أقسام الغلاف الجوي

الفهـــــــــــــــــــــــرس


مـــــــــقدمة:


الغلاف الجوي هو الهواء المحيط
بالأرض:


يعتبر الضغط الجوي و الرياح من
عناصر المناخ و الطقس :


أقسام الغلاف الجوي:


1- طبقة التروبوسفير


2- طبقة الأستراتوسفير


3- طبقة الميزوسفير


4- طبقة الثرموسفير


الملوثات الطبيعية والصناعية :


الملوثات
الرئيسة :


الملوثات
الثانوية :


الإشعاع و التلوث الإشعاعي:


ظاهرة
النشاط الإشعاعي:


الأشعة الكونية :


الأشعة
الكونية الأولية:


الأشعة
الكونية الثانوية


الأشعة الشمسية :


تأثير التلوث الجوي على طبقة
'ثقب' الأوزون:


النتائج
المتربة عن تلوث وفقدان طبقة الأوزون:











مقدمة:


يتكون الغلاف
المحيط بالكرة الأرضية من غازات متنوعة تساهم أساسا في وجود الحياة على كوكبنا.


الغلاف
الجوي هو الهواء المحيط بالأرض:



*هو غلاف غازي يحيط
بالكرة الأرضية يتشكل من عدة طبقات دقيقة لحماية سطح الأرض أي الكرة الأرضية و
يساعد الكائنات الحية على استمرارية الحياة.


* يتكون الغلاف
الجوي من طبقات أساسية هي : طبقة التروبوسفير ، الستراتوسفير ، الميزوسفير ،
الإينوسفير


* تختلف الحرارة من
منطقة لأخرى و من فترة لأخرى، وتقاس درجات الحرارة بالدرجات المئوية (سيلسيوس)^°C كما
يعتبر المدى الحراري فرقا بين الحرارة الدنيا و العليا


* و تتشكل النطاقات
المناخية من : منطقة حارة، منطقة معتدلة شمالية، منطقة معتدلة جنوبية، منطقة
متجمدة شمالية، و منطقة متجمدة جنوبية


* تختلف كميات
التساقطات من منطقة لأخرى و من شهر لآخر ، و تقاس كميات التساقطات ب: mm بواسطة الممطار


يعتبر
الضغط الجوي و الرياح من عناصر المناخ و الطقس :


* الضغط الجوي هو الثقل الذي يحدثه الهواء على سطح الأرض، و يتم قياسه
بالمليبار(mb)
أو الهيكتوباسكال(hPa) و
هو إما منخفضB أو مرتفع A و ينتقل الهواء من الضغط الجوي المرتفع إلى الضغط
الجوي المنخفض وهو ما يمثل الرياح التي تقاس سرعتها بالأنيمومتر.


* يتشكل سطح الأرض من 3 مناطق مناخية كبرى
هي: المنطقة القطبية الباردة، المنطقة المعتلة، و المنطقة ما بين المدارية الحارة.


أقسام الغلاف الجوي:

من الصعب تحديد الامتداد الرأسي للغلاف الجوي تحديداً دقيقاً، ويرجع
ذلك إلى عدم وجود حدود فاصلة تميز بين كل من النهايات العليا في الجو من ناحية،
وبداية الفضاء الخارجي Outer Space الذي يقع خلفه من ناحية أخرى، وعلى أساس
الاختلاف الرأسي في درجات الحرارة ومكونات الغلاف الجوي وأنواع غازاته، قسم
العلماء الغلاف الجوي إلى الطبقات التالية:
1- طبقة
التروبوسفير Troposphere

وهي الطبقة التي تعلو سطح الأرض مباشرة، ويبلغ سمكها حوالي 12 كيلومتراً، وتؤلف هذه الطبقة حوالي ثلاثة أرباع وزن
الغلاف الجوي، وتتميز بأنها أكثر طبقات الجو اضطراباً، لاسيما القطاع الأسفل منها،
والذي يبلغ سمكه حوالي ثلاثة كيلومترات. وتحدث فيه معظم الظواهر الجوية التي تتحكم
في توزيع المناخ على سطح الأرض.

ومن بين مميزات طبقة التروبوسفير، أن درجة الحرارة تنخفض فيها
انخفاضاً تدريجياً وشبه منتظم مع الارتفاع عن سطح الأرض، وذلك بمعدل درجة مئوية
واحدة لكل 100 متر (في الهواء الجاف) إلى
أن تبلغ درجة الحرارة 21 ْ تحت الصفر
إلى 27 ْ تحت الصفر، في القسم الأعلى من التروبوسفير والذي
يُعرف باسم طبقة التربوبوز . Tropopause وتتعرض الأطراف العليا من طبقة التروبوسفير
لتيارات هوائية شديدة السرعة، يُطلق عليها اسم التيارات النفاثة Jet Streams .
2- طبقة الأستراتوسفير Stratosphere

حينما تثبت درجة الحرارة بالارتفاع، تبدأ طبقة الاستراتوسفير، التي
تقع فوق التروبوسفير، ويصل ارتفاعها إلى 80 كيلومتراً
من سطح البحر. وتتميز هذه الطبقة بتخلخل هوائها إلى حد كبير، ويتضح ذلك إذ علمنا
أن 90% من وزن الغلاف الجوي ينحصر في العشرين كيلومتراً
السفلى منه (أي في منطقة التروبوسفير) إضافة إلى الثمانية كيلومترات السفلى من
طبقة الأستراتوسفير.
ويتركز غاز الأوزون Ozone في الغلاف الجوي في طبقة الأستراتوسفير، لا سيما في جزئها المحصور
بين 15 إلى 45 كيلومتراً
فوق سطح البحر، وهو الجزء الذي يُطلق عليه الأوزونوسفير Ozonosphere. ويمتص غاز الأوزون في هذا الجزء معظم الأشعة فوق البنفسجية، التي
ترسلها الشمس نحو الأرض، وبالتالي يقل أثرها على أنواع الحياة على سطح الأرض، إذ
لا يصل منها سوى نسبة قليلة قد تقضي على الجراثيم، ولكنها لا تضر بالنبات
والحيوان. كما يُساعد امتصاص غاز الأوزون لهذه الأشعة على ارتفاع درجة حرارة
الهواء في نطاق الأوزونوسفير.
3- طبقة
الميزوسفير Mesosphere

تقع هذه الطبقة فيما وراء الأطراف العليا لطبقة الأستراتوسفير،
ويفصلهما طبقة تعرف بطبقة الاستراتوبوز Stratopause .وتتميز طبقة الميزوسفير بارتفاع درجة حرارة
الهواء في قسمها السفلي ، ثم تنخفض بالتدريج مع الارتفاع إلى أعلى النهايات العليا
للطبقة المعروفة باسم طبقة الميزوبوز Mesopause .

ويرجع الفضل إلى هذه الطبقة الهوائية في حدوث عمليات احتراق الشهب
والنيازل الساقطة من الفضاء الخارجي والمتجهة إلى سطح الكرة الأرضية.






4- طبقة الثرموسفير Thermosphere

أكدت الدراسات الميتورولوجية الحديثة للطبقات العليا من الغلاف الجوي
بأن هواء طبقة الثرموسفير يتميز بارتفاع درجة حرارته .

ويطلق على القسم الأسفل من طبقة الثرموسفير اسم طبقة الأيونوسفير Ionosphere، أو طبقة الأثير، وتبعد أطرافها السفلي عن سطح البحر بنحو 80 كيلومتراً، واستطاع العلماء تحديد أبعاد هذه الطبقة
بفضل تركز الجزئيات الأيونية فيها Ionized Particles، وأثرها على انعكاس الموجات اللاسلكية والكهرومغناطيسية.
وينتج عن الإلكترونات، التي تصاحب سقوط الأشعة الشمسية في طبقة الأيونوسفير، حدوث
ما يعرف باسم الفجر القطبي أو الأورورا Aurora Borealis ، في النصف الشمالي من الكرة الأرضية، وباسم الفجر أو الوهج القطبي
الجنوبي أو الأسترالي Aurora Australis، في النصف الجنوبي من الكرة الأرضية. ويرجع سبب هذا الوهج أو
الأضواء إلى حدوث اضطرابات كهربائية في طبقة الأيونوسفير، ينتج عنها تكوين تيارات
ضوئية تبدو على هيئة خيوط أو ستائر مضيئة تتدلى نحو سطح الأرض.


الملوثات الطبيعية والصناعية :


من أهم المصادر الطبيعية
للتلوث الجوي العواصف الرملية والغبارية حيث يتعرض الاردن للأحوال الخماسينية في
فصل الربيع والتي تنتج عن وصول المنخفضات الخماسينية عبر ساحل شمال افريقيا من
جنوب جبال اطلس في الجزائر، وهناك مصادر طبيعية للتلوث الجوي مثل ملوثات الاشعاعات
الطبيعية في الغلاف الغازي مثل الأشعة الكونية، والنظائر المشعة الطبيعية المحمولة
في دقائق الهواء .


الملوثات الرئيسة :


* الجسيمات العالقة(TSP) :هي
الجسيمات الصلبة والسائلة العالقة بالهواء وقطرها أقل من 100 ميكرون . من
مصادر هذا الملوث بالإضافة الى الاغبرة المثاره طبيعياً : النقل ، حرق الوقود في
المصادر الثابتة ، الصناعات، حرائق الغابات، والغبار المثار من الطرق غير
المعبدة. ويتم التحكم والحد من التلوث بالغبار عن طريق فصل وجمع الغبار من مصادره
بعدة طرق منها الترسيب بالجاذبية والترسيب الكهروستاتيكي والفصل الرطب .


* ثاني أكسيد الكبريت
(SO2) : ينتج هذا
الملوث الغازي من احتراق الوقود الذي يحتوي على الكبريت ومن أهم مصادر هذا الملوث
محطات توليد الكهرباء والمركبات الآلية وافران الصهر. ويجري التحكم والحد من
انبعاث هذا الغاز عن طريق الادمصاص والإمتصاص والتحويل بالعامل المساعد .


* أول أكسيد الكربون(CO) : ينتج هذا الملوث الغازي في المناطق
المأهولة بشكل رئيس من الاحتراق غير الكامل في محركات المركبات الآلية خاصة
المحركات التي تعمل بالبنزين . ويتم الحد من انبعاث الغاز في المركبات الآلية عن
طريق التحكم بنظام الاحتراق فيها واستخدام نظم معينة لتحويله الى ثاني أكسيد
الكربون وتنظيم حركة المرور .


* أكاسيد النيتروجين(NOx): يقصد بها غازي NO وNO2 فقط وذلك لوجود أكاسيد نيتروجين اخرى غيرهما. ومن أهم مصادر
أكاسيد النيتروجين المركبات الآلية والاحتراق في مصادر التلوث الثابتة ، ويجري
التحكم والحد من أكاسيد النيتروجين عن طريق تحسين الظروف التشغيلية لمعدات
الاحتراق كتقليل نسبة توفر الاكسجين لتقليل امكانية تفاعله مع النيتروجين .


* المواد الهيدروكربونية : من مصادر هذه
الملوثات المركبات الآلية، كما تنتج المذيبات العضوية من صناعات الدهانات ومن
المصابغ. ويجري التحكم والحد من الملوثات الهيدروكربونية في المركبات الآلية عن
طريق الحد من التبخر في الكرنك Crank case وعن طريق
التحكم بنواتج الاحتراق غير الكامل في العادم .


* المؤكسدات الناتجة بفعل تأثير الإشعاع
الشمسي : وهي مؤكسدات تنتج عن طريق سلسلة تفاعلات للمواد الهيوروكربونية
وأكاسيد النيتروجين بوجود أشعة الشمس وهي مؤكسدات لها قدرة على الاكسدة أكثر من
الاكسجين وأهمها الاوزون ومنها أيضاً مركب Peroxyacetynitarate (PAN) .


الملوثات الثانوية :


* ثاني أكسيد الكربون CO2 - ينتج عن
جميع عمليات الاحتراق وبعض التفاعلات الكيماوية الأخرى .


* كبريتيد الهيدروجين H2S - ينتج أثناء
عمليات تقطير البترول الذي يحتوي على الكبريت واثناء التحلل اللاهوائي للمواد
العضوية في محطات التنقية وفي المجاري ويمكن الحد من انبعاثه باستخدام تقنيات خاصة
مثل Claus Unit
في عمليات تقطير البترول .


* الأمونيا NH3 - تنبعث خلال استخدامها في صناعة الاسمدة
وصناعات التبريد وفي مصفاة البترول وهي غاز غير عضوي مخرش ومهيج .


* الفلورين F2 : غير ملوث بنفسه وانما يشكل ملوثات بعد تفاعله مع الماء وأهمها
الاوزون وفلوريد الهيدروجين، ويستخدم الفلور في الصناعات الكيماوية والبتروكيماوية
.


* الكلوروفلوركاربونات ( (CFCsوالهالونات :
تستخدم في عمليات التبريد، صناعات الاسفنج، الرذاذات، وكمادة اطفاء في طفايات
الحريق .


* المبيدات الحشرية والزراعية : مواد
كيماوية ضارة اذا انبعثت الى الهواء اثناء استخدامها .


* الكبريتات والنيترات(NO3, SO4) : تتكون الكبريتات والنيترات عن طريق تأكسد
أكاسيد النيتروجين وثاني اكسيد الكبريت في الغيوم وتعد هذه من التفاعلات البطيئة.
ويتم نزولها الى الارض عن طريق هطول الأمطار الحمضية. ويعد معدل ترسبات الكبريتات
مؤشرا على المصادر الثابتة للتلوث كمحطات توليد الكهرباء واستعمالات الوقود. أما
معدل ترسبات النيترات فيمكن أن يعطي دلالة على مساهمة المصادر المتحركة كالمركبات
الآلية .


* الرصاص ((Pb: معدن ثقيل
سام يستخدم في عدة صناعات منها صناعة البطاريات ورفع رقم اكتان البنزين وبعض
صناعات الدهان التأسيسة، وأهم مصدر له عوادم المركبات الآلية .


* الكلورين(Cl2) : يستخدم في الصناعات الكيماوية كصناعة المنظفات وتعقيم المياه .


* الزئبق(Hg) : معدن ثقيل سام، يستخدم في عمليات انتاج الكلور والمبيدات
الحشرية وغيرها .


* كافة الأبخرة والغازات الضارة داخل بيئة العمل
.


الإشعاع و التلوث الإشعاعي:


ينتشر الإشعاع في الطبيعة
نتيجة لمساهمة النظائر المشعة في بناء المادة المحيطة بنا, هذا بالإضافة إلى
الإشعاعات التي تفد إلينا من الفضاء الخارجي.





I- ظاهرة النشاط الإشعاعي:


كانت هذه الظاهرة وما
ينتج عنها من إشعاعات موجودةً في الطبيعة قبل وجود الحياة على وجه الأرض بزمن
طويل, بل ويعتقد أن الإشعاع كان أحد نواتج الانفجار الأعظم الذي صاحب خلق الله
للكون منذ حوالي عشرين ألف مليون عام.


اكتشف ظاهرة النشاط
الإشعاعي العالم الفرنسي هنري بكرل عام 1896 ثم تلته
العالمة البولونية ماري كوري التي تابعت العمل في هذا الطريق ،وهي التي اشتقت
التعبير " النشاط الإشعاعي Radio Activity " للدلالة على مقدرة نوى بعض الذرات على التحول
التلقائي إلى نوى أخرى, يرافق هذه العملية صدور أشعة عُرِفت وحُدِدت فيما بعد.


قبل اكتشاف هذه الظاهرة
كانت غالبية العناصر الموجودة في الطبيعة المكونة للجدول الدوري مثل
الأوكسجين والهيدروجين والنحاس والحديد والكبريت واليورانيوم معروفة, وكان يعتقد
أنها تشكل اللبنات الأساسية في بناء الوجود المادي ، وأن لكل عنصر حالة واحدة يظهر
بها تحدد خواصه الكيميائية والفيزيائية وتؤهله لاحتلال خانة معينة - دون غيرها –
في هذا الجدول ، لكن اكتشاف هذه الظاهرة أكد وجود أكثر من حالة فيزيائية ( نووية )
لكل عنصر من العناصر سميت هذه الحالات " النظائر" .


والنظائر لعنصر واحد تحتل
المكان نفسه في الجدول الدوري، فمثلاً للهيدروجين ثلاثة نظائر هي: التريتيوم
والدوتيرريوم والهيدروجين تقع في الخانة الأولى من الجدول الدوري, وللأكسجين سبعة.



تختلف نظائر العنصر الواحد في
خواصها النووية على الرغم من تطابق خواصها الكيميائية. من هنا جاء اهتمام علم
الفيزياء النووية بالنظائر فيما يقابل اهتمام علم الكيمياء بالعناصر.


ترتبط التفاعلات الكيميائية
وبالتالي الخواص الكيميائية للعناصر بإلكتروناتها بينما تتوقف الخواص النووية على
تركيب النواة*.


* النواة هي ذلك الجزء
الصغير من الذرة الذي يشغل حيزاً ( غالباً شكله كروي تقريباً ) أصغر من الجزء الذي
تشغله الذرة بعشرة آلاف مرة, وتتألف من جسيمات صغيرة يطلق عليها " النيكلونات
" وهي على نوعين, نوع يحمل شحنة كهربائية تدعى البروتونات وعددها يساوي عدد
إلكترونات الذرة ويكتب دليل سفلي إلى أسفل يسار الرمز الكيميائي, والثاني غير
مشحون - فهي إذن معتدلة كهربائياً - وتدعى النيترونات, يضاف عددها إلى عدد
البروتونات ليشكلا معاً العدد الكتلي ويكتب دليل علوي إلى أعلى يسار الرمز
الكيميائي, وذلك للدلالة على النظير ,وقد يكتب بجوار اسم النظير, فنقول الهيدروجين
1 و الهيدروجين 2 والهيدروجين 3 , للدلالة على أي من نظائر الهيدروجين.





II -
الأشعة الكونية :


وهي الأشعة التي تفد إلينا من
الفضاء الخارجي ومصدرها المجرات والشمس، وتقسم إلى ثلاثة أنواع:


– الأشعة الكونية الأولية: وتتألف من 87 % بروتونات و 12 % جسيمات
ألفا و1 % نوى عناصر ثقيلة مثل الكربون والأكسجين والنتروجين والكالسيوم
والحديد ، وتتواجد على ارتفاع 50 كم فأكثر
وتقل كثافتها كلما اقتربنا من سطح الأرض.


– الأشعة الكونية الثانوية: وهي نتاج
تفاعل الأشعة الكونية الأولية مع الغلاف الجوي للأرض ، وتتألف من فوتونات (إشعاع
كهرطيسي ) وإلكترونات و بروتونات ونيترونات, وتزداد كثافتها كلما اقتربنا من سطح
الأرض, فهي تتواجد على ارتفاع 20 كم فأقل .
وفيما بين هذين الارتفاعين نجد خليطاً من نوعي الأشعة .


- الأشعة الشمسية : وهي عبارة
عن بروتونات تتدفق خارجة من الشمس عقب انبعاث توهجات نيرا نية تظهر على هيئة لسان
كبير من سطحها, جزء من هذه الأشعة تكون طاقته كبيرة بحيث تكفي لإحداث تغيرات على
سطح الأرض يمكن كشفها.


تشكل الأشعة بشقيها
الأرضية والكونية " الخلقية الإشعاعية" التي تعبر عن مستوى (
معدل)الإشعاع في الطبيعة ، وهو يختلف باختلاف المنطقة والموقع والزمن .
































تأثير التلوث الجوي على طبقة 'ثقب' الأوزون:


يواصل ثقب الأوزون اتساعه
للعام التالي على التوالي فوق منطقة القطب الجنوبي ، ليعرض كل من الأرجنتين وشيلي
لأخطار بالغة ناجمة عن الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس . وطبقا لما
أعلنته وكالة الفضاء الأوروبية ، تأكل طبقة الأوزون فوق القطب الجنوبي ،
يستمر بمعدلات عالية ، ليبلغ اتساعه خلال شهري سبتمبر وأكتوبر 2005 حوالي 25 مليون كيلومتر مربع ، وهو
أكبر اتساع يشهده ثقب الأوزون على مدار التاريخ . كما تبدو هذه الحقيقة في تناقض
مع الادعاءات المعلنة في الوقت الراهن بأن غاز الكلوروفلورو كاربونز المتسبب
في تأكل ثقب الأوزون قد بدأ يتقلص مقدار المنبعث منه في الغلاف الجوي ، وإن
كانت هذه المركبات الكيماوية سوف تبقى في الغلاف الجوي لعقود طويلة. في الوقت نفسه
، زادت كميات المواد الكيماوية الأخرى المسببة في تآكل طبقة الأوزون مثل
برمايد الميثيل ، واستمرار الاستخدام غير القانوني لغازات الكلوروفلوروكاربونز ،
وهو الأمر الذي يؤدي للمزيد من تآكل الأوزون .


أدي تأكل طبقة الأوزون خلال
العقود القليلة الماضية ، إلى زيادة تدفق الأشعة الفوق بنفسجية إلى الأرض ،
وبالتالي ارتفاع معدلات الإصابة بسرطان الجلد إلى أعلى مستويات لها ، فضلا عن
ارتفاع الإصابة بأمراض العيون والتسبب في أضرار صحية أخرى للبشر ولأجناس عديدة من
الحيوانات والنباتات . فإن الظروف المناخية يمكن أن تفاقم من مشكلة ثقب الأوزون
على الأقل في المناطق القطبية . على الرغم من أن ثقب الأوزون في القطب الشمالي أقل
حدة وأصغر منه بالنسبة للقطب الجنوبي ، إلا أنه أيضا يزداد اتساعا ، خاصة في
الشتاء الأخير ، ويرجع العلماء ذلك لظروف التغيرات المناخية . فعلى الرغم من
ارتفاع حرارة سطح الأرض ، إلا أن الطبقات العليا من الغلاف الجوي تزداد برودة في
المناطق القطبية ، وتخلق ظروفا مواتية لتدمير الأوزون بفعل المواد الكيماوية مثل
الكلوروفلوروكاربونز والبرومين .