الغلاف الجوي والطقس
الدرس الأول
الغلاف الجوي والطقس
أنظر وأتساءل
عند شروق الشمس يظهر ضوء هذه الشمس منتشرًا حول تلك النخلة. ماذا ينتشر أيضًا؟
أستكشف
نشاط استقصائي
كيف تؤثر زاوية ميل أشعة الشمس في درجات الحرارة؟
أكون فرضية
عندما يسقط ضوء الشمس بدرجة حرارة سطح الأرض عندما تسقط أشعة الشمس بزاوية مائلة أو مباشرة؟ أقارن بين صور الأرض في وسط النهار، وبين الأرض عند شروق الشمس أو عند غروبها. أكتب فرضية توضح أثر زاوية أشعة الشمس في تسخين الأرض على النحو الآتي: إذا كانت زاوية الأشعة الشمسية التي تسقط على السطح ............ فإن ............
أختبر فرضيتي
الخطوات
- ألاحظ. أضع منصف كرتون على سطح مستو، وأثبت مقياس الحرارة في وجهه بشكل قطري وسط الكرتون.
- أثقب مربعًا من الورق المقوى في الوسط، ثم أثبته معًا حول ثقب نصف دائري، فأكوّن من الورقة وعاء.
- أضع مصباحًا حراريًا في المنزل بحيث يضيء سطح المستوى من الجهة التي فوق الورقة الموجودة على الكرتون.
- ألاحظ. أضبط المسافة بين المصباح والسطح. أضع المصباح بحيث يكون لها قياس حرارة السطح.
- ألاحظ. أقرأ درجة الحرارة التي سجلها مقياس الحرارة بعد خمس دقائق من الإضاءة، ثم أسجل البيانات.
أستخلص النتائج
- ما المتغيرات المستقلة والمتغيرات التابعة في هذه التجربة؟
- أفسر البيانات. أصف كيف يسخن المصباح درجات الحرارة مع قياس شدة ضوءه، وهي أن ضوءه المركز المباشر يسخن مساحة صغيرة أكثر من الضوء المائل، وأشرح ذلك.
أستكشف أكثر
أصنع أداة لقياس درجة تسخين سطح الأرض، وأحاول تحسين أسرع قياس في الموضعين أو أختبر زاوية سقوط الأشعة في مكان ما. أصمم تجربة لاختبارها، ثم أسجل النتائج وأناقشها مع زملائي.
أحتاج إلى
منصف
قطعة من الورق المقوى
قطعة كرتون سوداء
قطعة كرتون بيضاء
مصباح
مقياس حرارة
أقرأ وأتعلم
السؤال الأساسي
ما العوامل التي تؤثر في حالة الطقس؟
المفردات
الإشعاع الشمسي
الطقس
الضغط الجوي
الرطوبة
الرياح العالمية
الرياح المحلية
مهارة القراءة
المقارنة
كيف تدفئ الشمس الأرض؟
كان الجو جميلًا في أسابيع أيام الربيع في مدينة الرياض، حيث كانت درجة الحرارة العظمى نحو ٢٢ درجة سيليزية. وعندما تحدثت إلى صديقك إبراهيم في موسكو في اليوم نفسه أخبرك أن درجة الحرارة هناك بلغت ٧ درجات سيليزية. ما الذي يجعل الرياض أكثر دفئًا من موسكو؟
عندما تسقط أشعة الشمس على الأرض تدخل طاقة الشمس سطح الأرض. وينتج عن ذلك تسخين المنطقة التي تصل إليها، كما أن الإشعاع الشمسي في الأرض يدفئ الأرض.
الإشعاع الشمسي هو أشعة الشمس أو جزء من الطاقة التي تصل إلى سطح الأرض. ويرتفع مقدار الطاقة الشمسية التي تسقط على الأرض في كل مكان وزمان إلى بعض العوامل، إلا أن هذه الأشعة الشمسية توزع على الأرض توزيعًا غير متساوٍ، ويرجع ذلك إلى عاملين.
ميلان أشعة الشمس
يدور محور الأرض مائلًا، ومستوى خط الاستواء. تصل أشعة الشمس إلى خط الاستواء والمناطق القريبة منه بشكل عمودي تقريبًا.
وتميل أشعة الشمس، وكلما نحرك من خط الاستواء شمالًا أو جنوبًا يصبح خط الأشعة مائلًا. والسبب في ذلك أن الأرض ليست منبسطة، بل كرة؛ لذلك فإن أشعة الشمس التي تسقط على خط الاستواء أو قريبًا منه تكون عمودية.
لتحصل حزمة الأشعة المدارية نفسها من الطاقة؛ لذا تتركز الطاقة التي تصلها في أجزاء هذه الأشعة. أما في المواقع البعيدة عن خط الاستواء، وكلما كانت الحزمة نفسها من الطاقة، فإنها تنتشر على مساحة أكبر، أي أن المناطق القريبة من خط الاستواء تكون أدفأ من المناطق البعيدة عنه.
إن محور الأرض مائل. ولو كان سطح الأرض في الأجزاء جميعها متساويًا، فإن تسمية الأجزاء القريبة من خط الاستواء هي الأجزاء المدارية، ولكن الأرض ليست كرة تنقسم الأجزاء بالتساوي؛ لهذا يكون صيفًا في المناطق القريبة من خط الاستواء، وشتاءً في المناطق البعيدة عنه؛ بسبب حرارة الشمس التي تصل إليها على مسافة أكبر.
أختبر نفسي
أقارن. ما السبب الذي يجعل مدينة الرياض أدفأ من موسكو في يوم ما؟
التفكير الناقد. في أي أجزاء الأرض تكون أشعة الشمس أكثر تركيزًا؟
أقرأ الشكل
كيف تؤثر زاوية ميل أشعة الشمس وكمية الضوء الواصلة إلى منطقة ما على سطح الأرض؟
إرشاد: أتتبع أثر الأسهم التي تدل على أماكن سقوط أشعة الشمس على الأرض، وأقارنها بالمساحة التي يغطيها كل شعاع شمسي.
أشعة الشمس
أشعة عمودية: ٩٠°
أشعة مائلة: ٦٠°
أشعة مائلة: ٣٠°
أشعة مائلة: ٢٠°
ما طبقات الغلاف الجوي؟
يغطي سطح الأرض غلاف من الغازات الشفافة تقريبًا، التي نشملها، والمسمى الغلاف الجوي. ويتكون ٧٨٪ منه من غاز النيتروجين، و٢١٪ من غاز الأكسجين، بالإضافة إلى نسبة قليلة من الغازات الأخرى، منها بخار الماء وثاني أكسيد الكربون والأوزون.
إن معظم هذه الغازات عديمة اللون والرائحة، مما يجعلنا لا نرى الغلاف الجوي. ولكن يمكن مشاهدة الغيوم على أننا نلاحظ أن هذا الغلاف محاط بالأرض. وتختلف مكوناته ودرجة الحرارة فيه من طبقة إلى أخرى.
طبقة التروبوسفير
أقربها إلينا ـ أي نحو سطح الأرض ـ هي طبقة التروبوسفير، ويتراوح سمكها بين ٨ كم فوق القطبين إلى ١٨ كم فوق المناطق الاستوائية، وهي أكثر الطبقات اضطرابًا وتحدث فيها تغيرات الطقس، وتسمى أحيانًا طبقة الطقس.
طبقة الستراتوسفير
وتمتد الطبقة الثانية المسماة الستراتوسفير من الطبقة السابقة إلى ارتفاع ٥٠ كم، وتتميز بوجود طبقة الأوزون فيها، وهي الطبقة التي تمتص معظم الأشعة فوق البنفسجية.
طبقة الميزوسفير
تليها طبقة الميزوسفير، ويكون الجزء العلوي منها شديد البرودة، وتنخفض فيها درجة الحرارة إلى نحو ١٠٠ درجة سيليزية تحت الصفر تقريبًا.
طبقة الثيرموسفير
أما طبقة الثيرموسفير فهي تمتد في اتجاه مصعد، ويتراوح سمكها بين ٨٠ كم فوق الأرض إلى ٥٠٠ كم أو أكثر، وتتميز بارتفاع درجة حرارتها جدًا، وتحدث فيها أحيانًا تغيرات لطيفة.
الأشعة الشمسية والغلاف الجوي
٢٢٪ تمتصها الغيوم
٢٥٪ يمتصها سطح الأرض
٢٤٪ تعكسها الغيوم
٥٪ تنعكس عن سطح الأرض
٢٤٪ تصل إلى سطح الأرض
أما طبقة الإكسوسفير "الغلاف الخارجي" فهي الطبقة التي تبدأ عند ارتفاع ٦٤٠ كم، وتنتهي عند ١٠٠٠ كم، وهي تمثل الجزء الخارجي من الغلاف الجوي، وتتألف غالبًا من غازات قليلة، وبعضها متباعد جدًا عن بعضها.
الضغط الجوي
للغلاف الجوي كتل، فله وزن على الغلاف الجوي على سطح الأرض، وعلى كل ما يحيط بها. ويسمى القوة الواقعة على سطح ما بفعل وزن الهواء الضغط الجوي.
ويقل الضغط الجوي عادة كلما ارتفعنا عن سطح البحر؛ لأن عدد جسيمات الهواء يكون كثيرًا عند سطح البحر إلى ما يتناقص عند الارتفاعات العالية. فالمهمة المعيارية للضغط الجوي تساوي ١٠١٫٣ كيلو باسكال، أي ٧٦٠ مليمترًا زئبقيًا، أو ٢٩٫٩٢ بوصة زئبقية. وعند مستوى سطح البحر، يزداد الضغط الجوي وينخفض، وقد يسبب تغير الضغط الجوي في تغيرات الطقس.
طبقات الغلاف الجوي
الإكسوسفير
الثيرموسفير
الميزوسفير
الستراتوسفير
التروبوسفير
أختبر نفسي
أقارن. ما سبب تسمية طبقة التروبوسفير بطبقة الطقس؟
التفكير الناقد. هل هناك غازات في الفضاء؟
حقيقة
يرتكز الهواء بضغط في جميع الاتجاهات.
ما الذي يغير الضغط الجوي؟
هناك عوامل تتحكم في الضغط الجوي، منها درجة الحرارة، والارتفاع عن مستوى سطح البحر، وكمية بخار الماء.
درجة الحرارة
عندما يسخن الهواء يتمدد فيشغل حجمًا أكبر، وتكون هناك جزيئات أقل في الحجم نفسه. الهواء الساخن أخف؛ لذا يرتفع، وإذا كان الهواء في حيز مغلق فإن الضغط الجوي يزداد.
نشاط
أثر الحرارة على الضغط الجوي
- أتنبأ وأدون. إذا سخنت جسمًا، فسيزداد الضغط الجوي.
- أفحص. أسحب على البالون باستخدام شريط مطاطي إلى فوّهة القارورة. وأضع القارورة في صينية.
- أقيس. أضيف الماء الأول في إناء معدني، وأضيف بعد ذلك حبرًا ملونًا، ثم أسخن قارورة، وأضع البالون، وأحكم الشريط المطاطي في فوهة القارورة.
- أستنتج. كيف تغير حجم البالون الثاني؟ لماذا؟
- هل تغير حجم البالون عندما تغيرت درجة الحرارة؟ لماذا؟
- أقيس. أسجل درجة الحرارة على مقياس الحرارة في الماء، والضغط في البالون.
- أستنتج. العلاقة بين درجة حرارة الهواء والبالون وحجمه.
- أتوقع. ماذا يحدث عندما يبرد الهواء ودرجة حرارته؟
- أسجل درجة الحرارة على الضغط الجوي في جدول.
الارتفاع عن مستوى سطح البحر
إن ارتفاع مستوى الهواء فوق الجبال أقل من ارتفاعه عند مستوى سطح البحر؛ لذا فإن وزنه يكون أقل، وبهذا ضغطه قليلاً.
وفي المناطق الجبلية يكون الهواء أقل ضغطًا، وعادة يقاس الارتفاع عن مستوى سطح البحر.
كمية بخار الماء
الهواء نوع من الغازات. ووزن بخار الماء أقل من وزن سائر الغازات الأخرى في الهواء. وإذا بخار الماء والرطوبة على سطح، فإن وزن الهواء الرطب أقل من وزن الهواء الجاف؛ لذلك يكون ضغطه أقل. وتسمى كمية بخار الماء في الهواء الرطوبة.
أختبر نفسي
أقارن. متى يكون الضغط الجوي أكبر: في يوم حار وجاف أم في يوم حار ورطب؟
التفكير الناقد. ماذا يحدث للضغط الجوي عندما تسخن الهواء؟
ما الرياح العالمية؟ وما الرياح المحلية؟
الرياح العالمية
تحدث الرياح العالمية على نطاق عالمي. وتتحرك هذه الرياح التي تهب بين خط الاستواء وخط عرض ٣٠° شمالًا، وكذلك بين خط الاستواء وخط عرض ٣٠° جنوبًا باتجاه الغرب. وتعرف هذه الرياح بالرياح التجارية، وهذه الرياح جزء من نظام نوع من النظم التي تسمى الرياح العالمية، وهي رياح تهب باستمرار لمسافات طويلة في اتجاهات محددة معروفة.
إن الرياح العالمية هي رياح تتحرك بسبب دوران الأرض حول نفسها، وتسخين الهواء غير المتساوي على سطح الأرض. وعندما يبرد الهواء عند خط الاستواء أو أكثر من المناطق المحيطة به، يندفع الهواء من المناطق ذات الضغط المرتفع إلى المناطق ذات الضغط المنخفض، ويحل محل الهواء البارد.
الرياح المحلية
تشبه الرياح المحلية من اسمها أنها نسيم الشمس الذي يغير خلالها موقع الأرض في اليوم الواحد. وهي تتشكل الرياح المحلية عندما يسخن الهواء حول منطقة ما بدرجة أسرع من منطقة أخرى، فتدفع الرياح المحلية.
في أثناء النهار تسخن الشمس الهواء القريب من اليابسة، فتسبب تمدده ثم ارتفاعه إلى أعلى؛ لأن الهواء الساخن أقل كثافة من الهواء البارد. ويحل محله الهواء البارد القادم من جهة البحر، وينشأ عن هذا نسيم البحر.
وفي أثناء الليل يبرد سطح اليابسة أسرع من الماء، فيكون الهواء فوق اليابسة أبرد وأكثر كثافة، فيهبط الهواء إلى أسفل، وتندفع الهواء من اليابسة في اتجاه المياه، ويتكون نسيم البر.
ويحدث ذلك أيضًا في المناطق الجبلية مكونًا ما يسمى نسيم الجبل ونسيم الوادي. وفي النهار فإن هواء المنحدرات يسخن في المناطق الجبلية، وفي الصباح يصعد نحو قمم الجبال أكثر حرارة من الهواء المجاور، لأنها مواجهة لأشعة الشمس، فيخف الهواء، ويصعد إلى أعلى. وفي المساء تبرد المنحدرات الوعرة المجاورة للقمم على شكل تيارات هوائية تسمى نسيم الوادي.
وبعد الظهر تبدل أشعة الشمس تسخين الهواء في الوادي، فترتفع إلى أعلى، ويحل محله هواء بارد فيتحرك من الجبل نحو الوادي، ويسمى نسيم الجبل.
الرياح العالمية
القطبان
خط عرض ٦٠° شمالًا
خط عرض ٣٠° شمالًا
خط الاستواء
خط عرض ٣٠° جنوبًا
خط عرض ٦٠° جنوبًا
مفتاح:
الرياح القطبية الشرقية
الرياح الغربية
الرياح التجارية
منطقة الركود الاستوائي
الرياح المحلية
حركة الهواء في نسيم البحر ونسيم البر
نسيم البحر في النهار
نسيم البر في الليل
حركة الهواء في نسيم الجبل ونسيم الوادي
نسيم الجبل
نسيم الوادي
أقرأ الشكل
في أي اتجاه يتحرك الهواء البارد في كل من نسيم البحر ونسيم البر؟
إرشاد: أنظر إلى اتجاه الأسهم الممثلة للهواء البارد.
أختبر نفسي
أقارن. كيف يختلف ضغط الهواء في أثناء حدوث كل من نسيم البر ونسيم البحر؟
التفكير الناقد. ماذا يحدث للرياح العالمية إذا سخنت الأرض بالتساوي؟
كيف نقيس الضغط الجوي والرياح؟
يقاس الضغط الجوي بجهاز يسمى البارومتر، وهو نوعان:
- البارومتر الزئبقي: يتكون من أنبوب زجاجي يزيد طوله على ٧٦ سم، مغلق من أحد طرفيه، وطرفه الآخر مفتوح على الهواء. والضغط الجوي في موقع ما يساوي ارتفاع عمود الزئبق في الأنبوب.
- البارومتر الفلزي: الذي يقيس مقدار التغير في حجم الهواء داخل العلبة المعدنية؛ حيث يتغير حجم العلبة، فيتحرك مؤشر يبين الضغط الجوي، ويرسم جهاز يسمى الباروجراف تغيرات شدة الضغط الجوي.
أما الرياح فتقاس بأدوات وأجهزة خاصة، منها:
- كم الرياح: أنبوب نسيجي من النسيج مصنوع على شكل مخروط أحد الطرفين واسع، والطرف الآخر ضيق، مثبت على عمود. عندما تهب الرياح يندفع الكم فيسمح بتحديد اتجاه الرياح ونسبيًا تحديد سرعتها.
- الأنيمومتر: جهاز يقيس سرعة الرياح. يستخدم الأنيمومتر أكوابًا تدور عندما تهب الرياح، ويمكن حساب سرعة الرياح بعدد الدورات خلال مدة زمنية محددة.
- مؤشر اتجاه الرياح "دوارة الرياح": أداة تدل على اتجاه هبوب الرياح، وتكون على شكل سهم كبير يدور بحرية. غالبًا يوضع على سقف، ويميل إلى اتجاه الرياح. والحصول على قراءة دقيقة يحتاج التأكد من عدم وجود أشياء تعترض الرياح.
أجهزة قياس الضغط والرياح
البارومتر الفلزي
كم الرياح
الأنيمومتر
دوارة الرياح
أختبر نفسي
أقارن. أي أجهزة البارومتر الزئبقي والبارومتر الفلزي يمكن حمله؟
التفكير الناقد. لماذا ينفخ جزء من البارومتر من الهواء؟
مراجعة الدرس
ملخص مصور
يؤثر ميل أشعة الشمس في كمية الحرارة التي تصل إلى سطح الأرض، ويتغير هذا حسب المواقع المختلفة.
هناك عوامل مختلفة تتحكم في الضغط الجوي ومنها درجة الحرارة، والارتفاع عن مستوى سطح البحر، وكمية بخار الماء.
تتكون الرياح على نطاق محلي وعالمي، بفعل اختلاف الضغط الجوي.
أفكر، وأتحدث، وأكتب
- المفردات. الرياح المحلية التي تهب من الشاطئ نهارًا تسمى ................
- أقارن. كيف تختلف المناطق الاستوائية مقارنة بالمناطق القطبية؟
- التفكير الناقد. ما علاقة الطاقة الشمسية بالرياح العالمية والرياح المحلية؟
- أختار الإجابة الصحيحة. الرياح العالمية:
أ. تهب فوق مساحة كبيرة.
ب. تهب فوق سطح خليج.
ج. تحدث خلال وقت محدد.
د. تنشأ عندما تسخن الأرض بسرعة.
- أختار الإجابة الصحيحة. ما العنصران اللذان يحفظان حالة الطقس؟
أ. البارومتر والترمومتر.
ب. سرعة الرياح.
ج. اتجاه الرياح.
د. الرطوبة.
- السؤال الأساسي. ما العوامل التي تؤثر في حالة الطقس؟
المطويات
أنظم أفكاري
أعمل مطوية ألخص فيها ما تعلمته عن الغلاف الجوي والطقس.
ميل أشعة الشمس
الضغط الجوي
الرياح العالمية
الرياح المحلية
العلوم والكتابة
نص علمي
لو كنت محللًا في مجال الأرصاد في مدينة مطلة على البحر، فهذا المعلومات البيئية التي ستجمعها حول اليوم، وكيف يمكنني تفسيرها للتنبؤ باتجاه الرياح المحلية في المنطقة؟
العلوم والفن
مؤشر اتجاه الرياح
اصنع مؤشر اتجاه الرياح وحدد اتجاه الرياح لمدة أربعة أيام، وحدد اتجاه الرياح.
جاري تحضير الدرس المعاد صياغته وبناء الأنماط
نحافظ على المعنى العلمي ونربط كل فقرة بنواتجها ومفاهيمها.
إعادة إنتاج الدرس حسب نمط التعلم
طلب واحد ينتج المسارات البصري والسمعي والحركي والقرائي معًا، بصياغة تراعي سياق المناهج السعودية.
اختر نمط التعلم
تُنتج الأنماط الأربعة دفعة واحدة، ثم تُستدعى الحزمة المحفوظة في الزيارات التالية.