جو زمین چیست و چه اهمیتی در حفظ حیات دارد؟

جو زمین لایه ای از گازهایی است که معمولاً با نام هوا شناخته می شود و توسط گرانش زمین حفظ می شود و سیاره زمین را احاطه کرده است. جو زمین با اعمال فشار اجازه می دهد تا آب مایع در سطح زمین وجود داشته باشد ، اشعه ماورا بنفش خورشید را جذب می کند ، از گرم شدن سطح زمین به دلیل اثر گلخانه ای جلوگیری می کند و مانع تغییرات دمایی شدید بین شب و روز می شود.

جو زمین زمین دارای یک سری لایه ها است که هر کدام ویژگی خاص خود را دارند. این لایه ها از سطح زمین به سمت بالا شامل تروپوسفر ، استراتوسفر ، مزوسفر ، ترموسفر و اگزوسفر هستند. اگزوسفر به تدریج در قلمرو فضای بین سیاره ای محو می شود.

ترکیب هوا ، دما و فشار جوی با توجه به ارتفاع متفاوت است و هوای مناسب برای استفاده در فتوسنتز توسط گیاهان زمینی و تنفس حیوانات فقط در تروپوسفر زمین و در اتمسفر  مصنوعی یافت می شود. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می شود.

تاریخچه جو زمین

در رابطه با تاریخچه شکل گیری جو زمین باید بدانید که از زمان شکل گیری به صورت اتمسفر هیدروژنی بسیار تغییر کرده است و چندین بار به طرز چشمگیری تغییر یافته است. به عنوان مثال ، رویداد بزرگ اکسیداسیون ۲.۴ میلیارد سال پیش ، اکسیژن موجود در جو را از  فاقد اکسیژن به سطوح نزدیک به امروز افزایش داده است. انسان همچنین از طریق آلودگی هوا ، به ویژه از زمان صنعتی شدن باعث تغییرات قابل توجهی در ترکیب اتمسفر شده است که منجر به تغییرات محیطی مانند تخریب لایه ازن و گرم شدن کره زمین شده است.

حقایقی در رابطه با جو زمین

تحقیق درباره جو زمین در طول تاریخ بشر همواره وجود داشته تا نادانسته های انسان از این فضای نامتناهی کامل شود. سوالاتی از قبیل اینکه جو زمین چقدر است؟ و یا جو زمین چند متر است؟ پرسش هایی است که مدت ها ذهن بشر را درگیر خود کرده بود و با پیشرفت دانش و با گذشت زمان پاسخ داده شد. اکنون جو زمین و فاصله آن و جو زمین و ارتفاع آن کاملا ارزیابی شده و مشخص شده است.

فاصله زمین تا جو از سطح زمین تا ارتفاع ۱۰٫۰۰۰ کیلومتر (۶٫۲۰۰ مایل) بالاتر ادامه دارد. ۹۹%  جو در فاصله ۳۰ کیلومتری از سطح زمین قرار دارد. هوای اطراف زمین تا ارتفاع ۱۰۰۰ کیلومتر این سیاره را پوشش می دهد و به ما و همه موجودات دیگر امکان تنفس می دهد.

دمای خارج از جو زمین سرد است یا گرم؟

در خارج از اتمسفر زمین خلاء وجود دارد به همین دلیل سرد است. تعداد مولکول‌ های گاز در فضا بسیار کم است و فاصله زیادی بین آنها وجود دارد بنابراین امکان برخورد آنها بسیار کم است و نمی توانند دمای ناشی از تابش فروسرخ خورشید را انتقال دهند به همین دلیل دمای خارج از اتمسفر زمین سرد است و با عبور از جو زمین این تغییر دما کاملا محسوس است.

علاوه بر این انتقال حرارت در جو زمین مانند روی زمین به روش ‌های تشعشعی، هدایتی و همرفتی انجام می‌ شود و سطح سیاره ما را گرم نگه می دارد.

جو زمین چند لایه دارد؟

لایه های جو زمین به پنج لایه اصلی تقسیم شده است که شامل اگزوسفر ، ترموسفر ، مزوسفر ، استراتوسفر و تروپوسفر می باشد. جو در لایه های بالاتر نازک می شود تا زمانی که گازها در فضا پخش می شوند. هیچ مرز مشخصی بین اتمسفر و فضا وجود ندارد ، اما یک خط خیالی در حدود ۶۲ مایل (۱۰۰ کیلومتر) از سطح زمین به نام خط کارمان وجود دارد و جایی است که دانشمندان می گویند اتمسفر با فضا مخلوط می شود.

تروپوسفر

تروپوسفر نزدیکترین لایه به سطح زمین است. ضخامت آن ۴ تا ۱۲ مایل (۷ تا ۲۰ کیلومتر) است و حاوی نیمی از جو زمین است. هوا در نزدیکی زمین گرمتر و در بالاتر سرد می شود. تقریباً تمام بخار آب و گرد و غبار موجود در اتمسفر در این لایه وجود دارد و به همین دلیل ابرها در اینجا یافت می شوند.

استراتوسفر

استراتوسفر لایه دوم است که از بالای تروپوسفر شروع می شود و در حدود ۳۱ مایلی (۵۰ کیلومتر) از سطح زمین به پایان می رسد. ازن در اینجا فراوان است و ضمن جذب اشعه مضر  خورشید ، جو را گرم می کند. هوای اینجا بسیار خشک است و حدود هزار برابر نازک تر از سطح دریا است. به همین دلیل هواپیماهای جت و بالن های هوا به راحتی در آن پرواز می کنند.

مزوسفر

مزوسفر از ۳۱ مایلی (۵۰ کیلومتر) شروع و تا ارتفاع ۵۳ مایل (۸۵ کیلومتر) امتداد دارد. بالای مزوسفر که مزوپاوز نامیده می شود ، سردترین قسمت اتمسفر زمین است و دمای آن تقریباً منفی ۱۳۰ درجه فارنهایت (منفی ۹۰ درجه سانتی گراد) است. مطالعه این لایه دشوار است زیرا جت ها و بالن ها به اندازه کافی بالا نمی روند و ماهواره ها و شاتل های فضایی نیز بسیار بالاتر می چرخند. جو زمین و شهاب سنگ ها از زیبایی های اتمسفر زمین است و دانشمندان می دانند که شهاب سنگ ها در این لایه می سوزند.

ترموسفر

ترموسفر از حدود ۵۶ مایلی (۹۰ کیلومتر) تا بین ۳۱۰ تا ۶۲۰ مایل (۵۰۰ و ۱۰۰۰ کیلومتر) امتداد دارد. دما در این ارتفاع می تواند تا ۲۷۰۰ درجه فارنهایت (۱۵۰۰ درجه سانتی گراد) برسد. ترموسفر بخشی از جو زمین در نظر گرفته می شود ، اما تراکم هوای آن به قدری کم است که بیشتر این لایه همان چیزی است که به عنوان فضای بیرونی تصور می شود. در واقع ، این لایه جایی است که شاتل های فضایی پرواز می کنند و ایستگاه فضایی بین المللی به دور زمین می چرخد.

در این لایه شفق قطبی رخ می دهد زیرا ذرات باردار شده از فضا با اتم ها و مولکول های موجود در ترموسفر برخورد می کنند و آنها را به حالت های بالاتر انرژی می رساند. اتم ها با انتشار فوتون های نوری  این انرژی اضافی را از بین می برند و  ما آنها را به شکل رنگ های زیبای شفق قطبی می بینیم.

اگزوسفر

اگزوسفر بالاترین لایه اتمسفر و بسیار نازک است و جایی است که جو با فضای بیرونی ادغام می شود. این لایه از ذرات بسیار پراکنده هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است.

جو زمین چه اهمیتی برای ما دارد؟

تامین گازهای تنفسی

دی ‌اکسید کربن و اکسیژن گازهایی هستند که  برای حیات موجودات زمین ضروری هستند. گیاهان از طریق  فتوسنتز CO2 را به  اکسیژن تبدیل می ‌کنند و موجودات زنده از آن استفاده کرده و دی اکسید کربن تولید می کنند.

چرخه آب

آب مهمترین دلیل وجود حیات بر روی کره زمین است که در چرخه آب به صورت بخار وارد اتمسفر می شود  و باعث تغییرات آب‌ و‌ هوایی می شود.

وجود لایه ازن

وجود این لایه در اتمسفر زمین باعث جذب پرتوهای UV خورشید شده و از موجودات زمینی مراقبت می کند. بدون وجود این لایه بسیاری از موجودات قادر به زندگی بر روی زمین نیستند.

اتمسفر چیست؟

اتمسفر همان جو زمین است که در رابطه با لایه ها و اهمیت در قسمت های فوق توضیح داده شد. ساختار اتمسفر نحوه رفتار و ایجاد هوا در نزدیکی سطح زمین را کنترل می کند. سیارات و قمرهای دیگر منظومه شمسی نیز اتمسفر دارند  اما هیچ یک از آنها نمی توانند حیاتی را که ما می شناسیم پشتیبانی کنند زیرا آنها یا بیش از حد متراکم هستند (مانند زهره) یا به اندازه کافی متراکم نیستند (مانند مریخ) و هیچ یک اکسیژن کافی ندارند ، گاز گرانبهایی که ما در هر دقیقه آنرا استنشاق می کنیم!

ارتفاع جو زمین چقدر است

جو زمین حدود ۱۰٫۰۰۰ کیلومتر (۶٫۲۰۰ مایل) ارتفاع دارد. اگزوسفر بیرونی ترین لایه جو است که حدود ۳۷۵ مایل (۶۰۰ کیلومتر) تا ۶۲۰۰ مایل (۱۰۰۰۰ کیلومتر) بالای زمین امتداد دارد. ترموسفر بین ۵۳ مایل (۸۵ کیلومتر) و ۳۷۵ مایل (۶۰۰ کیلومتر) قرار دارد که به عنوان جو فوقانی شناخته می شود. در حالی که هنوز بسیار نازک است، گازهای ترموسفر به طور فزاینده ای متراکم تر می شوند. اشعه ماوراء بنفش و اشعه ایکس دریافتی با انرژی بالا از خورشید شروع به جذب مولکول های این لایه می کند و باعث افزایش دما می شود. به دلیل این جذب، دما با ارتفاع افزایش می یابد. از ۱۸۴- درجه فارنهایت (۱۲۰- درجه سانتیگراد) در پایین این لایه، دما می تواند به ۳۶۰۰ درجه فارنهایت (۲۰۰۰ درجه سانتیگراد) در نزدیکی بالا برسد.

مزوسفر از حدود ۳۱ مایل (۵۰ کیلومتر) بالای سطح زمین تا ۵۳ مایل (۸۵ کیلومتر) گسترش یافته است. گازهای موجود در مزوسفر در حال حاضر به اندازه کافی ضخیم هستند که می توانند سرعت شهاب سنگ هایی را که به جو سرازیر می شوند، کاهش دهند، جایی که می سوزند و ردپای آتشین در آسمان شب باقی می مانند. استراتوسفر (لایه بعدی پایین) و مزوسفر هر دو جو میانی در نظر گرفته می شوند. مرز انتقالی که مزوسفر را از استراتوسفر جدا می کند، استراتوپوز نامیده می شود.

استراتوسفر از ۴-۱۲ مایل (۶-۲۰ کیلومتر) بالای سطح زمین تا حدود ۳۱ مایل (۵۰ کیلومتر) گسترش می یابد. این لایه ۱۹ درصد از گازهای جو را در خود جای می دهد اما بخار آب بسیار کمی را در خود جای می دهد. تروپوسفر که به عنوان پایین جو شناخته می شود، تقریباً تمام آب و هوا در این منطقه رخ می دهد. تروپوسفر از سطح زمین شروع می شود، اما ارتفاع تروپوسفر متفاوت است. ارتفاع آن در خط استوا ۱۱ تا ۱۲ مایل (۱۸ تا ۲۰ کیلومتر)، در ۵۰ درجه شمالی و ۵۰ درجه جنوبی ۵ و نیم مایل (۹ کیلومتر) و در قطب ها کمتر از ۶ کیلومتر است.