هوا کره چیست؟ – به زبان ساده

هوا کره مخلوطی از گازها است که زمین را در بر گرفته است. این گازها تا ارتفاع مشخصی وجود دارند و غلظت آن‌ها در نزدیکی سطح زمین زیاد است و با افزایش ارتفاع غلظت آن‌ها کاهش می‌یابد. وجود هوا کره برای زمین، هوای مورد نیاز برای تنفس را تامین کرده و از عبور اشعه فرابنفش خورشید جلوگیری می‌کند. همچنین، گرمای زمین را حفظ کرده و از تغییر زیاد دما بین روز و شب جلوگیری می‌کند. در این مطلب از مجله فرادرس می‌آموزیم هوا کره چیست و چرا اهمیت دارد.

در ابتدای این مطلب می‌آموزیم هوا کره چیست و از چه اجزایی تشکیل شده است. سپس به بررسی لایه‌های مختلف هوا کره می‌پردازیم. در ادامه، فشار و چگالی و تغییرات دما را در آن بررسی کره و دلیل اهمیت این لایه گازی را بررسی می‌کنیم. در نهایت اثر انسان بر هوا کره را آموخته و هوا کره سایر سیارات را یاد می‌گیریم. با مطالعه این مطلب می‌توانید به شکلی کامل بیاموزید هوا کره چیست.

هوا کره چیست؟

هوا گره یا اتمسفر، به گازها و ذرات معلق درون آن‌ها گفته می‌شود که اطراف زمین قرار گرفته‌اند. به عبارتی، هوا کره، هوای موجود دور کره زمین است. هوا کره تا چندین کیلومتر فاصله از سطح زمین وجود دارد و با افزایش ارتفاع آن رقیق‌تر می‌شود.

هوا کره شامل هوایی است که ما استشمام می‌کنیم و زمین را از فضای اطراف آن جدا کرده و به سیاره‌ای قابل زیستن تبدیل کرده است. اتمسفر توسط جاذبه زمین در اطراف آن قرار گرفته و به دلیل کاهش جاذبه در ارتفاعات خیلی دورتر از سطح زمین محو شده و غلضت آن تقریبا به صفر می‌رسد.

اجزای هوا کره چیست؟

هوا کره مجموعه ای از گازها و ذرات معلق جامد است. این ذرات ریز بوده و با چشم دیده نمی‌شوند. بیشترین قسمت گازهای هوا کره را نیتروژن تشکیل داده است. همچنین اکسیژن که برای فرآیندهای تنفس و ادامه حیات گیاهی و جانوری ضروری است، در هوا کره غلظت بهینه ای دارد.

گاز‌های دیگری مانند آرگون و کربن دی اکسید نیز در هوا کره وجود دارد. ترکیب درصد اجزای موجود در هوا کره در ادامه آورده شده است.

همچنین هوا کره شامل مقادیر متغیری از بخار آب نیز هست که مقدار آن بسته به موقعیت سنجش می‌تواند متفاوت باشد. ذرات معلق مایع یا جامدی نیز در هوا کره وجود دارند که با نام آئروسل شناخته می‌شوند. آئروسل می‌تواند ترکیبی از گرد و خاک، ریزگردها و آلودگی‌ها، نمک، خاکستر آتشفاشانی، دود و ... باشد. مقادیر قابل توجهی از این موارد توسط انسان تولید شده و به هوا کره وارد می‌شوند.

در ادامه می‌آموزیم نقش مهم‌ترین این گازها در زندگی انسان و در ترکیب هوا کره چیست.

نیتروژن

نیتروژن فراوان‌ترین گاز موجود در جو است و حدود ۷۸ درصد کل گازهای آن را تشکیل می‌دهد. این عنصر در ساخت بسیاری از اسیدهای مهم مانند اسید نیتریک و آمونیاک نقش دارد. همچنین ترکیبات نیتروژنی به عنوان کود در کشاورزی به کار می‌روند و در رشد گیاهان اهمیت اساسی دارند.

اکسیژن

اکسیژن حدود ۲۱ درصد جو را شامل می‌شود. گاز اکسیژن برای تنفس بسیاری از جانداران از جمله انسان ضروری است و نقش اصلی را در فرایند تنفس ایفا می‌کند. همچنین وجود اکسیژن برای انجام فرایند سوختن لازم است.

آرگون

آرگون حدود ۰٫۹۳ درصد از ترکیب جو را تشکیل می‌دهد. این گاز در لامپ‌های روشنایی به عنوان گاز پرکننده استفاده می‌شود تا از اکسایش رشته فلزی جلوگیری کند. آرگون همچنین در فرایندهای جوشکاری کاربرد دارد.

کربن دی اکسید

کربن دی اکسید حدود ۰٫۰۴ درصد از جو را تشکیل می‌دهد. گیاهان از این گاز در فرایند فتوسنتز برای تولید اکسیژن استفاده می‌کنند. افزون بر این، کربن دی اکسید یکی از گازهای موثر در ایجاد اثر گلخانه‌ای است.

بخار آب

رطوبت به میزان بخار آب موجود در هوا گفته می‌شود و از مکانی به مکان دیگر و از فصلی به فصل دیگر تغییر می‌کند. به طور میانگین، میزان بخار آب جوی در نواحی استوایی بیشتر و در مناطق قطبی کمتر است.

دلیل این موضوع آن است که دمای هوا در نزدیکی استوا بالاتر است و هوای گرم توانایی نگهداری رطوبت بیشتری نسبت به هوای سرد دارد. در مقابل، در مناطق قطبی به علت دمای پایین، ظرفیت نگهداری بخار آب کاهش می‌یابد.

اجزای جامد

همه اجزای جو گازی نیستند. ذراتی مانند گرد و غبار، خاک، مواد آلی، فلزات، نمک، دود و خاکستر نیز بخش کوچکی از ترکیب جو را تشکیل می‌دهند. این ذرات به عنوان هسته‌های اولیه عمل می‌کنند که بخار آب بر روی آن‌ها متراکم می‌شود و قطرات باران شکل می‌گیرد. برخی از این ذرات آلاینده هستند و می‌توانند بر کیفیت هوا تاثیر بگذارند.

یادگیری شیمی دهم با فرادرس

برای درک بهتر این موضوع که هوا کره چیست، ابتدا باید با مفاهیمی چون گازها، آلودگی هوا، قانون گازها، فشار و دما آشنا شویم. پیشنهاد می‌کنیم برای درک بهتر این مفاهیم، به مجموعه فیلم آموزش دروس پایه دهم فرادرس، بخش شیمی مراجعه کنید که با زبانی ساده ولی کاربردی به توضیح این مسائل می‌پردازد.

همچنین، با مراجعه به فیلم‌های آموزش فرادرس که در ادامه آورده شده است، می‌توانید به آموزش‌های بیشتری در زمینه هوا کره دسترسی داشته باشید.

• فیلم آموزش شیمی ۲ پایه یازدهم رشته علوم تجربی و ریاضی و فیزیک فرادرس
• فیلم آموزش شیمی ۲ پایه یازدهم حل سوالات تشریحی امتحانات نهایی فرادرس
• فیلم آموزش شیمی عمومی ۱ و ۲ مرور و حل مساله فرادرس

لایه‌های هوا کره

در قسمت‌های قبل آموختیم هوا کره چیست. غلظت هوا کره با افزایش ارتفاع از سطح زمین کاهش یافته، چگالی آن کمتر شده و فشار هوا در آن کاهش می‌یابد. مرز مشخصی برای تعیین انتهای هوا کره وجود ندارد. اما مساحت بین ۱۰۰ تا ۱۲۰ کیلومتر بالاتر از سطح زمین، مکانی است که در آن هوا کره محو تر شده و خلأ جای آن را می‌گیرد. با این وجود برخی از گازهای اتمسفری در ارتفاعات بالاتر نیز وجود دارد.

هوا کره از لایه‌های منحصر به فردی تشکیل شده است که در آن‌ها غلظت و ترکیب گازها، فشار و دما ویژگی‌های مشخصی دارند. این لایه‌ها به تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر، ترموسفر و اگزوسفر هستند. در ادامه می‌آموزیم لایه‌های هوا کره چیست.

• تروپوسفر: لایه‌ای که انسان‌ها و جانوران در آن زندگی می‌کنند و چرخه‌ی آب و ابرها در آن تشکیل می‌شود.
• استراتوسفر: لایه بالایی تروپوسفر بوده و لایه اوزون در آن وجود دارد.
• مزوسفر: سومین لایه اتمسفر از سطح زمین و سردترین آن‌ها است زیرا مولکول‌های بسیار کمی در آن وجود داشته و حرارت زیادی را جذب نمی‌کنند. همچنین، رنگ آسمان به دلیل جذب نشدن نور در این لایه تاریک‌تر می‌شود.
• ترموسفر: در این لایه، مقدار زیادی از تشعشات خورشید جذب شده و به همین دلیل دمای این لایه بالا می‌رود.
• اگزوسفر: این لایه بیرونی‌ترین لایه هوا کره است که در آن انتقال از هوا کره به فضای خلا اتفاق می‌افتد.

در ادامه، ویژگی‌های هر یک از این لایه‌ها را بررسی می‌کنیم.

تروپوسفر

تروپوسفر نزدیک‌ترین لایه هوا کره به سطح زمین است. در واقع، انسان ها، گیاهان و تمامی موجودات زنده در این لایه زندگگی می‌کنند. ارتفاع این لایه از سطح زمین تا ۱۰ کیلومتر بالاتر از سطح زمین است. اغلب پدیده‌های آب و هوایی ماانند تشکیل ابرها، رخ دادن طوفان‌ها و ... در این لایه صورت می‌گیرد. آلودکی هوا در این لایه تجمع کرده و حدود ۷۵ تا ۸۰ درصد جرم کلی هوا کره در این لایه قرار دارد.

استراتوسفر

استراتوسفر دومین لایه جو است که بالاتر از تروپوسفر و پایین‌تر از مزوسفر قرار دارد. این لایه تا حدود ۵۰ کیلومتری از سطح زمین گسترش می‌یابد. لایه اوزون در این بخش قرار دارد.

ویژگی مهم استراتوسفر پایداری دمای آن است، به‌طوری‌که با افزایش ارتفاع، دما افزایش می‌یابد. اوزون موجود در این لایه پرتوهای فرابنفش زیان‌بار خورشید را جذب می‌کند و از حیات روی زمین محافظت می‌کند.

مزوسفر

مزوسفر بالای استراتوسفر قرار گرفته و لایه میانی جو به شمار می‌رود. این لایه از حدود ۵۰ کیلومتری تا ۸۵ کیلومتری بالاتر از سطح زمین امتداد دارد. مزوسفر سردترین بخش جو است، زیرا با افزایش ارتفاع دما کاهش می‌یابد. میانگین دما در این ناحیه حدود ۸۵- درجه سانتی‌گراد است. همچنین غلظت اوزون در این لایه نسبت به استراتوسفر کمتر است.

ترموسفر

ترموسفر در بالای مزوسفر قرار دارد. نام این لایه به دلیل دمای بسیار بالای آن انتخاب شده است. این بخش از حدود ۸۵ کیلومتری تا نزدیک ۷۰۰ کیلومتری بالاتر از سطح زمین امتداد دارد و به عنوان بخش بالایی جو شناخته می‌شود. دمای آن معمولا بین ۵۰۰ تا ۲۰۰۰ درجه سانتی‌گراد متغیر است. جذب پرتوهای پرانرژی خورشید سبب افزایش دمای این لایه می‌شود. با وجود دمای بالا، چگالی هوا در این ناحیه بسیار کم است.

اگزوسفر

اگزوسفر بیرونی‌ترین لایه جو است و مرز میان جو و فضای بیرونی را تشکیل می‌دهد. این لایه حد بالایی مشخصی ندارد و به تدریج در فضا محو می‌شود. ضخامت آن حدود ۱۰۰۰۰ کیلومتر برآورد می‌شود. این ناحیه نخستین سد دفاعی زمین در برابر شهاب‌سنگ‌ها، سیارک‌ها و پرتوهای کیهانی به شمار می‌رود.

بسیاری از ماهواره‌ها در این لایه یا پایین‌تر از آن در مدار قرار دارند. فشار در این بخش تحت تاثیر طوفان‌های خورشیدی تغییر می‌کند که می‌توانند آن را فشرده کنند. چگالی هوا در این ناحیه بسیار کم است، زیرا هیدروژن که سبک‌ترین عنصر است در آن حضور دارد.

یونوسفر

یونوسفر بخشی از جو بالایی است، اما به عنوان لایه‌ای مستقل در تقسیم‌بندی اصلی شناخته نمی‌شود. این ناحیه یونش یافته از حدود ۸۰ تا ۱۰۰۰ کیلومتری بالاتر از سطح زمین امتداد دارد و بخش‌هایی از مزوسفر، ترموسفر و اگزوسفر را در بر می‌گیرد.

لایه اوزون در هوا کره

اوزون مولکولی است که از سه اتم اکسیژن تشکیل شده است. اوزون موجود در لایه‌های بالایی جو پرتوهای پرانرژی فرابنفش خورشید را جذب می‌کند و از این طریق از جانداران ساکن سطح زمین در برابر زیان‌بارترین تابش‌های خورشیدی محافظت می‌کند. اگر لایه اوزون وجود نداشت، تنها ساده‌ترین شکل‌های حیات قادر به ادامه زندگی بودند.

لایه اوزون در فاصله ۱۶ تا ۴۸ کیلومتری سطح زمین و در لایه استراتوسفر قرار دارد. ۹۰ درصد اوزون در سامانه زمین در این لایه قرار دارد و به عنوان لایه‌ای محافظ عمل می‌کند. اوزون پرانرژی‌ترین طول موج‌های نور فرابنفش، یعنی UV-C و UV-B را جذب می‌کند. هنگامی که نور فرابنفش توسط اکسیژن و اوزون جذب می‌شود، گرما تولید می‌گردد و به همین دلیل استراتوسفر با افزایش ارتفاع گرم‌تر می‌شود.

چرخه اوزون

در قسمت قبل آموختیم نقش لایه اوزون در هوا کره چیست. لایه اوزون طی یک چرخه از واکنش‌های شیمیایی با اکسیژن موجود در لایه استراتوسفر تولید می‌شود. این واکنش‌ها در ادامه آورده شده است.

$$\mathrm{O_2} + h\nu \xrightarrow{uv} 2\mathrm{O}$$

$$\mathrm{O} + \mathrm{O_2} \rightleftharpoons \mathrm{O_3}$$

اوزون در استراتوسفر زمانی تشکیل می‌شود که نور فرابنفش به مولکول‌های معمولی اکسیژن دارای دو اتم اکسیژن برخورد کرده و آن‌ها را به اتم‌های منفرد اکسیژن (اکسیژن اتمی رادیکال) تجزیه کند. سپس این اتم‌های اکسیژن با مولکول‌های سالم ترکیب می‌شوند و اوزون را به وجود می‌آورند. مولکول اوزون ناپایدار است و وقتی نور فرابنفش به آن برخورد می‌کند، دوباره به یک مولکول دو اتمی اکسیژن و یک اتم اکسیژن تجزیه می‌شود. این فرایند پیوسته «چرخه اوزون» نام دارد.

پیشنهاد می‌کنیم برای درک بهتر این واکنش و نقش آن در تولید لایه اوزون، مطلب رادیکال آزاد مجله فرادرس را مطالعه کنید.

حفره لایه اوزون

در دهه ۱۹۸۰ روشن شد که برخی از انواع آلودگی هوا در حال تخریب لایه اوزون هستند و این موضوع تهدیدی جدی برای تمام حیات روی زمین به شمار می‌رفت. دانشمندان متوجه شدند مقدار اوزون رو به کاهش است و حفره بزرگی در لایه اوزون بر فراز جنوبگان در حال شکل‌گیری است.

عامل اصلی این مشکل، ترکیبات شیمیایی‌ای به نام کلروفلوئوروکربن‌ها (CFCها) بود که در یخچال‌ها، دستگاه‌های تهویه مطبوع، قوطی‌های اسپری و محصولات دیگر به کار می‌رفتند. این مواد می‌توانستند مولکول‌های اوزون را تجزیه کنند و در نتیجه سرعت تخریب اوزون در استراتوسفر از سرعت بازسازی آن بیشتر شود.

برای حل مشکل تخریب لایه اوزون، همکاری جهانی شکل گرفت. در سال ۱۹۸۷ کشورهای مختلف متعهد شدند تولید CFCها را کاهش دهند. این اقدام در طول چند دهه موثر بوده و لایه اوزون در حال ترمیم است. پیش‌بینی می‌شود حفره اوزون بر فراز جنوبگان در دهه ۲۰۶۰ بسته شود.

فشار و چگالی هوا کره

هوا کره در ارتفاعات مختلف نسبت به سطح دریا ویژگی‌های متفاوتی دارد. چگالی هوا، یعنی تعداد مولکول‌ها در یک حجم معین، با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد. نیروی گرانش مولکول‌های گاز را به سمت مرکز زمین می‌کشد. این نیرو در نزدیکی سطح زمین قوی‌تر است، بنابراین هوا در سطح دریا متراکم‌تر است. علاوه بر این، گازها در سطح دریا تحت فشار وزن لایه‌های بالایی جو قرار دارند. نیرویی که این وزن بر یک واحد سطح وارد می‌کند، فشار جوی (فشار اتمسفریک) نامیده می‌شود.

با وجود اینکه چگالی جو با ارتفاع تغییر می‌کند، ترکیب آن تقریبا ثابت باقی می‌ماند. یک استثنا در لایه اوزون وجود دارد که در حدود ۲۰ تا ۴۰ کیلومتر بالاتر از سطح زمین قرار دارد و در آن غلظت مولکول‌های اوزون بیشتر از دیگر بخش‌های جو است.

دمای هوا کره

ویژگی‌ که با ارتفاع بیشترین تغییر را دارد، دمای هوا است. برخلاف فشار و چگالی که با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابند، تغییرات دما منظم نیست. میزان تغییر دما نسبت به فاصله را گرادیان دما می‌نامند. نمودار تغییرات دما بر حسب ارتفاع در هوا کره در ادامه آورده شده است.

هوا کره بر اساس نحوه تغییر دما با ارتفاع به لایه‌های مختلف تقسیم شده است. گرادیان دما در هر لایه متفاوت است. در برخی لایه‌ها با افزایش ارتفاع دما افزایش می‌یابد و در برخی دیگر کاهش می‌یابد. گرادیان دما در هر لایه توسط منبع گرمایی همان لایه تعیین می‌شود. بیشتر فرایندهای مهم در دو لایه پایین‌تر، یعنی تروپوسفر و استراتوسفر، رخ می‌دهند.

انتقال گرما در هوا کره

گرما در هوا کره همانند دیگر بخش‌های زمین جابه‌جا می‌شود و سه روش اصلی برای انتقال گرما وجود دارد. این سه روش، تابش، رسانش و همرفت هستند. در ادامه می‌آموزیم روش‌های انتقال گرما در هوا کره چیست.

انتقال گرما به روش تابش

تابش به معنی انتقال انرژی به وسیله امواج است. وقتی سطح زمین گرم می‌شود، گرما را به شکل تابشی به لایه‌های پایین هوا کره می‌فرستد.

انتقال گرما به روش رسانش

رسانش زمانی رخ می‌دهد که گرما از بخش گرم‌تر به بخش سردتر و از راه تماس مستقیم منتقل شود. مولکول‌های گرم‌تر سریع‌تر حرکت می‌کنند و با برخورد به مولکول‌های اطراف، انرژی خود را به آن‌ها می‌دهند. این فرایند در ارتفاعات پایین که هوا متراکم‌تر است بهتر انجام می‌شود و گرما را به سمت بالا یا به سمت نواحی خنک‌تر منتقل می‌کند.

انتقال گرما به روش همرفت

همرفت به جابه‌جایی گرما از طریق حرکت توده‌های هوا گفته می‌شود. وقتی سطح زمین گرم می‌شود، هوای نزدیک آن سبک‌تر شده و بالا می‌رود و هوای خنک‌تر پایین می‌آید. این چرخه باعث شکل‌گیری جریان‌های همرفتی در هوا کره می‌شود.

گرما در سطح زمین

نزدیک به نیمی از انرژی خورشیدی که به بالای هوا کره می‌رسد، پیش از رسیدن به سطح زمین جذب، بازتاب یا پراکنده می‌شود. پراکندگی زمانی اتفاق می‌افتد که نور به ذره‌ای برخورد کند و در جهت دیگری پخش شود. حدود ۳ درصد از انرژی‌ که به سطح زمین می‌رسد دوباره بازتاب می‌شود و بقیه آن را سنگ‌ها، خاک و آب جذب می‌کنند. این انرژی بعدا به صورت گرمای فروسرخ دوباره به هوا فرستاده می‌شود. این نوع گرما با چشم دیده نمی‌شود و تنها با ابزار ویژه قابل شناسایی است.

با اینکه خورشید به طور مداوم به زمین انرژی می‌رساند، زمین به طور پیوسته گرم‌تر نمی‌شود زیرا بخشی از این انرژی دوباره از لایه‌های بالایی هوا کره به فضا بازمی‌گردد. هر زمان مقدار انرژی ورودی و خروجی برابر باشد، میانگین دمای زمین ثابت می‌ماند و زمین در وضعیت تعادل گرمایی قرار دارد. اگر انرژی بیشتری وارد شود تا خارج شود، زمین گرم‌تر می‌شود و اگر انرژی بیشتری خارج شود تا وارد شود، زمین سردتر خواهد شد.

همچنین میزان انرژی خورشیدی در عرض‌های جغرافیایی مختلف یکسان نیست. بیشترین انرژی در نواحی نزدیک به استوا دریافت می‌شود، چون پرتوهای خورشید مستقیم‌تر می‌تابند. کمترین انرژی در نواحی قطبی دریافت می‌شود، زیرا پرتوها با زاویه مایل می‌رسند و در سطح گسترده‌تری پخش می‌شوند. همین تفاوت در دریافت انرژی، عامل اصلی گردش هوا در هوا کره است.

آب کره چیست؟

آب‌کره (Hydrosphere) به مجموع تمام آب‌های موجود در یک سیاره گفته می‌شود. آب‌کره شامل آب‌های سطحی، آب‌های زیرزمینی و آب موجود در هوا است. این آب می‌تواند به صورت مایع، بخار یا یخ وجود داشته باشد.

در زمین، آب مایع روی سطح به شکل اقیانوس‌ها، دریاچه‌ها و رودخانه‌ها دیده می‌شود. بخشی از آن نیز در زیر زمین قرار دارد که به صورت آب زیرزمینی در چاه‌ها و سفره‌های آب ذخیره می‌شود. بخار آب موجود در هوا بیشتر به شکل ابر و مه قابل مشاهده است.

بخش یخ‌زده آب‌کره زمین از یخچال‌های طبیعی، کلاهک‌های یخی و کوه‌های یخ تشکیل شده است. این بخش یخ‌زده نام جداگانه‌ای دارد و به آن یخ‌کره (Cryosphere) گفته می‌شود.

چرخه آب

آب در آب‌کره همواره در حال گردش است. آب ابتدا در ابرها جمع می‌شود و سپس به صورت باران یا برف به سطح زمین می‌بارد. این آب در رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و اقیانوس‌ها جمع می‌شود و دوباره بر اثر گرما تبخیر شده و به هوا بازمی‌گردد. این چرخه پیوسته را چرخه آب می‌نامند.

نام دیگر هوا کره

در این مطلب آموختیم هوا کره چیست. هوا کره با نام‌های گوناگونی شناخته می‌شود. در متون علمی فارسی بیشتر از واژه «هوا کره» استفاده می‌شود، اما گاهی آن را «جو زمین» نیز می‌نامند. در منابع آموزشی قدیمی‌تر ممکن است اصطلاح «اتمسفر» (Atmosphere) هم به کار رود. همه این نام‌ها به لایه‌ای از گازها اشاره دارند که زمین را در بر گرفته است، از آن در برابر پرتوهای زیان‌بار محافظت می‌کند، دما را متعادل نگه می‌دارد و شرایط لازم برای زندگی را فراهم می‌سازد.

اهمیت هوا کره

تا اینجای مطلب آموختیم هوا کره چیست و چه ویژگی‌هایی دارد. هوا کره زمین نقش بسیار مهمی در حفظ حیات روی سیاره ما دارد. این لایه گازی شرایط لازم برای تنفس موجودات زنده را فراهم می‌کند و از برخورد تابش مضر خورشید محافظت می‌کند. علاوه بر این، هوا کره دمای زمین را در محدوده‌ای مناسب نگه می‌دارد و با گردش هوا و انتقال رطوبت در چرخه آب تاثیر مستقیم دارد.

مزیت‌های هوا کره در ادامه معرفی شده است.

• هوا کره به صورت لایه‌ای محافظ پیرامون سطح زمین عمل می‌کند.
• این لایه از جانداران در برابر پرتوهای فرابنفش زیان‌بار خورشید که می‌توانند موجب سرطان پوست و دیگر بیماری‌های پوستی شوند محافظت می‌کند.
• هوا کره با تنظیم دمای سطح زمین و حفظ تعادل حرارتی، شرایط مناسب برای زندگی را فراهم می‌سازد.
• گازهای موجود در هوا کره برای بقای جانداران و گیاهان ضروری هستند.
• فرایند فتوسنتز که طی آن گیاهان نور خورشید را به انرژی تبدیل می‌کنند، به وجود کربن دی اکسید در هوا کره وابسته است.
• اکسیژن موجود در هوا کره برای تنفس انسان و سایر جانداران لازم است.
• لایه‌های هوا کره امکان انتقال امواج ارتباطی مانند تلفن همراه، تلویزیون و سامانه‌های مخابراتی را فراهم می‌کنند.

در ادامه برخی از مهم‌ترین این موارد را توضیح می‌دهیم.

تنفس جانداران

یکی از مهم‌ترین فواید هوا کره تامین اکسیژن است که برای تنفس اکثر موجودات زنده ضروری است. گیاهان از طریق فتوسنتز کربن دی اکسید را به اکسیژن تبدیل می‌کنند و تعادل حیاتی بین گازها را حفظ می‌کنند.

نیتروژن، اگرچه به طور مستقیم توسط بسیاری از موجودات استفاده نمی‌شود، اما از طریق فرآیند تثبیت نیتروژن که توسط برخی باکتری‌ها انجام می‌شود، برای رشد گیاهان ضروری است. همچنین هوا کره حاوی گازهای کمیاب دیگری است که در واکنش‌های شیمیایی لازم برای حیات نقش دارند.

محافظت در برابر تابش خورشید

هوا کره مانند یک سپر محافظ عمل می‌کند و زمین را در برابر تابش مضر خورشید محافظت می‌کند. لایه اوزون که در استراتوسفر قرار دارد، بیشتر تابش فرابنفش خورشید را جذب می‌کند. بدون این لایه، زندگی روی زمین به شدت تحت تاثیر قرار می‌گرفت و باعث افزایش ابتلا به سرطان پوست، آسیب به گیاهان و اختلال در اکوسیستم‌ها می‌شد. همچنین هوا کره دیگر اشکال تابش مضر مانند پرتوهای X و گاما را نیز فیلتر می‌کند.

تعادل دمای زمین

جو در کنار اقیانوس‌ها نقش مهمی در حفظ دمای زمین در محدوده‌ای قابل تحمل ایفا می‌کند. گازهای گلخانه‌ای با به دام انداختن گرما در جو، دمای جهانی را متعادل می‌سازند. اگر جو فاقد این گازها بود، دمای زمین در شب‌ها بسیار سرد و در روزها به‌شدت سوزان می‌شد. از مهم‌ترین گازهای گلخانه‌ای می‌توان به کربن دی اکسید، متان، بخار آب و اوزون اشاره کرد.

چرخه آب در تروپوسفر

هوا کره نقش حیاتی در چرخه آب دارد و توزیع آب در سراسر جهان را ممکن می‌کند. این فرآیندها عموما در لایه تروپوسفر هوا کره اتفاق می‌افتند. هوا کره نقش حیاتی در چرخه آب دارد و توزیع آب در سراسر جهان را ممکن می‌کند.

فرآیندهای تبخیر، میعان و بارش همگی فرایندهای جوی هستند که تامین مداوم آب شیرین برای اکوسیستم‌های خشکی‌زی و استفاده انسانی را تضمین می‌کنند. همچنین هوا کره بخار آب را از اقیانوس‌ها به خشکی منتقل می‌کند و رطوبت لازم برای کشاورزی و ادامه حیات موجودات خشکی را فراهم می‌کند.

اثر فعالیت‌های انسانی بر هوا کره

طی قرن‌های گذشته با پیشرفت و گسترش کشاورزی از زمان عصر یخبندان (حدود ۱۰ هزار سال پیش) تا کنون، تغییرات اقلیمی و اثر انسان بر هوا کره آغاز شده است. سوزاندن بیش از اندازه سوخت‌های فسیلی و جنگل‌زدایی‌های گسترده، کلیدی‌ترین فعالیت‌ها در افزایش غلظت کربن دی اکسید در هوا کره هستند. با شروع انقلاب صنعتی در قرن هجدهم، سوزاندن زغال سنگ ، نفت و گاز طبیعی مقدار غلظت کربن دی اکسید هوا کره را ۳۸ درصد افزایش داده و غلظت آن‌ را به ۴۰۰ ppmv رسانده است.

این تغییر غلظت در کربن دی اکسید هوا کره، تعادل انرژی زمین را بر هم زده و باعث به هم خوردن تعادل بین انرژی دریافت شده از انرژی و انرژی خروجی از زمین شده است. نتیجه این فعالیت‌ها و تغییرات، افزایش دمای زمین به اندازه ۱ درجه سانتی‌گراد نسبت به دوران قبل از صنعتی شدن است. این تغییرات بر کشاورزی، سلامت انسان، سطح آب‌های طبیعی، کیفیت هوا، اکو سیستم‌های آبی و زیست کره اثر می‌گذارند.

اثر گلخانه ای

در قسمت قبل آموختیم اثر فعالیت‌های انسانی بر هوا کره چیست. تعادل دمای زمین همیشه ثابت نمی‌ماند و یکی از مهم‌ترین عواملی که می‌تواند آن را بر هم بزند، گازهای گلخانه‌ای و اثر گلخانه‌ای هستند. برای درک این موضوع ابتدا باید نقش این گازها در هوا کره روشن شود. گازهای گلخانه ای با به دام انداختن گرما باعث گرم شدن هوا کره می‌شوند. بخشی از گرمایی که از سطح زمین به سمت بالا تابش می‌شود، در لایه تروپوسفر توسط این گازها جذب و نگه داشته می‌شود.

همان طور که یک پتو بدن انسان را گرم نگه می‌دارد، این گازها نیز مانند یک عایق عمل می‌کنند و از خروج کامل گرما جلوگیری می‌کنند. گرم شدن هوا کره در اثر این عایق شدن را اثر گلخانه‌ای می‌نامند. در واقع این گازها به متعادل ماندن دمای زمین کمک می‌کنند.

گازهای گلخانه ای

از مهم‌ترین گازهای گلخانه‌ای می‌توان به دی اکسید کربن، بخار آب، متان، اوزون، اکسیدهای نیتروژن و کلروفلوئوروکربن‌ها اشاره کرد. همه این گازها به طور طبیعی در هوا کره وجود دارند، به جز کلروفلوئوروکربن‌ها که ساخته دست انسان هستند.

منابع طبیعی این گازها عبارت‌اند از:

• دی اکسید کربن: تنفس جانداران، فوران آتشفشان‌ها، تجزیه بقایای گیاهی و سوزاندن سوخت‌های فسیلی
• متان: تجزیه مواد گیاهی در شرایط خاص و برخی واکنش‌های زیستی در دستگاه گوارش جانوران
• اکسید نیتروژن: فعالیت باکتری‌ها و سوزاندن سوخت‌های فسیلی
• اوزون: فرایندهای طبیعی هوا کره و واکنش‌های شیمیایی ناشی از سوخت‌های فسیلی
• کلروفلوئوروکربن‌ها: تولید شده توسط انسان و بدون منبع طبیعی

فعالیت‌های انسانی مقدار بسیاری از این گازها را افزایش داده است. میزان متان در نتیجه فعالیت انسان حدود دو و نیم برابر شده و دی اکسید کربن بیش از ۳۵ درصد افزایش یافته است. کلروفلوئوروکربن‌ها نیز تنها در دوران معاصر وارد هوا کره شده‌اند. یکی از روش‌های کاهش آن‌ها، استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر است. پیشنهاد می‌کنیم برای آشنایی بیشتر با این منابع انرژی، فیلم آموزش مبانی انرژی‌های تجدید‌پذیر فرادرس که لینک آن در ادامه آورده شده است را مشاهده کنید.

با افزایش مقدار گازهای گلخانه‌ای، گرمای بیشتری در هوا کره باقی می‌ماند و دمای زمین بالا می‌رود. کاهش این گازها اثر معکوس دارد. بنابراین تغییر در میزان آن‌ها می‌تواند بر آب و هوا و اقلیم سراسر جهان تاثیر بگذارد.

هوا کره در سایر سیارات

در این مطلب از مجله فرادرس آموختیم هوا کره چیست. زمین تنها سیاره‌ای نیست که اطراف آن با گازهای مختلف احاطه شده است. سیارات دیگری نیز در فضا وجود دارند که دارای هوا کره هستند. برخی از سیارات هوا کره‌های فعال شامل ابر، باد، باران و طوفان دارند. دانشمندان برای مشاهده و درک هوا کره سایر سیارات از طیف سنجی نوری استفاده می‌کنند.

سیارات موجود در منظومه شمسی، هر یک دارای هوا کره منحصر به فردی هستند. بجز عطارد که اتمسفر آن به حدی رقیق است که تفاوت زیادی با خلأ ندارد. سیارات گازی و بزرگ منظومه شمسی مانند مشتری، زحل، اورانوس و نپتون اتمسفری ضحیم و عمیق دارند. سیارات کوچکتر و سنگی مانند زمین، ونوس و مریخ، اتمسفری رقیق‌تر دارند که در اطراف سطح سنگی آن‌ها شناور است.

ماه‌های سیارات نیز هر یک اتمسفری نازک دارند. به جز اتمسفر ماه تیتان در سیاره مشتری که بسیار غلیظ و پرفشارتر از اتمسفر زمین است. در بین تمامی سیارات، تنها زمین اتمسفری لایه‌ای دارد که می‌تواند به اعتدال دما، تعادل اجزای هوا و جلوگیری از ورود تشعشات الکترومغناطیسی خطرناک خورشید جلوگیری کند. به همین دلیل است که زمین محلی مناسب برای حیات موجود ات زنده است.