Η ατμόσφαιρα της Γης είναι ένα κέλυφος αέρα.

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

Αυτή είναι μια από τις γεωσφαίρες του πλανήτη, χωρίς την οποία δεν θα ήταν δυνατή η ύπαρξη όλης της ζωής.

Πού είναι η ατμόσφαιρα

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

Από τι αποτελείται η ατμόσφαιρα;

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

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

Η ατμόσφαιρα αποτελείται από πολλά στρώματα:

• Τροποσφαίρα;
• τροπόπαυση;
• Στρατόσφαιρα και στρατόπαυση;
• Μεσόσφαιρα και μεσόπαυση.
• Μια ειδική γραμμή πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, η οποία ονομάζεται γραμμή Karman.
• Θερμόσφαιρα και θερμόπαυση.
• Ζώνη διασποράς ή εξώσφαιρα.

Κάθε στρώμα έχει τα δικά του χαρακτηριστικά, είναι αλληλένδετα και εξασφαλίζουν τη λειτουργία του εναέριου κελύφους του πλανήτη.

Τα όρια της ατμόσφαιρας

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

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

Χάρη στη συνεχή έρευνα σε αυτόν τον τομέα, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι η ατμόσφαιρα βρίσκεται σε επαφή με την ιονόσφαιρα σε υψόμετρο 118 χιλιομέτρων.

Χημική σύνθεση

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

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

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

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

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

Λειτουργίες ατμόσφαιρας

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

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

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

Δεδομένα

• Το οξυγόνο παρέχει στη Γη την αποσύνθεση της οργανικής ύλης στερεών πετρωμάτων, η οποία είναι πολύ σημαντική για τις εκπομπές, την αποσύνθεση των πετρωμάτων και την οξείδωση των οργανισμών.
• Το διοξείδιο του άνθρακα συμβάλλει στο γεγονός ότι λαμβάνει χώρα η φωτοσύνθεση και επίσης συμβάλλει στη μετάδοση βραχέων κυμάτων ηλιακής ακτινοβολίας, στην απορρόφηση θερμικών μακρών κυμάτων. Εάν αυτό δεν συμβεί, τότε παρατηρείται το λεγόμενο φαινόμενο του θερμοκηπίου.
• Ένα από τα κύρια προβλήματα που σχετίζονται με την ατμόσφαιρα είναι η ρύπανση, η οποία οφείλεται στο έργο των επιχειρήσεων και στις εκπομπές των οχημάτων. Ως εκ τούτου, σε πολλές χώρες έχει εισαχθεί ειδικός περιβαλλοντικός έλεγχος και αναλαμβάνονται ειδικοί μηχανισμοί για τη ρύθμιση των εκπομπών και του φαινομένου του θερμοκηπίου σε διεθνές επίπεδο.

Η ατμόσφαιρα είναι το αέριο κέλυφος του πλανήτη μας που περιστρέφεται μαζί με τη Γη. Το αέριο στην ατμόσφαιρα ονομάζεται αέρας. Η ατμόσφαιρα βρίσκεται σε επαφή με την υδρόσφαιρα και καλύπτει εν μέρει τη λιθόσφαιρα. Αλλά είναι δύσκολο να προσδιοριστούν τα ανώτερα όρια. Συμβατικά, υποτίθεται ότι η ατμόσφαιρα εκτείνεται προς τα πάνω για περίπου τρεις χιλιάδες χιλιόμετρα. Εκεί ρέει ομαλά στον χωρίς αέρα χώρο.

Η χημική σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης

Ο σχηματισμός της χημικής σύνθεσης της ατμόσφαιρας ξεκίνησε πριν από περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια. Αρχικά, η ατμόσφαιρα αποτελούνταν μόνο από ελαφρά αέρια - ήλιο και υδρογόνο. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, οι αρχικές προϋποθέσεις για τη δημιουργία ενός κελύφους αερίου γύρω από τη Γη ήταν οι ηφαιστειακές εκρήξεις, οι οποίες μαζί με τη λάβα εξέπεμπαν τεράστια ποσότητα αερίων. Στη συνέχεια ξεκίνησε η ανταλλαγή αερίων με τους υδάτινους χώρους, με τους ζωντανούς οργανισμούς, με τα προϊόντα της δραστηριότητάς τους. Η σύνθεση του αέρα σταδιακά άλλαξε και στη σημερινή του μορφή καθορίστηκε πριν από αρκετά εκατομμύρια χρόνια.

Τα κύρια συστατικά της ατμόσφαιρας είναι το άζωτο (περίπου 79%) και το οξυγόνο (20%). Το υπόλοιπο ποσοστό (1%) αντιστοιχεί στα ακόλουθα αέρια: αργό, νέο, ήλιο, μεθάνιο, διοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο, κρυπτόν, ξένο, όζον, αμμωνία, διοξείδιο του θείου και άζωτο, οξείδιο του αζώτου και μονοξείδιο του άνθρακα που περιλαμβάνονται σε αυτό τοις εκατό.

Επιπλέον, ο αέρας περιέχει υδρατμούς και σωματίδια (γύρη φυτών, σκόνη, κρύσταλλοι αλατιού, ακαθαρσίες αεροζόλ).

Πρόσφατα, οι επιστήμονες παρατήρησαν όχι μια ποιοτική, αλλά μια ποσοτική αλλαγή σε ορισμένα συστατικά του αέρα. Και ο λόγος για αυτό είναι ο άνθρωπος και η δραστηριότητά του. Μόνο τα τελευταία 100 χρόνια, η περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα έχει αυξηθεί σημαντικά! Αυτό είναι γεμάτο με πολλά προβλήματα, το πιο παγκόσμιο από τα οποία είναι η κλιματική αλλαγή.

Διαμόρφωση καιρού και κλίματος

Η ατμόσφαιρα παίζει ζωτικό ρόλο στη διαμόρφωση του κλίματος και του καιρού στη Γη. Πολλά εξαρτώνται από την ποσότητα του ηλιακού φωτός, από τη φύση της υποκείμενης επιφάνειας και την ατμοσφαιρική κυκλοφορία.

Ας δούμε τους παράγοντες με τη σειρά.

1. Η ατμόσφαιρα μεταδίδει τη θερμότητα των ακτίνων του ήλιου και απορροφά την επιβλαβή ακτινοβολία. Οι αρχαίοι Έλληνες γνώριζαν ότι οι ακτίνες του Ήλιου πέφτουν σε διαφορετικά μέρη της Γης με διαφορετικές γωνίες. Η ίδια η λέξη "κλίμα" στη μετάφραση από τα αρχαία ελληνικά σημαίνει "κλίση". Έτσι, στον ισημερινό, οι ακτίνες του ήλιου πέφτουν σχεδόν κάθετα, γιατί εδώ έχει πολύ ζέστη. Όσο πιο κοντά στους πόλους, τόσο μεγαλύτερη είναι η γωνία κλίσης. Και η θερμοκρασία πέφτει.

2. Λόγω της ανομοιόμορφης θέρμανσης της Γης, σχηματίζονται ρεύματα αέρα στην ατμόσφαιρα. Ταξινομούνται ανάλογα με το μέγεθός τους. Οι μικρότεροι (δεκάδες και εκατοντάδες μέτρα) είναι τοπικοί άνεμοι. Ακολουθούν μουσώνες και εμπορικοί άνεμοι, κυκλώνες και αντικυκλώνες, πλανητικές μετωπικές ζώνες.

Όλες αυτές οι αέριες μάζες κινούνται συνεχώς. Μερικά από αυτά είναι αρκετά στατικά. Για παράδειγμα, οι εμπορικοί άνεμοι που πνέουν από τις υποτροπικές περιοχές προς τον ισημερινό. Η κίνηση των άλλων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ατμοσφαιρική πίεση.

3. Η ατμοσφαιρική πίεση είναι ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει τη διαμόρφωση του κλίματος. Αυτή είναι η πίεση του αέρα στην επιφάνεια της γης. Όπως γνωρίζετε, οι μάζες αέρα μετακινούνται από μια περιοχή με υψηλή ατμοσφαιρική πίεση προς μια περιοχή όπου αυτή η πίεση είναι χαμηλότερη.

Υπάρχουν 7 ζώνες συνολικά. Ο ισημερινός είναι μια ζώνη χαμηλής πίεσης. Περαιτέρω, και στις δύο πλευρές του ισημερινού μέχρι το τριακοστό γεωγραφικό πλάτος - μια περιοχή υψηλής πίεσης. Από 30° έως 60° - και πάλι χαμηλή πίεση. Και από 60° έως τους πόλους - μια ζώνη υψηλής πίεσης. Μεταξύ αυτών των ζωνών κυκλοφορούν αέριες μάζες. Αυτά που πάνε από τη θάλασσα στη στεριά φέρνουν βροχή και κακοκαιρία, και αυτά που φυσούν από τις ηπείρους φέρνουν καθαρό και ξηρό καιρό. Σε μέρη όπου συγκρούονται ρεύματα αέρα, σχηματίζονται ατμοσφαιρικές μέτωπες ζώνες, οι οποίες χαρακτηρίζονται από βροχοπτώσεις και κακοκαιρία, θυελλώδεις.

Οι επιστήμονες έχουν αποδείξει ότι ακόμη και η ευημερία ενός ατόμου εξαρτάται από την ατμοσφαιρική πίεση. Σύμφωνα με τα διεθνή πρότυπα, η κανονική ατμοσφαιρική πίεση είναι 760 mm Hg. στήλη στους 0°C. Αυτός ο αριθμός υπολογίζεται για εκείνες τις εκτάσεις γης που βρίσκονται σχεδόν στο επίπεδο της θάλασσας. Η πίεση μειώνεται με το υψόμετρο. Επομένως, για παράδειγμα, για την Αγία Πετρούπολη 760 mm Hg. - είναι ο κανόνας. Αλλά για τη Μόσχα, η οποία βρίσκεται ψηλότερα, η κανονική πίεση είναι 748 mm Hg.

Η πίεση αλλάζει όχι μόνο κατακόρυφα, αλλά και οριζόντια. Αυτό γίνεται ιδιαίτερα αισθητό κατά το πέρασμα των κυκλώνων.

Η δομή της ατμόσφαιρας

Η ατμόσφαιρα είναι σαν ένα στρώμα κέικ. Και κάθε στρώμα έχει τα δικά του χαρακτηριστικά.

. Τροποσφαίραείναι το στρώμα που βρίσκεται πιο κοντά στη Γη. Το «πάχος» αυτού του στρώματος αλλάζει καθώς απομακρύνεστε από τον ισημερινό. Πάνω από τον ισημερινό, το στρώμα εκτείνεται προς τα πάνω για 16-18 km, σε εύκρατες ζώνες - για 10-12 km, στους πόλους - για 8-10 km.

Εδώ περιέχεται το 80% της συνολικής μάζας του αέρα και το 90% των υδρατμών. Εδώ σχηματίζονται σύννεφα, δημιουργούνται κυκλώνες και αντικυκλώνες. Η θερμοκρασία του αέρα εξαρτάται από το υψόμετρο της περιοχής. Κατά μέσο όρο, πέφτει κατά 0,65°C για κάθε 100 μέτρα.

. τροπόπαυση- μεταβατικό στρώμα της ατμόσφαιρας. Το ύψος του είναι από αρκετές εκατοντάδες μέτρα έως 1-2 χιλιόμετρα. Η θερμοκρασία του αέρα το καλοκαίρι είναι υψηλότερη από το χειμώνα. Έτσι, για παράδειγμα, πάνω από τους πόλους το χειμώνα -65 ° C. Και πάνω από τον ισημερινό οποιαδήποτε εποχή του χρόνου είναι -70 ° C.

. Στρατόσφαιρα- αυτό είναι ένα στρώμα, το άνω όριο του οποίου εκτείνεται σε υψόμετρο 50-55 χιλιομέτρων. Οι αναταράξεις είναι χαμηλές εδώ, η περιεκτικότητα σε υδρατμούς στον αέρα είναι αμελητέα. Αλλά πολύ όζον. Η μέγιστη συγκέντρωσή του βρίσκεται σε υψόμετρο 20-25 km. Στη στρατόσφαιρα, η θερμοκρασία του αέρα αρχίζει να αυξάνεται και φτάνει τους +0,8 ° C. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το στρώμα του όζοντος αλληλεπιδρά με την υπεριώδη ακτινοβολία.

. Στρατόπαυση- ένα χαμηλό ενδιάμεσο στρώμα μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας που την ακολουθεί.

. Μεσόσφαιρα- το ανώτερο όριο αυτού του στρώματος είναι 80-85 χιλιόμετρα. Εδώ λαμβάνουν χώρα περίπλοκες φωτοχημικές διεργασίες που περιλαμβάνουν ελεύθερες ρίζες. Είναι αυτοί που παρέχουν αυτή την απαλή μπλε λάμψη του πλανήτη μας, που φαίνεται από το διάστημα.

Οι περισσότεροι κομήτες και μετεωρίτες καίγονται στη μεσόσφαιρα.

. μεσόπαυση- το επόμενο ενδιάμεσο στρώμα, η θερμοκρασία του αέρα στο οποίο είναι τουλάχιστον -90 °.

. Θερμόσφαιρα- το κάτω όριο αρχίζει σε υψόμετρο 80 - 90 km και το ανώτερο όριο του στρώματος περνά περίπου στο σημάδι των 800 km. Η θερμοκρασία του αέρα ανεβαίνει. Μπορεί να ποικίλλει από +500° C έως +1000° C. Κατά τη διάρκεια της ημέρας, οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας ανέρχονται σε εκατοντάδες βαθμούς! Αλλά ο αέρας εδώ είναι τόσο σπάνιος που η κατανόηση του όρου «θερμοκρασία» όπως φανταζόμαστε δεν είναι κατάλληλη εδώ.

. Ιονόσφαιρα- ενώνει τη μεσόσφαιρα, τη μεσόπαυση και τη θερμόσφαιρα. Ο αέρας εδώ αποτελείται κυρίως από μόρια οξυγόνου και αζώτου, καθώς και από σχεδόν ουδέτερο πλάσμα. Οι ακτίνες του ήλιου, που πέφτουν στην ιονόσφαιρα, ιονίζουν έντονα τα μόρια του αέρα. Στο κατώτερο στρώμα (έως 90 km), ο βαθμός ιοντισμού είναι χαμηλός. Όσο υψηλότερος, τόσο περισσότερος ιονισμός. Άρα, σε υψόμετρο 100-110 km συγκεντρώνονται ηλεκτρόνια. Αυτό συμβάλλει στην ανάκλαση βραχέων και μεσαίων ραδιοκυμάτων.

Το σημαντικότερο στρώμα της ιονόσφαιρας είναι το ανώτερο, το οποίο βρίσκεται σε υψόμετρο 150-400 km. Η ιδιαιτερότητά του είναι ότι αντανακλά ραδιοκύματα και αυτό συμβάλλει στη μετάδοση ραδιοφωνικών σημάτων σε μεγάλες αποστάσεις.

Είναι στην ιονόσφαιρα που εμφανίζεται ένα τέτοιο φαινόμενο όπως το σέλας.

. Εξώσφαιρα- αποτελείται από άτομα οξυγόνου, ηλίου και υδρογόνου. Το αέριο σε αυτό το στρώμα είναι πολύ σπάνιο και συχνά άτομα υδρογόνου διαφεύγουν στο διάστημα. Επομένως, αυτό το στρώμα ονομάζεται "ζώνη σκέδασης".

Ο πρώτος επιστήμονας που πρότεινε ότι η ατμόσφαιρά μας έχει βάρος ήταν ο Ιταλός Ε. Τοριτσέλι. Ο Ostap Bender, για παράδειγμα, στο μυθιστόρημα «The Golden Calf» θρηνούσε που κάθε άτομο πιεζόταν από μια στήλη αέρα βάρους 14 κιλών! Όμως ο μεγάλος στρατηγός έκανε λίγο λάθος. Ένας ενήλικας αντιμετωπίζει πίεση 13-15 τόνων! Αλλά δεν νιώθουμε αυτό το βάρος, γιατί η ατμοσφαιρική πίεση εξισορροπείται από την εσωτερική πίεση ενός ατόμου. Το βάρος της ατμόσφαιράς μας είναι 5.300.000.000.000.000 τόνοι. Ο αριθμός είναι κολοσσιαία, αν και είναι μόνο το ένα εκατομμυριοστό του βάρους του πλανήτη μας.

ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ
αέριο περίβλημα που περιβάλλει ένα ουράνιο σώμα. Τα χαρακτηριστικά του εξαρτώνται από το μέγεθος, τη μάζα, τη θερμοκρασία, την ταχύτητα περιστροφής και τη χημική σύσταση ενός δεδομένου ουράνιου σώματος και καθορίζονται επίσης από το ιστορικό σχηματισμού του από τη στιγμή της γέννησής του. Η ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται από ένα μείγμα αερίων που ονομάζεται αέρας. Τα κύρια συστατικά του είναι άζωτο και οξυγόνο σε αναλογία περίπου 4:1. Ένα άτομο επηρεάζεται κυρίως από την κατάσταση των χαμηλότερων 15-25 km της ατμόσφαιρας, καθώς σε αυτό το κατώτερο στρώμα συγκεντρώνεται ο όγκος του αέρα. Η επιστήμη που μελετά την ατμόσφαιρα ονομάζεται μετεωρολογία, αν και αντικείμενο αυτής της επιστήμης είναι επίσης ο καιρός και η επίδρασή του στον άνθρωπο. Η κατάσταση των ανώτερων στρωμάτων της ατμόσφαιρας, που βρίσκονται σε υψόμετρα από 60 έως 300 και ακόμη και 1000 km από την επιφάνεια της Γης, αλλάζει επίσης. Ισχυροί άνεμοι, καταιγίδες αναπτύσσονται εδώ και εμφανίζονται τέτοια εκπληκτικά ηλεκτρικά φαινόμενα όπως τα σέλας. Πολλά από αυτά τα φαινόμενα συνδέονται με ροές ηλιακής ακτινοβολίας, κοσμική ακτινοβολία και το μαγνητικό πεδίο της Γης. Τα ψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας είναι επίσης ένα χημικό εργαστήριο, αφού εκεί, υπό συνθήκες κοντά στο κενό, ορισμένα ατμοσφαιρικά αέρια, υπό την επίδραση μιας ισχυρής ροής ηλιακής ενέργειας, εισέρχονται σε χημικές αντιδράσεις. Η επιστήμη που μελετά αυτά τα αλληλένδετα φαινόμενα και διαδικασίες ονομάζεται φυσική των υψηλών στρωμάτων της ατμόσφαιρας.
ΓΕΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΤΗΣ ΓΗΣ
Διαστάσεις.Μέχρι που οι πυραύλοι και οι τεχνητοί δορυφόροι εξερεύνησαν τα εξωτερικά στρώματα της ατμόσφαιρας σε αποστάσεις πολλές φορές μεγαλύτερες από την ακτίνα της Γης, πιστευόταν ότι καθώς απομακρύνεστε από την επιφάνεια της γης, η ατμόσφαιρα σταδιακά γίνεται πιο σπάνια και περνά ομαλά στον διαπλανητικό χώρο. . Έχει πλέον αποδειχθεί ότι οι ροές ενέργειας από τα βαθιά στρώματα του Ήλιου διεισδύουν στο διάστημα πολύ πέρα ​​από την τροχιά της Γης, μέχρι τα εξωτερικά όρια του Ηλιακού Συστήματος. Αυτό το λεγόμενο. Ο ηλιακός άνεμος ρέει γύρω από το μαγνητικό πεδίο της Γης, σχηματίζοντας μια επιμήκη «κοιλότητα» μέσα στην οποία συγκεντρώνεται η ατμόσφαιρα της Γης. Το μαγνητικό πεδίο της Γης είναι αισθητά στενό στην πλευρά της ημέρας που βλέπει προς τον Ήλιο και σχηματίζει μια μακριά γλώσσα, που πιθανώς εκτείνεται πέρα ​​από την τροχιά της Σελήνης, στην αντίθετη, νυχτερινή πλευρά. Το όριο του μαγνητικού πεδίου της Γης ονομάζεται μαγνητόπαυση. Από την πλευρά της ημέρας, αυτό το όριο περνά σε απόσταση περίπου επτά ακτίνων της Γης από την επιφάνεια, αλλά σε περιόδους αυξημένης ηλιακής δραστηριότητας είναι ακόμη πιο κοντά στην επιφάνεια της Γης. Η μαγνητόπαυση είναι ταυτόχρονα και το όριο της γήινης ατμόσφαιρας, το εξωτερικό περίβλημα της οποίας ονομάζεται και μαγνητόσφαιρα, αφού περιέχει φορτισμένα σωματίδια (ιόντα), η κίνηση των οποίων οφείλεται στο μαγνητικό πεδίο της γης. Το συνολικό βάρος των ατμοσφαιρικών αερίων είναι περίπου 4,5 * 1015 τόνοι.Έτσι, το «βάρος» της ατμόσφαιρας ανά μονάδα επιφάνειας, ή ατμοσφαιρική πίεση, είναι περίπου 11 τόνοι / m2 στο επίπεδο της θάλασσας.
Σημασία για τη ζωή.Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η Γη χωρίζεται από τον διαπλανητικό χώρο με ένα ισχυρό προστατευτικό στρώμα. Το εξωτερικό διάστημα είναι διαποτισμένο από ισχυρή υπεριώδη ακτινοβολία και ακτινοβολία ακτίνων Χ από τον Ήλιο και ακόμη πιο σκληρή κοσμική ακτινοβολία, και αυτά τα είδη ακτινοβολίας είναι επιζήμια για όλα τα ζωντανά όντα. Στο εξωτερικό άκρο της ατμόσφαιρας, η ένταση της ακτινοβολίας είναι θανατηφόρα, αλλά ένα σημαντικό μέρος της συγκρατείται από την ατμόσφαιρα μακριά από την επιφάνεια της Γης. Η απορρόφηση αυτής της ακτινοβολίας εξηγεί πολλές ιδιότητες των υψηλών στρωμάτων της ατμόσφαιρας, και ιδιαίτερα τα ηλεκτρικά φαινόμενα που συμβαίνουν εκεί. Το χαμηλότερο, επιφανειακό στρώμα της ατμόσφαιρας είναι ιδιαίτερα σημαντικό για ένα άτομο που ζει στο σημείο επαφής των στερεών, υγρών και αέριων κελυφών της Γης. Το άνω κέλυφος της «στερεής» Γης ονομάζεται λιθόσφαιρα. Περίπου το 72% της επιφάνειας της Γης καλύπτεται από τα νερά των ωκεανών, που αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος της υδρόσφαιρας. Η ατμόσφαιρα συνορεύει τόσο με τη λιθόσφαιρα όσο και με την υδρόσφαιρα. Ο άνθρωπος ζει στον πυθμένα του ωκεανού του αέρα και κοντά ή πάνω από το επίπεδο του ωκεανού του νερού. Η αλληλεπίδραση αυτών των ωκεανών είναι ένας από τους σημαντικούς παράγοντες που καθορίζουν την κατάσταση της ατμόσφαιρας.
Χημική ένωση.Τα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας αποτελούνται από ένα μείγμα αερίων (βλ. πίνακα). Εκτός από αυτά που αναφέρονται στον πίνακα, υπάρχουν και άλλα αέρια με τη μορφή μικρών ακαθαρσιών στον αέρα: όζον, μεθάνιο, ουσίες όπως μονοξείδιο του άνθρακα (CO), οξείδια αζώτου και θείου, αμμωνία.

ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ

Στα ψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας, η σύνθεση του αέρα αλλάζει υπό την επίδραση της σκληρής ακτινοβολίας από τον Ήλιο, η οποία οδηγεί στη διάσπαση των μορίων οξυγόνου σε άτομα. Το ατομικό οξυγόνο είναι το κύριο συστατικό των υψηλών στρωμάτων της ατμόσφαιρας. Τέλος, στα πιο απομακρυσμένα στρώματα της ατμόσφαιρας από την επιφάνεια της Γης, τα ελαφρύτερα αέρια, το υδρογόνο και το ήλιο, γίνονται τα κύρια συστατικά. Δεδομένου ότι το μεγαλύτερο μέρος της ύλης συγκεντρώνεται στα χαμηλότερα 30 km, οι αλλαγές στη σύνθεση του αέρα σε υψόμετρα άνω των 100 km δεν έχουν αξιοσημείωτη επίδραση στη συνολική σύνθεση της ατμόσφαιρας.
Ανταλλαγή ενέργειας.Ο ήλιος είναι η κύρια πηγή ενέργειας που έρχεται στη Γη. Όντας σε απόσταση περίπου. Σε απόσταση 150 εκατομμυρίων χιλιομέτρων από τον Ήλιο, η Γη λαμβάνει περίπου το ένα δύο δισεκατομμυριοστό της ενέργειας που εκπέμπει, κυρίως στο ορατό τμήμα του φάσματος, το οποίο ο άνθρωπος ονομάζει «φως». Το μεγαλύτερο μέρος αυτής της ενέργειας απορροφάται από την ατμόσφαιρα και τη λιθόσφαιρα. Η γη εκπέμπει επίσης ενέργεια, κυρίως με τη μορφή μακρινής υπέρυθρης ακτινοβολίας. Έτσι, δημιουργείται μια ισορροπία μεταξύ της ενέργειας που λαμβάνεται από τον Ήλιο, της θέρμανσης της Γης και της ατμόσφαιρας και της αντίστροφης ροής της θερμικής ενέργειας που εκπέμπεται στο διάστημα. Ο μηχανισμός αυτής της ισορροπίας είναι εξαιρετικά περίπλοκος. Μόρια σκόνης και αερίου διασκορπίζουν το φως, αντανακλώντας το εν μέρει στον παγκόσμιο χώρο. Τα σύννεφα αντανακλούν ακόμη περισσότερο την εισερχόμενη ακτινοβολία. Μέρος της ενέργειας απορροφάται απευθείας από μόρια αερίου, αλλά κυρίως από πετρώματα, βλάστηση και επιφανειακά νερά. Οι υδρατμοί και το διοξείδιο του άνθρακα που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα μεταδίδουν ορατή ακτινοβολία αλλά απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία. Η θερμική ενέργεια συσσωρεύεται κυρίως στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Ένα παρόμοιο αποτέλεσμα εμφανίζεται σε ένα θερμοκήπιο όταν το γυαλί αφήνει το φως να μπει και το χώμα θερμαίνεται. Δεδομένου ότι το γυαλί είναι σχετικά αδιαφανές στην υπέρυθρη ακτινοβολία, η θερμότητα συσσωρεύεται στο θερμοκήπιο. Η θέρμανση της κατώτερης ατμόσφαιρας λόγω της παρουσίας υδρατμών και διοξειδίου του άνθρακα αναφέρεται συχνά ως φαινόμενο του θερμοκηπίου. Η συννεφιά παίζει σημαντικό ρόλο στη διατήρηση της θερμότητας στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Εάν τα σύννεφα διαλυθούν ή αυξηθεί η διαφάνεια των μαζών του αέρα, η θερμοκρασία αναπόφευκτα θα μειωθεί καθώς η επιφάνεια της Γης εκπέμπει ελεύθερα θερμική ενέργεια στον περιβάλλοντα χώρο. Το νερό στην επιφάνεια της Γης απορροφά την ηλιακή ενέργεια και εξατμίζεται, μετατρέπεται σε αέριο - υδρατμό, που μεταφέρει τεράστια ποσότητα ενέργειας στην κατώτερη ατμόσφαιρα. Όταν οι υδρατμοί συμπυκνώνονται και σχηματίζουν σύννεφα ή ομίχλη, αυτή η ενέργεια απελευθερώνεται με τη μορφή θερμότητας. Περίπου το ήμισυ της ηλιακής ενέργειας που φτάνει στην επιφάνεια της γης δαπανάται για την εξάτμιση του νερού και εισέρχεται στην κατώτερη ατμόσφαιρα. Έτσι, λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου και της εξάτμισης του νερού, η ατμόσφαιρα ζεσταίνεται από κάτω. Αυτό εξηγεί εν μέρει την υψηλή δραστηριότητα της κυκλοφορίας του σε σύγκριση με την κυκλοφορία του Παγκόσμιου Ωκεανού, ο οποίος θερμαίνεται μόνο από ψηλά και επομένως είναι πολύ πιο σταθερός από την ατμόσφαιρα.
Δείτε επίσης ΜΕΤΩΡΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΑ. Εκτός από τη γενική θέρμανση της ατμόσφαιρας από το ηλιακό «φως», σημαντική θέρμανση ορισμένων στρωμάτων της συμβαίνει λόγω της υπεριώδους ακτινοβολίας και της ακτινοβολίας ακτίνων Χ από τον Ήλιο. Δομή. Σε σύγκριση με τα υγρά και τα στερεά, στις αέριες ουσίες, η δύναμη έλξης μεταξύ των μορίων είναι ελάχιστη. Καθώς η απόσταση μεταξύ των μορίων αυξάνεται, τα αέρια είναι σε θέση να διαστέλλονται επ' αόριστον εάν τίποτα δεν τα εμποδίζει. Το κατώτερο όριο της ατμόσφαιρας είναι η επιφάνεια της Γης. Αυστηρά μιλώντας, αυτό το εμπόδιο είναι αδιαπέραστο, καθώς η ανταλλαγή αερίων λαμβάνει χώρα μεταξύ αέρα και νερού ακόμα και μεταξύ αέρα και πετρωμάτων, αλλά σε αυτή την περίπτωση αυτοί οι παράγοντες μπορούν να παραβλεφθούν. Δεδομένου ότι η ατμόσφαιρα είναι ένα σφαιρικό κέλυφος, δεν έχει πλευρικά όρια, αλλά μόνο ένα κατώτερο όριο και ένα ανώτερο (εξωτερικό) όριο ανοιχτό από την πλευρά του διαπλανητικού χώρου. Μέσα από το εξωτερικό όριο, κάποια ουδέτερα αέρια διαρρέουν, καθώς και η ροή της ύλης από τον περιβάλλοντα εξωτερικό χώρο. Τα περισσότερα από τα φορτισμένα σωματίδια, με εξαίρεση τις κοσμικές ακτίνες υψηλής ενέργειας, είτε συλλαμβάνονται από τη μαγνητόσφαιρα είτε απωθούνται από αυτήν. Η ατμόσφαιρα επηρεάζεται επίσης από τη δύναμη της βαρύτητας, η οποία κρατά το κέλυφος του αέρα στην επιφάνεια της Γης. Τα αέρια της ατμόσφαιρας συμπιέζονται από το βάρος τους. Αυτή η συμπίεση είναι μέγιστη στο κάτω όριο της ατμόσφαιρας, και επομένως η πυκνότητα του αέρα είναι η υψηλότερη εδώ. Σε οποιοδήποτε ύψος πάνω από την επιφάνεια της γης, ο βαθμός συμπίεσης του αέρα εξαρτάται από τη μάζα της υπερκείμενης στήλης αέρα, επομένως η πυκνότητα του αέρα μειώνεται με το ύψος. Η πίεση, ίση με τη μάζα της υπερκείμενης στήλης αέρα ανά μονάδα επιφάνειας, σχετίζεται άμεσα με την πυκνότητα και, επομένως, μειώνεται επίσης με το ύψος. Εάν η ατμόσφαιρα ήταν ένα «ιδανικό αέριο» με σταθερή σύσταση ανεξάρτητη από το ύψος, μια σταθερή θερμοκρασία και μια σταθερή δύναμη βαρύτητας που ασκεί πάνω της, τότε η πίεση θα μειωνόταν κατά 10 για κάθε 20 km υψομέτρου. Η πραγματική ατμόσφαιρα διαφέρει ελαφρώς από το ιδανικό αέριο μέχρι περίπου 100 km, και στη συνέχεια η πίεση μειώνεται πιο αργά με το ύψος, καθώς αλλάζει η σύνθεση του αέρα. Μικρές αλλαγές στο περιγραφόμενο μοντέλο εισάγονται επίσης από τη μείωση της βαρύτητας με την αύξηση της απόστασης από το κέντρο της Γης, που ανέρχεται σε περίπου. 3% για κάθε 100 km υψομέτρου. Σε αντίθεση με την ατμοσφαιρική πίεση, η θερμοκρασία δεν μειώνεται συνεχώς με το υψόμετρο. Όπως φαίνεται στο σχ. 1, μειώνεται σε περίπου 10 km και μετά αρχίζει να ανεβαίνει ξανά. Αυτό συμβαίνει όταν το οξυγόνο απορροφά την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία. Στην περίπτωση αυτή σχηματίζεται αέριο όζον, τα μόρια του οποίου αποτελούνται από τρία άτομα οξυγόνου (Ο3). Απορροφά επίσης την υπεριώδη ακτινοβολία και επομένως αυτό το στρώμα της ατμόσφαιρας, που ονομάζεται οζονόσφαιρα, θερμαίνεται. Πιο ψηλά, η θερμοκρασία πέφτει ξανά, καθώς υπάρχουν πολύ λιγότερα μόρια αερίου και αντίστοιχα μειώνεται η απορρόφηση ενέργειας. Σε ακόμη υψηλότερα στρώματα, η θερμοκρασία ανεβαίνει ξανά λόγω της απορρόφησης της ακτινοβολίας υπεριώδους και ακτίνων Χ του μικρότερου μήκους κύματος από τον Ήλιο από την ατμόσφαιρα. Υπό την επίδραση αυτής της ισχυρής ακτινοβολίας, η ατμόσφαιρα ιονίζεται, δηλ. Ένα μόριο αερίου χάνει ένα ηλεκτρόνιο και αποκτά θετικό ηλεκτρικό φορτίο. Τέτοια μόρια γίνονται θετικά φορτισμένα ιόντα. Λόγω της παρουσίας ελεύθερων ηλεκτρονίων και ιόντων, αυτό το στρώμα της ατμόσφαιρας αποκτά τις ιδιότητες ενός ηλεκτρικού αγωγού. Πιστεύεται ότι η θερμοκρασία συνεχίζει να ανεβαίνει σε ύψη όπου η σπάνια ατμόσφαιρα περνά στον διαπλανητικό χώρο. Σε απόσταση αρκετών χιλιάδων χιλιομέτρων από την επιφάνεια της Γης, πιθανότατα επικρατούν θερμοκρασίες από 5000 ° έως 10.000 ° C. Αν και τα μόρια και τα άτομα έχουν πολύ υψηλές ταχύτητες κίνησης, άρα και υψηλή θερμοκρασία, αυτό το σπάνιο αέριο δεν είναι «καυτό». με τη συνηθισμένη έννοια.. Λόγω του πενιχρού αριθμού μορίων σε μεγάλα υψόμετρα, η συνολική θερμική τους ενέργεια είναι πολύ μικρή. Έτσι, η ατμόσφαιρα αποτελείται από χωριστά στρώματα (δηλαδή, μια σειρά από ομόκεντρα κελύφη ή σφαίρες), η επιλογή των οποίων εξαρτάται από το ποια ιδιότητα έχει το μεγαλύτερο ενδιαφέρον. Με βάση τη μέση κατανομή της θερμοκρασίας, οι μετεωρολόγοι έχουν αναπτύξει ένα σχέδιο για τη δομή μιας ιδανικής «μεσαίας ατμόσφαιρας» (βλ. Εικ. 1).

Τροπόσφαιρα - το κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας, που εκτείνεται στο πρώτο θερμικό ελάχιστο (τη λεγόμενη τροπόπαυση). Το ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος (στις τροπικές περιοχές - 18-20 km, σε εύκρατα γεωγραφικά πλάτη - περίπου 10 km) και την εποχή του χρόνου. Η Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία των ΗΠΑ διεξήγαγε βυθομετρήσεις κοντά στο Νότιο Πόλο και αποκάλυψε εποχιακές αλλαγές στο ύψος της τροπόπαυσης. Τον Μάρτιο, η τροπόπαυση βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου. 7,5 χλμ. Από τον Μάρτιο έως τον Αύγουστο ή τον Σεπτέμβριο υπάρχει μια σταθερή ψύξη της τροπόσφαιρας και τα όριά της αυξάνονται για σύντομο χρονικό διάστημα τον Αύγουστο ή τον Σεπτέμβριο σε ύψος περίπου 11,5 km. Στη συνέχεια, από τον Σεπτέμβριο έως τον Δεκέμβριο πέφτει γρήγορα και φτάνει στη χαμηλότερη θέση του - 7,5 χλμ., όπου παραμένει μέχρι τον Μάρτιο, κυμαινόμενος μέσα σε μόλις 0,5 χλμ. Στην τροπόσφαιρα σχηματίζεται κυρίως ο καιρός, ο οποίος καθορίζει τις συνθήκες για την ανθρώπινη ύπαρξη. Το μεγαλύτερο μέρος των ατμοσφαιρικών υδρατμών συγκεντρώνεται στην τροπόσφαιρα και επομένως σχηματίζονται σύννεφα κυρίως εδώ, αν και μερικά από αυτά, που αποτελούνται από κρυστάλλους πάγου, βρίσκονται επίσης στα υψηλότερα στρώματα. Η τροπόσφαιρα χαρακτηρίζεται από αναταράξεις και ισχυρά ρεύματα αέρα (άνεμοι) και καταιγίδες. Στην ανώτερη τροπόσφαιρα, υπάρχουν ισχυρά ρεύματα αέρα αυστηρά καθορισμένης κατεύθυνσης. Οι τυρβώδεις δίνες, όπως οι μικρές δίνες, σχηματίζονται υπό την επίδραση της τριβής και της δυναμικής αλληλεπίδρασης μεταξύ αργών και ταχέως κινούμενων μαζών αέρα. Δεδομένου ότι συνήθως δεν υπάρχει νεφοκάλυψη σε αυτά τα υψηλά στρώματα, αυτή η αναταραχή αναφέρεται ως "καθαρός αέρας αναταράξεων".
Στρατόσφαιρα. Το ανώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας συχνά λανθασμένα περιγράφεται ως ένα στρώμα με σχετικά σταθερές θερμοκρασίες, όπου οι άνεμοι πνέουν περισσότερο ή λιγότερο σταθερά και όπου τα μετεωρολογικά στοιχεία αλλάζουν ελάχιστα. Τα ανώτερα στρώματα της στρατόσφαιρας θερμαίνονται καθώς το οξυγόνο και το όζον απορροφούν την ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία. Το ανώτερο όριο της στρατόσφαιρας (στρατόπαυση) χαράσσεται όπου η θερμοκρασία αυξάνεται ελαφρά, φτάνοντας ένα ενδιάμεσο μέγιστο, το οποίο είναι συχνά συγκρίσιμο με τη θερμοκρασία του επιφανειακού στρώματος αέρα. Με βάση τις παρατηρήσεις που έγιναν με αεροπλάνα και μπαλόνια προσαρμοσμένα να πετούν σε σταθερό ύψος, έχουν διαπιστωθεί τυρβώδεις διαταραχές και ισχυροί άνεμοι που πνέουν σε διαφορετικές κατευθύνσεις στη στρατόσφαιρα. Όπως και στην τροπόσφαιρα, σημειώνονται ισχυρές δίνες αέρα, οι οποίες είναι ιδιαίτερα επικίνδυνες για τα αεροσκάφη υψηλής ταχύτητας. Ισχυροί άνεμοι, που ονομάζονται αεριωθούμενα ρεύματα, φυσούν σε στενές ζώνες κατά μήκος των ορίων των εύκρατων γεωγραφικών πλάτη που βλέπουν στους πόλους. Ωστόσο, αυτές οι ζώνες μπορούν να μετατοπιστούν, να εξαφανιστούν και να επανεμφανιστούν. Τα αεριωθούμενα ρεύματα συνήθως διαπερνούν την τροπόπαυση και εμφανίζονται στην ανώτερη τροπόσφαιρα, αλλά η ταχύτητά τους μειώνεται γρήγορα με τη μείωση του υψομέτρου. Είναι πιθανό μέρος της ενέργειας που εισέρχεται στη στρατόσφαιρα (κυρίως που δαπανάται για το σχηματισμό του όζοντος) να επηρεάζει τις διαδικασίες στην τροπόσφαιρα. Ιδιαίτερα ενεργή ανάμειξη σχετίζεται με τα ατμοσφαιρικά μέτωπα, όπου καταγράφηκαν εκτεταμένες ροές στρατοσφαιρικού αέρα σημαντικά κάτω από την τροπόπαυση και ο τροποσφαιρικός αέρας τραβήχτηκε στα κατώτερα στρώματα της στρατόσφαιρας. Σημαντική πρόοδος έχει σημειωθεί στη μελέτη της κατακόρυφης δομής των κατώτερων στρωμάτων της ατμόσφαιρας σε σχέση με τη βελτίωση της τεχνικής εκτόξευσης ραδιοφωνικών σημάτων σε υψόμετρα 25-30 km. Η μεσόσφαιρα, που βρίσκεται πάνω από τη στρατόσφαιρα, είναι ένα κέλυφος στο οποίο, σε ύψος 80-85 km, η θερμοκρασία πέφτει στο ελάχιστο για την ατμόσφαιρα συνολικά. Χαμηλές θερμοκρασίες ρεκόρ έως και -110°C καταγράφηκαν από μετεωρολογικούς πυραύλους που εκτοξεύτηκαν από την αμερικανοκαναδική εγκατάσταση στο Fort Churchill (Καναδάς). Το ανώτερο όριο της μεσόσφαιρας (μεσόπαυση) συμπίπτει περίπου με το κατώτερο όριο της περιοχής ενεργού απορρόφησης της ακτινοβολίας Χ και της υπεριώδους ακτινοβολίας μικρότερου μήκους κύματος του Ήλιου, η οποία συνοδεύεται από θέρμανση και ιονισμό του αερίου. Στις πολικές περιοχές το καλοκαίρι εμφανίζονται συχνά συστήματα νεφών στη μεσόπαυση, τα οποία καταλαμβάνουν μεγάλη έκταση, αλλά έχουν μικρή κατακόρυφη ανάπτυξη. Τέτοια σύννεφα που λάμπουν τη νύχτα συχνά καθιστούν δυνατό τον εντοπισμό μεγάλης κλίμακας κυματιστών κινήσεων αέρα στη μεσόσφαιρα. Η σύνθεση αυτών των νεφών, οι πηγές υγρασίας και οι πυρήνες συμπύκνωσης, η δυναμική και η σχέση τους με μετεωρολογικούς παράγοντες δεν έχουν ακόμη μελετηθεί επαρκώς. Η θερμόσφαιρα είναι ένα στρώμα της ατμόσφαιρας στο οποίο η θερμοκρασία αυξάνεται συνεχώς. Η ισχύς του μπορεί να φτάσει τα 600 χλμ. Η πίεση και, κατά συνέπεια, η πυκνότητα ενός αερίου μειώνεται συνεχώς με το ύψος. Κοντά στην επιφάνεια της γης, 1 m3 αέρα περιέχει περίπου. 2,5x1025 μόρια, σε ύψος περ. 100 km, στα κατώτερα στρώματα της θερμόσφαιρας - περίπου 1019, σε υψόμετρο 200 km, στην ιονόσφαιρα - 5 * 10 15 και, σύμφωνα με υπολογισμούς, σε υψόμετρο περίπου. 850 km - περίπου 1012 μόρια. Στον διαπλανητικό χώρο, η συγκέντρωση των μορίων είναι 10 8-10 9 ανά 1 m3. Σε ύψος περίπου. 100 km, ο αριθμός των μορίων είναι μικρός και σπάνια συγκρούονται μεταξύ τους. Η μέση απόσταση που διανύει ένα τυχαία κινούμενο μόριο πριν συγκρουστεί με ένα άλλο παρόμοιο μόριο ονομάζεται μέση ελεύθερη διαδρομή του. Το στρώμα στο οποίο αυτή η τιμή αυξάνεται τόσο πολύ που μπορεί να παραμεληθεί η πιθανότητα διαμοριακών ή διατομικών συγκρούσεων βρίσκεται στο όριο μεταξύ της θερμόσφαιρας και του υπερκείμενου κελύφους (εξώσφαιρα) και ονομάζεται θερμική παύση. Η θερμόπαυση βρίσκεται περίπου 650 km από την επιφάνεια της γης. Σε μια ορισμένη θερμοκρασία, η ταχύτητα της κίνησης ενός μορίου εξαρτάται από τη μάζα του: τα ελαφρύτερα μόρια κινούνται πιο γρήγορα από τα βαριά. Στην κατώτερη ατμόσφαιρα, όπου η ελεύθερη διαδρομή είναι πολύ μικρή, δεν υπάρχει αξιοσημείωτος διαχωρισμός των αερίων ανάλογα με το μοριακό τους βάρος, αλλά εκφράζεται πάνω από 100 km. Επιπλέον, υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας και της ακτινοβολίας ακτίνων Χ από τον Ήλιο, τα μόρια οξυγόνου διασπώνται σε άτομα, η μάζα των οποίων είναι η μισή μάζα του μορίου. Επομένως, καθώς απομακρυνόμαστε από την επιφάνεια της Γης, το ατομικό οξυγόνο γίνεται όλο και πιο σημαντικό στη σύνθεση της ατμόσφαιρας και σε υψόμετρο περίπου. Τα 200 km γίνονται το κύριο συστατικό του. Πιο ψηλά, σε απόσταση περίπου 1200 km από την επιφάνεια της Γης, κυριαρχούν τα ελαφρά αέρια - ήλιο και υδρογόνο. Αποτελούν το εξωτερικό στρώμα της ατμόσφαιρας. Αυτός ο διαχωρισμός κατά βάρος, που ονομάζεται διάχυτος διαχωρισμός, μοιάζει με τον διαχωρισμό μιγμάτων με χρήση φυγόκεντρου. Η εξώσφαιρα είναι το εξωτερικό στρώμα της ατμόσφαιρας, το οποίο απομονώνεται με βάση τις αλλαγές της θερμοκρασίας και τις ιδιότητες του ουδέτερου αερίου. Τα μόρια και τα άτομα στην εξώσφαιρα περιστρέφονται γύρω από τη Γη σε βαλλιστικές τροχιές υπό την επίδραση της βαρύτητας. Μερικές από αυτές τις τροχιές είναι παραβολικές και παρόμοιες με τις τροχιές των βλημάτων. Τα μόρια μπορούν να περιστρέφονται γύρω από τη Γη και σε ελλειπτικές τροχιές, όπως οι δορυφόροι. Μερικά μόρια, κυρίως υδρογόνο και ήλιο, έχουν ανοιχτές τροχιές και διαφεύγουν στο διάστημα (Εικ. 2).

ΣΧΕΣΕΙΣ ΗΛΙΑΚΟΥ-ΓΕΓΑΙΟΥ ΚΑΙ Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥΣ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ
ατμοσφαιρικές παλίρροιες. Η έλξη του Ήλιου και της Σελήνης προκαλεί παλίρροιες στην ατμόσφαιρα, παρόμοιες με τις παλίρροιες της γης και της θάλασσας. Αλλά οι ατμοσφαιρικές παλίρροιες έχουν μια σημαντική διαφορά: η ατμόσφαιρα αντιδρά πιο έντονα στην έλξη του Ήλιου, ενώ ο φλοιός της γης και ο ωκεανός - στην έλξη της Σελήνης. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η ατμόσφαιρα θερμαίνεται από τον Ήλιο και, εκτός από τη βαρυτική παλίρροια, προκύπτει μια ισχυρή θερμική παλίρροια. Γενικά, οι μηχανισμοί σχηματισμού της ατμοσφαιρικής και της θαλάσσιας παλίρροιας είναι παρόμοιοι, εκτός από το ότι για να προβλεφθεί η αντίδραση του αέρα σε βαρυτικές και θερμικές επιδράσεις, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η συμπιεστότητα και η κατανομή θερμοκρασίας του. Δεν είναι απολύτως σαφές γιατί οι ημιημερήσιες (12ωρες) ηλιακές παλίρροιες στην ατμόσφαιρα κυριαρχούν έναντι της ημερήσιας ηλιακής και ημιημερήσιας σεληνιακής παλίρροιας, αν και οι κινητήριες δυνάμεις των δύο τελευταίων διαδικασιών είναι πολύ πιο ισχυρές. Παλαιότερα, πίστευαν ότι εμφανίζεται ένας συντονισμός στην ατμόσφαιρα, ο οποίος ενισχύει ακριβώς τις ταλαντώσεις με περίοδο 12 ωρών. Ωστόσο, οι παρατηρήσεις που έγιναν με τη βοήθεια γεωφυσικών πυραύλων δείχνουν ότι δεν υπάρχουν θερμικοί λόγοι για έναν τέτοιο συντονισμό. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, θα πρέπει πιθανώς να λάβει κανείς υπόψη όλα τα υδροδυναμικά και θερμικά χαρακτηριστικά της ατμόσφαιρας. Στην επιφάνεια της γης κοντά στον ισημερινό, όπου η επίδραση των παλιρροϊκών διακυμάνσεων είναι μέγιστη, παρέχει μεταβολή της ατμοσφαιρικής πίεσης κατά 0,1%. Η ταχύτητα των παλιρροϊκών ανέμων είναι περίπου. 0,3 km/h. Λόγω της πολύπλοκης θερμικής δομής της ατμόσφαιρας (ιδιαίτερα της παρουσίας ελάχιστης θερμοκρασίας στη μεσόπαυση), τα παλιρροϊκά ρεύματα αέρα εντείνονται και, για παράδειγμα, σε υψόμετρο 70 km, η ταχύτητά τους είναι περίπου 160 φορές υψηλότερη από τη γήινη επιφάνεια, η οποία έχει σημαντικές γεωφυσικές συνέπειες. Πιστεύεται ότι στο κάτω μέρος της ιονόσφαιρας (στρώμα Ε) οι παλιρροϊκές ταλαντώσεις μετακινούν το ιονισμένο αέριο κατακόρυφα στο μαγνητικό πεδίο της Γης και επομένως, εδώ προκύπτουν ηλεκτρικά ρεύματα. Αυτά τα συνεχώς αναδυόμενα συστήματα ρευμάτων στην επιφάνεια της Γης δημιουργούνται από διαταραχές του μαγνητικού πεδίου. Οι ημερήσιες διακυμάνσεις του μαγνητικού πεδίου συμφωνούν καλά με τις υπολογισμένες τιμές, γεγονός που μαρτυρεί πειστικά υπέρ της θεωρίας των παλιρροϊκών μηχανισμών του «ατμοσφαιρικού δυναμό». Τα ηλεκτρικά ρεύματα που προκύπτουν στο κάτω μέρος της ιονόσφαιρας (στρώμα Ε) πρέπει να κινηθούν κάπου και, επομένως, το κύκλωμα πρέπει να είναι κλειστό. Η αναλογία με το δυναμό γίνεται πλήρης αν θεωρήσουμε την επερχόμενη κίνηση ως έργο του κινητήρα. Υποτίθεται ότι η αντίστροφη κυκλοφορία του ηλεκτρικού ρεύματος πραγματοποιείται σε ένα υψηλότερο στρώμα της ιονόσφαιρας (F) και αυτή η αντίθετη ροή μπορεί να εξηγήσει μερικά από τα περίεργα χαρακτηριστικά αυτού του στρώματος. Τέλος, το παλιρροϊκό φαινόμενο πρέπει επίσης να δημιουργεί οριζόντια ρεύματα στο στρώμα Ε και επομένως στο στρώμα F.
Ιονόσφαιρα.Επιστήμονες του 19ου αιώνα προσπαθούν να εξηγήσουν τον μηχανισμό εμφάνισης των σέλας. πρότεινε ότι στην ατμόσφαιρα υπάρχει μια ζώνη με ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια. Τον 20ο αιώνα πειστικές αποδείξεις αποκτήθηκαν πειραματικά για την ύπαρξη ενός στρώματος που αντανακλά τα ραδιοκύματα σε υψόμετρα από 85 έως 400 km. Είναι πλέον γνωστό ότι οι ηλεκτρικές του ιδιότητες είναι αποτέλεσμα ιονισμού ατμοσφαιρικού αερίου. Επομένως, αυτό το στρώμα συνήθως ονομάζεται ιονόσφαιρα. Η επίδραση στα ραδιοκύματα οφείλεται κυρίως στην παρουσία ελεύθερων ηλεκτρονίων στην ιονόσφαιρα, αν και ο μηχανισμός διάδοσης των ραδιοκυμάτων συνδέεται με την παρουσία μεγάλων ιόντων. Τα τελευταία παρουσιάζουν επίσης ενδιαφέρον για 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 τη βοήθεια γεωφυσικών πυραύλων και δορυφόρων έχουν δώσει πολλές νέες πληροφορίες, 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 με μικρότερο μήκος κύματος και περισσότερη ενέργεια από τις ακτίνες του ιώδους φωτός εκπέμπεται από το υδρογόνο του εσωτερικού τμήματος της ατμόσφαιρας του Ήλιου (χρωμόσφαιρα) και η ακτινοβολία ακτίνων Χ, η οποία έχει ακόμη μεγαλύτερη ενέργεια, εκπέμπεται από τα αέρια του Ήλιου. εξωτερικό κέλυφος (κορώνα). Η κανονική (μέση) κατάσταση της ιονόσφαιρας οφείλεται σε συνεχή ισχυρή ακτινοβολία. Τακτικές αλλαγές συμβαίνουν στην κανονική ιονόσφαιρα υπό την επίδραση 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, ισχυρές κυκλικά επαναλαμβανόμενες διαταραχές εμφανίζονται στον Ήλιο, οι οποίες φτάνουν στο μέγιστο κάθε 11 χρόνια. Οι παρατηρήσεις στο πλαίσιο του προγράμματος του Διεθνούς Γεωφυσικού Έτους (IGY) συνέπεσαν με την περίοδο της υψηλότερης ηλιακής δραστηριότητας για ολόκληρη την περίοδο των συστηματικών μετεωρολογικών παρατηρήσεων, δηλ. από τις αρχές του 18ου αιώνα Σε περιόδους υψηλής δραστηριότητας, ορισμένες περιοχές στον Ήλιο αυξάνουν τη φωτεινότητα αρκετές φορές και εκπέμπουν ισχυρούς παλμούς υπεριώδους ακτινοβολίας και ακτινοβολίας ακτίνων Χ. Τέτοια φαινόμενα ονομάζονται ηλιακές εκλάμψεις. Διαρκούν από αρκετά λεπτά έως μία ή δύο ώρες. Κατά τη διάρκεια μιας έκλαμψης, ηλιακό αέριο (κυρίως πρωτόνια και ηλεκτρόνια) εκρήγνυται και στοιχειώδη σωματίδια ορμούν στο διάστημα. Η ηλεκτρομαγνητική και σωματική ακτινοβολία του Ήλιου τις στιγμές τέτοιων εκλάμψεων έχει ισχυρή επίδραση στην ατμόσφαιρα της Γης. Η αρχική αντίδραση παρατηρείται 8 λεπτά μετά το φλας, όταν η έντονη υπεριώδης ακτινοβολία και η ακτινοβολία ακτίνων Χ φτάνει στη Γη. Ως αποτέλεσμα, ο ιονισμός αυξάνεται απότομα. Οι ακτίνες Χ διαπερνούν την 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 θέρμανση του αερίου, η οποία 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 αξιοσημείωτες διαταραχές του μαγνητικού πεδίου και να εκδηλωθούν με τη μορφή μαγνητικών καταιγίδων. Αυτή η αρχική φάση διαρκεί μόνο λίγο χρόνο, που αντιστοιχεί στη διάρκεια μιας ηλιακής έκλαμψης. Κατά τη διάρκεια ισχυρών εκλάμψεων στον Ήλιο, ένα ρεύμα επιταχυνόμενων σωματιδίων ορμάει στο διάστημα. Όταν κατευθύνεται προς τη Γη, αρχίζει η δεύτερη φάση, η οποία έχει μεγάλη επίδραση στην κατάσταση της ατμόσφαιρας. Πολλά φυσικά φαινόμενα, μεταξύ των οποίων τα σέλας είναι πιο γνωστά, υποδεικνύουν ότι ένας σημαντικός αριθμός φορτισμένων σωματιδίων φτάνουν στη Γη (βλ. επίσης ΠΟΛΙΚΑ ΦΩΤΑ). Ωστόσο, οι διαδικασίες διαχωρισμού αυτών των σωματιδίων από τον Ήλιο, οι τροχιές τους στο διαπλανητικό διάστημα και οι μηχανισμοί αλληλεπίδρασης με το μαγνητικό πεδίο της Γης και τη μαγνητόσφαιρα δεν έχουν ακόμη μελετηθεί επαρκώς. Το πρόβλημα έγινε πιο περίπλοκο μετά την ανακάλυψη το 1958 από τον Τζέιμς Βαν Άλεν κελυφών που συγκρατούνται από το γεωμαγνητικό πεδίο, που αποτελούνται από φορτισμένα σωματίδια. Αυτά τα σωματίδια κινούνται από το ένα ημισφαίριο στο άλλο, περιστρέφοντας σπειροειδώς γύρω από τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου. Κοντά στη Γη, σε ύψος ανάλογα με το σχήμα των γραμμών δύναμης και με την ενέργεια των σωματιδίων, υπάρχουν «σημεία ανάκλασης», στα οποία τα σωματίδια αλλάζουν την κατεύθυνση της κίνησής τους προς το αντίθετο (Εικ. 3). Δεδομένου ότι η ισχύς του μαγνητικού πεδίου μειώνεται με την απόσταση από τη Γη, οι τροχιές κατά τις οποίες κινούνται αυτά τα σωματίδια παραμορφώνονται κάπως: τα ηλεκτρόνια αποκλίνουν προς τα ανατολικά και τα πρωτόνια προς τη δύση. Ως εκ τούτου, διανέμονται με τη μορφή ζωνών σε όλο τον κόσμο.

Μερικές συνέπειες της θέρμανσης της ατμόσφαιρας από τον Ήλιο.Η ηλιακή ενέργεια επηρεάζει ολόκληρη την ατμόσφαιρα. Έχουμε ήδη αναφέρει τις ζώνες που σχηματίζονται από φορτισμένα σωματίδια στο μαγνητικό πεδίο της Γης και περιστρέφονται γύρω από αυτό. Αυτές οι ζώνες βρίσκονται πιο κοντά στην επιφάνεια της γης στις περιπολικές περιοχές (βλ. Εικ. 3), όπου παρατηρούνται σέλας. Το Σχήμα 1 δείχνει ότι οι περιοχές σέλας στον Καναδά έχουν σημαντικά υψηλότερες θερμοσφαιρικές θερμοκρασίες από αυτές στις νοτιοδυτικές ΗΠΑ. Είναι πιθανό ότι τα συλλαμβανόμενα σωματίδια δίνουν μέρος της ενέργειάς τους στην ατμόσφαιρα, ειδικά όταν συγκρούονται με μόρια αερίου κοντά στα σημεία ανάκλασης, και αφήνουν τις προηγούμενες τροχιές τους. Έτσι θερμαίνονται τα υψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας στη ζώνη σέλας. Μια άλλη σημαντική ανακάλυψη έγινε κατά τη μελέτη των τροχιών των τεχνητών δορυφόρων. Ο Luigi Iacchia, αστρονόμος στο Αστροφυσικό Αστεροσκοπείο Smithsonian, πιστεύει ότι οι μικρές αποκλίσεις αυτών των τροχιών οφείλονται σε αλλαγές στην πυκνότητα της ατμόσφαιρας καθώς θερμαίνεται από τον Ήλιο. Πρότεινε την ύπαρξη μέγιστης πυκνότητας ηλεκτρονίων στην ιονόσφαιρα σε υψόμετρο άνω των 200 km, η οποία δεν αντιστοιχεί στο ηλιακό μεσημέρι, αλλά υπό την επίδραση των δυνάμεων τριβής υστερεί σε σχέση με αυτήν κατά περίπου δύο ώρες. Αυτή τη στιγμή, οι τιμές της ατμοσφαιρικής πυκνότητας, τυπικές για υψόμετρο 600 km, παρατηρούνται σε επίπεδο περίπου. 950 χλμ. Επιπλέον, η μέγιστη συγκέντρωση ηλεκτρονίων παρουσιάζει ακανόνιστες διακυμάνσεις λόγω βραχυπρόθεσμων λάμψεων υπεριώδους ακτινοβολίας και ακτινοβολίας ακτίνων Χ από τον Ήλιο. Ο Λ. Γιακκιά ανακάλυψε επίσης βραχυπρόθεσμες διακυμάνσεις στην πυκνότητα του αέρα, που αντιστοιχούν σε ηλιακές εκλάμψεις και διαταραχές του μαγνητικού πεδίου. Αυτά τα φαινόμενα εξηγούνται από την εισβολή σωματιδίων ηλιακής προέλευσης στην ατμόσφαιρα της Γης και τη θέρμανση εκείνων των στρωμάτων όπου βρίσκονται σε τροχιά οι δορυφόροι.
ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ
Στο επιφανειακό στρώμα της ατμόσφαιρας, ένα μικρό μέρος των μορίων υφίσταται ιονισμό υπό την επίδραση των κοσμικών ακτίνων, της ακτινοβολίας από ραδιενεργά πετρώματα και των προϊόντων διάσπασης του ραδίου (κυρίως του ραδονίου) στον ίδιο τον αέρα. Κατά τη διαδικασία του ιονισμού, ένα άτομο χάνει ένα ηλεκτρόνιο και αποκτά θετικό φορτίο. Ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο συνδυάζεται γρήγορα με ένα άλλο άτομο, σχηματίζοντας ένα αρνητικά φορτισμένο ιόν. Τέτοια ζεύγη θετικών και αρνητικών ιόντων έχουν μοριακές διαστάσεις. Τα μόρια στην ατμόσφαιρα τείνουν να συγκεντρώνονται γύρω από αυτά τα ιόντα. Πολλά μόρια σε συνδυασμό με ένα ιόν σχηματίζουν ένα σύμπλοκο που συνήθως αναφέρεται ως «ιόν φωτός». Η ατμόσφαιρα περιέχει επίσης σύμπλοκα μορίων, γνωστά στη μετεωρολογία ως πυρήνες συμπύκνωσης, γύρω από τα οποία, όταν ο αέρας είναι κορεσμένος με υγρασία, αρχίζει η διαδικασία συμπύκνωσης. Αυτοί οι πυρήνες είναι σωματίδια αλατιού και σκόνης, καθώς και ρύποι που απελευθερώνονται στον αέρα από βιομηχανικές και άλλες πηγές. Τα ιόντα φωτός συχνά προσκολλώνται σε τέτοιους πυρήνες για να σχηματίσουν «βαριά ιόντα». Υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου, ελαφρά και βαριά ιόντα μετακινούνται από τη μια περιοχή της ατμόσφαιρας στην άλλη, μεταφέροντας ηλεκτρικά φορτία. Αν και η ατμόσφαιρα δεν θεωρείται γενικά ηλεκτρικά αγώγιμο μέσο, ​​έχει μικρή ποσότητα αγωγιμότητας. Επομένως, ένα φορτισμένο σώμα που παραμένει στον αέρα χάνει σιγά σιγά το φορτίο του. Η ατμοσφαιρική αγωγιμότητα αυξάνεται με το ύψος λόγω της αυξημένης έντασης της κοσμικής ακτίνας, της μειωμένης απώλειας ιόντων υπό συνθήκες χαμηλότερης πίεσης (και επομένως μεγαλύτερης μέσης ελεύθερης διαδρομής) και λόγω των λιγότερων βαρέων πυρήνων. Η αγωγιμότητα της ατμόσφαιρας φτάνει τη μέγιστη τιμή της σε ύψος περίπου. 50 χλμ., τα λεγόμενα. "επίπεδο αποζημίωσης". Είναι γνωστό ότι μεταξύ της επιφάνειας της Γης και του «επίπεδου αντιστάθμισης» υπάρχει πάντα μια διαφορά δυναμικού αρκετών εκατοντάδων kilovolt, δηλ. σταθερό ηλεκτρικό πεδίο. Αποδείχθηκε ότι η διαφορά δυναμικού μεταξύ ενός συγκεκριμένου σημείου στον αέρα σε ύψος αρκετών μέτρων και της επιφάνειας της Γης είναι πολύ μεγάλη - περισσότερο από 100 V. Η ατμόσφαιρα έχει θετικό φορτίο και η επιφάνεια της γης είναι αρνητικά φορτισμένη. Δεδομένου ότι το ηλεκτρικό πεδίο είναι μια περιοχή, σε κάθε σημείο της οποίας υπάρχει μια ορισμένη τιμή δυναμικού, μπορούμε να μιλήσουμε για μια κλίση δυναμικού. Σε καθαρό καιρό, στα χαμηλότερα λίγα μέτρα, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου της ατμόσφαιρας είναι σχεδόν σταθερή. Λόγω των διαφορών στην ηλεκτρική αγωγιμότητα του αέρα στο επιφανειακό στρώμα, η κλίση του δυναμικού υπόκειται σε ημερήσιες διακυμάνσεις, η πορεία των οποίων ποικίλλει σημαντικά από μέρος σε μέρος. Ελλείψει τοπικών πηγών ατμοσφαιρικής ρύπανσης - πάνω από τους ωκεανούς, ψηλά στα βουνά ή στις πολικές περιοχές - η καθημερινή πορεία της πιθανής κλίσης σε καθαρό καιρό είναι η ίδια. Το μέγεθος της κλίσης εξαρτάται από την καθολική, ή Μέση Ώρα Γκρίνουιτς (UT) και φτάνει στο μέγιστο στις 19:00 E. Ο Appleton πρότεινε ότι αυτή η μέγιστη ηλεκτρική αγωγιμότητα συμπίπτει πιθανώς με τη μεγαλύτερη δραστηριότητα καταιγίδας σε πλανητική κλίμακα. Οι εκκενώσεις κεραυνών κατά τη διάρκεια καταιγίδων μεταφέρουν αρνητικό φορτίο στην επιφάνεια της Γης, καθώς οι βάσεις των πιο ενεργών καταιγίδων έχουν σημαντικό αρνητικό φορτίο. Οι κορυφές των κεραυνών έχουν θετικό φορτίο, το οποίο, σύμφωνα με τους υπολογισμούς των Holzer και Saxon, ρέει από τις κορυφές τους κατά τη διάρκεια καταιγίδων. Χωρίς συνεχή αναπλήρωση, το φορτίο στην επιφάνεια της γης θα εξουδετερωνόταν από την αγωγιμότητα της ατμόσφαιρας. Η υπόθεση ότι η διαφορά δυναμικού μεταξύ της επιφάνειας της γης και του «επίπεδου αντιστάθμισης» διατηρείται λόγω καταιγίδων υποστηρίζεται από στατιστικά δεδομένα. Για παράδειγμα, ο μέγιστος αριθμός καταιγίδων παρατηρείται στην κοιλάδα του ποταμού. Αμαζόνες. Τις περισσότερες φορές, καταιγίδες συμβαίνουν εκεί στο τέλος της ημέρας, δηλ. ΕΝΤΑΞΕΙ. 19:00 Ώρα Γκρίνουιτς, όταν η πιθανή κλίση είναι στο μέγιστο οπουδήποτε στον κόσμο. Επιπλέον, οι εποχιακές διακυμάνσεις στο σχήμα των καμπυλών της ημερήσιας διακύμανσης της δυναμικής κλίσης συμφωνούν επίσης πλήρως με τα δεδομένα για την παγκόσμια κατανομή των καταιγίδων. Ορισμένοι ερευνητές υποστηρίζουν ότι η πηγή του ηλεκτρικού πεδίου της Γης μπορεί να είναι εξωτερικής προέλευσης, καθώς πιστεύεται ότι υπάρχουν ηλεκτρικά πεδία στην ιονόσφαιρα και τη μαγνητόσφαιρα. Αυτή η περίσταση εξηγεί πιθανώς την εμφάνιση πολύ στενών επιμήκων μορφών σέλας, παρόμοιων με τα παρασκήνια και τις καμάρες.
(βλ. επίσης ΠΟΛΙΚΑ ΦΩΤΑ). Λόγω της πιθανής κλίσης και της αγωγιμότητας της ατμόσφαιρας μεταξύ του "επίπεδου αντιστάθμισης" και της επιφάνειας της Γης, τα φορτισμένα σωματίδια αρχίζουν να κινούνται: θετικά φορτισμένα ιόντα - προς την επιφάνεια της γης και αρνητικά φορτισμένα - προς τα πάνω από αυτήν. Αυτό το ρεύμα είναι περίπου. 1800 Α. Αν και αυτή η τιμή φαίνεται μεγάλη, πρέπει να θυμόμαστε ότι είναι κατανεμημένη σε ολόκληρη την επιφάνεια της Γης. Η ισχύς ρεύματος σε στήλη αέρα με εμβαδόν βάσης 1 m2 είναι μόνο 4 * 10 -12 A. Από την άλλη πλευρά, η ισχύς ρεύματος κατά την εκκένωση κεραυνού μπορεί να φτάσει αρκετά αμπέρ, αν και, φυσικά, μια τέτοια εκκένωση έχει μικρή διάρκεια - από κλάσματα του δευτερολέπτου έως ένα ολόκληρο δευτερόλεπτο ή λίγο περισσότερο με επαναλαμβανόμενες εκφορτίσεις. Ο κεραυνός έχει μεγάλο ενδιαφέρον όχι μόνο ως ένα ιδιότυπο φαινόμενο της φύσης. Καθιστά δυνατή την παρατήρηση ηλεκτρικής εκκένωσης σε αέριο μέσο σε τάση αρκετών εκατοντάδων εκατομμυρίων βολτ και απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων αρκετών χιλιομέτρων. Το 1750, ο B. Franklin πρότεινε στη Βασιλική Εταιρεία του Λονδίνου να πειραματιστούν με μια σιδερένια ράβδο στερεωμένη σε μονωτική βάση και τοποθετημένη σε ψηλό πύργο. Περίμενε ότι όταν ένα βροντερό σύννεφο πλησιάσει τον πύργο, ένα φορτίο του αντίθετου σήματος θα συγκεντρωθεί στο πάνω άκρο της αρχικά ουδέτερης ράβδου και ένα φορτίο του ίδιου σημείου όπως στη βάση του νέφους θα συγκεντρωθεί στο κάτω άκρο . Εάν η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου κατά τη διάρκεια μιας εκκένωσης κεραυνού αυξηθεί επαρκώς, το φορτίο από το πάνω άκρο της ράβδου θα στραγγίσει εν μέρει στον αέρα και η ράβδος θα αποκτήσει φορτίο του ίδιου σημείου με τη βάση του νέφους. Το πείραμα που πρότεινε ο Franklin δεν πραγματοποιήθηκε στην Αγγλία, αλλά δημιουργήθηκε το 1752 στο Marly κοντά στο Παρίσι από τον Γάλλο φυσικό Jean d'Alembert. Χρησιμοποίησε μια σιδερένια ράβδο μήκους 12 μέτρων, τοποθετημένη σε ένα γυάλινο μπουκάλι (το οποίο χρησίμευε ως μονωτή), αλλά δεν το τοποθέτησε στον πύργο. Στις 10 Μαΐου, ο βοηθός του ανέφερε ότι όταν ένα βροντερό σύννεφο βρισκόταν πάνω από μια ράβδο, παρήχθησαν σπινθήρες όταν έφεραν ένα γειωμένο καλώδιο σε αυτό. Ο ίδιος ο Franklin, αγνοώντας την επιτυχημένη εμπειρία που πραγματοποιήθηκε στη Γαλλία, Τον Ιούνιο του ίδιου έτους διεξήγαγε το διάσημο πείραμά του με έναν χαρταετό και παρατήρησε ηλεκτρικούς σπινθήρες στο άκρο ενός καλωδίου που ήταν δεμένο σε αυτόν. Το επόμενο έτος, μελετώντας τα φορτία που συλλέγονταν από μια ράβδο, ο Franklin διαπίστωσε ότι οι βάσεις των κεραυνών είναι συνήθως αρνητικά φορτισμένες Πιο λεπτομερείς μελέτες των κεραυνών κατέστησαν δυνατές στα τέλη του 19ου αιώνα λόγω βελτιώσεων στις φωτογραφικές μεθόδους, ειδικά μετά την εφεύρεση της συσκευής με περιστρεφόμενους φακούς, που επέτρεψαν τη διόρθωση των ταχέως αναπτυσσόμενων διεργασιών. Μια τέτοια κάμερα χρησιμοποιήθηκε ευρέως στη μελέτη των εκκενώσεων σπινθήρα. Διαπιστώθηκε ότι υπάρχουν διάφοροι τύποι κεραυνών, με πιο συνηθισμένους τους γραμμικούς, επίπεδους (ενδονέφους) και σφαιρικούς (εκροές αέρα). Ο γραμμικός κεραυνός είναι μια εκκένωση σπινθήρα μεταξύ ενός σύννεφου και της επιφάνειας της γης, ακολουθώντας ένα κανάλι με διακλαδώσεις προς τα κάτω. Οι επίπεδοι κεραυνοί εμφανίζονται μέσα σε ένα βροντερό σύννεφο και μοιάζουν με λάμψεις διάσπαρτου φωτός. Οι εκκενώσεις αέρα των κεραυνών, ξεκινώντας από ένα βροντερό σύννεφο, συχνά κατευθύνονται οριζόντια και δεν φτάνουν στην επιφάνεια της γης.

Μια αστραπιαία εκκένωση συνήθως αποτελείται από τρεις ή περισσότερες επαναλαμβανόμενες εκκενώσεις - παρορμήσεις που ακολουθούν την ίδια διαδρομή. Τα διαστήματα μεταξύ των διαδοχικών παλμών είναι πολύ μικρά, από 1/100 έως 1/10 s (αυτό είναι που προκαλεί το τρεμόπαιγμα του κεραυνού). Γενικά, το φλας διαρκεί περίπου ένα δευτερόλεπτο ή λιγότερο. Μια τυπική διαδικασία ανάπτυξης κεραυνών μπορεί να περιγραφεί ως εξής. Πρώτον, ένας ασθενώς φωτεινός οδηγός εκκένωσης ορμάει από ψηλά στην επιφάνεια της γης. Όταν το φτάσει, μια λαμπερή αντίστροφη, ή κύρια, εκκένωση περνά από τη γη πάνω στο κανάλι που έχει τοποθετήσει ο ηγέτης. Ο οδηγός απαλλαγής, κατά κανόνα, κινείται με ζιγκ-ζαγκ τρόπο. Η ταχύτητα διάδοσής του κυμαίνεται από εκατό έως αρκετές εκατοντάδες χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Στο δρόμο του, ιονίζει μόρια αέρα, δημιουργώντας ένα κανάλι με αυξημένη αγωγιμότητα, μέσω του οποίου η αντίστροφη εκκένωση κινείται προς τα πάνω με ταχύτητα περίπου εκατό φορές μεγαλύτερη από αυτή της εκκένωσης οδηγού. Είναι δύσκολο να προσδιοριστεί το μέγεθος του καναλιού, αλλά η διάμετρος της εκκένωσης του οδηγού υπολογίζεται σε 1–10 m, και αυτή της αντίστροφης εκκένωσης, αρκετά εκατοστά. Οι εκκενώσεις κεραυνών δημιουργούν ραδιοπαρεμβολές εκπέμποντας ραδιοκύματα σε μεγάλο εύρος - από 30 kHz έως εξαιρετικά χαμηλές συχνότητες. Η μεγαλύτερη ακτινοβολία ραδιοκυμάτων είναι πιθανώς στην περιοχή από 5 έως 10 kHz. Τέτοιες παρεμβολές ραδιοσυχνοτήτων χαμηλής συχνότητας «συγκεντρώνονται» στο χώρο μεταξύ του κατώτερου ορίου της ιονόσφαιρας και της επιφάνειας της γης και είναι ικανές να διαδοθούν σε αποστάσεις χιλιάδων χιλιομέτρων από την πηγή.
ΑΛΛΑΓΕΣ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ
Επιπτώσεις μετεωριτών και μετεωριτών.Αν και μερικές φορές οι βροχές μετεωριτών προκαλούν βαθιά εντύπωση με τα φωτιστικά τους εφέ, μεμονωμένοι μετεωρίτες σπάνια παρατηρούνται. Πολύ περισσότεροι είναι οι αόρατοι μετεωρίτες, πολύ μικροί για να φαίνονται τη στιγμή που καταπίνονται από την ατμόσφαιρα. Μερικοί από τους μικρότερους μετεωρίτες πιθανότατα δεν θερμαίνονται καθόλου, αλλά συλλαμβάνονται μόνο από την ατμόσφαιρα. Αυτά τα μικρά σωματίδια που κυμαίνονται σε μέγεθος από μερικά χιλιοστά έως δέκα χιλιοστά του χιλιοστού ονομάζονται μικρομετεωρίτες. Η ποσότητα της μετεωρικής ύλης που εισέρχεται στην ατμόσφαιρα κάθε μέρα είναι από 100 έως 10.000 τόνους, με το μεγαλύτερο μέρος αυτής της ύλης να είναι μικρομετεωρίτες. Δεδομένου ότι η μετεωρική ύλη καίγεται μερικώς στην ατμόσφαιρα, η σύνθεση αερίου της αναπληρώνεται με ίχνη διαφόρων χημικών στοιχείων. Για παράδειγμα, οι πέτρινοι μετεωρίτες φέρνουν λίθιο στην ατμόσφαιρα. Η καύση μεταλλικών μετεωριτών οδηγεί στο σχηματισμό μικροσκοπικών σφαιρικών σιδήρου, σιδήρου-νικελίου και άλλων σταγονιδίων που διέρχονται από την ατμόσφαιρα και εναποτίθενται 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 από τα σωματίδια των μετεωριτών που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα εναποτίθενται εντός περίπου 30 ημερών. Ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτή η κοσμική σκόνη παίζει σημαντικό ρόλο στον σχηματισμό ατμοσφαιρικών φαινομένων όπως η βροχή, καθώς χρησιμεύει ως πυρήνες συμπύκνωσης υδρατμών. Επομένως, θεωρείται ότι η βροχόπτωση σχετίζεται στατιστικά με μεγάλες βροχές μετεωριτών. Ωστόσο, ορισμένοι ειδικοί πιστεύουν ότι δεδομένου ότι η συνολική εισροή μετεωρικής ύλης είναι πολλές δεκάδες φορές μεγαλύτερη από ό,τι ακόμη και με τη μεγαλύτερη βροχή μετεωριτών, η αλλαγή στη συνολική ποσότητα αυτού του υλικού που προκύπτει ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας βροχής μπορεί να παραμεληθεί. Ωστόσο, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι οι μεγαλύτεροι μικρομετεωρίτες και φυσικά οι 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 ξοδεύεται κυρίως, και ίσως ολοκληρωτικά, για τη θέρμανσή της. Αυτό είναι ένα από τα δευτερεύοντα συστατικά της ισορροπίας θερμότητας της ατμόσφαιρας.
Διοξείδιο του άνθρακα βιομηχανικής προέλευσης.Στην περίοδο του ανθρακοφόρου, η ξυλώδης βλάστηση ήταν ευρέως διαδεδομένη στη Γη. Το μεγαλύτερο μέρος του διοξειδίου του άνθρακα που απορροφήθηκε από τα φυτά εκείνη την εποχή συσσωρεύτηκε σε κοιτάσματα άνθρακα και σε κοιτάσματα πετρελαίου. Οι άνθρωποι έχουν μάθει να χρησιμοποιούν τα τεράστια αποθέματα αυτών των ορυκτών ως πηγή ενέργειας και τώρα επιστρέφουν γρήγορα το διοξείδιο του άνθρακα στην κυκλοφορία των ουσιών. Το απολίθωμα είναι πιθανώς περίπου. 4*10 13 τόνοι άνθρακα. Τον περασμένο αιώνα, η ανθρωπότητα έκαψε τόσο πολύ ορυκτά καύσιμα που περίπου 4 * 10 11 τόνοι άνθρακα εισήλθαν ξανά στην ατμόσφαιρα. Αυτή τη στιγμή υπάρχουν περίπου. 2 * 10 12 τόνους άνθρακα, και στα επόμενα εκατό χρόνια ο αριθμός αυτός μπορεί να διπλασιαστεί λόγω της καύσης ορυκτών καυσίμων. Ωστόσο, δεν θα παραμείνει όλος ο άνθρακας στην ατμόσφαιρα: μέρος του θα διαλυθεί στα νερά του ωκεανού, κάποιοι θα απορροφηθούν από τα φυτά και κάποιοι θα δεσμευτούν στη διαδικασία της αποσάθρωσης των πετρωμάτων. Δεν είναι ακόμη δυνατό να προβλεφθεί πόσο διοξείδιο του άνθρακα θα υπάρχει στην ατμόσφαιρα ή τι επιπτώσεις θα έχει στο παγκόσμιο κλίμα. Ωστόσο, πιστεύεται ότι οποιαδήποτε αύξηση της περιεκτικότητάς του θα προκαλέσει θέρμανση, αν και δεν είναι καθόλου απαραίτητο οποιαδήποτε θέρμανση θα επηρεάσει σημαντικά το κλίμα. Η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, σύμφωνα με τα αποτελέσματα των μετρήσεων, αυξάνεται αισθητά, αν και με αργό ρυθμό. Τα κλιματικά δεδομένα για το σταθμό Svalbard και Little America στο ράφι πάγου Ross στην Ανταρκτική υποδεικνύουν αύξηση των μέσων ετήσιων θερμοκρασιών σε μια περίοδο περίπου 50 ετών κατά 5° και 2,5°C, αντίστοιχα.
Η επίδραση της κοσμικής ακτινοβολίας.Όταν οι κοσμικές ακτίνες υψηλής ενέργειας αλληλεπιδρούν με μεμονωμένα συστατικά της ατμόσφαιρας, σχηματίζονται ραδιενεργά ισότοπα. Ανάμεσά τους ξεχωρίζει το ισότοπο άνθρακα 14C που συσσωρεύεται σε φυτικούς και ζωικούς ιστούς. Με τη μέτρηση της ραδιενέργειας οργανικών ουσιών που δεν έχουν ανταλλάξει άνθρακα με το περιβάλλον για μεγάλο χρονικό διάστημα, μπορεί να προσδιοριστεί η ηλικία τους. Η μέθοδος του ραδιοάνθρακα έχει καθιερωθεί ως η πιο αξιόπιστη μέθοδος χρονολόγησης απολιθωμένων οργανισμών και αντικειμένων υλικού πολιτισμού, η ηλικία των οποίων δεν υπερβαίνει τα 50 χιλιάδες χρόνια. Άλλα ραδιενεργά ισότοπα με μεγάλη ημιζωή θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την ημερομηνία υλικών εκατοντάδων χιλιάδων ετών, εάν λυθεί το θεμελιώδες πρόβλημα της μέτρησης εξαιρετικά χαμηλών επιπέδων ραδιενέργειας.
(βλ. επίσης ΡΑΔΙΟΑΝΘΡΑΚΩΝ Dating).
ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΤΗΣ ΓΗΣ
Η ιστορία του σχηματισμού της ατμόσφαιρας δεν έχει ακόμη αποκατασταθεί απολύτως αξιόπιστα. Ωστόσο, έχουν εντοπιστεί ορισμένες πιθανές αλλαγές στη σύνθεσή του. Ο σχηματισμός της ατμόσφαιρας ξεκίνησε αμέσως μετά το σχηματισμό της Γης. Υπάρχουν αρκετά καλοί λόγοι να πιστεύουμε ότι στη διαδικασία της εξέλιξης της Pra-Earth και της απόκτησής της κοντά στις σύγχρονες διαστάσεις και μάζα, έχασε σχεδόν εντελώς την αρχική της ατμόσφαιρα. Πιστεύεται ότι σε πρώιμο στάδιο η Γη ήταν σε λιωμένη κατάσταση και περίπου. Πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, διαμορφώθηκε σε ένα συμπαγές σώμα. Αυτό το ορόσημο λαμβάνεται ως η αρχή της γεωλογικής χρονολογίας. Από τότε υπήρξε μια αργή εξέλιξη της ατμόσφαιρας. Ορισμένες γεωλογικές διεργασίες, όπως οι εκρήξεις λάβας κατά τη διάρκεια ηφαιστειακών εκρήξεων, συνοδεύτηκαν από την απελευθέρωση αερίων από τα έγκατα της Γης. Περιλάμβαναν πιθανώς άζωτο, αμμωνία, μεθάνιο, υδρατμούς, μονοξείδιο του άνθρακα και διοξείδιο του άνθρακα. 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. Το υδρογόνο στη διαδικασία της διάχυσης ανέβηκε και έφυγε από την ατμόσφαιρα, ενώ το βαρύτερο άζωτο δεν μπορούσε να διαφύγει και συσσωρεύτηκε σταδιακά, καθιστώντας το κύριο συστατικό του, αν και ένα μέρος του δεσμεύτηκε κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων. Υπό την επίδραση των υπεριωδών ακτίνων και των ηλεκτρικών εκκενώσεων, ένα μείγμα αερίων, πιθανότατα παρόν στην αρχική ατμόσφαιρα της Γης, εισήλθε σε χημικές αντιδράσεις, ως αποτέλεσμα των οποίων σχηματίστηκαν οργανικές ουσίες, ιδίως αμινοξέα. Κατά συνέπεια, η ζωή θα μπορούσε να πηγάζει σε μια ατμόσφαιρα ριζικά διαφορετική από τη σύγχρονη. Με την εμφάνιση των πρωτόγονων φυτών ξεκίνησε η διαδικασία της φωτοσύνθεσης (βλ. και ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗ), συνοδευόμενη από την απελευθέρωση ελεύθερου οξυγόνου. Αυτό το αέριο, ειδικά μετά τη διάχυση στην ανώτερη ατμόσφαιρα, άρχισε να προστατεύει τα κατώτερα στρώματά του και την επιφάνεια της Γης από την επικίνδυνη για τη ζωή υπεριώδη ακτινοβολία και ακτινοβολία ακτίνων Χ. Υπολογίζεται ότι μόλις 0,00004 του σημερινού όγκου οξυγόνου θα μπορούσε να οδηγήσει στο σχηματισμό ενός στρώματος με τη μισή συγκέντρωση του όζοντος, το οποίο παρόλα αυτά παρείχε πολύ σημαντική προστασία από τις υπεριώδεις ακτίνες. Είναι επίσης πιθανό ότι η πρωτογενής ατμόσφαιρα περιείχε πολύ διοξείδιο του άνθρακα. Καταναλώθηκε κατά τη φωτοσύνθεση και η συγκέντρωσή του πρέπει να μειώθηκε καθώς εξελισσόταν ο φυτικός κόσμος, αλλά και λόγω της απορρόφησης κατά τη διάρκεια ορισμένων γεωλογικών διεργασιών. Δεδομένου ότι το φαινόμενο του θερμοκηπίου συνδέεται με την παρουσία διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι διακυμάνσεις στη συγκέντρωσή του είναι μία από τις σημαντικές αιτίες μεγάλης κλίμακας κλιματικών αλλαγών στην ιστορία της Γης, όπως οι εποχές των παγετώνων. Το ήλιο που υπάρχει στη σύγχρονη ατμόσφαιρα είναι πιθανώς ως επί το πλείστον προϊόν της ραδιενεργής διάσπασης του ουρανίου, του θορίου και του ραδίου. Αυτά τα ραδιενεργά στοιχεία εκπέμπουν σωματίδια άλφα, τα οποία είναι οι πυρήνες των ατόμων ηλίου. Δεδομένου ότι δεν δημιουργείται ή καταστρέφεται ηλεκτρικό φορτίο κατά τη διάρκεια της ραδιενεργής διάσπασης, υπάρχουν δύο ηλεκτρόνια για κάθε σωματίδιο άλφα. Ως αποτέλεσμα, συνδυάζεται μαζί τους, σχηματίζοντας ουδέτερα άτομα ηλίου. Τα ραδιενεργά στοιχεία περιέχονται σε ορυκτά διασκορπισμένα στο πάχος των πετρωμάτων, έτσι ένα σημαντικό μέρος του ηλίου που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της ραδιενεργής αποσύνθεσης αποθηκεύεται σε αυτά, εξατμιζόμενο πολύ αργά στην ατμόσφαιρα. Μια ορισμένη ποσότητα ηλίου ανεβαίνει στην εξώσφαιρα λόγω της διάχυσης, αλλά λόγω της συνεχούς εισροής από την επιφάνεια της γης, ο όγκος αυτού του αερίου στην ατμόσφαιρα παραμένει 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 νέον στο διάστημα είναι περίπου δέκα δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από ό,τι στη Γη, το κρυπτόν - δέκα εκατομμύρια φορές, και το ξένο - ένα εκατομμύριο φορές. Επομένως, η συγκέντρωση αυτών των αδρανών αερίων, που υπήρχαν αρχικά στην ατμόσφαιρα της Γης και δεν αναπληρώθηκαν κατά τη διάρκεια των 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 εξακολουθεί να σχηματίζεται με τη μορφή του ισοτόπου 40Ar κατά τη διαδικασία ραδιενεργής διάσπασης του ισοτόπου του καλίου.
ΟΠΤΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ
Η ποικιλία των οπτικών φαινομένων στην ατμόσφαιρα οφείλεται σε διάφορους λόγους. Τα πιο συνηθισμένα φαινόμενα περιλαμβάνουν τον κεραυνό (βλ. παραπάνω) και το πολύ γραφικό βόρειο σέλας και το βόρειο σέλας (βλ. επίσης ΠΟΛΙΚΑ ΦΩΤΑ). Επιπλέον, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν το ουράνιο τόξο, η γαλλία, το παρήλιο (ψευδής ήλιος) και τα τόξα, το στέμμα, τα φωτοστέφανα και τα φαντάσματα του Μπρόκεν, οι μιράζ, οι φωτιές του Αγίου Έλμο, τα φωτεινά σύννεφα, οι πράσινες ακτίνες και οι ακτίνες του λυκόφωτος. Το ουράνιο τόξο είναι το πιο όμορφο ατμοσφαιρικό φαινόμενο. Συνήθως πρόκειται για ένα τεράστιο τόξο, που αποτελείται από πολύχρωμες ρίγες, που παρατηρείται όταν ο Ήλιος φωτίζει μόνο μέρος του ουρανού και ο αέρας είναι κορεσμένος με σταγονίδια νερού, για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια της βροχής. Τα πολύχρωμα τόξα είναι διατεταγμένα σε μια σειρά φάσματος (κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, κυανό, λουλακί, βιολετί), αλλά τα χρώματα δεν είναι σχεδόν ποτέ καθαρά επειδή οι ζώνες επικαλύπτονται. Κατά κανόνα, τα φυσικά χαρακτηριστικά των ουράνιων τόξων ποικίλλουν σημαντικά και ως εκ τούτου είναι πολύ διαφορετικά στην εμφάνιση. Το κοινό τους χαρακτηριστικό είναι ότι το κέντρο του τόξου βρίσκεται πάντα σε μια ευθεία γραμμή από τον Ήλιο προς τον παρατηρητή. Το κύριο ουράνιο τόξο είναι ένα τόξο που αποτελείται από τα πιο φωτεινά χρώματα - κόκκινο στο εξωτερικό και μοβ στο εσωτερικό. Μερικές φορές μόνο ένα τόξο είναι ορατό, αλλά συχνά ένα δευτερεύον εμφανίζεται στο εξωτερικό του κύριου ουράνιου τόξου. Δεν έχει τόσο φωτεινά χρώματα όσο το πρώτο και οι κόκκινες και μοβ ρίγες σε αυτό αλλάζουν θέσεις: το κόκκινο βρίσκεται στο εσωτερικό. Ο σχηματισμός του κύριου ουράνιου τόξου εξηγείται από τη διπλή διάθλαση (βλ. επίσης ΟΠΤΙΚΑ) και την απλή εσωτερική ανάκλαση των ακτίνων του ηλιακού φωτός (βλ. Εικ. 5). Διεισδύοντας μέσα σε μια σταγόνα νερού (Α), μια ακτίνα φωτός διαθλάται και αποσυντίθεται, όπως όταν διέρχεται από ένα πρίσμα. Στη συνέχεια φτάνει στην απέναντι επιφάνεια της σταγόνας (Β), ανακλάται από αυτήν και εξέρχεται από την σταγόνα προς τα έξω (Γ). Σε αυτή την περίπτωση, η δέσμη φωτός, πριν φτάσει στον παρατηρητή, διαθλάται για δεύτερη φορά. Η αρχική λευκή δέσμη αποσυντίθεται σε ακτίνες διαφορετικών χρωμάτων με γωνία απόκλισης 2°. Όταν σχηματίζεται ένα δευτερεύον ουράνιο τόξο, εμφανίζεται διπλή διάθλαση και διπλή ανάκλαση των ακτίνων του ήλιου (βλ. Εικ. 6). Στην περίπτωση αυτή, το φως διαθλάται, διεισδύοντας στο εσωτερικό της σταγόνας μέσω του κάτω μέρους της (Α) και ανακλάται από την εσωτερική επιφάνεια της σταγόνας, πρώτα στο σημείο Β και μετά στο σημείο Γ. Στο σημείο Δ, το φως διαθλάται, αφήνοντας τη σταγόνα προς τον παρατηρητή.

Κατά την ανατολή και τη δύση του ηλίου, ο παρατηρητής βλέπει το ουράνιο τόξο με τη μορφή τόξου ίσου με μισό κύκλο, αφού ο άξονας του ουράνιου τόξου είναι παράλληλος με τον ορίζοντα. Εάν ο Ήλιος βρίσκεται ψηλότερα πάνω από τον ορίζοντα, το τόξο του ουράνιου τόξου είναι μικρότερο από μισό κύκλο. Όταν ο Ήλιος ανατέλλει πάνω από 42° πάνω από τον ορίζοντα, το ουράνιο τόξο εξαφανίζεται. Παντού, εκτός από μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, ένα ουράνιο τόξο δεν μπορεί να εμφανιστεί το μεσημέρι όταν ο Ήλιος είναι πολύ ψηλά. Είναι ενδιαφέρον να εκτιμήσουμε την απόσταση από το ουράνιο τόξο. Αν και φαίνεται ότι το πολύχρωμο τόξο βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο, αυτό είναι μια ψευδαίσθηση. Στην πραγματικότητα, το ουράνιο τόξο έχει μεγάλο βάθος και μπορεί να αναπαρασταθεί ως η επιφάνεια ενός κοίλου κώνου, στην κορυφή του οποίου βρίσκεται ο παρατηρητής. Ο άξονας του κώνου συνδέει τον Ήλιο, τον παρατηρητή και το κέντρο του ουράνιου τόξου. Ο παρατηρητής κοιτάζει, σαν να λέγαμε, κατά μήκος της επιφάνειας αυτού του κώνου. Δύο άνθρωποι δεν μπορούν ποτέ να δουν ακριβώς το ίδιο ουράνιο τόξο. Φυσικά, μπορεί κανείς να παρατηρήσει το ίδιο αποτέλεσμα γενικά, αλλά τα δύο ουράνια τόξα βρίσκονται σε διαφορετικές θέσεις και σχηματίζονται από διαφορετικές σταγόνες νερού. Όταν η βροχή ή η ομίχλη σχηματίζουν ένα ουράνιο τόξο, το πλήρες οπτικό αποτέλεσμα επιτυγχάνεται με το συνδυασμένο αποτέλεσμα όλων των σταγονιδίων νερού που διασχίζουν την επιφάνεια του κώνου του ουράνιου τόξου με τον παρατηρητή στην κορυφή. Ο ρόλος κάθε σταγόνας είναι φευγαλέος. Η επιφάνεια του κώνου του ουράνιου τόξου αποτελείται από πολλά στρώματα. Διασχίζοντας τα γρήγορα και περνώντας από μια σειρά κρίσιμων σημείων, κάθε σταγόνα αποσυνθέτει αμέσως την ηλιακή ακτίνα σε ολόκληρο το φάσμα σε μια αυστηρά καθορισμένη ακολουθία - από το κόκκινο έως το μοβ. Πολλές σταγόνες διασχίζουν την επιφάνεια του κώνου με τον ίδιο τρόπο, έτσι ώστε το ουράνιο τόξο να φαίνεται στον παρατηρητή ως συνεχές τόσο κατά μήκος όσο και κατά μήκος του τόξου του. Halo - λευκά ή ιριδίζοντα φωτεινά τόξα και κύκλοι γύρω από το δίσκο του Ήλιου ή της Σελήνης. Προκαλούνται από τη διάθλαση ή την ανάκλαση του φωτός από κρυστάλλους πάγου ή χιονιού στην ατμόσφαιρα. Οι κρύσταλλοι που σχηματίζουν το φωτοστέφανο βρίσκονται στην επιφάνεια ενός φανταστικού κώνου με τον άξονα να κατευθύνεται από τον παρατηρητή (από την κορυφή του κώνου) προς τον Ήλιο. Υπό ορισμένες συνθήκες, η ατμόσφαιρα είναι κορεσμένη με μικρούς κρυστάλλους, πολλά από τα πρόσωπα των οποίων σχηματίζουν ορθή γωνία με το επίπεδο που διέρχεται από τον Ήλιο, τον παρατηρητή και αυτούς τους κρυστάλλους. Τέτοιες όψεις αντανακλούν τις εισερχόμενες ακτίνες φωτός με απόκλιση 22 °, σχηματίζοντας ένα φωτοστέφανο που είναι κοκκινωπό στο εσωτερικό, αλλά μπορεί επίσης να αποτελείται από όλα τα χρώματα του φάσματος. Λιγότερο κοινό είναι ένα φωτοστέφανο με γωνιακή ακτίνα 46°, που βρίσκεται ομόκεντρα γύρω από ένα φωτοστέφανο 22 μοιρών. Η εσωτερική του πλευρά έχει επίσης μια κοκκινωπή απόχρωση. Ο λόγος για αυτό είναι επίσης η διάθλαση του φωτός, που συμβαίνει σε αυτή την περίπτωση στις κρυσταλλικές όψεις που σχηματίζουν ορθές γωνίες. Το πλάτος του δακτυλίου ενός τέτοιου φωτοστέφανου υπερβαίνει τις 2,5°. Και τα δύο φωτοστέφανα 46 μοιρών και 22 μοιρών τείνουν να είναι πιο φωτεινά στο πάνω και στο κάτω μέρος του δακτυλίου. Το σπάνιο φωτοστέφανο 90 ​​μοιρών είναι ένας ελαφρώς φωτεινός, σχεδόν άχρωμος δακτύλιος που έχει κοινό κέντρο με τα άλλα δύο φωτοστέφανα. Αν είναι χρωματιστό, έχει κόκκινο χρώμα στο εξωτερικό του δαχτυλιδιού. Ο μηχανισμός εμφάνισης αυτού του τύπου φωτοστέφανου δεν έχει αποσαφηνιστεί πλήρως (Εικ. 7).

Parhelia και τόξα. Παρελικός κύκλος (ή κύκλος ψεύτικων ήλιων) - ένας λευκός δακτύλιος με κέντρο στο σημείο ζενίθ, που διέρχεται από τον Ήλιο παράλληλα με τον ορίζοντα. Ο λόγος σχηματισμού του είναι η αντανάκλαση του ηλιακού φωτός από τις άκρες των επιφανειών των κρυστάλλων πάγου. Εάν οι κρύσταλλοι είναι επαρκώς ομοιόμορφα κατανεμημένοι στον αέρα, ένας πλήρης κύκλος γίνεται ορατός. Τα Parhelia, ή ψεύτικοι ήλιοι, είναι φωτεινά φωτεινά σημεία που μοιάζουν με τον Ήλιο, τα οποία σχηματίζονται στα σημεία τομής του παρελικού κύκλου με το φωτοστέφανο, με γωνιακές ακτίνες 22°, 46° και 90°. Το πιο συχνά σχηματιζόμενο και φωτεινότερο παρήλιο σχηματίζεται στη διασταύρωση με ένα φωτοστέφανο 22 μοιρών, συνήθως χρωματισμένο σε όλα σχεδόν τα χρώματα του ουράνιου τόξου. Οι ψευδείς ήλιοι σε διασταυρώσεις με φωτοστέφανα 46 και 90 μοιρών παρατηρούνται πολύ λιγότερο συχνά. Τα Parhelia που εμφανίζονται σε διασταυρώσεις με φωτοστέφανα 90 μοιρών ονομάζονται paranthelia ή ψευδείς ηλίους. Μερικές φορές είναι επίσης ορατό ένα αντιήλιο (αντιήλιος) - ένα φωτεινό σημείο που βρίσκεται στον δακτύλιο του παρηλίου ακριβώς απέναντι από τον Ήλιο. Υποτίθεται ότι η αιτία αυτού του φαινομένου είναι η διπλή εσωτερική αντανάκλαση του ηλιακού φωτός. Η ανακλώμενη δέσμη ακολουθεί την ίδια διαδρομή με την προσπίπτουσα δέσμη, αλλά προς την αντίθετη κατεύθυνση. Το περιζωνιθιακό τόξο, που μερικές φορές λανθασμένα αναφέρεται ως το άνω εφαπτομενικό τόξο του φωτοστέφανου 46 μοιρών, είναι ένα τόξο 90° ή λιγότερο με κέντρο στο σημείο ζενίθ και περίπου 46° πάνω από τον Ήλιο. Είναι σπάνια ορατό και μόνο για λίγα λεπτά, έχει έντονα χρώματα και το κόκκινο χρώμα περιορίζεται στην εξωτερική πλευρά του τόξου. Το circumzenithal τόξο είναι αξιοσημείωτο για τον χρωματισμό, τη φωτεινότητα και τα καθαρά περιγράμματα του. Ένα άλλο περίεργο και πολύ σπάνιο οπτικό αποτέλεσμα του τύπου halo είναι το τόξο Lovitz. Προκύπτουν ως συνέχεια της παρηλίας στη διασταύρωση με το φωτοστέφανο 22 μοιρών, περνούν από την εξωτερική πλευρά του φωτοστέφανου και είναι ελαφρώς κοίλα προς τον Ήλιο. Πυλώνες υπόλευκου φωτός, καθώς και διάφοροι σταυροί, φαίνονται μερικές φορές την αυγή ή το σούρουπο, ειδικά στις πολικές περιοχές, και μπορούν να συνοδεύουν τόσο τον Ήλιο όσο και τη Σελήνη. Κατά καιρούς παρατηρούνται σεληνιακά φωτοστέφανα και άλλα φαινόμενα παρόμοια με αυτά που περιγράφηκαν παραπάνω, με το πιο κοινό σεληνιακό φωτοστέφανο (δακτύλιος γύρω από τη Σελήνη) να έχει γωνιακή ακτίνα 22°. Όπως οι ψεύτικοι ήλιοι, τα ψεύτικα φεγγάρια μπορούν να προκύψουν. Οι κορώνες, ή κορώνες, είναι μικροί ομόκεντροι έγχρωμοι δακτύλιοι γύρω από τον Ήλιο, τη Σελήνη ή άλλα φωτεινά αντικείμενα που παρατηρούνται κατά καιρούς όταν η πηγή φωτός βρίσκεται πίσω από ημιδιαφανή σύννεφα. Η ακτίνα της κορώνας είναι μικρότερη από την ακτίνα του φωτοστέφανου και είναι περίπου. 1-5°, ο μπλε ή ιώδες δακτύλιος είναι πιο κοντά στον Ήλιο. Ένα στέμμα σχηματίζεται όταν το φως διασκορπίζεται από μικρές σταγόνες νερού που σχηματίζουν ένα σύννεφο. Μερικές φορές το στέμμα μοιάζει με ένα φωτεινό σημείο (ή φωτοστέφανο) που περιβάλλει τον Ήλιο (ή τη Σελήνη), το οποίο τελειώνει με ένα κοκκινωπό δαχτυλίδι. Σε άλλες περιπτώσεις, τουλάχιστον δύο ομόκεντροι δακτύλιοι μεγαλύτερης διαμέτρου, πολύ ασθενούς χρώματος, είναι ορατοί έξω από το φωτοστέφανο. Το φαινόμενο αυτό συνοδεύεται από ιριδίζοντα σύννεφα. Μερικές φορές οι άκρες των πολύ ψηλών νεφών είναι βαμμένες με έντονα χρώματα.
Γκλόρια (φωτοστέφανοι).Κάτω από ειδικές συνθήκες εμφανίζονται ασυνήθιστα ατμοσφαιρικά φαινόμενα. Εάν ο Ήλιος βρίσκεται πίσω από τον παρατηρητή και η σκιά του προβάλλεται σε κοντινά σύννεφα ή σε μια κουρτίνα ομίχλης, κάτω από μια συγκεκριμένη κατάσταση της ατμόσφαιρας γύρω από τη σκιά του κεφαλιού ενός ατόμου, μπορείτε να δείτε έναν έγχρωμο φωτεινό κύκλο - ένα φωτοστέφανο. Συνήθως ένα τέτοιο φωτοστέφανο σχηματίζεται λόγω της αντανάκλασης του φωτός από σταγόνες δροσιάς σε ένα γρασίδι. Τα Glorias είναι επίσης αρκετά συνηθισμένα να βρίσκονται γύρω από τη σκιά που ρίχνει το αεροπλάνο στα υποκείμενα σύννεφα.
Ghosts of the Brocken.Σε ορισμένες περιοχές του πλανήτη, όταν η σκιά ενός παρατηρητή σε ένα λόφο, την ανατολή ή τη δύση του ηλίου, πέφτει πίσω του πάνω σε σύννεφα που βρίσκονται σε μικρή απόσταση, αποκαλύπτεται ένα εντυπωσιακό αποτέλεσμα: η σκιά αποκτά κολοσσιαίες διαστάσεις. Αυτό οφείλεται στην ανάκλαση και τη διάθλαση του φωτός από τις μικρότερες σταγόνες νερού στην ομίχλη. Το περιγραφόμενο φαινόμενο ονομάζεται «φάντασμα του Μπρόκεν» από την κορυφή στα βουνά Χαρτς στη Γερμανία.
Μιράζ- ένα οπτικό αποτέλεσμα που προκαλείται από τη διάθλαση του φωτός όταν περνά μέσα από στρώματα αέρα διαφορετικών πυκνοτήτων και εκφράζεται με την εμφάνιση μιας εικονικής εικόνας. Σε αυτή την περίπτωση, τα μακρινά αντικείμενα μπορεί να αποδειχθούν ανυψωμένα ή χαμηλωμένα σε σχέση με την πραγματική τους θέση και μπορεί επίσης να παραμορφωθούν και να αποκτήσουν ακανόνιστα, φανταστικά σχήματα. Μιράζ παρατηρούνται συχνά σε θερμά κλίματα, όπως σε αμμώδεις πεδιάδες. Οι κατώτεροι αντικατοπτρισμοί είναι συνηθισμένοι, όταν η μακρινή, σχεδόν επίπεδη επιφάνεια της ερήμου αποκτά την όψη ανοιχτού νερού, ειδικά όταν παρατηρείται από ένα ελαφρύ υψόμετρο ή απλώς πάνω από ένα στρώμα θερμού αέρα. Μια παρόμοια ψευδαίσθηση συμβαίνει συνήθως σε έναν θερμαινόμενο ασφαλτοστρωμένο δρόμο που μοιάζει με επιφάνεια νερού πολύ μπροστά. Στην πραγματικότητα, αυτή η επιφάνεια είναι μια αντανάκλαση του ουρανού. Κάτω από το ύψος των ματιών, αντικείμενα, συνήθως ανάποδα, μπορεί να εμφανιστούν σε αυτό το «νερό». Ένα "κέικ στρώματος αέρα" σχηματίζεται πάνω από τη θερμαινόμενη επιφάνεια της γης και το στρώμα που βρίσκεται πιο κοντά στη γη είναι το πιο θερμαινόμενο και τόσο σπάνιο που τα κύματα φωτός που διέρχονται από αυτό παραμορφώνονται, καθώς η ταχύτητα διάδοσής τους ποικίλλει ανάλογα με την πυκνότητα του μέσου. Τα ανώτερα αντικατοπτρίσματα είναι λιγότερο κοινά και πιο γραφικά από τα κατώτερα αντικατοπτρικά. Μακρινά αντικείμενα (συχνά κάτω από τον θαλάσσιο ορίζοντα) εμφανίζονται ανάποδα στον ουρανό και μερικές φορές μια άμεση εικόνα του ίδιου αντικειμένου εμφανίζεται επίσης επάνω. Αυτό το φαινόμενο είναι χαρακτηριστικό για ψυχρές περιοχές, ειδικά όταν υπάρχει σημαντική αναστροφή θερμοκρασίας, όταν ένα θερμότερο στρώμα αέρα βρίσκεται πάνω από το ψυχρότερο στρώμα. Αυτό το οπτικό φαινόμενο εκδηλώνεται ως αποτέλεσμα πολύπλοκων μοτίβων διάδοσης του μπροστινού μέρους των κυμάτων φωτός σε στρώματα αέρα με ανομοιόμορφη πυκνότητα. Πολύ ασυνήθιστοι αντικατοπτρισμοί συμβαίνουν κατά καιρούς, ειδικά στις πολικές περιοχές. Όταν συμβαίνουν αντικατοπτρισμοί στη στεριά, τα δέντρα και άλλα στοιχεία του τοπίου είναι ανάποδα. Σε όλες τις περιπτώσεις, τα αντικείμενα στα επάνω αντικατοπτρίσματα είναι πιο καθαρά από ό,τι στα κάτω. Όταν το όριο δύο μαζών αέρα είναι ένα κατακόρυφο επίπεδο, μερικές φορές παρατηρούνται πλευρικές αντικατοπτρίσεις.
Η φωτιά του Saint Elmo.Ορισμένα οπτικά φαινόμενα στην ατμόσφαιρα (για παράδειγμα, η λάμψη και το πιο συνηθισμένο μετεωρολογικό φαινόμενο - οι κεραυνοί) είναι ηλεκτρικού χαρακτήρα. Πολύ λιγότερο συνηθισμένες είναι οι πυρκαγιές του St. Elmo - φωτεινές παλ γαλάζιες ή μοβ βούρτσες μήκους από 30 cm έως 1 m ή περισσότερο, συνήθως στις κορυφές των ιστών ή στις άκρες των ναυπηγείων των πλοίων στη θάλασσα. Μερικές φορές φαίνεται ότι ολόκληρη η αρματωσιά του πλοίου καλύπτεται με φώσφορο και λάμπει. Οι φωτιές του Έλμο εμφανίζονται μερικές φορές σε βουνοκορφές, καθώς και σε κώνους και αιχμηρές γωνίες ψηλών κτιρίων. Αυτό το φαινόμενο είναι οι ηλεκτρικές εκκενώσεις βούρτσας στα άκρα των ηλεκτρικών αγωγών, όταν η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου αυξάνεται πολύ στην ατμόσφαιρα γύρω τους. Το Will-o'the-wisps είναι μια ελαφριά γαλαζωπή ή πρασινωπή λάμψη που μερικές φορές εμφανίζεται σε βάλτους, νεκροταφεία και κρύπτες. Συχνά εμφανίζονται ως μια ήρεμα φλεγόμενη, μη θερμαινόμενη, φλόγα κεριού υψωμένη περίπου 30 cm πάνω από το έδαφος, αιωρούμενη πάνω από το αντικείμενο για μια στιγμή. Το φως φαίνεται να είναι εντελώς άπιαστο και, καθώς ο παρατηρητής πλησιάζει, φαίνεται να μετακινείται σε άλλο μέρος. Ο λόγος για αυτό το φαινόμενο είναι η αποσύνθεση οργανικών υπολειμμάτων και η αυθόρμητη καύση αερίου βάλτου μεθανίου (CH4) ή φωσφίνης (PH3). Τα περιπλανώμενα φώτα έχουν διαφορετικό σχήμα, μερικές φορές ακόμη και σφαιρικό. Πράσινη δέσμη - μια λάμψη σμαραγδένιο πράσινο ηλιακό φως τη στιγμή που η τελευταία ακτίνα του Ήλιου εξαφανίζεται κάτω από τον ορίζοντα. Το κόκκινο συστατικό του ηλιακού φωτός εξαφανίζεται πρώτο, όλα τα άλλα ακολουθούν με τη σειρά και το σμαραγδένιο πράσινο παραμένει τελευταίο. Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει μόνο όταν μόνο η ίδια η άκρη του ηλιακού δίσκου παραμένει πάνω από τον ορίζοντα, διαφορετικά υπάρχει ένα μείγμα χρωμάτων. Οι κρηπιδικές ακτίνες είναι αποκλίνουσες δέσμες ηλιακού φωτός που γίνονται ορατές όταν φωτίζουν τη σκόνη στην υψηλή ατμόσφαιρα. Οι σκιές από τα σύννεφα σχηματίζουν σκοτεινές ζώνες και οι ακτίνες διαδίδονται μεταξύ τους. Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει όταν ο Ήλιος βρίσκεται χαμηλά στον ορίζοντα πριν από την αυγή ή μετά τη δύση του ηλίου.

Ατμόσφαιρα(από την ελληνική ατμόσφαιρα - ατμός και σφάρια - μπάλα) - το κέλυφος αέρα της Γης, που περιστρέφεται μαζί του. Η ανάπτυξη της ατμόσφαιρας συνδέθηκε στενά με τις γεωλογικές και γεωχημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στον πλανήτη μας, καθώς και με τις δραστηριότητες των ζωντανών οργανισμών.

Το κατώτερο όριο της ατμόσφαιρας συμπίπτει με την επιφάνεια της Γης, αφού ο αέρας διεισδύει στους μικρότερους πόρους του εδάφους και διαλύεται ακόμη και στο νερό.

Το ανώτερο όριο σε υψόμετρο 2000-3000 km περνά σταδιακά στο διάστημα.

Η πλούσια σε οξυγόνο ατμόσφαιρα καθιστά δυνατή τη ζωή στη Γη. Το ατμοσφαιρικό οξυγόνο χρησιμοποιείται στη διαδικασία της αναπνοής από ανθρώπους, ζώα και φυτά.

Αν δεν υπήρχε ατμόσφαιρα, η Γη θα ήταν τόσο ήσυχη όσο το φεγγάρι. Άλλωστε, ο ήχος είναι η δόνηση των σωματιδίων του αέρα. Το μπλε χρώμα του ουρανού εξηγείται από το γεγονός ότι οι ακτίνες του ήλιου, που περνούν από την ατμόσφαιρα, σαν μέσω φακού, αποσυντίθενται στα συστατικά τους χρώματα. Σε αυτή την περίπτωση, οι ακτίνες των μπλε και μπλε χρωμάτων είναι διάσπαρτες περισσότερο από όλα.

Η ατμόσφαιρα διατηρεί το μεγαλύτερο μέρος της υπεριώδους ακτινοβολίας από τον Ήλιο, η οποία έχει επιζήμια επίδραση στους ζωντανούς οργανισμούς. Διατηρεί επίσης τη θερμότητα στην επιφάνεια της Γης, εμποδίζοντας τον πλανήτη μας να κρυώσει.

Η δομή της ατμόσφαιρας

Στην ατμόσφαιρα διακρίνονται πολλά στρώματα, τα οποία διαφέρουν ως προς την πυκνότητα και την πυκνότητα (Εικ. 1).

Τροποσφαίρα

Τροποσφαίρα- το χαμηλότερο στρώμα της ατμόσφαιρας, του οποίου το πάχος πάνω από τους πόλους είναι 8-10 km, σε εύκρατα γεωγραφικά πλάτη - 10-12 km και πάνω από τον ισημερινό - 16-18 km.

Ρύζι. 1. Η δομή της ατμόσφαιρας της Γης

Ο αέρας στην τροπόσφαιρα θερμαίνεται από την επιφάνεια της γης, δηλαδή από το έδαφος και το νερό. Επομένως, η θερμοκρασία του αέρα σε αυτό το στρώμα μειώνεται με το ύψος κατά μέσο όρο 0,6 °C για κάθε 100 μ. Στο ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας φτάνει τους -55 °C. Ταυτόχρονα, στην περιοχή του ισημερινού στο ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας, η θερμοκρασία του αέρα είναι -70 °C και στην περιοχή του Βόρειου Πόλου -65 °C.

Περίπου το 80% της μάζας της ατμόσφαιρας συγκεντρώνεται στην τροπόσφαιρα, σχεδόν όλοι οι υδρατμοί βρίσκονται, καταιγίδες, καταιγίδες, σύννεφα και βροχοπτώσεις εμφανίζονται και κατακόρυφη (συναγωγή) και οριζόντια (άνεμος) κίνηση του αέρα.

Μπορούμε να πούμε ότι ο καιρός σχηματίζεται κυρίως στην τροπόσφαιρα.

Στρατόσφαιρα

Στρατόσφαιρα- το στρώμα της ατμόσφαιρας που βρίσκεται πάνω από την τροπόσφαιρα σε υψόμετρο 8 έως 50 km. Το χρώμα του ουρανού σε αυτό το στρώμα φαίνεται μωβ, γεγονός που εξηγείται από τη σπανίωση του αέρα, λόγω του οποίου οι ακτίνες του ήλιου σχεδόν δεν διασκορπίζονται.

Η στρατόσφαιρα περιέχει το 20% της μάζας της ατμόσφαιρας. Ο αέρας σε αυτό το στρώμα είναι αραιωμένος, πρακτικά δεν υπάρχουν υδρατμοί και επομένως σχεδόν δεν σχηματίζονται σύννεφα και βροχόπτωση. Ωστόσο, στη στρατόσφαιρα παρατηρούνται σταθερά ρεύματα αέρα, η ταχύτητα των οποίων φτάνει τα 300 km/h.

Αυτό το στρώμα είναι συγκεντρωμένο όζο(οθόνη όζοντος, οζονόσφαιρα), ένα στρώμα που απορροφά τις υπεριώδεις ακτίνες, εμποδίζοντάς τις να περάσουν στη Γη και έτσι προστατεύουν τους ζωντανούς οργανισμούς στον πλανήτη μας. Λόγω του όζοντος, η θερμοκρασία του αέρα στο ανώτερο όριο της στρατόσφαιρας κυμαίνεται από -50 έως 4-55 °C.

Μεταξύ της μεσόσφαιρας και της στρατόσφαιρας υπάρχει μια μεταβατική ζώνη - η στρατόπαυση.

Μεσόσφαιρα

Μεσόσφαιρα- ένα στρώμα της ατμόσφαιρας που βρίσκεται σε υψόμετρο 50-80 km. Η πυκνότητα του αέρα εδώ είναι 200 ​​φορές μικρότερη από ό,τι στην επιφάνεια της Γης. Το χρώμα του ουρανού στη μεσόσφαιρα φαίνεται μαύρο, τα αστέρια είναι ορατά κατά τη διάρκεια της ημέρας. Η θερμοκρασία του αέρα πέφτει στους -75 (-90)°C.

Σε υψόμετρο 80 χλμ. ξεκινά θερμόσφαιρα.Η θερμοκρασία του αέρα σε αυτό το στρώμα αυξάνεται απότομα σε ύψος 250 m και στη συνέχεια γίνεται σταθερή: σε ύψος 150 km φτάνει τους 220-240 °C. σε υψόμετρο 500-600 km ξεπερνά τους 1500 °C.

Στη μεσόσφαιρα και τη θερμόσφαιρα, υπό τη δράση των κοσμικών ακτίνων, τα μόρια αερίου διασπώνται σε φορτισμένα (ιονισμένα) σωματίδια ατόμων, έτσι αυτό το τμήμα της ατμόσφαιρας ονομάζεται ιονόσφαιρα- ένα στρώμα πολύ σπάνιου αέρα, που βρίσκεται σε υψόμετρο 50 έως 1000 km, που αποτελείται κυρίως από ιονισμένα άτομα οξυγόνου, μόρια μονοξειδίου του αζώτου και ελεύθερα ηλεκτρόνια. Αυτό το στρώμα χαρακτηρίζεται από υψηλή ηλεκτροδότηση και τα μακρά και μεσαία ραδιοκύματα αντανακλώνται από αυτό, όπως από έναν καθρέφτη.

Στην ιονόσφαιρα, προκύπτουν σέλας - η λάμψη των σπανίων αερίων υπό την επίδραση ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων που πετούν από τον Ήλιο - και παρατηρούνται έντονες διακυμάνσεις στο μαγνητικό πεδίο.

Εξώσφαιρα

Εξώσφαιρα- το εξωτερικό στρώμα της ατμόσφαιρας, που βρίσκεται πάνω από 1000 km. Αυτό το στρώμα ονομάζεται επίσης σφαίρα σκέδασης, καθώς τα σωματίδια αερίου κινούνται εδώ με μεγάλη ταχύτητα και μπορούν να διασκορπιστούν στο διάστημα.

Σύνθεση της ατμόσφαιρας

Η ατμόσφαιρα είναι ένα μείγμα αερίων που αποτελείται από άζωτο (78,08%), οξυγόνο (20,95%), διοξείδιο του άνθρακα (0,03%), αργό (0,93%), μικρή ποσότητα ηλίου, νέον, ξένο, κρυπτό (0,01%), όζον και άλλα αέρια, αλλά η περιεκτικότητά τους είναι αμελητέα (Πίνακας 1). Η σύγχρονη σύνθεση του αέρα της Γης καθιερώθηκε πριν από περισσότερα από εκατό εκατομμύρια χρόνια, αλλά η απότομη αυξημένη ανθρώπινη παραγωγική δραστηριότητα οδήγησε ωστόσο στην αλλαγή της. Επί του παρόντος, παρατηρείται αύξηση της περιεκτικότητας σε CO 2 κατά περίπου 10-12%.

Τα αέρια που συνθέτουν την ατμόσφαιρα εκτελούν διάφορους λειτουργικούς ρόλους. Ωστόσο, η κύρια σημασία αυτών των αερίων καθορίζεται κυρίως από το γεγονός ότι απορροφούν πολύ έντονα την ενέργεια ακτινοβολίας και επομένως έχουν σημαντική επίδραση στο καθεστώς θερμοκρασίας της επιφάνειας και της ατμόσφαιρας της Γης.

Πίνακας 1. Χημική σύνθεση του ξηρού ατμοσφαιρικού αέρα κοντά στην επιφάνεια της γης

	Συγκέντρωση όγκου. %	Μοριακό βάρος, μονάδες
Οξυγόνο
Διοξείδιο του άνθρακα
Οξείδιο του αζώτου
	0 έως 0,00001
Διοξείδιο του θείου	από 0 έως 0,000007 το καλοκαίρι. 0 έως 0,000002 το χειμώνα
	Από 0 έως 0,000002	46,0055/17,03061
Διοξείδιο του Αζόγκ
Μονοξείδιο του άνθρακα

Αζωτο,το πιο κοινό αέριο στην ατμόσφαιρα, χημικά ελάχιστα ενεργό.

Οξυγόνο, σε αντίθεση με το άζωτο, είναι ένα χημικά πολύ ενεργό στοιχείο. Η ειδική λειτουργία του οξυγόνου είναι η οξείδωση της οργανικής ύλης ετερότροφων οργανισμών, πετρωμάτων και ατελώς οξειδωμένων αερίων που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα από τα ηφαίστεια. Χωρίς οξυγόνο, δεν θα υπήρχε αποσύνθεση της νεκρής οργανικής ύλης.

Ο ρόλος του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα είναι εξαιρετικά μεγάλος. Εισέρχεται στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα των διεργασιών της καύσης, της αναπνοής των ζωντανών οργανισμών, της αποσύνθεσης και είναι, πρώτα απ 'όλα, το κύριο δομικό υλικό για τη δημιουργία οργανικής ύλης κατά τη φωτοσύνθεση. Επιπλέον, η ιδιότητα του διοξειδίου του άνθρακα να μεταδίδει ηλιακή ακτινοβολία βραχέων κυμάτων και να απορροφά μέρος της θερμικής ακτινοβολίας μακρών κυμάτων είναι μεγάλης σημασίας, γεγονός που θα δημιουργήσει το λεγόμενο φαινόμενο του θερμοκηπίου, το οποίο θα συζητηθεί παρακάτω.

Η επίδραση στις ατμοσφαιρικές διεργασίες, ιδιαίτερα στο θερμικό καθεστώς της στρατόσφαιρας, ασκείται επίσης από όζο.Αυτό το αέριο χρησιμεύει ως φυσικός απορροφητής της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας και η απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας οδηγεί σε θέρμανση του αέρα. Οι μέσες μηνιαίες τιμές της συνολικής περιεκτικότητας σε όζον στην ατμόσφαιρα ποικίλλουν ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος της περιοχής και την εποχή εντός 0,23-0,52 cm (αυτό είναι το πάχος της στιβάδας του όζοντος σε πίεση εδάφους και θερμοκρασία). Παρατηρείται αύξηση της περιεκτικότητας σε όζον από τον ισημερινό στους πόλους και ετήσια διακύμανση με ελάχιστη το φθινόπωρο και μέγιστο την άνοιξη.

Μια χαρακτηριστική ιδιότητα της ατμόσφαιρας μπορεί να ονομαστεί το γεγονός ότι η περιεκτικότητα των κύριων αερίων (άζωτο, οξυγόνο, αργό) αλλάζει ελαφρώς με το ύψος: σε υψόμετρο 65 km στην ατμόσφαιρα, η περιεκτικότητα σε άζωτο είναι 86%, οξυγόνο - 19, αργό - 0,91, σε υψόμετρο 95 km - άζωτο 77, οξυγόνο - 21,3, αργό - 0,82%. Η σταθερότητα της σύστασης του ατμοσφαιρικού αέρα κατακόρυφα και οριζόντια διατηρείται με την ανάμειξή του.

Εκτός από αέρια, ο αέρας περιέχει υδρατμούςκαι στερεά σωματίδια.Το τελευταίο μπορεί να έχει τόσο φυσική όσο και τεχνητή (ανθρωπογόνο) προέλευση. Αυτά είναι γύρη λουλουδιών, μικροσκοπικοί κρύσταλλοι αλατιού, σκόνη δρόμου, ακαθαρσίες αεροζόλ. Όταν οι ακτίνες του ήλιου διαπερνούν το παράθυρο, φαίνονται με γυμνό μάτι.

Υπάρχουν ιδιαίτερα πολλά σωματίδια στον αέρα των πόλεων και των μεγάλων βιομηχανικών κέντρων, όπου οι εκπομπές επιβλαβών αερίων και οι ακαθαρσίες τους που σχηματίζονται κατά την καύση του καυσίμου προστίθενται στα αερολύματα.

Η συγκέντρωση των αερολυμάτων στην ατμόσφαιρα καθορίζει τη διαφάνεια του αέρα, η οποία επηρεάζει την ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της Γης. Τα μεγαλύτερα αερολύματα είναι οι πυρήνες συμπύκνωσης (από λατ. συμπύκνωση- συμπύκνωση, πύκνωση) - συμβάλλουν στη μετατροπή των υδρατμών σε σταγονίδια νερού.

Η τιμή των υδρατμών καθορίζεται κυρίως από το γεγονός ότι καθυστερεί τη θερμική ακτινοβολία μεγάλων κυμάτων της επιφάνειας της γης. αντιπροσωπεύει τον κύριο σύνδεσμο μεγάλων και μικρών κύκλων υγρασίας. αυξάνει τη θερμοκρασία του αέρα όταν συμπυκνώνονται τα στρώματα νερού.

Η ποσότητα των υδρατμών στην ατμόσφαιρα ποικίλλει με το χρόνο και το χώρο. Έτσι, η συγκέντρωση των υδρατμών κοντά στην επιφάνεια της γης κυμαίνεται από 3% στις τροπικές περιοχές έως 2-10 (15)% στην Ανταρκτική.

Η μέση περιεκτικότητα σε υδρατμούς στην κατακόρυφη στήλη της ατμόσφαιρας σε εύκρατα γεωγραφικά πλάτη είναι περίπου 1,6-1,7 cm (το στρώμα των συμπυκνωμένων υδρατμών θα έχει τέτοιο πάχος). Οι πληροφορίες για τους υδρατμούς σε διαφορετικά στρώματα της ατμόσφαιρας είναι αντιφατικές. Θεωρήθηκε, για παράδειγμα, ότι στο υψόμετρο από 20 έως 30 km, η ειδική υγρασία αυξάνεται έντονα με το ύψος. Ωστόσο, οι μετέπειτα μετρήσεις δείχνουν μεγαλύτερη ξηρότητα της στρατόσφαιρας. Προφανώς, η ειδική υγρασία στη στρατόσφαιρα εξαρτάται ελάχιστα από το ύψος και ανέρχεται σε 2–4 mg/kg.

Η μεταβλητότητα της περιεκτικότητας σε υδρατμούς στην τροπόσφαιρα καθορίζεται από την αλληλεπίδραση της εξάτμισης, της συμπύκνωσης και της οριζόντιας μεταφοράς. Ως αποτέλεσμα της συμπύκνωσης των υδρατμών, σχηματίζονται σύννεφα και εμφανίζονται βροχοπτώσεις με τη μορφή βροχής, χαλαζιού και χιονιού.

Οι διεργασίες των μεταπτώσεων φάσης του νερού προχωρούν κυρίως στην τροπόσφαιρα, γι' αυτό και τα σύννεφα στη στρατόσφαιρα (σε υψόμετρα 20-30 km) και στη μεσόσφαιρα (κοντά στη μεσόπαυση), που ονομάζονται φίλντισι και ασήμι, παρατηρούνται σχετικά σπάνια. , ενώ τα τροποσφαιρικά νέφη συχνά καλύπτουν περίπου το 50% του συνόλου των επιφανειών της γης.

Η ποσότητα των υδρατμών που μπορεί να περιέχεται στον αέρα εξαρτάται από τη θερμοκρασία του αέρα.

1 m 3 αέρα σε θερμοκρασία -20 ° C μπορεί να περιέχει όχι περισσότερο από 1 g νερό. σε 0 °C - όχι περισσότερο από 5 g. στους +10 °С - όχι περισσότερο από 9 g. στους +30 °C - όχι περισσότερο από 30 g νερού.

Συμπέρασμα:Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του αέρα, τόσο περισσότερους υδρατμούς μπορεί να περιέχει.

Ο αέρας μπορεί να είναι πλούσιοςκαι όχι κορεσμέναατμός. Έτσι, εάν σε θερμοκρασία +30 ° C 1 m 3 αέρα περιέχει 15 g υδρατμούς, ο αέρας δεν είναι κορεσμένος με υδρατμούς. εάν 30 g - κορεσμένα.

Απόλυτη υγρασία- αυτή είναι η ποσότητα υδρατμών που περιέχεται σε 1 m 3 αέρα. Εκφράζεται σε γραμμάρια. Για παράδειγμα, αν λένε "η απόλυτη υγρασία είναι 15", τότε αυτό σημαίνει ότι 1 mL περιέχει 15 g υδρατμούς.

Σχετική υγρασία- αυτή είναι η αναλογία (σε ποσοστό) της πραγματικής περιεκτικότητας σε υδρατμούς σε 1 m 3 αέρα προς την ποσότητα υδρατμών που μπορεί να περιέχεται σε 1 m L σε μια δεδομένη θερμοκρασία. Για παράδειγμα, εάν το ραδιόφωνο κατά τη μετάδοση του δελτίου καιρού ανέφερε ότι η σχετική υγρασία είναι 70%, αυτό σημαίνει ότι ο αέρας περιέχει το 70% των υδρατμών που μπορεί να συγκρατήσει σε μια δεδομένη θερμοκρασία.

Όσο μεγαλύτερη είναι η σχετική υγρασία του αέρα, t. όσο πιο κοντά βρίσκεται ο αέρας στον κορεσμό, τόσο πιο πιθανό είναι να πέσει.

Πάντα υψηλή (έως 90%) σχετική υγρασία παρατηρείται στην ισημερινή ζώνη, αφού υπάρχει υψηλή θερμοκρασία αέρα όλο το χρόνο και υπάρχει μεγάλη εξάτμιση από την επιφάνεια των ωκεανών. Η ίδια υψηλή σχετική υγρασία υπάρχει και στις πολικές περιοχές, αλλά μόνο επειδή σε χαμηλές θερμοκρασίες, ακόμη και μια μικρή ποσότητα υδρατμών κάνει τον αέρα κορεσμένο ή κοντά στον κορεσμό. Σε εύκρατα γεωγραφικά πλάτη, η σχετική υγρασία ποικίλλει εποχιακά - είναι υψηλότερη το χειμώνα και χαμηλότερη το καλοκαίρι.

Η σχετική υγρασία του αέρα είναι ιδιαίτερα χαμηλή στις ερήμους: 1 m 1 αέρα εκεί περιέχει δύο έως τρεις φορές λιγότερο από την ποσότητα υδρατμών που είναι δυνατή σε μια δεδομένη θερμοκρασία.

Για τη μέτρηση της σχετικής υγρασίας χρησιμοποιείται υγρόμετρο (από το ελληνικό hygros - wet και metreco - μετράω).

Όταν ψυχθεί, ο κορεσμένος αέρας δεν μπορεί να συγκρατήσει την ίδια ποσότητα υδρατμών στον εαυτό του, πυκνώνει (συμπυκνώνεται), μετατρέποντας σε σταγονίδια ομίχλης. Η ομίχλη μπορεί να παρατηρηθεί το καλοκαίρι σε μια καθαρή δροσερή νύχτα.

σύννεφα- αυτή είναι η ίδια ομίχλη, μόνο που σχηματίζεται όχι στην επιφάνεια της γης, αλλά σε ένα ορισμένο ύψος. Καθώς ο αέρας ανεβαίνει, ψύχεται και οι υδρατμοί σε αυτόν συμπυκνώνονται. Οι μικροσκοπικές σταγόνες νερού που προκύπτουν αποτελούν τα σύννεφα.

εμπλέκονται στο σχηματισμό νεφών αιωρούμενα σωματίδιααιωρείται στην τροπόσφαιρα.

Τα σύννεφα μπορεί να έχουν διαφορετικό σχήμα, το οποίο εξαρτάται από τις συνθήκες σχηματισμού τους (Πίνακας 14).

Τα χαμηλότερα και βαρύτερα σύννεφα είναι τα στρώματα. Βρίσκονται σε υψόμετρο 2 km από την επιφάνεια της γης. Σε υψόμετρο 2 έως 8 χλμ., παρατηρούνται πιο γραφικά σύννεφα. Τα υψηλότερα και ελαφρύτερα είναι τα σύννεφα κίρους. Βρίσκονται σε υψόμετρο από 8 έως 18 χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια της γης.

οικογένειες	Είδη σύννεφων	Εμφάνιση
Α. Άνω σύννεφα - πάνω από 6 χλμ	I. Pinnate	Κλωστοειδές, ινώδες, λευκό
	II. cirrocumulus	Στρώματα και ραβδώσεις από μικρές νιφάδες και μπούκλες, λευκό
	III. Cirrostratus	Διαφανές υπόλευκο πέπλο
Β. Σύννεφα του μεσαίου στρώματος - πάνω από 2 km	IV. Υψοσρείτης	Στρώματα και ραβδώσεις λευκού και γκρι
	V. Altostratus	Λείο πέπλο σε γαλακτώδες γκρι χρώμα
Β. Χαμηλότερα νέφη - έως 2 χλμ	VI. Nimbostratus	Συμπαγές άμορφο γκρι στρώμα
	VII. Stratocumulus	Αδιαφανή στρώματα και ραβδώσεις του γκρι
	VIII. πολυεπίπεδη	Φωτιζόμενο γκρι πέπλο
Δ. Σύννεφα κατακόρυφης ανάπτυξης - από την κάτω προς την ανώτερη βαθμίδα	IX. Πυκνό σύννεφο	Μπαστούνια και θόλοι λαμπερά λευκά, με σκισμένες άκρες στον αέρα
	X. Cumulonimbus	Ισχυρές σωρευτικές μάζες σκούρου χρώματος μολύβδου

Ατμοσφαιρική προστασία

Οι κύριες πηγές είναι οι βιομηχανικές επιχειρήσεις και τα αυτοκίνητα. Στις μεγάλες πόλεις, το πρόβλημα της μόλυνσης από αέριο των κύριων οδών μεταφοράς είναι πολύ οξύ. Γι' αυτό σε πολλές μεγάλες πόλεις του κόσμου, συμπεριλαμβανομένης της χώρας μας, έχει καθιερωθεί ο περιβαλλοντικός έλεγχος της τοξικότητας των καυσαερίων των αυτοκινήτων. Σύμφωνα με τους ειδικούς, ο καπνός και η σκόνη στον αέρα μπορούν να μειώσουν στο μισό τη ροή της ηλιακής ενέργειας προς την επιφάνεια της γης, κάτι που θα οδηγήσει σε αλλαγή των φυσικών συνθηκών.

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

τροπόπαυση

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

Στρατόσφαιρα

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

Στρατόπαυση

Το οριακό στρώμα της ατμόσφαιρας μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας. Υπάρχει ένα μέγιστο στην κατακόρυφη κατανομή θερμοκρασίας (περίπου 0 °C).

Μεσόσφαιρα

ατμόσφαιρα της γης

όριο της ατμόσφαιρας της γης

Θερμόσφαιρα

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

Θερμόπαυση

Η περιοχή της ατμόσφαιρας πάνω από τη θερμόσφαιρα. Σε αυτή την περιοχή, η απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι αμελητέα και η θερμοκρασία δεν αλλάζει ουσιαστικά με το ύψος.

Εξώσφαιρα (σφαίρα διασποράς)

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

Σε υψόμετρο περίπου 2000-3500 km, η εξώσφαιρα περνά σταδιακά στο λεγόμενο κοντά στο 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 κομήτης και μετεωρικής προέλευσης. Εκτός από τα εξαιρετικά σπάνια σωματίδια σκόνης, ηλεκτρομαγνητική και σωματική ακτινοβολία ηλιακής και γαλαξιακής προέλευσης διεισδύει σε αυτόν τον χώρο.

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

Ανάλογα με τη σύσταση του αερίου στην ατμόσφαιρα, εκπέμπουν ομόσφαιρακαι ετερόσφαιρα. ετερόσφαιρα- πρόκειται για μια περιοχή όπου η βαρύτητα επηρεάζει τον διαχωρισμό των αερίων, αφού η ανάμειξή τους σε τέτοιο ύψος είναι αμελητέα. Ως εκ τούτου ακολουθεί η μεταβλητή σύνθεση της ετερόσφαιρας. Κάτω από αυτό βρίσκεται ένα καλά αναμεμειγμένο, ομοιογενές μέρος της ατμόσφαιρας, που ονομάζεται ομοσφαίρα. Το όριο μεταξύ αυτών των στρωμάτων ονομάζεται turbopause, βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 120 km.

Φυσιολογικές και άλλες ιδιότητες της ατμόσφαιρας

Ήδη σε υψόμετρο 5 χιλιομέτρων πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, ένα ανεκπαίδευτο άτομο εμφανίζει πείνα με οξυγόνο και, χωρίς προσαρμογή, η απόδοση ενός ατόμου μειώνεται σημαντικά. Εδώ τελειώνει η φυσιολογική ζώνη της ατμόσφαιρας. Η ανθρώπινη αναπνοή γίνεται αδύνατη σε υψόμετρο 9 km, αν και μέχρι περίπου 115 km η ατμόσφαιρα περιέχει οξυγόνο.

Η ατμόσφαιρα μας παρέχει το οξυγόνο που χρειαζόμαστε για να αναπνεύσουμε. Ωστόσο, λόγω της μείωσης της συνολικής πίεσης της ατμόσφαιρας, καθώς ανεβαίνει κανείς σε ύψος, μειώνεται ανάλογα και η μερική πίεση του οξυγόνου.

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

Σε υψόμετρα άνω των 100 km, η ατμόσφαιρα στερείται επίσης μια άλλη αξιοσημείωτη ιδιότητα - την ικανότητα να απορροφά, να μεταφέρει και να μεταφέρει θερμική ενέργεια με συναγωγή (δηλαδή με ανάμειξη αέρα). Αυτό σημαίνει ότι διάφορα στοιχεία εξοπλισμού, εξοπλισμός του τροχιακού διαστημικού σταθμού δεν θα μπορούν να ψύχονται από έξω με τον τρόπο που συνήθως γίνεται σε ένα αεροπλάνο - με τη βοήθεια πίδακες αέρα και θερμαντικά σώματα αέρα. Σε τέτοιο ύψος, όπως γενικά στο διάστημα, ο μόνος τρόπος μεταφοράς θερμότητας είναι η θερμική ακτινοβολία.

Ιστορία του σχηματισμού της ατμόσφαιρας

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

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

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

Αζωτο

Ο σχηματισμός μεγάλης ποσότητας αζώτου N 2 οφείλεται στην οξείδωση της ατμόσφαιρας αμμωνίας-υδρογόνου από το μοριακό οξυγόνο O 2, το οποίο άρχισε να προέρχεται από την επιφάνεια του πλανήτη ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, ξεκινώντας από 3 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Το άζωτο N 2 απελευθερώνεται επίσης στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της απονιτροποίησης των νιτρικών αλάτων και άλλων ενώσεων που περιέχουν άζωτο. Το άζωτο οξειδώνεται από το όζον σε ΝΟ στην ανώτερη ατμόσφαιρα.

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

Οξυγόνο

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

ευγενή αέρια

Μόλυνση του αέρα

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

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

Η ρύπανση της ατμόσφαιρας από αερολύματα προκαλείται τόσο από φυσικά αίτια (ηφαιστειακή έκρηξη, καταιγίδες σκόνης, συμπαρασύροντας σταγονίδια θαλάσσιου νερού και γύρη φυτών κ.λπ.) όσο και από την ανθρώπινη οικονομική δραστηριότητα (εξόρυξη μεταλλευμάτων και οικοδομικών υλικών, καύση καυσίμων, παραγωγή τσιμέντου κ.λπ. .). Η έντονη μεγάλης κλίμακας απομάκρυνση στερεών σωματιδίων στην ατμόσφαιρα είναι μία από τις πιθανές αιτίες της κλιματικής αλλαγής στον πλανήτη.

δείτε επίσης

• Jacchia (μοντέλο ατμόσφαιρας)

Σημειώσεις

Συνδέσεις

Βιβλιογραφία

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

Γη
Ιστορία της Γης	Ηλικία της Γης Γεωλογική ιστορία της Γης Γεωλογική χρονική κλίμακα Ιστορία της ζωής στη Γη Παγετώνας της Γης Αχνός νεαρός Ήλιος παράδοξο Θεωρία γιγάντων κρούσεων Χρονοδιάγραμμα εξέλιξης
Γεωγραφία και γεωλογία	Αυστραλία Ασία Ανταρκτική Αφρική Ευρώπη Βόρεια Αμερική Νότια Αμερική Ατλαντικός Ωκεανός Ινδικός Ωκεανός Αρκτικός Ωκεανός Ειρηνικός Ωκεανός Νότιος Ωκεανός Ατμόσφαιρα