Oksijen felaketi. Dünyanın oksijenli atmosferi nasıl oluştu Dünyanın oksijenli atmosferi kısaca nasıl oluştu
Atmosferin oluşumu. Bugün, Dünya'nın atmosferi bir gaz karışımıdır - %78 azot, %21 oksijen ve karbondioksit gibi az miktarda diğer gazlar. Ancak gezegen ilk ortaya çıktığında atmosferde oksijen yoktu - aslında güneş sisteminde var olan gazlardan oluşuyordu.
Gezegenler olarak bilinen güneş nebulasından gelen toz ve gazdan oluşan küçük kayalık cisimlerin çarpışması ve yavaş yavaş bir gezegen şeklini almasıyla Dünya meydana geldi. Büyüdükçe, gezegenlerde bulunan gazlar patladı ve etrafı sardı. Toprak. Bir süre sonra, ilk bitkiler oksijen salmaya başladı ve ilkel atmosfer, mevcut yoğun hava kabuğuna dönüştü.
atmosferin kökeni
- Küçük gezegenlerden oluşan bir yağmur, 4,6 milyar yıl önce doğmakta olan Dünya'ya çarptı. Gezegenin içine hapsedilen güneş bulutsusu gazları, çarpışma sonucu kaçarak dünyanın nitrojen, karbondioksit ve su buharından oluşan ilkel atmosferini oluşturdu.
- Gezegenin oluşumu sırasında açığa çıkan ısı, ilkel atmosferin yoğun bulutlarından oluşan bir katman tarafından tutulur. Karbondioksit ve su buharı gibi "sera gazları" ısının uzaya yayılmasını engeller. Dünyanın yüzeyi, kaynayan bir erimiş magma deniziyle dolu.
- Gezegenimsi çarpışmalar daha az sıklıkta olduğunda, Dünya soğumaya başladı ve okyanuslar ortaya çıktı. Su buharı kalın bulutlardan yoğunlaşır ve birkaç eons süren yağmur yavaş yavaş ovaları sular altında bırakır. Böylece ilk denizler ortaya çıkar.
- Su buharı yoğunlaşıp okyanusları oluşturdukça hava temizlenir. Zamanla, karbon dioksit içlerinde çözülür ve atmosfere artık azot hakimdir. Oksijen eksikliği nedeniyle koruyucu bir ozon tabakası oluşmaz ve güneşin ultraviyole ışınları serbestçe yeryüzüne ulaşır.
- Antik okyanuslarda yaşam ilk milyar yıl içinde ortaya çıkar. En basit mavi-yeşil algler deniz suyuyla ultraviyole radyasyondan korunur. Enerji üretmek için güneş ışığını ve karbondioksiti kullanırlar, oksijen ise atmosferde yavaş yavaş birikmeye başlayan bir yan ürün olarak salınır.
- Milyarlarca yıl sonra, oksijen açısından zengin bir atmosfer oluşur. Üst atmosferdeki fotokimyasal reaksiyonlar, zararlı ultraviyole ışığı saçan ince bir ozon tabakası oluşturur. Yaşam artık okyanuslardan, evrimin bir sonucu olarak birçok karmaşık organizmanın ortaya çıktığı karaya geçebilir.
Milyarlarca yıl önce, kalın bir ilkel alg tabakası atmosfere oksijen salmaya başladı. Bugüne kadar stromatolit adı verilen fosiller olarak hayatta kaldılar.
volkanik kökenli
1. Eski, havasız Dünya. 2. Gazların patlaması.
Bu teoriye göre, genç Dünya gezegeninin yüzeyinde volkanlar aktif olarak patladı. İlk atmosfer muhtemelen gezegenin silikon kabuğunda sıkışan gazların volkanların püskürtücülerinden kaçmasıyla oluştu.
Görünüşe göre, 2.4 milyar yıl önce Dünya atmosferindeki serbest oksijen içeriğinde gözle görülür bir artış, bir denge durumundan diğerine çok hızlı bir geçişin sonucuydu. İlk seviye, şu anda gözlemlenenden yaklaşık 100.000 kat daha düşük, son derece düşük bir O2 konsantrasyonuna karşılık geldi. İkinci denge seviyesine, mevcut olanın en az 0,005'i kadar daha yüksek bir konsantrasyonda ulaşılabilir. Bu iki seviye arasındaki oksijen içeriği, aşırı dengesizlik ile karakterize edilir. Böyle bir "kararlılık"ın varlığı, siyanobakterilerin (mavi-yeşil "algler") üretmeye başlamasından sonra en az 300 milyon yıl boyunca Dünya atmosferinde neden bu kadar az serbest oksijen bulunduğunu anlamayı mümkün kılar.
Şu anda, Dünya'nın atmosferi, siyanobakterilerin, alglerin ve daha yüksek bitkilerin fotosentezinin bir yan ürününden başka bir şey olmayan %20 serbest oksijendir. Popüler yayınlarda genellikle gezegenin akciğerleri olarak adlandırılan tropikal ormanlar tarafından çok fazla oksijen salınır. Bununla birlikte, aynı zamanda, tropik ormanların yıl boyunca ürettikleri kadar oksijen tüketmeleri de sessizdir. Bitmiş organik maddeyi, özellikle bakteri ve mantarları ayrıştıran organizmaların solunumu için harcanır. İçin, oksijenin atmosferde birikmeye başlaması için fotosentez sırasında oluşan maddenin en azından bir kısmının döngüden uzaklaştırılması gerekir.- örneğin, dip çökeltilerine girin ve onu aerobik olarak, yani oksijen tüketimi ile ayrıştıran bakterilere erişilemez hale gelir.
Oksijenik (yani "oksijen veren") fotosentezin genel reaksiyonu şu şekilde yazılabilir:
CO 2 + H 2 O + hv→ (CH2O) + O2,
nerede hv- enerji Güneş ışığı ve (CH20), organik maddenin genelleştirilmiş formülüdür. nefes almak ters işlem, şu şekilde yazılabilir:
(CH 2 O) + O 2 → CO 2 + H 2 O.
Bu durumda, organizmalar için gerekli olan enerji açığa çıkacaktır. Bununla birlikte, aerobik solunum sadece mevcut seviyenin (Pasteur noktası olarak adlandırılan) 0,01'den az olmayan bir O2 konsantrasyonunda mümkündür. Anaerobik koşullar altında, organik madde fermantasyon yoluyla ayrışır ve genellikle bu sürecin son aşamalarında metan oluşur. Örneğin, asetat oluşumu yoluyla metanojenez için genelleştirilmiş denklem şöyle görünür:
2(CH20) → CH3COOH → CH4 + CO2.
Fotosentez sürecini, organik maddenin anaerobik koşullar altında müteakip ayrışmasıyla birleştirirsek, toplam denklem şöyle görünecektir:
CO 2 + H 2 O + hv→ 1/2 CH 4 + 1/2 CO 2 + O 2.
Görünüşe göre, antik biyosferdeki asıl olan, organik maddenin bu şekilde ayrıştırılmasıydı.
Atmosfere oksijen verilmesi ile oksijenin uzaklaştırılması arasındaki modern dengenin nasıl kurulduğuna dair birçok önemli detay belirsizliğini koruyor. Sonuçta, oksijen içeriğinde gözle görülür bir artış, sözde “Atmosferin Büyük Oksidasyonu” (Büyük Oksidasyon), sadece 2,4 milyar yıl önce meydana geldi, ancak oksijenik fotosentezi gerçekleştiren siyanobakterilerin zaten oldukça fazla olduğu kesin olarak biliniyor. ve 2,7 milyar yıl önce aktifti ve daha da erken ortaya çıktılar - belki 3 milyar yıl önce. Böylece, sırasında en az 300 milyon yıl boyunca, siyanobakterilerin aktivitesi atmosferdeki oksijen içeriğinde bir artışa yol açmadı..
Herhangi bir nedenle, net birincil üretimde (yani, siyanobakterilerin fotosentezi sırasında oluşan organik maddede bir artış) radikal bir artışın aniden meydana geldiği varsayımı, eleştirilere dayanamadı. Gerçek şu ki, fotosentez sırasında karbon 12 C'nin hafif izotopu esas olarak tüketilir ve çevre daha ağır 13C izotopunun nispi içeriği artar Buna göre, suda biriken ve karbonat oluşumuna giden 13C izotopunda organik madde içeren dip çökeltileri tüketilmelidir. Bununla birlikte, karbonatlardaki ve tortuların organik maddesindeki 12С ve 13С oranı, atmosferdeki oksijen konsantrasyonundaki radikal değişikliklere rağmen değişmeden kalır. Bu, tüm noktanın O2 kaynağında değil, jeokimyacıların dediği gibi, aniden önemli ölçüde azalan ve oksijen miktarında önemli bir artışa neden olan “batma” (atmosferden çekilme) olduğu anlamına gelir. atmosferde.
Genellikle, "Atmosferin Büyük Oksidasyonundan" hemen önce, oluşan tüm oksijenin, Dünya yüzeyinde oldukça fazla olan indirgenmiş demir bileşiklerinin (ve ardından kükürtün) oksidasyonu için harcandığına inanılır. Özellikle, sözde "bantlı demir cevherleri" oluştu. Ancak son zamanlarda, Doğu Anglia Üniversitesi (Norwich, Birleşik Krallık) Çevre Bilimleri Okulu'nda doktora öğrencisi olan Colin Goldblatt, aynı üniversiteden iki meslektaşıyla birlikte, Dünya atmosferindeki oksijen içeriğinin bir tane olabileceği sonucuna vardı. iki denge durumundan biri: ya çok küçük olabilir - şimdikinden yaklaşık 100 bin kat daha az ya da oldukça fazla (modern bir gözlemcinin konumundan küçük olmasına rağmen) - mevcut seviyenin 0,005'inden az olamaz.
Önerilen modelde, özellikle serbest oksijen ve metan oranına dikkat ederek hem oksijenin hem de indirgenmiş bileşiklerin atmosfere girişini dikkate aldılar. Oksijen konsantrasyonu mevcut seviyenin 0,0002'sini aşarsa, metanın bir kısmının reaksiyona göre metanotrofik bakteriler tarafından zaten oksitlenebileceğini kaydettiler:
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O.
Ancak metanın geri kalanı (ve özellikle düşük oksijen konsantrasyonlarında oldukça fazladır) atmosfere girer.
Tüm sistem termodinamik açısından dengede olmayan bir durumdadır. Bozulan dengeyi geri kazanmanın ana mekanizması, atmosferin üst katmanlarındaki metanın bir hidroksil radikali tarafından oksitlenmesidir (bkz. Atmosferdeki metan dalgalanmaları: insan ya da doğa - kim kazanır, "Elementler", 06.10.2006). Hidroksil radikalinin atmosferde ultraviyole radyasyonun etkisi altında oluştuğu bilinmektedir. Ancak atmosferde çok fazla oksijen varsa (mevcut seviyenin en az 0,005'i), üst katmanlarında Dünya'yı sert ultraviyole ışınlarından iyi koruyan ve aynı zamanda fizikokimyasal müdahaleye müdahale eden bir ozon ekranı oluşur. metan oksidasyonu.
Yazarlar, oksijenli fotosentezin varlığının kendi içinde olmadığı konusunda biraz paradoksal bir sonuca varıyor. yeterli koşul oksijen açısından zengin bir atmosferin oluşması için veya bir ozon perdesinin oluşması için değil. Bu durum, atmosferlerinin bir araştırmasının sonuçlarına dayanarak diğer gezegenlerde yaşamın varlığına dair işaretler bulmaya çalıştığımız durumlarda dikkate alınmalıdır.
Dünyanın oluşumuyla birlikte atmosfer de oluşmaya başladı. Gezegenin evrimi sırasında ve parametreleri yaklaştıkça modern değerler temel niteliksel değişiklikler meydana geldi kimyasal bileşim ve fiziksel özellikler. Evrimsel modele göre, Dünya erken bir aşamada erimiş haldeydi ve yaklaşık 4,5 milyar yıl önce şu şekilde oluştu: sağlam. Bu dönüm noktası jeolojik kronolojinin başlangıcı olarak kabul edilir. O zamandan beri, atmosferin yavaş evrimi başladı. Bazı jeolojik süreçlere (örneğin, volkanik patlamalar sırasında lav taşması), Dünya'nın bağırsaklarından gazların salınması eşlik etti. Azot, amonyak, metan, su buharı, CO2 oksit ve CO2 karbon dioksit içeriyorlardı. Güneş ultraviyole radyasyonunun etkisi altında, su buharı hidrojen ve oksijene ayrışır, ancak salınan oksijen karbon monoksit ile reaksiyona girerek karbondioksit oluşturur. Amonyak azot ve hidrojene ayrışır. Difüzyon sürecindeki hidrojen yükseldi ve atmosferi terk ederken, daha ağır nitrojen kaçamadı ve yavaş yavaş birikerek ana bileşen haline geldi, ancak bir kısmı kimyasal reaksiyonlar sonucunda moleküllere bağlandı ( santimetre. ATMOSFER KİMYASI). Ultraviyole ışınlarının ve elektriksel deşarjların etkisi altında, Dünya'nın orijinal atmosferinde bulunan gazların bir karışımı, kimyasal reaksiyonlara girdi ve bunun sonucunda organik maddeler, özellikle amino asitler oluştu. İlkel bitkilerin ortaya çıkmasıyla birlikte, oksijen salınımının eşlik ettiği fotosentez süreci başladı. Bu gaz, özellikle üst atmosfere yayıldıktan sonra, alt katmanlarını ve Dünya yüzeyini yaşamı tehdit eden ultraviyole ve X-ışını radyasyonundan korumaya başladı. Teorik tahminlere göre, şimdikinden 25.000 kat daha düşük olan oksijen içeriği, şimdikinin ancak yarısı kadar bir ozon tabakasının oluşmasına yol açabilir. Bununla birlikte, bu, organizmaların ultraviyole ışınlarının zararlı etkilerinden çok önemli bir koruma sağlamak için zaten yeterlidir.
Birincil atmosferin çok fazla karbondioksit içermesi muhtemeldir. Fotosentez sırasında tüketildi ve bitki dünyası geliştikçe ve ayrıca bazı sırasında emilim nedeniyle konsantrasyonu azalmış olmalı. jeolojik süreçler. Çünkü Sera etkisi Atmosferdeki karbondioksitin varlığı ile bağlantılı olarak, konsantrasyonundaki dalgalanmalar, bu kadar büyük ölçekli olmasının önemli nedenlerinden biridir. iklim değişikliği yeryüzünün tarihinde buz Devri.
Modern atmosferde mevcut helyum çoğu kısım için bir üründür 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 parçacığının oluşumuyla birlikte, a parçacıklarıyla yeniden birleşerek nötr helyum atomları oluşturan iki elektron ortaya çıkar. Radyoaktif elementler, kayaların kalınlığında dağılmış minerallerde bulunur, bu nedenle radyoaktif bozunma sonucu oluşan helyumun önemli bir kısmı bunlarda depolanır ve atmosfere çok yavaş uçar. 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 meteoritlerin çalışmasına dayanarak, Evrendeki çeşitli kimyasal elementlerin göreceli bolluğunu tahmin etmek mümkündür. Uzaydaki neon konsantrasyonu, Dünya'dan yaklaşık on milyar kat, kripton - on milyon kat ve ksenon - bir milyon kat daha fazladır. Bundan, görünüşe göre başlangıçta Dünya atmosferinde bulunan ve kimyasal reaksiyonlar sırasında yenilenmeyen bu soy gazların konsantrasyonunun, muhtemelen Dünya'nın birincil atmosferini kaybetme aşamasında bile büyük ölçüde azaldığı sonucu çıkar. Bir istisna, inert gaz argonudur, çünkü potasyum izotopunun radyoaktif bozunması sürecinde hala 40 Ar izotopu şeklinde oluşur.
Barometrik basınç dağılımı.
Atmosferik gazların toplam ağırlığı yaklaşık 4,5 10 15 tondur.Böylece 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 / cm 2 \u003d 1013.250 mbar \u003d 760 mm Hg'ye eşit basınç. Sanat. = 1 atm, standart ortalama atmosfer basıncı olarak alınır. Hidrostatik dengede bir atmosfer için: d P= -rgd h, bu, yükseklik aralığında olduğu anlamına gelir hönceki 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 geçerli olan, r yoğunluğuna sahip ideal bir gazın durum denklemi kullanılır: P= rR T/m, burada m moleküler ağırlıktır ve R = 8.3 J/(K mol) evrensel gaz sabitidir. Daha sonra günlük P= – (m g/RT)d h= -bd h= - d h/H, burada basınç gradyanı logaritmik bir 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 basınç dağılımının barometrik yasası elde edilir: P = P 0 deneyim(- h/H 0) yükseklik okuma nerede 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, sıcaklıktaki yükseklik değişimini ve parametreyi hesaba katarak entegre etmek gerekir. H- sıcaklıklarına ve ortamın özelliklerine bağlı olarak atmosfer katmanlarının bazı yerel özellikleri.
Standart atmosfer.
Atmosferin 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 rakımlarda sıcaklık, basınç, yoğunluk, viskozite ve diğer hava özellikleri için 45 ° 32 ° 33І enlem için ortalama değerlerin verildiği koşullu bir atmosfer modelidir. dünya atmosferinin dış sınırına kadar. 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) olduğunu varsayarsak. Dikey sıcaklık dağılımının doğasına göre, ortalama atmosfer, her birinde sıcaklığın doğrusal bir yükseklik fonksiyonu ile yaklaşık olduğu birkaç katmandan oluşur. Katmanların en alt kısmında - troposfer (h Ј 11 km), her bir kilometre tırmanışta sıcaklık 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 pratik olarak 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- baskı yapmak, 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 yükseklikteki 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 hızla azaldığı atmosferin en alt ve en yoğun tabakasına troposfer denir. Atmosferin toplam kütlesinin% 80'ini içerir ve kutup ve orta enlemlerde 8-10 km yüksekliğe kadar 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 meydana gelir, bulutlar oluşur, çeşitli meteorolojik olaylar meydana gelir, sisler ve yağışlar meydana gelir. Dünya atmosferinin bu katmanları konvektif dengededir ve aktif karıştırma nedeniyle, esas olarak moleküler nitrojen (%78) ve oksijenden (%21) oluşan homojen bir kimyasal bileşime sahiptir. Doğal ve insan yapımı aerosol ve gaz hava kirleticilerinin büyük çoğunluğu troposferde yoğunlaşmıştır. Troposferin alt kısmının 2 km kalınlığa kadar dinamikleri, daha sıcak bir topraktan ısı transferinden dolayı havanın (rüzgarların) yatay ve dikey hareketlerini belirleyen Dünya'nın altta yatan yüzeyinin özelliklerine bağlıdır. troposferde esas olarak buhar, su ve karbondioksit (sera etkisi) tarafından emilen dünya yüzeyinin IR radyasyonu. Yükseklik ile sıcaklık dağılımı, türbülanslı ve konvektif karışımın bir sonucu olarak belirlenir. Ortalama olarak, yaklaşık 6,5 K/km yükseklikte bir sıcaklık düşüşüne karşılık gelir.
Yüzey sınır tabakasındaki rüzgar hızı önce yükseklikle hızla artar, daha yükseklerde ise kilometre başına 2-3 km/s artarak devam eder. Bazen troposferde dar gezegen akışları (30 km / s'den daha hızlı), orta enlemlerde batı ve ekvatorun yakınında doğu olanlar vardır. Bunlara jet akımları denir.
tropopoz.
Troposferin üst sınırında (tropopoz), sıcaklık, alt atmosfer için minimum değerine ulaşır. Bu, troposfer ile üstündeki stratosfer arasındaki geçiş tabakasıdır. Tropopozun kalınlığı yüzlerce metre ile 1,5-2 km arasında, sıcaklık ve yükseklik ise coğrafi enlem ve mevsime bağlı olarak sırasıyla 190 ile 220 K ve 8 ile 18 km arasında değişmektedir. 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 akımları tropopozun olası yırtılması.
Dünya atmosferinde su.
Dünya atmosferinin en önemli özelliği, bulutlar ve bulut yapıları şeklinde en kolay gözlemlenen damlacık halinde önemli miktarda su buharı ve su bulunmasıdır. 10 puanlık bir ölçekte veya yüzde olarak ifade edilen, gökyüzünün bulut kapsama derecesi (belirli bir anda veya belirli bir süre boyunca ortalama olarak), bulutluluk olarak adlandırılır. 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 yüzey hava tabakasının sıcaklığının düşmesini engeller, yazın ve gündüzleri güneş ışınlarıyla dünya yüzeyinin ısınmasını zayıflatarak kıtaların içindeki iklimi yumuşatır.
Bulutlar.
Bulutlar, atmosferde (su bulutları), buz kristalleri (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 yüksekliklerine göre ayırt edilir: Uluslararası sınıflandırmaya göre 10 tür bulut vardır: cirrus, cirrocumulus, cirrostratus, altocumulus, altostratus, stratonimbus, stratus, stratocumulus, cumulonimbus, cumulus.
Sedef bulutları stratosferde, gece bulutları mezosferde de gözlenir.
Cirrus bulutları - gölge vermeyen, ipeksi bir parlaklığa sahip ince beyaz iplikler veya peçeler şeklinde şeffaf bulutlar. Sirrus bulutları buz kristallerinden oluşur ve üst troposferde çok düşük sıcaklıklarda oluşur. Bazı sirrus bulutları, hava değişikliklerinin habercisi olarak hizmet eder.
Cirrocumulus bulutları, üst troposferdeki ince beyaz bulutların sırtları veya katmanlarıdır. Cirrocumulus bulutları, pullar, dalgalanmalar, gölgesiz küçük toplar gibi görünen ve esas olarak buz kristallerinden oluşan küçük elementlerden oluşur.
Sirrostratus bulutları - üst troposferde, genellikle lifli, bazen bulanık, küçük iğne veya sütunlu buz kristallerinden oluşan beyazımsı yarı saydam bir örtü.
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 katmanlara ve sırtlara benziyor. Altocumulus bulutları yoğun konvektif aktivite sırasında oluşur ve genellikle aşırı soğutulmuş su damlacıklarından oluşur.
Altostratus bulutları, lifli veya tek biçimli bir yapıya sahip grimsi veya mavimsi bulutlardır. Altostratus bulutları orta troposferde gözlenir, birkaç kilometre yüksekliğinde ve bazen yatay yönde binlerce kilometre uzanır. Genellikle, altostratus bulutları, hava kütlelerinin artan hareketleriyle ilişkili ön bulut sistemlerinin bir parçasıdır.
Nimbostratus bulutları - tek tip gri renkte alçak (2 km ve üzeri) amorf bir bulut tabakası, kapalı yağmur veya kara yol açar. 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 - belirli anahatları olmayan homojen bir katman şeklinde alt katmanın bulutları, gri renkli. Stratus bulutlarının dünya yüzeyinden yüksekliği 0,5-2 km'dir. Ara sıra çiseleyen yağmur stratus bulutlarından düşer.
Kümülüs bulutları, gün boyunca belirgin dikey gelişim gösteren yoğun, parlak beyaz bulutlardır (5 km veya daha fazla). Kümülüs bulutlarının üst kısımları yuvarlak hatlara sahip kubbe veya kulelere benzer. 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. Stratocumulus bulutlarının dikey kalınlığı küçüktür. Bazen, stratocumulus bulutları hafif yağış verir.
Cumulonimbus bulutları, güçlü bir dikey gelişime sahip (14 km yüksekliğe kadar) güçlü ve yoğun bulutlardır ve gök gürültülü sağanak yağışlar, dolu, fırtınalar ile yoğun yağışlar verir. Cumulonimbus bulutları, üst kısımda onlardan farklı olarak buz kristallerinden oluşan güçlü kümülüs bulutlarından gelişir.
Stratosfer.
Tropopoz boyunca, ortalama olarak 12 ila 50 km arasındaki yüksekliklerde, troposfer stratosfere geçer. Alt kısımda, yaklaşık 10 km, yani. yaklaşık 20 km yüksekliğe kadar izotermaldir (sıcaklık yaklaşık 220 K). Daha sonra irtifa ile artar, 50-55 km yükseklikte maksimum yaklaşık 270 K'ye ulaşır. İşte stratosfer ile üstteki mezosfer arasındaki sınır, stratopause olarak adlandırılır. .
Stratosferde çok daha az su buharı vardır. Bununla birlikte, ara sıra stratosferde 20-30 km yükseklikte görünen ince yarı saydam sedef bulutları gözlenir. Sedef bulutları, gün batımından sonra ve gün doğumundan önce karanlık gökyüzünde görünür. Sedef bulutları şekil olarak sirrus ve cirrocumulus bulutlarına benzer.
Orta atmosfer (mezosfer).
Yaklaşık 50 km yükseklikte, mezosfer, geniş bir maksimum sıcaklığın zirvesiyle başlar. . Bu maksimum bölgede sıcaklıktaki artışın nedeni ozon ayrışmasının ekzotermik (yani, ısı salınımının eşlik ettiği) 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 bir atom ve bir oksijen molekülünün üçüncü bir molekül M ile üçlü çarpışmasının müteakip reaksiyonu.
O + O 2 + M ® O 3 + M
Ozon 2000'den 3000Â'ye kadar olan 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, dünyadaki yaşamın modern formlarında gelişmesi pek mümkün olmazdı.
Genel olarak, mezosfer boyunca, atmosferin sıcaklığı, mezosferin üst sınırında (mezopoz olarak adlandırılır, yükseklik yaklaşık 80 km'dir) minimum 180 K değerine düşer. Mezopoz çevresinde, 70-90 km rakımlarda, çok ince bir buz kristalleri tabakası ve güzel bir noctilucent bulut gösterisi şeklinde gözlemlenen volkanik ve göktaşı tozu parçacıkları görünebilir. gün batımından kısa bir süre sonra.
Mezosferde, çoğunlukla, Dünya'ya düşen küçük katı göktaşı parçacıkları yakılarak meteor fenomenine neden olur.
Meteorlar, meteorlar ve ateş topları.
Dünya'nın üst atmosferindeki, 11 km / s hızında ve katı kozmik parçacıkların veya cisimlerin üzerinde izinsiz girişin neden olduğu işaret fişekleri ve diğer olaylara meteoroidler denir. Gözlenen parlak bir meteor izi var; genellikle meteorların düşmesinin eşlik ettiği en güçlü fenomenlere denir ateş topları; meteorlar meteor yağmurları ile ilişkilidir.
meteor yağmuru:
1) çoklu meteor fenomeni, bir radyanttan birkaç saat veya gün içinde düşer.
2) Güneş'in etrafında bir yörüngede hareket eden bir göktaşı sürüsü.
Meteorların gökyüzünün belirli bir bölgesinde ve yılın belirli günlerinde, Dünya'nın yörüngesinin, yaklaşık olarak aynı ve eşit olarak yönlendirilmiş hızlarda hareket eden birçok göktaşı gövdesinin ortak bir yörüngesiyle kesişmesinin neden olduğu sistematik görünümü. gökyüzündeki yollar bir ortak noktadan (ışıldayan) çıkıyor gibi görünüyor. Radyantın bulunduğu takımyıldızın adını alırlar.
Meteor yağmurları, ışık efektleriyle derin bir etki bırakır, ancak tek tek meteorlar nadiren görülür. Atmosfer tarafından yutuldukları anda görülemeyecek kadar küçük olan görünmez göktaşları çok daha fazla sayıdadır. En küçük meteorlardan bazıları muhtemelen hiç ısınmazlar, sadece atmosfer tarafından yakalanırlar. Boyutları birkaç milimetreden milimetrenin on binde birine kadar değişen bu küçük parçacıklara mikrometeorit denir. Her gün atmosfere giren meteorik madde miktarı 100 ila 10.000 ton arasındadır ve bu maddenin çoğu mikrometeorittir.
Meteorik madde atmosferde kısmen yandığından, gaz bileşimi çeşitli kimyasal elementlerin izleriyle 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 değişmeden kaldığı Grönland ve Antarktika'da bulunabilirler. Oşinologlar onları dip okyanus çökellerinde bulurlar.
Atmosfere giren meteor parçacıklarının çoğu yaklaşık 30 gün içinde birikiyor. Bazı bilim adamları, bu kozmik tozun önemli rol yağmur gibi atmosferik olayların oluşumunda, çünkü su buharının yoğunlaşmasının çekirdeği olarak hizmet eder. Bu nedenle, yağışın istatistiksel olarak büyük meteor yağmurları ile ilişkili olduğu varsayılmaktadır. Bununla birlikte, bazı uzmanlar, meteorik maddenin toplam girdisinin, en büyük meteor yağmuru ile bile olduğundan onlarca kat daha fazla olduğu için, böyle bir yağmurun sonucu olarak meydana gelen bu maddenin toplam miktarındaki değişimin ihmal edilebileceğine inanmaktadır.
Bununla birlikte, en büyük mikrometeoritlerin ve görünür meteoritlerin, başta iyonosfer olmak üzere atmosferin yüksek katmanlarında 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 ısınması için harcanır. Bu, atmosferin ısı dengesinin küçük bileşenlerinden biridir.
Bir göktaşı, uzaydan Dünya'nın yüzeyine düşen doğal kökenli katı bir cisimdir. Genellikle taş, demir-taş ve demir göktaşlarını ayırt eder. İkincisi esas olarak demir ve nikelden oluşur. Bulunan göktaşları arasında çoğu, birkaç gramdan birkaç kilograma kadar bir ağırlığa sahiptir. Bulunanların en büyüğü olan Goba demir göktaşı yaklaşık 60 ton ağırlığında ve hala keşfedildiği yerde, Güney Afrika'da bulunuyor. Çoğu göktaşı asteroit parçalarıdır, ancak bazı göktaşları Ay'dan ve hatta Mars'tan Dünya'ya gelmiş olabilir.
Ateş topu çok parlak bir göktaşıdır, bazen gün içinde bile gözlenir, arkasında genellikle dumanlı bir iz bırakır ve ses olayları eşlik eder; genellikle meteorların düşmesiyle sona erer.
Termosfer.
Mezopozun minimum sıcaklığının üzerinde termosfer başlar, sıcaklık, önce yavaş, sonra hızla tekrar yükselmeye başlar. Bunun nedeni, atomik oksijenin iyonlaşması nedeniyle 150-300 km rakımlarda ultraviyole, güneş radyasyonu emilimidir: O + hv® O + + e.
Termosferde, sıcaklık sürekli olarak yaklaşık 400 km yüksekliğe yükselir ve burada gündüz maksimuma ulaşır. güneş aktivitesi 1800 K. Minimum çağda, bu sınırlayıcı sıcaklık 1000 K'dan az olabilir. 400 km'nin üzerinde, atmosfer izotermal bir ekzosfere geçer. Kritik Seviye(ekzosferin tabanı) yaklaşık 500 km yükseklikte bulunur.
Auroralar ve birçok yapay uydu yörüngesinin yanı sıra noctilucent bulutlar - tüm bu fenomenler mezosfer ve termosferde meydana gelir.
Kutup ışıkları.
Yüksek enlemlerde, manyetik alan bozuklukları sırasında auroralar gözlenir. Birkaç dakika sürebilirler, ancak genellikle birkaç saat görünürler. Auroralar şekil, renk ve yoğunluk bakımından büyük farklılıklar gösterir ve bunların hepsi bazen zaman içinde çok hızlı bir şekilde değişir. Aurora spektrumu, emisyon çizgileri ve bantlarından oluşur. Gece gökyüzünden gelen emisyonların bir kısmı, aurora tayfında, öncelikle l 5577 Å ve l 6300 Å oksijenin yeşil ve kırmızı çizgileri ile güçlendirilir. Bu çizgilerden birinin diğerinden çok daha yoğun olduğu görülür ve bu, parlaklığın görünür rengini belirler: yeşil veya kırmızı. Manyetik alandaki bozukluklara, kutup bölgelerindeki radyo iletişimindeki bozulmalar da eşlik eder. Bozulmaya iyonosferdeki değişiklikler neden olur, bu da manyetik fırtınalar sırasında güçlü bir iyonizasyon kaynağının çalıştığı anlamına gelir. Güneş diskinin merkezine yakın bir yerde güçlü manyetik fırtınaların meydana geldiği tespit edilmiştir. büyük gruplar noktalar. Gözlemler, fırtınaların noktalarla değil, bir grup noktanın gelişimi sırasında ortaya çıkan güneş patlamalarıyla ilişkili olduğunu göstermiştir.
Auroralar, Dünya'nın yüksek enlem bölgelerinde gözlenen hızlı hareketlerle değişen yoğunlukta bir ışık aralığıdır. Görsel aurora, güneş ve manyetosfer kökenli enerjik parçacıklar tarafından uyarılan yeşil (5577Â) ve kırmızı (6300/6364Â) atomik oksijen emisyon çizgilerini ve N2 moleküler bantları içerir. Bu emisyonlar genellikle yaklaşık 100 km ve üzeri irtifalarda görüntülenir. Optik aurora terimi, görsel auroralara ve bunların kızılötesinden ultraviyole emisyon spektrumuna atıfta bulunmak için kullanılır. Spektrumun kızılötesi kısmındaki radyasyon enerjisi, görünür bölgenin enerjisini önemli ölçüde aşmaktadır. Auroralar göründüğünde, ULF aralığında emisyonlar gözlendi (
Auroraların gerçek biçimlerini sınıflandırmak zordur; Aşağıdaki terimler en yaygın olarak kullanılır:
1. Tek tip 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 genellemesidir, genellikle düzenli bir kavisli şekle sahip değildir, ancak bir S şeklinde veya spiraller şeklinde bükülür. Yaylar ve bantlar 100-150 km yükseklikte bulunur.
2. Aurora ışınları . Bu terim, birkaç on ila birkaç yüz kilometre arasında dikey bir uzantıya sahip manyetik alan çizgileri boyunca uzanan bir auroral yapıyı 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 tek tip bir parıltı olan alışılmadık bir aurora biçimi.
Yapıya göre auroralar homojen, cilalı ve parlak olarak ayrılır. Çeşitli terimler kullanılır; titreşimli ark, titreşimli yüzey, dağınık yüzey, parlak şerit, perdelik vb. Auroraların renklerine göre bir sınıflandırması vardır. Bu sınıflandırmaya göre, türün auroraları ANCAK. Üst kısım veya tamamen kırmızıdır (6300-6364 Å). Genellikle yüksek jeomanyetik aktivite sırasında 300-400 km irtifalarda görülürler.
Aurora türü AT alt kısımda kırmızı renklidir ve birinci pozitif N2 sisteminin ve birinci negatif O2 sisteminin bantlarının ışıldaması ile ilişkilidir. Bu tür aurora biçimleri, auroraların en aktif evrelerinde ortaya çıkar.
Bölgeler auroralar – Bunlar, Dünya yüzeyindeki sabit bir noktada gözlemcilere göre, geceleri auroraların maksimum görülme sıklığı bölgeleridir. Bölgeler 67° kuzey ve güney enlemlerinde yer alır ve genişlikleri yaklaşık 6°'dir. Jeomanyetik yerel zamanın belirli bir anına karşılık gelen maksimum aurora oluşumu, kuzey ve güney jeomanyetik kutupları etrafında asimetrik olarak yerleştirilmiş oval benzeri kayışlarda (aurora oval) meydana gelir. Aurora ovali enlem-zaman koordinatlarında sabitlenir ve aurora bölgesi enlem-boylam koordinatlarında ovalin gece yarısı bölgesindeki noktaların yeridir. Oval kayış, coğrafi konumdan yaklaşık 23° konumlandırılmıştır. manyetik kutup gece sektöründe ve 15° gündüz sektöründe.
Auroral oval ve aurora bölgeleri. Aurora ovalinin yeri jeomanyetik aktiviteye bağlıdır. Yüksek jeomanyetik aktivitede oval genişler. Aurora bölgeleri veya aurora oval sınırları, dipol koordinatlarından ziyade 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. caspakh gündüz ve magnetotail'de.
Aurora bölgesinde auroraların meydana gelme sıklığındaki günlük değişim, jeomanyetik gece yarısında maksimuma ve jeomanyetik öğle saatlerinde minimuma sahiptir. Ovalin ekvatora yakın tarafında, auroraların ortaya çıkma sıklığı keskin bir şekilde azalır, ancak günlük değişimlerin şekli korunur. Ovalin kutup tarafında, auroraların oluşma sıklığı giderek azalır ve karmaşık günlük değişikliklerle karakterize edilir.
Auroraların yoğunluğu.
Aurora Yoğunluğu görünür parlaklık yüzeyi ölçülerek belirlenir. Parlaklık yüzeyi ben auroralar belirli bir yönde toplam emisyon 4p tarafından belirlenir ben foton/(cm 2 s). Bu değer gerçek yüzey parlaklığı olmayıp kolondan gelen emisyonu temsil ettiğinden, auroraların incelenmesinde genellikle foton/(cm2 kolon s) birimi kullanılır. Toplam emisyonu ölçmek için genel birim, 106 foton / (cm2 sütun s)'ye eşit Rayleigh'dir (Rl). Daha pratik bir aurora yoğunluğu birimi, tek bir çizgi veya bandın emisyonlarından belirlenir. Örneğin, auroraların yoğunluğu uluslararası parlaklık katsayıları (ICF) tarafından belirlenir. yeşil hat 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. Çağın (1957–1958) keşiflerinden biri, auroraların manyetik kutba göre yer değiştirmiş bir oval şeklinde uzaysal ve zamansal dağılımının kurulmasıydı. Auroraların manyetik kutba göre dağılımının dairesel şekli hakkındaki basit fikirlerden, geçiş yaptı modern fizik manyetosfer. Keşfin onuru O. Khorosheva ve G. Starkov, J. Feldshtein, S-I'e aittir. Aurora oval, güneş rüzgarının Dünya'nın üst atmosferi üzerindeki en yoğun etkisinin bölgesidir. Auroraların yoğunluğu ovalde en fazladır ve dinamikleri uydular tarafından sürekli olarak izlenir.
Kararlı auroral kırmızı yaylar.
Sabit auroral kırmızı ark, aksi halde orta enlem kırmızı yay olarak adlandırılır veya M-ark, binlerce kilometre boyunca doğudan batıya uzanan ve muhtemelen tüm Dünya'yı çevreleyen, görsel (gözün hassasiyet sınırının altında) geniş bir yaydır. Yayın enlem genişliği 600 km'dir. Kararlı auroral kırmızı yaydan gelen emisyon, kırmızı çizgiler l 6300 Å ve l 6364 Å'de neredeyse tek renklidir. Son zamanlarda, zayıf emisyon çizgileri l 5577 Å (OI) ve l 4278 Å (N + 2) de rapor edilmiştir. Kalıcı kırmızı yaylar aurora olarak sınıflandırılır, ancak çok daha yüksek irtifalarda görünürler. Alt sınır 300 km yükseklikte yer almaktadır, üst sınır yaklaşık 700km. l 6300 Å emisyonundaki sessiz auroral kırmızı yayın yoğunluğu 1 ila 10 kRl arasında değişir (tipik bir değer 6 kRl'dir). Bu dalga boyunda gözün hassasiyet eşiği yaklaşık 10 kR'dir, bu nedenle yaylar görsel olarak nadiren gözlenir. Ancak gözlemler, gecelerin %10'unda parlaklıklarının >50 kR olduğunu göstermiştir. Yayların olağan ömrü yaklaşık bir gündür ve sonraki günlerde nadiren ortaya çıkarlar. Uydulardan veya kararlı auroral kırmızı yaylardan geçen radyo kaynaklarından gelen radyo dalgaları, elektron yoğunluğu homojensizliklerinin varlığını gösteren parıldamalara maruz kalır. Kırmızı yayların teorik açıklaması, bölgenin ısıtılmış elektronlarının F iyonosferler oksijen atomlarında bir artışa neden olur. Uydu gözlemleri, kararlı auroral kırmızı yayları geçen jeomanyetik alan çizgileri boyunca elektron sıcaklığında bir artış olduğunu gösteriyor. Bu arkların yoğunluğu, jeomanyetik aktivite (fırtınalar) ile pozitif korelasyon gösterir ve arkların oluşma sıklığı, güneş güneş lekesi aktivitesi ile pozitif korelasyon gösterir.
Aurora'yı değiştirmek.
Auroraların bazı biçimleri yarı-periyodik ve tutarlı zamansal yoğunluk değişimleri yaşar. Kabaca sabit bir geometriye ve fazda meydana gelen hızlı periyodik değişimlere sahip bu auroralara değişen auroralar denir. Auroralar olarak sınıflandırılırlar. formlar R Uluslararası Aurora Atlası'na göre Değişen auroraların daha ayrıntılı bir alt bölümü:
R 1 (titreşimli aurora), aurora biçimi boyunca parlaklıkta tek tip faz değişimlerine sahip bir ışımadır. Tanım olarak, ideal bir titreşimli aurorada, titreşimin uzaysal ve zamansal kısımları ayrılabilir, yani. parlaklık ben(r, t)= ben(r)· BT(t). Tipik bir aurorada R 1, pulsasyonlar 0,01 ila 10 Hz düşük yoğunluklu (1-2 kR) bir frekansta meydana gelir. Çoğu aurora R 1, birkaç saniyelik bir periyotla titreşen noktalar veya yaylardır.
R 2 (ateşli aurora). Bu terim genellikle gökyüzünü dolduran alevler gibi hareketleri ifade etmek için kullanılır, onları tanımlamak için değil. ayrı form. Auroralar yay şeklindedir ve genellikle 100 km yükseklikten yukarı doğru hareket eder. Bu auroralar nispeten nadirdir ve auroraların dışında daha sık görülür.
R 3 (titreyen aurora). Bunlar, gökyüzünde titreyen bir alev izlenimi veren, parlaklıkta hızlı, düzensiz veya düzenli değişimlere sahip auroralardır. Aurora'nın çöküşünden kısa bir süre önce ortaya çıkarlar. Yaygın olarak gözlenen varyasyon frekansı R 3, 10 ± 3 Hz'e eşittir.
Başka bir titreşimli aurora sınıfı için kullanılan akışlı aurora terimi, auroraların yaylarında ve bantlarında yatay olarak hızla hareket eden parlaklıktaki düzensiz varyasyonları ifade eder.
Değişen aurora, jeomanyetik alanın titreşimlerine ve güneş ve manyetosferik kökenli parçacıkların çökeltilmesinin neden olduğu auroral X-ışını radyasyonuna eşlik eden güneş-karasal fenomenlerden biridir.
Kutup başlığının parlaması, birinci negatif N + 2 sisteminin (λ 3914 Å) bandının yüksek yoğunluğu ile karakterize edilir. Genellikle, bu N + 2 bantları yeşil OI l 5577 Å çizgisinden beş kat daha yoğundur; kutup başlığı parıltısının mutlak yoğunluğu 0,1 ila 10 kRl (genellikle 1–3 kRl) arasındadır. PCA dönemlerinde ortaya çıkan bu auroralarla, 30 ila 80 km irtifalarda 60° jeomanyetik enlemine kadar tüm kutup başlığını tek tip bir parıltı kaplar. Esas olarak, bu yüksekliklerde maksimum iyonizasyon oluşturan 10-100 MeV enerjili güneş protonları ve d-parçacıkları tarafından üretilir. Aurora bölgelerinde manto auroraları adı verilen başka bir parlama türü vardır. Bu tür auroral ışıma için, sabah saatlerinde maksimum günlük 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 emisyonları, yıldırım deşarjları ve meteor izlerinin emisyonu dışında, atmosferin termal olmayan radyasyonudur. Bu terim, dünyanın atmosferi (gece ışıması, alacakaranlık ışıması ve gündüz ışıması) ile ilgili olarak kullanılır. Atmosferik ışıma, atmosferde mevcut olan ışığın sadece bir kısmıdır. Diğer kaynaklar yıldız ışığı, zodyak ışığı ve Güneş'ten gelen gündüz saçılan ışıktır. Bazen atmosferin parıltısı, toplam ışık miktarının %40'ına kadar çıkabilir. Hava ışıması, değişen yükseklik ve kalınlıktaki atmosferik katmanlarda meydana gelir. Atmosferik ışıma spektrumu, 1000 Å ila 22,5 µm arasındaki dalga boylarını kapsar. Hava parıltısındaki ana emisyon çizgisi, 30-40 km kalınlığında bir katmanda 90-100 km yükseklikte görünen l 5577 Å'dir. Parıltının görünümü, oksijen atomlarının rekombinasyonuna dayanan Champen mekanizmasından kaynaklanmaktadır. Diğer emisyon çizgileri l 6300 Â'dır ve dissosiyatif O + 2 rekombinasyonu ve emisyon NI l 5198/5201 Â ve NI l 5890/5896 Â durumunda ortaya çıkar.
Atmosferik ışımanın yoğunluğu Rayleighs cinsinden ölçülür. Parlaklık (Rayleighs cinsinden) 4 rb'ye eşittir, burada c, 106 foton/(cm2 sr s) birimlerinde yayan katmanın parlaklığının açısal yüzeyidir. Parlama yoğunluğu enleme bağlıdır (farklı emisyonlar için farklı şekilde) ve ayrıca gün içinde maksimum gece yarısına yakın olarak değişir. Sayı ile l 5577 Å emisyonundaki hava ışıması için pozitif bir korelasyon kaydedildi. güneş lekeleri ve 10.7 cm dalga boyunda güneş radyasyonunun akısı Uydu deneyleri sırasında atmosferin parlaması gözlemlenir. Uzaydan bakıldığında, Dünya'nın etrafında bir ışık halkası gibi görünür ve yeşilimsi bir renge sahiptir.
Ozonosfer.
20–25 km rakımlarda, güneş ultraviyole radyasyonunun etkisi altında yaklaşık 10 ila 50 rakımlarda meydana gelen ihmal edilebilir miktarda ozon O3'ün (oksijen içeriğinin 2×10–7'sine kadar!) maksimum konsantrasyonu km, ulaşılır, gezegeni iyonlaştırıcı güneş radyasyonundan korur. Son derece az sayıda ozon molekülüne rağmen, Dünya'daki tüm yaşamı Güneş'ten gelen kısa dalga (ultraviyole ve X-ışını) radyasyonunun zararlı etkilerinden korurlar. Tüm molekülleri atmosferin tabanına çökeltirseniz, 3-4 mm'den daha kalın olmayan bir katman elde edersiniz! 100 km'nin üzerindeki irtifalarda hafif gazların oranı artar ve çok yüksek rakımlarda helyum ve hidrojen baskındır; birçok molekül, sert güneş radyasyonunun etkisi altında iyonize olan iyonosferi oluşturan ayrı atomlara ayrışır. Dünya atmosferindeki havanın basıncı ve yoğunluğu yükseklikle azalır. Sıcaklık dağılımına bağlı olarak, Dünya'nın atmosferi troposfer, stratosfer, mezosfer, termosfer ve ekzosfere ayrılır. .
20-25 km yükseklikte yer almaktadır ozon tabakası. Ozon, 0,1-0,2 mikrondan daha kısa dalga boylarına sahip güneş ultraviyole radyasyonunun absorpsiyonu sırasında oksijen moleküllerinin bozunması nedeniyle oluşur. Serbest oksijen, O2 molekülleri ile birleşir ve 0.29 mikrondan daha kısa tüm ultraviyole ışığını açgözlülükle emen O3 ozonunu oluşturur. Ozon molekülleri O3, kısa dalga radyasyonu ile kolayca yok edilir. Bu nedenle, seyrekleşmesine rağmen, ozon tabakası, daha yüksek ve daha şeffaf atmosferik katmanlardan geçen Güneş'in ultraviyole radyasyonunu etkili bir şekilde emer. Bu sayede dünyadaki canlı organizmalar, güneşten gelen ultraviyole ışığın zararlı etkilerinden korunur.
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 ardışık 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 kilometrenin üzerinde uzanan çeşitli katmanlarına iyonosferik katmanlar denir. , ve bunların bütünlüğü iyonosferdir . İyonizasyonu önemsiz olan alt katmana nötrosfer denir.
İyonosferdeki maksimum yüklü parçacık konsantrasyonuna 300-400 km irtifalarda ulaşılır.
İyonosfer çalışmasının tarihi.
Üst atmosferde iletken bir tabakanın varlığına dair hipotez, 1878 yılında İngiliz bilim adamı Stuart tarafından jeomanyetik alanın özelliklerini açıklamak için ortaya atıldı. Daha sonra 1902'de birbirinden bağımsız olarak ABD'de Kennedy ve İngiltere'de Heaviside, radyo dalgalarının uzun mesafelerde yayılımını açıklamak için radyo dalgalarının yüksek katmanlarında iletkenliği yüksek bölgelerin varlığını varsaymak gerektiğine dikkat çektiler. atmosfer. 1923 yılında Akademisyen M.V. Shuleikin, çeşitli frekanslardaki radyo dalgalarının yayılma özelliklerini göz önünde bulundurarak, iyonosferde en az iki yansıtıcı katman olduğu sonucuna varmıştır. Daha sonra, 1925'te İngiliz araştırmacılar Appleton ve Barnet ile Breit ve Tuve, ilk kez radyo dalgalarını yansıtan bölgelerin varlığını deneysel olarak kanıtladılar ve sistematik çalışmalarının temellerini attılar. O zamandan beri, genellikle iyonosfer olarak adlandırılan bu katmanların özelliklerinin sistematik bir çalışması yapılmıştır. Önemli rolözellikle güvenilir radyo iletişimini sağlamak için pratik amaçlar için çok önemli olan radyo dalgalarının yansımasını ve emilimini belirleyen bir dizi jeofizik olayda.
1930'larda iyonosferin durumunun sistematik gözlemleri başladı. Ülkemizde, M.A. Bonch-Bruevich'in inisiyatifiyle darbeli sondaj için tesisler oluşturuldu. Birçoğu araştırıldı Genel Özellikler iyonosfer, ana katmanlarının yükseklikleri ve elektron konsantrasyonu.
60-70 km rakımlarda D tabakası, 100-120 km rakımlarda D tabakası görülür. E, irtifalarda, 180–300 km rakımlarda çift katmanlı 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 , cm-3 | a΄, ρm 3 s – 1 | |
dk ne , cm-3 | Maks. ne , cm-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 mevsimi) | 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 yüküdür, ben iyon sıcaklığıdır, a΄ rekombinasyon katsayısıdır (bu, ne ve zamanla değişimi) |
Ortalamalar, farklı enlemler, günün saatleri ve mevsimler için değişiklik gösterdiğinden verilmiştir. Bu tür veriler, uzun menzilli radyo iletişimini sağlamak için gereklidir. Çeşitli kısa dalga radyo bağlantıları için çalışma frekanslarının seçilmesinde kullanılırlar. İyonosferin durumuna bağlı olarak günün farklı saatlerinde ve farklı mevsimlerde 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 cisimcikleri akışlarının yanı sıra kozmik ışınlar ve meteor parçacıklarından etkilenir.
iyonosferik katmanlar
atmosferdeki serbest elektron konsantrasyonunun maksimum değerlerine ulaşıldığı alanlardır (yani birim hacimdeki sayıları). Atmosferik gaz atomlarının iyonlaşmasından kaynaklanan, radyo dalgaları (yani elektromanyetik salınımlar) ile 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, uzak radyo istasyonlarını alırken, örneğin radyo zayıflaması, uzaktaki istasyonların işitilebilirliğinin artması gibi çeşitli etkiler meydana gelebilir. elektrik kesintileri vb. fenomenler.
Araştırma Yöntemleri.
İyonosferi Dünya'dan incelemenin klasik yöntemleri, darbe sondajına indirgenir - radyo darbeleri gönderir ve gecikme süresini ölçerek ve yansıyan sinyallerin yoğunluğunu ve şeklini inceleyerek iyonosferin çeşitli katmanlarından yansımalarını gözlemler. Radyo darbelerinin farklı frekanslardaki yansıma yüksekliklerini ölçerek, çeşitli bölgelerin kritik frekanslarını belirleyerek (iyonosferin bu bölgesinin şeffaf hale geldiği radyo darbesinin taşıyıcı frekansı kritik olarak adlandırılır), değerini belirlemek mümkündür. katmanlardaki elektron yoğunluğu ve belirli frekanslar için etkin yükseklikler ve verilen radyo yolları için en uygun frekansları seçin. Roket teknolojisinin gelişmesi ve yapay Dünya uydularının (AES) ve diğer uzay araçlarının uzay çağının ortaya çıkmasıyla, 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 bölgelerine dağılımı hakkında daha önce yer tabanlı yöntemlerle elde edilen verileri doğruladı ve rafine etti ve mümkün kıldı. ana maksimumun üzerinde elektron yoğunluğu değerleri elde etmek için - katman F. Daha önce, yansıyan kısa dalga boylu radyo darbelerinin gözlemlerine dayanan sondaj yöntemleriyle bunu yapmak imkansızdı. Dünyanın bazı bölgelerinde, düşük elektron yoğunluğuna, düzenli "iyonosferik rüzgarlara" sahip oldukça kararlı bölgeler olduğu, iyonosferde uyarılma yerinden binlerce kilometre uzakta yerel iyonosferik rahatsızlıklar taşıyan tuhaf dalga süreçlerinin ortaya çıktığı ve daha fazla. Özellikle son derece hassas alıcı cihazların oluşturulması, iyonosferin darbeli sondaj istasyonlarında, iyonosferin en alt bölgelerinden (kısmi yansımalar istasyonu) kısmen yansıyan darbeli sinyallerin alınmasını mümkün kılmıştır. Yüksek konsantrasyonda yayılan enerjiyi gerçekleştirmeyi mümkün kılan antenlerin kullanımı ile 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), eşdeğerleri olan elektron ve iyonların konsantrasyonunu belirlemeyi mümkün kıldı. birkaç bin kilometre yüksekliğe kadar çeşitli yüksekliklerde sıcaklık. İyonosferin kullanılan frekanslar için yeterince şeffaf olduğu ortaya çıktı.
Yerkürenin iyonosferinde 300 km yükseklikteki elektrik yüklerinin konsantrasyonu (elektron yoğunluğu iyon yoğunluğuna eşittir) 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 istikrarlı alımı, kullanılan frekansların yanı sıra günün saatine, mevsime ve ayrıca güneş aktivitesine bağlıdır. Güneş aktivitesi, iyonosferin durumunu önemli ölçüde etkiler. Bir yer istasyonu tarafından yayılan radyo dalgaları, her tür elektromanyetik dalga gibi düz bir çizgide yayılır. Bununla birlikte, hem Dünya'nın yüzeyinin hem de atmosferinin iyonize katmanlarının, aynaların ışık üzerindeki etkisi gibi üzerlerinde hareket eden bir tür büyük kapasitör plakası 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 yüzeyinden veya su yüzeyinden yansır.
1920'lerde, 200 m'den kısa radyo dalgalarının, güçlü absorpsiyon nedeniyle uzun mesafeli iletişim için genellikle uygun olmadığına inanılıyordu. Avrupa ve Amerika arasında Atlantik boyunca kısa dalgaların uzun menzilli alımına ilişkin ilk deneyler yapıldı. İngiliz fizikçi Oliver Heaviside ve Amerikalı elektrik mühendisi Arthur Kennelly. Birbirlerinden bağımsız olarak, Dünya çevresinde bir yerde radyo dalgalarını yansıtabilen iyonize bir atmosfer tabakası olduğunu öne sürdüler. Heaviside katmanı - Kennelly ve ardından - iyonosfer olarak adlandırıldı.
Modern kavramlara göre iyonosfer, negatif yüklü serbest elektronlardan ve esas olarak moleküler oksijen O + ve nitrik oksit NO + olmak üzere pozitif yüklü iyonlardan oluşur. İyonlar ve elektronlar, moleküllerin ayrışması ve nötr gaz atomlarının güneş X-ışını ve ultraviyole radyasyonu ile iyonlaşması sonucu oluşur. Bir atomu iyonize etmek için, iyonosfer için ana kaynağı Güneş'in ultraviyole, X-ışını ve korpüsküler radyasyonu olan iyonizasyon enerjisi hakkında bilgi vermek gerekir.
Dünya'nın gaz kabuğu Güneş tarafından aydınlatıldığı sürece, içinde sürekli olarak daha fazla elektron oluşur, ancak aynı zamanda iyonlarla çarpışan elektronların bazıları yeniden birleşir ve tekrar nötr parçacıklar oluşturur. Gün batımından sonra yeni elektronların üretimi neredeyse durur ve serbest elektronların sayısı azalmaya başlar. İyonosferde ne kadar serbest elektron varsa, ondan daha iyi yüksek frekanslı dalgalar yansıtılır. Elektron konsantrasyonunda bir azalma ile radyo dalgalarının geçişi yalnızca düşük frekans aralıklarında mümkündür. Bu nedenle geceleri, kural olarak, yalnızca 75, 49, 41 ve 31 m aralıklarında uzak istasyonlar almak mümkündür, Elektronlar iyonosferde eşit olmayan bir şekilde dağılmıştır. 50 ila 400 km yükseklikte, elektron yoğunluğunun arttığı birkaç katman veya bölge vardır. Bu alanlar sorunsuz bir şekilde birbirine geçer ve HF radyo dalgalarının yayılmasını farklı şekillerde etkiler. İyonosferin üst tabakası harfle gösterilir. F. İşte en yüksek iyonizasyon 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 yayılımında 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 irtifa aralığında “yüzüyor” gibi görünüyor. Genellikle katman F 2 katmandan çok daha güçlü iyonize olur F bir . gece katmanı F 1 kaybolur ve katman F 2 kalır, yavaş yavaş iyonlaşma derecesinin %60'ını kaybeder. F katmanının altında, 90 ila 150 km arasındaki irtifalarda bir katman vardır. E iyonizasyonu Güneş'ten gelen yumuşak X-ışını radyasyonunun etkisi altında meydana gelen. E katmanının iyonlaşma derecesi, E katmanınınkinden daha düşüktür. F, gün boyunca, sinyaller katmandan yansıtıldığında, 31 ve 25 m'lik düşük frekanslı HF bantlarının istasyonlarının alımı meydana gelir. 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 sinyallerin alınmasında önemli bir rol oynamaya devam eder.
16, 13 ve 11 m'lik yüksek frekanslı HF bantlarının sinyallerini almak için büyük ilgi, bölgede ortaya çıkanlardır. 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 rüzgarın etkisi altında iyonosferde hareket edebilir ve 250 km/s hıza ulaşabilir. Yaz aylarında, gündüzleri orta enlemlerde Es bulutları nedeniyle radyo dalgalarının kaynağı ayda 15-20 gün gerçekleşir. Ekvator yakınında neredeyse her zaman bulunur ve yüksek enlemlerde genellikle geceleri ortaya çıkar. Bazen, güneş aktivitesinin düşük olduğu yıllarda, yüksek frekanslı HF bantlarına geçiş olmadığında, sinyalleri tekrar tekrar Es'den yansıyan 16, 13 ve 11 m'lik bantlarda aniden uzak istasyonlar iyi bir ses şiddeti ile belirir. .
İyonosferin en alçak bölgesi bölgedir. D 50 ila 90 km arasındaki yüksekliklerde 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 kaybolur 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 varlığı ile ilişkili olmasına rağmen, radyo dalgaları üzerindeki etki esas olarak iyonosferdeki serbest elektronların varlığından kaynaklanmaktadır. İkincisi, nötr atomlardan ve moleküllerden daha aktif oldukları için atmosferin kimyasal özelliklerinin araştırılmasında da ilgi çekicidir. İyonosferde meydana gelen kimyasal reaksiyonlar, iyonosferin enerji ve elektrik dengesinde önemli rol oynar.
normal iyonosfer. Jeofizik roketler ve uydular yardımıyla yapılan gözlemler, atmosferin iyonlaşmasının geniş spektrumlu güneş radyasyonunun etkisi altında gerçekleştiğini gösteren birçok yeni bilgi verdi. Ana kısmı (% 90'dan fazla) spektrumun görünür kısmında yoğunlaşmıştır. Mor ışık ışınlarından daha kısa dalga boyuna ve daha fazla enerjiye sahip ultraviyole radyasyon, Güneş atmosferinin iç kısmındaki (krosfer) hidrojen tarafından yayılır ve daha da yüksek enerjiye sahip olan X-ışını radyasyonu, Güneş'in gazları tarafından yayılır. dış kabuk (korona).
İyonosferin normal (ortalama) durumu, sürekli güçlü radyasyondan kaynaklanır. Normal iyonosferde, Dünya'nın günlük dönüşünün ve öğle saatlerinde güneş ışınlarının geliş açısındaki mevsimsel farklılıkların etkisi altında düzenli değişiklikler meydana gelir, ancak iyonosferin durumunda öngörülemeyen ve ani değişiklikler de meydana gelir.
İyonosferdeki bozukluklar.
Bilindiği gibi, Güneş'te her 11 yılda bir maksimuma ulaşan güçlü döngüsel olarak tekrarlanan 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 kez 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 (esas olarak protonlar ve elektronlar) püskürür ve temel parçacıklar uzaya fırlar. Bu tür patlama anlarında Güneş'in elektromanyetik ve parçacık radyasyonu, Dünya'nın atmosferi üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir.
İlk reaksiyon, flaştan 8 dakika sonra, yoğun ultraviyole ve X-ışını radyasyonu Dünya'ya ulaştığında not edilir. Sonuç olarak, iyonlaşma keskin bir şekilde artar; röntgen iyonosferin alt sınırına atmosfere nüfuz eder; bu katmanlardaki elektronların sayısı o kadar artar ki radyo sinyalleri neredeyse tamamen emilir ("söndürülür"). Ek radyasyon emilimi, 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 bozulmalara neden olabilir ve kendilerini manyetik fırtınalar şeklinde gösterebilir.
Üst atmosferin yapısı ve dinamiği, esas olarak, güneş radyasyonu, kimyasal işlemler, moleküllerin ve atomların uyarılması, bunların deaktivasyonu, çarpışma ve diğer temel işlemlerle iyonlaşma ve ayrışma ile ilişkili termodinamik olarak dengesiz süreçler tarafından belirlenir. Bu durumda, yoğunluk azaldıkça dengesizlik derecesi yükseklikle artar. 500-1000 km irtifalara kadar ve genellikle daha da yükseklere kadar, üst atmosferin birçok özelliği için dengesizlik derecesi oldukça küçüktür, bu da klasik ve hidromanyetik hidrodinamiği, kimyasal reaksiyonlara izin vererek tanımlamaya izin verir.
Ekzosfer, hafif, hızlı hareket eden hidrojen atomlarının uzaya kaçabileceği birkaç yüz kilometre yükseklikte başlayan Dünya atmosferinin dış tabakasıdır.
Edward Kononoviç
Edebiyat:
Pudovkin M.I. Güneş fiziğinin temelleri. Petersburg, 2001
Eris Chaisson, Steve McMillan Astronomi bugün. Prentice Hall Inc. Yukarı Eyer Nehri, 2002
Çevrimiçi materyaller: http://ciencia.nasa.gov/
O 2'nin Dünya atmosferinde birikmesi:
1
. (3.85-2.45 milyar yıl önce) - O 2 üretilmedi
2
. (2.45-1.85 milyar yıl önce) O 2 üretildi ancak okyanus ve deniz tabanı kayaları tarafından emildi
3
. (1.85-0.85 milyar yıl önce) O 2 okyanusu terk eder, ancak karadaki kayaların oksidasyonu ve ozon tabakasının oluşumu ile tüketilir.
4
. (0.85-0.54 milyar yıl önce) karadaki tüm kayalar oksitlenir, atmosferde O 2 birikimi başlar
5
. (0,54 milyar yıl önce - günümüz) modern dönem, atmosferdeki O 2 içeriği stabilize oldu
oksijen felaketi(oksijen devrimi) - Proterozoik'in en başında, yaklaşık 2,4 milyar yıl önce (siderian dönemi) meydana gelen Dünya atmosferinin bileşiminde küresel bir değişiklik. Oksijen Felaketi'nin sonucu, atmosferin bileşiminde serbest oksijenin ortaya çıkması ve atmosferin genel karakterinde indirgeyiciden oksitleyiciye bir değişiklikti. Bir oksijen felaketi varsayımı, sedimantasyonun doğasındaki keskin bir değişiklik çalışmasına dayanarak yapıldı.
Atmosferin birincil bileşimi
Dünya'nın birincil atmosferinin tam bileşimi şu anda bilinmemektedir, ancak genel olarak mantonun gazdan arındırılması sonucu oluştuğu ve onarıcı nitelikte olduğu kabul edilmektedir. Temeli karbondioksit, hidrojen sülfür, amonyak, metandı. Bu şu şekilde kanıtlanmıştır:
- yüzeyde gözle görülür şekilde oluşan oksitlenmemiş tortular (örneğin, oksijene dayanıksız piritten nehir çakılları);
- bilinen önemli oksijen kaynakları ve diğer oksitleyici maddeler yok;
- birincil atmosferin potansiyel kaynaklarının incelenmesi (volkanik gazlar, diğer gök cisimlerinin bileşimi).
Oksijen felaketinin nedenleri
Moleküler oksijenin tek önemli kaynağı biyosfer, daha doğrusu fotosentetik organizmalardır. Biyosferin varlığının başlangıcında ortaya çıkan fotosentetik arkebakteriler, hemen hemen kayaların, çözünmüş bileşiklerin ve atmosferik gazların oksidasyonu için harcanan oksijen üretti. Bakteri matları ("oksijen cepleri" olarak adlandırılan) içinde yalnızca yerel olarak yüksek bir konsantrasyon oluşturuldu. Atmosferin yüzey kayaları ve gazları oksitlendikten sonra, oksijen atmosferde serbest halde birikmeye başladı.
Mikrobiyal toplulukların değişimini etkileyen olası faktörlerden biri, volkanik aktivitenin yok olmasının neden olduğu okyanusun kimyasal bileşimindeki değişiklikti.
Oksijen felaketinin sonuçları
biyosfer
O zamanın organizmalarının büyük çoğunluğu anaerobik olduğundan, önemli oksijen konsantrasyonlarında var olamadığından, topluluklarda küresel bir değişiklik meydana geldi: anaerobik toplulukların yerini daha önce sadece "oksijen cepleri" ile sınırlı olan aerobik topluluklar aldı; anaerobik topluluklar, tam tersine, "anaerobik ceplere" itildiler (mecazi olarak konuşursak, "biyosfer ters çevrildi"). Daha sonra, atmosferdeki moleküler oksijenin varlığı, biyosferin sınırlarını önemli ölçüde genişleten ve daha enerjik olarak uygun (anaerobik ile karşılaştırıldığında) oksijen solunumunun yayılmasına yol açan bir ozon ekranının oluşumuna yol açtı.
Litosfer
Oksijen felaketinin bir sonucu olarak, yerkabuğunun çoğunu oluşturan neredeyse tüm metamorfik ve tortul kayaçlar oksitlenir.
En yaygın teoriye göre, atmosfer
Dünya zaman içinde üç farklı bileşimdeydi.
Başlangıçta, hafif gazlardan (hidrojen ve
helyum) gezegenler arası uzaydan yakalandı. Bu doğru
birincil atmosfer (yaklaşık dört milyar
Yıllar önce).
Bir sonraki aşamada aktif volkanik aktivite
hariç diğer gazlarla atmosferin doygunluğuna yol açtı.
hidrojen (karbon dioksit, amonyak, su buharı). Yani
ikincil bir atmosfer oluşturdu (yaklaşık üç milyar
yıllardan günümüze). Bu atmosfer onarıcıydı.
Ayrıca, atmosferin oluşum süreci şu şekilde belirlendi:
üfleme faktörleri:
- gezegenler arası hafif gazların (hidrojen ve helyum) sızıntısı
Uzay;
- etkisi altında atmosferde meydana gelen kimyasal reaksiyonlar
ultraviyole radyasyon, yıldırım deşarjları ve
diğer bazı faktörler.
Yavaş yavaş, bu faktörler üçüncül oluşumuna yol açtı.
çok daha düşük bir içerikle karakterize edilen nuh atmosferi
hidrojen ve çok daha fazlası - nitrojen ve karbon dioksit
gaz (amonyaktan kimyasal reaksiyonların bir sonucu olarak oluşur)
ve hidrokarbonlar).
Atmosferin bileşimi, ortaya çıkmasıyla birlikte kökten değişmeye başladı.
fotosentez sonucunda yeryüzünde yaşayan organizmaları yiyoruz,
oksijen salınımı ve karbon absorpsiyonu ile gerçekleştirilir
leksioksit gazı.
Başlangıçta oksijen tüketildi.
indirgenmiş bileşiklerin oksidasyonu üzerine - amonyak, karbon
hidrojen, okyanuslarda bulunan demirin demir formu
ve diğerleri Bu aşamanın sonunda oksijen içeriği
atmosferde büyümeye başladı. Yavaş yavaş modern bir
oksitleyici özelliklere sahip atmosfer.
Ciddi ve köklü değişikliklere neden olduğu için
atmosferde, litosferde meydana gelen birçok süreç ve
biyosfer, bu olaya oksijen kata-
kıta.
Şu anda, Dünya'nın atmosferi esas olarak
gazlar ve çeşitli safsızlıklar (toz, su damlaları, kristaller)
buz, deniz tuzları, yanma ürünleri). Gaz konsantrasyonu,
atmosferin bileşenleri, hariç, pratik olarak sabittir
su (H 2 O) ve karbon dioksit (CO 2).
Kaynak: class.rambler.ru
Sonuç olarak, Dünya'nın modern (oksijenli) atmosferinin oluşumu, canlı sistemler olmadan düşünülemez, yani oksijenin varlığı, biyosferin gelişiminin bir sonucudur. VI Vernadsky'nin biyosferin Dünya'nın çehresini dönüştürmedeki rolüyle ilgili dahiyane tahmini, giderek daha fazla doğrulanıyor. Ancak, yaşamın kökeni hakkında hala net değiliz. V. I. Vernadsky şunları söyledi: “Binlerce nesildir çözülmemiş, ancak temelde çözülebilir bir gizemle karşı karşıyayız - yaşamın gizemi.”
Biyologlar, yaşamın kendiliğinden ortaya çıkmasının yalnızca indirgeyici bir ortamda mümkün olduğuna inanırlar, ancak bunlardan birine göre - M. Rutten -% 0.02'ye kadar bir gaz karışımındaki oksijen içeriği, abiojenik sentezlerin akışına müdahale etmez. Bu nedenle, jeokimyacılar ve biyologlar, atmosferleri indirgeme ve oksitleme konusunda farklı kavramlara sahiptir. İlk protein birikimlerinin ortaya çıkabileceği, prensipte beslenmeleri için abiyojenik amino asitleri, belki de bir nedenle sadece izomerleri kullanabilen (asimile eden) oksijen izleri içeren bir atmosfere nötr diyelim.
Ancak soru, bu aminoheterotrofların (besin olarak amino asitleri kullanan organizmalar) nasıl yedikleri değil, evrimi negatif entropiye sahip olan kendi kendini organize eden maddenin nasıl oluştuğudur. Bununla birlikte, ikincisi evrende çok nadir değildir. Güneş sisteminin ve özellikle dünyamızın oluşumu entropinin seyrine aykırı değil mi? Mitsalı Thales bile risalesinde şöyle yazmıştır: "Su her şeyin temel nedenidir." Gerçekten de, yaşamın beşiği olabilmesi için önce hidrosferin oluşması gerekiyordu. V. I. Vernadsky ve zamanımızın diğer büyük bilim adamları bunun hakkında çok konuştular.
V. I. Vernadsky, canlı maddenin neden yalnızca organik moleküllerin sol-elli izomerleriyle temsil edildiğini ve herhangi bir inorganik sentezde neden solak ve sağ-elli izomerlerin yaklaşık olarak eşit bir karışımını elde ettiğimizi tam olarak açıklayamıyordu. Zenginleştirmeyi (örneğin polarize ışıkta) belirli yöntemlerle elde etsek bile, onları saf formlarında ayıramayız.
nasıl daha karmaşık olabilir organik bileşikler protein türleri, proteinler, nükleik asitler ve bazı sol izomerlerden oluşan diğer organize element kompleksleri?
Kaynak: www.pochemuha.ru
Dünya atmosferinin temel özellikleri
Atmosfer, uzaydan gelebilecek her türlü tehdide karşı koruyucu kubbemizdir. Gezegene düşen meteorların çoğunu yakar ve ozon tabakası, Güneş'in canlılar için ölümcül olan ultraviyole radyasyonuna karşı bir filtre görevi görür. Buna ek olarak, Dünya yüzeyinin yakınında rahat bir sıcaklığı koruyan atmosferdir - güneş ışığının bulutlardan çoklu yansıması nedeniyle elde edilen sera etkisi olmasaydı, Dünya ortalama 20-30 derece daha soğuk olurdu. Atmosferdeki suyun sirkülasyonu ve hava kütlelerinin hareketi sadece sıcaklık ve nemi dengelemekle kalmaz, aynı zamanda dünyevi çeşitlilikte peyzaj formları ve mineraller yaratır - böyle bir zenginlik güneş sisteminde başka hiçbir yerde bulunamaz.
Atmosferin kütlesi 5,2 × 10 18 kilogramdır. Gaz kabukları Dünya'dan binlerce kilometre uzağa uzansa da, yalnızca gezegenin dönüş hızına eşit bir hızda bir eksen etrafında dönenler atmosferi olarak kabul edilir. Böylece, Dünya atmosferinin yüksekliği yaklaşık 1000 kilometredir, üst katmanda, ekzosferde (diğer Yunan "dış topundan") dış uzaya sorunsuz bir şekilde geçer.
Dünya atmosferinin bileşimi. Gelişim tarihi
Hava homojen gibi görünse de çeşitli gazların bir karışımıdır. Sadece atmosfer hacminin en az binde birini kaplayanları alırsak, zaten 12 tane olacak.Büyük resme bakarsak, o zaman tüm periyodik tablo aynı anda havada!
Ancak, Dünya'nın böyle bir çeşitliliğini elde etmek hemen mümkün değildi. Sadece kimyasal elementlerin benzersiz tesadüfleri ve yaşamın varlığı sayesinde, Dünya'nın atmosferi çok karmaşık hale geldi. Gezegenimiz, milyarlarca yıl geriye bakmamızı sağlayan bu süreçlerin jeolojik izlerini korumuştur:
- 4,3 milyar yıl önce genç Dünya'yı saran ilk gazlar, Jüpiter gibi gaz devlerinin atmosferinin temel bileşenleri olan hidrojen ve helyumdu.
en temel maddeler hakkında - Güneş'i ve onu çevreleyen gezegenleri doğuran bulutsunun kalıntılarından oluşuyordu ve yerçekimi merkezleri-gezegenlerin etrafına bolca yerleştiler. Konsantrasyonları çok yüksek değil, düşüktü. atom kütlesi hala yaptıkları gibi uzaya kaçmalarına izin verdi. Bugüne kadar, toplam özgül ağırlıkları, Dünya atmosferinin toplam kütlesinin% 0.00052'sidir (% 0.000002 hidrojen ve% 0.0005 helyum), ki bu çok küçüktür. - Bununla birlikte, Dünya'nın içinde, kızıl-sıcak derinliklerden kaçmaya çalışan birçok madde yatıyordu. Volkanlardan çok miktarda gaz çıkarıldı - başta amonyak, metan ve karbon dioksit ve ayrıca kükürt. Amonyak ve metan daha sonra azota ayrışır, bu da şimdi aslanın Dünya atmosferinin kütlesindeki payını işgal eder -% 78.
- Ancak Dünya atmosferinin bileşimindeki gerçek devrim, oksijenin gelişiyle gerçekleşti. Aynı zamanda doğal olarak ortaya çıktı - genç gezegenin sıcak mantosu, yer kabuğunun altında kilitli gazlardan aktif olarak kurtuluyordu. Ek olarak, volkanların püskürttüğü su buharı, güneş ultraviyole radyasyonunun etkisi altında hidrojen ve oksijene bölündü.
Ancak, bu oksijen atmosferde uzun süre kalamaz. Gezegenin yüzeyinde karbon monoksit, serbest demir, kükürt ve çeşitli diğer elementlerle reaksiyona girdi ve yüksek sıcaklıklar ve güneş radyasyonu kimyasal süreçleri katalize etti. Sadece canlı organizmaların görünümü bu durumu değiştirdi.
- İlk olarak, o kadar fazla oksijen salmaya başladılar ki, sadece yüzeydeki tüm maddeleri oksitlemekle kalmadı, aynı zamanda birikmeye de başladı - birkaç milyar yıl boyunca miktarı, atmosferin tüm kütlesinin sıfırdan% 21'ine yükseldi.
- İkincisi, canlı organizmalar kendi iskeletlerini oluşturmak için aktif olarak atmosferik karbonu kullandılar. Faaliyetlerinin bir sonucu olarak, yerkabuğu tüm jeolojik organik malzeme ve fosil katmanlarıyla dolduruldu ve karbondioksit çok daha az oldu.
- Ve son olarak, aşırı oksijen, canlı organizmaları ultraviyole radyasyondan korumaya başlayan ozon tabakasını oluşturdu. Yaşam daha aktif bir şekilde gelişmeye ve yeni, daha karmaşık formlar kazanmaya başladı - bakteri ve algler arasında oldukça organize canlılar ortaya çıkmaya başladı. Bugün ozon, Dünya'nın tüm kütlesinin sadece %0.00001'ini kaplıyor.
Muhtemelen bunu zaten biliyorsun Mavi renk Dünyadaki gökyüzü de oksijen tarafından yaratılmıştır - Güneş'in tüm gökkuşağı spektrumundan mavi renkten sorumlu kısa ışık dalgalarını en iyi şekilde dağıtır. Aynı etki uzayda da geçerlidir - uzaktan, Dünya mavi bir pusla kaplanmış gibi görünür ve bir mesafeden tamamen mavi bir noktaya dönüşür.
Ek olarak, atmosferde önemli miktarlarda asal gazlar bulunur. Bunlar arasında argon, atmosferdeki payı% 0,9-1 olan en büyüğüdür. Kaynağı, Dünya'nın derinliklerindeki nükleer süreçlerdir ve litosferik plakalardaki mikro çatlaklar ve volkanik patlamalar yoluyla yüzeye çıkar (aynı şekilde helyum atmosferde görünür). Onların yüzünden fiziksel özellikler soy gazlar üst atmosfere yükselir ve burada uzaya kaçarlar.
Gördüğümüz gibi, Dünya atmosferinin bileşimi bir kereden fazla ve çok güçlü bir şekilde değişti - ancak milyonlarca yıl sürdü. Öte yandan, hayati fenomenler çok kararlıdır - Dünya'da 100 kat daha az oksijen olsa bile ozon tabakası var olacak ve işlev görecektir. Gezegenin genel tarihinin arka planına karşı, insan faaliyeti ciddi izler bırakmadı. Ancak yerel ölçekte bir uygarlık sorun yaratabilir - en azından kendisi için. Hava kirleticileri zaten Pekin, Çin halkı için hayatı tehlikeli hale getirdi ve büyük şehirlerin üzerindeki devasa kirli sis bulutları uzaydan bile görülebiliyor.
atmosferik yapı
Ancak ekzosfer, atmosferimizin tek özel katmanı değildir. Birçoğu var ve her birinin kendine özgü özellikleri var. Başlıcalarından birkaçına bakalım:
Troposfer
Atmosferin en alt ve en yoğun tabakasına troposfer denir. Makalenin okuyucusu şimdi "alt" kısmında - tabii ki şu anda bir uçakta uçan 500 bin kişiden biri değilse. Troposferin üst sınırı enleme bağlıdır (Dünya'nın dönüşünün merkezkaç kuvvetini hatırlayın, bu da gezegeni ekvatorda daha geniş yapar?) ve kutuplarda 7 kilometre ile ekvatorda 20 kilometre arasında değişir. Ayrıca, troposferin boyutu mevsime bağlıdır - hava ne kadar sıcak olursa üst sınır o kadar yüksek olur.
"Troposfer" adı, "dön, değiştir" anlamına gelen eski Yunanca "tropos" kelimesinden gelir. Bu, atmosferik katmanın özelliklerini doğru bir şekilde yansıtır - en dinamik ve üretken olanıdır. Bulutların toplandığı ve suların dolaştığı, siklonların ve antisiklonların yaratıldığı ve rüzgarların oluştuğu troposferde - “hava” ve “iklim” dediğimiz tüm süreçler gerçekleşir. Ek olarak, bu en büyük ve yoğun katmandır - atmosferin kütlesinin %80'ini ve su içeriğinin neredeyse tamamını oluşturur. Canlı organizmaların çoğu burada yaşar.
Herkes bilir ki ne kadar yükseğe çıkarsan o kadar soğuk olur. Bu doğrudur - her 100 metrede bir hava sıcaklığı 0,5-0,7 derece düşer. Bununla birlikte, ilke yalnızca troposferde çalışır - ayrıca, artan irtifa ile sıcaklık yükselmeye başlar. Troposfer ile stratosfer arasındaki sıcaklığın sabit kaldığı alana tropopoz denir. Ve yükseklikle, rüzgar akımı hızlanır - yukarı doğru kilometre başına 2-3 km / s. Bu nedenle, yamaç paraşütü ve kanatlı planörler uçuşlar için yüksek yaylaları ve dağları tercih ederler - orada her zaman “dalga yakalayabilirler”.
Atmosferin litosfer ile temas halinde olduğu daha önce bahsedilen hava tabanına yüzey sınır tabakası denir. Atmosferin dolaşımındaki rolü inanılmaz derecede büyüktür - yüzeyden ısı ve radyasyon transferi rüzgarlar ve basınç düşüşleri yaratır ve dağlar ve diğer engebeli arazi onları yönlendirir ve ayırır. Su değişimi tam orada gerçekleşir - 8-12 gün içinde okyanuslardan alınan tüm su ve yüzey geri döner ve troposferi bir tür su filtresine dönüştürür.
- İlginç bir gerçek, bitkilerin yaşamındaki önemli bir sürecin atmosferle su değişimine bağlı olmasıdır - terleme. Yardımı ile gezegenin florası iklimi aktif olarak etkiler - örneğin, geniş yeşil alanlar hava ve sıcaklık değişikliklerini yumuşatır. Suya doygun yerlerde bulunan bitkiler topraktan aldığı suyun %99'unu buharlaştırır. Örneğin, bir hektar buğday, yaz aylarında atmosfere 2-3 bin ton su salıyor - bu, cansız bir toprağın verebileceğinden çok daha fazla.
Dünya yüzeyindeki normal basınç yaklaşık 1000 milibardır. Standart, bir "atmosfer" olan 1013 mbar'lık bir basınç olarak kabul edilir - muhtemelen bu ölçü birimiyle karşılaşmışsınızdır. Artan irtifa ile basınç hızla düşer: troposferin sınırlarında (12 kilometre yükseklikte) zaten 200 mbar'dır ve 45 kilometre yükseklikte 1 mbar'a düşer. Bu nedenle, Dünya atmosferinin tüm kütlesinin% 80'inin doymuş troposferde toplanması garip değildir.
Stratosfer
Atmosferin 8 km yükseklikte (kutupta) ve 50 km (ekvatorda) arasında bulunan katmanına stratosfer denir. Adı, "döşeme, katman" anlamına gelen diğer Yunanca "stratos" kelimesinden gelir. Bu, neredeyse hiç su buharı olmayan, Dünya atmosferinin son derece nadir bir bölgesidir. Stratosferin alt kısmındaki hava basıncı, yüzeye yakın olandan 10 kat, üst kısımda ise 100 kat daha azdır.
Troposferden bahsederken, içindeki sıcaklığın yüksekliğe bağlı olarak azaldığını zaten öğrenmiştik. Stratosferde her şey tam tersi olur - bir tırmanışla sıcaklık –56°C'den 0–1°C'ye yükselir. Isıtma, strato- ve mezosferler arasındaki sınır olan stratopozda durur.
Stratosferde yaşam ve insan
Yolcu gemileri ve süpersonik uçaklar genellikle alt stratosferde uçar - bu onları yalnızca troposfer hava akımlarının kararsızlığından korumakla kalmaz, aynı zamanda düşük aerodinamik sürtünme nedeniyle hareketlerini basitleştirir. Düşük sıcaklıklar ve ince hava, özellikle uzun mesafeli uçuşlar için önemli olan yakıt tüketimini optimize etmeyi mümkün kılar.
Bununla birlikte, uçaklar için teknik bir irtifa sınırı vardır - stratosferde çok az bulunan hava girişi, jet motorlarının çalışması için gereklidir. Buna göre türbinde istenilen hava basıncını elde etmek için uçağın ses hızından daha hızlı hareket etmesi gerekir. Bu nedenle, stratosferde yüksek (18-30 kilometre yükseklikte), yalnızca Concorde gibi savaş araçları ve süpersonik uçaklar hareket edebilir. Dolayısıyla, stratosferin ana "sakinleri", balonlara bağlı meteorolojik sondalardır - orada uzun süre kalabilirler ve altta yatan troposferin dinamikleri hakkında bilgi toplayabilirler.
Okuyucu muhtemelen atmosferdeki ozon tabakasına kadar aeroplankton denilen mikroorganizmaların olduğunu biliyor. Bununla birlikte, stratosferde sadece bakteriler hayatta kalamaz. Böylece, bir kez, özel bir akbaba türü olan bir Afrika akbabası, 11.5 bin metre yükseklikte bir uçağın motoruna girdi. Ve göçler sırasında bazı ördekler sakince Everest'in üzerinden uçarlar.
Ancak stratosferde bulunan en büyük yaratık insan olmaya devam ediyor. Mevcut yükseklik rekoru, Google başkan yardımcısı Alan Eustace tarafından belirlendi. Atlayış gününde 57 yaşındaydı! Özel bir balonda deniz seviyesinden 41 kilometre yüksekliğe yükseldi ve ardından paraşütle aşağı atladı. Düşüşün en yoğun anında geliştirdiği hız 1342 km/s idi - ses hızından daha fazla! Aynı zamanda, Eustace, ses hızı eşiğini bağımsız olarak aşan ilk kişi oldu (genel olarak yaşam desteği için uzay giysisini ve iniş için paraşütleri saymaz).
- İlginç bir gerçek - balondan ayrılmak için Eustace, uzay roketlerinin aşamaları ayırırken kullandığı gibi bir patlayıcı cihaza ihtiyaç duyuyordu.
Ozon tabakası
Ve stratosfer ile mezosfer arasındaki sınırda ünlü ozon tabakası bulunur. Dünyanın yüzeyini ultraviyole ışınlarının etkilerinden korur ve aynı zamanda gezegendeki yaşamın yayılmasının üst sınırı olarak hizmet eder - bunun üzerinde sıcaklık, basınç ve kozmik radyasyon hızla sona erer. en dirençli bakteri.
Bu kalkan nereden geldi? Cevap inanılmaz - canlı organizmalar tarafından yaratıldı, daha doğrusu - çeşitli bakteri, alg ve bitkilerin çok eski zamanlardan beri salgıladığı oksijen. Atmosferde yükselen oksijen, ultraviyole radyasyonla temas eder ve fotokimyasal reaksiyona girer. Sonuç olarak, soluduğumuz sıradan oksijenden O2, ozon elde edilir - O3.
Paradoksal olarak, Güneş'in radyasyonunun yarattığı ozon bizi aynı radyasyondan koruyor! Ve ozon yansıtmaz, ancak ultraviyoleyi emer - böylece etrafındaki atmosferi ısıtır.
mezosfer
Stratosferin üstünde - daha doğrusu, stratopozun üstünde, sabit sıcaklığın sınır tabakasının - mezosfer olduğundan daha önce bahsetmiştik. Bu nispeten küçük katman, 40-45 ila 90 kilometre yükseklikte bulunur ve gezegenimizdeki en soğuk yerdir - mezopozda, mezosferin üst katmanında hava -143°C'ye soğutulur.
Mezosfer, Dünya atmosferinin en az araştırılan kısmıdır. Yüzey basıncından bin ila on bin kat daha düşük olan son derece düşük gaz basıncı, balonların hareketini sınırlar - kaldırma kuvvetleri sıfıra ulaşır ve basitçe yerinde asılı kalırlar. Aynı şey jet uçaklarında da olur - uçağın kanadının ve gövdesinin aerodinamiği anlamını kaybeder. Bu nedenle, roketler veya roket motorlu uçaklar - roket uçakları - mezosferde uçabilir. Bunlar, dünyanın en hızlı uçağı konumunu tutan X-15 roket uçağını içeriyor: 108 kilometre yüksekliğe ve 7200 km / s hıza ulaştı - ses hızının 6.72 katı.
Ancak, X-15'in rekor uçuşu sadece 15 dakikaydı. Bu, mezosferde hareket eden araçlarla ilgili ortak bir sorunu simgeliyor - kapsamlı bir araştırma yapmak için çok hızlılar ve belirli bir yükseklikte uzun süre kalmıyorlar, daha yükseğe uçuyorlar veya düşüyorlar. Ayrıca, mezosfer uydular veya yörünge altı sondalar kullanılarak araştırılamaz - atmosferin bu katmanındaki basınç düşük olsa bile, uzay aracını yavaşlatır (ve bazen yakar). Bu karmaşıklıklar nedeniyle, bilim adamları genellikle mezosferi "cehalet" olarak adlandırırlar ("cehalet" in cehalet, cehalet olduğu İngilizce "cehalet" den).
Ve Dünya'ya düşen meteorların çoğu mezosferde yanıyor - "Ağustos Yıldızı" olarak bilinen Perseid meteor yağmuru orada alevleniyor. Işık etkisi, kozmik bir cisim Dünya atmosferine 11 km / s'den daha yüksek bir hızla dar bir açıyla girdiğinde meydana gelir - göktaşı sürtünme kuvvetinden yanar.
Mezosferde kütlelerini kaybeden "yabancı" kalıntıları, Dünya'ya formda yerleşir. uzay tozu- Gezegene her gün 100 ila 10 bin ton arasında göktaşı malzemesi düşüyor. Tek tek toz parçacıkları çok hafif olduğundan, Dünya yüzeyine ulaşmaları bir ay kadar sürer! Bulutlara girdiklerinde onları daha ağır hale getirirler ve hatta bazen yağmura neden olurlar - çünkü bunlara volkanik kül veya nükleer patlamalardan kaynaklanan parçacıklar neden olur. Bununla birlikte, kozmik tozun yağmur oluşumu üzerindeki etkisi küçük kabul edilir - Dünya atmosferinin doğal dolaşımını ciddi şekilde değiştirmek için 10 bin ton bile yeterli değildir.
termosfer
Mezosferin üstünde, deniz seviyesinden 100 kilometre yükseklikte, Dünya ile uzay arasında koşullu bir sınır olan Karman çizgisini geçer. Dünya ile birlikte dönen ve teknik olarak atmosfere giren gazlar olmasına rağmen, bunların Karman çizgisinin üzerindeki miktarları gözle görülemeyecek kadar küçüktür. Bu nedenle, 100 kilometreyi aşan herhangi bir uçuş zaten uzay olarak kabul edilir.
Atmosferin en geniş tabakası olan termosferin alt sınırı, Karman çizgisiyle örtüşür. 800 kilometre yüksekliğe yükselir ve son derece yüksek sıcaklıklarla karakterize edilir - 400 kilometre yükseklikte maksimum 1800 ° C'ye ulaşır!
Sıcak, değil mi? 1538 ° C sıcaklıkta demir erimeye başlar - o zaman uzay aracı termosferde nasıl bozulmadan kalır? Her şey üst atmosferdeki son derece düşük gaz konsantrasyonuyla ilgili - termosferin ortasındaki basınç, Dünya yüzeyine yakın hava konsantrasyonundan 1.000.000 daha az! Tek tek parçacıkların enerjisi yüksektir - ancak aralarındaki mesafe çok büyüktür ve uzay aracı aslında bir boşluktadır. Ancak bu, mekanizmaların yaydığı ısıdan kurtulmalarına yardımcı olmaz - ısı salınımı için tüm uzay araçları aşırı enerji yayan radyatörlerle donatılmıştır.
- Bir notta. Yüksek sıcaklıklar söz konusu olduğunda, her zaman sıcak maddenin yoğunluğunu hesaba katmalısınız - örneğin, Andron Çarpıştırıcısı'ndaki bilim adamları maddeyi gerçekten Güneş'in sıcaklığına kadar ısıtabilirler. Ancak bunların ayrı moleküller olacağı aşikardır - bunun için bir gram yıldız maddesi yeterli olacaktır. güçlü patlama. Bu nedenle, tıpkı termosferdeki ısıdan korkmamanız gerektiği gibi, Çarpıştırıcı'nın "ellerinden" bize dünyanın yakın bir sonunu vaat eden sarı basına inanmamalısınız.
Termosfer ve astronot
termosfer aslında boş alan- ilk Sovyet Sputnik'in yörüngesinin uzandığı sınırlar içindeydi. Ayrıca Yuri Gagarin ile Vostok-1 uzay aracının uçuşunun apocenter'ı - Dünya üzerindeki en yüksek nokta - vardı. Birçok yapay uydular Dünya'nın yüzeyini incelemek için okyanus ve atmosfer gibi Google Haritalar uyduları da bu yüksekliğe fırlatılır. Bu nedenle, LEO'dan (astronotikte yaygın bir terim olan Düşük Referans Yörüngesi) bahsediyorsak, vakaların% 99'unda termosferdedir.
İnsanların ve hayvanların yörünge uçuşları sadece termosferde gerçekleşmez. Gerçek şu ki, üst kısmında, 500 kilometre yükseklikte, Dünya'nın radyasyon kuşakları uzanıyor. Güneş rüzgarının yüklü parçacıklarının manyetosfer tarafından tutulduğu ve biriktirildiği yer burasıdır. Radyasyon kuşaklarında uzun süre kalmak, canlı organizmalara ve hatta elektronik cihazlara onarılamaz zararlar getirir - bu nedenle, tüm yüksek yörüngeli araçlar radyasyondan korunur.
auroralar
Kutup enlemlerinde, genellikle muhteşem ve görkemli bir gösteri ortaya çıkar - aurora borealis. Gökyüzünde parıldayan çeşitli renk ve şekillerde uzun ışık yaylarına benziyorlar. Dünya, görünüşünü manyetosferine borçludur - daha doğrusu kutuplara yakın boşluklar. Güneş rüzgarından gelen yüklü parçacıklar içeriye doğru fırlayarak atmosferin parlamasına neden olur. En muhteşem ışıklara hayran olabilir ve burada kökenleri hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz.
Artık aurora, Kanada veya Norveç gibi kutup ülkelerinin sakinleri için sıradan ve herhangi bir turistin seyahat programında mutlaka bulunması gereken bir öğe - ancak, doğaüstü özelliklere atfedilmeden önce. Çok renkli ışıklarda, antik çağ insanları cennetin kapılarını, efsanevi yaratıkları ve ruhların ateşlerini gördü ve davranışları kehanet olarak kabul edildi. Ve atalarımız anlaşılabilir - kişinin kendi zihnindeki eğitim ve inanç bile bazen doğanın güçlerine saygı duymayı engelleyemez.
Ekzosfer
Alt sınırı 700 kilometre yükseklikte uzanan Dünya atmosferinin son katmanı, ekzosferdir (diğer Yunanca "exo" kelimesinden - dış, dış). İnanılmaz derecede dağılmıştır ve esas olarak en hafif elementin atomlarından oluşur - hidrojen; Ayrıca, Güneş'in tüm nüfuz eden radyasyonu tarafından güçlü bir şekilde iyonize olan bireysel oksijen ve azot atomlarına da rastlar.
Dünya'nın ekzosferinin boyutları inanılmaz derecede büyüktür - gezegenden 100 bin kilometreye kadar uzanan Dünya'nın koronasına, jeokoronaya dönüşür. Çok nadirdir - parçacıkların konsantrasyonu, sıradan havanın yoğunluğundan milyonlarca kat daha azdır. Ama Ay, uzak mesafeler için Dünya'yı gizlerse uzay gemisi, o zaman Güneş'in korona tutulması sırasında bize görünür olduğu için gezegenimizin koronası görünür olacaktır. Ancak, bu fenomen henüz gözlenmedi.
atmosferik ayrışma
Ayrıca, Dünya atmosferinin yıpranmasının meydana geldiği ekzosferde - gezegenin yerçekimi merkezinden büyük mesafe nedeniyle, parçacıklar toplam gaz kütlesinden kolayca ayrılır ve kendi yörüngelerine girer. Bu olaya atmosferik yayılma denir. Gezegenimiz her saniye atmosferden 3 kilo hidrojen ve 50 gram helyum kaybeder. Sadece bu parçacıklar genel gaz kütlesini terk edecek kadar hafiftir.
Basit hesaplamalar, Dünya'nın yılda yaklaşık 110 bin ton atmosferik kütle kaybettiğini göstermektedir. Bu tehlikeli mi? Aslında, hayır - gezegenimizin hidrojen ve helyum "üretimi" kapasitesi, kayıp oranını aşıyor. Ek olarak, kaybolan maddenin bir kısmı sonunda atmosfere geri döner. Oksijen veya karbon dioksit gibi önemli gazlar da Dünya'yı toplu halde terk edemeyecek kadar ağırdır - bu nedenle Dünya'mızın atmosferinin buharlaşacağından korkmayın.
- İlginç bir gerçek - dünyanın sonunun "peygamberleri" genellikle, Dünya'nın çekirdeğinin dönmesini durdurursa, atmosferin güneş rüzgarının baskısı altında hızla kaybolacağını söyler. Ancak okuyucumuz, Dünya'nın etrafındaki atmosferin, çekirdeğin dönüşünden bağımsız olarak hareket edecek olan yerçekimi kuvvetleri tarafından tutulduğunu biliyor. Bunun çarpıcı bir kanıtı, sabit bir çekirdeğe ve zayıf bir manyetik alana sahip olan, ancak atmosferi dünyadan 93 kat daha yoğun ve ağır olan Venüs'tür. Ancak bu, dünyanın çekirdeğinin dinamiklerinin sona ermesinin güvenli olduğu anlamına gelmez - o zaman gezegenin manyetik alanı kaybolacaktır. Rolü, atmosferi kontrol altına almaktan çok, gezegenimizi kolayca radyoaktif bir çöle dönüştürecek olan güneş rüzgarının yüklü parçacıklarına karşı korunmada önemlidir.
Bulutlar
Yeryüzündeki su, yalnızca uçsuz bucaksız okyanusta ve sayısız nehirde bulunmaz. Atmosferde yaklaşık 5,2 × 10 15 kilogram su bulunmaktadır. Hemen hemen her yerde bulunur - havadaki buhar oranı, sıcaklığa ve yere bağlı olarak hacmin %0,1 ila %2,5'i arasında değişir. Bununla birlikte, suyun çoğu bulutlarda toplanır ve burada sadece gaz şeklinde değil, aynı zamanda küçük damlacıklar ve buz kristalleri halinde de depolanır. Bulutlardaki su konsantrasyonu 10 g/m3'e ulaşır - ve bulutlar birkaç kilometreküp hacme ulaştığından, içlerindeki su kütlesi onlarca ve yüzlerce tondur.
Bulutlar, Dünyamızın en görünür oluşumudur; kıtaların ana hatlarının çıplak gözle bulanıklaştığı aydan bile görülebilirler. Ve bu garip değil - sonuçta, Dünya'nın %50'sinden fazlası sürekli olarak bulutlarla kaplı!
Bulutlar, Dünya'nın ısı transferinde inanılmaz derecede önemli bir rol oynamaktadır. Kışın güneş ışınlarını yakalarlar, sera etkisi nedeniyle altlarındaki sıcaklığı yükseltirler ve yazın Güneş'in muazzam enerjisini korurlar. Bulutlar ayrıca gece ve gündüz arasındaki sıcaklık farklarını da dengeler. Bu arada, tam olarak onların yokluğu nedeniyle, çöller geceleri çok fazla soğur - kum ve kayaların biriktirdiği tüm ısı, bulutlar diğer bölgelerde tuttuğunda serbestçe uçar.
Bulutların ezici çoğunluğu, Dünya yüzeyinin yakınında, troposferde oluşur, ancak daha sonraki gelişimlerinde çok çeşitli biçimler ve özellikler alırlar. Ayrılmaları çok faydalıdır - bulutların görünümü Çeşitli türler sadece hava durumunu tahmin etmeye yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda havadaki yabancı maddelerin varlığını da tespit eder! Ana bulut türlerine daha ayrıntılı bakalım.
Alt bulutlar
Yerin en aşağısına inen bulutlar, alçak bulutlar olarak sınıflandırılır. Yüksek tekdüzelik ve düşük kütle ile karakterize edilirler - yere düştüklerinde meteoroloji bilim adamları onları sıradan sisten ayırmazlar. Bununla birlikte, aralarında bir fark vardır - bazıları gökyüzünü gizler, diğerleri ise şiddetli yağmurlara ve kar yağışlarına dönüşebilir.
- Yoğun yağış verebilen bulutlar arasında nimbostratus bulutları bulunur. Alt katmanın bulutları arasında en büyüğüdür: kalınlıkları birkaç kilometreye ulaşır ve doğrusal ölçümler binlerce kilometreyi aşar. Bunlar homojen gri bir kütledir - uzun süreli bir yağmur sırasında gökyüzüne bakın ve kesinlikle nimbus bulutları göreceksiniz.
- Alt katman bulutlarının bir başka türü, yerden 600–1500 metre yükseklikte yükselen stratocumulus bulutlarıdır. Küçük boşluklarla ayrılmış yüzlerce gri-beyaz bulut gruplarıdır. Bu tür bulutları genellikle parçalı bulutlu günlerde görürüz. Nadiren yağmur veya kar yağarlar.
- Alt bulutların son türü sıradan stratus bulutlarıdır; Bulutlu günlerde, gökten ince bir çiseleyen yağmurda, göğü örten onlardır. Çok ince ve alçaktırlar - maksimum stratus bulutlarının yüksekliği 400-500 metreye ulaşır. Yapıları sisin yapısına çok benzer - geceleri yere inerek, genellikle kalın bir sabah sisi yaratırlar.
Dikey gelişim bulutları
Alt katmanın bulutlarının ağabeyleri var - dikey gelişim bulutları. Alt limitleri 800-2000 kilometrelik düşük bir irtifada olmasına rağmen, dikey gelişim bulutları ciddi şekilde yukarı doğru akar - kalınlıkları 12-14 kilometreye ulaşabilir, bu da üst limitlerini troposfere iter. Bu tür bulutlara konvektif de denir: büyük boyutları nedeniyle, içlerindeki su farklı bir sıcaklık kazanır, bu da konveksiyona neden olur - sıcak kütleleri yukarı ve soğuk kütleleri aşağı hareket ettirme süreci. Bu nedenle, dikey gelişim bulutlarında su buharı, küçük damlacıklar, kar taneleri ve hatta bütün buz kristalleri aynı anda bulunur.
- Ana dikey bulut türü, kümülüs bulutlarıdır - yırtık pamuk yünü veya buzdağlarına benzeyen devasa beyaz bulutlar. Varlıkları için yüksek bir hava sıcaklığı gereklidir - bu nedenle, Rusya'nın merkezinde sadece yaz aylarında görünürler ve geceleri erirler. Kalınlıkları birkaç kilometreye ulaşır.
- Ancak kümülüs bulutları bir araya gelme fırsatına sahip olduklarında çok daha büyük bir form oluştururlar - kümülonimbüs bulutları. Yaz aylarında şiddetli sağanak, dolu ve gök gürültülü fırtınalar onlardan geliyor. Sadece birkaç saatliğine var olurlar, ancak aynı zamanda 15 kilometreye kadar büyürler - üst kısımları -10 ° C sıcaklığa ulaşır ve buz kristallerinden oluşur.En büyük kümülonimbus bulutlarının tepesinde "örsler" vardır. oluşmuş - mantar veya ters çevrilmiş bir demire benzeyen düz alanlar. Bu, bulutun stratosferin kenarına ulaştığı alanlarda olur - fizik daha fazla yayılmasına izin vermez, bu nedenle kümülonimbus bulutu yükseklik sınırı boyunca yayılır.
- İlginç bir gerçek, volkanik patlamalar, göktaşı çarpmaları ve nükleer patlamaların olduğu yerlerde güçlü kümülonimbus bulutlarının oluşmasıdır. Bu bulutlar en büyüğüdür - sınırları stratosfere bile ulaşır ve 16 kilometre yüksekliğe tırmanır. Buharlaşmış su ve mikropartiküllerle doyurularak, güçlü gök gürültülü fırtınalar yayarlar - çoğu durumda bu, felaketle ilişkili yangınları söndürmek için yeterlidir. İşte böyle doğal bir itfaiyeci 🙂
orta bulutlar
Troposferin orta kısmında (orta enlemlerde 2-7 kilometre yükseklikte) orta katmanın bulutları vardır. onlar tuhaf geniş alanlar- dünyanın yüzeyinden ve engebeli araziden gelen hava akımlarından daha az etkilenirler - ve birkaç yüz metrelik küçük bir kalınlık. Bunlar, dağların keskin zirvelerinin etrafında "sarılan" ve onlara yakın asılı duran bulutlardır.
Orta katman bulutları iki ana türe ayrılır - altostratus ve altocumulus.
- Altostratus bulutları, karmaşık atmosferik kütlelerin bileşenlerinden biridir. Güneş ve Ay'ın görülebildiği tek tip, grimsi mavi bir örtüdürler - altostratus bulutlarının kapsamı binlerce kilometre olsa da, kalınlıkları yalnızca birkaç kilometredir. Yüksek irtifada uçan bir uçağın penceresinden görünen gri yoğun örtü, tam olarak altostratus bulutlarıdır. Genellikle uzun süre yağmur veya kar yağar.
- Küçük yırtık pamuk parçalarını veya ince paralel şeritleri andıran Altocumulus bulutları, sıcak mevsimde meydana gelir - sıcak hava kütleleri 2-6 kilometre yüksekliğe yükseldiğinde oluşurlar. Altocumulus bulutları, yaklaşan hava değişiminin ve yağmurun yaklaşmasının kesin bir göstergesi olarak hizmet eder - sadece doğal atmosferik konveksiyonla değil, aynı zamanda soğuk hava kütlelerinin başlamasıyla da oluşturulabilirler. Onlardan nadiren yağmur yağar - ancak bulutlar bir araya gelerek büyük bir yağmur bulutu oluşturabilir.
Dağların yakınındaki bulutlardan bahsetmişken - fotoğraflarda (ve belki de canlı olarak), muhtemelen birden fazla kez dağ zirvesinin üzerinde katmanlar halinde sarkan pamuklu pedlere benzeyen yuvarlak bulutlar görmüşsünüzdür. Gerçek şu ki, orta katmanın bulutları genellikle merceksi veya merceksi - birkaç paralel katmana bölünmüştür. Rüzgar dik tepeler etrafında akarken oluşan hava dalgaları tarafından oluşturulurlar. Merceksi bulutlar, en güçlü rüzgarlarda bile yerinde asılı kalmaları bakımından da özeldir. Doğaları bunu mümkün kılar - bu tür bulutlar birkaç hava akımının temas noktalarında oluşturuldukları için nispeten sabit bir konumdadırlar.
üst bulutlar
Stratosferin alt katmanlarına yükselen sıradan bulutların son düzeyine üst katman denir. Bu tür bulutların yüksekliği 6-13 kilometreye ulaşıyor - orada çok soğuk ve bu nedenle üst katmandaki bulutlar küçük buz kütlelerinden oluşuyor. Lifli, gergin, tüy benzeri şekilleri nedeniyle, uzun bulutlara sirrus da denir; ancak atmosferin tuhaflıkları onlara genellikle pençe, pul ve hatta balık iskeleti şeklini verir. Onlardan oluşan yağış asla yere ulaşmaz - ancak sirrus bulutlarının varlığı, hava durumunu tahmin etmenin eski bir yolu olarak hizmet eder.
- Saf sirrus bulutları, üst katmanın bulutları arasında en uzun olanıdır - tek bir lifin uzunluğu onlarca kilometreye ulaşabilir. Bulutlardaki buz kristalleri Dünya'nın yerçekimini hissedecek kadar büyük olduğundan, sirrus bulutları tüm kaskadlar halinde "düşür" - tek bir bulutun üst ve alt noktaları arasındaki mesafe 3-4 kilometreye ulaşabilir! Aslında sirrus bulutları devasa "buz şelaleleri"dir. Lifli, akış biçimlerini yaratan su kristallerinin şeklindeki farklılıklardır.
- Bu sınıfta neredeyse görünmez bulutlar da var - cirrostratus bulutları. Yüzeye yakın büyük hava kütleleri yükseldiğinde oluşurlar - yüksek irtifada nemleri bir bulut oluşturmak için yeterlidir. Güneş veya Ay içlerinden parladığında, bir hale belirir - saçılmış ışınların parlayan bir gökkuşağı diski.
gece bulutları
Ayrı bir sınıfta, dünyadaki en yüksek bulutlar olan gümüşi bulutları vurgulamaya değer. Stratosferden bile daha yüksek olan 80 kilometre yüksekliğe tırmanıyorlar! Ek olarak, alışılmadık bir bileşime sahiptirler - diğer bulutların aksine, sudan değil meteoritik toz ve metandan oluşurlar. Bu bulutlar ancak gün batımından sonra veya şafaktan önce görülebilir - ufkun arkasından giren Güneş ışınları, gün boyunca bir yükseklikte görünmeyen gümüşi bulutları aydınlatır.
Gece bulutları inanılmaz derecede güzel bir manzaradır - ancak onları Kuzey Yarımküre'de görmek için özel koşullara ihtiyacınız vardır. Ve bilmecelerini çözmek o kadar kolay değildi - çaresiz bilim adamları, gümüşi bulutları optik bir yanılsama ilan ederek onlara inanmayı reddettiler. Özel yazımızdan sıra dışı bulutlara bakabilir ve sırlarını öğrenebilirsiniz.