Kaikki lentokoneella lentäneet ovat tottuneet tällaiseen viestiin: "lentomme on 10 000 metrin korkeudessa, lämpötila yli laidan 50 °C." Ei näytä olevan mitään erikoista. Mitä kauempana Auringon lämmittämästä Maan pinnasta, sitä kylmempää. Monet ihmiset ajattelevat, että lämpötilan lasku korkeuden myötä jatkuu jatkuvasti ja vähitellen lämpötila laskee lähestyen avaruuden lämpötilaa. Muuten, tutkijat ajattelivat niin 1800-luvun loppuun asti.

Katsotaanpa tarkemmin ilman lämpötilan jakautumista Maan yli. Ilmakehä on jaettu useisiin kerroksiin, jotka heijastavat ensisijaisesti lämpötilan muutosten luonnetta.

Ilmakehän alempaa kerrosta kutsutaan troposfääri, joka tarkoittaa "pyörimispalloa". Kaikki sään ja ilmaston muutokset ovat seurausta juuri tässä kerroksessa tapahtuvista fysikaalisista prosesseista. Tämän kerroksen yläraja sijaitsee siellä, missä lämpötilan lasku korkeudella korvataan sen nousulla - noin klo. korkeus 15-16 km päiväntasaajan yläpuolella ja 7-8 km napojen yläpuolella. Kuten itse maapallo, myös planeettamme pyörimisen vaikutuksesta ilmakehä on litistynyt jonkin verran napojen yli ja turpoaa päiväntasaajan yli. tämä vaikutus on ilmakehässä paljon voimakkaampi kuin Maan kiinteässä kuoressa. Maan pinnasta troposfäärin ylärajalle suunnassa ilman lämpötila laskee Päiväntasaajan yläpuolella ilman alin lämpötila on noin -62 ° C ja napojen yläpuolella noin -45 °C. Lauhkeilla leveysasteilla yli 75 % ilmakehän massasta on troposfäärissä, tropiikissa noin 90 % ilmakehän troposfäärimassojen sisällä.

Vuonna 1899 pystysuorassa lämpötilaprofiilissa löydettiin minimi tietyllä korkeudella, minkä jälkeen lämpötila nousi hieman. Tämän kasvun alku tarkoittaa siirtymistä seuraavaan ilmakehän kerrokseen - kohti stratosfääri, joka tarkoittaa "kerrospalloa". Termi stratosfääri tarkoittaa ja heijastaa aikaisempaa ajatusta troposfäärin yläpuolella olevan kerroksen ainutlaatuisuudesta. Stratosfääri ulottuu noin 50 km:n korkeuteen maanpinnan yläpuolella. Sen ominaisuus on Tämä lämpötilan nousu selittyy otsonin muodostumisreaktiolla, joka on yksi tärkeimmistä ilmakehässä tapahtuvista kemiallisista reaktioista.

Suurin osa otsonista on keskittynyt noin 25 kilometrin korkeuteen, mutta yleensä otsonikerros on korkeudelle voimakkaasti venynyt kuori, joka peittää lähes koko stratosfäärin. Hapen vuorovaikutus ultraviolettisäteiden kanssa on yksi maapallon ilmakehän suotuisista prosesseista, jotka edistävät elämän säilymistä maapallolla. Tämän energian imeytyminen otsoniin estää sen liiallisen virtauksen maan pinnalle, missä syntyy juuri sellainen energiataso, joka soveltuu maanpäällisten elämänmuotojen olemassaoloon. Otsonosfääri imee osan ilmakehän läpi kulkevasta säteilyenergiasta. Tämän seurauksena otsonosfääriin muodostuu noin 0,62 °C:n pystysuora ilman lämpötilagradientti 100 metriä kohden, eli lämpötila nousee korkeuden myötä stratosfäärin ylärajaan - stratopausiin (50 km) asti ja saavuttaa joitain tietoja, 0 °C.

50-80 kilometrin korkeudessa ilmakehässä on kerros, jota kutsutaan mesosfääri. Sana "mesosfääri" tarkoittaa "välipalloa", jossa ilman lämpötila laskee edelleen korkeuden mukana. Mesosfäärin yläpuolella kerroksessa nimeltä termosfääri, lämpötila nousee jälleen korkeudessa noin 1000 °C:een ja laskee sitten hyvin nopeasti -96 °C:seen. Se ei kuitenkaan laske loputtomiin, sitten lämpötila nousee jälleen.

Termosfääri on ensimmäinen kerros ionosfääri. Toisin kuin aiemmin mainitut kerrokset, ionosfääri ei erotu lämpötilasta. Ionosfääri on sähköinen alue, joka mahdollistaa monenlaisen radioviestinnän. Ionosfääri on jaettu useisiin kerroksiin, jotka merkitään kirjaimilla D, E, F1 ja F2. Näillä kerroksilla on myös erityisnimet. Kerrokseen jakautuminen johtuu useista syistä, joista tärkein on kerrosten epätasainen vaikutus radioaaltojen kulkuun. Alin kerros, D, absorboi pääasiassa radioaaltoja ja estää siten niiden etenemisen. Paras tutkittu kerros E sijaitsee noin 100 km:n korkeudessa maanpinnan yläpuolella. Sitä kutsutaan myös Kennelly-Heaviside-kerrokseksi amerikkalaisten ja englantilaisten tutkijoiden nimien mukaan, jotka löysivät sen samanaikaisesti ja itsenäisesti. Kerros E, kuten jättimäinen peili, heijastaa radioaaltoja. Tämän kerroksen ansiosta pitkät radioaallot kulkevat pitemmälle kuin olisi odotettavissa, jos ne leviäisivät vain suorassa linjassa heijastumatta E-kerroksesta. Myös F-kerroksella on samanlaiset ominaisuudet. Sitä kutsutaan myös Appleton-kerrokseksi. Yhdessä Kennelly-Heaviside kerroksen kanssa se heijastaa radioaaltoja maanpäällisiin radioasemiin, mikä voi tapahtua eri kulmista. Appleton-kerros sijaitsee noin 240 kilometrin korkeudessa.

Ilmakehän ulointa aluetta, ionosfäärin toista kerrosta, kutsutaan usein eksosfääri. Tämä termi osoittaa avaruuden reuna-alueiden olemassaolon lähellä Maata. On vaikea määrittää tarkasti, missä ilmakehä päättyy ja avaruus alkaa, koska ilmakehän kaasujen tiheys pienenee vähitellen korkeuden myötä ja ilmakehä itse muuttuu vähitellen melkein tyhjiöksi, jossa vain yksittäiset molekyylit kohtaavat. Jo noin 320 km:n korkeudessa ilmakehän tiheys on niin alhainen, että molekyylit voivat kulkea yli 1 km törmätämättä toisiinsa. Sen ylärajana toimii ilmakehän uloin osa, joka sijaitsee 480–960 km:n korkeudessa.

Lisää tietoa ilmakehän prosesseista löytyy nettisivuilta "Maan ilmasto"

Ilmakehän tarkkaa kokoa ei tunneta, koska sen yläraja ei ole selvästi näkyvissä. Ilmakehän rakennetta on kuitenkin tutkittu tarpeeksi, jotta jokainen voi saada käsityksen siitä, miten planeettamme kaasumainen kuori on järjestetty.

Ilmakehän fysiikan tutkijat määrittelevät sen maata ympäröiväksi alueeksi, joka pyörii planeetan mukana. FAI antaa seuraavan määritelmä:

• Avaruuden ja ilmakehän välinen raja kulkee Karmanin linjaa pitkin. Tämä viiva on saman organisaation määritelmän mukaan korkeus merenpinnan yläpuolella, joka sijaitsee 100 km:n korkeudessa.

Kaikki tämän viivan yläpuolella on ulkoavaruutta. Ilmakehä siirtyy vähitellen planeettojenväliseen tilaan, minkä vuoksi sen koosta on erilaisia ​​käsityksiä.

Ilmakehän alarajalla kaikki on paljon yksinkertaisempaa - se kulkee maankuoren pinnan ja Maan vesipinnan - hydrosfäärin - läpi. Samanaikaisesti voitaisiin sanoa, että raja sulautuu maan ja veden pintaan, koska myös ilman hiukkasia liukenee sinne.

Mitkä ilmakehän kerrokset sisältyvät Maan kokoon

Mielenkiintoinen tosiasia: talvella se on matalampi, kesällä korkeampi.

Juuri tässä kerroksessa syntyy turbulenssia, antisykloneja ja sykloneja, muodostuu pilviä. Juuri tämä pallo on vastuussa sään muodostumisesta, noin 80% kaikista ilmamassoista sijaitsee siinä.

Tropopaussi on kerros, jossa lämpötila ei laske korkeuden mukana. Tropopaussin yläpuolella, yli 11 ja enintään 50 kilometrin korkeudessa, on stratosfääri. Stratosfääri sisältää otsonikerroksen, jonka tiedetään suojaavan planeettaa ultraviolettisäteiltä. Tämän kerroksen ilma on harvinaistunut, mikä selittää taivaan tyypillisen violetin sävyn. Ilmavirtojen nopeus täällä voi olla 300 km/h. Stratosfäärin ja mesosfäärin välissä on stratopause - rajapallo, jossa lämpötilan maksimi tapahtuu.

Seuraava kerros on mesosfääri. Se ulottuu 85-90 kilometrin korkeuteen. Mesosfäärin taivaan väri on musta, joten tähdet voidaan havaita jopa aamulla ja iltapäivällä. Siellä tapahtuvat monimutkaisimmat fotokemialliset prosessit, joiden aikana ilmakehän hehku tapahtuu.

Mesosfäärin ja seuraavan kerroksen, termosfäärin, välissä on mesopaussi. Se määritellään siirtymäkerrokseksi, jossa havaitaan lämpötilan minimi. Yläpuolella, 100 kilometrin korkeudessa merenpinnan yläpuolella, on Karmanin linja. Tämän viivan yläpuolella ovat termosfääri (korkeusraja 800 km) ja eksosfääri, jota kutsutaan myös "dispersiovyöhykkeeksi". Noin 2-3 tuhannen kilometrin korkeudessa se siirtyy lähiavaruustyhjiöön.

Koska ilmakehän yläkerros ei ole selvästi näkyvissä, sen tarkkaa kokoa ei voida laskea. Lisäksi eri maissa on järjestöjä, joilla on erilaisia ​​mielipiteitä tästä asiasta. On huomattava, että Karman linja voidaan pitää maan ilmakehän rajana vain ehdollisesti, koska eri lähteet käyttävät erilaisia ​​rajamerkkejä. Joten joistakin lähteistä voit löytää tietoa, että yläraja kulkee 2500-3000 km korkeudessa.

NASA käyttää laskelmissa 122 kilometrin merkkiä. Ei niin kauan sitten suoritettiin kokeita, jotka selvensivät rajaa noin 118 km:n kohdalla.

Maan ilmakehä on heterogeeninen: eri korkeuksilla havaitaan erilaisia ​​ilmantiheyksiä ja paineita, lämpötila ja kaasukoostumus muuttuvat. Ympäristön lämpötilan käyttäytymisen perusteella (eli lämpötila nousee korkeuden kasvaessa tai laskee) siinä erotetaan seuraavat kerrokset: troposfääri, stratosfääri, mesosfääri, termosfääri ja eksosfääri. Tasojen välisiä rajoja kutsutaan tauoksi: niitä on 4, koska. eksosfäärin yläraja on hyvin epäselvä ja viittaa usein lähiavaruuteen. Ilmakehän yleinen rakenne löytyy oheisesta kaaviosta.

Kuva 1 Maan ilmakehän rakenne. Luotto: verkkosivusto

Ilmakehän alin kerros on troposfääri, jonka yläraja, tropopaussi, vaihtelee maantieteellisestä leveysasteesta riippuen 8 km:stä. napa-alueella 20 km asti. trooppisilla leveysasteilla. Keski- tai lauhkeilla leveysasteilla sen yläraja on 10-12 km korkeudella.Troposfäärin ylärajassa esiintyy vuoden aikana vaihteluita auringon säteilyn sisääntulon mukaan. Joten Yhdysvaltain ilmatieteen palvelun Maan etelänavalla luotauksen seurauksena paljastui, että maaliskuusta elokuuhun tai syyskuuhun troposfäärissä on tasaista jäähtymistä, minkä seurauksena lyhyen aikaa Elo-syyskuussa sen raja nousee 11,5 kilometriin. Sitten syys-joulukuussa se putoaa nopeasti ja saavuttaa alimmansa - 7,5 km, minkä jälkeen sen korkeus pysyy käytännössä ennallaan maaliskuuhun asti. Nuo. Troposfääri on paksuimmillaan kesällä ja ohuimmillaan talvella.

On huomioitava, että vuodenaikojen vaihtelun lisäksi tropopaussin korkeudessa on myös päivittäisiä vaihteluita. Myös syklonit ja antisyklonit vaikuttavat sen sijaintiin: ensimmäisessä se laskeutuu, koska. paine niissä on alhaisempi kuin ympäröivässä ilmassa, ja toiseksi se nousee vastaavasti.

Troposfääri sisältää jopa 90 % maan ilman kokonaismassasta ja 9/10 kaikesta vesihöyrystä. Turbulenssi on täällä erittäin kehittynyttä, erityisesti lähellä pintaa ja korkeimpia kerroksia, kehittyy kaikentasoisia pilviä, muodostuu sykloneja ja antisykloneja. Ja maan pinnalta heijastuneiden auringonsäteiden kasvihuonekaasujen (hiilidioksidi, metaani, vesihöyry) kertymisen vuoksi kehittyy kasvihuoneilmiö.

Kasvihuoneilmiö liittyy ilman lämpötilan laskuun troposfäärissä korkeuden myötä (koska lämmitetty maa luovuttaa enemmän lämpöä pintakerroksille). Keskimääräinen pystysuora kaltevuus on 0,65°/100 m (eli ilman lämpötila laskee 0,65° C jokaista 100 metrin nousua kohti). Joten jos maan pinnalla lähellä päiväntasaajaa keskimääräinen vuotuinen ilman lämpötila on + 26 °, niin ylärajalla -70 °. Lämpötila pohjoisnavan yläpuolella olevan tropopaussin alueella vaihtelee ympäri vuoden -45°:sta kesällä -65°:een talvella.

Korkeuden kasvaessa myös ilmanpaine laskee, ja se on vain 12-20 % troposfäärin yläosan lähellä olevasta pinnan tasosta.

Troposfäärin ja stratosfäärin päällä olevan kerroksen rajalla on tropopaussikerros, jonka paksuus on 1-2 km. Ilmakerros, jossa pystysuora gradientti laskee arvoon 0,2°/100 m vs. 0,65°/100 m troposfäärin alla olevilla alueilla, pidetään yleensä tropopaussin alempana rajana.

Tropopaussin sisällä havaitaan tiukasti määritellyn suunnan ilmavirtoja, joita kutsutaan korkean korkeuden suihkuvirroiksi tai "suihkuvirroiksi", jotka muodostuvat Maan pyörimisen akselinsa ympäri ja ilmakehän kuumenemisen vaikutuksesta auringon säteilyn mukana. Virtauksia havaitaan vyöhykkeiden rajoilla, joilla on merkittäviä lämpötilaeroja. Näiden virtojen lokalisointikeskuksia on useita, esimerkiksi arktiset, subtrooppiset, subpolaariset ja muut. Suihkusuihkujen sijainnin tunteminen on erittäin tärkeää meteorologian ja ilmailun kannalta: ensimmäinen käyttää virtauksia tarkempaan sääennusteeseen, toinen lentoreittien rakentamiseen, koska Virtauksen rajoilla on voimakkaita pyörteitä, jotka ovat samanlaisia ​​kuin pieniä pyörteitä, joita kutsutaan "kirkkaan taivaan turbulenssiksi", koska näillä korkeuksilla ei ole pilviä.

Korkeiden suihkuvirtojen vaikutuksesta tropopaussiin muodostuu usein repeämiä, jotka ajoittain katoavat kokonaan, mutta sitten muodostuvat uudelleen. Tämä havaitaan erityisen usein subtrooppisilla leveysasteilla, joita hallitsee voimakas subtrooppinen korkeusvirtaus. Lisäksi tropopaussin kerrosten ero ympäröivän ilman lämpötilan suhteen johtaa taukojen muodostumiseen. Esimerkiksi trooppisten leveysasteiden lämpimän ja matalan polaarisen tropopaussin sekä korkean ja kylmän tropopaussin välillä on laaja kuilu. Viime aikoina on myös erotettu lauhkean leveysasteiden tropopaussin kerros, joka on katkennut kahdesta edellisestä kerroksesta: napaisesta ja trooppisesta.

Maan ilmakehän toinen kerros on stratosfääri. Stratosfääri voidaan jakaa ehdollisesti 2 alueeseen. Ensimmäiselle, joka sijaitsee 25 km:n korkeudessa, on ominaista lähes vakiot lämpötilat, jotka vastaavat troposfäärin ylempien kerrosten lämpötiloja tietyllä alueella. Toiselle alueelle eli inversioalueelle on ominaista ilman lämpötilan nousu noin 40 km:n korkeuteen. Tämä johtuu auringon ultraviolettisäteilyn absorptiosta hapen ja otsonin toimesta. Stratosfäärin yläosassa lämpötila on tämän lämpenemisen vuoksi usein positiivinen tai jopa verrattavissa pintailman lämpötilaan.

Inversioalueen yläpuolella on tasaisten lämpötilojen kerros, jota kutsutaan stratopausiksi ja joka on stratosfäärin ja mesosfäärin välinen raja. Sen paksuus on 15 km.

Toisin kuin troposfäärissä, turbulenttiset häiriöt ovat harvinaisia ​​stratosfäärissä, mutta voimakkaita vaakasuuntaisia ​​tuulia tai suihkuvirtoja, jotka puhaltavat kapeilla vyöhykkeillä pitkin napoja päin päin lauhkean leveysasteen rajoja, havaitaan. Näiden vyöhykkeiden sijainti ei ole vakio: ne voivat siirtyä, laajentua tai jopa kadota kokonaan. Usein suihkuvirrat tunkeutuvat troposfäärin ylempiin kerroksiin, tai päinvastoin, troposfäärin ilmamassat tunkeutuvat stratosfäärin alempiin kerroksiin. Tällainen ilmamassojen sekoittuminen ilmakehän rintamien alueilla on erityisen tyypillistä.

Vähän stratosfäärissä ja vesihöyryssä. Ilma on täällä erittäin kuivaa, ja siksi pilviä on vähän. Vain 20-25 km korkeudella korkeilla leveysasteilla voi havaita erittäin ohuita helmiäispilviä, jotka koostuvat alijäähtyneistä vesipisaroista. Päivän aikana nämä pilvet eivät ole näkyvissä, mutta pimeyden tullessa ne näyttävät hehkuvan jo horisontin alle laskeutuneen Auringon valaistuksen vuoksi.

Samoilla korkeuksilla (20-25 km.) alemmassa stratosfäärissä on niin kutsuttu otsonikerros - korkeimman otsonipitoisuuden omaava alue, joka muodostuu ultraviolettiauringon säteilyn vaikutuksesta (voit oppia lisää tästä prosessista sivulla). Otsonikerros tai otsonosfääri on välttämätön kaikkien maalla elävien organismien elämän ylläpitämiseksi absorboimalla tappavia ultraviolettisäteitä 290 nm:iin asti. Tästä syystä elävät organismit eivät elä otsonikerroksen yläpuolella, se on elämän leviämisen yläraja maan päällä.

Otsonin vaikutuksesta myös magneettikentät muuttuvat, atomit hajottavat molekyylejä, tapahtuu ionisaatiota, uutta muodostuu kaasuja ja muita kemiallisia yhdisteitä.

Stratosfäärin yläpuolella olevaa ilmakehän kerrosta kutsutaan mesosfääriksi. Sille on ominaista ilman lämpötilan lasku korkeudella ja keskimääräinen pystysuora gradientti 0,25-0,3°/100 m, mikä johtaa voimakkaaseen turbulenssiin. Mesosfäärin ylärajoilla alueella, jota kutsutaan mesopausiksi, havaittiin jopa -138 ° C: n lämpötilat, mikä on absoluuttinen minimi koko maan ilmakehässä.

Täällä mesopaussin sisällä kulkee auringon röntgensäteilyn ja lyhytaaltoisen ultraviolettisäteilyn aktiivisen absorption alueen alaraja. Tätä energiaprosessia kutsutaan säteilylämmönsiirroksi. Tämän seurauksena kaasu kuumenee ja ionisoituu, mikä aiheuttaa ilmakehän hehkua.

75-90 km korkeudessa lähellä mesosfäärin ylärajoja havaittiin erityisiä pilviä, jotka miehittivät laajoja alueita planeetan napa-alueilla. Näitä pilviä kutsutaan hopeaksi niiden hehkun vuoksi hämärässä, mikä johtuu auringonvalon heijastuksesta jääkiteistä, joista nämä pilvet koostuvat.

Ilmanpaine mesopaussin sisällä on 200 kertaa pienempi kuin maan pinnalla. Tämä viittaa siihen, että melkein kaikki ilmakehän ilma on keskittynyt sen kolmeen alempaan kerrokseen: troposfääriin, stratosfääriin ja mesosfääriin. Termosfäärin ja eksosfäärin päällä olevat kerrokset muodostavat vain 0,05 % koko ilmakehän massasta.

Termosfääri sijaitsee 90-800 km korkeudessa maan pinnasta.

Termosfäärille on ominaista jatkuva ilman lämpötilan nousu 200-300 km korkeuteen asti, missä se voi nousta 2500 °C:seen. Lämpötilan nousu johtuu auringon ultraviolettisäteilyn röntgen- ja lyhytaaltoosan absorptiosta kaasumolekyyleihin. Yli 300 km merenpinnan yläpuolella lämpötilan nousu pysähtyy.

Samaan aikaan kun lämpötila nousee, paine laskee ja sitä kautta ympäröivän ilman tiheys. Joten jos termosfäärin alarajoilla tiheys on 1,8 × 10 -8 g / cm 3, niin yläosassa se on jo 1,8 × 10 -15 g / cm 3, mikä vastaa noin 10 miljoonaa - 1 miljardia hiukkasta 1 cm3.

Kaikki termosfäärin ominaisuudet, kuten ilman koostumus, sen lämpötila, tiheys, vaihtelevat voimakkaasti: maantieteellisestä sijainnista, vuodenajasta ja vuorokaudenajasta riippuen. Jopa termosfäärin ylärajan sijainti on muuttumassa.

Ilmakehän ylintä kerrosta kutsutaan eksosfääriksi tai sirontakerrokseksi. Sen alaraja muuttuu jatkuvasti hyvin laajoissa rajoissa; keskiarvoksi otettiin korkeus 690-800 km. Se on asetettu paikkaan, jossa molekyylien välisten tai atomien välisten törmäysten todennäköisyys voidaan jättää huomiotta, ts. Keskimääräinen etäisyys, jonka satunnaisesti liikkuva molekyyli kulkee ennen törmäystä toiseen samankaltaiseen molekyyliin (ns. vapaa polku), on niin suuri, että molekyylit eivät itse asiassa törmää todennäköisyydellä, joka on lähellä nollaa. Kerrosta, jossa kuvattu ilmiö tapahtuu, kutsutaan lämpöpaussiksi.

Eksosfäärin yläraja on 2-3 tuhannen kilometrin korkeudella. Se on voimakkaasti hämärtynyt ja siirtyy vähitellen lähiavaruustyhjiöön. Joskus tästä syystä eksosfääriä pidetään osana ulkoavaruutta ja sen ylärajaksi otetaan 190 tuhannen km:n korkeus, jossa auringon säteilypaineen vaikutus vetyatomien nopeuteen ylittää vetovoiman vetovoiman. maapallo. Tämä on ns. maapallon korona, joka koostuu vetyatomeista. Maan koronan tiheys on erittäin alhainen: vain 1000 hiukkasta kuutiosenttimetrissä, mutta tämäkin määrä on yli 10 kertaa suurempi kuin hiukkasten pitoisuus planeettojenvälisessä avaruudessa.

Eksosfäärin äärimmäisen harvinaisen ilman vuoksi hiukkaset liikkuvat maapallon ympäri elliptisellä kiertoradalla törmätämättä toisiinsa. Jotkut niistä, jotka liikkuvat avoimia tai hyperbolisia lentoratoja pitkin kosmisilla nopeuksilla (vety- ja heliumatomit), poistuvat ilmakehästä ja menevät ulkoavaruuteen, minkä vuoksi eksosfääriä kutsutaan sirontapalloksi.

Ilmakehä on taivaankappaleiden ulkokuori. Eri planeetoilla se eroaa koostumuksesta, kemiallisista ja fysikaalisista ominaisuuksista. Mitkä ovat maapallon ilmakehän tärkeimmät ominaisuudet? Mistä se koostuu? Miten ja milloin se syntyi? Opimme tästä lisää.

Ilmakehän muodostuminen

Ilmakehä on kaasuseos, joka ympäröi planeetan ulkopuolelta ja jota sen painovoimat pitävät. Muodostumishetkellä planeetallamme ei vielä ollut kaasumaista vaippaa. Se muodostettiin hieman myöhemmin ja onnistui muuttumaan useita kertoja. Ei ole täysin tiedossa, mitkä ilmakehän pääominaisuudet olivat silloin.

Tiedemiehet ehdottavat, että ensimmäinen ilmakehä poimittiin aurinkosumusta ja koostui heliumista ja vedystä. Planeetan korkeat lämpötilat ja aurinkotuulen vaikutus tuhosivat tämän kuoren nopeasti.

Seuraavan ilmakehän muodostivat siitä kaasuja vapauttavat tulivuoret, joka oli ohut ja koostui kasvihuonekaasuista (metaani, hiilidioksidi, ammoniakki), vesihöyrystä ja hapoista.

Kaksi miljardia vuotta sitten ilmakehän tila alkoi muuttua nykyhetkeen. Ulkoiset prosessit (sää, auringon aktiivisuus) planeetalla ja ensimmäiset bakteerit ja levät osallistuivat tähän, koska ne vapauttavat happea.

Ilmakehän koostumus ja ominaisuudet

Planeettamme kaasukuorella ei ole selkeää reunaa. Sen ulompi ääriviiva on epäselvä ja siirtyy vähitellen ulkoavaruuteen sulautuen siihen homogeeniseksi massaksi. Kuoren sisäreuna on kosketuksessa maankuoren ja maapallon hydrosfäärin kanssa.

Ilmakehän tärkeimmät ominaisuudet määräytyvät suurelta osin sen koostumuksesta. Suurin osa siitä on kaasuja. Suurin osuus on typellä (75,5 %) ja hapella (23,1 %). Niiden lisäksi ilmakehän ilma koostuu argonista, hiilidioksidista, vedystä, metaanista, heliumista, ksenonista jne.

Aineiden pitoisuus ei käytännössä muutu. Vaihtelevat arvot ovat tyypillisiä vedelle ja määräytyvät kasvillisuuden määrän mukaan. Vesi sisältyy vesihöyryn muodossa. Sen määrä vaihtelee maantieteellisistä leveysasteista riippuen ja on jopa 2,5 %. Ilmakehä sisältää myös palamistuotteita, merisuolaa, pölyn epäpuhtauksia, jäätä pienten kiteiden muodossa.

Ilmakehän fysikaaliset ominaisuudet

Ilmakehän tärkeimmät ominaisuudet ovat paine, kosteus, lämpötila ja tiheys. Jokaisessa ilmakehän kerroksessa niiden arvot ovat erilaiset. Maan kuoren ilma on joukko erilaisten aineiden molekyylejä. Gravitaatiovoimat pitävät ne planeetan sisällä ja vetävät niitä lähemmäs sen pintaa.

Pohjalla on enemmän molekyylejä, joten tiheys ja paine ovat siellä suurempia. Korkeuden myötä ne pienenevät, ja ulkoavaruudessa niistä tulee melkein näkymättömiä. Ilmakehän alemmissa kerroksissa paine laskee 1 mm Hg. Taide. 10 metrin välein.

Toisin kuin planeetan pinta, aurinko ei lämmitä ilmakehää. Siksi mitä lähempänä Maata, sitä korkeampi lämpötila. Jokaista sataa metriä kohden se laskee noin 0,6 astetta. Troposfäärin yläosassa se saavuttaa -56 astetta.

Ilman parametreihin vaikuttaa voimakkaasti siinä olevan vesipitoisuus eli kosteus. Planeetan kokonaisilmamassa on (5,1-5,3) 10 18 kg, jossa vesihöyryn osuus on 1,27 10 16 kg. Koska ilmakehän ominaisuudet eri alueilla ovat erilaiset, johdetaan standardiarvoja, joita pidetään "normaalioloina" maan pinnalla:

Maan kaasumaisen kuoren rakenne

Kaasuvaipan luonne muuttuu korkeuden mukaan. Riippuen siitä, mitkä ovat ilmakehän pääominaisuudet, se on jaettu useisiin kerroksiin:

• troposfääri;
• stratosfääri;
• mesosfääri;
• termosfääri;
• eksosfääri.

Erilaistumisen pääparametri on lämpötila. Kerrosten välillä erotetaan raja-alueet, joita kutsutaan tauoksi, joissa vakiolämpötilan ilmaisin on kiinteä.

Troposfääri on alin kerros. Sen raja kulkee 8-18 kilometrin korkeudessa leveysasteesta riippuen. Ennen kaikkea se on päiväntasaajalla. Noin 80 % ilmakehän ilmamassasta on troposfäärissä.

Ilmakehän ulkokerrosta edustaa eksosfääri. Sen alaraja ja paksuus riippuvat Auringon aktiivisuudesta. Maapallolla eksosfääri alkaa 500–1000 kilometrin korkeudesta ja ulottuu jopa sataantuhanteen kilometriin. Alaosassa se on kyllästetty hapella ja typellä, yläosassa vedyllä ja muilla kevyillä kaasuilla.

Ilmapiirin rooli

Ilmapiiri on ilma, jota hengitämme. Ilman sitä ihminen ei elä viittä minuuttiakaan. Se kyllästää kaikki kasvien ja eläinten solut, mikä helpottaa energian vaihtoa kehon ja ympäristön välillä.

Ilmakehä on planeetan suodatin. Auringon säteily kulkeutuu sen läpi. Tämä vähentää sen voimakkuutta ja haittoja, joita se voi aiheuttaa tiivistetyssä muodossa. Kuorella on Maan kilven rooli, jonka ylemmissä kerroksissa monet meteoriitit ja komeetat palavat ennen kuin ne saavuttavat planeetan pinnan.

Ilmakehän lämpötila, tiheys, kosteus ja paine vaikuttavat ilmastoon ja sääolosuhteisiin. Ilmakehä on mukana lämmön jakautumisessa planeetalla. Ilman sitä lämpötila vaihtelisi kahdessasadassa asteessa.

Maan kuori osallistuu aineiden kiertoon, on joidenkin elävien olentojen elinympäristö ja myötävaikuttaa äänien välittämiseen. Sen puuttuminen tekisi mahdottomaksi elämän olemassaolosta planeetalla.

Maan pinnalla meteorologia käsittelee pitkän aikavälin vaihteluita - klimatologiaa.

Ilmakehän paksuus on 1500 km maan pinnasta. Ilman eli ilmakehän kaasuseoksen kokonaismassa on 5,1-5,3 * 10 ^ 15 tonnia Puhtaan kuivan ilman molekyylipaino on 29. Paine 0 °C:ssa merenpinnan tasolla on 101 325 Pa eli 760 mm. rt. Taide.; kriittinen lämpötila - 140,7 °C; kriittinen paine 3,7 MPa. Ilman liukoisuus veteen 0 °C:ssa on 0,036%, 25 °C:ssa - 0,22%.

Ilmakehän fysikaalinen tila määräytyy. Ilmakehän pääparametrit: ilman tiheys, paine, lämpötila ja koostumus. Kun korkeus nousee, ilman tiheys pienenee. Myös lämpötila muuttuu korkeuden muuttuessa. Pystysuoralle on ominaista erilaiset lämpötila- ja sähköominaisuudet, erilaiset ilmaolosuhteet. Ilmakehän lämpötilasta riippuen erotetaan seuraavat pääkerrokset: troposfääri, stratosfääri, mesosfääri, termosfääri, eksosfääri (sirontapallo). Vierekkäisten kuorien välisiä ilmakehän siirtymäalueita kutsutaan vastaavasti tropopaussiksi, stratopaussiksi jne.

Troposfääri- alempi, tärkein, eniten tutkittu, korkeus napa-alueilla 8-10 km, jopa 10-12 km, päiväntasaajalla - 16-18 km. Noin 80-90 % ilmakehän kokonaismassasta ja lähes kaikki vesihöyry on keskittynyt troposfääriin. Noustessa 100 metrin välein troposfäärin lämpötila laskee keskimäärin 0,65 ° C ja saavuttaa -53 ° C yläosassa. Tätä troposfäärin ylempää kerrosta kutsutaan tropopausiksi. Troposfäärissä turbulenssi ja konvektio ovat erittäin kehittyneitä, suurin osa on keskittynyt, pilvet nousevat, kehittyvät.

Stratosfääri- ilmakehän kerros, joka sijaitsee 11-50 km:n korkeudessa. Pieni lämpötilan muutos 11-25 km:n kerroksessa (stratosfäärin alempi kerros) ja sen nousu 25-40 km:n kerroksessa -56,5:stä 0,8 °C:seen (stratosfäärin ylempi kerros eli inversioalue) ovat tyypillinen. Saavutettuaan arvon 273 K (0 °C) noin 40 km:n korkeudessa lämpötila pysyy vakiona 55 km:n korkeuteen asti. Tätä tasaisen lämpötilan aluetta kutsutaan stratopausiksi ja se on stratosfäärin ja mesosfäärin välinen raja.

Se on stratosfäärissä, jossa kerros sijaitsee otsonosfääri("otsonikerros", 15-20 - 55-60 km korkeudessa), joka määrittää elämän ylärajan. Stratosfäärin ja mesosfäärin tärkeä komponentti on otsoni, joka muodostuu valokemiallisten reaktioiden seurauksena voimakkaimmin 30 km:n korkeudessa. Otsonin kokonaismassa normaalipaineessa olisi 1,7-4 mm paksu kerros, mutta tämäkin riittää absorboimaan elämälle haitallisen ultraviolettisäteilyn. Otsoni tuhoutuu, kun se on vuorovaikutuksessa vapaiden radikaalien, typpioksidin, halogeenipitoisten yhdisteiden (mukaan lukien "freonien") kanssa. Otsoni - hapen allotropia, muodostuu seuraavan kemiallisen reaktion seurauksena, yleensä sateen jälkeen, kun tuloksena oleva yhdiste nousee troposfäärin ylempiin kerroksiin; otsonilla on erityinen haju.

Suurin osa ultraviolettisäteilyn lyhytaaltoisesta osasta (180-200 nm) jää stratosfääriin ja lyhyiden aaltojen energia muuttuu. Näiden säteiden vaikutuksesta magneettikentät muuttuvat, molekyylit hajoavat, ionisaatiota, uutta kaasujen ja muiden kemiallisten yhdisteiden muodostumista tapahtuu. Näitä prosesseja voidaan havaita revontulien, salaman ja muiden hehkujen muodossa. Stratosfäärissä ei ole juuri lainkaan vesihöyryä.

Mesosfääri alkaa 50 km:n korkeudesta ja ulottuu 80-90 km:iin asti. 75-85 km:n korkeudelle se laskee -88 °С. Mesosfäärin yläraja on mesopaussi.

Termosfääri(toinen nimi on ionosfääri) - mesosfääriä seuraava ilmakehän kerros - alkaa 80-90 km:n korkeudesta ja ulottuu 800 km:iin asti. Ilman lämpötila termosfäärissä nousee nopeasti ja tasaisesti ja saavuttaa useita satoja ja jopa tuhansia asteita.

Eksosfääri- sirontavyöhyke, termosfäärin ulompi osa, joka sijaitsee yli 800 km. Eksosfäärissä oleva kaasu on erittäin harvinaista, ja siksi sen hiukkaset vuotavat planeettojen väliseen tilaan (häviö).
Ilmakehä on 100 km:n korkeuteen asti homogeeninen (yksifaasinen), hyvin sekoittunut kaasuseos. Korkeammissa kerroksissa kaasujen jakauma korkeudessa riippuu niiden molekyylipainoista, raskaampien kaasujen pitoisuus laskee nopeammin etäisyyden maanpinnasta. Kaasun tiheyden pienenemisen vuoksi lämpötila laskee stratosfäärin 0 °C:sta mesosfäärin -110 °C:seen. Yksittäisten hiukkasten kineettinen energia 200-250 km korkeudessa vastaa kuitenkin noin 1500 °C:n lämpötilaa. Yli 200 km:n korkeudessa havaitaan merkittäviä lämpötilan ja kaasun tiheyden vaihteluita ajassa ja tilassa.

Noin 2000-3000 km:n korkeudessa eksosfääri siirtyy vähitellen niin kutsuttuun lähiavaruuden tyhjiöön, joka on täynnä erittäin harvinaisia ​​planeettojen välisen kaasun hiukkasia, pääasiassa vetyatomeja. Mutta tämä kaasu on vain osa planeettojen välistä ainetta. Toinen osa koostuu pölymäisistä komeetta- ja meteoriperäisistä hiukkasista. Näiden äärimmäisen harvinaisten hiukkasten lisäksi tähän tilaan tunkeutuu auringon ja galaktista alkuperää olevaa sähkömagneettista ja korpuskulaarista säteilyä.

Troposfäärin osuus ilmakehän massasta on noin 80 %, stratosfäärin osuus noin 20 %; mesosfäärin massa on enintään 0,3%, termosfääri on alle 0,05% ilmakehän kokonaismassasta. Ilmakehän sähköisten ominaisuuksien perusteella erotetaan neutrosfääri ja ionosfääri. Tällä hetkellä uskotaan ilmakehän ulottuvan 2000-3000 kilometrin korkeuteen.

Ilmakehän kaasun koostumuksesta riippuen erotetaan homosfääri ja heterosfääri. heterosfääri- tämä on alue, jossa painovoima vaikuttaa kaasujen erottumiseen, koska. niiden sekoittuminen tällä korkeudella on mitätöntä. Tästä seuraa heterosfäärin muuttuva koostumus. Sen alapuolella on hyvin sekoittunut, homogeeninen osa ilmakehää, jota kutsutaan homosfääriksi. Näiden kerrosten välistä rajaa kutsutaan turbopaussiksi ja se sijaitsee noin 120 km:n korkeudessa.

Ilmanpaine on siinä oleviin esineisiin ja maan pintaan kohdistuva paine. Normaali on indikaattori 760 mm Hg. Taide. (101 325 Pa). Jokaista korkeuskilometriä kohti paine laskee 100 mm.

Ilmakehän koostumus

Maan ilmakuori, joka koostuu pääasiassa kaasuista ja erilaisista epäpuhtauksista (pöly, vesipisarat, jääkiteet, merisuolat, palamistuotteet), joiden määrä ei ole vakio. Tärkeimmät kaasut ovat typpi (78 %), happi (21 %) ja argon (0,93 %). Ilmakehän muodostavien kaasujen pitoisuus on lähes vakio, lukuun ottamatta hiilidioksidia CO2 (0,03 %).

Ilmakehässä on myös pieniä määriä SO2, CH4, NH3, CO, hiilivetyjä, HC1, HF, Hg-höyryä, I2 sekä NO ja monia muita kaasuja. Troposfäärissä on jatkuvasti suuri määrä suspendoituneita kiinteitä ja nestemäisiä hiukkasia (aerosolia).