> Atmosfera Pământului

Descriere Atmosfera Pământului pentru copii de toate vârstele: în ce constă aerul, prezența gazelor, straturile foto, clima și vremea celei de-a treia planete din sistemul solar.

Pentru cei mici Se știe deja că Pământul este singura planetă din sistemul nostru care are o atmosferă viabilă. Pătura de gaz nu este doar bogată în aer, ci ne protejează și de căldura excesivă și radiațiile solare. Important explica copiilor că sistemul este incredibil de bine conceput, deoarece permite suprafeței să se încălzească ziua și să se răcească noaptea, menținând în același timp un echilibru acceptabil.

ÎNCEPE explicatie pentru copii Este posibil din faptul că globul atmosferei terestre se întinde pe 480 km, dar cea mai mare parte este situat la 16 km de suprafață. Cu cât altitudinea este mai mare, cu atât presiunea este mai mică. Dacă luăm nivelul mării, atunci presiunea este de 1 kg pe centimetru pătrat. Dar la o altitudine de 3 km, se va schimba - 0,7 kg pe centimetru pătrat. Desigur, în astfel de condiții este mai greu să respiri ( copii ai putea simți dacă ai făcut vreodată drumeții în munți).

Compoziția aerului Pământului - o explicație pentru copii

Gazele includ:

• Azot - 78%.
• Oxigen - 21%.
• Argon - 0,93%.
• Dioxid de carbon - 0,038%.
• În cantități mici există și vapori de apă și alte impurități gazoase.

Straturile atmosferice ale Pământului - o explicație pentru copii

Părinţi sau profesori La scoala Trebuie amintit că atmosfera pământului este împărțită în 5 niveluri: exosferă, termosferă, mezosferă, stratosferă și troposferă. Cu fiecare strat, atmosfera se dizolvă din ce în ce mai mult, până când gazele se dispersează în cele din urmă în spațiu.

Troposfera este cea mai apropiată de suprafață. Cu o grosime de 7-20 km, alcătuiește jumătate din atmosfera terestră. Cu cât mai aproape de Pământ, cu atât aerul se încălzește mai mult. Aproape toți vaporii de apă și praful sunt colectați aici. Copiii poate să nu fie surprinși că la acest nivel plutesc norii.

Stratosfera începe din troposferă și se ridică la 50 km deasupra suprafeței. Există mult ozon aici, care încălzește atmosfera și scutește de radiațiile solare dăunătoare. Aerul este de 1000 de ori mai subțire decât deasupra nivelului mării și neobișnuit de uscat. De aceea, avioanele se simt minunat aici.

Mezosfera: 50 km până la 85 km deasupra suprafeței. Vârful se numește mezopauză și este cel mai rece loc din atmosfera pământului (-90°C). Este foarte dificil de explorat deoarece avioanele cu reacție nu pot ajunge acolo, iar altitudinea orbitală a sateliților este prea mare. Oamenii de știință știu doar că aici ard meteorii.

Termosfera: 90 km si intre 500-1000 km. Temperatura ajunge la 1500°C. Este considerat parte a atmosferei pământului, dar este important explica copiilor că densitatea aerului aici este atât de scăzută încât cea mai mare parte a acestuia este deja percepută ca spațiu exterior. De fapt, aici se află navetele spațiale și Stația Spațială Internațională. În plus, aici se formează aurore. Particulele cosmice încărcate intră în contact cu atomii și moleculele termosferei, transferându-le la un nivel de energie mai înalt. Din această cauză, vedem acești fotoni de lumină sub formă de aurore.

Exosfera este cel mai înalt strat. Linia incredibil de subțire a fuziunii atmosferei cu spațiul. Constă din particule de hidrogen și heliu larg dispersate.

Clima și vremea Pământului - o explicație pentru copii

Pentru cei mici trebuie sa explica că Pământul reușește să susțină multe specii vii datorită climei regionale, care este reprezentată de frig extrem la poli și căldură tropicală la ecuator. Copii trebuie să știți că clima regională este vremea care într-o anumită zonă rămâne neschimbată timp de 30 de ani. Desigur, uneori se poate schimba timp de câteva ore, dar în cea mai mare parte rămâne stabil.

În plus, se distinge și clima terestră globală - media celei regionale. S-a schimbat de-a lungul istoriei omenirii. Astăzi este o încălzire rapidă. Oamenii de știință trag un semnal de alarmă, deoarece gazele cu efect de seră cauzate de om captează căldura în atmosferă, riscând să transforme planeta noastră în Venus.

Compoziția pământului. Aer

Aerul este un amestec mecanic de diverse gaze care formează atmosfera Pământului. Aerul este esențial pentru respirația organismelor vii și este utilizat pe scară largă în industrie.

Faptul că aerul este un amestec, și nu o substanță omogenă, a fost dovedit în timpul experimentelor omului de știință scoțian Joseph Black. În timpul uneia dintre ele, omul de știință a descoperit că atunci când magnezia albă (carbonatul de magneziu) este încălzită, „aerul legat”, adică dioxid de carbon, este eliberat și se formează magnezia arsă (oxid de magneziu). În schimb, atunci când se arde calcarul, „aerul legat” este îndepărtat. Pe baza acestor experimente, omul de știință a concluzionat că diferența dintre alcalii carbonici și caustici este că primul include dioxid de carbon, care este unul dintre componentele aerului. Astăzi știm că, pe lângă dioxidul de carbon, compoziția aerului pământului include:

Raportul dintre gazele din atmosfera pământului indicat în tabel este tipic pentru straturile sale inferioare, până la o înălțime de 120 km. În aceste zone se află o regiune bine amestecată, omogenă, numită homosferă. Deasupra homosferei se află heterosfera, care se caracterizează prin descompunerea moleculelor de gaz în atomi și ioni. Regiunile sunt separate unele de altele printr-o turbopauză.

Reacția chimică în care, sub influența radiațiilor solare și cosmice, moleculele se descompun în atomi, se numește fotodisociere. În timpul dezintegrarii oxigenului molecular, se formează oxigenul atomic, care este principalul gaz al atmosferei la altitudini de peste 200 km. La altitudini de peste 1200 km, hidrogenul și heliul, care sunt cele mai ușoare dintre gaze, încep să predomine.

Deoarece cea mai mare parte a aerului este concentrată în cele 3 straturi atmosferice inferioare, modificările compoziției aerului la altitudini de peste 100 km nu au un efect vizibil asupra compoziției generale a atmosferei.

Azotul este cel mai comun gaz, reprezentând mai mult de trei sferturi din volumul de aer al pământului. Azotul modern s-a format prin oxidarea atmosferei timpurii de amoniac-hidrogen cu oxigen molecular, care se formează în timpul fotosintezei. În prezent, o cantitate mică de azot intră în atmosferă ca urmare a denitrificării - procesul de reducere a nitraților la nitriți, urmat de formarea de oxizi gazoși și azot molecular, care este produs de procariotele anaerobe. O parte din azot intră în atmosferă în timpul erupțiilor vulcanice.

În atmosfera superioară, atunci când este expus la descărcări electrice cu participarea ozonului, azotul molecular este oxidat la monoxid de azot:

N2 + O2 → 2NO

În condiții normale, monoxidul reacționează imediat cu oxigenul pentru a forma protoxid de azot:

2NO + O 2 → 2N 2 O

Azotul este cel mai important element chimic din atmosfera pământului. Azotul face parte din proteine, oferă nutriție minerală plantelor. Determină viteza reacțiilor biochimice, joacă rolul unui diluant de oxigen.

Oxigenul este al doilea gaz ca abundență în atmosfera Pământului. Formarea acestui gaz este asociată cu activitatea fotosintetică a plantelor și bacteriilor. Și cu cât organismele fotosintetice au devenit mai diverse și mai numeroase, cu atât procesul de conținut de oxigen din atmosferă a devenit mai semnificativ. O cantitate mică de oxigen greu este eliberată în timpul degazării mantalei.

În straturile superioare ale troposferei și stratosferei, sub influența radiației solare ultraviolete (o notăm hν), se formează ozon:

O 2 + hν → 2O

Ca urmare a acțiunii aceleiași radiații ultraviolete, ozonul se descompune:

O 3 + hν → O 2 + O

O 3 + O → 2O 2

Ca rezultat al primei reacții, se formează oxigenul atomic, ca urmare a celei de-a doua - oxigenul molecular. Toate cele 4 reacții sunt numite mecanismul Chapman, după omul de știință britanic Sidney Chapman care le-a descoperit în 1930.

Oxigenul este folosit pentru respirația organismelor vii. Cu ajutorul lui, au loc procesele de oxidare și ardere.

Ozonul servește la protejarea organismelor vii de radiațiile ultraviolete, care provoacă mutații ireversibile. Cea mai mare concentrație de ozon se observă în stratosfera inferioară în așa-numita. strat de ozon sau ecran de ozon situat la altitudini de 22-25 km. Conținutul de ozon este mic: la presiune normală, tot ozonul din atmosfera terestră ar ocupa un strat de numai 2,91 mm grosime.

Formarea celui de-al treilea cel mai frecvent gaz din atmosferă, argonul, precum și neonul, heliul, kriptonul și xenonul, este asociată cu erupțiile vulcanice și dezintegrarea elementelor radioactive.

În special, heliul este un produs al dezintegrarii radioactive a uraniului, toriului și radiului: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (în aceste reacții, α- particula este un nucleu de heliu, care în procesul de pierdere de energie captează electroni și devine 4 He).

Argonul se formează în timpul dezintegrarii izotopului radioactiv al potasiului: 40 K → 40 Ar + γ.

Neonul scapă din rocile magmatice.

Kryptonul se formează ca produs final al descompunerii uraniului (235 U și 238 U) și a toriului Th.

Cea mai mare parte a criptonului atmosferic s-a format în primele etape ale evoluției Pământului ca urmare a dezintegrarii elementelor transuraniu cu un timp de înjumătățire fenomenal de scurt sau provenind din spațiu, conținutul de cripton în care este de zece milioane de ori mai mare decât pe Pământ. .

Xenonul este rezultatul fisiunii uraniului, dar cea mai mare parte a acestui gaz este rămas din primele etape ale formării Pământului, din atmosfera primară.

Dioxidul de carbon intră în atmosferă ca urmare a erupțiilor vulcanice și în procesul de descompunere a materiei organice. Conținutul său în atmosfera de la latitudinile mijlocii ale Pământului variază foarte mult în funcție de anotimpurile anului: iarna, cantitatea de CO 2 crește, iar vara scade. Această fluctuație este legată de activitatea plantelor care utilizează dioxid de carbon în procesul de fotosinteză.

Hidrogenul se formează ca urmare a descompunerii apei prin radiația solară. Dar, fiind cel mai ușor dintre gazele care alcătuiesc atmosfera, ea scapă constant în spațiul cosmic și, prin urmare, conținutul său în atmosferă este foarte mic.

Vaporii de apă sunt rezultatul evaporării apei de la suprafața lacurilor, râurilor, mărilor și pământului.

Concentrația gazelor principale în straturile inferioare ale atmosferei, cu excepția vaporilor de apă și a dioxidului de carbon, este constantă. În cantități mici, atmosfera conține oxid de sulf SO 2, amoniac NH 3, monoxid de carbon CO, ozon O 3, acid clorhidric HCl, acid fluorhidric HF, monoxid de azot NO, hidrocarburi, vapori de mercur Hg, iod I 2 și multe altele. În stratul atmosferic inferior al troposferei, există în mod constant o cantitate mare de particule solide și lichide în suspensie.

Sursele de particule din atmosfera Pământului sunt erupțiile vulcanice, polenul vegetal, microorganismele și, mai recent, activitățile umane, cum ar fi arderea combustibililor fosili în procesele de fabricație. Cele mai mici particule de praf, care sunt nucleele de condensare, sunt cauzele formării de ceață și nori. Fără particule solide prezente constant în atmosferă, precipitațiile nu ar cădea pe Pământ.

STRUCTURA ATMOSFEREI

Atmosfera(din altă greacă ἀτμός - abur și σφαῖρα - bilă) - o înveliș gazos (geosferă) care înconjoară planeta Pământ. Suprafața sa interioară acoperă hidrosfera și parțial scoarța terestră, în timp ce suprafața sa exterioară se învecinează cu partea apropiată a Pământului a spațiului cosmic.

Proprietăți fizice

Grosimea atmosferei este de aproximativ 120 km de suprafața Pământului. Masa totală a aerului din atmosferă este (5,1-5,3) 10 18 kg. Dintre acestea, masa aerului uscat este (5,1352 ± 0,0003) 10 18 kg, masa totală a vaporilor de apă este în medie de 1,27 10 16 kg.

Masa molară a aerului curat uscat este de 28,966 g/mol, densitatea aerului la suprafața mării este de aproximativ 1,2 kg/m 3 . Presiunea la 0 °C la nivelul mării este de 101,325 kPa; temperatura critică - -140,7 ° C; presiune critică - 3,7 MPa; Cp la 0°C - 1,0048 103 J/(kg K), Cv - 0,7159 103 J/(kg K) (la 0°C). Solubilitatea aerului în apă (în masă) la 0 ° C - 0,0036%, la 25 ° C - 0,0023%.

Pentru „condiții normale” la suprafața Pământului se iau: densitate 1,2 kg/m 3, presiune barometrică 101,35 kPa, temperatură plus 20 ° C și umiditate relativă 50%. Acești indicatori condiționali au o valoare pur inginerească.

Structura atmosferei

Atmosfera are o structură stratificată. Straturile atmosferei diferă unele de altele prin temperatura aerului, densitatea acestuia, cantitatea de vapori de apă din aer și alte proprietăți.

troposfera(greaca veche τρόπος - „întoarcere”, „schimbare” și σφαῖρα - „minge”) - stratul inferior, cel mai studiat al atmosferei, cu o înălțime de 8-10 km în regiunile polare, până la 10-12 km în latitudinile temperate, la ecuator - 16-18 km.

La creșterea în troposferă, temperatura scade în medie cu 0,65 K la fiecare 100 m și ajunge la 180-220 K în partea superioară. Acest strat superior al troposferei, în care scăderea temperaturii odată cu înălțimea încetează, se numește tropopauză. Următorul strat al atmosferei deasupra troposferei se numește stratosferă.

Mai mult de 80% din masa totală a aerului atmosferic este concentrată în troposferă, turbulența și convecția sunt foarte dezvoltate, partea predominantă a vaporilor de apă este concentrată, apar nori, se formează și fronturi atmosferice, se dezvoltă cicloni și anticicloni, precum și alte procese care determină vremea și clima. Procesele care au loc în troposferă se datorează în primul rând convecției.

Partea troposferei în care se pot forma ghețarii pe suprafața pământului se numește chionosferă.

tropopauza(din grecescul τροπος - întoarcere, schimbare și παῦσις - oprire, încetare) - stratul atmosferei în care încetează scăderea temperaturii odată cu înălțimea; strat de tranziție de la troposferă la stratosferă. În atmosfera terestră, tropopauza este situată la altitudini de la 8-12 km (peste nivelul mării) în regiunile polare și până la 16-18 km deasupra ecuatorului. Înălțimea tropopauzei depinde și de perioada anului (tropopauza este mai mare vara decât iarna) și de activitatea ciclonică (este mai mică la cicloane și mai mare la anticicloni)

Grosimea tropopauzei variază de la câteva sute de metri până la 2-3 kilometri. În zonele subtropicale, se observă rupturi de tropopauză din cauza curentelor cu jet puternice. Tropopauza din anumite zone este adesea distrusă și reformată.

Stratosferă(din latină stratum - pardoseală, strat) - un strat al atmosferei, situat la o altitudine de 11 până la 50 km. O ușoară modificare a temperaturii în stratul de 11-25 km (stratul inferior al stratosferei) și creșterea acesteia în stratul de 25-40 km de la -56,5 la 0,8 °C (stratul superior al stratosferei sau regiunea de inversare) sunt tipice. Atinsă o valoare de aproximativ 273 K (aproape 0 °C) la o altitudine de aproximativ 40 km, temperatura rămâne constantă până la o altitudine de aproximativ 55 km. Această regiune de temperatură constantă se numește stratopauză și este granița dintre stratosferă și mezosferă. Densitatea aerului din stratosferă este de zeci și sute de ori mai mică decât la nivelul mării.

În stratosferă se află stratul de ozonosferă („stratul de ozon”) (la o altitudine de 15-20 până la 55-60 km), ceea ce determină limita superioară a vieții în biosferă. Ozonul (O 3 ) se formează ca rezultat al reacțiilor fotochimice cel mai intens la o altitudine de ~30 km. Masa totală de O 3 la presiune normală ar fi un strat de 1,7-4,0 mm grosime, dar chiar și aceasta este suficientă pentru a absorbi radiația ultravioletă solară care este dăunătoare vieții. Distrugerea O 3 are loc atunci când interacționează cu radicalii liberi, NO, compuși care conțin halogen (inclusiv „freoni”).

Majoritatea părții cu lungime de undă scurtă a radiației ultraviolete (180-200 nm) este reținută în stratosferă, iar energia undelor scurte este transformată. Sub influența acestor raze, câmpurile magnetice se modifică, moleculele se despart, se produce ionizare, se formează noi gaze și alți compuși chimici. Aceste procese pot fi observate sub formă de aurore boreale, fulgere și alte străluciri.

În stratosferă și în straturile superioare, sub influența radiației solare, moleculele de gaz se disociază - în atomi (peste 80 km, CO 2 și H 2 se disociază, peste 150 km - O 2, peste 300 km - N 2). La o altitudine de 200-500 km, ionizarea gazelor are loc și în ionosferă; la o altitudine de 320 km, concentrația de particule încărcate (O + 2, O - 2, N + 2) este de ~ 1/300 din concentrația de particule neutre. În straturile superioare ale atmosferei există radicali liberi - OH, HO 2 etc.

Aproape că nu există vapori de apă în stratosferă.

Zborurile în stratosferă au început în anii 1930. Zborul pe primul balon stratosferic (FNRS-1), pe care Auguste Picard și Paul Kipfer l-au făcut la 27 mai 1931 la o înălțime de 16,2 km, este larg cunoscut. Avioanele comerciale moderne de luptă și supersonice zboară în stratosferă la altitudini în general de până la 20 km (deși plafonul dinamic poate fi mult mai mare). Baloanele meteorologice de mare altitudine se ridică până la 40 km; recordul pentru un balon fără pilot este de 51,8 km.

Recent, în cercurile militare ale Statelor Unite, s-a acordat multă atenție dezvoltării straturilor stratosferei de peste 20 km, adesea numite „prespațiu” (ing. « aproape de spațiu» ). Se presupune că dirijabilele fără pilot și aeronavele alimentate cu energie solară (cum ar fi NASA Pathfinder) vor putea să rămână la o altitudine de aproximativ 30 km pentru o perioadă lungă de timp și să ofere observație și comunicare pentru zone foarte mari, rămânând în același timp o vulnerabilitate scăzută la apărarea aeriană. sisteme; astfel de dispozitive vor fi de multe ori mai ieftine decât sateliții.

Stratopauza- stratul atmosferei, care este limita dintre două straturi, stratosfera și mezosfera. În stratosferă, temperatura crește odată cu altitudinea, iar stratopauza este stratul în care temperatura atinge maximul. Temperatura stratopauzei este de aproximativ 0 °C.

Acest fenomen este observat nu numai pe Pământ, ci și pe alte planete cu atmosferă.

Pe Pământ, stratopauza este situată la o altitudine de 50 - 55 km deasupra nivelului mării. Presiunea atmosferică este de aproximativ 1/1000 din presiunea de la nivelul mării.

Mezosfera(din grecescul μεσο- - „mijloc” și σφαῖρα - „minge”, „sferă”) - stratul atmosferei la altitudini de la 40-50 la 80-90 km. Se caracterizează printr-o creștere a temperaturii cu înălțimea; temperatura maximă (aproximativ +50°C) este situată la o altitudine de aproximativ 60 km, după care temperatura începe să scadă la −70° sau −80°C. O astfel de scădere a temperaturii este asociată cu absorbția energetică a radiației solare (radiația) de către ozon. Termenul a fost adoptat de Uniunea Geografică și Geofizică în 1951.

Compoziția gazoasă a mezosferei, precum și cea a straturilor atmosferice inferioare, este constantă și conține aproximativ 80% azot și 20% oxigen.

Mezosfera este separată de stratosfera subiacentă prin stratopauză și de termosfera de deasupra prin mezopauză. Mezopauza coincide practic cu turbopauza.

Meteorii încep să strălucească și, de regulă, ard complet în mezosferă.

În mezosferă pot apărea nori noctilucenți.

Pentru zboruri, mezosfera este un fel de „zonă moartă” - aerul de aici este prea rarefiat pentru a susține avioane sau baloane (la altitudinea de 50 km, densitatea aerului este de 1000 de ori mai mică decât la nivelul mării), și în același timp timp prea dens pentru zboruri artificiale.sateliţi pe o orbită atât de joasă. Studiile directe ale mezosferei sunt efectuate în principal cu ajutorul rachetelor meteorologice suborbitale; în general, mezosfera a fost studiată mai rău decât alte straturi ale atmosferei, în legătură cu care oamenii de știință au numit-o „ignorosferă”.

mezopauza

mezopauza Stratul atmosferei care separă mezosfera și termosfera. Pe Pământ, se află la o altitudine de 80-90 km deasupra nivelului mării. În mezopauză, există o temperatură minimă, care este de aproximativ -100 ° C. Mai jos (începând de la o înălțime de aproximativ 50 km) temperatura scade odată cu înălțimea, deasupra (până la o înălțime de aproximativ 400 km) se ridică din nou. Mezopauza coincide cu limita inferioară a regiunii de absorbție activă a razelor X și radiația ultravioletă cu cea mai scurtă lungime de undă a Soarelui. La această altitudine se observă nori argintii.

Mezopauza nu există doar pe Pământ, ci și pe alte planete cu atmosferă.

Linia Karman- înălțimea deasupra nivelului mării, care este convențional acceptată ca graniță între atmosfera Pământului și spațiu.

După cum este definită de Fédération Aéronautique Internationale (FAI), linia Karman se află la o altitudine de 100 km deasupra nivelului mării.

Înălțimea a fost numită după Theodor von Karman, un om de știință american de origine maghiară. El a fost primul care a stabilit că cam la această altitudine atmosfera devine atât de rarefiată încât aeronautica devine imposibilă, deoarece viteza aeronavei, necesară pentru a crea suficientă susținere, devine mai mare decât prima viteză cosmică și, prin urmare, pentru a atinge altitudini, este necesar să se folosească mijloacele astronauticii.

Atmosfera Pământului continuă dincolo de linia Karman. Partea exterioară a atmosferei pământului, exosfera, se extinde până la o altitudine de 10.000 km sau mai mult, la o astfel de altitudine atmosfera este formată în principal din atomi de hidrogen care pot părăsi atmosfera.

Atingerea Liniei Karman a fost prima condiție pentru Ansari X Prize, deoarece aceasta este baza pentru recunoașterea zborului ca zbor spațial.

ATMOSFERA
înveliș gazos care înconjoară un corp ceresc. Caracteristicile sale depind de dimensiunea, masa, temperatura, viteza de rotație și compoziția chimică a unui corp ceresc dat și sunt, de asemenea, determinate de istoria formării sale din momentul nașterii sale. Atmosfera Pământului este formată dintr-un amestec de gaze numit aer. Principalii săi constituenți sunt azotul și oxigenul într-un raport de aproximativ 4:1. O persoană este afectată în principal de starea celor 15-25 km inferioare ale atmosferei, deoarece în acest strat inferior este concentrată cea mai mare parte a aerului. Știința care studiază atmosfera se numește meteorologie, deși subiectul acestei științe este și vremea și efectul ei asupra oamenilor. Se schimbă și starea straturilor superioare ale atmosferei, situate la altitudini de la 60 la 300 și chiar la 1000 km de suprafața Pământului. Aici se dezvoltă vânturi puternice, furtuni și apar fenomene electrice uimitoare precum aurorele. Multe dintre aceste fenomene sunt asociate cu fluxurile de radiație solară, radiația cosmică și câmpul magnetic al Pământului. Straturile înalte ale atmosferei sunt și un laborator chimic, deoarece acolo, în condiții apropiate de vid, unele gaze atmosferice, sub influența unui flux puternic de energie solară, intră în reacții chimice. Știința care studiază aceste fenomene și procese interdependente se numește fizica straturilor înalte ale atmosferei.
CARACTERISTICI GENERALE ALE ATMOSFEREI PĂMÂNTULUI
Dimensiuni. Până când rachetele de sondare și sateliții artificiali au explorat straturile exterioare ale atmosferei la distanțe de câteva ori mai mari decât raza Pământului, se credea că, pe măsură ce te îndepărtezi de suprafața pământului, atmosfera devine treptat mai rarefiată și trece lin în spațiul interplanetar. . S-a stabilit acum că fluxurile de energie din straturile adânci ale Soarelui pătrund în spațiul cosmic cu mult dincolo de orbita Pământului, până la limitele exterioare ale Sistemului Solar. Acest așa-zis. Vântul solar curge în jurul câmpului magnetic al Pământului, formând o „cavitate” alungită în care este concentrată atmosfera Pământului. Câmpul magnetic al Pământului este îngustat vizibil pe partea de zi îndreptată spre Soare și formează o limbă lungă, care se extinde probabil dincolo de orbita Lunii, pe partea opusă, noaptea. Limita câmpului magnetic al Pământului se numește magnetopauză. Pe partea de zi, această graniță trece la o distanță de aproximativ șapte raze Pământului față de suprafață, dar în perioadele de activitate solară crescută este și mai aproape de suprafața Pământului. Magnetopauza este, de asemenea, limita atmosferei terestre, a cărei înveliș exterior este numit și magnetosferă, deoarece conține particule încărcate (ioni), a căror mișcare se datorează câmpului magnetic al pământului. Greutatea totală a gazelor atmosferice este de aproximativ 4,5*1015 tone.Astfel, „greutatea” atmosferei pe unitatea de suprafață, sau presiunea atmosferică, este de aproximativ 11 tone/m2 la nivelul mării.
Semnificație pentru viață. Din cele de mai sus rezultă că Pământul este separat de spațiul interplanetar printr-un strat protector puternic. Spațiul exterior este pătruns de radiații ultraviolete și de raze X puternice de la Soare și radiații cosmice și mai dure, iar aceste tipuri de radiații sunt dăunătoare tuturor viețuitoarelor. La marginea exterioară a atmosferei, intensitatea radiației este letală, dar o parte semnificativă a acesteia este reținută de atmosferă departe de suprafața Pământului. Absorbția acestei radiații explică multe proprietăți ale straturilor înalte ale atmosferei, și mai ales fenomenele electrice care apar acolo. Cel mai de jos strat de suprafață al atmosferei este deosebit de important pentru o persoană care trăiește în punctul de contact al învelișurilor solide, lichide și gazoase ale Pământului. Învelișul superior al Pământului „solid” se numește litosferă. Aproximativ 72% din suprafața Pământului este acoperită de apele oceanelor, care alcătuiesc cea mai mare parte a hidrosferei. Atmosfera se învecinează atât cu litosfera, cât și cu hidrosfera. Omul trăiește pe fundul oceanului de aer și aproape sau deasupra nivelului oceanului de apă. Interacțiunea acestor oceane este unul dintre factorii importanți care determină starea atmosferei.
Compus. Straturile inferioare ale atmosferei constau dintr-un amestec de gaze (vezi tabelul). Pe lângă cele enumerate în tabel, mai sunt prezente și alte gaze sub formă de mici impurități din aer: ozon, metan, substanțe precum monoxid de carbon (CO), oxizi de azot și sulf, amoniac.

COMPOZIȚIA ATMOSFEREI

În straturile înalte ale atmosferei, compoziția aerului se modifică sub influența radiațiilor dure de la Soare, ceea ce duce la descompunerea moleculelor de oxigen în atomi. Oxigenul atomic este componenta principală a straturilor înalte ale atmosferei. În cele din urmă, în cele mai îndepărtate straturi ale atmosferei de suprafața Pământului, cele mai ușoare gaze, hidrogenul și heliul, devin componentele principale. Deoarece cea mai mare parte a materiei este concentrată în cei 30 km inferioare, modificările compoziției aerului la altitudini de peste 100 km nu au un efect vizibil asupra compoziției generale a atmosferei.
Schimb de energie. Soarele este principala sursă de energie care vine pe Pământ. Fiind la o distanta de aprox. La 150 de milioane de km de Soare, Pământul primește aproximativ o două miliarde din energia pe care o radiază, în principal în partea vizibilă a spectrului, pe care omul o numește „lumină”. Cea mai mare parte a acestei energii este absorbită de atmosferă și litosferă. Pământul radiază, de asemenea, energie, mai ales sub formă de radiație infraroșie îndepărtată. Astfel, se stabilește un echilibru între energia primită de la Soare, încălzirea Pământului și a atmosferei și fluxul invers al energiei termice radiate în spațiu. Mecanismul acestui echilibru este extrem de complex. Moleculele de praf și gaz împrăștie lumina, reflectând-o parțial în spațiul lumii. Norii reflectă și mai mult din radiația primită. O parte din energie este absorbită direct de moleculele de gaz, dar mai ales de roci, vegetație și apele de suprafață. Vaporii de apă și dioxidul de carbon prezenți în atmosferă transmit radiații vizibile, dar absorb radiația infraroșie. Energia termică se acumulează în principal în straturile inferioare ale atmosferei. Un efect similar apare într-o seră atunci când sticla lasă lumina să intre și solul se încălzește. Deoarece sticla este relativ opaca la radiatiile infrarosii, caldura se acumuleaza in sera. Încălzirea atmosferei inferioare datorită prezenței vaporilor de apă și a dioxidului de carbon este adesea denumită efect de seră. Înnorabilitatea joacă un rol semnificativ în conservarea căldurii în straturile inferioare ale atmosferei. Dacă norii se risipesc sau transparența maselor de aer crește, temperatura va scădea inevitabil, pe măsură ce suprafața Pământului radiază liber energie termică în spațiul înconjurător. Apa de la suprafața Pământului absoarbe energia solară și se evaporă, transformându-se într-un gaz - vapori de apă, care transportă o cantitate imensă de energie în atmosfera inferioară. Când vaporii de apă se condensează și formează nori sau ceață, această energie este eliberată sub formă de căldură. Aproximativ jumătate din energia solară care ajunge la suprafața pământului este cheltuită pentru evaporarea apei și intră în atmosfera inferioară. Astfel, din cauza efectului de seră și a evaporării apei, atmosfera se încălzește de jos. Aceasta explică parțial activitatea ridicată a circulației sale în comparație cu circulația Oceanului Mondial, care se încălzește doar de sus și, prin urmare, este mult mai stabilă decât atmosfera.
Vezi și METEOROLOGIE ȘI CLIMATOLOGIE. Pe lângă încălzirea generală a atmosferei de către „lumina” solară, are loc o încălzire semnificativă a unora dintre straturile sale din cauza radiațiilor ultraviolete și de raze X de la Soare. Structura. În comparație cu lichide și solide, în substanțele gazoase, forța de atracție dintre molecule este minimă. Pe măsură ce distanța dintre molecule crește, gazele se pot extinde la infinit dacă nimic nu le împiedică. Limita inferioară a atmosferei este suprafața Pământului. Strict vorbind, această barieră este impenetrabilă, deoarece schimbul de gaze are loc între aer și apă și chiar între aer și roci, dar în acest caz acești factori pot fi neglijați. Deoarece atmosfera este o înveliș sferică, nu are granițe laterale, ci doar o limită inferioară și o limită superioară (exterioară) deschisă din partea spațiului interplanetar. Prin granița exterioară, unele gaze neutre se scurg, precum și fluxul de materie din spațiul exterior înconjurător. Majoritatea particulelor încărcate, cu excepția razelor cosmice de înaltă energie, sunt fie captate de magnetosferă, fie respinse de aceasta. Atmosfera este, de asemenea, afectată de forța gravitațională, care menține învelișul de aer la suprafața Pământului. Gazele atmosferice sunt comprimate de propria greutate. Această compresie este maximă la limita inferioară a atmosferei și, prin urmare, densitatea aerului este cea mai mare aici. La orice înălțime deasupra suprafeței pământului, gradul de compresie a aerului depinde de masa coloanei de aer de deasupra, astfel încât densitatea aerului scade odată cu înălțimea. Presiunea, egală cu masa coloanei de aer de deasupra pe unitatea de suprafață, este direct legată de densitate și, prin urmare, scade și cu înălțimea. Dacă atmosfera ar fi un „gaz ideal” cu o compoziție constantă independentă de înălțime, o temperatură constantă și o forță de gravitație constantă care acționează asupra ei, atunci presiunea ar scădea cu un factor de 10 pentru fiecare 20 km de altitudine. Atmosfera reală diferă ușor de gazul ideal până la aproximativ 100 km, iar apoi presiunea scade mai lent odată cu înălțimea, pe măsură ce compoziția aerului se modifică. Mici modificări în modelul descris sunt introduse și de o scădere a forței gravitaționale cu distanța față de centrul Pământului, în valoare de cca. 3% pentru fiecare 100 km de altitudine. Spre deosebire de presiunea atmosferică, temperatura nu scade continuu odată cu altitudinea. După cum se arată în fig. 1, scade la aproximativ 10 km și apoi începe să crească din nou. Acest lucru se întâmplă atunci când oxigenul absoarbe radiația solară ultravioletă. În acest caz, se formează ozon gazos, ale cărui molecule constau din trei atomi de oxigen (O3). De asemenea, absoarbe radiațiile ultraviolete și, prin urmare, acest strat al atmosferei, numit ozonosferă, se încălzește. Mai mare, temperatura scade din nou, deoarece există mult mai puține molecule de gaz, iar absorbția de energie este redusă în mod corespunzător. În straturile chiar mai înalte, temperatura crește din nou datorită absorbției celei mai scurte lungimi de undă a radiațiilor ultraviolete și de raze X de la Soare de către atmosferă. Sub influența acestei radiații puternice, atmosfera este ionizată, adică. O moleculă de gaz pierde un electron și capătă o sarcină electrică pozitivă. Astfel de molecule devin ioni încărcați pozitiv. Datorită prezenței electronilor și ionilor liberi, acest strat al atmosferei capătă proprietățile unui conductor electric. Se crede că temperatura continuă să crească până la înălțimi unde atmosfera rarefiată trece în spațiul interplanetar. La o distanță de câteva mii de kilometri de suprafața Pământului, probabil predomină temperaturi de la 5.000° la 10.000° C. Deși moleculele și atomii au viteze foarte mari de mișcare și, prin urmare, o temperatură ridicată, acest gaz rarefiat nu este „fierbinte” in sensul obisnuit... Datorită numărului mic de molecule la altitudini mari, energia lor termică totală este foarte mică. Astfel, atmosfera constă din straturi separate (adică o serie de învelișuri concentrice sau sfere), a căror selecție depinde de proprietatea care prezintă cel mai mare interes. Pe baza distribuției medii a temperaturii, meteorologii au dezvoltat o schemă pentru structura unei „atmosfere medii” ideale (vezi Fig. 1).

Troposfera - stratul inferior al atmosferei, extinzându-se până la primul minim termic (așa-numita tropopauză). Limita superioară a troposferei depinde de latitudinea geografică (la tropice - 18-20 km, la latitudini temperate - aproximativ 10 km) și de perioada anului. Serviciul Național de Meteorologie din SUA a efectuat sondaje în apropierea Polului Sud și a dezvăluit schimbări sezoniere ale înălțimii tropopauzei. În martie, tropopauza se află la o altitudine de cca. 7,5 km. Din martie până în august sau septembrie are loc o răcire constantă a troposferei, iar limita sa se ridică pentru o scurtă perioadă în august sau septembrie până la o înălțime de aproximativ 11,5 km. Apoi din septembrie până în decembrie scade rapid și atinge cea mai de jos poziție - 7,5 km, unde rămâne până în martie, fluctuând în doar 0,5 km. În troposferă se formează în principal vremea, ceea ce determină condițiile existenței umane. Majoritatea vaporilor de apă atmosferici sunt concentrați în troposferă și, prin urmare, norii se formează în principal aici, deși unii dintre ei, formați din cristale de gheață, se găsesc și în straturile superioare. Troposfera se caracterizează prin turbulențe și curenți puternici de aer (vânt) și furtuni. În troposfera superioară, există curenți puternici de aer cu o direcție strict definită. Turbulentele turbulente, ca micile vârtejuri, se formează sub influența frecării și a interacțiunii dinamice între masele de aer care se mișcă lentă și rapidă. Deoarece nu există de obicei acoperire de nori în aceste straturi înalte, această turbulență este denumită „turbulență a aerului limpede”.
Stratosferă. Stratul superior al atmosferei este adesea descris în mod eronat ca un strat cu temperaturi relativ constante, unde vânturile bat mai mult sau mai puțin constant și unde elementele meteorologice se schimbă puțin. Straturile superioare ale stratosferei se încălzesc pe măsură ce oxigenul și ozonul absorb radiația ultravioletă solară. Limita superioară a stratosferei (stratopauza) este trasată acolo unde temperatura crește ușor, atingând un maxim intermediar, care este adesea comparabil cu temperatura stratului de aer de suprafață. Pe baza observațiilor făcute cu avioane și baloane adaptate să zboare la o altitudine constantă, în stratosferă s-au stabilit perturbări turbulente și vânturi puternice care sufla în diferite direcții. Ca și în troposferă, se observă vârtejuri puternice de aer, care sunt deosebit de periculoase pentru aeronavele de mare viteză. Vânturile puternice, numite jet streams, bat în zone înguste de-a lungul granițelor latitudinilor temperate cu fața spre poli. Cu toate acestea, aceste zone se pot schimba, dispărea și reapărea. Fluxurile cu jet pătrund de obicei în tropopauză și apar în troposfera superioară, dar viteza lor scade rapid odată cu scăderea altitudinii. Este posibil ca o parte din energia care intră în stratosferă (cheltuită în principal pentru formarea ozonului) să afecteze procesele din troposferă. Amestecarea deosebit de activă este asociată cu fronturile atmosferice, unde fluxurile extinse de aer stratosferic au fost înregistrate semnificativ sub tropopauză, iar aerul troposferic a fost atras în straturile inferioare ale stratosferei. S-au înregistrat progrese semnificative în studiul structurii verticale a straturilor inferioare ale atmosferei în legătură cu îmbunătățirea tehnicii de lansare a radiosondelor la altitudini de 25-30 km. Mezosfera, situată deasupra stratosferei, este o înveliș în care, până la o înălțime de 80-85 km, temperatura scade la minim pentru atmosfera în ansamblu. Temperaturi record scăzute de până la -110°C au fost înregistrate de rachetele meteorologice lansate de la instalația americano-canadiană de la Fort Churchill (Canada). Limita superioară a mezosferei (mezopauza) coincide aproximativ cu limita inferioară a regiunii de absorbție activă a razelor X și radiația ultravioletă cu cea mai scurtă lungime de undă a Soarelui, care este însoțită de încălzirea și ionizarea gazului. În regiunile polare vara, în mezopauză apar adesea sisteme de nori, care ocupă o suprafață mare, dar au o dezvoltare verticală mică. Astfel de nori care strălucesc noaptea fac adesea posibilă detectarea mișcărilor de aer ondulate la scară largă în mezosferă. Compoziția acestor nori, sursele de umiditate și nucleele de condensare, dinamica și relația cu factorii meteorologici sunt încă insuficient studiate. Termosfera este un strat al atmosferei în care temperatura crește continuu. Puterea sa poate ajunge la 600 km. Presiunea și, în consecință, densitatea unui gaz scad constant odată cu înălțimea. Aproape de suprafata pamantului, 1 m3 de aer contine aprox. 2,5x1025 molecule, la o înălțime de aprox. 100 km, în straturile inferioare ale termosferei - aproximativ 1019, la o altitudine de 200 km, în ionosferă - 5 * 10 15 și, conform calculelor, la o altitudine de cca. 850 km - aproximativ 1012 molecule. În spațiul interplanetar, concentrația de molecule este de 10 8-10 9 la 1 m3. La o inaltime de aprox. 100 km, numărul de molecule este mic și rareori se ciocnesc între ele. Distanța medie parcursă de o moleculă care se mișcă aleatoriu înainte de a se ciocni cu o altă moleculă similară se numește calea liberă medie. Stratul în care această valoare crește atât de mult încât probabilitatea unor ciocniri intermoleculare sau interatomice poate fi neglijată se află la limita dintre termosferă și învelișul de deasupra (exosferă) și se numește pauză termică. Termopauza este situată la aproximativ 650 km de suprafața pământului. La o anumită temperatură, viteza de mișcare a unei molecule depinde de masa acesteia: moleculele mai ușoare se mișcă mai repede decât cele mai grele. În atmosfera inferioară, unde drumul liber este foarte scurt, nu există o separare vizibilă a gazelor în funcție de greutatea lor moleculară, dar este exprimată peste 100 km. În plus, sub influența radiațiilor ultraviolete și de raze X de la Soare, moleculele de oxigen se descompun în atomi, a căror masă este jumătate din masa moleculei. Prin urmare, pe măsură ce ne îndepărtăm de suprafața Pământului, oxigenul atomic devine din ce în ce mai important în compoziția atmosferei și la o altitudine de cca. 200 km devin componenta sa principală. Mai sus, la o distanță de aproximativ 1200 km de suprafața Pământului, predomină gazele ușoare - heliu și hidrogen. Ele sunt stratul exterior al atmosferei. Această separare în greutate, numită separare difuză, seamănă cu separarea amestecurilor folosind o centrifugă. Exosfera este stratul exterior al atmosferei, care este izolat pe baza modificărilor de temperatură și a proprietăților gazului neutru. Moleculele și atomii din exosferă se învârt în jurul Pământului pe orbite balistice sub influența gravitației. Unele dintre aceste orbite sunt parabolice și similare cu traiectoriile proiectilelor. Moleculele se pot învârti în jurul Pământului și pe orbite eliptice, precum sateliții. Unele molecule, în principal hidrogen și heliu, au traiectorii deschise și scapă în spațiul cosmic (Fig. 2).

RELAȚIILE SOLAR-TERETREȘTE ȘI INFLUENȚA LOR ASUPRA ATMOSFERĂ
mareele atmosferice. Atracția Soarelui și a Lunii provoacă maree în atmosferă, similare mareelor ​​terestre și maritime. Dar mareele atmosferice au o diferență semnificativă: atmosfera reacționează cel mai puternic la atracția Soarelui, în timp ce scoarța terestră și oceanul - la atracția Lunii. Acest lucru se explică prin faptul că atmosfera este încălzită de Soare și, pe lângă marea gravitațională, apare o maree termică puternică. În general, mecanismele de formare a mareelor ​​atmosferice și marine sunt similare, cu excepția faptului că pentru a prezice reacția aerului la efectele gravitaționale și termice, este necesar să se țină cont de compresibilitatea și distribuția temperaturii acestuia. Nu este în întregime clar de ce mareele solare semi-diurne (12 ore) în atmosferă predomină asupra mareelor ​​solare diurne și lunare semi-diurne, deși forțele motrice ale ultimelor două procese sunt mult mai puternice. Anterior, se credea că în atmosferă are loc o rezonanță, care amplifică tocmai oscilațiile cu o perioadă de 12 ore. Cu toate acestea, observațiile efectuate cu ajutorul rachetelor geofizice indică faptul că nu există motive de temperatură pentru o astfel de rezonanță. În rezolvarea acestei probleme, probabil ar trebui să se țină cont de toate caracteristicile hidrodinamice și termice ale atmosferei. La suprafața pământului din apropierea ecuatorului, unde influența fluctuațiilor mareelor ​​este maximă, acesta asigură o modificare a presiunii atmosferice cu 0,1%. Viteza vântului mareelor ​​este de aprox. 0,3 km/h. Datorită structurii termice complexe a atmosferei (în special prezența unui minim de temperatură în mezopauză), curenții de aer de maree se intensifică și, de exemplu, la o altitudine de 70 km viteza lor este de aproximativ 160 de ori mai mare decât la suprafața pământului. , care are consecințe geofizice importante. Se crede că în partea inferioară a ionosferei (stratul E) oscilațiile mareelor ​​mișcă gazul ionizat vertical în câmpul magnetic al Pământului și, prin urmare, aici apar curenți electrici. Aceste sisteme de curenți care apar constant pe suprafața Pământului sunt stabilite prin perturbații ale câmpului magnetic. Variațiile diurne ale câmpului magnetic sunt în bună concordanță cu valorile calculate, ceea ce mărturisește în mod convingător în favoarea teoriei mecanismelor de maree a „dinamului atmosferic”. Curenții electrici care apar în partea inferioară a ionosferei (stratul E) trebuie să se deplaseze undeva și, prin urmare, circuitul trebuie să fie închis. Analogia cu dinamul devine completă dacă luăm în considerare mișcarea care se apropie ca fiind munca motorului. Se presupune că circulația inversă a curentului electric se realizează într-un strat superior al ionosferei (F), iar acest contraflux poate explica unele dintre caracteristicile specifice ale acestui strat. În cele din urmă, efectul de maree trebuie să genereze și curenți orizontali în stratul E și, prin urmare, în stratul F.
ionosferă.Încercând să explice mecanismul apariției aurorelor, oamenii de știință din secolul al XIX-lea. a sugerat că în atmosferă există o zonă cu particule încărcate electric. În secolul al XX-lea Dovezi convingătoare au fost obținute experimental pentru existența unui strat care reflectă undele radio la altitudini de la 85 la 400 km. Acum se știe că proprietățile sale electrice sunt rezultatul ionizării gazului atmosferic. Prin urmare, acest strat este de obicei numit ionosferă. Impactul asupra undelor radio se datorează în principal prezenței electronilor liberi în ionosferă, deși mecanismul de propagare a undelor radio este asociat cu prezența ionilor mari. Aceștia din urmă prezintă interes și în studiul proprietăților chimice ale atmosferei, deoarece sunt mai activi decât atomii și moleculele neutre. Reacțiile chimice care au loc în ionosferă joacă un rol important în echilibrul energetic și electric al acesteia.
ionosferă normală. Observațiile efectuate cu ajutorul rachetelor și sateliților geofizici au oferit o mulțime de informații noi, indicând faptul că ionizarea atmosferei are loc sub influența radiației solare cu spectru larg. Partea sa principală (mai mult de 90%) este concentrată în partea vizibilă a spectrului. Radiația ultravioletă cu o lungime de undă mai mică și mai multă energie decât razele de lumină violetă este emisă de hidrogen în partea interioară a atmosferei Soarelui (cromosferă), iar radiația de raze X, care are o energie și mai mare, este emisă de gazele din învelișul exterior al Soarelui. (corona). Starea normală (medie) a ionosferei se datorează radiației puternice constante. În ionosfera normală apar modificări regulate sub influența rotației zilnice a Pământului și a diferențelor sezoniere în unghiul de incidență a razelor solare la amiază, dar apar și schimbări imprevizibile și bruște ale stării ionosferei.
Tulburări în ionosferă. După cum se știe, asupra Soarelui apar perturbații puternice care se repetă ciclic, care ating un maxim la fiecare 11 ani. Observațiile din programul Anului Geofizic Internațional (IGY) au coincis cu perioada celei mai mari activități solare pentru întreaga perioadă de observații meteorologice sistematice, i.e. de la începutul secolului al XVIII-lea În perioadele de mare activitate, unele zone ale Soarelui cresc de mai multe ori luminozitatea și emit impulsuri puternice de radiații ultraviolete și de raze X. Astfel de fenomene se numesc erupții solare. Acestea durează de la câteva minute până la una sau două ore. În timpul unei erupții, gazul solar (în mare parte protoni și electroni) erupe, iar particulele elementare se repezi în spațiul cosmic. Radiația electromagnetică și corpusculară a Soarelui în momentele unor astfel de erupții au un efect puternic asupra atmosferei Pământului. Reacția inițială se observă la 8 minute după fulger, când radiațiile intense ultraviolete și cu raze X ajung pe Pământ. Ca urmare, ionizarea crește brusc; razele X pătrund în atmosferă până la limita inferioară a ionosferei; numărul de electroni din aceste straturi crește atât de mult încât semnalele radio sunt aproape complet absorbite („stinse”). Absorbția suplimentară a radiațiilor provoacă încălzirea gazului, ceea ce contribuie la dezvoltarea vântului. Gazul ionizat este un conductor electric, iar atunci când se mișcă în câmpul magnetic al Pământului, apare un efect de dinam și se generează un curent electric. Astfel de curenți pot provoca, la rândul lor, perturbări vizibile ale câmpului magnetic și se pot manifesta sub formă de furtuni magnetice. Această fază inițială durează doar un timp scurt, corespunzător duratei unei erupții solare. În timpul erupțiilor puternice asupra Soarelui, un flux de particule accelerate se repezi în spațiul cosmic. Când este îndreptată spre Pământ, începe a doua fază, care are o mare influență asupra stării atmosferei. Multe fenomene naturale, printre care aurorele sunt cele mai cunoscute, indică faptul că un număr semnificativ de particule încărcate ajung pe Pământ (vezi și LUMINILE POLARE). Cu toate acestea, procesele de separare a acestor particule de Soare, traiectoriile lor în spațiul interplanetar și mecanismele de interacțiune cu câmpul magnetic al Pământului și magnetosfera sunt încă insuficient studiate. Problema a devenit mai complicată după descoperirea în 1958 de către James Van Allen a cochiliilor ținute de câmpul geomagnetic, constând din particule încărcate. Aceste particule se deplasează dintr-o emisferă în alta, rotindu-se în spirale în jurul liniilor câmpului magnetic. În apropierea Pământului, la o înălțime în funcție de forma liniilor de forță și de energia particulelor, există „puncte de reflexie”, în care particulele își schimbă direcția de mișcare în sens opus (Fig. 3). Deoarece puterea câmpului magnetic scade odată cu distanța de la Pământ, orbitele de-a lungul cărora aceste particule se mișcă sunt oarecum distorsionate: electronii deviază spre est, iar protonii spre vest. Prin urmare, ele sunt distribuite sub formă de curele pe tot globul.

Unele consecințe ale încălzirii atmosferei de către Soare. Energia solară afectează întreaga atmosferă. Am menționat deja curelele formate din particule încărcate din câmpul magnetic al Pământului și care se rotesc în jurul acestuia. Aceste centuri sunt cel mai aproape de suprafața pământului în regiunile circumpolare (vezi Fig. 3), unde se observă aurore. Figura 1 arată că regiunile aurorale din Canada au temperaturi termosferice semnificativ mai mari decât cele din sud-vestul SUA. Este probabil ca particulele capturate să renunțe la o parte din energia lor către atmosferă, în special atunci când se ciocnesc cu moleculele de gaz din apropierea punctelor de reflexie, și să părăsească orbitele lor anterioare. Asa se incalzesc straturile inalte ale atmosferei in zona aurora. O altă descoperire importantă a fost făcută în timpul studierii orbitelor sateliților artificiali. Luigi Iacchia, astronom la Smithsonian Astrophysical Observatory, crede că micile abateri ale acestor orbite se datorează modificărilor densității atmosferei pe măsură ce aceasta este încălzită de Soare. El a sugerat existența unei densități maxime de electroni în ionosferă la o altitudine de peste 200 km, care nu corespunde cu amia solară, dar sub influența forțelor de frecare rămâne în urmă cu aproximativ două ore. În acest moment, valorile densității atmosferice, tipice pentru o altitudine de 600 km, sunt observate la un nivel de cca. 950 km. În plus, concentrația maximă de electroni se confruntă cu fluctuații neregulate din cauza flash-urilor pe termen scurt de radiații ultraviolete și de raze X de la Soare. L. Yakkia a descoperit și fluctuații pe termen scurt ale densității aerului, corespunzătoare erupțiilor solare și perturbărilor câmpului magnetic. Aceste fenomene se explică prin pătrunderea particulelor de origine solară în atmosfera Pământului și încălzirea acelor straturi pe care orbitează sateliții.
ELECTRICITATE ATMOSFERICĂ
În stratul de suprafață al atmosferei, o mică parte din molecule suferă ionizare sub influența razelor cosmice, a radiațiilor din rocile radioactive și a produselor de descompunere ai radiului (în principal radon) în aerul însuși. În procesul de ionizare, un atom pierde un electron și capătă o sarcină pozitivă. Un electron liber se combină rapid cu un alt atom, formând un ion încărcat negativ. Astfel de ioni pozitivi și negativi perechi au dimensiuni moleculare. Moleculele din atmosferă tind să se grupeze în jurul acestor ioni. Mai multe molecule combinate cu un ion formează un complex denumit în mod obișnuit „ion de lumină”. Atmosfera conține și complexe de molecule, cunoscute în meteorologie ca nuclee de condensare, în jurul cărora, atunci când aerul este saturat cu umiditate, începe procesul de condensare. Aceste nuclee sunt particule de sare și praf, precum și poluanți eliberați în aer din surse industriale și din alte surse. Ionii de lumină se atașează adesea de astfel de nuclee pentru a forma „ioni grei”. Sub influența unui câmp electric, ionii ușori și grei se deplasează dintr-o zonă a atmosferei în alta, transferând sarcini electrice. Deși atmosfera nu este în general considerată a fi un mediu conductiv electric, ea are o cantitate mică de conductivitate. Prin urmare, un corp încărcat lăsat în aer își pierde încet încărcarea. Conductivitatea atmosferică crește odată cu înălțimea datorită intensității crescute a razelor cosmice, pierderii reduse de ioni în condiții de presiune mai scăzută (și, prin urmare, cale liberă medie mai lungă) și datorită mai puține nuclee grele. Conductivitatea atmosferei atinge valoarea maximă la o înălțime de cca. 50 km, așa-zis. „nivel de compensare”. Se știe că între suprafața Pământului și „nivelul de compensare” există întotdeauna o diferență de potențial de câteva sute de kilovolți, adică. câmp electric constant. S-a dovedit că diferența de potențial dintre un anumit punct din aer la o înălțime de câțiva metri și suprafața Pământului este foarte mare - mai mult de 100 V. Atmosfera are o sarcină pozitivă, iar suprafața pământului este încărcată negativ. Întrucât câmpul electric este o zonă, în fiecare punct al căreia există o anumită valoare potențială, putem vorbi despre un gradient de potențial. Pe vreme senină, în cei câțiva metri inferiori, puterea câmpului electric al atmosferei este aproape constantă. Datorită diferențelor de conductivitate electrică a aerului din stratul de suprafață, gradientul potențial este supus fluctuațiilor diurne, al căror curs variază semnificativ de la un loc la altul. În absența surselor locale de poluare a aerului - peste oceane, înalte în munți sau în regiunile polare - cursul zilnic al gradientului potențial pe vreme senină este același. Mărimea gradientului depinde de ora universală sau media de Greenwich (UT) și atinge un maxim la 19:00 E. Appleton a sugerat că această conductivitate electrică maximă coincide probabil cu cea mai mare activitate de furtună la scară planetară. Descărcările de fulgere în timpul furtunilor poartă o sarcină negativă la suprafața Pământului, deoarece bazele celor mai activi nori de tuns cumulonimbus au o sarcină negativă semnificativă. Vârfurile norilor de tunete au o sarcină pozitivă, care, conform calculelor lui Holzer și Saxon, curge din vârfurile lor în timpul furtunilor. Fără o completare constantă, încărcarea de pe suprafața pământului ar fi neutralizată de conductivitatea atmosferei. Presupunerea că diferența de potențial dintre suprafața pământului și „nivelul de compensare” este menținută din cauza furtunilor este susținută de date statistice. De exemplu, în valea râului se observă numărul maxim de furtuni. Amazonele. Cel mai adesea, acolo au loc furtuni la sfârșitul zilei, adică. BINE. 19:00 Greenwich Mean Time, când gradientul potențial este la maxim oriunde în lume. Mai mult, variațiile sezoniere ale formei curbelor variației diurne a gradientului potențial sunt și ele în deplin acord cu datele privind distribuția globală a furtunilor. Unii cercetători susțin că sursa câmpului electric al Pământului poate fi de origine externă, deoarece se crede că există câmpuri electrice în ionosferă și magnetosferă. Această împrejurare explică probabil apariția unor forme alungite foarte înguste de aurore, asemănătoare cu culise și arcade.
(vezi și LUMINILE POLARE). Datorită gradientului potențial și conductivității atmosferei între „nivelul de compensare” și suprafața Pământului, particulele încărcate încep să se miște: ioni încărcați pozitiv - spre suprafața pământului și încărcați negativ - în sus de la aceasta. Acest curent este de cca. 1800 A. Deși această valoare pare mare, trebuie amintit că este distribuită pe întreaga suprafață a Pământului. Puterea curentului într-o coloană de aer cu o suprafață de bază de 1 m2 este de numai 4 * 10 -12 A. Pe de altă parte, puterea curentului în timpul unei descărcări de fulger poate atinge câțiva amperi, deși, desigur, o astfel de descărcare are o durată scurtă - de la fracțiuni de secundă la o secundă întreagă sau puțin mai mult cu descărcări repetate. Fulgerul este de mare interes nu numai ca fenomen deosebit al naturii. Face posibilă observarea unei descărcări electrice într-un mediu gazos la o tensiune de câteva sute de milioane de volți și o distanță între electrozi de câțiva kilometri. În 1750, B. Franklin a propus Societății Regale din Londra să experimenteze cu o tijă de fier fixată pe o bază izolatoare și montată pe un turn înalt. El se aștepta ca atunci când un nor de tunete se apropie de turn, o sarcină de semn opus să fie concentrată la capătul superior al tijei inițial neutră, iar o sarcină de același semn ca la baza norului să fie concentrată la capătul inferior. . Dacă puterea câmpului electric în timpul unei descărcări de fulger crește suficient, sarcina de la capătul superior al tijei se va scurge parțial în aer, iar tija va dobândi o sarcină de același semn ca baza norului. Experimentul propus de Franklin nu a fost realizat în Anglia, dar a fost înființat în 1752 la Marly, lângă Paris, de către fizicianul francez Jean d'Alembert, care a folosit o tijă de fier de 12 m lungime introdusă într-o sticlă de sticlă (care a servit drept izolator), dar nu l-a așezat pe turn. Pe 10 mai, asistentul său a raportat că atunci când un nor de tunete era deasupra unei tije, au fost generate scântei atunci când i-a fost adus un fir împământat. Însuși Franklin, neștiind experiența de succes realizată în Franța, în iunie a acelui an, a efectuat faimosul său experiment cu un zmeu și a observat scântei electrice la capătul unui fir legat de el. În anul următor, în timp ce studia sarcinile colectate de la o tijă, Franklin a descoperit că bazele norilor de tunete sunt de obicei încărcate negativ. .Studii mai detaliate despre fulger au devenit posibile la sfârșitul secolului al XIX-lea datorită îmbunătățirilor aduse metodelor fotografice, mai ales după inventarea dispozitivului cu lentile rotative, care a făcut posibilă fixarea proceselor în curs de dezvoltare rapidă. O astfel de cameră a fost utilizată pe scară largă în studiul descărcărilor de scântei. S-a constatat că există mai multe tipuri de fulgere, cele mai frecvente fiind liniare, plate (intra-nor) și globulare (descărcări în aer). Fulgerul liniar este o descărcare de scânteie între un nor și suprafața pământului, urmând un canal cu ramuri în jos. Fulgerele plate apar în interiorul unui nor de tunete și arată ca fulgerări de lumină împrăștiată. Descărcările de aer ale fulgerelor cu bile, pornind de la un nor de tunete, sunt adesea direcționate orizontal și nu ajung la suprafața pământului.

O descărcare de fulger constă de obicei din trei sau mai multe descărcări repetate - impulsuri care urmează aceeași cale. Intervalele dintre impulsurile succesive sunt foarte scurte, de la 1/100 la 1/10 s (aceasta este ceea ce face ca fulgerul să pâlpâie). În general, blițul durează aproximativ o secundă sau mai puțin. Un proces tipic de dezvoltare a fulgerului poate fi descris după cum urmează. În primul rând, un conducător de descărcare slab luminos se repezi de sus la suprafața pământului. Când ajunge la el, o descărcare inversă sau principală strălucitoare strălucește de pe pământ în sus pe canalul pus de lider. Liderul de descărcare, de regulă, se mișcă în zig-zag. Viteza de propagare a acestuia variază de la o sută la câteva sute de kilometri pe secundă. Pe drumul său, ionizează moleculele de aer, creând un canal cu conductivitate crescută, prin care descărcarea inversă se deplasează în sus cu o viteză de aproximativ o sută de ori mai mare decât cea a descărcării conducătoare. Este dificil de determinat dimensiunea canalului, dar diametrul debitului conducător este estimat la 1–10 m, iar cel al debitului invers, la câțiva centimetri. Descărcările fulgerelor creează interferențe radio prin emiterea de unde radio într-o gamă largă - de la 30 kHz la frecvențe ultra-joase. Cea mai mare radiație a undelor radio este probabil în intervalul de la 5 la 10 kHz. O astfel de interferență radio de joasă frecvență este „concentrată” în spațiul dintre limita inferioară a ionosferei și suprafața pământului și este capabilă să se propagă la distanțe de mii de kilometri de la sursă.
MODIFICĂRI ÎN ATMOSFERĂ
Impactul meteoriților și meteoriților. Deși uneori ploile de meteori fac o impresie profundă cu efectele lor de lumină, meteorii individuali sunt rar văzuți. Mult mai numeroși sunt meteorii invizibili, prea mici pentru a fi văzuți în momentul în care sunt înghițiți de atmosferă. Unii dintre cei mai mici meteori probabil nu se încălzesc deloc, ci sunt doar capturați de atmosferă. Aceste particule mici, cu dimensiuni de la câțiva milimetri la zece miimi de milimetru, sunt numite micrometeoriți. Cantitatea de materie meteorică care intră în atmosferă în fiecare zi este de la 100 la 10.000 de tone, cea mai mare parte a acestei materii fiind micrometeoriți. Deoarece materia meteorică arde parțial în atmosferă, compoziția sa de gaz este completată cu urme de diferite elemente chimice. De exemplu, meteorii de piatră aduc litiu în atmosferă. Arderea meteorilor metalici duce la formarea de mici picături sferice de fier, fier-nichel și alte picături care trec prin atmosferă și se depun pe suprafața pământului. Ele pot fi găsite în Groenlanda și Antarctica, unde calotele de gheață rămân aproape neschimbate ani de zile. Oceanologii le găsesc în sedimentele de pe fundul oceanului. Majoritatea particulelor de meteori care intră în atmosferă sunt depuse în aproximativ 30 de zile. Unii oameni de știință consideră că acest praf cosmic joacă un rol important în formarea fenomenelor atmosferice precum ploaia, deoarece servește drept nuclee de condensare a vaporilor de apă. Prin urmare, se presupune că precipitațiile sunt asociate statistic cu ploi mari de meteoriți. Cu toate acestea, unii experți consideră că, deoarece aportul total de materie meteorică este de multe zeci de ori mai mare decât chiar și cu cea mai mare ploaie de meteori, modificarea cantității totale a acestui material care are loc ca urmare a unei astfel de ploaie poate fi neglijată. Cu toate acestea, nu există nicio îndoială că cei mai mari micrometeoriți și, bineînțeles, meteoriții vizibili lasă urme lungi de ionizare în straturile înalte ale atmosferei, în principal în ionosferă. Astfel de urme pot fi folosite pentru comunicații radio pe distanțe lungi, deoarece reflectă undele radio de înaltă frecvență. Energia meteorilor care intră în atmosferă este cheltuită în principal, și poate complet, pentru încălzirea acesteia. Aceasta este una dintre componentele minore ale echilibrului termic al atmosferei.
Dioxid de carbon de origine industrială.În perioada Carboniferului, vegetația lemnoasă era răspândită pe Pământ. Cea mai mare parte a dioxidului de carbon absorbit de plante la acea vreme a fost acumulat în zăcăminte de cărbune și în zăcăminte purtătoare de petrol. Oamenii au învățat să folosească rezervele uriașe ale acestor minerale ca sursă de energie și acum returnează rapid dioxidul de carbon în circulația substanțelor. Fosila este probabil de cca. 4*10 13 tone de carbon. În ultimul secol, omenirea a ars atât de mult combustibil fosil încât aproximativ 4 * 10 11 tone de carbon au intrat din nou în atmosferă. În prezent există cca. 2 * 10 12 tone de carbon, iar în următoarea sută de ani această cifră se poate dubla din cauza arderii combustibililor fosili. Cu toate acestea, nu tot carbonul va rămâne în atmosferă: o parte din el se va dizolva în apele oceanului, altele vor fi absorbite de plante, iar altele vor fi legate în procesul de degradare a rocilor. Nu este încă posibil de prezis cât de mult dioxid de carbon va fi în atmosferă sau ce efect va avea asupra climei lumii. Cu toate acestea, se crede că orice creștere a conținutului său va provoca încălzire, deși nu este deloc necesar ca orice încălzire să afecteze în mod semnificativ clima. Concentrația de dioxid de carbon din atmosferă, conform rezultatelor măsurătorilor, crește considerabil, deși într-un ritm lent. Datele climatice pentru Svalbard și Little America Station de pe platforma de gheață Ross din Antarctica indică o creștere a temperaturilor medii anuale pe o perioadă de aproximativ 50 de ani cu 5°, respectiv 2,5°C.
Impactul radiațiilor cosmice. Când razele cosmice de înaltă energie interacționează cu componentele individuale ale atmosferei, se formează izotopi radioactivi. Dintre acestea, se remarcă izotopul de carbon 14C, care se acumulează în țesuturile vegetale și animale. Măsurând radioactivitatea substanțelor organice care nu au schimbat carbon cu mediul de mult timp, se poate determina vârsta acestora. Metoda radiocarbonului s-a impus ca cea mai fiabilă metodă de datare a organismelor fosile și a obiectelor de cultură materială, a căror vârstă nu depășește 50 de mii de ani. Alți izotopi radioactivi cu timpi de înjumătățire mari ar putea fi utilizați pentru datarea materialelor vechi de sute de mii de ani dacă se rezolvă problema fundamentală a măsurării nivelurilor extrem de scăzute de radioactivitate.
(vezi și DATARE RADIOCARBONĂ).
ORIGINEA ATMOSFEREI PĂMÂNTULUI
Istoria formării atmosferei nu a fost încă restaurată în mod absolut sigur. Cu toate acestea, au fost identificate unele modificări probabile în compoziția sa. Formarea atmosferei a început imediat după formarea Pământului. Există motive destul de întemeiate să credem că în procesul de evoluție a Pământului Pra și dobândirea lui de dimensiuni și masă apropiate de cele moderne, acesta și-a pierdut aproape complet atmosfera inițială. Se crede că într-un stadiu incipient Pământul a fost în stare topit și cca. Cu 4,5 miliarde de ani în urmă, a prins formă într-un corp solid. Această piatră de hotar este considerată începutul cronologiei geologice. Din acel moment a avut loc o evoluție lentă a atmosferei. Unele procese geologice, cum ar fi erupțiile de lavă în timpul erupțiilor vulcanice, au fost însoțite de eliberarea de gaze din intestinele Pământului. Probabil că au inclus azot, amoniac, metan, vapori de apă, monoxid de carbon și dioxid de carbon. Sub influența radiației ultraviolete solare, vaporii de apă s-au descompus în hidrogen și oxigen, dar oxigenul eliberat a reacționat cu monoxidul de carbon pentru a forma dioxid de carbon. Amoniacul descompus în azot și hidrogen. Hidrogenul în procesul de difuzie s-a ridicat și a părăsit atmosfera, în timp ce azotul mai greu nu a putut scăpa și s-a acumulat treptat, devenind componenta sa principală, deși o parte a fost legată în timpul reacțiilor chimice. Sub influența razelor ultraviolete și a descărcărilor electrice, un amestec de gaze, probabil prezent în atmosfera originară a Pământului, a intrat în reacții chimice, în urma cărora s-au format substanțe organice, în special aminoacizi. În consecință, viața ar putea avea originea într-o atmosferă fundamental diferită de cea modernă. Odată cu apariția plantelor primitive, a început procesul de fotosinteză (vezi și FOTOSINTEZĂ), însoțit de eliberarea de oxigen liber. Acest gaz, mai ales după difuzia în atmosfera superioară, a început să-și protejeze straturile inferioare și suprafața Pământului de radiațiile ultraviolete și de raze X care pun viața în pericol. Se estimează că prezența a doar 0,00004 din volumul actual de oxigen ar putea duce la formarea unui strat cu jumătate din concentrația actuală de ozon, care a asigurat totuși o protecție foarte semnificativă împotriva razelor ultraviolete. De asemenea, este probabil ca atmosfera primară să fi conținut mult dioxid de carbon. A fost consumat în timpul fotosintezei, iar concentrația sa trebuie să fi scăzut pe măsură ce lumea vegetală a evoluat, dar și datorită absorbției în timpul unor procese geologice. Deoarece efectul de seră este asociat cu prezența dioxidului de carbon în atmosferă, unii oameni de știință consideră că fluctuațiile concentrației acestuia sunt una dintre cauzele importante ale schimbărilor climatice pe scară largă din istoria Pământului, cum ar fi erele glaciare. Heliul prezent în atmosfera modernă este probabil în mare parte un produs al dezintegrarii radioactive a uraniului, toriu și radiu. Aceste elemente radioactive emit particule alfa, care sunt nucleele atomilor de heliu. Deoarece nicio sarcină electrică nu este creată sau distrusă în timpul dezintegrarii radioactive, există doi electroni pentru fiecare particulă alfa. Drept urmare, se combină cu ei, formând atomi neutri de heliu. Elementele radioactive sunt conținute în minerale dispersate în grosimea rocilor, astfel încât o parte semnificativă din heliul format ca urmare a descompunerii radioactive este stocată în ele, volatilizându-se foarte lent în atmosferă. O anumită cantitate de heliu se ridică în exosferă datorită difuziei, dar din cauza afluxului constant de la suprafața pământului, volumul acestui gaz în atmosferă rămâne neschimbat. Pe baza analizei spectrale a luminii stelelor și a studiului meteoriților, este posibil să se estimeze abundența relativă a diferitelor elemente chimice din Univers. Concentrația de neon în spațiu este de aproximativ zece miliarde de ori mai mare decât pe Pământ, krypton - de zece milioane de ori și xenon - de un milion de ori. Rezultă că concentrația acestor gaze inerte, care au fost inițial prezente în atmosfera Pământului și nu au fost completate în cursul reacțiilor chimice, a scăzut foarte mult, probabil chiar în stadiul în care Pământul și-a pierdut atmosfera primară. O excepție este gazul inert de argon, deoarece se formează încă sub forma izotopului 40Ar în procesul de dezintegrare radioactivă a izotopului de potasiu.
FENOMENE OPTICE
Varietatea fenomenelor optice din atmosferă se datorează diverselor motive. Cele mai frecvente fenomene includ fulgerele (vezi mai sus) și foarte pitorești aurora boreale și aurora boreale (vezi și LUMINILE POLARE). În plus, prezintă un interes deosebit curcubeul, galul, parhelionul (soarele fals) și arcurile, coroana, halourile și fantomele lui Brocken, mirajele, focurile Sfântului Elmo, norii luminoși, razele verzi și crepusculare. Curcubeul este cel mai frumos fenomen atmosferic. De obicei, acesta este un arc uriaș, format din dungi multicolore, observat atunci când Soarele luminează doar o parte a cerului, iar aerul este saturat cu picături de apă, de exemplu, în timpul ploii. Arcurile multicolore sunt aranjate într-o secvență de spectru (roșu, portocaliu, galben, verde, cyan, indigo, violet), dar culorile nu sunt aproape niciodată pure, deoarece benzile se suprapun. De regulă, caracteristicile fizice ale curcubeului variază semnificativ și, prin urmare, sunt foarte diverse ca aspect. Caracteristica lor comună este că centrul arcului este întotdeauna situat pe o linie dreaptă trasată de la Soare la observator. Curcubeul principal este un arc format din cele mai strălucitoare culori - roșu la exterior și violet pe interior. Uneori este vizibil un singur arc, dar adesea apare unul secundar în exteriorul curcubeului principal. Nu are culori la fel de strălucitoare ca prima, iar dungile roșii și violete din el își schimbă locurile: roșul este situat în interior. Formarea curcubeului principal este explicată prin dublă refracție (vezi și OPTICA) și o singură reflexie internă a razelor solare (vezi Fig. 5). Pătrunzând în interiorul unei picături de apă (A), o rază de lumină este refractă și descompusă, ca atunci când trece printr-o prismă. Apoi ajunge pe suprafața opusă picăturii (B), este reflectată de ea și iese din picătură în exterior (C). În acest caz, fasciculul de lumină, înainte de a ajunge la observator, este refractat a doua oară. Fasciculul alb inițial este descompus în raze de diferite culori cu un unghi de divergență de 2°. Când se formează un curcubeu secundar, apar dublă refracție și dublă reflexie a razelor solare (vezi Fig. 6). În acest caz, lumina este refractată, pătrunzând în interiorul picăturii prin partea sa inferioară (A), și este reflectată de suprafața interioară a picăturii, mai întâi în punctul B, apoi în punctul C. În punctul D, lumina este refractată. , lăsând picătura către observator.

La răsărit și la apus, observatorul vede curcubeul sub forma unui arc egal cu o jumătate de cerc, deoarece axa curcubeului este paralelă cu orizontul. Dacă Soarele este mai sus deasupra orizontului, arcul curcubeului este mai mic de jumătate de cerc. Când Soarele se ridică peste 42° deasupra orizontului, curcubeul dispare. Peste tot, cu excepția la latitudini mari, un curcubeu nu poate apărea la amiază când Soarele este prea sus. Este interesant de estimat distanța până la curcubeu. Deși se pare că arcul multicolor este situat în același plan, aceasta este o iluzie. De fapt, curcubeul are adâncime mare și poate fi reprezentat ca suprafața unui con gol, în vârful căruia se află observatorul. Axa conului leagă Soarele, observatorul și centrul curcubeului. Observatorul privește, parcă, de-a lungul suprafeței acestui con. Doi oameni nu pot vedea niciodată exact același curcubeu. Desigur, se poate observa același efect în general, dar cele două curcubee sunt în poziții diferite și sunt formate din picături de apă diferite. Când ploaia sau ceața formează un curcubeu, efectul optic complet este obținut prin efectul combinat al tuturor picăturilor de apă care traversează suprafața conului curcubeului cu observatorul la vârf. Rolul fiecărei picături este trecător. Suprafața conului curcubeu este formată din mai multe straturi. Traversându-le rapid și trecând printr-o serie de puncte critice, fiecare picătură descompune instantaneu raza soarelui în întregul spectru într-o secvență strict definită - de la roșu la violet. Multe picături traversează suprafața conului în același mod, astfel încât curcubeul apare pentru observator ca fiind continuu atât de-a lungul arcului său, cât și de-a lungul arcului său. Halo - arcuri de lumină albă sau irizată și cercuri în jurul discului Soarelui sau Lunii. Sunt cauzate de refracția sau reflectarea luminii de către cristalele de gheață sau zăpadă din atmosferă. Cristalele care formează haloul sunt situate pe suprafața unui con imaginar cu axa îndreptată de la observator (din vârful conului) către Soare. În anumite condiții, atmosfera este saturată cu cristale mici, multe dintre fețele cărora formează un unghi drept cu planul care trece prin Soare, observator și aceste cristale. Astfel de fațete reflectă razele de lumină primite cu o abatere de 22 °, formând un halou care este roșcat în interior, dar poate consta și din toate culorile spectrului. Mai puțin obișnuit este un halou cu o rază unghiulară de 46°, situat concentric în jurul unui halou de 22 de grade. Partea sa interioară are și o nuanță roșiatică. Motivul pentru aceasta este și refracția luminii, care apare în acest caz pe fețele de cristal care formează unghiuri drepte. Lățimea inelului unui astfel de halou depășește 2,5°. Atât halourile de 46 de grade, cât și de 22 de grade tind să fie cele mai strălucitoare în partea de sus și de jos a inelului. Haloul rar de 90 de grade este un inel slab luminos, aproape incolor, care are un centru comun cu celelalte două halouri. Dacă este colorat, are o culoare roșie pe exteriorul inelului. Mecanismul apariției acestui tip de halou nu a fost pe deplin elucidat (Fig. 7).

Parhelia și arcuri. Cercul parhelic (sau cerc de sori falși) - un inel alb centrat în punctul zenit, care trece prin Soare paralel cu orizontul. Motivul formării sale este reflectarea luminii solare de la marginile suprafețelor cristalelor de gheață. Dacă cristalele sunt distribuite suficient de uniform în aer, un cerc complet devine vizibil. Parheliile, sau falșii sori, sunt pete puternic luminoase asemănătoare Soarelui, care se formează în punctele de intersecție a cercului parhelic cu aureola, având raze unghiulare de 22°, 46° și 90°. Parhelionul cel mai frecvent format și cel mai strălucitor se formează la intersecția cu un halou de 22 de grade, colorat de obicei în aproape toate culorile curcubeului. Sorii falși la intersecțiile cu halouri de 46 și 90 de grade sunt observați mult mai rar. Parheliile care apar la intersecțiile cu halouri de 90 de grade se numesc parantelii sau contrasoare falși. Uneori este vizibil și un antelium (contra-soare) - un punct luminos situat pe inelul parhelion exact opus Soarelui. Se presupune că cauza acestui fenomen este dubla reflexie internă a luminii solare. Fasciculul reflectat urmează aceeași cale ca și fasciculul incident, dar în direcția opusă. Arcul circumzenital, denumit uneori incorect arc tangent superior al halou-ului de 46 de grade, este un arc de 90° sau mai puțin centrat pe punctul zenit și aproximativ 46° deasupra Soarelui. Este rar vizibil și doar pentru câteva minute, are culori strălucitoare, iar culoarea roșie este limitată la partea exterioară a arcului. Arcul circumzenital este remarcabil pentru colorarea, luminozitatea și contururile sale clare. Un alt efect optic curios și foarte rar de tip halo este arcul Lovitz. Ele apar ca o continuare a parheliei la intersecția cu haloul de 22 de grade, trec din partea exterioară a halou și sunt ușor concave spre Soare. Stâlpii de lumină albicioasă, precum și diverse cruci, sunt uneori văzuți în zori sau în amurg, în special în regiunile polare, și pot însoți atât Soarele, cât și Luna. Uneori, se observă halouri lunare și alte efecte similare cu cele descrise mai sus, cel mai frecvent halou lunar (inelul în jurul Lunii) având o rază unghiulară de 22°. Asemenea sorilor falși, pot apărea luni false. Coroanele, sau coroanele, sunt mici inele concentrice colorate în jurul Soarelui, Lunii sau a altor obiecte strălucitoare care sunt observate din când în când când sursa de lumină se află în spatele norilor translucizi. Raza coroanei este mai mică decât raza haloului și este de cca. 1-5°, inelul albastru sau violet este cel mai aproape de Soare. O coroană se formează atunci când lumina este împrăștiată de mici picături de apă care formează un nor. Uneori, coroana arată ca o pată luminoasă (sau halou) care înconjoară Soarele (sau Luna), care se termină cu un inel roșcat. În alte cazuri, cel puțin două inele concentrice de diametru mai mare, foarte slab colorate, sunt vizibile în afara halou. Acest fenomen este însoțit de nori irizați. Uneori, marginile norilor foarte înalți sunt pictate în culori strălucitoare.
Gloria (halos).În condiții speciale, apar fenomene atmosferice neobișnuite. Dacă Soarele se află în spatele observatorului și umbra sa este proiectată pe norii din apropiere sau pe o perdea de ceață, sub o anumită stare a atmosferei în jurul umbrei capului unei persoane, puteți vedea un cerc luminos colorat - un halou. De obicei, un astfel de halou se formează datorită reflectării luminii de către picăturile de rouă pe un gazon înierbat. Glorias sunt, de asemenea, destul de obișnuite să fie găsite în jurul umbrei pe care avionul o aruncă asupra norilor de dedesubt.
Fantomele lui Brocken.În unele regiuni ale globului, când umbra unui observator de pe un deal la răsăritul sau la apusul soarelui cade în spatele lui pe nori aflați la mică distanță, se dezvăluie un efect izbitor: umbra capătă dimensiuni colosale. Acest lucru se datorează reflectării și refracției luminii de către cele mai mici picături de apă din ceață. Fenomenul descris este numit „fantoma lui Brocken” după vârful din munții Harz din Germania.
Miraje- un efect optic cauzat de refracția luminii la trecerea prin straturi de aer de diferite densități și se exprimă în aspectul unei imagini virtuale. În acest caz, obiectele îndepărtate se pot dovedi a fi ridicate sau coborâte în raport cu poziția lor reală și pot fi, de asemenea, distorsionate și să dobândească forme neregulate, fantastice. Mirajele sunt adesea observate în climă caldă, cum ar fi peste câmpiile nisipoase. Mirajele inferioare sunt obișnuite, atunci când suprafața îndepărtată, aproape plană, a deșertului capătă aspectul unei ape deschise, mai ales când este privită de la o ușoară înălțime sau pur și simplu deasupra unui strat de aer încălzit. O iluzie similară apare de obicei pe un drum asfaltat încălzit, care arată ca o suprafață de apă în față. În realitate, această suprafață este o reflectare a cerului. Sub nivelul ochilor, în această „apă” pot apărea obiecte, de obicei cu susul în jos. Deasupra suprafeței terestre încălzite se formează o „prăjitură de aer”, iar stratul cel mai apropiat de pământ este cel mai încălzit și atât de rarefiat încât undele luminoase care trec prin el sunt distorsionate, deoarece viteza lor de propagare variază în funcție de densitatea mediului. Mirajele superioare sunt mai puțin frecvente și mai pitorești decât mirajele inferioare. Obiectele îndepărtate (adesea sub orizontul mării) apar cu susul în jos pe cer, iar uneori mai sus apare și o imagine directă a aceluiași obiect. Acest fenomen este tipic pentru regiunile reci, mai ales când există o inversare semnificativă a temperaturii, când un strat mai cald de aer se află deasupra stratului mai rece. Acest efect optic se manifestă ca urmare a modelelor complexe de propagare a frontului undelor luminoase în straturi de aer cu o densitate neuniformă. Miraje foarte neobișnuite apar din când în când, mai ales în regiunile polare. Când mirajele apar pe uscat, copacii și alte componente ale peisajului sunt cu susul în jos. În toate cazurile, obiectele din mirajele superioare sunt mai vizibile decât în ​​cele inferioare. Când limita a două mase de aer este un plan vertical, se observă uneori miraje laterale.
focul Sfântului Elm. Unele fenomene optice din atmosferă (de exemplu, strălucirea și cel mai frecvent fenomen meteorologic - fulgerul) sunt de natură electrică. Mult mai puțin frecvente sunt incendiile Sf. Elm - perii luminoase albastru pal sau violet de la 30 cm la 1 m sau mai mult în lungime, de obicei pe vârfurile catargelor sau la capetele curților navelor pe mare. Uneori se pare că întregul tachelaj al navei este acoperit cu fosfor și strălucește. Focurile lui Elmo apar uneori pe vârfurile munților, precum și pe turle și colțurile ascuțite ale clădirilor înalte. Acest fenomen este descărcări electrice prin perie la capetele conductorilor electrici, atunci când intensitatea câmpului electric este mult crescută în atmosfera din jurul lor. Will-o'-the-wisps sunt o strălucire slabă albăstruie sau verzuie care se vede uneori în mlaștini, cimitire și cripte. Adesea apar ca o flacără de lumânare care arde calm, care nu se încălzește, ridicată la aproximativ 30 cm deasupra solului, plutind deasupra obiectului pentru o clipă. Lumina pare să fie complet evazivă și, pe măsură ce observatorul se apropie, pare să se mute în alt loc. Motivul acestui fenomen este descompunerea reziduurilor organice și arderea spontană a metanului (CH4) sau a fosfinei (PH3) din gazul de mlaștină. Luminile rătăcitoare au o formă diferită, uneori chiar sferică. Fascicul verde - un fulger de lumină verde smarald în momentul în care ultima rază a Soarelui dispare sub orizont. Componenta roșie a luminii solare dispare prima, toate celelalte urmează în ordine, iar verdele smarald rămâne ultimul. Acest fenomen apare doar atunci când doar marginea discului solar rămâne deasupra orizontului, altfel există un amestec de culori. Razele crepusculare sunt fascicule divergente de lumină solară care devin vizibile atunci când luminează praful în atmosfera înaltă. Umbrele din nori formează benzi întunecate, iar razele se propagă între ele. Acest efect apare atunci când Soarele este jos la orizont înainte de zori sau după apus.

Învelișul gazos care înconjoară planeta noastră Pământ, cunoscut sub numele de atmosferă, este format din cinci straturi principale. Aceste straturi își au originea pe suprafața planetei, de la nivelul mării (uneori mai jos) și se ridică în spațiul cosmic în următoarea secvență:

• troposfera;
• Stratosferă;
• Mezosfera;
• Termosferă;
• Exosfera.

Diagrama principalelor straturi ale atmosferei terestre

Între fiecare dintre aceste cinci straturi principale se află zone de tranziție numite „pauze” unde apar modificări ale temperaturii, compoziției și densității aerului. Împreună cu pauzele, atmosfera Pământului include un total de 9 straturi.

Troposfera: unde se întâmplă vremea

Dintre toate straturile atmosferei, troposfera este cea cu care ne cunoaștem cel mai mult (fie că îți dai seama sau nu), întrucât trăim la fundul ei - suprafața planetei. Acesta învăluie suprafața Pământului și se extinde în sus pe câțiva kilometri. Cuvântul troposferă înseamnă „schimbarea mingii”. Un nume foarte potrivit, deoarece acest strat este locul unde se întâmplă vremea noastră de zi cu zi.

Pornind de la suprafața planetei, troposfera se ridică la o înălțime de 6 până la 20 km. Treimea inferioară a stratului cel mai apropiat de noi conține 50% din toate gazele atmosferice. Este singura parte din întreaga compoziție a atmosferei care respiră. Datorită faptului că aerul este încălzit de jos de suprafața pământului, care absoarbe energia termică a Soarelui, temperatura și presiunea troposferei scad odată cu creșterea altitudinii.

În partea de sus este un strat subțire numit tropopauză, care este doar un tampon între troposferă și stratosferă.

Stratosfera: casa ozonului

Stratosfera este următorul strat al atmosferei. Se întinde de la 6-20 km până la 50 km deasupra suprafeței pământului. Acesta este stratul în care zboară majoritatea avioanelor comerciale și călătoresc baloanele.

Aici, aerul nu curge în sus și în jos, ci se mișcă paralel cu suprafața în curenți de aer foarte mari. Temperaturile cresc pe măsură ce urcăm, datorită abundenței de ozon natural (O3), un produs secundar al radiației solare, și a oxigenului, care are capacitatea de a absorbi razele ultraviolete dăunătoare ale soarelui (orice creștere a temperaturii odată cu altitudinea este cunoscută în meteorologia ca o „inversie”) .

Deoarece stratosfera are temperaturi mai calde în partea de jos și temperaturi mai reci în partea de sus, convecția (mișcările verticale ale maselor de aer) este rară în această parte a atmosferei. De fapt, din stratosferă puteți vedea o furtună care răzvrătește în troposferă, deoarece stratul acționează ca un „capac” pentru convecție, prin care norii de furtună nu pătrund.

Stratosfera este din nou urmată de un strat tampon, numit de data aceasta stratopauză.

Mezosfera: atmosfera mijlocie

Mezosfera este situată la aproximativ 50-80 km de suprafața Pământului. Mezosfera superioară este cel mai rece loc natural de pe Pământ, unde temperaturile pot scădea sub -143°C.

Termosfera: atmosfera superioara

Mezosfera și mezopauza sunt urmate de termosferă, situată între 80 și 700 km deasupra suprafeței planetei și care conține mai puțin de 0,01% din aerul total din învelișul atmosferic. Temperaturile ajung aici până la +2000° C, dar din cauza rarefării puternice a aerului și a lipsei moleculelor de gaz pentru a transfera căldura, aceste temperaturi ridicate sunt percepute ca fiind foarte reci.

Exosfera: limita dintre atmosferă și spațiu

La o altitudine de aproximativ 700-10.000 km deasupra suprafeței pământului se află exosfera - marginea exterioară a atmosferei, învecinată cu spațiul. Aici sateliții meteorologici se învârt în jurul Pământului.

Ce zici de ionosferă?

Ionosfera nu este un strat separat și, de fapt, acest termen este folosit pentru a se referi la atmosfera la o altitudine de 60 până la 1000 km. Include părțile superioare ale mezosferei, întreaga termosferă și o parte a exosferei. Ionosfera își primește numele deoarece în această parte a atmosferei, radiația Soarelui este ionizată atunci când trece prin câmpurile magnetice ale Pământului la și . Acest fenomen este observat de pe pământ ca aurora boreală.