ارتفاع بالای جو. نوار سفید در آسمان

اتمسفر
پوشش گازی که یک جرم آسمانی را احاطه کرده است. ویژگی های آن به اندازه، جرم، دما، سرعت چرخش و ترکیب شیمیایی یک جرم آسمانی معین بستگی دارد و همچنین با تاریخچه شکل گیری آن از لحظه تولد تعیین می شود. جو زمین از مخلوطی از گازهایی به نام هوا تشکیل شده است. ترکیبات اصلی آن نیتروژن و اکسیژن به نسبت تقریباً 4:1 است. فرد عمدتاً تحت تأثیر وضعیت 15-25 کیلومتر پایین جو قرار می گیرد ، زیرا در این لایه پایین تر است که قسمت عمده هوا متمرکز می شود. علمی که جو را مطالعه می کند هواشناسی نامیده می شود، البته موضوع این علم نیز آب و هوا و تأثیر آن بر انسان است. وضعیت لایه های بالایی جو که در ارتفاعات 60 تا 300 و حتی 1000 کیلومتری از سطح زمین قرار دارند نیز در حال تغییر است. بادهای شدید، طوفان ها در اینجا ایجاد می شوند و پدیده های الکتریکی شگفت انگیزی مانند شفق های قطبی ظاهر می شوند. بسیاری از این پدیده ها با شارهای تابش خورشیدی، تابش کیهانی و میدان مغناطیسی زمین مرتبط هستند. لایه های مرتفع جو نیز یک آزمایشگاه شیمیایی هستند، زیرا در آنجا، در شرایط نزدیک به خلاء، برخی از گازهای اتمسفر، تحت تأثیر یک جریان قدرتمند انرژی خورشیدی، وارد واکنش های شیمیایی می شوند. علمی که این پدیده ها و فرآیندهای مرتبط با هم را مطالعه می کند، فیزیک لایه های مرتفع جو نامیده می شود.
ویژگی های کلی جو زمین
ابعاد.تا قبل از اینکه موشک‌ها و ماهواره‌های مصنوعی لایه‌های بیرونی جو را در فواصل چند برابر بیشتر از شعاع زمین کاوش کردند، اعتقاد بر این بود که با دور شدن از سطح زمین، اتمسفر به تدریج کمیاب‌تر می‌شود و به آرامی وارد فضای بین سیاره‌ای می‌شود. . اکنون ثابت شده است که جریان انرژی از لایه های عمیق خورشید به فضای بیرونی بسیار فراتر از مدار زمین، تا مرزهای بیرونی منظومه شمسی نفوذ می کند. این به اصطلاح. باد خورشیدی در اطراف میدان مغناطیسی زمین جریان دارد و یک "حفره" دراز را تشکیل می دهد که جو زمین در آن متمرکز است. میدان مغناطیسی زمین در سمت روز رو به خورشید به طرز محسوسی باریک شده و زبانه ای دراز را تشکیل می دهد که احتمالاً فراتر از مدار ماه، در سمت مقابل، در سمت شب گسترش می یابد. مرز میدان مغناطیسی زمین مغناطیسی نامیده می شود. در روز، این مرز از فاصله حدود هفت شعاع زمین از سطح می گذرد، اما در دوره های افزایش فعالیت خورشیدی حتی به سطح زمین نزدیک تر می شود. مگنتوپاوز همچنین مرز جو زمین است که به پوسته خارجی آن مگنتوسفر نیز می گویند، زیرا حاوی ذرات باردار (یون) است که حرکت آنها به دلیل میدان مغناطیسی زمین است. وزن کل گازهای اتمسفر تقریباً 4.5 * 1015 تن است بنابراین "وزن" اتمسفر در واحد سطح یا فشار اتمسفر تقریباً 11 تن در متر مربع در سطح دریا است.
اهمیت برای زندگی.از مطالب فوق چنین استنباط می شود که زمین توسط یک لایه محافظ قدرتمند از فضای بین سیاره ای جدا شده است. فضای بیرونی با پرتوهای قدرتمند فرابنفش و اشعه ایکس از خورشید و حتی تشعشعات کیهانی سخت تر نفوذ می کند و این نوع تابش ها برای همه موجودات زنده مضر است. در لبه بیرونی جو، شدت تابش کشنده است، اما بخش قابل توجهی از آن توسط اتمسفر دور از سطح زمین حفظ می شود. جذب این تابش بسیاری از ویژگی های لایه های مرتفع جو و به ویژه پدیده های الکتریکی را که در آنجا رخ می دهد توضیح می دهد. پایین ترین لایه سطحی اتمسفر به ویژه برای فردی که در نقطه تماس پوسته های جامد، مایع و گازی زمین زندگی می کند، مهم است. پوسته بالایی زمین "جامد" لیتوسفر نامیده می شود. حدود 72 درصد از سطح زمین را آب اقیانوس ها پوشانده است که بیشتر هیدروسفر را تشکیل می دهند. جو هم مرز لیتوسفر و هم با هیدروسفر است. انسان در کف اقیانوس هوا و نزدیک یا بالاتر از سطح اقیانوس آب زندگی می کند. تعامل این اقیانوس ها یکی از عوامل مهمی است که وضعیت جو را تعیین می کند.
ترکیب.لایه های پایینی جو از مخلوطی از گازها تشکیل شده است (جدول را ببینید). علاوه بر موارد ذکر شده در جدول، گازهای دیگری نیز به شکل ناخالصی های کوچک در هوا وجود دارد: ازن، متان، موادی مانند مونوکسید کربن (CO)، اکسیدهای نیتروژن و گوگرد، آمونیاک.

ترکیب اتمسفر

در لایه‌های مرتفع اتمسفر، ترکیب هوا تحت تأثیر تشعشعات سخت خورشید تغییر می‌کند که منجر به تجزیه مولکول‌های اکسیژن به اتم می‌شود. اکسیژن اتمی جزء اصلی لایه های مرتفع جو است. در نهایت، در دورترین لایه‌های جو از سطح زمین، سبک‌ترین گازها، هیدروژن و هلیوم، به اجزای اصلی تبدیل می‌شوند. از آنجایی که بخش عمده ماده در 30 کیلومتری پایین تر متمرکز شده است، تغییرات ترکیب هوا در ارتفاعات بالای 100 کیلومتر تأثیر قابل توجهی بر ترکیب کلی جو ندارد.
تبادل انرژی.خورشید منبع اصلی انرژی است که به زمین می رسد. قرار گرفتن در فاصله تقریبا در فاصله 150 میلیون کیلومتری از خورشید، زمین حدود یک دو میلیاردم انرژی تابش می کند، عمدتاً در قسمت مرئی طیف که انسان آن را "نور" می نامد. بیشتر این انرژی توسط جو و لیتوسفر جذب می شود. زمین همچنین انرژی را عمدتاً به شکل تابش مادون قرمز دور ساطع می کند. بنابراین، تعادلی بین انرژی دریافتی از خورشید، گرم شدن زمین و جو و جریان معکوس انرژی حرارتی تابش شده به فضا برقرار می شود. مکانیسم این تعادل بسیار پیچیده است. مولکول های غبار و گاز نور را پراکنده می کنند و تا حدی آن را به فضای جهان منعکس می کنند. ابرها حتی بیشتر از تابش ورودی را منعکس می کنند. بخشی از انرژی به طور مستقیم توسط مولکول های گاز جذب می شود، اما بیشتر توسط سنگ ها، پوشش گیاهی و آب های سطحی جذب می شود. بخار آب و دی اکسید کربن موجود در اتمسفر، تابش مرئی را منتقل می کنند اما تابش مادون قرمز را جذب می کنند. انرژی حرارتی عمدتاً در لایه های پایینی جو جمع می شود. اثر مشابهی در گلخانه زمانی رخ می دهد که شیشه به نور اجازه ورود می دهد و خاک گرم می شود. از آنجایی که شیشه در برابر تابش مادون قرمز نسبتاً مات است، گرما در گلخانه جمع می شود. گرم شدن اتمسفر پایین به دلیل وجود بخار آب و دی اکسید کربن اغلب به عنوان اثر گلخانه ای شناخته می شود. ابری نقش مهمی در حفظ گرما در لایه‌های زیرین جو دارد. اگر ابرها پراکنده شوند یا شفافیت توده های هوا افزایش یابد، به ناچار دما کاهش می یابد زیرا سطح زمین آزادانه انرژی گرمایی را به فضای اطراف می تاباند. آب موجود در سطح زمین انرژی خورشیدی را جذب می کند و تبخیر می شود و به گاز - بخار آب تبدیل می شود که مقدار زیادی انرژی را به پایین جو منتقل می کند. وقتی بخار آب متراکم می شود و ابر یا مه تشکیل می دهد، این انرژی به صورت گرما آزاد می شود. حدود نیمی از انرژی خورشیدی که به سطح زمین می رسد صرف تبخیر آب می شود و وارد اتمسفر پایین می شود. بنابراین، به دلیل اثر گلخانه ای و تبخیر آب، جو از پایین گرم می شود. این تا حدی فعالیت بالای گردش آن را در مقایسه با گردش اقیانوس جهانی توضیح می دهد که فقط از بالا گرم می شود و بنابراین بسیار پایدارتر از جو است.
همچنین به هواشناسی و اقلیم شناسی مراجعه کنید. علاوه بر گرم شدن کلی جو توسط "نور" خورشیدی، گرمایش قابل توجهی در برخی از لایه های آن به دلیل تابش اشعه ماوراء بنفش و اشعه ایکس از خورشید رخ می دهد. ساختار. در مقایسه با مایعات و جامدات، در مواد گازی، نیروی جاذبه بین مولکول ها حداقل است. با افزایش فاصله بین مولکول ها، گازها می توانند به طور نامحدود منبسط شوند اگر چیزی مانع آنها نشود. مرز پایینی جو، سطح زمین است. به بیان دقیق، این مانع غیرقابل نفوذ است، زیرا تبادل گاز بین هوا و آب و حتی بین هوا و سنگ ها اتفاق می افتد، اما در این مورد می توان از این عوامل غفلت کرد. از آنجایی که جو یک پوسته کروی است، هیچ مرز جانبی ندارد، بلکه فقط یک مرز پایینی و یک مرز بالایی (خارجی) از سمت فضای بین سیاره ای باز می شود. از طریق مرز بیرونی، برخی از گازهای خنثی به بیرون نشت می کنند، و همچنین جریان ماده از فضای بیرونی اطراف. بیشتر ذرات باردار، به استثنای پرتوهای کیهانی پرانرژی، یا توسط مگنتوسفر جذب می شوند یا توسط آن دفع می شوند. جو نیز تحت تأثیر نیروی گرانش است که پوسته هوا را در سطح زمین نگه می دارد. گازهای اتمسفر با وزن خود فشرده می شوند. این فشردگی در مرز پایین جو حداکثر است و بنابراین تراکم هوا در اینجا بالاترین است. در هر ارتفاعی از سطح زمین، درجه تراکم هوا به جرم ستون هوای پوشاننده بستگی دارد، بنابراین چگالی هوا با ارتفاع کاهش می یابد. فشار برابر با جرم ستون هوای پوشاننده در واحد سطح، ارتباط مستقیمی با چگالی دارد و بنابراین با ارتفاع کاهش می یابد. اگر اتمسفر یک "گاز ایده آل" با ترکیبی ثابت مستقل از ارتفاع، دمای ثابت و نیروی گرانش ثابتی بود که بر آن اثر می کند، آنگاه فشار به ازای هر 20 کیلومتر ارتفاع 10 برابر کاهش می یافت. اتمسفر واقعی تا حدود 100 کیلومتر با گاز ایده آل کمی متفاوت است و سپس با تغییر ترکیب هوا، فشار با ارتفاع کندتر کاهش می یابد. تغییرات کوچک در مدل توصیف شده نیز با کاهش نیروی گرانش با فاصله از مرکز زمین، به میزان تقریبی، ایجاد می شود. 3% برای هر 100 کیلومتر ارتفاع. برخلاف فشار اتمسفر، دما به طور مداوم با ارتفاع کاهش نمی یابد. همانطور که در شکل نشان داده شده است. 1، تقریباً به 10 کیلومتر کاهش می یابد و سپس دوباره شروع به بالا رفتن می کند. این زمانی اتفاق می افتد که اکسیژن اشعه ماوراء بنفش خورشید را جذب می کند. در این حالت گاز ازن تشکیل می شود که مولکول های آن از سه اتم اکسیژن (O3) تشکیل شده است. همچنین اشعه ماوراء بنفش را جذب می کند و به همین دلیل این لایه از جو به نام اوزونوسفر گرم می شود. بالاتر، دما دوباره کاهش می یابد، زیرا مولکول های گاز بسیار کمتری وجود دارد و جذب انرژی نیز به ترتیب کاهش می یابد. حتی در لایه های بالاتر، به دلیل جذب کوتاه ترین طول موج تابش فرابنفش و اشعه ایکس از خورشید توسط جو، دما دوباره افزایش می یابد. تحت تأثیر این تابش قدرتمند، جو یونیزه می شود، یعنی. یک مولکول گاز یک الکترون از دست می دهد و بار الکتریکی مثبت می گیرد. چنین مولکول هایی به یون هایی با بار مثبت تبدیل می شوند. به دلیل وجود الکترون ها و یون های آزاد، این لایه از اتمسفر خواص رسانای الکتریکی را به دست می آورد. اعتقاد بر این است که درجه حرارت همچنان تا ارتفاعات افزایش می یابد که در آن جو نادر به فضای بین سیاره ای منتقل می شود. در فاصله چند هزار کیلومتری از سطح زمین، دمای 5000 درجه تا 10000 درجه سانتیگراد احتمالاً غالب است. اگرچه مولکول ها و اتم ها سرعت حرکت بسیار بالایی دارند و بنابراین دمای بالایی دارند، اما این گاز کمیاب "گرم" نیست. به معنای معمولی . . به دلیل تعداد اندک مولکول ها در ارتفاعات، کل انرژی حرارتی آنها بسیار ناچیز است. بنابراین، اتمسفر از لایه‌های مجزا تشکیل شده است (یعنی مجموعه‌ای از پوسته‌ها یا کره‌های متحدالمرکز)، که انتخاب آنها بستگی به این دارد که کدام ویژگی بیشترین علاقه را دارد. بر اساس میانگین توزیع دما، هواشناسان طرحی را برای ساختار یک "اتمسفر میانی" ایده آل ایجاد کرده اند (شکل 1 را ببینید).

تروپوسفر - لایه پایین اتمسفر که تا اولین حداقل حرارتی (به اصطلاح تروپوپوز) گسترش می یابد. حد بالایی تروپوسفر به عرض جغرافیایی (در مناطق استوایی - 18-20 کیلومتر، در عرض های جغرافیایی معتدل - حدود 10 کیلومتر) و زمان سال بستگی دارد. سرویس ملی هواشناسی ایالات متحده در نزدیکی قطب جنوب سونوگرافی انجام داد و تغییرات فصلی در ارتفاع تروپوپوز را آشکار کرد. در ماه مارس، tropopause در ارتفاع تقریبی است. 7.5 کیلومتر. از ماه مارس تا آگوست یا سپتامبر سرد شدن مداوم تروپوسفر وجود دارد و مرز آن برای مدت کوتاهی در ماه آگوست یا سپتامبر به ارتفاع تقریبی 11.5 کیلومتر افزایش می یابد. سپس از سپتامبر تا دسامبر به سرعت کاهش می یابد و به پایین ترین موقعیت خود می رسد - 7.5 کیلومتر، جایی که تا مارس باقی می ماند و تنها در 0.5 کیلومتر در نوسان است. در تروپوسفر است که عمدتاً آب و هوا شکل می گیرد که شرایط وجود انسان را تعیین می کند. بیشتر بخار آب اتمسفر در تروپوسفر متمرکز است و بنابراین ابرها عمدتاً در اینجا تشکیل می شوند ، اگرچه برخی از آنها که از بلورهای یخ تشکیل شده اند در لایه های بالاتر نیز یافت می شوند. تروپوسفر با تلاطم و جریان های هوای قوی (بادها) و طوفان ها مشخص می شود. در تروپوسفر فوقانی، جریان هوای قوی با جهت کاملاً مشخص وجود دارد. گرداب های متلاطم مانند گرداب های کوچک تحت تأثیر اصطکاک و برهم کنش دینامیکی بین توده های هوا با حرکت آهسته و سریع ایجاد می شوند. از آنجایی که معمولاً در این لایه های مرتفع هیچ پوشش ابری وجود ندارد، از این تلاطم به عنوان «تلاطم هوای صاف» یاد می شود.
استراتوسفر. لایه بالایی جو اغلب به اشتباه به عنوان لایه ای با دمای نسبتا ثابت توصیف می شود که در آن بادها کم و بیش پیوسته می وزند و عناصر هواشناسی در آن تغییر اندکی دارند. لایه های بالایی استراتوسفر با جذب اکسیژن و ازن تشعشعات فرابنفش خورشیدی گرم می شوند. مرز بالایی استراتوسفر (استراتوپوز) در جایی ترسیم می شود که دما کمی افزایش می یابد و به حداکثر حد متوسط ​​می رسد که اغلب با دمای لایه هوای سطحی قابل مقایسه است. بر اساس مشاهدات انجام شده با هواپیماها و بالن های سازگار برای پرواز در ارتفاع ثابت، آشفتگی های متلاطم و بادهای شدیدی که در جهات مختلف می وزند در استراتوسفر ایجاد شده است. همانطور که در تروپوسفر، گرداب های هوایی قدرتمند ذکر شده است که به ویژه برای هواپیماهای پرسرعت خطرناک است. بادهای شدید، به نام جریان های جت، در مناطق باریک در امتداد مرزهای عرض های جغرافیایی معتدل رو به قطب ها می وزند. با این حال، این مناطق می توانند تغییر کنند، ناپدید شوند و دوباره ظاهر شوند. جریان های جت معمولاً به تروپوپوز نفوذ می کنند و در تروپوسفر فوقانی ظاهر می شوند، اما سرعت آنها با کاهش ارتفاع به سرعت کاهش می یابد. این امکان وجود دارد که بخشی از انرژی وارد شده به استراتوسفر (عمدتاً برای تشکیل ازن صرف می شود) بر فرآیندهای تروپوسفر تأثیر بگذارد. اختلاط به ویژه فعال با جبهه های جوی همراه است، جایی که جریان های گسترده هوای استراتوسفر به طور قابل توجهی در زیر تروپوپوز ثبت شد، و هوای تروپوسفر به لایه های پایین تر استراتوسفر کشیده شد. پیشرفت قابل توجهی در مطالعه ساختار عمودی لایه های زیرین جو در ارتباط با بهبود تکنیک پرتاب رادیوسوندها به ارتفاعات 30-25 کیلومتری حاصل شده است. مزوسفر که در بالای استراتوسفر قرار دارد، پوسته‌ای است که در آن تا ارتفاع 80-85 کیلومتری، دما به حداقل اتمسفر کاهش می‌یابد. راکت های هواشناسی پرتاب شده از تاسیسات ایالات متحده-کانادا در فورت چرچیل (کانادا) دمای پایین تا -110 درجه سانتی گراد را ثبت کردند. حد بالایی مزوسفر (موزوپوز) تقریباً با حد پایین ناحیه جذب فعال پرتو ایکس و کوتاه ترین طول موج تابش فرابنفش خورشید که با گرم شدن و یونیزاسیون گاز همراه است، منطبق است. در مناطق قطبی در تابستان، سیستم های ابری اغلب در مزوپوز ظاهر می شوند که منطقه بزرگی را اشغال می کنند، اما توسعه عمودی کمی دارند. چنین ابرهایی که در شب می درخشند، اغلب تشخیص حرکات مواج هوا در مقیاس بزرگ را در مزوسفر ممکن می سازند. ترکیب این ابرها، منابع رطوبت و هسته های تراکم، دینامیک و ارتباط با عوامل هواشناسی هنوز به اندازه کافی مورد مطالعه قرار نگرفته است. ترموسفر لایه ای از اتمسفر است که در آن دما به طور مداوم افزایش می یابد. قدرت آن می تواند به 600 کیلومتر برسد. فشار و در نتیجه چگالی گاز دائماً با ارتفاع کاهش می یابد. در نزدیکی سطح زمین، 1 متر مکعب هوا حاوی تقریباً 2.5x1025 مولکول، در ارتفاع تقریبی 100 کیلومتر، در لایه های زیرین ترموسفر - تقریباً 1019، در ارتفاع 200 کیلومتری، در یونوسفر - 5 * 10 15 و طبق محاسبات، در ارتفاع تقریباً. 850 کیلومتر - تقریباً 1012 مولکول. در فضای بین سیاره ای، غلظت مولکول ها 10 8-10 9 در هر متر مکعب است. در ارتفاع تقریبی 100 کیلومتر تعداد مولکول ها کم است و به ندرت با یکدیگر برخورد می کنند. میانگین مسافت طی شده توسط یک مولکول به طور تصادفی قبل از برخورد با مولکول مشابه دیگر، مسیر آزاد متوسط ​​آن نامیده می شود. لایه ای که در آن این مقدار به قدری افزایش می یابد که احتمال برخورد بین مولکولی یا بین اتمی را می توان نادیده گرفت، در مرز بین ترموسفر و پوسته پوشاننده (اگزوسفر) قرار دارد و مکث حرارتی نامیده می شود. ترموپوز تقریباً در فاصله 650 کیلومتری از سطح زمین قرار دارد. در دمای معین، سرعت حرکت یک مولکول به جرم آن بستگی دارد: مولکول‌های سبک‌تر سریع‌تر از سنگین‌تر حرکت می‌کنند. در اتمسفر پایین که مسیر آزاد بسیار کوتاه است، جداسازی قابل توجهی از گازها با توجه به وزن مولکولی آنها وجود ندارد، اما در بالای 100 کیلومتر بیان می شود. علاوه بر این، تحت تأثیر تابش فرابنفش و اشعه ایکس از خورشید، مولکول های اکسیژن به اتم هایی تجزیه می شوند که جرم آنها نصف جرم مولکول است. بنابراین، هر چه از سطح زمین دور می شویم، اکسیژن اتمی در ترکیب جو و در ارتفاعات حدوداً اهمیت فزاینده ای پیدا می کند. 200 کیلومتر جزء اصلی آن می شود. بالاتر، در فاصله حدود 1200 کیلومتری از سطح زمین، گازهای سبک - هلیوم و هیدروژن - غالب است. آنها لایه بیرونی جو هستند. این جداسازی وزنی که جداسازی پراکنده نامیده می شود، شبیه جداسازی مخلوط ها با استفاده از سانتریفیوژ است. اگزوسفر لایه بیرونی جو است که بر اساس تغییرات دما و خواص گاز خنثی جدا شده است. مولکول ها و اتم های موجود در اگزوسفر در مدارهای بالستیک تحت تأثیر گرانش به دور زمین می چرخند. برخی از این مدارها سهموی و شبیه به مسیر پرتابه ها هستند. مولکول ها می توانند به دور زمین و در مدارهای بیضی شکل مانند ماهواره ها بچرخند. برخی از مولکول ها، عمدتاً هیدروژن و هلیوم، مسیرهای باز دارند و به فضای بیرونی می گریزند (شکل 2).

روابط خورشیدی و زمینی و تأثیر آنها بر اتمسفر
جزر و مد اتمسفر جاذبه خورشید و ماه باعث جزر و مد در جو می شود که شبیه جزر و مدهای زمینی و دریایی است. اما جزر و مد اتمسفر تفاوت قابل توجهی دارد: جو به شدت به جاذبه خورشید واکنش نشان می دهد، در حالی که پوسته زمین و اقیانوس - به جاذبه ماه. این با این واقعیت توضیح داده می شود که اتمسفر توسط خورشید گرم می شود و علاوه بر جزر و مد گرانشی، یک جزر و مد حرارتی قدرتمند نیز بوجود می آید. به طور کلی مکانیسم های تشکیل جزر و مد جوی و دریا مشابه است با این تفاوت که برای پیش بینی واکنش هوا به اثرات گرانشی و حرارتی باید تراکم پذیری و توزیع دمایی آن را در نظر گرفت. کاملاً مشخص نیست که چرا جزر و مدهای خورشیدی نیمه روز (12 ساعته) در جو بر جزر و مدهای خورشیدی و نیمه روزانه قمری غالب است، اگرچه نیروهای محرکه دو فرآیند اخیر بسیار قدرتمندتر هستند. قبلاً اعتقاد بر این بود که تشدید در جو رخ می دهد که دقیقاً نوسانات را با یک دوره 12 ساعته تقویت می کند. با این حال، مشاهدات انجام شده با کمک موشک های ژئوفیزیکی نشان می دهد که هیچ دلیل دمایی برای چنین رزونانسی وجود ندارد. در حل این مشکل احتمالاً باید تمام ویژگی های هیدرودینامیکی و حرارتی جو را در نظر گرفت. در سطح زمین در نزدیکی استوا، جایی که تأثیر نوسانات جزر و مدی حداکثر است، باعث ایجاد تغییر در فشار اتمسفر 0.1٪ می شود. سرعت بادهای جزر و مدی تقریبا 0.3 کیلومتر در ساعت به دلیل ساختار حرارتی پیچیده جو (به ویژه وجود حداقل درجه حرارت در میان‌پاز)، جریان‌های جزر و مدی هوا تشدید می‌شوند و به عنوان مثال، در ارتفاع 70 کیلومتری سرعت آنها حدود 160 برابر بیشتر از سطح زمین است. ، که پیامدهای ژئوفیزیکی مهمی دارد. اعتقاد بر این است که در قسمت پایینی یونوسفر (لایه E) نوسانات جزر و مدی گاز یونیزه شده را به صورت عمودی در میدان مغناطیسی زمین حرکت می دهد و بنابراین، جریان های الکتریکی در اینجا ایجاد می شود. این سیستم های دائماً در حال ظهور جریان ها در سطح زمین توسط آشفتگی های میدان مغناطیسی ایجاد می شوند. تغییرات روزانه میدان مغناطیسی با مقادیر محاسبه شده مطابقت خوبی دارد، که به طور قانع کننده ای به نفع نظریه مکانیسم های جزر و مدی "دینامو جو" است. جریان های الکتریکی که در قسمت پایین یونوسفر (لایه E) ایجاد می شوند باید در جایی حرکت کنند و بنابراین مدار باید بسته شود. قیاس با دینام کامل می شود اگر حرکت پیش رو را کار موتور در نظر بگیریم. فرض بر این است که گردش معکوس جریان الکتریکی در یک لایه بالاتر از یونوسفر (F) انجام می شود و این جریان ضد می تواند برخی از ویژگی های عجیب این لایه را توضیح دهد. در نهایت، اثر جزر و مدی باید جریان های افقی را در لایه E و از این رو در لایه F ایجاد کند.
یون کره.دانشمندان قرن نوزدهم در تلاش برای توضیح مکانیسم وقوع شفق های قطبی بودند. پیشنهاد کرد که در جو منطقه ای با ذرات باردار الکتریکی وجود دارد. در قرن بیستم شواهد قانع کننده ای به صورت تجربی برای وجود لایه ای که امواج رادیویی را در ارتفاعات 85 تا 400 کیلومتری منعکس می کند به دست آمد. اکنون مشخص شده است که خواص الکتریکی آن نتیجه یونیزاسیون گاز اتمسفر است. بنابراین معمولاً این لایه را یونوسفر می نامند. تأثیر بر امواج رادیویی عمدتاً به دلیل وجود الکترون‌های آزاد در یونوسفر است، اگرچه مکانیسم انتشار امواج رادیویی با حضور یون‌های بزرگ مرتبط است. مورد دوم نیز در مطالعه خواص شیمیایی اتمسفر مورد توجه است، زیرا آنها فعال تر از اتم ها و مولکول های خنثی هستند. واکنش های شیمیایی که در یونوسفر رخ می دهد نقش مهمی در تعادل انرژی و الکتریکی آن ایفا می کند.
یونوسفر معمولیمشاهدات انجام شده با کمک موشک‌ها و ماهواره‌های ژئوفیزیکی اطلاعات جدید زیادی به دست داده است که نشان می‌دهد یونیزاسیون اتمسفر تحت تأثیر تابش خورشیدی با طیف وسیع رخ می‌دهد. بخش اصلی آن (بیش از 90٪) در قسمت مرئی طیف متمرکز است. تشعشعات فرابنفش با طول موج کوتاهتر و انرژی بیشتر از پرتوهای نور بنفش توسط هیدروژن در قسمت داخلی جو خورشید (کروموسفر) ساطع می شود و تابش اشعه ایکس که حتی انرژی بالاتری دارد از گازهای موجود در پوسته بیرونی خورشید ساطع می شود. (کرونا). حالت طبیعی (متوسط) یونوسفر به دلیل تابش قوی ثابت است. تغییرات منظمی در یونوسفر عادی تحت تأثیر چرخش روزانه زمین و تفاوت های فصلی در زاویه تابش پرتوهای خورشید در ظهر رخ می دهد، اما تغییرات غیرقابل پیش بینی و ناگهانی در وضعیت یونوسفر نیز رخ می دهد.
اختلالات در یونوسفر. همانطور که مشخص است، آشفتگی های چرخه ای قوی در خورشید ایجاد می شود که هر 11 سال به حداکثر می رسد. مشاهدات تحت برنامه سال بین المللی ژئوفیزیک (IGY) با دوره بالاترین فعالیت خورشیدی برای کل دوره مشاهدات سیستماتیک هواشناسی، یعنی. از آغاز قرن 18 در طول دوره‌های فعالیت زیاد، روشنایی برخی از مناطق خورشید چندین برابر افزایش می‌یابد و پالس‌های قدرتمندی از اشعه ماوراء بنفش و اشعه ایکس منتشر می‌کنند. چنین پدیده هایی را شراره های خورشیدی می نامند. آنها از چند دقیقه تا یک یا دو ساعت طول می کشند. در طی یک شعله، گاز خورشیدی (عمدتاً پروتون ها و الکترون ها) فوران می کند و ذرات بنیادی به سمت فضای بیرونی هجوم می آورند. تابش الکترومغناطیسی و هسته ای خورشید در لحظات چنین شراره هایی تأثیر شدیدی بر جو زمین دارد. واکنش اولیه 8 دقیقه پس از فلاش مشاهده می شود، زمانی که تابش شدید فرابنفش و اشعه ایکس به زمین می رسد. در نتیجه، یونیزاسیون به شدت افزایش می یابد. اشعه ایکس به اتمسفر تا مرز زیرین یونوسفر نفوذ می کند. تعداد الکترون ها در این لایه ها به قدری افزایش می یابد که سیگنال های رادیویی تقریباً به طور کامل جذب می شوند ("خاموش"). جذب اضافی تشعشع باعث گرم شدن گاز می شود که به توسعه باد کمک می کند. گاز یونیزه یک رسانای الکتریکی است و هنگامی که در میدان مغناطیسی زمین حرکت می کند، یک اثر دینام ظاهر می شود و جریان الکتریکی ایجاد می شود. چنین جریان هایی می توانند به نوبه خود باعث اختلالات قابل توجهی در میدان مغناطیسی شوند و خود را به شکل طوفان های مغناطیسی نشان دهند. این مرحله اولیه فقط زمان کوتاهی را به طول می‌انجامد که مطابق با مدت زمان یک شعله خورشیدی است. در طول شعله‌های قدرتمند خورشید، جریانی از ذرات شتاب‌دار به فضای بیرونی سرازیر می‌شوند. هنگامی که به سمت زمین هدایت می شود، فاز دوم شروع می شود که تأثیر زیادی بر وضعیت جو دارد. بسیاری از پدیده‌های طبیعی، که در میان آنها شفق‌های قطبی بیشتر شناخته شده‌اند، نشان می‌دهند که تعداد قابل توجهی از ذرات باردار به زمین می‌رسند (نورهای قطبی را نیز ببینید). با این وجود، فرآیندهای جداسازی این ذرات از خورشید، مسیر حرکت آنها در فضای بین سیاره ای، و مکانیسم های برهمکنش با میدان مغناطیسی زمین و مگنتوسفر هنوز به اندازه کافی مورد مطالعه قرار نگرفته است. این مشکل پس از کشف پوسته هایی که توسط میدان ژئومغناطیسی متشکل از ذرات باردار در سال 1958 توسط جیمز ون آلن کشف شد، پیچیده تر شد. این ذرات از یک نیمکره به نیمکره دیگر حرکت می کنند و به صورت مارپیچی در اطراف خطوط میدان مغناطیسی می چرخند. در نزدیکی زمین، در ارتفاعی بسته به شکل خطوط نیرو و انرژی ذرات، «نقاط بازتابی» وجود دارد که در آن ذرات جهت حرکت خود را به سمت مخالف تغییر می دهند (شکل 3). از آنجایی که قدرت میدان مغناطیسی با فاصله از زمین کاهش می‌یابد، مدارهایی که این ذرات در امتداد آن حرکت می‌کنند تا حدودی منحرف می‌شوند: الکترون‌ها به سمت شرق و پروتون‌ها به سمت غرب منحرف می‌شوند. بنابراین، آنها به صورت کمربند در سراسر جهان توزیع می شوند.

برخی از پیامدهای گرم شدن جو توسط خورشید.انرژی خورشیدی بر کل جو تأثیر می گذارد. قبلاً به کمربندهایی اشاره کردیم که توسط ذرات باردار در میدان مغناطیسی زمین ایجاد شده و به دور آن می چرخند. این کمربندها در نواحی دور قطبی نزدیک به سطح زمین هستند (شکل 3 را ببینید)، جایی که شفق های قطبی مشاهده می شوند. شکل 1 نشان می دهد که مناطق شفق قطبی در کانادا دمای ترموسفر به طور قابل توجهی بالاتر از مناطق جنوب غربی ایالات متحده دارند. این احتمال وجود دارد که ذرات جذب شده، بخشی از انرژی خود را به اتمسفر، به ویژه هنگام برخورد با مولکول های گاز در نزدیکی نقاط بازتاب، داده و مدار قبلی خود را ترک کنند. اینگونه است که لایه های مرتفع جو در ناحیه شفق قطبی گرم می شوند. کشف مهم دیگری در حین مطالعه مدار ماهواره های مصنوعی صورت گرفت. لوئیجی ایاکیا، ستاره شناس رصدخانه اخترفیزیک اسمیتسونیان، معتقد است که انحرافات کوچک این مدارها به دلیل تغییر در چگالی جو هنگام گرم شدن توسط خورشید است. او وجود حداکثر چگالی الکترون در یونوسفر در ارتفاع بیش از 200 کیلومتر را پیشنهاد کرد که با ظهر خورشید مطابقت ندارد، اما تحت تأثیر نیروهای اصطکاک حدود دو ساعت از آن عقب می ماند. در این زمان، مقادیر چگالی اتمسفر، معمولی برای ارتفاع 600 کیلومتر، در سطح تقریباً مشاهده می شود. 950 کیلومتر. علاوه بر این، حداکثر غلظت الکترون به دلیل فلاش های کوتاه مدت پرتوهای فرابنفش و اشعه ایکس از خورشید، نوسانات نامنظمی را تجربه می کند. L. Yakkia همچنین نوسانات کوتاه مدت در چگالی هوا را کشف کرد که مربوط به شراره های خورشیدی و اختلالات میدان مغناطیسی است. این پدیده ها با نفوذ ذرات با منشاء خورشیدی به جو زمین و گرم شدن لایه هایی که ماهواره ها در مدارشان می چرخند توضیح داده می شود.
الکتریسیته اتمسفر
در لایه سطحی جو، بخش کوچکی از مولکول ها تحت تأثیر پرتوهای کیهانی، تابش سنگ های رادیواکتیو و محصولات فروپاشی رادیوم (عمدتا رادون) در خود هوا، یونیزه می شوند. در فرآیند یونیزاسیون، یک اتم یک الکترون از دست می دهد و بار مثبت به دست می آورد. یک الکترون آزاد به سرعت با اتم دیگری ترکیب می شود و یک یون با بار منفی تشکیل می دهد. چنین یون های مثبت و منفی جفتی دارای ابعاد مولکولی هستند. مولکول های موجود در جو تمایل دارند در اطراف این یون ها جمع شوند. چندین مولکول که با یک یون ترکیب می شوند، کمپلکسی را تشکیل می دهند که معمولاً به آن "یون نور" می گویند. جو همچنین حاوی مجموعه‌ای از مولکول‌ها است که در هواشناسی به عنوان هسته‌های تراکم شناخته می‌شوند و وقتی هوا از رطوبت اشباع می‌شود، فرآیند تراکم آغاز می‌شود. این هسته ها ذرات نمک و غبار و همچنین آلاینده هایی هستند که از منابع صنعتی و سایر منابع در هوا منتشر می شوند. یون های نور اغلب به چنین هسته هایی متصل می شوند تا "یون های سنگین" را تشکیل دهند. تحت تأثیر یک میدان الکتریکی، یون های سبک و سنگین از یک منطقه جو به منطقه دیگر حرکت می کنند و بارهای الکتریکی را منتقل می کنند. اگرچه اتمسفر به طور کلی به عنوان یک محیط رسانای الکتریکی در نظر گرفته نمی شود، اما مقدار کمی رسانایی دارد. بنابراین، یک جسم باردار در هوا به آرامی بار خود را از دست می دهد. رسانایی اتمسفر با افزایش ارتفاع به دلیل افزایش شدت پرتوهای کیهانی، کاهش اتلاف یون در شرایط فشار کمتر (و از این رو مسیر آزاد متوسط ​​طولانی تر) و به دلیل کاهش هسته های سنگین افزایش می یابد. رسانایی جو در ارتفاع حدوداً به حداکثر مقدار خود می رسد. 50 کیلومتر به اصطلاح. "سطح جبران خسارت". مشخص است که بین سطح زمین و "سطح جبران" همیشه اختلاف پتانسیل چند صد کیلو ولت وجود دارد، یعنی. میدان الکتریکی ثابت معلوم شد که اختلاف پتانسیل بین نقطه خاصی در هوا در ارتفاع چند متری و سطح زمین بسیار زیاد است - بیش از 100 ولت. جو دارای بار مثبت است و سطح زمین بار منفی دارد. از آنجایی که میدان الکتریکی ناحیه‌ای است که در هر نقطه آن مقدار پتانسیل مشخصی وجود دارد، می‌توان در مورد یک گرادیان پتانسیل صحبت کرد. در هوای صاف، در چند متر پایین تر، قدرت میدان الکتریکی جو تقریبا ثابت است. به دلیل تفاوت در هدایت الکتریکی هوا در لایه سطحی، گرادیان پتانسیل در معرض نوسانات روزانه است که سیر آن از مکانی به مکان دیگر به طور قابل توجهی متفاوت است. در غیاب منابع محلی آلودگی هوا - در بالای اقیانوس ها، در ارتفاعات کوه ها یا در مناطق قطبی - روند روزانه شیب بالقوه در هوای صاف یکسان است. بزرگی گرادیان به زمان جهانی یا میانگین گرینویچ (UT) بستگی دارد و در ساعت 19:00 شرقی به حداکثر می رسد. اپلتون پیشنهاد کرد که این حداکثر هدایت الکتریکی احتمالاً با بزرگترین فعالیت رعد و برق در مقیاس سیاره ای همزمان است. تخلیه رعد و برق در طول رعد و برق بار منفی را به سطح زمین منتقل می کند، زیرا پایه های فعال ترین ابرهای رعد و برق کومولونیمبوس دارای بار منفی قابل توجهی هستند. نوک ابرهای رعد و برق دارای بار مثبتی هستند که طبق محاسبات هولزر و ساکسون در هنگام رعد و برق از بالای آنها جاری می شود. بدون دوباره پر کردن مداوم، بار روی سطح زمین توسط رسانایی جو خنثی می شود. این فرض که اختلاف پتانسیل بین سطح زمین و "سطح جبران" به دلیل طوفان های تندری حفظ می شود توسط داده های آماری پشتیبانی می شود. به عنوان مثال، حداکثر تعداد رعد و برق در دره رودخانه مشاهده می شود. آمازون ها اغلب، رعد و برق در آنجا در پایان روز رخ می دهد، یعنی. خوب. 19:00 به وقت گرینویچ، زمانی که شیب بالقوه در هر نقطه از جهان به حداکثر می رسد. علاوه بر این، تغییرات فصلی در شکل منحنی‌های تغییرات روزانه گرادیان پتانسیل نیز با داده‌های توزیع جهانی رعد و برق مطابقت کامل دارد. برخی از محققان استدلال می کنند که منبع میدان الکتریکی زمین ممکن است منشأ خارجی داشته باشد، زیرا اعتقاد بر این است که میدان های الکتریکی در یونوسفر و مگنتوسفر وجود دارد. این شرایط احتمالاً ظاهر اشکال دراز بسیار باریک شفق‌های قطبی را توضیح می‌دهد که شبیه پشت صحنه و طاق‌ها هستند.
(نورهای قطبی را نیز ببینید). به دلیل شیب بالقوه و رسانایی جو بین "سطح جبران" و سطح زمین، ذرات باردار شروع به حرکت می کنند: یون های باردار مثبت - به سمت سطح زمین و بار منفی - به سمت بالا از آن. این جریان تقریبا 1800 A. اگرچه این مقدار زیاد به نظر می رسد، اما باید به خاطر داشت که در تمام سطح زمین توزیع شده است. قدرت جریان در یک ستون هوا با مساحت پایه 1 متر مربع فقط 4 * 10 -12 آمپر است. از طرف دیگر، قدرت جریان در هنگام تخلیه صاعقه می تواند به چندین آمپر برسد، اگرچه، البته، چنین تخلیه ای وجود دارد. مدت زمان کوتاهی دارد - از کسری از ثانیه تا یک ثانیه کامل یا کمی بیشتر با تخلیه های مکرر. رعد و برق نه تنها به عنوان یک پدیده عجیب و غریب از طبیعت مورد توجه است. مشاهده تخلیه الکتریکی در یک محیط گازی با ولتاژ چند صد میلیون ولت و فاصله بین الکترودها چندین کیلومتر امکان پذیر است. در سال 1750، بی. فرانکلین به انجمن سلطنتی لندن پیشنهاد کرد که آنها را با یک میله آهنی که روی یک پایه عایق نصب شده و بر روی یک برج مرتفع نصب شده است، آزمایش کنند. او انتظار داشت که وقتی یک ابر رعد و برق به برج نزدیک می شود، باری از علامت مخالف در انتهای بالایی میله خنثی اولیه متمرکز شود و باری از همان علامتی که در پایه ابر در انتهای پایینی قرار دارد متمرکز شود. . اگر قدرت میدان الکتریکی در حین تخلیه رعد و برق به اندازه کافی افزایش یابد، بار از انتهای بالایی میله تا حدی به هوا تخلیه می شود و میله باری مشابه با پایه ابر به دست می آورد. آزمایش پیشنهادی فرانکلین در انگلستان انجام نشد، اما در سال 1752 در مارلی در نزدیکی پاریس توسط فیزیکدان فرانسوی ژان دالامبر راه اندازی شد.او از یک میله آهنی به طول 12 متر استفاده کرد که در یک بطری شیشه ای قرار داده شده بود (که به عنوان یک بطری عمل می کرد. عایق)، اما آن را روی برج قرار نداد. دستیارش در 10 مه گزارش داد که وقتی یک ابر رعد و برق روی میله ای قرار می گرفت، جرقه هایی ایجاد می شد که سیم زمینی به آن وارد می شد. در ژوئن همان سال آزمایش معروف خود را با بادبادک انجام داد و جرقه های الکتریکی را در انتهای سیم بسته شده به آن مشاهده کرد. سال بعد، فرانکلین در حین مطالعه بارهای جمع آوری شده از یک میله، دریافت که پایه ابرهای رعد و برق معمولاً دارای بار منفی هستند. مطالعات دقیق‌تر رعد و برق در اواخر قرن نوزدهم به دلیل پیشرفت در روش‌های عکاسی امکان‌پذیر شد، به‌ویژه پس از اختراع دستگاه با لنزهای دوار، که امکان اصلاح فرآیندهای در حال توسعه را فراهم کرد. چنین دوربینی به طور گسترده در مطالعه تخلیه جرقه مورد استفاده قرار گرفت. مشخص شد که انواع مختلفی از رعد و برق وجود دارد که رایج ترین آنها خطی، مسطح (درون ابر) و کروی (تخلیه هوا) است. رعد و برق خطی تخلیه جرقه ای بین ابر و سطح زمین است که کانالی با شاخه های رو به پایین را دنبال می کند. رعد و برق مسطح در داخل یک ابر رعد و برق رخ می دهد و مانند جرقه های نور پراکنده به نظر می رسد. تخلیه هوای صاعقه توپ، که از یک ابر رعد و برق شروع می شود، اغلب به صورت افقی هدایت می شود و به سطح زمین نمی رسد.

تخلیه رعد و برق معمولاً از سه یا چند تخلیه مکرر تشکیل می شود - تکانه هایی که یک مسیر را دنبال می کنند. فواصل بین پالس های متوالی بسیار کوتاه است، از 1/100 تا 1/10 ثانیه (این همان چیزی است که باعث سوسو زدن رعد و برق می شود). به طور کلی، فلاش حدود یک ثانیه یا کمتر طول می کشد. یک فرآیند معمولی توسعه رعد و برق را می توان به شرح زیر توصیف کرد. اول، یک رهبر تخلیه ضعیف نورانی از بالا به سطح زمین می تازد. هنگامی که او به آن می رسد، یک جریان معکوس یا اصلی درخشان درخشان از زمین از کانالی که رهبر گذاشته است عبور می کند. لیدر تخلیه، به عنوان یک قاعده، به صورت زیگزاگ حرکت می کند. سرعت انتشار آن از صد تا چند صد کیلومتر در ثانیه است. در مسیر خود، مولکول های هوا را یونیزه می کند و کانالی با رسانایی افزایش می دهد که از طریق آن تخلیه معکوس با سرعتی حدود صد برابر بیشتر از تخلیه رهبر به سمت بالا حرکت می کند. تعیین اندازه کانال دشوار است، اما قطر تخلیه لیدر 1-10 متر و قطر تخلیه معکوس چندین سانتی متر تخمین زده می شود. تخلیه های رعد و برق با انتشار امواج رادیویی در محدوده وسیع - از 30 کیلوهرتز تا فرکانس های بسیار پایین، تداخل رادیویی ایجاد می کنند. بیشترین تابش امواج رادیویی احتمالاً در محدوده 5 تا 10 کیلوهرتز است. چنین تداخل رادیویی با فرکانس پایین در فضای بین مرز زیرین یونوسفر و سطح زمین "متمرکز" است و قادر است تا فواصل هزاران کیلومتری از منبع منتشر شود.
تغییرات در اتمسفر
تاثیر شهاب ها و شهاب سنگ ها.اگرچه گاهی اوقات بارش شهابی با تأثیرات نوری خود تأثیر عمیقی بر جای می گذارد، شهاب های منفرد به ندرت دیده می شوند. تعداد بسیار بیشتری شهاب های نامرئی هستند که در لحظه بلعیده شدن توسط جو بسیار کوچکتر از آن هستند. برخی از کوچک‌ترین شهاب‌ها احتمالاً اصلاً گرم نمی‌شوند، بلکه فقط توسط جو گرفته می‌شوند. این ذرات کوچک که اندازه آنها از چند میلیمتر تا ده هزارم میلیمتر است، میکروشهاب سنگ نامیده می شوند. مقدار ماده شهاب سنگی که هر روز وارد جو می شود از 100 تا 10000 تن است که بیشتر این مواد را ریز شهاب سنگ ها تشکیل می دهند. از آنجایی که ماده شهاب سنگی تا حدی در جو می سوزد، ترکیب گاز آن با ردپایی از عناصر شیمیایی مختلف پر می شود. به عنوان مثال، شهاب سنگی لیتیوم را وارد جو می کند. احتراق شهاب های فلزی منجر به تشکیل آهن کروی کوچک، آهن نیکل و سایر قطرات می شود که از جو عبور کرده و در سطح زمین رسوب می کنند. آنها را می توان در گرینلند و قطب جنوب یافت، جایی که ورقه های یخی برای سال ها تقریباً بدون تغییر باقی می مانند. اقیانوس شناسان آنها را در رسوبات کف اقیانوس پیدا می کنند. بیشتر ذرات شهاب سنگی که وارد جو می شوند در عرض 30 روز رسوب می کنند. برخی از دانشمندان بر این باورند که این غبار کیهانی نقش مهمی در شکل‌گیری پدیده‌های جوی مانند باران دارد، زیرا به عنوان هسته‌های تراکم بخار آب عمل می‌کند. بنابراین، فرض بر این است که بارش از نظر آماری با بارش های شهابی بزرگ مرتبط است. با این حال، برخی کارشناسان بر این باورند که از آنجایی که کل ورودی ماده شهاب‌سنگ ده‌ها برابر بیشتر از حتی با بزرگترین بارش شهابی است، تغییر در مقدار کل این ماده که در نتیجه یکی از این بارش‌ها اتفاق می‌افتد را می‌توان نادیده گرفت. با این حال، شکی نیست که بزرگترین شهاب‌سنگ‌های کوچک و البته شهاب‌سنگ‌های مرئی، آثار طولانی یونیزاسیون را در لایه‌های مرتفع جو، عمدتاً در یونوسفر، از خود به جای می‌گذارند. چنین ردیابی را می توان برای ارتباطات رادیویی از راه دور استفاده کرد، زیرا آنها امواج رادیویی با فرکانس بالا را منعکس می کنند. انرژی شهاب هایی که وارد جو می شوند عمدتاً و شاید به طور کامل صرف گرمایش آن می شود. این یکی از اجزای جزئی تعادل گرمایی جو است.
دی اکسید کربن با منشا صنعتی.در دوره کربونیفر، پوشش گیاهی چوبی روی زمین گسترده بود. بیشتر دی اکسید کربن جذب شده توسط گیاهان در آن زمان در ذخایر زغال سنگ و ذخایر نفت انباشته شده بود. مردم یاد گرفته اند از ذخایر عظیم این مواد معدنی به عنوان منبع انرژی استفاده کنند و اکنون به سرعت دی اکسید کربن را به گردش مواد برمی گردانند. فسیل احتمالا حدود. 4*10 13 تن کربن. در طول قرن گذشته، بشر آنقدر سوخت فسیلی سوزانده است که تقریباً 4 * 10 11 تن کربن دوباره وارد جو شده است. در حال حاضر تقریبا وجود دارد. 2 * 10 12 تن کربن و در صد سال آینده این رقم ممکن است به دلیل سوزاندن سوخت های فسیلی دو برابر شود. با این حال، تمام کربن در اتمسفر باقی نمی‌ماند: مقداری از آن در آب‌های اقیانوس حل می‌شود، برخی توسط گیاهان جذب می‌شوند و برخی در فرآیند هوازدگی سنگ‌ها محدود می‌شوند. هنوز نمی توان پیش بینی کرد که چه مقدار دی اکسید کربن در جو وجود دارد یا چه تأثیری بر آب و هوای جهان خواهد داشت. با این وجود، اعتقاد بر این است که هر گونه افزایش محتوای آن باعث گرم شدن هوا می شود، اگرچه به هیچ وجه ضروری نیست که هر گونه گرم شدن به طور قابل توجهی بر اقلیم تأثیر بگذارد. غلظت دی اکسید کربن در اتمسفر، با توجه به نتایج اندازه گیری ها، به طور قابل توجهی افزایش می یابد، البته با سرعت پایین. داده های آب و هوا برای ایستگاه سوالبارد و آمریکای کوچک در قفسه یخی راس در قطب جنوب نشان دهنده افزایش میانگین دمای سالانه در طی یک دوره تقریباً 50 ساله به ترتیب 5 درجه و 2.5 درجه سانتیگراد است.
تاثیر تشعشعات کیهانی.هنگامی که پرتوهای کیهانی پرانرژی با اجزای منفرد جو تعامل می کنند، ایزوتوپ های رادیواکتیو تشکیل می شوند. در میان آنها، ایزوتوپ کربن 14C که در بافت های گیاهی و جانوری تجمع می یابد، برجسته است. با اندازه گیری رادیواکتیویته مواد آلی که برای مدت طولانی کربن را با محیط مبادله نکرده اند، می توان سن آنها را تعیین کرد. روش رادیوکربن خود را به عنوان قابل اعتمادترین روش برای قدمت ارگانیسم های فسیلی و اشیاء فرهنگ مادی، که سن آنها از 50 هزار سال تجاوز نمی کند، تثبیت کرده است. اگر مشکل اساسی اندازه گیری سطوح بسیار پایین رادیواکتیویته حل شود، می توان از سایر ایزوتوپ های رادیواکتیو با نیمه عمر طولانی برای تاریخ گذاری موادی استفاده کرد که صدها هزار سال قدمت دارند.
(همچنین به دوستیابی رادیوکربن مراجعه کنید).
منشاء جو زمین
تاریخچه شکل گیری جو هنوز کاملاً قابل اعتماد بازسازی نشده است. با این وجود، برخی تغییرات احتمالی در ترکیب آن شناسایی شده است. تشکیل جو بلافاصله پس از تشکیل زمین آغاز شد. دلایل نسبتا خوبی وجود دارد که باور کنیم در روند تکامل پرا-زمین و به دست آوردن ابعاد و جرم نزدیک به مدرن، تقریباً جو اصلی خود را به طور کامل از دست داده است. اعتقاد بر این است که در مراحل اولیه زمین در حالت مذاب بوده و حدودا. 4.5 میلیارد سال پیش در یک جسم جامد شکل گرفت. این نقطه عطف به عنوان آغاز گاهشماری زمین شناسی در نظر گرفته شده است. از آن زمان تکامل آهسته جو وجود داشته است. برخی از فرآیندهای زمین شناسی، مانند فوران گدازه در طول فوران های آتشفشانی، با انتشار گازها از روده های زمین همراه بود. آنها احتمالاً شامل نیتروژن، آمونیاک، متان، بخار آب، مونوکسید کربن و دی اکسید کربن بودند. بخار آب تحت تأثیر تابش فرابنفش خورشیدی به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می شود، اما اکسیژن آزاد شده با مونوکسید کربن واکنش داده و دی اکسید کربن تشکیل می دهد. آمونیاک به نیتروژن و هیدروژن تجزیه می شود. هیدروژن در فرآیند انتشار بالا آمد و اتمسفر را ترک کرد، در حالی که نیتروژن سنگین تر نمی توانست فرار کند و به تدریج انباشته شد و جزء اصلی آن شد، اگرچه مقداری از آن در طی واکنش های شیمیایی متصل شد. تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش و تخلیه الکتریکی، مخلوطی از گازها که احتمالاً در جو اصلی زمین وجود دارد، وارد واکنش های شیمیایی شده و در نتیجه مواد آلی، به ویژه اسیدهای آمینه، تشکیل می شوند. در نتیجه، زندگی می تواند در فضایی کاملاً متفاوت از فضای مدرن سرچشمه بگیرد. با ظهور گیاهان ابتدایی، فرآیند فتوسنتز آغاز شد (همچنین به فتوسنتز مراجعه کنید)، همراه با آزاد شدن اکسیژن آزاد. این گاز، به ویژه پس از انتشار در اتمسفر فوقانی، شروع به محافظت از لایه های زیرین خود و سطح زمین در برابر تشعشعات خطرناک ماوراء بنفش و اشعه ایکس کرد. تخمین زده می شود که وجود کمتر از 0.00004 از حجم اکسیژن امروزی می تواند منجر به تشکیل لایه ای با نیمی از غلظت ازن فعلی شود که با این وجود محافظت بسیار قابل توجهی در برابر اشعه ماوراء بنفش ایجاد می کند. همچنین محتمل است که اتمسفر اولیه حاوی مقدار زیادی دی اکسید کربن باشد. در طول فتوسنتز مصرف می شد و غلظت آن باید با تکامل جهان گیاهی و همچنین به دلیل جذب طی برخی فرآیندهای زمین شناسی کاهش یافته باشد. از آنجایی که اثر گلخانه ای با وجود دی اکسید کربن در جو مرتبط است، برخی از دانشمندان بر این باورند که نوسانات غلظت آن یکی از دلایل مهم تغییرات اقلیمی در مقیاس بزرگ در تاریخ زمین مانند عصر یخبندان است. هلیوم موجود در اتمسفر مدرن احتمالاً بیشتر محصول تجزیه رادیواکتیو اورانیوم، توریم و رادیوم است. این عناصر رادیواکتیو ذرات آلفا را که هسته اتم های هلیوم هستند منتشر می کنند. از آنجایی که هیچ بار الکتریکی در طی واپاشی رادیواکتیو ایجاد یا از بین نمی رود، برای هر ذره آلفا دو الکترون وجود دارد. در نتیجه با آنها ترکیب می شود و اتم های هلیوم خنثی را تشکیل می دهد. عناصر رادیواکتیو در مواد معدنی پراکنده در ضخامت سنگ ها وجود دارند، بنابراین بخش قابل توجهی از هلیوم تشکیل شده در نتیجه فروپاشی رادیواکتیو در آنها ذخیره می شود و به آرامی در اتمسفر تبخیر می شود. مقدار مشخصی هلیوم به دلیل انتشار به اگزوسفر بالا می رود، اما به دلیل هجوم مداوم از سطح زمین، حجم این گاز در جو بدون تغییر است. بر اساس تجزیه و تحلیل طیفی نور ستارگان و مطالعه شهاب سنگ ها، می توان فراوانی نسبی عناصر شیمیایی مختلف در کیهان را تخمین زد. غلظت نئون در فضا حدود ده میلیارد برابر بیشتر از روی زمین، کریپتون - ده میلیون بار، و زنون - یک میلیون بار بیشتر است. نتیجه این است که غلظت این گازهای بی اثر، که در ابتدا در جو زمین وجود داشتند و در جریان واکنش های شیمیایی دوباره پر نشدند، احتمالاً حتی در مرحله ای که زمین جو اولیه خود را از دست داد، بسیار کاهش یافت. یک استثنا گاز بی اثر آرگون است، زیرا هنوز به شکل ایزوتوپ 40Ar در فرآیند فروپاشی رادیواکتیو ایزوتوپ پتاسیم تشکیل می شود.
پدیده های نوری
تنوع پدیده های نوری در جو به دلایل مختلفی است. رایج ترین پدیده ها عبارتند از رعد و برق (به بالا مراجعه کنید) و شفق قطبی و شفق قطبی بسیار زیبا (نورهای قطبی را نیز ببینید). علاوه بر این، رنگین کمان، گال، پرهلیون (خورشید کاذب) و کمان‌ها، تاج، هاله‌ها و ارواح براکن، سراب‌ها، آتش‌های سنت المو، ابرهای درخشان، پرتوهای سبز و گرگ و میش از جذابیت خاصی برخوردار هستند. رنگین کمان زیباترین پدیده جوی است. معمولاً این یک قوس بزرگ است که از نوارهای چند رنگی تشکیل شده است که وقتی خورشید فقط بخشی از آسمان را روشن می کند و هوا از قطرات آب اشباع می شود ، به عنوان مثال ، در هنگام باران مشاهده می شود. کمان‌های چند رنگ در یک توالی طیفی (قرمز، نارنجی، زرد، سبز، فیروزه‌ای، نیلی، بنفش) مرتب شده‌اند، اما رنگ‌ها تقریباً هرگز خالص نیستند زیرا نوارها روی هم قرار می‌گیرند. به عنوان یک قاعده، ویژگی های فیزیکی رنگین کمان ها به طور قابل توجهی متفاوت است، و بنابراین از نظر ظاهری بسیار متنوع هستند. ویژگی مشترک آنها این است که مرکز کمان همیشه روی یک خط مستقیم از خورشید به سمت ناظر قرار دارد. رنگین کمان اصلی کمانی است متشکل از درخشان ترین رنگ ها - قرمز در خارج و بنفش در داخل. گاهی اوقات فقط یک کمان قابل مشاهده است، اما اغلب یک کمان ثانویه در قسمت بیرونی رنگین کمان اصلی ظاهر می شود. رنگ های آن به اندازه اولی روشن نیست و نوارهای قرمز و بنفش در آن جای خود را تغییر می دهند: قرمز در داخل قرار دارد. تشکیل رنگین کمان اصلی با شکست مضاعف (نگاه کنید به OPTICS) و انعکاس داخلی تک پرتوهای نور خورشید توضیح داده شده است (نگاه کنید به شکل 5). با نفوذ به داخل یک قطره آب (A)، پرتوی از نور مانند زمانی که از یک منشور عبور می کند، شکسته و تجزیه می شود. سپس به سطح مخالف قطره (B) می رسد، از آن منعکس می شود و از قطره به بیرون (C) خارج می شود. در این حالت، پرتو نور، قبل از رسیدن به ناظر، برای بار دوم شکسته می شود. پرتو سفید اولیه به پرتوهایی با رنگ های مختلف با زاویه واگرایی 2 درجه تجزیه می شود. هنگامی که یک رنگین کمان ثانویه تشکیل می شود، انکسار مضاعف و بازتاب مضاعف پرتوهای خورشید رخ می دهد (شکل 6 را ببینید). در این حالت، نور شکسته می شود و از طریق قسمت پایینی آن (A) به داخل قطره نفوذ می کند و از سطح داخلی قطره، ابتدا در نقطه B و سپس در نقطه C منعکس می شود. در نقطه D، نور شکسته می شود. ، رها کردن قطره به سمت ناظر.

هنگام طلوع و غروب خورشید، ناظر رنگین کمان را به شکل کمانی برابر با نیم دایره می بیند، زیرا محور رنگین کمان موازی با افق است. اگر خورشید بالاتر از افق باشد، قوس رنگین کمان کمتر از نیم دایره است. هنگامی که خورشید از 42 درجه بالاتر از افق طلوع می کند، رنگین کمان ناپدید می شود. در همه جا، به جز در عرض های جغرافیایی بالا، رنگین کمان نمی تواند در ظهر زمانی که خورشید خیلی بلند است ظاهر شود. تخمین فاصله تا رنگین کمان جالب است. اگرچه به نظر می رسد که قوس چند رنگ در همان صفحه قرار دارد، اما این یک توهم است. در واقع رنگین کمان عمق زیادی دارد و می توان آن را به صورت سطح یک مخروط توخالی نشان داد که در بالای آن ناظر قرار دارد. محور مخروط خورشید، ناظر و مرکز رنگین کمان را به هم متصل می کند. ناظر، همانطور که بود، در امتداد سطح این مخروط نگاه می کند. دو نفر هرگز نمی توانند دقیقاً یک رنگین کمان را ببینند. البته به طور کلی می توان یک اثر مشابه را مشاهده کرد، اما دو رنگین کمان در موقعیت های متفاوتی قرار دارند و توسط قطرات آب مختلف تشکیل شده اند. هنگامی که باران یا غبار رنگین کمان را تشکیل می دهد، اثر نوری کامل با اثر ترکیبی تمام قطرات آب که از سطح مخروط رنگین کمان با ناظر در راس عبور می کنند به دست می آید. نقش هر قطره زودگذر است. سطح مخروط رنگین کمان از چندین لایه تشکیل شده است. با عبور سریع از آنها و عبور از یک سری نقاط بحرانی، هر قطره فوراً پرتو خورشید را در یک توالی کاملاً مشخص - از قرمز تا بنفش - به کل طیف تجزیه می کند. قطرات زیادی به همین ترتیب از سطح مخروط عبور می کنند، به طوری که رنگین کمان هم در امتداد و هم در سراسر قوس به نظر ناظر به صورت پیوسته به نظر می رسد. هاله - کمان ها و دایره های نور سفید یا کمانی رنگ در اطراف قرص خورشید یا ماه. آنها در اثر شکست یا بازتاب نور توسط کریستال های یخ یا برف در جو ایجاد می شوند. کریستال هایی که هاله را تشکیل می دهند روی سطح یک مخروط فرضی قرار دارند که محور آن از ناظر (از بالای مخروط) به سمت خورشید است. در شرایط خاصی، جو از کریستال های کوچک اشباع می شود که بسیاری از چهره های آنها با صفحه ای که از خورشید، ناظر و این بلورها می گذرد، زاویه قائمه تشکیل می دهند. چنین وجوهی پرتوهای نور ورودی را با انحراف 22 درجه منعکس می کند و هاله ای را تشکیل می دهد که در داخل مایل به قرمز است، اما می تواند از تمام رنگ های طیف نیز تشکیل شود. کمتر رایج، هاله ای با شعاع زاویه ای 46 درجه است که به صورت متحدالمرکز در اطراف یک هاله 22 درجه قرار دارد. قسمت داخلی آن نیز رنگ مایل به قرمزی دارد. دلیل این امر نیز انکسار نور است که در این مورد روی وجوه کریستالی که زوایای قائم را تشکیل می دهند رخ می دهد. عرض حلقه چنین هاله ای بیش از 2.5 درجه است. هر دو هاله 46 درجه و 22 درجه در بالا و پایین حلقه درخشندگی بیشتری دارند. هاله 90 درجه کمیاب حلقه ای کم نور و تقریبا بی رنگ است که مرکز مشترکی با دو هاله دیگر دارد. اگر رنگی باشد بیرون حلقه رنگ قرمز دارد. مکانیسم ظهور این نوع هاله به طور کامل مشخص نشده است (شکل 7).

پرهلیا و کمان. دایره پرهلیک (یا دایره خورشیدهای کاذب) - یک حلقه سفید در مرکز نقطه اوج است که از خورشید به موازات افق عبور می کند. دلیل تشکیل آن انعکاس نور خورشید از لبه های سطوح کریستال های یخ است. اگر کریستال ها به اندازه کافی به طور مساوی در هوا پخش شوند، یک دایره کامل قابل مشاهده می شود. پرهلیا یا خورشیدهای کاذب، لکه های درخشان و درخشانی هستند که شبیه خورشید هستند، که در نقاط تقاطع دایره پرهلیک با هاله تشکیل می شوند و دارای شعاع زاویه ای 22 درجه، 46 درجه و 90 درجه هستند. متداول‌ترین و درخشان‌ترین پرهلیون در تقاطع با هاله‌ای 22 درجه شکل می‌گیرد که معمولاً تقریباً در تمام رنگ‌های رنگین کمان رنگ می‌شود. خورشیدهای کاذب در تقاطع هایی با هاله های 46 و 90 درجه بسیار کمتر مشاهده می شوند. پرهلیایی که در تقاطع هایی با هاله های 90 درجه رخ می دهد، پارانتلیا یا خورشیدهای کاذب نامیده می شوند. گاهی اوقات یک آنتلیوم (ضد خورشید) نیز قابل مشاهده است - یک نقطه روشن که در حلقه پرهلیون دقیقاً در مقابل خورشید قرار دارد. فرض بر این است که علت این پدیده انعکاس مضاعف درونی نور خورشید است. پرتو منعکس شده همان مسیر پرتو فرودی را دنبال می کند، اما در جهت مخالف. کمان دور زنیتال، که گاهی به اشتباه به عنوان کمان مماس بالایی هاله 46 درجه نامیده می شود، کمانی 90 درجه یا کمتر در مرکز نقطه اوج و تقریباً 46 درجه بالای خورشید است. به ندرت قابل مشاهده است و فقط برای چند دقیقه رنگ های روشن دارد و رنگ قرمز به قسمت بیرونی قوس محدود می شود. قوس دور زنیتال به دلیل رنگ، روشنایی و خطوط واضح آن قابل توجه است. یکی دیگر از جلوه های نوری عجیب و بسیار نادر از نوع هاله، قوس لوویتز است. آنها به عنوان ادامه پرهلیا در تقاطع با هاله 22 درجه به وجود می آیند، از سمت بیرونی هاله عبور می کنند و کمی به سمت خورشید مقعر هستند. ستون‌های نور سفید و همچنین صلیب‌های مختلف، گاهی در سپیده‌دم یا غروب، به‌ویژه در نواحی قطبی دیده می‌شوند و می‌توانند هم خورشید و هم ماه را همراهی کنند. گاهی هاله‌های ماه و سایر اثرات مشابه آنچه در بالا توضیح داده شد مشاهده می‌شوند، که رایج‌ترین هاله قمری (حلقه دور ماه) دارای شعاع زاویه‌ای 22 درجه است. مانند خورشیدهای کاذب، ماه های کاذب نیز می توانند بوجود آیند. تاج‌ها یا تاج‌ها حلقه‌های رنگی متحدالمرکز کوچکی در اطراف خورشید، ماه یا سایر اجسام درخشان هستند که هر از گاهی هنگامی که منبع نور در پشت ابرهای نیمه‌شفاف قرار دارد مشاهده می‌شوند. شعاع تاج کوچکتر از شعاع هاله است و تقریباً می باشد. 1-5 درجه، حلقه آبی یا بنفش نزدیک ترین به خورشید است. تاج زمانی تشکیل می شود که نور توسط قطرات کوچک آب پراکنده می شود که ابر را تشکیل می دهند. گاهی اوقات تاج مانند یک نقطه (یا هاله) نورانی به نظر می رسد که خورشید (یا ماه) را احاطه کرده است که با حلقه ای قرمز رنگ به پایان می رسد. در موارد دیگر، حداقل دو حلقه متحدالمرکز با قطر بزرگتر، با رنگ بسیار ضعیف، در خارج از هاله قابل مشاهده است. این پدیده با ابرهای رنگین کمانی همراه است. گاهی اوقات لبه های ابرهای بسیار بلند با رنگ های روشن رنگ آمیزی می شوند.
گلوریا (هاله ها).در شرایط خاص، پدیده های جوی غیرعادی رخ می دهد. اگر خورشید پشت ناظر باشد و سایه آن بر روی ابرهای مجاور یا پرده ای از مه پخش شود، در شرایط خاصی از جو در اطراف سایه سر یک فرد، می توانید یک دایره درخشان رنگی - یک هاله را ببینید. معمولاً چنین هاله ای به دلیل انعکاس نور توسط قطرات شبنم روی یک چمنزار علف ایجاد می شود. گلوریاها نیز در اطراف سایه‌ای که هواپیما بر روی ابرهای زیرین می‌اندازد بسیار رایج است.
ارواح براکن.در برخی از مناطق کره زمین، هنگامی که سایه یک ناظر بر روی تپه در طلوع یا غروب خورشید پشت سر او بر روی ابرهایی که در فاصله کوتاهی قرار دارند می افتد، یک اثر قابل توجه آشکار می شود: سایه ابعاد عظیمی به دست می آورد. این به دلیل انعکاس و شکست نور توسط کوچکترین قطرات آب در مه است. پدیده توصیف شده به نام "شبح بروکن" به نام قله در کوه های هارتز در آلمان است.
سراب ها- یک اثر نوری ناشی از شکست نور هنگام عبور از لایه های هوا با چگالی های مختلف و در ظاهر یک تصویر مجازی بیان می شود. در این حالت، اجسام دور ممکن است نسبت به موقعیت واقعی خود بالا یا پایین بیایند و همچنین ممکن است منحرف شوند و شکل های نامنظم و خارق العاده ای پیدا کنند. سراب ها اغلب در آب و هوای گرم مانند دشت های شنی مشاهده می شوند. زمانی که سطح صحرای دوردست و تقریباً مسطح ظاهری آب باز به خود می گیرد، سراب های پایینی رایج هستند، به ویژه هنگامی که از ارتفاعی جزئی یا به سادگی بالای لایه ای از هوای گرم دیده می شوند. توهم مشابهی معمولاً در یک جاده آسفالته گرم که شبیه سطح آب دورتر به نظر می رسد رخ می دهد. در واقع این سطح بازتابی از آسمان است. در زیر سطح چشم، اشیاء، معمولاً وارونه، ممکن است در این «آب» ظاهر شوند. یک "کیک پفکی هوا" در بالای سطح زمین گرم شده تشکیل می شود و نزدیک ترین لایه به زمین گرم ترین لایه است و به قدری کمیاب است که امواج نوری که از آن عبور می کنند منحرف می شوند، زیرا سرعت انتشار آنها بسته به چگالی محیط متفاوت است. سراب های برتر نسبت به سراب های تحتانی کمتر رایج و دیدنی تر هستند. اجرام دور (اغلب در زیر افق دریا) به صورت وارونه در آسمان ظاهر می شوند و گاهی تصویر مستقیمی از همان جسم نیز در بالا ظاهر می شود. این پدیده برای مناطق سرد معمولی است، به ویژه زمانی که یک وارونگی قابل توجه دما وجود دارد، زمانی که یک لایه گرمتر از هوا بالای لایه سردتر است. این اثر نوری در نتیجه الگوهای پیچیده انتشار جبهه امواج نور در لایه های هوا با چگالی غیر یکنواخت ظاهر می شود. سراب های بسیار غیرمعمولی هر از گاهی به خصوص در نواحی قطبی رخ می دهد. هنگامی که سراب در خشکی رخ می دهد، درختان و سایر اجزای چشم انداز وارونه می شوند. در همه موارد، اشیاء در سراب های بالایی واضح تر از سراب های پایین قابل مشاهده هستند. هنگامی که مرز دو توده هوا یک صفحه عمودی باشد، گاهی اوقات سراب های جانبی مشاهده می شود.
آتش سنت الموبرخی از پدیده های نوری در جو (به عنوان مثال، درخشش و رایج ترین پدیده هواشناسی - رعد و برق) ماهیت الکتریکی دارند. آتش سوزی های سنت المو بسیار کمتر رایج است - برس های آبی کم رنگ یا بنفش نورانی به طول 30 سانتی متر تا 1 متر یا بیشتر، معمولاً در بالای دکل ها یا انتهای محوطه کشتی ها در دریا. گاهی اوقات به نظر می رسد که کل سکوی کشتی پوشیده از فسفر است و می درخشد. آتش المو گاهی بر روی قله‌های کوه و همچنین در مناره‌ها و گوشه‌های تیز ساختمان‌های بلند ظاهر می‌شود. این پدیده تخلیه الکتریکی قلم مویی در انتهای هادی های الکتریکی است، زمانی که قدرت میدان الکتریکی در جو اطراف آنها به شدت افزایش می یابد. Will-o'the-wisps یک درخشش کم رنگ مایل به آبی یا سبز است که گاهی در باتلاق ها، گورستان ها و دخمه ها دیده می شود. آنها اغلب به صورت یک شعله شمع آرام سوزانده و بدون حرارت ظاهر می شوند که حدود 30 سانتی متر از سطح زمین بلند شده و برای لحظه ای بر روی جسم معلق می ماند. نور کاملاً گریزان به نظر می رسد و با نزدیک شدن ناظر، به نظر می رسد که به مکان دیگری منتقل می شود. دلیل این پدیده، تجزیه بقایای آلی و احتراق خود به خود گاز باتلاق متان (CH4) یا فسفین (PH3) است. چراغ های سرگردان شکل متفاوتی دارند، گاهی اوقات حتی کروی. پرتو سبز - درخشش نور خورشید سبز زمردی در لحظه ای که آخرین پرتو خورشید در زیر افق ناپدید می شود. جزء قرمز نور خورشید ابتدا ناپدید می شود، بقیه به ترتیب از آن پیروی می کنند و سبز زمردی آخرین باقی می ماند. این پدیده تنها زمانی رخ می دهد که فقط لبه قرص خورشیدی در بالای افق باقی بماند، در غیر این صورت مخلوطی از رنگ ها وجود دارد. پرتوهای کرپوسکولار پرتوهای واگرای نور خورشید هستند که وقتی گرد و غبار را در اتمسفر مرتفع روشن می کنند قابل مشاهده می شوند. سایه های ابرها نوارهای تیره ای را تشکیل می دهند و پرتوها بین آنها پخش می شوند. این اثر زمانی رخ می دهد که خورشید قبل از طلوع یا بعد از غروب خورشید در افق پایین باشد.

سیاره آبی...

این موضوع قرار بود یکی از اولین ها در سایت ظاهر شود. به هر حال هلیکوپترها هواپیماهای جوی هستند. اتمسفر زمین- به اصطلاح زیستگاه آنها :-). ولی خواص فیزیکی هوافقط کیفیت این زیستگاه را تعیین کنید :-). پس این یکی از اصول اولیه است. و اساس همیشه اول نوشته می شود. اما من الان این را فهمیدم. با این حال، همانطور که می دانید بهتر است دیر شود تا هرگز ... بیایید به این موضوع بپردازیم، اما بدون وارد شدن به طبیعت و سختی های غیر ضروری :-).

بنابراین… اتمسفر زمین. این پوسته گازی سیاره آبی ماست. همه این اسم را می شناسند. چرا آبی؟ صرفاً به این دلیل که جزء "آبی" (و همچنین آبی و بنفش) نور خورشید (طیف) به خوبی در جو پراکنده شده است، بنابراین آن را به رنگ آبی متمایل به آبی، گاهی اوقات با رنگ بنفش (البته در یک روز آفتابی) رنگ می کند. :-)) .

ترکیب جو زمین.

ترکیب جو بسیار گسترده است. من تمام اجزای متن را لیست نمی کنم، یک مثال خوب برای این وجود دارد.ترکیب همه این گازها به استثنای دی اکسید کربن (CO 2 ) تقریبا ثابت است. علاوه بر این، جو لزوماً حاوی آب به شکل بخار، قطرات معلق یا کریستال های یخ است. مقدار آب ثابت نیست و به دما و تا حدی به فشار هوا بستگی دارد. علاوه بر این، جو زمین (مخصوصاً اتمسفر فعلی) حاوی مقدار مشخصی است، من می گویم "انواع کثیفی" :-). اینها SO 2، NH 3، CO، HCl، NO هستند، علاوه بر این بخارهای جیوه جیوه وجود دارد. درست است، همه اینها در مقادیر کم وجود دارد، خدا را شکر :-).

اتمسفر زمینمرسوم است که در ارتفاع بالاتر از سطح به چندین منطقه به دنبال یکدیگر تقسیم شوند.

اولین، نزدیکترین به زمین، تروپوسفر است. این پایین ترین و به اصطلاح، لایه اصلی برای زندگی انواع مختلف است. این شامل 80٪ از جرم کل هوای اتمسفر است (اگرچه از نظر حجم تنها حدود 1٪ از کل اتمسفر را تشکیل می دهد) و حدود 90٪ از کل آب اتمسفر را شامل می شود. بخش عمده ای از بادها، ابرها، باران ها و برف ها 🙂 از آنجا می آیند. تروپوسفر تا ارتفاعات حدود 18 کیلومتر در عرض های جغرافیایی استوایی و تا 10 کیلومتر در عرض های جغرافیایی قطبی گسترش می یابد. دمای هوا در آن با افزایش حدود 0.65 درجه به ازای هر 100 متر کاهش می یابد.

مناطق جوی

منطقه دوم استراتوسفر است. باید بگویم که یک منطقه باریک دیگر بین تروپوسفر و استراتوسفر متمایز است - تروپوپوز. کاهش دما را با ارتفاع متوقف می کند. تروپوپوز دارای ضخامت متوسط ​​1.5-2 کیلومتر است، اما مرزهای آن نامشخص است و تروپوسفر اغلب با استراتوسفر همپوشانی دارد.

بنابراین استراتوسفر دارای ارتفاع متوسط ​​12 کیلومتر تا 50 کیلومتر است. دمای آن تا 25 کیلومتر بدون تغییر باقی می ماند (حدود -57 درجه سانتیگراد)، سپس در جایی تا 40 کیلومتر به حدود 0 درجه سانتیگراد افزایش می یابد و تا 50 کیلومتر بیشتر بدون تغییر باقی می ماند. استراتوسفر بخش نسبتاً آرامی از جو زمین است. عملا هیچ شرایط آب و هوایی نامساعدی در آن وجود ندارد. در استراتوسفر است که لایه معروف اوزون در ارتفاعات 15-20 کیلومتری تا 55-60 کیلومتری قرار دارد.

به دنبال آن یک لایه مرزی کوچک استراتوپوز، که در آن دما در حدود 0º C باقی می ماند، و سپس منطقه بعدی مزوسفر است. تا ارتفاعات 80-90 کیلومتری گسترش می یابد و در آن دما تا حدود 80 درجه سانتیگراد کاهش می یابد. در مزوسفر معمولاً شهاب های کوچک قابل مشاهده می شوند که در آن شروع به درخشیدن می کنند و در آنجا می سوزند.

شکاف باریک بعدی مزوپوز و فراتر از آن ناحیه ترموسفر است. ارتفاع آن به 700-800 کیلومتر می رسد. در اینجا دما دوباره شروع به افزایش می کند و در ارتفاعات حدود 300 کیلومتری می تواند به مقادیری در حدود 1200 درجه سانتی گراد برسد. پس از آن ثابت می ماند. یونوسفر در داخل ترموسفر تا ارتفاع حدود 400 کیلومتری قرار دارد. در اینجا هوا به دلیل قرار گرفتن در معرض تابش خورشیدی به شدت یونیزه می شود و رسانایی الکتریکی بالایی دارد.

منطقه بعدی و به طور کلی آخرین منطقه اگزوسفر است. این به اصطلاح منطقه پراکنده است. در اینجا، عمدتاً هیدروژن و هلیوم بسیار کمیاب (با غلبه هیدروژن) وجود دارد. در ارتفاعات حدود 3000 کیلومتری، اگزوسفر به خلاء فضایی نزدیک می رود.

یه جایی همینطوره چرا در مورد؟ زیرا این لایه ها نسبتاً مشروط هستند. تغییرات مختلفی در ارتفاع، ترکیب گازها، آب، دما، یونیزاسیون و غیره امکان پذیر است. علاوه بر این، اصطلاحات بسیار بیشتری وجود دارند که ساختار و وضعیت جو زمین را تعریف می کنند.

به عنوان مثال هموسفر و هتروسفر. در اولی، گازهای اتمسفر به خوبی مخلوط شده و ترکیب آنها کاملاً همگن است. دومی بالای اولی قرار دارد و عملاً چنین اختلاط در آنجا وجود ندارد. گازها توسط گرانش از هم جدا می شوند. مرز بین این لایه ها در ارتفاع 120 کیلومتری قرار دارد و به آن توربوپوز می گویند.

اجازه دهید با اصطلاحات تمام کنیم، اما من قطعا اضافه می کنم که به طور متعارف پذیرفته شده است که مرز جو در ارتفاع 100 کیلومتری از سطح دریا قرار دارد. این مرز خط کارمان نامیده می شود.

من دو تصویر دیگر برای نشان دادن ساختار جو اضافه خواهم کرد. با این حال، اولی به زبان آلمانی است، اما به اندازه کافی کامل و آسان برای درک است :-). می توان آن را بزرگ کرد و به خوبی در نظر گرفت. دومی تغییر دمای اتمسفر را با ارتفاع نشان می دهد.

ساختار جو زمین.

تغییر دمای هوا با ارتفاع.

فضاپیمای مداری سرنشین دار مدرن در ارتفاعات حدود 300-400 کیلومتری پرواز می کنند. با این حال، این دیگر هوانوردی نیست، اگرچه این منطقه، البته، به معنای خاصی ارتباط نزدیکی دارد، و مطمئناً دوباره در مورد آن صحبت خواهیم کرد :-).

منطقه هوانوردی تروپوسفر است. هواپیماهای جوی مدرن نیز می توانند در لایه های پایینی استراتوسفر پرواز کنند. به عنوان مثال، سقف عملی MIG-25RB 23000 متر است.

پرواز در استراتوسفر

و دقیقا خواص فیزیکی هواتروپوسفرها تعیین می کنند که پرواز چگونه خواهد بود، سیستم کنترل هواپیما چقدر موثر خواهد بود، تلاطم در جو چگونه بر آن تأثیر می گذارد، موتورها چگونه کار می کنند.

اولین ملک اصلی است دمای هوا. در دینامیک گاز می توان آن را در مقیاس سلسیوس یا در مقیاس کلوین تعیین کرد.

درجه حرارت t1در ارتفاع معین اچدر مقیاس سلسیوس تعیین می شود:

t 1 \u003d t - 6.5N، جایی که تیدمای هوا در زمین است.

دما در مقیاس کلوین نامیده می شود دمای مطلقصفر در این مقیاس صفر مطلق است. در صفر مطلق، حرکت حرارتی مولکول ها متوقف می شود. صفر مطلق در مقیاس کلوین برابر با -273 درجه در مقیاس سلسیوس است.

بر این اساس، درجه حرارت تیدر بالا اچدر مقیاس کلوین تعیین می شود:

T \u003d 273K + t - 6.5H

فشار هوا. فشار اتمسفر با پاسکال (N / m 2) در سیستم قدیمی اندازه گیری در اتمسفر (اتمسفر) اندازه گیری می شود. چیزی به نام فشار هوا نیز وجود دارد. این فشاری است که با استفاده از فشارسنج جیوه بر حسب میلی متر جیوه اندازه گیری می شود. فشار بارومتریک (فشار در سطح دریا) برابر با 760 میلی متر جیوه. هنر استاندارد نامیده می شود. در فیزیک 1 اتمسفر. فقط برابر با 760 میلی متر جیوه است.

تراکم هوا. در آیرودینامیک، رایج ترین مفهوم مورد استفاده، چگالی جرم هوا است. این جرم هوا در 1 متر مکعب حجم است. چگالی هوا با ارتفاع تغییر می کند، هوا کمیاب تر می شود.

رطوبت هوا. میزان آب موجود در هوا را نشان می دهد. یک مفهوم وجود دارد " رطوبت نسبی". این نسبت جرم بخار آب به حداکثر ممکن در یک دمای معین است. مفهوم 0% یعنی زمانی که هوا کاملاً خشک است به طور کلی فقط در آزمایشگاه وجود دارد. از طرف دیگر، رطوبت 100٪ کاملا واقعی است. این بدان معنی است که هوا تمام آبی را که می توانست جذب کند جذب کرده است. چیزی شبیه یک "اسفنج کامل". رطوبت نسبی بالا چگالی هوا را کاهش می دهد، در حالی که رطوبت نسبی کم باعث افزایش آن می شود.

با توجه به اینکه پروازهای هواپیما در شرایط جوی متفاوتی انجام می شود، ممکن است پارامترهای پروازی و آیرودینامیکی آنها در یک حالت پرواز متفاوت باشد. بنابراین برای ارزیابی صحیح این پارامترها به معرفی آن پرداختیم جو استاندارد بین المللی (ISA). تغییر وضعیت هوا با افزایش ارتفاع را نشان می دهد.

پارامترهای اصلی وضعیت هوا در رطوبت صفر به شرح زیر است:

فشار P = 760 میلی متر جیوه. هنر (101.3 کیلو پاسکال)؛

دما t = +15 درجه سانتیگراد (288 K)؛

چگالی جرم ρ \u003d 1.225 کیلوگرم بر متر مکعب؛

برای ISA، فرض می شود (همانطور که در بالا ذکر شد :-)) که دما در تروپوسفر 0.65 درجه به ازای هر 100 متر ارتفاع کاهش می یابد.

جو استاندارد (به عنوان مثال تا 10000 متر).

جداول ISA برای کالیبراسیون ابزارها و همچنین برای محاسبات ناوبری و مهندسی استفاده می شود.

خواص فیزیکی هواهمچنین شامل مفاهیمی مانند بی اثری، ویسکوزیته و تراکم پذیری است.

اینرسی خاصیتی از هوا است که توانایی آن در مقاومت در برابر تغییرات در حالت سکون یا حرکت یکنواخت مستقیم را مشخص می کند. . اندازه گیری اینرسی چگالی جرمی هوا است. هرچه بالاتر باشد، اینرسی و نیروی کشش محیط در هنگام حرکت هواپیما در آن بیشتر است.

ویسکوزیته مقاومت اصطکاکی در برابر هوا را هنگام حرکت هواپیما تعیین می کند.

تراکم پذیری تغییر در چگالی هوا را با تغییر فشار اندازه گیری می کند. در سرعت های پایین هواپیما (تا 450 کیلومتر در ساعت)، هنگامی که جریان هوا در اطراف آن جریان دارد، تغییری در فشار ایجاد نمی شود، اما در سرعت های بالا، اثر تراکم پذیری ظاهر می شود. تأثیر آن بر مافوق صوت به ویژه برجسته است. این یک حوزه جداگانه از آیرودینامیک و موضوعی برای یک مقاله جداگانه است :-).

خب، به نظر می رسد که فعلاً همین است ... وقت آن است که این شمارش کمی خسته کننده را به پایان برسانیم، که، با این حال، نمی توان از آن صرف نظر کرد :-). اتمسفر زمین، پارامترهای آن، خواص فیزیکی هوابرای هواپیما به اندازه پارامترهای خود دستگاه مهم هستند و غیرممکن است که به آنها اشاره نکنیم.

فعلا تا جلسات بعدی و موضوعات جذاب تر 🙂…

P.S. برای دسر، پیشنهاد می‌کنم ویدیویی را تماشا کنید که از کابین خلبان یک دوقلو MIG-25PU در حین پرواز به استراتوسفر فیلم‌برداری شده است. ظاهراً توسط توریستی فیلمبرداری شده است که برای چنین پروازهایی پول دارد :-). بیشتر از روی شیشه جلو فیلمبرداری شده است. به رنگ آسمان توجه کنید...

جو

جو پوسته گازی است که زمین را احاطه کرده است. توسط نیروی گرانش زمین که تحت تأثیر آن بیشتر گازها در بالای سطح زمین - در پایین ترین لایه جو - تروپوسفر - جمع می شوند، در جای خود نگه داشته می شود.

ما در پایین ترین لایه جو زندگی می کنیم. هواپیماها در لایه ای به نام جو پرواز می کنند. پدیده هایی مانند شفق های قطبی در نیمکره شمالی و جنوبی از ترموسفر سرچشمه می گیرند. در بالا فضا است.

لایه های جو

چند لایه در جو وجود دارد؟

پنج لایه اصلی جو وجود دارد. پایین ترین لایه، تروپوسفر، 18 کیلومتر بالاتر از سطح زمین قرار دارد. لایه بعدی - استراتوسفر - تا ارتفاع 50 کیلومتری، بالاتر - مزوسفر - حدود 80 کیلومتر بالاتر از زمین گسترش می یابد. بالاترین لایه ترموسفر نامیده می شود. هرچه بالاتر می روید متراکم جو کمتر می شود. در بالای 1000 کیلومتر، جو زمین تقریباً ناپدید می شود و اگزوسفر (لایه پنجم بسیار کمیاب) به خلاء می رود.

چگونه جو از ما محافظت می کند؟

استراتوسفر حاوی لایه ای از ازن (ترکیبی از سه اتم اکسیژن) است که یک سپر محافظ را تشکیل می دهد که بیشتر اشعه های مضر فرابنفش را خارج می کند. در لبه جو دو ناحیه تشعشعی وجود دارد که به کمربندهای ون آلن معروف هستند که پرتوهای کیهانی را نیز مانند یک سپر منعکس می کنند.

چرا آسمان آبی است؟

نور خورشید از جو عبور می کند و پراکنده می شود و ذرات کوچک گرد و غبار و بخار آب موجود در هوا را منعکس می کند. اینگونه است که نور سفید خورشید به قسمت های طیفی – رنگ های رنگین کمان – تقسیم می شود. پرتوهای آبی سریعتر از بقیه پراکنده می شوند. در نتیجه، ما بیش از هر رنگ دیگری در طیف خورشیدی آبی می بینیم، به همین دلیل است که آسمان آبی به نظر می رسد.

شکل ابرها همیشه تغییر می کند. دلیل این امر وزش باد است. برخی از آنها در توده‌های عظیم رشد می‌کنند، برخی دیگر شبیه پرهای سبک هستند. گاهی ابرها به طور کامل آسمان بالای سر ما را می پوشانند.

- پوسته هوای کره زمین که با زمین می چرخد. مرز بالایی جو به طور معمول در ارتفاعات 150-200 کیلومتری انجام می شود. مرز پایینی سطح زمین است.

هوای اتمسفر مخلوطی از گازها است. بیشترین حجم آن در لایه هوای سطحی نیتروژن (78%) و اکسیژن (21%) است. علاوه بر این، هوا حاوی گازهای بی اثر (آرگون، هلیوم، نئون و غیره)، دی اکسید کربن (0.03)، بخار آب و ذرات جامد مختلف (غبار، دوده، کریستال های نمک) است.

هوا بی رنگ است و رنگ آسمان با ویژگی های پراکندگی امواج نور توضیح داده می شود.

جو از چندین لایه تشکیل شده است: تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر و ترموسفر.

لایه زیرین هوا نامیده می شود تروپوسفردر عرض های جغرافیایی مختلف، قدرت آن یکسان نیست. تروپوسفر شکل سیاره را تکرار می کند و همراه با زمین در چرخش محوری شرکت می کند. در خط استوا، ضخامت جو از 10 تا 20 کیلومتر متغیر است. در استوا بزرگتر و در قطبها کمتر است. تروپوسفر با حداکثر چگالی هوا مشخص می شود، 4/5 جرم کل جو در آن متمرکز است. تروپوسفر شرایط آب و هوایی را تعیین می کند: توده های مختلف هوا در اینجا تشکیل می شوند، ابرها و بارش ها شکل می گیرند و حرکت شدید افقی و عمودی هوا رخ می دهد.

بر فراز تروپوسفر تا ارتفاع 50 کیلومتری قرار دارد استراتوسفربا چگالی کمتر هوا مشخص می شود، بخار آب در آن وجود ندارد. در قسمت پایینی استراتوسفر در ارتفاعات حدود 25 کیلومتری. یک "صفحه ازن" وجود دارد - لایه ای از جو با غلظت بالایی از ازن، که اشعه ماوراء بنفش را جذب می کند، که برای موجودات کشنده است.

در ارتفاع 50 تا 80-90 کیلومتری گسترش می یابد مزوسفربا افزایش ارتفاع، دما با شیب عمودی متوسط ​​(0.25-0.3) درجه / 100 متر کاهش می یابد و چگالی هوا کاهش می یابد. فرآیند اصلی انرژی انتقال حرارت تابشی است. درخشش جو به دلیل فرآیندهای فتوشیمیایی پیچیده شامل رادیکال‌ها، مولکول‌های برانگیخته ارتعاشی است.

ترموسفردر ارتفاع 80-90 تا 800 کیلومتری قرار دارد. چگالی هوا در اینجا حداقل است، درجه یونیزاسیون هوا بسیار بالا است. دما بسته به فعالیت خورشید تغییر می کند. به دلیل تعداد زیاد ذرات باردار، شفق های قطبی و طوفان های مغناطیسی در اینجا مشاهده می شوند.

جو برای طبیعت کره زمین از اهمیت بالایی برخوردار است.بدون اکسیژن، موجودات زنده نمی توانند نفس بکشند. لایه اوزون آن از همه موجودات زنده در برابر اشعه های مضر فرابنفش محافظت می کند. جو نوسانات دما را صاف می کند: سطح زمین در شب فوق العاده خنک نمی شود و در روز بیش از حد گرم نمی شود. در لایه های متراکم هوای جوی که به سطح سیاره نمی رسد، شهاب سنگ ها از خارها می سوزند.

جو با تمام پوسته های زمین تعامل دارد. با کمک آن، تبادل گرما و رطوبت بین اقیانوس و خشکی انجام می شود. بدون اتمسفر، ابر، بارندگی، باد وجود نخواهد داشت.

فعالیت های انسانی تأثیر نامطلوب قابل توجهی بر جو دارد. آلودگی هوا رخ می دهد که منجر به افزایش غلظت مونوکسید کربن (CO 2) می شود. و این به گرمایش جهانی کمک می کند و "اثر گلخانه ای" را تقویت می کند. لایه اوزون زمین به دلیل زباله های صنعتی و حمل و نقل در حال نابودی است.

جو باید محافظت شود. در کشورهای توسعه یافته مجموعه ای از اقدامات برای محافظت از هوای جوی در برابر آلودگی انجام می شود.

آیا هیچ سوالی دارید؟ می خواهید در مورد جو بیشتر بدانید؟
برای کمک گرفتن از یک معلم خصوصی -.

blog.site، با کپی کامل یا جزئی از مطالب، لینک به منبع الزامی است.

ترکیب جو.پوسته هوای سیاره ما - جوسطح زمین را از اثرات مضر اشعه ماوراء بنفش خورشید بر موجودات زنده محافظت می کند. همچنین از زمین در برابر ذرات کیهانی - گرد و غبار و شهاب سنگ ها محافظت می کند.

اتمسفر از مخلوط مکانیکی گازها تشکیل شده است: 78% حجم آن نیتروژن، 21% اکسیژن و کمتر از 1% هلیم، آرگون، کریپتون و سایر گازهای بی اثر است. مقدار اکسیژن و نیتروژن در هوا عملاً بدون تغییر است، زیرا نیتروژن تقریباً با سایر مواد وارد ترکیب نمی شود و اکسیژن که اگرچه بسیار فعال است و صرف تنفس، اکسیداسیون و احتراق می شود، دائماً توسط گیاهان دوباره پر می شود.

تا ارتفاع حدود 100 کیلومتری، درصد این گازها عملاً بدون تغییر باقی می ماند. این به دلیل این واقعیت است که هوا به طور مداوم مخلوط می شود.

علاوه بر این گازها، جو حاوی حدود 0.03٪ دی اکسید کربن است که معمولاً در نزدیکی سطح زمین متمرکز شده و به طور ناموزون توزیع می شود: در شهرها، مراکز صنعتی و مناطق فعالیت آتشفشانی، مقدار آن افزایش می یابد.

همیشه مقدار مشخصی ناخالصی در جو وجود دارد - بخار آب و گرد و غبار. محتوای بخار آب به دمای هوا بستگی دارد: هر چه دما بالاتر باشد، بخار بیشتری در هوا نگه می دارد. به دلیل وجود آب بخار در هوا، پدیده های جوی مانند رنگین کمان، شکست نور خورشید و ... امکان پذیر است.

گرد و غبار در هنگام فوران های آتشفشانی، طوفان های شن و غبار، با احتراق ناقص سوخت در نیروگاه های حرارتی و غیره وارد جو می شود.

ساختار جو.چگالی جو با ارتفاع تغییر می کند: در سطح زمین بالاترین میزان است و با افزایش آن کاهش می یابد. بنابراین، در ارتفاع 5.5 کیلومتری، چگالی جو 2 برابر و در ارتفاع 11 کیلومتری - 4 برابر کمتر از لایه سطحی است.

بسته به چگالی، ترکیب و خواص گازها، جو به پنج لایه متحدالمرکز تقسیم می شود (شکل 34).

برنج. 34.بخش عمودی جو (طبقه بندی اتمسفر)

1. لایه زیرین نامیده می شود تروپوسفرمرز بالایی آن در ارتفاع 8-10 کیلومتری در قطب و 16-18 کیلومتری در استوا قرار دارد. تروپوسفر حاوی 80 درصد جرم کل جو و تقریباً تمام بخار آب است.

دمای هوا در تروپوسفر با ارتفاع 0.6 درجه سانتیگراد در هر 100 متر کاهش می یابد و در مرز بالایی آن -45-55 درجه سانتیگراد است.

هوا در تروپوسفر دائماً مخلوط می شود و در جهات مختلف حرکت می کند. فقط در اینجا مه، باران، بارش برف، رعد و برق، طوفان و سایر پدیده های آب و هوایی مشاهده می شود.

2. در بالا قرار دارد استراتوسفر،که تا ارتفاع 50-55 کیلومتری امتداد می یابد. چگالی و فشار هوا در استراتوسفر ناچیز است. هوای کمیاب از همان گازهای موجود در تروپوسفر تشکیل شده است، اما حاوی ازن بیشتری است. بیشترین غلظت ازن در ارتفاع 30-15 کیلومتری مشاهده می شود. دما در استراتوسفر با ارتفاع افزایش می یابد و در مرز بالایی آن به صفر درجه سانتیگراد یا بیشتر می رسد. این به دلیل این واقعیت است که ازن بخش طول موج کوتاه انرژی خورشیدی را جذب می کند و در نتیجه هوا گرم می شود.

3. بالای استراتوسفر قرار دارد مزوسفر،تا ارتفاع 80 کیلومتری گسترش می یابد. در آن، دما دوباره کاهش می یابد و به -90 درجه سانتیگراد می رسد. چگالی هوا در آنجا 200 برابر کمتر از سطح زمین است.

4. بالای مزوسفر است ترموسفر(از 80 تا 800 کیلومتر). درجه حرارت در این لایه افزایش می یابد: در ارتفاع 150 کیلومتری تا 220 درجه سانتیگراد. در ارتفاع 600 کیلومتری تا 1500 درجه سانتی گراد. گازهای اتمسفر (نیتروژن و اکسیژن) در حالت یونیزه هستند. تحت تأثیر تابش خورشیدی موج کوتاه، تک تک الکترون ها از پوسته اتم ها جدا می شوند. در نتیجه، در این لایه - یون کرهلایه هایی از ذرات باردار ظاهر می شوند. متراکم ترین لایه آنها در ارتفاع 300-400 کیلومتری است. به دلیل چگالی کم، پرتوهای خورشید در آنجا پراکنده نمی شوند، بنابراین آسمان سیاه است، ستارگان و سیارات به شدت بر روی آن می درخشند.

در یونوسفر وجود دارد چراغ های قطبی،جریان های الکتریکی قدرتمندی تولید می شود که باعث ایجاد اختلال در میدان مغناطیسی زمین می شود.

5. در بالای 800 کیلومتر، پوسته بیرونی قرار دارد - اگزوسفرسرعت حرکت تک تک ذرات در اگزوسفر به سرعت بحرانی نزدیک می شود - 11.2 میلی متر بر ثانیه، بنابراین ذرات منفرد می توانند بر گرانش زمین غلبه کنند و به فضای جهان فرار کنند.

ارزش جو.نقش جو در حیات سیاره ما فوق العاده است. بدون آن، زمین مرده بود. جو از سطح زمین در برابر گرما و سرمایش شدید محافظت می کند. تأثیر آن را می توان به نقش شیشه در گلخانه ها تشبیه کرد: نفوذ اشعه خورشید و جلوگیری از خروج گرما.

جو از موجودات زنده در برابر امواج کوتاه و تشعشعات هسته ای خورشید محافظت می کند. جو محیطی است که در آن پدیده های آب و هوایی رخ می دهد که تمام فعالیت های انسانی با آن مرتبط است. بررسی این پوسته در ایستگاه های هواشناسی انجام می شود. روز و شب، در هر آب و هوایی، هواشناسان وضعیت پایین جو را زیر نظر دارند. چهار بار در روز و در بسیاری از ایستگاه‌ها هر ساعت دما، فشار، رطوبت هوا، ابری، جهت و سرعت باد، بارش، پدیده‌های الکتریکی و صوتی در جو را اندازه‌گیری می‌کنند. ایستگاه های هواشناسی در همه جا قرار دارند: در قطب جنوب و در جنگل های بارانی استوایی، در کوه های مرتفع و در گستره وسیع توندرا. همچنین مشاهداتی بر روی اقیانوس ها از طریق کشتی های مخصوص ساخته شده انجام می شود.

از دهه 30. قرن بیستم مشاهدات در فضای آزاد آغاز شد. آنها شروع به پرتاب رادیوسوندها کردند که تا ارتفاع 25-35 کیلومتری بالا می روند و با کمک تجهیزات رادیویی اطلاعاتی در مورد دما، فشار، رطوبت هوا و سرعت باد به زمین ارسال می کنند. امروزه موشک ها و ماهواره های هواشناسی نیز بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. دومی دارای تاسیسات تلویزیونی است که تصاویری از سطح زمین و ابرها را مخابره می کند.

| |
5. پوسته هوای زمین§ 31. گرم شدن جو