گروه صنايع شيميايي استان سمنان

مقدمه

مایع یا گاز بر هر جسمی که در آن غوطه‌ور است فشار وارد می‌کند. این فشار را هیدروستاتیکی می‌گویند. پرده‌های گوش به تغییرات فشار هیدرو ستاتیک حساساند. به همین دلیل وقتی در آب شیرجه می‌رویم و یا وقتی در آسانسور ناگهان بالا می‌رویم این تغییرات را احساس می‌کنیم. همه ما در ته یک دریای هوا زندگی می‌کنیم و از این هوا فشاری بر همه چیز وارد می‌شود. روش کلاسیک اندازه گیری این فشار که هنوز هم بطور وسیعی رایج است فشار سنج جیوه ای است.

اتمسفر چیست؟

در لایه ی جو زمین فشار ناشی از هوای محیط به چگالی هوا و ارتفاع از سطح زمین ، دمای هوا و سرعت وزش باد وابسته است. این فشار بیشترین مقدارش را در سطح دریا دارد و در ارتفاعات بالا به شدت با تابع نمایی کاهش می‌یابد. برای همین است که در بالای کوه تخم مرغ زودتر پخته می‌شود و یا اینکه آب سریعتر می‌جوشد، زیرا فشار هوا پایین بوده و دما نیز ارتباط مستقیم با فشار هوا دارد. با این حال بر حسب رنج فشار جو زمین رابه لایه‌هایی طبقه بندی نموده‌اند. بد نیست بدانید که این فشار به تغییرات شدت تابش نور خورشید نیز بستگی دارد و در اثر توان تابش بالا ، افزایش می‌یابد.
(به انگلیسی: Atmosphere)‏ به معنای لایه‌هایی از گازها است که دور یک جرم فضایی مانند یک سیاره را احاطه می‌کنند. جو به واسطهٔ نیروی جاذبه به دور جرم فضایی نگه‌داشته می‌شود
۹۹ درصد از هواکره در فاصله ۳۰ کیلومتری از سطح زمین قرار دارد. اگرچه سیاره‌های دیگر منظومهٔ شمسی نیز هواکره دارند، اما هواکرهٔ زمین تنها هواکره‌ای است که از ادامهٔ زندگی ما و دیگر موجودات زنده پشتیبانی می‌کند.
هواکره از ۵ پنج لایهِ به نام‌های تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر، ترموسفر و اگزوسفر تشکیل شده‌است.

استراتوسفر
استراتوسفر (به انگلیسی: Stratosphere)‏: دومین لایهٔ 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 نسبتاً زیاد گاز اوزون (O۳) به ویژه در اطراف لایهٔ استراتوپوز است که ضخامتی حدود ۱۶ تا ۳۰ کیلومتر دارد و لایهٔ ازن (به انگلیسی: Ozone Layer)‏ نیز در این لایه را تشکیل می‌شود، دما در بعضی نواحیِ این لایه به °۶۰- سانتی‌گراد (°۷۶- فارنهایت یا ۲۱۳ کلوین) می‌رسد. این لایه از نظر جلوگیری از اثرات مرگبارِ تابش‌های شدید ماوراء بنفش با وجود اوزون موجود در آن بسیار موثر است. از طرف دیگر گاز ازن (O۳) توأم با کربن دی اکسید (CO۲) اثر بسزای در پراکندگی عمودی دما دارد. استراتوپوز (به انگلیسی: Stratopause)‏ مرز میان این لایه و لایهِ فوقانیِ آن یعنی مزوسفر، از ارتفاع حدود ۵۱ کیلومتری شروع شده و ناحیه انتقالی بین استراتوسفر و مزوسفر را تشکیل می‌دهد.
مزوسفر
مزوسفر (به انگلیسی: Mesosphere)‏: 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 (به انگلیسی: Mesopause)‏ مرز میان این لایه و لایهِ فوقانیِ 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 (به انگلیسی: Thermosphere)‏: فاقد مرز فوقانی معین است. اصطلاح ترموسفر به سبب دمای بسیار زیاد ترمودینامیک (به انگلیسی: Thermodynamics)‏ 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 به طور عمده ترکیبی از ازت (N۲) و اکسیژن (O۲) به صورت مولکولی یا اتمی است در حالی که در کیلومترهای بالا اکسیژن (O۲) به ازت (N۲) غلبه می‌کند. دمای زیاد در این لایه به دلیل جذب تشعشع ماوراء بنفش بوسیله اکسیژن اتمی است، تربوپوز (به انگلیسی: Turbopause)‏ ناحیه انتقالی بین ترموسفر و اگزوسفر را تشکیل می‌دهد.
یونسفر
یونسفر (به انگلیسی: Magnetosphere)‏: بخشی از اتمسفر زمین است که از حدود بالا ی ۶۰ کیلومتر به سبب یونیزاسیون، به صورت ناحیهِ (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 (H۲O)، اکسیژن (O۲) و ازت (N۲) 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 تقریباً منظم و در میزان‌های حداکثر خود از نظر یون و چگالی، الکترون‌ها دارای تغییرات منظم روزانه یا فصلی و چرخه لک‌های خورشیدی می‌باشند. لایهِ F2 در ارتباط با کشنده‌های خورشیدی، قمری و اثر میدانِ مغناطیسیِ زمین واکنش‌های غیر طبیعی بسیاری را نشان می‌دهند. جابجایی‌های کوتاه مدت از پراکندگی و تمرکز در این لایه دقیقاً وابسته به طوفان‌های مغناطیسی ای است که به نام طوفان‌های یونسفری نامیده می‌شوند.

اگزوسفر
اگزوسفر (به انگلیسی: Exosphere)‏: در ارتفاع بیش از ۳۰۰ کیلومتری از زمین و در ورای یونسفر، ناحیه‌ایی که جاذبه زمین نیروی چندانی ندارد. در اینجا اتم‌های اکسیژن (O۲) و هلیوم (He) اتمسفر رقیقی را تشکیل می‌دهند. هلیوم (He) خنثی و اتم‌های هیدروژن (H۲) که دارای جرمِ اتمی پایینی هستند می‌توانند فرار کنند. هیدروژن با تجزیه بخار آب (H۲O) و متان (CH۴) از نزدیکی مزوپوز جایگزین می‌شود. در حالی که هلیوم به روش عمل پرتو‌های کیهانی در ازت و از تجزیهٔ آخشیج های پرتوزا در پوستهٔ سطحی زمین به طور آرام ولی مداوم تولید می‌شوند

جابجایی هوا
باد یا هوای متحرک از مهمترین عوامل موثر در وضع هواست حرکت هوا از نقطه‌ای به نقطه دیگر ناشی از اختلاف فشار قسمتهای مختلف است. انتشار افقی فشار بوسیله خطوط یا منحنیهای همفشار نشان داده می‌شود. تهیه منحنیهای هم فشار یکی از کارهای اساسی در پیش بینی هواست. در گروهی از منحنیهای بسته ، اگر فشار به طرف منحنی افزایش یابد نشان دهنده وجود یک مرکز یا پهنه پرفشار است. هوا از نقاط دارای فشار بیشتر به طرف نقاط کم فشار جریان می‌یابد. بنابراین عامل اصلی ایجاد باد تفاوت فشار هوا در نواحی مجاور بوده و تفاوت فشار نیز نتیجه تغییر دمای اتمسفر است. بادها را می‌توان به ۳ گروه تقسیم کرد.

لایه اوزون
تاکنون کره زمین تنها سیاره شناخته شده است که امکان حیات موجوداتی مثل انسان‌ها در آن مشاهده شده است. زمین سومین سیاره منظومه شمسی است که در فاصله‌ای حدود ۱۴۹٫۸۰۰٫۰۰۰ کیلومتر از خورشید قرار گرفته است. در این فاصله انرژی که توسط زمین از خورشید دریافت می‌شود تقریباً ۹^۱۰×۹۵/۱ وات است.
همانطور که می‌دانید خورشید تنها ستاره منظومه شمسی مى‌باشد که کرات و سیارات در اطراف آن مى‌چرخند و از انرژی آن استفاده مى‌کنند.
تقریباً ۸ دقیقه طول می‌کشد که نور خورشید به زمین برسد. ۳۰% از کل نور رسیده به زمین بر اثر ذرات و مولکولهاى موجود در لایه‌هاى بالایى منعکس مى‌شوند. بقیه آنها از لایه‌ها زمین عبور مى‌کنند و به زمین مى‌رسند.
نور سفید خورشید از رنگ های زیادی تشکیل شده است که هر کدام از آنها داراى طول موج و انرژی مخصوص به خود مى‌باشند.
حتما تا به حال تجزیه نور سفید خورشید را مشاهده کرده‌اید که با تجزیه نور، به هفت رنگ تفکیک مى‌شود.
پرتوهاى فرا بنفش داراى طول موج کوتاه و انرژی زیاد مى‌باشند پرتوهاى فوق بنفش با انرژى زیادى که دارند براى تمام موجودات زنده خطرناک مى‌باشند و موجب سرطان پوست یا آفتاب سوختگى مى‌شوند.
خوشبختانه در اطراف زمین لایه محافظی به نام لایه اوزون وجود دارد که از ورود این پرتوهای خطرناک به سطح زمین جلوگیری می‌کند.

لایه اوزون لایه‌ای در هواکره (جو) است که دارای غلظت بالایی از اوزون (O۳) می‌باشد. این لایه ۹۷–۹۹% نور فرابنفش خورشید را جذب می‌کند که موجب ادامه حیات روی زمین است. بیش از نود درصد اوزون زمین در لایه استراتوسفر موجود است. این لایه در پایین استراتوسفر حدود ۱۳ km تا ۲۰ km بالای زمین قرار داشته و ضخامت آن به طور جغرافیایی و فصلی تغییر می‌یابد. مولکولهای اوزون نور فرابنفش را جذب کرده و نور فروسرخ تابش می‌کنند، لذا در لایه اوزون دمای جو با آهنگی کم افزایش می‌یابد و به حدود صفر درجه سانتی‌گراد می رسد. لایه اوزون در سال ۱۹۱۳ توسط فیزیکدان فرانسوی چالرز فابری و هنری بویسون کشف گردید. ضخامت این لایه در قطبین کاهش داشته است که به علت تولید cfcها توسط انسان می‌باشد.

اوزون چیست؟

دانشمندان لایه‌های زمین را به چهار قسمت تقسیم مى‌کنند:
تروپوسفر (که نسبت به سطح دریا ۱۲ تا ۱۵ کیلومترارتفاع دارد)
استراتوسفر
مزوسفر
تروموسفر(خارجى‌ترین لایه زمین)

مولکول اوزون (o3) از یک مولکول اکسیژن و یک اتم اکسیژن که ناپایدار و واکنش‌پذیر مى‌باشد، تشکیل شده است. میان مولکول اکسیژن و اتم اکسیژن در مولکول اوزون پیوند بسیار ضعیفی وجود دارد و تقریباً با کوچکترین برخورد از هم جدا و یا با دریافت کوچکترین انرژی به حالت اولیه خود برگردند. لایه اوزون در لایه استراتوسفر زمین قرار دارد.
ضخامت لایه اوزون در شبها کمتر از روزها می‌باشد. زیرا در شب انرژی خورشیدی کم وجود ندارد. هنگامى که پرتوهاى فوق بنفش به مولکول‌های اوزون برخورد مى‌کنند،پرتوهاى فوق بنفش مقدار زیادى از انرژى خود را از دست مى‌دهند و به پرتوهاى فرو سرخ تبدیل مى‌شوند و همچنین بر اثر این برخورد، مولکول اوزون به مولکول اکسیژن واتم اکسیژن تبدیل مى‌شود و با تابش مجدد نور خورشید، مولکول اوزون دوباره پدیدار مى‌شود.

چرخه اوزون
مولکول‌هاى اوزون هرچند که براى ما مفید هستند، اما وجود آنها در لایه تروپوسفر ( لایه‌اى که ما در آن زندگى مى‌کنیم) بسیار خطرناک مى‌باشند. نیتروژن‌هاى پراکسیدی که از اگزوز موتورهاى دیزلى خارج می‌شود، بر اثر تابش نور خورشید (عمل فتوشیمیایى) با مولکول‌هاى اکسیژن واکنش مى‌دهند و در مولکول‌هاى اوزون اتم‌هاى اکسیژن فعال (رادیکالى) وجود دارد که تنفس آن، موجب اختلال در دستگاه تنفسى مى‌شود.

منابع:

ویکی پدیا

المپیاد شیمی

مجله رشد

ویکی نجوم