ساختار جو زمین چیست؟

بیگ بنگ/ جو زمین از گازهای مختلفی تشکیل شده و چگالی آن به طرف بالا به سرعت کم می شود. اما ساختار جو زمین از چه چیزی تشکیل شده است؟ در این مقاله نگاهی داریم به ساختار جو زمین، البته همیشه چیزها همانطور که امروز هستند، در تعادل مطلق قرار ندارند و می توانند بسته به شرایط متفاوت باشند.

جو زمین از مولکولهای: نیتروژن (۷۸%)، اکسیژن (۲۱%)، آرگون (۰٫۹%) و مقادیری دی اکسید کربن، نئون، هلیوم، متان، کریپتون، هیدروژن، اکسید نیتروژن، زنون، ازون، ید، مونو اکسید کربن و آمونیاک، تشکیل شده است. همچنین در ارتفاعات پایین تر مقادیری بخار آب نیز دارد. جوی که امروز سیاره ما دارد، بطور کلی با جو اولیه زمین متفاوت است. زمانی که سیاره برای نخستین بار در حدود ۴٫۴ میلیارد سال پیش رو به سردی گذاشت، آتشفشانها بخار، دی اکسید کربن و آمونیاک را به جو تزریق کردند که غلظتشان یکصد برابر جو امروز زمین بود.

نخستین باکتری موسوم به سیانوباکتری، احتمالاً نخستین جاندار اکسیژن ساز بوده است. تقریباً ۲٫۷ تا ۲٫۲ میلیارد سال پیش، چنین باکتری هایی مقادیر بسیار فراوانی اکسیژن را آزاد کرده و مولکول های دی اکسید کربن را از هم گسلاندند. همچنان که اکسیژن آزاد می شد، با آمونیاک واکنش داده و بدین ترتیب نیتروژن آزاد می شد. دی اکسید کربن جو نیز به وسیله گیاهان و بعدها عوامل انسانی به جو زمین تزریق شد.

جو زمین دارای لایه های مختلفی است که زیر به اختصار در موردشان توضیح داده شده:
لایه تروپوسفر:
تروپوسفر لایه پایینی جوّ زمین است که ارتفاع آن در قطب‌ها در حدود ۷ تا ۸ کیلومتر و در استوا در حدود ۱۶ تا ۱۸ کیلومتر است. تغییرات آب و هوایی تأثیر مختصری بر روی این ارتفاع دارد. هوای لایه تروپوسفر مدام در حال جابجایی در راستای عمودی است. این پدیده عمدتاً در اثر تابش نور خورشید به سطح زمین، گرم شدن و کم چگال شدن هوای مجاور سطح زمین رخ می‌دهد. «تروپو» ریشه یونانی دارد و به مفهوم اختلاط، گشتن و چرخیدن است. فشار هوا در مرز بالایی این لایه فقط در حدود ۱۰ درصد فشار در سطح دریا است. مرز این لایه، با لایه بعدی جو (که خود در حد یک لایه چند کیلومتری است)، [تروپوپاز] نامیده می‌شود.

لایه استراتوسفر:
استراتوسفر دومین لایهٔ جو زمین است که ارتفاع آن در ۵۰ کیلومتری از سطح زمین، قرار دارد. در این لایه با افزایش ارتفاع، دمای هوا افزایش پیدا می‌کند. قسمت اعظم لایه ازون که سطح کره زمین را در برابر پرتو فرابنفش خورشید حفاظت می‌کند، در قسمت‌های پایینی این لایه قرار دارد. ضخامت لایه ازن با تغییرات فصلی و جغرافیایی دستخوش تغییر می‌شود. «استراتو» از ریشه لاتین به معنی پخش و گسترده گرفته شده است. مرز این لایه با لایه بعدی جو (که خود در حد یک لایه چند کیلومتری است)، [استراتوپاز] نامیده می‌شود.

لایه مزوسفر:
این لایه تا ارتفاع حدود ۸۰ تا ۸۵ کیلومتری از سطح زمین قرار گرفته و میان استراتوسفر و ترموسفر قرار دارد. در این لایه با افزایش ارتفاع، دمای هوا کم می‌شود. «مزو» ریشه‌ای یونانی دارد و به معنی وسط است. روزانه حدود ۵۰ تن شهاب‌سنگ وارد جو زمین می‌شود و بیشتر آنها در مزوسفر تبخیر می‌شوند. این‌گونه مواد موجود در شهاب‌سنگ‌ها در مزوسفر پراکنده می‌شوند و این لایه هم‌اکنون دارای مقادیر آهن و فلزات دیگر است. بالون‌های هواشناسی و هواپیما نمی‌توانند به این لایه برسند

لایه ترموسفر:
این لایه تا ارتفاع حدود ۶۰۰ تا ۶۴۰ کیلومتری از سطح زمین قرار دارد. در معدودی مراجع نیز این لایه را فاقد مرز فوقانی دانسته‌اند. عنوان ترموسفر به سبب دمای فوق‌العاده زیاد ترمودینامیکی، به این لایه نسبت داده شده است. در این لایه با افزایش ارتفاع، دما نیز افزایش پیدا می‌کند. این دما ممکن است به ۱۵۰۰ کلوین نیز برسد که منشاء اصلی آن یونیزه شدن مولکول‌های اکسیژن و نیتروژن، در اثر برخورد با پرتو فرابنفش خورشید است. جلوه سرخی شفق یکی از پدیده‌های قسمت پایینی لایه ترموسفر است.

لایه یونوسفر:
این لایه هویت مستقلی ندارد و در واقع همان بخش اعظم از لایه ترموسفر است که فرایند یونیزه شدن مولکول‌های گازی در آن صورت می‌گیرد. یونوسفر نقش اصلی در انتشار امواج الکترومغناطیسی داشته و اثرات مهمی بر ارتباطات راه دور دارد. پدیده بازتابش امواج رادیویی تابیده شده از سطح زمین در همین لایه اتفاق می‌افتد. شدیده شفق نیز در همین لایه پدید می‌آید.

لایه اگزوسفر:
این لایه بالاترین لایهٔ جو زمین است که جو پس از آن پایان می‌پذیرد و خلأ آغاز می‌گردد. هوا در این لایه بسیار رقیق است و تفاوت چندانی با خلأ ندارد. اجزای اصلی این لایه هیدروژن و هلیم هستند که تراکم کمی دارند و بسیاری از ماهواره‌ها در این لایه قرار دارند. ارتفاع این لایه بالای ۶۰۰ کیلومتر تا حدود ۱۰۰۰۰ کیلومتر از سطح زمین است که عموماً اتم‌ها و مولکول‌های جو تحت تاثیر بادهای خورشیدی و میدان مغناطیسی زمین به فضای اطراف رانده می‌شوند.