Terlibat dalam meteorologi, dan variasi jangka panjang - klimatologi.

Ketebalan atmosfer adalah 1500 km dari permukaan bumi. Massa total udara, yaitu campuran gas yang membentuk atmosfer, adalah 5.1-5.3 * 10 ^ 15 ton Berat molekul udara kering bersih adalah 29. Tekanan pada 0 ° C di permukaan laut adalah 101.325 Pa, atau 760 mm. rt. Seni.; suhu kritis - 140,7 °C; tekanan kritis 3,7 MPa. Kelarutan udara dalam air pada 0 ° C adalah 0,036%, pada 25 ° C - 0,22%.

Keadaan fisik atmosfer ditentukan. Parameter utama atmosfer: kerapatan udara, tekanan, suhu dan komposisi. Dengan bertambahnya ketinggian, kepadatan udara berkurang. Suhu juga berubah dengan perubahan ketinggian. Vertikal dicirikan oleh suhu dan sifat listrik yang berbeda, kondisi udara yang berbeda. Tergantung pada suhu di atmosfer, lapisan utama berikut dibedakan: troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer, eksosfer (bola hamburan). Daerah transisi atmosfer antara cangkang yang berdekatan masing-masing disebut tropopause, stratopause, dll.

Troposfer- lebih rendah, utama, paling banyak dipelajari, dengan ketinggian di daerah kutub 8-10 km, di garis lintang sedang hingga 10-12 km, di khatulistiwa - 16-18 km. Sekitar 80-90% dari total massa atmosfer dan hampir semua uap air terkonsentrasi di troposfer. Saat naik setiap 100 m, suhu di troposfer menurun rata-rata 0,65 ° C dan mencapai -53 ° C di bagian atas. Lapisan atas troposfer ini disebut tropopause. Di troposfer, turbulensi dan konveksi sangat berkembang, bagian yang dominan terkonsentrasi, awan muncul, berkembang.

Stratosfir- lapisan atmosfer, terletak pada ketinggian 11-50 km. Sedikit perubahan suhu di lapisan 11-25 km (lapisan bawah stratosfer) dan peningkatannya di lapisan 25-40 km dari -56,5 menjadi 0,8 °C (lapisan atas stratosfer atau daerah inversi) adalah khas. Setelah mencapai nilai 273 K (0 °C) pada ketinggian sekitar 40 km, suhu tetap konstan hingga ketinggian 55 km. Daerah bersuhu konstan ini disebut stratopause dan merupakan batas antara stratosfer dan mesosfer.

Di stratosfer itulah lapisan itu berada ozonosfer("lapisan ozon", pada ketinggian 15-20 hingga 55-60 km), yang menentukan batas atas kehidupan di. Komponen penting dari stratosfer dan mesosfer adalah ozon, yang terbentuk sebagai hasil reaksi fotokimia paling intensif pada ketinggian 30 km. Massa total ozon pada tekanan normal akan menjadi lapisan setebal 1,7-4 mm, tetapi bahkan ini cukup untuk menyerap ultraviolet, yang berbahaya bagi kehidupan. Penghancuran ozon terjadi ketika berinteraksi dengan radikal bebas, oksida nitrat, senyawa yang mengandung halogen (termasuk "freon"). Ozon - alotropi oksigen, terbentuk sebagai hasil dari reaksi kimia berikut, biasanya setelah hujan, ketika senyawa yang dihasilkan naik ke lapisan atas troposfer; ozon memiliki bau tertentu.

Sebagian besar bagian panjang gelombang pendek dari radiasi ultraviolet (180-200 nm) disimpan di stratosfer dan energi gelombang pendek diubah. Di bawah pengaruh sinar ini, medan magnet berubah, molekul pecah, ionisasi, pembentukan baru gas dan senyawa kimia lainnya terjadi. Proses ini dapat diamati dalam bentuk cahaya utara, kilat, dan cahaya lainnya. Hampir tidak ada uap air di stratosfer.

Mesosfer dimulai pada ketinggian 50 km dan memanjang hingga 80-90 km. hingga ketinggian 75-85 km turun menjadi -88 °С. Batas atas mesosfer adalah mesopause.

Termosfer(nama lain adalah ionosfer) - lapisan atmosfer setelah mesosfer - dimulai pada ketinggian 80-90 km dan memanjang hingga 800 km. Suhu udara di termosfer dengan cepat dan mantap meningkat dan mencapai beberapa ratus bahkan ribuan derajat.

Eksosfer- zona hamburan, bagian luar termosfer, terletak di atas 800 km. Gas di eksosfer sangat langka, dan karenanya partikelnya bocor ke ruang antarplanet (disipasi).
Hingga ketinggian 100 km, atmosfer adalah campuran gas yang homogen (fase tunggal). Di lapisan yang lebih tinggi, distribusi gas di ketinggian tergantung pada berat molekulnya, konsentrasi gas yang lebih berat berkurang lebih cepat dengan jarak dari permukaan bumi. Karena penurunan densitas gas, suhu turun dari 0 °C di stratosfer menjadi -110 °C di mesosfer. Namun, energi kinetik partikel individu pada ketinggian 200-250 km sesuai dengan suhu sekitar 1500 °C. Di atas 200 km, fluktuasi suhu dan kerapatan gas yang signifikan diamati dalam ruang dan waktu.

Pada ketinggian sekitar 2000-3000 km, eksosfer secara bertahap melewati apa yang disebut ruang hampa udara dekat, yang diisi dengan partikel gas antarplanet yang sangat langka, terutama atom hidrogen. Tapi gas ini hanya bagian dari materi antarplanet. Bagian lainnya terdiri dari partikel seperti debu yang berasal dari komet dan meteorik. Selain partikel yang sangat langka ini, radiasi elektromagnetik dan sel-sel yang berasal dari matahari dan galaksi menembus ke dalam ruang ini.

Troposfer menyumbang sekitar 80% dari massa atmosfer, stratosfer menyumbang sekitar 20%; massa mesosfer tidak lebih dari 0,3%, termosfer kurang dari 0,05% dari total massa atmosfer. Berdasarkan sifat kelistrikan di atmosfer, neutrosfer dan ionosfer dibedakan. Saat ini diyakini bahwa atmosfer meluas ke ketinggian 2000-3000 km.

Tergantung pada komposisi gas di atmosfer, homosfer dan heterosfer dibedakan. heterosfer- ini adalah area di mana gravitasi mempengaruhi pemisahan gas, karena. pencampuran mereka pada ketinggian ini dapat diabaikan. Oleh karena itu mengikuti komposisi variabel dari heterosfer. Di bawahnya terletak bagian atmosfer yang tercampur dengan baik dan homogen yang disebut homosfer. Batas antara lapisan ini disebut turbopause dan terletak pada ketinggian sekitar 120 km.

Tekanan atmosfer - tekanan udara atmosfer pada benda-benda di dalamnya dan permukaan bumi. Tekanan atmosfer normal adalah 760 mm Hg. Seni. (101 325 Pa). Untuk setiap peningkatan ketinggian kilometer, tekanan turun 100 mm.

Komposisi atmosfer

Cangkang udara Bumi, terutama terdiri dari gas dan berbagai kotoran (debu, tetesan air, kristal es, garam laut, produk pembakaran), yang jumlahnya tidak konstan. Gas utama adalah nitrogen (78%), oksigen (21%) dan argon (0,93%). Konsentrasi gas yang membentuk atmosfer hampir konstan, kecuali karbon dioksida CO2 (0,03%).

Atmosfer juga mengandung SO2, CH4, NH3, CO, hidrokarbon, HC1, HF, Hg uap, I2, serta NO dan banyak gas lainnya dalam jumlah kecil. Di troposfer selalu ada sejumlah besar partikel padat dan cair tersuspensi (aerosol).

Ruang diisi dengan energi. Energi mengisi ruang secara tidak merata. Ada tempat-tempat konsentrasi dan pelepasannya. Dengan cara ini Anda dapat memperkirakan kepadatannya. Planet adalah sistem yang teratur, dengan kepadatan maksimum materi di pusat dan dengan penurunan bertahap dalam konsentrasi menuju pinggiran. Gaya interaksi menentukan keadaan materi, bentuk keberadaannya. Fisika menggambarkan keadaan agregasi zat: padat, cair, gas, dan sebagainya.

Atmosfer adalah medium gas yang mengelilingi planet ini. Atmosfer bumi memungkinkan pergerakan bebas dan memungkinkan cahaya melewatinya, menciptakan ruang di mana kehidupan tumbuh subur.

Daerah dari permukaan bumi hingga ketinggian kurang lebih 16 kilometer (kurang dari khatulistiwa hingga kutub, juga tergantung musim) disebut troposfer. Troposfer adalah lapisan yang mengandung sekitar 80% udara di atmosfer dan hampir semua uap air. Di sinilah proses yang membentuk cuaca berlangsung. Tekanan dan suhu menurun dengan ketinggian. Penyebab penurunan suhu udara adalah proses adiabatik, ketika gas memuai, mendingin. Di batas atas troposfer, nilainya bisa mencapai -50, -60 derajat Celcius.

Berikutnya adalah Stratosfer. Panjangnya mencapai 50 kilometer. Pada lapisan atmosfer ini, suhu meningkat dengan ketinggian, memperoleh nilai di titik atas sekitar 0 C. Kenaikan suhu disebabkan oleh proses penyerapan sinar ultraviolet oleh lapisan ozon. Radiasi menyebabkan reaksi kimia. Molekul oksigen terurai menjadi atom tunggal yang dapat bergabung dengan molekul oksigen normal untuk membentuk ozon.

Radiasi dari matahari dengan panjang gelombang antara 10 dan 400 nanometer diklasifikasikan sebagai ultraviolet. Semakin pendek panjang gelombang radiasi UV, semakin besar bahaya yang ditimbulkannya bagi organisme hidup. Hanya sebagian kecil dari radiasi yang mencapai permukaan bumi, apalagi bagian yang kurang aktif dari spektrumnya. Fitur alam ini memungkinkan seseorang untuk mendapatkan cokelat matahari yang sehat.

Lapisan atmosfer berikutnya disebut Mesosfer. Batas dari sekitar 50 km sampai 85 km. Di mesosfer, konsentrasi ozon, yang dapat menjebak energi UV, rendah, sehingga suhu mulai turun lagi dengan ketinggian. Pada titik puncak, suhu turun menjadi -90 C, beberapa sumber menunjukkan nilai -130 C. Sebagian besar meteoroid terbakar di lapisan atmosfer ini.

Lapisan atmosfer yang terbentang dari ketinggian 85 km hingga jarak 600 km dari Bumi disebut Termosfer. Termosfer adalah yang pertama menghadapi radiasi matahari, termasuk yang disebut ultraviolet vakum.

Vakum UV tertunda oleh udara, sehingga memanaskan lapisan atmosfer ini ke suhu yang sangat tinggi. Namun, karena tekanan di sini sangat rendah, gas yang tampaknya berpijar ini tidak memiliki efek yang sama pada objek seperti pada kondisi di permukaan bumi. Sebaliknya, benda-benda yang ditempatkan di lingkungan seperti itu akan menjadi dingin.

Pada ketinggian 100 km, garis bersyarat "garis Karman" lewat, yang dianggap sebagai awal ruang.

Aurora terjadi di termosfer. Di lapisan atmosfer ini, angin matahari berinteraksi dengan medan magnet planet.

Lapisan terakhir atmosfer adalah Eksosfer, kulit terluar yang membentang ribuan kilometer. Eksosfer praktis adalah tempat kosong, namun jumlah atom yang berkeliaran di sini adalah urutan besarnya lebih besar daripada di ruang antarplanet.

Orang itu menghirup udara. Tekanan normal adalah 760 milimeter air raksa. Pada ketinggian 10.000 m, tekanannya sekitar 200 mm. rt. Seni. Pada ketinggian ini, seseorang mungkin bisa bernapas, setidaknya tidak untuk waktu yang lama, tetapi ini membutuhkan persiapan. Negara jelas tidak akan bisa beroperasi.

Komposisi gas atmosfer: 78% nitrogen, 21% oksigen, sekitar satu persen argon, segala sesuatu yang lain adalah campuran gas yang mewakili fraksi terkecil dari total.

Batas atasnya berada pada ketinggian 8-10 km di kutub, 10-12 km di daerah beriklim sedang, dan 16-18 km di garis lintang tropis; lebih rendah di musim dingin daripada di musim panas. Lapisan utama atmosfer yang lebih rendah. Ini mengandung lebih dari 80% dari total massa udara atmosfer dan sekitar 90% dari semua uap air yang ada di atmosfer. Turbulensi dan konveksi sangat berkembang di troposfer, awan muncul, siklon dan antisiklon berkembang. Suhu menurun dengan ketinggian dengan gradien vertikal rata-rata 0,65 °/100 m

Untuk "kondisi normal" di permukaan bumi diambil: massa jenis 1,2 kg/m3, tekanan barometrik 101,35 kPa, suhu ditambah 20 °C dan kelembaban relatif 50%. Indikator bersyarat ini memiliki nilai rekayasa murni.

Stratosfir

Lapisan atmosfer terletak pada ketinggian 11 sampai 50 km. Sedikit perubahan suhu pada lapisan 11-25 km (lapisan bawah stratosfer) dan peningkatannya pada lapisan 25-40 km dari 56,5 menjadi 0,8 ° (stratosfer atas atau wilayah inversi) adalah karakteristiknya. Setelah mencapai nilai sekitar 273 K (hampir 0 ° C) pada ketinggian sekitar 40 km, suhu tetap konstan hingga ketinggian sekitar 55 km. Daerah bersuhu konstan ini disebut stratopause dan merupakan batas antara stratosfer dan mesosfer.

Stratopause

Lapisan batas atmosfer antara stratosfer dan mesosfer. Ada maksimum dalam distribusi suhu vertikal (sekitar 0 °C).

Mesosfer

mesopause

Lapisan peralihan antara mesosfer dan termosfer. Ada minimum dalam distribusi suhu vertikal (sekitar -90 °C).

Garis Karman

Ketinggian di atas permukaan laut, yang secara konvensional diterima sebagai batas antara atmosfer bumi dan ruang angkasa.

Termosfer

Batas atas sekitar 800 km. Suhu naik ke ketinggian 200-300 km, di mana ia mencapai nilai urutan 1500 K, setelah itu tetap hampir konstan hingga ketinggian tinggi. Di bawah pengaruh ultraviolet dan radiasi sinar matahari dan radiasi kosmik, udara terionisasi ("lampu kutub") - wilayah utama ionosfer terletak di dalam termosfer. Pada ketinggian di atas 300 km, oksigen atom mendominasi.

Eksosfer (bola hamburan)

Hingga ketinggian 100 km, atmosfer adalah campuran gas yang homogen dan tercampur dengan baik. Di lapisan yang lebih tinggi, distribusi gas di ketinggian tergantung pada massa molekulnya, konsentrasi gas yang lebih berat berkurang lebih cepat dengan jarak dari permukaan bumi. Karena penurunan densitas gas, suhu turun dari 0 °C di stratosfer menjadi -110 °C di mesosfer. Namun, energi kinetik partikel individu pada ketinggian 200–250 km sesuai dengan suhu ~1500 °C. Di atas 200 km, fluktuasi suhu dan kerapatan gas yang signifikan diamati dalam ruang dan waktu.

Pada ketinggian sekitar 2000-3000 km, eksosfer secara bertahap melewati apa yang disebut dekat ruang hampa udara, yang diisi dengan partikel gas antarplanet yang sangat langka, terutama atom hidrogen. Tapi gas ini hanya bagian dari materi antarplanet. Bagian lainnya terdiri dari partikel seperti debu yang berasal dari komet dan meteorik. Selain partikel seperti debu yang sangat langka, radiasi elektromagnetik dan sel-sel yang berasal dari matahari dan galaksi menembus ke dalam ruang ini.

Troposfer menyumbang sekitar 80% dari massa atmosfer, stratosfer menyumbang sekitar 20%; massa mesosfer tidak lebih dari 0,3%, termosfer kurang dari 0,05% dari total massa atmosfer. Berdasarkan sifat kelistrikan di atmosfer, neutrosfer dan ionosfer dibedakan. Saat ini diyakini bahwa atmosfer meluas ke ketinggian 2000-3000 km.

Tergantung pada komposisi gas di atmosfer, mereka memancarkan homosfer dan heterosfer. heterosfer- ini adalah area di mana gravitasi mempengaruhi pemisahan gas, karena pencampurannya pada ketinggian seperti itu dapat diabaikan. Oleh karena itu mengikuti komposisi variabel dari heterosfer. Di bawahnya terletak bagian atmosfer yang tercampur dengan baik dan homogen, yang disebut homosfer. Batas antara lapisan ini disebut turbopause, terletak di ketinggian sekitar 120 km.

Properti fisik

Ketebalan atmosfer kira-kira 2000 - 3000 km dari permukaan bumi. Massa total udara - (5.1-5.3)?10 18 kg. Massa molar udara kering bersih adalah 28,966. Tekanan pada 0 °C di permukaan laut 101,325 kPa; suhu kritis ?140,7 °C; tekanan kritis 3,7 MPa; Cp 1,0048?10? J / (kg K) (pada 0 °C), Cv 0,7159 10? J/(kg K) (pada 0 °C). Kelarutan udara dalam air pada 0° - 0,036%, pada 25°С - 0,22%.

Sifat fisiologis dan sifat atmosfer lainnya

Sudah di ketinggian 5 km di atas permukaan laut, orang yang tidak terlatih mengembangkan kelaparan oksigen dan, tanpa adaptasi, kinerja seseorang berkurang secara signifikan. Di sinilah zona fisiologis atmosfer berakhir. Pernapasan manusia menjadi tidak mungkin pada ketinggian 15 km, meskipun hingga sekitar 115 km atmosfer mengandung oksigen.

Atmosfer memberi kita oksigen yang kita butuhkan untuk bernapas. Namun, karena penurunan tekanan total atmosfer saat Anda naik ke ketinggian, tekanan parsial oksigen juga menurun.

Paru-paru manusia secara konstan mengandung sekitar 3 liter udara alveolus. Tekanan parsial oksigen dalam udara alveolus pada tekanan atmosfer normal adalah 110 mm Hg. Seni., tekanan karbon dioksida - 40 mm Hg. Seni., dan uap air - 47 mm Hg. Seni. Dengan meningkatnya ketinggian, tekanan oksigen turun, dan tekanan total uap air dan karbon dioksida di paru-paru hampir konstan - sekitar 87 mm Hg. Seni. Aliran oksigen ke paru-paru akan benar-benar berhenti ketika tekanan udara di sekitarnya menjadi sama dengan nilai ini.

Pada ketinggian sekitar 19-20 km, tekanan atmosfer turun menjadi 47 mm Hg. Seni. Oleh karena itu, pada ketinggian ini, air dan cairan interstisial mulai mendidih di dalam tubuh manusia. Di luar kabin bertekanan pada ketinggian ini, kematian terjadi hampir seketika. Jadi, dari sudut pandang fisiologi manusia, "ruang" sudah dimulai pada ketinggian 15-19 km.

Lapisan udara yang padat - troposfer dan stratosfer - melindungi kita dari efek radiasi yang merusak. Dengan penguraian udara yang cukup, pada ketinggian lebih dari 36 km, radiasi pengion, sinar kosmik primer, memiliki efek yang kuat pada tubuh; pada ketinggian lebih dari 40 km, bagian ultraviolet dari spektrum matahari, yang berbahaya bagi manusia, beroperasi.

Saat kita naik ke ketinggian yang lebih tinggi di atas permukaan bumi, secara bertahap melemah, dan kemudian hilang sama sekali, fenomena seperti yang kita kenal di lapisan atmosfer yang lebih rendah, seperti propagasi suara, terjadinya gaya angkat aerodinamis dan hambatan, perpindahan panas secara konveksi, dll.

Di lapisan udara yang dijernihkan, perambatan suara tidak mungkin dilakukan. Hingga ketinggian 60-90 km, masih dimungkinkan untuk menggunakan hambatan udara dan lift untuk penerbangan aerodinamis yang terkontrol. Tetapi mulai dari ketinggian 100-130 km, konsep nomor M dan penghalang suara yang akrab bagi setiap pilot kehilangan maknanya, melewati Garis Karman bersyarat, di mana bidang penerbangan balistik murni dimulai, yang hanya dapat dikendalikan menggunakan gaya reaktif.

Pada ketinggian di atas 100 km, atmosfer juga kehilangan properti luar biasa lainnya - kemampuan untuk menyerap, menghantarkan, dan mentransfer energi panas secara konveksi (yaitu, melalui pencampuran udara). Ini berarti bahwa berbagai elemen peralatan, peralatan stasiun ruang angkasa orbital tidak akan dapat didinginkan dari luar seperti yang biasanya dilakukan di pesawat terbang - dengan bantuan jet udara dan radiator udara. Pada ketinggian seperti itu, seperti di ruang angkasa pada umumnya, satu-satunya cara untuk mentransfer panas adalah radiasi termal.

Komposisi atmosfer

Atmosfer bumi terutama terdiri dari gas dan berbagai kotoran (debu, tetesan air, kristal es, garam laut, produk pembakaran).

Konsentrasi gas yang membentuk atmosfer hampir konstan, kecuali air (H 2 O) dan karbon dioksida (CO 2).

Komposisi udara kering

Gas	Isi berdasarkan volume, %	Isi dari berat, %
Nitrogen	78,084	75,50
Oksigen	20,946	23,10
Argon	0,932	1,286
Air	0,5-4	-
Karbon dioksida	0,032	0,046
Neon	1.818×10 3	1.3×10 3
Helium	4.6×10 4	7.2×10 5
metana	1.7×10 4	-
kripton	1.14×10 4	2.9×10 4
Hidrogen	5×10 5	7.6×10 5
Xenon	8.7×10 6	-
Dinitrogen oksida	5×10 5	7.7×10 5

Selain gas-gas yang ditunjukkan dalam tabel, atmosfer mengandung SO2, NH3, CO, ozon, hidrokarbon, HCl, uap, I2, serta banyak gas lainnya dalam jumlah kecil. Di troposfer selalu ada sejumlah besar partikel padat dan cair tersuspensi (aerosol).

Sejarah terbentuknya atmosfer

Menurut teori yang paling umum, atmosfer bumi telah berada dalam empat komposisi yang berbeda dari waktu ke waktu. Awalnya, itu terdiri dari gas ringan (hidrogen dan helium) yang ditangkap dari ruang antarplanet. Ini disebut atmosfer utama(sekitar empat miliar tahun yang lalu). Pada tahap selanjutnya, aktivitas vulkanik aktif menyebabkan kejenuhan atmosfer dengan gas selain hidrogen (karbon dioksida, amonia, uap air). Begini caranya atmosfer sekunder(sekitar tiga miliar tahun sebelum zaman kita). Suasana ini memulihkan. Selanjutnya, proses pembentukan atmosfer ditentukan oleh faktor-faktor berikut:

• kebocoran gas ringan (hidrogen dan helium) ke ruang antarplanet;
• reaksi kimia yang terjadi di atmosfer di bawah pengaruh radiasi ultraviolet, pelepasan petir dan beberapa faktor lainnya.

Secara bertahap, faktor-faktor ini menyebabkan pembentukan atmosfer tersier, dicirikan oleh kandungan hidrogen yang jauh lebih rendah dan kandungan nitrogen dan karbon dioksida yang jauh lebih tinggi (terbentuk sebagai hasil reaksi kimia dari amonia dan hidrokarbon).

Nitrogen

Pembentukan N2 dalam jumlah besar disebabkan oleh oksidasi atmosfer amonia-hidrogen oleh molekul O2, yang mulai muncul dari permukaan planet sebagai hasil fotosintesis, mulai dari 3 miliar tahun yang lalu. N2 juga dilepaskan ke atmosfer sebagai akibat dari denitrifikasi nitrat dan senyawa yang mengandung nitrogen lainnya. Nitrogen dioksidasi oleh ozon menjadi NO di atmosfer bagian atas.

Nitrogen N2 masuk ke dalam reaksi hanya dalam kondisi tertentu (misalnya, selama pelepasan petir). Oksidasi molekul nitrogen oleh ozon selama pelepasan listrik digunakan dalam produksi industri pupuk nitrogen. Hal ini dapat dioksidasi dengan konsumsi energi yang rendah dan diubah menjadi bentuk biologis aktif oleh cyanobacteria (ganggang biru-hijau) dan bakteri bintil yang membentuk simbiosis rhizobium dengan kacang-kacangan, yang disebut. pupuk hijau.

Oksigen

Komposisi atmosfer mulai berubah secara radikal dengan munculnya organisme hidup di Bumi, sebagai hasil dari fotosintesis, disertai dengan pelepasan oksigen dan penyerapan karbon dioksida. Awalnya, oksigen dihabiskan untuk oksidasi senyawa tereduksi - amonia, hidrokarbon, bentuk besi dari besi yang terkandung di lautan, dll. Pada akhir tahap ini, kandungan oksigen di atmosfer mulai tumbuh. Secara bertahap, atmosfer modern dengan sifat pengoksidasi terbentuk. Karena ini menyebabkan perubahan serius dan mendadak dalam banyak proses yang terjadi di atmosfer, litosfer, dan biosfer, peristiwa ini disebut Bencana Oksigen.

Karbon dioksida

Kandungan CO 2 di atmosfer tergantung pada aktivitas vulkanik dan proses kimia di kulit bumi, tetapi yang terpenting - pada intensitas biosintesis dan dekomposisi bahan organik di biosfer bumi. Hampir seluruh biomassa planet saat ini (sekitar 2,4 × 10 12 ton) terbentuk karena karbon dioksida, nitrogen, dan uap air yang terkandung di udara atmosfer. Terkubur di laut, rawa-rawa dan hutan, bahan organik berubah menjadi batu bara, minyak dan gas alam. (lihat siklus karbon geokimia)

gas mulia

Polusi udara

Baru-baru ini, manusia mulai mempengaruhi evolusi atmosfer. Hasil dari aktivitasnya adalah peningkatan signifikan yang konstan dalam kandungan karbon dioksida di atmosfer karena pembakaran bahan bakar hidrokarbon yang terakumulasi dalam zaman geologis sebelumnya. Sejumlah besar CO2 dikonsumsi selama fotosintesis dan diserap oleh lautan dunia. Gas ini masuk ke atmosfer karena dekomposisi batuan karbonat dan zat organik yang berasal dari tumbuhan dan hewan, serta karena aktivitas vulkanisme dan produksi manusia. Selama 100 tahun terakhir, kandungan CO2 di atmosfer telah meningkat 10%, dengan bagian utama (360 miliar ton) berasal dari pembakaran bahan bakar. Jika laju pertumbuhan pembakaran bahan bakar terus berlanjut, maka dalam 50 - 60 tahun mendatang jumlah CO 2 di atmosfer akan berlipat ganda dan dapat menyebabkan perubahan iklim global.

Pembakaran bahan bakar merupakan sumber utama gas pencemar (СО,, SO 2). Sulfur dioksida dioksidasi oleh oksigen atmosfer menjadi SO3 di atmosfer bagian atas, yang selanjutnya berinteraksi dengan uap air dan amonia, dan asam sulfat yang dihasilkan (H2SO4) dan amonium sulfat ((NH4)2SO4) kembali ke permukaan bumi dalam bentuk yang disebut. hujan asam. Penggunaan mesin pembakaran internal menyebabkan polusi udara yang signifikan dengan nitrogen oksida, hidrokarbon dan senyawa timbal (tetraetil timbal Pb (CH 3 CH 2) 4)).

Pencemaran aerosol di atmosfer disebabkan baik oleh penyebab alami (letusan gunung berapi, badai debu, terbawanya tetesan air laut dan serbuk sari tanaman, dll.) maupun oleh aktivitas ekonomi manusia (penambangan bijih dan bahan bangunan, pembakaran bahan bakar, produksi semen, dll.) .). Penghapusan partikel padat dalam skala besar yang intens ke atmosfer adalah salah satu kemungkinan penyebab perubahan iklim di planet ini.

literatur

1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov "Biologi ruang angkasa dan kedokteran" (edisi ke-2, direvisi dan diperbesar), M.: "Prosveshchenie", 1975, 223 halaman.
2. N. V. Gusakova "Kimia Lingkungan", Rostov-on-Don: Phoenix, 2004, 192 s ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V. A. Geokimia gas alam, M., 1971;
4. McEwen M., Phillips L. Kimia Atmosfer, M., 1978;
5. Wark K., Warner S., Polusi udara. Sumber dan kontrol, trans. dari bahasa Inggris, M.. 1980;
6. Pemantauan pencemaran latar belakang lingkungan alam. di. 1, L., 1982.

Lihat juga

Tautan

atmosfer bumi

Atmosfer (dari bahasa Yunani - "uap" dan - "bola") - cangkang gas dari benda angkasa, yang disekelilingnya oleh gravitasi. Atmosfer - cangkang gas planet ini, terdiri dari campuran berbagai gas, uap air, dan debu. Pertukaran materi antara Bumi dan Kosmos terjadi melalui atmosfer. Bumi menerima debu kosmik dan material meteorit, kehilangan gas paling ringan: hidrogen dan helium. Atmosfer bumi ditembus oleh radiasi matahari yang kuat, yang menentukan rezim termal permukaan planet, menyebabkan disosiasi molekul gas atmosfer dan ionisasi atom.

Atmosfer bumi mengandung oksigen, yang digunakan oleh sebagian besar organisme hidup untuk respirasi, dan karbon dioksida, yang dikonsumsi oleh tanaman, ganggang, dan cyanobacteria selama fotosintesis. Atmosfer juga merupakan lapisan pelindung di planet ini, melindungi penghuninya dari radiasi ultraviolet matahari.

Semua benda besar memiliki atmosfer - planet terestrial, raksasa gas.

Komposisi atmosfer

Atmosfer adalah campuran gas yang terdiri dari nitrogen (78,08%), oksigen (20,95%), karbon dioksida (0,03%), argon (0,93%), sejumlah kecil helium, neon, xenon, kripton (0,01%), 0,038% karbon dioksida, dan sejumlah kecil hidrogen, helium, gas mulia lainnya dan polutan.

Komposisi modern udara bumi telah ditetapkan lebih dari seratus juta tahun yang lalu, tetapi aktivitas produksi manusia yang meningkat tajam tetap menyebabkan perubahannya. Saat ini terjadi peningkatan kandungan CO2 sekitar 10-12% Gas-gas penyusun atmosfer tersebut melakukan berbagai peran fungsional. Namun, signifikansi utama dari gas-gas ini ditentukan terutama oleh fakta bahwa mereka sangat kuat menyerap energi radiasi dan dengan demikian memiliki efek yang signifikan pada rezim suhu permukaan dan atmosfer bumi.

Komposisi awal atmosfer planet biasanya tergantung pada sifat kimia dan termal matahari selama pembentukan planet dan pelepasan gas eksternal berikutnya. Kemudian komposisi selubung gas berkembang di bawah pengaruh berbagai faktor.

Atmosfer Venus dan Mars sebagian besar adalah karbon dioksida dengan sedikit tambahan nitrogen, argon, oksigen, dan gas lainnya. Atmosfer bumi sebagian besar merupakan produk organisme yang hidup di dalamnya. Raksasa gas bersuhu rendah - Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus - dapat menampung sebagian besar gas dengan berat molekul rendah - hidrogen dan helium. Raksasa gas suhu tinggi, seperti Osiris atau 51 Pegasi b, sebaliknya, tidak dapat menahannya, dan molekul-molekul atmosfernya tersebar di ruang angkasa. Proses ini lambat dan terus menerus.

Nitrogen, gas paling umum di atmosfer, sedikit aktif secara kimiawi.

Oksigen, tidak seperti nitrogen, adalah unsur kimia yang sangat aktif. Fungsi spesifik oksigen adalah oksidasi bahan organik organisme heterotrofik, batuan dan gas teroksidasi yang dipancarkan ke atmosfer oleh gunung berapi. Tanpa oksigen, tidak akan ada dekomposisi bahan organik mati.

Struktur atmosfer

Struktur atmosfer terdiri dari dua bagian: bagian dalam - troposfer, stratosfer, mesosfer dan termosfer, atau ionosfer, dan bagian luar - magnetosfer (eksosfer).

1) Troposfer- ini adalah bagian bawah atmosfer, di mana 3/4 terkonsentrasi yaitu. ~ 80% dari seluruh atmosfer bumi. Ketinggiannya ditentukan oleh intensitas arus udara vertikal (naik atau turun) yang disebabkan oleh pemanasan permukaan bumi dan lautan, sehingga ketebalan troposfer di khatulistiwa adalah 16-18 km, pada garis lintang sedang 10-11 km. , dan di kutub - hingga 8 km. Suhu udara di troposfer pada ketinggian berkurang 0,6ºС untuk setiap 100m dan berkisar antara +40 hingga -50ºС.

2) Stratosfer terletak di atas troposfer dan memiliki ketinggian hingga 50 km dari permukaan planet. Suhu di ketinggian hingga 30 km konstan -50ºС. Kemudian mulai naik dan pada ketinggian 50 km mencapai +10ºС.

Batas atas biosfer adalah lapisan ozon.

Lapisan ozon adalah lapisan atmosfer di dalam stratosfer, terletak pada ketinggian yang berbeda dari permukaan bumi dan memiliki kerapatan ozon maksimum pada ketinggian 20-26 km.

Ketinggian lapisan ozon di kutub diperkirakan 7-8 km, di ekuator 17-18 km, dan ketinggian maksimum keberadaan ozon adalah 45-50 km. Di atas lapisan ozon, kehidupan tidak mungkin terjadi karena radiasi ultraviolet Matahari yang keras. Jika Anda memampatkan semua molekul ozon, Anda mendapatkan lapisan ~ 3mm di sekitar planet ini.

3) Mesosfer– batas atas lapisan ini terletak hingga ketinggian 80 km. Fitur utamanya adalah penurunan tajam suhu -90ºС pada batas atasnya. Awan keperakan yang terdiri dari kristal es tetap di sini.

4) Ionosfer (termosfer) - terletak hingga ketinggian 800 km dan ditandai dengan peningkatan suhu yang signifikan:

150 km suhu + 240 ,

200 km suhu + 500 ,

600 km suhu + 1500 .

Di bawah pengaruh radiasi ultraviolet dari matahari, gas berada dalam keadaan terionisasi. Ionisasi dikaitkan dengan pancaran gas dan terjadinya aurora.

Ionosfer memiliki kemampuan untuk memantulkan gelombang radio berulang kali, yang menyediakan komunikasi radio jarak jauh di planet ini.

5) Eksosfer- terletak di atas 800 km dan memanjang hingga 3000 km. Di sini suhunya >2000ºС. Kecepatan pergerakan gas mendekati kritis ~ 11,2 km/detik. Atom hidrogen dan helium mendominasi, yang membentuk korona bercahaya di sekitar Bumi, memanjang hingga ketinggian 20.000 km.

Fungsi atmosfer

1) Termoregulasi - cuaca dan iklim di Bumi tergantung pada distribusi panas, tekanan.

2) Penopang kehidupan.

3) Di troposfer, terjadi pergerakan massa udara vertikal dan horizontal global, yang menentukan siklus air, perpindahan panas.

4) Hampir semua proses geologi permukaan disebabkan oleh interaksi atmosfer, litosfer, dan hidrosfer.

5) Pelindung - atmosfer melindungi bumi dari luar angkasa, radiasi matahari, dan debu meteorit.

Fungsi atmosfer. Tanpa atmosfer, kehidupan di Bumi tidak mungkin terjadi. Seseorang setiap hari mengkonsumsi 12-15 kg. udara, menghirup setiap menit dari 5 hingga 100 liter, yang secara signifikan melebihi kebutuhan harian rata-rata untuk makanan dan air. Selain itu, atmosfer secara andal melindungi seseorang dari bahaya yang mengancamnya dari luar angkasa: ia tidak membiarkan meteorit dan radiasi kosmik lewat. Seseorang dapat hidup lima minggu tanpa makanan, lima hari tanpa air, dan lima menit tanpa udara. Kehidupan normal manusia tidak hanya membutuhkan udara, tetapi juga kemurnian tertentu. Kesehatan manusia, keadaan flora dan fauna, kekuatan dan daya tahan struktur bangunan dan struktur bergantung pada kualitas udara. Udara yang tercemar merugikan perairan, darat, laut, tanah. Atmosfer menentukan cahaya dan mengatur rezim termal bumi, berkontribusi pada redistribusi panas di dunia. Selubung gas melindungi Bumi dari pendinginan dan pemanasan yang berlebihan. Jika planet kita tidak dikelilingi oleh cangkang udara, maka dalam satu hari amplitudo fluktuasi suhu akan mencapai 200 C. Atmosfer menyelamatkan semua yang hidup di Bumi dari sinar ultraviolet, sinar-X, dan sinar kosmik yang merusak. Pentingnya atmosfer dalam distribusi cahaya sangat besar. Udaranya memecah sinar matahari menjadi sejuta sinar kecil, menyebarkannya dan menciptakan penerangan yang seragam. Atmosfer berfungsi sebagai penghantar bunyi.

SUASANA
selubung gas yang mengelilingi benda angkasa. Karakteristiknya tergantung pada ukuran, massa, suhu, kecepatan rotasi, dan komposisi kimia benda langit tertentu, dan juga ditentukan oleh sejarah pembentukannya sejak kelahirannya. Atmosfer bumi terdiri dari campuran gas yang disebut udara. Konstituen utamanya adalah nitrogen dan oksigen dengan perbandingan sekitar 4:1. Seseorang terutama dipengaruhi oleh keadaan atmosfer bagian bawah 15-25 km, karena di lapisan bawah inilah sebagian besar udara terkonsentrasi. Ilmu yang mempelajari atmosfer disebut meteorologi, meskipun subjek ilmu ini juga cuaca dan pengaruhnya terhadap manusia. Keadaan lapisan atas atmosfer, yang terletak pada ketinggian 60 hingga 300 dan bahkan 1000 km dari permukaan bumi, juga berubah. Angin kencang, badai berkembang di sini, dan fenomena listrik yang menakjubkan seperti aurora muncul. Banyak dari fenomena ini terkait dengan fluks radiasi matahari, radiasi kosmik, dan medan magnet bumi. Lapisan atmosfer yang tinggi juga merupakan laboratorium kimia, karena di sana, dalam kondisi yang hampir vakum, beberapa gas atmosfer, di bawah pengaruh aliran energi matahari yang kuat, masuk ke dalam reaksi kimia. Ilmu yang mempelajari fenomena dan proses yang saling terkait ini disebut fisika lapisan atmosfer yang tinggi.
KARAKTERISTIK UMUM SUASANA BUMI
Ukuran. Sampai roket dan satelit buatan yang terdengar menjelajahi lapisan luar atmosfer pada jarak beberapa kali lebih besar dari jari-jari Bumi, diyakini bahwa ketika Anda menjauh dari permukaan bumi, atmosfer secara bertahap menjadi lebih langka dan dengan mulus masuk ke ruang antarplanet. . Sekarang telah ditetapkan bahwa energi mengalir dari lapisan terdalam Matahari menembus ke luar angkasa jauh melampaui orbit Bumi, hingga batas luar Tata Surya. Ini disebut. Angin matahari mengalir di sekitar medan magnet bumi, membentuk "rongga" memanjang di mana atmosfer bumi terkonsentrasi. Medan magnet Bumi secara nyata menyempit di sisi siang hari menghadap Matahari dan membentuk lidah panjang, mungkin meluas di luar orbit Bulan, di sisi sebaliknya, sisi malam. Batas medan magnet bumi disebut magnetopause. Pada siang hari, batas ini melewati jarak sekitar tujuh jari-jari Bumi dari permukaan, tetapi selama periode peningkatan aktivitas matahari, batas ini bahkan lebih dekat ke permukaan bumi. Magnetopause pada saat yang sama adalah batas atmosfer bumi, yang kulit terluarnya juga disebut magnetosfer, karena mengandung partikel bermuatan (ion), yang pergerakannya disebabkan oleh medan magnet bumi. Berat total gas atmosfer kira-kira 4,5*1015 ton Jadi, "berat" atmosfer per satuan luas, atau tekanan atmosfer, kira-kira 11 ton/m2 di permukaan laut.
Signifikansi bagi kehidupan. Ini mengikuti dari atas bahwa Bumi dipisahkan dari ruang antarplanet oleh lapisan pelindung yang kuat. Luar angkasa diresapi dengan radiasi ultraviolet dan sinar-X yang kuat dari Matahari dan bahkan radiasi kosmik yang lebih keras, dan jenis radiasi ini merugikan semua makhluk hidup. Di tepi luar atmosfer, intensitas radiasi mematikan, tetapi sebagian besar disimpan oleh atmosfer jauh dari permukaan bumi. Penyerapan radiasi ini menjelaskan banyak sifat lapisan atmosfer yang tinggi, dan terutama fenomena listrik yang terjadi di sana. Lapisan atmosfer terendah, permukaan sangat penting bagi seseorang yang tinggal di titik kontak cangkang padat, cair, dan gas Bumi. Cangkang atas Bumi "padat" disebut litosfer. Sekitar 72% dari permukaan bumi ditutupi oleh perairan lautan, yang membentuk sebagian besar hidrosfer. Atmosfer berbatasan dengan litosfer dan hidrosfer. Manusia hidup di dasar lautan udara dan dekat atau di atas permukaan air laut. Interaksi lautan ini merupakan salah satu faktor penting yang menentukan keadaan atmosfer.
Menggabungkan. Lapisan bawah atmosfer terdiri dari campuran gas (lihat tabel). Selain yang tercantum dalam tabel, gas lain juga hadir dalam bentuk kotoran kecil di udara: ozon, metana, zat seperti karbon monoksida (CO), nitrogen dan sulfur oksida, amonia.

KOMPOSISI SUASANA

Di lapisan atmosfer yang tinggi, komposisi udara berubah di bawah pengaruh radiasi keras dari Matahari, yang mengarah pada pemecahan molekul oksigen menjadi atom. Oksigen atom adalah komponen utama dari lapisan atmosfer yang tinggi. Akhirnya, di lapisan atmosfer yang paling jauh dari permukaan Bumi, gas paling ringan, hidrogen dan helium, menjadi komponen utama. Karena sebagian besar materi terkonsentrasi di bawah 30 km, perubahan komposisi udara pada ketinggian di atas 100 km tidak memiliki efek nyata pada komposisi atmosfer secara keseluruhan.
Pertukaran energi. Matahari merupakan sumber energi utama yang datang ke bumi. Berada pada jarak kira-kira. 150 juta km dari Matahari, Bumi menerima sekitar satu dua miliar energi yang dipancarkannya, terutama di bagian spektrum yang terlihat, yang disebut manusia sebagai "cahaya". Sebagian besar energi ini diserap oleh atmosfer dan litosfer. Bumi juga memancarkan energi, sebagian besar dalam bentuk radiasi infra merah jauh. Dengan demikian, keseimbangan terbentuk antara energi yang diterima dari Matahari, pemanasan Bumi dan atmosfer, dan aliran balik energi panas yang dipancarkan ke luar angkasa. Mekanisme keseimbangan ini sangat kompleks. Molekul debu dan gas menyebarkan cahaya, sebagian memantulkannya ke ruang dunia. Awan memantulkan lebih banyak radiasi yang masuk. Sebagian energi diserap langsung oleh molekul gas, tetapi sebagian besar oleh batuan, vegetasi, dan air permukaan. Uap air dan karbon dioksida yang ada di atmosfer mentransmisikan radiasi yang terlihat tetapi menyerap radiasi infra merah. Energi panas terakumulasi terutama di lapisan bawah atmosfer. Efek serupa terjadi di rumah kaca ketika kaca membiarkan cahaya masuk dan tanah memanas. Karena kaca relatif tidak tembus cahaya terhadap radiasi infra merah, panas terakumulasi di rumah kaca. Pemanasan atmosfer yang lebih rendah karena adanya uap air dan karbon dioksida sering disebut sebagai efek rumah kaca. Kekeruhan memainkan peran penting dalam konservasi panas di lapisan bawah atmosfer. Jika awan menghilang atau transparansi massa udara meningkat, suhu pasti akan menurun karena permukaan bumi secara bebas memancarkan energi panas ke ruang sekitarnya. Air di permukaan Bumi menyerap energi matahari dan menguap, berubah menjadi gas - uap air, yang membawa sejumlah besar energi ke atmosfer yang lebih rendah. Ketika uap air mengembun dan membentuk awan atau kabut, energi ini dilepaskan dalam bentuk panas. Sekitar setengah dari energi matahari yang mencapai permukaan bumi dihabiskan untuk penguapan air dan memasuki atmosfer yang lebih rendah. Jadi, karena efek rumah kaca dan penguapan air, atmosfer menghangat dari bawah. Ini sebagian menjelaskan aktivitas tinggi sirkulasinya dibandingkan dengan sirkulasi Samudra Dunia, yang memanas hanya dari atas dan karena itu jauh lebih stabil daripada atmosfer.
Lihat juga METEOROLOGI DAN KLIMATOLOGI. Selain pemanasan umum atmosfer oleh "cahaya" matahari, pemanasan signifikan dari beberapa lapisannya terjadi karena radiasi ultraviolet dan sinar-X dari Matahari. Struktur. Dibandingkan dengan cairan dan padatan, dalam zat gas, gaya tarik antar molekul minimal. Ketika jarak antar molekul meningkat, gas dapat mengembang tanpa batas jika tidak ada yang mencegahnya. Batas bawah atmosfer adalah permukaan bumi. Sebenarnya, penghalang ini tidak dapat ditembus, karena pertukaran gas terjadi antara udara dan air dan bahkan antara udara dan batu, tetapi dalam hal ini faktor-faktor ini dapat diabaikan. Karena atmosfer adalah cangkang bola, ia tidak memiliki batas samping, tetapi hanya batas bawah dan batas atas (luar) yang terbuka dari sisi ruang antarplanet. Melalui batas luar, beberapa gas netral bocor keluar, serta aliran materi dari luar angkasa sekitarnya. Sebagian besar partikel bermuatan, kecuali sinar kosmik berenergi tinggi, ditangkap oleh magnetosfer atau ditolak olehnya. Atmosfer juga dipengaruhi oleh gaya gravitasi, yang membuat cangkang udara tetap berada di permukaan Bumi. Gas atmosfer dikompresi oleh beratnya sendiri. Kompresi ini maksimum pada batas bawah atmosfer, dan oleh karena itu densitas udara adalah yang tertinggi di sini. Pada ketinggian berapa pun di atas permukaan bumi, tingkat kompresi udara tergantung pada massa kolom udara di atasnya, sehingga kerapatan udara berkurang dengan ketinggian. Tekanan, sama dengan massa kolom udara di atasnya per satuan luas, secara langsung berhubungan dengan densitas dan, oleh karena itu, juga berkurang dengan ketinggian. Jika atmosfer adalah "gas ideal" dengan komposisi konstan yang tidak bergantung pada ketinggian, suhu konstan, dan gaya gravitasi konstan yang bekerja padanya, maka tekanan akan berkurang 10 kali lipat untuk setiap ketinggian 20 km. Atmosfer sebenarnya sedikit berbeda dari gas ideal hingga sekitar 100 km, dan kemudian tekanan menurun lebih lambat dengan ketinggian, karena komposisi udara berubah. Perubahan kecil dalam model yang dijelaskan juga diperkenalkan oleh penurunan gaya gravitasi dengan jarak dari pusat Bumi, sebesar kira-kira. 3% untuk setiap ketinggian 100 km. Tidak seperti tekanan atmosfer, suhu tidak menurun terus menerus dengan ketinggian. Seperti yang ditunjukkan pada gambar. 1, menurun menjadi sekitar 10 km dan kemudian mulai naik lagi. Ini terjadi ketika oksigen menyerap radiasi ultraviolet matahari. Dalam hal ini, gas ozon terbentuk, yang molekulnya terdiri dari tiga atom oksigen (O3). Ia juga menyerap radiasi ultraviolet, dan oleh karena itu lapisan atmosfer ini, yang disebut ozonosfer, memanas. Lebih tinggi, suhu turun lagi, karena molekul gas jauh lebih sedikit, dan penyerapan energi juga berkurang. Di lapisan yang lebih tinggi lagi, suhu naik lagi karena penyerapan ultraviolet dengan panjang gelombang terpendek dan radiasi sinar-X dari Matahari oleh atmosfer. Di bawah pengaruh radiasi yang kuat ini, atmosfer terionisasi, mis. Sebuah molekul gas kehilangan elektron dan memperoleh muatan listrik positif. Molekul tersebut menjadi ion bermuatan positif. Karena adanya elektron dan ion bebas, lapisan atmosfer ini memperoleh sifat-sifat konduktor listrik. Diyakini bahwa suhu terus naik ke ketinggian di mana atmosfer yang dijernihkan masuk ke ruang antarplanet. Pada jarak beberapa ribu kilometer dari permukaan Bumi, suhu dari 5000 ° hingga 10.000 ° C mungkin terjadi.Meskipun molekul dan atom memiliki kecepatan gerakan yang sangat tinggi, dan oleh karena itu suhu tinggi, gas yang dijernihkan ini tidak "panas" dalam arti biasa. . Karena jumlah molekul yang sedikit di ketinggian, energi panas totalnya sangat kecil. Dengan demikian, atmosfer terdiri dari lapisan yang terpisah (yaitu, serangkaian cangkang konsentris, atau bola), pemilihan yang tergantung pada properti mana yang paling menarik. Berdasarkan distribusi suhu rata-rata, ahli meteorologi telah mengembangkan skema untuk struktur "atmosfer tengah" yang ideal (lihat Gambar 1).

Troposfer - lapisan bawah atmosfer, meluas ke minimum termal pertama (yang disebut tropopause). Batas atas troposfer tergantung pada garis lintang geografis (di daerah tropis - 18-20 km, di garis lintang sedang - sekitar 10 km) dan waktu dalam setahun. Layanan Cuaca Nasional AS melakukan pengamatan di dekat Kutub Selatan dan mengungkapkan perubahan musiman pada ketinggian tropopause. Pada bulan Maret, tropopause berada pada ketinggian sekitar. 7,5 km. Dari bulan Maret hingga Agustus atau September terjadi pendinginan troposfer yang stabil, dan batasnya naik untuk waktu yang singkat pada bulan Agustus atau September hingga ketinggian sekitar 11,5 km. Kemudian dari September hingga Desember turun dengan cepat dan mencapai posisi terendah - 7,5 km, di mana tetap hingga Maret, berfluktuasi hanya dalam 0,5 km. Di troposfer itulah cuaca terutama terbentuk, yang menentukan kondisi keberadaan manusia. Sebagian besar uap air atmosfer terkonsentrasi di troposfer, dan oleh karena itu awan terbentuk terutama di sini, meskipun beberapa di antaranya, yang terdiri dari kristal es, juga ditemukan di lapisan yang lebih tinggi. Troposfer dicirikan oleh turbulensi dan arus udara (angin) dan badai yang kuat. Di troposfer atas, ada arus udara yang kuat dengan arah yang ditentukan secara ketat. Pusaran turbulen, seperti pusaran air kecil, terbentuk di bawah pengaruh gesekan dan interaksi dinamis antara massa udara yang bergerak lambat dan cepat. Karena biasanya tidak ada tutupan awan di lapisan tinggi ini, turbulensi ini disebut sebagai "turbulensi udara bersih".
Stratosfir. Lapisan atas atmosfer sering keliru digambarkan sebagai lapisan dengan suhu yang relatif konstan, di mana angin bertiup lebih atau kurang stabil dan di mana unsur-unsur meteorologi sedikit berbeda. Lapisan atas stratosfer memanas saat oksigen dan ozon menyerap radiasi ultraviolet matahari. Batas atas stratosfer (stratopause) ditarik di mana suhu naik sedikit, mencapai maksimum menengah, yang sering sebanding dengan suhu lapisan udara permukaan. Berdasarkan pengamatan yang dilakukan dengan pesawat terbang dan balon yang disesuaikan untuk terbang pada ketinggian yang konstan, gangguan turbulen dan angin kencang yang bertiup ke arah yang berbeda telah terjadi di stratosfer. Seperti di troposfer, pusaran udara yang kuat dicatat, yang sangat berbahaya bagi pesawat berkecepatan tinggi. Angin kencang, yang disebut aliran jet, bertiup di zona sempit di sepanjang perbatasan garis lintang sedang yang menghadap kutub. Namun, zona-zona tersebut dapat bergeser, menghilang dan muncul kembali. Aliran jet biasanya menembus tropopause dan muncul di troposfer atas, tetapi kecepatannya menurun dengan cepat dengan menurunnya ketinggian. Ada kemungkinan bahwa sebagian energi yang memasuki stratosfer (terutama dihabiskan untuk pembentukan ozon) mempengaruhi proses di troposfer. Pencampuran yang sangat aktif dikaitkan dengan front atmosfer, di mana aliran luas udara stratosfer tercatat secara signifikan di bawah tropopause, dan udara troposfer ditarik ke lapisan bawah stratosfer. Kemajuan signifikan telah dibuat dalam studi struktur vertikal lapisan bawah atmosfer sehubungan dengan peningkatan teknik peluncuran radiosonde ke ketinggian 25-30 km. Mesosfer, yang terletak di atas stratosfer, adalah cangkang di mana, hingga ketinggian 80-85 km, suhu turun ke minimum untuk atmosfer secara keseluruhan. Rekor suhu rendah hingga -110 ° C dicatat oleh roket meteorologi yang diluncurkan dari instalasi AS-Kanada di Fort Churchill (Kanada). Batas atas mesosfer (mesopause) kira-kira bertepatan dengan batas bawah wilayah penyerapan aktif sinar-X dan radiasi ultraviolet dengan panjang gelombang terpendek dari Matahari, yang disertai dengan pemanasan dan ionisasi gas. Di daerah kutub di musim panas, sistem awan sering muncul di mesopause, yang menempati area yang luas, tetapi memiliki sedikit perkembangan vertikal. Awan seperti itu yang bersinar di malam hari seringkali memungkinkan untuk mendeteksi pergerakan udara bergelombang skala besar di mesosfer. Komposisi awan ini, sumber kelembaban dan inti kondensasi, dinamika dan hubungannya dengan faktor meteorologi masih kurang dipelajari. Termosfer adalah lapisan atmosfer yang suhunya terus meningkat. Tenaganya bisa mencapai 600 km. Tekanan dan, akibatnya, kerapatan gas terus menurun dengan ketinggian. Di dekat permukaan bumi, 1 m3 udara mengandung kira-kira. 2.5x1025 molekul, pada ketinggian kira-kira. 100 km, di lapisan bawah termosfer - sekitar 1019, pada ketinggian 200 km, di ionosfer - 5 * 10 15 dan, menurut perhitungan, pada ketinggian sekitar. 850 km - sekitar 1012 molekul. Di ruang antarplanet, konsentrasi molekul adalah 10 8-10 9 per 1 m3. Pada ketinggian kira-kira. 100 km, jumlah molekulnya kecil, dan mereka jarang bertabrakan satu sama lain. Jarak rata-rata yang ditempuh oleh molekul yang bergerak secara kacau sebelum bertabrakan dengan molekul lain yang serupa disebut jalur bebas rata-rata. Lapisan di mana nilai ini meningkat sedemikian rupa sehingga kemungkinan tabrakan antarmolekul atau antaratom dapat diabaikan terletak di batas antara termosfer dan kulit di atasnya (eksosfer) dan disebut jeda termal. Thermopause terletak sekitar 650 km dari permukaan bumi. Pada suhu tertentu, kecepatan pergerakan molekul tergantung pada massanya: molekul yang lebih ringan bergerak lebih cepat daripada yang lebih berat. Di atmosfer yang lebih rendah, di mana jalur bebasnya sangat pendek, tidak ada pemisahan gas yang nyata menurut berat molekulnya, tetapi dinyatakan di atas 100 km. Selain itu, di bawah pengaruh radiasi ultraviolet dan sinar-X dari Matahari, molekul oksigen terurai menjadi atom, yang massanya setengah dari massa molekul. Oleh karena itu, saat kita menjauh dari permukaan bumi, atom oksigen menjadi semakin penting dalam komposisi atmosfer dan pada ketinggian sekitar. 200 km menjadi komponen utamanya. Lebih tinggi, pada jarak sekitar 1200 km dari permukaan bumi, gas ringan - helium dan hidrogen - mendominasi. Mereka adalah lapisan luar atmosfer. Pemisahan berdasarkan berat ini, yang disebut pemisahan difus, menyerupai pemisahan campuran menggunakan sentrifus. Eksosfer adalah lapisan luar atmosfer, yang diisolasi berdasarkan perubahan suhu dan sifat-sifat gas netral. Molekul dan atom di eksosfer berputar mengelilingi Bumi dalam orbit balistik di bawah pengaruh gravitasi. Beberapa dari orbit ini berbentuk parabola dan mirip dengan lintasan proyektil. Molekul dapat berputar mengelilingi Bumi dan dalam orbit elips, seperti satelit. Beberapa molekul, terutama hidrogen dan helium, memiliki lintasan terbuka dan lepas ke luar angkasa (Gbr. 2).

HUBUNGAN SURYA-TERESTRIAL DAN PENGARUHNYA TERHADAP SUASANA
pasang surut atmosfer. Daya tarik Matahari dan Bulan menyebabkan pasang surut di atmosfer, mirip dengan pasang surut darat dan laut. Tetapi pasang surut atmosfer memiliki perbedaan yang signifikan: atmosfer bereaksi paling kuat terhadap daya tarik Matahari, sedangkan kerak bumi dan lautan - terhadap daya tarik Bulan. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa atmosfer dipanaskan oleh Matahari dan, selain pasang surut gravitasi, timbul pasang surut termal yang kuat. Secara umum, mekanisme pembentukan pasang surut atmosfer dan laut serupa, kecuali bahwa untuk memprediksi reaksi udara terhadap efek gravitasi dan termal, perlu untuk memperhitungkan kompresibilitas dan distribusi suhunya. Tidak sepenuhnya jelas mengapa pasang surut matahari semidiurnal (12 jam) di atmosfer mendominasi di atas pasang surut matahari diurnal dan semidiurnal bulan, meskipun kekuatan pendorong dari dua proses terakhir jauh lebih kuat. Sebelumnya, diyakini bahwa resonansi terjadi di atmosfer, yang secara tepat memperkuat osilasi dengan periode 12 jam. Namun, pengamatan yang dilakukan dengan bantuan roket geofisika menunjukkan bahwa tidak ada alasan suhu untuk resonansi semacam itu. Dalam memecahkan masalah ini, seseorang mungkin harus memperhitungkan semua fitur hidrodinamik dan termal atmosfer. Di permukaan bumi dekat khatulistiwa, di mana pengaruh fluktuasi pasang surut maksimum, memberikan perubahan tekanan atmosfer sebesar 0,1%. Kecepatan angin pasang surut kira-kira. 0,3 km/jam. Karena struktur termal atmosfer yang kompleks (terutama adanya suhu minimum di mesopause), arus udara pasang surut meningkat, dan, misalnya, pada ketinggian 70 km, kecepatannya sekitar 160 kali lebih tinggi daripada di bumi. permukaan, yang memiliki konsekuensi geofisika penting. Dipercaya bahwa di bagian bawah ionosfer (lapisan E) osilasi pasang surut memindahkan gas terionisasi secara vertikal di medan magnet bumi, dan oleh karena itu, arus listrik muncul di sini. Sistem arus yang muncul terus-menerus di permukaan bumi ini dibentuk oleh gangguan medan magnet. Variasi diurnal medan magnet sesuai dengan nilai yang dihitung, yang secara meyakinkan mendukung teori mekanisme pasang surut dari "dinamo atmosfer". Arus listrik yang timbul di bagian bawah ionosfer (lapisan E) harus bergerak ke suatu tempat, dan oleh karena itu, sirkuit harus ditutup. Analogi dengan dinamo menjadi lengkap jika kita menganggap gerakan yang datang sebagai kerja mesin. Diasumsikan bahwa sirkulasi balik arus listrik dilakukan di lapisan ionosfer (F) yang lebih tinggi, dan aliran berlawanan ini dapat menjelaskan beberapa ciri khas lapisan ini. Akhirnya, efek pasang surut juga harus menghasilkan arus horizontal di lapisan E dan karenanya di lapisan F.
Ionosfir. Mencoba menjelaskan mekanisme terjadinya aurora, ilmuwan abad ke-19. menyarankan bahwa di atmosfer ada zona dengan partikel bermuatan listrik. Pada abad ke-20 Bukti meyakinkan diperoleh secara eksperimental untuk keberadaan lapisan yang memantulkan gelombang radio pada ketinggian 85 hingga 400 km. Sekarang diketahui bahwa sifat listriknya adalah hasil dari ionisasi gas atmosfer. Oleh karena itu, lapisan ini biasa disebut ionosfer. Dampak pada gelombang radio terutama karena adanya elektron bebas di ionosfer, meskipun mekanisme propagasi gelombang radio dikaitkan dengan keberadaan ion besar. Yang terakhir ini juga menarik dalam studi tentang sifat kimia atmosfer, karena mereka lebih aktif daripada atom dan molekul netral. Reaksi kimia yang terjadi di ionosfer memainkan peran penting dalam keseimbangan energi dan listriknya.
ionosfer biasa. Pengamatan yang dilakukan dengan bantuan roket geofisika dan satelit telah memberikan banyak informasi baru, menunjukkan bahwa ionisasi atmosfer terjadi di bawah pengaruh radiasi matahari spektrum luas. Bagian utamanya (lebih dari 90%) terkonsentrasi di bagian spektrum yang terlihat. Radiasi ultraviolet dengan panjang gelombang lebih pendek dan lebih banyak energi daripada sinar violet dipancarkan oleh hidrogen bagian dalam atmosfer Matahari (kromosfer), dan radiasi sinar-X, yang memiliki energi lebih tinggi, dipancarkan oleh gas-gas Matahari. kulit luar (corona). Keadaan normal (rata-rata) ionosfer disebabkan oleh radiasi kuat yang konstan. Perubahan reguler terjadi di ionosfer normal di bawah pengaruh rotasi harian Bumi dan perbedaan musiman dalam sudut datangnya sinar matahari pada siang hari, tetapi perubahan tak terduga dan tiba-tiba dalam keadaan ionosfer juga terjadi.
Gangguan di ionosfer Seperti diketahui, gangguan siklus berulang yang kuat muncul di Matahari, yang mencapai maksimum setiap 11 tahun. Pengamatan di bawah program Tahun Geofisika Internasional (IGY) bertepatan dengan periode aktivitas matahari tertinggi untuk seluruh periode pengamatan meteorologi sistematis, yaitu. dari awal abad ke-18 Selama periode aktivitas tinggi, beberapa area di Matahari meningkat kecerahannya beberapa kali, dan mereka mengirimkan pulsa radiasi ultraviolet dan sinar-X yang kuat. Fenomena seperti itu disebut semburan matahari. Mereka berlangsung dari beberapa menit hingga satu atau dua jam. Selama suar, gas matahari (kebanyakan proton dan elektron) meletus, dan partikel elementer bergegas ke luar angkasa. Radiasi elektromagnetik dan sel-sel Matahari pada saat-saat semburan seperti itu memiliki efek yang kuat pada atmosfer Bumi. Reaksi awal diamati 8 menit setelah kilatan, ketika radiasi ultraviolet dan sinar-X yang intens mencapai Bumi. Akibatnya, ionisasi meningkat tajam; sinar-x menembus atmosfer hingga batas bawah ionosfer; jumlah elektron di lapisan ini meningkat sedemikian rupa sehingga sinyal radio hampir sepenuhnya diserap ("padam"). Penyerapan radiasi tambahan menyebabkan pemanasan gas, yang berkontribusi pada perkembangan angin. Gas terionisasi adalah konduktor listrik, dan ketika bergerak di medan magnet bumi, efek dinamo muncul dan arus listrik dihasilkan. Arus seperti itu, pada gilirannya, dapat menyebabkan gangguan medan magnet yang nyata dan memanifestasikan dirinya dalam bentuk badai magnet. Fase awal ini hanya memakan waktu singkat, sesuai dengan durasi jilatan api matahari. Selama suar kuat di Matahari, aliran partikel yang dipercepat mengalir ke luar angkasa. Ketika diarahkan ke Bumi, fase kedua dimulai, yang memiliki pengaruh besar pada keadaan atmosfer. Banyak fenomena alam, di antaranya aurora yang paling terkenal, menunjukkan bahwa sejumlah besar partikel bermuatan mencapai Bumi (lihat juga LAMPU POLAR). Namun demikian, proses pemisahan partikel-partikel ini dari Matahari, lintasannya di ruang antarplanet, dan mekanisme interaksi dengan medan magnet Bumi dan magnetosfer masih kurang dipelajari. Masalahnya menjadi lebih rumit setelah penemuan pada tahun 1958 oleh James Van Allen dari cangkang yang dipegang oleh medan geomagnetik, yang terdiri dari partikel bermuatan. Partikel-partikel ini bergerak dari satu belahan bumi ke belahan bumi lainnya, berputar dalam spiral di sekitar garis medan magnet. Di dekat Bumi, pada ketinggian tergantung pada bentuk garis gaya dan energi partikel, ada "titik refleksi", di mana partikel mengubah arah geraknya ke arah yang berlawanan (Gbr. 3). Karena kekuatan medan magnet berkurang dengan jarak dari Bumi, orbit di mana partikel-partikel ini bergerak agak terdistorsi: elektron menyimpang ke timur, dan proton ke barat. Oleh karena itu, mereka didistribusikan dalam bentuk sabuk di seluruh dunia.

Beberapa akibat dari pemanasan atmosfer oleh Matahari. Energi matahari mempengaruhi seluruh atmosfer. Kami telah menyebutkan sabuk yang dibentuk oleh partikel bermuatan di medan magnet bumi dan berputar di sekitarnya. Sabuk ini paling dekat dengan permukaan bumi di daerah sirkumpolar (lihat Gambar 3), di mana aurora diamati. Gambar 1 menunjukkan bahwa wilayah aurora di Kanada memiliki suhu termosfer yang jauh lebih tinggi daripada di Barat Daya AS. Sangat mungkin bahwa partikel yang ditangkap melepaskan sebagian energinya ke atmosfer, terutama ketika bertabrakan dengan molekul gas di dekat titik refleksi, dan meninggalkan orbit sebelumnya. Ini adalah bagaimana lapisan atmosfer yang tinggi dipanaskan di zona aurora. Penemuan penting lainnya dibuat saat mempelajari orbit satelit buatan. Luigi Iacchia, seorang astronom di Smithsonian Astrophysical Observatory, percaya bahwa penyimpangan kecil dari orbit ini disebabkan oleh perubahan kepadatan atmosfer saat dipanaskan oleh Matahari. Dia menyarankan keberadaan kepadatan elektron maksimum di ionosfer pada ketinggian lebih dari 200 km, yang tidak sesuai dengan siang hari, tetapi di bawah pengaruh gaya gesekan tertinggal sekitar dua jam. Pada saat ini, nilai kepadatan atmosfer, khas untuk ketinggian 600 km, diamati pada tingkat sekitar. 950 km. Selain itu, konsentrasi elektron maksimum mengalami fluktuasi yang tidak teratur karena kilatan jangka pendek radiasi ultraviolet dan sinar-X dari Matahari. L. Yakkia juga menemukan fluktuasi jangka pendek dalam kepadatan udara, sesuai dengan semburan matahari dan gangguan medan magnet. Fenomena ini dijelaskan oleh intrusi partikel asal matahari ke atmosfer bumi dan pemanasan lapisan di mana satelit mengorbit.
LISTRIK ATMOSFER
Di lapisan permukaan atmosfer, sebagian kecil molekul mengalami ionisasi di bawah pengaruh sinar kosmik, radiasi dari batuan radioaktif dan produk peluruhan radium (terutama radon) di udara itu sendiri. Dalam proses ionisasi, atom kehilangan elektron dan memperoleh muatan positif. Sebuah elektron bebas dengan cepat bergabung dengan atom lain, membentuk ion bermuatan negatif. Ion positif dan negatif berpasangan tersebut memiliki dimensi molekuler. Molekul di atmosfer cenderung mengelompok di sekitar ion-ion ini. Beberapa molekul yang digabungkan dengan ion membentuk kompleks yang biasa disebut sebagai "ion ringan". Atmosfer juga mengandung kompleks molekul, yang dikenal dalam meteorologi sebagai inti kondensasi, di mana, ketika udara jenuh dengan uap air, proses kondensasi dimulai. Inti ini adalah partikel garam dan debu, serta polutan yang dilepaskan ke udara dari industri dan sumber lainnya. Ion ringan sering menempel pada inti tersebut untuk membentuk "ion berat". Di bawah pengaruh medan listrik, ion ringan dan berat berpindah dari satu area atmosfer ke area lain, mentransfer muatan listrik. Meskipun atmosfer umumnya tidak dianggap sebagai media penghantar listrik, ia memiliki sejumlah kecil konduktivitas. Oleh karena itu, benda bermuatan yang tertinggal di udara perlahan-lahan kehilangan muatannya. Konduktivitas atmosfer meningkat dengan ketinggian karena peningkatan intensitas sinar kosmik, pengurangan kehilangan ion di bawah kondisi tekanan yang lebih rendah (dan karenanya jalur bebas rata-rata lebih lama), dan karena lebih sedikit inti berat. Konduktivitas atmosfer mencapai nilai maksimumnya pada ketinggian kira-kira. 50 km, disebut. "tingkat kompensasi". Diketahui bahwa antara permukaan bumi dan "tingkat kompensasi" selalu ada perbedaan potensial beberapa ratus kilovolt, mis. medan listrik konstan. Ternyata perbedaan potensial antara titik tertentu di udara pada ketinggian beberapa meter dan permukaan bumi sangat besar - lebih dari 100 V. Atmosfer memiliki muatan positif, dan permukaan bumi bermuatan negatif. Karena medan listrik adalah area, di setiap titik di mana ada nilai potensial tertentu, kita dapat berbicara tentang gradien potensial. Dalam cuaca cerah, dalam beberapa meter yang lebih rendah, kekuatan medan listrik atmosfer hampir konstan. Karena perbedaan konduktivitas listrik udara di lapisan permukaan, gradien potensial tunduk pada fluktuasi diurnal, yang jalannya bervariasi secara signifikan dari satu tempat ke tempat lain. Dengan tidak adanya sumber polusi udara lokal - di atas lautan, tinggi di pegunungan atau di daerah kutub - perjalanan harian dari gradien potensial dalam cuaca cerah adalah sama. Besarnya gradien tergantung pada waktu universal, atau Greenwich Mean Time (UT) dan mencapai maksimum pada 19:00 E. Appleton menyarankan bahwa konduktivitas listrik maksimum ini mungkin bertepatan dengan aktivitas badai petir terbesar pada skala planet. Pelepasan petir selama badai petir membawa muatan negatif ke permukaan bumi, karena dasar awan cumulonimbus yang paling aktif memiliki muatan negatif yang signifikan. Puncak awan petir memiliki muatan positif, yang menurut perhitungan Holzer dan Saxon, mengalir dari puncaknya selama badai petir. Tanpa pengisian ulang yang konstan, muatan di permukaan bumi akan dinetralkan oleh konduktivitas atmosfer. Asumsi bahwa perbedaan potensial antara permukaan bumi dan "tingkat kompensasi" dipertahankan karena badai petir didukung oleh data statistik. Misalnya, jumlah maksimum badai petir diamati di lembah sungai. Amazon. Paling sering, badai petir terjadi di sana pada akhir hari, mis. OKE. 19:00 Waktu Rata-Rata Greenwich, ketika gradien potensial berada pada titik maksimumnya di mana pun di dunia. Selain itu, variasi musiman dalam bentuk kurva variasi diurnal dari gradien potensial juga sepenuhnya sesuai dengan data distribusi global badai petir. Beberapa peneliti berpendapat bahwa sumber medan listrik bumi mungkin berasal dari luar, karena medan listrik diyakini ada di ionosfer dan magnetosfer. Keadaan ini mungkin menjelaskan munculnya bentuk aurora memanjang yang sangat sempit, mirip dengan belakang panggung dan lengkungan.
(lihat juga LAMPU POLAR). Karena gradien potensial dan konduktivitas atmosfer antara "tingkat kompensasi" dan permukaan bumi, partikel bermuatan mulai bergerak: ion bermuatan positif - menuju permukaan bumi, dan bermuatan negatif - ke atas darinya. Arus ini kira-kira. 1800 A. Meskipun nilai ini tampak besar, harus diingat bahwa itu didistribusikan ke seluruh permukaan bumi. Kuat arus di kolom udara dengan luas alas 1 m2 hanya 4 * 10 -12 A. Di sisi lain, kuat arus selama pelepasan petir dapat mencapai beberapa ampere, meskipun, tentu saja, pelepasan seperti itu memiliki durasi pendek - dari sepersekian detik hingga satu detik penuh atau lebih sedikit dengan pelepasan berulang. Petir sangat menarik tidak hanya sebagai fenomena alam yang aneh. Itu memungkinkan untuk mengamati pelepasan listrik dalam media gas pada tegangan beberapa ratus juta volt dan jarak antara elektroda beberapa kilometer. Pada tahun 1750, B. Franklin mengusulkan kepada Royal Society of London bahwa mereka bereksperimen dengan batang besi yang dipasang pada dasar isolasi dan dipasang di menara tinggi. Dia memperkirakan bahwa ketika awan petir mendekati menara, muatan dengan tanda yang berlawanan akan terkonsentrasi di ujung atas batang yang awalnya netral, dan muatan dengan tanda yang sama seperti di dasar awan akan terkonsentrasi di ujung bawah. . Jika kekuatan medan listrik selama pelepasan petir cukup meningkat, muatan dari ujung atas batang akan mengalir sebagian ke udara, dan batang akan memperoleh muatan dengan tanda yang sama dengan dasar awan. Eksperimen yang diusulkan oleh Franklin tidak dilakukan di Inggris, tetapi didirikan pada tahun 1752 di Marly dekat Paris oleh fisikawan Prancis Jean d'Alembert. Dia menggunakan batang besi sepanjang 12 m yang dimasukkan ke dalam botol kaca (yang berfungsi sebagai isolator), tetapi tidak meletakkannya di menara. 10 Mei asistennya melaporkan bahwa ketika awan petir melewati batang, percikan api dihasilkan ketika kabel ground dibawa ke sana. Franklin sendiri, tidak menyadari pengalaman sukses yang diwujudkan di Prancis, pada bulan Juni tahun itu melakukan eksperimennya yang terkenal dengan layang-layang dan mengamati percikan listrik di ujung kawat yang diikat padanya. Tahun berikutnya, saat mempelajari muatan yang dikumpulkan dari batang, Franklin menemukan bahwa dasar awan petir biasanya bermuatan negatif. .Penelitian petir yang lebih rinci menjadi mungkin pada akhir abad ke-19 karena perbaikan dalam metode fotografi, terutama setelah penemuan peralatan dengan lensa berputar, yang memungkinkan untuk memperbaiki proses yang berkembang pesat. Kamera semacam itu banyak digunakan dalam studi pelepasan percikan. Ditemukan bahwa ada beberapa jenis petir, dengan yang paling umum adalah linier, datar (intra-cloud) dan globular (pelepasan udara). Petir linier adalah pelepasan percikan antara awan dan permukaan bumi, mengikuti saluran dengan cabang ke bawah. Petir datar terjadi di dalam awan petir dan terlihat seperti kilatan cahaya yang tersebar. Pelepasan udara dari bola petir, mulai dari awan petir, sering diarahkan secara horizontal dan tidak mencapai permukaan bumi.

Pelepasan petir biasanya terdiri dari tiga atau lebih pelepasan berulang - impuls mengikuti jalur yang sama. Interval antara pulsa yang berurutan sangat pendek, dari 1/100 hingga 1/10 s (inilah yang menyebabkan kilat berkedip). Secara umum, flash berlangsung sekitar satu detik atau kurang. Proses pengembangan petir yang khas dapat digambarkan sebagai berikut. Pertama, pemimpin pelepasan yang bercahaya lemah bergegas dari atas ke permukaan bumi. Ketika dia mencapainya, aliran balik yang bersinar terang, atau aliran utama, mengalir dari bumi ke atas saluran yang diletakkan oleh pemimpin. Pemimpin pelepasan, sebagai suatu peraturan, bergerak secara zig-zag. Kecepatan perambatannya berkisar dari seratus hingga beberapa ratus kilometer per detik. Dalam perjalanannya, ia mengionisasi molekul udara, menciptakan saluran dengan konduktivitas yang meningkat, di mana pelepasan terbalik bergerak ke atas dengan kecepatan sekitar seratus kali lebih besar daripada pelepasan pemimpin. Sulit untuk menentukan ukuran saluran, tetapi diameter saluran keluar diperkirakan 1–10 m, dan diameter saluran keluar beberapa sentimeter. Pelepasan petir menciptakan interferensi radio dengan memancarkan gelombang radio dalam rentang yang luas - dari 30 kHz hingga frekuensi ultra-rendah. Radiasi gelombang radio terbesar mungkin berkisar antara 5 hingga 10 kHz. Interferensi radio frekuensi rendah semacam itu "terkonsentrasi" di ruang antara batas bawah ionosfer dan permukaan bumi dan mampu merambat hingga jarak ribuan kilometer dari sumbernya.
PERUBAHAN SUASANA
Dampak meteor dan meteorit. Meskipun terkadang hujan meteor membuat kesan yang mendalam dengan efek pencahayaannya, meteor individu jarang terlihat. Jauh lebih banyak lagi meteor yang tidak terlihat, terlalu kecil untuk dilihat pada saat mereka ditelan oleh atmosfer. Beberapa meteor terkecil mungkin tidak memanas sama sekali, tetapi hanya ditangkap oleh atmosfer. Partikel kecil ini mulai dari ukuran beberapa milimeter hingga sepersepuluh ribu milimeter disebut mikrometeorit. Jumlah materi meteor yang memasuki atmosfer setiap hari adalah dari 100 hingga 10.000 ton, dengan sebagian besar materi ini adalah mikrometeorit. Karena materi meteorik terbakar sebagian di atmosfer, komposisi gasnya diisi kembali dengan jejak berbagai elemen kimia. Misalnya, meteor batu membawa litium ke atmosfer. Pembakaran meteor logam mengarah pada pembentukan besi bulat kecil, besi-nikel dan tetesan lainnya yang melewati atmosfer dan disimpan di permukaan bumi. Mereka dapat ditemukan di Greenland dan Antartika, di mana lapisan es hampir tidak berubah selama bertahun-tahun. Ahli kelautan menemukan mereka di sedimen dasar laut. Sebagian besar partikel meteor yang memasuki atmosfer diendapkan dalam waktu kurang lebih 30 hari. Beberapa ilmuwan percaya bahwa debu kosmik ini memainkan peran penting dalam pembentukan fenomena atmosfer seperti hujan, karena berfungsi sebagai inti kondensasi uap air. Oleh karena itu, diasumsikan bahwa curah hujan secara statistik terkait dengan hujan meteor besar. Namun, beberapa ahli percaya bahwa karena masukan total materi meteor puluhan kali lebih besar daripada hujan meteor terbesar sekalipun, perubahan jumlah total materi ini yang terjadi sebagai akibat dari salah satu hujan meteor tersebut dapat diabaikan. Namun, tidak ada keraguan bahwa mikrometeorit terbesar dan, tentu saja, meteorit yang terlihat meninggalkan jejak panjang ionisasi di lapisan atmosfer yang tinggi, terutama di ionosfer. Jejak tersebut dapat digunakan untuk komunikasi radio jarak jauh, karena mencerminkan gelombang radio frekuensi tinggi. Energi meteor yang memasuki atmosfer dihabiskan terutama, dan mungkin sepenuhnya, untuk pemanasannya. Ini adalah salah satu komponen kecil dari keseimbangan panas atmosfer.
Karbon dioksida asal industri. Pada periode Karbon, vegetasi berkayu tersebar luas di Bumi. Sebagian besar karbon dioksida yang diserap oleh tanaman pada waktu itu terakumulasi dalam endapan batu bara dan endapan minyak. Orang-orang telah belajar untuk menggunakan cadangan besar mineral ini sebagai sumber energi dan sekarang dengan cepat mengembalikan karbon dioksida ke sirkulasi zat. Fosil mungkin ca. 4*10 13 ton karbon. Selama abad yang lalu, umat manusia telah membakar begitu banyak bahan bakar fosil sehingga sekitar 4 * 10 11 ton karbon kembali memasuki atmosfer. Saat ini ada sekitar. 2 * 10 12 ton karbon, dan dalam seratus tahun ke depan angka ini dapat berlipat ganda karena pembakaran bahan bakar fosil. Namun, tidak semua karbon akan tetap berada di atmosfer: sebagian akan larut di perairan laut, sebagian akan diserap oleh tumbuhan, dan sebagian akan terikat dalam proses pelapukan batuan. Masih belum mungkin untuk memprediksi berapa banyak karbon dioksida di atmosfer atau apa pengaruhnya terhadap iklim dunia. Namun demikian, diyakini bahwa setiap peningkatan kandungannya akan menyebabkan pemanasan, meskipun sama sekali tidak perlu bahwa pemanasan apa pun akan mempengaruhi iklim secara signifikan. Konsentrasi karbon dioksida di atmosfer, menurut hasil pengukuran, meningkat secara nyata, meskipun dengan kecepatan yang lambat. Data iklim untuk stasiun Svalbard dan Little America di Lapisan Es Ross di Antartika menunjukkan peningkatan suhu rata-rata tahunan selama periode kira-kira 50 tahun masing-masing sebesar 5 ° dan 2,5 °C.
Dampak radiasi kosmik. Ketika sinar kosmik berenergi tinggi berinteraksi dengan masing-masing komponen atmosfer, isotop radioaktif terbentuk. Di antara mereka, isotop karbon 14C, yang terakumulasi dalam jaringan tumbuhan dan hewan, menonjol. Dengan mengukur radioaktivitas zat organik yang sudah lama tidak bertukar karbon dengan lingkungan, dapat ditentukan umurnya. Metode radiokarbon telah memantapkan dirinya sebagai metode yang paling dapat diandalkan untuk penanggalan organisme fosil dan objek budaya material, yang usianya tidak melebihi 50 ribu tahun. Isotop radioaktif lain dengan waktu paruh yang panjang dapat digunakan untuk menentukan umur material yang berusia ratusan ribu tahun jika masalah mendasar dalam mengukur tingkat radioaktivitas yang sangat rendah dapat dipecahkan.
(lihat juga DATING RADIOCARBON).
ASAL USUL SUASANA BUMI
Sejarah pembentukan atmosfer belum dipulihkan sepenuhnya andal. Namun demikian, beberapa kemungkinan perubahan dalam komposisinya telah diidentifikasi. Pembentukan atmosfer dimulai segera setelah pembentukan Bumi. Ada alasan yang cukup bagus untuk percaya bahwa dalam proses evolusi Pra-Bumi dan perolehannya yang mendekati dimensi dan massa modern, ia hampir sepenuhnya kehilangan atmosfer aslinya. Diyakini bahwa pada tahap awal Bumi berada dalam keadaan cair dan ca. 4,5 miliar tahun yang lalu, ia terbentuk dalam benda padat. Tonggak sejarah ini diambil sebagai awal dari kronologi geologi. Sejak saat itu telah terjadi evolusi atmosfer yang lambat. Beberapa proses geologi, seperti letusan lahar pada saat letusan gunung berapi, disertai dengan keluarnya gas dari perut bumi. Mereka mungkin termasuk nitrogen, amonia, metana, uap air, karbon monoksida dan karbon dioksida. Di bawah pengaruh radiasi ultraviolet matahari, uap air terurai menjadi hidrogen dan oksigen, tetapi oksigen yang dilepaskan bereaksi dengan karbon monoksida untuk membentuk karbon dioksida. Amonia terurai menjadi nitrogen dan hidrogen. Hidrogen dalam proses difusi naik dan meninggalkan atmosfer, sedangkan nitrogen yang lebih berat tidak dapat lepas dan terakumulasi secara bertahap, menjadi komponen utamanya, meskipun sebagian terikat selama reaksi kimia. Di bawah pengaruh sinar ultraviolet dan pelepasan listrik, campuran gas, mungkin ada di atmosfer asli Bumi, masuk ke dalam reaksi kimia, sebagai akibatnya zat organik, khususnya asam amino, terbentuk. Akibatnya, kehidupan dapat berasal dari atmosfir yang secara fundamental berbeda dari atmosfir modern. Dengan munculnya tumbuhan primitif, proses fotosintesis dimulai (lihat juga FOTOSINTESIS), disertai dengan pelepasan oksigen bebas. Gas ini, terutama setelah difusi ke atmosfer bagian atas, mulai melindungi lapisan bawahnya dan permukaan bumi dari radiasi ultraviolet dan sinar-X yang mengancam jiwa. Diperkirakan bahwa sedikitnya 0,00004 dari volume oksigen saat ini dapat menyebabkan pembentukan lapisan dengan setengah konsentrasi ozon saat ini, yang bagaimanapun memberikan perlindungan yang sangat signifikan dari sinar ultraviolet. Kemungkinan juga bahwa atmosfer utama mengandung banyak karbon dioksida. Itu dikonsumsi selama fotosintesis, dan konsentrasinya pasti menurun saat dunia tumbuhan berevolusi, dan juga karena penyerapan selama beberapa proses geologis. Karena efek rumah kaca dikaitkan dengan keberadaan karbon dioksida di atmosfer, beberapa ilmuwan percaya bahwa fluktuasi konsentrasinya adalah salah satu penyebab penting perubahan iklim skala besar dalam sejarah Bumi, seperti zaman es. Helium yang ada di atmosfer modern mungkin sebagian besar merupakan produk peluruhan radioaktif uranium, thorium, dan radium. Unsur-unsur radioaktif ini memancarkan partikel alfa, yang merupakan inti atom helium. Karena tidak ada muatan listrik yang dibuat atau dihancurkan selama peluruhan radioaktif, ada dua elektron untuk setiap partikel alfa. Akibatnya, ia bergabung dengan mereka, membentuk atom helium netral. Unsur radioaktif terkandung dalam mineral yang tersebar di ketebalan batuan, sehingga sebagian besar helium yang terbentuk akibat peluruhan radioaktif disimpan di dalamnya, menguap sangat lambat ke atmosfer. Sejumlah tertentu helium naik ke eksosfer karena difusi, tetapi karena masuknya konstan dari permukaan bumi, volume gas ini di atmosfer tidak berubah. Berdasarkan analisis spektral cahaya bintang dan studi meteorit, adalah mungkin untuk memperkirakan kelimpahan relatif berbagai unsur kimia di alam semesta. Konsentrasi neon di ruang angkasa sekitar sepuluh miliar kali lebih tinggi daripada di Bumi, kripton - sepuluh juta kali, dan xenon - satu juta kali. Oleh karena itu, konsentrasi gas-gas inert ini, yang semula ada di atmosfer Bumi dan tidak terisi kembali selama reaksi kimia, sangat menurun, bahkan mungkin pada tahap hilangnya atmosfer utama Bumi. Pengecualian adalah argon gas inert, karena masih terbentuk dalam bentuk isotop 40Ar dalam proses peluruhan radioaktif dari isotop kalium.
FENOMENA OPTIK
Beragamnya fenomena optik di atmosfer disebabkan oleh berbagai alasan. Fenomena yang paling umum termasuk kilat (lihat di atas) dan aurora borealis dan aurora borealis yang sangat indah (lihat juga LAMPU POLAR). Selain itu, pelangi, gal, parhelion (matahari palsu) dan busur, mahkota, lingkaran cahaya dan hantu Brocken, fatamorgana, api St. Elmo, awan bercahaya, sinar hijau dan senja sangat menarik. Pelangi adalah fenomena atmosfer yang paling indah. Biasanya ini adalah lengkungan besar, terdiri dari garis-garis multi-warna, diamati ketika Matahari hanya menerangi sebagian dari langit, dan udara jenuh dengan tetesan air, misalnya, selama hujan. Busur multi-warna diatur dalam urutan spektrum (merah, oranye, kuning, hijau, cyan, nila, ungu), tetapi warna hampir tidak pernah murni karena pita tumpang tindih. Biasanya, karakteristik fisik pelangi sangat bervariasi, dan karena itu penampilannya sangat beragam. Fitur umum mereka adalah bahwa pusat busur selalu terletak pada garis lurus yang ditarik dari Matahari ke pengamat. Pelangi utama adalah busur yang terdiri dari warna paling terang - merah di luar dan ungu di dalam. Terkadang hanya satu busur yang terlihat, tetapi seringkali busur sekunder muncul di luar pelangi utama. Warnanya tidak seterang yang pertama, dan garis-garis merah dan ungu di dalamnya berubah: merah terletak di bagian dalam. Pembentukan pelangi utama dijelaskan oleh pembiasan ganda (lihat juga OPTIK) dan refleksi internal tunggal sinar matahari (lihat Gambar 5). Menembus di dalam setetes air (A), seberkas cahaya dibiaskan dan terurai, seperti ketika melewati prisma. Kemudian mencapai permukaan yang berlawanan dari drop (B), dipantulkan darinya dan keluar dari drop ke luar (C). Dalam hal ini, berkas cahaya, sebelum mencapai pengamat, dibiaskan untuk kedua kalinya. Sinar putih awal diuraikan menjadi sinar warna berbeda dengan sudut divergensi 2°. Ketika pelangi sekunder terbentuk, terjadi pembiasan ganda dan pemantulan ganda sinar matahari (lihat Gambar 6). Dalam hal ini, cahaya dibiaskan, menembus bagian dalam drop melalui bagian bawahnya (A), dan dipantulkan dari permukaan bagian dalam drop, pertama di titik B, kemudian di titik C. Di titik D, cahaya dibiaskan, meninggalkan drop menuju pengamat.

Saat matahari terbit dan terbenam, pengamat melihat pelangi dalam bentuk busur sama dengan setengah lingkaran, karena sumbu pelangi sejajar dengan cakrawala. Jika Matahari lebih tinggi di atas cakrawala, busur pelangi kurang dari setengah lingkaran. Ketika Matahari terbit di atas 42° di atas cakrawala, pelangi menghilang. Di mana-mana, kecuali di lintang tinggi, pelangi tidak dapat muncul pada siang hari saat Matahari terlalu tinggi. Sangat menarik untuk memperkirakan jarak ke pelangi. Meskipun tampaknya busur multi-warna terletak di bidang yang sama, ini adalah ilusi. Faktanya, pelangi memiliki kedalaman yang luar biasa, dan dapat direpresentasikan sebagai permukaan kerucut berongga, yang di atasnya adalah pengamat. Sumbu kerucut menghubungkan Matahari, pengamat, dan pusat pelangi. Pengamat melihat, seolah-olah, di sepanjang permukaan kerucut ini. Dua orang tidak akan pernah bisa melihat pelangi yang sama persis. Tentu saja, seseorang dapat mengamati efek yang sama secara umum, tetapi kedua pelangi berada di posisi yang berbeda dan dibentuk oleh tetesan air yang berbeda. Ketika hujan atau kabut membentuk pelangi, efek optik penuh dicapai dengan efek gabungan dari semua tetesan air yang melintasi permukaan kerucut pelangi dengan pengamat di puncaknya. Peran setiap tetes cepat berlalu. Permukaan kerucut pelangi terdiri dari beberapa lapisan. Dengan cepat melintasi mereka dan melewati serangkaian titik kritis, setiap tetes langsung menguraikan sinar matahari ke seluruh spektrum dalam urutan yang ditentukan secara ketat - dari merah ke ungu. Banyak tetesan melintasi permukaan kerucut dengan cara yang sama, sehingga pelangi tampak bagi pengamat sebagai kontinu baik sepanjang maupun melintasi busurnya. Halo - busur cahaya putih atau warna-warni dan lingkaran di sekitar piringan Matahari atau Bulan. Mereka disebabkan oleh pembiasan atau pantulan cahaya oleh kristal es atau salju di atmosfer. Kristal yang membentuk halo terletak di permukaan kerucut imajiner dengan sumbu diarahkan dari pengamat (dari atas kerucut) ke Matahari. Dalam kondisi tertentu, atmosfer jenuh dengan kristal-kristal kecil, banyak di antaranya membentuk sudut siku-siku dengan bidang yang melewati Matahari, pengamat, dan kristal-kristal ini. Segi-segi tersebut memantulkan sinar cahaya yang masuk dengan deviasi 22 °, membentuk lingkaran cahaya yang kemerahan di bagian dalam, tetapi juga dapat terdiri dari semua warna spektrum. Yang kurang umum adalah lingkaran cahaya dengan jari-jari sudut 46°, terletak secara konsentris di sekitar lingkaran halo 22 derajat. Sisi dalamnya juga memiliki warna kemerahan. Alasan untuk ini juga adalah pembiasan cahaya, yang terjadi dalam hal ini pada permukaan kristal yang membentuk sudut siku-siku. Lebar cincin lingkaran cahaya tersebut melebihi 2,5°. Baik lingkaran cahaya 46 derajat dan 22 derajat cenderung paling terang di bagian atas dan bawah cincin. Halo 90 derajat yang langka adalah cincin bercahaya samar, hampir tidak berwarna yang memiliki pusat yang sama dengan dua lingkaran cahaya lainnya. Jika diwarnai, ia memiliki warna merah di bagian luar cincin. Mekanisme munculnya jenis halo ini belum sepenuhnya dijelaskan (Gbr. 7).

Parhelia dan busur. Lingkaran parhelic (atau lingkaran matahari palsu) - cincin putih yang berpusat pada titik zenith, melewati Matahari sejajar dengan cakrawala. Alasan pembentukannya adalah pantulan sinar matahari dari tepi permukaan kristal es. Jika kristal cukup merata di udara, lingkaran penuh menjadi terlihat. Parhelia, atau matahari palsu, adalah bintik-bintik bercahaya terang menyerupai Matahari, yang terbentuk di titik-titik perpotongan lingkaran parhelik dengan halo, memiliki jari-jari sudut 22°, 46°, dan 90°. Parhelion yang paling sering terbentuk dan paling terang terbentuk di persimpangan dengan lingkaran cahaya 22 derajat, biasanya diwarnai di hampir semua warna pelangi. Matahari palsu di persimpangan dengan lingkaran cahaya 46 dan 90 derajat lebih jarang diamati. Parhelia yang terjadi di persimpangan dengan lingkaran cahaya 90 derajat disebut paranthelia, atau countersuns palsu. Terkadang antelium (penghitung matahari) juga terlihat - titik terang yang terletak di cincin parhelion tepat di seberang Matahari. Diasumsikan bahwa penyebab fenomena ini adalah refleksi internal ganda sinar matahari. Berkas pantul mengikuti lintasan yang sama dengan sinar datang, tetapi dalam arah yang berlawanan. Busur circumzenithal, kadang-kadang salah disebut sebagai busur tangen atas dari halo 46 derajat, adalah busur 90° atau kurang yang berpusat pada titik zenith dan kira-kira 46° di atas Matahari. Ini jarang terlihat dan hanya untuk beberapa menit, memiliki warna cerah, dan warna merah terbatas pada sisi luar busur. Busur circumzenithal terkenal karena pewarnaan, kecerahan, dan garis besarnya yang jelas. Efek optik lain yang aneh dan sangat langka dari jenis halo adalah busur Lovitz. Mereka muncul sebagai kelanjutan dari parhelia di persimpangan dengan lingkaran cahaya 22 derajat, lewat dari sisi luar lingkaran cahaya dan sedikit cekung ke arah Matahari. Pilar cahaya keputihan, serta berbagai salib, kadang-kadang terlihat saat fajar atau senja, terutama di daerah kutub, dan dapat menemani Matahari dan Bulan. Kadang-kadang, lingkaran cahaya bulan dan efek lain yang serupa dengan yang dijelaskan di atas diamati, dengan lingkaran cahaya bulan yang paling umum (cincin di sekitar Bulan) memiliki radius sudut 22°. Seperti matahari palsu, bulan palsu bisa muncul. Mahkota, atau mahkota, adalah cincin kecil berwarna konsentris di sekitar Matahari, Bulan, atau objek terang lainnya yang diamati dari waktu ke waktu ketika sumber cahaya berada di balik awan transparan. Jari-jari korona lebih kecil dari jari-jari halo dan kira-kira. 1-5 °, cincin biru atau ungu paling dekat dengan Matahari. Korona terjadi ketika cahaya dihamburkan oleh tetesan air kecil yang membentuk awan. Terkadang mahkota terlihat seperti titik bercahaya (atau lingkaran cahaya) yang mengelilingi Matahari (atau Bulan), yang diakhiri dengan cincin kemerahan. Dalam kasus lain, setidaknya dua cincin konsentris dengan diameter lebih besar, berwarna sangat lemah, terlihat di luar lingkaran cahaya. Fenomena ini disertai dengan awan berwarna-warni. Terkadang tepi awan yang sangat tinggi dicat dengan warna-warna cerah.
Gloria (halo). Dalam kondisi khusus, fenomena atmosfer yang tidak biasa terjadi. Jika Matahari berada di belakang pengamat, dan bayangannya diproyeksikan ke awan terdekat atau tirai kabut, di bawah keadaan atmosfer tertentu di sekitar bayangan kepala seseorang, Anda dapat melihat lingkaran bercahaya berwarna - lingkaran cahaya. Biasanya lingkaran cahaya seperti itu terbentuk karena pantulan cahaya oleh tetesan embun di halaman berumput. Gloria juga cukup umum ditemukan di sekitar bayangan yang dibuat oleh bidang di atas awan di bawahnya.
Hantu Brocken. Di beberapa wilayah di dunia, ketika bayangan seorang pengamat di atas bukit, saat matahari terbit atau terbenam, jatuh di belakangnya di atas awan yang terletak pada jarak pendek, efek mencolok terungkap: bayangan memperoleh dimensi kolosal. Hal ini disebabkan oleh pemantulan dan pembiasan cahaya oleh tetesan air terkecil di dalam kabut. Fenomena yang dijelaskan disebut "hantu Brocken" setelah puncak di pegunungan Harz di Jerman.
fatamorgana- efek optik yang disebabkan oleh pembiasan cahaya ketika melewati lapisan udara dengan kepadatan berbeda dan dinyatakan dalam tampilan gambar virtual. Dalam hal ini, objek yang jauh dapat berubah menjadi naik atau turun relatif terhadap posisi sebenarnya, dan mungkin juga terdistorsi dan memperoleh bentuk yang tidak beraturan dan fantastis. Fatamorgana sering diamati di iklim panas, seperti di atas dataran berpasir. Fatamorgana inferior sering terjadi, ketika permukaan gurun yang jauh dan hampir datar tampak seperti perairan terbuka, terutama jika dilihat dari sedikit ketinggian atau hanya di atas lapisan udara panas. Ilusi serupa biasanya terjadi di jalan beraspal panas yang terlihat seperti permukaan air jauh di depan. Pada kenyataannya, permukaan ini adalah refleksi dari langit. Di bawah ketinggian mata, objek, biasanya terbalik, mungkin muncul di "air" ini. Sebuah "kue embusan udara" terbentuk di atas permukaan tanah yang dipanaskan, dan lapisan yang paling dekat dengan bumi adalah yang paling panas dan sangat jarang sehingga gelombang cahaya yang melewatinya terdistorsi, karena kecepatan rambatnya bervariasi tergantung pada kepadatan media. Fatamorgana superior kurang umum dan lebih indah daripada fatamorgana inferior. Objek yang jauh (seringkali di bawah cakrawala laut) muncul terbalik di langit, dan terkadang gambar langsung dari objek yang sama juga muncul di atas. Fenomena ini khas untuk daerah dingin, terutama ketika ada pembalikan suhu yang signifikan, ketika lapisan udara yang lebih hangat berada di atas lapisan yang lebih dingin. Efek optik ini dimanifestasikan sebagai hasil dari pola perambatan kompleks dari bagian depan gelombang cahaya di lapisan udara dengan kepadatan yang tidak seragam. Fatamorgana yang sangat tidak biasa terjadi dari waktu ke waktu, terutama di daerah kutub. Ketika fatamorgana terjadi di darat, pohon dan komponen lanskap lainnya terbalik. Dalam semua kasus, objek di fatamorgana atas lebih jelas terlihat daripada di bawah. Ketika batas dua massa udara adalah bidang vertikal, kadang-kadang terjadi fatamorgana samping.
Api Saint Elmo. Beberapa fenomena optik di atmosfer (misalnya, cahaya dan fenomena meteorologi yang paling umum - kilat) bersifat listrik. Jauh lebih jarang adalah api St. Elmo - kuas biru pucat atau ungu bercahaya dari 30 cm hingga 1 m atau lebih, biasanya di puncak tiang atau ujung halaman kapal di laut. Kadang-kadang tampaknya seluruh tali-temali kapal ditutupi dengan fosfor dan bersinar. Api Elmo terkadang muncul di puncak gunung, serta di menara dan sudut tajam gedung-gedung tinggi. Fenomena ini adalah pelepasan listrik sikat di ujung konduktor listrik, ketika kekuatan medan listrik sangat meningkat di atmosfer di sekitar mereka. Will-o'-the-wisps adalah cahaya kebiruan atau kehijauan samar yang kadang-kadang terlihat di rawa-rawa, kuburan, dan ruang bawah tanah. Mereka sering muncul sebagai nyala lilin yang menyala dengan tenang, tidak memanas, yang diangkat sekitar 30 cm di atas tanah, melayang di atas objek sejenak. Cahaya tampaknya benar-benar sulit dipahami dan, saat pengamat mendekat, cahaya itu tampaknya berpindah ke tempat lain. Alasan untuk fenomena ini adalah dekomposisi residu organik dan pembakaran spontan gas metana rawa (CH4) atau fosfin (PH3). Lampu pengembara memiliki bentuk yang berbeda, terkadang bahkan bulat. Sinar hijau - kilatan sinar matahari hijau zamrud pada saat sinar terakhir Matahari menghilang di bawah cakrawala. Komponen merah dari sinar matahari menghilang terlebih dahulu, semua yang lain mengikuti secara berurutan, dan hijau zamrud tetap bertahan. Fenomena ini hanya terjadi ketika hanya tepi piringan matahari yang tersisa di atas cakrawala, jika tidak ada campuran warna. Sinar krepuskular adalah berkas sinar matahari divergen yang menjadi terlihat saat menyinari debu di atmosfer tinggi. Bayangan dari awan membentuk pita gelap, dan sinar merambat di antara mereka. Efek ini terjadi ketika Matahari rendah di cakrawala sebelum fajar atau setelah matahari terbenam.