Atmosfera se sastoji od sljedećih slojeva. Zemljina atmosfera: istorija izgleda i strukture. Osnovni elementi atmosfere

Debljina atmosfere je otprilike 120 km od površine Zemlje. Ukupna masa vazduha u atmosferi je (5,1-5,3) 10 18 kg. Od toga je masa suvog vazduha 5,1352 ±0,0003 10 18 kg, ukupna masa vodene pare je u proseku 1,27 10 16 kg.

Tropopauza

Prijelazni sloj iz troposfere u stratosferu, sloj atmosfere u kojem se zaustavlja smanjenje temperature sa visinom.

Stratosfera

Sloj atmosfere koji se nalazi na nadmorskoj visini od 11 do 50 km. Karakterizira ga blaga promjena temperature u sloju od 11-25 km (donji sloj stratosfere) i povećanje temperature u sloju od 25-40 km od -56,5 do 0,8 ° (gornji sloj stratosfere ili inverziona regija). Nakon dostizanja vrijednosti od oko 273 K (skoro 0 °C) na visini od oko 40 km, temperatura ostaje konstantna do visine od oko 55 km. Ovo područje konstantne temperature naziva se stratopauza i predstavlja granicu između stratosfere i mezosfere.

Stratopauza

Granični sloj atmosfere između stratosfere i mezosfere. U vertikalnoj raspodjeli temperature postoji maksimum (oko 0 °C).

Mezosfera

Zemljina atmosfera

Granica Zemljine atmosfere

Termosfera

Gornja granica je oko 800 km. Temperatura se penje na nadmorske visine od 200-300 km, gdje dostiže vrijednosti od reda od 1500 K, nakon čega ostaje gotovo konstantna do velikih visina. Pod uticajem ultraljubičastog i rendgenskog sunčevog zračenja i kosmičkog zračenja dolazi do jonizacije vazduha (“aurore”) - glavni delovi jonosfere leže unutar termosfere. Na visinama iznad 300 km prevladava atomski kiseonik. Gornja granica termosfere je u velikoj mjeri određena trenutnom aktivnošću Sunca. U periodima niske aktivnosti - na primjer, 2008-2009 - primetno je smanjenje veličine ovog sloja.

Termopauza

Područje atmosfere u blizini termosfere. U ovoj regiji, apsorpcija sunčevog zračenja je zanemarljiva i temperatura se zapravo ne mijenja s visinom.

Egzosfera (sfera raspršivanja)

Do visine od 100 km atmosfera je homogena, dobro izmiješana mješavina plinova. U višim slojevima distribucija plinova po visini ovisi o njihovoj molekularnoj težini; koncentracija težih plinova opada brže s udaljenosti od Zemljine površine. Zbog smanjenja gustine gasa, temperatura pada sa 0 °C u stratosferi na -110 °C u mezosferi. Međutim, kinetička energija pojedinačnih čestica na visinama od 200-250 km odgovara temperaturi od ~150 °C. Iznad 200 km, primjećuju se značajne fluktuacije temperature i gustine gasa u vremenu i prostoru.

Na visini od oko 2000-3500 km egzosfera se postepeno pretvara u tzv. blizu svemirskog vakuuma, koji je ispunjen vrlo razrijeđenim česticama međuplanetarnog plina, uglavnom atomima vodonika. Ali ovaj plin predstavlja samo dio međuplanetarne materije. Drugi dio čine čestice prašine kometnog i meteorskog porijekla. Pored izuzetno razrijeđenih čestica prašine, u ovaj prostor prodire elektromagnetno i korpuskularno zračenje solarnog i galaktičkog porijekla.

Troposfera čini oko 80% mase atmosfere, stratosfera - oko 20%; masa mezosfere nije veća od 0,3%, termosfera je manja od 0,05% ukupne mase atmosfere. Na osnovu električnih svojstava u atmosferi razlikuju se neutronosfera i jonosfera. Trenutno se vjeruje da se atmosfera prostire na nadmorskoj visini od 2000-3000 km.

U zavisnosti od sastava gasa u atmosferi, oni emituju homosfera I heterosfera. Heterosfera- Ovo je oblast u kojoj gravitacija utiče na odvajanje gasova, jer je njihovo mešanje na takvoj visini zanemarljivo. To implicira promjenjiv sastav heterosfere. Ispod njega leži dobro izmiješan, homogen dio atmosfere, nazvan homosfera. Granica između ovih slojeva naziva se turbopauza, nalazi se na nadmorskoj visini od oko 120 km.

Fiziološka i druga svojstva atmosfere

Već na nadmorskoj visini od 5 km, neobučena osoba počinje iskusiti gladovanje kisikom i bez adaptacije, performanse osobe su značajno smanjene. Ovdje se završava fiziološka zona atmosfere. Ljudsko disanje postaje nemoguće na visini od 9 km, iako do otprilike 115 km atmosfera sadrži kisik.

Atmosfera nas opskrbljuje kisikom neophodnim za disanje. Međutim, zbog pada ukupnog pritiska atmosfere, kako se dižete na visinu, parcijalni pritisak kiseonika se shodno tome smanjuje.

U razrijeđenim slojevima zraka širenje zvuka je nemoguće. Do visina od 60-90 km još uvijek je moguće koristiti otpor zraka i podizanje za kontrolirani aerodinamički let. Ali počevši od visina od 100-130 km, koncepti M broja i zvučne barijere, poznati svakom pilotu, gube značenje: prolazi konvencionalna Karmanova linija, iza koje počinje područje čisto balističkog leta, koje može samo kontrolirati pomoću reaktivnih sila.

Na visinama iznad 100 km atmosfera je lišena još jednog izuzetnog svojstva - sposobnosti da apsorbuje, provodi i prenosi toplotnu energiju konvekcijom (tj. miješanjem zraka). To znači da različiti elementi opreme na orbitalnoj svemirskoj stanici neće moći da se hlade spolja na isti način kao što se to obično radi u avionu - uz pomoć vazdušnih mlaznica i vazdušnih radijatora. Na ovoj visini, kao i općenito u svemiru, jedini način prijenosa topline je toplinsko zračenje.

Istorija nastanka atmosfere

Prema najčešćoj teoriji, Zemljina atmosfera je tokom vremena imala tri različita sastava. U početku se sastojao od lakih gasova (vodonik i helijum) uhvaćenih iz međuplanetarnog prostora. Ovo je tzv primarna atmosfera(prije oko četiri milijarde godina). U sljedećoj fazi, aktivna vulkanska aktivnost dovela je do zasićenja atmosfere drugim plinovima osim vodonika (ugljični dioksid, amonijak, vodena para). Ovako je nastao sekundarna atmosfera(oko tri milijarde godina prije današnjeg dana). Ova atmosfera je bila obnavljajuća. Nadalje, proces formiranja atmosfere određen je sljedećim faktorima:

• curenje lakih gasova (vodonik i helijum) u međuplanetarni prostor;
• hemijske reakcije koje se dešavaju u atmosferi pod uticajem ultraljubičastog zračenja, pražnjenja groma i nekih drugih faktora.

Postepeno su ovi faktori doveli do formiranja tercijarne atmosfere, koju karakterizira mnogo manji sadržaj vodika i mnogo veći sadržaj dušika i ugljičnog dioksida (nastalih kao rezultat kemijskih reakcija iz amonijaka i ugljikovodika).

Nitrogen

Formiranje velike količine dušika N2 posljedica je oksidacije atmosfere amonijak-vodik molekularnim kisikom O2, koji je počeo dolaziti s površine planete kao rezultat fotosinteze, počevši prije 3 milijarde godina. Dušik N2 se također oslobađa u atmosferu kao rezultat denitrifikacije nitrata i drugih spojeva koji sadrže dušik. Azot se oksidira ozonom u NO u gornjoj atmosferi.

Azot N 2 reaguje samo pod određenim uslovima (na primer, tokom pražnjenja groma). Oksidacija molekularnog azota ozonom tokom električnih pražnjenja koristi se u malim količinama u industrijskoj proizvodnji azotnih đubriva. Cijanobakterije (plavo-zelene alge) i bakterije kvržice koje formiraju rizobijalnu simbiozu sa mahunarkama, tzv., mogu je uz malu potrošnju energije oksidirati i pretvoriti u biološki aktivan oblik. zeleno đubrivo.

Kiseonik

Sastav atmosfere počeo se radikalno mijenjati pojavom živih organizama na Zemlji, kao rezultat fotosinteze, praćene oslobađanjem kisika i apsorpcijom ugljičnog dioksida. U početku se kiseonik trošio na oksidaciju redukovanih jedinjenja – amonijaka, ugljovodonika, željeznog oblika gvožđa sadržanog u okeanima, itd. Na kraju ove faze, sadržaj kiseonika u atmosferi počeo je da raste. Postepeno se formirala moderna atmosfera sa oksidativnim svojstvima. Budući da je to izazvalo ozbiljne i nagle promjene u mnogim procesima u atmosferi, litosferi i biosferi, ovaj događaj je nazvan kisikovom katastrofom.

Plemeniti gasovi

Zagađenje zraka

Nedavno su ljudi počeli da utiču na evoluciju atmosfere. Rezultat njegovih aktivnosti je konstantno značajno povećanje sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi zbog sagorijevanja ugljikovodičnih goriva akumuliranih u prethodnim geološkim erama. Ogromne količine CO 2 troše se tokom fotosinteze i apsorbuju ga svjetski okeani. Ovaj plin ulazi u atmosferu zbog raspadanja karbonatnih stijena i organskih tvari biljnog i životinjskog porijekla, kao i zbog vulkanizma i ljudske industrijske aktivnosti. U proteklih 100 godina, sadržaj CO 2 u atmosferi porastao je za 10%, pri čemu najveći dio (360 milijardi tona) dolazi od sagorijevanja goriva. Ako se nastavi stopa rasta sagorijevanja goriva, onda će se u sljedećih 200-300 godina količina CO 2 u atmosferi udvostručiti i mogla bi dovesti do globalnih klimatskih promjena.

Sagorevanje goriva je glavni izvor zagađujućih gasova (CO, SO2). Sumpor dioksid se oksidira kisikom iz atmosfere do SO 3 u gornjim slojevima atmosfere, koji zauzvrat stupa u interakciju s vodom i parom amonijaka, te rezultirajućom sumpornom kiselinom (H 2 SO 4) i amonijevim sulfatom ((NH 4) 2 SO 4 ) se vraćaju na površinu Zemlje u obliku tzv. kisela kiša. Upotreba motora sa unutrašnjim sagorevanjem dovodi do značajnog zagađenja atmosfere azotnim oksidima, ugljovodonicima i jedinjenjima olova (tetraetil olovo Pb(CH 3 CH 2) 4)).

Zagađenje atmosfere aerosolom uzrokovano je kako prirodnim uzrocima (erupcije vulkana, oluje prašine, unošenje kapi morske vode i biljnog polena, itd.), tako i ljudskim ekonomskim aktivnostima (vađenje ruda i građevinskih materijala, sagorijevanje goriva, proizvodnja cementa itd.). ). Intenzivno ispuštanje čestica velikih razmjera u atmosferu jedan je od mogućih uzroka klimatskih promjena na planeti.

vidi takođe

• Jacchia (model atmosfere)

Bilješke

Linkovi

Književnost

1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov„Svemirska biologija i medicina“ (2. izdanje, revidirano i prošireno), M.: „Prosveščenije“, 1975, 223 str.
2. N. V. Gusakova“Environmental Chemistry”, Rostov na Donu: Phoenix, 2004, 192 sa ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V. A. Geohemija prirodnih gasova, M., 1971;
4. McEwen M., Phillips L. Atmosferska hemija, M., 1978;
5. Wark K., Warner S. Zagađenje zraka. Izvori i kontrola, prev. s engleskog, M.. 1980;
6. Praćenje pozadinskog zagađenja prirodne sredine. V. 1, L., 1982.

Atmosfera je ono što omogućava život na Zemlji. Dobijamo prve informacije i činjenice o atmosferi u osnovnoj školi. U srednjoj školi se upoznajemo sa ovim konceptom na časovima geografije.

Koncept Zemljine atmosfere

Ne samo Zemlja, već i druga nebeska tijela imaju atmosferu. Ovo je ime dato gasovitoj ljusci koja okružuje planete. Sastav ovog gasnog sloja značajno varira između planeta. Pogledajmo osnovne informacije i činjenice o inače zvanom zrak.

Njegova najvažnija komponenta je kiseonik. Neki ljudi pogrešno misle da se Zemljina atmosfera u potpunosti sastoji od kiseonika, ali u stvari, vazduh je mešavina gasova. Sadrži 78% azota i 21% kiseonika. Preostalih jedan posto uključuje ozon, argon, ugljični dioksid i vodenu paru. Iako je postotak ovih plinova mali, oni obavljaju važnu funkciju - apsorbiraju značajan dio sunčeve energije zračenja, čime sprječavaju svjetiljku da sav život na našoj planeti pretvori u pepeo. Svojstva atmosfere mijenjaju se ovisno o nadmorskoj visini. Na primjer, na visini od 65 km dušik je 86%, a kisik 19%.

Sastav Zemljine atmosfere

• Ugljen-dioksid neophodna za ishranu biljaka. Pojavljuje se u atmosferi kao rezultat procesa disanja živih organizama, truljenja i sagorijevanja. Njegovo odsustvo u atmosferi onemogućilo bi postojanje bilo koje biljke.
• Kiseonik- vitalna komponenta atmosfere za ljude. Njegovo prisustvo je uslov za postojanje svih živih organizama. On čini oko 20% ukupne zapremine atmosferskih gasova.
• Ozon je prirodni apsorber sunčevog ultraljubičastog zračenja, koje ima štetan uticaj na žive organizme. Većina formira poseban sloj atmosfere - ozonski ekran. U posljednje vrijeme ljudska djelatnost dovela je do toga da se postepeno počinje urušavati, ali budući da je od velike važnosti, aktivno se radi na njenom očuvanju i restauraciji.
• vodena para određuje vlažnost vazduha. Njegov sadržaj može varirati ovisno o različitim faktorima: temperaturi zraka, teritorijalnoj lokaciji, godišnjem dobu. Na niskim temperaturama u vazduhu ima vrlo malo vodene pare, možda i manje od jednog procenta, a na visokim temperaturama njena količina dostiže 4%.
• Pored svega navedenog, sastav zemljine atmosfere uvijek sadrži određeni postotak čvrste i tečne nečistoće. To su čađ, pepeo, morska so, prašina, kapi vode, mikroorganizmi. U zrak mogu dospjeti i prirodnim i antropogenim putem.

Slojevi atmosfere

Temperatura, gustina i kvalitetni sastav vazduha nisu isti na različitim visinama. Zbog toga je uobičajeno razlikovati različite slojeve atmosfere. Svaki od njih ima svoje karakteristike. Hajde da saznamo koji se slojevi atmosfere razlikuju:

• Troposfera - ovaj sloj atmosfere je najbliži površini Zemlje. Njegova visina je 8-10 km iznad polova i 16-18 km u tropima. Ovdje se nalazi 90% sve vodene pare u atmosferi, pa dolazi do aktivnog stvaranja oblaka. Takođe u ovom sloju se uočavaju procesi kao što su kretanje vazduha (vjetra), turbulencija i konvekcija. Temperature se kreću od +45 stepeni u podne u toploj sezoni u tropima do -65 stepeni na polovima.
• Stratosfera je drugi najudaljeniji sloj atmosfere. Nalazi se na nadmorskoj visini od 11 do 50 km. U donjem sloju stratosfere temperatura je približno -55, a udaljavajući se od Zemlje raste do +1˚S. Ovo područje se naziva inverzija i predstavlja granicu stratosfere i mezosfere.
• Mezosfera se nalazi na nadmorskoj visini od 50 do 90 km. Temperatura na njegovoj donjoj granici je oko 0, na gornjoj dostiže -80...-90 ˚S. Meteoriti koji ulaze u Zemljinu atmosferu potpuno sagorevaju u mezosferi, uzrokujući zračne sjaje ovdje.
• Debljina termosfere je oko 700 km. U ovom sloju atmosfere pojavljuje se sjeverno svjetlo. Pojavljuju se zbog uticaja kosmičkog zračenja i zračenja koje emituje sa Sunca.
• Egzosfera je zona disperzije vazduha. Ovdje je koncentracija plinova mala i oni postepeno izlaze u međuplanetarni prostor.

Smatra se da je granica između Zemljine atmosfere i svemira 100 km. Ova linija se zove Karmanova linija.

Atmosferski pritisak

Kada slušamo vremensku prognozu, često čujemo očitanja barometarskog tlaka. Ali šta znači atmosferski pritisak i kako može uticati na nas?

Shvatili smo da se vazduh sastoji od gasova i nečistoća. Svaka od ovih komponenti ima svoju težinu, što znači da atmosfera nije bestežinska, kako se vjerovalo do 17. stoljeća. Atmosferski pritisak je sila kojom svi slojevi atmosfere pritiskaju površinu Zemlje i sve objekte.

Naučnici su izvršili složene proračune i dokazali da atmosfera pritiska silom od 10.333 kg po kvadratnom metru površine. To znači da je ljudsko tijelo podložno vazdušnom pritisku čija je težina 12-15 tona. Zašto ovo ne osetimo? Spašava nas naš unutrašnji pritisak, koji uravnotežuje spoljašnji. Pritisak atmosfere možete osjetiti dok ste u avionu ili visoko u planinama, jer je atmosferski pritisak na visini mnogo manji. U tom slučaju moguća je fizička nelagoda, zapušene uši i vrtoglavica.

Mnogo toga se može reći o ambijentu koji ga okružuje. Znamo mnogo zanimljivih činjenica o njoj, a neke od njih mogu izgledati iznenađujuće:

• Težina Zemljine atmosfere je 5.300.000.000.000.000 tona.
• Promoviše prenos zvuka. Na visini većoj od 100 km ovo svojstvo nestaje zbog promjena u sastavu atmosfere.
• Kretanje atmosfere je izazvano neravnomjernim zagrijavanjem Zemljine površine.
• Termometar se koristi za određivanje temperature zraka, a barometar se koristi za određivanje tlaka u atmosferi.
• Prisustvo atmosfere spašava našu planetu od 100 tona meteorita svakog dana.
• Sastav vazduha bio je fiksiran nekoliko stotina miliona godina, ali je počeo da se menja sa početkom brze industrijske aktivnosti.
• Vjeruje se da se atmosfera proteže do visine od 3000 km.

Važnost atmosfere za ljude

Fiziološka zona atmosfere je 5 km. Na nadmorskoj visini od 5000 m, osoba počinje iskusiti gladovanje kisikom, što se izražava u smanjenju njegovih performansi i pogoršanju dobrobiti. To pokazuje da čovek ne može da preživi u prostoru gde nema ove neverovatne mešavine gasova.

Sve informacije i činjenice o atmosferi samo potvrđuju njenu važnost za ljude. Zahvaljujući njegovom prisustvu, postalo je moguće razviti život na Zemlji. Već danas, nakon procjene razmjera štete koju je čovječanstvo sposobno nanijeti svojim djelovanjem životvornom zraku, treba razmišljati o daljim mjerama za očuvanje i obnovu atmosfere.

Gasni omotač koji okružuje našu planetu Zemlju, poznat kao atmosfera, sastoji se od pet glavnih slojeva. Ovi slojevi nastaju na površini planete, od nivoa mora (ponekad ispod) i uzdižu se u svemir u sljedećem nizu:

• Troposfera;
• Stratosphere;
• mezosfera;
• Thermosphere;
• Egzosfera.

Dijagram glavnih slojeva Zemljine atmosfere

Između svakog od ovih glavnih pet slojeva nalaze se prijelazne zone koje se nazivaju "pauze" u kojima dolazi do promjena temperature, sastava i gustoće zraka. Zajedno sa pauzama, Zemljina atmosfera uključuje ukupno 9 slojeva.

Troposfera: gdje se javlja vrijeme

Od svih slojeva atmosfere, troposfera nam je najpoznatija (shvatali vi to ili ne), budući da živimo na njenom dnu - površini planete. Omotava površinu Zemlje i proteže se prema gore nekoliko kilometara. Riječ troposfera znači "promjena globusa". Veoma prikladan naziv, budući da je ovaj sloj mjesto gdje se svakodnevno događa vrijeme.

Počevši od površine planete, troposfera se uzdiže do visine od 6 do 20 km. Donja trećina sloja, nama najbliža, sadrži 50% svih atmosferskih gasova. Ovo je jedini dio cijele atmosfere koji diše. Zbog činjenice da se vazduh odozdo zagreva od strane zemljine površine, koja apsorbuje toplotnu energiju Sunca, temperatura i pritisak troposfere opadaju sa povećanjem nadmorske visine.

Na vrhu se nalazi tanak sloj nazvan tropopauza, koji je samo tampon između troposfere i stratosfere.

Stratosfera: dom ozona

Stratosfera je sljedeći sloj atmosfere. Prostire se od 6-20 km do 50 km iznad površine Zemlje. Ovo je sloj u kojem leti većina komercijalnih aviona i putuju baloni na vrući zrak.

Ovde vazduh ne struji gore-dole, već se kreće paralelno sa površinom u veoma brzim vazdušnim strujama. Kako rastete, temperatura raste, zahvaljujući obilju prirodnog ozona (O3), nusproizvoda sunčevog zračenja i kiseonika, koji ima sposobnost da apsorbuje štetne sunčeve ultraljubičaste zrake (svako povećanje temperature sa visinom u meteorologiji je poznato kao "inverzija").

Budući da stratosfera ima toplije temperature na dnu i niže temperature na vrhu, konvekcija (vertikalno kretanje vazdušnih masa) je retka u ovom delu atmosfere. U stvari, iz stratosfere možete vidjeti oluju koja bjesni u troposferi jer sloj djeluje kao konvekcijska kapa koja sprječava prodor olujnih oblaka.

Nakon stratosfere ponovo postoji tampon sloj, ovaj put nazvan stratopauza.

Mezosfera: srednja atmosfera

Mezosfera se nalazi otprilike 50-80 km od površine Zemlje. Gornja mezosfera je najhladnije prirodno mjesto na Zemlji, gdje temperature mogu pasti ispod -143°C.

Termosfera: gornja atmosfera

Nakon mezosfere i mezopauze dolazi termosfera koja se nalazi između 80 i 700 km iznad površine planete i sadrži manje od 0,01% ukupnog zraka u atmosferskom omotaču. Temperature ovdje dosežu i do +2000°C, ali zbog ekstremne razrijeđenosti zraka i nedostatka molekula plina za prijenos topline, ove visoke temperature se doživljavaju kao vrlo hladne.

Egzosfera: granica između atmosfere i svemira

Na visini od oko 700-10.000 km iznad površine zemlje nalazi se egzosfera - vanjski rub atmosfere, koji graniči sa svemirom. Ovdje vremenski sateliti kruže oko Zemlje.

Šta je sa jonosferom?

Jonosfera nije poseban sloj, ali se u stvari termin koristi za označavanje atmosfere između 60 i 1000 km nadmorske visine. Uključuje najgornje dijelove mezosfere, cijelu termosferu i dio egzosfere. Jonosfera je dobila ime jer se u ovom dijelu atmosfere zračenje Sunca jonizuje kada prolazi kroz Zemljina magnetna polja na i. Ovaj fenomen se posmatra sa zemlje kao severno svetlo.

I nečistoće (aerosoli). Po sastavu vazduh na površini zemlje sadrži 78% azota (N2) i oko 21% kiseonika (O2), tj. Ova dva elementa čine oko 99% zapremine vazduha. Primjetan udio ima argon (Ar) - 0,9%. Važne komponente atmosfere su ozon (O3), ugljični dioksid (CO2) i vodena para. Važnost ovih gasova determinisana je prvenstveno činjenicom da oni veoma snažno apsorbuju energiju zračenja i time imaju značajan uticaj na temperaturni režim zemljine površine i atmosfere.

Ugljični dioksid je jedna od najvažnijih komponenti ishrane biljaka. U atmosferu ulazi kao rezultat procesa sagorijevanja, disanja živih organizama i propadanja, a troši se u procesu asimilacije od strane biljaka.

Ozon, čiji je najveći dio koncentriran u takozvanom ozonskom omotaču (), služi kao prirodni apsorber ultraljubičastog zračenja, štetnog za žive organizme.

Sastav takođe uključuje brojne suspendovane čvrste i tečne nečistoće - takozvane aerosole. Imaju prirodno i vještačko (antropogeno) porijeklo (prašina, čađ, pepeo, kristali leda i morske soli, kapljice vode, mikroorganizmi itd.).

Karakteristično svojstvo atmosfere je da se sadržaj najmanje glavnih gasova (N 2, O 2, Ar) neznatno menja sa visinom. Tako je na visini od 65 km u atmosferi sadržaj azota 86%, kiseonika - 19, argona - 0,91, a na visini od 95 km - 77, 21,3 i 0,82%, respektivno. Konstantnost sastava atmosferskog zraka i vertikalno i horizontalno održava se njegovim miješanjem.

Sadašnji sastav Zemljinog zraka uspostavljen je prije najmanje nekoliko stotina miliona godina i ostao je nepromijenjen sve dok se ljudske proizvodne aktivnosti naglo nisu povećale. U sadašnjem veku, došlo je do povećanja sadržaja CO 2 širom sveta za otprilike 10 - 12%.

Atmosfera ima složenu strukturu. U skladu sa promjenom temperature s visinom razlikuju se četiri sloja: troposfera (do 12 km), stratosfera (do 50 km), gornji slojevi, koji uključuju mezosferu (do 80 km) i termosferu , koji se postepeno pretvara u međuplanetarni prostor. U troposferi i mezosferi se smanjuje sa visinom, au stratosferi i termosferi, naprotiv, raste.

Troposfera je donji sloj atmosfere, čija visina varira od 8 km iznad polova do 17 km (prosječno 12 km). Sadrži do 4/5 ukupne mase atmosfere i gotovo svu vodenu paru. U sastavu zraka dominiraju dušik, kisik, argon i ugljični dioksid. Vazduh u troposferi se zagreva od površine zemlje – površine vode i zemlje. U troposferi se zrak stalno miješa. Vodena para se kondenzuje i formira, pada kiša i nastaju oluje. Temperatura opada sa visinom u prosjeku za 0,6°C na 100 m, a na gornjoj granici je — 70°C u blizini ekvatora i -65°C iznad sjevernog pola.

Stratosfera je drugi sloj atmosfere koji se nalazi iznad troposfere. Prostire se na nadmorskoj visini od 50 km. Gasovi u stratosferi se stalno miješaju, a u njenom donjem dijelu primjećuju se stabilne takozvane mlazne struje zraka pri brzinama do 300 km/h. Boja neba u stratosferi ne izgleda plava, kao u troposferi, već ljubičasta. To se objašnjava razrjeđivanjem zraka, zbog čega se sunčeve zrake gotovo ne raspršuju. U stratosferi ima vrlo malo vodene pare, a nema aktivnih procesa stvaranja oblaka i padavina. Povremeno se tanki svijetli oblaci koji se nazivaju sedefasti oblaci pojavljuju u stratosferi na visini od » 30 km na visokim geografskim širinama. Upravo u stratosferi, na visini od približno 20-30 km, oslobađa se sloj maksimalne koncentracije ozona - ozonski omotač (ozonski ekran, ozonosfera). Zahvaljujući ozonu, temperatura u stratosferi i na gornjoj granici je unutar +50 +55°C.

Iznad stratosfere nalaze se najviši slojevi atmosfere - mezosfera i termosfera.

Mezosfera - srednja sfera se proteže od 40-45 do 80-85 km. Boja neba u mezosferi izgleda crna; svijetle zvijezde koje ne trepere vidljive su danju i noću. Temperatura pada na 75-90°C ispod nule.

Termosfera se proteže od mezosfere i iznad. Pretpostavlja se da je njegova gornja granica na visini od 800 km. Uglavnom se sastoji od jona nastalih pod uticajem kosmičkih zraka, čije djelovanje na molekule plina dovodi do njihovog raspadanja na nabijene čestice atoma. Sloj jona u termosferi naziva se jonosfera, koju karakteriše visoka naelektrisanost i od koje se, poput ogledala, reflektuju dugi i srednji radio talasi. U jonosferi dolazi do sjaja razrijeđenih plinova pod utjecajem električno nabijenih čestica koje lete sa Sunca.

Termosferu karakterizira sve veći porast temperature: na visini od 150 km dostiže 220-240°C; na visini od 500-600 km prelazi 1500°C.

Iznad termosfere (tj. iznad 800 km) nalazi se vanjska sfera, disperziona sfera - egzosfera, koja se proteže do nekoliko hiljada kilometara.

Uobičajeno se vjeruje da se atmosfera proteže do visine od 3000 km.

Na nivou mora 1013,25 hPa (oko 760 mmHg). Prosječna globalna temperatura zraka na površini Zemlje je 15°C, sa temperaturom koja varira od približno 57°C u suptropskim pustinjama do -89°C na Antarktiku. Gustoća zraka i tlak opadaju s visinom prema zakonu bliskom eksponencijalnom.

Struktura atmosfere. Vertikalno, atmosfera ima slojevitu strukturu, determiniranu uglavnom karakteristikama vertikalne raspodjele temperature (slika), koja ovisi o geografskom položaju, godišnjem dobu, dobu dana i tako dalje. Donji sloj atmosfere - troposfera - karakterizira pad temperature s visinom (za oko 6°C po 1 km), njegova visina od 8-10 km u polarnim geografskim širinama do 16-18 km u tropima. Zbog brzog smanjenja gustine vazduha sa visinom, oko 80% ukupne mase atmosfere nalazi se u troposferi. Iznad troposfere je stratosfera, sloj koji se općenito karakterizira povećanjem temperature s visinom. Prijelazni sloj između troposfere i stratosfere naziva se tropopauza. U nižoj stratosferi, do nivoa od oko 20 km, temperatura se malo mijenja s visinom (tzv. izotermna oblast), a često čak i lagano opada. Iznad toga, temperatura raste zbog apsorpcije UV zračenja sa Sunca ozonom, u početku polako, a brže sa nivoa od 34-36 km. Gornja granica stratosfere - stratopauza - nalazi se na nadmorskoj visini od 50-55 km, što odgovara maksimalnoj temperaturi (260-270 K). Sloj atmosfere koji se nalazi na nadmorskoj visini od 55-85 km, gde temperatura ponovo opada sa visinom, naziva se mezosfera; na njenoj gornjoj granici - mezopauzi - temperatura dostiže 150-160 K ljeti, a 200-230 K. K zimi. Iznad mezopauze počinje termosfera – sloj koji karakteriše nagli porast temperature, dostižući 800-1200 K na visini od 250 km. U termosferi se apsorbuje korpuskularno i rendgensko zračenje Sunca, meteori se usporavaju i sagorevaju, pa djeluje kao zaštitni sloj Zemlje. Još viša je egzosfera, odakle se atmosferski plinovi raspršuju u svemir zbog disipacije i gdje dolazi do postepenog prijelaza iz atmosfere u međuplanetarni prostor.

Sastav atmosfere. Do visine od oko 100 km atmosfera je gotovo homogena po hemijskom sastavu, a prosječna molekularna težina zraka (oko 29) je konstantna. U blizini Zemljine površine, atmosfera se sastoji od azota (oko 78,1% zapremine) i kiseonika (oko 20,9%), a sadrži i male količine argona, ugljen-dioksida (ugljen-dioksida), neona i drugih stalnih i promenljivih komponenti (vidi vazduh ).

Osim toga, atmosfera sadrži male količine ozona, dušikovih oksida, amonijaka, radona itd. Relativni sadržaj glavnih komponenti zraka je konstantan tokom vremena i ujednačen u različitim geografskim područjima. Sadržaj vodene pare i ozona je promjenjiv u prostoru i vremenu; Uprkos niskom sadržaju, njihova uloga u atmosferskim procesima je veoma značajna.

Iznad 100-110 km dolazi do disocijacije molekula kisika, ugljičnog dioksida i vodene pare, pa se molekulska masa zraka smanjuje. Na visini od oko 1000 km počinju da prevladavaju laki gasovi - helijum i vodonik, a još više Zemljina atmosfera se postepeno pretvara u međuplanetarni gas.

Najvažnija varijabilna komponenta atmosfere je vodena para, koja u atmosferu ulazi isparavanjem sa površine vode i vlažnog tla, kao i transpiracijom biljaka. Relativni sadržaj vodene pare varira na površini zemlje od 2,6% u tropima do 0,2% u polarnim geografskim širinama. Brzo pada s visinom, smanjujući se za polovicu već na visini od 1,5-2 km. Vertikalni stup atmosfere na umjerenim geografskim širinama sadrži oko 1,7 cm „sloja istaložene vode“. Kada se vodena para kondenzira, nastaju oblaci iz kojih padaju atmosferske padavine u obliku kiše, grada i snijega.

Važna komponenta atmosferskog vazduha je ozon, koncentrisan 90% u stratosferi (između 10 i 50 km), oko 10% je u troposferi. Ozon obezbeđuje apsorpciju tvrdog UV zračenja (talasne dužine manje od 290 nm), a to je njegova zaštitna uloga za biosferu. Vrijednosti ukupnog sadržaja ozona variraju ovisno o geografskoj širini i godišnjem dobu u rasponu od 0,22 do 0,45 cm (debljina ozonskog omotača pri pritisku p = 1 atm i temperaturi T = 0°C). U ozonskim rupama koje se na Antarktiku posmatraju u proleće od ranih 1980-ih, sadržaj ozona može pasti na 0,07 cm. Povećava se od ekvatora do polova i ima godišnji ciklus sa maksimumom u proleće i minimumom u jesen i amplitudom od godišnji ciklus je mali u tropima i raste prema visokim geografskim širinama. Značajna varijabilna komponenta atmosfere je ugljični dioksid, čiji se sadržaj u atmosferi povećao za 35% u posljednjih 200 godina, što se uglavnom objašnjava antropogenim faktorom. Uočava se njegova geografska i sezonska varijabilnost, povezana s fotosintezom biljaka i topivosti u morskoj vodi (prema Henryjevom zakonu, topljivost plina u vodi opada s povećanjem temperature).

Važnu ulogu u oblikovanju klime planete igra atmosferski aerosol - čvrste i tečne čestice suspendirane u zraku veličine od nekoliko nm do desetina mikrona. Postoje aerosoli prirodnog i antropogenog porijekla. Aerosol nastaje u procesu reakcija u gasnoj fazi iz proizvoda biljnog života i ljudske ekonomske aktivnosti, vulkanskih erupcija, kao rezultat prašine koja se diže vjetrom sa površine planete, posebno iz njenih pustinjskih krajeva, a također je i nastala od kosmičke prašine koja pada u gornje slojeve atmosfere. Većina aerosola koncentrirana je u troposferi; aerosol iz vulkanskih erupcija formira takozvani Jungeov sloj na visini od oko 20 km. Najveća količina antropogenog aerosola dospeva u atmosferu kao rezultat rada vozila i termoelektrana, hemijske proizvodnje, sagorevanja goriva itd. Stoga se u nekim područjima sastav atmosfere primetno razlikuje od običnog vazduha, što je zahtevalo stvaranje posebne službe za praćenje i praćenje nivoa zagađenosti atmosferskog vazduha.

Evolucija atmosfere. Moderna atmosfera je očigledno sekundarnog porijekla: nastala je od plinova koje je ispustila čvrsta ljuska Zemlje nakon što je formiranje planete završeno prije oko 4,5 milijardi godina. Atmosfera je tokom geološke istorije Zemlje pretrpela značajne promene u svom sastavu pod uticajem niza faktora: disipacije (isparenja) gasova, uglavnom lakših, u svemir; oslobađanje plinova iz litosfere kao rezultat vulkanske aktivnosti; hemijske reakcije između komponenti atmosfere i stijena koje čine zemljinu koru; fotohemijske reakcije u samoj atmosferi pod uticajem sunčevog UV zračenja; akrecija (hvatanje) materije iz međuplanetarnog medija (na primjer, meteorska materija). Razvoj atmosfere usko je povezan sa geološkim i geohemijskim procesima, a tokom poslednjih 3-4 milijarde godina i sa aktivnošću biosfere. Značajan dio plinova koji čine modernu atmosferu (dušik, ugljični dioksid, vodena para) nastao je tokom vulkanske aktivnosti i upada, koji ih je nosio iz dubina Zemlje. Kiseonik se pojavio u značajnim količinama prije oko 2 milijarde godina kao rezultat fotosintetskih organizama koji su prvobitno nastali u površinskim vodama oceana.

Na osnovu podataka o hemijskom sastavu karbonatnih naslaga dobijene su procjene količine ugljičnog dioksida i kisika u atmosferi geološke prošlosti. Tokom fanerozoika (poslednjih 570 miliona godina Zemljine istorije), količina ugljičnog dioksida u atmosferi varirala je u velikoj mjeri u zavisnosti od nivoa vulkanske aktivnosti, temperature okeana i brzine fotosinteze. Veći dio ovog vremena koncentracija ugljičnog dioksida u atmosferi bila je znatno viša nego danas (do 10 puta). Količina kiseonika u atmosferi fanerozoika značajno se promenila, sa preovladavajućim trendom njenog povećanja. U pretkambrijskoj atmosferi masa ugljičnog dioksida je po pravilu bila veća, a masa kisika manja u odnosu na atmosferu fanerozoika. Fluktuacije u količini ugljičnog dioksida imale su značajan utjecaj na klimu u prošlosti, povećavajući efekat staklene bašte s povećanjem koncentracije ugljičnog dioksida, čineći klimu znatno toplijom kroz glavni dio fanerozoika u odnosu na modernu eru.

Atmosfera i život. Bez atmosfere, Zemlja bi bila mrtva planeta. Organski život se odvija u bliskoj interakciji sa atmosferom i povezanom klimom i vremenom. Beznačajna po masi u poređenju sa planetom u cjelini (otprilike milionski dio), atmosfera je neophodan uslov za sve oblike života. Najvažniji od atmosferskih plinova za život organizama su kisik, dušik, vodena para, ugljični dioksid i ozon. Kada fotosintetske biljke apsorbiraju ugljični dioksid, stvara se organska tvar koju koristi kao izvor energije velika većina živih bića, uključujući i ljude. Kiseonik je neophodan za postojanje aerobnih organizama, kojima se protok energije obezbeđuje reakcijama oksidacije organske materije. Azot, koji asimiliraju neki mikroorganizmi (fiksatori dušika), neophodan je za mineralnu ishranu biljaka. Ozon, koji apsorbuje tvrdo UV zračenje Sunca, značajno slabi ovaj dio sunčevog zračenja štetnog za život. Kondenzacija vodene pare u atmosferi, stvaranje oblaka i naknadne padavine dovode vodu do kopna, bez kojih nije moguć nijedan oblik života. Vitalna aktivnost organizama u hidrosferi je u velikoj mjeri određena količinom i hemijskim sastavom atmosferskih plinova otopljenih u vodi. Budući da hemijski sastav atmosfere značajno zavisi od aktivnosti organizama, biosfera i atmosfera se mogu smatrati dijelom jedinstvenog sistema čije je održavanje i evolucija (vidi Biogeohemijski ciklusi) od velike važnosti za promjenu sastava atmosferu kroz istoriju Zemlje kao planete.

Radijacijski, toplotni i vodni bilansi atmosfere. Sunčevo zračenje je praktično jedini izvor energije za sve fizičke procese u atmosferi. Glavna karakteristika radijacijskog režima atmosfere je takozvani efekat staklene bašte: atmosfera prilično dobro prenosi sunčevo zračenje na površinu zemlje, ali aktivno apsorbira toplotno dugovalno zračenje sa zemljine površine, čiji se dio vraća na površinu. u obliku kontra-zračenja, kompenzujući radijativne gubitke toplote sa zemljine površine (vidi Atmosfersko zračenje). U nedostatku atmosfere, prosječna temperatura zemljine površine bila bi -18°C, au stvarnosti je 15°C. Dolazeće sunčevo zračenje se djelomično (oko 20%) apsorbira u atmosferu (uglavnom vodenom parom, kapljicama vode, ugljičnim dioksidom, ozonom i aerosolima), a također se raspršuje (oko 7%) česticama aerosola i fluktuacijama gustoće (Rayleighovo raspršivanje) . Ukupno zračenje koje dopire do Zemljine površine se djelimično (oko 23%) odbija od nje. Koeficijent refleksije određen je refleksivnošću donje površine, takozvanim albedom. U prosjeku, Zemljin albedo za integralni tok sunčevog zračenja je blizu 30%. Ona varira od nekoliko procenata (suvo tlo i crnica) do 70-90% za svježe pao snijeg. Radijacijska izmjena topline između zemljine površine i atmosfere značajno ovisi o albedu i određena je efektivnim zračenjem zemljine površine i protuzračenjem atmosfere koje apsorbira. Algebarski zbir tokova zračenja koji ulaze u Zemljinu atmosferu iz svemira i napuštaju je nazad naziva se radijacioni balans.

Transformacije sunčevog zračenja nakon njegovog apsorpcije atmosferom i zemljinom površinom određuju toplotni bilans Zemlje kao planete. Glavni izvor toplote za atmosferu je Zemljina površina; toplota se iz njega prenosi ne samo u obliku dugovalnog zračenja, već i konvekcijom, a oslobađa se i prilikom kondenzacije vodene pare. Učešće ovih priliva toplote je u proseku 20%, 7% i 23%, respektivno. Ovdje se također dodaje oko 20% topline zbog apsorpcije direktnog sunčevog zračenja. Tok sunčevog zračenja u jedinici vremena kroz jedno područje okomito na sunčeve zrake i smješteno izvan atmosfere na prosječnoj udaljenosti od Zemlje do Sunca (tzv. solarna konstanta) jednak je 1367 W/m2, promjene su 1-2 W/m2 u zavisnosti od ciklusa sunčeve aktivnosti. Sa planetarnim albedom od oko 30%, vremenski prosjek globalnog priliva sunčeve energije na planetu iznosi 239 W/m2. Pošto Zemlja kao planeta emituje u svemir u proseku istu količinu energije, onda je, prema Stefan-Boltzmannom zakonu, efektivna temperatura izlaznog toplotnog dugotalasnog zračenja 255 K (-18°C). Istovremeno, prosječna temperatura zemljine površine je 15°C. Razlika od 33°C je zbog efekta staklene bašte.

Vodeni bilans atmosfere općenito odgovara jednakosti količine vlage koja je isparila sa površine Zemlje i količine padavina koje padaju na površinu Zemlje. Atmosfera iznad okeana prima više vlage iz procesa isparavanja nego nad kopnom i gubi 90% u obliku padavina. Višak vodene pare preko okeana prenosi se na kontinente vazdušnim strujama. Količina vodene pare koja se prenosi u atmosferu iz okeana na kontinente jednaka je zapremini rijeka koje teku u okeane.

Kretanje zraka. Zemlja je sferna, pa mnogo manje sunčevog zračenja dopire do njenih visokih geografskih širina nego u tropskim krajevima. Kao rezultat, nastaju veliki temperaturni kontrasti između geografskih širina. Na raspodjelu temperature značajno utiču i relativni položaji okeana i kontinenata. Zbog velike mase okeanskih voda i velikog toplotnog kapaciteta vode, sezonske fluktuacije temperature površine oceana su mnogo manje nego na kopnu. S tim u vezi, u srednjim i visokim geografskim širinama, temperatura zraka iznad okeana ljeti je znatno niža nego nad kontinentima, a viša zimi.

Neravnomjerno zagrijavanje atmosfere u različitim dijelovima zemaljske kugle uzrokuje prostorno nehomogenu raspodjelu atmosferskog tlaka. Na razini mora, raspodjelu tlaka karakteriziraju relativno niske vrijednosti u blizini ekvatora, povećava se u suptropima (pojasevi visokog pritiska) i opada u srednjim i visokim geografskim širinama. Istovremeno, nad kontinentima vantropskih širina tlak je obično povećan zimi, a opada ljeti, što je povezano s raspodjelom temperature. Pod uticajem gradijenta pritiska, vazduh doživljava ubrzanje usmereno iz oblasti visokog pritiska u oblasti niskog pritiska, što dovodi do kretanja vazdušnih masa. Na pokretne zračne mase također utiču sila skretanja Zemljine rotacije (Coriolisova sila), sila trenja koja se smanjuje s visinom i, za zakrivljene putanje, centrifugalna sila. Turbulentno miješanje zraka je od velike važnosti (vidi Turbulencija u atmosferi).

Složen sistem vazdušnih strujanja (opšta atmosferska cirkulacija) povezan je sa planetarnom raspodelom pritiska. U meridijalnoj ravni se u prosjeku mogu pratiti dvije ili tri meridionalne cirkulacijske ćelije. U blizini ekvatora, zagrijani zrak se diže i spušta u suptropima, formirajući Hadleyjevu ćeliju. Vazduh obrnute Ferrell ćelije takođe se spušta tamo. Na visokim geografskim širinama često je vidljiva ravna polarna ćelija. Meridionalne brzine cirkulacije su reda veličine 1 m/s ili manje. Zbog Coriolisove sile, zapadni vjetrovi se primjećuju u većem dijelu atmosfere sa brzinama u srednjoj troposferi od oko 15 m/s. Postoje relativno stabilni sistemi vetra. Tu spadaju pasati - vjetrovi koji duvaju iz zona visokog pritiska u suptropima do ekvatora sa uočljivom istočnom komponentom (od istoka prema zapadu). Monsuni su prilično stabilni - zračne struje koje imaju jasno izražen sezonski karakter: ljeti duvaju od okeana prema kopnu, a zimi u suprotnom smjeru. Monsuni Indijskog okeana su posebno redovni. U srednjim geografskim širinama kretanje zračnih masa je uglavnom zapadno (od zapada prema istoku). Ovo je zona atmosferskih frontova na kojima nastaju veliki vrtlozi - cikloni i anticikloni, koji pokrivaju stotine, pa čak i hiljade kilometara. Cikloni se također javljaju u tropima; ovdje se odlikuju manjim veličinama, ali vrlo velikim brzinama vjetra, dostižući snagu uragana (33 m/s ili više), takozvani tropski cikloni. U Atlantskom i istočnom Pacifiku nazivaju se uragani, a u zapadnom Tihom okeanu tajfuni. U gornjoj troposferi i donjoj stratosferi, u područjima koja razdvajaju direktnu Hadley meridionalnu cirkulacionu ćeliju i reverznu Ferrell ćeliju, često se uočavaju relativno uski, stotinama kilometara široki, mlazne struje sa oštro definisanim granicama, unutar kojih vetar dostiže 100-150 stepeni. pa čak 200 m/ sa.

Klima i vrijeme. Razlika u količini sunčeve radijacije koja dolazi na različitim geografskim širinama na zemljinu površinu, koja je raznolika u svojim fizičkim svojstvima, određuje raznolikost klime na Zemlji. Od ekvatora do tropskih geografskih širina, temperatura zraka na površini zemlje u prosjeku iznosi 25-30°C i malo varira tokom cijele godine. U ekvatorijalnom pojasu obično ima mnogo padavina, što stvara uslove viška vlage. U tropskim zonama padavine se smanjuju, au nekim područjima postaju vrlo niske. Ovdje su ogromne pustinje Zemlje.

U suptropskim i srednjim geografskim širinama temperatura zraka značajno varira tokom cijele godine, a razlika između ljetnih i zimskih temperatura posebno je velika u područjima kontinenata udaljenih od okeana. Tako u nekim područjima istočnog Sibira godišnji raspon temperature zraka dostiže 65°C. Uslovi ovlaživanja na ovim geografskim širinama su veoma raznoliki, zavise uglavnom od režima opšte atmosferske cirkulacije i značajno variraju iz godine u godinu.

U polarnim geografskim širinama, temperatura ostaje niska tokom cijele godine, čak i ako postoje primjetne sezonske varijacije. Ovo doprinosi širokoj rasprostranjenosti ledenog pokrivača na okeanima i kopnu i permafrostu, koji zauzimaju preko 65% njene površine u Rusiji, uglavnom u Sibiru.

Tokom proteklih decenija, promjene u globalnoj klimi postale su sve primjetnije. Temperature rastu više na visokim nego na niskim geografskim širinama; više zimi nego ljeti; više noću nego danju. Tokom 20. veka prosečna godišnja temperatura vazduha na zemljinoj površini u Rusiji porasla je za 1,5-2°C, a u nekim oblastima Sibira primećeno je povećanje od nekoliko stepeni. Ovo je povezano s povećanjem efekta staklene bašte zbog povećanja koncentracije plinova u tragovima.

Vrijeme je određeno uvjetima atmosferske cirkulacije i geografskim položajem područja, najstabilnije je u tropima i najpromjenljivije u srednjim i visokim geografskim širinama. Vrijeme se najviše mijenja u zonama promjene zračnih masa uzrokovanih prolaskom atmosferskih frontova, ciklona i anticiklona koji nose padavine i pojačan vjetar. Podaci za vremensku prognozu prikupljaju se na zemaljskim meteorološkim stanicama, brodovima i avionima, te sa meteoroloških satelita. Vidi također Meteorologija.

Optički, akustički i električni fenomeni u atmosferi. Kada se elektromagnetno zračenje širi u atmosferi, kao rezultat prelamanja, apsorpcije i raspršivanja svjetlosti zrakom i raznim česticama (aerosol, kristali leda, kapi vode), nastaju različite optičke pojave: duge, krune, oreole, fatamorgane itd. rasipanje svetlosti određuje prividnu visinu nebeskog svoda i plavu boju neba. Opseg vidljivosti objekata određen je uslovima širenja svjetlosti u atmosferi (vidi Vidljivost atmosfere). Transparentnost atmosfere na različitim talasnim dužinama određuje komunikacijski domet i sposobnost detekcije objekata instrumentima, uključujući mogućnost astronomskih posmatranja sa površine Zemlje. Za proučavanje optičkih nehomogenosti stratosfere i mezosfere, fenomen sumraka igra važnu ulogu. Na primjer, fotografiranje sumraka iz svemirskih letjelica omogućava otkrivanje slojeva aerosola. Osobine širenja elektromagnetnog zračenja u atmosferi određuju točnost metoda za daljinsko ispitivanje njegovih parametara. Sva ova pitanja, kao i mnoga druga, proučava atmosferska optika. Refrakcija i rasipanje radio talasa određuju mogućnosti radio prijema (pogledajte Širenje radio talasa).

Širenje zvuka u atmosferi zavisi od prostorne distribucije temperature i brzine vjetra (vidi Atmosferska akustika). Od interesa je za atmosfersko ispitivanje daljinskim metodama. Eksplozije naelektrisanja lansiranih raketama u gornju atmosferu pružile su bogate informacije o sistemima vetra i temperaturnim varijacijama u stratosferi i mezosferi. U stabilno stratifikovanoj atmosferi, kada temperatura opada sa visinom sporije od adijabatskog gradijenta (9,8 K/km), nastaju takozvani unutrašnji talasi. Ovi talasi se mogu širiti prema gore u stratosferu, pa čak i u mezosferu, gdje se smanjuju, doprinoseći pojačanim vjetrovima i turbulencijama.

Negativni naboj Zemlje i rezultirajuće električno polje, atmosfera, zajedno sa električno nabijenom jonosferom i magnetosferom, stvaraju globalno električno kolo. Važnu ulogu u tome ima formiranje oblaka i elektriciteta grmljavine. Opasnost od pražnjenja groma zahtijevala je razvoj metoda gromobranske zaštite zgrada, objekata, dalekovoda i komunikacija. Ova pojava predstavlja posebnu opasnost za avijaciju. Pražnjenja groma uzrokuju atmosferske radio smetnje, koje se nazivaju atmosfere (pogledajte Atmosfere zvižduka). Prilikom naglog povećanja jačine električnog polja uočavaju se svjetleća pražnjenja koja se pojavljuju na vrhovima i oštrim uglovima objekata koji strše iznad površine zemlje, na pojedinačnim vrhovima u planinama itd. (Elma svjetla). Atmosfera uvijek sadrži vrlo različitu količinu lakih i teških jona, ovisno o specifičnim uvjetima, koji određuju električnu provodljivost atmosfere. Glavni jonizatori zraka u blizini zemljine površine su zračenje radioaktivnih tvari sadržanih u zemljinoj kori i atmosferi, kao i kosmičke zrake. Vidi također Atmosferski elektricitet.

Ljudski uticaj na atmosferu. Tokom proteklih stoljeća došlo je do povećanja koncentracije stakleničkih plinova u atmosferi zbog ljudskih ekonomskih aktivnosti. Procenat ugljičnog dioksida porastao je sa 2,8-10 2 prije dvije stotine godina na 3,8-10 2 2005. godine, sadržaj metana - sa 0,7-10 1 prije otprilike 300-400 godina na 1,8-10 -4 početkom 21. vijek; oko 20% povećanja efekta staklene bašte u prošlom veku došlo je od freona, kojih u atmosferi praktično nije bilo do sredine 20. veka. Ove supstance su prepoznate kao oštećivači stratosferskog ozona, a njihova proizvodnja je zabranjena Montrealskim protokolom iz 1987. godine. Povećanje koncentracije ugljičnog dioksida u atmosferi uzrokovano je sagorijevanjem sve većih količina uglja, nafte, plina i drugih vrsta ugljičnih goriva, kao i krčenjem šuma, uslijed čega dolazi do apsorpcije ugljični dioksid se fotosintezom smanjuje. Koncentracija metana raste sa povećanjem proizvodnje nafte i gasa (zbog njegovih gubitaka), kao i sa širenjem usjeva riže i povećanjem broja stoke. Sve to doprinosi zagrijavanju klime.

Za promjenu vremena razvijene su metode za aktivno djelovanje na atmosferske procese. Koriste se za zaštitu poljoprivrednih biljaka od grada raspršivanjem specijalnih reagensa u grmljavinskim oblacima. Postoje i metode za raspršivanje magle na aerodromima, zaštitu biljaka od mraza, uticaj na oblake da povećaju padavine u željenim područjima ili za raspršivanje oblaka tokom javnih događaja.

Proučavanje atmosfere. Informacije o fizičkim procesima u atmosferi dobivaju se prvenstveno iz meteoroloških osmatranja, koje provodi globalna mreža stalno operativnih meteoroloških stanica i postova smještenih na svim kontinentima i na mnogim otocima. Dnevna osmatranja daju informacije o temperaturi i vlažnosti zraka, atmosferskom pritisku i padavinama, oblačnosti, vjetru itd. Na aktinometrijskim stanicama vrše se opažanja sunčevog zračenja i njegovih transformacija. Od velikog značaja za proučavanje atmosfere su mreže aeroloških stanica, na kojima se vrše meteorološka mjerenja do visine od 30-35 km uz pomoć radiosonda. Na brojnim stanicama vrše se posmatranja atmosferskog ozona, električnih pojava u atmosferi i hemijskog sastava vazduha.

Podaci sa zemaljskih stanica dopunjeni su opservacijama na okeanima, gdje rade “brodovi za vremenske prilike”, koji se stalno nalaze u određenim područjima Svjetskog okeana, kao i meteorološkim informacijama dobijenim od istraživačkih i drugih brodova.

Poslednjih decenija sve se više informacija o atmosferi dobija pomoću meteoroloških satelita, koji nose instrumente za fotografisanje oblaka i merenje tokova ultraljubičastog, infracrvenog i mikrotalasnog zračenja Sunca. Sateliti omogućavaju dobijanje informacija o vertikalnim profilima temperature, oblačnosti i njenom vodosnabdijevanju, elementima radijacijske ravnoteže atmosfere, temperaturi površine okeana itd. Koristeći mjerenje refrakcije radio signala sa sistema navigacijskih satelita, on moguće je odrediti vertikalne profile gustine, pritiska i temperature, kao i sadržaja vlage u atmosferi. Uz pomoć satelita postalo je moguće razjasniti vrijednost solarne konstante i planetarnog albeda Zemlje, izgraditi karte radijacijske ravnoteže sistema Zemlja-atmosfera, izmjeriti sadržaj i varijabilnost malih atmosferskih zagađivača i riješiti mnogi drugi problemi atmosferske fizike i monitoringa životne sredine.

Lit.: Budyko M.I. Klima u prošlosti i budućnosti. L., 1980; Matveev L. T. Kurs opće meteorologije. Atmosferska fizika. 2nd ed. L., 1984; Budyko M.I., Ronov A.B., Yanshin A.L. Istorija atmosfere. L., 1985; Khrgian A. Kh Atmospheric Physics. M., 1986; Atmosfera: Imenik. L., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Meteorologija i klimatologija. 5th ed. M., 2001.

G. S. Golitsyn, N. A. Zaitseva.