نظرية الجيودينامو الأرضي

يربط قانون بير-لامبرت توهين الضوء بخصائص المادة التي يمر عبرها. وينص على أن الامتصاصية ([latex]A[/latex]) للمحلول تتناسب طرديًا مع تركيز ([latex]c[/latex]) الأنواع الممتصة وطول مسار ([latex]l[/latex]) الضوء عبر المحلول. وتُعبر عن هذه العلاقة بالصيغة [latex]A = \epsilon c l[/latex]، حيث [latex]\epsilon[/latex] هي الامتصاصية المولية.

يحدد معامل الكتلة الهوائية (AM) طول المسار البصري المباشر لأشعة الشمس عبر الغلاف الجوي للأرض. وهو نسبة طول المسار عند زاوية سمتية معينة [latex]\theta[/latex] إلى طول المسار عندما تكون الشمس مباشرة فوق الرأس (عند السمت). بالنسبة للزوايا التي تصل إلى حوالي 60 درجة، يمكن تقريبه بـ [latex]AM \approx \sec(\theta)[/latex]. يشير AM0 إلى الطيف خارج الغلاف الجوي.

الطلب الكيميائي الحيوي للأكسجين (BOD) هو مقياس للأكسجين المذاب الذي تستهلكه الكائنات الحية الدقيقة الهوائية أثناء تحلل المواد العضوية في الماء. يقيس الاختبار القياسي، BOD5، استنفاد الأكسجين في عينة مُحكمة الإغلاق، حُضنت في الظلام عند درجة حرارة 20 درجة مئوية لمدة خمسة أيام. وقد اختيرت هذه الفترة المعيارية كحل وسط عملي لأغراض تنظيمية، ولتُمثل أوقات السفر النهرية النموذجية.

إجمالي الطلب الكيميائي الحيوي للأكسجين (BOD) هو مجموع عمليتين رئيسيتين: الطلب الكيميائي الحيوي للأكسجين الكربوني (cBOD) والطلب الكيميائي الحيوي للأكسجين النيتروجيني (nBOD). الطلب الكيميائي الحيوي للأكسجين الكربوني هو الأكسجين الذي تستهلكه الكائنات الدقيقة لأكسدة مركبات الكربون العضوية. أما الطلب الكيميائي الحيوي للأكسجين النيتروجيني فهو الأكسجين المستخدم في المرحلة المتقدمة من أكسدة المركبات النيتروجينية، وخاصة الأمونيا (النترتة)، بواسطة بكتيريا ذاتية التغذية. يُعد التمييز بينهما أمرًا بالغ الأهمية لمعالجة مياه الصرف الصحي المتقدمة.

يتشكل الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي من خلال سلسلة معقدة من التفاعلات التي تشمل ضوء الشمس وأكاسيد النيتروجين (NOx) والمركبات العضوية المتطايرة (VOCs). تبدأ هذه العملية عندما يقسم ضوء الشمس ثاني أكسيد النيتروجين ([latex]NO_2[/latex]) إلى أكسيد النيتريك (NO) وذرة أكسجين (O). ثم تتحد ذرة الأكسجين الحرة هذه مع الأكسجين الجزيئي ([latex]O_2[/latex]) لتكوين الأوزون على مستوى الأرض ([latex]O_3[/latex])، وهو مكون أساسي للضباب الدخاني.

الثابت الشمسي هو متوسط ​​الإشعاع الكهرومغناطيسي الشمسي لكل وحدة مساحة، ويُقاس عند قمة الغلاف الجوي للأرض، عموديًا على الأشعة. تبلغ قيمته حوالي 1361 واط لكل متر مربع (واط/م²). يتغير هذا الرقم قليلاً بتغير النشاط الشمسي ومسافة الأرض المدارية، ولكنه يُعدّ أساسًا جوهريًا لعلوم المناخ، وتصميم الأقمار الصناعية، وحسابات الطاقة المتجددة.

وينتج المطر الحمضي من تفاعل ثاني أكسيد الكبريت (SO2) وأكاسيد النيتروجين (NOx) في الغلاف الجوي مع الماء والأكسجين والمواد الكيميائية الأخرى. ويتأكسد ثاني أكسيد الكبريت (SO2) إلى حمض الكبريتيك ([latex]H_2SO_4[/latex])، وتشكل أكاسيد النيتروجين (NOx) حمض النيتريك ([latex]HNO_3[/latex]). وتنتج هذه التفاعلات، التي غالباً ما يحفزها ضوء الشمس، مركبات شديدة الحموضة تسقط على الأرض في صورة ترسبات رطبة أو جافة، مما يضر بالنظم الإيكولوجية.

طبقة الأوزون الستراتوسفيرية للأرض أساسية للحياة، إذ تمتص جزءًا كبيرًا من الأشعة فوق البنفسجية الضارة للشمس. فهي تحجب تمامًا أشعة UVC الأكثر نشاطًا، وتمتص حوالي 95% من أشعة UVB، وتسمح بمرور معظم أشعة UVA الأقل ضررًا. يحمي هذا التأثير المُرشِّح الحياة الأرضية من التلف الشديد للحمض النووي.

عوامل التبييض الفلورية، المعروفة أيضًا باسم عوامل التفتيح الضوئي (OBAs)، هي مركبات كيميائية تُحسّن إدراك البياض. تمتص هذه المواد الضوء في الطيف فوق البنفسجي، غير المرئي للعين البشرية، وتُعيد إصداره كضوء في المنطقة الزرقاء من الطيف المرئي. يُعاكس هذا الضوء الأزرق أي لون أصفر أو كريمي متبقٍ في المادة.

مطيافية الرنين المغناطيسي النووي (NMR) هي تقنية تستغل الخصائص المغناطيسية لبعض أنوية الذرات. تضع هذه التقنية عينة في مجال مغناطيسي قوي وثابت، ثم تفحصها بالموجات الراديوية. تمتص النوى الإشعاع الكهرومغناطيسي وتعيد إصداره عند تردد رنين محدد، يعتمد على المجال المغناطيسي داخل الجزيء، كاشفةً بذلك معلومات مفصلة عن بنية الجزيئات وديناميكياتها وبيئتها الكيميائية.

المركبات العضوية المتطايرة هي سلائف أساسية لتكوين الأوزون التروبوسفيري (على مستوى الأرض)، وهو مكون أساسي للضباب الدخاني الكيميائي الضوئي. وفي وجود أشعة الشمس ([latex]hu[/latex]) وأكاسيد النيتروجين (NOx)، تتأكسد المركبات العضوية المتطايرة بواسطة جذور الهيدروكسيل ([latex]ROT/بليت OH[/latex]). وتولد هذه العملية الجذور البيروكسيلية ([latex]RO_2\bullet[/latex]) التي تحول أكسيد النيتريك (NO) إلى ثاني أكسيد النيتروجين ([latex]NO_2[/latex])، الذي يتحلل ضوئيًا بعد ذلك لإنتاج ذرات الأكسجين اللازمة لتكوين الأوزون ([latex]TO_3[/latex]).

الغلاف المغناطيسي هو منطقة الفضاء المحيطة بالأرض التي يهيمن عليها المجال المغناطيسي للكوكب، وليس المجال المغناطيسي للرياح الشمسية. يتشكل الغلاف المغناطيسي نتيجة تفاعل الرياح الشمسية مع المجال المغناطيسي الداخلي للأرض. يُحدث هذا التفاعل صدمة قوسية، ويحرف معظم الجسيمات المشحونة عن الشمس، مما يحمي الغلاف الجوي من التآكل.