Atmosferos sudėties ir struktūros kilmė. Žemės atmosfera: išvaizdos ir struktūros istorija

Atmosferos storis yra apie 120 km nuo Žemės paviršiaus. Bendra oro masė atmosferoje yra (5,1-5,3) 10 18 kg. Iš jų sauso oro masė 5,1352 ± 0,0003 10 18 kg, bendra vandens garų masė vidutiniškai 1,27 10 16 kg.

tropopauzė

Pereinamasis sluoksnis iš troposferos į stratosferą, atmosferos sluoksnis, kuriame sustoja temperatūros mažėjimas didėjant aukščiui.

Stratosfera

Atmosferos sluoksnis, esantis 11–50 km aukštyje. Būdingas nedidelis temperatūros pokytis 11-25 km sluoksnyje (apatiniame stratosferos sluoksnyje) ir jo padidėjimas 25-40 km sluoksnyje nuo –56,5 iki 0,8 ° (viršutinė stratosfera arba inversijos sritis). Pasiekusi apie 273 K (beveik 0 °C) vertę maždaug 40 km aukštyje, temperatūra išlieka pastovi iki maždaug 55 km aukščio. Ši pastovios temperatūros sritis vadinama stratopauze ir yra riba tarp stratosferos ir mezosferos.

Stratopauzė

Atmosferos ribinis sluoksnis tarp stratosferos ir mezosferos. Vertikaliame temperatūros pasiskirstyme yra maksimumas (apie 0 °C).

Mezosfera

Žemės atmosfera

Žemės atmosferos riba

Termosfera

Viršutinė riba yra apie 800 km. Temperatūra pakyla iki 200–300 km aukščio, kur pasiekia 1500 K reikšmes, po to išlieka beveik pastovi iki didelio aukščio. Veikiamas ultravioletinių ir rentgeno saulės spindulių bei kosminės spinduliuotės, oras jonizuojasi („poliarinės šviesos“) – pagrindiniai jonosferos regionai yra termosferos viduje. Virš 300 km aukštyje vyrauja atominis deguonis. Termosferos viršutinę ribą daugiausia lemia dabartinis Saulės aktyvumas. Mažo aktyvumo laikotarpiais – pavyzdžiui, 2008–2009 m. – pastebimas šio sluoksnio dydžio mažėjimas.

Termopauzė

Atmosferos sritis virš termosferos. Šiame regione saulės spinduliuotės sugertis yra nereikšminga, o temperatūra faktiškai nesikeičia didėjant aukščiui.

Egzosfera (sklaidanti sfera)

Iki 100 km aukščio atmosfera yra vienalytis, gerai susimaišęs dujų mišinys. Aukštesniuose sluoksniuose dujų pasiskirstymas aukštyje priklauso nuo jų molekulinių masių, sunkesnių dujų koncentracija mažėja greičiau tolstant nuo Žemės paviršiaus. Dėl sumažėjusio dujų tankio temperatūra nukrenta nuo 0 °C stratosferoje iki –110 °C mezosferoje. Tačiau atskirų dalelių kinetinė energija 200–250 km aukštyje atitinka ~150 °C temperatūrą. Virš 200 km pastebimi dideli temperatūros ir dujų tankio svyravimai laike ir erdvėje.

Maždaug 2000-3500 km aukštyje egzosfera palaipsniui pereina į vadinamąją. šalia kosminio vakuumo, kuris užpildytas labai retomis tarpplanetinių dujų dalelėmis, daugiausia vandenilio atomais. Tačiau šios dujos yra tik dalis tarpplanetinės materijos. Kitą dalį sudaro į dulkes panašios kometinės ir meteorinės kilmės dalelės. Be itin retų dulkių dalelių, į šią erdvę prasiskverbia saulės ir galaktikos kilmės elektromagnetinė ir korpuskulinė spinduliuotė.

Troposfera sudaro apie 80 % atmosferos masės, stratosfera – apie 20 %; mezosferos masė yra ne didesnė kaip 0,3%, termosfera yra mažesnė nei 0,05% visos atmosferos masės. Pagal elektrines savybes atmosferoje išskiriama neutrosfera ir jonosfera. Šiuo metu manoma, kad atmosfera tęsiasi iki 2000-3000 km aukščio.

Priklausomai nuo dujų sudėties atmosferoje, jie išskiria homosfera Ir heterosfera. heterosfera- tai sritis, kurioje gravitacija veikia dujų atsiskyrimą, nes jų maišymas tokiame aukštyje yra nereikšmingas. Taigi seka kintama heterosferos sudėtis. Po juo slypi gerai sumaišyta, vienalytė atmosferos dalis, vadinama homosfera. Riba tarp šių sluoksnių vadinama turbopauze, ji yra apie 120 km aukštyje.

Fiziologinės ir kitos atmosferos savybės

Jau 5 km aukštyje virš jūros lygio netreniruotam žmogui išsivysto deguonies badas ir, neprisitaikius, gerokai sumažėja žmogaus darbingumas. Čia baigiasi fiziologinė atmosferos zona. Žmogaus kvėpavimas tampa neįmanomas 9 km aukštyje, nors maždaug iki 115 km atmosferoje yra deguonies.

Atmosfera aprūpina mus deguonimi, kurio reikia kvėpuoti. Tačiau dėl bendro atmosferos slėgio sumažėjimo, kylant į aukštį, atitinkamai mažėja ir dalinis deguonies slėgis.

Retuose oro sluoksniuose garso sklidimas neįmanomas. Iki 60-90 km aukščio vis dar galima naudoti oro pasipriešinimą ir pakėlimą kontroliuojamam aerodinaminiam skrydžiui. Tačiau pradedant nuo 100–130 km aukščio, kiekvienam pilotui pažįstamos M skaičiaus ir garso barjero sąvokos praranda prasmę: ten eina sąlyginė Karmano linija, už kurios prasideda grynai balistinio skrydžio zona, kurias galima valdyti tik naudojant reaktyviąsias jėgas.

Didesniame nei 100 km aukštyje atmosfera taip pat netenka kitos nepaprastos savybės – gebėjimo sugerti, pravesti ir perduoti šiluminę energiją konvekcijos būdu (t.y. oro maišymo būdu). Tai reiškia, kad įvairūs orbitinės kosminės stoties įrangos elementai, įranga negalės būti vėsinami iš išorės taip, kaip tai įprastai daroma lėktuve – oro čiurkšlių ir oro radiatorių pagalba. Tokiame aukštyje, kaip ir apskritai erdvėje, vienintelis būdas perduoti šilumą yra šiluminė spinduliuotė.

Atmosferos susidarymo istorija

Remiantis labiausiai paplitusia teorija, laikui bėgant Žemės atmosfera buvo trijų skirtingų kompozicijų. Iš pradžių jį sudarė lengvosios dujos (vandenilis ir helis), paimtos iš tarpplanetinės erdvės. Šis vadinamasis pirminė atmosfera(prieš maždaug keturis milijardus metų). Kitame etape dėl aktyvios vulkaninės veiklos atmosfera buvo prisotinta kitomis dujomis nei vandenilis (anglies dioksidas, amoniakas, vandens garai). Štai taip antrinė atmosfera(maždaug trys milijardai metų prieš mūsų dienas). Ši atmosfera buvo atkurianti. Be to, atmosferos formavimosi procesą lėmė šie veiksniai:

lengvųjų dujų (vandenilio ir helio) nutekėjimas į tarpplanetinę erdvę;
cheminės reakcijos, vykstančios atmosferoje, veikiant ultravioletiniams spinduliams, žaibo iškrovoms ir kai kuriems kitiems veiksniams.

Palaipsniui šie veiksniai lėmė formavimąsi tretinė atmosfera, pasižymintis daug mažesniu vandenilio kiekiu ir daug didesniu azoto bei anglies dioksido kiekiu (susidaro dėl cheminių reakcijų iš amoniako ir angliavandenilių).

Azotas

Didelis azoto N 2 kiekis susidaro dėl amoniako-vandenilio atmosferos oksidacijos molekuliniu deguonimi O 2, kuris pradėjo kilti iš planetos paviršiaus dėl fotosintezės, pradedant nuo 3 milijardų metų. Azotas N 2 taip pat patenka į atmosferą dėl nitratų ir kitų azoto turinčių junginių denitrifikacijos. Viršutiniuose atmosferos sluoksniuose azotą ozonas oksiduoja į NO.

Azotas N 2 patenka į reakcijas tik tam tikromis sąlygomis (pavyzdžiui, žaibo išlydžio metu). Molekulinio azoto oksidavimas ozonu elektros iškrovų metu mažais kiekiais naudojamas pramoninėje azoto trąšų gamyboje. Jį sunaudojant mažai energijos gali oksiduoti ir paversti biologiškai aktyvia forma melsvadumbliai (melsvadumbliai) ir mazginės bakterijos, kurios formuoja rizobinę simbiozę su ankštiniais augalais, vadinamąją. žalioji trąša.

Deguonis

Atmosferos sudėtis pradėjo radikaliai keistis, kai Žemėje atsirado gyvi organizmai, dėl fotosintezės, kurią lydėjo deguonies išsiskyrimas ir anglies dioksido absorbcija. Iš pradžių deguonis buvo naudojamas redukuotų junginių – amoniako, angliavandenilių, geležies geležies, esančios vandenynuose ir kt., oksidacijai. Šio etapo pabaigoje deguonies kiekis atmosferoje pradėjo augti. Palaipsniui susiformavo moderni atmosfera su oksidacinėmis savybėmis. Kadangi tai sukėlė rimtų ir staigių pokyčių daugelyje atmosferoje, litosferoje ir biosferoje vykstančių procesų, šis įvykis buvo vadinamas deguonies katastrofa.

tauriųjų dujų

Oro tarša

Pastaruoju metu žmogus pradėjo daryti įtaką atmosferos evoliucijai. Jo veiklos rezultatas – nuolatinis reikšmingas anglies dioksido kiekio atmosferoje padidėjimas dėl ankstesnėse geologinėse epochose sukaupto angliavandenilio kuro degimo. Fotosintezės metu sunaudojamas didžiulis CO 2 kiekis, kurį sugeria pasaulio vandenynai. Šios dujos į atmosferą patenka irstant karbonatinėms uolienoms bei augalinės ir gyvūninės kilmės organinėms medžiagoms, taip pat dėl vulkanizmo ir žmogaus gamybinės veiklos. Per pastaruosius 100 metų CO 2 kiekis atmosferoje padidėjo 10%, o didžioji dalis (360 mlrd. tonų) susidaro deginant kurą. Jei kuro degimo tempas ir toliau augs, per ateinančius 200–300 metų CO 2 kiekis atmosferoje padvigubės ir gali sukelti pasaulinę klimato kaitą.

Kuro deginimas yra pagrindinis teršiančių dujų (СО,, SO 2) šaltinis. Sieros dioksidą atmosferos deguonis oksiduoja iki SO 3 viršutinėje atmosferoje, kuris savo ruožtu sąveikauja su vandens garais ir amoniaku, o susidariusi sieros rūgštis (H 2 SO 4) ir amonio sulfatas ((NH 4) 2 SO 4) grįžta į Žemės paviršius vadinamojo pavidalo. rūgštūs lietūs. Naudojant vidaus degimo variklius, oras labai užteršiamas azoto oksidais, angliavandeniliais ir švino junginiais (tetraetilšvinu Pb (CH 3 CH 2) 4)).

Aerozolinę atmosferos taršą sukelia tiek natūralios priežastys (ugnikalnio išsiveržimas, dulkių audros, jūros vandens lašelių ir augalų žiedadulkių įsiskverbimas ir kt.), tiek žmogaus ūkinė veikla (rūdos ir statybinių medžiagų kasyba, kuro deginimas, cemento gamyba ir kt.). .). Intensyvus didelio masto kietųjų dalelių pašalinimas į atmosferą yra viena iš galimų klimato kaitos priežasčių planetoje.

taip pat žr

Jacchia (atmosferos modelis)

Pastabos

Nuorodos

Literatūra

V. V. Parinas, F. P. Kosmolinskis, B. A. Duškovas„Kosmoso biologija ir medicina“ (2-asis leidimas, pataisytas ir papildytas), M .: „Prosveshchenie“, 1975, 223 puslapiai.
N. V. Gusakova"Aplinkos chemija", Rostovas prie Dono: Phoenix, 2004, 192 su ISBN 5-222-05386-5
Sokolovas V.A. Gamtinių dujų geochemija, M., 1971;
McEwen M, Phillips L. Atmosferos chemija, M., 1978;
Wark K., Warner S. Oro tarša. Šaltiniai ir kontrolė, vert. iš anglų k., M.. 1980;
Natūralios aplinkos foninės taršos monitoringas. in. 1, L., 1982 m.

Žemė
Žemės istorija	Žemės amžius Geologinė Žemės istorija Geologinė laiko skalė Gyvybės Žemėje istorija Žemės apledėjimas Silpni jaunos saulės paradoksas Milžinų smūgio teorija Evoliucijos laiko juosta
Geografija ir geologija	Australija Azija Antarktida Afrika Europa Šiaurės Amerika Pietų Amerika Atlanto vandenynas Indijos vandenynas Arkties vandenynas

Atmosfera(iš graikų kalbos atmos – garai ir sfarija – rutulys) – Žemės oro apvalkalas, besisukantis kartu su juo. Atmosferos raida buvo glaudžiai susijusi su mūsų planetoje vykstančiais geologiniais ir geocheminiais procesais, taip pat su gyvų organizmų veikla.

Apatinė atmosferos riba sutampa su Žemės paviršiumi, nes oras prasiskverbia į smulkiausias dirvožemio poras ir ištirpsta net vandenyje.

Viršutinė riba 2000–3000 km aukštyje palaipsniui pereina į kosmosą.

Atmosfera, kurioje gausu deguonies, leidžia gyventi Žemėje. Atmosferos deguonis naudojamas žmonių, gyvūnų ir augalų kvėpavimo procese.

Jei nebūtų atmosferos, Žemė būtų tyli kaip mėnulis. Juk garsas yra oro dalelių vibracija. Mėlyna dangaus spalva paaiškinama tuo, kad saulės spinduliai, prasiskverbę per atmosferą, tarsi pro objektyvą, suskaidomi į savo sudedamąsias spalvas. Šiuo atveju labiausiai išsklaidomi mėlynos ir mėlynos spalvos spinduliai.

Atmosfera sulaiko didžiąją dalį Saulės ultravioletinės spinduliuotės, kuri daro žalingą poveikį gyviems organizmams. Jis taip pat sulaiko šilumą Žemės paviršiuje ir neleidžia mūsų planetai atvėsti.

Atmosferos struktūra

Atmosferoje galima išskirti kelis sluoksnius, kurie skiriasi tankiu ir tankiu (1 pav.).

Troposfera

Troposfera- žemiausias atmosferos sluoksnis, kurio storis virš ašigalių yra 8-10 km, vidutinio klimato platumose - 10-12 km, o virš pusiaujo - 16-18 km.

Ryžiai. 1. Žemės atmosferos sandara

Oras troposferoje kaitinamas nuo žemės paviršiaus, t.y. nuo žemės ir vandens. Todėl oro temperatūra šiame sluoksnyje didėjant aukščiui kas 100 m mažėja vidutiniškai 0,6 °C. Viršutinėje troposferos riboje ji siekia -55 °C. Tuo pačiu metu pusiaujo srityje prie viršutinės troposferos ribos oro temperatūra yra -70 °С, o Šiaurės ašigalio srityje -65 ° C.

Apie 80% atmosferos masės sutelkta troposferoje, išsidėsto beveik visi vandens garai, perkūnija, audros, debesys ir krituliai, vyksta vertikalus (konvekcinis) ir horizontalus (vėjo) oro judėjimas.

Galima sakyti, kad oras daugiausia susidaro troposferoje.

Stratosfera

Stratosfera- atmosferos sluoksnis, esantis virš troposferos 8–50 km aukštyje. Dangaus spalva šiame sluoksnyje atrodo violetinė, o tai paaiškinama oro retėjimu, dėl kurio saulės spinduliai beveik neišsisklaido.

Stratosferoje yra 20% atmosferos masės. Oras šiame sluoksnyje yra išretėjęs, vandens garų praktiškai nėra, todėl debesys ir krituliai beveik nesusidaro. Tačiau stratosferoje stebimos stabilios oro srovės, kurių greitis siekia 300 km/val.

Šis sluoksnis yra koncentruotas ozonas(ozono ekranas, ozonosfera), sluoksnis, sugeriantis ultravioletinius spindulius, neleidžiantis jiems patekti į Žemę ir taip apsaugoti gyvus organizmus mūsų planetoje. Dėl ozono oro temperatūra viršutinėje stratosferos riboje yra nuo -50 iki 4-55 °C.

Tarp mezosferos ir stratosferos yra pereinamoji zona – stratopauzė.

Mezosfera

Mezosfera- atmosferos sluoksnis, esantis 50-80 km aukštyje. Oro tankis čia yra 200 kartų mažesnis nei Žemės paviršiuje. Dangaus spalva mezosferoje atrodo juoda, dieną matomos žvaigždės. Oro temperatūra nukrenta iki -75 (-90)°C.

80 km aukštyje prasideda termosfera. Oro temperatūra šiame sluoksnyje smarkiai pakyla iki 250 m aukščio, o vėliau tampa pastovi: 150 km aukštyje pasiekia 220-240 °C; 500-600 km aukštyje viršija 1500 °C.

Mezosferoje ir termosferoje, veikiant kosminiams spinduliams, dujų molekulės skyla į įkrautas (jonizuotas) atomų daleles, todėl ši atmosferos dalis vadinama. jonosfera- labai išretinto oro sluoksnis, esantis 50–1000 km aukštyje, daugiausia susidedantis iš jonizuotų deguonies atomų, azoto oksido molekulių ir laisvųjų elektronų. Šis sluoksnis pasižymi dideliu elektrifikavimu, nuo jo, kaip nuo veidrodžio, atsispindi ilgos ir vidutinės radijo bangos.

Jonosferoje atsiranda auroros – išretėjusių dujų švytėjimas, veikiamas iš Saulės skrendančių elektriškai įkrautų dalelių – ir stebimi staigūs magnetinio lauko svyravimai.

Egzosfera

Egzosfera- išorinis atmosferos sluoksnis, esantis aukščiau 1000 km. Šis sluoksnis taip pat vadinamas sklaidos sfera, nes dujų dalelės čia juda dideliu greičiu ir gali būti išsklaidytos į kosmosą.

Atmosferos sudėtis

Atmosfera yra dujų mišinys, susidedantis iš azoto (78,08%), deguonies (20,95%), anglies dioksido (0,03%), argono (0,93%), nedidelio kiekio helio, neono, ksenono, kriptono (0,01%), ozono ir kitų dujų, tačiau jų kiekis yra nereikšmingas (1 lentelė). Šiuolaikinė Žemės oro sudėtis buvo nustatyta daugiau nei prieš šimtą milijonų metų, tačiau smarkiai išaugusi žmogaus gamybinė veikla vis dėlto lėmė jos pokyčius. Šiuo metu CO 2 kiekis padidėja apie 10-12%.

Atmosferą sudarančios dujos atlieka įvairius funkcinius vaidmenis. Tačiau pagrindinę šių dujų reikšmę pirmiausia lemia tai, kad jos labai stipriai sugeria spinduliavimo energiją ir taip daro didelę įtaką Žemės paviršiaus ir atmosferos temperatūros režimui.

1 lentelė. Sauso atmosferos oro prie žemės paviršiaus cheminė sudėtis

	Tūrio koncentracija. %	Molekulinė masė, vienetai

Deguonis

Anglies dvideginis





Azoto oksidas
	nuo 0 iki 0,00001
Sieros dioksidas	nuo 0 iki 0,000007 vasarą; nuo 0 iki 0,000002 žiemą
	Nuo 0 iki 0,000002	46,0055/17,03061
Azogo dioksidas

Smalkės

Azotas, atmosferoje dažniausiai pasitaikančios dujos, chemiškai mažai aktyvios.

Deguonis, skirtingai nei azotas, yra chemiškai labai aktyvus elementas. Specifinė deguonies funkcija – heterotrofinių organizmų, uolienų organinių medžiagų, ugnikalnių į atmosferą išmetamų nepilnai oksiduotų dujų oksidacija. Be deguonies nebūtų ir negyvų organinių medžiagų.

Anglies dioksido vaidmuo atmosferoje yra nepaprastai didelis. Jis patenka į atmosferą dėl degimo, gyvų organizmų kvėpavimo, irimo procesų ir visų pirma yra pagrindinė statybinė medžiaga organinėms medžiagoms kurti fotosintezės metu. Be to, didelę reikšmę turi anglies dioksido savybė perduoti trumpųjų bangų saulės spinduliuotę ir sugerti dalį šiluminės ilgosios bangos spinduliuotės, kuri sukurs vadinamąjį šiltnamio efektą, apie kurį bus kalbama toliau.

Įtaką atmosferos procesams, ypač stratosferos šiluminiam režimui, taip pat daro ozonas.Šios dujos tarnauja kaip natūralus saulės ultravioletinės spinduliuotės sugėriklis, o saulės spinduliuotės sugertis sukelia oro šildymą. Vidutinės mėnesio bendro ozono kiekio atmosferoje vertės skiriasi priklausomai nuo vietovės platumos ir sezono 0,23–0,52 cm (tai yra ozono sluoksnio storis esant žemės slėgiui ir temperatūrai). Nuo pusiaujo iki ašigalių ozono kiekis didėja, o metinis svyravimas – minimalus rudenį ir didžiausias pavasarį.

Būdinga atmosferos savybė gali būti vadinama tai, kad pagrindinių dujų (azoto, deguonies, argono) kiekis šiek tiek kinta priklausomai nuo aukščio: 65 km aukštyje atmosferoje azoto kiekis yra 86%, deguonies - 19, argono - 0,91, 95 km aukštyje - azoto 77, deguonies - 21,3, argono - 0,82%. Atmosferos oro sudėties pastovumas vertikaliai ir horizontaliai palaikomas jį maišant.

Be dujų, ore yra vandens garai Ir kietosios dalelės. Pastarieji gali būti tiek natūralios, tiek dirbtinės (antropogeninės) kilmės. Tai gėlių žiedadulkės, smulkūs druskos kristalai, kelių dulkės, aerozolių priemaišos. Kai saulės spinduliai prasiskverbia pro langą, jie gali būti matomi plika akimi.

Ypač daug kietųjų dalelių yra miestų ir didžiųjų pramonės centrų ore, kur į aerozolius dedama kenksmingų dujų ir jų priemaišų, susidarančių deginant kurą, ore.

Aerozolių koncentracija atmosferoje lemia oro skaidrumą, kuris įtakoja Žemės paviršių pasiekiančią saulės spinduliuotę. Didžiausi aerozoliai yra kondensacijos branduoliai (iš lot. kondensatas- tankinimas, sutirštėjimas) - prisideda prie vandens garų pavertimo vandens lašeliais.

Vandens garų vertę pirmiausia lemia tai, kad jie atitolina žemės paviršiaus ilgųjų bangų šiluminę spinduliuotę; yra pagrindinė didelių ir mažų drėgmės ciklų grandis; pakelia oro temperatūrą, kai vandens sluoksniai kondensuojasi.

Vandens garų kiekis atmosferoje kinta laikui ir erdvėje. Taigi vandens garų koncentracija prie žemės paviršiaus svyruoja nuo 3% tropikuose iki 2-10 (15)% Antarktidoje.

Vidutinis vandens garų kiekis vertikalioje atmosferos stulpelyje vidutinio klimato platumose yra apie 1,6-1,7 cm (tokio storio bus kondensuotų vandens garų sluoksnis). Informacija apie vandens garus skirtinguose atmosferos sluoksniuose yra prieštaringa. Pavyzdžiui, buvo daroma prielaida, kad aukščio diapazone nuo 20 iki 30 km specifinė drėgmė stipriai didėja didėjant aukščiui. Tačiau vėlesni matavimai rodo didesnį stratosferos sausumą. Matyt, specifinė drėgmė stratosferoje mažai priklauso nuo ūgio ir siekia 2–4 mg/kg.

Vandens garų kiekio kintamumą troposferoje lemia garavimo, kondensacijos ir horizontalaus pernešimo sąveika. Dėl vandens garų kondensacijos susidaro debesys ir iškrenta krituliai lietaus, krušos ir sniego pavidalu.

Vandens fazių virsmų procesai daugiausia vyksta troposferoje, todėl debesys stratosferoje (20-30 km aukštyje) ir mezosferoje (prie mezopauzės), vadinami perlamutru ir sidabru, pastebimi gana retai. , o troposferiniai debesys dažnai dengia apie 50 % viso žemės paviršiaus.

Vandens garų kiekis, kuris gali būti ore, priklauso nuo oro temperatūros.

1 m 3 oro esant -20 ° C temperatūrai gali būti ne daugiau kaip 1 g vandens; 0 °C temperatūroje - ne daugiau kaip 5 g; esant +10 °С - ne daugiau kaip 9 g; esant +30 °С - ne daugiau kaip 30 g vandens.

Išvestis: Kuo aukštesnė oro temperatūra, tuo daugiau jame gali būti vandens garų.

Oro gali būti turtingas Ir neprisotintas garai. Taigi, jei +30 ° C temperatūroje 1 m 3 oro yra 15 g vandens garų, oras nėra prisotintas vandens garų; jei 30 g – sočiųjų.

Absoliuti drėgmė- tai vandens garų kiekis, esantis 1 m 3 oro. Jis išreiškiamas gramais. Pavyzdžiui, jei sakoma „absoliuti drėgmė yra 15“, tai reiškia, kad 1 ml yra 15 g vandens garų.

Santykinė drėgmė- tai faktinio vandens garų kiekio 1 m 3 oro santykis (procentais) su vandens garų kiekiu, kuris gali būti 1 m L tam tikroje temperatūroje. Pavyzdžiui, jei orų pranešimo metu radijas pranešė, kad santykinė oro drėgmė yra 70%, tai reiškia, kad ore yra 70% vandens garų, kuriuos jis gali išlaikyti tam tikroje temperatūroje.

Kuo didesnė santykinė oro drėgmė, t. kuo oras arčiau prisotinimo, tuo didesnė tikimybė, kad jis nukris.

Visada aukšta (iki 90%) santykinė oro drėgmė stebima pusiaujo zonoje, nes ištisus metus vyrauja aukšta oro temperatūra ir didelis garavimas nuo vandenynų paviršiaus. Tokia pat didelė santykinė oro drėgmė yra ir poliariniuose regionuose, bet tik todėl, kad esant žemai temperatūrai net nedidelis vandens garų kiekis padaro orą prisotintą arba artimą prisotinimui. Vidutinio klimato platumose santykinė oro drėgmė kinta sezoniškai – žiemą ji didesnė, vasarą mažesnė.

Santykinis oro drėgnumas ypač žemas dykumose: 1 m 1 oro ten yra du–tris kartus mažiau nei galima vandens garų tam tikroje temperatūroje.

Santykinei oro drėgmei matuoti naudojamas higrometras (iš graikų kalbos hygros – šlapias ir metreco – matuoju).

Atvėsęs prisotintas oras negali sulaikyti savyje tokio pat kiekio vandens garų, jis tirštėja (kondensuojasi), virsdamas rūko lašeliais. Vasarą giedrą vėsią naktį galima stebėti rūką.

Debesys- tai tas pats rūkas, tik jis susidaro ne žemės paviršiuje, o tam tikrame aukštyje. Kylant orui, jis atvėsta, o jame esantys vandens garai kondensuojasi. Gauti maži vandens lašeliai sudaro debesis.

dalyvauja debesų susidaryme kietosios dalelės pakibęs troposferoje.

Debesys gali būti skirtingos formos, kuri priklauso nuo jų susidarymo sąlygų (14 lentelė).

Žemiausi ir sunkiausi debesys yra sluoksniniai. Jie yra 2 km aukštyje nuo žemės paviršiaus. 2–8 km aukštyje galima stebėti vaizdingesnius kamuolinius debesis. Aukščiausi ir šviesiausi yra plunksniniai debesys. Jie yra 8–18 km aukštyje virš žemės paviršiaus.

šeimos	Debesų rūšys	Išvaizda
A. Viršutiniai debesys – aukščiau 6 km	I. Pinnate	Siūliški, pluoštiniai, balti
	II. cirrocumulus	Smulkių dribsnių ir garbanų sluoksniai ir keteros, baltos spalvos
	III. Cirrostratus	Skaidrus balkšvas šydas
B. Vidurinio sluoksnio debesys – aukščiau 2 km	IV. Altocumulus	Baltos ir pilkos spalvos sluoksniai ir keteros
B. Vidurinio sluoksnio debesys – aukščiau 2 km	V. Altostratus	Lygus pieno pilkos spalvos šydas
B. Žemesni debesys – iki 2 km	VI. Nimbostratas	Tvirtas beformis pilkas sluoksnis
	VII. Stratocumulus	Nepermatomi pilkos spalvos sluoksniai ir keteros
	VIII. sluoksniuotas	Šviečiantis pilkas šydas
D. Vertikalaus vystymosi debesys – nuo apatinės iki viršutinės pakopos	IX. Cumulus	Klubai ir kupolai ryškiai balti, vėjo suplyšusiais kraštais
	X. Cumulonimbus	Galingos gumulėlių formos tamsios švino spalvos masės

Atmosferos apsauga

Pagrindiniai šaltiniai yra pramonės įmonės ir automobiliai. Didžiuosiuose miestuose pagrindinių transporto maršrutų užterštumo dujomis problema yra labai opi. Būtent todėl daugelyje didžiųjų pasaulio miestų, tarp jų ir mūsų šalyje, buvo įdiegta automobilių išmetamųjų dujų toksiškumo aplinkos kontrolė. Specialistų teigimu, ore esantys dūmai ir dulkės gali perpus sumažinti saulės energijos srautą į žemės paviršių, o tai lems gamtos sąlygų pasikeitimą.

ATMOSFERA
dujinis apvalkalas, supantis dangaus kūną. Jo charakteristikos priklauso nuo konkretaus dangaus kūno dydžio, masės, temperatūros, sukimosi greičio ir cheminės sudėties, taip pat priklauso nuo jo formavimosi istorijos nuo jo gimimo momento. Žemės atmosfera sudaryta iš dujų mišinio, vadinamo oru. Pagrindinės jo sudedamosios dalys yra azotas ir deguonis santykiu maždaug 4:1. Žmogų daugiausia veikia atmosferos žemutinės 15–25 km būklės, nes būtent šiame apatiniame sluoksnyje koncentruojasi didžioji dalis oro. Mokslas, tiriantis atmosferą, vadinamas meteorologija, nors šio mokslo objektas yra ir oras bei jų poveikis žmogui. Keičiasi ir viršutinių atmosferos sluoksnių, esančių nuo 60 iki 300 ir net 1000 km aukštyje nuo Žemės paviršiaus, būklė. Čia pučia stiprūs vėjai, audros, atsiranda tokie nuostabūs elektros reiškiniai kaip pašvaistė. Daugelis šių reiškinių yra susiję su saulės spinduliuotės, kosminės spinduliuotės ir Žemės magnetinio lauko srautais. Aukšti atmosferos sluoksniai taip pat yra cheminė laboratorija, nes ten, esant artimoms vakuumui, kai kurios atmosferos dujos, veikiamos galingo saulės energijos srauto, patenka į chemines reakcijas. Mokslas, tiriantis šiuos tarpusavyje susijusius reiškinius ir procesus, vadinamas aukštųjų atmosferos sluoksnių fizika.
BENDROSIOS ŽEMĖS ATMOSFEROS CHARAKTERISTIKOS
Matmenys. Kol zonduojančios raketos ir dirbtiniai palydovai tyrinėjo išorinius atmosferos sluoksnius kelis kartus didesniais nei Žemės spindulys, buvo manoma, kad tolstant nuo žemės paviršiaus atmosfera palaipsniui retėja ir sklandžiai pereina į tarpplanetinę erdvę. . Dabar nustatyta, kad energijos srautai iš gilių Saulės sluoksnių prasiskverbia į kosminę erdvę toli už Žemės orbitos, iki išorinių Saulės sistemos ribų. Šis vadinamasis. Saulės vėjas teka aplink Žemės magnetinį lauką, sudarydamas pailgą „ertmę“, kurioje sutelkta Žemės atmosfera. Žemės magnetinis laukas yra pastebimai susiaurėjęs dienos pusėje, nukreiptoje į Saulę, ir sudaro ilgą liežuvį, tikriausiai tęsiasi už Mėnulio orbitos, priešingoje, naktinėje. Žemės magnetinio lauko riba vadinama magnetopauze. Dienos pusėje ši riba eina maždaug septynių Žemės spindulių atstumu nuo paviršiaus, tačiau padidėjusio Saulės aktyvumo laikotarpiais ji yra dar arčiau Žemės paviršiaus. Magnetopauzė kartu yra ir žemės atmosferos, kurios išorinis apvalkalas dar vadinamas magnetosfera, riba, nes joje yra įkrautų dalelių (jonų), kurių judėjimą lemia žemės magnetinis laukas. Bendras atmosferos dujų svoris yra maždaug 4,5 * 1015 tonų. Taigi atmosferos „svoris“ ploto vienetui, arba atmosferos slėgis, yra maždaug 11 tonų/m2 jūros lygyje.
Reikšmė gyvenimui. Iš to, kas išdėstyta aukščiau, išplaukia, kad Žemę nuo tarpplanetinės erdvės skiria galingas apsauginis sluoksnis. Kosmosas yra persmelktas galingos ultravioletinės ir rentgeno spinduliuotės iš Saulės ir dar stipresnės kosminės spinduliuotės, o šios spinduliuotės rūšys kenkia visoms gyvoms būtybėms. Išoriniame atmosferos pakraštyje radiacijos intensyvumas yra mirtinas, tačiau nemažą jo dalį sulaiko toli nuo Žemės paviršiaus esanti atmosfera. Šios spinduliuotės sugertis paaiškina daugelį aukštųjų atmosferos sluoksnių savybių, o ypač ten vykstančius elektros reiškinius. Žemiausias, paviršinis atmosferos sluoksnis ypač svarbus žmogui, gyvenančiam kietųjų, skystųjų ir dujinių Žemės apvalkalų sąlyčio taške. Viršutinis „kietosios“ Žemės apvalkalas vadinamas litosfera. Apie 72% Žemės paviršiaus dengia vandenynų vandenys, kurie sudaro didžiąją hidrosferos dalį. Atmosfera ribojasi ir su litosfera, ir su hidrosfera. Žmogus gyvena oro vandenyno dugne ir šalia arba virš vandens vandenyno lygio. Šių vandenynų sąveika yra vienas iš svarbių veiksnių, lemiančių atmosferos būklę.
Sudėtis. Apatiniai atmosferos sluoksniai susideda iš dujų mišinio (žr. lentelę). Be išvardytų lentelėje, mažų priemaišų pavidalu ore yra ir kitų dujų: ozono, metano, tokių medžiagų kaip anglies monoksidas (CO), azoto ir sieros oksidai, amoniakas.

ATMOSFEROS SUDĖTIS

Aukštuose atmosferos sluoksniuose oro sudėtis keičiasi veikiant kietai saulės spinduliuotei, dėl kurios deguonies molekulės skyla į atomus. Atominis deguonis yra pagrindinis aukštųjų atmosferos sluoksnių komponentas. Galiausiai nuo Žemės paviršiaus nutolusiuose atmosferos sluoksniuose pagrindiniais komponentais tampa lengviausios dujos – vandenilis ir helis. Kadangi didžioji medžiagos dalis yra sutelkta žemesniuose 30 km aukštyje, oro sudėties pokyčiai didesniame nei 100 km aukštyje neturi pastebimos įtakos bendrai atmosferos sudėčiai.
Energijos mainai. Saulė yra pagrindinis į Žemę ateinančios energijos šaltinis. Būdamas maždaug atstumu. 150 milijonų km atstumu nuo Saulės Žemė gauna apie vieną dvi milijardąsias jos spinduliuojamos energijos, daugiausia matomoje spektro dalyje, kurią žmogus vadina „šviesa“. Didžiąją šios energijos dalį sugeria atmosfera ir litosfera. Žemė taip pat spinduliuoja energiją, daugiausia tolimosios infraraudonosios spinduliuotės pavidalu. Taigi susidaro pusiausvyra tarp iš Saulės gaunamos energijos, Žemės ir atmosferos įkaitimo bei atvirkštinio šiluminės energijos srauto, išspinduliuojamos į erdvę. Šios pusiausvyros mechanizmas yra labai sudėtingas. Dulkių ir dujų molekulės išsklaido šviesą, iš dalies atspindėdamos ją į pasaulio erdvę. Debesys atspindi dar daugiau gaunamos spinduliuotės. Dalį energijos tiesiogiai sugeria dujų molekulės, bet daugiausia uolienos, augmenija ir paviršiniai vandenys. Atmosferoje esantys vandens garai ir anglies dioksidas perduoda matomą spinduliuotę, bet sugeria infraraudonąją spinduliuotę. Šiluminė energija daugiausia kaupiasi apatiniuose atmosferos sluoksniuose. Panašus efektas atsiranda ir šiltnamyje, kai į stiklą patenka šviesa, o žemė įkaista. Kadangi stiklas yra palyginti nepermatomas infraraudoniesiems spinduliams, šiltnamyje kaupiasi šiluma. Žemutinio atmosferos sluoksnio įkaitimas dėl vandens garų ir anglies dioksido buvimo dažnai vadinamas šiltnamio efektu. Debesuotumas vaidina svarbų vaidmenį išsaugant šilumą apatiniuose atmosferos sluoksniuose. Jei debesys išsisklaido ar padidės oro masių skaidrumas, temperatūra neišvengiamai mažės, nes Žemės paviršius laisvai spinduliuoja šiluminę energiją į supančią erdvę. Vanduo Žemės paviršiuje sugeria saulės energiją ir išgaruoja, virsdamas dujomis – vandens garais, kurios perneša didžiulį energijos kiekį į žemesnius atmosferos sluoksnius. Kai vandens garai kondensuojasi ir susidaro debesys arba rūkas, ši energija išsiskiria šilumos pavidalu. Maždaug pusė saulės energijos, pasiekiančios žemės paviršių, išleidžiama vandeniui išgaruoti ir patenka į atmosferos žemes. Taigi dėl šiltnamio efekto ir vandens garavimo atmosfera įšyla iš apačios. Tai iš dalies paaiškina didelį jo cirkuliacijos aktyvumą, palyginti su Pasaulio vandenyno cirkuliacija, kuri įšyla tik iš viršaus ir todėl yra daug stabilesnė už atmosferą.
Taip pat žr. METEOROLOGIJA IR KLIMATOLOGIJA. Be bendro atmosferos kaitimo saulės „šviesa“, kai kurie jos sluoksniai žymiai įkaista dėl ultravioletinės ir rentgeno spinduliuotės iš Saulės. Struktūra. Palyginti su skysčiais ir kietosiomis medžiagomis, dujinėse medžiagose traukos jėga tarp molekulių yra minimali. Didėjant atstumui tarp molekulių, dujos gali neribotai plėstis, jei niekas joms netrukdo. Apatinė atmosferos riba yra Žemės paviršius. Griežtai tariant, ši kliūtis yra nepraeinama, nes dujų mainai vyksta tarp oro ir vandens ir netgi tarp oro ir uolienų, tačiau šiuo atveju į šiuos veiksnius galima nepaisyti. Kadangi atmosfera yra sferinis apvalkalas, ji neturi šoninių ribų, o tik apatinę ribą ir viršutinę (išorinę) ribą, atsiveriančią iš tarpplanetinės erdvės pusės. Per išorinę ribą išteka kai kurios neutralios dujos, taip pat medžiagos srautas iš aplinkinės erdvės. Daugumą įkrautų dalelių, išskyrus didelės energijos kosminius spindulius, magnetosfera sugauna arba atstumia. Atmosferą taip pat veikia gravitacijos jėga, kuri išlaiko oro apvalkalą Žemės paviršiuje. Atmosferos dujos suspaudžiamos savo svoriu. Šis suspaudimas yra didžiausias ties apatine atmosferos riba, todėl oro tankis čia yra didžiausias. Bet kuriame aukštyje virš žemės paviršiaus oro suspaudimo laipsnis priklauso nuo viršutinio oro stulpelio masės, todėl didėjant aukščiui oro tankis mažėja. Slėgis, lygus viršutinio oro stulpelio masei ploto vienetui, yra tiesiogiai susijęs su tankiu, todėl taip pat mažėja didėjant aukščiui. Jei atmosfera būtų „idealios dujos“, kurios pastovi sudėtis, nepriklausanti nuo aukščio, pastovi temperatūra ir nuolatinė gravitacijos jėga, tai slėgis sumažėtų 10 kartų kas 20 km aukščio. Tikroji atmosfera šiek tiek skiriasi nuo idealių dujų iki maždaug 100 km, o tada slėgis mažėja lėčiau didėjant aukščiui, nes keičiasi oro sudėtis. Nedideli aprašyto modelio pokyčiai taip pat atsiranda dėl gravitacijos jėgos sumažėjimo, kai atstumas nuo Žemės centro yra apytikslis. 3% už kiekvieną 100 km aukščio. Skirtingai nuo atmosferos slėgio, temperatūra nuolat nemažėja didėjant aukščiui. Kaip parodyta pav. 1, jis sumažėja iki maždaug 10 km ir vėl pradeda kilti. Tai atsitinka, kai deguonis sugeria ultravioletinę saulės spinduliuotę. Tokiu atveju susidaro ozono dujos, kurių molekulės susideda iš trijų deguonies atomų (O3). Jis taip pat sugeria ultravioletinę spinduliuotę, todėl šis atmosferos sluoksnis, vadinamas ozonosfera, įkaista. Aukštesnė temperatūra vėl nukrenta, nes yra daug mažiau dujų molekulių ir atitinkamai sumažėja energijos absorbcija. Dar aukštesniuose sluoksniuose temperatūra vėl pakyla, nes atmosfera sugeria trumpiausio bangos ilgio ultravioletinius ir rentgeno spindulius iš Saulės. Šios galingos spinduliuotės įtakoje atmosfera jonizuojasi, t.y. Dujų molekulė praranda elektroną ir įgauna teigiamą elektros krūvį. Tokios molekulės tampa teigiamai įkrautais jonais. Dėl laisvųjų elektronų ir jonų buvimo šis atmosferos sluoksnis įgauna elektros laidininko savybes. Manoma, kad temperatūra ir toliau kyla iki aukštumų, kai išretėjusi atmosfera pereina į tarpplanetinę erdvę. Kelių tūkstančių kilometrų atstumu nuo Žemės paviršiaus tikriausiai vyrauja temperatūra nuo 5000 ° iki 10 000 ° C. Nors molekulių ir atomų judėjimo greitis yra labai didelis, taigi ir aukšta temperatūra, šios išretintos dujos nėra „karščios“ įprasta prasme.. Dėl nedidelio molekulių skaičiaus dideliame aukštyje jų bendra šiluminė energija yra labai maža. Taigi atmosfera susideda iš atskirų sluoksnių (ty koncentrinių apvalkalų arba sferų serijos), kurių pasirinkimas priklauso nuo to, kuri savybė domina didžiausią. Remdamiesi vidutinės temperatūros pasiskirstymu, meteorologai sukūrė idealios „vidutinės atmosferos“ sandaros schemą (žr. 1 pav.).

Troposfera – apatinis atmosferos sluoksnis, besitęsiantis iki pirmojo šiluminio minimumo (vadinamosios tropopauzės). Viršutinė troposferos riba priklauso nuo geografinės platumos (tropikuose – 18-20 km, vidutinio klimato platumose – apie 10 km) ir metų laiko. JAV nacionalinė orų tarnyba atliko zondavimą netoli Pietų ašigalio ir atskleidė sezoninius tropopauzės aukščio pokyčius. Kovo mėnesį tropopauzė yra maždaug 2000 m aukštyje. 7,5 km. Nuo kovo iki rugpjūčio arba rugsėjo mėn. vyksta pastovus troposferos vėsimas, o jos riba rugpjūtį arba rugsėjį trumpam pakyla iki maždaug 11,5 km aukščio. Tada nuo rugsėjo iki gruodžio greitai krenta ir pasiekia žemiausią padėtį – 7,5 km, kur išlieka iki kovo mėnesio, svyruodamas tik 0,5 km ribose. Būtent troposferoje daugiausia susidaro oras, kuris lemia žmogaus egzistavimo sąlygas. Didžioji dalis atmosferos vandens garų yra susitelkę troposferoje, todėl daugiausia čia susidaro debesys, nors dalis jų, susidedančių iš ledo kristalų, yra ir aukštesniuose sluoksniuose. Troposferai būdinga turbulencija ir galingos oro srovės (vėjai) ir audros. Viršutinėje troposferoje yra stiprios griežtai apibrėžtos krypties oro srovės. Turbulentiniai sūkuriai, kaip ir maži sūkuriai, susidaro veikiami trinties ir dinaminės sąveikos tarp lėtai ir greitai judančių oro masių. Kadangi šiuose aukštuose sluoksniuose paprastai nėra debesų dangos, ši turbulencija vadinama „aiškio oro turbulencija“.
Stratosfera. Viršutinis atmosferos sluoksnis dažnai klaidingai apibūdinamas kaip santykinai pastovios temperatūros sluoksnis, kuriame vėjai pučia daugiau ar mažiau pastoviai, o meteorologiniai elementai mažai skiriasi. Viršutiniai stratosferos sluoksniai įkaista, nes deguonis ir ozonas sugeria saulės ultravioletinę spinduliuotę. Viršutinė stratosferos riba (stratopauzė) brėžiama ten, kur temperatūra šiek tiek pakyla, pasiekdama tarpinį maksimumą, kuris dažnai palyginamas su paviršinio oro sluoksnio temperatūra. Remiantis stebėjimais, atliktais su lėktuvais ir oro balionais, pritaikytais skristi pastoviame aukštyje, stratosferoje buvo nustatyti neramūs trikdžiai ir stiprūs vėjai, pučiantys skirtingomis kryptimis. Kaip ir troposferoje, pastebimi galingi oro sūkuriai, kurie ypač pavojingi greitaeigiams lėktuvams. Stiprūs vėjai, vadinami reaktyviniais srautais, pučia siaurose zonose palei vidutinio klimato platumų ribas, nukreiptas į ašigalius. Tačiau šios zonos gali pasislinkti, išnykti ir vėl atsirasti. Reaktyviniai srautai dažniausiai prasiskverbia pro tropopauzę ir atsiranda viršutinėje troposferos dalyje, tačiau jų greitis sparčiai mažėja mažėjant aukščiui. Gali būti, kad dalis energijos, patenkančios į stratosferą (daugiausia sunaudojama ozono susidarymui), veikia troposferoje vykstančius procesus. Ypač aktyvus maišymasis siejamas su atmosferos frontais, kur dideli stratosferos oro srautai buvo užfiksuoti žymiai žemiau tropopauzės, o troposferos oras buvo įtrauktas į apatinius stratosferos sluoksnius. Didelė pažanga padaryta tiriant apatinių atmosferos sluoksnių vertikalią struktūrą, tobulinant radiozondų paleidimo į 25-30 km aukštį techniką. Virš stratosferos esanti mezosfera yra apvalkalas, kuriame iki 80–85 km aukščio temperatūra nukrenta iki minimumo visai atmosferai. Rekordiškai žema temperatūra iki -110°C užfiksuota meteorologinėmis raketomis, paleistos iš JAV ir Kanados instaliacijos Fort Churchill (Kanada). Viršutinė mezosferos riba (mezopauzė) maždaug sutampa su apatine rentgeno spindulių ir trumpiausio bangos ilgio ultravioletinės saulės spinduliuotės, kurią lydi dujų kaitinimas ir jonizavimas, aktyvios absorbcijos srities riba. Poliariniuose regionuose vasarą mezopauzėje dažnai atsiranda debesų sistemos, kurios užima didelį plotą, tačiau turi mažai vertikalios raidos. Tokie debesys, švytintys naktį, dažnai leidžia aptikti didelio masto banguojančius oro judėjimus mezosferoje. Šių debesų sudėtis, drėgmės ir kondensacijos branduolių šaltiniai, dinamika ir ryšys su meteorologiniais veiksniais dar nėra pakankamai ištirta. Termosfera yra atmosferos sluoksnis, kuriame temperatūra nuolat kyla. Jo galia gali siekti 600 km. Slėgis ir, atitinkamai, dujų tankis nuolat mažėja didėjant aukščiui. Netoli žemės paviršiaus 1 m3 oro yra maždaug. 2,5x1025 molekulės, maždaug aukštyje. 100 km, apatiniuose termosferos sluoksniuose - apie 1019, 200 km aukštyje, jonosferoje - 5 * 10 15 ir, remiantis skaičiavimais, maždaug aukštyje. 850 km – maždaug 1012 molekulių. Tarpplanetinėje erdvėje molekulių koncentracija yra 10 8-10 9 1 m3. Maždaug aukštyje. 100 km, molekulių skaičius mažas, ir jos retai susiduria viena su kita. Vidutinis atstumas, kurį nuvažiuoja chaotiškai judanti molekulė prieš susidūrimą su kita panašia molekule, vadinamas jos vidutiniu laisvu keliu. Sluoksnis, kuriame ši vertė padidėja tiek, kad galima nepaisyti tarpmolekulinių ar tarpatominių susidūrimų tikimybės, yra ant ribos tarp termosferos ir viršutinio apvalkalo (egzosferos) ir vadinamas termine pauze. Termopauzė yra maždaug 650 km atstumu nuo žemės paviršiaus. Tam tikroje temperatūroje molekulės judėjimo greitis priklauso nuo jos masės: lengvesnės molekulės juda greičiau nei sunkiosios. Žemutinėje atmosferoje, kur laisvas kelias labai trumpas, dujų atsiskyrimo pagal jų molekulinę masę nėra pastebimo, tačiau jis išreiškiamas virš 100 km. Be to, veikiamos Saulės ultravioletinės ir rentgeno spinduliuotės, deguonies molekulės skyla į atomus, kurių masė yra pusė molekulės masės. Todėl, tolstant nuo Žemės paviršiaus, atominis deguonis tampa vis svarbesnis atmosferos sudėtyje ir maždaug aukštyje virš jūros lygio. 200 km tampa pagrindine jo dalimi. Aukščiau, maždaug 1200 km atstumu nuo Žemės paviršiaus, vyrauja lengvosios dujos – helis ir vandenilis. Jie yra išorinis atmosferos sluoksnis. Šis atskyrimas pagal svorį, vadinamas difuziniu atskyrimu, panašus į mišinių atskyrimą centrifuga. Egzosfera yra išorinis atmosferos sluoksnis, kuris yra izoliuotas dėl temperatūros pokyčių ir neutralių dujų savybių. Egzosferoje esančios molekulės ir atomai sukasi aplink Žemę balistinėmis orbitomis veikiamos gravitacijos. Kai kurios iš šių orbitų yra parabolinės ir panašios į sviedinių trajektorijas. Molekulės gali suktis aplink Žemę ir elipsinėmis orbitomis, pavyzdžiui, palydovai. Kai kurios molekulės, daugiausia vandenilio ir helio, turi atviras trajektorijas ir išeina į kosmosą (2 pav.).

SAULĖS IR ŽEMĖS RYŠIAI IR JŲ ĮTAKA ATMOSFERAI
atmosferos potvyniai. Saulės ir Mėnulio trauka sukelia potvynius atmosferoje, panašius į sausumos ir jūros potvynius. Tačiau atmosferos potvyniai turi reikšmingą skirtumą: atmosfera stipriausiai reaguoja į Saulės trauką, o žemės pluta ir vandenynas – į Mėnulio trauką. Tai paaiškinama tuo, kad atmosferą šildo Saulė ir, be gravitacinio potvynio, kyla ir galingas terminis potvynis. Apskritai atmosferos ir jūros potvynių susidarymo mechanizmai yra panašūs, išskyrus tai, kad norint prognozuoti oro reakciją į gravitacinius ir šiluminius poveikius, būtina atsižvelgti į jo gniuždomumą ir temperatūros pasiskirstymą. Nėra visiškai aišku, kodėl pusiau paros (12 valandų) saulės potvyniai atmosferoje vyrauja prieš paros saulės ir pusiau paros mėnulio potvynius, nors pastarųjų dviejų procesų varomosios jėgos yra daug galingesnės. Anksčiau buvo manoma, kad atmosferoje atsiranda rezonansas, kuris 12 valandų periodu sustiprina būtent svyravimus. Tačiau geofizinių raketų pagalba atlikti stebėjimai rodo, kad temperatūros priežasčių tokiam rezonansui nėra. Sprendžiant šią problemą, tikriausiai reikėtų atsižvelgti į visas hidrodinamines ir šilumines atmosferos ypatybes. Žemės paviršiuje prie pusiaujo, kur potvynių ir atoslūgių svyravimų įtaka yra didžiausia, atmosferos slėgis pasikeičia 0,1%. Potvynių vėjų greitis yra apytiksliai. 0,3 km/val. Dėl sudėtingos šiluminės atmosferos struktūros (ypač esant temperatūros minimumui mezopauzėje) potvynių ir atoslūgių oro srovės sustiprėja, o, pavyzdžiui, 70 km aukštyje jų greitis yra apie 160 kartų didesnis nei žemės paviršiuje. paviršiaus, o tai turi svarbių geofizinių pasekmių. Manoma, kad apatinėje jonosferos dalyje (E sluoksnyje) potvynių svyravimai jonizuotas dujas perkelia vertikaliai Žemės magnetiniame lauke, todėl čia kyla elektros srovės. Šios nuolat atsirandančios srovių sistemos Žemės paviršiuje yra nustatomos dėl magnetinio lauko perturbacijų. Magnetinio lauko paros svyravimai gerai sutampa su apskaičiuotomis reikšmėmis, o tai įtikinamai liudija „atmosferos dinamo“ potvynių ir atoslūgių mechanizmų teoriją. Apatinėje jonosferos dalyje (E sluoksnyje) kylančios elektros srovės turi kažkur judėti, todėl grandinė turi būti uždaryta. Analogija su dinamo tampa visiška, jei artėjantį judėjimą laikysime variklio darbu. Daroma prielaida, kad atvirkštinė elektros srovės cirkuliacija vykdoma aukštesniame jonosferos sluoksnyje (F), ir šis priešinis srautas gali paaiškinti kai kurias šio sluoksnio ypatybes. Galiausiai potvynio efektas taip pat turi sukurti horizontalias sroves E sluoksnyje ir atitinkamai F sluoksnyje.
Jonosfera. Bandydami paaiškinti aurorų atsiradimo mechanizmą, mokslininkai XIX a. pasiūlė, kad atmosferoje yra zona su elektra įkrautomis dalelėmis. XX amžiuje Eksperimentiškai buvo gauti įtikinami įrodymai, kad 85–400 km aukštyje egzistuoja radijo bangas atspindintis sluoksnis. Dabar žinoma, kad jo elektrinės savybės yra atmosferos dujų jonizacijos rezultatas. Todėl šis sluoksnis paprastai vadinamas jonosfera. Poveikis radijo bangoms daugiausia susijęs su laisvųjų elektronų buvimu jonosferoje, nors radijo bangų sklidimo mechanizmas yra susijęs su didelių jonų buvimu. Pastarieji taip pat domisi atmosferos cheminių savybių tyrimu, nes jie yra aktyvesni už neutralius atomus ir molekules. Cheminės reakcijos, vykstančios jonosferoje, vaidina svarbų vaidmenį jos energijos ir elektros balanse.
normali jonosfera. Stebėjimai, atlikti naudojant geofizines raketas ir palydovus, suteikė daug naujos informacijos, rodančios, kad atmosferos jonizacija vyksta veikiant plataus spektro saulės spinduliuotei. Pagrindinė jo dalis (daugiau nei 90%) yra sutelkta matomoje spektro dalyje. Ultravioletinę spinduliuotę, kurios bangos ilgis trumpesnis ir daugiau energijos nei violetinės šviesos spinduliai, skleidžia vidinės Saulės atmosferos dalies (chromosferos) vandenilis, o rentgeno spinduliuotę, kurios energija yra dar didesnė, skleidžia Saulės dujos. išorinis apvalkalas (korona). Normali (vidutinė) jonosferos būklė yra dėl nuolatinės galingos spinduliuotės. Įprastoje jonosferoje vyksta reguliarūs pokyčiai, veikiant kasdieniam Žemės sukimuisi ir sezoniniams saulės spindulių kritimo kampo skirtumams vidurdienį, tačiau atsiranda ir nenuspėjamų bei staigių jonosferos būklės pokyčių.
Sutrikimai jonosferoje. Kaip žinoma, Saulėje kyla galingi cikliškai pasikartojantys perturbacijos, kurios maksimumą pasiekia kas 11 metų. Stebėjimai pagal Tarptautinių geofizinių metų (IGY) programą visą sisteminių meteorologinių stebėjimų laikotarpį sutapo su didžiausio Saulės aktyvumo periodu, t.y. nuo XVIII amžiaus pradžios Didelio aktyvumo laikotarpiais kai kurios Saulės sritys kelis kartus padidina šviesumą ir siunčia galingus ultravioletinės ir rentgeno spinduliuotės impulsus. Tokie reiškiniai vadinami saulės blyksniais. Jie trunka nuo kelių minučių iki vienos ar dviejų valandų. Blyksnio metu išsiveržia saulės dujos (daugiausia protonai ir elektronai), o elementariosios dalelės veržiasi į kosmosą. Elektromagnetinė ir korpuskulinė Saulės spinduliuotė tokių žybsnių momentais stipriai veikia Žemės atmosferą. Pradinė reakcija stebima praėjus 8 minutėms po blyksnio, kai Žemę pasiekia intensyvi ultravioletinė ir rentgeno spinduliuotė. Dėl to jonizacija smarkiai padidėja; rentgeno spinduliai prasiskverbia pro atmosferą iki apatinės jonosferos ribos; elektronų skaičius šiuose sluoksniuose išauga tiek, kad radijo signalai beveik visiškai sugeriami („užgęsta“). Papildoma spinduliuotės sugertis sukelia dujų įkaitimą, o tai prisideda prie vėjo vystymosi. Jonizuotos dujos yra elektros laidininkas, o judant Žemės magnetiniame lauke atsiranda dinamo efektas ir atsiranda elektros srovė. Tokios srovės savo ruožtu gali sukelti pastebimus magnetinio lauko sutrikimus ir pasireikšti magnetinių audrų pavidalu. Ši pradinė fazė trunka tik trumpą laiką, atitinkantį saulės pliūpsnio trukmę. Per galingus Saulės blyksnius į kosmosą veržiasi pagreitėjusių dalelių srautas. Kai jis nukreiptas į Žemę, prasideda antroji fazė, kuri turi didelę įtaką atmosferos būklei. Daugelis gamtos reiškinių, tarp kurių geriausiai žinomos pašvaistės, rodo, kad Žemę pasiekia didelis skaičius įkrautų dalelių (taip pat žr. POLARŲ ŠVIESOS). Nepaisant to, šių dalelių atsiskyrimo nuo Saulės procesai, jų trajektorijos tarpplanetinėje erdvėje, sąveikos su Žemės magnetiniu lauku ir magnetosfera mechanizmai dar nėra pakankamai ištirti. Problema tapo sudėtingesnė po to, kai 1958 m. Jamesas Van Allenas atrado geomagnetinio lauko laikomus apvalkalus, sudarytus iš įkrautų dalelių. Šios dalelės juda iš vieno pusrutulio į kitą, sukdamosi spiralėmis aplink magnetinio lauko linijas. Netoli Žemės, aukštyje, priklausomai nuo jėgos linijų formos ir nuo dalelių energijos, yra „atspindėjimo taškai“, kuriuose dalelės pakeičia judėjimo kryptį į priešingą (3 pav.). Kadangi magnetinio lauko stiprumas mažėja didėjant atstumui nuo Žemės, orbitos, kuriomis juda šios dalelės, yra šiek tiek iškraipytos: elektronai nukrypsta į rytus, o protonai – į vakarus. Todėl jie yra platinami diržų pavidalu visame pasaulyje.

Kai kurios atmosferos kaitimo Saulės pasekmės. Saulės energija veikia visą atmosferą. Jau minėjome juostas, kurias sudaro įkrautos dalelės Žemės magnetiniame lauke ir sukasi aplink jį. Šios juostos arčiausiai žemės paviršiaus yra cirkumpoliarinėse srityse (žr. 3 pav.), kur stebimos pašvaistės. 1 paveiksle parodyta, kad Kanados auroraliniuose regionuose termosferos temperatūra yra žymiai aukštesnė nei JAV pietvakariuose. Tikėtina, kad užfiksuotos dalelės dalį energijos atiduoda atmosferai, ypač susidūrusios su šalia atspindžio taškų esančiomis dujų molekulėmis, ir palieka savo buvusias orbitas. Taip auroros zonoje įkaista aukšti atmosferos sluoksniai. Kitas svarbus atradimas buvo atliktas tiriant dirbtinių palydovų orbitas. Smithsonian astrofizikos observatorijos astronomas Luigi Iacchia mano, kad nedideli šių orbitų nuokrypiai atsiranda dėl atmosferos tankio pokyčių, kai ją šildo Saulė. Jis pasiūlė, kad jonosferoje daugiau nei 200 km aukštyje egzistuoja maksimalus elektronų tankis, kuris neatitinka saulės vidurdienio, tačiau veikiamas trinties jėgų jo atžvilgiu atsilieka maždaug dviem valandomis. Šiuo metu atmosferos tankio vertės, būdingos 600 km aukštyje, stebimos maždaug lygiu. 950 km. Be to, maksimali elektronų koncentracija patiria netaisyklingų svyravimų dėl trumpalaikių Saulės ultravioletinių ir rentgeno spindulių blyksnių. L. Yakkia taip pat atrado trumpalaikius oro tankio svyravimus, atitinkančius saulės pliūpsnius ir magnetinio lauko trikdžius. Šie reiškiniai paaiškinami saulės kilmės dalelių įsiskverbimu į Žemės atmosferą ir tų sluoksnių, kuriuose skrieja palydovai, įkaitimu.
ATMOSFERINĖ ELEKTRA
Paviršiniame atmosferos sluoksnyje nedidelė dalis molekulių jonizuojasi veikiant kosminiams spinduliams, radioaktyviųjų uolienų spinduliuotei ir pačiame ore esančio radžio (daugiausia radono) skilimo produktams. Jonizacijos procese atomas praranda elektroną ir įgyja teigiamą krūvį. Laisvas elektronas greitai susijungia su kitu atomu, sudarydamas neigiamai įkrautą joną. Tokie suporuoti teigiami ir neigiami jonai turi molekulinius matmenis. Atmosferoje esančios molekulės linkusios telktis aplink šiuos jonus. Kelios molekulės, sujungtos su jonu, sudaro kompleksą, paprastai vadinamą „lengvuoju jonu“. Atmosferoje taip pat yra molekulių kompleksų, meteorologijoje žinomų kaip kondensacijos branduoliai, aplink kuriuos, orui prisotinus drėgmės, prasideda kondensacijos procesas. Šie branduoliai yra druskos ir dulkių dalelės, taip pat teršalai, patenkantys į orą iš pramoninių ir kitų šaltinių. Prie tokių branduolių dažnai prisijungia lengvieji jonai, sudarydami „sunkiuosius jonus“. Veikiami elektrinio lauko, lengvieji ir sunkieji jonai juda iš vienos atmosferos srities į kitą, pernešdami elektros krūvius. Nors atmosfera paprastai nelaikoma elektrai laidžia terpe, ji turi nedidelį laidumą. Todėl ore likęs įkrautas kūnas pamažu praranda krūvį. Atmosferos laidumas didėja didėjant aukščiui dėl padidėjusio kosminių spindulių intensyvumo, mažesnio jonų praradimo žemesnio slėgio sąlygomis (taigi ir ilgesnio vidutinio laisvo kelio) ir dėl mažesnio sunkiųjų branduolių skaičiaus. Atmosferos laidumas pasiekia didžiausią vertę maždaug aukštyje. 50 km, vadinamasis. „kompensacijos lygis“. Yra žinoma, kad tarp Žemės paviršiaus ir „kompensacinio lygio“ visada yra kelių šimtų kilovoltų potencialų skirtumas, t.y. pastovus elektrinis laukas. Paaiškėjo, kad potencialų skirtumas tarp tam tikro oro taško kelių metrų aukštyje ir Žemės paviršiaus yra labai didelis – daugiau nei 100 V. Atmosfera turi teigiamą krūvį, o žemės paviršius – neigiamai. Kadangi elektrinis laukas yra sritis, kurios kiekviename taške yra tam tikra potencialo vertė, galime kalbėti apie potencialo gradientą. Esant giedram orui, kelių metrų ribose atmosferos elektrinio lauko stipris yra beveik pastovus. Dėl paviršinio sluoksnio oro elektrinio laidumo skirtumų potencialo gradientas yra veikiamas paros svyravimų, kurių eiga įvairiose vietose labai skiriasi. Nesant vietinių oro taršos šaltinių – virš vandenynų, aukštai kalnuose ar poliariniuose regionuose – kasdienė galimo gradiento eiga giedru oru yra tokia pati. Gradiento dydis priklauso nuo visuotinio arba Grinvičo laiko (UT) ir pasiekia maksimumą 19:00 E. Appletonas pasiūlė, kad šis didžiausias elektros laidumas tikriausiai sutampa su didžiausiu perkūnijos aktyvumu planetos mastu. Žaibo išlydžiai perkūnijos metu neša neigiamą krūvį į Žemės paviršių, nes aktyviausių kamuolinių griaustinio debesų pagrindai turi didelį neigiamą krūvį. Perkūnijos debesų viršūnės turi teigiamą krūvį, kuris Holzerio ir Saksono skaičiavimais perkūnijos metu išteka iš jų viršūnių. Be nuolatinio papildymo žemės paviršiaus krūvis būtų neutralizuotas dėl atmosferos laidumo. Prielaidą, kad potencialų skirtumas tarp žemės paviršiaus ir „kompensacinio lygio“ išlieka dėl perkūnijos, pagrindžia statistiniai duomenys. Pavyzdžiui, upės slėnyje stebimas didžiausias perkūnijų skaičius. Amazonės. Dažniausiai perkūnija ten būna dienos pabaigoje, t.y. GERAI. 19:00 Grinvičo laiku, kai potencialus gradientas yra didžiausias bet kurioje pasaulio vietoje. Be to, potencialaus gradiento paros kitimo kreivių formos sezoniniai svyravimai taip pat visiškai atitinka duomenis apie pasaulinį perkūnijų pasiskirstymą. Kai kurie tyrinėtojai teigia, kad Žemės elektrinio lauko šaltinis gali būti išorinės kilmės, nes manoma, kad elektriniai laukai egzistuoja jonosferoje ir magnetosferoje. Ši aplinkybė tikriausiai paaiškina labai siaurų pailgų pašvaistės formų, panašių į užkulisius ir arkas, atsiradimą.
(taip pat žr. POLARINIAI ŠVIETIMAI). Dėl galimo atmosferos gradiento ir laidumo tarp „kompensacinio lygio“ ir Žemės paviršiaus įkrautos dalelės pradeda judėti: teigiamai įkrauti jonai – link žemės paviršiaus, o neigiamai įkrauti – nuo jo aukštyn. Ši srovė yra maždaug. 1800 A. Nors ši vertė atrodo didelė, reikia atsiminti, kad ji pasiskirsto visame Žemės paviršiuje. Srovės stipris oro kolonoje, kurio bazinis plotas 1 m2, yra tik 4 * 10 -12 A. Kita vertus, srovės stipris žaibo išlydžio metu gali siekti kelis amperus, nors, žinoma, tokia iškrova turi trumpą trukmę - nuo sekundės dalių iki visos sekundės ar šiek tiek daugiau su pasikartojančiais iškrovimais. Žaibas kelia didelį susidomėjimą ne tik kaip savotiškas gamtos reiškinys. Tai leidžia stebėti elektros iškrovą dujinėje terpėje esant kelių šimtų milijonų voltų įtampai ir kelių kilometrų atstumui tarp elektrodų. 1750 metais B. Franklinas Londono karališkajai draugijai pasiūlė eksperimentuoti su geležiniu strypu, pritvirtintu ant izoliuojančio pagrindo ir sumontuotu ant aukšto bokšto. Jis tikėjosi, kad perkūnijos debesiui priartėjus prie bokšto viršutiniame iš pradžių neutralaus strypo gale susikaups priešingo ženklo užtaisas, o apatiniame – to paties ženklo, kaip ir debesies pagrinde. . Jei žaibo išlydžio metu elektrinio lauko stiprumas pakankamai padidės, krūvis iš viršutinio strypo galo iš dalies nutekės į orą, o strypas įgis tokio pat ženklo krūvį kaip ir debesies pagrindas. Franklino pasiūlytas eksperimentas Anglijoje nebuvo atliktas, o 1752 metais Marly netoli Paryžiaus jį surengė prancūzų fizikas Jeanas d'Alembertas. Jis panaudojo 12 m ilgio geležinį strypą, įkištą į stiklinį butelį (kuris tarnavo kaip izoliatorius), bet jo nepadėjo ant bokšto.Gegužės 10 d.jo padėjėjas pranešė, kad griaustiniui esant virš strypo, prie jo privedant įžemintą laidą, kibirkštis.Pats Franklinas, nežinodamas apie sėkmingą patirtį Prancūzijoje, tų metų birželį atliko savo garsųjį eksperimentą su aitvaru ir stebėjo elektrines kibirkštis prie jo pririšto laido gale.Kitais metais, tyrinėdamas iš strypo surinktus krūvius, Franklinas išsiaiškino, kad griaustinio debesų pagrindai dažniausiai būna neigiamai įkrauti. .Išsamesni žaibo tyrimai tapo įmanomi 19 amžiaus pabaigoje tobulėjant fotografavimo metodams, ypač išradus aparatą su besisukančiais lęšiais, kurie leido fiksuoti sparčiai besivystančius procesus. Tokia kamera buvo plačiai naudojama tiriant kibirkšties iškrovas. Nustatyta, kad yra keletas žaibo tipų, iš kurių labiausiai paplitęs yra linijinis, plokščias (vidinis debesis) ir rutulinis (oro išleidimas). Linijinis žaibas – tai kibirkštinis išlydis tarp debesies ir žemės paviršiaus, sekantis kanalu su žemyn nukreiptomis šakomis. Plokščias žaibas įvyksta griaustinio debesies viduje ir atrodo kaip išsklaidytos šviesos blyksniai. Kamuolinio žaibo oro iškrovos, prasidedančios nuo griaustinio debesies, dažnai nukreipiamos horizontaliai ir nepasiekia žemės paviršiaus.

Žaibo išlydis dažniausiai susideda iš trijų ar daugiau pasikartojančių iškrovų – impulsų, einančių tuo pačiu keliu. Intervalai tarp nuoseklių impulsų yra labai trumpi, nuo 1/100 iki 1/10 s (tai ir sukelia žaibo mirgėjimą). Apskritai blykstė trunka apie sekundę ar mažiau. Tipišką žaibo kūrimo procesą galima apibūdinti taip. Pirma, silpnai šviečiantis iškrovos lyderis iš viršaus veržiasi į žemės paviršių. Kai jis jį pasiekia, lyderio nutiestu kanalu iš žemės teka ryškiai švytinti atvirkštinė arba pagrindinė iškrova. Iškrovos lyderis, kaip taisyklė, juda zigzagu. Jo sklidimo greitis svyruoja nuo šimto iki kelių šimtų kilometrų per sekundę. Pakeliui jis jonizuoja oro molekules, sukurdamas padidinto laidumo kanalą, kuriuo atvirkštinė iškrova juda aukštyn maždaug šimtą kartų didesniu greičiu nei lyderio iškrova. Nustatyti kanalo dydį sunku, tačiau pirminės iškrovos skersmuo vertinamas 1–10 m, o atvirkštinio – keli centimetrai. Žaibo išlydžiai sukuria radijo trukdžius, skleisdami radijo bangas plačiame diapazone – nuo 30 kHz iki itin žemų dažnių. Didžiausia radijo bangų spinduliuotė tikriausiai yra nuo 5 iki 10 kHz. Tokie žemo dažnio radijo trukdžiai yra „koncentruoti“ erdvėje tarp apatinės jonosferos ribos ir žemės paviršiaus ir gali sklisti tūkstančius kilometrų nuo šaltinio.
ATMOSFEROS POKYČIAI
Meteorų ir meteoritų poveikis. Nors kartais meteorų lietus daro gilų įspūdį savo apšvietimo efektais, pavieniai meteorai matomi retai. Daug daugiau yra nematomų meteorų, per mažų, kad juos būtų galima pamatyti tuo metu, kai juos praryja atmosfera. Kai kurie iš mažiausių meteorų tikriausiai visai neįkaista, o tik pagauna atmosferos. Šios mažos dalelės, kurių dydis svyruoja nuo kelių milimetrų iki dešimties tūkstančių milimetro dalių, vadinamos mikrometeoritais. Kasdien į atmosferą patenkančios meteorinės medžiagos kiekis yra nuo 100 iki 10 000 tonų, didžioji dalis šios medžiagos yra mikrometeoritai. Kadangi meteorinė medžiaga iš dalies sudega atmosferoje, jos dujų sudėtis pasipildo įvairių cheminių elementų pėdsakais. Pavyzdžiui, akmeniniai meteorai į atmosferą atneša ličio. Dėl metalinių meteorų degimo susidaro maži sferiniai geležies, geležies-nikelio ir kiti lašeliai, kurie praeina per atmosferą ir nusėda ant žemės paviršiaus. Jų galima rasti Grenlandijoje ir Antarktidoje, kur ledo sluoksniai beveik nepakitę metų metus. Okeanologai jų randa dugno vandenyno nuosėdose. Dauguma į atmosferą patenkančių meteorų dalelių nusėda maždaug per 30 dienų. Kai kurie mokslininkai mano, kad šios kosminės dulkės vaidina svarbų vaidmenį formuojant atmosferos reiškinius, tokius kaip lietus, nes jos tarnauja kaip vandens garų kondensacijos branduoliai. Todėl daroma prielaida, kad krituliai statistiškai susiję su dideliu meteorų lietumi. Tačiau kai kurie ekspertai mano, kad kadangi bendras meteorinės medžiagos patekimas yra daug dešimčių kartų didesnis nei net esant didžiausiam meteorų lietui, galima nepaisyti bendro šios medžiagos kiekio pokyčio, atsirandančio dėl vieno tokio lietaus. Tačiau neabejotina, kad didžiausi mikrometeoritai ir, žinoma, matomi meteoritai palieka ilgus jonizacijos pėdsakus aukštuose atmosferos sluoksniuose, daugiausia jonosferoje. Tokie pėdsakai gali būti naudojami tolimiesiems radijo ryšiams, nes jie atspindi aukšto dažnio radijo bangas. Meteorų, patenkančių į atmosferą, energija daugiausia, o gal ir visiškai, sunaudojama jos šildymui. Tai vienas iš nedidelių atmosferos šilumos balanso komponentų.
Pramoninės kilmės anglies dioksidas. Karbono periodu Žemėje buvo plačiai paplitusi sumedėjusi augmenija. Didžioji dalis augalų tuo metu sugerto anglies dvideginio buvo sukaupta anglies telkiniuose ir naftos telkiniuose. Žmonės išmoko panaudoti milžiniškas šių mineralų atsargas kaip energijos šaltinį ir dabar sparčiai grąžina anglies dvideginį į medžiagų apykaitą. Fosilija tikriausiai yra apie. 4*10 13 tonų anglies. Per pastarąjį šimtmetį žmonija sudegino tiek daug iškastinio kuro, kad maždaug 4 * 10 11 tonų anglies vėl pateko į atmosferą. Šiuo metu yra apie. 2 * 10 12 tonų anglies, o per ateinančius šimtą metų šis skaičius gali padvigubėti dėl iškastinio kuro deginimo. Tačiau ne visa anglis liks atmosferoje: dalis jos ištirps vandenyno vandenyse, dalis bus sugerta augalų, dalis bus surišta uolienų dūlėjimo procese. Kol kas negalima prognozuoti, kiek anglies dvideginio bus atmosferoje ar kokį poveikį jis turės pasaulio klimatui. Nepaisant to, manoma, kad bet koks jo kiekio padidėjimas sukels atšilimą, nors visai nebūtina, kad bet koks atšilimas reikšmingai paveiktų klimatą. Anglies dioksido koncentracija atmosferoje, remiantis matavimų rezultatais, pastebimai didėja, nors ir lėtai. Svalbardo ir Mažosios Amerikos stočių, esančių Rosso ledo šelfe Antarktidoje, klimato duomenys rodo, kad vidutinė metinė temperatūra per maždaug 50 metų laikotarpį padidėjo atitinkamai 5° ir 2,5°C.
Kosminės spinduliuotės poveikis. Didelės energijos kosminiams spinduliams sąveikaujant su atskirais atmosferos komponentais, susidaro radioaktyvūs izotopai. Tarp jų išskiriamas 14C anglies izotopas, kuris kaupiasi augalų ir gyvūnų audiniuose. Matuojant organinių medžiagų, kurios ilgą laiką nekeitė anglies su aplinka, radioaktyvumą, galima nustatyti jų amžių. Radioaktyviosios anglies metodas įsitvirtino kaip patikimiausias iškastinių organizmų ir materialinės kultūros objektų, kurių amžius neviršija 50 tūkstančių metų, datavimo metodas. Kiti radioaktyvieji izotopai, kurių pusinės eliminacijos laikas yra ilgas, galėtų būti naudojami iki šiol šimtų tūkstančių metų senumo medžiagoms, jei būtų išspręsta esminė itin žemo radioaktyvumo lygio matavimo problema.
(taip pat žr. RADIOANGLIES PAŽYMĖJIMAS).
ŽEMĖS ATMOSFEROS KILMĖ
Atmosferos susidarymo istorija dar nėra visiškai patikimai atkurta. Nepaisant to, buvo nustatyti kai kurie galimi jo sudėties pokyčiai. Atmosferos formavimasis prasidėjo iškart po Žemės susidarymo. Yra gana rimtų priežasčių manyti, kad Pra-Žemės evoliucijos procese ir įgyjant artimus šiuolaikiniams matmenims bei masei ji beveik visiškai prarado savo pirminę atmosferą. Manoma, kad ankstyvoje stadijoje Žemė buvo išlydyta ir apytiksliai. Prieš 4,5 milijardo metų jis susiformavo kietame kūne. Šis etapas laikomas geologinės chronologijos pradžia. Nuo to laiko atmosfera vystėsi lėtai. Kai kuriuos geologinius procesus, pavyzdžiui, lavos išsiveržimus ugnikalnių išsiveržimų metu, lydėjo dujų išsiskyrimas iš Žemės žarnų. Tikriausiai juose buvo azotas, amoniakas, metanas, vandens garai, anglies monoksidas ir anglies dioksidas. Veikiami saulės ultravioletinės spinduliuotės vandens garai suskyla į vandenilį ir deguonį, tačiau išsiskyręs deguonis reaguoja su anglies monoksidu ir susidarė anglies dioksidas. Amoniakas suskyla į azotą ir vandenilį. Vandenilis difuzijos procese pakilo aukštyn ir paliko atmosferą, o sunkesnis azotas negalėjo ištrūkti ir palaipsniui kaupėsi, tapdamas pagrindiniu jo komponentu, nors dalis jo susijungdavo cheminių reakcijų metu. Veikiant ultravioletiniams spinduliams ir elektros iškrovoms, dujų mišinys, tikriausiai esantis pradinėje Žemės atmosferoje, pateko į chemines reakcijas, dėl kurių susidarė organinės medžiagos, ypač aminorūgštys. Vadinasi, gyvybė galėjo atsirasti atmosferoje, kuri iš esmės skiriasi nuo šiuolaikinės. Atsiradus primityviems augalams, prasidėjo fotosintezės procesas (taip pat žr. FOTOSINTEZĖ), lydimas laisvojo deguonies išsiskyrimo. Šios dujos, ypač po difuzijos į viršutinius atmosferos sluoksnius, pradėjo saugoti savo apatinius sluoksnius ir Žemės paviršių nuo gyvybei pavojingos ultravioletinės ir rentgeno spinduliuotės. Skaičiuojama, kad vos 0,00004 šiandieninio deguonies tūrio gali susidaryti sluoksnis, kurio ozono koncentracija būtų perpus mažesnė už dabartinę ozono koncentraciją, o tai vis dėlto suteikė labai didelę apsaugą nuo ultravioletinių spindulių. Taip pat tikėtina, kad pirminėje atmosferoje buvo daug anglies dioksido. Jis buvo suvartojamas fotosintezės metu, o jo koncentracija turėjo mažėti vystantis augalų pasauliui, taip pat dėl absorbcijos kai kurių geologinių procesų metu. Kadangi šiltnamio efektas siejamas su anglies dioksido buvimu atmosferoje, kai kurie mokslininkai mano, kad jo koncentracijos svyravimai yra viena iš svarbių didelio masto klimato pokyčių Žemės istorijoje priežasčių, pavyzdžiui, ledynmečių. Šiuolaikinėje atmosferoje esantis helis tikriausiai daugiausia yra urano, torio ir radžio radioaktyvaus skilimo produktas. Šie radioaktyvieji elementai išskiria alfa daleles, kurios yra helio atomų branduoliai. Kadangi radioaktyvaus skilimo metu elektros krūvis nesusidaro ar sunaikinamas, kiekvienai alfa dalelei yra du elektronai. Dėl to jis susijungia su jais, sudarydamas neutralius helio atomus. Radioaktyvių elementų yra uolienų storiuose išsisklaidžiusiuose mineraluose, todėl jose kaupiasi nemaža dalis radioaktyvaus skilimo susidariusio helio, labai lėtai išgaruojančio į atmosferą. Tam tikras helio kiekis pakyla į egzosferą dėl difuzijos, tačiau dėl nuolatinio antplūdžio iš žemės paviršiaus šių dujų tūris atmosferoje nekinta. Remiantis žvaigždžių šviesos spektrine analize ir meteoritų tyrimais, galima įvertinti santykinį įvairių cheminių elementų gausą Visatoje. Neono koncentracija erdvėje yra apie dešimt milijardų kartų didesnė nei Žemėje, kriptono – dešimt milijonų, ksenono – milijoną kartų. Iš to išplaukia, kad šių inertinių dujų, kurios iš pradžių buvo Žemės atmosferoje ir nebuvo pasipildytos vykstant cheminėms reakcijoms, koncentracija labai sumažėjo, tikriausiai net tada, kai Žemė praranda pirminę atmosferą. Išimtis yra inertinės dujos argonas, nes jis vis dar susidaro 40Ar izotopo pavidalu radioaktyvaus kalio izotopo skilimo procese.
OPTINIAI REIKŠINIAI
Optinių reiškinių atmosferoje įvairovę lemia įvairios priežastys. Dažniausiai pasitaikantys reiškiniai yra žaibai (žr. aukščiau) ir labai vaizdingos Aurora borealis ir Aurora borealis (taip pat žr. POLAR LIGHTS). Be to, ypač domina vaivorykštė, gal, parhelion (netikra saulė) ir lankai, karūna, aureolės ir Brokeno vaiduokliai, miražai, Šv. Elmo ugnies, šviečiantys debesys, žalieji ir prieblandos spinduliai. Vaivorykštė yra gražiausias atmosferos reiškinys. Paprastai tai yra didžiulė arka, susidedanti iš įvairiaspalvių juostelių, stebima, kai Saulė apšviečia tik dalį dangaus, o oras yra prisotintas vandens lašelių, pavyzdžiui, lietaus metu. Įvairiaspalviai lankai yra išdėstyti pagal spektro seką (raudona, oranžinė, geltona, žalia, žalsvai mėlyna, indigo, violetinė), tačiau spalvos beveik niekada nėra grynos, nes juostos persidengia. Paprastai vaivorykštės fizinės savybės labai skiriasi, todėl jų išvaizda yra labai įvairi. Jų bendras bruožas yra tas, kad lanko centras visada yra tiesėje, nubrėžtoje nuo Saulės iki stebėtojo. Pagrindinė vaivorykštė yra lankas, susidedantis iš ryškiausių spalvų – raudonos išorėje ir violetinės viduje. Kartais matomas tik vienas lankas, bet dažnai pagrindinės vaivorykštės išorėje atsiranda antrinis. Jis neturi tokių ryškių spalvų kaip pirmasis, o raudonos ir violetinės juostelės jame keičiasi vietomis: raudona yra viduje. Pagrindinės vaivorykštės susidarymas aiškinamas dviguba refrakcija (dar žr. OPTIKA) ir vienu vidiniu saulės spindulių atspindžiu (žr. 5 pav.). Įsiskverbęs į vandens lašo (A) vidų, šviesos spindulys lūžta ir suyra, kaip ir eidamas per prizmę. Tada jis pasiekia priešingą lašo paviršių (B), atsispindi nuo jo ir išeina iš lašo į išorę (C). Šiuo atveju šviesos spindulys, prieš pasiekiant stebėtoją, lūžta antrą kartą. Pradinis baltas spindulys suskaidomas į skirtingų spalvų spindulius, kurių nukrypimo kampas yra 2°. Susidarius antrinei vaivorykštei, įvyksta dviguba saulės spindulių refrakcija ir dvigubas atspindys (žr. 6 pav.). Šiuo atveju šviesa lūžta, prasiskverbia į lašo vidų per jo apatinę dalį (A) ir atsispindi nuo vidinio lašo paviršiaus pirmiausia taške B, paskui taške C. Taške D šviesa lūžta, palikdamas lašą stebėtojo link.

Saulėtekio ir saulėlydžio metu stebėtojas mato vaivorykštę lanko pavidalu, lygaus pusei apskritimo, nes vaivorykštės ašis yra lygiagreti horizontui. Jei Saulė yra aukščiau už horizontą, vaivorykštės lankas yra mažesnis nei pusė apskritimo. Kai Saulė pakyla aukščiau 42° virš horizonto, vaivorykštė išnyksta. Visur, išskyrus aukštas platumas, vaivorykštė negali pasirodyti vidurdienį, kai Saulė yra per aukštai. Įdomu įvertinti atstumą iki vaivorykštės. Nors atrodo, kad įvairiaspalvis lankas yra toje pačioje plokštumoje, tai yra iliuzija. Tiesą sakant, vaivorykštė turi didelį gylį ir gali būti pavaizduota kaip tuščiavidurio kūgio paviršius, kurio viršuje yra stebėtojas. Kūgio ašis jungia Saulę, stebėtoją ir vaivorykštės centrą. Stebėtojas tarsi žiūri išilgai šio kūgio paviršiaus. Du žmonės niekada negali pamatyti tos pačios vaivorykštės. Žinoma, apskritai galima stebėti tą patį poveikį, tačiau dvi vaivorykštės yra skirtingose padėtyse ir yra suformuotos iš skirtingų vandens lašelių. Kai lietus ar rūkas sudaro vaivorykštę, visas optinis efektas pasiekiamas dėl bendro visų vandens lašelių, kertančių vaivorykštės kūgio paviršių su stebėtoju viršūnėje, poveikis. Kiekvieno lašo vaidmuo yra trumpalaikis. Vaivorykštės kūgio paviršius susideda iš kelių sluoksnių. Greitai juos kirsdamas ir per eilę kritinių taškų, kiekvienas lašas akimirksniu suskaido saulės spindulį į visą spektrą griežtai apibrėžta seka – nuo raudonos iki violetinės. Daugelis lašų kerta kūgio paviršių taip pat, todėl vaivorykštė stebėtojui atrodo kaip ištisinė tiek išilgai, tiek skersai jos lanko. Aureolė – balti arba vaivorykštės šviesos lankai ir apskritimai aplink Saulės ar Mėnulio diską. Juos sukelia šviesos lūžis arba atspindys atmosferoje esantys ledo ar sniego kristalai. Aureolę sudarantys kristalai yra įsivaizduojamo kūgio paviršiuje, kurio ašis nukreipta iš stebėtojo (nuo kūgio viršaus) į Saulę. Tam tikromis sąlygomis atmosfera yra prisotinta mažais kristalais, kurių daugelis paviršių sudaro stačią kampą su plokštuma, einanti per Saulę, stebėtoją ir šiuos kristalus. Tokie aspektai atspindi įeinančius šviesos spindulius su 22 ° nuokrypiu, sudarydami aureolę, kuri viduje yra rausva, tačiau ji taip pat gali būti sudaryta iš visų spektro spalvų. Mažiau paplitusi aureolė, kurios kampinis spindulys yra 46°, esantis koncentriškai aplink 22 laipsnių aureolę. Jo vidinė pusė taip pat turi rausvą atspalvį. To priežastis taip pat yra šviesos lūžis, kuris šiuo atveju atsiranda ant kristalų paviršių, kurie sudaro stačius kampus. Tokios aureolės žiedo plotis viršija 2,5°. Tiek 46 laipsnių, tiek 22 laipsnių aureolės dažniausiai būna ryškiausios žiedo viršuje ir apačioje. Retas 90 laipsnių aureolė yra silpnai šviečiantis, beveik bespalvis žiedas, turintis bendrą centrą su kitomis dviem aureolėmis. Jei jis yra spalvotas, žiedo išorėje yra raudonos spalvos. Šio tipo aureolės atsiradimo mechanizmas nėra iki galo išaiškintas (7 pav.).

Parhelia ir lankai. Parhelinis ratas (arba netikrų saulių ratas) – baltas žiedas, kurio centras yra zenito taškas, einantis per Saulę lygiagrečiai horizontui. Jo susidarymo priežastis – saulės šviesos atspindys nuo ledo kristalų paviršių kraštų. Jei kristalai pakankamai tolygiai pasiskirsto ore, matomas visas ratas. Parhelia, arba netikros saulės, yra ryškiai šviečiančios dėmės, panašios į Saulę, susidarančios parhelinio apskritimo ir halo susikirtimo taškuose, kurių kampiniai spinduliai yra 22°, 46° ir 90°. Dažniausiai formuojamas ir ryškiausias parhelis susiformuoja sankirtoje su 22 laipsnių aureole, dažniausiai nuspalvinta beveik visomis vaivorykštės spalvomis. Klaidingos saulės sankryžose su 46 ir 90 laipsnių aureolomis pastebimos daug rečiau. Parhelijos, atsirandančios sankirtose su 90 laipsnių aureolomis, vadinamos parantelija arba netikromis priešsauelėmis. Kartais taip pat matomas antelis (prieš saulė) - šviesi dėmė, esanti ant parhelio žiedo tiksliai priešais Saulę. Manoma, kad šio reiškinio priežastis yra dvigubas vidinis saulės šviesos atspindys. Atsispindintis spindulys eina tuo pačiu keliu kaip ir krintantis spindulys, bet priešinga kryptimi. Aplinkzenitinis lankas, kartais neteisingai vadinamas 46 laipsnių halo viršutiniu liestinės lanku, yra 90° arba mažesnis lankas, kurio centras yra zenito taškas ir maždaug 46° virš Saulės. Jis matomas retai ir tik kelias minutes, yra ryškių spalvų, o raudona spalva apsiriboja išorine lanko puse. Cirkumzenitalinis lankas išsiskiria savo spalva, ryškumu ir aiškiais kontūrais. Kitas keistas ir labai retas halo tipo optinis efektas yra Lovitzo lankas. Jie atsiranda kaip parhelijos tęsinys sankirtoje su 22 laipsnių aureole, eina iš išorinės aureolės pusės ir yra šiek tiek įgaubtos link Saulės. Balsvos šviesos stulpai, taip pat įvairūs kryžiai kartais matomi auštant ar sutemus, ypač poliariniuose regionuose, gali lydėti ir Saulę, ir Mėnulį. Kartais pastebimi mėnulio aureolės ir kiti efektai, panašūs į aprašytuosius aukščiau, o dažniausiai pasitaikančios mėnulio aureolės (žiedas aplink Mėnulį) yra 22° kampo spindulio. Kaip netikros saulės, taip ir netikri mėnuliai gali iškilti. Karūnos, arba karūnos, yra maži koncentriški spalvoti žiedai aplink Saulę, Mėnulį ar kitus ryškius objektus, kurie retkarčiais stebimi, kai šviesos šaltinis yra už permatomų debesų. Koronos spindulys yra mažesnis nei halo spindulys ir yra apytikslis. 1-5°, mėlynas arba violetinis žiedas yra arčiausiai Saulės. Korona susidaro, kai šviesą išsklaido maži vandens lašeliai, kurie sudaro debesį. Kartais karūna atrodo kaip šviesi dėmė (arba aureolė), supanti Saulę (arba Mėnulį), kuri baigiasi rausvu žiedu. Kitais atvejais už aureolės ribų matomi bent du didesnio skersmens koncentriški žiedai, labai silpnos spalvos. Šį reiškinį lydi vaivorykštiniai debesys. Kartais labai aukštų debesų kraštai būna nudažyti ryškiomis spalvomis.
Gloria (halos). Ypatingomis sąlygomis vyksta neįprasti atmosferos reiškiniai. Jei Saulė yra už stebėtojo, o jos šešėlis projektuojamas ant šalia esančių debesų ar rūko uždangos, esant tam tikrai atmosferos būsenai aplink žmogaus galvos šešėlį, galite pamatyti spalvotą šviečiantį apskritimą – aureolę. Dažniausiai tokia aureolė susidaro dėl šviesos atspindžio rasos lašeliuose ant žolės apaugusios vejos. Glorijos taip pat gana dažnai aptinkamos aplink šešėlį, kurį lėktuvas meta ant apatinių debesų.
Brokenų vaiduokliai. Kai kuriuose Žemės rutulio regionuose, kai stebėtojo šešėlis ant kalvos, saulėtekio ar saulėlydžio metu atsilieka nuo jo ant nedideliu atstumu esančių debesų, atsiskleidžia ryškus efektas: šešėlis įgauna milžiniškus matmenis. Taip yra dėl šviesos atspindžio ir lūžimo mažiausių vandens lašelių rūke. Aprašytas reiškinys vadinamas „Brokeno vaiduokliu“ pagal viršūnę Harco kalnuose Vokietijoje.
Miražai- optinis efektas, atsirandantis dėl šviesos lūžio, kai praeina per skirtingo tankio oro sluoksnius ir išreiškiamas virtualaus vaizdo išvaizda. Tokiu atveju nutolę objektai gali būti pakelti arba nuleisti, palyginti su jų faktine padėtimi, taip pat gali būti iškreipti ir įgyti netaisyklingų, fantastiškų formų. Miražai dažnai stebimi karštame klimate, pavyzdžiui, virš smėlėtų lygumų. Įprasti prastesni miražai, kai tolimas, beveik plokščias dykumos paviršius įgauna atviro vandens išvaizdą, ypač žiūrint iš nedidelio aukščio arba tiesiog virš įkaitusio oro sluoksnio. Panaši iliuzija dažniausiai atsiranda šildomame asfaltuotame kelyje, kuris atrodo kaip vandens paviršius toli priekyje. Iš tikrųjų šis paviršius yra dangaus atspindys. Žemiau akių lygio šiame „vandenyje“ gali atsirasti daiktų, dažniausiai apversti. Virš įkaitusio žemės paviršiaus susidaro „oro pūkų pyragas“, o arčiausiai žemės esantis sluoksnis yra labiausiai įkaitęs ir taip išretėjęs, kad pro jį einančios šviesos bangos iškreipiamos, nes jų sklidimo greitis kinta priklausomai nuo terpės tankio. Geresni miražai yra mažiau paplitę ir vaizdingesni nei prastesni miražai. Tolimi objektai (dažnai žemiau jūros horizonto) pasirodo danguje aukštyn kojomis, o kartais tiesioginis to paties objekto vaizdas pasirodo ir aukščiau. Šis reiškinys būdingas šaltiems regionams, ypač kai yra reikšminga temperatūros inversija, kai virš šaltesnio sluoksnio yra šiltesnis oro sluoksnis. Šis optinis efektas pasireiškia dėl sudėtingų šviesos bangų priekinės dalies sklidimo nevienodo tankio oro sluoksniuose. Kartkartėmis pasitaiko labai neįprastų miražų, ypač poliariniuose regionuose. Kai sausumoje atsiranda miražai, medžiai ir kiti kraštovaizdžio komponentai apverčiami aukštyn kojomis. Visais atvejais objektai viršutiniuose miražuose yra aiškiai matomi nei apatiniuose. Kai dviejų oro masių riba yra vertikali plokštuma, kartais stebimi šoniniai miražai.
Šventojo Elmo ugnis. Kai kurie optiniai reiškiniai atmosferoje (pavyzdžiui, švytėjimas ir dažniausias meteorologinis reiškinys – žaibas) yra elektrinio pobūdžio. Daug rečiau pasitaiko Šv.Elmo gaisrai – šviečiantys blyškiai mėlyni arba purpuriniai šepečiai, kurių ilgis nuo 30 cm iki 1 m ar daugiau, dažniausiai ant stiebų viršūnių arba jūroje esančių laivų aikštelių galuose. Kartais atrodo, kad visas laivo takelažas yra padengtas fosforu ir švyti. Elmo gaisrai kartais kyla ant kalnų viršūnių, taip pat ant smailių ir aštrių aukštų pastatų kampų. Šis reiškinys yra šepečių elektros iškrovos elektros laidininkų galuose, kai juos supančioje atmosferoje labai padidėja elektrinio lauko stiprumas. Will-o'-the-wisps yra silpnas melsvas arba žalsvas švytėjimas, kuris kartais pastebimas pelkėse, kapinėse ir kriptose. Jie dažnai atrodo kaip ramiai deganti, neįkaistanti, apie 30 cm virš žemės iškilusi žvakės liepsna, akimirką sklandanti virš objekto. Atrodo, kad šviesa yra visiškai nepagaunama ir, stebėtojui artėjant, ji tarsi persikelia į kitą vietą. Šio reiškinio priežastis – organinių likučių irimas bei savaiminis pelkių dujų metano (CH4) arba fosfino (PH3) degimas. Klajojantys žibintai turi kitokią formą, kartais net sferinę. Žalias spindulys – smaragdo žalios saulės blyksnis tuo metu, kai paskutinis Saulės spindulys dingsta žemiau horizonto. Raudonasis saulės šviesos komponentas išnyksta pirmiausia, visi kiti seka iš eilės, o smaragdo žalia lieka paskutinė. Šis reiškinys atsiranda tik tada, kai virš horizonto lieka tik pats saulės disko kraštas, kitaip yra spalvų mišinys. Krepuskuliniai spinduliai yra besiskiriantys saulės spinduliai, kurie tampa matomi, kai apšviečia dulkes aukštoje atmosferoje. Šešėliai iš debesų sudaro tamsias juostas, o tarp jų sklinda spinduliai. Šis efektas atsiranda, kai saulė yra žemai horizonte prieš aušrą arba po saulėlydžio.

Jūros lygyje 1013,25 hPa (apie 760 mmHg). Vidutinė pasaulinė oro temperatūra prie Žemės paviršiaus yra 15°C, o temperatūra svyruoja nuo maždaug 57°C subtropinėse dykumose iki -89°C Antarktidoje. Oro tankis ir slėgis mažėja didėjant aukščiui pagal dėsnį, artimą eksponentiniam.

Atmosferos struktūra. Vertikaliai atmosfera turi sluoksniuotą struktūrą, kurią daugiausia lemia vertikalaus temperatūros pasiskirstymo ypatybės (pav.), kuri priklauso nuo geografinės padėties, sezono, paros laiko ir pan. Apatiniam atmosferos sluoksniui - troposferai - būdingas temperatūros kritimas su aukščiu (apie 6 ° C / 1 km), jo aukštis yra nuo 8-10 km poliarinėse platumose iki 16-18 km tropikuose. Dėl spartaus oro tankio mažėjimo didėjant aukščiui apie 80% visos atmosferos masės yra troposferoje. Virš troposferos yra stratosfera - sluoksnis, kuriam paprastai būdingas temperatūros padidėjimas didėjant aukščiui. Pereinamasis sluoksnis tarp troposferos ir stratosferos vadinamas tropopauze. Žemutinėje stratosferoje, iki maždaug 20 km lygio, temperatūra didėjant aukščiui kinta mažai (vadinamoji izoterminė sritis) ir dažnai net šiek tiek sumažėja. Aukščiau temperatūra pakyla dėl saulės UV spinduliuotės sugėrimo ozonu, iš pradžių lėtai, o nuo 34-36 km – greičiau. Viršutinė stratosferos riba – stratopauzė – yra 50-55 km aukštyje, atitinkančiame maksimalią temperatūrą (260-270 K). Atmosferos sluoksnis, esantis 55-85 km aukštyje, kur temperatūra vėl krenta aukštyje, vadinamas mezosfera, jos viršutinėje riboje - mezopauze - vasarą temperatūra siekia 150-160 K, o 200- Žiemą 230 K. Virš mezopauzės prasideda termosfera – sluoksnis, kuriam būdingas greitas temperatūros kilimas, 250 km aukštyje pasiekiantis 800-1200 K reikšmes. Saulės korpuskulinė ir rentgeno spinduliuotė yra susigėrę termosferoje, meteorai sulėtėja ir perdega, todėl atlieka Žemės apsauginio sluoksnio funkciją. Dar aukščiau yra egzosfera, iš kurios dėl sklaidos atmosferos dujos išsisklaido į pasaulio erdvę ir kur vyksta laipsniškas perėjimas iš atmosferos į tarpplanetinę erdvę.

Atmosferos sudėtis. Iki maždaug 100 km aukščio atmosfera yra praktiškai homogeniška chemine sudėtimi, o vidutinė oro molekulinė masė (apie 29) joje yra pastovi. Netoli Žemės paviršiaus atmosfera susideda iš azoto (apie 78,1 tūrio proc.) ir deguonies (apie 20,9 %), taip pat yra nedideli kiekiai argono, anglies dioksido (anglies dioksido), neono ir kitų pastovių bei kintamų komponentų (žr. Oras).

Be to, atmosferoje yra nedideli kiekiai ozono, azoto oksidų, amoniako, radono ir kt. Santykinis pagrindinių oro komponentų kiekis laikui bėgant yra pastovus ir vienodas įvairiose geografinėse srityse. Vandens garų ir ozono kiekis kinta erdvėje ir laike; nepaisant mažo kiekio, jų vaidmuo atmosferos procesuose yra labai reikšmingas.

Virš 100-110 km vyksta deguonies, anglies dioksido ir vandens garų molekulių disociacija, todėl mažėja oro molekulinė masė. Maždaug 1000 km aukštyje pradeda vyrauti lengvosios dujos – helis ir vandenilis, o dar aukščiau Žemės atmosfera pamažu virsta tarpplanetinėmis dujomis.

Svarbiausias kintamasis atmosferos komponentas yra vandens garai, kurie patenka į atmosferą išgaruodami nuo vandens paviršiaus ir drėgno dirvožemio, taip pat per augalų transpiraciją. Santykinis vandens garų kiekis netoli žemės paviršiaus svyruoja nuo 2,6 % tropikuose iki 0,2 % poliarinėse platumose. Su ūgiu jis greitai krenta, per pusę sumažėja jau 1,5-2 km aukštyje. Vertikalioje atmosferos stulpelyje vidutinio klimato platumose yra apie 1,7 cm „nusėdusio vandens sluoksnio“. Kondensuojantis vandens garams susidaro debesys, iš kurių iškrenta atmosferos krituliai lietaus, krušos ir sniego pavidalu.

Svarbus atmosferos oro komponentas yra ozonas, 90% susitelkęs stratosferoje (nuo 10 iki 50 km), apie 10% jo yra troposferoje. Ozonas sugeria kietą UV spinduliuotę (kurios bangos ilgis mažesnis nei 290 nm), ir tai yra jo apsauginis vaidmuo biosferoje. Bendro ozono kiekio reikšmės skiriasi priklausomai nuo platumos ir sezono intervale nuo 0,22 iki 0,45 cm (ozono sluoksnio storis esant slėgiui p = 1 atm ir temperatūrai T = 0°C). Pavasarį Antarktidoje nuo devintojo dešimtmečio pradžios stebimose ozono skylėse ozono kiekis gali sumažėti iki 0,07 cm, auga didelėse platumose. Reikšmingas kintamasis atmosferos komponentas yra anglies dioksidas, kurio kiekis atmosferoje per pastaruosius 200 metų padidėjo 35%, o tai daugiausia paaiškinama antropogeniniu veiksniu. Stebimas jo platumos ir sezoninis kintamumas, susijęs su augalų fotosinteze ir tirpumu jūros vandenyje (pagal Henrio dėsnį, didėjant temperatūrai, dujų tirpumas vandenyje mažėja).

Svarbų vaidmenį planetos klimato formavime atlieka atmosferos aerozolis – ore pakibusios kietos ir skystos dalelės, kurių dydis svyruoja nuo kelių nm iki dešimčių mikronų. Yra natūralios ir antropogeninės kilmės aerozolių. Aerozolis susidaro vykstant dujinių fazių reakcijoms iš augalų gyvybinės veiklos ir žmogaus ūkinės veiklos produktų, ugnikalnių išsiveržimų, dėl vėjo iškeliamų dulkių nuo planetos paviršiaus, ypač iš jos dykumų regionų, ir taip pat susidaro iš kosminių dulkių, patenkančių į viršutines atmosferos dalis. Didžioji dalis aerozolio yra sutelkta troposferoje, ugnikalnių išsiveržimų aerozolis sudaro vadinamąjį Junge sluoksnį maždaug 20 km aukštyje. Didžiausias kiekis antropogeninio aerozolio į atmosferą patenka eksploatuojant transporto priemones ir šilumines elektrines, chemijos pramonę, deginant kurą ir kt. Todėl kai kuriose srityse atmosferos sudėtis labai skiriasi nuo įprasto oro, kurį reikėjo sukurti. specialiosios tarnybos, skirtos atmosferos oro užterštumo lygiui stebėti ir kontroliuoti.

Atmosferos evoliucija. Šiuolaikinė atmosfera, matyt, yra antrinės kilmės: ji susidarė iš dujų, kurias išskiria kietas Žemės apvalkalas po to, kai planeta buvo suformuota maždaug prieš 4,5 mlrd. Per geologinę Žemės istoriją atmosferos sudėtis smarkiai pakito dėl daugelio veiksnių: dujų, daugiausia lengvesnių, išsisklaidymo (lakavimo) į kosmosą; dujų išsiskyrimas iš litosferos dėl vulkaninės veiklos; cheminės reakcijos tarp atmosferos komponentų ir uolienų, sudarančių žemės plutą; fotocheminės reakcijos pačioje atmosferoje, veikiant saulės UV spinduliuotei; tarpplanetinės terpės materijos (pavyzdžiui, meteorinės medžiagos) susikaupimas (užfiksavimas). Atmosferos raida glaudžiai susijusi su geologiniais ir geocheminiais procesais, o pastaruosius 3-4 milijardus metų – ir su biosferos veikla. Didelė dalis šiuolaikinę atmosferą sudarančių dujų (azotas, anglies dioksidas, vandens garai) susidarė vulkaninės veiklos ir įsiskverbimo metu, kurie jas išnešė iš Žemės gelmių. Prieš maždaug 2 milijardus metų deguonies atsirado dideliais kiekiais dėl fotosintetinių organizmų, kurie iš pradžių kilo iš vandenyno paviršinių vandenų, veiklos.

Remiantis karbonatų telkinių cheminės sudėties duomenimis, apskaičiuoti anglies dvideginio ir deguonies kiekiai geologinės praeities atmosferoje. Fanerozojaus laikotarpiu (paskutiniai 570 mln. Žemės istorijos metų) anglies dioksido kiekis atmosferoje labai svyravo priklausomai nuo ugnikalnio aktyvumo lygio, vandenyno temperatūros ir fotosintezės lygio. Didžiąją šio laiko dalį anglies dioksido koncentracija atmosferoje buvo žymiai didesnė nei dabartinė (iki 10 kartų). Fanerozojaus atmosferoje labai pasikeitė deguonies kiekis, vyravo tendencija jį didėti. Prekambro atmosferoje anglies dioksido masė, kaip taisyklė, buvo didesnė, o deguonies masė mažesnė nei Fanerozojaus atmosferoje. Anglies dioksido kiekio svyravimai ir praeityje turėjo didelės įtakos klimatui, didindami šiltnamio efektą, didėjant anglies dioksido koncentracijai, dėl ko klimatas pagrindinėje fanerozojaus dalyje buvo daug šiltesnis nei m. modernioji era.

atmosfera ir gyvenimas. Be atmosferos Žemė būtų mirusi planeta. Organinė gyvybė vyksta glaudžiai sąveikaudama su atmosfera ir su ja susijusiu klimatu bei oru. Nereikšminga masė, palyginti su visa planeta (maždaug milijonąja dalimi), atmosfera yra sine qua non visoms gyvybės formoms. Deguonis, azotas, vandens garai, anglies dioksidas ir ozonas yra svarbiausios atmosferos dujos organizmų gyvybei. Kai anglies dioksidą sugeria fotosintetiniai augalai, susidaro organinės medžiagos, kurias kaip energijos šaltinį naudoja didžioji dauguma gyvų būtybių, įskaitant žmones. Deguonis būtinas aerobiniams organizmams egzistuoti, kuriems energijos tiekimą užtikrina organinių medžiagų oksidacijos reakcijos. Azotas, pasisavinamas kai kurių mikroorganizmų (azoto fiksatorių), būtinas augalų mineralinei mitybai. Ozonas, sugeriantis atšiaurią saulės UV spinduliuotę, žymiai susilpnina šią gyvybei pavojingą saulės spinduliuotės dalį. Vandens garų kondensacija atmosferoje, debesų susidarymas ir vėliau iškritę krituliai aprūpina žemę vandeniu, be kurio neįmanoma jokia gyvybės forma. Hidrosferoje esančių organizmų gyvybinę veiklą daugiausia lemia vandenyje ištirpusių atmosferos dujų kiekis ir cheminė sudėtis. Kadangi atmosferos cheminė sudėtis labai priklauso nuo organizmų veiklos, biosfera ir atmosfera gali būti laikomos vienos sistemos dalimi, kurios palaikymas ir evoliucija (žr. Biogeocheminius ciklus) turėjo didelę reikšmę keičiant atmosferos sudėtį. atmosferą per visą Žemės, kaip planetos, istoriją.

Atmosferos radiacijos, šilumos ir vandens balansai. Saulės spinduliuotė yra praktiškai vienintelis energijos šaltinis visiems fiziniams procesams atmosferoje. Pagrindinis atmosferos radiacinio režimo bruožas yra vadinamasis šiltnamio efektas: atmosfera gana gerai perduoda saulės spinduliuotę į žemės paviršių, tačiau aktyviai sugeria žemės paviršiaus šiluminę ilgųjų bangų spinduliuotę, kurios dalis grįžta į žemės paviršių. paviršius priešingos spinduliuotės pavidalu, kuris kompensuoja žemės paviršiaus šilumos nuostolius (žr. Atmosferos spinduliuotę). Jei nebūtų atmosferos, vidutinė žemės paviršiaus temperatūra būtų –18°C, realiai – 15°C. Į atmosferą patenkanti saulės spinduliuotė dalinai (apie 20 %) absorbuojama (daugiausia vandens garais, vandens lašeliais, anglies dioksidu, ozonu ir aerozoliais), taip pat išsklaido (apie 7 %) dėl aerozolio dalelių ir tankio svyravimų (Rayleigh sklaida). . Visa radiacija, pasiekianti žemės paviršių, iš dalies (apie 23%) atsispindi nuo jos. Atspindį lemia apatinio paviršiaus, vadinamojo albedo, atspindys. Vidutiniškai Žemės albedas integraliniam saulės spinduliuotės srautui yra beveik 30%. Jis svyruoja nuo kelių procentų (sausas dirvožemis ir chernozemas) iki 70–90% ką tik iškritusio sniego. Spinduliuotės šilumos mainai tarp žemės paviršiaus ir atmosferos iš esmės priklauso nuo albedo ir yra nulemti efektyvios žemės paviršiaus spinduliuotės bei jos sugeriamos atmosferos priešingos spinduliuotės. Algebrinė spinduliuotės srautų suma, patenkanti į žemės atmosferą iš kosmoso ir paliekanti ją atgal, vadinama radiacijos balansu.

Saulės spinduliuotės transformacijos po to, kai ją sugeria atmosfera ir žemės paviršius, lemia Žemės, kaip planetos, šilumos balansą. Pagrindinis atmosferos šilumos šaltinis yra žemės paviršius; šiluma iš jos perduodama ne tik ilgųjų bangų spinduliuotės, bet ir konvekcijos būdu, taip pat išsiskiria kondensuojantis vandens garams. Šių šilumos įplaukų dalys yra atitinkamai vidutiniškai 20%, 7% ir 23%. Apie 20% šilumos čia taip pat pridedama dėl tiesioginės saulės spinduliuotės sugerties. Saulės spinduliuotės srautas per laiko vienetą per vieną plotą, statmeną saulės spinduliams ir esantį už atmosferos, vidutiniu atstumu nuo Žemės iki Saulės (vadinamoji saulės konstanta), yra 1367 W / m 2, pokyčiai yra 1-2 W / m 2 priklausomai nuo saulės aktyvumo ciklo. Kai planetos albedo yra apie 30%, vidutinis pasaulinis saulės energijos antplūdis į planetą yra 239 W/m 2 . Kadangi Žemė kaip planeta į kosmosą vidutiniškai išskiria tiek pat energijos, tai pagal Stefano-Boltzmanno dėsnį efektyvi išeinančios šiluminės ilgosios bangos spinduliuotės temperatūra yra 255 K (-18°C). Tuo pačiu metu vidutinė žemės paviršiaus temperatūra yra 15°C. 33°C skirtumas atsiranda dėl šiltnamio efekto.

Atmosferos vandens balansas kaip visuma atitinka iš Žemės paviršiaus išgaravusios drėgmės kiekio, kritulių, iškritusių ant žemės paviršiaus, lygybę. Atmosfera virš vandenynų dėl garavimo procesų gauna daugiau drėgmės nei virš sausumos ir praranda 90% kritulių pavidalu. Vandens garų perteklius virš vandenynų oro srovėmis nunešamas į žemynus. Vandens garų, pernešamų į atmosferą iš vandenynų į žemynus, kiekis yra lygus upės, įtekančios į vandenynus, kiekiui.

oro judėjimas. Žemė yra sferinės formos, todėl į jos aukštąsias platumas patenka daug mažiau saulės spinduliuotės nei į tropikus. Dėl to tarp platumų susidaro dideli temperatūrų kontrastai. Santykinė vandenynų ir žemynų padėtis taip pat daro didelę įtaką temperatūros pasiskirstymui. Dėl didelės vandenyno vandens masės ir didelės vandens šiluminės talpos vandenyno paviršiaus temperatūros svyravimai sezoniniai yra daug mažesni nei sausumos. Šiuo atžvilgiu vidutinėse ir aukštosiose platumose oro temperatūra virš vandenynų vasarą yra pastebimai žemesnė nei žemynuose, o žiemą – aukštesnė.

Dėl netolygaus atmosferos kaitinimo skirtinguose Žemės rutulio regionuose atmosferos slėgio pasiskirstymas erdvėje nėra vienodas. Jūros lygyje slėgio pasiskirstymui būdingos santykinai mažos vertės prie pusiaujo, subtropikų (aukšto slėgio zonų) padidėjimas ir vidutinių bei aukštųjų platumų sumažėjimas. Tuo pačiu metu ekstratropinių platumų žemynuose slėgis paprastai padidėja žiemą, o sumažėja vasarą, o tai susiję su temperatūros pasiskirstymu. Veikiant slėgio gradientui, oras patiria pagreitį, nukreiptą iš aukšto slėgio zonų į žemo slėgio sritis, o tai lemia oro masių judėjimą. Judančias oro mases taip pat veikia Žemės sukimosi nukreipimo jėga (Koriolio jėga), trinties jėga, kuri mažėja didėjant aukščiui, o kreivinių trajektorijų atveju – išcentrinė jėga. Didelę reikšmę turi turbulentinis oro maišymasis (žr. Turbulencija atmosferoje).

Sudėtinga oro srovių sistema (bendra atmosferos cirkuliacija) yra susijusi su slėgio pasiskirstymu planetoje. Meridioninėje plokštumoje vidutiniškai atsekamos dvi ar trys dienovidinės kraujotakos ląstelės. Netoli pusiaujo įkaitęs oras pakyla ir leidžiasi subtropikuose, sudarydamas Hadley ląstelę. Ten nusileidžia ir atvirkštinės Ferrell ląstelės oras. Didelėse platumose dažnai atsekama tiesioginė polinė ląstelė. Meridioninės cirkuliacijos greičiai yra 1 m/s arba mažesni. Dėl Koriolio jėgos veikimo didžiojoje atmosferos dalyje stebimi vakarų vėjai, kurių greitis vidurinėje troposferoje yra apie 15 m/s. Yra gana stabilios vėjo sistemos. Tai ir pasatai – vėjai, pučiantys nuo aukšto slėgio juostų subtropikuose iki pusiaujo su pastebimu rytiniu komponentu (iš rytų į vakarus). Musonai yra gana stabilūs – oro srovės, turinčios aiškiai ryškų sezoniškumą: vasarą pučia iš vandenyno į žemyną, o žiemą – priešinga kryptimi. Indijos vandenyno musonai yra ypač reguliarūs. Vidutinėse platumose oro masių judėjimas daugiausia yra vakarinis (iš vakarų į rytus). Tai atmosferos frontų zona, kurioje kyla dideli sūkuriai – ciklonai ir anticiklonai, apimantys daugybę šimtų ir net tūkstančius kilometrų. Ciklonų pasitaiko ir tropikuose; čia jie skiriasi mažesniais dydžiais, bet labai dideliu vėjo greičiu, pasiekiančiu uraganinę jėgą (33 m/s ir daugiau), vadinamaisiais atogrąžų ciklonais. Atlanto vandenyne ir rytinėje Ramiojo vandenyno dalyje jie vadinami uraganais, o vakarinėje Ramiojo vandenyno dalyje – taifūnais. Viršutinėje troposferoje ir žemutinėje stratosferoje, srityse, skiriančiose tiesioginę Hadley dienovidinės cirkuliacijos ląstelę ir atvirkštinę Ferrell ląstelę, dažnai stebimi santykinai siauri, šimtų kilometrų pločio, ryškiai apibrėžtų ribų srautai, kurių ribose vėjas siekia 100 -150 ir net 200 m/ nuo.

Klimatas ir oras. Skirtingose platumose į įvairiomis fizinėmis savybėmis pasižyminčios žemės paviršių Saulės spinduliuotės kiekio skirtumas lemia Žemės klimato įvairovę. Nuo pusiaujo iki atogrąžų platumų oro temperatūra prie žemės paviršiaus vidutiniškai siekia 25–30 °C ir mažai kinta per metus. Pusiaujo zonoje dažniausiai iškrenta daug kritulių, todėl susidaro sąlygos perteklinei drėgmei. Atogrąžų zonose kritulių kiekis mažėja, o kai kur tampa labai mažas. Čia yra didžiulės Žemės dykumos.

Subtropinėse ir vidutinėse platumose oro temperatūra labai skiriasi ištisus metus, o vasaros ir žiemos temperatūrų skirtumas ypač didelis nuo vandenynų nutolusiose žemynų srityse. Taigi kai kuriose Rytų Sibiro vietovėse metinė oro temperatūros amplitudė siekia 65°С. Drėkinimo sąlygos šiose platumose yra labai įvairios, daugiausia priklauso nuo bendros atmosferos cirkuliacijos režimo ir kiekvienais metais labai skiriasi.

Poliarinėse platumose temperatūra išlieka žema ištisus metus, net jei pastebimi sezoniniai pokyčiai. Tai prisideda prie plačiai paplitusio ledo dangos plitimo vandenynuose ir sausumoje bei amžinojo įšalo, užimančio daugiau nei 65% Rusijos teritorijos, daugiausia Sibire.

Per pastaruosius dešimtmečius pasaulio klimato pokyčiai tapo vis labiau pastebimi. Didelėse platumose temperatūra pakyla labiau nei žemose platumose; daugiau žiemą nei vasarą; daugiau naktį nei dieną. Per XX amžių vidutinė metinė oro temperatūra prie žemės paviršiaus Rusijoje pakilo 1,5–2 °C, o kai kuriuose Sibiro regionuose stebimas kelių laipsnių pakilimas. Tai siejama su šiltnamio efekto padidėjimu dėl mažų dujinių priemaišų koncentracijos padidėjimo.

Orus lemia atmosferos cirkuliacijos sąlygos ir vietovės geografinė padėtis, jis stabiliausias tropikuose, o kintamiausias vidutinėse ir aukštosiose platumose. Labiausiai orai keičiasi oro masių kaitos zonose, dėl atmosferos frontų, ciklonų ir anticiklonų perėjimo, nešančių kritulių ir stiprėjant vėjui. Duomenys orų prognozavimui renkami iš antžeminių meteorologinių stočių, laivų ir orlaivių bei meteorologinių palydovų. Taip pat žiūrėkite meteorologiją.

Optiniai, akustiniai ir elektriniai reiškiniai atmosferoje. Atmosferoje sklindant elektromagnetinei spinduliuotei, dėl šviesos lūžio, sugerties ir sklaidos oru bei įvairiomis dalelėmis (aerozoliu, ledo kristalais, vandens lašeliais) atsiranda įvairūs optiniai reiškiniai: vaivorykštė, karūnos, aureolė, miražas ir kt. sklaida lemia tariamąjį dangaus aukštį ir mėlyną dangaus spalvą. Objektų matomumo diapazoną lemia šviesos sklidimo atmosferoje sąlygos (žr. Atmosferos matomumas). Atmosferos skaidrumas esant skirtingiems bangų ilgiams lemia ryšio diapazoną ir galimybę aptikti objektus instrumentais, įskaitant galimybę atlikti astronominius stebėjimus iš Žemės paviršiaus. Atliekant optinio nehomogeniškumo stratosferoje ir mezosferoje tyrimus, prieblandos reiškinys vaidina svarbų vaidmenį. Pavyzdžiui, fotografuojant prieblandą iš erdvėlaivio, galima aptikti aerozolių sluoksnius. Elektromagnetinės spinduliuotės sklidimo atmosferoje ypatybės lemia jos parametrų nuotolinio aptikimo metodų tikslumą. Visus šiuos klausimus, kaip ir daugelį kitų, tiria atmosferinė optika. Radijo bangų lūžis ir sklaida lemia radijo priėmimo galimybes (žr. Radijo bangų sklidimas).

Garso sklidimas atmosferoje priklauso nuo temperatūros ir vėjo greičio erdvinio pasiskirstymo (žr. Atmosferos akustika). Tai įdomu nuotoliniam atmosferos stebėjimui. Į viršutinius atmosferos sluoksnius raketų paleistų užtaisų sprogimai suteikė daug informacijos apie vėjo sistemas ir temperatūros eigą stratosferoje bei mezosferoje. Stabiliai sluoksniuotoje atmosferoje, kai temperatūra nukrenta aukštyje lėčiau nei adiabatinis gradientas (9,8 K/km), kyla vadinamosios vidinės bangos. Šios bangos gali plisti aukštyn į stratosferą ir net į mezosferą, kur jos susilpnėja, padidindamos vėją ir turbulenciją.

Neigiamas Žemės krūvis ir jo sukeliamas elektrinis laukas, atmosfera kartu su elektra įkrauta jonosfera ir magnetosfera sukuria visuotinę elektros grandinę. Svarbų vaidmenį atlieka debesų susidarymas ir žaibo elektra. Dėl žaibo išlydžių pavojaus reikėjo sukurti pastatų, konstrukcijų, elektros linijų ir komunikacijų apsaugos nuo žaibo metodus. Šis reiškinys ypač pavojingas aviacijai. Žaibo išlydžiai sukelia atmosferos radijo trukdžius, vadinamus atmosferomis (žr. Švilpiančios atmosferos). Staigiai padidėjus elektrinio lauko stiprumui, stebimos šviesos išlydžios, atsirandančios virš žemės paviršiaus išsikišusių objektų taškuose ir aštriuose kampuose, atskirose viršukalnėse kalnuose ir pan. (Elmos žiburiai). Atmosferoje visada yra labai įvairus lengvųjų ir sunkiųjų jonų skaičius, priklausomai nuo konkrečių sąlygų, kurios lemia atmosferos elektrinį laidumą. Pagrindiniai oro jonizatoriai šalia žemės paviršiaus yra radioaktyviųjų medžiagų, esančių žemės plutoje ir atmosferoje, spinduliavimas bei kosminiai spinduliai. Taip pat žiūrėkite atmosferos elektrą.

Žmogaus įtaka atmosferai. Per pastaruosius šimtmečius dėl žmogaus veiklos atmosferoje išaugo šiltnamio efektą sukeliančių dujų koncentracija. Anglies dioksido procentas padidėjo nuo 2,8-10 2 prieš du šimtus metų iki 3,8-10 2 2005 m., metano kiekis - nuo 0,7-10 1 maždaug prieš 300-400 metų iki 1,8-10 -4 metų pradžioje. XXI amžius; apie 20% šiltnamio efekto padidėjimo per pastarąjį šimtmetį davė freonai, kurių iki XX amžiaus vidurio atmosferoje praktiškai nebuvo. Šios medžiagos yra pripažintos stratosferos ozono sluoksnį ardančiomis medžiagomis ir jas gaminti draudžia 1987 m. Monrealio protokolas. Anglies dioksido koncentracijos padidėjimą atmosferoje lemia vis didėjantis anglies, naftos, dujų ir kito anglies kuro kiekių deginimas, taip pat miškų kirtimas, dėl kurio fotosintezės būdu sumažėja anglies dioksido absorbcija. Metano koncentracija didėja augant naftos ir dujų gavybai (dėl jos nuostolių), taip pat plečiantis ryžių pasėliams ir didėjant galvijų skaičiui. Visa tai prisideda prie klimato atšilimo.

Orams keisti buvo sukurti aktyvaus poveikio atmosferos procesams metodai. Jie naudojami žemės ūkio augalams apsaugoti nuo krušos padarytos žalos, perkūnijos debesyse išsklaidant specialius reagentus. Taip pat yra būdų, kaip išsklaidyti rūką oro uostuose, apsaugoti augalus nuo šalčio, paveikti debesis, kad padidėtų kritulių kiekis tinkamose vietose arba išsklaidytų debesis masinių įvykių metu.

Atmosferos tyrimas. Informacija apie fizinius procesus atmosferoje pirmiausia gaunama iš meteorologinių stebėjimų, kuriuos atlieka pasaulinis nuolatinių meteorologijos stočių ir postų tinklas, esantis visuose žemynuose ir daugelyje salų. Kasdieniai stebėjimai suteikia informaciją apie oro temperatūrą ir drėgmę, atmosferos slėgį ir kritulius, debesuotumą, vėją ir kt. Saulės spinduliuotės ir jos virsmų stebėjimai vykdomi aktinometrinėse stotyse. Didelę reikšmę atmosferos tyrimams turi aerologinių stočių tinklai, kuriuose radiozondų pagalba atliekami meteorologiniai matavimai iki 30-35 km aukščio. Daugelyje stočių stebimas atmosferos ozonas, elektriniai reiškiniai atmosferoje ir cheminė oro sudėtis.

Antžeminių stočių duomenis papildo stebėjimai vandenynuose, kuriuose veikia „orų laivai“, nuolat išsidėstę tam tikrose Pasaulio vandenyno vietose, taip pat meteorologinė informacija, gauta iš tyrimų ir kitų laivų.

Pastaraisiais dešimtmečiais vis daugiau informacijos apie atmosferą gaunama pasitelkus meteorologinius palydovus, kuriuose yra debesų fotografavimo ir Saulės ultravioletinės, infraraudonosios bei mikrobanginės spinduliuotės srautų matavimo prietaisai. Palydovai leidžia gauti informacijos apie vertikalius temperatūros profilius, debesuotumą ir vandens kiekį, atmosferos radiacijos balanso elementus, vandenyno paviršiaus temperatūrą ir kt. Naudojant navigacijos palydovų sistemos radijo signalų lūžio matavimus, galima nustatyti vertikalius tankio, slėgio ir temperatūros profilius, taip pat drėgmės kiekį atmosferoje. Palydovų pagalba atsirado galimybė išsiaiškinti Saulės konstantos ir Žemės planetinio albedo reikšmę, sudaryti Žemės ir atmosferos sistemos radiacijos balanso žemėlapius, išmatuoti smulkių atmosferos priemaišų kiekį ir kintamumą, išspręsti daug kitų atmosferos fizikos ir aplinkos monitoringo problemų.

Lit .: Budyko M. I. Klimatas praeityje ir ateityje. L., 1980; Matvejevas L. T. Bendrosios meteorologijos kursas. Atmosferos fizika. 2-asis leidimas L., 1984; Budyko M. I., Ronov A. B., Yanshin A. L. Atmosferos istorija. L., 1985; Khrgian A.Kh. Atmosferos fizika. M., 1986; Atmosfera: vadovas. L., 1991; Khromovas S. P., Petrosyants M. A. Meteorologija ir klimatologija. 5-asis leidimas M., 2001 m.

G. S. Golicynas, N. A. Zaiceva.

Žemės atmosfera pradėjo formuotis senovėje – protoplanetinėje Žemės vystymosi stadijoje, aktyviuoju periodu, kai išsiskiria didžiulis kiekis dujų. Vėliau, Žemėje atsiradus biosferai, dėl dujų mainų tarp vandens, augalų, gyvūnų ir jų skilimo produktų atmosferos formavimasis tęsėsi.

Per visą geologinę istoriją Žemės atmosfera patyrė daugybę gilių transformacijų.

Pirminė Žemės atmosfera. Atsigavimas.

dalis Pirminė Žemės atmosfera protoplanetinėje Žemės vystymosi stadijoje (prieš daugiau nei 4,2 milijardo metų) daugiausia buvo metanas, amoniakas ir anglies dioksidas. Tada dėl degazavimo ir nuolatinių atmosferos procesų žemės paviršiuje pirminės Žemės atmosferos sudėtis buvo praturtinta vandens garais, anglies junginiais (CO 2, CO) ir siera, taip pat stipriomis halogeninėmis rūgštimis (HCl, HF). , HI) ir boro rūgštis. Pradinė atmosfera buvo labai silpna.

Antrinė Žemės atmosfera. Oksidacinis.

Vėliau pirminė atmosfera pradėjo virsti antrine. Taip atsitiko dėl tų pačių atmosferos procesų, kurie vyko žemės paviršiuje, vulkaninės ir saulės veiklos, taip pat dėl gyvybinės melsvadumblių ir melsvadumblių veiklos.

Transformacijos rezultatas buvo metano skilimas į vandenilį ir anglies dioksidą, amoniakas - į azotą ir vandenilį. Žemės atmosferoje pradėjo kauptis anglies dioksidas ir azotas.

Mėlynadumbliai fotosintezės būdu pradėjo gaminti deguonį, kuris beveik visas buvo išleistas kitų dujų ir uolienų oksidacijai. Dėl to amoniakas buvo oksiduojamas į molekulinį azotą, metanas ir anglies monoksidas - į anglies dioksidą, siera ir vandenilio sulfidas - į SO 2 ir SO 3.

Taigi atmosfera palaipsniui iš redukuojančios atmosferos virto oksiduojančia.

Anglies dioksido susidarymas ir išsiskyrimas pirminėje ir antrinėje atmosferoje.

Anglies dioksido šaltiniai ankstyvosiose atmosferos formavimosi stadijose:

metano oksidacija,
Žemės mantijos degazavimas,
Uolienų oro sąlygos.

Proterozojaus ir paleozojaus sandūroje (maždaug prieš 600 milijonų metų) anglies dioksido kiekis atmosferoje sumažėjo ir sudarė tik dešimtąsias procento viso atmosferoje esančių dujų tūrio.

Dabartinis anglies dioksido kiekis atmosferoje pasiekė tik 10-20 milijonų metų.

Deguonies susidarymas ir evoliucija pirminėje ir antrinėje atmosferoje.

Deguonies šaltiniai ankstyvosios atmosferos formavimosi stadijos :

Žemės mantijos degazavimas – beveik visas deguonis buvo išleistas oksidaciniams procesams.
Vandens fotodisociacija (skilimas į vandenilio ir deguonies molekules) atmosferoje veikiant ultravioletinei spinduliuotei – dėl to atmosferoje atsirado laisvų deguonies molekulių.
Anglies dioksido perdirbimas į deguonį eukariotų. Laisvo deguonies atsiradimas atmosferoje lėmė prokariotų mirtį (prisitaikę gyvenimui redukuojančiomis sąlygomis) ir eukariotų (prisitaikę gyventi oksiduojančioje aplinkoje) atsiradimą.

Deguonies koncentracijos atmosferoje pokytis.

Archeanas – pirmoji proterozojaus pusė - deguonies koncentracija 0,01% esamo lygio (Urey taškas). Beveik visas gautas deguonis buvo panaudotas geležies ir sieros oksidacijai. Tai tęsėsi tol, kol visa juodoji geležis žemės paviršiuje buvo oksiduota. Nuo tada atmosferoje pradėjo kauptis deguonis.

Antroji proterozojaus pusė – ankstyvojo vendų pabaiga - deguonies koncentracija atmosferoje yra 0,1% dabartinio lygio (Pastero taškas).

Vėlyvasis vendų – silūro laikotarpis. Laisvas deguonis skatino gyvybės vystymąsi – anaerobinį fermentacijos procesą pakeitė energetiškai perspektyvesnė ir progresuojanti deguonies apykaita. Nuo tada deguonis atmosferoje kaupiasi gana greitai. Augalų atsiradimas iš jūros į sausumą (prieš 450 mln. metų) lėmė deguonies lygio atmosferoje stabilizavimąsi.

Vidurio kreidos periodas . Galutinis deguonies koncentracijos atmosferoje stabilizavimasis siejamas su žydinčių augalų atsiradimu (prieš 100 mln. metų).

Azoto susidarymas ir evoliucija pirminėje ir antrinėje atmosferoje.

Azotas susidarė ankstyvosiose Žemės vystymosi stadijose dėl amoniako irimo. Atmosferos azoto jungimasis ir jo užkasimas jūros nuosėdose prasidėjo atsiradus organizmams. Po gyvų organizmų išleidimo į sausumą azotas pradėjo palaidoti žemyninėse nuosėdose. Azoto fiksavimo procesas ypač suaktyvėjo atsiradus sausumos augalams.

Taigi Žemės atmosferos sudėtis lėmė organizmų gyvavimo ypatybes, prisidėjo prie jų evoliucijos, vystymosi ir apsigyvenimo žemės paviršiuje. Tačiau Žemės istorijoje kartais pasitaikydavo nesėkmių pasiskirstant dujų sudėtimi. To priežastis buvo įvairios katastrofos, ne kartą įvykusios kriptozojaus ir fanerozojaus laikais. Šios nesėkmės paskatino masinį organinio pasaulio išnykimą.

Senovės ir šiuolaikinės atmosferos sudėtis procentais parodyta 1 lentelėje.

1 lentelė. Pirminės ir šiuolaikinės Žemės atmosferos sudėtis.

dujų	Žemės atmosferos sudėtis
dujų	Pirminė atmosfera, %	Šiuolaikinė atmosfera, %

Deguonis O 2

Anglies dioksidas CO 2
Anglies monoksidas CO

vandens garai

Atmosferos sudėties ir struktūros kilmė. Žemės atmosfera: išvaizdos ir struktūros istorija

tropopauzė

Stratosfera

Stratopauzė

Mezosfera

Žemės atmosferos riba

Termosfera

Termopauzė

Egzosfera (sklaidanti sfera)

Fiziologinės ir kitos atmosferos savybės

Atmosferos susidarymo istorija

Azotas

Deguonis

tauriųjų dujų

Oro tarša

taip pat žr

Pastabos

Nuorodos

Literatūra

Atmosferos struktūra

Troposfera

Stratosfera

Mezosfera

Egzosfera

Atmosferos sudėtis

Atmosferos apsauga

Pirminė Žemės atmosfera. Atsigavimas.

Antrinė Žemės atmosfera. Oksidacinis.

Anglies dioksido susidarymas ir išsiskyrimas pirminėje ir antrinėje atmosferoje.

Deguonies susidarymas ir evoliucija pirminėje ir antrinėje atmosferoje.

Azoto susidarymas ir evoliucija pirminėje ir antrinėje atmosferoje.

Taip pat skaitykite tema: