خصائص طبقة الستراتوسفير وأهميتها

تطبقات الغلاف الجوي

يحتوي الغلاف الجوي من سلسلة من الطبقات، لكل طبقة لها سمات خاصة بها و خصائص طبقات الغلاف الجوي السبعة، نستطيع ترتيب الطبقات التالية صعوداً من مستوى الأرض وهي طبقة التروبوسفير والتي تكون قريبة من الأرض، تمتد طبقة التروبوسفير من السطح إلى ارتفاع يصل إلى حوالي 10 كيلومترات، مع العلم أن هذا الارتفاع يختلف باختلاف خط العرض، وتحدث جميع الأحوال الجوية في هذه طبقة وتنخفض درجات الحرارة مع الارتفاع، بمعنى أن الهواء الدافئ عندما يرتفع يبرد ثم يعود إلى الأرض، ونسمي هذه العملية باسم الحمل الحراري، وتحدث جميع الأنشطة البشرية في هذه الطبقة وسنشرحها تفصيلاً في هذا المقال.

الميزوسفير وهي الطبقة الثالثة ونجد أن حرارة هذه الطبقة قد تنخفض مع ازياد الإرتفاع، وتسمى الحدود الفاصلة بين الميزوسفير وطبقة الثرموسفير التي تكون فوقها بالميزوبوز، وتسمى حدودها من الجزء السفلي  بالستراتوبوز  وهي الحدود الفاصلة بينها وبين طبقة الستراتوسفير .

بالإضافة إلى الغلاف الحراري، وهو الطبقة العليا من الغلاف الجوي، وتزداد درجة حرارة هذه الطبقة مع الإرتفاع لأنه يتم تسخينها مباشرة بواسطة الشمس ، وهناك أيضاً غلاف يتلاشى تدريجياً في عالم الفضاء بين الكواكب ويسمى الغلاف الخارجي طبقات الغلاف الجوي .[1]

خصائص طبقة الستراتوسفير

• طبقة الستراتوسفير هي الطبقة الثانية من طبقات الغلاف الجوي، تمتد طبقة الستراتوسفير من  10 كيلو متر  إلى ارتفاع 50 كيلومتر .
• تم العثور على طبقة الأوزون داخل الستراتوسفير، حيث أن جزيئات طبقة الأوزون تعمل على امتصاص ضوء الأشعة فوق البنفسجية من الشمس  التي تحتوي على طاقة مرتفعة وهذا من أهمية الغلاف الجوي ، وتحول هذه الأشعة فوق البنفسجية إلى حرارة، ونجد أن الهواء الدافئ يتمركز في الجزء العلوي من الستراتوسفير، بينما الهواء البارد يبقى منخفضاً،  على عكس طبقة التروبوسفير، وتزداد طبقة الستراتوسفير دفئاً كلما ارتفعت، أي عندما يتحرك المرء صعوداً عبر الستراتوسفير ترتفع درجات الحرارة.[1]
• نجد أن هناك القليل من الحمل الحراري والاختلاط في طبقة الستراتوسفير، حيث أن طبقات الهواء تكون مستقرة تماماً، مما يسمح  بتحليق الطائرات التجارية النفاثة في الجزء السفلي من الستراتوسفير.
• تكون طبقة الستراتوسفير جافة جداً، ولكنها تحتوي على القليل من بخار الماء بنسبة 24 بالمئة فقط، فتحتوي على كمية قليلة من الغيوم  وينعدم وجودها تقريباً في هذه الطبقة، ويؤدي ذلك إلى أن الهواء يكون فيها على شكل طبقات، ولكن السحب تتجمع بكثرة في طبقة التروبوسفير الأدنى و والتي تكون الأكثر رطوبة.
• تظهر السحب الستراتوسفيرية القطبية في الجزء السفلي من هذه الطبقة وتكون بالقرب من القطبين في فصل الشتاء، وتكون على ارتفاعات من 15 إلى 25 كيلو متر، وتتشكل فقط عندما تنخفض درجات الحراة في  هذه المرتفعات إلى أقل من 78 درجة مئوية، وتساعد هذه السحب في تكوين الثقوب  في طبقة الأوزون، وتسمى هذه السحب بالسحب الصدفية ويرمز لها باللغة الإنجليزية بـــ  PSCs.
• إن المواد التي تدخل إلى طبقة الستراتوسفير، مثل  المواد الكيماوية المدمرة لطبقة الأوزون والتي تُعرف باسم مركبات الكربون الكلورية فلورية، أو المواد الناتجة عن الإنفجارات البركانية الكبيرة وتأثير النيازك التي تقذف جزيئات الهباء الجوي إلى طبقة الستراتوسفير، بالإضافة إلى غازات العادم التي تضخ عن طريق إطلاق الصواريخ، فجميع هذه المواد تبقى في طبقة الستراتوسفير لفترات طويلة، ويعود السبب إلى نقص الحمل الحراري، مما يؤدي إلى تغيير المناخ العالمي في الأرض.[2]

أهمية طبقة الستراتوسفير

• تحمي طبقة أوزون الستراتوسفير المحيط الحيوي، حيث أنها تمنع من الجرعات الزائدة من أشعة الشمس فوق البنفسجية التي تؤدي إلى إتلافه.
• تمتص الأشعة فوق البنفسجية من الشمس التي ممكن أن تسبب سرطان الجلد، بالإضافة إلى تلف المحاصيل، والتي تدمر بعض أنواع الحيوانات البحرية، وتؤثر على الحياة البحرية بشكل عام.
• تعمل الهندسة الجيولوجية الستراتوسفيرية على الحد من ذوبان الجليد البحري.

طبقة الأوزون

يتمركز معظم الأوزون في الغلاف الجوي وخاصة في طبقة الستراتوسفير، على ارتفاع حوالي تسعة إلى ثمانية عشر ميلاُ فوق سطح الأرض ، والأوزون هو جزيء يحتوي على ثلاث ذرات أوكسجين، فتتشكل جزيئات الأوزون باستمرار وتتلف أيضاً، وتصبح عملية التشكل والتلف في طبقة الستراتوسفير.

تمتص طبقة الأوزون الأشعة فوق البنفسجية، وتنتجها الشمس بأطوال موجية من 280 إلى 320 نانو متر، فهناك UVB وهو نوع من أنواع الأشعة فوق البنفسجية التي لها العديد من الآثار الضارة.

إن UVB هو الأشعة الأكثر فعالية والمضرة جداً حيث أنه يؤثر على الحمض النووي ويسبب إتلافه، بالإضافة إلى أنه يتلف بعض المواد والمحاصيل و يؤدي إلى موت الحيوانات البحرية، ويؤدي إلى إعتام عدسة العين وسرطان الجلد .

وتختلف تركيزات الأوزون في الغلاف الجوي حسب البقع الشمسية وتغير الفصول وخط العرض، ونجد أن مع مرور الوقت بأن الأوزون يستنفذ تدريجياً، حيث أن تلامس ذرات الكلور والبروم مع ذرات الأوزون في الستراتوسفير تسبب تلفها وتدميرها، فإن جزيئات الأوزون تتدمر بسرعة أكبر من سرعة تشكيلها، ونسمي هذه المواد بالمواد المستنفذة للأوزون.

تبقى هذه المواد مستقرة بشكل عام في طبقة التروبوسفير، ولكنها تتحل فقط تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية في طبقة الستراتوسفير، فعندما تتحلل تطلق ذرات البروم أو الكلور، وهذه المواد هي التي تسبب استنفاذ للأوزون .

فمثلاً من المواد المستنفذة للأوزون، تعمل على إطلاق مادة البروم التي تشمل الهالونات والمركبات التي تحتوي على البروم والفلور والكربون، وتستخدم عموماً كعوامل لإطفاء الحرائق، ونجد أن كل هذه المواد تسبب تدمير لجزيئات الأوزون، ولكن البروم أكثر فعالية من الكلور في تدمير أوزون الستراتوسفير.[3]

الحل المقترح لحماية طبقة الستراتوسفير

مع وجود مشكلة الاحترار العالمي الذي نتج عن انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، فقد حاول العلماء أن يجدوا وسيلة لحماية طبقة الستراتوسفير، عن طريق مناقشة إمكانية تطبيق الهندسة الجيولوجية للمناخ، وطرح فكرة استخدام رذاذ الكبريتات، فتقوم الهندسة الجيولوجية على تعديل السحب واحتجاز الكربون وعزله.

ولكن يتطلب قرار تنفيذ الهندسة الجيولوجية بيان فوائدها ومخاطرها بالإضافة إلى تكاليفها، فقد اقترح كروتزن في ضوء عدم إحراز تقدم في تخفيف استنفاذ الاوزون، أن الهندسة الجيولوجية ضرورية للحد من آثار الاحترار، و لأن البيانات تُظهر زيادة في معدل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، ولكن روبوك قد قدم عشرين سبباً بين فيها أن الهندسة الجيولوجية قد تكون فكرة سيئة.

سبب إنخفاض درجة الحرارة والضغط مع الإرتفاع

تعمل الجاذبية على سحب الجزيئات التي يتكون منها الغلاف الجوي بالقرب من سطح الأرض،مما يسبب في تركيز الغلاف الجوي على سطح الأرض وترققه بسرعة مع الإرتفاع، فضغط الهواء هو مقياس لوزن الجزيئات، فكلما تحركت في الغلاف الجوي قل عدد الجزيئات، وبالتالي يكون ضغط الهواء أقل.

ونجد أن درجة الحرارة تنخفض مع الارتفاع في طبقة التروبوسفير لعدة أسباب، على الرغم من أن طاقة الشمس تأتي من السماء إلا أن الأرض تمتصها وتطلق هذه الطاقة باستمرار، كحرارة في ضوء الأشعة تحت الحمراء، لذلك يتم تسخين طبقة التروبوسفير من الأرض إلى الأعلى، مما يجعلها أكثر دفئاً بالقرب من سطح الأرض وبرودة كلما ارتفعنا.

وعندما يرتفع الهواء إلى مناطق ذات ضغط منخفض فإنه يتمدد بسبب وجود جزيئات أقل، وتستخدم هذه الجزئيات المتواجدة في الهواء بعض طاقتها لتنفصل عن بعضها، مما يؤدي إلى انخفاض في درجة حرارة الهواء.[4]