Svaka pismena osoba trebala bi znati ne samo da je planet okružen atmosferom mješavine svih vrsta plinova, već i da postoje različiti slojevi atmosfere, koji se nalaze na različitim udaljenostima od Zemljine površine.

Posmatrajući na nebu, apsolutno ne vidimo ni njegovu složenu strukturu, ni heterogen sastav, niti druge stvari skrivene od naših očiju. No, upravo zbog složenog i višekomponentnog sastava zračnog sloja oko planete na njemu postoje uvjeti koji su omogućili da ovdje nastane život, da procvjeta vegetacija i sve što se ovdje ikada pojavilo.

Znanje o predmetu razgovora ljudima je već dato u 6. razredu škole, ali neki još nisu završili studije, a neki su već bili tamo tako da su već sve zaboravili. Ipak, svaka obrazovana osoba trebala bi znati od čega se sastoji svijet oko njega, posebno onaj njegov dio, o kojem sama mogućnost njegovog normalnog života izravno ovisi.

Kako se zove svaki od slojeva atmosfere, na kojoj se visini nalazi, koju ulogu ima? O svim ovim pitanjima bit će riječi u nastavku.

Struktura Zemljine atmosfere

Gledajući u nebo, posebno kad je potpuno bez oblaka, vrlo je teško čak i pretpostaviti da ima tako složenu i višeslojnu strukturu da je temperatura na različitim visinama vrlo različita i da je tamo, na nadmorskoj visini, da se najvažniji procesi za svu floru i faunu odvijaju na tlu.

Da nije tako složenog sastava plinskog pokrivača planete, jednostavno ne bi bilo života, pa čak ni mogućnosti za njegovo nastanak.

Prvi pokušaji proučavanja ovog dijela okolnog svijeta poduzeli su stari Grci, ali nisu mogli otići predaleko u svojim zaključcima, jer nisu imali potrebnu tehničku podlogu. Nisu vidjeli granice različitih slojeva, nisu mogli mjeriti njihovu temperaturu, proučavati sastav komponenti itd.

U osnovi, samo su vremenski fenomeni nagnali najprogresivniji um na mišljenje da vidljivo nebo nije tako jednostavno kako se čini.

Vjeruje se da je struktura moderne plinske ljuske oko Zemlje formirana u tri faze. Prvo je postojala primordijalna atmosfera vodika i helija uhvaćena iz svemira.

Potom su vulkanske erupcije ispunile zrak masom drugih čestica i nastala je sekundarna atmosfera. Nakon prolaska kroz sve osnovne kemijske reakcije i procesa opuštanja čestica, nastala je trenutna situacija.

Slojevi atmosfere redom sa površine zemlje i njihove karakteristike

Struktura plinske ovojnice planete prilično je složena i raznolika. Razmotrimo to detaljnije, postupno dostižući najviše razine.

Troposfera

Osim graničnog sloja, troposfera je najniži sloj atmosfere. Proteže se do visine od približno 8-10 km iznad zemljine površine u polarnim područjima, 10-12 km u umjerenoj klimi, a u tropskim dijelovima-16-18 kilometara.

Zanimljiva činjenica: ova udaljenost može varirati ovisno o godišnjem dobu - zimi je nešto manje nego ljeti.

Zrak troposfere sadrži glavnu životvornu silu za sav život na zemlji. Sadrži oko 80% raspoloživog atmosferskog zraka, više od 90% vodene pare, tu nastaju oblaci, cikloni i drugi atmosferski fenomeni.

Zanimljivo je primijetiti postupno smanjenje temperature kako se diže s površine planete. Naučnici su izračunali da se na svakih 100 m nadmorske visine temperatura smanjuje za oko 0,6-0,7 stepeni.

Stratosfera

Sljedeći najvažniji sloj je stratosfera. Visina stratosfere je približno 45-50 kilometara. Počinje s 11 km i ovdje već prevladavaju negativne temperature koje dosežu čak -57 ° S.

Zašto je ovaj sloj važan za ljude, sve životinje i biljke? Ovdje, na nadmorskoj visini od 20-25 kilometara, nalazi se ozonski omotač - on hvata ultraljubičaste zrake koje zrače od sunca i smanjuje njihov razorni učinak na floru i faunu na prihvatljivu vrijednost.

Vrlo je zanimljivo napomenuti da stratosfera apsorbira mnoge vrste zračenja koje dolaze na zemlju od sunca, drugih zvijezda i svemira. Energija primljena od ovih čestica koristi se za ionizaciju molekula i atoma koji se ovdje nalaze, pojavljuju se različiti kemijski spojevi.

Sve to dovodi do tako poznatog i šarenog fenomena kao što je sjeverno svjetlo.

Mezosfera

Mezosfera počinje na oko 50 i proteže se do 90 kilometara. Gradijent ili pad temperature s promjenom nadmorske visine ovdje više nije tako velik kao u donjim slojevima. U gornjim granicama ove ljuske temperatura je oko -80 ° C. Sastav ovog područja uključuje približno 80% dušika, kao i 20% kisika.

Važno je napomenuti da je mezosfera vrsta mrtve zone za svaki leteći uređaj. Zrakoplovi ne mogu letjeti ovdje, jer je zrak pretjerano razrijeđen, dok sateliti ne lete na tako maloj nadmorskoj visini, jer je dostupna gustoća zraka za njih vrlo velika.

Još jedna zanimljiva karakteristika mezosfere je ovde gore meteoriti koji udaraju o planetu. Proučavanje takvih slojeva udaljenih od zemlje provodi se uz pomoć posebnih raketa, ali je učinkovitost procesa niska, pa proučavanje regije ostavlja mnogo željenog.

Termosfera

Odmah nakon odlaska razmatranog sloja termosfera čija se visina u km proteže čak 800 km. Na neki način, ovo je gotovo otvoren prostor. Ovdje se primjećuju agresivni efekti kosmičkog zračenja, zračenja, sunčevog zračenja.

Sve to dovodi do tako divnog i lijepog fenomena kao što su polarna svjetla.

Najniži sloj termosfere zagrijava se na temperaturu od oko 200 K i više. To se događa zbog elementarnih procesa između atoma i molekula, njihove rekombinacije i zračenja.

Gornji slojevi se zagrijavaju zbog magnetskih oluja koje teku ovdje, električne struje, koje se stvaraju u ovom slučaju. Temperatura kreveta je neravnomjerna i može značajno varirati.

Većina umjetnih satelita, balističkih tijela, stanica sa posadom itd. Leti u termosferi. Također, ovdje se provode ispitivanja lansiranja različitog oružja i projektila.

Egzosfera

Egzosfera, ili kako je još nazivaju sfera disperzije, najviši je nivo naše atmosfere, njegova granica, nakon koje slijedi međuplanetarni prostor. Egzosfera počinje s nadmorske visine od oko 800-1000 kilometara.

Gusti slojevi su ostavljeni i ovdje je zrak izuzetno razrijeđen, sve čestice koje dolaze sa strane jednostavno se odnose u svemir zbog vrlo slabog djelovanja sile teže.

Ova ljuska završava na nadmorskoj visini od približno 3000-3500 km, i ovdje gotovo da nema čestica. Ova zona se naziva vakuum blizu svemira. Ovdje ne prevladavaju pojedinačne čestice u uobičajenom stanju, već plazma, najčešće potpuno ionizirana.

Važnost atmosfere u životu Zemlje

Ovako izgledaju svi glavni nivoi strukture atmosfere naše planete. Njegova detaljna shema može uključivati ​​i druge regije, ali one su već od drugorazrednog značaja.

Važno je napomenuti da atmosfera igra odlučujuću ulogu za život na Zemlji. Mnogo ozona u stratosferi omogućava flori i fauni da izbjegnu štetne učinke zračenja i zračenja iz svemira.

Ovdje se također stvara vrijeme, događaju se svi atmosferski fenomeni, ciklone, vjetrovi nastaju i umiru, uspostavlja se ovaj ili onaj pritisak. Sve to ima izravan utjecaj na stanje čovjeka, svih živih organizama i biljaka.

Najbliži sloj, troposfera, daje nam mogućnost disanja, oksigenira sva živa bića i omogućuje im život. Čak i mala odstupanja u strukturi i sastavu atmosfere mogu imati najštetniji učinak na sva živa bića.

Zato je sada pokrenuta takva kampanja protiv štetnih emisija iz automobila i proizvodnje, ekolozi alarmiraju zbog debljine ozonske kugle, Zelena stranka i drugi poput nje zalažu se za maksimalno očuvanje prirode. Ovo je jedini način da se produži normalan život na zemlji i ne učini ga klimatski nepodnošljivim.

Zemljina atmosfera je ljuska plinova koja okružuje Zemlju. Atmosfera našeg planeta igra ogromnu ulogu u životu planete, a posebno ljudi. Naša atmosfera je nevjerovatan fenomen koji nikada nije viđen nigdje drugdje. Atmosfera naše planete doseže visinu od 900 km. i štiti naše živote od razornih sila svemira. Takođe podržava život na planeti, stvarajući nam povoljne uslove za život. Naš život bio bi nemoguć bez atmosfere

Atmosfera Zemlje. Održavanje života

Zemljina atmosfera, prema jednom i životu, nije se pojavila odmah, već nakon dugog perioda kada je planeta nastala. Kao što znate, život u svemiru trenutno postoji samo na našoj planeti i njegova atmosfera igra ogromnu ulogu u održavanju života na Zemlji. Svi u školi znaju da atmosfera sadrži zrak potreban za sva živa bića da bi podržala život, ali to nije sve što naša atmosfera čini za nas. Drevna Zemlja nije imala atmosferu ili bilo šta drugo, sve se počelo pojavljivati ​​s vremenom.

Mnogi su čuli za efekat staklenika, ali ne znaju svi šta je to. Zbog efekta staklenika, globalno zagrijavanje je moguće na našoj planeti. Efekat staklene bašte vrši naša atmosfera, kada sunčevi zraci prolaze kroz atmosferu i reflektuju se, atmosfera zadržava gasove u sebi, zagrijavajući zrak i povisujući temperaturu. Plinovi sadržani u atmosferi sprječavaju povratak sunčevih zraka u svemir, ali to se ne događa sa svim zracima, inače bi temperatura na našoj Zemlji stalno rasla. Atmosfera to čini na način koji ne remeti našu poznatu temperaturu. Zbog efekta staklenika na planeti Veneri najveća temperatura zraka u cijelom Sunčevom sistemu je zato što je tamošnja atmosfera vrlo gusta i praktično ne ispušta sunčevu toplinu natrag u svemir.

Vazdušni omotač planeteštiti nas od smrtonosne ultraljubičaste zrake dolazi od sunca. Ultraljubičaste zrake ubile bi sav život na našoj planeti da nemamo atmosferu, odnosno njen poseban sloj - ozon. Upravo ovaj sloj sprječava ulazak zraka u atmosferu. Ali ovaj zaštitni sloj može se lako uništiti, a viđena je površina Antarktika velika ozonska rupa... Naučnici su otkrili da naš ozonski omotač uništava klorofluorougljikov dioksid iz aerosola i rashladne opreme. Donja slika prikazuje jasno vidljivu ozonsku rupu. Naučnici vjeruju da ozonska rupa konstantno raste i dovodi u opasnost život na planeti. Da bi se to spriječilo, potrebno je koristiti goriva koja ne stvaraju mnogo dima.

Iznad svega, naša atmosfera ima nevjerovatan kvalitet. Zahvaljujući njoj možemo komunicirati. Da, da, zahvaljujući posebnoj strukturi atmosfere zvučni valovi se u njoj slobodno šire i možemo čuti različite zvukove. Naša atmosfera nam omogućava da se čujemo, što ne bismo mogli učiniti da atmosfera ne postoji.

Struktura atmosfere

Atmosfera ima slojevitu strukturu, granice između različitih slojeva nisu jasne i mogu se primijetiti veliki padovi temperature u slojevima atmosfere.

Počnimo popisom slojeva od vrha do dna:

1. Prvi sloj je Magnetosfera. Ova sfera ne sadrži zrak, ali je dio atmosfere. U ovom sloju leti veliki broj zemaljskih satelita.
2. Drugi sloj - egzosfera (460-500 km. Od površine planete) praktički ne sadrži plinove, u ovom sloju možete pronaći vremenske satelite
3. Treći sloj - termosfera (80-460 km.) U ovom sloju postoji vrlo visoka temperatura koja može doseći 1700ºC
4. Četvrti sloj je mezosfera (50-80 km.) U ovom sloju, što ste viši, temperatura je niža. U ovom sloju izgorevaju meteoriti ili druga kosmička tijela koja uđu u atmosferu
5. Peti sloj - Stratosfera (15-40 km.) Sadrži ozonski omotač planete. Ovdje obično lete lovci i avioni, jer je vidljivost u ovom sloju odlična i vremenski uslovi ne stvaraju smetnje.
6. Šesti sloj - Troposfera (9-15 km.) U ovom sloju nastaje vrijeme, jer sadrži veliku količinu vodene pare i prašine. Što ste viši, temperatura je niža

Sastav atmosferskog vazduha svi znaju već duže vrijeme, a to su: dušik (78%), kisik (21%) i razni plinovi (1%).

Atmosferski pritisak To je dobro poznat koncept. Atmosfera y je vrlo velika i, prirodno, ima masu i vrši pritisak na površinu planete. Atmosferski tlak obično se mjeri stupom žive. Na mjestima gdje je atmosferski pritisak veći, živa u koloni raste više. Normalni pritisak za nas je 766 mm. živin stub. Atmosferski tlak nije isti u svim regijama Zemlje, često se događa da na mjestima podjednako povišenim nadmorskom visinom postoje različiti atmosferski pritisci.

Ponekad se atmosfera koja okružuje našu planetu naziva peti okean. Nije ni čudo što je drugo ime aviona avion. Atmosfera je mješavina različitih plinova, među kojima prevladavaju dušik i kisik. Zahvaljujući potonjem, život na planeti je moguć u obliku na koji smo svi navikli. Osim njih, postoji još 1% drugih komponenti. To su inertni (ne ulaze u hemijske interakcije) plinovi, sumpor -oksid. Također, peti ocean sadrži mehaničke nečistoće: prašinu, pepeo itd. Svi slojevi atmosfere ukupno se protežu gotovo 480 km od površine (podaci su različiti, na ovome ćemo se detaljnije zadržati dalje). Ovako impresivna debljina čini neku vrstu neprobojnog štita koji štiti planetu od razornog kosmičkog zračenja i velikih objekata.

Razlikuju se sljedeći slojevi atmosfere: troposfera, zatim stratosfera, zatim mezosfera i na kraju termosfera. Ovaj poredak počinje na površini planete. Gusti slojevi atmosfere predstavljaju prva dva. Oni su oni koji filtriraju značajan dio destruktivnog

Najniži sloj atmosfere, troposfera, proteže se samo 12 km nadmorske visine (18 km u tropima). Ovdje je koncentrirano do 90% vodene pare pa se u njoj stvaraju oblaci. Većina zraka je također koncentrirana ovdje. Svi sljedeći slojevi atmosfere su hladniji, jer blizina površine omogućava reflektiranoj sunčevoj svjetlosti da zagrije zrak.

Stratosfera se proteže gotovo 50 km od površine. Većina vremenskih balona pluta u ovom sloju. Takođe, neke vrste aviona mogu letjeti ovdje. Jedna od zadivljujućih karakteristika je temperaturni režim: u intervalu od 25 do 40 km temperatura zraka počinje rasti. Sa -60 se penje na skoro 1. Zatim dolazi do blagog spuštanja na nulu, koje traje do visine od 55 km. Gornja granica je zloglasna

Nadalje, mezosfera se proteže gotovo do 90 km. Ovdje temperatura zraka naglo pada. Na svakih 100 metara uspona primjećuje se pad od 0,3 stepena. Ponekad se naziva i najhladnijim dijelom atmosfere. Gustoća zraka je niska, ali je sasvim dovoljna da stvori otpor prema meteorima koji padaju.

Slojevi atmosfere u uobičajenom smislu završavaju na nadmorskoj visini od oko 118 km. Ovdje se formiraju poznate aurore. Područje termosfere počinje gore. Zbog rendgenskih zraka dolazi do ionizacije onih nekoliko molekula zraka sadržanih u ovom području. Ovi procesi stvaraju takozvanu jonosferu (često je uključena u termosferu, pa se ne razmatra zasebno).

Sve iznad 700 km naziva se egzosfera. zrak je izuzetno beznačajan, pa se slobodno kreću bez da dožive otpor uslijed sudara. Ovo omogućava nekima od njih da skladište energiju koja odgovara 160 stepeni Celzijusa, dok je temperatura okoline niska. Molekule plina raspoređene su po volumenu egzosfere u skladu s njihovom masom, pa se najteže mogu naći samo u donjem dijelu sloja. Privlačenje planete, koje se smanjuje s visinom, više nije u stanju zadržati molekule, stoga kozmičke čestice visoke energije i zračenje daju molekulu plina dovoljan zamah da napuste atmosferu. Ovo područje je jedno od najdužih: vjeruje se da atmosfera potpuno prelazi u kozmički vakuum na nadmorskim visinama većim od 2000 km (ponekad se pojavi čak i brojka 10000). Umjetne se rotiraju u orbitama dok su još u termosferi.

Svi su ti brojevi približni, jer granice atmosferskih slojeva ovise o brojnim faktorima, na primjer, o aktivnosti Sunca.

ATMOSFERA
gasoviti omotač koji okružuje nebesko telo. Njegove karakteristike zavise od veličine, mase, temperature, brzine rotacije i hemijskog sastava datog nebeskog tijela, a također su određene istorijom njegovog formiranja od trenutka njegovog nastanka. Zemljinu atmosferu čini mješavina plinova koja se naziva zrak. Njegovi glavni sastojci su dušik i kisik u omjeru približno 4: 1. Na osobu uglavnom utječe stanje donjih 15-25 km atmosfere, budući da se upravo u ovom donjem sloju koncentrira najveći dio zraka. Nauka koja proučava atmosferu naziva se meteorologija, iako je predmet ove nauke i vrijeme i njeni učinci na ljude. Stanje gornjih slojeva atmosfere, koji se nalaze na visinama od 60 do 300 pa čak i 1000 km od Zemljine površine, također se mijenja. Ovdje se razvijaju jaki vjetrovi, oluje i nevjerojatni električni fenomeni poput aurora. Mnogi od ovih fenomena povezani su s protokom sunčevog zračenja, kosmičkim zračenjem, kao i magnetskim poljem Zemlje. Visoki slojevi atmosfere su i hemijska laboratorija, jer tamo, u uslovima bliskim vakuumu, neki atmosferski gasovi pod uticajem snažnog toka sunčeve energije ulaze u hemijske reakcije. Nauka koja proučava ove međusobno povezane pojave i procese naziva se fizika visokih slojeva atmosfere.
OPĆE KARAKTERISTIKE ATMOSFERE ZEMLJE
Dimenzije. Sve dok rakete sonde i umjetni sateliti nisu istraživali vanjske slojeve atmosfere na udaljenostima nekoliko puta većim od Zemljinog radijusa, vjerovalo se da s udaljenošću od zemljine površine atmosfera postupno postaje sve rjeđa i glatko prelazi u međuplanetarni prostor. Sada je utvrđeno da tokovi energije iz dubokih slojeva Sunca prodiru u svemir daleko izvan Zemljine orbite, sve do vanjskih granica Sunčevog sistema. Ovaj tzv. solarni vjetar struji oko zemljinog magnetskog polja, tvoreći izduženu "šupljinu", unutar koje je koncentrirana zemljina atmosfera. Zemljino magnetsko polje primjetno je suženo na dnevnoj strani okrenutoj Suncu i formira dugačak jezik, koji se vjerovatno proteže izvan granica Mjesečeve orbite, na suprotnoj, noćnoj strani. Granica Zemljinog magnetskog polja naziva se magnetopauza. Sa dnevne strane, ova granica teče na udaljenosti od oko sedam radijusa Zemlje od površine, ali u razdobljima povećane solarne aktivnosti ispostavlja se da je još bliže površini Zemlje. Magnetopauza je istovremeno i granica zemljine atmosfere, čija se vanjska ljuska naziva i magnetosfera, budući da su u njoj koncentrirane nabijene čestice (ioni) čije je kretanje uzrokovano zemljinim magnetskim poljem. Ukupna težina atmosferskih plinova je približno 4,5 * 1015 tona, pa je "težina" atmosfere po jedinici površine, odnosno atmosferski tlak, približno 11 tona / m2 na razini mora.
Životni smisao. Iz navedenog proizlazi da je Zemlja odvojena od međuplanetarnog prostora snažnim zaštitnim slojem. Svemir je prožet snažnim ultraljubičastim i rendgenskim zračenjem Sunca i još jačim kosmičkim zračenjem, a ove vrste zračenja su destruktivne za sva živa bića. Na vanjskom rubu atmosfere, intenzitet zračenja je smrtonosan, ali veći dio zadržava atmosfera daleko od Zemljine površine. Apsorpcija ovog zračenja objašnjava mnoga svojstva visokih slojeva atmosfere, a posebno električne pojave koje se tamo dešavaju. Najniži površinski sloj atmosfere posebno je važan za ljude koji žive na mjestu dodira čvrstih, tekućih i plinovitih ljuski Zemlje. Gornja ljuska "čvrste" Zemlje naziva se litosfera. Oko 72% Zemljine površine prekriveno je okeanima, koji čine većinu hidrosfere. Atmosfera graniči s litosferom i hidrosferom. Osoba živi na dnu vazdušnog okeana i blizu ili iznad nivoa vodenog okeana. Interakcija ovih okeana jedan je od važnih faktora koji određuju stanje atmosfere.
Kompozicija. Donji slojevi atmosfere sastavljeni su od mješavine plinova (vidi tablicu). Osim onih navedenih u tablici, u zraku su prisutni i drugi plinovi u obliku malih nečistoća: ozon, metan, tvari poput ugljičnog monoksida (CO), dušika i oksida sumpora, amonijaka.

SASTAV ATMOSFERE

U visokim slojevima atmosfere, sastav vazduha se mijenja pod uticajem jakog zračenja Sunca, što dovodi do raspada molekula kiseonika u atome. Atomski kisik glavna je komponenta visokih slojeva atmosfere. Konačno, u slojevima atmosfere koji su najudaljeniji od Zemljine površine, najlakši plinovi - vodik i helij - postaju glavne komponente. Budući da je većina tvari koncentrirana na donjih 30 km, promjene u sastavu zraka na visinama većim od 100 km nemaju primjetan utjecaj na opći sastav atmosfere.
Razmjena energije. Sunce je glavni izvor energije koja dolazi na zemlju. Na udaljenosti od cca. 150 miliona km od Sunca, Zemlja prima oko jedan dvomilijarditi dio energije koju zrači, uglavnom u vidljivom dijelu spektra, koji čovjek naziva "svjetlost". Većina ove energije apsorbira atmosfera i litosfera. Zemlja također emitira energiju, uglavnom u obliku dugotalasnog infracrvenog zračenja. Tako se uspostavlja ravnoteža između energije primljene od Sunca, zagrijavanja Zemlje i atmosfere i povratnog toka toplotne energije koja zrači u svemir. Mehanizam ove ravnoteže izuzetno je složen. Molekule prašine i plina raspršuju svjetlost, djelomično je reflektirajući u svjetski prostor. Čak se i većina dolaznog zračenja reflektuje u oblacima. Dio energije apsorbiraju izravno molekule plina, ali uglavnom stijene, vegetacija i površinske vode. Vodena para i ugljični dioksid prisutni u atmosferi prenose vidljivo zračenje, ali apsorbiraju infracrveno zračenje. Toplinska energija se akumulira uglavnom u nižim slojevima atmosfere. Sličan učinak javlja se u stakleniku kada staklo propušta svjetlost i tlo se zagrijava. Budući da je staklo relativno neprozirno za infracrveno zračenje, toplina se akumulira u stakleniku. Zagrijavanje donje atmosfere prisutnošću vodene pare i ugljičnog dioksida često se naziva efektom staklenika. Oblačnost igra značajnu ulogu u održavanju topline u donjim slojevima atmosfere. Ako se oblaci rasprše ili se poveća transparentnost zračnih masa, temperatura se neizbježno smanjuje jer Zemljina površina slobodno zrači toplinsku energiju u okolni prostor. Voda na površini Zemlje upija solarnu energiju i isparava, pretvarajući se u plin - vodenu paru, koja nosi ogromnu količinu energije u donje slojeve atmosfere. Kad se vodena para kondenzira i nastanu oblaci ili magla, ta se energija oslobađa u obliku topline. Otprilike polovica solarne energije koja dopire do zemljine površine koristi se za isparavanje vode i ulazak u donju atmosferu. Zbog efekta staklenika i isparavanja vode atmosfera se zagrijava odozdo. Ovo djelomično objašnjava visoku aktivnost njegove cirkulacije u usporedbi s cirkulacijom Svjetskog oceana, koji se zagrijava samo odozgo i stoga je mnogo stabilniji od atmosfere.
Pogledajte i METEOROLOGIJA I KLIMATOLOGIJA. Osim općeg zagrijavanja atmosfere sunčevom "svjetlošću", dolazi do značajnog zagrijavanja nekih njegovih slojeva zbog ultraljubičastog i rendgenskog zračenja Sunca. Struktura. U usporedbi s tekućinama i čvrstim tvarima, u plinovitim tvarima sila privlačenja između molekula je minimalna. Kako se udaljenost između molekula povećava, plinovi se mogu beskonačno širiti, ako ih ništa ne sprječava. Donja granica atmosfere je površina Zemlje. Strogo govoreći, ova barijera je neprobojna, jer se razmjena plina događa između zraka i vode, pa čak i između zraka i stijena, ali u ovom slučaju ti se čimbenici mogu zanemariti. Budući da je atmosfera sferna ljuska, nema bočnih granica, već samo donju granicu i gornju (vanjsku) granicu, otvorenu sa strane međuplanetarnog prostora. Neki neutralni plinovi cure kroz vanjsku granicu, kao i dotok tvari iz okolnog prostora. Većina nabijenih čestica, s izuzetkom visokoenergetskih kozmičkih zraka, magnetosfera ili hvata ili odbija. Na atmosferu djeluje i sila gravitacije koja zadržava zračnu školjku na površini Zemlje. Atmosferski plinovi se komprimiraju vlastitom težinom. Ova kompresija je maksimalna na donjoj granici atmosfere, pa je stoga ovdje najveća gustoća zraka. Na bilo kojoj visini iznad zemljine površine, stupanj kompresije zraka ovisi o masi nadzemnog stuba zraka, pa se gustoća zraka smanjuje s visinom. Tlak, jednak masi nadzemnog stupca zraka po jedinici površine, u izravnoj je proporciji s gustoćom i stoga se također smanjuje s visinom. Da je atmosfera "idealni plin" s konstantnim sastavom neovisnim o nadmorskoj visini, konstantnoj temperaturi i konstantnoj gravitacijskoj sili koja djeluje na nju, tada bi se tlak smanjio 10 puta na svakih 20 km nadmorske visine. Prava atmosfera neznatno se razlikuje od idealnog plina do visine od 100 km, a zatim se tlak s visinom smanjuje sporije, kako se mijenja sastav zraka. Male promjene u opisanom modelu unose i smanjenje gravitacije s udaljenošću od središta Zemlje, što je cca. 3% na svakih 100 km nadmorske visine. Za razliku od atmosferskog tlaka, temperatura ne pada kontinuirano s visinom. Kao što je prikazano na sl. 1, smanjuje se na otprilike 10 km, a zatim ponovno počinje rasti. To se događa kada kisik apsorbira ultraljubičasto sunčevo zračenje. U tom slučaju nastaje ozon, čije se molekule sastoje od tri atoma kisika (O3). Također apsorbira ultraljubičasto zračenje, pa se ovaj sloj atmosfere, nazvan ozonosfera, zagrijava. Iznad, temperatura se opet smanjuje, jer ima mnogo manje molekula plina, pa se shodno tome smanjuje i apsorpcija energije. U još višim slojevima temperatura ponovno raste zbog apsorpcije atmosfere sunčevog zračenja sa najviše sunčevog ultraljubičastog i rendgenskog zračenja. Pod utjecajem ovog moćnog zračenja atmosfera se ionizira, tj. molekula plina gubi elektron i stječe pozitivan električni naboj. Ove molekule postaju pozitivno nabijeni ioni. Zbog prisutnosti slobodnih elektrona i iona ovaj sloj atmosfere poprima svojstva električnog vodiča. Vjeruje se da temperatura nastavlja rasti do nadmorske visine gdje razrijeđena atmosfera prelazi u međuplanetarni prostor. Na udaljenosti od nekoliko hiljada kilometara od Zemljine površine vjerovatno će prevladati temperature od 5000 ° do 10.000 ° C. Iako molekuli i atomi imaju vrlo velike brzine kretanja, pa stoga i visoke temperature, ovaj razrijeđeni plin nije "vruć" u uobičajen smisao ... Zbog oskudnog broja molekula na velikim nadmorskim visinama, njihova ukupna toplinska energija je vrlo mala. Dakle, atmosfera se sastoji od pojedinačnih slojeva (tj. Niza koncentričnih ljuski ili sfera), čiji odabir ovisi o tome koje je svojstvo od najvećeg interesa. Na osnovu prosječne distribucije temperature, meteorolozi su razvili shemu za strukturu idealne "srednje atmosfere" (vidi sliku 1).

Troposfera je donji sloj atmosfere koji se proteže do prvog toplinskog minimuma (tzv. Tropopauza). Gornja granica troposfere zavisi od geografske širine (u tropima - 18-20 km, u umjerenim širinama - oko 10 km) i godišnjeg doba. Američka nacionalna meteorološka služba provela je sondiranje u blizini Južnog pola i otkrila sezonske promjene u visini tropopauze. U ožujku je tropopauza na nadmorskoj visini od cca. 7,5 km. Od ožujka do kolovoza ili rujna dolazi do stalnog hlađenja troposfere, a njezina se granica nakratko u kolovozu ili rujnu povećava na otprilike 11,5 km. Zatim se od rujna do prosinca brzo smanjuje i doseže najnižu poziciju - 7,5 km, gdje ostaje do ožujka, doživljavajući fluktuacije unutar samo 0,5 km. U troposferi se uglavnom formira vrijeme koje određuje uvjete za postojanje čovjeka. Većina atmosferske vodene pare koncentrirana je u troposferi, pa se stoga ovdje uglavnom stvaraju oblaci, iako se neki od njih, koji se sastoje od kristala leda, nalaze i u višim slojevima. Troposferu odlikuju turbulencije i snažne zračne struje (vjetrovi) i oluje. U gornjoj troposferi postoje jake zračne struje u strogo određenom smjeru. Turbulentni vrtlozi, poput malih vrtloga, nastaju trenjem i dinamičkim interakcijama između sporo i brzo pokretnih zračnih masa. Budući da u ovim visokim slojevima obično nema oblaka, ova turbulencija se naziva "turbulencija vedrog neba".
Stratosfera. Gornji sloj atmosfere često se pogrešno opisuje kao sloj s relativno konstantnim temperaturama, gdje vjetrovi pušu manje -više postojano i gdje se meteorološki elementi malo mijenjaju. Gornja stratosfera se zagrijava kada kisik i ozon apsorbiraju sunčevo ultraljubičasto zračenje. Gornja granica stratosfere (stratopauza) je mjesto gdje temperatura blago raste, dostižući srednji maksimum, koji se često može uporediti s temperaturom površinskog sloja zraka. Turbulentni poremećaji i snažni vjetrovi koji duvaju u različitim smjerovima pronađeni su u stratosferi na osnovu opažanja provedenih uz pomoć aviona i balona prilagođenih za letove na konstantnoj visini. Kao i u troposferi, zabilježeni su snažni zračni vrtlozi, koji su posebno opasni za brze avione. Jaki vjetrovi, koji se nazivaju mlazne struje, duvaju u uskim zonama duž umjerenih granica okrenutih prema polu. Međutim, ove se zone mogu pomaknuti, nestati i ponovno se pojaviti. Mlazne struje obično prodiru u tropopauzu i pojavljuju se u gornjoj troposferi, ali se njihova brzina brzo smanjuje sa smanjenjem nadmorske visine. Moguće je da dio energije koja ulazi u stratosferu (uglavnom se troši na stvaranje ozona) utječe na procese u troposferi. Posebno aktivno miješanje povezano je s atmosferskim frontovima, gdje su ogromni tokovi stratosferskog zraka zabilježeni znatno ispod tropopauze, a troposferski zrak uvučen je u donje slojeve stratosfere. Značajan napredak postignut je u proučavanju vertikalne strukture donjih slojeva atmosfere u vezi s poboljšanjem tehnike lansiranja radiosondi na visine od 25-30 km. Mezosfera, smještena iznad stratosfere, ljuska je u kojoj temperatura pada na visinu od 80-85 km do minimalnih vrijednosti za atmosferu u cjelini. Rekordno niske temperature do -110 ° C zabilježene su meteorološkim raketama lansiranim iz američko -kanadske instalacije u Fort Churchillu (Kanada). Gornja granica mezosfere (mezopauza) otprilike se poklapa s donjom granicom područja aktivne apsorpcije rendgenskih zraka i ultraljubičastog zračenja najkraće valne duljine Sunca, koje prati zagrijavanje i ionizacija plina. U polarnim područjima ljeti se često pojavljuju oblačni sistemi u mezopauzi, koji zauzimaju veliko područje, ali imaju beznačajan vertikalni razvoj. Takvi noćno užareni oblaci često omogućuju otkrivanje velikih valovitih kretanja zraka u mezosferi. Sastav ovih oblaka, izvori vlage i jezgre kondenzacije, dinamika i odnos s meteorološkim faktorima još uvijek su slabo razumljivi. Termosfera je sloj atmosfere u kojem temperatura neprestano raste. Njegov kapacitet može doseći 600 km. Tlak i, posljedično, gustoća plina stalno se smanjuju s visinom. Blizu zemljine površine 1 m3 zraka sadrži cca. 2,5'1025 molekula, na visini od pribl. 100 km, u donjim slojevima termosfere - približno 1019, na nadmorskoj visini od 200 km, u jonosferi - 5 * 10 15 i, prema proračunima, na nadmorskoj visini od cca. 850 km je oko 1012 molekula. U međuplanetarnom prostoru koncentracija molekula je 10 8-10 9 po 1 m3. Na visini od cca. 100 km, broj molekula je mali i rijetko se sudaraju. Prosječna udaljenost koju haotično pokretni molekul pređe prije sudara s drugim sličnim molekulom naziva se njegova prosječna slobodna putanja. Sloj u kojem se ova vrijednost toliko povećava da se vjerovatnoća međumolekularnih ili međuatomskih sudara može zanemariti nalazi se na granici između termosfere i ljuske koja se nalazi iznad (egzosfera) i naziva se termopauza. Termopauza je udaljena oko 650 km od zemljine površine. Na određenoj temperaturi brzina kretanja molekula ovisi o njegovoj masi: lakši molekuli kreću se brže od teških. U donjoj atmosferi, gdje je slobodni put vrlo kratak, nema zamjetljivog razdvajanja plinova prema njihovoj molekularnoj težini, ali je izraženo iznad 100 km. Osim toga, pod utjecajem ultraljubičastog i rendgenskog zračenja sa Sunca, molekuli kisika se raspadaju u atome čija je masa upola manja od molekula. Stoga, s udaljenošću od Zemljine površine, atomski kisik postaje sve važniji u sastavu atmosfere i na nadmorskoj visini od pribl. 200 km postaje njegova glavna komponenta. Iznad, na udaljenosti od oko 1200 km od Zemljine površine, dominiraju lagani plinovi - helij i vodik. Vanjski omotač atmosfere sastoji se od njih. Ovo težinsko odvajanje, nazvano difuzno odvajanje, slično je odvajanju smjesa pomoću centrifuge. Egzosfera je vanjski sloj atmosfere koji se oslobađa na osnovu promjena temperature i svojstava neutralnog plina. Molekule i atomi u egzosferi rotiraju oko Zemlje u balističkim orbitama pod utjecajem gravitacije. Neke od ovih orbita su parabolične i slične su putanjama projektila. Molekule se mogu vrtjeti oko Zemlje i u eliptičnim orbitama poput satelita. Neki molekuli, uglavnom vodik i helij, imaju otvorene putanje i odlaze u svemir (slika 2).

SOLARNO-ZEMLJANSKI ODNOSI I NJIHOV UTJECAJ NA ATMOSFERU
Atmosferske plime. Privlačenje Sunca i Mjeseca uzrokuje plime u atmosferi, slične onima na Zemlji i u moru. Ali atmosferske plime i oseke imaju značajnu razliku: atmosfera najjače reagira na privlačenje Sunca, dok zemljina kora i okean - na privlačenje Mjeseca. To je zbog činjenice da atmosferu zagrijava Sunce i, osim gravitacijske plime, nastaje snažna toplinska plima. Općenito, mehanizmi stvaranja atmosferskih i morskih mijena su slični, osim što je za predviđanje odgovora zraka na gravitacijske i toplinske učinke potrebno uzeti u obzir njegovu stišljivost i raspodjelu temperature. Nije sasvim jasno zašto poludnevne (12-satne) solarne plime u atmosferi prevladavaju nad dnevnim solarnim i poludnevnim lunarnim plimama, iako su pokretačke sile posljednja dva procesa mnogo snažnije. Ranije se vjerovalo da rezonancija nastaje u atmosferi, pojačavajući upravo oscilacije u periodu od 12 sati. Međutim, opažanja napravljena s geofizičkim raketama ukazuju da nema temperaturnih razloga za takvu rezonancu. Pri rješavanju ovog problema vjerojatno bi trebalo uzeti u obzir sve hidrodinamičke i toplinske karakteristike atmosfere. U blizini zemljine površine blizu ekvatora, gdje je utjecaj plime i oseke najveći, pruža promjenu atmosferskog tlaka za 0,1%. Brzina plime i oseke je cca. 0,3 km / h Zbog složene toplinske strukture atmosfere (posebno prisutnosti minimalne temperature u mezopauzi), plimne struje zraka se pojačavaju, pa je, na primjer, na nadmorskoj visini od 70 km njihova brzina oko 160 puta veća nego na Zemlji površine, što ima važne geofizičke posljedice. Vjeruje se da u donjem dijelu jonosfere (sloj E) plimske fluktuacije pomiču ionizirani plin okomito u Zemljinom magnetskom polju, pa stoga ovdje nastaju električne struje. Ovi konstantno nastajući sistemi struja na površini Zemlje uspostavljeni su poremećajima magnetskog polja. Dnevne varijacije magnetskog polja prilično se dobro slažu s izračunatim vrijednostima, što je uvjerljiv dokaz u prilog teoriji plimskih mehanizama "atmosferskog dinama". Električne struje koje nastaju u donjem dijelu ionosfere (sloj E) moraju se nekamo pomaknuti, pa se stoga krug mora zatvoriti. Analogija sa dinamom postaje potpuna ako nadolazeći promet posmatramo kao rad motora. Pretpostavlja se da se obrnuta cirkulacija električne struje odvija u višem sloju jonosfere (F), a ovaj protustrujni tok može objasniti neke posebne karakteristike ovog sloja. Konačno, efekt plime i oseke trebao bi također generirati horizontalne tokove u sloju E, a samim tim i u sloju F.
Ionosfera. Pokušavajući objasniti mehanizam pojave aurora, naučnici 19. stoljeća. sugerirao da postoji zona s električno nabijenim česticama u atmosferi. U 20. stoljeću. eksperimentalno su dobiveni uvjerljivi dokazi o postojanju sloja koji reflektira radio valove na visinama od 85 do 400 km. Sada je poznato da su njegova električna svojstva rezultat ionizacije atmosferskog plina. Stoga se ovaj sloj obično naziva ionosfera. Utjecaj na radio valove uglavnom je posljedica prisutnosti slobodnih elektrona u ionosferi, iako je mehanizam širenja radio valova povezan s prisutnošću velikih iona. Potonji su također od interesa za proučavanje kemijskih svojstava atmosfere, budući da su aktivniji od neutralnih atoma i molekula. Hemijske reakcije koje se odvijaju u ionosferi igraju važnu ulogu u njenoj energetskoj i električnoj ravnoteži.
Normalna jonosfera. Promatranja provedena uz pomoć geofizičkih raketa i satelita donijela su mnogo novih podataka koji ukazuju na to da se ionizacija atmosfere događa pod utjecajem sunčevog zračenja širokog spektra. Njegov glavni dio (više od 90%) koncentriran je u vidljivom dijelu spektra. Ultraljubičasto zračenje kraće valne duljine i veće energije od ljubičastih svjetlosnih zraka emitira vodik iz unutarnjeg dijela Sunčeve atmosfere (kromosfera), a rendgenske zrake, koji imaju još veću energiju, emitiraju plinovi iz vanjske ljuske Sunce (korona). Normalno (prosječno) stanje jonosfere posljedica je konstantnog snažnog zračenja. Do redovnih promjena dolazi u normalnoj ionosferi pod utjecajem Zemljine dnevne rotacije i sezonskih razlika u kutu upadanja sunčeve svjetlosti u podne, ali dolazi i do nepredvidivih i naglih promjena stanja ionosfere.
Poremećaji u jonosferi. Kao što znate, na Suncu se javljaju snažni ciklično ponavljajući poremećaji koji dostižu maksimum svakih 11 godina. Promatranja u okviru programa Međunarodne geofizičke godine (IGY) poklopila su se s razdobljem najveće solarne aktivnosti za čitavo razdoblje sustavnih meteoroloških promatranja, tj. s početka 18. stoljeća. U razdobljima velike aktivnosti, sjaj nekih regija na Suncu povećava se nekoliko puta i oni šalju snažne impulse ultraljubičastih i rendgenskih zraka. Takve pojave nazivaju se solarne baklje. Traju od nekoliko minuta do jednog do dva sata. Tokom izbijanja, solarni plin (uglavnom protoni i elektroni) izbija, a elementarne čestice jure u svemir. Elektromagnetno i korpuskularno zračenje Sunca u trenucima takvih baklji ima snažan utjecaj na Zemljinu atmosferu. Početna reakcija je zabilježena 8 minuta nakon izbijanja, kada intenzivno ultraljubičasto i rendgensko zračenje dopire do Zemlje. Kao rezultat toga, ionizacija naglo raste; X-zraci prodiru u atmosferu do donje granice jonosfere; broj elektrona u tim slojevima se toliko povećava da se radio signali gotovo potpuno apsorbiraju ("gase"). Dodatna apsorpcija zračenja uzrokuje zagrijavanje plina, što doprinosi razvoju vjetrova. Jonizirani plin je električni vodič, a kada se kreće u zemljinom magnetskom polju, očituje se učinak dinama i stvara se električna struja. Takve struje mogu uzrokovati zamjetne smetnje u magnetskom polju i manifestirati se u obliku magnetskih oluja. Ova početna faza traje samo kratko vrijeme, što odgovara trajanju solarne baklje. Tokom snažnih raketa na Suncu, tok ubrzanih čestica juri u svemir. Kad se usmjeri prema Zemlji, počinje druga faza koja ima veliki utjecaj na stanje atmosfere. Mnogi prirodni fenomeni, od kojih su najpoznatije aurore, ukazuju da značajan broj nabijenih čestica dopire do Zemlje (vidi i POLARNA SVJETLA). Ipak, procesi odvajanja ovih čestica od Sunca, njihove putanje u međuplanetarnom prostoru i mehanizmi interakcije sa Zemljinim magnetskim poljem i magnetosferom još uvijek nisu dovoljno proučeni. Problem je dodatno pogoršan otkrićem Jamesa Van Allena 1958. godine geomagnetski zatvorenih ljuski nabijenih čestica. Ove čestice se kreću s jedne hemisfere na drugu, rotirajući se spiralom oko linija sile magnetskog polja. Blizu Zemlje, na nadmorskoj visini koja ovisi o obliku linija sila i o energiji čestica, postoje "točke refleksije" u kojima čestice mijenjaju smjer kretanja u suprotnom smjeru (slika 3). Budući da jakost magnetskog polja opada s udaljenošću od Zemlje, orbite po kojima se te čestice kreću donekle su iskrivljene: elektroni se odbijaju na istok, a protoni na zapad. Stoga su raspoređeni u obliku pojaseva širom svijeta.

Neke posljedice zagrijavanja atmosfere pomoću Sunca. Solarna energija utiče na čitavu atmosferu. Gore smo već spomenuli pojaseve nastale od nabijenih čestica u Zemljinom magnetskom polju i koje se okreću oko njega. Ovi pojasevi su najbliži zemljinoj površini u polarnim područjima (vidi sliku 3), gdje se posmatraju polarne svjetlosti. Slika 1 pokazuje da su u regijama auroralnih manifestacija u Kanadi temperature termosfere znatno veće nego u jugozapadnim Sjedinjenim Državama. Uhvaćene čestice vjerovatno predaju dio svoje energije atmosferi, posebno kada se sudare s molekulama plina u blizini refleksnih točaka i napuste svoje prethodne orbite. Tako se zagrijavaju visoki slojevi atmosfere u auroralnoj zoni. Još jedno važno otkriće napravljeno je prilikom proučavanja orbita umjetnih satelita. Luigi Yacchia, astronom sa Smithsonian astrofizičke opservatorije, vjeruje da su mala odstupanja ovih orbita posljedica promjena u gustoći atmosfere pri zagrijavanju Sunca. Pretpostavio je postojanje maksimalne koncentracije elektrona u ionosferi na nadmorskoj visini većoj od 200 km, što ne odgovara sunčevom podnevu, a pod utjecajem sile trenja odlaže se u odnosu na nju za oko dva sata. U ovom trenutku vrijednosti atmosferske gustoće, uobičajene za nadmorsku visinu od 600 km, promatraju se na razini od cca. 950 km. Osim toga, maksimalna koncentracija elektrona doživljava nepravilne fluktuacije zbog kratkotrajnih bljeskova ultraljubičastog i rendgenskog zračenja Sunca. L. Yakkia je također otkrio kratkotrajne fluktuacije u gustoći zraka koje odgovaraju solarnim bakljama i smetnjama magnetskog polja. Ove pojave se objašnjavaju invazijom čestica solarnog porijekla u Zemljinu atmosferu i zagrijavanjem onih slojeva kroz koje prolaze orbite satelita.
ATMOSFERNA STRUJA
U površinskom sloju atmosfere mali dio molekula podliježe ionizaciji pod utjecajem kozmičkih zraka, zračenja iz radioaktivnih stijena i produkata raspadanja radija (uglavnom radona) u samom zraku. U procesu ionizacije atom gubi elektron i stječe pozitivan naboj. Slobodni elektron brzo se kombinira s drugim atomom i tvori negativno nabijeni ion. Takvi upareni pozitivni i negativni ioni imaju molekularne veličine. Molekule u atmosferi imaju tendenciju da se grupišu oko ovih jona. Nekoliko molekula se kombinira s ionima i tvori kompleks, koji se obično naziva "lagani ion". Atmosfera također sadrži komplekse molekula, koji su u meteorologiji poznati kao jezgre kondenzacije, oko kojih, kada je zrak zasićen vlagom, počinje proces kondenzacije. Ova jezgra su čestice soli i prašine, kao i zagađivači iz zraka iz industrijskih i drugih izvora. Laki ioni se često vezuju za takva jezgra i tvore "teške ione". Pod utjecajem električnog polja, laki i teški ioni prelaze iz jednog dijela atmosfere u drugo, prenoseći električne naboje. Iako se atmosfera općenito ne smatra električno vodljivim medijem, ipak ima malu vodljivost. Zbog toga nabijeno tijelo ostavljeno u zraku polako gubi naboj. Vodljivost atmosfere raste s visinom zbog povećanja intenziteta kozmičkog zračenja, smanjenja gubitaka iona u uvjetima nižeg tlaka (i, prema tome, s većim prosječnim slobodnim putem), a također i zbog manjeg broja teška jezgra. Vodljivost atmosfere dostiže svoju najveću vrijednost na nadmorskoj visini od pribl. 50 km, tzv. "visina naknade". Poznato je da između Zemljine površine i "kompenzacijskog nivoa" uvijek postoji razlika potencijala od nekoliko stotina kilovolti, tj. konstantno električno polje. Pokazalo se da je razlika potencijala između točke u zraku na visini od nekoliko metara i Zemljine površine vrlo velika - više od 100 V. Atmosfera ima pozitivan naboj, a Zemljina površina negativno nabijena. Budući da je električno polje područje u kojem u svakoj točki postoji određena vrijednost potencijala, možemo govoriti o gradijentu potencijala. Za vedrog vremena, unutar nižih metara, jačina atmosferskog električnog polja je gotovo konstantna. Zbog razlika u električnoj vodljivosti zraka u površinskom sloju, potencijalni gradijent je podložan dnevnim fluktuacijama, čiji tok značajno varira od mjesta do mjesta. U nedostatku lokalnih izvora zagađenja zraka - iznad oceana, visoko u planinama ili u polarnim regijama - dnevna varijacija potencijalnog gradijenta pri vedrom vremenu je ista. Veličina gradijenta ovisi o univerzalnom ili Greenwichkom srednjem vremenu (UT) i dostiže maksimum u 19:00 E. Appleton je sugerirao da se ovaj maksimum električne provodljivosti vjerojatno podudara s najvećom olujnom aktivnošću na planetarnoj razini. Pražnjenja munje tokom grmljavine nose negativan naboj na površinu Zemlje, budući da baze najaktivnijih kumulonimbusnih oblaka imaju značajan negativan naboj. Vrhovi grmljavinskih oblaka imaju pozitivan naboj, koji prema proračunima Holzera i Saksonaca istječe s njihovih vrhova za vrijeme grmljavine. Bez stalnog nadopunjavanja, površinski naboj Zemlje bio bi neutraliziran provođenjem atmosfere. Pretpostavka da se razlika u potencijalu između zemljine površine i "nivoa kompenzacije" održava olujama potkrijepljena je statistikom. Na primjer, najveći broj grmljavinskih oluja primjećuje se u dolini rijeke. Amazon. Najčešće su oluje s grmljavinom na kraju dana, tj. UREDU. 19 sati po Griniču, kada je potencijalni gradijent najveći na svijetu. Osim toga, sezonske varijacije u obliku krivulja dnevnih varijacija potencijalnog gradijenta u potpunosti se slažu sa podacima o globalnoj distribuciji oluja. Neki istraživači tvrde da izvor električnog polja Zemlje može imati vanjsko porijeklo, jer se vjeruje da električna polja postoje u jonosferi i magnetosferi. Ova okolnost vjerovatno objašnjava pojavu vrlo uskih izduženih oblika aurora, sličnih zavjesama i lukovima.
(vidi takođe POLARNA SVJETLA). Zbog prisutnosti potencijalnog gradijenta i atmosferske vodljivosti između "kompenzacijskog nivoa" i Zemljine površine, nabijene čestice počinju se kretati: pozitivno nabijeni ioni - prema zemljinoj površini, a negativno nabijeni - prema gore. Jačina ove struje je cca. 1800 A. Iako se čini da je ova vrijednost velika, treba imati na umu da je raspoređena po cijeloj površini Zemlje. Snaga struje u stupcu zraka s baznom površinom od 1 m2 iznosi samo 4 * 10 -12 A. S druge strane, jačina struje tijekom pražnjenja groma može doseći nekoliko ampera, iako, naravno, takva pražnjenje ima kratko trajanje - od djelića sekunde do cijele sekunde ili nešto duže pri ponovljenim pražnjenjima. Munja je od velikog interesa ne samo kao neka vrsta prirodnog fenomena. Omogućuje promatranje električnog pražnjenja u plinovitom mediju pri naponu od nekoliko stotina milijuna volti i udaljenosti između elektroda od nekoliko kilometara. Godine 1750. B. Franklin je pozvao Londonsko kraljevsko društvo da izvede eksperiment sa željeznom šipkom, pričvršćenom na izolacijsku podlogu i postavljenom na visoku kulu. Očekivao je da će se, kad se grmljavinski oblak približi tornju, naboj suprotnog predznaka koncentrirati na gornjem kraju početno neutralne šipke, a naboj istog znaka kao na dnu oblaka na donjem kraju. Ako se jakost električnog polja tijekom pražnjenja groma dovoljno snažno poveća, naboj s gornjeg kraja štapa djelomično će iscuriti u zrak, a štap će dobiti naboj istog znaka kao i osnova oblaka. Eksperiment koji je predložio Franklin nije izveden u Engleskoj, ali ga je 1752. godine u Marlyu blizu Pariza postavio francuski fizičar Jean d'Alembert. Upotrijebio je željeznu šipku dugu 12 m umetnutu u staklenu bocu (koja je služila kao izolator ), ali ga nije postavio na toranj. iste godine proveo svoj poznati eksperiment sa zmajem i uočio električne iskre na kraju žice vezane za njega. Sljedeće godine, proučavajući naboje prikupljene sa štapa, Franklin je ustanovio da su baze grmljavinskih oblaka obično negativno nabijene. Detaljnija proučavanja munje postala su moguća krajem 19. stoljeća zahvaljujući poboljšanju metoda fotografije, posebno nakon izuma aparata s rotirajućim sočivima, što je omogućilo snimanje procesa koji se brzo razvijaju. Takva kamera bila je naširoko korištena u proučavanju iskrenja. Utvrđeno je da postoji nekoliko vrsta munja, od kojih su najčešće linearne, ravne (unutar oblaka) i loptice (ispuštanja zraka). Linearna munja je iskričavo pražnjenje između oblaka i zemljine površine, slijedeći kanal s granama usmjerenim prema dolje. Ravna munja javlja se unutar grmljavinskog oblaka i izgleda kao bljeskovi raspršene svjetlosti. Ispuštanja zraka kuglaste munje, počevši od grmljavinskog oblaka, često su usmjerena vodoravno i ne dopiru do zemljine površine.

Udar groma obično se sastoji od tri ili više ponovljenih udara - impulsa koji slijede istu putanju. Intervali između uzastopnih impulsa su vrlo kratki, od 1/100 do 1/10 s (to je posljedica treperenja munje). Općenito, blic traje oko sekundu ili manje. Tipičan proces razvoja munje može se opisati na sljedeći način. Prvo, slabo svjetlucavo vodeno pražnjenje juri odozgo na površinu zemlje. Kad dođe do njega, jarko užaren reverzni ili glavni pražnjenje putuje od zemlje prema gore duž kanala koji je postavio vođa. Pražnjenje vođe, po pravilu, kreće se cik -cak. Brzina širenja kreće se od sto do nekoliko stotina kilometara u sekundi. Na svom putu ionizira molekule zraka, stvarajući kanal s povećanom vodljivošću, duž kojega se obrnuto pražnjenje pomiče prema gore brzinom otprilike sto puta većom od brzine vodećeg pražnjenja. Teško je odrediti veličinu kanala; međutim, promjer vodećeg ispusta procjenjuje se na 1-10 m, a promjer obrnutog ispuštanja nekoliko centimetara. Udari groma stvaraju radio smetnje emitujući radio talase u širokom rasponu - od 30 kHz do vrlo niskih frekvencija. Većina radio talasa je vjerovatno u rasponu od 5 do 10 kHz. Takve niskofrekventne radio smetnje "koncentrirane" su u prostoru između donje granice jonosfere i zemljine površine i mogu se širiti na udaljenosti od nekoliko hiljada kilometara od izvora.
PROMENE U ATMOSFERI
Uticaj meteora i meteorita. Iako su povremeno meteorski pljuskovi duboko impresivni svojim svjetlosnim efektima, pojedinačni meteori se rijetko vide. Mnogo su brojniji nevidljivi meteori, premali da bi se mogli uočiti kada ih atmosfera upije. Neki od najmanjih meteora vjerovatno se uopće ne zagrijavaju, već ih zahvaća samo atmosfera. Ove male čestice veličine od nekoliko milimetara do deset tisućinki milimetra nazivaju se mikrometeoriti. Količina meteorske materije koja svakodnevno ulazi u atmosferu kreće se od 100 do 10.000 tona, a većina ove materije pada na mikrometeorite. Budući da meteorska tvar djelomično izgori u atmosferi, njezin plinoviti sastav nadopunjen je tragovima različitih kemijskih elemenata. Na primjer, kameni meteori unose litij u atmosferu. Sagorijevanjem metalnih meteora dolazi do stvaranja sitnih sfernih gvožđa, željezo-nikla i drugih kapljica koje prolaze kroz atmosferu i talože se na površini zemlje. Mogu se naći na Grenlandu i Antarktiku, gdje ledeni pokrivači godinama ostaju gotovo nepromijenjeni. Oceanolozi ih nalaze u sedimentima okeanskog dna. Većina meteorskih čestica koje uđu u atmosferu taloži se u roku od oko 30 dana. Neki naučnici vjeruju da ova kosmička prašina igra važnu ulogu u stvaranju atmosferskih pojava poput kiše, jer služi kao jezgra kondenzacije vodene pare. Stoga se pretpostavlja da su oborine statistički povezane s velikim meteorskim pljuskovima. Međutim, neki stručnjaci vjeruju da, budući da je ukupni unos meteorske materije desetine puta veći od onog čak i najvećeg meteorskog pljuska, promjena ukupne količine ove materije, koja se javlja kao posljedica jedne takve kiše, može biti zanemaren. Međutim, nema sumnje da najveći mikrometeoriti i, naravno, vidljivi meteoriti ostavljaju duge tragove ionizacije u visokim slojevima atmosfere, uglavnom u jonosferi. Takvi tragovi mogu se koristiti za radio komunikacije na velike udaljenosti jer odražavaju visokofrekventne radio valove. Energija meteora koji ulaze u atmosferu troši se uglavnom, a možda i u potpunosti, na njeno zagrijavanje. Ovo je jedna od manjih komponenti toplinske ravnoteže atmosfere.
Industrijski ugljični dioksid. U razdoblju karbona drvenasta vegetacija bila je rasprostranjena na Zemlji. Većina ugljičnog dioksida koji su tada apsorbirale biljke akumulirana je u naslagama uglja i u sedimentima koji sadrže naftu. Čovjek je naučio koristiti ogromne rezerve ovih minerala kao izvor energije i sada brzo vraća ugljični dioksid u cirkulaciju tvari. U fosilnom stanju je vjerojatno cca. 4 * 10 13 tona ugljika. Tokom prošlog veka, čovečanstvo je sagorelo toliko fosilnih goriva da je oko 4 * 10 11 tona ugljenika ponovo ušlo u atmosferu. Trenutno, cca. 2 * 10 12 tona ugljika, a u sljedećih stotinu godina, zbog sagorijevanja fosilnih goriva, ova će se brojka vjerovatno udvostručiti. Međutim, neće sav ugljik ostati u atmosferi: dio će se otopiti u oceanskim vodama, dio će apsorbirati biljke, a dio će se vezati u procesu trošenja stijena. Još nije moguće predvidjeti koliko će ugljičnog dioksida biti sadržano u atmosferi ili kakav će to učinak imati na globalnu klimu. Ipak, vjeruje se da će svako povećanje njegovog sadržaja uzrokovati zagrijavanje, iako uopće nije potrebno da će bilo kakvo zagrijavanje značajno utjecati na klimu. Koncentracija ugljičnog dioksida u atmosferi, prema rezultatima mjerenja, značajno raste, iako sporim tempom. Klimatski podaci za stanice Svalbard i Little America na ledenoj polici Ross na Antarktiku ukazuju na povećanje prosječnih godišnjih temperatura u periodu od oko 50 godina za 5 ° i 2,5 ° C, respektivno.
Izloženost kosmičkom zračenju. Kada kozmičke zrake velikih energija stupaju u interakciju s pojedinim sastojcima atmosfere, nastaju radioaktivni izotopi. Među njima je i izotop ugljika 14C, koji se akumulira u biljnim i životinjskim tkivima. Mjerenjem radioaktivnosti organskih tvari koje dugo nisu izmjenjivale ugljik s okolinom može se odrediti njihova starost. Radiokarbonska metoda etablirala se kao najpouzdaniji način datiranja fosilnih organizama i objekata materijalne kulture, čija starost ne prelazi 50 hiljada godina. Drugi radioaktivni izotopi sa dugim poluživotom mogu se koristiti za datiranje materijala starih stotinama hiljada godina ako se riješi osnovni problem mjerenja izuzetno niskih nivoa radioaktivnosti.
(vidi takođe RADIO-UGLJENIČKE DATUMIJE).
POREKLO ZEMLJINE ATMOSFERE
Povijest formiranja atmosfere još nije obnovljena sa potpunom sigurnošću. Ipak, utvrđene su neke vjerojatne promjene u njegovom sastavu. Formiranje atmosfere počelo je odmah nakon formiranja Zemlje. Postoje prilično dobri razlozi za vjerovanje da je u procesu evolucije Zemlje i njenim stjecanjem dimenzija i mase bliske modernoj gotovo potpuno izgubila svoju izvornu atmosferu. Vjeruje se da je u ranoj fazi Zemlja bila u rastaljenom stanju i cca. Prije 4,5 milijardi godina formirao se u čvrstu tvar. Ova granica se uzima kao početak geološke hronologije. Od tada je došlo do spore evolucije atmosfere. Neki geološki procesi, poput izlijevanja lave tokom vulkanskih erupcija, bili su praćeni oslobađanjem plinova iz utrobe Zemlje. Vjerovatno su uključivali dušik, amonijak, metan, vodenu paru, ugljični monoksid i dioksid. Pod utjecajem sunčevog ultraljubičastog zračenja, vodena para se razgradila u vodik i kisik, ali je oslobođeni kisik reagirao s ugljikovim monoksidom i stvorio ugljikov dioksid. Amonijak se razlaže na dušik i vodik. U procesu difuzije, vodik se podigao i napustio atmosferu, a teži dušik nije mogao pobjeći i postupno se akumulirao, postajući njegova glavna komponenta, iako je dio bio vezan tijekom kemijskih reakcija. Pod utjecajem ultraljubičastih zraka i električnog pražnjenja, mješavina plinova, vjerojatno prisutnih u izvornoj atmosferi Zemlje, ušla je u kemijske reakcije, uslijed čega su nastale organske tvari, posebno aminokiseline. Posljedično, život je mogao nastati u atmosferi bitno različitoj od današnje. Pojavom primitivnih biljaka započeo je proces fotosinteze (vidi i FOTOSINTEZA), praćen oslobađanjem slobodnog kisika. Ovaj plin, posebno nakon difuzije u gornje slojeve atmosfere, počeo je štititi svoje donje slojeve i površinu Zemlje od ultraljubičastih i rendgenskih zraka opasnih po život. Procjenjuje se da bi prisutnost samo 0,00004 današnje količine kisika mogla dovesti do stvaranja sloja s upola manjom koncentracijom ozona nego što je sada, što je ipak pružilo vrlo značajnu zaštitu od ultraljubičastih zraka. Također je vjerojatno da je primarna atmosfera sadržavala mnogo ugljičnog dioksida. Potrošen je tijekom fotosinteze, a njegova koncentracija trebala se smanjiti s evolucijom biljnog svijeta, kao i uslijed apsorpcije tijekom određenih geoloških procesa. Budući da je efekt staklenika povezan s prisutnošću ugljičnog dioksida u atmosferi, neki znanstvenici vjeruju da su fluktuacije njegove koncentracije jedan od važnih razloga za tako velike klimatske promjene u povijesti Zemlje, poput ledenih doba. Helij prisutan u modernoj atmosferi vjerovatno je najvećim dijelom proizvod radioaktivnog raspada urana, torija i radija. Ovi radioaktivni elementi emitiraju alfa čestice, jezgre atoma helija. Budući da se električni naboj ne stvara ili nestaje tijekom radioaktivnog raspada, za svaku alfa česticu postoje dva elektrona. Kao rezultat toga, on se kombinira s njima, tvoreći neutralne atome helija. Radioaktivni elementi sadržani su u mineralima raspršenim u slojevima stijena, pa se značajan dio helija nastalog kao rezultat radioaktivnog raspadanja skladišti u njima, vrlo sporo bježeći u atmosferu. Određena količina helija, zbog difuzije, izdiže se u egzosferu, ali zbog stalnog dotoka sa zemljine površine volumen ovog plina u atmosferi je nepromijenjen. Na osnovu spektralne analize svjetlosti zvijezda i proučavanja meteorita moguće je procijeniti relativnu brojnost različitih hemijskih elemenata u svemiru. Koncentracija neona u svemiru je oko deset milijardi puta veća nego na Zemlji, kripton je deset miliona puta, a ksenon milion puta veći. Iz ovoga proizlazi da se koncentracija ovih inertnih plinova, koji su izvorno bili prisutni u zemljinoj atmosferi i nisu se nadopunjavali u procesu kemijskih reakcija, jako smanjila, vjerojatno čak i u fazi gubitka Zemlje primarne atmosfere. Izuzetak je inertni plin argon, jer se još uvijek formira u obliku izotopa 40Ar tijekom radioaktivnog raspada izotopa kalija.
OPTIČKE FENOMENE
Raznolikost optičkih pojava u atmosferi posljedica je različitih razloga. Najčešći fenomeni uključuju munje (vidi gore) i izrazito slikovite sjeverne i južne polarne svjetlosti (vidi i Aurora Borealis). Osim toga, duga, gal, parhelium (lažno sunce) i lukovi, kruna, oreoli i duhovi Brocken -a, fatamorgane, svjetla St. Elma, užareni oblaci, zeleni i sumračni zraci su posebno zanimljivi. Duga je najljepši atmosferski fenomen. Obično je to ogroman luk, koji se sastoji od raznobojnih pruga, promatranih kada Sunce obasja samo dio neba, a zrak je zasićen kapljicama vode, na primjer, za vrijeme kiše. Višebojni lukovi raspoređeni su u nizu spektra (crvena, narančasta, žuta, zelena, cijan, plava, ljubičasta), međutim, boje gotovo nikada nisu čiste jer se pruge preklapaju. U pravilu se fizičke karakteristike duge značajno razlikuju, pa su po izgledu vrlo raznolike. Njihova zajednička karakteristika je da se središte luka uvijek nalazi na pravoj liniji povučenoj od Sunca prema posmatraču. Glavna duga je luk najsjajnijih boja - crvena izvana i ljubičasta iznutra. Ponekad je vidljiv samo jedan luk, ali često se bočni luk pojavljuje s vanjske strane glavne duge. Nema tako svijetle boje kao prvi, a crvene i ljubičaste pruge u njemu mijenjaju mjesta: crvena se nalazi s unutarnje strane. Formiranje glavne duge objašnjava se dvostrukim prelamanjem (vidi i OPTIKU) i jednim jedinim unutrašnjim odbojem zraka sunčeve svjetlosti (vidi sliku 5). Prodirući u kapljicu vode (A), svjetlosni zrak se lomi i raspada, kao da prolazi kroz prizmu. Zatim doseže suprotnu površinu kapi (B), reflektira se od nje i ostavlja kapljicu izvan (C). U ovom slučaju, snop svjetlosti se lomi drugi put prije nego što dođe do posmatrača. Originalni bijeli zrak se razlaže na zrake različitih boja sa uglom divergencije od 2 °. Formiranjem bočne duge dolazi do dvostrukog loma i dvostrukog odbijanja sunčevih zraka (vidi sliku 6). U ovom slučaju svjetlost se lomi, prodire u kapljicu kroz njen donji dio (A) i reflektira se s unutarnje površine kapljice, prvo u točki B, zatim u točki C. U točki D, svjetlost se lomi, ostavljajući kapljicu u smjeru posmatrača.

Prilikom izlaska i zalaska sunca, posmatrač vidi dugu u obliku luka jednakog pola kruga, budući da je osa duge paralelna s horizontom. Ako je Sunce više iznad horizonta, dugin luk je manji od pola kruga. Kada se Sunce izdigne iznad 42 ° iznad horizonta, duga nestaje. Svuda, osim na velikim geografskim širinama, duga se ne može pojaviti u podne kada je Sunce previsoko. Zanimljivo je procijeniti udaljenost do duge. Iako se čini da je višebojni luk u istoj ravnini, ovo je iluzija. U stvari, duga ima ogromnu dubinu i može se predstaviti kao površina šupljeg stošca na čijem se vrhu nalazi promatrač. Os konusa povezuje Sunce, posmatrača i središte duge. Posmatrač izgleda kao da se nalazi duž površine ovog stošca. Dvoje ljudi nikada ne može videti potpuno istu dugu. Naravno, općenito se može primijetiti jedan isti učinak, ali dvije duge zauzimaju različite položaje i formirane su različitim kapljicama vode. Kada kiša ili izmaglica formiraju dugu, potpuni optički efekat postiže se kumulativnim efektom svih kapljica vode koje prelaze površinu duginog konusa sa posmatračem na vrhu. Uloga svake kapi je prolazna. Površina duginog konusa sastoji se od nekoliko slojeva. Brzo ih prelazeći i prolazeći kroz niz kritičnih točaka, svaka kap trenutno razlaže sunčev zrak na cijeli spektar u strogo definiranom slijedu - od crvene do ljubičaste. Mnoge kapljice prelaze površinu konusa na isti način, pa se posmatraču duga čini neprekidnom i duž i po luku. Oreoli su bijeli ili šareni svjetlosni lukovi i krugovi oko diska Sunca ili Mjeseca. Nastaju zbog loma ili refleksije svjetlosti kristalima leda ili snijega u atmosferi. Kristali koji tvore halo nalaze se na površini zamišljenog stošca s osi usmjerenom od promatrača (s vrha konusa) prema Suncu. Pod određenim uvjetima, atmosfera je zasićena malim kristalima, čija mnoga lica čine pravi kut s ravninom koja prolazi kroz Sunce, promatračem i tim kristalima. Ove fasete reflektiraju dolazne svjetlosne zrake sa odstupanjem od 22 °, tvoreći crvenkasti oreol na unutrašnjoj strani, ali se mogu sastojati i od svih boja spektra. Manje uobičajen oreol s kutnim radijusom od 46 ° nalazi se koncentrično oko oreola od 22 °. Njegova unutrašnja strana takođe ima crvenkastu nijansu. Razlog tome je i lom svjetlosti, koji se u ovom slučaju javlja na kristalnim stranama koje tvore prave kutove. Širina prstena takvog oreola prelazi 2,5 °. Oreoli od 46 stepeni i 22 stepena imaju tendenciju da budu najsjajniji na vrhu i dnu prstena. Povremeni oreol od 90 stepeni je slabo svijetli, gotovo bezbojni prsten koji dijeli središte s dva druga oreola. Ako je obojen, crven je s vanjske strane prstena. Mehanizam pojave ove vrste oreola nije u potpunosti razjašnjen (slika 7).

Parhelia i lukovi. Pargelični krug (ili krug lažnih sunaca) je bijeli prsten sa centrom u zenitu, koji prolazi kroz Sunce paralelno sa horizontom. Razlog za njegovo formiranje je refleksija sunčeve svjetlosti s rubova površina kristala leda. Ako su kristali prilično ravnomjerno raspoređeni u zraku, postaje vidljiv cijeli krug. Parhelia, ili lažna sunca, su jarko osvijetljene mrlje nalik suncu koje nastaju na sjecištu pargelijanske kružnice s oreolima, koji imaju kutne radijuse od 22 °, 46 ° i 90 °. Najčešće formirane i najsvjetlije parhelije formiraju se na raskrižju s oreolom od 22 stupnja, obično obojanim u gotovo sve boje duge. Lažna sunca su mnogo rjeđa na raskrsnicama sa oreolima od 46 i 90 stepeni. Parghelije koje se pojavljuju na raskrižjima s oreolima od 90 stepeni nazivaju se paragelije ili lažni zalasci sunca. Ponekad možete vidjeti i antelium (protiv sunca) - svijetlu točku koja se nalazi na parhelijevom prstenu točno nasuprot Suncu. Vjeruje se da je ovaj fenomen uzrokovan dvostrukim unutrašnjim odbijanjem sunčeve svjetlosti. Reflektirani snop slijedi istu putanju kao upadni snop, ali u suprotnom smjeru. Zenitni luk, koji se ponekad pogrešno naziva gornjim tangentnim lukom oreola od 46 stepeni, je luk od 90 ° ili manje centriran u zenitu oko 46 ° iznad Sunca. Rijetko je vidljiv i samo nekoliko minuta ima svijetle boje, a crvena je ograničena na vanjsku stranu luka. Skoro zenitni luk je izvanredan po svojoj boji, svjetlini i jasnim obrisima. Još jedan zanimljiv i vrlo rijedak optički halo efekt je Lovitzov luk. Nastaju kao produžetak Parhelije na sjecištu s oreolom od 22 stepena, prolaze s vanjske strane oreola i blago su konkavno okrenuti prema Suncu. Stupovi bjelkaste svjetlosti, poput raznih križeva, ponekad su vidljivi u zoru ili sumrak, posebno u polarnim regijama, i mogu pratiti i Sunce i Mjesec. Povremeno se primjećuju lunarni oreoli i drugi efekti slični onima opisanim gore, pri čemu najčešći lunarni oreol (prsten oko Mjeseca) ima kutni radijus od 22 °. Poput lažnih sunca, mogu nastati i lažni mjeseci. Krune ili krune su mali koncentrični prstenovi boje oko Sunca, Mjeseca ili drugih svijetlih objekata koji se povremeno vide kada je izvor svjetlosti iza prozirnih oblaka. Polumjer krune je manji od radijusa oreola i iznosi cca. 1-5 °, plavi ili ljubičasti prsten najbliži je Suncu. Korona nastaje kada se svjetlost rasprši malim kapljicama vode, formirajući oblak. Ponekad kruna izgleda kao svjetleće mjesto (ili oreol) koje okružuje Sunce (ili Mjesec), koje završava crvenkastim prstenom. U drugim slučajevima, najmanje dva koncentrična prstena većeg promjera, vrlo slabo obojena, vidljiva su izvan oreola. Ovaj fenomen prati dugini oblaci. Ponekad su rubovi vrlo visokih oblaka obojeni jarkim bojama.
Glorije (nimbovi). U posebnim uvjetima događaju se neobični atmosferski fenomeni. Ako je Sunce iza leđa posmatrača, a njegova sjena projicirana na obližnje oblake ili zavjesu od magle, pod određenim stanjem atmosfere oko sjene nečije glave može se vidjeti obojeni užareni krug - oreol. Obično se takav oreol stvara zbog refleksije svjetlosti kapljicama rose na travnjaku. Glorije se također često mogu pronaći oko sjenki koje zrakoplov baca na oblake ispod sebe.
Brokkenovi duhovi. U nekim regijama svijeta, kada sjena promatrača na brdu pri izlasku ili zalasku sunca padne iza njega na oblacima koji se nalaze na maloj udaljenosti, primjećuje se upečatljiv učinak: sjena postaje kolosalne veličine. To je zbog refleksije i loma svjetlosti od najmanjih kapljica vode u magli. Opisani fenomen naziva se "Brocken -ov duh" po vrhu u planinama Harz u Njemačkoj.
Mirages- optički učinak uzrokovan lomom svjetlosti pri prolasku kroz slojeve zraka različite gustoće i izražen u izgledu virtualne slike. U tom se slučaju udaljeni objekti mogu podići ili spustiti u odnosu na njihov stvarni položaj, a mogu se i izobličiti i poprimiti nepravilne, fantastične oblike. Miraže se često vide u vrućim klimama, poput pješčanih ravnica. Niže fatamorgane su uobičajene kada udaljena, gotovo ravna površina pustinje poprimi izgled otvorene vode, posebno ako se gleda s male visine ili jednostavno nalazi iznad sloja zagrijanog zraka. Ova iluzija obično se javlja na zagrijanoj asfaltnoj cesti koja izgleda poput vodene površine daleko ispred. U stvarnosti, ova površina je odraz neba. Predmeti, obično naopako, mogu se pojaviti u ovoj "vodi" ispod nivoa očiju. Iznad zagrijane površine zemlje formira se "kolač sloja zraka", a sloj najbliži zemlji je najtopliji i toliko razrijeđen da se svjetlosni valovi koji prolaze kroz njega iskrivljuju, jer njihova brzina širenja varira ovisno o gustoći medija. Gornji fatamorgani su rjeđi i slikovitiji od donjih. Udaljeni objekti (često smješteni izvan morskog horizonta) pojavljuju se naopako na nebu, a ponekad se iznad pojavljuje direktna slika istog objekta. Ova pojava je tipična za hladnija područja, posebno sa značajnom temperaturnom inverzijom kada postoji topliji sloj zraka iznad hladnijeg sloja. Ovaj optički učinak očituje se kao rezultat složenih obrazaca širenja fronta svjetlosnih valova u slojevima zraka s nehomogenom gustoćom. Povremeno se pojavljuju vrlo neobične fatamorgane, posebno u polarnim regijama. Kad se fatamorgane pojave na kopnu, drveće i druge komponente terena su obrnute. U svim slučajevima, predmeti u gornjim fatamorganama se vide jasnije nego u donjim. Kada je granica dvije zračne mase okomita ravnina, ponekad se primjećuju bočne fatamorgane.
Svjetla Saint Elma. Neki optički fenomeni u atmosferi (na primjer, sjaj i najčešći meteorološki fenomen - munja) su električne prirode. Mnogo rjeđe su svjetla St. Elma - užareni blijedoplavi ili ljubičasti grozdovi u dužini od 30 cm do 1 m ili više, obično na vrhovima jarbola ili krajevima jardi brodova na moru. Ponekad se čini da je čitava oprema broda prekrivena fosforom i svijetli. Svjetla St. Elma ponekad se pojavljuju na planinskim vrhovima, kao i na tornjevima i oštrim uglovima visokih zgrada. Ovaj fenomen predstavljaju električna pražnjenja četkom na krajevima električnih vodiča, kada se jakost električnog polja u atmosferi oko njih uvelike povećava. Opasna svjetla su blagi plavkasti ili zelenkasti sjaj koji se ponekad može vidjeti u močvarama, grobljima i kriptama. Često izgledaju poput plamena svijeće, podignute oko 30 cm iznad zemlje, mirno gore, ne daju toplinu, lebde nad objektom na trenutak. Svjetlost izgleda potpuno neuhvatljivo i kako se posmatrač približava čini se da se seli na drugo mjesto. Razlog za ovaj fenomen je razgradnja organskih ostataka i spontano sagorijevanje metana iz močvarnog metana (CH4) ili fosfina (PH3). Lutajuća svjetla imaju različite oblike, ponekad čak i sferne. Zeleni zrak - bljesak smaragdno zelene sunčeve svjetlosti u trenutku kada posljednji zrak Sunca nestane nad horizontom. Crvena komponenta sunčeve svjetlosti nestaje prva, sve ostale redom nakon nje, a posljednja je smaragdno zelena. Ovaj fenomen javlja se samo kada iznad horizonta ostane samo sam rub solarnog diska, u protivnom dolazi do mješavine boja. Zraci sumraka su razilazeći se zraci sunčeve svjetlosti koji postaju vidljivi zbog osvjetljavanja prašine u visokim slojevima atmosfere. Sjene iz oblaka tvore tamne pruge, a zrake se šire između njih. Ovaj efekat se javlja kada je Sunce nisko iznad horizonta pre izlaska ili posle zalaska sunca.

Zajednički YouTube

1 / 5

Spaces Svemirski brod Zemlja (Epizoda 14) - Atmosfera

✪ Zašto atmosfera nije povučena u kosmički vakuum?

Ulazak u Zemljinu atmosferu svemirske letjelice Soyuz TMA-8

Structure Struktura atmosfere, značenje, proučavanje

.S. O.S. Ugolnikov "Gornja atmosfera. Susret Zemlje i svemira"

Titlovi

Granica atmosfere

Atmosferom se smatra područje oko Zemlje u kojem se plinoviti medij rotira zajedno sa Zemljom u cjelini. Atmosfera prelazi u međuplanetarni prostor postupno, u egzosferi, počevši od nadmorske visine 500-1000 km od Zemljine površine.

Prema definiciji koju je predložila Međunarodna zrakoplovna federacija, granica između atmosfere i svemira povučena je duž linije Karman, koja se nalazi na nadmorskoj visini od oko 100 km, iznad koje zračni letovi postaju potpuno nemogući. NASA koristi 122 kilometara (400.000 stopa) kao granicu atmosfere, gdje se šatlovi prebacuju s manevriranja na motorni pogon na aerodinamičko manevriranje.

Fizička svojstva

Osim plinova navedenih u tablici, atmosfera sadrži Cl 2 (\ displaystyle (\ ce (Cl2))) , SO 2 (\ displaystyle (\ ce (SO2))) , NH 3 (\ displaystyle (\ ce (NH3))) , CO (\ displaystyle ((\ ce (CO)))) , O 3 (\ displaystyle ((\ ce (O3)))) , NO 2 (\ displaystyle (\ ce (NO2))), ugljikovodici, HCl (\ displaystyle (\ ce (HCl))) , HF (\ displaystyle (\ ce (HF))) , HBr (\ displaystyle (\ ce (HBr))) , HI (\ displaystyle ((\ ce (HI)))), parovi Hg (\ displaystyle (\ ce (Hg))) , I 2 (\ displaystyle (\ ce (I2))) , Br 2 (\ displaystyle (\ ce (Br2))) kao i mnogi drugi plinovi u malim količinama. Veliki broj suspendovanih čvrstih i tečnih čestica (aerosol) stalno se nalazi u troposferi. Najrjeđi plin u Zemljinoj atmosferi je Rn (\ displaystyle (\ ce (Rn))) .

Struktura atmosfere

Granični sloj atmosfere

Donji troposferski sloj (debljine 1-2 km), u kojem stanje i svojstva Zemljine površine izravno utječu na dinamiku atmosfere.

Troposfera

Njegova gornja granica je na nadmorskoj visini od 8-10 km u polarnim, 10-12 km u umjerenim i 16-18 km u tropskim širinama; niže zimi nego leti.
Donji, glavni sloj atmosfere sadrži više od 80% ukupne mase atmosferskog zraka i oko 90% sve vodene pare u atmosferi. Turbulencija i konvekcija su visoko razvijeni u troposferi, pojavljuju se oblaci, razvijaju se cikloni i anticikloni. Temperatura se smanjuje s povećanjem nadmorske visine sa prosječnim okomitim nagibom od 0,65 ° / 100 metara.

Tropopause

Prijelazni sloj iz troposfere u stratosferu, sloj atmosfere u kojem temperatura opada s visinom.

Stratosfera

Sloj atmosfere nalazi se na nadmorskoj visini od 11 do 50 km. Blaga promjena temperature u sloju od 11-25 km (donji sloj stratosfere) i njeno povećanje u sloju 25-40 km sa minus 56,5 na plus 0,8 ° C (gornji sloj stratosfere ili područje inverzije ) su karakteristične. Nakon što je dosegla vrijednost od oko 273 K (gotovo 0 ° C) na nadmorskoj visini od oko 40 km, temperatura ostaje konstantna do visine od oko 55 km. Ovo područje konstantne temperature naziva se stratopauza i granica je između stratosfere i mezosfere.

Stratopause

Granični sloj atmosfere između stratosfere i mezosfere. Vertikalna raspodjela temperature ima maksimum (oko 0 ° C).

Mezosfera

Termosfera

Gornja granica je oko 800 km. Temperatura se diže na nadmorske visine 200-300 km, gdje doseže vrijednosti reda 1500 K, nakon čega ostaje gotovo konstantna do velikih nadmorskih visina. Pod utjecajem sunčevog zračenja i kozmičkog zračenja dolazi do ionizacije zraka ("polarna svjetla") - glavna područja jonosfere leže unutar termosfere. Na visinama većim od 300 km dominira atomski kisik. Gornja granica termosfere uvelike je određena trenutnom aktivnošću Sunca. U razdobljima niske aktivnosti - na primjer, 2008-2009. - primjetno je smanjenje veličine ovog sloja.

Termopauza

Područje atmosfere uz vrh termosfere. U ovom području apsorpcija sunčevog zračenja je zanemariva i temperatura se zapravo ne mijenja s nadmorskom visinom.

Egzosfera (Kugla disperzije)

Do visine od 100 km, atmosfera je homogena, dobro pomiješana smjesa plinova. U višim slojevima raspodjela plinova po visini ovisi o njihovoj molekularnoj masi, koncentracija težih plinova brže se smanjuje s udaljenošću od Zemljine površine. Zbog smanjenja gustoće plinova, temperatura pada sa 0 ° C u stratosferi na minus 110 ° C u mezosferi. Međutim, kinetička energija pojedinih čestica na nadmorskim visinama 200-250 km odgovara temperaturi od ~ 150 ° C. Iznad 200 km primjećuju se značajne fluktuacije temperature i gustoće plinova u vremenu i prostoru.

Na nadmorskoj visini od oko 2000-3500 km egzosfera se postupno pretvara u tzv skoro svemirski vakuum, ispunjen rijetkim česticama međuplanetarnog plina, uglavnom atomima vodika. Ali ovaj plin je samo dio međuplanetarne materije. Drugi dio čine čestice nalik prašini kometnog i meteorskog porijekla. Osim izuzetno razrijeđenih čestica nalik prašini, u ovaj prostor prodire i elektromagnetsko i korpuskularno zračenje solarnog i galaktičkog porijekla.

Pregled

Troposfera čini oko 80% mase atmosfere, stratosfera - oko 20%; masa mezosfere nije veća od 0,3%, termosfera je manja od 0,05% ukupne mase atmosfere.

Na osnovu električnih svojstava u atmosferi, neutrosfera i ionosfera .

Ovisno o sastavu plina u atmosferi, homosfera i heterosfera. Hetosfera- ovo je područje u kojem gravitacija utječe na odvajanje plinova, budući da je njihovo miješanje na ovoj visini zanemarivo. Dakle, slijedi varijabilni sastav heterosfere. Ispod nje leži dobro izmiješan dio atmosfere, homogenog sastava, koji se naziva homosfera. Granica između ovih slojeva naziva se turbopauza; nalazi se na nadmorskoj visini od oko 120 km.

Ostala svojstva atmosfere i efekti na ljudsko tijelo

Već na nadmorskoj visini od 5 km, neobučena osoba razvija gladovanje kisikom i bez prilagodbe, radni kapacitet osobe se značajno smanjuje. Tu prestaje fiziološka zona atmosfere. Ljudsko disanje postaje nemoguće na nadmorskoj visini od 9 km, iako atmosfera sadrži kisik do oko 115 km.

Atmosfera nas opskrbljuje kisikom koji nam je potreban za disanje. Međutim, zbog pada ukupnog tlaka atmosfere pri porastu na nadmorsku visinu, u skladu s tim se smanjuje i parcijalni tlak kisika.

Istorija formiranja atmosfere

Prema najraširenijoj teoriji, Zemljina atmosfera se kroz istoriju potonjeg nalazila u tri različita sastava. Prvobitno se sastojao od lakih plinova (vodik i helij) uhvaćenih iz međuplanetarnog prostora. Ovo je tzv primarnu atmosferu... U sljedećoj fazi, aktivna vulkanska aktivnost dovela je do zasićenja atmosfere drugim plinovima osim vodikom (ugljični dioksid, amonijak, vodena para). Tako je i nastalo sekundarna atmosfera... Atmosfera je bila restorativna. Nadalje, proces formiranja atmosfere određen je sljedećim faktorima:

• curenje lakih plinova (vodika i helija) u međuplanetarni prostor;
• hemijske reakcije u atmosferi pod uticajem ultraljubičastog zračenja, pražnjenja groma i nekih drugih faktora.

Postepeno su ti čimbenici doveli do stvaranja tercijarna atmosfera, karakteriziran znatno nižim sadržajem vodika i znatno većim sadržajem dušika i ugljičnog dioksida (nastao kao rezultat kemijskih reakcija iz amonijaka i ugljikovodika).

Nitrogen

Do stvaranja velike količine dušika dolazi zbog oksidacije amonijak-vodikove atmosfere molekularnim kisikom O 2 (\ displaystyle (\ ce (O2))), koje su počele izlaziti s površine planete kao rezultat fotosinteze, počevši od prije 3 milijarde godina. Takođe i azot N 2 (\ displaystyle (\ ce (N2))) oslobađaju u atmosferu kao rezultat denitrifikacije nitrata i drugih spojeva koji sadrže dušik. Dušik se oksidira ozonom do NE (\ displaystyle ((\ ce (NO)))) u gornjoj atmosferi.

Nitrogen N 2 (\ displaystyle (\ ce (N2))) ulazi u reakcije samo pod posebnim uvjetima (na primjer, tijekom pražnjenja munje). Oksidacija molekularnog dušika ozonom s električnim pražnjenjem u malim količinama koristi se u industrijskoj proizvodnji dušikovih gnojiva. Može se oksidirati uz nisku potrošnju energije i pretvoriti u biološki aktivan oblik cijanobakterijama (plavo-zelene alge) i nodularnim bakterijama koje tvore rizobijalnu simbiozu s mahunarkama, koje mogu biti učinkovite biljke stajskog gnojiva koje ne iscrpljuju, ali obogaćuju tlo prirodna gnojiva.

Kiseonik

Sastav atmosfere počeo se radikalno mijenjati sa pojavom živih organizama na Zemlji, kao rezultat fotosinteze, praćene oslobađanjem kisika i apsorpcijom ugljičnog dioksida. U početku se kisik trošio na oksidaciju reduciranih spojeva - amonijaka, ugljikovodika, željeznog oblika željeza sadržanog u oceanima i drugih. Na kraju ove faze, sadržaj kisika u atmosferi počeo je rasti. Postepeno se formirala moderna atmosfera sa oksidacionim svojstvima. Budući da je to uzrokovalo ozbiljne i nagle promjene u mnogim procesima koji se događaju u atmosferi, litosferi i biosferi, ovaj događaj je nazvan Kisikova katastrofa.

Plemeniti gasovi

Zagađenje zraka

Nedavno su ljudi počeli utjecati na evoluciju atmosfere. Rezultat ljudske aktivnosti je konstantno povećanje sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi zbog sagorijevanja ugljikovodičnih goriva nakupljenih u prethodnim geološkim razdobljima. Ogromne količine se troše u fotosintezi i apsorbiraju svjetski okeani. Ovaj plin ulazi u atmosferu zbog razgradnje karbonatnih stijena i organskih tvari biljnog i životinjskog porijekla, kao i zbog vulkanizma i proizvodnih aktivnosti ljudi. U proteklih 100 godina, sadržaj CO 2 (\ displaystyle (\ ce (CO2))) u atmosferi se povećao za 10%, pri čemu najveći dio (360 milijardi tona) dolazi od sagorijevanja goriva. Ako se nastavi sa sagorijevanjem goriva, u sljedećih 200-300 godina broj CO 2 (\ displaystyle (\ ce (CO2))) u atmosferi će se udvostručiti i može dovesti do