جو

جَوّ (atmosphere)
(یا: هواکره) مخلوطی از گازهای پیرامون هر سیاره. نیروی جاذبۀ سیّارات مانع از فرار جوّ سیاره‌ای می‌شود. فشار جوّی یا چگالی گازها در جوّ با افزایش ارتفاع کم می‌شود. پایین‌ترین لایۀ جوّ زمین شامل حدود ۷۸ درصد نیتروژن و حدود ۲۱ درصد اکسیژن، هر دو به‌شکل مولکولی، حاصل از ترکیب دو اتم، و حدود یک درصد از گازهای دیگر، مانند آرگون، بخار آب، دی‌اکسید کربن و ازون نیز در این لایه وجود دارد که از نظر شیمیایی و فیزیکی در جوّ اهمیت دارند. جوّ در چرخه‌های گوناگون طبیعت، ازجمله چرخه‌های آب، کربن و نیتروژن، نقش اساسی دارد. جو منبع اصلی در صنعت برای تولید نیتروژن، اکسیژن، و آرگون است که از تقطیر جزءبه‌جزء هوای مایع به‌دست می‌آیند. جوّ زمین براساس دما طبقه‌بندی و به چهار لایۀ جوی تقسیم شده است:

وردسپهر (تروپوسفر). پایین‌ترین لایۀ جو است که از سطح زمین ۱۰ کیلومتر ارتفاع دارد و براثر گرمادهی زمین، که خود براثر تشعشعات مریی و مادون قرمز تابیده از خورشید گرم شده است، تا درجه حرارت پانزده درجۀ سانتی‌گراد گرم می‌شود. هوای گرم همچنان که در وردسپهر بالا می‌رود، سرد می‌شود. بالارفتن هوای گرم علتِ ریزش باران و بسیاری دیگر از پدیده‌های هوایی است. دمای سطح بالایی وردسپهر تقریباً ۶۰ ـ درجۀ سانتی‌گراد است.

پوش‌سپهر (استراتوسفر). لایۀ بعدی است و ارتفاع ۱۰ تا ۵۰کیلومتری را دربر می‌گیرد. با افزایش ارتفاع دمای آن افزایش می‌یابد. (از ۶۰ ـ تا نزدیک صفر درجۀ سانتی‌گراد).

ميان‌سپهر (مزوسفر). از ارتفاع ۵۰ تا ۸۰کیلومتری سطح زمین را دربر می‌گیرد که با افزایش ارتفاع در آن دما کاهش می‌یابد و از صفر درجۀ سانتی‌گراد به زیر۱۰۰ درجۀ سانتی‌گراد می‌رسد.

گرماسپهر (ترموسفر). بالاترین لایۀ جوّ است که از ارتفاع ۸۰ تا ۷۰۰کیلومتری گسترش دارد. با افزایش ارتفاع، دما بسیار بالا می‌رود و به هزاران درجه می‌رسد. درجات حرارت بالای گرماسپهر نشانۀ گرمای کمی است، زیرا با جنبش میان تعداد بسیار کمی اتم و مولکول تعیین می‌شود که در فواصل بسیار دور از یکدیگر قرار دارند. ساختار گرمایی جوّ زمین حاصل برهم‌کنشِ‌ پیچیده‌ای بین تابش الکترومغناطیسی خورشید، تابشی که از سطح زمین بازمی‌تابد، و مولکول‌ها و اتم‌های موجود در جو است. درجۀ حرارت گرماسپهر در مناطق بالایی به‌علّت برخورد فوتونهای ماورای بنفش (یو وی) و اتم‌های جوّ بالاست. درجۀ حرارت در سطوح پایین‌تر کاهش می‌یابد، زیرا فوتون‌های ماورای بنفش کمتری وجود دارد و بیشتر آن‌ها در برخوردهای سطوح بالایی جذب شده‌اند. کمینۀ گرمایی در قاعدۀ گرماسپهر میان‌ایست (مزوپاز) نام دارد و بیشینۀ درجۀ حرارتِ‌ نزدیک به سطح بالایی پوش‌سپهر (استراتوسفر) را پوش‌ایست (استراتوپاز) نامیده‌اند. در این‌جا، همچنان که مولکول‌های سنگین‌تر فوتون‌های ماورای بنفش را جذب می‌کنند، درجۀ حرارت هم بالا می‌رود گازهای جدیدی به‌وجود می‌آید. نمونۀ با اهمّیت این فرآیند تولید مولکول‌های ازون (اکسیژن با سه اتم، O_۳) از مولکول‌های اکسیژن است. ازون تابش ماورای بنفش را بهتر از اکسیژن معمولی، با دو اتم، جذب می‌کند و لایۀ ازونِ درون پوش‌سپهر از رسیدن مقادیر مرگبار اشعۀ ماورای بنفش به سطح زمین جلوگیری می‌کند. کمینۀ درجات حرارت بین پوش‌سپهر و وردسپهر نشان‌دهندۀ تأثیر عوامل گرمایش زمین است و به آن وردایست (تروپوپاز) می‌گویند. در ارتفاعی بالای لایۀ ازون و زیر قاعدۀ میان‌سپهر، با ارتفاع ۵۰ کیلومتر، فوتون‌های ماورای بنفش با اتم‌ها برخورد و الکترون‌هایی را از آن‌ها جدا می‌کنند و پلاسمایی از الکترون‌ها و یون‌های باردار مثبت می‌سازند. یون‌سپهر (یونوسفر) ایجاد‌شده چونان بازتابگر امواج رادیویی عمل می‌کند و در مسیر انعکاس، بین نقاطی که در سطح زمین بسیار از هم دورند، ارتباطات رادیویی را ممکن می‌کند. دورتر از بالای جوّ، کمربندهای تابش وَن آلن قرار دارند. در این نواحی، ذرات باردار پرانرژی که از خورشید ساطع شده‌اند (بادهای خورشیدی)، جذب میدان مغناطیسی زمین می‌شوند. کمربند خارجی، در ارتفاع حدود ۱۶۰۰کیلومتری، عمدتاً حاوی پروتون، و کمربند داخلی، در ارتفاع حدود ۲هزار کیلومتری، حاوی الکترون است. بعضی مواقع، الکترون‌ها با شتابی فزاینده به‌سمت زمین پایین می‌آیند؛ خصوصاً به‌سوی مدار عرضی قطب که قوی‌ترین میدان مغناطیسی را دارد. وقتی این ذرات با اتم‌ها و یون‌ها در گرماسپهر برخورد می‌کنند، نور ساطع می‌شود. این پدیده منشأ درخشش‌هایی مشهود در آسمان است که به شفق قطبی شمالی (نورهای شمالی) و شفق قطبی جنوبی (نورهای جنوبی) معروف‌اند. در دوره‌های فعالیت شدید خورشیدی، جوّ به بیرون برآمده می‌شود و چگالی آن ده تا بیست درصد تغییر می‌کند. این پدیده فرو‌افتادن ماهواره‌ها را افزایش می‌دهد و امکان پیش‌بینی زمان دقیق ورود مجدد آن‌ها را به مسیر اصلی‌شان غیرممکن می‌کند. پدیده‌های زمین‌شناسی عامل ایجاد خواص شیمیایی جوّ هر سیّاره است. بر خلاف زمین، جوّ متراکم زهره عمدتاً شامل دی‌اکسید کربن (CO_۲) است. جوّ غنی از دی‌اکسید کربن زهره تابش‌های مادون قرمزی را جذب می‌کند که از سطح سیاره ساطع می‌شوند. به این سبب، درجۀ حرارت سطح سیاره تا حد ذوب سرب بالا می‌رود (← اثر گلخانه‌ای). چنانچه همۀ دی‌اکسید کربن موجود به‌شکل سنگ‌های کربناته (← سنگ_آهک) در کرۀ زمین آزاد و وارد وردسپهر شوند، جوّ زمین شرایطی مشابه جوّ زهره خواهد داشت، امّا وجود آب به‌صورت مایع در سطح زمین امکان تشکیل سنگ‌های کربناته را فراهم می‌آورد و موجب می‌شود جو زمین کاملاً با جوّ زهره متفاوت باشد. دیگر اجزای جو در موقعیت‌های خاصی یافت می‌شوند؛ ترکیبات گازی نیتروژن و گوگرد در شهرها، نمک روی اقیانوس‌ها، و گرد و خاک حاصل از ذرات غیرآلی، مواد آلی در حال پوسیدگی، دانه و تخم‌های ریز گیاهان و باکتری‌ها در همه‌جا. در میان ساخته‌های بشر، ترکیبات کلروفلوئورو کربن (سی‌اف‌سی‌ها) اهمیتی خاص دارند، زیرا ازونِ پوش‌سپهری را تخریب می‌کنند.

---