• Dinh dưỡng hợp lý để tăng cơ
• Thịt kho dưa cải
• Bánh mì hải sản: công thức từng bước có ảnh
• Chất bảo quản thực phẩm Е234 Nizin
• Cá chép nướng
• Bánh kếp bột gạo Bánh xèo Mỹ chuối
• Tagliatelle: sản phẩm này là gì?
• Một công thức đơn giản cho món thịt hầm bắp cải với thịt gà - một bức ảnh công thức từng bước cho món thịt hầm bắp cải với thịt gà
• Thịt bò cắt nhỏ
• Salad bắp cải với cam Salad bắp cải với nước cam

KHÔNG KHÍ
khí bao quanh một thiên thể. Các đặc tính của nó phụ thuộc vào kích thước, khối lượng, nhiệt độ, tốc độ quay và thành phần hóa học của một thiên thể nhất định, đồng thời cũng được xác định bởi lịch sử hình thành từ thời điểm hình thành của nó. Bầu khí quyển của Trái đất được hình thành bởi một hỗn hợp các khí gọi là không khí. Thành phần chính của nó là nitơ và oxy theo tỷ lệ khoảng 4: 1. Một người chủ yếu bị ảnh hưởng bởi trạng thái của 15-25 km thấp hơn của khí quyển, vì ở lớp thấp hơn này là nơi tập trung phần lớn không khí. Khoa học nghiên cứu về bầu khí quyển được gọi là khí tượng học, mặc dù đối tượng của khoa học này cũng là thời tiết và những ảnh hưởng của nó đối với con người. Trạng thái của tầng trên khí quyển, nằm ở độ cao từ 60 đến 300 và thậm chí 1000 km so với bề mặt Trái đất, cũng thay đổi. Gió mạnh, bão và các hiện tượng điện kinh ngạc như cực quang phát triển ở đây. Nhiều hiện tượng được liệt kê có liên quan đến dòng bức xạ mặt trời, bức xạ vũ trụ, cũng như từ trường của Trái đất. Các tầng cao của khí quyển cũng là một phòng thí nghiệm hóa học, vì ở đó, trong điều kiện gần với chân không, một số khí trong khí quyển dưới tác động của một luồng năng lượng mặt trời mạnh sẽ tham gia vào các phản ứng hóa học. Khoa học nghiên cứu các hiện tượng và quá trình có liên quan lẫn nhau này được gọi là vật lý học về các tầng cao của khí quyển.
ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ NỀN TẢNG CỦA TRÁI ĐẤT
Các kích thước. Cho đến khi các tên lửa thăm dò và vệ tinh nhân tạo khám phá các lớp bên ngoài của khí quyển ở khoảng cách lớn hơn bán kính Trái đất vài lần, người ta tin rằng khi khoảng cách từ bề mặt trái đất, khí quyển dần trở nên hiếm hơn và đi vào không gian liên hành tinh một cách thuận lợi. Hiện nay người ta đã xác định được rằng các dòng năng lượng từ các lớp sâu của Mặt trời thâm nhập vào không gian bên ngoài vượt xa quỹ đạo của Trái đất, cho đến các giới hạn bên ngoài của Hệ Mặt trời. Cái gọi là. gió mặt trời chảy xung quanh từ trường của trái đất, tạo thành một "hốc" dài, bên trong là bầu khí quyển của trái đất. Từ trường của Trái đất bị thu hẹp đáng kể ở phía ban ngày đối diện với Mặt trời và tạo thành một cái lưỡi dài, có thể vượt ra ngoài giới hạn của quỹ đạo Mặt trăng, ở phía đối diện, vào ban đêm. Ranh giới của từ trường Trái đất được gọi là giới hạn từ. Vào ban ngày, biên giới này chạy ở khoảng cách bảy bán kính Trái đất so với bề mặt, nhưng trong thời gian hoạt động của Mặt trời gia tăng, nó hóa ra thậm chí còn gần với bề mặt Trái đất hơn. Từ trường đồng thời là ranh giới của bầu khí quyển trái đất, lớp vỏ bên ngoài của nó còn được gọi là từ quyển, vì các hạt mang điện (ion) tập trung trong nó, chuyển động của chúng là do từ trường của trái đất gây ra. Tổng trọng lượng của các khí trong khí quyển xấp xỉ 4,5 * 1015 tấn. Như vậy, "trọng lượng" của khí quyển trên một đơn vị diện tích, hay áp suất khí quyển, xấp xỉ 11 tấn / m2 ở mực nước biển.
Ý nghĩa cho cuộc sống. Từ phía trên, nó cho thấy Trái đất được ngăn cách với không gian liên hành tinh bởi một lớp bảo vệ mạnh mẽ. Không gian bên ngoài tràn ngập bức xạ tia cực tím và tia X mạnh mẽ từ Mặt trời và thậm chí cả bức xạ vũ trụ khó hơn, và những loại bức xạ này có tính hủy diệt đối với tất cả các sinh vật. Ở rìa ngoài của bầu khí quyển, cường độ bức xạ có thể gây chết người, nhưng phần lớn nó bị khí quyển ở xa bề mặt Trái đất giữ lại. Sự hấp thụ bức xạ này giải thích nhiều tính chất của các tầng cao của khí quyển và đặc biệt là các hiện tượng điện xảy ra ở đó. Tầng bề mặt, thấp nhất của khí quyển đặc biệt quan trọng đối với con người, những người sống ở nơi tiếp xúc giữa vỏ rắn, lỏng và khí của Trái đất. Lớp vỏ trên của Trái đất "rắn" được gọi là thạch quyển. Khoảng 72% bề mặt Trái đất được bao phủ bởi các đại dương, tạo nên phần lớn thủy quyển. Khí quyển tiếp giáp với cả thạch quyển và thủy quyển. Một người sống ở dưới đáy đại dương không khí và gần hoặc cao hơn mực nước đại dương. Sự tương tác của các đại dương này là một trong những yếu tố quan trọng quyết định trạng thái của khí quyển.
Thành phần. Các lớp dưới của khí quyển được cấu tạo bởi một hỗn hợp các khí (xem bảng). Ngoài những chất được liệt kê trong bảng, các khí khác có trong không khí ở dạng tạp chất nhỏ: ozon, mêtan, các chất như cacbon monoxit (CO), nitơ và oxit lưu huỳnh, amoniac.

THÀNH PHẦN CỦA ATMOSPHERE

Ở các tầng cao của khí quyển, thành phần của không khí thay đổi dưới ảnh hưởng của bức xạ cứng của Mặt trời, dẫn đến sự phân rã của các phân tử oxy thành nguyên tử. Ôxy nguyên tử là thành phần chính của các tầng cao của khí quyển. Cuối cùng, trong các lớp khí quyển xa bề mặt Trái đất nhất, các khí nhẹ nhất - hydro và heli - trở thành thành phần chính. Vì phần lớn vật chất tập trung ở tầng thấp hơn 30 km, nên những thay đổi trong thành phần không khí ở độ cao hơn 100 km không có ảnh hưởng đáng chú ý đến thành phần tổng thể của khí quyển.
Trao đổi năng lượng. Mặt trời là nguồn năng lượng chính đến trái đất. Ở khoảng cách xấp xỉ. Cách Mặt trời 150 triệu km, Trái đất nhận được xấp xỉ một phần hai tỷ năng lượng mà nó tỏa ra, chủ yếu ở phần nhìn thấy được của quang phổ mà con người gọi là "ánh sáng". Phần lớn năng lượng này được hấp thụ bởi khí quyển và thạch quyển. Trái đất cũng phát ra năng lượng, chủ yếu dưới dạng bức xạ hồng ngoại sóng dài. Do đó, sự cân bằng được thiết lập giữa năng lượng nhận được từ Mặt trời, sự đốt nóng của Trái đất và bầu khí quyển, và dòng trở lại của năng lượng nhiệt bức xạ vào không gian. Cơ chế của sự cân bằng này vô cùng phức tạp. Các phân tử bụi và khí phân tán ánh sáng, phản xạ một phần ánh sáng vào không gian thế giới. Thậm chí hầu hết các bức xạ tới đều bị phản xạ bởi các đám mây. Một phần năng lượng được hấp thụ trực tiếp bởi các phân tử khí, nhưng chủ yếu là đá, thảm thực vật và nước trên bề mặt. Hơi nước và khí cacbonic có trong khí quyển truyền bức xạ nhìn thấy được nhưng lại hấp thụ tia hồng ngoại. Năng lượng nhiệt được tích lũy chủ yếu ở tầng khí quyển thấp hơn. Một hiệu ứng tương tự xảy ra trong nhà kính khi kính cho ánh sáng vào và đất nóng lên. Vì thủy tinh tương đối mờ đục đối với bức xạ hồng ngoại, nhiệt tích tụ trong nhà kính. Việc đốt nóng tầng thấp của bầu khí quyển bởi sự hiện diện của hơi nước và carbon dioxide thường được gọi là hiệu ứng nhà kính. Mây đóng một vai trò quan trọng trong việc giữ ấm cho vùng hạ quyển. Nếu các đám mây tan đi hoặc độ trong suốt của các khối không khí tăng lên, nhiệt độ chắc chắn sẽ giảm xuống do bề mặt Trái đất tự do bức xạ nhiệt năng vào không gian xung quanh. Nước trên bề mặt Trái đất hấp thụ năng lượng mặt trời và bay hơi, biến thành khí - hơi nước, mang năng lượng khổng lồ vào tầng khí quyển thấp hơn. Khi hơi nước ngưng tụ và các đám mây hoặc sương mù hình thành, năng lượng này được giải phóng dưới dạng nhiệt. Khoảng một nửa năng lượng mặt trời đến bề mặt trái đất được sử dụng để làm bay hơi nước và đi vào tầng khí quyển thấp hơn. Do đó, do hiệu ứng nhà kính và sự bay hơi của nước, bầu khí quyển ấm lên từ bên dưới. Điều này phần nào giải thích hoạt động cao của hoàn lưu của nó so với hoàn lưu của Đại dương Thế giới, vốn chỉ ấm lên từ trên cao và do đó ổn định hơn nhiều so với khí quyển.
Xem thêm PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ KHÍ HẬU. Ngoài sự đốt nóng chung của bầu khí quyển bởi "ánh sáng" của mặt trời, sự đốt nóng đáng kể của một số lớp của nó xảy ra do bức xạ tia cực tím và tia X của Mặt trời. Kết cấu. So với chất lỏng và chất rắn, ở chất khí lực hút giữa các phân tử là nhỏ nhất. Khi khoảng cách giữa các phân tử tăng lên, các chất khí có thể giãn nở vô hạn, nếu không có gì ngăn cản chúng. Ranh giới dưới của khí quyển là bề mặt Trái đất. Nói một cách chính xác, rào cản này là không thể xuyên qua, vì sự trao đổi khí xảy ra giữa không khí và nước và thậm chí giữa không khí và đá, nhưng trong trường hợp này, các yếu tố này có thể bị bỏ qua. Vì khí quyển là một vỏ hình cầu, nó không có ranh giới bên, mà chỉ có ranh giới bên dưới và ranh giới bên trên (bên ngoài), mở ra từ phía bên của không gian liên hành tinh. Một số khí trung tính rò rỉ qua đường viền bên ngoài, cũng như dòng vật chất từ ​​không gian xung quanh. Hầu hết các hạt mang điện, ngoại trừ các tia vũ trụ năng lượng cao, đều bị từ quyển bắt giữ hoặc đẩy lùi. Bầu khí quyển cũng chịu ảnh hưởng của lực hấp dẫn giữ lớp vỏ không khí trên bề mặt Trái đất. Các khí trong khí quyển được nén bởi trọng lượng của chính chúng. Sự nén này là cực đại ở ranh giới dưới của khí quyển, và do đó mật độ không khí ở đây là lớn nhất. Ở bất kỳ độ cao nào trên bề mặt trái đất, mức độ nén của không khí phụ thuộc vào khối lượng của cột không khí bên trên, do đó, mật độ không khí giảm theo độ cao. Áp suất, bằng khối lượng của cột không khí bên trên trên một đơn vị diện tích, tỷ lệ thuận với mật độ và do đó, cũng giảm theo chiều cao. Nếu bầu khí quyển là một "khí lý tưởng" với thành phần không đổi không phụ thuộc vào độ cao, nhiệt độ không đổi và lực hấp dẫn không đổi tác dụng lên nó, thì áp suất sẽ giảm 10 lần cho mỗi 20 km độ cao. Khí quyển thực khác biệt không đáng kể so với khí lý tưởng ở độ cao 100 km, và sau đó áp suất giảm chậm hơn theo độ cao, do thành phần của không khí thay đổi. Những thay đổi nhỏ trong mô hình được mô tả cũng được tạo ra bởi sự giảm trọng lực với khoảng cách từ tâm Trái đất, khoảng. 3% cho mỗi 100 km độ cao. Không giống như áp suất khí quyển, nhiệt độ không giảm liên tục theo độ cao. Như được hiển thị trong hình. 1, nó giảm xuống khoảng 10 km và sau đó bắt đầu phát triển trở lại. Điều này xảy ra khi oxy hấp thụ bức xạ mặt trời cực tím. Trong trường hợp này, khí ozone được hình thành, các phân tử trong đó bao gồm ba nguyên tử oxy (O3). Nó cũng hấp thụ bức xạ tia cực tím, và do đó lớp khí quyển này, được gọi là ozonosphere, nóng lên. Ở trên, nhiệt độ lại giảm, vì có ít phân tử khí hơn, và do đó sự hấp thụ năng lượng bị giảm. Ở các lớp cao hơn nữa, nhiệt độ lại tăng lên do bầu khí quyển hấp thụ nhiều nhất bức xạ tia cực tím và tia X sóng ngắn từ Mặt trời. Dưới ảnh hưởng của bức xạ mạnh này, bầu khí quyển bị ion hóa, tức là một phân tử khí mất một electron và nhận được một điện tích dương. Các phân tử này trở thành các ion mang điện tích dương. Do sự hiện diện của các điện tử và ion tự do, lớp khí quyển này có được các đặc tính của vật dẫn điện. Người ta tin rằng nhiệt độ tiếp tục tăng lên đến độ cao mà bầu khí quyển hiếm đi vào không gian liên hành tinh. Ở khoảng cách vài nghìn km so với bề mặt Trái đất, nhiệt độ từ 5000 ° đến 10.000 ° C có khả năng chiếm ưu thế. Mặc dù các phân tử và nguyên tử có tốc độ chuyển động rất cao và do đó nhiệt độ cao, khí hiếm này không "nóng" ở cảm giác thông thường ... Do số lượng ít các phân tử ở độ cao lớn, tổng năng lượng nhiệt của chúng rất nhỏ. Do đó, khí quyển bao gồm các lớp riêng lẻ (tức là một loạt các lớp vỏ đồng tâm, hoặc các khối cầu), việc lựa chọn các lớp này phụ thuộc vào đặc tính nào được quan tâm nhiều nhất. Dựa trên sự phân bố nhiệt độ trung bình, các nhà khí tượng học đã phát triển một sơ đồ cho cấu trúc của một "tầng khí quyển trung bình" lý tưởng (xem Hình 1).

Tầng đối lưu là lớp thấp hơn của khí quyển, kéo dài đến mức nhiệt cực tiểu đầu tiên (cái gọi là nhiệt đới). Ranh giới trên của tầng đối lưu phụ thuộc vào vĩ độ địa lý(ở vùng nhiệt đới - 18-20 km, ở vĩ độ ôn đới - khoảng 10 km) và các mùa. Cơ quan Khí tượng Quốc gia Hoa Kỳ đã tiến hành đo đạc gần Nam Cực và phát hiện ra những thay đổi theo mùa trong độ cao nhiệt đới. Vào tháng 3, nhiệt đới ở độ cao xấp xỉ. 7,5 km. Từ tháng 3 đến tháng 8 hoặc tháng 9 có sự lạnh đi ổn định của tầng đối lưu và ranh giới của nó trong một thời gian ngắn vào tháng 8 hoặc tháng 9 tăng lên khoảng 11,5 km. Sau đó, từ tháng 9 đến tháng 12, nó giảm nhanh và đạt đến vị trí thấp nhất - 7,5 km, nơi nó duy trì cho đến tháng 3, trải qua các dao động chỉ trong vòng 0,5 km. Chính ở tầng đối lưu hình thành chủ yếu thời tiết, là yếu tố quyết định điều kiện tồn tại của con người. Phần lớn hơi nước trong khí quyển tập trung ở tầng đối lưu, và do đó các đám mây chủ yếu được hình thành ở đây, mặc dù một số trong số chúng, bao gồm các tinh thể băng, cũng được tìm thấy ở các lớp cao hơn. Tầng đối lưu được đặc trưng bởi sự hỗn loạn và các luồng không khí mạnh mẽ (gió) và bão. Ở tầng đối lưu trên, có các luồng không khí mạnh theo một hướng xác định chặt chẽ. Các xoáy xoáy, giống như xoáy nước nhỏ, được tạo ra bởi lực ma sát và tương tác động giữa các khối khí chuyển động chậm và nhanh. Vì thường không có mây che phủ trong các lớp cao này, nên nhiễu động này được gọi là "nhiễu động bầu trời trong".
Tầng bình lưu. Lớp bên trên của khí quyển thường bị mô tả một cách nhầm lẫn là một lớp có nhiệt độ tương đối ổn định, nơi các cơn gió thổi ít nhiều đều đặn và nơi các yếu tố khí tượng thay đổi ít. Tầng bình lưu trên nóng lên khi ôxy và ôzôn hấp thụ bức xạ cực tím mặt trời. Ranh giới trên của tầng bình lưu (tầng bình lưu) là nơi nhiệt độ tăng nhẹ, đạt mức cực đại trung bình, thường có thể so sánh với nhiệt độ của lớp không khí bề mặt. Các nhiễu động hỗn loạn và gió mạnh thổi theo các hướng khác nhau đã được tìm thấy trong tầng bình lưu trên cơ sở các quan sát được thực hiện với sự trợ giúp của máy bay và khinh khí cầu thích nghi với các chuyến bay ở độ cao không đổi. Cũng như trong tầng đối lưu, các xoáy khí cực mạnh được ghi nhận, đặc biệt nguy hiểm đối với máy bay tốc độ cao. Gió mạnh, được gọi là luồng phản lực, thổi trong các đới hẹp dọc theo ranh giới ôn đới hướng về cực. Tuy nhiên, các vùng này có thể thay đổi, biến mất và xuất hiện trở lại. Dòng phản lực thường xuyên qua nhiệt độ và tự biểu hiện trong lớp trên tầng đối lưu, nhưng tốc độ của chúng giảm nhanh khi giảm độ cao. Có thể một số năng lượng đi vào tầng bình lưu (chủ yếu dành cho việc hình thành ôzôn) ảnh hưởng đến các quá trình trong tầng đối lưu. Đặc biệt sự pha trộn tích cực liên quan đến các mặt trước của khí quyển, nơi các luồng không khí tầng bình lưu khổng lồ được ghi lại đáng kể bên dưới nhiệt đới, và không khí đối lưu được hút vào các lớp thấp hơn của tầng bình lưu. Đã đạt được những tiến bộ đáng kể trong việc nghiên cứu cấu trúc thẳng đứng của các lớp thấp hơn của khí quyển liên quan đến việc cải tiến kỹ thuật phóng các đồng hồ phóng xạ lên độ cao 25-30 km. Tầng trung lưu, nằm phía trên tầng bình lưu, là một lớp vỏ trong đó nhiệt độ giảm xuống độ cao 80-85 km đến các giá trị tối thiểu của khí quyển nói chung. Nhiệt độ thấp kỷ lục xuống -110 ° C được ghi nhận bởi tên lửa khí tượng phóng từ cơ sở lắp đặt của Mỹ-Canada tại Fort Churchill (Canada). Giới hạn trên của tầng trung lưu (mesopause) gần trùng khớp với giới hạn dưới của vùng hấp thụ tích cực tia X và bức xạ tử ngoại có bước sóng ngắn nhất từ ​​Mặt trời, đi kèm với sự đốt nóng và ion hóa chất khí. Ở các vùng cực, các hệ thống mây thường xuất hiện vào mùa hè, chúng chiếm diện tích lớn, nhưng phát triển theo phương thẳng đứng không đáng kể. Những đám mây phát sáng ban đêm như vậy thường cho phép phát hiện các chuyển động không khí nhấp nhô quy mô lớn trong tầng trung lưu. Thành phần của những đám mây này, nguồn hạt nhân hơi ẩm và ngưng tụ, động lực học và mối quan hệ với các yếu tố khí tượng vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Nhiệt khí quyển là một lớp khí quyển trong đó nhiệt độ tăng lên liên tục. Khả năng của nó có thể đạt 600 km. Áp suất và do đó, khối lượng riêng của khí không ngừng giảm theo chiều cao. Gần bề mặt trái đất, khoảng 1 m3 không khí chứa. 2,5ґ1025 phân tử, ở độ cao xấp xỉ. 100 km, ở các lớp thấp hơn của khí quyển - khoảng 1019, ở độ cao 200 km, trong tầng điện ly - 5 * 10 15 và theo tính toán, ở độ cao xấp xỉ. 850 km là khoảng 1012 phân tử. Trong không gian liên hành tinh, nồng độ của các phân tử là 10 8-10 9 trên 1 m3. Ở độ cao khoảng. 100 km, số lượng phân tử ít, và chúng hiếm khi va chạm với nhau. Khoảng cách trung bình mà một phân tử chuyển động hỗn loạn đi được trước khi va chạm với một phân tử tương tự khác được gọi là quãng đường tự do trung bình của nó. Lớp mà giá trị này tăng lên đến mức có thể bỏ qua xác suất va chạm giữa các phân tử hoặc giữa các nguyên tử nằm ở ranh giới giữa khí quyển và lớp vỏ bên trên (ngoại quyển) và được gọi là lớp nhiệt. Hệ thống nhiệt cách bề mặt trái đất khoảng 650 km. Ở một nhiệt độ nhất định, tốc độ chuyển động của phân tử phụ thuộc vào khối lượng của nó: phân tử nhẹ hơn chuyển động nhanh hơn phân tử nặng. Trong khí quyển thấp hơn, nơi đường đi tự do rất ngắn, không có sự phân tách đáng chú ý của các chất khí theo khối lượng phân tử của chúng, nhưng nó được biểu thị trên 100 km. Ngoài ra, dưới tác động của bức xạ tia cực tím và tia X từ Mặt trời, các phân tử oxy bị phân hủy thành các nguyên tử, khối lượng của nó bằng một nửa khối lượng của phân tử. Do đó, với khoảng cách từ bề mặt Trái đất, oxy nguyên tử ngày càng trở nên quan trọng hơn trong thành phần của khí quyển và ở độ cao xấp xỉ. 200 km trở thành thành phần chính của nó. Ở phía trên, ở khoảng cách 1200 km từ bề mặt Trái đất, các khí nhẹ - heli và hydro - chiếm ưu thế. Vỏ ngoài của khí quyển bao gồm chúng. Sự phân tách theo trọng lượng này, được gọi là sự phân tách khuếch tán, tương tự như sự phân tách hỗn hợp bằng máy ly tâm. Exosphere là lớp bên ngoài của khí quyển, được giải phóng dựa trên sự thay đổi nhiệt độ và các đặc tính của khí trung tính. Các phân tử và nguyên tử trong ngoại quyển quay quanh Trái đất theo quỹ đạo đạn đạo dưới tác dụng của lực hấp dẫn. Một số quỹ đạo này có dạng parabol và tương tự như quỹ đạo của đường đạn. Các phân tử có thể quay xung quanh Trái đất và theo quỹ đạo hình elip như vệ tinh. Một số phân tử, chủ yếu là hydro và heli, có quỹ đạo mở và đi vào không gian (Hình 2).

MỐI QUAN HỆ KHỦNG HOẢNG MẶT TRỜI VÀ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG TRÊN ATMOSPHERE
Thủy triều trong khí quyển. Lực hút của Mặt trời và Mặt trăng gây ra thủy triều trong khí quyển, tương tự như thủy triều của trái đất và biển. Nhưng thủy triều trong khí quyển có một sự khác biệt đáng kể: khí quyển phản ứng mạnh nhất với lực hút của Mặt trời, trong khi vỏ trái đất và đại dương bị thu hút bởi mặt trăng. Điều này là do bầu khí quyển bị Mặt trời đốt nóng và, ngoài thủy triều hấp dẫn, một thủy triều nhiệt cực mạnh phát sinh. Nhìn chung, cơ chế hình thành của khí quyển và thủy triều là tương tự nhau, ngoại trừ việc để dự đoán phản ứng của không khí đối với các hiệu ứng hấp dẫn và nhiệt, cần phải tính đến khả năng nén và phân bố nhiệt độ của nó. Không hoàn toàn rõ ràng tại sao thủy triều mặt trời bán nguyệt (12 giờ) trong khí quyển lại chiếm ưu thế hơn thủy triều mặt trời ban ngày và bán nguyệt mặt trời, mặc dù động lực của hai quá trình sau mạnh hơn nhiều. Trước đây, người ta tin rằng một sự cộng hưởng phát sinh trong khí quyển, khuếch đại chính xác các dao động với chu kỳ 12 giờ. Tuy nhiên, các quan sát được thực hiện với tên lửa địa vật lý chỉ ra rằng không có lý do nhiệt độ nào gây ra sự cộng hưởng như vậy. Khi giải quyết vấn đề này, có lẽ nên tính đến tất cả các đặc điểm thủy động lực học và nhiệt học của khí quyển. Gần bề mặt trái đất gần xích đạo, nơi ảnh hưởng của dao động thủy triều là tối đa, nó cung cấp sự thay đổi 0,1% trong áp suất khí quyển. Tốc độ gió thủy triều là xấp xỉ. 0,3 km / giờ Do cấu trúc nhiệt phức tạp của khí quyển (đặc biệt là sự hiện diện của nhiệt độ tối thiểu trong tầng trung lưu), các dòng khí thủy triều tăng cường, và, ví dụ, ở độ cao 70 km, tốc độ của chúng cao hơn khoảng 160 lần so với tốc độ của trái đất. bề mặt, có hệ quả địa vật lý quan trọng. Người ta tin rằng ở phần dưới của tầng điện ly (lớp E), dao động thủy triều di chuyển khí ion hóa theo phương thẳng đứng trong từ trường của Trái đất, và do đó, các dòng điện sinh ra ở đây. Các hệ thống dòng điện liên tục xuất hiện này trên bề mặt Trái đất được thiết lập bởi sự nhiễu loạn của từ trường. Các biến thể trong ngày của từ trường phù hợp khá tốt với các giá trị tính được, đây là bằng chứng thuyết phục ủng hộ lý thuyết về cơ chế thủy triều của "động lực học khí quyển". Các dòng điện phát sinh ở phần dưới của tầng điện ly (lớp E) phải di chuyển đến một nơi nào đó, và do đó, mạch điện phải đóng lại. Sự tương tự với một máy phát điện trở nên hoàn chỉnh nếu chúng ta coi giao thông đang tới là công việc của động cơ. Người ta cho rằng sự tuần hoàn ngược của dòng điện diễn ra ở lớp cao hơn của tầng điện ly (F), và dòng ngược này có thể giải thích một số tính năng đặc biệt của lớp này. Cuối cùng, hiệu ứng thủy triều cũng sẽ tạo ra các dòng chảy ngang trong lớp E và do đó, trong lớp F.
Tầng điện ly. Các nhà khoa học của thế kỷ 19 đang cố gắng giải thích cơ chế xuất hiện của cực quang. cho rằng có một vùng có các hạt mang điện trong khí quyển. Vào thế kỷ 20. Bằng chứng thuyết phục về sự tồn tại của một lớp phản xạ sóng vô tuyến ở độ cao từ 85 đến 400 km đã được thực nghiệm thu được. Hiện nay người ta biết rằng các tính chất điện của nó là kết quả của quá trình ion hóa khí trong khí quyển. Do đó, lớp này thường được gọi là tầng điện ly. Ảnh hưởng đến sóng vô tuyến chủ yếu là do sự hiện diện của các điện tử tự do trong tầng điện ly, mặc dù cơ chế truyền sóng vô tuyến gắn liền với sự hiện diện của các ion lớn. Nhóm thứ hai cũng quan tâm đến việc nghiên cứu các tính chất hóa học của khí quyển, vì chúng hoạt động mạnh hơn các nguyên tử và phân tử trung tính. Các phản ứng hóa học diễn ra trong tầng điện ly đóng một vai trò quan trọng trong sự cân bằng năng lượng và điện của nó.
Tầng điện ly bình thường. Các quan sát được thực hiện bằng tên lửa và vệ tinh địa vật lý đã cung cấp nhiều thông tin mới chỉ ra rằng quá trình ion hóa bầu khí quyển xảy ra dưới tác động của bức xạ mặt trời có phổ rộng. Phần chính của nó (hơn 90%) tập trung ở phần nhìn thấy được của quang phổ. Bức xạ tử ngoại có bước sóng ngắn hơn và năng lượng cao hơn tia sáng tím được phát ra bởi hydro từ phần bên trong khí quyển của Mặt trời (sắc quyển), và tia X, có năng lượng thậm chí cao hơn, được phát ra bởi các khí từ lớp vỏ bên ngoài của Mặt trời (corona). Trạng thái bình thường (trung bình) của tầng điện ly là do bức xạ mạnh liên tục. Những thay đổi thường xuyên xảy ra trong tầng điện ly bình thường dưới ảnh hưởng của chu kỳ quay ngày của Trái đất và sự khác biệt theo mùa về góc tới của ánh sáng mặt trời vào buổi trưa, nhưng những thay đổi đột ngột và không thể đoán trước về trạng thái của tầng điện ly cũng xảy ra.
Các nhiễu động trong tầng điện ly. Như bạn đã biết, các nhiễu động mạnh lặp lại theo chu kỳ xảy ra trên Mặt trời, đạt cực đại 11 năm một lần. Các lần quan sát trong chương trình Năm Địa vật lý Quốc tế (IGY) trùng với thời kỳ hoạt động năng lượng mặt trời cao nhất trong toàn bộ thời kỳ quan sát khí tượng có hệ thống, tức là từ đầu thế kỷ 18. Trong thời gian hoạt động nhiều, độ sáng của một số vùng trên Mặt trời tăng lên nhiều lần, và chúng phát ra các xung bức xạ tia cực tím và tia X cực mạnh. Những hiện tượng như vậy được gọi là hiện tượng bùng phát mặt trời. Chúng kéo dài từ vài phút đến một đến hai giờ. Trong khi bùng phát, khí mặt trời (chủ yếu là proton và electron) nổ ra, và các hạt cơ bản lao vào không gian. Bức xạ điện từ và phân tử của Mặt trời tại những thời điểm bùng phát như vậy có ảnh hưởng mạnh đến bầu khí quyển của Trái đất. Phản ứng ban đầu được ghi nhận 8 phút sau khi bùng phát, khi bức xạ tia cực tím và tia X cường độ cao tới Trái đất. Kết quả là, sự ion hóa tăng mạnh; Tia X xuyên qua bầu khí quyển đến ranh giới dưới của tầng điện ly; số lượng các electron trong các lớp này tăng lên nhiều đến mức các tín hiệu vô tuyến gần như bị hấp thụ hoàn toàn ("dập tắt"). Sự hấp thụ thêm bức xạ làm cho khí nóng lên, góp phần vào sự phát triển của gió. Khí ion hóa là dây dẫn điện và khi nó chuyển động trong từ trường trái đất thì biểu hiện tác dụng của một lực đẩy và sinh ra dòng điện. Những dòng điện như vậy có thể gây ra những nhiễu loạn đáng chú ý trong từ trường và biểu hiện dưới dạng bão từ. Giai đoạn ban đầu này chỉ diễn ra trong thời gian ngắn, tương ứng với khoảng thời gian bùng phát của mặt trời. Trong những đợt bùng phát mạnh trên Mặt trời, một dòng hạt gia tốc lao ra ngoài không gian. Khi nó hướng về phía Trái đất, giai đoạn thứ hai bắt đầu, có tác động lớn đến trạng thái của khí quyển. Nhiều hiện tượng tự nhiên, trong đó nổi tiếng nhất là cực quang, cho thấy một số lượng đáng kể các hạt mang điện đến Trái đất (xem thêm ĐÈN CẢNH SÁT). Tuy nhiên, quá trình tách các hạt này ra khỏi Mặt trời, quỹ đạo của chúng trong không gian liên hành tinh và cơ chế tương tác với từ trường và từ quyển của Trái đất vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Vấn đề phức tạp hơn khi James Van Allen phát hiện ra vỏ hạt mang điện có giới hạn địa từ vào năm 1958. Các hạt này chuyển động từ bán cầu này sang bán cầu khác, quay theo hình xoắn ốc xung quanh các đường sức của từ trường. Gần Trái đất, ở độ cao phụ thuộc vào hình dạng của các đường sức và năng lượng của các hạt, có các "điểm phản xạ" trong đó các hạt thay đổi hướng chuyển động của chúng sang hướng ngược lại (Hình 3). Vì cường độ của từ trường giảm dần theo khoảng cách từ Trái đất, quỹ đạo mà các hạt này chuyển động có phần méo mó: các electron bị lệch về phía đông và các proton ở phía tây. Do đó, chúng được phân bố dưới dạng các vành đai trên toàn cầu.

Một số hậu quả của việc làm nóng bầu khí quyển bằng Mặt trời. Năng lượng mặt trờiảnh hưởng đến toàn bộ bầu khí quyển. Ở trên, chúng ta đã đề cập đến các vành đai được hình thành bởi các hạt mang điện trong từ trường Trái đất và quay xung quanh nó. Những vành đai này gần bề mặt trái đất nhất ở các vùng cực (xem Hình 3), nơi quan sát thấy cực quang. Hình 1 cho thấy ở các vùng biểu hiện cực quang ở Canada, nhiệt độ của khí quyển cao hơn đáng kể so với vùng Tây Nam Hoa Kỳ. Các hạt bị bắt có thể nhường một phần năng lượng của chúng cho bầu khí quyển, đặc biệt là khi chúng va chạm với các phân tử khí gần điểm phản xạ và rời khỏi quỹ đạo trước đó của chúng. Đây là cách các lớp cao của khí quyển trong vùng cực quang được làm nóng. Một khám phá quan trọng khác đã được thực hiện khi nghiên cứu quỹ đạo của các vệ tinh nhân tạo. Luigi Yacchia, nhà thiên văn học tại Đài quan sát vật lý thiên văn Smithsonian, tin rằng độ lệch nhỏ của các quỹ đạo này là do sự thay đổi mật độ của khí quyển khi nó bị Mặt trời đốt nóng. Ông cho rằng sự tồn tại của nồng độ điện tử cực đại trong tầng điện ly ở độ cao hơn 200 km, không tương ứng với buổi trưa Mặt trời, và dưới tác động của lực ma sát bị trễ so với nó khoảng hai giờ. Tại thời điểm này, các giá trị của mật độ khí quyển, thông thường đối với độ cao 600 km, được quan sát ở mức xấp xỉ. 950 km. Ngoài ra, nồng độ điện tử cực đại dao động không đều do các tia cực tím và tia X từ Mặt trời phát ra trong thời gian ngắn. L. Yakkia cũng phát hiện ra những dao động ngắn hạn của mật độ không khí tương ứng với các tia sáng mặt trời và nhiễu loạn từ trường. Những hiện tượng này được giải thích là do sự xâm nhập của các hạt có nguồn gốc mặt trời vào bầu khí quyển của Trái đất và sự nóng lên của các lớp nơi quỹ đạo của các vệ tinh đi qua.
ĐIỆN ATMOSPHERIC
Trong lớp bề mặt của khí quyển, một phần nhỏ các phân tử trải qua quá trình ion hóa dưới tác động của tia vũ trụ, bức xạ từ đá phóng xạ và các sản phẩm phân rã của radium (chủ yếu là radon) trong không khí. Trong quá trình ion hóa, nguyên tử mất đi một êlectron và thu được điện tích dương. Một điện tử tự do nhanh chóng kết hợp với một nguyên tử khác để tạo thành một ion mang điện tích âm. Các ion âm và dương được ghép đôi như vậy có kích thước phân tử. Các phân tử trong khí quyển có xu hướng tụ lại xung quanh các ion này. Một số phân tử kết hợp với một ion để tạo thành một phức chất, thường được gọi là "ion ánh sáng". Khí quyển cũng chứa phức hợp các phân tử, được gọi là hạt nhân ngưng tụ trong khí tượng, xung quanh đó, khi không khí bão hòa độ ẩm, quá trình ngưng tụ bắt đầu. Các lõi này là các hạt muối và bụi, cũng như các chất ô nhiễm trong không khí từ các nguồn công nghiệp và các nguồn khác. Các ion nhẹ thường gắn vào các hạt nhân như vậy để tạo thành các "ion nặng". Dưới tác dụng của điện trường, các ion nhẹ và nặng di chuyển từ vùng này sang vùng khác của khí quyển, truyền các điện tích. Mặc dù nói chung khí quyển không được coi là môi trường dẫn điện nhưng nó vẫn có độ dẫn điện rất nhỏ. Do đó, một vật thể tích điện bị bỏ lại trong không khí từ từ mất điện tích. Độ dẫn của bầu khí quyển tăng theo chiều cao do cường độ bức xạ vũ trụ tăng, sự thất thoát ion giảm trong điều kiện áp suất thấp hơn (và do đó, với đường đi tự do trung bình lớn hơn), và cũng do số lượng nhỏ hơn các hạt nhân nặng. Độ dẫn của khí quyển đạt giá trị lớn nhất ở độ cao xấp xỉ. 50 km, tạm gọi là. "mức bồi thường". Được biết, giữa bề mặt Trái đất và "mức bù" luôn có sự chênh lệch tiềm năng vài trăm kilovolt, tức là điện trường không đổi. Hóa ra hiệu điện thế giữa một điểm trong không khí ở độ cao vài mét và bề mặt Trái đất là rất lớn - hơn 100 V. Bầu khí quyển mang điện tích dương và bề mặt Trái đất mang điện tích âm. Vì điện trường là một khu vực, tại mỗi điểm của nó có một giá trị nhất định của điện thế, chúng ta có thể nói về gradient thế năng. Trong điều kiện thời tiết quang đãng, trong phạm vi thấp hơn vài mét, cường độ của điện trường khí quyển gần như không đổi. Do sự khác biệt về độ dẫn điện của không khí ở lớp bề mặt, nên gradien điện thế có thể biến động hàng ngày, quá trình này thay đổi đáng kể ở từng nơi. Trong trường hợp không có các nguồn ô nhiễm không khí cục bộ - trên đại dương, trên núi cao hoặc ở các vùng cực - thì sự biến đổi trong ngày của độ dốc tiềm tàng trong thời tiết quang đãng là như nhau. Độ lớn của gradient phụ thuộc vào thời gian (UT) phổ, hay giá trị trung bình của Greenwich và đạt cực đại vào lúc 19:00 E. Appleton cho rằng độ dẫn điện cực đại này có thể trùng với hoạt động giông bão lớn nhất trên quy mô hành tinh. Các tia sét phóng ra trong các cơn giông mang điện tích âm tới bề mặt Trái đất, vì các cơ sở của các đám mây vũ tích hoạt động mạnh nhất có điện tích âm đáng kể. Các đỉnh của các đám mây dông có điện tích dương, theo tính toán của Holzer và Saxon, chảy ra từ đỉnh của chúng trong các cơn dông. Nếu không được bổ sung liên tục, điện tích bề mặt trái đất sẽ bị trung hòa bởi sự dẫn của khí quyển. Giả định rằng sự chênh lệch tiềm năng giữa bề mặt trái đất và "mức bù đắp" được duy trì bởi các cơn giông được hỗ trợ bởi các số liệu thống kê. Ví dụ, số lượng giông bão lớn nhất được quan sát thấy ở thung lũng sông. Amazon. Thông thường, giông bão có vào cuối ngày, tức là VÂNG. 19 giờ Giờ chuẩn Greenwich, khi độ dốc tiềm năng là cực đại ở bất kỳ đâu trên thế giới. Hơn nữa, các biến đổi theo mùa trong hình dạng của các đường cong của sự biến đổi trong ngày của gradient tiềm năng cũng hoàn toàn phù hợp với dữ liệu về sự phân bố dông trên toàn cầu. Một số nhà nghiên cứu cho rằng nguồn điện trường Trái đất có thể có nguồn gốc bên ngoài, vì điện trường được cho là tồn tại trong tầng điện ly và từ quyển. Tình huống này có lẽ giải thích sự xuất hiện của các dạng cực quang thuôn dài rất hẹp, tương tự như rèm cửa và mái vòm.
(xem thêm POLAR LIGHTS). Do sự hiện diện của một gradien tiềm năng và độ dẫn khí quyển giữa "mức bù" và bề mặt Trái đất, các hạt mang điện bắt đầu di chuyển: các ion mang điện tích dương hướng về bề mặt trái đất và các hạt mang điện tích âm hướng lên từ nó. Sức mạnh của dòng điện này là khoảng. 1800 A. Mặc dù giá trị này có vẻ lớn, nhưng cần phải nhớ rằng nó được phân bố trên toàn bộ bề mặt Trái đất. Cường độ dòng điện trong một cột không khí có diện tích cơ bản là 1 m2 chỉ là 4 * 10 -12 A. Mặt khác, cường độ dòng điện trong quá trình phóng điện sét có thể đạt tới vài ampe, mặc dù tất nhiên, như vậy phóng điện có thời gian ngắn - từ phần giây đến toàn bộ giây hoặc hơn một chút khi phóng điện lặp lại. Sét được quan tâm nhiều không chỉ như một loại hiện tượng tự nhiên. Nó cho phép quan sát sự phóng điện trong môi trường khí ở hiệu điện thế vài trăm triệu vôn và khoảng cách giữa các điện cực là vài km. Năm 1750, B. Franklin mời Hiệp hội Hoàng gia London thực hiện một cuộc thí nghiệm với một thanh sắt, được cố định trên một đế cách nhiệt và gắn trên một tháp cao. Ông dự đoán rằng khi một đám mây giông đến gần tòa tháp, một điện tích trái dấu sẽ tập trung ở đầu trên của thanh trung hòa ban đầu, và điện tích cùng dấu với đáy của đám mây ở đầu dưới. Nếu cường độ điện trường trong quá trình phóng điện sét tăng đủ mạnh, điện tích từ đầu trên của thanh sẽ thoát một phần vào không khí và thanh sẽ nhận được điện tích cùng dấu với đáy của đám mây. Thí nghiệm do Franklin đề xuất không được thực hiện ở Anh mà do nhà vật lý người Pháp Jean d’Alembert tổ chức vào năm 1752. Ông dùng một thanh sắt dài 12 m cắm vào một chai thủy tinh (dùng như một chất cách điện. ), nhưng không đặt nó trên tháp. trợ lý của anh ấy báo cáo rằng khi một đám mây giông ở phía trên thanh tạ, tia lửa được tạo ra khi một dây nối đất được đưa đến nó. diều và quan sát tia lửa điện ở đầu dây được buộc vào nó. Năm tiếp theo, bằng cách nghiên cứu các điện tích thu được từ chiếc que, Franklin nhận thấy rằng các cơ sở của các đám mây dông thường mang điện tích âm. Các nghiên cứu chi tiết hơn về sét đã trở nên khả thi vào cuối thế kỷ 19. do sự cải tiến của các phương pháp chụp ảnh, đặc biệt là sau khi phát minh ra thiết bị có thấu kính xoay, giúp ghi lại các quá trình phát triển nhanh chóng. Một máy ảnh như vậy đã được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu phóng tia lửa điện. Người ta phát hiện ra rằng có một số loại sét, phổ biến nhất là tia tuyến tính, phẳng (đám mây trong) và bóng (phóng điện trong không khí). Sét tuyến tính là sự phóng tia lửa điện giữa một đám mây và bề mặt trái đất, theo một kênh có các nhánh hướng xuống dưới. Sét phẳng xảy ra bên trong một đám mây giông và trông giống như những tia sáng khuếch tán. Phóng điện không khí của sét bóng, bắt đầu từ một đám mây dông, thường hướng theo phương ngang và không chạm tới bề mặt trái đất.

Một cú sét đánh thường bao gồm ba hoặc nhiều cú đánh lặp lại - các xung lực theo cùng một đường đi. Khoảng thời gian giữa các xung liên tiếp rất ngắn, từ 1/100 đến 1/10 s (điều này là do sự nhấp nháy của tia chớp). Nói chung, đèn flash kéo dài khoảng một giây hoặc ít hơn. Một quá trình phát triển sét điển hình có thể được mô tả như sau. Đầu tiên, một đầu dẫn phóng điện phát sáng yếu lao từ trên cao xuống bề mặt trái đất. Khi anh ta chạm tới nó, một tia phóng điện ngược sáng rực rỡ, hay còn gọi là chính, sẽ truyền từ mặt đất lên dọc theo con kênh do người lãnh đạo đặt. Người lãnh đạo phóng điện, như một quy luật, di chuyển theo một cách ngoằn ngoèo. Tốc độ lan truyền của nó từ một trăm đến vài trăm km trên giây. Trên đường đi, nó ion hóa các phân tử không khí, tạo ra một kênh có độ dẫn điện tăng lên, theo đó sự phóng điện ngược di chuyển lên trên với tốc độ cao hơn xấp xỉ một trăm lần so với tốc độ phóng điện dẫn đầu. Rất khó để xác định kích thước của kênh; tuy nhiên, đường kính của dòng chảy đầu được ước tính là 1-10 m và đường kính của dòng chảy ngược, khoảng vài cm. Sét đánh tạo ra nhiễu sóng vô tuyến bằng cách phát ra sóng vô tuyến trong một phạm vi rộng - từ 30 kHz đến tần số rất thấp. Sóng vô tuyến lớn nhất có lẽ nằm trong dải tần từ 5 đến 10 kHz. Nhiễu vô tuyến tần số thấp như vậy "tập trung" trong không gian giữa ranh giới dưới của tầng điện ly và bề mặt trái đất và có thể lan truyền trên khoảng cách hàng nghìn km tính từ nguồn.
THAY ĐỔI TRONG ATMOSPHERE
Tác động của thiên thạch và thiên thạch. Mặc dù đôi khi các trận mưa sao băng gây ấn tượng sâu sắc với hiệu ứng ánh sáng của chúng, nhưng hiếm khi nhìn thấy các sao băng riêng lẻ. Nhiều hơn rất nhiều là các thiên thạch không nhìn thấy được, quá nhỏ để có thể quan sát được khi bị bầu khí quyển hấp thụ. Một số thiên thạch nhỏ nhất có lẽ hoàn toàn không nóng lên mà chỉ bị bầu khí quyển bắt giữ. Những hạt nhỏ này có kích thước từ vài mm đến mười phần nghìn mm được gọi là hạt vi mô. Lượng vật chất thiên thạch đi vào bầu khí quyển mỗi ngày dao động từ 100 đến 10.000 tấn, và phần lớn vật chất này rơi vào các vật chất siêu nhỏ. Vì vật chất thiên thạch bốc cháy một phần trong bầu khí quyển, thành phần khí của nó được bổ sung với các dấu vết khác nhau nguyên tố hóa học... Ví dụ, các thiên thạch đá mang liti vào bầu khí quyển. Quá trình đốt cháy các thiên thạch kim loại dẫn đến sự hình thành của sắt hình cầu cực nhỏ, sắt-niken và các giọt khác đi qua bầu khí quyển và lắng đọng trên bề mặt trái đất. Chúng có thể được tìm thấy ở Greenland và Nam Cực, nơi các tảng băng gần như không thay đổi trong nhiều năm. Các nhà hải dương học tìm thấy chúng trong các lớp trầm tích dưới đáy đại dương. Hầu hết các hạt thiên thạch đi vào khí quyển đều được lắng đọng trong vòng khoảng 30 ngày. Một số nhà khoa học tin rằng bụi vũ trụ này đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành các hiện tượng khí quyển như mưa, vì nó đóng vai trò là hạt nhân ngưng tụ hơi nước. Do đó, người ta cho rằng lượng mưa có liên quan về mặt thống kê với các trận mưa sao băng lớn. Tuy nhiên, một số chuyên gia tin rằng, vì tổng lượng vật chất địa vật hấp thụ cao hơn hàng chục lần so với ngay cả trận mưa sao băng lớn nhất, nên sự thay đổi trong tổng lượng vật chất này, xảy ra do một trận mưa như vậy, có thể bị bỏ quên. Tuy nhiên, không còn nghi ngờ gì nữa, các vi thiên thạch lớn nhất và tất nhiên, các thiên thạch có thể nhìn thấy để lại dấu vết dài của quá trình ion hóa trong các tầng cao của khí quyển, chủ yếu là ở tầng điện ly. Những dấu vết như vậy có thể được sử dụng cho liên lạc vô tuyến đường dài, vì chúng phản xạ sóng vô tuyến tần số cao. Năng lượng của các thiên thạch đi vào bầu khí quyển được sử dụng chủ yếu, và có thể hoàn toàn, vào việc đốt nóng nó. Đây là một trong những thành phần phụ của sự cân bằng nhiệt của khí quyển.
Khí cacbonic công nghiệp. Vào thời kỳ Cacbon, thảm thực vật thân gỗ phổ biến rộng rãi trên Trái đất. Phần lớn khí cacbonic mà thực vật hấp thụ vào thời điểm đó được tích tụ trong các mỏ than và trầm tích chứa dầu. Con người đã học cách sử dụng trữ lượng khổng lồ của những khoáng chất này như một nguồn năng lượng và hiện đang nhanh chóng đưa cacbon điôxít trở lại vào vòng tuần hoàn của các chất. Ở trạng thái hóa thạch có lẽ là khoảng. 4 * 10 13 tấn carbon. Trong một thế kỷ qua, nhân loại đã đốt cháy nhiều nhiên liệu hóa thạch đến mức khoảng 4 * 10 11 tấn carbon lại đi vào bầu khí quyển. Hiện tại, khoảng. 2 * 10 12 tấn carbon, và trong một trăm năm tới, do quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, con số này có thể sẽ tăng gấp đôi. Tuy nhiên, không phải tất cả cacbon sẽ tồn tại trong khí quyển: một số sẽ hòa tan trong nước biển, một số sẽ được thực vật hấp thụ và một số sẽ bị ràng buộc trong quá trình phong hóa đá. Hiện vẫn chưa thể dự đoán được lượng khí cacbonic sẽ chứa trong khí quyển hay chính xác ảnh hưởng của nó đối với khí hậu toàn cầu. Tuy nhiên, người ta tin rằng bất kỳ sự gia tăng nào về hàm lượng của nó cũng sẽ gây ra hiện tượng ấm lên, mặc dù không cần thiết rằng bất kỳ sự nóng lên nào cũng sẽ ảnh hưởng đáng kể đến khí hậu. Theo kết quả của các phép đo, nồng độ carbon dioxide trong khí quyển tăng lên rõ rệt, mặc dù với tốc độ chậm. Dữ liệu khí hậu của Trạm Svalbard và Little America trên Thềm băng Ross ở Nam Cực cho thấy sự gia tăng nhiệt độ trung bình hàng năm trong khoảng thời gian 50 năm lần lượt là 5 ° C và 2,5 ° C.
Tiếp xúc với bức xạ vũ trụ. Khi các tia vũ trụ năng lượng cao tương tác với các thành phần riêng lẻ của khí quyển, các đồng vị phóng xạ được hình thành. Trong số đó có đồng vị của cacbon 14C, chất này tích tụ trong các mô động thực vật. Bằng cách đo độ phóng xạ của các chất hữu cơ lâu ngày không trao đổi cacbon với môi trường, có thể xác định được tuổi của chúng. Phương pháp cacbon phóng xạ đã tự khẳng định mình là phương pháp cách đáng tin cậy xác định niên đại của các sinh vật hóa thạch và các đối tượng của văn hóa vật chất, có tuổi đời không quá 50 nghìn năm. Đối với các vật liệu xác định niên đại hàng trăm nghìn năm tuổi, sẽ có thể sử dụng các đồng vị phóng xạ khác với chu kỳ bán rã dài nếu giải quyết được vấn đề cơ bản về đo mức độ phóng xạ cực thấp.
(xem thêm HẸN HÒ RADIO-CARBON).
XUẤT XỨ CỦA TRÁI ĐẤT CỦA TRÁI ĐẤT
Lịch sử hình thành khí quyển vẫn chưa được phục hồi một cách chắc chắn tuyệt đối. Tuy nhiên, một số thay đổi có thể xảy ra trong thành phần của nó đã được xác định. Sự hình thành khí quyển bắt đầu ngay sau khi hình thành Trái đất. Có nhiều lý do chính đáng để tin rằng trong quá trình tiến hóa của Trái đất và sự thu nhận các kích thước và khối lượng gần với thời hiện đại, nó gần như mất hoàn toàn bầu khí quyển ban đầu. Người ta tin rằng ở giai đoạn đầu, Trái đất ở trạng thái nóng chảy và xấp xỉ. 4,5 tỷ năm trước nó đã được hình thành ở dạng rắn. Ranh giới này được lấy làm điểm bắt đầu của niên đại địa chất. Kể từ thời điểm đó, đã có một sự tiến hóa chậm của bầu khí quyển. Một số quá trình địa chất, chẳng hạn như sự phun ra của dung nham trong các vụ phun trào núi lửa, đi kèm với việc giải phóng khí từ ruột của Trái đất. Chúng có thể bao gồm nitơ, amoniac, mêtan, hơi nước, carbon monoxide và dioxide. Dưới tác động của bức xạ tia cực tím mặt trời, hơi nước bị phân hủy thành hydro và oxy, nhưng oxy được giải phóng phản ứng với carbon monoxide để tạo thành carbon dioxide. Amoniac bị phân hủy thành nitơ và hydro. Trong quá trình khuếch tán, hydro bốc lên và rời khỏi khí quyển, và nitơ nặng hơn không thể thoát ra ngoài và dần dần tích tụ, trở thành thành phần chính của nó, mặc dù một số trong số đó đã bị ràng buộc trong quá trình phản ứng hóa học. Dưới tác động của tia cực tím và phóng điện, một hỗn hợp khí, có thể có trong bầu khí quyển nguyên thủy của Trái đất, tham gia vào các phản ứng hóa học, kết quả là các chất hữu cơ, đặc biệt là axit amin, được hình thành. Do đó, sự sống có thể bắt nguồn từ một bầu không khí về cơ bản khác với ngày nay. Với sự ra đời của thực vật nguyên thủy, quá trình quang hợp bắt đầu (xem thêm PHOTOSYNTHESIS), kèm theo việc giải phóng oxy tự do. Khí này, đặc biệt là sau khi khuếch tán vào các lớp trên của khí quyển, bắt đầu bảo vệ các lớp dưới của nó và bề mặt Trái đất khỏi tia cực tím và tia X đe dọa tính mạng. Người ta ước tính rằng sự hiện diện của chỉ 0,00004 thể tích ôxy ngày nay có thể dẫn đến sự hình thành của một lớp có nồng độ ôzôn bằng một nửa so với hiện tại, tuy nhiên, lớp này lại bảo vệ rất đáng kể khỏi tia cực tím. Nó cũng có khả năng là bầu khí quyển sơ cấp chứa nhiều carbon dioxide. Nó đã được tiêu thụ trong quá trình quang hợp, và nồng độ của nó lẽ ra đã giảm khi thế giới thực vật phát triển, và cũng do sự hấp thụ trong một số các quá trình địa chất... Vì hiệu ứng nhà kính có liên quan đến sự hiện diện của carbon dioxide trong khí quyển, một số nhà khoa học tin rằng sự dao động nồng độ của nó là một trong những lý do quan trọng dẫn đến những thay đổi khí hậu quy mô lớn như vậy trong lịch sử Trái đất, chẳng hạn như kỷ băng hà. Heli có trong bầu khí quyển hiện đại phần lớn là sản phẩm của sự phân rã phóng xạ của uranium, thorium và radium. Các nguyên tố phóng xạ này phát ra các hạt alpha, là hạt nhân của nguyên tử heli. Vì một điện tích không hình thành hoặc biến mất trong quá trình phân rã phóng xạ, nên có hai electron cho mỗi hạt alpha. Kết quả là, nó kết hợp với chúng, tạo thành các nguyên tử helium trung tính. Các nguyên tố phóng xạ được chứa trong các khoáng chất phân tán theo độ dày của đá, do đó, một phần đáng kể của heli được hình thành do sự phân rã phóng xạ được lưu trữ trong chúng, rất chậm thoát ra ngoài khí quyển. Một lượng helium nhất định, do sự khuếch tán, bay lên ngoại quyển, nhưng do dòng chảy liên tục từ bề mặt trái đất, thể tích của khí này trong khí quyển là không đổi. Dựa trên phân tích quang phổ của ánh sáng sao và nghiên cứu các thiên thạch, có thể ước tính sự phong phú tương đối của các nguyên tố hóa học khác nhau trong Vũ trụ. Nồng độ của neon trong không gian cao hơn Trái đất khoảng 10 tỷ lần, krypton là 10 triệu lần và xenon cao hơn 1 triệu lần. Do đó, nồng độ của các khí trơ này, vốn có trong bầu khí quyển của trái đất và không được bổ sung trong quá trình phản ứng hóa học, đã giảm đáng kể, có thể ngay cả ở giai đoạn Trái đất mất đi bầu khí quyển sơ cấp của nó. Một ngoại lệ là argon khí trơ, vì nó vẫn được tạo thành ở dạng đồng vị 40Ar trong quá trình phân rã phóng xạ của đồng vị kali.
PHENOMENA QUANG
Sự đa dạng của các hiện tượng quang học trong khí quyển là do nhiều nguyên nhân khác nhau. Các hiện tượng phổ biến nhất bao gồm sét (xem ở trên) và cực quang phía bắc và phía nam rất đẹp (xem thêm Aurora Borealis). Ngoài ra, cầu vồng, gal, parhelium (mặt trời giả) và vòng cung, vương miện, quầng sáng và bóng ma của Brocken, mirages, ánh sáng của Thánh Elmo, những đám mây phát sáng, màu xanh lá cây và tia hoàng hôn đặc biệt thú vị. Cầu vồng là hiện tượng khí quyển đẹp nhất. Thông thường, đây là một vòm lớn, bao gồm các sọc nhiều màu, được quan sát khi Mặt trời chỉ chiếu sáng một phần của bầu trời và không khí bão hòa với các giọt nước, chẳng hạn như khi mưa. Các vòng cung nhiều màu được sắp xếp theo trình tự của quang phổ (đỏ, cam, vàng, lục, lục lam, lam, tím), tuy nhiên, màu sắc hầu như không bao giờ thuần khiết, vì các sọc chồng lên nhau. Như một quy luật, các đặc điểm vật lý của cầu vồng khác nhau đáng kể, do đó, chúng rất đa dạng về hình thức. Đặc điểm chung của chúng là tâm của cung tròn luôn nằm trên đường thẳng vẽ từ Mặt trời tới người quan sát. Cầu vồng chính là một vòng cung gồm các màu sáng nhất - màu đỏ ở bên ngoài và màu tím ở bên trong. Đôi khi chỉ có thể nhìn thấy một cung, nhưng thường thì một cung phụ xuất hiện ở bên ngoài của cầu vồng chính. Nó không có màu sắc tươi sáng như lần đầu tiên, và các sọc màu đỏ và tím ở đó thay đổi vị trí: màu đỏ nằm ở bên trong. Sự hình thành của cầu vồng chính được giải thích bởi hiện tượng khúc xạ kép (xem thêm QUANG HỌC) và phản xạ bên trong đơn của các tia ánh sáng mặt trời (xem Hình 5). Xuyên qua giọt nước (A), chùm sáng khúc xạ và phân hủy, như thể đi qua một lăng kính. Sau đó, nó đến bề mặt đối diện của giọt (B), phản xạ từ nó và để giọt ra bên ngoài (C). Trong trường hợp này, chùm ánh sáng bị khúc xạ lần thứ hai trước khi tới người quan sát. Tia trắng ban đầu bị phân hủy thành tia màu sắc khác nhau với góc phân kì là 2 °. Với sự hình thành cầu vồng bên, xảy ra hiện tượng khúc xạ kép và phản xạ kép tia sáng Mặt Trời (xem Hình 6). Trong trường hợp này, ánh sáng bị khúc xạ, xuyên vào giọt qua phần dưới của nó (A), và bị phản xạ từ bề mặt bên trong của giọt, đầu tiên tại điểm B, sau đó tại điểm C. Tại điểm D, ánh sáng bị khúc xạ, rời giọt theo hướng của người quan sát.

Vào lúc mặt trời mọc và lặn, người quan sát thấy cầu vồng có dạng một cung tròn bằng nửa đường tròn, vì trục của cầu vồng song song với đường chân trời. Nếu Mặt trời cao hơn đường chân trời, cung cầu vồng nhỏ hơn nửa vòng tròn. Khi Mặt trời mọc trên 42 ° so với đường chân trời, cầu vồng biến mất. Ở mọi nơi, ngoại trừ ở vĩ độ cao, cầu vồng không thể xuất hiện vào buổi trưa khi Mặt trời ở quá cao. Thật thú vị khi ước tính khoảng cách đến cầu vồng. Mặc dù vòng cung nhiều màu dường như nằm trong cùng một mặt phẳng, nhưng đây là một ảo ảnh. Trên thực tế, cầu vồng có độ sâu khủng khiếp, và nó có thể được biểu diễn dưới dạng bề mặt của một hình nón rỗng, trên đỉnh có một người quan sát. Trục của hình nón nối Mặt trời, người quan sát và tâm của cầu vồng. Người quan sát nhìn như thể dọc theo bề mặt của hình nón này. Hai người không bao giờ có thể nhìn thấy chính xác cùng một cầu vồng. Tất nhiên, nhìn chung có thể quan sát thấy một và cùng một hiệu ứng, nhưng hai cầu vồng chiếm các vị trí khác nhau và được hình thành bởi các giọt nước khác nhau. Khi mưa hoặc sương mù tạo thành cầu vồng đầy đặn hiệu ứng quang họcđạt được do tác dụng cộng dồn của tất cả các giọt nước đi qua bề mặt của hình nón cầu vồng với người quan sát ở đỉnh. Vai trò của mọi giọt nước là phù du. Bề mặt của hình nón cầu vồng được cấu tạo bởi nhiều lớp. Vượt qua chúng một cách nhanh chóng và đi qua một loạt các điểm tới hạn, mỗi giọt ngay lập tức phân hủy tia nắng thành toàn bộ quang phổ theo một trình tự được xác định nghiêm ngặt - từ màu đỏ đến màu tía... Nhiều giọt nhỏ đi qua bề mặt của hình nón theo cùng một cách, do đó cầu vồng xuất hiện đối với người quan sát là liên tục cả dọc và qua cung của nó. Halos là những vòng cung ánh sáng trắng hoặc óng ánh và những vòng tròn xung quanh đĩa của Mặt trời hoặc Mặt trăng. Chúng phát sinh từ sự khúc xạ hoặc phản xạ ánh sáng của các tinh thể băng hoặc tuyết trong khí quyển. Các tinh thể tạo vầng hào quang nằm trên bề mặt của một hình nón tưởng tượng với trục hướng từ người quan sát (từ đỉnh của hình nón) tới Mặt trời. Trong những điều kiện nhất định, khí quyển được bão hòa với các tinh thể nhỏ, nhiều mặt của chúng tạo thành góc vuông với mặt phẳng đi qua Mặt trời, người quan sát và các tinh thể này. Các mặt này phản xạ các tia sáng tới với độ lệch 22 °, tạo thành một quầng đỏ ở mặt trong, nhưng nó cũng có thể bao gồm tất cả các màu của quang phổ. Quầng sáng ít phổ biến hơn có bán kính góc 46 ° nằm đồng tâm xung quanh vầng hào quang 22 °. Của anh ấy bên trong cũng có một chút màu đỏ. Lý do cho điều này cũng là sự khúc xạ ánh sáng, xảy ra trong trường hợp này trên các mặt tinh thể tạo thành các góc vuông. Chiều rộng vòng của một vầng hào quang như vậy vượt quá 2,5 °. Cả hai quầng sáng 46 độ và 22 độ đều có xu hướng sáng nhất ở trên cùng và dưới cùng của vòng. Quầng sáng 90 độ không thường xuyên là một vòng sáng mờ, gần như không màu, có chung tâm với hai quầng sáng khác. Nếu nó có màu, nó có màu đỏ ở bên ngoài vòng. Cơ chế xuất hiện của loại vầng hào quang này vẫn chưa được hiểu đầy đủ (Hình 7).

Parhelia và vòng cung. Vòng tròn pargelic (hay vòng tròn mặt trời giả) là một vòng trắng có tâm ở thiên đỉnh, đi qua Mặt trời song song với đường chân trời. Lý do cho sự hình thành của nó là sự phản xạ của ánh sáng mặt trời từ các cạnh bề mặt của các tinh thể băng. Nếu các tinh thể phân bố khá đều trong không khí, một vòng tròn đầy đủ sẽ có thể nhìn thấy được. Parhelia, hay mặt trời giả, là những điểm sáng rực rỡ giống như mặt trời, hình thành ở giao điểm của vòng tròn pargel với quầng sáng, có bán kính góc là 22 °, 46 ° và 90 °. Vầng hào quang được hình thành thường xuyên nhất và sáng nhất hình thành ở giao điểm với vầng hào quang 22 độ, thường được sơn gần như tất cả các màu của cầu vồng. Mặt trời giả ít phổ biến hơn nhiều ở các giao lộ có quầng sáng 46 và 90 độ. Pargelias xuất hiện tại các giao lộ có quầng sáng 90 độ được gọi là paragelias, hoặc hoàng hôn giả. Đôi khi bạn cũng có thể nhìn thấy antelium (chống mặt trời) - một điểm sáng nằm trên vòng parhelium đối diện hoàn toàn với mặt trời. Người ta tin rằng hiện tượng này là do phản xạ kép bên trong của ánh sáng mặt trời. Chùm phản xạ đi cùng phương với chùm tia tới, nhưng ngược hướng. Cung thiên đỉnh, đôi khi được gọi không chính xác là cung tiếp tuyến trên của vầng hào quang 46 độ, là cung có tâm từ 90 ° trở xuống ở tâm thiên đỉnh khoảng 46 ° so với Mặt trời. Nó hiếm khi được nhìn thấy và chỉ trong vài phút, có màu sắc tươi sáng và màu đỏ được giới hạn ở phía ngoài của vòng cung. Vòm gần thiên đỉnh là đáng chú ý về màu sắc, độ sáng và các đường viền rõ ràng. Một hiệu ứng quang học kỳ lạ và rất hiếm gặp khác của loại quầng là vòng cung Lovitz. Chúng phát sinh như một phần mở rộng của Parhelia tại giao điểm với vầng hào quang 22 độ, đi từ phía bên ngoài của vầng hào quang và hơi lõm về phía Mặt trời. Các cột ánh sáng trắng, giống như nhiều hình chữ thập khác nhau, đôi khi có thể nhìn thấy vào lúc bình minh hoặc hoàng hôn, đặc biệt là ở các vùng cực, và có thể đi cùng với cả Mặt trời và Mặt trăng. Đôi khi, quầng mặt trăng và các hiệu ứng khác tương tự như những hiệu ứng được mô tả ở trên được quan sát thấy, với quầng mặt trăng phổ biến nhất (vòng quanh mặt trăng) có bán kính góc là 22 °. Giống như mặt trời giả, mặt trăng giả có thể phát sinh. Vương miện, hay vương miện, là những vòng đồng tâm nhỏ có màu sắc xung quanh Mặt trời, Mặt trăng hoặc các vật thể sáng khác mà đôi khi được nhìn thấy khi nguồn sáng ở sau những đám mây mờ. Bán kính vương miện nhỏ hơn bán kính vầng hào quang và xấp xỉ. 1-5 °, vòng xanh lam hoặc tím là vòng gần Mặt trời nhất. Vầng hào quang xảy ra khi ánh sáng bị phân tán bởi những giọt nước nhỏ tạo thành đám mây. Đôi khi vương miện trông giống như một đốm sáng (hoặc vầng hào quang) bao quanh Mặt trời (hoặc Mặt trăng), kết thúc bằng một vòng màu đỏ. Trong các trường hợp khác, ít nhất hai vòng đồng tâm có đường kính lớn hơn, có màu rất yếu, có thể nhìn thấy bên ngoài quầng. Hiện tượng này có kèm theo những đám mây cầu vồng. Đôi khi các cạnh của những đám mây rất cao được sơn màu sáng.
Glorias (xe điện tử). V điều kiện đặc biệt xảy ra các hiện tượng khí quyển bất thường. Nếu Mặt trời ở sau lưng người quan sát và bóng của nó được chiếu lên những đám mây gần đó hoặc một bức màn sương mù, thì dưới một trạng thái nhất định của khí quyển xung quanh bóng của một người, bạn có thể nhìn thấy một vòng tròn phát sáng màu - một vầng hào quang. Thông thường một vầng hào quang như vậy được hình thành do sự phản chiếu ánh sáng của những giọt sương trên bãi cỏ. Glorias cũng khá phổ biến được tìm thấy xung quanh bóng của máy bay trên các đám mây bên dưới.
Những bóng ma của Brokken.Ở một số khu vực trên thế giới, khi bóng của một người quan sát trên đồi lúc bình minh hoặc hoàng hôn buông xuống sau lưng anh ta trên những đám mây nằm ở khoảng cách ngắn, người ta nhận thấy một hiệu ứng nổi bật: bóng trở nên khổng lồ về kích thước. Điều này là do sự phản xạ và khúc xạ của ánh sáng bởi những giọt nước nhỏ nhất trong sương mù. Hiện tượng được mô tả được gọi là "bóng ma của Brocken" theo tên một đỉnh núi ở vùng núi Harz ở Đức.
Mirages- hiệu ứng quang học gây ra bởi sự khúc xạ ánh sáng khi đi qua các lớp không khí có mật độ khác nhau và thể hiện dưới dạng ảnh ảo. Trong trường hợp này, các vật thể ở xa có thể được nâng lên hoặc hạ xuống so với vị trí thực của chúng, đồng thời cũng có thể bị bóp méo và có hình dạng bất thường, tuyệt đẹp. Mirages thường được nhìn thấy ở những vùng có khí hậu nóng như trên đồng bằng cát. Các mirage thấp hơn là phổ biến, khi bề mặt xa xôi, gần như bằng phẳng của sa mạc trông giống như một vùng nước mở, đặc biệt là khi nhìn từ một độ cao nhỏ hoặc chỉ đơn giản là ở trên một lớp không khí được làm nóng. Ảo ảnh này thường xảy ra trên một con đường nhựa nóng trông giống như một mặt nước ở phía trước. Trên thực tế, bề mặt này là sự phản chiếu của bầu trời. Các vật thể, thường bị lộn ngược, có thể xuất hiện trong "nước" dưới tầm mắt. Bên trên bề mặt đất bị nung nóng, một "lớp bánh không khí" được hình thành, và lớp gần trái đất nhất là nóng nhất và hiếm đến mức các sóng ánh sáng truyền qua nó bị biến dạng, vì tốc độ truyền của chúng thay đổi tùy thuộc vào mật độ của môi trường. Các mirage trên ít phổ biến hơn và đẹp như tranh vẽ hơn các mirage thấp hơn. Các vật thể ở xa (thường nằm ngoài đường chân trời của biển) xuất hiện lộn ngược trên bầu trời, và đôi khi hình ảnh trực tiếp của cùng một vật thể xuất hiện ở trên. Hiện tượng này đặc trưng cho các vùng lạnh hơn, đặc biệt là có sự nghịch đảo nhiệt độ đáng kể khi có một lớp không khí ấm hơn bên trên lớp lạnh hơn. Hiệu ứng quang học này được biểu hiện là kết quả của sự lan truyền phức tạp của mặt trước của sóng ánh sáng trong các lớp không khí có mật độ không đồng nhất. Những ảo ảnh rất bất thường xuất hiện theo thời gian, đặc biệt là ở các vùng cực. Khi mirage xuất hiện trên đất liền, cây cối và các thành phần địa hình khác sẽ bị đảo ngược. Trong tất cả các trường hợp, ở các mirages phía trên, các vật thể được nhìn thấy rõ ràng hơn các vật thể ở phía dưới. Khi biên giới của hai khối khí là một mặt phẳng thẳng đứng, đôi khi có thể quan sát thấy các khe hở bên.
Đèn của Thánh Elmo. Một số hiện tượng quang học trong khí quyển (ví dụ, sự phát sáng và hiện tượng khí tượng phổ biến nhất - sét) có bản chất là điện. Ít phổ biến hơn nhiều là đèn của Thánh Elmo - phát sáng các cụm màu xanh lam nhạt hoặc tím có chiều dài từ 30 cm đến 1 m hoặc hơn, thường trên đỉnh cột buồm hoặc cuối bãi tàu trên biển. Đôi khi có vẻ như toàn bộ giàn khoan của con tàu được bao phủ bởi phốt pho và phát sáng. Ánh sáng của Saint Elmo đôi khi xuất hiện trên các đỉnh núi, cũng như trên các ngọn tháp và góc nhọn những tòa cao ốc. Hiện tượng này được biểu thị bằng sự phóng điện chổi than ở đầu dây dẫn điện, khi cường độ điện trường trong bầu không khí xung quanh chúng tăng lên rất nhiều. Ánh sáng ám ảnh là ánh sáng xanh nhạt hoặc xanh lục mờ đôi khi được nhìn thấy trong đầm lầy, nghĩa trang và hầm mộ. Chúng thường trông giống như ngọn lửa nến, nhô cao hơn mặt đất khoảng 30 cm, cháy bình tĩnh, không tỏa nhiệt, lơ lửng trên vật thể trong giây lát. Ánh sáng dường như hoàn toàn khó nắm bắt và khi người quan sát đến gần, nó dường như di chuyển đến một nơi khác. Lý do của hiện tượng này là sự phân hủy các chất cặn bã hữu cơ và sự đốt cháy tự phát của khí mêtan (CH4) hoặc phosphine (PH3). Đèn lang thang có nhiều hình dạng khác nhau, thậm chí đôi khi có hình cầu. Tia xanh lục - một tia sáng mặt trời xanh lục bảo vào thời điểm tia sáng cuối cùng của Mặt trời biến mất ở đường chân trời. Thành phần màu đỏ của ánh sáng mặt trời biến mất đầu tiên, tất cả các thành phần khác theo thứ tự sau nó, và thành phần cuối cùng là màu xanh lục bảo. Hiện tượng này chỉ xảy ra khi chỉ có rìa đĩa mặt trời còn lại phía trên đường chân trời, nếu không sẽ xảy ra sự hỗn hợp màu sắc. Tia hoàng hôn là chùm ánh sáng mặt trời phân kỳ có thể nhìn thấy được do sự chiếu sáng của chúng vào bụi ở các tầng cao của khí quyển. Bóng từ những đám mây hình thành sọc tối, và các chùm tia lan truyền giữa chúng. Hiệu ứng này xảy ra khi Mặt trời ở thấp so với đường chân trời trước khi mặt trời mọc hoặc sau khi mặt trời lặn.

Hành tinh xanh ...

Chủ đề này nên là một trong những chủ đề đầu tiên xuất hiện trên trang web. Rốt cuộc, máy bay trực thăng là máy bay khí quyển. Bầu khí quyển của trái đất- của họ, có thể nói, môi trường sống :-). MỘT tính chất vật lý của không khí chỉ cần xác định chất lượng của môi trường sống này :-). Đó là, đây là một trong những nền tảng. Và họ luôn viết về căn cứ đầu tiên. Nhưng bây giờ tôi mới nhận ra điều này. Tuy nhiên, như bạn biết đấy, muộn còn hơn không ... Hãy chạm vào vấn đề này, nhưng không vướng vào rừng và những khó khăn không cần thiết :-).

Vì thế… Bầu khí quyển của trái đất... Đây là vỏ khí của hành tinh xanh của chúng ta. Mọi người đều biết cái tên này. Tại sao lại có màu xanh lam? Đơn giản là bởi vì thành phần "xanh lam" (cũng như xanh lam và tím) của ánh sáng mặt trời (quang phổ) được phân tán tốt nhất trong khí quyển, do đó tạo màu cho nó hơi xanh-xanh, đôi khi có một chút tông màu tím (tất nhiên là vào ngày nắng :-)) ...

Thành phần của khí quyển Trái đất.

Thành phần của khí quyển đủ rộng. Tôi sẽ không liệt kê tất cả các thành phần trong văn bản, vì đây là một minh họa tốt. Thành phần của tất cả các loại khí này thực tế là không đổi, ngoại trừ carbon dioxide (CO 2). Ngoài ra, bầu khí quyển nhất thiết phải chứa nước ở dạng hơi, huyền phù của giọt hoặc tinh thể băng. Lượng nước có thể thay đổi và phụ thuộc vào nhiệt độ và ở mức độ thấp hơn là áp suất không khí. Ngoài ra, bầu khí quyển của Trái đất (đặc biệt là bầu khí quyển hiện tại) chứa một lượng nhất định, tôi sẽ nói "tất cả những thứ khó chịu" :-). Đó là SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, ngoài ra còn có hơi thủy ngân Hg. Đúng, tất cả những thứ này có với số lượng nhỏ, cảm ơn Chúa :-).

Bầu khí quyển của trái đất Theo thông lệ, chia thành nhiều khu vực nối tiếp nhau theo chiều cao so với bề mặt.

Tầng đầu tiên, gần trái đất nhất, là tầng đối lưu. Đây là tầng thấp nhất và có thể nói là tầng chính cho sự sống. loại khác... Nó chứa 80% khối lượng của tất cả không khí trong khí quyển (mặc dù theo thể tích, nó chỉ chiếm khoảng 1% của toàn bộ khí quyển) và khoảng 90% của tất cả nước trong khí quyển. Phần lớn tất cả gió, mây, mưa và tuyết 🙂 đều từ đó mà ra. Tầng đối lưu kéo dài đến độ cao khoảng 18 km ở vĩ độ nhiệt đới và lên đến 10 km ở vĩ độ cực. Nhiệt độ không khí trong đó giảm xuống với độ cao khoảng 0,65º cho mỗi 100 m.

Các vùng khí quyển.

Vùng hai là tầng bình lưu. Cần phải nói rằng một đới hẹp khác được phân biệt giữa tầng đối lưu và tầng bình lưu - vùng nhiệt đới. Sự giảm nhiệt độ với độ cao dừng lại trong đó. Lớp nhiệt đới có độ dày trung bình 1,5-2 km, nhưng ranh giới của nó không rõ ràng và tầng đối lưu thường chồng lên tầng bình lưu.

Vì vậy tầng bình lưu có độ cao trung bình từ 12 km đến 50 km. Nhiệt độ trong đó không thay đổi cho đến 25 km (khoảng -57 ° C), sau đó ở một nơi nào đó lên đến 40 km, nó tăng lên khoảng 0 ° C và sau đó không thay đổi cho đến 50 km. Tầng bình lưu là một phần tương đối yên tĩnh của bầu khí quyển trái đất. Không thuận lợi thời tiết nó thực tế là vắng mặt. Đó là ở tầng bình lưu mà tầng ozoneở độ cao từ 15-20 km đến 55-60 km.

Tiếp theo là sự tạm dừng của lớp ranh giới nhỏ, nơi nhiệt độ duy trì ở khoảng 0 ° C, và sau đó vùng tiếp theo là tầng trung lưu. Nó kéo dài đến độ cao 80-90 km, và nhiệt độ trong đó giảm xuống khoảng 80 ° C. Trong tầng trung lưu, thường có thể nhìn thấy các thiên thạch nhỏ, các thiên thạch bắt đầu phát sáng trong đó và bùng cháy ở đó.

Khoảng hẹp tiếp theo là trung bình tiếp theo là vùng nhiệt khí quyển. Chiều cao của nó lên tới 700-800 km. Tại đây nhiệt độ bắt đầu tăng trở lại và ở độ cao khoảng 300 km có thể đạt giá trị khoảng 1200 ° C. Hơn nữa, nó vẫn không đổi. Tầng điện ly nằm bên trong khí quyển lên đến độ cao khoảng 400 km. Ở đây không khí bị ion hóa cao do tiếp xúc với bức xạ mặt trời và có độ dẫn điện cao.

Vùng tiếp theo và nói chung, vùng cuối cùng là ngoại quyển. Đây được gọi là vùng phân tán. Chủ yếu là hydro và heli rất hiếm (với ưu thế là hydro). Ở độ cao khoảng 3000 km, ngoại quyển biến thành chân không gần vũ trụ.

Đó là một cái gì đó như thế này. Tại sao lại xấp xỉ? Bởi vì các lớp này khá thông thường. Có thể có nhiều thay đổi khác nhau về độ cao, thành phần của khí, nước, nhiệt độ, sự ion hóa, v.v. Ngoài ra, còn có nhiều thuật ngữ khác xác định cấu trúc và trạng thái của khí quyển trái đất.

Ví dụ khí quyển và dị quyển. Đầu tiên, các khí trong khí quyển được trộn đều, và thành phần của chúng khá đồng đều. Cái thứ hai nằm trên cái thứ nhất và thực tế không có sự pha trộn nào như vậy ở đó. Các chất khí trong nó bị tách ra bởi lực hấp dẫn. Ranh giới giữa các lớp này nằm ở độ cao 120 km, và nó được gọi là động cơ phản lực cánh quạt.

Tôi có thể sẽ kết thúc với các thuật ngữ, nhưng tôi chắc chắn sẽ nói thêm rằng người ta thường cho rằng ranh giới của khí quyển nằm ở độ cao 100 km so với mực nước biển. Đường viền này được gọi là Pocket Line.

Tôi sẽ thêm hai hình ảnh nữa để minh họa cấu trúc của khí quyển. Tuy nhiên, đầu tiên là bằng tiếng Đức, nhưng đầy đủ và khá dễ hiểu :-). Nó có thể được phóng to và nhìn thấy rõ. Biểu đồ thứ hai cho thấy sự thay đổi nhiệt độ của khí quyển theo độ cao.

Cấu trúc của bầu khí quyển Trái đất.

Nhiệt độ không khí thay đổi theo độ cao.

Tàu vũ trụ quỹ đạo có người lái hiện đại bay ở độ cao khoảng 300-400 km. Tuy nhiên, đây không còn là hàng không nữa, mặc dù khu vực này tất nhiên có liên quan mật thiết với nhau theo một nghĩa nào đó, và chúng ta chắc chắn sẽ nói về nó :-).

Khu vực hàng không là tầng đối lưu. Máy bay khí quyển hiện đại có thể bay ở các lớp thấp hơn của tầng bình lưu. Ví dụ, trần bay thực tế của MIG-25RB là 23.000 m.

Chuyến bay ở tầng bình lưu.

Và chính xác tính chất vật lý của không khí tầng đối lưu quyết định chuyến bay sẽ như thế nào, hiệu quả của hệ thống điều khiển máy bay, sự nhiễu loạn trong khí quyển sẽ ảnh hưởng đến nó như thế nào, động cơ sẽ hoạt động như thế nào.

Thuộc tính chính đầu tiên là nhiệt độ không khí... Trong động lực học chất khí, nó có thể được xác định trên thang độ C hoặc thang đo Kelvin.

Nhiệt độ t 1ở một độ cao nhất định NS trên thang độ C được xác định:

t 1 = t - 6,5H, ở đâu NS- nhiệt độ không khí gần mặt đất.

Nhiệt độ trên thang Kelvin được gọi là nhiệt độ tuyệt đối, số không trên thang này là không tuyệt đối. Ở độ không tuyệt đối, chuyển động nhiệt của các phân tử dừng lại. Độ không tuyệt đối trên thang Kelvin tương ứng với -273º C.

Theo đó, nhiệt độ NS trên cao NS trên thang Kelvin được xác định:

T = 273K + t - 6,5H

Áp suất không khí... Áp suất khí quyển được đo bằng Pascal (N / m 2), trong hệ thống đo lường cũ trong khí quyển (atm.). Ngoài ra còn có một thứ như áp suất khí quyển. Đây là áp suất được đo bằng milimét. cột thủy ngân sử dụng khí áp kế thủy ngân. Áp suất khí quyển (áp suất ở mực nước biển) bằng 760 mm Hg. Nghệ thuật. được gọi là tiêu chuẩn. Trong vật lý, 1 atm. chính xác bằng 760 mm Hg.

Mật độ không khí... Trong khí động học, khái niệm được sử dụng phổ biến nhất là khối lượng riêng của không khí. Đây là một khối không khí có thể tích 1 m 3. Mật độ không khí thay đổi theo độ cao, không khí trở nên hiếm hơn.

Độ ẩm không khí... Cho biết lượng nước trong không khí. Có một khái niệm “ độ ẩm tương đối". Đây là tỷ số giữa khối lượng của hơi nước với khối lượng lớn nhất có thể ở một nhiệt độ nhất định. Khái niệm 0%, tức là khi không khí khô hoàn toàn, nó chỉ có thể tồn tại trong phòng thí nghiệm. Mặt khác, độ ẩm 100% là có thật. Điều này có nghĩa là không khí đã hấp thụ tất cả lượng nước mà nó có thể hấp thụ. Một cái gì đó giống như một "miếng bọt biển đầy đủ". Độ ẩm tương đối cao làm giảm mật độ không khí, trong khi độ ẩm tương đối thấp tăng tương ứng.

Do thực tế là các chuyến bay của máy bay diễn ra trong các điều kiện khí quyển khác nhau, đường bay và các thông số khí động học của chúng trong cùng một chế độ bay có thể khác nhau. Do đó, để đánh giá chính xác các thông số này, chúng tôi đã giới thiệu Khí quyển tiêu chuẩn quốc tế (ISA)... Nó cho thấy sự thay đổi trạng thái của không khí khi nó tăng lên theo độ cao.

Các thông số chính của trạng thái không khí ở độ ẩm bằng không được lấy:

áp suất P = 760 mm Hg. Nghệ thuật. (101,3 kPa);

nhiệt độ t = + 15 ° C (288 K);

khối lượng riêng ρ = 1,225 kg / m 3;

ISA được chấp nhận (như đã nói ở trên :-)) rằng nhiệt độ trong tầng đối lưu giảm 0,65º cho mỗi 100 mét độ cao.

Khí quyển tiêu chuẩn (ví dụ lên đến 10.000 m).

Bảng ISA được sử dụng để hiệu chuẩn thiết bị, cũng như để tính toán điều hướng và kỹ thuật.

Tính chất vật lý không khí cũng bao gồm các khái niệm như tính trơ, độ nhớt và khả năng nén.

Quán tính là một tính chất của không khí đặc trưng cho khả năng chống lại sự thay đổi trạng thái nghỉ hoặc chuyển động thẳng đều. . Thước đo độ trơ là khối lượng riêng của không khí. Càng lên cao, độ trơ và lực cản của môi trường khi máy bay chuyển động trong đó càng cao.

Độ nhớt. Xác định lực cản ma sát của không khí khi máy bay chuyển động.

Khả năng nén đo sự thay đổi mật độ không khí khi áp suất thay đổi. Ở tốc độ thấp phi cơ(lên đến 450 km / h), không có sự thay đổi áp suất xảy ra khi có luồng không khí chạy xung quanh nó, nhưng ở tốc độ cao, hiệu ứng nén bắt đầu thể hiện. Ảnh hưởng của nó đối với siêu âm đặc biệt bị ảnh hưởng. Đây là một lĩnh vực riêng biệt của khí động học và là một chủ đề cho một bài báo riêng :-).

Chà, bây giờ có vẻ là tất cả ... Đã đến lúc kết thúc phần liệt kê hơi tẻ nhạt này, tuy nhiên, không thể thực hiện được mà không có :-). Bầu khí quyển của trái đất, các thông số của nó, tính chất vật lý của không khí cũng quan trọng đối với máy bay như các thông số của chính máy bay, và không thể không đề cập đến chúng.

Tạm biệt, cho đến các cuộc họp tiếp theo và các chủ đề thú vị hơn 🙂 ...

P.S. Để có một bữa tiệc ngọt ngào, tôi khuyên bạn nên xem một đoạn video quay từ buồng lái của chiếc MIG-25PU sinh đôi trong chuyến bay của nó vào tầng bình lưu. Đó rõ ràng là một khách du lịch có tiền cho những chuyến bay như vậy :-). Được quay phim về cơ bản mọi thứ qua kính chắn gió. Chú ý đến màu sắc của bầu trời ...

Bầu khí quyển bắt đầu hình thành cùng với sự hình thành của Trái đất. Trong quá trình tiến hóa của hành tinh và khi các thông số của nó tiếp cận ý nghĩa hiện đạiđã có những thay đổi cơ bản về chất trong thành phần hóa học và tính chất vật lý của nó. Theo mô hình tiến hóa, ở giai đoạn đầu, Trái đất ở trạng thái nóng chảy và khoảng 4,5 tỷ năm trước nó được hình thành như một vật thể rắn. Ranh giới này được lấy làm điểm bắt đầu của niên đại địa chất. Kể từ thời điểm đó, một quá trình tiến hóa chậm của bầu khí quyển bắt đầu. Một số quá trình địa chất (ví dụ, sự phun trào của dung nham trong quá trình phun trào núi lửa) đi kèm với việc giải phóng khí từ ruột Trái đất. Chúng bao gồm nitơ, amoniac, mêtan, hơi nước, ôxít CO và điôxít cacbon CO 2. Dưới tác động của bức xạ tia cực tím mặt trời, hơi nước bị phân hủy thành hydro và oxy, nhưng oxy được giải phóng phản ứng với carbon monoxide để tạo thành carbon dioxide. Amoniac bị phân hủy thành nitơ và hydro. Trong quá trình khuếch tán, hydro bốc lên và rời khỏi khí quyển, và nitơ nặng hơn không thể thoát ra ngoài và dần dần tích tụ, trở thành thành phần chính, mặc dù một số trong số đó được liên kết thành phân tử do phản ứng hóa học ( cm... HÓA HỌC CỦA ATMOSPHERE). Dưới tác động của tia cực tím và phóng điện, hỗn hợp khí có trong bầu khí quyển nguyên thủy của Trái đất tham gia vào các phản ứng hóa học, dẫn đến hình thành các chất hữu cơ, cụ thể là các axit amin. Với sự ra đời của thực vật nguyên thủy, quá trình quang hợp bắt đầu, kèm theo việc giải phóng oxy. Khí này, đặc biệt là sau khi khuếch tán vào các lớp trên của khí quyển, bắt đầu bảo vệ các lớp dưới của nó và bề mặt Trái đất khỏi tia cực tím và tia X đe dọa tính mạng. Theo ước tính lý thuyết, hàm lượng ôxy, ít hơn 25.000 lần so với hiện nay, có thể dẫn đến sự hình thành một tầng ôzôn với nồng độ chỉ bằng một nửa ngày nay. Tuy nhiên, điều này đã đủ để cung cấp sự bảo vệ rất đáng kể cho các sinh vật khỏi tác động phá hủy của tia cực tím.

Có vẻ như bầu khí quyển sơ cấp chứa rất nhiều carbon dioxide. Nó đã được tiêu thụ trong quá trình quang hợp, và nồng độ của nó lẽ ra đã giảm theo sự tiến hóa của thế giới thực vật, cũng như do sự hấp thụ trong quá trình các quá trình địa chất nhất định. Trong chừng mực Hiệu ứng nhà kính liên quan đến sự hiện diện của carbon dioxide trong khí quyển, sự dao động nồng độ của nó là một trong những lý do quan trọng cho những thay đổi khí hậu quy mô lớn như vậy trong lịch sử Trái đất, chẳng hạn như Băng hà.

Heli có trong bầu khí quyển hiện đại phần lớn là sản phẩm của sự phân rã phóng xạ của uranium, thorium và radium. Các nguyên tố phóng xạ này phát ra các hạt alpha, là hạt nhân của nguyên tử heli. Vì trong quá trình phân rã phóng xạ, một điện tích không hình thành và không biến mất, nên với sự hình thành của mỗi hạt a, hai điện tử sẽ xuất hiện, chúng liên kết lại với hạt a, tạo thành nguyên tử helium trung hòa. Các nguyên tố phóng xạ được chứa trong các khoáng chất phân tán theo độ dày của đá, do đó, một phần đáng kể của heli được hình thành do sự phân rã phóng xạ được lưu trữ trong chúng, rất chậm thoát ra ngoài khí quyển. Một lượng helium nhất định, do sự khuếch tán, bay lên ngoại quyển, nhưng do dòng chảy liên tục từ bề mặt trái đất, thể tích của khí này trong khí quyển hầu như không thay đổi. Dựa trên phân tích quang phổ của ánh sáng sao và nghiên cứu các thiên thạch, có thể ước tính sự phong phú tương đối của các nguyên tố hóa học khác nhau trong Vũ trụ. Nồng độ neon trong không gian cao hơn Trái đất khoảng 10 tỷ lần, krypton cao hơn 10 triệu lần và xenon cao hơn 1 triệu lần. Do đó, nồng độ của những khí trơ này, dường như ban đầu có trong bầu khí quyển của Trái đất và không được bổ sung trong quá trình phản ứng hóa học, đã giảm đi rất nhiều, có thể ngay cả ở giai đoạn Trái đất mất đi bầu khí quyển sơ cấp của nó. Một ngoại lệ là argon khí trơ, vì nó vẫn được tạo thành ở dạng đồng vị 40 Ar trong quá trình phân rã phóng xạ của đồng vị kali.

Sự phân bố áp suất khí quyển.

Tổng trọng lượng của các khí trong khí quyển xấp xỉ 4,5 · 10 15 tấn Như vậy, "trọng lượng" của khí quyển trên một đơn vị diện tích, hay áp suất khí quyển, ở mực nước biển là xấp xỉ 11 tấn / m 2 = 1,1 kg / cm 2. Áp suất bằng P 0 = 1033,23 g / cm 2 = 1013,250 mbar = 760 mm Hg. Nghệ thuật. = 1 atm, được lấy làm giá trị trung bình tiêu chuẩn của áp suất khí quyển. Đối với khí quyển ở trạng thái cân bằng thủy tĩnh, ta có: d P= –Rgd NS, điều này có nghĩa là ở khoảng độ cao từ NS trước NS+ d NS xảy ra bằng nhau giữa sự thay đổi của áp suất khí quyển d P và trọng lượng của phần tử tương ứng của khí quyển với đơn vị diện tích, mật độ r và độ dày d NS. Như một mối quan hệ giữa áp lực NS và nhiệt độ NS Phương trình trạng thái của khí lý tưởng có mật độ r được sử dụng, khá áp dụng cho khí quyển trái đất: P= r R NS/ m, trong đó m là khối lượng phân tử và R = 8,3 J / (K mol) là hằng số khí phổ quát. Sau đó d log P= - (m g / RT) NS NS= - bd NS= - d NS/ H, đâu là gradien áp suất trên thang logarit. Giá trị tương hỗ của nó H nên được gọi là thang đo độ cao của khí quyển.

Khi tích phân phương trình này cho một bầu khí quyển đẳng nhiệt ( NS= const) hoặc về phần nó, khi sự gần đúng như vậy có thể chấp nhận được, sẽ thu được định luật khí quyển về sự phân bố áp suất theo chiều cao: P = P 0 exp (- NS/NS 0), nơi các chiều cao được tính NSđược sản xuất từ ​​mực nước biển nơi áp suất trung bình tiêu chuẩn là P 0. Biểu hiện NS 0 = R NS/ mg, được gọi là thang đo độ cao, đặc trưng cho phạm vi của khí quyển, với điều kiện là nhiệt độ trong nó là như nhau ở mọi nơi (khí quyển đẳng nhiệt). Nếu khí quyển không phải là đẳng nhiệt, thì cần phải tích hợp có tính đến sự thay đổi nhiệt độ theo độ cao và thông số NS- một số đặc điểm cục bộ của các lớp khí quyển, phụ thuộc vào nhiệt độ và tính chất của môi trường.

Không khí tiêu chuẩn.

Mô hình (bảng giá trị của các thông số chính) tương ứng với áp suất tiêu chuẩn ở đáy khí quyển NS 0 và thành phần hóa học được gọi là khí quyển tiêu chuẩn. Chính xác hơn, đây là một mô hình có điều kiện của khí quyển, trong đó các giá trị trung bình của nhiệt độ, áp suất, mật độ, độ nhớt và các đặc tính khác của không khí ở độ cao từ 2 km dưới mực nước biển đến ranh giới bên ngoài của bầu khí quyển trái đất. đối với vĩ độ 45 ° 32ў 33І. Các thông số của khí quyển trung lưu ở tất cả các độ cao được tính toán bằng cách sử dụng phương trình khí lý tưởng về trạng thái và định luật khí áp. giả sử rằng ở mực nước biển áp suất là 1013,25 hPa (760 mm Hg) và nhiệt độ là 288,15 K (15,0 ° C). Theo bản chất của sự phân bố nhiệt độ theo chiều dọc, khí quyển ở giữa bao gồm một số lớp, trong đó nhiệt độ của mỗi lớp là xấp xỉ hàm tuyến tínhđộ cao. Ở tầng thấp nhất, tầng đối lưu (h Ј 11 km), nhiệt độ giảm 6,5 ° C cho mỗi km đi lên. Ở độ cao lớn, giá trị và dấu hiệu của gradient nhiệt độ theo phương thẳng đứng thay đổi từ lớp này sang lớp khác. Trên 790 km, nhiệt độ khoảng 1000 K và thực tế không thay đổi theo độ cao.

Môi trường tiêu chuẩn là một tiêu chuẩn được hợp pháp hóa, được cập nhật định kỳ được ban hành dưới dạng bảng.

Bảng 1. Mô hình tiêu chuẩn của khí quyển trái đất

Bảng 1. MÔ HÌNH TIÊU CHUẨN CỦA ATMOSPHERE CỦA TRÁI ĐẤT... Bảng cho thấy: NS- độ cao từ mực nước biển, NS- sức ép, NS- nhiệt độ, r - mật độ, n- số lượng phân tử hoặc nguyên tử trên một đơn vị thể tích, NS- thang đo chiều cao, l- độ dài đường dẫn tự do. Áp suất và nhiệt độ ở độ cao 80–250 km, thu được từ dữ liệu tên lửa, có giá trị thấp hơn. Các giá trị ngoại suy cho độ cao lớn hơn 250 km không chính xác lắm.
NS(km)	P(mbar)	NS(° C)	NS (g / cm 3)	n(cm –3)	NS(km)	l(cm)
0	1013	288	1,22 · 10 –3	2,55 10 19	8,4	7,4 · 10 -6
1	899	281	1,11 · 10 –3	2,31 10 19		8,1 · 10 -6
2	795	275	1,01 · 10 –3	2,10 10 19		8,9 · 10 -6
3	701	268	9,1 · 10 –4	1,89 10 19		9,9 · 10 -6
4	616	262	8,2 · 10 –4	1,70 10 19		1,1 · 10 -5
5	540	255	7,4 · 10 –4	1,53 10 19	7,7	1,2 · 10 -5
6	472	249	6,6 · 10 –4	1,37 10 19		1,4 · 10 -5
8	356	236	5,2 · 10 -4	1,09 10 19		1,7 · 10 -5
10	264	223	4,1 · 10 –4	8,6 10 18	6,6	2,2 · 10 -5
15	121	214	1,93 · 10 –4	4,0 10 18		4,6 · 10 -5
20	56	214	8,9 · 10 -5	1,85 10 18	6,3	1,0 · 10 –4
30	12	225	1,9 · 10 -5	3,9 10 17	6,7	4,8 · 10 –4
40	2,9	268	3,9 · 10 -6	7,6 10 16	7,9	2,4 · 10 –3
50	0,97	276	1,15 · 10 -6	2,4 10 16	8,1	8,5 · 10 –3
60	0,28	260	3,9 · 10 -7	7,7 10 15	7,6	0,025
70	0,08	219	1,1 · 10 -7	2,5 10 15	6,5	0,09
80	0,014	205	2,7 · 10 –8	5,0 10 14	6,1	0,41
90	2,8 · 10 –3	210	5,0 · 10 –9	9 10 13	6,5	2,1
100	5,8 · 10 –4	230	8,8 · 10 -10	1,8 10 13	7,4	9
110	1,7 · 10 –4	260	2.1 · 10 -10	5,4 · 10 12	8,5	40
120	6 · 10 –5	300	5,6 · 10 –11	1,8 10 12	10,0	130
150	5 · 10 -6	450	3,2 · 10 -12	9 10 10	15	1,8 · 10 3
200	5 · 10 –7	700	1,6 · 10 -13	5 · 10 9	25	3 · 10 4
250	9 · 10 –8	800	3 · 10 –14	8 · 10 8	40	3 · 10 5
300	4 · 10 –8	900	8 · 10 –15	3 · 10 8	50
400	8 · 10 –9	1000	1 · 10 -15	5 · 10 7	60
500	2 · 10 –9	1000	2 · 10 –16	1 · 10 7	70
700	2 · 10 –10	1000	2 · 10 –17	1 · 10 6	80
1000	1 · 10 –11	1000	1 · 10 –18	1 · 10 5	80

Tầng đối lưu.

Tầng thấp nhất và dày đặc nhất của khí quyển, trong đó nhiệt độ giảm nhanh theo độ cao, được gọi là tầng đối lưu. Nó chứa tới 80% tổng khối lượng của khí quyển và kéo dài ở vĩ độ cực và trung bình đến độ cao 8 - 10 km, và ở vùng nhiệt đới lên đến 16 - 18 km. Hầu hết các quá trình hình thành thời tiết đều phát triển ở đây, sự trao đổi nhiệt và ẩm giữa Trái đất và bầu khí quyển của nó xảy ra, mây hình thành, các hiện tượng khí tượng khác nhau xuất hiện, sương mù và lượng mưa xảy ra. Các lớp này của bầu khí quyển trái đất ở trạng thái cân bằng đối lưu và do sự trộn lẫn tích cực nên có một Thành phần hóa học, chủ yếu từ nitơ phân tử (78%) và oxy (21%). Số lượng lớn các chất ô nhiễm không khí dạng khí và sol khí tự nhiên và nhân tạo tập trung ở tầng đối lưu. Động lực của phần dưới tầng đối lưu dày tới 2 km phụ thuộc mạnh mẽ vào các đặc tính của bề mặt bên dưới của Trái đất, nó quyết định các chuyển động ngang và dọc của không khí (gió) gây ra bởi sự truyền nhiệt từ vùng đất ấm hơn qua bức xạ hồng ngoại của bề mặt trái đất, được hấp thụ trong tầng đối lưu, chủ yếu là hơi nước và khí cacbonic (hiệu ứng nhà kính). Sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao được thiết lập là kết quả của quá trình trộn hỗn loạn và đối lưu. Trung bình, nó tương ứng với sự giảm nhiệt độ với độ cao khoảng 6,5 K / km.

Tốc độ gió ở lớp ranh giới bề mặt đầu tiên tăng nhanh theo độ cao, và ở trên nó tiếp tục tăng 2–3 km / s trên mỗi km. Đôi khi trong tầng đối lưu có các dòng hành tinh hẹp (với tốc độ hơn 30 km / s), ở phía tây ở vĩ độ trung bình và gần xích đạo - ở phía tây. Chúng được gọi là dòng phản lực.

Đương nhiệt đới.

Tại ranh giới trên của tầng đối lưu (nhiệt độ), nhiệt độ đạt giá trị nhỏ nhất đối với tầng khí quyển thấp hơn. Nó là một lớp chuyển tiếp giữa tầng đối lưu và tầng bình lưu bên trên nó. Độ dày của nhiệt đới từ hàng trăm mét đến 1,5–2 km, nhiệt độ và độ cao tương ứng nằm trong khoảng từ 190 đến 220 K và từ 8 đến 18 km, tùy thuộc vào vĩ độ và mùa. Ở vùng ôn đới và vĩ độ cao vào mùa đông, nhiệt độ thấp hơn mùa hè từ 1–2 km và ấm hơn 8–15 K. Ở vùng nhiệt đới, sự thay đổi theo mùa ít hơn nhiều (độ cao 16-18 km, nhiệt độ 180-200 K). Bên trên dòng máy bay phản lực có thể bị đứt đoạn tạm dừng.

Nước trong bầu khí quyển của Trái đất.

Đặc điểm quan trọng nhất của bầu khí quyển Trái đất là sự hiện diện của một lượng đáng kể hơi nước và nước ở dạng giọt, dễ dàng quan sát thấy nhất ở dạng mây và cấu trúc mây. Mức độ bao phủ của bầu trời với các đám mây (tại một thời điểm nhất định hoặc trung bình trong một khoảng thời gian nhất định), được biểu thị bằng thang điểm 10 hoặc theo tỷ lệ phần trăm, được gọi là độ mây. Hình dạng của các đám mây được xác định theo phân loại quốc tế. Trung bình, các đám mây bao phủ khoảng một nửa địa cầu. Mây là một yếu tố quan trọng trong thời tiết và khí hậu. Vào mùa đông và vào ban đêm, mây ngăn cản sự giảm nhiệt độ bề mặt trái đất và lớp không khí trên bề mặt, vào mùa hè và vào ban ngày, nó làm suy yếu quá trình sưởi ấm bề ​​mặt trái đất bởi tia nắng mặt trời, làm dịu khí hậu bên trong các lục địa.

Những đám mây.

Mây là cụm các giọt nước lơ lửng trong khí quyển (mây nước), tinh thể băng (mây băng), hoặc cả hai cùng nhau (mây hỗn hợp). Với sự mở rộng của các giọt và tinh thể, chúng rơi ra khỏi các đám mây dưới dạng kết tủa. Mây hình thành chủ yếu ở tầng đối lưu. Chúng là kết quả của sự ngưng tụ hơi nước trong không khí. Đường kính của các giọt mây có kích thước vài micrômet. Hàm lượng của nước lỏng trong các đám mây là từ phần nhỏ đến vài gam trên m 3. Mây được phân biệt theo độ cao: Theo phân loại quốc tế, có 10 chi mây: mây ti, mây ti, mây ti, mây ti, altostratus, nimbostratus, vân mây, mây tích, mây tích, vũ tích.

Các đám mây xà cừ cũng được quan sát thấy ở tầng bình lưu, và các đám mây dạ quang ở tầng trung lưu.

Mây Cirrus là những đám mây trong suốt ở dạng sợi mỏng màu trắng hoặc một tấm màn có ánh sáng mượt, không có bóng. Các đám mây Cirrus bao gồm các tinh thể băng và hình thành ở tầng đối lưu trên với nhiệt độ rất thấp. Một số loại mây ti có vai trò báo hiệu sự thay đổi thời tiết.

Mây Cirrocumulus là những rặng núi hoặc lớp mây trắng mỏng ở tầng đối lưu trên. Các đám mây Cirrocumulus được xây dựng từ các phần tử nhỏ ở dạng mảnh, gợn sóng, quả cầu nhỏ không có bóng và bao gồm chủ yếu là các tinh thể băng.

Mây Cirrostratus là một tấm màn nửa trong suốt màu trắng ở tầng đối lưu phía trên, thường có dạng sợi, đôi khi khuếch tán, bao gồm các tinh thể băng hình trụ hoặc hình kim nhỏ.

Mây Altocumulus là những đám mây trắng, xám hoặc xám trắng ở tầng đối lưu thấp hơn và giữa. Các đám mây Altocumulus có dạng các lớp và các đường gờ, như thể được xây dựng từ các mảng nằm chồng lên nhau, các khối tròn, trục, mảnh. Mây Altocumulus hình thành trong quá trình hoạt động đối lưu cường độ cao và thường bao gồm các giọt nước siêu lạnh.

Mây Altostratus là những đám mây màu xám hoặc hơi xanh có cấu trúc dạng sợi hoặc đồng nhất. Các đám mây Altostratus được quan sát ở tầng đối lưu giữa, kéo dài vài km theo chiều cao và đôi khi hàng nghìn km theo phương ngang. Thông thường, các đám mây phân lớp cao là một phần của hệ thống đám mây phía trước liên quan đến chuyển động tăng dần của các khối khí.

Mây Nimbostratus là một lớp mây đơn điệu vô định hình thấp (từ 2 km trở lên) xám gây ra mưa lớn hoặc tuyết. Các đám mây Nimbostratus rất phát triển theo chiều dọc (lên đến vài km) và theo chiều ngang (vài nghìn km); chúng bao gồm các giọt nước siêu lạnh trộn lẫn với các bông tuyết, thường liên quan đến các mặt trước của khí quyển.

Mây tầng - những đám mây ở tầng thấp hơn ở dạng một lớp đồng nhất không có đường viền rõ ràng, màu xám. Chiều cao của các tầng mây trên bề mặt trái đất là 0,5–2 km. Thỉnh thoảng mưa phùn rơi từ các tầng mây.

Mây tích là những đám mây trắng sáng dày đặc vào ban ngày với sự phát triển theo chiều thẳng đứng đáng kể (lên đến 5 km hoặc hơn). Các đỉnh của mây tích là những mái vòm hoặc tháp có đường viền tròn trịa. Mây tích thường xuất hiện dưới dạng mây đối lưu trong các khối không khí lạnh.

Mây tầng tầng lớp lớp là những đám mây thấp (dưới 2 km) ở dạng các lớp không sợi màu xám hoặc trắng hoặc các gờ của các khối lớn hình tròn. Độ dày thẳng đứng của mây tầng thấp. Đôi khi mây tầng tạo ra mưa nhẹ.

Mây tích là những đám mây mạnh và dày đặc, phát triển theo chiều thẳng đứng mạnh mẽ (lên đến độ cao 14 km), tạo ra lượng mưa dồi dào kèm theo giông bão, mưa đá, gió giật mạnh. Các đám mây vũ tích phát triển từ các đám mây vũ tích mạnh mẽ, khác với chúng ở phần trên, bao gồm các tinh thể băng.

Tầng bình lưu.

Qua nhiệt đới, trung bình ở độ cao từ 12 đến 50 km, tầng đối lưu đi vào tầng bình lưu. Ở phần dưới, trong khoảng 10 km, tức là lên đến độ cao khoảng 20 km, nó đẳng nhiệt (nhiệt độ khoảng 220 K). Sau đó, nó phát triển theo chiều cao, đạt tối đa khoảng 270 K ở độ cao 50–55 km. Đây là biên giới giữa tầng bình lưu và tầng trung lưu bên trên, được gọi là tầng tạm dừng .

Có ít hơi nước hơn ở tầng bình lưu. Tuy nhiên, đôi khi chúng được quan sát thấy - những đám mây xà cừ mỏng trong mờ, thỉnh thoảng xuất hiện ở tầng bình lưu ở độ cao 20-30 km. Mây xà cừ có thể nhìn thấy trên bầu trời tối sau khi mặt trời lặn và trước khi mặt trời mọc. Về hình dạng, mây xà cừ giống mây ti và mây ti ti.

Khí quyển trung lưu (mesosphere).

Ở độ cao khoảng 50 km, tầng trung lưu bắt đầu với đỉnh của nhiệt độ tối đa trên diện rộng. . Lý do cho sự gia tăng nhiệt độ ở vùng cực đại này là một phản ứng quang hóa tỏa nhiệt (tức là kèm theo sự tỏa nhiệt) của sự phân hủy ozon: О 3 + hv® О 2 + О. Ôzôn phát sinh từ sự phân hủy quang hóa của ôxy phân tử О 2

Khoảng 2 + hv® О + О và phản ứng sau đó của một vụ va chạm ba của một nguyên tử và một phân tử oxi với một phân tử M thứ ba nào đó.

O + O 2 + M ® O 3 + M

Ozone tham lam hấp thụ bức xạ cực tím trong khoảng từ 2000 đến 3000 Å, và bức xạ này làm nóng bầu khí quyển. Ozone trong tầng khí quyển cao đóng vai trò như một loại lá chắn bảo vệ chúng ta khỏi tác động của bức xạ tia cực tím từ Mặt trời. Nếu không có lá chắn này, sự phát triển của sự sống trên Trái đất trong hình thức hiện đại sẽ khó có thể.

Nhìn chung, trong toàn bộ tầng trung quyển, nhiệt độ khí quyển giảm đến giá trị tối thiểu khoảng 180 K ở biên trên của tầng trung quyển (gọi là trung tầng, độ cao khoảng 80 km). Trong vùng lân cận của mesopause, ở độ cao 70–90 km, một lớp tinh thể băng rất mỏng và các hạt bụi núi lửa và thiên thạch có thể xuất hiện, được quan sát như một cảnh tượng tuyệt đẹp của những đám mây dạ quang ngay sau khi mặt trời lặn.

Trong tầng trung lưu, phần lớn, các hạt thiên thạch rắn nhỏ khi rơi xuống Trái đất bị đốt cháy lên, gây ra hiện tượng sao băng.

Thiên thạch, thiên thạch và quả cầu lửa.

Pháo sáng và các hiện tượng khác trong bầu khí quyển trên của Trái đất do xâm nhập vào nó với tốc độ 11 km / s và ở trên các hạt hoặc vật thể rắn vũ trụ được gọi là thiên thạch. Một vệt sáng sao băng có thể quan sát được xuất hiện; những hiện tượng mạnh nhất, thường đi kèm với sự rơi của thiên thạch, được gọi là quả cầu lửa; sự xuất hiện của sao băng có liên quan đến mưa sao băng.

Mưa sao băng:

1) hiện tượng tác động của nhiều thiên thạch trong vài giờ hoặc vài ngày kể từ một lần tỏa sáng.

2) một đám thiên thạch di chuyển trên một quỹ đạo quanh Mặt trời.

Sự xuất hiện có hệ thống của các thiên thạch trong một khu vực nhất định trên bầu trời và vào những ngày nhất định trong năm, do sự giao nhau giữa quỹ đạo Trái đất với quỹ đạo chung của nhiều thiên thể chuyển động với vận tốc xấp xỉ bằng nhau và có hướng như nhau, vì mà con đường của họ trên bầu trời dường như đi ra từ một điểm chung (rạng rỡ) ... Chúng được đặt tên theo chòm sao nơi có bức xạ.

Mưa sao băng rất ấn tượng với hiệu ứng ánh sáng của chúng, nhưng hiếm khi nhìn thấy các thiên thạch riêng lẻ. Nhiều hơn rất nhiều là các thiên thạch không nhìn thấy được, quá nhỏ để có thể quan sát được khi bị bầu khí quyển hấp thụ. Một số thiên thạch nhỏ nhất có lẽ hoàn toàn không nóng lên mà chỉ bị bầu khí quyển bắt giữ. Những hạt nhỏ này có kích thước từ vài mm đến mười phần nghìn mm được gọi là hạt vi mô. Lượng vật chất thiên thạch đi vào bầu khí quyển mỗi ngày dao động từ 100 đến 10.000 tấn, và phần lớn vật chất này rơi vào các vật chất siêu nhỏ.

Vì chất thiên thạch bốc cháy một phần trong khí quyển, thành phần khí của nó được bổ sung bằng các dấu vết của các nguyên tố hóa học khác nhau. Ví dụ, các thiên thạch đá mang liti vào bầu khí quyển. Quá trình đốt cháy các thiên thạch kim loại dẫn đến sự hình thành của sắt hình cầu cực nhỏ, sắt-niken và các giọt khác đi qua bầu khí quyển và lắng đọng trên bề mặt trái đất. Chúng có thể được tìm thấy ở Greenland và Nam Cực, nơi các tảng băng gần như không thay đổi trong nhiều năm. Các nhà hải dương học tìm thấy chúng trong các lớp trầm tích dưới đáy đại dương.

Hầu hết các hạt thiên thạch đi vào khí quyển đều được lắng đọng trong vòng khoảng 30 ngày. Một số nhà khoa học tin rằng bụi vũ trụ này đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành các hiện tượng khí quyển như mưa, vì nó đóng vai trò là hạt nhân ngưng tụ hơi nước. Do đó, người ta cho rằng lượng mưa có liên quan về mặt thống kê với các trận mưa sao băng lớn. Tuy nhiên, một số chuyên gia tin rằng, vì tổng lượng vật chất địa vật hấp thụ cao hơn hàng chục lần so với ngay cả trận mưa sao băng lớn nhất, nên sự thay đổi trong tổng lượng vật chất này, xảy ra do một trận mưa như vậy, có thể bị bỏ quên.

Tuy nhiên, không còn nghi ngờ gì nữa, các vi vật thể lớn nhất và các thiên thạch có thể nhìn thấy để lại dấu vết dài của quá trình ion hóa trong các tầng cao của khí quyển, chủ yếu là ở tầng điện ly. Những dấu vết như vậy có thể được sử dụng cho liên lạc vô tuyến đường dài, vì chúng phản xạ sóng vô tuyến tần số cao.

Năng lượng của các thiên thạch đi vào bầu khí quyển được sử dụng chủ yếu, và có thể hoàn toàn, vào việc đốt nóng nó. Đây là một trong những thành phần phụ của sự cân bằng nhiệt của khí quyển.

Thiên thạch là một chất rắn tự nhiên rơi xuống bề mặt Trái đất từ ​​không gian. Thông thường sẽ có sự phân biệt giữa đá, đá sắt và thiên thạch sắt. Loại thứ hai chủ yếu bao gồm sắt và niken. Hầu hết các thiên thạch được tìm thấy đều có trọng lượng từ vài gam đến vài kilôgam. Thiên thạch lớn nhất được tìm thấy, Goba, nặng khoảng 60 tấn và vẫn nằm ở nơi nó được phát hiện ở Nam Phi. Hầu hết các thiên thạch là mảnh vỡ của tiểu hành tinh, nhưng một số thiên thạch có thể đã đến Trái đất từ ​​Mặt trăng và thậm chí từ Sao Hỏa.

Tia chớp là một sao băng rất sáng, đôi khi được quan sát ngay cả ban ngày, thường để lại vệt khói và kèm theo hiện tượng âm thanh; thường kết thúc bằng sự rơi của thiên thạch.

Khí quyển.

Trên nhiệt độ tối thiểu của thời gian tạm dừng, khí quyển bắt đầu, trong đó nhiệt độ, lúc đầu chậm, sau đó nhanh chóng bắt đầu tăng trở lại. Nguyên nhân là do sự hấp thụ bức xạ cực tím từ Mặt trời ở độ cao 150–300 km, do sự ion hóa của oxy nguyên tử: O + hv® О + + e.

Trong khí quyển, nhiệt độ tăng liên tục đến độ cao khoảng 400 km, nơi nó đạt đến vào ban ngày trong kỷ nguyên hoạt động của mặt trời cực đại là 1800 K. Trong kỷ nguyên cực tiểu, nhiệt độ giới hạn này có thể nhỏ hơn 1000 K. Trên 400 km, khí quyển đi vào tầng ngoài đẳng nhiệt. Mức tới hạn (cơ sở của ngoại quyển) là ở độ cao khoảng 500 km.

Cực quang và nhiều quỹ đạo của vệ tinh nhân tạo, cũng như các đám mây dạ quang - tất cả những hiện tượng này đều xảy ra trong tầng trung quyển và khí quyển.

Aurora Borealis.

Cực quang được quan sát thấy ở vĩ độ cao trong thời gian nhiễu loạn từ trường. Chúng có thể tồn tại trong vài phút, nhưng thường có thể nhìn thấy trong vài giờ. Cực quang thay đổi rất nhiều về hình dạng, màu sắc và cường độ, tất cả chúng đôi khi thay đổi rất nhanh theo thời gian. Quang phổ cực quang bao gồm các vạch và dải phát xạ. Trong quang phổ cực quang, một số phát xạ từ bầu trời đêm được tăng cường, chủ yếu là các vạch màu xanh lá cây và màu đỏ ở 5577 Å và l 6300 Å oxy. Điều xảy ra là một trong những vạch này có cường độ gấp nhiều lần so với vạch còn lại, và điều này xác định màu có thể nhìn thấy của bức xạ: xanh lá cây hoặc đỏ. Sự nhiễu loạn của từ trường cũng đi kèm với sự gián đoạn trong liên lạc vô tuyến ở các vùng cực. Nguyên nhân của sự xáo trộn là những thay đổi trong tầng điện ly, có nghĩa là một nguồn ion hóa mạnh đang hoạt động trong các cơn bão từ. Người ta đã xác định rằng các cơn bão từ trường mạnh xảy ra khi có gần tâm của đĩa mặt trời Các nhóm lớn vết ố. Các quan sát đã chỉ ra rằng các cơn bão không liên quan đến bản thân các vết đen, mà là các đốm sáng mặt trời xuất hiện trong quá trình phát triển của một nhóm các vết đen.

Cực quang là một quang phổ ánh sáng có cường độ khác nhau và chuyển động nhanh chóng, được quan sát ở các vùng vĩ độ cao của Trái đất. Cực quang hình ảnh chứa các vạch phát xạ màu xanh lục (5577Å) và đỏ (6300 / 6364Å) của oxy nguyên tử và các dải phân tử của N 2, được kích thích bởi các hạt năng lượng có nguồn gốc từ mặt trời và từ quyển. Các khí thải này thường được hiển thị ở độ cao khoảng 100 km trở lên. Thuật ngữ cực quang quang học được sử dụng để chỉ các cực quang hình ảnh và phổ phát xạ của chúng từ tia hồng ngoại đến tia cực tím. Năng lượng bức xạ trong phần hồng ngoại của quang phổ vượt quá năng lượng của vùng khả kiến ​​một cách đáng kể. Khi cực quang xuất hiện, phát xạ được quan sát thấy trong ULF (

Các hình thức thực tế của cực quang rất khó phân loại; các thuật ngữ sau được sử dụng phổ biến nhất:

1. Làm dịu các vòng cung hoặc sọc đồng nhất. Vòng cung thường kéo dài ~ 1000 km theo hướng song song địa từ (hướng về Mặt trời ở các vùng cực) và có chiều rộng từ một đến vài chục km. Dải là khái niệm khái quát về cung tròn, nó thường không có dạng hình vòng cung đều đặn mà uốn cong theo dạng chữ S hoặc dạng xoắn ốc. Cung và sọc nằm ở độ cao 100–150 km.

2. Các tia cực quang . Thuật ngữ này dùng để chỉ một cấu trúc cực quang kéo dài dọc theo các đường sức từ, với chiều dài thẳng đứng từ vài chục đến vài trăm km. Chiều dài theo phương ngang của tia nhỏ, từ vài chục mét đến vài km. Tia thường được quan sát trong các vòng cung hoặc các cấu trúc riêng biệt.

3. Vết bẩn hoặc bề mặt . Đây là những vùng biệt lập của một vầng sáng không có hình dạng xác định. Các điểm riêng lẻ có thể liên quan với nhau.

4. Mạng che mặt. Một dạng cực quang bất thường, là một vùng sáng đồng nhất bao phủ các khu vực rộng lớn trên bầu trời.

Về cấu trúc, các cực quang được chia thành đồng nhất, chùm và tỏa sáng. Các thuật ngữ khác nhau được sử dụng; cung xung, bề mặt xung, bề mặt khuếch tán, sọc bức xạ, xếp nếp, v.v. Có một sự phân loại các cực quang theo màu sắc của chúng. Theo cách phân loại này, cực quang thuộc loại MỘT... Trên cùng hoặc tất cả đều có màu đỏ (6300–6364 Å). Chúng thường xuất hiện ở độ cao 300–400 km với hoạt động địa từ cao.

Loại Auroras Vđược tô màu ở phần dưới bằng màu đỏ và được liên kết với sự phát quang của các dải của hệ thống dương thứ nhất N 2 và hệ thống âm thứ nhất O 2. Các dạng cực quang này xuất hiện trong các giai đoạn hoạt động mạnh nhất của cực quang.

Khu vực đèn cực – Đây là những vùng có tần số cực quang lớn nhất vào ban đêm, theo các nhà quan sát tại một điểm cố định trên bề mặt Trái đất. Các khu nằm ở vĩ độ bắc và nam 67 °, và chiều rộng của chúng là khoảng 6 °. Số lần xuất hiện cực quang tối đa tương ứng với một thời điểm nhất định của giờ địa từ địa phương xảy ra trong các vành đai giống hình bầu dục (hình bầu dục cực quang), nằm không đối xứng xung quanh các cực địa từ bắc và nam. Hình bầu dục cực quang được cố định trong các tọa độ vĩ độ-thời gian và vùng cực quang là quỹ tích của các điểm thuộc vùng nửa đêm của hình bầu dục trong các tọa độ kinh độ-vĩ độ. Vành đai hình bầu dục nằm cách cực địa từ khoảng 23 ° trong khu vực ban đêm và 15 ° trong khu vực ngày.

Hình bầu dục của cực quang borealis và vùng cực quang. Vị trí của hình bầu dục cực quang phụ thuộc vào hoạt động địa từ. Hình bầu dục trở nên rộng hơn với hoạt động địa từ cao. Vùng cực quang hoặc ranh giới của hình bầu dục cực quang được biểu thị bằng giá trị L 6,4 tốt hơn bằng tọa độ lưỡng cực. Các đường trường địa từ tại biên giới của khu vực ban ngày của hình bầu dục cực quang trùng với từ tính. Sự thay đổi vị trí của hình bầu dục cực quang được quan sát tùy thuộc vào góc giữa trục địa từ và hướng của Trái đất - Mặt trời. Hình bầu dục cực quang cũng được xác định trên cơ sở dữ liệu về sự kết tủa của các hạt (electron và proton) có năng lượng nhất định. Vị trí của nó có thể được xác định độc lập từ dữ liệu trên đỉnhở mặt ngày và ở phần đuôi của từ quyển.

Sự thay đổi trong ngày về tần suất xuất hiện của cực quang trong vùng cực quang có cực đại cực đại vào lúc nửa đêm địa từ và cực tiểu vào buổi trưa địa từ. Ở phía xích đạo của hình bầu dục, tần suất xuất hiện cực quang giảm mạnh, nhưng hình thức biến đổi ngày vẫn còn. Ở phía cực của hình bầu dục, tần suất xuất hiện của cực quang giảm dần và được đặc trưng bởi những thay đổi phức tạp trong ngày.

Cường độ của cực quang.

Cường độ cực quang được xác định bằng cách đo bề mặt độ sáng biểu kiến. Bề mặt sáng tôi cực quang theo một hướng nhất định được xác định bởi tổng phát xạ 4p tôi phôtôn / (cm 2 s). Vì giá trị này không phải là độ sáng thực của bề mặt, mà đại diện cho sự phát xạ từ cột, đơn vị photon / (cm 2 cột s) thường được sử dụng trong nghiên cứu cực quang. Đơn vị thông thường để đo tổng phát xạ là Rayleigh (Rl) bằng 10 6 photon / (cm 2 · cột · s). Một đơn vị thực tế hơn của cường độ cực quang được xác định bởi sự phát xạ của một vạch hoặc dải. Ví dụ, cường độ của cực quang được xác định bởi Hệ số sáng quốc tế (ICF) theo dữ liệu về cường độ của đường màu xanh lá cây (5577 Å); 1 kRL = I MCQ, 10 kRL = II MCQ, 100 kRL = III MCQ, 1000 CRL = IV MCQ (cường độ tối đa của cực quang). Phân loại này không thể được sử dụng cho cực quang đỏ. Một trong những khám phá của thời đại (1957–1958) là thiết lập sự phân bố không-thời gian của các cực quang dưới dạng hình bầu dục dịch chuyển so với cực từ. Từ những ý tưởng đơn giản về hình dạng tròn của sự phân bố của cực quang so với cực từ là quá trình chuyển đổi sang vật lý hiện đại của từ quyển đã hoàn thành. Danh dự của khám phá thuộc về O. Khorosheva, và G. Starkov, Y. Feldshtein, S. I. Akasof và một số nhà nghiên cứu khác đã tiến hành phát triển chuyên sâu các ý tưởng về hình bầu dục cực quang. Hình bầu dục cực quang đại diện cho vùng chịu tác động của gió Mặt Trời với cường độ mạnh nhất lên tầng khí quyển trên của Trái Đất. Cường độ của cực quang lớn nhất trong hình bầu dục và động lực học của nó được vệ tinh giám sát liên tục.

Vòng cung màu đỏ cực quang ổn định.

Vòng cung đỏ cực quang dai dẳng, nếu không được gọi là cung đỏ vĩ độ trung bình hoặc Vòng cung M, là một vòng cung rộng dưới mắt (dưới giới hạn nhạy cảm của mắt), trải dài từ đông sang tây hàng nghìn km và có thể bao quanh toàn bộ Trái đất. Độ dài vĩ độ của vòng cung là 600 km. Sự phát xạ từ hồ quang đỏ cực quang ổn định thực tế là đơn sắc trong các vạch đỏ l 6300 Å và l 6364 Å. Các vạch phát xạ yếu ở 5577 Å (OI) và l 4278 Å (N + 2) cũng đã được báo cáo gần đây. Các vòng cung màu đỏ dai dẳng được phân loại là cực quang, nhưng chúng xuất hiện ở độ cao hơn nhiều. Biên giới dưới nằm ở độ cao 300 km, giới hạn trên khoảng 700 km. Cường độ của hồ quang đỏ cực quang tĩnh lặng khi phát xạ l 6300 Å là từ 1 đến 10 kRl (giá trị điển hình là 6 kRl). Ngưỡng nhạy cảm của mắt ở bước sóng này là khoảng 10 kRl, do đó các vòng cung hiếm khi được quan sát bằng mắt. Tuy nhiên, các quan sát đã chỉ ra rằng độ sáng của chúng> 50 kRl ở 10% số đêm. Thời gian tồn tại thông thường của các vòng cung là khoảng một ngày, và chúng hiếm khi xuất hiện vào những ngày tiếp theo. Sóng vô tuyến từ vệ tinh hoặc các nguồn vô tuyến vượt qua vòng cung màu đỏ cực quang ổn định dễ bị soi, cho thấy sự tồn tại của sự không đều về mật độ điện tử. Giải thích lý thuyết cho các vòng cung màu đỏ là các electron bị đốt nóng của vùng NS tầng điện ly gây ra sự gia tăng nguyên tử oxy. Các quan sát vệ tinh cho thấy sự gia tăng nhiệt độ electron dọc theo các đường sức của trường địa từ, giao với các vòng cung màu đỏ cực quang ổn định. Cường độ của các vòng cung này có tương quan thuận với hoạt động địa từ (bão), và tần suất xuất hiện của các vòng cung có tương quan thuận với hoạt động hình thành vết đen mặt trời.

Thay đổi cực quang.

Một số dạng cực quang trải qua các biến đổi theo thời gian theo thời gian và nhất quán về cường độ. Các cực quang này, với dạng hình học gần như đứng yên và các biến thiên tuần hoàn nhanh chóng xảy ra theo pha, được gọi là các cực quang thay đổi. Chúng được xếp vào loại cực quang hình dạng NS Theo Atlas quốc tế về cực quang Borealis Phân chia chi tiết hơn về sự thay đổi cực quang:

NS 1 (cực quang xung) là sự phát quang với các pha biến thiên đồng đều về độ sáng trên toàn bộ dạng cực quang. Theo định nghĩa, trong một cực quang phát xung lý tưởng, các phần không gian và thời gian của cực quang có thể được tách biệt, tức là độ sáng tôi(r, t)= Tôi s(NS)· NÓ(NS). Trong đèn cực điển hình NS 1 xung xảy ra với tần số từ 0,01 đến 10 Hz cường độ thấp (1–2 kRl). Hầu hết các cực quang NS 1 - đây là những điểm hoặc vòng cung dao động với khoảng thời gian vài giây.

NS 2 (borealis cực quang rực lửa). Thuật ngữ này thường được sử dụng để chỉ các chuyển động giống như ngọn lửa lấp đầy phần cứng, thay vì để mô tả một hình dạng đơn lẻ. Cực quang có dạng vòng cung và thường di chuyển lên trên từ độ cao 100 km. Những cực quang này tương đối hiếm và xảy ra thường xuyên hơn bên ngoài các cực quang.

NS 3 (borealis cực quang lung linh). Đây là những cực quang có độ sáng thay đổi nhanh chóng, không đều hoặc đều đặn, tạo ấn tượng về một ngọn lửa nhấp nháy trên dây tóc. Chúng xuất hiện ngay trước khi cực quang tan rã. Tần số biến động thường quan sát được NS 3 bằng 10 ± 3 Hz.

Thuật ngữ cực quang phát trực tuyến, được sử dụng cho một loại cực quang rung động khác, đề cập đến các biến thể không đều về độ sáng di chuyển nhanh chóng theo chiều ngang trong các cung và dải cực quang.

Cực quang thay đổi là một trong những hiện tượng mặt trời trên mặt đất đi kèm với các xung của trường địa từ và tia X cực quang, gây ra bởi sự kết tủa của các hạt có nguồn gốc từ mặt trời và từ quyển.

Sự phát quang của mũ cực được đặc trưng bởi cường độ cao của dải của hệ thống âm thứ nhất N + 2 (l 3914 Å). Thông thường, các dải N + 2 này có cường độ gấp 5 lần so với vạch xanh lục OI l 5577 Å; cường độ tuyệt đối của sự phát quang mũ cực là từ 0,1 đến 10 kPl (thường là 1–3 kPl). Với những cực quang này, xuất hiện trong thời kỳ PCA, một ánh sáng đồng nhất bao phủ toàn bộ nắp cực lên đến vĩ độ địa từ 60 ° ở độ cao khoảng 30 đến 80 km. Nó được tạo ra chủ yếu bởi các proton mặt trời và các hạt d với năng lượng 10–100 MeV, tạo ra sự ion hóa cực đại ở những độ cao này. Có một loại ánh sáng khác trong vùng cực quang, được gọi là cực quang lớp phủ. Đối với loại phát quang cực quang này, cường độ tối đa hàng ngày vào các giờ buổi sáng là 1–10 kRl, và cường độ tối thiểu yếu hơn năm lần. Số lượng quan sát được cực quang lớp phủ rất ít; cường độ của chúng phụ thuộc vào hoạt động địa từ và mặt trời.

Bầu không khí rực rỡđược định nghĩa là bức xạ được tạo ra và phát ra bởi bầu khí quyển của một hành tinh. Đây là bức xạ không nhiệt từ khí quyển, ngoại trừ sự phát xạ cực quang, phóng điện sét và phát xạ các vệt sao băng. Thuật ngữ này được sử dụng để chỉ bầu khí quyển của Trái đất (ánh sáng ban đêm, hoàng hôn và ánh sáng ban ngày). Sự phát sáng của khí quyển chỉ bằng một phần nhỏ so với ánh sáng trong khí quyển. Các nguồn khác là ánh sáng sao, ánh sáng hoàng đạo và ánh sáng tán xạ ánh sáng ban ngày từ Mặt trời. Đôi khi, sự phát sáng của bầu khí quyển có thể chiếm tới 40% tổng lượng ánh sáng. Sự phát sáng của khí quyển xảy ra trong các lớp khí quyển có độ cao và độ dày khác nhau. Quang phổ phát sáng trong khí quyển bao gồm các bước sóng từ 1000 Å đến 22,5 µm. Vạch phát xạ chính trong sự phát sáng của khí quyển là l 5577 Å, xuất hiện ở độ cao 90–100 km trong một lớp dày 30–40 km. Sự xuất hiện của sự phát quang là do cơ chế Chempen dựa trên sự tái kết hợp của các nguyên tử oxy. Các vạch phát xạ khác là l 6300 Å, xuất hiện trong trường hợp tái tổ hợp phân ly của O + 2 và phát xạ NI l 5198/5201 Å và NI l 5890/5896 Å.

Cường độ phát sáng của bầu khí quyển được đo bằng Rayleighs. Độ sáng (tính bằng Rayleighs) bằng 4 pw, trong đó ở bề mặt góc, độ sáng của lớp phát xạ tính bằng đơn vị 10 6 photon / (cm 2 · sr · s). Cường độ phát sáng phụ thuộc vào vĩ độ (khác nhau đối với các lượng khí thải khác nhau) và cũng thay đổi trong ngày với cực đại gần nửa đêm. Một mối tương quan thuận đã được ghi nhận đối với sự phát sáng trong khí quyển trong phát xạ l 5577 Å với số vết đen và thông lượng bức xạ năng lượng mặt trờiở bước sóng 10,7 cm .Sự phát sáng của khí quyển được quan sát thấy trong các thí nghiệm vệ tinh. Nhìn từ ngoài không gian, nó trông giống như một vòng ánh sáng xung quanh Trái đất và có màu xanh lục.

Ozonosphere.

Ở độ cao 20–25 km, đạt được nồng độ tối đa của một lượng không đáng kể ôzôn O 3 (lên đến 2 × 10 –7 hàm lượng ôxy!), Phát sinh dưới ảnh hưởng của bức xạ tử ngoại mặt trời ở độ cao khoảng 10 đến 50 km, bảo vệ hành tinh khỏi bức xạ mặt trời ion hóa. Mặc dù có số lượng cực kỳ nhỏ các phân tử ozone, chúng bảo vệ tất cả sự sống trên Trái đất khỏi tác động hủy diệt của bức xạ sóng ngắn (tia cực tím và tia X) từ Mặt trời. Nếu bạn lắng tất cả các phân tử xuống đáy khí quyển, bạn sẽ có một lớp dày không quá 3-4 mm! Ở độ cao hơn 100 km, tỷ lệ khí nhẹ tăng lên, và ở độ cao rất lớn, heli và hydro chiếm ưu thế; nhiều phân tử phân ly thành các nguyên tử riêng lẻ, bị ion hóa bởi bức xạ cứng của mặt trời, tạo thành tầng điện ly. Áp suất và mật độ của không khí trong bầu khí quyển Trái đất giảm dần theo độ cao. Tùy thuộc vào sự phân bố nhiệt độ, bầu khí quyển của Trái đất được chia nhỏ thành tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung lưu, khí quyển và ngoại quyển. .

Ở độ cao 20-25 km có tầng ozone... Ozone được hình thành do sự phân hủy của các phân tử oxy khi hấp thụ bức xạ cực tím từ Mặt trời có bước sóng ngắn hơn 0,1–0,2 micron. Ôxy tự do kết hợp với các phân tử O 2 và tạo thành ôzôn O 3, ôzôn này hấp thụ một cách tham lam tất cả các tia cực tím có kích thước ngắn hơn 0,29 micron. Các phân tử Ozone O 3 dễ bị phá hủy bởi bức xạ sóng ngắn. Do đó, mặc dù rất hiếm, nhưng tầng ôzôn vẫn hấp thụ hiệu quả bức xạ tia cực tím từ Mặt trời, bức xạ này đã đi qua các tầng khí quyển cao hơn và trong suốt hơn. Nhờ đó, các sinh vật sống trên Trái đất được bảo vệ khỏi tác hại của tia cực tím từ Mặt trời.

Tầng điện ly.

Bức xạ từ Mặt trời làm ion hóa các nguyên tử và phân tử của khí quyển. Mức độ ion hóa trở nên đáng kể đã ở độ cao 60 km và tăng dần đều theo khoảng cách từ Trái đất. Ở các độ cao khác nhau trong khí quyển, các quá trình phân ly của các phân tử khác nhau và sự ion hóa tiếp theo của các nguyên tử và ion khác nhau xảy ra tuần tự. Đây chủ yếu là các phân tử oxy O 2, nitơ N 2 và các nguyên tử của chúng. Tùy thuộc vào cường độ của các quá trình này, các lớp khác nhau của khí quyển nằm trên 60 km được gọi là các lớp điện ly. , và tổng thể của chúng bởi tầng điện ly . Lớp dưới, sự ion hóa không đáng kể, được gọi là neutrosphere.

Nồng độ tối đa của các hạt mang điện trong tầng điện ly đạt được ở độ cao 300–400 km.

Lịch sử nghiên cứu tầng điện ly.

Giả thuyết về sự tồn tại của một lớp dẫn điện trong tầng thượng khí quyển được nhà khoa học người Anh Stuart đưa ra vào năm 1878 để giải thích các đặc điểm của trường địa từ. Sau đó, vào năm 1902, một cách độc lập với nhau, Kennedy ở Mỹ và Heaviside ở Anh chỉ ra rằng để giải thích sự lan truyền của sóng vô tuyến trong khoảng cách xa, cần phải giả định sự tồn tại của các vùng có độ dẫn điện cao trong các lớp cao của khí quyển. Năm 1923, Viện sĩ M.V. Shuleikin, khi xem xét các đặc điểm của sự lan truyền của các sóng vô tuyến có tần số khác nhau, đã đưa ra kết luận rằng có ít nhất hai lớp phản xạ trong tầng điện ly. Sau đó vào năm 1925, các nhà nghiên cứu người Anh Appleton và Barnett, cũng như Breit và Tuve, lần đầu tiên chứng minh bằng thực nghiệm sự tồn tại của các vùng phản xạ sóng vô tuyến, và đặt nền tảng cho nghiên cứu có hệ thống của họ. Kể từ thời điểm đó, một nghiên cứu có hệ thống về các tính chất của các lớp này, thường được gọi là tầng điện ly, đã được thực hiện, đóng một vai trò thiết yếu trong một số hiện tượng địa vật lý xác định sự phản xạ và hấp thụ của sóng vô tuyến, điều này rất quan trọng đối với các mục đích thực tế, đặc biệt là để đảm bảo thông tin liên lạc vô tuyến đáng tin cậy.

Trong những năm 1930, các quan sát có hệ thống về trạng thái của tầng điện ly bắt đầu. Ở nước ta, theo sáng kiến ​​của M.A. Bonch-Bruevich, các thiết bị phát âm thanh xung lực của nó đã được tạo ra. Nhiều tính chất chung của tầng điện ly, độ cao và nồng độ điện tử của các lớp chính của nó đã được nghiên cứu.

Ở độ cao 60–70 km, lớp D được quan sát, ở độ cao 100–120 km, lớp E, ở độ cao, ở độ cao 180-300 km hai lớp NS 1 và NS 2. Các thông số chính của các lớp này được thể hiện trong Bảng 4.

Bảng 4.

Bảng 4.
Vùng điện ly	Chiều cao tối đa, km	T tôi , K	Ngày		Đêm n e , cm –3	a΄, ρm 3 s – 1
			min n e , cm –3	Max n e , cm –3
NS	70	20	100	200	10	10 –6
E	110	270	1,5 · 10 5	3 · 10 5	3000	10 –7
NS 1	180	800–1500	3 · 10 5	5 · 10 5	–	3 · 10 –8
NS 2 (mùa đông)	220–280	1000–2000	6 · 10 5	25 · 10 5	~10 5	2 · 10 –10
NS 2 (mùa hè)	250–320	1000–2000	2 · 10 5	8 · 10 5	~ 3 10 5	10 –10
n e- nồng độ electron, e - điện tích electron, T tôi Là nhiệt độ ion, a΄ là hệ số tái kết hợp (xác định n e và sự thay đổi của nó theo thời gian)

Giá trị trung bình được đưa ra vì chúng thay đổi theo các vĩ độ khác nhau, tùy thuộc vào thời gian trong ngày và các mùa. Những dữ liệu này là cần thiết để đảm bảo liên lạc vô tuyến đường dài. Chúng được sử dụng để chọn tần số hoạt động cho các liên kết vô tuyến sóng ngắn khác nhau. Kiến thức về sự thay đổi của chúng tùy thuộc vào trạng thái của tầng điện ly tại các thời điểm khác nhau trong ngày và trong các mùa khác nhau là vô cùng quan trọng để đảm bảo độ tin cậy của liên lạc vô tuyến. Tầng điện ly là tập hợp các lớp bị ion hóa của bầu khí quyển trái đất, bắt đầu từ độ cao 60 km và kéo dài đến độ cao hàng chục nghìn km. Nguồn ion hóa chính của bầu khí quyển trái đất là bức xạ tia cực tím và tia X từ Mặt trời, chủ yếu xảy ra trong bầu khí quyển và nhật quang của Mặt trời. Ngoài ra, mức độ ion hóa của bầu khí quyển phía trên bị ảnh hưởng bởi các luồng phân tử mặt trời phát sinh trong quá trình bùng phát mặt trời, cũng như các tia vũ trụ và các hạt thiên thạch.

Tầng điện ly

- đây là những khu vực trong khí quyển mà ở đó nồng độ electron tự do đạt đến giá trị lớn nhất (tức là số lượng của chúng trên một đơn vị thể tích). Các electron tự do mang điện và (ở mức độ thấp hơn, các ion di động ít hơn) phát sinh từ sự ion hóa các nguyên tử của khí trong khí quyển, tương tác với sóng vô tuyến (tức là dao động điện từ), có thể thay đổi hướng của chúng, phản xạ hoặc khúc xạ chúng và hấp thụ năng lượng của chúng. Do đó, khi nhận các đài phát thanh ở xa, các hiệu ứng khác nhau có thể xảy ra, ví dụ, làm mờ liên lạc vô tuyến, tăng khả năng nghe của các đài từ xa, mất điện Vân vân. hiện tượng.

Phương pháp nghiên cứu.

Các phương pháp cổ điển để nghiên cứu tầng điện ly từ Trái đất được rút gọn thành âm thanh xung - gửi các xung vô tuyến và quan sát phản xạ của chúng từ các lớp khác nhau của tầng điện ly với việc đo thời gian trễ và nghiên cứu cường độ và hình dạng của các tín hiệu phản xạ. Bằng cách đo độ cao phản xạ của các xung vô tuyến ở các tần số khác nhau, xác định các tần số tới hạn của các vùng khác nhau (tần số sóng mang của xung vô tuyến được gọi là tới hạn, mà một vùng nhất định của tầng điện ly trở nên trong suốt), có thể xác định giá trị của nồng độ electron trong các lớp và chiều cao hiệu quảđối với các tần số đã cho, hãy chọn các tần số tối ưu cho các đường dẫn vô tuyến đã cho. Với sự phát triển của công nghệ tên lửa và sự ra đời của kỷ nguyên không gian của vệ tinh trái đất nhân tạo (AES) và các tàu vũ trụ khác, người ta có thể đo trực tiếp các thông số của plasma không gian gần trái đất, phần dưới của nó là tầng điện ly.

Các phép đo nồng độ điện tử được thực hiện từ bảng tên lửa được phóng đặc biệt và dọc theo đường bay vệ tinh đã xác nhận và tinh chỉnh dữ liệu thu được trước đó bằng các phương pháp trên mặt đất dựa trên cấu trúc của tầng điện ly, sự phân bố nồng độ điện tử theo độ cao trên các vùng khác nhau của Trái đất và có thể thu được các giá trị của nồng độ electron trên mức cực đại chính - lớp NS... Trước đây, người ta không thể thực hiện được điều này bằng phương pháp đo âm dựa trên quan sát các xung vô tuyến sóng ngắn phản xạ. Người ta nhận thấy rằng ở một số vùng trên địa cầu có những vùng khá ổn định với nồng độ điện tử thấp, "gió tầng điện li" thường xuyên, các quá trình sóng đặc biệt phát sinh trong tầng điện ly mang theo nhiễu cục bộ của tầng điện ly cách nơi chúng kích thích hàng nghìn km. , và nhiều hơn nữa. Việc tạo ra các máy thu đặc biệt có độ nhạy cao giúp nó có thể nhận được các tín hiệu xung, phản xạ một phần từ các vùng thấp nhất của tầng điện ly (các trạm phản xạ một phần), tại các trạm phát âm thanh xung của tầng điện ly. Việc sử dụng các cài đặt xung mạnh mẽ trong bước sóng mét và decimet cùng với việc sử dụng ăng-ten cho phép tập trung năng lượng bức xạ cao giúp có thể quan sát các tín hiệu bị phân tán bởi tầng điện ly ở các độ cao khác nhau. Việc nghiên cứu các đặc điểm của phổ của những tín hiệu này, không bị phân tán một cách nhất quán bởi các điện tử và ion của plasma tầng điện li (đối với điều này, các trạm phát tán xạ không kết hợp của sóng vô tuyến đã được sử dụng) giúp xác định được nồng độ của các điện tử và ion, của chúng. nhiệt độ tương đương ở nhiều độ cao khác nhau lên đến độ cao vài nghìn km. Nó chỉ ra rằng tầng điện ly khá trong suốt đối với các tần số được sử dụng.

Nồng độ các điện tích (nồng độ electron bằng ion) trong tầng điện ly của trái đất ở độ cao 300 km vào khoảng 10 6 cm –3 vào ban ngày. Plasma có mật độ này phản xạ các sóng vô tuyến dài hơn 20 m và truyền các sóng ngắn hơn.

Sự phân bố theo chiều dọc điển hình của nồng độ electron trong tầng điện ly đối với điều kiện ngày và đêm.

Sự lan truyền của sóng vô tuyến trong tầng điện ly.

Việc thu sóng ổn định của các trạm phát sóng ở xa phụ thuộc vào tần số được sử dụng, cũng như vào thời gian trong ngày, theo mùa và thêm vào đó là hoạt động của mặt trời. Hoạt động của mặt trời ảnh hưởng đáng kể đến trạng thái của tầng điện ly. Sóng vô tuyến do một trạm mặt đất phát ra truyền theo đường thẳng, giống như tất cả các loại sóng điện từ. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng cả bề mặt Trái đất và các lớp bị ion hóa của bầu khí quyển của nó đều đóng vai trò là các tấm của một tụ điện khổng lồ, tác động lên chúng giống như hoạt động của gương đối với ánh sáng. Phản xạ từ chúng, sóng vô tuyến có thể truyền đi hàng nghìn km, uốn cong quanh địa cầu theo những bước nhảy khổng lồ hàng trăm và hàng nghìn km, phản xạ luân phiên từ một lớp khí ion và từ bề mặt Trái đất hoặc nước.

Vào những năm 1920, người ta tin rằng sóng vô tuyến ngắn hơn 200 m thường không thích hợp cho liên lạc đường dài do hấp thụ mạnh. Các thí nghiệm đầu tiên về việc tiếp nhận sóng ngắn trong phạm vi dài qua Đại Tây Dương giữa châu Âu và châu Mỹ được thực hiện bởi nhà vật lý người Anh Oliver Heaviside và kỹ sư điện người Mỹ Arthur Kennelly. Độc lập với nhau, họ cho rằng ở đâu đó xung quanh Trái đất có một lớp ion hóa của khí quyển có khả năng phản xạ sóng vô tuyến. Nó được gọi là tầng Heaviside - Kennelly, và sau đó là tầng điện ly.

Theo quan niệm hiện đại, tầng điện ly bao gồm các electron tự do mang điện tích âm và các ion mang điện tích dương, chủ yếu là phân tử oxy O + và nitơ oxit NO +. Các ion và electron được hình thành do sự phân ly của các phân tử và sự ion hóa của các nguyên tử khí trung hòa bởi bức xạ tia X và tia cực tím của mặt trời. Để ion hóa một nguyên tử, cần thông báo cho nó về năng lượng ion hóa, nguồn năng lượng chính của tầng điện ly là tia cực tím, tia X và bức xạ phân tử của Mặt trời.

Trong khi lớp vỏ khí của Trái đất được Mặt trời chiếu sáng, ngày càng có nhiều điện tử liên tục được hình thành trong đó, nhưng đồng thời một số điện tử, va chạm với các ion, kết hợp lại, một lần nữa tạo thành các hạt trung hòa. Sau khi mặt trời lặn, sự hình thành các electron mới gần như dừng lại, và số lượng các electron tự do bắt đầu giảm. Càng nhiều electron tự do trong tầng điện ly, thì các sóng tần số cao được phản xạ từ nó càng tốt. Với sự giảm nồng độ điện tử, việc truyền sóng vô tuyến chỉ có thể xảy ra trong các dải tần số thấp. Đó là lý do tại sao vào ban đêm, theo quy luật, chỉ có thể nhận được các trạm ở xa trong phạm vi 75, 49, 41 và 31. Các electron phân bố không đều trong tầng điện ly. Ở độ cao từ 50 đến 400 km, có một số lớp hoặc vùng tăng nồng độ điện tử. Các khu vực này truyền qua nhau một cách thuận lợi và ảnh hưởng đến sự lan truyền của sóng vô tuyến HF theo những cách khác nhau. Lớp trên của tầng điện ly được ký hiệu bằng chữ cái NS... Đây nhất bằng cấp cao sự ion hóa (phần nhỏ các hạt mang điện có bậc 10 –4). Nó nằm ở độ cao hơn 150 km so với bề mặt Trái đất và đóng vai trò phản xạ chính trong quá trình truyền sóng vô tuyến tầm xa của dải tần số cao HF. Trong những tháng mùa hè, vùng F chia thành hai lớp - NS 1 và NS 2. Lớp F1 có thể chiếm độ cao từ 200 đến 250 km, và NS 2, như nó vốn có, "lơ lửng" trong phạm vi độ cao 300-400 km. Thường là một lớp NS 2 được ion hóa mạnh hơn nhiều so với lớp NS 1. Lớp ban đêm NS 1 biến mất và lớp NS 2 phần còn lại, từ từ mất đến 60% mức độ ion hóa của nó. Bên dưới lớp F, ở độ cao từ 90 đến 150 km, có một lớp E, sự ion hóa xảy ra dưới ảnh hưởng của bức xạ tia X mềm từ Mặt trời. Mức độ ion hóa của lớp E thấp hơn so với lớp NS, trong ngày, việc tiếp nhận các trạm của dải tần số thấp HF 31 và 25 m xảy ra khi tín hiệu bị phản xạ từ lớp E... Thông thường đây là những ga nằm cách xa nhau từ 1000-1500 km. Vào ban đêm trong một lớp E sự ion hóa giảm mạnh, nhưng ngay cả tại thời điểm này nó vẫn tiếp tục đóng một vai trò đáng chú ý trong việc thu tín hiệu từ các trạm trong phạm vi 41, 49 và 75 m.

Rất quan tâm đến việc thu tín hiệu của các băng tần HF tần số cao 16, 13 và 11 m đang phát sinh trong khu vực E các lớp xen kẽ (các đám mây) của sự ion hóa tăng mạnh. Diện tích của những đám mây này có thể thay đổi từ đơn vị đến hàng trăm km vuông. Lớp tăng ion hóa này được gọi là lớp rời rạc E và được biểu thị Es... Các đám mây Es có thể di chuyển trong tầng điện ly dưới tác động của gió và đạt tốc độ lên tới 250 km / h. Vào mùa hè, ở vĩ độ trung bình, vào ban ngày, nguồn gốc của sóng vô tuyến do mây Es là 15–20 ngày mỗi tháng. Ở vùng xích đạo, nó hầu như luôn xuất hiện, và ở vĩ độ cao nó thường xuất hiện vào ban đêm. Đôi khi, trong những năm hoạt động năng lượng mặt trời thấp, khi không có tín hiệu truyền trên dải tần số cao HF, trên dải tần 16, 13 và 11 m, các trạm ở xa đột nhiên xuất hiện với cường độ lớn, tín hiệu của chúng được phản xạ nhiều lần từ Es.

Vùng thấp nhất của tầng điện ly là vùng NS nằm ở độ cao từ 50 đến 90 km. Có tương đối ít electron tự do ở đây. Từ khu vực NS sóng dài và sóng trung bình được phản xạ tốt, và tín hiệu từ các trạm HF tần số thấp bị hấp thụ mạnh. Sau khi mặt trời lặn, quá trình ion hóa biến mất rất nhanh và có thể nhận được các trạm ở xa trong phạm vi 41, 49 và 75 m, tín hiệu của chúng được phản xạ từ các lớp NS 2 và E... Các lớp riêng biệt của tầng điện ly đóng một vai trò quan trọng trong việc truyền tín hiệu của đài vô tuyến HF. Ảnh hưởng đến sóng vô tuyến chủ yếu là do sự hiện diện của các điện tử tự do trong tầng điện ly, mặc dù cơ chế truyền sóng vô tuyến gắn liền với sự hiện diện của các ion lớn. Nhóm thứ hai cũng quan tâm đến việc nghiên cứu các tính chất hóa học của khí quyển, vì chúng hoạt động mạnh hơn các nguyên tử và phân tử trung tính. Các phản ứng hóa học diễn ra trong tầng điện ly đóng một vai trò quan trọng trong sự cân bằng năng lượng và điện của nó.

Tầng điện ly bình thường. Các quan sát được thực hiện bằng tên lửa và vệ tinh địa vật lý đã cung cấp nhiều thông tin mới chỉ ra rằng quá trình ion hóa bầu khí quyển xảy ra dưới tác động của bức xạ mặt trời có phổ rộng. Phần chính của nó (hơn 90%) tập trung ở phần nhìn thấy được của quang phổ. Bức xạ tử ngoại có bước sóng ngắn hơn và năng lượng cao hơn tia sáng tím được phát ra bởi hydro từ phần bên trong của khí quyển Mặt trời (sắc quyển), trong khi tia X, có năng lượng thậm chí cao hơn, được phát ra bởi các khí từ lớp vỏ bên ngoài của Mặt trời (corona).

Trạng thái bình thường (trung bình) của tầng điện ly là do bức xạ mạnh liên tục. Những thay đổi thường xuyên xảy ra trong tầng điện ly bình thường dưới ảnh hưởng của chu kỳ quay ngày của Trái đất và sự khác biệt theo mùa về góc tới của ánh sáng mặt trời vào buổi trưa, nhưng những thay đổi đột ngột và không thể đoán trước về trạng thái của tầng điện ly cũng xảy ra.

Các nhiễu động trong tầng điện ly.

Như bạn đã biết, các biểu hiện hoạt động lặp lại theo chu kỳ mạnh mẽ xuất hiện trên Mặt trời, đạt cực đại 11 năm một lần. Các lần quan sát trong chương trình Năm Địa vật lý Quốc tế (IGY) trùng với thời kỳ hoạt động năng lượng mặt trời cao nhất trong toàn bộ thời kỳ quan sát khí tượng có hệ thống, tức là từ đầu thế kỷ 18. Trong thời gian hoạt động nhiều, độ sáng của một số vùng trên Mặt trời tăng lên nhiều lần, và sức mạnh của bức xạ tia cực tím và tia X tăng mạnh. Những hiện tượng như vậy được gọi là hiện tượng bùng phát mặt trời. Chúng kéo dài từ vài phút đến một đến hai giờ. Trong một vụ nổ, plasma mặt trời (chủ yếu là proton và electron) nổ ra, và các hạt cơ bản lao vào không gian. Bức xạ điện từ và phân tử của Mặt trời tại những thời điểm bùng phát như vậy có ảnh hưởng mạnh đến bầu khí quyển của Trái đất.

Phản ứng ban đầu được quan sát thấy 8 phút sau khi bùng phát, khi bức xạ tia cực tím và tia X cường độ cao tới Trái đất. Kết quả là, sự ion hóa tăng mạnh; Tia X xuyên qua bầu khí quyển đến ranh giới dưới của tầng điện ly; số lượng các điện tử trong các lớp này tăng lên nhiều đến mức các tín hiệu vô tuyến gần như bị hấp thụ hoàn toàn (“dập tắt”). Sự hấp thụ thêm bức xạ làm cho khí nóng lên, góp phần vào sự phát triển của gió. Chất khí bị ion hóa là chất dẫn điện, khi nó chuyển động trong từ trường trái đất thì thể hiện tác dụng của động cơ và sinh ra dòng điện. Những dòng điện như vậy có thể gây ra những nhiễu loạn đáng chú ý trong từ trường và biểu hiện dưới dạng bão từ.

Cấu trúc và động lực học của bầu khí quyển trên về cơ bản được xác định bởi sự không cân bằng trong các quá trình cảm nhận nhiệt động lực học liên quan đến sự ion hóa và phân ly bởi bức xạ mặt trời, các quá trình hóa học, kích thích của các phân tử và nguyên tử, sự vô hiệu hóa, va chạm của chúng và các quá trình cơ bản khác. Trong trường hợp này, mức độ không cân bằng tăng theo chiều cao khi mật độ giảm. Lên đến độ cao 500–1000 km, và thường cao hơn nữa, mức độ không cân bằng đối với nhiều đặc điểm của tầng khí quyển trên là đủ nhỏ, điều này có thể sử dụng thủy động lực học cổ điển và thủy từ để mô tả nó, có tính đến các phản ứng hóa học.

Ngoại quyển là lớp ngoài cùng của khí quyển Trái đất, bắt đầu ở độ cao vài trăm km, từ đó các nguyên tử hydro nhẹ, chuyển động nhanh có thể thoát ra ngoài không gian.

Edward Kononovich

Văn học:

Pudovkin M.I. Các nguyên tắc cơ bản của Vật lý Mặt trời... SPb, 2001
Eris Chaisson, Steve McMillan Thiên văn học ngày nay... Prentice-Hall, Inc. Thượng Saddle River, 2002
Tài liệu trên Internet: http://ciencia.nasa.gov/



Bầu khí quyển của Trái đất là không đồng nhất: trên chiều cao khác nhau mật độ và áp suất không khí khác nhau được quan sát, nhiệt độ và thành phần khí thay đổi. Dựa trên hoạt động của nhiệt độ không khí xung quanh (tức là nhiệt độ tăng lên theo độ cao hoặc giảm xuống), các lớp sau được phân biệt trong đó: tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung lưu, khí quyển và ngoại quyển. Ranh giới giữa các lớp được gọi là tạm dừng: có 4 trong số chúng, bởi vì ranh giới trên của ngoại quyển rất mờ và thường ám chỉ không gian gần. VỚI cấu trúc chung khí quyển có thể được tìm thấy trên sơ đồ đính kèm.

Hình 1 Cấu trúc của bầu khí quyển Trái đất. Tín dụng: trang web

Tầng khí quyển thấp nhất là tầng đối lưu, ranh giới trên của nó, được gọi là nhiệt đới, khác nhau tùy thuộc vào vĩ độ địa lý và dao động từ 8 km. trong vùng cực lên đến 20 km. ở vĩ độ nhiệt đới. Ở vĩ độ trung bình hoặc ôn đới, ranh giới trên của nó nằm ở độ cao 10-12 km. Trong năm, ranh giới trên của tầng đối lưu trải qua những biến động, tùy thuộc vào sự xuất hiện của bức xạ mặt trời. Vì vậy, kết quả của việc đo đạc tại Nam Cực của Trái đất bởi Cơ quan Khí tượng học Hoa Kỳ, cho thấy rằng, từ tháng 3 đến tháng 8 hoặc tháng 9, có sự lạnh đi ổn định của tầng đối lưu, do đó trong một khoảng thời gian ngắn. vào tháng 8 hoặc tháng 9 biên giới của nó tăng lên 11,5 km. Sau đó, trong khoảng thời gian từ tháng 9 đến tháng 12, nó giảm nhanh và đạt đến vị trí thấp nhất - 7,5 km, sau đó độ cao của nó thực tế không thay đổi cho đến tháng 3. Những thứ kia. tầng đối lưu đạt độ dày lớn nhất vào mùa hè và nhỏ nhất vào mùa đông.

Cần lưu ý rằng, ngoài các biến đổi theo mùa, còn có các biến động hàng ngày về độ cao của nhiệt độ. Ngoài ra, vị trí của nó còn bị ảnh hưởng bởi các xoáy thuận và kháng chu trình: trong lần đầu tiên, nó giảm dần, bởi vì áp suất trong chúng thấp hơn trong không khí xung quanh, và trong giây phút, nó tăng lên tương ứng.

Tầng đối lưu chứa tới 90% toàn bộ khối lượng không khí trên trái đất và 9/10 tất cả hơi nước. Sự nhiễu động rất phát triển ở đây, đặc biệt là ở các tầng gần bề mặt và tầng cao nhất, các đám mây ở tất cả các tầng phát triển, các xoáy thuận và các xoáy thuận được hình thành. Và do sự tích tụ của các khí nhà kính (carbon dioxide, mêtan, hơi nước) phản xạ từ bề mặt Trái đất, các tia sáng mặt trời phát triển hiệu ứng nhà kính.

Hiệu ứng nhà kính có liên quan đến sự giảm nhiệt độ không khí trong tầng đối lưu theo chiều cao (do Trái đất bị đốt nóng sẽ tỏa nhiều nhiệt hơn cho các lớp bề mặt). Độ dốc thẳng đứng trung bình là 0,65 ° / 100 m (tức là nhiệt độ không khí giảm 0,65 ° C cho mỗi lần tăng 100 mét). Vì vậy, nếu ở bề mặt Trái đất ở xích đạo, nhiệt độ không khí trung bình hàng năm là + 26 °, thì ở biên giới phía trên là -70 °. Nhiệt độ ở vùng nhiệt đới phía trên Bắc Cực trong năm thay đổi từ -45 ° vào mùa hè đến -65 ° vào mùa đông.

Khi độ cao tăng lên, áp suất không khí cũng giảm, chỉ chiếm 12-20% bề mặt gần ở ranh giới trên của tầng đối lưu.

Trên biên giới của tầng đối lưu và lớp trên của tầng bình lưu có một lớp nhiệt đới dày 1-2 km. Lớp không khí trong đó gradient thẳng đứng giảm xuống 0,2 ° / 100 m so với 0,65 ° / 100 m ở các vùng thấp hơn của tầng đối lưu thường được coi là ranh giới dưới của nhiệt đới.

Trong phạm vi nhiệt đới, các luồng không khí có hướng xác định chặt chẽ được quan sát, được gọi là luồng phản lực độ cao hoặc luồng phản lực, được hình thành dưới ảnh hưởng của chuyển động quay của Trái đất quanh trục của nó và sự đốt nóng của bầu khí quyển với sự tham gia của bức xạ mặt trời. Các dòng chảy được quan sát thấy ở ranh giới của các đới có sự chênh lệch nhiệt độ đáng kể. Có một số trung tâm bản địa hóa của các dòng này, ví dụ, bắc cực, cận nhiệt đới, cận cực và những dòng khác. Kiến thức về bản địa hóa các luồng phản lực là rất quan trọng đối với khí tượng và hàng không: kiến ​​thức đầu tiên sử dụng các luồng để dự báo thời tiết chính xác hơn, kiến ​​thức thứ hai để xây dựng đường bay cho máy bay, bởi vì xoáy nhiễu mạnh, tương tự như xoáy nhỏ, được gọi là "nhiễu động bầu trời trong" do không có mây ở những độ cao này.

Dưới ảnh hưởng của các dòng phản lực ở độ cao lớn, các vết đứt gãy thường được hình thành trong vùng nhiệt đới, và đôi khi nó biến mất hoàn toàn, mặc dù sau đó nó được hình thành lại. Điều này đặc biệt thường được quan sát thấy ở các vĩ độ cận nhiệt đới mà ở đó dòng điện cao cận nhiệt đới mạnh chiếm ưu thế. Ngoài ra, sự hình thành các vết đứt là do sự khác biệt trong các lớp của nhiệt độ trong nhiệt độ của không khí xung quanh. Ví dụ, tồn tại một khoảng cách rộng giữa nhiệt đới ấm và nhiệt đới thấp và nhiệt đới cao và lạnh ở các vĩ độ nhiệt đới. Gần đây, một lớp nhiệt đới của các vĩ độ ôn đới cũng đã được phân biệt, nó đã phá vỡ hai lớp trước đó: địa cực và nhiệt đới.

Tầng thứ hai của khí quyển trái đất là tầng bình lưu. Tầng bình lưu có thể được chia thành 2 khu vực. Tầng thứ nhất, nằm ở độ cao 25 ​​km, được đặc trưng bởi nhiệt độ gần như không đổi, bằng với nhiệt độ của các lớp trên của tầng đối lưu trên một khu vực cụ thể. Khu vực thứ hai, hay khu vực đảo ngược, được đặc trưng bởi sự gia tăng nhiệt độ không khí lên độ cao khoảng 40 km. Điều này là do sự hấp thụ bức xạ tia cực tím mặt trời bởi oxy và ozone. Ở phần trên của tầng bình lưu, do sự gia nhiệt này, nhiệt độ thường dương hoặc thậm chí có thể so sánh với nhiệt độ của không khí trên bề mặt.

Phía trên vùng nghịch đảo, có một lớp nhiệt độ không đổi, được gọi là tầng dừng và là ranh giới giữa tầng bình lưu và trung quyển. Độ dày của nó lên tới 15 km.

Ngược lại với tầng đối lưu, các nhiễu động hỗn loạn hiếm khi xảy ra ở tầng bình lưu, nhưng các luồng gió thổi ngang mạnh hoặc các luồng phản lực được ghi nhận thổi trong các đới hẹp dọc theo ranh giới của các vĩ độ ôn đới đối diện với các cực. Vị trí của các vùng này không cố định: chúng có thể thay đổi, mở rộng hoặc thậm chí biến mất hoàn toàn. Các dòng phản lực thường xuyên vào các lớp trên của tầng đối lưu, hoặc ngược lại, các khối khí từ tầng đối lưu xâm nhập vào các lớp dưới của tầng bình lưu. Sự pha trộn như vậy của các khối không khí trong các vùng của mặt trước khí quyển là đặc biệt đặc biệt.

Có rất ít hơi nước ở tầng bình lưu. Không khí ở đây rất khô và do đó có rất ít mây được hình thành. Chỉ ở độ cao 20-25 km, ở vĩ độ cao, người ta có thể nhận thấy những đám mây xà cừ rất mỏng bao gồm những giọt nước siêu lạnh. Vào ban ngày, những đám mây này không thể nhìn thấy được, nhưng khi bóng tối bắt đầu, chúng dường như phát sáng do được chiếu sáng bởi Mặt trời đã lặn bên dưới đường chân trời.

Ở cùng độ cao (20-25 km.) Ở tầng bình lưu thấp hơn, có cái gọi là tầng ôzôn - khu vực có hàm lượng ôzôn cao nhất, được hình thành dưới ảnh hưởng của bức xạ mặt trời cực tím (bạn có thể tìm hiểu thêm về điều này xử lý trên trang). Tầng ôzôn hay còn gọi là ozonosphere, cực kỳ quan trọng trong việc duy trì sự sống cho tất cả các sinh vật sống trên cạn bằng cách hấp thụ các tia cực tím chết người lên đến 290 nm. Chính vì lý do này mà các sinh vật sống không sống trên tầng ôzôn, nó là giới hạn trên của sự lan truyền sự sống trên Trái đất.

Dưới tác động của ôzôn, từ trường cũng thay đổi, các nguyên tử bị phân huỷ phân tử, xảy ra quá trình ion hoá, hình thành mới các chất khí và các hợp chất hoá học khác.

Lớp của khí quyển phía trên tầng bình lưu được gọi là tầng trung lưu. Nó được đặc trưng bởi sự giảm nhiệt độ không khí theo độ cao với độ dốc thẳng đứng trung bình 0,25-0,3 ° / 100 m, dẫn đến nhiễu động mạnh. Tại ranh giới phía trên của tầng trung lưu trong khu vực được gọi là mesopause, nhiệt độ lên tới -138 ° C đã được ghi nhận, đây là mức tối thiểu tuyệt đối cho toàn bộ bầu khí quyển của Trái đất nói chung.

Ở đây, trong vùng trung giới, có ranh giới dưới của vùng hấp thụ tích cực bức xạ tia X và tia cực tím sóng ngắn từ Mặt trời. Quá trình năng lượng này được gọi là quá trình truyền nhiệt bức xạ. Kết quả là, chất khí bị đốt nóng và ion hóa, làm cho bầu khí quyển phát sáng.

Ở độ cao 75-90 km, tại ranh giới trên của tầng trung lưu, những đám mây đặc biệt đã được ghi nhận, chiếm những khu vực rộng lớn ở các vùng cực của hành tinh. Những đám mây này được gọi là dạ quang vì chúng phát sáng vào lúc hoàng hôn, đó là do sự phản xạ của ánh sáng mặt trời từ các tinh thể băng mà những đám mây này tạo thành.

Áp suất không khí trong vùng trung lưu nhỏ hơn 200 lần so với bề mặt trái đất. Điều này cho thấy hầu như toàn bộ không khí của khí quyển đều tập trung ở 3 lớp dưới của nó: tầng đối lưu, tầng bình lưu và tầng trung lưu. Các lớp bên trên của khí quyển và ngoại quyển chỉ chiếm 0,05% khối lượng của toàn bộ khí quyển.

Khí quyển nằm ở độ cao từ 90 đến 800 km so với bề mặt Trái đất.

Khí quyển có đặc điểm là nhiệt độ không khí tăng liên tục lên đến độ cao 200-300 km, có nơi có thể lên tới 2500 ° C. Sự gia tăng nhiệt độ xảy ra do sự hấp thụ tia X và một phần bước sóng ngắn của bức xạ tử ngoại Mặt trời bởi các phân tử khí. Trên 300 km so với mực nước biển, sự gia tăng nhiệt độ dừng lại.

Đồng thời với sự gia tăng nhiệt độ, áp suất giảm, và do đó, mật độ của không khí xung quanh. Vì vậy, nếu ở ranh giới dưới của khí quyển, mật độ là 1,8 × 10 -8 g / cm 3, thì ở trên cùng, nó đã là 1,8 × 10 -15 g / cm 3, tương ứng với 10 triệu - 1 tỷ hạt trong 1 cm 3.

Tất cả các đặc điểm của khí quyển, như thành phần của không khí, nhiệt độ, mật độ của nó, đều có thể biến động mạnh: phụ thuộc vào vị trí địa lý, mùa trong năm và thời gian trong ngày. Ngay cả vị trí của ranh giới trên của khí quyển cũng thay đổi.

Lớp trên cùng của khí quyển được gọi là ngoại quyển hay lớp tán xạ. Giới hạn dưới của nó liên tục thay đổi trong một phạm vi rất rộng; độ cao từ 690-800 km được lấy làm giá trị trung bình. Nó được thiết lập trong đó xác suất của các vụ va chạm giữa các phân tử hoặc giữa các nguyên tử có thể được bỏ qua, tức là Khoảng cách trung bình mà một phân tử chuyển động hỗn loạn đi được trước khi va chạm với một phân tử tương tự khác (cái gọi là con đường tự do) sẽ lớn đến mức trên thực tế các phân tử sẽ không va chạm với xác suất gần bằng không. Lớp nơi diễn ra hiện tượng được mô tả được gọi là lớp nhiệt.

Ranh giới trên của ngoại quyển nằm ở độ cao 2-3 nghìn km. Nó bị làm mờ mạnh và dần dần đi vào vùng chân không gần vũ trụ. Đôi khi, vì lý do này, ngoại quyển được coi là một phần của không gian bên ngoài, và độ cao 190 nghìn km được coi là ranh giới trên của nó, tại đó ảnh hưởng của áp suất bức xạ mặt trời lên tốc độ của nguyên tử hydro vượt quá lực hút hấp dẫn. của trái đất. Đây là cái gọi là. vầng hào quang của trái đất, bao gồm các nguyên tử hydro. Mật độ của vầng hào quang trên trái đất rất thấp: chỉ 1000 hạt trên một cm khối, nhưng con số này cao gấp hơn 10 lần so với nồng độ của các hạt trong không gian liên hành tinh.

Do không khí cực hiếm của ngoại quyển, các hạt chuyển động quanh Trái đất theo quỹ đạo hình elip, mà không va chạm với nhau. Một số trong số chúng, chuyển động dọc theo quỹ đạo mở hoặc hypebol với vận tốc vũ trụ (nguyên tử hydro và heli) rời bầu khí quyển và đi vào không gian, đó là lý do tại sao ngoại quyển được gọi là quả cầu tán xạ.

Ranh giới trên của nó ở độ cao 8-10 km ở vùng cực, 10-12 km ở vùng ôn đới và 16-18 km ở vĩ độ nhiệt đới; vào mùa đông thấp hơn mùa hè. Tầng dưới, tầng chính của khí quyển. Chứa hơn 80% tổng khối lượng không khí trong khí quyển và khoảng 90% hơi nước trong khí quyển. Sự nhiễu động và đối lưu rất phát triển trong tầng đối lưu, các đám mây xuất hiện, các xoáy thuận và nghịch lưu phát triển. Nhiệt độ giảm khi độ cao tăng với độ dốc thẳng đứng trung bình là 0,65 ° / 100 m

Đối với "điều kiện bình thường" ở bề mặt Trái đất, các yếu tố sau được lấy: mật độ 1,2 kg / m3, áp suất khí quyển 101,35 kPa, nhiệt độ cộng thêm 20 ° C và độ ẩm tương đối 50%. Các chỉ số điều kiện này có ý nghĩa hoàn toàn về mặt kỹ thuật.

Tầng bình lưu

Lớp khí quyển nằm ở độ cao từ 11 đến 50 km. Một sự thay đổi nhỏ về nhiệt độ trong lớp 11-25 km (lớp dưới của tầng bình lưu) và sự gia tăng của nó trong lớp 25-40 km từ -56,5 đến 0,8 ° (lớp trên của tầng bình lưu hoặc vùng đảo ngược) là đặc điểm. Khi đạt đến giá trị khoảng 273 K (gần như 0 ° C) ở độ cao khoảng 40 km, nhiệt độ không đổi ở độ cao khoảng 55 km. Vùng nhiệt độ không đổi này được gọi là tầng tạm dừng và là ranh giới giữa tầng bình lưu và trung quyển.

Stratopause

Lớp ranh giới của khí quyển giữa tầng bình lưu và tầng trung lưu. Sự phân bố nhiệt độ theo phương thẳng đứng có mức tối đa (khoảng 0 ° C).

Mesosphere

Mesopause

Lớp chuyển tiếp giữa trung quyển và nhiệt quyển. Sự phân bố nhiệt độ theo chiều dọc có mức tối thiểu (khoảng -90 ° C).

Dòng bỏ túi

Độ cao trên mực nước biển, được quy ước lấy làm ranh giới giữa bầu khí quyển và không gian của Trái đất.

Khí quyển

Giới hạn trên là khoảng 800 km. Nhiệt độ tăng lên đến độ cao 200-300 km, nơi nó đạt đến giá trị của bậc 1500 K, sau đó nó gần như không đổi ở độ cao lớn. Dưới tác động của bức xạ mặt trời tia cực tím và tia X và bức xạ vũ trụ, quá trình ion hóa không khí ("đèn cực") xảy ra - các khu vực chính của tầng điện ly nằm bên trong khí quyển. Ở độ cao hơn 300 km, oxy nguyên tử chiếm ưu thế.

Exosphere (Orb of Dispersion)

Lên đến độ cao 100 km, khí quyển là một hỗn hợp khí đồng nhất, được trộn đều. Ở các lớp cao hơn, sự phân bố của các chất khí dọc theo chiều cao phụ thuộc vào khối lượng phân tử của chúng, nồng độ của các chất khí nặng hơn giảm nhanh hơn theo khoảng cách từ bề mặt Trái đất. Do sự giảm tỷ trọng của các chất khí, nhiệt độ giảm từ 0 ° C ở tầng bình lưu xuống -110 ° C ở tầng trung lưu. Tuy nhiên, động năng của các hạt riêng lẻ ở độ cao 200-250 km tương ứng với nhiệt độ ~ 1500 ° C. Trên 200 km, các dao động đáng kể về nhiệt độ và mật độ của các chất khí được quan sát thấy theo thời gian và không gian.

Ở độ cao khoảng 2000-3000 km, ngoại quyển dần biến thành cái gọi là chân không gần vũ trụ, chứa đầy các hạt khí liên hành tinh rất hiếm, chủ yếu là các nguyên tử hydro. Nhưng khí này chỉ là một phần nhỏ của vật chất liên hành tinh. Phần còn lại được tạo thành từ các hạt giống như bụi có nguồn gốc sao chổi và thiên thạch. Ngoài các hạt giống như bụi cực kỳ hiếm, bức xạ điện từ và phân tử có nguồn gốc mặt trời và thiên hà thâm nhập vào không gian này.

Tầng đối lưu chiếm khoảng 80% khối lượng của khí quyển, tầng bình lưu - khoảng 20%; khối lượng của tầng trung lưu không quá 0,3%, của nhiệt quyển nhỏ hơn 0,05% tổng khối lượng của khí quyển. Trên cơ sở các tính chất điện trong khí quyển, người ta phân biệt tầng trung hòa và tầng điện ly. Hiện tại, người ta tin rằng bầu khí quyển mở rộng đến độ cao 2000-3000 km.

Tùy thuộc vào thành phần của khí trong khí quyển, bầu không khí và dị quyển. Heterosphere- Đây là khu vực mà trọng lực ảnh hưởng đến sự phân tách của các chất khí, vì sự trộn lẫn của chúng ở độ cao này là không đáng kể. Do đó thành phần biến đổi của dị quyển. Bên dưới nó là một phần hỗn hợp tốt của khí quyển, đồng nhất về thành phần, được gọi là khí quyển. Ranh giới giữa các lớp này được gọi là động cơ phản lực; nó nằm ở độ cao khoảng 120 km.

Tính chất vật lý

Độ dày của khí quyển xấp xỉ 2000 - 3000 km tính từ bề mặt Trái đất. Tổng khối lượng của không khí là (5,1-5,3) × 10 18 kg. Khối lượng mol của không khí khô sạch là 28,966. Áp suất ở 0 ° C trên mực nước biển 101,325 kPa; nhiệt độ tới hạn - 140,7 ° C; áp suất tới hạn 3,7 MPa; C p 1,0048 × 10 J / (kg K) (ở 0 ° C), C v 0,7159 10? J / (kg K) (ở 0 ° C). Độ hòa tan của không khí trong nước ở 0 ° С - 0,036%, ở 25 ° С - 0,22%.

Các đặc tính sinh lý và các đặc tính khác của khí quyển

Đã ở độ cao 5 km so với mực nước biển, một người không được đào tạo sẽ phát triển tình trạng đói ôxy và không có sự thích nghi, khả năng lao động của người đó bị suy giảm đáng kể. Đây là nơi kết thúc vùng sinh lý của khí quyển. Việc hít thở của con người trở nên bất khả thi ở độ cao 15 km, mặc dù bầu khí quyển chứa oxy lên đến khoảng 115 km.

Bầu khí quyển cung cấp cho chúng ta lượng oxy cần thiết để thở. Tuy nhiên, do áp suất toàn phần của khí quyển giảm xuống khi lên đến độ cao, áp suất riêng phần của oxy cũng giảm theo.

Phổi của con người liên tục chứa khoảng 3 lít khí phế nang. Áp suất riêng phần của oxy trong không khí phế nang ở áp suất khí quyển bình thường là 110 mm Hg. Art., Áp suất của khí cacbonic là 40 mm Hg. Nghệ thuật và hơi nước - 47 mm Hg. Nghệ thuật. Khi tăng độ cao, áp suất oxy giảm xuống, và tổng áp suất của hơi nước và carbon dioxide trong phổi hầu như không đổi - khoảng 87 mm Hg. Nghệ thuật. Luồng oxy đến phổi sẽ ngừng hoàn toàn khi áp suất của không khí xung quanh trở nên bằng giá trị này.

Ở độ cao khoảng 19-20 km, áp suất khí quyển giảm xuống 47 mm Hg. Nghệ thuật. Do đó, ở độ cao này, nước và dịch kẽ bắt đầu sôi trong cơ thể người. Bên ngoài cabin điều áp, ở những độ cao này, tử vong xảy ra gần như ngay lập tức. Như vậy, theo quan điểm của sinh lý học con người, "không gian" đã bắt đầu ở độ cao 15-19 km.

Các lớp không khí dày đặc - tầng đối lưu và tầng bình lưu - bảo vệ chúng ta khỏi tác hại của bức xạ. Với không khí đủ hiếm, ở độ cao hơn 36 km, bức xạ ion hóa - các tia vũ trụ sơ cấp - gây ra tác động mạnh lên cơ thể; ở độ cao hơn 40 km, phần cực tím của quang phổ mặt trời, gây nguy hiểm cho con người, hoạt động.

Khi nó tăng lên một độ cao hơn bao giờ hết so với bề mặt Trái đất, những hiện tượng quen thuộc với chúng ta, được quan sát thấy ở các lớp thấp hơn của khí quyển, chẳng hạn như sự truyền âm thanh, sự xuất hiện của lực nâng và lực cản khí động học, sự truyền nhiệt bằng đối lưu, dần dần suy yếu. , và sau đó hoàn toàn biến mất.

Trong các lớp không khí hiếm, sự truyền âm thanh là không thể. Lên đến độ cao 60-90 km, vẫn có thể sử dụng lực cản và lực nâng của không khí để bay khí động học có kiểm soát. Nhưng bắt đầu từ độ cao 100-130 km, các khái niệm về số M và rào cản âm thanh, quen thuộc với mọi phi công, sẽ mất đi ý nghĩa của chúng, Đường Karman có điều kiện đi qua đó, vượt ra khỏi phạm vi bắt đầu của chuyến bay đạn đạo thuần túy, điều này chỉ có thể được kiểm soát bằng cách sử dụng các lực phản ứng.

Ở độ cao trên 100 km, khí quyển còn thiếu một đặc tính đáng chú ý khác - khả năng hấp thụ, dẫn và truyền nhiệt năng bằng cách đối lưu (tức là bằng cách trộn không khí). Điều này có nghĩa là các yếu tố khác nhau của thiết bị, thiết bị của trạm vũ trụ quay quanh quỹ đạo sẽ không thể làm mát từ bên ngoài như cách làm trên máy bay thường được thực hiện - với sự hỗ trợ của máy bay phản lực và bộ tản nhiệt khí. Ở độ cao này, cũng như trong không gian nói chung, cách duy nhất để truyền nhiệt là bức xạ nhiệt.

Thành phần khí quyển

Bầu khí quyển của Trái đất chủ yếu bao gồm các loại khí và các tạp chất khác nhau (bụi, giọt nước, tinh thể băng, muối biển, các sản phẩm cháy).

Nồng độ của các khí tạo nên bầu khí quyển thực tế là không đổi, ngoại trừ nước (H 2 O) và carbon dioxide (CO 2).

Thành phần không khí khô

Khí ga	Nội dung bởi âm lượng,%	Nội dung theo trọng lượng,%
Nitơ	78,084	75,50
Ôxy	20,946	23,10
Argon	0,932	1,286
Nước	0,5-4	-
Cạc-bon đi-ô-xít	0,032	0,046
Neon	1,818 × 10 −3	1,3 × 10 −3
Heli	4,6 × 10 −4	7,2 x 10 −5
Mêtan	1,7 × 10 −4	-
Krypton	1,14 × 10 −4	2,9 × 10 −4
Hydrogen	5 × 10 −5	7,6 × 10 −5
Xenon	8,7 × 10 −6	-
Nitơ oxit	5 × 10 −5	7,7 × 10 −5

Ngoài các khí được chỉ ra trong bảng, khí quyển còn chứa SO 2, NH 3, CO, ozon, hydrocacbon, HCl, hơi, I 2, cũng như nhiều khí khác với số lượng nhỏ. Một số lượng lớn các hạt rắn và lỏng lơ lửng (sol khí) liên tục được tìm thấy trong tầng đối lưu.

Lịch sử hình thành khí quyển

Theo lý thuyết phổ biến nhất, bầu khí quyển của Trái đất theo thời gian có bốn thành phần khác nhau. Ban đầu nó bao gồm các khí nhẹ (hydro và heli) thu được từ không gian liên hành tinh. Đây là cái gọi là bầu không khí chính(khoảng bốn tỷ năm trước). Ở giai đoạn tiếp theo, hoạt động núi lửa tích cực dẫn đến sự bão hòa của khí quyển với các khí không phải hydro (carbon dioxide, amoniac, hơi nước). Vì vậy, nó đã được hình thành bầu khí quyển thứ cấp(khoảng ba tỷ năm trước). Bầu không khí đã được phục hồi. Hơn nữa, quá trình hình thành khí quyển được xác định bởi các yếu tố sau:

• rò rỉ khí nhẹ (hydro và heli) vào không gian liên hành tinh;
• các phản ứng hóa học trong khí quyển dưới tác động của bức xạ tia cực tím, phóng điện sét và một số yếu tố khác.

Dần dần, những yếu tố này đã dẫn đến sự hình thành bầu không khí cấp ba, được đặc trưng bởi hàm lượng hydro thấp hơn nhiều và hàm lượng nitơ và carbon dioxide cao hơn nhiều (được hình thành do phản ứng hóa học từ amoniac và hydrocacbon).

Nitơ

Sự hình thành một lượng lớn N 2 là do quá trình oxy hóa của khí quyển amoniac-hydro với phân tử O 2, bắt đầu chảy ra từ bề mặt hành tinh do kết quả của quá trình quang hợp, bắt đầu từ 3 tỷ năm trước. Ngoài ra, N 2 được giải phóng vào khí quyển do quá trình khử nitrat và các hợp chất chứa nitơ khác. Nitơ bị ôxy hóa bởi ôzôn thành NO trong tầng cao của bầu khí quyển.

Nitơ N 2 chỉ phản ứng trong các điều kiện cụ thể (ví dụ, trong một vụ sét đánh). Quá trình oxy hóa nitơ phân tử bằng ozone trong quá trình phóng điện được sử dụng trong công nghiệp sản xuất phân bón nitơ. Nó có thể bị oxy hóa với mức tiêu thụ năng lượng thấp và được chuyển đổi thành dạng hoạt động sinh học bởi vi khuẩn lam (tảo lam) và vi khuẩn nốt sần hình thành sự cộng sinh của rhizobial với cây họ đậu. các cạnh bên.

Ôxy

Thành phần của khí quyển bắt đầu thay đổi hoàn toàn với sự xuất hiện của các sinh vật sống trên Trái đất, là kết quả của quá trình quang hợp, kèm theo sự giải phóng oxy và hấp thụ carbon dioxide. Ban đầu, oxy được sử dụng cho quá trình oxy hóa các hợp chất bị khử - amoniac, hydrocacbon, dạng sắt chứa trong đại dương, v.v. Vào cuối giai đoạn này, hàm lượng oxy trong khí quyển bắt đầu tăng lên. Dần dần, một bầu không khí hiện đại được hình thành với Tính oxy hóa... Vì điều này gây ra những thay đổi nghiêm trọng và đột ngột trong nhiều quá trình xảy ra trong khí quyển, thạch quyển và sinh quyển, nên sự kiện này được gọi là Thảm họa oxy.

Cạc-bon đi-ô-xít

Hàm lượng CO 2 trong khí quyển phụ thuộc vào hoạt động núi lửa và các quá trình hóa học trong vỏ trái đất, nhưng trên hết là cường độ sinh tổng hợp và phân hủy chất hữu cơ trong sinh quyển của Trái đất. Hầu hết tất cả sinh khối hiện tại của hành tinh (khoảng 2,4 × 10 12 tấn) được hình thành bởi carbon dioxide, nitơ và hơi nước có trong không khí. Bị chôn vùi trong đại dương, đầm lầy và rừng, chất hữu cơ được chuyển hóa thành than, dầu và khí tự nhiên. (xem Chu trình địa hóa của cacbon)

khí trơ

Ô nhiễm không khí

Gần đây, con người đã bắt đầu ảnh hưởng đến sự tiến hóa của khí quyển. Kết quả của các hoạt động của ông là sự gia tăng đáng kể liên tục hàm lượng carbon dioxide trong khí quyển do quá trình đốt cháy nhiên liệu hydrocacbon được tích lũy trong các kỷ nguyên địa chất trước đây. Một lượng lớn CO 2 được tiêu thụ trong quá trình quang hợp và được các đại dương trên thế giới hấp thụ. Khí này đi vào khí quyển do sự phân hủy của đá cacbonat và chất hữu cơ có nguồn gốc động thực vật, cũng như do núi lửa và các hoạt động sản xuất của con người. Trong hơn 100 năm qua, hàm lượng CO 2 trong khí quyển đã tăng 10%, với phần lớn (360 tỷ tấn) đến từ quá trình đốt cháy nhiên liệu. Nếu tốc độ đốt cháy nhiên liệu tiếp tục tăng thì trong 50-60 năm tới lượng СО 2 trong khí quyển sẽ tăng gấp đôi và có thể dẫn đến những thay đổi khí hậu toàn cầu.

Quá trình đốt cháy nhiên liệu là nguồn chính tạo ra các khí ô nhiễm (CO, SO 2). Lưu huỳnh đioxit bị oxy hóa bởi oxy trong khí quyển thành SO 3 trong khí quyển trên, lần lượt tương tác với nước và hơi amoniac, và tạo thành axit sunfuric (H 2 SO 4) và amoni sunfat ((NH 4) 2 SO 4) trở lại bề mặt của Trái đất ở dạng cái gọi là. mưa axit. Việc sử dụng động cơ đốt trong dẫn đến ô nhiễm đáng kể bầu không khí với các oxit nitơ, hydrocacbon và các hợp chất chì (tetraetyl chì Pb (CH 3 CH 2) 4)).

Ô nhiễm sol khí của khí quyển do cả nguyên nhân tự nhiên (núi lửa phun, bão bụi, trôi dạt nước biển và phấn hoa của thực vật, v.v.), và các hoạt động kinh tế của con người (khai thác quặng và vật liệu xây dựng, đốt nhiên liệu, sản xuất xi măng, v.v.). Việc loại bỏ các hạt rắn vào khí quyển với quy mô lớn mạnh mẽ là một trong những nguyên nhân có thể gây ra biến đổi khí hậu trên hành tinh.

Văn học

1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov "Sinh học không gian và y học" (tái bản lần 2, sửa đổi và phóng to), Mátxcơva: "Giáo dục", 1975, 223 trang.
2. N. V. Gusakova "Hóa học của Môi trường", Rostov-on-Don: Phoenix, 2004, 192 với ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V. A. Địa hóa học khí tự nhiên, M., 1971;
4. McEwen M., Phillips L. .. Hóa học của khí quyển, M., 1978;
5. Work K., Warner S., Ô nhiễm không khí. Nguồn và Kiểm soát, trans. từ tiếng Anh., M .. 1980;
6. Giám sát ô nhiễm nền môi trường tự nhiên... v. 1, L., 1982.

Xem thêm

Liên kết

Bầu khí quyển của trái đất

• Món salad đơn giản nhất với ngô đóng hộp
• Video công thức: Sinh tố chuối yến mạch
• Chân gà nướng khoai tây trong lò nướng, dưới lớp vỏ giòn, trong tay áo, giấy bạc, với phô mai Chân gà nướng khoai tây trong lò
• Làm thế nào để nấu phi lê cá rô phi?
• Các đặc tính có lợi và chống chỉ định của nó
• Chôm chôm: hình ảnh và mô tả, đặc tính hữu ích của trái cây Hàm lượng calo và chất dinh dưỡng trong chôm chôm
• Giá trị của món "Nhồi bông" trong dinh dưỡng con người
• Ăn kiêng và tập thể dục để giảm cân nhanh
• Làm thế nào để làm thịt heo ba chỉ tại nhà?
• Balyk, Balyk hun khói không hun khói, công thức hun khói lạnh tại nhà

• Bánh phô mai từ công thức pp phô mai tươi có ảnh từng bước trong lò
• Công thức súp đậu lăng masurdal Ấn Độ
• Phô mai Nga: thành phần, rượu bju, công nghệ sản xuất Phô mai calo protein chất béo carbohydrate
• Phô mai Nga Phô mai calo protein chất béo carbohydrate
• Chế độ ăn kiêng giảm cân cho gan
• Bánh mì ngon và tốt cho sức khỏe không có men: chúng tôi tự nấu trong lò
• Cá hồi hồng nướng sốt - công thức kèm ảnh
• Cách xác định bệnh bằng ngôn ngữ
• Cốt thanh cua
• Thành công của giảm cân chậm là gì?