Birlamchi atmosfera va uning gaz tarkibi. Yer atmosferasi - Yer atmosferasining shakllanishi
Azot - 78,084%
Kislorod - 20,946%
Argon - 0,934%
Karbonat angidrid - 0,033%
Neon - 0,000018%
Geliy - 0,00000524%
Metan - 0,000002%
Kripton - 0,0000114%
Vodorod - 0,0000005%
Azot oksidlari - 0,0000005%
Ksenon - 0,000000087%
Buyuk fransuz olimi A.Lavuazye (1743-1794) birinchi bo‘lib havo gazlar aralashmasi ekanligini aniqladi. Lavuazye bu gazlarni o‘rganib, ularning asosiy xossalarini aniqladi. Biroq, uning yer atmosferasining tabiati haqidagi fikrlari qisman noto'g'ri edi.
Atmosferaning quyi qatlamida, troposferada havo tarkibi nisbatan bir jinsli. Aynan shu qatlam meteorologlar uchun ayniqsa qiziq, chunki u erda ob-havo hosil bo'ladi.
Atmosferada eng keng tarqalgan gaz azotdir. Atmosferaning quyi qatlamlarida bu gazning 78% ni tashkil qiladi. Nitratlar deb ataladigan birikmalardagi azot gaz holatida kimyoviy jihatdan inert bo'lib, o'simliklar va hayvonlarning metabolizmida muhim rol o'ynaydi.
Hayvonlar azotni havodan to'g'ridan-to'g'ri o'zlashtira olmaydi. Ammo bu hayvonlar har kuni ozuqa shaklida oladigan oziq-ovqatning bir qismidir. Havodagi erkin azot dukkaklilar kabi o'simliklarning ildizlarida joylashgan bakteriyalar tomonidan ushlanadi. O'simliklar tomonidan yaratilgan nitratlar bu o'simliklar bilan oziqlanadigan hayvonlar uchun mavjud bo'ladi.
Biologik jihatdan atmosferadagi eng faol gaz kisloroddir. Uning atmosferadagi miqdori - taxminan 21% - nisbatan doimiy. Bu hayvonlarning kisloroddan uzluksiz foydalanishi uning o'simliklar tomonidan ajralib chiqishi bilan muvozanatlanganligi bilan izohlanadi. Hayvonlar nafas olish jarayonida kislorodni yutadi. O'simliklar uni fotosintezning qo'shimcha mahsuloti sifatida chiqaradi, lekin nafas olish orqali ham o'zlashtiradi. Shu va boshqa o'zaro bog'liq jarayonlar natijasida yer atmosferasidagi kislorodning umumiy miqdori, hech bo'lmaganda, hozirgi vaqtda, ko'proq yoki kamroq muvozanatli, ya'ni taxminan doimiydir.
Meteorolog va klimatolog nuqtai nazaridan, atmosferaning eng muhim tarkibiy qismlaridan biri karbonat angidriddir. Hajmi bo'yicha atigi 0,03% ni egallagan bo'lsa-da, uning tarkibini o'zgartirish ob-havoni tubdan o'zgartirishi mumkin va. Keyinchalik karbonat angidrid muhim rol o'ynaydigan asosiy atmosfera jarayonlarini batafsil ko'rib chiqamiz. Biroq, hozir shuni ta'kidlash joizki, atmosferadagi karbonat angidrid miqdorini ikki baravar oshirish, ya'ni uning hajmini 0,06% ga oshirish Yer shari haroratini 3 ° C ga oshirishi mumkin. Bir qarashda, bu o'sish ahamiyatsiz ko'rinadi. Ammo bu tub o'zgarishlarga olib keladi. O'tgan asrdagi buyuk sanoat inqilobi boshlanganidan beri taxminan 120 yil davomida insoniyat atmosferaga nafaqat karbonat angidrid, balki boshqa gazlar chiqarishni doimiy ravishda oshirdi. Va karbonat angidrid miqdori bo'lsa-da atmosferadagi gaz 1869 yildan 1940 yilgacha bo'lgan davrda Yerdagi o'rtacha havo harorati ikki baravar ko'paymasa ham, 1 ° C ga oshdi. To'g'ri, o'tmishda Yerdagi karbonat angidrid miqdori o'zgargan deb taxmin qilinadi. Bu o'zgarishlar, albatta, iqlimga ta'sir qilishi mumkin va shuning uchun butun dunyodagi meteorologlar va klimatologlarning e'tiborini tortadi.
Atmosferada ishtirok etmaydigan gazlar mavjud biologik jarayonlar, ammo ularning ba'zilari yuqori qatlamlarda energiya uzatishda muhim rol o'ynaydi. Bunday gazlarga argon, neon, geliy, vodorod, ksenon, ozon (kislorodning triatomik shakli - O 3) kiradi.
Yuqorida sanab o'tilgan gazlardan tashqari, atmosferada qattiq va suyuq holatda ko'plab moddalar mavjud. Shunday qilib, ular atmosferaga kiradilar har xil turlari chang (odamning sanoat faoliyati natijasida, tuproqning yuqori qatlami shamol tomonidan uchib ketganda) va vulqon otilishi paytida, shuningdek, suv bug'lari va oltingugurt dioksidi. O'simliklardan atmosferaga son-sanoqsiz gulchanglar, sporalar va urug'lar ko'chiriladi. Atmosferada turli mikroorganizmlar ham uchraydi. Shamol bu barcha iflosliklarni minglab kilometrlarga olib yuradi. Dengiz suvining chayqalishi bilan birga tuz kristallari atmosferaga kiradi.
Krakatau vulqoni 1883 yilda otilib, atmosferaga tutun va kulni tashladi. Portlash hududida quyosh botganda yashil oqshom shafag'i kuzatildi. Atmosferaga olib borilgan kul 1-3 yil davomida shimoliy yarim sharda yer yuzasiga etib borishiga sezilarli ta'sir ko'rsatdi. Bu kul atmosferani biroz sovutganligi haqida dalillar mavjud.
Atmosferaga kiradigan turli gazlar va qattiq zarralar ob-havo sharoitlariga turli xil ta'sir ko'rsatadi. Xususan, ular tashqaridan kelayotgan atmosferaning bir qismini o'zlashtiradilar. Tuz kristallari kondensatsiya yadrolariga aylanadi va yomg'ir va boshqalar hosil bo'lishida ishtirok etadi, chunki suv bug'i tuz kristallari va havoda to'xtatilgan boshqa qattiq zarrachalarda kondensatsiyalanadi.
20-asr boshlariga qadar meteorologlar butun atmosferani ko'proq yoki kamroq bir hil deb hisoblashgan. Xususan, ular atmosferadagi havo harorati balandlik bilan bir xilda pasayishiga ishonch hosil qilishdi. Faqat 20-asrning boshlarida atmosferaning qatlamli tuzilishi o'rnatildi.
Atmosferaning baland qatlamlarini turli sharlar va raketalar yordamida o'rganish - aerologiya meteorologiyaning nisbatan yosh sohasi hisoblanadi. Endi ma'lumki, balandlikning oshishi bilan atmosferaning ba'zi fizik-kimyoviy xususiyatlari tubdan o'zgaradi. Birinchi vertikal zondlashlar havo harorati sezilarli darajada o'zgarganligini ko'rsatdi. Ammo atmosferaning barcha qatlamlarida bir xil darajada o'zgarmasligi keyinroq ma'lum bo'ldi. Biz Yerdan uzoqlashganimizda, atmosferaning xususiyatlari, jumladan, harorat qiymatlari doimo o'zgarib turadi.
Muammoni ko'rib chiqishni biroz soddalashtirish uchun atmosfera uchta asosiy qatlamga bo'lingan. Atmosferaning tabaqalanishi, birinchi navbatda, havo haroratining balandlik bilan teng bo'lmagan o'zgarishi natijasidir. Pastki ikki qatlam tarkibida nisbatan bir hil. Shuning uchun ular odatda gomosferani hosil qiladilar.
Troposfera. Atmosferaning pastki qatlami troposfera deb ataladi. Bu atamaning o'zi "aylanish sferasi" degan ma'noni anglatadi va bu qatlamning turbulentlik xususiyatlari bilan bog'liq.Ob-havo va iqlimning barcha o'zgarishlari bu qatlamda sodir bo'ladigan fizik jarayonlarning natijasidir.XVIII asrda, chunki atmosferani o'rganish cheklangan edi. faqat shu qatlam uchun, unda aniqlangan narsa balandlik bilan havo haroratining pasayishi atmosferaning qolgan qismiga ham xosdir, deb ishonilgan.
Har xil energiya o'zgarishlari birinchi navbatda troposferada sodir bo'ladi. Havoning yer yuzasi bilan uzluksiz aloqasi, shuningdek, unga koinotdan energiya kirishi tufayli u harakatlana boshlaydi. Bu qatlamning yuqori chegarasi haroratning balandligi bilan pasayishi uning ortishi bilan almashinadigan joyda - taxminan ekvatordan 15-16 km va qutblardan 7-8 km balandlikda joylashgan. Yerning o'zi singari, sayyoramizning aylanishi ta'sirida u ham qutblar ustida bir oz tekislanadi va ekvator ustida shishib ketadi. Biroq, bu ta'sir atmosferada Yerning qattiq qobig'iga qaraganda ancha kuchliroq namoyon bo'ladi.
Yer yuzasidan troposferaning yuqori chegarasigacha bo'lgan yo'nalishda havo harorati pasayadi. Ekvator ustidagi minimal havo harorati taxminan -62 ° C, qutblar ustida esa -45 ° C atrofida. Biroq, o'lchov nuqtasiga qarab, harorat biroz farq qilishi mumkin. Shunday qilib, troposferaning yuqori chegarasidagi Java orolida havo harorati rekord darajadagi -95 ° S gacha tushadi.
Troposferaning yuqori chegarasi tropopauza deb ataladi. Atmosfera massasining 75% dan ortigʻi tropopauza ostida joylashgan. Tropiklarda atmosfera massasining 90% ga yaqini troposferada joylashgan.
Tropopauza 1899 yilda ma'lum bir balandlikda vertikal harorat rejimida minimal topilgan va keyin harorat biroz oshgan. Ushbu o'sishning boshlanishi atmosferaning keyingi qatlami - stratosferaga o'tishni anglatadi.
Stratosfera. Stratosfera atamasi "qatlam sfera" degan ma'noni anglatadi va troposfera ustida joylashgan qatlamning o'ziga xosligi haqidagi oldingi g'oyani aks ettiradi.Stratosfera yer yuzasidan taxminan 50 km balandlikka cho'zilgan.Uning o'ziga xosligi, xususan, tropopauzadagi juda past qiymatlari bilan solishtirganda havo haroratining keskin oshishi Stratosferadagi harorat taxminan -40 ° C gacha ko'tariladi. Haroratning bunday ko'tarilishi ozon hosil bo'lish reaktsiyasi bilan izohlanadi - asosiy kimyoviy moddalardan biri atmosferada sodir bo'ladigan reaktsiyalar.
Ozon kislorodning maxsus shaklidir. Odatiy ikki atomli kislorod molekulasidan (O2) farqli o'laroq. Ozon uning uch atomli molekulalaridan (Oz) iborat. Bu oddiy kislorodning atmosferaning yuqori qatlamlariga kiradigan kislorod bilan o'zaro ta'siri natijasida paydo bo'ladi.
Ozonning asosiy qismi taxminan 25 km balandlikda to'plangan, ammo umuman olganda ozon qatlami deyarli butun stratosferani qoplaydigan juda kengaygan qobiqdir. Ozonosferada ultrabinafsha nurlar atmosfera kislorodi bilan tez-tez va kuchli o'zaro ta'sir qiladi. oddiy ikki atomli kislorod molekulalarining alohida atomlarga parchalanishiga olib keladi. O'z navbatida, kislorod atomlari ko'pincha ikki atomli molekulalarga qayta biriktiriladi va ozon molekulalarini hosil qiladi. Xuddi shu tarzda, alohida kislorod atomlari ikki atomli molekulalarni hosil qilish uchun birlashadi. Ozon hosil bo'lish intensivligi stratosferada yuqori ozon kontsentratsiyasi qatlami mavjud bo'lishi uchun etarli bo'ladi.
Kislorodning ultrabinafsha nurlar bilan o'zaro ta'siri er atmosferasidagi foydali jarayonlardan biri bo'lib, Yerda hayotni saqlab qolishga yordam beradi. Bu energiyaning ozon tomonidan so'rilishi uning yer yuzasiga haddan tashqari oqib chiqishiga to'sqinlik qiladi, bu erda er yuzidagi hayot shakllarining mavjudligi uchun mos bo'lgan energiya darajasi yaratilgan. Ehtimol, o'tmishda Yerga hozirgidan ko'ra ko'proq energiya kelgan bo'lib, bu sayyoramizda hayotning asosiy shakllarining paydo bo'lishiga ta'sir ko'rsatdi. Ammo zamonaviy tirik organizmlar Quyoshdan keladigan katta miqdordagi ultrabinafsha nurlanishiga bardosh bera olmadi.
Ozonosfera atmosferadan o'tgan qismini o'zlashtiradi. Natijada, ozonosferada 100 m uchun taxminan 0,62 ° S gacha bo'lgan vertikal havo harorati gradienti o'rnatiladi, ya'ni harorat stratosferaning yuqori chegarasi - stratopauza (50 km)gacha balandlikka ko'tariladi.
50 dan 80 km gacha balandliklarda atmosferaning mezosfera deb ataladigan qatlami mavjud. "Mezosfera" so'zi "oraliq sfera" degan ma'noni anglatadi, bu erda havo harorati balandlik bilan pasayishda davom etadi.
Mezosfera ustidagi, termosfera deb ataladigan qatlamda harorat taxminan 1000 ° C gacha balandlikda yana ko'tariladi va keyin juda tez -96 ° C gacha tushadi. Biroq, u abadiy tushmaydi, keyin harorat yana ko'tariladi.
Atmosferaning alohida qatlamlarga bo'linishini har bir qatlamdagi balandlik bilan harorat o'zgarishining o'ziga xos xususiyatlari bilan sezish juda oson.
Yuqorida aytib o'tilgan qatlamlardan farqli o'laroq, ionosfera ta'kidlanmagan. haroratga qarab. Ionosferaning asosiy xususiyati atmosfera gazlarining ionlanish darajasining yuqoriligidir. Bu ionlanish quyosh energiyasini turli gazlar atomlari tomonidan yutilishi natijasida yuzaga keladi. Yuqori energiyali kvantlarni olib yuruvchi ultrabinafsha va boshqa quyosh nurlari atmosferaga kirib, azot va kislorod atomlarini ionlashtiradi - tashqi orbitalarda joylashgan elektronlar atomlardan chiqariladi. Elektronlarni yo'qotib, atom musbat zaryad oladi. Agar atomga elektron qo'shilsa, atom manfiy zaryadlangan bo'ladi. Shunday qilib, ionosfera elektr tabiatiga ega mintaqa bo'lib, uning yordamida ko'plab radioaloqa turlari mumkin bo'ladi.
Ionosfera D, E, F1 va F2 harflari bilan belgilangan bir necha qatlamlarga bo'lingan.Bu qatlamlarning ham maxsus nomlari bor. Qatlamlarga bo'linish bir necha sabablarga ko'ra yuzaga keladi, ular orasida eng muhimi qatlamlarning radio to'lqinlarining o'tishiga teng bo'lmagan ta'siridir. Eng pastki qatlam D, asosan, radioto'lqinlarni o'zlashtiradi va shu bilan ularning keyingi tarqalishini oldini oladi.
Eng yaxshi o'rganilgan E qatlami yer yuzasidan taxminan 100 km balandlikda joylashgan. Uni bir vaqtning o'zida va mustaqil ravishda kashf etgan amerikalik va ingliz olimlari nomi bilan Kennelli-Heaviside qatlami deb ham atashadi. E qatlami, xuddi ulkan oyna kabi, radio to'lqinlarni aks ettiradi. Ushbu qatlam tufayli uzun radioto'lqinlar E qatlamidan aks etmasdan, faqat to'g'ri chiziqda tarqalsa, kutilganidan uzoqroq masofani bosib o'tadi.
F qatlami ham xuddi shunday xususiyatlarga ega.Uni Appleton qatlami deb ham atashadi. Kennelli-Heavisayd qatlami bilan birgalikda u yerdagi radiostansiyalarga radioto'lqinlarni aks ettiradi.Bunday aks ettirish turli burchaklarda sodir bo'lishi mumkin. Appleton qatlami taxminan 240 km balandlikda joylashgan.
Atmosferaning eng tashqi mintaqasi ko'pincha ekzosfera deb ataladi.
Bu atama Yer yaqinidagi koinot chekkalarining mavjudligini anglatadi. Kosmos qayerda tugashini va boshlanishini aniq aniqlash qiyin, chunki balandlikda atmosfera gazlarining zichligi asta-sekin kamayadi va o'zi asta-sekin deyarli vakuumga aylanadi, unda faqat alohida molekulalar mavjud. Atmosfera gazlari yer yuzasidan uzoqlashgan sari sayyoradan kamroq tortishish kuchini boshdan kechiradi va ma'lum bir balandlikdan erning tortishish maydonini tark etishga intiladi. Taxminan 320 km balandlikda atmosferaning zichligi shunchalik pastki, molekulalar bir-biri bilan to'qnashmasdan 1 km dan ortiq masofani bosib o'ta oladi. Atmosferaning eng tashqi qismi uning yuqori chegarasi bo'lib xizmat qiladi, u 480 dan 960 km gacha balandlikda joylashgan.
Atmosferani gaz tarkibidagi o'zgarishlarga qarab qatlamlarga bo'lish mumkin. Bu o'zgarish erning tortishish maydoni og'ir gazlar atomlari va molekulalarini engilroq gazlarning atomlari va molekulalariga qaraganda er yuzasiga yaqinroq ushlab turishi bilan bog'liq.
Gomosfera. Taxminan 80 km balandlikda atmosferaning tarkibi nisbatan bir hildir. Atmosferaning bu qismi "gomosfera" deb ataladi ("homo" "bir xil" degan ma'noni anglatadi).
Geterosfera. Gomosferaning bevosita tepasida ikki atomli azot molekulalaridan (N2) va ma'lum miqdorda bir xil kislorod molekulalaridan (02) iborat qatlam mavjud. Bu qatlam taxminan 240 km balandlikka cho'zilgan. Uning ustida molekulyar azot va molekulyar kislorod kam uchraydi. Ikkinchisi bu erda atmosferaning past qatlamlariga xos bo'lgan odatiy holatda emas, balki faqat atom holatida (O) mavjud. Atom kislorod qatlami taxminan 960 km gacha cho'zilgan.
Bundan ham balandroq, to'g'ridan-to'g'ri atom kislorod qatlami ustida uchinchi gaz qatlami mavjud. U geliy (He) atomlaridan iborat va 2400 km balandlikka cho'zilgan. Nihoyat, geliy qatlami ustida vodorod (H) qatlami topiladi.
Bu qatlamlarning barchasi "heterosfera" nomi bilan birlashtirilgan ("hetero" "boshqa" degan ma'noni anglatadi). Ketma-ket qatlamlarning gazlari kamroq va kamroq atom og'irligiga ega. Har bir qatlamning qalinligi tegishli balandliklarda Yerning tortishish maydonining intensivligiga va uning Yer yaqinida gazlarni ushlab turish qobiliyatiga bog'liq. Vodorod va geliy atmosferaning eng yuqori qatlamlarida arzimas miqdorda bo'ladi, og'irroq atomlar va ayniqsa kislorod va azot molekulalari er yuzasidan kichikroq masofada osongina saqlanadi.
Biz birinchi navbatda troposferada sodir bo'ladigan hodisalarga to'xtalamiz. Bu qatlamda atmosfera harakatlarining energiya manbai so'riladi. Buni aniqroq tasavvur qilish uchun keling, bu nurlanish kelishidagi o'zgarishlarga qanday munosabatda bo'lishini ko'rib chiqaylik. Quyosh tomonidan chiqariladigan (radiatsiya) va Yerga yetib boruvchi ulkan issiqlik dvigateli sifatida qaralishi mumkin. Erning turli qismlari notekis isishi sababli ular o'rtasida atmosfera bosimidagi farqlar paydo bo'ladi. Ushbu bosim farqlari havoning bir hududdan ikkinchisiga o'tishiga olib keladi va shu bilan shamol, bo'ron va oxir-oqibat sayyoramizdagi hamma narsaga sabab bo'ladi.
Ma'lumki, har qanday gaz jismoniy jism sifatida, agar u idish ichiga o'ralgan bo'lmasa, hech qanday shaklga ega emas. Gaz juda harakatchan va oson siqiladigan muhit bo'lib, u joylashgan idishning devorlari bilan chegaralanadi. Atmosferada u doimo ustki qatlamlarda joylashgan havo molekulalarining bosimi ostida bo'ladi.
Gaz molekulalari gazga berilgan issiqlik ta'sirida doimiy ravishda harakatlanadi. Harakatlanuvchi gaz molekulalari bir-biri bilan va ular joylashgan idishning devorlari bilan to'qnashadi. Havo molekulalarining xatti-harakati odatda Boyl-Mariott va Gey-Lyusak qonunlari bilan tavsiflanadi.
U harorat, bosim va hajmdagi o'zgarishlarga boshqa barcha gazlar kabi reaksiyaga kirishadi. Shuning uchun meteorologlar fizikadan ma'lum bo'lgan umumiy gaz qonunlari yordamida atmosferani o'rganadilar.
Atmosfera va uning tarkibidagi barcha iflosliklar tortishish kuchi bilan Yerga yaqin joylashgan. Yerning tortishish kuchi havoning og'irligini belgilaydi, ya'ni sayyora yuzasida atmosfera bosimini hosil qiladi. Bu bosim er yuzasining har bir kvadrat santimetriga to'g'ri keladi, uning umumiy maydoni 510 million kv.km. Atmosferaning umumiy og'irligi taxminan 5 000 000 000 million tonna bo'lganligi sababli u yer yuzasining har kvadrat santimetriga taxminan 1 kg kuch bilan ta'sir qiladi.
Dengiz sathida havo zichligi taxminan 1,3 kg/m3 ni tashkil qiladi, balandlikda u bosim kabi tez pasayadi.
Havo oson siqiladigan va, qoida tariqasida, kimyoviy jihatdan barqaror muhitdir. Molekulalarning ma'lum og'irligi va gazsimon muhitning siqilishi tufayli atmosferani tashkil etuvchi molekulalarning aksariyati bir necha kilometrga teng pastki qatlamda joylashgan. Shuning uchun atmosferaning umumiy massasining kamida yarmi 6 km gacha balandlikda joylashgan bo'lsa-da, umuman olganda u bir necha ming kilometr balandlikda joylashgan. Atmosferaning vertikal ustunida joylashgan gaz molekulalarining og'irligi, go'yo ko'pgina er osti jismlarini er yuzasiga bosadi. Biroq, 6 km dan yuqori bo'lgan gaz molekulalari soni pastki qatlamlarga nisbatan kamayganiga qaramay, bu erda ham ular juda ko'p.
Atmosfera(yunoncha atmos - bug 'va spharia - to'p) - Yerning havo qobig'i, u bilan birga aylanadi. Atmosferaning rivojlanishi sayyoramizda sodir bo'layotgan geologik va geokimyoviy jarayonlar, shuningdek, tirik organizmlarning faoliyati bilan chambarchas bog'liq edi.
Atmosferaning pastki chegarasi Yer yuzasiga to'g'ri keladi, chunki havo tuproqdagi eng kichik teshiklarga kiradi va hatto suvda ham eriydi.
2000-3000 km balandlikdagi yuqori chegara asta-sekin koinotga o'tadi.
Kislorodni o'z ichiga olgan atmosfera tufayli Yerda hayot mumkin. Atmosfera kislorodi odamlar, hayvonlar va o'simliklarning nafas olish jarayonida ishlatiladi.
Agar atmosfera bo'lmaganida, Yer Oy kabi tinch edi. Axir, tovush havo zarralarining tebranishidir. Osmonning ko'k rangi atmosferadan o'tadigan quyosh nurlari, xuddi linzalar kabi, ularning tarkibiy ranglariga ajralishi bilan izohlanadi. Bunday holda, ko'k va ko'k ranglarning nurlari eng ko'p tarqalgan.
Atmosfera quyoshning ultrabinafsha nurlanishining katta qismini ushlab turadi, bu tirik organizmlarga zararli ta'sir ko'rsatadi. Shuningdek, u Yer yuzasi yaqinida issiqlikni saqlab, sayyoramizning sovishini oldini oladi.
Atmosferaning tuzilishi
Atmosferada zichligi bo'yicha farq qiluvchi bir necha qatlamlarni ajratish mumkin (1-rasm).
Troposfera
Troposfera- atmosferaning eng quyi qatlami, qalinligi qutblardan yuqorida 8-10 km, mo''tadil kengliklarda - 10-12 km, ekvatordan yuqorida - 16-18 km.
Guruch. 1. Yer atmosferasining tuzilishi
Troposferadagi havo yer yuzasi, ya'ni quruqlik va suv orqali isitiladi. Shuning uchun bu qatlamdagi havo harorati balandlik bilan har 100 m uchun o'rtacha 0,6 ° C ga kamayadi.Troposferaning yuqori chegarasida u -55 ° C ga etadi. Shu bilan birga, troposferaning yuqori chegarasidagi ekvator hududida havo harorati -70 ° C, mintaqada esa Shimoliy qutb-65 °C.
Atmosfera massasining 80% ga yaqini troposferada to`plangan, deyarli barcha suv bug`lari joylashgan, momaqaldiroq, bo`ronlar, bulutlar va yog`ingarchiliklar sodir bo`ladi, havoning vertikal (konveksiya) va gorizontal (shamol) harakati sodir bo`ladi.
Aytishimiz mumkinki, ob-havo asosan troposferada shakllanadi.
Stratosfera
Stratosfera- troposfera ustidagi 8 dan 50 km gacha balandlikda joylashgan atmosfera qatlami. Bu qatlamdagi osmonning rangi binafsha rangda ko'rinadi, bu havoning nozikligi bilan izohlanadi, buning natijasida quyosh nurlari deyarli tarqalmaydi.
Stratosfera atmosfera massasining 20% ni o'z ichiga oladi. Bu qatlamdagi havo kam uchraydi, suv bug'i deyarli yo'q, shuning uchun bulutlar va yog'ingarchiliklar deyarli hosil bo'lmaydi. Biroq stratosferada barqaror havo oqimlari kuzatiladi, ularning tezligi 300 km/soatga etadi.
Bu qatlam konsentratsiyalangan ozon(ozon ekrani, ozonosfera), ultrabinafsha nurlarni o'ziga singdiruvchi qatlam, ularning Yerga etib borishiga to'sqinlik qiladi va shu bilan sayyoramizdagi tirik organizmlarni himoya qiladi. Ozon tufayli stratosferaning yuqori chegarasida havo harorati -50 dan 4-55 ° C gacha.
Mezosfera va stratosfera o'rtasida o'tish zonasi - stratopauz mavjud.
Mezosfera
Mezosfera- 50-80 km balandlikda joylashgan atmosfera qatlami. Bu yerdagi havo zichligi Yer yuzasidagidan 200 baravar kam. Mezosferada osmonning rangi qora ko'rinadi, kunduzi yulduzlar ko'rinadi. Havo harorati -75 (-90) ° S gacha tushadi.
80 km balandlikda boshlanadi termosfera. Bu qatlamdagi havo harorati keskin 250 m balandlikka ko'tariladi va keyin doimiy bo'ladi: 150 km balandlikda u 220-240 ° S ga etadi; 500-600 km balandlikda 1500 ° S dan oshadi.
Mezosfera va termosferada kosmik nurlar ta'sirida gaz molekulalari atomlarning zaryadlangan (ionlangan) zarralariga parchalanadi, shuning uchun atmosferaning bu qismi deyiladi. ionosfera- 50 dan 1000 km gacha balandlikda joylashgan, asosan ionlangan kislorod atomlari, azot oksidi molekulalari va erkin elektronlardan tashkil topgan juda kam uchraydigan havo qatlami. Bu qatlam yuqori elektrifikatsiya bilan ajralib turadi va undan uzoq va o'rta radioto'lqinlar, xuddi oynadagi kabi aks etadi.
Ionosferada auroralar paydo bo'ladi - Quyoshdan uchib kelayotgan elektr zaryadlangan zarralar ta'sirida siyrak gazlarning porlashi va keskin tebranishlar kuzatiladi. magnit maydon.
Ekzosfera
Ekzosfera- 1000 km dan yuqorida joylashgan atmosferaning tashqi qatlami. Bu qatlam tarqaladigan sfera deb ham ataladi, chunki gaz zarralari bu erda yuqori tezlikda harakatlanadi va kosmosga tarqalishi mumkin.
Atmosfera tarkibi
Atmosfera azot (78,08%), kislorod (20,95%), karbonat angidrid (0,03%), argon (0,93%), oz miqdorda geliy, neon, ksenon, kripton (0,01%)dan tashkil topgan gazlar aralashmasidir. ozon va boshqa gazlar, lekin ularning tarkibi ahamiyatsiz (1-jadval). Yer havosining zamonaviy tarkibi yuz million yildan ko'proq vaqt oldin yaratilgan, ammo insonning ishlab chiqarish faolligi keskin o'sishi uning o'zgarishiga olib keldi. Hozirgi vaqtda CO 2 miqdori taxminan 10-12% ga oshgan.
Atmosferani tashkil etuvchi gazlar turli funktsional rollarni bajaradi. Biroq, bu gazlarning asosiy ahamiyati, birinchi navbatda, ular nurlanish energiyasini juda kuchli yutishlari va shu bilan Yer yuzasi va atmosferaning harorat rejimiga sezilarli ta'sir ko'rsatishi bilan belgilanadi.
Jadval 1. Yer yuzasiga yaqin quruq atmosfera havosining kimyoviy tarkibi
|
Hajmi konsentratsiyasi. % |
Molekulyar og'irlik, birliklar |
|
|
Kislorod |
||
|
Karbonat angidrid |
||
|
Azot oksidi |
||
|
0 dan 0,00001 gacha |
||
|
Oltingugurt dioksidi |
yozda 0 dan 0,000007 gacha; qishda 0 dan 0,000002 gacha |
|
|
0 dan 0,000002 gacha |
46,0055/17,03061 |
|
|
Azog dioksidi |
||
|
Uglerod oksidi |
azot, Atmosferadagi eng keng tarqalgan gaz, u kimyoviy jihatdan faol emas.
Kislorod, azotdan farqli o'laroq, kimyoviy jihatdan juda faol element. Kislorodning o'ziga xos funktsiyasi - vulqonlar tomonidan atmosferaga chiqariladigan geterotrof organizmlarning organik moddalari, jinslar va kam oksidlangan gazlarni oksidlash. Kislorod bo'lmasa, o'lik organik moddalarning parchalanishi bo'lmaydi.
Atmosferadagi karbonat angidridning roli nihoyatda katta. U atmosferaga yonish jarayonlari, tirik organizmlarning nafas olishi va parchalanishi natijasida kiradi va birinchi navbatda, fotosintez jarayonida organik moddalarni yaratish uchun asosiy qurilish materialidir. Bundan tashqari, karbonat angidridning qisqa to'lqinli quyosh nurlanishini o'tkazish va termal uzun to'lqinli radiatsiyaning bir qismini o'zlashtirish qobiliyati katta ahamiyatga ega, bu esa shunday deb ataladigan narsani yaratadi. issiqxona effekti, bu quyida muhokama qilinadi.
Atmosfera jarayonlariga, ayniqsa stratosferaning issiqlik rejimiga ham ta'sir qiladi. ozon. Bu gaz Quyoshdan ultrabinafsha nurlanishning tabiiy yutuvchisi bo'lib xizmat qiladi va yutilish quyosh radiatsiyasi havoning isishiga olib keladi. O'rtacha oylik qiymatlar umumiy tarkib atmosferadagi ozon yilning kengligi va vaqtiga qarab 0,23-0,52 sm oralig'ida o'zgarib turadi (bu ozon qatlamining er bosimi va haroratidagi qalinligi). Ekvatordan qutblarga ozon miqdori ortib boradi va yillik tsikl minimal kuzda va maksimal bahorda kuzatiladi.
Atmosferaning xarakterli xususiyati shundaki, asosiy gazlarning (azot, kislorod, argon) tarkibi balandlikda bir oz o'zgaradi: 65 km balandlikda atmosferada azot miqdori 86%, kislorod - 19, argon - 0,91 ni tashkil qiladi. , 95 km balandlikda - azot 77, kislorod - 21,3, argon - 0,82%. Atmosfera havosi tarkibining vertikal va gorizontal ravishda doimiyligi uning aralashishi bilan saqlanadi.
Gazlarga qo'shimcha ravishda havo mavjud suv bug'i Va qattiq zarralar. Ikkinchisi ham tabiiy, ham sun'iy (antropogen) kelib chiqishi mumkin. Bular gulchanglar, mayda tuz kristallari, yo'l changlari va aerozol aralashmalari. Quyosh nurlari derazadan kirganda, ularni oddiy ko'z bilan ko'rish mumkin.
Shaharlar va yirik sanoat markazlari havosida, ayniqsa, ko'plab zarracha zarralari mavjud bo'lib, u erda zararli gazlar va ularning yonishi paytida hosil bo'lgan aralashmalar aerozollarga qo'shiladi.
Atmosferadagi aerozollarning kontsentratsiyasi havoning shaffofligini belgilaydi, bu esa Yer yuzasiga yetib boradigan quyosh radiatsiyasiga ta'sir qiladi. Eng katta aerozollar kondensatsiya yadrolari (lot. kondensatsiya- siqilish, qalinlash) - suv bug'ining suv tomchilariga aylanishiga hissa qo'shadi.
Suv bug'ining ahamiyati, birinchi navbatda, er yuzasidan uzoq to'lqinli termal nurlanishni kechiktirishi bilan belgilanadi; katta va kichik namlik davrlarining asosiy bo'g'inini ifodalaydi; suv yotoqlarining kondensatsiyasi paytida havo haroratini oshiradi.
Atmosferadagi suv bug'ining miqdori vaqt va makonga qarab o'zgaradi. Shunday qilib, yer yuzasida suv bug'ining kontsentratsiyasi tropiklarda 3% dan Antarktidada 2-10 (15)% gacha.
Mo''tadil kengliklarda atmosferaning vertikal ustunidagi suv bug'ining o'rtacha miqdori taxminan 1,6-1,7 sm ni tashkil qiladi (bu kondensatsiyalangan suv bug'lari qatlamining qalinligi). Atmosferaning turli qatlamlarida suv bug'lari haqidagi ma'lumotlar bir-biriga ziddir. Masalan, 20 dan 30 km gacha bo'lgan balandlik oralig'ida o'ziga xos namlik balandlik bilan kuchli ortadi deb taxmin qilingan. Biroq, keyingi o'lchovlar stratosferaning ko'proq quruqligini ko'rsatadi. Ko'rinib turibdiki, stratosferadagi o'ziga xos namlik balandlikka ozgina bog'liq va 2-4 mg / kg ni tashkil qiladi.
Troposferadagi suv bug'ining o'zgaruvchanligi bug'lanish, kondensatsiya va gorizontal tashish jarayonlarining o'zaro ta'siri bilan belgilanadi. Suv bug'ining kondensatsiyasi natijasida bulutlar hosil bo'ladi va yog'ingarchilik yomg'ir, do'l va qor shaklida tushadi.
Suvning fazaviy o'tish jarayonlari asosan troposferada sodir bo'ladi, shuning uchun stratosferada (20-30 km balandlikda) va mezosferada (mezopauza yaqinida) marvarid va kumush deb ataladigan bulutlar nisbatan kam kuzatiladi, troposfera bulutlari. ko'pincha butun yer yuzasining taxminan 50% ni qoplaydi.
Havoda bo'lishi mumkin bo'lgan suv bug'ining miqdori havo haroratiga bog'liq.
-20 ° C haroratda 1 m 3 havoda 1 g dan ko'p bo'lmagan suv bo'lishi mumkin; 0 ° C da - 5 g dan oshmasligi kerak; +10 ° C da - 9 g dan oshmasligi kerak; +30 ° C da - 30 g dan ko'p bo'lmagan suv.
Xulosa: Havoning harorati qanchalik baland bo'lsa, unda ko'proq suv bug'lari bo'lishi mumkin.
Havo bo'lishi mumkin boy Va to'yinmagan suv bug'i. Shunday qilib, agar +30 ° C haroratda 1 m 3 havoda 15 g suv bug'i bo'lsa, havo suv bug'i bilan to'yingan emas; agar 30 g bo'lsa - to'yingan.
Mutlaq namlik 1 m3 havodagi suv bug'ining miqdori. U grammda ifodalanadi. Misol uchun, agar ular "mutlaq namlik 15" deb aytishsa, bu 1 m L 15 g suv bug'ini o'z ichiga oladi.
Nisbiy namlik- bu 1 m 3 havodagi suv bug'ining haqiqiy tarkibining ma'lum bir haroratda 1 m L ga bo'lishi mumkin bo'lgan suv bug'ining miqdoriga nisbati (foizda). Misol uchun, agar radio nisbiy namlik 70% bo'lgan ob-havo haqida xabar bersa, bu havo o'sha haroratda ushlab turadigan suv bug'ining 70% ni o'z ichiga oladi.
Nisbiy namlik qanchalik yuqori bo'lsa, ya'ni. Havo to'yinganlik holatiga qanchalik yaqin bo'lsa, yog'ingarchilik ehtimoli shunchalik yuqori bo'ladi.
Ekvatorial zonada har doim yuqori (90% gacha) havoning nisbiy namligi kuzatiladi, chunki u erda havo harorati yil davomida yuqori bo'lib qoladi va okeanlar yuzasidan katta bug'lanish sodir bo'ladi. Nisbiy namlik qutbli hududlarda ham yuqori, lekin past haroratlarda suv bug'ining kichik miqdori ham havoni to'yingan yoki to'yingan darajaga yaqinlashtiradi. Mo''tadil kengliklarda nisbiy namlik fasllarga qarab o'zgarib turadi - qishda u ko'proq, yozda past bo'ladi.
Cho'llarda havoning nisbiy namligi ayniqsa past: 1 m 1 havoda ma'lum bir haroratda mumkin bo'lganidan ikki-uch baravar kam suv bug'lari mavjud.
Nisbiy namlikni o'lchash uchun higrometr (yunoncha gigros - nam va metrko - o'lchayman) ishlatiladi.
Sovutilganda, to'yingan havo bir xil miqdordagi suv bug'ini ushlab turolmaydi, u qalinlashadi (kondensatsiyalanadi), tuman tomchilariga aylanadi. Tuman yozda tiniq, salqin kechada kuzatilishi mumkin.
Bulutlar- bu xuddi shu tuman, faqat u yer yuzasida emas, balki ma'lum bir balandlikda hosil bo'ladi. Havo ko'tarilganda, u soviydi va undagi suv bug'lari kondensatsiyalanadi. Olingan mayda suv tomchilari bulutlarni hosil qiladi.
Bulutli shakllanishi ham o'z ichiga oladi zarrachalar troposferada muallaq holatda.
Bulutlar turli shakllarga ega bo'lishi mumkin, bu ularning paydo bo'lish sharoitiga bog'liq (14-jadval).
Eng past va eng ogʻir bulutlar qatlamdir. Ular yer yuzasidan 2 km balandlikda joylashgan. 2 dan 8 km gacha bo'lgan balandlikda yanada go'zal to'plangan bulutlarni kuzatish mumkin. Eng balandi va eng yengili sirrus bulutlaridir. Ular yer yuzasidan 8 – 18 km balandlikda joylashgan.
|
Oilalar |
Bulutlar turlari |
Tashqi ko'rinish |
|
A. Yuqori bulutlar - 6 km dan yuqori |
I. Sirrus |
Ipga o'xshash, tolali, oq |
|
II. Cirrocumulus |
Qatlamlar va mayda yoriqlar va jingalaklarning tizmalari, oq |
|
|
III. Cirrostratus |
Shaffof oq rangli parda |
|
|
B. Oʻrta darajadagi bulutlar – 2 km dan yuqori |
IV. Altokumulus |
Oq va kulrang rangdagi qatlamlar va tizmalar |
|
V. Altostratifikatsiya qilingan |
Sutli kul rangdagi silliq parda |
|
|
B. Past bulutlar - 2 km gacha |
VI. Nimbostratus |
Qattiq shaklsiz kulrang qatlam |
|
VII. Stratocumulus |
Kul rangning shaffof bo'lmagan qatlamlari va tizmalari |
|
|
VIII. Qatlamli |
Shaffof bo'lmagan kulrang parda |
|
|
D. Vertikal rivojlanish bulutlari - pastdan yuqori qatlamgacha |
IX. Kumulus |
Klublar va gumbazlar yorqin oq, shamolda yirtilgan qirralari bor |
|
X. Kumulonimbus |
To'q rangli qo'rg'oshin rangidagi kuchli kümülüs shaklidagi massalar |
Atmosferadan himoya qilish
Asosiy manbalar sanoat korxonalari va avtomobillardir. Katta shaharlarda asosiy transport yo'llarida gazning ifloslanishi muammosi juda keskin. Shuning uchun ko'pchilikda yirik shaharlar butun dunyoda, jumladan, mamlakatimizda avtomobil chiqindi gazlarining zaharliligini ekologik nazorat qilish joriy etildi. Mutaxassislarning fikricha, havodagi tutun va chang quyosh energiyasini yer yuzasiga etkazib berishni ikki baravar kamaytirishi mumkin, bu esa tabiiy sharoitlarning o‘zgarishiga olib keladi.
Atmosfera Yerning shakllanishi bilan birga shakllana boshladi. Sayyora evolyutsiyasi davrida va uning parametrlari yaqinlashganda zamonaviy ma'nolar uning kimyoviy tarkibida tubdan sifat o'zgarishlar sodir bo'ldi va jismoniy xususiyatlar. Evolyutsion modelga ko'ra, erta bosqichda Yer erigan holatda bo'lgan va taxminan 4,5 milliard yil oldin shakllangan. qattiq. Bu bosqich geologik xronologiyaning boshlanishi sifatida qabul qilinadi. Shu vaqtdan boshlab atmosferaning sekin evolyutsiyasi boshlandi. Ba'zi geologik jarayonlar (masalan, vulqon otilishi paytida lavaning chiqishi) Yerning ichaklaridan gazlarning chiqishi bilan birga bo'lgan. Ularga azot, ammiak, metan, suv bug'lari, CO oksidi va karbonat angidrid CO2 kiradi. Quyoshning ultrabinafsha nurlanishi ta'sirida suv bug'lari vodorod va kislorodga ajraladi, ammo chiqarilgan kislorod karbonat angidridni hosil qilish uchun uglerod oksidi bilan reaksiyaga kirishdi. Ammiak azot va vodorodga parchalanadi. Diffuziya jarayonida vodorod yuqoriga koʻtarilib, atmosferani tark etdi, ogʻirroq azot esa bugʻlanib keta olmadi va asta-sekin toʻplanib, asosiy komponentga aylandi, garchi uning bir qismi kimyoviy reaksiyalar natijasida molekulalarga bogʻlangan boʻlsa ham (qarang ATMOSPHERA KIMYOSI ). Ultrabinafsha nurlar va elektr razryadlari ta'sirida Yerning asl atmosferasida mavjud bo'lgan gazlar aralashmasi kimyoviy reaktsiyalarga kirishdi, buning natijasida hosil bo'ldi. organik moddalar, xususan aminokislotalar. Ibtidoiy o'simliklar paydo bo'lishi bilan kislorodning chiqishi bilan birga fotosintez jarayoni boshlandi. Bu gaz, ayniqsa, atmosferaning yuqori qatlamlariga diffuziyadan so'ng, uning pastki qatlamlari va Yer yuzasini hayot uchun xavfli ultrabinafsha va rentgen nurlanishidan himoya qila boshladi. Nazariy hisob-kitoblarga ko'ra, hozirgidan 25 000 marta kam bo'lgan kislorod miqdori hozirgidan atigi yarmi konsentratsiyali ozon qatlamining shakllanishiga olib kelishi mumkin. Biroq, bu organizmlarni ultrabinafsha nurlarining halokatli ta'siridan juda muhim himoya qilish uchun etarli.
Ehtimol, birlamchi atmosferada karbonat angidrid ko'p bo'lgan. U fotosintez jarayonida ishlatilgan va uning konsentratsiyasi o'simlik dunyosi rivojlanishi bilan, shuningdek, ma'lum geologik jarayonlarda so'rilishi tufayli kamaygan bo'lishi kerak. Issiqxona effekti atmosferada karbonat angidrid mavjudligi bilan bog'liq bo'lganligi sababli, uning kontsentratsiyasining o'zgarishi Yer tarixidagi muzlik davri kabi keng ko'lamli iqlim o'zgarishlarining muhim sabablaridan biridir.
G.V.Voitkevich 1980-yilda Yer va Venera tarixining boshida mavjud bo'lgan sharoitlarni taqqoslab, Yerning dastlabki atmosferasi hozirgi Veneradagi kabi deyarli bir xil bo'lgan degan xulosaga keladi. U Yer atmosferasining asl tarkibi Yerda fotosintez va karbonatlarning yo'qligi sharoitlariga mos keladi, deb taxmin qiladi.
Shunday qilib, Yerni tashkil etuvchi moddaning gazsizlanishi va gazlarning tarqalishi Yerning asl atmosferasi tarkibini aniqladi. Er hech qachon to'liq erimagan va uning yuzasi suvning qaynash nuqtasidan yuqori haroratga ega bo'lmaganligi sababli (global ta'sirni anglatadi), uning asl atmosferasining tarkibi o'zlari uchuvchan yoki ishlab chiqarishga qodir bo'lgan elementlar bilan aniqlangan. uchuvchi birikmalar: H, O, N, C, F, S, P, CI, Br va inert gazlar. Yer qobig'ida bu uchuvchi elementlarning deyarli barchasi kosmik ko'pligi bilan solishtirganda etishmasligi mavjud. Bu, ayniqsa, He, Ne, H, N, C uchun to'g'ri keladi. Ko'rinishidan, bu elementlar Yer tomonidan uning to'planishi paytida yo'qolgan. Boshqa engil uchuvchi elementlar, masalan, P, S, C1, birinchidan, biroz og'irroq, ikkinchidan, ular er qobig'ining jinslari, xususan, cho'kindi jinslar bilan reaksiyaga kirishadigan juda kimyoviy faol uchuvchi birikmalar hosil qiladi.
Atmosferaga chiqariladigan uchuvchi elementlarning tarkibini taxmin qilish mumkin yakuniy bosqichlar Yerning va zamonaviy vulqonizm yoki fumarol faoliyati hodisalari paytida kelganlarning to'planishi taxminan bir xil bo'lib qolmoqda. 1967 yilda E.K.Marxinin vulqon gazlari va fumarollarning tarkibi haqida ma'lumot beradi, shundan ma'lum bo'ladiki, uglerodli gazlar chiqindilarning ko'pligi bo'yicha suvdan keyin ikkinchi o'rinda turadi.
Agar biz Yerning asl atmosferasi shunday gazlar to'plamidan iborat bo'lganligini tan olsak (HC1, HF va boshqalar kabi kimyoviy faol moddalar bundan mustasno), unda, ehtimol, G.V.Voitkevich asl atmosferaning tarkibini juda to'g'ri aniqlaydi. Yerning zamonaviy Venera va , aftidan Mars bilan. X. Gollandiya, Ts. Sagan, M. Shidlovskiy va boshqalarning Yerning dastlabki atmosferasi (CH 4, Hg, NH 3) keskin kamayishi haqidagi mulohazalari na kosmokimyoviy nuqtai nazardan, na nazariy hisob-kitoblar bilan tasdiqlanmagan. atmosferadagi H 2, CH 4, NH 3 ning yashash muddati, ular nafaqat o'z-o'zidan osonlikcha tarqalibgina qolmay, balki fotokimyoviy jarayonlar tufayli juda tez parchalanadi. J. Uoker 1975-1976 yillarda Venera va Yer materiyasining bir zumda va bosqichma-bosqich gazsizlanishi modellarini solishtirdi va ularning hech biri atmosferani kamaytirishga olib kelmadi.
Atmosfera Yerning shakllanishi bilan birga shakllana boshladi. Sayyora evolyutsiyasi jarayonida va uning parametrlari zamonaviy qadriyatlarga yaqinlashganda, uning kimyoviy tarkibi va fizik xususiyatlarida tubdan sifat o'zgarishlari yuz berdi. Evolyutsion modelga ko'ra, dastlabki bosqichda Yer erigan holatda bo'lgan va taxminan 4,5 milliard yil oldin qattiq jism sifatida shakllangan. Bu bosqich geologik xronologiyaning boshlanishi sifatida qabul qilinadi. Shu vaqtdan boshlab atmosferaning sekin evolyutsiyasi boshlandi. Ba'zi geologik jarayonlar (masalan, vulqon otilishi paytida lavaning chiqishi) Yerning ichaklaridan gazlarning chiqishi bilan birga bo'lgan. Ularga azot, ammiak, metan, suv bug'lari, CO oksidi va karbonat angidrid CO 2 kiradi. Quyoshning ultrabinafsha nurlanishi ta'sirida suv bug'lari vodorod va kislorodga ajraladi, ammo chiqarilgan kislorod karbonat angidridni hosil qilish uchun uglerod oksidi bilan reaksiyaga kirishdi. Ammiak azot va vodorodga parchalanadi. Diffuziya jarayonida vodorod yuqoriga ko'tarilib, atmosferani tark etdi va og'irroq azot bug'lana olmadi va asta-sekin to'planib, asosiy tarkibiy qismga aylandi, garchi uning bir qismi kimyoviy reaktsiyalar natijasida molekulalarga bog'langan bo'lsa ham ( sm. ATMOSFERA KIMYOSI). Ultrabinafsha nurlar va elektr razryadlari ta'sirida Yerning asl atmosferasida mavjud bo'lgan gazlar aralashmasi kimyoviy reaktsiyalarga kirishdi, buning natijasida organik moddalar, xususan, aminokislotalar paydo bo'ldi. Ibtidoiy o'simliklar paydo bo'lishi bilan kislorodning chiqishi bilan birga fotosintez jarayoni boshlandi. Bu gaz, ayniqsa, atmosferaning yuqori qatlamlariga diffuziyadan so'ng, uning pastki qatlamlari va Yer yuzasini hayot uchun xavfli ultrabinafsha va rentgen nurlanishidan himoya qila boshladi. Nazariy hisob-kitoblarga ko'ra, hozirgidan 25 000 marta kam bo'lgan kislorod miqdori hozirgidan atigi yarmi konsentratsiyali ozon qatlamining shakllanishiga olib kelishi mumkin. Biroq, bu organizmlarni ultrabinafsha nurlarining halokatli ta'siridan juda muhim himoya qilish uchun etarli.
Ehtimol, birlamchi atmosferada karbonat angidrid ko'p bo'lgan. U fotosintez jarayonida ishlatilgan va uning konsentratsiyasi o'simlik dunyosi rivojlanishi bilan, shuningdek, ma'lum geologik jarayonlarda so'rilishi tufayli kamaygan bo'lishi kerak. Chunki issiqxona effekti atmosferada karbonat angidrid mavjudligi bilan bog'liq, uning kontsentratsiyasining o'zgarishi Yer tarixidagi bunday keng ko'lamli iqlim o'zgarishlarining muhim sabablaridan biridir. muzlik davri.
Zamonaviy atmosferada mavjud bo'lgan geliy asosan uran, toriy va radiyning radioaktiv parchalanishi mahsulotidir. Bu radioaktiv elementlar geliy atomlarining yadrolari bo'lgan zarrachalarni chiqaradi. Radioaktiv parchalanish paytida elektr zaryadi hosil bo'lmaydi va buzilmaydi, chunki har bir a-zarracha hosil bo'lishi bilan ikkita elektron paydo bo'ladi, ular a-zarralari bilan qayta qo'shilib, neytral geliy atomlarini hosil qiladi. Radioaktiv elementlar tog' jinslarida tarqalgan minerallarda mavjud, shuning uchun radioaktiv parchalanish natijasida hosil bo'lgan geliyning muhim qismi ularda saqlanib qoladi va atmosferaga juda sekin chiqib ketadi. Geliyning ma'lum miqdori diffuziya tufayli ekzosferaga yuqoriga ko'tariladi, lekin yer yuzasidan doimiy oqim tufayli atmosferadagi bu gazning hajmi deyarli o'zgarmaydi. Yulduz nurlarining spektral tahlili va meteoritlarni o'rganish asosida turli xil nurlarning nisbiy ko'pligini taxmin qilish mumkin. kimyoviy elementlar Koinotda. Kosmosdagi neon kontsentratsiyasi Yerdagidan taxminan o'n milliard marta, kripton - o'n million marta va ksenon - million marta yuqori. Bundan kelib chiqadiki, dastlab Yer atmosferasida mavjud bo'lgan va kimyoviy reaktsiyalar paytida to'ldirilmaydigan ushbu inert gazlarning kontsentratsiyasi, ehtimol hatto Yerning asosiy atmosferasini yo'qotish bosqichida ham sezilarli darajada kamaydi. Istisno - bu inert gaz argonidir, chunki 40 Ar izotopi shaklida u hali ham kaliy izotopining radioaktiv parchalanishi paytida hosil bo'ladi.
Barometrik bosim taqsimoti.
Atmosfera gazlarining umumiy og'irligi taxminan 4,5 10 15 t ni tashkil qiladi.Shunday qilib, atmosferaning birlik maydoniga to'g'ri keladigan "og'irligi" yoki atmosfera bosimi dengiz sathida taxminan 11 t / m 2 = 1,1 kg / sm 2 ni tashkil qiladi. P 0 = 1033,23 g / sm 2 = 1013,250 mbar = 760 mm Hg ga teng bosim. Art. = 1 atm, standart o'rtacha atmosfera bosimi sifatida qabul qilinadi. Gidrostatik muvozanat holatidagi atmosfera uchun bizda: d P= –rgd h, bu degani balandlik oralig'ida dan h oldin h+d h yuzaga keladi atmosfera bosimining o'zgarishi o'rtasidagi tenglik d P va atmosferaning tegishli elementining og'irligi birlik maydoni, zichligi r va qalinligi d h. Bosim o'rtasidagi munosabat sifatida R va harorat T Er atmosferasi uchun juda mos keladigan zichligi r bo'lgan ideal gazning holat tenglamasi qo'llaniladi: P= r R T/ m, bu erda m - molekulyar og'irlik va R = 8,3 J / (K mol) - universal gaz doimiysi. Keyin dlog P= – (m g/RT)d h= – bd h= – d h/ H, bu erda bosim gradienti logarifmik shkalada. Uning teskari qiymati H atmosfera balandligi shkalasi deb ataladi.
Ushbu tenglamani izotermik atmosfera uchun integrallashda ( T= const) yoki uning bir qismi uchun, agar shunday yaqinlashishga ruxsat berilgan bo'lsa, balandlik bilan bosim taqsimotining barometrik qonuni olinadi: P = P 0 tajriba (- h/H 0), bu erda balandlik mos yozuvi h standart o'rtacha bosim bo'lgan okean sathidan ishlab chiqariladi P 0 . Ifoda H 0 = R T/ mg, atmosfera darajasini tavsiflovchi balandlik shkalasi deb ataladi, agar undagi harorat hamma joyda bir xil bo'lsa (izotermik atmosfera). Agar atmosfera izotermik bo'lmasa, integratsiya haroratning balandlik bilan o'zgarishini va parametrni hisobga olishi kerak. N- atmosfera qatlamlarining harorati va atrof-muhit xususiyatlariga qarab ba'zi mahalliy xarakteristikalari.
Standart atmosfera.
Atmosfera bazasidagi standart bosimga mos keladigan model (asosiy parametrlar qiymatlari jadvali). R 0 va kimyoviy tarkibi standart atmosfera deb ataladi. Aniqroq aytganda, bu atmosferaning shartli modeli bo'lib, u uchun dengiz sathidan 2 km pastdan er atmosferasining tashqi chegarasigacha bo'lgan balandlikdagi havo harorati, bosimi, zichligi, yopishqoqligi va boshqa xususiyatlarining o'rtacha qiymatlari ko'rsatilgan. 45° 32º 33í kenglik uchun. Barcha balandliklardagi o'rta atmosferaning parametrlari ideal gaz holati tenglamasi va barometrik qonun yordamida hisoblab chiqilgan. dengiz sathida bosim 1013,25 hPa (760 mm Hg) va harorat 288,15 K (15,0 ° S) ni tashkil qiladi. Vertikal harorat taqsimotining tabiatiga ko'ra, o'rtacha atmosfera bir necha qatlamlardan iborat bo'lib, ularning har birida harorat taxminan hisoblanadi. chiziqli funksiya balandligi. Eng past qatlamda - troposferada (h J 11 km) harorat har bir kilometr ko'tarilganda 6,5 ° C ga pasayadi. Yuqori balandliklarda vertikal harorat gradientining qiymati va belgisi qatlamdan qatlamga o'zgaradi. 790 km dan yuqori harorat 1000 K ga yaqin va balandlik bilan deyarli o'zgarmaydi.
Standart atmosfera - jadvallar shaklida chiqarilgan vaqti-vaqti bilan yangilanadigan, qonuniylashtirilgan standart.
| 1-jadval. YER ATMOSFERAsining STANDART MODELI. Jadvalda ko'rsatilgan: h- dengiz sathidan balandlik; R- bosim, T- harorat, r - zichlik, N- hajm birligidagi molekulalar yoki atomlar soni; H- balandlik shkalasi, l- erkin yo'l uzunligi. Raketa ma'lumotlaridan olingan 80-250 km balandlikdagi bosim va harorat pastroq qiymatlarga ega. Ekstrapolyatsiya natijasida olingan 250 km dan yuqori balandliklar uchun qiymatlar unchalik aniq emas. | ||||||
| h(km) | P(mbar) | T(°C) | r (g/sm 3) | N(sm -3) | H(km) | l(sm) |
| 0 | 1013 | 288 | 1.22 10 – 3 | 2.55 10 19 | 8,4 | 7,4·10 –6 |
| 1 | 899 | 281 | 1,11·10 –3 | 2.31 10 19 | 8,1·10 –6 | |
| 2 | 795 | 275 | 1,01·10 –3 | 2.10 10 19 | 8,9·10 –6 | |
| 3 | 701 | 268 | 9,1·10 –4 | 1,89 10 19 | 9,9·10 –6 | |
| 4 | 616 | 262 | 8,2·10 –4 | 1.70 10 19 | 1,1·10 –5 | |
| 5 | 540 | 255 | 7,4·10 –4 | 1,53 10 19 | 7,7 | 1,2·10 –5 |
| 6 | 472 | 249 | 6,6·10 –4 | 1.37 10 19 | 1,4·10 –5 | |
| 8 | 356 | 236 | 5,2·10 -4 | 1.09 10 19 | 1,7·10 –5 | |
| 10 | 264 | 223 | 4,1·10 –4 | 8.6 10 18 | 6,6 | 2,2·10 –5 |
| 15 | 121 | 214 | 1,93·10 -4 | 4,0 10 18 | 4,6·10 –5 | |
| 20 | 56 | 214 | 8,9·10 –5 | 1,85 10 18 | 6,3 | 1,0·10 –4 |
| 30 | 12 | 225 | 1,9·10 –5 | 3.9 10 17 | 6,7 | 4,8·10 –4 |
| 40 | 2,9 | 268 | 3,9·10 –6 | 7.6 10 16 | 7,9 | 2,4·10 –3 |
| 50 | 0,97 | 276 | 1,15·10 –6 | 2.4 10 16 | 8,1 | 8,5·10 –3 |
| 60 | 0,28 | 260 | 3,9·10 –7 | 7,7 10 15 | 7,6 | 0,025 |
| 70 | 0,08 | 219 | 1,1·10 –7 | 2,5 10 15 | 6,5 | 0,09 |
| 80 | 0,014 | 205 | 2,7·10 –8 | 5,0 10 14 | 6,1 | 0,41 |
| 90 | 2,8·10 –3 | 210 | 5,0·10 – 9 | 9·10 13 | 6,5 | 2,1 |
| 100 | 5,8·10 –4 | 230 | 8,8·10 –10 | 1,8 10 13 | 7,4 | 9 |
| 110 | 1,7·10 –4 | 260 | 2,1·10 –10 | 5.4 10 12 | 8,5 | 40 |
| 120 | 6·10 -5 | 300 | 5,6·10 –11 | 1,8 10 12 | 10,0 | 130 |
| 150 | 5·10 -6 | 450 | 3,2·10 –12 | 9 10 10 | 15 | 1.8 10 3 |
| 200 | 5·10 -7 | 700 | 1,6·10-13 | 5 10 9 | 25 | 3 10 4 |
| 250 | 9·10 – 8 | 800 | 3·10-14 | 8 10 8 | 40 | 3·10 5 |
| 300 | 4·10 –8 | 900 | 8·10 – 15 | 3 10 8 | 50 | |
| 400 | 8·10 – 9 | 1000 | 1·10-15 | 5 10 7 | 60 | |
| 500 | 2·10 – 9 | 1000 | 2·10 – 16 | 1·10 7 | 70 | |
| 700 | 2·10 – 10 | 1000 | 2·10 – 17 | 1 10 6 | 80 | |
| 1000 | 1·10-11 | 1000 | 1·10-18 | 1·10 5 | 80 | |
Troposfera.
Atmosferaning eng past va eng zich qatlami, harorat balandligi bilan tez pasayib boradi, troposfera deyiladi. U atmosferaning umumiy massasining 80% gacha bo'lgan qismini o'z ichiga oladi va qutb va o'rta kengliklarda 8–10 km balandlikda, tropiklarda 16–18 km gacha cho'zilgan. Bu erda deyarli barcha ob-havo hosil qiluvchi jarayonlar rivojlanadi, Yer va uning atmosferasi o'rtasida issiqlik va namlik almashinuvi sodir bo'ladi, bulutlar paydo bo'ladi, turli meteorologik hodisalar ro'y beradi, tuman va yog'ingarchilik bo'ladi. Yer atmosferasining bu qatlamlari konvektiv muvozanatda bo'lib, faol aralashuv tufayli bir hil bo'ladi. Kimyoviy tarkibi, asosan molekulyar azotdan (78%) va kisloroddan (21%). Tabiiy va texnogen aerozol va gaz havosini ifloslantiruvchi moddalarning katta qismi troposferada to'plangan. Troposferaning qalinligi 2 km gacha bo'lgan pastki qismining dinamikasi issiq quruqlikdan issiqlik o'tkazilishi natijasida yuzaga keladigan havoning (shamollarning) gorizontal va vertikal harakatlarini belgilaydigan Yerning pastki yuzasining xususiyatlariga kuchli bog'liq. troposferada, asosan, suv bug'lari va karbonat angidrid (issiqxona effekti) tomonidan so'rilgan er yuzasining infraqizil nurlanishi orqali. Haroratning balandligi bilan taqsimlanishi turbulent va konvektiv aralashtirish natijasida o'rnatiladi. O'rtacha, u taxminan 6,5 K/km balandlikdagi haroratning pasayishiga to'g'ri keladi.
Yuzaki chegara qatlamida shamol tezligi dastlab balandlik bilan tez ortadi, undan yuqorida esa kilometriga 2–3 km/s ga ortib boradi. Ba'zan troposferada, g'arbiy o'rta kengliklarda va sharqiyda ekvator yaqinida tor sayyora oqimlari (tezligi 30 km / s dan ortiq) paydo bo'ladi. Ular reaktiv oqimlar deb ataladi.
Tropopauza.
Troposferaning yuqori chegarasida (tropopauza) harorat atmosferaning quyi qatlami uchun minimal qiymatga etadi. Bu troposfera va uning ustida joylashgan stratosfera o'rtasidagi o'tish qatlami. Tropopauzning qalinligi yuzlab metrdan 1,5–2 km gacha, harorat va balandlik esa kenglik va faslga qarab mos ravishda 190 dan 220 K gacha va 8 dan 18 km gacha. Qishda mo''tadil va baland kengliklarda yozga qaraganda 1-2 km past va 8-15 K issiqroq. Tropiklarda mavsumiy oʻzgarishlar ancha kam (balandlik 16–18 km, harorat 180–200 K). Yuqorida reaktiv oqimlar tropopauza uzilishlari mumkin.
Yer atmosferasidagi suv.
Yer atmosferasining eng muhim xususiyati bulutlar va bulutli tuzilmalar shaklida eng oson kuzatiladigan tomchilar shaklida suv bug'lari va suvning sezilarli miqdori mavjudligidir. Osmonning bulut qoplanish darajasi (ma'lum bir vaqtda yoki o'rtacha ma'lum vaqt oralig'ida) 10 shkalada yoki foizda ifodalangan bulutlilik deb ataladi. Bulutlar shakli xalqaro tasnifga muvofiq aniqlanadi. O'rtacha bulutlar yer sharining yarmini qoplaydi. Bulutlilik ob-havo va iqlimni tavsiflovchi muhim omil hisoblanadi. Qishda va tunda bulutlilik er yuzasi va havoning er qatlami haroratining pasayishiga to'sqinlik qiladi, yozda va kunduzda u er yuzasining quyosh nurlari bilan isitilishini susaytiradi, qit'alar ichidagi iqlimni yumshatadi. .
Bulutlar.
Bulutlar - atmosferada muallaq bo'lgan suv tomchilarining (suv bulutlari), muz kristallarining (muz bulutlari) yoki ikkalasining (aralash bulutlar) to'planishi. Tomchilar va kristallar kattalashib, bulutlardan yog'ingarchilik shaklida tushadi. Bulutlar asosan troposferada hosil bo'ladi. Ular havodagi suv bug'ining kondensatsiyasi natijasida paydo bo'ladi. Bulut tomchilarining diametri bir necha mikronga teng. Bulutlardagi suyuq suv miqdori fraksiyalardan m3 uchun bir necha grammgacha o'zgarib turadi. Bulutlar balandligi boʻyicha farqlanadi: Xalqaro tasnifga koʻra bulutlarning 10 turi mavjud: sirrus, sirrokumulus, sirrostratus, altokumulus, altostrat, nimbostratus, stratus, stratocumulus, cumulonimbus, cumulus.
Marvarid bulutlar stratosferada va mezosferada ham kuzatiladi tungi bulutlar.
Cirrus bulutlari - soyalarni ta'minlamaydigan, ipakdek porlashi bo'lgan ingichka oq iplar yoki pardalar ko'rinishidagi shaffof bulutlar. Sirrus bulutlari muz kristallaridan tashkil topgan va troposferaning yuqori qismida juda past haroratlarda hosil bo'ladi. Sirrus bulutlarining ba'zi turlari ob-havo o'zgarishining xabarchisi bo'lib xizmat qiladi.
Cirrocumulus bulutlari - troposferaning yuqori qismida joylashgan tizmalar yoki ingichka oq bulutlar qatlamlari. Cirrocumulus bulutlari mayda elementlardan qurilgan bo'lib, ular yoriqlar, to'lqinlar, soyasiz mayda sharchalarga o'xshaydi va asosan muz kristallaridan iborat.
Cirrostratus bulutlari troposferaning yuqori qismida joylashgan oq rangli shaffof parda bo'lib, odatda tolali, ba'zan loyqa, igna shaklidagi yoki ustunli mayda muz kristallaridan iborat.
Altokumulus bulutlari troposferaning quyi va oʻrta qatlamlarida joylashgan oq, kulrang yoki oq-kulrang bulutlardir. Altocumulus bulutlari bir-birining ustiga yotgan plitalar, yumaloq massalar, o'qlar, yoriqlardan qurilgan kabi qatlamlar va tizmalar ko'rinishiga ega. Altocumulus bulutlari kuchli konvektiv faollik paytida hosil bo'ladi va odatda o'ta sovutilgan suv tomchilaridan iborat.
Altostratus bulutlari tolali yoki bir xil tuzilishga ega bo'lgan kulrang yoki mavimsi bulutlardir. Altostratus bulutlari oʻrta troposferada kuzatiladi, balandligi bir necha kilometrga, gorizontal yoʻnalishda baʼzan minglab kilometrlarga choʻziladi. Odatda, altostratus bulutlari havo massalarining yuqoriga qarab harakatlanishi bilan bog'liq bo'lgan frontal bulut tizimlarining bir qismidir.
Nimbostratus bulutlari - doimiy yomg'ir yoki qor yog'ishiga sabab bo'ladigan bir xil kulrang bulutlarning past (2 km va undan yuqori) amorf qatlami. Nimbostratus bulutlari vertikal (bir necha km gacha) va gorizontal (bir necha ming km) yuqori darajada rivojlangan, odatda atmosfera jabhalari bilan bog'liq bo'lgan qor parchalari bilan aralashgan o'ta sovutilgan suv tomchilaridan iborat.
Stratus bulutlari - bu aniq konturlari bo'lmagan, kulrang rangdagi bir hil qatlam ko'rinishidagi pastki qavat bulutlari. Qatlam bulutlarining yer yuzasidan balandligi 0,5–2 km. Ba'zan qatlam bulutlaridan yomg'ir yog'adi.
Kumulus bulutlari - kun davomida sezilarli vertikal rivojlanishga ega (5 km va undan ortiq) zich, yorqin oq bulutlar. Kumulus bulutlarining yuqori qismlari gumbaz yoki dumaloq konturli minoralarga o'xshaydi. Odatda, to'plangan bulutlar sovuq havo massalarida konvektsiya bulutlari sifatida paydo bo'ladi.
Stratocumulus bulutlari - kulrang yoki oq rangli tolasiz qatlamlar yoki dumaloq yirik bloklarning tizmalari ko'rinishidagi past (2 km dan past) bulutlar. Stratocumulus bulutlarining vertikal qalinligi kichik. Ba'zan stratocumulus bulutlari engil yog'ingarchilik hosil qiladi.
Kumulonimbus bulutlari kuchli va zich bulutlar bo'lib, kuchli vertikal rivojlanishga ega (balandligi 14 km gacha), momaqaldiroq, do'l va bo'ronli kuchli yog'ingarchilikni keltirib chiqaradi. Kumulonimbus bulutlari kuchli to'plangan bulutlardan hosil bo'lib, ulardan muz kristallaridan tashkil topgan yuqori qismida farqlanadi.
Stratosfera.
Tropopauz orqali o'rtacha 12 dan 50 km gacha balandlikda troposfera stratosferaga o'tadi. Pastki qismida, taxminan 10 km, ya'ni. taxminan 20 km balandlikda, u izotermik (harorat taxminan 220 K). Keyin u balandlik bilan ortib, 50–55 km balandlikda maksimal taxminan 270 K ga etadi. Bu erda stratosfera va uning ustida joylashgan mezosfera orasidagi chegara stratopauza deb ataladi. .
Stratosferada suv bug'lari sezilarli darajada kamroq. Shunga qaramay, ba'zan stratosferada 20-30 km balandlikda paydo bo'ladigan nozik shaffof marvarid bulutlari kuzatiladi. Quyosh botgandan keyin va quyosh chiqishidan oldin qorong'u osmonda marvarid bulutlari ko'rinadi. Shakliga ko'ra, sirr bulutlari sirr va sirrokumulus bulutlariga o'xshaydi.
O'rta atmosfera (mezosfera).
Taxminan 50 km balandlikda mezosfera keng haroratning maksimal cho'qqisidan boshlanadi. . Ushbu maksimal hududda haroratning oshishi sababi ekzotermik (ya'ni issiqlik chiqishi bilan birga) fotokimyoviy reaktsiya ozonning parchalanishi: O 3 + hv® O 2 + O. Ozon molekulyar kislorod O 2 ning fotokimyoviy parchalanishi natijasida paydo bo'ladi.
O 2 + hv® O + O va kislorod atomi va molekulasining uchinchi molekula M bilan uch marta to'qnashuvining keyingi reaktsiyasi.
O + O 2 + M ® O 3 + M
Ozon mintaqadagi 2000 dan 3000 Å gacha bo'lgan ultrabinafsha nurlanishni shiddatli ravishda o'zlashtiradi va bu nurlanish atmosferani isitadi. Atmosferaning yuqori qismida joylashgan ozon bizni quyoshdan ultrabinafsha nurlanish ta'siridan himoya qiluvchi qalqon bo'lib xizmat qiladi. Ushbu qalqonsiz Yerdagi hayotning zamonaviy shakllarida rivojlanishi qiyin bo'lar edi.
Umuman olganda, butun mezosferada atmosfera harorati mezosferaning yuqori chegarasida (mezopauza deb ataladi, taxminan 80 km balandlikda) minimal qiymati taxminan 180 K gacha kamayadi. Mezopauza yaqinida, 70-90 km balandlikda, tungi bulutlarning go'zal tomoshasi shaklida kuzatilgan juda nozik muz kristallari va vulqon va meteorit changlari zarralari paydo bo'lishi mumkin. quyosh botganidan ko'p o'tmay.
Mezosferada Yerga tushib, meteorlar hodisasini keltirib chiqaradigan kichik qattiq meteorit zarralari asosan yonib ketadi.
Meteoritlar, meteoritlar va olov sharlari.
Qattiq kosmik zarralar yoki jismlarning 11 km/s va undan yuqori tezlikda kirib kelishi natijasida Yer atmosferasining yuqori qatlamlarida sodir boʻladigan chaqnashlar va boshqa hodisalar meteoroidlar deyiladi. Kuzatiladigan yorqin meteor izi paydo bo'ladi; ko'pincha meteoritlarning qulashi bilan birga keladigan eng kuchli hodisalar deyiladi olov sharlari; meteorlarning paydo bo'lishi meteor yomg'irlari bilan bog'liq.
Meteor yomg'iri:
1) bir nurlanishdan bir necha soat yoki kun davomida meteoritlarning bir necha marta tushishi hodisasi.
2) Quyosh atrofida bir xil orbitada harakatlanuvchi meteoroidlar galasi.
Osmonning ma'lum bir hududida va yilning ma'lum kunlarida meteorlarning muntazam ravishda paydo bo'lishi, Yer orbitasining taxminan bir xil va bir xil yo'naltirilgan tezlikda harakatlanadigan ko'plab meteorit jismlarining umumiy orbitasi bilan kesishishi natijasida yuzaga keladi. ularning osmondagi yo'llari umumiy nuqtadan (nurli) paydo bo'lib ko'rinadi. Ular nurlanish joylashgan yulduz turkumi nomi bilan atalgan.
Meteor yomg'irlari yorug'lik effektlari bilan chuqur taassurot qoldiradi, ammo alohida meteorlar kamdan-kam ko'rinadi. Ko'zga ko'rinmas meteorlar juda ko'p, ular atmosferaga singib ketganda ko'rinmaydi. Eng kichik meteoritlarning ba'zilari, ehtimol, umuman qizib ketmaydi, lekin faqat atmosfera tomonidan ushlanadi. Bular mayda zarralar o'lchamlari bir necha millimetrdan millimetrning o'n mingdan bir qismigacha bo'lgan mikrometeoritlar deyiladi. Har kuni atmosferaga kiradigan meteorik moddalar miqdori 100 dan 10 000 tonnagacha, bu materialning asosiy qismi mikrometeoritlardan keladi.
Atmosferada meteorik moddalar qisman yonib ketganligi sababli, uning gaz tarkibi turli xil kimyoviy elementlarning izlari bilan to'ldiriladi. Masalan, tosh meteoritlar atmosferaga litiyni kiritadi. Metall meteoritlarning yonishi atmosferadan o'tib, er yuzasiga joylashadigan mayda sharsimon temir, temir-nikel va boshqa tomchilarning paydo bo'lishiga olib keladi. Ularni Grenlandiya va Antarktidada topish mumkin, bu erda muz qatlamlari yillar davomida deyarli o'zgarmaydi. Okeanologlar ularni okean tubidagi cho'kindilarda topadilar.
Atmosferaga kiradigan ko'pchilik meteor zarralari taxminan 30 kun ichida joylashadi. Ba'zi olimlarning fikricha, bu kosmik chang yomg'ir kabi atmosfera hodisalarining shakllanishida muhim rol o'ynaydi, chunki u suv bug'lari uchun kondensatsiya yadrolari bo'lib xizmat qiladi. Shuning uchun yog'ingarchilik statistik jihatdan katta meteor yomg'irlari bilan bog'liq deb taxmin qilinadi. Biroq, ba'zi ekspertlarning fikriga ko'ra, meteorik materiallarning umumiy miqdori hatto eng katta meteor yomg'iridan ham o'nlab marta ko'p bo'lganligi sababli, bitta yomg'ir natijasida ushbu materialning umumiy miqdorining o'zgarishini e'tiborsiz qoldirish mumkin.
Biroq, eng katta mikrometeoritlar va ko'rinadigan meteoritlar atmosferaning yuqori qatlamlarida, asosan, ionosferada uzoq ionlanish izlarini qoldirishiga shubha yo'q. Bunday izlardan uzoq masofali radioaloqa uchun foydalanish mumkin, chunki ular yuqori chastotali radioto'lqinlarni aks ettiradi.
Atmosferaga kiradigan meteoritlarning energiyasi, asosan, va, ehtimol, uni isitish uchun sarflanadi. Bu atmosferaning termal muvozanatining kichik tarkibiy qismlaridan biridir.
Meteorit - bu koinotdan Yer yuzasiga tushgan tabiiy qattiq jism. Odatda toshli, toshli temir va temir meteoritlar o'rtasida farqlanadi. Ikkinchisi asosan temir va nikeldan iborat. Topilgan meteoritlarning ko'pchiligining vazni bir necha grammdan bir necha kilogrammgacha. Topilganlarning eng kattasi Goba temir meteoritining og'irligi taxminan 60 tonnani tashkil etadi va hanuzgacha u topilgan joyda, Janubiy Afrikada joylashgan. Ko'pgina meteoritlar asteroidlarning bo'laklaridir, ammo ba'zi meteoritlar Yerga Oydan va hatto Marsdan kelgan bo'lishi mumkin.
Bolid - bu juda yorqin meteor, ba'zan hatto kun davomida ham ko'rinadi va ko'pincha orqada qoladi tutun izi va tovush hodisalari bilan birga; ko'pincha meteoritlarning tushishi bilan tugaydi.
Termosfera.
Mezopauzaning minimal haroratidan yuqorida termosfera boshlanadi, unda harorat avval sekin, keyin esa tezda yana ko'tarila boshlaydi. Sababi 150–300 km balandlikda Quyoshdan ultrabinafsha nurlanishning yutilishi, atom kislorodining ionlanishi tufayli: O + hv® O + + e.
Termosferada harorat doimiy ravishda taxminan 400 km balandlikka ko'tariladi va u erda kun davomida maksimal darajaga etadi. quyosh faolligi 1800 K. Minimal davrda bu chegaralangan harorat 1000 K dan kam bo'lishi mumkin. 400 km dan yuqori atmosfera izotermik ekzosferaga aylanadi. Kritik daraja (ekzosferaning poydevori) taxminan 500 km balandlikda joylashgan.
Qutb chiroqlari va sun'iy yo'ldoshlarning ko'plab orbitalari, shuningdek, tungi bulutlar - bu hodisalarning barchasi mezosfera va termosferada sodir bo'ladi.
Polar chiroqlar.
Yuqori kengliklarda magnit maydon buzilishlarida auroralar kuzatiladi. Ular bir necha daqiqa davom etishi mumkin, lekin ko'pincha bir necha soat davomida ko'rinadi. Auroralar shakli, rangi va intensivligi jihatidan juda farq qiladi, ularning barchasi ba'zan vaqt o'tishi bilan juda tez o'zgaradi. Auroralar spektri emissiya chiziqlari va chiziqlaridan iborat. Tungi osmon emissiyalarining bir qismi aurora spektrida kuchayadi, birinchi navbatda yashil va qizil chiziqlar l 5577 Å va l 6300 Å kislorod. Shunday bo'ladiki, bu chiziqlardan biri boshqasiga qaraganda bir necha baravar kuchliroq va bu auroraning ko'rinadigan rangini aniqlaydi: yashil yoki qizil. Magnit maydon buzilishlari qutb mintaqalarida radioaloqadagi uzilishlar bilan ham birga keladi. Buzilishning sababi ionosferadagi o'zgarishlar, ya'ni magnit bo'ronlari paytida kuchli ionlanish manbai mavjud. Kuchli magnit bo'ronlari quyosh diskining markaziga yaqin joyda quyosh dog'larining katta guruhlari mavjud bo'lganda sodir bo'lishi aniqlangan. Kuzatishlar shuni ko'rsatdiki, bo'ronlar quyosh dog'larining o'zi bilan emas, balki quyosh dog'lari guruhining rivojlanishi paytida paydo bo'ladigan quyosh chaqnashlari bilan bog'liq.
Auroralar - bu Yerning yuqori kengliklarida tez harakatlanadigan turli xil intensivlikdagi yorug'lik diapazoni. Vizual aurorada yashil (5577Å) va qizil (6300/6364Å) atomik kislorod emissiya chiziqlari va quyosh va magnitosfera kelib chiqishining energiya zarralari tomonidan qo'zg'atiladigan molekulyar N2 tasmasi mavjud. Ushbu chiqindilar odatda 100 km va undan yuqori balandliklarda paydo bo'ladi. Optik aurora atamasi vizual auroralar va ularning infraqizildan ultrabinafsha mintaqasiga emissiya spektriga ishora qilish uchun ishlatiladi. Spektrning infraqizil qismidagi radiatsiya energiyasi ko'rinadigan mintaqadagi energiyadan sezilarli darajada oshadi. Auroralar paydo bo'lganda, emissiyalar ULF diapazonida kuzatildi (
Auroralarning haqiqiy shakllarini tasniflash qiyin; Eng ko'p ishlatiladigan atamalar:
1. Sokin, bir xil yoylar yoki chiziqlar. Yoy odatda geomagnit parallel yo'nalishi bo'yicha (qutb mintaqalarida Quyosh tomon) ~ 1000 km ga cho'ziladi va kengligi birdan bir necha o'n kilometrgacha bo'ladi. Chiziq - bu yoy tushunchasini umumlashtirish, u odatda oddiy yoy shaklidagi shaklga ega emas, lekin S harfi shaklida yoki spiral shaklida egiladi. Yoylar va chiziqlar 100–150 km balandlikda joylashgan.
2. Avroraning nurlari . Bu atama magnit maydon chiziqlari boʻylab choʻzilgan, vertikal uzunligi bir necha oʻndan bir necha yuz kilometrgacha boʻlgan auroral strukturaga ishora qiladi. Nurlarning gorizontal yo'nalishi kichik, bir necha o'n metrdan bir necha kilometrgacha. Nurlar odatda yoylarda yoki alohida tuzilmalarda kuzatiladi.
3. Dog'lar yoki yuzalar . Bu o'ziga xos shaklga ega bo'lmagan nurlanishning alohida joylari. Alohida dog'lar bir-biriga bog'langan bo'lishi mumkin.
4. Parda. Auroraning g'ayrioddiy shakli, bu osmonning katta maydonlarini qoplaydigan bir xil porlash.
Tuzilishi boʻyicha auroralar bir jinsli, ichi boʻsh va nurli boʻlinadi. Turli atamalar qo'llaniladi; pulsatsiyalanuvchi yoy, pulsatsiyalanuvchi sirt, diffuz sirt, nurli chiziq, parda va boshqalar. Auroralarning rangiga ko'ra tasnifi mavjud. Ushbu tasnifga ko'ra, turdagi auroralar A. Yuqori qismi yoki butun qismi qizil (6300–6364 Å). Ular odatda yuqori geomagnit faollikka ega 300–400 km balandlikda paydo bo'ladi.
Aurora turi IN pastki qismida qizil rangga bo'yalgan va birinchi musbat tizim N 2 va birinchi salbiy tizim O 2 bantlarining porlashi bilan bog'liq. Auroralarning bunday shakllari auroralarning eng faol fazalarida paydo bo'ladi.
Hududlar qutbli chiroqlar – Bular Yer yuzasida belgilangan nuqtadagi kuzatuvchilarning fikriga ko'ra, tunda auroralarning maksimal chastotasi zonalari. Zonalar 67° shimol va janubiy kenglikda joylashgan boʻlib, kengligi 6° atrofida. Ma'lum bir geomagnit mahalliy vaqt momentiga to'g'ri keladigan auroralarning maksimal paydo bo'lishi shimoliy va janubiy geomagnit qutblar atrofida assimetrik joylashgan ovalga o'xshash kamarlarda (oval auroralar) sodir bo'ladi. Aurora oval kenglikda - vaqt koordinatalarida o'rnatiladi va aurora zonasi kenglikdagi ovalning yarim tun mintaqasi nuqtalarining geometrik joylashuvi - uzunlik koordinatalari. Oval kamar tungi sektorda geomagnit qutbdan taxminan 23°, kunduzi sektorda 15° masofada joylashgan.
Aurora oval va qutb zonalari. Aurora ovalining joylashishi geomagnit faollikka bog'liq. Oval yuqori geomagnit faollik bilan kengayadi. Auroral zonalar yoki auroral oval chegaralari dipol koordinatalariga qaraganda L 6.4 bilan yaxshiroq ifodalanadi. Aurora ovalining kunduz sektori chegarasidagi geomagnit maydon chiziqlari bilan mos keladi. magnitopauza. Aurora ovalining holatining o'zgarishi geomagnit o'qi va Yer-Quyosh yo'nalishi o'rtasidagi burchakka qarab kuzatiladi. Auroral oval, shuningdek, ma'lum energiyalarning zarralari (elektronlar va protonlar) cho'kishi haqidagi ma'lumotlar asosida aniqlanadi. Uning pozitsiyasi ma'lumotlardan mustaqil ravishda aniqlanishi mumkin Kaspax kun yoqasida va magnitosferaning dumida.
Aurora zonasida auroralar paydo bo'lish chastotasining kunlik o'zgarishi geomagnit yarim tunda maksimal va geomagnit peshinda minimal bo'ladi. Ovalning ekvatorga yaqin tomonida auroralarning paydo bo'lish chastotasi keskin kamayadi, ammo kunlik o'zgarishlarning shakli saqlanib qoladi. Ovalning qutb tomonida auroralarning chastotasi asta-sekin kamayadi va murakkab kunlik o'zgarishlar bilan tavsiflanadi.
Auroralarning intensivligi.
Aurora intensivligi ko'rinadigan sirt yorqinligini o'lchash yo'li bilan aniqlanadi. Yorqinlik yuzasi I ma'lum bir yo'nalishdagi aurora 4p umumiy emissiya bilan belgilanadi I foton/(sm 2 s). Bu qiymat haqiqiy sirt yorqinligi emas, balki ustundan emissiyani ifodalaganligi sababli, auroralarni o'rganishda odatda foton / (sm 2 ustun s) birligi ishlatiladi. Umumiy emissiyani o'lchash uchun odatiy birlik Rayleigh (Rl) 10 6 foton / (sm 2 ustun s) ga teng. Auroral intensivlikning ko'proq amaliy birliklari alohida chiziq yoki bandning emissiyasi bilan belgilanadi. Masalan, auroralarning intensivligi xalqaro yorqinlik koeffitsientlari (IBRs) bilan belgilanadi. yashil chiziqning intensivligi bo'yicha (5577 Å); 1 kRl = I MKY, 10 kRl = II MKY, 100 kRl = III MKY, 1000 kRl = IV MKY (auroraning maksimal intensivligi). Ushbu tasnifdan qizil auroralar uchun foydalanish mumkin emas. Davrning kashfiyotlaridan biri (1957-1958) magnit qutbga nisbatan siljigan oval shaklida auroralarning fazoviy-vaqt taqsimotini o'rnatish edi. Auroralarning magnit qutbga nisbatan taqsimlanishining dumaloq shakli haqidagi oddiy g'oyalar mavjud edi ga o'tish zamonaviy fizika magnitosfera. Kashfiyot sharafi O.Xoroshevaga tegishli bo'lib, auroral oval uchun g'oyalarni jadal rivojlantirish G.Starkov, Y.Feldshteyn, S.I.Akasofu va boshqa bir qator tadqiqotchilar tomonidan amalga oshirildi. Aurora oval eng kuchli ta'sir doirasini ifodalaydi quyosh shamoli Yerning yuqori atmosferasiga. Auroraning intensivligi ovalda eng katta bo'lib, uning dinamikasi sun'iy yo'ldoshlar yordamida doimiy ravishda nazorat qilinadi.
Barqaror auroral qizil yoylar.
Turg'un auroral qizil yoy, aks holda o'rta kenglikdagi qizil yoy deb ataladi yoki M-yoy, sharqdan g'arbga minglab kilometrlarga cho'zilgan va ehtimol butun Yerni o'rab turgan subvizual (ko'zning sezgirligi chegarasidan past) keng yoydir. Yoyning kenglik bo'yicha uzunligi 600 km. Barqaror auroral qizil yoyning emissiyasi l 6300 Å va l 6364 Å qizil chiziqlarda deyarli monoxromatikdir. Yaqinda l 5577 Å (OI) va l 4278 Å (N+2) zaif emissiya liniyalari ham xabar qilindi. Barqaror qizil yoylar auroralar deb tasniflanadi, lekin ular ancha balandroq balandliklarda paydo bo'ladi. Pastki chegarasi 300 km balandlikda joylashgan, yuqori chegarasi taxminan 700 km. l 6300 Å emissiyadagi sokin auroral qizil yoyning intensivligi 1 dan 10 kRl gacha (odatiy qiymat 6 kRl). Ushbu to'lqin uzunligida ko'zning sezgirlik chegarasi taxminan 10 kRl ni tashkil qiladi, shuning uchun kamdan-kam hollarda ingl. Biroq, kuzatishlar shuni ko'rsatdiki, ularning yorqinligi kechalarning 10 foizida > 50 kRL ni tashkil qiladi. Arklarning odatiy umri taxminan bir kunni tashkil qiladi va keyingi kunlarda ular kamdan-kam hollarda paydo bo'ladi. Doimiy auroral qizil yoylarni kesib o'tuvchi sun'iy yo'ldoshlar yoki radio manbalarining radio to'lqinlari ssintilatsiyaga duchor bo'lib, elektron zichligi bir xilligi mavjudligini ko'rsatadi. Qizil yoylar uchun nazariy tushuntirish mintaqaning qizdirilgan elektronlaridir F Ionosfera kislorod atomlarining ko'payishiga olib keladi. Sun'iy yo'ldosh kuzatuvlari doimiy auroral qizil yoylarni kesib o'tadigan geomagnit maydon chiziqlari bo'ylab elektron haroratining oshishini ko'rsatadi. Bu yoylarning intensivligi geomagnit faollik (bo'ronlar) bilan, yoylarning paydo bo'lish chastotasi esa quyosh dog'lari faolligi bilan ijobiy bog'liqdir.
O'zgaruvchan aurora.
Auroralarning ba'zi shakllari intensivlikning kvazi-davriy va izchil vaqtinchalik o'zgarishlarini boshdan kechiradi. Taxminan statsionar geometriyaga ega bo'lgan va fazada tez davriy o'zgarishlarga ega bo'lgan bu auroralar o'zgaruvchan auroralar deb ataladi. Ular auroralar sifatida tasniflanadi shakllari R Xalqaro Auroralar Atlasiga ko'ra O'zgaruvchan auroralarning batafsilroq bo'linmasi:
R 1 (pulsatsiyalanuvchi aurora) - bu aurora shakli bo'ylab yorqinligining bir xil fazali o'zgarishi bilan porlash. Ta'rifga ko'ra, ideal pulsatsiyalanuvchi aurorada pulsatsiyaning fazoviy va vaqtinchalik qismlarini ajratish mumkin, ya'ni. yorqinlik I(r,t)= Men s(r)· I T(t). Oddiy aurorada R 1 pulsatsiya 0,01 dan 10 Gts gacha past intensivlikdagi (1-2 kRl) chastotada sodir bo'ladi. Ko'pchilik auroralar R 1 - bu bir necha soniya davomida pulsatsiyalanuvchi dog'lar yoki yoylar.
R 2 (olovli aurora). Bu atama odatda aniq shaklni tasvirlash uchun emas, balki osmonni to'ldiruvchi alanga kabi harakatlarga ishora qilish uchun ishlatiladi. Auroralar yoylar shakliga ega va odatda 100 km balandlikdan yuqoriga ko'tariladi. Ushbu auroralar nisbatan kam uchraydi va ko'pincha auroradan tashqarida sodir bo'ladi.
R 3 (yaltirab turgan aurora). Bular yorqinligi tez, tartibsiz yoki muntazam oʻzgaruvchan auroralar boʻlib, osmonda miltillovchi alanga taassurot qoldiradi. Ular aurora parchalanishidan biroz oldin paydo bo'ladi. Odatda kuzatilgan o'zgarishlar chastotasi R 3 10 ± 3 Gts ga teng.
Pulsatsiyalanuvchi auroralarning boshqa sinfi uchun ishlatiladigan oqimli aurora atamasi auroral yoylar va chiziqlarda gorizontal ravishda tez harakatlanadigan yorqinlikning tartibsiz o'zgarishlarini anglatadi.
O'zgaruvchan aurora - bu geomagnit maydon pulsatsiyasi va quyosh va magnitosfera kelib chiqishi zarrachalarining yog'ingarchiliklari natijasida yuzaga keladigan auroral rentgen nurlanishi bilan birga keladigan quyosh-yer hodisalaridan biridir.
Qutb qopqog'ining porlashi birinchi salbiy tizim N + 2 (l 3914 Å) bandining yuqori intensivligi bilan tavsiflanadi. Odatda, bu N + 2 chiziqlar OI l 5577 Å yashil chiziqdan besh baravar kuchliroqdir; qutb qopqog'i porlashining mutlaq intensivligi 0,1 dan 10 kRl gacha (odatda 1-3 kRl). PCA davrida paydo bo'ladigan ushbu qutb nurlari paytida, 30 dan 80 km gacha balandlikda 60 ° geomagnit kenglikgacha butun qutb qopqog'ini bir xil porlash qamrab oladi. U asosan quyosh protonlari va 10–100 MeV energiyaga ega bo'lgan d-zarralar tomonidan hosil bo'lib, bu balandliklarda maksimal ionlanishni yaratadi. Aurora zonalarida mantiya aurorasi deb ataladigan yana bir nurlanish turi mavjud. Ushbu turdagi auroral porlash uchun ertalabki soatlarda sodir bo'ladigan kunlik maksimal intensivlik 1-10 kRL, minimal intensivlik esa besh marta zaifdir. Mantiya auroralarini kuzatishlar juda kam va ularning intensivligi geomagnit va quyosh faolligiga bog'liq.
Atmosfera nuri sayyora atmosferasi tomonidan ishlab chiqarilgan va chiqariladigan radiatsiya sifatida aniqlanadi. Bu atmosferaning issiqlik bo'lmagan nurlanishi, auroralar, chaqmoq oqimlari va meteor izlarining emissiyasi bundan mustasno. Bu atama er atmosferasiga nisbatan qo'llaniladi (tungi yorug'lik, alacakaranlık va kunduzgi yorug'lik). Atmosfera nurlanishi atmosferada mavjud bo'lgan yorug'likning faqat bir qismini tashkil qiladi. Boshqa manbalarga yulduz nuri, zodiacal yorug'lik va Quyoshdan kunduzgi diffuz nur kiradi. Ba'zida atmosfera porlashi umumiy yorug'lik miqdorining 40% gacha bo'lishi mumkin. Atmosfera porlashi turli balandlik va qalinlikdagi atmosfera qatlamlarida paydo bo'ladi. Atmosfera porlash spektri 1000 Å dan 22,5 mikrongacha bo'lgan to'lqin uzunligini qamrab oladi. Atmosfera nuridagi asosiy emissiya chizig'i l 5577 Å bo'lib, 90-100 km balandlikda 30-40 km qalinlikdagi qatlamda paydo bo'ladi. Luminesansning paydo bo'lishi kislorod atomlarining rekombinatsiyasiga asoslangan Chapman mexanizmiga bog'liq. Boshqa emissiya chiziqlari l 6300 Å bo'lib, O + 2 ning dissotsiativ rekombinatsiyasi va NI l 5198/5201 Å va NI l 5890/5896 Å emissiyasi holatida paydo bo'ladi.
Havo porlashining intensivligi Rayleighda o'lchanadi. Yorqinlik (Rayleighda) 4 rv ga teng, bu erda b - 10 6 foton / (sm 2 ster·s) birliklarda chiqaradigan qatlamning burchak yuzasi yorqinligi. Yorqinlikning intensivligi kenglikka bog'liq (turli emissiyalar uchun farq qiladi), shuningdek, kun davomida maksimal yarim tunga yaqin o'zgarib turadi. l 5577 Å emissiyadagi havo porlashi uchun quyosh dog'lari soni va 10,7 sm to'lqin uzunligidagi quyosh radiatsiya oqimi bilan ijobiy bog'liqlik qayd etildi.Havo porlashi sun'iy yo'ldosh tajribalari davomida kuzatiladi. Kosmosdan u Yer atrofida yorug'lik halqasi sifatida ko'rinadi va yashil rangga ega.
Ozonosfera.
20–25 km balandlikda, taxminan 10 balandlikda quyosh ultrabinafsha nurlanishi ta'sirida paydo bo'ladigan ahamiyatsiz miqdordagi ozon O 3 ning maksimal kontsentratsiyasiga erishiladi (kislorod tarkibining 2 × 10 -7 gacha!). 50 km gacha, sayyorani ionlashtiruvchi quyosh nurlanishidan himoya qiladi. Ozon molekulalarining juda kam sonli bo'lishiga qaramay, ular Yerdagi barcha hayotni Quyoshdan qisqa to'lqinli (ultrabinafsha va rentgen) nurlanishning zararli ta'siridan himoya qiladi. Agar siz barcha molekulalarni atmosfera bazasiga joylashtirsangiz, qalinligi 3-4 mm dan oshmaydigan qatlamga ega bo'lasiz! 100 km dan yuqori balandliklarda engil gazlarning ulushi ortadi, juda baland balandliklarda geliy va vodorod ustunlik qiladi; ko'p molekulalar Quyoshdan qattiq nurlanish ta'sirida ionlanib, ionosferani hosil qiladigan alohida atomlarga ajraladi. Yer atmosferasidagi havoning bosimi va zichligi balandlik bilan kamayadi. Haroratning tarqalishiga ko'ra Yer atmosferasi troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera va ekzosferaga bo'linadi. .
20–25 km balandlikda joylashgan ozon qatlami. Ozon to'lqin uzunligi 0,1-0,2 mikrondan qisqa bo'lgan Quyoshdan ultrabinafsha nurlanishni yutishda kislorod molekulalarining parchalanishi natijasida hosil bo'ladi. Erkin kislorod O 2 molekulalari bilan birlashadi va ozon O 3 ni hosil qiladi, u 0,29 mikrondan qisqaroq ultrabinafsha nurlanishni ochko'zlik bilan o'zlashtiradi. O3 ozon molekulalari qisqa to'lqinli nurlanish ta'sirida osongina yo'q qilinadi. Shu sababli, ozon qatlami kamdan-kam bo'lishiga qaramay, yuqori va shaffof atmosfera qatlamlaridan o'tgan Quyoshdan ultrabinafsha nurlanishni samarali tarzda o'zlashtiradi. Buning yordamida Yerdagi tirik organizmlar Quyoshdan keladigan ultrabinafsha nurlarning zararli ta'siridan himoyalangan.
Ionosfera.
Quyoshdan keladigan radiatsiya atmosferaning atomlari va molekulalarini ionlashtiradi. Ionlanish darajasi 60 kilometr balandlikda allaqachon sezilarli bo'ladi va Yerdan masofa bilan barqaror ravishda oshib boradi. Atmosferadagi turli balandliklarda turli molekulalarning ketma-ket dissotsilanish jarayonlari va turli atomlar va ionlarning keyingi ionlanishi sodir bo'ladi. Bular asosan kislorod O 2, azot N 2 molekulalari va ularning atomlaridir. Ushbu jarayonlarning intensivligiga qarab, atmosferaning 60 kilometrdan yuqori bo'lgan turli qatlamlari ionosfera qatlamlari deb ataladi. , va ularning umumiyligi ionosferadir . Ionlashuvi ahamiyatsiz bo'lgan pastki qatlam neytrosfera deb ataladi.
Ionosferadagi zaryadlangan zarrachalarning maksimal kontsentratsiyasi 300-400 km balandlikda erishiladi.
Ionosferani o'rganish tarixi.
Atmosferaning yuqori qismida o'tkazuvchi qatlam mavjudligi haqidagi faraz 1878 yilda ingliz olimi Styuart tomonidan geomagnit maydonning xususiyatlarini tushuntirish uchun ilgari surilgan. Keyin 1902 yilda bir-biridan mustaqil ravishda AQShda Kennedi va Angliyada Xevisayd radio to'lqinlarining uzoq masofalarga tarqalishini tushuntirish uchun atmosferaning yuqori qatlamlarida yuqori o'tkazuvchanlik mintaqalari mavjudligini taxmin qilish kerakligini ta'kidladilar. 1923 yilda akademik M.V.Shuleykin turli chastotali radioto'lqinlarning tarqalish xususiyatlarini hisobga olib, ionosferada kamida ikkita aks etuvchi qatlam mavjud degan xulosaga keldi. Keyin 1925 yilda ingliz tadqiqotchilari Appleton va Barnett, shuningdek, Breyt va Tuve birinchi marta radioto'lqinlarni aks ettiruvchi hududlar mavjudligini eksperimental tarzda isbotladilar va ularni tizimli o'rganishga asos soldilar. O'sha vaqtdan boshlab, radioto'lqinlarning aks etishi va yutilishini aniqlaydigan bir qator geofizik hodisalarda muhim rol o'ynaydigan, odatda ionosfera deb ataladigan ushbu qatlamlarning xususiyatlarini tizimli o'rganish amalga oshirildi, bu amaliy jihatdan juda muhimdir. maqsadlarda, xususan, ishonchli radioaloqani ta'minlash uchun.
1930-yillarda ionosfera holatini tizimli kuzatishlar boshlandi. Mamlakatimizda M.A.Bonch-Bruevich tashabbusi bilan uning impulslarini tekshirish qurilmalari yaratilgan. Ko'plari o'rganilgan umumiy xususiyatlar ionosfera, uning asosiy qatlamlarining balandliklari va elektron konsentratsiyasi.
60–70 km balandlikda D qatlami, 100–120 km balandlikda qatlam kuzatiladi. E, balandliklarda, 180-300 km balandlikda ikki qatlamli F 1 va F 2. Bu qatlamlarning asosiy parametrlari 4-jadvalda keltirilgan.
| 4-jadval. | ||||||
| Ionosfera mintaqasi | Maksimal balandlik, km | T i , K | kun | Kecha n e , sm -3 | a, rm 3 s – 1 | |
| min n e , sm -3 | Maks n e , sm -3 | |||||
| D | 70 | 20 | 100 | 200 | 10 | 10 –6 |
| E | 110 | 270 | 1,5 10 5 | 3·10 5 | 3000 | 10 –7 |
| F 1 | 180 | 800–1500 | 3·10 5 | 5 10 5 | – | 3·10 –8 |
| F 2 (qish) | 220–280 | 1000–2000 | 6 10 5 | 25 10 5 | ~10 5 | 2·10 – 10 |
| F 2 (yoz) | 250–320 | 1000–2000 | 2·10 5 | 8 10 5 | ~3·10 5 | 10 –10 |
| n e– elektron kontsentratsiyasi, e – elektron zaryadi, T i– ion harorati, a΄ – rekombinatsiya koeffitsienti (qiymatni aniqlaydi n e va vaqt o'tishi bilan uning o'zgarishi) | ||||||
O'rtacha qiymatlar kun va fasl vaqtiga qarab turli xil kengliklarda o'zgarganligi sababli berilgan. Bunday ma'lumotlar uzoq masofali radio aloqalarini ta'minlash uchun zarur. Ular turli xil qisqa to'lqinli radio aloqalari uchun ish chastotalarini tanlashda qo'llaniladi. Ularning ionosferaning holatiga qarab kunning turli vaqtlarida va turli fasllarda o'zgarishini bilish radioaloqa ishonchliligini ta'minlash uchun nihoyatda muhimdir. Ionosfera - bu yer atmosferasining ionlashgan qatlamlari yig'indisi bo'lib, u taxminan 60 km balandlikdan boshlanib, o'n minglab km balandliklargacha cho'ziladi. Yer atmosferasining ionlanishining asosiy manbai quyoshdan keladigan ultrabinafsha va rentgen nurlanishi bo'lib, u asosan quyosh xromosferasi va tojda uchraydi. Bundan tashqari, atmosferaning yuqori qatlamining ionlanish darajasiga quyosh chaqnashlari paytida paydo bo'ladigan quyosh korpuskulyar oqimlari, shuningdek, kosmik nurlar va meteor zarralari ta'sir qiladi.
Ionosfera qatlamlari
- bular atmosferada erkin elektronlarning maksimal kontsentratsiyasiga erishiladigan hududlar (ya'ni, ularning birlik hajmdagi soni). Atmosfera gazlari atomlarining ionlanishi natijasida hosil bo'lgan, radio to'lqinlar (ya'ni, elektromagnit tebranishlar) bilan o'zaro ta'sir qiladigan elektr zaryadlangan erkin elektronlar va (kamroq darajada, kamroq harakatlanuvchi ionlar) ularning yo'nalishini o'zgartirishi, ularni aks ettirishi yoki sinishi va energiyasini yutishi mumkin. . Natijada, uzoq radiostantsiyalarni qabul qilishda turli xil effektlar paydo bo'lishi mumkin, masalan, radioaloqa so'nishi, masofaviy stansiyalarning eshitilishining oshishi, qorayishlar va h.k. hodisalar.
Tadqiqot usullari.
Erdan ionosferani o'rganishning klassik usullari impulsli tovushga tushadi - radio impulslarini yuborish va ionosferaning turli qatlamlaridan ularning aksini kuzatish, kechikish vaqtini o'lchash va aks ettirilgan signallarning intensivligi va shaklini o'rganish. Turli chastotalarda radio impulslarni aks ettirish balandliklarini o'lchash, turli hududlarning kritik chastotalarini aniqlash (kritik chastota - bu ionosferaning ma'lum bir hududi shaffof bo'ladigan radio impulsning tashuvchisi chastotasi), uni aniqlash mumkin. qatlamlardagi elektron kontsentratsiyasining qiymati va berilgan chastotalar uchun samarali balandliklar va berilgan radio yo'llari uchun optimal chastotalarni tanlang. Raketa texnologiyasining rivojlanishi va sun'iy Yer sun'iy yo'ldoshlari (AES) va boshqa kosmik asrning kelishi bilan. kosmik kema, pastki qismi ionosfera bo'lgan Yerga yaqin kosmik plazma parametrlarini bevosita o'lchash imkoniyati paydo bo'ldi.
Maxsus uchirilgan raketalar bortida va sun'iy yo'ldoshning parvoz yo'llari bo'ylab amalga oshirilgan elektron kontsentratsiyasini o'lchash ionosferaning tuzilishi, elektron kontsentratsiyasining Yerning turli mintaqalari ustidagi balandlikda taqsimlanishi va er osti usullari bo'yicha ilgari olingan ma'lumotlarni tasdiqladi va aniqladi. asosiy maksimal - qatlamdan yuqori elektron kontsentratsiyasi qiymatlarini olish imkonini berdi F. Ilgari, aks ettirilgan qisqa to'lqinli radio impulslarini kuzatish asosida ovoz chiqarish usullaridan foydalangan holda buni amalga oshirish mumkin emas edi. Aniqlanishicha, yer sharining baʼzi hududlarida elektron konsentratsiyasi kamaygan ancha barqaror hududlar, muntazam “ionosfera shamollari”, ionosferada mahalliy ionosfera buzilishlarini qoʻzgʻatuvchi joydan minglab kilometr uzoqlikda olib yuradigan oʻziga xos toʻlqin jarayonlari yuzaga keladi. va yana ko'p narsalar. Ayniqsa yuqori sezgir qabul qiluvchi qurilmalarning yaratilishi ionosferaning eng past mintaqalaridan (qisman aks ettiruvchi stansiyalar) qisman aks ettirilgan impuls signallarini ionosfera impulslarini eshituvchi stansiyalarda qabul qilish imkonini berdi. Chiqarilgan energiyaning yuqori konsentratsiyasini ta'minlaydigan antennalardan foydalangan holda metr va dekimetr to'lqin uzunligi diapazonlarida kuchli impulsli qurilmalardan foydalanish turli balandliklarda ionosfera tomonidan tarqalgan signallarni kuzatish imkonini berdi. Ionosfera plazmasining elektronlari va ionlari tomonidan nomutanosib ravishda tarqalgan ushbu signallarning spektrlarining xususiyatlarini o'rganish (buning uchun radioto'lqinlarning noo'rin tarqalishi stantsiyalari ishlatilgan) elektronlar va ionlarning kontsentratsiyasini, ularning ekvivalentini aniqlashga imkon berdi. turli balandliklarda bir necha ming kilometr balandlikda harorat. Ma'lum bo'lishicha, ionosfera ishlatiladigan chastotalar uchun juda shaffof.
Diqqat elektr zaryadlari(elektron kontsentratsiyasi ion kontsentratsiyasiga teng) er ionosferasida 300 km balandlikda kun davomida taxminan 10 6 sm -3 ni tashkil qiladi. Bunday zichlikdagi plazma uzunligi 20 m dan ortiq bo'lgan radioto'lqinlarni aks ettiradi va qisqaroqlarini uzatadi.
Kunduzgi va tungi sharoit uchun ionosferadagi elektron konsentratsiyasining odatiy vertikal taqsimoti.
Radioto'lqinlarning ionosferada tarqalishi.
Shaharlararo radioeshittirish stantsiyalarini barqaror qabul qilish foydalaniladigan chastotalarga, shuningdek, kunning vaqtiga, mavsumga va qo'shimcha ravishda quyosh faolligiga bog'liq. Quyosh faolligi ionosfera holatiga sezilarli ta'sir qiladi. Er stansiyasi chiqaradigan radioto'lqinlar barcha turdagi elektromagnit to'lqinlar kabi to'g'ri chiziqda tarqaladi. Ammo shuni hisobga olish kerakki, Yer yuzasi ham, uning atmosferasining ionlangan qatlamlari ham ko'zgularning yorug'likka ta'siri kabi ulkan kondansatör plitalari bo'lib xizmat qiladi. Ularni aks ettirgan holda, radioto'lqinlar minglab kilometrlarni bosib o'tib, dunyo bo'ylab yuzlab va minglab kilometrlik ulkan sakrashlarda aylanib, ionlangan gaz qatlamidan va Yer yoki suv yuzasidan navbatma-navbat aks etishi mumkin.
O'tgan asrning 20-yillarida 200 m dan qisqaroq radio to'lqinlar kuchli yutilish tufayli, odatda, uzoq masofali aloqa uchun mos emas deb hisoblangan. Evropa va Amerika o'rtasida Atlantika bo'ylab qisqa to'lqinlarni uzoq masofaga qabul qilish bo'yicha birinchi tajribalar ingliz fizigi Oliver Xevisayd va amerikalik elektrotexnika muhandisi Artur Kennelli tomonidan amalga oshirildi. Ular bir-biridan mustaqil ravishda Yer atrofida radioto'lqinlarni aks ettira oladigan atmosferaning ionlangan qatlami borligini taxmin qilishdi. U Heaviside-Kennelly qatlami, keyin esa ionosfera deb ataldi.
Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, ionosfera manfiy zaryadlangan erkin elektronlar va musbat zaryadlangan ionlardan, asosan molekulyar kislorod O + va azot oksidi NO + dan iborat. Quyosh rentgen nurlari va ultrabinafsha nurlanish ta'sirida molekulalarning dissotsiatsiyasi va neytral gaz atomlarining ionlanishi natijasida ionlar va elektronlar hosil bo'ladi. Atomni ionlashtirish uchun unga ionlanish energiyasini berish kerak, uning asosiy manbai ionosfera uchun ultrabinafsha, rentgen va Quyoshdan korpuskulyar nurlanishdir.
Erning gazsimon qobig'i Quyosh tomonidan yoritilgan bo'lsa-da, unda tobora ko'proq elektronlar doimiy ravishda hosil bo'ladi, lekin shu bilan birga elektronlarning bir qismi ionlar bilan to'qnashib, yana neytral zarrachalarni hosil qiladi. Quyosh botgandan keyin yangi elektronlarning hosil bo'lishi deyarli to'xtaydi va erkin elektronlar soni kamayishni boshlaydi. Ionosferada erkin elektronlar qancha ko'p bo'lsa, undan yuqori chastotali to'lqinlar shunchalik yaxshi aks etadi. Elektron kontsentratsiyasining pasayishi bilan radioto'lqinlarning o'tishi faqat past chastota diapazonlarida mumkin. Shuning uchun kechasi, qoida tariqasida, faqat 75, 49, 41 va 31 m diapazonlarida uzoq stansiyalarni qabul qilish mumkin.Elektronlar ionosferada notekis taqsimlangan. 50 dan 400 km gacha bo'lgan balandliklarda elektronlar kontsentratsiyasi ortib borayotgan bir necha qatlamlar yoki hududlar mavjud. Bu hududlar bir-biriga silliq o'tadi va HF radio to'lqinlarining tarqalishiga turli xil ta'sir ko'rsatadi. Ionosferaning yuqori qatlami harf bilan belgilanadi F. Bu erda ionlanishning eng yuqori darajasi (zaryadlangan zarrachalarning ulushi taxminan 10-4). U Yer yuzasidan 150 km dan ortiq balandlikda joylashgan va yuqori chastotali HF radioto'lqinlarining uzoq masofalarga tarqalishida asosiy aks ettiruvchi rol o'ynaydi. Yoz oylarida F mintaqasi ikki qatlamga bo'linadi - F 1 va F 2. F1 qatlami 200 dan 250 km gacha balandliklarni egallashi mumkin va qatlam F 2 300-400 km balandlikda "suzuvchi" ko'rinadi. Odatda qatlam F 2 qatlamdan ancha kuchliroq ionlangan F 1 . Kecha qatlami F 1 yo'qoladi va qatlam F 2 qoladi, asta-sekin ionlanish darajasining 60% gacha yo'qotadi. F qavatdan pastda 90 dan 150 km balandlikda qatlam joylashgan E ionlanishi Quyoshdan keladigan yumshoq rentgen nurlanishi ta'sirida sodir bo'ladi. E qatlamining ionlanish darajasi unikidan past F, kun davomida 31 va 25 m past chastotali HF diapazonlarida stansiyalarni qabul qilish signallar qatlamdan aks ettirilganda sodir bo'ladi. E. Odatda bu 1000-1500 km masofada joylashgan stantsiyalar. Kechasi qatlamda E Ionlanish keskin pasayadi, ammo hozirgi vaqtda ham u 41, 49 va 75 m diapazonlaridagi stantsiyalardan signallarni qabul qilishda muhim rol o'ynashda davom etmoqda.
16, 13 va 11 m gacha bo'lgan yuqori chastotali yuqori chastotali signallarni qabul qilish uchun ushbu hududda paydo bo'lganlar katta qiziqish uyg'otadi. E yuqori darajada oshgan ionlanish qatlamlari (bulutlar). Bu bulutlarning maydoni bir necha yuzlab kvadrat kilometrgacha o'zgarishi mumkin. Ionlanish kuchaygan bu qatlam sporadik qatlam deb ataladi E va belgilanadi Es. Es bulutlari shamol ta'sirida ionosferada harakatlanishi va tezligi 250 km/soatgacha yetishi mumkin. Yozda o'rta kengliklarda kunduzi Es bulutlari tufayli radio to'lqinlarining kelib chiqishi oyiga 15-20 kun davomida sodir bo'ladi. Ekvator yaqinida u deyarli har doim mavjud va yuqori kengliklarda odatda kechasi paydo bo'ladi. Ba'zan, quyosh faolligi past bo'lgan yillarda, yuqori chastotali HF diapazonlarida uzatish bo'lmaganda, signallari Esdan ko'p marta aks ettirilgan yaxshi ovozli 16, 13 va 11 m diapazonlarida to'satdan uzoq stansiyalar paydo bo'ladi.
Ionosferaning eng past mintaqasi mintaqadir D 50 dan 90 km gacha balandlikda joylashgan. Bu yerda erkin elektronlar nisbatan kam. Hududdan D Uzoq va o'rta to'lqinlar yaxshi aks ettiriladi va past chastotali HF stantsiyalarining signallari kuchli so'riladi. Quyosh botgandan so'ng, ionlanish juda tez yo'qoladi va signallari qatlamlardan aks ettirilgan 41, 49 va 75 m oraliqlarda uzoq stantsiyalarni qabul qilish mumkin bo'ladi. F 2 va E. Ionosferaning alohida qatlamlari HF radio signallarining tarqalishida muhim rol o'ynaydi. Radioto'lqinlarning ta'siri asosan ionosferada erkin elektronlarning mavjudligi tufayli yuzaga keladi, garchi radio to'lqinlarining tarqalish mexanizmi katta ionlarning mavjudligi bilan bog'liq. O'qish paytida ikkinchisi ham qiziqish uyg'otadi kimyoviy xossalari atmosfera, chunki ular neytral atomlar va molekulalarga qaraganda faolroqdir. Kimyoviy reaksiyalar ionosferada oqim uning energiya va elektr balansida muhim rol o'ynaydi.
Oddiy ionosfera. Geofizik raketalar va sun'iy yo'ldoshlar yordamida olib borilgan kuzatishlar boylikni ta'minladi yangi ma'lumotlar, atmosferaning ionlanishi keng spektrli quyosh radiatsiyasi ta'sirida sodir bo'lishini ko'rsatadi. Uning asosiy qismi (90% dan ortiq) spektrning ko'rinadigan qismida to'plangan. Binafsha nurlarga qaraganda toʻlqin uzunligi qisqaroq va energiyasi yuqori boʻlgan ultrabinafsha nurlanish Quyoshning ichki atmosferasida (xromosferada) vodorod tomonidan, undan ham yuqori energiyaga ega boʻlgan rentgen nurlari Quyoshning tashqi qobigʻidagi gazlar orqali chiqariladi. (korona).
Ionosferaning normal (o'rtacha) holati doimiy kuchli nurlanish bilan bog'liq. ta'sirida normal ionosferada muntazam o'zgarishlar sodir bo'ladi kunlik aylanish Yer va tushish burchagidagi mavsumiy farqlar quyosh nurlari peshin vaqtida, lekin ionosfera holatida oldindan aytib bo'lmaydigan va keskin o'zgarishlar ham sodir bo'ladi.
Ionosferadagi buzilishlar.
Ma'lumki, Quyoshda faollikning kuchli tsiklik takrorlanuvchi namoyon bo'lishi sodir bo'ladi, ular har 11 yilda maksimal darajaga etadi. Xalqaro geofizika yili (IGY) dasturi bo'yicha kuzatuvlar tizimli meteorologik kuzatishlarning butun davri uchun eng yuqori quyosh faolligi davriga to'g'ri keldi, ya'ni. 18-asr boshidan boshlab. Yuqori faollik davrida Quyoshdagi ayrim hududlarning yorqinligi bir necha marta ortadi, ultrabinafsha va rentgen nurlanishining kuchi keskin oshadi. Bunday hodisalar quyosh chaqnashlari deb ataladi. Ular bir necha daqiqadan bir soatgacha davom etadi. Yonish paytida quyosh plazmasi (asosan proton va elektronlar) otilib chiqadi va elementar zarralar kosmosga shoshiladi. Bunday chaqnashlar paytida Quyoshdan keladigan elektromagnit va korpuskulyar nurlanish Yer atmosferasiga kuchli ta'sir qiladi.
Dastlabki reaktsiya alangadan 8 minut o'tgach, kuchli ultrabinafsha va rentgen nurlari Yerga etib kelganida kuzatiladi. Natijada ionlanish keskin ortadi; Rentgen nurlari atmosferaga ionosferaning pastki chegarasigacha kirib boradi; bu qatlamlardagi elektronlar soni shunchalik ko'payadiki, radio signallari deyarli butunlay so'riladi ("o'chirilgan"). Radiatsiyaning qo'shimcha yutilishi gazning isishiga olib keladi, bu esa shamollarning rivojlanishiga yordam beradi. Ionlangan gaz elektr o'tkazgich bo'lib, u Yerning magnit maydonida harakat qilganda, dinamo effekti paydo bo'ladi va elektr toki. Bunday oqimlar, o'z navbatida, magnit maydonda sezilarli buzilishlarni keltirib chiqarishi va magnit bo'ronlari ko'rinishida namoyon bo'lishi mumkin.
Atmosferaning yuqori qatlamining tuzilishi va dinamikasi sezilarli darajada termodinamik ma'noda quyosh nurlanishi, kimyoviy jarayonlar, molekulalar va atomlarning qo'zg'alishi, ularning ishdan chiqishi, to'qnashuvi va boshqa elementar jarayonlar bilan ionlanish va dissotsilanish bilan bog'liq bo'lgan nomutanosiblik jarayonlari bilan belgilanadi. Bu holda, zichlik pasayganda, muvozanatsizlik darajasi balandlik bilan ortadi. 500-1000 km balandliklarda va ko'pincha undan yuqori atmosfera yuqori qatlamlarining ko'pgina xususiyatlari uchun muvozanatsizlik darajasi juda kichik, bu uni tavsiflash uchun kimyoviy reaktsiyalarni hisobga olgan holda klassik va gidromagnit gidrodinamikadan foydalanishga imkon beradi.
Ekzosfera — Yer atmosferasining bir necha yuz kilometr balandlikdan boshlanuvchi tashqi qatlami boʻlib, undan yengil, tez harakatlanuvchi vodorod atomlari koinotga chiqib ketishi mumkin.
Edvard Kononovich
Adabiyot:
Pudovkin M.I. Quyosh fizikasi asoslari. Sankt-Peterburg, 2001 yil
Eris Chaisson, Stiv Makmillan Bugungi kunda astronomiya. Prentice-Hall, Inc. Yuqori egar daryosi, 2002 yil
Internetdagi materiallar: http://ciencia.nasa.gov/
P. A. Stolypin tomonidan ochiq dars. Agrar islohot. mavzu bo'yicha salqin soat. Ochiq darsga tayyorgarlik
"Eksponensial tengsizliklarni yechish" mavzusidagi taqdimot
Yer boshqa tsivilizatsiyaning ulkan konidir