Στην επιφάνεια της Γης, η μετεωρολογία ασχολείται με μακροπρόθεσμες παραλλαγές - κλιματολογία.
Το πάχος της ατμόσφαιρας είναι 1500 km από την επιφάνεια της Γης. Η συνολική μάζα του αέρα, δηλαδή ένα μείγμα αερίων που συνθέτουν την ατμόσφαιρα, είναι 5,1-5,3 * 10 ^ 15 τόνοι Το μοριακό βάρος του καθαρού ξηρού αέρα είναι 29. Η πίεση στους 0 ° C στο επίπεδο της θάλασσας είναι 101.325 Pa, ή 760 mm. rt. Τέχνη.; κρίσιμη θερμοκρασία - 140,7 °C; κρίσιμη πίεση 3,7 MPa. Η διαλυτότητα του αέρα στο νερό στους 0 ° C είναι 0,036%, στους 25 ° C - 0,22%.
Καθορίζεται η φυσική κατάσταση της ατμόσφαιρας. Οι κύριες παράμετροι της ατμόσφαιρας: πυκνότητα αέρα, πίεση, θερμοκρασία και σύνθεση. Καθώς αυξάνεται το υψόμετρο, η πυκνότητα του αέρα μειώνεται. Η θερμοκρασία αλλάζει επίσης με την αλλαγή του υψομέτρου. Το κάθετο χαρακτηρίζεται από διαφορετικές θερμοκρασίες και ηλεκτρικές ιδιότητες, διαφορετικές συνθήκες αέρα. Ανάλογα με τη θερμοκρασία στην ατμόσφαιρα, διακρίνονται τα ακόλουθα κύρια στρώματα: τροπόσφαιρα, στρατόσφαιρα, μεσόσφαιρα, θερμόσφαιρα, εξώσφαιρα (σφαίρα σκέδασης). Οι μεταβατικές περιοχές της ατμόσφαιρας μεταξύ γειτονικών κελυφών ονομάζονται τροπόπαυση, στρατόπαυση κ.λπ., αντίστοιχα.
Τροποσφαίρα- χαμηλότερο, κύριο, πιο μελετημένο, με ύψος στις πολικές περιοχές 8-10 km, έως 10-12 km, στον ισημερινό - 16-18 km. Περίπου το 80-90% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας και σχεδόν όλοι οι υδρατμοί συγκεντρώνονται στην τροπόσφαιρα. Όταν ανεβαίνει κάθε 100 m, η θερμοκρασία στην τροπόσφαιρα μειώνεται κατά μέσο όρο κατά 0,65 ° C και φτάνει στους -53 ° C στο πάνω μέρος. Αυτό το ανώτερο στρώμα της τροπόσφαιρας ονομάζεται τροπόπαυση. Στην τροπόσφαιρα, οι αναταράξεις και η μεταφορά είναι πολύ ανεπτυγμένες, το κυρίαρχο μέρος είναι συγκεντρωμένο, τα σύννεφα δημιουργούνται, αναπτύσσονται.
Στρατόσφαιρα- στρώμα της ατμόσφαιρας, που βρίσκεται σε υψόμετρο 11-50 km. Μια ελαφρά μεταβολή της θερμοκρασίας στο στρώμα 11-25 km (το κατώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας) και η αύξησή του στο στρώμα των 25-40 km από -56,5 σε 0,8 °C (το ανώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας ή η περιοχή αναστροφής) είναι τυπικός. Έχοντας φτάσει σε τιμή 273 K (0 °C) σε υψόμετρο περίπου 40 km, η θερμοκρασία παραμένει σταθερή μέχρι υψόμετρο 55 km. Αυτή η περιοχή σταθερής θερμοκρασίας ονομάζεται στρατόπαυση και είναι το όριο μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας.
Είναι στη στρατόσφαιρα που βρίσκεται το στρώμα οζονόσφαιρα(«στοιβάδα του όζοντος», σε υψόμετρο 15-20 έως 55-60 χλμ.), που καθορίζει το ανώτερο όριο ζωής στο. Ένα σημαντικό συστατικό της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας είναι το όζον, το οποίο σχηματίζεται ως αποτέλεσμα φωτοχημικών αντιδράσεων πιο εντατικά σε υψόμετρο 30 km. Η συνολική μάζα του όζοντος σε κανονική πίεση θα ήταν ένα στρώμα πάχους 1,7-4 mm, αλλά ακόμη και αυτό είναι αρκετό για να απορροφήσει το υπεριώδες, το οποίο είναι επιβλαβές για τη ζωή. Η καταστροφή του όζοντος συμβαίνει όταν αλληλεπιδρά με ελεύθερες ρίζες, μονοξείδιο του αζώτου, ενώσεις που περιέχουν αλογόνο (συμπεριλαμβανομένων των "φρεονίων"). Το όζον - μια αλλοτροπία οξυγόνου, σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της ακόλουθης χημικής αντίδρασης, συνήθως μετά από βροχή, όταν η προκύπτουσα ένωση ανεβαίνει στα ανώτερα στρώματα της τροπόσφαιρας. Το όζον έχει μια συγκεκριμένη μυρωδιά.
Στη στρατόσφαιρα παραμονεύει τα περισσότερα απότμήμα βραχέων κυμάτων υπεριωδης ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ(180-200 nm) και η ενέργεια των βραχέων κυμάτων μετασχηματίζεται. Υπό την επίδραση αυτών των ακτίνων, τα μαγνητικά πεδία αλλάζουν, τα μόρια διασπώνται, ο ιονισμός, ο νέος σχηματισμός αερίων και άλλων χημικών ενώσεων. Αυτές οι διεργασίες μπορούν να παρατηρηθούν με τη μορφή βόρειων φώτων, κεραυνών και άλλων λάμψεων. Δεν υπάρχει σχεδόν καθόλου υδρατμός στη στρατόσφαιρα.
Μεσόσφαιραξεκινά από υψόμετρο 50 km και εκτείνεται μέχρι 80-90 km. σε ύψος 75-85 km πέφτει στους -88 °С. Το ανώτερο όριο της μεσόσφαιρας είναι η μεσόπαυση.
Θερμόσφαιρα(άλλο όνομα είναι η ιονόσφαιρα) - το στρώμα της ατμόσφαιρας που ακολουθεί τη μεσόσφαιρα - ξεκινά από υψόμετρο 80-90 km και εκτείνεται έως και 800 km. Η θερμοκρασία του αέρα στη θερμόσφαιρα αυξάνεται γρήγορα και σταθερά και φτάνει σε αρκετές εκατοντάδες ακόμη και χιλιάδες βαθμούς.
Εξώσφαιρα- ζώνη διασποράς, το εξωτερικό τμήμα της θερμόσφαιρας, που βρίσκεται πάνω από 800 km. Το αέριο στην εξώσφαιρα είναι εξαιρετικά σπάνιο και ως εκ τούτου τα σωματίδια του διαρρέουν στον διαπλανητικό χώρο (διασκορπισμός).
Σε ύψος 100 km, η ατμόσφαιρα είναι ένα ομοιογενές (μονοφασικό), καλά αναμεμειγμένο μείγμα αερίων. Στα υψηλότερα στρώματα, η κατανομή των αερίων σε 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 περίπου 1500 °C. Πάνω από 200 km, παρατηρούνται σημαντικές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία και την πυκνότητα των αερίων στο χρόνο και στο χώρο.
Σε υψόμετρο περίπου 2000-3000 km, η εξώσφαιρα περνά σταδιακά στο λεγόμενο κοντινό διαστημικό κενό, το οποίο είναι γεμάτο με εξαιρετικά σπάνια σωματίδια διαπλανητικού αερίου, κυρίως άτομα υδρογόνου. Αλλά αυτό το αέριο είναι μόνο μέρος της διαπλανητικής ύλης. Το άλλο μέρος αποτελείται από σωματίδια που μοιάζουν με σκόνη, κομητικής και μετεωρικής προέλευσης. Εκτός από αυτά τα εξαιρετικά σπάνια σωματίδια, 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 αντιπροσωπεύει 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 στην ατμόσφαιρα, διακρίνονται η ουδετερόσφαιρα 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. ετερόσφαιρα- αυτή είναι η περιοχή όπου η βαρύτητα επηρεάζει το διαχωρισμό των αερίων, επειδή. η ανάμειξή τους σε αυτό το ύψος είναι αμελητέα. Ως εκ τούτου ακολουθεί η μεταβλητή σύνθεση της ετερόσφαιρας. Κάτω από αυτό βρίσκεται ένα καλά αναμεμειγμένο, ομοιογενές τμήμα της ατμόσφαιρας που ονομάζεται ομοσφαίρα. Το όριο μεταξύ αυτών των στρωμάτων ονομάζεται turbopause και βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 120 km.
Η ατμοσφαιρική πίεση είναι η πίεση στα αντικείμενα σε αυτήν και στην επιφάνεια της γης. Το φυσιολογικό είναι ένας δείκτης 760 mm Hg. Τέχνη. (101 325 Pa). Για κάθε χιλιόμετρο αύξησης του υψομέτρου, η πίεση πέφτει κατά 100 mm.
Σύνθεση της ατμόσφαιρας
Το κέλυφος αέρα της Γης, που αποτελείται κυρίως από αέρια και διάφορες ακαθαρσίες (σκόνη, σταγόνες νερού, παγοκρύσταλλοι, θαλάσσια άλατα, προϊόντα καύσης), η ποσότητα των οποίων δεν είναι σταθερή. Τα κύρια αέρια είναι το άζωτο (78%), το οξυγόνο (21%) και το αργό (0,93%). Η συγκέντρωση των αερίων που συνθέτουν την ατμόσφαιρα είναι σχεδόν σταθερή, με εξαίρεση το διοξείδιο του άνθρακα CO2 (0,03%).
Η ατμόσφαιρα περιέχει επίσης SO2, CH4, NH3, CO, υδρογονάνθρακες, HC1, HF, ατμούς Hg, I2, καθώς και NO και πολλά άλλα αέρια σε μικρές ποσότητες. Βρίσκεται μόνιμα στην τροπόσφαιρα ένας μεγάλος αριθμός απόαιωρούμενα στερεά και υγρά σωματίδια (αεροζόλ).
Η σύνθεση της γης. Αέρας
Ο αέρας είναι ένα μηχανικό μείγμα από διάφορα αέρια που συνθέτουν την ατμόσφαιρα της Γης. Ο αέρας είναι απαραίτητος για την αναπνοή ζωντανοί οργανισμοίβρίσκει ευρεία εφαρμογή στη βιομηχανία.
Το γεγονός ότι ο αέρας είναι μείγμα, και όχι ομοιογενής ουσία, αποδείχθηκε κατά τα πειράματα του Σκωτσέζου επιστήμονα Τζόζεφ Μπλακ. Κατά τη διάρκεια ενός από αυτά, ο επιστήμονας ανακάλυψε ότι όταν θερμαίνεται η λευκή μαγνησία (ανθρακικό μαγνήσιο), απελευθερώνεται «δεσμευμένος αέρας», δηλαδή διοξείδιο του άνθρακα, και σχηματίζεται καμένη μαγνησία (οξείδιο του μαγνησίου). Αντίθετα, όταν πυροδοτείται ο ασβεστόλιθος, ο «δεσμευμένος αέρας» αφαιρείται. Με βάση αυτά τα πειράματα, ο επιστήμονας κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η διαφορά μεταξύ ανθρακικών και καυστικών αλκαλίων είναι ότι το πρώτο περιλαμβάνει διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο είναι ένα από τα συστατικά μέρηαέρας. Σήμερα γνωρίζουμε ότι εκτός από το διοξείδιο του άνθρακα, η σύνθεση του αέρα της γης περιλαμβάνει:
Η αναλογία των αερίων στην ατμόσφαιρα της γης που αναφέρεται στον πίνακα είναι χαρακτηριστική για τα κατώτερα στρώματά της, μέχρι ύψος 120 km. Σε αυτές τις περιοχές βρίσκεται μια καλά αναμεμειγμένη, ομοιογενής περιοχή, που ονομάζεται ομόσφαιρα. Πάνω από την ομόσφαιρα βρίσκεται η ετεροσφαιρία, η οποία χαρακτηρίζεται από την αποσύνθεση των μορίων αερίου σε άτομα και ιόντα. Οι περιοχές χωρίζονται μεταξύ τους με ένα turbopause.
Η χημική αντίδραση κατά την οποία, υπό την επίδραση της ηλιακής και της κοσμικής ακτινοβολίας, τα μόρια αποσυντίθενται σε άτομα, ονομάζεται φωτοδιάσπαση. Κατά τη διάσπαση του μοριακού οξυγόνου, σχηματίζεται ατομικό οξυγόνο, το οποίο είναι το κύριο αέριο της ατμόσφαιρας σε υψόμετρα άνω των 200 km. Σε υψόμετρα άνω των 1200 km, αρχίζουν να κυριαρχούν το υδρογόνο και το ήλιο, που είναι τα ελαφρύτερα από τα αέρια.
Δεδομένου ότι το μεγαλύτερο μέρος του αέρα συγκεντρώνεται στα 3 κατώτερα ατμοσφαιρικά στρώματα, οι αλλαγές στη σύνθεση του αέρα σε υψόμετρα άνω των 100 km δεν έχουν αξιοσημείωτη επίδραση στη συνολική σύνθεση της ατμόσφαιρας.
Το άζωτο είναι το πιο κοινό αέριο, που αντιπροσωπεύει περισσότερα από τα τρία τέταρτα του όγκου του αέρα της γης. Το σύγχρονο άζωτο σχηματίστηκε από την οξείδωση της πρώιμης ατμόσφαιρας αμμωνίας-υδρογόνου με μοριακό οξυγόνο, το οποίο σχηματίζεται κατά τη φωτοσύνθεση. Επί του παρόντος, μια μικρή ποσότητα αζώτου εισέρχεται στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της απονιτροποίησης - η διαδικασία αναγωγής των νιτρικών σε νιτρώδη, ακολουθούμενη από το σχηματισμό αερίων οξειδίων και μοριακού αζώτου, το οποίο παράγεται από αναερόβιους προκαρυώτες. Κάποιο άζωτο εισέρχεται στην ατμόσφαιρα κατά τη διάρκεια ηφαιστειακών εκρήξεων.
Στην ανώτερη ατμόσφαιρα, όταν εκτίθεται σε ηλεκτρικές εκκενώσεις με τη συμμετοχή του όζοντος, το μοριακό άζωτο οξειδώνεται σε μονοξείδιο του αζώτου:
N 2 + O 2 → 2NO
Υπό κανονικές συνθήκες, το μονοξείδιο αντιδρά αμέσως με το οξυγόνο για να σχηματίσει οξείδιο του αζώτου:
2NO + O 2 → 2N 2 O
Το άζωτο είναι το πιο σημαντικό χημικό στοιχείο στην ατμόσφαιρα της γης. Το άζωτο είναι μέρος των πρωτεϊνών, παρέχει μεταλλική θρέψη στα φυτά. Καθορίζει τον ρυθμό των βιοχημικών αντιδράσεων, παίζει το ρόλο ενός αραιωτικού οξυγόνου.
Το οξυγόνο είναι το δεύτερο πιο άφθονο αέριο στην ατμόσφαιρα της Γης. Ο σχηματισμός αυτού του αερίου σχετίζεται με τη φωτοσυνθετική δραστηριότητα των φυτών και των βακτηρίων. Και όσο πιο διαφορετικοί και πολυάριθμοι γίνονταν οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί, τόσο πιο σημαντική γινόταν η διαδικασία της περιεκτικότητας σε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα. Μια μικρή ποσότητα βαρέος οξυγόνου απελευθερώνεται κατά την απαέρωση του μανδύα.
Στα ανώτερα στρώματα της τροπόσφαιρας και της στρατόσφαιρας, υπό την επίδραση της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας (τη συμβολίζουμε ως hν), σχηματίζεται το όζον:
O 2 + hν → 2O
Ως αποτέλεσμα της δράσης της ίδιας υπεριώδους ακτινοβολίας, το όζον διασπάται:
O 3 + hν → O 2 + O
O 3 + O → 2O 2
Ως αποτέλεσμα της πρώτης αντίδρασης, σχηματίζεται ατομικό οξυγόνο, ως αποτέλεσμα του δεύτερου - μοριακού οξυγόνου. Και οι 4 αντιδράσεις ονομάζονται μηχανισμός Chapman, από τον Βρετανό επιστήμονα Sidney Chapman που τις ανακάλυψε το 1930.
Το οξυγόνο χρησιμοποιείται για την αναπνοή ζωντανών οργανισμών. Με τη βοήθειά του, συμβαίνουν οι διαδικασίες οξείδωσης και καύσης.
Το όζον χρησιμεύει για την προστασία των ζωντανών οργανισμών από την υπεριώδη ακτινοβολία, η οποία προκαλεί μη αναστρέψιμες μεταλλάξεις. Η υψηλότερη συγκέντρωση όζοντος παρατηρείται στην κατώτερη στρατόσφαιρα εντός των λεγόμενων. στιβάδα όζοντος ή οθόνη όζοντος που βρίσκεται σε υψόμετρα 22-25 km. Η περιεκτικότητα σε όζον είναι μικρή: σε κανονική πίεση, όλο το όζον της ατμόσφαιρας της γης θα καταλάμβανε ένα στρώμα πάχους μόλις 2,91 mm.
Ο σχηματισμός του τρίτου πιο συνηθισμένου αερίου στην ατμόσφαιρα, του αργού, καθώς και του νέου, του ηλίου, του κρυπτονίου και του ξένου, σχετίζεται με ηφαιστειακές εκρήξεις και την αποσύνθεση ραδιενεργών στοιχείων.
Συγκεκριμένα, το ήλιο είναι προϊόν της ραδιενεργής διάσπασης του ουρανίου, του θορίου και του ραδίου: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (σε αυτές τις αντιδράσεις, το α- Το σωματίδιο είναι ένας πυρήνας ηλίου, ο οποίος κατά τη διαδικασία απώλειας ενέργειας συλλαμβάνει ηλεκτρόνια και γίνεται 4 He).
Το αργό σχηματίζεται κατά τη διάσπαση του ραδιενεργού ισοτόπου του καλίου: 40 K → 40 Ar + γ.
Το νέον ξεφεύγει από πυριγενείς βράχους.
Το κρυπτόν σχηματίζεται ως το τελικό προϊόν της διάσπασης του ουρανίου (235 U και 238 U) και του θορίου Th.
Ο κύριος όγκος του ατμοσφαιρικού κρυπτού σχηματίστηκε στα πρώτα στάδια της εξέλιξης της Γης ως αποτέλεσμα της αποσύνθεσης υπερουρανικών στοιχείων με φαινομενικά σύντομο χρόνο ημιζωής ή προήλθε από το διάστημα, η περιεκτικότητα σε κρυπτόν στο οποίο είναι δέκα εκατομμύρια φορές υψηλότερη από ό,τι στη Γη .
Το ξένο είναι το αποτέλεσμα της σχάσης του ουρανίου, αλλά το μεγαλύτερο μέρος αυτού του αερίου παρέμεινε πρώιμα στάδιαΟ σχηματισμός της Γης, από την πρωτογενή ατμόσφαιρα.
Το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα ηφαιστειακών εκρήξεων και κατά τη διαδικασία αποσύνθεσης της οργανικής ύλης. Η περιεκτικότητά του στην ατμόσφαιρα των μεσαίων γεωγραφικών πλάτη της Γης ποικίλλει σημαντικά ανάλογα με τις εποχές του έτους: το χειμώνα, η ποσότητα του CO 2 αυξάνεται και το καλοκαίρι μειώνεται. Αυτή η διακύμανση συνδέεται με τη δραστηριότητα των φυτών που χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης.
Το υδρογόνο σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της αποσύνθεσης του νερού από την ηλιακή ακτινοβολία. Όμως, όντας το ελαφρύτερο από τα αέρια που συνθέτουν την ατμόσφαιρα, διαφεύγει συνεχώς στο διάστημα, και επομένως η περιεκτικότητά του στην ατμόσφαιρα είναι πολύ μικρή.
Οι υδρατμοί είναι το αποτέλεσμα της εξάτμισης του νερού από την επιφάνεια των λιμνών, των ποταμών, των θαλασσών και της ξηράς.
Η συγκέντρωση των κύριων αερίων στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, με εξαίρεση τους υδρατμούς και το διοξείδιο του άνθρακα, είναι σταθερή. Σε μικρές ποσότητες, η ατμόσφαιρα περιέχει οξείδιο του θείου SO 2, αμμωνία NH 3, μονοξείδιο του άνθρακα CO, όζον O 3, υδροχλώριο HCl, υδροφθόριο HF, μονοξείδιο του αζώτου NO, υδρογονάνθρακες, ατμούς υδραργύρου Hg, ιώδιο I 2 και πολλά άλλα. Στο κατώτερο ατμοσφαιρικό στρώμα της τροπόσφαιρας, υπάρχει συνεχώς μεγάλη ποσότητα αιωρούμενων στερεών και υγρών σωματιδίων.
Πηγές σωματιδίων στην ατμόσφαιρα της Γης είναι ηφαιστειακές εκρήξεις, γύρη φυτών, μικροοργανισμοί και πρόσφατους χρόνουςκαι ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως η καύση ορυκτών καυσίμων στη διαδικασία παραγωγής. Τα μικρότερα σωματίδια σκόνης, που είναι οι πυρήνες της συμπύκνωσης, είναι τα αίτια του σχηματισμού ομίχλης και νεφών. Χωρίς στερεά σωματίδια που υπάρχουν συνεχώς στην ατμόσφαιρα, η βροχόπτωση δεν θα έπεφτε στη Γη.
Όλοι όσοι έχουν πετάξει με αεροπλάνο είναι συνηθισμένοι σε αυτό το είδος μηνύματος: "Η πτήση μας είναι σε υψόμετρο 10.000 m, η θερμοκρασία στη θάλασσα είναι 50 ° C." Δεν φαίνεται τίποτα το ιδιαίτερο. Όσο πιο μακριά από την επιφάνεια της Γης που θερμαίνεται από τον Ήλιο, τόσο πιο κρύο. Πολλοί πιστεύουν ότι η μείωση της θερμοκρασίας με το ύψος συνεχίζεται συνεχώς και σταδιακά η θερμοκρασία πέφτει, πλησιάζοντας τη θερμοκρασία του χώρου. Παρεμπιπτόντως, έτσι πίστευαν οι επιστήμονες μέχρι τα τέλη του 19ου αιώνα.
Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στην κατανομή της θερμοκρασίας του αέρα στη Γη. Η ατμόσφαιρα χωρίζεται σε πολλά στρώματα, τα οποία αντανακλούν κυρίως τη φύση των μεταβολών της θερμοκρασίας.
Το κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας ονομάζεται τροποσφαίρα, που σημαίνει "σφαίρα περιστροφής". Όλες οι αλλαγές στον καιρό και το κλίμα είναι αποτέλεσμα φυσικών διεργασιών που συμβαίνουν σε αυτό το στρώμα. Το άνω όριο αυτού του στρώματος βρίσκεται όπου η μείωση της θερμοκρασίας με το ύψος αντικαθίσταται από την αύξησή του - περίπου σε υψόμετρο 15-16 km πάνω από τον ισημερινό και 7-8 km πάνω από τους πόλους. Όπως και η ίδια η Γη, η ατμόσφαιρα υπό την επίδραση της περιστροφής του πλανήτη μας είναι επίσης κάπως ισοπεδωμένη πάνω από τους πόλους και διογκώνεται πάνω από τον ισημερινό. Η επίδραση είναι πολύ ισχυρότερη στην ατμόσφαιρα από ό,τι στο στερεό κέλυφος της Γης. Στην κατεύθυνση από την επιφάνεια της Γης προς το ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας, η θερμοκρασία του αέρα μειώνεται. Πάνω από τον ισημερινό, η ελάχιστη θερμοκρασία του αέρα είναι περίπου -62 ° C , και πάνω από τους πόλους περίπου -45 ° C. Σε εύκρατα γεωγραφικά πλάτη, περισσότερο από το 75% της μάζας της ατμόσφαιρας βρίσκεται στην τροπόσφαιρα, ενώ στις τροπικές περιοχές, περίπου το 90% βρίσκεται εντός των μαζών της τροπόσφαιρας της ατμόσφαιρας.
Το 1899, βρέθηκε ένα ελάχιστο στο κατακόρυφο προφίλ θερμοκρασίας σε ένα συγκεκριμένο υψόμετρο και στη συνέχεια η θερμοκρασία αυξήθηκε ελαφρά. Η αρχή αυτής της αύξησης σημαίνει τη μετάβαση στο επόμενο στρώμα της ατμόσφαιρας - προς στρατόσφαιρα, που σημαίνει "στρώμα σφαίρα". Ο όρος στρατόσφαιρα σημαίνει και αντικατοπτρίζει την προηγούμενη ιδέα της μοναδικότητας του στρώματος που βρίσκεται πάνω από την τροπόσφαιρα. Η στρατόσφαιρα εκτείνεται σε ύψος περίπου 50 km πάνω από την επιφάνεια της γης. Το χαρακτηριστικό της είναι , συγκεκριμένα, μια απότομη αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα Αυτή η αύξηση της θερμοκρασίας εξηγείται από την αντίδραση σχηματισμού όζοντος - μια από τις κύριες χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα.
Ο κύριος όγκος του όζοντος συγκεντρώνεται σε υψόμετρα περίπου 25 km, αλλά γενικά το στρώμα του όζοντος είναι ένα κέλυφος που τεντώνεται έντονα κατά μήκος του ύψους, που καλύπτει σχεδόν ολόκληρη τη στρατόσφαιρα. Η αλληλεπίδραση του οξυγόνου με τις υπεριώδεις ακτίνες είναι μια από τις ευνοϊκές διαδικασίες στην ατμόσφαιρα της γης που συμβάλλουν στη διατήρηση της ζωής στη γη. Η απορρόφηση αυτής της ενέργειας από το όζον εμποδίζει την υπερβολική ροή του στην επιφάνεια της γης, όπου ακριβώς δημιουργείται ένα τέτοιο επίπεδο ενέργειας που είναι κατάλληλο για ύπαρξη. γήινες μορφέςΖΩΗ. Η οζονόσφαιρα απορροφά μέρος της ακτινοβολούμενης ενέργειας που διέρχεται από την ατμόσφαιρα. Ως αποτέλεσμα, δημιουργείται μια κατακόρυφη κλίση θερμοκρασίας αέρα περίπου 0,62 ° C ανά 100 m στην οζονόσφαιρα, δηλαδή η θερμοκρασία αυξάνεται με ύψος μέχρι το ανώτερο όριο της στρατόσφαιρας - τη στρατόπαυση (50 km), φτάνοντας, σύμφωνα με ορισμένα δεδομένα, 0 ° C.
Σε υψόμετρα από 50 έως 80 km υπάρχει ένα στρώμα της ατμόσφαιρας που ονομάζεται μεσόσφαιρα. Η λέξη "μεσόσφαιρα" σημαίνει "ενδιάμεση σφαίρα", εδώ η θερμοκρασία του αέρα συνεχίζει να μειώνεται με το ύψος. Πάνω από τη μεσόσφαιρα, σε ένα στρώμα που ονομάζεται θερμόσφαιρα, η θερμοκρασία ανεβαίνει ξανά με υψόμετρο έως περίπου 1000°C, και στη συνέχεια πέφτει πολύ γρήγορα στους -96°C. Ωστόσο, δεν πέφτει επ 'αόριστον, μετά η θερμοκρασία ανεβαίνει ξανά.
Θερμόσφαιραείναι το πρώτο στρώμα ιονόσφαιρα. Σε αντίθεση με τα προαναφερθέντα στρώματα, η ιονόσφαιρα δεν διακρίνεται από τη θερμοκρασία. Η ιονόσφαιρα είναι μια περιοχή ηλεκτρικής φύσης που καθιστά δυνατούς πολλούς τύπους ραδιοεπικοινωνιών. Η ιονόσφαιρα χωρίζεται σε πολλά στρώματα, που τα χαρακτηρίζουν με τα γράμματα D, E, F1 και F2. Αυτά τα στρώματα έχουν επίσης ειδικά ονόματα. Η διαίρεση σε στρώματα προκαλείται από διάφορους λόγους, μεταξύ των οποίων ο σημαντικότερος είναι η άνιση επίδραση των στρωμάτων στη διέλευση των ραδιοκυμάτων. Το χαμηλότερο στρώμα, το D, απορροφά κυρίως ραδιοκύματα και έτσι εμποδίζει την περαιτέρω διάδοσή τους. Το καλύτερα μελετημένο στρώμα Ε βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 100 km πάνω από την επιφάνεια της γης. Ονομάζεται επίσης στρώμα Kennelly-Heaviside από τα ονόματα των Αμερικανών και Άγγλων επιστημόνων που το ανακάλυψαν ταυτόχρονα και ανεξάρτητα. Το στρώμα Ε, σαν γιγάντιος καθρέφτης, αντανακλά τα ραδιοκύματα. Χάρη σε αυτό το στρώμα, τα μεγάλα ραδιοκύματα διανύουν μεγαλύτερες αποστάσεις από ό,τι θα περίμενε κανείς εάν διαδίδονταν μόνο σε ευθεία γραμμή, χωρίς να ανακλώνται από το στρώμα Ε. Το στρώμα F έχει επίσης παρόμοιες ιδιότητες. Ονομάζεται επίσης στρώμα Appleton. Μαζί με το στρώμα Kennelly-Heaviside, αντανακλά ραδιοκύματα σε επίγειους ραδιοφωνικούς σταθμούς.Τέτοια ανάκλαση μπορεί να συμβεί σε διάφορες γωνίες. Το στρώμα Appleton βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 240 km.
Η πιο εξωτερική περιοχή της ατμόσφαιρας, το δεύτερο στρώμα της ιονόσφαιρας, ονομάζεται συχνά εξώσφαιρα. Αυτός ο όρος υποδηλώνει την ύπαρξη των παρυφών του διαστήματος κοντά στη Γη. Είναι δύσκολο να προσδιοριστεί ακριβώς πού τελειώνει η ατμόσφαιρα και πού αρχίζει ο χώρος, καθώς η πυκνότητα των ατμοσφαιρικών αερίων σταδιακά μειώνεται με το ύψος και η ίδια η ατμόσφαιρα σταδιακά μετατρέπεται σε σχεδόν κενό, στο οποίο συναντώνται μόνο μεμονωμένα μόρια. Ήδη σε υψόμετρο περίπου 320 km, η πυκνότητα της ατμόσφαιρας είναι τόσο χαμηλή που τα μόρια μπορούν να ταξιδέψουν περισσότερο από 1 km χωρίς να συγκρουστούν μεταξύ τους. Το εξώτατο τμήμα της ατμόσφαιρας χρησιμεύει ως το ανώτερο όριο της, το οποίο βρίσκεται σε υψόμετρα από 480 έως 960 km.
Περισσότερες πληροφορίες για τις διεργασίες στην ατμόσφαιρα μπορείτε να βρείτε στην ιστοσελίδα «Earthklima»
Η ατμόσφαιρα της Γης είναι ετερογενής: παρατηρούνται διαφορετικές πυκνότητες και πιέσεις αέρα σε διαφορετικά ύψη, η θερμοκρασία και η σύσταση των αερίων αλλάζουν. Με βάση τη συμπεριφορά της θερμοκρασίας περιβάλλοντος (δηλαδή, η θερμοκρασία αυξάνεται με το ύψος ή μειώνεται), διακρίνονται τα ακόλουθα στρώματα: τροπόσφαιρα, στρατόσφαιρα, μεσόσφαιρα, θερμόσφαιρα και εξώσφαιρα. Τα όρια μεταξύ των στρωμάτων ονομάζονται παύσεις: υπάρχουν 4 από αυτά, γιατί. το άνω όριο της εξώσφαιρας είναι πολύ θολό και συχνά αναφέρεται στον κοντινό χώρο. Η γενική δομή της ατμόσφαιρας φαίνεται στο συνημμένο διάγραμμα.
Εικ.1 Η δομή της ατμόσφαιρας της Γης. Πίστωση: ιστοσελίδα
χαμηλότερο ατμοσφαιρικό στρώμα- η τροπόσφαιρα, το ανώτερο όριο της οποίας ονομάζεται τροπόπαυση, ποικίλλει ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος και κυμαίνεται από 8 km. σε πολικές έως 20 χλμ. σε τροπικά γεωγραφικά πλάτη. Σε μεσαία ή εύκρατα γεωγραφικά πλάτη, το ανώτερο όριο της βρίσκεται σε υψόμετρα 10-12 χλμ. Κατά τη διάρκεια του έτους, το ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας παρουσιάζει διακυμάνσεις ανάλογα με την εισροή της ηλιακής ακτινοβολίας. Έτσι, ως αποτέλεσμα της ηχογράφησης στον Νότιο Πόλο της Γης από την αμερικανική μετεωρολογική υπηρεσία, αποκαλύφθηκε ότι από τον Μάρτιο έως τον Αύγουστο ή τον Σεπτέμβριο παρατηρείται σταθερή ψύξη της τροπόσφαιρας, με αποτέλεσμα, για σύντομο χρονικό διάστημα σε Αύγουστο ή Σεπτέμβριο, τα σύνορά του ανεβαίνουν στα 11,5 χλμ. Στη συνέχεια, μεταξύ Σεπτεμβρίου και Δεκεμβρίου, πέφτει γρήγορα και φτάνει στη χαμηλότερη θέση του - 7,5 χλμ., μετά την οποία το ύψος του παραμένει ουσιαστικά αμετάβλητο μέχρι τον Μάρτιο. Εκείνοι. Η τροπόσφαιρα είναι στο πιο παχύ της το καλοκαίρι και στο πιο λεπτό το χειμώνα.
Σημειωτέον ότι εκτός από εποχιακές διακυμάνσεις υπάρχουν και καθημερινές αυξομειώσεις στο ύψος της τροπόπαυσης. Επίσης, η θέση του επηρεάζεται από κυκλώνες και αντικυκλώνες: στην πρώτη κατεβαίνει, γιατί. η πίεση σε αυτά είναι χαμηλότερη από ό, τι στον περιβάλλοντα αέρα και, δεύτερον, αυξάνεται ανάλογα.
Η τροπόσφαιρα περιέχει έως και το 90% της συνολικής μάζας του αέρα της γης και τα 9/10 του συνόλου των υδρατμών. Οι αναταράξεις είναι πολύ ανεπτυγμένες εδώ, ειδικά στα εγγύς επιφανειακά και υψηλότερα στρώματα, αναπτύσσονται σύννεφα όλων των επιπέδων, σχηματίζονται κυκλώνες και αντικυκλώνες. Και λόγω της συσσώρευσης αερίων του θερμοκηπίου (διοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο, υδρατμοί) των ακτίνων του ήλιου που αντανακλώνται από την επιφάνεια της Γης, αναπτύσσεται το φαινόμενο του θερμοκηπίου.
Το φαινόμενο του θερμοκηπίου σχετίζεται με τη μείωση της θερμοκρασίας του αέρα στην τροπόσφαιρα με το ύψος (επειδή η θερμαινόμενη Γη εκπέμπει περισσότερη θερμότητα στα επιφανειακά στρώματα). Η μέση κατακόρυφη κλίση είναι 0,65°/100 m (δηλαδή η θερμοκρασία του αέρα πέφτει κατά 0,65° C για κάθε 100 μέτρα που ανεβαίνετε). Αν λοιπόν στην επιφάνεια της Γης κοντά στον ισημερινό μέση ετήσια θερμοκρασίαο αέρας είναι + 26 ° τότε στο ανώτερο όριο -70 °. Η θερμοκρασία στην περιοχή της τροπόπαυσης Βόρειος πόλοςκατά τη διάρκεια του έτους αλλάζει από -45° το καλοκαίρι σε -65° το χειμώνα.
Καθώς το υψόμετρο αυξάνεται, η πίεση του αέρα μειώνεται επίσης, φτάνοντας μόνο στο 12-20% του επιπέδου κοντά στην επιφάνεια κοντά στην ανώτερη τροπόσφαιρα.
Στα όρια της τροπόσφαιρας και του υπερκείμενου στρώματος της στρατόσφαιρας βρίσκεται το στρώμα τροπόπαυσης, πάχους 1-2 km. Το στρώμα αέρα στο οποίο η κατακόρυφη κλίση μειώνεται σε 0,2°/100 m έναντι 0,65°/100 m στις υποκείμενες περιοχές της τροπόσφαιρας συνήθως λαμβάνεται ως τα κατώτερα όρια της τροπόπαυσης.
Εντός της τροπόπαυσης παρατηρούνται ροές αέρα αυστηρά καθορισμένης κατεύθυνσης, που ονομάζονται πίδακες υψηλού υψομέτρου ή «ροές πίδακα», που σχηματίζονται υπό την επίδραση της περιστροφής της Γης γύρω από τον άξονά της και της θέρμανσης της ατμόσφαιρας με τη συμμετοχή της ηλιακής ακτινοβολίας. Ρεύματα παρατηρούνται στα όρια ζωνών με σημαντικές διαφορές θερμοκρασίας. Υπάρχουν πολλά κέντρα εντοπισμού αυτών των ρευμάτων, για παράδειγμα, αρκτικά, υποτροπικά, υποπολικά και άλλα. Η γνώση του εντοπισμού των ροών αεριωθουμένων είναι πολύ σημαντική για τη μετεωρολογία και την αεροπορία: η πρώτη χρησιμοποιεί ρέματα για ακριβέστερη πρόγνωση του καιρού, η δεύτερη για την κατασκευή διαδρομών πτήσης αεροσκαφών, επειδή Στα όρια της ροής υπάρχουν ισχυρές τυρβώδεις δίνες, παρόμοιες με μικρές δίνες, που ονομάζονται «αναταράξεις καθαρού ουρανού» λόγω της απουσίας νεφών σε αυτά τα υψόμετρα.
Υπό την επίδραση των ρευμάτων πίδακα μεγάλου υψομέτρου, συχνά σχηματίζονται ρήξεις στην τροπόπαυση και μερικές φορές εξαφανίζονται εντελώς, αν και μετά σχηματίζονται ξανά. Αυτό παρατηρείται ιδιαίτερα συχνά σε υποτροπικά γεωγραφικά πλάτη στα οποία κυριαρχεί ένα ισχυρό υποτροπικό ρεύμα μεγάλου υψομέτρου. Επιπλέον, η διαφορά στα στρώματα της τροπόπαυσης ως προς τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος αέρα οδηγεί στο σχηματισμό σπασίματος. Για παράδειγμα, υπάρχει ένα μεγάλο χάσμα μεταξύ της θερμής και χαμηλής πολικής τροπόπαυσης και της υψηλής και ψυχρής τροπόπαυσης των τροπικών γεωγραφικών πλάτη. Πρόσφατα, διακρίθηκε επίσης ένα στρώμα της τροπόπαυσης των εύκρατων γεωγραφικών πλάτη, το οποίο έχει ρήξεις με τα δύο προηγούμενα στρώματα: το πολικό και το τροπικό.
Το δεύτερο στρώμα της ατμόσφαιρας της γης είναι η στρατόσφαιρα. Η στρατόσφαιρα μπορεί να χωριστεί υπό όρους σε 2 περιοχές. Το πρώτο από αυτά, που βρίσκεται σε ύψη 25 km, χαρακτηρίζεται από σχεδόν σταθερές θερμοκρασίες, οι οποίες είναι ίσες με τις θερμοκρασίες των ανώτερων στρωμάτων της τροπόσφαιρας σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Η δεύτερη περιοχή, ή περιοχή αναστροφής, χαρακτηρίζεται από αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα σε υψόμετρα περίπου 40 km. Αυτό οφείλεται στην απορρόφηση της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας από το οξυγόνο και το όζον. Στο ανώτερο τμήμα της στρατόσφαιρας, λόγω αυτής της θέρμανσης, η θερμοκρασία είναι συχνά θετική ή ακόμα και συγκρίσιμη με τη θερμοκρασία του επιφανειακού αέρα.
Πάνω από την περιοχή της αναστροφής υπάρχει ένα στρώμα σταθερών θερμοκρασιών, το οποίο ονομάζεται στρατόπαυση και είναι το όριο μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας. Το πάχος του φτάνει τα 15 χλμ.
Σε αντίθεση με την τροπόσφαιρα, οι τυρβώδεις διαταραχές είναι σπάνιες στη στρατόσφαιρα, αλλά σημειώνονται ισχυροί οριζόντιοι άνεμοι ή ρεύματα πίδακα που πνέουν σε στενές ζώνες κατά μήκος των ορίων των εύκρατων γεωγραφικών πλάτη που αντιμετωπίζουν τους πόλους. Η θέση αυτών των ζωνών δεν είναι σταθερή: μπορούν να μετατοπιστούν, να επεκταθούν ή ακόμα και να εξαφανιστούν εντελώς. Συχνά, τα ρεύματα πίδακα διεισδύουν στα ανώτερα στρώματα της τροπόσφαιρας ή αντίστροφα, οι μάζες αέρα από την τροπόσφαιρα διεισδύουν στα κατώτερα στρώματα της στρατόσφαιρας. Αυτή η ανάμειξη αέριων μαζών σε περιοχές ατμοσφαιρικών μετώπων είναι ιδιαίτερα χαρακτηριστική.
Λίγο στη στρατόσφαιρα και υδρατμοί. Ο αέρας εδώ είναι πολύ ξηρός και επομένως υπάρχουν λίγα σύννεφα. Μόνο σε υψόμετρα 20-25 km, όντας σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, μπορεί κανείς να παρατηρήσει πολύ λεπτά σύννεφα από μαργαριτάρι, που αποτελούνται από υπερψυγμένα σταγονίδια νερού. Κατά τη διάρκεια της ημέρας, αυτά τα σύννεφα δεν είναι ορατά, αλλά με την έναρξη του σκότους, φαίνονται να λάμπουν λόγω του φωτισμού τους από τον Ήλιο που έχει ήδη δύσει κάτω από τον ορίζοντα.
Στα ίδια ύψη (20-25 χλμ.) στην κάτω στρατόσφαιρα υπάρχει το λεγόμενο στρώμα του όζοντος - η περιοχή με την υψηλότερη περιεκτικότητα σε όζον, η οποία σχηματίζεται υπό την επίδραση της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας (μπορείτε να μάθετε περισσότερα για αυτή τη διαδικασία στη σελίδα). Το στρώμα του όζοντος ή η οζονόσφαιρα είναι απαραίτητο για τη διατήρηση της ζωής για όλους τους οργανισμούς που ζουν στη στεριά απορροφώντας τις θανατηφόρες υπεριώδεις ακτίνες έως και 290 nm. Αυτός είναι ο λόγος που οι ζωντανοί οργανισμοί δεν ζουν πάνω από το στρώμα του όζοντος, είναι το ανώτερο όριο της εξάπλωσης της ζωής στη Γη.
Υπό την επίδραση του όζοντος, τα μαγνητικά πεδία αλλάζουν επίσης, τα άτομα διασπούν μόρια, συμβαίνει ιονισμός, σχηματίζονται νέοι αέρια και άλλες χημικές ενώσεις.
Το στρώμα της ατμόσφαιρας πάνω από τη στρατόσφαιρα ονομάζεται μεσόσφαιρα. Χαρακτηρίζεται από μείωση της θερμοκρασίας του αέρα με ύψος με μέση κατακόρυφη κλίση 0,25-0,3°/100 m, που οδηγεί σε ισχυρές αναταράξεις. Στα ανώτερα όρια της μεσόσφαιρας στην περιοχή που ονομάζεται μεσόπαυση, σημειώθηκαν θερμοκρασίες έως -138 ° C, που είναι το απόλυτο ελάχιστο για ολόκληρη την ατμόσφαιρα της Γης συνολικά.
Εδώ, εντός της μεσόπαυσης, περνά το κατώτερο όριο της περιοχής ενεργού απορρόφησης της υπεριώδους ακτινοβολίας ακτίνων Χ και μικρού μήκους κύματος του Ήλιου. Αυτή η ενεργειακή διαδικασία ονομάζεται μεταφορά θερμότητας ακτινοβολίας. Ως αποτέλεσμα, το αέριο θερμαίνεται και ιονίζεται, γεγονός που προκαλεί τη λάμψη της ατμόσφαιρας.
Σε υψόμετρα 75-90 χλμ. κοντά στα ανώτερα όρια της μεσόσφαιρας, σημειώθηκαν ιδιαίτερα σύννεφα που καταλαμβάνουν τεράστιες εκτάσεις στις πολικές περιοχές του πλανήτη. Αυτά τα σύννεφα ονομάζονται ασήμι λόγω της λάμψης τους το σούρουπο, η οποία οφείλεται στην αντανάκλαση του ηλιακού φωτός από τους κρυστάλλους πάγου από τους οποίους αποτελούνται αυτά τα σύννεφα.
Η ατμοσφαιρική πίεση μέσα στη μεσόπαυση είναι 200 φορές μικρότερη από αυτή του η επιφάνεια της γης. Αυτό υποδηλώνει ότι σχεδόν όλος ο αέρας στην ατμόσφαιρα είναι συγκεντρωμένος στα 3 κατώτερα στρώματά της: την τροπόσφαιρα, τη στρατόσφαιρα και τη μεσόσφαιρα. Τα υπερκείμενα στρώματα της θερμόσφαιρας και της εξώσφαιρας αντιπροσωπεύουν μόνο το 0,05% της μάζας ολόκληρης της ατμόσφαιρας.
Η θερμόσφαιρα βρίσκεται σε υψόμετρα από 90 έως 800 km πάνω από την επιφάνεια της Γης.
Η θερμόσφαιρα χαρακτηρίζεται από συνεχή αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα μέχρι υψόμετρα 200-300 km, όπου μπορεί να φτάσει τους 2500°C. Η αύξηση της θερμοκρασίας συμβαίνει λόγω της απορρόφησης από μόρια αερίου του τμήματος ακτίνων Χ και βραχέων κυμάτων της υπεριώδους ακτινοβολίας του Ήλιου. Πάνω από 300 km πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, η άνοδος της θερμοκρασίας σταματά.
Ταυτόχρονα με την άνοδο της θερμοκρασίας μειώνεται η πίεση και, κατά συνέπεια, η πυκνότητα του περιβάλλοντος αέρα. Έτσι, εάν στα κάτω όρια της θερμόσφαιρας η πυκνότητα είναι 1,8 × 10 -8 g / cm 3, τότε στο πάνω είναι ήδη 1,8 × 10 -15 g / cm 3, που αντιστοιχεί περίπου σε 10 εκατομμύρια - 1 δισεκατομμύριο σωματίδια σε 1 cm 3 .
Όλα τα χαρακτηριστικά της θερμόσφαιρας, όπως η σύνθεση του αέρα, η θερμοκρασία, η πυκνότητά του, υπόκεινται σε έντονες διακυμάνσεις: ανάλογα με τη γεωγραφική θέση, την εποχή του έτους και την ώρα της ημέρας. Ακόμη και η θέση του άνω ορίου της θερμόσφαιρας αλλάζει.
Το ανώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας ονομάζεται εξώσφαιρα ή στρώμα σκέδασης. Το κατώτερο όριο του αλλάζει συνεχώς μέσα σε πολύ μεγάλα όρια. Ως μέση τιμή λήφθηκε το ύψος των 690-800 km. Ρυθμίζεται εκεί όπου μπορεί να αγνοηθεί η πιθανότητα διαμοριακών ή διατομικών συγκρούσεων, δηλ. η μέση απόσταση που θα καλύψει ένα χαοτικά κινούμενο μόριο πριν συγκρουστεί με ένα άλλο παρόμοιο μόριο (το λεγόμενο ελεύθερο μονοπάτι) θα είναι τόσο μεγάλη που, στην πραγματικότητα, τα μόρια δεν θα συγκρουστούν με πιθανότητα κοντά στο μηδέν. Το στρώμα όπου λαμβάνει χώρα το περιγραφόμενο φαινόμενο ονομάζεται θερμόπαυση.
Το ανώτερο όριο της εξώσφαιρας βρίσκεται σε υψόμετρα 2-3 χιλιάδων χιλιομέτρων. Είναι έντονα θολή και σταδιακά περνά στο κοντινό διαστημικό κενό. Μερικές φορές, για το λόγο αυτό, η εξώσφαιρα θεωρείται μέρος του διαστήματος και το ανώτερο όριο της θεωρείται ότι είναι ένα ύψος 190 χιλιομέτρων, στο οποίο η επίδραση της πίεσης της ηλιακής ακτινοβολίας στην ταχύτητα των ατόμων υδρογόνου υπερβαίνει τη βαρυτική έλξη η γη. Αυτό είναι το λεγόμενο. το στέμμα της γης, το οποίο αποτελείται από άτομα υδρογόνου. Η πυκνότητα του στέμματος της γης είναι πολύ χαμηλή: μόνο 1000 σωματίδια ανά κυβικό εκατοστό, αλλά ακόμη και αυτός ο αριθμός είναι περισσότερο από 10 φορές υψηλότερος από τη συγκέντρωση των σωματιδίων στον διαπλανητικό χώρο.
Λόγω του εξαιρετικά σπάνιου αέρα της εξώσφαιρας, τα σωματίδια κινούνται γύρω από τη Γη σε ελλειπτικές τροχιές χωρίς να συγκρούονται μεταξύ τους. Μερικοί από αυτούς, κινούμενοι κατά μήκος ανοικτών ή υπερβολικών τροχιών με κοσμικές ταχύτητες (άτομα υδρογόνου και ηλίου), εγκαταλείπουν την ατμόσφαιρα και πηγαίνουν στο διάστημα, γι' αυτό η εξώσφαιρα ονομάζεται σφαίρα σκέδασης.
Η ατμόσφαιρα είναι το εξωτερικό κέλυφος ουράνια σώματα. Σε διαφορετικούς πλανήτες, διαφέρει σε σύνθεση, χημική και φυσικές ιδιότητες. Ποιες είναι οι κύριες ιδιότητες της ατμόσφαιρας της Γης; Από τι αποτελείται; Πώς και πότε προέκυψε; Θα μάθουμε για αυτό περαιτέρω.
Σχηματισμός της ατμόσφαιρας
Η ατμόσφαιρα είναι ένα μείγμα αερίων που τυλίγουν τον πλανήτη από έξω και συγκρατούνται από τις βαρυτικές του δυνάμεις. Κατά τη στιγμή του σχηματισμού, ο πλανήτης μας δεν είχε ακόμη αέριο περίβλημα. Σχηματίστηκε λίγο αργότερα και κατάφερε να αλλάξει αρκετές φορές. Δεν είναι απολύτως γνωστό ποιες ήταν τότε οι κύριες ιδιότητες της ατμόσφαιρας.
Οι επιστήμονες προτείνουν ότι η πρώτη ατμόσφαιρα συλλέχθηκε από το ηλιακό νεφέλωμα και αποτελούνταν από ήλιο και υδρογόνο. Υψηλές θερμοκρασίεςπλανήτες και η πρόσκρουση του ηλιακού ανέμου κατέστρεψε γρήγορα αυτό το κέλυφος.
Η επόμενη ατμόσφαιρα σχηματίστηκε από 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 στο παρόν. Σε αυτό συμμετείχαν εξωτερικές διεργασίες (καιρικές συνθήκες, ηλιακή δραστηριότητα) στον πλανήτη και τα πρώτα βακτήρια και φύκια, λόγω της απελευθέρωσης οξυγόνου από αυτά.
Σύνθεση και ιδιότητες της ατμόσφαιρας
Το περίβλημα 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.
Ποιες είναι οι κύριες ιδιότητες της ατμόσφαιρας καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τη σύνθεσή της. Το μεγαλύτερο μέρος του αντιπροσωπεύεται από αέρια. Το κύριο μερίδιο αφορά 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 πρακτικά δεν αλλάζει. Οι μεταβλητές τιμές είναι χαρακτηριστικές του νερού και καθορίζονται από την ποσότητα της βλάστησης. Το νερό περιέχεται με τη μορφή υδρατμών. Η ποσότητα του ποικίλλει ανάλογα με τα γεωγραφικά πλάτη και είναι έως 2,5%. Η ατμόσφαιρα περιέχει επίσης προϊόντα καύσης, θαλασσινό αλάτι, ακαθαρσίες σκόνης, 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 καθένα από τα στρώματα της ατμόσφαιρας, οι τιμές τους είναι διαφορετικές. Ο αέρας του κελύφους της Γης είναι ένα σύνολο μορίων από διάφορες ουσίες. 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. Με το ύψος, μειώνονται 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 ανώτερο τμήμα της τροπόσφαιρας, φτάνει τους -56 βαθμούς.
Οι παράμετροι του αέρα επηρεάζονται έντονα από την περιεκτικότητα σε νερό σε αυτόν, δηλαδή την υγρασία. Η συνολική μάζα αέρα του πλανήτη είναι (5,1-5,3) 10 18 kg, όπου η αναλογία των υδρατμών είναι 1,27 10 16 kg. Δεδομένου ότι οι ιδιότητες της ατμόσφαιρας σε διαφορετικές περιοχές είναι διαφορετικές, προκύπτουν τυπικές τιμές, οι οποίες λαμβάνονται ως "κανονικές συνθήκες" στην επιφάνεια της Γης:
Η δομή του αέριου κελύφους της Γης
Η φύση του περιβλήματος αερίου αλλάζει ανάλογα με το ύψος. Ανάλογα με τις κύριες ιδιότητες της ατμόσφαιρας, χωρίζεται σε διάφορα στρώματα:
- τροποσφαίρα;
- στρατόσφαιρα;
- μεσόσφαιρα?
- θερμόσφαιρα?
- εξώσφαιρα.
Η κύρια παράμετρος για τη διαφοροποίηση είναι η θερμοκρασία. Μεταξύ των στρωμάτων, διακρίνονται οριακές περιοχές, που ονομάζονται παύσεις, στις οποίες καθορίζεται ένας σταθερός δείκτης θερμοκρασίας.
Η τροπόσφαιρα είναι το χαμηλότερο στρώμα. Τα σύνορά του εκτείνονται σε υψόμετρο από 8 έως 18 χιλιόμετρα, ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος. Πάνω απ 'όλα, είναι στη γραμμή του ισημερινού. Περίπου το 80% της μάζας του ατμοσφαιρικού αέρα βρίσκεται 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 έως και τις 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 θα ζήσει ούτε πέντε λεπτά. Διαποτίζει όλα τα κύτταρα των φυτών και των ζώων, διευκολύνοντας την ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ του σώματος και του 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 το κλίμα και καιρός. Η ατμόσφαιρα εμπλέκεται στην κατανομή της θερμότητας στον πλανήτη. Χωρίς αυτό, η θερμοκρασία θα κυμαινόταν σε διακόσιους βαθμούς.
Το κέλυφος της Γης εμπλέκεται στην κυκλοφορία ουσιών, είναι ο βιότοπος ορισμένων έμβιων όντων και συμβάλλει στη μετάδοση των ήχων. Η απουσία του θα καθιστούσε αδύνατη την ύπαρξη ζωής στον πλανήτη.
Φόρτωση...