ما هو الغلاف الجوي ومكوناته: الدليل الشامل لعلوم الصف السابع الفصل الدراسي الثالث بالإمارات

يرحب بكم موقع فهمني ويقدم لكم الشرح الوافي للدرس الأول الغلاف الجوي من الوحدة الثانية عشرة، المخصص لطلاب الصف السابع خلال الفصل الدراسي الثالث في مادة العلوم وفق منهج الإمارات؛ حيث نأخذكم في رحلة علمية مبسطة لاستكشاف الفضاء المحيط بنا وفهم ما هو الغلاف الجوي ومكوناته وكيف تؤثر هذه الطبقات غير المرئية على حياتنا اليومية بشكل مباشر وثابت، وتتعدد الظواهر الطبيعية التي نلاحظها في السماء من غيوم وأمطار ورياح، وكل هذه الأحداث لا تقع عشوائياً بل تحكمها فيزيائية الغازات وحركة الهواء، وهو ما سنفصله بدقة واحترافية في السطور القادمة.

ما هو الغلاف الجوي ومكوناته وكيف يحمي كوكب الأرض؟

يتساءل الكثير من الطلاب حول المفهوم العلمي الدقيق للغلاف الغازي، وللإجابة عن سؤال ما هو الغلاف الجوي ومكوناته يمكننا تعريفه بأنه طبقة هائلة من الغازات المتنوعة التي تحيط بالكرة الأرضية إحاطة كاملة وتنجذب إليها بفضل قوة الجاذبية؛ وتتجلى أهمية هذا الغلاف في كونه يعمل كدرع واقٍ يحمي الكوكب من الإشعاعات الضارة وفي نفس الوقت يحافظ على درجات حرارة ملائمة للحياة، وتتضح ماهية هذه الحماية من خلال النقاط التالية:

يمنع وصول الأشعة فوق البنفسجية الحارقة إلى سطح الأرض بفضل وجود الغازات المتخصصة.
يساهم في اعتدال الطقس ومنع حدوث تقلبات حرارية قاتلة بين الليل والنهار.
يوفر الأكسجين اللازم لتنفس الكائنات الحية والنيتروجين الضروري لنمو النباتات المختلفة.
يعمل كمصد طبيعي يحرق الكتل الصخرية والنيازك الصغيرة قبل ارتطامها باليابسة.

تفاصيل نسب غازات الهواء وجزيئاتها الدقيقة

يتكون الهواء المحيط بنا من مزيج دقيق للغاية من الغازات والمواد الصلبة العالقة التي لا نراها بالعين المجردة؛ حيث تظهر الدراسات الكيميائية لبيان ما هو الغلاف الجوي ومكوناته بدقة أن هذا الخليط يتألف من جزيئات غازية بنسب ثابتة، بالإضافة إلى حبيبات دقيقة ناجمة عن الغبار وحبوب اللقاح والتبريدات البركانية، وتتوزع هذه المكونات بدقة بالغة وفق الآتي:

غاز النيتروجين وهو صاحب النسبة الأكبر والتي تبلغ 78% من إجمالي حجم الهواء.
غاز الأكسجين وهو الغاز الأساسي للحياة وتبلغ نسبته في الغلاف حوالي 21%.
غاز الأرجون وبخار الماء وثاني أكسيد الكربون وتشكّل معاً نسبة الـ 1% المتبقية.
الجسيمات الصلبة الدقيقة مثل الغبار والأملاح وحبوب اللقاح العالقة في الأجواء.

مفهوم ضغط الهواء وعلاقته بوزن الغازات

يتغير سلوك الجزيئات وكثافتها في الأجواء كلما ارتفعنا عن مستوى سطح البحر نحو الأعلى؛ ويعود سبب ذلك إلى وزن الجزيئات الموجودة في الطبقات العليا، مما يولد قوة تُعرف باسم ضغط الهواء، وهو العمود الوزني الذي يضغط على السطح، ولكي نفهم ارتباط هذا الضغط بسؤال ما هو الغلاف الجوي ومكوناته يجب أن نوضح أن الجزيئات تتقارب في الأسفل بفعل الوزن ويزداد ضغطها بينما تتباعد كلما صعدنا لأعلى، ويمكن تلخيص خصائص هذا الضغط في النقاط الآتية:

يرتفع مقدار الضغط الجوي بشكل ملحوظ كلما اقتربنا من سطح الأرض بسبب الجاذبية.
يقل الضغط وتتباعد جزيئات الهواء عن بعضها البعض في المرتفعات الشاهقة والجبال.
يؤثر اختلاف الضغط من منطقة لأخرى في توجيه حركة الرياح فوق اليابسة والمحيطات.

طبقات الغلاف الجوي الخمس وخصائصها الحرارية

قسّم علماء الطقس والأرصاد الجوية الغلاف الغازي للأرض إلى خمس طبقات متميزة بناءً على تغير درجات الحرارة؛ حيث تمتلك كل طبقة صفات فيزيائية فريدة تميزها عن غيرها وتمتد لارتفاعات معينة في الفضاء، ولكي نربط هذه الطبقات بمعرفتنا حول ما هو الغلاف الجوي ومكوناته الأساسية، تترتب هذه النطاقات من الأقرب إلى الأبعد عن سطح الأرض من خلال التقسيم العلمي التالي:

التروبوسفير وهي الطبقة الأقرب التي نعيش فيها وتمتد حتى ارتفاع 10 كيلومترات وتحدث بها كل ظواهر الطقس وتضم معظم جزيئات الغلاف وتنخفض حرارتها بالارتفاع.
الستراتوسفير وتمتد حتى 50 كيلومتراً وتحتوي على طبقة الأوزون التي تمتص الأشعة الشمسية الضارة وترتفع فيها درجات الحرارة مع زيادة الارتفاع.
الميزوسفير وتمتد حتى ارتفاع 80 كيلومتراً وتتميز بانخفاض درجات الحرارة فيها كلما اتجهنا لأعلى وفيها تحترق الشهب الكونية لحماية الأرض.
الثيرموسفير وتمتد حتى 320 كيلومتراً وتسمى الطبقة الحرارية حيث ترتفع فيها درجات الحرارة بشكل كبير جداً ويدور فيها المكوك الفضائي.
الإكسوسفير وهي الطبقة الخارجية العليا الشاهقة الارتفاع والتي يعتقد أنها الأشد حرارة وتتلاشى تدريجياً لتندمج مع الفضاء الخارجي وتضم القليل من الجزيئات.

موضوعات ذات صلة:

الحمل الحراري وحركة الرياح المحلية والعالمية

تعد الشمس المصدر الرئيسي لتسخين الصخور والتربة والمياه على كوكب الأرض بشكل متفاوت؛ وينتج عن هذا التسخين تباين واضح في كثافة الهواء وضغطه، حيث يرتفع الهواء الساخن الأقل كثافة للأعلى ويهبط الهواء البارد الأكثر كثافة لأسفل، ولكي ندرك علاقة الديناميكية الحرارية بموضوع ما هو الغلاف الجوي ومكوناته المتحركة، فإننا نجد أن دورة التناوب هذه وتُعرف باسم الحمل الحراري تتسبب في نشوء نوعين من الرياح كالتالي:

الرياح المحلية وهي التي تهب لمسافات قصيرة نتيجة تدفق الهواء من مناطق الضغط المرتفع الباردة نحو مناطق الضغط المنخفض الدافئة القريبة.
الرياح العالمية وتنشأ بسبب الحمل الحراري على نطاق واسع حيث يتسبب الدوران المحوري للأرض في توجيه الرياح التجارية والغربيات والشرقيات القطبية بعيداً عن خط الاستواء.

كيف يتكون السحاب وعمليتا التبخر والتكثف؟

السحابة في حقيقتها عبارة عن تجمع هائل من قطرات الماء الصغيرة جداً أو بلورات الثلج الدقيقة؛ وتبدأ رحلة تشكل الغيوم عندما تسخن أشعة الشمس المسطحات المائية المختلفة مما يؤدي إلى صعود بخار الماء إلى طبقات الجو العليا، وللتعرف على كيفية تحول هذا البخار إلى سحب ممطرة في سياق فهمنا لـ ما هو الغلاف الجوي ومكوناته المتفاعلة، تتبعوا الخطوات الفيزيائية التالية:

يحدث التبخر عندما تحول الطاقة الحرارية للشمس الماء السائل في البحار والمحيطات والبحيرات إلى غاز يتصاعد للسماء.
يرتفع البخار للأعلى فيبرد ويتكثف، والتكثف هو تحول الغاز إلى سائل مرة أخرى حول حبيبات الغبار.
تتجمع ملايين القطرات الصغيرة جداً وخفيفة الوزن في التروبوسفير لتتشكل السحابة التي يحملها الهواء بكل سهولة.
يزداد حجم قطرات الماء داخل السحابة باستمرار التكثف، وعندما تصبح ثقيلة للغاية تسقط على هيئة أمطار أو ثلوج.

أنواع السحب الرئيسية الثلاثة في التروبوسفير

تتميز السحب في السماء بأشكال وارتفاعات مختلفة تتيح لنا التنبؤ بحالة الطقس المتوقعة؛ حيث يصنفها العلماء إلى ثلاثة أنواع رئيسية تختلف في مظهرها وتركيبها الفيزيائي وارتفاعها عن سطح الأرض، ولإكمال الصورة الشاملة لدرس ما هو الغلاف الجوي ومكوناته وما يظهر فيه من ظواهر بصرية، يمكننا التمييز بين هذه الأنواع الثلاثة بوضوح عبر الوصف الدقيق الآتي:

السحاب الركامي وهو سحاب سميك يشبه كرات القطن المنفوشة وقواعده مسطحة، وقد ينمو رأسياً ليصل لقمة التروبوسفير مولداً العواصف الرعدية الشديدة.
السحاب الطبقي ويكون على شكل كتل منفرودة أو طبقات رمادية داكنة تغطي معظم مساحة السماء ويصعب رؤية حوافها، وغالباً ما ينتج الرذاذ أو الأمطار الخفيفة.
السحاب الريشي ويتكون في المناطق المرتفعة جداً من التروبوسفير من بلورات الثلج التي تتطاير مع الرياح لتأخذ أشكالاً متناثرة ورقيقة تشبه ذيول الخيل، ولا ينتج أمطاراً.

أهداف الدرس (ما تعلمناه)

تحديد مفهوم الغلاف الجوي: استيعاب أنه طبقة الغازات المحيطة بالأرض بفعل الجاذبية.
معرفة مكونات الهواء: حفظ نسب الغازات (78% نيتروجين، 21% أكسجين، 1% غازات أخرى وبخار ماء وجسيمات).
فهم ضغط الهواء: إدراك كيفية تغير الضغط والكثافة بالارتفاع عن سطح الأرض.
تمييز طبقات الغلاف الجوي: ترتيب الطبقات الخمس (تروبوسفير، ستراتوسفير، ميزوسفير, ثيرموسفير، إكسوسفير) ومعرفة خصائص كل منها.
تفسير حركة الهواء: فهم آلية الحمل الحراري وكيفية نشوء الرياح المحلية والعالمية وتأثير دوران الأرض.
شرح دورة تشكل السحب: ربط عمليتي التبخر والتكثف بكيفية تكون الغيوم وهطول الأمطار.
تصنيف السحب: التمييز بين السحب الركامية، والطبقية، والريشية (التي تشبه ذيل الحصان) من حيث الشكل والارتفاع.