Η ατμόσφαιρα της Γης είναι ετερογενής: σε διαφορετικά υψόμετρα υπάρχουν διαφορετικές πυκνότητες και πιέσεις αέρα, αλλαγές θερμοκρασίας και σύστασης αερίων. Με βάση τη συμπεριφορά της θερμοκρασίας του αέρα περιβάλλοντος (δηλαδή, η θερμοκρασία αυξάνεται ή μειώνεται με το ύψος), 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 στο κοντινό διάστημα. Η γενική δομή της ατμόσφαιρας φαίνεται στο συνημμένο διάγραμμα.

Εικ.1 Η δομή της ατμόσφαιρας της Γης. Πίστωση: ιστοσελίδα

Το χαμηλότερο ατμοσφαιρικό στρώμα είναι η τροπόσφαιρα, το ανώτερο όριο της οποίας, που ονομάζεται τροπόπαυση, ποικίλλει ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος και κυμαίνεται από 8 km. στον πολικό 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 τη μετεωρολογική υπηρεσία των ΗΠΑ, αποκαλύφθηκε ότι από τον Μάρτιο έως τον Αύγουστο ή τον Σεπτέμβριο παρατηρείται σταθερή ψύξη της τροπόσφαιρας, με αποτέλεσμα για σύντομο χρονικό διάστημα τον Αύγουστο ή Σεπτέμβρη το όριό του ανεβαίνει στα 11,5 χλμ. Στη συνέχεια, την περίοδο από τον Σεπτέμβριο έως τον Δεκέμβριο, μειώνεται 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 φτάνει το μεγαλύτερο πάχος της το καλοκαίρι και το πιο λεπτό το χειμώνα.

Αξίζει να σημειωθεί ότι, εκτός από τις εποχιακές, καθημερινές διακυμάνσεις υπάρχουν και στο ύψος της τροπόπαυσης. Επίσης, η θέση του επηρεάζεται από κυκλώνες και αντικυκλώνες: στην πρώτη πέφτει, 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 ιδιαίτερα ανεπτυγμένες εδώ, ειδικά στα εγγύς επιφανειακά και υψηλότερα στρώματα, αναπτύσσονται σύννεφα όλων των επιπέδων, σχηματίζονται κυκλώνες και αντικυκλώνες. Και χάρη στη συσσώρευση αερίων του θερμοκηπίου (διοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο, υδρατμοί) που ανακλώνται από την επιφάνεια της Γης ακτίνες ηλίουαναπτύσσεται το φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Το φαινόμενο του θερμοκηπίου σχετίζεται με μείωση της θερμοκρασίας του αέρα στην τροπόσφαιρα με το ύψος (καθώς η θερμαινόμενη Γη εκπέμπει περισσότερη θερμότητα στα επιφανειακά στρώματα). Η μέση κατακόρυφη κλίση είναι 0,65°/100 m (δηλαδή, η θερμοκρασία του αέρα μειώνεται κατά 0,65° C για κάθε 100 μέτρα ανόδου). Έτσι, εάν η μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα στην επιφάνεια της Γης κοντά στον ισημερινό είναι +26°, τότε στο ανώτερο όριο είναι -70°. Θερμοκρασία κοντά στην τροπόπαυση παραπάνω Βόρειος πόλοςκαθ' όλη τη διάρκεια του έτους ποικίλλει από -45° το καλοκαίρι έως -65° το χειμώνα.

Με την αύξηση του υψομέτρου, η ατμοσφαιρική πίεση μειώνεται επίσης, φτάνοντας μόνο στο 12-20% του επιπέδου κοντά στην επιφάνεια στο ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας.

Στα όρια της τροπόσφαιρας και του υπερκείμενου στρώματος της στρατόσφαιρας βρίσκεται ένα στρώμα της τροπόπαυσης, πάχους 1-2 km. Τα κατώτερα όρια της τροπόπαυσης συνήθως θεωρούνται ένα στρώμα αέρα στο οποίο η κατακόρυφη κλίση μειώνεται σε 0,2°/100 m έναντι 0,65°/100 m στις υποκείμενες περιοχές της τροπόσφαιρας.

Μέσα στην τροπόπαυση, 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 καιρού, η δεύτερη για την κατασκευή διαδρομών πτήσης αεροσκαφών, επειδή Στα όρια των ροών, υπάρχουν ισχυρές τυρβώδεις δίνες, παρόμοιες με μικρές δίνες, που ονομάζονται «στροβιλισμός καθαρού ουρανού» λόγω της απουσίας νεφών σε αυτά τα υψόμετρα.

Υπό την επίδραση των ρευμάτων πίδακα μεγάλου υψομέτρου, συχνά σχηματίζονται σπασίματα στην τροπόπαυση και μερικές φορές εξαφανίζεται εντελώς, αν και στη συνέχεια σχηματίζεται εκ νέου. Αυτό παρατηρείται ιδιαίτερα συχνά σε υποτροπικά γεωγραφικά πλάτη, στα οποία κυριαρχεί ένα ισχυρό υποτροπικό ρεύμα μεγάλου υψομέτρου. Επιπλέον, η διαφορά στα στρώματα της τροπόπαυσης στη θερμοκρασία περιβάλλοντος οδηγεί στο σχηματισμό κενών. Για παράδειγμα, υπάρχει ένα μεγάλο χάσμα μεταξύ της θερμής και χαμηλής πολικής τροπόπαυσης και της υψηλής και ψυχρής τροπόπαυσης των τροπικών γεωγραφικών πλάτη. ΣΕ ΠρόσφαταΞεχωρίζει επίσης το στρώμα 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 χονδρικά να χωριστεί σε δύο περιοχές. Το πρώτο από αυτά, που βρίσκεται σε υψόμετρα 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 συμβαίνει λόγω της απορρόφησης της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας από το οξυγόνο και το όζον. Στο πάνω μέρος της στρατόσφαιρας, χάρη σε αυτή τη θέρμανση, η θερμοκρασία είναι συχνά θετική ή 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 υπάρχουν ισχυροί οριζόντιοι άνεμοι ή ρεύματα πίδακα που πνέουν σε στενές ζώνες κατά μήκος των ορίων 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, αντίθετα, οι μάζες αέρα από την τροπόσφαιρα διεισδύουν στα κατώτερα στρώματα της στρατόσφαιρας. Αυτή η ανάμειξη των μαζών αέρα είναι ιδιαίτερα χαρακτηριστική σε περιοχές με ατμοσφαιρικά μέτωπα.

Υπάρχουν λίγοι υδρατμοί στη στρατόσφαιρα. Ο αέρας εδώ είναι πολύ ξηρός και επομένως σχηματίζονται λίγα σύννεφα. Μόνο σε υψόμετρα 20-25 km, όντας μέσα μεγάλα γεωγραφικά πλάτηΜπορείτε να δείτε πολύ λεπτά μαργαριταρένια σύννεφα 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, ο οποίος έχει ήδη δύσει κάτω από τον ορίζοντα.

Στα ίδια υψόμετρα (20-25 km) 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 αυτό διαδικασία στη σελίδα). Το στρώμα του όζοντος ή η οζονόσφαιρα είναι εξαιρετικής σημασίας για τη διατήρηση της ζωής όλων των οργανισμών που ζουν στην ξηρά, απορροφώντας τις θανατηφόρες υπεριώδεις ακτίνες με μήκος κύματος 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 κατανομής της ζωής στη Γη.

Υπό την επίδραση του όζοντος, τα μαγνητικά πεδία αλλάζουν επίσης, τα άτομα και τα μόρια αποσυντίθενται, πραγματοποιείται ιονισμός και εμφανίζεται νέος σχηματισμός αερίων και άλλων χημικών ενώσεων.

Το στρώμα της ατμόσφαιρας που βρίσκεται 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 έντονες αναταράξεις. Στα ανώτερα όρια της μεσόσφαιρας, στην περιοχή που ονομάζεται μεσόπαυση, καταγράφηκαν θερμοκρασίες έως και -138°C, που είναι το απόλυτο ελάχιστο για ολόκληρη την ατμόσφαιρα της Γης συνολικά.

Εδώ, εντός της μεσόπαυσης, βρίσκεται το κατώτερο όριο της περιοχής ενεργού απορρόφησης της υπεριώδους ακτινοβολίας ακτίνων Χ και βραχέων κυμάτων από τον Ήλιο. Αυτή η ενεργειακή διαδικασία ονομάζεται μεταφορά θερμότητας ακτινοβολίας. Ως αποτέλεσμα, το αέριο θερμαίνεται και ιονίζεται, γεγονός που προκαλεί την λάμψη της ατμόσφαιρας.

Σε υψόμετρα 75-90 χλμ. στα ανώτερα όρια της μεσόσφαιρας, σημειώθηκαν ιδιαίτερα σύννεφα, που καταλαμβάνουν τεράστιες εκτάσεις στις πολικές περιοχές του πλανήτη. Αυτά τα σύννεφα ονομάζονται νυχτερινά λόγω της λάμψης τους το σούρουπο, η οποία προκαλείται από την 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 ό,τι στην 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, η θερμόσφαιρα και η εξώσφαιρα, 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 σε υψόμετρα 200-300 km, όπου μπορεί να φτάσει τους 2500°C. Η θερμοκρασία αυξάνεται λόγω της απορρόφησης των ακτίνων Χ και της υπεριώδους ακτινοβολίας μικρού μήκους κύματος από τον Ήλιο από μόρια αερίου. Πάνω από 300 km πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας σταματά η αύξηση της θερμοκρασίας.

Ταυτόχρονα με την αύξηση 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 στα ανώτερα όρια είναι ήδη 1,8 × 10 -15 g/cm 3, που αντιστοιχεί περίπου σε 10 εκατομμύρια - 1 δισεκατομμύριο σωματίδια ανά 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. Το μέσο ύψος θεωρείται ότι είναι 690-800 km. Εγκαθίσταται εκεί όπου μπορεί να παραμεληθεί η πιθανότητα διαμοριακών ή διατομικών συγκρούσεων, π.χ. η μέση απόσταση που θα καλύψει ένα χαοτικά κινούμενο μόριο πριν συγκρουστεί με 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 εμφανίζεται το περιγραφόμενο φαινόμενο ονομάζεται θερμική παύση.

Το ανώτερο όριο της εξώσφαιρας βρίσκεται σε υψόμετρα 2-3 χιλιάδων χιλιομέτρων. Είναι πολύ θολό και σταδιακά μετατρέπεται σε κενό κοντά στο διάστημα. 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 του Γη. Αυτό είναι το λεγόμενο στέμμα της γης, που αποτελείται από άτομα υδρογόνου. Η πυκνότητα του στέμματος της γης είναι πολύ μικρή: μόνο 1000 σωματίδια ανά κυβικό εκατοστό, αλλά αυτός ο αριθμός είναι περισσότερο από 10 φορές υψηλότερος από τη συγκέντρωση των σωματιδίων στον διαπλανητικό χώρο.

Λόγω της ακραίας αραίωσης του αέρα στην εξώσφαιρα, 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), αφήνουν την ατμόσφαιρα και πηγαίνουν στο διάστημα, γι' αυτό η εξώσφαιρα ονομάζεται σφαίρα σκέδασης.

Η στρατόσφαιρα είναι ένα από τα ανώτερα στρώματα κέλυφος αέρατου πλανήτη μας. Ξεκινά σε υψόμετρο περίπου 11 km πάνω από το έδαφος. Τα επιβατικά αεροσκάφη δεν πετούν πλέον εδώ και σπάνια σχηματίζονται σύννεφα. Το στρώμα του όζοντος της Γης βρίσκεται στη στρατόσφαιρα - ένα λεπτό κέλυφος που προστατεύει τον πλανήτη από τη διείσδυση της επιβλαβούς υπεριώδους ακτινοβολίας.

Το περίβλημα αέρα του πλανήτη

Η ατμόσφαιρα είναι το αέριο κέλυφος της Γης, που γειτνιάζει με την εσωτερική της επιφάνεια με την υδρόσφαιρα και τον φλοιό της γης. Το εξωτερικό του όριο περνά σταδιακά στο διάστημα. Η σύνθεση της ατμόσφαιρας περιλαμβάνει αέρια: άζωτο, οξυγόνο, αργό, διοξείδιο του άνθρακα και ούτω καθεξής, καθώς και ακαθαρσίες με τη μορφή σκόνης, σταγονιδίων νερού, κρυστάλλων πάγου και προϊόντων καύσης. Η αναλογία των κύριων στοιχείων του κελύφους αέρα παραμένει σταθερή. Οι εξαιρέσεις είναι το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό - η ποσότητα τους στην ατμόσφαιρα αλλάζει συχνά.

Στρώματα κελύφους αερίου

Η ατμόσφαιρα χωρίζεται σε πολλά στρώματα, που βρίσκονται το ένα πάνω από το άλλο και έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

οριακό στρώμα - ακριβώς δίπλα στην επιφάνεια του πλανήτη, που εκτείνεται σε ύψος 1-2 km.

τροπόσφαιρα - το δεύτερο στρώμα, το εξωτερικό όριο βρίσκεται κατά μέσο όρο σε υψόμετρο 11 km, σχεδόν όλοι οι υδρατμοί της ατμόσφαιρας συγκεντρώνονται εδώ, σχηματίζονται σύννεφα, προκύπτουν κυκλώνες και αντικυκλώνες και καθώς αυξάνεται το υψόμετρο, η θερμοκρασία αυξάνεται.

τροπόπαυση - ένα μεταβατικό στρώμα που χαρακτηρίζεται από την παύση της μείωσης της θερμοκρασίας.

η στρατόσφαιρα είναι ένα στρώμα που εκτείνεται σε ύψος 50 km και χωρίζεται σε τρεις ζώνες: από 11 έως 25 km η θερμοκρασία αλλάζει ελαφρά, από 25 έως 40 - η θερμοκρασία αυξάνεται, από 40 έως 50 - η θερμοκρασία παραμένει σταθερή (στρατόπαυση )

η μεσόσφαιρα εκτείνεται σε ύψος 80-90 km.

η θερμόσφαιρα φτάνει τα 700-800 km πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, εδώ σε υψόμετρο 100 km είναι η γραμμή Karman, η οποία λαμβάνεται ως το όριο μεταξύ της ατμόσφαιρας της Γης και του διαστήματος.

Η εξώσφαιρα ονομάζεται επίσης ζώνη σκέδασης· σωματίδια ύλης χάνονται πολύ εδώ και πετούν στο διάστημα.

Μεταβολές θερμοκρασίας στη στρατόσφαιρα

Άρα, η στρατόσφαιρα είναι το τμήμα του αέριου κελύφους του πλανήτη που ακολουθεί την τροπόσφαιρα. Εδώ η θερμοκρασία του αέρα, σταθερή σε όλη την τροπόπαυση, αρχίζει να αλλάζει. Το ύψος της στρατόσφαιρας είναι περίπου 40 χιλιόμετρα. Το κατώτερο όριο είναι 11 km πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Ξεκινώντας από αυτό το σημείο, η θερμοκρασία υφίσταται μικρές αλλαγές. Σε υψόμετρο 25 km, ο ρυθμός θέρμανσης αρχίζει να αυξάνεται σιγά σιγά. Σε 40 km πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, η θερμοκρασία αυξάνεται από -56,5º σε +0,8ºС. Στη συνέχεια παραμένει κοντά στους μηδέν βαθμούς μέχρι υψόμετρο 50-55 χλμ. Η ζώνη μεταξύ 40 και 55 χιλιομέτρων ονομάζεται στρατόπαυση επειδή η θερμοκρασία δεν αλλάζει εδώ. Είναι μια ζώνη μετάβασης από τη στρατόσφαιρα στη μεσόσφαιρα.

Χαρακτηριστικά της στρατόσφαιρας

Η στρατόσφαιρα της Γης περιέχει περίπου το 20% της μάζας ολόκληρης της ατμόσφαιρας. Ο αέρας εδώ είναι τόσο σπάνιος που είναι αδύνατο για ένα άτομο να μείνει χωρίς ειδική διαστημική στολή. Αυτό το γεγονός είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους οι πτήσεις στη στρατόσφαιρα άρχισαν να πραγματοποιούνται μόλις σχετικά πρόσφατα.

Ένα άλλο χαρακτηριστικό του αέριου κελύφους του πλανήτη σε υψόμετρο 11-50 km είναι η πολύ μικρή ποσότητα υδρατμών. Για το λόγο αυτό, τα σύννεφα δεν σχηματίζονται σχεδόν ποτέ στη στρατόσφαιρα. Απλώς δεν υπάρχει δομικό υλικό για αυτούς. Ωστόσο, σπάνια είναι δυνατό να παρατηρηθούν τα λεγόμενα σύννεφα από μαργαριτάρι με τα οποία είναι «στολισμένη» η στρατόσφαιρα (φωτογραφία παρακάτω) σε υψόμετρο 20-30 km πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Λεπτοί σχηματισμοί, σαν να λάμπουν από μέσα, μπορούν να παρατηρηθούν μετά τη δύση του ηλίου ή πριν από την ανατολή. Το σχήμα των νεφελωδών νεφών είναι παρόμοιο με το cirrus ή το cirrocumulus.

Το στρώμα του όζοντος της Γης

Το κύριο χαρακτηριστικό της στρατόσφαιρας είναι η μέγιστη συγκέντρωση όζοντος σε ολόκληρη την ατμόσφαιρα. Σχηματίζεται υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός και προστατεύει όλη τη ζωή στον πλανήτη από την καταστροφική ακτινοβολία τους. Το στρώμα του όζοντος της Γης βρίσκεται σε υψόμετρο 20-25 km πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Τα μόρια O 3 κατανέμονται σε όλη τη στρατόσφαιρα και υπάρχουν ακόμη και κοντά στην επιφάνεια του πλανήτη, αλλά σε αυτό το επίπεδο παρατηρείται η υψηλότερη συγκέντρωσή τους.

Πρέπει να σημειωθεί ότι το στρώμα του όζοντος της Γης είναι μόνο 3-4 mm. Αυτό θα είναι το πάχος του εάν τα σωματίδια αυτού του αερίου τοποθετηθούν υπό συνθήκες κανονική πίεση, για παράδειγμα, κοντά στην επιφάνεια του πλανήτη. Το όζον σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της διάσπασης ενός μορίου οξυγόνου υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας σε δύο άτομα. Ένα από αυτά συνδυάζεται με ένα «γεμάτο» μόριο και σχηματίζεται το όζον - O 3.

Επικίνδυνος αμυντικός

Έτσι, σήμερα η στρατόσφαιρα είναι ένα πιο εξερευνημένο στρώμα της ατμόσφαιρας από ό,τι στις αρχές του περασμένου αιώνα. Ωστόσο, το μέλλον του στρώματος του όζοντος, χωρίς το οποίο δεν θα είχε προκύψει ζωή στη Γη, δεν παραμένει πολύ σαφές. Ενώ οι χώρες μειώνουν την παραγωγή φρέον, ορισμένοι επιστήμονες λένε ότι αυτό δεν θα αποφέρει πολλά οφέλη, τουλάχιστον με αυτόν τον ρυθμό, ενώ άλλοι λένε ότι δεν είναι καθόλου απαραίτητο, καθώς το μεγαλύτερο μέρος των επιβλαβών ουσιών σχηματίζεται φυσικά. Ο χρόνος θα κρίνει ποιος έχει δίκιο.

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 φυσικές 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 τέτοια μεγάλης κλίμακας κλιματική αλλαγήστην 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+ d 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 θερμοκρασίας, η μέση ατμόσφαιρα αποτελείται από πολλά στρώματα, σε καθένα από τα οποία η θερμοκρασία προσεγγίζεται γραμμική συνάρτησηύψος. Στο χαμηλότερο στρώμα - την τροπόσφαιρα (h Ј 11 km) η θερμοκρασία πέφτει κατά 6,5 ° C με κάθε χιλιόμετρο ανόδου. Επί μεγάλα υψόμετραη τιμή και το πρόσημο της κατακόρυφης διαβάθμισης θερμοκρασίας αλλάζουν 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.

Τραπέζι 1. Τυπικό μοντέλοατμόσφαιρα της γης

Τραπέζι 1. ΠΡΟΤΥΠΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΤΗΣ ΓΗΣ. Ο πίνακας δείχνει: η– ύψος από το επίπεδο της θάλασσας, R- πίεση, Τ– θερμοκρασία, r – πυκνότητα, Ν– αριθμός μορίων ή ατόμων ανά μονάδα όγκου, H– κλίμακα ύψους, μεγάλο– ελεύθερο μήκος διαδρομής. Η πίεση και η θερμοκρασία σε υψόμετρο 80–250 km, που λαμβάνονται από δεδομένα πυραύλων, έχουν χαμηλότερες τιμές. Οι τιμές για υψόμετρα μεγαλύτερα από 250 km που λαμβάνονται με παρέκταση δεν είναι πολύ ακριβείς.
η(χλμ)	Π(mbar)	Τ(°C)	r (g/cm 3)	Ν(cm –3)	H(χλμ)	μεγάλο(εκ)
0	1013	288	1,22 10 –3	2,55 10 19	8,4	7,4·10 –6
1	899	281	1,11·10 –3	2,31 10 19		8,1·10 –6
2	795	275	1,01·10 –3	2,10 10 19		8,9·10 –6
3	701	268	9,1·10 –4	1,89 10 19		9,9·10 –6
4	616	262	8,2·10 –4	1,70 10 19		1,1·10 –5
5	540	255	7,4·10 –4	1,53 10 19	7,7	1,2·10 –5
6	472	249	6,6·10 –4	1,37 10 19		1,4·10 –5
8	356	236	5,2·10 -4	1,09 10 19		1,7·10 –5
10	264	223	4,1·10 –4	8,6 10 18	6,6	2,2·10 –5
15	121	214	1,93·10 –4	4,0 10 18		4,6·10 –5
20	56	214	8,9·10 –5	1,85 10 18	6,3	1,0·10 –4
30	12	225	1,9·10 –5	3,9 10 17	6,7	4,8·10 –4
40	2,9	268	3,9·10 –6	7,6 10 16	7,9	2,4·10 –3
50	0,97	276	1,15·10 –6	2,4 10 16	8,1	8,5·10 –3
60	0,28	260	3,9·10 –7	7,7 10 15	7,6	0,025
70	0,08	219	1,1·10 –7	2,5 10 15	6,5	0,09
80	0,014	205	2,7·10 –8	5,0 10 14	6,1	0,41
90	2,8·10 –3	210	5,0·10 –9	9·10 13	6,5	2,1
100	5,8·10 –4	230	8,8·10 –10	1,8 10 13	7,4	9
110	1,7·10 –4	260	2,1·10 –10	5,4 10 12	8,5	40
120	6·10 –5	300	5,6·10 –11	1,8 10 12	10,0	130
150	5·10 –6	450	3,2·10 –12	9 10 10	15	1,8 10 3
200	5·10 –7	700	1,6·10 –13	5 10 9	25	3 10 4
250	9·10 –8	800	3·10 –14	8 10 8	40	3·10 5
300	4·10 –8	900	8·10 –15	3 10 8	50
400	8·10 –9	1000	1·10 –15	5 10 7	60
500	2·10 –9	1000	2·10 –16	1·10 7	70
700	2·10 –10	1000	2·10 –17	1 10 6	80
1000	1·10 –11	1000	1·10 –18	1·10 5	80

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 στις τροπικές περιοχές 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 και διάφορα μετεωρολογικά φαινόμενα, σημειώνεται ομίχλη και βροχόπτωση. Αυτά τα στρώματα της γήινης ατμόσφαιρας βρίσκονται σε συναγωγική ισορροπία και, χάρη στην ενεργό ανάμειξη, έχουν ομοιογενή χημική σύνθεση, κυρίως από μοριακό άζωτο (78%) και οξυγόνο (21%). Η συντριπτική πλειονότητα 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 σημαντικό ποσόυδρατμοί και νερό σε μορφή σταγονιδίων, που 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 ταξινομούνται 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 στα ανώτερα στρώματα της τροπόσφαιρας σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες. 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, ομοιόμορφα γκρίπροκαλώντας 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 πάνω μέροςπου 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 τα ίδια κοινό σημέιο(ακτινοβόλος). 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 στοιχεία ισορροπία θερμότηταςατμόσφαιρα.

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 ορατό χρώμα aurora: 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. Ασυνήθιστο σχήμα aurora, 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 μορφές 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 μια ξεχωριστή μορφή. 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. Μερικές φορές, η ατμοσφαιρική λάμψη μπορεί να είναι έως και 40% συνολικός αριθμόςΣβέτα. 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.

Πίνακας 4.

Πίνακας 4.
Ιονοσφαιρική περιοχή	Μέγιστο ύψος, χλμ	T i , κ	Ημέρα		Νύχτα n e , cm –3	a΄, ρm 3 s – 1
			ελάχ n e , cm –3	Μέγιστη n e , cm –3
ρε	70	20	100	200	10	10 –6
μι	110	270	1,5 10 5	3·10 5	3000	10 –7
φά 1	180	800–1500	3·10 5	5 10 5	–	3·10 –8
φά 2 (χειμώνας)	220–280	1000–2000	6 10 5	25 10 5	~10 5	2·10 –10
φά 2 (καλοκαίρι)	250–320	1000–2000	2·10 5	8 10 5	~3·10 5	10 –10
n e– συγκέντρωση ηλεκτρονίων, e – φορτίο ηλεκτρονίων, T i– θερμοκρασία ιόντων, α΄ – συντελεστής ανασυνδυασμού (που καθορίζει την τιμή n eκαι η αλλαγή του με την πάροδο του χρόνου)

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. Γνώση των αλλαγών τους ανάλογα με την κατάσταση της ιονόσφαιρας σε διαφορετικές ώρες της ημέρας και μέσα διαφορετικές εποχέςεξαιρετικά σημαντικό για την εξασφάλιση αξιόπιστων 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 ανώτερη ατμόσφαιραεπηρεάζονται 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 δορυφόρων της Γης (AES) και άλλων διαστημόπλοιο, κατέστη δυνατή η απευθείας 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 σύγχρονες ιδέεςΗ 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.

Αντίο φάκελος αερίουΗ Γη φωτίζεται από τον Ήλιο, όλο και περισσότερα ηλεκτρόνια σχηματίζονται συνεχώς σε αυτήν, αλλά ταυτόχρονα μερικά από τα ηλεκτρόνια, που συγκρούονται με ιόντα, ανασυνδυάζονται, σχηματίζοντας 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 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 ακόμη 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 στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη την ημέραΗ προέλευση των ραδιοκυμάτων που οφείλονται στα σύννεφα Es συμβαίνει 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 πραγματοποιήθηκαν με χρήση γεωφυσικών πυραύλων και δορυφόρων έχουν προσφέρει μια πληθώρα ΝΕΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑ, υποδεικνύοντας ότι ο ιονισμός της ατμόσφαιρας συμβαίνει υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας ευρέος φάσματος. 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 συστηματικής μετεωρολογικές παρατηρήσεις, 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 δομή της ατμόσφαιρας της Γης

Η ατμόσφαιρα είναι το αέριο κέλυφος της Γης με τα σωματίδια αερολύματος που περιέχει, κινούνται μαζί με τη Γη στο διάστημα ως ενιαίο σύνολο και ταυτόχρονα συμμετέχουν στην περιστροφή της Γης. Το μεγαλύτερο μέρος της ζωής μας λαμβάνει χώρα στο κάτω μέρος της ατμόσφαιρας.

Σχεδόν όλοι οι πλανήτες μας έχουν τις δικές τους ατμόσφαιρες. ηλιακό σύστημα, αλλά μόνο η ατμόσφαιρα της γης είναι ικανή να υποστηρίξει τη ζωή.

Όταν ο πλανήτης μας σχηματίστηκε πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, προφανώς δεν είχε ατμόσφαιρα. Η ατμόσφαιρα σχηματίστηκε ως αποτέλεσμα ηφαιστειακών εκπομπών υδρατμών αναμεμειγμένων με διοξείδιο του άνθρακα, άζωτο και άλλες χημικές ουσίες από το εσωτερικό του νεαρού πλανήτη. Αλλά η ατμόσφαιρα μπορεί να περιέχει περιορισμένη ποσότητα υγρασίας, επομένως η περίσσεια της ως αποτέλεσμα της συμπύκνωσης οδήγησε στους ωκεανούς. Αλλά τότε η ατμόσφαιρα στερήθηκε οξυγόνου. Οι πρώτοι ζωντανοί οργανισμοί που προήλθαν και αναπτύχθηκαν στον ωκεανό, ως αποτέλεσμα της αντίδρασης της φωτοσύνθεσης (H 2 O + CO 2 = CH 2 O + O 2), άρχισαν να απελευθερώνουν μικρές ποσότητες οξυγόνου, το οποίο άρχισε να εισέρχεται στην ατμόσφαιρα.

Ο σχηματισμός οξυγόνου στην ατμόσφαιρα της Γης οδήγησε στο σχηματισμό του στρώματος του όζοντος σε υψόμετρα περίπου 8 – 30 km. Και, έτσι, ο πλανήτης μας έχει αποκτήσει προστασία από τις βλαβερές συνέπειες της μελέτης υπεριώδους. Αυτή η συγκυρία λειτούργησε ως ώθηση για την περαιτέρω εξέλιξη των μορφών ζωής στη Γη, επειδή Ως αποτέλεσμα της αυξημένης φωτοσύνθεσης, η ποσότητα οξυγόνου στην ατμόσφαιρα άρχισε να αυξάνεται γρήγορα, γεγονός που συνέβαλε στο σχηματισμό και τη διατήρηση μορφών ζωής, συμπεριλαμβανομένης της ξηράς.

Σήμερα η ατμόσφαιρά μας αποτελείται από 78,1% άζωτο, 21% οξυγόνο, 0,9% αργό και 0,04% διοξείδιο του άνθρακα. Πολύ μικρά κλάσματα σε σύγκριση με τα κύρια αέρια είναι το νέον, το ήλιο, το μεθάνιο και το κρυπτόν.

Τα σωματίδια αερίου που περιέχονται στην ατμόσφαιρα επηρεάζονται από τη δύναμη της βαρύτητας της Γης. Και, δεδομένου ότι ο αέρας είναι συμπιεστός, η πυκνότητά του μειώνεται σταδιακά με το ύψος, περνώντας στο εξωτερικό διάστημα χωρίς σαφή όριο. Το μισό της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας της γης συγκεντρώνεται στα χαμηλότερα 5 km, τα τρία τέταρτα στα χαμηλότερα 10 km, τα εννέα δέκατα στα χαμηλότερα 20 km. Το 99% της μάζας της ατμόσφαιρας της Γης συγκεντρώνεται κάτω από υψόμετρο 30 km, που είναι μόνο το 0,5% της ισημερινής ακτίνας του πλανήτη μας.

Στο επίπεδο της θάλασσας, ο αριθμός των ατόμων και των μορίων ανά κυβικό εκατοστό αέρα είναι περίπου 2 * 10 19, σε υψόμετρο 600 km μόνο 2 * 10 7. Στο επίπεδο της θάλασσας, ένα άτομο ή ένα μόριο ταξιδεύει περίπου 7 * 10 -6 cm πριν συγκρουστεί με ένα άλλο σωματίδιο. Σε υψόμετρο 600 km αυτή η απόσταση είναι περίπου 10 km. Και στο επίπεδο της θάλασσας, περίπου 7 * 10 9 τέτοιες συγκρούσεις συμβαίνουν κάθε δευτερόλεπτο, σε υψόμετρο 600 km - μόνο περίπου μία ανά λεπτό!

Αλλά δεν αλλάζει μόνο η πίεση με το υψόμετρο. Αλλάζει και η θερμοκρασία. Για παράδειγμα, στους πρόποδες ενός ψηλού βουνού μπορεί να κάνει αρκετά ζέστη, ενώ η κορυφή του βουνού είναι καλυμμένη με χιόνι και η θερμοκρασία εκεί είναι ταυτόχρονα κάτω από το μηδέν. Και αν πάρετε ένα αεροπλάνο σε υψόμετρο περίπου 10-11 km, μπορείτε να ακούσετε ένα μήνυμα ότι είναι -50 βαθμούς έξω, ενώ στην επιφάνεια της γης είναι 60-70 βαθμούς πιο ζεστό...

Αρχικά, οι επιστήμονες υπέθεσαν ότι η θερμοκρασία μειώνεται με το ύψος μέχρι να φτάσει στο απόλυτο μηδέν (-273,16°C). Αλλά αυτό δεν είναι αλήθεια.

Η ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται από τέσσερα στρώματα: τροπόσφαιρα, στρατόσφαιρα, μεσόσφαιρα, ιονόσφαιρα (θερμόσφαιρα). Αυτή η διαίρεση σε στρώματα υιοθετήθηκε επίσης με βάση δεδομένα για τις αλλαγές θερμοκρασίας με το ύψος. Το χαμηλότερο στρώμα, όπου η θερμοκρασία του αέρα μειώνεται με το ύψος, ονομάζεται τροπόσφαιρα. Το στρώμα πάνω από την τροπόσφαιρα, όπου σταματά η πτώση της θερμοκρασίας, αντικαθίσταται από ισόθερμο και τελικά η θερμοκρασία αρχίζει να αυξάνεται, ονομάζεται στρατόσφαιρα. Το στρώμα πάνω από τη στρατόσφαιρα στο οποίο η θερμοκρασία πέφτει ξανά γρήγορα είναι η μεσόσφαιρα. Και τέλος, το στρώμα όπου η θερμοκρασία αρχίζει να αυξάνεται ξανά ονομάζεται ιονόσφαιρα ή θερμόσφαιρα.

Η τροπόσφαιρα εκτείνεται κατά μέσο όρο στα χαμηλότερα 12 χιλιόμετρα. Εδώ διαμορφώνεται ο καιρός μας. Τα υψηλότερα σύννεφα (cirrus) σχηματίζονται στα ανώτερα στρώματα της τροπόσφαιρας. Η θερμοκρασία στην τροπόσφαιρα μειώνεται αδιαβατικά με το ύψος, δηλ. Η αλλαγή θερμοκρασίας συμβαίνει λόγω της μείωσης της πίεσης με το ύψος. Το προφίλ θερμοκρασίας της τροπόσφαιρας καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της Γης. Ως αποτέλεσμα της θέρμανσης της επιφάνειας της Γης από τον Ήλιο, σχηματίζονται συναγωγικές και τυρβώδεις ροές, κατευθυνόμενες προς τα πάνω, που σχηματίζουν τον καιρό. Αξίζει να σημειωθεί ότι η επίδραση της υποκείμενης επιφάνειας στα κατώτερα στρώματα της τροπόσφαιρας εκτείνεται σε ύψος περίπου 1,5 km. Φυσικά, εξαιρουμένων των ορεινών περιοχών.

Το ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας είναι η τροπόπαυση - ένα ισόθερμο στρώμα. Θυμάμαι χαρακτηριστική εμφάνισηκεραυνόνεφα των οποίων η κορυφή είναι μια «έκρηξη» από σύννεφα κιρών που ονομάζονται «αμόνι». Αυτό το «αμόνι» απλώς «απλώνεται» κάτω από την τροπόπαυση, γιατί λόγω της ισοθερμίας, τα ανοδικά ρεύματα αέρα εξασθενούν σημαντικά και το σύννεφο σταματά να αναπτύσσεται κατακόρυφα. Αλλά σε ειδικές, σπάνιες περιπτώσεις, οι κορυφές των νεφών cumulonimbus μπορούν να εισβάλουν στα κατώτερα στρώματα της στρατόσφαιρας, σπάζοντας την τροπόπαυση.

Το ύψος της τροπόπαυσης εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος. Έτσι, στον ισημερινό βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 16 km και η θερμοκρασία του είναι περίπου –80°C. Στους πόλους η τροπόπαυση βρίσκεται χαμηλότερα, σε υψόμετρο περίπου 8 χλμ. Το καλοκαίρι η θερμοκρασία εδώ είναι -40°C και -60°C το χειμώνα. Έτσι, παρά τις υψηλότερες θερμοκρασίες στην επιφάνεια της Γης, η τροπική τροπόπαυση είναι πολύ πιο ψυχρή από ότι στους πόλους.

Η ατμόσφαιρα είναι ένα από τα πιο σημαντικά συστατικά του πλανήτη μας. Είναι αυτή που «προστατεύει» τους ανθρώπους από τις σκληρές συνθήκες του διαστήματος, όπως η ηλιακή ακτινοβολία και τα διαστημικά συντρίμμια. Ωστόσο, πολλά στοιχεία για την ατμόσφαιρα είναι άγνωστα στους περισσότερους ανθρώπους.

1. Αληθινό χρώμα του ουρανού

Αν και είναι δύσκολο να το πιστέψει κανείς, ο ουρανός είναι στην πραγματικότητα μωβ. Όταν το φως εισέρχεται στην ατμόσφαιρα, τα σωματίδια του αέρα και του νερού απορροφούν το φως, διασκορπίζοντάς το. Σε αυτή την περίπτωση, περισσότερο από όλα διαλύεται μωβΓι' αυτό οι άνθρωποι βλέπουν μπλε ουρανούς.

2. Αποκλειστικό στοιχείο στην ατμόσφαιρα της Γης

Όπως πολλοί θυμούνται από το σχολείο, η ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται από περίπου 78% άζωτο, 21% οξυγόνο και μικρές ποσότητες αργού, διοξειδίου του άνθρακα και άλλων αερίων. Αλλά λίγοι άνθρωποι γνωρίζουν ότι η ατμόσφαιρά μας είναι η μόνη που έχει ανακαλυφθεί μέχρι στιγμής από τους επιστήμονες (εκτός από τον κομήτη 67P) που έχει ελεύθερο οξυγόνο. Επειδή το οξυγόνο είναι ένα εξαιρετικά αντιδραστικό αέριο, συχνά αντιδρά με άλλες χημικές ουσίες στο διάστημα. Η καθαρή του μορφή στη Γη κάνει τον πλανήτη κατοικήσιμο.

3. Λευκή ρίγα στον ουρανό

Σίγουρα, μερικοί άνθρωποι έχουν αναρωτηθεί μερικές φορές γιατί μια λευκή λωρίδα παραμένει στον ουρανό πίσω από ένα αεροπλάνο. Αυτά τα λευκά ίχνη, γνωστά ως contrails, σχηματίζονται όταν ζεστά, υγρά καυσαέρια από τον κινητήρα ενός αεροπλάνου αναμειγνύονται με ψυχρότερο εξωτερικό αέρα. Οι υδρατμοί από την εξάτμιση παγώνουν και γίνονται ορατοί.

4. Κύρια στρώματα της ατμόσφαιρας

Η ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται από πέντε κύρια στρώματα, τα οποία καθιστούν δυνατή τη ζωή στον πλανήτη. Η πρώτη από αυτές, η τροπόσφαιρα, εκτείνεται από το επίπεδο της θάλασσας σε υψόμετρο περίπου 17 km στον ισημερινό. Τα περισσότερα καιρικά φαινόμενα συμβαίνουν εδώ.

5. Στιβάδα όζοντος

Το επόμενο στρώμα της ατμόσφαιρας, η στρατόσφαιρα, φτάνει σε υψόμετρο περίπου 50 km στον ισημερινό. Περιέχει το στρώμα του όζοντος, το οποίο προστατεύει τους ανθρώπους από τις επικίνδυνες υπεριώδεις ακτίνες. Παρόλο που αυτό το στρώμα βρίσκεται πάνω από την τροπόσφαιρα, μπορεί στην πραγματικότητα να είναι θερμότερο λόγω της ενέργειας που απορροφάται από τις ακτίνες του ήλιου. Τα περισσότερα αεριωθούμενα αεροπλάνα και μετεωρολογικά μπαλόνια πετούν στη στρατόσφαιρα. Τα αεροπλάνα μπορούν να πετάξουν πιο γρήγορα σε αυτό επειδή επηρεάζονται λιγότερο από τη βαρύτητα και την τριβή. Τα μετεωρολογικά μπαλόνια μπορούν να παρέχουν μια καλύτερη εικόνα των καταιγίδων, οι περισσότερες από τις οποίες συμβαίνουν χαμηλότερα στην τροπόσφαιρα.

6. Μεσόσφαιρα

Η μεσόσφαιρα είναι το μεσαίο στρώμα, που εκτείνεται σε ύψος 85 km πάνω από την επιφάνεια του πλανήτη. Η θερμοκρασία του κυμαίνεται γύρω στους -120 ° C. Οι περισσότεροι μετεωρίτες που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα της Γης καίγονται στη μεσόσφαιρα. Τα δύο τελευταία στρώματα που εκτείνονται στο διάστημα είναι η θερμόσφαιρα και η εξώσφαιρα.

7. Εξαφάνιση της ατμόσφαιρας

Η Γη πιθανότατα έχασε την ατμόσφαιρά της αρκετές φορές. Όταν ο πλανήτης καλύφθηκε από ωκεανούς μάγματος, τεράστια διαστρικά αντικείμενα έπεσαν πάνω του. Αυτές οι κρούσεις, που σχημάτισαν επίσης τη Σελήνη, μπορεί να σχημάτισαν την ατμόσφαιρα του πλανήτη για πρώτη φορά.

8. Αν δεν υπήρχαν ατμοσφαιρικά αέρια...

Χωρίς τα διάφορα αέρια στην ατμόσφαιρα, η Γη θα ήταν πολύ κρύα για την ανθρώπινη ύπαρξη. Οι υδρατμοί, το διοξείδιο του άνθρακα και άλλα αέρια της ατμόσφαιρας απορροφούν τη θερμότητα από τον ήλιο και τη «διανέμουν» σε όλη την επιφάνεια του πλανήτη, συμβάλλοντας στη δημιουργία ενός κατοικήσιμου κλίματος.

9. Σχηματισμός της στιβάδας του όζοντος

Το περιβόητο (και ουσιαστικό) στρώμα του όζοντος δημιουργήθηκε όταν τα άτομα οξυγόνου αντέδρασαν με το υπεριώδες φως από τον ήλιο για να σχηματίσουν όζον. Είναι το όζον που απορροφά το μεγαλύτερο μέρος της βλαβερής ακτινοβολίας από τον ήλιο. Παρά τη σπουδαιότητά του, το στρώμα του όζοντος σχηματίστηκε σχετικά πρόσφατα αφού προέκυψε αρκετή ζωή στους ωκεανούς ώστε να απελευθερωθεί στην ατμόσφαιρα η ποσότητα οξυγόνου που απαιτείται για τη δημιουργία μιας ελάχιστης συγκέντρωσης όζοντος

10. Ιονόσφαιρα

Η ιονόσφαιρα ονομάζεται έτσι επειδή τα σωματίδια υψηλής ενέργειας από το διάστημα και τον ήλιο βοηθούν στο σχηματισμό ιόντων, δημιουργώντας ένα «ηλεκτρικό στρώμα» γύρω από τον πλανήτη. Όταν δεν υπήρχαν δορυφόροι, αυτό το στρώμα βοηθούσε στην αντανάκλαση των ραδιοκυμάτων.

11. Όξινη βροχή

Η όξινη βροχή, η οποία καταστρέφει ολόκληρα δάση και καταστρέφει τα υδάτινα οικοσυστήματα, σχηματίζεται στην ατμόσφαιρα όταν σωματίδια διοξειδίου του θείου ή οξειδίου του αζώτου αναμειγνύονται με υδρατμούς και πέφτουν στο έδαφος ως βροχή. Αυτές οι χημικές ενώσεις βρίσκονται επίσης στη φύση: το διοξείδιο του θείου παράγεται κατά τη διάρκεια ηφαιστειακών εκρήξεων και το οξείδιο του αζώτου παράγεται κατά τη διάρκεια των κεραυνών.

12. Αστραπιαία δύναμη

Ο κεραυνός είναι τόσο ισχυρός που μόνο ένα μπουλόνι μπορεί να θερμάνει τον περιβάλλοντα αέρα έως και 30.000° C. Η γρήγορη θέρμανση προκαλεί μια εκρηκτική διαστολή του κοντινού αέρα, που ακούγεται ως ηχητικό κύμα που ονομάζεται βροντή.

Το Aurora Borealis και το Aurora Australis (βόρεια και νότια αύρα) προκαλούνται από αντιδράσεις ιόντων που συμβαίνουν στο τέταρτο επίπεδο της ατμόσφαιρας, τη θερμόσφαιρα. Όταν τα πολύ φορτισμένα σωματίδια από τον ηλιακό άνεμο συγκρούονται με μόρια αέρα πάνω από τους μαγνητικούς πόλους του πλανήτη, λάμπουν και δημιουργούν εκθαμβωτικά φώτα.

14. Ηλιοβασιλέματα

Τα ηλιοβασιλέματα μοιάζουν συχνά με τον ουρανό να καίγεται καθώς μικρά σωματίδια της ατμόσφαιρας διασκορπίζουν το φως, αντανακλώντας το σε πορτοκαλί και κίτρινες αποχρώσεις. Η ίδια αρχή βασίζεται στον σχηματισμό των ουράνιων τόξων.

Το 2013, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι μικροσκοπικά μικρόβια μπορούν να επιβιώσουν πολλά χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια της Γης. Σε υψόμετρο 8-15 χλμ. πάνω από τον πλανήτη, ανακαλύφθηκαν μικρόβια που καταστρέφουν οργανικές χημικές ουσίες και επιπλέουν στην ατμόσφαιρα, «τρέφονται» από αυτές.

Οι υποστηρικτές της θεωρίας της αποκάλυψης και διάφορες άλλες ιστορίες τρόμου θα ενδιαφέρονται να μάθουν.