جو (هواشناسی)

عکس بالا نمایان‌گر لایه‌های مختلف جو کره زمین هستند البته باید توجه داشته باشید که ضخامت جو به این اندازه که در عکس می‌بینید نیست بلکه نسبت ضخامت آن به قطر زمین تنها به اندازه ۵٪ از قطر زمین است.
عکس بالا نمایان‌گر زمین، جو و بالای آن است که توسط ناسا تهیه شده‌است و نسبت ضخامت جو به زمین را به درستی نشان می‌دهد.
جو یا هواکره یا اتمسفر به معنای لایه‌هایی از گازها است که دور یک جرم فضایی مانند یک سیاره را احاطه می‌کنند. جو به واسطه نیروی گرانش به دور جرم فضایی نگه‌داشته می‌شود.
۹۹ درصد از جو در فاصله ۳۰ کیلومتری از سطح زمین قرار دارد. اگرچه سیاره‌های دیگر منظومه شمسی نیز هواکره دارند، اما جو زمین تنها جوی است که از ادامه زندگی ما و دیگر موجودات زنده پشتیبانی می‌کند.
جو زمین یا هواکره از ۵ پنج لایه به نام‌های وردسپهر (تروپوسفر) • پوشن‌سپهر (استراتوسفر) • میان‌سپهر (مزوسفر) • دماسپهر (ترموسفر) • برون‌سپهر (اگزوسفر) تشکیل شده‌است.
ترکیب
در زمین
+ جدول غلظت گازهای جو در قیاس حجمی
حجم بر حسب ppmv (یک در میلیون)
گاز
حجم
غلظت در جو
نیتروژن (N ۲ )
۷۸۰،۸۴۰
۷۸٫۰۸۴٪
اکسیژن (O ۲ )
۲۰۹،۴۶۰
۲۰٫۹۴۶٪
آرگون (Ar)
۹،۳۴۰
۰٫۹۳۴۰٪
کربن دی‌اکسید (CO ۲ )
۳۹۰
۰٫۰۳۹٪
نئون (Ne)
۱۸٫۱۸
۰٫۰۰۱۸۱۸٪
هلیوم (He)
۵٫۲۴
۰٫۰۰۰۵۲۴٪
متان (CH ۴ )
۱٫۷۹
۰٫۰۰۰۱۷۹٪
کریپتون (Kr)
۱٫۱۴
۰٫۰۰۰۱۱۴٪
هیدروژن (H ۲ )
۰٫۵۵
۰٫۰۰۰۰۵۵٪
نیتروژن اکسید (N ۲ O)
۰٫۳
۰٫۰۰۰۰۳٪
کربن مونو اکسید (CO)
۰٫۱
۰٫۰۰۰۰۱٪
زنون (Xe)
۰٫۰۹
۰٫۰۰۰۰۰۹٪
اوزون (O ۳ )
۰٫۰۷ تا ۰٫۰
_
نیتروژن دی‌اکسید (NO ۲ )
۰٫۰۲
۰٫۰۰۰۰۰۲٪
ید (I ۲ )
۰٫۰۱
۰٫۰۰۰۰۰۱٪
آمونیاک (NH ۳ )
در حال بررسی
_
بخار آب (H ۲ O)
در حال بررسی
~۰٫۴۰٪
ساختار
تروپوسفر
عکس بالای جو (ناسا)
وردسپهر یا تروپوسفر ، دارای ضخامتی حدود ۱۰ کیلومتر در قطب‌ها و ۱۶ تا ۱۸ کیلومتر در مناطق استوایی است. از ویژگی عمده آن کاهش دما در جهت قائم حدود °۶ سانتی‌گراد (°۱۸ فارنهایت یا ۲۷۹ کلوین)، در هر ۱۰۰۰ متر افزایش سرعت بادها با افزایش رطوبت (H ۲ O) نسبت به سطوح پایین‌تر قابل ملاحظه‌است، و به‌طور کلی مجموعه پدیده‌های هواسپهری که هوا نامیده می‌شود در این لایه قابل بررسی هستند.
وردایست مرز میان وردسپهر و لایه بالایی آن یعنی پوش سپهر که مرز انتقال ویژگی‌های هواسپهری را در مقیاس بزرگی از تلاطم و اختلاط را تشکیل می‌دهد. این لایه کم‌ژرفا در ناحیه استوا نسبتا مشخص شده‌است، این مرز فوقانی وردسپهر نسبت به فصول سال تغییر می‌کند.
استراتوسفر
استراتوسفر :
دومین لایه بزرگ اتمسفر که بالای تروپوسفر و پایین مزوسفر قرار دارد، استراتوسفر نامیده می‌شود. افزایش تدریجی دما از ویژگی آن است، یکی دیگر از ویژگی‌های استراتوسفر میزان نسبتا زیاد گاز اوزون (O ۳ ) به ویژه در اطراف لایه استراتوپوز است که ضخامتی حدود ۱۶ تا ۳۰ کیلومتر دارد و لایه ازن نیز در این لایه را تشکیل می‌شود، دما در بعضی نواحی این لایه به °۶۰- سانتی‌گراد (°۷۶- فارنهایت یا ۲۱۳ کلوین) می‌رسد.
این لایه از نظر جلوگیری از اثرات مرگبار تابش‌های شدید ماوراء بنفش با وجود اوزون موجود در آن بسیار موثر است. از طرف دیگر گاز ازن (O ۳ ) توام با کربن دی‌اکسید (CO ۲ ) اثر بسزای در پراکندگی عمودی دما دارد. استراتوپوز مرز میان این لایه و لایه فوقانی آن یعنی مزوسفر، از ارتفاع حدود ۵۱ کیلومتری شروع شده و ناحیه انتقالی بین استراتوسفر و مزوسفر را تشکیل می‌دهد.
مزوسفر
مزوسفر :
دارای ضخامتی حدود ۳۰ تا ۳۵ کیلومتر و در این لایه درجه حرارت به سرعت کاهش می‌یابد به حالتی که در ارتفاع ۸۰ کیلومتری میزان آن به حدود °۸۵- سانتی‌گراد (°۹۷- فارنهایت یا ۱۸۸ کلوین) می‌رسد که سردترین مکان زمین است. فشار هوا در مزوسفر بسیار پایین است و میزان آن از یک میلی بار در ارتفاع ۵۰ کیلومتری به ۱٪ در ۹۰ کیلومتری کاهش می‌یابد.
مزوپوز مرز میان این لایه و لایه فوقانی آن یعنی ترموسفر است. مزوپوز در ارتفاع ۸۰ تا ۸۵ کیلومتری به وسیله حداقل دما °۱۰۰- سانتی‌گراد (°۱۱۲- فارنهایت یا ۱۷۳ کلوین) و وارونگی پس از آن مشخص می‌شود. مزوپوز ناحیه انتقالی بین مزوسفر و ترموسفر را تشکیل می‌دهد.
ترموسفر
ترموسفر :
فاقد مرز فوقانی معین است. اصطلاح ترموسفر به سبب دمای بسیار زیاد ترمودینامیک به این لایه داده شده‌است که این میزان ممکن است به °۱۲۲۷ سانتی‌گراد (°۱۲۳۹ فارنهایت یا ۱۵۰۰ کلوین) برسد، جلوه سرخی شفق یکی از پدیده‌های ترموسفر پایینی است قسمت پایینی ترموسفر به‌طور عمده ترکیبی از ازت (N ۲ ) و اکسیژن (O ۲ ) به صورت مولکولی یا اتمی است در حالی که در کیلومترهای بالا اکسیژن (O ۲ ) به ازت (N ۲ ) غلبه می‌کند. دمای زیاد در این لایه به دلیل جذب تشعشع ماوراء بنفش بوسیله اکسیژن اتمی است، تربوپوز ناحیه انتقالی بین ترموسفر و اگزوسفر را تشکیل می‌دهد.
یونسفر
یونسفر یا یون سپهر:
بخشی از اتمسفر زمین است که از حدود بالا ی ۶۰ کیلومتر به سبب یونیزاسیون، به صورت ناحیه (تمرکز یون‌ها و الکترون‌های) آزادی در می‌آید که سبب بازتاب امواج رادیویی می‌شود. از طرف دیگر فجرهای قطبی شمالی و جنوبی نیز بوسیله نفوذ ذرات یونیزه، در درون اتمسفر از ۳۰ تا ۸۰ کیلومتری به ویژه در مناطق حدود °۲۰ تا °۲۵ از قطب‌های مغناطیسی مشاهده می‌شوند.
این لایه فاقد گازهای سنگینی نظیر بخارآب (H ۲ O)، اکسیژن (O ۲ ) و ازت (N ۲ ) حالت مولکولی است.
در این لایه ناوه‌های کم‌ژرفا به صورت لایه‌های یونسفری E و F1 و F2 جداسازی می‌شوند؛ که به ترتیب در حدود ۱۱۰، ۱۶۰ و ۳۰۰ کیلومتری قرار دارند.
بازتاب‌های رادیویی گاهی در سطوحی به ارتفاع ۶۵ تا ۸۰ کیلومتری رخ می‌دهند که به نام لایه D نامیده می‌شوند. این لایه با حداکثر تمرکز یونیزاسیون مشخص می‌شود.
لایه‌های E و F1 تقریبا منظم و در میزان‌های حداکثر خود از نظر یون و چگالی، الکترون‌ها دارای تغییرات منظم روزانه یا فصلی و چرخه لک‌های خورشیدی می‌باشند.
لایه F2 در ارتباط با کشنده‌های خورشیدی، قمری و اثر میدان مغناطیسی زمین واکنش‌های غیرطبیعی بسیاری را نشان می‌دهند. جابجایی‌های کوتاه مدت از پراکندگی و تمرکز در این لایه دقیقا وابسته به طوفان‌های مغناطیسی‌ای است که به نام طوفان‌های یونسفری نامیده می‌شوند.
اگزوسفر
اگزوسفر در ارتفاع بیش از ۳۰۰ کیلومتری از زمین و در ورای یونسفر، ناحیه‌ایی که جاذبه زمین نیروی چندانی ندارد. در اینجا اتم‌های اکسیژن (O ۲ ) و هلیوم (He) اتمسفر رقیقی را تشکیل می‌دهند. هلیوم (He) خنثی و اتم‌های هیدروژن (H ۲ ) که دارای جرم اتمی پایینی هستند می‌توانند فرار کنند. هیدروژن با تجزیه بخار آب (H ۲ O) و متان (CH ۴ ) از نزدیکی مزوپوز جایگزین می‌شود. در حالی که هلیوم به روش عمل پرتوهای کیهانی در ازت و از تجزیه آخشیج‌های پرتوزا در پوسته سطحی زمین به‌طور آرام ولی مداوم تولید می‌شوند.
اهمیت
مولکول‌های ازون که لایه ازون را تشکیل می‌دهند، در استراتوسفر قرار دارند و از ورود پرتوهای فرابنفش خورشیدی جلوگیری می‌کنند و موجب ادامه زندگی بر سطح زمین می‌شوند.