الغازات المتواجدة في الغلاف الجوي ودورها في الحياة

هناك علاقة لا تتجزأ بين الحياة على الأرض والعناصر الكيميائية والغازات ودورها في استمرارية هذه الحياة، نحن نعيش على كوكب الأرض الذي يعرف بأنه الكوكب الوحيد في النظام الشمسي الذي يمتلك غلاف جوي من خلال يمكنه الحفاظ على الحياة، علما أن غطاء الغازات هذا الذي يحيط بالأرض لا يتضمن الهواء الذي نتنفسه فقط وإنما يحمينا أيضًا من انفجارات الحرارة والإشعاعات المنطلقة من الشمس، كما أنه يدفىء الكوكب نهارًا ويبرده ليلًا.

وفرة الغازات في الغلاف الجوي

في الجدول التالي للغازات الأكثر وفرة في الجزء السفلي من الغلاف الجوي للأرض (حتى 25 كم)، وفي حين أن النسبة المئوية للنيتروجينوالأكسجين مستقرة إلى حد ما فإن كمية غازات الدفيئة تتغير وتعتمد على الموقع، وبخار الماء متغير للغاية.

تتضمن بعض المعلومات غازات أخرى في هذه القائمة مثل غاز الكريبتون أقل وفرة من غاز الهيليوم، ولكنه أكثر وفرة من غاز الهيدروجين، وهناك غاز الزينون وهو أقل وفرة من غاز الهيدروجين وغاز ثاني أكسيد النيتروجين وهو أقل وفرة من الأوزون، وغاز اليود وهو أقل وفرة من الأوزون.

لماذا من المهم معرفة وفرة الغازات وما هو دورها

• علما أن هذه الغازات تمتلك دورا إيجابيا في الحياة مثل غاز الأكسجين الذي هو السبب الأساسي في بقاءنا على قيد الحياة فهناك أيضا جوانب سلبية لها وبالتالي سنذكر أهم الغازات في الغلاف وتأثيرها على الحياة.

• من المهم جدا معرفة أي الغازات أكثر وفرة في قشرة الأرض والبحث في خصائص كلا منها، وما هي الغازات الأخرى الموجودة في الغلاف الجوي للأرض أيضا، ومعرفة كيف يتغير تكوين الهواء مع الارتفاع مع الوقت ولأي نوع من الأسباب، كل هذه المعلومات تساعدنا في فهم الطقس والتنبؤ به.

• كمية بخار الماء في الهواء ذات صلة خاصة بالتنبؤ بالطقس، إذ يساعدنا كيفية تكوين الغاز على فهم تأثيرات المواد الكيميائية الطبيعية، والتي من صنع الإنسان والتي يتم إطلاقها في الغلاف الجوي، كما ويعتبر تكوين الغلاف الجوي مهمًا للغاية بالنسبة للمناخ لذلك قد تساعدنا التغيرات في الغازات على التنبؤ بتغير مناخي واسع النطاق.

• في الواقع تعتبر هذه الغازات موضوعًا مهما عندما يتعلق الأمر بالاحتباس الحراري ودوره في التأثير على البيئة وتمتص هذه الغازات الطاقة الحرارية المنبعثة من سطح الأرض وتعيد إشعاعها مرة أخرى إلى الأرض، وبهذه الطريقة فإنها تساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري والتي تمنع الكوكب من فقدان كل حرارته من السطح ليلاً.

• تحدد كمية تركيز هذه الغازات المختلفة في الغلاف الجوي مقدار الحرارة التي يمتصها الغلاف الجوي كما ويعاد إشعاعها إلى السطح مرة أخرى، والأنشطة البشرية وخاصة احتراق الوقود الأحفوري منذ الثورة الصناعية مسؤولة عن الزيادة الكبيرة في تركيز الغازات في الغلاف.

• علما أن وجود الغازات يعمل على حماية الحياة من بعض أنواع الإشعاعات الضارة كالأشعة فوق البنفسجية، وتعمل أيضا على حماية سطح الأرض من أن تحتوي على كميات عالية من الحرارة بواسطة الإشعاع الشمسي، وأيضا تحميها من خلال أنها تفقدها جزءا كبيرا من الحرارة عن طريق الإشعاع الأرضي، علما أن وجود بخار الماء هو السبب الرئيسي لوجود الماء على هذا الكوكب.

• كما ويعد الهواء وهو بالتأكيد المكون الرئيسي للغلاف الجوي وسيط مهم جدا من أجل نقل الأمواج الصوتية وإلا ما كنا لنستطيع أن نسمع الأصوات؛ لأنها لا تنتقل ببساطة في الفراغ، ووجود الهواء أيضا هو العامل الرئيسي الذي جعل الطيران ممكن، كما ويعمل الهواء على انتشار الأشعة وتشتتها من جهة ويعمل على تكاثف بخار الماء من جهة أخرى.

• بخار الماء ذو الصيغة الكيميائية التالية (H₂O) هو يعد من أقوى الغازات المتواجدة في الغلاف الجوي للأرض، كما ويعد أحد الأنواع الفريدية بين غازات الاحتباس الحراري، ولا يمكن أن يتم تعديل كمية بخار الماء في الغلاف الجوي حيث أنه وبشكل عام يتم تحديدها بواسطة درجات حرارة الهواء، وذلك بالتأكيد له علاقة بالسلوك البشري، علما أنه كلما كان السطح أكثر حرارة زاد معدل تبخر الماء من السطح، وبالتالي يؤدي زيادة عملية التبخر إلى زيادة تراكيز ونسب بخار الماء في الغلاف الجوي السفلي القادر على امتصاص الأشعة تحت الحمراء وإصدارها إلى أسفل.

• وهناك أيضا غاز ثاني أكسيد الكربون ذو الصيغة الكيميائية التالية (CO2)، والذي هو من الغازات الأبرز وتشمل مصادر ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي البراكين واحتراق المادة العضوية وانحلالها بالإضافة إلى التنفس عن طريق الكائنات الهوائية (التي تستخدم الأكسجين) وحرق الوقود الأحفوري وتنظيف الأرض وإنتاج الأسمنت من قبل البشر.

• وهناك غاز الميثان ذو الصيغة الكيميائية التالية (CH4) وهو يعد ثاني أهم الغازات المتواجدة في الغلاف، كما إنه يعتبر أقوى من ثاني أكسيد الكربون ولكنه موجود بتركيزات أقل بكثير في الغلاف الجوي، حيث يتواجد الميثان أيضًا في الغلاف الجوي لفترة زمنية أقصر من فترة بقاء ثاني أكسيد الكربون، حيث تبلغ مدة بقاء غاز الميثان 10 سنوات تقريبًا مقارنة بمئات السنين بالنسبة لثاني أكسيد الكربون، كما وتشمل المصادر الطبيعية للميثان العديد من الأراضي الرطبة والبكتيريا المؤكسدة للميثان التي تتغذى على المواد العضوية التي يستهلكها النمل الأبيض والبراكين وغيرها.

• ثاني أهم الغازات هو الأوزون السطحي أو المنخفض المستوى (O3) نتيجة لتلوث الهواء، ويجب تمييزه عن O3 الستراتوسفير الذي يحدث بشكل طبيعي، والذي له دور مختلف تمامًا في توازن الإشعاع الكوكبي، حيث أن المصدر الطبيعي الأساسي لسطح O3 هو هبوط طبقة الستراتوسفير O3 من الغلاف الجوي العلوي باتجاه سطح الأرض، وعلى النقيض من ذلك فإن المصدر الأساسي لسطح O3 الذي يحركه الإنسان هو في التفاعلات الكيميائية الضوئية التي تتضمن أول أكسيد الكربون (CO) كما هو الحال في الضباب الدخاني.

• وتشمل الغازات النزرة الإضافية أيضا والتي تنتج عن عملية النشاط الصناعي، والتي أيضا تمتلك خصائص الاحتباس الحراري أكسيد النيتروز (N2O) بالإضافة إلى الغازات المفلورة (الهالوكربونات)، كما وتشمل الأخيرة سداسي فلوريد الكبريت ومركبات الكربون الهيدروفلورية (HFCs)، وبالإضافة إلى مركبات الكربون المشبعة بالفلور (PFCs)، كما وتحتوي أكاسيد النيتروز على تركيز خلفي صغير بسبب التفاعلات البيولوجية الطبيعية في التربة والمياه، بينما تدين الغازات المفلورة بوجودها بالكامل تقريبًا إلى المصادر الصناعية.