خصائص الغلاف الجوي

تجربة استهلالية: الهواء في الغلاف الجوي

يحيط بالأرض ما يُعرف بالغلاف الجوي، ويتكوّن من خليط من الغازات التي تسمّى الهواء، فكيف نستدل على وجود الهواء؟
المواد والأدوات: بَرْطمان زجاجي ذو فوهة واسعة من الأعلى، كيس بلاستيكي مناسب لحجم البرطمان،  شريط مطاطي عريض.
خطوات العمل:
1- أضع حواف الكيس البلاستيكي فوق فتحة البَرطمان الزجاجي من الخارج، وأثبّته بإحكام باستخدام الشريط المطاطي.
2- أحاول بلطف دفع الكيس البلاستيكي إلى داخل البَرطمان. وأسجّل ملاحظاتي.
3- أزيل الشريط المطاطي من فوق الكيس.
4- أبطّن البَرطَمان من الداخل باستخدام الكيس البلاستيكي، وأثْني حوافه على البَرطمان من الخارج، وأثبّت حوافه بإحكام فوق حافّة البَرطمان باستخدام الشريط المطاطي .
5 أحاول بلطف سحب الكيس من البرطمان بأطراف أصابعي، وأسجّل ملاحظاتي.
التحليل والاستنتاج:
1- أفسِّر النتيجة التي حصلت عليها في الخطوة 2.

لن يستطيع الطلبة من إدخال الكيس البلاستيكي إلى داخل البرطمان لأن البرطمان والكيس يحتويان على الهواء في داخلهما لذلك عند محاولة إدخال الكيس في داخل البرطمان يمنع ضغط الهواء في داخل البرطمان من إدخال الكيس إلى الداخل.
2- أناقش زملائي/ زميلاتي في النتيجة التي حصلت عليها في الخطوة 5.

الهواء خارج البرطمان سيمنع الكيس من أن يرتفع إلى الأعلى وسيبقى ملتصاقا بالبرطمان.
3- أستنتج: هل ضغط الهواء أعلى داخل الكيس، أم خارجه في الحالتين؟ مبرّرًا إجابتي.

في الحالة الأولى سيكون في داخل الكيس ضغط الهواء أعلى لأنه سيكون محصوراً، بينما في الحالة الثانية سيكون ضغط الهواء خارج الكيس أكبر لأنه داخل الكيس مفرغ من الهواء.

أبحث

مستعينًا بمصادرِ المعرفة المتوافرةِ لديَّ ومنها شبكة الإنترنِت، أبحث عن كيفية تشكل الغلاف الجوي في بداية نشأة كوكب الأرض، وأعرض نتائج بحثي أمام زملائي/ زميلاتي في الصف.

الغلاف الجوي الأولي للأرض قد نشأ من تجمع الغازات المنبعثة من ثوران البراكين في بداية تكون الأرض مثل بخار الماء وثاني أكسيد الكربون، والميثان، وقبل نحو 2.4 مليار سنة ظهرت البكتيريا الخضراء المزرقة التي امتصت غاز ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي للقيام بعملية البناء الضوئي؛ لتطلق بدلا منه غاز الأكسجين، ثم ظهرت الطحالب الخضراء حقيقية النواة، فازدادت كمية الأكسجين تدريجيا في الغلاف الجوي، إلى أن وصل إلى نسبته الحالية.

التجربة 1: كتلة الهواء

يتكون الغلاف الجوي من العديد من الغازات، وتختلف خصائص طبقات الغلاف الجوي ومكوناته، فهل للهواء في الغلاف الجوي كتلة؟ وكيف يمكن التحقق من ذلك؟

المواد والأدوات: عصا خشبية طولها 40cm، خيط، بالونان فارغان بالحجم والنوع أنفسهما، دبوس، دبوس تثبيت.

إرشادات السلامة:

- الحذر من انفجار البالون في أثناء نفخه.

- الحذر من جرح اليدين في أثناء استخدام الدبوس.

خطوات العمل:

1- أثبت أحد طرفي الخيط في منتصف العصا الخشبية عن طريق لفه حول العصا الخشبية أو تثبيته بدبوس.

2- أنفخ البالونين، حيث أحصل على بالونين لهما الحجم نفسه تقريبا.

3- أربط فوهة البالون بشكل جيد بالخيط، حيث يكون طول الخيط المتبقي في كلا البالونين متساويا.

4- أربط الخيط المتصل بالبالون الأول بأحد طرفي العصا الخشبية، وأربط الخيط المتصل بالبالون الثاني بالطرف الآخر للعصا الخشبية.

5- ألاحظ العصا الخشبية، هل هي بوضع أفقي، أم مالت للأسفل نحو أحد البالونين.

6- أثقب أحد البالونين بالدبوس، وألاحظ العصا الخشبية، هل مالت للأسفل نحو أحد البالونين؟

التحليل والاستنتاج:

1- أفسر: لماذا تم استخدام بالونين لهما الحجم والنوع أنفسهما؟

لضبط جميع المؤثرات الدخيلة التي قد تؤثر في نتيجة التجربة باستثناء كتلة الهواء.

2- أستنتج: لماذا مالت العصا الخشبية للأسفل في الطرف الذي يحتوي على البالون المملوء بالهواء؟

لأن الكتلة في الجهة التي تحتوي على البالون المملوء بالهواء أكبر من كتلة البالون الموجود في الجهة الأخرى وهذا يدل على أن الهواء الموجود في البالون له كتلة.

أفكر

هل يختلف سُمك طبقة التروبوسفير من مكان إلى آخر؟ لماذا؟

يختلف سمك طبقة التروبوسفير على سطح الأرض كلما اتجهنا من خط الستواء نحو الأقطاب، ففي مناطق الاقطاب حيث تنخفض درجة الحرارة تكون سماكة طبقة التروبوسفير أقل ما يمكن. بينما عند دائرة الإستواء وبسبب ارتفاع درجة الحرارة يتمدد الهواء فيها فتكون سماكة الطبقة أكبر ما يمكن.

الربط بالكيمياء

يتكوّنُ الأوزون (O₃) من اتحادِ ذرّة أكسجين نشِطة (O) مع جزيء أكسجين (O₂) حيث تعمل الأشعة فوق البنفسجيّة على تكسير الرابطة التساهمية الثنائية في جزيء
الأكسجين. فينتج عن ذلك ذرتي أكسجين نشطتين، وتتّحد كل ذرّة منهما مع جزيء أكسجين (O₂) ويتكوّن الأوزون كما في المعادلتين الآتيتين:

الربط بالصحة

لطبقة الأوزون أهمية كبيرة للإنسان؛ لأنها تحمي الأرض من وصول الأشعة فوق البنفسجيّة الضارة إليها، فهي تسبّب عند وصولها إلى سطح الأرض حدوث سرطانات الجلد،
وإضعاف الجهاز المناعي في الجسم، وتدمير المادة الوراثية (DNA)، كما أنّه يسبّب مرض تليّف عدسة العين.

أفكر

ما سبب تأيُّن الذرّات في طبقة الأيونوسفير؟

تتأين ذرات الأكسجين والنيتروجين والهيليوم في طبقة الأيونوسفير بفعل الأشعة فوق البنفسجية (UV) والأشعة السينية (X-rays) ولتي تعمل على نزع إلكترون أو أكثر منها مما يؤدي إلى أن تصبح مشحونة بشحنة موجبة، حيث تتصرف الإلكترونات المؤينة كجسيمات حرة.

أبحث

مستعينًا بمصادرِ المعرفة المختلفةِ ومنْها شبكة الإنترنِت، أبحث عن أسباب ثقب طبقة الأوزون، ثمَّ أُعد عرضًا تقديميًّا مدعّمًا بالصور يوضّح تلكَ الأسباب، وأعرضه
أمامَ زملائي / زميلاتي في الصف.

ثقب الأوزون هو ظاهرة تمثل استنزاف غاز الأوزون في طبقة الستراتوسفير، وقد اكتشف ثقب الأوزون أولا في القطب الجنوبي ثم في القطب الشمالي، ويختلف اتساع ثقب الأوزون بحسب الفصول حيث يظهر في القطب الجنوبي في أشهر الخريف. ومن أسباب ثقب الأوزون استخدام مركبات الكلوروفلوروكربون في العديد من المنتجات منها: المبيدات الحشرية والبخاخات المستخدمة في تصفيف الشعر ومزيلات العرق. ومن الأسباب الأخرى أكاسيد النيتروجين والتجارب النووية والثورانات البركانية.

أبحث

يوجد عدد من العلماء لا يعُد طبقة الإكسوسفير إحدى طبقات الغلاف الجوي، مستعينًا بمصادر المعرفة المختلفة ومنها شبكة الإنترنت، أبحث عن أسباب ذلك، ثمَّ أعِد عرضًا تقديميًّا مدعّمًا بالصور يوضّح تلك المسوّغات، وأعرضه أمامَ زملائي /زميلاتي في الصف.

طبقة الكسوسفير تتلاشى عند حدود الفضاء الخارجي، وتحتوي على تركيز قليل من ذرات الهيدروجين والهيليوم ويقل عدد الذرات مع زيادة الارتفاع. لذلك لا يعتبر عدد من العلماء طبقة الإكسوسفير من طبقات الغلاف الجوي.