Kaip vadinamas viršutinis atmosferos sluoksnis? Atmosfera
Enciklopedinis „YouTube“.
1 / 5
✪ Žemė erdvėlaivis(14 serija) – Atmosfera
✪ Kodėl atmosfera nebuvo įtraukta į erdvės vakuumą?
✪ Erdvėlaivio „Sojuz TMA-8“ patekimas į Žemės atmosferą
✪ Atmosferos struktūra, reikšmė, tyrimas
✪ O. S. Ugolnikov "Aukštutinė atmosfera. Žemės ir kosmoso susitikimas"
Subtitrai
Atmosferos riba
Atmosfera laikoma ta sritis aplink Žemę, kurioje dujinė terpė sukasi kartu su visa Žeme. Atmosfera į tarpplanetinę erdvę pereina palaipsniui, egzosferoje, pradedant 500-1000 km aukštyje nuo Žemės paviršiaus.
Pagal Tarptautinės aviacijos federacijos siūlomą apibrėžimą, riba tarp atmosferos ir kosmoso brėžiama palei Karmanos liniją, esančią maždaug 100 km aukštyje, virš kurios oro skrydžiai tampa visiškai neįmanomi. NASA naudoja 122 kilometrų (400 000 pėdų) ženklą kaip atmosferos ribą, kur šaudyklės pereina nuo manevravimo su varikliu prie aerodinaminio manevravimo.
Fizinės savybės
Be lentelėje išvardytų dujų, atmosferoje yra Cl 2 (\displaystyle (\ce (Cl2))) , SO 2 (\displaystyle (\ce (SO2))) , NH 3 (\displaystyle (\ce (NH3))) , CO (\displaystyle ((\ce (CO)))) , O 3 (\displaystyle ((\ce (O3)))) , NO 2 (\displaystyle (\ce (NO2))), angliavandeniliai, HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , HI (\displaystyle ((\ce (HI)))), poros Hg (\displaystyle (\ce (Hg))) , I 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br 2 (\displaystyle (\ce (Br2))), taip pat daug kitų dujų nedideliais kiekiais. Troposferoje nuolat yra daug skendinčių kietųjų ir skystųjų dalelių (aerozolio). Rečiausios dujos Žemės atmosferoje yra Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .
Atmosferos struktūra
atmosferos ribinis sluoksnis
Apatinis troposferos sluoksnis (1-2 km storio), kuriame Žemės paviršiaus būklė ir savybės tiesiogiai veikia atmosferos dinamiką.
Troposfera
Viršutinė jo riba yra 8-10 km aukštyje poliarinėse, 10-12 km vidutinio klimato ir 16-18 km atogrąžų platumose; mažesnė žiemą nei vasarą.
Apatiniame, pagrindiniame atmosferos sluoksnyje yra daugiau nei 80% visos masės atmosferos oras ir apie 90 % visų atmosferoje esančių vandens garų. Troposferoje stipriai išsivysto turbulencija ir konvekcija, atsiranda debesys, vystosi ciklonai ir anticiklonai. Temperatūra mažėja didėjant aukščiui, o vidutinis vertikalus gradientas yra 0,65°/100 metrų.
tropopauzė
Pereinamasis sluoksnis iš troposferos į stratosferą, atmosferos sluoksnis, kuriame sustoja temperatūros mažėjimas didėjant aukščiui.
Stratosfera
Atmosferos sluoksnis, esantis 11–50 km aukštyje. Būdingas nedidelis temperatūros pokytis 11-25 km sluoksnyje (apatiniame stratosferos sluoksnyje) ir jo padidėjimas 25-40 km sluoksnyje nuo minus 56,5 iki plius 0,8 °C (viršutinė stratosfera arba inversijos sritis). Pasiekusi apie 273 K (beveik 0 °C) vertę maždaug 40 km aukštyje, temperatūra išlieka pastovi iki maždaug 55 km aukščio. Ši pastovios temperatūros sritis vadinama stratopauze ir yra riba tarp stratosferos ir mezosferos.
Stratopauzė
Atmosferos ribinis sluoksnis tarp stratosferos ir mezosferos. Vertikaliame temperatūros pasiskirstyme yra maksimumas (apie 0 °C).
Mezosfera
Termosfera
Viršutinė riba yra apie 800 km. Temperatūra pakyla iki 200–300 km aukščio, kur pasiekia 1500 K reikšmes, po to išlieka beveik pastovi iki didelio aukščio. Veikiant saulės spinduliuotei ir kosminei spinduliuotei, oras jonizuojasi („poliarinės šviesos“) – pagrindinės jonosferos sritys yra termosferos viduje. Virš 300 km aukštyje vyrauja atominis deguonis. Termosferos viršutinę ribą daugiausia lemia dabartinis Saulės aktyvumas. Mažo aktyvumo laikotarpiais – pavyzdžiui, 2008–2009 m. – pastebimas šio sluoksnio dydžio mažėjimas.
Termopauzė
Atmosferos sritis virš termosferos. Šiame regione saulės spinduliuotės sugertis yra nereikšminga, o temperatūra faktiškai nesikeičia didėjant aukščiui.
Egzosfera (sklaidanti sfera)
Iki 100 km aukščio atmosfera yra vienalytis, gerai susimaišęs dujų mišinys. Aukštesniuose sluoksniuose dujų pasiskirstymas aukštyje priklauso nuo jų molekulinių masių, sunkesnių dujų koncentracija mažėja greičiau tolstant nuo Žemės paviršiaus. Dėl dujų tankio sumažėjimo temperatūra nukrenta nuo 0 °C stratosferoje iki minus 110 °C mezosferoje. Tačiau atskirų dalelių kinetinė energija 200-250 km aukštyje atitinka ~ 150 °C temperatūrą. Virš 200 km pastebimi dideli temperatūros ir dujų tankio svyravimai laike ir erdvėje.
Maždaug 2000-3500 km aukštyje egzosfera palaipsniui pereina į vadinamąją. šalia kosminio vakuumo, kuris užpildytas retomis tarpplanetinių dujų dalelėmis, daugiausia vandenilio atomais. Tačiau šios dujos yra tik dalis tarpplanetinės materijos. Kitą dalį sudaro į dulkes panašios kometinės ir meteorinės kilmės dalelės. Be itin retų dulkių dalelių, į šią erdvę prasiskverbia saulės ir galaktikos kilmės elektromagnetinė ir korpuskulinė spinduliuotė.
Apžvalga
Troposfera sudaro apie 80 % atmosferos masės, stratosfera – apie 20 %; mezosferos masė yra ne didesnė kaip 0,3%, termosfera yra mažesnė nei 0,05% visos atmosferos masės.
Remiantis elektrinėmis savybėmis atmosferoje, jie išskiria neutrosfera ir jonosfera .
Priklausomai nuo dujų sudėties atmosferoje, jie išskiria homosfera ir heterosfera. heterosfera- tai sritis, kurioje gravitacija veikia dujų atsiskyrimą, nes jų maišymas tokiame aukštyje yra nereikšmingas. Taigi seka kintama heterosferos sudėtis. Po juo slypi gerai sumaišyta, vienalytė atmosferos dalis, vadinama homosfera. Riba tarp šių sluoksnių vadinama turbopauze, ji yra apie 120 km aukštyje.
Kitos atmosferos savybės ir poveikis žmogaus organizmui
Jau 5 km aukštyje virš jūros lygio netreniruotam žmogui išsivysto deguonies badas, o be prisitaikymo žmogaus darbingumas gerokai sumažėja. Čia baigiasi fiziologinė atmosferos zona. Žmogaus kvėpavimas tampa neįmanomas 9 km aukštyje, nors maždaug iki 115 km atmosferoje yra deguonies.
Atmosfera aprūpina mus deguonimi, kurio reikia kvėpuoti. Tačiau dėl bendro atmosferos slėgio sumažėjimo, kylant į aukštį, atitinkamai mažėja ir dalinis deguonies slėgis.
Atmosferos susidarymo istorija
Remiantis labiausiai paplitusia teorija, per visą savo istoriją Žemės atmosfera buvo trijų skirtingų kompozicijų. Iš pradžių jį sudarė lengvosios dujos (vandenilis ir helis), paimtos iš tarpplanetinės erdvės. Šis vadinamasis pirminė atmosfera. Kitame etape dėl aktyvios vulkaninės veiklos atmosfera buvo prisotinta kitomis dujomis nei vandenilis (anglies dioksidas, amoniakas, vandens garai). Štai taip antrinė atmosfera. Ši atmosfera buvo atkurianti. Be to, atmosferos formavimosi procesą lėmė šie veiksniai:
- lengvųjų dujų (vandenilio ir helio) nutekėjimas į tarpplanetinę erdvę;
- cheminės reakcijos, vykstančios atmosferoje, veikiant ultravioletinei spinduliuotei, žaibo iškrovoms ir kai kuriems kitiems veiksniams.
Palaipsniui šie veiksniai lėmė formavimąsi tretinė atmosfera, pasižymintis daug mažesniu vandenilio kiekiu ir daug didesniu azoto bei anglies dioksido kiekiu (susidaro dėl cheminių reakcijų iš amoniako ir angliavandenilių).
Azotas
Didelis azoto kiekis susidaro dėl amoniako-vandenilio atmosferos oksidacijos molekuliniu deguonimi. O 2 (\displaystyle (\ce (O2))), kuris pradėjo kilti iš planetos paviršiaus dėl fotosintezės, pradedant nuo 3 milijardų metų. Taip pat azoto N 2 (\displaystyle (\ce (N2)))į atmosferą patenka dėl nitratų ir kitų azoto turinčių junginių denitrifikacijos. Azotą ozonas oksiduoja iki NE (\displaystyle ((\ce (NO)))) viršutiniuose atmosferos sluoksniuose.
Azotas N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) patenka į reakcijas tik tam tikromis sąlygomis (pavyzdžiui, žaibo išlydžio metu). Molekulinio azoto oksidavimas ozonu elektros iškrovų metu mažais kiekiais naudojamas pramoninėje azoto trąšų gamyboje. Ją sunaudojant mažai energijos gali oksiduoti ir paversti biologiškai aktyvia forma melsvadumblių (melsvadumblių) ir gumbelių bakterijų, formuojančių rizobinę simbiozę su ankštiniais augalais, kurie gali būti veiksmingi žaliosios trąšos augalai, kurie ne ardo, o praturtina dirvą. natūralios trąšos.
Deguonis
Atmosferos sudėtis pradėjo radikaliai keistis, kai Žemėje atsirado gyvi organizmai, dėl fotosintezės, kurią lydėjo deguonies išsiskyrimas ir anglies dioksido absorbcija. Iš pradžių deguonis buvo naudojamas redukuotų junginių – amoniako, angliavandenilių, geležies geležies, esančios vandenynuose, oksidacijai ir kt. Šio etapo pabaigoje deguonies kiekis atmosferoje pradėjo augti. Palaipsniui susiformavo moderni atmosfera su oksidacinėmis savybėmis. Kadangi tai sukėlė rimtų ir staigių pokyčių daugelyje atmosferoje, litosferoje ir biosferoje vykstančių procesų, šis įvykis buvo vadinamas deguonies katastrofa.
tauriųjų dujų
Oro tarša
Pastaruoju metu žmogus pradėjo daryti įtaką atmosferos evoliucijai. Žmogaus veiklos rezultatas – nuolatinis anglies dioksido kiekio atmosferoje padidėjimas dėl ankstesnėse geologinėse epochose sukaupto angliavandenilio kuro degimo. Didžiuliai kiekiai sunaudojami fotosintezės metu ir sugeriami pasaulio vandenynuose. Šios dujos į atmosferą patenka irstant karbonatinėms uolienoms bei augalinės ir gyvūninės kilmės organinėms medžiagoms, taip pat dėl vulkanizmo ir žmogaus gamybinės veiklos. Per pastaruosius 100 metų turinys CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) atmosferoje padidėjo 10%, o didžioji dalis (360 mlrd. tonų) susidaro deginant kurą. Jei kuro degimo augimo tempas tęsis, tada per ateinančius 200–300 metų šis kiekis CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) atmosferoje padvigubėja ir gali sukelti
Atmosfera pradėjo formuotis kartu su Žemės formavimusi. Planetos evoliucijos eigoje ir jos parametrams artėjant prie šiuolaikinių vertybių, iš esmės pasikeitė jos cheminė sudėtis ir jos kokybiniai pokyčiai. fizines savybes. Remiantis evoliuciniu modeliu, ankstyvoje stadijoje Žemė buvo išlydyta ir susiformavo kaip kietas kūnas maždaug prieš 4,5 mlrd. Šis etapas laikomas geologinės chronologijos pradžia. Nuo to laiko prasidėjo lėta atmosferos raida. Kai kuriuos geologinius procesus (pavyzdžiui, lavos išsiliejimą ugnikalnio išsiveržimų metu) lydėjo dujų išsiskyrimas iš Žemės žarnų. Juose buvo azotas, amoniakas, metanas, vandens garai, CO2 oksidas ir CO2 anglies dioksidas. Veikiant saulės ultravioletinei spinduliuotei vandens garai suskyla į vandenilį ir deguonį, tačiau išsiskyręs deguonis sureagavo su anglies monoksidu, sudarydamas anglies dioksidą. Amoniakas suskyla į azotą ir vandenilį. Vandenilis difuzijos procese pakilo ir paliko atmosferą, o sunkesnis azotas negalėjo išeiti ir palaipsniui kaupėsi, tapdamas pagrindiniu komponentu, nors dalis jo cheminių reakcijų metu susijungė į molekules ( cm. ATMOSFEROS CHEMIJA). Veikiant ultravioletiniams spinduliams ir elektros iškrovoms, pradinėje Žemės atmosferoje buvęs dujų mišinys pateko į chemines reakcijas, dėl kurių susidarė organinės medžiagos, ypač aminorūgštys. Atsiradus primityviems augalams, prasidėjo fotosintezės procesas, lydimas deguonies išsiskyrimo. Šios dujos, ypač po difuzijos į viršutinius atmosferos sluoksnius, pradėjo saugoti savo apatinius sluoksnius ir Žemės paviršių nuo gyvybei pavojingos ultravioletinės ir rentgeno spinduliuotės. Teoriniais skaičiavimais, deguonies kiekis, kuris yra 25 000 kartų mažesnis nei dabar, jau gali lemti ozono sluoksnio susidarymą, kurio ozono sluoksnis yra tik perpus mažesnis nei dabar. Tačiau to jau pakanka, kad organizmai būtų labai apsaugoti nuo žalingo ultravioletinių spindulių poveikio.
Tikėtina, kad pirminėje atmosferoje buvo daug anglies dioksido. Jis buvo suvartojamas fotosintezės metu, o jo koncentracija turėjo mažėti vystantis augalų pasauliui, taip pat dėl absorbcijos kai kurių geologinių procesų metu. Tiek, kiek šiltnamio efektas siejamas su anglies dioksido buvimu atmosferoje, jo koncentracijos svyravimai yra viena iš svarbių priežasčių, lemiančių tokius didelio masto klimato pokyčius Žemės istorijoje, pvz. ledynmečiai.
Šiuolaikinėje atmosferoje esantis helis dažniausiai yra radioaktyvaus urano, torio ir radžio skilimo produktas. Šie radioaktyvieji elementai išskiria a-daleles, kurios yra helio atomų branduoliai. Kadangi radioaktyvaus skilimo metu elektros krūvis nesusidaro ir neišnyksta, susidarius kiekvienai a dalelei atsiranda du elektronai, kurie, rekombinuodami su a dalelėmis, sudaro neutralius helio atomus. Radioaktyvių elementų yra uolienų storiuose išsisklaidžiusiuose mineraluose, todėl jose kaupiasi nemaža dalis radioaktyvaus skilimo susidariusio helio, labai lėtai išgaruojančio į atmosferą. Dėl difuzijos į egzosferą pakyla tam tikras helio kiekis, tačiau dėl nuolatinio antplūdžio iš žemės paviršiaus šių dujų tūris atmosferoje išlieka beveik nepakitęs. Remiantis žvaigždžių šviesos spektrine analize ir meteoritų tyrimu, galima įvertinti santykinį įvairių cheminiai elementai Visatoje. Neono koncentracija erdvėje yra apie dešimt milijardų kartų didesnė nei Žemėje, kriptono – dešimt milijonų, ksenono – milijoną kartų. Iš to išplaukia, kad šių inertinių dujų, kurios, matyt, iš pradžių buvo Žemės atmosferoje ir nepasipildė cheminių reakcijų metu, koncentracija labai sumažėjo, tikriausiai net tada, kai Žemė praranda pirminę atmosferą. Išimtis yra inertinės dujos argonas, nes jis vis dar susidaro 40 Ar izotopo pavidalu radioaktyvaus kalio izotopo skilimo procese.
Barometrinio slėgio pasiskirstymas.
Bendras atmosferos dujų svoris yra apytiksliai 4,5 10 15 tonų Taigi atmosferos "svoris" ploto vienetui, arba atmosferos slėgis, yra maždaug 11 t / m 2 = 1,1 kg / cm 2 jūros lygyje. Slėgis lygus P 0 \u003d 1033,23 g / cm 2 \u003d 1013,250 mbar \u003d 760 mm Hg. Art. = 1 atm, laikomas standartiniu vidutiniu atmosferos slėgiu. Hidrostatinės pusiausvyros atmosferai turime: d P= -rgd h, o tai reiškia, kad aukščių intervale nuo h prieš h+d h vyksta lygybė tarp atmosferos slėgio pokyčio d P ir atitinkamo atmosferos elemento, kurio ploto vienetas, tankis r ir storis d, svoris h. Kaip santykis tarp slėgio R ir temperatūra T naudojama idealių dujų, kurių tankis r, būsenos lygtis, kuri yra gana tinkama žemės atmosferai: P= r R T/m, kur m yra molekulinė masė, o R = 8,3 J/(K mol) yra universali dujų konstanta. Tada d log P= – (m g/RT)d h= -bd h= – d h/H, kur slėgio gradientas yra logaritminėje skalėje. H grįžtamoji reikšmė turi būti vadinama atmosferos aukščio skale.
Integruojant šią izoterminės atmosferos lygtį ( T= const) arba, jei toks aproksimavimas yra priimtinas, gaunamas barometrinis slėgio pasiskirstymo su aukščiu dėsnis: P = P 0 exp (- h/H 0), kur aukščio rodmuo h pagamintas iš vandenyno lygio, kur yra standartinis vidutinis slėgis P 0 . Išraiška H 0 = R T/ mg, vadinama aukščio skale, kuri apibūdina atmosferos mastą, su sąlyga, kad temperatūra joje visur vienoda (izoterminė atmosfera). Jei atmosfera nėra izoterminė, reikia integruoti atsižvelgiant į temperatūros pokytį su aukščiu ir parametrą H- kai kurios vietinės atmosferos sluoksnių charakteristikos, priklausomai nuo jų temperatūros ir terpės savybių.
Standartinė atmosfera.
Modelis (pagrindinių parametrų verčių lentelė), atitinkantis standartinį slėgį atmosferos pagrinde R 0, o cheminė sudėtis vadinama standartine atmosfera. Tiksliau, tai yra sąlyginis atmosferos modelis, kuriam 45° 32° 33° platumos vidutinės temperatūros, slėgio, tankio, klampumo ir kitų oro charakteristikų reikšmės nustatomos aukštyje nuo 2 km žemiau jūros. lygiu iki išorinės žemės atmosferos ribos. Vidurinės atmosferos parametrai visuose aukščiuose buvo apskaičiuoti naudojant idealiųjų dujų būsenos lygtį ir barometrinį dėsnį darant prielaidą, kad jūros lygyje slėgis yra 1013,25 hPa (760 mmHg), o temperatūra 288,15 K (15,0 °C). Pagal vertikalaus temperatūros pasiskirstymo pobūdį vidutinė atmosfera susideda iš kelių sluoksnių, kurių kiekviename temperatūra yra apytikslė tiesinė funkcija aukščio. Žemiausiame iš sluoksnių - troposferoje (h Ј 11 km), temperatūra nukrenta 6,5 ° C su kiekvienu kilimo kilometru. Dideliame aukštyje vertikalaus temperatūros gradiento reikšmė ir ženklas kinta nuo sluoksnio iki sluoksnio. Virš 790 km temperatūra yra apie 1000 K ir praktiškai nesikeičia su aukščiu.
Standartinė atmosfera yra periodiškai atnaujinamas, legalizuotas standartas, išleidžiamas lentelių pavidalu.
| 1 lentelė. STANDARTINIS ŽEMĖS ATMOSFEROS MODELIS. Lentelėje parodyta: h- aukštis nuo jūros lygio, R- spaudimas, T– temperatūra, r – tankis, N yra molekulių arba atomų skaičius tūrio vienete, H- aukščio skalė, l yra laisvo kelio ilgis. Slėgis ir temperatūra 80–250 km aukštyje, gauti iš raketų duomenų, turi mažesnes vertes. Ekstrapoliuotos vertės aukštesniems nei 250 km nėra labai tikslios. | ||||||
| h(km) | P(mbar) | T(°C) | r (g / cm3) | N(cm -3) | H(km) | l(cm) |
| 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 | |
Troposfera.
Žemiausias ir tankiausias atmosferos sluoksnis, kuriame temperatūra greitai mažėja didėjant aukščiui, vadinamas troposfera. Jame yra iki 80% visos atmosferos masės ir tęsiasi poliarinėse ir vidutinėse platumose iki 8–10 km aukščio, tropikuose – iki 16–18 km aukščio. Čia vystosi beveik visi orą formuojantys procesai, tarp Žemės ir jos atmosferos vyksta šilumos ir drėgmės mainai, susidaro debesys, įvairūs meteorologiniai reiškiniai, rūkai, krituliai. Šie žemės atmosferos sluoksniai yra konvekcinėje pusiausvyroje ir dėl aktyvaus maišymosi turi homogeninę cheminę sudėtį, daugiausia iš molekulinio azoto (78%) ir deguonies (21%). Didžioji dauguma natūralių ir žmogaus sukurtų aerozolių ir dujų oro teršalų yra susitelkę troposferoje. Iki 2 km storio troposferos apatinės dalies dinamika labai priklauso nuo požeminio Žemės paviršiaus savybių, kurios lemia horizontalius ir vertikalius oro (vėjo) judėjimus dėl šilumos perdavimo iš šiltesnės žemės per Žemės paviršiaus IR spinduliuotė, kurią troposferoje sugeria daugiausia vandens garai ir anglies dioksidas (šiltnamio efektas). Temperatūros pasiskirstymas su aukščiu nustatomas dėl turbulentinio ir konvekcinio maišymosi. Vidutiniškai tai atitinka temperatūros kritimą, kai aukštis yra apie 6,5 K/km.
Vėjo greitis paviršiniame ribiniame sluoksnyje pirmiausia sparčiai didėja didėjant aukščiui, o aukščiau jis toliau didėja 2–3 km/s per kilometrą. Kartais troposferoje yra siauri planetiniai srautai (kurių greitis didesnis nei 30 km / s), vakariniai - vidutinėse platumose, o rytiniai - prie pusiaujo. Jie vadinami reaktyviniais srautais.
tropopauzė.
Viršutinėje troposferos riboje (tropopauzėje) temperatūra pasiekia mažiausią žemutinės atmosferos sluoksnio vertę. Tai pereinamasis sluoksnis tarp troposferos ir virš jos esančios stratosferos. Tropopauzės storis yra nuo šimtų metrų iki 1,5–2 km, o temperatūra ir aukštis atitinkamai svyruoja nuo 190 iki 220 K ir nuo 8 iki 18 km, priklausomai nuo geografinės platumos ir sezono. Vidutinėse ir didelėse platumose žiemą 1–2 km žemesnė nei vasarą ir 8–15 K šiltesnė. Tropikuose sezoniniai pokyčiai daug mažesni (aukštis 16–18 km, temperatūra 180–200 K). Aukščiau reaktyviniai srautai galimas tropopauzės plyšimas.
Vanduo Žemės atmosferoje.
Svarbiausias Žemės atmosferos bruožas yra didelis vandens garų ir vandens kiekis lašelių pavidalu, o tai lengviausiai pastebima debesų ir debesų struktūrų pavidalu. Dangaus debesuotumo laipsnis (tam tikru momentu arba vidutiniškai per tam tikrą laikotarpį), išreikštas 10 balų skalėje arba procentais, vadinamas debesuotumu. Debesų forma nustatoma pagal tarptautinę klasifikaciją. Vidutiniškai debesys dengia apie pusę Žemės rutulio. Debesuotumas yra svarbus veiksnys, apibūdinantis orą ir klimatą. Žiemą ir naktį debesuotumas neleidžia sumažėti žemės paviršiaus ir paviršinio oro sluoksnio temperatūrai, vasarą ir dieną silpnina žemės paviršiaus įkaitimą saulės spinduliais, sušvelnindamas klimatą žemynų viduje.
Debesys.
Debesys – tai atmosferoje pakibusių vandens lašelių (vandens debesys), ledo kristalų (ledo debesys) arba abiejų (mišrių debesų) sankaupos. Didėjant lašams ir kristalams, jie iškrenta iš debesų kritulių pavidalu. Debesys daugiausia susidaro troposferoje. Jie susidaro dėl ore esančių vandens garų kondensacijos. Debesų lašų skersmuo yra keli mikronai. Skysto vandens kiekis debesyse yra nuo frakcijų iki kelių gramų viename m3. Debesys išskiriami pagal aukštį: Pagal tarptautinę klasifikaciją išskiriama 10 debesų genčių: cirrus, cirrocumulus, cirrostratus, altocumulus, altostratus, stratonimbus, stratus, stratocumulus, cumulonimbus, cumulus.
Perlamutriniai debesys taip pat stebimi stratosferoje, o neryškūs debesys – mezosferoje.
Plunksniniai debesys - skaidrūs debesys plonų baltų siūlų arba šilko blizgesio pavidalo, nesuteikiantys šešėlio. Cirrus debesys yra sudaryti iš ledo kristalų ir susidaro viršutinėje troposferos dalyje esant labai žemai temperatūrai. Kai kurie plunksninių debesų tipai yra oro pokyčių pranašai.
Cirrocumulus debesys yra plonų baltų debesų gūbriai arba sluoksniai viršutinėje troposferos dalyje. Cirrocumulus debesys yra sudaryti iš mažų elementų, kurie atrodo kaip dribsniai, raibuliukai, maži kamuoliukai be šešėlių ir daugiausia susideda iš ledo kristalų.
Cirrostratus debesys – balkšvas permatomas šydas viršutinėje troposferos dalyje, dažniausiai pluoštinis, kartais neryškus, susidedantis iš smulkių spygliuotų arba stulpinių ledo kristalų.
Altocumulus debesys yra balti, pilki arba baltai pilki apatinio ir vidurinio troposferos sluoksnių debesys. Altocumulus debesys atrodo kaip sluoksniai ir gūbriai, tarsi sumūryti iš viena virš kitos gulinčių plokščių, apvalių masių, šachtų, dribsnių. Altocumulus debesys susidaro intensyvios konvekcinės veiklos metu ir dažniausiai susideda iš peršalusio vandens lašelių.
Altostratus debesys – tai pilkšvi arba melsvi pluoštinės arba vienodos struktūros debesys. Vidurinėje troposferoje stebimi Altostratus debesys, besitęsiantys kelių kilometrų aukštyje, o kartais ir tūkstančius kilometrų horizontalia kryptimi. Paprastai altostratus debesys yra priekinių debesų sistemų, susijusių su kylančiais oro masių judėjimais, dalis.
Nimbostratų debesys – žemas (nuo 2 km ir aukščiau) amorfinis vienodos pilkos spalvos debesų sluoksnis, sukeliantis apsiniaukusį lietų ar sniegą. Nimbostratus debesys – labai išvystyti vertikaliai (iki kelių km) ir horizontaliai (keli tūkstančiai km), susideda iš peršalusių vandens lašų, susimaišiusių su snaigėmis, dažniausiai siejamų su atmosferos frontais.
Sluoksniniai debesys - žemesnės pakopos debesys, turintys vienalytį sluoksnį be aiškių kontūrų, pilkos spalvos. Sluoksninių debesų aukštis virš žemės paviršiaus 0,5–2 km. Iš sluoksninių debesų retkarčiais palyja šlapdriba.
Cumulusiniai debesys yra tankūs, ryškiai balti debesys dieną su ryškiu vertikaliu vystymusi (iki 5 km ir daugiau). Viršutinės kamuolinių debesų dalys atrodo kaip kupolai ar bokštai suapvalintais kontūrais. Gumbiniai debesys dažniausiai susidaro kaip konvekciniai debesys šaltose oro masėse.
Stratocumulus debesys – žemi (žemiau 2 km) debesys pilkų arba baltų nepluoštinių sluoksnių arba apvalių didelių blokų keterų pavidalo. Vertikalus sluoksninių debesų storis nedidelis. Retkarčiais iš stratokumulinių debesų iškrenta nedideli krituliai.
Cumulonimbus debesys – galingi ir tankūs, stipriai vertikaliai besivystantys debesys (iki 14 km aukščio), duodami gausūs krituliai su perkūnija, kruša, škvalais. Cumulonimbus debesys išsivysto iš galingų kamuolinių debesų, besiskiriančių nuo jų viršutine dalimi, susidedančia iš ledo kristalų.
Stratosfera.
Per tropopauzę vidutiniškai 12–50 km aukštyje troposfera pereina į stratosferą. Žemutinėje dalyje apie 10 km, t.y. iki apie 20 km aukščio jis yra izoterminis (temperatūra apie 220 K). Tada jis didėja didėjant aukščiui ir 50–55 km aukštyje pasiekia daugiausia apie 270 K. Čia yra riba tarp stratosferos ir viršutinės mezosferos, vadinama stratopauze. .
Stratosferoje daug mažiau vandens garų. Nepaisant to, retkarčiais stebimi ploni permatomi perlamutriniai debesys, retkarčiais pasirodantys stratosferoje 20–30 km aukštyje. Perlamutriniai debesys matomi tamsiame danguje po saulėlydžio ir prieš saulėtekį. Savo forma perlamutriniai debesys primena plunksninius ir plunksninius debesis.
Vidurinė atmosfera (mezosfera).
Maždaug 50 km aukštyje mezosfera prasideda plačios temperatūros maksimumo piko metu. . Priežastis, kodėl temperatūra pakyla šio maksimumo srityje yra egzoterminė (t.y. kartu su šilumos išsiskyrimu) fotocheminė ozono skilimo reakcija: O 3 + hv® O 2 + O. Ozonas susidaro fotochemiškai skaidant molekulinį deguonį O 2
Apie 2+ hv® O + O ir vėlesnė atomo ir deguonies molekulės trigubo susidūrimo reakcija su trečiąja molekule M.
O + O 2 + M ® O 3 + M
Ozonas godžiai sugeria ultravioletinę spinduliuotę regione nuo 2000 iki 3000 A, ir ši spinduliuotė kaitina atmosferą. Ozonas, esantis viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, tarnauja kaip tam tikras skydas, saugantis mus nuo saulės ultravioletinės spinduliuotės poveikio. Be šio skydo gyvybės vystymasis Žemėje jos šiuolaikinėmis formomis vargu ar būtų buvęs įmanomas.
Apskritai visoje mezosferoje atmosferos temperatūra nukrenta iki minimalios vertės, maždaug 180 K, ties viršutine mezosferos riba (vadinama mezopauze, aukštis apie 80 km). Netoli mezopauzės, 70–90 km aukštyje, gali atsirasti labai plonas ledo kristalų sluoksnis ir vulkaninių bei meteoritinių dulkių dalelės, stebimos kaip gražus niūrių debesų reginys. netrukus po saulėlydžio.
Mezosferoje didžioji dalis mažų kietų meteorito dalelių, nukritusių ant Žemės, sudeginamos ir sukelia meteorų reiškinį.
Meteorai, meteoritai ir ugnies kamuoliai.
Žybsniai ir kiti reiškiniai viršutinėje Žemės atmosferoje, atsirandantys dėl įsiskverbimo į ją 11 km/s greičiu ir aukščiau kietųjų kosminių dalelių ar kūnų, vadinami meteoroidais. Yra pastebėtas ryškus meteorų pėdsakas; vadinami galingiausi reiškiniai, dažnai lydimi meteoritų kritimo ugnies kamuoliai; meteorai siejami su meteorų lietumi.
meteorų lietus:
1) kelių meteorų reiškinys nukrenta per kelias valandas ar dienas iš vieno spindulio.
2) meteoroidų spiečius, judantis viena orbita aplink Saulę.
Sistemingas meteorų atsiradimas tam tikrame dangaus regione ir tam tikromis metų dienomis, atsirandantis dėl Žemės orbitos susikirtimo su bendra daugelio meteoritų kūnų, judančių maždaug vienodais ir vienodais greičiais, orbita, dėl kurios jų takai danguje tarsi išeina iš vieno bendro taško (spinduliavimo) . Jie pavadinti pagal žvaigždyną, kuriame yra spinduliuotė.
Meteorų lietus daro gilų įspūdį savo apšvietimo efektais, tačiau pavieniai meteorai matomi retai. Daug daugiau yra nematomų meteorų, per mažų, kad juos būtų galima pamatyti tuo metu, kai juos praryja atmosfera. Kai kurie iš mažiausių meteorų tikriausiai visai neįkaista, o tik pagauna atmosferos. Šios mažos dalelės, kurių dydis svyruoja nuo kelių milimetrų iki dešimties tūkstančių milimetro dalių, vadinamos mikrometeoritais. Kasdien į atmosferą patenkančios meteorinės medžiagos kiekis yra nuo 100 iki 10 000 tonų, didžioji dalis šios medžiagos yra mikrometeoritai.
Kadangi meteorinė medžiaga iš dalies sudega atmosferoje, jos dujų sudėtis pasipildo įvairių cheminių elementų pėdsakais. Pavyzdžiui, akmeniniai meteorai į atmosferą atneša ličio. Dėl metalinių meteorų degimo susidaro maži sferiniai geležies, geležies-nikelio ir kiti lašeliai, kurie praeina per atmosferą ir nusėda ant žemės paviršiaus. Jų galima rasti Grenlandijoje ir Antarktidoje, kur ledo sluoksniai beveik nepakitę metų metus. Okeanologai jų randa dugno vandenyno nuosėdose.
Dauguma į atmosferą patenkančių meteorų dalelių nusėda maždaug per 30 dienų. Kai kurie mokslininkai mano, kad šios kosminės dulkės vaidina svarbų vaidmenį formuojant atmosferos reiškinius, tokius kaip lietus, nes jos tarnauja kaip vandens garų kondensacijos branduoliai. Todėl daroma prielaida, kad krituliai statistiškai susiję su dideliu meteorų lietumi. Tačiau kai kurie ekspertai mano, kad kadangi bendras meteorinės medžiagos patekimas yra daug dešimčių kartų didesnis nei net esant didžiausiam meteorų lietui, galima nepaisyti bendro šios medžiagos kiekio pokyčio, atsirandančio dėl vieno tokio lietaus.
Tačiau neabejotina, kad didžiausi mikrometeoritai ir matomi meteoritai palieka ilgus jonizacijos pėdsakus aukštuose atmosferos sluoksniuose, daugiausia jonosferoje. Tokie pėdsakai gali būti naudojami tolimiesiems radijo ryšiams, nes jie atspindi aukšto dažnio radijo bangas.
Meteorų, patenkančių į atmosferą, energija daugiausia, o gal ir visiškai, sunaudojama jos šildymui. Tai vienas iš nedidelių atmosferos šilumos balanso komponentų.
Meteoritas yra kietas natūralios kilmės kūnas, nukritęs į Žemės paviršių iš kosmoso. Paprastai išskiriami akmens, geležies-akmens ir geležies meteoritai. Pastarieji daugiausia sudaryti iš geležies ir nikelio. Tarp rastų meteoritų dauguma jų sveria nuo kelių gramų iki kelių kilogramų. Didžiausias iš rastų Gobos geležies meteoritas sveria apie 60 tonų ir vis dar yra toje pačioje vietoje, kur buvo rastas, Pietų Afrikoje. Dauguma meteoritų yra asteroidų fragmentai, tačiau kai kurie meteoritai galėjo atkeliauti į Žemę iš Mėnulio ir net iš Marso.
Ugnies kamuolys – labai ryškus meteoras, kartais stebimas net dieną, dažnai paliekantis dūminį pėdsaką ir lydimas garso reiškinių; dažnai baigiasi meteoritų kritimu.
Termosfera.
Virš mezopauzės temperatūros minimumo prasideda termosfera, kurioje temperatūra iš pradžių lėtai, o paskui greitai vėl pradeda kilti. Priežastis yra ultravioletinės, saulės spinduliuotės sugertis 150–300 km aukštyje dėl atominio deguonies jonizacijos: O + hv® O + + e.
Termosferoje temperatūra nuolat kyla iki maždaug 400 km aukščio, kur didžiausio saulės aktyvumo epochoje dienos metu pasiekia 1800 K. Minimalioje epochoje ši ribinė temperatūra gali būti mažesnė nei 1000 K. Virš 400 km, atmosfera pereina į izoterminę egzosferą. Kritinis lygis (egzosferos bazė) yra maždaug 500 km aukštyje.
Auroros ir daugybė dirbtinių palydovų orbitų, taip pat naktiniai debesys – visi šie reiškiniai vyksta mezosferoje ir termosferoje.
Poliarinės šviesos.
Didelėse platumose trikdžių metu magnetinis laukas stebima poliarinė šviesa. Jie gali trukti keletą minučių, bet dažnai matomi kelias valandas. Auroros labai skiriasi forma, spalva ir intensyvumu, o visa tai laikui bėgant kartais keičiasi labai greitai. Auroros spektrą sudaro emisijos linijos ir juostos. Kai kurie iš naktinio dangaus išmetami teršalai yra sustiprinti auroros spektre, visų pirma žalios ir raudonos l 5577 Å ir l 6300 Å deguonies linijos. Pasitaiko, kad viena iš šių linijų yra daug kartų intensyvesnė už kitą, ir tai lemia matoma spalva spindesys: žalias arba raudonas. Magnetinio lauko trikdžius taip pat lydi radijo ryšio sutrikimai poliariniuose regionuose. Sutrikimą sukelia jonosferos pokyčiai, o tai reiškia, kad magnetinių audrų metu veikia galingas jonizacijos šaltinis. Nustatyta, kad stiprios magnetinės audros kyla tada, kai šalia Saulės disko centro yra didelės dėmių grupės. Stebėjimai parodė, kad audros siejamos ne su pačiomis dėmėmis, o su saulės blyksniais, atsirandančiais vystantis dėmių grupei.
Auroros yra įvairaus intensyvumo šviesos diapazonas, kurio greiti judėjimai stebimi aukštų platumų Žemės regionuose. Vizualinėje auroroje yra žalios (5577Å) ir raudonos (6300/6364Å) atominio deguonies emisijos linijos ir N 2 molekulinės juostos, kurias sužadina energetinės saulės ir magnetosferos kilmės dalelės. Šios emisijos paprastai rodomos maždaug 100 km ir daugiau aukštyje. Terminas „optinė aurora“ reiškia regos pašvaistę ir jų infraraudonųjų spindulių bei ultravioletinių spindulių spektrą. Spinduliuotės energija infraraudonojoje spektro dalyje žymiai viršija matomos srities energiją. Pasirodžius pašvaistėms, emisijos buvo stebimos ULF diapazone (
Sunku klasifikuoti tikrąsias pašvaistės formas; Dažniausiai vartojami šie terminai:
1. Ramūs vienodi lankai ar dryžiai. Lankas paprastai tęsiasi ~1000 km geomagnetinės lygiagretės kryptimi (poliariniuose regionuose link Saulės), o plotis nuo vieno iki kelių dešimčių kilometrų. Juosta yra lanko sąvokos apibendrinimas, dažniausiai ji neturi taisyklingos lanko formos, o lenkiasi S raidės arba spiralių pavidalu. Lankai ir juostos yra 100–150 km aukštyje.
2. Auroros spinduliai . Šis terminas reiškia auroralinę struktūrą, išilgai magnetinę jėgos linijos, kurio vertikalus ilgis nuo kelių dešimčių iki kelių šimtų kilometrų. Spindulių ilgis išilgai horizontalės yra mažas, nuo kelių dešimčių metrų iki kelių kilometrų. Spinduliai dažniausiai stebimi lankuose arba kaip atskiros struktūros.
3. Dėmės ar paviršiai . Tai izoliuotos švytėjimo sritys, kurios neturi konkrečios formos. Atskiros dėmės gali būti susijusios.
4. Šydas. Neįprasta auroros forma, kuri yra vienodas švytėjimas, apimantis didelius dangaus plotus.
Pagal struktūrą auroros skirstomos į vienalytes, blizgias ir švytinčias. Vartojami įvairūs terminai; pulsuojantis lankas, pulsuojantis paviršius, difuzinis paviršius, švytinti juostelė, draperija ir kt. Yra aurorų klasifikacija pagal jų spalvą. Pagal šią klasifikaciją, auroros tipo A. Viršutinė dalis arba visa yra raudonos (6300–6364 Å). Paprastai jie atsiranda 300–400 km aukštyje esant dideliam geomagnetiniam aktyvumui.
Auroros tipas V apatinėje dalyje yra raudonos spalvos ir yra susijusios su pirmosios teigiamos N 2 sistemos ir pirmosios neigiamos O 2 sistemos juostų liuminescencija. Tokios auroros formos atsiranda aktyviausiose pašvaistės fazėse.
Zonos pašvaistės – Pasak stebėtojų, esančių fiksuotame Žemės paviršiaus taške, tai yra zonos, kuriose nakties metu auroros atsiranda daugiausiai. Zonos yra 67° šiaurės ir pietų platumos, o jų plotis yra apie 6°. Didžiausias pašvaistės atsiradimas, atitinkantis tam tikrą vietinio geomagnetinio laiko momentą, vyksta į ovalą panašiose juostose (aurora oval), kurios išsidėsčiusios asimetriškai aplink šiaurinį ir pietinį geomagnetinį polius. Auroros ovalas yra fiksuotas platumos ir laiko koordinatėmis, o auroros zona yra taškų lokusas ovalo vidurnakčio srityje platumos ir ilgumos koordinatėmis. Ovali juosta yra maždaug 23° nuo geomagnetinio poliaus naktiniame sektoriuje ir 15° dieniniame sektoriuje.
Auroros ovalios ir auroros zonos. Auroros ovalo vieta priklauso nuo geomagnetinio aktyvumo. Esant dideliam geomagnetiniam aktyvumui, ovalas tampa platesnis. Auroros zonas arba auroros ovalias ribas geriau atvaizduoja L 6.4 nei dipolio koordinates. Geomagnetinio lauko linijos ties auroros ovalo dienos sektoriaus riba sutampa su magnetopauzė. Auroros ovalo padėtis keičiasi priklausomai nuo kampo tarp geomagnetinės ašies ir Žemės-Saulės krypties. Auroralinis ovalas taip pat nustatomas pagal duomenis apie tam tikros energijos dalelių (elektronų ir protonų) nusodinimą. Jo padėtis gali būti nustatyta nepriklausomai pagal duomenis kaspakh dienos pusėje ir magnetinėje uodegoje.
Kasdienis pašvaistės dažnio svyravimai auroros zonoje yra didžiausi geomagnetinį vidurnaktį, o minimalūs – geomagnetinį vidurdienį. Beveik pusiaujo ovalo pusėje pašvaistės atsiradimo dažnis smarkiai sumažėja, tačiau išlaikoma paros svyravimų forma. Poliarinėje ovalo pusėje pašvaistės dažnis mažėja palaipsniui ir jam būdingi sudėtingi paros pokyčiai.
Auroros intensyvumas.
Auroros intensyvumas nustatomas matuojant tariamąjį skaisčio paviršių. Šviesumo paviršius aš auroras tam tikra kryptimi lemia bendra emisija 4p aš fotonas/(cm 2 s). Kadangi ši reikšmė nėra tikrasis paviršiaus ryškumas, o atspindi stulpelio emisiją, tiriant pašvaistę dažniausiai naudojamas vienetas fotonas/(cm 2 stulpelis s). Įprastas bendros emisijos matavimo vienetas yra Rayleigh (Rl), lygus 10 6 fotonų / (cm 2 stulpelio s). Praktiškesnis auroralinio intensyvumo vienetas nustatomas pagal vienos linijos ar juostos emisijas. Pavyzdžiui, pašvaistės intensyvumą lemia tarptautiniai šviesumo koeficientai (ICF). pagal žaliosios linijos intensyvumo duomenis (5577 Å); 1 kRl = I MKH, 10 kRl = II MKH, 100 kRl = III MKH, 1000 kRl = IV MKH (maksimalus auroros intensyvumas). Ši klasifikacija negali būti naudojama raudonoms aurorai. Vienas iš epochos (1957–1958 m.) atradimų buvo aurorų erdvinio ir laiko pasiskirstymo nustatymas ovalo formos, pasislinkusio magnetinio poliaus atžvilgiu. Iš paprastų idėjų apie žiedinę auroros pasiskirstymo formą magnetinio poliaus atžvilgiu, buvo baigtas perėjimas prie šiuolaikinės magnetosferos fizikos. Atradimo garbė priklauso O. Choroševai, o G. Starkovui, J. Feldšteinui, S-I. Auroros ovalas yra intensyviausio saulės vėjo poveikio viršutinei Žemės atmosferai sritis. Auroros intensyvumas didžiausias ovale, o jos dinamiką nuolat stebi palydovai.
Stabilūs auroraliniai raudoni lankai.
Pastovus auroralinis raudonas lankas, kitaip vadinamas vidutinės platumos raudonuoju lanku arba M lankas, yra subvizinis (žemiau akies jautrumo ribos) platus lankas, nusidriekęs iš rytų į vakarus tūkstančius kilometrų ir apgaubiantis, galbūt, visą Žemę. Lanko platumos plotis yra 600 km. Stabilaus auroralinio raudonojo lanko spinduliavimas yra beveik vienspalvis raudonose linijose l 6300 Å ir l 6364 Å. Neseniai taip pat buvo pranešta apie silpnas emisijos linijas l 5577 Å (OI) ir l 4278 Å (N + 2). Nuolatiniai raudoni lankai priskiriami prie aurorų, tačiau jie atsiranda daug didesniame aukštyje. Apatinė riba yra 300 km aukštyje, viršutinė - apie 700 km. Ramaus auroralinio raudonojo lanko intensyvumas l 6300 Å emisijoje svyruoja nuo 1 iki 10 kRl (tipinė vertė yra 6 kRl). Akies jautrumo slenkstis prie šio bangos ilgio yra apie 10 kR, todėl lankai vizualiai stebimi retai. Tačiau stebėjimai parodė, kad 10% naktų jų šviesumas yra >50 kR. Įprastas lankų tarnavimo laikas yra apie vieną dieną, o kitomis dienomis jie pasirodo retai. Radijo bangos iš palydovų arba radijo šaltinių, kertančių stabilius auroralinius raudonuosius lankus, yra veikiamos scintiliacijos, rodančios elektronų tankio nehomogeniškumą. Teorinis raudonųjų lankų paaiškinimas yra tas, kad šildomi regiono elektronai F jonosferos sukelia deguonies atomų padidėjimą. Palydoviniai stebėjimai rodo elektronų temperatūros padidėjimą išilgai geomagnetinio lauko linijų, kertančių stabilius auroralinius raudonus lankus. Šių lankų intensyvumas teigiamai koreliuoja su geomagnetiniu aktyvumu (audrų), o lankų atsiradimo dažnis teigiamai koreliuoja su saulės saulės dėmių aktyvumu.
Keičiasi aurora.
Kai kurios auroros formos patiria beveik periodinius ir nuoseklius laiko intensyvumo pokyčius. Šios auroros, kurių geometrija yra maždaug stacionari ir sparčiai periodiškai keičiasi fazėje, vadinamos besikeičiančiomis auroromis. Jie priskiriami prie auroros formų R pagal Tarptautinį pašvaistės atlasą Išsamesnis besikeičiančių pašvaistės poskyris:
R 1 (pulsuojanti pašvaistė) yra švytėjimas, kurio ryškumas tolygiai kinta visoje auroros formoje. Pagal apibrėžimą idealioje pulsuojančioje auroroje galima atskirti erdvinę ir laikinąją pulsacijos dalis, t.y. ryškumą aš(r,t)= aš s(r)· aš T(t). Tipiškoje aurora R 1, pulsacijos atsiranda nuo 0,01 iki 10 Hz mažo intensyvumo (1-2 kR). Dauguma aurorų R 1 yra dėmės arba lankai, kurie pulsuoja keletą sekundžių.
R 2 (ugninė aurora). Šis terminas paprastai vartojamas kalbant apie judesius, tokius kaip liepsnos, užpildančios dangų, o ne apibūdinant vieną formą. Auroros yra lanko formos ir dažniausiai juda aukštyn iš 100 km aukščio. Šios pašvaistės yra gana retos ir dažniau pasitaiko už auroros ribų.
R 3 (mirganti aurora). Tai auroros, kurių ryškumas greitai, nereguliariai arba reguliariai kinta, todėl susidaro įspūdis, kad danguje mirga liepsna. Jie pasirodo prieš pat auroros žlugimą. Dažniausiai stebimas variacijos dažnis R 3 yra lygus 10 ± 3 Hz.
Srautinės pašvaistės terminas, vartojamas kitai pulsuojančių aurorų klasei, reiškia netaisyklingus ryškumo svyravimus, greitai judančius horizontaliai auroros lankais ir juostomis.
Kintanti aurora yra vienas iš saulės ir žemės reiškinių, lydinčių geomagnetinio lauko pulsacijas ir auroralinę rentgeno spinduliuotę, kurią sukelia saulės ir magnetosferinės kilmės dalelių krituliai.
Poliarinio gaubtelio švytėjimas pasižymi dideliu pirmosios neigiamos N + 2 sistemos juostos intensyvumu (λ 3914 Å). Paprastai šios N + 2 juostos yra penkis kartus intensyvesnės už žalią liniją OI l 5577 Å; absoliutus poliarinio gaubtelio švytėjimo intensyvumas yra nuo 0,1 iki 10 kRl (paprastai 1-3 kRl). Naudojant šias auroras, atsirandančias PCA laikotarpiais, vienodas švytėjimas dengia visą poliarinį dangtelį iki 60° geomagnetinės platumos 30–80 km aukštyje. Jį daugiausia generuoja saulės protonai ir d-dalelės, kurių energija yra 10–100 MeV, kurios šiuose aukščiuose sukuria jonizacijos maksimumą. Auroros zonose yra ir kitokio tipo švytėjimas, vadinamas mantijos pašvaistėmis. Šio tipo pašvaistės švytėjimo paros intensyvumo maksimumas ryte yra 1–10 kR, o intensyvumo minimumas – penkis kartus silpnesnis. Mantijos pašvaistės stebimos nedaug, o jų intensyvumas priklauso nuo geomagnetinio ir saulės aktyvumo.
Atmosferos švytėjimas apibrėžiamas kaip planetos atmosferos sukuriama ir skleidžiama spinduliuotė. Tai ne šiluminė atmosferos spinduliuotė, išskyrus pašvaistę, žaibo išlydžius ir meteorų pėdsakų emisiją. Šis terminas vartojamas kalbant apie žemės atmosferą (naktinis švytėjimas, prieblandos švytėjimas ir dienos švytėjimas). Atmosferos švytėjimas yra tik dalis atmosferoje esančios šviesos. Kiti šaltiniai yra žvaigždžių šviesa, zodiako šviesa ir dienos metu išsklaidyta saulės šviesa. Kartais atmosferos švytėjimas gali sudaryti iki 40% viso šviesos kiekio. Oro švytėjimas atsiranda įvairaus aukščio ir storio atmosferos sluoksniuose. Atmosferos švytėjimo spektras apima bangų ilgius nuo 1000 Å iki 22,5 µm. Pagrindinė emisijos linija ore yra l 5577 Å, kuri atsiranda 90–100 km aukštyje 30–40 km storio sluoksniu. Švytėjimo išvaizda atsiranda dėl Champen mechanizmo, pagrįsto deguonies atomų rekombinacija. Kitos emisijos linijos yra l 6300 Å, atsirandančios disociatyvios O + 2 rekombinacijos ir emisijos atveju NI l 5198/5201 Å ir NI l 5890/5896 Å.
Atmosferos švytėjimo intensyvumas matuojamas Rayleighs. Ryškumas (Rayleighs) lygus 4 rb, kur c – spinduliuojančio sluoksnio skaisčio kampinis paviršius 10 6 fotonų/(cm 2 sr s) vienetais. Švytėjimo intensyvumas priklauso nuo platumos (skirtingai dėl skirtingų emisijų), taip pat kinta dienos metu, maksimalus artėjant vidurnakčiui. Nustatyta teigiama koreliacija tarp l 5577 Å emisijos oro švytėjimo su saulės dėmių skaičiumi ir saulės spinduliuotės srautu, kai bangos ilgis 10,7 cm. Oro švytėjimas buvo stebimas atliekant palydovinius eksperimentus. Iš kosmoso jis atrodo kaip šviesos žiedas aplink Žemę ir yra žalsvos spalvos.
Ozonosfera.
20–25 km aukštyje didžiausia nežymaus ozono kiekio O 3 koncentracija (iki 2×10–7 deguonies kiekio!), kuri susidaro veikiant saulės ultravioletinei spinduliuotei apie 10–50 aukštyje. km, pasiekiamas, apsaugodamas planetą nuo jonizuojančios saulės spinduliuotės. Nepaisant itin mažo ozono molekulių skaičiaus, jos saugo visą gyvybę Žemėje nuo žalingo trumpųjų bangų (ultravioletinės ir rentgeno) saulės spinduliuotės poveikio. Jei visas molekules nusodinsite į atmosferos pagrindą, gausite ne daugiau kaip 3–4 mm storio sluoksnį! Aukštyje virš 100 km didėja lengvųjų dujų dalis, o labai dideliame aukštyje vyrauja helis ir vandenilis; daugelis molekulių disocijuoja į atskirus atomus, kurie, jonizuodami kietos saulės spinduliuotės įtakoje, sudaro jonosferą. Oro slėgis ir tankis Žemės atmosferoje mažėja didėjant aukščiui. Pagal temperatūros pasiskirstymą Žemės atmosfera skirstoma į troposferą, stratosferą, mezosferą, termosferą ir egzosferą. .
Įsikūręs 20-25 km aukštyje ozono sluoksnis. Ozonas susidaro dėl deguonies molekulių irimo absorbuojant saulės ultravioletinę spinduliuotę, kurios bangos ilgis yra mažesnis nei 0,1–0,2 mikrono. Laisvas deguonis jungiasi su O 2 molekulėmis ir sudaro O 3 ozoną, kuris godžiai sugeria visą trumpesnę nei 0,29 mikrono ultravioletinę šviesą. Ozono molekulės O 3 lengvai sunaikinamos trumpųjų bangų spinduliuote. Todėl, nepaisant retėjimo, ozono sluoksnis efektyviai sugeria ultravioletinę Saulės spinduliuotę, kuri praėjo per aukštesnius ir skaidresnius atmosferos sluoksnius. Dėl šios priežasties gyvi organizmai Žemėje yra apsaugoti nuo žalingo saulės ultravioletinių spindulių poveikio.
Jonosfera.
Saulės spinduliuotė jonizuoja atmosferos atomus ir molekules. Jonizacijos laipsnis tampa reikšmingas jau 60 kilometrų aukštyje ir nuolat didėja tolstant nuo Žemės. Skirtinguose atmosferos aukščiuose vyksta nuoseklūs įvairių molekulių disociacijos procesai ir vėliau įvairių atomų ir jonų jonizacija. Iš esmės tai yra deguonies molekulės O 2, azoto N 2 ir jų atomai. Atsižvelgiant į šių procesų intensyvumą, įvairūs atmosferos sluoksniai, esantys aukščiau 60 kilometrų, vadinami jonosferos sluoksniais. , o jų visuma yra jonosfera . Apatinis sluoksnis, kurio jonizacija yra nereikšminga, vadinamas neutrosfera.
Didžiausia įkrautų dalelių koncentracija jonosferoje pasiekiama 300–400 km aukštyje.
Jonosferos tyrimo istorija.
Hipotezę apie laidžiojo sluoksnio egzistavimą viršutiniuose atmosferos sluoksniuose 1878 metais iškėlė anglų mokslininkas Stiuartas, norėdamas paaiškinti geomagnetinio lauko ypatybes. Tada 1902 m., nepriklausomai vienas nuo kito, Kennedy JAV ir Heaviside'as Anglijoje nurodė, kad norint paaiškinti radijo bangų sklidimą dideliais atstumais, reikia daryti prielaidą, kad aukštuose pasaulio sluoksniuose egzistuoja didelio laidumo regionai. atmosfera. 1923 metais akademikas M.V.Šuleikinas, įvertinęs įvairaus dažnio radijo bangų sklidimo ypatybes, priėjo prie išvados, kad jonosferoje yra bent du atspindintys sluoksniai. Tada, 1925 m., anglų mokslininkai Appleton ir Barnet, taip pat Breit ir Tuve pirmą kartą eksperimentiškai įrodė radijo bangas atspindinčių regionų egzistavimą ir padėjo pagrindą jų sistemingam tyrimui. Nuo to laiko buvo atliktas sistemingas šių sluoksnių, paprastai vadinamų jonosfera, savybių tyrimas, atliekantis reikšmingą vaidmenį daugelyje geofizinių reiškinių, lemiančių radijo bangų atspindį ir sugertį, o tai labai svarbu praktikoje. visų pirma užtikrinti patikimą radijo ryšį.
1930-aisiais pradėti sistemingai stebėti jonosferos būklę. Mūsų šalyje M.A.Bonch-Bruevich iniciatyva buvo sukurtos instaliacijos jos pulsiniam įgarsinimui. Ištirta daug bendrųjų jonosferos savybių, pagrindinių jos sluoksnių aukščių ir elektronų tankio.
60–70 km aukštyje stebimas D sluoksnis, 100–120 km aukštyje – D. E, aukštyje, 180–300 km aukštyje dvigubo sluoksnio F 1 ir F 2. Pagrindiniai šių sluoksnių parametrai pateikti 4 lentelėje.
| 4 lentelė | ||||||
| Jonosferos sritis | Maksimalus aukštis, km | T i , K | Diena | Naktis ne , cm -3 | a΄, ρm 3 s – 1 | |
| min 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 (žiema) | 220–280 | 1000–2000 | 6 10 5 | 25 10 5 | ~10 5 | 2 10 –10 |
| F 2 (vasara) | 250–320 | 1000–2000 | 2 10 5 | 8 10 5 | ~3 10 5 | 10 –10 |
| ne yra elektronų koncentracija, e yra elektrono krūvis, T i yra jonų temperatūra, a΄ yra rekombinacijos koeficientas (kuris nustato ne ir jo pasikeitimas laikui bėgant) | ||||||
Vidurkiai pateikiami, nes skiriasi skirtingose platumose, paros metuose ir metų laikais. Tokie duomenys būtini tolimojo radijo ryšio užtikrinimui. Jie naudojami parenkant veikimo dažnius įvairioms trumpųjų bangų radijo jungtims. Žinios apie jų pokyčius priklausomai nuo jonosferos būklės skirtingas laikas dieną ir skirtingais metų laikais yra itin svarbus radijo ryšio patikimumui užtikrinti. Jonosfera – tai jonizuotų žemės atmosferos sluoksnių rinkinys, prasidedantis maždaug 60 km aukštyje ir besitęsiantis iki dešimčių tūkstančių km aukščio. Pagrindinis Žemės atmosferos jonizacijos šaltinis yra Saulės ultravioletinė ir rentgeno spinduliuotė, kuri daugiausia atsiranda Saulės chromosferoje ir vainikinėje dalyje. Be to, viršutinių atmosferos sluoksnių jonizacijos laipsniui įtakos turi saulės korpuso srautai, atsirandantys Saulės žybsnių metu, taip pat kosminiai spinduliai ir meteorų dalelės.
Jonosferos sluoksniai
yra atmosferos sritys, kuriose pasiekiamos didžiausios laisvųjų elektronų koncentracijos vertės (t. y. jų skaičius tūrio vienete). Elektra įkrauti laisvieji elektronai ir (mažesniu mastu, mažiau judrūs jonai), atsirandantys dėl atomų jonizacijos atmosferos dujos, sąveikaudami su radijo bangomis (t. y. elektromagnetiniais virpesiais), gali keisti jų kryptį, jas atspindėdamos arba lauždamos, ir sugerti jų energiją. Dėl to, priimant tolimas radijo stotis, gali atsirasti įvairių efektų, pavyzdžiui, radijo išblukimas, padidėjęs tolimų stočių girdimumas, užtemimai ir tt reiškinius.
Tyrimo metodai.
Klasikiniai jonosferos tyrimo iš Žemės metodai yra redukuoti iki impulsinio zondavimo – radijo impulsų siuntimas ir jų atspindžių stebėjimas iš įvairių jonosferos sluoksnių, matuojant delsos trukmę bei tiriant atsispindinčių signalų intensyvumą ir formą. Matuojant skirtingų dažnių radijo impulsų atspindžio aukščius, nustatant įvairių sričių kritinius dažnius (radijo impulso nešiklio dažnis, kuriam ši jonosferos sritis tampa skaidri, vadinamas kritiniu dažniu), galima nustatyti elektronų tankio sluoksniuose vertę ir efektyviuosius aukščius tam tikriems dažniams ir pasirinkti optimalius dažnius duotiems radijo takams. Tobulėjant raketų technologijoms ir atėjus dirbtinių Žemės palydovų (AES) ir kitų erdvėlaivių kosminiam amžiui, atsirado galimybė tiesiogiai išmatuoti artimos Žemės kosminės plazmos, kurios apatinė dalis yra jonosfera, parametrus.
Elektronų tankio matavimai, atlikti iš specialiai paleistų raketų ir išilgai palydovo skrydžio trajektorijų, patvirtino ir patikslino anksčiau antžeminiais metodais gautus duomenis apie jonosferos struktūrą, elektronų tankio pasiskirstymą pagal aukštį skirtinguose Žemės regionuose ir leido tai padaryti. gauti elektronų tankio vertes, viršijančias pagrindinį maksimumą - sluoksnį F. Anksčiau to nebuvo įmanoma padaryti naudojant zondavimo metodus, pagrįstus atsispindėjusių trumpųjų bangų radijo impulsų stebėjimais. Nustatyta, kad kai kuriuose Žemės rutulio regionuose yra gana stabilūs regionai su mažu elektronų tankiu, reguliariais „jonosferos vėjais“, jonosferoje atsiranda savotiški bangų procesai, pernešantys vietinius jonosferos trikdžius tūkstančius kilometrų nuo jų sužadinimo vietos ir daug daugiau. Sukūrus ypač jautrius priėmimo įrenginius, jonosferos impulsinio zondavimo stotyse buvo galima priimti impulsinius signalus, iš dalies atsispindėjusius iš žemiausių jonosferos sričių (dalinių atspindžių stotis). Galingų impulsų įrenginių naudojimas metro ir decimetro bangos ilgio diapazonuose, naudojant antenas, leidžiančias pasiekti didelę spinduliuojamos energijos koncentraciją, leido stebėti signalus, kuriuos jonosfera išsklaido įvairiuose aukščiuose. Šių jonosferos plazmos elektronų ir jonų nenuosekliai išsklaidytų signalų spektrų ypatybių tyrimas (tam buvo naudojamos nenuoseklios radijo bangų sklaidos stotys) leido nustatyti elektronų ir jonų koncentraciją, jų ekvivalentą. temperatūra įvairiuose aukščiuose iki kelių tūkstančių kilometrų aukščio. Paaiškėjo, kad jonosfera yra pakankamai skaidri naudotiems dažniams.
Elektros krūvių koncentracija (elektronų tankis lygus joniniam) žemės jonosferoje 300 km aukštyje per parą būna apie 106 cm–3. Tokio tankio plazma atspindi ilgesnes nei 20 m radijo bangas, o perduoda trumpesnes.
Tipiškas vertikalus elektronų tankio pasiskirstymas jonosferoje dienos ir nakties sąlygomis.
Radijo bangų plitimas jonosferoje.
Stabilus tolimojo transliavimo stočių priėmimas priklauso nuo naudojamų dažnių, taip pat nuo paros laiko, sezono ir, be to, nuo saulės aktyvumo. Saulės aktyvumas daro didelę įtaką jonosferos būklei. Antžeminės stoties skleidžiamos radijo bangos sklinda tiesia linija, kaip ir visų tipų elektromagnetinės bangos. Tačiau reikia atsižvelgti į tai, kad ir Žemės paviršius, ir jonizuoti jos atmosferos sluoksniai tarnauja kaip savotiškos didžiulio kondensatoriaus plokštės, veikiančios jas kaip veidrodžių veikimas šviesoje. Nuo jų atsispindėjusios radijo bangos gali nukeliauti daugybę tūkstančių kilometrų, lenkdamos aplink Žemės rutulį didžiuliais šimtų ir tūkstančių kilometrų šuoliais, pakaitomis atsispindėdamos nuo jonizuotų dujų sluoksnio ir nuo Žemės ar vandens paviršiaus.
1920-aisiais buvo manoma, kad radijo bangos, trumpesnės nei 200 m, dėl stiprios sugerties apskritai netinka tolimojo susisiekimo ryšiui. Pirmuosius ilgo nuotolio trumpųjų bangų priėmimo eksperimentus per Atlantą tarp Europos ir Amerikos atliko anglų fizikas Oliveris Heaviside'as ir amerikiečių elektros inžinierius Arthuras Kennelly. Nepriklausomai vienas nuo kito jie teigė, kad kažkur aplink Žemę yra jonizuotas atmosferos sluoksnis, galintis atspindėti radijo bangas. Jis buvo vadinamas Heaviside sluoksniu - Kennelly, o vėliau - jonosfera.
Pagal šiuolaikines koncepcijas jonosfera susideda iš neigiamo krūvio laisvųjų elektronų ir teigiamai įkrautų jonų, daugiausia molekulinio deguonies O + ir azoto oksido NO +. Jonai ir elektronai susidaro dėl molekulių disociacijos ir neutralių dujų atomų jonizacijos saulės rentgeno spinduliais ir ultravioletiniais spinduliais. Norint jonizuoti atomą, būtina jį informuoti apie jonizacijos energiją, kurios pagrindinis šaltinis jonosferai yra ultravioletinė, rentgeno ir korpuskulinė Saulės spinduliuotė.
Kol Žemės dujinis apvalkalas yra apšviestas Saulės, jame nuolat susidaro vis daugiau elektronų, tačiau tuo pačiu metu dalis elektronų, susidūrę su jonais, rekombinuojasi, vėl sudarydami neutralias daleles. Po saulėlydžio naujų elektronų gamyba beveik sustoja, o laisvųjų elektronų skaičius pradeda mažėti. Kuo daugiau laisvųjų elektronų jonosferoje, tuo geriau nuo jos atsispindi aukšto dažnio bangos. Sumažėjus elektronų koncentracijai, radijo bangų prasiskverbimas įmanomas tik žemo dažnio diapazonuose. Štai kodėl naktį, kaip taisyklė, galima priimti nutolusias stotis tik 75, 49, 41 ir 31 m diapazonuose.Jonosferoje elektronai pasiskirsto netolygiai. 50–400 km aukštyje yra keli padidėjusio elektronų tankio sluoksniai arba regionai. Šios sritys sklandžiai pereina viena į kitą ir skirtingai veikia HF radijo bangų sklidimą. Viršutinis jonosferos sluoksnis žymimas raide F. Čia yra didžiausias jonizacijos laipsnis (įkrautų dalelių dalis yra apie 10–4). Jis yra daugiau nei 150 km aukštyje virš Žemės paviršiaus ir atlieka pagrindinį atspindintį vaidmenį platinant radijo bangas tolimojo dažnio aukšto dažnio juostose. Vasaros mėnesiais F regionas skyla į du sluoksnius - F 1 ir F 2. F1 sluoksnis gali užimti aukštį nuo 200 iki 250 km, o sluoksnis F 2 atrodo, kad „plaukia“ 300–400 km aukščio diapazone. Paprastai sluoksnis F 2 yra jonizuotas daug stipriau nei sluoksnis F vienas . naktinis sluoksnis F 1 išnyksta ir sluoksniuojasi F 2 išlieka, lėtai prarandant iki 60% savo jonizacijos laipsnio. Žemiau F sluoksniu, 90–150 km aukštyje, yra sluoksnis E, kurio jonizacija vyksta veikiant minkštajai saulės rentgeno spinduliuotei. E sluoksnio jonizacijos laipsnis yra mažesnis nei sluoksnio F, dienos metu, kai signalai atsispindi nuo sluoksnio, gaunamos 31 ir 25 m žemo dažnio HF juostų stotys E. Paprastai tai yra stotys, esančios 1000–1500 km atstumu. Naktį sluoksniu E jonizacija smarkiai sumažėja, tačiau net ir šiuo metu ji ir toliau vaidina svarbų vaidmenį priimant signalus iš stočių 41, 49 ir 75 m juostose.
Didelio susidomėjimo priimant 16, 13 ir 11 m aukšto dažnio HF juostų signalus yra tie, kurie kyla šioje srityje. E stipriai padidintos jonizacijos tarpsluoksniai (debesys). Šių debesų plotas gali svyruoti nuo kelių iki šimtų kvadratinių kilometrų. Šis padidintos jonizacijos sluoksnis vadinamas sporadiniu sluoksniu. E ir žymimas Es. Es debesys gali judėti jonosferoje veikiami vėjo ir pasiekti greitį iki 250 km/h. Vasarą vidutinėse platumose dienos metu radijo bangų kilmė dėl Es debesų būna 15–20 dienų per mėnesį. Prie pusiaujo jis beveik visada yra, o didelėse platumose dažniausiai pasirodo naktį. Kartais mažo saulės aktyvumo metais, kai nėra perėjimo į aukšto dažnio HF juostas, 16, 13 ir 11 m juostose staiga pasirodo tolimos stotys su geru garsumu, kurių signalai ne kartą atsispindėjo iš Es.
Žemiausia jonosferos sritis yra sritis D esančios 50–90 km aukštyje. Čia yra palyginti mažai laisvų elektronų. Iš srities D ilgos ir vidutinės bangos yra gerai atspindimos, o žemo dažnio HF stočių signalai yra stipriai sugeriami. Po saulėlydžio jonizacija labai greitai išnyksta ir atsiranda galimybė priimti nutolusias stotis 41, 49 ir 75 m diapazone, kurių signalai atsispindi nuo sluoksnių. F 2 ir E. Atskiri jonosferos sluoksniai vaidina svarbų vaidmenį skleidžiant HF radijo signalus. Poveikis radijo bangoms daugiausia susijęs su laisvųjų elektronų buvimu jonosferoje, nors radijo bangų sklidimo mechanizmas yra susijęs su didelių jonų buvimu. Pastarieji taip pat domina tyrimą cheminės savybės atmosferoje, nes jie yra aktyvesni už neutralius atomus ir molekules. cheminės reakcijos tekančios jonosferoje vaidina svarbų vaidmenį jos energijos ir elektros balanse.
normali jonosfera. Stebėjimai, atlikti naudojant geofizines raketas ir palydovus, davė daug nauja informacija, rodantis, kad atmosferos jonizacija vyksta veikiant plataus spektro saulės spinduliuotei. Pagrindinė jo dalis (daugiau nei 90%) yra sutelkta matomoje spektro dalyje. Ultravioletinę spinduliuotę, trumpesnio bangos ilgio ir energingesnę už violetinę šviesą, skleidžia vandenilis vidinėje Saulės atmosferos dalyje (chromosferoje), o dar didesnės energijos rentgeno spindulius skleidžia dujos. išorinis apvalkalas Saulė (karūna).
Normali (vidutinė) jonosferos būklė yra dėl nuolatinės galingos spinduliuotės. Įprastoje jonosferoje vyksta reguliarūs pokyčiai, veikiant kasdieniam Žemės sukimuisi ir sezoniniams saulės spindulių kritimo kampo skirtumams vidurdienį, tačiau atsiranda ir nenuspėjamų bei staigių jonosferos būklės pokyčių.
Sutrikimai jonosferoje.
Kaip žinoma, Saulėje vyksta galingos cikliškai pasikartojančios veiklos apraiškos, kurios maksimumą pasiekia kas 11 metų. Stebėjimai pagal Tarptautinių geofizinių metų (IGY) programą visą sisteminių meteorologinių stebėjimų laikotarpį sutapo su didžiausio Saulės aktyvumo periodu, t.y. nuo XVIII amžiaus pradžios. Didelio aktyvumo laikotarpiais kai kurių Saulės sričių šviesumas padidėja kelis kartus, o ultravioletinių ir rentgeno spindulių galia smarkiai padidėja. Tokie reiškiniai vadinami saulės blyksniais. Jie trunka nuo kelių minučių iki vienos ar dviejų valandų. Blyksnio metu išsiveržia saulės plazma (daugiausia protonai ir elektronai), o elementariosios dalelės veržiasi į kosmosą. Elektromagnetinė ir korpuskulinė Saulės spinduliuotė tokių žybsnių momentais stipriai veikia Žemės atmosferą.
Pradinė reakcija pastebima praėjus 8 minutėms po blyksnio, kai Žemę pasiekia intensyvi ultravioletinė ir rentgeno spinduliuotė. Dėl to jonizacija smarkiai padidėja; rentgeno spinduliai prasiskverbia pro atmosferą iki apatinės jonosferos ribos; elektronų skaičius šiuose sluoksniuose išauga tiek, kad radijo signalai beveik visiškai sugeriami („užgęsta“). Papildoma spinduliuotės sugertis sukelia dujų įkaitimą, o tai prisideda prie vėjo vystymosi. Jonizuotos dujos yra elektros laidininkas, o judant Žemės magnetiniame lauke atsiranda dinamo efektas ir susidaro elektros srovė. Tokios srovės savo ruožtu gali sukelti pastebimus magnetinio lauko sutrikimus ir pasireikšti magnetinių audrų pavidalu.
Viršutinių atmosferos sluoksnių struktūrą ir dinamiką iš esmės lemia termodinamiškai nepusiausvyros procesai, susiję su jonizacija ir disociacija saulės spinduliuote, cheminiai procesai, molekulių ir atomų sužadinimas, jų dezaktyvacija, susidūrimas ir kiti elementarūs procesai. Šiuo atveju nepusiausvyros laipsnis didėja didėjant aukščiui, mažėjant tankiui. Iki 500–1000 km aukščio, o dažnai ir dar aukštesnio, daugelio viršutinių atmosferos sluoksnių charakteristikų nepusiausvyros laipsnis yra gana mažas, o tai leidžia apibūdinti naudoti klasikinę ir hidromagnetinę hidrodinamiką, atsižvelgiant į chemines reakcijas.
Egzosfera – tai išorinis Žemės atmosferos sluoksnis, prasidedantis kelių šimtų kilometrų aukštyje, iš kurio į kosmosą gali ištrūkti lengvi, greitai judantys vandenilio atomai.
Edvardas Kononovičius
Literatūra:
Pudovkinas M.I. Saulės fizikos pagrindai. Sankt Peterburgas, 2001 m
Eris Chaisson, Steve'as McMillanas Astronomija šiandien. Prentice Hall Inc. Aukštutinė Saddle upė, 2002 m
Internetinė medžiaga: http://ciencia.nasa.gov/
Atmosfera (iš graikų ατμός – „garai“ ir σφαῖρα – „sfera“) – dujinis dangaus kūno apvalkalas, aplink jį laikomas gravitacijos. Atmosfera – dujinis planetos apvalkalas, susidedantis iš įvairių dujų, vandens garų ir dulkių mišinio. Medžiagų mainai tarp Žemės ir Kosmoso vyksta per atmosferą. Žemė gauna kosmines dulkes ir meteoritinę medžiagą, netenka lengviausių dujų: vandenilio ir helio. Į Žemės atmosferą kiaurai prasiskverbia galinga Saulės spinduliuotė, kuri lemia planetos paviršiaus šiluminį režimą, sukelia atmosferos dujų molekulių disociaciją ir atomų jonizaciją.
Žemės atmosferoje yra deguonies, kurį dauguma gyvų organizmų naudoja kvėpavimui, ir anglies dvideginio, kurį fotosintezės metu sunaudoja augalai, dumbliai, melsvadumbliai. Atmosfera taip pat yra apsauginis sluoksnis planetoje, saugantis jos gyventojus nuo saulės ultravioletinės spinduliuotės.
Visi masyvūs kūnai turi atmosferą – sausumos planetos, dujų milžinai.
Atmosferos sudėtis
Atmosfera yra dujų mišinys, susidedantis iš azoto (78,08%), deguonies (20,95%), anglies dioksido (0,03%), argono (0,93%), nedidelio kiekio helio, neono, ksenono, kriptono (0,01%), 0,038% anglies dioksido ir nedideli kiekiai vandenilio, helio, kitų inertinių dujų ir teršalų.
Šiuolaikinė Žemės oro sudėtis buvo nustatyta daugiau nei prieš šimtą milijonų metų, tačiau smarkiai išaugusi žmogaus gamybinė veikla vis dėlto lėmė jos pokyčius. Šiuo metu CO 2 kiekis padidėja apie 10-12%.Atmosferą sudarančios dujos atlieka įvairius funkcinius vaidmenis. Tačiau pagrindinę šių dujų reikšmę pirmiausia lemia tai, kad jos labai stipriai sugeria spinduliavimo energiją ir taip daro didelę įtaką Žemės paviršiaus ir atmosferos temperatūros režimui.
Pradinė planetos atmosferos sudėtis dažniausiai priklauso nuo saulės cheminių ir šiluminių savybių formuojantis planetoms ir vėliau išsiskiriant išorinėms dujoms. Tada dujų apvalkalo sudėtis kinta veikiant įvairiems veiksniams.
Veneros ir Marso atmosferą daugiausia sudaro anglies dioksidas su mažais azoto, argono, deguonies ir kitų dujų priedais. Žemės atmosfera daugiausia yra joje gyvenančių organizmų produktas. Žemos temperatūros dujų milžinai – Jupiteris, Saturnas, Uranas ir Neptūnas – gali laikyti daugiausia mažos molekulinės masės dujų – vandenilio ir helio. Aukštos temperatūros dujų milžinai, tokie kaip Osiris ar 51 Pegasi b, atvirkščiai, negali jo išlaikyti, o jų atmosferos molekulės yra išsibarsčiusios erdvėje. Šis procesas yra lėtas ir nenutrūkstamas.
Azotas, atmosferoje dažniausiai pasitaikančios dujos, chemiškai mažai aktyvios.
Deguonis, skirtingai nei azotas, yra chemiškai labai aktyvus elementas. Specifinė deguonies funkcija yra heterotrofinių organizmų, uolienų ir nepakankamai oksiduotų dujų, išmetamų į atmosferą ugnikalnių, oksidacija. Be deguonies nebūtų ir negyvų organinių medžiagų.
Atmosferos struktūra
Atmosferos sandara susideda iš dviejų dalių: vidinės – troposferos, stratosferos, mezosferos ir termosferos, arba jonosferos, ir išorinės – magnetosferos (egzosferos).
1) Troposfera- tai apatinė atmosferos dalis, kurioje susitelkę 3/4 t.y. ~ 80% visos žemės atmosferos. Jo aukštį lemia vertikalių (kylančių arba besileidžiančių) oro srovių, kurias sukelia žemės paviršiaus ir vandenyno įkaitimas, intensyvumas, todėl troposferos storis ties pusiauju yra 16-18 km, vidutinio platumose 10-11 km. , o ties ašigaliais – iki 8 km. Oro temperatūra troposferoje aukštyje sumažėja 0,6ºС kas 100 m ir svyruoja nuo +40 iki -50ºС.
2) Stratosfera yra virš troposferos ir yra iki 50 km aukščio nuo planetos paviršiaus. Temperatūra iki 30 km aukštyje yra pastovi -50ºС. Tada jis pradeda kilti ir 50 km aukštyje pasiekia +10ºС.
Viršutinė biosferos riba yra ozono ekranas.
Ozono ekranas yra atmosferos sluoksnis stratosferoje, esantis skirtinguose aukščiuose nuo Žemės paviršiaus ir kurio didžiausias ozono tankis yra 20–26 km aukštyje.
Ozono sluoksnio aukštis ties ašigaliais vertinamas 7–8 km, ties pusiauju – 17–18 km, o didžiausias ozono buvimo aukštis – 45–50 km. Virš ozono ekrano gyvybė neįmanoma dėl atšiaurios ultravioletinės saulės spinduliuotės. Jei suspaudžiate visas ozono molekules, aplink planetą susidaro ~ 3 mm sluoksnis.
3) Mezosfera– viršutinė šio sluoksnio riba yra iki 80 km aukščio. Pagrindinis jo bruožas yra staigus temperatūros kritimas -90ºС prie viršutinės ribos. Čia fiksuojami sidabriniai debesys, susidedantys iš ledo kristalų.
4) jonosfera (termosfera) - yra iki 800 km aukštyje ir jam būdingas didelis temperatūros padidėjimas:
150km temperatūra +240ºС,
200km temperatūra +500ºС,
600km temperatūra +1500ºС.
Veikiant ultravioletinei saulės spinduliuotei, dujos yra jonizuotos būsenos. Jonizacija siejama su dujų švytėjimu ir auroros atsiradimu.
Jonosfera turi galimybę pakartotinai atspindėti radijo bangas, o tai užtikrina tolimą radijo ryšį planetoje.
5) Egzosfera- yra virš 800 km ir tęsiasi iki 3000 km. Čia temperatūra yra >2000ºС. Dujų judėjimo greitis artėja prie kritinio ~ 11,2 km/sek. Dominuoja vandenilio ir helio atomai, kurie aplink Žemę sudaro šviečiančią vainiką, besitęsiančią iki 20 000 km aukščio.
Atmosferos funkcijos
1) Termoreguliuojantis – oras ir klimatas Žemėje priklauso nuo šilumos pasiskirstymo, slėgio.
2) Palaiko gyvybę.
3) Troposferoje vyksta visuotinis vertikalus ir horizontalus oro masių judėjimas, kuris lemia vandens ciklą, šilumos perdavimą.
4) Beveik visi paviršiaus geologiniai procesai vyksta dėl atmosferos, litosferos ir hidrosferos sąveikos.
5) Apsauginė – atmosfera saugo žemę nuo kosmoso, saulės spinduliuotės ir meteoritų dulkių.
Atmosferos funkcijos. Be atmosferos gyvybė Žemėje būtų neįmanoma. Žmogus kasdien suvalgo 12-15 kg. oro, kiekvieną minutę įkvepiant nuo 5 iki 100 litrų, o tai gerokai viršija vidutinį paros maisto ir vandens poreikį. Be to, atmosfera patikimai apsaugo žmogų nuo pavojų, kurie jam gresia iš kosmoso: nepraleidžia meteoritų ir kosminės spinduliuotės. Žmogus gali gyventi penkias savaites be maisto, penkias dienas be vandens ir penkias minutes be oro. Normaliam žmonių gyvenimui reikalingas ne tik oras, bet ir tam tikras jo grynumas. Nuo oro kokybės priklauso žmonių sveikata, floros ir faunos būklė, pastatų ir konstrukcijų konstrukcijų tvirtumas ir ilgaamžiškumas. Užterštas oras kenkia vandenims, žemei, jūroms, dirvožemiui. Atmosfera lemia šviesą ir reguliuoja žemės šiluminius režimus, prisideda prie šilumos persiskirstymo Žemės rutulyje. Dujų apvalkalas apsaugo Žemę nuo per didelio aušinimo ir šildymo. Jei mūsų planeta nebūtų apsupta oro apvalkalo, tai per vieną dieną temperatūrų svyravimų amplitudė siektų 200 C. Atmosfera gelbsti viską, kas Žemėje gyva, nuo destruktyvių ultravioletinių, rentgeno ir kosminių spindulių. Atmosferos svarba šviesos paskirstymui yra didžiulė. Jos oras lūžta saulės spinduliaiį milijoną mažų spindulių, juos išsklaido ir sukuria vienodą apšvietimą. Atmosfera tarnauja kaip garsų laidininkas.
Atmosfera yra Žemės oro apvalkalas. Išsiplėtęs iki 3000 km nuo žemės paviršiaus. Jo pėdsakus galima atsekti iki 10 000 km aukščio. A. netolygus tankis yra 50 5, jo masės sutelktos iki 5 km, 75% - iki 10 km, 90% - iki 16 km.
Atmosfera susideda iš oro – kelių dujų mechaninio mišinio.
Azotas(78%) atmosferoje atlieka deguonies skiediklio vaidmenį, reguliuojantį oksidacijos greitį, taigi ir biologinių procesų greitį bei intensyvumą. Azotas yra pagrindinis žemės atmosferos elementas, kuris nuolat keičiasi su gyvąja biosferos medžiaga, o pastarosios komponentai yra azoto junginiai (aminorūgštys, purinai ir kt.). Azoto gavyba iš atmosferos vyksta neorganiniais ir biocheminiais būdais, nors jie yra glaudžiai tarpusavyje susiję. Neorganinis ekstrahavimas yra susijęs su jo junginių N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3 susidarymu. Jie randami atmosferos krituliuose ir susidaro atmosferoje veikiant elektros iškrovoms perkūnijos metu arba fotocheminėms reakcijoms veikiant saulės spinduliuotei.
Biologinį azoto fiksavimą atlieka kai kurios bakterijos simbiozėje su aukštesni augalai dirvose. Azotą taip pat fiksuoja kai kurie planktono mikroorganizmai ir dumbliai jūros aplinkoje. Kiekybine prasme biologinis azoto surišimas viršija jo neorganinį fiksavimą. Viso azoto mainai atmosferoje trunka maždaug 10 milijonų metų. Azoto randama vulkaninės kilmės dujose ir magminėse uolienose. Kaitinant įvairius kristalinių uolienų ir meteoritų pavyzdžius, azotas išsiskiria N 2 ir NH 3 molekulių pavidalu. Tačiau pagrindinė azoto buvimo forma tiek Žemėje, tiek antžeminėse planetose yra molekulinė. Amoniakas, patekęs į viršutinius atmosferos sluoksnius, greitai oksiduojasi, išskirdamas azotą. Nuosėdinėse uolienose jis palaidotas kartu su organinėmis medžiagomis ir didesnis kiekis randamas bituminėse nuosėdose. Šių uolienų regioninio metamorfizmo procese į Žemės atmosferą išsiskiria įvairių formų azotas.
Geocheminis azoto ciklas (
Deguonis(21%) gyvi organizmai naudoja kvėpavimui, yra organinių medžiagų (baltymų, riebalų, angliavandenių) dalis. Ozonas O 3 . blokuoja gyvybei pavojingą ultravioletinę spinduliuotę iš Saulės.
Deguonis yra antros pagal gausumą atmosferoje dujos, atliekančios nepaprastai svarbų vaidmenį daugelyje biosferos procesų. Dominuojanti jo egzistavimo forma yra O 2 . Viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, veikiant ultravioletinei spinduliuotei, deguonies molekulės disocijuoja, o maždaug 200 km aukštyje atominio deguonies ir molekulinio (O: O 2) santykis tampa lygus 10. Kai šios formos deguonis sąveikauja atmosferoje (20-30 km aukštyje), ozono juosta (ozono skydas). Ozonas (O 3) yra būtinas gyviems organizmams, uždelsdamas didžiąją dalį jiems kenksmingos saulės ultravioletinės spinduliuotės.
Ankstyvosiose Žemės vystymosi stadijose laisvo deguonies atsirado labai mažais kiekiais dėl anglies dioksido ir vandens molekulių fotodisociacijos viršutiniuose atmosferos sluoksniuose. Tačiau šie nedideli kiekiai greitai buvo sunaudoti oksiduojant kitas dujas. Vandenyne atsiradus autotrofiniams fotosintetiniams organizmams, padėtis gerokai pasikeitė. Laisvo deguonies kiekis atmosferoje pradėjo palaipsniui didėti, aktyviai oksiduodamas daugelį biosferos komponentų. Taigi pirmosios laisvo deguonies dalys pirmiausia prisidėjo prie geležies geležies virsmo oksidu, o sulfidų - į sulfatus.
Galų gale laisvo deguonies kiekis Žemės atmosferoje pasiekė tam tikrą masę ir pasirodė subalansuotas taip, kad pagamintas kiekis tapo lygus absorbuotam kiekiui. Buvo nustatytas santykinis laisvo deguonies kiekio pastovumas atmosferoje.
Geocheminis deguonies ciklas (V.A. Vronskis, G.V. Voitkevičius)
Anglies dioksidas, eina į gyvosios medžiagos formavimąsi, o kartu su vandens garais sukuria vadinamąjį „šiltnamio (šiltnamio) efektą“.
Anglies (anglies dioksidas) - didžioji jos dalis atmosferoje yra CO 2 ir daug mažiau CH 4 pavidalu. Anglies geocheminės istorijos reikšmė biosferoje yra nepaprastai didelė, nes ji yra visų gyvų organizmų dalis. Gyvuose organizmuose susidaro sumažėjusios anglies formos ir aplinką biosferos oksiduojasi. Taip nusistovi gyvavimo ciklo cheminė apykaita: CO 2 ↔ gyvoji medžiaga.
Pagrindinis anglies dioksido šaltinis biosferoje yra vulkaninis aktyvumas, susijęs su pasaulietiniu mantijos degazavimu ir žemutiniais žemės plutos horizontais. Dalis šio anglies dioksido susidaro dėl terminio senovinių klinčių skilimo įvairiose metamorfinėse zonose. CO 2 migracija biosferoje vyksta dviem būdais.
Pirmasis metodas išreiškiamas CO 2 absorbcija fotosintezės procese, susidarant organinėms medžiagoms, o vėliau laidojant palankiomis redukuojančiomis sąlygomis litosferoje durpių, anglių, naftos, skalūnų pavidalu. Pagal antrąjį metodą anglies migracija lemia karbonatų sistemos susidarymą hidrosferoje, kur CO 2 virsta H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. Tada, dalyvaujant kalciui (rečiau magniui ir geležiui), karbonatai nusodinami biogeniniu ir abiogeniniu būdu. Atsiranda stori klinčių ir dolomitų sluoksniai. Pasak A.B. Ronov, organinės anglies (Corg) ir karbonatinės anglies (Ccarb) santykis biosferos istorijoje buvo 1:4.
Kartu su pasauliniu anglies ciklu yra keletas mažų jo ciklų. Taigi sausumoje žali augalai dienos metu sugeria CO 2 fotosintezės procesui, o naktį išleidžia jį į atmosferą. Mirus gyviems organizmams žemės paviršiuje, organinės medžiagos oksiduojasi (dalyvaujant mikroorganizmams), į atmosferą išleidžiant CO 2. Pastaraisiais dešimtmečiais ypatingą vietą anglies cikle užėmė masinis iškastinio kuro deginimas ir jo kiekio padidėjimas šiuolaikinėje atmosferoje.
Anglies ciklas geografiniame apvalkale (pagal F. Ramad, 1981)
Argonas- trečios pagal dažnumą atmosferos dujos, kurios ryškiai išskiria jas nuo itin retai paplitusių kitų inertinių dujų. Tačiau argonas savo geologinėje istorijoje dalijasi šių dujų likimu, kurioms būdingos dvi savybės:
- jų kaupimosi atmosferoje negrįžtamumas;
- glaudžiai susiję su kai kurių nestabilių izotopų radioaktyviuoju skilimu.
Inertinės dujos nepatenka į daugumos ciklinių elementų cirkuliaciją Žemės biosferoje.
Visos inertinės dujos gali būti suskirstytos į pirmines ir radiogenines. Pirminiai yra tie, kuriuos Žemė užfiksavo formuojantis. Jie itin reti. Pirminę argono dalį daugiausia sudaro 36 Ar ir 38 Ar izotopai, o atmosferos argoną sudaro tik 40 Ar izotopas (99,6 %), kuris neabejotinai yra radiogeniškas. Kalio turinčiose uolienose radiogeninis argonas, susikaupęs dėl kalio-40 skilimo elektronų gaudymo būdu: 40 K + e → 40 Ar.
Todėl argono kiekį uolienose lemia jų amžius ir kalio kiekis. Šiuo mastu helio koncentracija uolienose priklauso nuo jų amžiaus ir torio bei urano kiekio. Argonas ir helis į atmosferą išsiskiria iš žemės vidaus ugnikalnių išsiveržimų metu, per žemės plutos įtrūkimus dujų čiurkšlių pavidalu, taip pat ir uolienų dūlėjimo metu. Remiantis P. Dimon ir J. Culp atliktais skaičiavimais, šiuolaikinėje epochoje helis ir argonas kaupiasi žemės plutoje ir į atmosferą patenka palyginti nedideliais kiekiais. Šių radiogeninių dujų patekimo greitis yra toks mažas, kad per Žemės geologinę istoriją ji negalėjo pateikti stebimo jų kiekio šiuolaikinėje atmosferoje. Todėl belieka manyti, kad didžioji dalis atmosferoje esančio argono pateko iš Žemės žarnų ankstyviausiuose jos vystymosi etapuose, o daug mažesnė dalis buvo pridėta vėliau vulkanizmo procese ir kalio dūlėjimo metu. kuriuose yra uolų.
Taigi geologiniu laiku helis ir argonas turėjo skirtingus migracijos procesus. Atmosferoje helio yra labai mažai (apie 5 * 10–4%), o Žemės „helio kvėpavimas“ buvo lengvesnis, nes jis, kaip lengviausios dujos, pateko į kosmosą. Ir "argono kvėpavimas" - sunkusis ir argonas liko mūsų planetoje. Dauguma pirminių inertinių dujų, tokių kaip neonas ir ksenonas, buvo susijusios su pirminiu neonu, kurį Žemė užfiksavo formuojantis, taip pat su išmetimu į atmosferą mantijos degazavimo metu. Duomenų apie tauriųjų dujų geochemiją visuma rodo, kad pirminė Žemės atmosfera atsirado ankstyviausiuose jos vystymosi etapuose.
Atmosferoje yra vandens garai ir vandens skystoje ir kietoje būsenoje. Vanduo atmosferoje yra svarbus šilumos akumuliatorius.
Apatiniuose atmosferos sluoksniuose yra daug mineralinių ir technogeninių dulkių ir aerozolių, degimo produktų, druskų, sporų ir augalų žiedadulkių ir kt.
Iki 100-120 km aukščio dėl visiško oro susimaišymo atmosferos sudėtis yra vienalytė. Azoto ir deguonies santykis yra pastovus. Aukščiau vyrauja inertinės dujos, vandenilis ir kt.Apatiniuose atmosferos sluoksniuose yra vandens garų. Didėjant atstumui nuo žemės, jo kiekis mažėja. Aukščiau keičiasi dujų santykis, pavyzdžiui, 200–800 km aukštyje deguonis viršija azotą 10–100 kartų.
> Žemės atmosfera
apibūdinimas Žemės atmosferaįvairaus amžiaus vaikams: iš ko susideda oras, dujų buvimas, fotosluoksniai, trečiosios Saulės sistemos planetos klimatas ir orai.
Mažiesiems Jau žinoma, kad Žemė yra vienintelė mūsų sistemos planeta, turinti gyvybingą atmosferą. Dujinė antklodė ne tik turtinga oru, bet ir saugo mus nuo per didelio karščio bei saulės spinduliuotės. Svarbu paaiškinti vaikams kad sistema yra neįtikėtinai gerai suprojektuota, nes leidžia paviršiui sušilti dieną ir atvėsti naktį, išlaikant priimtiną balansą.
Pradėti paaiškinimas vaikams Tai įmanoma iš to, kad Žemės atmosferos rutulys tęsiasi per 480 km, tačiau didžioji jo dalis yra 16 km atstumu nuo paviršiaus. Kuo didesnis aukštis, tuo mažesnis slėgis. Jei imsime jūros lygį, tada ten slėgis yra 1 kg kvadratiniame centimetre. Tačiau 3 km aukštyje jis keisis – 0,7 kg kvadratiniam centimetrui. Žinoma, tokiomis sąlygomis sunkiau kvėpuoti ( vaikai galėčiau tai pajusti, jei kada nors eitumėte į žygius į kalnus).
Žemės oro sudėtis – paaiškinimas vaikams
Dujos apima:
- Azotas – 78%.
- Deguonis – 21%.
- Argonas – 0,93%.
- Anglies dioksidas - 0,038%.
- Mažais kiekiais taip pat yra vandens garų ir kitų dujų priemaišų.
Žemės atmosferos sluoksniai – paaiškinimas vaikams
Tėvai arba mokytojai mokykloje Reikėtų priminti, kad žemės atmosfera skirstoma į 5 lygius: egzosferą, termosferą, mezosferą, stratosferą ir troposferą. Su kiekvienu sluoksniu atmosfera tirpsta vis labiau, kol galiausiai dujos išsisklaido į erdvę.
Troposfera yra arčiausiai paviršiaus. 7–20 km storio jis sudaro pusę žemės atmosferos. Kuo arčiau Žemės, tuo labiau įšyla oras. Čia surenkami beveik visi vandens garai ir dulkės. Vaikai gali nenustebti, kad būtent tokiame lygyje plaukia debesys.
Stratosfera prasideda nuo troposferos ir pakyla 50 km virš paviršiaus. Čia daug ozono, kuris šildo atmosferą ir taupo nuo žalingos saulės spinduliuotės. Oras yra 1000 kartų plonesnis nei virš jūros lygio ir neįprastai sausas. Štai kodėl lėktuvai čia puikiai jaučiasi.
Mezosfera: nuo 50 km iki 85 km virš paviršiaus. Viršutinė dalis vadinama mezopauze ir yra vėsiausia vieta žemės atmosferoje (-90°C). Labai sunku tyrinėti, nes reaktyviniai lėktuvai negali ten patekti, o palydovų orbitinis aukštis yra per didelis. Mokslininkai žino tik tai, kad čia dega meteorai.
Termosfera: 90 km ir tarp 500-1000 km. Temperatūra siekia 1500°C. Jis laikomas žemės atmosferos dalimi, bet yra svarbus paaiškinti vaikams kad oro tankis čia toks mažas, kad didžioji jo dalis jau suvokiama kaip kosminė erdvė. Tiesą sakant, čia yra erdvėlaiviai ir Tarptautinė kosminė stotis. Be to, čia formuojasi pašvaistės. Įkrautos kosminės dalelės kontaktuoja su termosferos atomais ir molekulėmis, perkeldamos jas į aukštesnį energijos lygį. Dėl šios priežasties mes matome šiuos šviesos fotonus auroros pavidalu.
Egzosfera yra aukščiausias sluoksnis. Neįtikėtinai plona atmosferos ir erdvės susiliejimo linija. Susideda iš plačiai pasklidusių vandenilio ir helio dalelių.
Žemės klimatas ir orai – paaiškinimas vaikams
Mažiesiems reikia paaiškinti kad Žemė sugeba išlaikyti daugybę gyvų rūšių dėl regioninio klimato, kuriam būdingas didžiulis šaltis ašigalyje ir atogrąžų karštis ties pusiauju. Vaikai turėtų žinoti, kad regiono klimatas yra oras, kuris tam tikroje vietovėje nesikeičia 30 metų. Žinoma, kartais jis gali keistis kelias valandas, bet dažniausiai išlieka stabilus.
Be to, išskiriamas ir pasaulinis sausumos klimatas – regioninio vidurkis. Ji pasikeitė per visą žmonijos istoriją. Šiandien spartus atšilimas. Mokslininkai skambina pavojaus varpais, nes žmogaus sukeltos šiltnamio efektą sukeliančios dujos sulaiko šilumą atmosferoje ir rizikuoja paversti mūsų planetą Venera.