Wiki Suasana Bumi. Struktur vertikal atmosfer

Atmosfer meluas ke atas hingga ratusan kilometer. Batas atasnya, pada ketinggian sekitar 2000-3000 km, sampai batas tertentu, ini bersyarat, karena gas-gas yang menyusunnya, secara bertahap menjadi langka, masuk ke ruang kosmik. Komposisi kimia atmosfer, tekanan, kepadatan, suhu dan sifat fisik lainnya berubah seiring ketinggian. Seperti disebutkan sebelumnya, komposisi kimia udara mencapai ketinggian 100 km tidak berubah secara signifikan. Sedikit lebih tinggi, atmosfer juga sebagian besar terdiri dari nitrogen dan oksigen. Namun pada ketinggian 100-110 km, Di bawah pengaruh radiasi ultraviolet dari matahari, molekul oksigen dipecah menjadi atom dan atom oksigen muncul. Di atas 110-120 km hampir semua oksigen menjadi atom. Seharusnya di atas 400-500 km Gas-gas yang menyusun atmosfer juga berada dalam keadaan atom.

Tekanan dan kepadatan udara menurun dengan cepat seiring dengan ketinggian. Meskipun atmosfer meluas ke atas hingga ratusan kilometer, namun sebagian besarnya terletak pada lapisan agak tipis yang berdekatan dengan permukaan bumi pada bagian terendahnya. Jadi, pada lapisan antara permukaan laut dan ketinggian 5-6 km setengah massa atmosfer terkonsentrasi di lapisan 0-16 km-90%, dan pada lapisan 0-30 km- 99%. Penurunan massa udara yang sama cepatnya terjadi di atas 30 km. Jika berat 1 m 3 udara di permukaan bumi adalah 1033 g, kemudian pada ketinggian 20 km itu sama dengan 43 g, dan pada ketinggian 40 km hanya 4 tahun

Pada ketinggian 300-400 km dan di atasnya, udaranya sangat tipis sehingga pada siang hari kepadatannya berubah berkali-kali lipat. Penelitian menunjukkan bahwa perubahan kepadatan ini berkaitan dengan posisi Matahari. Kepadatan udara tertinggi terjadi pada siang hari, terendah pada malam hari. Hal ini sebagian dijelaskan oleh fakta bahwa lapisan atas atmosfer bereaksi terhadap perubahan radiasi elektromagnetik Matahari.

Suhu udara juga bervariasi secara tidak merata terhadap ketinggian. Menurut sifat perubahan suhu terhadap ketinggian, atmosfer dibagi menjadi beberapa bidang, di antaranya terdapat lapisan transisi, yang disebut jeda, di mana suhu sedikit berubah terhadap ketinggian.

Berikut adalah nama dan ciri utama bidang dan lapisan transisi.

Mari kita sajikan data dasar tentang sifat fisik bola tersebut.

Troposfer. Sifat fisik troposfer sangat ditentukan oleh pengaruh permukaan bumi yang merupakan batas bawahnya. Ketinggian tertinggi troposfer diamati di zona khatulistiwa dan tropis. Di sini mencapai 16-18 km dan hanya mengalami sedikit perubahan harian dan musiman. Di wilayah kutub dan sekitarnya, batas atas troposfer rata-rata terletak pada tingkat 8-10 km. Di garis lintang tengah berkisar antara 6-8 hingga 14-16 km.

Ketebalan vertikal troposfer sangat bergantung pada sifat proses atmosfer. Seringkali pada siang hari batas atas troposfer di atas suatu titik atau area tertentu turun atau naik beberapa kilometer. Hal ini terutama disebabkan oleh perubahan suhu udara.

Lebih dari 4/5 massa atmosfer bumi dan hampir seluruh uap air yang terkandung di dalamnya terkonsentrasi di troposfer. Selain itu, dari permukaan bumi hingga batas atas troposfer, suhu menurun rata-rata 0,6° untuk setiap 100 m, atau 6° per 1 km pemeliharaan . Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa udara di troposfer dipanaskan dan didinginkan terutama oleh permukaan bumi.

Sesuai dengan masuknya energi matahari, suhu menurun dari ekuator hingga kutub. Dengan demikian, rata-rata suhu udara di permukaan bumi di garis khatulistiwa mencapai +26°, di daerah kutub pada musim dingin -34°, -36°, dan pada musim panas sekitar 0°. Dengan demikian, perbedaan suhu antara khatulistiwa dan kutub pada musim dingin adalah 60°, dan pada musim panas hanya 26°. Benar, suhu rendah di Kutub Utara pada musim dingin hanya terjadi di dekat permukaan bumi karena pendinginan udara di atas hamparan es.

Pada musim dingin di Antartika Tengah, suhu udara di permukaan lapisan es bahkan lebih rendah. Di stasiun Vostok pada bulan Agustus 1960, suhu terendah di dunia tercatat -88,3°, dan paling sering di Antartika Tengah adalah -45°, -50°.

Dengan bertambahnya ketinggian, perbedaan suhu antara ekuator dan kutub semakin berkurang. Misalnya pada ketinggian 5 km di ekuator suhu mencapai -2°, -4°, dan pada ketinggian yang sama di Arktik Tengah -37°, -39° di musim dingin dan -19°, -20° di musim panas; oleh karena itu, perbedaan suhu di musim dingin adalah 35-36°, dan di musim panas 16-17°. Di belahan bumi selatan, perbedaannya lebih besar.

Energi sirkulasi atmosfer dapat ditentukan oleh kontrak suhu kutub-khatulistiwa. Karena besarnya perbedaan suhu lebih besar di musim dingin, proses atmosfer terjadi lebih intens dibandingkan di musim panas. Hal ini juga menjelaskan fakta bahwa angin barat yang terjadi di troposfer pada musim dingin memiliki kecepatan yang lebih tinggi dibandingkan pada musim panas. Dalam hal ini, kecepatan angin biasanya meningkat seiring dengan ketinggian, mencapai maksimum di batas atas troposfer. Perpindahan horizontal disertai dengan pergerakan udara vertikal dan pergerakan turbulen (tidak teratur). Karena naik turunnya volume udara yang besar, awan terbentuk dan menghilang, curah hujan terjadi dan berhenti. Lapisan transisi antara troposfer dan bola di atasnya adalah tropopause. Di atasnya terletak stratosfer.

Stratosfir memanjang dari ketinggian 8-17 hingga 50-55 km. Itu ditemukan pada awal abad kita. Dari segi sifat fisik, stratosfer sangat berbeda dengan troposfer karena suhu udara di sini biasanya meningkat rata-rata 1 - 2 ° per kilometer ketinggian dan di batas atas, pada ketinggian 50-55. km, bahkan menjadi positif. Peningkatan suhu di kawasan ini disebabkan oleh adanya ozon (O 3) yang terbentuk akibat pengaruh radiasi ultraviolet Matahari. Lapisan ozon menempati hampir seluruh stratosfer. Stratosfer sangat miskin uap air. Tidak ada proses pembentukan awan yang hebat dan tidak ada curah hujan.

Baru-baru ini, diasumsikan bahwa stratosfer adalah lingkungan yang relatif tenang di mana tidak terjadi pencampuran udara, seperti di troposfer. Oleh karena itu, diyakini bahwa gas-gas di stratosfer terbagi menjadi beberapa lapisan sesuai dengan gravitasi spesifiknya. Oleh karena itu nama stratosfer (“stratus” - berlapis). Dipercaya juga bahwa suhu di stratosfer terbentuk di bawah pengaruh keseimbangan radiasi, yaitu ketika radiasi matahari yang diserap dan dipantulkan sama.

Data baru yang diperoleh dari radiosonde dan roket cuaca menunjukkan bahwa stratosfer, seperti troposfer atas, mengalami sirkulasi udara yang intens dengan perubahan suhu dan angin yang besar. Di sini, seperti di troposfer, udara mengalami pergerakan vertikal dan turbulen yang signifikan dengan arus udara horizontal yang kuat. Semua ini disebabkan oleh distribusi suhu yang tidak seragam.

Lapisan transisi antara stratosfer dan bola di atasnya adalah stratopause. Namun, sebelum beralih ke ciri-ciri lapisan atmosfer yang lebih tinggi, mari kita kenali apa yang disebut ozonosfer, yang batas-batasnya kira-kira sama dengan batas-batas stratosfer.

Ozon di atmosfer. Ozon memainkan peran besar dalam menciptakan kondisi suhu dan arus udara di stratosfer. Ozon (O 3) kita rasakan setelah terjadi badai petir ketika kita menghirup udara bersih dengan sisa rasa yang menyenangkan. Namun disini kita tidak akan membicarakan tentang ozon yang terbentuk setelah badai petir, melainkan tentang ozon yang terkandung pada lapisan 10-60. km dengan maksimum pada ketinggian 22-25 km. Ozon terbentuk di bawah pengaruh sinar ultraviolet Matahari dan, meskipun jumlah totalnya kecil, namun berperan penting di atmosfer. Ozon memiliki kemampuan untuk menyerap radiasi ultraviolet dari Matahari sehingga melindungi flora dan fauna dari dampak destruktifnya. Bahkan sebagian kecil dari sinar ultraviolet yang mencapai permukaan bumi dapat menyebabkan luka bakar yang parah pada tubuh jika seseorang terlalu bersemangat untuk berjemur.

Jumlah ozon bervariasi di berbagai belahan bumi. Terdapat lebih banyak ozon di lintang tinggi, lebih sedikit di lintang menengah dan rendah, dan jumlah ini bervariasi tergantung pada perubahan musim dalam setahun. Ada lebih banyak ozon di musim semi, lebih sedikit di musim gugur. Selain itu, fluktuasi non-periodik terjadi tergantung pada sirkulasi atmosfer secara horizontal dan vertikal. Banyak proses di atmosfer yang berkaitan erat dengan kandungan ozon, karena berdampak langsung pada bidang suhu.

Di musim dingin, dalam kondisi malam kutub, di lintang tinggi, radiasi dan pendinginan udara terjadi di lapisan ozon. Akibatnya, di stratosfer lintang tinggi (di Arktik dan Antartika) pada musim dingin, terbentuk wilayah dingin, pusaran siklon stratosfer dengan gradien suhu dan tekanan horizontal yang besar, menyebabkan angin barat di garis lintang tengah bumi.

Di musim panas, pada kondisi siang hari di kutub, di lintang tinggi, lapisan ozon menyerap panas matahari dan menghangatkan udara. Akibat peningkatan suhu di stratosfer di lintang tinggi, terbentuk wilayah panas dan pusaran antisiklon stratosfer. Oleh karena itu, di atas garis lintang tengah dunia di atas 20 km Di musim panas, angin timur mendominasi di stratosfer.

Mesosfer. Pengamatan menggunakan roket meteorologi dan metode lain telah menetapkan bahwa peningkatan suhu umum yang diamati di stratosfer berakhir pada ketinggian 50-55 km. Di atas lapisan ini, suhu kembali turun dan di batas atas mesosfer (sekitar 80 km) mencapai -75°, -90°. Kemudian suhu meningkat lagi seiring dengan ketinggian.

Menarik untuk dicatat bahwa penurunan suhu dengan karakteristik ketinggian mesosfer terjadi secara berbeda pada garis lintang yang berbeda dan sepanjang tahun. Di lintang rendah, penurunan suhu terjadi lebih lambat dibandingkan di lintang tinggi: gradien suhu vertikal rata-rata untuk mesosfer masing-masing adalah 0,23° - 0,31° per 100 M atau 2,3°-3,1° per 1 km. Di musim panas jumlahnya jauh lebih besar dibandingkan di musim dingin. Seperti yang ditunjukkan oleh penelitian terbaru di lintang tinggi, suhu di batas atas mesosfer di musim panas beberapa puluh derajat lebih rendah dibandingkan di musim dingin. Di mesosfer atas pada ketinggian sekitar 80 km Di lapisan mesopause, penurunan suhu berhenti seiring dengan ketinggian dan kenaikannya dimulai. Di sini, di bawah lapisan inversi saat senja atau sebelum matahari terbit dalam cuaca cerah, terlihat awan tipis mengkilat, diterangi matahari di bawah cakrawala. Dengan latar belakang langit yang gelap, mereka bersinar dengan cahaya biru keperakan. Itu sebabnya awan ini disebut noctilucent.

Sifat awan noctilucent belum cukup dipelajari. Untuk waktu yang lama diyakini bahwa mereka terdiri dari debu vulkanik. Namun, tidak adanya fenomena optik yang menjadi ciri awan vulkanik nyata menyebabkan ditinggalkannya hipotesis ini. Kemudian dikemukakan bahwa awan noctilucent terdiri dari debu kosmik. Dalam beberapa tahun terakhir, hipotesis telah diajukan bahwa awan ini terdiri dari kristal es, seperti awan cirrus biasa. Tingkat awan noctilucent ditentukan oleh lapisan pemblokirannya inversi suhu selama transisi dari mesosfer ke termosfer pada ketinggian sekitar 80 km. Karena suhu di lapisan sub-inversi mencapai -80° ke bawah, kondisi yang paling menguntungkan tercipta di sini untuk kondensasi uap air, yang masuk ke sini dari stratosfer sebagai akibat dari pergerakan vertikal atau difusi turbulen. Awan noctilucent biasanya terlihat pada musim panas, terkadang dalam jumlah yang sangat besar dan selama beberapa bulan.

Pengamatan terhadap awan noctilucent telah membuktikan bahwa di musim panas, angin pada tingkatnya sangat bervariasi. Kecepatan angin sangat bervariasi: dari 50-100 hingga beberapa ratus kilometer per jam.

Suhu di ketinggian. Representasi visual dari sifat distribusi suhu dengan ketinggian, antara permukaan bumi dan ketinggian 90-100 km, pada musim dingin dan musim panas di belahan bumi utara, diberikan pada Gambar 5. Permukaan yang memisahkan bola digambarkan di sini dengan tebal garis putus-putus. Di bagian paling bawah, troposfer terlihat jelas dengan karakteristik penurunan suhu seiring ketinggian. Di atas tropopause, sebaliknya di stratosfer, suhu umumnya meningkat seiring dengan ketinggian dan pada ketinggian 50-55. km mencapai + 10°, -10°. Mari kita perhatikan detail penting. Di musim dingin, di stratosfer lintang tinggi, suhu di atas tropopause turun dari -60 menjadi -75° dan hanya di atas 30 km kembali meningkat menjadi -15°. Di musim panas, mulai dari tropopause, suhu naik 50 derajat seiring ketinggian km mencapai +10°. Di atas stratopause, suhu menurun lagi seiring dengan ketinggian, dan pada level 80 km tidak melebihi -70°, -90°.

Dari Gambar 5 berikut ini pada layer 10-40 km Suhu udara di musim dingin dan musim panas di lintang tinggi sangat berbeda. Di musim dingin, dalam kondisi malam kutub, suhu di sini mencapai -60°, -75°, dan di musim panas minimal -45° di dekat tropopause. Di atas tropopause, suhu meningkat pada ketinggian 30-35 km hanya -30°, -20° yang disebabkan oleh memanasnya udara di lapisan ozon pada kondisi hari kutub. Berdasarkan gambar tersebut juga bahwa meskipun pada musim yang sama dan pada ketinggian yang sama, suhunya tidak sama. Perbedaannya antara garis lintang yang berbeda melebihi 20-30°. Dalam hal ini, heterogenitas sangat signifikan pada lapisan bersuhu rendah (18-30 km) dan pada lapisan suhu maksimum (50-60 km) di stratosfer, serta di lapisan bersuhu rendah di mesosfer atas (75-85km).

Suhu rata-rata yang ditunjukkan pada Gambar 5 diperoleh dari data observasi di belahan bumi utara, namun jika dilihat dari informasi yang tersedia, suhu tersebut juga dapat dikaitkan dengan belahan bumi selatan. Beberapa perbedaan terutama terjadi di daerah lintang tinggi. Di Antartika pada musim dingin, suhu udara di troposfer dan stratosfer bawah terasa lebih rendah dibandingkan di Arktik Tengah.

Angin di ketinggian. Distribusi suhu musiman ditentukan oleh sistem arus udara yang agak rumit di stratosfer dan mesosfer.

Gambar 6 menunjukkan bagian vertikal medan angin di atmosfer antara permukaan bumi dan ketinggian 90 km musim dingin dan musim panas di belahan bumi utara. Isoline menggambarkan kecepatan rata-rata angin yang ada (in m/detik). Berdasarkan gambar tersebut, rezim angin di stratosfer pada musim dingin dan musim panas sangat berbeda. Pada musim dingin, baik troposfer maupun stratosfer didominasi oleh angin barat dengan kecepatan maksimum sekitar

100 m/detik pada ketinggian 60-65 km. Di musim panas, angin barat hanya terjadi hingga ketinggian 18-20 km. Lebih tinggi lagi mereka menuju ke timur, dengan kecepatan maksimum hingga 70 m/detik pada ketinggian 55-60km.

Di musim panas, di atas mesosfer, angin bertiup ke barat, dan di musim dingin - ke timur.

Termosfer. Di atas mesosfer terdapat termosfer, yang ditandai dengan peningkatan suhu Dengan tinggi. Berdasarkan data yang diperoleh, terutama dengan bantuan roket, diketahui bahwa termosfer sudah berada pada level 150 km suhu udara mencapai 220-240°, dan pada 200 km lebih dari 500°. Di atas suhunya terus meningkat dan berada pada level 500-600 km melebihi 1500°. Berdasarkan data yang diperoleh dari peluncuran satelit bumi buatan, ditemukan bahwa suhu di termosfer atas mencapai sekitar 2000° dan berfluktuasi secara signifikan pada siang hari. Timbul pertanyaan bagaimana menjelaskan suhu tinggi di lapisan atmosfer yang tinggi. Ingatlah bahwa suhu gas adalah ukuran kecepatan rata-rata pergerakan molekul. Di bagian atmosfer yang lebih rendah dan paling padat, molekul-molekul gas penyusun udara sering bertabrakan satu sama lain ketika bergerak dan langsung mentransfer energi kinetik satu sama lain. Oleh karena itu, energi kinetik pada medium padat rata-rata sama. Di lapisan tinggi, yang kepadatan udaranya sangat rendah, tumbukan antar molekul yang terletak pada jarak jauh lebih jarang terjadi. Ketika energi diserap, kecepatan molekul berubah drastis di antara tumbukan; selain itu, molekul gas yang lebih ringan bergerak dengan kecepatan lebih tinggi dibandingkan molekul gas berat. Akibatnya, suhu gas mungkin berbeda.

Dalam gas yang dijernihkan, terdapat relatif sedikit molekul dengan ukuran yang sangat kecil (gas ringan). Jika mereka bergerak dengan kecepatan tinggi, maka suhu dalam volume udara tertentu akan tinggi. Di termosfer, setiap sentimeter kubik udara mengandung puluhan dan ratusan ribu molekul berbagai gas, sedangkan di permukaan bumi terdapat sekitar ratusan juta miliar molekul. Oleh karena itu, suhu yang terlalu tinggi di lapisan atas atmosfer, yang menunjukkan kecepatan pergerakan molekul di lingkungan yang sangat longgar ini, tidak dapat menyebabkan pemanasan sedikit pun pada benda yang berada di sini. Seperti halnya seseorang tidak merasakan suhu tinggi di bawah cahaya lampu listrik yang menyilaukan, meskipun filamen di lingkungan yang dijernihkan langsung memanas hingga beberapa ribu derajat.

Di termosfer bawah dan mesosfer, sebagian besar hujan meteor terbakar sebelum mencapai permukaan bumi.

Tersedia informasi tentang lapisan atmosfer di atas 60-80 km masih belum cukup untuk membuat kesimpulan akhir tentang struktur, rezim dan proses yang berkembang di dalamnya. Namun, diketahui bahwa di mesosfer atas dan termosfer bawah, rezim suhu tercipta sebagai akibat dari transformasi molekul oksigen (O 2) menjadi oksigen atom (O), yang terjadi di bawah pengaruh radiasi ultraviolet matahari. Di termosfer, rezim suhu sangat dipengaruhi oleh sel darah, sinar-X dan. radiasi ultraviolet dari Matahari. Di sini, bahkan pada siang hari, terjadi perubahan suhu dan angin yang tajam.

Ionisasi atmosfer. Ciri yang paling menarik dari atmosfer adalah di atas 60-80 km adalah miliknya ionisasi, yaitu, proses pembentukan sejumlah besar partikel bermuatan listrik - ion. Karena ionisasi gas merupakan karakteristik termosfer bawah, maka disebut juga ionosfer.

Gas-gas di ionosfer sebagian besar berada dalam keadaan atom. Di bawah pengaruh radiasi ultraviolet dan sel darah Matahari yang berenergi tinggi, terjadi proses pemisahan elektron dari atom netral dan molekul udara. Atom dan molekul yang kehilangan satu atau lebih elektron menjadi bermuatan positif, dan elektron bebas dapat bergabung kembali dengan atom atau molekul netral dan memberinya muatan negatif. Atom dan molekul yang bermuatan positif dan negatif disebut ion, dan gas - terionisasi, yaitu, setelah menerima muatan listrik. Pada konsentrasi ion yang lebih tinggi, gas menjadi konduktif secara listrik.

Proses ionisasi terjadi paling intensif pada lapisan tebal yang dibatasi oleh ketinggian 60-80 dan 220-400 km. Pada lapisan ini terdapat kondisi optimal untuk ionisasi. Di sini, kepadatan udara jauh lebih besar daripada di bagian atas atmosfer, dan pasokan radiasi ultraviolet dan sel darah dari Matahari cukup untuk proses ionisasi.

Penemuan ionosfer merupakan salah satu pencapaian ilmu pengetahuan yang penting dan cemerlang. Bagaimanapun, ciri khas ionosfer adalah pengaruhnya terhadap perambatan gelombang radio. Pada lapisan terionisasi, gelombang radio dipantulkan, sehingga komunikasi radio jarak jauh menjadi mungkin. Atom-ion bermuatan memantulkan gelombang radio pendek, dan kembali ke permukaan bumi, tetapi pada jarak yang cukup jauh dari tempat transmisi radio. Jelasnya, gelombang radio pendek menempuh jalur ini beberapa kali, dan dengan demikian komunikasi radio jarak jauh terjamin. Jika bukan karena ionosfer, maka perlu dibangun jalur relai radio yang mahal untuk mengirimkan sinyal radio jarak jauh.

Namun diketahui bahwa terkadang komunikasi radio pada gelombang pendek terganggu. Hal ini terjadi sebagai akibat dari semburan kromosfer Matahari, yang menyebabkan radiasi ultraviolet Matahari meningkat tajam, menyebabkan gangguan kuat pada ionosfer dan medan magnet bumi - badai magnet. Selama badai magnet, komunikasi radio terganggu, karena pergerakan partikel bermuatan bergantung pada medan magnet. Selama badai magnet, ionosfer memantulkan gelombang radio lebih buruk atau mentransmisikannya ke luar angkasa. Terutama dengan perubahan aktivitas matahari yang disertai dengan peningkatan radiasi ultraviolet, kerapatan elektron ionosfer dan penyerapan gelombang radio pada siang hari meningkat sehingga menyebabkan terganggunya komunikasi radio gelombang pendek.

Menurut penelitian baru, dalam lapisan terionisasi kuat terdapat zona di mana konsentrasi elektron bebas mencapai konsentrasi yang sedikit lebih tinggi daripada di lapisan tetangganya. Diketahui empat zona seperti itu, yang terletak di ketinggian sekitar 60-80, 100-120, 180-200 dan 300-400. km dan ditandai dengan huruf D, E, F 1 Dan F 2 . Dengan meningkatnya radiasi Matahari, partikel bermuatan (sel darah) di bawah pengaruh medan magnet bumi dibelokkan menuju lintang tinggi. Saat memasuki atmosfer, sel-sel tersebut meningkatkan ionisasi gas sedemikian rupa sehingga mulai bersinar. Beginilah cara mereka muncul aurora- dalam bentuk busur warna-warni indah yang menyala di langit malam, terutama di garis lintang tinggi Bumi. Aurora disertai dengan badai magnet yang kuat. Dalam kasus seperti ini, aurora akan terlihat di garis lintang tengah, dan dalam kasus yang jarang terjadi, bahkan di zona tropis. Misalnya, aurora intens yang diamati pada 21-22 Januari 1957 terlihat hampir di seluruh wilayah selatan negara kita.

Dengan memotret aurora dari dua titik yang berjarak beberapa puluh kilometer, ketinggian aurora ditentukan dengan sangat akurat. Biasanya aurora terletak di ketinggian sekitar 100 km, Mereka sering ditemukan pada ketinggian beberapa ratus kilometer, dan terkadang pada ketinggian sekitar 1000 km. Meski sifat aurora telah diklarifikasi, namun masih banyak pertanyaan yang belum terselesaikan terkait fenomena tersebut. Alasan keragaman bentuk aurora masih belum diketahui.

Menurut satelit Soviet ketiga, antara ketinggian 200 dan 1000 km Pada siang hari, ion positif dari molekul oksigen terpecah, yaitu atom oksigen (O), mendominasi. Ilmuwan Soviet sedang menjelajahi ionosfer menggunakan satelit buatan seri Cosmos. Ilmuwan Amerika juga mempelajari ionosfer menggunakan satelit.

Permukaan yang memisahkan termosfer dan eksosfer mengalami fluktuasi tergantung perubahan aktivitas matahari dan faktor lainnya. Secara vertikal fluktuasinya mencapai 100-200 km dan banyak lagi.

Eksosfer (bola hamburan) - bagian paling atas atmosfer, terletak di atas 800 km. Hal ini masih sedikit dipelajari. Menurut data pengamatan dan perhitungan teoretis, suhu di eksosfer meningkat seiring ketinggian, mungkin hingga 2000°. Berbeda dengan ionosfer bawah, di eksosfer gas-gas tersebut sangat langka sehingga partikel-partikelnya, yang bergerak dengan kecepatan sangat tinggi, hampir tidak pernah bertemu satu sama lain.

Sampai saat ini, diasumsikan bahwa batas konvensional atmosfer berada pada ketinggian sekitar 1000 km. Namun berdasarkan perlambatan satelit Bumi buatan, diketahui bahwa pada ketinggian 700-800 km dalam 1 cm 3 mengandung hingga 160 ribu ion positif atom oksigen dan nitrogen. Hal ini menunjukkan bahwa lapisan atmosfer yang bermuatan meluas ke luar angkasa dengan jarak yang jauh lebih jauh.

Pada suhu tinggi pada batas normal atmosfer, kecepatan partikel gas mencapai sekitar 12 km/detik. Pada kecepatan ini, gas secara bertahap keluar dari wilayah gravitasi ke ruang antarplanet. Hal ini terjadi dalam jangka waktu yang lama. Misalnya, partikel hidrogen dan helium dipindahkan ke ruang antarplanet selama beberapa tahun.

Dalam studi lapisan atmosfer yang tinggi, data yang kaya diperoleh baik dari satelit seri Cosmos dan Electron, dan dari roket geofisika dan stasiun luar angkasa Mars-1, Luna-4, dll. Pengamatan langsung terhadap astronot juga ternyata bermanfaat. berharga. Jadi, menurut foto yang diambil di luar angkasa oleh V. Nikolaeva-Tereshkova, diketahui bahwa pada ketinggian 19 km Ada lapisan debu dari bumi. Hal ini dikonfirmasi oleh data yang diperoleh awak pesawat ruang angkasa Voskhod. Rupanya, ada hubungan erat antara lapisan debu dengan apa yang disebut awan mutiara, kadang-kadang diamati pada ketinggian sekitar 20-30km.

Mulai dari atmosfer hingga luar angkasa. Anggapan sebelumnya bahwa di luar atmosfer bumi, berada di antarplanet

ruang angkasa, gas sangat dijernihkan dan konsentrasi partikelnya tidak melebihi beberapa satuan dalam 1 cm 3, tidak menjadi kenyataan. Penelitian telah menunjukkan bahwa ruang dekat Bumi dipenuhi dengan partikel bermuatan. Atas dasar ini, sebuah hipotesis diajukan tentang keberadaan zona di sekitar bumi dengan kandungan partikel bermuatan yang meningkat secara signifikan, yaitu. sabuk radiasi- dalam dan luar. Data baru membantu memperjelas berbagai hal. Ternyata terdapat juga partikel bermuatan antara sabuk radiasi dalam dan luar. Jumlahnya bervariasi tergantung aktivitas geomagnetik dan matahari. Jadi, menurut asumsi baru, alih-alih sabuk radiasi, yang ada adalah zona radiasi tanpa batas yang jelas. Batas-batas zona radiasi berubah tergantung aktivitas matahari. Ketika ia meningkat, yaitu ketika bintik-bintik dan pancaran gas muncul di Matahari, yang terlontar sejauh ratusan ribu kilometer, aliran partikel kosmik yang memberi makan zona radiasi bumi meningkat.

Zona radiasi berbahaya bagi orang yang terbang dengan pesawat ruang angkasa. Oleh karena itu, sebelum penerbangan ke luar angkasa, keadaan dan posisi zona radiasi ditentukan, dan orbit pesawat ruang angkasa dipilih sehingga melewati area dengan peningkatan radiasi. Namun, lapisan atmosfer yang tinggi, serta ruang angkasa yang dekat dengan Bumi, masih sedikit yang dieksplorasi.

Studi tentang lapisan tinggi atmosfer dan ruang dekat Bumi menggunakan banyak data yang diperoleh dari satelit Cosmos dan stasiun luar angkasa.

Lapisan atmosfer yang tinggi adalah yang paling sedikit dipelajari. Namun, metode penelitian modern memungkinkan kita untuk berharap bahwa di tahun-tahun mendatang manusia akan mengetahui banyak detail tentang struktur atmosfer di dasar tempat mereka tinggal.

Sebagai kesimpulan, kami menyajikan skema bagian vertikal atmosfer (Gbr. 7). Di sini, ketinggian dalam kilometer dan tekanan udara dalam milimeter diplot secara vertikal, dan suhu diplot secara horizontal. Kurva padat menunjukkan perubahan suhu udara terhadap ketinggian. Pada ketinggian yang sesuai, fenomena terpenting yang diamati di atmosfer dicatat, serta ketinggian maksimum yang dicapai oleh radiosonde dan alat penginderaan atmosfer lainnya.

- Sumber-

Poghosyan, Kh.P. Suasana Bumi / H.P. Poghosyan [dan lainnya]. – M.: Pendidikan, 1970.- 318 hal.

Tampilan Postingan: 1.264

Komposisi Bumi. Udara

Udara merupakan campuran mekanis berbagai gas yang menyusun atmosfer bumi. Udara diperlukan untuk respirasi organisme hidup dan banyak digunakan dalam industri.

Fakta bahwa udara adalah campuran, dan bukan zat homogen, dibuktikan dalam percobaan ilmuwan Skotlandia Joseph Black. Dalam salah satu dari mereka, ilmuwan menemukan bahwa ketika magnesia putih (magnesium karbonat) dipanaskan, “udara terikat” dilepaskan, yaitu karbon dioksida, dan magnesia yang terbakar (magnesium oksida) terbentuk. Sebaliknya, ketika batu kapur dibakar, “udara yang terikat” dihilangkan. Berdasarkan percobaan tersebut, ilmuwan menyimpulkan bahwa perbedaan antara karbon dioksida dan alkali kaustik adalah karbon dioksida mengandung karbon dioksida, yang merupakan salah satu penyusun udara. Saat ini kita mengetahui bahwa selain karbon dioksida, komposisi udara bumi meliputi:

Rasio gas di atmosfer bumi yang ditunjukkan pada tabel adalah tipikal untuk lapisan bawahnya, hingga ketinggian 120 km. Di wilayah ini terdapat wilayah yang tercampur rata dan homogen yang disebut homosfer. Di atas homosfer terdapat heterosfer, yang ditandai dengan penguraian molekul gas menjadi atom dan ion. Daerah-daerah tersebut dipisahkan satu sama lain dengan jeda turbo.

Reaksi kimia di mana molekul terurai menjadi atom di bawah pengaruh radiasi matahari dan kosmik disebut fotodisosiasi. Pembusukan oksigen molekuler menghasilkan oksigen atom, yang merupakan gas utama atmosfer pada ketinggian di atas 200 km. Pada ketinggian di atas 1200 km, hidrogen dan helium, yang merupakan gas paling ringan, mulai mendominasi.

Karena sebagian besar udara terkonsentrasi di 3 lapisan atmosfer bawah, perubahan komposisi udara pada ketinggian di atas 100 km tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap komposisi atmosfer secara keseluruhan.

Nitrogen adalah gas yang paling umum, menyumbang lebih dari tiga perempat volume udara bumi. Nitrogen modern dibentuk oleh oksidasi atmosfer awal amonia-hidrogen oleh oksigen molekuler, yang terbentuk selama fotosintesis. Saat ini, sejumlah kecil nitrogen memasuki atmosfer sebagai hasil denitrifikasi - proses reduksi nitrat menjadi nitrit, diikuti dengan pembentukan gas oksida dan nitrogen molekuler, yang diproduksi oleh prokariota anaerobik. Beberapa nitrogen memasuki atmosfer selama letusan gunung berapi.

Di lapisan atas atmosfer, ketika terkena pelepasan listrik yang melibatkan ozon, molekul nitrogen dioksidasi menjadi nitrogen monoksida:

N 2 + O 2 → 2TIDAK

Dalam kondisi normal, monoksida segera bereaksi dengan oksigen membentuk dinitrogen oksida:

2NO + O 2 → 2N 2 O

Nitrogen merupakan unsur kimia terpenting di atmosfer bumi. Nitrogen adalah bagian dari protein dan menyediakan nutrisi mineral bagi tanaman. Ini menentukan laju reaksi biokimia dan berperan sebagai pengencer oksigen.

Gas kedua yang paling umum di atmosfer bumi adalah oksigen. Pembentukan gas ini berhubungan dengan aktivitas fotosintesis tumbuhan dan bakteri. Dan semakin beragam dan banyak organisme fotosintetik, semakin signifikan pula proses kandungan oksigen di atmosfer. Sejumlah kecil oksigen berat dilepaskan selama degassing mantel.

Di lapisan atas troposfer dan stratosfer, di bawah pengaruh radiasi ultraviolet matahari (kami menyatakannya sebagai hν), ozon terbentuk:

O 2 + hν → 2O

Akibat radiasi ultraviolet yang sama, ozon terurai:

O 3 + hν → O 2 + O

tentang 3 + tentang → 2 tentang 2

Sebagai hasil dari reaksi pertama, oksigen atom terbentuk, dan sebagai hasil dari reaksi kedua, oksigen molekuler terbentuk. Keempat reaksi tersebut disebut “mekanisme Chapman”, diambil dari nama ilmuwan Inggris Sidney Chapman yang menemukannya pada tahun 1930.

Oksigen digunakan untuk respirasi organisme hidup. Dengan bantuannya, proses oksidasi dan pembakaran terjadi.

Ozon berfungsi melindungi organisme hidup dari radiasi ultraviolet yang menyebabkan mutasi ireversibel. Konsentrasi ozon tertinggi diamati di stratosfer bawah yang disebut. lapisan ozon atau layar ozon, terletak pada ketinggian 22-25 km. Kandungan ozonnya kecil: pada tekanan normal, seluruh ozon di atmosfer bumi hanya menempati lapisan setebal 2,91 mm.

Pembentukan gas paling melimpah ketiga di atmosfer, argon, serta neon, helium, kripton, dan xenon, dikaitkan dengan letusan gunung berapi dan peluruhan unsur radioaktif.

Secara khusus, helium adalah produk peluruhan radioaktif uranium, torium, dan radium: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (dalam reaksi ini partikel α adalah inti helium, yang dalam proses kehilangan energi menangkap elektron dan menjadi 4 He).

Argon terbentuk selama peluruhan isotop radioaktif kalium: 40 K → 40 Ar + γ.

Neon lolos dari batuan beku.

Kripton terbentuk sebagai produk akhir peluruhan uranium (235 U dan 238 U) dan thorium Th.

Sebagian besar kripton di atmosfer terbentuk pada tahap awal evolusi bumi sebagai akibat dari peluruhan unsur transuranium dengan waktu paruh yang sangat pendek atau berasal dari luar angkasa, yang kandungan kriptonnya sepuluh juta kali lebih tinggi daripada di Bumi.

Xenon merupakan hasil fisi uranium, namun sebagian besar gas ini tersisa dari tahap awal pembentukan bumi, dari atmosfer purba.

Karbon dioksida memasuki atmosfer sebagai akibat dari letusan gunung berapi dan penguraian bahan organik. Kandungannya di atmosfer garis lintang tengah bumi sangat bervariasi tergantung musim dalam setahun: di musim dingin jumlah CO 2 meningkat, dan di musim panas berkurang. Fluktuasi ini terkait dengan aktivitas tumbuhan yang menggunakan karbon dioksida dalam proses fotosintesis.

Hidrogen terbentuk sebagai hasil penguraian air oleh radiasi matahari. Namun, sebagai gas paling ringan yang menyusun atmosfer, ia terus-menerus menguap ke luar angkasa, sehingga kandungannya di atmosfer sangat kecil.

Uap air merupakan hasil penguapan air dari permukaan danau, sungai, laut, dan daratan.

Konsentrasi gas-gas utama di lapisan bawah atmosfer, kecuali uap air dan karbon dioksida, adalah konstan. Atmosfer mengandung sulfur oksida SO 2, amonia NH 3, karbon monoksida CO, ozon O 3, hidrogen klorida HCl, hidrogen fluorida HF, nitrogen monoksida NO, hidrokarbon, uap merkuri Hg, yodium I 2 dan banyak lainnya dalam jumlah kecil. Di lapisan atmosfer bawah, troposfer, selalu terdapat sejumlah besar partikel padat dan cair yang tersuspensi.

Sumber materi partikulat di atmosfer bumi meliputi letusan gunung berapi, serbuk sari, mikroorganisme, dan, yang terbaru, aktivitas manusia, seperti pembakaran bahan bakar fosil selama produksi. Partikel debu terkecil yang merupakan inti kondensasi menyebabkan terbentuknya kabut dan awan. Tanpa adanya partikel partikulat yang terus-menerus di atmosfer, curah hujan tidak akan turun ke Bumi.

Mari kita cari tahu apa itu? Seperti yang Anda ketahui, ia dikelilingi oleh cangkang yang sebagian besar terdiri dari gas. Atmosfer bumi justru merupakan cangkang ini. Perlu dicatat bahwa itu milik salah satu yang disebut geosfer.
Penting agar atmosfer planet ini seolah-olah merupakan kelanjutannya. Pasalnya, massa gas bergerak bersama Bumi. Dan hanya secara bertahap, bisa dikatakan, ia mengalir dengan lancar ke luar angkasa.

Terdiri dari apakah atmosfer bumi?

Ternyata atmosfer planet bumi muncul karena dua faktor:

jatuhnya benda luar angkasa ke permukaan planet kita. Atau lebih tepatnya, penguapan zat-zat yang membentuk benda-benda ini;
degassing mantel bumi. Sederhananya, emisi gas yang terjadi saat letusan gunung berapi.

Namun keberadaan air, flora dan fauna di planet ini memegang peranan penting. Karena semua ini menyebabkan munculnya biosfer, serta perubahan atmosfer.
Menurut para ilmuwan, atmosfer mengandung gas dan berbagai kotoran. Misalnya seperti debu, partikel air, kristal es, garam laut dan hasil pembakaran.

Atmosfer bumi dan strukturnya

Tentu saja, bola gas yang mengelilingi kita bukan sekadar lapisan tipis air dan udara di planet ini. Itu semacam selimut awan. Ia melindungi dan melindungi kita dari pengaruh kekuatan kosmis. Saat ini, lapisan-lapisan tertentu yang menyusun atmosfer bumi telah teridentifikasi. Mari kita lihat lebih detail di bawah ini.

Ini adalah lapisan utama dan juga lapisan bawah cangkang udara. Selain itu, ia mengandung lebih dari 80% total massa udara, dan sekitar 90% dari seluruh uap air yang ada di seluruh atmosfer. Dengan mempertimbangkan garis lintang geografis, batas atas bagian melingkar ini dapat berada pada ketinggian 8 hingga 18 km.
Menariknya, konveksi dan turbulensi terjadi di troposfer. Apalagi di bagian inilah terbentuknya awan, terjadilah penciptaan siklon dan antisiklon. Para ilmuwan juga mencatat ciri khas lapisan atmosfer ini: semakin tinggi, semakin rendah suhu udara.
Omong-omong, troposfer bawah adalah lapisan batas. Tebalnya sekitar 1-2 km. Ternyata, hal ini berkaitan erat dengan permukaan planet kita. Memang, di dalamnya sifat-sifat dan keadaan bola bumi mempengaruhi seluruh cangkang di sekitarnya.

Tropopause

Ini adalah nama yang diberikan untuk wilayah peralihan antara troposfer dan stratosfer. Sederhananya, transformasi mulus dari satu ke yang lain. Menariknya, ada jeda penurunan suhu udara seiring bertambahnya ketinggian.

Stratosfer sebagai wilayah atmosfer bumi

Kawasan atmosfer ini terletak di ketinggian 11 hingga 50 km. Penting bahwa di sinilah letak lapisan ozon. Dan seperti yang Anda tahu, itu melindungi kita dari radiasi ultraviolet.
Stratosfer membentuk sekitar 20% dari total massa cangkang bumi.
Ciri khasnya adalah di bagian bawah (11-25 km) terjadi sedikit perubahan suhu, sedangkan di bagian atas (25-40 km) sebaliknya terjadi peningkatan aktif. Omong-omong, bagian atas disebut daerah inversi.

Stratopause

Yang perlu diperhatikan, pada jarak 40 km suhunya 00C, dan tetap hingga 55 km. Wilayah ini disebut stratopause. Ngomong-ngomong, ini mewakili tepi stratosfer, dan transisi dari stratosfer ke mesosfer.

Mesosfer

Sebenarnya berasal dari ketinggian 50 km. Dan batas atasnya terletak pada 80-90 km. Menurut para ilmuwan, suhu di mesosfer menurun seiring bertambahnya ketinggian. Namun, pertukaran panas radiasi terjadi di sini. Selain itu, proses fotokimia yang kompleks menimbulkan cahaya di atmosfer bumi.
Bagian mesosfer relatif terhadap massa total tidak lebih dari 0,3%.

Mesopause

Ini adalah wilayah peralihan dari mesosfer ke termosfer. Perlu dicatat bahwa latar belakang suhunya minimal (sekitar -90°C).

Jalur Karman

Padahal, ini adalah titik puncak di atas permukaan laut. Selain itu, sudah menjadi kebiasaan untuk menganggapnya sebagai batas wilayah dari atmosfer bumi hingga ruang angkasa itu sendiri. Diketahui garis Karman terletak pada ketinggian 100 km dari permukaan laut.

Atmosfer bumi dan termosfernya

Dapat dikatakan bahwa ini adalah batas paling atas zona udara planet ini (kira-kira 800 km). Namun suhu seluruh wilayah berbeda. Misalnya sampai 200-300 km ada kenaikan menjadi 1500 K, setelah itu nilainya tetap sama.

Menariknya, aurora teramati di kawasan ini. Kemungkinan besar, mereka muncul sebagai akibat dari ionisasi udara. Yang, pada gilirannya, timbul di bawah pengaruh radiasi Matahari dan radiasi kosmik. Omong-omong, wilayah utama dan utama ionosfer terletak di sini.
Selain itu, pada ketinggian di atas 300 km terdapat sejumlah besar oksigen atom.
Anehnya, batas atas termosfer bisa berubah ukurannya. Hal ini terutama disebabkan oleh aktivitas matahari. Jadi misalnya pada saat aktivitas rendah menurun, begitu pula sebaliknya.
Dari total massa atmosfer bumi, termosfer menyumbang kurang dari 0,05%.

Termopause

Sebenarnya, ini adalah wilayah yang terletak di atas termosfer. Ada sedikit penyerapan radiasi matahari di sini. Selain itu, ditemukan bahwa suhu tetap tidak berubah.

Eksosfer

Itu juga disebut berbeda bola hamburan. Selain itu, ini adalah bagian terluar dari termosfer. Di zona ini, gasnya sangat langka. Karena alasan ini, elemen-elemennya bocor ke luar angkasa.
Pada ketinggian 2000-3000 km, eksosfer perlahan menyatu dengan wilayah antarplanet. Oleh karena itu, daerah ini sering disebut dengan ruang hampa dekat. Di dalamnya, ruang tersebut diisi dengan partikel gas mulia, terutama atom hidrogen.

Terdiri dari apa lagi atmosfer bumi?

Selain lapisan udara teritorial bumi, dibedakan pula antara ionosfer dan neutronosfer. Mereka dibagi menurut sifat listriknya. Seperti telah disebutkan, ionosfer sebagian besar terletak di termosfer. Dan ini ada hubungannya dengan ionisasi udara. Namun tidak semua orang memahami apa itu neutrosfer. Sederhananya, ini adalah bagian bawah lapisan atmosfer. Hal ini didominasi oleh partikel udara bumi yang tidak bermuatan.

Selain itu, pada selubung udara di sekitar kita, para ilmuwan telah mengidentifikasi dua area:
1) Heterosfer- area di mana gaya gravitasi mempengaruhi gas. Dengan cara ini mereka sedikit tercampur. Oleh karena itu, komposisi heterosfer bervariasi.
2) Homosfer- area di bawah heterosfer di mana terdapat gas yang sangat tercampur. Oleh karena itu komposisinya homogen.
Selain itu, ada batas antar zona tersebut. Mereka memanggilnya jeda turbo. Wilayahnya terbentang pada ketinggian 120 km.

Seperti yang Anda lihat, atmosfer planet Bumi memiliki struktur yang cukup menarik. Meskipun saya tidak bisa mengatakan bahwa ini benar-benar rumit. Kemungkinan besar, kami telah mempelajarinya dengan cukup baik. Namun alam selalu memberi kita kejutan.

Troposfer

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 dibandingkan di musim panas. Lapisan bawah atmosfer utama mengandung lebih dari 80% total massa udara atmosfer dan sekitar 90% total uap air yang ada di atmosfer. Turbulensi dan konveksi sangat berkembang di troposfer, awan muncul, dan siklon serta antisiklon berkembang. Suhu menurun seiring bertambahnya ketinggian dengan gradien vertikal rata-rata 0,65°/100 m