كيف تؤثر الطاقة الشمسية على الغلاف الجوي للأرض

توفر الشمس الطاقة لكل ما يحدث على الأرض تقريبًا. أوضح العلماء في مختبر فيزياء الغلاف الجوي والفضاء أن: "الإشعاع الشمسي يشغّل ديناميكيات الدورة الدموية المعقدة والمترابطة بإحكام ، والكيمياء ، والتفاعلات بين الغلاف الجوي والمحيطات والجليد والأرض التي تحافظ على البيئة الأرضية كموطن للبشرية ". بعبارة أخرى ، يحدث كل شيء تقريبًا في الغلاف الجوي بسبب الطاقة الشمسية طاقة. يمكن إثبات ذلك ببعض الأمثلة المحددة.

يضرب ضوء الشمس الأرض مباشرة عند خط الاستواء وبالقرب منه. تعمل الطاقة الشمسية الإضافية الممتصة هناك على تسخين الهواء والأرض والمياه. يتم إرجاع الحرارة من الأرض والمياه إلى الهواء مرة أخرى ، مما يزيد من تسخينها. يرتفع الهواء الساخن. يجب أن يحل شيء ما مكانه ، لذلك يندفع الهواء البارد القادم من الشمال والجنوب. يؤدي ذلك إلى تدفق الهواء - دائرة من خط الاستواء لأعلى وتنقسم إلى الشمال والجنوب ، ثم تبرد وتهبط مرة أخرى إلى السطح وتعكس الاتجاه للتوجه نحو خط الاستواء مرة أخرى. أضف تأثيرات دوران الأرض وستحصل على رياح تجارية - التدفق المستمر للهواء عبر سطح الأرض. على الرغم من تعديل الرياح من خلال دوران الأرض ، فمن المهم أن ندرك أنها لم تنشأ عن دوران الأرض. بدون الطاقة الشمسية لن تكون هناك رياح تجارية أو تيارات نفاثة.

بعض الأطوال الموجية للطاقة الشمسية قوية بما يكفي لفصل الجزيئات عن بعضها. يفعلون ذلك عن طريق إعطاء الكثير من الطاقة للإلكترون بحيث ينطلق مباشرة من الجزيء. هذه عملية تسمى التأين ، والذرات موجبة الشحنة التي تُركت وراءها تسمى الأيونات. في الغلاف الجوي العلوي ، على بعد 80 كيلومترًا (50 ميلًا) فوق السطح ، تمتص جزيئات الأكسجين أطوال الموجات فوق البنفسجية - أطوال موجات الإشعاع الشمسي بين 120 و 180 نانومتر (المليار من متر). لأن ضوء الشمس يخلق أيونات على هذا الارتفاع ، فإن تلك الطبقة من الغلاف الجوي تسمى الأيونوسفير. يؤثر ضوء الشمس على الغلاف الجوي للأرض ، ولكن من الآثار الجانبية أن الغلاف الجوي يمتص هذه الأشعة فوق البنفسجية الخطيرة.

حوالي 25 كيلومترًا (15 ميلًا) فوق السطح ، يكون الغلاف الجوي أكثر كثافة بكثير مما هو عليه في طبقة الأيونوسفير. هنا أعلى كثافة لجزيئات الأوزون. تتكون جزيئات الأكسجين المنتظمة من ذرتين من الأكسجين ؛ يتكون الأوزون من ثلاث ذرات أكسجين. يمتص الأيونوسفير الأشعة فوق البنفسجية من 120 إلى 180 نانومتر ، ويمتص الأوزون الموجود تحته الأشعة فوق البنفسجية من 180 إلى 340 نانومتر. هناك توازن طبيعي لأن الأشعة فوق البنفسجية تقسم جزيء الأوزون إلى جزيء أكسجين ثنائي الذرة وذرة أكسجين واحدة ؛ ولكن عندما تصطدم ذرة واحدة بجزيء أكسجين آخر ، فإن الأشعة فوق البنفسجية تساعدها على الالتحام معًا لتكوين جزيء أكسجين جديد. مرة أخرى ، من المصادفة السعيدة أن الكيمياء الضوئية التي تحدث في طبقة الأوزون تمتص الكثير من الأشعة فوق البنفسجية التي من شأنها أن تصل إلى الأرض وتخلق خطرًا على الكائنات الحية.

مكون آخر مهم للغلاف الجوي هو بخار الماء. يحمل بخار الماء الحرارة بسهولة أكبر من الغازات ، لذا فإن تداول بخار الماء له أهمية حاسمة بالنسبة للطقس. إنها أيضًا ذات أهمية بالغة للحياة على الأرض ، حيث يتم تسخين المياه من المحيطات بواسطة ضوء الشمس لتصل إلى الغلاف الجوي حيث تهبها الرياح فوق الأرض. عندما يبرد الماء ، يعود إلى السطح كمطر. إن حركة جبهات العواصف ناتجة إلى حد كبير عن الاصطدامات بين الكتل الهوائية ذات المحتوى المائي المختلف. كل عاصفة من الرياح ، كل عاصفة رأيتها من قبل ، كل إعصار وإعصار كانت مدفوعة بالطاقة الشمسية.