Θερμοκρασιακά στρώματα της ατμόσφαιρας. Στρώματα της ατμόσφαιρας κατά σειρά από την επιφάνεια της γης. Λευκή ρίγα στον ουρανό

ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ της Γης(Ελληνικός ατμός ατμόσφαιρας + σφαίρα σφαίρα) - ένα αέριο κέλυφος που περιβάλλει τη Γη. Η μάζα της ατμόσφαιρας είναι περίπου 5,15 10 15 Η βιολογική σημασία της ατμόσφαιρας είναι τεράστια. Στην ατμόσφαιρα, η ανταλλαγή μάζας και ενέργειας συμβαίνει μεταξύ της ζωντανής και της άψυχης φύσης, μεταξύ της χλωρίδας και της πανίδας. Το άζωτο της ατμόσφαιρας απορροφάται από μικροοργανισμούς. Από το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό, χρησιμοποιώντας την ενέργεια του ήλιου, τα φυτά συνθέτουν οργανικές ουσίες και απελευθερώνουν οξυγόνο. Η παρουσία μιας ατμόσφαιρας εξασφαλίζει τη διατήρηση του νερού στη Γη, που είναι επίσης σημαντική προϋπόθεση για την ύπαρξη ζωντανών οργανισμών.

Μελέτες που πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας γεωφυσικούς πυραύλους μεγάλου υψομέτρου, τεχνητούς γήινους δορυφόρους και διαπλανητικούς αυτόματους σταθμούς έχουν αποδείξει ότι η ατμόσφαιρα της γης εκτείνεται για χιλιάδες χιλιόμετρα. Τα όρια της ατμόσφαιρας είναι ασταθή, επηρεάζονται από το βαρυτικό πεδίο της Σελήνης και την πίεση της ροής των ηλιακών ακτίνων. Πάνω από τον ισημερινό στην περιοχή της σκιάς της γης, η ατμόσφαιρα φτάνει σε υψόμετρα περίπου 10.000 km και πάνω από τους πόλους τα όριά της απέχουν 3.000 km από την επιφάνεια της γης. Το μεγαλύτερο μέρος της ατμόσφαιρας (80-90%) βρίσκεται σε υψόμετρα έως και 12-16 km, γεγονός που εξηγείται από την εκθετική (μη γραμμική) φύση της μείωσης της πυκνότητας (σπανίωση) του αέριου περιβάλλοντος της καθώς αυξάνεται το υψόμετρο. πάνω από το επίπεδο της θάλασσας.

Η ύπαρξη των περισσότερων ζωντανών οργανισμών σε φυσικές συνθήκες είναι δυνατή εντός ακόμη στενότερων ορίων της ατμόσφαιρας, έως και 7-8 km, όπου είναι απαραίτητο για την ενεργό εμφάνιση βιολογικές διεργασίεςένας συνδυασμός ατμοσφαιρικών παραγόντων όπως σύσταση αερίου, θερμοκρασία, πίεση, υγρασία. Η κίνηση και ο ιονισμός του αέρα, η βροχόπτωση και η ηλεκτρική κατάσταση της ατμόσφαιρας έχουν επίσης υγειονομική σημασία.

Σύνθεση αερίου

Η ατμόσφαιρα είναι ένα φυσικό μείγμα αερίων (Πίνακας 1), κυρίως αζώτου και οξυγόνου (78,08 και 20,95 vol.%). Η αναλογία των ατμοσφαιρικών αερίων είναι σχεδόν ίδια σε υψόμετρα 80-100 km. Η σταθερότητα του κύριου μέρους της σύνθεσης αερίου της ατμόσφαιρας καθορίζεται από τη σχετική εξισορρόπηση των διεργασιών ανταλλαγής αερίων μεταξύ ζωντανής και άψυχης φύσης και τη συνεχή ανάμειξη των μαζών αέρα στην οριζόντια και κάθετη κατεύθυνση.

Πίνακας 1. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ ΧΗΜΙΚΗΣ ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΟΥ ΞΗΡΟΥ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΥ ΑΕΡΑ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΤΗΣ ΓΗΣ

Σύνθεση αερίου	Συγκέντρωση όγκου, %
Οξυγόνο
Διοξείδιο του άνθρακα
Οξείδιο του αζώτου
Διοξείδιο του θείου	0 έως 0,0001
	Από 0 έως 0,000007 το καλοκαίρι, από 0 έως 0,000002 το χειμώνα
Διοξείδιο του αζώτου	Από 0 έως 0,000002
Μονοξείδιο του άνθρακα

Σε υψόμετρα άνω των 100 km, υπάρχει μια αλλαγή στο ποσοστό των μεμονωμένων αερίων που σχετίζεται με τη διάχυτη διαστρωμάτωση τους υπό την επίδραση της βαρύτητας και της θερμοκρασίας. Επιπλέον, υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας μικρού μήκους κύματος και των ακτίνων Χ σε υψόμετρο 100 km ή περισσότερο, μόρια οξυγόνου, αζώτου και διοξειδίου του άνθρακα διασπώνται σε άτομα. Σε μεγάλα υψόμετρα αυτά τα αέρια βρίσκονται με τη μορφή εξαιρετικά ιονισμένων ατόμων.

Η περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα διαφορετικών περιοχών της Γης είναι λιγότερο σταθερή, γεγονός που οφείλεται εν μέρει στην άνιση κατανομή των μεγάλων βιομηχανικών επιχειρήσεων που μολύνουν τον αέρα, καθώς και στην άνιση κατανομή της βλάστησης και των υδάτινων λεκανών στη Γη που απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα. Επίσης μεταβλητή στην ατμόσφαιρα είναι η περιεκτικότητα σε αερολύματα (βλ.) - σωματίδια αιωρούμενα στον αέρα με μέγεθος από αρκετά χιλιοστά μικρόμετρα έως αρκετές δεκάδες μικρά - που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα ηφαιστειακών εκρήξεων, ισχυρών τεχνητών εκρήξεων και ρύπανσης από βιομηχανικές επιχειρήσεις. Η συγκέντρωση των αερολυμάτων μειώνεται γρήγορα με το υψόμετρο.

Το πιο μεταβλητό και σημαντικό από τα μεταβλητά συστατικά της ατμόσφαιρας είναι οι υδρατμοί, η συγκέντρωση των οποίων στην επιφάνεια της γης μπορεί να κυμαίνεται από 3% (στις τροπικές περιοχές) έως 2 × 10 -10% (στην Ανταρκτική). Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του αέρα, τόσο περισσότερη υγρασία, ίσα με άλλα πράγματα, μπορεί να υπάρχει στην ατμόσφαιρα και αντίστροφα. Ο κύριος όγκος των υδρατμών συγκεντρώνεται στην ατμόσφαιρα σε υψόμετρα 8-10 km. Η περιεκτικότητα σε υδρατμούς στην ατμόσφαιρα εξαρτάται από τη συνδυασμένη επίδραση της εξάτμισης, της συμπύκνωσης και της οριζόντιας μεταφοράς. Σε μεγάλα υψόμετρα, λόγω της μείωσης της θερμοκρασίας και της συμπύκνωσης των ατμών, ο αέρας είναι σχεδόν ξηρός.

Η ατμόσφαιρα της Γης, εκτός από μοριακό και ατομικό οξυγόνο, περιέχει και μικρές ποσότητες όζοντος (βλ.), η συγκέντρωση του οποίου είναι πολύ μεταβλητή και ποικίλλει ανάλογα με το υψόμετρο και την εποχή του χρόνου. Το μεγαλύτερο μέρος του όζοντος περιέχεται στην περιοχή του πόλου προς το τέλος της πολικής νύχτας σε υψόμετρο 15-30 km με απότομη μείωση πάνω-κάτω. Το όζον προκύπτει ως αποτέλεσμα της φωτοχημικής επίδρασης της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας στο οξυγόνο, κυρίως σε υψόμετρα 20-50 km. Τα διατομικά μόρια οξυγόνου αποσυντίθενται εν μέρει σε άτομα και, ενώνοντας μη αποσυντιθέμενα μόρια, σχηματίζουν τριατομικά μόρια όζοντος (μια πολυμερική, αλλοτροπική μορφή οξυγόνου).

Η παρουσία στην ατμόσφαιρα μιας ομάδας λεγόμενων αδρανών αερίων (ήλιο, νέον, αργό, κρυπτόν, ξένο) συνδέεται με τη συνεχή εμφάνιση διεργασιών φυσικής ραδιενεργής διάσπασης.

Βιολογική σημασία των αερίωνη ατμόσφαιρα είναι πολύ μεγάλη. Για τους περισσότερους πολυκύτταροι οργανισμοίορισμένη περιεκτικότητα σε μοριακό οξυγόνο σε ένα αέριο ή υδάτινο περιβάλλονείναι ένας απαραίτητος παράγοντας για την ύπαρξή τους, ο οποίος κατά την αναπνοή καθορίζει την απελευθέρωση ενέργειας από οργανικές ουσίες που αρχικά δημιουργήθηκαν κατά τη φωτοσύνθεση. Δεν είναι τυχαίο ότι τα ανώτερα όρια της βιόσφαιρας (τμήμα της επιφάνειας του πλανήτη και το κάτω μέρος της ατμόσφαιρας όπου υπάρχει ζωή) καθορίζονται από την παρουσία επαρκούς ποσότητας οξυγόνου. Στη διαδικασία της εξέλιξης, οι οργανισμοί έχουν προσαρμοστεί σε ένα ορισμένο επίπεδο οξυγόνου στην ατμόσφαιρα. μια αλλαγή στην περιεκτικότητα σε οξυγόνο, είτε μειώνεται είτε αυξάνεται, έχει δυσμενείς επιπτώσεις (βλ. Ασθένεια υψομέτρου, Υπεροξία, Υποξία).

Η αλλοτροπική μορφή του όζοντος του οξυγόνου έχει επίσης έντονο βιολογικό αποτέλεσμα. Σε συγκεντρώσεις που δεν υπερβαίνουν τα 0,0001 mg/l, που είναι χαρακτηριστικό για τις περιοχές παραθερισμού και τις θαλάσσιες ακτές, το όζον έχει θεραπευτική δράση - διεγείρει την αναπνοή και την καρδιαγγειακή δραστηριότητα και βελτιώνει τον ύπνο. Με αύξηση της συγκέντρωσης του όζοντος, εμφανίζεται η τοξική του δράση: ερεθισμός των ματιών, νεκρωτική φλεγμονή των βλεννογόνων της αναπνευστικής οδού, έξαρση πνευμονικών παθήσεων, αυτόνομες νευρώσεις. Σε συνδυασμό με την αιμοσφαιρίνη, το όζον σχηματίζει μεθαιμοσφαιρίνη, η οποία οδηγεί σε διαταραχή της αναπνευστικής λειτουργίας του αίματος. η μεταφορά οξυγόνου από τους πνεύμονες στους ιστούς γίνεται δύσκολη και αναπτύσσεται ασφυξία. Το ατομικό οξυγόνο έχει παρόμοια δυσμενή επίδραση στο σώμα. Το όζον παίζει σημαντικό ρόλο στη δημιουργία των θερμικών καθεστώτων διαφόρων στρωμάτων της ατμόσφαιρας λόγω της εξαιρετικά ισχυρής απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας και της επίγειας ακτινοβολίας. Το όζον απορροφά τις υπεριώδεις και τις υπέρυθρες ακτίνες πιο έντονα. Οι ηλιακές ακτίνες με μήκη κύματος μικρότερα από 300 nm απορροφώνται σχεδόν πλήρως από το ατμοσφαιρικό όζον. Έτσι, η Γη περιβάλλεται από ένα είδος «οθόνης όζοντος» που προστατεύει πολλούς οργανισμούς από τις καταστροφικές επιδράσεις της υπεριώδους ακτινοβολίας του Ήλιου.Το άζωτο στον ατμοσφαιρικό αέρα είναι μεγάλης βιολογικής σημασίας, κυρίως ως πηγή του λεγόμενου. σταθερό άζωτο - ένας πόρος φυτικής (και τελικά ζωικής) τροφής. Η φυσιολογική σημασία του αζώτου καθορίζεται από τη συμμετοχή του στη δημιουργία του επιπέδου ατμοσφαιρικής πίεσης που είναι απαραίτητο για τις διεργασίες της ζωής. Κάτω από ορισμένες συνθήκες αλλαγής της πίεσης, το άζωτο παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη ενός αριθμού διαταραχών στο σώμα (βλ. Νόσος αποσυμπίεσης). Οι υποθέσεις ότι το άζωτο αποδυναμώνει την τοξική επίδραση του οξυγόνου στο σώμα και απορροφάται από την ατμόσφαιρα όχι μόνο από μικροοργανισμούς, αλλά και από ανώτερα ζώα, είναι αμφιλεγόμενες.

Τα αδρανή αέρια της ατμόσφαιρας (ξένο, κρυπτόν, αργό, νέο, ήλιο) στη μερική πίεση που δημιουργούν υπό κανονικές συνθήκες μπορούν να ταξινομηθούν ως βιολογικά αδιάφορα αέρια. Με σημαντική αύξηση της μερικής πίεσης, αυτά τα αέρια έχουν ναρκωτική δράση.

Η παρουσία διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα εξασφαλίζει τη συσσώρευση ηλιακής ενέργειας στη βιόσφαιρα μέσω της φωτοσύνθεσης σύνθετων ενώσεων άνθρακα, οι οποίες συνεχώς προκύπτουν, αλλάζουν και αποσυντίθενται κατά τη διάρκεια της ζωής. Αυτό το δυναμικό σύστημα διατηρείται από τη δραστηριότητα των φυκών και των φυτών της γης, τα οποία συλλαμβάνουν την ενέργεια του ηλιακού φωτός και τη χρησιμοποιούν για να μετατρέψουν το διοξείδιο του άνθρακα (βλ.) και το νερό σε μια ποικιλία ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣμε την απελευθέρωση οξυγόνου. Η ανοδική επέκταση της βιόσφαιρας περιορίζεται εν μέρει από το γεγονός ότι σε υψόμετρα πάνω από 6-7 km, τα φυτά που περιέχουν χλωροφύλλη δεν μπορούν να ζήσουν λόγω της χαμηλής μερικής πίεσης του διοξειδίου του άνθρακα. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι επίσης πολύ ενεργό φυσιολογικά, καθώς παίζει σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση των μεταβολικών διεργασιών, στη δραστηριότητα του κεντρικού νευρικό σύστημα, αναπνοή, κυκλοφορία του αίματος, καθεστώς οξυγόνου του σώματος. Ωστόσο, αυτή η ρύθμιση μεσολαβείται από την επίδραση του διοξειδίου του άνθρακα που παράγεται από το ίδιο το σώμα και δεν προέρχεται από την ατμόσφαιρα. Στους ιστούς και το αίμα των ζώων και των ανθρώπων, η μερική πίεση του διοξειδίου του άνθρακα είναι περίπου 200 φορές υψηλότερη από την πίεσή του στην ατμόσφαιρα. Και μόνο με σημαντική αύξηση της περιεκτικότητας σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα (πάνω από 0,6-1%) παρατηρούνται διαταραχές στο σώμα, που ονομάζονται με τον όρο υπερκαπνία (βλ.). Η πλήρης αποβολή του διοξειδίου του άνθρακα από τον εισπνεόμενο αέρα δεν μπορεί να έχει άμεσα αρνητικές επιπτώσεις στο ανθρώπινο σώμα και στα ζώα.

Το διοξείδιο του άνθρακα παίζει ρόλο στην απορρόφηση της ακτινοβολίας μεγάλων κυμάτων και στη διατήρηση του «φαινόμενου του θερμοκηπίου» που αυξάνει τις θερμοκρασίες στην επιφάνεια της Γης. Μελετάται επίσης το πρόβλημα της επίδρασης στις θερμικές και άλλες ατμοσφαιρικές συνθήκες του διοξειδίου του άνθρακα, το οποίο εισέρχεται στον αέρα σε τεράστιες ποσότητες ως βιομηχανικά απόβλητα.

Οι ατμοσφαιρικοί υδρατμοί (υγρασία αέρα) επηρεάζουν επίσης το ανθρώπινο σώμα, ιδιαίτερα την ανταλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον.

Ως αποτέλεσμα της συμπύκνωσης των υδρατμών στην ατμόσφαιρα, σχηματίζονται σύννεφα και πέφτουν βροχοπτώσεις (βροχή, χαλάζι, χιόνι). Οι υδρατμοί, διασκορπίζοντας την ηλιακή ακτινοβολία, συμμετέχουν στη δημιουργία του θερμικού καθεστώτος της Γης και των κατώτερων στρωμάτων της ατμόσφαιρας, και στη διαμόρφωση των μετεωρολογικών συνθηκών.

Ατμοσφαιρική πίεση

Ατμοσφαιρική πίεση (βαρομετρική) είναι η πίεση που ασκεί η ατμόσφαιρα υπό την επίδραση της βαρύτητας στην επιφάνεια της Γης. Το μέγεθος αυτής της πίεσης σε κάθε σημείο της ατμόσφαιρας είναι ίσο με το βάρος της υπερκείμενης στήλης αέρα με μια ενιαία βάση, που εκτείνεται πάνω από τη θέση μέτρησης μέχρι τα όρια της ατμόσφαιρας. Η ατμοσφαιρική πίεση μετριέται με ένα βαρόμετρο (cm) και εκφράζεται σε millibar, σε Newton ανά τετραγωνικό μέτροή το ύψος της στήλης υδραργύρου στο βαρόμετρο σε χιλιοστά, μειωμένο σε 0° και η κανονική τιμή της επιτάχυνσης της βαρύτητας. Στον πίνακα Ο Πίνακας 2 δείχνει τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες μονάδες μέτρησης της ατμοσφαιρικής πίεσης.

Οι αλλαγές πίεσης συμβαίνουν λόγω της ανομοιόμορφης θέρμανσης των μαζών αέρα που βρίσκονται πάνω από το έδαφος και το νερό σε διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη. Καθώς η θερμοκρασία ανεβαίνει, η πυκνότητα του αέρα και η πίεση που δημιουργεί μειώνεται. Μια τεράστια συσσώρευση ταχέως κινούμενου αέρα με χαμηλή πίεση (με μείωση της πίεσης από την περιφέρεια προς το κέντρο της δίνης) ονομάζεται κυκλώνας, με υψηλή πίεση (με αύξηση της πίεσης προς το κέντρο της δίνης) - αντικύκλωνας. Για την πρόγνωση του καιρού, οι μη περιοδικές αλλαγές στην ατμοσφαιρική πίεση που συμβαίνουν σε κινούμενες τεράστιες μάζες και σχετίζονται με την εμφάνιση, την ανάπτυξη και την καταστροφή αντικυκλώνων και κυκλώνων είναι σημαντικές. Ιδιαίτερα μεγάλες αλλαγές στην ατμοσφαιρική πίεση συνδέονται με την ταχεία κίνηση των τροπικών κυκλώνων. Σε αυτή την περίπτωση, η ατμοσφαιρική πίεση μπορεί να αλλάξει κατά 30-40 mbar την ημέρα.

Η πτώση της ατμοσφαιρικής πίεσης σε millibar σε απόσταση 100 km ονομάζεται οριζόντια βαρομετρική κλίση. Συνήθως, η οριζόντια βαρομετρική κλίση είναι 1-3 mbar, αλλά στους τροπικούς κυκλώνες μερικές φορές αυξάνεται σε δεκάδες millibar ανά 100 km.

Με την αύξηση του υψομέτρου, η ατμοσφαιρική πίεση μειώνεται λογαριθμικά: στην αρχή πολύ απότομα, και στη συνέχεια όλο και λιγότερο αισθητά (Εικ. 1). Επομένως η καμπύλη μεταβολής βαρομετρική πίεσηέχει εκθετικό χαρακτήρα.

Η μείωση της πίεσης ανά μονάδα κατακόρυφης απόστασης ονομάζεται κατακόρυφη βαρομετρική κλίση. Συχνά χρησιμοποιούν την αντίστροφη τιμή του - το βαρομετρικό στάδιο.

Δεδομένου ότι η βαρομετρική πίεση είναι το άθροισμα των μερικών πιέσεων των αερίων που σχηματίζουν τον αέρα, είναι προφανές ότι με την αύξηση του υψομέτρου, μαζί με τη μείωση της συνολικής πίεσης της ατμόσφαιρας, η μερική πίεση των αερίων που συνθέτουν τον αέρα επίσης μειώνεται. Η μερική πίεση οποιουδήποτε αερίου στην ατμόσφαιρα υπολογίζεται από τον τύπο

όπου P x είναι η μερική πίεση του αερίου, P z είναι η ατμοσφαιρική πίεση στο ύψος Z, X% είναι το ποσοστό του αερίου του οποίου η μερική πίεση πρέπει να προσδιοριστεί.

Ρύζι. 1. Μεταβολή της βαρομετρικής πίεσης ανάλογα με το υψόμετρο πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας.

Ρύζι. 2. Αλλαγές στη μερική πίεση του οξυγόνου στον κυψελιδικό αέρα και ο κορεσμός του αρτηριακού αίματος με οξυγόνο ανάλογα με τις αλλαγές στο υψόμετρο κατά την αναπνοή αέρα και οξυγόνου. Η αναπνοή του οξυγόνου ξεκινά σε υψόμετρο 8,5 km (πείραμα σε θάλαμο πίεσης).

Ρύζι. 3. Συγκριτικές καμπύλες των μέσων τιμών της ενεργού συνείδησης σε ένα άτομο σε λεπτά σε διαφορετικά υψόμετρα μετά από μια γρήγορη ανάβαση ενώ αναπνέει αέρα (I) και οξυγόνο (II). Σε υψόμετρα άνω των 15 km, η ενεργή συνείδηση ​​είναι εξίσου μειωμένη όταν αναπνέει οξυγόνο και αέρα. Σε υψόμετρα έως και 15 km, η αναπνοή οξυγόνου παρατείνει σημαντικά την περίοδο της ενεργού συνείδησης (πείραμα σε θάλαμο πίεσης).

Δεδομένου ότι η ποσοστιαία σύνθεση των ατμοσφαιρικών αερίων είναι σχετικά σταθερή, για να προσδιορίσετε τη μερική πίεση οποιουδήποτε αερίου χρειάζεται μόνο να γνωρίζετε τη συνολική βαρομετρική πίεση σε ένα δεδομένο υψόμετρο (Εικ. 1 και Πίνακας 3).

Πίνακας 3. ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΡΟΤΥΠΤΙΚΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ (GOST 4401-64) 1

Γεωμετρικό ύψος (m)	Θερμοκρασία		Βαρομετρική πίεση			Μερική πίεση οξυγόνου (mmHg)
				mmHg Τέχνη.

1 Δίνεται σε συντομευμένη μορφή και συμπληρώνεται με τη στήλη «Μερική πίεση οξυγόνου».

Κατά τον προσδιορισμό της μερικής πίεσης ενός αερίου σε υγρό αέρα, είναι απαραίτητο να αφαιρέσουμε την πίεση (ελαστικότητα) των κορεσμένων ατμών από την τιμή της βαρομετρικής πίεσης.

Ο τύπος για τον προσδιορισμό της μερικής πίεσης του αερίου στον υγρό αέρα θα είναι ελαφρώς διαφορετικός από τον ξηρό αέρα:

όπου pH 2 O είναι η πίεση των υδρατμών. Σε t° 37°, η πίεση των κορεσμένων υδρατμών είναι 47 mm Hg. Τέχνη. Αυτή η τιμή χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό των μερικών πιέσεων των αερίων του κυψελιδικού αέρα σε συνθήκες εδάφους και μεγάλου υψομέτρου.

Η επίδραση της υψηλής και χαμηλής αρτηριακής πίεσης στο σώμα. Οι αλλαγές στη βαρομετρική πίεση προς τα πάνω ή προς τα κάτω έχουν ποικίλες επιπτώσεις στο σώμα των ζώων και των ανθρώπων. Η επίδραση της αυξημένης πίεσης σχετίζεται με τη μηχανική και διεισδυτική φυσική και χημική δράση του αέριου περιβάλλοντος (τα λεγόμενα αποτελέσματα συμπίεσης και διείσδυσης).

Το αποτέλεσμα συμπίεσης εκδηλώνεται με: γενική ογκομετρική συμπίεση που προκαλείται από ομοιόμορφη αύξηση των δυνάμεων μηχανικής πίεσης στα όργανα και τους ιστούς. Μηχανοναρκώσεις που προκαλείται από ομοιόμορφη ογκομετρική συμπίεση σε πολύ υψηλή βαρομετρική πίεση. τοπική ανομοιόμορφη πίεση στους ιστούς που περιορίζουν τις κοιλότητες που περιέχουν αέρια όταν υπάρχει διακοπή της σύνδεσης μεταξύ του εξωτερικού αέρα και του αέρα στην κοιλότητα, για παράδειγμα, το μέσο αυτί, τις παραρινικές κοιλότητες (βλ. Barotrauma). αύξηση της πυκνότητας αερίων στο εξωτερικό αναπνευστικό σύστημα, που προκαλεί αύξηση της αντίστασης στις αναπνευστικές κινήσεις, ειδικά κατά τη διάρκεια της εξαναγκασμένης αναπνοής (σωματικό στρες, υπερκαπνία).

Η διεισδυτική επίδραση μπορεί να οδηγήσει στην τοξική επίδραση του οξυγόνου και των αδιάφορων αερίων, η αύξηση της περιεκτικότητας των οποίων στο αίμα και στους ιστούς προκαλεί ναρκωτική αντίδραση· τα πρώτα σημάδια κοπής κατά τη χρήση ενός μείγματος αζώτου-οξυγόνου στον άνθρωπο εμφανίζονται σε πίεση 4-8 atm. Η αύξηση της μερικής πίεσης του οξυγόνου αρχικά μειώνει το επίπεδο λειτουργίας του καρδιαγγειακού και του αναπνευστικού συστήματος λόγω της απενεργοποίησης της ρυθμιστικής επίδρασης της φυσιολογικής υποξαιμίας. Όταν η μερική πίεση του οξυγόνου στους πνεύμονες αυξάνεται περισσότερο από 0,8-1 ata, εμφανίζεται η τοξική του δράση (βλάβη στον πνευμονικό ιστό, σπασμοί, κατάρρευση).

Τα αποτελέσματα διείσδυσης και συμπίεσης της αυξημένης πίεσης αερίου χρησιμοποιούνται στην κλινική ιατρική για τη θεραπεία διαφόρων ασθενειών με γενική και τοπική διαταραχή της παροχής οξυγόνου (βλ. Βαροθεραπεία, Οξυγονοθεραπεία).

Η μείωση της πίεσης έχει ακόμη πιο έντονη επίδραση στο σώμα. Σε συνθήκες εξαιρετικά σπάνιας ατμόσφαιρας, ο κύριος παθογενετικός παράγοντας που οδηγεί σε απώλεια συνείδησης σε λίγα δευτερόλεπτα και σε θάνατο σε 4-5 λεπτά, είναι η μείωση της μερικής πίεσης του οξυγόνου στον εισπνεόμενο αέρα και στη συνέχεια στον κυψελιδικό αέρα, αίμα και ιστούς (Εικ. 2 και 3). Η μέτρια υποξία προκαλεί την ανάπτυξη προσαρμοστικών αντιδράσεων του αναπνευστικού και αιμοδυναμικού συστήματος, με στόχο τη διατήρηση της παροχής οξυγόνου κυρίως σε ζωτικά όργανα (εγκέφαλος, καρδιά). Με έντονη έλλειψη οξυγόνου, οι οξειδωτικές διεργασίες αναστέλλονται (λόγω αναπνευστικών ενζύμων) και διαταράσσονται οι αερόβιες διεργασίες παραγωγής ενέργειας στα μιτοχόνδρια. Αυτό οδηγεί πρώτα σε διαταραχή των λειτουργιών των ζωτικών οργάνων και στη συνέχεια σε μη αναστρέψιμη δομική βλάβη και θάνατο του σώματος. Η ανάπτυξη προσαρμοστικών και παθολογικών αντιδράσεων, οι αλλαγές στη λειτουργική κατάσταση του σώματος και η ανθρώπινη απόδοση όταν μειώνεται η ατμοσφαιρική πίεση καθορίζεται από τον βαθμό και τον ρυθμό μείωσης της μερικής πίεσης του οξυγόνου στον εισπνεόμενο αέρα, τη διάρκεια παραμονής σε υψόμετρο. την ένταση της εργασίας που εκτελείται και την αρχική κατάσταση του σώματος (βλ. Ασθένεια στο υψόμετρο).

Η μείωση της πίεσης σε υψόμετρα (ακόμη και αν αποκλείεται η έλλειψη οξυγόνου) προκαλεί σοβαρές διαταραχές στο σώμα, που ενώνονται με την έννοια των «διαταραχών αποσυμπίεσης», οι οποίες περιλαμβάνουν: μετεωρισμό σε μεγάλο υψόμετρο, βαρωτίτιδα και βαροκολπίτιδα, ασθένεια αποσυμπίεσης σε μεγάλο υψόμετρο και υψηλή - εμφύσημα ιστού σε υψόμετρο.

Ο μετεωρισμός σε μεγάλο υψόμετρο αναπτύσσεται λόγω της διαστολής των αερίων στο γαστρεντερικό σωλήνα με μείωση της βαρομετρικής πίεσης στο κοιλιακό τοίχωμα όταν αυξάνεται σε υψόμετρα 7-12 km ή περισσότερο. Η απελευθέρωση αερίων διαλυμένων στο εντερικό περιεχόμενο είναι επίσης ορισμένης σημασίας.

Η διαστολή των αερίων οδηγεί σε τέντωμα του στομάχου και των εντέρων, ανύψωση του διαφράγματος, αλλαγές στη θέση της καρδιάς, ερεθισμό της συσκευής υποδοχέα αυτών των οργάνων και εμφάνιση παθολογικών αντανακλαστικών που επηρεάζουν την αναπνοή και την κυκλοφορία του αίματος. Συχνά εμφανίζεται οξύς πόνος στην κοιλιακή χώρα. Παρόμοια φαινόμενα συμβαίνουν μερικές φορές μεταξύ των δυτών όταν ανεβαίνουν από το βάθος στην επιφάνεια.

Ο μηχανισμός ανάπτυξης της βαρωτίτιδας και της βαροκολπίτιδας, που εκδηλώνεται με αίσθημα συμφόρησης και πόνου, αντίστοιχα, στο μέσο αυτί ή στις παραρινικές κοιλότητες, είναι παρόμοιος με την ανάπτυξη μετεωρισμού σε μεγάλο υψόμετρο.

Η μείωση της πίεσης, εκτός από τη διαστολή των αερίων που περιέχονται στις σωματικές κοιλότητες, προκαλεί επίσης την απελευθέρωση αερίων από υγρά και ιστούς στους οποίους διαλύθηκαν υπό συνθήκες πίεσης στο επίπεδο της θάλασσας ή στο βάθος, και το σχηματισμό φυσαλίδων αερίου στο το σώμα.

Αυτή η διαδικασία απελευθέρωσης διαλυμένων αερίων (κυρίως αζώτου) προκαλεί την ανάπτυξη ασθένειας αποσυμπίεσης (βλ.).

Ρύζι. 4. Εξάρτηση του σημείου βρασμού του νερού από το υψόμετρο πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας και τη βαρομετρική πίεση. Οι αριθμοί πίεσης βρίσκονται κάτω από τους αντίστοιχους αριθμούς υψομέτρου.

Καθώς η ατμοσφαιρική πίεση μειώνεται, το σημείο βρασμού των υγρών μειώνεται (Εικ. 4). Σε υψόμετρο άνω των 19 km, όπου η βαρομετρική πίεση είναι ίση με (ή μικρότερη από) την ελαστικότητα των κορεσμένων ατμών σε θερμοκρασία σώματος (37°), μπορεί να συμβεί «βρασμός» του ενδιάμεσου και μεσοκυττάριου υγρού του σώματος, με αποτέλεσμα μεγάλες φλέβες, στην κοιλότητα του υπεζωκότα, στο στομάχι, στο περικάρδιο, σε χαλαρό λιπώδη ιστό, δηλαδή σε περιοχές με χαμηλή υδροστατική και διάμεση πίεση, σχηματίζονται φυσαλίδες υδρατμών και αναπτύσσεται εμφύσημα ιστού σε μεγάλο υψόμετρο. Ο «βρασμός» σε μεγάλο υψόμετρο δεν επηρεάζει τις κυτταρικές δομές, καθώς εντοπίζεται μόνο στο μεσοκυττάριο υγρό και στο αίμα.

Ογκώδεις φυσαλίδες ατμού μπορούν να εμποδίσουν την καρδιά και την κυκλοφορία του αίματος και να διαταράξουν τη λειτουργία ζωτικών συστημάτων και οργάνων. Αυτή είναι μια σοβαρή επιπλοκή της οξείας πείνας με οξυγόνο που αναπτύσσεται σε μεγάλα υψόμετρα. Η πρόληψη του εμφυσήματος των ιστών σε μεγάλο υψόμετρο μπορεί να επιτευχθεί με τη δημιουργία εξωτερικής αντίθλιψης στο σώμα χρησιμοποιώντας εξοπλισμό μεγάλου υψομέτρου.

Η διαδικασία μείωσης της βαρομετρικής πίεσης (αποσυμπίεση) κάτω από ορισμένες παραμέτρους μπορεί να γίνει επιβλαβής παράγοντας. Ανάλογα με την ταχύτητα, η αποσυμπίεση χωρίζεται σε λεία (αργή) και εκρηκτική. Το τελευταίο συμβαίνει σε λιγότερο από 1 δευτερόλεπτο και συνοδεύεται από δυνατό κρότο (όπως όταν εκτοξεύεται) και σχηματισμό ομίχλης (συμπύκνωση υδρατμών λόγω ψύξης του διαστελλόμενου αέρα). Τυπικά, η εκρηκτική αποσυμπίεση συμβαίνει σε υψόμετρα όταν σπάσει το τζάμι μιας καμπίνας υπό πίεση ή μιας στολής πίεσης.

Κατά την εκρηκτική αποσυμπίεση, οι πνεύμονες είναι οι πρώτοι που επηρεάζονται. Η ταχεία αύξηση της ενδοπνευμονικής υπερβολικής πίεσης (κατά περισσότερο από 80 mm Hg) οδηγεί σε σημαντική διάταση του πνευμονικού ιστού, η οποία μπορεί να προκαλέσει ρήξη των πνευμόνων (αν διαστέλλονται 2,3 φορές). Η εκρηκτική αποσυμπίεση μπορεί επίσης να προκαλέσει βλάβη στο γαστρεντερικό σωλήνα. Η ποσότητα της υπερβολικής πίεσης που εμφανίζεται στους πνεύμονες θα εξαρτηθεί σε μεγάλο βαθμό από τον ρυθμό εκπνοής του αέρα από αυτούς κατά τη διάρκεια της αποσυμπίεσης και τον όγκο του αέρα στους πνεύμονες. Είναι ιδιαίτερα επικίνδυνο εάν οι ανώτεροι αεραγωγοί είναι κλειστοί τη στιγμή της αποσυμπίεσης (κατά την κατάποση, κρατώντας την αναπνοή σας) ή εάν η αποσυμπίεση συμπίπτει με τη φάση της βαθιάς εισπνοής, όταν οι πνεύμονες γεμίζουν με μεγάλη ποσότητα αέρα.

Ατμοσφαιρική θερμοκρασία

Η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας αρχικά μειώνεται με την αύξηση του υψομέτρου (κατά μέσο όρο από 15° στο έδαφος σε -56,5° σε υψόμετρο 11-18 km). Η κατακόρυφη κλίση θερμοκρασίας σε αυτή τη ζώνη της ατμόσφαιρας είναι περίπου 0,6° για κάθε 100 m. αλλάζει κατά τη διάρκεια της ημέρας και του έτους (Πίνακας 4).

Πίνακας 4. ΑΛΛΑΓΕΣ ΣΤΗΝ ΚΑΘΕΤΗ ΚΛΙΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΣΤΗ ΜΕΣΗ ΖΩΝΗ ΤΗΣ ΕΔΑΦΗΣ ΤΗΣ ΕΣΣΔ

Ρύζι. 5. Μεταβολές της ατμοσφαιρικής θερμοκρασίας σε διαφορετικά υψόμετρα. Τα όρια των σφαιρών υποδεικνύονται με διακεκομμένες γραμμές.

Σε υψόμετρα 11 - 25 km, η θερμοκρασία γίνεται σταθερή και ανέρχεται στους -56,5°. τότε η θερμοκρασία αρχίζει να ανεβαίνει, φτάνοντας τους 30-40° σε υψόμετρο 40 km, και τους 70° σε υψόμετρο 50-60 km (Εικ. 5), που συνδέεται με έντονη απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας από το όζον. Από υψόμετρο 60-80 km, η θερμοκρασία του αέρα μειώνεται πάλι ελαφρά (στους 60°), και στη συνέχεια αυξάνεται προοδευτικά και είναι 270° σε υψόμετρο 120 km, 800° σε 220 km, 1500° σε υψόμετρο 300 km , και

στα σύνορα με το διάστημα - πάνω από 3000°. Πρέπει να σημειωθεί ότι λόγω της υψηλής σπανιότητας και της χαμηλής πυκνότητας των αερίων σε αυτά τα υψόμετρα, η θερμοχωρητικότητα και η ικανότητά τους να θερμαίνουν ψυχρότερα σώματα είναι πολύ ασήμαντη. Υπό αυτές τις συνθήκες, η μεταφορά θερμότητας από το ένα σώμα στο άλλο γίνεται μόνο μέσω ακτινοβολίας. Όλες οι θεωρούμενες αλλαγές στη θερμοκρασία στην ατμόσφαιρα σχετίζονται με την απορρόφηση θερμικής ενέργειας από τον Ήλιο από μάζες αέρα - άμεση και ανακλώμενη.

Στο κάτω μέρος της ατμόσφαιρας κοντά στην επιφάνεια της Γης, η κατανομή της θερμοκρασίας εξαρτάται από την εισροή της ηλιακής ακτινοβολίας και ως εκ τούτου έχει κυρίως γεωγραφικό χαρακτήρα, δηλαδή γραμμές ίσης θερμοκρασίας - ισόθερμες - είναι παράλληλες με τα γεωγραφικά πλάτη. Δεδομένου ότι η ατμόσφαιρα στα κατώτερα στρώματα θερμαίνεται από την επιφάνεια της γης, η οριζόντια αλλαγή θερμοκρασίας επηρεάζεται έντονα από την κατανομή των ηπείρων και των ωκεανών, των οποίων οι θερμικές ιδιότητες είναι διαφορετικές. Συνήθως, τα βιβλία αναφοράς υποδεικνύουν τη θερμοκρασία που μετρήθηκε κατά τις μετεωρολογικές παρατηρήσεις δικτύου με ένα θερμόμετρο εγκατεστημένο σε ύψος 2 m πάνω από την επιφάνεια του εδάφους. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες (έως 58°C) παρατηρούνται στις ερήμους του Ιράν και στην ΕΣΣΔ - στο νότιο Τουρκμενιστάν (έως 50°), οι χαμηλότερες (έως -87°) στην Ανταρκτική και στην ΕΣΣΔ - στις περιοχές Verkhoyansk και Oymyakon (έως -68° ). Το χειμώνα, η κατακόρυφη διαβάθμιση θερμοκρασίας σε ορισμένες περιπτώσεις, αντί για 0,6°, μπορεί να υπερβεί τη 1° ανά 100 m ή ακόμη και να λάβει αρνητική τιμή. Κατά τη διάρκεια της ημέρας στη ζεστή εποχή, μπορεί να είναι ίση με πολλές δεκάδες μοίρες ανά 100 μ. Υπάρχει επίσης μια οριζόντια κλίση θερμοκρασίας, η οποία συνήθως αναφέρεται σε απόσταση 100 km κάθετα προς την ισόθερμη. Το μέγεθος της οριζόντιας βαθμίδας θερμοκρασίας είναι δέκατα της μοίρας ανά 100 km και σε μετωπικές ζώνες μπορεί να υπερβεί τις 10° ανά 100 m.

Το ανθρώπινο σώμα είναι ικανό να διατηρεί τη θερμική ομοιόσταση (βλ.) σε ένα αρκετά στενό εύρος διακυμάνσεων της θερμοκρασίας του εξωτερικού αέρα - από 15 έως 45 °. Οι σημαντικές διαφορές στην ατμοσφαιρική θερμοκρασία κοντά στη Γη και σε υψόμετρα απαιτούν τη χρήση ειδικών προστατευτικών τεχνικών μέσων για τη διασφάλιση της θερμικής ισορροπίας μεταξύ του ανθρώπινου σώματος και του εξωτερικού περιβάλλοντος σε μεγάλα υψόμετρα και διαστημικές πτήσεις.

Οι χαρακτηριστικές αλλαγές στις ατμοσφαιρικές παραμέτρους (θερμοκρασία, πίεση, χημική σύνθεση, ηλεκτρική κατάσταση) καθιστούν δυνατή την υπό όρους διαίρεση της ατμόσφαιρας σε ζώνες ή στρώματα. Τροποσφαίρα- το πλησιέστερο στρώμα στη Γη, το ανώτερο όριο του οποίου εκτείνεται έως και 17-18 km στον ισημερινό, έως 7-8 km στους πόλους και έως 12-16 km στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη. Η τροπόσφαιρα χαρακτηρίζεται από εκθετική πτώση της πίεσης, παρουσία σταθερής κατακόρυφης κλίσης θερμοκρασίας, οριζόντιες και κάθετες κινήσεις των μαζών αέρα και σημαντικές αλλαγές στην υγρασία του αέρα. Η τροπόσφαιρα περιέχει το μεγαλύτερο μέρος της ατμόσφαιρας, καθώς και ένα σημαντικό μέρος της βιόσφαιρας. Εδώ προκύπτουν όλοι οι κύριοι τύποι νεφών, σχηματίζονται αέριες μάζες και μέτωπα, αναπτύσσονται κυκλώνες και αντικυκλώνες. Στην τροπόσφαιρα, λόγω της αντανάκλασης των ακτίνων του ήλιου από το χιόνι της Γης και της ψύξης των επιφανειακών στρωμάτων αέρα, συμβαίνει μια λεγόμενη αναστροφή, δηλαδή μια αύξηση της θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα από κάτω προς τα πάνω αντί για η συνηθισμένη μείωση.

Κατά τη διάρκεια της θερμής περιόδου, στην τροπόσφαιρα συμβαίνουν συνεχείς ταραχώδεις (ατίθασες, χαοτικές) ανάμειξη των μαζών αέρα και μεταφορά θερμότητας με ρεύματα αέρα (συναγωγή). Η μεταφορά καταστρέφει τις ομίχλες και μειώνει τη σκόνη στο κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας.

Το δεύτερο στρώμα της ατμόσφαιρας είναι στρατόσφαιρα.

Ξεκινά από την τροπόσφαιρα σε μια στενή ζώνη (1-3 km) με σταθερή θερμοκρασία (τροπόπαυση) και εκτείνεται σε υψόμετρα περίπου 80 km. Χαρακτηριστικό της στρατόσφαιρας είναι η προοδευτική λεπτότητα του αέρα, η εξαιρετικά υψηλή ένταση υπεριώδους ακτινοβολίας, η απουσία υδρατμών, η παρουσία μεγάλων ποσοτήτων όζοντος και η σταδιακή αύξηση της θερμοκρασίας. Η υψηλή περιεκτικότητα σε όζον προκαλεί μια σειρά από οπτικά φαινόμενα (mirages), προκαλεί αντανάκλαση των ήχων και έχει σημαντική επίδραση στην ένταση και τη φασματική σύνθεση ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Στη στρατόσφαιρα υπάρχει συνεχής ανάμειξη του αέρα, επομένως η σύνθεσή του είναι παρόμοια με αυτή της τροπόσφαιρας, αν και η πυκνότητά του στα ανώτερα όρια της στρατόσφαιρας είναι εξαιρετικά χαμηλή. Οι κυρίαρχοι άνεμοι στη στρατόσφαιρα είναι δυτικοί και στην ανώτερη ζώνη υπάρχει μετάβαση σε ανατολικούς.

Το τρίτο στρώμα της ατμόσφαιρας είναι ιονόσφαιρα, που ξεκινά από τη στρατόσφαιρα και εκτείνεται σε υψόμετρα 600-800 χλμ.

Χαρακτηριστικά γνωρίσματα της ιονόσφαιρας είναι η ακραία αραίωση του αέριου περιβάλλοντος, η υψηλή συγκέντρωση μοριακών και ατομικών ιόντων και ελεύθερων ηλεκτρονίων, καθώς και η υψηλή θερμοκρασία. Η ιονόσφαιρα επηρεάζει τη διάδοση των ραδιοκυμάτων, προκαλώντας τη διάθλαση, την ανάκλαση και την απορρόφησή τους.

Η κύρια πηγή ιονισμού στα υψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας είναι η υπεριώδης ακτινοβολία από τον Ήλιο. Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια εξουδετερώνονται από τα άτομα αερίου, τα άτομα μετατρέπονται σε θετικά ιόντα και τα ηλεκτρόνια που έχουν εκτοξευθεί παραμένουν ελεύθερα ή συλλαμβάνονται από ουδέτερα μόρια για να σχηματίσουν αρνητικά ιόντα. Ο ιονισμός της ιονόσφαιρας επηρεάζεται από μετεωρίτες, σωματική, ακτινοβολία ακτίνων Χ και γάμμα από τον Ήλιο, καθώς και από σεισμικές διεργασίες της Γης (σεισμοί, ηφαιστειακές εκρήξεις, ισχυρές εκρήξεις), που δημιουργούν ακουστικά κύματα στην ιονόσφαιρα, αυξάνοντας την πλάτος και ταχύτητα ταλαντώσεων σωματιδίων της ατμόσφαιρας και προαγωγή του ιονισμού μορίων και ατόμων αερίου (βλ. Αεριονισμός).

Η ηλεκτρική αγωγιμότητα στην ιονόσφαιρα, που σχετίζεται με την υψηλή συγκέντρωση ιόντων και ηλεκτρονίων, είναι πολύ υψηλή. Η αυξημένη ηλεκτρική αγωγιμότητα της ιονόσφαιρας παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάκλαση των ραδιοκυμάτων και στην εμφάνιση σέλας.

Η ιονόσφαιρα είναι η περιοχή πτήσης των τεχνητών γήινων δορυφόρων και των διηπειρωτικών βαλλιστικών πυραύλων. Επί του παρόντος, η διαστημική ιατρική μελετά τις πιθανές επιπτώσεις των συνθηκών πτήσης σε αυτό το μέρος της ατμόσφαιρας στο ανθρώπινο σώμα.

Το τέταρτο, εξωτερικό στρώμα της ατμόσφαιρας - εξώσφαιρα. Από εδώ, τα ατμοσφαιρικά αέρια διασκορπίζονται στο διάστημα λόγω της διάχυσης (ξεπερνώντας τις δυνάμεις της βαρύτητας από τα μόρια). Στη συνέχεια, υπάρχει μια σταδιακή μετάβαση από την ατμόσφαιρα στον διαπλανητικό χώρο. Η εξώσφαιρα διαφέρει από την τελευταία με την παρουσία μεγάλου αριθμού ελεύθερων ηλεκτρονίων, που σχηματίζουν τη 2η και την 3η ζώνη ακτινοβολίας της Γης.

Η διαίρεση της ατμόσφαιρας σε 4 στρώματα είναι πολύ αυθαίρετη. Έτσι, σύμφωνα με τις ηλεκτρικές παραμέτρους, ολόκληρο το πάχος της ατμόσφαιρας χωρίζεται σε 2 στρώματα: την ουδετερόσφαιρα, στην οποία κυριαρχούν τα ουδέτερα σωματίδια, και την ιονόσφαιρα. Με βάση τη θερμοκρασία, η τροπόσφαιρα, η στρατόσφαιρα, η μεσόσφαιρα και η θερμόσφαιρα διακρίνονται, χωρίζονται από την τροπόπαυση, τη στρατόσφαιρα και τη μεσόπαυση, αντίστοιχα. Το στρώμα της ατμόσφαιρας που βρίσκεται μεταξύ 15 και 70 km και χαρακτηρίζεται από υψηλή περιεκτικότητα σε όζον ονομάζεται οζονόσφαιρα.

Για πρακτικούς σκοπούς, είναι βολικό να χρησιμοποιήσετε το Διεθνές Πρότυπο Ατμόσφαιρας (MCA), για το οποίο γίνονται δεκτοί οι ακόλουθοι όροι: η πίεση στο επίπεδο της θάλασσας στους t° 15° είναι ίση με 1013 mbar (1,013 X 10 5 nm 2, ή 760 mm Hg); η θερμοκρασία μειώνεται κατά 6,5° ανά 1 km σε επίπεδο 11 km (στρατόσφαιρα υπό όρους) και στη συνέχεια παραμένει σταθερή. Στην ΕΣΣΔ, υιοθετήθηκε η τυπική ατμόσφαιρα GOST 4401 - 64 (Πίνακας 3).

Κατακρήμνιση. Δεδομένου ότι ο κύριος όγκος των ατμοσφαιρικών υδρατμών συγκεντρώνεται στην τροπόσφαιρα, οι διαδικασίες μετάβασης φάσης του νερού που προκαλούν κατακρήμνιση συμβαίνουν κυρίως στην τροπόσφαιρα. Τα τροποσφαιρικά σύννεφα καλύπτουν συνήθως περίπου το 50% της συνολικής επιφάνειας της γης, ενώ σύννεφα στη στρατόσφαιρα (σε υψόμετρα 20-30 km) και κοντά στη μεσόπαυση, που ονομάζονται μαργαριταρένια και νυχτερινά, αντίστοιχα, παρατηρούνται σχετικά σπάνια. Ως αποτέλεσμα της συμπύκνωσης των υδρατμών στην τροπόσφαιρα, σχηματίζονται σύννεφα και εμφανίζονται βροχοπτώσεις.

Με βάση τη φύση της βροχόπτωσης, η βροχόπτωση χωρίζεται σε 3 τύπους: βαριά, καταρρακτώδης και ψιλόβροχη. Η ποσότητα της βροχόπτωσης καθορίζεται από το πάχος του στρώματος του πεσμένου νερού σε χιλιοστά. Η κατακρήμνιση μετράται χρησιμοποιώντας βροχόμετρα και μετρητές βροχόπτωσης. Η ένταση της βροχόπτωσης εκφράζεται σε χιλιοστά ανά λεπτό.

Η κατανομή των βροχοπτώσεων σε μεμονωμένες εποχές και ημέρες, καθώς και σε όλη την επικράτεια, είναι εξαιρετικά άνιση, γεγονός που οφείλεται στην ατμοσφαιρική κυκλοφορία και στην επίδραση της επιφάνειας της Γης. Έτσι, στα νησιά της Χαβάης πέφτουν κατά μέσο όρο 12.000 mm ετησίως και στις πιο ξηρές περιοχές του Περού και της Σαχάρας, η βροχόπτωση δεν ξεπερνά τα 250 mm και μερικές φορές δεν πέφτει για αρκετά χρόνια. Στην ετήσια δυναμική της βροχόπτωσης, διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι: ισημερινός - με μέγιστη βροχόπτωση μετά την εαρινή και φθινοπωρινή ισημερία. τροπικό - με μέγιστη βροχόπτωση το καλοκαίρι. μουσώνας - με πολύ έντονη αιχμή το καλοκαίρι και ξηρό χειμώνα. υποτροπικά - με μέγιστη βροχόπτωση το χειμώνα και ξηρό καλοκαίρι. ηπειρωτικά εύκρατα γεωγραφικά πλάτη - με μέγιστη βροχόπτωση το καλοκαίρι. θαλάσσια εύκρατα γεωγραφικά πλάτη - με μέγιστη βροχόπτωση το χειμώνα.

Ολόκληρο το ατμοσφαιρικό-φυσικό σύμπλεγμα κλιματικών και μετεωρολογικών παραγόντων που συνθέτουν τον καιρό χρησιμοποιείται ευρέως για την προώθηση της υγείας, τη σκλήρυνση και για ιατρικούς σκοπούς (βλ. Κλιματοθεραπεία). Μαζί με αυτό, έχει διαπιστωθεί ότι οι έντονες διακυμάνσεις σε αυτούς τους ατμοσφαιρικούς παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν αρνητικά τις φυσιολογικές διεργασίες στο σώμα, προκαλώντας την ανάπτυξη διαφόρων παθολογικών καταστάσεων και την έξαρση ασθενειών που ονομάζονται μετεοτροπικές αντιδράσεις (βλ. Κλιματοπαθολογία). Ιδιαίτερη σημασία από αυτή την άποψη έχουν οι συχνές μακροχρόνιες ατμοσφαιρικές διαταραχές και οι έντονες απότομες διακυμάνσεις των μετεωρολογικών παραγόντων.

Οι μετεοτροπικές αντιδράσεις παρατηρούνται συχνότερα σε άτομα που πάσχουν από παθήσεις του καρδιαγγειακού συστήματος, πολυαρθρίτιδα, βρογχικό άσθμα, πεπτικά έλκη και δερματικές παθήσεις.

Βιβλιογραφία: Belinsky V. A. and Pobiyaho V. A. Aerology, L., 1962, bibliogr.; Η βιόσφαιρα και οι πόροι της, εκδ. V. Α. Kovdy, Μ., 1971; Danilov A.D. Chemistry of the ionosphere, Λένινγκραντ, 1967; Kolobkov N.V. Atmosphere and its life, M., 1968; Kalitin N.H. Fundamentals of Atmospheric Physics όπως εφαρμόζεται στην ιατρική, Λένινγκραντ, 1935; Matveev L. T. Fundamentals of general meteorology, Atmospheric Physics, Leningrad, 1965, bibliogr.; Minkh A. A. Ο ιονισμός του αέρα και η υγιεινή του σημασία, Μ., 1963, βιβλιογρ.; aka, Methods of hygienic research, Μ., 1971, βιβλιογρ.; Tverskoy P.N. Course of meteorology, L., 1962; Umansky S.P. Man in Space, Μ., 1970; Khvostikov I. A. Υψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας, Λένινγκραντ, 1964; X r g i a n A. X. Physics of the atmosfer, L., 1969, bibliogr.; Khromov S.P. Μετεωρολογία και κλιματολογία για γεωγραφικές σχολές, Λένινγκραντ, 1968.

Η επίδραση της υψηλής και χαμηλής αρτηριακής πίεσης στο σώμα- Armstrong G. Aviation Medicine, μτφρ. από αγγλικά, Μ., 1954, βιβλιογρ.; Ζάλτσμαν Γ.Λ. Φυσιολογικά θεμέλια της παραμονής ενός ατόμου σε συνθήκες υψηλής πίεσης περιβαλλοντικών αερίων, L., 1961, bibliogr.; Ivanov D.I. and Khromushkin A.I. Συστήματα υποστήριξης της ανθρώπινης ζωής κατά τη διάρκεια πτήσεων μεγάλου υψομέτρου και διαστημικών πτήσεων, Μ., 1968, βιβλιογραφία. Isakov P.K. et al. Θεωρία και πρακτική της αεροπορικής ιατρικής, Μ., 1971, βιβλιογρ.; Kovalenko E. A. and Chernyakov I. N. Tissue oxygen under extreme flight factor, M., 1972, bibliogr.; Miles S. Υποβρύχια ιατρική, μετάφρ. από αγγλικά, Μ., 1971, βιβλιογρ.; Busby D. E. Διαστημική κλινική ιατρική, Ντόρντρεχτ, 1968.

I. N. Chernyakov, M. T. Dmitriev, S. I. Nepomnyashchy.

Το πάχος της ατμόσφαιρας είναι περίπου 120 km από την επιφάνεια της Γης. Η συνολική μάζα του αέρα στην ατμόσφαιρα είναι (5,1-5,3) 10 18 kg. Από αυτά, η μάζα του ξηρού αέρα είναι 5,1352 ±0,0003 10 18 kg, η συνολική μάζα των υδρατμών είναι κατά μέσο όρο 1,27 10 16 kg.

Τροπόπαυση

Το στρώμα μετάβασης από την τροπόσφαιρα στη στρατόσφαιρα, ένα στρώμα της ατμόσφαιρας στο οποίο σταματά η μείωση της θερμοκρασίας με το ύψος.

Στρατόσφαιρα

Ένα στρώμα της ατμόσφαιρας που βρίσκεται σε υψόμετρο από 11 έως 50 km. Χαρακτηρίζεται από μια ελαφρά μεταβολή της θερμοκρασίας στο στρώμα 11-25 km (κατώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας) και μια αύξηση της θερμοκρασίας στο στρώμα 25-40 km από -56,5 σε 0,8 ° (ανώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας ή της περιοχής αναστροφής). Έχοντας φτάσει σε μια τιμή περίπου 273 K (σχεδόν 0 °C) σε υψόμετρο περίπου 40 km, η θερμοκρασία παραμένει σταθερή μέχρι υψόμετρο περίπου 55 km. Αυτή η περιοχή σταθερής θερμοκρασίας ονομάζεται στρατόπαυση και είναι το όριο μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας.

Στρατόπαυση

Το οριακό στρώμα της ατμόσφαιρας μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας. Στην κατακόρυφη κατανομή θερμοκρασίας υπάρχει μέγιστη (περίπου 0 °C).

Μεσόσφαιρα

ατμόσφαιρα της γης

Όριο της ατμόσφαιρας της Γης

Θερμόσφαιρα

Το ανώτατο όριο είναι περίπου 800 χλμ. Η θερμοκρασία ανεβαίνει σε υψόμετρα 200-300 km, όπου φτάνει σε τιμές της τάξης των 1500 K, μετά την οποία παραμένει σχεδόν σταθερή σε μεγάλα υψόμετρα. Υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας υπεριώδους και ακτίνων Χ και της κοσμικής ακτινοβολίας, εμφανίζεται ο ιονισμός του αέρα («αύροι») - οι κύριες περιοχές της ιονόσφαιρας βρίσκονται μέσα στη θερμόσφαιρα. Σε υψόμετρα άνω των 300 χλμ. κυριαρχεί το ατομικό οξυγόνο. Το ανώτερο όριο της θερμόσφαιρας καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την τρέχουσα δραστηριότητα του Ήλιου. Σε περιόδους χαμηλής δραστηριότητας - για παράδειγμα, το 2008-2009 - παρατηρείται αισθητή μείωση στο μέγεθος αυτού του στρώματος.

Θερμόπαυση

Η περιοχή της ατμόσφαιρας δίπλα στη θερμόσφαιρα. Σε αυτή την περιοχή, η απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι αμελητέα και η θερμοκρασία στην πραγματικότητα δεν αλλάζει με το υψόμετρο.

Εξώσφαιρα (σφαίρα σκέδασης)

Σε υψόμετρο 100 km, η ατμόσφαιρα είναι ένα ομοιογενές, καλά αναμεμειγμένο μείγμα αερίων. Στα υψηλότερα στρώματα, η κατανομή των αερίων κατά ύψος εξαρτάται από τα μοριακά τους βάρη· η συγκέντρωση των βαρύτερων αερίων μειώνεται ταχύτερα με την απόσταση από την επιφάνεια της Γης. Λόγω της μείωσης της πυκνότητας του αερίου, η θερμοκρασία πέφτει από 0 °C στη στρατόσφαιρα σε -110 °C στη μεσόσφαιρα. Ωστόσο, η κινητική ενέργεια των μεμονωμένων σωματιδίων σε υψόμετρα 200-250 km αντιστοιχεί σε θερμοκρασία ~150 °C. Πάνω από τα 200 km παρατηρούνται σημαντικές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία και την πυκνότητα των αερίων σε χρόνο και χώρο.

Σε υψόμετρο περίπου 2000-3500 km, η εξώσφαιρα μετατρέπεται σταδιακά στο λεγόμενο κοντά στο διαστημικό κενό, το οποίο είναι γεμάτο με εξαιρετικά σπάνια σωματίδια διαπλανητικού αερίου, κυρίως άτομα υδρογόνου. Αλλά αυτό το αέριο αντιπροσωπεύει μόνο ένα μέρος της διαπλανητικής ύλης. Το άλλο μέρος αποτελείται από σωματίδια σκόνης κομητικής και μετεωρικής προέλευσης. Εκτός από τα εξαιρετικά σπάνια σωματίδια σκόνης, ηλεκτρομαγνητική και σωματική ακτινοβολία ηλιακής και γαλαξιακής προέλευσης διεισδύει σε αυτόν τον χώρο.

Η τροπόσφαιρα αντιπροσωπεύει περίπου το 80% της μάζας της ατμόσφαιρας, η στρατόσφαιρα - περίπου το 20%. η μάζα της μεσόσφαιρας δεν είναι μεγαλύτερη από 0,3%, η θερμόσφαιρα είναι μικρότερη από το 0,05% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας. Με βάση ηλεκτρικές ιδιότητεςΗ ατμόσφαιρα χωρίζεται σε ουδετερόσφαιρα και ιονόσφαιρα. Αυτή τη στιγμή πιστεύεται ότι η ατμόσφαιρα εκτείνεται σε υψόμετρο 2000-3000 km.

Ανάλογα με τη σύσταση του αερίου στην ατμόσφαιρα, εκπέμπουν ομόσφαιραΚαι ετερόσφαιρα. Ετερόσφαιρα- Αυτή είναι η περιοχή όπου η βαρύτητα επηρεάζει τον διαχωρισμό των αερίων, αφού η ανάμειξή τους σε τέτοιο υψόμετρο είναι αμελητέα. Αυτό συνεπάγεται μια μεταβλητή σύνθεση της ετεροσφαιρίας. Κάτω από αυτό βρίσκεται ένα καλά αναμεμειγμένο, ομοιογενές μέρος της ατμόσφαιρας, που ονομάζεται ομοσφαίρα. Το όριο μεταξύ αυτών των στρωμάτων ονομάζεται turbopause, βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 120 km.

Φυσιολογικές και άλλες ιδιότητες της ατμόσφαιρας

Ήδη σε υψόμετρο 5 χιλιομέτρων πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, ένα μη εκπαιδευμένο άτομο αρχίζει να βιώνει πείνα με οξυγόνο και χωρίς προσαρμογή, η απόδοση ενός ατόμου μειώνεται σημαντικά. Η φυσιολογική ζώνη της ατμόσφαιρας τελειώνει εδώ. Η ανθρώπινη αναπνοή καθίσταται αδύνατη σε υψόμετρο 9 km, αν και μέχρι περίπου 115 km η ατμόσφαιρα περιέχει οξυγόνο.

Η ατμόσφαιρα μας τροφοδοτεί με το απαραίτητο οξυγόνο για την αναπνοή. Ωστόσο, λόγω της πτώσης της συνολικής πίεσης της ατμόσφαιρας, καθώς ανεβαίνετε στο υψόμετρο, η μερική πίεση του οξυγόνου μειώνεται ανάλογα.

Σε σπάνια στρώματα αέρα, η διάδοση του ήχου είναι αδύνατη. Μέχρι υψόμετρα 60-90 km, εξακολουθεί να είναι δυνατή η χρήση αντίστασης αέρα και ανύψωσης για ελεγχόμενη αεροδυναμική πτήση. Αλλά ξεκινώντας από υψόμετρα 100-130 km, οι έννοιες του αριθμού M και του ηχητικού φράγματος, που είναι γνωστές σε κάθε πιλότο, χάνουν το νόημά τους: εκεί περνά η συμβατική γραμμή Karman, πέρα ​​από την οποία ξεκινά η περιοχή της καθαρά βαλλιστικής πτήσης, η οποία μπορεί μόνο να ελέγχεται με τη χρήση αντιδραστικών δυνάμεων.

Σε υψόμετρα άνω των 100 km, η ατμόσφαιρα στερείται μια άλλη αξιοσημείωτη ιδιότητα - την ικανότητα να απορροφά, να μεταδίδει και να μεταδίδει θερμική ενέργεια με μεταφορά (δηλαδή με ανάμιξη αέρα). Αυτό σημαίνει ότι διάφορα στοιχεία εξοπλισμού στον τροχιακό διαστημικό σταθμό δεν θα μπορούν να ψύχονται από το εξωτερικό με τον ίδιο τρόπο που γίνεται συνήθως σε ένα αεροπλάνο - με τη βοήθεια πίδακες αέρα και θερμαντικά σώματα αέρα. Σε αυτό το υψόμετρο, όπως και στο διάστημα γενικά, ο μόνος τρόπος μεταφοράς θερμότητας είναι η θερμική ακτινοβολία.

Ιστορία ατμοσφαιρικού σχηματισμού

Σύμφωνα με την πιο κοινή θεωρία, η ατμόσφαιρα της Γης ήταν τρία διαφορετικάσυνθέσεις. Αρχικά, αποτελούνταν από ελαφρά αέρια (υδρογόνο και ήλιο) που συλλαμβάνονταν από τον διαπλανητικό χώρο. Αυτό είναι το λεγόμενο πρωταρχική ατμόσφαιρα(πριν από περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια). Στο επόμενο στάδιο, η ενεργή ηφαιστειακή δραστηριότητα οδήγησε στον κορεσμό της ατμόσφαιρας με αέρια εκτός του υδρογόνου (διοξείδιο του άνθρακα, αμμωνία, υδρατμοί). Έτσι διαμορφώθηκε δευτερεύουσα ατμόσφαιρα(περίπου τρία δισεκατομμύρια χρόνια πριν από τη σημερινή ημέρα). Αυτή η ατμόσφαιρα ήταν αναζωογονητική. Επιπλέον, η διαδικασία σχηματισμού της ατμόσφαιρας προσδιορίστηκε από τους ακόλουθους παράγοντες:

• διαρροή ελαφρών αερίων (υδρογόνο και ήλιο) στον διαπλανητικό χώρο.
• χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας, των κεραυνών και ορισμένων άλλων παραγόντων.

Σταδιακά αυτοί οι παράγοντες οδήγησαν στο σχηματισμό τριτογενής ατμόσφαιρα, που χαρακτηρίζεται από πολύ χαμηλότερη περιεκτικότητα σε υδρογόνο και πολύ μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε άζωτο και διοξείδιο του άνθρακα (που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα χημικών αντιδράσεων από αμμωνία και υδρογονάνθρακες).

Αζωτο

Ο σχηματισμός μεγάλης ποσότητας αζώτου N2 οφείλεται στην οξείδωση της ατμόσφαιρας αμμωνίας-υδρογόνου από το μοριακό οξυγόνο O2, το οποίο άρχισε να προέρχεται από την επιφάνεια του πλανήτη ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, που ξεκίνησε πριν από 3 δισεκατομμύρια χρόνια. Το άζωτο N2 απελευθερώνεται επίσης στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της απονιτροποίησης των νιτρικών και άλλων ενώσεων που περιέχουν άζωτο. Το άζωτο οξειδώνεται από το όζον σε ΝΟ στην ανώτερη ατμόσφαιρα.

Το άζωτο N 2 αντιδρά μόνο υπό συγκεκριμένες συνθήκες (για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια εκκένωσης κεραυνού). Η οξείδωση του μοριακού αζώτου από το όζον κατά τις ηλεκτρικές εκκενώσεις χρησιμοποιείται σε μικρές ποσότητες στη βιομηχανική παραγωγή αζωτούχων λιπασμάτων. Τα κυανοβακτήρια (γαλαζοπράσινα φύκια) και τα οζίδια που σχηματίζουν ριζοβιακή συμβίωση με τα όσπρια, τα λεγόμενα, μπορούν να το οξειδώσουν με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και να το μετατρέψουν σε βιολογικά ενεργή μορφή. πράσινη κοπριά.

Οξυγόνο

Η σύνθεση της ατμόσφαιρας άρχισε να αλλάζει ριζικά με την εμφάνιση ζωντανών οργανισμών στη Γη, ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, που συνοδεύτηκε από την απελευθέρωση οξυγόνου και την απορρόφηση διοξειδίου του άνθρακα. Αρχικά, το οξυγόνο ξοδεύτηκε για την οξείδωση ανηγμένων ενώσεων - αμμωνία, υδρογονάνθρακες, σιδηρούχα μορφή σιδήρου που περιέχεται στους ωκεανούς κ.λπ. Στο τέλος αυτού του σταδίου, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα άρχισε να αυξάνεται. Σταδιακά, σχηματίστηκε μια σύγχρονη ατμόσφαιρα με οξειδωτικές ιδιότητες. Δεδομένου ότι αυτό προκάλεσε σοβαρές και απότομες αλλαγές σε πολλές διεργασίες που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα, τη λιθόσφαιρα και τη βιόσφαιρα, αυτό το γεγονός ονομάστηκε Καταστροφή Οξυγόνου.

ευγενή αέρια

Μόλυνση του αέρα

Πρόσφατα, οι άνθρωποι έχουν αρχίσει να επηρεάζουν την εξέλιξη της ατμόσφαιρας. Το αποτέλεσμα των δραστηριοτήτων του ήταν μια σταθερή σημαντική αύξηση της περιεκτικότητας σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα λόγω της καύσης καυσίμων υδρογονανθράκων που συσσωρεύτηκαν σε προηγούμενες γεωλογικές εποχές. Τεράστιες ποσότητες CO 2 καταναλώνονται κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης και απορροφώνται από τους ωκεανούς του κόσμου. Αυτό το αέριο εισέρχεται στην ατμόσφαιρα λόγω της αποσύνθεσης ανθρακικών πετρωμάτων και οργανικών ουσιών φυτικής και ζωικής προέλευσης, καθώς και λόγω του ηφαιστειακού και της ανθρώπινης βιομηχανικής δραστηριότητας. Τα τελευταία 100 χρόνια, η περιεκτικότητα σε CO 2 στην ατμόσφαιρα έχει αυξηθεί κατά 10%, με το μεγαλύτερο μέρος (360 δισεκατομμύρια τόνοι) να προέρχεται από την καύση καυσίμου. Εάν ο ρυθμός αύξησης της καύσης καυσίμου συνεχιστεί, τότε στα επόμενα 200-300 χρόνια η ποσότητα CO 2 στην ατμόσφαιρα θα διπλασιαστεί και θα μπορούσε να οδηγήσει σε παγκόσμια κλιματική αλλαγή.

Η καύση του καυσίμου είναι η κύρια πηγή ρυπογόνων αερίων (CO, SO2). Το διοξείδιο του θείου οξειδώνεται από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο σε SO 3 στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, το οποίο με τη σειρά του αλληλεπιδρά με το νερό και τους ατμούς αμμωνίας και το προκύπτον θειικό οξύ (H 2 SO 4) και το θειικό αμμώνιο ((NH 4) 2 SO 4 ) επιστρέφουν στην επιφάνεια της Γης με τη μορφή του λεγόμενου. όξινη βροχή. Η χρήση κινητήρων εσωτερικής καύσης οδηγεί σε σημαντική ατμοσφαιρική ρύπανση με οξείδια του αζώτου, υδρογονάνθρακες και ενώσεις μολύβδου (τετρααιθυλομόλυβδος Pb(CH 3 CH 2) 4)).

Η ρύπανση της ατμόσφαιρας από αερολύματα οφείλεται και στα δύο φυσικά αίτια (ηφαιστειακές εκρήξεις, καταιγίδες σκόνης, συμπαρασυρόμενοι σταγονίδια θαλασσινό νερόκαι γύρη φυτών, κ.λπ.), και ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑάνθρωποι (εξόρυξη μεταλλεύματος και οικοδομικά υλικά, καύση καυσίμων, παραγωγή τσιμέντου κ.λπ.). Η έντονη μεγάλης κλίμακας απελευθέρωση σωματιδίων στην ατμόσφαιρα είναι μία από τις πιθανές αιτίες της κλιματικής αλλαγής στον πλανήτη.

δείτε επίσης

• Jacchia (μοντέλο ατμόσφαιρας)

Σημειώσεις

Συνδέσεις

Βιβλιογραφία

1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov«Διαστημική βιολογία και ιατρική» (2η έκδοση, αναθεωρημένη και διευρυμένη), Μ.: «Prosveshcheniye», 1975, 223 pp.
2. N. V. Gusakova"Χημεία περιβάλλον", Rostov-on-Don: Phoenix, 2004, 192 με ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V. A. Geochemistry of natural gases, Μ., 1971;
4. McEwen M., Phillips L. Atmospheric Chemistry, Μ., 1978;
5. Wark K., Warner S.Μόλυνση του αέρα. Πηγές και έλεγχος, μετάφρ. from English, M.. 1980;
6. Παρακολούθηση της ρύπανσης του περιβάλλοντος φυσικού περιβάλλοντος. V. 1, L., 1982.

Γη
Ιστορία της Γης	Εποχή της Γης Γεωλογική ιστορία της Γης Γεωχρονολογική κλίμακα Ιστορία της ζωής στη Γη Παγετώνας της Γης Παράδοξο του αδύναμου νεαρού Ήλιου Θεωρία κρούσης γιγάντων Χρονολόγιο εξέλιξης
Γεωγραφία και γεωλογία	Αυστραλία Ασία Ανταρκτική Αφρική Ευρώπη Βόρεια Αμερική Νότια Αμερική Ατλαντικός Ωκεανός Ινδικός Ωκεανός Αρκτικός Ωκεανός Ειρηνικός Ωκεανός Νότιος Ωκεανός Ατμόσφαιρα

Η ατμόσφαιρα είναι ένα από τα πιο σημαντικά συστατικά του πλανήτη μας. Είναι αυτή που «προστατεύει» τους ανθρώπους από τις σκληρές συνθήκες του διαστήματος, όπως η ηλιακή ακτινοβολία και τα διαστημικά συντρίμμια. Ωστόσο, πολλά στοιχεία για την ατμόσφαιρα είναι άγνωστα στους περισσότερους ανθρώπους.

Το αληθινό χρώμα του ουρανού

Αν και είναι δύσκολο να το πιστέψει κανείς, ο ουρανός είναι στην πραγματικότητα μωβ. Όταν το φως εισέρχεται στην ατμόσφαιρα, τα σωματίδια του αέρα και του νερού απορροφούν το φως, διασκορπίζοντάς το. Ταυτόχρονα, το ιώδες χρώμα διασκορπίζεται περισσότερο, γι 'αυτό οι άνθρωποι βλέπουν έναν γαλάζιο ουρανό.

Αποκλειστικό στοιχείο στην ατμόσφαιρα της Γης

Όπως πολλοί θυμούνται από το σχολείο, η ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται από περίπου 78% άζωτο, 21% οξυγόνο και μικρές ποσότητες αργού, διοξειδίου του άνθρακα και άλλων αερίων. Αλλά λίγοι άνθρωποι γνωρίζουν ότι η ατμόσφαιρά μας είναι η μόνη που έχει ανακαλυφθεί μέχρι στιγμής από τους επιστήμονες (εκτός από τον κομήτη 67P) που έχει ελεύθερο οξυγόνο. Επειδή το οξυγόνο είναι ένα εξαιρετικά αντιδραστικό αέριο, συχνά αντιδρά με άλλες χημικές ουσίες στο διάστημα. Η καθαρή του μορφή στη Γη κάνει τον πλανήτη κατοικήσιμο.

Λευκή ρίγα στον ουρανό

Σίγουρα, μερικοί άνθρωποι έχουν αναρωτηθεί μερικές φορές γιατί μια λευκή λωρίδα παραμένει στον ουρανό πίσω από ένα αεροπλάνο. Αυτά τα λευκά ίχνη, γνωστά ως contrails, σχηματίζονται όταν ζεστά, υγρά καυσαέρια από τον κινητήρα ενός αεροπλάνου αναμειγνύονται με ψυχρότερο εξωτερικό αέρα. Οι υδρατμοί από την εξάτμιση παγώνουν και γίνονται ορατοί.

Κύρια στρώματα της ατμόσφαιρας

Η ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται από πέντε κύρια στρώματα, τα οποία καθιστούν δυνατή τη ζωή στον πλανήτη. Η πρώτη από αυτές, η τροπόσφαιρα, εκτείνεται από το επίπεδο της θάλασσας σε υψόμετρο περίπου 17 km στον ισημερινό. Τα περισσότερα καιρικά φαινόμενα συμβαίνουν εδώ.

Στιβάδα όζοντος

Το επόμενο στρώμα της ατμόσφαιρας, η στρατόσφαιρα, φτάνει σε υψόμετρο περίπου 50 km στον ισημερινό. Περιέχει στιβάδα του όζοντος, που προστατεύει τους ανθρώπους από τις επικίνδυνες υπεριώδεις ακτίνες. Παρόλο που αυτό το στρώμα βρίσκεται πάνω από την τροπόσφαιρα, μπορεί στην πραγματικότητα να είναι θερμότερο λόγω της ενέργειας που απορροφάται από τις ακτίνες του ήλιου. Τα περισσότερα αεριωθούμενα αεροπλάνα και μετεωρολογικά μπαλόνια πετούν στη στρατόσφαιρα. Τα αεροπλάνα μπορούν να πετάξουν πιο γρήγορα σε αυτό επειδή επηρεάζονται λιγότερο από τη βαρύτητα και την τριβή. Τα μετεωρολογικά μπαλόνια μπορούν να παρέχουν μια καλύτερη εικόνα των καταιγίδων, οι περισσότερες από τις οποίες συμβαίνουν χαμηλότερα στην τροπόσφαιρα.

Μεσόσφαιρα

Η μεσόσφαιρα είναι το μεσαίο στρώμα, που εκτείνεται σε ύψος 85 km πάνω από την επιφάνεια του πλανήτη. Η θερμοκρασία του κυμαίνεται γύρω στους -120 ° C. Οι περισσότεροι μετεωρίτες που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα της Γης καίγονται στη μεσόσφαιρα. Τα δύο τελευταία στρώματα που εκτείνονται στο διάστημα είναι η θερμόσφαιρα και η εξώσφαιρα.

Εξαφάνιση της ατμόσφαιρας

Η Γη πιθανότατα έχασε την ατμόσφαιρά της αρκετές φορές. Όταν ο πλανήτης καλύφθηκε από ωκεανούς μάγματος, τεράστια διαστρικά αντικείμενα έπεσαν πάνω του. Αυτές οι κρούσεις, που σχημάτισαν επίσης τη Σελήνη, μπορεί να σχημάτισαν την ατμόσφαιρα του πλανήτη για πρώτη φορά.

Αν δεν υπήρχαν ατμοσφαιρικά αέρια...

Χωρίς τα διάφορα αέρια στην ατμόσφαιρα, η Γη θα ήταν πολύ κρύα για την ανθρώπινη ύπαρξη. Οι υδρατμοί, το διοξείδιο του άνθρακα και άλλα αέρια της ατμόσφαιρας απορροφούν τη θερμότητα από τον ήλιο και τη «διανέμουν» σε όλη την επιφάνεια του πλανήτη, συμβάλλοντας στη δημιουργία ενός κατοικήσιμου κλίματος.

Σχηματισμός του στρώματος του όζοντος

Το περιβόητο (και ουσιαστικό) στρώμα του όζοντος δημιουργήθηκε όταν τα άτομα οξυγόνου αντέδρασαν με το υπεριώδες φως από τον ήλιο για να σχηματίσουν όζον. Είναι το όζον που απορροφά το μεγαλύτερο μέρος της βλαβερής ακτινοβολίας από τον ήλιο. Παρά τη σημασία του, το στρώμα του όζοντος σχηματίστηκε σχετικά πρόσφατα αφού προέκυψε αρκετή ζωή στους ωκεανούς για να απελευθερώσει στην ατμόσφαιρα την ποσότητα οξυγόνου που απαιτείται για να δημιουργηθεί μια ελάχιστη συγκέντρωση όζοντος.

Ιονόσφαιρα

Η ιονόσφαιρα ονομάζεται έτσι επειδή τα σωματίδια υψηλής ενέργειας από το διάστημα και τον ήλιο βοηθούν στο σχηματισμό ιόντων, δημιουργώντας ένα «ηλεκτρικό στρώμα» γύρω από τον πλανήτη. Όταν δεν υπήρχαν δορυφόροι, αυτό το στρώμα βοηθούσε στην αντανάκλαση των ραδιοκυμάτων.

Οξινη βροχή

Η όξινη βροχή, η οποία καταστρέφει ολόκληρα δάση και καταστρέφει τα υδάτινα οικοσυστήματα, σχηματίζεται στην ατμόσφαιρα όταν σωματίδια διοξειδίου του θείου ή οξειδίου του αζώτου αναμειγνύονται με υδρατμούς και πέφτουν στο έδαφος ως βροχή. Αυτές οι χημικές ενώσεις βρίσκονται επίσης στη φύση: το διοξείδιο του θείου παράγεται κατά τη διάρκεια ηφαιστειακών εκρήξεων και το οξείδιο του αζώτου παράγεται κατά τη διάρκεια των κεραυνών.

Αστραπιαία δύναμη

Ο κεραυνός είναι τόσο ισχυρός που μόνο ένα μπουλόνι μπορεί να θερμάνει τον περιβάλλοντα αέρα έως και 30.000° C. Η γρήγορη θέρμανση προκαλεί μια εκρηκτική διαστολή του κοντινού αέρα, που ακούγεται ως ηχητικό κύμα που ονομάζεται βροντή.

Πολικά φώτα

Το Aurora Borealis και το Aurora Australis (βόρεια και νότια αύρα) προκαλούνται από αντιδράσεις ιόντων που συμβαίνουν στο τέταρτο επίπεδο της ατμόσφαιρας, τη θερμόσφαιρα. Όταν τα πολύ φορτισμένα σωματίδια από τον ηλιακό άνεμο συγκρούονται με μόρια αέρα πάνω από τους μαγνητικούς πόλους του πλανήτη, λάμπουν και δημιουργούν εκθαμβωτικά φώτα.

Ηλιοβασιλέματα

Τα ηλιοβασιλέματα μοιάζουν συχνά με τον ουρανό να καίγεται καθώς μικρά σωματίδια της ατμόσφαιρας διασκορπίζουν το φως, αντανακλώντας το σε πορτοκαλί και κίτρινες αποχρώσεις. Η ίδια αρχή βασίζεται στον σχηματισμό των ουράνιων τόξων.

Κάτοικοι της ανώτερης ατμόσφαιρας

Το 2013, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι μικροσκοπικά μικρόβια μπορούν να επιβιώσουν πολλά χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια της Γης. Σε υψόμετρο 8-15 χλμ. πάνω από τον πλανήτη, ανακαλύφθηκαν μικρόβια που καταστρέφουν οργανικές χημικές ουσίες και επιπλέουν στην ατμόσφαιρα, «τρέφονται» από αυτές.

Η ατμόσφαιρα άρχισε να σχηματίζεται μαζί με το σχηματισμό της Γης. Κατά τη διάρκεια της εξέλιξης του πλανήτη και καθώς οι παράμετροί του πλησίαζαν τις σύγχρονες αξίες, σημειώθηκαν θεμελιώδεις ποιοτικές αλλαγές στη χημική του σύνθεση και τις φυσικές του ιδιότητες. Σύμφωνα με το εξελικτικό μοντέλο, στις πρώιμο στάδιοΗ γη ήταν σε λιωμένη κατάσταση και πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια σχηματίστηκε ως στερεός. Αυτό το ορόσημο λαμβάνεται ως η αρχή της γεωλογικής χρονολογίας. Από τότε άρχισε η αργή εξέλιξη της ατμόσφαιρας. Ορισμένες γεωλογικές διεργασίες (για παράδειγμα, εκροές λάβας κατά τη διάρκεια ηφαιστειακών εκρήξεων) συνοδεύτηκαν από την απελευθέρωση αερίων από τα έγκατα της Γης. Περιλάμβαναν άζωτο, αμμωνία, μεθάνιο, υδρατμούς, οξείδιο του CO και διοξείδιο του άνθρακα CO 2. Υπό την επίδραση της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας, οι υδρατμοί αποσυντέθηκαν σε υδρογόνο και οξυγόνο, αλλά το απελευθερωμένο οξυγόνο αντέδρασε με το μονοξείδιο του άνθρακα για να σχηματίσει διοξείδιο του άνθρακα. Η αμμωνία αποσυντίθεται σε άζωτο και υδρογόνο. Κατά τη διαδικασία της διάχυσης, το υδρογόνο ανέβηκε προς τα πάνω και έφυγε από την ατμόσφαιρα, και το βαρύτερο άζωτο δεν μπορούσε να εξατμιστεί και σταδιακά συσσωρεύτηκε, καθιστώντας το κύριο συστατικό, αν και ένα μέρος του δεσμεύτηκε σε μόρια ως αποτέλεσμα χημικών αντιδράσεων. εκ. ΧΗΜΕΙΑ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ). Υπό την επίδραση των υπεριωδών ακτίνων και των ηλεκτρικών εκκενώσεων, ένα μείγμα αερίων που υπάρχουν στην αρχική ατμόσφαιρα της Γης εισήλθε σε χημικές αντιδράσεις, οι οποίες είχαν ως αποτέλεσμα το σχηματισμό οργανικών ουσιών, ιδίως αμινοξέων. Με την έλευση των πρωτόγονων φυτών ξεκίνησε η διαδικασία της φωτοσύνθεσης, συνοδευόμενη από την απελευθέρωση οξυγόνου. Αυτό το αέριο, ειδικά μετά τη διάχυση στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, άρχισε να προστατεύει τα κατώτερα στρώματά του και την επιφάνεια της Γης από την απειλητική για τη ζωή υπεριώδη ακτινοβολία και ακτίνες Χ. Σύμφωνα με θεωρητικές εκτιμήσεις, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο, 25.000 φορές μικρότερη από τώρα, θα μπορούσε ήδη να οδηγήσει στο σχηματισμό ενός στρώματος όζοντος με μόνο τη μισή συγκέντρωση από τώρα. Ωστόσο, αυτό είναι ήδη αρκετό για να παρέχει πολύ σημαντική προστασία των οργανισμών από τις καταστροφικές επιπτώσεις των υπεριωδών ακτίνων.

Είναι πιθανό ότι η πρωτογενής ατμόσφαιρα περιείχε πολύ διοξείδιο του άνθρακα. Καταναλώθηκε κατά τη φωτοσύνθεση και η συγκέντρωσή του πρέπει να μειώθηκε καθώς εξελίχθηκε ο φυτικός κόσμος και επίσης λόγω της απορρόφησης κατά τη διάρκεια ορισμένων γεωλογικών διεργασιών. Επειδή η Το φαινόμενο του θερμοκηπίουπου συνδέονται με την παρουσία διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, οι διακυμάνσεις στη συγκέντρωσή του είναι ένας από τους σημαντικούς λόγους για τέτοια μεγάλης κλίμακας κλιματική αλλαγήστην ιστορία της Γης, όπως εποχές των παγετώνων.

Το ήλιο που υπάρχει στη σύγχρονη ατμόσφαιρα είναι ως επί το πλείστον προϊόν της ραδιενεργής διάσπασης του ουρανίου, του θορίου και του ραδίου. Αυτά τα ραδιενεργά στοιχεία εκπέμπουν σωματίδια, τα οποία είναι οι πυρήνες των ατόμων ηλίου. Δεδομένου ότι κατά τη διάρκεια της ραδιενεργής διάσπασης ούτε σχηματίζεται ούτε καταστρέφεται ηλεκτρικό φορτίο, με το σχηματισμό κάθε σωματιδίου α εμφανίζονται δύο ηλεκτρόνια, τα οποία, ανασυνδυάζοντας με τα σωματίδια α, σχηματίζουν ουδέτερα άτομα ηλίου. Τα ραδιενεργά στοιχεία περιέχονται σε ορυκτά διασκορπισμένα σε πετρώματα, έτσι ένα σημαντικό μέρος του ηλίου που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της ραδιενεργής αποσύνθεσης διατηρείται σε αυτά, διαφεύγοντας πολύ αργά στην ατμόσφαιρα. Μια ορισμένη ποσότητα ηλίου ανεβαίνει προς τα πάνω στην εξώσφαιρα λόγω της διάχυσης, αλλά λόγω της συνεχούς εισροής από την επιφάνεια της γης, ο όγκος αυτού του αερίου στην ατμόσφαιρα παραμένει σχεδόν αμετάβλητος. Με βάση τη φασματική ανάλυση του αστρικού φωτός και τη μελέτη των μετεωριτών, είναι δυνατό να εκτιμηθεί η σχετική αφθονία διαφόρων χημικά στοιχείαστο Σύμπαν. Η συγκέντρωση του νέον στο διάστημα είναι περίπου δέκα δισεκατομμύρια φορές υψηλότερη από ό,τι στη Γη, το κρυπτόν - δέκα εκατομμύρια φορές, και το ξένο - ένα εκατομμύριο φορές. Επομένως, η συγκέντρωση αυτών των αδρανών αερίων, που προφανώς αρχικά υπήρχαν στην ατμόσφαιρα της Γης και δεν αναπληρώθηκαν κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων, μειώθηκε πολύ, πιθανώς ακόμη και στο στάδιο της απώλειας της πρωταρχικής ατμόσφαιράς της από τη Γη. Εξαίρεση αποτελεί το αδρανές αέριο αργό, αφού με τη μορφή του ισοτόπου 40 Ar εξακολουθεί να σχηματίζεται κατά τη ραδιενεργή διάσπαση του ισοτόπου του καλίου.

Βαρομετρική κατανομή πίεσης.

Το συνολικό βάρος των ατμοσφαιρικών αερίων είναι περίπου 4,5 10 15 τόνοι. Έτσι, το «βάρος» της ατμόσφαιρας ανά μονάδα επιφάνειας, ή ατμοσφαιρική πίεση, στο επίπεδο της θάλασσας είναι περίπου 11 t/m 2 = 1,1 kg/cm 2. Πίεση ίση με P 0 = 1033,23 g/cm 2 = 1013,250 mbar = 760 mm Hg. Τέχνη. = 1 atm, λαμβάνεται ως η τυπική μέση ατμοσφαιρική πίεση. Για την ατμόσφαιρα σε κατάσταση υδροστατικής ισορροπίας έχουμε: δ Π= –rgd η, αυτό σημαίνει ότι στο διάστημα ύψους από ηπριν η+ d ηλαμβάνει χώρα ισότητα μεταξύ της μεταβολής της ατμοσφαιρικής πίεσης δ Πκαι το βάρος του αντίστοιχου στοιχείου της ατμόσφαιρας με μονάδα εμβαδού, πυκνότητα r και πάχος d η.Ως σχέση πίεσης Rκαι θερμοκρασία ΤΧρησιμοποιείται η εξίσωση κατάστασης ενός ιδανικού αερίου με πυκνότητα r, η οποία είναι αρκετά εφαρμόσιμη στην ατμόσφαιρα της γης: Π= r R Τ/m, όπου m είναι το μοριακό βάρος και R = 8,3 J/(K mol) είναι η καθολική σταθερά αερίου. Στη συνέχεια dlog Π= – (μ g/RT)ρε η= – βδ η= – δ η/H, όπου η κλίση πίεσης είναι σε λογαριθμική κλίμακα. Η αντίστροφη τιμή του H ονομάζεται κλίμακα ατμοσφαιρικού υψομέτρου.

Κατά την ολοκλήρωση αυτής της εξίσωσης για μια ισοθερμική ατμόσφαιρα ( Τ= const) ή για το μέρος του όπου μια τέτοια προσέγγιση είναι επιτρεπτή, προκύπτει ο βαρομετρικός νόμος της κατανομής της πίεσης με το ύψος: Π = Π 0 exp(- η/H 0), όπου η αναφορά ύψους ηπαράγεται από το επίπεδο του ωκεανού, όπου είναι η τυπική μέση πίεση Π 0 . Εκφραση H 0 = R Τ/ mg, ονομάζεται η κλίμακα υψομέτρου, που χαρακτηρίζει την έκταση της ατμόσφαιρας, με την προϋπόθεση ότι η θερμοκρασία σε αυτήν είναι παντού ίδια (ισόθερμη ατμόσφαιρα). Εάν η ατμόσφαιρα δεν είναι ισοθερμική, τότε η ολοκλήρωση πρέπει να λαμβάνει υπόψη τη μεταβολή της θερμοκρασίας με το ύψος και την παράμετρο Ν– κάποιο τοπικό χαρακτηριστικό των ατμοσφαιρικών στρωμάτων, ανάλογα με τη θερμοκρασία τους και τις ιδιότητες του περιβάλλοντος.

Διεθνής πρότυπος ατμόσφαιρα.

Μοντέλο (πίνακας τιμών των κύριων παραμέτρων) που αντιστοιχεί σε τυπική πίεση στη βάση της ατμόσφαιρας R 0 και η χημική σύνθεση ονομάζεται τυπική ατμόσφαιρα. Πιο συγκεκριμένα, πρόκειται για ένα υπό όρους μοντέλο της ατμόσφαιρας, για το οποίο καθορίζονται οι μέσες τιμές θερμοκρασίας, πίεσης, πυκνότητας, ιξώδους και άλλων χαρακτηριστικών του αέρα σε υψόμετρα από 2 km κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας έως το εξωτερικό όριο της ατμόσφαιρας της γης. για γεωγραφικό πλάτος 45° 32ў 33І. Οι παράμετροι της μεσαίας ατμόσφαιρας σε όλα τα υψόμετρα υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας την εξίσωση κατάστασης ενός ιδανικού αερίου και τον βαρομετρικό νόμο υποθέτοντας ότι στο επίπεδο της θάλασσας η πίεση είναι 1013,25 hPa (760 mm Hg) και η θερμοκρασία είναι 288,15 K (15,0 ° C). Σύμφωνα με τη φύση της κατακόρυφης κατανομής θερμοκρασίας, η μέση ατμόσφαιρα αποτελείται από πολλά στρώματα, σε καθένα από τα οποία η θερμοκρασία προσεγγίζεται γραμμική συνάρτησηύψος. Στο χαμηλότερο στρώμα - την τροπόσφαιρα (h Ј 11 km) η θερμοκρασία πέφτει κατά 6,5 ° C με κάθε χιλιόμετρο ανόδου. Σε μεγάλα υψόμετρα, η τιμή και το πρόσημο της κατακόρυφης διαβάθμισης θερμοκρασίας αλλάζει από στρώμα σε στρώμα. Πάνω από 790 km η θερμοκρασία είναι περίπου 1000 K και πρακτικά δεν αλλάζει με το υψόμετρο.

Η τυπική ατμόσφαιρα είναι ένα περιοδικά ενημερωμένο, νομιμοποιημένο πρότυπο, που εκδίδεται με τη μορφή πινάκων.

Πίνακας 1. Τυποποιημένο μοντέλο της ατμόσφαιρας της γης

Τραπέζι 1. ΠΡΟΤΥΠΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΤΗΣ ΓΗΣ. Ο πίνακας δείχνει: η– ύψος από το επίπεδο της θάλασσας, R- πίεση, Τ– θερμοκρασία, r – πυκνότητα, Ν– αριθμός μορίων ή ατόμων ανά μονάδα όγκου, H– κλίμακα ύψους, μεγάλο– ελεύθερο μήκος διαδρομής. Η πίεση και η θερμοκρασία σε υψόμετρο 80–250 km, που λαμβάνονται από δεδομένα πυραύλων, έχουν χαμηλότερες τιμές. Οι τιμές για υψόμετρα μεγαλύτερα από 250 km που λαμβάνονται με παρέκταση δεν είναι πολύ ακριβείς.
η(χλμ)	Π(mbar)	Τ(°C)	r (g/cm 3)	Ν(cm –3)	H(χλμ)	μεγάλο(εκ)
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

Τροποσφαίρα.

Το χαμηλότερο και πιο πυκνό στρώμα της ατμόσφαιρας, στο οποίο η θερμοκρασία μειώνεται γρήγορα με το ύψος, ονομάζεται τροπόσφαιρα. Περιέχει έως και το 80% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας και εκτείνεται στα πολικά και μεσαία γεωγραφικά πλάτη σε υψόμετρα 8–10 km και στους τροπικούς μέχρι 16–18 km. Σχεδόν όλες οι διεργασίες σχηματισμού καιρού αναπτύσσονται εδώ, η ανταλλαγή θερμότητας και υγρασίας συμβαίνει μεταξύ της Γης και της ατμόσφαιράς της, σχηματίζονται σύννεφα, συμβαίνουν διάφορα μετεωρολογικά φαινόμενα, εμφανίζεται ομίχλη και βροχόπτωση. Αυτά τα στρώματα της γήινης ατμόσφαιρας βρίσκονται σε συναγωγική ισορροπία και, χάρη στην ενεργό ανάμειξη, έχουν ομοιογενή χημική σύνθεση, που αποτελείται κυρίως από μοριακό άζωτο (78%) και οξυγόνο (21%). Η συντριπτική πλειοψηφία των φυσικών και ανθρωπογενών ατμοσφαιρικών ρύπων αεροζόλ και αερίων συγκεντρώνεται στην τροπόσφαιρα. Η δυναμική του κάτω μέρους της τροπόσφαιρας, πάχους έως 2 km, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις ιδιότητες της υποκείμενης επιφάνειας της Γης, η οποία καθορίζει τις οριζόντιες και κάθετες κινήσεις του αέρα (άνεμοι) που προκαλούνται από τη μεταφορά θερμότητας από θερμότερη γη μέσω της υπέρυθρης ακτινοβολίας της επιφάνειας της γης, η οποία απορροφάται στην τροπόσφαιρα, κυρίως από τους ατμούς του νερού και του διοξειδίου του άνθρακα (φαινόμενο του θερμοκηπίου). Η κατανομή θερμοκρασίας με το ύψος καθορίζεται ως αποτέλεσμα τυρβώδους και συναγωγής ανάμειξης. Κατά μέσο όρο, αντιστοιχεί σε πτώση θερμοκρασίας με ύψος περίπου 6,5 K/km.

Η ταχύτητα του ανέμου στο επιφανειακό οριακό στρώμα αρχικά αυξάνεται γρήγορα με το ύψος και πάνω από αυτό συνεχίζει να αυξάνεται κατά 2–3 km/s ανά χιλιόμετρο. Μερικές φορές στενές πλανητικές ροές (με ταχύτητα άνω των 30 km/s) εμφανίζονται στην τροπόσφαιρα, δυτικές στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη και ανατολικές κοντά στον ισημερινό. Ονομάζονται jet streams.

Τροπόπαυση.

Στο ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας (τροπόπαυση), η θερμοκρασία φτάνει την ελάχιστη τιμή της για την κατώτερη ατμόσφαιρα. Αυτό είναι το μεταβατικό στρώμα μεταξύ της τροπόσφαιρας και της στρατόσφαιρας που βρίσκεται πάνω από αυτό. Το πάχος της τροπόπαυσης κυμαίνεται από εκατοντάδες μέτρα έως 1,5–2 km, και η θερμοκρασία και το υψόμετρο, αντίστοιχα, κυμαίνονται από 190 έως 220 K και από 8 έως 18 km, ανάλογα με γεωγραφικό πλάτοςκαι εποχή. Σε εύκρατα και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη το χειμώνα είναι 1–2 km χαμηλότερα από το καλοκαίρι και 8–15 K θερμότερο. Στις τροπικές περιοχές, οι εποχιακές αλλαγές είναι πολύ λιγότερες (υψόμετρο 16–18 km, θερμοκρασία 180–200 K). Πάνω από αεριωθούμενα ρεύματαείναι δυνατά διαλείμματα τροπόπαυσης.

Νερό στην ατμόσφαιρα της Γης.

Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό της ατμόσφαιρας της Γης είναι η παρουσία σημαντικών ποσοτήτων υδρατμών και νερού σε μορφή σταγονιδίων, η οποία παρατηρείται πιο εύκολα με τη μορφή νεφών και δομών νεφών. Ο βαθμός κάλυψης νεφών του ουρανού (σε μια ορισμένη στιγμή ή κατά μέσο όρο σε μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο), εκφρασμένος σε μια κλίμακα 10 ή ως ποσοστό, ονομάζεται νεφελότητα. Το σχήμα των νεφών καθορίζεται σύμφωνα με τη διεθνή ταξινόμηση. Κατά μέσο όρο, τα σύννεφα καλύπτουν περίπου το ήμισυ του πλανήτη. Η συννεφιά είναι ένας σημαντικός παράγοντας που χαρακτηρίζει τον καιρό και το κλίμα. Το χειμώνα και τη νύχτα, η συννεφιά εμποδίζει τη μείωση της θερμοκρασίας της επιφάνειας της γης και του εδάφους του αέρα· το καλοκαίρι και κατά τη διάρκεια της ημέρας, αποδυναμώνει τη θέρμανση της επιφάνειας της γης από τις ακτίνες του ήλιου, μαλακώνοντας το κλίμα εντός των ηπείρων. .

σύννεφα.

Τα σύννεφα είναι συσσωρεύσεις σταγονιδίων νερού που αιωρούνται στην ατμόσφαιρα (σύννεφα νερού), κρυστάλλους πάγου (σύννεφα πάγου) ή και τα δύο μαζί (μεικτά σύννεφα). Καθώς τα σταγονίδια και οι κρύσταλλοι γίνονται μεγαλύτερα, πέφτουν από τα σύννεφα με τη μορφή βροχόπτωσης. Τα σύννεφα σχηματίζονται κυρίως στην τροπόσφαιρα. Προκύπτουν ως αποτέλεσμα της συμπύκνωσης των υδρατμών που περιέχονται στον αέρα. Η διάμετρος των σταγόνων σύννεφων είναι της τάξης πολλών μικρών. Η περιεκτικότητα σε υγρό νερό στα σύννεφα κυμαίνεται από κλάσματα έως αρκετά γραμμάρια ανά m3. Τα σύννεφα ταξινομούνται κατά ύψος: Σύμφωνα με τη διεθνή ταξινόμηση, υπάρχουν 10 είδη νεφών: cirrus, cirrocumulus, cirrostratus, altocumulus, altostratus, nimbostratus, stratus, stratocumulus, cumulonimbus, cumulus.

Μαργαριταρένια νέφη παρατηρούνται επίσης στη στρατόσφαιρα και νυχτερινά νέφη στη μεσόσφαιρα.

Τα Cirrus clouds είναι διαφανή σύννεφα με τη μορφή λεπτών λευκών νημάτων ή πέπλων με μεταξένια λάμψη που δεν δημιουργούν σκιές. Τα σύννεφα Cirrus αποτελούνται από κρυστάλλους πάγου και σχηματίζονται στην ανώτερη τροπόσφαιρα σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Μερικοί τύποι νεφών κίρρου χρησιμεύουν ως προάγγελοι των καιρικών αλλαγών.

Τα σύννεφα Cirrocumulus είναι κορυφογραμμές ή στρώματα λεπτών λευκών νεφών στην ανώτερη τροπόσφαιρα. Τα σύννεφα Cirrocumulus είναι κατασκευασμένα από μικρά στοιχεία που μοιάζουν με νιφάδες, κυματισμούς, μικρές μπάλες χωρίς σκιές και αποτελούνται κυρίως από κρυστάλλους πάγου.

Τα σύννεφα Cirrostratus είναι ένα υπόλευκο ημιδιαφανές πέπλο στην ανώτερη τροπόσφαιρα, συνήθως ινώδες, μερικές φορές θολό, που αποτελείται από μικρούς κρυστάλλους πάγου σε σχήμα βελόνας ή στήλης.

Τα σύννεφα Altocumulus είναι λευκά, γκρίζα ή λευκογκρίζα σύννεφα στα κατώτερα και μεσαία στρώματα της τροπόσφαιρας. Τα σύννεφα Altocumulus έχουν την εμφάνιση στρωμάτων και κορυφογραμμών, σαν να είναι κατασκευασμένα από πλάκες, στρογγυλεμένες μάζες, άξονες, νιφάδες που βρίσκονται το ένα πάνω στο άλλο. Τα σύννεφα αλτοσώρευσης σχηματίζονται κατά τη διάρκεια έντονης συναγωγικής δραστηριότητας και συνήθως αποτελούνται από υπερψυγμένα σταγονίδια νερού.

Τα σύννεφα Altostratus είναι γκριζωπά ή μπλε σύννεφα με ινώδη ή ομοιόμορφη δομή. Τα σύννεφα Altostratus παρατηρούνται στη μέση τροπόσφαιρα, που εκτείνονται αρκετά χιλιόμετρα σε ύψος και μερικές φορές χιλιάδες χιλιόμετρα στην οριζόντια κατεύθυνση. Τυπικά, τα σύννεφα altostratus αποτελούν μέρος συστημάτων μετωπικού νέφους που σχετίζονται με ανοδικές κινήσεις των μαζών αέρα.

Τα σύννεφα Nimbostratus είναι ένα χαμηλό (από 2 km και άνω) άμορφο στρώμα νεφών ομοιόμορφου γκρίζου χρώματος, που προκαλεί συνεχή βροχή ή χιόνι. Τα σύννεφα Nimbostratus είναι πολύ ανεπτυγμένα κατακόρυφα (έως αρκετά χιλιόμετρα) και οριζόντια (αρκετές χιλιάδες χιλιόμετρα), αποτελούνται από υπερψυγμένες σταγόνες νερού αναμεμειγμένες με νιφάδες χιονιού, που συνήθως συνδέονται με ατμοσφαιρικά μέτωπα.

Τα σύννεφα Stratus είναι σύννεφα της κατώτερης βαθμίδας με τη μορφή ενός ομοιογενούς στρώματος χωρίς συγκεκριμένα περιγράμματα, γκρι χρώματος. Το ύψος των νεφών του στρώματος πάνω από την επιφάνεια της γης είναι 0,5–2 km. Περιστασιακά, ψιλόβροχο πέφτει από τα σύννεφα του στρώματος.

Τα σωρευτικά σύννεφα είναι πυκνά, φωτεινά λευκά σύννεφα κατά τη διάρκεια της ημέρας με σημαντική κατακόρυφη ανάπτυξη (έως 5 km ή περισσότερο). Τα ανώτερα μέρη των νεφών σωρευμάτων μοιάζουν με θόλους ή πύργους με στρογγυλεμένα περιγράμματα. Τυπικά, τα σωρευτικά σύννεφα εμφανίζονται ως σύννεφα μεταφοράς σε ψυχρές μάζες αέρα.

Τα σύννεφα Stratocumulus είναι χαμηλά (κάτω από 2 km) σύννεφα με τη μορφή γκρίζων ή λευκών μη ινωδών στρωμάτων ή κορυφογραμμών στρογγυλών μεγάλων τεμαχίων. Το κατακόρυφο πάχος των νεφών της στρωματοσώρευσης είναι μικρό. Περιστασιακά, τα σύννεφα της στρατοσωρίδας παράγουν ελαφρά βροχόπτωση.

Τα σύννεφα Cumulonimbus είναι ισχυρά και πυκνά σύννεφα με έντονη κατακόρυφη ανάπτυξη (μέχρι ύψους 14 km), που προκαλούν έντονες βροχοπτώσεις με καταιγίδες, χαλάζι και καταιγίδες. Τα σωρευτικά σύννεφα αναπτύσσονται από ισχυρά σωρευτικά σύννεφα, που διαφέρουν από αυτά στο πάνω μέρος που αποτελείται από κρυστάλλους πάγου.

Στρατόσφαιρα.

Μέσω της τροπόπαυσης, κατά μέσο όρο σε υψόμετρα από 12 έως 50 km, η τροπόσφαιρα περνά στη στρατόσφαιρα. Στο κάτω μέρος, για περίπου 10 χλμ., δηλ. μέχρι υψόμετρα περίπου 20 km είναι ισόθερμο (θερμοκρασία περίπου 220 K). Στη συνέχεια αυξάνεται με το υψόμετρο, φτάνοντας το μέγιστο περίπου 270 K σε υψόμετρο 50–55 km. Εδώ είναι το όριο μεταξύ της στρατόσφαιρας και της υπερκείμενης μεσόσφαιρας, που ονομάζεται στρατόπαυση. .

Υπάρχουν σημαντικά λιγότεροι υδρατμοί στη στρατόσφαιρα. Ακόμα, μερικές φορές παρατηρούνται λεπτά ημιδιαφανή μαργαριταρένια σύννεφα, που κατά καιρούς εμφανίζονται στη στρατόσφαιρα σε υψόμετρο 20–30 km. Τα μαργαριταρένια σύννεφα είναι ορατά στον σκοτεινό ουρανό μετά τη δύση του ηλίου και πριν από την ανατολή του ηλίου. Σε σχήμα, τα νέφη μοιάζουν με σύννεφα κίρους και σωρευτικά σύννεφα.

Μέση ατμόσφαιρα (μεσόσφαιρα).

Σε υψόμετρο περίπου 50 km, η μεσόσφαιρα ξεκινά από την κορυφή της ευρείας μέγιστης θερμοκρασίας . Ο λόγος για την αύξηση της θερμοκρασίας στην περιοχή αυτού του μέγιστου είναι μια εξώθερμη (δηλαδή συνοδευόμενη από απελευθέρωση θερμότητας) φωτοχημική αντίδραση αποσύνθεσης του όζοντος: O 3 + hv® O 2 + O. Το όζον προκύπτει ως αποτέλεσμα της φωτοχημικής αποσύνθεσης του μοριακού οξυγόνου O 2

Ο 2 + hv® O + O και η επακόλουθη αντίδραση μιας τριπλής σύγκρουσης ατόμου και μορίου οξυγόνου με κάποιο τρίτο μόριο Μ.

O + O 2 + M ® O 3 + M

Το όζον απορροφά αδηφάγα την υπεριώδη ακτινοβολία στην περιοχή από 2000 έως 3000 Å, και αυτή η ακτινοβολία θερμαίνει την ατμόσφαιρα. Το όζον, που βρίσκεται στην ανώτερη ατμόσφαιρα, χρησιμεύει ως ένα είδος ασπίδας που μας προστατεύει από τις επιπτώσεις της υπεριώδους ακτινοβολίας από τον Ήλιο. Χωρίς αυτή την ασπίδα, η ανάπτυξη της ζωής στη Γη σε αυτήν σύγχρονες μορφέςδύσκολα θα ήταν δυνατό.

Γενικά, σε όλη τη μεσόσφαιρα, η ατμοσφαιρική θερμοκρασία μειώνεται στην ελάχιστη τιμή της περίπου 180 K στο ανώτερο όριο της μεσόσφαιρας (ονομάζεται μεσόπαυση, υψόμετρο περίπου 80 km). Στην περιοχή της μεσόπαυσης, σε υψόμετρα 70–90 km, μπορεί να εμφανιστεί ένα πολύ λεπτό στρώμα κρυστάλλων πάγου και σωματιδίων ηφαιστειακής και μετεωριτικής σκόνης, που παρατηρείται με τη μορφή ενός πανέμορφου θεάματος από νυχτερινά σύννεφα λίγο μετά τη δύση του ηλίου.

Στη μεσόσφαιρα καίγονται ως επί το πλείστον μικρά στερεά σωματίδια μετεωρίτη που πέφτουν στη Γη προκαλώντας το φαινόμενο των μετεωριτών.

Μετεωρίτες, μετεωρίτες και βολίδες.

Οι εκλάμψεις και άλλα φαινόμενα στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης που προκαλούνται από την εισβολή στερεών κοσμικών σωματιδίων ή σωμάτων σε αυτήν με ταχύτητα 11 km/s ή μεγαλύτερη ονομάζονται μετεωροειδή. Εμφανίζεται ένα παρατηρήσιμο φωτεινό ίχνος μετεωριτών. ονομάζονται τα πιο ισχυρά φαινόμενα, που συχνά συνοδεύονται από πτώση μετεωριτών βολίδες; η εμφάνιση των μετεωριτών συνδέεται με βροχές μετεωριτών.

Βροχή μετεωριτών:

1) το φαινόμενο των πολλαπλών πτώσεων μετεωριτών για αρκετές ώρες ή ημέρες από μια ακτινοβολία.

2) ένα σμήνος μετεωροειδών που κινούνται στην ίδια τροχιά γύρω από τον Ήλιο.

Η συστηματική εμφάνιση μετεωριτών σε μια συγκεκριμένη περιοχή του ουρανού και ορισμένες ημέρες του έτους, που προκαλείται από τη διασταύρωση της τροχιάς της Γης με την κοινή τροχιά πολλών σωμάτων μετεωριτών που κινούνται με περίπου τις ίδιες και πανομοιότυπες ταχύτητες, λόγω που τα μονοπάτια τους στον ουρανό φαίνονται να αναδύονται από τα ίδια κοινό σημέιο(ακτινοβόλος). Ονομάζονται από τον αστερισμό όπου βρίσκεται το ακτινοβόλο.

Οι βροχές μετεωριτών προκαλούν βαθιά εντύπωση με τα φωτεινά τους εφέ, αλλά μεμονωμένοι μετεωρίτες σπάνια είναι ορατοί. Πολύ περισσότεροι είναι οι αόρατοι μετεωρίτες, πολύ μικροί για να είναι ορατοί όταν απορροφώνται στην ατμόσφαιρα. Μερικοί από τους μικρότερους μετεωρίτες πιθανώς δεν θερμαίνονται καθόλου, αλλά συλλαμβάνονται μόνο από την ατμόσφαιρα. Αυτά τα μικρά σωματίδια με μεγέθη που κυμαίνονται από μερικά χιλιοστά έως δέκα χιλιοστά του χιλιοστού ονομάζονται μικρομετεωρίτες. Η ποσότητα της μετεωρικής ύλης που εισέρχεται στην ατμόσφαιρα καθημερινά κυμαίνεται από 100 έως 10.000 τόνους, με την πλειοψηφία αυτού του υλικού να προέρχεται από μικρομετεωρίτες.

Δεδομένου ότι η μετεωρική ύλη καίγεται μερικώς στην ατμόσφαιρα, η σύνθεση αερίου της αναπληρώνεται με ίχνη διαφόρων χημικών στοιχείων. Για παράδειγμα, βραχώδεις μετεωρίτες εισάγουν λίθιο στην ατμόσφαιρα. Η καύση μεταλλικών μετεωριτών οδηγεί στο σχηματισμό μικροσκοπικού σφαιρικού σιδήρου, σιδήρου-νικελίου και άλλων σταγονιδίων που διέρχονται από την ατμόσφαιρα και εγκαθίστανται στην επιφάνεια της γης. Μπορούν να βρεθούν στη Γροιλανδία και την Ανταρκτική, όπου τα στρώματα πάγου παραμένουν σχεδόν αμετάβλητα για χρόνια. Οι ωκεανολόγοι τα βρίσκουν στα ιζήματα του βυθού του ωκεανού.

Τα περισσότερα σωματίδια μετεωριτών που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα καθιζάνουν μέσα σε περίπου 30 ημέρες. Μερικοί επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτή η κοσμική σκόνη παίζει σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό ατμοσφαιρικών φαινομένων όπως η βροχή, επειδή χρησιμεύει ως πυρήνες συμπύκνωσης για τους υδρατμούς. Επομένως, θεωρείται ότι η βροχόπτωση σχετίζεται στατιστικά με μεγάλες βροχές μετεωριτών. Ωστόσο, ορισμένοι ειδικοί πιστεύουν ότι δεδομένου ότι η συνολική προσφορά μετεωρικού υλικού είναι πολλές δεκάδες φορές μεγαλύτερη από αυτή ακόμη και της μεγαλύτερης βροχής μετεωριτών, η αλλαγή στη συνολική ποσότητα αυτού του υλικού που προκύπτει από μια τέτοια βροχή μπορεί να παραμεληθεί.

Ωστόσο, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι οι μεγαλύτεροι μικρομετεωρίτες και ορατοί μετεωρίτες αφήνουν μακρά ίχνη ιονισμού στα ψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας, κυρίως στην ιονόσφαιρα. Τέτοια ίχνη μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ραδιοεπικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων, καθώς αντανακλούν ραδιοκύματα υψηλής συχνότητας.

Η ενέργεια των μετεωριτών που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα δαπανάται κυρίως, και ίσως πλήρως, για τη θέρμανση της. Αυτό είναι ένα από τα δευτερεύοντα συστατικά της θερμικής ισορροπίας της ατμόσφαιρας.

Ο μετεωρίτης είναι ένα φυσικό στερεό σώμα που έπεσε στην επιφάνεια της Γης από το διάστημα. Συνήθως γίνεται διάκριση μεταξύ πετρώδους, πετρώδους και σιδήρου μετεωρίτη. Τα τελευταία αποτελούνται κυρίως από σίδηρο και νικέλιο. Μεταξύ των μετεωριτών που βρέθηκαν, οι περισσότεροι ζυγίζουν από μερικά γραμμάρια έως αρκετά κιλά. Ο μεγαλύτερος από αυτούς που βρέθηκαν, ο σιδερένιος μετεωρίτης Goba ζυγίζει περίπου 60 τόνους και εξακολουθεί να βρίσκεται στο ίδιο μέρος όπου ανακαλύφθηκε, στη Νότια Αφρική. Οι περισσότεροι μετεωρίτες είναι θραύσματα αστεροειδών, αλλά ορισμένοι μετεωρίτες μπορεί να έχουν έρθει στη Γη από τη Σελήνη και ακόμη και από τον Άρη.

Το bolide είναι ένας πολύ φωτεινός μετεωρίτης, μερικές φορές ορατός ακόμη και κατά τη διάρκεια της ημέρας, αφήνοντας συχνά πίσω του ένα καπνό και συνοδεύεται από ηχητικά φαινόμενα. συχνά τελειώνει με την πτώση μετεωριτών.

Θερμόσφαιρα.

Πάνω από την ελάχιστη θερμοκρασία της μεσόπαυσης, αρχίζει η θερμόσφαιρα, στο οποίο η θερμοκρασία, αρχικά αργά και μετά γρήγορα αρχίζει να ανεβαίνει ξανά. Ο λόγος είναι η απορρόφηση της υπεριώδους ακτινοβολίας από τον Ήλιο σε υψόμετρα 150–300 km, λόγω του ιονισμού του ατομικού οξυγόνου: O + hv® O + + μι.

Στη θερμόσφαιρα, η θερμοκρασία αυξάνεται συνεχώς σε υψόμετρο περίπου 400 km, όπου φτάνει τους 1800 K κατά τη διάρκεια της ημέρας κατά την εποχή της μέγιστης ηλιακής δραστηριότητας. Κατά την εποχή της ελάχιστης ηλιακής δραστηριότητας, αυτή η οριακή θερμοκρασία μπορεί να είναι μικρότερη από 1000 K. Πάνω από 400 χλμ., η ατμόσφαιρα μετατρέπεται σε ισοθερμική εξώσφαιρα. Το κρίσιμο επίπεδο (η βάση της εξώσφαιρας) βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 500 km.

Πολικά φώτα και πολλές τροχιές τεχνητών δορυφόρων, καθώς και νυχτερινά νέφη - όλα αυτά τα φαινόμενα συμβαίνουν στη μεσόσφαιρα και τη θερμόσφαιρα.

Πολικά φώτα.

Σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, παρατηρούνται σέλας κατά τη διάρκεια διαταραχών του μαγνητικού πεδίου. Μπορεί να διαρκέσουν μερικά λεπτά, αλλά συχνά είναι ορατά για αρκετές ώρες. Τα σέλας ποικίλλουν πολύ σε σχήμα, χρώμα και ένταση, τα οποία μερικές φορές αλλάζουν πολύ γρήγορα με την πάροδο του χρόνου. Το φάσμα των σέλας αποτελείται από γραμμές και ζώνες εκπομπής. Μερικές από τις εκπομπές του νυχτερινού ουρανού ενισχύονται στο φάσμα του σέλας, κυρίως οι πράσινες και κόκκινες γραμμές l 5577 Å και l 6300 Å οξυγόνο. Συμβαίνει ότι μία από αυτές τις γραμμές είναι πολλές φορές πιο έντονη από την άλλη, και αυτό καθορίζει ορατό χρώμα aurora: πράσινο ή κόκκινο. Οι διαταραχές του μαγνητικού πεδίου συνοδεύονται επίσης από διακοπές στις ραδιοεπικοινωνίες στις πολικές περιοχές. Η αιτία της διαταραχής είναι οι αλλαγές στην ιονόσφαιρα, που σημαίνει ότι κατά τη διάρκεια μαγνητικών καταιγίδων υπάρχει μια ισχυρή πηγή ιονισμού. Έχει διαπιστωθεί ότι ισχυρές μαγνητικές καταιγίδες συμβαίνουν όταν υπάρχουν μεγάλες ομάδες ηλιακών κηλίδων κοντά στο κέντρο του ηλιακού δίσκου. Οι παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι οι καταιγίδες δεν συνδέονται με τις ίδιες τις ηλιακές κηλίδες, αλλά με τις ηλιακές εκλάμψεις που εμφανίζονται κατά την ανάπτυξη μιας ομάδας ηλιακών κηλίδων.

Τα σέλας είναι μια σειρά φωτός ποικίλης έντασης με γρήγορες κινήσεις που παρατηρούνται σε περιοχές μεγάλου γεωγραφικού πλάτους της Γης. Το οπτικό σέλας περιέχει πράσινες (5577Å) και κόκκινες (6300/6364Å) γραμμές ατομικής εκπομπής οξυγόνου και μοριακές ζώνες N2, οι οποίες διεγείρονται από ενεργητικά σωματίδια ηλιακής και μαγνητοσφαιρικής προέλευσης. Αυτές οι εκπομπές εμφανίζονται συνήθως σε υψόμετρα περίπου 100 km και άνω. Ο όρος οπτικό σέλας χρησιμοποιείται για να αναφερθεί στα οπτικά σέλας και στο φάσμα εκπομπής τους από την υπέρυθρη στην υπεριώδη περιοχή. Η ενέργεια ακτινοβολίας στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος υπερβαίνει σημαντικά την ενέργεια στην ορατή περιοχή. Όταν εμφανίστηκαν σέλας, παρατηρήθηκαν εκπομπές στην περιοχή ULF (

Οι πραγματικές μορφές σέλας είναι δύσκολο να ταξινομηθούν. Οι όροι που χρησιμοποιούνται πιο συχνά είναι:

1. Ήρεμα, ομοιόμορφα τόξα ή ρίγες. Το τόξο τυπικά εκτείνεται ~1000 km προς την κατεύθυνση του γεωμαγνητικού παραλλήλου (προς τον Ήλιο σε πολικές περιοχές) και έχει πλάτος από ένα έως αρκετές δεκάδες χιλιόμετρα. Μια λωρίδα είναι μια γενίκευση της έννοιας του τόξου· συνήθως δεν έχει κανονικό σχήμα τόξου, αλλά κάμπτεται με τη μορφή του γράμματος S ή με τη μορφή σπειρών. Τα τόξα και οι λωρίδες βρίσκονται σε υψόμετρα 100–150 km.

2. Ακτίνες του σέλας . Αυτός ο όρος αναφέρεται σε μια δομή σέλας επιμήκης κατά μήκος γραμμών μαγνητικού πεδίου, με κατακόρυφη έκταση από αρκετές δεκάδες έως αρκετές εκατοντάδες χιλιόμετρα. Η οριζόντια έκταση των ακτίνων είναι μικρή, από αρκετές δεκάδες μέτρα έως αρκετά χιλιόμετρα. Οι ακτίνες παρατηρούνται συνήθως σε τόξα ή ως ξεχωριστές δομές.

3. Λεκέδες ή επιφάνειες . Πρόκειται για μεμονωμένες περιοχές λάμψης που δεν έχουν συγκεκριμένο σχήμα. Μεμονωμένα σημεία μπορούν να συνδέονται μεταξύ τους.

4. Πέπλο. Μια ασυνήθιστη μορφή σέλας, η οποία είναι μια ομοιόμορφη λάμψη που καλύπτει μεγάλες περιοχές του ουρανού.

Σύμφωνα με τη δομή τους, τα σέλας χωρίζονται σε ομοιογενή, κούφια και λαμπερά. Χρησιμοποιούνται διάφοροι όροι. παλλόμενο τόξο, παλλόμενη επιφάνεια, διάχυτη επιφάνεια, λαμπερή λωρίδα, κουρτίνα κ.λπ. Υπάρχει μια ταξινόμηση των σέλας ανάλογα με το χρώμα τους. Σύμφωνα με αυτή την ταξινόμηση, σέλας του τύπου ΕΝΑ. Το πάνω μέρος ή ολόκληρο το μέρος είναι κόκκινο (6300–6364 Å). Εμφανίζονται συνήθως σε υψόμετρα 300–400 km με υψηλή γεωμαγνητική δραστηριότητα.

Τύπος Aurora ΣΕχρωματισμένο κόκκινο στο κάτω μέρος και συνδέεται με τη λάμψη των ρίγες του πρώτου θετικό σύστημα N 2 και το πρώτο αρνητικό σύστημα O 2. Τέτοιες μορφές σέλας εμφανίζονται κατά τις πιο ενεργές φάσεις των σέλας.

Ζώνες πολικά φώτα – Αυτές είναι οι ζώνες μέγιστης συχνότητας σέλας τη νύχτα, σύμφωνα με παρατηρητές σε ένα σταθερό σημείο στην επιφάνεια της Γης. Οι ζώνες βρίσκονται σε 67° βόρειο και νότιο γεωγραφικό πλάτος και το πλάτος τους είναι περίπου 6°. Η μέγιστη εμφάνιση σέλας, που αντιστοιχεί σε μια δεδομένη στιγμή της γεωμαγνητικής τοπικής ώρας, εμφανίζεται σε ωοειδείς ζώνες (οβάλ σέλας), οι οποίες βρίσκονται ασύμμετρα γύρω από τον βόρειο και τον νότιο γεωμαγνητικό πόλο. Το οβάλ σέλας είναι σταθερό σε γεωγραφικό πλάτος - συντεταγμένες χρόνου, και η ζώνη σέλας είναι ο γεωμετρικός τόπος των σημείων της μεταμεσονύκτιας περιοχής του οβάλ σε συντεταγμένες γεωγραφικού μήκους. Η οβάλ ζώνη βρίσκεται περίπου 23° από τον γεωμαγνητικό πόλο στον τομέα της νύχτας και 15° στον τομέα της ημέρας.

Ζώνες οβάλ και σέλας σέλας.Η θέση του οβάλ σέλας εξαρτάται από τη γεωμαγνητική δραστηριότητα. Το οβάλ γίνεται ευρύτερο σε υψηλή γεωμαγνητική δραστηριότητα. Οι ζώνες σέλας ή τα ωοειδή όρια του σέλας αντιπροσωπεύονται καλύτερα από το L 6.4 παρά με τις συντεταγμένες διπόλων. Οι γραμμές γεωμαγνητικού πεδίου στο όριο του ημερήσιου τομέα του οβάλ σέλας συμπίπτουν με μαγνητόπαυση.Παρατηρείται αλλαγή στη θέση του οβάλ σέλας ανάλογα με τη γωνία μεταξύ του γεωμαγνητικού άξονα και της κατεύθυνσης Γης-Ήλιου. Το ωοειδές σέλας προσδιορίζεται επίσης με βάση δεδομένα για την καθίζηση σωματιδίων (ηλεκτρόνια και πρωτόνια) ορισμένων ενεργειών. Η θέση του μπορεί να προσδιοριστεί ανεξάρτητα από τα δεδομένα Kaspakhστην άκρη της ημέρας και στην ουρά της μαγνητόσφαιρας.

Η ημερήσια διακύμανση στη συχνότητα εμφάνισης σέλας στη ζώνη του σέλας έχει μέγιστο τα γεωμαγνητικά μεσάνυχτα και ένα ελάχιστο το γεωμαγνητικό μεσημέρι. Στην σχεδόν ισημερινή πλευρά του οβάλ, η συχνότητα εμφάνισης σέλας μειώνεται απότομα, αλλά διατηρείται το σχήμα των ημερήσιων παραλλαγών. Στην πολική πλευρά του οβάλ, η συχνότητα των σέλας μειώνεται σταδιακά και χαρακτηρίζεται από πολύπλοκες ημερήσιες αλλαγές.

Ένταση σέλας.

Ένταση Aurora προσδιορίζεται με μέτρηση της φαινομενικής φωτεινότητας της επιφάνειας. Επιφάνεια φωτεινότητας Εγώσέλας σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση καθορίζεται από τη συνολική εκπομπή 4p Εγώφωτόνιο/(cm 2 s). Δεδομένου ότι αυτή η τιμή δεν είναι η πραγματική φωτεινότητα της επιφάνειας, αλλά αντιπροσωπεύει την εκπομπή από τη στήλη, το μοναδιαίο φωτόνιο/(cm 2 στήλη s) χρησιμοποιείται συνήθως κατά τη μελέτη σέλας. Η συνήθης μονάδα μέτρησης της συνολικής εκπομπής είναι το Rayleigh (Rl) ίσο με 10 6 φωτόνια/(cm 2 στήλη s). Πιο πρακτικές μονάδες έντασης σέλας καθορίζονται από τις εκπομπές μιας μεμονωμένης γραμμής ή ζώνης. Για παράδειγμα, η ένταση των σέλας καθορίζεται από τους διεθνείς συντελεστές φωτεινότητας (IBRs) ανάλογα με την ένταση της πράσινης γραμμής (5577 Å). 1 kRl = I MKY, 10 kRl = II MKY, 100 kRl = III MKY, 1000 kRl = IV MKY (μέγιστη ένταση του σέλας). Αυτή η ταξινόμηση δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τα κόκκινα σέλας. Μία από τις ανακαλύψεις της εποχής (1957–1958) ήταν η καθιέρωση της χωροχρονικής κατανομής των σέλας με τη μορφή ωοειδούς, μετατοπισμένου σε σχέση με τον μαγνητικό πόλο. Από απλές ιδέες για το κυκλικό σχήμα της κατανομής των σέλας σε σχέση με τον μαγνητικό πόλο υπήρχε Η μετάβαση στη σύγχρονη φυσική της μαγνητόσφαιρας έχει ολοκληρωθεί. Η τιμή της ανακάλυψης ανήκει στον O. Khorosheva, και η εντατική ανάπτυξη ιδεών για το οβάλ σέλας έγινε από τους G. Starkov, Y. Feldstein, S. I. Akasofu και μια σειρά άλλων ερευνητών. Το οβάλ σέλας είναι η περιοχή της πιο έντονης επιρροής του ηλιακού ανέμου στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης. Η ένταση του σέλας είναι μεγαλύτερη στο οβάλ και η δυναμική του παρακολουθείται συνεχώς χρησιμοποιώντας δορυφόρους.

Σταθερά κόκκινα τόξα σέλας.

Σταθερό κόκκινο τόξο σέλας, αλλιώς ονομάζεται κόκκινο τόξο μεσαίου γεωγραφικού πλάτους ή M-arc, είναι ένα υποοπτικό (κάτω από το όριο ευαισθησίας του ματιού) πλατύ τόξο, που εκτείνεται από την ανατολή προς τη δύση για χιλιάδες χιλιόμετρα και πιθανώς να περικυκλώνει ολόκληρη τη Γη. Το γεωγραφικό μήκος του τόξου είναι 600 km. Η εκπομπή του σταθερού κόκκινου τόξου σέλας είναι σχεδόν μονόχρωμη στις κόκκινες γραμμές l 6300 Å και l 6364 Å. Πρόσφατα αναφέρθηκαν επίσης ασθενείς γραμμές εκπομπής l 5577 Å (OI) και l 4278 Å (N+2). Τα σταθερά κόκκινα τόξα ταξινομούνται ως σέλας, αλλά εμφανίζονται σε πολύ μεγαλύτερα υψόμετρα. Το κάτω όριο βρίσκεται σε υψόμετρο 300 km, το ανώτερο όριο είναι περίπου 700 km. Η ένταση του αθόρυβου κόκκινου τόξου σέλας στην εκπομπή l 6300 Å κυμαίνεται από 1 έως 10 kRl (τυπική τιμή 6 kRl). Το κατώφλι ευαισθησίας του ματιού σε αυτό το μήκος κύματος είναι περίπου 10 kRl, επομένως τα τόξα σπάνια παρατηρούνται οπτικά. Ωστόσο, οι παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι η φωτεινότητά τους είναι >50 kRL το 10% των νυχτών. Η συνήθης διάρκεια ζωής των τόξων είναι περίπου μία ημέρα και σπάνια εμφανίζονται τις επόμενες ημέρες. Τα ραδιοκύματα από δορυφόρους ή ραδιοφωνικές πηγές που διασχίζουν επίμονα κόκκινα τόξα του σέλας υπόκεινται σε σπινθηρισμό, υποδεικνύοντας την ύπαρξη ανομοιογενειών στην πυκνότητα των ηλεκτρονίων. Η θεωρητική εξήγηση για τα κόκκινα τόξα είναι ότι τα θερμαινόμενα ηλεκτρόνια της περιοχής φάΗ ιονόσφαιρα προκαλεί αύξηση των ατόμων οξυγόνου. Οι δορυφορικές παρατηρήσεις δείχνουν μια αύξηση στη θερμοκρασία των ηλεκτρονίων κατά μήκος των γραμμών γεωμαγνητικού πεδίου που τέμνουν τα επίμονα κόκκινα τόξα του σέλας. Η ένταση αυτών των τόξων συσχετίζεται θετικά με τη γεωμαγνητική δραστηριότητα (καταιγίδες) και η συχνότητα εμφάνισης τόξων συσχετίζεται θετικά με τη δραστηριότητα των ηλιακών κηλίδων.

Αλλαγή σέλας.

Ορισμένες μορφές σέλας παρουσιάζουν ημιπεριοδικές και συνεκτικές χρονικές διακυμάνσεις στην ένταση. Αυτά τα σέλας με περίπου ακίνητη γεωμετρία και γρήγορες περιοδικές παραλλαγές που συμβαίνουν σε φάση ονομάζονται μεταβαλλόμενα σέλας. Κατατάσσονται ως σέλας μορφές Rσύμφωνα με τον Διεθνή Άτλαντα του Σέλας Μια πιο λεπτομερής υποδιαίρεση των μεταβαλλόμενων σέλας:

R 1 (παλμικό σέλας) είναι μια λάμψη με ομοιόμορφες διακυμάνσεις φάσης στη φωτεινότητα σε όλο το σχήμα του σέλας. Εξ ορισμού, σε ένα ιδανικό παλλόμενο σέλας, τα χωρικά και χρονικά μέρη του παλμού μπορούν να διαχωριστούν, δηλ. λάμψη Εγώ(r,t)= I s(r)· Ι Τ(t). Σε ένα τυπικό σέλας R 1 παλμοί συμβαίνουν με συχνότητα από 0,01 έως 10 Hz χαμηλής έντασης (1–2 kRl). Τα περισσότερα σέλας R 1 – πρόκειται για σημεία ή τόξα που πάλλονται με περίοδο αρκετών δευτερολέπτων.

R 2 (πύρινη αύρα). Ο όρος χρησιμοποιείται συνήθως για να αναφέρεται σε κινήσεις όπως οι φλόγες που γεμίζουν τον ουρανό, παρά για να περιγράψει ένα ξεχωριστό σχήμα. Τα σέλας έχουν σχήμα τόξων και συνήθως κινούνται προς τα πάνω από ύψος 100 km. Αυτά τα σέλας είναι σχετικά σπάνια και εμφανίζονται πιο συχνά έξω από το σέλας.

R 3 (λαμπυρίζοντας σέλας). Πρόκειται για σέλας με γρήγορες, ακανόνιστες ή κανονικές διακυμάνσεις φωτεινότητας, δίνοντας την εντύπωση φλόγας που τρεμοπαίζουν στον ουρανό. Εμφανίζονται λίγο πριν αποσυντεθεί ο σέλας. Τυπικά παρατηρούμενη συχνότητα διακύμανσης R 3 ισούται με 10 ± 3 Hz.

Ο όρος ροής σέλας, που χρησιμοποιείται για μια άλλη κατηγορία παλλόμενων σέλας, αναφέρεται σε ακανόνιστες διακυμάνσεις στη φωτεινότητα που κινούνται γρήγορα οριζόντια στα τόξα και τις ραβδώσεις του σέλας.

Το μεταβαλλόμενο σέλας είναι ένα από τα ηλιακά-γήινα φαινόμενα που συνοδεύουν τους παλμούς του γεωμαγνητικού πεδίου και την ακτινοβολία ακτίνων Χ σέλας που προκαλούνται από την κατακρήμνιση σωματιδίων ηλιακής και μαγνητοσφαιρικής προέλευσης.

Η λάμψη του πολικού καλύμματος χαρακτηρίζεται από την υψηλή ένταση της ζώνης του πρώτου αρνητικού συστήματος N + 2 (l 3914 Å). Συνήθως, αυτές οι ζώνες N + 2 είναι πέντε φορές πιο έντονες από την πράσινη γραμμή OI l 5577 Å· η απόλυτη ένταση της λάμψης του πολικού καλύμματος κυμαίνεται από 0,1 έως 10 kRl (συνήθως 1–3 kRl). Κατά τη διάρκεια αυτών των σέλας, που εμφανίζονται σε περιόδους PCA, μια ομοιόμορφη λάμψη καλύπτει ολόκληρο το πολικό κάλυμμα μέχρι ένα γεωμαγνητικό γεωγραφικό πλάτος 60° σε υψόμετρα 30 έως 80 km. Παράγεται κυρίως από ηλιακά πρωτόνια και σωματίδια d με ενέργειες 10–100 MeV, δημιουργώντας μέγιστο ιονισμό σε αυτά τα υψόμετρα. Υπάρχει ένας άλλος τύπος λάμψης στις ζώνες σέλας, που ονομάζεται σέλας μανδύας. Για αυτόν τον τύπο λάμψης σέλας, η ημερήσια μέγιστη ένταση, που εμφανίζεται τις πρωινές ώρες, είναι 1–10 kRL και η ελάχιστη ένταση είναι πέντε φορές ασθενέστερη. Οι παρατηρήσεις των σέλας του μανδύα είναι ελάχιστες· η έντασή τους εξαρτάται από τη γεωμαγνητική και ηλιακή δραστηριότητα.

Ατμοσφαιρική λάμψηορίζεται ως η ακτινοβολία που παράγεται και εκπέμπεται από την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη. Πρόκειται για μη θερμική ακτινοβολία της ατμόσφαιρας, με εξαίρεση την εκπομπή σέλας, εκκενώσεις κεραυνών και την εκπομπή μονοπατιών μετεωριτών. Αυτός ο όρος χρησιμοποιείται σε σχέση με την ατμόσφαιρα της γης (νυχτερινή λάμψη, λάμψη λυκόφωτος και λάμψη ημέρας). Η ατμοσφαιρική λάμψη αποτελεί μόνο ένα μέρος του φωτός που είναι διαθέσιμο στην ατμόσφαιρα. Άλλες πηγές περιλαμβάνουν το φως των αστεριών, το ζωδιακό φως και το διάχυτο φως της ημέρας από τον Ήλιο. Κατά καιρούς, η ατμοσφαιρική λάμψη μπορεί να αντιπροσωπεύει έως και το 40% της συνολικής ποσότητας φωτός. Η ατμοσφαιρική λάμψη εμφανίζεται σε ατμοσφαιρικά στρώματα ποικίλου ύψους και πάχους. Το ατμοσφαιρικό φάσμα λάμψης καλύπτει μήκη κύματος από 1000 Å έως 22,5 μικρά. Η κύρια γραμμή εκπομπής στην ατμοσφαιρική λάμψη είναι l 5577 Å, που εμφανίζεται σε υψόμετρο 90–100 km σε ένα στρώμα πάχους 30–40 km. Η εμφάνιση της φωταύγειας οφείλεται στον μηχανισμό Chapman, που βασίζεται στον ανασυνδυασμό ατόμων οξυγόνου. Άλλες γραμμές εκπομπών είναι l 6300 Å, που εμφανίζονται στην περίπτωση διαχωρισμού ανασυνδυασμού του O + 2 και εκπομπής NI l 5198/5201 Å και NI l 5890/5896 Å.

Η ένταση της λάμψης αέρα μετριέται σε Rayleigh. Η φωτεινότητα (σε Rayleigh) είναι ίση με 4 rv, όπου b είναι η φωτεινότητα της γωνιακής επιφάνειας του στρώματος εκπομπής σε μονάδες 10 6 φωτονίων/(cm 2 ster·s). Η ένταση της λάμψης εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος (διαφορετική για διαφορετικές εκπομπές) και επίσης ποικίλλει κατά τη διάρκεια της ημέρας με μέγιστο κοντά στα μεσάνυχτα. Σημειώθηκε θετική συσχέτιση για την λάμψη αέρα στην εκπομπή l 5577 Å με τον αριθμό των ηλιακών κηλίδων και τη ροή ηλιακής ακτινοβολίας σε μήκος κύματος 10,7 εκ. Η λάμψη αέρα παρατηρείται κατά τη διάρκεια δορυφορικών πειραμάτων. Από το διάστημα, εμφανίζεται ως ένας δακτύλιος φωτός γύρω από τη Γη και έχει ένα πρασινωπό χρώμα.

Οζονόσφαιρα.

Σε υψόμετρα 20–25 km, επιτυγχάνεται η μέγιστη συγκέντρωση μιας ασήμαντης ποσότητας όζοντος O 3 (έως 2×10 –7 της περιεκτικότητας σε οξυγόνο!), η οποία προκύπτει υπό την επίδραση της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας σε υψόμετρα περίπου 10 έως 50 km, προστατεύοντας τον πλανήτη από την ιονίζουσα ηλιακή ακτινοβολία. Παρά τον εξαιρετικά μικρό αριθμό μορίων του όζοντος, προστατεύουν όλη τη ζωή στη Γη από τις βλαβερές συνέπειες της ακτινοβολίας βραχέων κυμάτων (υπεριώδεις και ακτίνες Χ) από τον Ήλιο. Εάν εναποθέσετε όλα τα μόρια στη βάση της ατμόσφαιρας, θα έχετε ένα στρώμα πάχους όχι μεγαλύτερο από 3–4 mm! Σε υψόμετρα άνω των 100 km, η αναλογία των ελαφρών αερίων αυξάνεται και σε πολύ μεγάλα υψόμετρα κυριαρχούν το ήλιο και το υδρογόνο. πολλά μόρια διασπώνται σε μεμονωμένα άτομα, τα οποία, ιονισμένα υπό την επίδραση της σκληρής ακτινοβολίας από τον Ήλιο, σχηματίζουν την ιονόσφαιρα. Η πίεση και η πυκνότητα του αέρα στην ατμόσφαιρα της Γης μειώνονται με το υψόμετρο. Ανάλογα με την κατανομή της θερμοκρασίας, η ατμόσφαιρα της Γης χωρίζεται σε τροπόσφαιρα, στρατόσφαιρα, μεσόσφαιρα, θερμόσφαιρα και εξώσφαιρα. .

Σε υψόμετρο 20–25 χλμ. υπάρχει στιβάδα του όζοντος. Το όζον σχηματίζεται λόγω της διάσπασης των μορίων οξυγόνου κατά την απορρόφηση της υπεριώδους ακτινοβολίας από τον Ήλιο με μήκη κύματος μικρότερα από 0,1–0,2 μικρά. Το ελεύθερο οξυγόνο συνδυάζεται με μόρια O 2 και σχηματίζει όζον O 3, το οποίο απορροφά λαίμαργα όλη την υπεριώδη ακτινοβολία μικρότερη από 0,29 μικρά. Τα μόρια του όζοντος O3 καταστρέφονται εύκολα από την ακτινοβολία βραχέων κυμάτων. Επομένως, παρά τη σπανιότητά του, το στρώμα του όζοντος απορροφά αποτελεσματικά την υπεριώδη ακτινοβολία από τον Ήλιο που έχει περάσει από υψηλότερα και πιο διαφανή ατμοσφαιρικά στρώματα. Χάρη σε αυτό, οι ζωντανοί οργανισμοί στη Γη προστατεύονται από τις βλαβερές επιπτώσεις του υπεριώδους φωτός από τον Ήλιο.

Ιονόσφαιρα.

Η ακτινοβολία από τον ήλιο ιονίζει τα άτομα και τα μόρια της ατμόσφαιρας. Ο βαθμός ιοντισμού γίνεται σημαντικός ήδη σε υψόμετρο 60 χιλιομέτρων και αυξάνεται σταθερά με την απόσταση από τη Γη. Σε διαφορετικά υψόμετρα στην ατμόσφαιρα, διαδοχικά συμβαίνουν διεργασίες διάστασης διαφόρων μορίων και επακόλουθος ιονισμός. διαφορετικά άτομακαι ιόντα. Πρόκειται κυρίως για μόρια οξυγόνου O 2, αζώτου N 2 και των ατόμων τους. Ανάλογα με την ένταση αυτών των διεργασιών, τα διάφορα στρώματα της ατμόσφαιρας που βρίσκονται πάνω από 60 χιλιόμετρα ονομάζονται στρώματα ιονόσφαιρας , και η ολότητά τους είναι η ιονόσφαιρα . Το κατώτερο στρώμα, του οποίου ο ιονισμός είναι ασήμαντος, ονομάζεται ουδετερόσφαιρα.

Η μέγιστη συγκέντρωση φορτισμένων σωματιδίων στην ιονόσφαιρα επιτυγχάνεται σε υψόμετρα 300–400 km.

Ιστορία της μελέτης της ιονόσφαιρας.

Η υπόθεση για την ύπαρξη ενός αγώγιμου στρώματος στην ανώτερη ατμόσφαιρα διατυπώθηκε το 1878 από τον Άγγλο επιστήμονα Stuart για να εξηγήσει τα χαρακτηριστικά του γεωμαγνητικού πεδίου. Στη συνέχεια, το 1902, ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο, ο Kennedy στις ΗΠΑ και ο Heaviside στην Αγγλία επεσήμαναν ότι για να εξηγηθεί η διάδοση των ραδιοκυμάτων σε μεγάλες αποστάσεις ήταν απαραίτητο να υποθέσουμε την ύπαρξη περιοχών υψηλής αγωγιμότητας στα υψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας. Το 1923, ο ακαδημαϊκός M.V. Shuleikin, λαμβάνοντας υπόψη τα χαρακτηριστικά της διάδοσης ραδιοκυμάτων διαφόρων συχνοτήτων, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι υπάρχουν τουλάχιστον δύο ανακλαστικά στρώματα στην ιονόσφαιρα. Στη συνέχεια, το 1925, οι Άγγλοι ερευνητές Appleton και Barnett, καθώς και οι Breit και Tuve, απέδειξαν για πρώτη φορά πειραματικά την ύπαρξη περιοχών που αντανακλούν τα ραδιοκύματα και έθεσαν τα θεμέλια για τη συστηματική μελέτη τους. Έκτοτε, έχει γίνει μια συστηματική μελέτη των ιδιοτήτων αυτών των στρωμάτων, που γενικά ονομάζονται ιονόσφαιρα, τα οποία παίζουν σημαντικό ρόλο σε μια σειρά από γεωφυσικά φαινόμενα που καθορίζουν την ανάκλαση και την απορρόφηση των ραδιοκυμάτων, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για πρακτική σκοπούς, ιδίως για τη διασφάλιση αξιόπιστων ραδιοεπικοινωνιών.

Στη δεκαετία του 1930 ξεκίνησαν συστηματικές παρατηρήσεις της κατάστασης της ιονόσφαιρας. Στη χώρα μας, με πρωτοβουλία του M.A. Bonch-Bruevich, δημιουργήθηκαν εγκαταστάσεις για την ανίχνευση παλμών του. Μελετήθηκαν πολλές γενικές ιδιότητες της ιονόσφαιρας, ύψη και συγκέντρωση ηλεκτρονίων των κύριων στιβάδων της.

Σε υψόμετρα 60–70 km παρατηρείται στρώμα D, σε υψόμετρα 100–120 km στρώμα μι, σε υψόμετρα, σε υψόμετρα 180–300 km διπλής στρώσης φά 1 και φά 2. Οι κύριες παράμετροι αυτών των στρωμάτων δίνονται στον Πίνακα 4.

Πίνακας 4.

Πίνακας 4.
Ιονοσφαιρική περιοχή	Μέγιστο ύψος, km	T i , κ	Ημέρα		Νύχτα n e , cm –3	a΄, ρm 3 s – 1
			ελάχ n e , cm –3	Μέγιστη n e , cm –3
ρε	70	20	100	200	10	10 –6
μι	110	270	1,5 10 5	3·10 5	3000	10 –7
φά 1	180	800–1500	3·10 5	5 10 5	–	3·10 –8
φά 2 (χειμώνας)	220–280	1000–2000	6 10 5	25 10 5	~10 5	2·10 –10
φά 2 (καλοκαίρι)	250–320	1000–2000	2 10 5	8 10 5	~3·10 5	10 –10
n e– συγκέντρωση ηλεκτρονίων, e – φορτίο ηλεκτρονίων, T i– θερμοκρασία ιόντων, α΄ – συντελεστής ανασυνδυασμού (που καθορίζει την τιμή n eκαι η αλλαγή του με την πάροδο του χρόνου)

Οι μέσες τιμές δίνονται επειδή ποικίλλουν σε διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη, ανάλογα με την ώρα της ημέρας και τις εποχές. Αυτά τα δεδομένα είναι απαραίτητα για τη διασφάλιση ραδιοεπικοινωνιών μεγάλων αποστάσεων. Χρησιμοποιούνται για την επιλογή συχνοτήτων λειτουργίας για διάφορες ραδιοζεύξεις βραχέων κυμάτων. Γνώση των αλλαγών τους ανάλογα με την κατάσταση της ιονόσφαιρας μέσα διαφορετική ώραημέρες και σε διαφορετικές εποχές είναι εξαιρετικά σημαντικό για τη διασφάλιση της αξιοπιστίας των ραδιοεπικοινωνιών. Η ιονόσφαιρα είναι μια συλλογή από ιονισμένα στρώματα της ατμόσφαιρας της γης, που ξεκινούν από υψόμετρα περίπου 60 km και εκτείνονται σε υψόμετρα δεκάδων χιλιάδων km. Η κύρια πηγή ιοντισμού της ατμόσφαιρας της Γης είναι η υπεριώδης ακτινοβολία και η ακτινοβολία ακτίνων Χ από τον Ήλιο, η οποία εμφανίζεται κυρίως στην ηλιακή χρωμόσφαιρα και στο στέμμα. Επιπλέον, ο βαθμός ιοντισμού της ανώτερης ατμόσφαιρας επηρεάζεται από ηλιακά σωματιδιακά ρεύματα που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια ηλιακών εκλάμψεων, καθώς και από κοσμικές ακτίνες και σωματίδια μετεωριτών.

Ιονοσφαιρικά στρώματα

- αυτές είναι περιοχές της ατμόσφαιρας στις οποίες επιτυγχάνονται οι μέγιστες συγκεντρώσεις ελεύθερων ηλεκτρονίων (δηλαδή ο αριθμός τους ανά μονάδα όγκου). Ηλεκτρικά φορτισμένα ελεύθερα ηλεκτρόνια και (σε ​​μικρότερο βαθμό, λιγότερο κινητά ιόντα) που προκύπτουν από τον ιονισμό ατόμων ατμοσφαιρικών αερίων, που αλληλεπιδρούν με ραδιοκύματα (δηλαδή ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις), μπορούν να αλλάξουν την κατεύθυνσή τους, αντανακλώντας ή διαθλώντας τα και απορροφούν την ενέργειά τους . Ως αποτέλεσμα αυτού, κατά τη λήψη απομακρυσμένων ραδιοφωνικών σταθμών, ενδέχεται να προκύψουν διάφορα εφέ, για παράδειγμα, εξασθένιση των ραδιοεπικοινωνιών, αυξημένη ακουστότητα απομακρυσμένων σταθμών, συσκότισηκαι ούτω καθεξής. πρωτοφανής.

Ερευνητικές μέθοδοι.

Οι κλασικές μέθοδοι μελέτης της ιονόσφαιρας από τη Γη καταλήγουν σε παλμικό ήχο - αποστολή ραδιοπαλμών και παρατήρηση των αντανακλάσεων τους από διάφορα στρώματα της ιονόσφαιρας, μέτρηση του χρόνου καθυστέρησης και μελέτη της έντασης και του σχήματος των ανακλώμενων σημάτων. Μετρώντας τα ύψη ανάκλασης ραδιοπαλμών σε διάφορες συχνότητες, προσδιορίζοντας τις κρίσιμες συχνότητες διαφόρων περιοχών (η κρίσιμη συχνότητα είναι η φέρουσα συχνότητα ενός ραδιοπαλμού, για τον οποίο μια δεδομένη περιοχή της ιονόσφαιρας γίνεται διαφανής), είναι δυνατός ο προσδιορισμός την τιμή της συγκέντρωσης ηλεκτρονίων στα στρώματα και τα ενεργά ύψη για δεδομένες συχνότητες και επιλέξτε τις βέλτιστες συχνότητες για δεδομένες ραδιοδρομίες. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας πυραύλων και την έλευση της διαστημικής εποχής των τεχνητών γήινων δορυφόρων (AES) και άλλων διαστημικών σκαφών, κατέστη δυνατή η άμεση μέτρηση των παραμέτρων του διαστημικού πλάσματος κοντά στη Γη, το κάτω μέρος του οποίου είναι η ιονόσφαιρα.

Μετρήσεις συγκέντρωσης ηλεκτρονίων, που πραγματοποιήθηκαν σε ειδικά εκτοξευμένους πυραύλους και κατά μήκος δορυφορικών διαδρομών πτήσης, επιβεβαίωσαν και διευκρίνισαν δεδομένα που είχαν προηγουμένως ληφθεί με επίγειες μεθόδους για τη δομή της ιονόσφαιρας, την κατανομή της συγκέντρωσης ηλεκτρονίων με ύψος πάνω από διάφορες περιοχές της Γης και κατέστησε δυνατή τη λήψη τιμών συγκέντρωσης ηλεκτρονίων πάνω από το κύριο μέγιστο - το στρώμα φά. Προηγουμένως, αυτό ήταν αδύνατο να γίνει με τη χρήση μεθόδων ήχου που βασίζονταν σε παρατηρήσεις ανακλώμενων ραδιοπαλμών βραχέων κυμάτων. Ανακαλύφθηκε ότι σε ορισμένες περιοχές του πλανήτη υπάρχουν αρκετά σταθερές περιοχές με μειωμένη συγκέντρωση ηλεκτρονίων, τακτικοί «ιονόσφαιροι άνεμοι», ιδιόμορφες κυματικές διεργασίες εμφανίζονται στην ιονόσφαιρα που μεταφέρουν τοπικές ιονόσφαιρες διαταραχές χιλιάδες χιλιόμετρα από τον τόπο διέγερσής τους. και πολλα ΑΚΟΜΑ. Η δημιουργία ιδιαίτερα ευαίσθητων συσκευών λήψης κατέστησε δυνατή τη λήψη σημάτων παλμών που ανακλώνται μερικώς από τις χαμηλότερες περιοχές της ιονόσφαιρας (σταθμοί μερικής ανάκλασης) σε σταθμούς ηχογράφησης παλμών ιονόσφαιρας. Η χρήση ισχυρών παλμικών εγκαταστάσεων στο εύρος μήκους κύματος μετρητών και δεκατιανών με τη χρήση κεραιών που επιτρέπουν υψηλή συγκέντρωση εκπεμπόμενης ενέργειας κατέστησε δυνατή την παρατήρηση σημάτων που διασκορπίζονται από την ιονόσφαιρα σε διάφορα υψόμετρα. Η μελέτη των χαρακτηριστικών των φασμάτων αυτών των σημάτων, ασυνάρτητα διασκορπισμένα από ηλεκτρόνια και ιόντα του πλάσματος ιονόσφαιρας (για αυτό, χρησιμοποιήθηκαν σταθμοί ασυνάρτητης σκέδασης ραδιοκυμάτων) κατέστησε δυνατό τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης ηλεκτρονίων και ιόντων, το ισοδύναμό τους θερμοκρασία σε διάφορα υψόμετρα έως υψόμετρα πολλών χιλιάδων χιλιομέτρων. Αποδείχθηκε ότι η ιονόσφαιρα είναι αρκετά διαφανής για τις χρησιμοποιούμενες συχνότητες.

Συγκέντρωση ηλεκτρικά φορτία(η συγκέντρωση ηλεκτρονίων είναι ίση με τη συγκέντρωση ιόντων) στην ιονόσφαιρα της γης σε υψόμετρο 300 km είναι περίπου 10 6 cm –3 κατά τη διάρκεια της ημέρας. Το πλάσμα τέτοιας πυκνότητας αντανακλά ραδιοκύματα μήκους άνω των 20 m και εκπέμπει μικρότερα.

Τυπική κατακόρυφη κατανομή της συγκέντρωσης ηλεκτρονίων στην ιονόσφαιρα για συνθήκες ημέρας και νύχτας.

Διάδοση ραδιοκυμάτων στην ιονόσφαιρα.

Η σταθερή λήψη σταθμών εκπομπής μεγάλων αποστάσεων εξαρτάται από τις συχνότητες που χρησιμοποιούνται, καθώς και από την ώρα της ημέρας, την εποχή και, επιπλέον, από την ηλιακή δραστηριότητα. Η ηλιακή δραστηριότητα επηρεάζει σημαντικά την κατάσταση της ιονόσφαιρας. Τα ραδιοκύματα που εκπέμπονται από έναν επίγειο σταθμό ταξιδεύουν σε ευθεία γραμμή, όπως όλα τα είδη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ωστόσο, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι τόσο η επιφάνεια της Γης όσο και τα ιονισμένα στρώματα της ατμόσφαιράς της χρησιμεύουν ως πλάκες ενός τεράστιου πυκνωτή, που ενεργεί πάνω τους όπως η επίδραση των κατόπτρων στο φως. Αντανακλώντας από αυτά, τα ραδιοκύματα μπορούν να ταξιδέψουν πολλές χιλιάδες χιλιόμετρα, κυκλώνοντας την υδρόγειο με τεράστια άλματα εκατοντάδων και χιλιάδων χιλιομέτρων, αντανακλώντας εναλλάξ από ένα στρώμα ιονισμένου αερίου και από την επιφάνεια της Γης ή του νερού.

Στη δεκαετία του 20 του περασμένου αιώνα, πιστευόταν ότι τα ραδιοκύματα μικρότερα από 200 μέτρα γενικά δεν ήταν κατάλληλα για επικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων λόγω ισχυρής απορρόφησης. Τα πρώτα πειράματα στη λήψη μεγάλης εμβέλειας μικρά κύματαΉταν ο Άγγλος φυσικός Oliver Heaviside και ο Αμερικανός ηλεκτρολόγος μηχανικός Arthur Kennelly που οδήγησαν τον δρόμο πέρα ​​από τον Ατλαντικό μεταξύ Ευρώπης και Αμερικής. Ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλον, πρότειναν ότι κάπου γύρω από τη Γη υπάρχει ένα ιονισμένο στρώμα της ατμόσφαιρας ικανό να ανακλά τα ραδιοκύματα. Ονομάστηκε στρώμα Heaviside-Kennelly, και στη συνέχεια ιονόσφαιρα.

Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, η ιονόσφαιρα αποτελείται από αρνητικά φορτισμένα ελεύθερα ηλεκτρόνια και θετικά φορτισμένα ιόντα, κυρίως μοριακό οξυγόνο O + και μονοξείδιο του αζώτου NO +. Τα ιόντα και τα ηλεκτρόνια σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της διάστασης των μορίων και του ιονισμού ουδέτερων ατόμων αερίου από τις ηλιακές ακτίνες Χ και την υπεριώδη ακτινοβολία. Για να ιονιστεί ένα άτομο, είναι απαραίτητο να μεταδοθεί ενέργεια ιοντισμού σε αυτό, η κύρια πηγή της οποίας για την ιονόσφαιρα είναι η υπεριώδης, οι ακτίνες Χ και η σωματική ακτινοβολία από τον Ήλιο.

Ενώ το αέριο κέλυφος της Γης φωτίζεται από τον Ήλιο, όλο και περισσότερα ηλεκτρόνια σχηματίζονται συνεχώς σε αυτό, αλλά ταυτόχρονα μερικά από τα ηλεκτρόνια, που συγκρούονται με ιόντα, ανασυνδυάζονται, σχηματίζοντας και πάλι ουδέτερα σωματίδια. Μετά τη δύση του ηλίου, ο σχηματισμός νέων ηλεκτρονίων σχεδόν σταματά και ο αριθμός των ελεύθερων ηλεκτρονίων αρχίζει να μειώνεται. Όσο περισσότερα ελεύθερα ηλεκτρόνια υπάρχουν στην ιονόσφαιρα, τόσο καλύτερα αντανακλώνται τα κύματα υψηλής συχνότητας από αυτήν. Με μείωση της συγκέντρωσης ηλεκτρονίων, η διέλευση ραδιοκυμάτων είναι δυνατή μόνο σε περιοχές χαμηλών συχνοτήτων. Γι' αυτό τη νύχτα, κατά κανόνα, είναι δυνατή η λήψη απομακρυσμένων σταθμών μόνο στις περιοχές των 75, 49, 41 και 31 μ. Τα ηλεκτρόνια κατανέμονται άνισα στην ιονόσφαιρα. Σε υψόμετρα από 50 έως 400 km υπάρχουν πολλά στρώματα ή περιοχές αυξημένης συγκέντρωσης ηλεκτρονίων. Αυτές οι περιοχές μεταβάλλονται ομαλά η μία στην άλλη και έχουν διαφορετικά αποτελέσματα στη διάδοση των ραδιοκυμάτων HF. Το ανώτερο στρώμα της ιονόσφαιρας ορίζεται με το γράμμα φά. Εδώ είναι τα περισσότερα υψηλός βαθμόςιονισμός (το κλάσμα των φορτισμένων σωματιδίων είναι περίπου 10 – 4). Βρίσκεται σε υψόμετρο άνω των 150 km πάνω από την επιφάνεια της Γης και παίζει τον κύριο ανακλαστικό ρόλο στη διάδοση ραδιοκυμάτων υψηλής συχνότητας HF σε μεγάλες αποστάσεις. Τους καλοκαιρινούς μήνες, η περιοχή F χωρίζεται σε δύο στρώματα - φά 1 και φά 2. Το στρώμα F1 μπορεί να καταλάβει ύψη από 200 έως 250 km και στρώση φάΤο 2 φαίνεται να «επιπλέει» στην περιοχή υψομέτρου 300–400 km. Συνήθως στρώση φάΤο 2 ιονίζεται πολύ πιο ισχυρό από το στρώμα φά 1 . Νυχτερινό στρώμα φά 1 εξαφανίζεται και το στρώμα φά 2 παραμένει, χάνοντας αργά έως και το 60% του βαθμού ιοντισμού του. Κάτω από το στρώμα F σε υψόμετρα από 90 έως 150 km υπάρχει ένα στρώμα μιο ιονισμός του οποίου συμβαίνει υπό την επίδραση μαλακής ακτινοβολίας ακτίνων Χ από τον Ήλιο. Ο βαθμός ιοντισμού του στρώματος Ε είναι χαμηλότερος από αυτόν του φά, κατά τη διάρκεια της ημέρας, λαμβάνει χώρα λήψη σταθμών στο εύρος HF χαμηλής συχνότητας των 31 και 25 m όταν αντανακλώνται σήματα από το στρώμα μι. Συνήθως πρόκειται για σταθμούς που βρίσκονται σε απόσταση 1000–1500 km. Τη νύχτα στο στρώμα μιΟ ιονισμός μειώνεται απότομα, αλλά ακόμη και αυτή τη στιγμή συνεχίζει να παίζει σημαντικό ρόλο στη λήψη σημάτων από σταθμούς στα εύρη 41, 49 και 75 m.

Μεγάλο ενδιαφέρον για τη λήψη σημάτων υψηλής συχνότητας εύρους HF 16, 13 και 11 m είναι αυτά που προκύπτουν στην περιοχή μιστρώματα (σύννεφα) εξαιρετικά αυξημένου ιονισμού. Η περιοχή αυτών των νεφών μπορεί να κυμαίνεται από μερικά έως εκατοντάδες τετραγωνικά χιλιόμετρα. Αυτό το στρώμα αυξημένου ιονισμού ονομάζεται σποραδικό στρώμα μικαι ορίζεται Es. Τα σύννεφα Es μπορούν να κινηθούν στην ιονόσφαιρα υπό την επίδραση του ανέμου και να φτάσουν ταχύτητες έως και 250 km/h. Το καλοκαίρι σε μεσαία γεωγραφικά πλάτη κατά τη διάρκεια της ημέρας, η προέλευση των ραδιοκυμάτων λόγω των νεφών Es εμφανίζεται για 15-20 ημέρες το μήνα. Κοντά στον ισημερινό είναι σχεδόν πάντα παρόν και σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη εμφανίζεται συνήθως τη νύχτα. Μερικές φορές, κατά τη διάρκεια ετών χαμηλής ηλιακής δραστηριότητας, όταν δεν υπάρχει μετάδοση στις ζώνες υψηλής συχνότητας HF, εμφανίζονται ξαφνικά μακρινοί σταθμοί στις ζώνες 16, 13 και 11 m με καλή ένταση, τα σήματα των οποίων αντανακλώνται πολλές φορές από το Es.

Η χαμηλότερη περιοχή της ιονόσφαιρας είναι η περιοχή ρεβρίσκεται σε υψόμετρα μεταξύ 50 και 90 χλμ. Υπάρχουν σχετικά λίγα ελεύθερα ηλεκτρόνια εδώ. Από την περιοχή ρεΤα μεγάλα και μεσαία κύματα ανακλώνται καλά και τα σήματα από σταθμούς HF χαμηλής συχνότητας απορροφώνται έντονα. Μετά τη δύση του ηλίου, ο ιονισμός εξαφανίζεται πολύ γρήγορα και καθίσταται δυνατή η λήψη απομακρυσμένων σταθμών στις περιοχές 41, 49 και 75 m, τα σήματα των οποίων αντανακλώνται από τα στρώματα φά 2 και μι. Τα μεμονωμένα στρώματα της ιονόσφαιρας παίζουν σημαντικό ρόλο στη διάδοση των ραδιοσημάτων HF. Η επίδραση στα ραδιοκύματα συμβαίνει κυρίως λόγω της παρουσίας ελεύθερων ηλεκτρονίων στην ιονόσφαιρα, αν και ο μηχανισμός διάδοσης των ραδιοκυμάτων σχετίζεται με την παρουσία μεγάλων ιόντων. Τα τελευταία παρουσιάζουν ενδιαφέρον και κατά τη μελέτη Χημικές ιδιότητεςατμόσφαιρα, καθώς είναι πιο ενεργά από τα ουδέτερα άτομα και μόρια. Οι χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στην ιονόσφαιρα παίζουν σημαντικό ρόλο στην ενεργειακή και ηλεκτρική της ισορροπία.

Κανονική ιονόσφαιρα. Οι παρατηρήσεις που πραγματοποιήθηκαν με χρήση γεωφυσικών πυραύλων και δορυφόρων έχουν προσφέρει μια πληθώρα ΝΕΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑ, υποδεικνύοντας ότι ο ιονισμός της ατμόσφαιρας συμβαίνει υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας ευρέος φάσματος. Το κύριο μέρος του (πάνω από 90%) συγκεντρώνεται στο ορατό τμήμα του φάσματος. Η υπεριώδης ακτινοβολία, η οποία έχει μικρότερο μήκος κύματος και υψηλότερη ενέργεια από τις ιώδεις ακτίνες φωτός, εκπέμπεται από το υδρογόνο στην εσωτερική ατμόσφαιρα του Ήλιου (τη χρωμόσφαιρα) και οι ακτίνες Χ, που έχουν ακόμη μεγαλύτερη ενέργεια, εκπέμπονται από αέρια στο εξωτερικό περίβλημα του Ήλιου (το στέμμα).

Η κανονική (μέση) κατάσταση της ιονόσφαιρας οφείλεται σε συνεχή ισχυρή ακτινοβολία. Τακτικές αλλαγές συμβαίνουν στην κανονική ιονόσφαιρα λόγω της καθημερινής περιστροφής της Γης και εποχιακές διαφορές στη γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων του ήλιου το μεσημέρι, αλλά συμβαίνουν επίσης απρόβλεπτες και απότομες αλλαγές στην κατάσταση της ιονόσφαιρας.

Διαταραχές στην ιονόσφαιρα.

Όπως είναι γνωστό, στον Ήλιο συμβαίνουν ισχυρές κυκλικά επαναλαμβανόμενες εκδηλώσεις δραστηριότητας, οι οποίες φτάνουν στο μέγιστο κάθε 11 χρόνια. Οι παρατηρήσεις στο πλαίσιο του προγράμματος Διεθνούς Γεωφυσικού Έτους (IGY) συνέπεσαν με την περίοδο της υψηλότερης ηλιακής δραστηριότητας για ολόκληρη την περίοδο συστηματικών μετεωρολογικών παρατηρήσεων, δηλ. από τις αρχές του 18ου αιώνα. Σε περιόδους υψηλής δραστηριότητας, η φωτεινότητα ορισμένων περιοχών στον Ήλιο αυξάνεται αρκετές φορές και η δύναμη της υπεριώδους ακτινοβολίας και της ακτινοβολίας ακτίνων Χ αυξάνεται απότομα. Τέτοια φαινόμενα ονομάζονται ηλιακές εκλάμψεις. Διαρκούν από αρκετά λεπτά έως μία έως δύο ώρες. Κατά τη διάρκεια μιας έκλαμψης, εκρήγνυται ηλιακό πλάσμα (κυρίως πρωτόνια και ηλεκτρόνια) και στοιχειώδη σωματίδιαβιαστείτε στο διάστημα. Η ηλεκτρομαγνητική και σωματική ακτινοβολία από τον Ήλιο κατά τη διάρκεια τέτοιων εκλάμψεων έχει ισχυρό αντίκτυπο στην ατμόσφαιρα της Γης.

Η αρχική αντίδραση παρατηρείται 8 λεπτά μετά την έκλαμψη, όταν η έντονη υπεριώδης ακτινοβολία και η ακτινοβολία ακτίνων Χ φτάνει στη Γη. Ως αποτέλεσμα, ο ιονισμός αυξάνεται απότομα. Οι ακτίνες Χ διεισδύουν στην ατμόσφαιρα μέχρι το κατώτερο όριο της ιονόσφαιρας. ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε αυτές τις στιβάδες αυξάνεται τόσο πολύ που τα ραδιοσήματα απορροφώνται σχεδόν πλήρως («σβήνουν»). Η πρόσθετη απορρόφηση της ακτινοβολίας προκαλεί τη θέρμανση του αερίου, γεγονός που συμβάλλει στην ανάπτυξη των ανέμων. Το ιονισμένο αέριο είναι ένας ηλεκτρικός αγωγός και όταν κινείται στο μαγνητικό πεδίο της Γης, εμφανίζεται ένα φαινόμενο δυναμό και ηλεκτρική ενέργεια. Τέτοια ρεύματα μπορούν, με τη σειρά τους, να προκαλέσουν αισθητές διαταραχές στο μαγνητικό πεδίο και να εκδηλωθούν με τη μορφή μαγνητικών καταιγίδων.

Η δομή και η δυναμική της ανώτερης ατμόσφαιρας καθορίζονται σημαντικά από διαδικασίες μη ισορροπίας με τη θερμοδυναμική έννοια που σχετίζονται με ιονισμό και διάσταση από την ηλιακή ακτινοβολία, χημικές διεργασίες, διέγερση μορίων και ατόμων, απενεργοποίησή τους, συγκρούσεις και άλλες στοιχειώδεις διεργασίες. Σε αυτή την περίπτωση, ο βαθμός μη ισορροπίας αυξάνεται με το ύψος καθώς μειώνεται η πυκνότητα. Μέχρι υψόμετρα 500–1000 km, και συχνά υψηλότερα, ο βαθμός μη ισορροπίας για πολλά χαρακτηριστικά της ανώτερης ατμόσφαιρας είναι αρκετά μικρός, γεγονός που καθιστά δυνατή τη χρήση κλασικής και υδρομαγνητικής υδροδυναμικής, λαμβάνοντας υπόψη τις χημικές αντιδράσεις, για την περιγραφή του.

Η εξώσφαιρα είναι το εξωτερικό στρώμα της ατμόσφαιρας της Γης, που ξεκινά από υψόμετρα αρκετών εκατοντάδων χιλιομέτρων, από το οποίο ελαφρά, ταχέως κινούμενα άτομα υδρογόνου μπορούν να διαφύγουν στο διάστημα.

Έντουαρντ Κονόνοβιτς

Βιβλιογραφία:

Pudovkin M.I. Βασικές αρχές Ηλιακής Φυσικής. Αγία Πετρούπολη, 2001
Έρις Τσάισον, Στιβ ΜακΜίλαν Η αστρονομία σήμερα. Prentice-Hall, Inc. Upper Saddle River, 2002
Υλικό στο Διαδίκτυο: http://ciencia.nasa.gov/



Τροποσφαίρα

Το ανώτερο όριο του είναι σε υψόμετρο 8-10 km σε πολικά, 10-12 km σε εύκρατα και 16-18 km σε τροπικά γεωγραφικά πλάτη. χαμηλότερο το χειμώνα από το καλοκαίρι. Το κατώτερο, κύριο στρώμα της ατμόσφαιρας περιέχει περισσότερο από το 80% της συνολικής μάζας του ατμοσφαιρικού αέρα και περίπου το 90% των συνολικών υδρατμών που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα. Οι αναταράξεις και η μεταφορά είναι πολύ ανεπτυγμένες στην τροπόσφαιρα, δημιουργούνται σύννεφα και αναπτύσσονται κυκλώνες και αντικυκλώνες. Η θερμοκρασία μειώνεται με την αύξηση του υψομέτρου με μέση κατακόρυφη κλίση 0,65°/100 m

Τροπόπαυση

Το στρώμα μετάβασης από την τροπόσφαιρα στη στρατόσφαιρα, ένα στρώμα της ατμόσφαιρας στο οποίο σταματά η μείωση της θερμοκρασίας με το ύψος.

Στρατόσφαιρα

Ένα στρώμα της ατμόσφαιρας που βρίσκεται σε υψόμετρο από 11 έως 50 km. Χαρακτηρίζεται από μια ελαφρά μεταβολή της θερμοκρασίας στο στρώμα 11-25 km (κατώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας) και μια αύξηση της θερμοκρασίας στο στρώμα 25-40 km από -56,5 σε 0,8 ° C (ανώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας ή της περιοχής αναστροφής) . Έχοντας φτάσει σε μια τιμή περίπου 273 K (σχεδόν 0 °C) σε υψόμετρο περίπου 40 km, η θερμοκρασία παραμένει σταθερή μέχρι υψόμετρο περίπου 55 km. Αυτή η περιοχή σταθερής θερμοκρασίας ονομάζεται στρατόπαυση και είναι το όριο μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας.

Στρατόπαυση

Το οριακό στρώμα της ατμόσφαιρας μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας. Στην κατακόρυφη κατανομή θερμοκρασίας υπάρχει μέγιστη (περίπου 0 °C).

Μεσόσφαιρα

Η μεσόσφαιρα ξεκινά από υψόμετρο 50 km και εκτείνεται σε 80-90 km. Η θερμοκρασία μειώνεται με το ύψος με μέση κατακόρυφη κλίση (0,25-0,3)°/100 m. Η κύρια ενεργειακή διαδικασία είναι η μεταφορά θερμότητας με ακτινοβολία. Πολύπλοκες φωτοχημικές διεργασίες που περιλαμβάνουν ελεύθερες ρίζες, μόρια διεγερμένα από δονήσεις κ.λπ. προκαλούν ατμοσφαιρική φωταύγεια.

Μεσόπαυση

Μεταβατικό στρώμα μεταξύ της μεσόσφαιρας και της θερμόσφαιρας. Υπάρχει ένα ελάχιστο στην κατακόρυφη κατανομή θερμοκρασίας (περίπου -90 °C).

Γραμμή Karman

Το ύψος πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, που είναι συμβατικά αποδεκτό ως το όριο μεταξύ της ατμόσφαιρας της Γης και του διαστήματος. Η γραμμή Karman βρίσκεται σε υψόμετρο 100 km πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας.

Όριο της ατμόσφαιρας της Γης

Θερμόσφαιρα

Το ανώτατο όριο είναι περίπου 800 χλμ. Η θερμοκρασία ανεβαίνει σε υψόμετρα 200-300 km, όπου φτάνει σε τιμές της τάξης των 1500 K, μετά την οποία παραμένει σχεδόν σταθερή σε μεγάλα υψόμετρα. Υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας υπεριώδους και ακτίνων Χ και της κοσμικής ακτινοβολίας, εμφανίζεται ο ιονισμός του αέρα ("αύροι") - οι κύριες περιοχές της ιονόσφαιρας βρίσκονται μέσα στη θερμόσφαιρα. Σε υψόμετρα άνω των 300 χλμ. κυριαρχεί το ατομικό οξυγόνο. Το ανώτερο όριο της θερμόσφαιρας καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την τρέχουσα δραστηριότητα του Ήλιου. Σε περιόδους χαμηλής δραστηριότητας, εμφανίζεται μια αξιοσημείωτη μείωση στο μέγεθος αυτού του στρώματος.

Θερμόπαυση

Η περιοχή της ατμόσφαιρας δίπλα στη θερμόσφαιρα. Σε αυτή την περιοχή, η απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι αμελητέα και η θερμοκρασία στην πραγματικότητα δεν αλλάζει με το υψόμετρο.

Εξώσφαιρα (σφαίρα σκέδασης)

Ατμοσφαιρικά στρώματα έως υψόμετρο 120 km

Η εξώσφαιρα είναι μια ζώνη διασποράς, το εξωτερικό τμήμα της θερμόσφαιρας, που βρίσκεται πάνω από 700 km. Το αέριο στην εξώσφαιρα είναι πολύ σπάνιο και από εδώ τα σωματίδια του διαρρέουν στον διαπλανητικό χώρο (διασκορπισμός).

Σε υψόμετρο 100 km, η ατμόσφαιρα είναι ένα ομοιογενές, καλά αναμεμειγμένο μείγμα αερίων. Στα υψηλότερα στρώματα, η κατανομή των αερίων κατά ύψος εξαρτάται από τα μοριακά τους βάρη· η συγκέντρωση των βαρύτερων αερίων μειώνεται ταχύτερα με την απόσταση από την επιφάνεια της Γης. Λόγω της μείωσης της πυκνότητας του αερίου, η θερμοκρασία πέφτει από 0 °C στη στρατόσφαιρα σε -110 °C στη μεσόσφαιρα. Ωστόσο, η κινητική ενέργεια των μεμονωμένων σωματιδίων σε υψόμετρα 200-250 km αντιστοιχεί σε θερμοκρασία ~150 °C. Πάνω από τα 200 km παρατηρούνται σημαντικές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία και την πυκνότητα των αερίων σε χρόνο και χώρο.

Σε υψόμετρο περίπου 2000-3500 km, η εξώσφαιρα μετατρέπεται σταδιακά στο λεγόμενο κενό κοντά στο διάστημα, το οποίο είναι γεμάτο με εξαιρετικά σπάνια σωματίδια διαπλανητικού αερίου, κυρίως άτομα υδρογόνου. Αλλά αυτό το αέριο αντιπροσωπεύει μόνο ένα μέρος της διαπλανητικής ύλης. Το άλλο μέρος αποτελείται από σωματίδια σκόνης κομητικής και μετεωρικής προέλευσης. Εκτός από τα εξαιρετικά σπάνια σωματίδια σκόνης, ηλεκτρομαγνητική και σωματική ακτινοβολία ηλιακής και γαλαξιακής προέλευσης διεισδύει σε αυτόν τον χώρο.

Η τροπόσφαιρα αντιπροσωπεύει περίπου το 80% της μάζας της ατμόσφαιρας, η στρατόσφαιρα - περίπου το 20%. η μάζα της μεσόσφαιρας δεν είναι μεγαλύτερη από 0,3%, η θερμόσφαιρα είναι μικρότερη από το 0,05% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας. Με βάση τις ηλεκτρικές ιδιότητες της ατμόσφαιρας, διακρίνονται η νετρονόσφαιρα και η ιονόσφαιρα. Αυτή τη στιγμή πιστεύεται ότι η ατμόσφαιρα εκτείνεται σε υψόμετρο 2000-3000 km.

Ανάλογα με τη σύσταση του αερίου στην ατμόσφαιρα, διακρίνονται η ομοιόσφαιρα και η ετεροσφαιρία. Η ετεροσφαιρία είναι μια περιοχή όπου η βαρύτητα επηρεάζει τον διαχωρισμό των αερίων, αφού η ανάμειξή τους σε τέτοιο ύψος είναι αμελητέα. Αυτό συνεπάγεται μια μεταβλητή σύνθεση της ετεροσφαιρίας. Κάτω από αυτό βρίσκεται ένα καλά αναμεμειγμένο, ομοιογενές τμήμα της ατμόσφαιρας που ονομάζεται ομοσφαίρα. Το όριο μεταξύ αυτών των στρωμάτων ονομάζεται turbopause· βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 120 km.