الأحد، أغسطس 12، 2012
تحتاج عضلات الجسم إلى الطاقة لتكون قادرة على الانقباض و الانبساط . يحمل الدم الجزيئات الغنية بالطاقة إلى الخلايا العضلية ، حيث تتحرر الطاقة الكيميائية المخزنة في هذه الجزيئات ، و عندما تنقبض العضلات تتحول الطاقة المتحررة إلى طاقة ميكانيكية ( حركية ) و طاقة حرارية كما في الشكل 9 . تحافظ الطاقة الحرارية الناتجة عن انقباض العضلات على درجة حرارة الجسم ثابتة .
أما عندما تنفذ الجزيئات الغنية بالطاقة في العضلات فإن العضلة تتعب ، لذا تحتاج إلى الراحة . و خلال فترة الراحة يعود الدم ليزود الخلايا العضلية بمزيد من الجزيئات المخزنة للطاقة .
 |
| الشكل 9 تحتاج العضلات إلى طاقة كيميائية خلال ممارسة الأنشطة يحصل الجسم على الطاقة الكيميائية من .الطعام ، و يحولها إلى طاقة ميكانيكية و طاقة حرارية |
السبت، أغسطس 11، 2012
تركيب الجلد
الجلد أكبر أعضاء الجسم ، كما يمكن اعتباره أكبر الأعضاء الحسية ؛ إذ من خلاله تستقبلُ معظم المعلومات عن البيئة المحيطة .
و يتكون الجلد من ثلاث طبقات من الأنسجة ، هي : البشرة و الأدمة و الطبقة الدهنية ، كما في الشكل1. و تتكون كل طبقة من أنواع مختلفة من الخلايا . تُسمى الطبقة الخارجية الرقيقة من الجلد البشرة . و تتكون هذه الطبقة من خلايا ميتة ، تتقشر الآلاف منها في كل مرة تستحم فيها أو تصافح أحداً أو تحك فيها جلدك . تُنتج قاعدة البشرة خلايا جديدة باستمرار ، و تتحرك إلى أعلى لتعويض الخلايا الميتة . أماالأدمة فهي طبقة من الخلايا توجد أسفل البشرة مباشرة ، و هي أسمك من البشرة ، و تحتوي على الأوعية الدموية و الغدد العَرَقية و تراكيب أخرى . يلي الأدمة من الأسفل طبقة من الخلايا الدهنية تشكل طبقة عازلة للجسم ، و تُختزن فيها الدهون الزائدة عن حاجة الجسم
تركيب الجلد
تركيب الجلد
الجلد أكبر أعضاء الجسم ، كما يمكن اعتباره أكبر الأعضاء الحسية ؛ إذ من خلاله تستقبلُ معظم المعلومات عن البيئة المحيطة .
و يتكون الجلد من ثلاث طبقات من الأنسجة ، هي : البشرة و الأدمة و الطبقة الدهنية ، كما في الشكل1. و تتكون كل طبقة من أنواع مختلفة من الخلايا . تُسمى الطبقة الخارجية الرقيقة من الجلد البشرة . و تتكون هذه الطبقة من خلايا ميتة ، تتقشر الآلاف منها في كل مرة تستحم فيها أو تصافح أحداً أو تحك فيها جلدك . تُنتج قاعدة البشرة خلايا جديدة باستمرار ، و تتحرك إلى أعلى لتعويض الخلايا الميتة . أماالأدمة فهي طبقة من الخلايا توجد أسفل البشرة مباشرة ، و هي أسمك من البشرة ، و تحتوي على الأوعية الدموية و الغدد العَرَقية و تراكيب أخرى . يلي الأدمة من الأسفل طبقة من الخلايا الدهنية تشكل طبقة عازلة للجسم ، و تُختزن فيها الدهون الزائدة عن حاجة
الجسم
 |
| الشكل1 بُصيلات الشعر و الغدد العرقية و الغدد الدهنية أجزاء من العضو الأكبر في الجسم و هو الجلد .
الميلانين تُنتج خلايا البشرة مادةً كيميائيةً تُسمى الميلانين ، و هي صبغة تحمي الجلد و تكسبه لونه ، حيث يختلف لون الجلد من شخص لآخر ، تبعاً لكميتها كما في الشكل2 . و عندما يتعرض الإنسان إلى الأشعة فوق البنفسجية ، يزداد إنتاج صبغة الميلانين في خلايا البشرة فيصبح الجلد داكن اللون ، و كلما كان لون الجلد أفتح كانت قدرته على المقاومة و الحماية أقل ؛ فهذا الجلد أشد تأثراً بالحروق ، و أكثر عرضه للإصابة بمرض السرطان
وظائف الجلد
للجلد وظائف متعددة تشمل الحماية و الاستجابة ، و تصنيع فيتامين ( د ) و تنظيم درجة حرارة الجسم ، و تخليص الجسم من الفضلات . كما يشكل الجلد الغطاء الحامي الذي يكسو الجسم و يحميه من خطورة المواد الفيزيائية و الكيميائية . لا تستطيع بعض أنواع البكتيريا و مسببات المرض الأخرى اختراق الجلد ما لم يكن مصاباً بجروح ، كما أن لبعض الغدد سوائل تفرز في الجلد تستطيع القضاء على البكتيريا . و كذلك يعمل الجلد على تقليل كمية الماء المفقود من الأنسجة ، كما توجد فيه خلايا عصبية متخصصة تستقبل المعلومات و ترسلها إلى الدماغ . و بسبب هذه الخلايا تستطيع الإحساس بنعومة الأشياء من حولك ، أو خشونتها ، أو سخونة الوعاء أو برودته .
و من الوظائف الأخرى المهمة للجلد تكوينه لفيتامين (د) ، الناتج عن تحول جزيئات شبه دهنية توجد في الأدمة عند التعرض للأشعة فوق البنفسجية . و فيتامين (د) مهم للصحة ؛ حيث يساعد الجسم على امتصاص الكالسيوم من الأطعمة في القناة الهمضية .
|
 |
| الشكل 2 يعطي الميلانين الجلد و العيون لونهما ، فكلما زادت كمية الميلانين يكون لون الجلد أغمق . و توفر الصبغة الحماية من الأذى الناتج عن طاقة الضوء الضارة . |
الطاقة الحرارية و التخلص من الفضلات
 |
الشكل 3 درجة حرارة جسم الإنسان الطبيعية سلسيوس تقريباً ، إلا أن درجة الحرارة تتغير في أثناء اليوم لتبلغ أعلاها عند الساعة 11 قبيل الظهر و أدناها عند الساعة 4 صباحاً . وإذا بلغت درجة حرارة الإنسان  سلسيوس يصاب بنزيف مميت .
|
يستطيع الإنسان المحافظة على درجة حرارة جسمه ثابتة ضد مدى معين ، كما في الشكل 3 . يلعب الجلد دوراً مهمًّا في تنظيم درجة حرارة الجسم ، حيث تساعد الأوعية الدموية على رفع الطاقة الحرارية أو تحافظ عليها . و عندما تتمدد الأوعية الدموية و تتوسع فإن مقدار الدم المتدفق يزداد ، مما يؤدي إلى تحرر الطاقة الحرارية ، بينما يقل مقدار الطاقة المتحررة عندما تنقبض هذه الأوعية . هل فكرت فيما تشعر عندما تركض مسافة طويلة ؟ و هل يحمر وجهك أم يصبح شاحباً و ترجف ؟يين غدة عرقية تقريباً . فعندما تتسع الاوعية ، تفتح المسامات المؤدية إلى الغدد العرقية فيفرز العرق ، فتنتقل الطاقة الحرارية من الجسم إلى العرق على الجلد ، و عندما يتبخر العرق
و تحوي أدمة الشخص البالغ على ثلاثة ملاتفقد الطاقة الحرارية و يبرد الجلد ، حيث تزيل هذه العملية الطاقة الناتجة عن انقباض العضلات .
ما وظيفتا الغدد العرقية ؟
تنتج الفضلات عندما تتحلل المواد الغذائية في الخلايا ، و تسبّب هذه الفضلات مشكلة إذا لم يتم التخلص منها . و بالإضافة إلى المساعدة على تنظيم درجة الحرارة فإن الغدد العرقية تطرح الفضلات - و منها الماء و الأملاح الزائدة - عن الجسم إلى الخارج . إذا نتج الكثير من الماء والأملاح خلال الجو الحار أو خلال ممارسة نشاط رياضي فقد تشعر بالدوران و الإغماء .
إصابات الجلد و علاجها
في حياتنا اليومية يمكن أن يتعرض الجلد للإصابة بالكدُوم أو الخدش أو الاحتراق أو الجرح ، و في حالات معينة قد يتعرض لظروف قاسية ، منها البرد الشديد و الهواء الجاف . لذا تنتج البشرة خلايا جديدة باستمرار للتعويض عن الخلايا التالف . و عندما يُجرح الجلد فإن المخلوقات الحية المسببة للأمراض تستطيع الدخول إلى جسمك بسرعة ؛ مما يسبب الإصابة بالالتهاب .
.png)
الكدُوم عندما تُسحق الأوعية الدموية الصغيرة تحت الجلد المتضرر يحدث الكدم ، و عندها ترشحخلايا الدم الحمراء من الأوعية المتضررة إلى الأنسجة المحيطة ، ثم تتحطم و تحرر مادة كيميائية تسمى الهيموجلوبين الذي يتحطم إلى مكوّناته الأساسية التي تُسمى الصبغة . تسبب هذه الصبغة ظهور اللون الأزرق و الأحمر و الأرجواني في منطقة الإصابة ، كما في الشكل4 ، و قد يظهر انتفاخ . و مع شفاء الكدوم تتحول المنطقة إلى اللون الأصفر نتيجة زيادة تكسر الصبغات الحمراء و عودة الصبغة إلى مجرى الدم من جديد ، ثم يختفي الكدم تماماً .
ما سبب ظهور اللون الأصفر في أثناء شفاء الكدمة ؟
يستطيع الجسم عادة علاج الكُدوم و الجروح الصغيرة . و لكن ماذا يحدث عند التعرض للحروق أو لبعض الأمراض أو العمليات الجراحية التي تسبب الضرر في مساحات كبيرة من الجلد ؟ في بعض الأحيان لا يكون عدد خلايا الجلد الناتجة كافياً لتكوين جلد جديد ، فإذا لم تعالج هذه الحالات فإن ذلك يؤدي إلى فقدان كميات كبيرة من الماء من الجلد و الأنسجة العضلية ، مما يؤدي إلى الإصابة بالمرض ثم الموت . و لضمان حدوث ذلك يلجأ الأطباء إلى زراعة الجلد ؛ حيث تؤخذ قطعة من الجلد من مكان آخر من جسم الشخص المصاب و توضع مكان المنطقة المتضررة التي تبقى حية ؛ نظراً إلى قربها من الأوعية الدموية ، ثم تتحد مع الجلد لتصير جزءاً منه مرة أخرى .
حركة جسم الإنسان
تساعد العضلاتُ الجسمَ على أداء حركاته . و ذلك من خلال عملية الانقباض و الانبساط التي يتم فيها استهلاك الطاقة لتوفير القوة اللازمة للحركة و تنفيذ العمل . تخيل مقدار الطاقة التي تستهلكها أكثر من 600 عضلة موجودة في جسمك ! فحتى لو بقيت ساكناً دون حراك فإن بعض العضلات في جسمك لا تتوقف عن الحركة أبداً ، و منها العضلات المسؤولة عن تنفسك أو عن ضربات قلبك أو عمل جهازك الهضمي .
 |
| تحكم العضلات في تعابير الوجه الإرادية . فأنت تحتاج إلى 13 عضلة عندما تبتسم |
 |
| تحكم العضلات في تعابير الوجه الإرادية . فأنت تحتاج إلى43عضلة عندما تعبس |
التحكم في العضلات هناك عضلات يمكنك التحكم فيها ، ومنها العضلات الموجودة في الأطراف ، و كذلك عضلات الوجه المبينة في الشكل5 ، حيث تختار أن تحركها أو تحركها ، لذا تسمى العضلات الإرادية . أما العضلات التي تتحرك تلقائيًّا و لا تستطيع التحكم في حركتها فتسمى العضلات اللاإرادية، و هذه العضلات تعمل كل يوم بل طوال حياتك ؛ فبسببها يُضخ الدم في الجسم عبر الأوعية الدموية ، و يتحرك
الطعام عبر القناة الهضمية ..
تصنيف الأنسجة العضلية
هناك ثلاثة أنواع من الأنسجة العضلية في جسم الإنسان هي : الهيكلية و الملساء و القلبية . و تمتاز العضلات الهيكلية بأنها عضلات إرادية تعمل على تحريك العظام .
و تشكّل هذه العظام الجزء الأكبر من كتلة العضلات في الجسم ، و هي تتصل بالعظام بوساطة نسيج رابط يُسمى الوتر . و يطلق عليها كذلك العضلات المخططة ؛ لأنها تبدو مخططة عند رؤيتها بالمجهر .
أما النوعان الآخران في الشكل 6 ؛ فأحدهما العضلات القلبية التي لا توجد إلا في القلب ، و تمتاز بأنها مخططة ، و هي في ذلك تشبه العضلات الهيكلية . و تستطيع العضلات القلبية الانقباض 70 مرة في الدقيقة دون توقف ما دام الإنسان حيًّا . أما العضلات الملساء فهي عضلات غير مخططة ، و هي عضلات لا إرادية ، و توجد في الأمعاء و المثانة و الأوعية و الأعضاء الداخلية الأخرى .
الآلات البسيطة في جسمك
| عندما نتحرك يعمل الهيكل العظمي و العضلات معاً فيما يشبه عمل الآلة . فالآلة أداة لإنجاز العمل و تسهيل أدائه ، | |
| و الآلة البسيطة - و منها المطرقة - تنجز العمل بسهولة و خلال حركة واحدة . و تعد المطرقة مثالاً على نوع من أنواع الآلات البسيطة المسماة ( الرافعة ) ، و هي عبارة عن عصا تستند إلى نقطة معينة تُسمى نقطة الارتكاز . و تعمل العضلات و العظام و المفاصل في الجسم معاً عمل الرافعة ، حيث تمثل العظام العصا ، و تمثل المفاصل نقطة الارتكاز ، أما انقباض العضلات و انبساطها فيشكلان القوة اللازمة لتحريك أجزاء الجسم . و تُصنّف الروافع إلى ثلاثة أنواع . و يظهر الشكل7 أمثلة على هذه الأنواع الثلاثة في جسم الإنسان . | |
عمل العضلات
كيف تحرك العضلات الجسم ؟ يتحرك جسمك لأن العضلات الهيكلية تعمل معاً في أزواج . فعندما تنقبض إحدى العضلات تنبسط الأخرى أو تعود إلى طولها الطبيعي ، كما في الشكل 8 . و العضلات تعمل دائماً على سحب الأشياء لا على دفعها ؛ لأنها لا يمكن أن تدفعها . فعندما تنقبض عضلة الفخذ الخلفية مثلاً تصبح أقصر و تسحب رجلك للأعلى و إلى الخلف أما عندما تمد رجلك فإن العضلة الخلفية تنبسط و تعود إلى طولها الطبيعي ، بينما تنقبض العضلة الأمامية . قارن بين عمل العضلات في رجلك و عمل العضلات في يدك .
التغير في العضلات يزداد حجم العضلات أو يصغر مع مرور الوقت ، اعتماداً على مدى استعمالها أو تدريبها . و كذلك فإن العضلات التي تمارس تمرينات منتظمة تكون أسرع استجابة للمؤثرات ؛ فالعضلات الهيكلية التي تستخدم بكثرة أكثر كعضلات اليد اليمنى تصبح أكبر و أقوى . و تعود الزيادة في الحجم أحياناً إلى الزيادة في عدد الخلايا العضلية ، إلا أنه غالباً ما يكون بسبب زيادة حجم الخلايا العضلية المفردة . فمثلاً يمتلك لاعبو كرة القدم و كرة السلة عضلات أرجل ضخمة و قوية بشكل ملحوظ ، على عكس الأشخاص الذين يجلسون لمراقبة التلفاز و ممارسة ألعاب الفيديو باستمرار ، فعضلاتهم أصغر و أضعف . إن العضلات التي لا يتم تمرينها و استخدامها باستمرار تصبح أصغر و أضعف .
الثلاثاء، يوليو 17، 2012
قد يتغير
الطقس بشكل سريع ، فيكون مشمساً و هادئاً في الصباح ،
ثم يتحول إلى عاصف في الليل . يتغير الطقس عندما تدخل
كتلة هوائية مختلفة إلى المنطقة . و تتكون
الكتل
الهوائية عادة فوق مناطق محددة من سطح الأرض .
أنواع الكتل الهوائية :
تكتسب الكتلة الهوائية التي تبقى فوق منطقة لعدة أيام
خصائص هذه المنطقة . فإذا بقيت كتلة هوائية مثلاً فوق
منطقة استوائية فإنها تصبح حارة و رطبة . توضح الصورة التالية
مواقع الكتل الهوائية الرئيسة التي تؤثر في الطقس في
منطقة الشرق الأوسط .
الجبهات الهوائية
عندما تلتقي كتل هوائية مختلفة في درجة حرارتها تتكون
عند الحد الفاصل بينها
جبهة هوائية
. لا يختلط الهواء على طول منطقة
الجبهة الهوائية ، و يعود السبب إلى أن الهواء البارد
الأكثر كثافة ينتقل إلى أسفل الهواء الدافئ الأقل
كثافة ، و يدفعه ليرتفع إلى أعلى ، فتتكون الرياح . و
هناك أنواع من الجبهات الهوائية ، نتحدث باختصار عن
أهمّها .
 |
| الكتل الهوائية المؤثرة في منطقة الشرق الأوسط . |
الجبهات الباردة :
عندما تتقدم كتلة هوائية باردة و تندفع إلى أسفل كتلة
دافئة تُرغَم الأخيرة على الارتفاع إلى أعلى . و يسمى
الحد الفاصل بين الكتلتين جبهة باردة
( انظر الشكل 11 )
. و مع ارتفاع الهواء الدافئ فإنه يبرد و يتكاثف و
تسقط الأمطار .
الجبهات الدافئة :
عندما تندفع كتلة هوائية دافئة إلى منطقة أكثر برودة ،
تتكون جبهة دافئة ، و تتجه الكتلة الدافئة الأقل كثافة
إلى أعلى منزلقة فوق الكتلة الباردة . و مع ارتفاع
الكتلة الدافئة إلى أعلى فإنها تبرد ، و يتكاثف بخار
الماء فيها ، و تسقط الأمطار . قال الله تعالى :
الروم .
الجبهات الثابتة ( الرابضة ) :
تتكون
الجبهات الثابتة
( انظر الصور التالية )
، عندما تلتقي كتلة هوائية دافئة مع أخرى باردة ، دون
أن تتقدم إحداهما على الأخرى . و يمكن أن يبقى هذا
النوع من الجبهات في المكان نفسه عدة أيام .
و في هذه
الحالة ، تتشكل الغيوم ، و تهطل الأمطار على طول
الجبهة ، و في بعض الأحيان يكون الهطول غزيراً بسبب
بطء حركة الجبهة .
 |
| غالباً ما يؤدي تكون الجبهة الباردة إلى هطول أمطار غزيرة لفترة قصيرة . و بعد مرور الجبهة تصفو السماء و تقل درجة الحرارة . |
 |
| يؤدي تكون الجبهة الدافئة عادة إلى هطول أمطار منتظمة ، تدوم فترة طويلة فوق منطقة واسعة . و بعد مرور الجبهة تصفو السماء و ترتفع الحرارة . |
 | |
| الشكل 11 يمكن أن تسبب الجبهة الثابتة هطولا مطريا مستمرا ثابت الشدة ، يدوم عدة أيام فوق منطقة محددة. |
مراكز الضغط المرتفع و المنخفض
ينزل الهواء
إلى أسفل في مناطق الضغط المرتفع ، و عندما يصل إلى
سطح الأرض يعود فينتشر مبتعداً عن المركز . و يؤدي
تأثير كوريولوس إلى دوران الهواء في اتجاه عقارب
الساعة في مراكز الضغط المرتفع في النصف الشمالي من
الكرة الأرضية . يبقى الهواء جافّاً بالقرب من هذه
المراكز ؛ لأنه يهبط إلى أسفل باستمرار ، و من ثم لا
يحدث فيه أي تكاثف .
من جهة أخرى
، عندما يتحرك الهواء نحو مركز ضغط منخفض يرتفع و يبرد
، و يصل إلى درجة الندى ، فيتكاثف و تهطل الأمطار . و
بسبب تأثير كوريولوس فإن الهواء يدور عكس عقارب الساعة
في مراكز الضغط المنخفض في النصف الشمالي من الأرض .
الأحوال
الجوية القاسية
تؤدي الأحوال
الجوية القاسية إلى حدوث رياح قوية و أمطار غزيرة ، مع
إمكانية إصابة البشر و تدمير المنشآت . و حتى تعرف
كيف يمكنك إعداد نفسك لمواجهة هذه الأحوال يجب أن
تتعرفها و تفهمها أولاً .
العواصف الرعدية :
تتكون العواصف الرعدية في مناطق الجبهات الباردة .
فعندما يُرغم الهواء على الصعود بسرعة إلى أعلى يبرد ،
و تتشكل قطرات الماء ، فتتحد أثناء سقوطها بقطرات أخرى
، و تصبح أكبر . و بسقوط حبات المطر الكبيرة تتسبب في
تبريد سريع لمحيطها ، مكوّنة تيارات هوائية نازلة ،
تنتشر فوق السطح على شكل رياح عنيفة ، و تلازم عادة
العواصف الرعدية . و قد يتكون أثناء هذه العواصف
بَرَدٌ كبير الحجم ، قد تنشأ عنه أضرار أو مخاطر .
يتكون البرق
نتيجة التدفق السريع للطاقة الكهربائية بين المناطق
المختلفة الشحنة ( بين الوجه السفلي للغيوم ذي الشحنة
السالبة ، و سطح الأرض ذي الشحنة الموجبة )
. و قد يكون البرق أعلى حرارة من سطح الشمس بخمس مرات
، مما يؤدي إلى تسخين سريع للهواء الملامس له .يتمدد
الهواء نتيجة ارتفاع الحرارة الكبير و المفاجئ ، بسرعة
أكبر من سرعة الصوت ، و ينجم عن ذلك انفجارٌ صوتي ، و
هذا هو صوت الرعد الذي يتبع البرق .
الأعاصير القمعية ( تورنادو ) :
تتكون في بعض
مناطق الجبهات تيارات هوائية صاعدة تبدأ بالدوران على
شكل دوامة مكونة غيمة تشبه القمع
( انظر الصور التالية ) .
و تعرف
بالأعاصير
القمعية
( تورنادو )
تتكون التورنادو بقطر لا يزيد على 200 م ، و لا تتحرك
لمسافات أكثر من 10 كم أو مدة أكثر من 15 دقيقة . و مع
ذلك فهي تعمل كمكنسة هوائية ضخمة تحمل كل ما في طريقها
.
 | |
| تتكون تيارات صاعدة و تيارات هابطة داخل الغيوم التراكمية ، حيث يتقابل الهواء الساخن الرطب مع الهواء البارد الجاف . |
 |
| تسبب حركة الرياح خلال الغيوم دوران الهواء بسرعة أكبر و أكبر . |
 |
| يتكون قمع من الهواء المتحرك و يهبط من قاعدة الغيمة باتجاه سطح الأرض . |
الاثنين، يوليو 16، 2012
استقصاء الهواء من حولنا
الحياة على سطح الأرض غير ممكنة دون وجود الهواء . يقوم الغلاف الجوي - و هو طبقة الغازات المحيطة بالأرض - بتزويد الأرض بجميع الغازات اللازمة للحياة ، إضافة إلى حماية المخلوقات الحية من التأثير الضار للأشعة فوق البنفسجية و الأشعة السينية . و في الوقت نفسه ، يقوم بامتصاص الحرارة و توزيعها .
كان غاليليو غاليلي ( 1564 م - 1642 م ) يرى أن الهواء أكثر من مجرد فراغ ، بعكس الاعتقاد الذي كان سائداً في عصره . و لإثبات ذلك قاس كتلة دورق مغلق بإحكام ، ثم حقن فيه كمية إضافية من الهواء ، ثم قاس كتلتة مرة أخرى . يبين الشكل 1 أن كتلة الدورق الذي حقن بالهواء أكبر من كتلة قبل الحقن . استنتج غاليليو من تجربته أن للهواء كتلة ، و من ثم فهو يحتوي على مادة . أما اليوم فقد أصبح معروفاً للعلماء أن للهواء خصائص أخرى ، منها أنه يخزن الحرارة و يطلقها ، و يحمل البخار ، و يوليد ضغطاً بسبب وزنه . و تسهم جميع هذه الخصائص مع الطاقة القادمة من الشمس ، في تكوين الطقس اليومي لمنطقة ما على الأرض .
مكوّنات الغلاف الجوي
ما الذي يعرفة العلماء أيضاً عن الغلاف الجوي ؟ يتأثر الغلاف الجوي بالجاذبية ؛ لأنه يتكون من مادة , و له كتلة . و هذا ما يبقي الغلاف الجوي قريباً من الأرض ، و يمنعه من الانفلات . تصعب ملاحظة الغلاف الجوي أو الإحساس به ؛ لأنه يولد ضغطاً في جميع الاتجاهات . يُعادل وزن الغلاف الجوي وزن طبقة ماء سُمكها 10 أمتار تغلّف الأرض . و يعتقد العلماء أنه خليط من غازات ، و ماء ، و دقائق مجهرية الحجم من مواد صلبة و سائلة .
مكوّنات الغلاف الجوي
ما الذي يعرفة العلماء أيضاً عن الغلاف الجوي ؟ يتأثر الغلاف الجوي بالجاذبية ؛ لأنه يتكون من مادة , و له كتلة . و هذا ما يبقي الغلاف الجوي قريباً من الأرض ، و يمنعه من الانفلات . تصعب ملاحظة الغلاف الجوي أو الإحساس به ؛ لأنه يولد ضغطاً في جميع الاتجاهات . يُعادل وزن الغلاف الجوي وزن طبقة ماء سُمكها 10 أمتار تغلّف الأرض . و يعتقد العلماء أنه خليط من غازات ، و ماء ، و دقائق مجهرية الحجم من مواد صلبة و سائلة .
 |
| الشكل 1 كتلة الدورق المحقون بالهواء أكبر من كتلته قبل الحقن |
 | ||
| ||
الغازات : يتكون 99
من الغلاف الجوي من غازين ، هما : النيتروجين و الأكسجين . و نلاحظ من الشكل 2 أن النيتروجين 
هو أكثر الغازات وفرة في الغلاف الجوي ، و يشكل 78 منه . و يليه الأكسجين الضروري للحياة ، و يشكل 21 منه ، أما باقي الغلاف فيتكون من غازات مختلفة بنسب ضئيلة جدًّا .
من الغلاف الجوي من غازين ، هما : النيتروجين و الأكسجين . و نلاحظ من الشكل 2 أن النيتروجين هو أكثر الغازات وفرة في الغلاف الجوي ، و يشكل 78 منه . و يليه الأكسجين الضروري للحياة ، و يشكل 21 منه ، أما باقي الغلاف فيتكون من غازات مختلفة بنسب ضئيلة جدًّا .و من بين هذه الغازات الضئيلة التركيز غازات تؤدي دوراً مهمًّا في الطقس . فبخار الماء الموجود بتركيز يتراوح بين 0 - 4 هو المسؤول عن تكوّن الغيوم و الأمطار . و يُعد غاز ثاني أكسيد الكربون الغازَ الثاني من حيث الأهمية . إذ تحتاج إليه النباتات بشدة من أجل عملية البناء الضوئي و صنع الغذاء . كما يقوم ثاني أكسيد الكربون بامتصاص الحرارة ، و بثها من جديد باتجاه سطح الأرض . و هذه العملية مهمة جدًّا في المحافظة على دفء كوكب الأرض .
هو المسؤول عن تكوّن الغيوم و الأمطار . و يُعد غاز ثاني أكسيد الكربون الغازَ الثاني من حيث الأهمية . إذ تحتاج إليه النباتات بشدة من أجل عملية البناء الضوئي و صنع الغذاء . كما يقوم ثاني أكسيد الكربون بامتصاص الحرارة ، و بثها من جديد باتجاه سطح الأرض . و هذه العملية مهمة جدًّا في المحافظة على دفء كوكب الأرض .الهباء الجوّي : يتكون الهباء الجوي من مواد صلبة ، مثل الغبار و الأملاح و حبوب اللقاح ، و مواد سائلة مثل القطيرات الحمضية . يدخل الغبار إلى الغلاف الجوي بوساطة الرياح التي تقوم بحمل و بعثرة دقائق التربة ، أو بفعل البراكين التي تقذف عند ثورانها كميات هائلة من الرماد البركاني في الهواء . و تدخل الأملاح إلى الغلاف الجوي عندما تتحرك الرياح فوق المحيطات . أما حبوب اللقاح فتدخل الغلاف الجوي مباشرة من النباتات ، و تضيف بعض نشاطات الإنسان ( مثل حرق الوقود الأحفوري ) الهباء الجوي إلى الغلاف الجوي . تعكس بعض دقائق الهباء الجوي ( و منها تلك التي تقذفها البراكين ) الطاقة الشمسية ، مما يؤثر في الطقس و المناخ الأرضي .
طبقات الغلاف الجوّي
يُقسم الغلاف الجوي إلى طبقات كما هو موضح في الشكل 3 . و يعتمد تقسيم هذه الطبقات على تغير درجة الحرارة مع اختلاف الارتفاعات ، كما أنَّ لكل طبقة خصائص مميزة . تتضمن الطبقات السفلى التْرُوبوسفير و الِسْتراتوسفير , بينما تتضمن الطبقات العليا الميزوسفير و الثيرموسفير و الإكسوسفير .
 | |||
| الشكل 3 تَغيُّر درجات الحرارة بحسب الارتفاع يقسم الغلاف الجوي إلى طبقات معلومة . مقياس درجة الحرارة باللون الأبيض يوضح درجات الحرارة في طبقة الثيرموسفير و الإكسوسفير . التْرُوبوسفير ( الطبقة المتقلّبة ) : إنّ طبقة التروبوسفير هي أقرب طبقات الغلاف الجوي إلى سطح الأرض . و تمتد لارتفاع 10كم ، و هي تضم ثلاثة أرباع المادة الكلية الموجودة في الغلاف الجوي ، و تحوي تقريباً جميع الغيوم و التغيرات الطقسية . يمتص الغلاف الجوي بعض طاقة الشمس , و يعكس جزءاً منها إلى الفضاء , إلا أنّ 50 من الطاقة الشمسية يخترق طبقة الترويوسفير ، فتصل إلى سطح الأرض ، و تتسبب في تسخينه . يسخن الغلاف الجوي الملامس لسطح الأرض بالتوصيل ، و هذا يعني أنَّ معظم حرارة الغلاف الجوي مصدرها سطح الأرض ؛ لذا فإنَّ درجة حرارة التروبوسفير تكون غالباً أعلى عند سطح الأرض ، و تقل مع الارتفاع بمعدل  كم تقريباً .الِسْتراتوسفير : تقع هذه الطبقة فوق طبقة التروبوسفير ، و هي تمتد من ارتفاع 10كم ، إلى ارتفاع 50كم فوق سطح الأرض , انظر الشكل 3 . يتركز في هذه الطبقة معظم الأوزون الجوي ، الذي يمتص الكمية الأكبر من الأشعة فوق البنفسجية الصادرة من الشمس . و نتيجة لذلك تزداد درجة حرارة الستراتوسفير كلما ارتفعنا نحو الأعلى . و لولا وجود هذه الطبقة الغنية بالأوزون ، لوصلت كميات كبيرة من الأشعة الضارة إلى الأرض ، و سببت مشكلات صحية خطيرة للنباتات و الحيوانات . الطبقات العليا : تقع طبقة الميزوسفير فوق طبقة الستراتوسفير ، و تمتد من ارتفاع 50كم إلى 85 كم فوق سطح الأرض ، و تحتوي هذه الطبقة على كمية قليلة من الأوزون ؛ لذا لا يمكنها امتصاص إلا القليل جداً من الحرارة ، و من ثَمَّ فهي أكثر طبقات الغلاف الجوي برودة . تلي طبقةُ الثيرموسفير طبقةَ الميزوسفير ، و هي تمتد من ارتفاع 85 كم - 500 كم فوق سطح الأرض . و ترتفع درجة الحرارة في هذه الطبقة بشكل سريع لتصل إلى أكثر من 1700  س . و تقوم هذه الطبقة بتصفية أشعة الشمس من الأشعة السينية و أشعة جاما الضارة . و يسمى جزء من كل من طبقتي الثيرموسفير و الميزوسفير ، بطبقة الأيونوسفير ( الطبقة المتأينة ) ؛ لأنَّ ذراتها تكون مشحونة كهربائياً ، أي في حالة أيونية ، نتيجة كثافة تصادم أشعة الشمس بالذرات . و لهذه الطبقة أهمية كبرى ؛ لأنها تقوم بعكس أمواج الراديو AM و إبقائها داخل الغلاف الجوي . انظر الشكل 4الطبقة الأخيرة من الغلاف الجوي تحتوي على القليل من الذرات ، و تسمى الإكسوسفير . و تمتد هذه الطبقة من أعلى طبقة الثيرموسفير ، إلى أن تتلاشى عند حدود الفضاء الخارجي . و لا يوجد فاصل واضح بين نهايتها و بين الفضاء . مياه الأرض تسمى الأرض عادة الكوكب المائي ؛ لأن الماء يغطي 70 من سطحها . و لأن الماء يوجد في الحالات الفيزيائية الثلاث : الصلبة و السائلة و الغازية ، فإنه يمكن أن يخزن في اليابسة و المحيط و الغلاف الجوي . يوضح الجدول 1 نسب وجود الماء في حالاته الثلاث : في الحالة الصلبة ( على شكل ثلج أو جليد ) في الغطاء الجليدي ، و في الحالة السائلة في المحيطات و البحيرات و الأنهار ، و في الحالة الغازية ( على شكل بخار ماء ) في الغلاف الجوي . و للماء أهمية عظيمة للمخلوقات الحية ، فهو كما قال تعالى :    الأنبياء .دورة الماء تتحرك مياه الأرض بشكل مستمر في دورة لا تتوقف تسمى دورة الماء ( انظر الشكل 5 ) . و تعد الشمس مصدر الطاقة الرئيس لهذه الدورة . تمتص المياهُ الموجودة في المحيطات و الأنهار و البحيرات الطاقةَ الشمسية ، و تخزنها في الصورة حرارة . و عندما تصل الطاقة المختزنة في الماء إلى درجة كافية يتحول الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية ، و يطلق على هذه العملية اسم التبخر . يدخل بعدها بخار الماء إلى الغلاف الجوي . يدخل الماء إلى الغلاف الجوي أيضاً عن طريق النباتات أثناء عملية النتح . و عندما يصعد بخار الماء إلى أعلى فإنه يبرد و تتباطأ حركة جزيئاته ، إلى أن يعود إلى الحالة السائلة ، و هذا ما يُسمى التكاثف . ثم تتحد قطيرات الماء المتكاثفة بعضها مع بعض لتكوّن الغيوم . و مع اتحاد المزيد من القطيرات بعضها ببعض يصبح وزنها أكبر مما يستطيع الهواء حمله ، فتسقط على شكل هطول . و مرة أخرى يتبخر جزء من هذه المياه ، و هكذا تستمر دورة الماء . طقس الأرض يصف الطقس الحالة السائدة في الغلاف الجوي . و تتضمن عوامل الطقس كلاًّ من درجة الحرارة ، و الغيوم ، و سرعة الرياح و اتجاهها ، و الرطوبة ، و الضغط الجوي . و يسمى الشخص الذي يتابع بيانات الطقس باستمرار لتوقع الحالة الجوية ( عالم الأرصاد الجوية ) . درجة الحرارة تعلمت سابقاً أن الشمس تزود دورة الماء بالطاقة . و الواقع أنَّ الشمس تكاد تكون مصدرا لجميع أشكال الطاقة الموجودة على كوكبنا . و عندما تصل أشعتها إلى الأرض فإن الغازات تمتص الطاقة . إتّ جزيئات الغاز في حالة حركة مستمرة ، و لكن عندما تمتص طاقة أكثر تتحرك بسرعة أكبر، متباعدة بعضها عن بعض . لذا ، تُعد درجة حرارة الجو مقياساً لسرعة حركة جزيئات الهواء . و تقاس درجة الحرارة بجهاز خاص يسمى مقياس الحرارة ( الثيرمومتر ) ، و عادة ما يكون تدرجه بالسلسيوس ( س ) أو الفهرنهايت ( ف ) .نقل الطاقة تقوم جزيئات الهواء المتحركة بسرعة عالية بنقل الطاقة إلى الجزيئات البطيئة الحركة عندما تصطدم بها . و تسمى عملية نقل الطاقة نتيجة الاصطدام ( التوصيل ) . و من خلال عملية التوصيل تنتقل الحرارة من سطح الأرض إلى الهواء الملامس له . و يتحرك الهواء الساخن الملامس للأرض إلى أعلى ما دام أسخن من الهواء المحيط به . و يبرد بالتدريج كلما ارتفع إلى أعلى ، إلى أن يصبح أبرد من الهواء المحيط به ، فينزل إلى أسفل . تسمى عملية صعود الهواء الساخن و هبوط الهواء البارد (الحمل ) ، و هي الطريقة الرئيسة التي تنتقل بها الحرارة في الغلاف الجوي .
بسبب تناقص وزن الهواء الذي يعلونا . و هناك علاقة بين الضغط الجوي و درجة الحرارة . فعند تسخين الهواء تتحرك جزيئاته بسرعة و يتمدد ، فيؤدي ذلك إلى تناقص كثافته ؛ لذلك يصعد إلى أعلى . و يولّد الهواء الأقل كثافة ضغطاً أقل على ما تحته فتصبح المنطقة ذات ضغط منخفض . و في المقابل ، فإن الهواء البارد يكون أكبر كثافة و ينزل لأسفل مولداً ضغطاً مرتفعاً في المنطقة . الرطوبة عندما يَسخن الهواء يؤدي إلى تبخر الماء الملامس له مكوناً بخار الماء . و تُعرّفالرطوبة بأنها مقدار بخار الماء في الغلاف الجوي . و يوضح الشكل 7 كيف تؤثر درجة الحرارة في مقدار الرطوبة في الهواء . فعندما ترتفع درجة الحرارة يزداد التبخر ، و يمكن أن تضاف كميات أكبر من بخار الماء إلى الهواء . كمية بخار الماء التي يمكن أن يحملها الهواء الساخن أكبر من كمية بخار الماء التي يمكن أن يحملها الهواء البارد . و عندما تصل كمية بخار الماء إلى الحد الأقصى الذي يستطيع الهواء حمله يصبح الهواء مشبعاً ، و تبدأ عملية التكاثف . و تسمى درجة الحرارة التي يصل عندها الهواء إلى حالة الإشباعدرجة الندى .  الرطوبة النسبية عندما تبرد الكتلة الهوائية فإنَّ مقدار بخار الماء الموجود فيها لا يتغير إلا إذا تم تكثيفه . لكن كمية البخار التي يمكن إضافتها له تقل . و تعرّف الرطوبة النسبية بأنها كمية بخار الماء الموجودة في الهواء ، مقارنة بكمية بخار الماء التي يستطيع الهواء حملها عند درجة حرارة معينة . و مع انخفاض درجة الحرارة تزداد الرطوبة النسبية للهواء ، إذا لم تتغير كمية بخار الماء الموجودة فيه . و عندما يحتوي الهواء على الحد الأقصى الذي يستطيع حمله من بخار الماء عند درجة حرارة محددة ، تكون رطوبته النسبية = 100 .
|
الاشتراك في:
الرسائل (Atom)
