Atmosfer terdiri dari lapisan-lapisan berikut. Atmosfer bumi: sejarah penampakan dan struktur. Elemen dasar atmosfer

Ketebalan atmosfer kurang lebih 120 km dari permukaan bumi. Massa total udara di atmosfer adalah (5.1-5.3) 10 18 kg. Dari jumlah tersebut massa udara kering adalah 5,1352 ±0,0003 · 10 18 kg, massa total uap air rata-rata 1,27 · 10 16 kg.

Tropopause

Lapisan peralihan dari troposfer ke stratosfer, yaitu lapisan atmosfer di mana penurunan suhu seiring dengan ketinggian terhenti.

Stratosfir

Lapisan atmosfer yang terletak pada ketinggian 11 sampai 50 km. Ditandai dengan sedikit perubahan suhu pada lapisan 11-25 km (lapisan bawah stratosfer) dan peningkatan suhu pada lapisan 25-40 km dari −56,5 menjadi 0,8° (lapisan atas stratosfer atau daerah inversi). Setelah mencapai nilai sekitar 273 K (hampir 0 °C) pada ketinggian sekitar 40 km, suhu tetap konstan hingga ketinggian sekitar 55 km. Wilayah bersuhu konstan ini disebut stratopause dan merupakan batas antara stratosfer dan mesosfer.

Stratopause

Lapisan batas atmosfer antara stratosfer dan mesosfer. Pada distribusi suhu vertikal terdapat maksimum (sekitar 0 °C).

Mesosfer

atmosfer bumi

Batas atmosfer bumi

Termosfer

Batas atasnya sekitar 800 km. Suhu naik hingga ketinggian 200-300 km, di mana mencapai nilai sekitar 1500 K, setelah itu hampir konstan hingga ketinggian. Di bawah pengaruh radiasi matahari ultraviolet dan sinar-X serta radiasi kosmik, ionisasi udara (“ aurora”) terjadi - wilayah utama ionosfer terletak di dalam termosfer. Pada ketinggian di atas 300 km, oksigen atom mendominasi. Batas atas termosfer sangat ditentukan oleh aktivitas Matahari saat ini. Selama periode aktivitas rendah - misalnya, pada 2008-2009 - terjadi penurunan ukuran lapisan ini secara nyata.

Termopause

Wilayah atmosfer yang berbatasan dengan termosfer. Di wilayah ini, penyerapan radiasi matahari dapat diabaikan dan suhu tidak berubah seiring ketinggian.

Eksosfer (bola hamburan)

Hingga ketinggian 100 km, atmosfer merupakan campuran gas yang homogen dan tercampur dengan baik. Di lapisan yang lebih tinggi, distribusi gas berdasarkan ketinggian bergantung pada berat molekulnya; konsentrasi gas yang lebih berat berkurang lebih cepat seiring dengan bertambahnya jarak dari permukaan bumi. Karena penurunan kepadatan gas, suhu turun dari 0 °C di stratosfer menjadi −110 °C di mesosfer. Namun, energi kinetik partikel individu pada ketinggian 200-250 km setara dengan suhu ~150 °C. Di atas 200 km, terjadi fluktuasi suhu dan kepadatan gas yang signifikan dalam ruang dan waktu.

Pada ketinggian sekitar 2000-3500 km, eksosfer secara bertahap berubah menjadi apa yang disebut dekat ruang hampa udara, yang diisi dengan partikel gas antarplanet yang sangat langka, terutama atom hidrogen. Namun gas ini hanya mewakili sebagian dari materi antarplanet. Bagian lainnya terdiri dari partikel debu yang berasal dari komet dan meteorik. Selain partikel debu yang sangat halus, radiasi elektromagnetik dan sel yang berasal dari matahari dan galaksi menembus ke dalam ruang ini.

Troposfer menyumbang sekitar 80% massa atmosfer, stratosfer - sekitar 20%; massa mesosfer tidak lebih dari 0,3%, termosfer kurang dari 0,05% total massa atmosfer. Berdasarkan sifat kelistrikannya di atmosfer, neutronosfer dan ionosfer dibedakan. Saat ini atmosfer diyakini meluas hingga ketinggian 2000-3000 km.

Tergantung pada komposisi gas di atmosfer, mereka mengeluarkannya homosfer Dan heterosfer. Heterosfer- Ini adalah area di mana gravitasi mempengaruhi pemisahan gas, karena pencampurannya pada ketinggian tersebut dapat diabaikan. Ini menyiratkan komposisi heterosfer yang bervariasi. Di bawahnya terdapat bagian atmosfer yang tercampur rata dan homogen, yang disebut homosfer. Batas antar lapisan ini disebut turbopause, terletak pada ketinggian sekitar 120 km.

Sifat fisiologis dan sifat atmosfer lainnya

Sudah berada di ketinggian 5 km di atas permukaan laut, orang yang tidak terlatih mulai mengalami kelaparan oksigen dan tanpa adaptasi, kinerja seseorang menurun secara signifikan. Zona fisiologis atmosfer berakhir di sini. Pernapasan manusia menjadi tidak mungkin dilakukan pada ketinggian 9 km, meskipun hingga kurang lebih 115 km atmosfer mengandung oksigen.

Atmosfer memasok kita dengan oksigen yang diperlukan untuk bernapas. Namun, karena penurunan tekanan total atmosfer, seiring bertambahnya ketinggian, tekanan parsial oksigen juga menurun.

Di lapisan udara yang dijernihkan, perambatan suara tidak mungkin dilakukan. Hingga ketinggian 60-90 km, hambatan udara dan gaya angkat masih dapat digunakan untuk penerbangan aerodinamis yang terkendali. Namun mulai dari ketinggian 100-130 km, konsep angka M dan penghalang suara, yang akrab bagi setiap pilot, kehilangan maknanya: di sana melewati garis Karman konvensional, di luarnya dimulailah wilayah penerbangan balistik murni, yang hanya bisa dikendalikan dengan menggunakan gaya reaktif.

Pada ketinggian di atas 100 km, atmosfer tidak memiliki sifat luar biasa lainnya - kemampuan untuk menyerap, menghantarkan, dan mentransmisikan energi panas melalui konveksi (yaitu dengan mencampurkan udara). Artinya, berbagai elemen peralatan di stasiun luar angkasa yang mengorbit tidak akan dapat didinginkan dari luar dengan cara yang biasa dilakukan di pesawat terbang - dengan bantuan pancaran udara dan radiator udara. Pada ketinggian ini, seperti di luar angkasa pada umumnya, satu-satunya cara untuk memindahkan panas adalah radiasi termal.

Sejarah pembentukan atmosfer

Menurut teori yang paling umum, atmosfer bumi memiliki tiga komposisi berbeda dari waktu ke waktu. Awalnya, itu terdiri dari gas ringan (hidrogen dan helium) yang ditangkap dari ruang antarplanet. Inilah yang disebut suasana primer(sekitar empat miliar tahun yang lalu). Pada tahap selanjutnya, aktivitas vulkanik aktif menyebabkan kejenuhan atmosfer dengan gas selain hidrogen (karbon dioksida, amonia, uap air). Ini adalah bagaimana hal itu terbentuk suasana sekunder(sekitar tiga miliar tahun sebelum hari ini). Suasana ini memulihkan. Selanjutnya proses pembentukan atmosfer ditentukan oleh faktor-faktor berikut:

• kebocoran gas ringan (hidrogen dan helium) ke ruang antarplanet;
• reaksi kimia yang terjadi di atmosfer di bawah pengaruh radiasi ultraviolet, pelepasan petir dan beberapa faktor lainnya.

Lambat laun faktor-faktor ini menyebabkan terbentuknya suasana tersier, ditandai dengan kandungan hidrogen yang jauh lebih rendah dan kandungan nitrogen dan karbon dioksida yang jauh lebih tinggi (terbentuk sebagai hasil reaksi kimia dari amonia dan hidrokarbon).

Nitrogen

Terbentuknya nitrogen N2 dalam jumlah besar disebabkan oleh oksidasi atmosfer amonia-hidrogen oleh molekul oksigen O2, yang mulai berasal dari permukaan planet sebagai hasil fotosintesis, mulai 3 miliar tahun yang lalu. Nitrogen N2 juga dilepaskan ke atmosfer sebagai akibat denitrifikasi nitrat dan senyawa lain yang mengandung nitrogen. Nitrogen dioksidasi oleh ozon menjadi NO di atmosfer bagian atas.

Nitrogen N 2 hanya bereaksi dalam kondisi tertentu (misalnya, saat terjadi pelepasan petir). Oksidasi nitrogen molekuler oleh ozon selama pelepasan listrik digunakan dalam jumlah kecil dalam produksi industri pupuk nitrogen. Cyanobacteria (ganggang biru-hijau) dan bakteri bintil yang bersimbiosis rhizobial dengan tanaman polongan, disebut demikian, dapat mengoksidasinya dengan konsumsi energi yang rendah dan mengubahnya menjadi bentuk yang aktif secara biologis. pupuk hijau.

Oksigen

Komposisi atmosfer mulai berubah secara radikal dengan munculnya organisme hidup di bumi, akibat fotosintesis yang disertai pelepasan oksigen dan penyerapan karbon dioksida. Awalnya, oksigen dihabiskan untuk oksidasi senyawa tereduksi - amonia, hidrokarbon, besi berbentuk besi yang terkandung di lautan, dll. Pada akhir tahap ini, kandungan oksigen di atmosfer mulai meningkat. Secara bertahap, suasana modern dengan sifat pengoksidasi terbentuk. Karena hal ini menyebabkan perubahan yang serius dan tiba-tiba pada banyak proses yang terjadi di atmosfer, litosfer, dan biosfer, peristiwa ini disebut Bencana Oksigen.

gas mulia

Polusi udara

Belakangan ini, manusia mulai mempengaruhi evolusi atmosfer. Hasil dari aktivitasnya adalah peningkatan signifikan secara konstan kandungan karbon dioksida di atmosfer akibat pembakaran bahan bakar hidrokarbon yang terakumulasi pada era geologi sebelumnya. CO 2 dalam jumlah besar dikonsumsi selama fotosintesis dan diserap oleh lautan di dunia. Gas ini masuk ke atmosfer akibat penguraian batuan karbonat dan bahan organik yang berasal dari tumbuhan dan hewan, serta akibat vulkanisme dan aktivitas industri manusia. Selama 100 tahun terakhir, kandungan CO2 di atmosfer telah meningkat sebesar 10%, dengan sebagian besar (360 miliar ton) berasal dari pembakaran bahan bakar. Jika laju pertumbuhan pembakaran bahan bakar terus berlanjut, maka dalam 200-300 tahun mendatang jumlah CO2 di atmosfer akan berlipat ganda dan dapat menyebabkan perubahan iklim global.

Pembakaran bahan bakar merupakan sumber utama pencemar gas (CO, SO2). Sulfur dioksida dioksidasi oleh oksigen atmosfer menjadi SO 3 di lapisan atas atmosfer, yang selanjutnya berinteraksi dengan air dan uap amonia, dan menghasilkan asam sulfat (H 2 SO 4) dan amonium sulfat ((NH 4) 2 SO 4 ) dikembalikan ke permukaan bumi dalam bentuk yang disebut. hujan asam. Penggunaan mesin pembakaran internal menyebabkan polusi atmosfer yang signifikan dengan nitrogen oksida, hidrokarbon dan senyawa timbal (tetraetil timbal Pb(CH 3 CH 2) 4)).

Pencemaran aerosol di atmosfer disebabkan oleh penyebab alami (letusan gunung berapi, badai debu, masuknya tetesan air laut dan serbuk sari tanaman, dll.) dan aktivitas ekonomi manusia (menambang bijih dan bahan bangunan, pembakaran bahan bakar, pembuatan semen, dll. ). Pelepasan materi partikulat dalam skala besar ke atmosfer merupakan salah satu kemungkinan penyebab perubahan iklim di planet ini.

Lihat juga

• Jacchia (model atmosfer)

Catatan

Tautan

literatur

1. V.V. Parin, F.P. Kosmolinsky, B.A. Dushkov“Biologi luar angkasa dan kedokteran” (edisi ke-2, direvisi dan diperluas), M.: “Prosveshcheniye”, 1975, 223 hal.
2. N.V.Gusakova“Kimia Lingkungan”, Rostov-on-Don: Phoenix, 2004, 192 dengan ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V.A. Geokimia gas alam, M., 1971;
4. McEwen M., Phillips L. Kimia Atmosfer, M., 1978;
5. Wark K., Warner S. Polusi udara. Sumber dan kontrol, trans. dari bahasa Inggris, M.. 1980;
6. Pemantauan latar belakang pencemaran lingkungan alam. V. 1, L., 1982.

Atmosfer inilah yang memungkinkan adanya kehidupan di Bumi. Informasi dan fakta pertama tentang suasana di sekolah dasar kita terima. Di sekolah menengah, kita lebih mengenal konsep ini dalam pelajaran geografi.

Konsep atmosfer bumi

Tidak hanya Bumi, benda langit lainnya juga memiliki atmosfer. Ini adalah nama yang diberikan untuk lapisan gas yang mengelilingi planet-planet. Komposisi lapisan gas ini sangat bervariasi antar planet. Mari kita lihat informasi dan fakta dasar tentang udara.

Komponen terpentingnya adalah oksigen. Sebagian orang salah mengira bahwa atmosfer bumi seluruhnya terdiri dari oksigen, padahal udara merupakan campuran gas. Ini mengandung 78% nitrogen dan 21% oksigen. Satu persen sisanya meliputi ozon, argon, karbon dioksida, dan uap air. Meskipun persentase gas-gas ini kecil, mereka menjalankan fungsi penting - mereka menyerap sebagian besar energi radiasi matahari, sehingga mencegah bintang mengubah semua kehidupan di planet kita menjadi abu. Sifat-sifat atmosfer berubah tergantung ketinggian. Misalnya pada ketinggian 65 km, kandungan nitrogennya 86% dan oksigennya 19%.

Komposisi atmosfer bumi

• Karbon dioksida diperlukan untuk nutrisi tanaman. Itu muncul di atmosfer sebagai akibat dari proses respirasi organisme hidup, pembusukan, dan pembakaran. Ketiadaannya di atmosfer akan membuat keberadaan tumbuhan tidak mungkin terjadi.
• Oksigen- komponen penting atmosfer bagi manusia. Kehadirannya merupakan syarat keberadaan semua makhluk hidup. Ini menyumbang sekitar 20% dari total volume gas di atmosfer.
• Ozon merupakan penyerap alami radiasi ultraviolet matahari, yang berdampak buruk pada organisme hidup. Sebagian besar membentuk lapisan atmosfer yang terpisah - lapisan ozon. Baru-baru ini, aktivitas manusia telah menyebabkan fakta bahwa secara bertahap mulai runtuh, namun karena sangat penting, pekerjaan aktif sedang dilakukan untuk melestarikan dan memulihkannya.
• uap air menentukan kelembaban udara. Isinya dapat bervariasi tergantung pada berbagai faktor: suhu udara, lokasi teritorial, musim. Pada suhu rendah uap air di udara sangat sedikit, mungkin kurang dari satu persen, dan pada suhu tinggi jumlahnya mencapai 4%.
• Selain semua hal di atas, komposisi atmosfer bumi selalu mengandung persentase tertentu kotoran padat dan cair. Ini adalah jelaga, abu, garam laut, debu, tetesan air, mikroorganisme. Mereka dapat mengudara baik secara alami maupun antropogenik.

Lapisan atmosfer

Suhu, kepadatan, dan komposisi kualitas udara tidak sama pada ketinggian yang berbeda. Oleh karena itu, merupakan kebiasaan untuk membedakan berbagai lapisan atmosfer. Masing-masing mempunyai ciri khasnya masing-masing. Mari kita cari tahu apa saja lapisan atmosfer yang dibedakan:

• Troposfer - lapisan atmosfer ini paling dekat dengan permukaan bumi. Ketinggiannya 8-10 km di atas kutub dan 16-18 km di daerah tropis. 90% dari seluruh uap air di atmosfer terletak di sini, sehingga terjadi pembentukan awan aktif. Di lapisan ini juga diamati proses seperti pergerakan udara (angin), turbulensi, dan konveksi. Suhu berkisar dari +45 derajat pada tengah hari di musim panas di daerah tropis hingga -65 derajat di kutub.
• Stratosfer adalah lapisan atmosfer terjauh kedua. Terletak di ketinggian 11 hingga 50 km. Di lapisan bawah stratosfer suhunya kira-kira -55; menjauh dari Bumi suhunya naik menjadi +1˚С. Wilayah ini disebut inversi dan merupakan batas antara stratosfer dan mesosfer.
• Mesosfer terletak pada ketinggian 50 hingga 90 km. Suhu di batas bawahnya sekitar 0, di batas atas mencapai -80...-90 ˚С. Meteorit yang memasuki atmosfer bumi terbakar seluruhnya di mesosfer, menyebabkan terjadinya pancaran udara di sini.
• Termosfer tebalnya kira-kira 700 km. Cahaya utara muncul di lapisan atmosfer ini. Mereka muncul karena pengaruh radiasi kosmik dan radiasi yang berasal dari Matahari.
• Eksosfer adalah zona penyebaran udara. Di sini konsentrasi gasnya kecil dan secara bertahap keluar ke ruang antarplanet.

Batas antara atmosfer bumi dan luar angkasa dianggap 100 km. Garis ini disebut garis Karman.

Tekanan atmosfir

Saat mendengarkan ramalan cuaca, kita sering mendengar pembacaan tekanan barometrik. Tapi apa arti tekanan atmosfer, dan apa pengaruhnya terhadap kita?

Kami menemukan bahwa udara terdiri dari gas dan kotoran. Masing-masing komponen tersebut memiliki bobotnya masing-masing, artinya atmosfer tidaklah tanpa bobot, seperti yang diyakini hingga abad ke-17. Tekanan atmosfer adalah gaya yang menekan seluruh lapisan atmosfer pada permukaan bumi dan semua benda.

Para ilmuwan melakukan perhitungan yang rumit dan membuktikan bahwa atmosfer menekan dengan kekuatan 10.333 kg per meter persegi luas. Artinya tubuh manusia terkena tekanan udara yang beratnya 12-15 ton. Mengapa kita tidak merasakan hal ini? Tekanan internal kitalah yang menyelamatkan kita, yang menyeimbangkan tekanan eksternal. Anda dapat merasakan tekanan atmosfer saat berada di pesawat terbang atau di pegunungan, karena tekanan atmosfer di ketinggian jauh lebih kecil. Dalam hal ini, ketidaknyamanan fisik, telinga tersumbat, dan pusing mungkin terjadi.

Banyak yang bisa dikatakan tentang suasana sekitarnya. Kami mengetahui banyak fakta menarik tentangnya, dan beberapa di antaranya mungkin tampak mengejutkan:

• Berat atmosfer bumi adalah 5.300.000.000.000.000 ton.
• Ini mempromosikan transmisi suara. Pada ketinggian lebih dari 100 km, sifat ini menghilang akibat perubahan komposisi atmosfer.
• Pergerakan atmosfer dipicu oleh pemanasan permukaan bumi yang tidak merata.
• Termometer digunakan untuk menentukan suhu udara, dan barometer digunakan untuk menentukan tekanan atmosfer.
• Kehadiran atmosfer menyelamatkan planet kita dari 100 ton meteorit setiap hari.
• Komposisi udara tetap selama beberapa ratus juta tahun, namun mulai berubah seiring dengan dimulainya aktivitas industri yang pesat.
• Atmosfernya diyakini memanjang hingga ketinggian 3000 km.

Pentingnya atmosfer bagi manusia

Zona fisiologis atmosfer adalah 5 km. Pada ketinggian 5000 m dpl, seseorang mulai mengalami kelaparan oksigen, yang tercermin dalam penurunan kinerja dan penurunan kesejahteraan. Hal ini menunjukkan bahwa seseorang tidak dapat bertahan hidup di ruang yang tidak terdapat campuran gas yang menakjubkan ini.

Semua informasi dan fakta tentang atmosfer hanya menegaskan pentingnya atmosfer bagi manusia. Berkat kehadirannya, kehidupan di Bumi menjadi mungkin berkembang. Saat ini, setelah menilai skala kerugian yang dapat ditimbulkan oleh umat manusia melalui tindakannya terhadap udara pemberi kehidupan, kita harus memikirkan langkah-langkah lebih lanjut untuk melestarikan dan memulihkan atmosfer.

Selubung gas yang mengelilingi planet Bumi kita, yang dikenal sebagai atmosfer, terdiri dari lima lapisan utama. Lapisan-lapisan ini berasal dari permukaan planet, dari permukaan laut (kadang di bawah) dan naik ke luar angkasa dengan urutan sebagai berikut:

• Troposfer;
• Stratosfir;
• Mesosfer;
• Termosfer;
• Eksosfer.

Diagram lapisan utama atmosfer bumi

Di antara masing-masing lima lapisan utama ini terdapat zona transisi yang disebut "jeda" di mana terjadi perubahan suhu, komposisi, dan kepadatan udara. Bersamaan dengan jeda, atmosfer bumi mencakup total 9 lapisan.

Troposfer: tempat terjadinya cuaca

Dari semua lapisan atmosfer, troposfer adalah lapisan yang paling kita kenal (disadari atau tidak), karena kita hidup di dasarnya - permukaan planet. Itu menyelimuti permukaan bumi dan meluas ke atas selama beberapa kilometer. Kata troposfer berarti "perubahan dunia". Nama yang sangat tepat, karena lapisan ini merupakan tempat terjadinya cuaca kita sehari-hari.

Mulai dari permukaan planet, troposfer naik hingga ketinggian 6 hingga 20 km. Sepertiga bagian bawah lapisan, yang paling dekat dengan kita, mengandung 50% dari seluruh gas atmosfer. Ini adalah satu-satunya bagian dari seluruh atmosfer yang bernafas. Karena udara dipanaskan dari bawah oleh permukaan bumi, yang menyerap energi panas Matahari, suhu dan tekanan troposfer menurun seiring dengan bertambahnya ketinggian.

Di bagian atas terdapat lapisan tipis yang disebut tropopause, yang hanya menjadi penyangga antara troposfer dan stratosfer.

Stratosfer: rumah bagi ozon

Stratosfer adalah lapisan atmosfer selanjutnya. Membentang dari 6-20 km hingga 50 km di atas permukaan bumi. Ini adalah lapisan tempat sebagian besar pesawat komersial terbang dan balon udara melakukan perjalanan.

Di sini udara tidak mengalir naik turun, melainkan bergerak sejajar permukaan dalam arus udara yang sangat cepat. Saat Anda naik, suhu meningkat, berkat banyaknya ozon (O3) yang terbentuk secara alami, produk sampingan dari radiasi matahari dan oksigen, yang memiliki kemampuan untuk menyerap sinar ultraviolet matahari yang berbahaya (setiap peningkatan suhu seiring ketinggian dalam meteorologi dikenal). sebagai "inversi").

Karena stratosfer memiliki suhu yang lebih hangat di bagian bawah dan suhu yang lebih dingin di bagian atas, konveksi (pergerakan massa udara secara vertikal) jarang terjadi di bagian atmosfer ini. Faktanya, Anda dapat melihat badai yang mengamuk di troposfer dari stratosfer karena lapisan tersebut bertindak sebagai penutup konveksi yang mencegah penetrasi awan badai.

Setelah stratosfer terdapat lagi lapisan penyangga yang kali ini disebut stratopause.

Mesosfer: atmosfer tengah

Mesosfer terletak kurang lebih 50-80 km dari permukaan bumi. Mesosfer bagian atas adalah tempat alami terdingin di Bumi, dengan suhu bisa turun hingga di bawah -143°C.

Termosfer: atmosfer bagian atas

Setelah mesosfer dan mesopause, muncullah termosfer, yang terletak antara 80 dan 700 km di atas permukaan planet, dan mengandung kurang dari 0,01% total udara di selubung atmosfer. Suhu di sini mencapai +2000° C, namun karena sangat tipisnya udara dan kurangnya molekul gas untuk mentransfer panas, suhu tinggi ini dianggap sangat dingin.

Eksosfer: batas antara atmosfer dan ruang angkasa

Pada ketinggian sekitar 700-10.000 km di atas permukaan bumi terdapat eksosfer – tepi luar atmosfer yang berbatasan dengan ruang angkasa. Di sini satelit cuaca mengorbit Bumi.

Bagaimana dengan ionosfer?

Ionosfer bukanlah lapisan yang terpisah, namun sebenarnya istilah ini digunakan untuk menyebut atmosfer dengan ketinggian antara 60 dan 1000 km. Ini mencakup bagian paling atas dari mesosfer, seluruh termosfer dan sebagian eksosfer. Ionosfer mendapatkan namanya karena di bagian atmosfer ini radiasi Matahari terionisasi ketika melewati medan magnet bumi di dan. Fenomena ini diamati dari bumi sebagai cahaya utara.

Dan pengotor (aerosol). Secara komposisi, udara di permukaan bumi mengandung 78% nitrogen (N 2) dan sekitar 21% oksigen (O 2), yaitu. Kedua elemen ini menyumbang sekitar 99% volume udara. Bagian yang signifikan adalah milik argon (Ar) - 0,9%. Komponen penting atmosfer adalah ozon (O 3), karbon dioksida (CO 2), dan uap air. Pentingnya gas-gas ini terutama ditentukan oleh fakta bahwa gas-gas tersebut menyerap energi radiasi dengan sangat kuat sehingga mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap suhu permukaan bumi dan atmosfer.

Karbon dioksida adalah salah satu komponen terpenting nutrisi tanaman. Ia memasuki atmosfer sebagai hasil dari proses pembakaran, respirasi organisme hidup dan pembusukan, dan dikonsumsi dalam proses asimilasi oleh tumbuhan.

Ozon, yang sebagian besar terkonsentrasi di lapisan ozon (), berfungsi sebagai penyerap alami radiasi ultraviolet, yang berbahaya bagi organisme hidup.

Komposisinya juga mencakup banyak pengotor padat dan cair tersuspensi - yang disebut aerosol. Mereka berasal dari alam dan buatan (antropogenik) (debu, jelaga, abu, kristal es dan garam laut, tetesan air, mikroorganisme, dll.).

Sifat khas atmosfer adalah kandungan setidaknya gas utama (N 2, O 2, Ar) sedikit berubah seiring ketinggian. Jadi, pada ketinggian 65 km di atmosfer, kandungan nitrogen masing-masing adalah 86%, oksigen - 19, argon - 0,91, dan pada ketinggian 95 km - 77, 21,3 dan 0,82%. Keteguhan komposisi udara atmosfer baik secara vertikal maupun horizontal dipertahankan melalui pencampurannya.

Komposisi udara bumi saat ini terbentuk setidaknya beberapa ratus juta tahun yang lalu dan tetap tidak berubah hingga aktivitas produksi manusia meningkat tajam. Pada abad ini, telah terjadi peningkatan kandungan CO2 di seluruh dunia sekitar 10 - 12%.

Atmosfer memiliki struktur yang kompleks. Sesuai dengan perubahan suhu terhadap ketinggian, empat lapisan dibedakan: troposfer (hingga 12 km), stratosfer (hingga 50 km), lapisan atas, yang meliputi mesosfer (hingga 80 km) dan termosfer. , yang secara bertahap berubah menjadi ruang antarplanet. Di troposfer dan mesosfer, jumlahnya berkurang seiring dengan ketinggian, sedangkan di stratosfer dan termosfer, sebaliknya, meningkat.

Troposfer merupakan lapisan bawah atmosfer yang tingginya bervariasi dari 8 km di atas kutub hingga 17 km (rata-rata 12 km). Ini berisi hingga 4/5 dari seluruh massa atmosfer dan hampir seluruh uap air. Komposisi udara didominasi oleh nitrogen, oksigen, argon dan karbon dioksida. Udara di troposfer dipanaskan oleh permukaan bumi – permukaan air dan daratan. Di troposfer, udara terus tercampur. Uap air mengembun dan terbentuk, hujan turun, dan badai terjadi. Suhu menurun seiring ketinggian rata-rata 0,6°C per 100 m, dan pada batas atasnya adalah — 70°C di dekat khatulistiwa dan -65°C di atas Kutub Utara.

Stratosfer adalah lapisan atmosfer kedua yang terletak di atas troposfer. Membentang hingga ketinggian 50 km. Gas-gas di stratosfer terus-menerus bercampur; di bagian bawahnya, arus udara jet yang stabil diamati dengan kecepatan hingga 300 km/jam. Warna langit di stratosfer tidak tampak biru seperti di troposfer, melainkan ungu. Hal ini dijelaskan oleh penghalusan udara, akibatnya sinar matahari hampir tidak tersebar. Uap air di stratosfer sangat sedikit, dan tidak ada proses aktif pembentukan awan dan presipitasi. Kadang-kadang, awan tipis terang yang disebut awan nacreous muncul di stratosfer pada ketinggian » 30 km di lintang tinggi. Di stratosfer, pada ketinggian sekitar 20-30 km, lapisan dengan konsentrasi ozon maksimum dilepaskan - lapisan ozon (layar ozon, ozonosfer). Berkat ozon, suhu di stratosfer dan batas atas berada dalam kisaran +50 +55°C.

Di atas stratosfer terdapat lapisan atmosfer tertinggi - mesosfer dan termosfer.

Mesosfer - bola tengah memanjang dari 40-45 hingga 80-85 km. Warna langit di mesosfer tampak hitam; bintang-bintang yang terang dan tidak berkelap-kelip terlihat siang dan malam. Suhu turun hingga 75-90°C di bawah nol.

Termosfer memanjang dari mesosfer ke atas. Batas atasnya diasumsikan berada pada ketinggian 800 km. Ini terutama terdiri dari ion-ion yang terbentuk di bawah pengaruh sinar kosmik, yang aksinya terhadap molekul gas menyebabkan disintegrasi mereka menjadi partikel atom bermuatan. Lapisan ion di termosfer disebut ionosfer, yang dicirikan oleh elektrifikasi yang tinggi dan dari sana, seperti cermin, gelombang radio panjang dan menengah dipantulkan. Di ionosfer, pancaran gas yang dijernihkan terjadi di bawah pengaruh partikel bermuatan listrik yang terbang dari Matahari.

Termosfer dicirikan oleh peningkatan suhu yang semakin meningkat: pada ketinggian 150 km mencapai 220-240°C; pada ketinggian 500-600 km melebihi 1500°C.

Di atas termosfer (yaitu di atas 800 km) terdapat bola luar, bola dispersi - eksosfer, memanjang hingga beberapa ribu kilometer.

Secara konvensional diyakini bahwa atmosfer berada pada ketinggian 3000 km.

Di permukaan laut 1013,25 hPa (sekitar 760 mmHg). Suhu udara rata-rata global di permukaan bumi adalah 15°C, dengan suhu bervariasi dari sekitar 57°C di gurun subtropis hingga -89°C di Antartika. Kepadatan dan tekanan udara berkurang seiring dengan ketinggian menurut hukum yang mendekati eksponensial.

Struktur atmosfer. Secara vertikal, atmosfer mempunyai struktur berlapis, terutama ditentukan oleh ciri-ciri distribusi suhu vertikal (gambar), yang bergantung pada letak geografis, musim, waktu, dan sebagainya. Lapisan bawah atmosfer - troposfer - dicirikan oleh penurunan suhu seiring dengan ketinggian (sekitar 6°C per 1 km), ketinggiannya dari 8-10 km di garis lintang kutub menjadi 16-18 km di daerah tropis. Karena penurunan kepadatan udara yang cepat seiring dengan ketinggian, sekitar 80% dari total massa atmosfer terletak di troposfer. Di atas troposfer terdapat stratosfer, suatu lapisan yang umumnya ditandai dengan peningkatan suhu seiring dengan ketinggian. Lapisan peralihan antara troposfer dan stratosfer disebut tropopause. Di stratosfer bagian bawah, hingga ketinggian sekitar 20 km, suhu sedikit berubah seiring ketinggian (yang disebut wilayah isotermal) dan bahkan seringkali sedikit menurun. Di atas itu, suhu meningkat akibat penyerapan radiasi UV Matahari oleh ozon, awalnya lambat, dan lebih cepat dari ketinggian 34-36 km. Batas atas stratosfer - stratopause - terletak pada ketinggian 50-55 km, sesuai dengan suhu maksimum (260-270 K). Lapisan atmosfer yang terletak pada ketinggian 55-85 km, yang suhunya kembali turun seiring dengan ketinggian, disebut mesosfer; pada batas atasnya - mesopause - suhu mencapai 150-160 K di musim panas, dan 200-230 K. K di musim dingin.Di atas mesopause, termosfer dimulai - lapisan yang ditandai dengan peningkatan suhu yang cepat, mencapai 800-1200 K pada ketinggian 250 km.Di termosfer, radiasi sel dan sinar-X dari Matahari diserap, meteor diperlambat dan terbakar, sehingga bertindak sebagai lapisan pelindung bumi. Yang lebih tinggi lagi adalah eksosfer, tempat gas-gas atmosfer tersebar ke luar angkasa karena disipasi dan tempat terjadinya transisi bertahap dari atmosfer ke ruang antarplanet.

Komposisi atmosfer. Hingga ketinggian sekitar 100 km, komposisi kimia atmosfer hampir homogen dan berat molekul rata-rata udara (sekitar 29) konstan. Di dekat permukaan bumi, atmosfer terdiri dari nitrogen (sekitar 78,1% volume) dan oksigen (sekitar 20,9%), dan juga mengandung sejumlah kecil argon, karbon dioksida (karbon dioksida), neon, dan komponen permanen dan variabel lainnya (lihat Udara ).

Selain itu, atmosfer mengandung sejumlah kecil ozon, nitrogen oksida, amonia, radon, dll. Kandungan relatif komponen utama udara adalah konstan dari waktu ke waktu dan seragam di berbagai wilayah geografis. Kandungan uap air dan ozon bervariasi dalam ruang dan waktu; Meskipun kandungannya rendah, perannya dalam proses atmosfer sangat signifikan.

Di atas 100-110 km terjadi disosiasi molekul oksigen, karbon dioksida, dan uap air, sehingga massa molekul udara berkurang. Pada ketinggian sekitar 1000 km, gas ringan - helium dan hidrogen - mulai mendominasi, dan bahkan lebih tinggi lagi, atmosfer bumi secara bertahap berubah menjadi gas antarplanet.

Komponen variabel terpenting atmosfer adalah uap air, yang masuk ke atmosfer melalui penguapan dari permukaan air dan tanah lembab, serta melalui transpirasi oleh tumbuhan. Kandungan relatif uap air di permukaan bumi bervariasi dari 2,6% di daerah tropis hingga 0,2% di garis lintang kutub. Jatuh dengan cepat seiring ketinggian, berkurang setengahnya pada ketinggian 1,5-2 km. Kolom vertikal atmosfer di garis lintang sedang mengandung sekitar 1,7 cm “lapisan air yang diendapkan”. Ketika uap air mengembun, awan terbentuk, yang menghasilkan presipitasi atmosfer dalam bentuk hujan, hujan es, dan salju.

Komponen penting dari udara atmosfer adalah ozon, terkonsentrasi 90% di stratosfer (antara 10 dan 50 km), sekitar 10% di antaranya berada di troposfer. Ozon memberikan penyerapan radiasi UV keras (dengan panjang gelombang kurang dari 290 nm), dan inilah peran pelindungnya bagi biosfer. Nilai kandungan ozon total bervariasi tergantung garis lintang dan musim berkisar antara 0,22 hingga 0,45 cm (ketebalan lapisan ozon pada tekanan p = 1 atm dan suhu T = 0°C). Pada lubang ozon yang diamati pada musim semi di Antartika sejak awal tahun 1980-an, kandungan ozon dapat turun hingga 0,07 cm, meningkat dari ekuator hingga kutub dan memiliki siklus tahunan dengan maksimum pada musim semi dan minimum pada musim gugur, serta amplitudo sebesar siklus tahunannya kecil di daerah tropis dan tumbuh ke arah lintang tinggi. Komponen variabel atmosfer yang signifikan adalah karbon dioksida, yang kandungannya di atmosfer telah meningkat sebesar 35% selama 200 tahun terakhir, yang terutama disebabkan oleh faktor antropogenik. Variabilitas garis lintang dan musiman diamati, terkait dengan fotosintesis tanaman dan kelarutan dalam air laut (menurut hukum Henry, kelarutan gas dalam air menurun seiring dengan meningkatnya suhu).

Peran penting dalam membentuk iklim planet ini dimainkan oleh aerosol atmosfer - partikel padat dan cair yang tersuspensi di udara dengan ukuran mulai dari beberapa nm hingga puluhan mikron. Ada aerosol yang berasal dari alam dan antropogenik. Aerosol terbentuk dalam proses reaksi fasa gas dari produk kehidupan tumbuhan dan aktivitas ekonomi manusia, letusan gunung berapi, akibat debu yang terbawa angin dari permukaan planet, terutama dari daerah gurunnya, dan juga terbentuk dari debu kosmik yang jatuh ke lapisan atas atmosfer. Sebagian besar aerosol terkonsentrasi di troposfer, aerosol dari letusan gunung berapi membentuk lapisan Junge pada ketinggian sekitar 20 km. Jumlah terbesar aerosol antropogenik memasuki atmosfer sebagai akibat dari pengoperasian kendaraan dan pembangkit listrik tenaga panas, produksi bahan kimia, pembakaran bahan bakar, dll. Oleh karena itu, di beberapa daerah komposisi atmosfer sangat berbeda dari udara biasa, sehingga memerlukan udara. penciptaan layanan khusus untuk mengamati dan memantau tingkat pencemaran udara atmosfer.

Evolusi atmosfer. Atmosfer modern tampaknya berasal dari sekunder: atmosfer terbentuk dari gas yang dilepaskan oleh cangkang padat bumi setelah selesainya pembentukan planet sekitar 4,5 miliar tahun yang lalu. Selama sejarah geologi Bumi, atmosfer telah mengalami perubahan komposisi yang signifikan di bawah pengaruh sejumlah faktor: disipasi (penguapan) gas, terutama gas yang lebih ringan, ke luar angkasa; pelepasan gas dari litosfer akibat aktivitas gunung berapi; reaksi kimia antara komponen atmosfer dan batuan penyusun kerak bumi; reaksi fotokimia di atmosfer itu sendiri di bawah pengaruh radiasi UV matahari; pertambahan (penangkapan) materi dari media antarplanet (misalnya materi meteorik). Perkembangan atmosfer berkaitan erat dengan proses geologi dan geokimia, dan selama 3-4 miliar tahun terakhir juga dengan aktivitas biosfer. Sebagian besar gas yang membentuk atmosfer modern (nitrogen, karbon dioksida, uap air) muncul selama aktivitas gunung berapi dan intrusi yang membawanya dari kedalaman bumi. Oksigen muncul dalam jumlah yang cukup besar sekitar 2 miliar tahun yang lalu sebagai hasil dari organisme fotosintetik yang awalnya muncul di permukaan air laut.

Berdasarkan data komposisi kimia endapan karbonat, diperoleh perkiraan jumlah karbon dioksida dan oksigen di atmosfer geologi masa lalu. Sepanjang Fanerozoikum (570 juta tahun terakhir sejarah bumi), jumlah karbon dioksida di atmosfer sangat bervariasi tergantung pada tingkat aktivitas gunung berapi, suhu laut, dan laju fotosintesis. Selama ini, konsentrasi karbon dioksida di atmosfer jauh lebih tinggi dibandingkan saat ini (hingga 10 kali lipat). Jumlah oksigen di atmosfer Fanerozoikum berubah secara signifikan, dengan kecenderungan yang cenderung meningkat. Di atmosfer Prakambrium, massa karbon dioksida biasanya lebih besar, dan massa oksigen lebih kecil dibandingkan dengan atmosfer Fanerozoikum. Fluktuasi jumlah karbon dioksida mempunyai dampak yang signifikan terhadap iklim di masa lalu, meningkatkan efek rumah kaca dengan meningkatnya konsentrasi karbon dioksida, membuat iklim jauh lebih hangat di seluruh bagian utama Fanerozoikum dibandingkan dengan era modern.

Suasana dan kehidupan. Tanpa atmosfer, bumi akan menjadi planet mati. Kehidupan organik terjadi dalam interaksi yang erat dengan atmosfer serta iklim dan cuaca yang terkait. Massanya yang tidak signifikan dibandingkan dengan planet secara keseluruhan (sekitar satu bagian dalam sejuta), atmosfer merupakan kondisi yang sangat diperlukan bagi semua bentuk kehidupan. Gas atmosfer yang paling penting bagi kehidupan organisme adalah oksigen, nitrogen, uap air, karbon dioksida, dan ozon. Ketika karbon dioksida diserap oleh tanaman fotosintesis, bahan organik tercipta, yang digunakan sebagai sumber energi oleh sebagian besar makhluk hidup, termasuk manusia. Oksigen diperlukan untuk keberadaan organisme aerobik, yang aliran energinya disediakan oleh reaksi oksidasi bahan organik. Nitrogen, yang diasimilasi oleh beberapa mikroorganisme (pengikat nitrogen), diperlukan untuk nutrisi mineral tanaman. Ozon, yang menyerap radiasi UV keras dari Matahari, secara signifikan melemahkan bagian radiasi matahari yang berbahaya bagi kehidupan. Kondensasi uap air di atmosfer, pembentukan awan, dan curah hujan selanjutnya memasok air ke daratan, yang tanpanya tidak ada bentuk kehidupan yang mungkin terjadi. Aktivitas vital organisme di hidrosfer sangat ditentukan oleh jumlah dan komposisi kimia gas atmosfer yang terlarut dalam air. Karena komposisi kimiawi atmosfer sangat bergantung pada aktivitas organisme, biosfer dan atmosfer dapat dianggap sebagai bagian dari satu sistem, yang pemeliharaan dan evolusinya (lihat Siklus biogeokimia) sangat penting untuk mengubah komposisi atmosfer. atmosfer sepanjang sejarah bumi sebagai sebuah planet.

Keseimbangan radiasi, panas dan air di atmosfer. Radiasi matahari praktis merupakan satu-satunya sumber energi untuk semua proses fisik di atmosfer. Ciri utama rezim radiasi atmosfer adalah apa yang disebut efek rumah kaca: atmosfer mentransmisikan radiasi matahari ke permukaan bumi dengan cukup baik, tetapi secara aktif menyerap radiasi termal gelombang panjang dari permukaan bumi, sebagian kembali ke permukaan. dalam bentuk radiasi balasan, yang mengkompensasi hilangnya panas radiasi dari permukaan bumi (lihat Radiasi atmosfer ). Jika tidak ada atmosfer, suhu rata-rata permukaan bumi adalah -18°C, namun kenyataannya 15°C. Radiasi matahari yang masuk sebagian (sekitar 20%) diserap ke atmosfer (terutama oleh uap air, tetesan air, karbon dioksida, ozon dan aerosol), dan juga dihamburkan (sekitar 7%) oleh partikel aerosol dan fluktuasi kepadatan (hamburan Rayleigh) . Total radiasi yang mencapai permukaan bumi sebagian (sekitar 23%) dipantulkan darinya. Koefisien reflektansi ditentukan oleh reflektifitas permukaan di bawahnya, yang disebut albedo. Rata-rata, albedo bumi terhadap fluks integral radiasi matahari mendekati 30%. Nilainya bervariasi dari beberapa persen (tanah kering dan tanah hitam) hingga 70-90% untuk salju yang baru turun. Pertukaran panas radiasi antara permukaan bumi dan atmosfer sangat bergantung pada albedo dan ditentukan oleh radiasi efektif permukaan bumi dan radiasi balik atmosfer yang diserapnya. Jumlah aljabar fluks radiasi yang masuk ke atmosfer bumi dari luar angkasa dan keluar kembali disebut keseimbangan radiasi.

Transformasi radiasi matahari setelah diserap oleh atmosfer dan permukaan bumi menentukan keseimbangan panas bumi sebagai sebuah planet. Sumber utama panas atmosfer adalah permukaan bumi; panas darinya dipindahkan tidak hanya dalam bentuk radiasi gelombang panjang, tetapi juga secara konveksi, dan juga dilepaskan selama kondensasi uap air. Porsi aliran panas ini rata-rata masing-masing sebesar 20%, 7% dan 23%. Sekitar 20% panas juga ditambahkan di sini karena penyerapan radiasi matahari langsung. Fluks radiasi matahari per satuan waktu melalui suatu area yang tegak lurus sinar matahari dan terletak di luar atmosfer pada jarak rata-rata bumi ke matahari (yang disebut konstanta matahari) adalah sebesar 1367 W/m2, perubahannya adalah 1-2 W/m2 tergantung siklus aktivitas matahari. Dengan albedo planet sekitar 30%, rata-rata aliran energi matahari global ke planet ini adalah 239 W/m2. Karena Bumi sebagai planet rata-rata mengeluarkan energi dalam jumlah yang sama ke luar angkasa, maka menurut hukum Stefan-Boltzmann, suhu efektif radiasi gelombang panjang termal yang keluar adalah 255 K (-18°C). Pada saat yang sama, suhu rata-rata permukaan bumi adalah 15°C. Perbedaan suhu sebesar 33°C disebabkan oleh efek rumah kaca.

Keseimbangan air di atmosfer secara umum berhubungan dengan kesetaraan jumlah uap air yang diuapkan dari permukaan bumi dan jumlah curah hujan yang jatuh di permukaan bumi. Atmosfer di atas lautan menerima lebih banyak uap air dari proses penguapan dibandingkan di daratan, dan kehilangan 90% dalam bentuk presipitasi. Uap air berlebih di lautan diangkut ke benua melalui arus udara. Jumlah uap air yang dipindahkan ke atmosfer dari lautan ke benua sama dengan volume sungai yang mengalir ke lautan.

Pergerakan udara. Bumi berbentuk bulat, sehingga radiasi matahari yang mencapai garis lintang tinggi jauh lebih sedikit dibandingkan daerah tropis. Akibatnya, terjadi perbedaan suhu yang besar antar garis lintang. Distribusi suhu juga sangat dipengaruhi oleh posisi relatif lautan dan benua. Karena banyaknya massa air laut dan kapasitas panas air yang tinggi, fluktuasi musiman suhu permukaan laut jauh lebih kecil dibandingkan di darat. Dalam hal ini, di garis lintang menengah dan tinggi, suhu udara di atas lautan pada musim panas terasa lebih rendah daripada di benua, dan lebih tinggi di musim dingin.

Pemanasan atmosfer yang tidak merata di berbagai wilayah di dunia menyebabkan distribusi tekanan atmosfer yang tidak homogen secara spasial. Di permukaan laut, distribusi tekanan ditandai dengan nilai yang relatif rendah di dekat ekuator, meningkat di daerah subtropis (sabuk tekanan tinggi) dan menurun di garis lintang tengah dan tinggi. Pada saat yang sama, di benua dengan garis lintang ekstratropis, tekanan biasanya meningkat di musim dingin dan menurun di musim panas, yang berhubungan dengan distribusi suhu. Di bawah pengaruh gradien tekanan, udara mengalami percepatan yang diarahkan dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah, yang menyebabkan pergerakan massa udara. Pergerakan massa udara juga dipengaruhi oleh gaya pembelokan rotasi bumi (gaya Coriolis), gaya gesekan yang berkurang seiring ketinggian, dan, untuk lintasan melengkung, gaya sentrifugal. Pencampuran turbulen udara sangatlah penting (lihat Turbulensi di atmosfer).

Sistem arus udara yang kompleks (sirkulasi atmosfer umum) dikaitkan dengan distribusi tekanan planet. Pada bidang meridional, rata-rata dua atau tiga sel sirkulasi meridional dapat dilacak. Di dekat khatulistiwa, udara panas naik dan turun di daerah subtropis, membentuk sel Hadley. Udara dari sel Ferrell terbalik juga turun ke sana. Di lintang tinggi, sel kutub lurus sering terlihat. Kecepatan sirkulasi meridian berada pada urutan 1 m/s atau kurang. Karena gaya Coriolis, angin barat diamati di sebagian besar atmosfer dengan kecepatan di troposfer tengah sekitar 15 m/s. Ada sistem angin yang relatif stabil. Ini termasuk angin pasat - angin yang bertiup dari zona bertekanan tinggi di subtropis ke khatulistiwa dengan komponen timur yang nyata (dari timur ke barat). Musim hujan cukup stabil - arus udara yang memiliki karakter musiman yang jelas: bertiup dari laut ke daratan di musim panas dan berlawanan arah di musim dingin. Musim hujan di Samudera Hindia sangat sering terjadi. Di garis lintang tengah, pergerakan massa udara sebagian besar terjadi ke arah barat (dari barat ke timur). Ini adalah zona front atmosfer tempat munculnya pusaran besar - siklon dan antisiklon, yang mencakup ratusan bahkan ribuan kilometer. Siklon juga terjadi di daerah tropis; di sini mereka dibedakan berdasarkan ukurannya yang lebih kecil, tetapi kecepatan angin yang sangat tinggi, mencapai kekuatan badai (33 m/s atau lebih), yang disebut siklon tropis. Di Samudra Atlantik dan Pasifik bagian timur disebut angin topan, dan di Samudra Pasifik bagian barat disebut topan. Di troposfer atas dan stratosfer bawah, di area yang memisahkan sel sirkulasi meridional Hadley langsung dan sel Ferrell terbalik, aliran jet dengan batas yang jelas sering diamati, relatif sempit, lebarnya ratusan kilometer, di mana kecepatan angin mencapai 100-150. dan bahkan 200 m/ Dengan.

Iklim dan cuaca. Perbedaan jumlah radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi pada garis lintang yang berbeda, yang sifat fisiknya bervariasi, menentukan keanekaragaman iklim bumi. Dari garis khatulistiwa hingga garis lintang tropis, suhu udara di permukaan bumi rata-rata 25-30°C dan sedikit bervariasi sepanjang tahun. Di zona khatulistiwa, biasanya terdapat banyak curah hujan, sehingga menciptakan kondisi kelembaban berlebih di sana. Di zona tropis, curah hujan berkurang dan di beberapa daerah menjadi sangat rendah. Inilah gurun luas di Bumi.

Di garis lintang subtropis dan tengah, suhu udara sangat bervariasi sepanjang tahun, dan perbedaan suhu antara musim panas dan musim dingin sangat besar di wilayah benua yang jauh dari lautan. Jadi, di beberapa wilayah Siberia Timur, kisaran suhu udara tahunan mencapai 65°C. Kondisi pelembapan di garis lintang ini sangat beragam, terutama bergantung pada sirkulasi atmosfer secara umum dan bervariasi secara signifikan dari tahun ke tahun.

Di garis lintang kutub, suhu tetap rendah sepanjang tahun, meskipun terdapat variasi musim yang nyata. Hal ini berkontribusi pada meluasnya penyebaran lapisan es di lautan dan daratan serta lapisan es, yang menempati lebih dari 65% wilayahnya di Rusia, terutama di Siberia.

Selama beberapa dekade terakhir, perubahan iklim global semakin nyata. Suhu meningkat lebih banyak di wilayah lintang tinggi dibandingkan di wilayah lintang rendah; lebih banyak di musim dingin daripada di musim panas; lebih banyak pada malam hari dibandingkan pada siang hari. Selama abad ke-20, suhu udara tahunan rata-rata di permukaan bumi di Rusia meningkat 1,5-2°C, dan di beberapa wilayah Siberia terjadi peningkatan beberapa derajat. Hal ini terkait dengan peningkatan efek rumah kaca akibat peningkatan konsentrasi gas sisa.

Cuaca ditentukan oleh kondisi sirkulasi atmosfer dan lokasi geografis wilayah tersebut; cuaca paling stabil di daerah tropis dan paling bervariasi di garis lintang menengah dan tinggi. Perubahan cuaca terutama terjadi di zona perubahan massa udara yang disebabkan oleh lewatnya front atmosfer, siklon dan antisiklon yang membawa curah hujan dan peningkatan angin. Data untuk prakiraan cuaca dikumpulkan di stasiun cuaca berbasis darat, kapal dan pesawat terbang, dan dari satelit meteorologi. Lihat juga Meteorologi.

Fenomena optik, akustik dan listrik di atmosfer. Ketika radiasi elektromagnetik merambat di atmosfer, sebagai akibat dari pembiasan, penyerapan dan hamburan cahaya oleh udara dan berbagai partikel (aerosol, kristal es, tetesan air), berbagai fenomena optik muncul: pelangi, mahkota, lingkaran cahaya, fatamorgana, dll. hamburan cahaya menentukan ketinggian kubah langit dan warna biru langit. Jangkauan jarak pandang suatu benda ditentukan oleh kondisi perambatan cahaya di atmosfer (lihat Jarak pandang atmosfer). Transparansi atmosfer pada panjang gelombang yang berbeda menentukan jangkauan komunikasi dan kemampuan mendeteksi objek dengan instrumen, termasuk kemungkinan pengamatan astronomi dari permukaan bumi. Untuk studi ketidakhomogenan optik stratosfer dan mesosfer, fenomena senja memainkan peran penting. Misalnya, memotret senja dari pesawat ruang angkasa memungkinkan pendeteksian lapisan aerosol. Fitur perambatan radiasi elektromagnetik di atmosfer menentukan keakuratan metode penginderaan jauh dari parameternya. Semua pertanyaan ini, serta banyak pertanyaan lainnya, dipelajari oleh optik atmosfer. Pembiasan dan hamburan gelombang radio menentukan kemungkinan penerimaan radio (lihat Perambatan gelombang radio).

Perambatan suara di atmosfer bergantung pada distribusi spasial suhu dan kecepatan angin (lihat Akustik atmosfer). Hal ini menarik untuk penginderaan atmosfer dengan metode jarak jauh. Ledakan muatan yang diluncurkan oleh roket ke atmosfer bagian atas memberikan banyak informasi tentang sistem angin dan variasi suhu di stratosfer dan mesosfer. Dalam atmosfer dengan stratifikasi stabil, ketika suhu turun dengan ketinggian lebih lambat dari gradien adiabatik (9,8 K/km), maka timbullah apa yang disebut gelombang internal. Gelombang ini dapat merambat ke atas hingga ke stratosfer dan bahkan ke mesosfer, di mana gelombang tersebut melemah, sehingga berkontribusi terhadap peningkatan angin dan turbulensi.

Muatan negatif bumi dan medan listrik yang dihasilkan, atmosfer, bersama dengan ionosfer dan magnetosfer yang bermuatan listrik, menciptakan sirkuit listrik global. Pembentukan awan dan listrik badai memainkan peran penting dalam hal ini. Bahaya pelepasan petir mengharuskan pengembangan metode proteksi petir untuk bangunan, struktur, saluran listrik dan komunikasi. Fenomena ini menimbulkan bahaya khusus bagi penerbangan. Pelepasan petir menyebabkan gangguan radio atmosfer, yang disebut atmosfer (lihat Atmosfer bersiul). Selama peningkatan tajam dalam kekuatan medan listrik, pelepasan cahaya diamati yang muncul di ujung dan sudut tajam benda yang menonjol di atas permukaan bumi, di puncak individu di pegunungan, dll. (Lampu Elma). Atmosfer selalu mengandung ion ringan dan berat dalam jumlah yang sangat bervariasi, bergantung pada kondisi tertentu, yang menentukan konduktivitas listrik atmosfer. Pengionisasi utama udara di dekat permukaan bumi adalah radiasi zat radioaktif yang terkandung di kerak bumi dan atmosfer, serta sinar kosmik. Lihat juga Listrik atmosfer.

Pengaruh manusia terhadap atmosfer. Selama berabad-abad yang lalu, telah terjadi peningkatan konsentrasi gas rumah kaca di atmosfer akibat aktivitas ekonomi manusia. Persentase karbon dioksida meningkat dari 2,8-10 2 dua ratus tahun yang lalu menjadi 3,8-10 2 pada tahun 2005, kandungan metana - dari 0,7-10 1 sekitar 300-400 tahun yang lalu menjadi 1,8-10 -4 pada awal tanggal 21 abad; sekitar 20% peningkatan efek rumah kaca selama satu abad terakhir berasal dari freon, yang praktis tidak ada di atmosfer hingga pertengahan abad ke-20. Zat-zat ini diakui sebagai perusak ozon stratosfer, dan produksinya dilarang berdasarkan Protokol Montreal 1987. Peningkatan konsentrasi karbon dioksida di atmosfer disebabkan oleh pembakaran batu bara, minyak, gas dan jenis bahan bakar karbon lainnya dalam jumlah yang semakin meningkat, serta pembukaan hutan, yang mengakibatkan penyerapan karbon dioksida. karbon dioksida melalui fotosintesis berkurang. Konsentrasi metana meningkat seiring dengan peningkatan produksi minyak dan gas (karena kerugiannya), serta perluasan tanaman padi dan peningkatan jumlah ternak. Semua ini berkontribusi terhadap pemanasan iklim.

Untuk mengubah cuaca, metode telah dikembangkan yang secara aktif mempengaruhi proses atmosfer. Mereka digunakan untuk melindungi tanaman pertanian dari hujan es dengan menyebarkan reagen khusus di awan petir. Ada juga metode untuk menyebarkan kabut di bandara, melindungi tanaman dari embun beku, mempengaruhi awan untuk meningkatkan curah hujan di area yang diinginkan, atau untuk menyebarkan awan selama acara publik.

Studi tentang atmosfer. Informasi tentang proses fisik di atmosfer diperoleh terutama dari pengamatan meteorologi, yang dilakukan oleh jaringan global stasiun dan pos meteorologi yang beroperasi secara permanen yang berlokasi di semua benua dan di banyak pulau. Pengamatan harian memberikan informasi tentang suhu dan kelembaban udara, tekanan dan curah hujan atmosfer, kekeruhan, angin, dll. Pengamatan radiasi matahari dan transformasinya dilakukan di stasiun aktinometri. Yang sangat penting untuk mempelajari atmosfer adalah jaringan stasiun aerologi, di mana pengukuran meteorologi dilakukan hingga ketinggian 30-35 km menggunakan radiosonde. Di sejumlah stasiun, dilakukan pengamatan ozon atmosfer, fenomena kelistrikan di atmosfer, dan komposisi kimia udara.

Data dari stasiun bumi dilengkapi dengan pengamatan di lautan, tempat “kapal cuaca” beroperasi, yang secara permanen berlokasi di wilayah tertentu di Samudra Dunia, serta informasi meteorologi yang diperoleh dari penelitian dan kapal lainnya.

Dalam beberapa dekade terakhir, semakin banyak informasi tentang atmosfer yang diperoleh dengan menggunakan satelit meteorologi, yang membawa instrumen untuk memotret awan dan mengukur fluks radiasi ultraviolet, inframerah, dan gelombang mikro dari Matahari. Satelit memungkinkan untuk memperoleh informasi tentang profil vertikal suhu, kekeruhan dan pasokan airnya, elemen keseimbangan radiasi atmosfer, suhu permukaan laut, dll. Dengan menggunakan pengukuran pembiasan sinyal radio dari sistem satelit navigasi, itu dimungkinkan untuk menentukan profil vertikal kepadatan, tekanan dan suhu, serta kadar air di atmosfer. Dengan bantuan satelit, dimungkinkan untuk memperjelas nilai konstanta matahari dan albedo planet Bumi, membuat peta keseimbangan radiasi sistem bumi-atmosfer, mengukur kandungan dan variabilitas polutan atmosfer kecil, dan memecahkan masalah. banyak masalah lain fisika atmosfer dan pemantauan lingkungan.

Lit.: Budyko M.I. Iklim di masa lalu dan masa depan. L., 1980; Matveev L. T. Kursus meteorologi umum. Fisika atmosfer. edisi ke-2. L., 1984; Budyko M.I., Ronov A.B., Yanshin A.L. Sejarah atmosfer. L., 1985; Khrgian A. Kh.Fisika Atmosfer. M., 1986; Suasana: Direktori. L., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Meteorologi dan klimatologi. edisi ke-5. M., 2001.

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