Atmosferos susidarymas. Šiandien Žemės atmosfera yra dujų mišinys – 78% azoto, 21% deguonies ir nedidelio kiekio kitų dujų, pavyzdžiui, anglies dioksido. Tačiau kai planeta pirmą kartą pasirodė, atmosferoje nebuvo deguonies – ją sudarė dujos, kurios iš pradžių egzistavo saulės sistema.

Žemė atsirado, kai maži uoliniai kūnai, sudaryti iš Saulės ūko dulkių ir dujų, vadinamų planetoidais, susidūrė vienas su kitu ir palaipsniui įgavo planetos formą. Jai augant, planetoiduose esančios dujos sprogo ir apgaubė Žemė. Po kurio laiko pirmieji augalai pradėjo išskirti deguonį, o pirmykštė atmosfera išsivystė į dabartinį tankų oro apvalkalą.

Atmosferos kilmė

1. Mažų planetoidų lietus užklupo besiformuojančią Žemę prieš 4,6 milijardo metų. Saulės ūko dujos, uždarytos planetos viduje, susidūrimo metu pabėgo ir suformavo primityvią Žemės atmosferą, susidedančią iš azoto, anglies dioksido ir vandens garų.
2. Planetos formavimosi metu išsiskiriančią šilumą sulaiko tankių pirmapradės atmosferos debesų sluoksnis. „Šiltnamio efektą sukeliančios dujos“ – tokios kaip anglies dioksidas ir vandens garai – neleidžia šilumai sklisti į erdvę. Žemės paviršius yra užtvindytas išlydytos magmos jūra.
3. Kai planetoidų susidūrimai tapo retesni, Žemė pradėjo vėsti ir atsirado vandenynai. Iš tirštų debesų kondensuojasi vandens garai, o kelis eonus trunkantis lietus pamažu užlieja žemumas. Taip atsiranda pirmosios jūros.
4. Oras išvalomas, nes vandens garai kondensuojasi ir sudaro vandenynus. Laikui bėgant juose ištirpsta anglies dioksidas, o atmosferoje dabar vyrauja azotas. Dėl deguonies trūkumo nesusidaro apsauginis ozono sluoksnis, o ultravioletiniai saulės spinduliai laisvai pasiekia žemės paviršių.
5. Gyvybė senovės vandenynuose atsiranda per pirmuosius milijardus metų. Paprasčiausius melsvadumblius nuo ultravioletinės spinduliuotės saugo jūros vanduo. Jie naudoja saulės šviesą ir anglies dioksidą energijai gaminti, o kaip šalutinis produktas išsiskiria deguonis, kuris palaipsniui pradeda kauptis atmosferoje.
6. Po milijardų metų susidaro deguonies turtinga atmosfera. Fotocheminės reakcijos viršutiniuose atmosferos sluoksniuose sukuria ploną ozono sluoksnį, kuris išsklaido kenksmingą ultravioletinę šviesą. Dabar gyvybė iš vandenynų gali persikelti į sausumą, kur dėl evoliucijos atsiranda daug sudėtingų organizmų.

Prieš milijardus metų storas primityvių dumblių sluoksnis į atmosferą pradėjo išskirti deguonį. Jie išliko iki šių dienų kaip fosilijos, vadinamos stromatolitais.

Vulkaninė kilmė

1. Senovinė, beorė Žemė. 2. Dujų išsiveržimas.

Remiantis šia teorija, jaunos Žemės planetos paviršiuje aktyviai išsiveržė ugnikalniai. Ankstyvoji atmosfera tikriausiai susidarė, kai planetos silicio apvalkale įstrigusios dujos išbėgo pro ugnikalnių purkštukus.

Pagal labiausiai paplitusią teoriją atmosfera
Žemė laike pasiliko trys skirtingi formuluotės.
Iš pradžių jį sudarė lengvosios dujos (vandenilis ir
helis) užfiksuotas iš tarpplanetinės erdvės. Tai yra tiesa
vadinama pirmine atmosfera (apie keturis mlrd
prieš metus).

Kitame etape aktyvi vulkaninė veikla
lėmė atmosferos prisotinimą kitomis dujomis, išskyrus
vandenilis (anglies dioksidas, amoniakas, vandens garai). Taigi
susidarė antrinė atmosfera (apie tris mlrd
metų iki šių dienų). Ši atmosfera buvo atkurianti.
Be to, atmosferos susidarymo procesas buvo nustatytas taip:
pūtimo veiksniai:
- lengvųjų dujų (vandenilio ir helio) nutekėjimas į tarpplanetą
erdvė;
- cheminės reakcijos, vykstančios atmosferoje veikiant
ultravioletinių spindulių, žaibo iškrovų ir
kai kurie kiti veiksniai.
Palaipsniui šie veiksniai lėmė tretinio formavimąsi
nojaus atmosfera, pasižyminti daug mažesniu turiniu
vandenilio ir daug daugiau – azoto ir anglies dioksido
dujos (susidaro dėl cheminių reakcijų iš amoniako
ir angliavandeniliai).
Atmosferos sudėtis pradėjo radikaliai keistis atsiradus
mes valgome gyvus organizmus Žemėje dėl fotosintezės,
atliekama išskiriant deguonį ir sugeriant anglį
leksioksido dujos.
Iš pradžių buvo sunaudotas deguonis
dėl redukuotų junginių oksidacijos - amoniako, anglies
vandenilis, geležies geležies forma, randama vandenynuose
ir tt Baigę šis etapas deguonies kiekis
pradėjo augti atmosferoje. Pamažu modernėja
atmosfera su oksidacinėmis savybėmis.
Kadangi tai sukėlė rimtų ir drastiškų pokyčių
daug procesų, vykstančių atmosferoje, litosferoje ir
biosferoje, šis įvykis vadinamas deguonies kata-
strofa.
Šiuo metu Žemės atmosferą daugiausia sudaro
dujos ir įvairios priemaišos (dulkės, vandens lašai, kristalai
ledas, jūros druskos, degimo produktai). dujų koncentracija,
atmosferos komponentų, yra praktiškai pastovus, išskyrus
vandens (H 2 O) ir anglies dvideginis(CO 2).

Šaltinis: class.rambler.ru

Vadinasi, šiuolaikinės (deguonies turinčios) Žemės atmosferos susidarymas neįsivaizduojamas be gyvų sistemų, t.y., deguonies buvimas yra biosferos vystymosi pasekmė. VI Vernadskio išradingas spėjimas apie biosferos vaidmenį transformuojant Žemės veidą vis labiau pasitvirtina. Tačiau mes vis dar neaiškūs dėl gyvybės kilmės. V. I. Vernadskis sakė: „Tūkstančius kartų mes susidūrėme su neišspręsta, bet iš esmės įveikiama paslaptimi – gyvenimo paslaptimi“.

Biologai mano, kad savaiminis gyvybės atsiradimas įmanomas tik redukuojančioje aplinkoje, tačiau, anot vieno iš jų – M. Rutteno – deguonies kiekis dujų mišinyje iki 0,02 % abiogeninės sintezės tekėjimui netrukdo. Taigi geochemikai ir biologai turi skirtingas atmosferos redukavimo ir oksidacijos sampratas. Deguonies pėdsakus turinčią atmosferą pavadinkime neutralia, kurioje galėtų atsirasti pirmosios baltymų sankaupos, kurios iš principo savo mitybai galėtų naudoti (pasisavinti) abiogenines aminorūgštis, galbūt kažkodėl tik izomerus.

Tačiau klausimas ne kaip maitinosi šie aminoheterotrofai (aminorūgštis kaip maistą naudojantys organizmai), o kaip galėjo susidaryti savaime besitvarkanti medžiaga, kurios evoliucija turi neigiamą entropiją. Tačiau pastaroji visatoje nėra tokia reta. Ar Saulės sistemos ir ypač mūsų žemės formavimasis neprieštarauja entropijos eigai? Net Talisas iš Mitsos savo traktate rašė: „Vanduo yra pagrindinė visų dalykų priežastis“. Iš tiesų hidrosfera turėjo susiformuoti pirmiausia, kad taptų gyvybės lopšiu. Apie tai daug kalbėjo V. I. Vernadskis ir kiti didieji mūsų laikų mokslininkai.

V. I. Vernadskiui nebuvo iki galo aišku, kodėl gyvąją medžiagą atstovauja tik kairiarankiai organinių molekulių izomerai ir kodėl bet kokioje neorganinėje sintezėje gauname maždaug vienodą kairiarankių ir dešiniarankių izomerų mišinį. Ir net jei mes gauname sodrinimą (pavyzdžiui, poliarizuotoje šviesoje) tam tikrais metodais, negalime jų išskirti gryna forma.

Kaip galima būtų kompleksuoti organiniai junginiai baltymų tipai, baltymai, nukleino rūgštys ir kiti organizuotų elementų kompleksai, susidedantys iš kai kurių kairiųjų izomerų?

Šaltinis: www.pochemuha.ru

Pagrindinės Žemės atmosferos savybės

Atmosfera yra mūsų apsauginis kupolas nuo visų grėsmių iš kosmoso. Jis sudegina didžiąją dalį ant planetos krentančių meteoritų, o jo ozono sluoksnis tarnauja kaip filtras nuo ultravioletinės Saulės spinduliuotės, kurios energija yra mirtina gyvoms būtybėms. Be to, būtent atmosfera šalia Žemės paviršiaus palaiko komfortišką temperatūrą – jei ne šiltnamio efektas, pasiektas dėl daugkartinio saulės šviesos atspindėjimo nuo debesų, Žemėje būtų vidutiniškai 20-30 laipsnių šaltesnis. Vandens cirkuliacija atmosferoje ir oro masių judėjimas ne tik subalansuoja temperatūrą ir drėgmę, bet ir sukuria žemišką kraštovaizdžio formų bei mineralų įvairovę – tokio turto niekur kitur Saulės sistemoje nerasi.

Atmosferos masė yra 5,2 × 10 18 kilogramų. Nors dujų korpusai tęsiasi daug tūkstančių kilometrų nuo Žemės, jos atmosfera laikomi tik tie, kurie sukasi aplink ašį greičiu, lygiu planetos sukimosi greičiui. Taigi, Žemės atmosferos aukštis yra apie 1000 kilometrų, sklandžiai pereinanti į kosmosą viršutiniame sluoksnyje – egzosferoje (iš kitos graikų kalbos „išorinis rutulys“).

Žemės atmosferos sudėtis. Vystymosi istorija

Nors oras atrodo vienalytis, tai yra įvairių dujų mišinys. Jei imtume tik tuos, kurie užima bent tūkstantąją atmosferos tūrio, jų jau bus 12. Jei žiūrėsime į bendrą vaizdą, tai tuo pačiu metu ore yra visa periodinė lentelė!

Tačiau pasiekti tokią Žemės įvairovę nebuvo įmanoma iš karto. Tik per unikalius sutapimus cheminiai elementai ir gyvybės buvimas, Žemės atmosfera tapo tokia sudėtinga. Mūsų planetoje išlikę geologiniai šių procesų pėdsakai, leidžiantys žvelgti milijardus metų atgal:

• Pirmosios dujos, apgaubiančios jauną Žemę prieš 4,3 milijardo metų, buvo vandenilis ir helis – pagrindiniai dujų milžinų, tokių kaip Jupiteris, atmosferos komponentai.
  apie elementariausias medžiagas – jos susidėjo iš ūko, pagimdžiusio Saulę ir ją supančių planetų, liekanų ir jos gausiai nusėdo aplink gravitacinius centrus-planetas. Jų koncentracija nebuvo labai didelė, bet maža atominė masė leido jiems pabėgti į kosmosą, ką jie daro iki šiol. Iki šiol jų bendras savitasis sunkis yra 0,00052% visos Žemės atmosferos masės (0,00002% vandenilio ir 0,0005% helio), o tai yra labai maža.
• Tačiau pačios Žemės viduje slypėjo daugybė medžiagų, kurios siekė pabėgti iš karštų gelmių. Iš ugnikalnių buvo išmestas didžiulis kiekis dujų - daugiausia amoniako, metano ir anglies dioksido, taip pat sieros. Vėliau amoniakas ir metanas suskyla į azotą, kuris dabar užima liūto dalį Žemės atmosferos masės – 78%.

• Tačiau tikroji Žemės atmosferos sudėties revoliucija įvyko atsiradus deguoniui. Atsirado ir natūraliai – karšta jaunos planetos mantija aktyviai atsikratė po žemės pluta užsidariusių dujų. Be to, ugnikalnių išsiveržę vandens garai, veikiami saulės ultravioletinės spinduliuotės, buvo suskaidyti į vandenilį ir deguonį.

Tačiau toks deguonis negalėjo ilgai išlikti atmosferoje. Jis reagavo su anglies monoksidu, laisva geležimi, siera ir įvairiais kitais planetos paviršiaus elementais, o aukšta temperatūra ir saulės spinduliuotė katalizavo cheminius procesus. Šią situaciją pakeitė tik gyvų organizmų atsiradimas.

• Pirma, jie pradėjo išskirti tiek daug deguonies, kad jis ne tik oksidavo visas paviršiuje esančias medžiagas, bet ir pradėjo kauptis – per porą milijardų metų jo kiekis padidėjo nuo nulio iki 21% visos atmosferos masės.
• Antra, gyvi organizmai aktyviai naudojo atmosferos anglį savo skeletams kurti. Dėl savo veiklos Žemės pluta pasipildė ištisais geologiniais organinių medžiagų ir fosilijų sluoksniais, o anglies dvideginio tapo daug mažiau

• Ir, galiausiai, dėl deguonies pertekliaus susidarė ozono sluoksnis, kuris pradėjo saugoti gyvus organizmus nuo ultravioletinės spinduliuotės. Gyvybė pradėjo vystytis aktyviau ir įgyti naujų, sudėtingesnių formų – tarp bakterijų ir dumblių pradėjo atsirasti labai organizuotų būtybių. Šiandien ozonas užima tik 0,00001% visos Žemės masės.

Tikriausiai jau žinote, kad mėlyną dangaus spalvą Žemėje taip pat sukuria deguonis – iš viso Saulės vaivorykštinio spektro jis geriausiai išsklaido trumpus šviesos bangos ilgius, atsakingus už mėlyną spalvą. Tas pats efektas veikia ir erdvėje – per atstumą Žemę tarsi gaubia mėlyna migla, o iš tolo ji visiškai virsta mėlynu tašku.

Be to, atmosferoje yra dideli kiekiai inertinių dujų. Tarp jų didžiausias yra argonas, kurio dalis atmosferoje yra 0,9–1%. Jo šaltinis – branduoliniai procesai Žemės gelmėse, o į paviršių patenka per mikroįtrūkimus litosferos plokštėse ir ugnikalnių išsiveržimus (taip pat atmosferoje atsiranda helis). Dėl savo fizinių savybių tauriosios dujos pakyla į viršutinius atmosferos sluoksnius, kur išeina į kosmosą.

Kaip matome, Žemės atmosferos sudėtis keitėsi ne kartą ir labai stipriai – bet tam prireikė milijonų metų. Kita vertus, gyvybiniai reiškiniai yra labai stabilūs – ozono sluoksnis egzistuos ir veiks net jei Žemėje deguonies bus 100 kartų mažiau. Bendros planetos istorijos fone žmogaus veikla rimtų pėdsakų nepaliko. Tačiau vietiniu mastu civilizacija gali sukelti problemų – bent jau sau. Dėl oro teršalų Pekino (Kinija) žmonių gyvybė jau tapo pavojinga – o didžiuliai nešvaraus rūko debesys virš didmiesčių matomi net iš kosmoso.

Atmosferos struktūra

Tačiau egzosfera nėra vienintelis ypatingas mūsų atmosferos sluoksnis. Jų yra daug, ir kiekvienas iš jų turi savo unikalių savybių. Pažvelkime į keletą pagrindinių:

Troposfera

Žemiausias ir tankiausias atmosferos sluoksnis vadinamas troposfera. Straipsnio skaitytojas dabar yra jo „apačioje“ – nebent, žinoma, jis yra vienas iš 500 tūkstančių žmonių, kurie šiuo metu skrenda lėktuvu. Viršutinė troposferos riba priklauso nuo platumos (pamenate Žemės sukimosi išcentrinę jėgą, dėl kurios planeta ties pusiauju tampa platesnė?) ir svyruoja nuo 7 kilometrų ties ašigaliais iki 20 kilometrų ties pusiauju. Taip pat troposferos dydis priklauso nuo sezono – kuo šiltesnis oras, tuo aukščiau pakyla viršutinė riba.

Pavadinimas „troposfera“ kilęs iš senovės Graikiškas žodis„tropos“, o tai verčiama kaip „pasuk, keisk“. Tai tiksliai atspindi atmosferinio sluoksnio savybes – jis yra dinamiškiausias ir produktyviausias. Būtent troposferoje kaupiasi debesys ir cirkuliuoja vanduo, susidaro ciklonai ir anticiklonai bei vėjai – vyksta visi tie procesai, kuriuos vadiname „orais“ ir „klimatu“. Be to, tai yra masyviausias ir tankiausias sluoksnis - jis sudaro 80% atmosferos masės ir beveik visą vandens kiekį. Čia gyvena dauguma gyvų organizmų.

Visi žino, kad kuo aukščiau kyli, tuo šalčiau darosi. Tai tiesa – kas 100 metrų aukštyn oro temperatūra nukrenta 0,5-0,7 laipsnio. Nepaisant to, principas veikia tik troposferoje – toliau temperatūra ima kilti didėjant aukščiui. Teritorija tarp troposferos ir stratosferos, kurioje temperatūra išlieka pastovi, vadinama tropopauze. O didėjant aukščiui, vėjo srovė pagreitėja - 2–3 km / s per kilometrą aukštyn. Todėl parasparniai ir sklandytuvai skrydžiams pirmenybę teikia iškilioms plynaukštėms ir kalnams – ten jie visada galės „pagauti bangą“.

Jau minėtas oro dugnas, kuriame atmosfera liečiasi su litosfera, vadinamas paviršiniu ribiniu sluoksniu. Jo vaidmuo atmosferos cirkuliacijoje yra neįtikėtinai didelis – šilumos ir spinduliuotės perdavimas nuo paviršiaus sukuria vėjus ir slėgio kritimus, o kalnai ir kiti nelygūs reljefai juos nukreipia ir atskiria. Čia pat vyksta vandens mainai – per 8-12 dienų visas vanduo, paimtas iš vandenynų ir paviršiaus, grįžta atgal, paversdamas troposferą savotišku vandens filtru.

• Įdomus faktas yra tai, kad svarbus augalų gyvenimo procesas yra susijęs su vandens mainais su atmosfera - transpiracija. Su jo pagalba planetos flora aktyviai veikia klimatą – pavyzdžiui, dideli žalieji plotai sušvelnina oro ir temperatūros pokyčius. Augalai vandens prisotintose vietose išgarina 99% iš dirvožemio paimto vandens. Pavyzdžiui, hektaras kviečių per vasarą į atmosferą išmeta 2-3 tūkstančius tonų vandens – tai daug daugiau, nei galėtų duoti negyva dirva.

Normalus slėgis Žemės paviršiuje yra apie 1000 milibarų. Standartu laikomas 1013 mbar slėgis, tai yra viena „atmosfera“ – tikriausiai teko susidurti su šiuo matavimo vienetu. Didėjant aukščiui, slėgis greitai krenta: ties troposferos ribomis (12 kilometrų aukštyje) jis jau siekia 200 mbar, o 45 kilometrų aukštyje nukrenta iki 1 mbar. Todėl nieko keisto, kad būtent prisotintoje troposferoje surenkama 80% visos Žemės atmosferos masės.

Stratosfera

Atmosferos sluoksnis, esantis tarp 8 km aukščio (ties ašigalyje) ir 50 km (ties pusiauju), vadinamas stratosfera. Pavadinimas kilęs iš kito graikiško žodžio „stratos“, kuris reiškia „grindys, sluoksnis“. Tai itin reta Žemės atmosferos zona, kurioje beveik nėra vandens garų. Oro slėgis apatinėje stratosferos dalyje yra 10 kartų mažesnis nei paviršiniame, o viršutinėje – 100 kartų mažesnis.

Kalbėdami apie troposferą jau sužinojome, kad temperatūra joje mažėja priklausomai nuo aukščio. Stratosferoje viskas vyksta visiškai priešingai – kylant, temperatūra pakyla nuo –56°C iki 0–1°C. Šildymas sustoja ties stratopauze, riba tarp strato- ir mezosferos.

Gyvenimas ir žmogus stratosferoje

Keleiviniai laineriai ir viršgarsiniai lėktuvai dažniausiai skraido žemutinėje stratosferoje – tai ne tik apsaugo juos nuo troposferos oro srovių nestabilumo, bet ir supaprastina jų judėjimą dėl mažo aerodinaminio pasipriešinimo. O žema temperatūra ir retesnis oras leidžia optimizuoti degalų sąnaudas, o tai ypač svarbu ilgiems skrydžiams.

Tačiau orlaiviams galioja techninė aukščio riba – oro, kurio stratosferoje tiek mažai, pritekėjimas reikalingas reaktyviniams varikliams veikti. Atitinkamai, norint pasiekti norimą oro slėgį turbinoje, orlaivis turi judėti greitesnis greitis garsas. Todėl aukštai stratosferoje (18–30 kilometrų aukštyje) gali judėti tik kovinės mašinos ir viršgarsiniai lėktuvai, tokie kaip „Concorde“. Taigi pagrindiniai stratosferos „gyventojai“ yra meteorologiniai zondai, pritvirtinti prie balionų – jie gali ten išbūti ilgą laiką, rinkdami informaciją apie požeminės troposferos dinamiką.

Skaitytojas jau tikriausiai žino, kad iki pat ozono sluoksnio atmosferoje yra mikroorganizmų – vadinamasis aeroplanktonas. Tačiau stratosferoje gali išgyventi ne tik bakterijos. Taigi kartą į lėktuvo variklį 11,5 tūkstančio metrų aukštyje pateko afrikinis grifas, ypatinga grifas. O kai kurios antys migracijų metu ramiai skraido virš Everesto.

Tačiau didžiausias padaras, buvęs stratosferoje, išlieka žmogus. Dabartinį ūgio rekordą pasiekė „Google“ viceprezidentas Alanas Eustace'as. Šuolio dieną jam buvo 57 metai! Specialiu balionu jis pakilo į 41 kilometro aukštį virš jūros lygio, o po to nušoko žemyn su parašiutu. Greitis, kurį jis išvystė didžiausiu kritimo momentu, buvo 1342 km / h - daugiau nei garso greitis! Tuo pačiu metu Eustace tapo pirmuoju žmogumi, savarankiškai įveikusiu garso greičio slenkstį (neskaičiuojant kosminio kostiumo gyvybės palaikymui ir parašiutų nusileidimui apskritai).

• Įdomus faktas – norint atsiskirti nuo baliono, Eustace'ui prireikė sprogstamojo įtaiso – tokio, kokį naudoja kosminės raketos, atsikabindamos scenas.

Ozono sluoksnis

Ir ant ribos tarp stratosferos ir mezosferos yra garsusis ozono sluoksnis. Jis apsaugo Žemės paviršių nuo ultravioletinių spindulių poveikio ir kartu tarnauja kaip viršutinė gyvybės plitimo planetoje riba – virš jos temperatūra, slėgis ir kosminė spinduliuotė greitai nutrauks net atspariausios bakterijos.

Iš kur atsirado šis skydas? Atsakymas neįtikėtinas – jį sukūrė gyvi organizmai, tiksliau – deguonis, kurį įvairios bakterijos, dumbliai ir augalai išskiria nuo neatmenamų laikų. Pakilęs aukštai atmosferoje, deguonis susiliečia su ultravioletine spinduliuote ir pradeda fotocheminę reakciją. Dėl to iš įprasto deguonies, kuriuo kvėpuojame, O 2, gaunamas ozonas - O 3.

Paradoksalu, bet nuo tos pačios spinduliuotės mus saugo Saulės spinduliuotės sukurtas ozonas! O ozonas neatspindi, o sugeria ultravioletinius spindulius - taip šildo aplinkinę atmosferą.

Mezosfera

Jau minėjome, kad virš stratosferos – tiksliau, virš stratopauzės, ribinis stabilios temperatūros sluoksnis – yra mezosfera. Šis palyginti nedidelis sluoksnis yra tarp 40-45 ir 90 kilometrų aukščio ir yra šalčiausia mūsų planetos vieta – mezopauzėje, viršutiniame mezosferos sluoksnyje, oras atšaldomas iki -143°C.

Mezosfera yra mažiausiai ištirta Žemės atmosferos dalis. Itin mažas dujų slėgis, nuo tūkstančio iki dešimties tūkstančių kartų mažesnis už paviršiaus slėgį, riboja balionų judėjimą – jų keliamoji jėga siekia nulį, o jie tiesiog kabo vietoje. Tas pats vyksta ir su reaktyviniais lėktuvais – orlaivio sparno ir korpuso aerodinamika praranda prasmę. Todėl mezosferoje gali skristi arba raketos, arba lėktuvai su raketiniais varikliais – raketiniai lėktuvai. Tarp jų yra ir raketinis lėktuvas X-15, kuris išlaiko greičiausio pasaulyje orlaivio poziciją: jis pasiekė 108 kilometrų aukštį ir 7200 km/h greitį – 6,72 karto didesnį už garso greitį.

Tačiau rekordinis X-15 skrydis truko tik 15 minučių. Tai simbolizuoja dažna problema mezosferoje judančios transporto priemonės – jos per greitos, kad būtų galima atlikti bet kokius nuodugnius tyrimus, ir ilgai neužsibūna nurodytame aukštyje, skrisdamos aukščiau ar krisdamos žemyn. Taip pat mezosfera negali būti tyrinėjama naudojant palydovus ar suborbitinius zondus – net jei slėgis šiame atmosferos sluoksnyje yra mažas, jis sulėtina (o kartais ir sudegina) erdvėlaivius. Dėl šių sudėtingumo mokslininkai mezosferą dažnai vadina „nežinojimu“ (iš anglų kalbos „ignorosphere“, kur „ignorance“ yra nežinojimas, nežinojimas).

Ir būtent mezosferoje perdega dauguma į Žemę krentančių meteorų – būtent ten įsiliepsnoja Perseidų meteorų lietus, žinomas kaip „rugpjūčio žvaigždės kritimas“. Šviesos efektas atsiranda, kai į Žemės atmosferą patenka kosminis kūnas aštrus kampas didesniu nei 11 km/h greičiu – nuo ​​trinties jėgos užsidega meteoritas.

Mezosferoje praradę savo masę, „ateivio“ likučiai nusėda Žemėje kosminių dulkių pavidalu – kasdien ant planetos nukrenta nuo 100 iki 10 tūkstančių tonų meteoritinės medžiagos. Kadangi atskiros dulkių dalelės yra labai lengvos, užtrunka iki vieno mėnesio, kol jos pasiekia Žemės paviršių! Patekę į debesis jie pasunkėja ir netgi kartais sukelia lietų – nes juos sukelia vulkaniniai pelenai ar branduolinių sprogimų dalelės. Tačiau kosminių dulkių įtaka lietaus formavimuisi laikoma maža – net 10 tūkstančių tonų nepakanka, kad būtų rimtai pakeista natūrali Žemės atmosferos cirkuliacija.

Termosfera

Virš mezosferos, 100 kilometrų aukštyje virš jūros lygio, eina Karmano linija – sąlyginė riba tarp Žemės ir kosmoso. Nors yra dujų, kurios sukasi kartu su Žeme ir techniškai patenka į atmosferą, jų kiekis virš Karmano linijos yra nepastebimai mažas. Todėl bet koks skrydis, viršijantis 100 kilometrų aukštį, jau laikomas kosmosu.

Labiausiai išsiplėtusio atmosferos sluoksnio – termosferos – apatinė riba sutampa su Karmano linija. Jis pakyla į 800 kilometrų aukštį ir pasižymi itin aukšta temperatūra – 400 kilometrų aukštyje pasiekia maksimalią 1800 °C temperatūrą!

Karšta, ar ne? Esant 1538 ° C temperatūrai, geležis pradeda tirpti - kaip tada erdvėlaiviai lieka nepažeisti termosferoje? Viskas dėl itin mažos dujų koncentracijos viršutiniuose atmosferos sluoksniuose – slėgis termosferos viduryje yra 1 000 000 mažesnis nei oro koncentracija šalia Žemės paviršiaus! Atskirų dalelių energija yra didelė – tačiau atstumas tarp jų didžiulis, o erdvėlaiviai iš tikrųjų yra vakuume. Tačiau tai nepadeda jiems atsikratyti mechanizmų skleidžiamos šilumos – šilumos išleidimui visuose erdvėlaiviuose yra sumontuoti radiatoriai, skleidžiantys energijos perteklių.

• Ant užrašo. Kalbant apie aukštą temperatūrą, visada reikėtų atsižvelgti į karštosios medžiagos tankį – pavyzdžiui, Andron Collider mokslininkai tikrai gali pašildyti medžiagą iki Saulės temperatūros. Tačiau akivaizdu, kad tai bus atskiros molekulės – galingam sprogimui užtektų ir vieno gramo žvaigždės medžiagos. Todėl nereikėtų tikėti geltonąja spauda, ​​kuri iš Collider „rankų“ mums žada neišvengiamą pasaulio pabaigą, lygiai kaip nereikėtų bijoti šilumos termosferoje.

Termosfera ir astronautika

Termosfera iš tikrųjų yra atvira erdvė– jos ribose buvo ir pirmojo sovietinio Sputniko orbita. Taip pat buvo erdvėlaivio „Vostok-1“ su Jurijumi Gagarinu skrydžio apocenteras – aukščiausias taškas virš Žemės. Į šį aukštį taip pat paleidžiama daug dirbtinių palydovų, skirtų Žemės paviršiui, vandenynui ir atmosferai tirti, pavyzdžiui, „Google Maps“ palydovai. Todėl, jei kalbame apie LEO (Low Reference Orbit, įprastas astronautikos terminas), 99% atvejų ji yra termosferoje.

Žmonių ir gyvūnų orbitiniai skrydžiai vyksta ne tik termosferoje. Faktas yra tas, kad jo viršutinėje dalyje, 500 kilometrų aukštyje, tęsiasi Žemės radiacijos juostos. Būtent ten įkrautos saulės vėjo dalelės sulaikomos ir kaupiamos magnetosferoje. Ilgas buvimas radiacijos juostose atneša nepataisomą žalą gyviems organizmams ir net elektronikai – todėl visos aukštos orbitos transporto priemonės yra apsaugotos nuo radiacijos.

auroras

Poliarinėse platumose dažnai pasirodo įspūdingas ir grandiozinis reginys – pašvaistė. Jie atrodo kaip ilgi įvairių spalvų ir formų šviečiantys lankai, mirgantys danguje. Žemė atsirado dėl savo magnetosferos – tiksliau, tarpų joje šalia ašigalių. Saulės vėjo įkrautos dalelės sprogsta į vidų, todėl atmosfera švyti. Čia galite pasigrožėti įspūdingiausiais žibintais ir sužinoti daugiau apie jų kilmę.

Dabar aurora yra įprasta poliarinių šalių, tokių kaip Kanada ar Norvegija, gyventojams, taip pat privaloma turėti bet kurio turisto kelionės maršrute, tačiau anksčiau joms buvo priskiriamos antgamtinės savybės. Įvairiaspalvėse švieselėse senovės žmonės matė rojaus vartus, mitines būtybes ir dvasių ugnį, o jų elgesys buvo laikomas būrimu. Ir mūsų protėvius galima suprasti – net išsilavinimas ir tikėjimas savo protu kartais negali sutramdyti pagarbos gamtos jėgoms.

Egzosfera

Paskutinis Žemės atmosferos sluoksnis, kurio apatinė riba eina 700 kilometrų aukštyje, yra egzosfera (iš kito graikiško žodžio „exo“ – išorė, išorė). Jis yra neįtikėtinai išsklaidytas ir daugiausia susideda iš lengviausio elemento - vandenilio - atomų; taip pat susiduria su atskirais deguonies ir azoto atomais, kuriuos stipriai jonizuoja visa prasiskverbianti Saulės spinduliuotė.

Žemės egzosferos matmenys yra neįtikėtinai dideli – ji išsivysto į Žemės vainiką, geokoroną, kuri tęsiasi iki 100 tūkstančių kilometrų nuo planetos. Tai labai reta – dalelių koncentracija yra milijonus kartų mažesnė už įprasto oro tankį. Bet jei Mėnulis užstoja Žemę tolimam erdvėlaivis, tada bus matoma mūsų planetos vainika, kaip jos užtemimo metu matome Saulės vainiką. Tačiau šis reiškinys dar nepastebėtas.

Atmosferos oro sąlygos

Taip pat egzosferoje vyksta Žemės atmosferos atmosfera – dėl didelio atstumo nuo planetos gravitacinio centro dalelės lengvai atitrūksta nuo bendrojo. dujų masė ir eiti į savo orbitas. Šis reiškinys vadinamas atmosferos išsisklaidymu. Mūsų planeta kas sekundę iš atmosferos praranda 3 kilogramus vandenilio ir 50 gramų helio. Tik šios dalelės yra pakankamai lengvos, kad išeitų iš bendros dujinės masės.

Paprasti skaičiavimai rodo, kad Žemė kasmet praranda apie 110 tūkstančių tonų atmosferos masės. Ar tai pavojinga? Tiesą sakant, ne – mūsų planetos pajėgumas vandenilio ir helio „gamybai“ viršija nuostolių greitį. Be to, dalis prarastų medžiagų ilgainiui grįžta atgal į atmosferą. O tokios svarbios dujos kaip deguonis ar anglies dioksidas yra tiesiog per sunkios, kad masiškai išeitų iš Žemės – todėl nebijokite, kad mūsų Žemės atmosfera išgaruos.

• Įdomus faktas – pasaulio pabaigos „pranašai“ dažnai sako, kad jei Žemės šerdis nustos suktis, spaudžiant saulės vėjui atmosfera greitai išnyks. Tačiau mūsų skaitytojas žino, kad atmosferą aplink Žemę išlaiko gravitacinės jėgos, kurios veiks nepriklausomai nuo šerdies sukimosi. Ryškus to įrodymas yra Venera, kuri turi fiksuotą šerdį ir silpną magnetinį lauką, tačiau atmosfera yra 93 kartus tankesnė ir sunkesnė už žemę. Tačiau tai nereiškia, kad žemės branduolio dinamikos nutraukimas yra saugus – tada planetos magnetinis laukas išnyks. Jos vaidmuo svarbus ne tiek sulaikant atmosferą, kiek apsaugant nuo įkrautų saulės vėjo dalelių, kurios nesunkiai pavers mūsų planetą radioaktyvia dykuma.

Debesys

Vanduo Žemėje egzistuoja ne tik didžiuliame vandenyne ir daugybėje upių. Atmosferoje yra apie 5,2 × 10 15 kilogramų vandens. Jo yra beveik visur – garų dalis ore svyruoja nuo 0,1% iki 2,5% tūrio, priklausomai nuo temperatūros ir vietos. Tačiau didžioji dalis vandens surenkama debesyse, kur kaupiasi ne tik dujų pavidalu, bet ir smulkiais lašeliais bei ledo kristalais. Vandens koncentracija debesyse siekia 10 g/m 3 – o kadangi debesys siekia kelių kubinių kilometrų tūrį, vandens masė juose siekia dešimtis ir šimtus tonų.

Debesys yra labiausiai matomas mūsų Žemės darinys; jie matomi net iš mėnulio, kur plika akimi išsilieja žemynų kontūrai. Ir tai nieko keisto – juk daugiau nei 50% Žemės nuolat dengia debesys!

Debesys vaidina nepaprastai svarbų vaidmenį Žemės šilumos mainuose. Žiemą jos fiksuoja saulės spindulius, dėl šiltnamio efekto pakeldamos žemiau jų temperatūrą, o vasarą – nuo ​​milžiniškos Saulės energijos. Debesys taip pat subalansuoja dienos ir nakties temperatūrų skirtumus. Beje, būtent dėl ​​jų nebuvimo dykumos naktį taip atšąla – visa smėlio ir uolų sukaupta šiluma laisvai skrenda aukštyn, kai kituose regionuose ją sulaiko debesys.

Didžioji dauguma debesų susidaro netoli Žemės paviršiaus, troposferoje, bet jų tolimesnis vystymas jie turi įvairiausių formų ir savybių. Jų atskyrimas labai naudingas – atsiradę įvairių tipų debesys gali ne tik padėti prognozuoti orą, bet ir nustatyti priemaišų buvimą ore! Pažvelkime į pagrindinius debesų tipus išsamiau.

Žemesni debesys

Žemiausiai virš žemės besileidžiantys debesys priskiriami žemesniems debesims. Jie pasižymi dideliu vienodumu ir maža mase – nukritę ant žemės meteorologijos mokslininkai jų neatskiria nuo įprasto rūko. Nepaisant to, tarp jų yra skirtumas – vieni tiesiog užstoja dangų, o kiti gali pratrūkti stipriomis liūtimis ir snygiais.

• Debesys, galintys sukelti gausių kritulių, yra nimbostratus debesys. Jie yra didžiausi tarp žemesnės pakopos debesų: jų storis siekia kelis kilometrus, o linijiniai matavimai viršija tūkstančius kilometrų. Jie yra vienalytė pilka masė – užsitęsus lietui pažiūrėkite į dangų ir tikrai pamatysite nimbinius debesis.
• Kitas žemesnio sluoksnio debesų tipas yra sluoksniuotieji debesys, iškilę 600–1500 metrų virš žemės. Tai šimtų pilkai baltų debesų grupės, atskirtos mažais tarpeliais. Tokius debesuotus dažniausiai matome mažai debesuotomis dienomis. Jie retai lyja ar sninga.
• Paskutinė žemesnių debesų rūšis yra įprasti sluoksniniai debesys; tai jie dengia dangų debesuotomis dienomis, kai iš dangaus prasideda smulki šlapdriba. Jie labai ploni ir žemi – sluoksninių debesų aukštis maksimalus siekia 400–500 metrų. Jų sandara labai panaši į rūko sandarą – naktį nusileisdamos iki pačios žemės, jos dažnai sukuria tirštą ryto miglą.

Vertikalaus vystymosi debesys

Žemesnės pakopos debesys turi vyresnius brolius – vertikalios raidos debesis. Nors apatinė jų riba yra žemame 800–2000 kilometrų aukštyje, vertikalios raidos debesys rimtai veržiasi aukštyn – jų storis gali siekti 12–14 kilometrų, o tai nustumia viršutinę ribą į troposferą. Tokie debesys dar vadinami konvekciniais: dėl dideli dydžiai juose esantis vanduo įgauna skirtingą temperatūrą, dėl to atsiranda konvekcija – karštų masių judėjimo aukštyn ir šaltų masių žemyn procesas. Todėl vertikalios raidos debesyse vienu metu egzistuoja vandens garai, maži lašeliai, snaigės ir net ištisi ledo kristalai.

• Pagrindinis vertikalių debesų tipas yra kamuoliniai debesys – didžiuliai balti debesys, primenantys suplėšytus vatos gabalus ar ledkalnius. Jų egzistavimui reikalinga aukšta oro temperatūra, todėl centrinėje Rusijoje jie pasirodo tik vasarą ir ištirpsta naktį. Jų storis siekia kelis kilometrus.

• Tačiau kai kamuoliniai debesys turi galimybę susiburti, jie sukuria daug didesnę formą – kamuolinius debesis. Tai iš jų ir eina stiprus lietus, kruša ir perkūnija vasarą. Egzistuoja vos kelias valandas, bet tuo pat metu užauga iki 15 kilometrų – jų viršutinė dalis pasiekia -10 °C temperatūrą ir susideda iš ledo kristalų.Didžiausių kamuolinių debesų viršūnėse yra „priekalai“. susiformavo – plokščios vietos, primenančios grybą arba apverstą geležį. Taip nutinka tose vietose, kur debesis pasiekia stratosferos kraštą – fizika neleidžia jam toliau plisti, todėl kamuolinis debesis plinta išilgai aukščio ribos.

• Įdomus faktas yra tai, kad ugnikalnių išsiveržimų, meteoritų smūgių ir branduolinių sprogimų vietose susidaro galingi kamuoliniai debesys. Šie debesys yra didžiausi – jų ribos siekia net stratosferą, kyla į 16 kilometrų aukštį. Būdamos prisotintos išgaravusio vandens ir mikrodalelių, jos išsvaido galingas perkūnijas – dažniausiai to pakanka su kataklizmu susijusiems gaisrams užgesinti. Štai toks natūralus gaisrininkas 🙂

Viduriniai debesys

Tarpinėje troposferos dalyje (2–7 kilometrų aukštyje vidutinėse platumose) yra vidurinės pakopos debesys. Jiems būdingi dideli plotai – juos mažiau veikia aukštyn srovė nuo žemės paviršiaus ir nelygus reljefas – ir nedidelis kelių šimtų metrų storis. Tai debesys, kurie „vingiuoja“ aplink aštrias kalnų viršūnes ir kabo šalia jų.

Patys viduriniosios pakopos debesys skirstomi į du pagrindinius tipus – altostratus ir altocumulus.

• Altostratus debesys yra viena iš sudėtingų atmosferos masių sudedamųjų dalių. Tai vienodas, pilkšvai melsvas šydas, pro kurį matosi Saulė ir Mėnulis – nors altostratų debesų plotis siekia tūkstančius kilometrų, jų storis siekia vos kelis kilometrus. Pilkas tankus šydas, matomas iš dideliame aukštyje skrendančio orlaivio lango, yra būtent altostratus debesys. Dažnai ilgai lyja arba sninga.

• Altocumulus debesys, primenantys smulkius suplyšusius vatos gabalėlius ar plonas lygiagrečias juosteles, atsiranda šiltuoju metų laiku - jie susidaro šiltoms oro masėms pakilus į 2–6 kilometrų aukštį. Altocumulus debesys tarnauja kaip tikras artėjančių orų permainų ir lietaus artėjimo indikatorius – juos gali sukurti ne tik natūrali atmosferos konvekcija, bet ir užplūstančios šaltos oro masės. Nuo jų lyja retai – tačiau debesys gali susijungti ir sukurti vieną didelį lietaus debesį.

Kalbant apie debesis prie kalnų – nuotraukose (o gal ir gyvai) tikriausiai ne kartą matėte apvalius debesis, primenančius vatos tamponus, kurie sluoksniais kabo virš kalno viršūnės. Faktas yra tas, kad vidurinės pakopos debesys dažnai būna lęšiniai arba lęšiniai – suskirstyti į kelis lygiagrečius sluoksnius. Juos sukuria oro bangos, susidarančios vėjui tekant aplink stačias viršūnes. Lęšiniai debesys ypatingi ir tuo, kad kabo vietoje net pučiant stipriausiam vėjui. Jų prigimtis leidžia tai padaryti – kadangi tokie debesys susidaro kelių oro srovių sąlyčio taškuose, jie yra gana stabilioje padėtyje.

Viršutiniai debesys

Paskutinis paprastų debesų lygis, kylantis į stratosferos žemupį, vadinamas viršutine pakopa. Tokių debesų aukštis siekia 6–13 kilometrų – ten labai šalta, todėl viršutinės pakopos debesys susideda iš mažų ledo lyčių. Dėl savo pluoštinės, ištemptos, panašios į plunksnas formos, aukšti debesys taip pat vadinami cirrus, nors dėl atmosferos keistenybių jie dažnai suteikia nagų, dribsnių ir net žuvų skeletų formą. Iš jų susidarantys krituliai niekada nepasiekia žemės, tačiau pats plunksninių debesų buvimas yra senovinis būdas nuspėti orą.

• Grynieji plunksniniai debesys yra ilgiausi tarp viršutinės pakopos debesų – atskiro pluošto ilgis gali siekti dešimtis kilometrų. Kadangi ledo kristalai debesyse yra pakankamai dideli, kad jaustų Žemės gravitaciją, plunksniniai debesys „krenta“ ištisomis kaskadomis – atstumas tarp vieno debesies viršaus ir apačios gali siekti 3-4 kilometrus! Tiesą sakant, plunksniniai debesys yra didžiuliai „ledo kriokliai“. Tai yra vandens kristalų formos skirtumai, dėl kurių susidaro pluoštinė, tekanti forma.

• Šioje klasėje yra ir beveik nematomų debesų – plunksninių debesų. Jie susidaro, kai aukštyn pakyla didelės paviršinio oro masės – dideliame aukštyje jų drėgmės pakanka debesiui susidaryti. Kai pro juos prasiskverbia Saulė ar Mėnulis, atsiranda aureolė – šviečiantis išsklaidytų spindulių vaivorykštinis diskas.

nešvarūs debesys

Atskiroje klasėje verta išskirti sidabrinius debesis – aukščiausius debesis Žemėje. Jie pakyla į 80 kilometrų aukštį, o tai net aukščiau nei stratosfera! Be to, jie turi neįprastą sudėtį – skirtingai nuo kitų debesų, juos sudaro meteoritinės dulkės ir metanas, o ne vanduo. Šie debesys matomi tik saulei nusileidus arba prieš aušrą – iš už horizonto prasiskverbiantys Saulės spinduliai apšviečia sidabrinius debesis, kurie dieną aukštyje lieka nematomi.

Nešvarūs debesys yra nepaprastai gražus vaizdas – tačiau norint juos pamatyti šiauriniame pusrutulyje, reikia ypatingų sąlygų. O jų mįslę įminti nebuvo taip paprasta – mokslininkai, bejėgiai, atsisakė jais tikėti, skelbdami sidabrinius debesis optine apgaule. Galite pažvelgti į neįprastus debesis ir sužinoti apie jų paslaptis iš mūsų specialaus straipsnio.

Atmosfera pradėjo formuotis kartu su Žemės formavimusi. Planetos evoliucijos metu ir artėjant jos parametrams šiuolaikinės vertybėsįvyko esminių kokybinių jo cheminės sudėties pokyčių ir fizines savybes. Pagal evoliucinis modelis, įjungta Ankstyva stadijaŽemė buvo išlydyta ir maždaug prieš 4,5 milijardo metų susiformavo kaip kietas. Ši riba laikoma pradžia geologinis skaičiavimas. Nuo to laiko prasidėjo lėta atmosferos raida. Kai kuriuos geologinius procesus (pavyzdžiui, lavos išsiliejimą ugnikalnio išsiveržimų metu) lydėjo dujų išsiskyrimas iš Žemės žarnų. Juose buvo azotas, amoniakas, metanas, vandens garai, CO2 oksidas ir CO2 anglies dioksidas. Veikiant saulės ultravioletinei spinduliuotei vandens garai suskyla į vandenilį ir deguonį, tačiau išsiskyręs deguonis sureagavo su anglies monoksidu, sudarydamas anglies dioksidą. Amoniakas suskyla į azotą ir vandenilį. Vandenilis difuzijos procese pakilo aukštyn ir paliko atmosferą, o sunkesnis azotas negalėjo išeiti ir palaipsniui kaupėsi, tapdamas pagrindiniu komponentu, nors dalis jo cheminių reakcijų metu susijungė į molekules ( cm. ATMOSFEROS CHEMIJA). Veikiant ultravioletiniams spinduliams ir elektros iškrovoms, pradinėje Žemės atmosferoje esančių dujų mišinys pateko į chemines reakcijas, dėl kurių susidarė organinės medžiagos, ypač aminorūgštys. Atsiradus primityviems augalams, prasidėjo fotosintezės procesas, lydimas deguonies išsiskyrimo. Šios dujos, ypač po difuzijos į viršutinius atmosferos sluoksnius, pradėjo saugoti savo apatinius sluoksnius ir Žemės paviršių nuo gyvybei pavojingos ultravioletinės ir rentgeno spinduliuotės. Teoriniais skaičiavimais, deguonies kiekis, kuris yra 25 000 kartų mažesnis nei dabar, jau gali lemti ozono sluoksnio susidarymą, kurio ozono sluoksnis yra tik perpus mažesnis nei dabar. Tačiau to jau pakanka, kad organizmai būtų labai apsaugoti nuo žalingo ultravioletinių spindulių poveikio.

Tikėtina, kad pirminėje atmosferoje buvo daug anglies dioksido. Jis buvo suvartojamas fotosintezės metu, o jo koncentracija turėjo mažėti vystantis augalų pasauliui, taip pat dėl ​​absorbcijos kai kurių geologinių procesų metu. Nes šiltnamio efektas susijęs su anglies dioksido buvimu atmosferoje, jo koncentracijos svyravimai yra viena iš svarbių tokio didelio masto priežasčių. klimato kaitažemės istorijoje ledynmečiai.

Dauguma šiuolaikinėje atmosferoje esančio helio yra produktas radioaktyvusis skilimas uranas, toris ir radis. Šie radioaktyvieji elementai išskiria a-daleles, kurios yra helio atomų branduoliai. Kadangi radioaktyvaus skilimo metu elektros krūvis nesusidaro ir neišnyksta, susidarius kiekvienai a dalelei atsiranda du elektronai, kurie, rekombinuodami su a dalelėmis, sudaro neutralius helio atomus. Radioaktyvių elementų yra mineraluose, išsibarsčiusiuose storyje akmenys, todėl juose kaupiasi nemaža dalis dėl radioaktyvaus skilimo susidariusio helio, kuris labai lėtai išeina į atmosferą. Tam tikras helio kiekis pakyla į egzosferą dėl difuzijos, tačiau dėl nuolatinio antplūdžio iš žemės paviršiaus šių dujų tūris atmosferoje išlieka beveik nepakitęs. Remiantis žvaigždžių šviesos spektrine analize ir meteoritų tyrimais, galima įvertinti santykinį įvairių cheminių elementų gausą Visatoje. Neono koncentracija erdvėje yra apie dešimt milijardų kartų didesnė nei Žemėje, kriptono – dešimt milijonų, ksenono – milijoną kartų. Iš to išplaukia, kad šių inertinių dujų, kurios, matyt, iš pradžių buvo Žemės atmosferoje ir nepasipildė cheminių reakcijų metu, koncentracija labai sumažėjo, tikriausiai net tada, kai Žemė praranda pirminę atmosferą. Išimtis yra inertinės dujos argonas, nes jis vis dar susidaro 40 Ar izotopo pavidalu radioaktyvaus kalio izotopo skilimo procese.

Barometrinio slėgio pasiskirstymas.

Bendras atmosferos dujų svoris yra maždaug 4,5 10 15 tonų. Taigi atmosferos „svoris“ ploto vienetui, arba atmosferos slėgis, yra maždaug 11 t / m 2 = 1,1 kg / cm 2 jūros lygyje. Slėgis lygus P 0 \u003d 1033,23 g / cm 2 \u003d 1013,250 mbar \u003d 760 mm Hg. Art. = 1 atm, laikomas standartiniu vidutiniu atmosferos slėgiu. Hidrostatinės pusiausvyros atmosferai turime: d P= -rgd h, o tai reiškia, kad aukščių intervale nuo h prieš h+d h vyksta lygybė tarp atmosferos slėgio pokyčio d P ir atitinkamo atmosferos elemento, kurio ploto vienetas, tankis r ir storis d, svoris h. Kaip santykis tarp slėgio R ir temperatūra T naudojamas pakankamai tinkamas žemės atmosfera Idealiųjų dujų, kurių tankis r, būsenos lygtis: P= r R T/m, kur m yra molekulinė masė, o R = 8,3 J/(K mol) yra universali dujų konstanta. Tada d log P= – (m g/RT)d h= -bd h= – d h/H, kur slėgio gradientas yra logaritminėje skalėje. H grįžtamoji reikšmė turi būti vadinama atmosferos aukščio skale.

Integruojant šią izoterminės atmosferos lygtį ( T= const) arba, jei toks aproksimavimas yra priimtinas, gaunamas barometrinis slėgio pasiskirstymo su aukščiu dėsnis: P = P 0 exp (- h/H 0), kur aukščio rodmuo h pagamintas iš vandenyno lygio, kur yra standartinis vidutinis slėgis P 0 . Išraiška H 0 = R T/ mg, vadinama aukščio skale, kuri apibūdina atmosferos mastą, su sąlyga, kad temperatūra joje visur yra vienoda (izoterminė atmosfera). Jei atmosfera nėra izoterminė, reikia integruoti atsižvelgiant į temperatūros pokytį su aukščiu ir parametrą H- kai kurios vietinės atmosferos sluoksnių charakteristikos, priklausomai nuo jų temperatūros ir terpės savybių.

Standartinė atmosfera.

Modelis (pagrindinių parametrų verčių lentelė), atitinkantis standartinį slėgį atmosferos bazėje R 0, o cheminė sudėtis vadinama standartine atmosfera. Tiksliau, tai yra sąlyginis atmosferos modelis, kuriam 45° 32° 33° platumos vidutinės vertės pateikiamos temperatūrai, slėgiui, tankiui, klampumui ir kitoms oro charakteristikoms aukštyje nuo 2 km žemiau jūros lygio. iki išorinės žemės atmosferos ribos. Vidurinės atmosferos parametrai visuose aukščiuose buvo apskaičiuoti naudojant idealiųjų dujų būsenos lygtį ir barometrinį dėsnį darant prielaidą, kad jūros lygyje slėgis yra 1013,25 hPa (760 mmHg), o temperatūra 288,15 K (15,0 °C). Pagal vertikalaus temperatūros pasiskirstymo pobūdį vidutinė atmosfera susideda iš kelių sluoksnių, kurių kiekviename temperatūra yra apytikslė tiesine aukščio funkcija. Žemiausiame iš sluoksnių - troposferoje (h Ј 11 km) temperatūra nukrenta 6,5 ​​° C su kiekvienu kilimo kilometru. Dideliame aukštyje vertikalaus temperatūros gradiento reikšmė ir ženklas kinta nuo sluoksnio iki sluoksnio. Virš 790 km temperatūra yra apie 1000 K ir praktiškai nesikeičia priklausomai nuo aukščio.

Standartinė atmosfera yra periodiškai atnaujinamas, legalizuotas standartas, išleidžiamas lentelių pavidalu.

1 lentelė. Standartinis Žemės atmosferos modelis

1 lentelė. STANDARTINIS ŽEMĖS ATMOSFEROS MODELIS. Lentelėje parodyta: h- aukštis nuo jūros lygio, R- spaudimas, T– temperatūra, r – tankis, N yra molekulių arba atomų skaičius tūrio vienete, H- aukščio skalė, l yra laisvo kelio ilgis. Slėgis ir temperatūra 80–250 km aukštyje, gauti iš raketų duomenų, turi mažesnes vertes. Ekstrapoliuotos vertės aukštesniems nei 250 km nėra labai tikslios.
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

Troposfera.

Žemiausias ir tankiausias atmosferos sluoksnis, kuriame temperatūra greitai mažėja didėjant aukščiui, vadinamas troposfera. Jame yra iki 80% visos atmosferos masės ir jis tęsiasi poliarinėse ir vidutinėse platumose iki 8–10 km aukščio, o tropikuose – iki 16–18 km aukščio. Čia vystosi beveik visi orą formuojantys procesai, tarp Žemės ir jos atmosferos vyksta šilumos ir drėgmės mainai, formuojasi debesys, įvairūs meteorologiniai reiškiniai, rūkai, krituliai. Šie žemės atmosferos sluoksniai yra konvekcinėje pusiausvyroje ir dėl aktyvaus maišymosi turi homogeninę cheminę sudėtį, daugiausia iš molekulinio azoto (78%) ir deguonies (21%). Didžioji dauguma natūralių ir žmogaus sukurtų aerozolių ir dujų oro teršalų yra susitelkę troposferoje. Iki 2 km storio troposferos apatinės dalies dinamika labai priklauso nuo požeminio žemės paviršiaus savybių, kurios lemia horizontalius ir vertikalius oro (vėjo) judėjimus dėl šilumos perdavimo iš šiltesnės žemės. Žemės paviršiaus IR spinduliuotė, kurią troposferoje sugeria daugiausia vandens garai ir anglies dioksidas (šiltnamio efektas). Temperatūros pasiskirstymas su aukščiu nustatomas dėl turbulentinio ir konvekcinio maišymosi. Vidutiniškai tai atitinka temperatūros kritimą, kai aukštis yra apie 6,5 K/km.

Vėjo greitis paviršiniame ribiniame sluoksnyje pirmiausia sparčiai didėja didėjant aukščiui, o aukščiau jis toliau didėja 2–3 km/s per kilometrą. Kartais troposferoje yra siauri planetiniai srautai (kurių greitis didesnis nei 30 km / s), vakariniai - vidutinėse platumose, o rytiniai - prie pusiaujo. Jie vadinami reaktyviniais srautais.

tropopauzė.

Viršutinėje troposferos riboje (tropopauzėje) temperatūra pasiekia mažiausią žemutinės atmosferos sluoksnio vertę. Tai yra pereinamasis sluoksnis tarp troposferos ir virš jos esančios stratosferos. Tropopauzės storis svyruoja nuo šimtų metrų iki 1,5–2 km, o temperatūra ir aukštis virš jūros lygio svyruoja atitinkamai nuo 190 iki 220 K ir nuo 8 iki 18 km, priklausomai nuo geografinė platuma ir sezonas. Vidutinėse ir didelėse platumose žiemą 1–2 km žemesnė nei vasarą ir 8–15 K šiltesnė. Tropikuose sezoniniai pokyčiai daug mažesni (aukštis 16–18 km, temperatūra 180–200 K). Baigėsi reaktyviniai srautai galimas tropopauzės plyšimas.

Vanduo Žemės atmosferoje.

Svarbiausias Žemės atmosferos bruožas yra didelis vandens garų ir vandens kiekis lašelių pavidalu, o tai lengviausiai pastebima debesų ir debesų struktūrų pavidalu. Dangaus debesuotumo laipsnis (tam tikru momentu arba vidutiniškai per tam tikrą laikotarpį), išreikštas 10 balų skalėje arba procentais, vadinamas debesuotumu. Debesų forma nustatoma pagal tarptautinę klasifikaciją. Vidutiniškai debesys dengia apie pusę Žemės rutulio. Debesuotumas yra svarbus veiksnys, apibūdinantis orą ir klimatą. Žiemą ir naktį debesuotumas neleidžia sumažėti žemės paviršiaus ir paviršinio oro sluoksnio temperatūrai, vasarą ir dieną silpnina žemės paviršiaus įkaitimą saulės spinduliais, sušvelnindamas klimatą žemynų viduje.

Debesys.

Debesys – tai atmosferoje pakibusių vandens lašelių (vandens debesys), ledo kristalų (ledo debesys) arba abiejų (mišrių debesų) sankaupos. Didėjant lašams ir kristalams, jie iškrenta iš debesų kritulių pavidalu. Debesys daugiausia susidaro troposferoje. Jie susidaro dėl ore esančių vandens garų kondensacijos. Debesų lašų skersmuo yra maždaug kelių mikronų. Skysto vandens kiekis debesyse yra nuo frakcijų iki kelių gramų viename m3. Debesys išskiriami pagal aukštį: Pagal tarptautinę klasifikaciją išskiriama 10 debesų genčių: cirrus, cirrocumulus, cirrostratus, altocumulus, altostratus, stratonimbus, stratus, stratocumulus, cumulonimbus, cumulus.

Perlamutriniai debesys taip pat stebimi stratosferoje, o neryškūs – mezosferoje.

Plunksniniai debesys - skaidrūs debesys plonų baltų siūlų arba šydų pavidalo su šilkiniu blizgesiu, nesuteikiantys šešėlio. Cirrus debesys yra sudaryti iš ledo kristalų ir susidaro viršutinėje troposferos dalyje esant labai žemai temperatūrai. Kai kurie plunksninių debesų tipai yra oro pokyčių pranašai.

Cirrocumulus debesys yra plonų baltų debesų gūbriai arba sluoksniai viršutinėje troposferos dalyje. Cirrocumulus debesys yra sudaryti iš mažų elementų, kurie atrodo kaip dribsniai, raibuliukai, maži kamuoliukai be šešėlių ir daugiausia susideda iš ledo kristalų.

Cirrostratus debesys – balkšvas permatomas šydas viršutinėje troposferos dalyje, dažniausiai pluoštinis, kartais neryškus, susidedantis iš smulkių spygliuotų arba stulpinių ledo kristalų.

Altocumulus debesys yra balti, pilki arba baltai pilki apatinio ir vidurinio troposferos sluoksnių debesys. Altocumulus debesys atrodo kaip sluoksniai ir gūbriai, tarsi pastatyti iš plokščių, gulinčių viena virš kitos, suapvalėjusių masių, šachtų, dribsnių. Altocumulus debesys susidaro intensyvios konvekcinės veiklos metu ir dažniausiai susideda iš peršalusio vandens lašelių.

Altostratus debesys yra pilkšvi arba melsvi pluoštinės arba vienodos struktūros debesys. Vidurinėje troposferoje stebimi Altostratus debesys, besitęsiantys kelių kilometrų aukštyje, o kartais ir tūkstančius kilometrų horizontalia kryptimi. Paprastai altostratus debesys yra priekinių debesų sistemų, susijusių su kylančiais oro masių judėjimais, dalis.

Nimbostratų debesys – žemas (nuo 2 km ir aukščiau) amorfinis vienodos pilkos spalvos debesų sluoksnis, sukeliantis apsiniaukusį lietų ar sniegą. Nimbostratus debesys – labai išvystyti vertikaliai (iki kelių km) ir horizontaliai (keli tūkstančiai km), susideda iš peršalusių vandens lašų, ​​susimaišiusių su snaigėmis, dažniausiai siejamų su atmosferos frontais.

Sluoksniniai debesys - žemesnės pakopos debesys, turintys vienalytį sluoksnį be aiškių kontūrų, pilkos spalvos. Sluoksninių debesų aukštis virš žemės paviršiaus 0,5–2 km. Iš sluoksninių debesų retkarčiais palyja šlapdriba.

Gumbuliniai debesys yra tankūs, ryškiai balti debesys dienos metu su ryškiu vertikaliu vystymusi (iki 5 km ir daugiau). Viršutinės kamuolinių debesų dalys atrodo kaip kupolai ar bokštai suapvalintais kontūrais. Cumulusiniai debesys dažniausiai susidaro kaip konvekciniai debesys šaltose oro masėse.

Stratocumulus debesys – žemi (žemiau 2 km) debesys pilkų arba baltų nepluoštinių sluoksnių arba apvalių didelių blokų keterų pavidalo. Vertikalus sluoksninių debesų storis nedidelis. Kartais sluoksniniai debesys iškrinta nedidelių kritulių.

Cumulonimbus debesys yra galingi ir tankūs, stipriai vertikaliai vystomi debesys (iki 14 km aukščio), duodantys gausius kritulius su perkūnija, kruša, škvalais. Cumulonimbus debesys išsivysto iš galingų kamuolinių debesų, besiskiriančių nuo jų viršutine dalimi, susidedančia iš ledo kristalų.

Stratosfera.

Per tropopauzę vidutiniškai 12–50 km aukštyje troposfera pereina į stratosferą. Žemutinėje dalyje apie 10 km, t.y. iki apie 20 km aukščio jis yra izoterminis (temperatūra apie 220 K). Tada jis didėja didėjant aukščiui ir 50–55 km aukštyje pasiekia daugiausia apie 270 K. Čia yra riba tarp stratosferos ir viršutinės mezosferos, vadinama stratopauze. .

Stratosferoje daug mažiau vandens garų. Nepaisant to, retkarčiais stebimi ploni permatomi perlamutriniai debesys, retkarčiais pasirodantys stratosferoje 20–30 km aukštyje. Perlamutriniai debesys matomi tamsiame danguje po saulėlydžio ir prieš saulėtekį. Savo forma perlamutriniai debesys primena plunksninius ir plunksninius debesis.

Vidurinė atmosfera (mezosfera).

Maždaug 50 km aukštyje mezosfera prasideda plačios temperatūros maksimumo piko metu. . Temperatūros padidėjimo priežastis šio maksimumo srityje yra egzoterminė (t.y. lydima šilumos išsiskyrimo) fotocheminė ozono skilimo reakcija: O 3 + hv® O 2 + O. Ozonas susidaro fotochemiškai skaidant molekulinį deguonį O 2

Apie 2+ hv® O + O ir vėlesnė atomo ir deguonies molekulės trigubo susidūrimo reakcija su trečiąja molekule M.

O + O 2 + M ® O 3 + M

Ozonas godžiai sugeria ultravioletinę spinduliuotę regione nuo 2000 iki 3000 A, ir ši spinduliuotė kaitina atmosferą. Ozonas, esantis viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, tarnauja kaip tam tikras skydas, saugantis mus nuo saulės ultravioletinės spinduliuotės poveikio. Be šio skydo gyvybės vystymasis Žemėje jos šiuolaikinėmis formomis vargu ar būtų buvęs įmanomas.

Apskritai visoje mezosferoje atmosferos temperatūra nukrenta iki minimalios vertės apie 180 K ties viršutine mezosferos riba (vadinama mezopauze, aukštis apie 80 km). Netoli mezopauzės, 70–90 km aukštyje, gali atsirasti labai plonas ledo kristalų sluoksnis ir vulkaninių bei meteoritų dulkių dalelės, stebimos kaip gražus niūrių debesų reginys. netrukus po saulėlydžio.

Mezosferoje didžioji dalis mažų kietų meteorito dalelių, nukritusių ant Žemės, sudeginamos ir sukelia meteorų reiškinį.

Meteorai, meteoritai ir ugnies kamuoliai.

Žybsniai ir kiti reiškiniai viršutinėje Žemės atmosferoje, atsirandantys dėl įsiskverbimo į ją 11 km/s greičiu ir aukščiau kietųjų kosminių dalelių ar kūnų, vadinami meteoroidais. Yra pastebėtas ryškus meteorų pėdsakas; vadinami galingiausi reiškiniai, dažnai lydimi meteoritų kritimo ugnies kamuoliai; meteorai siejami su meteorų lietumi.

meteorų lietus:

1) kelių meteorų reiškinys nukrenta per kelias valandas ar dienas iš vieno spindulio.

2) meteoroidų spiečius, judantis viena orbita aplink Saulę.

Sistemingas meteorų atsiradimas tam tikrame dangaus regione ir tam tikromis metų dienomis, atsirandantis dėl Žemės orbitos susikirtimo su bendra daugelio meteoritų kūnų, judančių maždaug vienodais ir vienodais greičiais, orbita, dėl kurios jų takai danguje tarsi išeina iš vieno bendro taško (spinduliavimo) . Jie pavadinti pagal žvaigždyną, kuriame yra spinduliuotė.

Meteorų lietus daro gilų įspūdį savo apšvietimo efektais, tačiau pavieniai meteorai matomi retai. Daug daugiau yra nematomų meteorų, per mažų, kad juos būtų galima pamatyti tuo metu, kai juos praryja atmosfera. Kai kurie iš mažiausių meteorų tikriausiai visai neįkaista, o tik pagauna atmosferos. Šios mažos dalelės, kurių dydis svyruoja nuo kelių milimetrų iki dešimties tūkstančių milimetro dalių, vadinamos mikrometeoritais. Kasdien į atmosferą patenkančios meteorinės medžiagos kiekis yra nuo 100 iki 10 000 tonų, didžioji dalis šios medžiagos yra mikrometeoritai.

Kadangi meteorinė medžiaga iš dalies sudega atmosferoje, jos dujų sudėtis pasipildo įvairių cheminių elementų pėdsakais. Pavyzdžiui, akmeniniai meteorai į atmosferą atneša ličio. Dėl metalinių meteorų degimo susidaro maži sferiniai geležies, geležies-nikelio ir kiti lašeliai, kurie praeina per atmosferą ir nusėda ant žemės paviršiaus. Jų galima rasti Grenlandijoje ir Antarktidoje, kur ledo sluoksniai beveik nepakitę metų metus. Okeanologai juos randa dugno vandenyno nuosėdose.

Dauguma į atmosferą patenkančių meteorų dalelių nusėda maždaug per 30 dienų. Kai kurie mokslininkai mano, kad tai kosmoso dulkės vaidina svarbų vaidmenį formuojant atmosferos reiškinius, tokius kaip lietus, nes jis tarnauja kaip vandens garų kondensacijos branduoliai. Todėl daroma prielaida, kad krituliai statistiškai susiję su dideliais meteorų liūtimis. Tačiau kai kurie ekspertai mano, kad kadangi bendras meteorinės medžiagos patekimas yra daug dešimčių kartų didesnis nei net esant didžiausiam meteorų lietui, galima nepaisyti bendro šios medžiagos kiekio pokyčio, atsirandančio dėl vieno tokio lietaus.

Tačiau neabejotina, kad didžiausi mikrometeoritai ir matomi meteoritai palieka ilgus jonizacijos pėdsakus aukštuose atmosferos sluoksniuose, daugiausia jonosferoje. Tokie pėdsakai gali būti naudojami tolimiesiems radijo ryšiams, nes jie atspindi aukšto dažnio radijo bangas.

Meteorų, patenkančių į atmosferą, energija daugiausia, o gal ir visiškai, sunaudojama jos šildymui. Tai vienas iš antrinių šilumos balansas atmosfera.

Meteoritas yra kietas natūralios kilmės kūnas, nukritęs į Žemės paviršių iš kosmoso. Paprastai išskiriami akmens, geležies-akmens ir geležies meteoritai. Pastarieji daugiausia sudaryti iš geležies ir nikelio. Tarp rastų meteoritų dauguma jų sveria nuo kelių gramų iki kelių kilogramų. Didžiausias iš rastų Gobos geležies meteoritas sveria apie 60 tonų ir tebėra toje pačioje vietoje, kur buvo rastas. pietų Afrika. Dauguma meteoritų yra asteroidų fragmentai, tačiau kai kurie meteoritai galėjo atkeliauti į Žemę iš Mėnulio ir net iš Marso.

Ugnies kamuolys – labai ryškus meteoras, kartais stebimas net dieną, dažnai paliekantis dūminį pėdsaką ir lydimas garso reiškinių; dažnai baigiasi meteoritų kritimu.

Termosfera.

Virš mezopauzės temperatūros minimumo prasideda termosfera, kurioje temperatūra iš pradžių lėtai, o paskui greitai vėl pradeda kilti. Priežastis yra ultravioletinės, saulės spinduliuotės sugertis 150–300 km aukštyje dėl atominio deguonies jonizacijos: O + hv® O + + e.

Termosferoje temperatūra nuolat kyla iki maždaug 400 km aukščio, kur didžiausio saulės aktyvumo epochoje dienos metu pasiekia 1800 K. Minimalioje epochoje ši ribinė temperatūra gali būti mažesnė nei 1000 K. Virš 400 km, atmosfera pereina į izoterminę egzosferą. Kritinis lygis (egzosferos bazė) yra maždaug 500 km aukštyje.

Auroros ir daugybė dirbtinių palydovų orbitų, taip pat naktiniai debesys – visi šie reiškiniai vyksta mezosferoje ir termosferoje.

Poliarinės šviesos.

Didelėse platumose auroros stebimos magnetinio lauko trikdžių metu. Jie gali trukti keletą minučių, bet dažnai matomi kelias valandas. Auroros labai skiriasi forma, spalva ir intensyvumu, o visa tai laikui bėgant kartais keičiasi labai greitai. Auroros spektrą sudaro emisijos linijos ir juostos. Kai kurie iš naktinio dangaus išmetami teršalai yra sustiprinti auroros spektre, visų pirma žalios ir raudonos l 5577 Å ir l 6300 Å deguonies linijos. Pasitaiko, kad viena iš šių linijų yra daug kartų intensyvesnė už kitą, ir tai lemia matomą spindesio spalvą: žalią ar raudoną. Magnetinio lauko trikdžius taip pat lydi radijo ryšio sutrikimai poliariniuose regionuose. Sutrikimą sukelia jonosferos pokyčiai, o tai reiškia, kad magnetinių audrų metu veikia galingas jonizacijos šaltinis. Nustatyta, kad stiprios magnetinės audros kyla tada, kai šalia Saulės disko centro yra didelės dėmių grupės. Stebėjimai parodė, kad audros siejamos ne su pačiomis dėmėmis, o su saulės blyksniais, atsirandančiais vystantis dėmių grupei.

Auroros yra įvairaus intensyvumo šviesos diapazonas, kurio greiti judėjimai stebimi aukštų Žemės platumų regionuose. Vizualinėje auroroje yra žalios (5577Å) ir raudonos (6300/6364Å) atominio deguonies emisijos linijos ir N 2 molekulinės juostos, kurias sužadina energetinės saulės ir magnetosferos kilmės dalelės. Šios emisijos paprastai rodomos maždaug 100 km ir daugiau aukštyje. Terminas „optinė aurora“ vartojamas apibūdinti regėjimo auroras ir jų infraraudonųjų spindulių iki ultravioletinių spindulių spektrą. Spinduliuotės energija infraraudonojoje spektro dalyje žymiai viršija matomos srities energiją. Pasirodžius pašvaistėms, emisijos buvo stebimos ULF diapazone (

Sunku klasifikuoti tikrąsias pašvaistės formas; Dažniausiai vartojami šie terminai:

1. Ramūs vienodi lankai ar dryžiai. Lankas paprastai tęsiasi ~1000 km geomagnetinės lygiagretės kryptimi (poliariniuose regionuose link Saulės), o plotis nuo vieno iki kelių dešimčių kilometrų. Juosta yra lanko sąvokos apibendrinimas, dažniausiai ji neturi taisyklingos lanko formos, o lenkiasi S raidės arba spiralių pavidalu. Lankai ir juostos yra 100–150 km aukštyje.

2. Auroros spinduliai . Šis terminas reiškia auroralinę struktūrą, ištemptą išilgai magnetinio lauko linijų, kurios vertikaliai tęsiasi nuo kelių dešimčių iki kelių šimtų kilometrų. Spindulių ilgis išilgai horizontalės yra mažas, nuo kelių dešimčių metrų iki kelių kilometrų. Spinduliai dažniausiai stebimi lankuose arba kaip atskiros struktūros.

3. Dėmės ar paviršiai . Tai izoliuotos švytėjimo sritys, kurios neturi konkrečios formos. Atskiros dėmės gali būti susijusios.

4. Šydas. Neįprasta auroros forma, kuri yra vienodas švytėjimas, apimantis didelius dangaus plotus.

Pagal struktūrą auroros skirstomos į vienalytes, blizgias ir švytinčias. Vartojami įvairūs terminai; pulsuojantis lankas, pulsuojantis paviršius, difuzinis paviršius, švytinti juostelė, draperija ir kt. Yra aurorų klasifikacija pagal jų spalvą. Pagal šią klasifikaciją, auroros tipo IR. Viršutinė dalis arba visa yra raudonos (6300–6364 Å). Paprastai jie atsiranda 300–400 km aukštyje esant dideliam geomagnetiniam aktyvumui.

Auroros tipas AT apatinėje dalyje yra raudonos spalvos ir yra susijusios su pirmosios teigiamos N 2 sistemos ir pirmosios neigiamos O 2 sistemos juostų liuminescencija. Tokios auroros formos atsiranda aktyviausiose pašvaistės fazėse.

Zonos auroras – Pasak stebėtojų, esančių fiksuotame Žemės paviršiaus taške, tai yra zonos, kuriose naktinis pašvaistės dažniausiai atsiranda. Zonos yra 67° šiaurės ir pietų platumos, o jų plotis yra apie 6°. Didžiausias pašvaistės, atitinkančios tam tikrą geomagnetinio vietinio laiko momentą, pasitaiko ovalo formos juostose (aurora oval), kurios išsidėsčiusios asimetriškai aplink šiaurinį ir pietinį geomagnetinį polius. Auroros ovalas yra fiksuotas platumos ir laiko koordinatėmis, o auroros zona yra taškų lokusas ovalo vidurnakčio srityje platumos ir ilgumos koordinatėmis. Ovali juosta yra maždaug 23° nuo geomagnetinio poliaus naktiniame sektoriuje ir 15° dieniniame sektoriuje.

Auroros ovalios ir auroros zonos. Auroros ovalo vieta priklauso nuo geomagnetinio aktyvumo. Esant dideliam geomagnetiniam aktyvumui, ovalas tampa platesnis. Auroros zonas arba auroros ovalias ribas geriau atvaizduoja L 6.4 nei dipolio koordinates. Geomagnetinio lauko linijos ties auroros ovalo dienos sektoriaus riba sutampa su magnetopauzė. Auroros ovalo padėtis keičiasi priklausomai nuo kampo tarp geomagnetinės ašies ir Žemės-Saulės krypties. Auroralinis ovalas taip pat nustatomas pagal duomenis apie tam tikros energijos dalelių (elektronų ir protonų) nusodinimą. Jo padėtis gali būti nustatyta nepriklausomai pagal duomenis kaspakh dienos pusėje ir magnetinėje uodegoje.

Kasdienis pašvaistės dažnio svyravimai auroros zonoje yra didžiausi geomagnetinį vidurnaktį, o mažiausi – geomagnetinį vidurdienį. Beveik pusiaujo ovalo pusėje pašvaistės atsiradimo dažnis smarkiai sumažėja, tačiau išlaikoma paros svyravimų forma. Poliarinėje ovalo pusėje pašvaistės dažnis mažėja palaipsniui ir jam būdingi sudėtingi paros pokyčiai.

Auroros intensyvumas.

Auroros intensyvumas nustatomas matuojant tariamąjį skaisčio paviršių. Šviesumo paviršius aš auroras tam tikra kryptimi lemia bendra emisija 4p aš fotonas/(cm 2 s). Kadangi ši reikšmė nėra tikrasis paviršiaus ryškumas, o atspindi stulpelio emisiją, tiriant pašvaistę dažniausiai naudojamas vienetas fotonas/(cm 2 stulpelis s). Įprastas bendros emisijos matavimo vienetas yra Rayleigh (Rl), lygus 10 6 fotonų / (cm 2 stulpelio s). Praktiškesnis auroros intensyvumo vienetas nustatomas pagal vienos linijos ar juostos emisijas. Pavyzdžiui, pašvaistės intensyvumą lemia tarptautiniai šviesumo koeficientai (ICF). pagal žaliosios linijos intensyvumo duomenis (5577 Å); 1 kRl = I MKH, 10 kRl = II MKH, 100 kRl = III MKH, 1000 kRl = IV MKH (maksimalus auroros intensyvumas). Ši klasifikacija negali būti naudojama raudonoms aurorai. Vienas iš epochos (1957–1958 m.) atradimų buvo aurorų erdvinio ir laiko pasiskirstymo nustatymas ovalo formos, pasislinkusio magnetinio poliaus atžvilgiu. Iš paprastų idėjų apie žiedinę auroros pasiskirstymo formą magnetinio poliaus atžvilgiu, buvo baigtas perėjimas prie šiuolaikinės magnetosferos fizikos. Atradimo garbė priklauso O. Choroševai, o G. Starkovui, J. Feldšteinui, S-I. Auroros ovalas yra intensyviausio saulės vėjo poveikio viršutinei Žemės atmosferai sritis. Auroros intensyvumas didžiausias ovale, o jos dinamiką nuolat stebi palydovai.

Stabilūs auroraliniai raudoni lankai.

Pastovus auroralinis raudonas lankas, kitaip vadinamas vidutinės platumos raudonuoju lanku arba M lankas, yra subvizinis (žemiau akies jautrumo ribos) platus lankas, nusidriekęs iš rytų į vakarus tūkstančius kilometrų ir apgaubiantis, galbūt, visą Žemę. Lanko platumos plotis yra 600 km. Stabilaus auroralinio raudonojo lanko spinduliavimas yra beveik vienspalvis raudonose linijose l 6300 Å ir l 6364 Å. Neseniai taip pat buvo pranešta apie silpnas emisijos linijas l 5577 Å (OI) ir l 4278 Å (N + 2). Nuolatiniai raudoni lankai priskiriami aurorams, tačiau jie atsiranda daug didesniame aukštyje. Apatinė riba yra 300 km aukštyje, viršutinė - apie 700 km. Ramaus auroralinio raudonojo lanko intensyvumas l 6300 Å emisijoje svyruoja nuo 1 iki 10 kRl (tipinė vertė yra 6 kRl). Akies jautrumo slenkstis prie šio bangos ilgio yra apie 10 kR, todėl lankai vizualiai stebimi retai. Tačiau stebėjimai parodė, kad 10% naktų jų šviesumas yra >50 kR. Įprastas lankų tarnavimo laikas yra apie vieną dieną, o kitomis dienomis jie pasirodo retai. Radijo bangos iš palydovų ar radijo šaltinių, kertančių stabilius auroralinius raudonus lankus, yra veikiamos scintiliacijos, rodančios elektronų tankio nehomogeniškumą. Teorinis raudonųjų lankų paaiškinimas yra tas, kad šildomi regiono elektronai F jonosferos sukelia deguonies atomų padidėjimą. Palydoviniai stebėjimai rodo elektronų temperatūros padidėjimą išilgai geomagnetinio lauko linijų, kertančių stabilius auroralinius raudonus lankus. Šių lankų intensyvumas teigiamai koreliuoja su geomagnetiniu aktyvumu (audrų), o lankų atsiradimo dažnis teigiamai koreliuoja su saulės saulės dėmių aktyvumu.

Keičiasi aurora.

Kai kurios auroros formos patiria beveik periodinius ir nuoseklius laiko intensyvumo pokyčius. Šios auroros, kurių geometrija yra maždaug stacionari ir periodiškai keičiasi fazėje, vadinamos besikeičiančiomis auroromis. Jie priskiriami aurorams formų R pagal Tarptautinį pašvaistės atlasą Išsamesnis besikeičiančių pašvaistės poskyris:

R 1 (pulsuojanti pašvaistė) yra švytėjimas, kurio ryškumas tolygiai kinta visoje auroros formoje. Pagal apibrėžimą idealioje pulsuojančioje auroroje galima atskirti erdvinę ir laikinąją pulsacijos dalis, t.y. ryškumą aš(r,t)= aš s(r)· Aš T(t). Tipiškoje aurora R 1, pulsacijos vyksta nuo 0,01 iki 10 Hz mažo intensyvumo (1-2 kR). Dauguma aurorų R 1 yra dėmės arba lankai, kurie pulsuoja keletą sekundžių.

R 2 (ugninė aurora). Šis terminas paprastai vartojamas kalbant apie judesius, tokius kaip liepsnos, užpildančios dangų, o ne apibūdinant vieną formą. Auroros yra lanko formos ir dažniausiai juda aukštyn iš 100 km aukščio. Šios pašvaistės yra gana retos ir dažniau pasitaiko už auroros ribų.

R 3 (mirganti aurora). Tai auroros, kurių ryškumas greitai, nereguliariai ar reguliariai kinta, todėl susidaro įspūdis, kad danguje mirga liepsna. Jie pasirodo prieš pat auroros žlugimą. Dažniausiai stebimas variacijos dažnis R 3 yra lygus 10 ± 3 Hz.

Srautinės pašvaistės terminas, vartojamas kitai pulsuojančių aurorų klasei, reiškia netaisyklingus ryškumo svyravimus, greitai judančius horizontaliai auroros lankais ir juostomis.

Kintanti aurora yra vienas iš saulės ir žemės reiškinių, lydinčių geomagnetinio lauko pulsacijas ir auroralinę rentgeno spinduliuotę, kurią sukelia saulės ir magnetosferinės kilmės dalelių krituliai.

Poliarinio gaubtelio švytėjimas pasižymi dideliu pirmosios neigiamos N + 2 sistemos juostos intensyvumu (λ 3914 Å). Paprastai šios N + 2 juostos yra penkis kartus intensyvesnės už žalią liniją OI l 5577 Å; absoliutus poliarinio gaubtelio švytėjimo intensyvumas yra nuo 0,1 iki 10 kRl (paprastai 1-3 kRl). Su šiomis auroromis, atsirandančiomis PCA laikotarpiais, vienodas švytėjimas dengia visą poliarinį dangtelį iki 60° geomagnetinės platumos 30–80 km aukštyje. Jį daugiausia generuoja saulės protonai ir d-dalelės, kurių energija yra 10–100 MeV, kurios šiuose aukščiuose sukuria jonizacijos maksimumą. Auroros zonose yra ir kitokio tipo švytėjimas, vadinamas mantijos pašvaistėmis. Šio tipo pašvaistės švytėjimo dienos intensyvumo maksimumas ryte yra 1–10 kR, o intensyvumo minimumas – penkis kartus silpnesnis. Mantijos pašvaistės stebimos nedaug, o jų intensyvumas priklauso nuo geomagnetinio ir saulės aktyvumo.

Atmosferos švytėjimas apibrėžiamas kaip planetos atmosferos sukuriama ir skleidžiama spinduliuotė. Tai ne šiluminė atmosferos spinduliuotė, išskyrus pašvaistę, žaibo išlydžius ir meteorų pėdsakus. Šis terminas vartojamas kalbant apie žemės atmosferą (naktinis švytėjimas, prieblandos švytėjimas ir dienos švytėjimas). Atmosferos švytėjimas yra tik dalis atmosferoje esančios šviesos. Kiti šaltiniai yra žvaigždžių šviesa, zodiako šviesa ir dienos metu išsklaidyta saulės šviesa. Kartais atmosferos švytėjimas gali siekti iki 40 proc. viso Sveta. Oro švytėjimas atsiranda įvairaus aukščio ir storio atmosferos sluoksniuose. Atmosferos švytėjimo spektras apima bangų ilgius nuo 1000 Å iki 22,5 µm. Pagrindinė emisijos linija ore yra l 5577 Å, kuri atsiranda 90–100 km aukštyje 30–40 km storio sluoksniu. Švytėjimo išvaizda atsiranda dėl Champen mechanizmo, pagrįsto deguonies atomų rekombinacija. Kitos emisijos linijos yra l 6300 Å, atsirandančios disociatyvios O + 2 rekombinacijos ir emisijos atveju NI l 5198/5201 Å ir NI l 5890/5896 Å.

Atmosferos švytėjimo intensyvumas matuojamas Rayleighs. Ryškumas (Rayleighs) lygus 4 rb, kur c – spinduliuojančio sluoksnio skaisčio kampinis paviršius 10 6 fotonų/(cm 2 sr s) vienetais. Švytėjimo intensyvumas priklauso nuo platumos (skirtingai dėl skirtingų emisijų), taip pat kinta dienos metu, maksimalus artėjant vidurnakčiui. Pastebėta teigiama koreliacija tarp l 5577 Å emisijos oro švytėjimo su saulės dėmių skaičiumi ir saulės spinduliuotės srautu, kai bangos ilgis 10,7 cm. Oro švytėjimas buvo stebimas atliekant palydovinius eksperimentus. Iš kosmoso jis atrodo kaip šviesos žiedas aplink Žemę ir yra žalsvos spalvos.

Ozonosfera.

20–25 km aukštyje didžiausia nežymaus ozono O 3 kiekio koncentracija (iki 2×10–7 deguonies kiekio!), kuri susidaro veikiant saulės ultravioletinei spinduliuotei apie 10–50 aukštyje. km, pasiekiamas, apsaugodamas planetą nuo jonizuojančios saulės spinduliuotės. Nepaisant itin mažo ozono molekulių skaičiaus, jos saugo visą gyvybę Žemėje nuo žalingo trumpųjų bangų (ultravioletinės ir rentgeno) saulės spinduliuotės poveikio. Jei visas molekules nusodinsite į atmosferos pagrindą, gausite ne daugiau kaip 3–4 mm storio sluoksnį! Aukštyje virš 100 km didėja lengvųjų dujų dalis, o labai dideliame aukštyje vyrauja helis ir vandenilis; daugelis molekulių disocijuoja į atskirus atomus, kurie, jonizuodami kietos saulės spinduliuotės įtakoje, sudaro jonosferą. Oro slėgis ir tankis Žemės atmosferoje mažėja didėjant aukščiui. Pagal temperatūros pasiskirstymą Žemės atmosfera skirstoma į troposferą, stratosferą, mezosferą, termosferą ir egzosferą. .

Įsikūręs 20-25 km aukštyje ozono sluoksnis. Ozonas susidaro dėl deguonies molekulių irimo absorbuojant saulės ultravioletinę spinduliuotę, kurios bangos ilgis yra mažesnis nei 0,1–0,2 mikrono. Laisvas deguonis jungiasi su O 2 molekulėmis ir sudaro O 3 ozoną, kuris godžiai sugeria visą trumpesnę nei 0,29 mikrono ultravioletinę šviesą. Ozono molekulės O 3 lengvai sunaikinamos trumpųjų bangų spinduliuote. Todėl, nepaisant retėjimo, ozono sluoksnis efektyviai sugeria ultravioletinę Saulės spinduliuotę, kuri praėjo per aukštesnius ir skaidresnius atmosferos sluoksnius. Dėl šios priežasties gyvi organizmai Žemėje yra apsaugoti nuo žalingo saulės ultravioletinių spindulių poveikio.

Jonosfera.

Saulės spinduliuotė jonizuoja atmosferos atomus ir molekules. Jonizacijos laipsnis tampa reikšmingas jau 60 kilometrų aukštyje ir nuolat didėja tolstant nuo Žemės. Skirtinguose atmosferos aukščiuose vyksta nuoseklūs įvairių molekulių disociacijos ir vėlesnės jonizacijos procesai. įvairūs atomai ir jonai. Iš esmės tai yra deguonies molekulės O 2, azoto N 2 ir jų atomai. Atsižvelgiant į šių procesų intensyvumą, įvairūs atmosferos sluoksniai, esantys aukščiau 60 kilometrų, vadinami jonosferos sluoksniais. , o jų visuma yra jonosfera . Apatinis sluoksnis, kurio jonizacija yra nereikšminga, vadinamas neutrosfera.

Didžiausia įkrautų dalelių koncentracija jonosferoje pasiekiama 300–400 km aukštyje.

Jonosferos tyrimo istorija.

Hipotezę apie laidžiojo sluoksnio egzistavimą viršutiniuose atmosferos sluoksniuose 1878 metais iškėlė anglų mokslininkas Stiuartas, norėdamas paaiškinti geomagnetinio lauko ypatybes. Tada 1902 m., nepriklausomai vienas nuo kito, Kennedy JAV ir Heaviside'as Anglijoje nurodė, kad norint paaiškinti radijo bangų sklidimą dideliais atstumais, reikia daryti prielaidą, kad aukštuose pasaulio sluoksniuose egzistuoja aukšto laidumo regionai. atmosfera. 1923 metais akademikas M.V.Šuleikinas, įvertinęs įvairaus dažnio radijo bangų sklidimo ypatybes, priėjo išvados, kad jonosferoje yra bent du atspindintys sluoksniai. Tada, 1925 m., anglų mokslininkai Appleton ir Barnet, taip pat Breit ir Tuve pirmą kartą eksperimentiškai įrodė radijo bangas atspindinčių regionų egzistavimą ir padėjo pagrindą jų sistemingam tyrimui. Nuo to laiko buvo atliktas sistemingas šių sluoksnių, paprastai vadinamų jonosfera, savybių tyrimas, atliekantis reikšmingą vaidmenį daugelyje geofizinių reiškinių, lemiančių radijo bangų atspindį ir sugertį, o tai labai svarbu praktikoje. visų pirma užtikrinti patikimą radijo ryšį.

1930-aisiais pradėti sistemingai stebėti jonosferos būklę. Mūsų šalyje M.A.Bonch-Bruevich iniciatyva buvo sukurtos instaliacijos jos pulsiniam įgarsinimui. Ištirta daug bendrųjų jonosferos savybių, pagrindinių jos sluoksnių aukščių ir elektronų tankio.

60–70 km aukštyje stebimas D sluoksnis, 100–120 km aukštyje – D. E, aukštyje, 180–300 km aukštyje dvigubo sluoksnio F 1 ir F 2. Pagrindiniai šių sluoksnių parametrai pateikti 4 lentelėje.

4 lentelė

4 lentelė
Jonosferos sritis	Maksimalus aukštis, km	T i , K	Diena		Naktis ne , cm -3	a΄, ρm 3 s – 1
			min ne , cm -3	Maks ne , 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 (žiema)	220–280	1000–2000	6 10 5	25 10 5	~10 5	2 10 –10
F 2 (vasara)	250–320	1000–2000	2 10 5	8 10 5	~3 10 5	10 –10
ne yra elektronų koncentracija, e yra elektronų krūvis, T i yra jonų temperatūra, a΄ yra rekombinacijos koeficientas (kuris nustato ne ir jo pokyčiai laikui bėgant)

Vidurkiai pateikiami, nes skiriasi skirtingose ​​platumose, paros metu ir metų laikais. Tokie duomenys būtini tolimojo radijo ryšio užtikrinimui. Jie naudojami parenkant veikimo dažnius įvairioms trumpųjų bangų radijo jungtims. Žinios apie jų pokyčius priklausomai nuo jonosferos būklės skirtingas laikas dieną ir skirtingais metų laikais yra itin svarbus radijo ryšio patikimumui užtikrinti. Jonosfera – tai jonizuotų žemės atmosferos sluoksnių rinkinys, prasidedantis maždaug 60 km aukštyje ir besitęsiantis iki dešimčių tūkstančių km aukščio. Pagrindinis Žemės atmosferos jonizacijos šaltinis yra Saulės ultravioletinė ir rentgeno spinduliuotė, kuri daugiausia atsiranda Saulės chromosferoje ir vainikinėje. Be to, viršutinių atmosferos sluoksnių jonizacijos laipsniui įtakos turi saulės korpuso srautai, atsirandantys Saulės žybsnių metu, taip pat kosminiai spinduliai ir meteorų dalelės.

Jonosferos sluoksniai

yra atmosferos sritys, kuriose pasiekiamos didžiausios laisvųjų elektronų koncentracijos vertės (t. y. jų skaičius tūrio vienete). Elektra įkrauti laisvieji elektronai ir (mažesniu mastu mažiau judantys jonai), atsirandantys dėl atmosferos dujų atomų jonizacijos, sąveikaujantys su radijo bangomis (t. y. elektromagnetiniais virpesiais), gali keisti savo kryptį, juos atspindėdami arba laužydami, ir sugerti savo energiją. Dėl to, priimant tolimas radijo stotis, gali atsirasti įvairių efektų, pavyzdžiui, radijo išblukimas, padidėjęs tolimų stočių girdimumas, užtemimai ir tt reiškinius.

Tyrimo metodai.

Klasikiniai jonosferos tyrimo iš Žemės metodai yra redukuojami iki impulsinio zondavimo – radijo impulsų siuntimas ir jų atspindžių stebėjimas iš įvairių jonosferos sluoksnių, matuojant delsos laiką ir tiriant atsispindėjusių signalų intensyvumą ir formą. Matuojant skirtingų dažnių radijo impulsų atspindžio aukščius, nustačius įvairių sričių kritinius dažnius (radijo impulso nešiklio dažnis, kuriam ši jonosferos sritis tampa skaidri, vadinamas kritiniu), galima nustatyti radijo impulso nešiklio dažnį. elektronų tankį sluoksniuose ir efektyvius aukščius tam tikriems dažniams bei pasirinkti optimalius dažnius duotiems radijo takams. Tobulėjant raketų technologijoms ir atėjus dirbtinių Žemės palydovų (AES) ir kitų erdvėlaivių kosminiam amžiui, atsirado galimybė tiesiogiai išmatuoti artimos Žemės kosminės plazmos, kurios apatinė dalis yra jonosfera, parametrus.

Elektronų tankio matavimai, atlikti iš specialiai paleistų raketų ir išilgai palydovo skrydžio trajektorijų, patvirtino ir patikslino anksčiau antžeminiais metodais gautus duomenis apie jonosferos struktūrą, elektronų tankio pasiskirstymą pagal aukštį skirtinguose Žemės regionuose ir leido tai padaryti. gauti elektronų tankio vertes, viršijančias pagrindinį maksimumą - sluoksnį F. Anksčiau to nebuvo įmanoma padaryti naudojant zondavimo metodus, pagrįstus atsispindėjusių trumpųjų bangų radijo impulsų stebėjimais. Nustatyta, kad kai kuriuose Žemės rutulio regionuose yra gana stabilūs regionai su mažu elektronų tankiu, reguliarūs „jonosferiniai vėjai“, jonosferoje atsiranda savotiški bangų procesai, pernešantys vietinius jonosferos trikdžius tūkstančius kilometrų nuo jų sužadinimo vietos ir daug daugiau. Ypač jautrių priėmimo prietaisų sukūrimas leido jonosferos impulsinio zondavimo stotyse priimti impulsinius signalus, iš dalies atsispindėjusius iš žemiausių jonosferos sričių (dalinių atspindžių stotis). Galingų impulsų įrenginių naudojimas skaitiklio ir decimetro bangų juostose, naudojant antenas, leidžiančias atlikti didelę spinduliuojamos energijos koncentraciją, leido stebėti signalus, kuriuos jonosfera išsklaido įvairiuose aukščiuose. Šių jonosferos plazmos elektronų ir jonų nenuosekliai išsklaidytų signalų spektrų ypatybių tyrimas (tam buvo naudojamos nenuoseklios radijo bangų sklaidos stotys) leido nustatyti elektronų ir jonų koncentraciją, jų ekvivalentą. temperatūra įvairiuose aukščiuose iki kelių tūkstančių kilometrų aukščio. Paaiškėjo, kad jonosfera yra pakankamai skaidri naudotiems dažniams.

Koncentracija elektros krūviai(elektronų tankis lygus joniniam) žemės jonosferoje 300 km aukštyje per dieną yra apie 106 cm–3. Tokio tankio plazma atspindi ilgesnes nei 20 m radijo bangas, o perduoda trumpesnes.

Tipiškas vertikalus elektronų tankio pasiskirstymas jonosferoje dienos ir nakties sąlygomis.

Radijo bangų plitimas jonosferoje.

Stabilus tolimojo transliavimo stočių priėmimas priklauso nuo naudojamų dažnių, taip pat nuo paros laiko, sezono ir, be to, nuo saulės aktyvumo. Saulės aktyvumas daro didelę įtaką jonosferos būklei. Antžeminės stoties skleidžiamos radijo bangos sklinda tiesia linija, kaip ir visų tipų elektromagnetiniai virpesiai. Tačiau reikia atsižvelgti į tai, kad ir Žemės paviršius, ir jonizuoti jos atmosferos sluoksniai tarnauja kaip savotiškos didžiulio kondensatoriaus plokštės, veikiančios jas kaip veidrodžių veikimas šviesoje. Nuo jų atsispindi radijo bangos gali nukeliauti daugybę tūkstančių kilometrų, lenkdamos aplink Žemės rutulį didžiuliais šimtų ir tūkstančių kilometrų šuoliais, pakaitomis atsispindėdamos nuo jonizuotų dujų sluoksnio ir nuo Žemės ar vandens paviršiaus.

1920-aisiais buvo manoma, kad radijo bangos, trumpesnės nei 200 m, dėl stiprios sugerties dažniausiai netinka tolimojo susisiekimo ryšiui. Pirmuosius trumpųjų bangų ilgo nuotolio priėmimo per Atlantą tarp Europos ir Amerikos eksperimentus atliko anglų fizikas Oliveris Heaviside'as ir amerikiečių elektros inžinierius Arthuras Kennelly. Nepriklausomai vienas nuo kito jie teigė, kad kažkur aplink Žemę yra jonizuotas atmosferos sluoksnis, galintis atspindėti radijo bangas. Jis buvo vadinamas Heaviside sluoksniu - Kennelly, o vėliau - jonosfera.

Pagal šiuolaikines koncepcijas jonosfera susideda iš neigiamo krūvio laisvųjų elektronų ir teigiamai įkrautų jonų, daugiausia molekulinio deguonies O + ir azoto oksido NO +. Jonai ir elektronai susidaro dėl molekulių disociacijos ir neutralių dujų atomų jonizacijos saulės rentgeno spinduliais ir ultravioletiniais spinduliais. Norint jonizuoti atomą, būtina jį informuoti apie jonizacijos energiją, kurios pagrindinis šaltinis jonosferai yra ultravioletinė, rentgeno ir korpuskulinė Saulės spinduliuotė.

Kol Žemės dujinis apvalkalas yra apšviestas Saulės, jame nuolat susidaro vis daugiau elektronų, tačiau tuo pačiu metu dalis elektronų, susidūrę su jonais, rekombinuojasi, vėl sudarydami neutralias daleles. Po saulėlydžio naujų elektronų gamyba beveik sustoja, o laisvųjų elektronų skaičius pradeda mažėti. Kuo daugiau laisvųjų elektronų jonosferoje, tuo geriau nuo jos atsispindi aukšto dažnio bangos. Sumažėjus elektronų koncentracijai, radijo bangų prasiskverbimas įmanomas tik žemo dažnio diapazonuose. Štai kodėl naktį, kaip taisyklė, galima priimti nutolusias stotis tik 75, 49, 41 ir 31 m diapazone.Jonosferoje elektronai pasiskirsto netolygiai. 50–400 km aukštyje yra keli padidinto elektronų tankio sluoksniai arba regionai. Šios sritys sklandžiai pereina viena į kitą ir skirtingai veikia HF radijo bangų sklidimą. Viršutinis jonosferos sluoksnis žymimas raide F. Čia yra didžiausias jonizacijos laipsnis (įkrautų dalelių dalis yra apie 10–4). Jis yra daugiau nei 150 km aukštyje virš Žemės paviršiaus ir atlieka pagrindinį atspindintį vaidmenį platinant radijo bangas tolimojo dažnio aukšto dažnio juostose. Vasaros mėnesiais F regionas skyla į du sluoksnius - F 1 ir F 2. F1 sluoksnis gali užimti aukštį nuo 200 iki 250 km, o sluoksnis F 2 atrodo, kad „plaukia“ 300–400 km aukščio diapazone. Paprastai sluoksnis F 2 yra jonizuotas daug stipriau nei sluoksnis F vienas . naktinis sluoksnis F 1 išnyksta ir sluoksniuojasi F 2 išlieka, lėtai prarandant iki 60% savo jonizacijos laipsnio. Žemiau F sluoksniu, 90–150 km aukštyje, yra sluoksnis E, kurio jonizacija vyksta veikiant minkštajai saulės rentgeno spinduliuotei. E sluoksnio jonizacijos laipsnis yra mažesnis nei sluoksnio F, dienos metu, kai signalai atsispindi nuo sluoksnio, gaunamos 31 ir 25 m žemo dažnio HF juostų stotys E. Paprastai tai yra stotys, esančios 1000–1500 km atstumu. Naktį sluoksniu E jonizacija smarkiai sumažėja, tačiau net ir šiuo metu ji ir toliau vaidina svarbų vaidmenį priimant signalus iš stočių 41, 49 ir ​​75 m juostose.

Didelio susidomėjimo priimant 16, 13 ir 11 m aukšto dažnio HF juostų signalus yra tie, kurie kyla šioje srityje. E stipriai padidintos jonizacijos tarpsluoksniai (debesys). Šių debesų plotas gali svyruoti nuo kelių iki šimtų kvadratinių kilometrų. Šis padidintos jonizacijos sluoksnis vadinamas sporadiniu sluoksniu. E ir žymimas Es. Es debesys gali judėti jonosferoje veikiami vėjo ir pasiekti greitį iki 250 km/h. Vasarą vidutinėse platumose dienos metu radijo bangų kilmė dėl Es debesų būna 15–20 dienų per mėnesį. Prie pusiaujo jis beveik visada yra, o didelėse platumose dažniausiai pasirodo naktį. Kartais mažo saulės aktyvumo metais, kai nėra perėjimo į aukšto dažnio HF juostas, 16, 13 ir 11 m juostose staiga pasirodo tolimos stotys su geru garsumu, kurių signalai ne kartą atsispindėjo iš Es. .

Žemiausia jonosferos sritis yra sritis D esančios 50–90 km aukštyje. Čia yra palyginti mažai laisvų elektronų. Iš srities D ilgos ir vidutinės bangos gerai atspindimos, o žemo dažnio HF stočių signalai stipriai sugeriami. Po saulėlydžio jonizacija labai greitai išnyksta ir atsiranda galimybė priimti tolimas stotis 41, 49 ir ​​75 m diapazone, kurių signalai atsispindi nuo sluoksnių. F 2 ir E. Atskiri jonosferos sluoksniai vaidina svarbų vaidmenį skleidžiant HF radijo signalus. Poveikis radijo bangoms daugiausia susijęs su laisvųjų elektronų buvimu jonosferoje, nors radijo bangų sklidimo mechanizmas yra susijęs su didelių jonų buvimu. Pastarieji taip pat domisi atmosferos cheminių savybių tyrimu, nes jie yra aktyvesni už neutralius atomus ir molekules. cheminės reakcijos tekančios jonosferoje vaidina svarbų vaidmenį jos energijos ir elektros balanse.

normali jonosfera. Stebėjimai, atlikti naudojant geofizines raketas ir palydovus, suteikė daug naujos informacijos, rodančios, kad atmosferos jonizacija vyksta veikiant saulės radiacija platus spektras. Pagrindinė jo dalis (daugiau nei 90%) yra sutelkta matomoje spektro dalyje. Ultravioletinę spinduliuotę, kurios bangos ilgis trumpesnis ir daugiau energijos nei violetiniai šviesos spinduliai, skleidžia vidinės Saulės atmosferos dalies (chromosferos) vandenilis, o rentgeno spinduliuotę, kurios energija yra dar didesnė, skleidžia Saulės dujos. išorinis apvalkalas (korona).

Normali (vidutinė) jonosferos būklė yra dėl nuolatinės galingos spinduliuotės. Įprastoje jonosferoje vyksta reguliarūs pokyčiai, veikiant kasdieniam Žemės sukimuisi ir sezoniniams saulės spindulių kritimo kampo skirtumams vidurdienį, tačiau atsiranda ir nenuspėjamų bei staigių jonosferos būklės pokyčių.

Sutrikimai jonosferoje.

Kaip žinoma, Saulėje vyksta galingos cikliškai pasikartojančios veiklos apraiškos, kurios maksimumą pasiekia kas 11 metų. Stebėjimai pagal Tarptautinių geofizinių metų (IGY) programą visą sisteminių meteorologinių stebėjimų laikotarpį sutapo su didžiausio Saulės aktyvumo periodu, t.y. nuo XVIII amžiaus pradžios. Didelio aktyvumo laikotarpiais kai kurių Saulės sričių šviesumas padidėja kelis kartus, o ultravioletinių ir rentgeno spindulių galia smarkiai padidėja. Tokie reiškiniai vadinami saulės blyksniais. Jie trunka nuo kelių minučių iki vienos ar dviejų valandų. Blyksnio metu išsiveržia saulės plazma (daugiausia protonai ir elektronai), ir elementariosios dalelės skubėti į kosmosą. Elektromagnetinė ir korpuskulinė Saulės spinduliuotė tokių žybsnių momentais stipriai veikia Žemės atmosferą.

Pradinė reakcija pastebima praėjus 8 minutėms po blyksnio, kai Žemę pasiekia intensyvi ultravioletinė ir rentgeno spinduliuotė. Dėl to jonizacija smarkiai padidėja; rentgeno spinduliai prasiskverbia pro atmosferą iki apatinės jonosferos ribos; elektronų skaičius šiuose sluoksniuose išauga tiek, kad radijo signalai beveik visiškai sugeriami („užgęsta“). Papildoma spinduliuotės sugertis sukelia dujų kaitinimą, o tai prisideda prie vėjo vystymosi. Jonizuotos dujos yra elektros laidininkas, o judant Žemės magnetiniame lauke atsiranda ir atsiranda dinamo efektas elektros. Tokios srovės savo ruožtu gali sukelti pastebimus magnetinio lauko sutrikimus ir pasireikšti magnetinių audrų pavidalu.

Viršutinių atmosferos sluoksnių struktūrą ir dinamiką iš esmės lemia termodinamiškai nepusiausvyros procesai, susiję su jonizacija ir disociacija saulės spinduliuote, cheminiai procesai, molekulių ir atomų sužadinimas, jų dezaktyvacija, susidūrimas ir kiti elementarūs procesai. Šiuo atveju nepusiausvyros laipsnis didėja didėjant aukščiui, mažėjant tankiui. Iki 500–1000 km aukščio, o dažnai ir dar aukštesnio, daugelio viršutinių atmosferos sluoksnių charakteristikų nepusiausvyros laipsnis yra gana mažas, o tai leidžia apibūdinti naudoti klasikinę ir hidromagnetinę hidrodinamiką, atsižvelgiant į chemines reakcijas.

Egzosfera – tai išorinis Žemės atmosferos sluoksnis, prasidedantis kelių šimtų kilometrų aukštyje, iš kurio į kosmosą gali ištrūkti lengvi, greitai judantys vandenilio atomai.

Edvardas Kononovičius

Literatūra:

Pudovkinas M.I. Saulės fizikos pagrindai. Sankt Peterburgas, 2001 m
Eris Chaisson, Steve'as McMillanas Astronomija šiandien. Prentice Hall Inc. Aukštutinė Saddle upė, 2002 m
Internetinė medžiaga: http://ciencia.nasa.gov/