دید کلی
هوای بالای سطح زمین جو نام دارد و ارتفاع آن در حد هزار کیلومتر تخمین زده شده است. تقسیم بندی لایه‌های جوی بنابر واکنشهای شیمیایی ، فیزیکی ، یونش ، دما و ... صورت می‌گیرد. اما تقسیمات براساس میانگین تغییرات دما نسبت به ارتفاع ، طبق تصمیم سازمان هواشناسی جهان تسریع می‌شود. تروپوسفر یکی از لایه‌های جوی بنابر تقسیمات عمودی جوی است. در اینجا می‌خواهیم درباره این لایه و پارامترهای موجود در آن صحبت کنیم.
تقسیم بندی لایه‌های جوی
اکثر پدیده‌های جوی که در زندگی روزانه ، انسان نقش عمده‌ای دارند، بیشتر اوقات در طبقه پایین جو یعنی تروپوسفر اتفاق می‌افتد. ارتفاع تروپروسفر بین 7 تا 18 کیلومتر متغیر است. این ارتفاع در استوا به 18 کیلومتر و در قطبین به 7 الی 8 کیلومتر می‌رسد. تروپوسفر لایه متغیر هواست و به ندرت در مدت طولانی قسمت آرامی در آن یافت می‌شود. تمام اتفاقات جوی مانند باران ، برف ، تکرگ ، رعد و برق ، چاههای هوایی و امثال اینها در تروپوسفر رخ می‌دهد.
تقسیمات عمودی جو
- تروپوسفر
- استراتوسفر
- مزوسفر
- ترموسفر
- اگزوسفر
تروپوباز
مرز تروپوسفر و استراتوسفر و استراتوپاز ، مرز مشترک استراتوسفر و مزوسفر است. همچنین مرز باز مرز بین مزوسفر ترموسفر می‌باشد. نوع دیگری از تقسیم بندی لایه‌های جوی وجود دارد که طی آن ارتفاع بالاتر از 60 کیلومتری را یونسفر می‌نامند، چون دارای ذرات باردار است.
لیپس ریت (Lapsrade)
هر چه از سطح زمین بالاتر می‌رویم هوا سردتر می‌شود، زیرا از تعداد مولکولهای هوا کاسته می‌شود. در لایه تروپوسفر معمولا دما نسبت به ارتفاع کاهش می‌یابد. کاهش دما نسبت به ارتفاع را لیپس ریت گویند. بطور متوسط کاهش درجه حرارت نسبت به ارتفاع در طبقات پایین جو ، 6 درجه سانتیگراد در هر کیلومتر است که آنرا گرادیان قائم دما با لیپس ریت گویند.
اینورژن (Inuersion)
گاهی دما نسبت به ارتفاع در این لایه افزایش می‌یابد که عکس لیپس ریت می‌باشد. این حالت استثنایی را در هواشناسی اینورژن می‌گویند. در حالت کلی بر طبق قوانین فیزیک در یک سیستم پایدار چون هوای سرد پایین و هوای گرم بالاتر می‌گیرد (هوای گرم سبکتر است). می‌دانیم که گرم بودن هوا در شب به علت تابش شبانه زمین است. در اوایل صبح هنگامی که زمین بیشتر گرمای خود را از دست داده و آنرا به لایه‌های هوای بالای آن داده ، هوای گرم بالا رفته و هوای سرد جای آنرا گرفته است و زمین هم دیگر انرژی گرمایی کافی برای گرم کردن بسته هوای سرد که اکنون روی آن مستقر است را ندارد تا بتواند آن را آنقدر گرم کند که از بسته هوای بالایی بالاتر برود.
 |
پس یک سیستم پایدار بصورت یک بسته هوای سرد که یک بسته هوای گرم روی آن وجود دارد، موجود است. این حالت پایدار را پدیده اینورژن گویند. وجود این حالت در صبحگاه می‌تواند خطر آفرین باشد. چون دود حاصل از کارخانجات ، که بوسیله جابجایی لایه‌های جوی از زمین دور می‌شود، در این سیستم پایدار قرار می‌گیرد و نمی‌تواند از زمین دور شود و می‌تواند باعث ایجاد اختلالات تنفسی شود. البته این سیستم با تابش پرتوهای خورشید از بین می‌رود.
ترکیبات هوا در تروپوسفر
ازت ، اکسیژن ، ازن ، گاز کربنیک ، هیدروژن و گازهای نادر ترکیبات هوا در تروپوسفر را تشکیل می‌دهند که در جدول زیر درصد آن بدون آلودگی ، وزن مولکولی و ثابت گاز را در تروپوسفر نشان می‌دهد.
| گازهای اتمسفر |
درصد |
وزن مولکولی |
ثابت گازها |
| ازت |
78.09 |
28.016 |
296.74 |
| اکسیژن |
20.95 |
32.0 |
259.81 |
| گاز کربنیک |
2.02 |
44.01 |
188.9 |
| آرگن |
0.93 |
39.994 |
208.13 |
| ازن |
6-10 |
| هیدروژن |
5-10×5 |
| گازهای نادر |
بقیه |
|
ازت
گاز ازت اصولا بصورت مولکولی است. تجزیه مولکولهای ازت مشکل است و تا ارتفاع 500 کیلومتری غلظت ازت اتمی (N) خیلی کم است. در جو از ترکیبات ازت دار مانند دی اکسید ازت NO2 که در اثر آتشفشانی ، آتش سوزی ، دود کارخانجات و نظایر اینها وجود دارد که در اثر تجزیه ، تولید ازن می‌کند.
اکسیژن
گاز اکسیژن توسط اشعه‌های فرابنفش خورشیدی تجزیه می‌شود. غلظت اکسیژن مولکولی با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد، در حالی که اکسیزن اتمی (O) نسبت به ارتفاع افزایش می‌یابد. به همین ترتیب میزان مولکول اکسیژن در تروپوسفر از سایر لایه‌های جوی بیشتر است، در ارتفاع 130 کیلومتری دو سوم اکسیژن موجود در آن ارتفاع بصورت اتمی است و در ارتفاع 500 کیلومتری مقادیر ناچیزی از اکسیژن مولکولی باقی مانده است. اکسیژن اتمی منبع تولید ازن است.
گاز کربنیک CO2
مقدار گاز کربنیک در حالت طبیعی در تروپورسفر 0.03 درصد است، ولی امروزه به دلیل گسترش صنایع مقادیر آن رو به افزایش است. گاز کربنیک تابش خورشیدی را جذب کرده و تجزیه می‌شود. طول موج اشعه‌ای که باعث تجزیه گاز کربنیک می‌شود زیر 0.169 میکرون بوده و این گستره موجی توسط اکسیژن (O2) نیز جذب می‌شود و از تجزیه گاز کربنیک محافظت می‌کند. بدین ترتیب در ارتفاع 90 کیلومتری عمل فتوشیمیایی بر روی گاز کربنیک کم است. گاز کربنیک در تعادل حرارتی زمین و جو نقش بسیار مهمی دارد و تابشهای خروجی را در طول موج معین جذب و از کاهش حرارت جلوگیری می‌کند. این گاز جز آلوده کننده‌های جو به شمار می‌رود و بر اثر آشفتگیهای جوی آمیخته می‌شود. منابع تولید آن تنفس انسان ، حیوان ، احتراق ، آتشفشان و صنایع است.
ازن
اندازه گیریها نشان می‌دهند که حداکثر مقدار ازن در حدود 25 کیلومتری است و توزیع آن بطور عمومی یکسان نیست. از ارتفاع مذکور ، هر چه به طرف بالا و یا پایین برویم از مقدار آن کاسته می‌شود، بطوری که در حدود 70 کیلومتری به کمترین مقدار خود می‌رسد. در اثر تجزیه اکسیژن ، گاز کربنیک و دی اکسید ازت بوسیله تابش فرابنفش خورشیدی و در طول موج معین ، اکسیژن اتمی تولید می‌شود. آمیزش اکسیژن اتمی و اکسیژن مولکولی در حضور یک ذره سوم موجب تولید ازن می‌شود.
O2 → O + O
O2 + 0 → O3
واکنشهای فوق در ارتفاع 25 کیلومتری بهتر و بیشتر انجام می‌پذیرد. به دلیل اینکه چگالی هوا چنان است که مقدار زیادی اکسیژن اتمی وجود دارد.
ازن از نظر زیستی نقش مهمی بازی می‌کند، چون ازن تابش فرابنفش خورشیدی را جذب کرده، تجزیه می‌شود و از رسیدن بیش از حد تابش فرابنفش به زمین جلوگیری می‌کند.
O3 → O2 + O + E
اگر مقدار ازن از 10 - 6 درصد تجاوز کند، فرابنفش بیشتری را جذب می‌کند و این باعث ایجاد عارضه کاهش ویتامین D در بدن جانداران (ایجاد بیماری راشیتیسم) است.
بخار آب (H2O)
در جو هوا کاملا خشک نیست. اگر چه بر روی بیابانها و عرضهای جغرافیایی بالا نسبتا خشک باشد. در هر حال همیشه بخار آب همراه هوای خشک وجود دارد. تبخیر آب از اقیانوسها ، دریاها (آبهای خارجی) و آبهای داخلی نظیر زمین و گیاهان منبع بخار آب ، ابرها و بارندگیها است. بخار آب به نسبتهای متغیری در جو وجود دارد و تا حدود چهار درصد است و هر قدر ارتفاع بلندتر باشد، از مقدار آن کاسته می‌شود.
