در شیمی دهم دبیرستان، موضوع جو زمین و لایه‌های آن به‌عنوان یکی از مباحث پایه مطرح می‌شود. در این متن قصد دارم علاوه بر معرفی لایه‌های جو، به تفاوت ترکیب شیمیایی هر لایه و نقش آن‌ها در پدیده‌های جوی و زیست‌محیطی بپردازم.

جو زمین: ترکیبی از گازها

جو زمین عمدتاً از نیتروژن (۷۸ درصد)، اکسیژن (۲۱ درصد)، و مقادیر کمی از آرگون، دی‌اکسید کربن، و گازهای کمیاب تشکیل شده است. اما این ترکیب در لایه‌های مختلف به دلیل شرایط فیزیکی و شیمیایی متفاوت، تغییر می‌کند.

لایه‌های جو و ترکیب شیمیایی آن‌ها

1. تروپوسفر (Troposphere): لایه نزدیک به زمین

  • ارتفاع: ۰ تا ۱۸ کیلومتر.
  • ترکیب شیمیایی:
    • گازهای اصلی: نیتروژن و اکسیژن.
    • گازهای فرعی: دی‌اکسید کربن (CO₂) و بخار آب (H₂O) در مقادیر متغیر.
  • ویژگی‌ها:اهمیت شیمیایی: این لایه مهم‌ترین ناحیه برای بررسی اثر گلخانه‌ای و آلودگی هوا است.
    • محل وقوع پدیده‌های جوی مانند باران، برف، و ابرها.
    • وجود آلاینده‌های انسانی مانند مونوکسید کربن (CO) و ترکیبات گوگردی (SOx).

2. استراتوسفر (Stratosphere): لایه ازن

  • ارتفاع: ۱۸ تا ۵۰ کیلومتر.
  • ترکیب شیمیایی:
    • گازهای اصلی: نیتروژن و اکسیژن.
    • گازهای ویژه: وجود غلظت بالای ازن (O₃) در قسمت بالایی این لایه.
  • ویژگی‌ها:اهمیت شیمیایی: مطالعه این لایه برای درک فرآیندهای شیمیایی مرتبط با ازن و اثرات تخریب آن حیاتی است.
    • لایه ازن، اشعه‌های فرابنفش (UV) مضر خورشید را جذب می‌کند.
    • واکنش‌های شیمیایی تخریب ازن توسط ترکیبات کلروفلوئوروکربن (CFCs).

3. مزوسفر (Mesosphere): لایه سرد

  • ارتفاع: ۵۰ تا ۸۵ کیلومتر.
  • ترکیب شیمیایی:
    • کاهش تدریجی نیتروژن و اکسیژن.
    • حضور غلظت کمی از اکسیدهای فلزی (مانند NaO و FeO) به دلیل سوختن شهاب‌ها.
  • ویژگی‌ها:اهمیت شیمیایی: بررسی این لایه برای فهم تعاملات میان شهاب‌ها و جو اهمیت دارد.
    • دمای بسیار پایین (حدود ۹۰- درجه سلسیوس).
    • پدیده سوختن شهاب‌ها در این لایه.

4. ترموسفر (Thermosphere): لایه دمای بالا

  • ارتفاع: ۸۵ تا ۶۰۰ کیلومتر.
  • ترکیب شیمیایی:
  • گازهای سبک‌تر مانند هیدروژن (H₂) و هلیوم (He) غالب هستند.
    • وجود یون‌های اکسیژن (O⁺)، نیتروژن (N⁺)، و هلیوم به دلیل یونیزاسیون ناشی از تابش‌های خورشیدی.
    • ویژگی‌ها:اهمیت شیمیایی: بررسی یون‌های موجود در این لایه برای توسعه فناوری‌های ارتباطی و پیش‌بینی رفتار مغناطیسی زمین حیاتی است.
      • افزایش دما تا بیش از ۱۵۰۰ درجه سلسیوس به دلیل جذب مستقیم انرژی خورشیدی.
      • ایجاد شفق‌های قطبی به دلیل تعامل بین ذرات باردار خورشیدی و میدان مغناطیسی زمین.

    5. اگزوسفر (Exosphere): مرز نهایی جو

    • ارتفاع: ۶۰۰ تا ۱۰ هزار کیلومتر.
    • ترکیب شیمیایی:
      • گازهای بسیار سبک مانند هیدروژن و هلیوم.
      • چگالی گازها بسیار پایین است و مولکول‌ها به‌ندرت با یکدیگر برخورد می‌کنند.
    • ویژگی‌ها:اهمیت شیمیایی: مطالعه این لایه برای بررسی تبادل گازها بین زمین و فضا و توسعه فناوری فضایی مهم است.
      • این لایه مرز بین جو زمین و فضای بیرونی محسوب می‌شود.
      • مولکول‌ها می‌توانند به دلیل سرعت بالا از نیروی جاذبه زمین فرار کنند.

    تفاوت ترکیب شیمیایی لایه‌ها: نکات کلیدی

    • غلظت گازها: غلظت نیتروژن و اکسیژن از تروپوسفر به سمت لایه‌های بالاتر کاهش می‌یابد، در حالی که گازهای سبک‌تر در لایه‌های بالایی غالب می‌شوند.
    • وجود گازهای ویژه:اثر تابش خورشید: شدت یونیزاسیون و تفکیک مولکولی با افزایش ارتفاع بیشتر می‌شود.
      • لایه ازن در استراتوسفر.
      • یون‌های باردار در ترموسفر.
      • اکسیدهای فلزی در مزوسفر.