طبقة الستراتوسفير

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 14 صور
الموسوعة الحرة
توهج طبقة التروبوسفير ( البرتقالي)، والستراتوسفير (الأزرق)، والميزوسفير ( المظلمة) حيث يبدأ دخول الغلاف الجوي ، تاركًا وراءه خطوطًا تكاثفية ، كما في هذه الحالة عند عودة المركبة الفضائية .
تُظهر هذه الصورة اتجاه درجات الحرارة في طبقة الستراتوسفير السفلى كما تم قياسها بواسطة سلسلة من الأدوات المستندة إلى الأقمار الصناعية بين يناير 1979 وديسمبر 2005. تتركز طبقة الستراتوسفير السفلى على ارتفاع حوالي 18 كيلومترًا فوق سطح الأرض. تهيمن الألوان الزرقاء والخضراء على صورة الستراتوسفير، مما يشير إلى التبريد بمرور الوقت. [1]
رسم تخطيطي يوضح الطبقات الخمس الأساسية للغلاف الجوي للأرض: الغلاف الخارجي ، والغلاف الحراري ، والغلاف المتوسط ، والغلاف الستراتوسفيري، والغلاف الجوي التروبوسفير . الطبقات ليست متطابقة في الحجم.

الستراتوسفير ( / ˈstrætəˌsfɪər , -toʊ- / ) هي ثاني أدنى طبقة من الغلاف الجوي للأرض ، وتقع فوق طبقة التروبوسفير وتحت طبقة الميزوسفير . [ 2 ] [ 3 ] تتكون الستراتوسفير من مناطق درجات حرارة طبقية ، حيث تقع طبقات الهواء الأكثر دفئًا في الأعلى (أقرب إلى الفضاء الخارجي ) والطبقات الأكثر برودة في الأسفل (أقرب إلى سطح كوكب الأرض). تنجم زيادة درجة الحرارة مع الارتفاع عن امتصاص الأشعة فوق البنفسجية للشمس بواسطة طبقة الأوزون ، حيث يتحلل الأوزون ضوئيًا إلى أكسجين بطريقة دورية . [4] يتناقض هذا الانعكاس الحراري مع طبقة التروبوسفير، حيث تنخفض درجة الحرارة مع الارتفاع، وبين طبقة التروبوسفير والستراتوسفير توجد حدود التروبوبوز التي تحدد بداية الانعكاس الحراري.

بالقرب من خط الاستواء ، يصل ارتفاع الحافة السفلية من طبقة الستراتوسفير إلى 20 كم (66000 قدم؛ 12 ميل)، وعند خطوط العرض المتوسطة حوالي 10 كم (33000 قدم؛ 6.2 ميل)، وعند القطبين حوالي 7 كم (23000 قدم؛ 4.3 ميل). [4] تتراوح درجات الحرارة من متوسط ​​−51 درجة مئوية (−60 درجة فهرنهايت؛ 220 كلفن) بالقرب من طبقة التروبوبوز إلى متوسط ​​−15 درجة مئوية (5.0 درجة فهرنهايت؛ 260 كلفن) بالقرب من طبقة الميزوسفير. [5] تختلف درجات حرارة الستراتوسفير أيضًا داخل الستراتوسفير مع تغير الفصول ، حيث تصل إلى درجات حرارة منخفضة بشكل خاص في الليل القطبي (الشتاء). [6] يمكن للرياح في طبقة الستراتوسفير أن تتجاوز بكثير تلك الموجودة في طبقة التروبوسفير، حيث تصل إلى ما يقرب من 60 م/ث (220 كم/ساعة؛ 130 ميلاً في الساعة) في الدوامة القطبية الجنوبية . [6]

اكتشاف

في عام 1902، نشر ليون تيسيرينك دي بورت من فرنسا وريتشارد أسمان من ألمانيا، في منشورات منفصلة ولكن منسقة وبعد سنوات من الرصد، اكتشاف طبقة متساوية الحرارة على ارتفاع 11-14 كم (6.8-8.7 ميل)، وهي قاعدة طبقة الستراتوسفير السفلى. واستند هذا إلى ملفات تعريف درجة الحرارة من معظم البالونات غير المأهولة وعدد قليل منها مأهولة بالأجهزة. [7]

طبقة الأوزون

تمنع طبقة الأوزون الموجودة في طبقة الستراتوسفير الأشعة فوق البنفسجية الضارة من الوصول إلى سطح الأرض. ومن شأن انفجار أشعة جاما أن يؤدي إلى استنزاف طبقة الأوزون، مما يسمح للأشعة فوق البنفسجية بالمرور عبرها.

تم وصف الآلية التي تصف تكوين طبقة الأوزون من قبل عالم الرياضيات والجيوفيزيائي البريطاني سيدني تشابمان في عام 1930، وهي معروفة بدورة تشابمان أو دورة الأوزون والأكسجين . [8] يمتص الأكسجين الجزيئي ضوء الشمس عالي الطاقة في منطقة الأشعة فوق البنفسجية-C ، عند أطوال موجية أقصر من حوالي 240 نانومتر. تتحد الجذور الناتجة عن جزيئات الأكسجين المنقسمة متجانسًا مع الأكسجين الجزيئي لتكوين الأوزون. بدوره، يتم تحليل الأوزون ضوئيًا بسرعة أكبر بكثير من الأكسجين الجزيئي لأنه يتمتع بامتصاص أقوى يحدث عند أطوال موجية أطول، حيث يكون الانبعاث الشمسي أكثر كثافة. ينتج عن التحليل الضوئي للأوزون (O 3 ) O وO 2. يتحد ناتج ذرة الأكسجين مع الأكسجين الجزيئي الجوي لإعادة تشكيل O 3 ، مما يطلق الحرارة. يؤدي التحليل الضوئي السريع وإعادة تشكيل الأوزون إلى تسخين طبقة الستراتوسفير، مما يؤدي إلى انعكاس درجة الحرارة. هذه الزيادة في درجة الحرارة مع الارتفاع هي سمة من سمات طبقة الستراتوسفير؛ فمقاومتها للاختلاط الرأسي تعني أنها طبقية. ترتفع درجات الحرارة داخل طبقة الستراتوسفير مع الارتفاع (انظر انعكاس درجة الحرارة ) ؛ تبلغ درجة حرارة الجزء العلوي من طبقة الستراتوسفير حوالي 270 كلفن (−3 درجة مئوية أو 26.6 درجة فهرنهايت ). [9] [ الصفحة المطلوبة ]

يجعل هذا التقسيم الطبقي الرأسي ، مع طبقات أكثر دفئًا أعلاه وطبقات أكثر برودة أدناه، طبقة الستراتوسفير مستقرة ديناميكيًا: لا يوجد حمل حراري منتظم واضطراب مرتبط به في هذا الجزء من الغلاف الجوي. ومع ذلك، فإن عمليات الحمل الحراري النشطة بشكل استثنائي، مثل أعمدة الثوران البركاني والقمم المتجاوزة في العواصف الرعدية الشديدة ، قد تحمل الحمل الحراري إلى الستراتوسفير على أساس محلي ومؤقت للغاية. بشكل عام، فإن التوهين للأشعة فوق البنفسجية الشمسية عند الأطوال الموجية التي تلحق الضرر بالحمض النووي بواسطة طبقة الأوزون يسمح للحياة بالوجود على سطح الكوكب خارج المحيط. يجب أن يمر كل الهواء الذي يدخل الستراتوسفير عبر التروبوبوز ، وهو الحد الأدنى لدرجة الحرارة الذي يقسم طبقتي التروبوسفير والستراتوسفير. الهواء الصاعد مجفف بالتجميد حرفيًا؛ الستراتوسفير مكان جاف للغاية. يُطلق على الجزء العلوي من الستراتوسفير اسم الستراتوبوز ، حيث تنخفض درجة الحرارة فوقها مع الارتفاع.

التكوين والتدمير

أعطى سيدني تشابمان وصفًا صحيحًا لمصدر الأوزون الستراتوسفيري وقدرته على توليد الحرارة داخل الستراتوسفير ؛ [ بحاجة لمصدر ] كما كتب أن الأوزون يمكن تدميره عن طريق التفاعل مع الأكسجين الذري، مما يجعل جزيئين من الأكسجين الجزيئي. نحن نعلم الآن أن هناك آليات إضافية لفقدان الأوزون وأن هذه الآليات محفزة، مما يعني أن كمية صغيرة من المحفز يمكن أن تدمر عددًا كبيرًا من جزيئات الأوزون. الأول يرجع إلى تفاعل الجذور الهيدروكسيلية (•OH) مع الأوزون. •OH يتكون من تفاعل ذرات الأكسجين المثارة كهربائيًا الناتجة عن التحلل الضوئي للأوزون، مع بخار الماء. بينما تكون طبقة الستراتوسفير جافة، يتم إنتاج بخار ماء إضافي في الموقع عن طريق الأكسدة الضوئية للميثان (CH 4 ). يتم إعادة تدوير الجذر HO 2 الناتج عن تفاعل OH مع O 3 إلى OH عن طريق التفاعل مع ذرات الأكسجين أو الأوزون. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤثر أحداث البروتون الشمسية بشكل كبير على مستويات الأوزون عن طريق التحليل الإشعاعي مع التكوين اللاحق لـ OH. يتم إنتاج أكسيد النيتروز (N 2 O) عن طريق النشاط البيولوجي على السطح ويتأكسد إلى NO في طبقة الستراتوسفير؛ كما تستنفد دورات الجذور الحرة NO x ما يسمى الأوزون الستراتوسفيري. أخيرًا، يتم تحليل جزيئات الكلورو فلورو كربون ضوئيًا في طبقة الستراتوسفير مطلقة ذرات الكلور التي تتفاعل مع الأوزون مما يعطي ClO وO 2. يتم إعادة تدوير ذرات الكلور عندما يتفاعل ClO مع O في طبقة الستراتوسفير العليا، أو عندما يتفاعل ClO مع نفسه في كيمياء ثقب الأوزون في القطب الجنوبي.

حصل بول ج. كروتزن وماريو ج. مولينا وف. شيروود رولاند على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1995 لعملهم في وصف تكوين وتحلل الأوزون الستراتوسفيري. [10]

رحلة طائرة

طائرة بوينج 737-800 عادية تحلق على ارتفاع 32 ألف قدم. أسفلها مجموعة من السحب. وفوقها سماء زرقاء صافية.
تحلق الطائرات عادة في طبقة الستراتوسفير لتجنب الاضطرابات المتفشية في طبقة التروبوسفير . الشعاع الأزرق في هذه الصورة هو طبقة الأوزون ، الذي يمتد إلى طبقة الميزوسفير . يسخن الأوزون طبقة الستراتوسفير، مما يجعل الظروف مستقرة. كما أن طبقة الستراتوسفير هي الحد الأقصى لارتفاع الطائرات النفاثة وبالونات الطقس ، حيث يكون الهواء هناك أرق بنحو ألف مرة من طبقة التروبوسفير. [11]

تحلق الطائرات التجارية عادةً على ارتفاعات تتراوح بين 9 و12 كم (30000 و39000 قدم) وهي في المناطق السفلية من طبقة الستراتوسفير في خطوط العرض المعتدلة. [12] وهذا يعمل على تحسين كفاءة الوقود ، ويرجع ذلك في الغالب إلى انخفاض درجات الحرارة بالقرب من طبقة التروبوبوز وانخفاض كثافة الهواء، مما يقلل من السحب الطفيلي على هيكل الطائرة . وبعبارة أخرى، فإنه يسمح للطائرة بالطيران بشكل أسرع مع الحفاظ على الرفع مساوٍ لوزن الطائرة. (يعتمد استهلاك الوقود على السحب، والذي يرتبط بالرفع من خلال نسبة الرفع إلى السحب ). كما يسمح للطائرة بالبقاء فوق الطقس المضطرب في طبقة التروبوسفير.

حلقت طائرة الكونكورد بسرعة 2 ماخ على ارتفاع حوالي 60 ألف قدم (18 كم)، وحلقت طائرة SR-71 بسرعة 3 ماخ على ارتفاع 85 ألف قدم (26 كم)، وكل ذلك داخل طبقة الستراتوسفير.

نظرًا لأن درجة الحرارة في طبقة التروبوبوز والستراتوسفير السفلى ثابتة إلى حد كبير مع زيادة الارتفاع، فإن الحمل الحراري والاضطراب الناتج عنه يحدث هناك بدرجة قليلة جدًا. تنجم معظم الاضطرابات عند هذا الارتفاع عن الاختلافات في التيار النفاث وغيره من القص الرياحي المحلي، على الرغم من أن مناطق النشاط الحملي الكبير ( العواصف الرعدية ) في طبقة التروبوسفير أدناه قد تنتج اضطرابات نتيجة لتجاوز الحمل الحراري .

في 24 أكتوبر 2014، أصبح آلان يوستاس حامل الرقم القياسي للوصول إلى الرقم القياسي للارتفاع لمنطاد مأهول على ارتفاع 135890 قدمًا (41419 مترًا). [13] كما حطم يوستاس الأرقام القياسية العالمية للقفز بالمظلات بسرعة عمودية، حيث وصل إلى سرعة قصوى بلغت 1321 كم / ساعة (822 ميلاً في الساعة) ومسافة سقوط حر إجمالية بلغت 123414 قدمًا (37617 مترًا) - استمرت أربع دقائق و 27 ثانية. [14]

التداول والاختلاط

الستراتوسفير هي منطقة من التفاعلات المكثفة بين العمليات الإشعاعية والديناميكية والكيميائية، حيث يتم الخلط الأفقي للمكونات الغازية بسرعة أكبر بكثير من الخلط الرأسي. يُطلق على الدورة الكلية للستراتوسفير اسم دورة بروير-دوبسون ، وهي دورة أحادية الخلية، تمتد من المناطق الاستوائية حتى القطبين، وتتكون من صعود الهواء الاستوائي من طبقة التروبوسفير الاستوائية ونزول الهواء خارج المناطق الاستوائية. الدورة الستراتوسفيرية هي دورة مدفوعة بالموجة في الغالب حيث يتم تحفيز الصعود الاستوائي بواسطة قوة الموجة بواسطة موجات روسبي المنتشرة غربًا ، في ظاهرة تسمى ضخ موجة روسبي.

من السمات المثيرة للاهتمام للدورة الستراتوسفيرية هي التذبذب شبه السنوي (QBO) في خطوط العرض الاستوائية، والذي يتم دفعه بواسطة موجات الجاذبية التي يتم توليدها بالحمل الحراري في طبقة التروبوسفير . يحفز QBO دورة ثانوية مهمة لنقل المواد المتتبعة في طبقة الستراتوسفير العالمية، مثل الأوزون [15] أو بخار الماء .

هناك سمة أخرى واسعة النطاق تؤثر بشكل كبير على الدورة الستراتوسفيرية وهي الموجات الكوكبية المتكسرة [16] مما يؤدي إلى اختلاط شبه أفقي مكثف في خطوط العرض المتوسطة. يكون هذا الكسر أكثر وضوحًا في نصف الكرة الأرضية الشتوي حيث تسمى هذه المنطقة منطقة الأمواج. يحدث هذا الكسر بسبب تفاعل غير خطي للغاية بين الموجات الكوكبية المنتشرة رأسياً ومنطقة الدوامة عالية الإمكانات المعزولة المعروفة باسم الدوامة القطبية . يتسبب الكسر الناتج في اختلاط واسع النطاق للهواء والغازات النزرة الأخرى في جميع أنحاء منطقة الأمواج في خطوط العرض المتوسطة. يكون المقياس الزمني لهذا الاختلاط السريع أصغر بكثير من المقاييس الزمنية الأبطأ بكثير للصعود في المناطق الاستوائية والنزول في المناطق خارج الاستوائية.

خلال فصول الشتاء في نصف الكرة الشمالي، يمكن ملاحظة ارتفاع مفاجئ في درجات الحرارة في طبقة الستراتوسفير ، بسبب امتصاص موجات روسبي في طبقة الستراتوسفير، في حوالي نصف فصول الشتاء عندما تتطور الرياح الشرقية في طبقة الستراتوسفير. غالبًا ما تسبق هذه الأحداث طقس الشتاء غير المعتاد [17] وقد تكون مسؤولة حتى عن فصول الشتاء الأوروبية الباردة في ستينيات القرن العشرين. [18]

يؤدي ارتفاع درجة حرارة الدوامة القطبية في طبقة الستراتوسفير إلى إضعافها. [19] عندما تكون الدوامة قوية، فإنها تحافظ على احتواء كتل الهواء الباردة ذات الضغط العالي في القطب الشمالي ؛ وعندما تضعف الدوامة، تتحرك كتل الهواء باتجاه خط الاستواء، مما يؤدي إلى تغيرات سريعة في الطقس في خطوط العرض المتوسطة.

البرق في الغلاف الجوي العلوي

البرق يمتد فوق طبقة التروبوسفير إلى طبقة الستراتوسفير على شكل نفاثة زرقاء ويصل إلى طبقة الميزوسفير على شكل شبح أحمر

البرق في الغلاف الجوي العلوي هو مجموعة من ظواهر الانهيار الكهربائي قصيرة العمر التي تحدث فوق ارتفاعات البرق العادي وسحب العواصف. يُعتقد أن البرق في الغلاف الجوي العلوي عبارة عن أشكال من البلازما المضيئة المستحثة كهربائيًا . يُشار إلى البرق الممتد فوق طبقة التروبوسفير إلى طبقة الستراتوسفير باسم النفث الأزرق ، والذي يصل إلى طبقة الميزوسفير باسم العفريت الأحمر .

حياة

البكتيريا

تظل الحياة البكتيرية باقية في طبقة الستراتوسفير، مما يجعلها جزءًا من الغلاف الحيوي . [20] في عام 2001، تم جمع الغبار على ارتفاع 41 كيلومترًا في تجربة بالون عالي الارتفاع، وتبين أنه يحتوي على مادة بكتيرية عند فحصه لاحقًا في المختبر. [21]

الطيور

تم الإبلاغ عن تحليق بعض أنواع الطيور في المستويات العليا من طبقة التروبوسفير. في 29 نوفمبر 1973، تم ابتلاع نسر روبل ( Gyps rueppelli ) في محرك نفاث على ارتفاع 11278 مترًا (37000 قدمًا) فوق ساحل العاج . [22] تهاجر الأوز ذات الرأس الشريطي ( Anser indicus ) أحيانًا فوق جبل إيفرست ، الذي يبلغ ارتفاع قمته 8848 مترًا (29029 قدمًا). [23] [24]

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ "اتجاهات درجات الحرارة الجوية، 1979-2005". ناسا/مرصد الأرض . 6 يوليو 2007. مؤرشف من الأصل في 5 سبتمبر 2015. تم الاسترجاع في 24 أغسطس 2015 .
  2. ^ جونز، دانييل (2003) [1917]، بيتر روتش؛ جيمس هارتمان؛ جين سيتر (المحررون)، قاموس النطق الإنجليزي ، كامبريدج: مطبعة جامعة كامبريدج ، رقم ISBN 978-3-12-539683-8
  3. ^ "Stratosphere". قاموس Merriam-Webster.com . ميريام وبستر.
  4. ^ ab "The Stratosphere - Overview". scied.ucar.edu . University Corporation for Atmospheric Research . تم الاسترجاع في 25 يوليو 2018 .
  5. ^ "NWS JetStream - طبقات الغلاف الجوي". www.weather.gov .
  6. ^ "ناسا مراقبة الأوزون: حقائق الدوامة القطبية". ozonewatch.gsfc.nasa.gov .
  7. ^ Steinhagen، Hans (2005)، Der Wettermann – Leben und Werk Richard Aßmanns ، Neuenhagen، Germany: Findling، ISBN 978-3-933603-33-3
  8. ^ جاكوب، دانيال ج. (1999). "الفصل العاشر. الأوزون الستراتوسفيري". مقدمة في الكيمياء الجوية. مطبعة جامعة برينستون. رقم ISBN 9781400841547. تم أرشفة النسخة الأصلية في 2019-09-30 . تم الاسترجاع في 2020-10-20 – عبر acmg.seas.harvard.edu.
  9. ^ سينفيلد، جيه إتش؛ بانديس، إس إن (2006). الكيمياء والفيزياء الجوية: من تلوث الهواء إلى تغير المناخ (الطبعة الثانية). هوبوكين، نيوجيرسي: وايلي. رقم ISBN 978-0-471-72018-8.
  10. ^ "جائزة نوبل في الكيمياء 1995". NobelPrize.org . تم الاسترجاع في 2020-07-21 .
  11. ^ "الستراتوسفير - نظرة عامة | مركز UCAR لتعليم العلوم". المركز الوطني لتعليم العلوم . تم الاسترجاع في 2021-02-06 .
  12. ^ تشنغ، دانييل (2003). إليرت، جلين (محرر). "ارتفاع طائرة نفاثة تجارية". كتاب حقائق الفيزياء . تم الاسترجاع في 2022-01-21 .
  13. ^ ماركوف، جون (2014-10-24). "سجل سقوط المظلي: أكثر من 25 ميلاً في 15 دقيقة (نُشر عام 2014)". نيويورك تايمز . ISSN  0362-4331 . تم الاسترجاع في 2020-10-20 .
  14. ^ "آلان يوستاس من جوجل يتفوق على الرقم القياسي لباومغارتنر في القفز بالمظلات". بي بي سي نيوز . 2014-10-24. مؤرشف من الأصل في 2014-10-25.
  15. ^ N.Butchart, AA Scaife, J. Austin, SHE Hare, JR Knight. التذبذب شبه الثنائي في الأوزون في نموذج كيميائي مناخي مقترن محفوظ في 2014-05-18 على موقع واي باك مشين ، مجلة البحوث الجيوفيزيائية.
  16. ^ ME McIntyre ، TN Palmer. Breaking planetary waves in the stratosphere Archived 2017-03-17 at the Wayback Machine ، الطبيعة.
  17. ^ م. ب. بالدوين وتي. جيه. دنكرتون. "نذير الطبقة الستراتوسفيرية للأنظمة الجوية الشاذة" محفوظ في 12 يناير 2014 على موقع واي باك مشين ، مجلة العلوم.
  18. ^ AA Scaife, JR Knight, GK Vallis, CK Folland. تأثير طبقة الستراتوسفير على مناخ شمال الأطلسي الشتوي وسطح شمال الأطلسي محفوظ في 2014-05-18 على موقع Wayback Machine ، Geophysical Research Letters.
  19. ^ "كيف يؤثر الاحترار المفاجئ لطبقة الستراتوسفير على الغلاف الجوي بأكمله". إيوس . 20 مارس 2018. تم الاسترجاع في 2020-07-21 .
  20. ^ DasSarma, Priya; DasSarma, Shiladitya (2018). "بقاء الميكروبات في طبقة الستراتوسفير للأرض". الرأي الحالي في علم الأحياء الدقيقة . 43 : 24–30. doi :10.1016/j.mib.2017.11.002. ISSN  1369-5274. PMID  29156444. S2CID  19041112.
  21. ^ مايكل مارك وولفسون (2013). الزمن والفضاء والنجوم والإنسان: قصة الانفجار العظيم. مجلة وورلد ساينتيفيك. ص 388. رقم ISBN 978-1-84816-933-3.
  22. ^ Laybourne, Roxie C. (December 1974). "Collision between a Vulture and an Aircraft at an Altitude of 37,000 Feet" (PDF) . نشرة ويلسون . 86 (4): 461–462. ISSN  0043-5643. JSTOR  4160546. OCLC  46381512. مؤرشف من الأصل (PDF) في 22 فبراير 2014.
  23. ^ "أودوبون: الطيور". Audubonmagazine.org. مؤرشف من الأصل في 2011-09-14 . تم الاسترجاع في 2011-11-08 .
  24. ^ توماس أليرستام؛ ديفيد أ. كريستي؛ أستريد أولفستراند (1993). هجرة الطيور. مطبعة جامعة كامبريدج. ص 276. ISBN 978-0-521-44822-2.
ابحث عن طبقة الستراتوسفير في ويكاموس، القاموس الحر.
  • الخريطة الحالية للرياح العالمية ودرجات الحرارة عند مستوى 10 هكتوباسكال.
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ستراتوسفير&oldid=1250990721"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate