A légkör a Föld kialakulásával kezdett kialakulni. A bolygó evolúciója során, paraméterei közeledve a modern értékekhez, alapvetően minőségi változások következtek be kémiai összetételében és fizikai tulajdonságaiban. Az evolúciós modell szerint a Föld korai szakaszában olvadt állapotban volt, körülbelül 4,5 milliárd évvel ezelőtt pedig szilárd halmazállapotban alakult ki. Ezt a határt tekintik a geológiai kronológia kezdetének. Ettől kezdve a légkör lassú fejlődése megindult. Egyes geológiai folyamatokat (például a láva kiömlését a vulkánkitörések során) a Föld belsejéből gázok kibocsátása kísérte. Volt köztük nitrogén, ammónia, metán, vízgőz, CO-oxid és szén-dioxid, CO 2. A nap ultraibolya sugárzásának hatására a vízgőz hidrogénre és oxigénre bomlott, de a felszabaduló oxigén szén-monoxiddal reagálva szén-dioxidot képez. Az ammónia nitrogénre és hidrogénre bomlik. A diffúzió során a hidrogén felemelkedett és elhagyta a légkört, a nehezebb nitrogén pedig nem tudott eltávozni és fokozatosan felhalmozódott, fő komponenssé vált, bár egy része kémiai reakciók eredményeként molekulákká kötődött ( cm... A LÉGKÖR KÉMIÁJA). Az ultraibolya sugarak és az elektromos kisülések hatására a Föld eredeti atmoszférájában jelenlévő gázkeverék kémiai reakciókba lépett, melynek eredményeként szerves anyagok, különösen aminosavak keletkeztek. A primitív növények megjelenésével megindult a fotoszintézis folyamata, amelyet oxigén felszabadulás kísér. Ez a gáz, különösen a légkör felső rétegeibe való diffúzió után, elkezdte védeni alsó rétegeit és a Föld felszínét az életveszélyes ultraibolya és röntgensugárzástól. Elméleti becslések szerint a mostaninál 25 000-szer kisebb oxigéntartalom már a mai koncentráció fele ózonréteg kialakulásához vezethet. Ez azonban már elegendő ahhoz, hogy az élőlényeket igen jelentős mértékben megvédje az ultraibolya sugárzás pusztító hatásaitól.
Valószínű, hogy az elsődleges légkör sok szén-dioxidot tartalmazott. A fotoszintézis során fogyasztott, koncentrációjának a növényvilág fejlődésével, illetve egyes geológiai folyamatok során történő felszívódása miatt kellett volna csökkennie. Amennyiben Üvegházhatás a szén-dioxid légköri jelenlétével összefüggésbe hozható, koncentrációjának ingadozása az egyik fontos oka a Föld történetében bekövetkezett ilyen nagyszabású éghajlati változásoknak, mint pl. jégkorszakok.
A modern légkörben jelenlévő hélium nagyrészt az urán, a tórium és a rádium radioaktív bomlásának terméke. Ezek a radioaktív elemek a-részecskéket bocsátanak ki, amelyek a hélium atommagjai. Mivel a radioaktív bomlás során elektromos töltés nem képződik és nem tűnik el, minden a-részecske képződésével két elektron jelenik meg, amelyek az a-részecskékkel rekombinálódva semleges hélium atomokat képeznek. A radioaktív elemeket a kőzetrétegekben szétszórt ásványok tartalmazzák, ezért a radioaktív bomlás eredményeként keletkező hélium jelentős része bennük raktározódik, nagyon lassan kijutva a légkörbe. A diffúzió következtében bizonyos mennyiségű hélium felemelkedik az exoszférába, de a földfelszínről folyamatosan beáramló gáz mennyisége a légkörben szinte változatlan marad. A csillagfény spektrális elemzése és a meteoritok tanulmányozása alapján megbecsülhető a különböző kémiai elemek relatív mennyisége az Univerzumban. A neon koncentrációja az űrben körülbelül tízmilliárdszor nagyobb, mint a Földön, a kripton tízmilliószoros, a xenon pedig egymilliószor nagyobb. Ebből az következik, hogy ezeknek az inert gázoknak a koncentrációja, amelyek eredetileg a Föld atmoszférájában jelen voltak, és nem töltődtek fel a kémiai reakciók során, nagymértékben csökkent, valószínűleg még abban a szakaszban is, amikor a Föld elveszti elsődleges légkörét. Kivételt képez az inert gáz argon, mivel a kálium-izotóp radioaktív bomlása során még mindig 40 Ar izotóp formájában képződik.
A légköri gázok össztömege hozzávetőlegesen 4,5 · 10 15 tonna. Így a légkör egységnyi területre eső „tömege”, vagyis légköri nyomás tengerszinten megközelítőleg 11 tonna/m 2 = 1,1 kg/cm 2. P 0 = 1033,23 g / cm 2 = 1013,250 mbar = 760 Hgmm. Művészet. = 1 atm, a légköri nyomás standard átlagértékeként. A hidrosztatikus egyensúlyi állapotú atmoszféra esetében a következőkkel rendelkezünk: d P= –Rgd h, ez azt jelenti, hogy a magassági intervallumban tól h előtt h+ d h bekövetkezik a légköri nyomás változásának egyenlősége d P valamint a légkör megfelelő elemének tömege egységnyi területtel, r sűrűséggel és d vastagsággal h. A nyomás közötti kapcsolatként Rés hőmérséklet T egy ideális r sűrűségű gáz állapotegyenletét használjuk, amely a földi légkörre teljesen alkalmazható: P= r R T/ m, ahol m a molekulatömeg, és R = 8,3 J / (K mol) az univerzális gázállandó. Aztán d log P= - (m g/RT) d h= - bd h= - d h/ H, ahol a nyomásgradiens logaritmikus skálán. H reciprok értékét a légkör magassági skálájának kell nevezni.
Ha ezt az egyenletet egy izoterm atmoszférára integráljuk ( T= const) vagy a maga részéről, ahol ez a közelítés megengedhető, megkapjuk a nyomáseloszlás magassággal való barometrikus törvényét: P = P 0 exp (- h/H 0), ahol a magasságokat számoljuk h az óceán szintjéről állítják elő, ahol a standard középnyomás van P 0. Kifejezés H 0 = R T/ mg magassági skálának nevezzük, amely a légkör kiterjedését jellemzi, feltéve, hogy mindenhol azonos a hőmérséklet benne (izoterm légkör). Ha a légkör nem izoterm, akkor integrálni kell, figyelembe véve a hőmérséklet változását a magassággal és a paraméterrel. N- a légkör rétegeinek valamilyen lokális jellemzője, hőmérsékletüktől és a környezet tulajdonságaitól függően.
Modell (a fő paraméterek értéktáblázata), amely megfelel a légkör alján lévő standard nyomásnak R 0 és a kémiai összetételt standard atmoszférának nevezzük. Pontosabban a légkör feltételes modellje, amelyre a hőmérséklet, a nyomás, a sűrűség, a viszkozitás és a levegő egyéb jellemzőinek átlagértékei adják meg a tengerszint alatti 2 km-es magasságtól a Föld légkörének külső határáig. a 45° 32ў 33° szélességi körhöz. A középső légkör paramétereit minden magasságban az ideális gáz állapotegyenletével és a légköri törvény alapján számítjuk ki. feltételezve, hogy tengerszinten a nyomás 1013,25 hPa (760 Hgmm), a hőmérséklet pedig 288,15 K (15,0 °C). A függőleges hőmérséklet-eloszlás természeténél fogva az átlagos légkör több rétegből áll, amelyek mindegyikében a hőmérsékletet a magasság lineáris függvénye közelíti meg. A legalacsonyabb rétegben, a troposzférában (h Ј 11 km) a hőmérséklet 6,5 °C-kal csökken minden emelkedési kilométerenként. Nagy magasságban a függőleges hőmérsékleti gradiens értéke és előjele rétegről rétegre változik. 790 km felett a hőmérséklet körülbelül 1000 K, és gyakorlatilag nem változik a magassággal.
A szabványos légkör időszakosan frissített, legalizált szabvány, amelyet táblázatok formájában adnak ki.
| Asztal 1. A FÖLD LÉGKÖRÉNEK STANDARD MODELLJE... A táblázat a következőket mutatja: h- tengerszinttől való magasság, R- nyomás, T- hőmérséklet, r - sűrűség, N- a molekulák vagy atomok száma egységnyi térfogatban, H- magasság skála, l- szabad úthossz. A rakétaadatokból nyert nyomás és hőmérséklet 80-250 km magasságban alacsonyabb értékeket mutat. A 250 km-nél nagyobb magasságok extrapolációs értékei nem túl pontosak. | ||||||
| h(km) | P(mbar) | T(° C) | r (g / cm3) | N(cm-3) | H(km) | l(cm) |
| 0 | 1013 | 288 | 1,22 · 10 –3 | 2,55 10 19 | 8,4 | 7,4 · 10 -6 |
| 1 | 899 | 281 | 1,11 · 10 –3 | 2,31 10 19 | 8,1 · 10 -6 | |
| 2 | 795 | 275 | 1,01 · 10 –3 | 2,10 10 19 | 8,9 · 10 -6 | |
| 3 | 701 | 268 | 9,1 · 10 –4 | 1,89 10 19 | 9,9 · 10 -6 | |
| 4 | 616 | 262 | 8,2 · 10 –4 | 1,70 10 19 | 1,1 · 10 -5 | |
| 5 | 540 | 255 | 7,4 · 10 –4 | 1,53 10 19 | 7,7 | 1,2 · 10 -5 |
| 6 | 472 | 249 | 6,6 · 10 –4 | 1,37 10 19 | 1,4 · 10 -5 | |
| 8 | 356 | 236 | 5,2 · 10 -4 | 1,09 10 19 | 1,7 · 10 -5 | |
| 10 | 264 | 223 | 4,1 · 10 –4 | 8,6 10 18 | 6,6 | 2,2 · 10 -5 |
| 15 | 121 | 214 | 1,93 · 10 –4 | 4,0 10 18 | 4,6 · 10 -5 | |
| 20 | 56 | 214 | 8,9 · 10 -5 | 1,85 10 18 | 6,3 | 1,0 · 10 –4 |
| 30 | 12 | 225 | 1,9 · 10 -5 | 3,9 10 17 | 6,7 | 4,8 · 10 –4 |
| 40 | 2,9 | 268 | 3,9 · 10 -6 | 7,6 10 16 | 7,9 | 2,4 · 10 –3 |
| 50 | 0,97 | 276 | 1,15 · 10 -6 | 2,4 10 16 | 8,1 | 8,5 · 10 –3 |
| 60 | 0,28 | 260 | 3,9 · 10 -7 | 7,7 10 15 | 7,6 | 0,025 |
| 70 | 0,08 | 219 | 1,1 · 10 -7 | 2,5 10 15 | 6,5 | 0,09 |
| 80 | 0,014 | 205 | 2,7 · 10 –8 | 5,0 10 14 | 6,1 | 0,41 |
| 90 | 2,8 · 10 –3 | 210 | 5,0 · 10 –9 | 9 10 13 | 6,5 | 2,1 |
| 100 | 5,8 · 10 –4 | 230 | 8,8 · 10 -10 | 1,8 10 13 | 7,4 | 9 |
| 110 | 1,7 · 10 –4 | 260 | 2,1 · 10 -10 | 5,4 · 10 12 | 8,5 | 40 |
| 120 | 6 · 10 –5 | 300 | 5,6 · 10 –11 | 1,8 10 12 | 10,0 | 130 |
| 150 | 5 · 10 -6 | 450 | 3,2 · 10 -12 | 9 10 10 | 15 | 1,8 · 10 3 |
| 200 | 5 · 10 –7 | 700 | 1,6 · 10 -13 | 5 · 10 9 | 25 | 3 · 10 4 |
| 250 | 9 · 10 –8 | 800 | 3 · 10 –14 | 8 · 10 8 | 40 | 3 · 10 5 |
| 300 | 4 · 10 –8 | 900 | 8 · 10 –15 | 3 · 10 8 | 50 | |
| 400 | 8 · 10 –9 | 1000 | 1 · 10 –15 | 5 · 10 7 | 60 | |
| 500 | 2 · 10 –9 | 1000 | 2 · 10 –16 | 1 · 10 7 | 70 | |
| 700 | 2 · 10 –10 | 1000 | 2 · 10 –17 | 1 · 10 6 | 80 | |
| 1000 | 1 · 10 –11 | 1000 | 1 · 10 –18 | 1 · 10 5 | 80 | |
A légkör legalacsonyabb és legsűrűbb rétegét, amelyben a hőmérséklet a magassággal gyorsan csökken, troposzférának nevezzük. A légkör teljes tömegének 80%-át tartalmazza, a sarki és középső szélességi körökön 8-10 km magasságig, a trópusokon pedig 16-18 km magasságig terjed. Szinte minden időjárás-képző folyamat itt fejlődik ki, hő- és nedvességcsere történik a Föld és légköre között, felhők képződnek, különböző meteorológiai jelenségek lépnek fel, köd, csapadék keletkezik. A földi légkör ezen rétegei konvektív egyensúlyban vannak, és az aktív keveredés következtében homogén kémiai összetételűek, főleg molekuláris nitrogénből (78%) és oxigénből (21%). A természetes és mesterséges aeroszolos és gáznemű légszennyező anyagok túlnyomó része a troposzférában koncentrálódik. A troposzféra alsó részének dinamikája 2 km vastagságig erősen függ az alatta lévő Föld felszínének tulajdonságaitól, amely meghatározza a levegő vízszintes és függőleges mozgását (szél), amelyet a melegebb földről az infravörösön keresztül történő hőátadás okoz. a földfelszín sugárzása, amely a troposzférában főként gőzök által elnyelődik.víz és szén-dioxid (üvegházhatás). A hőmérséklet magasság-eloszlása turbulens és konvektív keveredés eredményeként jön létre. Átlagosan körülbelül 6,5 K / km magasságú hőmérséklet-csökkenésnek felel meg.
A szélsebesség a felszíni határrétegben először gyorsan növekszik a magassággal, felette pedig tovább növekszik kilométerenként 2-3 km/s-mal. Néha a troposzférában keskeny bolygófolyamok vannak (30 km / s-nál nagyobb sebességgel), nyugatra a középső szélességeken és az Egyenlítő közelében - keleten. Ezeket sugársugárnak nevezik.
A troposzféra felső határán (tropopauza) a hőmérséklet eléri az alsó atmoszféra minimális értékét. Ez egy átmeneti réteg a troposzféra és a felette lévő sztratoszféra között. A tropopauza vastagsága több száz métertől 1,5-2 km-ig, a hőmérséklet és magasság pedig szélességtől és évszaktól függően 190-220 K, illetve 8-18 km között van. A mérsékelt és a magas szélességi körökben télen 1-2 km-rel alacsonyabb, mint nyáron, és 8-15 K-vel melegebb. A trópusokon az évszakos változások jóval kisebbek (magasság 16-18 km, hőmérséklet 180-200 K). Felett sugársugár a tropopauza szakadásai lehetségesek.
A Föld atmoszférájának legfontosabb jellemzője a jelentős mennyiségű vízgőz és vízcseppek formájában való jelenléte, amit a legkönnyebben felhők és felhőszerkezetek formájában lehet megfigyelni. Az égbolt felhővel való borításának mértékét (egy adott pillanatban vagy egy bizonyos időszak átlagában), 10 pontos skálán vagy százalékban kifejezve, felhőzetnek nevezzük. A felhők alakját a nemzetközi osztályozás határozza meg. A felhők átlagosan a földgömb felét borítják. A felhősödés fontos tényező az időjárásban és az éghajlatban. Télen és éjszaka a felhősödés megakadályozza a földfelszín és a felszíni levegőréteg hőmérsékletének csökkenését, nyáron és nappal pedig gyengíti a földfelszín felmelegedését a napsugarak hatására, lágyítja a kontinenseken belüli klímát. .
A felhők a légkörben lebegő vízcseppek halmazai (vízfelhők), jégkristályok (jégfelhők), vagy mindkettő együtt (vegyes felhők). A cseppek és kristályok megnagyobbodásával csapadék formájában hullanak ki a felhőkből. A felhők elsősorban a troposzférában képződnek. Ezek a levegőben lévő vízgőz lecsapódásából származnak. A felhőcseppek átmérője több mikron nagyságrendű. A felhők folyékony víztartalma m 3 -enként frakcióktól több grammig terjed. A felhőket magasság szerint különböztetjük meg: A nemzetközi osztályozás szerint 10 felhőnemzetség létezik: cirrus, cirrocumulus, cirrostratus, altocumulus, altostratus, nimbostratus, stratocumulus, stratocumulus, cumulonimbus, cumulus.
A sztratoszférában gyöngyházfelhők is megfigyelhetők, a mezoszférában pedig noktilucens felhők.
A cirrus felhők átlátszó felhők, vékony fehér szálak vagy fátyol formájában, selymes fényű, árnyékot nem adva. A cirrus felhők jégkristályokból állnak, amelyek a troposzféra felső részén nagyon alacsony hőmérsékleten képződnek. A pehelyfelhők bizonyos típusai az időjárási változások előhírnökeiként szolgálnak.
A cirrocumulus felhők vékony fehér felhők gerincei vagy rétegei a troposzféra felső részén. A cirrocumulus felhők apró elemekből épülnek fel pelyhek, hullámok, árnyék nélküli kis golyók formájában, és főként jégkristályokból állnak.
A cirrostratus felhők fehéres, félig átlátszó fátyol a troposzféra felső részén, általában rostos, néha diffúz, kis tűszerű vagy oszlopos jégkristályokból áll.
Az Altocumulus felhők fehér, szürke vagy fehér-szürke felhők az alsó és középső troposzférában. Az Altocumulus felhők rétegek és gerincek formájúak, mintha egymás felett fekvő lemezekből, lekerekített tömegekből, tengelyekből, pelyhekből épülnének fel. Az Altocumulus felhők intenzív konvektív tevékenység során keletkeznek, és általában túlhűtött vízcseppekből állnak.
Az Altostratus felhők szürkés vagy kékes színű, fonalas vagy egységes szerkezetű felhők. Altostratus felhők a középső troposzférában figyelhetők meg, több kilométer magasságban, vízszintes irányban pedig esetenként több ezer kilométeres magasságban. Általában az erősen rétegzett felhők a frontális felhőrendszerek részét képezik, amelyek a légtömegek felszálló mozgásaihoz kapcsolódnak.
A rétegfelhők alacsony (2 km-től és több) amorf, egyenletes szürke színű felhőréteg, amely heves esőt vagy havat eredményez. A Nimbostratus felhők függőlegesen (akár több kilométerig) és vízszintesen (több ezer kilométerig) magasan fejlettek; túlhűtött vízcseppekből állnak, amelyek hópelyhekkel keverednek, és általában légköri frontokhoz kapcsolódnak.
Rétegfelhők - az alsó réteg felhői egységes réteg formájában, határozott körvonalak nélkül, szürke. A rétegfelhők magassága a földfelszín felett 0,5-2 km. A rétegfelhőkből időnként szitálás is hullik.
A gomolyfelhők sűrű, világos fehér felhők napközben, jelentős függőleges fejlődéssel (legfeljebb 5 km-re). A gomolyfelhők teteje lekerekített körvonalú kupolák vagy tornyok. A gomolyfelhők általában konvekciós felhőkként jelennek meg hideg légtömegekben.
A rétegfelhők alacsony (2 km alatti) felhők, amelyek szürke vagy fehér nem szálas rétegek vagy kerek, nagy blokkokból álló gerincek formájában vannak. A stratocumulus függőleges vastagsága alacsony. Időnként rétegfelhők adnak gyenge csapadékot.
A gomolyfelhők erőteljes és sűrű felhők, erős függőleges fejlődéssel (14 km-es magasságig), bőséges csapadékot adva zivatarokkal, jégesővel, zivatarokkal. A gomolyfelhők erőteljes gomolyfelhőkből fejlődnek ki, amelyek a jégkristályokból álló felső részükben különböznek.
A tropopauzán keresztül átlagosan 12-50 km magasságban a troposzféra átjut a sztratoszférába. Az alsó részen kb 10 km-en, i.e. 20 km-es magasságig izoterm (hőmérséklet kb. 220 K). Ezután a magassággal nő, és 50-55 km magasságban eléri a 270 K maximumát. Itt van a határ a sztratoszféra és a magasabban fekvő mezoszféra között, amelyet sztratopauzának neveznek .
A sztratoszférában sokkal kevesebb a vízgőz. Ennek ellenére néha megfigyelhetők - vékony, áttetsző gyöngyházfelhők, amelyek időnként megjelennek a sztratoszférában 20-30 km magasságban. A gyöngyházfelhők napnyugta után és napkelte előtt láthatók a sötét égen. A gyöngyházfelhők formájukban cirrus- és cirrocumulus-felhőkhöz hasonlítanak.
Körülbelül 50 km-es magasságban a mezoszféra a széles hőmérsékleti maximum csúcsától kezdődik . Ennek a maximumnak a tartományában a hőmérséklet-emelkedés oka az ózon bomlásának exoterm (azaz hőkibocsátással kísért) fotokémiai reakciója: О 3 + hv® О 2 + O. Az ózon a molekuláris oxigén О 2 fotokémiai bomlása során keletkezik
Körülbelül 2+ hv® О + О és egy atom és egy oxigénmolekula hármas ütközésének reakciója valamilyen harmadik M molekulával.
O + O 2 + M ® O 3 + M
Az ózon mohón elnyeli a 2000-3000 Å tartományban lévő ultraibolya sugárzást, és ez a sugárzás felmelegíti a légkört. Az ózon a felső légkörben egyfajta pajzsként szolgál, amely megvéd minket a Nap ultraibolya sugárzásától. E pajzs nélkül aligha lenne lehetséges a földi élet modern formáiban való kialakulása.
Általánosságban elmondható, hogy az egész mezoszférában a légkör hőmérséklete a mezoszféra felső határán (mezopauza, körülbelül 80 km magasságban) a minimális értékére, körülbelül 180 K-ra csökken. A mezopauza környékén, 70-90 km magasságban jégkristályok, valamint vulkáni és meteoritpor részecskék nagyon vékony rétege jelenhet meg, amely egy gyönyörű, éber felhők látványaként figyelhető meg. röviddel napnyugta után.
A mezoszférában nagyrészt a Földre hulló kis szilárd meteorit részecskék égnek el, ami a meteorok jelenségét okozza.
Meteoroidoknak nevezzük azokat a fáklyákat és egyéb jelenségeket a Föld felső légkörében, amelyeket szilárd kozmikus részecskék vagy testek 11 km/s vagy annál nagyobb sebességgel történő behatolása okoz. Megfigyelhető fényes meteornyom jelenik meg; a legerősebb jelenségeket, amelyeket gyakran meteoritok esése kísér, nevezik tűzgolyókat; a meteorok megjelenése meteorzáporokhoz kötődik.
Meteor zápor:
1) meteorok többszöri becsapódásának jelensége több órán vagy napon keresztül egy sugárzóból.
2) a Nap körül egy pályán mozgó meteoroidraj.
Meteorok szisztematikus megjelenése az égbolt egy bizonyos területén és az év bizonyos napjain, amelyet a Föld pályájának metszéspontja okoz közel azonos és azonos irányú sebességgel mozgó meteorittestek közös pályájával. amelyek útjaik az égen egy közös pontból (sugárzóból) jönnek ki... Nevüket arról a csillagképről kapták, ahol a sugárzó található.
A meteorzáporok lenyűgözőek fényhatásukkal, de az egyes meteorokat ritkán látni. Sokkal több a láthatatlan meteor, túl kicsi ahhoz, hogy észrevehető legyen, amikor elnyeli a légkör. A legkisebb meteorok egy része valószínűleg egyáltalán nem melegszik fel, csak a légkör fogja be őket. Ezeket a néhány millimétertől a milliméter tízezrelékig terjedő méretű kis részecskéket mikrometeoritoknak nevezzük. A légkörbe naponta kerülő meteorikus anyag mennyisége 100-10 000 tonna között mozog, és ennek az anyagnak a nagy része mikrometeoritokra esik.
Mivel a meteorikus anyag részben ég a légkörben, gáznemű összetételét különféle kémiai elemek nyomai töltik fel. Például a kőmeteorok lítiumot juttatnak a légkörbe. A fémmeteorok égése apró, gömb alakú vas-, vas-nikkel- és egyéb cseppecskék képződéséhez vezet, amelyek áthaladnak a légkörön és lerakódnak a földfelszínre. Grönlandon és az Antarktiszon találhatók, ahol a jégtakaró évekig szinte változatlan marad. Az óceánológusok az óceánfenék üledékeiben találják őket.
A légkörbe kerülő meteorikus részecskék nagy része körülbelül 30 napon belül lerakódik. Egyes tudósok úgy vélik, hogy ez a kozmikus por fontos szerepet játszik a légköri jelenségek, például az eső kialakulásában, mivel a vízgőz kondenzációjának magjaként szolgál. Ezért feltételezzük, hogy a csapadék statisztikailag nagy meteorzáporokhoz kapcsolódik. Egyes szakértők azonban úgy vélik, hogy mivel a meteorikus anyag teljes felvétele több tízszerese még a legnagyobb meteorrajénak is, elhanyagolható az anyag teljes mennyiségének egy ilyen esőből adódó változása.
Kétségtelen azonban, hogy a legnagyobb mikrometeoritok és látható meteoritok hosszú ionizációs nyomokat hagynak a légkör magas rétegeiben, főként az ionoszférában. Az ilyen nyomok nagy távolságú rádiókommunikációhoz használhatók, mivel nagyfrekvenciás rádióhullámokat tükröznek.
A légkörbe kerülő meteorok energiáját főként, és talán teljes egészében annak melegítésére fordítják. Ez a légkör termikus egyensúlyának egyik kisebb összetevője.
A meteorit a természetben előforduló szilárd anyag, amely az űrből esett a Föld felszínére. Általában különbséget tesznek kő, vaskő és vas meteoritok között. Ez utóbbiak főleg vasból és nikkelből állnak. A talált meteoritok többsége néhány grammtól több kilogrammig terjed. A legnagyobb talált Goba vasmeteorit körülbelül 60 tonna súlyú, és még mindig ott fekszik, ahol felfedezték Dél-Afrikában. A legtöbb meteorit kisbolygótöredék, de néhány meteorit a Holdról, sőt a Marsról is érkezhetett a Földre.
A bolid nagyon fényes meteor, néha nappal is megfigyelhető, gyakran füstös nyomot hagyva maga után, és hangjelenségekkel kísérve; gyakran a meteoritok lehullásával végződik.
A mezopauza hőmérsékleti minimuma felett kezdődik a termoszféra, amelyben a hőmérséklet először lassan, majd gyorsan újra emelkedni kezd. Ennek oka a Nap ultraibolya sugárzásának elnyelése 150-300 km magasságban, az atomi oxigén ionizációja miatt: O + hv® О + + e.
A termoszférában a hőmérséklet folyamatosan emelkedik körülbelül 400 km-es magasságig, ahol a naptevékenység időszakában délutánra eléri az 1800 K maximumot. A minimum korszakában ez a határhőmérséklet 1000 K alatt is lehet. 400 km felett a légkör átmegy az izoterm exoszférába. A kritikus szint (az exoszféra alapja) körülbelül 500 km magasságban van.
Az aurórák és a mesterséges műholdak számos pályája, valamint az éjszakai felhők – mindezek a jelenségek a mezoszférában és a termoszférában fordulnak elő.
Az aurórákat magas szélességi fokon figyelik meg a mágneses tér zavarása során. Több percig is eltarthatnak, de gyakran több óráig is láthatóak. Az aurórák alakja, színe és intenzitása nagymértékben különbözik, és mindez időnként nagyon gyorsan változik. Az aurális spektrum emissziós vonalakból és sávokból áll. Az aurális spektrumban az éjszakai égbolt emisszióinak egy része fokozódik, elsősorban az 5577 Å és l 6300 Å oxigénnél lévő zöld és piros vonalak. Előfordul, hogy az egyik ilyen vonal sokszor intenzívebb, mint a másik, és ez határozza meg a ragyogás látható színét: zöld vagy piros. A mágneses tér perturbációit a sarki régiókban a rádiókommunikáció zavarai is kísérik. A zavar oka az ionoszférában bekövetkezett változások, ami azt jelenti, hogy erős ionizációs forrás működik a mágneses viharok idején. Megállapítást nyert, hogy erős mágneses viharok akkor fordulnak elő, amikor a napfoltok nagy csoportjai vannak jelen a napkorong közepén. A megfigyelések azt mutatták, hogy a viharok nem magukhoz a napfoltokhoz kapcsolódnak, hanem a napfoltok egy csoportjának kialakulása során megjelenő napkitörésekhez.
Az aurórák változó intenzitású, gyors mozgású fényspektrumok, amelyeket a Föld magas szélességi körein figyelnek meg. A vizuális auróra zöld (5577Å) és vörös (6300 / 6364Å) atomos oxigén emissziós vonalakat és N 2 molekuláris sávokat tartalmaz, amelyeket nap- és magnetoszférikus eredetű energetikai részecskék gerjesztenek. Ezek a kibocsátások általában körülbelül 100 km-es és magasabb magasságban jelennek meg. Az optikai aurora kifejezés a vizuális aurórákra és azok emissziós spektrumára utal az infravöröstől az ultraibolya sugárzásig. A sugárzási energia a spektrum infravörös részén jelentősen meghaladja a látható tartomány energiáját. Amikor megjelentek az aurorák, emissziót figyeltek meg az ULF-ben (
Az aurora tényleges formáit nehéz osztályozni; a következő kifejezéseket használják leggyakrabban:
1. Nyugodt egyenletes ívek vagy csíkok. Az ív általában ~ 1000 km-re terjed ki a geomágneses párhuzamos irányában (a sarkvidékeken a Nap felé), és egytől több tíz kilométerig terjed. A csík az ív fogalmának általánosítása, általában nem szabályos íves alakja van, hanem S betű vagy spirál alakban hajlik. Ívek és csíkok 100-150 km magasságban helyezkednek el.
2. Az aurora sugarai . Ez a kifejezés a mágneses erővonalak mentén megnyúlt, több tíz és több száz kilométer közötti függőleges hosszúságú aurális szerkezetre utal. A sugarak vízszintes hossza kicsi, több tíz métertől több kilométerig terjed. A sugarakat általában ívekben vagy különálló szerkezetekként figyeljük meg.
3. Foltok vagy felületek . Ezek a ragyogás elszigetelt területei, amelyeknek nincs határozott alakjuk. Az egyes foltok összefügghetnek.
4. Fátyol. Az aurora szokatlan formája, amely az égbolt nagy területeit lefedő egyenletes ragyogás.
Szerkezetét tekintve az aurórákat homogénre, pelyhesre és sugárzóra osztják. Különféle kifejezéseket használnak; pulzáló ív, pulzáló felület, diffúz felület, sugárzó csík, drapéria stb. Az aurorákat színük alapján osztályozzák. E besorolás szerint az auroras típus A... A teteje vagy mindegyik piros (6300–6364 Å). Általában 300-400 km magasságban jelennek meg nagy geomágneses aktivitással.
Auroras típus V az alsó részen pirosra vannak színezve, és az első pozitív rendszer N 2 és az első negatív rendszer O 2 sávjainak lumineszcenciájához kapcsolódnak. Az aurora ezen formái az aurora legaktívabb fázisaiban jelennek meg.
Zónák sarki fény – A Föld felszínének egy fix pontján tartózkodó megfigyelők szerint ezek azok a zónák, ahol az éjszakai aurális előfordulások maximális gyakorisága van. A zónák az északi és déli szélesség 67 ° -án helyezkednek el, szélességük körülbelül 6 °. Az északi és déli geomágneses pólusok körül aszimmetrikusan elhelyezkedő, ovális alakú övekben (az aurora borealis oválisa) a geomágneses helyi idő adott pillanatának megfelelő aurórák maximális előfordulása következik be. A sarki ovális szélesség-idő koordinátákban van rögzítve, az aurális zóna pedig az ovális éjféli régiójának szélességi-hosszúsági koordinátáiban lévő pontjainak helye. Az ovális öv az éjszakai szektorban körülbelül 23 °-ra, a nappali szektorban 15 °-ra helyezkedik el a geomágneses pólustól.
Az aurora borealis és az auroralis zónák oválisa. Az aurális ovális elhelyezkedése a geomágneses aktivitástól függ. Az ovális a magas geomágneses aktivitással szélesebbé válik. Az aurora vagy a sarki ovális határok területeit jobban ábrázolják a 6,4-es L-érték, mint a dipólus koordinátái. Az aurális ovális nappali szektorának határán lévő geomágneses erővonalak egybeesnek magnetopauza. Az aurális ovális helyzetében változás figyelhető meg a geomágneses tengely és a Föld - a Nap iránya közötti szögtől függően. Az aurális ovális meghatározása bizonyos energiájú részecskék (elektronok és protonok) kiválási adatai alapján is történik. Helyzete az adatok alapján függetlenül meghatározható holdcsúcs a nappali oldalon és a magnetoszféra farkában.
Az aurorák előfordulási gyakoriságának napi ingadozása az aurális zónában a geomágneses éjfélkor a maximuma, a geomágneses délben a minimuma. Az ovális egyenlítői oldalán az aurorák előfordulási gyakorisága meredeken csökken, de a napi eltérések formája megmarad. Az ovális poláris oldalán az auroras előfordulási gyakorisága fokozatosan csökken, és összetett napi változások jellemzik.
Aurora intenzitása a látszólagos fényes felület mérésével határozzuk meg. Felületi fényerő én Az aurora egy bizonyos irányban a teljes emisszió 4p határozza meg én foton / (cm 2 s). Mivel ez az érték nem a valós felületi fényerő, hanem az oszlop emissziója, ezért a fényszórók vizsgálatánál általában a foton / (cm 2 oszlop s) mértékegységet használják. A teljes emisszió mérésének szokásos mértékegysége Rayleigh (Rl), amely 10 6 foton / (cm 2 · oszlop · s). A fényintenzitás praktikusabb mértékegységét egyetlen vonal vagy sáv kibocsátása határozza meg. Például az aurorák intenzitását a nemzetközi fényességi együtthatók (ICF) határozzák meg. a zöld vonal intenzitásának adatai szerint (5577 Å); 1 kRL = I MCQ, 10 kRL = II MCQ, 100 kRL = III MCQ, 1000 CRL = IV MCQ (az aurora borealis maximális intenzitása). Ez a besorolás nem használható vörös aurorák esetében. A korszak (1957–1958) egyik felfedezése volt az aurorák tér-idő eloszlásának megállapítása a mágneses pólushoz képest eltolt ovális alakban. Az egyszerű elképzelésekből az aurorák mágneses pólushoz viszonyított eloszlásának kör alakú formája volt befejeződött a magnetoszféra modern fizikájára való áttérés. A felfedezés becsülete O. Horosevát illeti, G. Starkov, Y. Feldstein, S. I. Akasof és számos más kutató intenzív fejlesztést végzett az aurális ovális gondolataiban. Az aurális ovális a legintenzívebb napszél becsapódási területe a Föld felső légkörében. Az oválisban a legnagyobb az aurórák intenzitása, dinamikáját műholdak folyamatosan figyelik.
tartós vörös ív, más néven középső szélességi vörös ív vagy M-ív, egy szubvizuális (a szem érzékenységi határa alatti) széles ív, amely keletről nyugatra húzódik több ezer kilométeren keresztül, és valószínűleg az egész Földet körülveszi. Az ív szélességi hossza 600 km. Az l 6300 Å és l 6364 Å piros vonalakban a stabil aurális vörös ív emissziója gyakorlatilag monokromatikus. A közelmúltban 5577 Å (OI) és l 4278 Å (N + 2) gyenge emissziós vonalakat is jelentettek. A tartós vörös ívek auroráknak minősülnek, de sokkal nagyobb magasságban jelennek meg. Az alsó határ 300 km-es magasságban található, a felső határ körülbelül 700 km. Az l 6300 Å emissziójában a csendes aurális vörös ív intenzitása 1-10 kRl (tipikus érték 6 kRl). A szem érzékenységi küszöbe ezen a hullámhosszon körülbelül 10 kRl, így vizuálisan ritkán észlelhető ív. A megfigyelések azonban azt mutatták, hogy fényességük az éjszakák 10%-ában 50 kRl felett van. Az ívek átlagos élettartama körülbelül egy nap, és a következő napokon ritkán jelennek meg. A stabil sarki vörös íveket keresztező műholdakból vagy rádióforrásokból származó rádióhullámok hajlamosak a szcintillációra, ami elektronsűrűség-szabálytalanságra utal. A vörös ívek elméleti magyarázata az, hogy a régió fűtött elektronjai F az ionoszféra oxigénatomok növekedését okozza. Műholdas megfigyelések az elektronok hőmérsékletének növekedését mutatják a geomágneses tér erővonalai mentén, amelyek metszik a stabil aurális vörös íveket. Ezen ívek intenzitása pozitívan korrelál a geomágneses aktivitással (viharok), az ívek megjelenési gyakorisága pedig pozitívan korrelál a napfoltképző tevékenységgel.
Az aurorák egyes formái kváziperiodikus és koherens időbeli intenzitásbeli ingadozásokat tapasztalnak. Ezeket a nagyjából stacionárius geometriájú és gyors, periodikus fázisváltozásokkal rendelkező aurórákat változó auróráknak nevezzük. Az aurorák közé sorolják őket alak R az Aurora Borealis Nemzetközi Atlasza szerint A változó aurorák részletesebb felosztása:
R 1 (pulzáló aurora) egy olyan izzás, amelynek fényessége egyenletes fázisváltozásokkal rendelkezik az aurora teljes formáján. Értelemszerűen egy ideális pulzáló aurórában a pulzáció térbeli és időbeli része szétválasztható, i.e. Fényerősség én(r, t)= I s(r)· I T(t). Tipikus sarki fényben R 1, a pulzációk 0,01-10 Hz-es, alacsony intenzitású (1-2 kRl) frekvenciával fordulnak elő. A legtöbb aurora R 1 - ezek néhány másodpercig pulzáló foltok vagy ívek.
R 2 (tüzes aurora borealis). Ezt a kifejezést általában az égboltot betöltő lángszerű mozgásokra használják, nem pedig egyetlen alakzat leírására. Az Aurorák ívek formájában vannak, és általában 100 km magasságból mozognak felfelé. Ezek az aurorák viszonylag ritkák, és gyakrabban fordulnak elő az aurora borealison kívül.
R 3 (csillogó aurora). Ezek a fényesség gyors, szabálytalan vagy szabályos ingadozású aurórák, amelyek azt a benyomást keltik, mintha láng lobogott volna az égbolton. Röviddel az aurora bomlása előtt jelennek meg. Gyakran megfigyelt eltérések gyakorisága R A 3 értéke 10 ± 3 Hz.
A streaming aurora kifejezés, amelyet a pulzáló aurórák egy másik osztályára használnak, a fényerő szabálytalan változásaira utal, amelyek gyorsan, vízszintesen mozognak az ívekben és a fénysávokban.
A változó aurora a geomágneses mező pulzációit és az aurális röntgensugárzást kísérő szoláris-földi jelenségek egyike, amelyet szoláris és magnetoszférikus eredetű részecskék kicsapódása okoz.
A poláris sapka lumineszcenciáját az első negatív rendszer N + 2 sávjának nagy intenzitása (l 3914 Å) jellemzi. Általában ezek az N + 2 sávok ötször intenzívebbek, mint az OI l 5577 Å zöld vonal, a poláris sapka lumineszcencia abszolút intenzitása 0,1-10 kPl (általában 1-3 kPl). Ezekkel az aurórákkal, amelyek a PCA periódusaiban jelennek meg, egyenletes ragyogás borítja a teljes sarki sapkát a 60 ° geomágneses szélességig körülbelül 30-80 km magasságban. Főleg 10-100 MeV energiájú napprotonok és d-részecskék állítják elő, amelyek ezeken a magasságokon a maximális ionizációt hozzák létre. Van egy másik típusú izzás az aurális zónákban, az úgynevezett köpeny aurora. Ennél a fajta aurorallumineszcenciánál a napi maximum intenzitás a reggeli órákban 1-10 kRl, a minimális intenzitás pedig ötször gyengébb. A köpeny-aurorák megfigyelése kevés, intenzitásuk a geomágneses és a naptevékenységtől függ.
Atmoszféra ragyogása definíció szerint a bolygó légköre által generált és kibocsátott sugárzás. Ez a légkör nem termikus sugárzása, kivéve az aurorák, a villámkisülések és a meteorikus nyomok kibocsátását. Ezt a kifejezést a föld légkörére (éjszakai ragyogás, szürkület és nappali) használják. A légkör fénye csak töredéke a légkörben lévő fénynek. További források a csillagfény, az állatövi fény és a napfény szórt fénye. Időnként a légkör izzása a teljes fénymennyiség 40%-át is elérheti. A légkör izzása változó magasságú és vastagságú légköri rétegekben jelentkezik. A légköri izzási spektrum 1000 Å és 22,5 µm közötti hullámhosszokat fed le. A fő emissziós vonal a légkör izzásában l 5577 Å, 90-100 km magasságban 30-40 km vastag rétegben jelenik meg. A ragyogás megjelenése az oxigénatomok rekombinációján alapuló Chempen mechanizmusnak köszönhető. További emissziós vonalak az l 6300 Å, amelyek disszociatív O + 2 rekombináció és NI l 5198/5201 Å és NI l 5890/5896 Å emisszió esetén jelennek meg.
A légkör izzásának intenzitását Rayleighs-ben mérik. A fényesség (Rayleigh-ben) 4 pw, ahol в a kibocsátó réteg fényességének szögfelülete 10 6 foton / (cm 2 · sr · s) egységekben. A ragyogás intenzitása a szélességi foktól függ (különböző kibocsátások esetén eltérően), és napközben is változik, maximum éjfél közelében. A légkör l 5577 Å emissziója pozitív összefüggést mutatott ki a napfoltok számával és a napsugárzás fluxusával 10,7 cm-es hullámhosszon A légkör izzása műholdkísérletek során figyelhető meg. A világűrből úgy néz ki, mint egy fénygyűrű a Föld körül, és zöldes színű.
20–25 km-es magasságban eléri az ózon O 3 maximális koncentrációját (az oxigéntartalom 2 × 10 –7-éig!), amely a nap ultraibolya sugárzásának hatására 10 körüli magasságban keletkezik. 50 km-re, megvédve a bolygót az ionizáló napsugárzástól. Az ózonmolekulák rendkívül kis száma ellenére megvédenek minden földi életet a Nap rövidhullámú (ultraibolya és röntgen) sugárzásának pusztító hatásaitól. Ha az összes molekulát lerakjuk a légkör aljára, legfeljebb 3-4 mm vastag réteget kapunk! 100 km feletti magasságban megnő a könnyű gázok aránya, nagyon nagy magasságban pedig a hélium és a hidrogén dominál; sok molekula különálló atomokra disszociál, amelyek a nap kemény sugárzása által ionizálva alkotják az ionoszférát. A Föld légkörében a levegő nyomása és sűrűsége a magassággal csökken. A hőmérséklet-eloszlástól függően a Föld légköre troposzférára, sztratoszférára, mezoszférára, termoszférára és exoszférára oszlik. .
20-25 km magasságban van ózon réteg... Az ózon az oxigénmolekulák bomlása következtében képződik a Nap 0,1–0,2 mikronnál rövidebb hullámhosszú ultraibolya sugárzásának elnyelésekor. A szabad oxigén O 2 molekulákkal egyesül, és O 3 ózont képez, amely mohón elnyeli az összes 0,29 mikronnál rövidebb ultraibolya fényt. Az ózon O 3 molekulák a rövidhullámú sugárzás hatására könnyen elpusztulnak. Ezért az ózonréteg ritkasága ellenére hatékonyan nyeli el a Nap ultraibolya sugárzását, amely áthaladt a magasabb és átlátszó légköri rétegeken. Ennek köszönhetően a Föld élőlényei védettek a Nap ultraibolya fényének káros hatásaitól.
A Nap sugárzása ionizálja a légkör atomjait és molekuláit. Az ionizáció mértéke már 60 kilométeres magasságban is jelentőssé válik, és a Földtől való távolsággal folyamatosan növekszik. A légkör különböző magasságaiban a különböző molekulák disszociációs folyamatai és a különböző atomok és ionok ezt követő ionizációja egymás után megy végbe. Ezek főleg oxigén O 2, nitrogén N 2 molekulák és ezek atomjai. E folyamatok intenzitásától függően a légkör különböző, 60 kilométer feletti rétegeit ionoszférikus rétegeknek nevezzük. , és azok összességét az ionoszféra által . Az alsó réteget, amelynek ionizációja jelentéktelen, neutroszférának nevezzük.
A töltött részecskék maximális koncentrációja az ionoszférában 300-400 km magasságban érhető el.
A felső légkörben vezető réteg létezésének hipotézisét Stuart angol tudós állította fel 1878-ban, hogy megmagyarázza a geomágneses mező jellemzőit. Majd 1902-ben egymástól függetlenül Kennedy az USA-ban és Heaviside Angliában rámutatott arra, hogy a rádióhullámok nagy távolságra való terjedésének magyarázatához szükséges feltételezni a magas vezetőképességű régiók létezését a rádióhullámok magas rétegeiben. az atmoszféra. 1923-ban M. V. Shuleikin akadémikus, figyelembe véve a különböző frekvenciájú rádióhullámok terjedésének jellemzőit, arra a következtetésre jutott, hogy az ionoszférában legalább két visszaverő réteg van. Majd 1925-ben Appleton és Barnett angol kutatók, valamint Breit és Tuve kísérletileg először bizonyították be a rádióhullámokat visszaverő régiók létezését, és megalapozták szisztematikus vizsgálatukat. Azóta szisztematikusan tanulmányozzák ezen rétegek tulajdonságait, amelyeket általában ionoszférának neveznek, és amelyek alapvető szerepet játszanak számos geofizikai jelenségben, amelyek meghatározzák a rádióhullámok visszaverődését és abszorpcióját, ami nagyon fontos a rádióhullámok számára. gyakorlati célokra, különösen a megbízható rádiókommunikáció biztosítására.
Az 1930-as években megkezdődtek az ionoszféra állapotának szisztematikus megfigyelései. Hazánkban M.A. Bonch-Bruevich kezdeményezésére impulzusos megszólaltatására szolgáló installációkat hoztak létre. Vizsgálták az ionoszféra általános tulajdonságait, főbb rétegeinek magasságát és elektronkoncentrációját.
60-70 km magasságban a D réteg, 100-120 km magasságban a réteg figyelhető meg. E, magasságban, 180-300 km magasságban kettős réteg F 1 és F 2. Ezeknek a rétegeknek a fő paramétereit a 4. táblázat tartalmazza.
| 4. táblázat. | ||||||
| Ionoszféra régió | Maximális magasság, km | T i , K | Nap | Éjszaka n e , cm –3 | a΄, ρm 3 s – 1 | |
| min n e , cm –3 | Max n e , cm –3 | |||||
| D | 70 | 20 | 100 | 200 | 10 | 10 –6 |
| E | 110 | 270 | 1,5 · 10 5 | 3 · 10 5 | 3000 | 10 –7 |
| F 1 | 180 | 800–1500 | 3 · 10 5 | 5 · 10 5 | – | 3 · 10 –8 |
| F 2 (téli) | 220–280 | 1000–2000 | 6 · 10 5 | 25 · 10 5 | ~10 5 | 2 · 10 –10 |
| F 2 (nyár) | 250–320 | 1000–2000 | 2 · 10 5 | 8 10 5 | ~ 3 · 10 5 | 10 –10 |
| n e- elektronkoncentráció, e - elektrontöltés, T i Az ion hőmérséklete, a΄ a rekombinációs együttható (amely meghatározza a n eés annak időbeni változása) | ||||||
Az átlagértékek a különböző szélességi körökben, napszakokban és évszakokban változnak. Az ilyen adatok a nagy távolságú rádiókommunikáció biztosításához szükségesek. Különböző rövidhullámú rádiókapcsolatok működési frekvenciáinak kiválasztásához használják őket. Az ionoszféra különböző napszakokban és évszakokban bekövetkező változásainak ismerete rendkívül fontos a rádiókommunikáció megbízhatósága szempontjából. Az ionoszféra a Föld légkörének ionizált rétegeinek halmaza, amelyek 60 km-es nagyságrendű magasságban kezdődnek és több tízezer km magasságig terjednek. A földi légkör ionizációjának fő forrása a Nap ultraibolya és röntgensugárzása, amely főként a napkromoszférában és a koronában fordul elő. Ezenkívül a felső légkör ionizációs fokát befolyásolják a napkitörések során keletkező naptestes folyamok, valamint a kozmikus sugarak és a meteorikus részecskék.
- ezek azok a területek a légkörben, ahol elérik a szabad elektronok koncentrációjának maximális értékét (vagyis térfogategységenkénti számát). A légköri gázok atomjainak ionizációjából keletkező, rádióhullámokkal (azaz elektromágneses oszcillációkkal) kölcsönhatásba lépő, elektromosan töltött szabad elektronok és (kisebb mértékben kevésbé mozgékony ionok) megváltoztathatják irányukat, visszaverve vagy megtörve, energiájukat elnyelhetik. Ennek eredményeként távoli rádióállomások vételekor különféle hatások léphetnek fel, például elhalványul a rádiókommunikáció, növeli a távoli állomások hallhatóságát, áramszüneteket stb. jelenségek.
Az ionoszféra Földről történő tanulmányozásának klasszikus módszerei a pulzáló hangzásra redukálódnak - rádióimpulzusok küldésére és az ionoszféra különböző rétegeiről való visszaverődések megfigyelésére a késleltetési idő mérésével, valamint a visszavert jelek intenzitásának és alakjának tanulmányozásával. Különböző frekvenciájú rádióimpulzusok visszaverődési magasságának mérésével, a különböző régiók kritikus frekvenciáinak meghatározásával (a rádióimpulzus vivőfrekvenciáját nevezzük kritikusnak, amelyre az ionoszféra adott tartománya átlátszóvá válik) meghatározható. az elektronkoncentráció értékét a rétegekben és az effektív magasságokat az adott frekvenciákhoz, és kiválasztani az optimális frekvenciákat az adott rádióutakhoz. A rakétatechnika fejlődésével, valamint a mesterséges földi műholdak (AES) és más űreszközök űrkorszakának megjelenésével lehetővé vált a földközeli űrplazma paramétereinek közvetlen mérése, amelynek alsó része az ionoszféra.
A speciálisan indított rakéták táblájáról és a műholdas repülési útvonalak mentén végzett elektronkoncentráció mérések megerősítették és pontosították a korábban földi módszerekkel nyert adatokat az ionoszféra szerkezetéről, az elektronkoncentráció eloszlásáról a magasság felett. a Föld különböző régióiban, és lehetővé tette az elektronkoncentráció értékeinek meghatározását a fő maximum - a réteg - felett F... Korábban ezt a visszavert rövidhullámú rádióimpulzusok megfigyelésén alapuló szondázási módszerekkel nem lehetett megtenni. Megállapítást nyert, hogy a földkerekség egyes vidékein vannak meglehetősen stabil, alacsony elektronkoncentrációjú régiók, szabályos "ionoszférikus szelek", sajátos hullámfolyamatok keletkeznek az ionoszférában, amelyek az ionoszféra lokális zavarait hordozzák több ezer kilométerre a gerjesztésük helyétől. , és még sok más. A különösen nagy érzékenységű vevőkészülékek létrehozása lehetővé tette az ionoszféra legalacsonyabb területeiről (részleges visszaverődések állomásairól) részben visszaverődő impulzusjelek vételét az ionoszféra impulzushangzó állomásain. A méteres és deciméteres hullámhosszú, nagy teljesítményű impulzusos berendezések alkalmazása a kisugárzott energia nagy koncentrációját lehetővé tevő antennák használatával lehetővé tette az ionoszféra által különböző magasságokban szórt jelek megfigyelését. Az ionoszférikus plazma elektronjai és ionjai által koherensen szét nem szórt jelek spektruma jellemzőinek vizsgálata (ehhez a rádióhullámok inkoherens szórására szolgáló állomásokat használtak) lehetővé tette az elektronok és ionok koncentrációjának meghatározását, egyenértékű hőmérséklet különböző magasságokban akár több ezer kilométeres magasságig. Kiderült, hogy az ionoszféra meglehetősen átlátszó a használt frekvenciákhoz.
Az elektromos töltések koncentrációja (az elektronkoncentráció megegyezik az ionoséval) a Föld ionoszférájában 300 km magasságban napközben körülbelül 10 6 cm –3. Az ilyen sűrűségű plazma 20 m-nél hosszabb rádióhullámokat veri vissza, és rövidebbeket továbbít.
Az elektronkoncentráció tipikus függőleges eloszlása az ionoszférában nappali és éjszakai körülmények között.
A távoli adóállomások stabil vétele a használt frekvenciáktól, valamint a napszaktól, évszaktól és ezen felül a naptevékenységtől is függ. A naptevékenység jelentősen befolyásolja az ionoszféra állapotát. A földi állomás által kibocsátott rádióhullámok egyenes vonalban terjednek, mint minden elektromágneses hullám. Figyelembe kell azonban venni, hogy mind a Föld felszíne, mind légkörének ionizált rétegei egy hatalmas kondenzátor lemezeiként szolgálnak, úgy hatnak rájuk, mint a tükrök a fényre. A rádióhullámok róluk visszaverve sok ezer kilométert eljuthatnak, hatalmas, több száz és ezer kilométeres ugrásokkal meghajolva a Föld körül, felváltva verődnek vissza ionizált gázrétegről, illetve a Föld vagy a víz felszínéről.
Az 1920-as években úgy tartották, hogy a 200 m-nél rövidebb rádióhullámok általában nem alkalmasak nagy távolságú kommunikációra az erős elnyelés miatt. Az első kísérleteket a rövidhullámok nagy hatótávolságú vételével kapcsolatban az Atlanti-óceánon Európa és Amerika között Oliver Heaviside angol fizikus és Arthur Kennelly amerikai villamosmérnök végezte. Egymástól függetlenül azt feltételezték, hogy valahol a Föld körül van a légkör ionizált rétege, amely képes visszaverni a rádióhullámokat. Heaviside - Kennelly rétegnek, majd ionoszférának hívták.
A modern elképzelések szerint az ionoszféra negatív töltésű szabad elektronokból és pozitív töltésű ionokból áll, főleg molekuláris oxigén O + és nitrogén-oxid NO +. Ionok és elektronok keletkeznek a molekulák disszociációja és a semleges gázatomok ionizációja során a napröntgen és az ultraibolya sugárzás hatására. Az atom ionizálásához tájékoztatni kell az ionizációs energiáról, amelynek az ionoszféra számára a fő forrása a Nap ultraibolya, röntgen- és korpuszkuláris sugárzása.
Miközben a Föld gáznemű héját megvilágítja a Nap, folyamatosan egyre több elektron keletkezik benne, ugyanakkor az elektronok egy része ionokkal ütközve újraegyesül, ismét semleges részecskéket képezve. A napnyugta után az új elektronok képződése szinte leáll, a szabad elektronok száma csökkenni kezd. Minél több szabad elektron van az ionoszférában, annál jobban visszaverődnek róla a nagyfrekvenciás hullámok. Az elektronkoncentráció csökkenésével a rádióhullámok átvitele csak alacsony frekvenciájú tartományokban lehetséges. Éppen ezért éjszaka általában csak a 75, 49, 41 és 31 m tartományban lehetséges távoli állomások vétele.Az elektronok egyenetlenül oszlanak el az ionoszférában. 50-400 km magasságban több megnövekedett elektronkoncentrációjú réteg vagy régió található. Ezek a területek simán átmennek egymásba, és különböző módon befolyásolják a HF rádióhullámok terjedését. Az ionoszféra felső rétegét a betű jelöli F... Itt a legmagasabb az ionizáció foka (a töltött részecskék aránya 10 –4 nagyságrendű). A Föld felszíne felett több mint 150 km-es magasságban található, és a fő reflektáló szerepet tölti be a nagyfrekvenciás HF sávok rádióhullámainak nagy hatótávolságú terjedésében. A nyári hónapokban az F régió két rétegre szakad - F 1 és F 2. Az F1 réteg 200-250 km magasságot foglalhat el, és a réteg F 2, úgymond, a 300–400 km-es magassági tartományban "lebeg". Általában egy réteg F 2 sokkal erősebben ionizálódik, mint a réteg F 1 . Éjszakai réteg F 1 eltűnik és réteg F 2 megmarad, lassan elveszítve ionizációs fokának akár 60%-át. Az F réteg alatt, 90-150 km magasságban van egy réteg E, melynek ionizációja a Nap lágy röntgensugárzásának hatására megy végbe. Az E réteg ionizációs foka alacsonyabb, mint a rétegé F, nappal a 31 és 25 m-es alacsony frekvenciájú HF sáv állomásainak vétele történik, amikor a jelek visszaverődnek a rétegről E... Általában ezek az állomások 1000-1500 km távolságra. Éjjel egy rétegben E Az ionizáció meredeken csökken, de még ebben az időben is észrevehető szerepet játszik a 41, 49 és 75 m tartományban lévő állomások jeleinek vételében.
Nagy érdeklődésre tart számot a régióban a 16, 13 és 11 m-es nagyfrekvenciás HF sávok jeleinek vétele. E erősen megnövekedett ionizációjú közbenső rétegek (felhők). Ezeknek a felhőknek a területe néhány és több száz négyzetkilométer között változhat. Ezt a fokozott ionizációs réteget szórványos rétegnek nevezzük Eés jelöltük Es... Az Es-felhők szél hatására mozoghatnak az ionoszférában, és akár 250 km/h sebességet is elérhetnek. Nyáron, a középső szélességeken, napközben az Es felhők miatti rádióhullámok eredete havi 15-20 nap. Az egyenlítői régióban szinte mindig jelen van, a magas szélességeken pedig általában éjszaka jelenik meg. Néha alacsony naptevékenység éveiben, amikor a nagyfrekvenciás HF sávokon nincs adás, a 16, 13 és 11 m-es sávokon hirtelen jó hangossággal jelennek meg távoli állomások, amelyek jelei ismételten visszaverődnek az Es-ről.
Az ionoszféra legalacsonyabb része a régió D 50 és 90 km közötti magasságban található. Itt viszonylag kevés szabad elektron van. A környékről D a hosszú és közepes hullámok jól visszaverődnek, és az alacsony frekvenciájú HF állomások jelei erősen elnyelődnek. Naplemente után az ionizáció nagyon gyorsan megszűnik, és lehetővé válik a 41, 49 és 75 m-es tartományban lévő távoli állomások vétele, amelyek jelei visszaverődnek a rétegekről F 2 és E... Az ionoszféra különálló rétegei fontos szerepet játszanak a HF rádióállomások jeleinek terjedésében. A rádióhullámokra gyakorolt hatás elsősorban az ionoszférában lévő szabad elektronok jelenlétének köszönhető, bár a rádióhullámok terjedésének mechanizmusa nagy ionok jelenlétével függ össze. Ez utóbbiak a légkör kémiai tulajdonságainak tanulmányozásában is érdekesek, mivel aktívabbak, mint a semleges atomok és molekulák. Az ionoszférában lezajló kémiai reakciók fontos szerepet játszanak energia- és elektromos egyensúlyában.
Normál ionoszféra. A geofizikai rakéták és műholdak segítségével végzett megfigyelések sok új információt szolgáltattak, amelyek arra utalnak, hogy a légkör ionizációja széles spektrumú napsugárzás hatására megy végbe. Fő része (több mint 90%) a spektrum látható részén koncentrálódik. Az ibolya fénysugaraknál rövidebb hullámhosszú és nagyobb energiájú ultraibolya sugárzást a hidrogén bocsát ki a Nap légkörének (kromoszférájának) belső részéből, a még nagyobb energiájú röntgensugárzást pedig a nap külső héjából származó gázok bocsátják ki. Nap (korona).
Az ionoszféra normál (átlagos) állapota az állandó erős sugárzásnak köszönhető. A normál ionoszférában a Föld napi forgása és a déli napfény beesési szögének szezonális eltérései hatására rendszeres változások következnek be, de az ionoszféra állapotában is előfordulnak előre nem látható és hirtelen változások.
Mint ismeretes, a Napon az aktivitás erőteljes ciklikusan ismétlődő megnyilvánulásai jelennek meg, amelyek 11 évente érik el a maximumot. A Nemzetközi Geofizikai Év (IGY) program keretében végzett megfigyelések egybeestek a legmagasabb naptevékenység időszakával a szisztematikus meteorológiai megfigyelések teljes időszakában, i.e. a 18. század elejéről. A nagy aktivitású időszakokban a Nap egyes régióinak fényessége többszörösére nő, az ultraibolya és a röntgensugárzás ereje pedig meredeken növekszik. Az ilyen jelenségeket napkitöréseknek nevezzük. Néhány perctől egy-két óráig tartanak. Egy kitörés során a napplazma (főleg protonok és elektronok) kitör, elemi részecskék rohannak az űrbe. A Nap elektromágneses és korpuszkuláris sugárzása az ilyen kitörések pillanataiban erős hatással van a Föld légkörére.
A kezdeti reakciót 8 perccel a járvány kitörése után észlelik, amikor intenzív ultraibolya és röntgensugárzás éri el a Földet. Ennek eredményeként az ionizáció meredeken emelkedik; A röntgensugarak az ionoszféra alsó határáig hatolnak be a légkörbe; az elektronok száma ezekben a rétegekben annyira megnövekszik, hogy a rádiójelek szinte teljesen elnyelődnek („kialszanak”). A további sugárzáselnyelés hatására a gáz felmelegszik, ami hozzájárul a szelek kialakulásához. Az ionizált gáz elektromos vezető, és amikor a föld mágneses mezőjében mozog, dinamó hatása nyilvánul meg, és elektromos áram keletkezik. Az ilyen áramok viszont észrevehető zavarokat okozhatnak a mágneses térben, és mágneses viharok formájában nyilvánulhatnak meg.
A felső atmoszféra szerkezetét és dinamikáját alapvetően a termodinamikai értelemben vett egyensúlyhiány határozza meg a napsugárzás általi ionizációval és disszociációval kapcsolatos folyamatok, kémiai folyamatok, molekulák és atomok gerjesztése, dezaktiválása, ütközése és egyéb elemi folyamatok. Ebben az esetben az egyensúlyhiány mértéke a magassággal nő, ahogy a sűrűség csökken. 500-1000 km-es magasságig, sőt gyakran még ennél is magasabb az egyensúlyhiány mértéke a felső légkör számos jellemzőjénél kellően kicsi, ami lehetővé teszi a klasszikus és hidrodinamikai hidrodinamika felhasználását leírásához, figyelembe véve a kémiai reakciókat.
Az exoszféra a Föld légkörének több száz kilométeres magasságból induló külső rétege, amelyből könnyű, gyorsan mozgó hidrogénatomok szökhetnek ki az űrbe.
Kononovics Edward
Irodalom:
Pudovkin M.I. A napfizika alapjai... SPb, 2001
Eris Chaisson, Steve McMillan Csillagászat ma... Prentice-Hall, Inc. Upper Saddle River, 2002
Anyagok az interneten: http://ciencia.nasa.gov/
A légkör vastagsága körülbelül 120 km-re van a Föld felszínétől. A légkör teljes levegőtömege (5,1-5,3) · 10 18 kg. Ebből a száraz levegő tömege 5,1352 ± 0,0003 · 10 18 kg, a vízgőz össztömege átlagosan 1,27 · 10 16 kg.
A troposzférából a sztratoszférába vezető átmeneti réteg, a légkör azon rétege, amelyben a hőmérséklet a magassággal megáll.
A légkör 11-50 km magasságban elhelyezkedő rétege. A hőmérséklet enyhe változása a 11-25 km-es rétegben (a sztratoszféra alsó rétege) és ennek emelkedése a 25-40 km-es rétegben -56,5-ről 0,8 °-ra (a sztratoszféra felső rétege vagy az inverziós régió) jellegzetes. A körülbelül 273 K (majdnem 0 °C) érték elérése után körülbelül 40 km-es magasságban a hőmérséklet körülbelül 55 km-es magasságig állandó marad. Ezt az állandó hőmérsékletű régiót sztratopauzának nevezik, és ez a határ a sztratoszféra és a mezoszféra között.
A légkör határrétege a sztratoszféra és a mezoszféra között. A függőleges hőmérséklet-eloszlás maximuma (kb. 0 °C).
A föld légköre
A felső határ körülbelül 800 km. A hőmérséklet 200-300 km magasságig emelkedik, ahol eléri az 1500 K nagyságrendű értéket, ami után szinte állandó marad a nagy magasságokig. Az ultraibolya és röntgen napsugárzás és a kozmikus sugárzás hatására a levegő ionizációja ("poláris fények") történik - az ionoszféra fő területei a termoszférában találhatók. 300 km feletti magasságban az atomi oxigén dominál. A termoszféra felső határát nagyrészt a Nap aktuális aktivitása határozza meg. Alacsony aktivitású időszakokban - például 2008-2009-ben - ennek a rétegnek a mérete észrevehetően csökken.
A légkörnek a termoszféra tetejével szomszédos tartománya. Ezen a területen a napsugárzás elnyelése elhanyagolható, és a hőmérséklet valójában nem változik a magassággal.
100 km-es magasságig a légkör homogén, jól elegyített gázkeverék. Magasabb rétegekben a gázok magassági eloszlása molekulatömegüktől függ, a nehezebb gázok koncentrációja a Föld felszínétől való távolság növekedésével gyorsabban csökken. A gázok sűrűségének csökkenése miatt a hőmérséklet a sztratoszférában 0 ° C-ról -110 ° C-ra csökken a mezoszférában. Az egyes részecskék kinetikus energiája azonban 200-250 km magasságban ~ 150 ° C hőmérsékletnek felel meg. 200 km felett a gázok hőmérsékletének és sűrűségének jelentős ingadozása figyelhető meg időben és térben.
Körülbelül 2000-3500 km magasságban az exoszféra fokozatosan ún. közeli vákuum, amely bolygóközi gáz rendkívül ritka részecskéivel, főleg hidrogénatomokkal van tele. De ez a gáz csak töredéke a bolygóközi anyagnak. Egy másik része üstökös és meteor eredetű porszerű részecskékből áll. Ebbe a térbe a rendkívül ritka porszerű részecskék mellett nap- és galaktikus eredetű elektromágneses és korpuszkuláris sugárzás is behatol.
A troposzféra a légkör tömegének körülbelül 80% -át, a sztratoszféra körülbelül 20% -át teszi ki; a mezoszféra tömege nem több, mint 0,3%, a termoszféra kevesebb, mint 0,05% a légkör teljes tömegének. A légkör elektromos tulajdonságai alapján megkülönböztetjük a neutroszférát és az ionoszférát. Jelenleg úgy gondolják, hogy a légkör 2000-3000 km magasságig terjed.
A légkörben lévő gáz összetételétől függően homoszféraés heteroszféra. Heteroszféra- ez az a terület, ahol a gravitáció befolyásolja a gázok elválasztását, mivel keveredésük ezen a magasságon elhanyagolható. Innen ered a heteroszféra változó összetétele. Alatta terül el a légkör jól kevert, homogén összetételű része, az úgynevezett homoszféra. E rétegek közötti határt turbópauzának nevezik, körülbelül 120 km-es magasságban fekszik.
Már 5 km-es tengerszint feletti magasságban az edzetlen emberben oxigén éhezés alakul ki és alkalmazkodás nélkül jelentősen lecsökken az ember munkaképessége. Itt ér véget a légkör élettani zónája. Az emberi légzés 9 km-es magasságban lehetetlenné válik, bár a légkör körülbelül 115 km-ig tartalmaz oxigént.
A légkör lát el bennünket a légzéshez szükséges oxigénnel. Azonban a légkör teljes nyomásának a magasságra való csökkenése miatt az oxigén parciális nyomása is ennek megfelelően csökken.
A ritka levegőrétegekben a hang terjedése lehetetlen. 60-90 km-es magasságig továbbra is lehetőség van a levegő ellenállásának és emelőképességének felhasználására irányított aerodinamikus repüléshez. De 100-130 km-es magasságból kiindulva az M szám és a hangsorompó minden pilóta számára ismert fogalma elveszti értelmét: ott halad át a feltételes Karman-vonal, amelyen túl a tisztán ballisztikus repülés területe kezdődik, amely csak reaktív erőkkel vezérelhető.
100 km feletti magasságban a légkörből hiányzik egy másik figyelemre méltó tulajdonság is - a hőenergia konvekcióval (vagyis a levegő keverésével) történő elnyelésének, vezetésének és átvitelének képessége. Ez azt jelenti, hogy a keringő űrállomás berendezéseinek különböző elemei, berendezései nem tudnak kívülről hűteni, ahogy azt egy repülőgépen szokták - légsugarak és légradiátorok segítségével. Ezen a magasságon, mint általában az űrben, a hőátadás egyetlen módja a hősugárzás.
A legelterjedtebb elmélet szerint a Föld légköre az idők során három különböző összetételű volt. Eredetileg könnyű gázokból (hidrogén és hélium) állt, amelyeket a bolygóközi térből fogtak be. Ez az ún elsődleges légkör(mintegy négymilliárd éve). A következő szakaszban az aktív vulkáni tevékenység a légkör hidrogéntől eltérő gázokkal (szén-dioxid, ammónia, vízgőz) való telítéséhez vezetett. Tehát megalakult másodlagos légkör(mintegy hárommilliárd éve). A hangulat helyreállító volt. Továbbá a légkör kialakulásának folyamatát a következő tényezők határozták meg:
Fokozatosan ezek a tényezők vezettek a kialakulásához harmadlagos légkör, amelyet jóval alacsonyabb hidrogéntartalom és jóval magasabb nitrogén- és szén-dioxid tartalom jellemez (amely ammóniából és szénhidrogénekből kémiai reakciók eredményeként keletkezik).
A nagy mennyiségű nitrogén N 2 képződését az ammónia-hidrogén atmoszféra molekuláris oxigén O 2 -vel történő oxidációja okozza, amely 3 milliárd évvel ezelőtttől a fotoszintézis eredményeként kezdett el kifolyni a bolygó felszínéről. Ezenkívül nitrogén N 2 kerül a légkörbe a nitrátok és más nitrogéntartalmú vegyületek denitrifikációja következtében. A nitrogént az ózon NO-vá oxidálja a felső légkörben.
A nitrogén N 2 csak meghatározott körülmények között reagál (például villámcsapáskor). A molekuláris nitrogén ózonnal történő oxidációját kis mennyiségben elektromos kisülésekkel a nitrogénműtrágyák ipari gyártása során használják. Alacsony energiafelhasználással oxidálhatják és biológiailag aktív formává alakíthatják a hüvelyesekkel rizobiális szimbiózist alkotó cianobaktériumok (kék-zöld algák) és gócbaktériumok, az ún. siderates.
A légkör összetétele az élő szervezetek Földön való megjelenésével radikálisan megváltozni kezdett, a fotoszintézis eredményeként, amelyet oxigén felszabadulás és szén-dioxid felszívódás kísért. Kezdetben az oxigént redukált vegyületek oxidációjára költötték – ammónia, szénhidrogének, az óceánokban található vas vas formái stb. Ennek a szakasznak a végén a légkör oxigéntartalma növekedni kezdett. Fokozatosan kialakult egy modern, oxidáló tulajdonságokkal rendelkező légkör. Mivel ez a légkörben, a litoszférában és a bioszférában végbemenő számos folyamatban komoly és hirtelen változásokat okozott, ezt az eseményt oxigénkatasztrófának nevezték.
Az utóbbi időben az emberek elkezdték befolyásolni a légkör fejlődését. Tevékenységének eredménye a légkör szén-dioxid-tartalmának állandó jelentős növekedése a korábbi geológiai korszakokban felhalmozódott szénhidrogén üzemanyagok elégetése következtében. Óriási mennyiségű CO 2 fogy el a fotoszintézis során, és a világ óceánjai nyelték el. Ez a gáz a karbonátos kőzetek és a növényi és állati eredetű szerves anyagok bomlása, valamint a vulkanizmus és az emberi termelő tevékenység következtében kerül a légkörbe. Az elmúlt 100 év során a légkör CO 2-tartalma 10%-kal nőtt, ennek zöme (360 milliárd tonna) az üzemanyag elégetéséből származik. Ha az üzemanyag elégetésének növekedési üteme folytatódik, akkor a következő 200-300 évben a СО 2 mennyisége a légkörben megkétszereződik, és globális klímaváltozáshoz vezethet.
A tüzelőanyag elégetése a szennyező gázok (CO, SO 2) fő forrása. A kén-dioxidot a légköri oxigén SO 3 -dá oxidálja a felső légkörben, amely kölcsönhatásba lép a vízzel és az ammóniagőzökkel, és a keletkező kénsav (H 2 SO 4) és ammónium-szulfát ((NH 4) 2 SO 4) visszatér a Föld felszíne formájában az ún. savas eső. A belső égésű motorok használata a légkör jelentős szennyezéséhez vezet nitrogén-oxidokkal, szénhidrogénekkel és ólomvegyületekkel (tetraetil-ólom Pb (CH 3 CH 2) 4)).
A légkör aeroszolos szennyezését természetes okok (vulkánkitörések, porviharok, tengervízcseppek és növényi virágporok átvitele stb.), valamint az emberi gazdasági tevékenységek (ércek és építőanyagok bányászata, tüzelőanyag elégetése, cementgyártás) okozzák. stb.). A szilárd részecskék intenzív, nagy léptékű eltávolítása a légkörbe a bolygó éghajlatváltozásának egyik lehetséges oka.
| föld | ||
|---|---|---|
| A Föld története | A Föld kora A Föld geológiai története Geokronológiai skála Földi élet története A Föld eljegesedése A gyenge fiatal Nap paradoxona Az óriási ütközés elmélete Az evolúció kronológiája |  |
| Földrajz és a geológia |
Ausztrália Ázsia Antarktisz Afrika Európa Észak-Amerika Dél-Amerika Atlanti-óceán Indiai-óceán Jeges-tenger | |
Meg kell mondani, hogy a Föld légkörének szerkezete és összetétele nem mindig volt állandó érték bolygónk fejlődésében. Ma ennek az elemnek a függőleges szerkezetét, amelynek teljes "vastagsága" 1,5-2,0 ezer km, több fő réteg képviseli, beleértve:
A troposzféra egy olyan réteg, amelyben erős függőleges és vízszintes mozgások figyelhetők meg, itt alakulnak ki az időjárás, az üledékképződési jelenségek és az éghajlati viszonyok. Szinte mindenhol 7-8 kilométerre nyúlik el a bolygó felszínétől, kivéve a sarki régiókat (ott - 15 km-ig). A troposzférában a hőmérséklet fokozatosan csökken, körülbelül 6,4 °C-kal minden magassági kilométerrel. Ez a szám a különböző szélességi körökben és évszakokban eltérő lehet.
A Föld légkörének összetételét ebben a részben a következő elemek és azok százalékos aránya képviseli:
Nitrogén - körülbelül 78 százalék;
Oxigén - csaknem 21 százalék;
Argon - körülbelül egy százalék;
Szén-dioxid - kevesebb, mint 0,05%.
Ezen kívül itt a troposzférában, de a fedőrétegekben is találhatunk port, vízcseppeket, vízgőzt, égéstermékeket, jégkristályokat, tengeri sókat, sok aeroszolszemcsét stb. De az ottani légkör alapvetően eltérő fizikai tulajdonságokkal rendelkezik. A közös kémiai összetételű réteget homoszférának nevezzük.
Milyen egyéb elemeket tartalmaz a Föld légköre? Százalékban (térfogatban, száraz levegőben) olyan gázok, mint a kripton (körülbelül 1,14 x 10 -4), xenon (8,7 x 10 -7), hidrogén (5,0 x 10 -5), metán (körülbelül 1,7 x 10 -4). ), dinitrogén-oxid (5,0 x 10 -5), stb. A felsorolt komponensek tömegszázalékában a legtöbb felsorolt komponens a dinitrogén-oxid és a hidrogén, ezt követi a hélium, kripton stb.
A troposzféra fizikai tulajdonságai szorosan összefüggenek a bolygó felszínéhez való tapadásával. Innen a visszavert naphő infravörös sugarak formájában visszafelé irányul, beleértve a hővezetési és konvekciós folyamatokat is. Ezért csökken a hőmérséklet a földfelszíntől való távolsággal. Ez a jelenség a sztratoszféra magasságáig (11-17 kilométer) megfigyelhető, majd 34-35 kilométerig gyakorlatilag változatlanná válik a hőmérséklet, majd ismét 50 kilométeres magasságig (a sztratoszféra felső határa) emelkedik a hőmérséklet. . A sztratoszféra és a troposzféra között van a tropopauza vékony közbenső rétege (legfeljebb 1-2 km), ahol állandó hőmérséklet figyelhető meg az Egyenlítő felett - körülbelül mínusz 70 ° C és alatta. A pólusok felett a tropopauza nyáron mínusz 45 ° C-ra "melegszik", télen a hőmérséklet -65 ° C körül ingadozik.
A Föld légkörének gázösszetétele olyan fontos elemet tartalmaz, mint az ózon. Viszonylag kicsi a felszín közelében (tíz-mínusz hatodik százalék), mivel a gáz a napfény hatására képződik az atmoszféra felső részein lévő atomi oxigénből. Az ózon nagy része körülbelül 25 km-es tengerszint feletti magasságban található, és a teljes "ózonernyő" a pólus területén 7-8 km-re, az Egyenlítőnél 18 km-re és összesen ötven km-re található. a bolygó felszíne felett.
A Föld légkörének levegőjének összetétele nagyon fontos szerepet játszik az élet megőrzésében, hiszen az egyes kémiai elemek, összetételek sikeresen korlátozzák a napsugárzás földfelszínhez, illetve a rajta élő emberekhez, állatokhoz, növényekhez való hozzáférését. Például a vízgőz molekulák hatékonyan elnyelik szinte az összes infravörös tartományt, kivéve a 8 és 13 mikron közötti hosszúságokat. Az ózon 3100 A hullámhosszig nyeli el az ultraibolya fényt. Vékony rétege nélkül (átlagosan csak 3 mm, ha a bolygó felszínén található) csak a 10 méternél mélyebb és a föld alatti vizek olyan barlangokat is be lehet lakni, ahová a napsugárzás nem ér el...
A légkör következő két szintje, a sztratoszféra és a mezoszféra között van egy figyelemre méltó réteg - a sztratopauza. Ez megközelítőleg megfelel az ózon maximumának magasságának, és viszonylag kényelmes hőmérséklet van az ember számára - körülbelül 0 ° C. A sztratopauza felett, a mezoszférában (valahol 50 km magasságban kezdődik és 80-90 km magasságban ér véget) a Föld felszínétől való távolság növekedésével ismét csökken a hőmérséklet (mínusz 70-80 fokig). ° С). A mezoszférában a meteorok általában teljesen kiégnek.
A Föld légkörének kémiai összetétele a termoszférában (a mezopauza után körülbelül 85-90-800 km magasságból kezdődik) meghatározza egy olyan jelenség lehetőségét, mint a nagyon ritka "levegő" rétegeinek fokozatos felmelegedése a napsugárzás hatására. sugárzás. A bolygó "levegőfátyolának" ezen részében 200-2000 K közötti hőmérsékletek találkoznak, amelyek az oxigén ionizációjával (az atom oxigén 300 km felett található), valamint az oxigénatomok rekombinációjával összefüggésben keletkeznek. molekulákká, nagy mennyiségű hő felszabadulásával együtt. A termoszféra az aurora eredete.
A termoszféra felett található az exoszféra - a légkör külső rétege, ahonnan könnyű és gyorsan mozgó hidrogénatomok kerülhetnek az űrbe. A Föld légkörének kémiai összetételét itt inkább az alsó rétegekben az egyes oxigénatomok, a középső héliumatomok, a felsőbb rétegekben szinte kizárólag hidrogénatomok képviselik. Itt magas hőmérséklet uralkodik - körülbelül 3000 K, és nincs légköri nyomás.
De amint fentebb említettük, a bolygó légkörének nem mindig volt ilyen összetétele. Összesen három fogalom létezik ennek az elemnek az eredetéről. Az első hipotézis azt sugallja, hogy az atmoszférát egy protoplanetáris felhőből vették fel akkréció során. Manapság azonban ezt az elméletet komoly kritikák érik, mivel az ilyen elsődleges légkört a Napból érkező napszélnek el kellett volna pusztítania bolygórendszerünkben. Ezenkívül feltételezik, hogy az illékony elemek a túl magas hőmérséklet miatt nem maradhattak a szárazföldi bolygók kialakulásának zónájában.
A Föld primer légkörének összetétele, amint azt a második hipotézis is sugallja, a Naprendszer közeléből a fejlődés korai szakaszában érkezett aszteroidák és üstökösök aktív felszínbombázása miatt alakulhatott ki. Ezt az elképzelést elég nehéz megerősíteni vagy megcáfolni.
A legvalószínűbb a harmadik hipotézis, amely szerint a légkör a földkéreg köpenyéből mintegy 4 milliárd évvel ezelőtti gázok felszabadulásának eredményeként jelent meg. Ezt a koncepciót az IDG RAS-ban igazolták a Tsarev 2 nevű kísérlet során, amikor egy meteorikus anyagmintát vákuumban melegítettek. Ezután olyan gázok felszabadulását rögzítették, mint a H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 stb. Ezért a tudósok joggal feltételezték, hogy a Föld primer légkörének kémiai összetétele vízből és szén-dioxidból áll, hidrogén-fluorid (HF) gőz, szén-monoxid gáz (CO), hidrogén-szulfid (H 2 S), nitrogénvegyületek, hidrogén, metán (CH 4), ammónia gőzök (NH 3), argon stb. Vízgőz az elsődleges atmoszférából részt vett a hidroszféra kialakulásában, a szén-dioxid nagyobb mértékben jelent meg kötött állapotban a szerves anyagokban és a kőzetekben, a nitrogén átjutott a modern levegő összetételébe, valamint ismét az üledékes kőzetekbe és szerves anyagokba.
A Föld elsődleges légkörének összetétele nem engedte meg, hogy a modern ember légzőkészülék nélkül benne legyen, mivel akkoriban nem volt oxigén a szükséges mennyiségben. Ez az elem jelentős mennyiségben jelent meg másfél milliárd éve, vélhetően bolygónk legősibb lakóinak számító kék-zöld és más algák fotoszintézisének fejlődésével összefüggésben.
Azt, hogy a Föld légkörének összetétele kezdetben szinte anoxikus volt, jelzi, hogy a legrégebbi (katarchei) kőzetekben könnyen oxidálódó, de nem oxidálódó grafit (szén) található. Ezt követően megjelentek az úgynevezett sávos vasércek, amelyek dúsított vas-oxidok rétegeit tartalmazták, ami azt jelenti, hogy a bolygón egy erőteljes oxigénforrás molekuláris formában jelenik meg. De ezek az elemek csak időszakonként bukkantak fel (talán ugyanazok az algák vagy más oxigéntermelők jelentek meg kis szigetként az anoxikus sivatagban), míg a világ többi része anaerob volt. Ez utóbbit támasztja alá, hogy könnyen oxidálható piritet találtak kavicsok formájában, amelyeket az áramlás kémiai reakciók nyoma nélkül dolgozott fel. Mivel az áramló vizek nem levegőztethetők rosszul, amellett érveltek, hogy a korai kambrium előtti légkör a mai összetételnek egy százalékánál kevesebb oxigént tartalmazott.
Körülbelül a proterozoikum közepén (1,8 milliárd évvel ezelőtt) zajlott le az "oxigén-forradalom", amikor a világ áttért az aerob légzésre, melynek során egy tápanyagmolekulából (glükózból) 38 nyerhető, nem pedig kettő (mint pl. anaerob légzés) energiaegységek. A Föld atmoszférájának összetétele az oxigén tekintetében kezdett meghaladni a jelenlegi egy százalékát, elkezdett megjelenni az ózonréteg, amely megvédi az élőlényeket a sugárzástól. Tőle az ősi állatok, például a trilobiták "bújtak" vastag kagyló alá. Azóta és egészen korunkig a fő "lélegeztető" elem tartalma fokozatosan és lassan nőtt, és az életformák változatos fejlődését biztosítja a bolygón.
> Föld légköre
Leírás a föld légköre minden korosztály számára: miből áll a levegő, gázok jelenléte, rétegek fotókkal, a Naprendszer harmadik bolygójának klímája és időjárása.
A kicsiknek már ismert, hogy a Föld az egyetlen bolygó a rendszerünkben, amelynek életképes légköre van. A gáztakaró nemcsak levegőben gazdag, hanem megvéd minket a túlzott hőtől és a napsugárzástól is. Fontos magyarázza el a gyerekeknek hogy a rendszer hihetetlenül jól van megtervezve, mert lehetővé teszi a felület nappali felmelegedését, éjszakai lehűlését, miközben megőrzi az elfogadható egyensúlyt.
Kezdődik magyarázat a gyerekeknek ez azzal lehetséges, hogy a Föld légkörének glóbusza több mint 480 km-re terül el, de ennek nagy része 16 km-re van a felszíntől. Minél nagyobb a magasság, annál kisebb a nyomás. Ha a tenger szintjét vesszük, akkor ott a nyomás 1 kg négyzetcentiméterenként. De 3 km-es magasságban ez megváltozik - 0,7 kg négyzetcentiméterenként. Természetesen ilyen körülmények között nehezebb lélegezni ( gyermekekérezhetnék, ha valaha is kirándulnának a hegyekbe).
A gázok között megkülönböztethető:
Szülők vagy tanárok iskolában Emlékeztetni kell arra, hogy a Föld légköre 5 szintre oszlik: exoszféra, termoszféra, mezoszféra, sztratoszféra és troposzféra. Minden réteggel a légkör egyre jobban feloldódik, míg végül a gázok szétszóródnak a térben.
A troposzféra van a legközelebb a felszínhez. 7-20 km vastagságával a Föld légkörének felét teszi ki. Minél közelebb van a Földhöz, annál jobban felmelegszik a levegő. Szinte az összes vízgőz és por itt összegyűlik. A gyerekek talán nem lepődnek meg azon, hogy ezen a szinten úsznak a felhők.
A sztratoszféra a troposzférából indul ki és 50 km-rel a felszín fölé emelkedik. Itt sok az ózon, ami felmelegíti a légkört és megkíméli a káros napsugárzástól. A levegő 1000-szer vékonyabb, mint a tengerszint felett, és szokatlanul száraz. Ezért érzik jól magukat a repülőgépek itt.
Mezoszféra: 50-85 km a felszín felett. A csúcsot mezopauzanak nevezik, és ez a leghűvösebb hely a Föld légkörében (-90 °C). Nagyon nehéz kivizsgálni, mert sugárhajtású repülőgépek nem tudnak odajutni, és a műholdak pályamagassága túl magas. A tudósok csak azt tudják, hogy itt égnek a meteorok.
Termoszféra: 90 km és 500-1000 km között. A hőmérséklet eléri az 1500 °C-ot. A földi légkör részének tekintik, de fontos magyarázza el a gyerekeknek hogy a levegő sűrűsége itt olyan alacsony, hogy a nagy részét már a világűrnek érzékelik. Valójában itt találhatók az űrsiklók és a Nemzetközi Űrállomás. Ezenkívül itt képződnek aurórák. A töltött kozmikus részecskék érintkezésbe kerülnek a termoszféra atomjaival és molekuláival, és magasabb energiaszintre helyezik át azokat. Ennek köszönhetően ezeket a fényfotonokat aurora borealis formájában látjuk.
Az exoszféra a legmagasabb réteg. A légkör és a tér egybeolvadásának hihetetlenül vékony vonala. Széles körben elszórt hidrogén- és héliumrészecskékből áll.
A kicsiknek szükséges megmagyarázni hogy a Föld számos élő fajt képes megtartani a regionális klímának köszönhetően, amelyet a sarkokon rendkívüli hideg, az egyenlítőn pedig trópusi hőség jelent. Gyermekek tudnia kell, hogy a regionális éghajlat az időjárás, amely egy adott területen 30 évig változatlan marad. Természetesen néha több órán keresztül is változhat, de többnyire stabil marad.
Ezenkívül a globális szárazföldi éghajlat is megkülönböztethető - az átlagos regionális. Változott az emberiség történelme során. Ma gyors felmelegedés van. A tudósok riadót fújnak, mivel az emberi tevékenység okozta üvegházhatású gázok felfogják a hőt a légkörben, ami azt kockáztatja, hogy bolygónk Vénusszá változik.
LÉGKÖR
égitestet körülvevő gáznemű burok. Jellemzői az adott égitest méretétől, tömegétől, hőmérsékletétől, forgási sebességétől és kémiai összetételétől függenek, és meghatározzák keletkezésének története a keletkezés pillanatától kezdve. A Föld légkörét levegőnek nevezett gázkeverék alkotja. Fő alkotóelemei a nitrogén és az oxigén körülbelül 4:1 arányban. Az embert elsősorban a légkör alsó 15-25 km-ének állapota befolyásolja, mivel ebben az alsó rétegben koncentrálódik a levegő nagy része. A légkört vizsgáló tudományt meteorológiának nevezik, bár ennek a tudománynak a tárgya is az időjárás és annak emberre gyakorolt hatása. A Föld felszínétől 60-300, sőt 1000 km-es magasságban elhelyezkedő felső légkör állapota is változik. Erős szelek, viharok és elképesztő elektromos jelenségek, például aurorák fejlődnek itt. A felsorolt jelenségek közül sok a napsugárzás fluxusához, a kozmikus sugárzáshoz, valamint a Föld mágneses mezejéhez kapcsolódik. A légkör magas rétegei egyben kémiai laboratórium is, mert ott a vákuumhoz közeli körülmények között egyes légköri gázok erőteljes napenergia áramlás hatására kémiai reakciókba lépnek. Azt a tudományt, amely ezeket az egymással összefüggő jelenségeket és folyamatokat vizsgálja, a légkör magas rétegeinek fizikájának nevezik.
A FÖLD LÉGKÖRÉNEK ÁLTALÁNOS JELLEMZŐI
Méretek. Amíg a szondák és mesterséges műholdak a légkör külső rétegeit a Föld sugaránál többszörösen kutatták, addig azt hitték, hogy a földfelszíntől való távolság növekedésével a légkör fokozatosan egyre ritkább lesz, és simán átjut a bolygóközi térbe. Mára megállapították, hogy a Nap mélyrétegeiből kiáramló energiaáramok a Föld pályáján messze túl, egészen a Naprendszer külső határáig hatolnak be a világűrbe. Ez az ún. a napszél a Föld mágneses tere körül áramlik, és egy megnyúlt „üreget” alkot, melyben a földi légkör koncentrálódik. A Föld mágneses tere a Nap felőli oldalon észrevehetően beszűkült, és az ellenkező, éjszakai oldalon egy hosszú, valószínűleg a Hold pályája határain túlnyúló nyelvet alkot. A Föld mágneses mezejének határát magnetopauzának nevezzük. A nappali oldalon ez a határ körülbelül hét földsugárnyi távolságra húzódik a felszíntől, de fokozott naptevékenység időszakában még közelebb kerül a Föld felszínéhez. A magnetopauza egyben határa a földi légkörnek is, melynek külső héját magnetoszférának is nevezik, hiszen benne koncentrálódnak a töltött részecskék (ionok), amelyek mozgását a föld mágneses tere okozza. A légköri gázok össztömege hozzávetőlegesen 4,5 * 1015 tonna, így a légkör egységnyi területre vetített „súlya”, vagyis a légköri nyomás tengerszinten megközelítőleg 11 tonna/m2.
Az élet értelme. A fentiekből az következik, hogy a Földet egy erős védőréteg választja el a bolygóközi tértől. A világűrt áthatja a Nap erős ultraibolya és röntgensugárzása, valamint még erősebb kozmikus sugárzás, és az ilyen típusú sugárzások minden élőlényre pusztítóak. A légkör külső peremén a sugárzás intenzitása halálos, de ennek nagy részét a Föld felszínétől távol eső légkör visszatartja. Ennek a sugárzásnak az elnyelése megmagyarázza a légkör magas rétegeinek számos tulajdonságát, és különösen az ott előforduló elektromos jelenségeket. A légkör legalsó, felszíni rétege különösen fontos az ember számára, aki a Föld szilárd, folyékony és gáznemű héja közötti érintkezés helyén él. A "szilárd" Föld felső héját litoszférának nevezik. A Föld felszínének körülbelül 72%-át óceánok borítják, amelyek a hidroszféra nagy részét alkotják. A légkör a litoszférával és a hidroszférával is határos. Egy személy a légóceán fenekén él, és a víz-óceán szintje közelében vagy felett. Ezen óceánok kölcsönhatása az egyik fontos tényező, amely meghatározza a légkör állapotát.
Fogalmazás. A légkör alsó rétegei gázkeverékből állnak (lásd a táblázatot). A táblázatban felsoroltakon kívül egyéb gázok is jelen vannak a levegőben apró szennyeződések formájában: ózon, metán, olyan anyagok, mint a szén-monoxid (CO), nitrogén- és kén-oxidok, ammónia.
LÉGKÖR ÖSSZETÉTEL
