الغلاف الجوي والمناخ والطقس

يعتبر الغلاف الجوي للأرض عامل رئيسي في الحفاظ على النظام البيئي الكوكبي. ويتم الحفاظ على الطبقة الرقيقة من الغازات (الغاز) التي تحيط بالأرض في مكانها بواسطة جاذبية الكوكب. يتكون الهواء الجاف من نسبة ثمانية وسبعين بالمائة من النيتروجين وواحد وعشرين بالمائة من الأكسجين وواحد بالمائة من الأرجون وغازات خاملة أخرى مثل ثاني أكسيد الكربون وغيره من الغازات. ولكن، الهواء يحتوي أيضًا على كمية متغيرة من بخار الماء. ويتناقص الضغط الجوي بشكل مطرد مع الارتفاع فوق سطح البحر، وله مدى للارتفاع يبلغ حوالي ثمانية كيلومترات (كيلومتر) فوق سطح الأرض: وهو الارتفاع الذي يقل عنده الضغط الجوي مع وجود العاملe (وهو ثابت رياضي يساوي 2.71). [25][26] وتلعب طبقة الأوزون في الغلاف الجوي للأرض دورًا مهمًا في حجب كمية الأشعة فوق البنفسجية(UV) التي تصل إلى سطح الأرض. ويتعرض الحامض النووي للدمار بسهولة بتأثير الأشعة فوق البنفسجية؛ ولهذا فإن طبقة الأوزون تساعد في حماية الحياة الموجودة على سطح الأرض. ويحتفظ الغلاف الجوي أيضًا بالحرارة أثناء الليل فيقلل نتيجةً لذلك من درجات الحرارة القصوى الموجودة أثناء النهار.

ويتأثر الطقس على كوكب الأرض فقط - تقريبًا - بالطبقة الدنيا من الغلاف الجوي (التروبوسفير) التي يوجد فيها نظام للحمل الحراري يعمل على إعادة توزيع الحرارة. وتعد التيارات المحيطية عاملاً مهمًا آخر في تحديد حالة المناخ وخصوصًا الدورة الحرارية الملحية الرئيسية التي تحدث تحت الماء والتي تقوم بتوزيع طاقة الحرارة من المحيطات المدارية إلى المناطق القطبية. وتساعد هذه التيارات في التخفيف من تأثير اختلافات الحرارة بين فصل الشتاء وفصل الصيف في المناطق المعتدلة. كذلك، لولا حدوث عمليات إعادة توزيع طاقة الحرارة بواسطة تيارات المحيطات والغلاف الجوي، كانت المناطق الاستوائية ستصبح أكثر حرارة والمناطق القطبية أكثر برودة.


إعصار قمعي في وسط أوكلاهوما.ويمكن أن يكون للطقس جوانب مفيدة وأخرى ضارة. فأحوال الطقس بالغة التطرف مثل: الأعاصير القمعية والأعاصير المصحوبة بالمطر والرعد والبرق والأعاصير الحلزونية قد تستهلك كميات كبيرة من الطاقة في الأماكن التي تمر عليها وتحدث دمارًا هائلاً. ووجود الحياة النباتية على سطح الأرض يعتمد على التنوع الموسمي للطقس. ويمكن أن تتسبب التغيرات المفاجئة التي تستمر لسنوات قليلة فقط إلى حدوث تأثيرات ملحوظة على كل من الحياة النباتية والحيوانات التي تعتمد على نموها في الحصول على طعامها.

ويعد مناخ الكوكب مقياسًا للتطورات طويلة المدى التي تحدث في حالة الطقس. وهناك العديد من العوامل المعروف عنها قدرتها على التأثير في المناخ بما فيها: التيارات المحيطية ومعامل الارتداد الإشعاعي عن سطح الأرض والغازات الدفيئة والتباين في درجة سطوع الشمس والتغيرات في مدار الكوكب. ووفقًا للتسجيلات التاريخية، من المعروف أن الأرض قد تعرضت لتغيرات مناخية عنيفة في العصور الماضية بما فيها العصور الجليدية (العصر الجليدي).

ويتوقف مناخ أية منطقة على عدد من العوامل؛ خاصة خط العرض الذي تنتمي إليه. ويشكل نطاق خط العرض لجزء من سطح الأرض توجد فيه صفات مناخية متشابهة ما يعرف بالمنطقة المناخية.ويوجد عدد من هذه المناطق يتراوح بين المناخ الاستوائي عند خط الاستواء إلى المناخ القطبي عند القطبين الشمالي والجنوبي. ويتأثر المناخ أيضًا بالفصول المناخية والتي تنتج عن ميل المحور الذي تدور حوله الأرض تبعًا للمستوى المداري الموجودة فيه. ولهذا، في أي وقت معلوم أثناء فصل الصيف أو فصل الشتاء يكون جزء من كوكب الأرض معرضًا بشكل مباشر أكثر لأشعة الشمس عن باقي الأجزاء. وتتفاوت درجة التعرض تبعًا لدوران الأرض في مدارها حول محورها. وفي أي وقت معلوم - بغض النظر عن الفصل المناخي - تكون الفصول المناخية متقابلة في نصفي الكرة الشمالي والجنوبي.

ويخضع المناخ إلى نظرية الفوضى حيث يكون من السهل تعديله بإحداث تغييرات بسيطة في البيئة. لذلك، يمكن القيام بدقة بعملية التنبؤ بحالة الطقس - في الوقت الحالي - لفترة لا تزيد عن أيام قليلة. وبشكل عام، يحدث أمران في الوقت الحالي في كل مكان في العالم: الأول هو أن درجة الحرارة قد بدأت متوسطاتها في الزيادة، والثاني هو تعرض الأحوال المناخية الإقليمية لتغيرات ملحوظة. [27]