بعد نشأة كل كوكب أرضي، لا بد أن يكون قد تشكل لديه غلاف جوي عندما تسربت الغازات الداخلية من محيط الماجما. وهذه الأغلفة الجوية البدائية ليست موجودة اليوم، بالرغم من أن الغازات التي تنبعث من البراكين تبين الخصائص التي ربما كانت تتسم بها تلك الأغلفة وجاذبية كلٌّ من القمر وعطارد ضئيلة بدرجة لا تمكنهما من الاحتفاظ بغلاف غازي حولهما، و (الغلاف الجوي) الذي قد يشار أحيانًا لوجوده في كلٌّ منهما، والذي يكون ضغطه أقل بكثير من 1 على مليار من ضغط الغلاف الجوي لكوكب الأرض؛ يتكون في الأساس من ذرات شاردة طُردت من السطح بفعل اصطدام النيازك الشديدة الصغر والأشعة الكونية. وهذه الذرات شحيحة جدًّا لدرجة أن كل واحدة منها تشرد - على الأرجح - في الفضاء بدلا من أن تصطدم بذرة أخرى. وهذه الحالة توضح ما يُعرف باسم الإكسوسفير الغلاف الخارجي للكوكب. وهذا الغلاف يمثل النطاق الخارجي الرقيق من معظم الأغلفة الجوية، لكن القمر وعطارد لا يستطيعان الاحتفاظ بسواه.

والجاذبية الأشد قوةً للكواكب الأرضية الأكبر حجمًا تمكّنها من الاحتفاظ بالغاز بمزيد من الفاعلية، بالرغم من أن الكثافة والتركيب الكيميائي خضعا لتغيرات هائلة نتيجة لعمليات عديدة؛ ففي مرحلة مبكرة من نشأة هذه الكواكب، ربما تكون الرياح الشمسية الأكثر نشاطًا قد نزعت معظم الغلاف الجوي الأصلي لكل منها، لكن عُوض هذا الغلاف الجوي بالنشاط البركاني. وهناك عملية مهمة متواصلة تتمثل في أن الضوء فوق البنفسجي ذا الطول الموجي القصير يُمكن أن يشطر جزيئات بخار الماء إلى هيدروجين وأكسجين والهيدروجين خفيف جدا ويمكن أن يهرب إلى الفضاء؛ مما يجعل عملية «التفكك الضوئي» هذه للماء عملية لا رجعة فيها. وقد فقد كلٌّ من كوكبي الزهرة والمريخ الكثير من مائهما الأصلي بهذه الطريقة الجدول رقم 2-2 يوضح ملخصا للأغلفة الجوية الحالية لكلٌّ من الزهرة والأرض والمريخ.

جدول 2-2: الأغلفة الجوية الحالية للكواكب الأرضية، ويتم التعبير عن كمية الغازات الستة الأكثر شيوعا على هيئة نسبة مئوية من العدد الكلي للجزيئات (الماء متقلب جدًّا في الغلاف الجوي لكوكب الأرض)، كما يبين الجدول ضغط السطح لكل منها مقارنةً بالأرض.

وبانشطار جزيئات الغلاف الجوي بفعل الضوء فوق البنفسجي، يمكن أن تتحد هذه الجزيئات مع جزيئات أخرى عن طريق سلسلة من التفاعلات تندرج تحت «الكيمياء الضوئية». وهذا يحدث على وجه الخصوص في «الثرموسفير» (الغلاف الحراري) الذي يبدأ أعلى السطح بنحو 100 كيلومتر، والذي سمي بهذا الاسم لأن هذه الطبقة يتم تسخينها بواسطة طاقة الضوء فوق البنفسجي الشمسي المستخدمة إما في شطر الجزيئات، وإما في نزع بعض من إلكتروناتها. وعملية نزع الإلكترونات هذه يُطلق عليها «التأين»، والأيونات (التي هي أساسًا أيونات الأكسجين في حالة كوكب الأرض، وأيونات ثاني أكسيد الكربون في حالتي كوكبي الزهرة والمريخ) يمكن أن تكون أكثر وفرة في الأجزاء الخارجية من الغلاف الحراري، وتكون كافية لتكوين طبقة موصلة للكهرباء يُطلق عليها «الأيونوسفير» (الغلاف المتأين). وعندما تجلب عاصفة شمسية البلازما (الهيولي) من الشمس إلى كوكب الأرض، يؤدي هذا إلى تشويه المجال المغناطيسي وإلى تدفق تيارات غير معتادة في طبقة الأيونوسفير؛ مما قد يؤثر سلبًا على الاتصالات اللاسلكية، بل حتى يؤدي إلى انقطاع التيار الكهربائي.

والطبقات الأعمق من الغلاف الجوي التي لا يخترقها الضوء فوق البنفسجي ذو الطول الموجي القصير؛ تكون منيعة على تفاعلات الكيمياء الضوئية. ويحدث هنا تسخين للهواء عن طريق الاحتكاك بالسطح في أغلب الأحيان (يحدث للسطح تسخين مباشر عن طريق الشمس)؛ ومن ثم فإنه في الطبقة الدنيا التي يُطلق عليها التروبوسفير تتناقص درجة حرارة الغلاف الجوي مع الارتفاع. كذلك يتناقص الضغط الجوي والكثافة مع الارتفاع؛ وهو ما يعني أن طبقة التروبوسفير تشتمل على معظم كتلة الغلاف الجوي. وفي طبقة التروبوسفير، يمكن أن يتغير التركيب بسبب التفاعلات الكيميائية بين الهواء والصخر وهذا يعد نتيجة مباشرة للتجوية الكيميائية، خصوصًا (وربما فقط) في حالة كوكب الأرض بسبب وجود حياة عليه. فهنا تستخدم النباتات والكائنات البدائية الأحادية الخلية الطاقة الشمسية وثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي من أجل بناء أجسامها، وتُطلق غاز الأكسجين الذي كان نادرًا جدًّا في الغلاف الجوي الأصلي. ومن دون النباتات لا يمكن أن تتواجد الحيوانات التي تتنفس الأكسجين (مثلنا نحن البشر). ودرجة الحرارة يمكن أن تكون مختلفة أيضًا كما سأبين بعد قليل.

عندما يسخن الهواء الموجود بالقرب من قاعدة طبقة التروبوسفير، فلا أنه بد يتمدد؛ مما يجعله طافيًا. بعد ذلك سوف يرتفع ليحل محله الهواء الأبرد المزاح من أعلى. هذا مثال آخر على الحمل الحراري (الذي أشرنا إليه عندما تحدثنا عن دثار الكواكب)، وهو ما يحدد حالة الجو على سطح الأرض والزهرة والمريخ. ونمط دوران الغلاف الجوي مختلف في كل حالة؛ لأنه يعتمد على عوامل كثيرة؛ منها: معدل دوران الكوكب حول نفسه (وهو بطيء في حالة كوكب الزهرة)، ومعدل دوران الغلاف الجوي (أسرع كثيرًا من معدل دوران الكوكب حول نفسه في حالة طبقة التروبوسفير العليا في كوكب الزهرة، والفارق بين درجتي حرارة الليل والنهار (كبير في حالة المريخ وقليل في حالة الزهرة). ويبين الشكل رقم 2-13 الدوران الذي يحدث فوق القطب الجنوبي لكوكب الزهرة. وعلى النقيض، غالبًا ما تبدأ أنظمة العواصف الدوامية في الغلاف الجوي لكوكب الأرض بالقرب من المنطقة الاستوائية.

ويختلف الغلاف الجوي لكوكب الأرض عن ذلك الخاص بالكوكبين المجاورين له فيما يتعلق بتعقيد طبقاته؛ ففي كوكبي الزهرة والمريخ تتناقص درجة الحرارة سريعا مع الارتفاع في طبقة التروبوسفير، ثم تتناقص بمزيد من البطء مع الارتفاع في طبقة (غير ناقلة للحرارة عبر الحمل الحراري) يُطلق عليها الميزوسفير، ثم تزداد مع الارتفاع في طبقة الثرموسفير بسبب امتصاص الضوء فوق البنفسجي. وكوكب الأرض ينفرد بين الكواكب الأرضية بامتلاكه طبقة تمتد من ارتفاع نحو 10 إلى 50 كيلومترًا، بين طبقتي التروبوسفير والميزوسفير؛ حيث تزداد درجة الحرارة مع الارتفاع. وهذه هي طبقة الستراتوسفير التي تسخن عن طريق امتصاص فوتونات ضوء فوق بنفسجي ذي طول موجي يتراوح بين 230 و350 نانومترًا (التي تنفذ من خلال طبقتي الثرموسفير والميزوسفير) بواسطة جزيئات الأوزون والأوزون عبارة عن ثلاث ذرات أكسجين متحدة في جزيء واحد O₃ في مقابل الذرتين المكونتين لغاز الأكسجين O₂، وهو الذي يكون مقصودًا عادة عند الإشارة إلى «الأكسجين»، ويتم جمعه من الأكسجين بواسطة تفاعلات كيميائية ضوئية تتم في مستوى أعلى من الغلاف الجوي.

شکل 13-2: عين دوامة القطب الجنوبي لكوكب الزهرة التي يبلغ قطرها ألفي كيلومتر. وقد تم التقاط الصورتين بفارق زمني 24 ساعة. وتشير النقطة إلى القطب الجنوبي. هاتان الصورتان الملتقطتان بالأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي المتوسط، تُظهران قمم السحب أعلى السطح بنحو 60 كيلومترًا. ومركز العين أكثر سخونة (ويبدو بلون أفتح)، ما يدل على أن السحب هنا مسحوبة لأسفل نحو مستويات أكثر سخونة وعمقا.