موضوع مقاله: اتمسفر زمین | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # اتمسفر زمین | مقدمه: مولکول‌های اوزون (O3) که لایهٔ اوزون را تشکیل می‌دهند، در استراتوسفر قرار دارند و از ورود پرتوهای فرابنفش خورشید جلوگیری می‌کنند و موجب ادامهٔ زندگی بر سطح زمین می‌شوند. | ## بخش 1: اتمسفر زمین | نخستین اتمسفر زمین حدود ۴٫۵۷ میلیارد سال پیش شکل‌گرفت که شامل گازهای هیدروژن و هلیم بود؛ که پس از مدتی به‌دلیل سبک بودن، بر گرانش زمین غلبه کردند و به فضای بیرونی گریختند. جو دوم حدود ۳٫۵ یا ۲٫۷ میلیارد سال پیش شکل‌گرفت و شامل گازهایی مانند بخار آب، کربن دی‌اکسید و آمونیاک بود. با فعالیت باکتری‌ها و انجام فرایند فتوسنتز و عوامل دیگر، اکسیژن در جو آزاد شد و موجب شکل‌گیری جو سوم شد. در این زمان، ابردوران پیدازیستی شکل‌گرفت که طی آن جانوران با تنفس اکسیژن، زندگی‌های جانوری را تشکیل دادند. نور خورشید دارای طیف‌های الکترومغناطیسی مختلفی است که یکی از آن‌ها طیف مرئی است که چشم انسان قادر به تشخیص آن است. اتمسفر مخلوطی از گازهای مختلف است که غلظت گروهی از گازها مانند نیتروژن، اکسیژن و آرگون به‌طور تقریبی ثابت و غلظت گروه دیگر مانند بخار آب، کربن دی‌اکسید و ازون متغیر است. اگرچه مقادیر گازهای متغیر ناچیز است، اما این گازها برای ادامهٔ زندگی بر زمین ضروری هستند. برای نمونه، کربن دی‌اکسید علاوه بر درگیر شدن در فرایند فتوسنتز، در جذب پرتو فروسرخ نقش دارد. ذرات معلق در هوا به ذرات جامد و مایع در موجود در جو گفته می‌شود که مقادیر آن در جو از اقیانوس‌ها، بیابان‌ها، کوه‌ها، جنگل‌ها، یخ و اکوسیستم بیشتر است. ذرات مهم معلق در هوا شامل سولفات‌ها، کربن آلی، کربن سیاه، نیترات‌ها، گرد و غبارهای معدنی و نمک دریا می‌شوند. برای نمونه، آتشفشان‌ها خاکسترهای آتشفشانی را بیرون می‌رانند و آتش‌سوزی در جنگل‌ها موجب پراکنده شدن کربن آلی نیمه‌سوخته در جو می‌شود. ۱۰ درصد باقی‌ماندهٔ این ذرات یا ساختهٔ بشر هستند یا توسط انسان‌ها در جو معلق شده‌اند. گاز گلخانه‌ای از دیگر گازهای جو است و به گازی گفته می‌شود که پرتو فروسرخ را جذب می‌کند و موجب انجام‌گرفتن پدیده‌ای به نام اثر گلخانه‌ای می‌شود. پرتوهای فروسرخ هنگام بازگشت به فضا توسط گازهای گلخانه‌ای جذب می‌شوند و در جو باقی می‌مانند و موجب گرمایش زمین می‌شوند. اکنون غلظت گازهای گلخانه‌ای به بیشترین مقدار در ۳ میلیون سال پیش رسیده‌است که در تاریخ بشریت بی‌سابقه بوده‌است. غلظت کربن دی‌اکسید برای نخستین‌بار در طول ۳ میلیون سال پیش به ۴۰۰ پی‌پی‌ام رسیده‌است. نخستین جو زمین را به احتمال زیاد هیدروژن (H۲) و هلیم (He) تشکیل می‌دادند، زیرا این دو گازهای اصلی تشکیل‌دهندهٔ گرد و غبار بودند که به دور از خورشید، سیارات را تشکیل می‌دادند. سرعت حرکت این مولکول‌ها آن‌قدر زیاد بود که سرانجام بر گرانش زمین غلبه کردند و به فضا گریختند. آتشفشان‌ها با انتشار بخار آب (H۲O)، کربن دی‌اکسید (CO۲) و آمونیاک (NH۳) جو دوم را پدیدآوردند. اکسیژن توسط باکتری‌های ساده و تابش پرتوهای فرابنفش (دارای طول موج کوتاه) بر بخار آب در جو دوم پدید آمد. به‌طوری‌که پرتوهای فرابنفش با انرژی بسیار خود بخار آب را شکستند و آن را به هیدروژن و اکسیژن تبدیل کردند که هیدروژن از جو گریخت و اکسیژن در جو باقی‌ماند. کشف سیانوباکترها در سنگ‌های آهک ۳٫۵ میلیارد ساله نشان می‌دهد که سیانوباکترها در آن زمان وجود داشته‌اند. بسیاری از مولکول‌های کربن دی‌اکسید (CO۲) در اقیانوس‌ها حل‌شدند و باکتری‌های ساده‌ای پدید آمدند که اکسیژن تولید کردند. در همین زمان، مولکول‌های آمونیاک توسط تابش خورشید شکسته‌شدند و نیتروژن و هیدروژن‌های آن‌ها از هم جدا شد و هیدروژن‌ها به دلیل سبک بودن خود از جو به فضا گریختند. در این زمان، ابردوران پیدازیستی (ابر دورانی که جانوران در زمین فراوان شدند) شکل‌گرفت که طی آن جانوران با تنفس اکسیژن انواع مختلف زندگی جانوری را آغاز کردند. این مولکول سپس خود موجب پیدایش لایهٔ ازون شد؛ لایه‌ای که از زندگی بر روی زمین محافظت می‌کند و از ورود پرتوهای مضر فرابنفش به سطح زمین جلوگیری می‌کند. آلاینده‌هایی که از جای دیگر وارد هوا شده و به‌طور مستقیم هوا را آلوده می‌کنند، آلاینده‌های اولیه نامیده می‌شوند که شامل کربن مونواکسید خارج‌شده از اگزوز خودروها و گوگرد دی‌اکسید حاصل از سوختن زغال‌سنگ است. علاوه بر این، اگر آلاینده‌های اولیه در جو با یک‌دیگر واکنش دهند، آلاینده‌های ثانویه را تولید می‌کنند که مه‌دود فتوشیمیایی از این نوع است. مطالعه‌ای جدید نشان می‌دهد که شمار کسانی که در اثر آلاینده‌های سمی اگزوز هواپیماها درگذشته‌اند، از شمار کسانی که در سقوط هواپیماها درگذشته‌اند، بیشتر است. در سال‌های اخیر، حدود هزار نفر سالانه در اثر سقوط هواپیماها و حدود ده هزار نفر در اثر تولید گازهای گلخانه‌ای هواپیماها درگذشته‌اند. اگزوز هواپیماها مانند اگزوز خودروها شامل انواع آلاینده‌های هوا مانند گوگرد دی‌اکسید و اکسیدهای نیتروژن است. با این که این ذرات آلاینده، کوچکتر از عرض تار موی انسان هستند، مقصر اصلی سلامتی انسان هستند و می‌توانند وارد ریه و احتمالاً جریان خون شوند. گازهای آلایندهٔ هوا شامل گوگرد دی‌اکسید، نیتروژن دی‌اکسید، کربن مونواکسید که نگرانی اصلی در شهرها هستند، از سوخت‌های سنگواره‌ای مانند نفت، بنزین و گاز طبیعی تولید می‌شوند. ازون (یکی از اجزای مهم مه‌دود فتوشیمیایی) نیز یک آلایندهٔ گازی است که از واکنش‌های شیمیایی پیچیده میان نیتروژن دی‌اکسید و ترکیبات آلی فرار (برای نمونه، بخارهای بنزین) تشکیل می‌شود. علاوه بر این، وسایل نقلیه، سیستم‌های گرمایش خانه‌ها و برخی از فرایندهای صنعتی مقدار قابل توجهی از این گاز تولید می‌کنند. این گاز به‌شدت زیان‌آور است و به آسانی می‌تواند در جریان خون جایگزین اکسیژن شود که حتی منجر به خفگی می‌شود. گوگرد دی‌اکسید گازی بی‌رنگ و دارای بو است که در اثر سوختن زغال‌سنگ یا نفت تشکیل می‌شود. این گاز همچنین در هوا با اکسیژن و بخار آب واکنش می‌دهد و موجب تشکیل سولفوریک اسید می‌شود. سولفوریک اسید نیز یکی از اجزای باران اسیدی است که به زمین می‌رسد و موجب آسیب رساندن و نابود کردن ماهی‌ها می‌شود و باعث خوردگی و فرسایش فلزات می‌شود و سطوح ساختمان‌ها و سازه‌های عمومی را از بین می‌برد. نیتروژن دی‌اکسید نیز موجب ورم ریوی و تجمع بیش از حد مواد مایع در ریه‌ها می‌شود و این گاز نقش مهمی در تشکیل مه‌دود فتوشیمیایی دارد. گرمایش زمین به پدیدهٔ افزایش میانگین دمای جو در نزدیکی سطح زمین از یک تا دو سدهٔ گذشته گرمایش (گرم‌شدن) زمین می‌گویند. از اواسط سدهٔ بیستم، دانشمندان علوم جوی مشاهدات دقیقی از پدیده‌های آب‌وهوایی مختلف (مانند دما، بارش و توفان) و تأثیرات مربوط به آب‌وهوا (مانند جریان‌های اقیانوسی و ترکیب شیمیایی جو) جمع‌آوری کرده‌اند. این داده‌ها نشان می‌دهد که آب‌وهوای زمین از ابتدای مقیاس زمانی زمین‌شناسی تاکنون بسیار تغییر کرده و نیز فعالیت‌های انسانی، حداقل از انقلاب صنعتی به بعد، با تغییرات آب‌وهوای زمین پیوند زیادی داشته‌است. عامل گرمایش زمین، انتشار گازهای گلخانه‌ای است و انسان‌ها این گازها را به شیوه‌های گوناگونی منتشر می‌کنند. بیشتر گازهای گلخانه‌ای از سوختن سوخت‌های سنگواره‌ای در خودروها، کارخانه‌ها و نیروگاه‌های تولید برق پدید می‌آیند. همچنین متان آزادشده از محل‌های دفن زباله و کشاورزی، دی‌نیتروژن مونواکسید از کودها، گازهای مورد استفاده برای سردخانه‌ها و فرایندهای صنعتی و نیز از بین رفتن جنگل‌ها که توانایی جذب کربن دی‌اکسید را دارا هستند، از دیگر عوامل گرمایش زمین هستند. گازهای گلخانه‌ای توانایی به دام انداختن گرما را دارند و حتی برخی از آن‌ها توانایی بیشتری نسبت به گاز کربن دی‌اکسید برای به دام انداختن گرما دارند؛ برای نمونه، گاز متان بیش از ۲۰ برابر کربن دی‌اکسید، گاز دی‌نیتروژن مونواکسید ۳۰۰ برابر کربن دی‌اکسید و گازهایی مانند کلروفلوئوروکربن‌ها (سی‌اف‌سی‌ها) هزاران برابر کربن دی‌اکسید توانایی به دام اندازی گرما در جو زمین را دارا هستند. اما به این دلیل که غلظت این گازها بسیار پایین‌تر از کربن دی‌اکسید است، تأثیر آن‌ها نسبت به کربن دی‌اکسید در گرم کردن جو کمتر بوده‌است. گرمایش زمین تأثیراتی بر زمین گذاشته‌اند که از میان آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: یخ‌های سراسر جهان به ویژه یخ‌های قطب جنوب در حال ذوب‌شدن هستند. اگر گرمایش زمین ادامه یابد، در اواخر سده می‌تواند اتفاقات زیر روی دهد: سطح دریاها ۱۸ تا ۲۵ سانتی‌متر بالا خواهد آمد و اگر ذوب یخ در قطب ادامه پیدا کند، می‌تواند ۱۰ تا ۲۰ سانتی‌متر سطح دریاها را بالا بیاورد. این رویداد باعث خواهد شد که صدها میلیون نفر در مناطقی زندگی کنند که در معرض خطر جاری شدن سیل قرار دارد و این افراد وادار به ترک خانه‌های خود و نقل مکان به جایی دیگر خواهند بود. اکوسیستم‌ها تغییر خواهند کرد و برخی گونه‌ها به شمال حرکت خواهند کرد، اما گونه‌های دیگر قادر به حرکت نخواهند بود و امکان دارد منقرض شوند. اگر در آینده نیز انرژی حاصل از سوخت‌های سنگواره‌ای در جهان مصرف شود، غلظت گازهای گلخانه‌ای و درجهٔ حرارت زمین افزایش خواهد یافت. | ## بخش 2: اتمسفر زمین | هیئت بین دولتی تغییرات آب‌وهوایی تخمین زده‌است که درجهٔ حرارت زمین تا ۲ تا ۶ درجهٔ سانتی‌گراد افزایش خواهد یافت. در آینده گرمای زمین در روزهای گرم بیشتر و در روزهای سرد کمتر خواهد شد (روزهای گرم، گرمتر و روزهای سرد، سردتر خواهد شد). طبق پژوهش ناسا، طی سدهٔ آینده بارش باران در بخش‌های مرطوب زمین افزایش خواهد یافت و بخش‌های خشک زمین دوران خشکسالی طولانی‌تری را خواهند داشت. به ازای افزایش هر درجهٔ فارنهایت،F (Fahrenheit) بارش در مناطق مرطوب ۴ درصد افزایش و دورهٔ خشکسالی و فقدان بارش در بخش‌های خشک ۲٫۶ درصد کاهش خواهد یافت. دلیل علمی این تغییر جوی این است که هم‌زمان با افزایش دما، جو می‌تواند مقدار بیشتری از بخار آب را در خود حفظ کند و بیشترین بخش این بخار آب در بخش‌های مرطوب ذخیره خواهد شد و بارش در بخش‌های خشک کاهش می‌یابد. سرعت وقوع این تغییرات جوی در الگوی بارش به میزان تولید کربن دی‌اکسید بستگی دارد، اما دانشمندان ناسا می‌گویند که این پژوهش‌ها و پیش‌بینی‌ها مربوط به سدهٔ آینده است. سناریوهای بسیاری توسط هیئت بین دولتی تغییرات آب‌وهوایی برای پیش‌بینی تغییرات جوی در آینده پیشنهاد شده‌است. این سناریوها به فرضیات گوناگون دربارهٔ میزان رشد، جمعیت، توسعهٔ اقتصادی، تقاضای انرژی و پیشرفت فناوری بستگی دارد و با افزایش گازهای گلخانه‌ای، رشد اقتصادی و افزایش استفاده از فناوری سازگار با محیط زیست در ارتباط است. تروپوسفر پایین‌ترین لایهٔ جو و نزدیک‌ترین لایه به سطح زمین است و از سطح زمین آغاز شده و تا ارتفاع ۱۸–۱۰ کیلومتری (۱۱–۶ مایلی) ادامه می‌یابد. ضخامت تروپوسفر در قطب حدود ۸–۷ کیلومتر (۵ مایل) و در استوا حدود ۱۸–۱۶ کیلومتر (۱۱–۱۰ مایل) است. بخار آب موجود در تروپوسفر در مناطق گرم و به ویژه مناطق استوایی زیاد و در مناطق قطبی کم است. با افزایش ارتفاع در تروپوسفر، چگالی گازها کاهش می‌یابد و هوا رقیق‌تر می‌شود؛ بنابراین، دمای هوا با افزایش ارتفاع در این لایه نیز کاهش می‌یابد. دمای هوا در سطح زمین ۱۵ درجهٔ سانتی‌گراد و ارتفاع ۱۰ کیلومتر ۴۹٫۹- درجهٔ سانتی‌گراد است. با افزایش ارتفاع، چگالی کاهش می‌یابد و در نتیجه تروپوسفر چگال‌ترین لایهٔ جو است. مولکول‌های ازون موجود در تروپوسفر می‌توانند به راحتی با بافت‌های زیستی واکنش داده و آن‌ها را از بین ببرند. پژوهشگران دانش پزشکی دریافته‌اند که تنفس ازون بیش از چند ماه تا چند سال، یکی از عوامل برگشت‌ناپذیری است که به شش‌های پستانداران آسیب می‌رساند. مولکول‌های ازون به ویژه برای کودکان، سالمندان و بزرگسالانی خطرناک است که در فصل تابستان به‌طور منظم برای ورزش بیرون از خانه می‌روند. استراتوسفر از ارتفاع ۱۶ کیلومتری (۱۰ مایلی) بر فراز استوا و از ارتفاع ۱۰ کیلومتری (۶ مایلی) بر فراز قطب آغاز می‌گردد. بخار آب بسیار کمی در استراتوسفر وجود دارد و دلیلش این است که تقریباً همهٔ ابرها به استثنای ابرهای استراتوسفری قطبی در تروپوسفر قرار دارند. هوا در این لایه تقریباً هزار برابر نازکتر از هوا در سطح دریا است (تراکم مولکول‌ها در سطح دریا تقریباً هزار برابر تراکم مولکول‌ها در استراتوسفر است). پرتوی فرابنفش تولید شده توسط تابش خورشید در صورت رسیدن به سطح زمین می‌تواند موجب سرطان پوست، آب‌مروارید چشم، آسیب رساندن به سیستم ایمنی بدن و تأثیر منفی بر رشد گیاهان شود. مولکول‌های ازون و اکسیژن که در استراتوسفر قراردارند، پرتوهای فرابنفش خورشید را جذب می‌کنند و مانند یک سپر مانع از ورود این پرتوها به سطح زمین می‌شوند. ازون و اکسیژن می‌تواند ۹۹٫۹–۹۵٪ پرتوهای فرابنفش به ویژه فرابنفش نوع C و B که پرانرژی‌ترین پرتوهای فرابنفش هستند و موجب آسیب زیستی می‌شوند را جذب کند. نقش نگهبانی ازون به قدری حیاتی است که به باور دانشمندان زندگی بر روی زمین بدون لایهٔ ازون امکان‌پذیر نبود. هالوکربن‌هاHalon نیز از دیگر مواد تخریب‌کنندهٔ ازون استراتوسفری هستند و با انتشار کلر و برم لایهٔ ازون را تخریب می‌کنند. همچنین، برخی از مواد تخریب‌کنندهٔ لایهٔ اُزون در وسایل نقلیهٔ هوایی، گازهای به کاررفته در فرایند خنک‌سازی در یخچال، حلال (شیمی)‌ها، افشانه‌ها و کپسول‌های آتش‌نشانی وجود دارند. گرمایش زمین افزایش نظام‌مند گرمای زمین است که عمدتاً ناشی از گازهای گلخانه‌ای است. افزایش گازهای گلخانه‌ای مانند کربن دی‌اکسید ممکن‌است بر چگونگی بهبود لایهٔ ازون در سال‌های آینده اثر بگذارد. به‌طوری‌که آمار ناسا در ۱۳ سپتامبر ۲۰۰۷ نشان داد که حفره ازون به اوج خود رسیده‌است و لایهٔ ازون تنها می‌تواند ۹٫۷ میلیون مایل مربع (یعنی به قاره‌ای به اندازهٔ آمریکای شمالی) را پوشش دهد. دلیل این پدیده نیز ورود کلرهای موجود در مواد شیمیایی ساخته‌شده توسط انسان‌ها به استراتوسفر است. ناسا اعلام کرده‌است که دو سوم لایهٔ اُزون تا سال ۲۰۶۵ نه تنها بر فراز قطب جنوب، بلکه در همه جای زمین نابود خواهدشد. این لایه از ارتفاع ۵۰ کیلومتری (۳۱ مایلی) آغاز شده و تا ارتفاع ۸۵ کیلومتری (۵۳ مایلی) ادامه می‌یابد. این‌گونه مواد موجود در شهاب‌سنگ‌ها در مزوسفر پراکنده می‌شوند و این لایه هم‌اکنون دارای مقادیر آهن و فلزات دیگر است. این لایه از ارتفاع ۹۰ کیلومتری (۵۶ مایلی) آغاز شده و تا ارتفاع ۵۰۰ کیلومتری (۳۱۱ مایلی) یا ۱٬۰۰۰ کیلومتری (۶۲۱ مایلی) ادامه می‌یابد. با افزایش ارتفاع در ترموسفر، دما در بخش‌های پایینی این لایه به شدت افزایش می‌یابد اما در بخش‌های بالایی دما نسبتاً ثابت می‌ماند. دمای ترموسفر معمولاً در طول روز ۲۰۰ درجهٔ سانتی‌گراد بیشتر از شب است و زمان‌هایی که خورشید بسیار فعال است، دما در این لایه از ۵۰۰ درجهٔ سانتی‌گراد به ۲٬۰۰۰ درجهٔ سانتی‌گراد افزایش می‌یابد. چگالی در ترموسفر بسیار کم است و برخی بر این باورند که فضای بیرونی از بخش‌های پایینی ترموسفر آغاز می‌گردد، اما این لایه بخشی از جو زمین به‌شمار می‌آید. در بخش‌های پایینی این لایه اکسیژن اتمی (O)، نیتروژن اتمی (N) و هلیم (He) اجزای اصلی هوا هستند. یونوسفر زمین متشکل از ذرات یونیزه شده در جو است و با ترموسفر که از نظر الکتریکی خنثی است، هم‌پوشانی دارد. ذرات باردار یونوسفر با اتم‌ها و مولکول‌های ترموسفر برخورد می‌کنند و انرژی اضافی تولید می‌کنند. این انرژی اضافی توسط فوتون‌هاPhoton به‌شکل نور ساطع می‌شود و شفق‌های قطبی را رخ می‌دهد. اگزوسفر اگزوسفر بالاترین لایهٔ جو زمین است که جو پس از آن پایان می‌پذیرد و خلأ آغاز می‌گردد. اجزای اصلی این لایه هیدروژن و هلیم هستند که تراکم کمی دارند و بسیاری از ماهواره‌ها در این لایه قرار دارند. اگزوسفر مرز میان جو و فضای بیرونی به‌شمار می‌رود و از ارتفاع حدود ۵۰۰ کیلومتر آغاز شده و تا ۱۰٬۰۰۰ کیلومتر (۶٬۲۰۰ مایل) ادامه می‌یابد. اتم‌ها و مولکول‌های هوا در این لایه به‌طور مداوم به فضا می‌گریزند و راه می‌یابند. این لایه شامل حرکات ذرات به درون و بیرون مغناطیس‌سپهر (مگنتوسفر) و باد خورشیدی است. به‌دلیل رقیق بودن بسیار هوا در اگزوسفر، گرمای زیادی در هوا به اشیاء منتقل نمی‌شود، حتی اگر هوا بسیار گرم باشد. بخش‌بندی بر پایهٔ ویژگی‌های الکترومغناطیسی یونوسفر یونوسفر (یون کره) بخشی از بخش‌های بالایی جو است که توسط تابش‌های خورشیدی یونیزهIonization شده‌است و در ارتفاع حدود ۸۰۰–۶۰ کیلومتر قرار دارد. بخش عمده‌ای از این یونیزه شدن توسط پرتو ایکس و فرابنفش و باد خورشیدی صورت می‌گیرد. اگرچه خورشید مهم‌ترین عامل یونیزه شدن است، اما پرتوهای کیهانی نیز در این عمل سهم کمی دارند و هرگونه اختلال در جو، در یونیزه شدن اثر می‌گذارد. به‌دلیل رقیق بودن بسیار هوا در تروپوسفر، الکترون‌های آزاد در این لایه وجود دارند، اما امکان دارد الکترون‌ها توسط کاتیون‌هاCation (یون‌های مثبت) اسیر شوند. تراکم پلاسماPlasma در یونوسفر در طول روز و شب و فصل‌ها تغییر می‌کند و به گرانش زمین نیز بستگی دارد. مگنتوسفر این میدان مغناطیسی را پوشش داده‌است و از بسیاری از ذرات خورشید مانند باد خورشیدی که می‌تواند به زمین آسیب برساند، جلوگیری می‌کند. | ## بخش 3: اتمسفر زمین | مگنتوسفر زمین علاوه بر مزایای پنهان خود خطراتی نیز دارد که یکی از این خطرات توفان‌های مغناطیسی هستند. هنگامی که بادهای نیرومند خورشیدی با مگنتوسفر برخورد می‌کنند، می‌توانند به مدارهای الکتریکی آسیب بزنند و موجب قطع برق و خاموشی بشوند. خورشید و سیارات دیگر مگنتوسفر دارند، اما مگنتوسفر زمین نیرومندترین مگنتوسفر در میان سیارات سنگی است. کمربند وان آلن از ارتفاع ۱٬۰۰۰ کیلومتر آغاز شده و تا ارتفاع ۶۰٬۰۰۰ کیلومتر گسترش می‌یابد. منطقهٔ درونی در ارتفاع ۳٬۰۰۰ کیلومتر (۱٬۸۶۰ مایل) بالاتر از سطح زمین و منطقهٔ بیرونی آن که بیشترین چگالی را دارد، در فاصلهٔ ۱۵٬۰۰۰ تا ۲۰٬۰۰۰ کیلومتر (۹٬۳۰۰ تا ۱۲٬۴۰۰ مایل) بالاتر از سطح زمین واقع شده‌است. منطقهٔ بیرونی دارای ذرات بارداری هستند که از جو و خورشید (برای نمونه، یون‌Ionهای هلیم که از باد خورشیدی سرچشمه گرفته‌اند) منشأ گرفته‌اند. این منطقه دارای پروتون‌های کم انرژی و الکترون‌Electronهای پرانرژی است که انرژی آن تا چند صد میلیون الکترون‌ولت می‌رسد. مشاهدات جدید ناسا طی مأموریت وان آلن پروبز نشان داد که پیرامون زمین سه کمربند مجزا و طولانی وجود دارد که میان آن‌ها فضا وجود دارد. ویژگی‌های فیزیکی فشار فشار هوا مقدار نیرویی است که توسط هوای جسم بالای سطح بر سطح وارد می‌شود. اگر وزن هوای جسم یا تعداد مولکول‌های آن افزایش یابد، فشار هوا افزایش و اگر وزن هوای جسم یا تعداد مولکول‌های آن کاهش یابد، فشار هوا کاهش می‌یابد. هر چه ارتفاع افزایش می‌یابد، فشار هوا کاهش می‌یابد؛ زیرا مولکول‌های جو در ارتفاعات بالاتر کاهش یافته و در نتیجه فشار هوا نیز کاهش می‌یابد. از آن‌جا که بسیاری از مولکول‌های جو توسط گرانش زمین در نزدیکی سطح زمین هستند، ابتدا کاهش فشار هوا به سرعت انجام می‌گیرد (از پایین به بالا) و سپس از سرعت کاهش فشار کاسته می‌شود. از آن‌جا که بیش از نیمی از مولکول‌های جو در زیر ارتفاع ۵٫۵ کیلومتر هستند، ۵۰ درصد فشار هوا در این ارتفاع است. فشارسنج دارای یک لولهٔ باریک شیشه‌ای است که هوایی در آن وجود ندارد و به یک ظرف جیوه وارد می‌شود. هوا به جیوهٔ درون ظرف فشار می‌آورد و جیوه حدود ۳۰ اینچ (اگر فشارسنجی در سطح زمین انجام‌گیرد) به درون لوله می‌رود. چگالی هوای خشک در صفر درجهٔ سانتی‌گراد در سطح دریا با فشار استاندارد ۱٫۲۹ گرم در هر لیترLiter است. چگالی هوا در سطح دریا با دمای ۱۵ درجهٔ سانتی‌گراد ۱٫۲۷۵ kg/m۳ است که جو استاندارد بین‌المللی نام دارد. مولکول‌های تشکیل‌دهندهٔ جو به‌سرعت در حال حرکتند و با یک‌دیگر و اشیاء دیگر برخورد می‌کنند. هوا در سطح دریا سنگین‌تر است، چون مولکول‌های هوا به یک‌دیگر نزدیکند و توسط وزن هوای بالای خود فشرده شده‌اند. تودهٔ هوا به حجم بزرگی از هوا می‌گویند که دما و رطوبت آن در سطح افقی برای صدها یا هزاران کیلومتر یکسان باشد. تودهٔ هوا معمولاً به چهار بخش قطبی (سرد)، قطب شمال (بسیار سرد)، استوایی (گرم و بسیار مرطوب) و گرمسیری (گرم) طبقه‌بندی می‌شود. مقدار جرم جو زمین در ارتفاعات به شرح زیر است: ۵۰ درصد زیر ارتفاع ۵٫۶ کیلومتر ۹۰ درصد زیر ارتفاع ۱۶ کیلومتر ۹۹٫۹۹۹۹۷ درصد زیر ارتفاع ۱۰۰ کیلومتر وزن اتمی جو را با استفاده از ترکیبات تشکیل‌دهندهٔ آن می‌توان به دو منطقهٔ گسترده به نام‌های هتروسفرHeterosphere و هوموسفرHomosphere طبقه‌بندی کرد. هتروسفر بخش بیرونی این طبقه‌بندی است که گازها در آن توسط گرانش و با توجه به جرم اتمی نسبی (وزن اتمی) خود پراکنده شده‌اند؛ بنابراین، سبک‌ترین عناصر (هیدروژن و هلیم) در بخش‌های بیرونی هتروسفر و عناصر سنگین‌تر (نیتروژن و اکسیژن) در بخش‌های درونی هتروسفر قرار می‌گیرند. هوموسفر میان سطح زمین و هتروسفر است و گازها در این منطقه تقریباً یکسان پراکنده شده‌اند و پراکندگی آن‌ها ربط به عواملی همچون ارتفاع ندارد. موارد استثناء در پراکندگی آن‌ها لایهٔ ازون، بخار آب، کربن دی‌اکسید و آلاینده‌های هوا است. هنگامی که نور از یک ماده یا گاز می‌گذرد، بخشی از آن جذب ماده یا گاز می‌شود و بقیهٔ آن پراکنده می‌شود. در مناطقی از جو، نور می‌تواند نفوذ بسیاری داشته‌باشد که این بخش‌ها پنجره‌های جوی نامیده می‌شوند. در این مناطق میزان جذب پرتوها کم یا هیچ است و موجب می‌شود که پرتوها به آسانی به سطح زمین برسند. گازها برخی از طول موج‌های خاص را جذب می‌کنند و برخی از طول موج‌ها نیز از گازها می‌گذرند. مناطقی که طیف‌های الکترومغناطیسی توسط گازهای جو جذب می‌شوند، باندهای جذب نامیده می‌شوند. جو زمین از عبور پرتوهای زیان‌آور و پرانرژی ایکس، گاما و فرابنفش و همچنین پرتوهای کم انرژی فروسرخ و امواج رادیویی جلوگیری می‌کند و نور مرئی و همچنین امواج رادیویی و محدودهٔ طول موج کمی از فروسرخ را از خود عبور می‌دهد. طیف مرئی مخلوطی از رنگ‌ها است که دارای طول موج میان ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر است و توسط چشم انسان تشخیص داده می‌شود. هنگامی که پرتو نور با زاویهٔ قائم به سطح بین دو ماده یا محیط (مانند هوا و لیوان) بتابد، بدون شکست از محیطی به محیطی دیگر وارد می‌شود. زاویهٔ شکست نمی‌تواند بیش از ۹۰ درجه باشد و زاویه‌ای که شکست آن برابر با ۹۰ درجه باشد، زاویهٔ بحرانی نام دارد. اگر زاویهٔ شکست بیش از ۹۰ درجه باشد، نمی‌تواند از محیط عبور کند و بازتاب می‌شود که به این پدیده بازتاب کلی می‌گویند. به‌طور متوسط، این گردش مربوط به سیستم‌های وزش بادی بزرگ است که در چند کمربند شرقی-غربی، زمین را احاطه کرده‌اند. سه چرخش پایه در گردش عرضی وجود دارد: سلول هادلی: سلول هادلی یک الگوی گردش جوی در مناطق گرمسیر است که بادهای بسامان تولید می‌کند. سلول هادلی ۳۰ درجهٔ شمالی تا ۳۰ درجهٔ جنوبی زمین (یعنی ۳۰ درجه بالاتر و پایین‌تر از استوا) را در بر می‌گیرد. دلیل رخ‌دادن این جریان هوا، گرم کردن هوا در سطح زمین نزدیک استوا توسط خورشید است. هنگامی که هوا به ارتفاع ۱۰–۱۵ کیلومتر (بخش‌های بالایی تروپوسفر) می‌رسد، جریان آن به سوی قطب شمال و قطب جنوب ادامه می‌یابد. در پایان، سلول هادلی هوا را به سطح زمین در نواحی استوایی نزدیک به ۳۰ درجه شمال یا جنوب عرضی بازمی‌گرداند. سلول فرل: در سلول فرل، جریان هوا به سمت قطب و شرق تا نزدیکی سطح زمین و به سمت استوا و غرب تا ارتفاعات بالاتر ادامه می‌یابد. این حرکت معکوس جریان هوا در سلول هادلی است و به‌طور متوسط در اواسط عرض‌های جغرافیایی (۳۰ تا ۶۰ درجه) حرکت می‌کند. اعتقاد بر این است که سلول فرل یک پدیدهٔ اجباری ناشی از کنش میان دو سلول دیگر است. حرکت عمودی رو به پایین تا ۳۰ درجهٔ شمالی و حرکت عمودی رو به بالا تا ۶۰ درجهٔ شمالی موجب گردش سلول فرل می‌شود. این الگو تا حد زیادی موجب تبادل هوای قطبی در حال حرکت به جنوب و هوای گرمسیری در حال حرکت به شمال می‌شود. این سلول شمالی‌ترین گردش جوی است و موقعیت متوسط آن میان ۶۰ درجهٔ شمالی و قطب شمال است. نزدیک به ۶۰ درجهٔ شمالی، جنوب شرقی هوای در حال حرکت با جریان ضعیف هوای شمال غربی که ناشی از گسترش هوا از ۳۰ درجهٔ شمالی است، برخورد می‌کند. چون برخی لایه‌ها مانند ترموسفر بسیار بزرگ هستند و برخی دیگر مانند تروپوسفر نسبت به ترموسفر بسیار کوچک هستند و اگر اندازه‌ها دقیق باشد، تروپوسفر بسیار کوچک خواهد شد و شاید حتی کسی آن را نبیند. [ب] اگزوسفر بسیار طولانی‌تر از این مقدار است و تا ۱۰٬۰۰۰ کیلومتر بالاتر از سطح زمین ادامه می‌یابد. [پ] موشک‌های بالیستیک معمولاً ارتفاع بسیار بالایی می‌گیرند و برخی از موشک‌های بالستیک که برد بسیار بالایی دارند، حتی از جو زمین نیز خارج می‌شوند و با استفاده از یک ماشین ورود مجدد (RV) به جو بازمی‌گردند. [ج] مقدار بخار آب موجود در هوای یک جا با هوای جایی دیگر بسیار متفاوت است و به جا، دما و زمان بستگی دارد. | ## جمع‌بندی | در بیابان‌ها و جاهایی که دمای پایین دارند، بخار آب موجود در هوا می‌تواند کم‌تر از ۰٫۱ درصد هوا باشد و در جاهای گرم و مرطوب، ممکن‌است بیش از ۶ درصد بخار آب در هوا وجود داشته‌باشد.