اتمسفر چیست؟

از فضا، جو زمین همانند پوسته آبی نازکی دیده می شود ؛این پوسته حساس در واقع محفظه ای از گازهایی است که ما هر روز تنفس می کنیم. اتمسفر یا همان جو زمین دمای آن را تنظیم کرده و پرتوهای خورشیدی را فیلتر می کند
جو زمین همان قدر که نقش موثری در زندگی ما دارد، به همان اندازه مورد غفلت واقع شده است. اگر از کسی بپرسید که جو زمین چیست، احتمالا با خنده ای تمسخرآمیز مواجه خواهید شد که پس از آن، این جمله ادا خواهد شد: خب، جو زمین فضای اطراف آن است دیگر. آری، جو زمین و کلا جو هر جرم آسمانی دیگری، فضای اطراف آن است، اما نقش این فضا چیست؟ وجود آن، چه ضرورتی دارد؟ و هزاران سئوال دیگر. امروز در این نوشته سعی خواهد شد بخوبی با یکی از بزرگترین موهبت های الهی آشنا شویم و اجزای تشکیل دهنده آن را بشناسیم.

از فضا، جو زمین همانند پوسته آبی نازکی دیده می شود. این پوسته شکستنی و حساس در واقع محفظه ای از گازهایی است که ما هر روز تنفس می کنیم. علاوه بر این، اتمسفر یا همان جو زمین، دمای آن را تنظیم کرده و سطوح خطرناک پرتوهای خورشیدی را فیلتر می کند.
در سالهای اخیر تحقیقات علمی مشخص کرده که ساختار شیمیایی اتمسفر در حال تغییر بوده و دو دلیل عمده آن عوامل طبیعی و دخالت های انسان است. در مورد فعالیت های انسانی باید گفت که هر سال نگرانی در این مورد بیشتر می شود، چون انسان با کارهای خود گازهای جذب کننده گرمای بیشتری تولید می کند، بر پدیده گرم شدن زمین دامن می زند، ازن را نابود می کند و... که همگی اینها باعث نابودی تدریجی اتمسفر می شوند و نابودی اتمسفر یعنی نابودی محض تمام موجوداتی که زیر آن زندگی می کنند.
پیشینه اتمسفر
باور عموم دانشمندان بر این است که زمین، 5 میلیارد سال پیش به وجود آمده است. در 500 میلیون سال اول، اتمسفر غلیظی متشکل از گازها و بخاری که حاصل واکنش های درونی زمین بود، اطراف زمین را پوشانده بود. این گازها احتمالا هیدروژن (H2)، بخار آب، متان (CH4) و اکسیدهای کربن بوده اند. تا سه و نیم میلیارد سال پیش، اتمسفر زمین احتمالا از دی اکسیدکربن (CO2)، منوکسید کربن (CO)، آب (H2O)، نیتروژن (N2) و هیدروژن (H2) تشکیل شده بوده است. مهمترین ویژگی محیط باستانی جو، غیبت عنصر آزاد اکسیژن در آن است. شواهدی از وجود چنین اتمسفری در برخی صخره ها وجود دارد که شامل عناصری مانند آهن و اورانیوم هستند. به این ترتیب که فسیل های موجود در صخره ها جوان تر می شوند و تا مرز 3 میلیارد سال قبل باز می گردند، وجود این عناصر در اتمسفر هم کمتر می شود.
در حدود یک میلیارد سال پیش ارگانیزم های دریایی اولیه که جلبک های سبز- آبی نامیده می شوند، شروع کردند به گرفتن انرژی از خورشید برای تجزیه CO2 و H2O به اجزای ارگانیک و اکسیژن مولکولی (O2)، به این روش جذب انرژی خورشیدی و به کارگیری هدف دار آن، فتوسنتز می گویند.
قسمتی از اکسیژنی که توسط عمل فتوسنتز به وجود می آمد با کربن ترکیب شده و دی اکسیدکربن تولید می کردند. قسمت اضافی اکسیژن در فضا یا همان اتمسفر رها می شد و به این ترتیب هرچه اکسیژن اتمسفر بیشتر می شد، دی اکسیدکربن کمتر می شد.
در مناطق بالای اتمسفر، برخی از مولکول های اکسیژن (O2)، از اشعه های مادون بنفش خورشید انرژی جذب می کردند و به اتم های تکی اکسیژن تبدیل می شدند. این اتم های تکی در ترکیب با مولکول اکسیژن (O2)، مولکول های ازن (O3) را تشکیل دادند که در جذب اشعه های مادون بنفش بسیار مهم هستند. لایه نازکی که اطراف کره زمین را محاصره کرده همانند یک سپر عمل کرده و از سیاره در برابر پرتوافکنی نور مادون بنفش محافظت می کند. ازن به صورت دقیق تر، اشعه های مادون بنفشی را جذب می کند که طول موجی از 200 تا 300 نانومتر دارند و کشنده محسوب می شوند. باور دانشمندان بر این است که ازن از 600 میلیون سال پیش در اتمسفر زمین وجود داشته است. در این هنگام سطح اکسیژن در اتمسفر 10 درصد غلظت فعلی آن بوده است. پیش از این دوره، زندگی در زمین فقط محدود به اقیانوس ها بود. وجود ازن باعث شد ارگانیزم ها پیشرفته تر شوند و بتوانند روی زمین هم زندگی کنند. در واقع می توان گفت ازن نقش بسیار چشمگیری در تکامل حیات داشته و در واقع این ازن بوده است که اجازه داده زندگی به حدی از تکامل که ما امروز می بینیم برسد.
اتمسفر امروز
اتمسفری که ما امروز استنشاق می کنیم ترکیب پایداری از چندصد نوع گاز متفاوت با منشاهای گوناگون است. این محفظه گازی، زمین را پوشانده و با آن می چرخد. نسبت گازهای اتمسفر به جز بخارآب تا 80کیلومتر بالاتر از سطح زمین، تقریبا یک دست و ثابت است. اجزای اصلی این گازها بر حسب حجم، اکسیژن(21درصد)، نیتروژن(78درصد) و آرگون
(93/0درصد) هستند. مقادیر کمی از گازهای دیگر هم یافت می شود. این گازهای دیگر به قدری کم هستند که به عنوان نسبت ترکیبی اندازه گیری می شوند. مثلا ازن، دی اکسیدکربن و کلروفلوئوروکربن ها(CFC) با مقیاس های چند بخش از میلیون، چند بخش از میلیارد و چند بخش از تریلیارد اندازه گیری می شوند. نقش این گازهای کم حجم احتمالا در کنترل دما و وضعیت شیمیایی اتمسفر است. شواهدی در دست است که نشان می دهد درصد حجم این گازها به دلیل عوامل طبیعی و انسانی در حال تغییر هستند.
نمونه های گازهایی که توسط انسان دستخوش تغییر حجم شده اند کلروفلوئوروکربن های CFC-11 و CFC-12 هستند. دی اکسید کربن، اکسید نیترات و متان از سوختن سوخت های فسیلی، بدن های مرده یا زنده یا فرآیند متابولیک میکروارگانیزم های موجود در خاک ، لجن زارها و اقیانوس های سیاره به دست می آیند. 
ساختار اتمسفر 
محفظه گازی اطراف زمین خود به چندین لایه متفاوت تقسیم می شود. حد بالای اتمسفر یعنی جایی که گازها به درون فضا راه پیدا می کنند، یکهزارکیلومتر بالاتر از سطح دریا است. بیش از 90درصد حجم نهایی اتمسفر در 40کیلومتر ابتدایی این ارتفاع یکهزار کیلومتری قرار دارد.
لایه های اتمسفر باتوجه به شرایط شیمیایی به پنج قسمت تقسیم می شوند که تفاوت های اساسی در دما دارند: 
تروپوسفر: تروپوسفر نزدیک ترین لایه اتمسفری به زمین بوده و بیشترین درصد حجم کلی اتمسفر را در خود جای داده است. ویژگی بارز این لایه غلظت هوای آن است. در این لایه به ازای هر کیلومتر ارتفاع، دمای هوا 6درجه سلسیوس تغییر می کند. با افزایش ارتفاع، دما و حجم بخار آب بشدت کاهش می یابد. بخار آب نقش بسیار مهمی در کنترل دما دارد، چون انرژی خورشیدی و پرتوافکنی های گرمایی سطح سیاره را جذب می کند. تروپوسفر 99درصد بخار آب موجود در اتمسفر را در خود جای داده است. غلظت بخارآب باتوجه به عرض جغرافیایی هم تغییر می کند. روی مدارهای اصلی غلیظ تر و روی قطب ها غلظتشان بیشتر می شود. تمام پدیده های آب و هوایی در این منطقه صورت می گیرند. تروپوسفر به معنای منطقه ترکیب شدن است و دلیل آن وجود بادهای شدیدی است که درهم می پیچند. 
حد بالای این لایه از 8کیلومتر در عرض های بالایی و تا 18کیلومتر روی استوا متغیر است. این مرز با تغییر فصل ها تغییر می کند، به گونه ای که در تابستان در بلندترین حالت است و در زمستان در کوتاه ترین . منطقه بسیار باریکی به نام تروپوپاس نقش حایل بین تروپوسفر و لایه بالایی را بازی می کند. نکته جالب اینجاست که باوجود افزایش ارتفاع در تروپوپاس دما همچنان ثابت می ماند. 
استراتوسفر: بالای لایه تروپوسفر، استراتوسفر قرار دارد؛ جایی که جریان هوا بیشتر افقی است. لایه ازن نازکی که در بالای منطقه استراتوسفر قرار دارد، مقادیر بسیار زیادی ازن در خود دارد. همان طور که اشاره شد، ازن حالت خاصی از اکسیژن است. وظیفه اصلی این لایه این است که اشعه مادون قرمز خورشید را جذب کند. درحال حاضر انسان ها با فعالیت های مخرب خود از قبیل تولید بیش از حد فلوئوروکربن ها باعث تخریب بخش هایی از لایه ازن شده اند. 
مزوسفر: مزوسفر تقریبا از 50 کیلومتری سطح زمین شروع می شود و در 80کیلومتری به پایان می رسد. مشخصه ویژه این لایه اتمسفری کاهش بسیار شدید دما در آن است. غلظت ازن و بخار آب در این منطقه بسیار ناچیز است و به همین علت دمای هوا در این لایه بسیار کمتر از تروپوسفر و استراتوسفر است. با افزایش فاصله از سطح زمین، ترکیب شیمیایی هوا شدیدا به ارتفاع وابسته شده و اتمسفر سرشار از گازهای سبک می شود. 
ترموسفر: ترموسفر بالاتر از مزوسفر قرار دارد. منطقه ای به نام فروسپاس بین ترموسفر و مزوسفر حائل است. دما در این لایه با افزایش ارتفاع، بالا می رود. این افزایش دما به دلیل جذب پرتوافکنی های شدید خورشیدی است که توسط میزان بسیار کم و محدود مولکول های اکسیژن انجام می گیرد. در ارتفاع 100 تا??? کیلومتری هنوز هم عناصر اصلی اتمسفر نیتروژن و اکسیژن هستند.
اگزوسفر: اگزوسفر دورترین لایه اتمسفری از سطح زمین است . شاید حد بالای این لایه به ارتفاع??? تایکهزار کیلومتر برسد. به هر حال نمی توان برای آن حد معینی تعیین کرد. اگزوسفر فضای انتقالی بین اتمسفر زمین و فضای بین سیاره ای محسوب می شود. 
مطالبی که گفته شد، بخش بسیار ناچیزی از اطلاعاتی است که در مورد اتمسفر می توان داشت، اما همین میزان اطلاعات هم نقش انکارنشدنی اتمسفر در ایجاد زمینه حیات را به خوبی نمایان می کند، پس بر ماست که از این سپر شکستنی هرچه بیشتر محافظت کنیم