Visi, kurie skrido lėktuvu, yra pripratę prie tokios žinutės: „mūsų skrydis yra 10 000 m aukštyje, temperatūra už borto – 50 °C“. Atrodo, nieko ypatingo. Kuo toliau nuo Saulės šildomo Žemės paviršiaus, tuo šalčiau. Daugelis žmonių mano, kad temperatūros mažėjimas didėjant ūgiui vyksta nuolat ir palaipsniui temperatūra krenta, artėjant prie erdvės temperatūros. Beje, mokslininkai taip manė iki XIX amžiaus pabaigos.

Pažvelkime atidžiau į oro temperatūros pasiskirstymą Žemėje. Atmosfera yra padalinta į kelis sluoksnius, kurie pirmiausia atspindi temperatūros pokyčių pobūdį.

Apatinis atmosferos sluoksnis vadinamas troposfera, o tai reiškia "sukimosi sfera". Visi oro ir klimato pokyčiai yra pasekmė fiziniai procesai atsirandantys šiame sluoksnyje. Viršutinė šio sluoksnio riba yra ten, kur temperatūros mažėjimą su aukščiu pakeičia jos padidėjimas, maždaug 15-16 km aukštyje virš pusiaujo ir 7-8 km virš ašigalių. Kaip ir pati Žemė, atmosfera, veikiama mūsų planetos sukimosi, taip pat šiek tiek išsilygina virš ašigalių ir išsipučia virš pusiaujo. Tačiau šis poveikis atmosferoje yra daug stipresnis nei kietame Žemės apvalkale. Kryptimi nuo Žemės paviršiaus iki viršutinės troposferos ribos oro temperatūra mažėja. Virš pusiaujo minimali oro temperatūra apie –62°C, o virš ašigalių – apie –45°C. Vidutinio klimato platumose daugiau nei 75% atmosferos masės yra troposferoje. Tropikuose apie 90% atmosferos masės yra troposferoje.

1899 metais vertikalioje temperatūros profilyje tam tikrame aukštyje buvo nustatytas minimumas, o vėliau temperatūra šiek tiek pakilo. Šio padidėjimo pradžia reiškia perėjimą į kitą atmosferos sluoksnį – į stratosfera, kuris reiškia "sluoksnio sfera". Terminas stratosfera reiškia ir atspindi ankstesnę idėją apie sluoksnio, esančio virš troposferos, unikalumą. Stratosfera tęsiasi iki maždaug 50 km aukščio virš žemės paviršiaus. Jo bruožas yra , ypač staigus oro temperatūros padidėjimas Šis temperatūros padidėjimas paaiškinamas ozono susidarymo reakcija – viena iš pagrindinių cheminės reakcijos atsirandantys atmosferoje.

Didžioji ozono dalis yra susitelkusi maždaug 25 km aukštyje, tačiau apskritai ozono sluoksnis yra stipriai išilgai aukščio ištemptas apvalkalas, apimantis beveik visą stratosferą. Deguonies sąveika su ultravioletiniais spinduliais yra vienas iš palankių procesų žemės atmosferoje, prisidedančių prie gyvybės žemėje palaikymo. Šios energijos sugėrimas ozonu užkerta kelią per dideliam jos tekėjimui į žemės paviršių, kur susidaro būtent toks energijos lygis, tinkamas antžeminėms gyvybės formoms egzistuoti. Ozonosfera sugeria dalį spinduliuotės energijos, einančios per atmosferą. Dėl to ozonosferoje susidaro maždaug 0,62 °C vertikalus oro temperatūros gradientas 100 m, t. y. temperatūra su aukščiu kyla iki viršutinės stratosferos ribos – stratopauzės (50 km), pasiekdama, pagal kai kurie duomenys, 0 °C.

50–80 km aukštyje yra atmosferos sluoksnis, vadinamas mezosfera. Žodis „mezosfera“ reiškia „tarpinė sfera“, čia oro temperatūra toliau mažėja didėjant aukščiui. Virš mezosferos, sluoksnyje, vadinamame termosfera, temperatūra vėl pakyla iki maždaug 1000°C, o po to labai greitai nukrenta iki -96°C. Tačiau nenukrenta be galo, tada temperatūra vėl pakyla.

Termosfera yra pirmasis sluoksnis jonosfera. Skirtingai nuo anksčiau minėtų sluoksnių, jonosfera neišsiskiria temperatūra. Jonosfera yra elektrinio pobūdžio sritis, leidžianti užmegzti įvairius radijo ryšius. Jonosfera yra padalinta į kelis sluoksnius, žymint juos raidėmis D, E, F1 ir F2. Šie sluoksniai taip pat turi specialius pavadinimus. Skirstymąsi į sluoksnius lemia kelios priežastys, tarp kurių svarbiausia yra nevienoda sluoksnių įtaka radijo bangų pralaidumui. Žemiausias sluoksnis D daugiausia sugeria radijo bangas ir taip neleidžia joms plisti. Geriausiai ištirtas sluoksnis E yra maždaug 100 km aukštyje virš žemės paviršiaus. Jis taip pat vadinamas Kennelly-Heaviside sluoksniu pagal amerikiečių ir anglų mokslininkų, kurie vienu metu ir nepriklausomai atrado jį, vardų. E sluoksnis, kaip milžiniškas veidrodis, atspindi radijo bangas. Šio sluoksnio dėka ilgos radijo bangos sklinda didesnius atstumus, nei būtų galima tikėtis sklidus tik tiesia linija, neatsispindėdamos nuo E sluoksnio.F sluoksnis taip pat turi panašių savybių.Jis dar vadinamas Appleton sluoksniu. Kartu su Kennelly-Heaviside sluoksniu jis atspindi radijo bangas antžeminėms radijo stotims.Toks atspindys gali vykti įvairiais kampais. Appletono sluoksnis yra maždaug 240 km aukštyje.

Tolimiausias atmosferos regionas, antrasis jonosferos sluoksnis, dažnai vadinamas egzosfera. Šis terminas rodo kosmoso pakraščius šalia Žemės. Sunku tiksliai nustatyti, kur baigiasi atmosfera ir prasideda erdvė, nes atmosferos dujų tankis palaipsniui mažėja didėjant aukščiui, o pati atmosfera palaipsniui virsta beveik vakuumu, kuriame susitinka tik atskiros molekulės. Jau maždaug 320 km aukštyje atmosferos tankis toks mažas, kad molekulės gali nukeliauti daugiau nei 1 km nesusidurdamos viena su kita. Tolimiausia atmosferos dalis yra jos viršutinė riba, kuri yra nuo 480 iki 960 km aukštyje.

Daugiau informacijos apie procesus atmosferoje rasite svetainėje „Žemės klimatas“

10.045×10 3 J/(kg*K) (temperatūrų diapazone nuo 0-100°C), C v 8.3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). Oro tirpumas vandenyje 0°C temperatūroje yra 0,036%, 25°C temperatūroje - 0,22%.

Atmosferos sudėtis

Atmosferos susidarymo istorija

Ankstyva istorija

Šiuo metu mokslas negali 100% tiksliai atsekti visų Žemės formavimosi etapų. Pagal labiausiai paplitusią teoriją, laikui bėgant Žemės atmosfera buvo keturių skirtingų kompozicijų. Iš pradžių jį sudarė lengvosios dujos (vandenilis ir helis), paimtos iš tarpplanetinės erdvės. Šis vadinamasis pirminė atmosfera. Kitame etape dėl aktyvios vulkaninės veiklos atmosfera buvo prisotinta kitomis dujomis nei vandenilis (angliavandeniliai, amoniakas, vandens garai). Štai taip antrinė atmosfera. Ši atmosfera buvo atkurianti. Be to, atmosferos formavimosi procesą lėmė šie veiksniai:

• nuolatinis vandenilio nutekėjimas į tarpplanetinę erdvę;
• cheminės reakcijos, kurios vyksta atmosferoje veikiant Ultravioletinė radiacija, žaibo išlydžius ir kai kuriuos kitus veiksnius.

Palaipsniui šie veiksniai lėmė formavimąsi tretinė atmosfera, pasižymintis daug mažesniu vandenilio kiekiu ir daug didesniu azoto bei anglies dioksido kiekiu (susidaro dėl cheminių reakcijų iš amoniako ir angliavandenilių).

Gyvybės ir deguonies atsiradimas

Dėl fotosintezės Žemėje atsiradus gyviems organizmams, kartu su deguonies išsiskyrimu ir anglies dioksido absorbcija, atmosferos sudėtis pradėjo keistis. Tačiau yra duomenų (atmosferos deguonies ir fotosintezės metu išsiskiriančio izotopinės sudėties analizė), patvirtinančių atmosferos deguonies geologinę kilmę.

Iš pradžių deguonis buvo naudojamas redukuotų junginių – angliavandenilių, geležies geležies, esančios vandenynuose, oksidacijai ir kt. Šio etapo pabaigoje deguonies kiekis atmosferoje pradėjo augti.

Dešimtajame dešimtmetyje buvo atlikti eksperimentai siekiant sukurti uždarą ekologinę sistemą („Biosfera 2“), kurių metu nebuvo įmanoma sukurti stabilios sistemos su viena oro sudėtimi. Dėl mikroorganizmų įtakos sumažėjo deguonies lygis ir padidėjo anglies dioksido kiekis.

Azotas

Išsilavinimas didelis skaičius N 2 susidaro dėl pirminės amoniako-vandenilio atmosferos oksidacijos molekuliniu O 2, kuris pradėjo kilti iš planetos paviršiaus dėl fotosintezės, kaip ir tikėtasi, maždaug prieš 3 milijardus metų (pagal kitą versiją, atmosferos deguonis yra geologinės kilmės). Azotas viršutiniuose atmosferos sluoksniuose oksiduojamas į NO, naudojamas pramonėje ir surišamas azotą fiksuojančių bakterijų, o N 2 patenka į atmosferą dėl nitratų ir kitų azoto turinčių junginių denitrifikacijos.

Azotas N 2 yra inertinės dujos ir reaguoja tik tam tikromis sąlygomis (pavyzdžiui, žaibo išlydžio metu). Jį gali oksiduoti ir paversti biologine forma cianobakterijos, kai kurios bakterijos (pavyzdžiui, mazginės bakterijos, kurios formuoja rizobinę simbiozę su ankštiniais augalais).

Molekulinio azoto oksidacija elektros iškrovomis yra naudojama pramoninėje azoto trąšų gamyboje, taip pat Čilės Atakamos dykumoje susidarė unikalios salietros nuosėdos.

tauriųjų dujų

Kuro deginimas yra pagrindinis teršalų dujų (CO , NO, SO 2) šaltinis. Sieros dioksidą oksiduoja oras O 2 iki SO 3 viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, kurie sąveikauja su H 2 O ir NH 3 garais, o susidarę H 2 SO 4 ir (NH 4) 2 SO 4 kartu su krituliais grįžta į Žemės paviršių. . Vidaus degimo variklių naudojimas lemia didelę oro taršą azoto oksidais, angliavandeniliais ir Pb junginiais.

Aerozolinė atmosferos tarša atsiranda dėl abiejų natūralių priežasčių (ugnikalnių išsiveržimai, dulkių audros, jūros vanduo ir augalų žiedadulkių dalelės ir kt.), ir žmogaus ūkinė veikla (rūdų kasyba ir Statybinės medžiagos, kuro deginimas, cemento gamyba ir kt.). Intensyvus didelio masto kietųjų dalelių pašalinimas į atmosferą yra vienas iš galimos priežastys planetos klimato kaita.

Atmosferos sandara ir atskirų kriauklių savybės

Fizinę atmosferos būklę lemia oras ir klimatas. Pagrindiniai atmosferos parametrai: oro tankis, slėgis, temperatūra ir sudėtis. Didėjant aukščiui, mažėja oro tankis ir atmosferos slėgis. Temperatūra taip pat keičiasi keičiantis aukščiui. Vertikali atmosferos struktūra pasižymi skirtingomis temperatūromis ir elektrinėmis savybėmis, skirtinga būsena oro. Atsižvelgiant į temperatūrą atmosferoje, išskiriami šie pagrindiniai sluoksniai: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera, egzosfera (sklaidos sfera). Pereinamosios atmosferos sritys tarp gretimų kriauklių vadinamos atitinkamai tropopauze, stratopauze ir kt.

Troposfera

Stratosfera

Didžioji dalis trumpųjų bangų ultravioletinės spinduliuotės dalies (180-200 nm) pasilieka stratosferoje ir transformuojama trumpųjų bangų energija. Veikiant šiems spinduliams kinta magnetiniai laukai, skyla molekulės, vyksta jonizacija, naujai susidaro dujos ir kt. cheminiai junginiai. Šiuos procesus galima stebėti šiaurės pašvaistės, žaibo ir kitokio švytėjimo pavidalu.

Stratosferoje ir aukštesniuose sluoksniuose, veikiant saulės spinduliuotei, dujų molekulės disocijuoja – į atomus (virš 80 km disocijuoja CO 2 ir H 2, virš 150 km – O 2, virš 300 km – H 2). 100-400 km aukštyje dujų jonizacija vyksta ir jonosferoje, 320 km aukštyje įkrautų dalelių (O + 2, O - 2, N + 2) koncentracija yra ~ 1/300 neutralių dalelių koncentracija. Viršutiniuose atmosferos sluoksniuose yra laisvųjų radikalų – OH, HO 2 ir kt.

Stratosferoje beveik nėra vandens garų.

Mezosfera

Iki 100 km aukščio atmosfera yra vienalytis, gerai susimaišęs dujų mišinys. Aukštesniuose sluoksniuose dujų pasiskirstymas aukštyje priklauso nuo jų molekulinių masių, sunkesnių dujų koncentracija mažėja greičiau tolstant nuo Žemės paviršiaus. Dėl sumažėjusio dujų tankio temperatūra nukrenta nuo 0°С stratosferoje iki −110°С mezosferoje. Tačiau atskirų dalelių kinetinė energija 200–250 km aukštyje atitinka ~1500°C temperatūrą. Virš 200 km pastebimi dideli temperatūros ir dujų tankio svyravimai laike ir erdvėje.

Maždaug 2000-3000 km aukštyje egzosfera pamažu pereina į vadinamąjį artimojo kosmoso vakuumą, kuris užpildomas labai retomis tarpplanetinių dujų dalelėmis, daugiausia vandenilio atomais. Tačiau šios dujos yra tik tarpplanetinės materijos dalis. Kitą dalį sudaro į dulkes panašios kometinės ir meteorinės kilmės dalelės. Be šių itin retų dalelių, į šią erdvę prasiskverbia saulės ir galaktikos kilmės elektromagnetinė ir korpuskulinė spinduliuotė.

Troposfera sudaro apie 80 % atmosferos masės, stratosfera – apie 20 %; mezosferos masė yra ne didesnė kaip 0,3%, termosfera yra mažesnė nei 0,05% visos atmosferos masės. Pagal elektrines savybes atmosferoje išskiriama neutrosfera ir jonosfera. Šiuo metu manoma, kad atmosfera tęsiasi iki 2000-3000 km aukščio.

Priklausomai nuo dujų sudėties atmosferoje, jie išskiria homosfera ir heterosfera. heterosfera- tai sritis, kurioje gravitacija veikia dujų atsiskyrimą, nes jų maišymas tokiame aukštyje yra nereikšmingas. Taigi seka kintama heterosferos sudėtis. Po juo slypi gerai sumaišyta, vienalytė atmosferos dalis, vadinama homosfera. Riba tarp šių sluoksnių vadinama turbopauze, ji yra apie 120 km aukštyje.

Atmosferos savybės

Jau 5 km aukštyje virš jūros lygio išsivysto nemokytas žmogus deguonies badas o be prisitaikymo žmogaus darbingumas gerokai sumažėja. Čia baigiasi fiziologinė atmosferos zona. Žmogaus kvėpavimas tampa neįmanomas 15 km aukštyje, nors maždaug iki 115 km atmosferoje yra deguonies.

Atmosfera aprūpina mus deguonimi, kurio reikia kvėpuoti. Tačiau dėl bendro atmosferos slėgio kritimo kylant į aukštį atitinkamai mažėja ir dalinis deguonies slėgis.

Žmogaus plaučiuose nuolat yra apie 3 litrus alveolių oro. Dalinis deguonies slėgis alveolių ore esant normaliam Atmosferos slėgis yra 110 mm Hg. Art., anglies dioksido slėgis - 40 mm Hg. Art., o vandens garai −47 mm Hg. Art. Didėjant aukščiui deguonies slėgis krenta, o bendras vandens garų ir anglies dioksido slėgis plaučiuose išlieka beveik pastovus – apie 87 mm Hg. Art. Deguonies srautas į plaučius visiškai sustos, kai aplinkinio oro slėgis taps lygus šiai vertei.

Maždaug 19-20 km aukštyje atmosferos slėgis nukrenta iki 47 mm Hg. Art. Todėl tokiame aukštyje žmogaus kūne pradeda virti vanduo ir tarpląstelinis skystis. Už slėgio kabinos tokiame aukštyje mirtis įvyksta beveik akimirksniu. Taigi, žmogaus fiziologijos požiūriu, „kosmosas“ prasideda jau 15-19 km aukštyje.

Tankūs oro sluoksniai – troposfera ir stratosfera – saugo mus nuo žalingo radiacijos poveikio. Esant pakankamam oro retėjimui, didesniame nei 36 km aukštyje, jonizuojanti spinduliuotė, pirminiai kosminiai spinduliai turi intensyvų poveikį organizmui; didesniame nei 40 km aukštyje veikia žmogui pavojinga ultravioletinė saulės spektro dalis.

Žemės atmosfera yra nevienalytė: skirtinguose aukščiuose stebimas skirtingas oro tankis ir slėgis, kinta temperatūra ir dujų sudėtis. Pagal aplinkos temperatūros elgseną (t.y. temperatūra kyla didėjant aukščiui arba mažėja) joje išskiriami šie sluoksniai: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera ir egzosfera. Ribos tarp sluoksnių vadinamos pauzėmis: jų yra 4, nes. viršutinė egzosferos riba yra labai neryški ir dažnai reiškia artimą erdvę. NUO bendra struktūra atmosferą galite rasti pridedamoje diagramoje.

1 pav. Žemės atmosferos sandara. Kreditas: svetainė

Žemiausias atmosferos sluoksnis yra troposfera, kurios viršutinė riba, vadinama tropopauze, priklausomai nuo geografinė platuma skiriasi ir svyruoja nuo 8 km. poliarinėje iki 20 km. atogrąžų platumose. Vidutinėse arba vidutinio klimato platumose jos viršutinė riba yra 10-12 km aukštyje.Per metus viršutinė troposferos riba patiria svyravimus, priklausomai nuo saulės spinduliuotės antplūdžio. Taigi, JAV meteorologijos tarnybai atlikus zondavimą Žemės pietiniame ašigalyje, paaiškėjo, kad nuo kovo iki rugpjūčio arba rugsėjo mėn. vyksta nuolatinis troposferos vėsimas, dėl kurio trumpas laikotarpis rugpjūtį arba rugsėjį jos siena pakyla iki 11,5 km. Tada, rugsėjo–gruodžio mėnesiais, sparčiai krenta ir pasiekia žemiausią padėtį – 7,5 km, po to jo aukštis praktiškai nesikeičia iki kovo mėn. Tie. Troposfera yra storiausia vasarą, o ploniausia žiemą.

Reikėtų pažymėti, kad be sezoninių svyravimų yra ir kasdienių tropopauzės aukščio svyravimų. Taip pat jo padėtį įtakoja ciklonai ir anticiklonai: pirmajame jis leidžiasi žemyn, nes. slėgis juose yra mažesnis nei aplinkiniame ore, antra, atitinkamai pakyla.

Troposferoje yra iki 90% visos masės žemės oras ir 9/10 visų vandens garų. Turbulencija čia labai išvystyta, ypač paviršiniuose ir aukščiausiuose sluoksniuose, susidaro visų pakopų debesys, formuojasi ciklonai ir anticiklonai. Ir dėl šiltnamio efektą sukeliančių dujų (anglies dioksido, metano, vandens garų), atsispindinčių nuo Žemės paviršiaus, kaupimosi. saulės spinduliai vystosi šiltnamio efektas.

NUO šiltnamio efektas oro temperatūros mažėjimas troposferoje siejamas su aukščiu (nes įkaitusi Žemė daugiau šilumos atiduoda paviršiniams sluoksniams). Vidutinis vertikalus nuolydis yra 0,65°/100 m (t. y. oro temperatūra nukrenta 0,65° C kas 100 metrų pakylant). Taigi, jei Žemės paviršiuje prie pusiaujo vidutinė metinė oro temperatūra yra + 26 °, tai prie viršutinės ribos -70 °. Temperatūra tropopauzės regione virš Šiaurės ašigalio ištisus metus svyruoja nuo -45° vasarą iki -65° žiemą.

Didėjant aukščiui, mažėja ir oro slėgis, kuris sudaro tik 12-20% paviršinio lygio ties viršutine troposfera.

Ant troposferos ir viršutinio stratosferos sluoksnio ribos yra tropopauzės sluoksnis, kurio storis 1-2 km. Oro sluoksnis, kuriame vertikalus gradientas sumažėja iki 0,2°/100 m, palyginti su 0,65°/100 m apatiniuose troposferos regionuose, paprastai laikomas apatinėmis tropopauzės ribomis.

Tropopauzės metu stebimi griežtai apibrėžtos krypties oro srautai, vadinami didelio aukščio reaktyviniais srautais arba „reaktyviniais srautais“, susidarantys veikiant Žemės sukimuisi aplink savo ašį ir atmosferos kaitinimui dalyvaujant saulės spinduliuotei. Srovės stebimos zonų su dideliais temperatūrų skirtumais ribose. Yra keli šių srovių lokalizacijos centrai, pavyzdžiui, arktinis, subtropinis, subpoliarinis ir kt. Reaktyvinių srautų lokalizacijos žinojimas yra labai svarbus meteorologijai ir aviacijai: pirmasis naudoja srautus tikslesnei orų prognozei, antrasis – lėktuvų skrydžių maršrutams kurti, nes Srauto ribose susidaro stiprūs audringi sūkuriai, panašūs į mažus sūkurius, vadinamus „gilaus dangaus turbulencija“, nes tokiame aukštyje nėra debesų.

Veikiant didelio aukščio reaktyvinėms srovėms, tropopauzėje dažnai susidaro plyšimai, o kartais visai išnyksta, nors vėliau vėl susidaro. Tai ypač dažnai pastebima subtropinėse platumose, kuriose dominuoja galinga subtropinė didelio aukščio srovė. Be to, tropopauzės sluoksnių skirtumas pagal aplinkos oro temperatūrą lemia lūžių susidarymą. Pavyzdžiui, yra didelis atotrūkis tarp šiltos ir žemos poliarinės tropopauzės bei aukštos ir šaltos tropopauzės atogrąžų platumose. AT paskutiniais laikais Taip pat išskiriamas vidutinio klimato platumų tropopauzės sluoksnis, turintis lūžių su ankstesniais dviem sluoksniais: poliariniu ir atogrąžų.

Antrasis žemės atmosferos sluoksnis yra stratosfera. Stratosferą sąlygiškai galima suskirstyti į 2 regionus. Pirmajam iš jų, gulinčiam iki 25 km aukščio, būdinga beveik pastovi temperatūra, kuri lygi temperatūroms viršutiniai sluoksniai troposfera tam tikroje srityje. Antrasis regionas, arba inversijos sritis, pasižymi oro temperatūros padidėjimu iki maždaug 40 km aukščio. Taip yra dėl saulės ultravioletinės spinduliuotės sugerties deguonies ir ozono. Viršutinėje stratosferos dalyje dėl šio įkaitimo temperatūra dažnai būna teigiama arba net palyginama su paviršiaus oro temperatūra.

Virš inversijos srities yra pastovių temperatūrų sluoksnis, vadinamas stratopauze ir yra riba tarp stratosferos ir mezosferos. Jo storis siekia 15 km.

Priešingai nei troposferoje, turbulentiniai trikdžiai stratosferoje yra reti, tačiau pastebimi stiprūs horizontalūs vėjai arba reaktyviniai srautai, pučiantys siaurose zonose palei vidutinio klimato platumų ribas, nukreiptas į ašigalius. Šių zonų padėtis nėra pastovi: jos gali pasislinkti, plėstis ar net visai išnykti. Dažnai reaktyviniai srautai prasiskverbia į viršutinius troposferos sluoksnius arba atvirkščiai, oro masės iš troposferos prasiskverbia į apatinius stratosferos sluoksnius. Toks oro masių maišymasis ypač būdingas atmosferos frontų zonose.

Stratosferoje ir vandens garuose mažai. Oras čia labai sausas, todėl debesų mažai. Tik 20-25 km aukštyje, būnant didelėse platumose, galima pastebėti labai plonus perlamutrinius debesis, susidedančius iš peršalusio vandens lašelių. Dieną šių debesų nematyti, tačiau prasidėjus tamsai jie tarsi švyti dėl apšviestos Saulės, kuri jau nusileido žemiau horizonto.

Tame pačiame aukštyje (20-25 km.) žemutinėje stratosferoje yra vadinamasis ozono sluoksnis – sritis su didžiausias turinys ozonas, kuris susidaro veikiant ultravioletinei saulės spinduliuotei (daugiau apie šį procesą galite sužinoti puslapyje). Ozono sluoksnis arba ozonosfera yra būtinas visų sausumoje gyvenančių organizmų gyvybei palaikyti, sugerdamas mirtinus ultravioletinius spindulius iki 290 nm. Būtent dėl ​​šios priežasties gyvi organizmai negyvena aukščiau ozono sluoksnio, tai yra viršutinė gyvybės plitimo Žemėje riba.

Ozono įtakoje kinta ir magnetiniai laukai, atomai ardo molekules, vyksta jonizacija, naujai susidaro dujos ir kiti cheminiai junginiai.

Atmosferos sluoksnis virš stratosferos vadinamas mezosfera. Jam būdingas oro temperatūros sumažėjimas aukštyje, kai vidutinis vertikalus gradientas yra 0,25–0,3°/100 m, o tai sukelia stiprią turbulenciją. Viršutinėse mezosferos ribose, vadinamoje mezopauze, temperatūra buvo iki -138 ° C, o tai yra absoliutus minimumas visai Žemės atmosferai.

Čia, mezopauzės ribose, eina apatinė aktyvios rentgeno spinduliuotės ir trumpojo bangos ilgio ultravioletinių saulės spindulių absorbcijos srities riba. Šis energijos procesas vadinamas spinduliniu šilumos perdavimu. Dėl to dujos įkaista ir jonizuojamos, o tai sukelia atmosferos švytėjimą.

75–90 km aukštyje netoli viršutinių mezosferos ribų buvo pastebėti ypatingi debesys, užėmę didžiulius plotus poliariniuose planetos regionuose. Šie debesys yra vadinami sidabriniais dėl jų švytėjimo prieblandoje, kuris atsiranda dėl saulės šviesos atspindžio nuo ledo kristalų, iš kurių šie debesys susideda.

Oro slėgis mezopauzėje yra 200 kartų mažesnis nei žemės paviršiaus. Tai rodo, kad beveik visas oras atmosferoje yra sutelktas 3 apatiniuose jos sluoksniuose: troposferoje, stratosferoje ir mezosferoje. Viršutiniai termosferos ir egzosferos sluoksniai sudaro tik 0,05% visos atmosferos masės.

Termosfera yra 90–800 km aukštyje virš Žemės paviršiaus.

Termosferai būdingas nuolatinis oro temperatūros kilimas iki 200-300 km aukščio, kur ji gali siekti 2500°C. Temperatūros padidėjimas atsiranda dėl to, kad dujų molekulės sugeria rentgeno ir trumpųjų bangų saulės ultravioletinės spinduliuotės dalį. Virš 300 km virš jūros lygio temperatūros kilimas sustoja.

Tuo pačiu metu, kai kyla temperatūra, mažėja slėgis, taigi ir aplinkinio oro tankis. Taigi, jei apatinėse termosferos ribose tankis yra 1,8 × 10 -8 g / cm 3, tada viršuje jis jau yra 1,8 × 10 -15 g / cm 3, o tai maždaug atitinka 10 milijonų - 1 milijardą dalelių. 1 cm3.

Visos termosferos charakteristikos, tokios kaip oro sudėtis, jo temperatūra, tankis, stipriai svyruoja: priklausomai nuo geografinės padėties, metų sezono ir paros laiko. Netgi kinta viršutinės termosferos ribos vieta.

Viršutinis atmosferos sluoksnis vadinamas egzosfera arba sklaidos sluoksniu. Jo apatinė riba nuolat kinta labai plačiose ribose; vidutiniu dydžiu buvo paimtas 690-800 km aukštis. Jis nustatomas ten, kur galima nepaisyti tarpmolekulinių ar tarpatominių susidūrimų tikimybės, t.y. vidutinis atstumas, kurį įveiks chaotiškai judanti molekulė prieš atsitrenkdama į kitą panašią molekulę (vadinamasis laisvasis kelias), bus toks didelis, kad iš tikrųjų molekulės nesusidurs su tikimybe, artima nuliui. Sluoksnis, kuriame vyksta aprašytas reiškinys, vadinamas termopauze.

Viršutinė egzosferos riba yra 2-3 tūkstančių km aukštyje. Jis yra stipriai neryškus ir palaipsniui pereina į artimojo kosmoso vakuumą. Kartais dėl šios priežasties egzosfera laikoma kosmoso dalimi, o jos viršutine riba laikomas 190 tūkstančių km aukštis, kuriame saulės spinduliuotės slėgio įtaka vandenilio atomų greičiui viršija gravitacinę trauką. žemė. Tai yra vadinamasis. Žemės vainikėlis, sudarytas iš vandenilio atomų. Žemės vainiko tankis labai mažas: tik 1000 dalelių kubiniame centimetre, tačiau net ir šis skaičius yra daugiau nei 10 kartų didesnis nei dalelių koncentracija tarpplanetinėje erdvėje.

Dėl itin reto egzosferos oro dalelės juda aplink Žemę elipsinėmis orbitomis nesusidurdamos viena su kita. Kai kurie iš jų, judėdami atviromis arba hiperbolinėmis trajektorijomis kosminiais greičiais (vandenilio ir helio atomai), palieka atmosferą ir iškeliauja į kosmosą, todėl egzosfera vadinama sklaidos sfera.

Erdvė užpildyta energija. Energija užpildo erdvę netolygiai. Yra jo susikaupimo ir iškrovimo vietų. Tokiu būdu galite įvertinti tankį. Planeta yra tvarkinga sistema, kurios didžiausias medžiagos tankis yra centre ir palaipsniui mažėja koncentracija link periferijos. Sąveikos jėgos nulemia materijos būseną, formą, kuria ji egzistuoja. Fizika apibūdina medžiagų agregacijos būseną: kietą, skystą, dujinį ir pan.

Atmosfera yra dujinė terpė, kuri supa planetą. Žemės atmosfera leidžia laisvai judėti ir pro ją prasiskverbia šviesa, sukurdama erdvę, kurioje klesti gyvybė.

Teritorija nuo žemės paviršiaus iki maždaug 16 kilometrų aukščio (mažiau nuo pusiaujo iki ašigalių, taip pat priklauso nuo sezono) vadinama troposfera. Troposfera yra sluoksnis, kuriame yra apie 80% atmosferoje esančio oro ir beveik visi vandens garai. Čia vyksta orą formuojantys procesai. Slėgis ir temperatūra mažėja didėjant ūgiui. Oro temperatūros mažėjimo priežastis – adiabatinis procesas, kai dujos plečiasi, jos atvėsta. Viršutinėje troposferos riboje vertės gali siekti -50, -60 laipsnių Celsijaus.

Toliau ateina Stratosfera. Jis tęsiasi iki 50 kilometrų. Šiame atmosferos sluoksnyje temperatūra didėja didėjant aukščiui, įgydama vertę viršutinis taškas apie 0 C. Temperatūros padidėjimą sukelia absorbcijos procesas ozono sluoksnis ultravioletiniai spinduliai. Spinduliuotė sukelia cheminę reakciją. Deguonies molekulės skyla į atskirus atomus, kurie gali susijungti su įprastomis deguonies molekulėmis ir sudaryti ozoną.

Saulės spinduliuotė, kurios bangos ilgis yra nuo 10 iki 400 nanometrų, priskiriama ultravioletiniams spinduliams. Kuo trumpesnis UV bangos ilgis, tuo daugiau didelis pavojus tai reiškia gyviems organizmams. Tik nedidelė radiacijos dalis pasiekia Žemės paviršių, be to, mažiau aktyvioji jos spektro dalis. Ši gamtos ypatybė leidžia žmogui sveikai įdegti saulėje.

Kitas atmosferos sluoksnis vadinamas mezosfera. Ribos nuo maždaug 50 km iki 85 km. Mezosferoje ozono, galinčio sulaikyti UV energiją, koncentracija yra maža, todėl temperatūra vėl pradeda kristi su aukščiu. Piko taške temperatūra nukrenta iki –90 C, kai kurie šaltiniai nurodo –130 C. Šiame atmosferos sluoksnyje išdega dauguma meteoroidų.

Atmosferos sluoksnis, besitęsiantis nuo 85 km aukščio iki 600 km atstumu nuo Žemės, vadinamas termosfera. Termosfera pirmoji susiduria su saulės spinduliuote, įskaitant vadinamąjį vakuuminį ultravioletinį.

Vakuuminis UV atidėtas oro aplinka, taip įkaitindamas šį atmosferos sluoksnį iki milžiniškos temperatūros. Tačiau kadangi slėgis čia yra itin žemas, šios iš pažiūros kaitinamos dujos nedaro tokio poveikio objektams, kaip žemės paviršiaus sąlygomis. Atvirkščiai, tokioje aplinkoje esantys daiktai atvės.

100 km aukštyje eina sąlyginė linija „Karman linija“, kuri laikoma kosmoso pradžia.

Auroros atsiranda termosferoje. Šiame atmosferos sluoksnyje saulės vėjas sąveikauja su magnetinis laukas planetos.

Paskutinis atmosferos sluoksnis yra egzosfera – išorinis apvalkalas, besitęsiantis tūkstančius kilometrų. Egzosfera praktiškai tuščia vieta, tačiau čia klaidžiojančių atomų skaičius yra eilės tvarka didesnis nei tarpplanetinėje erdvėje.

Žmogus kvėpuoja oru. normalus slėgis- 760 milimetrų gyvsidabrio. 10 000 m aukštyje slėgis yra apie 200 mm. rt. Art. Tokiame aukštyje žmogus tikriausiai gali kvėpuoti, bent jau neilgai, bet tam reikia pasiruošimo. Valstybė akivaizdžiai bus neveiksni.

Atmosferos dujų sudėtis: 78% azoto, 21% deguonies, apie procentas argono, visa kita yra dujų mišinys, sudarantis mažiausią viso kiekio dalį.

Troposfera

Jo viršutinė riba yra 8-10 km aukštyje poliarinėse, 10-12 km vidutinio klimato ir 16-18 km atogrąžų platumose; mažesnė žiemą nei vasarą. Apatiniame, pagrindiniame atmosferos sluoksnyje yra daugiau nei 80% visos masės atmosferos oras ir apie 90 % visų atmosferoje esančių vandens garų. Troposferoje labai išvystyta turbulencija ir konvekcija, atsiranda debesys, vystosi ciklonai ir anticiklonai. Temperatūra mažėja didėjant aukščiui, o vidutinis vertikalus gradientas yra 0,65°/100 m

tropopauzė

Pereinamasis sluoksnis iš troposferos į stratosferą, atmosferos sluoksnis, kuriame sustoja temperatūros mažėjimas didėjant aukščiui.

Stratosfera

Atmosferos sluoksnis, esantis 11–50 km aukštyje. Būdingas nedidelis temperatūros pokytis 11-25 km sluoksnyje (apatiniame stratosferos sluoksnyje) ir jo padidėjimas 25-40 km sluoksnyje nuo -56,5 iki 0,8 °C (viršutinis stratosferos sluoksnis arba inversijos sritis). Pasiekusi apie 273 K (beveik 0 °C) vertę maždaug 40 km aukštyje, temperatūra išlieka pastovi iki maždaug 55 km aukščio. Ši pastovios temperatūros sritis vadinama stratopauze ir yra riba tarp stratosferos ir mezosferos.

Stratopauzė

Atmosferos ribinis sluoksnis tarp stratosferos ir mezosferos. Vertikaliame temperatūros pasiskirstyme yra maksimumas (apie 0 °C).

Mezosfera

Mezosfera prasideda 50 km aukštyje ir tęsiasi iki 80-90 km. Temperatūra mažėja didėjant aukščiui, kai vidutinis vertikalus gradientas yra (0,25-0,3)°/100 m. Pagrindinis energijos procesas yra spinduliuotės šilumos perdavimas. Sudėtingi fotocheminiai procesai, kuriuose dalyvauja laisvieji radikalai, vibracijos sužadintos molekulės ir kt., sukelia atmosferos liuminescenciją.

Mezopauzė

Pereinamasis sluoksnis tarp mezosferos ir termosferos. Vertikaliame temperatūros pasiskirstyme yra minimumas (apie -90 °C).

Karmano linija

Aukštis virš jūros lygio, kuris sutartinai pripažįstamas kaip riba tarp Žemės atmosferos ir kosmoso. Karmanos linija yra 100 km aukštyje virš jūros lygio.

Žemės atmosferos riba

Termosfera

Viršutinė riba yra apie 800 km. Temperatūra pakyla iki 200–300 km aukščio, kur pasiekia 1500 K reikšmes, o po to išlieka beveik pastovi iki didelio aukščio. Veikiant ultravioletinei ir rentgeno saulės spinduliuotei bei kosminei spinduliuotei, oras jonizuojasi („poliarinės šviesos“) – pagrindinės jonosferos sritys yra termosferos viduje. Virš 300 km aukštyje vyrauja atominis deguonis. Viršutinę termosferos ribą daugiausia lemia dabartinis Saulės aktyvumas. Mažo aktyvumo laikotarpiais pastebimas šio sluoksnio dydžio sumažėjimas.

Termopauzė

Atmosferos sritis virš termosferos. Šiame regione saulės spinduliuotės sugertis yra nereikšminga, o temperatūra faktiškai nesikeičia didėjant aukščiui.

Egzosfera (sklaidanti sfera)

Atmosferos sluoksniai iki 120 km aukščio

Egzosfera – sklaidos zona, išorinė termosferos dalis, esanti aukščiau 700 km. Dujos egzosferoje yra labai retos, todėl jų dalelės nuteka į tarpplanetinę erdvę (išsklaidymas).

Iki 100 km aukščio atmosfera yra vienalytis, gerai susimaišęs dujų mišinys. Aukštesniuose sluoksniuose dujų pasiskirstymas aukštyje priklauso nuo jų molekulinių masių, sunkesnių dujų koncentracija mažėja greičiau tolstant nuo Žemės paviršiaus. Dėl dujų tankio sumažėjimo temperatūra nukrenta nuo 0 °C stratosferoje iki –110 °C mezosferoje. Tačiau atskirų dalelių kinetinė energija 200–250 km aukštyje atitinka ~150 °C temperatūrą. Virš 200 km pastebimi dideli temperatūros ir dujų tankio svyravimai laike ir erdvėje.

Maždaug 2000–3500 km aukštyje egzosfera palaipsniui pereina į vadinamąjį artimojo kosmoso vakuumą, kuris užpildomas labai retomis tarpplanetinių dujų dalelėmis, daugiausia vandenilio atomais. Tačiau šios dujos yra tik tarpplanetinės materijos dalis. Kitą dalį sudaro į dulkes panašios kometinės ir meteorinės kilmės dalelės. Be itin retų į dulkes panašių dalelių, į šią erdvę prasiskverbia saulės ir galaktikos kilmės elektromagnetinė ir korpuskulinė spinduliuotė.

Troposfera sudaro apie 80 % atmosferos masės, stratosfera – apie 20 %; mezosferos masė yra ne didesnė kaip 0,3%, termosfera yra mažesnė nei 0,05% visos atmosferos masės. Pagal elektrines savybes atmosferoje išskiriama neutrosfera ir jonosfera. Šiuo metu manoma, kad atmosfera tęsiasi iki 2000-3000 km aukščio.

Priklausomai nuo dujų sudėties atmosferoje, išskiriama homosfera ir heterosfera. Heterosfera yra sritis, kurioje gravitacija turi įtakos dujų atsiskyrimui, nes jų maišymasis tokiame aukštyje yra nereikšmingas. Taigi seka kintama heterosferos sudėtis. Po juo slypi gerai sumaišyta, vienalytė atmosferos dalis, vadinama homosfera. Riba tarp šių sluoksnių vadinama turbopauze ir yra maždaug 120 km aukštyje.

Panašūs straipsniai