وصف الغلاف الجوي وخصائص غازاته
مدخل
...
أولاً: وصف الغلاف الجوي وخصائص غازاته:
يغلف سطح كوكب الأرض خليط من الغازات المختلفة التى نشعر بها ولا يمكن رؤيتها إلى جانب بخار الماء وجسيمات صلبة صغيرة. ويطلق على هذا الهواء وما يحويه اسم الغلاف الجوي، وهذا الغلاف الجوي غير ثابت بل في حركة مستمرة، وتكون هذه الحركة إما أفقية على هيئة رياح وأعاصير، وإما رأسية على شكل تيارات صاعدة أو هابطة، وهناك ارتباط كبير بين هذه الحركة وحركة الكرة الأرضية وأشعة الشمس. وبسبب تأثر الغلاف الجوي بالإشعاع الشمسي إلى جانب التأثر بدوران الأرض فإن صفات هذا الغلاف الجوي وخصائصه تتغير من مكان إلى آخر. وهذا بالتالي يؤدي إلى اختلافات مناخية بين منطقة وأخرى.
стр. 352
تركيب الغلاف الجوي وخصائص غازاته
مدخل
...
تركيب الغلاف الجوي وخصائص غازاته
يعتبر غازا الأوكسجين والنيتروجين أهم غازات الغلاف الجوي حيث يكونان معًا ٩٩% من حجم الغلاف الجوي "النيتروجين ٧٨%"،
стр. 353
والأوكسجين ١٢%" "شكل ٥١"، وتشترك مجموعة أخرى من الغازات مثل الأرغون، وثاني أكسيد الكربون، والنيون والهيليوم في ١% من حجم الغلاف الجوي، كما يبين الجدول في الصفحة رقم "٢٥١".١
ونظرًا لأهمية هذه الغازات، بالإضافة إلى الأجسام الصلبة العالقة في الهواء، للحياة بأشكالها المختلفة على سطح كوكبنا فإننا سنتعرض لها بالدراسة مع شيء من التفصيل.
ويعتبر كل من النيتروجين والأوكسجين، وثاني أكسيد الكربون، وبخار الماء أهم المعينات الكيماوية لجميع مظاهر الحياة على سطح الأرض.
стр. 354
١- النيتروجين:
اكتشف النيتروجين في السبعينيات من القرن السابع عشر. وقد أطلق "شيل" Scheele عليه سنة ١٧٧٢م اسم "الهواء الفاسد". أما "لافوزييه" فقد أسماه "آزوت" Azote وهذا التعبير يعني "لا حياة" باللغة اليونانية. وأطلق عليه الإنجليز نيتروجين؛ لأن النيتروجين يوجد في جزئيات بعض المعادن التي تعرف باسم "نيتر" ملح البارود وعلى ذلك فالنيتروجين يعني العنصر المكون للنيتر.١
стр. 355
شكل "٥١" نسب حجم غازات الغلاف الجوي
стр. 356
والنيتروجين ليس سامًّا ونحن نتنفسه أثناء عملية الشهيق والزفير. وهو يدخل في تركيب كل أجسام الكائنات الحية. كما أنه يدخل في تركيب التربة؛ إذ إنه عندما يحدث البرق نجد أن كل النيتروجين المجاور
النسبة المئوية لأحجام الغازات في الغلاف الجوي "هواء جاف" حتى ارتفاع ١٥ ميلًا:
للبرق يتحد مع الأوكسجين، وتذوب المركبات التي نشأت عن اتحاد النيتروجين مع الأوكسجين في مياه الأمطار مكونة حامض النيتريك، ويختلط هذا الحامض بالتربة مكونًا النيترات، وتقدر كمية حامض النيتريك التي تترسب على سطح كوكب الأرض يوميًّا بسبب البرق والرعد بنحو ٢٥٠٠٠٠ طن.١
стр. 357
٢- الأوكسجين:
الأوكسجين مثل النيتروجين لا لون له ولا طعم، ولكنه ليس خاملًا كالنيتروجين بل هو غاز نشيط، وهو أكثر العناصر انتشارًا على سطح الأرض ويكون تقريبًا نصف عدد الذرات التي يتكون منها كوكب الأرض ويدخل الأوكسجين في تركيب عديد من المركبات على سطح الكرة الأرضية وتسهم عملية التمثيل الضوئي التي تقوم به النباتات في مد الغلاف الجوي بالأوكسجين.
والأوكسجين هو العنصر الذي تعتمد عليه حياة النباتات والحيوانات ويساعد الاحتراق. وكذلك الاحتراق البطيء الذي يحدث داخل أجسامنا عندما يحترق الطعام لا يمكن أن يتم لولا وجود الأوكسجين الذي يساعد عليه، ويستهلك الإنسان ٢٠ لترًا من الأوكسجين في تنفسه في الساعة الواحدة إذا كان ساكنًا، أما إذا قام بمجهود فإنه يستهلك أكثر من هذه الكمية، وقد أطلق العالم الكيميائي الفرنسي "أنطون لافوازييه" اسم الأوكسجين Oxygen على هذا الغاز. وهذه التسمية مشتقة من كلمتين لاتينيتين تعني "سبب الحموضة" للاعتقاد بأن الأوكسجين يوجد في جزيئات الأحماض، والحقيقة أن هذا الاعتقاد قد ثبت عدم صحته فيما بعد
стр. 358
٣- ثاني أكسيد الكربون:
غاز ثاني أكسيد الكربون عظيم الأهمية لجميع العمليات البيولوجية في النبات والحيوان، رغم أن نسبة هذا الغاز ضئيلة جدًّا في الغلاف الجوي. ومن المعروف أن ثاني أكسيد الكربون عنصر مهم في عملية التمثيل الضوئي للنباتات، وقد اشتق اسم هذا الغاز من كلمة كربون Carbon التي تعني فحمًا باللاتينية، وعلى ذلك فإنك إذا كنت قد رأيت
стр. 359
الفحم، فإنك تكون قد رأيت مادة الكربون، ولولا عملية التمثيل الضوئي لزادت نسبة ثاني أكسيد الكربون نتيجة الاحتراق، وبالتالي يؤدي ذلك إلى الاختناق؛ لأن نسبة ثاني أكسيد الكربون إذا زادت على ٣٠% من حجم الهواء فإنها تؤدي إلى الوفاة مباشرة.
وتسهم الحيوانات المحاربة Shellfish في إزالة نسبة من ثاني أكسيد الكربون عن طريق تكوين الكربونات اللازمة لها، وكذلك في أثناء عمليات تجوية الصخور الجيرية تستهلك نسبة من ثاني أكسيد الكربون.١ وقد زادت نسبة ثاني أكسيد الكربون منذ ١٨٠٠م حتى ٢٠٠٠م بنسبة ٣٠% بسبب الإسراف في استخدام مصادر الطاقة من فحم وبترول.
стр. 360
٤- بخار الماء:
ترجع أهمية بخار الماء إلى أنه مصدر جميع مظاهر التساقط من مطر وثلج وبرد وضباب وسحب وصقيع، كما أنه يشترك مع ثاني أكسيد الكربون في امتصاص الحرارة مباشرة من أشعة الشمس، أو بطريقة غير مباشرة عن طريق الإشعاع الأرضي، ويقترب وجود بخار الماء من سطح الأرض. ويؤكد العلماء أن نصف ما يوجد من بخار الماء في الغلاف الجوي يكون في الميل الأول فوق سطح الأرض كما يتضح من الجدول التالي:
стр. 361
توزيع بخار الماء على ارتفاعات مختلفة في العروض الوسطي
وتعد المسطحات المائية، وهي كما نعرف تغطي أكثر من ٧٠% من سطح الأرض، على اختلاف أنواعها من محيطات وبحار وبحيرات وأنهار، المصدر الرئيسي لبخار الماء الموجود في الهواء.
стр. 362
٥- الأجسام الصلبة العالقة في الهواء:
وإلى جانب بخار الماء تنتشر جزيئات عديدة صلبة يعرف ما يرى منها بالعين المجردة باسم الغبار وكثير منها لا يرى. ومعظم الغبار الموجود في الجو من أصل أرضي. ويعتقد كذلك بوجود كميات لا يستهان بها من الغبار الكوني Cosmic dust الذي يتوافر نتيجة لاحتراق الشهب وأجزاء من النيازك عند عبورها واحتكاكها بالغلاف الجوي.
والمصدر الأرضي للغبار يتمثل في رماد البراكين، والدخان الذي ينتج
стр. 363
عن عمليات احتراق المواد المختلفة، وما تثيره العواصف من التربة ورمال ناعمة ودقيقة، وقد أدى بركان جزيرة كراكتوا Krakatoa الذي ثار سنة ١٨٨٣م "بين سومطرة وجاوه" إلى نسف نصف الجزيرة، ورغم أن هذه الجزيرة تقع على درجة عرض ٦ جنوب خط الاستواء، إلا أن الغبار والرماد البركاني الذي حملته الرياح أدى إلى حجب أشعة الشمس لدرجة ما في العروض الوسطى، وظل لمدة تزيد على ثلاث سنوات عالقا في الهواء.
كما أدت الحرائق التي اندلعت في ولاية بنسلفانيا، ونيويورك نتيجة للجفاف غير العادي في خريف سنة ١٩٥٣م إلى امتلاء الجو في تلك المناطق بالأذخنة التي جعلت الشمس تبدو حمراء نحاسية اللون لبضعة أسابيع.
وتختلف نسب وجود الجزئيات المعلقة في الهواء من منطقة إلى أخرى حيث تزيد في المدن الصناعية، وتقل على سطح الماء في المحيطات كما يتضح من الجدول التالي:
كمية الجزئيات المعلقة في الهواء في بعض المناطق المختلفة
стр. 364
وتعد المناطق الصحراوية من أهم مصادر الأتربة، حيث تثير الرياح هذه الأتربة والرمال، ثم ترسبها مرة ثانية، لكن بعض هذه الأتربة يظل معلقا في الهواء على ارتفاعات عالية. ومن أهم المناطق الصحراوية التي تتحمل منها الرياح بالرمال صحاري شمال أفريقيا، وصحاري جنوب غرب آسيا. وتعد الرياح المحلية مثل الخماسين في مصر والقبلي في ليبيا والهبوب في السودان، والسموم في الجزيرة العربية من أهم أنواع الرياح الحاملة للرمال.
وتمد البحار والمحيطات الغلاف الجوي ببعض الأجسام الصلبة. وهذه الأجسام عبارة عن جزئيات ميكرسكوبية من الملح الذي يتبقى بعد تبخر قطرات الماء التي تتصاعد نتيجة رذاذ الأمواج. ويمكن أن نشعر بوجود الأملاح على مسافات بعيدة من البحر إذا هبت رياح قوية من البحر إلي اليابس كما حدث سنة ١٨٣٩م حينما هبت عاصفة هوائية حطمت الأشجار ونقلت الأملاح لمسافة ١٢٠ ميلا بعيدا عن ليفربول بالمملكة المتحدة إلي داخل اليابس.
стр. 365
نظريات طبقات الغلاف الغازي
مدخل
...
ثانياً: نظريات طبقات الغلاف الغازي:
يختلف سمك الغلاف الجوي من منطقة إلي أخرى فوق سطح كوكب الأرض. ويتميز هذا الغلاف بالحركة وعدم الاستقرار. وقد وجدت آثار لغازات الأوكسجين والهيليوم والأيدروجين على ارتفاع مئات الأميال، تراوحت ما بين ٧٠٠، ٦٠٠ ميل فوق سطح الأرض. وفيما وراء الحد الخارجي للغلاف الجوي، يمتد النطاق المغناطيسي للأرض حتى ٤٠ ألف ميل "أكثر من ٦٤ ألف كم" ثم توجد منطقة اضطرابات حتى ارتفاع ٥٢ ألف ميل، ومنذ ٣١ يناير سنة ١٩٥٨م، حينما أخذ القمر الصناعي الأمريكي، المكتشف
стр. 366
رقم ١ Explorer مداره حول الكرة الأرضية ساد مفهوم جديد فيما يتعلق بالخصائص الطبيعية والتركيب الكيماوي لطبقات الجو، لقد ثبت أن الغلاف الجوي يقع في نطاق يمتد من ٦٠٠ إلى ٧٠٠ ميل "٩٦٥-١١٢٦كم" من سطح الأرض ثم تعقبه طبقة جديدة أطلق عليها الغلاف المغناطيسي Magenetosphere ويعتقد بأن هذه المنطقة ذات جزئيات متأينة بعضها طبقات من جزيئات ذات شحنات موجبة "بروتونات Protons". وبعضها طبقات من جزيئات ذات شحنات سالبة "اليكترونيات Electrons". ويرجح أن للغلاف المغناطيسي دوراً في نقل النشاط الإشعاعي الشمسي إلى الأرض وفي حدوث ظاهرة الشفق القطبي Aurora الأرورا.
وفيما وراء الغلاف المغناطيسي تقع منطقة اضطرابات ذات مجالات مغناطيسية متذبذبة. ويصل سمك هذه المنطقة إلى ١٢ ألف ميل، "١٩٣٠٠كم" وينتهي امتدادها على ارتفاع ٥٢ ألف ميل "٨٣٦٧٠كم"، ثم تليها منطقة الفراغ.
ويقسم الغلاف المغناطيسي إلى نطاق من الهيليوم حتى ارتفاع ١٥٠٠ ميل "ما بين ارتفاع ٦٠٠ ميل إلى ١٥٠٠ ميل أي أن سمكه ٩٠٠ ميل". ثم يليه نطاق يسود فيه الأيدروجين ويمتد حتى ارتفاع ٦٠٠٠ميل. وتقل كثافة الأيدروجين في النطاق الأخير كلما اتجهنا إلى أعلى، وقد ساد لفترة طويلة تقسيم طبقات الغلاف الجوي إلى ثلاث طبقات هي:
стр. 367
١- التروبوسفير Troposphere:
وهي الطبقة السفلية ويصل ارتفاعها من سطح البحر حتى سبعة أميال "١١.٣كم" في العروض الوسطى، ويزيد ارتفاعها عند خط الاستواء ليصل إلى حوالي عشرة أميال "١٦.١كم" وتحتوي هذه الطبقة على ٩٠% من
стр. 368
الهواء الذي يحيط كوكب الأرض. وتقل فيها درجة الحرارة بمعدل درجة واحدة كلما ارتفعنا ١٥٠ مترا. وتحدث في هذه الطبقة جميع الظاهرات المناخية، وعلى ذلك فهي الطبقة التي يهتم بها في دراسة المناخ، ويطلق على المنطقة الانتقالية بين هذه الطبقة والطبقة التي تعلوها اسم منطقة الركود "التروبوبوز" Tropopause وتتميز هذه المنطقة الانتقالية بانخفاض درجة حرارتها.
стр. 369
٢- طبقة ستراتوسفير Stratosphere:
ويتراوح ارتفاعها ما بين ٢٠ إلى ٥٠ ميلا "٣٢ - ٨٠ كم"، وتتميز هذه الطبقة بسمكها، وبثباتها وبقلة الضغظ الجوي لدرجة كبيرة حتى إنه ليقل عن ٠.٥ ملليمتر علمًا بأن الضغط الجوي عند سطح البحر يعادل ٧٦٠ ملليمترا. وتتميز طبقة ستراتوسفير بارتفاع درجة الحرارة كلما ارتفعنا. وتوجد منطقة انتقالية يطلق عليها ستراتوبوز Stratopaus.
стр. 370
٣- طبقة الإيون Ionosphere:
أطلق على ما يلي طبقة ستراتوسفير اسم طبقة الإيون وتمتد لعدة مئات من الأميال بعد طبقة ستراتوسفير، وهذه الطبقة التي تعكس موجات اللاسلكي القصيرة نحو الأرض. وقد تم فيما بعد تقسيم طبقة الإيون إلى طبقتين كما سنوضح فيما بعد.
وفي السنوات الأخيرة، وبفضل الأقمار الصناعية، تم التوصل إلى حقائق جديدة بشأن طبقات الجو، إذ إنه أمكن تمييز طبقة على ارتفاع ما بين ٦ إلى ٣١ ميلا تعرف باسم "الأوزونوسفير" Ozonosphere حيث يتركز الأوزون. وترجع كلمة أوزون إلى كلمة يونانية تعني "أنا أشم" والأوزون غاز سام ويتكون نتيجة لاصطدام أشعة الشمس، وخصوصًا
стр. 371
الأشعة فوق البفسجية، بالطبقات العليا من الجو، وهنا يتحول بعض الأوكسجين إلي أوزون. وتمتص طبقة الأوزون كثيرا من الأشعة فوق البنفسجية التى لو وصلت بكاملها إلي سطح الأرض لقضت على كل الكائنات الحيوانية إذا ما اصطدمت بأجسامها، لذا فإن طبقة الأوزون طبقة حامية أو درع واقية للحياة من أخطار زيادة الأشعة فوق البنفسجية، وقد شاع في السنوات الأخيرة أن هذه الطبقة تتآكل فوق القطبين نتيجة للتوسع في استخدام غازات ومركبات الكلورو فلورو كربون.
стр. 372
تحديد طبقات الغلاف الغازي:
عقد اجتماع في روما ضمن إطار منظمة الأرصاد الجوية العالمية حيث تم الاتفاق على تقسيم طبقات الجو في العروض الوسطى في نصف الكرة الشمالي إلي أربعة نطاقات أو طبقات هي: تروبوسفير، ستراتوسفير، ميزوسفير Mesosphere وثرموموسفير Thermosphere وأطلق على الجزء الأسفل منها الإيونوسفير لارتفاع كثافة الإيون، وقد تم التقسيم على أساس درجات الحرارة، والحد الأعلى لكل طبقة من الطبقات الثلاث السفلية تضاف كلمة بوز Pause١ بمعني منطقة انتقال أو تغير.
وعند نهاية كل طبقة يبدأ تغير من نوع جديد وينتهي النمط السابق، ففي طبقة تروبوسفير تنقص درجة الحرارة بمقدار ٣.٦ ْف كلما ارتفعنا ١٠٠٠ قدم، وعند ارتفاع ٧ أميال في العروض الوسطى، يقف هذا التناقص في درجة الحرارة فجأة. وهنا تنتهي التروبوسفير لتحل محلها التروبوبوز التي تعتبر سقف التروبوسفير وقاع ستراتوسفير. ويتغير سمك
стр. 373
طبقة التروبوسفير من منطقة لأخرى ومن فصل لآخر بسبب اختلاف درجات الحرارة.
ويقع ٥٥% من كتلة الهواء الجوي في حدود ١٧٥٠٠ قدم "٥٣٣٤م" أي في منتصف التروبوسفير، حوالي ٧٥% من كتلة الهواء الجوي في نطاق ٣٥ ألف قدم "١٠٦٧٠م"، بينما يقع ٩٩% من كتلة الهواء الجوي في حدود ٢٥ ميلا "٤٠ كم" من سطح الأرض، وتقع نصف رطوبة الهواء الجوي وما به من بخار ماء في نطاق ٦٠٠٠ قدم فوق سطح البحر، ويوجد في هذا النطاق أيضا أكثر من نصف الغبار والجزيئات العالقة بالهواء، ومعظم ظاهرات الشهب والنيازك تحدث في طبقتي الميسوسفير والثرموسفير.
ويصل الضغط الجوي على ارتفاع ٣٠ ميلا "٤٨ كم" إلي ١ مليبار أي ١/١٠٠٠ من قيمة الضغط الجوي عند سطح البحر في حين أن هذا الضغط يصل على ارتفاع ٦٠ ميلا "٩٦كم" إلي ١/١٠٠٠٠٠٠ من الضغط الجوي عند سطح البحر، وتقع معظم السحب في نطاق يمتد من ٧ إلي ٨ أميال "١١-١٣كم" من سطح البحر. ونادرًا ما ترى السحب فوق هذا الارتفاع، ومن المعروف أن السحب تتكون من تكاثف بخار الماء غير المرئي. ويقدر أن ٩٠% من بخار الماء الموجود في الهواء يوجد في نطاق يصل إلي ٣.٥ ميل "٥.٦ كم" من سطح الأرض.
стр. 374
عناصر المناخ وضوابطه
مدخل
...
ثالثاً: عناصر المناخ وضوابطه:
المناخ هو إحدى نتائج دوران الأرض حول الشمس، ومن الواضح أن هذا الدوران يتحكم في ميل الأشعة الشمسية، وفي طول النهار أو قصره، وكلها أمور ذات تأثير كبير في المناخ، والمناخ تعبير عام يشمل مجموعة من
стр. 375
العناصر هي درجة الحرارة، الضغظ الجوي، والكتل الهوائية، وجميع مظاهر الرطوبة الجوية والتكاثف من أمطار وبرد وثلج وندى وغيرها.
وليس المناخ مجرد مجموع العناصر السابقة وإنما هو محصلة التفاعل بين هذه العناصر المختلفة، إذ إن كل عنصر يؤثر في الآخر ويتأثر به.
وسوف نتناول كلًّا من هذه العناصر ونناقشها على حدة كالتالي:
стр. 376
الحرارة
مدخل
...
١- الحرارة:
الحرارة هي العنصر المهم الذي يؤثر في بقية العناصر المناخية الأخرى من ضغط ورياح ورطوبة.
والشمس هي المصدر الرئيسي للحرارة التي تؤثر في الغلاف الجوي، إذ إن درجة حرارة سطحها تصل إلى ١٠٠٠٠ ْف، وبسبب بعد الأرض عن الشمس "٩٣ مليون ميل "١٥٠ مليون كم" في المتوسط"، وصغر حجم الأرض، فإن ما يصل إلى الأرض من أشعة الشمس لا يزيد على ٢٠٠٠.٠٠٠.٠٠٠/١ مما ينطلق من الشمس من إشعاعات. وبسبب تغير المسافة بين الشمس والأرض، حيث تصل هذه المسافة إلى ٩٤.٥ مليون ميل في يوليو، ٩١.٥ مليون ميل في يناير بنسبة ٧% وعلى الرغم من ذلك فإن هذ النسبة الزائدة لا تؤدي إلى تأثيرات مناخية ملموسة.
стр. 377
وتتوزع أشعة الشمس على النحو التالي:
٩% أشعة فوق بنفسجية، وهي أقصر الموجات وتتراوح ما بين ٠.١ و ٠.٤ ميكرون.١
стр. 378
٧٠% أشعة مرئية وهي مصدر الضوء وهي عبارة عن موجات متوسطة تتراوح ما بين ٠.٣و ٠.٨ ميكرون.
٢١% أشعة تحت الحمراء "حرارية" وهي موجات طويلة تتراوح ما بين ٠.٨ و ٠.٨ ميكرون.
ويقدر ما يصل من أشعة الشمس إلي الأرض بنحو ٧٠% فقط من الأشعة الساقطة عليها ويرتد الباقي ٣٠% تقريبا إلي الفضاء الخارجي "الشكل ٥٢".
وتتباين الأماكن المختلفة على سطح الأرض في كمية ما يصلها من إشعاع شمسي نتيجة عوامل عديدة أهمها:
زاوية ميل سقوط الأشعة:
إن الأشعة التي تسقط عمودية تكون قوية؛ لأنها تتركز على مساحة صغيرة وتخترق سمكا أقل من الغلاف الجوي "شكل ٥٣". ولهذا السبب تجد أن المناطق المدارية المحصورة بين المدارين تسقط عليها الأشعة عمودية أو شبه عمودية. ومن هنا تكون هذه المناطق أشد حرارة من غيرها. بينما تسقط الأشعة مائلة على المناطق البعيدة عن خط الاستواء.
стр. 379
شكل "٥٣": الأشعة العمودية والمائلة
стр. 380
شفافية الجو:
من المعروف أنه كلما كان الجو شفافًا كلما قلت مقدرته على امتصاص الحرارة من أشعة الشمس. وكلما زادت نسبة الرطوبة في الجو وزاد ما به من غبار كلما زادت مقدرته على امتصاص الحرارة. ويعمل ثاني أكسيد الكربون كذلك على امتصاص الإشعاع الشمسي. ومن ناحية أخرى تعمل السحب على انعكاس الحرارة الشمسية وتشتيتها.
طول النهار:
يترتب على طول النهار طول الفترة التي تسقط خلالها أشعة الشمس على سطح الأرض، ويتساوى طول الليل والنهار عند خط الاستواء لكن الفرق بين طوليهما يزداد أو ينقص تبعا لمقدار البعد عن خط الاستواء وتبعا لفصول السنة حتى تصل إلى المنطقة القطبية فيصل فيها الليل أو النهار إلى ٢٤ ساعة أو أكثر تبعًا لفصل السنة.
ويختلف اليابس والماء في درجة امتصاص الحرارة وفقدانها، إذ إن سطح اليابس يسخن بسرعة ويفقد حرارته بسرعة، بينما يسخن الماء ببطء، ويفقد حرارته ببطء. وبسبب هذه الخاصية يحدث الاختلاف في مناخ المناطق المختلفة من يابس وماء.
ويسخن الماء ببطء بسبب انعكاس كمية كبيرة من الإشعاع الشمسي، وضياع جزء من هذا الإشعاع في عملية التبخر، بالإضافة إلى ذلك توجد تيارات حمل تعمل على حمل الحرارة إلى طبقات الماء السفلى بينما تتركز الأشعة في اليابس على طبقة سطحية رقيقة.
стр. 381
وهناك عوامل أخرى تؤثر في درجة حرارة المكان وهي:
أ- ارتفاع المكان عن سطح البحر:
إذ إن درجة الحرارة تقل في المتوسط بمقدار درجة واحدة مئوية كلما ارتفعنا ١٥٠ مترا, وسبب ذلك أنه كلما ارتفعنا عن سطح البحر قلت المواد العالقة بالهواء من بخار ماء وأتربة وهذه مواد تمتص الحرارة. وتقل كذلك نسبة ثاني أكسيد الكربون وهو من الغازات التي تمتص الحرارة. كما أنه كلما ارتفعنا ابتعدنا عن الإشعاع الأرضي وهو عبارة عن إشعاع شمسي منعكس.
ب- القرب أو البعد عن المسطحات المائية:
إن المسطحات المائية تكون ذات تأثير ملطف لدرجات الحرارة فتقلل من ارتفاعها، وتعمل على تخفيف حدة البرودة. كما أن حدوث نسيم البر والبحر يلطف من حرارة النهار والليل.
ج- التيارات البحرية:
وهي عبارة عن كتل مائية متصلة متحركة على هيئة أنهار ضخمة تمر بسواحل القارات "انظر شكل ٤٧" وتكون هذه التيارات دفيئة إذا كانت آتية من المناطق الاستوائية، وتكون باردة إذا كانت متجهة نحو خط الاستواء. وتعمل التيارات الباردة على جفاف السواحل التي تمر بها مثل تيار بيرو، وتيار كناريا.
أما التيارات الدفيئة فإنها تشبع الرياح التي تمر عليها ببخار الماء وتكون عامل زيادة في الأمطار في المناطق المجاورة.
د- شكل السواحل واتجاه الرياح:
يؤثر شكل السواحل واتجاه الرياح تأثيراً كبيراً في الأحوال المناخية.
стр. 382
ويبدو ذلك جليًا في الصومال التي تقل فيها كمية المطر، بسبب موازاة هبوب الرياح للساحل، وتزيد كمية الأمطار على السواحل التي تتعامد عليها الرياح كما هى الحال في سواحل غربي أفريقيا، وسواحل لبنان. بينما تقل الأمطار على سواحل مصر بالرغم من قربها من هذه المناطق.
هـ- نوع غطاء السطح ولونه:
تمتص المناطق الداكنة الألوان معظم كمية الحرارة الساقطة عليها، بينما تزيد نسبة الأشعة المنعكسة من السطوح البيضاء أو الفاتحة الألوان، ولذلك فإن المناطق التي يغطيها الجليد تعكس معظم الإشعاع الشمسي، وتستهلك جزءًا آخر منه في صهر الجليد أو رفع درجة حرارته، وتعمل النباتات الكثيفة على تلطيف درجات الحرارة كما هي الحال عند خط الاستواء إذ إن كثافة النباتات تقلل إلى حد ما من تأثير الأشعة الحرارية.
стр. 383
مقاييس درجة الحرارة:
تقاس درجة الحرارة بالترمومتر، والترمومترات أنواع أهمها الترمومتر الزئبقي؛ وهذا الترمومتر عبارة عن أنبوبة زجاجية تنتهي بمستودع للزئبق، ويتمدد الزئبق نتيجة لارتفاع درجة الحرارة في حين أنه ينكمش نتيجة لانخفاضها.
وهناك نوع آخر هو الثرموغراف Thermograph وهو جهاز تسجيل لدرجات الحرارة لمدة قد تصل إلى أسبوع، وهو عبارة عن أسطوانة مغطاة بورقة مقسمة إلى ساعات وأيام، تدور هذه الأسطوانة أمام ذراع يتصل بقطعة معدنية تتمدد بالحرارة وتنكمش بالبرودة ويؤثر التمدد والانكماش في الذراع التي يثبت في طرفها سن ريشة ترسم خطًّا على الورقة التي تغطي الأسطوانة. وأحيانًا تثبت الذراع بأنبوبة مملوءة بالكحول الذي يتأثر بالحرارة.
стр. 384
وكان غاليلو قد اخترع فكرة الترمومتر سنة ١٦٠٧م ولكن دانيال فهرنهيت Fahrenheit قد ابتكر الترمومتر الفهرنهيتي سنة ١٧١٠م، واختراع اندروز سيلسيوس Celsius الترمومتر المئوي سنة ١٧٤٢م. والترمومتران الفهرنهيتي والمئوي هما أكثر أنواع الترمومترات شيوعًا. وتصل درجة تجمد الماء في النظام الفهرنهيتي إلى ٣٢ ْف ودرجة غلبان الماء إلى ٢١٢ ْف. أما الترموتر المئوي فدرجة تجمد الماء فيه تصل إلى صفر، ودرجة غليان الماء إلى ١٠٠ ْ.
стр. 385
تحويل الدرجات المئوية إلى فهرنهيتية وبالعكس:
لتحويل الدرجات المئوية إلى فهرنهيتية نستخدم المعادلة الآتية:
الدرجة المئوية × ٩/٥ + ٣٢.
وعلى سبيل المثال نحول ١٥ ْم إلى درجة فهرنهيتية على النحو التالي:
١٥×٥ /٩ + ٣٢ = ٥٩ ْف.
وإذا كانت الدرجة المئوية تحت الصفر فتستخدم المعادلة الآتية:
٣٢- "الدرجة المئوية × ٩/٥":
فمثلًا - ١٠ ْم
٣٢- "١٠ × ٩/٥" = ٣٢-١٨= ١٤ ْف
ولتحويل الدرجات الفهرنهيتية إلى مئوية نستخدم المعادلة الآتية:
стр. 386
"الدرجة الفهرنهيتية -٣٢" × ٩/٥ = الدرجة المئوية.
فمثلا ٥٠ ْف تحول على النحو التالي:
"٥٠-٣٢"× ٩/٥ = ١٠ ْم
وإذا كانت الدرجة الفهرنهيتية أقل من ٣٢ فإننا نستخدم المعادلة الآتية:
"الدرجة الفهرنهيتية -٣٢" × ٩/٥ = الدرجة المئوية
وعلى سبيل المثال إذا أردنا تحويل ٢٣ ْف إلي درجة مئوية فإن ذلك يجري على النحو التالي:
"٢٣-٣٢" × ٩/٥ = -٩ × ٩/٥ = -٥ ْم
ويحسب متوسط الحرارة اليومي على أساس متوسط أعلى درجة حرارة وأدناها أو متوسط مجموع النهايتين العظمى والصغرى.
أما متوسط درجة الحرارة الشهرية Monthly mean temperature فهو عبارة عن مجموع متوسطات أيام الشهر وقسمتها على عدد أيامه.
أما المدى الحراري اليومي فهو الفرق بين أعلى درجة حرارة يومية وأدناها، والمدى السنوي هو الفرق بين متوسط درجة حرارة أدفأ الشهور ومتوسط حرارة أبرد الشهور.
стр. 387
خطوط الحرارة المتساوية Isotherms:
وهي عبارة عن خطوط تمر بالمناطق التي تتساوى فيها المعدلات الحرارية بعد تعديلها على أساس تمثيل الحرارة عند مستوى سطح البحر، ولما كانت خطوط الحرارة مبنية على متوسطات حرارية فإنها لا تعطى صورة صادقة وتفصيلية عن المناخ، لكنها مع ذلك تعطي صورة عامة لدرجات الحرارة في العالم. وتتأثر خطوط الحرارة بالتضاريس وتوزيع اليابس والماء والتيارات البحرية.
стр. 388
الضغط الجوي
مدخل
...
٢- الضغط الجوي:
ينشأ الضغط الجوي نتيجة تأثير وزن الهواء إذ إن الهواء مادة لها وزن كسائر المواد. ويعادل الضغط الجوي عن سطح البحر عموداً من الزئبق ارتفاعه ٧٦ سم، ويتناقص هذا الضغط كلما ارتفعنا عن سطح البحر.
وللضغط الجوي تأثير كبير على حركة الرياح واتجاهها، ولما كانت الرياح ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالأمطار فإنه يمكن القول بأن للضغط الجوي تأثيراً في نظم الأمطار السائدة.
ويقاس الضغط كذلك بالبوصة والمليبار، وتعادل البوصة ٣٣.٩ ملليبار، ويعادل المليمتر ١.٣٦ ملليبار. وعلى هذا يكون الضغط الجوي عند سطح البحر ٧٦ سم من الزئبق أو ٢٩.٩٢ بوصة أو ١٠١٣.٢ ملليبار. وإذا زاد الضغط على ذلك سمي مرتفعا وإذا نقص سمى منخفضا. وقد سجل أعلى ضغط حتى الآن في اركتسك بسيبريا في يناير سنة ١٨٩٣م حيث بلغ ١٠٧٦.٣ ملليبار. أما أدنى ضغط جوي سجل فكان ٨٧٨ ملليباراً وذلك غرب جزر ماريانا بالقرب من الفلبين في سبتمبر سنة ١٩٥٨م في مركز إعصار تيفون.
стр. 389
إن سطح الأرض ليس منتظمًا، إنه مكون من يابس وماء. واليابس متباين في ارتفاعاته من مكان لآخر بالنسبة لسطح البحر، كما أن درجة تعرض الأماكن المختلفة لأشعة الشمس مختلفة كذلك، بالإضافة إلى أن ميل محور الأرض القطبي أو انحناء سطح الكرة الأرضية يزيدان من حدة هذا الاختلاف من حيث كمية وشدة حرارة الشمس، وهذا يعني أن الضغط الجوي يتأثر بدرجات الحرارة، إذ إنه كلما ارتفعت درجة الحرارة كلما تمدد الهواء وبالتالي زاد تخلخله وقلت كثافته وانخفض ضغطه.
ويتأثر الضغط الجوي كذلك بالارتفاع عن سطح البحر حيث يقل الضغط الجوي كلما ارتفعنا عن سطح البحر، فعلى ارتفاع ١٢٠ ألف قدم "٣٦٥٨٠م" مثلا ينخفض الضغط الجوي إلى ٥ ملليبار أي ١/١٨٠ من الضغط الجوي عند سطح البحر. أما على ارتفاع ٢٩ ميلا "٤٧ كم" من سطح البحر فإن الضغط الجوي يصل إلى ملليبار واحد، أي ١/١٠٠٠ من الضغط الجوي عند سطح البحر، ويتأثر الضغط الجوي ببخار الماء العالق في الهواء، إذ إن الصغط الجوي ينخفض كلما زادت نسبة بخار الماء الموجودة في الهواء، ويرجع ذلك إلى أن بخار الماء أخف من الهواء, وبالتالي فهو يسبح في الهواء مما يؤدي إلى قلة كثافة الهواء وبالتالي ينخفض ضغطه.
стр. 390
قياس الضغط الجوي:
سبقت الإشارة إلى أن الضغط الجوي ينشأ عن ثقل الهواء. ويتغير هذا الثقل وفقا لدرجة الحرارة ونسبة بخار الماء والارتفاع عن سطح البحر كما أسلفنا من قبل. لكن هذا التغير لا يستطيع الإنسان أن يقدره أو يحدده، ولذلك تستخدم أجهزة معينة لتحديد مقدار هذا التغير، ومن هذه الأجهزة البارومتر الزئبقي.
