تُعد التروبوسفير أدنى طبقة من طبقات الغلاف الجوي الأرضي وموقعًا لكل التغيرات الجوية الأرضية. ترتبط طبقة التروبوسفير من الأعلى بطبقة من الهواء تدعى التروبوبوز ، والتي تفصل التروبوسفير عن الستراتوسفير، ومن الأسفل مع سطح الأرض. تكون طبقة التروبوسفير عريضة عند خط الاستواء وضيقة عند القطبين. تحتوي طبقة التروبوسفير على 75% من كتلة الغلاف الجوي ومعظم بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي ، إذ يبلغ وزن جسيمات الهواء -في يوم عادي- حوالي 10335 كيلوغرام في كل متر مربع. يتغير تركيز بخار الماء من كميات ضئيلة في المناطق القطبية إلى حوالي 4% في المناطق المدارية.
يتكون التروبوسفير من 78% من النيتروجين (الآزوت) و21% من الأكسجين والواحد بالمئة الباقية تتوزع بين الأرغون (0.9%) والأوزون الهيدروجيني (نوع من أنواع الأكسجين)، وكميات أخرى من الغازات.
تنخفض درجة الحرارة وتركيز بخار الماء الموجودين في طبقة التروبوسفير كلما زاد الارتفاع عن سطح الأرض. يلعب بخار الماء دورًا أساسيًا في تنظيم درجة حرارة الهواء لأنه يمتص الطاقة الشمسية والإشعاع الحراري من سطح الكوكب.
تحتوي طبقة التروبوسفير على 99% من بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي الأرضي. يتغير تركيز بخار الماء بحسب خطوط العرض (من الشمال إلى الجنوب)، إذ يكون التركيز أقصاه فوق المناطق المدارية وينخفض حتى يصل إلى 3% باتجاه المناطق القطبية.
يوجد ثاني أكسيد الكربون بتركيزات صغيرة في التروبوسفير ولكن قيمته تضاعفت منذ عام 1900 حتى يومنا هذا. يشبه ثاني أكسيد الكربون بخار الماء كونه غازًا دفيئًا، إذ يحبس حرارة الأرض بالقرب من السطح ويمنعها من إطلاق هذه الحرارة في الفضاء.
يتخوف العلماء من أن ارتفاع نسبة ثاني أكسيد الكربون سيؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة سطح الأرض خلال القرن القادم، ما سيؤدي إلى تغيرات أساسية في الأنماط المناخية حول العالم. قد تشمل هذه التغيرات تقلبًا في المناطق المناخية والذي سيؤدي بدوره إلى ذوبان الجليد في القطبين ما سيرفع نسبة المياه في المحيطات.
تنتج عن الحرارة غير المتساوية في مناطق التروبوسفير التي تسببها الشمس -تسخن الشمس الهواء عند خط الاستواء أكثر من القطبين- تيارات حمل حراري، وأنماطًا ضخمة من الرياح التي تحمل الحرارة والرطوبة حول العالم.
يرتفع الهواء في نصف الكرة الشمالي والجنوبي على طول خط الاستواء والمناطق شبه القطبية المناخية (خطوط العرض من 50 إلى حوالي 70 شمالًا وجنوبًا) وينخفض في المناطق القطبية وشبه المدارية.
ينحرف الهواء عن طريق دوران الأرض خلال حركته بين القطبين وخط الاستواء، ما يخلق أحزمة من الرياح السطحية تتحرك من الشرق إلى الغرب (الرياح الشرقية) في المناطق الاستوائية والقطبية، تتحرك الرياح من الغرب إلى الشرق (الرياح الغربية) في وسط خطوط العرض.
يتعطل هذا الدوران العالمي بسبب أنماط الرياح الدائرية المهاجرة لمناطق ضغط الهواء المرتفعة والمنخفضة، بالإضافة إلى التغيرات المفاجئة المحلية في سرعة واتجاه الرياح المعروفة باسم الاضطراب.
يُعد الضباب الدخاني صفة شائعة في طبقة التروبوسفير في المناطق المكتظة بالسكان، إذ يمنع الرؤية ويهيِّج العينين والحلق. يتكون الضباب الدخاني عندما تتراكم الملوثات بالقرب من سطح الأرض تحت طبقة متقلبة (طبقة من الهواء لا تُطبَق فيها القاعدة المعتادة التي تقضي بانخفاض درجة حرارة الهواء مع الارتفاع)، وتخضع هذه الطبقة لسلسلة من التفاعلات الكيميائية مع الملوثات الموجودة التي تحاول الصعود نحو الغلاف الجوي العلوي. يُعد الحمل الحراري الآلية المسؤولة عن النقل الرأسي للحرارة في التروبوسفير بينما تنتقل الحرارة أفقيًا عن طريق عملية الالتحام.
يُطلق على عملية تبادل الماء وحركته بين الأرض والغلاف الجوي اسم دورة الماء. تحدث هذه الدورة عندما تبدأ الشمس بتبخير كميات كبيرة من الماء من سطح الأرض وتنتقل الرطوبة إلى مناطق أخرى عن طريق الرياح. يتكثف بخار الماء وتولد السحب، عندما يرتفع الهواء ويتسع ويتبرد، تغطي السحب أجزاءً كبيرةً من كوكب الأرض وتتوزع من سحب رقيقة إلى عملاقة.
عندما تكبر جزيئات الماء السائل أو الصلب وتصل إلى حجم كافي، فإنها تهطل على سطح الأرض. يعتمد هذا الهطول الذي قد يكون مطرًا، ثلجًا، أو بَرَدًا، أو مطرًا ممزوجًا بالثلج، على درجة حرارة الهواء الذي يسقط من خلاله.
ينعكس جزء من أشعة الشمس التي تدخل الغلاف الجوي مباشرةً نحو الفضاء، ولكن الجزء الباقي يخترق الغلاف الجوي ويمتصه سطح الأرض. يعاد بث الطاقة التي يمتصها سطح الأرض نحو الغلاف الجوي على شكل إشعاع موجي طويل.
تمتص جزيئات الماء وثاني أكسيد الكربون الموجودة في التروبوسفير هذه الطاقة وتعيد معظمها نحو الأرض مجددًا. يحافظ هذا التبادل المنظم للطاقة بين الأرض والغلاف الجوي على متوسط درجة حرارة الكوكب من التغير المفاجئ من عام إلى عام.
اقرأ أيضًا:
الغلاف الجوي للأرض : المكونات والمناخ والطقس
غيرت البشرية الفصول المناخية للمرة الأولى في التاريخ
ترجمة: مازن سفّان
تدقيق: مينا خلف
