فصل دوم: هواکره

اقیانوسی از هوا بنام آتمسفر زمین را احاطه کرده است که در واقع ته این اقیانوس جائی است که ما در آن زندگی می­کنیم و سطح معینی از آن معلوم نیست چون هر چه از زمین فاصله می­گیریم ترکیب این جو تغییر می­کند و رقیق می­شود ولیکن به کلی خالی نمی­شود.

اینک از پائین یعنی سطح زمین لایه­ها را بترتیب بررسی می­کنیم.

90 کیلومتر اول که هوموسفر نام دارد و با وجود کاهش فشار و رقیق شدن هوا ترکیب شیمیائی و نسبت در صد اختلاط گازهای موجود در آن ثابت می­باشد.

گازهای ثابت موجود در هوا:

1. گاز ازتN

2. گاز اکسی‍ژنO

3. گاز آرگن

که بترتیب ازت (نیتروژن) تقریباً 78% و اکسیژن 21% و آرگن 94/0% هوا را تشکیل می­دهند. گاز نیتروژن از گازهای غیر فعال هوا محسوب می­شود (تعدادی از باکتریهای مخصوص موجود در خاک آنرا پس از تبدیل به ترکیبات نیتراتی وارد گیاهان می­کنند)

گاز اکسیژن از گازهای فعال و برای سوختن لازم می­باشد.

گاز آرگن در مجموع گازهای بی­اثر قرار گرفته است (گازهای بی­اثر عبارتند از: آرگن، نئون، هلیوم، هیدروژن، گزنون و کریپتن.)

گازهایی هم در هوا هستند که نسبت آنها تغییر می­کند مثل بخار آب و دی اکسید کربن.

گازهایی نیز وجود دارند که فقط در بعضی قسمتهای هوا دیده می‌شوند. مثل اکسیدهای گوگرد و ترکیبات آمونیاک. هوا همواره حاوی ذرات بسیار ریز گرد و غبار نیز هست که درصد آن نسبت به محل و ارتفاع، تفاوت می­کند.

از ارتفاع 90 کیلومتری به بالا نسبت اختلاط گازها ثابت نمی­ماند و هرچه به سمت بالا برویم گازهای سبکتر فراوانتر می­شوند. (قابل ذکر است که: لایه ها کاملاً مجزا نیستند.)

تقسیم بندی لایه‌های هوا بر اساس ترکیب شیمیایی

لایه اوزن: اگرچه مقدار این لایه کم است ولی در ارتفاع 30 تا 35 کیلومتری زمین دیده می­شود، و با توجه به اینکه مانع از رسیدن تشعشعات ماوراء بنفش خورشید به سمت زمین می­گردد از اهمیت زیادی برخوردار است و به آن اوزونسفر هم می­گویند.

عموماً ابرها در تروپوسفر تشکیل میشود و تغییرات وضع هوا همه مربوط به این لایه است و لایه تروپوسفر سنگین­ترین قشر هواست.

تقسیم بندی هوا بر اساس دما

تقسیم­بندی هوا بر اساس هدایت الکتریکی:

از ارتفاع 65 تا 1000 کیلومتری سطح زمین را بر اساس هدایت الکتریکی یونوسفر نامیده­اند. یونوسفر هوائی بسیار رقیق دارد بطوری که در آغاز آن فشار هوا شاید  مقدار فشار در سطح دریا می­باشد. در واقع اشعه ماورای بنفش خورشید اتمهای نیتروژن و اکسیژن را بمباران می­کند و باعث خروج الکترون از آنها می­گردد. این یونها و الکترونهای آزاد در ارتفاعات مختلف لایه­هایی ایجاد می­کند که آنها را با حروف اختصاری D و E و F₁ و F₂ نامگذاری نموده­اند که سه لایه E و F₁ و F₂ امواج را منعکس می­کنند (مثل آینه).

لایه D به جای انعکاس، امواج رادیوئی را جذب می­کند ولی در شب از بین می­رود و لایه E هم ضعیف می­شود لذا در شب ایستگاههای رادیوئی دور دست را بهتر میتوان دریافت کرد. البته انفجاراتی که گاهی در سطح خورشید رخ می­دهد به میزان یونیزه بودن گازهای لایه D می­افزاید و بدین صورت باعث اختلال در ارتباط رادیوئی می­شود.

ماگنتوسفر: خارجی­ترین لایه هوا است که حاوی ذرات پروتون بوده و عمدتاً تحت تأثیر میدان مغناطیسی زمین قرار می­گیرد.

دمای هوا: منبع اصلی دمای یا بهتر است بگوئیم گرمای هوا، خورشید است و مقدار آن بر حسب ارتفاع، تغییرات شبانه­روزی و تغییرات سالیانه و تغییرات مکانی متغییر است.

دمای هوا (در هوای صاف) ساعت 2 بعد از ظهر به حداکثر می­رسد و حدود 4 صبح در حداقل قرار می­گیرد. گرمترین محل در دره مرگ واقع در کالیفرنیا با ˚57 و کمترین دما یا سردترین در سیبری برابر˚69- می­باشد. اگرچه حرارت خورشید تا به زمین برسد کاهش پیدا می‌کند ولی در نهایت آن را گرم می­کند و 35% گرما از آن منعکس می­شود.

اثر گلخانه‌ای زمین: زمین پس از گرم شدن، انرژی حرارتی خود را بصورت تشعشع حرارتی (یا تشعشع با طول موج بالا) به اطراف پخش می کند ولی بخار آب و گاز CO₂ که نسبتاً‌ در برابر امواج حرارتی کمتر قابل نفوذ هستند آنرا جذب و مانع از خروج این تشعشعات به سمت خارج جو می­شوند که وجود ابر و رطوبت زیاد آنرا تشدید می­کند و این در واقع اثر گلخانه­ای می­باشد.

 

 

 

 

 

فشار هوا: فشار هوا در هر نقطه عبارت از نیروئی است که هوا به واحد سطح در آن نقطه اعمال می­کند. فشار هوا در سطح دریا برابر است با 76 سانتی­متر جیوه که معادل یک کیلوگرم بر سانتی­متر مربع است و به آن یک آتمسفر می­گویند. البته مقصود از فشار هوا فشار هوای ساکن است.

فشار در طول شبانه روز تغییراتی دارد. از ساعت 4 تا 10 صبح اضافه و از 10 تا 16 کاهش و دوباره از 16 تا22 افزایش و از 22 تا 4 صبح کاهش می­یابد. همچنین در طول فصول در قاره­ها فشار در زمستان افزایش و در تابستان کاهش یافته و در اقیانوسها عکس این حالت اتفاق می­افتد.

بخار آب در اتمسفر: وقتی آب تبخیر می­شود، مولکولهای آب خود به صورت جزئی از ترکیبات اتمسفر درمی­آیند و هر چه مقدار آنها در واحد حجم هوا زیادتر باشد می­گوئیم فشار بخار آب بیشتر است و هرگاه مقدار آنها با مقدار فشاری که از درون آب مولکولها را به خارج می­فرستد برابر شود می­گوئیم به حد اشباع رسیده و عمل تبخیر متوقف می­شود. درجه اشباع بخار آب در هوای گرم دیرتر حاصل می­شود.

چنانچه قبلاً گفتیم بخار آب موجود در هوا باعث گرم نگاه داشتن هوای اطراف می­شود که با توجه به این نکته جاهایی مثل کویرها چون بخار آب کمتری دارند تفاوت هوای روز و شب آنها بسیار زیاد است.

 رطوبت مطلق: جرم بخار آب موجود در واحد حجم مشخص را رطوبت مطلق می­گویند.

رطوبت نسبی: نسبت بین مقدار رطوبت در هوا را بر حداکثر مقدار رطوبتی که در آن دما هوا می­تواند در خود نگه­ دارد، رطوبت نسبی می­گویند.

توده هوا: قسمت بزرگی از ترپوسفر است که در آن دما و رطوبت در قسمتهای مختلف مقاطع افقی آن یکنواخت توده هوا نامیده می‌شود. توده­های هوایی که اغلب در کشور ما ملاحظه می­شوند عبارتند از سرد و مرطوب، سرد و خشک، گرم و مرطوب یا گرم و خشک است که از قسمتهای مختلف اروپا یا آسیا به این منطقه می­رسند.

جبهة هوا: از برخورد توده هوای سرد و گرم جبهه تشکیل می­شود.

ابر و مِه: ابر و مه را میتوان بعنوان قطرات ریز آب یا یخ معلق تعریف کرد. البته زمانی که میزان بخار آب موجود در هوا نسبت به درجه حرارت ممکن به حد اشباع رسید تولید مه می­شود و به همین علت با وجود خورشید میزان دما تغییر کرده پس مِه محو  می­شود ضمناً ابر در قسمت بالا و مه در قسمت پائین تشکیل می­شود.

ابرها از نظر شکل به سه گروه لایه­ای (استراتوس)، توده­ای (کومولوس) و پر مانند (سیروس) تقسیم می­شوند. ابری که مشخصات دو گروه را داشته باشد بنام دو گروه خوانده می­شود. مثل سیروکومولوس همچنین اگر ابری در ارتفاعی بیش از ارتفاع معمولی دیده شود در جلو نام آن پیشوند آلتو قرار می­دهند و اگر قدرت بارندگی داشته باشد در جلو آن پسوند نیمبوس را بکار می­برند.

برف: اگر بخار آب موجود در هوا در دمای زیر صفر درجه به مایع تبدیل شود یخ می­زند و بلور کوچک برف را تشکیل می­دهد.

تگرگ: عبارت از ذرات آب متبلوری است که گاهی دارای شکل منظم است. تگرگ معمولاً‌ از ابرهای کومولونیمبوس می­بارد.

 

 

 

 

نمونه سؤالات فصل دو

1. هوا کره را تعریف کنید و گازهای ثابت موجود در هوا را نام ببرید.

2. تقسیم بندی لایه­های هوا را بر اساس ترکیب شیمیایی شرح دهید.

3. تقسیم بندی لایه­های هوا را بر اساس هدایت الکتریکی شرح دهید.

4. لایه اوزن چیست و اهمیت آن را توضیح دهید.

5.  اثر گلخانه­ای را بطور خلاصه توضیح دهید.

6. تغییرات فشار هوا در یک نقطه و در طول شبانه روز چگونه است؟

7. تقسیم­بندی ابرها را از نظر شکل شرح دهید.

8. رطوبت نسبی هوا چیست؟

9. انواع توده­های هوا که اغلب در کشور ما وجود دارد را نام برده و بنویسید اگر بخار آب موجود درهوا کم باشد در مقدار برودت و گرما چه اثری می­گذارد؟

10. بنویسید چرا امواج رادیوئی دوردست در هنگام شب، بهتر دریافت می­شوند؟

 

 

 

نمونه تست­های فصل دو

1- اولین لایه هوا که نزدیک سطح زمین است، کدام است؟

الف) هوموسفر (کره همگن)

ب) تروپوسفر

ج) هتروسفر (کره ناهمگن)

د) استراتوسفر

 

2- گازهای ثابت موجود در هوا عبارتند از:

الف) گاز ازت، گاز آرگن، گاز فرئون

ب) گاز ازت، گاز اکسی‍‍‍‍ژن، گاز آرگن

ج) گاز فرئون، گاز اکسیژن، گاز آرکن

د) گاز اکسیژن، گاز ازت، گاز فرئون

 

3- گازهائی که نسبت آنها در هوا متغیر است، کدامند؟

الف) ازت، بخار آب، دی اکسیدکربن

ب) ازت، بخار آب

ج) بخار آب، دی اکسیدکربن

د) دی اکسیدکربن وازت

 

4- اثر گلخانه­ای چیست؟

الف) انعکاس اشعه گرمایی زمین توسط ابرها

ب) انعکاس

ج) جذب نمودن گرمای منعکس شده از زمین، توسط بخار آب و گاز دی اکسیدکربن(CO₂) موجود در هوا

د) مانع شدن از رسیدن تشعشات ماوراء بنفش خورشید به زمین و جذب گرمای خورشید توسط اوزونسفر

5- سطح جدا کننده استراتسفر و مزوسفر، چه نام دارد؟

الف) ترومسفر

ب) استراتوپوز

ج) مزوپوز

د) تروپوپوز

 

6-لایه­های هوا بر اساس تقسیم­بندی مبتنی بر دما، به ترتیب از سطح زمین بطرف ارتفاع بیشتر عبارتند از:

الف) هوموسفر، تروپوسفر، استراتوسفر، تروموسفر

ب) تروپوسفر، استراتوسفر،مزوسفر، ترموسفر

ج) تروپوسفر، مزوسفر، ترموسفر

د) هوموسفر، تروپوسفر، استراتوسفر

 

7- کدام گزینه صحیح نیست؟

الف) اشعخ ماورای بنفش خورشید اتمهای نیتروژن و اکسیژن را بمباران می­کند و باعث خروج الکترون از آنها می­گردد که این یونها و الکترونهای آزاد در ارتفاعات مختلف لایه­هایی را ایجاد می­کنند.

ب) لایه­های ایجاد شده توسط بمباران اشعه ماورای بنفش خورشید از اتمهای نیتروژن و اکسیژن ایجاد می­شوند به نامهای D و E وF₁ و₂ F که نسبت به جذب و انعکاس امواج رادیوئی در روز به یک شکل عمل می­کنند.

ج) انفجاراتی که در سطح خورشید رخ می­دهد با افزایش خاصیت یونیزه بودن لایه D باعث اختلال در ارتباط رادیوئی می­شود.

د) در شب لایه D از بین می­رود و لایه E هم ضعیف می­شود لذا دریافت امواج رادیوئی دوردست بهتر است.

 

8- وقتی تفاوت دو دماسنج در رطوبت سنج خشک و تر زیاد باشد نشانه چیست؟

الف) رطوبت نسبی 100 درصد است.

ب) رطوبت نسبی صفر است.

ج) هوا خشک است.

د) دما به نقطه شبنم رسیده است.

 

9- براساس کدام گزینه لایه­های هوا را به دو قسمت هوموسفر و هتروسفر تقسیم­بندی می­کنند؟

الف) تغییر دما

ب) تغییر ترکیب شیمائی

ج) تغییرات فشار

د) ویژگیهای مغناطیسی

 

10- فشار در کنار دریا معادل ......... و به آن اتمسفر می­گویند.

الف) یک کیلوگرم بر سانتی­متر مربع

ب) 9800 نیوتن

ج) 760 سانتی­متر جیوه

د) 6/7 سانتی­متر جیوه

 

11- کدام گزینه درست نیست.

الف) ابرها از نظر شکل به سه گروه لایه­ای (استراتوس)، توده­ای (کومولوس) و پر مانند (سیروس) تقسیم می­شوند.

ب) در نامگذاری ابرها اگر ابری مشخصات دو گروه را داشته باشد به نام دو گروه خوانده می­شود.

ج) در نامگذاری ابرها اگر ابری در ارتفاع بیش از ارتفاع معمولی باشد جلوی نام آن پیشوند آلتو و اگر قدرت بارندگی داشته باشد در جلوی آن پسوند بیمبوس بکار می­برند.

د) تگرگ عبارت است از ذرات آب متبلوری که همیشه شکل منظم دارد و معمولاً از ابرهای کومولوسیروس می­بارد.

12- این تعریف کدام رطوبت می­باشد؟ جرم بخار آب موجود در واحد حجم مشخص هوا

الف) رطوبت مطلق

ب) رطوبت نسبی                                                                  

ج) رطوبت عمقی

د) رطوبت سطحی

 

13- خارجی­ترین لایه هوا که حاوی ذرات بروتون می­باشد چه نام دارد؟

الف) تروموسفر

ب) هتروسفر

ج) ماگنتوسفر

د) یونوسفر

 

14- لایه اوزونسفر:

الف) همان لایه اوزون است.

ب) در ارتفاع 30 تا 35 کیلومتری زمین دیده می­شود.

ج) مانع از رسیدن تشعشعات ماوراء بنفش خورشید است.

د) هر سه مورد صحیح است.

 

15- کدام گزینه صحیح نیست.

الف) مه که قطرات ریز آب یا یخ معلق در هواست وقتی میزان بخار آب در هوا نسبت به درجه حرارت ممکن به حد اشباع رسید تولید می­شود و با شدت یافتن گرمای نور خورشید محو می­شود.

ب) توده هوا، قسمت بزرگی امترپوسفر است که در آن دما و رطوبت در قسمتهای مختلف از مقاطع افقی آن یکنواخت است و بر خورد توده­های هوای سرد و گرم جبهه به وجود می­آورد.

ج) مه همان توده­ی هواست که درهوای خشک بر اثر تبخیر و اثر گلخانه­ای ایجاد می­شود و به نور خورشید ارتباطی ندارد بلکه با ارتفاع مرتبط است.

د) توده­های هوائی که اغلب در کشور ما ملاحظه می­شود عبارتند از: سرد و مرطوب، سرد و خشک، گرم و مرطوب.