Kişiler
Ev/ Renk çözümleri

Modern dünyanın atmosferi... Atmosfer. Dünya atmosferinin yapısı ve bileşimi

ATMOSFER
gök cismini çevreleyen gazdan oluşan zarf. Özellikleri, belirli bir gök cisminin boyutuna, kütlesine, sıcaklığına, dönme hızına ve kimyasal bileşimine bağlıdır ve aynı zamanda başlangıcından bu yana oluşum tarihi tarafından da belirlenir. Dünyanın atmosferi hava adı verilen gazların karışımından oluşur. Ana bileşenleri yaklaşık 4:1 oranında nitrojen ve oksijendir. Bir kişi esas olarak atmosferin 15-25 km'lik alt kısmının durumundan etkilenir, çünkü havanın büyük kısmı bu alt katmanda yoğunlaşmıştır. Atmosferi inceleyen bilime meteoroloji denir, ancak bu bilimin konusu da hava durumu ve onun insanlar üzerindeki etkisidir. Durum üst katmanlar Dünya yüzeyinden 60 ila 300 ve hatta 1000 km yükseklikte bulunan atmosfer de değişiyor. Burada kuvvetli rüzgarlar, fırtınalar gelişiyor ve auroralar gibi şaşırtıcı elektriksel olaylar meydana geliyor. Listelenen olayların çoğu akışlarla ilgilidir Güneş radyasyonu kozmik radyasyonun yanı sıra Dünya'nın manyetik alanı. Atmosferin yüksek katmanları aynı zamanda bir kimya laboratuvarıdır, çünkü burada vakuma yakın koşullarda bazı atmosferik gazlar güçlü bir akıştan etkilenir. Güneş enerjisi kimyasal reaksiyonlara girer. Birbiriyle ilişkili bu fenomenleri ve süreçleri inceleyen bilime yüksek atmosferik fizik denir.
DÜNYA ATMOSFERİNİN GENEL ÖZELLİKLERİ
Boyutlar. Sondaj roketleri ve yapay uydular atmosferin dış katmanlarını Dünya'nın yarıçapından birkaç kat daha büyük mesafelerde keşfedene kadar, dünya yüzeyinden uzaklaştıkça atmosferin giderek daha seyrek hale geldiğine ve gezegenler arası uzaya sorunsuz bir şekilde geçtiğine inanılıyordu. . Artık Güneş'in derin katmanlarından gelen enerji akışının, Dünya yörüngesinin çok ötesinde, Güneş Sisteminin dış sınırlarına kadar uzaya nüfuz ettiği tespit edilmiştir. Bu sözde Güneş rüzgarı Dünya'nın manyetik alanı etrafında akar ve içinde Dünya atmosferinin yoğunlaştığı uzun bir "boşluk" oluşturur. Dünyanın manyetik alanı, Güneş'e bakan gündüz tarafında belirgin şekilde daralmış ve karşı taraftaki gece tarafında muhtemelen Ay'ın yörüngesinin ötesine uzanan uzun bir dil oluşturmuştur. Dünyanın manyetik alanının sınırına manyetopoz denir. Gündüz tarafında, bu sınır yüzeyden yaklaşık yedi Dünya yarıçapı uzaklıkta uzanır, ancak güneş aktivitesinin arttığı dönemlerde Dünya yüzeyine daha da yakın olduğu ortaya çıkar. Manyetopoz aynı zamanda, hareketi Dünyanın manyetik alanı tarafından belirlenen yüklü parçacıklar (iyonlar) içinde yoğunlaştığından, dış kabuğu manyetosfer olarak da adlandırılan Dünya atmosferinin sınırıdır. Atmosferdeki gazların toplam ağırlığı yaklaşık 4,5*1015 tondur. Dolayısıyla birim alan başına atmosferin “ağırlığı” veya atmosfer basıncı deniz seviyesinde yaklaşık 11 ton/m2'dir.
Yaşam için anlam. Yukarıdakilerden, Dünya'nın gezegenler arası uzaydan güçlü bir koruyucu katmanla ayrıldığı anlaşılmaktadır. Uzay, Güneş'ten gelen güçlü ultraviyole ve x-ışını radyasyonu ve hatta daha sert kozmik radyasyonla doludur ve bu tür radyasyonlar tüm canlılar için yıkıcıdır. Atmosferin dış kenarında radyasyon yoğunluğu öldürücüdür, ancak büyük bir kısmı Dünya yüzeyinden uzaktaki atmosfer tarafından tutulur. Bu radyasyonun emilmesi, atmosferin yüksek katmanlarının birçok özelliğini ve özellikle orada meydana gelen elektriksel olayları açıklar. Atmosferin yer seviyesindeki en alt katmanı, dünyanın katı, sıvı ve gaz kabuklarının temas noktasında yaşayan insanlar için özellikle önemlidir. “Katı” Dünyanın üst kabuğuna litosfer denir. Dünya yüzeyinin yaklaşık %72'si hidrosferin çoğunu oluşturan okyanus sularıyla kaplıdır. Atmosfer hem litosferi hem de hidrosferi sınırlar. İnsan, hava okyanusunun dibinde ve su okyanusunun seviyesinin yakınında veya üstünde yaşar. Bu okyanusların etkileşimi atmosferin durumunu belirleyen önemli faktörlerden biridir.
Birleştirmek. Atmosferin alt katmanları bir gaz karışımından oluşur (tabloya bakınız). Tabloda listelenenlere ek olarak havada küçük yabancı maddeler halinde başka gazlar da bulunur: ozon, metan, karbon monoksit (CO), nitrojen ve kükürt oksitler gibi maddeler, amonyak.

ATMOSFERİN BİLEŞİMİ


Atmosferin yüksek katmanlarında, Güneş'ten gelen sert radyasyonun etkisiyle havanın bileşimi değişir, bu da oksijen moleküllerinin atomlara parçalanmasına yol açar. Atomik oksijen, atmosferin yüksek katmanlarının ana bileşenidir. Son olarak, atmosferin Dünya yüzeyinden en uzak katmanlarında ana bileşenler en hafif gazlar olan hidrojen ve helyumdur. Maddenin büyük bir kısmı 30 km'nin aşağısında yoğunlaştığından, 100 km'nin üzerindeki rakımlarda hava bileşimindeki değişikliklerin, genel kompozisyon atmosfer.
Enerji alışverişi. Güneş, Dünya'ya sağlanan enerjinin ana kaynağıdır. Yaklaşık bir mesafede. Güneş'ten 150 milyon km uzakta olan Dünya, yaydığı enerjinin yaklaşık iki milyarda birini, esas olarak insanların "ışık" olarak adlandırdığı spektrumun görünür kısmından alıyor. Bu enerjinin çoğu atmosfer ve litosfer tarafından emilir. Dünya ayrıca, esas olarak uzun dalga kızılötesi radyasyon biçiminde enerji yayar. Bu sayede Güneş'ten alınan enerji, Dünya'nın ve atmosferin ısınması ile uzaya yayılan termal enerjinin ters akışı arasında bir denge kurulur. Bu dengenin mekanizması son derece karmaşıktır. Toz ve gaz molekülleri ışığı dağıtarak kısmen uzaya yansıtır. Gelen radyasyonun daha da fazlası bulutlar tarafından yansıtılır. Enerjinin bir kısmı doğrudan gaz molekülleri tarafından emilir, ancak esas olarak kayalar, bitki örtüsü ve yüzey suyu tarafından emilir. Atmosferde bulunan su buharı ve karbondioksit görünür radyasyonu iletir ancak kızılötesi radyasyonu emer. Termal enerji esas olarak atmosferin alt katmanlarında birikir. Benzer bir etki, camın ışığın girmesine izin verdiği ve toprağın ısındığı bir serada da ortaya çıkar. Cam kızılötesi radyasyona karşı nispeten opak olduğundan, serada ısı birikir. Su buharı ve karbondioksitin varlığı nedeniyle alt atmosferin ısınmasına genellikle sera etkisi denir. Bulutluluk, atmosferin alt katmanlarında ısının korunmasında önemli bir rol oynar. Bulutlar temizlenirse veya hava daha şeffaf hale gelirse, Dünya'nın yüzeyi ısı enerjisini çevredeki alana serbestçe yayacağından sıcaklık kaçınılmaz olarak düşer. Dünya yüzeyindeki su, güneş enerjisini emer ve buharlaşarak, atmosferin alt katmanlarına büyük miktarda enerji taşıyan gaz - su buharına dönüşür. Su buharı yoğunlaşıp bulutlar veya sis oluştuğunda bu enerji ısı şeklinde açığa çıkar. Dünya yüzeyine ulaşan güneş enerjisinin yaklaşık yarısı suyun buharlaşmasında harcanarak atmosferin alt katmanlarına girer. Böylece sera etkisi ve suyun buharlaşması nedeniyle atmosfer aşağıdan ısınır. Bu, yalnızca yukarıdan ısıtılan ve dolayısıyla atmosferden çok daha kararlı olan Dünya Okyanusunun dolaşımıyla karşılaştırıldığında dolaşımının yüksek aktivitesini kısmen açıklıyor.
Ayrıca bakınız METEOROLOJİ VE KLİMATOLOJİ. Atmosferin güneş ışığıyla genel olarak ısıtılmasına ek olarak, Güneş'ten gelen ultraviyole ve X-ışını radyasyonu nedeniyle bazı katmanlarında önemli ölçüde ısınma meydana gelir. Yapı. Sıvı ve katılarla karşılaştırıldığında gaz halindeki maddelerde moleküller arasındaki çekim kuvveti minimumdur. Moleküller arasındaki mesafe arttıkça gazlar, eğer hiçbir şey onları engellemiyorsa, süresiz olarak genişleyebilirler. Atmosferin alt sınırı Dünya'nın yüzeyidir. Kesin olarak konuşursak, hava ile su arasında ve hatta hava ile kayalar arasında gaz değişimi meydana geldiğinden bu bariyer aşılmazdır, ancak bu durumda bu faktörler ihmal edilebilir. Atmosfer küresel bir kabuk olduğundan, yanal sınırları yoktur, yalnızca gezegenler arası uzayın yanından açık olan bir alt sınır ve bir üst (dış) sınır vardır. Bazı nötr gazlar dış sınırdan sızıyor ve madde çevredeki dış uzaydan giriyor. Yüksek enerjili kozmik ışınlar dışındaki yüklü parçacıkların çoğu ya manyetosfer tarafından yakalanır ya da onun tarafından itilir. Atmosfer aynı zamanda hava kabuğunu Dünya yüzeyinde tutan yerçekimi kuvvetinden de etkilenir. Atmosferdeki gazlar kendi ağırlıkları altında sıkıştırılır. Bu sıkıştırma atmosferin alt sınırında maksimumdur, dolayısıyla hava yoğunluğu burada en fazladır. Dünya yüzeyinin üzerindeki herhangi bir yükseklikte, hava sıkıştırma derecesi, üstteki hava kolonunun kütlesine bağlıdır, bu nedenle yükseklik arttıkça havanın yoğunluğu azalır. Birim alan başına üstteki hava sütununun kütlesine eşit olan basınç doğrudan yoğunluğa bağlıdır ve dolayısıyla yükseklikle birlikte azalır. Eğer atmosfer, yükseklikten bağımsız olarak bileşimi sabit, sıcaklığı sabit ve üzerine sabit bir yerçekimi kuvveti uygulayan "ideal bir gaz" olsaydı, basınç her 20 km'lik yükseklik için 10 kat azalırdı. Gerçek atmosfer yaklaşık 100 km yüksekliğe kadar ideal gazdan biraz farklıdır ve daha sonra havanın bileşimi değiştikçe basınç yükseklikle birlikte daha yavaş düşer. Açıklanan modelde küçük değişiklikler, aynı zamanda, Dünya'nın merkezinden yaklaşık 200 m uzaklıkta olan yerçekimi kuvvetinin azalmasıyla da ortaya çıkar. Her 100 km rakım için %3. Farklı atmosferik basınç Sıcaklık yükseklikle sürekli azalmaz. Şekil 2'de gösterildiği gibi. 1'de yaklaşık 10 km yüksekliğe kadar azalıyor, sonra tekrar yükselmeye başlıyor. Bu, ultraviyole güneş ışınımı oksijen tarafından emildiğinde meydana gelir. Bu, molekülleri üç oksijen atomundan (O3) oluşan ozon gazı üretir. Aynı zamanda ultraviyole radyasyonu da emer ve böylece ozonosfer adı verilen atmosferin bu katmanı ısınır. Daha yukarılarda, orada çok daha az gaz molekülü olduğundan sıcaklık tekrar düşer ve buna bağlı olarak enerji emilimi de azalır. Daha da yüksek katmanlarda, Güneş'ten gelen en kısa dalga boyundaki ultraviyole ve X-ışını radyasyonunun atmosfer tarafından emilmesi nedeniyle sıcaklık yeniden yükselir. Bu güçlü radyasyonun etkisi altında atmosferin iyonlaşması meydana gelir, yani. Bir gaz molekülü bir elektron kaybeder ve pozitif bir elektrik yükü kazanır. Bu tür moleküller pozitif yüklü iyonlara dönüşür. Serbest elektronların ve iyonların varlığı nedeniyle atmosferin bu katmanı bir elektrik iletkeninin özelliklerini kazanır. İnce atmosferin gezegenler arası uzaya geçtiği yerlerde sıcaklığın yükseklere yükselmeye devam ettiği düşünülüyor. Dünya yüzeyinden birkaç bin kilometre uzakta, 5.000° ile 10.000° C arasında değişen sıcaklıkların hakim olması muhtemeldir. Her ne kadar moleküller ve atomlar çok yüksek hareket hızlarına ve dolayısıyla yüksek sıcaklıklara sahip olsalar da, bu seyrekleştirilmiş gaz "sıcak" değildir. olağan anlamda. Yüksek rakımlarda molekül sayısının az olması nedeniyle toplam termal enerjileri çok küçüktür. Dolayısıyla atmosfer ayrı katmanlardan (yani bir dizi eşmerkezli kabuk veya küreden) oluşur ve bunların ayrılması hangi özelliğin en çok ilgi çekici olduğuna bağlıdır. Meteorologlar, ortalama sıcaklık dağılımına dayanarak ideal "ortalama atmosferin" yapısının bir diyagramını geliştirdiler (bkz. Şekil 1).

Troposfer, atmosferin ilk termal minimuma (tropopoz adı verilen) kadar uzanan alt tabakasıdır. Troposferin üst sınırı coğrafi enleme (tropik bölgelerde - 18-20 km, ılıman enlemlerde - yaklaşık 10 km) ve yılın zamanına bağlıdır. ABD Ulusal Hava Durumu Servisi, Güney Kutbu yakınında sondajlar gerçekleştirdi ve tropopozun yüksekliğindeki mevsimsel değişiklikleri ortaya çıkardı. Mart ayında tropopoz yakl. 7,5 km. Mart ayından ağustos veya eylül ayına kadar troposferde sürekli bir soğuma yaşanır ve sınırı, ağustos veya eylül aylarında kısa bir süre için yaklaşık 11,5 km yüksekliğe yükselir. Daha sonra eylül ayından aralık ayına kadar hızla azalır ve en düşük konumuna (7,5 km) ulaşır, burada Mart ayına kadar sadece 0,5 km dalgalanarak kalır. İnsanın varoluş koşullarını belirleyen havanın esas olarak oluştuğu yer troposferdedir. Atmosferdeki su buharının çoğu troposferde yoğunlaşmıştır ve bu nedenle bulutlar esas olarak burada oluşur, ancak buz kristallerinden oluşan bazıları daha yüksek katmanlarda bulunur. Troposfer türbülans, güçlü hava akımları (rüzgarlar) ve fırtınalarla karakterize edilir. Üst troposferde kesin olarak tanımlanmış bir yönde güçlü hava akımları vardır. Küçük girdaplara benzeyen türbülanslı girdaplar, yavaş ve hızlı hareket eden hava kütleleri arasındaki sürtünme ve dinamik etkileşimin etkisi altında oluşur. Bu yüksek seviyelerde genellikle bulut örtüsü bulunmadığından bu türbülansa "temiz hava türbülansı" adı verilir.
Stratosfer. Atmosferin üst katmanı sıklıkla yanlışlıkla, nispeten sabit sıcaklıklara sahip, rüzgarların az ya da çok düzenli estiği ve meteorolojik unsurların çok az değiştiği bir katman olarak tanımlanır. Stratosferin üst katmanları, oksijen ve ozon güneşten gelen ultraviyole radyasyonu emdiğinde ısınır. Stratosferin üst sınırı (stratopoz), sıcaklığın hafifçe yükseldiği ve genellikle havanın yüzey katmanının sıcaklığıyla karşılaştırılabilecek bir ara maksimuma ulaştığı yerdir. Sabit irtifada uçmak üzere tasarlanmış uçaklar ve balonlar kullanılarak yapılan gözlemlere dayanarak, stratosferde türbülanslı çalkantılar ve farklı yönlerde esen kuvvetli rüzgarlar tespit edilmiştir. Troposferde olduğu gibi, özellikle yüksek hızlı hareketler için tehlikeli olan güçlü hava girdapları vardır. uçak. Jet akımları adı verilen kuvvetli rüzgarlar, ılıman enlemlerin kutup sınırları boyunca dar bölgelerde eser. Ancak bu bölgeler kayabilir, kaybolabilir ve yeniden ortaya çıkabilir. Jet akışları genellikle tropopoza nüfuz ederler ve troposferin üst katmanlarında görünürler, ancak hızları rakım azaldıkça hızla azalır. Stratosfere giren enerjinin bir kısmının (esas olarak ozon oluşumuna harcanan) troposferdeki süreçleri etkilemesi mümkündür. Özellikle aktif karıştırma, tropopozun çok altında yoğun stratosferik hava akışlarının kaydedildiği ve troposferik havanın stratosferin alt katmanlarına çekildiği atmosferik cephelerle ilişkilidir. Radyosondaların 25-30 km yüksekliğe fırlatılması teknolojisinin gelişmesi nedeniyle atmosferin alt katmanlarının dikey yapısının incelenmesinde önemli ilerleme kaydedilmiştir. Stratosferin üzerinde yer alan mezosfer, 80-85 km yüksekliğe kadar sıcaklığın bir bütün olarak atmosfer için minimum değerlere düştüğü bir kabuktur. Fort Churchill'deki (Kanada) ABD-Kanada tesisinden fırlatılan hava roketleri, -110° C'ye kadar rekor düşük sıcaklıklar kaydetti. Mezosferin üst sınırı (mezopoz), gazın ısınması ve iyonlaşmasının eşlik ettiği Güneş'ten gelen X-ışını ve kısa dalga ultraviyole radyasyonun aktif emilim bölgesinin alt sınırı ile yaklaşık olarak çakışmaktadır. Kutup bölgelerinde, bulut sistemleri genellikle yazın mezopoz sırasında ortaya çıkar, geniş bir alanı kaplar, ancak dikey gelişimi çok azdır. Bu tür gece parlayan bulutlar genellikle mezosferdeki büyük ölçekli dalga benzeri hava hareketlerini ortaya çıkarır. Bu bulutların bileşimi, nem kaynakları ve yoğunlaşma çekirdekleri, dinamikleri ve meteorolojik faktörlerle ilişkileri henüz yeterince araştırılmamıştır. Termosfer, sıcaklığın sürekli arttığı bir atmosfer tabakasıdır. Gücü 600 km'ye ulaşabilir. Yükseklik arttıkça gazın basıncı ve dolayısıyla yoğunluğu sürekli azalır. Dünya yüzeyine yakın yerlerde 1 m3 hava yaklaşık olarak şunları içerir: 2,5 x 1025 molekül, yaklaşık yükseklikte. 100 km, termosferin alt katmanlarında - yaklaşık 1019, 200 km yükseklikte, iyonosferde - 5 * 10 15 ve hesaplamalara göre yaklaşık olarak yükseklikte. 850 km - yaklaşık 1012 molekül. Gezegenlerarası uzayda molekül konsantrasyonu 1 m3 başına 10 8-10 9'dur. Yaklaşık bir yükseklikte. 100 km'de molekül sayısı azdır ve nadiren birbirleriyle çarpışırlar. Kaotik bir şekilde hareket eden bir molekülün başka bir benzer molekülle çarpışmadan önce kat ettiği ortalama mesafeye ortalama serbest yol denir. Bu değerin moleküller arası veya atomlar arası çarpışma olasılığının ihmal edilebilecek kadar arttığı katman, termosfer ile üstündeki kabuk (ekzosfer) arasındaki sınırda yer alır ve termopause olarak adlandırılır. Termopoz dünya yüzeyinden yaklaşık 650 km uzaktadır. Belirli bir sıcaklıkta bir molekülün hızı kütlesine bağlıdır: Daha hafif moleküller, daha ağır olanlardan daha hızlı hareket eder. Serbest yolun çok kısa olduğu alt atmosferde, gazların moleküler ağırlıklarına göre gözle görülür bir ayrımı yoktur, ancak 100 km'nin üzerinde ifade edilir. Ayrıca Güneş'ten gelen ultraviyole ve X-ışını radyasyonunun etkisi altında oksijen molekülleri, kütlesi molekülün kütlesinin yarısı kadar olan atomlara parçalanır. Bu nedenle, Dünya yüzeyinden uzaklaştıkça atomik oksijen, atmosferin bileşiminde ve yaklaşık 200 metre yükseklikte giderek daha önemli hale gelir. 200 km ana bileşeni haline gelir. Daha yüksekte, Dünya yüzeyinden yaklaşık 1200 km uzaklıkta, hafif gazlar (helyum ve hidrojen) hakimdir. Atmosferin dış kabuğu bunlardan oluşur. Yaygın tabakalaşma adı verilen bu ağırlıkça ayırma, karışımların santrifüj kullanılarak ayrılmasına benzer. Ekzosfer, sıcaklıktaki değişikliklere ve nötr gazın özelliklerine bağlı olarak oluşan atmosferin dış katmanıdır. Ekzosferdeki moleküller ve atomlar, yer çekiminin etkisi altında balistik yörüngelerde Dünya etrafında döner. Bu yörüngelerden bazıları paraboliktir ve mermilerin yörüngelerine benzemektedir. Moleküller, uydular gibi Dünya'nın etrafında ve eliptik yörüngelerde dönebilirler. Başta hidrojen ve helyum olmak üzere bazı moleküllerin açık yörüngeleri vardır ve uzaya giderler (Şekil 2).



GÜNEŞ-KARA BAĞLANTILARI VE ATMOSFER ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ
Atmosfer gelgitleri. Güneş ve Ay'ın çekimi, dünya ve deniz gelgitlerine benzer şekilde atmosferde gelgitlere neden olur. Ancak atmosferik gelgitlerde önemli bir fark vardır: Atmosfer, Güneş'in çekimine en güçlü tepkiyi verirken, yer kabuğu ve okyanus, Ay'ın çekimine en güçlü tepkiyi verir. Bu, atmosferin Güneş tarafından ısıtılması ve yerçekimine ek olarak güçlü bir termal gelgitin meydana gelmesiyle açıklanmaktadır. Genel olarak, atmosferik ve deniz gelgitlerinin oluşum mekanizmaları benzerdir, ancak havanın yerçekimi ve termal etkilere karşı tepkisini tahmin etmek için sıkıştırılabilirliğini ve sıcaklık dağılımını hesaba katmak gerekir. Son iki sürecin itici güçleri çok daha güçlü olmasına rağmen, atmosferdeki yarı günlük (12 saatlik) güneş gelgitlerinin neden günlük güneş ve yarı günlük ay gelgitlerine üstün geldiği tamamen açık değildir. Daha önce atmosferde 12 saatlik bir periyotla salınımları artıran bir rezonans oluştuğuna inanılıyordu. Ancak jeofizik roketler kullanılarak yapılan gözlemler, bu tür rezonans için sıcaklık nedenlerinin bulunmadığını göstermektedir. Bu sorunu çözerken muhtemelen atmosferin tüm hidrodinamik ve termal özelliklerini hesaba katmak gerekir. Gelgit dalgalanmalarının etkisinin maksimum olduğu ekvator yakınındaki dünya yüzeyinde, atmosfer basıncında %0,1 oranında bir değişiklik sağlar. Gelgit rüzgar hızı yaklaşık. 0,3 km/saat. Atmosferin karmaşık termal yapısı nedeniyle (özellikle mezopozda minimum sıcaklığın varlığı), gelgit havası akımları yoğunlaşır ve örneğin 70 km yükseklikte hızları dünyanınkinden yaklaşık 160 kat daha yüksektir. önemli jeofizik sonuçları olan dünya yüzeyi. İyonosferin alt kısmında (E katmanı), gelgit dalgalanmalarının iyonize gazı Dünya'nın manyetik alanında dikey olarak hareket ettirdiğine ve dolayısıyla burada elektrik akımlarının ortaya çıktığına inanılmaktadır. Dünya yüzeyinde sürekli olarak ortaya çıkan bu akım sistemleri, manyetik alandaki bozulmalar tarafından oluşturulur. Manyetik alanın günlük değişimleri, hesaplanan değerlerle oldukça iyi bir uyum içindedir ve bu, "atmosferik dinamo"nun gelgit mekanizmaları teorisi lehine ikna edici kanıtlar sağlar. İyonosferin alt kısmında (E katmanı) üretilen elektrik akımlarının bir yere gitmesi ve dolayısıyla devrenin kapatılması gerekir. Yaklaşan hareketi bir motorun işi olarak düşünürsek, dinamoyla olan benzetme tamamlanır. Elektrik akımının ters dolaşımının iyonosferin daha yüksek bir katmanında (F) meydana geldiği ve bu karşıt akışın bu katmanın kendine özgü bazı özelliklerini açıklayabileceği varsayılmaktadır. Son olarak gelgit etkisi E katmanında ve dolayısıyla F katmanında da yatay akışlar oluşturmalıdır.
İyonosfer. 19. yüzyılın bilim adamları, auroraların oluşum mekanizmasını açıklamaya çalışıyorlar. atmosferde elektrik yüklü parçacıkların bulunduğu bir bölgenin bulunduğunu öne sürdü. 20. yüzyılda Radyo dalgalarını yansıtan bir katmanın 85 ila 400 km rakımlarda varlığına dair deneysel olarak ikna edici kanıtlar elde edildi. Artık elektriksel özelliklerinin atmosferik gazın iyonlaşmasının sonucu olduğu bilinmektedir. Bu nedenle bu katmana genellikle iyonosfer denir. Radyo dalgaları üzerindeki etki esas olarak iyonosferdeki serbest elektronların varlığından kaynaklanmaktadır, ancak radyo dalgası yayılma mekanizması büyük iyonların varlığıyla ilişkilidir. İkincisi çalışırken de ilgi çekicidir kimyasal özellikler nötr atom ve moleküllerden daha aktif oldukları için atmosfer. İyonosferde meydana gelen kimyasal reaksiyonlar enerji ve elektrik dengesinde önemli rol oynar.
Normal iyonosfer. Jeofizik roketler ve uydular kullanılarak yapılan gözlemler, atmosferin iyonlaşmasının geniş bir yelpazedeki güneş ışınımının etkisi altında meydana geldiğini gösteren çok sayıda yeni bilgi sağlamıştır. Ana kısmı (% 90'dan fazla) spektrumun görünür kısmında yoğunlaşmıştır. Mor ışık ışınlarına göre daha kısa dalga boyuna ve daha yüksek enerjiye sahip olan morötesi ışınım, Güneş'in iç atmosferindeki (kromosfer) hidrojen tarafından yayılır; daha da yüksek enerjiye sahip olan x-ışınları ise Güneş'in dış kabuğundaki gazlar tarafından yayılır. (korona). İyonosferin normal (ortalama) durumu, sürekli güçlü radyasyondan kaynaklanmaktadır. Dünyanın günlük dönüşü ve öğle saatlerinde güneş ışınlarının geliş açısındaki mevsimsel farklılıklar nedeniyle normal iyonosferde düzenli değişiklikler meydana gelir, ancak iyonosferin durumunda öngörülemeyen ve ani değişiklikler de meydana gelir.
İyonosferdeki bozukluklar. Bilindiği gibi Güneş'te her 11 yılda bir maksimuma ulaşan, döngüsel olarak tekrarlanan güçlü bozulmalar meydana gelir. Uluslararası Jeofizik Yılı (IGY) programı kapsamındaki gözlemler, tüm sistematik meteorolojik gözlemler dönemi boyunca en yüksek güneş aktivitesi dönemine denk geldi; 18. yüzyılın başından itibaren. Yüksek aktivite dönemlerinde, Güneş'in bazı bölgelerinin parlaklığı birkaç kat artar ve güçlü ultraviyole ve X-ışını radyasyonu darbeleri yayarlar. Bu tür olaylara güneş patlamaları denir. Birkaç dakikadan bir ila iki saate kadar sürerler. Bir parlama sırasında güneş gazı (çoğunlukla protonlar ve elektronlar) patlar ve temel parçacıklar uzaya acele edin. Bu tür patlamalar sırasında Güneş'ten gelen elektromanyetik ve parçacık radyasyonu, Dünya atmosferi üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. İlk tepki parlamadan 8 dakika sonra, yoğun ultraviyole ve x-ışını radyasyonu Dünya'ya ulaştığında gözlemleniyor. Sonuç olarak iyonizasyon keskin bir şekilde artar; X ışınları atmosferden iyonosferin alt sınırına kadar nüfuz eder; bu katmanlardaki elektronların sayısı o kadar artar ki radyo sinyalleri neredeyse tamamen emilir (“söner”). Radyasyonun ilave emilimi gazın ısınmasına neden olur ve bu da rüzgarların oluşmasına katkıda bulunur. İyonize gaz bir elektrik iletkenidir ve Dünyanın manyetik alanında hareket ettiğinde dinamo etkisi oluşur ve bir elektrik akımı oluşur. Bu tür akımlar, manyetik alanda gözle görülür bozulmalara neden olabilir ve kendilerini manyetik fırtınalar şeklinde gösterebilir. Bu başlangıç ​​aşaması yalnızca Kısa bir zaman, güneş patlamasının süresine karşılık gelir. Güneş'teki güçlü patlamalar sırasında, hızlandırılmış parçacıklardan oluşan bir akıntı dış uzaya doğru fırlıyor. Dünya'ya doğru yöneldiğinde atmosferin durumu üzerinde büyük etkisi olan ikinci aşama başlar. Birçok doğal olaylar Aralarında en ünlüsü auroralar olan, önemli sayıda yüklü parçacığın Dünya'ya ulaştığını gösterir (ayrıca bkz. AURORAS). Bununla birlikte, bu parçacıkların Güneş'ten ayrılma süreçleri, gezegenler arası uzaydaki yörüngeleri ve Dünya'nın manyetik alanı ve manyetosferiyle etkileşim mekanizmaları henüz yeterince araştırılmamıştır. Sorun, 1958'de James Van Allen'ın jeomanyetik alan tarafından tutulan yüklü parçacıklardan oluşan kabukları keşfetmesinden sonra daha da karmaşık hale geldi. Bu parçacıklar, manyetik alan çizgileri etrafında spiraller halinde dönerek bir yarım küreden diğerine hareket eder. Dünyanın yakınında, alan çizgilerinin şekline ve parçacıkların enerjisine bağlı bir yükseklikte, parçacıkların hareket yönünü tersine değiştirdiği “yansıma noktaları” vardır (Şekil 3). Manyetik alan gücü Dünya'dan uzaklaştıkça azaldığından, bu parçacıkların hareket ettiği yörüngeler bir miktar bozulur: elektronlar doğuya, protonlar ise batıya doğru sapar. Bu nedenle etrafa kuşaklar halinde dağılırlar. küre.



Atmosferin Güneş tarafından ısıtılmasının bazı sonuçları. Güneş enerjisi tüm atmosferi etkiler. Dünyanın manyetik alanında yüklü parçacıkların oluşturduğu ve onun etrafında dönen kuşaklardan yukarıda bahsetmiştik. Bu kuşaklar, kutup ışıklarının gözlemlendiği kutupaltı bölgelerde (bkz. Şekil 3) dünya yüzeyine en yakın konumdadır. Şekil 1, Kanada'daki kutup ışıkları bölgelerinde termosfer sıcaklıklarının Güneybatı Amerika Birleşik Devletleri'ndekinden önemli ölçüde daha yüksek olduğunu göstermektedir. Yakalanan parçacıkların, özellikle yansıma noktalarına yakın gaz molekülleriyle çarpıştıklarında enerjilerinin bir kısmını atmosfere salarak önceki yörüngelerini terk etmeleri muhtemeldir. Auroral bölgedeki atmosferin yüksek katmanları bu şekilde ısıtılır. Yapay uyduların yörüngeleri incelenirken bir başka önemli keşif daha yapıldı. Smithsonian Astrofizik Gözlemevi'nden gökbilimci Luigi Iacchia, bu yörüngelerdeki hafif sapmaların, Güneş tarafından ısıtılan atmosferin yoğunluğundaki değişikliklerden kaynaklandığına inanıyor. İyonosferde 200 km'den daha yüksek bir yükseklikte maksimum elektron yoğunluğunun varlığını öne sürdü; bu, güneş öğle vaktine karşılık gelmiyor, ancak sürtünme kuvvetlerinin etkisi altında buna bağlı olarak yaklaşık iki saat gecikiyor. Bu sırada 600 km rakım için tipik olan atmosferik yoğunluk değerleri yaklaşık olarak gözlenmektedir. 950 km. Ek olarak, maksimum elektron yoğunluğu, Güneş'ten gelen kısa süreli ultraviyole ve X-ışını radyasyonu nedeniyle düzensiz dalgalanmalara maruz kalır. L. Iacchia ayrıca hava yoğunluğunda güneş patlamaları ve manyetik alan bozukluklarına karşılık gelen kısa süreli dalgalanmalar da keşfetti. Bu fenomen, güneş kökenli parçacıkların Dünya atmosferine girmesi ve uyduların yörüngesindeki katmanların ısınmasıyla açıklanmaktadır.
ATMOSFERİK ELEKTRİK
Atmosferin yüzey katmanında, moleküllerin küçük bir kısmı kozmik ışınların, radyoaktif radyasyonun etkisi altında iyonlaşmaya uğrar. kayalar ve havanın kendisindeki radyum bozunma ürünleri (esas olarak radon). İyonlaşma sırasında bir atom bir elektronu kaybeder ve pozitif bir yük kazanır. Serbest elektron hızla başka bir atomla birleşerek negatif yüklü bir iyon oluşturur. Bu tür eşleştirilmiş pozitif ve negatif iyonların moleküler boyutları vardır. Atmosferdeki moleküller bu iyonların etrafında kümelenme eğilimindedir. Bir iyonla birleşen birkaç molekül, genellikle "hafif iyon" adı verilen bir kompleks oluşturur. Atmosfer aynı zamanda meteorolojide yoğunlaşma çekirdekleri olarak bilinen ve etrafında hava neme doyduğunda yoğunlaşma sürecinin başladığı molekül komplekslerini de içerir. Bu çekirdekler tuz ve toz parçacıklarının yanı sıra endüstriyel ve diğer kaynaklardan havaya salınan kirleticilerdir. Hafif iyonlar genellikle bu tür çekirdeklere bağlanarak "ağır iyonlar" oluşturur. Bir elektrik alanının etkisi altında, hafif ve ağır iyonlar atmosferin bir bölgesinden diğerine hareket ederek elektrik yüklerini aktarır. Atmosferin genel olarak elektriksel olarak iletken olduğu düşünülmese de bir miktar iletkenliği vardır. Bu nedenle havada bırakılan yüklü bir cisim yavaş yavaş yükünü kaybeder. Kozmik ışın yoğunluğunun artması, daha düşük basınçta iyon kaybının azalması (ve dolayısıyla serbest yolun daha uzun olması) ve daha az ağır çekirdek nedeniyle atmosferik iletkenlik rakımla birlikte artar. Atmosfer iletkenliği maksimum değerine yakl. 50 km, sözde "tazminat seviyesi". Dünyanın yüzeyi ile “telafi seviyesi” arasında birkaç yüz kilovoltluk sabit bir potansiyel farkı olduğu bilinmektedir; kalıcı Elektrik alanı. Havada birkaç metre yükseklikte bulunan belirli bir nokta ile Dünya yüzeyi arasındaki potansiyel farkın çok büyük olduğu ortaya çıktı - 100 V'den fazla. Atmosferin pozitif yükü var ve dünyanın yüzeyi negatif yüklü . Elektrik alanı her noktasında belirli bir potansiyel değeri bulunan bir bölge olduğundan potansiyel gradyanından bahsedebiliriz. Açık havalarda, alçaktaki birkaç metre içinde atmosferin elektrik alan kuvveti neredeyse sabittir. Yüzey katmanındaki havanın elektriksel iletkenliğindeki farklılıklar nedeniyle, potansiyel gradyan, seyri yerden yere önemli ölçüde değişen günlük dalgalanmalara maruz kalır. Yerel hava kirliliği kaynaklarının yokluğunda (okyanuslar üzerinde, dağların yükseklerinde veya kutup bölgelerinde), potansiyel eğimin günlük değişimi açık havalarda aynıdır. Eğimin büyüklüğü evrensel veya Greenwich ortalamasına (UT) bağlıdır ve 19 saatte maksimuma ulaşır. Appleton, bu maksimum elektrik iletkenliğinin muhtemelen gezegen ölçeğindeki en büyük fırtına aktivitesiyle çakıştığını öne sürdü. Gök gürültülü fırtınalar sırasındaki yıldırım çarpmaları, en aktif kümülonimbus fırtına bulutlarının tabanları önemli bir negatif yüke sahip olduğundan, Dünya yüzeyine negatif bir yük taşır. Gök gürültüsü bulutlarının tepeleri pozitif bir yüke sahiptir ve Holzer ve Saxon'un hesaplamalarına göre bu yük, gök gürültülü fırtınalar sırasında tepelerinden boşalır. Sürekli yenilenme olmasaydı, dünya yüzeyindeki yük atmosferik iletkenlik tarafından nötralize edilirdi. Yer yüzeyi ile "telafi seviyesi" arasındaki potansiyel farkın fırtınalar tarafından korunduğu varsayımı istatistiksel verilerle desteklenmektedir. Örneğin en fazla gökgürültülü fırtına sayısı nehir vadisinde görülmektedir. Amazonlar. Çoğu zaman, günün sonunda orada fırtınalar meydana gelir, yani. TAMAM. 19:00 Greenwich Ortalama Saati, dünyanın herhangi bir yerinde potansiyel eğimin maksimum olduğu zaman. Ayrıca, potansiyel eğimin günlük değişim eğrilerinin şeklindeki mevsimsel değişiklikler de gök gürültülü fırtınaların küresel dağılımına ilişkin verilerle tamamen uyum içindedir. Bazı araştırmacılar, elektrik alanlarının iyonosfer ve manyetosferde var olduğuna inanıldığından, Dünya'nın elektrik alanının kaynağının dış kaynaklı olabileceğini öne sürüyorlar. Bu durum muhtemelen kulislere ve kemerlere benzer şekilde çok dar, uzun aurora biçimlerinin görünümünü açıklamaktadır.
(ayrıca bkz. AURORA IŞIKLARI). Potansiyel bir gradyan ve atmosferik iletkenliğin varlığı nedeniyle, yüklü parçacıklar "telafi seviyesi" ile Dünya yüzeyi arasında hareket etmeye başlar: pozitif yüklü iyonlar Dünya yüzeyine doğru hareket eder ve negatif yüklü iyonlar ondan yukarı doğru hareket eder. Bu akımın gücü yaklaşık. 1800 A. Her ne kadar bu değer büyük görünse de Dünya'nın tüm yüzeyine dağıldığını unutmamak gerekir. Taban alanı 1 m2 olan bir hava sütunundaki akım gücü yalnızca 4 * 10 -12 A'dır. Öte yandan, yıldırım deşarjı sırasındaki akım gücü birkaç ampere ulaşabilir, ancak elbette böyle bir deşarjın kısa bir süresi vardır - saniyenin çok küçük bir kısmından tam bir saniyeye veya tekrarlanan şoklarla biraz daha fazlasına kadar. Yıldırım yalnızca kendine özgü bir doğa olayı olarak büyük ilgi görmüyor. Gazlı bir ortamda birkaç yüz milyon voltluk bir voltajda ve elektrotlar arasında birkaç kilometrelik bir mesafede bir elektrik boşalmasının gözlemlenmesini mümkün kılar. 1750 yılında B. Franklin, Londra Kraliyet Cemiyeti'ne, yalıtkan bir tabana monte edilmiş ve yüksek bir kuleye monte edilmiş bir demir çubukla bir deney yapmasını önerdi. Bir fırtına bulutu kuleye yaklaştığında, zıt işaretli bir yükün başlangıçta nötr olan çubuğun üst ucunda yoğunlaşacağını ve bulutun tabanındakiyle aynı işaretli bir yükün alt uçta yoğunlaşacağını bekliyordu. . Yıldırım deşarjı sırasında elektrik alan kuvveti yeterince artarsa, çubuğun üst ucundan gelen yük kısmen havaya akacak ve çubuk, bulutun tabanıyla aynı işarette bir yük kazanacaktır. Franklin'in önerdiği deney İngiltere'de yapılmadı, ancak 1752'de Paris yakınlarındaki Marly'de Fransız fizikçi Jean d'Alembert tarafından gerçekleştirildi. yalıtkan) ancak onu kuleye yerleştirmedi. 10 Mayıs'ta asistanı, çubuğun üzerinde bir fırtına bulutu olduğunda, kendisine topraklanmış bir tel getirildiğinde kıvılcımlar oluştuğunu bildirdi, ancak Franklin'in kendisi de gerçekleştirilen başarılı deneyden habersizdi. Fransa aynı yılın haziran ayında ünlü deneyini gerçekleştirdi. uçurtma ve kendisine bağlı bir telin ucunda elektrik kıvılcımları gözlemledi. Ertesi yıl, çubuktan toplanan yükleri inceleyen Franklin, fırtına bulutlarının tabanlarının genellikle negatif yüklü olduğunu belirledi. Yıldırım konusunda daha detaylı çalışmalar 19. yüzyılın sonlarında mümkün hale geldi. Özellikle hızla gelişen süreçlerin kaydedilmesini mümkün kılan dönen lensli bir aparatın icat edilmesinden sonra, fotoğraf yöntemlerinin gelişmesi sayesinde. Bu tip kamera kıvılcım deşarjlarının incelenmesinde yaygın olarak kullanıldı. En yaygın olanları çizgi, düzlem (bulut içi) ve top (hava deşarjı) olmak üzere çeşitli yıldırım türlerinin olduğu bulunmuştur. Doğrusal yıldırım, bulut ile dünya yüzeyi arasında aşağı doğru dallanan bir kanalı takip eden bir kıvılcım boşalmasıdır. Düz yıldırım, fırtına bulutu içinde meydana gelir ve dağınık ışık parlamaları olarak görünür. Gök gürültüsü bulutundan başlayan yıldırım topunun hava deşarjları genellikle yatay olarak yönlendirilir ve dünya yüzeyine ulaşmaz.



Bir yıldırım deşarjı genellikle üç veya daha fazla tekrarlanan deşarjdan oluşur; darbeler aynı yolu takip eder. Ardışık darbeler arasındaki aralıklar 1/100 ile 1/10 saniye arasında çok kısadır (yıldırımın titremesine neden olan da budur). Genel olarak flaş yaklaşık bir saniye veya daha kısa sürer. Tipik bir yıldırım geliştirme süreci aşağıdaki gibi açıklanabilir. İlk olarak, zayıf ışıklı bir lider deşarjı yukarıdan dünya yüzeyine doğru akıyor. Oraya ulaştığında, parlak bir şekilde parlayan bir geri dönüş veya ana akıntı, liderin döşediği kanaldan yerden yukarıya doğru geçer. Önde gelen deşarj kural olarak zikzak şeklinde hareket eder. Yayılma hızı saniyede yüz ila birkaç yüz kilometre arasında değişmektedir. Yoldayken hava moleküllerini iyonize ederek iletkenliği arttırılmış bir kanal oluşturur ve bu kanal aracılığıyla ters deşarj, önde gelen deşarjdan yaklaşık yüz kat daha yüksek bir hızla yukarı doğru hareket eder. Kanalın boyutunu belirlemek zordur, ancak lider deşarjın çapının 1-10 m olduğu ve geri dönüş deşarjının çapının birkaç santimetre olduğu tahmin edilmektedir. Yıldırım deşarjları, 30 kHz'den ultra düşük frekanslara kadar geniş bir aralıkta radyo dalgaları yayarak radyo paraziti yaratır. Radyo dalgalarının en büyük emisyonu muhtemelen 5 ila 10 kHz aralığındadır. Bu tür düşük frekanslı radyo paraziti, iyonosferin alt sınırı ile dünya yüzeyi arasındaki boşlukta "yoğunlaşır" ve kaynaktan binlerce kilometre uzaklığa yayılabilir.
ATMOSFERDEKİ DEĞİŞİKLİKLER
Meteorların ve meteorların etkisi. Meteor yağmurları bazen dramatik bir ışık gösterisi yaratsa da, tek tek meteorlar nadiren görülür. Çok daha fazlası, atmosfere emildiğinde görülemeyecek kadar küçük olan görünmez meteorlardır. En küçük göktaşlarından bazıları muhtemelen hiç ısınmaz, yalnızca atmosfer tarafından yakalanır. Boyutları birkaç milimetreden milimetrenin on binde birine kadar değişen bu küçük parçacıklara mikrometeorit adı veriliyor. Her gün atmosfere giren meteorik madde miktarı 100 ile 10.000 ton arasında değişmekte olup, bu maddenin büyük bir kısmı mikrometeoritlerden gelmektedir. Meteorik madde atmosferde kısmen yandığından, gaz bileşimi eser miktarda çeşitli kimyasal elementlerle doldurulur. Örneğin kayalık meteorlar lityumun atmosfere salınmasına neden olur. Metal meteorların yanması, atmosferden geçerek dünya yüzeyine yerleşen küçük küresel demir, demir-nikel ve diğer damlacıkların oluşmasına yol açar. Buz tabakalarının yıllarca neredeyse hiç değişmeden kaldığı Grönland ve Antarktika'da bulunabilirler. Oşinologlar bunları okyanusun dibindeki çökeltilerde buluyor. Atmosfere giren meteor parçacıklarının çoğu yaklaşık 30 gün içinde çöker. Bazı bilim insanları bu kozmik tozun, su buharı için yoğunlaşma çekirdeği görevi görmesi nedeniyle yağmur gibi atmosferik olayların oluşumunda önemli bir rol oynadığına inanıyor. Bu nedenle yağışın istatistiksel olarak büyük meteor yağmurlarıyla ilişkili olduğu varsayılmaktadır. Ancak bazı uzmanlar, meteorik malzemenin toplam arzının, en büyük meteor yağmurundan bile onlarca kat daha fazla olduğundan, bu tür bir yağmurdan kaynaklanan bu malzemenin toplam miktarındaki değişikliğin ihmal edilebileceğine inanmaktadır. Bununla birlikte, en büyük mikrometeoritlerin ve tabii ki görünür meteoritlerin, atmosferin yüksek katmanlarında, özellikle de iyonosferde uzun iyonizasyon izleri bıraktığına şüphe yoktur. Bu tür izler, yüksek frekanslı radyo dalgalarını yansıttıkları için uzun mesafeli radyo iletişimleri için kullanılabilir. Atmosfere giren meteorların enerjisi esas olarak ve belki de tamamen onu ısıtmak için harcanır. Bu, atmosferin termal dengesinin küçük bileşenlerinden biridir.
Endüstriyel kökenli karbondioksit. Karbonifer döneminde Dünya'da odunsu bitki örtüsü yaygındı. O dönemde bitkiler tarafından emilen karbondioksitin büyük kısmı kömür yataklarında ve petrol içeren çökeltilerde birikiyordu. İnsanoğlu bu minerallerin büyük rezervlerini enerji kaynağı olarak kullanmayı öğrendi ve şimdi karbondioksiti hızla madde döngüsüne geri döndürüyor. Fosil durumu muhtemelen ca. 4*10 13 ton karbon. Geçtiğimiz yüzyılda insanlık o kadar çok fosil yakıt yaktı ki, yaklaşık 4*10 11 ton karbon atmosfere yeniden girdi. Şu anda yaklaşık var. 2*10 12 ton karbon ve önümüzdeki yüz yılda fosil yakıtların yanması nedeniyle bu rakam iki katına çıkabilir. Ancak karbonun tamamı atmosferde kalmayacak: bir kısmı okyanus sularında çözülecek, bir kısmı bitkiler tarafından emilecek ve bir kısmı da kayaların aşınması sürecinde bağlanacak. Atmosferde ne kadar karbondioksit bulunacağını veya bunun dünya iklimi üzerinde tam olarak nasıl bir etki yaratacağını henüz tahmin etmek mümkün değil. Ancak içeriğindeki herhangi bir artışın ısınmaya neden olacağına inanılıyor, ancak herhangi bir ısınmanın iklimi önemli ölçüde etkilemesi hiç de gerekli değil. Ölçüm sonuçlarına göre atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonu, yavaş da olsa gözle görülür şekilde artıyor. Antarktika'daki Ross Buz Sahanlığı'ndaki Svalbard ve Little America İstasyonu için iklim verileri, kabaca 50 yıllık bir süre boyunca yıllık ortalama sıcaklıklarda sırasıyla 5°C ve 2,5°C'lik bir artış olduğunu gösteriyor.
Kozmik radyasyona maruz kalma. Yüksek enerjili kozmik ışınlar atmosferin bireysel bileşenleriyle etkileşime girdiğinde radyoaktif izotoplar oluşur. Bunlar arasında bitki ve hayvan dokularında biriken 14C karbon izotopu öne çıkıyor. Karbon değişimi yapmamış organik maddelerin radyoaktivitesini ölçerek çevre, yaşlarını belirleyebilirsiniz. Radyokarbon yöntemi, yaşı 50 bin yılı geçmeyen fosil organizmaların ve maddi kültür nesnelerinin tarihlendirilmesinin en güvenilir yolu olarak kendini kanıtlamıştır. Yüzbinlerce yıllık malzemeleri bugüne kadar çıkarmak, temel problem olan ölçüm aşırı derecede uzunsa, uzun yarı ömürlü diğer radyoaktif izotopları kullanmak mümkün olacaktır. alt seviyeler radyoaktivite
(ayrıca bkz. RADYOKARBON TARİHLEMESİ).
DÜNYA ATMOSFERİNİN KÖKENİ
Atmosferin oluşumunun tarihi henüz tamamen güvenilir bir şekilde yeniden inşa edilmemiştir. Bununla birlikte bileşiminde bazı olası değişiklikler tespit edilmiştir. Atmosferin oluşumu Dünya'nın oluşumundan hemen sonra başladı. Dünyanın evrimi sürecinde ve modern boyutlara yakın boyut ve kütle kazanması sürecinde orijinal atmosferini neredeyse tamamen kaybettiğine inanmak için oldukça iyi nedenler var. Erken bir aşamada Dünya'nın erimiş bir durumda olduğuna ve ca. 4,5 milyar yıl önce katı bir bedene dönüştü. Bu kilometre taşı başlangıç ​​olarak kabul ediliyor jeolojik kronoloji. O zamandan bu yana atmosferde yavaş bir evrim yaşandı. Volkanik patlamalar sırasında lavların fışkırması gibi bazı jeolojik süreçlere, Dünya'nın bağırsaklarından gazların salınması da eşlik etti. Muhtemelen nitrojen, amonyak, metan, su buharı, karbon monoksit ve dioksiti içeriyordu. Güneşin ultraviyole radyasyonunun etkisi altında su buharı hidrojen ve oksijene ayrıştı, ancak açığa çıkan oksijen karbon monoksit ile reaksiyona girerek karbondioksit oluşturdu. Amonyak nitrojen ve hidrojene ayrıştı. Difüzyon süreci sırasında hidrojen yükseldi ve atmosferi terk etti ve daha ağır nitrojen buharlaşamadı ve yavaş yavaş birikerek ana bileşeni haline geldi, ancak bir kısmı kimyasal reaksiyonlar sırasında bağlandı. Ultraviyole ışınların ve elektrik deşarjlarının etkisi altında, muhtemelen Dünya'nın orijinal atmosferinde mevcut olan bir gaz karışımı kimyasal reaksiyonlara girdi ve bu da organik maddelerin, özellikle amino asitlerin oluşmasına neden oldu. Sonuç olarak yaşam, modern atmosferden temelde farklı bir atmosferde ortaya çıkmış olabilir. İlkel bitkilerin ortaya çıkışıyla birlikte, serbest oksijen salınımıyla birlikte fotosentez süreci başladı (ayrıca bkz. FOTOSENTEZ). Bu gaz, özellikle atmosferin üst katmanlarına yayıldıktan sonra alt katmanlarını ve Dünya yüzeyini yaşamı tehdit eden ultraviyole ve X-ışını radyasyonundan korumaya başladı. Modern oksijen hacminin yalnızca 0,00004'ünün varlığının, mevcut ozon konsantrasyonunun yarısı kadar bir tabakanın oluşumuna yol açabileceği tahmin edilmektedir, ancak bu, yine de ultraviyole ışınlara karşı çok önemli bir koruma sağlamıştır. Ayrıca birincil atmosferin çok fazla karbondioksit içermesi de muhtemeldir. Fotosentez sırasında tükendi ve bitki dünyası geliştikçe ve ayrıca belirli jeolojik süreçler sırasında emilim nedeniyle konsantrasyonu azalmış olmalı. Sera etkisi atmosferdeki karbondioksit varlığıyla ilişkili olduğundan, bazı bilim adamları konsantrasyonundaki dalgalanmaların Dünya tarihindeki bu kadar büyük ölçekli iklim değişikliklerinin önemli nedenlerinden biri olduğuna inanıyor. buz Devri. Modern atmosferde bulunan helyum büyük olasılıkla uranyum, toryum ve radyumun radyoaktif bozunmasının bir ürünüdür. Bu radyoaktif elementler, helyum atomlarının çekirdeği olan alfa parçacıkları yayar. Radyoaktif bozunma sırasında hiçbir elektrik yükü oluşmadığından veya kaybolmadığından, her alfa parçacığına karşılık iki elektron vardır. Sonuç olarak onlarla birleşerek nötr helyum atomları oluşturur. Radyoaktif elementler kayalarda dağılmış minerallerde bulunur, bu nedenle radyoaktif bozunma sonucu oluşan helyumun önemli bir kısmı içlerinde tutularak çok yavaş bir şekilde atmosfere kaçar. Difüzyon nedeniyle belirli bir miktar helyum ekzosfere doğru yükselir, ancak dünya yüzeyinden sürekli akış nedeniyle bu gazın atmosferdeki hacmi sabittir. Yıldız ışığının spektral analizine ve meteoritlerin incelenmesine dayanarak, Evrendeki çeşitli kimyasal elementlerin göreceli bolluğunu tahmin etmek mümkündür. Uzaydaki neon konsantrasyonu Dünya'dakinden yaklaşık on milyar kat daha fazladır, kripton on milyon kat daha fazladır ve ksenon bir milyon kat daha yüksektir. Buradan, başlangıçta Dünya atmosferinde bulunan ve kimyasal reaksiyonlar sırasında yenilenmeyen bu inert gazların konsantrasyonunun, muhtemelen Dünyanın birincil atmosferini kaybetme aşamasında bile büyük ölçüde azaldığı sonucu çıkıyor. Bunun bir istisnası, inert gaz argonudur, çünkü 40Ar izotopu formunda, potasyum izotopunun radyoaktif bozunması sırasında hala oluşmaktadır.
OPTİK OLGULAR
Atmosferdeki optik olayların çeşitliliği çeşitli nedenlerden kaynaklanmaktadır. En yaygın fenomenler arasında yıldırım (yukarı bakın) ve çok muhteşem kuzey ve güney auroraları (ayrıca bkz. AURORA) yer alır. Ayrıca gökkuşağı, gal, parhelium (sahte güneş) ve yaylar, korona, haleler ve Brocken hayaletleri, seraplar, St. Elmo'nun ateşleri, parlak bulutlar, yeşil ve alacakaranlık ışınları özellikle ilgi çekicidir. Gökkuşağı en güzel atmosferik olaydır. Genellikle bu, Güneş gökyüzünün yalnızca bir kısmını aydınlattığında ve örneğin yağmur sırasında havanın su damlacıklarına doygun hale geldiğinde gözlemlenen, çok renkli şeritlerden oluşan devasa bir kemerdir. Çok renkli yaylar spektral bir sırayla düzenlenmiştir (kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, çivit mavisi, mor), ancak çizgiler birbiriyle örtüştüğünden renkler neredeyse hiçbir zaman saf değildir. Genellikle, fiziksel özellikler Gökkuşakları önemli ölçüde farklılık gösterir, bu nedenle görünüş olarak çok çeşitlidirler. Ortak özellikleri yayın merkezinin her zaman Güneş'ten gözlemciye çizilen düz bir çizgi üzerinde bulunmasıdır. Ana gökkuşağı, en parlak renklerden oluşan bir yaydır - dışı kırmızı, içi mor. Bazen yalnızca bir yay görünür, ancak çoğunlukla ana gökkuşağının dışında ikincil bir yay belirir. İlki kadar parlak renklere sahip değil ve içindeki kırmızı ve mor şeritler yer değiştiriyor: kırmızı olan iç kısımda bulunuyor. Ana gökkuşağının oluşumu, çift kırılma (ayrıca OPTİK'e bakınız) ve ışınların tek iç yansıması ile açıklanmaktadır. Güneş ışığı(bkz. Şekil 5). Bir su damlasının (A) içine giren bir ışık ışını, sanki bir prizmadan geçiyormuş gibi kırılır ve ayrışır. Daha sonra damlanın (B) karşıt yüzeyine ulaşır, oradan yansır ve damlayı (C) dışarıda bırakır. Bu durumda ışık ışını gözlemciye ulaşmadan önce ikinci kez kırılır. Orijinal beyaz ışın ışınlara ayrıştırılır farklı renkler 2°'lik bir sapma açısı ile. İkincil bir gökkuşağı oluştuğunda, güneş ışınlarının çift kırılması ve çift yansıması meydana gelir (bkz. Şekil 6). Bu durumda ışık, damlanın alt kısmından (A) geçerek kırılır ve önce B noktasında, sonra C noktasında damlanın iç yüzeyinden yansır. D noktasında ışık kırılır, damlayı gözlemciye doğru bırakıyor.





Gün doğumu ve gün batımında, gökkuşağının ekseni ufka paralel olduğundan gözlemci yarım daireye eşit bir yay şeklinde bir gökkuşağı görür. Güneş ufkun üzerindeyse gökkuşağının yayı çevrenin yarısından azdır. Güneş ufkun üzerinde 42°'nin üzerine çıktığında gökkuşağı kaybolur. Yüksek enlemler dışında her yerde, Güneş çok yüksekteyken öğle vakti gökkuşağı görülemez. Gökkuşağına olan mesafeyi tahmin etmek ilginçtir. Çok renkli yay aynı düzlemde yer alıyor gibi görünse de bu bir yanılsamadır. Aslında gökkuşağı çok büyük bir derinliğe sahiptir ve tepesinde gözlemcinin bulunduğu içi boş bir koninin yüzeyi olarak hayal edilebilir. Koninin ekseni Güneş'i, gözlemciyi ve gökkuşağının merkezini birbirine bağlar. Gözlemci sanki bu koninin yüzeyi boyunca görünüyor. Hiçbir iki kişi tam olarak aynı gökkuşağını göremez. Elbette temelde aynı etkiyi gözlemleyebilirsiniz, ancak iki gökkuşağı farklı konumlardadır ve farklı su damlacıklarından oluşur. Yağmur veya serpinti bir gökkuşağı oluşturduğunda, tam optik etki, gökkuşağı konisinin yüzeyinden geçen tüm su damlacıklarının tepedeki gözlemciyle birleşik etkisiyle elde edilir. Her damlanın rolü geçicidir. Gökkuşağı konisinin yüzeyi birkaç katmandan oluşur. Bunları hızla geçerek bir dizi kritik noktadan geçen her damla, güneş ışınını anında kırmızıdan mora kesin olarak tanımlanmış bir sırayla tüm spektruma ayrıştırır. Birçok damla koninin yüzeyini aynı şekilde keser, böylece gökkuşağı gözlemciye hem yay boyunca hem de boyunca sürekli olarak görünür. Haleler, Güneş veya Ay diskinin etrafındaki beyaz veya yanardöner ışık yayları ve dairelerdir. Işığın atmosferdeki buz veya kar kristalleri tarafından kırılması veya yansıması nedeniyle ortaya çıkarlar. Haleyi oluşturan kristaller, ekseni gözlemciden (koninin tepesinden) Güneş'e yönlendirilen hayali bir koninin yüzeyinde bulunur. Belirli koşullar altında atmosfer, birçoğunun yüzleri Güneş'in, gözlemcinin ve bu kristallerin içinden geçen düzlemle dik açı oluşturan küçük kristallerle doyurulabilir. Bu tür yüzler, gelen ışık ışınlarını 22° sapmayla yansıtarak iç kısmı kırmızımsı bir halo oluşturur, ancak aynı zamanda spektrumun tüm renklerinden de oluşabilir. Daha az yaygın olan ise, 22°'lik bir halenin etrafında eşmerkezli olarak konumlandırılmış, 46°'lik açısal yarıçapa sahip bir haledir. Onun iç taraf ayrıca kırmızımsı bir renk tonu vardır. Bunun nedeni de bu durumda kristallerin dik açı oluşturan kenarlarında meydana gelen ışığın kırılmasıdır. Böyle bir halenin halka genişliği 2,5°'yi aşıyor. Hem 46 derecelik hem de 22 derecelik haleler üst kısımda en parlak olma eğilimindedir ve alt parçalar yüzükler. Nadir 90 derecelik hale, diğer iki haleyle ortak bir merkezi paylaşan, hafif parlak, neredeyse renksiz bir halkadır. Renkli ise yüzüğün dış kısmında kırmızı bir renk olacaktır. Bu tip halenin oluşma mekanizması tam olarak anlaşılmamıştır (Şekil 7).



Parhelia ve yaylar. Parhelik daire (veya sahte güneşlerin dairesi), zenit noktasında ortalanmış, Güneş'ten ufka paralel olarak geçen beyaz bir halkadır. Oluşmasının nedeni güneş ışığının buz kristallerinin yüzeylerinin kenarlarından yansımasıdır. Kristaller havada yeterince eşit bir şekilde dağılırsa tam bir daire görünür hale gelir. Parhelia veya sahte güneşler, açısal yarıçapları 22°, 46° ve 90° olan halelerle parhelik dairenin kesişme noktalarında oluşan Güneş'i anımsatan parlak ışıklı noktalardır. En sık görülen ve en parlak parhelium, 22 derecelik hale ile kesişme noktasında oluşur ve genellikle gökkuşağının hemen hemen her renginde renklendirilir. 46 ve 90 derecelik halelerin kesişim noktalarında yalancı güneşler çok daha az sıklıkla gözlemleniyor. 90 derecelik halelerle kesişme noktalarında meydana gelen parhelia'ya paranthelia veya sahte karşı güneşler denir. Bazen bir antelyum (güneş karşıtlığı) da görülebilir; parhelyum halkasında Güneş'in tam karşısında yer alan parlak bir nokta. Bu olgunun nedeninin güneş ışığının çift iç yansıması olduğu varsayılmaktadır. Yansıyan ışın, gelen ışınla aynı yolu izler ancak ters yöndedir. Bazen yanlış bir şekilde 46 derecelik halenin üst teğet yayı olarak adlandırılan zirveye yakın bir yay, Güneş'in yaklaşık 46° yukarısında yer alan, zirve noktasında merkezlenen 90° veya daha az bir yaydır. Nadiren görülebilmektedir ve sadece birkaç dakikalığına görülebilmektedir, parlak renklere sahiptir ve kırmızı renk yayın dış tarafıyla sınırlıdır. Zirveye yakın yay, rengi, parlaklığı ve net hatlarıyla dikkat çekicidir. Hale tipinin bir başka ilginç ve çok nadir optik etkisi de Lowitz arkıdır. 22 derecelik hale ile kesişme noktasında parhelia'nın devamı olarak ortaya çıkarlar, halenin dış tarafından uzanırlar ve Güneş'e doğru hafif içbükeydirler. Beyazımsı ışık sütunları, çeşitli haçlar gibi, özellikle kutup bölgelerinde bazen şafakta veya alacakaranlıkta görülebilir ve hem Güneş'e hem de Ay'a eşlik edebilir. Zaman zaman, yukarıda açıklananlara benzer ay haleleri ve diğer etkiler gözlemlenir; en yaygın ay halesi (Ay'ın etrafındaki halka) 22°'lik açısal yarıçapa sahiptir. Tıpkı sahte güneşler gibi, sahte aylar da doğabilir. Koronalar veya taçlar, ışık kaynağı yarı saydam bulutların arkasındayken zaman zaman gözlemlenen Güneş, Ay veya diğer parlak nesnelerin etrafında küçük eşmerkezli renkli halkalardır. Koronanın yarıçapı halenin yarıçapından daha küçüktür ve yaklaşık. 1-5°, mavi veya mor halka Güneş'e en yakın olanıdır. Işık küçük su damlacıkları tarafından saçılarak bir bulut oluşturduğunda korona oluşur. Bazen korona, Güneş'i (veya Ay'ı) çevreleyen ve kırmızımsı bir halkayla biten parlak bir nokta (veya hale) olarak görünür. Diğer durumlarda halenin dışında daha büyük çaplı, çok soluk renkli en az iki eşmerkezli halka görülebilir. Bu olguya gökkuşağı bulutları da eşlik ediyor. Bazen çok yüksek bulutların kenarları parlak renklere sahiptir.
Gloria (haleler).İÇİNDE Özel durumlar olağandışı atmosferik olaylar meydana gelir. Güneş gözlemcinin arkasındaysa ve gölgesi yakındaki bulutlara veya bir sis perdesine yansıtılıyorsa, bir kişinin kafasının gölgesi etrafındaki atmosferin belirli bir durumu altında, renkli bir ışıklı daire - bir hale görebilirsiniz. Tipik olarak, böyle bir hale, çimenli bir çim üzerindeki çiy damlalarından gelen ışığın yansıması nedeniyle oluşur. Gloria'lar ayrıca sıklıkla uçağın alttaki bulutların üzerine düşürdüğü gölgenin çevresinde de bulunur.
Brocken'ın Hayaletleri. Dünyanın bazı bölgelerinde, gün doğumu veya gün batımı sırasında bir tepede bulunan gözlemcinin gölgesi, kısa mesafedeki bulutların üzerine düştüğünde çarpıcı bir etki keşfedilir: gölge devasa boyutlar kazanır. Bu, ışığın sisteki küçük su damlacıkları tarafından yansıması ve kırılması nedeniyle oluşur. Tanımlanan fenomen, Almanya'daki Harz Dağları'ndaki zirveden sonra "Brocken'in Hayaleti" olarak adlandırılıyor.
Seraplar- farklı yoğunluktaki hava katmanlarından geçerken ışığın kırılmasından kaynaklanan ve sanal bir görüntünün görünümüyle ifade edilen optik etki. Bu durumda, uzaktaki nesneler gerçek konumlarına göre yükseltilmiş veya alçaltılmış gibi görünebilir, ayrıca çarpık olabilir ve düzensiz, fantastik şekillere bürünebilir. Seraplar genellikle kumlu ovalar gibi sıcak iklimlerde görülür. Uzaktaki, neredeyse düz bir çöl yüzeyi, özellikle hafif bir yükseklikten bakıldığında veya sadece ısıtılmış hava katmanının üzerinde yer aldığında açık su görünümü aldığında, alçak seraplar yaygındır. Bu yanılsama genellikle çok ilerideki bir su yüzeyine benzeyen ısıtılmış asfalt yolda meydana gelir. Gerçekte bu yüzey gökyüzünün bir yansımasıdır. Göz seviyesinin altında, bu "suda" nesneler genellikle baş aşağı görünebilir. Isınan kara yüzeyi üzerinde, yere en yakın katman en sıcak olan ve o kadar seyrekleşmiş olan bir "hava tabakası pastası" oluşur ki içinden geçen ışık dalgaları, yayılma hızları ortamın yoğunluğuna bağlı olarak değiştiği için bozulur. . Üstteki seraplar, alttakilere göre daha az yaygındır ve daha pitoresktir. Uzaktaki nesneler (genellikle deniz ufkunun ötesinde bulunur) gökyüzünde baş aşağı görünür ve bazen aynı nesnenin dik görüntüsü de yukarıda görünür. Bu olay soğuk bölgelerde tipiktir, özellikle de önemli bir sıcaklık değişimi olduğunda, daha soğuk bir katmanın üzerinde daha sıcak bir hava katmanı olduğunda. Bu optik etki, homojen olmayan yoğunluğa sahip hava katmanlarındaki ışık dalgalarının ön kısmının karmaşık yayılım modellerinin bir sonucu olarak kendini gösterir. Özellikle kutup bölgelerinde zaman zaman çok sıra dışı seraplar meydana geliyor. Karada serap oluştuğunda ağaçlar ve diğer peyzaj bileşenleri ters döner. Her durumda, nesneler üst seraplarda alt seraplara göre daha net bir şekilde görülebilir. İki hava kütlesinin sınırı dikey bir düzlem olduğunda bazen yanal seraplar gözlemlenir.
Aziz Elmo'nun Ateşi. Bazı optik fenomen atmosferdeki (örneğin parıltı ve en yaygın meteorolojik olay - yıldırım) elektriksel niteliktedir. Çok daha az yaygın olanı, St. Elmo'nun ışıklarıdır - genellikle denizdeki gemilerin direklerinin tepelerinde veya tersanelerinin uçlarında, uzunluğu 30 cm'den 1 m'ye veya daha fazla olan parlak soluk mavi veya mor fırçalar. Bazen geminin tüm donanımının fosfor ve parıltılarla kaplı olduğu görülüyor. Aziz Elmo'nun Ateşi bazen dağ zirvelerinde, ayrıca kulelerde ve keskin köşeler yüksek binalar. Bu olay, etraflarındaki atmosferdeki elektrik alan kuvveti büyük ölçüde arttığında, elektrik iletkenlerinin uçlarındaki fırça elektrik boşalmalarını temsil eder. Will-o'-the-wisps, bazen bataklıklarda, mezarlıklarda ve mahzenlerde görülen soluk mavimsi veya yeşilimsi bir parıltıdır. Genellikle yerden yaklaşık 30 cm yüksekte yükselen, sessizce yanan, ısı vermeyen ve bir an nesnenin üzerinde asılı kalan bir mum alevine benzerler. Işık tamamen anlaşılması zor görünüyor ve gözlemci yaklaştığında başka bir yere gidiyor gibi görünüyor. Bu olgunun nedeni, organik kalıntıların ayrışması ve bataklık gazı metanının (CH4) veya fosfinin (PH3) kendiliğinden yanmasıdır. Will-o'-the-wips var farklı şekiller hatta bazen küreseldir. Yeşil ışın - Güneş'in son ışınının ufkun arkasında kaybolduğu anda zümrüt yeşili güneş ışığının parlaması. Güneş ışığının kırmızı bileşeni önce kaybolur, diğerleri sırayla onu takip eder ve sonuncusu zümrüt yeşilidir. Bu fenomen yalnızca güneş diskinin yalnızca kenarı ufkun üzerinde kaldığında meydana gelir, aksi takdirde bir renk karışımı oluşur. Alacakaranlık ışınları, atmosferin yüksek katmanlarındaki tozu aydınlatmaları nedeniyle görünür hale gelen, birbirinden ayrılan güneş ışığı ışınlarıdır. Bulutların gölgeleri koyu çizgiler oluşturur ve aralarında ışınlar yayılır. Bu etki, Güneş şafaktan önce veya gün batımından sonra ufukta alçakta olduğunda ortaya çıkar.

Atmosfer(Yunan atmosferinden - buhar ve spharia - top) - Dünya'nın onunla birlikte dönen hava kabuğu. Atmosferin gelişimi, gezegenimizde meydana gelen jeolojik ve jeokimyasal süreçlerin yanı sıra canlı organizmaların faaliyetleriyle de yakından ilişkiliydi.

Hava, topraktaki en küçük gözeneklere nüfuz ettiğinden ve suda bile çözündüğünden, atmosferin alt sınırı Dünya yüzeyiyle çakışır.

2000-3000 km yükseklikteki üst sınır yavaş yavaş uzaya geçmektedir.

Oksijen içeren atmosfer sayesinde Dünya'da yaşam mümkündür. Atmosferdeki oksijen insanların, hayvanların ve bitkilerin solunum sürecinde kullanılır.

Eğer atmosfer olmasaydı Dünya Ay kadar sessiz olurdu. Sonuçta ses, hava parçacıklarının titreşimidir. Gökyüzünün mavi rengi, atmosferden geçen güneş ışınlarının sanki bir mercekten geçiyormuş gibi bileşen renklerine ayrışmasıyla açıklanmaktadır. Bu durumda en çok mavi ve mavi renklerin ışınları saçılır.

Atmosfer, güneşin canlı organizmalar üzerinde zararlı etkisi olan ultraviyole radyasyonunun çoğunu hapseder. Aynı zamanda ısıyı Dünya yüzeyine yakın tutarak gezegenimizin soğumasını önler.

Atmosferin yapısı

Atmosferde yoğunlukları farklı olan birkaç katman ayırt edilebilir (Şekil 1).

Troposfer

Troposfer- kutupların üzerinde kalınlığı 8-10 km, ılıman enlemlerde - 10-12 km ve ekvatorun üstünde - 16-18 km olan atmosferin en alt katmanı.

Pirinç. 1. Dünya atmosferinin yapısı

Troposferdeki hava, dünya yüzeyi yani kara ve su tarafından ısıtılır. Dolayısıyla bu katmandaki hava sıcaklığı yükseklikle birlikte her 100 m'de ortalama 0,6 °C azalır. Troposferin üst sınırında -55 °C'ye ulaşır. Aynı zamanda troposferin üst sınırındaki ekvator bölgesinde hava sıcaklığı -70 °C, Kuzey Kutbu bölgesinde ise -65 °C'dir.

Atmosfer kütlesinin yaklaşık% 80'i troposferde yoğunlaşır, neredeyse tüm su buharı bulunur, fırtınalar, fırtınalar, bulutlar ve yağışlar meydana gelir ve havanın dikey (konveksiyon) ve yatay (rüzgar) hareketi meydana gelir.

Havanın esas olarak troposferde oluştuğunu söyleyebiliriz.

Stratosfer

Stratosfer- Troposferin üzerinde 8 ila 50 km yükseklikte bulunan atmosfer katmanı. Bu katmanda gökyüzünün rengi mor görünür, bu da havanın inceliğiyle açıklanır, bu nedenle güneş ışınları neredeyse hiç dağılmaz.

Stratosfer atmosfer kütlesinin %20'sini içerir. Bu katmandaki hava nadirdir, neredeyse hiç su buharı yoktur ve bu nedenle neredeyse hiç bulut ve yağış oluşmaz. Ancak stratosferde hızı 300 km/saat'e ulaşan sabit hava akımları gözlemleniyor.

Bu katman konsantre ozon(ozon perdesi, ozonosfer), ultraviyole ışınları emerek Dünya'ya ulaşmasını engelleyen ve böylece gezegenimizdeki canlı organizmaları koruyan bir katmandır. Ozon sayesinde stratosferin üst sınırındaki hava sıcaklığı -50 ila 4-55 °C arasında değişmektedir.

Mezosfer ile stratosfer arasında yer alır geçiş bölgesi- stratopoz.

Mezosfer

Mezosfer- 50-80 km yükseklikte bulunan atmosfer katmanı. Buradaki hava yoğunluğu Dünya yüzeyine göre 200 kat daha azdır. Mezosferde gökyüzünün rengi siyah görünür ve gün boyunca yıldızlar görünür. Hava sıcaklığı -75 (-90)°C'ye düşer.

80 km yükseklikte başlıyor termosfer. Bu katmandaki hava sıcaklığı keskin bir şekilde 250 m yüksekliğe yükselir ve ardından sabit hale gelir: 150 km yükseklikte 220-240 ° C'ye ulaşır; 500-600 km yükseklikte 1500 °C'yi aşıyor.

Mezosferde ve termosferde, kozmik ışınların etkisi altında, gaz molekülleri yüklü (iyonize) atom parçacıklarına parçalanır, bu nedenle atmosferin bu kısmına denir. iyonosfer- 50 ila 1000 km yükseklikte bulunan, esas olarak iyonize oksijen atomları, nitrojen oksit molekülleri ve serbest elektronlardan oluşan çok seyrekleştirilmiş bir hava tabakası. Bu katman, yüksek elektrifikasyon ile karakterize edilir ve uzun ve orta radyo dalgaları, tıpkı bir ayna gibi ondan yansıtılır.

İyonosferde auroralar ortaya çıkar - Güneş'ten uçan elektrik yüklü parçacıkların etkisi altında seyreltilmiş gazların parlaması - ve manyetik alanda keskin dalgalanmalar gözlenir.

Ekzosfer

Ekzosfer- atmosferin 1000 km'nin üzerinde bulunan dış katmanı. Gaz parçacıkları burada yüksek hızla hareket ettiğinden ve uzaya saçılabildiğinden bu katmana saçılma küresi de denir.

Atmosfer bileşimi

Atmosfer, azot (%78,08), oksijen (%20,95), karbondioksit (%0,03), argon (%0,93), az miktarda helyum, neon, ksenon, kripton (%0,01), ozon ve diğer gazlar, ancak içerikleri ihmal edilebilir düzeydedir (Tablo 1). Modern kompozisyon Dünyanın havası yüz milyon yıldan fazla bir süre önce oluşturuldu, ancak keskin bir şekilde artan insan üretim faaliyeti yine de değişime yol açtı. Şu anda CO 2 içeriğinde yaklaşık %10-12 civarında bir artış var.

Atmosferi oluşturan gazlar çeşitli fonksiyonel roller üstlenirler. Bununla birlikte, bu gazların asıl önemi, öncelikle radyant enerjiyi çok güçlü bir şekilde absorbe etmeleri ve dolayısıyla üzerinde önemli bir etkiye sahip olmaları gerçeğiyle belirlenir. sıcaklık rejimi Dünyanın yüzeyi ve atmosferi.

Tablo 1. Dünya yüzeyine yakın kuru atmosferik havanın kimyasal bileşimi

Hacim konsantrasyonu. %

Molekül ağırlığı, birimler

Oksijen

Karbon dioksit

nitröz oksit

0'dan 0,00001'e

Kükürt dioksit

yazın 0'dan 0,000007'ye;

kışın 0'dan 0,000002'ye

0'dan 0,000002'ye

46,0055/17,03061

Azog dioksit

Karbonmonoksit

Azot, Atmosferdeki en yaygın gazdır ve kimyasal olarak aktif değildir.

Oksijen Azotun aksine kimyasal olarak çok aktif bir elementtir. Oksijenin spesifik işlevi, heterotrofik organizmaların, kayaların ve volkanlar tarafından atmosfere yayılan az oksitlenmiş gazların organik maddesinin oksidasyonudur. Oksijen olmasaydı ölü organik maddelerin ayrışması olmazdı.

Karbondioksitin atmosferdeki rolü son derece büyüktür. Yanma süreçleri, canlı organizmaların solunumu ve çürüme sonucu atmosfere girer ve her şeyden önce fotosentez sırasında organik madde oluşumunun ana yapı malzemesidir. Ek olarak, karbondioksitin kısa dalga güneş ışınımını iletme ve termal uzun dalga ışınımının bir kısmını absorbe etme yeteneği de büyük önem taşımaktadır ve bu, aşağıda tartışılacak olan sera etkisini yaratacaktır.

Atmosfer süreçleri, özellikle stratosferin termal rejimi de şunlardan etkilenir: ozon. Bu gaz, güneşten gelen ultraviyole radyasyonun doğal bir emicisi olarak görev yapar ve güneş radyasyonunun emilmesi havanın ısınmasına yol açar. Atmosferdeki toplam ozon içeriğinin aylık ortalama değerleri enlem ve yılın zamanına bağlı olarak 0,23-0,52 cm aralığında değişmektedir (bu, ozon tabakasının yer basıncı ve sıcaklıktaki kalınlığıdır). Ekvatordan kutuplara doğru ozon içeriğinde bir artış ve en az sonbaharda, en fazla ise ilkbaharda olmak üzere yıllık bir döngü vardır.

Atmosferin karakteristik bir özelliği, ana gazların (azot, oksijen, argon) içeriğinin rakımla birlikte biraz değişmesidir: 65 km yükseklikte atmosferdeki nitrojen içeriği% 86, oksijen - 19, argon - 0,91'dir. 95 km yükseklikte - nitrojen 77, oksijen - 21,3, argon -% 0,82. Atmosfer havasının bileşiminin dikey ve yatay olarak sabitliği, karıştırılmasıyla korunur.

Havada gazların yanı sıra su buharı Ve katı parçacıklar.İkincisi hem doğal hem de yapay (antropojenik) kökene sahip olabilir. Bunlar polen, küçük tuz kristalleri, yol tozu ve aerosol yabancı maddeleridir. Güneş ışınları pencereden içeri girdiğinde çıplak gözle görülebilir.

Özellikle şehirlerin ve büyük sanayi merkezlerinin havasında, yakıtın yanması sırasında oluşan zararlı gaz emisyonlarının ve bunların safsızlıklarının aerosollere eklendiği çok sayıda partikül partikül bulunmaktadır.

Atmosferdeki aerosol konsantrasyonu, havanın şeffaflığını belirler ve bu, Dünya yüzeyine ulaşan güneş ışınımını etkiler. En büyük aerosoller yoğunlaşma çekirdekleridir (enlem. yoğunlaşma- sıkıştırma, kalınlaşma) - su buharının su damlacıklarına dönüşmesine katkıda bulunur.

Su buharının önemi öncelikle dünya yüzeyinden gelen uzun dalga termal radyasyonu geciktirmesiyle belirlenir; büyük ve küçük nem döngülerinin ana bağlantısını temsil eder; su yataklarının yoğunlaşması sırasında hava sıcaklığını arttırır.

Atmosferdeki su buharı miktarı zamana ve mekana göre değişir. Bu nedenle, dünya yüzeyindeki su buharı konsantrasyonu tropik bölgelerde %3 ile Antarktika'da %2-10 (15) arasında değişmektedir.

Ilıman enlemlerde atmosferin dikey sütunundaki ortalama su buharı içeriği yaklaşık 1,6-1,7 cm'dir (bu, yoğunlaşmış su buharı tabakasının kalınlığıdır). Su buharı ile ilgili bilgiler farklı katmanlar atmosferler çelişkili. Örneğin, 20 ila 30 km arasındaki rakım aralığında özgül nemin rakımla birlikte güçlü bir şekilde arttığı varsayılmıştır. Ancak sonraki ölçümler stratosferin daha fazla kuru olduğunu gösteriyor. Görünen o ki, stratosferdeki özgül nem yüksekliğe çok az bağlıdır ve 2-4 mg/kg'dır.

Troposferdeki su buharı içeriğinin değişkenliği, buharlaşma, yoğunlaşma ve yatay taşınma işlemlerinin etkileşimi ile belirlenir. Su buharının yoğunlaşması sonucu bulutlar oluşur ve yağışlar yağmur, dolu ve kar şeklinde düşer.

Suyun faz geçiş süreçleri ağırlıklı olarak troposferde meydana gelir, bu nedenle sedefli ve gümüşi olarak adlandırılan stratosferdeki (20-30 km yükseklikte) ve mezosferdeki (mezopozun yakınında) bulutlar nispeten nadir görülürken, troposferik bulutlar genellikle tüm dünya yüzeyinin yaklaşık %50'sini kaplar.

Havada bulunabilecek su buharı miktarı hava sıcaklığına bağlıdır.

-20 ° C sıcaklıkta 1 m3 hava 1 g'dan fazla su içeremez; 0 °C'de - en fazla 5 g; +10 °C'de - en fazla 9 g; +30 °C'de - en fazla 30 g su.

Çözüm: Hava sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, o kadar fazla su buharı içerebilir.

Hava olabilir zengin Ve doymamış su buharı. Yani, +30 °C sıcaklıkta 1 m3 hava 15 g su buharı içeriyorsa, hava su buharına doymamış demektir; 30 g ise - doymuş.

Mutlak nem 1 m3 havada bulunan su buharı miktarıdır. Gram cinsinden ifade edilir. Mesela “mutlak nem 15” diyorlarsa bu 1 mL’de 15 gr su buharı var demektir.

Bağıl nem- bu, 1 m3 havadaki gerçek su buharı içeriğinin, belirli bir sıcaklıkta 1 m L'de bulunabilen su buharı miktarına oranıdır (yüzde olarak). Örneğin, radyo bağıl nemin %70 olduğunu bildiren bir hava durumu raporu yayınlıyorsa bu, havanın o sıcaklıkta tutabileceği su buharının %70'ini içerdiği anlamına gelir.

Bağıl nem ne kadar yüksek olursa, yani Hava doygunluğa ne kadar yakınsa yağış olasılığı da o kadar yüksektir.

Ekvator bölgesinde her zaman yüksek (% 90'a kadar) bağıl hava nemi gözlenir, çünkü orada hava sıcaklığı yıl boyunca yüksek kalır ve okyanusların yüzeyinden büyük buharlaşma meydana gelir. Polar bölgelerde bağıl nem de yüksektir, ancak düşük sıcaklıklarda az miktarda su buharı bile havayı doymuş veya doygunluğa yakın hale getirir. Ilıman enlemlerde bağıl nem mevsimlere göre değişir; kışın daha yüksek, yazın daha düşüktür.

Çöllerdeki bağıl hava nemi özellikle düşüktür: 1 m 1 hava, belirli bir sıcaklıkta mümkün olandan iki ila üç kat daha az su buharı içerir.

Bağıl nemi ölçmek için bir higrometre kullanılır (Yunanca higros - ıslak ve metreco - ölçerim).

Doymuş hava soğuduğunda aynı miktarda su buharını tutamaz; yoğunlaşarak sis damlacıklarına dönüşür. Sis yaz aylarında açık ve serin bir gecede görülebilir.

Bulutlar- bu aynı sistir, ancak dünya yüzeyinde değil, belli bir yükseklikte oluşur. Hava yükseldikçe soğur ve içindeki su buharı yoğunlaşır. Ortaya çıkan küçük su damlacıkları bulutları oluşturur.

Bulut oluşumu aynı zamanda şunları içerir: parçacık madde Troposferde asılı kaldı.

Bulutlar, oluşum koşullarına bağlı olarak farklı şekillere sahip olabilir (Tablo 14).

En alçak ve en ağır bulutlar stratus'tur. Dünya yüzeyinden 2 km yükseklikte bulunurlar. 2 ila 8 km yükseklikte daha pitoresk kümülüs bulutları gözlemlenebilir. En yüksek ve en hafifleri sirüs bulutlarıdır. Dünya yüzeyinden 8 ila 18 km yükseklikte bulunurlar.

Aileler

Bulut çeşitleri

Dış görünüş

A. Üst bulutlar - 6 km'nin üzerinde

I. Cirrus

İplik benzeri, lifli, beyaz

II. sirrokümülüs

Küçük pullardan ve buklelerden oluşan katmanlar ve çıkıntılar, beyaz

III. Sirostratüs

Şeffaf beyazımsı peçe

B. Orta seviye bulutlar - 2 km'nin üzerinde

IV. Altokümülüs

Beyaz ve gri renkteki katmanlar ve sırtlar

V. Alt tabakalı

Sütlü gri renkte pürüzsüz örtü

B. Alçak bulutlar - 2 km'ye kadar

VI. Nimbostratus

Katı şekilsiz gri katman

VII. Stratokümülüs

Şeffaf olmayan katmanlar ve gri renkli sırtlar

VIII. Katmanlı

Şeffaf olmayan gri örtü

D. Dikey gelişim bulutları - alttan üste doğru

IX. Kümülüs

Kulüpler ve kubbeler parlak beyazdır, kenarları rüzgarda yırtılmıştır

X. Kümülonimbus

Koyu kurşun renginde kümülüs şeklindeki güçlü kütleler

Atmosfer koruması

Ana kaynak endüstriyel Girişimcilik ve arabalar. Büyük şehirlerde ana ulaşım yollarındaki gaz kirliliği sorunu çok ciddidir. Bu yüzden birçok durumda büyük şehirlerÜlkemiz de dahil olmak üzere tüm dünyada, araç egzoz gazlarının toksisitesinin çevresel kontrolü uygulamaya konmuştur. Uzmanlara göre havadaki duman ve toz, güneş enerjisinin dünya yüzeyine ulaşmasını yarı yarıya azaltabilir ve bu da doğal koşulların değişmesine yol açabilir.

- Dünya ile birlikte dönen dünyanın hava kabuğu. Atmosferin üst sınırı geleneksel olarak 150-200 km rakımlarda çizilir. Alt sınır Dünya'nın yüzeyidir.

Atmosfer havası bir gaz karışımıdır. Havanın yüzey katmanındaki hacminin büyük bir kısmı nitrojen (%78) ve oksijenden (%21) oluşur. Ayrıca havada inert gazlar (argon, helyum, neon vb.), karbondioksit (0,03), su buharı ve çeşitli katı parçacıklar (toz, kurum, tuz kristalleri) bulunur.

Hava renksizdir ve gökyüzünün rengi ışık dalgalarının saçılma özellikleriyle açıklanmaktadır.

Atmosfer birkaç katmandan oluşur: troposfer, stratosfer, mezosfer ve termosfer.

Havanın alt katmanına denir troposfer. Farklı enlemlerde gücü aynı değildir. Troposfer gezegenin şeklini takip eder ve Dünya ile birlikte eksenel dönüşe katılır. Ekvatorda atmosferin kalınlığı 10 ila 20 km arasında değişmektedir. Ekvatorda daha büyük, kutuplarda ise daha azdır. Troposfer, maksimum hava yoğunluğu ile karakterize edilir; tüm atmosferin kütlesinin 4/5'i burada yoğunlaşmıştır. Troposfer belirler hava durumu: Burada çeşitli hava kütleleri oluşur, bulutlar ve yağışlar oluşur, yoğun yatay ve dikey hava hareketi meydana gelir.

Troposferin üstünde, 50 km yüksekliğe kadar bulunur stratosfer. Daha düşük hava yoğunluğu ile karakterize edilir ve su buharı içermez. Stratosferin alt kısmında yaklaşık 25 km yükseklikte. organizmalar için ölümcül olan ultraviyole radyasyonu emen, yüksek konsantrasyonda ozon içeren bir atmosfer tabakası olan bir “ozon perdesi” vardır.

50 ila 80-90 km yükseklikte uzanır mezosfer. Yükseklik arttıkça sıcaklık ortalama (0,25-0,3)°/100 m dikey eğimle düşer ve hava yoğunluğu azalır. Ana enerji süreci radyant ısı transferidir. Atmosferdeki ışıltı, radikalleri ve titreşimle uyarılan molekülleri içeren karmaşık fotokimyasal işlemlerden kaynaklanır.

Termosfer 80-90 ila 800 km yükseklikte bulunur. Buradaki hava yoğunluğu minimumdur ve hava iyonizasyon derecesi çok yüksektir. Sıcaklık Güneş'in aktivitesine bağlı olarak değişir. Çok sayıda yüklü parçacık nedeniyle burada auroralar ve manyetik fırtınalar gözlemleniyor.

Atmosfer, Dünya'nın doğası açısından büyük önem taşımaktadır. Oksijen olmadan canlı organizmalar nefes alamaz. Ozon tabakası tüm canlıları zararlı ultraviyole ışınlarından korur. Atmosfer sıcaklık dalgalanmalarını yumuşatır: Dünya yüzeyi geceleri aşırı soğumaz ve gündüzleri aşırı ısınmaz. Yoğun atmosferik hava katmanlarında, meteorlar gezegenin yüzeyine ulaşmadan önce dikenlerden yanıyor.

Atmosfer dünyanın tüm katmanlarıyla etkileşim halindedir. Onun yardımıyla okyanus ve kara arasında ısı ve nem alışverişi yapılır. Atmosfer olmasaydı bulutlar, yağışlar ve rüzgarlar olmazdı.

Atmosfer üzerinde önemli olumsuz etkisi vardır ekonomik aktivite kişi. Karbon monoksit (CO2) konsantrasyonunun artmasına neden olan atmosferik hava kirliliği meydana gelir. Bu da küresel ısınmaya katkıda bulunuyor ve “sera etkisini” artırıyor. Dünyanın ozon tabakası endüstriyel atıklar ve ulaşım nedeniyle yok oluyor.

Atmosferin korunmaya ihtiyacı var. Gelişmiş ülkelerde atmosferik havanın kirlilikten korunmasına yönelik bir dizi önlem hayata geçiriliyor.

Hala sorularınız mı var? Atmosfer hakkında daha fazla bilgi edinmek ister misiniz?
Bir öğretmenden yardım almak için -.

blog.site, materyalin tamamını veya bir kısmını kopyalarken, orijinal kaynağa bir bağlantı gereklidir.

Üst sınırı açıkça görülemediğinden atmosferin kesin boyutu bilinmemektedir. Ancak atmosferin yapısı, herkesin gezegenimizin gaz zarfının nasıl bir yapıya sahip olduğuna dair fikir edinmesine yetecek kadar incelenmiştir.

Atmosferin fiziğini inceleyen bilim insanları, onu Dünya'nın etrafında, gezegenle birlikte dönen bölge olarak tanımlıyor. FAI aşağıdakileri verir tanım:

  • Uzay ve atmosfer arasındaki sınır Karman çizgisi boyunca uzanır. Bu hat, aynı kuruluşun tanımına göre deniz seviyesinden 100 km yükseklikte bulunan bir rakımdır.

Bu çizginin üzerindeki her şey uzaydır. Atmosfer yavaş yavaş gezegenler arası uzaya doğru hareket ediyor, bu yüzden boyutu hakkında farklı fikirler var.

Atmosferin alt sınırıyla her şey çok daha basittir - yer kabuğunun yüzeyi ve Dünya'nın su yüzeyi - hidrosfer boyunca geçer. Bu durumda, oradaki parçacıklar aynı zamanda çözünmüş hava parçacıkları olduğundan sınırın toprak ve su yüzeyleriyle birleştiği söylenebilir.

Dünyanın büyüklüğüne atmosferin hangi katmanları dahildir?

İlginç gerçek: kışın daha düşük, yazın ise daha yüksektir.

Türbülans, antisiklonlar ve siklonlar bu katmanda ortaya çıkar ve bulutlar oluşur. Havanın oluşumundan sorumlu olan bu küredir; tüm hava kütlelerinin yaklaşık% 80'i içinde bulunur.

Tropopoz, sıcaklığın yükseklikle azalmadığı bir katmandır. Tropopozun üstünde, 11'in üzerinde ve 50 km'ye kadar bir yükseklikte bulunur. Stratosfer, gezegeni ultraviyole ışınlardan koruduğu bilinen bir ozon tabakası içerir. Bu katmandaki hava seyrekleşmiştir, bu da karakteristik özelliği açıklamaktadır. mor gölge gökyüzü. Buradaki hava akış hızı 300 km/saat'e ulaşabilir. Stratosfer ve mezosfer arasında, maksimum sıcaklığın meydana geldiği bir sınır küresi olan bir stratopoz vardır.

Bir sonraki katman . 85-90 kilometre yüksekliğe kadar uzanır. Mezosferde gökyüzünün rengi siyah olduğundan yıldızlar sabah ve öğleden sonra bile gözlenebilmektedir. Burada atmosferik parıltının meydana geldiği en karmaşık fotokimyasal süreçler gerçekleşir.

Mezosfer ile bir sonraki katman arasında bir mezopoz vardır. Minimum sıcaklığın gözlemlendiği bir geçiş katmanı olarak tanımlanır. Daha yukarıda, deniz seviyesinden 100 kilometre yükseklikte Karman hattı var. Bu çizginin üzerinde termosfer (yükseklik sınırı 800 km) ve “dağılım bölgesi” olarak da adlandırılan ekzosfer bulunmaktadır. Yaklaşık 2-3 bin kilometre yükseklikte yakın uzay boşluğuna geçer.

Atmosferin üst katmanının net olarak görülemediği göz önüne alındığında, tam boyutunun hesaplanması mümkün değildir. Ayrıca farklı ülkelerde bu konuda farklı görüşlere sahip kuruluşlar da bulunmaktadır. bu not alınmalı Karman hattı dünya atmosferinin sınırı yalnızca şartlı olarak düşünülebilir, çünkü farklı kaynaklar farklı sınır işaretleyicileri kullanın. Böylece bazı kaynaklarda üst sınırın 2500-3000 km yükseklikte geçtiği bilgisini bulabilirsiniz.

NASA, hesaplamalar için 122 kilometre işaretini kullanıyor. Kısa bir süre önce, yaklaşık 118 km'de bulunan sınırın netleştirilmesine yönelik deneyler yapıldı.

Ansiklopedik YouTube

    1 / 5

    ✪ Uzay Gemisi Dünyası (Bölüm 14) - Atmosfer

    ✪ Atmosfer neden uzay boşluğuna çekilmedi?

    ✪ Soyuz TMA-8 uzay aracının Dünya atmosferine girişi

    ✪ Atmosfer yapısı, anlamı, çalışması

    ✪ O. S. Ugolnikov "Üst Atmosfer. Dünya ve Uzayın Buluşması"

    Altyazılar

Atmosfer sınırı

Atmosfer, gaz ortamının Dünya ile birlikte tek bir bütün olarak döndüğü, Dünya çevresindeki bölge olarak kabul edilir. Atmosfer, Dünya yüzeyinden 500-1000 km yükseklikte başlayarak ekzosferde yavaş yavaş gezegenler arası uzaya geçer.

Uluslararası Havacılık Federasyonu'nun önerdiği tanıma göre atmosfer ve uzayın sınırı, yaklaşık 100 km yükseklikte bulunan ve üzerinde havacılık uçuşlarının tamamen imkansız hale geldiği Karman hattı boyunca çiziliyor. NASA, mekiklerin motorlu manevradan aerodinamik manevraya geçtiği atmosferik sınır olarak 122 kilometre (400.000 ft) işaretini kullanıyor.

Fiziki ozellikleri

Tabloda belirtilen gazlara ek olarak atmosferde Cl 2, SO 2, NH 3, CO, O 3, NO 2, hidrokarbonlar, HCl, HBr, buharlar, I 2, Br 2 ve diğer birçok gaz bulunur. küçük miktarlarda. Troposfer sürekli olarak büyük miktarda askıda kalan katı ve sıvı parçacıklar (aerosol) içerir. Dünya atmosferindeki en nadir gaz radondur (Rn).

Atmosferin yapısı

atmosferik sınır tabakası

Dünya yüzeyinin durumu ve özelliklerinin atmosfer dinamiklerini doğrudan etkilediği troposferin alt katmanı (1-2 km kalınlığında).

Troposfer

Üst sınırı kutuplarda 8-10 km, ılıman enlemlerde 10-12 km ve tropik enlemlerde 16-18 km yükseklikte; kışın yaza göre daha düşüktür.
Atmosferin alt ana katmanı, atmosferik havanın toplam kütlesinin %80'inden fazlasını ve atmosferde bulunan toplam su buharının yaklaşık %90'ını içerir. Troposferde türbülans ve konveksiyon oldukça gelişmiştir, bulutlar ortaya çıkar, siklonlar ve antisiklonlar gelişir. Sıcaklık, rakım arttıkça ortalama 0,65°/100 metrelik dikey eğimle azalır.

Tropopoz

Troposferden stratosfere geçiş katmanı, atmosferin yükseklikle birlikte sıcaklık düşüşünün durduğu bir katman.

Stratosfer

Atmosferin 11 ila 50 km yükseklikte bulunan katmanı. 11-25 km'lik katmanda (stratosferin alt katmanı) sıcaklıkta hafif bir değişiklik ve 25-40 km'lik katmanda sıcaklığın -56,5'ten +0,8 °'ye (stratosferin üst katmanı veya inversiyon bölgesi) artmasıyla karakterize edilir. . Yaklaşık 40 km yükseklikte yaklaşık 273 K (neredeyse 0 °C) değerine ulaşan sıcaklık, yaklaşık 55 km yüksekliğe kadar sabit kalır. Sabit sıcaklıktaki bu bölgeye stratopoz adı verilir ve stratosfer ile mezosfer arasındaki sınırdır.

Stratopoz

Atmosferin stratosfer ile mezosfer arasındaki sınır tabakası. Dikey sıcaklık dağılımında bir maksimum (yaklaşık 0 °C) vardır.

Mezosfer

Termosfer

Üst sınır yaklaşık 800 km'dir. Sıcaklık 200-300 km yüksekliğe kadar yükselir, burada 1500 K mertebesindeki değerlere ulaşır, daha sonra yüksek rakımlara kadar neredeyse sabit kalır. Güneş radyasyonunun ve kozmik radyasyonun etkisi altında, havanın iyonlaşması (“auroralar”) meydana gelir - iyonosferin ana bölgeleri termosferin içinde bulunur. 300 km'nin üzerindeki rakımlarda atomik oksijen hakimdir. Termosferin üst sınırı büyük ölçüde Güneş'in mevcut aktivitesi tarafından belirlenir. Faaliyetin düşük olduğu dönemlerde - örneğin 2008-2009'da - bu katmanın boyutunda gözle görülür bir azalma olur.

Termopause

Atmosferin termosfere bitişik bölgesi. Bu bölgede güneş ışınımının emilimi ihmal edilebilir düzeydedir ve sıcaklık gerçekte yükseklikle değişmez.

Ekzosfer (saçılma küresi)

100 km yüksekliğe kadar atmosfer homojen, iyi karışmış bir gaz karışımıdır. Daha yüksek katmanlarda, gazların yüksekliğe göre dağılımı molekül ağırlıklarına bağlıdır; daha ağır gazların konsantrasyonu, Dünya yüzeyinden uzaklaştıkça daha hızlı azalır. Gaz yoğunluğunun azalması nedeniyle sıcaklık stratosferde 0 °C'den mezosferde -110 °C'ye düşer. Bununla birlikte, 200-250 km yükseklikteki bireysel parçacıkların kinetik enerjisi, ~150 °C sıcaklığa karşılık gelir. 200 km'nin üzerinde zaman ve mekanda sıcaklık ve gaz yoğunluğunda önemli dalgalanmalar gözlemleniyor.

Yaklaşık 2000-3500 km yükseklikte, ekzosfer yavaş yavaş sözde yakın uzay boşluğu gezegenler arası gazın nadir parçacıklarıyla, özellikle de hidrojen atomlarıyla doludur. Ancak bu gaz gezegenler arası maddenin yalnızca bir kısmını temsil ediyor. Diğer kısım kuyruklu yıldız ve meteor kökenli toz parçacıklarından oluşur. Son derece inceltilmiş toz parçacıklarına ek olarak, güneş ve galaktik kökenli elektromanyetik ve korpüsküler radyasyon bu boşluğa nüfuz eder.

Gözden geçirmek

Troposfer, atmosferin kütlesinin yaklaşık% 80'ini, stratosfer - yaklaşık% 20'sini oluşturur; mezosferin kütlesi% 0,3'ten fazla değildir, termosfer ise atmosferin toplam kütlesinin% 0,05'inden azdır.

Temelli elektriksel özellikler atmosfere yaymak nötrosfer Ve iyonosfer .

Atmosferdeki gazın bileşimine bağlı olarak yayarlar. homosfer Ve heterosfer. Heterosfer- Bu, yerçekiminin gazların ayrılmasını etkilediği alandır, çünkü bu yükseklikte gazların karışması ihmal edilebilir düzeydedir. Bu, heterosferin değişken bir bileşimini ima eder. Bunun altında atmosferin homojen, iyi karışmış bir kısmı bulunur ve buna homosfer adı verilir. Bu katmanlar arasındaki sınıra turbopause adı verilir ve yaklaşık 120 km yükseklikte yer alır.

Atmosferin diğer özellikleri ve insan vücudu üzerindeki etkileri

Zaten deniz seviyesinden 5 km yükseklikte, eğitimsiz bir kişi oksijen açlığı yaşamaya başlar ve uyum sağlamadan kişinin performansı önemli ölçüde azalır. Atmosferin fizyolojik bölgesi burada bitiyor. Yaklaşık 115 km'ye kadar atmosferde oksijen bulunmasına rağmen, 9 km yükseklikte insanın nefes alması imkansız hale gelir.

Atmosfer bize nefes almamız için gerekli olan oksijeni sağlar. Ancak atmosferin toplam basıncının düşmesi nedeniyle yükseklere çıkıldıkça oksijenin kısmi basıncı da buna bağlı olarak azalır.

Atmosfer oluşumunun tarihi

En yaygın teoriye göre, Dünya'nın atmosferi tarih boyunca üç farklı bileşime sahip olmuştur. Başlangıçta gezegenler arası uzaydan yakalanan hafif gazlardan (hidrojen ve helyum) oluşuyordu. Bu sözde birincil atmosfer. Bir sonraki aşamada aktif volkanik aktivite, atmosferin hidrojen dışındaki gazlarla (karbon dioksit, amonyak, su buharı) doymasına neden oldu. Bu şekilde oluştu ikincil atmosfer. Bu atmosfer onarıcıydı. Ayrıca atmosfer oluşum süreci aşağıdaki faktörlerle belirlendi:

  • hafif gazların (hidrojen ve helyum) gezegenler arası uzaya sızması;
  • ultraviyole radyasyon, yıldırım deşarjı ve diğer bazı faktörlerin etkisi altında atmosferde meydana gelen kimyasal reaksiyonlar.

Yavaş yavaş bu faktörler oluşumuna yol açtı. üçüncül atmosfer, çok daha düşük bir hidrojen içeriği ve çok daha yüksek bir nitrojen ve karbon dioksit içeriği (amonyak ve hidrokarbonlardan gelen kimyasal reaksiyonların bir sonucu olarak oluşur) ile karakterize edilir.

Azot

Büyük miktarda nitrojen N2'nin oluşumu, amonyak-hidrojen atmosferinin, 3 milyar yıl önce başlayan fotosentez sonucu gezegenin yüzeyinden gelmeye başlayan moleküler oksijen O2 tarafından oksidasyonundan kaynaklanmaktadır. Nitratların ve diğer nitrojen içeren bileşiklerin denitrifikasyonu sonucu atmosfere nitrojen N2 de salınır. Azot, üst atmosferde ozon tarafından NO'ya oksitlenir.

Azot N2 yalnızca belirli koşullar altında (örneğin, yıldırım düşmesi sırasında) reaksiyona girer. Elektrik deşarjları sırasında moleküler nitrojenin ozon tarafından oksidasyonu, nitrojenli gübrelerin endüstriyel üretiminde küçük miktarlarda kullanılır. Etkili yeşil gübre olabilen baklagil bitkilerle rizobiyal simbiyoz oluşturan siyanobakteriler (mavi-yeşil algler) ve nodül bakterileri - toprağı tüketmeyen, doğal gübrelerle zenginleştiren bitkiler, düşük enerji tüketimi ile onu oksitleyebilir ve dönüştürebilir. biyolojik olarak aktif bir forma dönüşür.

Oksijen

Oksijenin salınması ve karbondioksitin emilmesiyle birlikte fotosentez sonucunda canlı organizmaların Dünya üzerinde ortaya çıkmasıyla atmosferin bileşimi kökten değişmeye başladı. Başlangıçta oksijen, indirgenmiş bileşiklerin (amonyak, hidrokarbonlar, okyanuslarda bulunan demirin demir formu ve diğerleri) oksidasyonu için harcandı. Bu aşamanın sonunda atmosferdeki oksijen miktarı artmaya başladı. Yavaş yavaş oksitleyici özelliklere sahip modern bir atmosfer oluştu. Bu durum atmosferde, litosferde ve biyosferde meydana gelen birçok süreçte ciddi ve ani değişikliklere neden olduğundan bu olaya Oksijen Felaketi adı verilmiştir.

soy gazlar

Hava kirliliği

Son zamanlarda insanlar atmosferin evrimini etkilemeye başladı. İnsan faaliyetinin sonucu, önceki jeolojik çağlarda biriken hidrokarbon yakıtların yanması nedeniyle atmosferdeki karbondioksit içeriğinde sürekli bir artış olmuştur. Fotosentez sırasında çok büyük miktarlarda CO2 tüketilir ve dünya okyanusları tarafından emilir. Bu gaz, karbonat kayalarının ve bitki ve hayvan kökenli organik maddelerin ayrışmasının yanı sıra volkanizma ve insan endüstriyel faaliyeti nedeniyle atmosfere girmektedir. Geçtiğimiz 100 yılda atmosferdeki CO2 içeriği %10 oranında arttı ve büyük kısmı (360 milyar ton) yakıtın yanmasından kaynaklandı. Yakıt yanmasındaki artış hızı devam ederse, önümüzdeki 200-300 yıl içinde atmosferdeki CO2 miktarı iki katına çıkacak ve küresel iklim değişikliğine yol açabilecektir.

Yakıtın yanması kirletici gazların (CO, SO2) ana kaynağıdır. Kükürt dioksit, atmosferin üst katmanlarında atmosferik oksijen tarafından SO3'e ve nitrojen oksit NO2'ye oksitlenir, bunlar da su buharı ile etkileşime girer ve ortaya çıkan sülfürik asit H2S04 ve nitrik asit HNO3, Dünya yüzeyinin asit yağmuru olarak adlandırılan formda yağmasına neden olur. Kullanım