Atmosfer dünyanın bir tabakasıdır. Atmosferin katmanları - troposfer, stratosfer, mezosfer, termosfer ve ekzosfer
Atmosfer, Dünya'nın oluşumuyla birlikte oluşmaya başladı. Gezegenin evrimi sırasında ve parametreleri modern değerlere yaklaştıkça, kimyasal bileşiminde ve fiziksel özelliklerinde temelde niteliksel değişiklikler oldu. Evrim modeline göre, erken bir aşamada, Dünya yaklaşık 4,5 milyar yıl önce erimiş haldeydi ve katı bir cisim olarak oluşmuştu. Bu kilometre taşı, jeolojik kronolojinin başlangıcı olarak kabul edilir. O zamandan beri, atmosferin yavaş evrimi başladı. Bazı jeolojik süreçlere (örneğin, volkanik patlamalar sırasında lavların fışkırması) Dünya'nın bağırsaklarından gazların salınması eşlik etti. Bunlar nitrojen, amonyak, metan, su buharı, CO2 oksit ve CO2 karbondioksiti içeriyordu. Güneşin ultraviyole radyasyonunun etkisi altında, su buharı hidrojen ve oksijene ayrışır, ancak salınan oksijen karbon monoksit ile reaksiyona girerek karbondioksit oluşturur. Amonyak nitrojen ve hidrojene ayrışır. Difüzyon sürecindeki hidrojen yükseldi ve atmosferi terk ederken, daha ağır nitrojen kaçamadı ve yavaş yavaş birikerek ana bileşen haline geldi, ancak kimyasal reaksiyonlar sonucunda bir kısmı moleküllere bağlandı ( santimetre. ATMOSFER KİMYASI). Ultraviyole ışınlarının ve elektrik deşarjlarının etkisi altında, Dünya'nın orijinal atmosferinde bulunan gazların bir karışımı atmosfere girdi. kimyasal reaksiyonlar, bu da organik maddelerin, özellikle amino asitlerin oluşumuyla sonuçlandı. İlkel bitkilerin gelişiyle birlikte, oksijenin serbest bırakılmasıyla birlikte fotosentez süreci başladı. Bu gaz, özellikle üst atmosfere difüzyonundan sonra, alt katmanlarını ve Dünya yüzeyini yaşamı tehdit eden ultraviyole ve X-ışını radyasyonundan korumaya başladı. Teorik tahminlere göre, şimdiye göre 25.000 kat daha düşük olan oksijen içeriği, şu ankinin ancak yarısı kadar bir ozon tabakasının oluşmasına yol açabilir. Ancak bu, organizmaların ultraviyole ışınlarının zararlı etkilerinden çok önemli bir şekilde korunmasını sağlamak için zaten yeterlidir.
Birincil atmosferin çok fazla karbondioksit içermesi muhtemeldir. Fotosentez sırasında tüketildi ve bitki dünyası geliştikçe ve ayrıca bazı jeolojik süreçler sırasında emilim nedeniyle konsantrasyonu azalmış olmalı. Çünkü Sera etkisi Atmosferdeki karbondioksit varlığı ile ilişkili olarak, konsantrasyonundaki dalgalanmalar, bu kadar büyük ölçekli olayların önemli nedenlerinden biridir. iklim değişikliği yeryüzünün tarihinde buz Devri.
Modern atmosferde bulunan helyumun çoğu, radyoaktif bozunma uranyum, toryum ve radyum. Bu radyoaktif elementler, helyum atomlarının çekirdeği olan a-parçacıkları yayar. Radyoaktif bozunma sırasında hiçbir elektrik yükü oluşmadığından ve kaybolmadığından, her bir a-parçacık oluşumuyla birlikte, a-parçacıkları ile yeniden birleşerek nötr helyum atomları oluşturan iki elektron ortaya çıkar. Radyoaktif elementler, kalınlıkta dağılmış minerallerde bulunur. kayalar bu nedenle, radyoaktif bozunma sonucu oluşan helyumun önemli bir kısmı, atmosfere çok yavaş bir şekilde kaçarak içlerinde depolanır. Difüzyon nedeniyle belirli bir miktar helyum ekzosfere yükselir, ancak dünya yüzeyinden sürekli akış nedeniyle, bu gazın atmosferdeki hacmi neredeyse değişmeden kalır. Yıldız ışığının spektral analizine ve göktaşlarının incelenmesine dayanarak, çeşitli göktaşlarının göreli bolluğunu tahmin etmek mümkündür. kimyasal elementler evrende. Uzaydaki neon konsantrasyonu, Dünya'dakinden yaklaşık on milyar kat, kripton - on milyon kat ve ksenon - bir milyon kat daha fazladır. Bundan, görünüşe göre orijinal olarak Dünya atmosferinde bulunan ve kimyasal reaksiyonlar sırasında yenilenmeyen bu inert gazların konsantrasyonunun, muhtemelen Dünya'nın birincil atmosferini kaybetme aşamasında bile büyük ölçüde azaldığı sonucu çıkar. Bir istisna, potasyum izotopunun radyoaktif bozunması sürecinde hala 40 Ar izotopu şeklinde oluştuğundan inert gaz argondur.
Barometrik basınç dağılımı.
Atmosfer gazlarının toplam ağırlığı yaklaşık 4,5 10 15 tondur.Bu nedenle, birim alan başına atmosferin "ağırlığı" veya atmosfer basıncı, deniz seviyesinde yaklaşık 11 t / m2 = 1,1 kg / cm2'dir. P 0 \u003d 1033,23 g / cm2 \u003d 1013,250 mbar \u003d 760 mm Hg'ye eşit basınç. Sanat. = 1 atm, standart ortalama atmosfer basıncı olarak alınır. Hidrostatik dengedeki bir atmosfer için, elimizdekiler: d P= -rgd H, yani yükseklik aralığında Hönce H+d H meydana gelmek atmosferik basınç değişimi d arasındaki eşitlik P ve birim alan, yoğunluk r ve kalınlık d ile atmosferin karşılık gelen elementinin ağırlığı H. Basınç arasındaki oran olarak R ve sıcaklık T Dünya atmosferi için oldukça uygulanabilir olan r yoğunluğa sahip ideal bir gazın durum denklemi kullanılır: P= r R T/m, burada m moleküler kütle ve R = 8,3 J/(K mol) evrensel gaz sabitidir. Sonra dlog P= – (m g/RT)D H= -bd H= – d H/H, burada basınç gradyanı logaritmik ölçektedir. H'nin tersi, atmosferin yüksekliğinin ölçeği olarak adlandırılmalıdır.
Bu denklemi izotermal bir atmosfer için entegre ederken ( T= const) veya böyle bir yaklaşımın kabul edilebilir olduğu durumlarda, yükseklikle birlikte basınç dağılımının barometrik yasası elde edilir: P = P 0 deneyim(- H/H 0), burada yükseklik okuması H standart ortalama basıncın olduğu okyanus seviyesinden üretilir P 0 . İfade H 0=R T/ mg, içindeki sıcaklığın her yerde aynı olması koşuluyla (izotermal atmosfer) atmosferin kapsamını karakterize eden yükseklik ölçeği olarak adlandırılır. Atmosfer izotermal değilse, yükseklikteki sıcaklık değişimini ve parametreyi hesaba katarak entegre etmek gerekir. H- sıcaklıklarına ve ortamın özelliklerine bağlı olarak atmosfer katmanlarının bazı yerel özellikleri.
Standart atmosfer.
Atmosfer tabanındaki standart basınca karşılık gelen model (ana parametrelerin değer tablosu) R 0 ve kimyasal bileşime standart atmosfer denir. Daha doğrusu, bu, deniz seviyesinin 2 km altındaki yüksekliklerde sıcaklık, basınç, yoğunluk, viskozite ve diğer hava özellikleri için 45 ° 32 ° 33І enlemi için ortalama değerlerin verildiği atmosferin koşullu bir modelidir. dünya atmosferinin dış sınırına. Tüm yüksekliklerde orta atmosferin parametreleri, ideal gaz hal denklemi ve barometrik yasa kullanılarak hesaplandı. deniz seviyesinde basıncın 1013,25 hPa (760 mmHg) ve sıcaklığın 288,15 K (15,0°C) olduğu varsayılarak. Dikey sıcaklık dağılımının doğasına göre, ortalama atmosfer, her birinde sıcaklığın doğrusal bir yükseklik fonksiyonu ile yaklaşık olarak hesaplandığı birkaç katmandan oluşur. Katmanların en altında - troposferde (h Ј 11 km), sıcaklık her bir kilometre yükselişte 6,5 ° C düşer. Yüksek rakımlarda, dikey sıcaklık gradyanının değeri ve işareti katmandan katmana değişir. 790 km'nin üzerinde, sıcaklık yaklaşık 1000 K'dir ve pratikte yükseklikle değişmez.
Standart atmosfer, tablolar şeklinde yayınlanan, periyodik olarak güncellenen, yasallaştırılmış bir standarttır.
Tablo 1. STANDART TOPRAK ATMOSFER MODELİ. Tablo şunları gösterir: H- deniz seviyesinden yükseklik, R- basınç, T– sıcaklık, r – yoğunluk, N birim hacimdeki molekül veya atom sayısıdır, H- yükseklik ölçeği, ben serbest yolun uzunluğudur. Roket verilerinden elde edilen 80–250 km rakımda basınç ve sıcaklık daha düşük değerlere sahiptir. 250 km'den daha yüksek yükseklikler için tahmin edilen değerler çok doğru değildir. | ||||||
H(km) | P(mbar) | T(°C) | R (g / cm3) | N(cm-3) | H(km) | ben(santimetre) |
0 | 1013 | 288 | 1,22 10 -3 | 2,55 10 19 | 8,4 | 7.4 10 -6 |
1 | 899 | 281 | 1.11 10-3 | 2,31 10 19 | 8.1 10-6 | |
2 | 795 | 275 | 1.01 10-3 | 2.10 10 19 | 8,9 10 -6 | |
3 | 701 | 268 | 9.1 10-4 | 1,89 10 19 | 9,9 10 -6 | |
4 | 616 | 262 | 8.2 10-4 | 1,70 10 19 | 1.1 10-5 | |
5 | 540 | 255 | 7.4 10-4 | 1,53 10 19 | 7,7 | 1.2 10-5 |
6 | 472 | 249 | 6.6 10-4 | 1,37 10 19 | 1.4 10-5 | |
8 | 356 | 236 | 5.2 10-4 | 1,09 10 19 | 1,7 10 -5 | |
10 | 264 | 223 | 4.1 10-4 | 8,6 10 18 | 6,6 | 2,2 10 -5 |
15 | 121 | 214 | 1,93 10 -4 | 4.0 10 18 | 4.6 10-5 | |
20 | 56 | 214 | 8,9 10 -5 | 1,85 10 18 | 6,3 | 1.0 10 -4 |
30 | 12 | 225 | 1,9 10 -5 | 3,9 10 17 | 6,7 | 4,8 10 -4 |
40 | 2,9 | 268 | 3,9 10 -6 | 7.6 10 16 | 7,9 | 2,4 10 -3 |
50 | 0,97 | 276 | 1,15 10 -6 | 2,4 10 16 | 8,1 | 8,5 10 -3 |
60 | 0,28 | 260 | 3,9 10 -7 | 7,7 10 15 | 7,6 | 0,025 |
70 | 0,08 | 219 | 1.1 10 -7 | 2,5 10 15 | 6,5 | 0,09 |
80 | 0,014 | 205 | 2,7 10 -8 | 5.0 10 14 | 6,1 | 0,41 |
90 | 2,8 10 -3 | 210 | 5.0 10 -9 | 9 10 13 | 6,5 | 2,1 |
100 | 5,8 10 -4 | 230 | 8,8 10 -10 | 1,8 10 13 | 7,4 | 9 |
110 | 1,7 10 -4 | 260 | 2.1 10 –10 | 5.4 10 12 | 8,5 | 40 |
120 | 6 10 -5 | 300 | 5,6 10 -11 | 1,8 10 12 | 10,0 | 130 |
150 | 5 10 -6 | 450 | 3.2 10 -12 | 9 10 10 | 15 | 1,8 10 3 |
200 | 5 10-7 | 700 | 1,6 10 -13 | 5 10 9 | 25 | 3 10 4 |
250 | 9 10 -8 | 800 | 3 10 -14 | 8 10 8 | 40 | 3 10 5 |
300 | 4 10-8 | 900 | 8 10 -15 | 3 10 8 | 50 | |
400 | 8 10-9 | 1000 | 1 10 –15 | 5 10 7 | 60 | |
500 | 2 10-9 | 1000 | 2 10 -16 | 1 10 7 | 70 | |
700 | 2 10 –10 | 1000 | 2 10 -17 | 1 10 6 | 80 | |
1000 | 1 10 –11 | 1000 | 1 10 -18 | 1 10 5 | 80 |
Troposfer.
Sıcaklığın yükseklikle birlikte hızla düştüğü atmosferin en alçak ve en yoğun katmanına troposfer denir. Atmosferin toplam kütlesinin %80'ini içerir ve kutupsal ve orta enlemlerde 8–10 km yüksekliğe ve tropik bölgelerde 16–18 km'ye kadar uzanır. Hemen hemen tüm hava oluşum süreçleri burada gelişir, Dünya ile atmosferi arasında ısı ve nem alışverişi olur, bulutlar oluşur, çeşitli meteorolojik olaylar meydana gelir, sisler ve yağışlar meydana gelir. Dünya atmosferinin bu katmanları konvektif dengededir ve aktif karışımdan dolayı üniform bir yapıya sahiptir. kimyasal bileşim, esas olarak moleküler nitrojenden (%78) ve oksijenden (%21). Doğal ve insan yapımı aerosol ve gaz hava kirleticilerinin büyük çoğunluğu troposferde yoğunlaşmıştır. Troposferin 2 km kalınlığa kadar olan alt kısmının dinamikleri, daha sıcak bir topraktan ısı transferi nedeniyle havanın (rüzgarlar) yatay ve dikey hareketlerini belirleyen, Dünya'nın altta yatan yüzeyinin özelliklerine güçlü bir şekilde bağlıdır. troposferde esas olarak buhar su ve karbondioksit (sera etkisi) tarafından emilen dünya yüzeyinin IR radyasyonu. Yüksekliğe bağlı sıcaklık dağılımı, türbülanslı ve konvektif karışımın bir sonucu olarak kurulur. Ortalama olarak, yaklaşık 6,5 K/km'lik yükseklikte bir sıcaklık düşüşüne karşılık gelir.
Yüzey sınır tabakasındaki rüzgar hızı önce yükseklikle birlikte hızla artar ve daha yüksekte, kilometre başına 2–3 km/s artmaya devam eder. Bazen troposferde dar gezegen akıntıları (hızı 30 km / s'den fazla), orta enlemlerde batı ve ekvatora yakın doğu akıntıları vardır. Bunlara jet akımları denir.
tropopoz.
Troposferin üst sınırında (tropopause), sıcaklık alt atmosfer için minimum değerine ulaşır. Bu, troposfer ile onun üzerindeki stratosfer arasındaki geçiş katmanıdır. Tropopozun kalınlığı, coğrafi enlem ve mevsime bağlı olarak yüzlerce metre ila 1,5–2 km arasındadır ve sıcaklık ve yükseklik sırasıyla 190 ila 220 K ve 8 ila 18 km arasındadır. Ilıman ve yüksek enlemlerde kışın yaza göre 1–2 km daha düşük ve 8–15 K daha sıcaktır. Tropiklerde mevsimsel değişiklikler çok daha azdır (yükseklik 16–18 km, sıcaklık 180–200 K). Üstünde jet akışları tropopozun olası yırtılması.
Dünya atmosferindeki su.
Dünya atmosferinin en önemli özelliği önemli miktarda su buharı ve suyun damlacık halinde bulunmasıdır ki bu en kolay gözlemlenebilen bulutlar ve bulut yapılarıdır. 10 puanlık bir ölçekte veya yüzde olarak ifade edilen, gökyüzünün bulutluluk derecesine (belirli bir anda veya belirli bir süre boyunca ortalama olarak) bulutluluk denir. Bulutların şekli uluslararası sınıflandırma ile belirlenir. Ortalama olarak, bulutlar dünyanın yaklaşık yarısını kaplar. Bulutluluk, hava ve iklimi karakterize eden önemli bir faktördür. Kışın ve geceleri bulutluluk, dünya yüzeyinin ve havanın yüzey tabakasının sıcaklığının düşmesini önler, yazın ve gündüzleri dünya yüzeyinin güneş ışınlarıyla ısınmasını zayıflatarak kıtaların içindeki iklimi yumuşatır.
bulutlar.
Bulutlar, atmosferde (su bulutları), buz kristallerinde (buz bulutları) veya her ikisinde (karışık bulutlar) asılı duran su damlacıklarının birikimleridir. Damlalar ve kristaller büyüdükçe bulutlardan yağış şeklinde düşerler. Bulutlar esas olarak troposferde oluşur. Havada bulunan su buharının yoğunlaşmasından kaynaklanırlar. Bulut damlalarının çapı birkaç mikron mertebesindedir. İçerik Sıvı su bulutlarda - kesirlerden m3 başına birkaç grama kadar. Bulutlar yüksekliğe göre ayrılır: Uluslararası sınıflandırmaya göre 10 bulut türü vardır: cirrus, cirrocumulus, cirrostratus, altocumulus, altostratus, stratonimbus, stratus, stratocumulus, cumulonimbus, cumulus.
Stratosferde sedef bulutlar, mezosferde ise gece parlayan bulutlar da gözlenir.
Cirrus bulutları - gölge vermeyen, ipeksi bir parlaklığa sahip ince beyaz iplikler veya örtüler şeklinde şeffaf bulutlar. Cirrus bulutları buz kristallerinden oluşur ve üst troposferde çok düşük sıcaklıklarda oluşur. Bazı cirrus bulut türleri, hava değişikliklerinin habercisi olarak hizmet eder.
Sirrokümülüs bulutları, üst troposferdeki ince beyaz bulutların sırtları veya katmanlarıdır. Dairesel kümülüs bulutları, pullar, dalgalanmalar, gölgesiz küçük toplar gibi görünen ve çoğunlukla buz kristallerinden oluşan küçük elementlerden oluşur.
Cirrostratus bulutları - üst troposferde beyazımsı yarı saydam bir örtü, genellikle lifli, bazen bulanık, küçük iğne veya sütun şeklindeki buz kristallerinden oluşur.
Altocumulus bulutları, troposferin alt ve orta katmanlarının beyaz, gri veya beyaz-gri bulutlarıdır. Altocumulus bulutları, sanki üst üste uzanan plakalardan, yuvarlak kütlelerden, şaftlardan, pullardan yapılmış gibi katmanlar ve sırtlar gibi görünür. Altocumulus bulutları, yoğun konvektif aktivite sırasında oluşur ve genellikle aşırı soğutulmuş su damlacıklarından oluşur.
Altostratus bulutları, lifli veya tekdüze bir yapıya sahip grimsi veya mavimsi bulutlardır. Altostratus bulutları, orta troposferde, birkaç kilometre yükseklikte ve bazen de yatay yönde binlerce kilometre uzanan gözlenir. Genellikle, altostratus bulutları, hava kütlelerinin yükselen hareketleriyle ilişkili ön bulut sistemlerinin bir parçasıdır.
Nimbostratus bulutları - bulutlu yağmur veya kara neden olan, tekdüze gri renkte alçak (2 km ve üzeri) amorf bir bulut tabakası. Nimbostratus bulutları - dikey olarak (birkaç km'ye kadar) ve yatay olarak (birkaç bin km'ye kadar) oldukça gelişmiş, genellikle atmosferik cephelerle ilişkili, kar taneleri ile karıştırılmış aşırı soğutulmuş su damlalarından oluşur.
Stratus bulutları - alt katmandaki bulutlar, belirli ana hatları olmayan homojen bir katman şeklinde, gri renklidir. Yukarıdaki stratus yüksekliği yeryüzü 0,5–2 km'dir. Ara sıra çisenti stratus bulutlarından düşer.
Kümülüs bulutları, gün boyunca önemli dikey gelişim gösteren (5 km veya daha fazla) yoğun, parlak beyaz bulutlardır. Kümülüs bulutlarının üst kısımları yuvarlak hatlara sahip kubbe veya kule görünümündedir. Kümülüs bulutları genellikle soğuk hava kütlelerinde konveksiyon bulutları olarak oluşur.
Stratocumulus bulutları - gri veya beyaz lifsiz katmanlar veya yuvarlak büyük blokların sırtları şeklinde alçak (2 km'nin altında) bulutlar. Stratokümülüs bulutlarının dikey kalınlığı küçüktür. Ara sıra, stratokümülüs bulutları hafif yağış verir.
Kümülonimbüs bulutları, güçlü bir dikey gelişime sahip (14 km yüksekliğe kadar) güçlü ve yoğun bulutlardır ve gök gürültülü fırtınalar, dolu ve fırtınalarla birlikte yoğun yağış verir. Kümülonimbus bulutları, buz kristallerinden oluşan üst kısımda onlardan farklı olan güçlü kümülüs bulutlarından gelişir.
Stratosfer.
Tropopoz aracılığıyla, ortalama olarak 12 ila 50 km arasındaki rakımlarda, troposfer stratosfere geçer. Alt kısımda, yaklaşık 10 km, yani. yaklaşık 20 km yüksekliğe kadar izotermaldir (sıcaklık yaklaşık 220 K). Daha sonra rakımla birlikte artar ve 50–55 km yükseklikte maksimum yaklaşık 270 K'ye ulaşır. Burada stratosfer ile üzerini örten mezosfer arasındaki sınıra stratopoz adı verilir. .
Stratosferde çok daha az su buharı vardır. Bununla birlikte, bazen stratosferde 20-30 km yükseklikte görünen ince yarı saydam sedef bulutları gözlemlenir. Sedef bulutlar, gün batımından sonra ve gün doğumundan önce karanlık gökyüzünde görünür. Şekil olarak sedef bulutlar sirrus ve sirrokümülüs bulutlarına benzer.
Orta atmosfer (mezosfer).
Yaklaşık 50 km yükseklikte, mezosfer geniş bir maksimum sıcaklığın zirvesiyle başlar. . Bu maksimum bölgesinde sıcaklık artışının nedeni ozon ayrışmasının ekzotermik (yani ısı salımının eşlik ettiği) bir fotokimyasal reaksiyonudur: O 3 + hv® O 2 + O. Ozon, moleküler oksijen O 2'nin fotokimyasal ayrışmasının bir sonucu olarak ortaya çıkar.
2+ hakkında hv® O + O ve ardından bir atom ve bir oksijen molekülünün üçüncü bir M molekülü ile üçlü çarpışmasının reaksiyonu.
Ö + Ö 2 + M ® Ö 3 + M
Ozon, 2000 ila 3000Å arasındaki bölgedeki ultraviyole radyasyonu açgözlülükle emer ve bu radyasyon atmosferi ısıtır. Üst atmosferde bulunan ozon, bizi Güneş'ten gelen ultraviyole radyasyonun etkisinden koruyan bir tür kalkan görevi görür. Bu kalkan olmadan, Dünya'daki yaşamın gelişimi kendi modern formlar pek mümkün olmazdı.
Genel olarak, mezosfer boyunca, atmosferin sıcaklığı, mezosferin üst sınırında (mezopoz olarak adlandırılır, yükseklik yaklaşık 80 km'dir) yaklaşık 180 K olan minimum değerine düşer. Mezopoz civarında, 70-90 km rakımlarda, çok ince bir buz kristalleri tabakası ve volkanik ve göktaşı tozu parçacıkları görünebilir ve bu, gece bulutlarından oluşan güzel bir manzara şeklinde gözlemlenir. gün batımından kısa bir süre sonra.
Mezosferde, çoğunlukla, Dünya'ya düşen küçük katı göktaşı parçacıkları yanarak meteor fenomenine neden olur.
Meteorlar, göktaşları ve ateş topları.
Dünya'nın üst atmosferinde 11 km/s'lik bir hızla ve üzerinde katı kozmik parçacıklar veya cisimlerin girmesinden kaynaklanan parlamalar ve diğer fenomenlere meteoroid denir. Gözlenen parlak bir meteor izi var; genellikle göktaşlarının düşmesinin eşlik ettiği en güçlü fenomenlere denir ateş topları; meteorlar meteor yağmurları ile ilişkilidir.
meteor yağmuru:
1) birden fazla meteor fenomeni, bir ışımadan birkaç saat veya gün içinde düşer.
2) Güneş etrafında bir yörüngede hareket eden bir göktaşı sürüsü.
Gökyüzünün belirli bir bölgesinde ve yılın belirli günlerinde meteorların sistematik olarak ortaya çıkması, Dünya'nın yörüngesinin yaklaşık olarak aynı ve eşit yönlü hızlarda hareket eden birçok göktaşı gövdesinin ortak yörüngesiyle kesişmesinden kaynaklanır. gökyüzündeki yollar sanki tek bir ortak noktadan (parlak) çıkıyor. Işıldamanın bulunduğu takımyıldızın adını alırlar.
Meteor yağmurları, aydınlatma efektleriyle derin bir etki bırakır, ancak tek tek meteorlar nadiren görülür. Çok daha fazlası, atmosfer tarafından yutuldukları anda görülemeyecek kadar küçük olan görünmez meteorlardır. En küçük meteorlardan bazıları muhtemelen hiç ısınmaz, sadece atmosfer tarafından yakalanır. Boyutları birkaç milimetreden milimetrenin on binde birine kadar değişen bu küçük parçacıklara mikrometeoritler denir. Her gün atmosfere giren meteorik madde miktarı 100 ila 10.000 ton arasındadır ve bu maddenin çoğu mikro meteorlardır.
Meteorik madde atmosferde kısmen yandığından, gaz bileşimi çeşitli kimyasal elementlerin izleri ile doldurulur. Örneğin, taş meteorlar atmosfere lityum getirir. Metalik meteorların yanması, atmosferden geçen ve dünya yüzeyinde biriken küçük küresel demir, demir-nikel ve diğer damlacıkların oluşumuna yol açar. Buz tabakalarının yıllarca neredeyse hiç değişmediği Grönland ve Antarktika'da bulunabilirler. Oşinologlar onları dip okyanus çökeltilerinde bulurlar.
Atmosfere giren meteor parçacıklarının çoğu yaklaşık 30 gün içinde çökelir. Bazı alimler, bunun kozmik toz oynar önemli rol su buharının yoğunlaşmasının çekirdeği olarak hizmet ettiği için yağmur gibi atmosferik olayların oluşumunda. Bu nedenle, yağışın istatistiksel olarak büyük meteor yağmurları ile ilişkili olduğu varsayılmaktadır. Bununla birlikte, bazı uzmanlar, meteorik maddenin toplam girişi en büyük meteor yağmurundan bile onlarca kat daha fazla olduğu için, bu tür bir yağmurun sonucu olarak bu malzemenin toplam miktarında meydana gelen değişikliğin ihmal edilebileceğine inanmaktadır.
Bununla birlikte, en büyük mikrometeoritlerin ve görünür göktaşlarının, atmosferin yüksek katmanlarında, özellikle iyonosferde uzun iyonlaşma 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 ısınmasına harcanır. Bu, atmosferin ısı dengesinin küçük bileşenlerinden biridir.
Bir göktaşı, uzaydan Dünya yüzeyine düşen, doğal kaynaklı katı bir cisimdir. Genellikle taş, demir-taş ve demir göktaşlarını ayırt eder. İkincisi esas olarak demir ve nikelden oluşur. Bulunan göktaşları arasında çoğunun ağırlığı birkaç gramdan birkaç kilograma kadardır. Bulunanların en büyüğü olan Goba demir göktaşı yaklaşık 60 ton ağırlığında ve hala keşfedildiği yerde, Güney Afrika'da yatıyor. Göktaşlarının çoğu asteroit parçalarıdır, ancak bazı göktaşları Dünya'ya Ay'dan ve hatta Mars'tan gelmiş olabilir.
Bir ateş topu, bazen gün içinde bile gözlemlenen, genellikle arkasında dumanlı bir iz bırakan ve ses olaylarının eşlik ettiği çok parlak bir meteordur; genellikle göktaşlarının düşmesiyle sona erer.
termosfer.
Mezopozun minimum sıcaklığının üzerinde, termosfer başlar, sıcaklığın önce yavaş sonra hızla tekrar yükselmeye başladığı yer. Bunun nedeni, atomik oksijenin iyonlaşması nedeniyle ultraviyole, güneş radyasyonunun 150–300 km rakımlarda emilmesidir: O + hv® O + + e.
Termosferde sıcaklık sürekli olarak yaklaşık 400 km yüksekliğe çıkar ve gündüzleri maksimuma ulaşır. güneş aktivitesi 1800 K. Minimum çağında, bu sınırlayıcı sıcaklık 1000 K'den az olabilir. 400 km'nin üzerinde, atmosfer izotermal bir ekzosfere geçer. Kritik seviye (ekzosferin tabanı) yaklaşık 500 km yükseklikte bulunur.
Auroralar ve birçok yörünge yapay uydular, yanı sıra gece bulutları - tüm bu fenomenler mezosferde ve termosferde meydana gelir.
Kutup ışıkları.
Yüksek enlemlerde, manyetik alan bozulmaları sırasında auroralar gözlenir. Birkaç dakika sürebilirler, ancak genellikle birkaç saat görünürler. Kutup ışıkları şekil, renk ve yoğunluk bakımından büyük farklılıklar gösterir ve bunların tümü bazen zaman içinde çok hızlı değişir. Aurora spektrumu emisyon çizgileri ve bantlarından oluşur. Gece gökyüzünden gelen bazı emisyonlar, başta l 5577 Å ve l 6300 Å oksijenin yeşil ve kırmızı çizgileri olmak üzere, aurora spektrumunda artar. Bu çizgilerden birinin diğerinden birçok kez daha yoğun olduğu görülür ve bu, parlaklığın görünür rengini belirler: yeşil veya kırmızı. Manyetik alandaki bozulmalara kutup bölgelerindeki radyo iletişimindeki bozulmalar da eşlik eder. Bozulmaya iyonosferdeki değişiklikler neden olur, bu da manyetik fırtınalar sırasında güçlü bir iyonlaşma kaynağının çalıştığı anlamına gelir. Güneş diskinin merkezine yakın büyük nokta grupları olduğunda güçlü manyetik fırtınaların meydana geldiği tespit edilmiştir. Gözlemler, fırtınaların noktaların kendileriyle değil, bir grup noktanın gelişimi sırasında ortaya çıkan güneş patlamalarıyla ilişkili olduğunu göstermiştir.
Auroralar, Dünya'nın yüksek enlem bölgelerinde gözlemlenen hızlı hareketlerle değişen yoğunluktaki bir ışık aralığıdır. Görsel aurora, güneş ve manyetosfer kökenli enerjik parçacıklar tarafından uyarılan atomik oksijen ve N2 moleküler bantlarının yeşil (5577Å) ve kırmızı (6300/6364Å) emisyon çizgilerini içerir. Bu emisyonlar genellikle yaklaşık 100 km ve üzeri bir rakımda görüntülenir. Optik aurora terimi, görsel auroraları ve bunların kızılötesi ila ultraviyole emisyon spektrumunu ifade etmek için kullanılır. Spektrumun kızılötesi kısmındaki radyasyon enerjisi, görünür bölgenin enerjisinden önemli ölçüde fazladır. Auroralar göründüğünde, ULF aralığında emisyonlar gözlendi (
Auroraların gerçek biçimlerini sınıflandırmak zordur; Aşağıdaki terimler en yaygın olarak kullanılmaktadır:
1. Düzgün yayları veya şeritleri sakinleştirin. Yay genellikle jeomanyetik paralel yönünde (kutup bölgelerinde Güneş'e doğru) ~1000 km uzanır ve bir ila birkaç on kilometre arasında bir genişliğe sahiptir. Bir şerit, bir yay kavramının bir genelleştirilmesidir, genellikle düzenli bir kavisli şekle sahip değildir, ancak bir S şeklinde veya spiral şeklinde bükülür. Yaylar ve bantlar 100–150 km yükseklikte bulunur.
2. Aurora ışınları . Bu terim, birkaç on kilometreden birkaç yüz kilometreye kadar dikey bir uzantıya sahip manyetik alan çizgileri boyunca uzanan bir aurora yapısını ifade eder. Yatay boyunca ışınların uzunluğu birkaç on metreden birkaç kilometreye kadar küçüktür. Işınlar genellikle yaylar halinde veya ayrı yapılar olarak gözlenir.
3. Lekeler veya yüzeyler . Bunlar, belirli bir şekle sahip olmayan izole edilmiş parıltı alanlarıdır. Bireysel noktalar ilişkili olabilir.
4. Peçe. Gökyüzünün geniş alanlarını kaplayan tekdüze bir parıltı olan alışılmadık bir aurora formu.
Yapısına göre, auroralar homojen, cilalı ve parlak olarak ayrılır. Kullanılmış çeşitli terimler; titreşimli ark, titreşimli yüzey, dağınık yüzey, parlak şerit, perdelik vb. Auroraların renklerine göre bir sınıflandırması vardır. Bu sınıflandırmaya göre, tipteki auroralar A. Üst kısım veya tamamen kırmızıdır (6300–6364 Å). Genellikle yüksek jeomanyetik aktivite sırasında 300-400 km rakımlarda görülürler.
kutup ışığı türü İÇİNDE alt kısımda kırmızı renklidir ve birinci pozitif N2 sistemi ve birinci negatif O2 sisteminin bantlarının lüminesansı ile ilişkilidir. Bu tür kutup ışıkları biçimleri, kutup ışıklarının en aktif evrelerinde ortaya çıkar.
bölgeler kutup ışıkları – Dünya yüzeyinde sabit bir noktadaki gözlemcilere göre bunlar, geceleri auroraların meydana gelme sıklığının maksimum olduğu bölgelerdir. Bölgeler 67° kuzey ve güney enlemlerinde yer alır ve genişlikleri yaklaşık 6°'dir. Belirli bir jeomanyetik yerel saat anına karşılık gelen auroraların maksimum oluşumu, kuzey ve güney jeomanyetik kutupların etrafında asimetrik olarak yerleştirilmiş oval benzeri kuşaklarda (aurora oval) meydana gelir. Aurora oval enlem-zaman koordinatlarında sabitlenir ve aurora bölgesi enlem-boylam koordinatlarında ovalin gece yarısı bölgesindeki noktaların yeridir. Oval kuşak gece sektöründe jeomanyetik kutuptan yaklaşık 23° ve gündüz sektöründe 15° yer almaktadır.
Aurora oval ve aurora bölgeleri. Aurora ovalinin yeri jeomanyetik aktiviteye bağlıdır. Oval, yüksek jeomanyetik aktivitede genişler. Aurora bölgeleri veya aurora oval sınırları, dipol koordinatlarındansa L 6.4 ile daha iyi temsil edilir. Aurora ovalinin gündüz sektörünün sınırındaki jeomanyetik alan çizgileri, manyetopoz. Jeomanyetik eksen ile Dünya-Güneş yönü arasındaki açıya bağlı olarak aurora ovalinin konumunda bir değişiklik vardır. Auroral oval, belirli enerjilerin parçacıklarının (elektronlar ve protonlar) çökelmesine ilişkin verilere dayanarak da belirlenir. Konumu, verilerden bağımsız olarak belirlenebilir. kaspakh gündüz tarafında ve manyeto kuyruğunda.
Aurora bölgesindeki auroraların oluşma sıklığındaki günlük değişim, jeomanyetik gece yarısında maksimuma ve jeomanyetik öğle vaktinde minimuma sahiptir. Ovalin ekvatora yakın tarafında, auroraların oluşma sıklığı keskin bir şekilde azalır, ancak günlük değişimlerin şekli korunur. Ovalin kutup tarafında, auroraların oluşma sıklığı kademeli olarak azalır ve karmaşık günlük değişikliklerle karakterize edilir.
Auroraların yoğunluğu.
Aurora Yoğunluğu görünür parlaklık yüzeyi ölçülerek belirlenir. Parlaklık yüzeyi BEN auroraların belirli bir yöndeki toplam emisyonu 4p tarafından belirlenir BEN foton/(cm 2 s). Bu değer gerçek yüzey parlaklığı olmayıp sütundan gelen emisyonu temsil ettiğinden, kutup ışıklarının incelenmesinde genellikle foton/(cm 2 sütun s) birimi kullanılır. Toplam emisyonu ölçmek için olağan birim Rayleigh'dir (Rl), 10 6 foton / (cm 2 sütun s)'ye eşittir. Daha pratik bir aurora yoğunluğu birimi, tek bir çizginin veya bandın emisyonlarından belirlenir. Örneğin, auroraların yoğunluğu uluslararası parlaklık katsayıları (ICF) tarafından belirlenir. yeşil çizgi yoğunluk verilerine göre (5577 Å); 1 kRl = I MKH, 10 kRl = II MKH, 100 kRl = III MKH, 1000 kRl = IV MKH (maksimum aurora yoğunluğu). Bu sınıflandırma kırmızı auroralar için kullanılamaz. Dönemin (1957-1958) keşiflerinden biri, kutup ışıklarının manyetik kutba göre yer değiştirmiş bir oval biçiminde uzamsal ve zamansal dağılımının kurulmasıydı. Auroraların manyetik kutba göre dağılımının dairesel şekli hakkındaki basit fikirlerden, manyetosferin modern fiziğine geçiş tamamlandı. Keşfin onuru O. Khorosheva'ya ve G. Starkov, J. Feldshtein, S-I'ye aittir. Aurora oval, güneş rüzgarının Dünya'nın üst atmosferi üzerindeki etkisinin en yoğun olduğu bölgedir. Auroraların yoğunluğu ovalde en fazladır ve dinamikleri sürekli olarak uydular tarafından izlenir.
Kararlı auroral kırmızı yaylar.
Sabit auroral kırmızı ark, aksi takdirde orta enlem kırmızı yay olarak adlandırılır veya M-yay, doğudan batıya binlerce kilometre boyunca uzanan ve muhtemelen tüm Dünya'yı çevreleyen görsel altı (gözün hassasiyet sınırının altında) geniş bir yaydır. Yayın enlemesine uzunluğu 600 km'dir. Sabit auroral kırmızı arktan gelen emisyon l 6300 Å ve l 6364 Å kırmızı çizgilerinde neredeyse tek renklidir. Son zamanlarda, l 5577 Å (OI) ve l 4278 Å (N + 2) zayıf emisyon hatları da rapor edilmiştir. Kalıcı kırmızı yaylar, kutup ışıkları olarak sınıflandırılır, ancak çok daha yüksek rakımlarda görünürler. Alt sınır 300 km yükseklikte bulunur, üst sınır yaklaşık 700 km'dir. l 6300 Å emisyonundaki sessiz kutup ışığı kırmızı yayının yoğunluğu 1 ila 10 kRl aralığındadır (tipik bir değer 6 kRl'dir). Gözün bu dalga boyundaki hassasiyet eşiği yaklaşık 10 kR'dir, bu nedenle yaylar görsel olarak nadiren gözlemlenir. Ancak gözlemler, parlaklıklarının gecelerin %10'unda >50 kR olduğunu göstermiştir. Yayların olağan ömrü yaklaşık bir gündür ve sonraki günlerde nadiren ortaya çıkarlar. Kararlı auroral kırmızı yayları geçen uydulardan veya radyo kaynaklarından gelen radyo dalgaları, elektron yoğunluğu homojenliklerinin varlığını gösteren parıldamalara tabidir. Kırmızı yayların teorik açıklaması, bölgenin ısıtılmış elektronlarının F iyonosferler oksijen atomlarının artmasına neden olur. Uydu gözlemleri, alan çizgileri boyunca elektron sıcaklığında bir artış gösteriyor jeomanyetik alan, kararlı auroral kırmızı yaylardan geçen. Bu arkların yoğunluğu, jeomanyetik aktivite (fırtınalar) ile pozitif olarak ilişkilidir ve arkların meydana gelme sıklığı, güneş lekesi aktivitesi ile pozitif olarak ilişkilidir.
Değişen aurora.
Bazı aurora biçimleri, yarı periyodik ve tutarlı zamansal yoğunluk değişimleri yaşar. Kabaca durağan bir geometriye ve fazda meydana gelen hızlı periyodik değişimlere sahip bu auroralara, değişen auroralar denir. Auroralar olarak sınıflandırılırlar formlar R Uluslararası Kutup Işıkları Atlası'na göre değişen kutup ışıklarının daha ayrıntılı bir alt bölümü:
R 1 (titreşen aurora), aurora formu boyunca parlaklıkta tekdüze faz değişimlerine sahip bir parıltıdır. Tanım gereği, ideal bir titreşimli aurorada, titreşimin uzamsal ve zamansal bölümleri ayrılabilir, yani. parlaklık BEN(r,t)= ben(R)· BT(T). Tipik bir aurorada R 1, titreşimler 0,01 ila 10 Hz düşük yoğunluklu (1-2 kR) frekansta meydana gelir. Çoğu aurora R 1, birkaç saniyelik bir süre ile titreşen noktalar veya yaylardır.
R 2 (ateşli aurora). Bu terim genellikle tek bir formu tarif etmek için değil, gökyüzünü dolduran alevler gibi hareketleri ifade etmek için kullanılır. Auroralar yay şeklindedir ve genellikle 100 km yükseklikten yukarı doğru hareket eder. Bu kutup ışıkları nispeten nadirdir ve kutup ışıklarının dışında daha sık görülür.
R 3 (titreyen aurora). Bunlar, gökyüzünde titreşen bir alev izlenimi veren, hızlı, düzensiz veya düzenli parlaklık değişimlerine sahip auroralardır. Aurora'nın çökmesinden kısa bir süre önce ortaya çıkıyorlar. Yaygın olarak gözlemlenen varyasyon frekansı R 3, 10 ± 3 Hz'e eşittir.
Titreşen auroraların başka bir sınıfı için kullanılan akan aurora terimi, auroraların yayları ve bantlarında hızla yatay olarak hareket eden düzensiz parlaklık değişimlerini ifade eder.
Değişen aurora, güneş ve manyetosferik kökenli parçacıkların çökelmesinin neden olduğu jeomanyetik alanın titreşimlerine ve auroral X-ışını radyasyonuna eşlik eden güneş-karasal olaylardan biridir.
Kutup başlığının parlaması, birinci negatif N + 2 sisteminin (λ 3914 Å) bandının yüksek yoğunluğu ile karakterize edilir. Genellikle, bu N + 2 bantları, OI l 5577 Å yeşil çizgisinden beş kat daha yoğundur; kutup başlığı parlamasının mutlak yoğunluğu 0,1 ila 10 kRl'dir (genellikle 1–3 kRl). PCA dönemlerinde ortaya çıkan bu auroralarla, 30 ila 80 km rakımlarda 60° jeomanyetik enlemlere kadar kutup başlığının tamamını tekdüze bir parıltı kaplar. Esas olarak güneş protonları ve 10–100 MeV enerjili d-parçacıkları tarafından üretilir ve bu yüksekliklerde maksimum bir iyonizasyon oluşturur. Aurora bölgelerinde, manto auroraları adı verilen başka bir parıltı türü vardır. Bu tür kutup ışığı parlaması için, sabah saatlerinde günlük maksimum yoğunluk 1–10 kR'dir ve minimum yoğunluk beş kat daha zayıftır. Manto auroralarının gözlemleri azdır ve yoğunlukları jeomanyetik ve güneş aktivitesine bağlıdır.
atmosferik parıltı bir gezegenin atmosferi tarafından üretilen ve yayılan radyasyon olarak tanımlanır. Bu, aurora emisyonu, yıldırım deşarjları ve meteor izlerinin emisyonu dışında, atmosferin termal olmayan radyasyonudur. Bu terim, dünya atmosferi (gece parlaması, alacakaranlık parlaması ve gündüz parlaması) ile ilgili olarak kullanılır. Atmosferik parıltı, atmosferde bulunan ışığın yalnızca bir kısmıdır. Diğer kaynaklar yıldız ışığı, zodyak ışığı ve Güneş'ten gündüz saçılan ışıktır. Bazen, atmosferin parıltısı toplam ışık miktarının %40'ına kadar çıkabilir. Hava parlaması, değişen yükseklik ve kalınlıktaki atmosferik katmanlarda meydana gelir. Atmosferik ışıma spektrumu, 1000 Å ila 22,5 µm arasındaki dalga boylarını kapsar. Hava parlamasındaki ana emisyon çizgisi, 30-40 km kalınlığında bir katmanda 90-100 km yükseklikte görünen l 5577 Å'dir. Işımanın görünümü, oksijen atomlarının rekombinasyonuna dayanan Champen mekanizmasından kaynaklanmaktadır. Diğer emisyon çizgileri l 6300 Å'dir, dissosiyatif O + 2 rekombinasyonu ve emisyon NI l 5198/5201 Å ve NI l 5890/5896 Å durumunda ortaya çıkar.
Atmosferik ışımanın yoğunluğu Rayleigh cinsinden ölçülür. Parlaklık (Rayleigh cinsinden) 4 rb'ye eşittir; burada c, 10 6 foton/(cm 2 sr s) birimlerinde yayan katmanın parlaklığının açısal yüzeyidir. Işıma yoğunluğu enleme bağlıdır (farklı emisyonlar için farklı şekilde) ve aynı zamanda gece yarısına yakın bir maksimum ile gün içinde değişir. l 5577 Å emisyonundaki hava parlaması için sayı ile pozitif bir korelasyon kaydedildi. güneş lekeleri ve 10.7 cm dalga boyunda güneş radyasyonu akısı Uydu deneyleri sırasında atmosferin parlaması gözlenir. Uzaydan bakıldığında, Dünya'nın etrafında bir ışık halkası gibi görünür ve yeşilimsi bir renge sahiptir.
Ozonosfer.
20–25 km rakımlarda, yaklaşık 10 ila 50 rakımlarda güneş ultraviyole radyasyonunun etkisi altında meydana gelen ihmal edilebilir miktarda ozon O3'ün maksimum konsantrasyonu (oksijen içeriğinin 2 × 10–7'sine kadar!) km, ulaşılır, gezegeni iyonlaştırıcı güneş radyasyonundan korur. Son derece az sayıda ozon molekülüne rağmen, Dünya üzerindeki tüm yaşamı Güneş'ten gelen kısa dalga (ultraviyole ve X-ışınları) radyasyonunun zararlı etkilerinden korurlar. Tüm molekülleri atmosferin tabanına çöktürürseniz, 3-4 mm'den daha kalın olmayan bir katman elde edersiniz! 100 km'nin üzerindeki rakımlarda hafif gazların oranı artar ve çok yüksek rakımlarda helyum ve hidrojen baskındır; birçok molekül, sert güneş radyasyonunun etkisi altında iyonlaşarak iyonosferi oluşturan ayrı atomlara ayrışır. Dünya atmosferindeki havanın basıncı ve yoğunluğu yükseklikle azalır. Dünya atmosferi, sıcaklığın dağılımına bağlı olarak troposfer, stratosfer, mezosfer, termosfer ve ekzosfer olarak ayrılır. .
20-25 km yükseklikte yer almaktadır ozon tabakası. Ozon, 0.1-0.2 mikrondan daha kısa dalga boylarına sahip güneş ultraviyole radyasyonunun soğurulması sırasında oksijen moleküllerinin bozunması nedeniyle oluşur. Serbest oksijen, O2 molekülleri ile birleşir ve 0,29 mikrondan daha kısa tüm ultraviyole ışığı açgözlülükle emen O3 ozonu oluşturur. Ozon molekülleri O 3, kısa dalga radyasyonu ile kolayca yok edilir. Bu nedenle, ozon tabakası, seyrelmesine rağmen, daha yüksek ve daha şeffaf atmosfer katmanlarından geçen Güneş'in ultraviyole radyasyonunu etkili bir şekilde emer. Bu sayede Dünya'daki canlı organizmalar, Güneş'ten gelen ultraviyole ışınların zararlı etkilerinden korunmaktadır.
İyonosfer.
Güneş radyasyonu atmosferdeki atomları ve molekülleri iyonize eder. İyonlaşma derecesi, 60 kilometre yükseklikte zaten önemli hale geliyor ve Dünya'dan uzaklaştıkça istikrarlı bir şekilde artıyor. Atmosferdeki farklı yüksekliklerde, çeşitli moleküllerin birbirini izleyen ayrışma süreçleri ve ardından çeşitli atom ve iyonların iyonlaşması meydana gelir. Temel olarak, bunlar oksijen molekülleri O2, nitrojen N2 ve atomlarıdır. Bu süreçlerin yoğunluğuna bağlı olarak, atmosferin 60 kilometre üzerinde yer alan çeşitli katmanlarına iyonosfer katmanları denir. , ve bütünlükleri iyonosferdir . İyonlaşması önemsiz olan alt tabakaya nötrosfer denir.
İyonosferdeki yüklü parçacıkların maksimum konsantrasyonuna 300-400 km yükseklikte ulaşılır.
İyonosfer çalışmasının tarihi.
Üst atmosferde iletken bir tabakanın varlığı hipotezi, 1878 yılında İngiliz bilim adamı Stuart tarafından jeomanyetik alanın özelliklerini açıklamak için ortaya atılmıştır. Daha sonra 1902'de ABD'de Kennedy ve İngiltere'de Heaviside birbirinden bağımsız olarak radyo dalgalarının uzun mesafelere yayılmasını açıklamak için, radyo dalgalarının yüksek katmanlarında yüksek iletkenliğe sahip bölgelerin varlığını varsaymak gerektiğine işaret ettiler. atmosfer. 1923'te Akademisyen M.V. Shuleikin, çeşitli frekanslardaki radyo dalgalarının yayılma özelliklerini göz önünde bulundurarak, iyonosferde en az iki yansıtıcı katman olduğu sonucuna vardı. Daha sonra, 1925'te İngiliz araştırmacılar Appleton ve Barnet ile Breit ve Tuve, radyo dalgalarını yansıtan bölgelerin varlığını ilk kez deneysel olarak kanıtladılar ve sistematik çalışmalarının temelini attılar. O zamandan beri, genellikle iyonosfer olarak adlandırılan bu katmanların özelliklerine ilişkin sistematik bir çalışma yürütülmekte ve pratik için çok önemli olan radyo dalgalarının yansımasını ve soğurulmasını belirleyen bir dizi jeofizik olayda önemli bir rol oynamaktadır. özellikle güvenilir radyo iletişimini sağlamak için.
1930'larda iyonosferin durumuna ilişkin sistematik gözlemler başladı. Bonch-Bruevich'in inisiyatifiyle ülkemizde darbeli sondajı için tesisler oluşturuldu. Birçoğu keşfedildi Genel Özellikler iyonosfer, ana katmanlarının yükseklikleri ve elektron konsantrasyonu.
60-70 km irtifalarda D tabakası, 100-120 km irtifalarda ise D tabakası görülür. e, rakımlarda, 180–300 km rakımlarda çift katman F 1 ve F 2. Bu katmanların ana parametreleri Tablo 4'te verilmiştir.
Tablo 4 | ||||||
iyonosfer bölgesi | Maksimum yükseklik, km | ben , K | Gün | Gece ne , santimetre -3 | a΄, ρm 3 sn – 1 | |
dakika ne , santimetre -3 | maks. ne , santimetre -3 | |||||
D | 70 | 20 | 100 | 200 | 10 | 10 –6 |
e | 110 | 270 | 1,5 10 5 | 3 10 5 | 3000 | 10 –7 |
F 1 | 180 | 800–1500 | 3 10 5 | 5 10 5 | – | 3 10 -8 |
F 2 (kış) | 220–280 | 1000–2000 | 6 10 5 | 25 10 5 | ~10 5 | 2 10 –10 |
F 2 (yaz) | 250–320 | 1000–2000 | 2 10 5 | 8 10 5 | ~3 10 5 | 10 –10 |
ne elektron konsantrasyonu, e elektron yükü, ben iyon sıcaklığı, a΄ rekombinasyon katsayısıdır (belirleyen ne ve zaman içindeki değişimi) |
Ortalamalar, farklı enlemler, günün saatleri ve mevsimler için değişiklik gösterdikleri için verilmiştir. Bu tür veriler, uzun menzilli telsiz iletişimini sağlamak için gereklidir. Çeşitli kısa dalga radyo bağlantıları için çalışma frekanslarının seçiminde kullanılırlar. Günün farklı saatlerinde ve farklı mevsimlerde iyonosferin durumuna bağlı olarak değişimlerinin bilinmesi, radyo iletişiminin güvenilirliğini sağlamak için son derece önemlidir. İyonosfer, yaklaşık 60 km yükseklikte başlayan ve on binlerce km yüksekliğe kadar uzanan, dünya atmosferinin iyonize katmanlarının bir koleksiyonudur. Dünya atmosferinin ana iyonlaşma kaynağı, esas olarak güneş kromosferinde ve koronada meydana gelen Güneş'in ultraviyole ve X-ışını radyasyonudur. Ek olarak, üst atmosferin iyonlaşma derecesi, güneş patlamaları sırasında meydana gelen güneş parçacık akımlarının yanı sıra kozmik ışınlar ve meteor parçacıklarından da etkilenir.
iyonosferik katmanlar
serbest elektron konsantrasyonunun maksimum değerlerine ulaşıldığı atmosferdeki alanlardır (yani birim hacim başına sayıları). Atmosferik gaz atomlarının iyonlaşmasından kaynaklanan, radyo dalgalarıyla (yani elektromanyetik salınımlar) etkileşime giren elektrik yüklü serbest elektronlar ve (daha az ölçüde, daha az hareketli iyonlar), yönlerini değiştirebilir, onları yansıtabilir veya kırabilir ve enerjilerini emebilir. Sonuç olarak, uzaktaki radyo istasyonlarını alırken, örneğin radyonun zayıflaması, uzaktaki istasyonların işitilebilirliğinin artması gibi çeşitli etkiler meydana gelebilir. elektrik kesintileri ve benzeri. fenomenler.
Araştırma Yöntemleri.
İyonosferi Dünya'dan incelemenin klasik yöntemleri, darbe sondajına indirgenir - radyo darbeleri gönderme ve gecikme süresini ölçerek ve yansıyan sinyallerin yoğunluğunu ve şeklini inceleyerek iyonosferin çeşitli katmanlarından yansımalarını gözlemleme. Farklı frekanslarda radyo darbelerinin yansıma yüksekliklerini ölçerek, çeşitli bölgelerin kritik frekanslarını belirleyerek (iyonosferin bu bölgesinin şeffaf hale geldiği radyo darbesinin taşıyıcı frekansına kritik denir), değerini belirlemek mümkündür. katmanlardaki elektron yoğunluğu ve belirli frekanslar için etkili yükseklikler ve verilen radyo yolları için en uygun frekansları seçin. Roket teknolojisinin gelişmesi ve yapay Dünya uydularının (AES) ve diğer uzay çağının ortaya çıkışıyla birlikte uzay aracı, alt kısmı iyonosfer olan Dünya'ya yakın uzay plazmasının parametrelerini doğrudan ölçmek mümkün hale geldi.
Özel olarak fırlatılan roketlerden ve uydu uçuş yolları boyunca gerçekleştirilen elektron yoğunluğu ölçümleri, iyonosferin yapısı, elektron yoğunluğunun Dünya'nın farklı bölgelerinde yükseklikle dağılımı hakkında daha önce yer tabanlı yöntemlerle elde edilen verileri doğruladı ve geliştirdi ve mümkün kıldı. ana maksimumun üzerinde elektron yoğunluğu değerleri elde etmek - katman F. Önceden, yansıyan kısa dalga boyundaki radyo darbelerinin gözlemlerine dayanan sondaj yöntemleriyle bunu yapmak imkansızdı. Dünyanın bazı bölgelerinde, düşük elektron yoğunluğuna, düzenli "iyonosferik rüzgarlara" sahip oldukça kararlı bölgelerin olduğu, iyonosferde yerel iyonosferik rahatsızlıkları uyarıldıkları yerden binlerce kilometre uzağa taşıyan tuhaf dalga süreçlerinin ortaya çıktığı ve daha fazla. Özellikle oldukça hassas alıcı cihazların oluşturulması, iyonosferin darbeli sondaj istasyonlarında kısmen iyonosferin en alt bölgelerinden (kısmi yansıma istasyonu) yansıyan darbeli sinyallerin alınmasını mümkün kılmıştır. Yüksek konsantrasyonda yayılan enerjiyi gerçekleştirmeyi mümkün kılan antenlerin kullanımıyla metre ve desimetre dalga bantlarında güçlü darbe kurulumlarının kullanılması, iyonosfer tarafından çeşitli yüksekliklerde saçılan sinyallerin gözlemlenmesini mümkün kılmıştır. İyonosferik plazmanın elektronları ve iyonları tarafından tutarsız bir şekilde dağılan bu sinyallerin spektrumlarının özelliklerinin incelenmesi (bunun için, radyo dalgalarının tutarsız saçılma istasyonları kullanıldı), elektronların ve iyonların konsantrasyonunu, bunların eşdeğerini belirlemeyi mümkün kıldı. birkaç bin kilometre yüksekliğe kadar çeşitli yüksekliklerde sıcaklık. İyonosferin kullanılan frekanslar için yeterince şeffaf olduğu ortaya çıktı.
Konsantrasyon elektrik ücretleri(elektron yoğunluğu iyon bire eşittir) dünyanın iyonosferinde 300 km yükseklikte gün boyunca yaklaşık 106 cm–3'tür. Bu yoğunluktaki bir plazma, 20 m'den uzun radyo dalgalarını yansıtırken daha kısa olanları iletir.
Gündüz ve gece koşulları için iyonosferdeki elektron yoğunluğunun tipik dikey dağılımı.
İyonosferde radyo dalgalarının yayılması.
Uzun menzilli yayın istasyonlarının kararlı alımı, kullanılan frekansların yanı sıra günün saatine, mevsime ve ek olarak güneş aktivitesine bağlıdır. Güneş aktivitesi, iyonosferin durumunu önemli ölçüde etkiler. Bir yer istasyonu tarafından yayılan radyo dalgaları, tüm elektromanyetik dalga türleri gibi düz bir çizgide yayılır. Bununla birlikte, hem Dünya yüzeyinin hem de atmosferinin iyonize katmanlarının, aynaların ışık üzerindeki etkisi gibi üzerlerine etki eden bir tür büyük kapasitör plakaları görevi gördüğü dikkate alınmalıdır. Onlardan yansıyan radyo dalgaları, binlerce kilometre yol kat edebilir, yüzlerce ve binlerce kilometrelik büyük sıçramalarla dünyanın etrafında bükülebilir, dönüşümlü olarak bir iyonize gaz tabakasından ve Dünya veya su yüzeyinden yansıyabilir.
1920'lerde, 200 m'den kısa radyo dalgalarının, güçlü emilim nedeniyle genellikle uzun mesafeli iletişim için uygun olmadığına inanılıyordu. Avrupa ve Amerika arasında Atlantik üzerinden kısa dalgaların uzun menzilli alımına ilişkin ilk deneyler gerçekleştirildi. İngiliz fizikçi Oliver Heaviside ve Amerikalı elektrik mühendisi Arthur Kennelly. Birbirlerinden bağımsız olarak, Dünya çevresinde bir yerlerde radyo dalgalarını yansıtabilen iyonize bir atmosfer tabakası olduğunu öne sürdüler. Heaviside katmanı - Kennelly ve ardından - iyonosfer olarak adlandırıldı.
Buna göre modern fikirler iyonosfer, negatif yüklü serbest elektronlardan ve pozitif yüklü iyonlardan, başlıca moleküler oksijen O+ ve nitrik oksit NO+'dan oluşur. İyonlar ve elektronlar, moleküllerin ayrışması ve nötr gaz atomlarının güneş X-ışını ve ultraviyole radyasyon ile iyonlaşması sonucu oluşur. Bir atomu iyonize etmek için, iyonosfer için ana kaynağı Güneş'in ultraviyole, X-ışını ve parçacık radyasyonu olan iyonlaşma enerjisi hakkında bilgi vermek gerekir.
Dünyanın gaz kabuğu Güneş tarafından aydınlatıldığı sürece, içinde sürekli olarak daha fazla elektron oluşur, ancak aynı zamanda elektronların bir kısmı iyonlarla çarpışır, yeniden birleşir ve tekrar nötr parçacıklar oluşturur. Gün batımından sonra yeni elektronların üretimi neredeyse durur ve serbest elektronların sayısı azalmaya başlar. İyonosferde ne kadar çok serbest elektron varsa, yüksek frekanslı dalgalar ondan o kadar iyi yansıtılır. Elektron konsantrasyonundaki bir azalma ile, radyo dalgalarının geçişi yalnızca düşük frekans aralıklarında mümkündür. Bu nedenle geceleri, kural olarak, uzak istasyonları yalnızca 75, 49, 41 ve 31 m aralığında almak mümkündür, elektronlar iyonosferde eşit olmayan bir şekilde dağılır. 50 ila 400 km yükseklikte, artan elektron yoğunluğuna sahip birkaç katman veya bölge vardır. Bu alanlar sorunsuz bir şekilde birbirine geçer ve HF radyo dalgalarının yayılmasını farklı şekillerde etkiler. İyonosferin üst katmanı harfle gösterilir. F. İşte en yüksek iyonlaşma derecesi (yüklü parçacıkların oranı yaklaşık 10-4'tür). Dünya yüzeyinden 150 km'den daha yüksek bir yükseklikte bulunur ve yüksek frekanslı HF bantlarının radyo dalgalarının uzun menzilli yayılmasında ana yansıtıcı rolü oynar. Yaz aylarında F bölgesi iki katmana ayrılır - F 1 ve F 2. F1 katmanı 200 ila 250 km arasındaki yükseklikleri kaplayabilir ve katman F 2, 300–400 km rakım aralığında “yüzüyor” gibi görünüyor. Genellikle katman F 2 katmandan çok daha güçlü iyonize edilir F 1. gece katmanı F 1 kaybolur ve katman F 2 kalır, iyonlaşma derecesinin %60'ına kadar yavaş yavaş kaybeder. F katmanının altında, 90 ila 150 km arasındaki yüksekliklerde bir katman bulunur. e, iyonlaşması Güneş'ten gelen yumuşak X-ışını radyasyonunun etkisi altında meydana gelir. E tabakasının iyonlaşma derecesi, E tabakasınınkinden daha düşüktür. F, gün boyunca, 31 ve 25 m'lik düşük frekanslı HF bantlarındaki istasyonların alımı, sinyaller katmandan yansıdığında gerçekleşir. e. Genellikle bunlar 1000–1500 km mesafede bulunan istasyonlardır. Geceleri bir katmanda e iyonlaşma keskin bir şekilde azalır, ancak şu anda bile 41, 49 ve 75 m bantlarındaki istasyonlardan gelen sinyallerin alınmasında önemli bir rol oynamaya devam eder.
16, 13 ve 11 m'lik yüksek frekanslı HF bantlarının sinyallerini almak için bölgede ortaya çıkanlar büyük ilgi görmektedir. e güçlü bir şekilde artan iyonlaşmanın ara katmanları (bulutlar). Bu bulutların alanı birkaç ila yüzlerce kilometrekare arasında değişebilir. Bu artan iyonlaşma katmanına sporadik katman denir. e ve belirtilen Es. Es bulutları iyonosferde rüzgarın etkisi altında hareket edebilir ve 250 km/s hıza ulaşabilir. Yaz aylarında, gündüzleri orta enlemlerde, Es bulutları nedeniyle radyo dalgalarının kaynağı ayda 15-20 gün meydana gelir. Ekvatorun yakınında neredeyse her zaman bulunur ve yüksek enlemlerde genellikle geceleri görünür. Bazen, güneş aktivitesinin düşük olduğu yıllarda, yüksek frekanslı HF bantlarına geçiş olmadığında, sinyalleri Es'ten tekrar tekrar yansıyan 16, 13 ve 11 m'lik bantlarda aniden uzak istasyonlar iyi bir sesle belirir. .
İyonosferin en alçak bölgesi bölgedir. D 50 ila 90 km arasındaki rakımlarda bulunur. Burada nispeten az sayıda serbest elektron vardır. alandan D uzun ve orta dalgalar iyi yansıtılır ve düşük frekanslı HF istasyonlarının sinyalleri güçlü bir şekilde emilir. Gün batımından sonra iyonlaşma çok hızlı bir şekilde ortadan kalkar ve sinyalleri katmanlardan yansıyan 41, 49 ve 75 m aralığındaki uzak istasyonları almak mümkün hale gelir. F 2 ve e. İyonosferin ayrı katmanları, HF radyo sinyallerinin yayılmasında önemli bir rol oynar. Radyo dalgalarının yayılma mekanizması büyük iyonların varlığıyla ilişkili olmasına rağmen, radyo dalgaları üzerindeki etki esas olarak iyonosferdeki serbest elektronların varlığından kaynaklanmaktadır. İkincisi, nötr atomlardan ve moleküllerden daha aktif olduklarından, atmosferin kimyasal özelliklerinin incelenmesinde de ilgi çekicidir. İyonosferde meydana gelen kimyasal reaksiyonlar, enerji ve elektrik dengesinde önemli bir rol oynar.
normal iyonosfer. Jeofizik roketler ve uydular yardımıyla yapılan gözlemler, atmosferin iyonlaşmasının geniş spektrumlu güneş radyasyonunun etkisi altında gerçekleştiğini gösteren birçok yeni bilgi vermiştir. Ana kısmı (% 90'dan fazlası) spektrumun görünür kısmında yoğunlaşmıştır. Mor ışık ışınlarından daha kısa dalga boyuna ve daha fazla enerjiye sahip morötesi ışınım, Güneş atmosferinin iç kısmındaki (kromosfer) hidrojen tarafından, daha da yüksek enerjiye sahip olan X-ışınları ise Güneş'in gazlarından yayılır. dış kabuk (korona).
İyonosferin normal (ortalama) durumu, sürekli güçlü radyasyondan kaynaklanır. Dünyanın günlük dönüşünün ve öğle saatlerinde güneş ışınlarının geliş açısındaki mevsimsel farklılıkların etkisi altında normal iyonosferde düzenli değişiklikler meydana gelir, ancak iyonosferin durumunda da öngörülemeyen ve ani değişiklikler meydana gelir.
İyonosferdeki bozukluklar.
Bilindiği gibi, Güneş'te her 11 yılda bir maksimuma ulaşan güçlü, döngüsel olarak tekrar eden aktivite tezahürleri meydana gelir. Uluslararası Jeofizik Yılı (IGY) programı kapsamındaki gözlemler, tüm sistematik meteorolojik gözlemler dönemi için en yüksek güneş aktivitesinin olduğu dönemle aynı zamana denk geldi, yani. 18. yüzyılın başından itibaren. Yüksek aktivite dönemlerinde, Güneş'teki bazı alanların parlaklığı birkaç kat artar ve ultraviyole ve X-ışını radyasyonunun gücü keskin bir şekilde artar. Bu tür olaylara güneş patlamaları denir. Birkaç dakikadan bir veya iki saate kadar sürerler. Bir parlama sırasında güneş plazması patlar (esas olarak protonlar ve elektronlar) ve temel parçacıklar uzaya koşar. Bu tür parlama anlarında Güneş'in elektromanyetik ve parçacıksal radyasyonu, güçlü etki Dünya'nın atmosferine.
İlk reaksiyon, flaştan 8 dakika sonra, yoğun ultraviyole ve X-ışını radyasyonu Dünya'ya ulaştığında not edilir. Sonuç olarak, iyonlaşma keskin bir şekilde artar; x-ışınları atmosferden iyonosferin alt sınırına kadar nüfuz eder; bu katmanlardaki elektron sayısı o kadar artar ki, radyo sinyalleri neredeyse tamamen emilir ("söndürülür"). Ek radyasyon absorpsiyonu, gazın ısınmasına neden olur ve bu da rüzgarların gelişmesine katkıda bulunur. İyonize gaz bir elektrik iletkenidir ve Dünya'nın manyetik alanında hareket ettiğinde dinamo etkisi ortaya çıkar ve ortaya çıkar. elektrik. Bu tür akımlar, sırayla, manyetik alanda gözle görülür düzensizliklere neden olabilir ve kendilerini manyetik fırtınalar şeklinde gösterebilir.
Üst atmosferin yapısı ve dinamikleri, esas olarak, güneş radyasyonu ile iyonizasyon ve ayrışma, kimyasal süreçler, moleküllerin ve atomların uyarılması, bunların deaktivasyonu, çarpışması ve diğer temel süreçlerle ilişkili termodinamik olarak dengesiz süreçler tarafından belirlenir. Bu durumda, yoğunluk azaldıkça dengesizlik derecesi yükseklikle artar. 500-1000 km irtifalara kadar ve çoğu zaman daha da yükseğe kadar, üst atmosferin birçok özelliği için dengesizlik derecesi oldukça küçüktür, bu da onu tanımlamak için kimyasal reaksiyonlara izin vererek klasik ve hidromanyetik hidrodinamiğin kullanılmasına izin verir.
Exosphere, hafif, hızlı hareket eden hidrojen atomlarının uzaya kaçabileceği birkaç yüz kilometre yükseklikten başlayan Dünya atmosferinin dış katmanıdır.
Edward Kononoviç
Edebiyat:
Pudovkin M.I. Güneş fiziğinin temelleri. St.Petersburg, 2001
Eris Chaisson, Steve McMillan astronomi bugün. Prentice Salonu A.Ş. Yukarı Saddle Nehri, 2002
Çevrimiçi materyaller: http://ciencia.nasa.gov/
Uzay enerji ile doludur. Enerji, alanı düzensiz bir şekilde doldurur. Konsantrasyon ve deşarj yerleri var. Bu şekilde yoğunluğu tahmin edebilirsiniz. Gezegen, merkezde maksimum madde yoğunluğu ve çevreye doğru konsantrasyonun kademeli olarak azaldığı düzenli bir sistemdir. Etkileşim kuvvetleri, maddenin durumunu, içinde bulunduğu formu belirler. Fizik, maddelerin toplanma durumunu tanımlar: katı, sıvı, gaz vb.
Atmosfer, gezegeni çevreleyen gazlı ortamdır. Dünya'nın atmosferi serbest dolaşıma izin verir ve ışığın geçmesine izin vererek, içinde yaşamın geliştiği bir alan yaratır.
Dünya yüzeyinden yaklaşık 16 kilometre yüksekliğe kadar olan alana (ekvatordan kutuplara kadar daha az, mevsime de bağlıdır) troposfer denir. Troposfer, atmosferdeki havanın yaklaşık %80'ini ve su buharının neredeyse tamamını içeren katmandır. Havayı şekillendiren süreçlerin gerçekleştiği yer burasıdır. Basınç ve sıcaklık yükseklikle azalır. Hava sıcaklığındaki düşüşün nedeni adyabatik bir süreçtir, gaz genişlediğinde soğur. Troposferin üst sınırında değerler -50, -60 santigrat dereceye ulaşabilir.
Sonra Stratosfer geliyor. 50 kilometreye kadar uzanır. Atmosferin bu tabakasında sıcaklık yükseklikle birlikte artarak en üst noktada yaklaşık 0 C değerinde bir değer elde eder. Sıcaklık artışı, ultraviyole ışınlarının ozon tabakası tarafından soğurulma sürecinden kaynaklanır. Radyasyon kimyasal reaksiyona neden olur. Oksijen molekülleri, ozon oluşturmak için normal oksijen molekülleriyle birleşebilen tek atomlara ayrılır.
10 ila 400 nanometre dalga boyları ile güneşten gelen radyasyon ultraviyole olarak sınıflandırılır. UV radyasyonunun dalga boyu ne kadar kısa olursa, canlı organizmalar için oluşturduğu tehlike o kadar artar. Radyasyonun sadece küçük bir kısmı Dünya'nın yüzeyine, üstelik spektrumunun daha az aktif olan kısmına ulaşır. Doğanın bu özelliği kişinin sağlıklı bir güneş bronzluğu elde etmesini sağlar.
Atmosferin bir sonraki katmanına Mezosfer denir. Yaklaşık 50 km ile 85 km arasında sınırlar. Mezosferde UV enerjisini tutabilecek ozon konsantrasyonu düşüktür, bu nedenle sıcaklık yükseklikle birlikte tekrar düşmeye başlar. Zirve noktasında sıcaklık -90 C'ye düşer, bazı kaynaklar -130 C değerini belirtir. Çoğu meteoroid atmosferin bu katmanında yanar.
Atmosferin Dünya'dan 85 km yükseklikten 600 km uzaklığa kadar uzanan tabakasına Termosfer denir. Termosfer, sözde vakum ultraviyole de dahil olmak üzere güneş radyasyonuyla ilk karşılaşandır.
Vakum UV hava tarafından geciktirilir, böylece atmosferin bu tabakasını muazzam sıcaklıklara kadar ısıtır. Ancak buradaki basınç son derece düşük olduğu için, akkor gibi görünen bu gazın cisimler üzerindeki etkisi dünya yüzeyindeki gibi değildir. Aksine böyle bir ortama konulan nesneler soğur.
100 km yükseklikte, uzayın başlangıcı olarak kabul edilen şartlı çizgi "Karman hattı" geçer.
Auroralar termosferde meydana gelir. Atmosferin bu katmanında, güneş rüzgarı gezegenin manyetik alanıyla etkileşime girer.
Atmosferin son katmanı, binlerce kilometre boyunca uzanan bir dış kabuk olan Exosphere'dir. Ekzosfer pratik olarak boş bir yerdir, ancak burada dolaşan atomların sayısı gezegenler arası uzayda olduğundan çok daha fazladır.
Kişi havayı solur. Normal basınç 760 milimetre cıvadır. 10.000 m yükseklikte basınç yaklaşık 200 mm'dir. rt. Sanat. Bu yükseklikte, bir kişi muhtemelen en azından uzun bir süre nefes alabilir, ancak bu hazırlık gerektirir. Devlet belli ki işlemez hale gelecek.
Atmosferin gaz bileşimi: %78 nitrojen, %21 oksijen, yaklaşık yüzde argon, geri kalan her şey, toplamın en küçük kısmını temsil eden bir gaz karışımıdır.
Atmosfer çeşitli gazların karışımıdır. Dünya yüzeyinden 900 km yüksekliğe kadar uzanır, gezegeni güneş radyasyonunun zararlı spektrumundan korur ve gezegendeki tüm yaşam için gerekli gazları içerir. Atmosfer, güneşin ısısını hapseder, yeryüzünün yakınında ısınır ve elverişli bir iklim yaratır.
Atmosferin bileşimi
Dünya atmosferi esas olarak iki gazdan oluşur - nitrojen (%78) ve oksijen (%21). Ek olarak, karbondioksit ve diğer gazların safsızlıklarını içerir. atmosferde buhar, bulutlardaki nem damlaları ve buz kristalleri şeklinde bulunur.
Atmosferin katmanları
Atmosfer, aralarında net sınırların olmadığı birçok katmandan oluşur. Farklı katmanların sıcaklıkları birbirinden önemli ölçüde farklıdır.
- havasız manyetosfer Dünya'nın uydularının çoğu, Dünya atmosferinin dışında burada uçar.
- Ekzosfer (yüzeyden 450-500 km). Neredeyse gaz içermez. Bazı hava durumu uyduları ekzosferde uçar. Termosfer (80-450 km), üst katmanda 1700°C'ye ulaşan yüksek sıcaklıklarla karakterize edilir.
- Mezosfer (50-80 km). Bu kürede yükseklik arttıkça sıcaklık düşer. Atmosfere giren göktaşlarının (uzay kayalarının parçaları) çoğu burada yanar.
- Stratosfer (15-50 km). Bir ozon tabakası, yani güneşten gelen ultraviyole radyasyonu emen bir ozon tabakası içerir. Bu, Dünya yüzeyinin yakınında sıcaklıkta bir artışa yol açar. Genellikle burada uçarlar. Jet uçağı, Çünkü Bu katmanda görüş mesafesi çok iyidir ve hava koşullarından kaynaklanan parazitler neredeyse hiç yoktur.
- Troposfer. Yükseklik, dünya yüzeyinden 8 ila 15 km arasında değişmektedir. Gezegenin havasının oluştuğu yer burasıdır, çünkü içinde bu katman en çok su buharı, toz ve rüzgarları içerir. Sıcaklık, dünya yüzeyinden uzaklaştıkça azalır.
atmosfer basıncı
Biz hissetmesek de atmosferin katmanları Dünya'nın yüzeyine basınç uygular. En yüksek olan yüzeye yakındır ve siz ondan uzaklaştıkça yavaş yavaş azalır. Kara ve okyanus arasındaki sıcaklık farkına bağlıdır ve bu nedenle deniz seviyesinden aynı yükseklikte bulunan bölgelerde genellikle farklı bir basınç vardır. Alçak basınç yağışlı havayı getirirken, yüksek basınç genellikle açık havayı belirler.
Hava kütlelerinin atmosferdeki hareketi
Ve basınçlar alt atmosferin karışmasına neden olur. Bu, yüksek basınç alanlarından alçak basınç alanlarına doğru esen rüzgarlar oluşturur. Birçok bölgede, kara ve deniz sıcaklıklarındaki farklılıklardan kaynaklanan yerel rüzgarlar da meydana gelir. Dağların da rüzgarların yönü üzerinde önemli bir etkisi vardır.
Sera etkisi
Dünya atmosferindeki karbondioksit ve diğer gazlar güneş ısısını hapseder. Bu süreç, birçok yönden seralardaki ısı sirkülasyonu ile benzer olduğundan, genellikle sera etkisi olarak adlandırılır. Sera etkisi gezegende küresel ısınmaya neden olur. Yüksek basınçlı alanlarda - antisiklonlar - net bir güneş oluşur. Alçak basınç alanlarında - siklonlarda - hava genellikle kararsızdır. Atmosfere giren ısı ve ışık. Gazlar, dünya yüzeyinden yansıyan ısıyı hapsederek, dünya üzerindeki sıcaklığın yükselmesine neden olur.
Stratosferde özel bir ozon tabakası vardır. Ozon, Güneş'ten gelen ultraviyole radyasyonun çoğunu engelleyerek Dünya'yı ve üzerindeki tüm yaşamı ondan korur. Bilim adamları, ozon tabakasının tahrip olmasının nedeninin bazı aerosollerde ve soğutma ekipmanlarında bulunan özel kloroflorokarbon dioksit gazları olduğunu bulmuşlardır. Kuzey Kutbu ve Antarktika üzerinde, ozon tabakasında Dünya yüzeyini etkileyen ultraviyole radyasyon miktarının artmasına katkıda bulunan devasa delikler bulundu.
Ozon, alt atmosferde güneş radyasyonu ile çeşitli egzoz dumanları ve gazları arasında oluşur. Genellikle atmosfere dağılır, ancak sıcak hava tabakasının altında kapalı bir soğuk hava tabakası oluşursa, ozon yoğunlaşır ve duman oluşur. Ne yazık ki bu, ozon deliklerindeki ozon kaybını telafi edemez.
Uydu görüntüsü, Antarktika üzerindeki ozon tabakasındaki bir deliği açıkça göstermektedir. Deliğin boyutu değişir, ancak bilim adamları sürekli arttığına inanıyor. Atmosferdeki egzoz gazlarının seviyesini azaltmak için girişimlerde bulunulmaktadır. Hava kirliliğini azaltın ve şehirlerde dumansız yakıt kullanın. Duman birçok insanda göz tahrişine ve boğulmaya neden olur.
Dünya atmosferinin ortaya çıkışı ve evrimi
Dünyanın modern atmosferi, uzun bir evrimsel gelişimin sonucudur. Jeolojik faktörlerin ortak eyleminin ve organizmaların hayati aktivitesinin bir sonucu olarak ortaya çıktı. Jeolojik tarih boyunca, dünyanın atmosferi birkaç derin yeniden düzenlemeden geçti. Jeolojik verilere ve teorik (önkoşullara) dayanarak, genç Dünya'nın yaklaşık 4 milyar yıl önce var olan ilkel atmosferi, az miktarda pasif nitrojen ilavesiyle inert ve soy gazların bir karışımından oluşabilir (N. A. Yasamanov, 1985). ; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993. Şu anda, erken atmosferin bileşimi ve yapısı hakkındaki görüş biraz değişti. İlk gezegen öncesi aşamadaki birincil atmosfer (protoatmosfer), yani daha eski 4.2 milyar yıl, metan, amonyak ve karbondioksit karışımından oluşabilir. Manto gazının alınması ve yeryüzüne akması sonucunda aktif süreçler ayrışma, su buharı, CO 2 ve CO formundaki karbon bileşikleri, kükürt ve bileşiklerinin yanı sıra metan, amonyak, hidrojen, argon ve bazıları ile desteklenen güçlü halojen asitler - HCI, HF, HI ve borik asit diğer soy gazlar. Bu ilkel atmosfer son derece inceydi. Bu nedenle, dünya yüzeyine yakın sıcaklık, ışınımsal denge sıcaklığına yakındı (AS Monin, 1977).
Zamanla, birincil atmosferin gaz bileşimi, dünya yüzeyinde çıkıntı yapan kayaların ayrışma süreçlerinin, siyanobakterilerin ve mavi-yeşil alglerin hayati aktivitesinin, volkanik süreçlerin ve güneş ışığının etkisinin etkisi altında dönüşmeye başladı. Bu, metan ve karbondioksit, amonyağın - nitrojen ve hidrojene ayrışmasına yol açtı; yavaş yavaş yeryüzüne inen ikincil atmosferde karbondioksit ve nitrojen birikmeye başladı. Mavi-yeşil alglerin hayati aktivitesi sayesinde, fotosentez sürecinde oksijen üretilmeye başlandı, ancak bu başlangıçta esas olarak “atmosferik gazları ve ardından kayaları oksitlemek için harcanıyordu. Aynı zamanda, moleküler nitrojene oksitlenen amonyak, atmosferde yoğun bir şekilde birikmeye başladı. Modern atmosferdeki nitrojenin önemli bir kısmının kalıntı olduğu varsayılmaktadır. Metan ve karbon monoksit, karbon dioksite oksitlendi. Kükürt ve hidrojen sülfit, yüksek hareketlilikleri ve hafiflikleri nedeniyle atmosferden hızla uzaklaştırılan S02 ve S03'e oksitlendi. Böylece, Archean ve erken Proterozoik'te olduğu gibi indirgeyici bir atmosfer, yavaş yavaş oksitleyici bir atmosfere dönüştü.
Karbondioksit hem metan oksidasyonunun bir sonucu olarak hem de mantonun gazının giderilmesi ve kayaların ayrışmasının bir sonucu olarak atmosfere girdi. Dünyanın tüm tarihi boyunca salınan tüm karbondioksitin atmosferde kalması durumunda, kısmi basıncı artık Venüs'teki ile aynı olabilir (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Ancak Dünya'da süreç tersine döndü. Atmosferden gelen karbondioksitin önemli bir kısmı, suda yaşayan organizmalar tarafından kabuklarını oluşturmak için kullanıldığı ve biyojenik olarak karbonatlara dönüştürüldüğü hidrosferde çözüldü. Daha sonra, bunlardan en güçlü kemojenik ve organojenik karbonat katmanları oluştu.
Oksijen atmosfere üç kaynaktan sağlandı. Uzun bir süre, Dünya'nın oluşum anından itibaren, mantonun gazının giderilmesi sırasında salındı ve esas olarak oksidatif süreçlere harcandı.Bir başka oksijen kaynağı da su buharının sert ultraviyole güneş radyasyonu ile foto-ayrışmasıydı. görünüşler; atmosferdeki serbest oksijen, indirgeyici koşullarda yaşayan prokaryotların çoğunun ölümüne yol açtı. Prokaryotik organizmalar yaşam alanlarını değiştirmiştir. Dünya yüzeyini, indirgeme koşullarının hala korunduğu derinliklerine ve bölgelerine bıraktılar. Bunların yerini, karbondioksiti oksijene kuvvetli bir şekilde işlemeye başlayan ökaryotlar aldı.
Archean sırasında ve Proterozoic'in önemli bir bölümünde, hem abiyojenik hem de biyojenik olarak ortaya çıkan hemen hemen tüm oksijen, esas olarak demir ve sülfürün oksidasyonu için harcandı. Proterozoik'in sonunda, dünyanın yüzeyinde bulunan tüm metalik iki değerlikli demir ya oksitlendi ya da dünyanın çekirdeğine taşındı. Bu, erken Proterozoik atmosferdeki kısmi oksijen basıncının değişmesine yol açtı.
Proterozoik'in ortasında, atmosferdeki oksijen konsantrasyonu Urey noktasına ulaştı ve mevcut seviyenin %0,01'ini buldu. O zamandan itibaren atmosferde oksijen birikmeye başladı ve muhtemelen Riphean'ın sonunda içeriği Pasteur noktasına ulaştı (mevcut seviyenin% 0,1'i). Ozon tabakasının Vendian döneminde ortaya çıkmış olması ve o dönemde hiç kaybolmamış olması mümkündür.
Dünya atmosferinde serbest oksijenin ortaya çıkması, yaşamın evrimini hızlandırdı ve daha mükemmel bir metabolizmaya sahip yeni formların ortaya çıkmasına neden oldu. Proterozoik'in başlangıcında ortaya çıkan daha önceki ökaryotik tek hücreli algler ve siyanürler, sudaki modern konsantrasyonunun yalnızca 10-3'ü kadar bir oksijen içeriği gerektiriyorsa, o zaman Erken Vendian'ın sonunda iskeletsel olmayan Metazoa'nın ortaya çıkmasıyla birlikte, yani yaklaşık 650 milyon yıl önce atmosferdeki oksijen konsantrasyonunun çok daha yüksek olması gerekirdi. Ne de olsa Metazoa oksijen solunumu kullanıyordu ve bunun için kısmi oksijen basıncına ulaşması gerekiyordu. kritik seviye- Pastör puanları. Bu durumda, anaerobik fermantasyon işleminin yerini, enerjik olarak daha umut verici ve ilerleyici bir oksijen metabolizması aldı.
Bundan sonra, dünya atmosferinde daha fazla oksijen birikimi oldukça hızlı bir şekilde gerçekleşti. Mavi-yeşil alglerin hacmindeki kademeli artış, hayvanlar aleminin yaşam desteği için gerekli olan oksijen seviyesinin atmosferinde elde edilmesine katkıda bulunmuştur. Bitkilerin karaya çıktığı andan itibaren - yaklaşık 450 milyon yıl önce - atmosferdeki oksijen içeriğinde belirli bir dengelenme meydana geldi. Silüriyen dönemde meydana gelen karada bitkilerin ortaya çıkışı, atmosferdeki oksijen seviyesinin nihai olarak sabitlenmesine yol açtı. O zamandan beri konsantrasyonu oldukça dar sınırlar içinde dalgalanmaya başladı ve asla yaşamın varlığının ötesine geçmedi. Atmosferdeki oksijen konsantrasyonu, çiçekli bitkilerin ortaya çıkışından bu yana tamamen sabitlenmiştir. Bu olay Kretase döneminin ortalarında yani M.Ö. yaklaşık 100 milyon yıl önce.
Nitrojenin büyük bir kısmı, esas olarak amonyağın ayrışması nedeniyle, Dünya'nın gelişiminin erken aşamalarında oluşmuştur. Organizmaların ortaya çıkışıyla birlikte, atmosferik nitrojeni organik madde ve deniz sedimanlarına gömülme. Organizmaların karaya salınmasından sonra, nitrojen kıtasal çökeltilere gömülmeye başladı. Serbest nitrojeni işleme süreçleri, özellikle karasal bitkilerin gelişiyle yoğunlaştı.
Kriptozoik ve Fanerozoik döneme girildiğinde, yani yaklaşık 650 milyon yıl önce, atmosferdeki karbondioksit içeriği yüzde onda bire düşmüş ve bugünkü seviyeye ancak yakın zamanda, yaklaşık 10-20 milyona yakın bir içeriğe ulaşmıştır. yıllar önce
Böylece, atmosferin gaz bileşimi organizmalar için yaşam alanı sağlamakla kalmayıp, aynı zamanda yaşamsal aktivitelerinin özelliklerini de belirlemiş, yerleşim ve evrimi teşvik etmiştir. Hem kozmik hem de gezegensel nedenlere bağlı olarak organizmalar için uygun olan atmosferik gaz bileşiminin dağılımındaki sonuçta meydana gelen başarısızlıklar, Kriptozoik sırasında ve Fanerozoik tarihin belirli sınırlarında tekrar tekrar meydana gelen organik dünyanın kitlesel yok oluşlarına yol açtı.
Atmosferin etnosferik işlevleri
Dünya atmosferi gerekli maddeyi, enerjiyi sağlar ve metabolik süreçlerin yönünü ve hızını belirler. Modern atmosferin gaz bileşimi, yaşamın varlığı ve gelişimi için idealdir. Bir hava ve iklim oluşumu alanı olarak atmosfer, insanların, hayvanların ve bitki örtüsünün yaşamı için rahat koşullar yaratmalıdır. Atmosferik havanın kalitesindeki ve hava koşullarındaki bir yöndeki veya diğerindeki sapmalar, hayvanın yaşamı için aşırı koşullar yaratır ve bitki örtüsü, insanlar için dahil.
Dünya'nın atmosferi, etnosferin evriminde ana faktör olan insanlığın varoluşu için gerekli koşulları sağlamakla kalmaz. Aynı zamanda üretim için bir enerji ve hammadde kaynağı olarak karşımıza çıkmaktadır. Genel olarak atmosfer insan sağlığını koruyan bir faktör olup, bazı alanlar fiziki ve coğrafi koşullar ve atmosferik hava kalitesi nedeniyle rekreasyon alanı olarak hizmet vermekte ve insanlar için sanatoryum tedavi ve rekreasyon amaçlı alanlardır. Böylece, atmosfer estetik ve duygusal etki faktörüdür.
Atmosferin oldukça yakın zamanda belirlenen etnosferik ve teknosferik işlevleri (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), bağımsız ve derinlemesine bir çalışma gerektiriyor. Bu nedenle, atmosferik enerji fonksiyonlarının incelenmesi, hem çevreye zarar veren süreçlerin oluşumu ve işleyişi hem de insan sağlığı ve refahı üzerindeki etkisi açısından çok önemlidir. Bu durumda Konuşuyoruz etkili kullanımı kirletici olmayan elde etme probleminin başarılı çözümüne katkıda bulunacak olan siklonların ve antisiklonların enerjisi, atmosferik girdaplar, atmosferik basınç ve diğer aşırı atmosferik olaylar hakkında çevre alternatif enerji kaynakları. Sonuçta, hava ortamı, özellikle de Dünya Okyanusunun üzerinde bulunan kısmı, muazzam miktarda serbest enerjinin salındığı bir alandır.
Örneğin, ortalama güçteki tropikal siklonların günde yalnızca 500 bin ton enerjiye eşdeğer enerji saldığı tespit edilmiştir. atom bombaları Hiroşima ve Nagazaki'ye düştü. Böyle bir kasırganın 10 günlük varlığı için, Amerika Birleşik Devletleri gibi bir ülkenin 600 yıl boyunca tüm enerji ihtiyacını karşılayacak kadar enerji açığa çıkar.
İÇİNDE son yıllar Doğa bilimcileri tarafından, şu ya da bu şekilde, etkinliğin çeşitli yönleri ve atmosferin dünya süreçleri üzerindeki etkisi ile ilgili çok sayıda çalışma yayınlandı; bu, modern doğa bilimlerinde disiplinler arası etkileşimlerin yoğunlaştığını gösteriyor. Aynı zamanda, jeoekolojide işlevsel-ekolojik yönü not etmenin gerekli olduğu belirli yönlerinin bütünleştirici rolü kendini gösterir.
Bu yön, çeşitli jeosferlerin ekolojik fonksiyonlarının ve gezegensel rolünün analizini ve teorik genellemesini teşvik eder ve bu da, gezegenimizin bütüncül bir çalışması, rasyonel kullanımı ve bilimsel temelleri için metodoloji ve bilimsel temellerin geliştirilmesi için önemli bir önkoşuldur. doğal kaynaklarının korunması.
Dünya'nın atmosferi birkaç katmandan oluşur: troposfer, stratosfer, mezosfer, termosfer, iyonosfer ve ekzosfer. Troposferin üst kısmında ve stratosferin alt kısmında ozonla zenginleştirilmiş ozon tabakası adı verilen bir tabaka bulunur. Ozonun dağılımında belirli (günlük, mevsimsel, yıllık vb.) düzenlilikler kurulmuştur. Başlangıcından bu yana, atmosfer gezegensel süreçlerin gidişatını etkilemiştir. Atmosferin birincil bileşimi şimdikinden tamamen farklıydı, ancak zamanla moleküler nitrojenin oranı ve rolü istikrarlı bir şekilde arttı, yaklaşık 650 milyon yıl önce serbest oksijen ortaya çıktı, miktarı sürekli arttı, ancak buna bağlı olarak karbondioksit konsantrasyonu azaldı. . Atmosferin yüksek hareketliliği, gaz bileşimi ve aerosollerin varlığı, çeşitli jeolojik ve biyosferik süreçlerdeki olağanüstü rolünü ve aktif katılımını belirler. Güneş enerjisinin yeniden dağıtılmasında ve yıkıcı doğal olayların ve afetlerin gelişmesinde atmosferin rolü büyüktür. Olumsuz etki Açık organik dünya ve doğal sistemler atmosferik kasırgalar - kasırgalar (kasırgalar), kasırgalar, tayfunlar, siklonlar ve diğer fenomenler oluşturur. Doğal faktörlerle birlikte kirliliğin ana kaynakları çeşitli şekillerdedir. ekonomik aktivite kişi. Atmosfer üzerindeki antropojenik etkiler, yalnızca çeşitli aerosollerin ve sera gazlarının ortaya çıkmasıyla değil, aynı zamanda su buharı miktarının artmasıyla da ifade edilmekte ve kendini sis ve asit yağmuru şeklinde göstermektedir. Sera gazları dünya yüzeyinin sıcaklık rejimini değiştirir, bazı gazların emisyonları ozon perdesinin hacmini azaltır ve ozon deliklerinin oluşumuna katkıda bulunur. Dünya atmosferinin etnosferik rolü büyüktür.
Atmosferin doğal süreçlerdeki rolü
Litosfer ile dış uzay arasındaki ara durumdaki yüzey atmosferi ve gaz bileşimi organizmaların yaşamı için koşullar yaratır. Aynı zamanda, ayrışma ve kayaların tahribinin yoğunluğu, kırıntılı malzemenin transferi ve birikmesi, yağışın miktarına, doğasına ve sıklığına, rüzgarların sıklığına ve şiddetine ve özellikle hava sıcaklığına bağlıdır. Atmosfer, iklim sisteminin merkezi bileşenidir. Hava sıcaklığı ve nemi, bulutluluk ve yağış, rüzgar - tüm bunlar hava durumunu, yani atmosferin sürekli değişen durumunu karakterize eder. Aynı zamanda, aynı bileşenler aynı zamanda iklimi, yani ortalama uzun vadeli hava rejimi de karakterize eder.
Aerosol parçacıkları (kül, toz, su buharı parçacıkları) olarak adlandırılan gazların bileşimi, bulutların ve çeşitli safsızlıkların varlığı, güneş radyasyonunun atmosferden geçiş özelliklerini belirler ve Dünya'nın termal radyasyonunun kaçmasını önler. uzaya.
Dünya'nın atmosferi çok hareketlidir. İçinde ortaya çıkan süreçler ve gaz bileşimindeki değişiklikler, kalınlık, bulutluluk, şeffaflık ve içindeki çeşitli aerosol parçacıklarının varlığı hem havayı hem de iklimi etkiler.
Doğal süreçlerin hareketi ve yönü ile Dünya üzerindeki yaşam ve aktivite güneş radyasyonu tarafından belirlenir. Dünya yüzeyine gelen ısının %99,98'ini verir. Yıllık 134*10 19 kcal yapar. Bu miktarda ısı 200 milyar ton kömür yakılarak elde edilebilir. Güneş kütlesindeki bu termonükleer enerji akışını yaratan hidrojen rezervleri, en az 10 milyar yıl daha, yani gezegenimizin kendisinin var olduğu sürenin iki katı kadar bir süre için yeterli olacaktır.
Atmosferin üst sınırından giren toplam güneş enerjisi miktarının yaklaşık 1/3'ü dünya uzayına geri yansıtılır, %13'ü ozon tabakası tarafından emilir (neredeyse tüm ultraviyole radyasyon dahil). %7 - atmosferin geri kalanı ve sadece %44'ü dünya yüzeyine ulaşıyor. Bir günde Dünya'ya ulaşan toplam güneş radyasyonu, insanlığın son bin yılda her türlü yakıtı yakması sonucunda aldığı enerjiye eşittir.
Dünya yüzeyindeki güneş radyasyonunun dağılımının miktarı ve doğası, atmosferin bulutluluğuna ve şeffaflığına yakından bağlıdır. Saçılan radyasyon miktarı, Güneş'in ufkun üzerindeki yüksekliğinden, atmosferin şeffaflığından, su buharı, toz içeriğinden, toplam karbondioksit miktarından vb. etkilenir.
Saçılan radyasyonun maksimum miktarı kutup bölgelerine düşer. Güneş ufkun üzerinde ne kadar alçaktaysa, belirli bir alana o kadar az ısı girer.
Atmosferin şeffaflığı ve bulutluluğu büyük önem taşımaktadır. Bulutlu bir yaz gününde, gündüz bulutları dünya yüzeyinin ısınmasını engellediğinden, genellikle açık bir yaz gününden daha soğuktur.
Atmosferdeki toz içeriği, ısı dağılımında önemli bir rol oynar. İçerisinde şeffaflığı etkileyen ince dağılmış katı toz ve kül parçacıkları, çoğu yansıtılan güneş ışınımının dağılımını olumsuz etkiler. İnce parçacıklar atmosfere iki şekilde girer: ya volkanik patlamalar sırasında dışarı atılan küller ya da kurak tropikal ve subtropikal bölgelerden rüzgarlarla taşınan çöl tozu. Özellikle kuraklık sırasında, sıcak hava akımlarıyla atmosferin üst katmanlarına taşındığında ve orada uzun süre kalabildiğinde, bu tür tozlar oluşur. 1883 yılında Krakatoa yanardağının patlamasından sonra atmosfere onlarca kilometre atılan tozlar yaklaşık 3 yıl stratosferde kaldı. 1985 yılında El Chichon yanardağının (Meksika) patlaması sonucunda toz Avrupa'ya ulaştı ve bu nedenle yüzey sıcaklıklarında hafif bir düşüş oldu.
Dünya atmosferi değişken miktarda su buharı içerir. Mutlak olarak, ağırlık veya hacim olarak miktarı %2 ila %5 arasında değişir.
Karbondioksit gibi su buharı da sera etkisini artırır. Atmosferde oluşan bulutlarda ve sislerde kendine özgü fizikokimyasal işlemler gerçekleşir.
Atmosferdeki birincil su buharı kaynağı okyanusların yüzeyidir. Yılda 95 ila 110 cm kalınlığında bir su tabakası buradan buharlaşır, nemin bir kısmı yoğuşmadan sonra okyanusa geri döner, diğeri ise hava akımları ile kıtalara doğru yönlendirilir. Değişken nemli iklime sahip bölgelerde yağış toprağı nemlendirir ve nemli bölgelerde yeraltı suyu rezervleri oluşturur. Bu nedenle, atmosfer bir nem biriktirici ve bir yağış deposudur. atmosferde oluşan sisler ise toprak örtüsüne nem sağlamakta ve böylece hayvan ve bitki dünyasının gelişmesinde belirleyici rol oynamaktadır.
Atmosferik nem, atmosferin hareketliliği nedeniyle dünya yüzeyine dağılır. Çok karmaşık bir rüzgar ve basınç dağılımı sistemine sahiptir. Atmosferin sürekli hareket halinde olması nedeniyle, rüzgar akışlarının ve basıncın dağılımının doğası ve kapsamı sürekli değişmektedir. Dolaşım ölçekleri, yalnızca birkaç yüz metre büyüklüğündeki mikrometeorolojikten on binlerce kilometrelik küresel bir boyuta kadar değişir. Büyük atmosferik girdaplar, büyük ölçekli hava akımları sistemlerinin oluşturulmasında rol oynar ve atmosferin genel dolaşımını belirler. Ek olarak, yıkıcı atmosferik olayların kaynaklarıdır.
Hava ve iklim koşullarının dağılımı ve canlı maddenin işleyişi atmosfer basıncına bağlıdır. Atmosfer basıncının küçük sınırlar içinde dalgalanması durumunda, insanların refahı ve hayvanların davranışlarında belirleyici bir rol oynamaz ve bitkilerin fizyolojik fonksiyonlarını etkilemez. Kural olarak, cephe olayları ve hava değişiklikleri basınç değişiklikleriyle ilişkilendirilir.
Rölyef oluşturucu bir faktör olarak flora ve fauna üzerinde en güçlü etkiye sahip olan rüzgarın oluşumu için atmosferik basınç temel bir öneme sahiptir.
Rüzgar, bitkilerin büyümesini baskılayabilir ve aynı zamanda tohumların transferini teşvik eder. Hava ve iklim koşullarının oluşumunda rüzgarın rolü büyüktür. Ayrıca deniz akıntılarının düzenleyicisi olarak da görev yapar. Dış etkenlerden biri olan rüzgar, uzun mesafelerde yıpranmış malzemenin erozyonuna ve sönmesine katkıda bulunur.
Atmosferik süreçlerin ekolojik ve jeolojik rolü
İçinde aerosol partiküllerinin ve katı tozun ortaya çıkması nedeniyle atmosferin şeffaflığının azalması, güneş radyasyonunun dağılımını etkileyerek albedo veya yansıtıcılığı arttırır. Çeşitli kimyasal reaksiyonlar aynı sonuca yol açarak ozonun ayrışmasına ve su buharından oluşan "inci" bulutların oluşmasına neden olur. Yansıtmadaki küresel değişimin yanı sıra atmosferin gaz bileşimindeki değişiklikler, özellikle sera gazları, iklim değişikliğinin nedenidir.
Dünya yüzeyinin farklı kısımlarında atmosferik basınçta farklılıklara neden olan düzensiz ısıtma, atmosferik sirkülasyona yol açar; alamet-i farika troposfer. Basınçta bir fark olduğunda, hava yüksek basınç alanlarından alçak basınç alanlarına doğru akar. Hava kütlelerinin bu hareketleri, nem ve sıcaklıkla birlikte, atmosferik süreçlerin ana ekolojik ve jeolojik özelliklerini belirler.
Rüzgar, hızına bağlı olarak dünya yüzeyinde çeşitli jeolojik işler üretir. 10 m/s hızla ağaçların kalın dallarını sallar, toz ve ince kumları toplar ve taşır; 20 m/s hızla ağaç dallarını kırar, kum ve çakıl taşır; 30 m/s (fırtına) hızıyla evlerin çatılarını yırtar, ağaçları söker, direkleri kırar, çakılları yerinden oynatır ve küçük çakıl taşır ve 40 m/s hızında bir kasırga evleri yerle bir eder, elektrik hatlarını kırar ve yerle bir eder. direkler, büyük ağaçları kökünden söker.
Şiddetli fırtınalar ve kasırgalar (kasırgalar), sıcak mevsimde 100 m/s'ye varan hızlarla güçlü atmosferik cephelerde meydana gelen atmosferik girdaplar gibi feci sonuçlara yol açan büyük bir olumsuz çevresel etkiye sahiptir. Fırtınalar, kasırga rüzgar hızlarına (60-80 m/s'ye kadar) sahip yatay kasırgalardır. Bunlara genellikle birkaç dakikadan yarım saate kadar süren şiddetli sağanak yağışlar ve gök gürültülü fırtınalar eşlik eder. Fırtınalar 50 km genişliğe kadar olan alanları kapsıyor ve 200-250 km mesafe kat ediyor. 1998 yılında Moskova ve Moskova bölgesinde şiddetli bir fırtına birçok evin çatısına zarar verdi ve ağaçları devirdi.
Kuzey Amerika'da kasırga olarak adlandırılan kasırgalar, genellikle gök gürültülü bulutlarla ilişkilendirilen huni şeklindeki güçlü atmosferik girdaplardır. Bunlar, birkaç on ila yüzlerce metre çapında ortada daralan hava sütunlarıdır. Kasırga, bir filin hortumuna çok benzeyen, bulutlardan inen veya dünyanın yüzeyinden yükselen bir huni görünümündedir. Güçlü bir seyrelme ve yüksek dönüş hızına sahip olan kasırga, rezervuarlardan toz, su ve çeşitli nesneler çekerek birkaç yüz kilometreye kadar yol alır. Güçlü kasırgalara gök gürültülü fırtınalar, yağmur eşlik eder ve büyük bir yıkıcı güce sahiptir.
Kasırgalar, sürekli soğuk veya sıcak olan kutup altı veya ekvator bölgelerinde nadiren meydana gelir. Açık okyanusta birkaç kasırga. Kasırgalar Avrupa, Japonya, Avustralya, ABD'de meydana gelir ve Rusya'da özellikle Orta Kara Dünya bölgesinde, Moskova, Yaroslavl, Nizhny Novgorod ve Ivanovo bölgelerinde sık görülür.
Kasırgalar arabaları, evleri, vagonları, köprüleri kaldırır ve hareket ettirir. Amerika Birleşik Devletleri'nde özellikle yıkıcı kasırgalar (hortumlar) görülmektedir. Yılda 450 ila 1500 kasırga kaydediliyor ve ortalama 100 kurban var. Kasırgalar hızlı hareket eden felakettir atmosferik süreçler. Sadece 20-30 dakikada oluşurlar ve var olma süreleri 30 dakikadır. Bu nedenle, kasırgaların oluşum zamanını ve yerini tahmin etmek neredeyse imkansızdır.
Diğer yıkıcı, ancak uzun vadeli atmosferik girdaplar siklonlardır. Belirli koşullar altında hava akımlarının dairesel hareketinin oluşmasına katkıda bulunan bir basınç düşüşü nedeniyle oluşurlar. Atmosferik girdaplar, nemli sıcak havanın yükselen güçlü akımlarının etrafından kaynaklanır ve güney yarımkürede saat yönünde ve kuzey yarımkürede saat yönünün tersine yüksek hızda döner. Kasırgalar, kasırgalardan farklı olarak okyanuslardan kaynaklanır ve kıtalar üzerinde yıkıcı etkilerini gösterir. Ana yıkıcı faktörler kuvvetli rüzgarlar, kar yağışı şeklinde yoğun yağış, sağanak yağış, dolu ve taşkınlardır. 19 - 30 m / s hıza sahip rüzgarlar bir fırtına, 30 - 35 m / s - bir fırtına ve 35 m / s'den fazla - bir kasırga oluşturur.
Tropikal siklonlar - kasırgalar ve tayfunlar - ortalama birkaç yüz kilometre genişliğe sahiptir. Siklon içindeki rüzgar hızı kasırga kuvvetine ulaşır. Tropikal siklonlar, birkaç günden birkaç haftaya kadar sürer ve 50 ila 200 km/s hızla hareket eder. Orta enlem siklonlarının çapı daha büyüktür. Enine boyutları bin ila birkaç bin kilometre arasında değişiyor, rüzgar hızı fırtınalı. Kuzey yarımkürede batıdan hareket ederler ve onlara felaket getiren dolu ve kar yağışı eşlik eder. Siklonlar ve bunlarla ilişkili kasırgalar ve tayfunlar, kurban sayısı ve neden oldukları hasar açısından sellerden sonraki en büyük doğal afetlerdir. Asya'nın yoğun nüfuslu bölgelerinde, kasırgalar sırasında ölenlerin sayısı binlerle ölçülüyor. 1991 yılında Bangladeş'te 6 m yüksekliğinde deniz dalgalarının oluşmasına neden olan bir kasırga sırasında 125 bin kişi öldü. Tayfunlar ABD'ye büyük zarar veriyor. Sonuç olarak, onlarca ve yüzlerce insan ölüyor. Batı Avrupa'da kasırgalar daha az hasara neden olur.
Gök gürültülü fırtınalar, yıkıcı bir atmosferik fenomen olarak kabul edilir. Sıcak, nemli hava çok hızlı yükseldiğinde oluşurlar. Tropik ve subtropikal kuşakların sınırında yılda 90-100 gün, ılıman kuşakta 10-30 gün gök gürültülü sağanak yağışlar görülür. Ülkemizde en fazla gök gürültülü fırtına Kuzey Kafkasya'da meydana gelir.
Fırtınalar genellikle bir saatten az sürer. Şiddetli sağanak yağışlar, dolu fırtınaları, şimşek çakmaları, şiddetli rüzgarlar ve dikey hava akımları özel bir tehlike oluşturur. Dolu tehlikesi, dolu tanelerinin boyutuna göre belirlenir. Kuzey Kafkasya'da dolu tanelerinin kütlesi bir zamanlar 0,5 kg'a ulaştı ve Hindistan'da 7 kg ağırlığındaki dolu taneleri kaydedildi. Ülkemizdeki en tehlikeli alanlar Kuzey Kafkasya'da yer almaktadır. Temmuz 1992'de dolu, Mineralnye Vody havaalanında 18 uçağa hasar verdi.
Yıldırım tehlikeli bir hava olayıdır. İnsanları, hayvanları öldürürler, yangınlara neden olurlar, elektrik şebekesine zarar verirler. Dünya çapında her yıl yaklaşık 10.000 kişi gök gürültülü fırtınalardan ve bunların sonuçlarından ölüyor. Ayrıca, Afrika'nın bazı bölgelerinde, Fransa'da ve Amerika Birleşik Devletleri'nde yıldırım kurbanlarının sayısı diğer doğa olaylarından daha fazladır. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki fırtınaların yıllık ekonomik zararı en az 700 milyon dolar.
Kuraklık, çöl, bozkır ve orman-bozkır bölgeleri için tipiktir. Yağış eksikliği toprağın kurumasına, yeraltı su seviyesinin düşmesine ve tamamen kuruyana kadar rezervuarlara neden olur. Nem eksikliği bitki ve ekinlerin ölümüne yol açar. Kuraklıklar özellikle Afrika, Yakın ve Orta Doğu, Orta Asya ve Güney Kuzey Amerika'da şiddetlidir.
Kuraklık, insan yaşamının koşullarını değiştirmekte, toprağın tuzlanması, kuru rüzgarlar, toz fırtınaları, toprak erozyonu ve orman yangınları gibi süreçlerle doğal çevreyi olumsuz etkilemektedir. Yangınlar özellikle tayga bölgelerinde, tropikal ve subtropikal ormanlarda ve savanlarda kuraklık sırasında güçlüdür.
Kuraklıklar, bir sezon süren kısa süreli süreçlerdir. Kuraklık iki mevsimden fazla sürdüğünde, açlık ve toplu ölüm tehdidi vardır. Tipik olarak, kuraklığın etkisi bir veya daha fazla ülkenin topraklarına kadar uzanır. Özellikle Afrika'nın Sahel bölgesinde trajik sonuçları olan uzun süreli kuraklıklar meydana gelir.
Kar yağışı, aralıklı şiddetli yağmurlar ve uzun süreli uzun süreli yağmurlar gibi atmosferik olaylar büyük hasara neden olur. Kar yağışları dağlarda büyük çığlara neden olur ve düşen karın hızla erimesi ve uzun süreli şiddetli yağmurlar sellere yol açar. Özellikle ağaçsız alanlarda yeryüzüne düşen devasa bir su kütlesi, toprak örtüsünün ciddi şekilde erozyona uğramasına neden olur. Dağ geçidi kiriş sistemlerinde yoğun bir büyüme var. Taşkınlar, yoğun yağış dönemindeki büyük taşkınların bir sonucu olarak veya ani bir ısınmadan veya ilkbaharda kar erimesinden sonra meydana gelir ve bu nedenle, atmosferik olaylardan kaynaklanır (bunlar hidrosferin ekolojik rolü ile ilgili bölümde tartışılmaktadır).
Atmosferdeki insan kaynaklı değişiklikler
Günümüzde atmosferik kirliliğe neden olan ve ekolojik dengenin ciddi şekilde ihlal edilmesine yol açan antropojenik nitelikte birçok farklı kaynak bulunmaktadır. Ölçek açısından, iki kaynak atmosfer üzerinde en büyük etkiye sahiptir: ulaşım ve endüstri. Ortalama olarak, ulaşım, toplam atmosferik kirlilik miktarının yaklaşık% 60'ını, sanayi -% 15'ini, termal enerji -% 15'ini, evsel ve endüstriyel atıkların imhası için teknolojiler -% 10'unu oluşturmaktadır.
Taşıma, kullanılan yakıta ve oksitleyici maddelerin türlerine bağlı olarak, atmosfere nitrojen oksitler, kükürt, karbon oksitler ve dioksitler, kurşun ve bileşikleri, kurum, benzopiren (polisiklik aromatik hidrokarbonlar grubundan bir madde) yayar. cilt kanserine neden olan güçlü bir kanserojen).
Sanayi atmosfere kükürt dioksit, karbon oksitler ve dioksitler, hidrokarbonlar, amonyak, hidrojen sülfit, sülfürik asit, fenol, klor, flor ve diğer bileşikler ve kimyasallar yayar. Ancak emisyonlar arasında baskın konum (% 85'e kadar) toz tarafından işgal edilmektedir.
Kirlilik sonucunda atmosferin şeffaflığı değişir, içinde aerosoller, sis ve asit yağmurları görülür.
Aerosoller, gaz halindeki bir ortamda asılı duran katı parçacıklardan veya sıvı damlacıklardan oluşan dağınık sistemlerdir. Dağılan fazın partikül boyutu genellikle 10 -3 -10 -7 cm'dir. Dağılan fazın bileşimine bağlı olarak aerosoller iki gruba ayrılır. Biri gazlı bir ortamda dağılmış katı parçacıklardan oluşan aerosolleri, ikincisi ise gaz ve sıvı fazların bir karışımı olan aerosolleri içerir. Birincisine duman, ikincisi - sis denir. Yoğuşma merkezleri, oluşum sürecinde önemli bir rol oynar. Volkanik kül, kozmik toz, endüstriyel emisyon ürünleri, çeşitli bakteriler, vb.Yoğuşma çekirdeği görevi görür.Konsantrasyon çekirdeğinin olası kaynaklarının sayısı sürekli artmaktadır. Yani örneğin kuru ot 4000 m 2 lik bir alanda yangınla yok edildiğinde ortalama 11*10 22 aerosol çekirdeği oluşur.
Aerosoller, gezegenimizin ortaya çıktığı andan itibaren oluşmaya başladı ve doğal koşulları etkiledi. Ancak, maddelerin doğadaki genel dolaşımı ile dengelenen sayıları ve eylemleri, derin ekolojik değişikliklere neden olmadı. Oluşumlarının antropojenik faktörleri, bu dengeyi önemli biyosferik aşırı yüklenmelere doğru kaydırdı. Bu özellik, insanoğlunun hem toksik maddeler hem de bitki koruma için özel olarak oluşturulmuş aerosolleri kullanmaya başlamasından bu yana özellikle belirgindir.
Bitki örtüsü için en tehlikeli olanlar kükürt dioksit, hidrojen florür ve nitrojen aerosolleridir. Islak bir yaprak yüzeyi ile temas ettiklerinde canlılar üzerinde zararlı etkisi olan asitler oluştururlar. Asit buğuları solunan hava ile birlikte hayvanların ve insanların solunum organlarına girer ve mukoza zarlarını agresif bir şekilde etkiler. Bazıları canlı dokuyu bozar ve radyoaktif aerosoller kansere neden olur. Radyoaktif izotoplar arasında SG 90, yalnızca kanserojenliği nedeniyle değil, aynı zamanda organizmaların kemiklerinde onu değiştirerek ayrışmalarına neden olan bir kalsiyum analoğu olarak da özel bir tehlike arz eder.
Sırasında nükleer patlamalar Atmosferde radyoaktif aerosol bulutları oluşur. 1 - 10 mikron yarıçapına sahip küçük parçacıklar, yalnızca troposferin üst katmanlarına değil, aynı zamanda uzun süre kalabildikleri stratosfere de düşer. Aerosol bulutları, nükleer yakıt üreten endüstriyel tesislerin reaktörlerinin işletilmesi sırasında ve nükleer santrallerdeki kazalar sonucunda da oluşur.
Smog, endüstriyel alanlar ve büyük şehirler üzerinde sis perdesi oluşturan, sıvı ve katı dağılmış fazlara sahip aerosollerin bir karışımıdır.
Üç tür sis vardır: buzlu, ıslak ve kuru. Buz dumanına Alaska denir. Bu, sis damlacıkları ve ısıtma sistemlerinden gelen buhar donduğunda oluşan tozlu parçacıklar ve buz kristallerinin eklenmesiyle gaz halindeki kirleticilerin bir kombinasyonudur.
Islak duman veya duman Londra tipi bazen kış denir. Gaz halindeki kirleticiler (esas olarak kükürt dioksit), toz parçacıkları ve sis damlacıklarının bir karışımıdır. Kış sisinin ortaya çıkması için meteorolojik ön koşul, soğuk hava yüzey tabakasının üzerinde (700 m'nin altında) bir sıcak hava tabakasının bulunduğu sakin havadır. Aynı zamanda, sadece yatay değil, aynı zamanda dikey değişim de yoktur. Genellikle yüksek katmanlarda dağılan kirleticiler bu durumda yüzey katmanında birikmektedir.
Kuru duman yaz aylarında meydana gelir ve genellikle LA tipi duman olarak adlandırılır. Ozon karışımıdır, karbonmonoksit, nitrojen oksitler ve asit buharları. Bu tür bir sis, kirleticilerin güneş radyasyonu, özellikle de ultraviyole kısmı ile ayrışmasının bir sonucu olarak oluşur. Meteorolojik ön koşul, sıcak olanın üzerinde bir soğuk hava tabakası görünümünde ifade edilen atmosferik inversiyondur. Genellikle sıcak hava akımlarıyla kaldırılan gazlar ve katı parçacıklar daha sonra üst soğuk katmanlarda dağılır, ancak bu durumda inversiyon katmanında birikirler. Fotoliz sürecinde, araba motorlarında yakıtın yanması sırasında oluşan nitrojen dioksitler ayrışır:
HAYIR 2 → HAYIR + O
Ardından ozon sentezi gerçekleşir:
Ö + Ö 2 + M → Ö 3 + M
HAYIR + O → HAYIR 2
Fotoayrışma süreçlerine sarı-yeşil bir parıltı eşlik eder.
Ek olarak, türe göre reaksiyonlar meydana gelir: S03 + H20 -> H2S04, yani güçlü sülfürik asit oluşur.
değişim ile meteorolojik koşullar(rüzgârın ortaya çıkması veya nemdeki değişiklik) soğuk hava dağılır ve duman kaybolur.
Dumanda karsinojenlerin varlığı, solunum yetmezliğine, mukoza zarlarının tahriş olmasına, dolaşım bozukluklarına, astımlı boğulmaya ve sıklıkla ölüme yol açar. Duman özellikle küçük çocuklar için tehlikelidir.
Asit yağmuru, endüstriyel kükürt oksitler, nitrojen oksitler ve perklorik asit buharları ve bunlarda çözünmüş klorin emisyonları ile asitleştirilen atmosferik yağıştır. Kömür ve gaz yakma sürecinde, hem oksit formunda hem de demirli bileşiklerde, özellikle pirit, pirotit, kalkopirit vb. İçindeki kükürdün çoğu, karbonla birlikte kükürt okside dönüşür. dioksit atmosfere salınır. Atmosferik nitrojen ve teknik emisyonlar oksijenle birleştiğinde çeşitli nitrojen oksitler oluşur ve oluşan nitrojen oksitlerin hacmi yanma sıcaklığına bağlıdır. Nitrojen oksitlerin çoğu, araçların ve dizel lokomotiflerin çalışması sırasında oluşur ve azınlık enerji ve sanayi işletmeleri tarafından muhasebeleştirilmektedir. Kükürt ve nitrojen oksitler ana asit oluşturuculardır. Atmosferdeki oksijen ve içindeki su buharı ile reaksiyona girdiğinde sülfürik ve nitrik asitler oluşur.
Ortamın alkali-asit dengesinin pH değeri tarafından belirlendiği bilinmektedir. nötr ortam pH değeri 7, asidik 0 ve alkali 14'tür. Yakın geçmişte nötr olmasına rağmen modern çağda yağmur suyunun pH değeri 5.6'dır. pH değerindeki bir azalma, asitlikte on kat artışa karşılık gelir ve bu nedenle şu anda asitliği artan yağmurlar hemen hemen her yere düşer. Batı Avrupa'da kaydedilen yağmurların maksimum asitliği 4-3,5 pH idi. 4-4,5'e eşit olan pH değerinin çoğu balık için ölümcül olduğu dikkate alınmalıdır.
Asit yağmurları, Dünya'nın bitki örtüsü, endüstriyel ve konut binaları üzerinde agresif bir etkiye sahiptir ve açıkta kalan kayaların aşınmasının önemli ölçüde hızlanmasına katkıda bulunur. Asitlikte bir artış, besinlerin çözündüğü toprakların nötralizasyonunun kendi kendini düzenlemesini engeller. Bu da verimde keskin bir düşüşe yol açar ve bitki örtüsünün bozulmasına neden olur. Toprak asitliği, içindekilerin salınmasına katkıda bulunur. Bağlı devlet yavaş yavaş bitkiler tarafından emilerek ciddi doku hasarına neden olan ve insan besin zincirine nüfuz eden ağır.
Deniz sularının, özellikle sığ sulardaki alkali asit potansiyelindeki bir değişiklik, birçok omurgasızın üremesinin durmasına, balıkların ölümüne neden olmakta ve okyanuslardaki ekolojik dengeyi bozmaktadır.
Asit yağmurları sonucunda Batı Avrupa, Baltık Devletleri, Karelya, Urallar, Sibirya ve Kanada ormanları ölüm tehdidi altındadır.
Atmosfer olarak bilinen Dünya gezegenimizi çevreleyen gazlı zarf beş ana katmandan oluşur. Bu katmanlar, gezegenin yüzeyinde, deniz seviyesinden (bazen aşağıda) kaynaklanır ve aşağıdaki sırayla dış uzaya yükselir:
- Troposfer;
- Stratosfer;
- Mezosfer;
- termosfer;
- Exosphere.
Dünya atmosferinin ana katmanlarının şeması
Bu beş ana katmanın her biri arasında, hava sıcaklığında, bileşiminde ve yoğunluğunda değişikliklerin meydana geldiği "duraklamalar" adı verilen geçiş bölgeleri bulunur. Duraklamalarla birlikte Dünya'nın atmosferi toplam 9 katman içerir.
Troposfer: havanın olduğu yer
Atmosferin tüm katmanları arasında, troposfer en aşina olduğumuzdur (farkında olsanız da olmasanız da), çünkü onun dibinde - gezegenin yüzeyinde yaşıyoruz. Dünyanın yüzeyini sarar ve birkaç kilometre boyunca yukarı doğru uzanır. Troposfer kelimesi "topun değişmesi" anlamına gelir. Bu katman, günlük hava durumumuzun gerçekleştiği yer olduğu için çok uygun bir isim.
Gezegenin yüzeyinden başlayarak troposfer 6 ila 20 km yüksekliğe kadar yükselir. Bize en yakın katmanın alt üçte biri, tüm atmosferik gazların %50'sini içerir. Atmosferin tüm bileşiminin nefes alan tek kısmıdır. Havanın, Güneş'in termal enerjisini emen dünya yüzeyi tarafından aşağıdan ısıtılması nedeniyle, troposferin sıcaklığı ve basıncı, rakım arttıkça azalır.
En üstte, troposfer ile stratosfer arasında sadece bir tampon görevi gören tropopoz adı verilen ince bir katman bulunur.
Stratosfer: ozonun evi
Stratosfer, atmosferin bir sonraki katmanıdır. Dünya yüzeyinden 6-20 km'den 50 km'ye kadar uzanır. Bu, çoğu ticari uçağın uçtuğu ve balonların seyahat ettiği katmandır.
Burada hava yukarı ve aşağı akmaz, çok hızlı hava akımlarında yüzeye paralel hareket eder. Güneş radyasyonunun bir yan ürünü olan doğal olarak oluşan ozon (O3) ve güneşin zararlı ultraviyole ışınlarını emme yeteneğine sahip oksijen bolluğu sayesinde, yükseldikçe sıcaklıklar artar (yüksekliğe bağlı olarak sıcaklıktaki herhangi bir artış bilinir. "tersine çevirme" olarak meteoroloji) .
Stratosferin alt kısmında daha yüksek sıcaklıklar ve üst kısmında daha düşük sıcaklıklar olduğundan, atmosferin bu bölümünde konveksiyon (hava kütlelerinin dikey hareketleri) nadirdir. Aslında, troposferde şiddetli bir fırtınayı stratosferden görebilirsiniz, çünkü katman, içinden fırtına bulutlarının geçmediği konveksiyon için bir "kapak" görevi görür.
Stratosferi yine bu kez stratopause adı verilen bir tampon katman izler.
Mezosfer: orta atmosfer
Mezosfer, Dünya yüzeyinden yaklaşık 50-80 km uzaklıktadır. Üst mezosfer, sıcaklığın -143°C'nin altına düşebileceği, Dünya üzerindeki en soğuk doğal yerdir.
Termosfer: üst atmosfer
Mezosfer ve mezopozu, gezegen yüzeyinin 80 ila 700 km yukarısında bulunan ve atmosferik zarftaki toplam havanın %0,01'inden daha azını içeren termosfer takip eder. Buradaki sıcaklıklar +2000°C'ye kadar ulaşır, ancak havanın güçlü seyreltilmesi ve ısıyı aktaracak gaz moleküllerinin olmaması nedeniyle, bu yüksek sıcaklıklar çok soğuk olarak algılanır.
Exosphere: atmosfer ve uzayın sınırı
Dünya yüzeyinden yaklaşık 700-10.000 km yükseklikte, ekzosfer - atmosferin uzayı çevreleyen dış kenarı. Burada meteorolojik uydular Dünya'nın etrafında dönüyor.
Peki ya iyonosfer?
İyonosfer ayrı bir katman değildir ve aslında bu terim 60 ila 1000 km yükseklikteki atmosferi ifade etmek için kullanılır. Mezosferin en üst kısımlarını, tüm termosferi ve ekzosferin bir kısmını içerir. İyonosfer adını, Güneş'in radyasyonunun içinden geçerken iyonize olduğu atmosferin bu bölümünden aldığı için alır. manyetik alanlar ve üzerine iner. Bu fenomen dünyadan kuzey ışıkları olarak gözlemlenir.
Atmosferin Dünya yaşamındaki rolü
Atmosfer, insanların soluduğu oksijenin kaynağıdır. Ancak, yüksekliğe çıktıkça, toplam atmosferik basınç düşer ve bu da kısmi oksijen basıncında bir düşüşe neden olur.
İnsan akciğerleri yaklaşık üç litre alveolar hava içerir. Atmosfer basıncı normal ise alveol havasındaki kısmi oksijen basıncı 11 mm Hg olacaktır. Art., karbondioksit basıncı - 40 mm Hg. Art. ve su buharı - 47 mm Hg. Sanat. İrtifa arttıkça oksijen basıncı düşer ve akciğerlerdeki toplam su buharı ve karbondioksit basıncı sabit kalır - yaklaşık 87 mm Hg. Sanat. Hava basıncı bu değere eşit olduğunda, oksijen akciğerlere akmayı durduracaktır.
20 km yükseklikte atmosferik basıncın düşmesi nedeniyle insan vücudundaki su ve doku sıvısı burada kaynayacaktır. Basınçlı bir kabin kullanmazsanız, böyle bir yükseklikte bir kişi neredeyse anında ölecektir. Bu nedenle, bakış açısından fizyolojik özellikler insan vücudu, "kozmos" deniz seviyesinden 20 km yükseklikten kaynaklanır.
Atmosferin Dünya'nın yaşamındaki rolü çok büyüktür. Örneğin, yoğun hava katmanları - troposfer ve stratosfer sayesinde insanlar radyasyona maruz kalmaktan korunur. Uzayda, seyreltilmiş havada, 36 km'nin üzerindeki bir yükseklikte iyonlaştırıcı radyasyon etki eder. 40 km'nin üzerinde bir yükseklikte - ultraviyole.
Dünya yüzeyinin üzerinde 90-100 km'nin üzerinde bir yüksekliğe yükselirken, kademeli bir zayıflama olacak ve ardından atmosferik alt katmanda gözlenen, insanlara tanıdık gelen olayların tamamen ortadan kalkması olacak:
Ses yayılmaz.
Aerodinamik kuvvet ve sürükleme yoktur.
Isı, konveksiyon vb. ile aktarılmaz.
Atmosfer tabakası, Dünya'yı ve tüm canlı organizmaları kozmik radyasyondan, göktaşlarından korur, mevsimsel sıcaklık dalgalanmalarını düzenlemekten, günlük olanları dengelemekten ve eşitlemekten sorumludur. Dünya üzerinde bir atmosferin yokluğunda, günlük sıcaklık +/-200С˚ aralığında dalgalanacaktır. Atmosfer tabakası, dünyanın yüzeyi ile dış mekan arasında hayat veren bir "tampon", bir nem ve ısı taşıyıcısıdır; atmosferde fotosentez ve enerji alışverişi süreçleri gerçekleşir - en önemli biyosferik süreçler.
Dünya yüzeyinden itibaren atmosferin katmanları
Atmosfer, Dünya yüzeyinden itibaren atmosferin aşağıdaki katmanlarından oluşan katmanlı bir yapıdır:
Troposfer.
Stratosfer.
Mezosfer.
termosfer.
ekzosfer
Her katmanın aralarında keskin sınırlar yoktur ve yükseklikleri enlem ve mevsimlerden etkilenir. Bu katmanlı yapı, farklı yüksekliklerdeki sıcaklık değişimleri sonucunda oluşmuştur. Parıldayan yıldızları görmemizin nedeni atmosferdir.
Dünya atmosferinin katmanlara göre yapısı:
Dünyanın atmosferi neyden yapılmıştır?
Her atmosferik katman sıcaklık, yoğunluk ve bileşim bakımından farklılık gösterir. Atmosferin toplam kalınlığı 1.5-2.0 bin km'dir. Dünyanın atmosferi neyden yapılmıştır? Şu anda, çeşitli safsızlıklara sahip bir gaz karışımıdır.
Troposfer
Dünya atmosferinin yapısı, atmosferin yaklaşık 10-15 km yüksekliğindeki alt kısmı olan troposfer ile başlar. Burası atmosferik havanın çoğunun yoğunlaştığı yerdir. Karakteristik troposfer - her 100 metrede yükseldikçe sıcaklıkta 0,6 ˚C'lik bir düşüş. Troposfer, neredeyse tüm atmosferik su buharını kendi içinde yoğunlaştırmıştır ve burada bulutlar da oluşur.
Troposferin yüksekliği her gün değişir. Ayrıca, ona ortalama değer enlem ve mevsime göre değişir. Troposferin kutupların üzerindeki ortalama yüksekliği ekvatorun üzerinde 9 km'dir - yaklaşık 17 km. Ekvator üzerinde yıllık ortalama hava sıcaklığı +26 ˚C'ye, Kuzey Kutbu üzerinde ise -23 ˚C'ye yakındır. Ekvatorun üzerindeki troposfer sınırının üst çizgisi, yaklaşık -70 ˚C ve üzeri ortalama yıllık sıcaklıktır. Kuzey Kutbu yazın -45 ˚C ve kışın -65 ˚C. Bu nedenle, rakım ne kadar yüksek olursa, sıcaklık o kadar düşük olur. Güneş ışınları troposferden serbestçe geçerek Dünya'nın yüzeyini ısıtır. Güneşin yaydığı ısı ısı tarafından tutulur. karbon dioksit, metan ve su buharı.
Stratosfer
Troposfer tabakasının üstünde, yüksekliği 50-55 km olan stratosfer bulunur. Bu katmanın özelliği, sıcaklığın yükseklikle artmasıdır. Troposfer ile stratosfer arasında tropopoz adı verilen bir geçiş tabakası bulunur.
Yaklaşık 25 kilometre yükseklikten itibaren stratosfer tabakasının sıcaklığı artmaya başlar ve maksimum 50 km yüksekliğe ulaştığında +10 ile +30 ˚C arasında değerler alır.
Stratosferde çok az su buharı vardır. Bazen yaklaşık 25 km yükseklikte "sedef" adı verilen oldukça ince bulutlar bulabilirsiniz. Gündüzleri fark edilmezler, ancak geceleri ufkun altındaki güneşin aydınlatması nedeniyle parlarlar. Sedef bulutların bileşimi aşırı soğutulmuş su damlacıklarıdır. Stratosfer çoğunlukla ozondan oluşur.
Mezosfer
Mezosfer tabakasının yüksekliği yaklaşık 80 km'dir. Burada yukarı doğru yükseldikçe sıcaklık düşer ve en üst sınırda sıfırın altında birkaç on C˚ değerine ulaşır. Mezosferde, muhtemelen buz kristallerinden oluştuğu tahmin edilen bulutlar da gözlemlenebilir. Bu bulutlara "gümüş" denir. Mezosfer, atmosferdeki en soğuk sıcaklık ile karakterize edilir: -2 ila -138 ˚C.
termosfer
Bu atmosferik katman, adını yüksek sıcaklıklar. Termosfer şunlardan oluşur:
İyonosfer.
ekzosferler.
İyonosfer, her santimetresi 300 km yükseklikte 1 milyar atom ve molekülden oluşan ve 600 km yükseklikte - 100 milyondan fazla olan seyreltilmiş hava ile karakterize edilir.
İyonosfer ayrıca yüksek hava iyonlaşması ile karakterize edilir. Bu iyonlar, yüklü oksijen atomlarından, yüklü nitrojen atomu moleküllerinden ve serbest elektronlardan oluşur.
ekzosfer
800-1000 km yükseklikten itibaren ekzosferik katman başlar. Gaz parçacıkları, özellikle hafif olanlar, burada büyük bir hızla hareket ederek yerçekimi kuvvetinin üstesinden gelir. Bu tür parçacıklar, hızlı hareketlerinden dolayı atmosferden uzaya uçar ve dağılır. Bu nedenle, exosphere saçılma küresi olarak adlandırılır. Ekzosferin en yüksek katmanlarını oluşturan, ağırlıklı olarak uzaya uçan hidrojen atomlarıdır. Üst atmosferdeki parçacıklar ve güneş rüzgarının parçacıkları sayesinde kuzey ışıklarını gözlemleyebiliyoruz.
Uydular ve jeofizik roketler, gezegenin elektrik yüklü parçacıklardan - elektronlar ve protonlardan oluşan radyasyon kuşağının üst atmosferinde varlığını kurmayı mümkün kıldı.