أكثر

4.1: تكوين الغلاف الجوي - علوم الأرض

4.1: تكوين الغلاف الجوي - علوم الأرض


توجد الغازات الرئيسية التي يتكون منها الغلاف الجوي اليوم في الجدول ( PageIndex {1} ). يتم تعريف نسبة خلط الغاز X على أنها جزء من إجمالي عدد مولات الغاز X. على سبيل المثال ، 78 مول من كل 100 مول من الهواء عبارة عن نيتروجين ، لذا فإن نسبة خلط النيتروجين تساوي 0.78. لاحظ أنه في تكوين الغلاف الجوي ، تكون نسبة الخلط هي حيوانات الخلد من الغاز مقسومًا على مجموع مولات الهواء. في المقابل ، فإن نسبة خلط بخار الماء هي كتلة من بخار الماء مقسومًا على كتلة من الهواء الجاف.

الجدول ( PageIndex {1} ): المكونات الرئيسية في الغلاف الجوي الحالي للأرض
المقوم، مكون، جزء منالكتلة الجزيئية (جم / مول)نسبة الخلط (مول مول-1)دور في الغلاف الجوي
نيتروجين (N2)28.0130.7808شفاف؛ يوفر السعة الحرارية والزخم ؛ تبادل مع الكتلة الحيوية. تتحلل في الاحتراق
الأكسجين (O2)31.9980.2095شفافة باستثناء الأشعة فوق البنفسجية الشديدة ؛ يوفر بعض السعة الحرارية والزخم ؛ تبادل مع الحياة مصدر للغازات التفاعلية الهامة مثل الأوزون
الأرجون (Ar)39.9480.0093لا دور
ثاني أكسيد الكربون (CO2)44.0100.000385 (385 جزء في المليون)شفاف في المرئي يمتص ضوء الأشعة تحت الحمراء (أي يساهم في الاحتباس الحراري) ؛ تبادل مع الحياة نتاج الاحتراق
نيون (ني)20.1830.0000182لا يوجد دور ، ولكن يجعل علامات متوهجة ملونة
بخار الماء (H2س)18.0152 × 10-6 إلى 0.05غاز شفاف في المرئي ؛ يمتص ضوء الأشعة تحت الحمراء (أي يساهم في الاحتباس الحراري) ؛ يوجد بخار ، سائل ، صلب ؛ تبادل مع الحياة نتاج الاحتراق
جزيئات الهباء الجوييختلف0-500 ميكروغرام م-3 (لاحظ الوحدات المختلفة)ضروري لتشكيل السحب ؛ تتفاعل مع الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء ؛ متبادل مع الأسطح والحياة
الميثان (CH4)16.040.00000182 (1820 جزء في المليون)شفاف في المرئي يمتص في الأشعة تحت الحمراء (أي يساهم في الاحتباس الحراري) ؛ تبادل مع الحياة مصدر ثاني أكسيد الكربون2 و ح2ا
الأوزون (O3)48.000.01 - 10 جزء في المليونشفاف في المرئي يمتص في الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء. رد الفعل ومصدر للغازات الأكثر تفاعلية
حبيباتيختلف0-100 ميكروغرام م-3 الهواءيمتص وينثر الضوء ؛ بمثابة CCN و IN (انظر أدناه)

تشمل السمات الرئيسية للغازات قابليتها للانضغاط (أي القدرة على التوسع أو الانكماش في الحجم) ، وشفافيتها في المرئي ، وزخمها ، وقدرتها الحرارية. يتمتع بخار الماء بميزة إضافية مهمة تتمثل في الأطوار البخارية والسائلة والصلبة في الغلاف الجوي وعلى سطح الأرض. من أهم خصائص الجسيمات الصغيرة قدرتها على الذوبان في الماء من أجل أن تكون نوى تكثيف السحابة (CCN) أو للحفاظ على هيكل شبكي مشابه للثلج ليكون نوى جليدية (IN) ، بالإضافة إلى قدرتها على امتصاص أشعة الشمس وتبديدها. تعتمد هذه الخصائص كليا على حجم الجسيمات وتكوينها. تشارك معظم غازات الغلاف الجوي في كيمياء الغلاف الجوي ، والتي تبدأ بضوء الشمس ، كما سترون قريبًا.

الوحدات المستخدمة عند قياس تكوين الغلاف الجوي

تُستخدم ثلاث وحدات مختلفة عادةً عند تحديد كميات الغازات. الأول هو نسبة الخلط الكتلي ، وهي كتلة نوع كيميائي مقسومة على الكتلة الكلية للهواء. لقد واجهت هذا بالفعل مع الرطوبة المحددة لبخار الماء. والثاني هو نسبة خلط الحجم ، وهي عبارة عن عدد جزيئات نوع كيميائي في وحدة حجم مقسومًا على العدد الإجمالي لجميع الجزيئات في وحدة حجم. بالنسبة للغازات التي تحتوي على أجزاء كبيرة نسبيًا مثل النيتروجين والأكسجين والأرجون ، نستخدم النسبة المئوية للإشارة إلى هذا الكسر. بالنسبة للغازات الصغيرة مثل ثاني أكسيد الكربون والأوزون ، نستخدم أجزاء في المليون (10-6) جزء في المليون أو أجزاء في المليار (10-9) ppbv بالحجم (بمعنى العدد وليس الكتلة). أخيرًا ، نحتاج إلى استخدام التركيز ، أو العدد لكل وحدة حجم ، لحساب معدلات التفاعل وأعمارها.

للتحويل بين نسب خلط الحجم والتركيزات ، استخدم الإجراء التالي. بالنسبة للأنواع X ، للتحويل من نسبة الاختلاط ، يتم تدوين χX، للتركيز المشار إليه بعلامة [X] ، استخدم قانون الغاز المثالي لإيجاد عدد الجزيئات الكلية في سم3 ثم اضرب في χX، معبرًا عنه في صورة كسر. افترض أن p = 960 hPa (أو mb) و T = 296K ، و X = 60 ppbv ، إذن

[X] = frac {p} {k T} chi_ {X} = frac {96000 P a} { left (1.38 times 10 ^ {- 23} JK ^ {- 1} text { جزيء} ^ {- 1} right) (296 K)} left ( frac {1 m ^ {3}} {10 ^ {6} cm ^ {3}} right) 60 × 10 ^ {- 9 } = 1.4 times 10 ^ {12} ، جزيئات سم ^ {- 3} ]


4.2 التغييرات في تكوين الغلاف الجوي

منذ أن تشكلت الأرض قبل أكثر من 4 مليارات سنة ، تغير الغلاف الجوي بشكل عميق. تشير مجموعة متنوعة من الأدلة الجيوكيميائية والبيئية (الأحفورية) إلى أن مستويات الأكسجين ارتفعت بشكل كبير منذ حوالي ملياري سنة. تشير هذه الأدلة أيضًا إلى أن مستويات ثاني أكسيد الكربون كانت أعلى بكثير في وقت سابق من تاريخ الأرض ، مما سمح للأرض بأن تكون في درجة حرارة صالحة للسكن على الرغم من حقيقة أن ناتج الشمس كان أقل بكثير (حوالي 25 ٪) مقارنةً باليوم ، مما أدى إلى حل هذه المشكلة. - يسمى "باهتة - يونغ - صن متناقضة". نناقش أدناه التغييرات في تكوين الغلاف الجوي على مدى 800000 سنة الماضية ، ومئات السنين القليلة الماضية ، والعقود العديدة الماضية.

التغييرات على مدى 800000 سنة الماضية

لقد تعلمنا الكثير عن كيفية تغير تركيبة الغلاف الجوي من قياسات الغازات في الفقاعات المحصورة في قلب الجليد. يوضح الشكل أدناه ، الذي يوضح مثل هذه القياسات من لب جليدي في القطب الجنوبي ، أن اثنين من الغازات الدفيئة الرئيسية ، أول أكسيد الكربون2 و CH4، التي خضعت لتغيرات كبيرة وسريعة على مدى 400000 سنة الماضية. الاختلافات دورية أيضًا ، مع انخفاض سريع يتبعه زيادة تدريجية كل 100000 سنة أو نحو ذلك ، وهي تقريبًا في الطور مع درجة الحرارة وتخرج من الطور مع حجم الجليد. تعكس الاختلافات الدورية مجيء وذهاب العصور الجليدية. تم قياس دورات مماثلة منذ 800000 سنة بالنسبة لثاني أكسيد الكربون2 و CH4 وغيرها من الأدلة الأحفورية تشير إلى أن الفترة الحالية من العصور الجليدية التي نحن فيها الآن بدأت منذ حوالي 2.6 مليون سنة. هذه التغييرات في CO2 و CH4 كانت مدفوعة في النهاية بالتغيرات في مدار الأرض ومحور الدوران ، مما أدى إلى تغييرات في كمية الإشعاع الشمسي المتلقاة عند خطوط العرض المختلفة خلال المواسم المختلفة. يعتبر الإشعاع الشمسي الصيفي عند خطوط العرض الشمالية العليا مهمًا بشكل خاص (المنحنى السفلي أدناه) ، لأنه ينظم كيفية نمو الصفائح الجليدية الكبيرة في نصف الكرة الشمالي. أدت هذه التغيرات في الإشعاع الشمسي إلى تغيرات في درجة حرارة الأرض ودوران المحيطات والعمليات الأخرى التي تؤثر على ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2 و CH4، مما أدى إلى تضخيم التغيرات في درجة حرارة الأرض.

التغييرات على مدى بضع مئات من السنين الماضية

بدأت فترة الهولوسين منذ حوالي 12000 عام ، في نهاية العصر الجليدي الأخير ، وتمثل فترة من الاستقرار النسبي في المناخ وتركيزات الغاز في الغلاف الجوي. خلال هذا الوقت ، تكشف بيانات قلب الجليد عن مستويات ثاني أكسيد الكربون2 و CH4 في الغلاف الجوي كانت ثابتة نسبيًا عند حوالي 280 جزء من المليون و 650 جزء من المليون على التوالي. ثم ، كما هو موضح أدناه ، مستويات كلا الغازين ، بالإضافة إلى غاز دفيئة آخر ، أكسيد النيتروز (N2O) ، زادت بسرعة منذ حوالي 200 عام. هذه الزيادات ، التي تزامنت مع الثورة الصناعية ، كانت بسبب النشاط البشري ، بما في ذلك حرق الوقود الأحفوري وتعزيز إزالة الغابات والزراعة. الزيادات في غازات الدفيئة الثلاثة هذه هي السبب الرئيسي لارتفاع درجة حرارة الأرض بنحو 1 درجة مئوية خلال القرن الماضي.

تكشف البيانات الجليدية الأساسية عن العديد من التغييرات الأخرى المثيرة للاهتمام في الغلاف الجوي التي حدثت خلال الـ 200 عام الماضية أو نحو ذلك ، لا سيما في نصف الكرة الشمالي. على سبيل المثال ، داخل الجليد نفسه ، يمكن للمرء أن يرى زيادات في كمية النترات والكبريتات ، والتي يتم إنتاجها في النهاية من احتراق الوقود الأحفوري. هذه المكونات هي المكونات الرئيسية للمطر الحمضي ، وفي الواقع ، تكشف البيانات من نفس قلب الجليد أيضًا عن زيادة في الحموضة.

التغييرات على مدى العقود العديدة الماضية

تعكس التغييرات في تكوين الغلاف الجوي على مدى العقود العديدة الماضية بشكل أساسي التغيرات في النشاط البشري.

مع زيادة انبعاثات الوقود الأحفوري خلال العقود الأخيرة ، زاد معدل نمو ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2، كما يتضح من الانحناء المقعر لأعلى في الشكل أدناه. تضاعف معدل النمو تقريبًا من حوالي 1 جزء في المليون سنويًا في الستينيات إلى حوالي 2 جزء في المليون سنويًا في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. وفقًا لمشروع الكربون العالمي ، 86٪ من ثاني أكسيد الكربون البشري المنشأ2 الانبعاثات خلال الفترة 2009-2018 كانت من حرق الوقود الأحفوري و 14٪ كانت من تغير استخدام الأراضي (على سبيل المثال ، إزالة الغابات). ومع ذلك ، CO2 حقنها في الغلاف الجوي من النشاط البشري لا تبقى هناك. 44٪ من الانبعاثات الناتجة عن النشاط البشري خلال الفترة 2009-2018 تراكمت في الغلاف الجوي ، و 29٪ تمتصها النظم البيئية الأرضية ، و 23٪ امتصتها المحيطات ، و 4٪ غير محسوبة (مشروع الكربون العالمي). تُركب على الاتجاه المتسارع على مدى العقود القليلة الماضية دورة سنوية يكون فيها ثاني أكسيد الكربون2 ينخفض ​​خلال فصل الصيف في نصف الكرة الشمالي ويرتفع خلال معظم بقية العام. تعكس هذه الدورة عملية التمثيل الضوئي (ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2 بالوعة) والتنفس (ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2 مصدر) النظم البيئية الأرضية في نصف الكرة الشمالي ، حيث توجد معظم الأراضي. لاحظ أن الزيادة الحالية إلى ما يزيد عن 400 جزء في المليون من القيمة يمتد الآن أعلى بكثير من أي وقت آخر في النصف 800000 سنة الماضية ، على الأقل ، عندما يكون ثاني أكسيد الكربون2 تراوحت بين حوالي 180 و 280 جزء في المليون.

التغييرات في الميثان على مدى العقود العديدة الماضية أكثر تعقيدًا من تغيرات ثاني أكسيد الكربون. يوضح الشكل أدناه أن معدل نمو الميثان (منحدر المنحنى) انخفض تدريجياً من الثمانينيات إلى الصفر تقريبًا بحلول منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. منذ ذلك الحين ، ارتفع معدل النمو ، على الرغم من أنه لا يزال غير مرتفع كما كان في الثمانينيات. تم وضع ميزانية تفصيلية للميثان من قبل مشروع الكربون العالمي ، وتشير إلى أنه في الفترة 2008-2017 كان حوالي 60٪ من مصادر الميثان بشرية المنشأ (بشكل رئيسي من الزراعة ، والنفايات ، وإنتاج الوقود الأحفوري واستخدامه ، وحرق الكتلة الحيوية) و 40 ٪ كانت طبيعية (بشكل رئيسي من الأراضي الرطبة ، والمياه الداخلية ، والمصادر الجيولوجية ، والمحيطات ، والنمل الأبيض ، والحيوانات البرية ، والتربة الصقيعية ، والنباتات). الحوض الرئيسي للميثان هو الأكسدة بواسطة OH ، والتي سنناقشها لاحقًا في هذا الدرس ، وكذلك الاستهلاك داخل التربة. على الرغم من فهمنا الأساسي لمصادر الميثان ومصارفه ، إلا أننا لا نعرف سبب تغير معدل نمو الميثان بالطريقة التي تغير بها على مدى العقود العديدة الماضية. هذه مشكلة مهمة لم يتم حلها ، لأن مستويات الميثان عالية جدًا حاليًا. في عام 2019 ، كان المتوسط ​​العالمي لنسبة خلط الميثان أكثر من 1860 جزء من المليار ، وهو أعلى بكثير من القيم على مدار 800000 عام الماضية ، على الأقل ، والتي تراوحت بين حوالي 400 و 700 جزء من المليار.

تظهر العديد من الأدلة أن بخار الماء يتزايد في الغلاف الجوي. تُظهر قياسات الرطوبة الخاصة بالسطح ، والتي أجريت في الغالب في نصف الكرة الشمالي ، اتجاهات واضحة ، كما هو موضح في الشكل أدناه. تشير البيانات المأخوذة من الأقمار الصناعية إلى أن المياه سريعة التسرب (الكمية الإجمالية للمياه الموجودة في عمود من السطح إلى الجزء العلوي من الغلاف الجوي) زادت بنسبة 1.49٪ لكل عقد من عام 1988 إلى عام 2017 (ميرز وآخرون ، 2005). تتوافق هذه الاتجاهات بشكل عام مع توقعات ارتفاع درجة حرارة العالم ومعادلة كلاوزيوس وكلابيرون. كما يتوافق التقلب من سنة إلى أخرى مع تغير درجة الحرارة. على سبيل المثال ، كانت الزيادات في درجة الحرارة الناتجة عن ظاهرة النينيو الكبيرة جدًا في 1997-1998 مصحوبة بزيادات كبيرة في الرطوبة النوعية للسطح وإجمالي المياه القابلة للتساقط.

هناك اتجاهات واختلافات في العديد من الغازات النزرة الأخرى أيضًا ، مثل الكلوروفلور كربون ، التي تتناقص وفرتها بسبب انخفاض الانبعاثات. هناك غازات نزرة أخرى تزداد مع شروق الشمس وتنخفض مع غروبها وتشارك بشكل كبير في كيمياء الغلاف الجوي. سنتحدث عن هذه الغازات بعد ذلك.


3. تكوين الغازات النبيلة لجو المريخ وداخله

4 (مقارنةً بالأرض 36 Ar / 38 Ar = 5.32 و SW 36 Ar / 38 Ar = 5.5 ± 0.2) وبالتالي ، بما يتوافق مع عمليات خسارة التجزئة ، بينما يُظهر 40 Ar / 36 Ar وجود إشعاع عالي 40 Ar [53] . بالإضافة إلى ذلك ، فإن نسبة 129 Xe / 132 Xe للغلاف الجوي للمريخ مرتفعة مقارنة بالرياح الشمسية أو الغلاف الجوي الأرضي. قام كل من Curiosity و Viking بقياس قيم متسقة لـ 129 Xe / 132 Xe ، والتي تتطابق بشكل جيد مع القيمة المقاسة في النيزك EETA 79001 (الشكل 3).

3.1. الهيليوم

5 × 10 4 سنوات ، مقارنة بـ

1 Ma on Earth [67] ، وبالتالي فهو يهرب باستمرار من الغلاف الجوي للمريخ. وبالتالي ، فإن تركيز هو منخفض بشكل ملحوظ (10 ± 6 جزء في المليون) [68]. وبالتالي ، فإن دمج الكميات التي يمكن اكتشافها من الغلاف الجوي للمريخ هو في النيازك غير ممكن من خلال عمليات مثل الامتزاز أو الانغراس عن طريق تحويل الصدمة أو أي آلية استيعاب أخرى كما في حالة الغازات النبيلة الأخرى.

3.2 نيون

3.2.1. القياسات في الموقع

3.2.2. نسبة الغلاف الجوي للنيون التي كشفت عنها النيازك المريخية

تم الإبلاغ عن 10 من تحليل ذوبان تأثير في EETA 79001 [35] ، في حين أن 20 ني / 22 ني من

تم قياس 7 في ذوبان تأثير مستخرج من نيزك Yamato (Y) Y-793605 [61]. أعطت القياسات على مادة غنية بالبيروكسين منفصلة عن ظفار (Dho) 378 20 ني / 22 نيوتن = 7.3 ± 0.2 بالاتفاق مع Y-793605 [38]. أوضح بارك وزملاؤه أن هذه النسبة تمثل القيمة الفعلية للغلاف الجوي المريخي 20 ني / 22 نيوتن والتي تطورت من 20 نيوتن / 22 نيوتن.

10 ، بالقرب من Ne-Q (Q تعني "quintessence" وتمثل المرحلة الحاملة الرئيسية للغازات النبيلة الثقيلة - Ar و Kr و Xe - في chondrites [72]) ، مما يفسر جميع القياسات السابقة لـ 20 Ne / 22 ني

10 [38]. يوضح الشكل 4 مؤامرة نظائر Ne-three (20 Ne / 22 Ne مقابل 21 Ne / 22 Ne) بناءً على تجميع قياسات Ne على النيازك المريخية من الأدبيات [73]. لقد رسمنا ، بالإضافة إلى ذلك ، البيانات الجديدة المقاسة على 18 نيزكًا مريخيًا (معظمها من الشيرجوتيت ، بما في ذلك Tissint) وواحد من النكليت [47] ، على Ksar Ghilane 002 (KG 002) shergottite [74] ، على Yamato Y-000593 nakhlite [ 75،76] ، على ياماتو shergottites Y-000027 و Y-000097 [76] ، بالإضافة إلى البيانات الحديثة التي تم الحصول عليها في NWA 7034 [77]. تم تفريغ العينات التي تم قياسها بواسطة ويلر وزملائه عند 1700 درجة مئوية في خطوة واحدة [47]. تم تسخين KG 002 في خطوات 600 و 1000 و 1800 درجة مئوية [74] ، وتم تسخين عينات Yamato Y-000593 و Y-000027 و Y-000097 في خطوات 500 و 1000 و 1400 و 1800 درجة مئوية [75،76]. تم سحق عينتين من Y-000593 بالفراغ [75]. تم تسخين عينات NWA 7034 على درجات 600 و 1000 و 1800 درجة مئوية [77]. تميل البيانات إلى الإشارة إلى مزيج بين عضو كوني وعضو طرفي محاصر ، ربما يكون الغلاف الجوي للأرض من خلال التلوث أو الغلاف الجوي للمريخ. معظم مؤامرة البيانات قريبة من العضو النهائي لتكوين الكون ، وبالتالي تشير إلى مساهمات من GCRs ، وربما مساهمات طفيفة من SCRs. لوحظ التحول الأكثر أهمية نحو المكون المحاصر في إحدى عينات Y-000593 المسحوقة [75]. بافتراض أن الغلاف الجوي للمريخ كعضو محاصر ، فإن غالبية البيانات تشير إلى نسبة 20 ني / 22 نيوتن من

10 ، كما ورد ، على سبيل المثال ، في [35]. ومع ذلك ، فإن البيانات الموجودة على المريخ shergottite KG 002 (خطوة تسخين 600 درجة مئوية) (الشكل 4) تميل إلى تأكيد احتمال 20 ني / 22 ني = 7.3 كممثل لجو المريخ وتتوافق مع الدراسات السابقة ، على سبيل المثال ، ريجوليث بريشيا NWA 7034 [38]. ومع ذلك ، فإن نسبة 20 ني / 22 نيوتن في الغلاف الجوي للمريخ لا تزال غير مقيدة بشكل صحيح. كما هو موضح مؤخرًا ، يبدو أن آليات الاصطياد للني في النيازك المريخية تعمل بطريقة مماثلة لاحتجاز الغازات النبيلة في التكتيت [38]. تشير الوفرة الأولية من الغازات النبيلة في التكتيت التي تم قياسها مسبقًا إلى وجود عمليات تخصيب شاذة للنيتروجين بالنسبة للهواء. بالإضافة إلى ذلك ، يشير هذا إلى أن ني انتشر في التكتيت من الغلاف الجوي [78]. يجب فهم هذه الآليات بوضوح من أجل اشتقاق أفضل لنسبة 20 ني / 22 نيوتن في الغلاف الجوي للمريخ والتحقيق في الآثار المترتبة على تطور الغلاف الجوي للمريخ. المزيد من النيازك المريخية (shergottites) ذات أعمار منخفضة لـ CRE ، مثل Tissint ، تحتاج إلى تحليل في هذا السياق: يمكننا أن نستحضر ، من بين أمور أخرى ، NWA 4925 ، NWA 1195 ، NWA 2046 ، NWA 2626 ، NWA 5789 ، DaG 476 ، SaU 005 أو Y-980459. جميع هذه العينات عبارة عن شيرجوتيت ولها أعمار طرد (مجموع أعمار كريات الدم البيضاء وأعمارها الأرضية) حولها

1 أماه [70]. نظرًا لأنه يمكن الاحتفاظ بمكونات مختلفة من الغازات النبيلة في مواقع مختلفة داخل النيازك ، فإن الجمع بين كل من التكسير الفراغي والتسخين التدريجي ضروريان لكشف آليات احتجاز الغازات النبيلة [38].

3.3 أرجون

3.3.1. MOM & ampMAVEN: القياسات في جو مختلط جيدًا

3.3.2. أكد فقدان أرغون الغلاف الجوي في الفضاء بواسطة نيزك المريخ وبيانات المهمة

وفرة العناصر

0.35 ± 0.08 بواسطة Viking [20] ، قريبة من الوحدة (Ar / N2

1.2) [40]. يمكن تفسير هذه الاختلافات من خلال استدعاء خصائص آلية مختلفة ، على سبيل المثال ، في حالة SAM ، استخدام المضخات الجزيئية التوربينية لتفريغ الجهاز الذي يُعتقد أنه ينتج نتائج أكثر دقة من المضخات الأيونية الصغيرة الوحيدة على متن Viking [4]. القيمة الجديدة لـ 40 Ar / N2 نسبة 1.2 ، تشير إلى إطلاق غازات أقوى من 40 Ar من داخل المريخ مما كان معروفا سابقا [40]. علاوة على ذلك ، تُستخدم نسبة 40 Ar / 14 N بشكل متكرر لتقييم درجة الاختلاط بين مكونات الغلاف الجوي وغاز الوشاح في أكواب الصدمات من النيازك المريخية.

النسب النظيرية

2050 ± 70) [63] ، ولكن لا يتوافق مع القياسات السابقة بواسطة Viking (أي 40 Ar / 36 Ar

3000 ± 500) [20]. بالإضافة إلى ذلك ، خصصت دراسة حديثة مجمعة للغازات النبيلة والنيتروجين على نيزك Tissint مجموعة واحدة من العينات (اثنان "مجاميع" وواحد "زجاج") لقياسات Ar-N مجتمعة [31،32،33،34،35،36 ، 37،38،39،40،41،42،43،44،45،46]. تم قياس نسبة 40 Ar / 36 Ar تبلغ حوالي 1714 ± 170 في عينات Tissint هذه ، وبالتالي فهي متوافقة جيدًا مع القياس في الموقع على سطح المريخ بواسطة Curiosity Mission [46]. لذلك ، ربما تم المبالغة في تقدير القيمة التي حصلت عليها مهمة الفايكنج. يُقدر أن نسبة 40 Ar / 36 Ar في الغلاف الجوي للمريخ حاليًا

1800 ± 100 ، هي نسبة عالية بالنسبة للنظائر الداخلية للمريخ وهي 40 Ar / 36 Ar ≤ 212 [63].

3.4. كريبتون وزينون

3.4.1. أنماط الوفرة الأولية والنظيرية

كريبتون

زينون

2.5 +2 −1، الشكل 3) ، في حين أن هذه النظائر الثلاثة متساوية في وفرة الغلاف الجوي للأرض (على سبيل المثال ، 129 Xe / 132 Xe

0.98). تم قياس نسبة 129 Xe / 132 Xe بواسطة Curiosity (129 Xe / 132 Xe

2.52) [41] يتفق جيدًا مع البيانات السابقة التي تم الحصول عليها من مهمة Viking [19،20]. في كلتا الحالتين ، تتوافق النسب المقاسة في المريخ مع نطاق القيم المقاسة في النيازك المريخية (راجع الشكل 3). لشرح مثل هذه الإثراء في 129 Xe ، أثار أوين وآخرون ، 1976 [19] ، من بين فرضيات أخرى ، (1) نتيجة إنتاج 129 Xe عن طريق اضمحلال 129 I (ii) الأصل المحتمل للغلاف الجوي المريخي من نيزك من النوع C-1 منزوع الغاز جزئيًا: تتراوح نسب Xe / 132 Xe 129 المبلغ عنها في الكربون والكوندريت العادي من 4.5 إلى 9.6 (انظر في [19] والمراجع الواردة فيه). تحتفظ النيازك من الأنواع C-3 إلى C-4 عمومًا بمزيد من الغازات النبيلة ، و 129 Xe على وجه الخصوص ، من أنواع الكوندريت C-1 أو C-2 [88] (3) الخسائر الهائلة المحتملة في الغلاف الجوي للمريخ بعد تكوين الكوكب [19] ]. بالإضافة إلى ذلك ، أدت وفرة نظائر الزينون التي تم قياسها بواسطة مجموعة أدوات SAM على متن مهمة Curiosity إلى الاستنتاجات التالية. (1) تم اكتشاف الزيادات في 124126 Xe بواسطة SAM ، وكان هذا التحسين نتيجة لعمليات التشظي (التشظي ومنتجات التقاط النيوترونات ، التي تم إطلاقها من الثرى المريخي) التي تنتجها GCRs على Ba وبعض العناصر النادرة الأخرى (REEs) [41) ] (2) على غرار الفايكنج قبل ثلاثة عقود ، تم اكتشاف تجاوزات ملحوظة في 129 Xe بواسطة SAM [41] يمكن تفسير هذه التخصيب من خلال إطلاق غازات إشعاعية 129 Xeراد. إلى جانب ذلك ، لم يُظهر أي من نظائر Xe الثقيلة التي تم قياسها بواسطة SAM التخصيب المتوقع عند النظر في انشطار 244 Pu [41]. ومع ذلك ، تم تحديد مساهمات انشطار واضحة من كل من 238 U و 244 Pu في بيانات Xe ، على سبيل المثال ، NWA 7034 ، مما تسبب في زيادة في 136 Xe [77].

3.4.2. النسب النظيرية

كريبتون

زينون

يشير 4.2 Ga ، التركيب النظيري Xe لـ ALH 84001 إلى أن هروب الغلاف الجوي ربما حدث في تاريخ الكوكب المبكر حقًا وتوقف عند

3.5 نسب الغازات النبيلة الثقيلة الأولية والنظيرية

900 ± 100 و 129 Xe / 132 Xe

2.60 ± 0.05 ، كما هو موضح في الشكل 10. في حالة بعض بيانات النيزك (على سبيل المثال ، Zagami أو عينة EETA 79001 واحدة في الشكل 10) ، يكون التحول نحو مكون الغلاف الجوي الأرضي مرئيًا ، وقد يكون السبب الذي تم استدعاؤه لهذا التحول هو بسبب التلوث الجوي الأرضي [53،54،55،56،57،58،59،60،61،62،63،64،65،66،67،68،69،70،71،72،73،74 ، 75،76،77،78،79،80،81،82،83،84،85،86،87،88،89،90،91،92،93،94،95،96،97،98].


التأثير الجوي لثوران لاكي 1783-1784: الجزء الأول النمذجة الكيميائية

نبذة مختصرة. تم تقديم نتائج أول دراسة نموذجية لنقل الكيمياء لتأثير اندلاع شق لاكي 1783-1784 (آيسلندا: 64 درجة شمالاً ، 17 درجة غربًا) على تكوين الغلاف الجوي. أطلق الثوران ما يقدر بـ 61 Tg (S) كـ SO2 في طبقة التروبوسفير والستراتوسفير السفلى. يحتوي النموذج على منطقة تروبوبوز عالية الدقة ، وكيمياء كبريتية مفصلة. محاكاة SO2 ينتشر عمود فوق معظم نصف الكرة الشمالي ، أقطاب

40 درجة شمالا. حوالي 70٪ من SO2 يتم ترسيب الغاز مباشرة على السطح قبل أن يتأكسد إلى رذاذ حامض الكبريتيك. SO الرئيسي2 المؤكسدات ، OH و H2ا2، يتم استنفادها بنسبة تصل إلى 40٪ على المستوى المنطقي ، وعمر SO2 وبالتالي يزيد. متوسط ​​منطقي SO التروبوسفير2 تجاوزت التركيزات خلال الأشهر الثلاثة الأولى من الثوران 20 جزء من المليار ، ووصل الهباء الجوي من حامض الكبريتيك

2 جزء من المليون في المليون. هذه تقارن بقيم ما قبل الصناعة / الحالية المنمذجة 0.1 / 0.5 جزء من المليار SO2 و 0.1 / 1.0 جزء من المليار من كبريتات. يتم إنتاج إجمالي ناتج هباء حمض الكبريتيك من 17-22 Tg (S). متوسط ​​عمر الهباء الجوي هو 6-10 أيام ، ويبلغ ذروة تحميل الهباء الجوي في الغلاف الجوي 1.4-1.7 تيراغرام (S) (ما يعادل 5.9-7.1 تيراغرام من هباء حمض الكبريتيك المائي). تقارن هذه الأعباء بأعباء الكبريتات المنمذجة قبل الصناعة / الحالية والتي تبلغ 0.28 / 0.81 تيراغرام (S) ، وأعمار 6/5 أيام ، على التوالي. بسبب فترات الإقامة الجوية القصيرة نسبيًا لكل من SO2 والكبريتات ، فإن تحميل الهباء الجوي يعكس تقريبًا التطور الزمني للانبعاثات المرتبطة بالثوران البركاني. ينتج النموذج محاكاة معقولة للترسب الحمضي الموجود في قلب الجليد في جرينلاند. يبدو أن هذه النتائج غير حساسة نسبيًا للمظهر الرأسي للانبعاثات المفترضة ، على الرغم من أنه في حالة وصول المزيد من الانبعاثات إلى مستويات أعلى (& gt12 km) ، فإن هذا سيعطي عمرًا أطول وإنتاجية أكبر للهباء الجوي. يولد تقديم الانبعاثات في الحلقات نتائج مماثلة لاستخدام متوسط ​​الانبعاثات الشهرية ، لأن الأعمار في الغلاف الجوي تشبه فترات الراحة بين الحلقات. لم تستخدم معظم التقديرات السابقة لتحميل الهباء الجوي العالمي المرتبط بـ Laki نماذج الغلاف الجوي ، وتشير هذه الدراسة إلى أن هذه التقديرات السابقة كانت كبيرة جدًا بشكل عام من حيث الحجم وطويلة العمر. قد تكون الآثار البيئية التي أعقبت ثوران Laki قد هيمنت عليها ترسب SO على نطاق واسع2 الغاز بدلا من الهباء الجوي حامض الكبريتيك.


1.1 الجو ...

الجو مدهش ، ومذهل ، ومخيف ، وقاتل ، وقوي ، وممل ، وغريب ، وجميل ، وراقٍ - فقط بضعة آلاف من الأوصاف. تعتمد الكثير من حياتنا على الغلاف الجوي ، لكننا غالبًا ما نأخذها كأمر مسلم به.

يحاول علم الغلاف الجوي وصف الغلاف الجوي بأوصاف فيزيائية باستخدام الكلمات ، ولكن أيضًا مع الرياضيات. الهدف هو أن تكون قادرًا على كتابة المعادلات الرياضية التي تلتقط الخصائص الفيزيائية المهمة للغلاف الجوي (القدرة على التنبؤ) واستخدام هذه المعادلات لتحديد تطور الغلاف الجوي مع مرور الوقت (التنبؤ). لطالما كان التنبؤ بالطقس محورًا أساسيًا ، لكننا مهتمون بشكل متزايد بالتنبؤ بالمناخ.

نحن نعرف الكثير عن الغلاف الجوي. لقد استغرق الأمر عقودًا ، إن لم يكن قرونًا ، من الملاحظة الدقيقة والنظرية الثاقبة التي تستند إلى قوانين فيزيائية وكيميائية صلبة. لدينا المزيد لنتعلمه. يمكنك المساعدة في تعزيز فهم الغلاف الجوي ، ولكن يجب عليك أولاً فهم المفاهيم الفيزيائية والرياضيات المعروفة بالفعل. هذا هو الغرض الأساسي من هذه الدورة - لمنحك هذا الفهم.

فيما يلي سلسلة من الصور والرسوم البيانية. كل واحد يصور بعض العمليات الجوية التي سيتم تناولها في هذه الدورة. انظر إلى هذه الصور التي ستراها مرة أخرى ، كل واحدة في درس من الدروس العشرة التالية. بالطبع ، في كل ملاحظة هناك العديد من العمليات الجارية في وقت واحد. في الدرس الأخير ، ستتاح لك الفرصة لإلقاء نظرة على ملاحظة وإرفاق المبادئ الفيزيائية والرياضيات التي تصف العديد من العمليات التي تسبب الظواهر التي تراقبها.

نشاط المناقشة: البحث عن الأخطاء

لقد قدمنا ​​Meteo 300 عبر الإنترنت عدة مرات ولكن استخدام منصة التقييم Canvas حديث نسبيًا. ربما لا تزال هناك أخطاء على الرغم من بذلنا قصارى جهدنا.


منهج نموذجي

ب. في علوم الأرض مع التركيز في الأرصاد الجوية المهنية

طالب فى السنة الأولى
فصل الخريف فصل الربيع
مسار الإئتمان مسار الإئتمان
EN 1103 الإنجليزية شركات أنا 3 EN 1113 الإنجليزية شركات II 3
ماجستير 1713 حساب التفاضل والتكامل أنا 3 ماجستير 1723 حساب التفاضل والتكامل الثاني 3
فلوريدا 1113 لغة أجنبية أنا 3 فلوريدا 1123 لغة أجنبية II 3
كو 1003 الخطابة العامة 3 GR 1123 جغرافيا العالم 3
GR 1114 الجغرافيا الفيزيائية مع معمل 4 CH 1213 تمويل. الكيمياء ث / المختبر 4
إجمالي الساعات المعتمدة 16 إجمالي الساعات المعتمدة 16
السنة الثانية
فصل الخريف فصل الربيع
مسار الإئتمان مسار الإئتمان
أهلا XXXX التاريخ اختياري 3 GR 1604 الطقس والمناخ 4
XX XXXX مادة اختيارية في العلوم الاجتماعية 3 ماجستير 3253 المعادلات التفاضلية 3
ماجستير 2733 حساب التفاضل والتكامل الثالث 3 PH 2223 فيزياء 2 مع مختبر (قائم على التفاضل والتكامل) 3
PH 2213 الفيزياء 1 (على أساس التفاضل والتكامل) 3 XX XXXX مادة اختيارية في الفنون الجميلة 3
EN 22X3 أدب إنجليزي 3 XX XXXX اختياري محدد 3
إجمالي الساعات المعتمدة 15 إجمالي الساعات المعتمدة 16
السنة الإبتدائية
فصل الخريف فصل الربيع
مسار الإئتمان مسار الإئتمان
GR 4733 الأرصاد الجوية السينوبتيكية 3 GR 4613 علم المناخ التطبيقي * 3
GR 4643 علم المناخ الفيزيائي 3 GR 4783 الأرصاد الجوية للأقمار الصناعية * 3
GR 4633 علم المناخ الإحصائي 3 GR 4623 الأرصاد الجوية الفيزيائية 3
GR / GG XXXX مادة اختيارية في علوم الأرض 3 XX XXXX اختياري محدد 3
XX XXXX اختياري محدد 3 XX XXXX اختياري محدد 3
إجمالي الساعات المعتمدة 15 إجمالي الساعات المعتمدة 15
سنة التخرج
فصل الخريف فصل الربيع
مسار الإئتمان مسار الإئتمان
GR 4443 التنبؤ بالطقس I 3 GR 4453 التنبؤ بالطقس II 3
GR 4823 ديناميكي ميت أنا 3 GR 4933 ديناميكي ميت II 3
GR 4883 رادار الأرصاد الجوية 3 GR 4963 ميت 3
GG 4433 الكتابة الجغرافية 3 XX XXXX اختياري محدد 3
GR / GG XXXX مادة اختيارية في علوم الأرض 3 XX XXXX اختياري محدد 3
XX XXXX اختياري محدد 3
إجمالي الساعات المعتمدة 18 إجمالي الساعات المعتمدة 15
إجمالي الساعات الائتمانية 126

يخضع المنهج للتغيير بمجرد الموافقة على برنامج الدراسة المنقح.

* احتسب ضمن اختيارات علوم الأرض ، لكنها مفضلة لتخصصات الأرصاد الجوية


ب. في علوم الأرض مع التركيز في علوم الأرض البيئية

طالب فى السنة الأولى
فصل الخريف فصل الربيع
مسار الإئتمان مسار الإئتمان
EN 1103 الإنجليزية شركات أنا 3 EN 1113 الإنجليزية شركات II 3
ماجستير 1313 كلية الجبر 3 ماجستير 1323 علم المثلثات 3
GR 1123 مقدمة جغرافيا العالم 3 XX XXXX الاختيارية المحددة أ 3
GG 1113 علوم الأرض 1 3 XX XXXX العلوم الاجتماعية ب 3
GG 1111 مختبر علوم الأرض الأول 1 XX XXXX CH ، BIO ، أو PH ج 3
XX XXXX الاختيارية المحددة أ 3
إجمالي الساعات المعتمدة 16 إجمالي الساعات المعتمدة 15
السنة الثانية
فصل الخريف فصل الربيع
مسار الإئتمان مسار الإئتمان
EN XXXX الأدب د 3 أهلا XXXX التاريخ هـ 3
XX XXXX CH ، BIO ، أو PH w / lab ج 3 XX XXXX CH ، BIO ، أو PH w / lab ج 3
GG 3603 مقدمة علم المحيطات 3 GR 1604 الطقس والمناخ 4
XX XXXX الاختيارية العامة أ 3 GG XXXX قسم اختياري و 3
فلوريدا 1113 لغة أجنبية أنا 3 GG 4 XXX قسم 4000 مستوى ز 3
فلوريدا 1123 لغة أجنبية II 3
إجمالي الساعات المعتمدة 15 إجمالي الساعات المعتمدة 19
السنة الإبتدائية
فصل الخريف فصل الربيع
مسار الإئتمان مسار الإئتمان
XX XXXX الفنون الجميلة ح 3 كو 1003 الخطابة العامة 3
GG 4333 الكتابة الجغرافية 3 XX XXXX الاختيارية المحددة أ 3
GG 3613 موارد المياه 3 GG 4 XXX قسم 4000 مستوى ز 3
GG 4 XXX قسم 4000 مستوى ز 3 GG 4 XXX قسم 4000 مستوى ز 3
XX XXXX الاختيارية المحددة أ 3 XX XXXX الاختيارية المحددة أ 3
إجمالي الساعات المعتمدة 15 إجمالي الساعات المعتمدة 15
سنة التخرج
فصل الخريف فصل الربيع
مسار الإئتمان مسار الإئتمان
GG 4 XXX قسم 4000 مستوى ز 3 شارع 2113 إحصائيات مقدمة 3
GG 4 XXX قسم 4000 مستوى ز 3 XX XXXX الاختيارية المحددة أ 3
XX XXXX الاختيارية المحددة أ 3 XX XXXX الاختيارية المحددة أ 3
XX XXXX الاختيارية المحددة أ 3 XX XXXX الاختيارية المحددة أ 3
XX XXXX الاختيارية المحددة أ 3 XX XXXX الاختيارية المحددة أ 3
إجمالي الساعات المعتمدة 15 إجمالي الساعات المعتمدة 15
إجمالي الساعات الائتمانية 124

مادة اختيارية عامة - أي دورة معتمدة من الكلية تتبع إرشادات الجامعة والآداب والعلوم لجلب إجمالي الاعتمادات إلى 124 ساعة.
ب العلوم الاجتماعية - تحقق من إرشادات المتطلبات الأساسية للفنون والعلوم للدورات المعتمدة.
c CH ، BIO ، PH - تحقق من إرشادات المتطلبات الأساسية للفنون والعلوم لدورات العلوم الطبيعية المعتمدة.
د الأدب - مقدمة الأدب أو الأدب الأمريكي أو الإنجليزي أو العالمي. تحقق من إرشادات المتطلبات الأساسية لـ Arts & amp Sciences للدورات المعتمدة.
التاريخ الإلكتروني - تحقق من إرشادات المتطلبات الأساسية لـ Arts & amp Sciences للدورات المعتمدة.
قسم اختياري - مقرر محدد في علوم الأرض على النحو المبين في متطلبات المنهج.
g Dept 4000-level course - أي دورات على مستوى 3000 أو 4000 في علوم الأرض تنطبق على المناهج الدراسية.
h Fine Arts - تحقق من إرشادات المتطلبات الأساسية للفنون والعلوم للدورات المعتمدة.


شاهد الفيديو: رحلة إلى طبقات الغلاف الجوي