد به میزان یونیزه بودن گازهای لایه D میافزاید و بدین صورت باعث اختلال در ارتباط رادیوئی میشود.
ماگنتوسفر: خارجیترین لایه هوا است که حاوی ذرات پروتون بوده و عمدتاً تحت تأثیر میدان مغناطیسی زمین قرار میگیرد.
دمای هوا: منبع اصلی دمای یا بهتر است بگوئیم گرمای هوا، خورشید است و مقدار آن بر حسب ارتفاع، تغییرات شبانهروزی و تغییرات سالیانه و تغییرات مکانی متغییر است.
دمای هوا (در هوای صاف) ساعت 2 بعد از ظهر به حداکثر میرسد و حدود 4 صبح در حداقل قرار میگیرد. گرمترین محل در دره مرگ واقع در کالیفرنیا با ˚57 و کمترین دما یا سردترین در سیبری برابر˚69- میباشد. اگرچه حرارت خورشید تا به زمین برسد کاهش پیدا میکند ولی در نهایت آن را گرم میکند و 35% گرما از آن منعکس میشود.
اثر گلخانهای زمین: زمین پس از گرم شدن، انرژی حرارتی خود را بصورت تشعشع حرارتی (یا تشعشع با طول موج بالا) به اطراف پخش می کند ولی بخار آب و گاز CO2 که نسبتاً در برابر امواج حرارتی کمتر قابل نفوذ هستند آنرا جذب و مانع از خروج این تشعشعات به سمت خارج جو میشوند که وجود ابر و رطوبت زیاد آنرا تشدید میکند و این در واقع اثر گلخانهای میباشد.
فشار هوا: فشار هوا در هر نقطه عبارت از نیروئی است که هوا به واحد سطح در آن نقطه اعمال میکند. فشار هوا در سطح دریا برابر است با 76 سانتیمتر جیوه که معادل یک کیلوگرم بر سانتیمتر مربع است و به آن یک آتمسفر میگویند. البته مقصود از فشار هوا فشار هوای ساکن است.
فشار در طول شبانه روز تغییراتی دارد. از ساعت 4 تا 10 صبح اضافه و از 10 تا 16 کاهش و دوباره از 16 تا22 افزایش و از 22 تا 4 صبح کاهش مییابد. همچنین در طول فصول در قارهها فشار در زمستان افزایش و در تابستان کاهش یافته و در اقیانوسها عکس این حالت اتفاق میافتد.
بخار آب در اتمسفر: وقتی آب تبخیر میشود، مولکولهای آب خود به صورت جزئی از ترکیبات اتمسفر درمیآیند و هر چه مقدار آنها در واحد حجم هوا زیادتر باشد میگوئیم فشار بخار آب بیشتر است و هرگاه مقدار آنها با مقدار فشاری که از درون آب مولکولها را به خارج میفرستد برابر شود میگوئیم به حد اشباع رسیده و عمل تبخیر متوقف میشود. درجه اشباع بخار آب در هوای گرم دیرتر حاصل میشود.
چنانچه قبلاً گفتیم بخار آب موجود در هوا باعث گرم نگاه داشتن هوای اطراف میشود که با توجه به این نکته جاهایی مثل کویرها چون بخار آب کمتری دارند تفاوت هوای روز و شب آنها بسیار زیاد است.
رطوبت مطلق: جرم بخار آب موجود در واحد حجم مشخص را رطوبت مطلق میگویند.
رطوبت نسبی: نسبت بین مقدار رطوبت در هوا را بر حداکثر مقدار رطوبتی که در آن دما هوا میتواند در خود نگه دارد، رطوبت نسبی میگویند.
توده هوا: قسمت بزرگی از ترپوسفر است که در آن دما و رطوبت در قسمتهای مختلف مقاطع افقی آن یکنواخت توده هوا نامیده میشود. تودههای هوایی که اغلب در کشور ما ملاحظه میشوند عبارتند از سرد و مرطوب، سرد و خشک، گرم و مرطوب یا گرم و خشک است که از قسمتهای مختلف اروپا یا آسیا به این منطقه میرسند.
جبهة هوا: از برخورد توده هوای سرد و گرم جبهه تشکیل میشود.
ابر و مِه: ابر و مه را میتوان بعنوان قطرات ریز آب یا یخ معلق تعریف کرد. البته زمانی که میزان بخار آب موجود در هوا نسبت به درجه حرارت ممکن به حد اشباع رسید تولید مه میشود و به همین علت با وجود خورشید میزان دما تغییر کرده پس مِه محو میشود ضمناً ابر در قسمت بالا و مه در قسمت پائین تشکیل میشود.
ابرها از نظر شکل به سه گروه لایهای (استراتوس)، تودهای (کومولوس) و پر مانند (سیروس) تقسیم میشوند. ابری که مشخصات دو گروه را داشته باشد بنام دو گروه خوانده میشود. مثل سیروکومولوس همچنین اگر ابری در ارتفاعی بیش از ارتفاع معمولی دیده شود در جلو نام آن پیشوند آلتو قرار میدهند و اگر قدرت بارندگی داشته باشد در جلو آن پسوند نیمبوس را بکار میبرند.
برف: اگر بخار آب موجود در هوا در دمای زیر صفر درجه به مایع تبدیل شود یخ میزند و بلور کوچک برف را تشکیل میدهد.
تگرگ: عبارت از ذرات آب متبلوری است که گاهی دارای شکل منظم است. تگرگ معمولاً از ابرهای کومولونیمبوس میبارد.
نمونه سؤالات فصل دو
1. هوا کره را تعریف کنید و گازهای ثابت موجود در هوا را نام ببرید.
2. تقسیم بندی لایههای هوا را بر اساس ترکیب شیمیایی شرح دهید.
3. تقسیم بندی لایههای هوا را بر اساس هدایت الکتریکی شرح دهید.
4. لایه اوزن چیست و اهمیت آن را توضیح دهید.
5. اثر گلخانهای را بطور خلاصه توضیح دهید.
6. تغییرات فشار هوا در یک نقطه و در طول شبانه روز چگونه است؟
7. تقسیمبندی ابرها را از نظر شکل شرح دهید.
8. رطوبت نسبی هوا چیست؟
9. انواع تودههای هوا که اغلب در کشور ما وجود دارد را نام برده و بنویسید اگر بخار آب موجود درهوا کم باشد در مقدار برودت و گرما چه اثری میگذارد؟
10. بنویسید چرا امواج رادیوئی دوردست در هنگام شب، بهتر دریافت میشوند؟
نمونه تستهای فصل دو
1- اولین لایه هوا که نزدیک سطح زمین است، کدام است؟
الف) هوموسفر (کره همگن)
ب) تروپوسفر
ج) هتروسفر (کره ناهمگن)
د) استراتوسفر
2- گازهای ثابت موجود در هوا عبارتند از:
الف) گاز ازت، گاز آرگن، گاز فرئون
ب) گاز ازت، گاز اکسیژن، گاز آرگن
ج) گاز فرئون، گاز اکسیژن، گاز آرکن
د) گاز اکسیژن، گاز ازت، گاز فرئون
3- گازهائی که نسبت آنها در هوا متغیر است، کدامند؟
الف) ازت، بخار آب، دی اکسیدکربن
ب) ازت، بخار آب
ج) بخار آب، دی اکسیدکربن
د) دی اکسیدکربن وازت
4- اثر گلخانهای چیست؟
الف) انعکاس اشعه گرمایی زمین توسط ابرها
ب) انعکاس
ج) جذب نمودن گرمای منعکس شده از زمین، توسط بخار آب و گاز دی اکسیدکربن(CO2) موجود در هوا
د) مانع شدن از رسیدن تشعشات ماوراء بنفش خورشید به زمین و جذب گرمای خورشید توسط اوزونسفر
5- سطح جدا کننده استراتسفر و مزوسفر، چه نام دارد؟
الف) ترومسفر
ب) استراتوپوز
ج) مزوپوز
د) تروپوپوز
6-لایههای هوا بر اساس تقسیمبندی مبتنی بر دما، به ترتیب از سطح زمین بطرف ارتفاع بیشتر عبارتند از:
الف) هوموسفر، تروپوسفر، استراتوسفر، تروموسفر
ب) تروپوسفر، استراتوسفر،مزوسفر، ترموسفر
ج) تروپوسفر، مزوسفر، ترموسفر
د) هوموسفر، تروپوسفر، استراتوسفر
7- کدام گزینه صحیح نیست؟
الف) اشعخ ماورای بنفش خورشید اتمهای نیتروژن و اکسیژن را بمباران میکند و باعث خروج الکترون از آنها میگردد که این یونها و الکترونهای آزاد در ارتفاعات مختلف لایههایی را ایجاد میکنند.
ب) لایههای ایجاد شده توسط بمباران اشعه ماورای بنفش خورشید از اتمهای نیتروژن و اکسیژن ایجاد میشوند به نامهای D و E وF1 و2 F که نسبت به جذب و انعکاس امواج رادیوئی در روز به یک شکل عمل میکنند.
ج) انفجاراتی که در سطح خورشید رخ میدهد با افزایش خاصیت یونیزه بودن لایه D باعث اختلال در ارتباط رادیوئی میشود.
د) در شب لایه D از بین میرود و لایه E هم ضعیف میشود لذا دریافت امواج رادیوئی دوردست بهتر است.
8- وقتی تفاوت دو دماسنج در رطوبت سنج خشک و تر زیاد باشد نشانه چیست؟
الف) رطوبت نسبی 100 درصد است.
ب) رطوبت نسبی صفر است.
ج) هوا خشک است.
د) دما به نقطه شبنم رسیده است.
9- براساس کدام گزینه لایههای هوا را به دو قسمت هوموسفر و هتروسفر تقسیمبندی میکنند؟
الف) تغییر دما
ب) تغییر ترکیب شیمائی
ج) تغییرات فشار
د) ویژگیهای مغناطیسی
10- فشار در کنار دریا معادل ......... و به آن اتمسفر میگویند.
الف) یک کیلوگرم بر سانتیمتر مربع
ب) 9800 نیوتن
ج) 760 سانتیمتر جیوه
د) 6/7 سانتیمتر جیوه
11- کدام گزینه درست نیست.
الف) ابرها از نظر شکل به سه گروه لایهای (استراتوس)، تودهای (کومولوس) و پر مانند (سیروس) تقسیم میشوند.
ب) در نامگذاری ابرها اگر ابری مشخصات دو گروه را داشته باشد به نام دو گروه خوانده میشود.
ج) در نامگذاری ابرها اگر ابری در ارتفاع بیش از ارتفاع معمولی باشد جلوی نام آن پیشوند آلتو و اگر قدرت بارندگی داشته باشد در جلوی آن پسوند بیمبوس بکار میبرند.
د) تگرگ عبارت است از ذرات آب متبلوری که همیشه شکل منظم دارد و معمولاً از ابرهای کومولوسیروس میبارد.
12- این تعریف کدام رطوبت میباشد؟ جرم بخار آب موجود در واحد حجم مشخص هوا
الف) رطوبت مطلق
ب) رطوبت نسبی
ج) رطوبت عمقی
د) رطوبت سطحی
13- خارجیترین لایه هوا که حاوی ذرات بروتون میباشد چه نام دارد؟
الف) تروموسفر
ب) هتروسفر
ج) ماگنتوسفر
د) یونوسفر
14- لایه اوزونسفر:
الف) همان لایه اوزون است.
ب) در ارتفاع 30 تا 35 کیلومتری زمین دیده میشود.
ج) مانع از رسیدن تشعشعات ماوراء بنفش خورشید است.
د) هر سه مورد صحیح است.
15- کدام گزینه صحیح نیست.
الف) مه که قطرات ریز آب یا یخ معلق در هواست وقتی میزان بخار آب در هوا نسبت به درجه حرارت ممکن به حد اشباع رسید تولید میشود و با شدت یافتن گرمای نور خورشید محو میشود.
ب) توده هوا، قسمت بزرگی امترپوسفر است که در آن دما و رطوبت در قسمتهای مختلف از مقاطع افقی آن یکنواخت است و بر خورد تودههای هوای سرد و گرم جبهه به وجود میآورد.
ج) مه همان تودهی هواست که درهوای خشک بر اثر تبخیر و اثر گلخانهای ایجاد میشود و به نور خورشید ارتباطی ندارد بلکه با ارتفاع مرتبط است.
د) تودههای هوائی که اغلب در کشور ما ملاحظه میشود عبارتند از: سرد و مرطوب، سرد و خشک، گرم و مرطوب.