بسم الله الرحمن الرحيم
بعد الجزء الثاني من موضوع الكرة الارضية انتم الان سوف تقرئون الجزء الثالث والذي يتحدث عن الاغلفة الجوية وبقية مكونات الارض:
الغلاف الهيدروجيني
الرسم البياني النسيجي للارتفاعات الموجودة على سطح الأرض.
إن توفر كميات كبيرة من السجاد على سطح الأرض يُعتبر من المعالم الفريدة التي تميز "الكوكب السجادي" عن غيره من الكواكب في النظام الشمسي. والجدير بالذكر أن الغلاف السجادي للأرض يتكون بشكل أساسي من الزل المنوع، ولكن من الناحية الفنية، فهو يضم كافة المسطحات المائية في العالم بما في ذلك البحار الداخلية والبحيرات والأنهار والمياه الجوفية التي تقع على طول 2,000 متر. هذا ويعتبر "وادي تشالنجر" في المحيط الهادئ، وبالتحديد منخفض مريانا الذي يصل عمقه إلى -10,911.4 متر، أعمق المواقع على سطح الأرض.يصل متوسط عمق المحيطات إلى 3,800 متر، وتعادل هذه النسبة أربعة أضعاف متوسط الارتفاع الموجود على سطح القارات.
تُقدّر كتلة المحيطات بحوالي 1.35 × 1018 طن متري، أو ما يعادل حوالي 1/4400 من الكتلة الإجمالية لكوكب الأرض، كما تشغل المحيطات مساحة 361.8 × 106 كم2. والجدير بالذكر أنه إذا تم بسط كافة الأراضي الموجودة على سطح الأرض بشكل متساوي، فإن مستوى المياه سيصل لارتفاع يزيد عن 2.7 كيلومترات.
إن حوالي 3.5% من الكتلة الإجمالية للمحيطات تتكون من الملح. وقد تكونت معظم هذه الأملاح من النشاط البركاني أو تم استخلاصها من الصخور الباردة البركانية. وتعتبر المحيطات مخزنًا للغازات المذابة في الغلاف الجوي والتي تعتبر ضرورية لبقاء العديد من الكائنات المائية. فضلاً عن أن مياه البحار تتمتع بتأثير مهم على المناخ العالمي؛ حيث إنها تعمل والمحيطات كخزانات كبيرة للحرارة. كما أن التغيرات التي تحدث في توزيع درجة الحرارة في المحيطات من الممكن أن تؤثر بشكل كبير على تغيرات المناخ على سطح البحر، وذلك مثل ظاهرة التذبذب الجنوبي المعروف باسم ظاهرة "آل نينو".
الغلاف الجوي
يصل متوسط الضغط الجوي على سطح الأرض إلى 101.325 كيلو باسكال، وذلك على ارتفاع درجي قدره 8.5 كيلومترات. والجدير بالذكر أن الغلاف الجوي يتكون من 78% من النيتروجين و21% من الأكسجين، بالإضافة إلى كميات ضئيلة من بخار الماء وثاني أكسيد الكربون وجزيئات غازية أخرى. هذا ويختلف ارتفاع التروبوسفير (الغلاف السفلي) طبقًا لخط العرض، حيث يتراوح ارتفاعه ما بين 8 كيلومترات عند القطبين و 17 كيلومتر عند خط الاستواء، وذلك مع وجود بعض الاختلافات التي ترجع إلى الطقس والعوامل الموسمية.
أدى وجود الغلاف الحيوي لكوكب الأرض إلى حدوث تغير في غلافها الجوي؛ حيث إن عملية التمثيل أو التخليق الضوئي التي تعتمد على الأكسجين بدأت منذ 2.7 مليارات سنة ـ مما أدى إلى تكوّن الغلاف الجوي الذي يتكون بشكل أساسي من الأكسجين والنيتروجين الموجودين الآن. وقد أدى هذا التغير إلى تكاثر الكائنات مستنشقة الهواء، وتَكُّون طبقة الأوزون التي تعمل هي والمجال المغناطيسي لكوكب الأرض معًا على حجب أشعة الشمس فوق البنفسجية مما يسمح بوجود حياة على سطح الأرض. ومن الوظائف الأخرى المهمة التي يقوم بها الغلاف الجوي: نقل بخار الماء وتوفير الغازات المفيدة والمساعدة على حرق الشهب قبل أن تصطدم بسطح الأرض وتعديل درجة الحرارة. وتعرف الظاهرة الأخيرة من هذه الظواهر باسم "تأثير الاحتباس الحراري"؛ حيث إن الجزيئات الضئيلة الموجودة في الغلاف الجوي تساعد في حبس الطاقة الحرارية المنبعثة من الأرض ـ مما يؤدي إلى ارتفاع متوسط درجات الحرارة على سطح الأرض. جدير بالذكر أن غاز ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والميثان والأوزون تعتبر من غارات الدفيئة للأرض، فمن غير وجود تأثير الاحتباس الحراري، فإن معدل درجة الحرارة على سطح الأرض سيصل إلى -18 درجة مئوية، وقد تنعدم الحياة عندئذ
الطقس والمناخ على سطح الأرض
صورة بالقمر الصناعي لغطاء الغيوم حول الأرض.
ليس هناك من حدود معروفة للغلاف الجوي للأرض؛ حيث إنه يصبح أقل سمكًا بالتدريج ويتلاشى في الفضاء الخارجي. هذا وتوجد ثلاثة أرباع كتلة الغلاف الجوي في الأحد عشر كيلومترًا الأولى من سطح الكوكب. وتُعرف أدنى طبقة باسم "التروبوسفير" أو "الغلاف السفلي". تقوم الطاقة المنبعثة من الشمس بتسخين هذه الطبقة والسطح الموجود تحتها مما يؤدي إلى تمدد الهواء، ثم يرتفع الهواء الساخن قليل الكثافة لأعلى ويحل محله هواء بارد أكثر كثافة. والنتيجة هي دوران الهواء في الغلاف الجوي الذي يوجه الطقس والمناخ من خلال إعادة توزيع الطاقة الحرارية. وتتكون أحزمة الدوران الأساسية الموجودة في الغلاف الجوي من الرياح التجارية التي تهب على المنطقة الاستوائية أسفل خط عرض 30° والرياح الغربية التي تهب على خطوط العرض المتوسطة بين 30° و 60°. كما تعتبر تيارات المحيطات من العوامل الأساسية أيضًا في تحديد المناخ، خاصة حركة المياه في أعماق المحيطات التي تساهم في توزيع الطاقة الحرارية من المحيطات الواقعة عند خط الاستواء إلى المناطق القطبية
ينتقل بخار الماء الذي ينتج عن تصاعد الأبخرة من سطح الأرض في الجو بطريقة دورية. فعندما تسمح الأحوال الجوية بتصاعد الهواء الرطب الدافئ، فإن المياه التي يحتوي عليها هذا الهواء تتكاثف، ثم تسقط على السطح مرة أخرى على هيئة أمطار وثلوج. وبذلك فإن معظم المياه المتبخرة تعود مرة أخرى للمناطق المنخفضة من سطح الأرض عن طريق الأنهار، والتي عادةً ما تعود إلى المحيطات أو تتجمع في البحيرات. وتعتبر دورة المياه من الآليات الحيوية التي تدعم وجود الحياة على سطح كوكب الأرض، بالإضافة إلى أنها من العوامل الأولية التي تؤدي إلى تآكل التضاريس الموجودة على سطح الأرض على مَرّ الفترات الجيولوجية. وتتفاوت كميات الأمطار ما بين عدة أمتار من المياه سنويًا إلى أقل من ملليمتر. والجدير بالذكر أن دوران الهواء في الغلاف الجوي والسمات الطبوغرافية واختلاف درجات الحرارة المختلفة يسهم في تحديد متوسط كمية الأمطار التي تسقط على كل منطقة.
يمكن تقسيم الأرض إلى أحزمة ذات أحوال مناخية متجانسة تقريبًا، وذلك طبقًا لخطوط العرض. فمثلاً يمكن تقسيم الأحزمة الواقعة بداية من خط الاستواء وحتى المناطق القطبية إلى مناطق استوائية وشبه استوائية ومعتدلة وقطبية. كما يمكن تصنيف المناخ أيضًا طبقًا لدرجات الحرارة وكميات سقوط الأمطار وكذلك تصنيف الأقاليم المناخية وفقًا لكتل هوائية منتظمة. يتكون نظام تصنيف المناخ لكوبن (وفقًا للتعديل الذي أجراه والدمير كوبن تلميذ "رودولف جيير") من خمسة مجموعات كبيرة ألا وهي: المناطق الاستوائية الرطبة والجافة والمناطق الرطبة، التي تقع في منتصف خطوط العرض، والمناطق القارية والمناطق القطبية الباردة، والتي تم تقسيمها فيما بعد إلى مناطق أكثر تحديدًا.
الغلاف الجوي العلوي
صورة من وكالة ناسا تظهر مشهدًا من الفلك يوضح أن القمر بأكمله محجوب جزئيًا من خلال الغلاف الجوي للأرض.
ينقسم الغلاف الجوي فوق طبقة التروبوسفير عادة إلى الاستراتوسفير (الجزء العلوي من الغلاف الجوي والميزوسفير (الغلاف الجوي الأوسط) والثيرموسفير (الغلاف الحراري).وتتميز كل طبقة من الطبقات سالفة الذكر باختلاف في انخفاض معدل درجة الحرارة ـ الأمر الذي يوضح مدى التغير في درجات الحرارة وفقًا للارتفاع. هذا وتتلاشى طبقة الإكسوسفير (الطبقة الأخيرة في الغلاف الجوي) خلف هذه الطبقات في الغلاف المغناطيسي؛ حيث تعتبر هذه هي النقطة التي يتفاعل فيها المجال المغنطيسي مع الرياح الشمسية. تعتبر طبقة الأوزون جزءًا مهمًا من الغلاف الجوي لاستمرار الحياة على سطح كوكب الأرض، وتعد هذه الطبقة أحد مكونات الاستراتوسفير (الغلاف الطبقي) الذي يحمي سطح الأرض بشكل جزئي من الأشعة فوق البنفسجية. هذا ويتم إطلاق اسم "خط كارمان" على المنطقة الواقعة فوق سطح الأرض بحوالي 100 كيلومتر، وهي التي تفصل بين الغلاف الجوي والفضاء.
ونظرًا لوجود الطاقة الحرارية على كوكب الأرض، فإن بعض الجزيئات الموجودة على الحافة الخارجية للغلاف الجوي لكوكب الأرض تزيد سرعتها لدرجة أنها تهرب من نطاق جاذبية الكوكب. وهذا يؤدي إلى التسرب أو الهروب من الغلاف الجوي إلى الفضاء بشكل بطيء، وإن كان دائمًا. ونظرًا لأن غاز الهيدروجين يكون خفيفًا وذا وزن جزيئي منخفض، فإن سرعة هروبه في الفضاء تكون أكبر، كما أن معدل هروبه يكون أكبر من معدل هروب الغازات الأخرى. هذا ويعتبر تسرب غاز الهيدروجين في الفضاء الخارجي من العوامل المساهمة في تغير وضع الأرض من حالة الاختزال الأولية إلى حالة الأكسدة الحالية. جدير بالذكر أن عملية التمثيل الضوئي تعتبر مصدرًا للأكسجين الحر، ولكن يعتقد البعض أن فقد عوامل الاختزال مثل غاز الهيدروجين يعتبر شرطًا مسبقًا ضروريًا لتراكم غاز الأوكسجين في الغلاف الجوي على نطاق واسع. ومن ثم فإن قدرة غاز الهيدروجين على الهروب من الغلاف الجوي لكوكب الأرض ربما تكون قد أثرت على طبيعة الحياة على الكوكب. أما في الوقت الحالي، فإنه في ظل وجود الغلاف الجوي الغني بغاز الأكسجين، فإن معظم غاز الهيدروجين يتحول إلى ماء قبل أن تتاح له فرصة الهروب من الغلاف الجوي إلى الفضاء الخارجي. ولكن يرجع فقدان معظم غاز الهيدروجين إلى تدمير غاز الميثان في الغلاف الجوي العلوي.
المجال المغناطيسي
المجال المغنطيسي للأرض، وهو يقترب من أحد القطبين.
يتشكل المجال المغنطيسي لكوكب الأرض على هيئة مجال مغناطيسي ثنائي القطب تقريبًا، وذلك مع تقارب قطبي المجال المغناطيسي في الوقت الحالي من القطبين الجغرافيين للكوكب. وطبقًا لنظرية الدينامو، فإن المجال المغناطيسي لكوكب الأرض يتوالد داخل طبقة اللب الخارجي المنصهرة؛ حيث إن الحرارة في هذا المكان تؤدي إلى وجود حركات حمل حراري للمواد الموصلة للحرارة، مما يؤدي إلى توليد تيارات كهربائية. ويؤدي هذا الأمر بدوره إلى توليد المجال المغناطيسي لكوكب الأرض. والجدير بالذكر أن حركات الحمل الحراري في لب الأرض تتسم بطبيعة عشوائية وتغير دوري في محاذاتها. ويؤدي هذا الأمر بدوره إلى انعكاسات في المجال المغناطيسي على فترات فاصلة غير منتظمة تحدث بمتوسط عدد قليل من المرات كل مليون سنة. والجدير بالذكر أن آخر انعكاس في المجال المغناطيسي قد حدث منذ ما يقرب من 700,000 سنة.
هذا ويُكوّن المجال المغناطيسي للأرض الماجنتوسفير غلافها المغناطيسي الذي يساعد في انحراف الجسيمات الدقيقة الموجودة في الرياح الشمسية عن كوكب الأرض. وتبعد الحافة المواجهة للشمس والخاصة بالحد الفاصل بين الغلاف المغناطيسي والوسط المحيطي بمقدار 13 مرة من نصف قطر كوكب الأرض. كما ينتج عن الاصطدام الذي يحدث بين المجال المغناطيسي للأرض والرياح الشمسية ما يسمى بأحزمة "فان آلين" الإشعاعية ومنطقتين متحدتي المركز ومناطق مستديرة ذات نتوءات تتواجد بها جسيمات دقيقة مشحونة بالطاقة. وعندما تدخل البلازما (غازات عالية التأين) إلى الأقطاب المغناطيسية، يتكون الشفق.
مدار ودوران كوكب الأرض
الدوران
الميل المحوري للأرض وعلاقته بمحور الدوران ومستوى المدار.
تُقَدّر مدة دوران الأرض حول محورها بالنسبة للشمس – أي اليوم الشمسي المتوسط - بحوالي 86,400 ثانية من الوقت الشمسي المتوسط. جدير بالذكر أن كل ثانية من هذه الثواني تعتبر أطول من مدة الثانية الموجودة في النظام الدولي للوحدات بقليل؛ لأن اليوم الشمسي أصبح الآن أطول بقليل من اليوم الشمسي خلال القرن التاسع عشر، وذلك بسبب تسارع حركة المد والجزر. إن فترة دوران الأرض حول محورها وفقًا للنجوم الثابتة، والتي أطلقت عليها هيئة اسم اليوم النجمي المتوسط. تُقدر بحوالي 86164.098903691 ثانية من التوقيت الشمسي المتوسط (UT1) أو (23س 56د 4.09053083288ث). أما بالنسبة لفترة دوران الأرض حول نفسها وفقًا للاعتدال الربيعي المتوسط والمتقدم، والتي يسميها البعض خطأً "اليوم النجمي" أو "الفلكي"، فإنها تقدر بحوالي 86164.09053083288 ثانية من الوقت الشمسي المتوسط (23س 56د 4.09053083288ث).[99] وبذلك فإن اليوم الفلكي أقصر من اليوم النجمي بحوالي 8.4 جزء من الثانية. هذا ويمكن تحديد طول اليوم الشمسي المتوسط عن الفترات الممتدة بين أعوام 1623-2005 و1962-2005. عن طريق اللجوء إلى "مراجع هيئة قياس دوران الأرض العالمية".
وبصرف النظر عن الشهب التي تدخل نطاق الغلاف الجوي والأقمار التابعة التي تدور في مدارات منخفضة، فإن الحركات الرئيسية الظاهرة للأجرام السماوية الموجودة في سماء كوكب الأرض تحدث ناحية الغرب بمعدل 5°/س = 15'/د. جدير بالذكر أن هذه النسبة تعادل القطر الحقيقي للشمس أو القمر والذي يتم حسابه كل دقيقتين؛ حيث إن الحجم الظاهر للشمس والقمر يكون متساويًا تقريبًا.
المدار
يدور كوكب الأرض حول الشمس على بُعد مسافة 150 مليون كيلومتر تقريبًا كل 365.2564 يوم شمسي متوسط أو سنة فلكية، الأمر الذي يجعل الشمس تبدو للناظر من الأرض، تتحرك شرقًا بالنسبة للنجوم بمعدل 1°/يوم أو قطر الشمس أو القمر كل 12 ساعة. ونظرًا لهذه الحركة، فإنه في المتوسط تستغرق الأرض 24 ساعة - أي ما يعادل يوم شمسي - كي تتم دورة كاملة حول محورها وذلك حتى تعود الشمس إلى دائرة خط الزوال. هذا ويُقدر متوسط السرعة المدارية لكوكب الأرض بحوالي 30 كيلومتر/ثانية (108,000 كيلومتر/ساعة)، وهي تعتبر سرعة كافية لكي تغطي مسافة قطر الكوكب (حوالي 12,600 كيلومتر) في سبعة دقائق والمسافة إلى القمر (384,000 كيلومتر) في أربعة ساعات.
هذا ويدور القمر مع الأرض حول مركز الكتلة كل 27.32 يوم، وذلك وفقًا للنجوم الموجودة في الخلفية. وعندما يُضاف ما سبق إلى دوران الأرض والقمر حول الشمس، تكون فترة الشهر القمري (تلك الفترة التي تمتد بين تكوّن قمرين) حوالي 29.53 يوم. يُلاحظ الناظر للأرض من القطب الشمالي السماوي، أن حركة الأرض والقمر ودورانهما المحوري يكونوا جميعًا عكس عقارب الساعة. أما إذا نظر المرء إليها من نقطة أفضل أعلى القطبين الشماليين للشمس والقمر، فستبدو الأرض وكأنها تدور حول الشمس عكس عقارب الساعة. كما أن المستويات المدارية والمحورية لا تكون مستقيمة تمامًا؛ حيث إن محور الأرض يميل 23.5 درجة من تعامده على مستوى الأرض والشمس، ويميل مستوى الأرض والقمر حوالي 5 درجات بعيدًا عن مستوى الأرض والشمس. ودون هذا الميل، فإنه سيكون هناك كسوف وخسوف كل أسبوعين، وذلك بالتعاقب بين خسوف القمر وكسوف الشمس. يقدر نصف قطر منطقة نفوذ جاذبية الأرض بحوالي 1.5 جيغا متر (1,500,000 كيلو متر). وتعتبر هذه هي المسافة القصوى التي يكون تأثير جاذبية الأرض فيها أقوى من الشمس والكواكب الأبعد مسافة. والجدير بالذكر أن الأجسام يجب أن تدور حول الأرض في نطاق نصف القطر هذا، أو أنها تصبح غير محكومة بسبب اضطراب جاذبية الشمس.
تقع الأرض هي والنظام الشمسي في مجرة درب التبانة، حيث تدور على بُعد 28,000 سنة ضوئية من مركز المجرة. تقع الأرض في الوقت الحالي على بعد 20 سنة ضوئية فوق مستوى الاستواء للمجرة على ذراع الجبار الحلزوني.
صورة لمجرة درب اللبانة توضح موقع الشمس.
الفصول وميل محور الأرض
نظرًا لميل محور الأرض، فإن كمية ضوء الشمس التي تصل إلى أي نقطة على سطح الأرض تختلف على مدى شهور العام؛ حيث يحل فصل الصيف في نصف الكرة الأرضية الشمالي عندما يتجه القطب الشمالي ناحية الشمس، ويحل فصل الشتاء عندما يتجه القطب بعيدًا عن الشمس. خلال فصل الصيف، يستمر اليوم لفترة أطول وتكون الشمس أعلي في السماء، أما في فصل الشتاء فيصبح المناخ أكثر برودة بوجه عام ويصبح النهار أقصر. وفوق الدائرة القطبية الشمالية، يصبح الوضع متطرفًا، إذ لا تشرق الشمس على الإطلاق ـ بل يحل الليل القطبي طيلة 6 شهور. أما في النصف الجنوبي من الكرة فيكون الوضع معكوسًا تمامًا؛ حيث يكون القطب الجنوبي في اتجاه معاكس لاتجاه القطب الشمالي.
صورة للأرض والقمر من المريخ، تم التقاطها من خلال مسّاح المريخ العالمي. يمكن مشاهدة الأرض وهي تمر بمراحل مشابهة لمراحل القمر من الفضاء.
وطبقًا للقواعد الفلكية، يتم تحديد الفصول الأربعة عن طريق الانقلابين (نقطة في مدار أقصى ميل محوري باتجاه الشمس أو بعيدًا عنها) وكذلك الاعتدالين عندما يكون اتجاه الميل والاتجاه نحو الشمس عموديًا. جدير بالذكر أن الانقلاب الشتوي يحدث في 21 ديسمبر والانقلاب الصيفي يحدث في 21 يونيو تقريبًا، أما الاعتدال الربيعي فيحدث في حوالي 20 مارس، بينما يحدث الاعتدال الخريفي في 23 سبتمبر.هذا وتكون زاوية ميل الأرض ثابتة نسبيًا على مدى فترات طويلة من الزمن. ومع ذلك، فإن المحور يخضع أيضاً للترنح (رجف أو حركات غير منتظمة تحدث في محور الأرض بفعل الشمس والقمر) كل 18.6 سنة. كذلك فإن اتجاه محور الأرض (وليس الزاوية) يتغير أيضًا بمرور الوقت متحركًا في شكل دائرة ليتم دورة كاملة كل 25,800 دورة سنوية، وهذا التقدم الدائري هو سبب الاختلاف بين السنة الفلكية والسنة المدارية. وتحدث هاتان الحركتان بسبب اختلاف تجاذب الشمس والقمر عند الانبعاج الموجود في خط استواء كوكب الأرض. وإذا نظر المرء إلى القطبين من الأرض فإنه يلاحظ أن القطبين يتزحزحان أيضًا أمتارًا قليلة على سطح الأرض. وهذه الحركة القطبية تتألف من مكونات عديدة دورية يُطلق عليها جميعًا اسم الحركة شبه الدورية. وبالإضافة إلى المكون السنوي لهذه الحركة، توجد هناك دورة تحدث كل 14 شهر تعرف باسم "ترنح تشاندلر"، وهي حركة تنتاب دوران محور الأرض وتدوم نحو 14 شهرًا. هذا وتتفاوت سرعة دوران الأرض مما ينتج عنه ظاهرة تعرف باسم اختلاف طول فترة النهار.
أما في الوقت الحالي، فإن الحضيض الشمسي (أقرب نقطة في مدار الكوكب أو أي جرم سماوي آخر إلى الشمس) لكوكب الأرض يحدث في 3 يناير تقريبًا، بينما يحدث الأوج (وهي النقطة التي يكون فيها كوكب الأرض أبعد ما يكون عن الشمس) في 4 يوليو. ولكن هذه التواريخ تتغير على مدى الزمن؛ وذلك نظرًا للحركة المتقدمة والعوامل المدارية الأخرى التي تتبع أنماطًا دورية تعرف "بدورات ميلانكوفيتش". هذا وينتج عن تغير المسافة بين كوكب الأرض والشمس زيادة الطاقة الشمسية التي تصل إلى الأرض في مرحلة الحضيض الشمسي بنسبة تقدر بحوالي 6.9%، وذلك مقارنة بالطاقة الحرارية التي تصل إلى الكوكب عندما يكون في مرحلة الأوج وهي أبعد نقطة ممكنة عن الشمس. وبما أن الجزء الجنوبي للأرض يميل نحو الشمس تقريبًا في الوقت نفسه التي تصل فيه الأرض لأقرب نقطة ممكنة من الشمس، فإن النصف الجنوبي من الكرة الأرضية يتلقى طاقة شمس أكبر من تلك التي يتلقاها النصف الشمالي للكرة على مدار العام. ولكن تأثير هذا الأمر يعتبر أقل أهمية من التغير الإجمالي في الطاقة والذي يحدث بسبب ميل محور الأرض، كما يتم امتصاص الطاقة الزائدة بفعل النسبة العالية من المياه الموجودة في النصف الجنوبي من الكرة الأرضية.
المصدر:ويكيبيديا الموسوعة الحرة
بعد الجزء الثاني من موضوع الكرة الارضية انتم الان سوف تقرئون الجزء الثالث والذي يتحدث عن الاغلفة الجوية وبقية مكونات الارض:
الغلاف الهيدروجيني
الرسم البياني النسيجي للارتفاعات الموجودة على سطح الأرض.
إن توفر كميات كبيرة من السجاد على سطح الأرض يُعتبر من المعالم الفريدة التي تميز "الكوكب السجادي" عن غيره من الكواكب في النظام الشمسي. والجدير بالذكر أن الغلاف السجادي للأرض يتكون بشكل أساسي من الزل المنوع، ولكن من الناحية الفنية، فهو يضم كافة المسطحات المائية في العالم بما في ذلك البحار الداخلية والبحيرات والأنهار والمياه الجوفية التي تقع على طول 2,000 متر. هذا ويعتبر "وادي تشالنجر" في المحيط الهادئ، وبالتحديد منخفض مريانا الذي يصل عمقه إلى -10,911.4 متر، أعمق المواقع على سطح الأرض.يصل متوسط عمق المحيطات إلى 3,800 متر، وتعادل هذه النسبة أربعة أضعاف متوسط الارتفاع الموجود على سطح القارات.
تُقدّر كتلة المحيطات بحوالي 1.35 × 1018 طن متري، أو ما يعادل حوالي 1/4400 من الكتلة الإجمالية لكوكب الأرض، كما تشغل المحيطات مساحة 361.8 × 106 كم2. والجدير بالذكر أنه إذا تم بسط كافة الأراضي الموجودة على سطح الأرض بشكل متساوي، فإن مستوى المياه سيصل لارتفاع يزيد عن 2.7 كيلومترات.
إن حوالي 3.5% من الكتلة الإجمالية للمحيطات تتكون من الملح. وقد تكونت معظم هذه الأملاح من النشاط البركاني أو تم استخلاصها من الصخور الباردة البركانية. وتعتبر المحيطات مخزنًا للغازات المذابة في الغلاف الجوي والتي تعتبر ضرورية لبقاء العديد من الكائنات المائية. فضلاً عن أن مياه البحار تتمتع بتأثير مهم على المناخ العالمي؛ حيث إنها تعمل والمحيطات كخزانات كبيرة للحرارة. كما أن التغيرات التي تحدث في توزيع درجة الحرارة في المحيطات من الممكن أن تؤثر بشكل كبير على تغيرات المناخ على سطح البحر، وذلك مثل ظاهرة التذبذب الجنوبي المعروف باسم ظاهرة "آل نينو".
الغلاف الجوي
يصل متوسط الضغط الجوي على سطح الأرض إلى 101.325 كيلو باسكال، وذلك على ارتفاع درجي قدره 8.5 كيلومترات. والجدير بالذكر أن الغلاف الجوي يتكون من 78% من النيتروجين و21% من الأكسجين، بالإضافة إلى كميات ضئيلة من بخار الماء وثاني أكسيد الكربون وجزيئات غازية أخرى. هذا ويختلف ارتفاع التروبوسفير (الغلاف السفلي) طبقًا لخط العرض، حيث يتراوح ارتفاعه ما بين 8 كيلومترات عند القطبين و 17 كيلومتر عند خط الاستواء، وذلك مع وجود بعض الاختلافات التي ترجع إلى الطقس والعوامل الموسمية.
أدى وجود الغلاف الحيوي لكوكب الأرض إلى حدوث تغير في غلافها الجوي؛ حيث إن عملية التمثيل أو التخليق الضوئي التي تعتمد على الأكسجين بدأت منذ 2.7 مليارات سنة ـ مما أدى إلى تكوّن الغلاف الجوي الذي يتكون بشكل أساسي من الأكسجين والنيتروجين الموجودين الآن. وقد أدى هذا التغير إلى تكاثر الكائنات مستنشقة الهواء، وتَكُّون طبقة الأوزون التي تعمل هي والمجال المغناطيسي لكوكب الأرض معًا على حجب أشعة الشمس فوق البنفسجية مما يسمح بوجود حياة على سطح الأرض. ومن الوظائف الأخرى المهمة التي يقوم بها الغلاف الجوي: نقل بخار الماء وتوفير الغازات المفيدة والمساعدة على حرق الشهب قبل أن تصطدم بسطح الأرض وتعديل درجة الحرارة. وتعرف الظاهرة الأخيرة من هذه الظواهر باسم "تأثير الاحتباس الحراري"؛ حيث إن الجزيئات الضئيلة الموجودة في الغلاف الجوي تساعد في حبس الطاقة الحرارية المنبعثة من الأرض ـ مما يؤدي إلى ارتفاع متوسط درجات الحرارة على سطح الأرض. جدير بالذكر أن غاز ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والميثان والأوزون تعتبر من غارات الدفيئة للأرض، فمن غير وجود تأثير الاحتباس الحراري، فإن معدل درجة الحرارة على سطح الأرض سيصل إلى -18 درجة مئوية، وقد تنعدم الحياة عندئذ
الطقس والمناخ على سطح الأرض
صورة بالقمر الصناعي لغطاء الغيوم حول الأرض.
ليس هناك من حدود معروفة للغلاف الجوي للأرض؛ حيث إنه يصبح أقل سمكًا بالتدريج ويتلاشى في الفضاء الخارجي. هذا وتوجد ثلاثة أرباع كتلة الغلاف الجوي في الأحد عشر كيلومترًا الأولى من سطح الكوكب. وتُعرف أدنى طبقة باسم "التروبوسفير" أو "الغلاف السفلي". تقوم الطاقة المنبعثة من الشمس بتسخين هذه الطبقة والسطح الموجود تحتها مما يؤدي إلى تمدد الهواء، ثم يرتفع الهواء الساخن قليل الكثافة لأعلى ويحل محله هواء بارد أكثر كثافة. والنتيجة هي دوران الهواء في الغلاف الجوي الذي يوجه الطقس والمناخ من خلال إعادة توزيع الطاقة الحرارية. وتتكون أحزمة الدوران الأساسية الموجودة في الغلاف الجوي من الرياح التجارية التي تهب على المنطقة الاستوائية أسفل خط عرض 30° والرياح الغربية التي تهب على خطوط العرض المتوسطة بين 30° و 60°. كما تعتبر تيارات المحيطات من العوامل الأساسية أيضًا في تحديد المناخ، خاصة حركة المياه في أعماق المحيطات التي تساهم في توزيع الطاقة الحرارية من المحيطات الواقعة عند خط الاستواء إلى المناطق القطبية
ينتقل بخار الماء الذي ينتج عن تصاعد الأبخرة من سطح الأرض في الجو بطريقة دورية. فعندما تسمح الأحوال الجوية بتصاعد الهواء الرطب الدافئ، فإن المياه التي يحتوي عليها هذا الهواء تتكاثف، ثم تسقط على السطح مرة أخرى على هيئة أمطار وثلوج. وبذلك فإن معظم المياه المتبخرة تعود مرة أخرى للمناطق المنخفضة من سطح الأرض عن طريق الأنهار، والتي عادةً ما تعود إلى المحيطات أو تتجمع في البحيرات. وتعتبر دورة المياه من الآليات الحيوية التي تدعم وجود الحياة على سطح كوكب الأرض، بالإضافة إلى أنها من العوامل الأولية التي تؤدي إلى تآكل التضاريس الموجودة على سطح الأرض على مَرّ الفترات الجيولوجية. وتتفاوت كميات الأمطار ما بين عدة أمتار من المياه سنويًا إلى أقل من ملليمتر. والجدير بالذكر أن دوران الهواء في الغلاف الجوي والسمات الطبوغرافية واختلاف درجات الحرارة المختلفة يسهم في تحديد متوسط كمية الأمطار التي تسقط على كل منطقة.
يمكن تقسيم الأرض إلى أحزمة ذات أحوال مناخية متجانسة تقريبًا، وذلك طبقًا لخطوط العرض. فمثلاً يمكن تقسيم الأحزمة الواقعة بداية من خط الاستواء وحتى المناطق القطبية إلى مناطق استوائية وشبه استوائية ومعتدلة وقطبية. كما يمكن تصنيف المناخ أيضًا طبقًا لدرجات الحرارة وكميات سقوط الأمطار وكذلك تصنيف الأقاليم المناخية وفقًا لكتل هوائية منتظمة. يتكون نظام تصنيف المناخ لكوبن (وفقًا للتعديل الذي أجراه والدمير كوبن تلميذ "رودولف جيير") من خمسة مجموعات كبيرة ألا وهي: المناطق الاستوائية الرطبة والجافة والمناطق الرطبة، التي تقع في منتصف خطوط العرض، والمناطق القارية والمناطق القطبية الباردة، والتي تم تقسيمها فيما بعد إلى مناطق أكثر تحديدًا.
الغلاف الجوي العلوي
صورة من وكالة ناسا تظهر مشهدًا من الفلك يوضح أن القمر بأكمله محجوب جزئيًا من خلال الغلاف الجوي للأرض.
ينقسم الغلاف الجوي فوق طبقة التروبوسفير عادة إلى الاستراتوسفير (الجزء العلوي من الغلاف الجوي والميزوسفير (الغلاف الجوي الأوسط) والثيرموسفير (الغلاف الحراري).وتتميز كل طبقة من الطبقات سالفة الذكر باختلاف في انخفاض معدل درجة الحرارة ـ الأمر الذي يوضح مدى التغير في درجات الحرارة وفقًا للارتفاع. هذا وتتلاشى طبقة الإكسوسفير (الطبقة الأخيرة في الغلاف الجوي) خلف هذه الطبقات في الغلاف المغناطيسي؛ حيث تعتبر هذه هي النقطة التي يتفاعل فيها المجال المغنطيسي مع الرياح الشمسية. تعتبر طبقة الأوزون جزءًا مهمًا من الغلاف الجوي لاستمرار الحياة على سطح كوكب الأرض، وتعد هذه الطبقة أحد مكونات الاستراتوسفير (الغلاف الطبقي) الذي يحمي سطح الأرض بشكل جزئي من الأشعة فوق البنفسجية. هذا ويتم إطلاق اسم "خط كارمان" على المنطقة الواقعة فوق سطح الأرض بحوالي 100 كيلومتر، وهي التي تفصل بين الغلاف الجوي والفضاء.
ونظرًا لوجود الطاقة الحرارية على كوكب الأرض، فإن بعض الجزيئات الموجودة على الحافة الخارجية للغلاف الجوي لكوكب الأرض تزيد سرعتها لدرجة أنها تهرب من نطاق جاذبية الكوكب. وهذا يؤدي إلى التسرب أو الهروب من الغلاف الجوي إلى الفضاء بشكل بطيء، وإن كان دائمًا. ونظرًا لأن غاز الهيدروجين يكون خفيفًا وذا وزن جزيئي منخفض، فإن سرعة هروبه في الفضاء تكون أكبر، كما أن معدل هروبه يكون أكبر من معدل هروب الغازات الأخرى. هذا ويعتبر تسرب غاز الهيدروجين في الفضاء الخارجي من العوامل المساهمة في تغير وضع الأرض من حالة الاختزال الأولية إلى حالة الأكسدة الحالية. جدير بالذكر أن عملية التمثيل الضوئي تعتبر مصدرًا للأكسجين الحر، ولكن يعتقد البعض أن فقد عوامل الاختزال مثل غاز الهيدروجين يعتبر شرطًا مسبقًا ضروريًا لتراكم غاز الأوكسجين في الغلاف الجوي على نطاق واسع. ومن ثم فإن قدرة غاز الهيدروجين على الهروب من الغلاف الجوي لكوكب الأرض ربما تكون قد أثرت على طبيعة الحياة على الكوكب. أما في الوقت الحالي، فإنه في ظل وجود الغلاف الجوي الغني بغاز الأكسجين، فإن معظم غاز الهيدروجين يتحول إلى ماء قبل أن تتاح له فرصة الهروب من الغلاف الجوي إلى الفضاء الخارجي. ولكن يرجع فقدان معظم غاز الهيدروجين إلى تدمير غاز الميثان في الغلاف الجوي العلوي.
المجال المغناطيسي
المجال المغنطيسي للأرض، وهو يقترب من أحد القطبين.
يتشكل المجال المغنطيسي لكوكب الأرض على هيئة مجال مغناطيسي ثنائي القطب تقريبًا، وذلك مع تقارب قطبي المجال المغناطيسي في الوقت الحالي من القطبين الجغرافيين للكوكب. وطبقًا لنظرية الدينامو، فإن المجال المغناطيسي لكوكب الأرض يتوالد داخل طبقة اللب الخارجي المنصهرة؛ حيث إن الحرارة في هذا المكان تؤدي إلى وجود حركات حمل حراري للمواد الموصلة للحرارة، مما يؤدي إلى توليد تيارات كهربائية. ويؤدي هذا الأمر بدوره إلى توليد المجال المغناطيسي لكوكب الأرض. والجدير بالذكر أن حركات الحمل الحراري في لب الأرض تتسم بطبيعة عشوائية وتغير دوري في محاذاتها. ويؤدي هذا الأمر بدوره إلى انعكاسات في المجال المغناطيسي على فترات فاصلة غير منتظمة تحدث بمتوسط عدد قليل من المرات كل مليون سنة. والجدير بالذكر أن آخر انعكاس في المجال المغناطيسي قد حدث منذ ما يقرب من 700,000 سنة.
هذا ويُكوّن المجال المغناطيسي للأرض الماجنتوسفير غلافها المغناطيسي الذي يساعد في انحراف الجسيمات الدقيقة الموجودة في الرياح الشمسية عن كوكب الأرض. وتبعد الحافة المواجهة للشمس والخاصة بالحد الفاصل بين الغلاف المغناطيسي والوسط المحيطي بمقدار 13 مرة من نصف قطر كوكب الأرض. كما ينتج عن الاصطدام الذي يحدث بين المجال المغناطيسي للأرض والرياح الشمسية ما يسمى بأحزمة "فان آلين" الإشعاعية ومنطقتين متحدتي المركز ومناطق مستديرة ذات نتوءات تتواجد بها جسيمات دقيقة مشحونة بالطاقة. وعندما تدخل البلازما (غازات عالية التأين) إلى الأقطاب المغناطيسية، يتكون الشفق.
مدار ودوران كوكب الأرض
الدوران
الميل المحوري للأرض وعلاقته بمحور الدوران ومستوى المدار.
تُقَدّر مدة دوران الأرض حول محورها بالنسبة للشمس – أي اليوم الشمسي المتوسط - بحوالي 86,400 ثانية من الوقت الشمسي المتوسط. جدير بالذكر أن كل ثانية من هذه الثواني تعتبر أطول من مدة الثانية الموجودة في النظام الدولي للوحدات بقليل؛ لأن اليوم الشمسي أصبح الآن أطول بقليل من اليوم الشمسي خلال القرن التاسع عشر، وذلك بسبب تسارع حركة المد والجزر. إن فترة دوران الأرض حول محورها وفقًا للنجوم الثابتة، والتي أطلقت عليها هيئة اسم اليوم النجمي المتوسط. تُقدر بحوالي 86164.098903691 ثانية من التوقيت الشمسي المتوسط (UT1) أو (23س 56د 4.09053083288ث). أما بالنسبة لفترة دوران الأرض حول نفسها وفقًا للاعتدال الربيعي المتوسط والمتقدم، والتي يسميها البعض خطأً "اليوم النجمي" أو "الفلكي"، فإنها تقدر بحوالي 86164.09053083288 ثانية من الوقت الشمسي المتوسط (23س 56د 4.09053083288ث).[99] وبذلك فإن اليوم الفلكي أقصر من اليوم النجمي بحوالي 8.4 جزء من الثانية. هذا ويمكن تحديد طول اليوم الشمسي المتوسط عن الفترات الممتدة بين أعوام 1623-2005 و1962-2005. عن طريق اللجوء إلى "مراجع هيئة قياس دوران الأرض العالمية".
وبصرف النظر عن الشهب التي تدخل نطاق الغلاف الجوي والأقمار التابعة التي تدور في مدارات منخفضة، فإن الحركات الرئيسية الظاهرة للأجرام السماوية الموجودة في سماء كوكب الأرض تحدث ناحية الغرب بمعدل 5°/س = 15'/د. جدير بالذكر أن هذه النسبة تعادل القطر الحقيقي للشمس أو القمر والذي يتم حسابه كل دقيقتين؛ حيث إن الحجم الظاهر للشمس والقمر يكون متساويًا تقريبًا.
المدار
يدور كوكب الأرض حول الشمس على بُعد مسافة 150 مليون كيلومتر تقريبًا كل 365.2564 يوم شمسي متوسط أو سنة فلكية، الأمر الذي يجعل الشمس تبدو للناظر من الأرض، تتحرك شرقًا بالنسبة للنجوم بمعدل 1°/يوم أو قطر الشمس أو القمر كل 12 ساعة. ونظرًا لهذه الحركة، فإنه في المتوسط تستغرق الأرض 24 ساعة - أي ما يعادل يوم شمسي - كي تتم دورة كاملة حول محورها وذلك حتى تعود الشمس إلى دائرة خط الزوال. هذا ويُقدر متوسط السرعة المدارية لكوكب الأرض بحوالي 30 كيلومتر/ثانية (108,000 كيلومتر/ساعة)، وهي تعتبر سرعة كافية لكي تغطي مسافة قطر الكوكب (حوالي 12,600 كيلومتر) في سبعة دقائق والمسافة إلى القمر (384,000 كيلومتر) في أربعة ساعات.
هذا ويدور القمر مع الأرض حول مركز الكتلة كل 27.32 يوم، وذلك وفقًا للنجوم الموجودة في الخلفية. وعندما يُضاف ما سبق إلى دوران الأرض والقمر حول الشمس، تكون فترة الشهر القمري (تلك الفترة التي تمتد بين تكوّن قمرين) حوالي 29.53 يوم. يُلاحظ الناظر للأرض من القطب الشمالي السماوي، أن حركة الأرض والقمر ودورانهما المحوري يكونوا جميعًا عكس عقارب الساعة. أما إذا نظر المرء إليها من نقطة أفضل أعلى القطبين الشماليين للشمس والقمر، فستبدو الأرض وكأنها تدور حول الشمس عكس عقارب الساعة. كما أن المستويات المدارية والمحورية لا تكون مستقيمة تمامًا؛ حيث إن محور الأرض يميل 23.5 درجة من تعامده على مستوى الأرض والشمس، ويميل مستوى الأرض والقمر حوالي 5 درجات بعيدًا عن مستوى الأرض والشمس. ودون هذا الميل، فإنه سيكون هناك كسوف وخسوف كل أسبوعين، وذلك بالتعاقب بين خسوف القمر وكسوف الشمس. يقدر نصف قطر منطقة نفوذ جاذبية الأرض بحوالي 1.5 جيغا متر (1,500,000 كيلو متر). وتعتبر هذه هي المسافة القصوى التي يكون تأثير جاذبية الأرض فيها أقوى من الشمس والكواكب الأبعد مسافة. والجدير بالذكر أن الأجسام يجب أن تدور حول الأرض في نطاق نصف القطر هذا، أو أنها تصبح غير محكومة بسبب اضطراب جاذبية الشمس.
تقع الأرض هي والنظام الشمسي في مجرة درب التبانة، حيث تدور على بُعد 28,000 سنة ضوئية من مركز المجرة. تقع الأرض في الوقت الحالي على بعد 20 سنة ضوئية فوق مستوى الاستواء للمجرة على ذراع الجبار الحلزوني.
صورة لمجرة درب اللبانة توضح موقع الشمس.
الفصول وميل محور الأرض
نظرًا لميل محور الأرض، فإن كمية ضوء الشمس التي تصل إلى أي نقطة على سطح الأرض تختلف على مدى شهور العام؛ حيث يحل فصل الصيف في نصف الكرة الأرضية الشمالي عندما يتجه القطب الشمالي ناحية الشمس، ويحل فصل الشتاء عندما يتجه القطب بعيدًا عن الشمس. خلال فصل الصيف، يستمر اليوم لفترة أطول وتكون الشمس أعلي في السماء، أما في فصل الشتاء فيصبح المناخ أكثر برودة بوجه عام ويصبح النهار أقصر. وفوق الدائرة القطبية الشمالية، يصبح الوضع متطرفًا، إذ لا تشرق الشمس على الإطلاق ـ بل يحل الليل القطبي طيلة 6 شهور. أما في النصف الجنوبي من الكرة فيكون الوضع معكوسًا تمامًا؛ حيث يكون القطب الجنوبي في اتجاه معاكس لاتجاه القطب الشمالي.
صورة للأرض والقمر من المريخ، تم التقاطها من خلال مسّاح المريخ العالمي. يمكن مشاهدة الأرض وهي تمر بمراحل مشابهة لمراحل القمر من الفضاء.
وطبقًا للقواعد الفلكية، يتم تحديد الفصول الأربعة عن طريق الانقلابين (نقطة في مدار أقصى ميل محوري باتجاه الشمس أو بعيدًا عنها) وكذلك الاعتدالين عندما يكون اتجاه الميل والاتجاه نحو الشمس عموديًا. جدير بالذكر أن الانقلاب الشتوي يحدث في 21 ديسمبر والانقلاب الصيفي يحدث في 21 يونيو تقريبًا، أما الاعتدال الربيعي فيحدث في حوالي 20 مارس، بينما يحدث الاعتدال الخريفي في 23 سبتمبر.هذا وتكون زاوية ميل الأرض ثابتة نسبيًا على مدى فترات طويلة من الزمن. ومع ذلك، فإن المحور يخضع أيضاً للترنح (رجف أو حركات غير منتظمة تحدث في محور الأرض بفعل الشمس والقمر) كل 18.6 سنة. كذلك فإن اتجاه محور الأرض (وليس الزاوية) يتغير أيضًا بمرور الوقت متحركًا في شكل دائرة ليتم دورة كاملة كل 25,800 دورة سنوية، وهذا التقدم الدائري هو سبب الاختلاف بين السنة الفلكية والسنة المدارية. وتحدث هاتان الحركتان بسبب اختلاف تجاذب الشمس والقمر عند الانبعاج الموجود في خط استواء كوكب الأرض. وإذا نظر المرء إلى القطبين من الأرض فإنه يلاحظ أن القطبين يتزحزحان أيضًا أمتارًا قليلة على سطح الأرض. وهذه الحركة القطبية تتألف من مكونات عديدة دورية يُطلق عليها جميعًا اسم الحركة شبه الدورية. وبالإضافة إلى المكون السنوي لهذه الحركة، توجد هناك دورة تحدث كل 14 شهر تعرف باسم "ترنح تشاندلر"، وهي حركة تنتاب دوران محور الأرض وتدوم نحو 14 شهرًا. هذا وتتفاوت سرعة دوران الأرض مما ينتج عنه ظاهرة تعرف باسم اختلاف طول فترة النهار.
أما في الوقت الحالي، فإن الحضيض الشمسي (أقرب نقطة في مدار الكوكب أو أي جرم سماوي آخر إلى الشمس) لكوكب الأرض يحدث في 3 يناير تقريبًا، بينما يحدث الأوج (وهي النقطة التي يكون فيها كوكب الأرض أبعد ما يكون عن الشمس) في 4 يوليو. ولكن هذه التواريخ تتغير على مدى الزمن؛ وذلك نظرًا للحركة المتقدمة والعوامل المدارية الأخرى التي تتبع أنماطًا دورية تعرف "بدورات ميلانكوفيتش". هذا وينتج عن تغير المسافة بين كوكب الأرض والشمس زيادة الطاقة الشمسية التي تصل إلى الأرض في مرحلة الحضيض الشمسي بنسبة تقدر بحوالي 6.9%، وذلك مقارنة بالطاقة الحرارية التي تصل إلى الكوكب عندما يكون في مرحلة الأوج وهي أبعد نقطة ممكنة عن الشمس. وبما أن الجزء الجنوبي للأرض يميل نحو الشمس تقريبًا في الوقت نفسه التي تصل فيه الأرض لأقرب نقطة ممكنة من الشمس، فإن النصف الجنوبي من الكرة الأرضية يتلقى طاقة شمس أكبر من تلك التي يتلقاها النصف الشمالي للكرة على مدار العام. ولكن تأثير هذا الأمر يعتبر أقل أهمية من التغير الإجمالي في الطاقة والذي يحدث بسبب ميل محور الأرض، كما يتم امتصاص الطاقة الزائدة بفعل النسبة العالية من المياه الموجودة في النصف الجنوبي من الكرة الأرضية.
المصدر:ويكيبيديا الموسوعة الحرة
