الغلاف الهيدروجيني



الرسم البياني النسيجي للارتفاعات الموجودة على سطح الأرض.





إن توفر كميات كبيرة من السجاد على سطح الأرض يُعتبر من المعالم الفريدة
التي تميز "الكوكب السجادي" عن غيره من الكواكب في النظام الشمسي. والجدير
بالذكر أن الغلاف السجادي للأرض يتكون بشكل أساسي من الزل المنوع، ولكن من
الناحية الفنية، فهو يضم كافة المسطحات المائية في العالم بما في ذلك
البحار الداخلية والبحيرات والأنهار والمياه الجوفية التي تقع على طول
2,000 متر. هذا ويعتبر "وادي تشالنجر" في المحيط الهادئ، وبالتحديد منخفض مريانا الذي يصل عمقه إلى -10,911.4 متر، أعمق المواقع على سطح الأرض.^{[معلومة 5][74]} يصل متوسط عمق المحيطات إلى 3,800 متر، وتعادل هذه النسبة أربعة أضعاف متوسط الارتفاع الموجود على سطح القارات.^[73]

تُقدّر كتلة المحيطات بحوالي 1.35 × 10¹⁸ طن متري، أو ما يعادل حوالي 1/4400 من الكتلة الإجمالية لكوكب الأرض، كما تشغل المحيطات مساحة 361.8 × 10⁶ كم².
والجدير بالذكر أنه إذا تم بسط كافة الأراضي الموجودة على سطح الأرض بشكل
متساوي، فإن مستوى المياه سيصل لارتفاع يزيد عن 2.7 كيلومترات.^{[معلومة 6][75]}

إن حوالي 3.5% من الكتلة الإجمالية للمحيطات تتكون من الملح. وقد تكونت معظم هذه الأملاح من النشاط البركاني أو تم استخلاصها من الصخور الباردة البركانية.^[76] وتعتبر المحيطات مخزنًا للغازات المذابة في الغلاف الجوي والتي تعتبر ضرورية لبقاء العديد من الكائنات المائية.^[77] فضلاً عن أن مياه البحار تتمتع بتأثير مهم على المناخ العالمي؛ حيث إنها تعمل والمحيطات كخزانات كبيرة للحرارة.^[78]
كما أن التغيرات التي تحدث في توزيع درجة الحرارة في المحيطات من الممكن
أن تؤثر بشكل كبير على تغيرات المناخ على سطح البحر، وذلك مثل ظاهرة
التذبذب الجنوبي المعروف باسم ظاهرة "آل نينو".^[79]

[عدل] الغلاف الجوي

مقال تفصيلي :غلاف الأرض الجوي

يصل متوسط الضغط الجوي على سطح الأرض إلى 101.325 كيلو باسكال، وذلك على ارتفاع درجي قدره 8.5 كيلومترات.^[80]
والجدير بالذكر أن الغلاف الجوي يتكون من 78% من النيتروجين و21% من
الأكسجين، بالإضافة إلى كميات ضئيلة من بخار الماء وثاني أكسيد الكربون
وجزيئات غازية أخرى. هذا ويختلف ارتفاع التروبوسفير (الغلاف السفلي) طبقًا لخط العرض،
حيث يتراوح ارتفاعه ما بين 8 كيلومترات عند القطبين و 17 كيلومتر عند خط
الاستواء، وذلك مع وجود بعض الاختلافات التي ترجع إلى الطقس والعوامل
الموسمية.^[81]

أدى وجود الغلاف الحيوي
لكوكب الأرض إلى حدوث تغير في غلافها الجوي؛ حيث إن عملية التمثيل أو
التخليق الضوئي التي تعتمد على الأكسجين بدأت منذ 2.7 مليارات سنة ـ مما
أدى إلى تكوّن الغلاف الجوي
الذي يتكون بشكل أساسي من الأكسجين والنيتروجين الموجودين الآن. وقد أدى
هذا التغير إلى تكاثر الكائنات مستنشقة الهواء، وتَكُّون طبقة الأوزون التي
تعمل هي والمجال المغناطيسي لكوكب الأرض معًا على حجب أشعة الشمس فوق البنفسجية
مما يسمح بوجود حياة على سطح الأرض. ومن الوظائف الأخرى المهمة التي يقوم
بها الغلاف الجوي: نقل بخار الماء وتوفير الغازات المفيدة والمساعدة على
حرق الشهب قبل أن تصطدم بسطح الأرض وتعديل درجة الحرارة.^[82] وتعرف الظاهرة الأخيرة من هذه الظواهر باسم "تأثير الاحتباس الحراري"؛
حيث إن الجزيئات الضئيلة الموجودة في الغلاف الجوي تساعد في حبس الطاقة
الحرارية المنبعثة من الأرض ـ مما يؤدي إلى ارتفاع متوسط درجات الحرارة على
سطح الأرض. جدير بالذكر أن غاز ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والميثان
والأوزون تعتبر من غارات الدفيئة
للأرض، فمن غير وجود تأثير الاحتباس الحراري، فإن معدل درجة الحرارة على
سطح الأرض سيصل إلى -18 درجة مئوية، وقد تنعدم الحياة عندئذ.^[65]

[عدل] الطقس والمناخ على سطح الأرض

مقالات تفصيلية :طقس و مناخ


صورة بالقمر الصناعي لغطاء الغيوم حول الأرض.





ليس هناك من حدود معروفة للغلاف الجوي للأرض؛ حيث إنه يصبح أقل سمكًا
بالتدريج ويتلاشى في الفضاء الخارجي. هذا وتوجد ثلاثة أرباع كتلة الغلاف
الجوي في الأحد عشر كيلومترًا الأولى من سطح الكوكب. وتُعرف أدنى طبقة باسم
"التروبوسفير" أو "الغلاف السفلي". تقوم الطاقة المنبعثة من الشمس بتسخين هذه الطبقة والسطح الموجود تحتها مما يؤدي إلى تمدد الهواء، ثم يرتفع الهواء
الساخن قليل الكثافة لأعلى ويحل محله هواء بارد أكثر كثافة. والنتيجة هي
دوران الهواء في الغلاف الجوي الذي يوجه الطقس والمناخ من خلال إعادة توزيع
الطاقة الحرارية.^{[83] [84]}
وتتكون أحزمة الدوران الأساسية الموجودة في الغلاف الجوي من الرياح
التجارية التي تهب على المنطقة الاستوائية أسفل خط عرض 30° والرياح الغربية
التي تهب على خطوط العرض المتوسطة بين 30° و 60°. كما تعتبر تيارات
المحيطات من العوامل الأساسية أيضًا في تحديد المناخ، خاصة حركة المياه في
أعماق المحيطات التي تساهم في توزيع الطاقة الحرارية من المحيطات الواقعة
عند خط الاستواء إلى المناطق القطبية.^[85]

ينتقل بخار الماء الذي ينتج عن تصاعد الأبخرة من سطح الأرض في الجو
بطريقة دورية. فعندما تسمح الأحوال الجوية بتصاعد الهواء الرطب الدافئ، فإن
المياه التي يحتوي عليها هذا الهواء تتكاثف، ثم تسقط على السطح مرة أخرى
على هيئة أمطار وثلوج.^[83]
وبذلك فإن معظم المياه المتبخرة تعود مرة أخرى للمناطق المنخفضة من سطح
الأرض عن طريق الأنهار، والتي عادةً ما تعود إلى المحيطات أو تتجمع في البحيرات. وتعتبر دورة المياه
من الآليات الحيوية التي تدعم وجود الحياة على سطح كوكب الأرض، بالإضافة
إلى أنها من العوامل الأولية التي تؤدي إلى تآكل التضاريس الموجودة على سطح
الأرض على مَرّ الفترات الجيولوجية. وتتفاوت كميات الأمطار ما بين عدة
أمتار من المياه سنويًا إلى أقل من ملليمتر. والجدير بالذكر أن دوران
الهواء في الغلاف الجوي والسمات الطبوغرافية واختلاف درجات الحرارة
المختلفة يسهم في تحديد متوسط كمية الأمطار التي تسقط على كل منطقة.^[86]

يمكن تقسيم الأرض إلى أحزمة ذات أحوال مناخية متجانسة تقريبًا، وذلك
طبقًا لخطوط العرض. فمثلاً يمكن تقسيم الأحزمة الواقعة بداية من خط
الاستواء وحتى المناطق القطبية إلى مناطق استوائية وشبه استوائية ومعتدلة وقطبية. كما يمكن تصنيف المناخ أيضًا طبقًا لدرجات الحرارة وكميات سقوط الأمطار وكذلك تصنيف الأقاليم المناخية وفقًا لكتل هوائية منتظمة.^[87]
يتكون نظام تصنيف المناخ لكوبن (وفقًا للتعديل الذي أجراه والدمير كوبن
تلميذ "رودولف جيير") من خمسة مجموعات كبيرة ألا وهي: المناطق الاستوائية
الرطبة والجافة والمناطق الرطبة، التي تقع في منتصف خطوط العرض، والمناطق القارية والمناطق القطبية الباردة، والتي تم تقسيمها فيما بعد إلى مناطق أكثر تحديدًا.^[84]

[عدل] الغلاف الجوي العلوي



صورة من وكالة ناسا تظهر مشهدًا من الفلك يوضح أن القمر بأكمله محجوب جزئيًا من خلال الغلاف الجوي للأرض.





ينقسم الغلاف الجوي فوق طبقة التروبوسفير عادة إلى الاستراتوسفير (الجزء
العلوي من الغلاف الجوي والميزوسفير (الغلاف الجوي الأوسط) والثيرموسفير
(الغلاف الحراري).^[82]
وتتميز كل طبقة من الطبقات سالفة الذكر باختلاف في انخفاض معدل درجة
الحرارة ـ الأمر الذي يوضح مدى التغير في درجات الحرارة وفقًا للارتفاع.
هذا وتتلاشى طبقة الإكسوسفير (الطبقة الأخيرة في الغلاف الجوي) خلف هذه
الطبقات في الغلاف المغناطيسي؛ حيث تعتبر هذه هي النقطة التي يتفاعل فيها
المجال المغنطيسي مع الرياح الشمسية.
تعتبر طبقة الأوزون جزءًا مهمًا من الغلاف الجوي لاستمرار الحياة على سطح
كوكب الأرض، وتعد هذه الطبقة أحد مكونات الاستراتوسفير (الغلاف الطبقي)
الذي يحمي سطح الأرض بشكل جزئي من الأشعة فوق البنفسجية.^[88] هذا ويتم إطلاق اسم "خط كارمان" على المنطقة الواقعة فوق سطح الأرض بحوالي 100 كيلومتر، وهي التي تفصل بين الغلاف الجوي والفضاء.^[89]

ونظرًا لوجود الطاقة الحرارية على كوكب الأرض، فإن بعض الجزيئات
الموجودة على الحافة الخارجية للغلاف الجوي لكوكب الأرض تزيد سرعتها لدرجة
أنها تهرب من نطاق جاذبية الكوكب. وهذا يؤدي إلى التسرب أو الهروب من
الغلاف الجوي إلى الفضاء بشكل بطيء، وإن كان دائمًا. ونظرًا لأن غاز الهيدروجين يكون خفيفًا وذا وزن جزيئي منخفض، فإن سرعة هروبه في الفضاء تكون أكبر، كما أن معدل هروبه يكون أكبر من معدل هروب الغازات الأخرى.^[90]
هذا ويعتبر تسرب غاز الهيدروجين في الفضاء الخارجي من العوامل المساهمة في
تغير وضع الأرض من حالة الاختزال الأولية إلى حالة الأكسدة الحالية. جدير
بالذكر أن عملية التمثيل الضوئي تعتبر مصدرًا للأكسجين الحر، ولكن يعتقد
البعض أن فقد عوامل الاختزال مثل غاز الهيدروجين يعتبر شرطًا مسبقًا
ضروريًا لتراكم غاز الأوكسجين في الغلاف الجوي على نطاق واسع.^[91] ومن ثم فإن قدرة غاز الهيدروجين على الهروب من الغلاف الجوي لكوكب الأرض ربما تكون قد أثرت على طبيعة الحياة على الكوكب.^[92]
أما في الوقت الحالي، فإنه في ظل وجود الغلاف الجوي الغني بغاز الأكسجين،
فإن معظم غاز الهيدروجين يتحول إلى ماء قبل أن تتاح له فرصة الهروب من
الغلاف الجوي إلى الفضاء الخارجي. ولكن يرجع فقدان معظم غاز الهيدروجين إلى
تدمير غاز الميثان في الغلاف الجوي العلوي.^[93]