Atmosfēra ir mūsu planētas gāzveida apvalks, kas rotē kopā ar Zemi. Gāzi atmosfērā sauc par gaisu. Atmosfēra saskaras ar hidrosfēru un daļēji pārklāj litosfēru. Bet augšējās robežas ir grūti noteikt. Parasti tiek pieņemts, ka atmosfēra stiepjas uz augšu aptuveni trīs tūkstošus kilometru. Tur tas vienmērīgi ieplūst bezgaisa telpā.

Zemes atmosfēras ķīmiskais sastāvs

Atmosfēras ķīmiskā sastāva veidošanās sākās apmēram pirms četriem miljardiem gadu. Sākotnēji atmosfēra sastāvēja tikai no vieglajām gāzēm – hēlija un ūdeņraža. Pēc zinātnieku domām, sākotnējie priekšnoteikumi gāzes čaulas izveidošanai ap Zemi bija vulkāna izvirdumi, kas kopā ar lavu izmeta liela summa gāzes Pēc tam sākās gāzu apmaiņa ar ūdens telpām, ar dzīviem organismiem un ar to darbības produktiem. Gaisa sastāvs pakāpeniski mainījās un tika nostiprināts tā modernajā formā pirms vairākiem miljoniem gadu.

Galvenās atmosfēras sastāvdaļas ir slāpeklis (apmēram 79%) un skābeklis (20%). Atlikušo procentuālo daļu (1%) veido šādas gāzes: argons, neons, hēlijs, metāns, oglekļa dioksīds, ūdeņradis, kriptons, ksenons, ozons, amonjaks, sērs un slāpekļa dioksīds, slāpekļa oksīds un oglekļa monoksīds, kas ir iekļauti šajā vienā procentā.

Turklāt gaiss satur ūdens tvaikus un daļiņas (ziedputekšņus, putekļus, sāls kristālus, aerosola piemaisījumus).

Nesen zinātnieki ir atzīmējuši nevis kvalitatīvas, bet gan kvantitatīvas izmaiņas dažās gaisa sastāvdaļās. Un iemesls tam ir cilvēks un viņa darbība. Tikai pēdējo 100 gadu saturs oglekļa dioksīds ir ievērojami palielinājies! Tas ir saistīts ar daudzām problēmām, no kurām globālākā ir klimata pārmaiņas.

Laikapstākļu un klimata veidošanās

Atmosfērai ir izšķiroša nozīme klimata un laikapstākļu veidošanā uz Zemes. Daudz kas ir atkarīgs no saules gaismas daudzuma, pamata virsmas rakstura un atmosfēras cirkulācijas.

Apskatīsim faktorus secībā.

1. Atmosfēra pārraida saules staru siltumu un absorbē kaitīgo starojumu. Senie grieķi zināja, ka Saules stari krīt uz dažādām Zemes vietām dažādos leņķos. Pats vārds “klimats” tulkojumā no sengrieķu valodas nozīmē “nogāze”. Tātad pie ekvatora saules stari krīt gandrīz vertikāli, tāpēc šeit ir ļoti karsts. Jo tuvāk stabiem, jo ​​lielāks ir slīpuma leņķis. Un temperatūra pazeminās.

2. Zemes nevienmērīgas sasilšanas dēļ atmosfērā veidojas gaisa plūsmas. Tos klasificē pēc to izmēriem. Mazākie (desmitiem un simtiem metru) ir vietējie vēji. Tam seko musons un tirdzniecības vēji, cikloni un anticikloni, kā arī planētu frontālās zonas.

Visas šīs gaisa masas pastāvīgi pārvietojas. Daži no tiem ir diezgan statiski. Piemēram, pasātu vēji, kas pūš no subtropiem uz ekvatoru. Citu kustība lielā mērā ir atkarīga no atmosfēras spiediena.

3. Atmosfēras spiediens ir vēl viens faktors, kas ietekmē klimata veidošanos. Tas ir gaisa spiediens uz zemes virsmas. Kā zināms, gaisa masas virzās no zonas ar augstu atmosfēras spiedienu uz zonu, kur šis spiediens ir zemāks.

Kopā ir iedalītas 7 zonas. Ekvators ir zema spiediena zona. Turklāt abās ekvatora pusēs līdz trīsdesmitajiem platuma grādiem ir augsta spiediena zona. No 30° līdz 60° - atkal zems spiediens. Un no 60° līdz poliem ir augsta spiediena zona. Starp šīm zonām cirkulē gaisa masas. Tie, kas nāk no jūras uz sauszemi, nes lietus un sliktus laikapstākļus, un tie, kas pūš no kontinentiem, nes skaidru un sausu laiku. Vietās, kur saduras gaisa straumes, veidojas atmosfēras frontes zonas, kurām raksturīgi nokrišņi un nelabvēlīgs, vējains laiks.

Zinātnieki ir pierādījuši, ka pat cilvēka labklājība ir atkarīga no atmosfēras spiediena. Normāli pēc starptautiskajiem standartiem Atmosfēras spiediens- 760 mm Hg. kolonnā 0°C temperatūrā. Šis rādītājs tiek aprēķināts tām zemes platībām, kas ir gandrīz vienā līmenī ar jūras līmeni. Ar augstumu spiediens samazinās. Tāpēc, piemēram, Sanktpēterburgai 760 mm Hg. - tā ir norma. Bet Maskavai, kas atrodas augstāk, normāls spiediens ir 748 mm Hg.

Spiediens mainās ne tikai vertikāli, bet arī horizontāli. Tas ir īpaši jūtams ciklonu pārejas laikā.

Atmosfēras struktūra

Atmosfēra atgādina kārtiņu kūku. Un katram slānim ir savas īpašības.

. Troposfēra- Zemei tuvākais slānis. Šī slāņa "biezums" mainās atkarībā no attāluma no ekvatora. Virs ekvatora slānis stiepjas uz augšu par 16-18 km, mērenās joslās par 10-12 km, poliem par 8-10 km.

Tieši šeit atrodas 80% no kopējās gaisa masas un 90% ūdens tvaiku. Šeit veidojas mākoņi, rodas cikloni un anticikloni. Gaisa temperatūra ir atkarīga no apgabala augstuma virs jūras līmeņa. Vidēji tas samazinās par 0,65° C uz katriem 100 metriem.

. Tropopauze- atmosfēras pārejas slānis. Tā augstums svārstās no vairākiem simtiem metru līdz 1-2 km. Gaisa temperatūra vasarā ir augstāka nekā ziemā. Piemēram, virs poliem ziemā ir -65° C. Un virs ekvatora jebkurā gadalaikā ir -70° C.

. Stratosfēra- tas ir slānis, kura augšējā robeža atrodas 50-55 kilometru augstumā. Turbulence šeit ir zema, ūdens tvaiku saturs gaisā ir niecīgs. Bet tur ir daudz ozona. Tā maksimālā koncentrācija ir 20-25 km augstumā. Stratosfērā gaisa temperatūra sāk paaugstināties un sasniedz +0,8° C. Tas ir saistīts ar to, ka ozona slānis mijiedarbojas ar ultravioleto starojumu.

. Stratopauze- zems starpslānis starp stratosfēru un tai sekojošo mezosfēru.

. Mezosfēra- šī slāņa augšējā robeža ir 80-85 kilometri. Šeit notiek sarežģīti fotoķīmiskie procesi, kuros iesaistīti brīvie radikāļi. Viņi ir tie, kas nodrošina mūsu planētas maigo zilo mirdzumu, kas redzams no kosmosa.

Lielākā daļa komētu un meteorītu sadeg mezosfērā.

. Mezopauze- nākamais starpslānis, kura gaisa temperatūra ir vismaz -90°.

. Termosfēra- apakšējā robeža sākas 80 - 90 km augstumā, un slāņa augšējā robeža stiepjas aptuveni 800 km augstumā. Gaisa temperatūra paaugstinās. Tas var mainīties no +500° C līdz +1000° C. Dienas laikā temperatūras svārstības sasniedz simtiem grādu! Bet gaiss šeit ir tik reti sastopams, ka termina “temperatūra” izpratne, kā mēs to iedomājamies, šeit nav piemērota.

. Jonosfēra- apvieno mezosfēru, mezopauzi un termosfēru. Šeit gaiss sastāv galvenokārt no skābekļa un slāpekļa molekulām, kā arī no kvazineitrālas plazmas. Saules stari, kas nonāk jonosfērā, spēcīgi jonizē gaisa molekulas. Apakšējā slānī (līdz 90 km) jonizācijas pakāpe ir zema. Jo augstāka, jo lielāka jonizācija. Tātad 100-110 km augstumā elektroni koncentrējas. Tas palīdz atspoguļot īsus un vidējus radioviļņus.

Svarīgākais jonosfēras slānis ir augšējais slānis, kas atrodas 150-400 km augstumā. Tā īpatnība ir tā, ka tā atstaro radioviļņus, un tas atvieglo radiosignālu pārraidi ievērojamos attālumos.

Tieši jonosfērā notiek tāda parādība kā polārblāzma.

. Eksosfēra- sastāv no skābekļa, hēlija un ūdeņraža atomiem. Gāze šajā slānī ir ļoti reta, un ūdeņraža atomi bieži izplūst kosmosā. Tāpēc šo slāni sauc par "dispersijas zonu".

Pirmais zinātnieks, kurš minēja, ka mūsu atmosfērai ir svars, bija itālis E. Toričelli. Ostaps Benders, piemēram, savā romānā “Zelta teļš” žēlojās, ka katru cilvēku nospiež 14 kg smaga gaisa stabs! Bet lielais shēmotājs nedaudz kļūdījās. Pieaugušais piedzīvo 13-15 tonnu spiedienu! Bet mēs šo smagumu nejūtam, jo ​​atmosfēras spiedienu līdzsvaro cilvēka iekšējais spiediens. Mūsu atmosfēras svars ir 5 300 000 000 000 000 tonnu. Skaitlis ir kolosāls, lai gan tas ir tikai miljonā daļa no mūsu planētas svara.

Šoreiz apskatīsim tēmu no skolas ģeogrāfijas " atmosfēras slāņi». Atmosfēra - zemes gaisa apvalks, visi to zina. Apakšējā robeža ir skaidri izteikta - tā ir zemes virsma, bet augšējā atrodas 2000-3000 km augstumā. Mūsu gaisa apvalks ir kā pīrāgs, to var sadalīt slāņos, kuros pastāv noteiktas iezīmes.

Īss vidējais rādītājs atmosfēras slāņu īpašības

Tabula parāda īss apraksts par slāņi. Pārejas starp slāņiem nav asas, tie (slāņi) vienmērīgi pāriet viens otrā, tāpēc parasti izšķir arī pārejas:

• tropopauze  (starp troposfēru un stratosfēru);
• stratopauze(starp stratosfēru un mezosfēru);
• mezopauze(starp mezo- un termosfēru);
• termopauze  (starp termo- un eksosfēru).

Slāņu robežas nav nemainīgas, tās mainās pat atkarībā no platuma. Piemēram, troposfēras augšējā robeža mērenajos platuma grādos ir 11-13 km, bet pie ekvatora - 16 km. Temperatūra pie troposfēras augšējās robežas pie poliem ir augstāka (-50 o C) nekā pie ekvatora (-70 o C).

Iepriekš tika prezentēts atmosfēras dalījums pēc temperatūras, dažādos slāņos tas vai nu palielinājās, vai samazinājās, bet katrā aprakstītajā slānī uzvedās diezgan stabili.

Ir arī citi atmosfēras klasifikācija parādīts zemāk. Tos ir nedaudz grūtāk saprast, un tiem ir vajadzīgas noteiktas zināšanas ķīmijas, fizikas un pašā meteoroloģijas jomā.

Klasifikācija pēc lādētu daļiņu klātbūtnes

Ozonosfēra- Tas būtībā ir ozona slānis, kas aizsargā visu planētas dzīvību no ultravioletajiem stariem. Tā kā virs ozona slāņa (ozonosfēras) ļoti palielinās Saules ultravioletā starojuma daudzums, tā ietekmē esošais skābeklis (O 2) un ozons (O 3) sadalās un veidojas atomu skābeklis (O).

Zemes radiācijas josta ir slānis, kas satur liels skaits elektroni un protoni, ko uztver Zemes magnētiskais lauks. Atrodas vidēji 100 tūkstošu km (15 R) attālumā. R ir Zemes rādiuss, tas ir vienāds ar 6371 km.

Klasifikācija pēc mijiedarbības ar zemes virsmu

Zemes virsma lielā mērā ietekmē meteoroloģisko daudzumu ikdienas gaitu, īpaši atmosfēras virskārtā līdz 100-200 m. Palielinoties augstumam, zemes virsmas ietekme samazinās un nav redzama augstumā virs 95 km.

Klasifikācija pēc ietekmes uz gaisa kuģi

Visi satelīti atrodas tuvu Zemei. Pēc palaišanas tie riņķo ap Zemi pa aprēķinātu trajektoriju vai kopā ar to (ģeostacionārie pavadoņi).

Šī tēma ir viena no galvenajām, mūsu turpmākie raksti bieži būs saistīti ar to. Tas arī viss, uz drīzu tikšanos!

Katram rakstpratīgam cilvēkam jāzina ne tikai tas, ka planētu ieskauj atmosfēra, kas veidota no visu veidu gāzu maisījuma, bet arī tas, ka ir dažādi atmosfēras slāņi, kas atrodas nevienādos attālumos no Zemes virsmas.

Vērojot debesis, mēs nemaz neredzam to sarežģīto uzbūvi, neviendabīgo sastāvu vai citas lietas, kas ir paslēptas. Bet tieši pateicoties gaisa slāņa sarežģītajam un daudzkomponentu sastāvam, ap planētu pastāv apstākļi, kas ļāva šeit rasties dzīvībai, uzplaukt veģetācijai un parādīties visam, kas jebkad šeit bijis.

Zināšanas par sarunas priekšmetu cilvēkiem tiek dotas jau 6. klasē skolā, bet daži vēl nav pabeiguši mācības, un daži ir bijuši tik sen, ka visu jau aizmirsuši. Tomēr katram izglītotam cilvēkam būtu jāzina, no kā sastāv apkārtējā pasaule, it īpaši tā daļa, no kuras tieši atkarīga viņa parastās dzīves iespēja.

Kā sauc katru atmosfēras slāni, kādā augstumā tas atrodas un kādu lomu tas spēlē? Visi šie jautājumi tiks apspriesti turpmāk.

Zemes atmosfēras uzbūve

Skatoties uz debesīm, it īpaši, ja tās ir pilnīgi bez mākoņiem, ir ļoti grūti pat iedomāties, ka tām ir tik sarežģīta un daudzslāņaina struktūra, ka temperatūra tur dažādos augstumos ir ļoti atšķirīga un ka tā ir tur, augstumā. , ka svarīgākie procesi notiek visai florai un faunai uz zemes.

Ja nebūtu tik sarežģīts planētas gāzes seguma sastāvs, tad šeit vienkārši nebūtu dzīvības un pat tās rašanās iespējas.

Pirmos mēģinājumus izpētīt šo apkārtējās pasaules daļu veica senie grieķi, taču viņi nevarēja iet pārāk tālu savos secinājumos, jo viņiem nebija vajadzīgās tehniskās bāzes. Viņi neredzēja robežu dažādi slāņi, nevarēja izmērīt to temperatūru, izpētīt to sastāvdaļu sastāvu utt.

Lielākoties tikai laika apstākļi rosināja progresīvākos prātus domāt, ka redzamās debesis nav tik vienkāršas, kā šķiet.

Tiek uzskatīts, ka mūsdienu gāzes apvalka struktūra ap Zemi veidojās trīs posmos. Pirmkārt, no kosmosa tika uztverta pirmatnēja ūdeņraža un hēlija atmosfēra.

Tad vulkāna izvirdumi piepildīja gaisu ar citu daļiņu masu, un radās sekundāra atmosfēra. Izejot visas pamata ķīmiskās reakcijas un daļiņu relaksācijas procesus, radās pašreizējā situācija.

Atmosfēras slāņi secībā no zemes virsmas un to īpašības

Planētas gāzes apvalka struktūra ir diezgan sarežģīta un daudzveidīga. Apskatīsim to sīkāk, pamazām sasniedzot augstākos līmeņus.

Troposfēra

Izņemot robežslāni, troposfēra ir zemākais atmosfēras slānis. Tas stiepjas līdz aptuveni 8-10 km augstumam virs zemes virsmas polārajos reģionos, 10-12 km augstumā mērenā klimatā un 16-18 km augstumā tropu daļās.

Interesants fakts:šis attālums var mainīties atkarībā no gada laika - ziemā tas ir nedaudz mazāks nekā vasarā.

Troposfēras gaiss satur galveno dzīvības spēku, kas nodrošina visu dzīvību uz zemes. Tajā ir aptuveni 80% no visa pieejamā atmosfēras gaisa, vairāk nekā 90% ūdens tvaiku, un tieši šeit veidojas mākoņi, cikloni un citas atmosfēras parādības.

Interesanti ir novērot pakāpenisku temperatūras pazemināšanos, paceļoties no planētas virsmas. Zinātnieki ir aprēķinājuši, ka uz katriem 100 m augstumā temperatūra pazeminās par aptuveni 0,6-0,7 grādiem.

Stratosfēra

Nākamais svarīgākais slānis ir stratosfēra. Stratosfēras augstums ir aptuveni 45-50 kilometri. Tas sākas 11 km un šeit jau valda negatīva temperatūra, sasniedzot pat -57°C.

Kāpēc šis slānis ir svarīgs cilvēkiem, visiem dzīvniekiem un augiem? Tieši šeit, 20-25 kilometru augstumā, atrodas ozona slānis - tas aiztur ultravioletos starus, kas izplūst no saules, un samazina to postošo ietekmi uz floru un faunu līdz pieņemamam līmenim.

Ir ļoti interesanti atzīmēt, ka stratosfēra absorbē daudzu veidu starojumu, kas nāk uz Zemi no saules, citām zvaigznēm un kosmosa. No šīm daļiņām saņemtā enerģija tiek izmantota, lai jonizētu šeit esošās molekulas un atomus, un parādās dažādi ķīmiski savienojumi.

Tas viss noved pie tādas slavenas un krāsainas parādības kā ziemeļblāzma.

Mezosfēra

Mezosfēra sākas aptuveni 50 un stiepjas līdz 90 kilometriem. Gradients jeb temperatūras starpība ar augstuma izmaiņām šeit vairs nav tik liela kā zemākajos slāņos. Šīs čaulas augšējās robežās temperatūra ir aptuveni -80°C. Šīs zonas sastāvā ir aptuveni 80% slāpekļa, kā arī 20% skābekļa.

Ir svarīgi atzīmēt, ka mezosfēra ir sava veida mirušā zona jebkurai lidojošai ierīcei. Lidmašīnas šeit nevar lidot, jo gaiss ir pārāk plāns, un satelīti nevar lidot tik zemā augstumā, jo tiem pieejamais gaisa blīvums ir ļoti augsts.

Vēl viena interesanta mezosfēras īpašība ir Šeit sadeg meteorīti, kas ietriecas planētā.Šādu no zemes attālu slāņu izpēte notiek ar speciālu raķešu palīdzību, taču procesa efektivitāte ir zema, tāpēc reģiona zināšanas atstāj daudz ko vēlēties.

Termosfēra

Tūlīt pēc tam, kad nāk izskatītais slānis termosfēra, kuras augstums kilometros sniedzas pat 800 km garumā. Dažos veidos tas ir gandrīz kosmoss. Šeit ir agresīva kosmiskā starojuma, starojuma, saules starojuma ietekme.

Tas viss rada tik brīnišķīgu un skaistu parādību kā polārblāzma.

Termosfēras zemākais slānis tiek uzkarsēts līdz aptuveni 200 K vai augstākai temperatūrai. Tas notiek elementāru procesu starp atomiem un molekulām, to rekombinācijas un starojuma dēļ.

Augšējie slāņi tiek uzkarsēti šeit notiekošo magnētisko vētru dēļ, elektriskās strāvas, kas tiek ģenerēti šajā gadījumā. Slāņa temperatūra ir nevienmērīga un var ļoti būtiski svārstīties.

Termosfērā lido lielākā daļa mākslīgo pavadoņu, ballistisko ķermeņu, pilotējamo staciju utt. Šeit tiek veikti arī dažādu veidu ieroču un raķešu palaišanas testi.

Eksosfēra

Eksosfēra vai, kā to sauc arī par izkliedes sfēru, ir mūsu atmosfēras augstākais līmenis, tās robeža, kam seko starpplanētu kosmosa. Eksosfēra sākas aptuveni 800-1000 kilometru augstumā.

Blīvie slāņi tiek atstāti aiz muguras, un šeit gaiss ir ārkārtīgi mazs, un visas daļiņas, kas iekļūst no ārpuses, tiek vienkārši aiznestas kosmosā ļoti vājās gravitācijas ietekmes dēļ.

Šis apvalks beidzas aptuveni 3000–3500 km augstumā, un šeit vairs gandrīz nav daļiņu. Šo zonu sauc par tuvās telpas vakuumu. Šeit dominē nevis atsevišķas daļiņas to normālā stāvoklī, bet gan plazma, kas visbiežāk ir pilnībā jonizēta.

Atmosfēras nozīme Zemes dzīvē

Šādi izskatās visi galvenie mūsu planētas atmosfēras līmeņi. Tās detalizētā shēma var ietvert citus reģionus, taču tiem ir sekundāra nozīme.

Ir svarīgi to atzīmēt Atmosfērai ir izšķiroša loma dzīvībai uz Zemes. Liels ozona daudzums tās stratosfērā ļauj florai un faunai izbēgt no radiācijas un kosmosa starojuma nāvējošās ietekmes.

Šeit arī veidojas laikapstākļi, notiek visas atmosfēras parādības, rodas un mirst cikloni un vēji, un veidojas tāds vai cits spiediens. Tam visam ir tieša ietekme uz cilvēku, visu dzīvo organismu un augu stāvokli.

Tuvākais slānis, troposfēra, dod mums iespēju elpot, piesātina visas dzīvās būtnes ar skābekli un ļauj tām dzīvot. Pat nelielas novirzes atmosfēras struktūrā un komponentu sastāvā var viskaitīgāk ietekmēt visu dzīvo būtņu.

Tāpēc tagad ir uzsākta šāda kampaņa pret kaitīgajiem izmešiem no automašīnām un ražošanas, vides speciālisti ceļ trauksmi par ozona slāņa biezumu, Zaļā partija un citi tamlīdzīgi iestājas par maksimālu dabas saudzēšanu. Tas ir vienīgais veids, kā pagarināt normālu dzīvi uz zemes un nepadarīt to nepanesamu klimata ziņā.

Ikviens, kurš ir lidojis ar lidmašīnu, ir pieradis pie šāda veida vēstījuma: "mūsu lidojums notiek 10 000 m augstumā, ārā temperatūra ir 50 ° C." Šķiet, ka nekas īpašs. Jo tālāk no Saules sildītās Zemes virsmas, jo vēsāks ir. Daudzi cilvēki domā, ka temperatūra nepārtraukti samazinās līdz ar augstumu un ka temperatūra pakāpeniski pazeminās, tuvojoties telpas temperatūrai. Starp citu, zinātnieki tā domāja līdz 19. gadsimta beigām.

Apskatīsim tuvāk gaisa temperatūras sadalījumu virs Zemes. Atmosfēra ir sadalīta vairākos slāņos, kas galvenokārt atspoguļo temperatūras izmaiņu raksturu.

Atmosfēras apakšējo slāni sauc troposfēra, kas nozīmē “rotācijas sfēra”. Visas laikapstākļu un klimata izmaiņas ir tieši šajā slānī notiekošo fizikālo procesu rezultāts. Šī slāņa augšējā robeža atrodas vietā, kur temperatūras samazināšanās ar augstumu tiek aizstāta ar tās pieaugumu – aptuveni plkst 15-16 km augstumā virs ekvatora un 7-8 km virs poliem, tāpat kā pati Zeme, arī atmosfēra mūsu planētas rotācijas ietekmē ir nedaudz saplacināta virs poliem un uzbriest virs ekvatora. Taču šis efekts atmosfērā ir daudz izteiktāks nekā Zemes cietajā čaulā virzienā no Zemes virsmas uz Pie troposfēras augšējās robežas gaisa temperatūra pazeminās virs ekvatora. minimālā temperatūra gaiss ir aptuveni -62°C, bet virs poliem aptuveni -45°C. Mērenajos platuma grādos vairāk nekā 75% atmosfēras masas atrodas troposfērā. Tropos aptuveni 90% no atmosfēras masas atrodas troposfērā.

1899. gadā vertikālā temperatūras profilā noteiktā augstumā tika konstatēts minimums, un tad temperatūra nedaudz paaugstinājās. Šī pieauguma sākums nozīmē pāreju uz nākamo atmosfēras slāni – uz stratosfēra, kas nozīmē "slāņa sfēra" nozīmē un atspoguļo iepriekšējo ideju par slāņa unikalitāti, kas atrodas virs troposfēras Īpatnība ir jo īpaši strauja gaisa temperatūras paaugstināšanās. Šis temperatūras paaugstināšanās ir izskaidrojama ar ozona veidošanās reakciju, kas ir viena no galvenajām ķīmiskajām reakcijām, kas notiek atmosfērā.

Lielākā ozona daļa ir koncentrēta aptuveni 25 km augstumā, bet kopumā ozona slānis ir ļoti paplašināts apvalks, kas aptver gandrīz visu stratosfēru. Skābekļa mijiedarbība ar ultravioletajiem stariem ir viens no labvēlīgajiem procesiem zemes atmosfērā, kas veicina dzīvības uzturēšanu uz Zemes. Šīs enerģijas absorbcija ar ozonu novērš tās pārmērīgu aizplūšanu uz zemes virsmu, kur veidojas tieši tāds enerģijas līmenis, kāds ir piemērots zemes dzīvības formu pastāvēšanai. Ozonosfēra absorbē daļu starojuma enerģijas, kas iet caur atmosfēru. Rezultātā ozonosfērā izveidojas vertikāls gaisa temperatūras gradients aptuveni 0,62°C uz 100 m, t.i., temperatūra paaugstinās līdz ar augstumu līdz pat stratosfēras augšējai robežai - stratopauzei (50 km), sasniedzot, saskaņā ar daži dati, 0°C.

Augstumā no 50 līdz 80 km atrodas atmosfēras slānis, ko sauc mezosfēra. Vārds "mezosfēra" nozīmē "starpsfēra", kur gaisa temperatūra turpina pazemināties līdz ar augstumu. Virs mezosfēras, slānī, ko sauc termosfēra, temperatūra atkal paaugstinās līdz aptuveni 1000°C un pēc tam ļoti ātri pazeminās līdz -96°C. Tomēr tas nenokrīt bezgalīgi, tad temperatūra atkal palielinās.

Termosfēra ir pirmais slānis jonosfēra. Atšķirībā no iepriekš minētajiem slāņiem, jonosfēra neatšķiras pēc temperatūras. Jonosfēra ir elektriskas dabas apgabals, kas nodrošina daudzu veidu radiosakarus. Jonosfēra ir sadalīta vairākos slāņos, kas apzīmēti ar burtiem D, E, F1 un F2. Šiem slāņiem ir arī īpaši nosaukumi. Sadalījumu slāņos izraisa vairāki iemesli, no kuriem svarīgākais ir slāņu nevienlīdzīgā ietekme uz radioviļņu caurlaidību. Zemākais slānis D galvenokārt absorbē radioviļņus un tādējādi novērš to tālāku izplatīšanos. Vislabāk pētītais slānis E atrodas aptuveni 100 km augstumā virs zemes virsmas. To sauc arī par Kennellija-Hevisaidas slāni pēc to amerikāņu un angļu zinātnieku vārdiem, kuri to vienlaikus un neatkarīgi atklāja. E slānis, tāpat kā milzu spogulis, atspoguļo radioviļņus. Pateicoties šim slānim, garie radioviļņi virzās tālāk, nekā tas būtu paredzēts, ja tie izplatītos tikai taisnā līnijā, neatspoguļojot to no E slāņa. To sauc arī par Appleton slāni. Kopā ar Kennelly-Heaviside slāni tas atstaro radioviļņus uz zemes radio stacijām. Šāda atstarošana var notikt dažādos leņķos. Appleton slānis atrodas aptuveni 240 km augstumā.

Atmosfēras attālāko reģionu, jonosfēras otro slāni, bieži sauc eksosfēra. Šis termins attiecas uz kosmosa nomaļu esamību netālu no Zemes. Ir grūti precīzi noteikt, kur beidzas atmosfēra un sākas telpa, jo līdz ar augstumu atmosfēras gāzu blīvums pakāpeniski samazinās un pati atmosfēra pakāpeniski pārvēršas gandrīz vakuumā, kurā atrodamas tikai atsevišķas molekulas. Jau aptuveni 320 km augstumā atmosfēras blīvums ir tik zems, ka molekulas var pārvietoties vairāk nekā 1 km, nesaskaroties viena ar otru. Par tās augšējo robežu kalpo atmosfēras visattālākā daļa, kas atrodas augstumā no 480 līdz 960 km.

Plašāka informācija par procesiem atmosfērā atrodama mājaslapā “Zemes klimats”

ATMOSFĒRAS UZBŪVE

Atmosfēra(no sengrieķu ἀτμός - tvaiks un σφαῖρα - bumba) - gāzes apvalks (ģeosfēra), kas ieskauj planētu Zeme. Tās iekšējā virsma klāj hidrosfēru un daļēji zemes garozu, bet ārējā virsma robežojas ar kosmosa zemei ​​tuvējo daļu.

Fizikālās īpašības

Atmosfēras biezums ir aptuveni 120 km no Zemes virsmas. Kopējā gaisa masa atmosfērā ir (5,1-5,3) 10 18 kg. No tiem sausā gaisa masa ir (5,1352 ± 0,0003) 10 18 kg, ūdens tvaiku kopējā masa vidēji ir 1,27 10 16 kg.

Tīra, sausa gaisa molārā masa ir 28,966 g/mol, un gaisa blīvums pie jūras virsmas ir aptuveni 1,2 kg/m3. Spiediens pie 0 °C jūras līmenī ir 101,325 kPa; kritiskā temperatūra - -140,7 °C; kritiskais spiediens - 3,7 MPa; C p pie 0 °C – 1,0048·10 3 J/(kg·K), C v – 0,7159·10 3 J/(kg·K) (pie 0 °C). Gaisa šķīdība ūdenī (pēc masas) pie 0 °C - 0,0036%, pie 25 °C - 0,0023%.

Par “normāliem apstākļiem” uz Zemes virsmas tiek pieņemti: blīvums 1,2 kg/m3, barometriskais spiediens 101,35 kPa, temperatūra plus 20 °C un relatīvais mitrums 50%. Šiem nosacītajiem rādītājiem ir tikai inženiertehniska nozīme.

Atmosfēras struktūra

Atmosfērai ir slāņveida struktūra. Atmosfēras slāņi atšķiras viens no otra ar gaisa temperatūru, tā blīvumu, ūdens tvaiku daudzumu gaisā un citām īpašībām.

Troposfēra(sengrieķu τρόπος - "pagrieziens", "izmaiņas" un σφαῖρα - "bumba") - zemākais, visvairāk pētītais atmosfēras slānis, 8-10 km augsts polārajos reģionos, līdz 10-12 km mērenajos platuma grādos, pie ekvatora - 16-18 km.

Paceļoties troposfērā, temperatūra pazeminās vidēji par 0,65 K ik pēc 100 m un augšējā daļā sasniedz 180-220 K. Šo troposfēras augšējo slāni, kurā temperatūras pazemināšanās ar augstumu apstājas, sauc par tropopauzi. Nākamo atmosfēras slāni, kas atrodas virs troposfēras, sauc par stratosfēru.

Vairāk nekā 80% no kopējās atmosfēras gaisa masas koncentrējas troposfērā, turbulence un konvekcija ir ļoti attīstīta, dominē ūdens tvaiku koncentrācija, veidojas mākoņi, veidojas atmosfēras frontes, attīstās cikloni un anticikloni, kā arī citi procesi. kas nosaka laika apstākļus un klimatu. Troposfērā notiekošos procesus galvenokārt izraisa konvekcija.

Troposfēras daļu, kurā ir iespējama ledāju veidošanās uz zemes virsmas, sauc par hionosfēru.

Tropopauze(no grieķu τροπος - pagrieziens, maiņa un παῦσις - apstāšanās, izbeigšana) - atmosfēras slānis, kurā apstājas temperatūras pazemināšanās ar augstumu; pārejas slānis no troposfēras uz stratosfēru. Zemes atmosfērā tropopauze atrodas augstumā no 8-12 km (virs jūras līmeņa) polārajos reģionos un līdz 16-18 km virs ekvatora. Tropopauzes augstums ir atkarīgs arī no gada laika (vasarā tropopauze atrodas augstāk nekā ziemā) un cikloniskās aktivitātes (ciklonos tas ir zemāks, bet anticiklonos augstāks)

Tropopauzes biezums svārstās no vairākiem simtiem metru līdz 2-3 kilometriem. Subtropos tropopauzes pārtraukumi tiek novēroti spēcīgu strūklas straumju dēļ. Tropopauze dažos apgabalos bieži tiek iznīcināta un veidojas no jauna.

Stratosfēra(no latīņu stratum - grīdas segums, slānis) - atmosfēras slānis, kas atrodas 11 līdz 50 km augstumā. To raksturo nelielas temperatūras izmaiņas 11-25 km slānī (stratosfēras apakšējais slānis) un temperatūras paaugstināšanās 25-40 km slānī no –56,5 līdz 0,8 ° C (stratosfēras augšējais slānis vai inversijas apgabals). . Sasniedzot vērtību aptuveni 273 K (gandrīz 0 °C) aptuveni 40 km augstumā, temperatūra saglabājas nemainīga līdz aptuveni 55 km augstumam. Šo nemainīgas temperatūras reģionu sauc par stratopauzi, un tā ir robeža starp stratosfēru un mezosfēru. Gaisa blīvums stratosfērā ir desmitiem un simtiem reižu mazāks nekā jūras līmenī.

Tieši stratosfērā atrodas ozona slānis (“ozona slānis”) (augstumā no 15-20 līdz 55-60 km), kas nosaka dzīvības augšējo robežu biosfērā. Ozons (O 3) fotoķīmisko reakciju rezultātā veidojas visintensīvāk ~30 km augstumā. O 3 kopējā masa būtu plkst normāls spiediens slānis 1,7-4,0 mm biezs, bet tas ir pietiekami, lai absorbētu dzīvību postošo ultravioleto starojumu no Saules. O 3 iznīcināšana notiek, kad tas mijiedarbojas ar brīvajiem radikāļiem, NO un halogēnus saturošiem savienojumiem (tostarp "freoniem").

Stratosfērā lielākā daļa ultravioletā starojuma īsviļņu daļas (180-200 nm) tiek saglabāta un īso viļņu enerģija tiek pārveidota. Šo staru ietekmē mainās magnētiskie lauki, sadalās molekulas, notiek jonizācija, rodas jauna gāzu un citu ķīmisko savienojumu veidošanās. Šos procesus var novērot ziemeļblāzmas, zibens un citu spīdumu veidā.

Stratosfērā un augstākajos slāņos saules starojuma ietekmē gāzes molekulas sadalās atomos (virs 80 km CO 2 un H 2 disociējas, virs 150 km - O 2, virs 300 km - N 2). 200-500 km augstumā gāzu jonizācija notiek arī jonosfērā 320 km augstumā, lādēto daļiņu (O + 2, O - 2, N + 2) koncentrācija ir ~ 1/300; neitrālu daļiņu koncentrācija. Atmosfēras augšējos slāņos atrodas brīvie radikāļi - OH, HO 2 utt.

Stratosfērā gandrīz nav ūdens tvaiku.

Lidojumi stratosfērā sākās pagājušā gadsimta trīsdesmitajos gados. Plaši zināms ir lidojums ar pirmo stratosfēras balonu (FNRS-1), kuru 1931. gada 27. maijā veica Ogists Pikārs un Pols Kipfers uz 16,2 km augstumu. Mūsdienu kaujas un virsskaņas komerciālās lidmašīnas lido stratosfērā augstumā, parasti līdz 20 km (lai gan dinamiskie griesti var būt daudz augstāki). Liela augstuma laika gaisa baloni paceļas līdz 40 km; bezpilota gaisa balona rekords ir 51,8 km.

Pēdējā laikā ASV militārajās aprindās liela uzmanība tiek pievērsta stratosfēras slāņu attīstībai virs 20 km, ko bieži sauc par "pirmskosmosu". « tuvu kosmosam» ). Tiek pieņemts, ka bezpilota dirižabļi un ar saules enerģiju darbināmi lidaparāti (piemēram, NASA Pathfinder) spēs ilgu laiku atrasties aptuveni 30 km augstumā un nodrošināt novērošanu un sakarus uz ļoti lielām teritorijām, vienlaikus saglabājot zemu neaizsargātību pret pretgaisa aizsardzības sistēmām; Šādas ierīces būs daudzkārt lētākas nekā satelīti.

Stratopauze- atmosfēras slānis, kas ir robeža starp diviem slāņiem, stratosfēru un mezosfēru. Stratosfērā temperatūra paaugstinās, palielinoties augstumam, un stratopauze ir slānis, kurā temperatūra sasniedz maksimumu. Stratopauzes temperatūra ir aptuveni 0 °C.

Šī parādība tiek novērota ne tikai uz Zemes, bet arī uz citām planētām, kurām ir atmosfēra.

Uz Zemes stratopauze atrodas 50 - 55 km augstumā virs jūras līmeņa. Atmosfēras spiediens ir aptuveni 1/1000 no jūras līmeņa.

Mezosfēra(no grieķu valodas μεσο - "vidus" un σφαῖρα - "bumba", "sfēra") - atmosfēras slānis augstumā no 40-50 līdz 80-90 km. Raksturīgs ar temperatūras paaugstināšanos līdz ar augstumu; maksimālā (apmēram +50°C) temperatūra atrodas aptuveni 60 km augstumā, pēc tam temperatūra sāk pazemināties līdz –70° vai –80°C. Šī temperatūras pazemināšanās ir saistīta ar enerģisku saules starojuma (starojuma) absorbciju ozonā. Šo terminu Ģeogrāfiskā un ģeofizikas savienība pieņēma 1951. gadā.

Gāzes sastāvs mezosfērā, tāpat kā pamatā esošajos atmosfēras slāņos, ir nemainīgs un satur apmēram 80% slāpekļa un 20% skābekļa.

Mezosfēru no pamatā esošās stratosfēras atdala stratopauze un no virsējās termosfēras ar mezopauzi. Mezopauze būtībā sakrīt ar turbopauzi.

Meteori sāk spīdēt un, kā likums, pilnībā izdeg mezosfērā.

Mezosfērā var parādīties nokrišņu mākoņi.

Lidojumiem mezosfēra ir sava veida "mirusi zona" - gaiss šeit ir pārāk rets, lai atbalstītu lidmašīnas vai balonus (50 km augstumā gaisa blīvums ir 1000 reižu mazāks nekā jūras līmenī), un tajā pašā laikā. pārāk blīvs mākslīgo lidojumu satelītiem tik zemā orbītā. Tiešie mezosfēras pētījumi tiek veikti galvenokārt izmantojot suborbitālās laikapstākļu raķetes; Kopumā mezosfēra ir pētīta mazāk labi nekā citi atmosfēras slāņi, tāpēc zinātnieki to ir nosaukuši par "ignorosfēru".

Mezopauze

Mezopauze- atmosfēras slānis, kas atdala mezosfēru un termosfēru. Uz Zemes tas atrodas 80-90 km augstumā virs jūras līmeņa. Mezopauzē ir temperatūras minimums, kas ir aptuveni –100 °C. Zemāk (sākot no aptuveni 50 km augstuma) temperatūra pazeminās līdz ar augstumu, augstāk (līdz aptuveni 400 km augstumam) atkal paaugstinās. Mezopauze sakrīt ar Saules rentgena un īsviļņu ultravioletā starojuma aktīvās absorbcijas apgabala apakšējo robežu. Šajā augstumā ir novērojami naksnīgi mākoņi.

Mezopauze notiek ne tikai uz Zemes, bet arī uz citām planētām, kurām ir atmosfēra.

Karmana līnija- augstums virs jūras līmeņa, ko parasti uzskata par robežu starp Zemes atmosfēru un kosmosu.

Saskaņā ar Fédération Aéronautique Internationale (FAI) definīciju Karmana līnija atrodas 100 km augstumā virs jūras līmeņa.

Augstums nosaukts ungāru izcelsmes amerikāņu zinātnieka Teodora fon Karmana vārdā. Viņš pirmais konstatēja, ka aptuveni šādā augstumā atmosfēra kļūst tik reta, ka aeronautika kļūst neiespējama, jo pietiekama pacēluma radīšanai nepieciešamais gaisa kuģa ātrums kļūst lielāks par pirmo kosmisko ātrumu, un tāpēc, lai sasniegtu lielākus augstumus, ir nepieciešams izmantot astronautiku.

Zemes atmosfēra turpinās aiz Karmana līnijas. Zemes atmosfēras ārējā daļa, eksosfēra, šajā augstumā stiepjas līdz 10 tūkstošu km augstumam, atmosfēra sastāv galvenokārt no ūdeņraža atomiem, kas spēj atstāt atmosfēru.

Karmana līnijas sasniegšana bija pirmais nosacījums Ansari X balvas saņemšanai, jo tas ir pamats, lai lidojumu atzītu par kosmosa lidojumu.