Η ατμόσφαιρα αποτελείται από τα ακόλουθα στρώματα. Η ατμόσφαιρα της γης: ιστορία εμφάνισης και δομής. Βασικά στοιχεία της ατμόσφαιρας

Το πάχος της ατμόσφαιρας είναι περίπου 120 km από την επιφάνεια της Γης. Η συνολική μάζα του αέρα στην ατμόσφαιρα είναι (5,1-5,3) 10 18 kg. Από αυτά, η μάζα του ξηρού αέρα είναι 5,1352 ±0,0003 10 18 kg, η συνολική μάζα των υδρατμών είναι κατά μέσο όρο 1,27 10 16 kg.

Τροπόπαυση

Το στρώμα μετάβασης από την τροπόσφαιρα στη στρατόσφαιρα, ένα στρώμα της ατμόσφαιρας στο οποίο σταματά η μείωση της θερμοκρασίας με το ύψος.

Στρατόσφαιρα

Ένα στρώμα της ατμόσφαιρας που βρίσκεται σε υψόμετρο από 11 έως 50 km. Χαρακτηρίζεται από μια ελαφρά μεταβολή της θερμοκρασίας στο στρώμα 11-25 km (κατώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας) και μια αύξηση της θερμοκρασίας στο στρώμα 25-40 km από -56,5 σε 0,8 ° (ανώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας ή της περιοχής αναστροφής). Έχοντας φτάσει σε μια τιμή περίπου 273 K (σχεδόν 0 °C) σε υψόμετρο περίπου 40 km, η θερμοκρασία παραμένει σταθερή μέχρι υψόμετρο περίπου 55 km. Αυτή η περιοχή σταθερής θερμοκρασίας ονομάζεται στρατόπαυση και είναι το όριο μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας.

Στρατόπαυση

Το οριακό στρώμα της ατμόσφαιρας μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας. Στην κατακόρυφη κατανομή θερμοκρασίας υπάρχει μέγιστη (περίπου 0 °C).

Μεσόσφαιρα

ατμόσφαιρα της γης

Όριο της ατμόσφαιρας της Γης

Θερμόσφαιρα

Το ανώτατο όριο είναι περίπου 800 χλμ. Η θερμοκρασία ανεβαίνει σε υψόμετρα 200-300 km, όπου φτάνει τιμές της τάξης των 1500 K, μετά την οποία παραμένει σχεδόν σταθερή σε μεγάλα υψόμετρα. Υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας υπεριώδους και ακτίνων Χ και της κοσμικής ακτινοβολίας, εμφανίζεται ο ιονισμός του αέρα («αύροι») - οι κύριες περιοχές της ιονόσφαιρας βρίσκονται μέσα στη θερμόσφαιρα. Σε υψόμετρα άνω των 300 χλμ. κυριαρχεί το ατομικό οξυγόνο. Το ανώτερο όριο της θερμόσφαιρας καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την τρέχουσα δραστηριότητα του Ήλιου. Σε περιόδους χαμηλής δραστηριότητας - για παράδειγμα, το 2008-2009 - παρατηρείται αισθητή μείωση στο μέγεθος αυτού του στρώματος.

Θερμόπαυση

Η περιοχή της ατμόσφαιρας δίπλα στη θερμόσφαιρα. Σε αυτή την περιοχή, η απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι αμελητέα και η θερμοκρασία στην πραγματικότητα δεν αλλάζει με το υψόμετρο.

Εξώσφαιρα (σφαίρα σκέδασης)

Σε υψόμετρο 100 km, η ατμόσφαιρα είναι ένα ομοιογενές, καλά αναμεμειγμένο μείγμα αερίων. Στα υψηλότερα στρώματα, η κατανομή των αερίων κατά ύψος εξαρτάται από τα μοριακά τους βάρη· η συγκέντρωση των βαρύτερων αερίων μειώνεται ταχύτερα με την απόσταση από την επιφάνεια της Γης. Λόγω της μείωσης της πυκνότητας του αερίου, η θερμοκρασία πέφτει από 0 °C στη στρατόσφαιρα σε -110 °C στη μεσόσφαιρα. Ωστόσο, η κινητική ενέργεια των μεμονωμένων σωματιδίων σε υψόμετρα 200-250 km αντιστοιχεί σε θερμοκρασία ~150 °C. Πάνω από τα 200 km παρατηρούνται σημαντικές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία και την πυκνότητα των αερίων σε χρόνο και χώρο.

Σε υψόμετρο περίπου 2000-3500 km, η εξώσφαιρα μετατρέπεται σταδιακά στο λεγόμενο κοντά στο διαστημικό κενό, το οποίο είναι γεμάτο με εξαιρετικά σπάνια σωματίδια διαπλανητικού αερίου, κυρίως άτομα υδρογόνου. Αλλά αυτό το αέριο αντιπροσωπεύει μόνο ένα μέρος της διαπλανητικής ύλης. Το άλλο μέρος αποτελείται από σωματίδια σκόνης κομητικής και μετεωρικής προέλευσης. Εκτός από τα εξαιρετικά σπάνια σωματίδια σκόνης, ηλεκτρομαγνητική και σωματική ακτινοβολία ηλιακής και γαλαξιακής προέλευσης διεισδύει σε αυτόν τον χώρο.

Η τροπόσφαιρα αντιπροσωπεύει περίπου το 80% της μάζας της ατμόσφαιρας, η στρατόσφαιρα - περίπου το 20%. η μάζα της μεσόσφαιρας δεν είναι μεγαλύτερη από 0,3%, η θερμόσφαιρα είναι μικρότερη από το 0,05% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας. Με βάση τις ηλεκτρικές ιδιότητες της ατμόσφαιρας, διακρίνονται η νετρονόσφαιρα και η ιονόσφαιρα. Αυτή τη στιγμή πιστεύεται ότι η ατμόσφαιρα εκτείνεται σε υψόμετρο 2000-3000 km.

Ανάλογα με τη σύσταση του αερίου στην ατμόσφαιρα, εκπέμπουν ομόσφαιραΚαι ετερόσφαιρα. Ετερόσφαιρα- Αυτή είναι η περιοχή όπου η βαρύτητα επηρεάζει τον διαχωρισμό των αερίων, αφού η ανάμειξή τους σε τέτοιο υψόμετρο είναι αμελητέα. Αυτό συνεπάγεται μια μεταβλητή σύνθεση της ετεροσφαιρίας. Κάτω από αυτό βρίσκεται ένα καλά αναμεμειγμένο, ομοιογενές μέρος της ατμόσφαιρας, που ονομάζεται ομοσφαίρα. Το όριο μεταξύ αυτών των στρωμάτων ονομάζεται turbopause, βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 120 km.

Φυσιολογικές και άλλες ιδιότητες της ατμόσφαιρας

Ήδη σε υψόμετρο 5 χιλιομέτρων πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, ένα μη εκπαιδευμένο άτομο αρχίζει να βιώνει πείνα με οξυγόνο και χωρίς προσαρμογή, η απόδοση ενός ατόμου μειώνεται σημαντικά. Η φυσιολογική ζώνη της ατμόσφαιρας τελειώνει εδώ. Η ανθρώπινη αναπνοή καθίσταται αδύνατη σε υψόμετρο 9 km, αν και μέχρι περίπου 115 km η ατμόσφαιρα περιέχει οξυγόνο.

Η ατμόσφαιρα μας τροφοδοτεί με το απαραίτητο οξυγόνο για την αναπνοή. Ωστόσο, λόγω της πτώσης της συνολικής πίεσης της ατμόσφαιρας, καθώς ανεβαίνετε στο υψόμετρο, η μερική πίεση του οξυγόνου μειώνεται ανάλογα.

Σε σπάνια στρώματα αέρα, η διάδοση του ήχου είναι αδύνατη. Μέχρι υψόμετρα 60-90 km, εξακολουθεί να είναι δυνατή η χρήση αντίστασης αέρα και ανύψωσης για ελεγχόμενη αεροδυναμική πτήση. Αλλά ξεκινώντας από υψόμετρα 100-130 km, οι έννοιες του αριθμού M και του ηχητικού φράγματος, που είναι γνωστές σε κάθε πιλότο, χάνουν το νόημά τους: εκεί περνά η συμβατική γραμμή Karman, πέρα ​​από την οποία ξεκινά η περιοχή της καθαρά βαλλιστικής πτήσης, η οποία μπορεί μόνο να ελέγχεται με τη χρήση αντιδραστικών δυνάμεων.

Σε υψόμετρα άνω των 100 km, η ατμόσφαιρα στερείται μια άλλη αξιοσημείωτη ιδιότητα - την ικανότητα να απορροφά, να μεταδίδει και να μεταδίδει θερμική ενέργεια με μεταφορά (δηλαδή με ανάμιξη αέρα). Αυτό σημαίνει ότι διάφορα στοιχεία εξοπλισμού στον τροχιακό διαστημικό σταθμό δεν θα μπορούν να ψύχονται από το εξωτερικό με τον ίδιο τρόπο που γίνεται συνήθως σε ένα αεροπλάνο - με τη βοήθεια πίδακες αέρα και θερμαντικά σώματα αέρα. Σε αυτό το υψόμετρο, όπως και στο διάστημα γενικά, ο μόνος τρόπος μεταφοράς θερμότητας είναι η θερμική ακτινοβολία.

Ιστορία ατμοσφαιρικού σχηματισμού

Σύμφωνα με την πιο κοινή θεωρία, η ατμόσφαιρα της Γης είχε τρεις διαφορετικές συνθέσεις με την πάροδο του χρόνου. Αρχικά, αποτελούνταν από ελαφρά αέρια (υδρογόνο και ήλιο) που συλλαμβάνονταν από τον διαπλανητικό χώρο. Αυτό είναι το λεγόμενο πρωταρχική ατμόσφαιρα(πριν από περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια). Στο επόμενο στάδιο, η ενεργή ηφαιστειακή δραστηριότητα οδήγησε στον κορεσμό της ατμόσφαιρας με αέρια εκτός του υδρογόνου (διοξείδιο του άνθρακα, αμμωνία, υδρατμοί). Έτσι διαμορφώθηκε δευτερεύουσα ατμόσφαιρα(περίπου τρία δισεκατομμύρια χρόνια πριν από τη σημερινή ημέρα). Αυτή η ατμόσφαιρα ήταν αναζωογονητική. Επιπλέον, η διαδικασία σχηματισμού της ατμόσφαιρας προσδιορίστηκε από τους ακόλουθους παράγοντες:

• διαρροή ελαφρών αερίων (υδρογόνο και ήλιο) στον διαπλανητικό χώρο.
• χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας, των κεραυνών και ορισμένων άλλων παραγόντων.

Σταδιακά αυτοί οι παράγοντες οδήγησαν στο σχηματισμό τριτογενής ατμόσφαιρα, που χαρακτηρίζεται από πολύ χαμηλότερη περιεκτικότητα σε υδρογόνο και πολύ μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε άζωτο και διοξείδιο του άνθρακα (που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα χημικών αντιδράσεων από αμμωνία και υδρογονάνθρακες).

Αζωτο

Ο σχηματισμός μεγάλης ποσότητας αζώτου N2 οφείλεται στην οξείδωση της ατμόσφαιρας αμμωνίας-υδρογόνου από το μοριακό οξυγόνο O2, το οποίο άρχισε να προέρχεται από την επιφάνεια του πλανήτη ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, που ξεκίνησε πριν από 3 δισεκατομμύρια χρόνια. Το άζωτο N2 απελευθερώνεται επίσης στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της απονιτροποίησης των νιτρικών και άλλων ενώσεων που περιέχουν άζωτο. Το άζωτο οξειδώνεται από το όζον σε ΝΟ στην ανώτερη ατμόσφαιρα.

Το άζωτο N 2 αντιδρά μόνο υπό συγκεκριμένες συνθήκες (για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια εκκένωσης κεραυνού). Η οξείδωση του μοριακού αζώτου από το όζον κατά τις ηλεκτρικές εκκενώσεις χρησιμοποιείται σε μικρές ποσότητες στη βιομηχανική παραγωγή αζωτούχων λιπασμάτων. Τα κυανοβακτήρια (γαλαζοπράσινα φύκια) και τα οζίδια που σχηματίζουν ριζοβιακή συμβίωση με τα όσπρια, τα λεγόμενα, μπορούν να το οξειδώσουν με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και να το μετατρέψουν σε βιολογικά ενεργή μορφή. πράσινη κοπριά.

Οξυγόνο

Η σύνθεση της ατμόσφαιρας άρχισε να αλλάζει ριζικά με την εμφάνιση ζωντανών οργανισμών στη Γη, ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, που συνοδεύτηκε από την απελευθέρωση οξυγόνου και την απορρόφηση διοξειδίου του άνθρακα. Αρχικά, το οξυγόνο ξοδεύτηκε για την οξείδωση ανηγμένων ενώσεων - αμμωνία, υδρογονάνθρακες, σιδηρούχα μορφή σιδήρου που περιέχεται στους ωκεανούς κ.λπ. Στο τέλος αυτού του σταδίου, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα άρχισε να αυξάνεται. Σταδιακά, σχηματίστηκε μια σύγχρονη ατμόσφαιρα με οξειδωτικές ιδιότητες. Δεδομένου ότι αυτό προκάλεσε σοβαρές και απότομες αλλαγές σε πολλές διεργασίες που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα, τη λιθόσφαιρα και τη βιόσφαιρα, αυτό το γεγονός ονομάστηκε Καταστροφή Οξυγόνου.

ευγενή αέρια

Μόλυνση του αέρα

Πρόσφατα, οι άνθρωποι έχουν αρχίσει να επηρεάζουν την εξέλιξη της ατμόσφαιρας. Το αποτέλεσμα των δραστηριοτήτων του ήταν μια σταθερή σημαντική αύξηση της περιεκτικότητας σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα λόγω της καύσης καυσίμων υδρογονανθράκων που συσσωρεύτηκαν σε προηγούμενες γεωλογικές εποχές. Τεράστιες ποσότητες CO 2 καταναλώνονται κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης και απορροφώνται από τους ωκεανούς του κόσμου. Αυτό το αέριο εισέρχεται στην ατμόσφαιρα λόγω της αποσύνθεσης ανθρακικών πετρωμάτων και οργανικών ουσιών φυτικής και ζωικής προέλευσης, καθώς και λόγω του ηφαιστειακού και της ανθρώπινης βιομηχανικής δραστηριότητας. Τα τελευταία 100 χρόνια, η περιεκτικότητα σε CO 2 στην ατμόσφαιρα έχει αυξηθεί κατά 10%, με το μεγαλύτερο μέρος (360 δισεκατομμύρια τόνοι) να προέρχεται από την καύση καυσίμου. Εάν ο ρυθμός αύξησης της καύσης καυσίμου συνεχιστεί, τότε στα επόμενα 200-300 χρόνια η ποσότητα CO 2 στην ατμόσφαιρα θα διπλασιαστεί και θα μπορούσε να οδηγήσει σε παγκόσμια κλιματική αλλαγή.

Η καύση του καυσίμου είναι η κύρια πηγή ρυπογόνων αερίων (CO, SO2). Το διοξείδιο του θείου οξειδώνεται από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο σε SO 3 στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, το οποίο με τη σειρά του αλληλεπιδρά με το νερό και τους ατμούς αμμωνίας και το προκύπτον θειικό οξύ (H 2 SO 4) και το θειικό αμμώνιο ((NH 4) 2 SO 4 ) επιστρέφουν στην επιφάνεια της Γης με τη μορφή του λεγόμενου. όξινη βροχή. Η χρήση κινητήρων εσωτερικής καύσης οδηγεί σε σημαντική ατμοσφαιρική ρύπανση με οξείδια του αζώτου, υδρογονάνθρακες και ενώσεις μολύβδου (τετρααιθυλομόλυβδος Pb(CH 3 CH 2) 4)).

Η ρύπανση της ατμόσφαιρας από αερολύματα προκαλείται τόσο από φυσικά αίτια (ηφαιστειακές εκρήξεις, καταιγίδες σκόνης, συμπαρασυρμό σταγόνων θαλασσινού νερού και γύρης φυτών κ.λπ.) όσο και από ανθρώπινες οικονομικές δραστηριότητες (εξόρυξη μεταλλευμάτων και δομικών υλικών, καύση καυσίμων, παραγωγή τσιμέντου κ.λπ. ). Η έντονη μεγάλης κλίμακας απελευθέρωση σωματιδίων στην ατμόσφαιρα είναι μία από τις πιθανές αιτίες της κλιματικής αλλαγής στον πλανήτη.

δείτε επίσης

• Jacchia (μοντέλο ατμόσφαιρας)

Σημειώσεις

Συνδέσεις

Βιβλιογραφία

1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov«Διαστημική βιολογία και ιατρική» (2η έκδοση, αναθεωρημένη και διευρυμένη), Μ.: «Prosveshcheniye», 1975, 223 pp.
2. N. V. Gusakova“Environmental Chemistry”, Rostov-on-Don: Phoenix, 2004, 192 με ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V. A. Geochemistry of natural gases, Μ., 1971;
4. McEwen M., Phillips L. Atmospheric Chemistry, Μ., 1978;
5. Wark K., Warner S.Μόλυνση του αέρα. Πηγές και έλεγχος, μετάφρ. from English, M.. 1980;
6. Παρακολούθηση της ρύπανσης του περιβάλλοντος φυσικού περιβάλλοντος. V. 1, L., 1982.

Η ατμόσφαιρα είναι αυτή που κάνει δυνατή τη ζωή στη Γη. Λαμβάνουμε τις πρώτες πληροφορίες και στοιχεία για την ατμόσφαιρα στο δημοτικό σχολείο. Στο γυμνάσιο, εξοικειωνόμαστε περισσότερο με αυτήν την έννοια στα μαθήματα γεωγραφίας.

Έννοια της ατμόσφαιρας της γης

Όχι μόνο η Γη, αλλά και άλλα ουράνια σώματα έχουν ατμόσφαιρα. Αυτό είναι το όνομα που δόθηκε στο αέριο κέλυφος που περιβάλλει τους πλανήτες. Η σύνθεση αυτού του στρώματος αερίου ποικίλλει σημαντικά μεταξύ των πλανητών. Ας δούμε τις βασικές πληροφορίες και τα γεγονότα για τον ονομαζόμενο αέρα.

Το πιο σημαντικό συστατικό του είναι το οξυγόνο. Μερικοί άνθρωποι πιστεύουν λανθασμένα ότι η ατμόσφαιρα της γης αποτελείται εξ ολοκλήρου από οξυγόνο, αλλά στην πραγματικότητα, ο αέρας είναι ένα μείγμα αερίων. Περιέχει 78% άζωτο και 21% οξυγόνο. Το υπόλοιπο ένα τοις εκατό περιλαμβάνει όζον, αργό, διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς. Παρόλο που το ποσοστό αυτών των αερίων είναι μικρό, εκτελούν μια σημαντική λειτουργία - απορροφούν σημαντικό μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας ενέργειας, εμποδίζοντας έτσι το φωτιστικό να μετατρέψει όλη τη ζωή στον πλανήτη μας σε στάχτη. Οι ιδιότητες της ατμόσφαιρας αλλάζουν ανάλογα με το υψόμετρο. Για παράδειγμα, σε υψόμετρο 65 km, το άζωτο είναι 86% και το οξυγόνο είναι 19%.

Σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης

• Διοξείδιο του άνθρακααπαραίτητο για τη διατροφή των φυτών. Εμφανίζεται στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της διαδικασίας αναπνοής των ζωντανών οργανισμών, της σήψης και της καύσης. Η απουσία του στην ατμόσφαιρα θα καθιστούσε αδύνατη την ύπαρξη οποιωνδήποτε φυτών.
• Οξυγόνο- ζωτικό συστατικό της ατμόσφαιρας για τον άνθρωπο. Η παρουσία του είναι προϋπόθεση για την ύπαρξη όλων των ζωντανών οργανισμών. Αποτελεί περίπου το 20% του συνολικού όγκου των ατμοσφαιρικών αερίων.
• Οζοείναι ένας φυσικός απορροφητής της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας, η οποία έχει επιζήμια επίδραση στους ζωντανούς οργανισμούς. Το μεγαλύτερο μέρος του σχηματίζει ένα ξεχωριστό στρώμα της ατμόσφαιρας - την οθόνη του όζοντος. Πρόσφατα, η ανθρώπινη δραστηριότητα οδήγησε στο γεγονός ότι αρχίζει σταδιακά να καταρρέει, αλλά δεδομένου ότι έχει μεγάλη σημασία, διεξάγονται ενεργές εργασίες για τη διατήρηση και την αποκατάστασή της.
• υδρατμούςκαθορίζει την υγρασία του αέρα. Το περιεχόμενό του μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με διάφορους παράγοντες: θερμοκρασία αέρα, εδαφική τοποθεσία, εποχή. Σε χαμηλές θερμοκρασίες υπάρχουν πολύ λίγοι υδρατμοί στον αέρα, ίσως λιγότερο από ένα τοις εκατό, και σε υψηλές θερμοκρασίες η ποσότητα τους φτάνει το 4%.
• Εκτός από όλα τα παραπάνω, η σύνθεση της ατμόσφαιρας της γης περιέχει πάντα ένα ορισμένο ποσοστό στερεές και υγρές ακαθαρσίες. Αυτά είναι αιθάλη, στάχτη, θαλασσινό αλάτι, σκόνη, σταγόνες νερού, μικροοργανισμοί. Μπορούν να εισέλθουν στον αέρα τόσο φυσικά όσο και ανθρωπογενώς.

Στρώματα της ατμόσφαιρας

Η θερμοκρασία, η πυκνότητα και η ποιοτική σύνθεση του αέρα δεν είναι ίδιες σε διαφορετικά υψόμετρα. Εξαιτίας αυτού, είναι συνηθισμένο να διακρίνουμε διαφορετικά στρώματα της ατμόσφαιρας. Κάθε ένα από αυτά έχει τα δικά του χαρακτηριστικά. Ας μάθουμε ποια στρώματα της ατμόσφαιρας διακρίνονται:

• Τροπόσφαιρα - αυτό το στρώμα της ατμόσφαιρας είναι πιο κοντά στην επιφάνεια της Γης. Το ύψος του είναι 8-10 km πάνω από τους πόλους και 16-18 km στους τροπικούς. Το 90% του συνόλου των υδρατμών στην ατμόσφαιρα βρίσκεται εδώ, επομένως εμφανίζεται ενεργός σχηματισμός νεφών. Επίσης σε αυτό το στρώμα παρατηρούνται διεργασίες όπως η κίνηση του αέρα (άνεμος), οι αναταράξεις και η συναγωγή. Οι θερμοκρασίες κυμαίνονται από +45 βαθμούς το μεσημέρι στη ζεστή εποχή στις τροπικές περιοχές έως -65 βαθμούς στους πόλους.
• Η στρατόσφαιρα είναι το δεύτερο πιο απομακρυσμένο στρώμα της ατμόσφαιρας. Βρίσκεται σε υψόμετρο από 11 έως 50 χλμ. Στο κατώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας η θερμοκρασία είναι περίπου -55· απομακρύνοντας από τη Γη ανεβαίνει στους +1˚С. Αυτή η περιοχή ονομάζεται αναστροφή και είναι το όριο της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας.
• Η μεσόσφαιρα βρίσκεται σε υψόμετρο από 50 έως 90 χιλιόμετρα. Η θερμοκρασία στο κάτω όριο του είναι περίπου 0, στο πάνω φτάνει τους -80...-90 ˚С. Οι μετεωρίτες που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα της Γης καίγονται εντελώς στη μεσόσφαιρα, προκαλώντας λάμψεις αέρα εδώ.
• Η θερμόσφαιρα έχει πάχος περίπου 700 km. Το βόρειο σέλας εμφανίζεται σε αυτό το στρώμα της ατμόσφαιρας. Εμφανίζονται λόγω της επίδρασης της κοσμικής ακτινοβολίας και της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από τον Ήλιο.
• Η εξώσφαιρα είναι η ζώνη διασποράς του αέρα. Εδώ η συγκέντρωση των αερίων είναι μικρή και σταδιακά διαφεύγουν στον διαπλανητικό χώρο.

Το όριο μεταξύ της ατμόσφαιρας της γης και του διαστήματος θεωρείται ότι είναι 100 km. Αυτή η γραμμή ονομάζεται γραμμή Κάρμαν.

Ατμοσφαιρική πίεση

Όταν ακούμε την πρόγνωση του καιρού, ακούμε συχνά μετρήσεις βαρομετρικής πίεσης. Τι σημαίνει όμως η ατμοσφαιρική πίεση και πώς μπορεί να μας επηρεάσει;

Καταλάβαμε ότι ο αέρας αποτελείται από αέρια και ακαθαρσίες. Κάθε ένα από αυτά τα συστατικά έχει το δικό του βάρος, πράγμα που σημαίνει ότι η ατμόσφαιρα δεν είναι αβαρής, όπως πίστευαν μέχρι τον 17ο αιώνα. Ατμοσφαιρική πίεση είναι η δύναμη με την οποία όλα τα στρώματα της ατμόσφαιρας πιέζουν την επιφάνεια της Γης και όλα τα αντικείμενα.

Οι επιστήμονες πραγματοποίησαν πολύπλοκους υπολογισμούς και απέδειξαν ότι η ατμόσφαιρα πιέζει με δύναμη 10.333 kg ανά τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας. Αυτό σημαίνει ότι το ανθρώπινο σώμα υπόκειται σε πίεση αέρα, το βάρος του οποίου είναι 12-15 τόνοι. Γιατί δεν το νιώθουμε αυτό; Είναι η εσωτερική μας πίεση που μας σώζει, που εξισορροπεί το εξωτερικό. Μπορείτε να νιώσετε την πίεση της ατμόσφαιρας όταν βρίσκεστε σε αεροπλάνο ή ψηλά στα βουνά, καθώς η ατμοσφαιρική πίεση σε υψόμετρο είναι πολύ μικρότερη. Σε αυτή την περίπτωση, είναι πιθανή σωματική δυσφορία, βουλωμένα αυτιά και ζάλη.

Πολλά μπορούν να ειπωθούν για τη γύρω ατμόσφαιρα. Γνωρίζουμε πολλά ενδιαφέροντα στοιχεία για αυτήν, και μερικά από αυτά μπορεί να φαίνονται εκπληκτικά:

• Το βάρος της γήινης ατμόσφαιρας είναι 5.300.000.000.000.000 τόνοι.
• Προωθεί τη μετάδοση του ήχου. Σε υψόμετρο άνω των 100 km, αυτή η ιδιότητα εξαφανίζεται λόγω αλλαγών στη σύνθεση της ατμόσφαιρας.
• Η κίνηση της ατμόσφαιρας προκαλείται από ανομοιόμορφη θέρμανση της επιφάνειας της Γης.
• Ένα θερμόμετρο χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας του αέρα και ένα βαρόμετρο χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της πίεσης της ατμόσφαιρας.
• Η παρουσία μιας ατμόσφαιρας σώζει τον πλανήτη μας από 100 τόνους μετεωριτών κάθε μέρα.
• Η σύνθεση του αέρα ήταν σταθερή για αρκετές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, αλλά άρχισε να αλλάζει με την έναρξη της ταχείας βιομηχανικής δραστηριότητας.
• Η ατμόσφαιρα πιστεύεται ότι εκτείνεται προς τα πάνω σε ύψος 3000 km.

Η σημασία της ατμόσφαιρας για τον άνθρωπο

Η φυσιολογική ζώνη της ατμόσφαιρας είναι 5 km. Σε υψόμετρο 5000 m πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, ένα άτομο αρχίζει να βιώνει λιμοκτονία οξυγόνου, η οποία εκφράζεται σε μείωση της απόδοσής του και επιδείνωση της ευημερίας του. Αυτό δείχνει ότι ένα άτομο δεν μπορεί να επιβιώσει σε έναν χώρο όπου δεν υπάρχει αυτό το εκπληκτικό μείγμα αερίων.

Όλες οι πληροφορίες και τα γεγονότα για την ατμόσφαιρα επιβεβαιώνουν μόνο τη σημασία της για τους ανθρώπους. Χάρη στην παρουσία του, κατέστη δυνατή η ανάπτυξη ζωής στη Γη. Ήδη σήμερα, έχοντας αξιολογήσει το μέγεθος της βλάβης που μπορεί να προκαλέσει η ανθρωπότητα μέσω των πράξεών της στον ζωογόνο αέρα, θα πρέπει να σκεφτούμε περαιτέρω μέτρα για τη διατήρηση και την αποκατάσταση της ατμόσφαιρας.

Το αέριο περίβλημα που περιβάλλει τον πλανήτη μας Γη, γνωστό ως ατμόσφαιρα, αποτελείται από πέντε κύρια στρώματα. Αυτά τα στρώματα προέρχονται από την επιφάνεια του πλανήτη, από το επίπεδο της θάλασσας (μερικές φορές κάτω) και ανεβαίνουν στο διάστημα με την ακόλουθη σειρά:

• Τροποσφαίρα;
• Στρατόσφαιρα;
• Μεσόσφαιρα;
• Θερμόσφαιρα;
• Εξώσφαιρα.

Διάγραμμα των κύριων στρωμάτων της ατμόσφαιρας της Γης

Ανάμεσα σε καθένα από αυτά τα πέντε κύρια στρώματα υπάρχουν ζώνες μετάβασης που ονομάζονται «παύσεις» όπου συμβαίνουν αλλαγές στη θερμοκρασία, τη σύνθεση και την πυκνότητα του αέρα. Μαζί με τις παύσεις, η ατμόσφαιρα της Γης περιλαμβάνει συνολικά 9 στρώματα.

Τροπόσφαιρα: όπου εμφανίζεται ο καιρός

Από όλα τα στρώματα της ατμόσφαιρας, η τροπόσφαιρα είναι αυτή με την οποία είμαστε πιο εξοικειωμένοι (είτε το καταλαβαίνετε είτε όχι), αφού ζούμε στον πυθμένα της - την επιφάνεια του πλανήτη. Περιβάλλει την επιφάνεια της Γης και εκτείνεται προς τα πάνω για αρκετά χιλιόμετρα. Η λέξη τροπόσφαιρα σημαίνει «αλλαγή του πλανήτη». Ένα πολύ κατάλληλο όνομα, καθώς αυτό το στρώμα είναι όπου εμφανίζεται ο καθημερινός μας καιρός.

Ξεκινώντας από την επιφάνεια του πλανήτη, η τροπόσφαιρα ανεβαίνει σε ύψος 6 έως 20 km. Το κατώτερο τρίτο του στρώματος, που βρίσκεται πιο κοντά σε εμάς, περιέχει το 50% όλων των ατμοσφαιρικών αερίων. Αυτό είναι το μόνο μέρος ολόκληρης της ατμόσφαιρας που αναπνέει. Λόγω του γεγονότος ότι ο αέρας θερμαίνεται από κάτω από την επιφάνεια της γης, η οποία απορροφά τη θερμική ενέργεια του Ήλιου, η θερμοκρασία και η πίεση της τροπόσφαιρας μειώνονται με την αύξηση του υψομέτρου.

Στην κορυφή υπάρχει ένα λεπτό στρώμα που ονομάζεται τροπόπαυση, το οποίο είναι απλώς ένα ρυθμιστικό μεταξύ της τροπόσφαιρας και της στρατόσφαιρας.

Στρατόσφαιρα: το σπίτι του όζοντος

Η στρατόσφαιρα είναι το επόμενο στρώμα της ατμόσφαιρας. Εκτείνεται από 6-20 km έως 50 km πάνω από την επιφάνεια της Γης. Αυτό είναι το στρώμα στο οποίο πετούν τα περισσότερα εμπορικά αεροσκάφη και ταξιδεύουν τα αερόστατα.

Εδώ ο αέρας δεν ρέει πάνω-κάτω, αλλά κινείται παράλληλα με την επιφάνεια σε πολύ γρήγορα ρεύματα αέρα. Καθώς ανεβαίνετε, η θερμοκρασία αυξάνεται, χάρη στην αφθονία του φυσικού όζοντος (O3), ενός υποπροϊόντος της ηλιακής ακτινοβολίας και του οξυγόνου, το οποίο έχει την ικανότητα να απορροφά τις βλαβερές υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου (κάθε αύξηση της θερμοκρασίας με το υψόμετρο στη μετεωρολογία είναι γνωστή ως «αναστροφή»).

Επειδή η στρατόσφαιρα έχει θερμότερες θερμοκρασίες στο κάτω μέρος και χαμηλότερες θερμοκρασίες στην κορυφή, η μεταφορά (κάθετη κίνηση των μαζών αέρα) είναι σπάνια σε αυτό το μέρος της ατμόσφαιρας. Στην πραγματικότητα, μπορείτε να δείτε μια καταιγίδα που μαίνεται στην τροπόσφαιρα από τη στρατόσφαιρα επειδή το στρώμα λειτουργεί ως κάλυμμα μεταφοράς που εμποδίζει τα σύννεφα της καταιγίδας να διεισδύσουν.

Μετά τη στρατόσφαιρα υπάρχει και πάλι ένα ρυθμιστικό στρώμα, αυτή τη φορά που ονομάζεται στρατόπαυση.

Μεσόσφαιρα: μέση ατμόσφαιρα

Η μεσόσφαιρα βρίσκεται περίπου 50-80 km από την επιφάνεια της Γης. Η ανώτερη μεσόσφαιρα είναι το πιο κρύο φυσικό μέρος στη Γη, όπου η θερμοκρασία μπορεί να πέσει κάτω από τους -143°C.

Θερμόσφαιρα: ανώτερη ατμόσφαιρα

Μετά τη μεσόσφαιρα και τη μεσόπαυση έρχεται η θερμόσφαιρα, που βρίσκεται μεταξύ 80 και 700 km πάνω από την επιφάνεια του πλανήτη και περιέχει λιγότερο από το 0,01% του συνολικού αέρα στο ατμοσφαιρικό περίβλημα. Οι θερμοκρασίες εδώ φτάνουν έως και τους +2000° C, αλλά λόγω της εξαιρετικής λεπτότητας του αέρα και της έλλειψης μορίων αερίου για τη μεταφορά θερμότητας, αυτές οι υψηλές θερμοκρασίες γίνονται αντιληπτές ως πολύ κρύες.

Εξώσφαιρα: το όριο μεταξύ ατμόσφαιρας και χώρου

Σε υψόμετρο περίπου 700-10.000 km πάνω από την επιφάνεια της γης βρίσκεται η εξώσφαιρα - το εξωτερικό άκρο της ατμόσφαιρας, που συνορεύει με το διάστημα. Εδώ οι μετεωρολογικοί δορυφόροι περιφέρονται γύρω από τη Γη.

Τι γίνεται με την ιονόσφαιρα;

Η ιονόσφαιρα δεν είναι ένα ξεχωριστό στρώμα, αλλά στην πραγματικότητα ο όρος χρησιμοποιείται για να αναφέρεται στην ατμόσφαιρα μεταξύ 60 και 1000 km υψόμετρο. Περιλαμβάνει τα ανώτατα μέρη της μεσόσφαιρας, ολόκληρη τη θερμόσφαιρα και μέρος της εξώσφαιρας. Η ιονόσφαιρα πήρε το όνομά της επειδή σε αυτό το μέρος της ατμόσφαιρας η ακτινοβολία από τον Ήλιο ιονίζεται όταν διέρχεται από τα μαγνητικά πεδία της Γης στο και. Αυτό το φαινόμενο παρατηρείται από το έδαφος ως το βόρειο σέλας.

Και ακαθαρσίες (αεροζόλ). Στη σύνθεση, ο αέρας στην επιφάνεια της γης περιέχει 78% άζωτο (N 2) και περίπου 21% οξυγόνο (O 2), δηλ. Αυτά τα δύο στοιχεία αντιπροσωπεύουν περίπου το 99% του όγκου του αέρα. Αξιοσημείωτο μερίδιο ανήκει στο αργό (Ar) - 0,9%. Σημαντικά συστατικά της ατμόσφαιρας είναι το όζον (O 3), το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2) και οι υδρατμοί. Η σημασία αυτών των αερίων καθορίζεται κυρίως από το γεγονός ότι απορροφούν πολύ έντονα την ενέργεια ακτινοβολίας και ως εκ τούτου έχουν σημαντικό αντίκτυπο στο καθεστώς θερμοκρασίας της επιφάνειας και της ατμόσφαιρας της γης.

Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα από τα πιο σημαντικά συστατικά της διατροφής των φυτών. Εισέρχεται στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα των διεργασιών της καύσης, της αναπνοής των ζωντανών οργανισμών και της αποσύνθεσης και καταναλώνεται κατά τη διαδικασία αφομοίωσης από τα φυτά.

Το όζον, το μεγαλύτερο μέρος του οποίου συγκεντρώνεται στο λεγόμενο στρώμα του όζοντος (), χρησιμεύει ως φυσικός απορροφητής της υπεριώδους ακτινοβολίας, η οποία είναι επιβλαβής για τους ζωντανούς οργανισμούς.

Η σύνθεση περιλαμβάνει επίσης πολυάριθμες αιωρούμενες στερεές και υγρές ακαθαρσίες - τα λεγόμενα αερολύματα. Έχουν φυσική και τεχνητή (ανθρωπογόνο) προέλευση (σκόνη, αιθάλη, τέφρα, κρύσταλλοι πάγου και θαλασσινού αλατιού, σταγονίδια νερού, μικροοργανισμοί κ.λπ.).

Μια χαρακτηριστική ιδιότητα της ατμόσφαιρας είναι ότι η περιεκτικότητα τουλάχιστον στα κύρια αέρια (N 2, O 2, Ar) αλλάζει ελαφρώς με το υψόμετρο. Έτσι, σε υψόμετρο 65 km στην ατμόσφαιρα η περιεκτικότητα σε άζωτο είναι 86%, οξυγόνο - 19, αργό - 0,91, και σε υψόμετρο 95 km - 77, 21,3 και 0,82%, αντίστοιχα. Η σταθερότητα της σύστασης του ατμοσφαιρικού αέρα τόσο κατακόρυφα όσο και οριζόντια διατηρείται με την ανάμιξή του.

Η παρούσα σύνθεση του αέρα της Γης καθιερώθηκε τουλάχιστον πριν από αρκετές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια και παρέμεινε αμετάβλητη έως ότου οι δραστηριότητες ανθρώπινης παραγωγής αυξήθηκαν απότομα. Τον τρέχοντα αιώνα, έχει σημειωθεί αύξηση της περιεκτικότητας σε CO 2 σε όλο τον κόσμο κατά περίπου 10 - 12%.

Η ατμόσφαιρα έχει πολύπλοκη δομή. Σύμφωνα με την αλλαγή της θερμοκρασίας με το ύψος, διακρίνονται τέσσερα στρώματα: η τροπόσφαιρα (έως 12 km), η στρατόσφαιρα (έως 50 km), τα ανώτερα στρώματα, τα οποία περιλαμβάνουν τη μεσόσφαιρα (έως 80 km) και τη θερμόσφαιρα. , που σταδιακά μετατρέπεται σε διαπλανητικό χώρο. Στην τροπόσφαιρα και τη μεσόσφαιρα μειώνεται με το ύψος, και στη στρατόσφαιρα και τη θερμόσφαιρα, αντίθετα, αυξάνεται.

Η τροπόσφαιρα είναι το κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας, το ύψος του οποίου κυμαίνεται από 8 km πάνω από τους πόλους έως 17 km (μέσος όρος 12 km). Περιέχει έως και τα 4/5 της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας και σχεδόν όλους τους υδρατμούς. Στη σύνθεση του αέρα κυριαρχούν το άζωτο, το οξυγόνο, το αργό και το διοξείδιο του άνθρακα. Ο αέρας στην τροπόσφαιρα θερμαίνεται από την επιφάνεια της γης - την επιφάνεια του νερού και της γης. Στην τροπόσφαιρα, ο αέρας αναμιγνύεται συνεχώς. Οι υδρατμοί συμπυκνώνονται και σχηματίζονται, πέφτει βροχή και εμφανίζονται καταιγίδες. Η θερμοκρασία μειώνεται με το υψόμετρο κατά μέσο όρο 0,6°C ανά 100 m και στο ανώτερο όριο είναι — 70°C κοντά στον ισημερινό και -65°C πάνω από τον Βόρειο Πόλο.

Η στρατόσφαιρα είναι το δεύτερο στρώμα της ατμόσφαιρας που βρίσκεται πάνω από την τροπόσφαιρα. Εκτείνεται σε υψόμετρο 50 χλμ. Τα αέρια στη στρατόσφαιρα αναμειγνύονται συνεχώς· στο κάτω μέρος της, παρατηρούνται σταθερά λεγόμενα ρεύματα πίδακα αέρα σε ταχύτητες έως και 300 km/h. Το χρώμα του ουρανού στη στρατόσφαιρα δεν φαίνεται μπλε, όπως στην τροπόσφαιρα, αλλά ιώδες. Αυτό εξηγείται από την αραίωση του αέρα, με αποτέλεσμα οι ακτίνες του ήλιου να μην είναι σχεδόν διάσπαρτες. Υπάρχουν πολύ λίγοι υδρατμοί στη στρατόσφαιρα και δεν υπάρχουν ενεργές διαδικασίες σχηματισμού νεφών και καθίζησης. Περιστασιακά, λεπτά, φωτεινά σύννεφα που ονομάζονται νέφη, εμφανίζονται στη στρατόσφαιρα σε υψόμετρο » 30 km σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Στη στρατόσφαιρα, σε περίπου υψόμετρο 20-30 km, απελευθερώνεται ένα στρώμα μέγιστης συγκέντρωσης όζοντος - το στρώμα του όζοντος (οθόνη όζοντος, οζονόσφαιρα). Χάρη στο όζον, η θερμοκρασία στη στρατόσφαιρα και στο ανώτερο όριο είναι εντός +50 +55°C.

Πάνω από τη στρατόσφαιρα βρίσκονται τα υψηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας - η μεσόσφαιρα και η θερμόσφαιρα.

Μεσόσφαιρα - η μεσαία σφαίρα εκτείνεται από 40-45 έως 80-85 km. Το χρώμα του ουρανού στη μεσόσφαιρα φαίνεται μαύρο· φωτεινά αστέρια που δεν τρεμοπαίζουν είναι ορατά μέρα και νύχτα. Η θερμοκρασία πέφτει στους 75-90°C κάτω από το μηδέν.

Η θερμόσφαιρα εκτείνεται από τη μεσόσφαιρα και πάνω. Το ανώτερο όριο του υποτίθεται ότι είναι σε υψόμετρο 800 km. Αποτελείται κυρίως από ιόντα που σχηματίζονται υπό την επίδραση των κοσμικών ακτίνων, η δράση των οποίων στα μόρια αερίου οδηγεί στη διάσπασή τους σε φορτισμένα σωματίδια ατόμων. Το στρώμα των ιόντων στη θερμόσφαιρα ονομάζεται ιονόσφαιρα, η οποία χαρακτηρίζεται από υψηλή ηλεκτροδότηση και από την οποία, όπως ένας καθρέφτης, ανακλώνται μεγάλα και μεσαία ραδιοκύματα. Στην ιονόσφαιρα, μια λάμψη από σπάνια αέρια εμφανίζεται υπό την επίδραση ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων που πετούν από τον Ήλιο.

Η θερμόσφαιρα χαρακτηρίζεται από μια αυξανόμενη αύξηση της θερμοκρασίας: σε υψόμετρο 150 km φτάνει τους 220-240°C. σε υψόμετρο 500-600 km ξεπερνά τους 1500°C.

Πάνω από τη θερμόσφαιρα (δηλαδή πάνω από 800 km) βρίσκεται η εξωτερική σφαίρα, η σφαίρα διασποράς - η εξώσφαιρα, που εκτείνεται έως και αρκετές χιλιάδες χιλιόμετρα.

Συμβατικά πιστεύεται ότι η ατμόσφαιρα εκτείνεται σε υψόμετρο 3000 km.

Στο επίπεδο της θάλασσας 1013,25 hPa (περίπου 760 mmHg). Η παγκόσμια μέση θερμοκρασία του αέρα στην επιφάνεια της Γης είναι 15°C, με θερμοκρασίες που κυμαίνονται από περίπου 57°C στις υποτροπικές ερήμους έως -89°C στην Ανταρκτική. Η πυκνότητα του αέρα και η πίεση μειώνονται με το ύψος σύμφωνα με έναν νόμο κοντά στην εκθετική.

Η δομή της ατμόσφαιρας. Κατακόρυφα, η ατμόσφαιρα έχει μια πολυεπίπεδη δομή, που καθορίζεται κυρίως από τα χαρακτηριστικά της κατακόρυφης κατανομής της θερμοκρασίας (σχήμα), η οποία εξαρτάται από τη γεωγραφική θέση, την εποχή, την ώρα της ημέρας κ.λπ. Το κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας - η τροπόσφαιρα - χαρακτηρίζεται από πτώση της θερμοκρασίας με το ύψος (κατά περίπου 6°C ανά 1 km), το ύψος του από 8-10 km στα πολικά γεωγραφικά πλάτη έως 16-18 km στους τροπικούς. Λόγω της ταχείας μείωσης της πυκνότητας του αέρα με το ύψος, περίπου το 80% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας βρίσκεται στην τροπόσφαιρα. Πάνω από την τροπόσφαιρα βρίσκεται η στρατόσφαιρα, ένα στρώμα που γενικά χαρακτηρίζεται από αύξηση της θερμοκρασίας με το ύψος. Το μεταβατικό στρώμα μεταξύ της τροπόσφαιρας και της στρατόσφαιρας ονομάζεται τροπόπαυση. Στην κατώτερη στρατόσφαιρα, σε επίπεδο περίπου 20 km, η θερμοκρασία αλλάζει ελάχιστα με το ύψος (η λεγόμενη ισοθερμική περιοχή) και συχνά μειώνεται ελαφρώς. Πάνω από αυτό, η θερμοκρασία αυξάνεται λόγω της απορρόφησης της υπεριώδους ακτινοβολίας από τον Ήλιο από το όζον, αργά στην αρχή, και ταχύτερα από ένα επίπεδο 34-36 km. Το ανώτερο όριο της στρατόσφαιρας - η στρατόπαυση - βρίσκεται σε υψόμετρο 50-55 km, που αντιστοιχεί στη μέγιστη θερμοκρασία (260-270 K). Το στρώμα της ατμόσφαιρας που βρίσκεται σε υψόμετρο 55-85 km, όπου η θερμοκρασία πέφτει ξανά με το ύψος, ονομάζεται μεσόσφαιρα· στο ανώτερο όριο της - τη μεσοπάυση - η θερμοκρασία φτάνει τους 150-160 K το καλοκαίρι και τους 200-230 K το χειμώνα. Πάνω από τη μεσόπαυση, αρχίζει η θερμόσφαιρα - ένα στρώμα που χαρακτηρίζεται από ταχεία αύξηση της θερμοκρασίας, φτάνοντας τους 800-1200 K σε υψόμετρο 250 χλμ. Στη θερμόσφαιρα, η σωματική ακτινοβολία και η ακτινοβολία ακτίνων Χ από τον Ήλιο απορροφάται, οι μετεωρίτες επιβραδύνονται και καίγονται, επομένως λειτουργεί ως προστατευτικό στρώμα της Γης. Ακόμη υψηλότερη είναι η εξώσφαιρα, από όπου τα ατμοσφαιρικά αέρια διαχέονται στο εξωτερικό διάστημα λόγω της διάχυσης και όπου συμβαίνει μια σταδιακή μετάβαση από την ατμόσφαιρα στον διαπλανητικό χώρο.

Ατμοσφαιρική σύνθεση. Σε υψόμετρο περίπου 100 km, η ατμόσφαιρα είναι σχεδόν ομοιογενής σε χημική σύσταση και το μέσο μοριακό βάρος του αέρα (περίπου 29) είναι σταθερό. Κοντά στην επιφάνεια της Γης, η ατμόσφαιρα αποτελείται από άζωτο (περίπου 78,1% κατ' όγκο) και οξυγόνο (περίπου 20,9%) και περιέχει επίσης μικρές ποσότητες αργού, διοξειδίου του άνθρακα (διοξείδιο του άνθρακα), νέον και άλλα μόνιμα και μεταβλητά συστατικά (βλ. Αέρας ).

Επιπλέον, η ατμόσφαιρα περιέχει μικρές ποσότητες όζοντος, οξείδια του αζώτου, αμμωνία, ραδόνιο κ.λπ. Η σχετική περιεκτικότητα των κύριων συστατικών του αέρα είναι σταθερή με την πάροδο του χρόνου και ομοιόμορφη σε διάφορες γεωγραφικές περιοχές. Η περιεκτικότητα σε υδρατμούς και όζον είναι μεταβλητή στο χώρο και στο χρόνο. Παρά τη χαμηλή περιεκτικότητά τους, ο ρόλος τους στις ατμοσφαιρικές διεργασίες είναι πολύ σημαντικός.

Πάνω από 100-110 km, συμβαίνει διάσταση μορίων οξυγόνου, διοξειδίου του άνθρακα και υδρατμών, οπότε η μοριακή μάζα του αέρα μειώνεται. Σε υψόμετρο περίπου 1000 χλμ. αρχίζουν να κυριαρχούν ελαφρά αέρια - ήλιο και υδρογόνο - και ακόμη πιο ψηλά η ατμόσφαιρα της Γης μετατρέπεται σταδιακά σε διαπλανητικό αέριο.

Το πιο σημαντικό μεταβλητό συστατικό της ατμόσφαιρας είναι οι υδρατμοί, οι οποίοι εισέρχονται στην ατμόσφαιρα μέσω της εξάτμισης από την επιφάνεια του νερού και του υγρού εδάφους, καθώς και μέσω της διαπνοής από τα φυτά. Η σχετική περιεκτικότητα σε υδρατμούς ποικίλλει στην επιφάνεια της γης από 2,6% στις τροπικές περιοχές έως 0,2% στα πολικά γεωγραφικά πλάτη. Πέφτει γρήγορα με ύψος, μειώνοντας κατά το ήμισυ ήδη σε υψόμετρο 1,5-2 km. Η κατακόρυφη στήλη της ατμόσφαιρας σε εύκρατα γεωγραφικά πλάτη περιέχει περίπου 1,7 cm «στρώμα κατακρημνισμένου νερού». Όταν οι υδρατμοί συμπυκνώνονται, σχηματίζονται σύννεφα, από τα οποία πέφτει η ατμοσφαιρική βροχόπτωση με τη μορφή βροχής, χαλαζιού και χιονιού.

Ένα σημαντικό συστατικό του ατμοσφαιρικού αέρα είναι το όζον, συγκεντρωμένο κατά 90% στη στρατόσφαιρα (μεταξύ 10 και 50 km), περίπου το 10% του βρίσκεται στην τροπόσφαιρα. Το όζον παρέχει απορρόφηση της σκληρής υπεριώδους ακτινοβολίας (με μήκος κύματος μικρότερο από 290 nm) και αυτός είναι ο προστατευτικός του ρόλος για τη βιόσφαιρα. Οι τιμές της συνολικής περιεκτικότητας σε όζον ποικίλλουν ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος και την εποχή στην περιοχή από 0,22 έως 0,45 cm (το πάχος της στιβάδας του όζοντος σε πίεση p = 1 atm και θερμοκρασία T = 0°C). Στις τρύπες του όζοντος που παρατηρούνται την άνοιξη στην Ανταρκτική από τις αρχές της δεκαετίας του 1980, η περιεκτικότητα σε όζον μπορεί να πέσει στα 0,07 εκ. Αυξάνεται από τον ισημερινό στους πόλους και έχει ετήσιο κύκλο με μέγιστο την άνοιξη και ελάχιστο το φθινόπωρο, και το πλάτος ο ετήσιος κύκλος είναι μικρός στις τροπικές περιοχές και αναπτύσσεται προς μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Ένα σημαντικό μεταβλητό συστατικό της ατμόσφαιρας είναι το διοξείδιο του άνθρακα, η περιεκτικότητα του οποίου στην ατμόσφαιρα έχει αυξηθεί κατά 35% τα τελευταία 200 χρόνια, γεγονός που εξηγείται κυρίως από τον ανθρωπογενή παράγοντα. Παρατηρείται η γεωγραφική και εποχιακή του μεταβλητότητα, που σχετίζεται με τη φωτοσύνθεση των φυτών και τη διαλυτότητα στο θαλασσινό νερό (σύμφωνα με το νόμο του Henry, η διαλυτότητα ενός αερίου στο νερό μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας).

Σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση του κλίματος του πλανήτη διαδραματίζει το ατμοσφαιρικό αεροζόλ - στερεά και υγρά σωματίδια που αιωρούνται στον αέρα με μέγεθος από αρκετά nm έως δεκάδες μικρά. Υπάρχουν αερολύματα φυσικής και ανθρωπογενούς προέλευσης. Το αεροζόλ σχηματίζεται κατά τη διαδικασία αντιδράσεων αέριας φάσης από προϊόντα φυτικής ζωής και ανθρώπινης οικονομικής δραστηριότητας, ηφαιστειακές εκρήξεις, ως αποτέλεσμα της σκόνης που αναδύεται από τον άνεμο από την επιφάνεια του πλανήτη, ειδικά από τις περιοχές της ερήμου, και είναι επίσης που σχηματίζεται από την κοσμική σκόνη που πέφτει στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Το μεγαλύτερο μέρος του αερολύματος συγκεντρώνεται στην τροπόσφαιρα· το αεροζόλ από ηφαιστειακές εκρήξεις σχηματίζει το λεγόμενο στρώμα Junge σε υψόμετρο περίπου 20 km. Η μεγαλύτερη ποσότητα ανθρωπογενούς αερολύματος εισέρχεται στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της λειτουργίας των οχημάτων και των θερμοηλεκτρικών σταθμών, της παραγωγής χημικών, της καύσης καυσίμου κ.λπ. Επομένως, σε ορισμένες περιοχές η σύνθεση της ατμόσφαιρας είναι αισθητά διαφορετική από τον συνηθισμένο αέρα, κάτι που απαιτούσε δημιουργία ειδικής υπηρεσίας παρατήρησης και παρακολούθησης του επιπέδου της ατμοσφαιρικής ρύπανσης.

Εξέλιξη της ατμόσφαιρας. Η σύγχρονη ατμόσφαιρα είναι προφανώς δευτερεύουσας προέλευσης: σχηματίστηκε από αέρια που απελευθερώθηκαν από το στερεό κέλυφος της Γης μετά την ολοκλήρωση του σχηματισμού του πλανήτη πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Κατά τη διάρκεια της γεωλογικής ιστορίας της Γης, η ατμόσφαιρα έχει υποστεί σημαντικές αλλαγές στη σύστασή της υπό την επίδραση ορισμένων παραγόντων: διάχυση (πτητοποίηση) αερίων, κυρίως ελαφρύτερων, στο διάστημα. απελευθέρωση αερίων από τη λιθόσφαιρα ως αποτέλεσμα ηφαιστειακής δραστηριότητας. χημικές αντιδράσεις μεταξύ των συστατικών της ατμόσφαιρας και των πετρωμάτων που αποτελούν τον φλοιό της γης· φωτοχημικές αντιδράσεις στην ίδια την ατμόσφαιρα υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας UV. συσσώρευση (σύλληψη) ύλης από το διαπλανητικό μέσο (για παράδειγμα, μετεωρική ύλη). Η ανάπτυξη της ατμόσφαιρας σχετίζεται στενά με τις γεωλογικές και γεωχημικές διεργασίες, και τα τελευταία 3-4 δισεκατομμύρια χρόνια επίσης με τη δραστηριότητα της βιόσφαιρας. Ένα σημαντικό μέρος των αερίων που συνθέτουν τη σύγχρονη ατμόσφαιρα (άζωτο, διοξείδιο του άνθρακα, υδρατμοί) προέκυψαν κατά τη διάρκεια ηφαιστειακής δραστηριότητας και εισβολής, που τα μετέφερε από τα βάθη της Γης. Το οξυγόνο εμφανίστηκε σε αξιόλογες ποσότητες πριν από περίπου 2 δισεκατομμύρια χρόνια ως αποτέλεσμα των φωτοσυνθετικών οργανισμών που προέκυψαν αρχικά στα επιφανειακά νερά του ωκεανού.

Με βάση δεδομένα για τη χημική σύνθεση των ανθρακικών κοιτασμάτων, ελήφθησαν εκτιμήσεις για την ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα και οξυγόνου στην ατμόσφαιρα του γεωλογικού παρελθόντος. Καθ' όλη τη διάρκεια του Φανεροζωικού (τα τελευταία 570 εκατομμύρια χρόνια της ιστορίας της Γης), η ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα ποικίλλει ευρέως ανάλογα με το επίπεδο ηφαιστειακής δραστηριότητας, τη θερμοκρασία των ωκεανών και τον ρυθμό φωτοσύνθεσης. Για το μεγαλύτερο μέρος αυτού του χρόνου, η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα ήταν σημαντικά υψηλότερη από σήμερα (έως και 10 φορές). Η ποσότητα οξυγόνου στη φαινοζωική ατμόσφαιρα άλλαξε σημαντικά, με κυρίαρχη τάση αύξησής της. Στην προκαμβριακή ατμόσφαιρα, η μάζα του διοξειδίου του άνθρακα ήταν, κατά κανόνα, μεγαλύτερη και η μάζα του οξυγόνου ήταν μικρότερη σε σύγκριση με τη φαινοζωική ατμόσφαιρα. Οι διακυμάνσεις στην ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα είχαν σημαντικό αντίκτυπο στο κλίμα στο παρελθόν, αυξάνοντας το φαινόμενο του θερμοκηπίου με αυξανόμενες συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα, καθιστώντας το κλίμα πολύ θερμότερο σε όλο το κύριο μέρος του Φανεροζωικού σε σύγκριση με τη σύγχρονη εποχή.

Ατμόσφαιρα και ζωή. Χωρίς ατμόσφαιρα, η Γη θα ήταν ένας νεκρός πλανήτης. Η οργανική ζωή εμφανίζεται σε στενή αλληλεπίδραση με την ατμόσφαιρα και το σχετικό κλίμα και τον καιρό. Ασήμαντη σε μάζα σε σύγκριση με τον πλανήτη συνολικά (περίπου ένα μέρος στο εκατομμύριο), η ατμόσφαιρα είναι απαραίτητη προϋπόθεση για όλες τις μορφές ζωής. Τα πιο σημαντικά από τα ατμοσφαιρικά αέρια για τη ζωή των οργανισμών είναι το οξυγόνο, το άζωτο, οι υδρατμοί, το διοξείδιο του άνθρακα και το όζον. Όταν το διοξείδιο του άνθρακα απορροφάται από τα φωτοσυνθετικά φυτά, δημιουργείται οργανική ύλη, η οποία χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας από τη συντριπτική πλειοψηφία των ζωντανών όντων, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων. Το οξυγόνο είναι απαραίτητο για την ύπαρξη αερόβιων οργανισμών, για τους οποίους η ροή της ενέργειας παρέχεται από αντιδράσεις οξείδωσης της οργανικής ύλης. Το άζωτο, που αφομοιώνεται από ορισμένους μικροοργανισμούς (αζωτομονάδες), είναι απαραίτητο για την ορυκτή διατροφή των φυτών. Το όζον, το οποίο απορροφά τη σκληρή υπεριώδη ακτινοβολία από τον Ήλιο, αποδυναμώνει σημαντικά αυτό το μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας που είναι επιβλαβές για τη ζωή. Η συμπύκνωση υδρατμών στην ατμόσφαιρα, ο σχηματισμός νεφών και οι επακόλουθες βροχοπτώσεις παρέχουν νερό στη γη, χωρίς την οποία δεν είναι δυνατή καμία μορφή ζωής. Η ζωτική δραστηριότητα των οργανισμών στην υδρόσφαιρα καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την ποσότητα και τη χημική σύσταση των ατμοσφαιρικών αερίων που είναι διαλυμένα στο νερό. Δεδομένου ότι η χημική σύσταση της ατμόσφαιρας εξαρτάται σημαντικά από τις δραστηριότητες των οργανισμών, η βιόσφαιρα και η ατμόσφαιρα μπορούν να θεωρηθούν ως μέρος ενός ενιαίου συστήματος, η διατήρηση και η εξέλιξη του οποίου (βλ. Βιογεωχημικοί κύκλοι) ήταν μεγάλης σημασίας για την αλλαγή της σύνθεσης του ατμόσφαιρα σε όλη την ιστορία της Γης ως πλανήτη.

Ισορροπίες ακτινοβολίας, θερμότητας και νερού της ατμόσφαιρας. Η ηλιακή ακτινοβολία είναι πρακτικά η μόνη πηγή ενέργειας για όλες τις φυσικές διεργασίες στην ατμόσφαιρα. Το κύριο χαρακτηριστικό του καθεστώτος ακτινοβολίας της ατμόσφαιρας είναι το λεγόμενο φαινόμενο του θερμοκηπίου: η ατμόσφαιρα μεταδίδει την ηλιακή ακτινοβολία στην επιφάνεια της γης αρκετά καλά, αλλά απορροφά ενεργά τη θερμική ακτινοβολία μεγάλου μήκους από την επιφάνεια της γης, μέρος της οποίας επιστρέφει στην επιφάνεια με τη μορφή αντίθετης ακτινοβολίας, που αντισταθμίζει την απώλεια θερμότητας από την ακτινοβολία από την επιφάνεια της γης (βλ. Ατμοσφαιρική ακτινοβολία ). Ελλείψει ατμόσφαιρας, η μέση θερμοκρασία της επιφάνειας της γης θα ήταν -18°C, αλλά στην πραγματικότητα είναι 15°C. Η εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία απορροφάται εν μέρει (περίπου 20%) στην ατμόσφαιρα (κυρίως από υδρατμούς, σταγονίδια νερού, διοξείδιο του άνθρακα, όζον και αερολύματα) και επίσης διασκορπίζεται (περίπου 7%) από τα σωματίδια αερολύματος και τις διακυμάνσεις της πυκνότητας (σκέδαση Rayleigh) . Η συνολική ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της γης ανακλάται εν μέρει (περίπου 23%) από αυτήν. Ο συντελεστής ανάκλασης καθορίζεται από την ανακλαστικότητα της υποκείμενης επιφάνειας, το λεγόμενο albedo. Κατά μέσο όρο, το άλμπεντο της Γης για την ολοκληρωμένη ροή της ηλιακής ακτινοβολίας είναι κοντά στο 30%. Κυμαίνεται από λίγα τοις εκατό (ξηρό χώμα και μαυρόχωμα) έως 70-90% για το φρεσκοπεσμένο χιόνι. Η ανταλλαγή ακτινοβολίας μεταξύ της επιφάνειας της γης και της ατμόσφαιρας εξαρτάται σημαντικά από το albedo και καθορίζεται από την αποτελεσματική ακτινοβολία της επιφάνειας της γης και την αντίθετη ακτινοβολία της ατμόσφαιρας που απορροφάται από αυτήν. Το αλγεβρικό άθροισμα των ροών ακτινοβολίας που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα της γης από το διάστημα και το αφήνουν πίσω ονομάζεται ισοζύγιο ακτινοβολίας.

Οι μετασχηματισμοί της ηλιακής ακτινοβολίας μετά την απορρόφησή της από την ατμόσφαιρα και την επιφάνεια της γης καθορίζουν τη θερμική ισορροπία της Γης ως πλανήτη. Η κύρια πηγή θερμότητας για την ατμόσφαιρα είναι η επιφάνεια της γης. Η θερμότητα από αυτό μεταφέρεται όχι μόνο με τη μορφή ακτινοβολίας μακρών κυμάτων, αλλά και με μεταφορά και απελευθερώνεται επίσης κατά τη συμπύκνωση υδρατμών. Τα μερίδια αυτών των εισροών θερμότητας είναι κατά μέσο όρο 20%, 7% και 23%, αντίστοιχα. Περίπου το 20% της θερμότητας προστίθεται επίσης εδώ λόγω της απορρόφησης της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας. Η ροή της ηλιακής ακτινοβολίας ανά μονάδα χρόνου μέσα από μια ενιαία περιοχή κάθετη στις ακτίνες του ήλιου και που βρίσκεται εκτός της ατμόσφαιρας σε μέση απόσταση από τη Γη στον Ήλιο (η λεγόμενη ηλιακή σταθερά) είναι ίση με 1367 W/m2, οι αλλαγές είναι 1-2 W/m2 ανάλογα με τον κύκλο ηλιακής δραστηριότητας. Με πλανητικό άλμπεδο περίπου 30%, η μέση χρονική παγκόσμια εισροή ηλιακής ενέργειας στον πλανήτη είναι 239 W/m2. Δεδομένου ότι η Γη ως πλανήτης εκπέμπει κατά μέσο όρο την ίδια ποσότητα ενέργειας στο διάστημα, τότε, σύμφωνα με τον νόμο Stefan-Boltzmann, η αποτελεσματική θερμοκρασία της εξερχόμενης θερμικής ακτινοβολίας μεγάλου κύματος είναι 255 K (-18 ° C). Ταυτόχρονα, η μέση θερμοκρασία της επιφάνειας της γης είναι 15°C. Η διαφορά των 33°C οφείλεται στο φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Το υδατικό ισοζύγιο της ατμόσφαιρας αντιστοιχεί γενικά στην ισότητα της ποσότητας της υγρασίας που εξατμίζεται από την επιφάνεια της Γης και της ποσότητας της βροχόπτωσης που πέφτει στην επιφάνεια της Γης. Η ατμόσφαιρα πάνω από τους ωκεανούς δέχεται περισσότερη υγρασία από τις διεργασίες εξάτμισης από ό,τι στην ξηρά, και χάνει το 90% με τη μορφή βροχοπτώσεων. Οι υπερβολικοί υδρατμοί πάνω από τους ωκεανούς μεταφέρονται στις ηπείρους με ρεύματα αέρα. Η ποσότητα των υδρατμών που μεταφέρονται στην ατμόσφαιρα από τους ωκεανούς στις ηπείρους είναι ίση με τον όγκο των ποταμών που ρέουν στους ωκεανούς.

Κίνηση αέρα. Η Γη είναι σφαιρική, επομένως πολύ λιγότερη ηλιακή ακτινοβολία φτάνει τα υψηλά γεωγραφικά της πλάτη από τις τροπικές περιοχές. Ως αποτέλεσμα, προκύπτουν μεγάλες θερμοκρασιακές αντιθέσεις μεταξύ των γεωγραφικών πλάτη. Η κατανομή της θερμοκρασίας επηρεάζεται επίσης σημαντικά από τις σχετικές θέσεις των ωκεανών και των ηπείρων. Λόγω της μεγάλης μάζας των νερών των ωκεανών και της υψηλής θερμικής ικανότητας του νερού, οι εποχιακές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία της επιφάνειας του ωκεανού είναι πολύ μικρότερες από ό,τι στην ξηρά. Από αυτή την άποψη, στα μεσαία και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, η θερμοκρασία του αέρα πάνω από τους ωκεανούς το καλοκαίρι είναι αισθητά χαμηλότερη από ό,τι στις ηπείρους και υψηλότερη το χειμώνα.

Η άνιση θέρμανση της ατμόσφαιρας σε διάφορες περιοχές του πλανήτη προκαλεί μια χωρικά ανομοιογενή κατανομή της ατμοσφαιρικής πίεσης. Στο επίπεδο της θάλασσας, η κατανομή της πίεσης χαρακτηρίζεται από σχετικά χαμηλές τιμές κοντά στον ισημερινό, αυξάνεται στις υποτροπικές περιοχές (ζώνες υψηλής πίεσης) και μειώνεται στα μεσαία και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Ταυτόχρονα, στις ηπείρους των εξωτροπικών γεωγραφικών πλάτη, η πίεση συνήθως αυξάνεται το χειμώνα και μειώνεται το καλοκαίρι, γεγονός που σχετίζεται με την κατανομή της θερμοκρασίας. Υπό την επίδραση μιας κλίσης πίεσης, ο αέρας παρουσιάζει επιτάχυνση που κατευθύνεται από περιοχές υψηλής πίεσης σε περιοχές χαμηλής πίεσης, γεγονός που οδηγεί στην κίνηση των μαζών αέρα. Οι κινούμενες μάζες αέρα επηρεάζονται επίσης από τη δύναμη εκτροπής της περιστροφής της Γης (δύναμη Coriolis), τη δύναμη τριβής, η οποία μειώνεται με το ύψος και, για τις καμπύλες τροχιές, τη φυγόκεντρη δύναμη. Η τυρβώδης ανάμειξη του αέρα έχει μεγάλη σημασία (βλ. Αναταράξεις στην ατμόσφαιρα).

Ένα πολύπλοκο σύστημα ρευμάτων αέρα (γενική ατμοσφαιρική κυκλοφορία) συνδέεται με την κατανομή της πλανητικής πίεσης. Στο μεσημβρινό επίπεδο, κατά μέσο όρο, μπορούν να εντοπιστούν δύο ή τρία κύτταρα μεσημβρινής κυκλοφορίας. Κοντά στον ισημερινό, ο θερμός αέρας ανεβαίνει και πέφτει στις υποτροπικές περιοχές, σχηματίζοντας ένα κύτταρο Hadley. Εκεί κατεβαίνει και ο αέρας της αντίστροφης κυψέλης Ferrell. Σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, μια ευθεία πολική κυψέλη είναι συχνά ορατή. Οι μεσημβρινές ταχύτητες κυκλοφορίας είναι της τάξης του 1 m/s ή λιγότερο. Λόγω της δύναμης Coriolis, δυτικοί άνεμοι παρατηρούνται στο μεγαλύτερο μέρος της ατμόσφαιρας με ταχύτητες στη μέση τροπόσφαιρα περίπου 15 m/s. Υπάρχουν σχετικά σταθερά αιολικά συστήματα. Αυτά περιλαμβάνουν εμπορικούς ανέμους - άνεμοι που πνέουν από ζώνες υψηλής πίεσης στις υποτροπικές περιοχές έως τον ισημερινό με αξιοσημείωτη ανατολική συνιστώσα (από ανατολικά προς δυτικά). Οι μουσώνες είναι αρκετά σταθεροί - ρεύματα αέρα που έχουν σαφώς καθορισμένο εποχιακό χαρακτήρα: φυσούν από τον ωκεανό προς την ηπειρωτική χώρα το καλοκαίρι και προς την αντίθετη κατεύθυνση το χειμώνα. Οι μουσώνες στον Ινδικό Ωκεανό είναι ιδιαίτερα τακτικοί. Στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη, η κίνηση των αέριων μαζών είναι κυρίως δυτική (από τα δυτικά προς τα ανατολικά). Αυτή είναι μια ζώνη ατμοσφαιρικών μετώπων στα οποία προκύπτουν μεγάλες δίνες - κυκλώνες και αντικυκλώνες, που καλύπτουν πολλές εκατοντάδες και ακόμη και χιλιάδες χιλιόμετρα. Κυκλώνες εμφανίζονται επίσης στις τροπικές περιοχές. εδώ διακρίνονται από τα μικρότερα μεγέθη τους, αλλά πολύ υψηλές ταχύτητες ανέμου, που αγγίζουν τη δύναμη τυφώνα (33 m/s ή περισσότερο), τους λεγόμενους τροπικούς κυκλώνες. Στον Ατλαντικό και στον ανατολικό Ειρηνικό Ωκεανό ονομάζονται τυφώνες και στον δυτικό Ειρηνικό Ωκεανό ονομάζονται τυφώνες. Στην ανώτερη τροπόσφαιρα και στην κατώτερη στρατόσφαιρα, στις περιοχές που χωρίζουν την άμεση κυψέλη μεσημβρινής κυκλοφορίας Hadley και την αντίστροφη κυψέλη Ferrell, σχετικά στενά, πλάτους εκατοντάδων χιλιομέτρων, παρατηρούνται συχνά ρεύματα πίδακα με έντονα καθορισμένα όρια, εντός των οποίων ο άνεμος φτάνει τα 100-150 και μάλιστα 200 μ/ Με.

Κλίμα και καιρός. Η διαφορά στην ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει σε διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη στην επιφάνεια της γης, η οποία ποικίλλει ως προς τις φυσικές της ιδιότητες, καθορίζει την ποικιλομορφία των γήινων κλιμάτων. Από τον ισημερινό έως τα τροπικά γεωγραφικά πλάτη, η θερμοκρασία του αέρα στην επιφάνεια της γης είναι κατά μέσο όρο 25-30°C και ποικίλλει ελάχιστα καθ' όλη τη διάρκεια του έτους. Στη ζώνη του ισημερινού, συνήθως υπάρχει μεγάλη βροχόπτωση, η οποία δημιουργεί συνθήκες υπερβολικής υγρασίας εκεί. Στις τροπικές ζώνες, οι βροχοπτώσεις μειώνονται και σε ορισμένες περιοχές γίνονται πολύ χαμηλές. Εδώ είναι οι απέραντες έρημοι της Γης.

Σε υποτροπικά και μεσαία γεωγραφικά πλάτη, η θερμοκρασία του αέρα ποικίλλει σημαντικά καθ 'όλη τη διάρκεια του έτους και η διαφορά μεταξύ των θερμοκρασιών καλοκαιριού και χειμώνα είναι ιδιαίτερα μεγάλη σε περιοχές των ηπείρων μακριά από τους ωκεανούς. Έτσι, σε ορισμένες περιοχές της Ανατολικής Σιβηρίας, το ετήσιο εύρος θερμοκρασίας του αέρα φτάνει τους 65°C. Οι συνθήκες ύγρανσης σε αυτά τα γεωγραφικά πλάτη είναι πολύ διαφορετικές, εξαρτώνται κυρίως από το καθεστώς της γενικής ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας και ποικίλλουν σημαντικά από έτος σε έτος.

Στα πολικά γεωγραφικά πλάτη, η θερμοκρασία παραμένει χαμηλή καθ' όλη τη διάρκεια του έτους, ακόμη και αν υπάρχει αισθητή εποχιακή διακύμανση. Αυτό συμβάλλει στην ευρεία κατανομή της κάλυψης πάγου στους ωκεανούς και στη γη και στον μόνιμο παγετό, που καταλαμβάνουν πάνω από το 65% της έκτασής του στη Ρωσία, κυρίως στη Σιβηρία.

Τις τελευταίες δεκαετίες, οι αλλαγές στο παγκόσμιο κλίμα έχουν γίνει ολοένα και πιο αισθητές. Οι θερμοκρασίες αυξάνονται περισσότερο σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη παρά σε χαμηλά γεωγραφικά πλάτη. περισσότερο το χειμώνα παρά το καλοκαίρι. περισσότερο τη νύχτα παρά τη μέρα. Κατά τον 20ο αιώνα, η μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα στην επιφάνεια της γης στη Ρωσία αυξήθηκε κατά 1,5-2°C και σε ορισμένες περιοχές της Σιβηρίας παρατηρήθηκε αύξηση αρκετών βαθμών. Αυτό συνδέεται με την αύξηση του φαινομένου του θερμοκηπίου λόγω της αύξησης της συγκέντρωσης ιχνοαερίων.

Ο καιρός καθορίζεται από τις συνθήκες της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας και τη γεωγραφική θέση της περιοχής· είναι πιο σταθερός στις τροπικές περιοχές και πιο μεταβλητός στα μεσαία και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Ο καιρός αλλάζει κυρίως σε ζώνες μεταβαλλόμενων αέριων μαζών που προκαλούνται από τη διέλευση ατμοσφαιρικών μετώπων, κυκλώνων και αντικυκλώνων που μεταφέρουν βροχοπτώσεις και αυξημένο άνεμο. Τα δεδομένα για την πρόγνωση του καιρού συλλέγονται σε επίγειους μετεωρολογικούς σταθμούς, πλοία και αεροσκάφη και από μετεωρολογικούς δορυφόρους. Δείτε επίσης Μετεωρολογία.

Οπτικά, ακουστικά και ηλεκτρικά φαινόμενα στην ατμόσφαιρα. Όταν η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία διαδίδεται στην ατμόσφαιρα, ως αποτέλεσμα διάθλασης, απορρόφησης και διασποράς του φωτός από τον αέρα και διαφόρων σωματιδίων (αεροζόλ, κρύσταλλοι πάγου, σταγόνες νερού), προκύπτουν διάφορα οπτικά φαινόμενα: ουράνια τόξα, κορώνες, φωτοστέφανο, αντικατοπτρισμός κ.λπ. Η σκέδαση του φωτός καθορίζει το φαινομενικό ύψος του θησαυρού του ουρανού και το μπλε χρώμα του ουρανού. Το εύρος ορατότητας των αντικειμένων καθορίζεται από τις συνθήκες διάδοσης του φωτός στην ατμόσφαιρα (βλ. Ατμοσφαιρική ορατότητα). Η διαφάνεια της ατμόσφαιρας σε διαφορετικά μήκη κύματος καθορίζει το εύρος επικοινωνίας και την ικανότητα ανίχνευσης αντικειμένων με όργανα, συμπεριλαμβανομένης της δυνατότητας αστρονομικών παρατηρήσεων από την επιφάνεια της Γης. Για τις μελέτες των οπτικών ανομοιογενειών της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας, το φαινόμενο του λυκόφωτος παίζει σημαντικό ρόλο. Για παράδειγμα, η φωτογράφηση του λυκόφωτος από διαστημόπλοιο καθιστά δυνατό τον εντοπισμό στρωμάτων αερολύματος. Τα χαρακτηριστικά της διάδοσης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα καθορίζουν την ακρίβεια των μεθόδων για την τηλεπισκόπηση των παραμέτρων της. Όλα αυτά τα ερωτήματα, όπως και πολλά άλλα, μελετώνται από την ατμοσφαιρική οπτική. Η διάθλαση και η σκέδαση των ραδιοκυμάτων καθορίζουν τις δυνατότητες λήψης ραδιοφώνου (βλ. Διάδοση ραδιοκυμάτων).

Η διάδοση του ήχου στην ατμόσφαιρα εξαρτάται από τη χωρική κατανομή της θερμοκρασίας και την ταχύτητα του ανέμου (βλ. Ατμοσφαιρική ακουστική). Έχει ενδιαφέρον για την ατμοσφαιρική ανίχνευση με εξ αποστάσεως μεθόδους. Οι εκρήξεις γομώσεων που εκτοξεύτηκαν από πυραύλους στην ανώτερη ατμόσφαιρα παρείχαν πλούσιες πληροφορίες για τα αιολικά συστήματα και τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας στη στρατόσφαιρα και τη μεσόσφαιρα. Σε μια σταθερά στρωματοποιημένη ατμόσφαιρα, όταν η θερμοκρασία μειώνεται με ύψος πιο αργό από την αδιαβατική κλίση (9,8 K/km), προκύπτουν τα λεγόμενα εσωτερικά κύματα. Αυτά τα κύματα μπορούν να διαδοθούν προς τα πάνω στη στρατόσφαιρα και ακόμη και στη μεσόσφαιρα, όπου εξασθενούν, συμβάλλοντας σε αυξημένους ανέμους και αναταράξεις.

Το αρνητικό φορτίο της Γης και το ηλεκτρικό πεδίο που προκύπτει, η ατμόσφαιρα, μαζί με την ηλεκτρικά φορτισμένη ιονόσφαιρα και τη μαγνητόσφαιρα, δημιουργούν ένα παγκόσμιο ηλεκτρικό κύκλωμα. Σημαντικό ρόλο σε αυτό παίζει ο σχηματισμός νεφών και η ηλεκτρική ενέργεια από καταιγίδες. Ο κίνδυνος των κεραυνικών εκκενώσεων έχει απαιτήσει την ανάπτυξη μεθόδων αντικεραυνικής προστασίας για κτίρια, κατασκευές, γραμμές ηλεκτροδότησης και επικοινωνίες. Το φαινόμενο αυτό αποτελεί ιδιαίτερο κίνδυνο για την αεροπορία. Οι εκκενώσεις κεραυνών προκαλούν ατμοσφαιρικές ραδιοπαρεμβολές, που ονομάζονται ατμοσφαιρικές (βλέπε Σφυρίχτρα ατμοσφαιρικές). Κατά την απότομη αύξηση της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου, παρατηρούνται φωτεινές εκκενώσεις που εμφανίζονται στις άκρες και τις αιχμηρές γωνίες αντικειμένων που προεξέχουν πάνω από την επιφάνεια της γης, σε μεμονωμένες κορυφές στα βουνά κ.λπ. (Elma lights). Η ατμόσφαιρα περιέχει πάντα μια πολύ διαφορετική ποσότητα ελαφρών και βαρέων ιόντων, ανάλογα με τις συγκεκριμένες συνθήκες, οι οποίες καθορίζουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα της ατμόσφαιρας. Οι κύριοι ιονιστές του αέρα κοντά στην επιφάνεια της γης είναι η ακτινοβολία από ραδιενεργές ουσίες που περιέχονται στον φλοιό και την ατμόσφαιρα της γης, καθώς και οι κοσμικές ακτίνες. Δείτε επίσης Ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός.

Η ανθρώπινη επίδραση στην ατμόσφαιρα.Τους τελευταίους αιώνες, έχει σημειωθεί αύξηση της συγκέντρωσης αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα λόγω των ανθρώπινων οικονομικών δραστηριοτήτων. Το ποσοστό διοξειδίου του άνθρακα αυξήθηκε από 2,8-10 2 πριν από διακόσια χρόνια σε 3,8-10 2 το 2005, η περιεκτικότητα σε μεθάνιο - από 0,7-10 1 περίπου πριν από 300-400 χρόνια σε 1,8-10 -4 στις αρχές του 21ου αιώνας; περίπου το 20% της αύξησης του φαινομένου του θερμοκηπίου τον περασμένο αιώνα προήλθε από τα φρέον, τα οποία πρακτικά απουσίαζαν στην ατμόσφαιρα μέχρι τα μέσα του 20ού αιώνα. Αυτές οι ουσίες αναγνωρίζονται ως παράγοντες καταστροφής του όζοντος στη στρατόσφαιρα και η παραγωγή τους απαγορεύεται από το Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ του 1987. Η αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα προκαλείται από την καύση ολοένα αυξανόμενων ποσοτήτων άνθρακα, πετρελαίου, φυσικού αερίου και άλλων τύπων καυσίμων άνθρακα, καθώς και από την απομάκρυνση των δασών, με αποτέλεσμα την απορρόφηση το διοξείδιο του άνθρακα μέσω της φωτοσύνθεσης μειώνεται. Η συγκέντρωση του μεθανίου αυξάνεται με την αύξηση της παραγωγής πετρελαίου και φυσικού αερίου (λόγω των απωλειών του), καθώς και με την επέκταση των καλλιεργειών ρυζιού και την αύξηση του αριθμού των βοοειδών. Όλα αυτά συμβάλλουν στην υπερθέρμανση του κλίματος.

Για την αλλαγή του καιρού, έχουν αναπτυχθεί μέθοδοι που επηρεάζουν ενεργά τις ατμοσφαιρικές διεργασίες. Χρησιμοποιούνται για την προστασία των γεωργικών φυτών από το χαλάζι διασκορπίζοντας ειδικά αντιδραστήρια στα σύννεφα. Υπάρχουν επίσης μέθοδοι για τη διασπορά της ομίχλης στα αεροδρόμια, την προστασία των φυτών από τον παγετό, την επιρροή των νεφών για την αύξηση της βροχόπτωσης στις επιθυμητές περιοχές ή για τη διασπορά νεφών κατά τη διάρκεια δημόσιων εκδηλώσεων.

Μελέτη της ατμόσφαιρας. Πληροφορίες για τις φυσικές διεργασίες στην ατμόσφαιρα λαμβάνονται κυρίως από μετεωρολογικές παρατηρήσεις, οι οποίες πραγματοποιούνται από ένα παγκόσμιο δίκτυο μόνιμων μετεωρολογικών σταθμών και σταθμών που βρίσκονται σε όλες τις ηπείρους και σε πολλά νησιά. Οι καθημερινές παρατηρήσεις παρέχουν πληροφορίες για τη θερμοκρασία και την υγρασία του αέρα, την ατμοσφαιρική πίεση και βροχόπτωση, τη συννεφιά, τον άνεμο κ.λπ. Παρατηρήσεις της ηλιακής ακτινοβολίας και των μετασχηματισμών της πραγματοποιούνται σε ακτινομετρικούς σταθμούς. Μεγάλη σημασία για τη μελέτη της ατμόσφαιρας έχουν δίκτυα αερολογικών σταθμών, στα οποία πραγματοποιούνται μετεωρολογικές μετρήσεις μέχρι υψόμετρο 30-35 km με τη χρήση ραδιοφωνικών ακτίνων. Σε ορισμένους σταθμούς πραγματοποιούνται παρατηρήσεις του ατμοσφαιρικού όζοντος, των ηλεκτρικών φαινομένων στην ατμόσφαιρα και της χημικής σύστασης του αέρα.

Τα δεδομένα από επίγειους σταθμούς συμπληρώνονται από παρατηρήσεις στους ωκεανούς, όπου λειτουργούν «πλοία καιρού», που βρίσκονται συνεχώς σε ορισμένες περιοχές του Παγκόσμιου Ωκεανού, καθώς και μετεωρολογικές πληροφορίες που λαμβάνονται από έρευνες και άλλα πλοία.

Τις τελευταίες δεκαετίες, ένας αυξανόμενος όγκος πληροφοριών για την ατμόσφαιρα έχει ληφθεί με τη χρήση μετεωρολογικών δορυφόρων, οι οποίοι μεταφέρουν όργανα για τη φωτογράφηση νεφών και τη μέτρηση των ροών υπεριώδους, υπέρυθρης και μικροκυματικής ακτινοβολίας από τον Ήλιο. Οι δορυφόροι καθιστούν δυνατή τη λήψη πληροφοριών σχετικά με κατακόρυφα προφίλ θερμοκρασίας, συννεφιά και την παροχή νερού, στοιχεία της ισορροπίας ακτινοβολίας της ατμόσφαιρας, τη θερμοκρασία της επιφάνειας του ωκεανού κ.λπ. Χρησιμοποιώντας μετρήσεις διάθλασης ραδιοφωνικών σημάτων από ένα σύστημα δορυφόρων πλοήγησης, είναι δυνατός ο προσδιορισμός κατακόρυφων προφίλ πυκνότητας, πίεσης και θερμοκρασίας, καθώς και η περιεκτικότητα σε υγρασία στην ατμόσφαιρα. Με τη βοήθεια δορυφόρων, κατέστη δυνατή η αποσαφήνιση της τιμής της ηλιακής σταθεράς και του πλανητικού άλμπεντο της Γης, η κατασκευή χαρτών της ισορροπίας ακτινοβολίας του συστήματος Γης-ατμόσφαιρας, η μέτρηση του περιεχομένου και της μεταβλητότητας μικρών ατμοσφαιρικών ρύπων και η επίλυση πολλά άλλα προβλήματα της φυσικής της ατμόσφαιρας και της παρακολούθησης του περιβάλλοντος.

Λιτ.: Budyko M.I. Κλίμα στο παρελθόν και στο μέλλον. L., 1980; Matveev L. T. Μάθημα γενικής μετεωρολογίας. Ατμοσφαιρική φυσική. 2η έκδ. L., 1984; Budyko M.I., Ronov A.B., Yanshin A.L. Ιστορία της ατμόσφαιρας. L., 1985; Khrgian A. Kh. Atmospheric Physics. Μ., 1986; Atmosphere: Κατάλογος. L., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Μετεωρολογία και Κλιματολογία. 5η έκδ. Μ., 2001.

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