همه چیز درباره لایه تروپوسفر

لایه تروپوسفر از سطح زمین شروع می‌شود و تا ارتفاع حدوداً ۱۰ کیلومتری از سطح زمین ادامه می‌یابد. ارتفاع آن بسته به عرض جغرافیایی زمین و فصل‌های سال متغیر است.

حداکثر ارتفاع تروپوسفر در قطب شمال و قطب جنوب کمتر است و در استوا بیشتر است.

ارتفاع تروپوسفر همچنین در زمستان کاهش و در تابستان افزایش می‌یابد

. ارتفاع تروپوسفر بر فراز نواحی استوایی می‌تواند تا ۲۰ کیلومتر نیز افزایش یابد. اما ارتفاع آن در زمستان‌های نقاط قطبی می‌تواند تا ۷ کیلومتر نیز کاهش یابد.

گرم‌ترین هوای اتمسفر زمین در نواحی پایین‌تر تروپوسفر یعنی نزدیک به سطح زمین تشکیل می‌شود.

اما هرچه در این لایه بالاتر برویم هوا سردتر می‌شود تا به اوزون برسیم 

. به همین علت است که تمام قله‌های مرتفع کوه‌ها حتی در فصل‌های گرم سال نیز پوشیده از برف هستند.

ضمنا در تروپوسفر هرچه ارتفاع افزایش یابد، فشار هوا و چگالی هوا کاهش می‌یابد.

به همین علت فشار داخل کابین هواپیماهایی که در ارتفاع بالا پرواز می‌کنند، باید به‌درستی تنظیم شود تا مسافران و خود هواپیما ایمن بمانند.

لایه بعد از تروپوسفر را استراتوسفر می‌نامند. مرز بین این دو نیز تروپوپاوز (tropopause) نام دارد.

ضخامت و فشار

فشار میانگین در سطح دریا را به عنوان فشار اتمسفری در نظر می‌گیرند و مقدار آن برابر با 101325 پاسکال یا $$14.6959psi$$ است. در برخی متون علمی، این مقدار را به عنوان یک اتمسفر می‌شناسند

. جرم کلی اتمسفر برابر 5.1480 \times 10 ^ {19} \ Kg5.1480×1019 Kg ذکر می‌شود. توزیع این جرم به طور یکنواخت صورت نمی‌گیرد و به صورت زیر در جو توزیع شده است:

• 50 درصد از این جرم تا 5/6 کیلومتری از زمین وجود دارد.
• 90 درصد تا 16 کیلومتری
• 99/99997 درصد تا 100 کیلومتری از سطح زمین وجود دارد که به خط کارمن معروف است.

برای اینکه ارتفاع لایه‌های اتمسفر ملموس‌تر باشد می‌توان چند مثال را ذکر کرد. از جمله اینکه قله اورست ارتفاعی برابر با 8848 متر از سطح زمین دارد.

خطوط مسافربری هوایی معمولا بین 10 تا ۱۳ کیلومتری از سطح زمین پرواز می‌کنند تا به علت غلظت پایین هوا،‌ مصرف سوخت کمتری داشته باشند.

همچنین بالن‌های هواشناسی تا ارتقاع 30 کیلومتری هم می‌توانند بالا بروند.

چگالی

چگالی هوا در سطح دریا برابر 1.2 \ kg/ m ^31.2 kg/m3 است.

البته این چگالی به طور مستقیم اندازه‌گیری نمی‌شود بلکه به کمک اندازه‌گیری دما، فشار، رطوبت و همچنین از طریق معادله حالت گازها، آن را بیان می‌کنند. چگالی جو با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد.

جذب

مولکول‌های مختلف، طول موج‌های مختلفی را جذب می‌کنند.

به طور مثال،‌ مولکول‌های اکسیژن و اوزون تقریبا تمامی طول موج‌های کوتاه‌تر از 300 نانومتر را جذب می‌کنند.

مولکول آب سبب جذب طول موج‌های بالاتر از ۷۰۰ نانومتر می‌شود

. زمانی که یک مولکول،‌ فوتون جذب کند، انرژی مولکول افزایش می‌یابد که سبب افزایش گرمای زمین خواهد بود.

طیف‌های جذبی گازها در اتمسفر، پنجره‌ای را ایجاد می‌کند که تنها طول موج‌های مشخصی از نورها می‌توانند از آن عبور کنند. این پنجره‌ها عبارتند از:

• «پنجره اپتیکی» (Optical Window)، از 300 نانومتر تا دامنه بینایی انسان
• «طیف مرئی» (Visible Spectrum)، از 400 تا ۷۰۰ نانومتر
• «فروسرخ» (Infrared)، تا 1100 نانومتر

همچنین پنجره‌های فروسرخ و رادیویی وجود دارند که طول موج‌های بلندتری را عبور می‌دهند. به طور مثال، پنجره رادیویی، طول موج‌هایی از یک سانتیمتر تا 7 متر را از خود عبور می‌دهد.

انتشار

انتشار، مفهوم مقابل جذب است. در حقیقت زمانی که یک شی از خود تابشی را متساعد کند، انتشار رخ می‌دهد.

اجسام مختلف بر اساس نمودار انتشار «جسم سیاه» (Black Body) خود، طول موج‌هایی را گسیل می‌کنند.

بنابراین،‌ اشیا گرم‌تر تمایل به تابش پرتو‌های بیشتری با طول موج کوتاه‌تر دارند. اشیا سرد هم پرتو‌هایی با طول موج بلندتر را گسیل می‌کنند.

به طور مثال، خورشید دمایی در حدود 5730 درجه سانتیگراد دارد. قله (پیک) طول موج گسیل شده از آن در حدود 500 نانومتر است و با چشم دیده می‌شود.

زمین هم با دمای حدود 17 درجه سانتیگراد، طول موجی برابر با 10000 نانومتر دارد که این طول موج بلند توسط چشم انسان قابل رویت نیست.

خوب است بدانید که زمین، امواج فروسرخ منتشر می‌کند. به طور مثال، در یک شب صاف و خالی از ابر، سطح زمین نسبت به یک شب ابری، سریع‌تر سرد می‌شود.

در حقیقت، به دلیل اینکه ابرها (H _ 2 O)(H2​O)، جاذب و منتشرکننده خوب امواج فروسرخ هستند، نبود آن‌ها موجب سریع‌تر سرد شدن هوا خواهد بود.

پراکندگی

به هنگام عبور نور از اتمسفر زمین، فوتون‌ها از طریق پدیده «پراکندگی» (Scattering) با این نور برهم‌کنش انجام می‌دهند. اگر نور خورشید هیچ برهم‌کنشی با جو نداشته باشد به آن «تابش مستقیم» (Direct Radiation) می‌گویند.

در مقابل این مفهوم، «تابش غیرمستقیم» (Indirect Radiation) وجود دارد که در آن، نور خورشید در جو پراکنده می‌شود.

به طور مثال، در یک روز ابری که هیچ سایه‌ای از خود نمی‌بینید، هیچ تابش مستقیمی وجود ندارد و همه نورها دچار پراکندگی شده‌اند.

در مثالی دیگر، به علت پدیده‌ای با نام «پراکندگی رایلی»، طول موج‌های کوتاه‌تر (آبی) ساده‌تر از طول موج‌های بلند (قرمز) دچار پراگندگی می‌شوند. همین مورد را می‌توان علت آبی بودن رنگ آسمان دانست

عمده استایل یکی از بزرگ ترین مجموعه های پخش عمده پوشاک بچگانه در سطح کشور

. در حقیقت آسمان آبی، حاصل پراکندگی طول موج مخصوص به آن رنگ است. با همین توجیه می‌توان علت قرمزی رنگ غروب آفتاب را هم توضیح داد.