Διάγραμμα δομής της ατμόσφαιρας της γης κατά στρώματα. Το μέγεθος της ατμόσφαιρας της γης. Σε ποια στρώματα χωρίζεται η ατμόσφαιρα;

Η ατμόσφαιρα άρχισε να σχηματίζεται μαζί με το σχηματισμό της Γης. Κατά τη διάρκεια της εξέλιξης του πλανήτη και καθώς οι παράμετροί του πλησίαζαν τις σύγχρονες αξίες, σημειώθηκαν θεμελιώδεις ποιοτικές αλλαγές στη χημική του σύνθεση και τις φυσικές του ιδιότητες. Σύμφωνα με το εξελικτικό μοντέλο, σε πρώιμο στάδιο η Γη ήταν σε λιωμένη κατάσταση και πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια σχηματίστηκε ως στερεό σώμα. Αυτό το ορόσημο λαμβάνεται ως η αρχή της γεωλογικής χρονολογίας. Από τότε άρχισε η αργή εξέλιξη της ατμόσφαιρας. Ορισμένες γεωλογικές διεργασίες (για παράδειγμα, εκροές λάβας κατά τη διάρκεια ηφαιστειακών εκρήξεων) συνοδεύτηκαν από την απελευθέρωση αερίων από τα έγκατα της Γης. Περιλάμβαναν άζωτο, αμμωνία, μεθάνιο, υδρατμούς, οξείδιο του CO και διοξείδιο του άνθρακα CO 2. Υπό την επίδραση της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας, οι υδρατμοί αποσυντέθηκαν σε υδρογόνο και οξυγόνο, αλλά το απελευθερωμένο οξυγόνο αντέδρασε με το μονοξείδιο του άνθρακα για να σχηματίσει διοξείδιο του άνθρακα. Η αμμωνία αποσυντίθεται σε άζωτο και υδρογόνο. Κατά τη διαδικασία της διάχυσης, το υδρογόνο ανέβηκε προς τα πάνω και έφυγε από την ατμόσφαιρα, και το βαρύτερο άζωτο δεν μπορούσε να εξατμιστεί και σταδιακά συσσωρεύτηκε, καθιστώντας το κύριο συστατικό, αν και ένα μέρος του δεσμεύτηκε σε μόρια ως αποτέλεσμα χημικών αντιδράσεων. εκ. ΧΗΜΕΙΑ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ). Υπό την επίδραση των υπεριωδών ακτίνων και των ηλεκτρικών εκκενώσεων, ένα μείγμα αερίων που υπάρχουν στην αρχική ατμόσφαιρα της Γης εισήλθε σε χημικές αντιδράσεις, οι οποίες είχαν ως αποτέλεσμα το σχηματισμό οργανικών ουσιών, ιδίως αμινοξέων. Με την έλευση των πρωτόγονων φυτών ξεκίνησε η διαδικασία της φωτοσύνθεσης, συνοδευόμενη από την απελευθέρωση οξυγόνου. Αυτό το αέριο, ειδικά μετά τη διάχυση στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, άρχισε να προστατεύει τα κατώτερα στρώματά του και την επιφάνεια της Γης από την απειλητική για τη ζωή υπεριώδη ακτινοβολία και ακτίνες Χ. Σύμφωνα με θεωρητικές εκτιμήσεις, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο, 25.000 φορές μικρότερη από τώρα, θα μπορούσε ήδη να οδηγήσει στο σχηματισμό ενός στρώματος όζοντος με μόνο τη μισή συγκέντρωση από τώρα. Ωστόσο, αυτό είναι ήδη αρκετό για να παρέχει πολύ σημαντική προστασία των οργανισμών από τις καταστροφικές επιπτώσεις των υπεριωδών ακτίνων.

Είναι πιθανό ότι η πρωτογενής ατμόσφαιρα περιείχε πολύ διοξείδιο του άνθρακα. Καταναλώθηκε κατά τη φωτοσύνθεση και η συγκέντρωσή του πρέπει να μειώθηκε καθώς εξελίχθηκε ο φυτικός κόσμος και επίσης λόγω της απορρόφησης κατά τη διάρκεια ορισμένων γεωλογικών διεργασιών. Επειδή η Το φαινόμενο του θερμοκηπίουπου συνδέονται με την παρουσία διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, οι διακυμάνσεις στη συγκέντρωσή του είναι ένας από τους σημαντικούς λόγους για τόσο μεγάλης κλίμακας κλιματικές αλλαγές στην ιστορία της Γης όπως εποχές των παγετώνων.

Το ήλιο που υπάρχει στη σύγχρονη ατμόσφαιρα είναι ως επί το πλείστον προϊόν της ραδιενεργής διάσπασης του ουρανίου, του θορίου και του ραδίου. Αυτά τα ραδιενεργά στοιχεία εκπέμπουν σωματίδια, τα οποία είναι οι πυρήνες των ατόμων ηλίου. Δεδομένου ότι κατά τη διάρκεια της ραδιενεργής διάσπασης ούτε σχηματίζεται ούτε καταστρέφεται ηλεκτρικό φορτίο, με το σχηματισμό κάθε σωματιδίου α εμφανίζονται δύο ηλεκτρόνια, τα οποία, ανασυνδυάζοντας με τα σωματίδια α, σχηματίζουν ουδέτερα άτομα ηλίου. Τα ραδιενεργά στοιχεία περιέχονται σε ορυκτά διασκορπισμένα σε πετρώματα, έτσι ένα σημαντικό μέρος του ηλίου που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της ραδιενεργής αποσύνθεσης διατηρείται σε αυτά, διαφεύγοντας πολύ αργά στην ατμόσφαιρα. Μια ορισμένη ποσότητα ηλίου ανεβαίνει προς τα πάνω στην εξώσφαιρα λόγω της διάχυσης, αλλά λόγω της συνεχούς εισροής από την επιφάνεια της γης, ο όγκος αυτού του αερίου στην ατμόσφαιρα παραμένει σχεδόν αμετάβλητος. Με βάση τη φασματική ανάλυση του αστρικού φωτός και τη μελέτη των μετεωριτών, είναι δυνατό να εκτιμηθεί η σχετική αφθονία διαφόρων χημικών στοιχείων στο Σύμπαν. Η συγκέντρωση του νέον στο διάστημα είναι περίπου δέκα δισεκατομμύρια φορές υψηλότερη από ό,τι στη Γη, το κρυπτόν - δέκα εκατομμύρια φορές, και το ξένο - ένα εκατομμύριο φορές. Επομένως, η συγκέντρωση αυτών των αδρανών αερίων, που προφανώς αρχικά υπήρχαν στην ατμόσφαιρα της Γης και δεν αναπληρώθηκαν κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων, μειώθηκε πολύ, πιθανώς ακόμη και στο στάδιο της απώλειας της πρωταρχικής ατμόσφαιράς της από τη Γη. Εξαίρεση αποτελεί το αδρανές αέριο αργό, αφού με τη μορφή του ισοτόπου 40 Ar εξακολουθεί να σχηματίζεται κατά τη ραδιενεργή διάσπαση του ισοτόπου του καλίου.

Βαρομετρική κατανομή πίεσης.

Το συνολικό βάρος των ατμοσφαιρικών αερίων είναι περίπου 4,5 10 15 τόνοι. Έτσι, το «βάρος» της ατμόσφαιρας ανά μονάδα επιφάνειας, ή ατμοσφαιρική πίεση, στο επίπεδο της θάλασσας είναι περίπου 11 t/m 2 = 1,1 kg/cm 2. Πίεση ίση με P 0 = 1033,23 g/cm 2 = 1013,250 mbar = 760 mm Hg. Τέχνη. = 1 atm, λαμβάνεται ως η τυπική μέση ατμοσφαιρική πίεση. Για την ατμόσφαιρα σε κατάσταση υδροστατικής ισορροπίας έχουμε: δ Π= –rgd η, αυτό σημαίνει ότι στο διάστημα ύψους από ηπριν η+δ ηλαμβάνει χώρα ισότητα μεταξύ της μεταβολής της ατμοσφαιρικής πίεσης δ Πκαι το βάρος του αντίστοιχου στοιχείου της ατμόσφαιρας με μονάδα εμβαδού, πυκνότητα r και πάχος d η.Ως σχέση πίεσης Rκαι θερμοκρασία ΤΧρησιμοποιείται η εξίσωση κατάστασης ενός ιδανικού αερίου με πυκνότητα r, η οποία είναι αρκετά εφαρμόσιμη στην ατμόσφαιρα της γης: Π= r R Τ/m, όπου m είναι το μοριακό βάρος και R = 8,3 J/(K mol) είναι η καθολική σταθερά αερίου. Στη συνέχεια d log Π= – (μ g/RT)ρε η= – βδ η= – δ η/H, όπου η κλίση πίεσης είναι σε λογαριθμική κλίμακα. Η αντίστροφη τιμή του H ονομάζεται κλίμακα ατμοσφαιρικού υψομέτρου.

Κατά την ολοκλήρωση αυτής της εξίσωσης για μια ισοθερμική ατμόσφαιρα ( Τ= const) ή για το μέρος του όπου μια τέτοια προσέγγιση είναι επιτρεπτή, προκύπτει ο βαρομετρικός νόμος της κατανομής της πίεσης με το ύψος: Π = Π 0 exp(- η/H 0), όπου η αναφορά ύψους ηπαράγεται από το επίπεδο του ωκεανού, όπου είναι η τυπική μέση πίεση Π 0 . Εκφραση H 0 = R Τ/ mg, ονομάζεται η κλίμακα υψομέτρου, που χαρακτηρίζει την έκταση της ατμόσφαιρας, με την προϋπόθεση ότι η θερμοκρασία σε αυτήν είναι παντού ίδια (ισόθερμη ατμόσφαιρα). Εάν η ατμόσφαιρα δεν είναι ισοθερμική, τότε η ολοκλήρωση πρέπει να λαμβάνει υπόψη τη μεταβολή της θερμοκρασίας με το ύψος και την παράμετρο Ν– κάποιο τοπικό χαρακτηριστικό των ατμοσφαιρικών στρωμάτων, ανάλογα με τη θερμοκρασία τους και τις ιδιότητες του περιβάλλοντος.

Διεθνής πρότυπος ατμόσφαιρα.

Μοντέλο (πίνακας τιμών των κύριων παραμέτρων) που αντιστοιχεί σε τυπική πίεση στη βάση της ατμόσφαιρας R 0 και η χημική σύνθεση ονομάζεται τυπική ατμόσφαιρα. Πιο συγκεκριμένα, πρόκειται για ένα υπό όρους μοντέλο της ατμόσφαιρας, για το οποίο καθορίζονται οι μέσες τιμές θερμοκρασίας, πίεσης, πυκνότητας, ιξώδους και άλλων χαρακτηριστικών του αέρα σε υψόμετρα από 2 km κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας έως το εξωτερικό όριο της ατμόσφαιρας της γης. για γεωγραφικό πλάτος 45° 32ў 33І. Οι παράμετροι της μεσαίας ατμόσφαιρας σε όλα τα υψόμετρα υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας την εξίσωση κατάστασης ενός ιδανικού αερίου και τον βαρομετρικό νόμο υποθέτοντας ότι στο επίπεδο της θάλασσας η πίεση είναι 1013,25 hPa (760 mm Hg) και η θερμοκρασία είναι 288,15 K (15,0 ° C). Σύμφωνα με τη φύση της κατακόρυφης κατανομής της θερμοκρασίας, η μέση ατμόσφαιρα αποτελείται από πολλά στρώματα, σε καθένα από τα οποία η θερμοκρασία προσεγγίζεται με μια γραμμική συνάρτηση ύψους. Στο χαμηλότερο στρώμα - την τροπόσφαιρα (h Ј 11 km) η θερμοκρασία πέφτει κατά 6,5 ° C με κάθε χιλιόμετρο ανόδου. Σε μεγάλα υψόμετρα, η τιμή και το πρόσημο της κατακόρυφης διαβάθμισης θερμοκρασίας αλλάζει από στρώμα σε στρώμα. Πάνω από 790 km η θερμοκρασία είναι περίπου 1000 K και πρακτικά δεν αλλάζει με το υψόμετρο.

Η τυπική ατμόσφαιρα είναι ένα περιοδικά ενημερωμένο, νομιμοποιημένο πρότυπο, που εκδίδεται με τη μορφή πινάκων.

Τροποσφαίρα.

Το χαμηλότερο και πιο πυκνό στρώμα της ατμόσφαιρας, στο οποίο η θερμοκρασία μειώνεται γρήγορα με το ύψος, ονομάζεται τροπόσφαιρα. Περιέχει έως και το 80% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας και εκτείνεται στα πολικά και μεσαία γεωγραφικά πλάτη σε υψόμετρα 8–10 km και στους τροπικούς μέχρι 16–18 km. Σχεδόν όλες οι διεργασίες σχηματισμού καιρού αναπτύσσονται εδώ, η ανταλλαγή θερμότητας και υγρασίας συμβαίνει μεταξύ της Γης και της ατμόσφαιράς της, σχηματίζονται σύννεφα, συμβαίνουν διάφορα μετεωρολογικά φαινόμενα, εμφανίζεται ομίχλη και βροχόπτωση. Αυτά τα στρώματα της γήινης ατμόσφαιρας βρίσκονται σε συναγωγική ισορροπία και, χάρη στην ενεργό ανάμειξη, έχουν ομοιογενή χημική σύνθεση, που αποτελείται κυρίως από μοριακό άζωτο (78%) και οξυγόνο (21%). Η συντριπτική πλειοψηφία των φυσικών και ανθρωπογενών ατμοσφαιρικών ρύπων αεροζόλ και αερίων συγκεντρώνεται στην τροπόσφαιρα. Η δυναμική του κάτω μέρους της τροπόσφαιρας, πάχους έως 2 km, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις ιδιότητες της υποκείμενης επιφάνειας της Γης, η οποία καθορίζει τις οριζόντιες και κάθετες κινήσεις του αέρα (άνεμοι) που προκαλούνται από τη μεταφορά θερμότητας από θερμότερη γη μέσω της υπέρυθρης ακτινοβολίας της επιφάνειας της γης, η οποία απορροφάται στην τροπόσφαιρα, κυρίως από τους ατμούς του νερού και του διοξειδίου του άνθρακα (φαινόμενο του θερμοκηπίου). Η κατανομή θερμοκρασίας με το ύψος καθορίζεται ως αποτέλεσμα τυρβώδους και συναγωγής ανάμειξης. Κατά μέσο όρο, αντιστοιχεί σε πτώση θερμοκρασίας με ύψος περίπου 6,5 K/km.

Η ταχύτητα του ανέμου στο επιφανειακό οριακό στρώμα αρχικά αυξάνεται γρήγορα με το ύψος και πάνω από αυτό συνεχίζει να αυξάνεται κατά 2–3 km/s ανά χιλιόμετρο. Μερικές φορές στενές πλανητικές ροές (με ταχύτητα άνω των 30 km/s) εμφανίζονται στην τροπόσφαιρα, δυτικές στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη και ανατολικές κοντά στον ισημερινό. Ονομάζονται jet streams.

Τροπόπαυση.

Στο ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας (τροπόπαυση), η θερμοκρασία φτάνει την ελάχιστη τιμή της για την κατώτερη ατμόσφαιρα. Αυτό είναι το μεταβατικό στρώμα μεταξύ της τροπόσφαιρας και της στρατόσφαιρας που βρίσκεται πάνω από αυτό. Το πάχος της τροπόπαυσης κυμαίνεται από εκατοντάδες μέτρα έως 1,5–2 km, και η θερμοκρασία και το υψόμετρο, αντίστοιχα, κυμαίνονται από 190 έως 220 K και από 8 έως 18 km, ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος και την εποχή. Σε εύκρατα και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη το χειμώνα είναι 1–2 km χαμηλότερα από το καλοκαίρι και 8–15 K θερμότερο. Στις τροπικές περιοχές, οι εποχιακές αλλαγές είναι πολύ λιγότερες (υψόμετρο 16–18 km, θερμοκρασία 180–200 K). Πάνω από αεριωθούμενα ρεύματαείναι δυνατά διαλείμματα τροπόπαυσης.

Νερό στην ατμόσφαιρα της Γης.

Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό της ατμόσφαιρας της Γης είναι η παρουσία σημαντικών ποσοτήτων υδρατμών και νερού σε μορφή σταγονιδίων, η οποία παρατηρείται πιο εύκολα με τη μορφή νεφών και δομών νεφών. Ο βαθμός κάλυψης νεφών του ουρανού (σε μια ορισμένη στιγμή ή κατά μέσο όρο σε μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο), εκφρασμένος σε μια κλίμακα 10 ή ως ποσοστό, ονομάζεται νεφελότητα. Το σχήμα των νεφών καθορίζεται σύμφωνα με τη διεθνή ταξινόμηση. Κατά μέσο όρο, τα σύννεφα καλύπτουν περίπου το ήμισυ του πλανήτη. Η συννεφιά είναι ένας σημαντικός παράγοντας που χαρακτηρίζει τον καιρό και το κλίμα. Το χειμώνα και τη νύχτα, η συννεφιά εμποδίζει τη μείωση της θερμοκρασίας της επιφάνειας της γης και του εδάφους του αέρα· το καλοκαίρι και κατά τη διάρκεια της ημέρας, αποδυναμώνει τη θέρμανση της επιφάνειας της γης από τις ακτίνες του ήλιου, μαλακώνοντας το κλίμα εντός των ηπείρων. .

σύννεφα.

Τα σύννεφα είναι συσσωρεύσεις σταγονιδίων νερού που αιωρούνται στην ατμόσφαιρα (σύννεφα νερού), κρυστάλλους πάγου (σύννεφα πάγου) ή και τα δύο μαζί (μεικτά σύννεφα). Καθώς τα σταγονίδια και οι κρύσταλλοι γίνονται μεγαλύτερα, πέφτουν από τα σύννεφα με τη μορφή βροχόπτωσης. Τα σύννεφα σχηματίζονται κυρίως στην τροπόσφαιρα. Προκύπτουν ως αποτέλεσμα της συμπύκνωσης των υδρατμών που περιέχονται στον αέρα. Η διάμετρος των σταγόνων σύννεφων είναι της τάξης πολλών μικρών. Η περιεκτικότητα σε υγρό νερό στα σύννεφα κυμαίνεται από κλάσματα έως αρκετά γραμμάρια ανά m3. Τα σύννεφα διακρίνονται κατά ύψος: Σύμφωνα με τη διεθνή ταξινόμηση, υπάρχουν 10 είδη νεφών: cirrus, cirrocumulus, cirrostratus, altocumulus, altostratus, nimbostratus, stratus, stratocumulus, cumulonimbus, cumulus.

Μαργαριταρένια νέφη παρατηρούνται επίσης στη στρατόσφαιρα και νυχτερινά νέφη στη μεσόσφαιρα.

Τα Cirrus clouds είναι διαφανή σύννεφα με τη μορφή λεπτών λευκών νημάτων ή πέπλων με μεταξένια λάμψη που δεν δημιουργούν σκιές. Τα σύννεφα Cirrus αποτελούνται από κρυστάλλους πάγου και σχηματίζονται στην ανώτερη τροπόσφαιρα σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Μερικοί τύποι νεφών κίρρου χρησιμεύουν ως προάγγελοι των καιρικών αλλαγών.

Τα σύννεφα Cirrocumulus είναι κορυφογραμμές ή στρώματα λεπτών λευκών νεφών στην ανώτερη τροπόσφαιρα. Τα σύννεφα Cirrocumulus είναι κατασκευασμένα από μικρά στοιχεία που μοιάζουν με νιφάδες, κυματισμούς, μικρές μπάλες χωρίς σκιές και αποτελούνται κυρίως από κρυστάλλους πάγου.

Τα σύννεφα Cirrostratus είναι ένα υπόλευκο ημιδιαφανές πέπλο στην ανώτερη τροπόσφαιρα, συνήθως ινώδες, μερικές φορές θολό, που αποτελείται από μικρούς κρυστάλλους πάγου σε σχήμα βελόνας ή στήλης.

Τα σύννεφα Altocumulus είναι λευκά, γκρίζα ή λευκογκρίζα σύννεφα στα κατώτερα και μεσαία στρώματα της τροπόσφαιρας. Τα σύννεφα Altocumulus έχουν την εμφάνιση στρωμάτων και κορυφογραμμών, σαν να είναι κατασκευασμένα από πλάκες, στρογγυλεμένες μάζες, άξονες, νιφάδες που βρίσκονται το ένα πάνω στο άλλο. Τα σύννεφα αλτοσώρευσης σχηματίζονται κατά τη διάρκεια έντονης συναγωγικής δραστηριότητας και συνήθως αποτελούνται από υπερψυγμένα σταγονίδια νερού.

Τα σύννεφα Altostratus είναι γκριζωπά ή μπλε σύννεφα με ινώδη ή ομοιόμορφη δομή. Τα σύννεφα Altostratus παρατηρούνται στη μέση τροπόσφαιρα, που εκτείνονται αρκετά χιλιόμετρα σε ύψος και μερικές φορές χιλιάδες χιλιόμετρα στην οριζόντια κατεύθυνση. Τυπικά, τα σύννεφα altostratus αποτελούν μέρος συστημάτων μετωπικού νέφους που σχετίζονται με ανοδικές κινήσεις των μαζών αέρα.

Τα σύννεφα Nimbostratus είναι ένα χαμηλό (από 2 km και άνω) άμορφο στρώμα νεφών ομοιόμορφου γκρίζου χρώματος, που προκαλεί συνεχή βροχή ή χιόνι. Τα σύννεφα Nimbostratus είναι πολύ ανεπτυγμένα κατακόρυφα (έως αρκετά χιλιόμετρα) και οριζόντια (αρκετές χιλιάδες χιλιόμετρα), αποτελούνται από υπερψυγμένες σταγόνες νερού αναμεμειγμένες με νιφάδες χιονιού, που συνήθως συνδέονται με ατμοσφαιρικά μέτωπα.

Τα σύννεφα Stratus είναι σύννεφα της κατώτερης βαθμίδας με τη μορφή ενός ομοιογενούς στρώματος χωρίς συγκεκριμένα περιγράμματα, γκρι χρώματος. Το ύψος των νεφών του στρώματος πάνω από την επιφάνεια της γης είναι 0,5–2 km. Περιστασιακά, ψιλόβροχο πέφτει από τα σύννεφα του στρώματος.

Τα σωρευτικά σύννεφα είναι πυκνά, φωτεινά λευκά σύννεφα κατά τη διάρκεια της ημέρας με σημαντική κατακόρυφη ανάπτυξη (έως 5 km ή περισσότερο). Τα ανώτερα μέρη των νεφών σωρευμάτων μοιάζουν με θόλους ή πύργους με στρογγυλεμένα περιγράμματα. Τυπικά, τα σωρευτικά σύννεφα εμφανίζονται ως σύννεφα μεταφοράς σε ψυχρές μάζες αέρα.

Τα σύννεφα Stratocumulus είναι χαμηλά (κάτω από 2 km) σύννεφα με τη μορφή γκρίζων ή λευκών μη ινωδών στρωμάτων ή κορυφογραμμών στρογγυλών μεγάλων τεμαχίων. Το κατακόρυφο πάχος των νεφών της στρωματοσώρευσης είναι μικρό. Περιστασιακά, τα σύννεφα της στρατοσωρίδας παράγουν ελαφρά βροχόπτωση.

Τα σύννεφα Cumulonimbus είναι ισχυρά και πυκνά σύννεφα με έντονη κατακόρυφη ανάπτυξη (μέχρι ύψους 14 km), που προκαλούν έντονες βροχοπτώσεις με καταιγίδες, χαλάζι και καταιγίδες. Τα σωρευτικά σύννεφα αναπτύσσονται από ισχυρά σωρευτικά σύννεφα, που διαφέρουν από αυτά στο πάνω μέρος που αποτελείται από κρυστάλλους πάγου.

Στρατόσφαιρα.

Μέσω της τροπόπαυσης, κατά μέσο όρο σε υψόμετρα από 12 έως 50 km, η τροπόσφαιρα περνά στη στρατόσφαιρα. Στο κάτω μέρος, για περίπου 10 χλμ., δηλ. μέχρι υψόμετρα περίπου 20 km είναι ισόθερμο (θερμοκρασία περίπου 220 K). Στη συνέχεια αυξάνεται με το υψόμετρο, φτάνοντας το μέγιστο περίπου 270 K σε υψόμετρο 50–55 km. Εδώ είναι το όριο μεταξύ της στρατόσφαιρας και της υπερκείμενης μεσόσφαιρας, που ονομάζεται στρατόπαυση. .

Υπάρχουν σημαντικά λιγότεροι υδρατμοί στη στρατόσφαιρα. Ακόμα, μερικές φορές παρατηρούνται λεπτά ημιδιαφανή μαργαριταρένια σύννεφα, που κατά καιρούς εμφανίζονται στη στρατόσφαιρα σε υψόμετρο 20–30 km. Τα μαργαριταρένια σύννεφα είναι ορατά στον σκοτεινό ουρανό μετά τη δύση του ηλίου και πριν από την ανατολή του ηλίου. Σε σχήμα, τα νέφη μοιάζουν με σύννεφα κίρους και σωρευτικά σύννεφα.

Μέση ατμόσφαιρα (μεσόσφαιρα).

Σε υψόμετρο περίπου 50 km, η μεσόσφαιρα ξεκινά από την κορυφή της ευρείας μέγιστης θερμοκρασίας . Ο λόγος για την αύξηση της θερμοκρασίας στην περιοχή αυτού του μέγιστου είναι μια εξώθερμη (δηλαδή συνοδευόμενη από απελευθέρωση θερμότητας) φωτοχημική αντίδραση αποσύνθεσης του όζοντος: O 3 + hv® O 2 + O. Το όζον προκύπτει ως αποτέλεσμα της φωτοχημικής αποσύνθεσης του μοριακού οξυγόνου O 2

Ο 2 + hv® O + O και η επακόλουθη αντίδραση μιας τριπλής σύγκρουσης ατόμου και μορίου οξυγόνου με κάποιο τρίτο μόριο Μ.

O + O 2 + M ® O 3 + M

Το όζον απορροφά αδηφάγα την υπεριώδη ακτινοβολία στην περιοχή από 2000 έως 3000 Å, και αυτή η ακτινοβολία θερμαίνει την ατμόσφαιρα. Το όζον, που βρίσκεται στην ανώτερη ατμόσφαιρα, χρησιμεύει ως ένα είδος ασπίδας που μας προστατεύει από τις επιπτώσεις της υπεριώδους ακτινοβολίας από τον Ήλιο. Χωρίς αυτή την ασπίδα, δύσκολα θα ήταν δυνατή η ανάπτυξη της ζωής στη Γη στις σύγχρονες μορφές της.

Γενικά, σε όλη τη μεσόσφαιρα, η ατμοσφαιρική θερμοκρασία μειώνεται στην ελάχιστη τιμή της περίπου 180 K στο ανώτερο όριο της μεσόσφαιρας (ονομάζεται μεσόπαυση, υψόμετρο περίπου 80 km). Στην περιοχή της μεσόπαυσης, σε υψόμετρα 70–90 km, μπορεί να εμφανιστεί ένα πολύ λεπτό στρώμα κρυστάλλων πάγου και σωματιδίων ηφαιστειακής και μετεωριτικής σκόνης, που παρατηρείται με τη μορφή ενός πανέμορφου θεάματος από νυχτερινά σύννεφα λίγο μετά τη δύση του ηλίου.

Στη μεσόσφαιρα καίγονται ως επί το πλείστον μικρά στερεά σωματίδια μετεωρίτη που πέφτουν στη Γη προκαλώντας το φαινόμενο των μετεωριτών.

Μετεωρίτες, μετεωρίτες και βολίδες.

Οι εκλάμψεις και άλλα φαινόμενα στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης που προκαλούνται από την εισβολή στερεών κοσμικών σωματιδίων ή σωμάτων σε αυτήν με ταχύτητα 11 km/s ή μεγαλύτερη ονομάζονται μετεωροειδή. Εμφανίζεται ένα παρατηρήσιμο φωτεινό ίχνος μετεωριτών. ονομάζονται τα πιο ισχυρά φαινόμενα, που συχνά συνοδεύονται από πτώση μετεωριτών βολίδες; η εμφάνιση των μετεωριτών συνδέεται με βροχές μετεωριτών.

Βροχή μετεωριτών:

1) το φαινόμενο των πολλαπλών πτώσεων μετεωριτών για αρκετές ώρες ή ημέρες από μια ακτινοβολία.

2) ένα σμήνος μετεωροειδών που κινούνται στην ίδια τροχιά γύρω από τον Ήλιο.

Η συστηματική εμφάνιση μετεωριτών σε μια συγκεκριμένη περιοχή του ουρανού και ορισμένες ημέρες του έτους, που προκαλείται από τη διασταύρωση της τροχιάς της Γης με την κοινή τροχιά πολλών σωμάτων μετεωριτών που κινούνται με περίπου τις ίδιες και πανομοιότυπες ταχύτητες, λόγω που τα μονοπάτια τους στον ουρανό φαίνονται να αναδύονται από ένα κοινό σημείο (ακτινοβόλο) . Ονομάζονται από τον αστερισμό όπου βρίσκεται το ακτινοβόλο.

Οι βροχές μετεωριτών προκαλούν βαθιά εντύπωση με τα φωτεινά τους εφέ, αλλά μεμονωμένοι μετεωρίτες σπάνια είναι ορατοί. Πολύ περισσότεροι είναι οι αόρατοι μετεωρίτες, πολύ μικροί για να είναι ορατοί όταν απορροφώνται στην ατμόσφαιρα. Μερικοί από τους μικρότερους μετεωρίτες πιθανώς δεν θερμαίνονται καθόλου, αλλά συλλαμβάνονται μόνο από την ατμόσφαιρα. Αυτά τα μικρά σωματίδια με μεγέθη που κυμαίνονται από μερικά χιλιοστά έως δέκα χιλιοστά του χιλιοστού ονομάζονται μικρομετεωρίτες. Η ποσότητα της μετεωρικής ύλης που εισέρχεται στην ατμόσφαιρα καθημερινά κυμαίνεται από 100 έως 10.000 τόνους, με την πλειοψηφία αυτού του υλικού να προέρχεται από μικρομετεωρίτες.

Δεδομένου ότι η μετεωρική ύλη καίγεται μερικώς στην ατμόσφαιρα, η σύνθεση αερίου της αναπληρώνεται με ίχνη διαφόρων χημικών στοιχείων. Για παράδειγμα, βραχώδεις μετεωρίτες εισάγουν λίθιο στην ατμόσφαιρα. Η καύση μεταλλικών μετεωριτών οδηγεί στο σχηματισμό μικροσκοπικού σφαιρικού σιδήρου, σιδήρου-νικελίου και άλλων σταγονιδίων που διέρχονται από την ατμόσφαιρα και εγκαθίστανται στην επιφάνεια της γης. Μπορούν να βρεθούν στη Γροιλανδία και την Ανταρκτική, όπου τα στρώματα πάγου παραμένουν σχεδόν αμετάβλητα για χρόνια. Οι ωκεανολόγοι τα βρίσκουν στα ιζήματα του βυθού του ωκεανού.

Τα περισσότερα σωματίδια μετεωριτών που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα καθιζάνουν μέσα σε περίπου 30 ημέρες. Μερικοί επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτή η κοσμική σκόνη παίζει σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό ατμοσφαιρικών φαινομένων όπως η βροχή, επειδή χρησιμεύει ως πυρήνες συμπύκνωσης για τους υδρατμούς. Επομένως, θεωρείται ότι η βροχόπτωση σχετίζεται στατιστικά με μεγάλες βροχές μετεωριτών. Ωστόσο, ορισμένοι ειδικοί πιστεύουν ότι δεδομένου ότι η συνολική προσφορά μετεωρικού υλικού είναι πολλές δεκάδες φορές μεγαλύτερη από αυτή ακόμη και της μεγαλύτερης βροχής μετεωριτών, η αλλαγή στη συνολική ποσότητα αυτού του υλικού που προκύπτει από μια τέτοια βροχή μπορεί να παραμεληθεί.

Ωστόσο, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι οι μεγαλύτεροι μικρομετεωρίτες και ορατοί μετεωρίτες αφήνουν μακρά ίχνη ιονισμού στα ψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας, κυρίως στην ιονόσφαιρα. Τέτοια ίχνη μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ραδιοεπικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων, καθώς αντανακλούν ραδιοκύματα υψηλής συχνότητας.

Η ενέργεια των μετεωριτών που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα δαπανάται κυρίως, και ίσως πλήρως, για τη θέρμανση της. Αυτό είναι ένα από τα δευτερεύοντα συστατικά της θερμικής ισορροπίας της ατμόσφαιρας.

Ο μετεωρίτης είναι ένα φυσικό στερεό σώμα που έπεσε στην επιφάνεια της Γης από το διάστημα. Συνήθως γίνεται διάκριση μεταξύ πετρώδους, πετρώδους και σιδήρου μετεωρίτη. Τα τελευταία αποτελούνται κυρίως από σίδηρο και νικέλιο. Μεταξύ των μετεωριτών που βρέθηκαν, οι περισσότεροι ζυγίζουν από μερικά γραμμάρια έως αρκετά κιλά. Ο μεγαλύτερος από αυτούς που βρέθηκαν, ο σιδερένιος μετεωρίτης Goba ζυγίζει περίπου 60 τόνους και εξακολουθεί να βρίσκεται στο ίδιο μέρος όπου ανακαλύφθηκε, στη Νότια Αφρική. Οι περισσότεροι μετεωρίτες είναι θραύσματα αστεροειδών, αλλά ορισμένοι μετεωρίτες μπορεί να έχουν έρθει στη Γη από τη Σελήνη και ακόμη και από τον Άρη.

Το bolide είναι ένας πολύ φωτεινός μετεωρίτης, μερικές φορές ορατός ακόμη και κατά τη διάρκεια της ημέρας, αφήνοντας συχνά πίσω του ένα καπνό και συνοδεύεται από ηχητικά φαινόμενα. συχνά τελειώνει με την πτώση μετεωριτών.

Θερμόσφαιρα.

Πάνω από την ελάχιστη θερμοκρασία της μεσόπαυσης, αρχίζει η θερμόσφαιρα, στο οποίο η θερμοκρασία, αρχικά αργά και μετά γρήγορα αρχίζει να ανεβαίνει ξανά. Ο λόγος είναι η απορρόφηση της υπεριώδους ακτινοβολίας από τον Ήλιο σε υψόμετρα 150–300 km, λόγω του ιονισμού του ατομικού οξυγόνου: O + hv® O + + μι.

Στη θερμόσφαιρα, η θερμοκρασία αυξάνεται συνεχώς σε υψόμετρο περίπου 400 km, όπου φτάνει τους 1800 K κατά τη διάρκεια της ημέρας κατά την εποχή της μέγιστης ηλιακής δραστηριότητας. Κατά την εποχή της ελάχιστης ηλιακής δραστηριότητας, αυτή η οριακή θερμοκρασία μπορεί να είναι μικρότερη από 1000 K. Πάνω από 400 χλμ., η ατμόσφαιρα μετατρέπεται σε ισοθερμική εξώσφαιρα. Το κρίσιμο επίπεδο (η βάση της εξώσφαιρας) βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 500 km.

Πολικά φώτα και πολλές τροχιές τεχνητών δορυφόρων, καθώς και νυχτερινά νέφη - όλα αυτά τα φαινόμενα συμβαίνουν στη μεσόσφαιρα και τη θερμόσφαιρα.

Πολικά φώτα.

Σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, παρατηρούνται σέλας κατά τη διάρκεια διαταραχών του μαγνητικού πεδίου. Μπορεί να διαρκέσουν μερικά λεπτά, αλλά συχνά είναι ορατά για αρκετές ώρες. Τα σέλας ποικίλλουν πολύ σε σχήμα, χρώμα και ένταση, τα οποία μερικές φορές αλλάζουν πολύ γρήγορα με την πάροδο του χρόνου. Το φάσμα των σέλας αποτελείται από γραμμές και ζώνες εκπομπής. Μερικές από τις εκπομπές του νυχτερινού ουρανού ενισχύονται στο φάσμα του σέλας, κυρίως οι πράσινες και κόκκινες γραμμές l 5577 Å και l 6300 Å οξυγόνο. Συμβαίνει ότι μία από αυτές τις γραμμές είναι πολλές φορές πιο έντονη από την άλλη και αυτό καθορίζει το ορατό χρώμα του σέλας: πράσινο ή κόκκινο. Οι διαταραχές του μαγνητικού πεδίου συνοδεύονται επίσης από διακοπές στις ραδιοεπικοινωνίες στις πολικές περιοχές. Η αιτία της διαταραχής είναι οι αλλαγές στην ιονόσφαιρα, που σημαίνει ότι κατά τη διάρκεια μαγνητικών καταιγίδων υπάρχει μια ισχυρή πηγή ιονισμού. Έχει διαπιστωθεί ότι ισχυρές μαγνητικές καταιγίδες συμβαίνουν όταν υπάρχουν μεγάλες ομάδες ηλιακών κηλίδων κοντά στο κέντρο του ηλιακού δίσκου. Οι παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι οι καταιγίδες δεν συνδέονται με τις ίδιες τις ηλιακές κηλίδες, αλλά με τις ηλιακές εκλάμψεις που εμφανίζονται κατά την ανάπτυξη μιας ομάδας ηλιακών κηλίδων.

Τα σέλας είναι μια σειρά φωτός ποικίλης έντασης με γρήγορες κινήσεις που παρατηρούνται σε περιοχές μεγάλου γεωγραφικού πλάτους της Γης. Το οπτικό σέλας περιέχει πράσινες (5577Å) και κόκκινες (6300/6364Å) γραμμές ατομικής εκπομπής οξυγόνου και μοριακές ζώνες N2, οι οποίες διεγείρονται από ενεργητικά σωματίδια ηλιακής και μαγνητοσφαιρικής προέλευσης. Αυτές οι εκπομπές εμφανίζονται συνήθως σε υψόμετρα περίπου 100 km και άνω. Ο όρος οπτικό σέλας χρησιμοποιείται για να αναφερθεί στα οπτικά σέλας και στο φάσμα εκπομπής τους από την υπέρυθρη στην υπεριώδη περιοχή. Η ενέργεια ακτινοβολίας στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος υπερβαίνει σημαντικά την ενέργεια στην ορατή περιοχή. Όταν εμφανίστηκαν σέλας, παρατηρήθηκαν εκπομπές στην περιοχή ULF (

Οι πραγματικές μορφές σέλας είναι δύσκολο να ταξινομηθούν. Οι όροι που χρησιμοποιούνται πιο συχνά είναι:

1. Ήρεμα, ομοιόμορφα τόξα ή ρίγες. Το τόξο τυπικά εκτείνεται ~1000 km προς την κατεύθυνση του γεωμαγνητικού παραλλήλου (προς τον Ήλιο σε πολικές περιοχές) και έχει πλάτος από ένα έως αρκετές δεκάδες χιλιόμετρα. Μια λωρίδα είναι μια γενίκευση της έννοιας του τόξου· συνήθως δεν έχει κανονικό σχήμα τόξου, αλλά κάμπτεται με τη μορφή του γράμματος S ή με τη μορφή σπειρών. Τα τόξα και οι λωρίδες βρίσκονται σε υψόμετρα 100–150 km.

2. Ακτίνες του σέλας . Αυτός ο όρος αναφέρεται σε μια δομή σέλας επιμήκης κατά μήκος γραμμών μαγνητικού πεδίου, με κατακόρυφη έκταση από αρκετές δεκάδες έως αρκετές εκατοντάδες χιλιόμετρα. Η οριζόντια έκταση των ακτίνων είναι μικρή, από αρκετές δεκάδες μέτρα έως αρκετά χιλιόμετρα. Οι ακτίνες παρατηρούνται συνήθως σε τόξα ή ως ξεχωριστές δομές.

3. Λεκέδες ή επιφάνειες . Πρόκειται για μεμονωμένες περιοχές λάμψης που δεν έχουν συγκεκριμένο σχήμα. Μεμονωμένα σημεία μπορούν να συνδέονται μεταξύ τους.

4. Πέπλο. Μια ασυνήθιστη μορφή σέλας, η οποία είναι μια ομοιόμορφη λάμψη που καλύπτει μεγάλες περιοχές του ουρανού.

Σύμφωνα με τη δομή τους, τα σέλας χωρίζονται σε ομοιογενή, κούφια και λαμπερά. Χρησιμοποιούνται διάφοροι όροι. παλλόμενο τόξο, παλλόμενη επιφάνεια, διάχυτη επιφάνεια, λαμπερή λωρίδα, κουρτίνα κ.λπ. Υπάρχει μια ταξινόμηση των σέλας ανάλογα με το χρώμα τους. Σύμφωνα με αυτή την ταξινόμηση, σέλας του τύπου ΕΝΑ. Το πάνω μέρος ή ολόκληρο το μέρος είναι κόκκινο (6300–6364 Å). Εμφανίζονται συνήθως σε υψόμετρα 300–400 km με υψηλή γεωμαγνητική δραστηριότητα.

Τύπος Aurora ΣΕχρωματισμένο κόκκινο στο κάτω μέρος και σχετίζεται με τη λάμψη των ζωνών του πρώτου θετικού συστήματος N 2 και του πρώτου αρνητικού συστήματος O 2. Τέτοιες μορφές σέλας εμφανίζονται κατά τις πιο ενεργές φάσεις των σέλας.

Ζώνες πολικά φώτα – Αυτές είναι οι ζώνες μέγιστης συχνότητας σέλας τη νύχτα, σύμφωνα με παρατηρητές σε ένα σταθερό σημείο στην επιφάνεια της Γης. Οι ζώνες βρίσκονται σε 67° βόρειο και νότιο γεωγραφικό πλάτος και το πλάτος τους είναι περίπου 6°. Η μέγιστη εμφάνιση σέλας, που αντιστοιχεί σε μια δεδομένη στιγμή της γεωμαγνητικής τοπικής ώρας, εμφανίζεται σε ωοειδείς ζώνες (οβάλ σέλας), οι οποίες βρίσκονται ασύμμετρα γύρω από τον βόρειο και τον νότιο γεωμαγνητικό πόλο. Το οβάλ σέλας είναι σταθερό σε γεωγραφικό πλάτος - συντεταγμένες χρόνου, και η ζώνη σέλας είναι ο γεωμετρικός τόπος των σημείων της μεταμεσονύκτιας περιοχής του οβάλ σε συντεταγμένες γεωγραφικού μήκους. Η οβάλ ζώνη βρίσκεται περίπου 23° από τον γεωμαγνητικό πόλο στον τομέα της νύχτας και 15° στον τομέα της ημέρας.

Ζώνες οβάλ και σέλας σέλας.Η θέση του οβάλ σέλας εξαρτάται από τη γεωμαγνητική δραστηριότητα. Το οβάλ γίνεται ευρύτερο σε υψηλή γεωμαγνητική δραστηριότητα. Οι ζώνες σέλας ή τα ωοειδή όρια του σέλας αντιπροσωπεύονται καλύτερα από το L 6.4 παρά με τις συντεταγμένες διπόλων. Οι γραμμές γεωμαγνητικού πεδίου στο όριο του ημερήσιου τομέα του οβάλ σέλας συμπίπτουν με μαγνητόπαυση.Παρατηρείται αλλαγή στη θέση του οβάλ σέλας ανάλογα με τη γωνία μεταξύ του γεωμαγνητικού άξονα και της κατεύθυνσης Γης-Ήλιου. Το ωοειδές σέλας προσδιορίζεται επίσης με βάση δεδομένα για την καθίζηση σωματιδίων (ηλεκτρόνια και πρωτόνια) ορισμένων ενεργειών. Η θέση του μπορεί να προσδιοριστεί ανεξάρτητα από τα δεδομένα Kaspakhστην άκρη της ημέρας και στην ουρά της μαγνητόσφαιρας.

Η ημερήσια διακύμανση στη συχνότητα εμφάνισης σέλας στη ζώνη του σέλας έχει μέγιστο τα γεωμαγνητικά μεσάνυχτα και ένα ελάχιστο το γεωμαγνητικό μεσημέρι. Στην σχεδόν ισημερινή πλευρά του οβάλ, η συχνότητα εμφάνισης σέλας μειώνεται απότομα, αλλά διατηρείται το σχήμα των ημερήσιων παραλλαγών. Στην πολική πλευρά του οβάλ, η συχνότητα των σέλας μειώνεται σταδιακά και χαρακτηρίζεται από πολύπλοκες ημερήσιες αλλαγές.

Ένταση σέλας.

Ένταση Aurora προσδιορίζεται με μέτρηση της φαινομενικής φωτεινότητας της επιφάνειας. Επιφάνεια φωτεινότητας Εγώσέλας σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση καθορίζεται από τη συνολική εκπομπή 4p Εγώφωτόνιο/(cm 2 s). Δεδομένου ότι αυτή η τιμή δεν είναι η πραγματική φωτεινότητα της επιφάνειας, αλλά αντιπροσωπεύει την εκπομπή από τη στήλη, το μοναδιαίο φωτόνιο/(cm 2 στήλη s) χρησιμοποιείται συνήθως κατά τη μελέτη σέλας. Η συνήθης μονάδα μέτρησης της συνολικής εκπομπής είναι το Rayleigh (Rl) ίσο με 10 6 φωτόνια/(cm 2 στήλη s). Πιο πρακτικές μονάδες έντασης σέλας καθορίζονται από τις εκπομπές μιας μεμονωμένης γραμμής ή ζώνης. Για παράδειγμα, η ένταση των σέλας καθορίζεται από τους διεθνείς συντελεστές φωτεινότητας (IBRs) ανάλογα με την ένταση της πράσινης γραμμής (5577 Å). 1 kRl = I MKY, 10 kRl = II MKY, 100 kRl = III MKY, 1000 kRl = IV MKY (μέγιστη ένταση του σέλας). Αυτή η ταξινόμηση δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τα κόκκινα σέλας. Μία από τις ανακαλύψεις της εποχής (1957–1958) ήταν η καθιέρωση της χωροχρονικής κατανομής των σέλας με τη μορφή ωοειδούς, μετατοπισμένου σε σχέση με τον μαγνητικό πόλο. Από απλές ιδέες για το κυκλικό σχήμα της κατανομής των σέλας σε σχέση με τον μαγνητικό πόλο υπήρχε Η μετάβαση στη σύγχρονη φυσική της μαγνητόσφαιρας έχει ολοκληρωθεί. Η τιμή της ανακάλυψης ανήκει στον O. Khorosheva, και η εντατική ανάπτυξη ιδεών για το οβάλ σέλας έγινε από τους G. Starkov, Y. Feldstein, S. I. Akasofu και μια σειρά άλλων ερευνητών. Το οβάλ σέλας είναι η περιοχή της πιο έντονης επιρροής του ηλιακού ανέμου στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης. Η ένταση του σέλας είναι μεγαλύτερη στο οβάλ και η δυναμική του παρακολουθείται συνεχώς χρησιμοποιώντας δορυφόρους.

Σταθερά κόκκινα τόξα σέλας.

Σταθερό κόκκινο τόξο σέλας, αλλιώς ονομάζεται κόκκινο τόξο μεσαίου γεωγραφικού πλάτους ή M-arc, είναι ένα υποοπτικό (κάτω από το όριο ευαισθησίας του ματιού) πλατύ τόξο, που εκτείνεται από την ανατολή προς τη δύση για χιλιάδες χιλιόμετρα και πιθανώς να περικυκλώνει ολόκληρη τη Γη. Το γεωγραφικό μήκος του τόξου είναι 600 km. Η εκπομπή του σταθερού κόκκινου τόξου σέλας είναι σχεδόν μονόχρωμη στις κόκκινες γραμμές l 6300 Å και l 6364 Å. Πρόσφατα αναφέρθηκαν επίσης ασθενείς γραμμές εκπομπής l 5577 Å (OI) και l 4278 Å (N+2). Τα σταθερά κόκκινα τόξα ταξινομούνται ως σέλας, αλλά εμφανίζονται σε πολύ μεγαλύτερα υψόμετρα. Το κάτω όριο βρίσκεται σε υψόμετρο 300 km, το ανώτερο όριο είναι περίπου 700 km. Η ένταση του αθόρυβου κόκκινου τόξου σέλας στην εκπομπή l 6300 Å κυμαίνεται από 1 έως 10 kRl (τυπική τιμή 6 kRl). Το κατώφλι ευαισθησίας του ματιού σε αυτό το μήκος κύματος είναι περίπου 10 kRl, επομένως τα τόξα σπάνια παρατηρούνται οπτικά. Ωστόσο, οι παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι η φωτεινότητά τους είναι >50 kRL το 10% των νυχτών. Η συνήθης διάρκεια ζωής των τόξων είναι περίπου μία ημέρα και σπάνια εμφανίζονται τις επόμενες ημέρες. Τα ραδιοκύματα από δορυφόρους ή ραδιοφωνικές πηγές που διασχίζουν επίμονα κόκκινα τόξα του σέλας υπόκεινται σε σπινθηρισμό, υποδεικνύοντας την ύπαρξη ανομοιογενειών στην πυκνότητα των ηλεκτρονίων. Η θεωρητική εξήγηση για τα κόκκινα τόξα είναι ότι τα θερμαινόμενα ηλεκτρόνια της περιοχής φάΗ ιονόσφαιρα προκαλεί αύξηση των ατόμων οξυγόνου. Οι δορυφορικές παρατηρήσεις δείχνουν μια αύξηση στη θερμοκρασία των ηλεκτρονίων κατά μήκος των γραμμών γεωμαγνητικού πεδίου που τέμνουν τα επίμονα κόκκινα τόξα του σέλας. Η ένταση αυτών των τόξων συσχετίζεται θετικά με τη γεωμαγνητική δραστηριότητα (καταιγίδες) και η συχνότητα εμφάνισης τόξων συσχετίζεται θετικά με τη δραστηριότητα των ηλιακών κηλίδων.

Αλλαγή σέλας.

Ορισμένες μορφές σέλας παρουσιάζουν σχεδόν περιοδικές και συνεκτικές χρονικές διακυμάνσεις στην ένταση. Αυτά τα σέλας με περίπου ακίνητη γεωμετρία και γρήγορες περιοδικές παραλλαγές που συμβαίνουν σε φάση ονομάζονται μεταβαλλόμενα σέλας. Κατατάσσονται ως σέλας φόρμες Rσύμφωνα με τον Διεθνή Άτλαντα του Σέλας Μια πιο λεπτομερής υποδιαίρεση των μεταβαλλόμενων σέλας:

R 1 (παλμικό σέλας) είναι μια λάμψη με ομοιόμορφες διακυμάνσεις φάσης στη φωτεινότητα σε όλο το σχήμα του σέλας. Εξ ορισμού, σε ένα ιδανικό παλλόμενο σέλας, τα χωρικά και χρονικά μέρη του παλμού μπορούν να διαχωριστούν, δηλ. λάμψη Εγώ(r,t)= I s(r)· Ι Τ(t). Σε ένα τυπικό σέλας R 1 παλμοί συμβαίνουν με συχνότητα από 0,01 έως 10 Hz χαμηλής έντασης (1–2 kRl). Τα περισσότερα σέλας R 1 – πρόκειται για σημεία ή τόξα που πάλλονται με περίοδο αρκετών δευτερολέπτων.

R 2 (πύρινη αύρα). Ο όρος χρησιμοποιείται συνήθως για να αναφέρεται σε κινήσεις όπως οι φλόγες που γεμίζουν τον ουρανό, παρά για να περιγράψει ένα ξεχωριστό σχήμα. Τα σέλας έχουν σχήμα τόξων και συνήθως κινούνται προς τα πάνω από ύψος 100 km. Αυτά τα σέλας είναι σχετικά σπάνια και εμφανίζονται πιο συχνά έξω από το σέλας.

R 3 (λαμπυρίζοντας σέλας). Πρόκειται για σέλας με γρήγορες, ακανόνιστες ή κανονικές διακυμάνσεις φωτεινότητας, δίνοντας την εντύπωση φλόγας που τρεμοπαίζουν στον ουρανό. Εμφανίζονται λίγο πριν αποσυντεθεί ο σέλας. Τυπικά παρατηρούμενη συχνότητα διακύμανσης R 3 ισούται με 10 ± 3 Hz.

Ο όρος ροής σέλας, που χρησιμοποιείται για μια άλλη κατηγορία παλλόμενων σέλας, αναφέρεται σε ακανόνιστες διακυμάνσεις στη φωτεινότητα που κινούνται γρήγορα οριζόντια στα τόξα και τις ραβδώσεις του σέλας.

Το μεταβαλλόμενο σέλας είναι ένα από τα ηλιακά-γήινα φαινόμενα που συνοδεύουν τους παλμούς του γεωμαγνητικού πεδίου και την ακτινοβολία ακτίνων Χ σέλας που προκαλούνται από την κατακρήμνιση σωματιδίων ηλιακής και μαγνητοσφαιρικής προέλευσης.

Η λάμψη του πολικού καλύμματος χαρακτηρίζεται από την υψηλή ένταση της ζώνης του πρώτου αρνητικού συστήματος N + 2 (l 3914 Å). Συνήθως, αυτές οι ζώνες N + 2 είναι πέντε φορές πιο έντονες από την πράσινη γραμμή OI l 5577 Å· η απόλυτη ένταση της λάμψης του πολικού καλύμματος κυμαίνεται από 0,1 έως 10 kRl (συνήθως 1–3 kRl). Κατά τη διάρκεια αυτών των σέλας, που εμφανίζονται σε περιόδους PCA, μια ομοιόμορφη λάμψη καλύπτει ολόκληρο το πολικό κάλυμμα μέχρι ένα γεωμαγνητικό γεωγραφικό πλάτος 60° σε υψόμετρα 30 έως 80 km. Παράγεται κυρίως από ηλιακά πρωτόνια και σωματίδια d με ενέργειες 10–100 MeV, δημιουργώντας μέγιστο ιονισμό σε αυτά τα υψόμετρα. Υπάρχει ένας άλλος τύπος λάμψης στις ζώνες σέλας, που ονομάζεται σέλας μανδύας. Για αυτόν τον τύπο λάμψης σέλας, η ημερήσια μέγιστη ένταση, που εμφανίζεται τις πρωινές ώρες, είναι 1–10 kRL και η ελάχιστη ένταση είναι πέντε φορές ασθενέστερη. Οι παρατηρήσεις των σέλας του μανδύα είναι ελάχιστες· η έντασή τους εξαρτάται από τη γεωμαγνητική και ηλιακή δραστηριότητα.

Ατμοσφαιρική λάμψηορίζεται ως η ακτινοβολία που παράγεται και εκπέμπεται από την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη. Πρόκειται για μη θερμική ακτινοβολία της ατμόσφαιρας, με εξαίρεση την εκπομπή σέλας, εκκενώσεις κεραυνών και την εκπομπή μονοπατιών μετεωριτών. Αυτός ο όρος χρησιμοποιείται σε σχέση με την ατμόσφαιρα της γης (νυχτερινή λάμψη, λάμψη λυκόφωτος και λάμψη ημέρας). Η ατμοσφαιρική λάμψη αποτελεί μόνο ένα μέρος του φωτός που είναι διαθέσιμο στην ατμόσφαιρα. Άλλες πηγές περιλαμβάνουν το φως των αστεριών, το ζωδιακό φως και το διάχυτο φως της ημέρας από τον Ήλιο. Κατά καιρούς, η ατμοσφαιρική λάμψη μπορεί να αντιπροσωπεύει έως και το 40% της συνολικής ποσότητας φωτός. Η ατμοσφαιρική λάμψη εμφανίζεται σε ατμοσφαιρικά στρώματα ποικίλου ύψους και πάχους. Το ατμοσφαιρικό φάσμα λάμψης καλύπτει μήκη κύματος από 1000 Å έως 22,5 μικρά. Η κύρια γραμμή εκπομπής στην ατμοσφαιρική λάμψη είναι l 5577 Å, που εμφανίζεται σε υψόμετρο 90–100 km σε ένα στρώμα πάχους 30–40 km. Η εμφάνιση της φωταύγειας οφείλεται στον μηχανισμό Chapman, που βασίζεται στον ανασυνδυασμό ατόμων οξυγόνου. Άλλες γραμμές εκπομπών είναι l 6300 Å, που εμφανίζονται στην περίπτωση διαχωρισμού ανασυνδυασμού του O + 2 και εκπομπής NI l 5198/5201 Å και NI l 5890/5896 Å.

Η ένταση της λάμψης αέρα μετριέται σε Rayleigh. Η φωτεινότητα (σε Rayleigh) είναι ίση με 4 rv, όπου b είναι η φωτεινότητα της γωνιακής επιφάνειας του στρώματος εκπομπής σε μονάδες 10 6 φωτονίων/(cm 2 ster·s). Η ένταση της λάμψης εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος (διαφορετική για διαφορετικές εκπομπές) και επίσης ποικίλλει κατά τη διάρκεια της ημέρας με μέγιστο κοντά στα μεσάνυχτα. Σημειώθηκε θετική συσχέτιση για την λάμψη αέρα στην εκπομπή l 5577 Å με τον αριθμό των ηλιακών κηλίδων και τη ροή ηλιακής ακτινοβολίας σε μήκος κύματος 10,7 εκ. Η λάμψη αέρα παρατηρείται κατά τη διάρκεια δορυφορικών πειραμάτων. Από το διάστημα, εμφανίζεται ως ένας δακτύλιος φωτός γύρω από τη Γη και έχει ένα πρασινωπό χρώμα.

Οζονόσφαιρα.

Σε υψόμετρα 20–25 km, επιτυγχάνεται η μέγιστη συγκέντρωση μιας ασήμαντης ποσότητας όζοντος O 3 (έως 2×10 –7 της περιεκτικότητας σε οξυγόνο!), η οποία προκύπτει υπό την επίδραση της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας σε υψόμετρα περίπου 10 έως 50 km, προστατεύοντας τον πλανήτη από την ιονίζουσα ηλιακή ακτινοβολία. Παρά τον εξαιρετικά μικρό αριθμό μορίων του όζοντος, προστατεύουν όλη τη ζωή στη Γη από τις βλαβερές συνέπειες της ακτινοβολίας βραχέων κυμάτων (υπεριώδεις και ακτίνες Χ) από τον Ήλιο. Εάν εναποθέσετε όλα τα μόρια στη βάση της ατμόσφαιρας, θα έχετε ένα στρώμα πάχους όχι μεγαλύτερο από 3–4 mm! Σε υψόμετρα άνω των 100 km, η αναλογία των ελαφρών αερίων αυξάνεται και σε πολύ μεγάλα υψόμετρα κυριαρχούν το ήλιο και το υδρογόνο. πολλά μόρια διασπώνται σε μεμονωμένα άτομα, τα οποία, ιονισμένα υπό την επίδραση της σκληρής ακτινοβολίας από τον Ήλιο, σχηματίζουν την ιονόσφαιρα. Η πίεση και η πυκνότητα του αέρα στην ατμόσφαιρα της Γης μειώνονται με το υψόμετρο. Ανάλογα με την κατανομή της θερμοκρασίας, η ατμόσφαιρα της Γης χωρίζεται σε τροπόσφαιρα, στρατόσφαιρα, μεσόσφαιρα, θερμόσφαιρα και εξώσφαιρα. .

Σε υψόμετρο 20–25 χλμ. υπάρχει στιβάδα του όζοντος. Το όζον σχηματίζεται λόγω της διάσπασης των μορίων οξυγόνου κατά την απορρόφηση της υπεριώδους ακτινοβολίας από τον Ήλιο με μήκη κύματος μικρότερα από 0,1–0,2 μικρά. Το ελεύθερο οξυγόνο συνδυάζεται με μόρια O 2 και σχηματίζει όζον O 3, το οποίο απορροφά λαίμαργα όλη την υπεριώδη ακτινοβολία μικρότερη από 0,29 μικρά. Τα μόρια του όζοντος O3 καταστρέφονται εύκολα από την ακτινοβολία βραχέων κυμάτων. Επομένως, παρά τη σπανιότητά του, το στρώμα του όζοντος απορροφά αποτελεσματικά την υπεριώδη ακτινοβολία από τον Ήλιο που έχει περάσει από υψηλότερα και πιο διαφανή ατμοσφαιρικά στρώματα. Χάρη σε αυτό, οι ζωντανοί οργανισμοί στη Γη προστατεύονται από τις βλαβερές επιπτώσεις του υπεριώδους φωτός από τον Ήλιο.

Ιονόσφαιρα.

Η ακτινοβολία από τον ήλιο ιονίζει τα άτομα και τα μόρια της ατμόσφαιρας. Ο βαθμός ιοντισμού γίνεται σημαντικός ήδη σε υψόμετρο 60 χιλιομέτρων και αυξάνεται σταθερά με την απόσταση από τη Γη. Σε διαφορετικά υψόμετρα στην ατμόσφαιρα, συμβαίνουν διαδοχικές διεργασίες διάστασης διαφόρων μορίων και επακόλουθος ιονισμός διαφόρων ατόμων και ιόντων. Πρόκειται κυρίως για μόρια οξυγόνου O 2, αζώτου N 2 και των ατόμων τους. Ανάλογα με την ένταση αυτών των διεργασιών, τα διάφορα στρώματα της ατμόσφαιρας που βρίσκονται πάνω από 60 χιλιόμετρα ονομάζονται στρώματα ιονόσφαιρας , και η ολότητά τους είναι η ιονόσφαιρα . Το κατώτερο στρώμα, του οποίου ο ιονισμός είναι ασήμαντος, ονομάζεται ουδετερόσφαιρα.

Η μέγιστη συγκέντρωση φορτισμένων σωματιδίων στην ιονόσφαιρα επιτυγχάνεται σε υψόμετρα 300–400 km.

Ιστορία της μελέτης της ιονόσφαιρας.

Η υπόθεση για την ύπαρξη ενός αγώγιμου στρώματος στην ανώτερη ατμόσφαιρα διατυπώθηκε το 1878 από τον Άγγλο επιστήμονα Stuart για να εξηγήσει τα χαρακτηριστικά του γεωμαγνητικού πεδίου. Στη συνέχεια, το 1902, ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο, ο Kennedy στις ΗΠΑ και ο Heaviside στην Αγγλία επεσήμαναν ότι για να εξηγηθεί η διάδοση των ραδιοκυμάτων σε μεγάλες αποστάσεις ήταν απαραίτητο να υποθέσουμε την ύπαρξη περιοχών υψηλής αγωγιμότητας στα υψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας. Το 1923, ο ακαδημαϊκός M.V. Shuleikin, λαμβάνοντας υπόψη τα χαρακτηριστικά της διάδοσης ραδιοκυμάτων διαφόρων συχνοτήτων, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι υπάρχουν τουλάχιστον δύο ανακλαστικά στρώματα στην ιονόσφαιρα. Στη συνέχεια, το 1925, οι Άγγλοι ερευνητές Appleton και Barnett, καθώς και οι Breit και Tuve, απέδειξαν για πρώτη φορά πειραματικά την ύπαρξη περιοχών που αντανακλούν τα ραδιοκύματα και έθεσαν τα θεμέλια για τη συστηματική μελέτη τους. Έκτοτε, έχει γίνει μια συστηματική μελέτη των ιδιοτήτων αυτών των στρωμάτων, που γενικά ονομάζονται ιονόσφαιρα, τα οποία παίζουν σημαντικό ρόλο σε μια σειρά από γεωφυσικά φαινόμενα που καθορίζουν την ανάκλαση και την απορρόφηση των ραδιοκυμάτων, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για πρακτική σκοπούς, ιδίως για τη διασφάλιση αξιόπιστων ραδιοεπικοινωνιών.

Στη δεκαετία του 1930 ξεκίνησαν συστηματικές παρατηρήσεις της κατάστασης της ιονόσφαιρας. Στη χώρα μας, με πρωτοβουλία του M.A. Bonch-Bruevich, δημιουργήθηκαν εγκαταστάσεις για την ανίχνευση παλμών του. Μελετήθηκαν πολλές γενικές ιδιότητες της ιονόσφαιρας, ύψη και συγκέντρωση ηλεκτρονίων των κύριων στιβάδων της.

Σε υψόμετρα 60–70 km παρατηρείται στρώμα D, σε υψόμετρα 100–120 km στρώμα μι, σε υψόμετρα, σε υψόμετρα 180–300 km διπλής στρώσης φά 1 και φά 2. Οι κύριες παράμετροι αυτών των στρωμάτων δίνονται στον Πίνακα 4.

Οι μέσες τιμές δίνονται επειδή ποικίλλουν σε διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη, ανάλογα με την ώρα της ημέρας και τις εποχές. Αυτά τα δεδομένα είναι απαραίτητα για τη διασφάλιση ραδιοεπικοινωνιών μεγάλων αποστάσεων. Χρησιμοποιούνται για την επιλογή συχνοτήτων λειτουργίας για διάφορες ραδιοζεύξεις βραχέων κυμάτων. Η γνώση των αλλαγών τους ανάλογα με την κατάσταση της ιονόσφαιρας σε διαφορετικές ώρες της ημέρας και σε διαφορετικές εποχές είναι εξαιρετικά σημαντική για τη διασφάλιση της αξιοπιστίας των ραδιοεπικοινωνιών. Η ιονόσφαιρα είναι μια συλλογή από ιονισμένα στρώματα της ατμόσφαιρας της γης, που ξεκινούν από υψόμετρα περίπου 60 km και εκτείνονται σε υψόμετρα δεκάδων χιλιάδων km. Η κύρια πηγή ιοντισμού της ατμόσφαιρας της Γης είναι η υπεριώδης ακτινοβολία και η ακτινοβολία ακτίνων Χ από τον Ήλιο, η οποία εμφανίζεται κυρίως στην ηλιακή χρωμόσφαιρα και στο στέμμα. Επιπλέον, ο βαθμός ιοντισμού της ανώτερης ατμόσφαιρας επηρεάζεται από ηλιακά σωματιδιακά ρεύματα που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια ηλιακών εκλάμψεων, καθώς και από κοσμικές ακτίνες και σωματίδια μετεωριτών.

Ιονοσφαιρικά στρώματα

- αυτές είναι περιοχές της ατμόσφαιρας στις οποίες επιτυγχάνονται οι μέγιστες συγκεντρώσεις ελεύθερων ηλεκτρονίων (δηλαδή ο αριθμός τους ανά μονάδα όγκου). Ηλεκτρικά φορτισμένα ελεύθερα ηλεκτρόνια και (σε ​​μικρότερο βαθμό, λιγότερο κινητά ιόντα) που προκύπτουν από τον ιονισμό ατόμων ατμοσφαιρικών αερίων, που αλληλεπιδρούν με ραδιοκύματα (δηλαδή ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις), μπορούν να αλλάξουν την κατεύθυνσή τους, αντανακλώντας ή διαθλώντας τα και απορροφούν την ενέργειά τους . Ως αποτέλεσμα αυτού, κατά τη λήψη απομακρυσμένων ραδιοφωνικών σταθμών, ενδέχεται να προκύψουν διάφορα εφέ, για παράδειγμα, εξασθένιση των ραδιοεπικοινωνιών, αυξημένη ακουστότητα απομακρυσμένων σταθμών, συσκότισηκαι ούτω καθεξής. πρωτοφανής.

Ερευνητικές μέθοδοι.

Οι κλασικές μέθοδοι μελέτης της ιονόσφαιρας από τη Γη καταλήγουν σε παλμικό ήχο - αποστολή ραδιοπαλμών και παρατήρηση των αντανακλάσεων τους από διάφορα στρώματα της ιονόσφαιρας, μέτρηση του χρόνου καθυστέρησης και μελέτη της έντασης και του σχήματος των ανακλώμενων σημάτων. Μετρώντας τα ύψη ανάκλασης ραδιοπαλμών σε διάφορες συχνότητες, προσδιορίζοντας τις κρίσιμες συχνότητες διαφόρων περιοχών (η κρίσιμη συχνότητα είναι η φέρουσα συχνότητα ενός ραδιοπαλμού, για τον οποίο μια δεδομένη περιοχή της ιονόσφαιρας γίνεται διαφανής), είναι δυνατός ο προσδιορισμός την τιμή της συγκέντρωσης ηλεκτρονίων στα στρώματα και τα ενεργά ύψη για δεδομένες συχνότητες και επιλέξτε τις βέλτιστες συχνότητες για δεδομένες ραδιοδρομίες. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας πυραύλων και την έλευση της διαστημικής εποχής των τεχνητών γήινων δορυφόρων (AES) και άλλων διαστημικών σκαφών, κατέστη δυνατή η άμεση μέτρηση των παραμέτρων του διαστημικού πλάσματος κοντά στη Γη, το κάτω μέρος του οποίου είναι η ιονόσφαιρα.

Μετρήσεις συγκέντρωσης ηλεκτρονίων, που πραγματοποιήθηκαν σε ειδικά εκτοξευμένους πυραύλους και κατά μήκος δορυφορικών διαδρομών πτήσης, επιβεβαίωσαν και διευκρίνισαν δεδομένα που είχαν προηγουμένως ληφθεί με επίγειες μεθόδους για τη δομή της ιονόσφαιρας, την κατανομή της συγκέντρωσης ηλεκτρονίων με ύψος πάνω από διάφορες περιοχές της Γης και κατέστησε δυνατή τη λήψη τιμών συγκέντρωσης ηλεκτρονίων πάνω από το κύριο μέγιστο - το στρώμα φά. Προηγουμένως, αυτό ήταν αδύνατο να γίνει με τη χρήση μεθόδων ήχου που βασίζονταν σε παρατηρήσεις ανακλώμενων ραδιοπαλμών βραχέων κυμάτων. Ανακαλύφθηκε ότι σε ορισμένες περιοχές του πλανήτη υπάρχουν αρκετά σταθερές περιοχές με μειωμένη συγκέντρωση ηλεκτρονίων, τακτικοί «ιονόσφαιροι άνεμοι», ιδιόμορφες κυματικές διεργασίες εμφανίζονται στην ιονόσφαιρα που μεταφέρουν τοπικές ιονόσφαιρες διαταραχές χιλιάδες χιλιόμετρα από τον τόπο διέγερσής τους. και πολλα ΑΚΟΜΑ. Η δημιουργία ιδιαίτερα ευαίσθητων συσκευών λήψης κατέστησε δυνατή τη λήψη σημάτων παλμών που ανακλώνται μερικώς από τις χαμηλότερες περιοχές της ιονόσφαιρας (σταθμοί μερικής ανάκλασης) σε σταθμούς ηχογράφησης παλμών ιονόσφαιρας. Η χρήση ισχυρών παλμικών εγκαταστάσεων στο εύρος μήκους κύματος μετρητών και δεκατιανών με τη χρήση κεραιών που επιτρέπουν υψηλή συγκέντρωση εκπεμπόμενης ενέργειας κατέστησε δυνατή την παρατήρηση σημάτων που διασκορπίζονται από την ιονόσφαιρα σε διάφορα υψόμετρα. Η μελέτη των χαρακτηριστικών των φασμάτων αυτών των σημάτων, ασυνάρτητα διασκορπισμένα από ηλεκτρόνια και ιόντα του πλάσματος ιονόσφαιρας (για αυτό, χρησιμοποιήθηκαν σταθμοί ασυνάρτητης σκέδασης ραδιοκυμάτων) κατέστησε δυνατό τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης ηλεκτρονίων και ιόντων, το ισοδύναμό τους θερμοκρασία σε διάφορα υψόμετρα έως υψόμετρα πολλών χιλιάδων χιλιομέτρων. Αποδείχθηκε ότι η ιονόσφαιρα είναι αρκετά διαφανής για τις χρησιμοποιούμενες συχνότητες.

Η συγκέντρωση των ηλεκτρικών φορτίων (η συγκέντρωση των ηλεκτρονίων είναι ίση με τη συγκέντρωση ιόντων) στην ιονόσφαιρα της γης σε υψόμετρο 300 km είναι περίπου 10 6 cm –3 κατά τη διάρκεια της ημέρας. Το πλάσμα τέτοιας πυκνότητας αντανακλά ραδιοκύματα μήκους άνω των 20 m και εκπέμπει μικρότερα.

Τυπική κατακόρυφη κατανομή της συγκέντρωσης ηλεκτρονίων στην ιονόσφαιρα για συνθήκες ημέρας και νύχτας.

Διάδοση ραδιοκυμάτων στην ιονόσφαιρα.

Η σταθερή λήψη σταθμών εκπομπής μεγάλων αποστάσεων εξαρτάται από τις συχνότητες που χρησιμοποιούνται, καθώς και από την ώρα της ημέρας, την εποχή και, επιπλέον, από την ηλιακή δραστηριότητα. Η ηλιακή δραστηριότητα επηρεάζει σημαντικά την κατάσταση της ιονόσφαιρας. Τα ραδιοκύματα που εκπέμπονται από έναν επίγειο σταθμό ταξιδεύουν σε ευθεία γραμμή, όπως όλα τα είδη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ωστόσο, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι τόσο η επιφάνεια της Γης όσο και τα ιονισμένα στρώματα της ατμόσφαιράς της χρησιμεύουν ως πλάκες ενός τεράστιου πυκνωτή, που ενεργεί πάνω τους όπως η επίδραση των κατόπτρων στο φως. Αντανακλώντας από αυτά, τα ραδιοκύματα μπορούν να ταξιδέψουν πολλές χιλιάδες χιλιόμετρα, κυκλώνοντας την υδρόγειο με τεράστια άλματα εκατοντάδων και χιλιάδων χιλιομέτρων, αντανακλώντας εναλλάξ από ένα στρώμα ιονισμένου αερίου και από την επιφάνεια της Γης ή του νερού.

Στη δεκαετία του 20 του περασμένου αιώνα, πιστευόταν ότι τα ραδιοκύματα μικρότερα από 200 μέτρα γενικά δεν ήταν κατάλληλα για επικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων λόγω ισχυρής απορρόφησης. Τα πρώτα πειράματα για τη λήψη μικρών κυμάτων σε μεγάλες αποστάσεις κατά μήκος του Ατλαντικού μεταξύ Ευρώπης και Αμερικής πραγματοποιήθηκαν από τον Άγγλο φυσικό Oliver Heaviside και τον Αμερικανό ηλεκτρολόγο μηχανικό Arthur Kennelly. Ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλον, πρότειναν ότι κάπου γύρω από τη Γη υπάρχει ένα ιονισμένο στρώμα της ατμόσφαιρας ικανό να ανακλά τα ραδιοκύματα. Ονομάστηκε στρώμα Heaviside-Kennelly, και στη συνέχεια ιονόσφαιρα.

Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, η ιονόσφαιρα αποτελείται από αρνητικά φορτισμένα ελεύθερα ηλεκτρόνια και θετικά φορτισμένα ιόντα, κυρίως μοριακό οξυγόνο O + και μονοξείδιο του αζώτου NO +. Τα ιόντα και τα ηλεκτρόνια σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της διάστασης των μορίων και του ιονισμού ουδέτερων ατόμων αερίου από τις ηλιακές ακτίνες Χ και την υπεριώδη ακτινοβολία. Για να ιονιστεί ένα άτομο, είναι απαραίτητο να μεταδοθεί ενέργεια ιοντισμού σε αυτό, η κύρια πηγή της οποίας για την ιονόσφαιρα είναι η υπεριώδης, οι ακτίνες Χ και η σωματική ακτινοβολία από τον Ήλιο.

Ενώ το αέριο κέλυφος της Γης φωτίζεται από τον Ήλιο, όλο και περισσότερα ηλεκτρόνια σχηματίζονται συνεχώς σε αυτό, αλλά ταυτόχρονα μερικά από τα ηλεκτρόνια, που συγκρούονται με ιόντα, ανασυνδυάζονται, σχηματίζοντας και πάλι ουδέτερα σωματίδια. Μετά τη δύση του ηλίου, ο σχηματισμός νέων ηλεκτρονίων σχεδόν σταματά και ο αριθμός των ελεύθερων ηλεκτρονίων αρχίζει να μειώνεται. Όσο περισσότερα ελεύθερα ηλεκτρόνια υπάρχουν στην ιονόσφαιρα, τόσο καλύτερα αντανακλώνται τα κύματα υψηλής συχνότητας από αυτήν. Με μείωση της συγκέντρωσης ηλεκτρονίων, η διέλευση ραδιοκυμάτων είναι δυνατή μόνο σε περιοχές χαμηλών συχνοτήτων. Γι' αυτό τη νύχτα, κατά κανόνα, είναι δυνατή η λήψη απομακρυσμένων σταθμών μόνο στις περιοχές των 75, 49, 41 και 31 μ. Τα ηλεκτρόνια κατανέμονται άνισα στην ιονόσφαιρα. Σε υψόμετρα από 50 έως 400 km υπάρχουν πολλά στρώματα ή περιοχές αυξημένης συγκέντρωσης ηλεκτρονίων. Αυτές οι περιοχές μεταβάλλονται ομαλά η μία στην άλλη και έχουν διαφορετικά αποτελέσματα στη διάδοση των ραδιοκυμάτων HF. Το ανώτερο στρώμα της ιονόσφαιρας ορίζεται με το γράμμα φά. Εδώ ο υψηλότερος βαθμός ιοντισμού (το κλάσμα των φορτισμένων σωματιδίων είναι περίπου 10 – 4). Βρίσκεται σε υψόμετρο άνω των 150 km πάνω από την επιφάνεια της Γης και παίζει τον κύριο ανακλαστικό ρόλο στη διάδοση των ραδιοκυμάτων υψηλής συχνότητας HF σε μεγάλες αποστάσεις. Τους καλοκαιρινούς μήνες, η περιοχή F χωρίζεται σε δύο στρώματα - φά 1 και φά 2. Το στρώμα F1 μπορεί να καταλάβει ύψη από 200 έως 250 km και στρώση φάΤο 2 φαίνεται να «επιπλέει» στην περιοχή υψομέτρου 300–400 km. Συνήθως στρώση φάΤο 2 ιονίζεται πολύ πιο ισχυρό από το στρώμα φά 1 . Νυχτερινό στρώμα φά 1 εξαφανίζεται και το στρώμα φά 2 παραμένει, χάνοντας αργά έως και το 60% του βαθμού ιοντισμού του. Κάτω από το στρώμα F σε υψόμετρα από 90 έως 150 km υπάρχει ένα στρώμα μιο ιονισμός του οποίου συμβαίνει υπό την επίδραση μαλακής ακτινοβολίας ακτίνων Χ από τον Ήλιο. Ο βαθμός ιοντισμού του στρώματος Ε είναι χαμηλότερος από αυτόν του φά, κατά τη διάρκεια της ημέρας, λαμβάνει χώρα λήψη σταθμών στο εύρος HF χαμηλής συχνότητας των 31 και 25 m όταν αντανακλώνται σήματα από το στρώμα μι. Συνήθως πρόκειται για σταθμούς που βρίσκονται σε απόσταση 1000–1500 km. Τη νύχτα στο στρώμα μιΟ ιονισμός μειώνεται απότομα, αλλά ακόμα και αυτή τη στιγμή συνεχίζει να παίζει σημαντικό ρόλο στη λήψη σημάτων από σταθμούς στα εύρη 41, 49 και 75 m.

Μεγάλο ενδιαφέρον για τη λήψη σημάτων υψηλής συχνότητας εύρους HF 16, 13 και 11 m είναι αυτά που προκύπτουν στην περιοχή μιστρώματα (σύννεφα) εξαιρετικά αυξημένου ιονισμού. Η περιοχή αυτών των νεφών μπορεί να κυμαίνεται από μερικά έως εκατοντάδες τετραγωνικά χιλιόμετρα. Αυτό το στρώμα αυξημένου ιονισμού ονομάζεται σποραδικό στρώμα μικαι ορίζεται Es. Τα σύννεφα Es μπορούν να κινηθούν στην ιονόσφαιρα υπό την επίδραση του ανέμου και να φτάσουν ταχύτητες έως και 250 km/h. Το καλοκαίρι σε μεσαία γεωγραφικά πλάτη κατά τη διάρκεια της ημέρας, η προέλευση των ραδιοκυμάτων λόγω των νεφών Es εμφανίζεται για 15-20 ημέρες το μήνα. Κοντά στον ισημερινό είναι σχεδόν πάντα παρόν και σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη εμφανίζεται συνήθως τη νύχτα. Μερικές φορές, κατά τη διάρκεια ετών χαμηλής ηλιακής δραστηριότητας, όταν δεν υπάρχει μετάδοση στις ζώνες υψηλής συχνότητας HF, εμφανίζονται ξαφνικά μακρινοί σταθμοί στις ζώνες 16, 13 και 11 m με καλή ένταση, τα σήματα των οποίων αντανακλώνται πολλές φορές από το Es.

Η χαμηλότερη περιοχή της ιονόσφαιρας είναι η περιοχή ρεβρίσκεται σε υψόμετρα μεταξύ 50 και 90 χλμ. Υπάρχουν σχετικά λίγα ελεύθερα ηλεκτρόνια εδώ. Από την περιοχή ρεΤα μεγάλα και μεσαία κύματα ανακλώνται καλά και τα σήματα από σταθμούς HF χαμηλής συχνότητας απορροφώνται έντονα. Μετά τη δύση του ηλίου, ο ιονισμός εξαφανίζεται πολύ γρήγορα και καθίσταται δυνατή η λήψη απομακρυσμένων σταθμών στις περιοχές 41, 49 και 75 m, τα σήματα των οποίων αντανακλώνται από τα στρώματα φά 2 και μι. Τα μεμονωμένα στρώματα της ιονόσφαιρας παίζουν σημαντικό ρόλο στη διάδοση των ραδιοσημάτων HF. Η επίδραση στα ραδιοκύματα συμβαίνει κυρίως λόγω της παρουσίας ελεύθερων ηλεκτρονίων στην ιονόσφαιρα, αν και ο μηχανισμός διάδοσης των ραδιοκυμάτων σχετίζεται με την παρουσία μεγάλων ιόντων. Τα τελευταία παρουσιάζουν επίσης ενδιαφέρον κατά τη μελέτη των χημικών ιδιοτήτων της ατμόσφαιρας, καθώς είναι πιο ενεργά από τα ουδέτερα άτομα και μόρια. Οι χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στην ιονόσφαιρα παίζουν σημαντικό ρόλο στην ενεργειακή και ηλεκτρική της ισορροπία.

Κανονική ιονόσφαιρα. Οι παρατηρήσεις που έγιναν με χρήση γεωφυσικών πυραύλων και δορυφόρων έχουν παράσχει πληθώρα νέων πληροφοριών που υποδεικνύουν ότι ο ιονισμός της ατμόσφαιρας συμβαίνει υπό την επίδραση ενός ευρέος φάσματος ηλιακής ακτινοβολίας. Το κύριο μέρος του (πάνω από 90%) συγκεντρώνεται στο ορατό τμήμα του φάσματος. Η υπεριώδης ακτινοβολία, η οποία έχει μικρότερο μήκος κύματος και υψηλότερη ενέργεια από τις ιώδεις ακτίνες φωτός, εκπέμπεται από το υδρογόνο στην εσωτερική ατμόσφαιρα του Ήλιου (τη χρωμόσφαιρα) και οι ακτίνες Χ, που έχουν ακόμη μεγαλύτερη ενέργεια, εκπέμπονται από αέρια στο εξωτερικό περίβλημα του Ήλιου (το στέμμα).

Η κανονική (μέση) κατάσταση της ιονόσφαιρας οφείλεται σε συνεχή ισχυρή ακτινοβολία. Τακτικές αλλαγές συμβαίνουν στην κανονική ιονόσφαιρα λόγω της καθημερινής περιστροφής της Γης και εποχιακές διαφορές στη γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων του ήλιου το μεσημέρι, αλλά συμβαίνουν επίσης απρόβλεπτες και απότομες αλλαγές στην κατάσταση της ιονόσφαιρας.

Διαταραχές στην ιονόσφαιρα.

Όπως είναι γνωστό, στον Ήλιο συμβαίνουν ισχυρές κυκλικά επαναλαμβανόμενες εκδηλώσεις δραστηριότητας, οι οποίες φτάνουν στο μέγιστο κάθε 11 χρόνια. Οι παρατηρήσεις στο πλαίσιο του προγράμματος Διεθνούς Γεωφυσικού Έτους (IGY) συνέπεσαν με την περίοδο της υψηλότερης ηλιακής δραστηριότητας για ολόκληρη την περίοδο συστηματικών μετεωρολογικών παρατηρήσεων, δηλ. από τις αρχές του 18ου αιώνα. Σε περιόδους υψηλής δραστηριότητας, η φωτεινότητα ορισμένων περιοχών στον Ήλιο αυξάνεται αρκετές φορές και η δύναμη της υπεριώδους ακτινοβολίας και της ακτινοβολίας ακτίνων Χ αυξάνεται απότομα. Τέτοια φαινόμενα ονομάζονται ηλιακές εκλάμψεις. Διαρκούν από αρκετά λεπτά έως μία έως δύο ώρες. Κατά τη διάρκεια της έκρηξης, το ηλιακό πλάσμα (κυρίως πρωτόνια και ηλεκτρόνια) εκρήγνυται και στοιχειώδη σωματίδια ορμούν στο διάστημα. Η ηλεκτρομαγνητική και σωματική ακτινοβολία από τον Ήλιο κατά τη διάρκεια τέτοιων εκλάμψεων έχει ισχυρό αντίκτυπο στην ατμόσφαιρα της Γης.

Η αρχική αντίδραση παρατηρείται 8 λεπτά μετά την έκλαμψη, όταν η έντονη υπεριώδης ακτινοβολία και η ακτινοβολία ακτίνων Χ φτάνει στη Γη. Ως αποτέλεσμα, ο ιονισμός αυξάνεται απότομα. Οι ακτίνες Χ διεισδύουν στην ατμόσφαιρα μέχρι το κατώτερο όριο της ιονόσφαιρας. ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε αυτές τις στιβάδες αυξάνεται τόσο πολύ που τα ραδιοσήματα απορροφώνται σχεδόν πλήρως («σβήνουν»). Η πρόσθετη απορρόφηση της ακτινοβολίας προκαλεί τη θέρμανση του αερίου, γεγονός που συμβάλλει στην ανάπτυξη των ανέμων. Το ιονισμένο αέριο είναι ένας ηλεκτρικός αγωγός και όταν κινείται στο μαγνητικό πεδίο της Γης, εμφανίζεται ένα φαινόμενο δυναμό και δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα. Τέτοια ρεύματα μπορούν, με τη σειρά τους, να προκαλέσουν αισθητές διαταραχές στο μαγνητικό πεδίο και να εκδηλωθούν με τη μορφή μαγνητικών καταιγίδων.

Η δομή και η δυναμική της ανώτερης ατμόσφαιρας καθορίζονται σημαντικά από διαδικασίες μη ισορροπίας με τη θερμοδυναμική έννοια που σχετίζονται με ιονισμό και διάσταση από την ηλιακή ακτινοβολία, χημικές διεργασίες, διέγερση μορίων και ατόμων, απενεργοποίησή τους, συγκρούσεις και άλλες στοιχειώδεις διεργασίες. Σε αυτή την περίπτωση, ο βαθμός μη ισορροπίας αυξάνεται με το ύψος καθώς μειώνεται η πυκνότητα. Μέχρι υψόμετρα 500–1000 km, και συχνά υψηλότερα, ο βαθμός μη ισορροπίας για πολλά χαρακτηριστικά της ανώτερης ατμόσφαιρας είναι αρκετά μικρός, γεγονός που καθιστά δυνατή τη χρήση κλασικής και υδρομαγνητικής υδροδυναμικής, λαμβάνοντας υπόψη τις χημικές αντιδράσεις, για την περιγραφή του.

Η εξώσφαιρα είναι το εξωτερικό στρώμα της ατμόσφαιρας της Γης, που ξεκινά από υψόμετρα αρκετών εκατοντάδων χιλιομέτρων, από το οποίο ελαφρά, ταχέως κινούμενα άτομα υδρογόνου μπορούν να διαφύγουν στο διάστημα.

Έντουαρντ Κονόνοβιτς

Βιβλιογραφία:

Pudovkin M.I. Βασικές αρχές Ηλιακής Φυσικής. Αγία Πετρούπολη, 2001
Έρις Τσάισον, Στιβ ΜακΜίλαν Η αστρονομία σήμερα. Prentice-Hall, Inc. Upper Saddle River, 2002
Υλικό στο Διαδίκτυο: http://ciencia.nasa.gov/

Η ατμόσφαιρα (από τα αρχαία ελληνικά ἀτμός - ατμός και σφαῖρα - μπάλα) είναι ένα κέλυφος αερίου (γεώσφαιρα) που περιβάλλει τον πλανήτη Γη. Η εσωτερική του επιφάνεια καλύπτει την υδρόσφαιρα και εν μέρει τον φλοιό της γης, ενώ η εξωτερική του επιφάνεια συνορεύει με το κοντά στη Γη τμήμα του διαστήματος.

Το σύνολο των κλάδων της φυσικής και της χημείας που μελετούν την ατμόσφαιρα ονομάζεται συνήθως ατμοσφαιρική φυσική. Η ατμόσφαιρα καθορίζει τον καιρό στην επιφάνεια της Γης, η μετεωρολογία μελετά τον καιρό και η κλιματολογία ασχολείται με τις μακροπρόθεσμες κλιματικές διακυμάνσεις.

Φυσικές ιδιότητες

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) 1018 kg. Από αυτά, η μάζα του ξηρού αέρα είναι (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, η συνολική μάζα των υδρατμών είναι κατά μέσο όρο 1,27 1016 kg.

Η μοριακή μάζα καθαρού ξηρού αέρα είναι 28,966 g/mol και η πυκνότητα του αέρα στην επιφάνεια της θάλασσας είναι περίπου 1,2 kg/m3. Η πίεση στους 0 °C στο επίπεδο της θάλασσας είναι 101.325 kPa. κρίσιμη θερμοκρασία - −140,7 °C (~132,4 K); κρίσιμη πίεση - 3,7 MPa. Cp στους 0 °C - 1,0048·103 J/(kg·K), Cv - 0,7159·103 J/(kg·K) (στους 0 °C). Διαλυτότητα αέρα στο νερό (κατά μάζα) στους 0 °C - 0,0036%, στους 25 °C - 0,0023%.

Ως «κανονικές συνθήκες» γίνονται δεκτές στην επιφάνεια της Γης: πυκνότητα 1,2 kg/m3, βαρομετρική πίεση 101,35 kPa, θερμοκρασία συν 20 °C και σχετική υγρασία 50%. Αυτοί οι δείκτες υπό όρους έχουν καθαρά μηχανική σημασία.

Χημική σύνθεση

Η ατμόσφαιρα της Γης προέκυψε ως αποτέλεσμα της απελευθέρωσης αερίων κατά τη διάρκεια ηφαιστειακών εκρήξεων. Με την έλευση των ωκεανών και της βιόσφαιρας, σχηματίστηκε λόγω ανταλλαγής αερίων με νερό, φυτά, ζώα και τα προϊόντα της αποσύνθεσής τους σε εδάφη και βάλτους.

Επί του παρόντος, η ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται κυρίως από αέρια και διάφορες ακαθαρσίες (σκόνη, σταγονίδια νερού, παγοκρύσταλλοι, θαλάσσια άλατα, προϊόντα καύσης).

Η συγκέντρωση των αερίων που συνθέτουν την ατμόσφαιρα είναι σχεδόν σταθερή, με εξαίρεση το νερό (H2O) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO2).

Σύνθεση ξηρού αέρα

Εκτός από τα αέρια που αναφέρονται στον πίνακα, η ατμόσφαιρα περιέχει SO2, NH3, CO, όζον, υδρογονάνθρακες, HCl, HF, ατμούς Hg, I2, καθώς και NO και πολλά άλλα αέρια σε μικρές ποσότητες. Η τροπόσφαιρα περιέχει συνεχώς μεγάλη ποσότητα αιωρούμενων στερεών και υγρών σωματιδίων (αεροζόλ).

Η δομή της ατμόσφαιρας

Τροποσφαίρα

Το ανώτερο όριο του είναι σε υψόμετρο 8-10 km σε πολικά, 10-12 km σε εύκρατα και 16-18 km σε τροπικά γεωγραφικά πλάτη. χαμηλότερο το χειμώνα από το καλοκαίρι. Το κατώτερο, κύριο στρώμα της ατμόσφαιρας περιέχει περισσότερο από το 80% της συνολικής μάζας του ατμοσφαιρικού αέρα και περίπου το 90% των συνολικών υδρατμών που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα. Οι αναταράξεις και η μεταφορά είναι πολύ ανεπτυγμένες στην τροπόσφαιρα, δημιουργούνται σύννεφα και αναπτύσσονται κυκλώνες και αντικυκλώνες. Η θερμοκρασία μειώνεται με την αύξηση του υψομέτρου με μέση κατακόρυφη κλίση 0,65°/100 m

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 ° C (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

Η μεσόσφαιρα ξεκινά από υψόμετρο 50 km και εκτείνεται σε 80-90 km. Η θερμοκρασία μειώνεται με το ύψος με μέση κατακόρυφη κλίση (0,25-0,3)°/100 m. Η κύρια ενεργειακή διαδικασία είναι η μεταφορά θερμότητας με ακτινοβολία. Πολύπλοκες φωτοχημικές διεργασίες που περιλαμβάνουν ελεύθερες ρίζες, μόρια διεγερμένα από δονήσεις κ.λπ. προκαλούν ατμοσφαιρική φωταύγεια.

Μεσόπαυση

Μεταβατικό στρώμα μεταξύ της μεσόσφαιρας και της θερμόσφαιρας. Υπάρχει ένα ελάχιστο στην κατακόρυφη κατανομή θερμοκρασίας (περίπου -90 °C).

Γραμμή Karman

Το ύψος πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, που είναι συμβατικά αποδεκτό ως το όριο μεταξύ της ατμόσφαιρας της Γης και του διαστήματος. Σύμφωνα με τον ορισμό της FAI, η γραμμή Karman βρίσκεται σε υψόμετρο 100 km πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας.

Όριο της ατμόσφαιρας της Γης

Θερμόσφαιρα

Το ανώτατο όριο είναι περίπου 800 χλμ. Η θερμοκρασία ανεβαίνει σε υψόμετρα 200-300 km, όπου φτάνει σε 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)

Η εξώσφαιρα είναι μια ζώνη διασποράς, το εξωτερικό τμήμα της θερμόσφαιρας, που βρίσκεται πάνω από 700 km. Το αέριο στην εξώσφαιρα είναι πολύ σπάνιο και από εδώ τα σωματίδια του διαρρέουν στον διαπλανητικό χώρο (διασκορπισμός).

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 κενό κοντά στο διάστημα, 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, διακρίνονται η ομοιόσφαιρα και η ετεροσφαιρία. Η ετεροσφαιρία είναι μια περιοχή όπου η βαρύτητα επηρεάζει τον διαχωρισμό των αερίων, αφού η ανάμειξή τους σε τέτοιο ύψος είναι αμελητέα. Αυτό συνεπάγεται μια μεταβλητή σύνθεση της ετεροσφαιρίας. Κάτω από αυτό βρίσκεται ένα καλά αναμεμειγμένο, ομοιογενές τμήμα της ατμόσφαιρας που ονομάζεται ομοσφαίρα. Το όριο μεταξύ αυτών των στρωμάτων ονομάζεται turbopause· βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 120 km.

Άλλες ιδιότητες της ατμόσφαιρας και επιπτώσεις στο ανθρώπινο σώμα

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.

Οι ανθρώπινοι πνεύμονες περιέχουν συνεχώς περίπου 3 λίτρα κυψελιδικού αέρα. Η μερική πίεση του οξυγόνου στον κυψελιδικό αέρα σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση είναι 110 mmHg. Τέχνη, πίεση διοξειδίου του άνθρακα - 40 mm Hg. Art., και υδρατμοί - 47 mm Hg. Τέχνη. Με την αύξηση του υψομέτρου, η πίεση του οξυγόνου πέφτει και η συνολική τάση ατμών του νερού και του διοξειδίου του άνθρακα στους πνεύμονες παραμένει σχεδόν σταθερή - περίπου 87 mm Hg. Τέχνη. Η παροχή οξυγόνου στους πνεύμονες θα σταματήσει εντελώς όταν η πίεση του αέρα του περιβάλλοντος γίνει ίση με αυτήν την τιμή.

Σε υψόμετρο περίπου 19-20 km, η ατμοσφαιρική πίεση πέφτει στα 47 mm Hg. Τέχνη. Επομένως, σε αυτό το υψόμετρο, το νερό και το διάμεσο υγρό αρχίζουν να βράζουν στο ανθρώπινο σώμα. Έξω από την καμπίνα υπό πίεση σε αυτά τα υψόμετρα, ο θάνατος επέρχεται σχεδόν ακαριαία. Έτσι, από την άποψη της ανθρώπινης φυσιολογίας, το "διάστημα" ξεκινά ήδη σε υψόμετρο 15-19 km.

Πυκνά στρώματα αέρα - η τροπόσφαιρα και η στρατόσφαιρα - μας προστατεύουν από τις καταστροφικές συνέπειες της ακτινοβολίας. Με επαρκή αραίωση του αέρα, σε υψόμετρα άνω των 36 km, η ιονίζουσα ακτινοβολία - πρωτογενείς κοσμικές ακτίνες - έχει έντονη επίδραση στο σώμα. Σε υψόμετρα άνω των 40 χιλιομέτρων, το υπεριώδες τμήμα του ηλιακού φάσματος είναι επικίνδυνο για τον άνθρωπο.

Καθώς ανεβαίνουμε σε ένα όλο και μεγαλύτερο ύψος πάνω από την επιφάνεια της Γης, τέτοια γνωστά φαινόμενα που παρατηρούνται στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας όπως η διάδοση του ήχου, η εμφάνιση αεροδυναμικής ανύψωσης και έλξης, μεταφορά θερμότητας με συναγωγή κ.λπ. σταδιακά εξασθενούν και στη συνέχεια εξαφανίζονται εντελώς.

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 βρίσκεται 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. Αυτή είναι η λεγόμενη πρωτογενής 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 σχηματίστηκε η δευτερεύουσα ατμόσφαιρα (περίπου τρία δισεκατομμύρια χρόνια πριν από τη σημερινή εποχή). 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 μιας τριτογενούς ατμόσφαιρας, που χαρακτηρίζεται από πολύ λιγότερο υδρογόνο και πολύ περισσότερο 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 N2 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.

Κατά τη διάρκεια του Φανεροζωικού, η σύνθεση της ατμόσφαιρας και η περιεκτικότητα σε οξυγόνο υπέστησαν αλλαγές. Συσχετίστηκαν κυρίως με τον ρυθμό εναπόθεσης οργανικών ιζημάτων. Έτσι, σε περιόδους συσσώρευσης άνθρακα, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα προφανώς ξεπέρασε σημαντικά το σύγχρονο επίπεδο.

Διοξείδιο του άνθρακα

Η περιεκτικότητα σε CO2 στην ατμόσφαιρα εξαρτάται από την ηφαιστειακή δραστηριότητα και τις χημικές διεργασίες στα κελύφη της γης, αλλά κυρίως από την ένταση της βιοσύνθεσης και της αποσύνθεσης της οργανικής ύλης στη γήινη βιόσφαιρα. Σχεδόν ολόκληρη η τρέχουσα βιομάζα του πλανήτη (περίπου 2,4 1012 τόνοι) σχηματίζεται λόγω του διοξειδίου του άνθρακα, του αζώτου και των υδρατμών που περιέχονται στον ατμοσφαιρικό αέρα. Τα οργανικά που είναι θαμμένα στον ωκεανό, τους βάλτους και τα δάση μετατρέπονται σε άνθρακα, πετρέλαιο και φυσικό αέριο.

ευγενή αέρια

Η πηγή των ευγενών αερίων - αργού, ηλίου και κρυπτών - είναι οι ηφαιστειακές εκρήξεις και η αποσύνθεση ραδιενεργών στοιχείων. Η Γη γενικά και η ατμόσφαιρα ειδικότερα έχουν εξαντληθεί από αδρανή αέρια σε σύγκριση με το διάστημα. Πιστεύεται ότι ο λόγος για αυτό έγκειται στη συνεχή διαρροή αερίων στον διαπλανητικό χώρο.

Μόλυνση του αέρα

Πρόσφατα, οι άνθρωποι έχουν αρχίσει να επηρεάζουν την εξέλιξη της ατμόσφαιρας. Το αποτέλεσμα των δραστηριοτήτων του ήταν μια συνεχής αύξηση της περιεκτικότητας σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα λόγω της καύσης καυσίμων υδρογονανθράκων που συσσωρεύτηκαν σε προηγούμενες γεωλογικές εποχές. Τεράστιες ποσότητες CO2 καταναλώνονται κατά τη φωτοσύνθεση 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 CO2 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 του CO2 στην ατμόσφαιρα θα διπλασιαστεί και θα μπορούσε να οδηγήσει σε παγκόσμια κλιματική αλλαγή.

Η καύση του καυσίμου είναι η κύρια πηγή ρυπογόνων αερίων (CO, NO, SO2). Το διοξείδιο του θείου οξειδώνεται από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο σε SO3 και το οξείδιο του αζώτου σε NO2 στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, τα οποία με τη σειρά τους αλληλεπιδρούν με τους υδρατμούς και το προκύπτον θειικό οξύ H2SO4 και το νιτρικό οξύ HNO3 πέφτουν στην επιφάνεια της Γης στο μορφή του λεγόμενου. όξινη βροχή. Η χρήση κινητήρων εσωτερικής καύσης οδηγεί σε σημαντική ατμοσφαιρική ρύπανση με οξείδια του αζώτου, υδρογονάνθρακες και ενώσεις μολύβδου (τετρααιθυλ μόλυβδος) Pb(CH3CH2)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.

(Επισκέφθηκε 730 φορές, 1 επισκέψεις σήμερα)

Τροποσφαίρα

Το ανώτερο όριο του είναι σε υψόμετρο 8-10 km σε πολικά, 10-12 km σε εύκρατα και 16-18 km σε τροπικά γεωγραφικά πλάτη. χαμηλότερο το χειμώνα από το καλοκαίρι. Το κατώτερο, κύριο στρώμα της ατμόσφαιρας περιέχει περισσότερο από το 80% της συνολικής μάζας του ατμοσφαιρικού αέρα και περίπου το 90% των συνολικών υδρατμών που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα. Οι αναταράξεις και η μεταφορά είναι πολύ ανεπτυγμένες στην τροπόσφαιρα, δημιουργούνται σύννεφα και αναπτύσσονται κυκλώνες και αντικυκλώνες. Η θερμοκρασία μειώνεται με την αύξηση του υψομέτρου με μέση κατακόρυφη κλίση 0,65°/100 m

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 ° C (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

Η μεσόσφαιρα ξεκινά από υψόμετρο 50 km και εκτείνεται σε 80-90 km. Η θερμοκρασία μειώνεται με το ύψος με μέση κατακόρυφη κλίση (0,25-0,3)°/100 m. Η κύρια ενεργειακή διαδικασία είναι η μεταφορά θερμότητας με ακτινοβολία. Πολύπλοκες φωτοχημικές διεργασίες που περιλαμβάνουν ελεύθερες ρίζες, μόρια διεγερμένα από δονήσεις κ.λπ. προκαλούν ατμοσφαιρική φωταύγεια.

Μεσόπαυση

Μεταβατικό στρώμα μεταξύ της μεσόσφαιρας και της θερμόσφαιρας. Υπάρχει ένα ελάχιστο στην κατακόρυφη κατανομή θερμοκρασίας (περίπου -90 °C).

Γραμμή Karman

Το ύψος πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, που είναι συμβατικά αποδεκτό ως το όριο μεταξύ της ατμόσφαιρας της Γης και του διαστήματος. Η γραμμή Karman βρίσκεται σε υψόμετρο 100 km πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας.

Όριο της ατμόσφαιρας της Γης

Θερμόσφαιρα

Το ανώτατο όριο είναι περίπου 800 χλμ. Η θερμοκρασία ανεβαίνει σε υψόμετρα 200-300 km, όπου φτάνει σε 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, εμφανίζεται μια αξιοσημείωτη 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)

Ατμοσφαιρικά στρώματα έως υψόμετρο 120 km

Η εξώσφαιρα είναι μια ζώνη διασποράς, το εξωτερικό τμήμα της θερμόσφαιρας, που βρίσκεται πάνω από 700 km. Το αέριο στην εξώσφαιρα είναι πολύ σπάνιο και από εδώ τα σωματίδια του διαρρέουν στον διαπλανητικό χώρο (διασκορπισμός).

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 κενό κοντά στο διάστημα, 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, διακρίνονται η ομοιόσφαιρα και η ετεροσφαιρία. Η ετεροσφαιρία είναι μια περιοχή όπου η βαρύτητα επηρεάζει τον διαχωρισμό των αερίων, αφού η ανάμειξή τους σε τέτοιο ύψος είναι αμελητέα. Αυτό συνεπάγεται μια μεταβλητή σύνθεση της ετεροσφαιρίας. Κάτω από αυτό βρίσκεται ένα καλά αναμεμειγμένο, ομοιογενές τμήμα της ατμόσφαιρας που ονομάζεται ομοσφαίρα. Το όριο μεταξύ αυτών των στρωμάτων ονομάζεται turbopause· βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 120 km.

Η ατμόσφαιρα είναι το εξωτερικό κέλυφος των ουράνιων σωμάτων. Σε διαφορετικούς πλανήτες διαφέρει σε σύνθεση, χημικές και φυσικές ιδιότητες. Ποιες είναι οι κύριες ιδιότητες της ατμόσφαιρας της Γης; Από τι αποτελείται; Πώς και πότε προέκυψε; Ας μάθουμε για αυτό περαιτέρω.

Ατμοσφαιρικός σχηματισμός

Η ατμόσφαιρα είναι ένα μείγμα αερίων που τυλίγουν τον πλανήτη από το εξωτερικό και συγκρατούνται στη θέση τους από τις βαρυτικές του δυνάμεις. Την εποχή του σχηματισμού του, ο πλανήτης μας δεν είχε ακόμη αέριο κέλυφος. Σχηματίστηκε λίγο αργότερα και κατάφερε να αλλάξει αρκετές φορές. Δεν είναι απολύτως γνωστό ποιες ήταν τότε οι βασικές ιδιότητες της ατμόσφαιρας.

Οι επιστήμονες προτείνουν ότι η πρώτη ατμόσφαιρα συλλέχθηκε από το ηλιακό νεφέλωμα και αποτελούνταν από ήλιο και υδρογόνο. Οι υψηλές θερμοκρασίες του πλανήτη και οι επιπτώσεις του ηλιακού ανέμου κατέστρεψαν γρήγορα αυτό το κέλυφος.

Η επόμενη ατμόσφαιρα σχηματίστηκε χάρη σε ηφαίστεια που απελευθέρωναν αέρια από αυτήν, ήταν λεπτή και αποτελούνταν από αέρια θερμοκηπίου (μεθάνιο, διοξείδιο του άνθρακα, αμμωνία), υδρατμούς και οξέα.

Πριν από δύο δισεκατομμύρια χρόνια, η κατάσταση της ατμόσφαιρας άρχισε να μεταμορφώνεται στη σημερινή. Εξωτερικές διεργασίες (καιρικές συνθήκες, ηλιακή δραστηριότητα) στον πλανήτη και τα πρώτα βακτήρια και φύκια συμμετείχαν σε αυτό, λόγω της απελευθέρωσης οξυγόνου τους.

Σύνθεση και ιδιότητες της ατμόσφαιρας

Το κέλυφος αερίου του πλανήτη μας δεν έχει καθαρή άκρη. Το εξωτερικό του περίγραμμα είναι θολό και σταδιακά περνά στο εξωτερικό διάστημα, συγχωνεύοντας μαζί του σε μια ομοιογενή μάζα. Η εσωτερική άκρη του κελύφους είναι σε επαφή με τον φλοιό της γης και την υδρόσφαιρα της Γης.

Οι βασικές ιδιότητες της ατμόσφαιρας καθορίζονται σε μεγάλο βαθμό από τη σύνθεσή της. Το μεγαλύτερο μέρος του αντιπροσωπεύεται από αέρια. Το κύριο μερίδιο κατέχουν το άζωτο (75,5%) και το οξυγόνο (23,1%). Εκτός από αυτά, ο ατμοσφαιρικός αέρας αποτελείται από αργό, διοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο, μεθάνιο, ήλιο, ξένο κ.λπ.

Η συγκέντρωση των ουσιών παραμένει ουσιαστικά αμετάβλητη. Οι μεταβλητές τιμές είναι χαρακτηριστικές για το νερό και καθορίζονται από την ποσότητα της βλάστησης. Το νερό περιέχεται με τη μορφή υδρατμών. Η ποσότητα του ποικίλλει ανάλογα με τα γεωγραφικά πλάτη και ανέρχεται έως και 2,5%. Η ατμόσφαιρα περιέχει επίσης προϊόντα καύσης, θαλασσινό αλάτι, ακαθαρσίες σκόνης και πάγο με τη μορφή μικρών κρυστάλλων.

Φυσικές ιδιότητες της ατμόσφαιρας

Οι κύριες ιδιότητες της ατμόσφαιρας είναι η πίεση, η υγρασία, η θερμοκρασία και η πυκνότητα. Σε κάθε στρώμα της ατμόσφαιρας οι τιμές τους διαφέρουν. Ο αέρας του κελύφους της Γης είναι ένα πλήθος μορίων διαφόρων ουσιών. Οι βαρυτικές δυνάμεις τους κρατούν μέσα στον πλανήτη, τραβώντας τους πιο κοντά στην επιφάνειά του.

Υπάρχουν περισσότερα μόρια στο κάτω μέρος, επομένως η πυκνότητα και η πίεση είναι μεγαλύτερες εκεί. Μειώνονται με το ύψος και στο διάστημα γίνονται σχεδόν αόρατα. Στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, η πίεση μειώνεται κατά 1 mm Hg. Τέχνη. κάθε 10 μέτρα.

Σε αντίθεση με την επιφάνεια του πλανήτη, η ατμόσφαιρα δεν θερμαίνεται από τον Ήλιο. Επομένως, όσο πιο κοντά στη Γη, τόσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία. Για κάθε εκατό μέτρα μειώνεται κατά περίπου 0,6 μοίρες. Στο πάνω μέρος της τροπόσφαιρας φτάνει τους -56 βαθμούς.

Οι παράμετροι του αέρα επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από την περιεκτικότητα σε νερό σε αυτόν, δηλαδή από την υγρασία. Η συνολική μάζα αέρα του πλανήτη είναι (5,1-5,3) 10 18 kg, όπου το μερίδιο των υδρατμών είναι 1,27 10 16 kg. Δεδομένου ότι οι ιδιότητες της ατμόσφαιρας διαφέρουν σε διαφορετικές περιοχές, έχουν προκύψει τυπικές τιμές που γίνονται αποδεκτές ως «κανονικές συνθήκες» στην επιφάνεια της Γης:

Η δομή του κελύφους αερίου της Γης

Η φύση του κελύφους αερίου αλλάζει με το υψόμετρο. Ανάλογα με τις βασικές ιδιότητες της ατμόσφαιρας, χωρίζεται σε διάφορα στρώματα:

• τροποσφαίρα;
• στρατόσφαιρα;
• μεσόσφαιρα?
• θερμόσφαιρα?
• εξώσφαιρα.

Η κύρια παράμετρος για τη διαφοροποίηση είναι η θερμοκρασία. Ανάμεσα στα στρώματα υπάρχουν οριακές περιοχές που ονομάζονται παύσεις, στις οποίες καταγράφεται μια σταθερή θερμοκρασία.

Η τροπόσφαιρα είναι το χαμηλότερο στρώμα. Τα σύνορά του εκτείνονται σε υψόμετρο από 8 έως 18 χιλιόμετρα, ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος. Είναι υψηλότερο στη γραμμή του ισημερινού. Περίπου το 80% της μάζας του ατμοσφαιρικού αέρα πέφτει στην τροπόσφαιρα.

Το εξωτερικό στρώμα της ατμόσφαιρας αντιπροσωπεύεται από την εξώσφαιρα. Το κατώτερο όριο και το πάχος του εξαρτώνται από τη δραστηριότητα του Ήλιου. Στη Γη, η εξώσφαιρα ξεκινά από υψόμετρο από 500 έως 1000 χιλιόμετρα και φτάνει τα εκατό χιλιάδες χιλιόμετρα. Στο κάτω μέρος είναι κορεσμένο με οξυγόνο και άζωτο, στην κορυφή - με υδρογόνο και άλλα ελαφρά αέρια.

Ο ρόλος της ατμόσφαιρας

Η ατμόσφαιρα είναι ο αέρας που αναπνέουμε. Χωρίς αυτό, ένα άτομο δεν μπορεί να ζήσει ούτε πέντε λεπτά. Διαποτίζει όλα τα κύτταρα των φυτών και των ζώων, προάγοντας την ανταλλαγή ενεργειών μεταξύ του σώματος και του εξωτερικού περιβάλλοντος.

Η ατμόσφαιρα είναι το φίλτρο του πλανήτη. Περνώντας από αυτό, η ηλιακή ακτινοβολία διασκορπίζεται. Αυτό μειώνει την έντασή του και τη βλάβη που μπορεί να προκαλέσει σε συμπυκνωμένη μορφή. Το κέλυφος παίζει το ρόλο της ασπίδας της Γης, στα ανώτερα στρώματα της οποίας καίγονται πολλοί μετεωρίτες και κομήτες πριν φτάσουν στην επιφάνεια του πλανήτη.

Η θερμοκρασία, η πυκνότητα, η υγρασία και η πίεση της ατμόσφαιρας διαμορφώνουν τις κλιματικές και καιρικές συνθήκες. Η ατμόσφαιρα εμπλέκεται στην κατανομή της θερμότητας στον πλανήτη. Χωρίς αυτό, η θερμοκρασία θα κυμαινόταν σε διακόσιους βαθμούς.

Το κέλυφος της Γης συμμετέχει στον κύκλο των ουσιών, είναι ο βιότοπος ορισμένων έμβιων όντων και συμβάλλει στη μετάδοση των ήχων. Η απουσία του θα καθιστούσε αδύνατη την ύπαρξη ζωής στον πλανήτη.

Η ατμόσφαιρα της Γης είναι ένα κέλυφος αέρα.

Η παρουσία μιας ειδικής μπάλας πάνω από την επιφάνεια της γης αποδείχθηκε από τους αρχαίους Έλληνες, οι οποίοι αποκαλούσαν την ατμόσφαιρα μπάλα ατμού ή αερίου.

Αυτή είναι μια από τις γεωσφαίρες του πλανήτη, χωρίς την οποία δεν θα ήταν δυνατή η ύπαρξη όλων των ζωντανών πραγμάτων.

Πού είναι η ατμόσφαιρα

Η ατμόσφαιρα περιβάλλει τους πλανήτες με ένα πυκνό στρώμα αέρα, που ξεκινά από την επιφάνεια της γης. Έρχεται σε επαφή με την υδρόσφαιρα, καλύπτει τη λιθόσφαιρα, εκτείνεται πολύ στο διάστημα.

Από τι αποτελείται η ατμόσφαιρα;

Το στρώμα αέρα της Γης αποτελείται κυρίως από αέρα, η συνολική μάζα του οποίου φτάνει τα 5,3 * 1018 κιλά. Από αυτά, το άρρωστο μέρος είναι ο ξηρός αέρας και πολύ λιγότερο οι υδρατμοί.

Πάνω από τη θάλασσα, η πυκνότητα της ατμόσφαιρας είναι 1,2 κιλά ανά κυβικό μέτρο. Η θερμοκρασία στην ατμόσφαιρα μπορεί να φτάσει τους -140,7 βαθμούς, ο αέρας διαλύεται στο νερό σε θερμοκρασία μηδέν.

Η ατμόσφαιρα αποτελείται από πολλά στρώματα:

• Τροποσφαίρα;
• Τροπόπαυση;
• Στρατόσφαιρα και στρατόπαυση;
• Μεσόσφαιρα και μεσόπαυση.
• Μια ειδική γραμμή πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας που ονομάζεται γραμμή Karman.
• Θερμόσφαιρα και θερμόπαυση.
• Ζώνη σκέδασης ή εξώσφαιρα.

Κάθε στρώμα έχει τα δικά του χαρακτηριστικά· είναι αλληλένδετα και διασφαλίζουν τη λειτουργία του περιβλήματος αέρα του πλανήτη.

Όρια της ατμόσφαιρας

Το χαμηλότερο άκρο της ατμόσφαιρας διέρχεται από την υδρόσφαιρα και τα ανώτερα στρώματα της λιθόσφαιρας. Το άνω όριο ξεκινά από την εξώσφαιρα, η οποία βρίσκεται 700 χιλιόμετρα από την επιφάνεια του πλανήτη και θα φτάσει τα 1,3 χιλιάδες χιλιόμετρα.

Σύμφωνα με ορισμένες αναφορές, η ατμόσφαιρα φτάνει τα 10 χιλιάδες χιλιόμετρα. Οι επιστήμονες συμφώνησαν ότι το ανώτερο όριο του στρώματος αέρα θα πρέπει να είναι η γραμμή Κάρμαν, καθώς η αεροναυπηγική δεν είναι πλέον δυνατή εδώ.

Χάρη σε συνεχείς μελέτες σε αυτόν τον τομέα, οι επιστήμονες έχουν διαπιστώσει ότι η ατμόσφαιρα έρχεται σε επαφή με την ιονόσφαιρα σε υψόμετρο 118 χιλιομέτρων.

Χημική σύνθεση

Αυτό το στρώμα της Γης αποτελείται από αέρια και αέριες ακαθαρσίες, που περιλαμβάνουν υπολείμματα καύσης, θαλασσινό αλάτι, πάγο, νερό και σκόνη. Η σύνθεση και η μάζα των αερίων που μπορούν να βρεθούν στην ατμόσφαιρα δεν αλλάζουν σχεδόν ποτέ, αλλά μόνο η συγκέντρωση του νερού και του διοξειδίου του άνθρακα.

Η σύνθεση του νερού μπορεί να κυμαίνεται από 0,2 τοις εκατό έως 2,5 τοις εκατό, ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος. Πρόσθετα στοιχεία είναι χλώριο, άζωτο, θείο, αμμωνία, άνθρακας, όζον, υδρογονάνθρακες, υδροχλωρικό οξύ, υδροφθόριο, υδροβρωμίδιο, υδροιώδιο.

Ένα ξεχωριστό μέρος καταλαμβάνεται από τον υδράργυρο, το ιώδιο, το βρώμιο και το μονοξείδιο του αζώτου. Επιπλέον, υγρά και στερεά σωματίδια που ονομάζονται αεροζόλ βρίσκονται στην τροπόσφαιρα. Ένα από τα πιο σπάνια αέρια στον πλανήτη, το ραδόνιο, βρίσκεται στην ατμόσφαιρα.

Όσον αφορά τη χημική σύνθεση, το άζωτο καταλαμβάνει περισσότερο από το 78% της ατμόσφαιρας, το οξυγόνο - σχεδόν 21%, το διοξείδιο του άνθρακα - 0,03%, το αργό - σχεδόν 1%, η συνολική ποσότητα της ουσίας είναι μικρότερη από 0,01%. Αυτή η σύνθεση αέρα σχηματίστηκε όταν ο πλανήτης πρωτοεμφανίστηκε και άρχισε να αναπτύσσεται.

Με την έλευση του ανθρώπου, ο οποίος σταδιακά πέρασε στην παραγωγή, η χημική σύνθεση άλλαξε. Συγκεκριμένα, η ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα αυξάνεται συνεχώς.

Λειτουργίες της ατμόσφαιρας

Τα αέρια στο στρώμα αέρα εκτελούν μια ποικιλία λειτουργιών. Πρώτον, απορροφούν ακτίνες και ενέργεια ακτινοβολίας. Δεύτερον, επηρεάζουν το σχηματισμό της θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα και στη Γη. Τρίτον, εξασφαλίζει τη ζωή και την πορεία της στη Γη.

Επιπλέον, αυτό το στρώμα παρέχει θερμορύθμιση, η οποία καθορίζει τον καιρό και το κλίμα, τον τρόπο κατανομής της θερμότητας και την ατμοσφαιρική πίεση. Η τροπόσφαιρα βοηθά στη ρύθμιση της ροής των μαζών του αέρα, στον προσδιορισμό της κίνησης του νερού και στις διαδικασίες ανταλλαγής θερμότητας.

Η ατμόσφαιρα αλληλεπιδρά συνεχώς με τη λιθόσφαιρα και την υδρόσφαιρα, παρέχοντας γεωλογικές διεργασίες. Η πιο σημαντική λειτουργία είναι ότι παρέχει προστασία από τη σκόνη μετεωριτικής προέλευσης, από την επίδραση του διαστήματος και του ήλιου.

Δεδομένα

• Το οξυγόνο παρέχεται στη Γη από την αποσύνθεση της οργανικής ύλης σε στερεά πετρώματα, η οποία είναι πολύ σημαντική κατά τις εκπομπές, την αποσύνθεση πετρωμάτων και την οξείδωση των οργανισμών.
• Το διοξείδιο του άνθρακα βοηθά στη φωτοσύνθεση και συμβάλλει επίσης στη μετάδοση βραχέων κυμάτων ηλιακής ακτινοβολίας και στην απορρόφηση μακρών θερμικών κυμάτων. Εάν αυτό δεν συμβεί, τότε παρατηρείται το λεγόμενο φαινόμενο του θερμοκηπίου.
• Ένα από τα κύρια προβλήματα που σχετίζονται με την ατμόσφαιρα είναι η ρύπανση, η οποία εμφανίζεται λόγω της λειτουργίας των εργοστασίων και των εκπομπών των αυτοκινήτων. Ως εκ τούτου, πολλές χώρες έχουν θεσπίσει ειδικό περιβαλλοντικό έλεγχο και σε διεθνές επίπεδο αναλαμβάνονται ειδικοί μηχανισμοί για τη ρύθμιση των εκπομπών και του φαινομένου του θερμοκηπίου.