Кислородна катастрофа. Како се формирала кислородната атмосфера на земјата Историја на проучувањето на јоносферата

Акумулација на O 2 во атмосферата на Земјата:
1 . (пред 3,85-2,45 милијарди години) - О 2 не е произведен
2 . (пред 2,45-1,85 милијарди години) О 2 беше произведен, но апсорбиран од океаните и карпите на морското дно
3 . (пред 1,85-0,85 милијарди години) О 2 го напушта океанот, но се троши за време на оксидацијата на карпите на копно и за време на формирањето на озонската обвивка
4 . (пред 0,85-0,54 милијарди години) сите карпи на копно се оксидираат, започнува акумулацијата на О 2 во атмосферата
5 . (пред 0,54 милијарди години - сегашен) модерен период, содржината на О 2 во атмосферата е стабилизирана

Кислород катастрофа(кислородна револуција) - глобална промена во составот на атмосферата на Земјата што се случила на самиот почеток на протерозоикот, пред околу 2,4 милијарди години (период на Сидерија). Резултатот од катастрофата со кислородот беше појавата на слободен кислород во атмосферата и промената на општиот карактер на атмосферата од редуцирачки во оксидирачки. Претпоставката за кислородна катастрофа беше направена врз основа на студија за остра промена во природата на седиментацијата.

Примарен состав на атмосферата

Точниот состав на примарната атмосфера на Земјата моментално е непознат, но општо прифатено е дека таа настанала како резултат на дегасирање на обвивката и имала редуцирачка природа. Се базираше на јаглерод диоксид, водород сулфид, амонијак и метан. Ова е поддржано од:

неоксидирани седименти јасно формирани на површината (на пример, речни камчиња од пирит кој е нестабилен за кислород);
отсуство на познати значајни извори на кислород и други оксидирачки агенси;
проучување на потенцијалните извори на примарната атмосфера (вулкански гасови, состав на други небесни тела).

Причини за катастрофата на кислородот

Единствениот значаен извор на молекуларен кислород е биосферата, или поточно фотосинтетичките организми. Откако се појавија на самиот почеток на постоењето на биосферата, фотосинтетичките архебактерии произведоа кислород, кој скоро веднаш беше потрошен за оксидација на карпите, растворените соединенија и атмосферските гасови. Висока концентрација беше создадена само локално, во бактериски душеци (т.н. „кислородни џебови“). Откако површинските карпи и гасови од атмосферата станаа оксидирани, кислородот почна да се акумулира во атмосферата во слободна форма.

Еден од веројатните фактори кои влијаат на промената на микробните заедници беше промената во хемискиот состав на океанот предизвикана од изумирањето на вулканската активност.

Последици од катастрофата со кислород

Биосфера

Бидејќи огромното мнозинство на организми од тоа време беа анаеробни, неспособни да постојат при значителни концентрации на кислород, се случи глобална промена во заедниците: анаеробните заедници беа заменети со аеробни, претходно ограничени само на „кислородни џебови“; анаеробните заедници, напротив, беа турнати во „анаеробни џебови“ (фигуративно кажано, „биосферата се претвори внатре кон надвор“). Последователно, присуството на молекуларен кислород во атмосферата доведе до формирање на озонски екран, кој значително ги прошири границите на биосферата и доведе до ширење на енергетски поповолно (во споредба со анаеробното) кислородно дишење.

Литосфера

Како резултат на катастрофата со кислород, практично сите метаморфни и седиментни карпи кои го сочинуваат најголемиот дел од Земјината кора се оксидираат.

Формирање на атмосфера. Денес, атмосферата на Земјата е мешавина од гасови - 78% азот, 21% кислород и мали количини на други гасови, како што е јаглерод диоксид. Но, кога планетата првпат се појави, немаше кислород во атмосферата - таа се состоеше од гасови кои првично постоеле во сончев систем.

Земјата настанала кога малите карпести тела направени од прашина и гас од сончевата маглина, познати како планетоиди, се судриле едни со други и постепено добивале облик на планета. Како што растеше, гасовите содржани во планетоидите избувнаа и ја обвинија земјината топка. По некое време, првите растенија почнаа да ослободуваат кислород, а исконската атмосфера се разви во сегашната густа воздушна обвивка.

Потекло на атмосферата

Дожд од мали планетоиди падна на зародиш Земјата пред 4,6 милијарди години. Гасовите од сончевата маглина заробени во внатрешноста на планетата избувнаа за време на судирот и ја формираа примитивната атмосфера на Земјата, составена од азот, јаглерод диоксид и водена пареа.
Топлината ослободена за време на формирањето на планетата ја задржува слој густи облаци во исконската атмосфера. „Гасовите на стаклена градина“ како јаглерод диоксид и водена пареа го спречуваат зрачењето на топлина во вселената. Површината на Земјата е преплавена со зовриено море од стопена магма.
Кога планетоидните судири станаа поретки, Земјата почна да се лади и се појавија океани. Водената пареа се кондензира од густите облаци, а дождот, кој трае неколку еони, постепено ги поплавува низините. Така се појавуваат првите мориња.
Воздухот се прочистува додека водената пареа се кондензира и формира океани. Со текот на времето, јаглерод диоксидот се раствора во нив, а во атмосферата сега доминира азот. Поради недостаток на кислород, заштитни озонски слој, а ултравиолетовите зраци на сонцето непречено стигнуваат до површината на земјата.
Животот се појавува во древните океани во првите милијарда години. Наједноставните сино-зелени алги се заштитени од ултравиолетово зрачење со морска вода. Тие користат сончева светлина и јаглерод диоксид за производство на енергија, ослободувајќи кислород како нуспроизвод, кој постепено почнува да се акумулира во атмосферата.
Милијарди години подоцна, се формира атмосфера богата со кислород. Фотохемиските реакции во горната атмосфера создаваат тенок слој на озон кој ја расфрла штетната ултравиолетова светлина. Животот сега може да се појави од океаните на копно, каде што еволуцијата произведува многу сложени организми.

Пред милијарди години, дебел слој на примитивни алги почна да ослободува кислород во атмосферата. Тие преживеаја до денесво форма на фосили наречени строматолити.

Вулканско потекло

1. Античка, безвоздушна Земја. 2. Ерупција на гасови.

Според оваа теорија, вулканите активно еруптирале на површината на младата планета Земја. Раната атмосфера најверојатно се формирала кога гасовите заробени во силиконската обвивка на планетата избегале низ вулканите.

Според најчестата теорија, атмосферата
Земјата со текот на времето била во три различни состави.
Првично се состоеше од лесни гасови (водород и
хелиум) фатен од меѓупланетарниот простор. Ова е вистина
наречена примарна атмосфера (околу четири милијарди
Пред години).

Во следната фаза, активна вулканска активност
доведе до заситеност на атмосферата со други гасови, освен
водород (јаглерод диоксид, амонијак, водена пареа). Значи
се формира секундарна атмосфера (околу три милијарди
години до денес). Оваа атмосфера беше ресторативна.
Потоа, процесот на формирање на атмосферата беше одреден на следниов начин:
фактори:
- истекување на лесни гасови (водород и хелиум) во меѓупланетарната
простор;
- хемиски реакции кои се случуваат во атмосферата под влијание на
ублажување на ултравиолетово зрачење, молњски празнења и
некои други фактори.
Постепено, овие фактори доведоа до формирање на терцијарно
атмосфера, се карактеризира со многу помала содржина
притисок на водород и многу поголем - азот и јаглерод диоксид
гас (формиран како резултат на хемиски реакции од амонијак
и јаглеводороди).
Составот на атмосферата почна радикално да се менува со доаѓањето на
Ние јадеме живи организми на Земјата како резултат на фотосинтезата, ко-
придружено со ослободување на кислород и апсорпција на јаглерод
гас хлорид.
првично се трошеше кислород
за оксидација на редуцирани соединенија - амонијак, јаглерод
водород, црна форма на железо што се наоѓа во океаните
итн. На крајот од оваа фаза, содржината на кислород
почна да расте во атмосферата. Постепено модерното
ладна атмосфера со оксидирачки својства.
Затоа што предизвика големи и драстични промени
многу процеси кои се случуваат во атмосферата, литосферата и
биосфера, овој настан беше наречен катализатор на кислород
строфа.
Во моментов, атмосферата на Земјата се состои главно од
гасови и разни нечистотии (прашина, капки вода, кристали
мраз, морски соли, производи за согорување). Концентрација на гас,
компоненти на атмосферата е практично константна, со исклучок на
концентрацијата на вода (H 2 O) и јаглерод диоксид (CO 2).

Извор: class.rambler.ru

Следствено, формирањето на модерната (кислород) атмосфера на Земјата е незамисливо без живи системи, т.е. присуството на кислород е последица на развојот на биосферата. Брилијантната визија на В.И. Вернадски за улогата на биосферата што го трансформира лицето на Земјата се повеќе се потврдува. Сепак, патот на потеклото на животот сè уште ни е нејасен. Вернадски рече: „Илјадници генерации сме соочени со загатка што е нерешена, но фундаментално решлива - загатката на животот“.

Биолозите веруваат дека спонтано појавување на живот е можно само во редуцирачка средина, меѓутоа, според идеите на еден од нив, М. Рутен, содржината на кислород во гасната мешавина до 0,02% сè уште не го попречува појавувањето на абиогени синтези. Така, геохемичарите и биолозите имаат различни концепти за редуцирање и оксидирање на атмосферите. Атмосферата која содржи траги од кислород да ја наречеме неутрална, во која би можеле да се појават првите протеински акумулации, кои во принцип би можеле да користат (асимилираат) абиогени амино киселини за нивната исхрана, можеби поради некоја причина само изомери.

Меѓутоа, прашањето не е како јаделе овие аминохетеротрофи (организми кои користат амино киселини како храна), туку како може да се формира самоорганизираната материја, чија еволуција има негативна ентропија. Вториот, сепак, не е толку редок во Универзумот. Зарем формирањето на Сончевиот систем и нашата Земја, особено, не оди против протокот на ентропија? Талес од Мица напишал во својот трактат: „Водата е основната причина за сите нешта“. Навистина, прво мораше да се формира хидросферата за да стане лулка на животот. Вернадски и други големи научници од нашето време зборуваа многу за ова.

На В.И. Вернадски не му беше сосема јасно зошто живата материја е претставена само со леворачни изомери на органски молекули и зошто при секоја неорганска синтеза добиваме приближно еднаква мешавина на левораки и десни изомери. И дури и ако добиеме збогатување (на пример, во поларизирана светлина) со одредени техники, не можеме да ги изолираме во нивната чиста форма.

Како може доста сложено органски соединенијатип на протеини, протеини, нуклеински киселинии други комплекси на организирани елементи кои се состојат само од леворачни изомери?

Извор: pochemuha.ru

Основни својства на атмосферата на Земјата

Атмосферата е нашата заштитна купола од секакви закани од вселената. Ги согорува повеќето метеорити кои паѓаат на планетата, а озонската обвивка служи како филтер против ултравиолетовото зрачење од Сонцето, чија енергија е фатална за живите суштества. Покрај тоа, атмосферата е таа што одржува удобна температура на површината на Земјата - ако не беше ефектот на стаклена градина, постигнат преку повторено рефлексија на сончевите зраци од облаците, Земјата во просек би била 20-30 степени поладна. Циркулацијата на водата во атмосферата и движењето на воздушните маси не само што ги балансираат температурата и влажноста, туку и создаваат разновидност на земјината површина на пејзажни форми и минерали - такво богатство не може да се најде никаде на друго место во Сончевиот систем.

Масата на атмосферата е 5,2×10 18 килограми. Иако гасовитите школки се протегаат на многу илјадници километри од Земјата, само оние што ротираат околу оската со брзина еднаква на брзината на ротација на планетата се сметаат за нејзина атмосфера. Така, висината на атмосферата на Земјата е околу 1000 километри, непречено преминувајќи во вселената во горниот слој, егзосферата (од грчката „надворешна сфера“).

Состав на атмосферата на Земјата. Историја на развој

Иако воздухот изгледа хомогено, тој е мешавина од разни гасови. Ако ги земеме само оние што зафаќаат најмалку една илјадити дел од волуменот на атмосферата, веќе ќе има 12. Ако ја погледнеме целокупната слика, тогаш целиот периодичен систем е во воздухот во исто време!

Сепак, Земјата не успеа веднаш да постигне таква разновидност. Само поради уникатни случајности хемиски елементии присуството на живот, атмосферата на Земјата стана толку сложена. Нашата планета има зачувано геолошки траги од овие процеси, што ни овозможува да погледнеме наназад милијарди години:

Првите гасови што ја прекриле младата Земја пред 4,3 милијарди години биле водородот и хелиумот, основните состојки на атмосферата на гасните џинови како Јупитер.
за најелементарните материи - се состоеле од остатоците од маглината која го родила Сонцето и околните планети, а изобилно се населувале околу гравитационите центри-планети. Нивната концентрација не беше многу висока, но мала атомска масаим овозможи да избегаат во вселената, што и денес го прават. Денес, нивната вкупна специфична тежина е 0,00052% од вкупната маса на Земјината атмосфера (0,00002% водород и 0,0005% хелиум), што е многу мало.
Меѓутоа, внатре во самата Земја лежеле многу материи кои се обидувале да избегаат од жешките црева. Од вулканите биле ослободени огромно количество гасови - првенствено амонијак, метан и јаглерод диоксид, како и сулфур. Амонијакот и метанот последователно се распаднаа во азот, кој сега го зазема лавовскиот дел од масата на атмосферата на Земјата - 78%.

Но, вистинската револуција во составот на атмосферата на Земјата се случи со доаѓањето на кислородот. Се појави и природно - жешката обвивка на младата планета активно се ослободуваше од гасовите заробени под земјината кора. Покрај тоа, водената пареа испуштена од вулканите беше поделена на водород и кислород под влијание на сончевото ултравиолетово зрачење.

Сепак, таков кислород не можеше долго да се задржува во атмосферата. Тој реагираше со јаглерод моноксид, слободно железо, сулфур и многу други елементи на површината на планетата - а високите температури и сончевото зрачење ги катализираа хемиските процеси. Оваа ситуација се промени само со појавата на живи организми.

Прво, тие почнаа да ослободуваат толку многу кислород што не само што ги оксидираше сите супстанции на површината, туку и почна да се акумулира - во текот на неколку милијарди години, неговата количина порасна од нула на 21% од вкупната маса на атмосферата.
Второ, живите организми активно користеле атмосферски јаглерод за да изградат свои скелети. Како резултат на нивните активности, земјината кора беше надополнета со цели геолошки слоеви на органски материјали и фосили, а јаглерод диоксидот стана многу помалку

И конечно, вишокот кислород ја формираше озонската обвивка, која почна да ги штити живите организми од ултравиолетово зрачење. Животот почна поактивно да се развива и да стекнува нови, повеќе сложени форми- меѓу бактериите и алгите почнаа да се појавуваат високо организирани суштества. Денес, озонот зафаќа само 0,00001% од вкупната маса на Земјата.

Веројатно веќе знаете дека сината боја на небото на Земјата ја создава и кислородот - од целиот спектар на виножитото на Сонцето, најдобро ги расфрла кратките бранови на светлина одговорни за сината боја. Истиот ефект делува и во вселената - од далечина се чини дека Земјата е обвиткана во сина магла, а од далечина целосно се претвора во сина точка.

Покрај тоа, благородните гасови се присутни во значителни количини во атмосферата. Меѓу нив најмногу е аргонот, чие учество во атмосферата е 0,9–1%. Нејзиниот извор се нуклеарните процеси во длабочините на Земјата, а до површината стигнува преку микропукнатини во литосферски плочи и вулкански ерупции (вака се појавува хелиумот во атмосферата). Поради нивните физички карактеристики, благородните гасови се издигнуваат до горните слоеви на атмосферата, каде што бегаат во вселената.

Како што можеме да видиме, составот на атмосферата на Земјата се променил повеќе од еднаш, и тоа многу силно - но за тоа биле потребни милиони години. Од друга страна, виталните феномени се многу стабилни - озонската обвивка ќе постои и ќе функционира дури и ако на Земјата има 100 пати помалку кислород. Наспроти позадината на општата историја на планетата, човековата активност не остави сериозни траги. Сепак, на локално ниво, цивилизацијата е способна да создава проблеми - барем за себе. Загадувачите на воздухот веќе го направија животот опасен за жителите на Пекинг, Кина - а огромните облаци од валкана магла над големите градови се видливи дури и од вселената.

Атмосферска структура

Сепак, егзосферата не е единствениот посебен слој на нашата атмосфера. Ги има многу, а секој од нив има свое уникатни карактеристики. Ајде да погледнеме неколку основни:

Тропосфера

Најнискиот и најгустиот слој на атмосферата се нарекува тропосфера. Читателот на статијата сега е токму во неговиот „долен“ дел - освен ако, се разбира, тој не е еден од 500-те илјади луѓе што летаат во авион во моментов. Горната граница на тропосферата зависи од географската ширина (запомнете центрифугална силаротација на Земјата, поради што планетата е поширока на екваторот?) и се движи од 7 километри на половите до 20 километри на екваторот. Исто така, големината на тропосферата зависи од сезоната - колку е потопол воздухот, толку повисоко се зголемува горната граница.

Името „тропосфера“ доаѓа од старогрчкиот збор „тропос“, што се преведува како „сврт, промена“. Ова сосема точно ги одразува својствата на атмосферскиот слој - тој е најдинамичен и најпродуктивен. Во тропосферата се собираат облаци и циркулира вода, се создаваат циклони и антициклони и се создаваат ветрови - се случуваат сите оние процеси што ги нарекуваме „време“ и „клима“. Покрај тоа, ова е најмасивниот и најгустиот слој - сочинува 80% од масата на атмосферата и речиси целата содржина на вода. Повеќето живи организми живеат овде.

Сите знаат дека колку повисоко се оди, толку станува постудено. Ова е точно - на секои 100 метри нагоре, температурата на воздухот паѓа за 0,5-0,7 степени. Сепак, принципот функционира само во тропосферата - тогаш температурата почнува да расте со зголемување на надморската височина. Зоната помеѓу тропосферата и стратосферата каде температурата останува константна се нарекува тропопауза. И со висина, ветерот се забрзува - за 2–3 km/s на километар нагоре. Затоа, пара- и едрилиците претпочитаат издигнати висорамнини и планини за летови - тие секогаш ќе можат да „фатат бран“ таму.

Веќе споменатото воздушно дно, каде што атмосферата е во контакт со литосферата, се нарекува површински граничен слој. Неговата улога во атмосферската циркулација е неверојатно голема - преносот на топлина и зрачење од површината создава ветрови и разлики во притисокот, а планините и другите неправилности на теренот ги насочуваат и раздвојуваат. Размената на вода се случува веднаш - во рок од 8-12 дена, целата вода земена од океаните и површината се враќа назад, претворајќи ја тропосферата во еден вид филтер за вода.

Интересен факт е дека важен процес во животот на растенијата, транспирацијата, се заснова на размена на вода со атмосферата. Со негова помош, флората на планетата активно влијае на климата - на пример, големите зелени површини ги омекнуваат временските и температурните промени. Растенијата во областите заситени со вода испаруваат 99% од водата земена од почвата. На пример, хектар пченица испушта 2-3 илјади тони вода во атмосферата во текот на летото - тоа е значително повеќе отколку што би можела да ослободи безживотна почва.

Нормалниот притисок на површината на Земјата е околу 1000 милибари. Стандардот се смета за притисок од 1013 mbar, што е една „атмосфера“ - веројатно веќе сте ја сретнале оваа мерна единица. Со зголемување на надморската височина, притисокот брзо опаѓа: на границите на тропосферата (на надморска височина од 12 километри) веќе е 200 mBar, а на надморска височина од 45 километри целосно паѓа на 1 mBar. Затоа, не е чудно што во заситената тропосфера се собира 80% од целата маса на атмосферата на Земјата.

Стратосфера

Слојот на атмосферата кој се наоѓа помеѓу 8 km надморска височина (на полот) и 50 km (на екваторот) се нарекува стратосфера. Името доаѓа од другиот грчки збор „стратос“, што значи „под, слој“. Ова е исклучително ретка зона на атмосферата на Земјата, во која речиси и да нема водена пареа. Воздушниот притисок во долниот дел на стратосферата е 10 пати помал од површинскиот, а во горниот дел е 100 пати помал.

Во нашиот разговор за тропосферата веќе дознавме дека температурата во неа се намалува во зависност од надморската височина. Во стратосферата, сè се случува токму спротивното - со зголемување на надморската височина, температурата се зголемува од -56 ° C на 0-1 ° C. Греењето престанува во стратопаузата, границата помеѓу стратосферата и мезосферата.

Животот и човекот во стратосферата

Патнички авиони и суперсонични авиони обично летаат во долните слоеви на стратосферата - ова не само што ги штити од нестабилноста на протокот на воздух во тропосферата, туку и го поедноставува нивното движење поради малата аеродинамична отпорност. А ниските температури и редок воздух овозможуваат оптимизирање на потрошувачката на гориво, што е особено важно за летови на долги растојанија.

Сепак, постои техничка височина за авион - протокот на воздух, кој е толку мал во стратосферата, е неопходен за работа на млазни мотори. Според тоа, за да се постигне потребниот воздушен притисок во турбината, авионот треба да се движи побрзо од брзината на звукот. Затоа, само борбени возила и суперсонични авиони како Конкорд може да се движат високо во стратосферата (на височина од 18-30 километри). Значи, главните „жители“ на стратосферата се временски сонди прикачени на балони - таму тие можат да останат долго време, собирајќи информации за динамиката на основната тропосфера.

Читателот веројатно веќе знае дека микроорганизмите - таканаречениот аеропланктон - се наоѓаат во атмосферата до озонската обвивка. Сепак, не само бактериите можат да преживеат во стратосферата. Така, еден ден африкански мршојадец, посебен вид мршојадец, влегол во моторот на авион на височина од 11,5 илјади метри. И некои патки мирно летаат над Еверест за време на нивните миграции.

Но, најголемото суштество кое било во стратосферата останува човекот. Актуелниот рекорд во висина го постави Алан Јустас, потпретседател на Google. На денот на скокот имал 57 години! Во специјален балон тој се искачи на височина од 41 километар надморска височина, а потоа скокна со падобран. Брзината што ја постигна на врвот на падот беше 1342 km/h – повеќе од брзината на звукот! Во исто време, Еустас стана првиот човек кој самостојно го надмина прагот на брзината на звукот (не сметајќи ги вселенските костими за одржување во живот и падобрани за слетување во целост).

Интересен факт е дека за да се откачи од балонот, на Еустас му била потребна експлозивна направа - како онаа што ја користат вселенските ракети кога се одвојуваат фази.

Озонски слој

А на границата меѓу стратосферата и мезосферата се наоѓа познатата озонска обвивка. Ја штити површината на Земјата од влијанието на ултравиолетовите зраци, а во исто време служи и како горна граница на ширење на животот на планетата - над неа температурата, притисокот и космичкото зрачење брзо ќе стават крај дури и на најупорните бактерија.

Од каде потекнува овој штит? Одговорот е неверојатен - го создале живи организми, поточно кислород, кој од памтивек го испуштале разни бактерии, алги и растенија. Издигнувајќи се високо во атмосферата, кислородот доаѓа во контакт со ултравиолетовото зрачење и влегува во фотохемиска реакција. Како резултат на тоа, обичниот кислород што го дишеме, О 2, произведува озон - О 3.

Парадоксално, озонот создаден од зрачењето на Сонцето не штити од истото зрачење! Озонот исто така не се рефлектира, туку апсорбира ултравиолетово зрачење - со тоа ја загрева атмосферата околу него.

Мезосфера

Веќе споменавме дека над стратосферата - поточно, над стратопаузата, граничниот слој на стабилна температура - се наоѓа мезосферата. Овој релативно мал слој се наоѓа помеѓу 40-45 и 90 километри на надморска височина и е најстуденото место на нашата планета - во мезопаузата, горниот слој на мезосферата, воздухот се лади до -143°C.

Мезосферата е најмалку проучен дел од атмосферата на Земјата. Екстремно нискиот притисок на гасот, кој е од илјада до десет илјади пати помал од површинскиот притисок, го ограничува движењето балони- нивната кревачка сила достигнува нула, а тие едноставно висат на место. Истото се случува и со млазните авиони - аеродинамиката на крилото и телото на авионот го губи своето значење. Затоа, или ракети или авиони со ракетни мотори - ракетни авиони - можат да летаат во мезосферата. Тука спаѓа и ракетниот авион X-15, кој ја држи позицијата на најбрз авион во светот: достигна височина од 108 километри и брзина од 7200 km/h – 6,72 пати поголема од брзината на звукот.

Сепак, рекордниот лет на Х-15 беше само 15 минути. Ова го симболизира општиот проблем на возилата кои се движат во мезосферата - тие се пребрзи за да спроведат какво било темелно истражување и не се задржуваат долго на одредена височина, летаат повисоко или паѓаат. Исто така, мезосферата не може да се истражи со помош на сателити или суборбитални сонди - иако притисокот во овој слој од атмосферата е низок, тој го забавува (а понекогаш и согорува) вселенските летала. Поради овие тешкотии, научниците често ја нарекуваат мезосферата „игноросфера“ (од англискиот „игноросфера“, каде што „незнаење“ е незнаење, недостаток на знаење).

Исто така, во мезосферата согоруваат повеќето метеори кои паѓаат на Земјата - таму избива метеорскиот дожд Персеиди, познат како „августуски метеорски дожд“. Светлосниот ефект се јавува кога космичко тело влегува во атмосферата на Земјата под остар аголсо брзина поголема од 11 km/h - метеоритот светнува поради силата на триење.

Откако ја изгубија својата маса во мезосферата, остатоците од „вонземјаните“ се населуваат на Земјата во форма на космичка прашина - секој ден од 100 до 10 илјади тони метеоритска материја паѓаат на планетата. Бидејќи поединечните зрна прашина се многу лесни, им треба до еден месец да стигнат до површината на Земјата! Влегувајќи во облаците, тие ги отежнуваат, па дури и понекогаш предизвикуваат дожд - исто како и вулканската пепел или честичките од нуклеарни експлозии. Сепак, влијанието на космичката прашина врз формирањето на дождот се смета за мало - ниту 10 илјади тони не се доволни за сериозно да се промени природната циркулација на атмосферата на Земјата.

Термосфера

Над мезосферата, на надморска височина од 100 километри, минува линијата Карман - конвенционалната граница меѓу Земјата и вселената. Иако таму има гасови кои ротираат со Земјата и технички влегуваат во атмосферата, нивната количина над линијата Карман е невидливо мала. Затоа, секој лет што оди подалеку од надморска височина од 100 километри веќе се смета за вселена.

Долната граница на најдолгиот слој на атмосферата, термосферата, се совпаѓа со линијата Карман. Се издига на надморска височина од 800 километри и се карактеризира со екстремно високи температури - на надморска височина од 400 километри достигнува максимални 1800°C!

Топло е, нели? На температура од 1538°C, железото почнува да се топи - тогаш како вселенските летала остануваат недопрени во термосферата? Се работи за екстремно ниската концентрација на гасови во горната атмосфера - притисокот во средината на термосферата е 1.000.000 пати помал од концентрацијата на воздухот на површината на Земјата! Енергијата на поединечните честички е висока - но растојанието меѓу нив е огромно, а вселенските летала се во суштина во вакуум. Ова, сепак, не им помага да се ослободат од топлината што механизмите ја испуштаат - за да ја исфрлат топлината, сите вселенски летала се опремени со радијатори кои испуштаат вишок енергија.

На забелешка. Кога станува збор за високите температури, секогаш вреди да се земе предвид густината на топлата материја - на пример, научниците од Хадронскиот судирач всушност можат да ја загреат материјата до температурата на Сонцето. Но, очигледно е дека тоа ќе бидат поединечни молекули - еден грам ѕвездена материја би бил доволен за силна експлозија. Затоа, не треба да му веруваме на жолтиот печат, кој ни ветува неминовен крај на светот од „рацете“ на Колајдерот, како што не треба да се плашиме од топлината во термосферата.

Термосфера и астронаутика

Термосферата е всушност вселена- во нејзините граници лежеше орбитата на првиот советски Спутник. Имаше и апоцентар - највисоката точка над Земјата - на летот на вселенското летало Восток-1 со Јуриј Гагарин на него. На оваа височина се лансирани и многу вештачки сателити за проучување на површината на Земјата, океанот и атмосферата, како што се сателитите на Google Maps. Затоа, ако зборуваме за ЛЕО (Ниска референтна орбита, вообичаен термин во астронаутиката), во 99% од случаите се наоѓа во термосферата.

Орбиталните летови на луѓе и животни не се случуваат само во термосферата. Факт е дека во нејзиниот горен дел, на надморска височина од 500 километри, се протегаат радијационите појаси на Земјата. Таму се наелектризираните честички сончев ветерсе фатени и акумулирани од магнетосферата. Долготрајниот престој во радијационите појаси предизвикува непоправлива штета на живите организми, па дури и на електрониката - затоа, сите возила со висока орбитална површина се заштитени од радијација.

Аурори

На поларните географски широчини често се појавува спектакуларен и грандиозен спектакл - поларните светла. Тие изгледаат како долги блескави лакови со различни бои и форми кои треперат на небото. Земјата го должи својот изглед на својата магнетосфера - или, поточно, на дупките во неа во близина на половите. Наполнетите честички од сончевиот ветер пробиваат, предизвикувајќи атмосферата да свети. Овде можете да им се восхитувате на најспектакуларните светла и да дознаете повеќе за нивното потекло.

Во денешно време, аурорите се вообичаени за жителите на циркумполарните земји како Канада или Норвешка, како и задолжителна ставка во програмата на секој турист - но претходно им се припишувале натприродни својства. Луѓето од античко време гледале шарени светла како порти кон рајот, митски суштества и огнови на духови, а нивното однесување се сметало за пророштва. И нашите предци може да се разберат - дури и образованието и верата во сопствениот ум понекогаш не можат да ја ограничат нивната почит кон силите на природата.

Егзосфера

Последниот слој на Земјината атмосфера, чија долна граница минува на надморска височина од 700 километри, е егзосферата (од другите грчки сипаници „егзо“ - надвор, надвор). Тој е неверојатно дисперзиран и се состои главно од атоми на најлесниот елемент - водород; Постојат и поединечни атоми на кислород и азот, кои се високо јонизирани од сеопфатното зрачење на Сонцето.

Димензиите на земјината егзосфера се неверојатно големи - таа прераснува во земјината корона, геокорона, која се протега до 100 илјади километри од планетата. Тоа е многу ретко - концентрацијата на честички е милиони пати помала од густината на обичниот воздух. Но, ако Месечината ја замати Земјата за далечно летало, тогаш круната на нашата планета ќе биде видлива, исто како што ни е видлива круната на Сонцето за време на нејзиното затемнување. Сепак, овој феномен сè уште не е забележан.

Времето на атмосферата

Исто така, во егзосферата се случува атмосферски влијанија на атмосферата на Земјата - поради големото растојание од гравитациониот центар на планетата, честичките лесно се одвојуваат од вкупната гасна маса и влегуваат во сопствените орбити. Овој феномен се нарекува атмосферска дисипација. Нашата планета секоја секунда губи 3 килограми водород и 50 грама хелиум од атмосферата. Само овие честички се доволно лесни за да избегаат од општата гасна маса.

Едноставните пресметки покажуваат дека Земјата годишно губи околу 110 илјади тони атмосферска маса. Дали е опасно? Всушност, не - капацитетот на нашата планета да „произведува“ водород и хелиум ја надминува стапката на загуби. Покрај тоа, дел од изгубената материја се враќа назад во атмосферата со текот на времето. И важните гасови како кислородот и јаглерод диоксидот се едноставно премногу тешки за масовно да ја напуштат Земјата - така што нема потреба да се грижите дали атмосферата на нашата Земја ќе избега.

Интересен факт е дека „пророците“ на крајот на светот честопати велат дека ако јадрото на Земјата престане да ротира, атмосферата брзо ќе еродира под притисок на сончевиот ветер. Сепак, нашиот читател знае дека атмосферата во близина на Земјата ја држат заедно гравитационите сили, кои ќе дејствуваат без оглед на ротацијата на јадрото. Јасен доказ за тоа е Венера, која има неподвижно јадро и слабо магнетно поле, но нејзината атмосфера е 93 пати погуста и потешка од земјината. Сепак, тоа не значи дека запирањето на динамиката на јадрото на земјата е безбедно - тогаш магнетното поле на планетата ќе исчезне. Неговата улога е важна не толку во задржувањето на атмосферата, туку во заштитата од наелектризираните честички од сончевиот ветер, кои лесно може да ја претворат нашата планета во радиоактивна пустина.

Облаци

Водата на Земјата не постои само во огромниот океан и бројните реки. Во атмосферата има околу 5,2 x 10 15 килограми вода. Присутен е речиси насекаде - процентот на пареа во воздухот се движи од 0,1% до 2,5% од волуменот во зависност од температурата и локацијата. Сепак, поголемиот дел од водата се собира во облаците, каде што се складира не само како гас, туку и во мали капки и кристали од мраз. Концентрацијата на вода во облаците достигнува 10 g/m 3 - и бидејќи облаците достигнуваат волумен од неколку кубни километри, масата на вода во нив изнесува десетици и стотици тони.

Облаците се највидливата формација на нашата Земја; тие се видливи дури и од Месечината, каде што контурите на континентите се заматуваат пред голо око. И ова не е чудно - на крајот на краиштата, повеќе од 50% од Земјата е постојано покриена со облаци!

Облаците играат неверојатно важна улога во размената на топлина на Земјата. Во зима, тие ги фаќаат сончевите зраци, зголемувајќи ја температурата под нив поради ефектот на стаклена градина, а во лето ја штитат огромната енергија на Сонцето. Облаците, исто така, ги балансираат температурните разлики помеѓу денот и ноќта. Патем, токму поради нивното отсуство пустините толку многу се разладуваат ноќе - целата топлина акумулирана од песокот и камењата слободно лета нагоре, кога во другите региони ја задржуваат облаците.

Огромното мнозинство на облаци се формираат во близина на површината на Земјата, во тропосферата, но во нивниот понатамошен развој тие добиваат широк спектар на облици и својства. Нивното раздвојување е многу корисно - појавата на облаци од различни типови не само што може да помогне да се предвиди времето, туку и да се одреди присуството на нечистотии во воздухот! Ајде внимателно да ги разгледаме главните типови на облаци.

Ниски облаци

Облаците кои паѓаат најниско над земјата се нарекуваат облаци од пониско ниво. Се карактеризираат со висока униформност и мала маса - кога ќе паднат на земја, метеоролозите не ги одвојуваат од обичната магла. Сепак, постои разлика меѓу нив - некои едноставно го заматуваат небото, додека други можат да еруптираат при силен дожд и снежни врнежи.

Облаците кои можат да произведат обилни врнежи вклучуваат облаци нимбостратус. Тие се најголеми меѓу облаците од пониско ниво: нивната дебелина достигнува неколку километри, а нивните линеарни димензии надминуваат илјадници километри. Тие се хомогена сива маса - погледнете го небото при долг дожд и веројатно ќе видите облаци нимбостратус.
Друг вид облак на ниско ниво е стратокумулус, кој се издига 600–1500 метри над земјата. Тие се групи од стотици сиво-бели облаци, разделени со мали празнини. Вакви облаци обично гледаме во променливо облачни денови. Ретко врне дожд или снег.
Последниот тип на понизок облак е обичниот стратус облак; Тие се оние кои го покриваат небото во облачните денови, кога од небото доаѓа слаб дожд. Тие се многу тенки и ниски - висината на стратусните облаци достигнува максимум 400-500 метри. Нивната структура е многу слична на онаа на маглата - спуштајќи се навечер до самата земја, тие често создаваат густа утринска магла.

Облаци на вертикален развој

Облаците од долниот степен имаат постари браќа - облаци на вертикален развој. Иако нивната долна граница лежи на бр голема надморска височинана 800-2000 километри, облаците со вертикален развој сериозно брзаат нагоре - нивната дебелина може да достигне 12-14 километри, што ја турка нивната горна граница до границите на тропосферата. Таквите облаци се нарекуваат и конвективни: поради нивната голема големина, водата во нив добива различни температури, што доведува до конвекција - процес на поместување на топли маси нагоре и на студени маси надолу. Затоа, во облаците на вертикален развој, истовремено постојат водена пареа, мали капки, снегулки, па дури и цели ледени кристали.

Главниот тип на вертикални облаци се кумулусните облаци - огромни бели облаци кои личат на искинати парчиња памучна волна или санта мраз. Нивното постоење бара високи температури на воздухот - затоа, во централна Русија тие се појавуваат само во лето и се топат ноќе. Нивната дебелина достигнува неколку километри.

Меѓутоа, кога кумулусните облаци имаат можност да се соберат заедно, тие создаваат многу пограндиозна форма - кумулонимбусни облаци. Токму од нив во лето доаѓаат обилни врнежи, град и грмотевици. Тие постојат само неколку часа, но во исто време растат и до 15 километри - нивниот горен дел достигнува температура од -10 ° C и се состои од ледени кристали. формирани - рамни површини што личат на печурка или превртено железо. Ова се случува во оние области каде што облакот ја достигнува границата на стратосферата - физиката не дозволува да се шири понатаму, поради што облакот кумулонимбус се шири долж границата на надморска височина.

Интересен факт е дека моќните кумулонимбусни облаци се формираат на места на вулкански ерупции, удари од метеорити и нуклеарни експлозии. Овие облаци се најголеми - нивните граници достигнуваат дури и до стратосферата, достигнувајќи височина од 16 километри. Бидејќи се заситени со испарена вода и микрочестички, тие испуштаат моќни грмотевици - во повеќето случаи тоа е доволно за да се изгаснат пожарите поврзани со катаклизмата. Ова е толку природен пожарникар :)

Облаци од средно ниво

Во средниот дел на тропосферата (на надморска височина од 2-7 километри во средните ширини) има облаци од средно ниво. Тие се карактеризираат со големи површини - помалку се погодени од нагорнини од површината на земјата и нерамни предели - и мала дебелина од неколку стотици метри. Тоа се облаците кои „ветеруваат“ околу остри планински врвови и лебдат во нивна близина.

Самите облаци од средно ниво се поделени на два главни типа - алтостратус и алтокумулус.

Облаците Алтострат се една од компонентите на сложените атмосферски маси. Тие претставуваат униформа, сиво-сина превез низ која се видливи Сонцето и Месечината - иако алтостратските облаци се долги илјадници километри, тие се дебели само неколку километри. Сивиот густ превез што е видлив од прозорецот на авионот кој лета на голема височина е токму алтостратус облаци. Често врне дожд или снег долго време.

Алтокумулусните облаци, кои личат на мали парчиња искината памучна вата или тенки паралелни ленти, се наоѓаат во топла сезона - тие се формираат кога топлите воздушни маси се издигнуваат на висина од 2-6 километри. Алтокумулусните облаци служат како сигурен показател за претстојната промена на времето и приближувањето на дождот - тие можат да се создадат не само со природна конвекција на атмосферата, туку и со појава на ладни воздушни маси. Тие ретко врнат - сепак, облаците можат да се здружат и да создадат еден голем дождовен облак.

Зборувајќи за облаци во близина на планините, на фотографиите (а можеби дури и во реалниот живот) веројатно сте виделе кружни облаци кои личат на памучни влошки кои висат во слоеви над планински врв повеќе од еднаш. Факт е дека облаците од средно ниво често се леќести или во облик на леќи - поделени на неколку паралелни слоеви. Тие се создадени од воздушните бранови формирани кога ветрот тече околу стрмните врвови. Леќестите облаци се исто така посебни по тоа што висат на своето место дури и при најсилните ветрови. Тоа е овозможено по нивната природа - бидејќи таквите облаци се создаваат на точките на допир на неколку воздушни струи, тие се во релативно стабилна положба.

Горните облаци

Последното ниво на обични облаци што се издигнуваат до долниот тек на стратосферата се нарекува горен слој. Висината на таквите облаци достигнува 6-13 километри - таму е многу студено, и затоа облаците на горниот слој се состојат од мали ледени санти. Поради нивната влакнеста, испружена форма слична на пердуви, високите облаци се нарекуваат и цирус - иако каприците на атмосферата честопати им даваат облик на канџи, снегулки, па дури и скелети од риба. Врнежите што ги произведуваат никогаш не стигнуваат до земјата - но самото присуство на цирусни облаци служи како древен начин за предвидување на времето.

Чистите цирусни облаци се најдолги меѓу облаците од горниот слој - должината на поединечно влакно може да достигне десетици километри. Бидејќи ледените кристали во облаците се доволно големи за да ја почувствуваат гравитацијата на Земјата, цирусните облаци „паѓаат“ во цели каскади - растојанието помеѓу горните и долните точки на еден облак може да достигне 3-4 километри! Всушност, цирусните облаци се огромни „падови на мраз“. Разликите во обликот на водните кристали се тие што ја создаваат нивната фиброзна форма слична на поток.

Во оваа класа има и практично невидливи облаци - облаци циростратус. Тие се формираат кога големи маси на блиску површински воздух се креваат нагоре - на големи надморски височини нивната влажност е доволна за да формира облак. Кога Сонцето или Месечината светат низ нив, се појавува ореол - сјаен виножито диск од расфрлани зраци.

ноќни облаци

Ноќните облаци - највисоките облаци на Земјата - треба да се постават во посебна класа. Тие се искачуваат на височина од 80 километри, што е дури и повисоко од стратосферата! Покрај тоа, тие имаат необичен состав - за разлика од другите облаци, тие се составени од метеоритска прашина и метан, а не од вода. Овие облаци се видливи само по зајдисонце или пред зори - зраците на Сонцето кои продираат од зад хоризонтот ги осветлуваат ноќните облаци, кои остануваат невидливи на надморска височина во текот на денот.

Ноќните облаци се неверојатно убава глетка - но за да ги видите на северната хемисфера ви треба посебни услови. И нивната мистерија не беше толку лесно да се реши - научниците, немоќни, одбија да веруваат во нив, објавувајќи сребрени облаци оптичка илузија. Можете да погледнете необични облаци и да дознаете за нивните тајни од нашата специјална статија.

Атмосферата почна да се формира заедно со формирањето на Земјата. За време на еволуцијата на планетата и како што се приближуваат нејзините параметри модерни значењанастанале суштински квалитативни промени во неговиот хемиски состав и физички својства. Според еволутивниот модел, на рана фазаЗемјата била во стопена состојба и пред околу 4,5 милијарди години била формирана како солидна. Оваа пресвртница се зема како почеток на геолошката хронологија. Од тоа време започна бавната еволуција на атмосферата. Некои геолошки процеси (на пример, излевања на лава за време на вулкански ерупции) беа придружени со ослободување на гасови од утробата на Земјата. Тие вклучуваат азот, амонијак, метан, водена пареа, CO оксид и јаглерод диоксид CO 2. Под влијание на сончевото ултравиолетово зрачење, водената пареа се разложила на водород и кислород, но ослободениот кислород реагирал со јаглерод моноксид и формирал јаглерод диоксид. Амонијакот се распаѓа на азот и водород. За време на процесот на дифузија, водородот се искачи нагоре и ја напушти атмосферата, а потешкиот азот не можеше да испари и постепено се акумулира, станувајќи главна компонента, иако дел од него беше врзан во молекули како резултат на хемиски реакции ( цм. ХЕМИЈА НА АТМОСФЕРАТА). Под влијание на ултравиолетовите зраци и електричните празнења, мешавина на гасови присутни во првобитната атмосфера на Земјата влезе во хемиски реакции, што резултираше со формирање на органски материи, особено амино киселини. Со појавата на примитивните растенија, започна процесот на фотосинтеза, придружен со ослободување на кислород. Овој гас, особено по дифузијата во горните слоеви на атмосферата, почнал да ги штити своите долни слоеви и површината на Земјата од опасни по живот ултравиолетово зрачење и рендгенско зрачење. Според теоретските проценки, содржината на кислород, 25.000 пати помала од сега, веќе може да доведе до формирање на озонска обвивка со само половина од концентрацијата отколку сега. Сепак, ова е веќе доволно за да се обезбеди многу значајна заштита на организмите од деструктивните ефекти на ултравиолетовите зраци.

Веројатно е дека примарната атмосфера содржела многу јаглерод диоксид. Се користел за време на фотосинтезата, а неговата концентрација мора да се намалила како што еволуирал растителниот свет, а исто така и поради апсорпцијата за време на одредени геолошки процеси. Затоа што Ефект на стаклена градинаповрзани со присуството на јаглерод диоксид во атмосферата, флуктуациите во неговата концентрација се едно од важни причинитакви големи климатски промени во историјата на Земјата како ледено доба.

Хелиумот присутен во модерната атмосфера е главно производ на радиоактивното распаѓање на ураниум, ториум и радиум. Овие радиоактивни елементи испуштаат честички, кои се јадра на атомите на хелиум. Бидејќи за време на радиоактивното распаѓање ниту се формира ниту се уништува електричен полнеж, со формирањето на секоја а-честичка се појавуваат два електрони, кои, рекомбинирајќи се со а-честичките, формираат неутрални атоми на хелиум. Радиоактивните елементи се содржани во минералите дисперзирани во карпите, така што значителен дел од хелиумот формиран како резултат на радиоактивното распаѓање се задржува во нив, бегајќи многу бавно во атмосферата. Одредена количина на хелиум се крева нагоре во егзосферата поради дифузија, но поради постојаниот прилив од површината на земјата, волуменот на овој гас во атмосферата останува речиси непроменет. Врз основа на спектрална анализа на ѕвездената светлина и проучувањето на метеоритите, можно е да се процени релативното изобилство на различни хемиски елементи во Универзумот. Концентрацијата на неон во вселената е приближно десет милијарди пати поголема отколку на Земјата, криптон - десет милиони пати, а ксенон - милион пати. Следи дека концентрацијата на овие инертни гасови, очигледно првично присутни во атмосферата на Земјата и не надополнети за време на хемиските реакции, значително се намалила, веројатно дури и во фазата на губење на примарна атмосфера на Земјата. Исклучок е инертниот гас аргон, бидејќи во форма на изотоп 40 Ar сè уште се формира за време на радиоактивното распаѓање на изотопот на калиум.

Распределба на барометрискиот притисок.

Вкупната тежина на атмосферските гасови е приближно 4,5 10 15 тони. Така, „тежината“ на атмосферата по единица површина, или атмосферскиот притисок, на ниво на морето е приближно 11 t/m 2 = 1,1 kg/cm 2. Притисок еднаков на P 0 = 1033,23 g/cm 2 = 1013,250 mbar = 760 mm Hg. чл. = 1 atm, земен како стандарден просечен атмосферски притисок. За атмосферата во состојба на хидростатска рамнотежа имаме: г П= –rgd ч, тоа значи дека во висинскиот интервал од чпред ч+ г чсе јавува еднаквост помеѓу промената на атмосферскиот притисок г Пи тежината на соодветниот елемент на атмосферата со единица површина, густина r и дебелина d ч.Како врска помеѓу притисокот Ри температура ТСе користи равенката на состојбата на идеален гас со густина r, која е сосема применлива за земјината атмосфера: П= r Р Т/m, каде што m е молекуларната тежина, а R = 8,3 J/(K mol) е универзалната гасна константа. Потоа се најавите П= – (м g/RT) г ч= – бд ч= – г ч/H, каде што градиентот на притисокот е на логаритамска скала. Неговата инверзна вредност H се нарекува скала на атмосферска надморска височина.

При интегрирање на оваа равенка за изотермална атмосфера ( Т= const) или за нејзиниот дел каде што таквото приближување е дозволено, се добива барометрискиот закон за распределба на притисокот со висина: П = П 0 експ(- ч/Х 0), каде што референцата за висина чпроизведени од нивото на океанот, каде што е стандардниот среден притисок П 0 . Изразување Х 0 = Р Т/ mg, се нарекува скала на надморска височина, која го карактеризира степенот на атмосферата, под услов температурата во неа да биде насекаде иста (изотермална атмосфера). Ако атмосферата не е изотермална, тогаш интеграцијата мора да ја земе предвид промената на температурата со висината и параметарот Н– некои локални карактеристики на атмосферските слоеви, во зависност од нивната температура и својствата на околината.

Стандардна атмосфера.

Модел (табела на вредности на главните параметри) што одговара на стандардниот притисок во основата на атмосферата Р 0, а хемискиот состав се нарекува стандардна атмосфера. Поточно, ова е условен модел на атмосферата, за кој се наведени просечните вредности на температура, притисок, густина, вискозност и други карактеристики на воздухот на надморска височина од 2 km под нивото на морето до надворешната граница на земјината атмосфера. за географска ширина 45° 32ў 33І. Параметрите на средната атмосфера на сите надморски височини беа пресметани со помош на равенката на состојбата на идеален гас и барометрискиот закон под претпоставка дека на ниво на морето притисокот е 1013,25 hPa (760 mm Hg) и температурата е 288,15 K (15,0 ° C). Според природата на вертикалната распределба на температурата, просечната атмосфера се состои од неколку слоеви, во секој од нив температурата се приближува со линеарна функција на висината. Во најнискиот слој - тропосферата (h Ј 11 km) температурата паѓа за 6,5 ° C со секој километар покачување. На големи надморски височини, вредноста и знакот на вертикалниот температурен градиент се менува од слој до слој. Над 790 km температурата е околу 1000 K и практично не се менува со надморската височина.

Стандардната атмосфера е периодично ажуриран, легализиран стандард кој се издава во форма на табели.

Табела 1. Стандарден модел на земјината атмосфера

Табела 1. СТАНДАРДЕН МОДЕЛ НА ЗЕМЈНАТА АТМОСФЕРА. Табелата покажува: ч– висина од нивото на морето, Р- притисок, Т- температура, r - густина, Н- број на молекули или атоми по единица волумен, Х- скала за висина, л– слободна должина на патеката. Притисокот и температурата на надморска височина од 80–250 km, добиени од ракетните податоци, имаат помали вредности. Вредностите за надморска височина поголеми од 250 km добиени со екстраполација не се многу точни.
ч(км)	П(мбар)	Т(°C)	р (g/cm 3)	Н(cm -3)	Х(км)	л(цм)
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

Тропосфера.

Најнискиот и најгустиот слој на атмосферата, во кој температурата брзо се намалува со висината, се нарекува тропосфера. Содржи до 80% од вкупната маса на атмосферата и се протега во поларните и средните географски широчини до височини од 8–10 km, а во тропските предели до 16–18 km. Тука се развиваат речиси сите процеси на формирање на временските услови, се случува размена на топлина и влага помеѓу Земјата и нејзината атмосфера, се формираат облаци, се појавуваат различни метеоролошки феномени, се појавуваат магла и врнежи. Овие слоеви на земјината атмосфера се во конвективна рамнотежа и, благодарение на активното мешање, имаат хомогена хемиски состав, главно од молекуларен азот (78%) и кислород (21%). Огромното мнозинство на природни и вештачки аеросоли и гасни загадувачи на воздухот се концентрирани во тропосферата. Динамиката на долниот дел од тропосферата, дебела до 2 km, силно зависи од својствата на основната површина на Земјата, која ги одредува хоризонталните и вертикалните движења на воздухот (ветрите) предизвикани од преносот на топлина од потоплата земја. преку инфрацрвеното зрачење на површината на земјата, кое се апсорбира во тропосферата, главно од пареа вода и јаглерод диоксид (ефект на стаклена градина). Распределбата на температурата со висината е воспоставена како резултат на турбулентно и конвективно мешање. Во просек, тоа одговара на пад на температурата со висина од приближно 6,5 K/km.

Брзината на ветрот во површинскиот граничен слој првично се зголемува брзо со висината, а над неа продолжува да се зголемува за 2–3 km/s на километар. Понекогаш тесни планетарни текови (со брзина од повеќе од 30 km/s) се појавуваат во тропосферата, западните во средните географски широчини и источните во близина на екваторот. Тие се нарекуваат млазни потоци.

Тропопауза.

На горната граница на тропосферата (тропопауза), температурата ја достигнува својата минимална вредност за долната атмосфера. Ова е преодниот слој помеѓу тропосферата и стратосферата лоцирана над неа. Дебелината на тропопаузата се движи од стотици метри до 1,5-2 km, а температурата и надморската височина, соодветно, се движат од 190 до 220 K и од 8 до 18 km, во зависност од географска ширинаи сезона. Во умерените и високите географски широчини во зима е 1–2 km пониско отколку во лето и 8–15 K потопло. Во тропските предели, сезонските промени се многу помали (надморска височина 16–18 km, температура 180–200 K). Погоре млазни потоциМожни се паузи во тропопаузата.

Вода во атмосферата на Земјата.

Најважната карактеристика на Земјината атмосфера е присуството на значителни количини на водена пареа и вода во форма на капки, што најлесно се забележува во форма на облаци и облачни структури. Степенот на покриеност на облаците на небото (во одреден момент или во просек во одреден временски период), изразен на скала од 10 или во проценти, се нарекува облачност. Обликот на облаците се одредува според меѓународната класификација. Во просек, облаците покриваат околу половина од земјината топка. Облачноста е важен фактор што ги карактеризира времето и климата. Во зима и во текот на ноќта, облачноста го спречува намалувањето на температурата на површината на земјата и на приземниот слој на воздухот; во лето и во текот на денот, го ослабува загревањето на површината на земјата од сончевите зраци, омекнувајќи ја климата во внатрешноста на континентите. .

Облаци.

Облаците се акумулации на капки вода суспендирани во атмосферата (водени облаци), ледени кристали (ледени облаци) или и двете заедно (мешани облаци). Како што капките и кристалите стануваат поголеми, тие паѓаат од облаците во форма на врнежи. Облаците се формираат главно во тропосферата. Тие се јавуваат како резултат на кондензација на водена пареа содржана во воздухот. Дијаметарот на капките на облакот е од редот на неколку микрони. Содржината на течна вода во облаците се движи од фракции до неколку грама на m3. Облаците се разликуваат по висина: Според меѓународната класификација, постојат 10 типа на облаци: цирус, цирокумулус, циростратус, алтокумулус, алтостратус, нимбостратус, стратус, стратокумулус, кумулонимбус, кумулус.

Бисерни облаци се забележани и во стратосферата, а ноќните облаци се забележани во мезосферата.

Цирусните облаци се проѕирни облаци во вид на тенки бели нишки или превези со свиленкаст сјај кои не даваат сенки. Цирусните облаци се состојат од ледени кристали и се формираат во горните слоеви на тропосферата на многу високи температури. ниски температури. Некои типови на цирусни облаци служат како предвесник на временските промени.

Цирокумулусните облаци се гребени или слоеви на тенки бели облаци во горната тропосфера. Облаците од облаци се изградени од мали елементи кои изгледаат како снегулки, бранови, мали топчиња без сенки и се состојат главно од ледени кристали.

Циростратусните облаци се белузлаво проѕирен превез во горната тропосфера, обично влакнест, понекогаш заматен, кој се состои од мали кристали од мраз во облик на игла или колонообразен.

Алтокумулусните облаци се бели, сиви или бело-сиви облаци во долните и средните слоеви на тропосферата. Алтокумулусните облаци имаат изглед на слоеви и гребени, како да се изградени од плочи, заоблени маси, шахти, снегулки што лежат една врз друга. Алтокумулусните облаци се формираат за време на интензивна конвективна активност и обично се состојат од суперизладени капки вода.

Облаците Алтострат се сивкави или синкави облаци со влакнеста или униформа структура. Облаците Алтостратус се забележани во средната тропосфера, кои се протегаат неколку километри во висина, а понекогаш и илјадници километри во хоризонтална насока. Вообичаено, облаците алтострат се дел од фронталните облачни системи поврзани со нагорните движења на воздушните маси.

Облаците Нимбостратус се низок (од 2 km и погоре) аморфен слој на облаци со униформа сива боја, што доведува до континуиран дожд или снег. Облаците Нимбостратус се високо развиени вертикално (до неколку км) и хоризонтално (неколку илјади км), се состојат од суперладени капки вода измешани со снегулки, обично поврзани со атмосферски фронтови.

Стратусните облаци се облаци од долниот слој во форма на хомоген слој без одредени контури, со сива боја. Висината на стратусните облаци над површината на земјата е 0,5–2 km. Повремено паѓа дожд од стратусните облаци.

Кумулусните облаци се густи, светли бели облаци во текот на денот со значителен вертикален развој (до 5 km или повеќе). Горните делови на кумулусните облаци изгледаат како куполи или кули со заоблени контури. Типично, кумулусните облаци се појавуваат како облаци со конвекција во ладни воздушни маси.

Облаците Стратокумулус се ниски (под 2 km) облаци во форма на сиви или бели невлакнести слоеви или гребени од тркалезни големи блокови. Вертикалната дебелина на облаците стратокумулус е мала. Повремено, облаците стратокумулус произведуваат слаби врнежи.

Кумулонимбусните облаци се моќни и густи облаци со силен вертикален развој (до височина од 14 км), кои произведуваат обилни врнежи со грмотевици, град и врнежи. Кумулонимбус облаците се развиваат од моќни кумулус облаци, кои се разликуваат од нив во горниот дел кој се состои од ледени кристали.

Стратосфера.

Преку тропопаузата, во просек на надморска височина од 12 до 50 km, тропосферата поминува во стратосферата. Во долниот дел на околу 10 км т.е. до надморска височина од околу 20 km е изотермна (температура околу 220 K). Потоа се зголемува со надморска височина, достигнувајќи максимум околу 270 K на надморска височина од 50–55 km. Овде е границата помеѓу стратосферата и мезосферата што ја покрива, наречена стратопауза. .

Во стратосферата има значително помалку водена пареа. Сепак, понекогаш се забележуваат тенки проѕирни бисерни облаци, кои повремено се појавуваат во стратосферата на надморска височина од 20-30 km. Бисерните облаци се видливи на темното небо по зајдисонце и пред изгрејсонце. Во форма, облаците со цирус наликуваат на цирус и цирокумулус.

Средна атмосфера (мезосфера).

На надморска височина од околу 50 km, мезосферата започнува од врвот на широкиот температурен максимум . Причината за порастот на температурата во регионот на овој максимум е егзотермна (т.е. придружена со ослободување на топлина) фотохемиска реакција на распаѓање на озонот: O 3 + hv® O 2 + O. Озонот настанува како резултат на фотохемиското распаѓање на молекуларниот кислород O 2

О 2 + hv® O + O и последователната реакција на троен судир на атом на кислород и молекула со некоја трета молекула М.

О + О 2 + М ® О 3 + М

Озонот ненамерно го апсорбира ултравиолетовото зрачење во регионот од 2000 до 3000 Å, а ова зрачење ја загрева атмосферата. Озонот, кој се наоѓа во горниот дел на атмосферата, служи како еден вид штит кој не штити од ефектите на ултравиолетовото зрачење од Сонцето. Без овој штит, развојот на животот на Земјата во својата модерни формитешко дека би било можно.

Општо земено, низ мезосферата, атмосферската температура се намалува до нејзината минимална вредност од околу 180 K на горната граница на мезосферата (наречена мезопауза, надморска височина околу 80 km). Во близина на мезопаузата, на надморска височина од 70-90 km, може да се појави многу тенок слој од ледени кристали и честички од вулканска и метеоритска прашина, забележани во форма на прекрасен спектакл од ноќни облаци. набргу по зајдисонце.

Во мезосферата претежно согоруваат мали цврсти метеоритски честички кои паѓаат на Земјата предизвикувајќи феномен на метеори.

Метеори, метеорити и огнени топки.

Пламите и другите појави во горниот дел од атмосферата на Земјата предизвикани од навлегувањето на цврсти космички честички или тела во неа со брзина од 11 km/s или поголема се нарекуваат метеороиди. Се појавува забележлива светла метеорска трага; се нарекуваат најмоќните феномени, често придружени со пад на метеорити огнени топки; појавата на метеори е поврзана со метеорски дожд.

Метеорски дожд:

1) феноменот на повеќекратни падови на метеори во текот на неколку часа или денови од едно зрачење.

2) рој метеороиди кои се движат во иста орбита околу Сонцето.

Систематското појавување на метеорите во одредена област на небото и во одредени денови од годината, предизвикано од пресекот на орбитата на Земјата со заедничката орбита на многу тела на метеорити кои се движат со приближно иста и идентично насочена брзина, поради кои нивните патишта на небото изгледаат како да излегуваат од заедничка точка (зрачна) . Тие се именувани по соѕвездието каде што се наоѓа зрачењето.

Метеорските дождови оставаат длабок впечаток со нивните светлосни ефекти, но поединечните метеори ретко се видливи. Многу побројни се невидливите метеори, премногу мали за да бидат видливи кога ќе се апсорбираат во атмосферата. Некои од најмалите метеори веројатно воопшто не се загреваат, туку само се фатени од атмосферата. Овие мали честички со големини кои се движат од неколку милиметри до десет илјадити дел од милиметарот се нарекуваат микрометеорити. Количеството на метеорска материја што влегува во атмосферата секој ден се движи од 100 до 10.000 тони, при што најголемиот дел од овој материјал доаѓа од микрометеорити.

Бидејќи метеорската материја делумно гори во атмосферата, нејзиниот гасен состав се надополнува со траги од различни хемиски елементи. На пример, карпестите метеори внесуваат литиум во атмосферата. Согорувањето на металните метеори доведува до формирање на ситни топчести железо, железо-никел и други капки кои минуваат низ атмосферата и се таложат на површината на земјата. Тие можат да се најдат на Гренланд и на Антарктикот, каде што ледените плочи остануваат речиси непроменети со години. Океанолозите ги наоѓаат во седиментите на дното на океанот.

Повеќето метеорски честички кои влегуваат во атмосферата се таложат во рок од приближно 30 дена. Некои научници веруваат дека оваа космичка прашина игра важна улога во формирањето на атмосферските феномени како дождот, бидејќи служи како кондензациони јадра за водената пареа. Според тоа, се претпоставува дека врнежите се статистички поврзани со големи метеорски дождови. Сепак, некои експерти веруваат дека со оглед на тоа што вкупната понуда на метеорски материјал е многу десетици пати поголема од онаа на дури и најголемиот метеорски дожд, промената во вкупната количина на овој материјал што произлегува од еден таков дожд може да се занемари.

Сепак, нема сомнеж дека најголемите микрометеорити и видливите метеорити оставаат долги траги на јонизација во високите слоеви на атмосферата, главно во јоносферата. Таквите траги може да се користат за радио комуникации на долги растојанија, бидејќи тие рефлектираат радио бранови со висока фреквенција.

Енергијата на метеорите кои влегуваат во атмосферата главно, а можеби и целосно се троши на нејзино загревање. Ова е една од помалите компоненти на топлинската рамнотежа на атмосферата.

Метеорит е природно цврсто тело кое паднало на површината на Земјата од вселената. Обично се прави разлика помеѓу камени, камено-железни и железни метеорити. Вторите главно се состојат од железо и никел. Меѓу пронајдените метеорити, повеќето тежат од неколку грама до неколку килограми. Најголемиот од пронајдените, железниот метеорит Гоба тежи околу 60 тони и сè уште лежи на истото место каде што е откриен, во Јужна Африка. Повеќето метеорити се фрагменти од астероиди, но некои метеорити можеби дошле на Земјата од Месечината, па дури и од Марс.

Болидот е многу светол метеор, понекогаш видлив дури и преку ден, често остава зад себе зачадена трага и придружен со звучни феномени; често завршува со паѓање на метеорити.

Термосфера.

Над температурниот минимум на мезопаузата, започнува термосферата, во која температурата, прво полека, а потоа брзо почнува повторно да расте. Причината е апсорпцијата на ултравиолетовото зрачење од Сонцето на надморска височина од 150–300 km, поради јонизацијата на атомскиот кислород: O + hv® O + + д.

Во термосферата, температурата континуирано се зголемува до надморска височина од околу 400 km, каде што достигнува 1800 K во текот на денот за време на епохата на максимална сончева активност. За време на епохата на минимална сончева активност, оваа ограничувачка температура може да биде помала од 1000 K. Над 400 km, атмосферата се претвора во изотермална егзосфера. Критичното ниво (основата на егзосферата) е на надморска височина од околу 500 km.

Поларни светла и многу орбити вештачки сателити, како и ноќните облаци - сите овие појави се случуваат во мезосферата и термосферата.

Поларни светла.

На големи географски широчини, аурорите се забележани за време на нарушувања на магнетното поле. Тие може да траат неколку минути, но често се видливи неколку часа. Аурорите се многу различни по формата, бојата и интензитетот, а сето тоа понекогаш се менува многу брзо со текот на времето. Спектарот на аурорите се состои од емисиони линии и појаси. Некои од емисиите на ноќното небо се засилени во спектарот на поларната светлина, првенствено зелените и црвените линии l 5577 Å и l 6300 Å кислород. Се случува една од овие линии да биде многу пати поинтензивна од другата, и тоа одредува видлива бојаполарна светлина: зелена или црвена. Нарушувањата на магнетното поле се придружени и со прекини во радио комуникациите во поларните региони. Причината за нарушувањето се промените во јоносферата, што значи дека при магнетни бури има моќен извор на јонизација. Утврдено е дека силно магнетни бурисе јавуваат кога има големи групи на сончеви дамки во близина на центарот на сончевиот диск. Набљудувањата покажаа дека бурите не се поврзани со самите сончеви дамки, туку со сончевите блесоци кои се појавуваат при развојот на група сончеви дамки.

Аурорите се опсег на светлина со различен интензитет со брзи движења забележани во региони со голема географска ширина на Земјата. Визуелната поларна светлина содржи зелени (5577Å) и црвени (6300/6364Å) линии на атомска емисија на кислород и молекуларни N2 појаси, кои се возбудени од енергетски честички од сончево и магнетосферско потекло. Овие емисии обично се појавуваат на надморска височина од околу 100 km и погоре. Терминот оптичка поларна светлина се користи за да се однесува на визуелните аурори и нивниот емисиониот спектар од инфрацрвениот до ултравиолетовиот регион. Енергијата на зрачење во инфрацрвениот дел од спектарот значително ја надминува енергијата во видливиот регион. Кога се појавија аурори, емисиите беа забележани во опсегот ULF (

Тешко е да се класифицираат вистинските форми на аурори; Најчесто користени термини се:

1. Мирни, униформни лакови или ленти. Лакот обично се протега ~ 1000 km во правец на геомагнетната паралела (кон Сонцето во поларните региони) и има ширина од еден до неколку десетици километри. Пругата е генерализација на концептот на лак; таа обично нема правилна форма во облик на лак, но се наведнува во форма на буквата S или во форма на спирали. Лакови и ленти се наоѓаат на надморска височина од 100–150 km.

2. Зраци на поларната светлина . Овој термин се однесува на структура на аурорус издолжена долж линиите на магнетното поле, со вертикален опсег од неколку десетици до неколку стотици километри. Хоризонталниот опсег на зраците е мал, од неколку десетици метри до неколку километри. Зраците обично се набљудуваат во лакови или како посебни структури.

3. Дамки или површини . Тоа се изолирани области на сјај кои немаат специфичен облик. Поединечни точки може да се поврзат едни со други.

4. Превез. Невообичаена форма на поларна светлина, која е униформен сјај што покрива големи површини на небото.

Според нивната структура, аурорите се поделени на хомогени, шупливи и сјајни. Се користат различни термини; пулсирачки лак, пулсирачка површина, дифузна површина, зрачна лента, завеса итн. Постои класификација на поларните светлина според нивната боја. Според оваа класификација, аурори од типот А. Горниот дел или целиот дел е црвен (6300–6364 Å). Обично се појавуваат на надморска височина од 300–400 km со висока геомагнетна активност.

Тип Аурора ВОобоени црвено во долниот дел и поврзани со сјајот на пругите на првиот позитивен систем N 2 и првиот негативен систем O 2. Ваквите форми на поларните светлина се појавуваат во најактивните фази на поларните зраци.

Зони поларните светла – Ова се зоните на максимална фреквенција на поларните светлина во текот на ноќта, според набљудувачите на фиксна точка на површината на Земјата. Зоните се наоѓаат на 67° северна и јужна географска широчина, а нивната ширина е околу 6°. Максимална појава на поларни светлина што одговара на во овој моментгеомагнетно по локално време, се јавува во овални појаси (овални полови светлина), кои се наоѓаат асиметрично околу северниот и јужниот геомагнетен пол. Овалот на поларната светлина е фиксиран во географска широчина - временски координати, а зоната на поларната светлина е геометрискиот локус на точките од полноќниот регион на овалот во координатите географска должина - географска должина. Овалниот појас се наоѓа приближно 23° од геомагнетниот пол во ноќниот сектор и 15° во дневниот сектор.

Аурора овални и поларни зони.Локацијата на овалот на поларната светлина зависи од геомагнетната активност. Овалот станува поширок со висока геомагнетна активност. Ауроралните зони или ауроралните овални граници се подобро претставени со L 6.4 отколку со диполни координати. Линиите на геомагнетното поле на границата на дневниот сектор на поларната светлина се совпаѓаат со магнетопауза.Забележана е промена во положбата на овалот на поларната светлина во зависност од аголот помеѓу геомагнетната оска и насоката Земја-Сонце. Ауроралниот овал се одредува и врз основа на податоците за таложење на честички (електрони и протони) од одредени енергии. Неговата позиција може да се одреди независно од податоците на Каспахна денот и во опашката на магнетосферата.

Дневната варијација на зачестеноста на појавата на поларните светлина во зоната на поларната светлина има максимум на геомагнетното полноќ и минимум на геомагнетното пладне. На речиси екваторијалната страна на овалот, зачестеноста на појавата на поларните светлина нагло се намалува, но обликот на дневните варијации е зачуван. На поларната страна на овалот, фреквенцијата на аурорите постепено се намалува и се карактеризира со сложени дневни промени.

Интензитетот на аурорите.

Интензитетот на Аурора се одредува со мерење на привидната осветленост на површината. Светлина површина Јасполарната светлина во одредена насока се одредува со вкупната емисија од 4p Јасфотон/(cm 2 s). Бидејќи оваа вредност не е вистинската осветленост на површината, туку ја претставува емисијата од колоната, единицата фотон/(cm 2 колона s) обично се користи при проучување на поларните светлина. Вообичаената единица за мерење на вкупната емисија е Рејли (Rl) еднаква на 10 6 фотони/(cm 2 колона s). Попрактични единици на интензитетот на поларната светлина се одредуваат со емисиите на поединечна линија или опсег. На пример, интензитетот на аурорите се одредува со меѓународните коефициенти на осветленост (IBRs) според интензитетот на зелената линија (5577 Å); 1 kRl = I MKY, 10 kRl = II MKY, 100 kRl = III MKY, 1000 kRl = IV MKY (максимален интензитет на поларната светлина). Оваа класификација не може да се користи за црвени аурори. Едно од откритијата на ерата (1957-1958) беше воспоставувањето на просторновременска дистрибуција на поларните светлина во форма на овална, поместена во однос на магнетниот пол. Од едноставни идеи за кружната форма на распределбата на поларните светлина во однос на магнетниот пол имаше Транзицијата кон модерната физика на магнетосферата е завршена. Честа на откритието и припаѓа на О. Хорошева, а интензивниот развој на идеите за ауроралниот овал го извршија Г. Старков, Ј. Фелдштајн, С. И. Акасофу и голем број други истражувачи. Ауроралниот овал е регионот на најинтензивното влијание на сончевиот ветер врз горната атмосфера на Земјата. Интензитетот на поларната светлина е најголем во овалот, а неговата динамика континуирано се следи со помош на сателити.

Стабилни аурални црвени лакови.

Стабилен црвен лак на аурора, инаку наречен црвен лак со средна географска ширина или М-лак, е субвизуелен (под границата на чувствителноста на окото) широк лак, кој се протега од исток кон запад илјадници километри и веројатно ја заокружува целата Земја. Географската должина на лакот е 600 км. Емисијата на стабилниот црвен лак на ауророт е речиси монохроматска во црвените линии l 6300 Å и l 6364 Å. Неодамна беа пријавени и слаби емисиони линии l 5577 Å (OI) и l 4278 Å (N+2). Одржливите црвени лакови се класифицирани како поларници, но тие се појавуваат на многу повисоки надморски височини. Долната граница се наоѓа на надморска височина од 300 km, горната граница е околу 700 km. Интензитетот на тивкиот црвен лак на аурорите во емисијата l 6300 Å се движи од 1 до 10 kRl (типична вредност 6 kRl). Прагот на чувствителност на окото на оваа бранова должина е околу 10 kRl, така што лаците ретко се забележуваат визуелно. Сепак, набљудувањата покажаа дека нивната осветленост е >50 kRL во 10% од ноќите. Вообичаениот животен век на лаците е околу еден ден, а тие ретко се појавуваат во следните денови. Радио брановите од сателити или радио извори кои ги преминуваат постојаните црвени лакови на аурорите се предмет на сцинтилација, што укажува на постоење на нехомогеност во густината на електроните. Теоретското објаснување за црвените лакови е дека загреаните електрони на регионот ФЈоносферата предизвикува зголемување на атомите на кислород. Сателитските набљудувања покажуваат зголемување на температурата на електроните долж линиите на геомагнетното поле кои ги сечат постојаните црвени лакови на ауророт. Интензитетот на овие лаци е во позитивна корелација со геомагнетната активност (бури), а зачестеноста на појавата на лаците е во позитивна корелација со активноста на сончевите дамки.

Промена на поларната светлина.

Некои форми на аурори доживуваат квазипериодични и кохерентни временски варијации во интензитетот. Овие аурори со приближно стационарна геометрија и брзи периодични варијации кои се случуваат во фаза се нарекуваат променливи полови светлина. Тие се класифицирани како аурори форми Рспоред Меѓународниот атлас на аурорите Подетална подподелба на променливите аурори:

Р 1 (пулсирачка поларна светлина) е сјај со униформни фазни варијации во осветленоста низ обликот на поларната светлина. По дефиниција, во идеална пулсирачка поларна светлина, просторните и временските делови на пулсирањето можат да се одвојат, т.е. осветленост Јас(р, т)= јас с(р)· Јас Т(т). Во типична поларна светлина Р 1 пулсирањата се случуваат со фреквенција од 0,01 до 10 Hz со низок интензитет (1-2 kRl). Повеќето аурори Р 1 – тоа се точки или лаци кои пулсираат со период од неколку секунди.

Р 2 (огнена аурора). Терминот обично се користи за да се однесува на движења како пламен што го исполнува небото, наместо да опише посебна форма. Аурорите имаат форма на лакови и обично се движат нагоре од височина од 100 km. Овие аурори се релативно ретки и се појавуваат почесто надвор од поларната светлина.

Р 3 (блескава поларна светлина). Станува збор за аурори со брзи, неправилни или редовни варијации на осветленоста, што остава впечаток на треперење на пламен на небото. Тие се појавуваат непосредно пред да се распадне поларната светлина. Типично забележана фреквенција на варијации Р 3 е еднакво на 10 ± 3 Hz.

Терминот стриминг поларна светлина, кој се користи за друга класа на пулсирачки поларни светлина, се однесува на неправилни варијации во осветленоста што се движат брзо хоризонтално во лакови и ленти на аурорите.

Променливата поларна светлина е еден од сончево-земните феномени кои ги придружуваат пулсирањата на геомагнетното поле и зрачењето на ауроралните рендгенски зраци предизвикани од врнежите на честички од сончево и магнетосферско потекло.

Сјајот на поларната капа се карактеризира со висок интензитет на појасот на првиот негативен систем N + 2 (l 3914 Å). Вообичаено, овие N + 2 појаси се пет пати поинтензивни од зелената линија OI l 5577 Å; апсолутниот интензитет на сјајот на поларната капа се движи од 0,1 до 10 kRl (обично 1-3 kRl). За време на овие аурори, кои се појавуваат за време на периоди на PCA, униформен сјај ја покрива целата поларна капа до геомагнетна ширина од 60° на надморска височина од 30 до 80 km. Тој е генериран претежно од соларни протони и d-честички со енергија од 10-100 MeV, создавајќи максимална јонизација на овие височини. Постои уште еден вид на сјај во зоните на поларната светлина, наречена мантија аурора. За овој тип на аурорален сјај, дневниот максимален интензитет, кој се јавува во утринските часови, е 1-10 kRL, а минималниот интензитет е пет пати послаб. Набљудувањата на аурорите на обвивката се многу малку; нивниот интензитет зависи од геомагнетната и сончевата активност.

Атмосферски сјајсе дефинира како радијација произведена и емитувана од атмосферата на планетата. Станува збор за нетермичко зрачење на атмосферата, со исклучок на емисијата на поларните светлина, молњите и емисијата на метеорски траги. Овој термин се користи во однос на земјината атмосфера (ноќен сјај, сјај на самракот и дневен сјај). Атмосферскиот сјај сочинува само дел од светлината достапна во атмосферата. Други извори вклучуваат ѕвездена светлина, зодијачна светлина и дневна дифузна светлина од Сонцето. Понекогаш, атмосферскиот сјај може да сочинува и до 40% од вкупната количина на светлина. Атмосферскиот сјај се јавува во атмосферски слоеви со различна висина и дебелина. Спектарот на атмосферскиот сјај опфаќа бранови должини од 1000 Å до 22,5 микрони. Главната емисиона линија во атмосферскиот сјај е l 5577 Å, која се појавува на надморска височина од 90-100 km во слој со дебелина од 30-40 km. Појавата на луминисценција се должи на механизмот на Чепмен, базиран на рекомбинација на атоми на кислород. Други линии на емисија се l 6300 Å, кои се појавуваат во случај на дисоцијативна рекомбинација на O + 2 и емисија NI l 5198/5201 Å и NI l 5890/5896 Å.

Интензитетот на воздушниот сјај се мери во Рејли. Осветленоста (во Рејли) е еднаква на 4 rv, каде што b е осветленоста на аголната површина на слојот што емитува во единици од 106 фотони/(cm 2 ster·s). Интензитетот на сјајот зависи од географската ширина (различен за различни емисии), а исто така варира во текот на денот со максимум близу полноќ. Забележана е позитивна корелација за воздушниот сјај во емисијата l 5577 Å со бројот на сончеви дамки и флуксот на сончевото зрачење на бранова должина од 10,7 cm.. Воздухот е забележан при сателитски експерименти. Од вселената се појавува како светлосен прстен околу Земјата и има зеленикава боја.

Озоносфера.

На надморска височина од 20–25 km се постигнува максимална концентрација на незначително количество на озон O 3 (до 2×10 –7 од содржината на кислород!), што настанува под влијание на сончевото ултравиолетово зрачење на надморска височина од приближно 10 до 50 km, заштитувајќи ја планетата од јонизирачко сончево зрачење. И покрај екстремно малиот број на молекули на озон, тие го штитат целиот живот на Земјата од штетните ефекти на зрачењето со кратки бранови (ултравиолетови и рентген) од Сонцето. Ако ги депонирате сите молекули во основата на атмосферата, ќе добиете слој со дебелина не повеќе од 3-4 mm! На надморска височина над 100 km, процентот на лесни гасови се зголемува, а на многу големи надморски височини преовладуваат хелиумот и водородот; многу молекули се дисоцираат во поединечни атоми, кои, јонизирани под влијание на тврдото зрачење од Сонцето, ја формираат јоносферата. Притисокот и густината на воздухот во атмосферата на Земјата се намалуваат со висината. Во зависност од распределбата на температурата, атмосферата на Земјата е поделена на тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и егзосфера. .

На надморска височина од 20–25 км има озонски слој. Озонот се формира поради распаѓањето на молекулите на кислородот при апсорпција на ултравиолетовото зрачење од Сонцето со бранови должини пократки од 0,1-0,2 микрони. Слободниот кислород се комбинира со молекулите на O 2 и формира озон O 3, кој лакомо го апсорбира целото ултравиолетово зрачење пократко од 0,29 микрони. О3 молекулите на озонот лесно се уништуваат со зрачење со кратки бранови. Затоа, и покрај неговата реткост, озонската обвивка ефикасно ја апсорбира ултравиолетовото зрачење од Сонцето кое поминало низ повисоките и потранспарентни атмосферски слоеви. Благодарение на ова, живите организми на Земјата се заштитени од штетните ефекти на ултравиолетовата светлина од Сонцето.

Јоносфера.

Зрачењето од сонцето ги јонизира атомите и молекулите на атмосферата. Степенот на јонизација станува значаен веќе на надморска височина од 60 километри и постојано се зголемува со оддалеченоста од Земјата. На различни надморски височини во атмосферата, се случуваат последователни процеси на дисоцијација на различни молекули и последователна јонизација на различни атоми и јони. Тоа се главно молекули на кислород O 2, азот N 2 и нивните атоми. Во зависност од интензитетот на овие процеси, различните слоеви на атмосферата кои лежат над 60 километри се нарекуваат јоносферски слоеви. , а нивната севкупност е јоносферата . Долниот слој, чија јонизација е незначителна, се нарекува неутросфера.

Максималната концентрација на наелектризираните честички во јоносферата се постигнува на надморска височина од 300–400 km.

Историја на проучување на јоносферата.

Хипотезата за постоење на спроводлив слој во горната атмосфера беше изнесена во 1878 година од англискиот научник Стјуарт за да ги објасни карактеристиките на геомагнетното поле. Потоа, во 1902 година, независно еден од друг, Кенеди во САД и Хевисајд во Англија истакнаа дека за да се објасни ширењето на радио брановите на долги растојанија, неопходно е да се претпостави постоење на региони со висока спроводливост во високите слоеви на атмосферата. Во 1923 година, академик М.В. Шулеикин, земајќи ги предвид карактеристиките на ширењето на радио брановите со различни фреквенции, дошол до заклучок дека има најмалку два рефлектирачки слоја во јоносферата. Потоа, во 1925 година, англиските истражувачи Еплтон и Барнет, како и Брејт и Тјув, најпрво експериментално го докажаа постоењето на региони кои рефлектираат радио бранови и ја поставија основата за нивното систематско проучување. Оттогаш, се спроведува систематско проучување на својствата на овие слоеви, општо наречени јоносфера, кои играат значајна улога во голем број геофизички феномени кои ја одредуваат рефлексијата и апсорпцијата на радио брановите, што е многу важно за практично цели, особено за обезбедување доверливи радио комуникации.

Во 1930-тите започнале систематски набљудувања на состојбата на јоносферата. Во нашата земја, на иницијатива на М.А. Многумина се проучени општи својствајоносфера, висини и концентрација на електрони на нејзините главни слоеви.

На надморска височина од 60–70 km се забележува слој D, на надморска височина од 100–120 km слој Е, на надморска височина, на надморска височина од 180–300 km двослоен Ф 1 и Ф 2. Главните параметри на овие слоеви се дадени во Табела 4.

Табела 4.

Табела 4.
Јоносферски регион	Максимална висина, km	Т и , К	Ден		Ноќ n e , cm -3	a', ρm 3 s – 1
Јоносферски регион	Максимална висина, km	Т и , К	мин n e , cm -3	Макс n e , cm -3	Ноќ n e , cm -3	a', ρm 3 s – 1
Д	70	20	100	200	10	10 –6
Е	110	270	1,5 10 5	3·10 5	3000	10 –7
Ф 1	180	800–1500	3·10 5	5 10 5	–	3·10 –8
Ф 2 (зима)	220–280	1000–2000	6 10 5	25 10 5	~10 5	2·10 –10
Ф 2 (лето)	250–320	1000–2000	2·10 5	8 10 5	~ 3·10 5	10 –10
n e– концентрација на електрони, е – електронски полнеж, Т и– јонска температура, a΄ – коефициент на рекомбинација (кој ја одредува вредноста n eи неговата промена со текот на времето)

Просечните вредности се дадени затоа што варираат на различни географски широчини, во зависност од времето од денот и годишните времиња. Таквите податоци се неопходни за да се обезбеди радио комуникација на долги растојанија. Тие се користат при избор на работни фреквенции за различни кратки бранови радио врски. Познавањето на нивните промени во зависност од состојбата на јоносферата во различни периоди од денот и во различни сезони е исклучително важно за да се обезбеди сигурност на радио комуникациите. Јоносферата е збир на јонизирани слоеви на земјината атмосфера, почнувајќи од надморска височина од околу 60 km и проширувајќи се до височини од десетици илјади km. Главниот извор на јонизација на атмосферата на Земјата е ултравиолетовото и рендгенското зрачење од Сонцето, кое главно се јавува во сончевата хромосфера и короната. Дополнително, на степенот на јонизација на горниот дел од атмосферата влијаат сончевите корпускуларни струи кои се јавуваат за време на сончевите блесоци, како и космичките зраци и честичките од метеорот.

Јоносферски слоеви

- ова се области во атмосферата во кои се постигнуваат максимални концентрации на слободни електрони (т.е. нивниот број по единица волумен). Електрично наелектризираните слободни електрони и (во помала мера, помалку мобилни јони) кои произлегуваат од јонизацијата на атомите на атмосферските гасови, во интеракција со радио бранови (т.е. електромагнетни осцилации), можат да ја променат нивната насока, рефлектирајќи ги или прекршувајќи ги и да ја апсорбираат нивната енергија . Како резултат на ова, при примање далечни радио станици, може да се појават различни ефекти, на пример, избледување на радио комуникациите, зголемена звучност на оддалечените станици, затемнувањатаи така натаму. феномени.

Истражувачки методи.

Класичните методи за проучување на јоносферата од Земјата се сведуваат на импулсно звучење - испраќање радио пулсирања и набљудување на нивните рефлексии од различни слоеви на јоносферата, мерење на времето на доцнење и проучување на интензитетот и обликот на рефлектираните сигнали. Со мерење на височините на рефлексија на радио пулсирањата на различни фреквенции, одредување на критичните фреквенции на различни области (критичната фреквенција е фреквенцијата на носителот на радио пулсот, за кој даден регион на јоносферата станува транспарентен), можно е да се одреди вредноста на концентрацијата на електроните во слоевите и ефективните висини за дадените фреквенции и изберете ги оптималните фреквенции за дадените радио патеки. Со развојот на ракетната технологија и доаѓањето на вселенската ера на вештачките Земјини сателити (AES) и други вселенски летала, стана возможно директно да се измерат параметрите на вселенската плазма блиску до Земјата, чиј долен дел е јоносферата.

Мерењата на концентрацијата на електрони, извршени на специјално лансирани ракети и долж патеките за летот на сателитот, ги потврдија и разјаснија податоците претходно добиени со методи на земја за структурата на јоносферата, распределбата на концентрацијата на електроните со висина над различни региони на Земјата и овозможи да се добијат вредности на концентрација на електрони над главниот максимум - слојот Ф. Претходно, ова беше невозможно да се направи со користење на методи за звучење засновани на набљудувања на рефлектираните радио пулсирања со краток бран. Откриено е дека во некои области на земјината топка има доста стабилни области со намалена концентрација на електрони, редовни „јоносферски ветрови“, во јоносферата се јавуваат чудни бранови процеси кои носат локални јоносферски нарушувања на илјадници километри од местото на нивното возбудување, и уште повеќе. Создавањето на особено високо чувствителни уреди за примање овозможи да се примаат импулсни сигнали делумно рефлектирани од најниските региони на јоносферата (станици за делумна рефлексија) на станиците за звучење на јоносферата. Употребата на моќни импулсни инсталации во опсегот на метар и дециметарска бранова должина со употреба на антени кои овозможуваат висока концентрација на емитирана енергија овозможи да се набљудуваат сигналите расфрлани од јоносферата на различни надморски височини. Проучувањето на карактеристиките на спектрите на овие сигнали, некохерентно расфрлани од електрони и јони на јоносферската плазма (за ова се користеа станици за некохерентно расејување на радио бранови) овозможија да се одреди концентрацијата на електроните и јоните, нивниот еквивалент температура на различни надморски височини до височини од неколку илјади километри. Се покажа дека јоносферата е прилично транспарентна за користените фреквенции.

Концентрацијата на електрични полнежи (концентрацијата на електроните е еднаква на концентрацијата на јони) во земјината јоносфера на надморска височина од 300 km е околу 10 6 cm –3 во текот на денот. Плазмата со таква густина рефлектира радио бранови со должина поголема од 20 m, а пренесува пократки.

Типична вертикална дистрибуција на концентрацијата на електрони во јоносферата за дневни и ноќни услови.

Ширење на радио бранови во јоносферата.

Стабилниот прием на станиците за емитување на долги растојанија зависи од користените фреквенции, како и од времето на денот, сезоната и, дополнително, од сончевата активност. Сончевата активност значително влијае на состојбата на јоносферата. Радио брановите емитирани од земната станица се движат по права линија, како и сите видови електромагнетни бранови. Сепак, треба да се земе предвид дека и површината на Земјата и јонизираните слоеви на нејзината атмосфера служат како плочи на огромен кондензатор, дејствувајќи на нив како ефектот на огледалата на светлината. Рефлектирајќи се од нив, радио брановите можат да патуваат многу илјадници километри, кружејќи ја земјината топка во огромни скокови од стотици и илјадници километри, рефлектирајќи наизменично од слој јонизиран гас и од површината на Земјата или водата.

Во 20-тите години на минатиот век, се веруваше дека радио брановите пократки од 200 m генерално не се погодни за комуникација на долги растојанија поради силната апсорпција. Првите експерименти во прием на долг дострел кратки брановиАнглискиот физичар Оливер Хевисајд и американскиот електроинженер Артур Кенели го водеа патот преку Атлантикот меѓу Европа и Америка. Независно еден од друг, тие сугерираа дека некаде околу Земјата има јонизиран слој од атмосферата способен да рефлектира радио бранови. Се нарекувал слој Хевисајд-Кенели, а потоа и јоносфера.

Според современите концепти, јоносферата се состои од негативно наелектризирани слободни електрони и позитивно наелектризирани јони, главно молекуларен кислород O + и азотен оксид NO +. Јоните и електроните се формираат како резултат на дисоцијација на молекулите и јонизација на атоми на неутрален гас со сончеви рендгенски зраци и ултравиолетово зрачење. За да се јонизира атом, неопходно е да му се пренесе енергија на јонизација, чиј главен извор за јоносферата е ултравиолетовото, рендгенското и корпускуларното зрачење од Сонцето.

Додека гасовитата обвивка на Земјата е осветлена од Сонцето, во неа континуирано се формираат се повеќе електрони, но во исто време некои од електроните, судирајќи се со јони, се рекомбинираат, повторно формирајќи неутрални честички. По зајдисонце, формирањето на нови електрони речиси престанува, а бројот на слободни електрони почнува да се намалува. Колку повеќе слободни електрони има во јоносферата, толку подобри бранови со висока фреквенција се рефлектираат од неа. Со намалување на концентрацијата на електрони, преминувањето на радио брановите е можно само во ниски фреквентни опсези. Затоа ноќе, по правило, можно е да се примаат далечни станици само во опсегот од 75, 49, 41 и 31 m. Електроните се нерамномерно распоредени во јоносферата. На надморска височина од 50 до 400 km има неколку слоеви или региони на зголемена концентрација на електрони. Овие области непречено преминуваат една во друга и имаат различни ефекти врз ширењето на радио брановите HF. Горниот слој на јоносферата е означен со буквата Ф. Еве ги најмногу висок степенјонизација (фракцијата на наелектризираните честички е околу 10 –4). Се наоѓа на надморска височина од повеќе од 150 km над површината на Земјата и ја игра главната рефлективна улога во ширењето на далечина на високофреквентните HF радио бранови. Во летните месеци, регионот F се дели на два слоја - Ф 1 и Ф 2. Слојот F1 може да зафаќа височини од 200 до 250 km, и слој Ф 2 се чини дека „плови“ во висинскиот опсег од 300–400 km. Обично слој Ф 2 е јонизиран многу посилно од слојот Ф 1 . Ноќен слој Ф 1 исчезнува и слојот Ф 2 останува, полека губи до 60% од својот степен на јонизација. Под слојот F на надморска височина од 90 до 150 km има слој Ечија јонизација се јавува под влијание на мекото рендгенско зрачење од Сонцето. Степенот на јонизација на слојот Е е помал од оној на Ф, во текот на денот, приемот на станиците во нискофреквентниот опсег на HF од 31 и 25 m се случува кога сигналите се рефлектираат од слојот Е. Обично тоа се станици лоцирани на растојание од 1000–1500 km. Ноќе во слојот ЕЈонизацијата нагло се намалува, но дури и во ова време продолжува да игра значајна улога во приемот на сигналите од станиците на опсегот 41, 49 и 75 m.

Од голем интерес за примање сигнали на високофреквентни опсези на HF од 16, 13 и 11 m се оние што произлегуваат во областа Еслоеви (облаци) на високо зголемена јонизација. Областа на овие облаци може да варира од неколку до стотици квадратни километри. Овој слој на зголемена јонизација се нарекува спорадичен слој Еи е назначен Ес. Ес облаците можат да се движат во јоносферата под влијание на ветерот и да достигнат брзина до 250 km/h. Во лето во средните географски широчини во текот на денот, потеклото на радио брановите поради облаците Es се јавува 15-20 дена месечно. Во близина на екваторот е скоро секогаш присутен, а на големи географски широчини обично се појавува ноќе. Понекогаш, за време на години на слаба сончева активност, кога нема пренос на високофреквентните опсези на HF, одеднаш се појавуваат далечни станици на појасите од 16, 13 и 11 m со добра јачина, чии сигнали се рефлектираат многу пати од Es.

Најнискиот регион на јоносферата е регионот Дсе наоѓа на надморска височина помеѓу 50 и 90 км. Тука има релативно малку слободни електрони. Од областа ДДолгите и средните бранови добро се рефлектираат, а сигналите од нискофреквентните HF станици силно се апсорбираат. По зајдисонце, јонизацијата исчезнува многу брзо и станува возможно да се примаат далечни станици во опсег од 41, 49 и 75 m, чии сигнали се рефлектираат од слоевите Ф 2 и Е. Одделните слоеви на јоносферата играат важна улога во ширењето на радио сигналите со HF. Ефектот врз радио брановите се јавува главно поради присуството на слободни електрони во јоносферата, иако механизмот на ширење на радио брановите е поврзан со присуството на големи јони. Вторите се исто така од интерес при студирањето хемиски својстваатмосферата, бидејќи тие се поактивни од неутралните атоми и молекули. Хемиски реакциишто тече во јоносферата играат важна улога во нејзината енергетска и електрична рамнотежа.

Нормална јоносфера. Набљудувањата извршени со помош на геофизички ракети и сателити обезбедија многу нови информации, што покажува дека јонизацијата на атмосферата се случува под влијание на сончевото зрачење со широк спектар. Нејзиниот главен дел (повеќе од 90%) е концентриран во видливиот дел од спектарот. Ултравиолетовото зрачење, кое има пократка бранова должина и поголема енергија од виолетовите светлосни зраци, се емитува од водород во внатрешната атмосфера на Сонцето (хромосферата), а Х-зраците, кои имаат уште поголема енергија, се емитуваат од гасовите во надворешната обвивка на Сонцето. (короната).

Нормалната (просечна) состојба на јоносферата се должи на постојаното моќно зрачење. Во нормалната јоносфера се случуваат редовни промени поради дневната ротација на Земјата и сезонските разлики во аголот на паѓање на сончевите зраци напладне, но се случуваат и непредвидливи и нагли промени во состојбата на јоносферата.

Нарушувања во јоносферата.

Како што е познато, на Сонцето се случуваат моќни циклично повторувачки манифестации на активност, кои достигнуваат максимум на секои 11 години. Набљудувањата во рамките на програмата Меѓународна геофизичка година (IGY) се совпаднаа со периодот на најголема сончева активност за целиот период на систематски метеоролошки набљудувања, т.е. од почетокот на 18 век. За време на периоди на висока активност, осветленоста на некои области на Сонцето се зголемува неколку пати, а моќта на ултравиолетовото и рендгенското зрачење нагло се зголемува. Ваквите појави се нарекуваат соларни изливи. Траат од неколку минути до еден до два часа. За време на одблесокот, сончевата плазма (најчесто протони и електрони) еруптира, и елементарни честичкибрзаат во вселената. Електромагнетното и корпускуларното зрачење од Сонцето за време на ваквите блесоци има силно влијание врз атмосферата на Земјата.

Првичната реакција е забележана 8 минути по одблесокот, кога интензивното ултравиолетово и рендгенско зрачење стигнува до Земјата. Како резултат на тоа, јонизацијата нагло се зголемува; Х-зраците продираат во атмосферата до долната граница на јоносферата; бројот на електрони во овие слоеви се зголемува толку многу што радио сигналите речиси целосно се апсорбираат („изгаснат“). Дополнителната апсорпција на зрачењето предизвикува загревање на гасот, што придонесува за развој на ветрови. Јонизираниот гас е електричен спроводник и кога се движи во магнетното поле на Земјата, се јавува динамо ефект и електрична енергија. Таквите струи, пак, можат да предизвикаат забележителни нарушувања во магнетното поле и да се манифестираат во форма на магнетни бури.

Структурата и динамиката на горниот дел од атмосферата значително се детерминирани со нерамнотежни процеси во термодинамичка смисла поврзани со јонизација и дисоцијација со сончево зрачење, хемиски процеси, возбудување на молекули и атоми, нивно деактивирање, судири и други елементарни процеси. Во овој случај, степенот на нерамнотежа се зголемува со висината како што се намалува густината. До височини од 500–1000 km, а често и повисоки, степенот на нерамнотежа за многу карактеристики на горната атмосфера е прилично мал, што овозможува да се користи класична и хидромагнетна хидродинамика, земајќи ги предвид хемиските реакции, за да се опише.

Егзосферата е надворешниот слој на Земјината атмосфера, почнувајќи од надморска височина од неколку стотици километри, од кој лесните атоми на водород кои брзо се движат можат да избегаат во вселената.

Едвард Кононович

Литература:

Пудовкин М.И. Основи на соларната физика. Санкт Петербург, 2001 година
Ерис Шејсон, Стив Мекмилан Астрономијата денес. Prentice-Hall, Inc. Горна река Седл, 2002 година
Материјали на Интернет: http://ciencia.nasa.gov/

Забележливото зголемување на слободниот кислород во атмосферата на Земјата пред 2,4 милијарди години се чини дека е резултат на многу брзиот премин од една во друга рамнотежна состојба. Првото ниво одговараше на екстремно ниска концентрација на О 2 - околу 100.000 пати пониска од она што се забележува сега. Второто ниво на рамнотежа можеше да се постигне со поголема концентрација, не помала од 0,005 од модерната. Содржината на кислород помеѓу овие две нивоа се карактеризира со екстремна нестабилност. Присуството на таква „бистабилност“ овозможува да се разбере зошто имало толку малку слободен кислород во атмосферата на Земјата најмалку 300 милиони години откако цијанобактериите (сино-зелените „алги“) почнале да го произведуваат.

Во моментов, атмосферата на Земјата се состои од 20% слободен кислород, што не е ништо повеќе од нуспроизвод на фотосинтезата од цијанобактерии, алги и повисоки растенија. Многу кислород се ослободува од тропските шуми, кои во популарните публикации често се нарекуваат бели дробови на планетата. Во исто време, сепак, молчи дека во текот на годината тропските шуми трошат речиси исто толку кислород колку што произведуваат. Се троши на дишење на организми кои ја разградуваат готовата органска материја - првенствено бактерии и габи. За тоа, За да почне да се акумулира кислород во атмосферата, барем дел од супстанцијата формирана за време на фотосинтезата мора да се отстрани од циклусот.- на пример, навлезете во долните седименти и станувате недостапни за бактериите кои аеробно го разградуваат, односно со потрошувачката на кислород.

Вкупната реакција на кислородната (т.е. „давање кислород“) фотосинтеза може да се запише како:
CO 2 + H 2 O + hν→ (CH 2 O) + O 2,
Каде hνе енергијата на сончевата светлина, а (CH 2 O) е генерализирана формула на органската материја. Дишењето е обратен процес, кој може да се напише како:
(CH 2 O) + O 2 → CO 2 + H 2 O.
Во исто време ќе се ослободи енергијата неопходна за организмите. Сепак, аеробното дишење е можно само при концентрација на О 2 не помала од 0,01 од современото ниво (т.н. Пастерова точка). Во анаеробни услови, органската материја се распаѓа преку ферментација, а последните фази од овој процес често произведуваат метан. На пример, генерализираната равенка за метаногенеза преку формирање на ацетат изгледа вака:
2(CH 2 O) → CH 3 COOH → CH 4 + CO 2.
Ако го комбинираме процесот на фотосинтеза со последователно распаѓање на органска материја во анаеробни услови, тогаш целокупната равенка ќе изгледа вака:
CO 2 + H 2 O + hν→ 1/2 CH 4 + 1/2 CO 2 + O 2.
Токму овој пат на распаѓање на органската материја очигледно бил главниот во античката биосфера.

Многу важни детали за тоа како е воспоставена модерната рамнотежа помеѓу снабдувањето со кислород и отстранувањето од атмосферата остануваат нејасни. На крајот на краиштата, забележително зголемување на содржината на кислород, таканаречената „Голема оксидација на атмосферата“, се случи пред само 2,4 милијарди години, иако со сигурност се знае дека цијанобактериите кои вршат кислородна фотосинтеза веќе биле доста бројни и активни 2,7 милијарди години пред, а тие се појавија уште порано - можеби пред 3 милијарди години. Така, во рамките на најмалку 300 милиони години, активноста на цијанобактериите не доведе до зголемување на содржината на кислород во атмосферата.

Претпоставката дека, поради некоја причина, одеднаш дошло до радикално зголемување на нето примарното производство (односно, зголемување на органската материја формирана за време на фотосинтезата на цијанобактериите) не издржа критики. Факт е дека при фотосинтезата претежно се троши светлосниот јаглероден изотоп 12 C, а во животната срединасе зголемува релативната содржина на потешкиот изотоп 13 C. Според тоа, седиментите на дното што содржат органска материја мора да се исцрпат во изотопот 13 C, кој се акумулира во водата и оди до формирање на карбонати. Сепак, односот од 12 C и 13 C во карбонати и во органска материјаседиментот останува непроменет и покрај радикалните промени во атмосферската концентрација на кислород. Тоа значи дека целата поента не е во изворот на О 2, туку во неговото, како што велат геохемичарите, „потоне“ (отстранување од атмосферата), кое наеднаш значително се намали, што доведе до значително зголемување на количината на кислород. во атмосферата.

Вообичаено се верува дека непосредно пред „Големата оксидација на атмосферата“, сиот тогаш формиран кислород се трошел на оксидација на редуцираните соединенија на железо (а потоа и сулфур), кои биле доста изобилни на површината на Земјата. Конкретно, тогаш беа формирани таканаречените „обврзани железни руди“. Но, неодамна Колин Голдблат, дипломиран студент на Факултетот за еколошки науки на Универзитетот во Источна Англија (Норвич, ОК), заедно со двајца колеги од истиот универзитет, дошле до заклучок дека содржината на кислород во земјината атмосфера може да биде во една од двете состојби на рамнотежа: може да биде или многу мала - околу 100 илјади пати помалку од сега, или веќе доста (иако од позиција на модерен набљудувач е мала) - не помалку од 0,005 од модерното ниво.

Во предложениот модел, тие го земаа предвид влегувањето во атмосферата и на кислородот и на редуцираните соединенија, особено обрнувајќи внимание на односот на слободниот кислород и метан. Тие забележаа дека ако концентрацијата на кислород надмине 0,0002 од сегашното ниво, тогаш дел од метанот веќе може да се оксидира од метанотрофни бактерии според реакцијата:
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O.
Но, остатокот од метанот (и има доста од него, особено при ниски концентрации на кислород) влегува во атмосферата.

Целиот систем е во нерамнотежна состојба од гледна точка на термодинамиката. Главниот механизам за враќање на нарушената рамнотежа е оксидацијата на метанот во горните слоеви на атмосферата со хидроксилен радикал (види Флуктуации на метанот во атмосферата: човек или природа - кој победува, „Елементи“, 10.06.2006). Познато е дека радикалот хидроксил се формира во атмосферата под влијание на ултравиолетовото зрачење. Но, ако има многу кислород во атмосферата (најмалку 0,005 од сегашното ниво), тогаш во неговите горните слоеви се формира озонски екран, кој добро ја штити Земјата од тврдите ултравиолетови зраци и во исто време се меша со физичко-хемиските оксидација на метанот.

Авторите доаѓаат до малку парадоксален заклучок дека самото постоење на кислородна фотосинтеза не е доволен услов ниту за формирање на атмосфера богата со кислород ниту за појава на озонски екран. Оваа околност треба да се земе предвид во случаите кога се обидуваме да најдеме знаци за постоење на живот на други планети врз основа на резултатите од истражувањето на нивната атмосфера.