ความสูงของบรรยากาศชั้นบน แถบสีขาวบนท้องฟ้า

บรรยากาศ
ซองก๊าซที่ล้อมรอบเทห์ฟากฟ้า ลักษณะของมันขึ้นอยู่กับขนาด มวล อุณหภูมิ ความเร็วในการหมุน และองค์ประกอบทางเคมีของเทห์ฟากฟ้าที่กำหนด และยังถูกกำหนดโดยประวัติศาสตร์ของการก่อตัวตั้งแต่ช่วงกำเนิด ชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วยก๊าซที่เรียกว่าอากาศ องค์ประกอบหลักของมันคือไนโตรเจนและออกซิเจนในอัตราส่วนประมาณ 4:1 บุคคลได้รับผลกระทบจากสถานะของชั้นบรรยากาศล่าง 15-25 กม. เป็นหลักเนื่องจากอยู่ในชั้นล่างนี้ซึ่งมีอากาศจำนวนมากกระจุกตัวอยู่ วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาบรรยากาศเรียกว่าอุตุนิยมวิทยา แม้ว่าหัวข้อของวิทยาศาสตร์นี้จะเป็นสภาพอากาศและผลกระทบต่อมนุษย์ด้วย สถานะของชั้นบนของชั้นบรรยากาศซึ่งอยู่ที่ระดับความสูง 60 ถึง 300 และแม้แต่ 1,000 กม. จากพื้นผิวโลกก็เปลี่ยนไปเช่นกัน ลมแรง พายุก่อตัวที่นี่ และปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าที่น่าอัศจรรย์เช่น แสงออโรร่าปรากฏขึ้น ปรากฏการณ์เหล่านี้หลายอย่างเกี่ยวข้องกับฟลักซ์ของรังสีดวงอาทิตย์ รังสีคอสมิก และสนามแม่เหล็กของโลก ชั้นบรรยากาศที่สูงยังเป็นห้องปฏิบัติการทางเคมีอีกด้วย เนื่องจากภายใต้สภาวะที่ใกล้กับสุญญากาศ ก๊าซในชั้นบรรยากาศบางชนิด ภายใต้อิทธิพลของการไหลของพลังงานแสงอาทิตย์อันทรงพลัง จะเข้าสู่ปฏิกิริยาเคมี วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาปรากฏการณ์และกระบวนการที่สัมพันธ์กันเหล่านี้เรียกว่าฟิสิกส์ของชั้นบรรยากาศสูง
ลักษณะทั่วไปของชั้นบรรยากาศของโลก
ขนาดกระทั่งเสียงจรวดและดาวเทียมประดิษฐ์ได้สำรวจชั้นบรรยากาศชั้นนอกในระยะทางที่ไกลกว่ารัศมีโลกหลายเท่า เชื่อกันว่าเมื่อคุณเคลื่อนตัวออกจากพื้นผิวโลก บรรยากาศจะค่อยๆ ถูกทำให้แข็งกระด้างมากขึ้นและเคลื่อนเข้าสู่อวกาศระหว่างดาวเคราะห์อย่างราบรื่น . ในปัจจุบันได้มีการกำหนดแล้วว่าพลังงานที่ไหลจากชั้นลึกของดวงอาทิตย์ทะลุเข้าไปในอวกาศนอกเหนือวงโคจรของโลก ไปจนถึงขอบเขตภายนอกของระบบสุริยะ สิ่งนี้เรียกว่า ลมสุริยะพัดผ่านสนามแม่เหล็กของโลก ก่อตัวเป็น "โพรง" ยาวๆ ซึ่งชั้นบรรยากาศของโลกมีความเข้มข้น สนามแม่เหล็กของโลกแคบลงอย่างเห็นได้ชัดในด้านกลางวันที่หันไปทางดวงอาทิตย์ และก่อตัวเป็นลิ้นยาว ซึ่งอาจขยายออกไปนอกวงโคจรของดวงจันทร์ในฝั่งตรงข้ามของกลางคืน ขอบเขตของสนามแม่เหล็กโลกเรียกว่าแมกนีโนพอส ในด้านของวัน ขอบเขตนี้ผ่านในระยะทางประมาณ 7 รัศมีโลกจากพื้นผิว แต่ในช่วงที่มีกิจกรรมสุริยะเพิ่มขึ้น เขตแดนนี้จะยิ่งเข้าใกล้พื้นผิวโลกมากขึ้นไปอีก แมกนีโตพอสยังเป็นขอบเขตของชั้นบรรยากาศของโลกด้วย ซึ่งเปลือกนอกเรียกอีกอย่างว่าแมกนีโตสเฟียร์ เนื่องจากมีอนุภาคที่มีประจุ (ไอออน) ซึ่งการเคลื่อนที่เกิดจากสนามแม่เหล็กของโลก น้ำหนักรวมของก๊าซในบรรยากาศอยู่ที่ประมาณ 4.5*1015 ตัน ดังนั้น "น้ำหนัก" ของบรรยากาศต่อหน่วยพื้นที่หรือความกดอากาศจะอยู่ที่ประมาณ 11 ตัน/ตร.ม. ที่ระดับน้ำทะเล
มีความสำคัญต่อชีวิตจากด้านบนนี้เองที่โลกถูกแยกออกจากอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ด้วยชั้นป้องกันอันทรงพลัง อวกาศรอบนอกเต็มไปด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์ที่ทรงพลังจากดวงอาทิตย์และรังสีคอสมิกที่แข็งกว่า และรังสีประเภทนี้เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ที่ขอบชั้นบรรยากาศด้านนอก ความเข้มของรังสีเป็นอันตรายถึงชีวิต แต่บรรยากาศส่วนใหญ่ยังคงรักษาบรรยากาศที่อยู่ห่างไกลจากพื้นผิวโลกไว้ การดูดกลืนรังสีนี้อธิบายคุณสมบัติหลายประการของชั้นบรรยากาศที่สูง และโดยเฉพาะอย่างยิ่งปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นที่นั่น ชั้นผิวชั้นบรรยากาศที่ต่ำที่สุดมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับบุคคลที่อาศัยอยู่ ณ จุดที่สัมผัสกับเปลือกแข็ง ของเหลว และก๊าซของโลก เปลือกบนของโลกที่ "แข็ง" เรียกว่าเปลือกโลก ประมาณ 72% ของพื้นผิวโลกถูกปกคลุมด้วยน่านน้ำในมหาสมุทร ซึ่งประกอบเป็นไฮโดรสเฟียร์ส่วนใหญ่ บรรยากาศล้อมรอบทั้งเปลือกโลกและไฮโดรสเฟียร์ มนุษย์อาศัยอยู่ที่ด้านล่างของมหาสมุทรอากาศและใกล้หรือเหนือระดับน้ำทะเล ปฏิสัมพันธ์ของมหาสมุทรเหล่านี้เป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่กำหนดสถานะของชั้นบรรยากาศ
สารประกอบ.ชั้นล่างของบรรยากาศประกอบด้วยก๊าซผสม (ดูตาราง) นอกเหนือจากที่ระบุไว้ในตารางแล้ว ยังมีก๊าซอื่นๆ ในรูปของสิ่งเจือปนเล็กน้อยในอากาศ ได้แก่ โอโซน มีเทน สารต่างๆ เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ไนโตรเจนและซัลเฟอร์ออกไซด์ แอมโมเนีย

องค์ประกอบของบรรยากาศ

ในชั้นบรรยากาศสูง องค์ประกอบของอากาศเปลี่ยนแปลงภายใต้อิทธิพลของการแผ่รังสีอย่างหนักจากดวงอาทิตย์ ซึ่งนำไปสู่การสลายโมเลกุลออกซิเจนเป็นอะตอม ออกซิเจนปรมาณูเป็นองค์ประกอบหลักของชั้นบรรยากาศสูง ในที่สุด ในชั้นบรรยากาศที่ห่างไกลที่สุดจากพื้นผิวโลก ก๊าซที่เบาที่สุด ไฮโดรเจน และฮีเลียม กลายเป็นองค์ประกอบหลัก เนื่องจากสสารส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ที่ 30 กม. ที่ต่ำกว่า การเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบอากาศที่ระดับความสูงมากกว่า 100 กม. จึงไม่ส่งผลกระทบที่เห็นได้ชัดเจนต่อองค์ประกอบโดยรวมของบรรยากาศ
การแลกเปลี่ยนพลังงานดวงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานหลักที่มายังโลก อยู่ในระยะห่างประมาณ ห่างจากดวงอาทิตย์ 150 ล้านกิโลเมตร โลกได้รับพลังงานประมาณหนึ่งในสองพันล้านที่เปล่งออกมา ส่วนใหญ่อยู่ในส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม ซึ่งมนุษย์เรียกว่า "แสง" พลังงานส่วนใหญ่นี้ถูกดูดซับโดยบรรยากาศและธรณีภาค โลกยังแผ่พลังงานออกมา ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในรูปของรังสีอินฟราเรด ดังนั้น ความสมดุลจึงเกิดขึ้นระหว่างพลังงานที่ได้รับจากดวงอาทิตย์ ความร้อนของโลกและชั้นบรรยากาศ และการไหลย้อนกลับของพลังงานความร้อนที่แผ่ออกสู่อวกาศ กลไกของความสมดุลนี้ซับซ้อนมาก โมเลกุลของฝุ่นและก๊าซจะกระจายแสง สะท้อนแสงบางส่วนไปยังอวกาศโลก เมฆสะท้อนรังสีที่เข้ามามากขึ้น พลังงานบางส่วนถูกดูดกลืนโดยโมเลกุลของแก๊สโดยตรง แต่ส่วนใหญ่มาจากหิน พืชพรรณ และน้ำผิวดิน ไอน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศส่งรังสีที่มองเห็นได้ แต่ดูดซับรังสีอินฟราเรด พลังงานความร้อนสะสมส่วนใหญ่ในชั้นล่างของบรรยากาศ ผลที่คล้ายกันเกิดขึ้นในเรือนกระจกเมื่อแก้วปล่อยให้แสงเข้ามาและดินร้อนขึ้น เนื่องจากแก้วค่อนข้างทึบต่อรังสีอินฟราเรด ความร้อนจึงสะสมในเรือนกระจก ความร้อนของชั้นบรรยากาศที่ต่ำกว่าเนื่องจากการมีไอน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ มักเรียกกันว่าปรากฏการณ์เรือนกระจก ความขุ่นมัวมีบทบาทสำคัญในการอนุรักษ์ความร้อนในชั้นล่างของบรรยากาศ หากเมฆกระจายตัวหรือความโปร่งใสของมวลอากาศเพิ่มขึ้น อุณหภูมิจะลดลงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้เมื่อพื้นผิวโลกแผ่พลังงานความร้อนออกสู่พื้นที่โดยรอบอย่างอิสระ น้ำบนพื้นผิวโลกดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์และระเหยกลายเป็นไอก๊าซ - ไอน้ำซึ่งนำพลังงานจำนวนมากสู่ชั้นบรรยากาศด้านล่าง เมื่อไอน้ำควบแน่นและก่อตัวเป็นเมฆหรือหมอก พลังงานนี้จะถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของความร้อน ประมาณครึ่งหนึ่งของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไปถึงพื้นผิวโลกถูกใช้ไปกับการระเหยของน้ำและเข้าสู่ชั้นบรรยากาศชั้นล่าง ดังนั้นเนื่องจากภาวะเรือนกระจกและการระเหยของน้ำ บรรยากาศจึงอุ่นขึ้นจากด้านล่าง ส่วนนี้อธิบายกิจกรรมระดับสูงของการหมุนเวียนเมื่อเปรียบเทียบกับการหมุนเวียนของมหาสมุทรโลกซึ่งอุ่นขึ้นจากด้านบนเท่านั้นและมีเสถียรภาพมากกว่าชั้นบรรยากาศมาก
ดูเพิ่มเติมที่ อุตุนิยมวิทยาและภูมิอากาศ นอกจากการให้ความร้อนในชั้นบรรยากาศโดยทั่วไปด้วย "แสง" จากแสงอาทิตย์แล้ว ความร้อนที่สำคัญของชั้นบางชั้นยังเกิดขึ้นเนื่องจากรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์จากดวงอาทิตย์ โครงสร้าง. เมื่อเทียบกับของเหลวและของแข็ง ในสารที่เป็นก๊าซ แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลมีน้อย เมื่อระยะห่างระหว่างโมเลกุลเพิ่มขึ้น ก๊าซสามารถขยายตัวได้อย่างไม่มีกำหนดหากไม่มีสิ่งใดมาขวางกั้น ขอบล่างของชั้นบรรยากาศคือพื้นผิวโลก พูดอย่างเคร่งครัด อุปสรรคนี้ไม่สามารถผ่านเข้าไปได้ เนื่องจากการแลกเปลี่ยนก๊าซเกิดขึ้นระหว่างอากาศกับน้ำ และแม้กระทั่งระหว่างอากาศกับหิน แต่ในกรณีนี้ ปัจจัยเหล่านี้สามารถละเลยได้ เนื่องจากชั้นบรรยากาศเป็นเปลือกทรงกลม จึงไม่มีขอบเขตด้านข้าง แต่มีเพียงขอบล่างและขอบบน (ด้านนอก) ที่เปิดจากด้านข้างของอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ ก๊าซที่เป็นกลางบางส่วนรั่วไหลออกมาผ่านขอบเขตภายนอก เช่นเดียวกับการไหลของสสารจากอวกาศโดยรอบ อนุภาคที่มีประจุส่วนใหญ่ ยกเว้นรังสีคอสมิกพลังงานสูง ถูกจับโดยสนามแม่เหล็กหรือถูกขับไล่โดยอนุภาคนั้น บรรยากาศยังได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงซึ่งทำให้เปลือกอากาศอยู่ที่พื้นผิวโลก ก๊าซในบรรยากาศถูกบีบอัดด้วยน้ำหนักของมันเอง การบีบอัดนี้สูงสุดที่ขอบล่างของบรรยากาศ ดังนั้นความหนาแน่นของอากาศจึงสูงที่สุดที่นี่ ที่ระดับความสูงใดๆ เหนือพื้นผิวโลก ระดับการอัดอากาศขึ้นอยู่กับมวลของคอลัมน์อากาศที่วางอยู่ ดังนั้นความหนาแน่นของอากาศจึงลดลงตามความสูง ความดันซึ่งเท่ากับมวลของคอลัมน์อากาศที่วางอยู่ต่อหน่วยพื้นที่ มีความสัมพันธ์โดยตรงกับความหนาแน่น ดังนั้นจึงลดลงตามความสูงด้วย หากชั้นบรรยากาศเป็น "ก๊าซในอุดมคติ" โดยมีองค์ประกอบคงที่โดยไม่ขึ้นกับความสูง อุณหภูมิคงที่ และแรงโน้มถ่วงคงที่ที่กระทำต่ออากาศนั้น ความดันจะลดลง 10 เท่าในทุกระดับความสูง 20 กม. บรรยากาศที่แท้จริงแตกต่างออกไปเล็กน้อยจากก๊าซในอุดมคติจนถึงประมาณ 100 กม. จากนั้นความดันจะลดลงอย่างช้าๆ ตามความสูง เนื่องจากองค์ประกอบของอากาศเปลี่ยนแปลงไป การเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ในแบบจำลองที่อธิบายไว้ยังเกิดขึ้นจากแรงโน้มถ่วงที่ลดลงด้วยระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของโลก ซึ่งมีค่าประมาณ 3% ทุกๆ 100 กม. ของระดับความสูง อุณหภูมิไม่ลดลงอย่างต่อเนื่องตามระดับความสูงต่างจากความกดอากาศ ดังแสดงในรูป 1 ลดลงเหลือประมาณ 10 กม. แล้วเริ่มขึ้นใหม่อีกครั้ง สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อออกซิเจนดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตจากแสงอาทิตย์ ในกรณีนี้จะเกิดก๊าซโอโซนขึ้น ซึ่งโมเลกุลประกอบด้วยออกซิเจนสามอะตอม (O3) นอกจากนี้ยังดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต ดังนั้นชั้นบรรยากาศที่เรียกว่าโอโซโนสเฟียร์จึงร้อนขึ้น อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะลดลงอีกครั้ง เนื่องจากมีโมเลกุลของก๊าซน้อยกว่ามาก และการดูดซับพลังงานก็ลดลงตามลำดับ ในชั้นที่สูงขึ้นไปอีก อุณหภูมิจะสูงขึ้นอีกครั้งเนื่องจากการดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่นสั้นที่สุดและรังสีเอกซ์จากดวงอาทิตย์โดยบรรยากาศ ภายใต้อิทธิพลของรังสีอันทรงพลังนี้ ชั้นบรรยากาศจะแตกตัวเป็นไอออน กล่าวคือ โมเลกุลของแก๊สสูญเสียอิเล็กตรอนและได้รับประจุไฟฟ้าบวก โมเลกุลดังกล่าวจะกลายเป็นไอออนที่มีประจุบวก เนื่องจากการมีอยู่ของอิเล็กตรอนและไอออนอิสระ ชั้นบรรยากาศนี้จึงได้มาซึ่งคุณสมบัติของตัวนำไฟฟ้า เป็นที่เชื่อกันว่าอุณหภูมิยังคงเพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่องโดยที่ชั้นบรรยากาศที่ถูกทำให้บริสุทธิ์ผ่านเข้าไปในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ ที่ระยะทางหลายพันกิโลเมตรจากพื้นผิวโลก อุณหภูมิอาจอยู่ที่ 5,000° ถึง 10,000° C แม้ว่าโมเลกุลและอะตอมจะมีความเร็วของการเคลื่อนที่ที่สูงมาก ดังนั้น อุณหภูมิที่สูง ก๊าซที่ถูกทำให้เย็นลงนี้ไม่ "ร้อน" ในความหมายปกติ . . เนื่องจากโมเลกุลจำนวนน้อยที่ระดับความสูงสูง พลังงานความร้อนทั้งหมดของพวกมันจึงมีขนาดเล็กมาก ดังนั้น ชั้นบรรยากาศจึงประกอบด้วยชั้นต่างๆ ที่แยกจากกัน (เช่น ชุดของเปลือกหอยที่มีศูนย์กลางหรือทรงกลม) การเลือกจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติใดที่น่าสนใจที่สุด จากการกระจายอุณหภูมิเฉลี่ย นักอุตุนิยมวิทยาได้พัฒนาโครงร่างสำหรับโครงสร้างของ "บรรยากาศกลาง" ในอุดมคติ (ดูรูปที่ 1)

โทรโพสเฟียร์ - ชั้นล่างของชั้นบรรยากาศซึ่งขยายไปถึงอุณหภูมิต่ำสุดครั้งแรก (เรียกว่าโทรโพพอส) ขีด จำกัด บนของโทรโพสเฟียร์ขึ้นอยู่กับละติจูดทางภูมิศาสตร์ (ในเขตร้อน - 18-20 กม. ในละติจูดพอสมควร - ประมาณ 10 กม.) และช่วงเวลาของปี กรมอุตุนิยมวิทยาแห่งชาติสหรัฐได้ทำการส่งเสียงใกล้ขั้วโลกใต้และเผยให้เห็นการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลของความสูงของโทรโพพอส ในเดือนมีนาคม tropopause อยู่ที่ระดับความสูงประมาณ 7.5 กม. ตั้งแต่เดือนมีนาคมถึงสิงหาคมหรือกันยายน อุณหภูมิของชั้นโทรโพสเฟียร์จะเย็นลงอย่างต่อเนื่อง และขอบเขตของชั้นบรรยากาศจะเพิ่มขึ้นในช่วงเวลาสั้นๆ ในเดือนสิงหาคมหรือกันยายน เป็นความสูงประมาณ 11.5 กม. จากนั้นตั้งแต่เดือนกันยายนถึงธันวาคมจะลดลงอย่างรวดเร็วและถึงตำแหน่งต่ำสุด - 7.5 กม. ซึ่งยังคงอยู่จนถึงเดือนมีนาคม โดยผันผวนภายในเพียง 0.5 กม. มันอยู่ในโทรโพสเฟียร์ที่สภาพอากาศส่วนใหญ่ก่อตัวขึ้นซึ่งเป็นตัวกำหนดเงื่อนไขสำหรับการดำรงอยู่ของมนุษย์ ไอน้ำในบรรยากาศส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในชั้นโทรโพสเฟียร์ ดังนั้นเมฆจึงก่อตัวขึ้นที่นี่เป็นหลัก แม้ว่าบางส่วนจะประกอบด้วยผลึกน้ำแข็ง แต่ก็พบได้ในชั้นที่สูงกว่าเช่นกัน โทรโพสเฟียร์มีลักษณะเฉพาะด้วยความปั่นป่วนและกระแสลม (ลม) และพายุที่มีกำลังแรง ในชั้นโทรโพสเฟียร์ตอนบนมีกระแสลมแรงในทิศทางที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด กระแสน้ำวนที่ปั่นป่วน เช่น กระแสน้ำวนขนาดเล็ก เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงเสียดทานและปฏิสัมพันธ์แบบไดนามิกระหว่างมวลอากาศที่เคลื่อนที่ช้าและเร็ว เนื่องจากโดยปกติไม่มีเมฆปกคลุมในชั้นสูงเหล่านี้ ความปั่นป่วนนี้จึงเรียกว่า "ความปั่นป่วนของอากาศแจ่มใส"
สตราโตสเฟียร์ ชั้นบนของบรรยากาศมักถูกอธิบายอย่างผิด ๆ ว่าเป็นชั้นที่มีอุณหภูมิค่อนข้างคงที่ โดยที่ลมพัดมากหรือน้อยอย่างต่อเนื่องและองค์ประกอบทางอุตุนิยมวิทยาเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย ชั้นบนของสตราโตสเฟียร์ร้อนขึ้นเมื่อออกซิเจนและโอโซนดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตจากแสงอาทิตย์ ขอบเขตบนของสตราโตสเฟียร์ (สตราโตสเฟียร์) ถูกวาดขึ้นโดยที่อุณหภูมิสูงขึ้นเล็กน้อย ถึงค่าสูงสุดระดับกลาง ซึ่งมักจะเทียบได้กับอุณหภูมิของชั้นอากาศที่พื้นผิว จากการสังเกตการณ์ของเครื่องบินและบอลลูนที่ปรับให้บินในระดับความสูงคงที่ เกิดความปั่นป่วนวุ่นวายและลมแรงที่พัดไปในทิศทางต่างๆ ในสตราโตสเฟียร์ เช่นเดียวกับในชั้นโทรโพสเฟียร์จะมีการสังเกตกระแสลมวนอันทรงพลังซึ่งเป็นอันตรายอย่างยิ่งสำหรับเครื่องบินความเร็วสูง ลมแรงที่เรียกว่ากระแสน้ำไหลเชี่ยวพัดเข้าในเขตแคบตามแนวละติจูดพอสมควรที่หันหน้าไปทางเสา อย่างไรก็ตาม โซนเหล่านี้สามารถเลื่อน หายไป และปรากฏขึ้นอีกครั้ง กระแสน้ำเจ็ตมักจะทะลุผ่านโทรโพพอสและปรากฏในชั้นโทรโพสเฟียร์ตอนบน แต่ความเร็วจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อระดับความสูงลดลง เป็นไปได้ว่าส่วนหนึ่งของพลังงานที่เข้าสู่สตราโตสเฟียร์ (ส่วนใหญ่ใช้ในการก่อตัวของโอโซน) ส่งผลกระทบต่อกระบวนการในชั้นโทรโพสเฟียร์ การผสมแบบแอคทีฟโดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวข้องกับบรรยากาศด้านหน้า ซึ่งมีการบันทึกการไหลของอากาศในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์อย่างกว้างขวางใต้ชั้นโทรโปพอสอย่างมีนัยสำคัญ และอากาศในชั้นบรรยากาศชั้นโทรโพสเฟียร์ถูกดูดเข้าไปในชั้นล่างของสตราโตสเฟียร์ ความคืบหน้าอย่างมีนัยสำคัญในการศึกษาโครงสร้างแนวตั้งของชั้นล่างของบรรยากาศที่เกี่ยวข้องกับการปรับปรุงเทคนิคของการปล่อยคลื่นวิทยุไปยังระดับความสูง 25-30 กม. มีโซสเฟียร์ซึ่งอยู่เหนือสตราโตสเฟียร์เป็นเปลือกที่มีความสูง 80-85 กม. อุณหภูมิจะลดลงเหลือน้อยที่สุดสำหรับบรรยากาศโดยรวม อุณหภูมิต่ำสุดเป็นประวัติการณ์ถึง -110°C ถูกบันทึกโดยจรวดอุตุนิยมวิทยาที่ยิงจากการติดตั้งระหว่างสหรัฐฯ กับแคนาดาที่ฟอร์ตเชอร์ชิลล์ (แคนาดา) ขีด จำกัด บนของมีโซสเฟียร์ (มีโซพอส) ใกล้เคียงกับขีด จำกัด ล่างของพื้นที่การดูดกลืนรังสีเอกซ์แบบแอคทีฟและรังสีอัลตราไวโอเลตความยาวคลื่นที่สั้นที่สุดของดวงอาทิตย์ซึ่งมาพร้อมกับความร้อนและไอออไนซ์ของก๊าซ ในบริเวณขั้วโลกในฤดูร้อน ระบบคลาวด์มักปรากฏขึ้นในช่วงวัยหมดประจำเดือน ซึ่งครอบครองพื้นที่ขนาดใหญ่ แต่มีการพัฒนาในแนวดิ่งเพียงเล็กน้อย เมฆดังกล่าวที่เรืองแสงในเวลากลางคืนมักจะทำให้สามารถตรวจจับการเคลื่อนไหวของอากาศเป็นลูกคลื่นขนาดใหญ่ในชั้นบรรยากาศมีโซสเฟียร์ได้ องค์ประกอบของเมฆเหล่านี้ แหล่งที่มาของความชื้นและนิวเคลียสการควบแน่น พลวัตและความสัมพันธ์กับปัจจัยทางอุตุนิยมวิทยายังไม่ได้รับการศึกษา เทอร์โมสเฟียร์เป็นชั้นบรรยากาศที่มีอุณหภูมิสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง พลังของมันสามารถเข้าถึงได้ถึง 600 กม. ความดันและความหนาแน่นของก๊าซจึงลดลงตามความสูงอย่างต่อเนื่อง ใกล้พื้นผิวโลก อากาศ 1 m3 ประกอบด้วยประมาณ โมเลกุล 2.5x1025 ที่ความสูงประมาณ 100 กม. ในชั้นล่างของเทอร์โมสเฟียร์ - ประมาณ 1,019 ที่ระดับความสูง 200 กม. ในบรรยากาศรอบนอก - 5 * 10 15 และตามการคำนวณที่ระดับความสูงประมาณ 850 กม. - ประมาณ 1,012 โมเลกุล ในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ ความเข้มข้นของโมเลกุลคือ 10 8-10 9 ต่อ 1 m3 ที่ความสูงประมาณ 100 กม. จำนวนโมเลกุลมีขนาดเล็กและไม่ค่อยชนกัน ระยะทางเฉลี่ยที่เดินทางโดยโมเลกุลที่เคลื่อนที่แบบสุ่มก่อนที่จะชนกับโมเลกุลอื่นที่คล้ายคลึงกันเรียกว่าเส้นทางอิสระเฉลี่ย ชั้นที่ค่านี้เพิ่มขึ้นมากจนละเลยความน่าจะเป็นของการชนกันระหว่างโมเลกุลหรือระหว่างอะตอมได้ตั้งอยู่บนขอบเขตระหว่างเทอร์โมสเฟียร์กับเปลือกที่วางอยู่ (exosphere) และเรียกว่าการหยุดชั่วคราวทางความร้อน เทอร์โมพอสอยู่ห่างจากพื้นผิวโลกประมาณ 650 กม. ที่อุณหภูมิหนึ่ง ความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะขึ้นอยู่กับมวลของมัน: โมเลกุลที่เบากว่าจะเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าโมเลกุลที่หนักกว่า ในบรรยากาศชั้นล่าง ซึ่งเส้นทางอิสระสั้นมาก ไม่มีการแยกก๊าซตามน้ำหนักโมเลกุลที่เห็นได้ชัดเจน แต่แสดงได้เกิน 100 กม. นอกจากนี้ ภายใต้อิทธิพลของรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์จากดวงอาทิตย์ โมเลกุลของออกซิเจนจะแตกตัวเป็นอะตอมซึ่งมีมวลเท่ากับครึ่งหนึ่งของมวลโมเลกุล ดังนั้น เมื่อเราเคลื่อนตัวออกจากพื้นผิวโลก ออกซิเจนปรมาณูจึงมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ในองค์ประกอบของบรรยากาศและที่ระดับความสูงประมาณ 200 กม. กลายเป็นองค์ประกอบหลัก สูงกว่าที่ระยะทางประมาณ 1200 กม. จากพื้นผิวโลกก๊าซเบา - ฮีเลียมและไฮโดรเจนมีอิทธิพลเหนือกว่า เป็นชั้นบรรยากาศชั้นนอก การแยกโดยน้ำหนักนี้เรียกว่าการแยกแบบกระจาย คล้ายกับการแยกสารผสมโดยใช้เครื่องหมุนเหวี่ยง เอกโซสเฟียร์เป็นชั้นนอกของบรรยากาศซึ่งถูกแยกออกจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและคุณสมบัติของก๊าซที่เป็นกลาง โมเลกุลและอะตอมในเอกโซสเฟียร์โคจรรอบโลกในวงโคจรของขีปนาวุธภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง วงโคจรเหล่านี้บางส่วนเป็นแบบพาราโบลาและคล้ายกับวิถีของโพรเจกไทล์ โมเลกุลสามารถหมุนรอบโลกและในวงโคจรวงรีได้เช่นเดียวกับดาวเทียม โมเลกุลบางชนิด ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจนและฮีเลียม มีวิถีเปิดและหลบหนีออกสู่อวกาศ (รูปที่ 2)

ความสัมพันธ์ระหว่างโซลาร์กับพื้นดินและอิทธิพลที่มีต่อบรรยากาศ
กระแสน้ำในบรรยากาศ แรงดึงดูดของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ทำให้เกิดกระแสน้ำในชั้นบรรยากาศคล้ายกับกระแสน้ำบนบกและในทะเล แต่กระแสน้ำในชั้นบรรยากาศมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ: ชั้นบรรยากาศตอบสนองต่อแรงดึงดูดของดวงอาทิตย์มากที่สุด ในขณะที่เปลือกโลกและมหาสมุทร - ต่อการดึงดูดของดวงจันทร์ สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าบรรยากาศได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์และนอกจากกระแสน้ำโน้มถ่วงแล้ว ยังเกิดกระแสความร้อนอันทรงพลังอีกด้วย โดยทั่วไป กลไกของการก่อตัวของกระแสน้ำในชั้นบรรยากาศและกระแสน้ำในทะเลมีความคล้ายคลึงกัน ยกเว้นว่าเพื่อที่จะทำนายปฏิกิริยาของอากาศต่อผลกระทบจากความโน้มถ่วงและความร้อน จำเป็นต้องคำนึงถึงการอัดตัวและการกระจายอุณหภูมิด้วย ยังไม่ชัดเจนว่าเหตุใดกระแสน้ำสุริยะครึ่งวัน (12 ชั่วโมง) ในชั้นบรรยากาศจึงมีอิทธิพลเหนือกระแสน้ำสุริยะในตอนกลางวันและครึ่งวันของดวงจันทร์ แม้ว่าแรงผลักดันของกระบวนการสองขั้นตอนหลังจะมีประสิทธิภาพมากกว่ามาก ก่อนหน้านี้ เชื่อกันว่าการสั่นพ้องเกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศ ซึ่งขยายการสั่นได้อย่างแม่นยำด้วยระยะเวลา 12 ชั่วโมง อย่างไรก็ตาม การสังเกตด้วยความช่วยเหลือของจรวดธรณีฟิสิกส์บ่งชี้ว่าไม่มีเหตุผลด้านอุณหภูมิสำหรับการสะท้อนดังกล่าว ในการแก้ปัญหานี้ เราควรคำนึงถึงคุณสมบัติทางอุทกพลศาสตร์และความร้อนของบรรยากาศด้วย ที่พื้นผิวโลกใกล้เส้นศูนย์สูตร ซึ่งอิทธิพลของความผันผวนของกระแสน้ำสูงสุด จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของความดันบรรยากาศ 0.1% ความเร็วลมน้ำประมาณ 0.3 กม./ชม. เนื่องจากโครงสร้างทางความร้อนที่ซับซ้อนของบรรยากาศ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งการมีอุณหภูมิต่ำสุดในวัยหมดประจำเดือน) กระแสลมน้ำขึ้นน้ำลงจะรุนแรงขึ้น ตัวอย่างเช่น ที่ระดับความสูง 70 กม. ความเร็วของพวกมันจะสูงกว่าพื้นผิวโลกประมาณ 160 เท่า ซึ่งมีผลทางธรณีฟิสิกส์ที่สำคัญ เป็นที่เชื่อกันว่าในส่วนล่างของไอโอโนสเฟียร์ (ชั้น E) การแกว่งของคลื่นทำให้ก๊าซแตกตัวเป็นไอออนในแนวตั้งในสนามแม่เหล็กของโลก ดังนั้น กระแสไฟฟ้าจึงเกิดขึ้นที่นี่ ระบบกระแสน้ำที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องบนพื้นผิวโลกนี้เกิดจากการรบกวนของสนามแม่เหล็ก ความแปรผันรายวันของสนามแม่เหล็กสอดคล้องกับค่าที่คำนวณได้ ซึ่งเป็นข้อพิสูจน์ที่น่าเชื่อในทฤษฎีกลไกกระแสน้ำของ "ไดนาโมบรรยากาศ" กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในส่วนล่างของบรรยากาศรอบนอก (ชั้น E) จะต้องเคลื่อนที่ไปที่ใดที่หนึ่ง ดังนั้นจึงต้องปิดวงจร การเปรียบเทียบกับไดนาโมจะสมบูรณ์หากเราพิจารณาการเคลื่อนไหวที่กำลังจะมาถึงเป็นการทำงานของเครื่องยนต์ สันนิษฐานว่ากระแสไฟหมุนเวียนย้อนกลับเกิดขึ้นในชั้นไอโอโนสเฟียร์ (F) ที่สูงกว่า และการไหลย้อนกลับนี้สามารถอธิบายลักษณะเฉพาะบางประการของชั้นนี้ สุดท้ายนี้ ผลกระทบจากกระแสน้ำจะต้องสร้างกระแสน้ำในแนวนอนในชั้น E และด้วยเหตุนี้ในชั้น F
ไอโอโนสเฟียร์นักวิทยาศาสตร์พยายามอธิบายกลไกการเกิดออโรร่าในศตวรรษที่ 19 แนะนำว่าในบรรยากาศมีโซนที่มีอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าอยู่ ในศตวรรษที่ 20 ได้รับหลักฐานที่น่าเชื่อถือจากการทดลองสำหรับการมีอยู่ของชั้นที่สะท้อนคลื่นวิทยุที่ระดับความสูง 85 ถึง 400 กม. เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าคุณสมบัติทางไฟฟ้าของมันเป็นผลมาจากการแตกตัวเป็นไอออนของก๊าซในชั้นบรรยากาศ ดังนั้นชั้นนี้จึงมักจะเรียกว่าไอโอโนสเฟียร์ ผลกระทบต่อคลื่นวิทยุส่วนใหญ่เกิดจากการมีอิเล็กตรอนอิสระในบรรยากาศรอบนอก แม้ว่ากลไกการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุจะสัมพันธ์กับการมีอยู่ของไอออนขนาดใหญ่ สิ่งหลังยังเป็นที่สนใจในการศึกษาคุณสมบัติทางเคมีของบรรยากาศ เนื่องจากมีการใช้งานมากกว่าอะตอมและโมเลกุลที่เป็นกลาง ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์มีบทบาทสำคัญในสมดุลพลังงานและไฟฟ้า
ไอโอสเฟียร์ปกติการสังเกตการณ์โดยใช้จรวดและดาวเทียมธรณีฟิสิกส์ได้ให้ข้อมูลใหม่มากมาย ซึ่งบ่งชี้ว่าไอออไนเซชันของชั้นบรรยากาศเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของรังสีดวงอาทิตย์ในวงกว้าง ส่วนหลัก (มากกว่า 90%) กระจุกตัวอยู่ในส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม รังสีอุลตร้าไวโอเลตที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าและมีพลังงานมากกว่าแสงไวโอเล็ตถูกปล่อยออกมาจากไฮโดรเจนในส่วนด้านในของชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ (โครโมสเฟียร์) และรังสีเอกซ์ซึ่งมีพลังงานสูงกว่านั้นถูกปล่อยออกมาจากก๊าซในเปลือกนอกของดวงอาทิตย์ (โคโรนา). สถานะปกติ (เฉลี่ย) ของบรรยากาศรอบนอกนั้นเกิดจากการแผ่รังสีที่ทรงพลังอย่างต่อเนื่อง การเปลี่ยนแปลงปกติเกิดขึ้นในบรรยากาศรอบนอกปกติภายใต้อิทธิพลของการหมุนรอบโลกทุกวันและความแตกต่างตามฤดูกาลในมุมตกกระทบของรังสีดวงอาทิตย์ตอนเที่ยง แต่การเปลี่ยนแปลงในสถานะของไอโอสเฟียร์ที่คาดเดาไม่ได้และฉับพลันก็เกิดขึ้นเช่นกัน
การรบกวนในบรรยากาศรอบนอก ดังที่ทราบกันดีอยู่แล้ว การก่อกวนซ้ำๆ อย่างมีพลังเกิดขึ้นบนดวงอาทิตย์ ซึ่งสูงสุดทุกๆ 11 ปี การสังเกตการณ์ภายใต้โครงการปีธรณีฟิสิกส์สากล (International Geophysical Year - IGY) ใกล้เคียงกับช่วงเวลาที่มีกิจกรรมสุริยะสูงสุดตลอดระยะเวลาของการสังเกตการณ์อุตุนิยมวิทยาอย่างเป็นระบบ กล่าวคือ ตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 18 ในช่วงที่มีกิจกรรมสูง พื้นที่บางส่วนบนดวงอาทิตย์จะมีความสว่างเพิ่มขึ้นหลายเท่า และส่งคลื่นรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์อันทรงพลังออกมา ปรากฏการณ์ดังกล่าวเรียกว่าเปลวสุริยะ ใช้เวลาหลายนาทีถึงหนึ่งหรือสองชั่วโมง ในระหว่างการลุกเป็นไฟ ก๊าซสุริยะ (ส่วนใหญ่เป็นโปรตอนและอิเล็กตรอน) จะปะทุ และอนุภาคมูลฐานจะพุ่งออกสู่อวกาศ การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและคอร์พัสคิวลาร์ของดวงอาทิตย์ในช่วงเวลาที่เกิดแสงแฟลร์ดังกล่าวมีผลอย่างมากต่อชั้นบรรยากาศของโลก ปฏิกิริยาเริ่มต้นจะเกิดขึ้นหลังจากแสงแฟลช 8 นาที เมื่อรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์รุนแรงมาถึงโลก เป็นผลให้ไอออไนซ์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว รังสีเอกซ์ทะลุชั้นบรรยากาศไปยังขอบล่างของชั้นบรรยากาศรอบนอก จำนวนอิเล็กตรอนในชั้นเหล่านี้เพิ่มขึ้นมากจนสัญญาณวิทยุถูกดูดซับเกือบทั้งหมด ("ดับ") การดูดซับรังสีเพิ่มเติมทำให้เกิดความร้อนของก๊าซซึ่งก่อให้เกิดการพัฒนาของลม ก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออนเป็นตัวนำไฟฟ้า และเมื่อมันเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กของโลก เอฟเฟกต์ไดนาโมจะปรากฏขึ้นและกระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้น ในทางกลับกัน กระแสดังกล่าวสามารถทำให้เกิดการรบกวนของสนามแม่เหล็กอย่างเห็นได้ชัดและปรากฏออกมาในรูปของพายุแม่เหล็ก ระยะเริ่มต้นนี้ใช้เวลาเพียงสั้นๆ ซึ่งสอดคล้องกับระยะเวลาของเปลวไฟจากดวงอาทิตย์ ในระหว่างการลุกเป็นไฟอันทรงพลังบนดวงอาทิตย์ กระแสของอนุภาคที่เร่งความเร็วจะพุ่งออกสู่อวกาศ เมื่อมันพุ่งตรงมายังโลก ระยะที่สองเริ่มต้นขึ้น ซึ่งมีอิทธิพลอย่างมากต่อสถานะของชั้นบรรยากาศ ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติหลายอย่างซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีในหมู่แสงออโรร่า บ่งชี้ว่ามีอนุภาคที่มีประจุจำนวนมากมาถึงโลก (ดู POLAR LIGHTS) อย่างไรก็ตาม กระบวนการแยกอนุภาคเหล่านี้ออกจากดวงอาทิตย์ เส้นทางโคจรในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ และกลไกการปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กของโลกและสนามแม่เหล็กโลกยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างเพียงพอ ปัญหาเริ่มซับซ้อนมากขึ้นหลังจากการค้นพบในปี 1958 โดย James Van Allen ของเปลือกหอยที่ยึดโดยสนามแม่เหล็กโลก ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุ อนุภาคเหล่านี้เคลื่อนที่จากซีกโลกหนึ่งไปยังอีกซีกหนึ่ง หมุนเป็นเกลียวรอบเส้นสนามแม่เหล็ก ใกล้โลกที่ความสูงขึ้นอยู่กับรูปร่างของเส้นแรงและพลังงานของอนุภาคมี "จุดสะท้อน" ซึ่งอนุภาคเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ไปเป็นตรงกันข้าม (รูปที่ 3) เนื่องจากความแรงของสนามแม่เหล็กลดลงตามระยะห่างจากโลก วงโคจรที่อนุภาคเหล่านี้เคลื่อนที่จึงค่อนข้างบิดเบี้ยว: อิเล็กตรอนเบี่ยงเบนไปทางทิศตะวันออกและโปรตอนไปทางทิศตะวันตก จึงจำหน่ายเป็นสายพานทั่วโลก

ผลที่ตามมาจากความร้อนของชั้นบรรยากาศจากดวงอาทิตย์พลังงานแสงอาทิตย์ส่งผลกระทบต่อบรรยากาศทั้งหมด เราได้กล่าวถึงสายพานที่เกิดจากอนุภาคที่มีประจุในสนามแม่เหล็กโลกและหมุนรอบมันแล้ว แถบคาดเหล่านี้อยู่ใกล้พื้นผิวโลกมากที่สุดในบริเวณวงแหวน (ดูรูปที่ 3) ซึ่งสังเกตได้จากแสงออโรร่า รูปที่ 1 แสดงให้เห็นว่าบริเวณที่มีแสงออโรร่าในแคนาดามีอุณหภูมิเทอร์โมสเฟียร์สูงกว่าบริเวณตะวันตกเฉียงใต้ของสหรัฐอเมริกาอย่างมีนัยสำคัญ มีแนวโน้มว่าอนุภาคที่จับได้จะปล่อยพลังงานบางส่วนสู่ชั้นบรรยากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อชนกับโมเลกุลของแก๊สใกล้กับจุดสะท้อน และออกจากวงโคจรเดิมของพวกมัน นี่คือวิธีที่ชั้นบรรยากาศสูงได้รับความร้อนในเขตออโรรา การค้นพบที่สำคัญอีกประการหนึ่งเกิดขึ้นขณะศึกษาวงโคจรของดาวเทียมเทียม Luigi Iacchia นักดาราศาสตร์จาก Smithsonian Astrophysical Observatory เชื่อว่าการเบี่ยงเบนเล็กน้อยของวงโคจรเหล่านี้เกิดจากการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของชั้นบรรยากาศเมื่อถูกความร้อนจากดวงอาทิตย์ เขาแนะนำว่ามีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงสุดในบรรยากาศรอบนอกที่ระดับความสูงมากกว่า 200 กม. ซึ่งไม่ตรงกับเที่ยงวันของดวงอาทิตย์ แต่ภายใต้อิทธิพลของแรงเสียดทานจะล่าช้าไปประมาณสองชั่วโมง ในขณะนี้ ค่าความหนาแน่นของบรรยากาศโดยทั่วไปสำหรับระดับความสูง 600 กม. จะอยู่ที่ระดับประมาณ 950 กม. นอกจากนี้ ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนสูงสุดยังมีความผันผวนที่ไม่สม่ำเสมออันเนื่องมาจากการฉายรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์จากดวงอาทิตย์ในระยะสั้น แอล. ยักเกียยังค้นพบความผันผวนในระยะสั้นของความหนาแน่นของอากาศ ซึ่งสอดคล้องกับเปลวสุริยะและการรบกวนของสนามแม่เหล็ก ปรากฏการณ์เหล่านี้อธิบายได้จากการบุกรุกของอนุภาคต้นกำเนิดแสงอาทิตย์สู่ชั้นบรรยากาศของโลกและความร้อนของชั้นที่ดาวเทียมโคจร
พลังงานไฟฟ้าจากบรรยากาศ
ในชั้นผิวของบรรยากาศ ส่วนเล็ก ๆ ของโมเลกุลได้รับการแตกตัวเป็นไอออนภายใต้อิทธิพลของรังสีคอสมิก การแผ่รังสีจากหินกัมมันตภาพรังสีและผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวของเรเดียม (ส่วนใหญ่เป็นเรดอน) ในอากาศเอง ในกระบวนการไอออไนเซชัน อะตอมจะสูญเสียอิเล็กตรอนและได้รับประจุบวก อิเล็กตรอนอิสระจะรวมตัวกับอะตอมอื่นอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดไอออนที่มีประจุลบ ไอออนบวกและลบที่จับคู่กันดังกล่าวมีขนาดโมเลกุล โมเลกุลในบรรยากาศมีแนวโน้มที่จะกระจุกตัวอยู่รอบๆ ไอออนเหล่านี้ โมเลกุลหลายตัวรวมกับไอออนก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนที่เรียกกันทั่วไปว่า "ไอออนเบา" ชั้นบรรยากาศยังประกอบด้วยสารเชิงซ้อนของโมเลกุล ซึ่งเป็นที่รู้จักในอุตุนิยมวิทยาว่า นิวเคลียสการควบแน่น ซึ่งรอบ ๆ นั้น เมื่ออากาศอิ่มตัวด้วยความชื้น กระบวนการควบแน่นจะเริ่มขึ้น นิวเคลียสเหล่านี้เป็นอนุภาคของเกลือและฝุ่นละออง ตลอดจนมลพิษที่ปล่อยสู่อากาศจากแหล่งอุตสาหกรรมและแหล่งอื่นๆ ไอออนของแสงมักจะเกาะติดกับนิวเคลียสดังกล่าวเพื่อสร้าง "ไอออนหนัก" ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า ไอออนที่เบาและหนักจะเคลื่อนที่จากพื้นที่หนึ่งของบรรยากาศไปยังอีกพื้นที่หนึ่งโดยถ่ายโอนประจุไฟฟ้า แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วบรรยากาศจะไม่ถือว่าเป็นสื่อนำไฟฟ้า แต่ก็มีค่าการนำไฟฟ้าเพียงเล็กน้อย ดังนั้น ร่างกายที่ถูกชาร์จทิ้งไว้ในอากาศจะค่อยๆ สูญเสียประจุไป ค่าการนำไฟฟ้าในบรรยากาศจะเพิ่มขึ้นตามความสูงเนื่องจากความเข้มของรังสีคอสมิกที่เพิ่มขึ้น การสูญเสียไอออนที่ลดลงภายใต้สภาวะความดันที่ต่ำกว่า (และด้วยเหตุนี้จึงหมายถึงเส้นทางอิสระที่ยาวกว่า) และเนื่องจากนิวเคลียสหนักน้อยลง ค่าการนำไฟฟ้าของบรรยากาศถึงค่าสูงสุดที่ความสูงประมาณ 50 กม. ที่เรียกว่า "ระดับค่าตอบแทน". เป็นที่ทราบกันดีว่าระหว่างพื้นผิวโลกและ "ระดับการชดเชย" มีความต่างศักย์หลายร้อยกิโลโวลต์อยู่เสมอ กล่าวคือ สนามไฟฟ้าคงที่ ปรากฎว่าความต่างศักย์ระหว่างจุดหนึ่งในอากาศที่ความสูงหลายเมตรกับพื้นผิวโลกมีขนาดใหญ่มาก - มากกว่า 100 V บรรยากาศมีประจุบวกและพื้นผิวโลกมีประจุลบ เนื่องจากสนามไฟฟ้าเป็นพื้นที่ ในแต่ละจุดที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าอยู่ เราสามารถพูดถึงการไล่ระดับศักย์ได้ ในสภาพอากาศปลอดโปร่ง ภายในระยะไม่กี่เมตรด้านล่าง ความแรงของสนามไฟฟ้าของบรรยากาศจะเกือบคงที่ เนื่องจากความแตกต่างในการนำไฟฟ้าของอากาศในชั้นผิว การไล่ระดับที่อาจเกิดขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับความผันผวนในแต่ละวัน ซึ่งเส้นทางจะแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละสถานที่ ในกรณีที่ไม่มีแหล่งกำเนิดมลพิษทางอากาศในพื้นที่ - เหนือมหาสมุทร บนภูเขาสูงหรือในบริเวณขั้วโลก - เส้นทางประจำวันของการไล่ระดับที่อาจเกิดขึ้นในสภาพอากาศที่ชัดเจนจะเหมือนกัน ขนาดของความลาดชันขึ้นอยู่กับสากลหรือ Greenwich Mean, Time (UT) และถึงค่าสูงสุดที่ 19:00 E. Appleton แนะนำว่าค่าการนำไฟฟ้าสูงสุดนี้อาจเกิดขึ้นพร้อมกับกิจกรรมพายุฝนฟ้าคะนองที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในระดับดาวเคราะห์ การปล่อยฟ้าผ่าระหว่างพายุฝนฟ้าคะนองส่งประจุลบไปยังพื้นผิวโลก เนื่องจากฐานของเมฆฝนฟ้าคะนองคิวมูโลนิมบัสที่มีการเคลื่อนไหวมากที่สุดมีประจุลบที่มีนัยสำคัญ ยอดของเมฆฝนฟ้าคะนองมีประจุเป็นบวกซึ่งตามการคำนวณของโฮลเซอร์และแซกซอนจะไหลจากยอดของมันในช่วงพายุฝนฟ้าคะนอง หากไม่มีการเติมเต็มอย่างต่อเนื่อง ประจุบนพื้นผิวโลกจะถูกทำให้เป็นกลางโดยสภาพนำไฟฟ้าของชั้นบรรยากาศ สมมติฐานที่ว่าความต่างศักย์ระหว่างพื้นผิวโลกและ "ระดับการชดเชย" นั้นคงอยู่เนื่องจากพายุฝนฟ้าคะนองได้รับการสนับสนุนโดยข้อมูลทางสถิติ ตัวอย่างเช่น จำนวนสูงสุดของพายุฝนฟ้าคะนองพบได้ในหุบเขาแม่น้ำ อเมซอน ส่วนใหญ่มักเกิดพายุฝนฟ้าคะนองในช่วงสุดท้ายของวัน กล่าวคือ ตกลง. 19:00 น. เวลามาตรฐานกรีนิช เมื่อการไล่ระดับสีที่เป็นไปได้อยู่ที่ระดับสูงสุดที่ใดก็ได้ในโลก นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลในรูปทรงของเส้นโค้งของการแปรผันรายวันของการไล่ระดับสีที่อาจเกิดขึ้นยังสอดคล้องกับข้อมูลการกระจายพายุฝนฟ้าคะนองทั่วโลก นักวิจัยบางคนโต้แย้งว่าแหล่งกำเนิดของสนามไฟฟ้าของโลกอาจมาจากแหล่งกำเนิดภายนอก เนื่องจากเชื่อว่าสนามไฟฟ้ามีอยู่ในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์และแมกนีโตสเฟียร์ สถานการณ์นี้อาจอธิบายลักษณะที่ปรากฏของแสงออโรร่าในรูปแบบที่แคบมาก ซึ่งคล้ายกับหลังเวทีและส่วนโค้ง
(ดูไฟโพลาร์ด้วย) เนื่องจากการไล่ระดับและการนำไฟฟ้าของชั้นบรรยากาศระหว่าง "ระดับการชดเชย" กับพื้นผิวโลก อนุภาคที่มีประจุจึงเริ่มเคลื่อนที่: ไอออนที่มีประจุบวก - ไปทางพื้นผิวโลกและมีประจุลบ - ขึ้นไปข้างบน ปัจจุบันนี้ประมาณ 1800 ก. แม้ว่าค่านี้จะดูมาก แต่ต้องจำไว้ว่าค่านี้กระจายไปทั่วทั้งพื้นผิวโลก ความแรงกระแสในคอลัมน์อากาศที่มีพื้นที่ฐาน 1 m2 เป็นเพียง 4 * 10 -12 A ในทางกลับกันความแรงของกระแสในระหว่างการปล่อยฟ้าผ่าสามารถเข้าถึงหลายแอมแปร์แม้ว่าแน่นอนการปลดปล่อยดังกล่าว มีระยะเวลาสั้น ๆ - จากเศษส่วนของวินาทีถึงหนึ่งวินาทีหรือมากกว่านั้นด้วยการคายประจุซ้ำ ๆ สายฟ้าเป็นที่สนใจอย่างมากไม่เพียงแต่เป็นปรากฏการณ์ที่แปลกประหลาดของธรรมชาติเท่านั้น ทำให้สามารถสังเกตการปล่อยไฟฟ้าในตัวกลางที่เป็นก๊าซที่แรงดันไฟฟ้าหลายร้อยล้านโวลต์และระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้าหลายกิโลเมตร ในปี ค.ศ. 1750 บี. แฟรงคลินเสนอต่อราชสมาคมแห่งลอนดอนว่าพวกเขาทดลองกับแท่งเหล็กที่ยึดกับฐานฉนวนและติดตั้งบนหอคอยสูง เขาคาดว่าเมื่อเมฆฝนฟ้าคะนองเข้าใกล้หอคอย ประจุของเครื่องหมายตรงข้ามจะรวมอยู่ที่ปลายบนของแท่งที่เป็นกลางในตอนแรก และประจุของเครื่องหมายเดียวกันกับที่ฐานของเมฆจะรวมอยู่ที่ปลายล่าง . หากความแรงของสนามไฟฟ้าในระหว่างการปล่อยฟ้าผ่าเพิ่มขึ้นเพียงพอ ประจุจากปลายบนของแท่งจะระบายออกสู่อากาศบางส่วน และแท่งจะได้รับประจุที่มีเครื่องหมายเดียวกันกับฐานของก้อนเมฆ การทดลองที่เสนอโดย Franklin ไม่ได้ดำเนินการในอังกฤษ แต่ถูกจัดตั้งขึ้นในปี 1752 ในเมือง Marly ใกล้กรุงปารีส โดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Jean d'Alembert เขาใช้แท่งเหล็กยาว 12 ม. สอดเข้าไปในขวดแก้ว ฉนวน) แต่ไม่ได้วางไว้บนหอคอย 10 พ.ค. ผู้ช่วยของเขารายงานว่าเมื่อเมฆฝนฟ้าคะนองอยู่เหนือแท่งไฟ เกิดประกายไฟขึ้นเมื่อมีการนำลวดลงดิน แฟรงคลินเองไม่ทราบถึงประสบการณ์ที่ประสบความสำเร็จในฝรั่งเศส ในเดือนมิถุนายนของปีนั้นทำการทดลองที่มีชื่อเสียงของเขากับว่าวและสังเกตประกายไฟฟ้าที่ปลายลวดที่ผูกติดกับมัน ในปีหน้าในขณะที่ศึกษาประจุที่รวบรวมจากไม้เรียว แฟรงคลินพบว่าฐานของเมฆฝนฟ้าคะนองมักจะมีประจุลบ . การศึกษาฟ้าผ่าโดยละเอียดยิ่งขึ้นเป็นไปได้ในปลายศตวรรษที่ 19 อันเนื่องมาจากการปรับปรุงวิธีการถ่ายภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากการประดิษฐ์อุปกรณ์ที่มีเลนส์หมุนได้ ซึ่งทำให้สามารถแก้ไขกระบวนการที่กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วได้ กล้องดังกล่าวถูกใช้อย่างกว้างขวางในการศึกษาการปล่อยประกายไฟ พบว่ามีฟ้าผ่าหลายประเภท โดยที่พบบ่อยที่สุดคือแบบเส้นตรง แบบแบน (ในเมฆ) และแบบทรงกลม (การปล่อยอากาศ) สายฟ้าเชิงเส้นเป็นประกายไฟระหว่างเมฆกับพื้นผิวโลก ตามช่องที่มีกิ่งก้านลง สายฟ้าแบนเกิดขึ้นภายในเมฆฝนฟ้าคะนองและดูเหมือนแสงวาบของแสงที่กระจัดกระจาย การปล่อยอากาศของลูกบอลฟ้าผ่าซึ่งเริ่มต้นจากเมฆฝนฟ้าคะนอง มักจะพุ่งไปในแนวนอนและไม่ถึงพื้นผิวโลก

การปล่อยฟ้าผ่ามักจะประกอบด้วยการปล่อยซ้ำสามครั้งหรือมากกว่า - แรงกระตุ้นตามเส้นทางเดียวกัน ช่วงเวลาระหว่างพัลส์ต่อเนื่องกันนั้นสั้นมาก จาก 1/100 ถึง 1/10 วินาที (นี่คือสิ่งที่ทำให้เกิดการกะพริบของสายฟ้า) โดยทั่วไป แฟลชจะอยู่ได้ประมาณหนึ่งวินาทีหรือน้อยกว่านั้น กระบวนการพัฒนาฟ้าผ่าทั่วไปสามารถอธิบายได้ดังนี้ ประการแรก ผู้นำการปลดปล่อยที่มีแสงน้อยวิ่งจากเบื้องบนสู่พื้นผิวโลก เมื่อเขาไปถึงมัน กระแสไฟย้อนกลับหรือหลัก การปล่อยผ่านจากพื้นดินขึ้นไปตามช่องทางที่ผู้นำวางไว้ ตามกฎแล้วผู้นำการปลดประจำการจะเคลื่อนไหวในลักษณะซิกแซก ความเร็วของการแพร่กระจายมีตั้งแต่หนึ่งร้อยถึงหลายร้อยกิโลเมตรต่อวินาที ในทางของมัน มันทำให้โมเลกุลของอากาศแตกตัวเป็นไอออน สร้างช่องที่มีการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้น โดยที่การคายประจุแบบย้อนกลับจะเคลื่อนที่ขึ้นด้านบนด้วยความเร็วมากกว่าการปลดปล่อยตัวนำประมาณร้อยเท่า เป็นการยากที่จะกำหนดขนาดของช่องสัญญาณ แต่เส้นผ่านศูนย์กลางของการปล่อยตัวนำนั้นอยู่ที่ประมาณ 1–10 ม. และเส้นผ่านศูนย์กลางของการปล่อยประจุย้อนกลับหลายเซนติเมตร การปล่อยฟ้าผ่าสร้างสัญญาณรบกวนวิทยุโดยการปล่อยคลื่นวิทยุในช่วงกว้าง - ตั้งแต่ 30 kHz ไปจนถึงความถี่ต่ำพิเศษ การแผ่รังสีคลื่นวิทยุที่ยิ่งใหญ่ที่สุดอาจอยู่ในช่วง 5 ถึง 10 kHz การรบกวนทางวิทยุความถี่ต่ำดังกล่าวมี "ความเข้มข้น" ในช่องว่างระหว่างขอบล่างของบรรยากาศรอบนอกกับพื้นผิวโลก และสามารถแพร่กระจายไปยังระยะทางหลายพันกิโลเมตรจากแหล่งกำเนิด
การเปลี่ยนแปลงในบรรยากาศ
ผลกระทบของอุกกาบาตและอุกกาบาตแม้ว่าบางครั้งฝนดาวตกจะสร้างความประทับใจให้กับเอฟเฟกต์แสง แต่อุกกาบาตแต่ละตัวก็แทบจะไม่เคยเห็น อุกกาบาตที่มองไม่เห็นจำนวนมากนั้นมีขนาดเล็กเกินกว่าจะมองเห็นได้ในขณะที่พวกมันถูกกลืนกินโดยชั้นบรรยากาศ อุกกาบาตที่เล็กที่สุดบางส่วนอาจไม่ร้อนเลย แต่ถูกเก็บโดยบรรยากาศเท่านั้น อนุภาคขนาดเล็กเหล่านี้ซึ่งมีขนาดตั้งแต่ไม่กี่มิลลิเมตรถึงหนึ่งหมื่นมิลลิเมตรเรียกว่าไมโครอุกกาบาต ปริมาณอุกกาบาตที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศทุกวันอยู่ที่ 100 ถึง 10,000 ตัน โดยส่วนใหญ่เป็นอุกกาบาตขนาดเล็ก เนื่องจากสสารอุตุนิยมวิทยาเผาไหม้บางส่วนในชั้นบรรยากาศ องค์ประกอบของก๊าซจึงถูกเติมด้วยร่องรอยขององค์ประกอบทางเคมีต่างๆ ตัวอย่างเช่น อุกกาบาตหินนำลิเธียมสู่ชั้นบรรยากาศ การเผาไหม้ของอุกกาบาตที่เป็นโลหะทำให้เกิดเหล็กทรงกลมขนาดเล็ก เหล็ก-นิกเกิล และละอองอื่นๆ ที่ไหลผ่านชั้นบรรยากาศและสะสมอยู่บนพื้นผิวโลก พวกเขาสามารถพบได้ในกรีนแลนด์และแอนตาร์กติกาซึ่งแผ่นน้ำแข็งยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเกือบหลายปี นักสมุทรศาสตร์พบพวกมันในตะกอนใต้มหาสมุทร อนุภาคอุกกาบาตส่วนใหญ่ที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศจะสะสมภายในเวลาประมาณ 30 วัน นักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อว่าฝุ่นจักรวาลนี้มีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของปรากฏการณ์ในชั้นบรรยากาศ เช่น ฝน เนื่องจากมันทำหน้าที่เป็นนิวเคลียสของการควบแน่นของไอน้ำ ดังนั้นจึงถือว่าปริมาณน้ำฝนมีความสัมพันธ์ทางสถิติกับฝนดาวตกขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญบางคนเชื่อว่าเนื่องจากการป้อนรวมของสสารอุตุนิยมวิทยานั้นมากกว่าฝนดาวตกที่ใหญ่ที่สุดหลายสิบเท่า การเปลี่ยนแปลงในจำนวนรวมของวัสดุนี้ที่เกิดขึ้นจากฝนดาวตกหนึ่งครั้งจึงสามารถละเลยได้ อย่างไรก็ตาม ไม่ต้องสงสัยเลยว่าไมโครอุกกาบาตที่ใหญ่ที่สุดและแน่นอนว่าอุกกาบาตที่มองเห็นได้ทิ้งร่องรอยไอออไนซ์ไว้เป็นเวลานานในชั้นบรรยากาศสูง ส่วนใหญ่อยู่ในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ ร่องรอยดังกล่าวสามารถใช้สำหรับการสื่อสารทางวิทยุทางไกล เนื่องจากสะท้อนคลื่นวิทยุความถี่สูง พลังงานของอุกกาบาตที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศถูกใช้ไปส่วนใหญ่และบางทีอาจจะหมดไปกับความร้อน นี่เป็นหนึ่งในองค์ประกอบย่อยของสมดุลความร้อนของบรรยากาศ
คาร์บอนไดออกไซด์จากแหล่งอุตสาหกรรมในยุคคาร์บอนิเฟอรัส พืชไม้ยืนต้นแพร่หลายไปทั่วโลก ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนใหญ่ที่พืชดูดซับในขณะนั้นสะสมอยู่ในแหล่งถ่านหินและในแหล่งที่มีน้ำมัน ผู้คนได้เรียนรู้ที่จะใช้แร่ธาตุสำรองจำนวนมหาศาลเหล่านี้เป็นแหล่งพลังงาน และขณะนี้ได้นำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์กลับคืนสู่การหมุนเวียนของสารอย่างรวดเร็ว ฟอสซิลน่าจะประมาณ คาร์บอน 4*10 13 ตัน ตลอดศตวรรษที่ผ่านมา มนุษยชาติได้เผาผลาญเชื้อเพลิงฟอสซิลจำนวนมากจนคาร์บอนประมาณ 4 * 10 11 ตันได้กลับสู่ชั้นบรรยากาศอีกครั้ง ปัจจุบันมีประมาณ คาร์บอน 2 * 10 12 ตัน และในอีกร้อยปีข้างหน้า ตัวเลขนี้อาจเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเนื่องจากการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่คาร์บอนทั้งหมดที่จะยังคงอยู่ในบรรยากาศ: บางส่วนจะละลายในน่านน้ำของมหาสมุทร บางส่วนจะถูกพืชดูดซับ และบางส่วนจะถูกผูกไว้ในกระบวนการผุกร่อนของหิน ยังไม่สามารถคาดการณ์ได้ว่าจะมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศมากน้อยเพียงใดหรือมีผลกระทบต่อสภาพอากาศของโลกอย่างไร อย่างไรก็ตาม เชื่อกันว่าการเพิ่มเนื้อหาใดๆ จะทำให้เกิดภาวะโลกร้อน แม้ว่าจะไม่จำเป็นเลยที่ภาวะโลกร้อนจะส่งผลต่อสภาพอากาศอย่างมีนัยสำคัญ ความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศตามผลการวัดนั้นเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดแม้ว่าจะดำเนินไปอย่างช้าๆ ข้อมูลสภาพภูมิอากาศสำหรับสถานีสฟาลบาร์และลิตเติลอเมริกาบนหิ้งน้ำแข็งรอสส์ในแอนตาร์กติกาบ่งชี้ว่าอุณหภูมิเฉลี่ยทั้งปีเพิ่มขึ้นในช่วงประมาณ 50 ปี 5° และ 2.5°C ตามลำดับ
ผลกระทบของรังสีคอสมิกเมื่อรังสีคอสมิกพลังงานสูงทำปฏิกิริยากับส่วนประกอบแต่ละส่วนของชั้นบรรยากาศ ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีจะก่อตัวขึ้น ในหมู่พวกเขา ไอโซโทปคาร์บอน 14C ซึ่งสะสมอยู่ในเนื้อเยื่อพืชและสัตว์นั้นมีความโดดเด่น โดยการวัดค่ากัมมันตภาพรังสีของสารอินทรีย์ที่ไม่ได้แลกเปลี่ยนคาร์บอนกับสิ่งแวดล้อมเป็นเวลานาน สามารถกำหนดอายุของพวกมันได้ วิธีการเรดิโอคาร์บอนได้พิสูจน์ตัวเองว่าเป็นวิธีการที่น่าเชื่อถือที่สุดในการหาคู่ของสิ่งมีชีวิตฟอสซิลและวัตถุของวัฒนธรรมทางวัตถุ ซึ่งมีอายุไม่เกิน 50,000 ปี ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีอื่นๆ ที่มีครึ่งชีวิตยาวสามารถนำมาใช้กับวัสดุที่มีอายุหลายแสนปีได้ หากปัญหาพื้นฐานของการวัดระดับกัมมันตภาพรังสีต่ำมากได้รับการแก้ไขแล้ว
(ดูเพิ่มเติมที่ RADIOCARBON DATING)
ต้นกำเนิดของบรรยากาศของโลก
ประวัติความเป็นมาของการก่อตัวของชั้นบรรยากาศยังไม่ได้รับการฟื้นฟูอย่างน่าเชื่อถืออย่างแน่นอน อย่างไรก็ตาม มีการระบุการเปลี่ยนแปลงที่น่าจะเป็นไปได้ในองค์ประกอบของมัน การก่อตัวของชั้นบรรยากาศเริ่มขึ้นทันทีหลังจากการก่อตัวของโลก มีเหตุผลที่ดีพอสมควรที่จะเชื่อว่าในกระบวนการวิวัฒนาการของพระเอิร์ธและการได้มาซึ่งมิติและมวลสมัยใหม่ที่ใกล้เคียงกัน มันเกือบจะสูญเสียบรรยากาศดั้งเดิมไปเกือบทั้งหมด เป็นที่เชื่อกันว่าในระยะแรกโลกอยู่ในสถานะหลอมเหลวและประมาณ เมื่อ 4.5 พันล้านปีก่อน มีรูปร่างที่แข็งแรง เหตุการณ์สำคัญนี้ถือเป็นจุดเริ่มต้นของเหตุการณ์ทางธรณีวิทยา ตั้งแต่นั้นมาก็มีวิวัฒนาการของชั้นบรรยากาศอย่างช้าๆ กระบวนการทางธรณีวิทยาบางอย่าง เช่น การปะทุของลาวาระหว่างการระเบิดของภูเขาไฟ มาพร้อมกับการปล่อยก๊าซออกจากลำไส้ของโลก อาจรวมถึงไนโตรเจน แอมโมเนีย มีเทน ไอน้ำ คาร์บอนมอนอกไซด์ และคาร์บอนไดออกไซด์ ภายใต้อิทธิพลของรังสีอัลตราไวโอเลตแสงอาทิตย์ ไอน้ำสลายตัวเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน แต่ออกซิเจนที่ปล่อยออกมาทำปฏิกิริยากับคาร์บอนมอนอกไซด์เพื่อสร้างคาร์บอนไดออกไซด์ แอมโมเนียสลายตัวเป็นไนโตรเจนและไฮโดรเจน ไฮโดรเจนในกระบวนการแพร่เพิ่มขึ้นและออกจากชั้นบรรยากาศ ในขณะที่ไนโตรเจนที่หนักกว่านั้นไม่สามารถหลบหนีและสะสมได้ทีละน้อย กลายเป็นองค์ประกอบหลัก แม้ว่าบางส่วนจะถูกผูกมัดระหว่างปฏิกิริยาเคมีก็ตาม ภายใต้อิทธิพลของรังสีอัลตราไวโอเลตและการปล่อยไฟฟ้า ส่วนผสมของก๊าซ ซึ่งอาจมีอยู่ในบรรยากาศดั้งเดิมของโลก ได้เข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีอันเป็นผลมาจากการที่สารอินทรีย์ โดยเฉพาะกรดอะมิโน ก่อตัวขึ้น ดังนั้นชีวิตสามารถเกิดขึ้นได้ในบรรยากาศที่แตกต่างจากบรรยากาศสมัยใหม่ ด้วยการถือกำเนิดของพืชดึกดำบรรพ์ กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงจึงเริ่มต้นขึ้น (ดูการสังเคราะห์แสงด้วย) พร้อมกับการปล่อยออกซิเจนอิสระ ก๊าซนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากการแพร่กระจายสู่ชั้นบรรยากาศชั้นบน เริ่มปกป้องชั้นล่างและพื้นผิวโลกจากรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์ที่คุกคามชีวิต คาดว่าการมีอยู่ของออกซิเจนเพียง 0.00004 ในปัจจุบันอาจนำไปสู่การก่อตัวของชั้นที่มีความเข้มข้นของโอโซนเพียงครึ่งเดียวในปัจจุบัน ซึ่งยังคงให้การปกป้องที่สำคัญมากจากรังสีอัลตราไวโอเลต มีแนวโน้มว่าบรรยากาศปฐมภูมิจะมีคาร์บอนไดออกไซด์อยู่มาก มันถูกบริโภคไปในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง และความเข้มข้นของมันจะต้องลดลงเมื่อโลกของพืชมีวิวัฒนาการ และเนื่องจากการดูดซับระหว่างกระบวนการทางธรณีวิทยาบางอย่าง เนื่องจากภาวะเรือนกระจกเกี่ยวข้องกับการปรากฏตัวของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ นักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อว่าความเข้มข้นที่ผันผวนเป็นหนึ่งในสาเหตุสำคัญของการเปลี่ยนแปลงทางภูมิอากาศครั้งใหญ่ในประวัติศาสตร์ของโลก เช่น ยุคน้ำแข็ง ฮีเลียมที่มีอยู่ในบรรยากาศสมัยใหม่น่าจะเป็นผลจากการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียม ทอเรียม และเรเดียมเป็นส่วนใหญ่ ธาตุกัมมันตรังสีเหล่านี้ปล่อยอนุภาคแอลฟา ซึ่งเป็นนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม เนื่องจากไม่มีการสร้างหรือทำลายประจุไฟฟ้าในระหว่างการสลายกัมมันตภาพรังสี จึงมีอิเล็กตรอนสองตัวสำหรับอนุภาคแอลฟาทุกตัว เป็นผลให้มันรวมเข้ากับพวกมันทำให้เกิดอะตอมฮีเลียมที่เป็นกลาง ธาตุกัมมันตภาพรังสีมีอยู่ในแร่ธาตุที่กระจายตัวอยู่ในความหนาของหิน ดังนั้นฮีเลียมส่วนใหญ่ที่เกิดขึ้นจากการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีจึงถูกเก็บไว้ในนั้น และระเหยไปในชั้นบรรยากาศอย่างช้าๆ ฮีเลียมจำนวนหนึ่งพุ่งขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศนอกระบบเนื่องจากการแพร่ แต่เนื่องจากการไหลเข้าอย่างต่อเนื่องจากพื้นผิวโลก ปริมาตรของก๊าซนี้ในชั้นบรรยากาศจึงไม่เปลี่ยนแปลง จากการวิเคราะห์สเปกตรัมของแสงดาวและการศึกษาอุกกาบาต เป็นไปได้ที่จะประเมินความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ขององค์ประกอบทางเคมีต่างๆ ในจักรวาล ความเข้มข้นของนีออนในอวกาศนั้นสูงกว่าบนโลกประมาณหมื่นล้านเท่า คริปทอน - สิบล้านเท่า และซีนอน - หนึ่งล้านเท่า ตามมาด้วยความเข้มข้นของก๊าซเฉื่อยเหล่านี้ ซึ่งแต่เดิมมีอยู่ในชั้นบรรยากาศของโลกและไม่ได้เติมเต็มในปฏิกิริยาเคมี ลดลงอย่างมาก อาจถึงขั้นที่โลกสูญเสียชั้นบรรยากาศหลักไปด้วยซ้ำ ข้อยกเว้นคืออาร์กอนก๊าซเฉื่อย เนื่องจากอาร์กอนยังคงก่อตัวในรูปของไอโซโทป 40Ar ในกระบวนการสลายกัมมันตภาพรังสีของไอโซโทปโพแทสเซียม
ปรากฏการณ์ทางแสง
ความหลากหลายของปรากฏการณ์ทางแสงในบรรยากาศเกิดจากหลายสาเหตุ ปรากฏการณ์ที่พบบ่อยที่สุด ได้แก่ ฟ้าแลบ (ดูด้านบน) และแสงออโรร่าเหนือและออโรร่าเหนือที่งดงามราวภาพวาด (ดู POLAR LIGHTS) นอกจากนี้ รุ้ง, สาว, parhelion (ดวงอาทิตย์ปลอม) และส่วนโค้ง, มงกุฎ, รัศมีและผีของ Brocken, ภาพลวงตา, ​​ไฟของ St. Elmo, เมฆที่ส่องสว่าง, สีเขียวและแสงพลบค่ำเป็นที่สนใจเป็นพิเศษ รุ้งเป็นปรากฏการณ์บรรยากาศที่สวยงามที่สุด โดยปกตินี่คือซุ้มประตูขนาดใหญ่ซึ่งประกอบด้วยแถบหลากสีซึ่งสังเกตได้เมื่อดวงอาทิตย์ส่องสว่างเพียงบางส่วนของท้องฟ้าและอากาศจะอิ่มตัวด้วยหยดน้ำเช่นในช่วงฝนตก ส่วนโค้งหลากสีถูกจัดเรียงตามลำดับสเปกตรัม (แดง ส้ม เหลือง เขียว ฟ้า คราม ม่วง) แต่สีแทบไม่เคยบริสุทธิ์เลยเพราะแถบคาบเกี่ยวกัน ตามกฎแล้ว ลักษณะทางกายภาพของรุ้งนั้นแตกต่างกันอย่างมาก ดังนั้นจึงมีลักษณะที่หลากหลายมาก ลักษณะทั่วไปของพวกมันคือศูนย์กลางของส่วนโค้งมักจะอยู่บนเส้นตรงที่ลากจากดวงอาทิตย์ไปยังผู้สังเกต รุ้งหลักเป็นส่วนโค้งที่ประกอบด้วยสีที่สว่างที่สุด - สีแดงด้านนอกและสีม่วงด้านใน บางครั้งมองเห็นได้เพียงส่วนโค้งเดียว แต่บ่อยครั้งที่ส่วนโค้งรองปรากฏขึ้นที่ด้านนอกของรุ้งหลัก ไม่มีสีสดใสเท่าสีแรกและแถบสีแดงและสีม่วงจะเปลี่ยนตำแหน่ง: สีแดงอยู่ด้านใน การก่อตัวของรุ้งหลักอธิบายได้ด้วยการหักเหสองครั้ง (ดูเพิ่มเติมที่ OPTICS) และการสะท้อนภายในครั้งเดียวของแสงแดด (ดูรูปที่ 5) ทะลุเข้าไปในหยดน้ำ (A) รังสีของแสงจะหักเหและสลายตัวเหมือนเมื่อผ่านปริซึม จากนั้นจะไปถึงพื้นผิวตรงข้ามของหยด (B) สะท้อนจากมันและออกจากการตกสู่ภายนอก (C) ในกรณีนี้ ลำแสงก่อนที่จะถึงผู้สังเกตจะหักเหเป็นครั้งที่สอง ลำแสงสีขาวเริ่มแรกสลายตัวเป็นรังสีสีต่างๆ โดยมีมุมไดเวอร์เจนซ์ 2° เมื่อเกิดรุ้งขั้นทุติยภูมิ การหักเหสองครั้งและการสะท้อนของรังสีดวงอาทิตย์สองครั้งจะเกิดขึ้น (ดูรูปที่ 6) ในกรณีนี้ แสงจะหักเห โดยเจาะเข้าไปภายในหยดน้ำผ่านส่วนล่าง (A) และสะท้อนจากพื้นผิวด้านในของหยดที่จุด B ก่อน จากนั้นจึงไปที่จุด C ที่จุด D แสงจะหักเห ปล่อยให้หยดไปทางผู้สังเกต

เมื่อพระอาทิตย์ขึ้นและตก ผู้สังเกตจะเห็นรุ้งเป็นแนวโค้งเท่ากับครึ่งวงกลม เนื่องจากแกนของรุ้งนั้นขนานกับขอบฟ้า ถ้าดวงอาทิตย์อยู่สูงเหนือขอบฟ้า รุ้งกินน้ำจะน้อยกว่าครึ่งวงกลม เมื่อดวงอาทิตย์ขึ้นเหนือขอบฟ้า 42° รุ้งก็หายไป ทุกที่ ยกเว้นที่ละติจูดสูง รุ้งกินน้ำตอนเที่ยงไม่ได้เมื่อดวงอาทิตย์อยู่สูงเกินไป การประมาณระยะทางถึงรุ้งกินน้ำเป็นเรื่องที่น่าสนใจ แม้ว่าจะดูเหมือนว่าส่วนโค้งหลากสีจะอยู่ในระนาบเดียวกัน แต่นี่เป็นภาพลวงตา ในความเป็นจริง รุ้งมีความลึกมาก และสามารถแสดงเป็นพื้นผิวของกรวยกลวง ที่ด้านบนสุดของผู้สังเกต แกนของกรวยเชื่อมดวงอาทิตย์ ผู้สังเกตการณ์ และศูนย์กลางของรุ้งกินน้ำ ผู้สังเกตมองตามพื้นผิวของกรวยนี้ คนสองคนจะไม่มีวันเห็นรุ้งกินน้ำที่เหมือนกันทุกประการ แน่นอนว่าเราสามารถสังเกตผลกระทบเดียวกันได้โดยทั่วไป แต่รุ้งทั้งสองนั้นอยู่ในตำแหน่งที่ต่างกันและเกิดจากหยดน้ำที่ต่างกัน เมื่อฝนหรือหมอกก่อตัวเป็นรุ้งกินน้ำ เอฟเฟกต์แสงที่สมบูรณ์จะเกิดขึ้นจากผลกระทบของหยดน้ำทั้งหมดที่ข้ามพื้นผิวของกรวยรุ้งกับผู้สังเกตที่ปลาย บทบาทของแต่ละหยดนั้นหายวับไป พื้นผิวของกรวยรุ้งประกอบด้วยหลายชั้น เมื่อข้ามผ่านพวกมันอย่างรวดเร็วและผ่านจุดวิกฤตหลายจุด แต่ละหยดจะสลายรังสีของดวงอาทิตย์ออกเป็นสเปกตรัมทั้งหมดทันทีในลำดับที่กำหนดอย่างเคร่งครัด - จากสีแดงเป็นสีม่วง หลายหยดไหลผ่านพื้นผิวของกรวยในลักษณะเดียวกัน เพื่อให้ผู้สังเกตเห็นรุ้งกินน้ำอย่างต่อเนื่องทั้งตามแนวโค้งและทางโค้งของมัน รัศมี - แสงสีขาวหรือสีรุ้งโค้งและวงกลมรอบจานของดวงอาทิตย์หรือดวงจันทร์ เกิดจากการหักเหของแสงหรือการสะท้อนของแสงจากน้ำแข็งหรือผลึกหิมะในชั้นบรรยากาศ คริสตัลที่ก่อตัวเป็นรัศมีนั้นตั้งอยู่บนพื้นผิวของกรวยจินตภาพโดยมีแกนนำจากผู้สังเกต (จากด้านบนของกรวย) ไปยังดวงอาทิตย์ ภายใต้เงื่อนไขบางประการ บรรยากาศจะเต็มไปด้วยผลึกขนาดเล็ก ซึ่งใบหน้าจำนวนมากทำมุมฉากกับระนาบที่ผ่านดวงอาทิตย์ ผู้สังเกตการณ์ และผลึกเหล่านี้ แง่มุมดังกล่าวสะท้อนรังสีแสงที่เข้ามาโดยมีค่าเบี่ยงเบน 22 ° ทำให้เกิดรัศมีที่เป็นสีแดงภายใน แต่ยังสามารถประกอบด้วยสีทั้งหมดของสเปกตรัม พบน้อยกว่าคือรัศมีที่มีรัศมีเชิงมุม 46° ซึ่งอยู่ตรงกลางรอบรัศมี 22 องศา ด้านในมีโทนสีแดงด้วย เหตุผลก็คือการหักเหของแสงซึ่งเกิดขึ้นในกรณีนี้บนหน้าปัดคริสตัลที่สร้างมุมฉาก ความกว้างของวงแหวนของรัศมีดังกล่าวเกิน 2.5° รัศมีทั้ง 46 องศาและ 22 องศามีแนวโน้มที่จะสว่างที่สุดที่ด้านบนและด้านล่างของวงแหวน รัศมี 90 องศาที่หายากเป็นวงแหวนที่แทบไม่มีสีเรืองแสงจางๆ ซึ่งมีจุดศูนย์กลางร่วมกับรัศมีอีกสองอันที่เหลือ หากเป็นสี ก็จะมีสีแดงที่ด้านนอกของวงแหวน กลไกการปรากฏของรัศมีประเภทนี้ยังไม่ชัดเจน (รูปที่ 7)

Parhelia และส่วนโค้ง Parhelic circle (หรือวงกลมของดวงอาทิตย์ปลอม) - วงแหวนสีขาวที่มีศูนย์กลางที่จุดสุดยอด ผ่านดวงอาทิตย์ขนานไปกับขอบฟ้า สาเหตุของการก่อตัวเกิดจากการสะท้อนของแสงแดดจากขอบพื้นผิวของผลึกน้ำแข็ง หากคริสตัลกระจายในอากาศอย่างเท่าเทียมกันเพียงพอ จะมองเห็นได้เต็มวงกลม Parhelia หรือดวงอาทิตย์เทียม เป็นจุดสว่างจ้าคล้ายดวงอาทิตย์ ซึ่งก่อตัวขึ้นที่จุดตัดของวงกลม parhelic กับรัศมี มีรัศมีเชิงมุม 22°, 46° และ 90° พาร์เฮเลียนที่ก่อตัวบ่อยที่สุดและสว่างที่สุดจะก่อตัวขึ้นที่ทางแยกที่มีรัศมี 22 องศา ซึ่งปกติแล้วจะมีสีรุ้งเกือบทุกสี ดวงอาทิตย์ปลอมที่ทางแยกที่มีรัศมี 46 และ 90 องศานั้นไม่บ่อยนัก Parhelia ที่เกิดขึ้นที่ทางแยกที่มีรัศมี 90 องศาเรียกว่า paranthelia หรือ countersuns เท็จ บางครั้งอาจมองเห็นแอนทีเลียม (ดวงอาทิตย์ตก) ซึ่งเป็นจุดสว่างที่อยู่บนวงแหวนพาร์เฮเลียนตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ สันนิษฐานว่าสาเหตุของปรากฏการณ์นี้คือแสงสะท้อนภายในสองเท่าของแสงแดด ลำแสงสะท้อนไปตามเส้นทางเดียวกับลำแสงตกกระทบ แต่ไปในทิศทางตรงกันข้าม ส่วนโค้งรอบวงรอบ ซึ่งบางครั้งเรียกว่าส่วนโค้งแทนเจนต์บนของรัศมี 46 องศาอย่างไม่ถูกต้อง เป็นส่วนโค้งที่ 90° หรือน้อยกว่าที่มีศูนย์กลางที่จุดสุดยอดและอยู่เหนือดวงอาทิตย์ประมาณ 46° แทบจะมองไม่เห็นและมีเพียงไม่กี่นาทีเท่านั้น มีสีสดใส และสีแดงถูกจำกัดอยู่ที่ด้านนอกของส่วนโค้ง เส้นรอบวงโค้งมีความโดดเด่นในด้านสี ความสว่าง และโครงร่างที่ชัดเจน เอฟเฟกต์แสงที่แปลกและหายากอีกอย่างหนึ่งของประเภทรัศมีคือส่วนโค้งของ Lovitz เกิดขึ้นเป็นพาเฮเลียต่อเนื่องที่จุดตัดที่มีรัศมี 22 องศา ผ่านจากด้านนอกของรัศมีและเว้าไปทางดวงอาทิตย์เล็กน้อย เสาแสงสีขาวและไม้กางเขนต่างๆ บางครั้งก็มองเห็นได้ในเวลาเช้าหรือค่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริเวณขั้วโลก และสามารถติดตามได้ทั้งดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ ในบางครั้ง รัศมีของดวงจันทร์และผลกระทบอื่นๆ คล้ายกับที่อธิบายไว้ข้างต้น โดยรัศมีของดวงจันทร์ที่พบบ่อยที่สุด (วงแหวนรอบดวงจันทร์) มีรัศมีเชิงมุม 22° เช่นเดียวกับดวงอาทิตย์เท็จ ดวงจันทร์เท็จสามารถเกิดขึ้นได้ ครอบฟันหรือครอบฟันเป็นวงแหวนสีที่มีจุดศูนย์กลางเล็กๆ รอบดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ หรือวัตถุสว่างอื่นๆ ที่สังเกตได้เป็นครั้งคราวเมื่อแหล่งกำเนิดแสงอยู่ด้านหลังเมฆโปร่งแสง รัศมีโคโรนามีขนาดเล็กกว่ารัศมีรัศมีและมีขนาดประมาณ 1-5 องศา วงแหวนสีน้ำเงินหรือม่วงอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด โคโรนาเกิดขึ้นเมื่อแสงกระจัดกระจายโดยหยดน้ำขนาดเล็กที่ก่อตัวเป็นเมฆ บางครั้งมงกุฎดูเหมือนจุดเรืองแสง (หรือรัศมี) รอบดวงอาทิตย์ (หรือดวงจันทร์) ซึ่งลงท้ายด้วยวงแหวนสีแดง ในกรณีอื่น ๆ อย่างน้อยสองวงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าซึ่งมีสีอ่อนมากจะมองเห็นได้นอกรัศมี ปรากฏการณ์นี้มาพร้อมกับเมฆสีรุ้ง บางครั้งขอบเมฆที่สูงมากก็ถูกทาด้วยสีสดใส
กลอเรีย (รัศมี).ภายใต้เงื่อนไขพิเศษ ปรากฏการณ์บรรยากาศผิดปกติเกิดขึ้น หากดวงอาทิตย์อยู่ข้างหลังผู้สังเกตการณ์ และเงาของดวงอาทิตย์ส่องไปที่ก้อนเมฆที่อยู่ใกล้เคียงหรือม่านหมอก ภายใต้สภาวะบางอย่างของบรรยากาศรอบๆ เงาศีรษะของบุคคล คุณจะเห็นวงกลมสีเรืองแสง - รัศมี โดยปกติรัศมีดังกล่าวจะเกิดขึ้นเนื่องจากการสะท้อนแสงจากน้ำค้างหยดบนสนามหญ้า กลอเรียยังพบได้ทั่วไปรอบๆ เงามืดที่เครื่องบินทอดทิ้งบนก้อนเมฆที่อยู่เบื้องล่าง
ผีของ Brockenในบางภูมิภาคของโลก เมื่อเงาของผู้สังเกตการณ์บนเนินเขาในเวลาพระอาทิตย์ขึ้นหรือพระอาทิตย์ตกตกอยู่เบื้องหลังเขาบนก้อนเมฆที่อยู่ในระยะสั้นๆ จะเผยให้เห็นเอฟเฟกต์อันน่าทึ่ง: เงาได้รับมิติขนาดมหึมา เกิดจากการสะท้อนและการหักเหของแสงจากหยดน้ำที่เล็กที่สุดในหมอก ปรากฏการณ์ที่อธิบายนี้เรียกว่า "ผีแห่ง Brocken" หลังจากยอดเขาในเทือกเขา Harz ในประเทศเยอรมนี
มิราจ- เอฟเฟกต์แสงที่เกิดจากการหักเหของแสงเมื่อผ่านชั้นของอากาศที่มีความหนาแน่นต่างกัน และแสดงออกในลักษณะของภาพเสมือนจริง ในกรณีนี้ วัตถุที่อยู่ห่างไกลอาจถูกยกขึ้นหรือลดลงเมื่อเทียบกับตำแหน่งจริง และอาจบิดเบี้ยวและได้รับรูปร่างที่แปลกประหลาดและแปลกตา มักพบเห็นภาพลวงตาในสภาพอากาศร้อน เช่น บนที่ราบทราย ภาพลวงตาที่ด้อยกว่าเป็นเรื่องปกติ เมื่อพื้นผิวทะเลทรายที่ห่างไกลเกือบแบนราบปรากฏเป็นน้ำเปิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมองจากระดับความสูงเล็กน้อยหรือเพียงเหนือชั้นของอากาศร้อน ภาพลวงตาที่คล้ายคลึงกันมักเกิดขึ้นบนถนนลาดยางที่มีความร้อนสูงซึ่งดูเหมือนผิวน้ำที่อยู่ข้างหน้า ในความเป็นจริง พื้นผิวนี้เป็นภาพสะท้อนของท้องฟ้า ต่ำกว่าระดับสายตา วัตถุมักจะกลับหัวอาจปรากฏใน "น้ำ" นี้ "เค้กพัฟลม" ก่อตัวขึ้นเหนือพื้นผิวดินที่มีความร้อน และชั้นที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดจะได้รับความร้อนมากที่สุดและทำให้เกิดการหายากขึ้นจนคลื่นแสงที่ลอดผ่านจะบิดเบี้ยว เนื่องจากความเร็วในการแพร่กระจายแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของตัวกลาง ภาพลวงตาที่เหนือกว่านั้นพบได้บ่อยน้อยกว่าและสวยงามกว่าภาพลวงตาที่ด้อยกว่า วัตถุที่อยู่ห่างไกล (มักอยู่ใต้เส้นขอบฟ้าของทะเล) ปรากฏขึ้นบนท้องฟ้าคว่ำ และบางครั้งภาพโดยตรงของวัตถุเดียวกันก็ปรากฏขึ้นด้านบนด้วย ปรากฏการณ์นี้เป็นเรื่องปกติสำหรับพื้นที่เย็น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีอุณหภูมิผกผันอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อชั้นอากาศที่อุ่นกว่าอยู่เหนือชั้นที่เย็นกว่า เอฟเฟกต์แสงนี้แสดงออกมาอันเป็นผลมาจากรูปแบบที่ซับซ้อนของการแพร่กระจายของคลื่นแสงด้านหน้าในชั้นอากาศที่มีความหนาแน่นไม่สม่ำเสมอ ภาพลวงตาที่ผิดปกติอย่างมากเกิดขึ้นเป็นครั้งคราว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริเวณขั้วโลก เมื่อภาพลวงตาเกิดขึ้นบนบก ต้นไม้และองค์ประกอบภูมิทัศน์อื่นๆ จะกลับหัวกลับหาง ในทุกกรณี วัตถุในภาพลวงตาด้านบนจะมองเห็นได้ชัดเจนกว่าในภาพลวงตาด้านล่าง เมื่อขอบเขตของมวลอากาศสองก้อนเป็นระนาบแนวตั้ง บางครั้งจะสังเกตเห็นภาพลวงตาด้านข้าง
ไฟของเซนต์เอลโม่ปรากฏการณ์ทางแสงบางอย่างในบรรยากาศ (เช่น การเรืองแสงและปรากฏการณ์ทางอุตุนิยมวิทยาที่พบบ่อยที่สุด - ฟ้าผ่า) เป็นปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าในธรรมชาติ ไฟของเซนต์เอลโมพบได้น้อยมาก - พู่กันสีน้ำเงินอ่อนหรือสีม่วงที่ส่องสว่างตั้งแต่ 30 ซม. ถึง 1 ม. ขึ้นไปซึ่งมักจะอยู่บนยอดเสากระโดงหรือปลายหลาของเรือในทะเล บางครั้งดูเหมือนว่าเรือทั้งลำถูกปกคลุมไปด้วยฟอสฟอรัสและเรืองแสง บางครั้งไฟของเอลโม่ก็ปรากฏขึ้นบนยอดเขา เช่นเดียวกับยอดแหลมและมุมแหลมของอาคารสูง ปรากฏการณ์นี้คือการปล่อยประจุไฟฟ้าที่ปลายตัวนำไฟฟ้า เมื่อความแรงของสนามไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างมากในบรรยากาศรอบตัว Will-o'-the-wisps เป็นแสงสีน้ำเงินหรือสีเขียวจาง ๆ ซึ่งบางครั้งเห็นได้ในหนองน้ำ สุสาน และห้องใต้ดิน มักปรากฏเป็นเปลวเทียนที่เผาไหม้อย่างสงบและไม่ร้อนซึ่งอยู่สูงจากพื้นดินประมาณ 30 ซม. ลอยอยู่เหนือวัตถุครู่หนึ่ง แสงดูเหมือนจะเข้าใจยากโดยสิ้นเชิง และเมื่อผู้สังเกตเข้าใกล้ ดูเหมือนว่าแสงจะเคลื่อนไปยังที่อื่น สาเหตุของปรากฏการณ์นี้คือการสลายตัวของสารอินทรีย์ตกค้างและการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองของก๊าซมีเทน (CH4) หรือฟอสฟีน (PH3) ไฟระยิบระยับมีรูปร่างแตกต่างกัน บางครั้งก็เป็นทรงกลม ลำแสงสีเขียว - แสงจ้าของแสงแดดสีเขียวมรกตในขณะที่แสงสุดท้ายของดวงอาทิตย์หายไปใต้ขอบฟ้า องค์ประกอบสีแดงของแสงแดดจะหายไปก่อน ส่วนอื่นๆ ทั้งหมดจะตามมาตามลำดับ และสีเขียวมรกตจะยังคงอยู่ ปรากฏการณ์นี้จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อสุดขอบของจานสุริยะเท่านั้นที่ยังคงอยู่เหนือขอบฟ้า มิฉะนั้นจะมีส่วนผสมของสี รังสีครีพัสคิวลาร์เป็นลำแสงที่แยกจากกันซึ่งมองเห็นได้เมื่อส่องฝุ่นในชั้นบรรยากาศสูง เงาจากเมฆก่อตัวเป็นแถบสีดำ และรังสีก็กระจายไปทั่ว ผลกระทบนี้เกิดขึ้นเมื่อดวงอาทิตย์อยู่ต่ำบนขอบฟ้าก่อนรุ่งสางหรือหลังพระอาทิตย์ตก

ดาวเคราะห์สีน้ำเงิน...

หัวข้อนี้ควรจะปรากฏบนเว็บไซต์หนึ่งในคนแรก ท้ายที่สุด เฮลิคอปเตอร์เป็นเครื่องบินในชั้นบรรยากาศ ชั้นบรรยากาศของโลก- ที่อยู่อาศัยของพวกเขาเพื่อพูด :-) แต่ คุณสมบัติทางกายภาพของอากาศเพียงแค่กำหนดคุณภาพของที่อยู่อาศัยนี้ :-) นั่นคือพื้นฐานอย่างหนึ่ง และพื้นฐานจะถูกเขียนก่อนเสมอ แต่ตอนนี้ฉันเพิ่งรู้ อย่างไรก็ตาม อย่างที่คุณรู้มาช้าดีกว่าไม่มา ... มาพูดถึงเรื่องนี้กันดีกว่า แต่ไม่ต้องเข้าไปในป่าและปัญหาที่ไม่จำเป็น :-)

ดังนั้น… ชั้นบรรยากาศของโลก. นี่คือเปลือกก๊าซของดาวเคราะห์สีน้ำเงินของเรา ทุกคนรู้จักชื่อนี้ ทำไมต้องสีน้ำเงิน? เพียงเพราะองค์ประกอบ "สีน้ำเงิน" (เช่นเดียวกับสีน้ำเงินและสีม่วง) ของแสงแดด (สเปกตรัม) กระจัดกระจายในชั้นบรรยากาศมากที่สุด จึงแต่งแต้มให้เป็นสีน้ำเงินอมฟ้า บางครั้งมีสีม่วงอ่อน (แน่นอนว่าในวันที่มีแดดจ้า) :-)) .

องค์ประกอบของชั้นบรรยากาศของโลก

องค์ประกอบของบรรยากาศค่อนข้างกว้าง ฉันจะไม่แสดงรายการส่วนประกอบทั้งหมดในข้อความ มีภาพประกอบที่ดี องค์ประกอบของก๊าซเหล่านี้เกือบคงที่ยกเว้นคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2 ) นอกจากนี้ บรรยากาศจำเป็นต้องมีน้ำในรูปของไอระเหย หยดน้ำค้าง หรือผลึกน้ำแข็ง ปริมาณน้ำไม่คงที่และขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดันอากาศในระดับที่น้อยกว่า นอกจากนี้ ชั้นบรรยากาศของโลก (โดยเฉพาะชั้นบรรยากาศในปัจจุบัน) ก็มีจำนวนหนึ่งเช่นกัน ฉันจะบอกว่า "ความสกปรกทุกประเภท" :-) เหล่านี้คือ SO 2, NH 3, CO, HCl, NO นอกจากนี้ยังมีไอระเหยของปรอท Hg จริงอยู่ทั้งหมดนี้ในปริมาณเล็กน้อยขอบคุณพระเจ้า :-)

ชั้นบรรยากาศของโลกเป็นเรื่องปกติที่จะแบ่งออกเป็นหลายโซนตามความสูงเหนือพื้นผิวซึ่งกันและกัน

อย่างแรกที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดคือชั้นโทรโพสเฟียร์ นี่คือระดับต่ำสุดและพูดอีกอย่างคือเลเยอร์หลักสำหรับชีวิตของประเภทต่างๆ ประกอบด้วยมวล 80% ของอากาศในบรรยากาศทั้งหมด (แม้ว่าโดยปริมาตรจะมีเพียง 1% ของบรรยากาศทั้งหมด) และประมาณ 90% ของน้ำในบรรยากาศทั้งหมด มวลของลม เมฆ ฝน และหิมะทั้งหมด 🙂 มาจากที่นั่น ชั้นโทรโพสเฟียร์ขยายไปถึงความสูงประมาณ 18 กม. ในละติจูดเขตร้อน และสูงถึง 10 กม. ในละติจูดขั้วโลก อุณหภูมิของอากาศลดลงโดยเพิ่มขึ้นประมาณ 0.65º ทุกๆ 100 เมตร

โซนบรรยากาศ

โซนที่สองคือสตราโตสเฟียร์ ฉันต้องบอกว่าอีกโซนแคบ ๆ นั้นแตกต่างระหว่างโทรโพสเฟียร์และสตราโตสเฟียร์ - โทรโปพอส มันหยุดอุณหภูมิลดลงด้วยความสูง โทรโปพอสมีความหนาเฉลี่ย 1.5-2 กม. แต่ขอบเขตของโทรโปสเฟียร์ไม่ชัดเจน และโทรโพสเฟียร์มักจะทับซ้อนกับสตราโตสเฟียร์

ดังนั้นชั้นสตราโตสเฟียร์จึงมีความสูงเฉลี่ย 12 กม. ถึง 50 กม. อุณหภูมิในนั้นสูงถึง 25 กม. ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง (ประมาณ -57ºС) จากนั้นบางแห่งถึง 40 กม. ก็เพิ่มขึ้นถึงประมาณ0ºСและต่อไปถึง 50 กม. ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง สตราโตสเฟียร์เป็นส่วนที่ค่อนข้างเงียบในชั้นบรรยากาศของโลก แทบไม่มีสภาพอากาศไม่เอื้ออำนวย มันอยู่ในสตราโตสเฟียร์ที่ชั้นโอโซนที่มีชื่อเสียงตั้งอยู่ที่ระดับความสูง 15-20 กม. ถึง 55-60 กม.

ตามด้วยสตราโตพอสชั้นขอบเล็ก ๆ ซึ่งอุณหภูมิยังคงอยู่ที่ประมาณ0ºСจากนั้นโซนถัดไปคือมีโซสเฟียร์ มันขยายไปถึงระดับความสูง 80-90 กม. และในนั้นอุณหภูมิจะลดลงถึงประมาณ80ºС ในชั้นบรรยากาศมีโซสเฟียร์ อุกกาบาตขนาดเล็กมักจะมองเห็นได้ ซึ่งเริ่มเรืองแสงและเผาไหม้ที่นั่น

ช่องว่างที่แคบถัดไปคือช่วงวัยหมดประจำเดือนและนอกเหนือเขตเทอร์โมสเฟียร์ ความสูงของมันสูงถึง 700-800 กม. ที่นี่อุณหภูมิเริ่มสูงขึ้นอีกครั้งและที่ระดับความสูงประมาณ 300 กม. สามารถเข้าถึงค่าของคำสั่ง1200ºС ต่อจากนี้ไปก็คงที่ ไอโอสเฟียร์ตั้งอยู่ภายในเทอร์โมสเฟียร์สูงถึงประมาณ 400 กม. ในที่นี้ อากาศจะแตกตัวเป็นไอออนอย่างรุนแรงเนื่องจากการสัมผัสกับรังสีดวงอาทิตย์และมีค่าการนำไฟฟ้าสูง

ถัดไปและโดยทั่วไปแล้วโซนสุดท้ายคือชั้นนอก นี่คือเขตกระจายที่เรียกว่า ที่นี่มีไฮโดรเจนและฮีเลียมที่หายากมาก ที่ระดับความสูงประมาณ 3000 กม. เอกโซสเฟียร์ผ่านเข้าไปในสุญญากาศในอวกาศใกล้

มันเป็นเช่นนั้นที่ไหนสักแห่ง เพราะอะไร? เพราะชั้นเหล่านี้ค่อนข้างมีเงื่อนไข การเปลี่ยนแปลงต่างๆ ของระดับความสูง องค์ประกอบของก๊าซ น้ำ อุณหภูมิ การแตกตัวเป็นไอออน และอื่นๆ เป็นไปได้ นอกจากนี้ยังมีคำศัพท์อีกมากมายที่กำหนดโครงสร้างและสถานะของชั้นบรรยากาศของโลก

ตัวอย่างเช่นโฮโมสเฟียร์และเฮเทอโรสเฟียร์ ในตอนแรก ก๊าซในชั้นบรรยากาศผสมกันอย่างดีและองค์ประกอบของพวกมันค่อนข้างเป็นเนื้อเดียวกัน อันที่สองตั้งอยู่เหนืออันแรกและแทบไม่มีการผสมที่นั่น ก๊าซถูกคั่นด้วยแรงโน้มถ่วง ขอบเขตระหว่างชั้นเหล่านี้ตั้งอยู่ที่ระดับความสูง 120 กม. และเรียกว่า turbopause

จบกันที่เงื่อนไข แต่ฉันจะเสริมอย่างแน่นอนว่าตามอัตภาพว่าขอบเขตของบรรยากาศตั้งอยู่ที่ระดับความสูง 100 กม. เหนือระดับน้ำทะเล พรมแดนนี้เรียกว่า Karman Line

ฉันจะเพิ่มรูปภาพอีกสองภาพเพื่อแสดงโครงสร้างของบรรยากาศ อย่างแรกเป็นภาษาเยอรมัน แต่ก็สมบูรณ์และเข้าใจง่าย :-) สามารถขยายและพิจารณาได้ดี ส่วนที่สองแสดงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิบรรยากาศพร้อมระดับความสูง

โครงสร้างชั้นบรรยากาศของโลก

อุณหภูมิอากาศเปลี่ยนแปลงตามระดับความสูง

ยานอวกาศโคจรที่บรรจุคนสมัยใหม่บินที่ระดับความสูงประมาณ 300-400 กม. อย่างไรก็ตามนี่ไม่ใช่การบินอีกต่อไปแม้ว่าพื้นที่นั้นมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดและเราจะพูดถึงมันอีกครั้งอย่างแน่นอน :-)

เขตการบินคือโทรโพสเฟียร์ เครื่องบินบรรยากาศสมัยใหม่สามารถบินได้ในชั้นล่างของสตราโตสเฟียร์ ตัวอย่างเช่น เพดานที่ใช้งานได้จริงของ MIG-25RB คือ 23000 ม.

เที่ยวบินในสตราโตสเฟียร์

และแน่นอน คุณสมบัติทางกายภาพของอากาศโทรโพสเฟียร์กำหนดว่าการบินจะเป็นอย่างไร ระบบควบคุมเครื่องบินจะมีประสิทธิภาพเพียงใด ความปั่นป่วนในชั้นบรรยากาศจะส่งผลต่อมันอย่างไร เครื่องยนต์จะทำงานอย่างไร

คุณสมบัติหลักแรกคือ อุณหภูมิอากาศ. ในพลวัตของแก๊ส สามารถกำหนดได้ในระดับเซลเซียสหรือระดับเคลวิน

อุณหภูมิ t1ที่ความสูงที่กำหนด ชมในระดับเซลเซียสถูกกำหนด:

เสื้อ 1 \u003d เสื้อ - 6.5N, ที่ไหน tคือ อุณหภูมิอากาศที่พื้น

อุณหภูมิในระดับเคลวินเรียกว่า อุณหภูมิสัมบูรณ์ศูนย์ในระดับนี้เป็นศูนย์สัมบูรณ์ ที่ศูนย์สัมบูรณ์ การเคลื่อนที่เชิงความร้อนของโมเลกุลจะหยุดลง ศูนย์สัมบูรณ์ในระดับเคลวินสอดคล้องกับ-273ºในระดับเซลเซียส

ดังนั้นอุณหภูมิ ตู่บนที่สูง ชมในระดับเคลวินถูกกำหนด:

T \u003d 273K + t - 6.5H

ความกดอากาศ. วัดความดันบรรยากาศเป็น Pascals (N / m 2) ในระบบเก่าของการวัดในบรรยากาศ (atm.) นอกจากนี้ยังมีสิ่งเช่นความกดอากาศ นี่คือความดันที่วัดเป็นมิลลิเมตรของปรอทโดยใช้บารอมิเตอร์ของปรอท ความกดอากาศ (ความดันที่ระดับน้ำทะเล) เท่ากับ 760 mmHg. ศิลปะ. เรียกว่ามาตรฐาน ในวิชาฟิสิกส์ 1 atm เท่ากับ 760 มม.ปรอท

ความหนาแน่นของอากาศ. ในแอโรไดนามิก แนวคิดที่ใช้กันมากที่สุดคือความหนาแน่นของมวลอากาศ นี่คือมวลของอากาศในปริมาตร 1 m3 ความหนาแน่นของอากาศเปลี่ยนแปลงไปตามความสูง อากาศจะหายากขึ้น

ความชื้นในอากาศ. แสดงปริมาณน้ำในอากาศ มีแนวคิด " ความชื้นสัมพัทธ์". นี่คืออัตราส่วนของมวลไอน้ำต่อค่าสูงสุดที่เป็นไปได้ที่อุณหภูมิที่กำหนด แนวคิดเรื่อง 0% กล่าวคือ เมื่ออากาศแห้งสนิท โดยทั่วไปจะมีอยู่ในห้องปฏิบัติการเท่านั้น ในทางกลับกันความชื้น 100% ค่อนข้างจริง ซึ่งหมายความว่าอากาศดูดซับน้ำทั้งหมดที่สามารถดูดซับได้ สิ่งที่เหมือน "ฟองน้ำเต็ม" อย่างแน่นอน ความชื้นสัมพัทธ์สูงช่วยลดความหนาแน่นของอากาศ ในขณะที่ความชื้นสัมพัทธ์ต่ำจะเพิ่มตามไปด้วย

เนื่องจากเที่ยวบินของเครื่องบินเกิดขึ้นภายใต้สภาพอากาศที่แตกต่างกัน การบินและพารามิเตอร์ทางอากาศพลศาสตร์ในโหมดการบินเดียวอาจแตกต่างกัน ดังนั้น สำหรับการประเมินพารามิเตอร์เหล่านี้อย่างถูกต้อง เราจึงแนะนำ บรรยากาศมาตรฐานสากล (ISA). แสดงการเปลี่ยนแปลงของอากาศเมื่อระดับความสูงสูงขึ้น

พารามิเตอร์หลักของสถานะของอากาศที่ความชื้นเป็นศูนย์นั้นใช้ดังนี้:

ความดัน P = 760 มม. ปรอท ศิลปะ. (101.3 kPa);

อุณหภูมิ เสื้อ = +15°C (288 K);

ความหนาแน่นของมวล ρ \u003d 1.225 กก. / ม. 3;

สำหรับ ISA จะถือว่า (ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น :-)) อุณหภูมิในชั้นโทรโพสเฟียร์ลดลง 0.65º สำหรับทุกระดับความสูง 100 เมตร

บรรยากาศมาตรฐาน (ตัวอย่างสูงถึง 10,000 ม.)

ตาราง ISA ใช้สำหรับสอบเทียบเครื่องมือ เช่นเดียวกับการคำนวณการนำทางและวิศวกรรม

คุณสมบัติทางกายภาพของอากาศรวมถึงแนวคิดต่างๆ เช่น ความเฉื่อย ความหนืด และการอัดตัว

ความเฉื่อยเป็นคุณสมบัติของอากาศที่แสดงถึงความสามารถในการต้านทานการเปลี่ยนแปลงในสภาวะพักหรือการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงสม่ำเสมอ . การวัดความเฉื่อยคือความหนาแน่นมวลของอากาศ ยิ่งสูงเท่าใด ความเฉื่อยและแรงลากของตัวกลางก็จะยิ่งสูงขึ้นเมื่อเครื่องบินเคลื่อนที่เข้าไป

ความหนืด กำหนดความต้านทานแรงเสียดทานต่ออากาศขณะที่เครื่องบินเคลื่อนที่

การบีบอัดจะวัดการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นของอากาศเมื่อความดันเปลี่ยนแปลง ที่ความเร็วต่ำของเครื่องบิน (สูงถึง 450 กม./ชม.) จะไม่มีการเปลี่ยนแปลงความดันเมื่ออากาศไหลไปรอบๆ แต่ที่ความเร็วสูง ผลกระทบของการอัดจะเริ่มปรากฏขึ้น อิทธิพลของมันที่มีต่อความเร็วเหนือเสียงนั้นเด่นชัดเป็นพิเศษ นี่เป็นพื้นที่แยกต่างหากของแอโรไดนามิกและหัวข้อสำหรับบทความแยกต่างหาก :-)

ดูเหมือนว่าทั้งหมดสำหรับตอนนี้ ... ถึงเวลาแล้วที่จะเสร็จสิ้นการแจงนับที่น่าเบื่อเล็กน้อยซึ่งอย่างไรก็ตามไม่สามารถจ่ายด้วย :-) ชั้นบรรยากาศของโลก, พารามิเตอร์, คุณสมบัติทางกายภาพของอากาศมีความสำคัญต่อเครื่องบินพอๆ กับพารามิเตอร์ของตัวอุปกรณ์เอง และเป็นไปไม่ได้ที่จะไม่พูดถึงมัน

สำหรับตอนนี้จนถึงการประชุมครั้งต่อไปและหัวข้อที่น่าสนใจมากขึ้น 🙂 …

ป.ล. สำหรับของหวาน ฉันแนะนำให้ดูวิดีโอที่ถ่ายจากห้องนักบินของเครื่องบินแฝด MIG-25PU ระหว่างบินสู่สตราโตสเฟียร์ เห็นได้ชัดว่าถ่ายทำโดยนักท่องเที่ยวที่มีเงินสำหรับเที่ยวบินดังกล่าว :-) ส่วนใหญ่ถ่ายผ่านกระจกหน้ารถ สังเกตสีของท้องฟ้า...

บรรยากาศ

ชั้นบรรยากาศคือเปลือกก๊าซที่ล้อมรอบโลก มันถูกยึดไว้โดยแรงโน้มถ่วงของโลกภายใต้อิทธิพลที่ก๊าซส่วนใหญ่สะสมอยู่เหนือพื้นผิวโลก - ในชั้นบรรยากาศต่ำสุด - โทรโพสเฟียร์

เราอาศัยอยู่ในชั้นบรรยากาศที่ต่ำที่สุด เครื่องบินบินในชั้นที่เรียกว่าชั้นบรรยากาศ ปรากฏการณ์เช่นแสงออโรร่าในซีกโลกเหนือและใต้มีต้นกำเนิดมาจากเทอร์โมสเฟียร์ ด้านบนเป็นพื้นที่

ชั้นบรรยากาศ

ในชั้นบรรยากาศมีกี่ชั้น?

มีห้าชั้นหลักของบรรยากาศ ชั้นที่ต่ำที่สุด คือ โทรโพสเฟียร์ อยู่สูงจากพื้นผิวโลก 18 กม. ชั้นถัดไป - สตราโตสเฟียร์ - ขยายไปถึงความสูง 50 กม. เหนือ - มีโซสเฟียร์ - ประมาณ 80 กม. เหนือพื้นโลก ชั้นบนสุดเรียกว่าเทอร์โมสเฟียร์ ยิ่งคุณไปสูงเท่าไหร่ บรรยากาศก็จะยิ่งหนาแน่นน้อยลงเท่านั้น เหนือ 1,000 กม. ชั้นบรรยากาศของโลกเกือบจะหายไป และชั้นนอกสุด (ชั้นที่ห้าที่หายากมาก) จะผ่านเข้าไปในสุญญากาศ

บรรยากาศปกป้องเราอย่างไร?

สตราโตสเฟียร์ประกอบด้วยชั้นโอโซน (สารประกอบของอะตอมออกซิเจนสามอะตอม) ที่สร้างเกราะป้องกันซึ่งกันรังสีอัลตราไวโอเลตที่เป็นอันตรายส่วนใหญ่ออกไป ที่ขอบชั้นบรรยากาศมีโซนการแผ่รังสีสองโซน เรียกว่าแถบแวนอัลเลน ซึ่งสะท้อนรังสีคอสมิกเหมือนเกราะป้องกัน

ทำไมท้องฟ้าเป็นสีฟ้า?

แสงจากดวงอาทิตย์เดินทางผ่านชั้นบรรยากาศและกระจัดกระจาย สะท้อนอนุภาคขนาดเล็กของฝุ่นและไอน้ำในอากาศ นี่คือลักษณะที่แสงแดดสีขาวแบ่งออกเป็นส่วน ๆ ของสเปกตรัม - สีของรุ้ง รังสีสีฟ้ากระจายเร็วกว่าส่วนที่เหลือ เป็นผลให้เราเห็นสีน้ำเงินมากกว่าสีอื่น ๆ ในสเปกตรัมสุริยะซึ่งเป็นสาเหตุที่ท้องฟ้าปรากฏเป็นสีน้ำเงิน

เมฆเปลี่ยนรูปร่างตลอดเวลา เหตุผลก็คือลม บางส่วนเพิ่มขึ้นเป็นจำนวนมากและบางส่วนมีลักษณะคล้ายขนนกที่เบา บางครั้งเมฆก็ปกคลุมท้องฟ้าเหนือเราจนหมด

- เปลือกอากาศของโลกที่หมุนตามโลก ขอบเขตบนของบรรยากาศจะดำเนินการตามอัตภาพที่ระดับความสูง 150-200 กม. ขอบล่างคือพื้นผิวโลก

อากาศในบรรยากาศเป็นส่วนผสมของก๊าซ ปริมาตรส่วนใหญ่ในชั้นอากาศบนพื้นผิวคือไนโตรเจน (78%) และออกซิเจน (21%) นอกจากนี้ อากาศยังมีก๊าซเฉื่อย (อาร์กอน ฮีเลียม นีออน ฯลฯ) คาร์บอนไดออกไซด์ (0.03) ไอน้ำ และอนุภาคของแข็งต่างๆ (ฝุ่น เขม่า ผลึกเกลือ)

อากาศไม่มีสี และสีของท้องฟ้าอธิบายได้จากลักษณะเฉพาะของการกระเจิงของคลื่นแสง

บรรยากาศประกอบด้วยหลายชั้น: โทรโพสเฟียร์, สตราโตสเฟียร์, มีโซสเฟียร์และเทอร์โมสเฟียร์

ชั้นล่างสุดของอากาศเรียกว่า โทรโพสเฟียร์ที่ละติจูดที่ต่างกัน กำลังของมันไม่เหมือนกัน ชั้นโทรโพสเฟียร์ทำซ้ำรูปร่างของดาวเคราะห์และมีส่วนร่วมกับโลกในการหมุนตามแนวแกน ที่เส้นศูนย์สูตร ความหนาของชั้นบรรยากาศจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 10 ถึง 20 กม. ที่เส้นศูนย์สูตรมีค่ามากกว่าและที่ขั้วน้อยกว่า โทรโพสเฟียร์มีลักษณะเฉพาะด้วยความหนาแน่นสูงสุดของอากาศ 4/5 ของมวลของบรรยากาศทั้งหมดกระจุกตัวอยู่ในนั้น ชั้นโทรโพสเฟียร์เป็นตัวกำหนดสภาพอากาศ: มวลอากาศต่างๆ ก่อตัวที่นี่ เมฆและรูปแบบการตกตะกอน และการเคลื่อนที่ของอากาศในแนวนอนและแนวตั้งที่รุนแรงเกิดขึ้น

เหนือชั้นโทรโพสเฟียร์สูงถึง 50 กม. ตั้งอยู่ สตราโตสเฟียร์เป็นลักษณะความหนาแน่นของอากาศที่ต่ำกว่าไม่มีไอน้ำอยู่ในนั้น ในส่วนล่างของสตราโตสเฟียร์ที่ระดับความสูงประมาณ 25 กม. มี "หน้าจอโอโซน" - ชั้นบรรยากาศที่มีความเข้มข้นของโอโซนสูงซึ่งดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต

ที่ระดับความสูง 50 ถึง 80-90 กม. ขยายออกไป มีโซสเฟียร์เมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น อุณหภูมิจะลดลงโดยมีการไล่ระดับแนวตั้งเฉลี่ย (0.25-0.3)° / 100 ม. และความหนาแน่นของอากาศจะลดลง กระบวนการพลังงานหลักคือการถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสี การเรืองแสงของบรรยากาศเกิดจากกระบวนการโฟโตเคมีที่ซับซ้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับอนุมูลซึ่งเป็นโมเลกุลที่กระตุ้นด้วยแรงสั่นสะเทือน

เทอร์โมสเฟียร์ตั้งอยู่ที่ระดับความสูง 80-90 ถึง 800 กม. ความหนาแน่นของอากาศที่นี่มีน้อย ระดับของไอออนไนซ์ในอากาศสูงมาก อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับกิจกรรมของดวงอาทิตย์ เนื่องจากมีอนุภาคที่มีประจุจำนวนมาก จึงมีการสังเกตแสงออโรร่าและพายุแม่เหล็กที่นี่

บรรยากาศมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อธรรมชาติของโลกหากไม่มีออกซิเจน สิ่งมีชีวิตจะไม่สามารถหายใจได้ ชั้นโอโซนช่วยปกป้องสิ่งมีชีวิตทั้งหมดจากรังสีอัลตราไวโอเลตที่เป็นอันตราย บรรยากาศช่วยปรับอุณหภูมิที่ผันผวน: พื้นผิวโลกจะไม่เย็นจัดในตอนกลางคืนและไม่ร้อนเกินไปในตอนกลางวัน ในชั้นบรรยากาศหนาแน่นซึ่งไม่ถึงพื้นผิวโลกอุกกาบาตเผาผลาญจากหนาม

ชั้นบรรยากาศมีปฏิสัมพันธ์กับเปลือกโลกทั้งหมด ด้วยความช่วยเหลือของการแลกเปลี่ยนความร้อนและความชื้นระหว่างมหาสมุทรและแผ่นดิน หากไม่มีบรรยากาศก็ย่อมไม่มีเมฆฝนและลม

กิจกรรมของมนุษย์มีผลกระทบต่อบรรยากาศอย่างมีนัยสำคัญ มลพิษทางอากาศเกิดขึ้นซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO 2) และสิ่งนี้มีส่วนทำให้เกิดภาวะโลกร้อนและช่วยเพิ่ม "ผลกระทบของเรือนกระจก" ชั้นโอโซนของโลกกำลังถูกทำลายเนื่องจากของเสียจากอุตสาหกรรมและการขนส่ง

บรรยากาศจำเป็นต้องได้รับการปกป้อง ในประเทศที่พัฒนาแล้ว มีการใช้ชุดมาตรการเพื่อปกป้องอากาศในบรรยากาศจากมลภาวะ

คุณมีคำถามใด ๆ หรือไม่? ต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับบรรยากาศ?
เพื่อรับความช่วยเหลือจากติวเตอร์ -.

blog.site ที่คัดลอกเนื้อหาทั้งหมดหรือบางส่วน จำเป็นต้องมีลิงก์ไปยังแหล่งที่มา

องค์ประกอบของบรรยากาศเปลือกอากาศของโลกของเรา - บรรยากาศปกป้องพื้นผิวโลกจากผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตจากรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ นอกจากนี้ยังปกป้องโลกจากอนุภาคของจักรวาล - ฝุ่นและอุกกาบาต

บรรยากาศประกอบด้วยส่วนผสมทางกลของก๊าซ: 78% ของปริมาตรคือไนโตรเจน 21% คือออกซิเจน และน้อยกว่า 1% คือฮีเลียม อาร์กอน คริปทอนและก๊าซเฉื่อยอื่นๆ ปริมาณออกซิเจนและไนโตรเจนในอากาศแทบไม่เปลี่ยนแปลง เนื่องจากไนโตรเจนแทบไม่ไปรวมกับสารอื่น ๆ และออกซิเจน ซึ่งถึงแม้จะกระฉับกระเฉงมากและใช้ไปกับการหายใจ การออกซิเดชัน และการเผาไหม้ พืชก็เติมอยู่ตลอดเวลา

สูงถึง 100 กม. เปอร์เซ็นต์ของก๊าซเหล่านี้ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในทางปฏิบัติ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าอากาศผสมกันตลอดเวลา

นอกจากก๊าซเหล่านี้แล้ว บรรยากาศยังมีคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 0.03% ซึ่งมักจะกระจุกตัวอยู่ใกล้พื้นผิวโลกและมีการกระจายอย่างไม่สม่ำเสมอ: ในเมือง ศูนย์อุตสาหกรรม และพื้นที่ที่เกิดการระเบิดของภูเขาไฟ ปริมาณเพิ่มขึ้น

มีสิ่งสกปรกอยู่ในบรรยากาศอยู่เสมอ - ไอน้ำและฝุ่น เนื้อหาของไอน้ำขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอากาศ ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้นเท่าใด อากาศก็จะยิ่งเก็บไอมากขึ้นเท่านั้น เนื่องจากมีไอน้ำในอากาศ จึงสามารถเกิดปรากฏการณ์ในบรรยากาศ เช่น รุ้งกินน้ำ การหักเหของแสงแดด เป็นต้น

ฝุ่นจะเข้าสู่ชั้นบรรยากาศระหว่างการระเบิดของภูเขาไฟ พายุทราย และฝุ่น ด้วยการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่ไม่สมบูรณ์ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อน ฯลฯ

โครงสร้างของชั้นบรรยากาศความหนาแน่นของบรรยากาศเปลี่ยนแปลงไปตามความสูง: สูงที่สุดที่พื้นผิวโลก และลดลงเมื่อสูงขึ้น ดังนั้นที่ระดับความสูง 5.5 กม. ความหนาแน่นของบรรยากาศคือ 2 เท่าและที่ระดับความสูง 11 กม. - น้อยกว่าในชั้นผิว 4 เท่า

ขึ้นอยู่กับความหนาแน่น องค์ประกอบ และคุณสมบัติของก๊าซ บรรยากาศแบ่งออกเป็นห้าชั้นที่มีศูนย์กลาง (รูปที่ 34)

ข้าว. 34.ส่วนแนวตั้งของบรรยากาศ (การแบ่งชั้นบรรยากาศ)

1. ชั้นล่างเรียกว่า โทรโพสเฟียร์ขอบเขตบนของมันวิ่งที่ระดับความสูง 8-10 กม. ที่ขั้วโลกและ 16-18 กม. ที่เส้นศูนย์สูตร ชั้นโทรโพสเฟียร์ประกอบด้วยมวลรวมของบรรยากาศมากถึง 80% และไอน้ำเกือบทั้งหมด

อุณหภูมิอากาศในชั้นโทรโพสเฟียร์จะลดลงตามความสูง 0.6 °C ทุก ๆ 100 ม. และที่ขอบด้านบนคือ -45-55 °C

อากาศในโทรโพสเฟียร์ผสมกันอย่างต่อเนื่องโดยเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ต่างกัน เฉพาะที่นี่มีหมอกฝนหิมะพายุฝนฟ้าคะนองพายุและปรากฏการณ์สภาพอากาศอื่น ๆ

2. ด้านบนตั้งอยู่ สตราโตสเฟียร์,ซึ่งมีความสูง 50-55 กม. ความหนาแน่นและความดันอากาศในสตราโตสเฟียร์นั้นเล็กน้อย อากาศบริสุทธิ์ประกอบด้วยก๊าซชนิดเดียวกับในชั้นโทรโพสเฟียร์ แต่มีโอโซนมากกว่า โอโซนมีความเข้มข้นสูงสุดที่ระดับความสูง 15-30 กม. อุณหภูมิในสตราโตสเฟียร์จะสูงขึ้นและสูงถึง 0 °C ขึ้นไปที่ขอบบน นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าโอโซนดูดซับส่วนที่มีความยาวคลื่นสั้นของพลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งเป็นผลมาจากการที่อากาศร้อนขึ้น

3. เหนือสตราโตสเฟียร์อยู่ มีโซสเฟียร์,ขยายความสูงถึง 80 กม. ในนั้นอุณหภูมิจะลดลงอีกครั้งและถึง -90 ° C ความหนาแน่นของอากาศมีน้อยกว่าที่พื้นผิวโลก 200 เท่า

4. เหนือชั้นมีโซสเฟียร์คือ เทอร์โมสเฟียร์(จาก 80 ถึง 800 กม.) อุณหภูมิในชั้นนี้สูงขึ้น: ที่ระดับความสูง 150 กม. ถึง 220 °C; ที่ระดับความสูง 600 กม. ถึง 1500 องศาเซลเซียส ก๊าซในชั้นบรรยากาศ (ไนโตรเจนและออกซิเจน) อยู่ในสถานะแตกตัวเป็นไอออน ภายใต้การกระทำของรังสีดวงอาทิตย์คลื่นสั้นอิเล็กตรอนแต่ละตัวจะถูกแยกออกจากเปลือกของอะตอม เป็นผลให้ในชั้นนี้ - ไอโอสเฟียร์ชั้นของอนุภาคที่มีประจุปรากฏขึ้น ชั้นที่หนาแน่นที่สุดของพวกเขาอยู่ที่ระดับความสูง 300-400 กม. เนื่องจากความหนาแน่นต่ำ รังสีของดวงอาทิตย์จึงไม่กระจายไปที่นั่น ดังนั้นท้องฟ้าจึงเป็นสีดำ ดวงดาวและดาวเคราะห์จึงส่องแสงเจิดจ้า

ในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์มี ไฟขั้วโลก,กระแสไฟฟ้าแรงสูงจะถูกสร้างขึ้นซึ่งทำให้เกิดการรบกวนในสนามแม่เหล็กของโลก

5. สูงกว่า 800 กม. เปลือกนอกตั้งอยู่ - ชั้นนอกความเร็วของการเคลื่อนที่ของอนุภาคแต่ละส่วนในชั้นนอกสุดจะเข้าใกล้จุดวิกฤต - 11.2 มม./วินาที ดังนั้นอนุภาคแต่ละตัวจึงสามารถเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลกและหลบหนีเข้าสู่อวกาศได้

คุณค่าของบรรยากาศบทบาทของชั้นบรรยากาศในชีวิตของเรานั้นยอดเยี่ยมมาก ถ้าไม่มีมัน โลกคงตาย ชั้นบรรยากาศปกป้องพื้นผิวโลกจากความร้อนและความเย็นที่รุนแรง อิทธิพลของมันสามารถเปรียบได้กับบทบาทของแก้วในโรงเรือน: เพื่อให้แสงแดดส่องเข้ามาและป้องกันความร้อนจากการหลบหนี

ชั้นบรรยากาศปกป้องสิ่งมีชีวิตจากคลื่นสั้นและรังสีจากร่างกายของดวงอาทิตย์ บรรยากาศคือสภาพแวดล้อมที่เกิดปรากฏการณ์สภาพอากาศซึ่งกิจกรรมทั้งหมดของมนุษย์เกี่ยวข้องกัน การศึกษาเปลือกหอยนี้ดำเนินการที่สถานีอุตุนิยมวิทยา นักอุตุนิยมวิทยาเฝ้าติดตามสถานะของบรรยากาศด้านล่างทั้งกลางวันและกลางคืนในทุกสภาพอากาศ สี่ครั้งต่อวัน และทุก ๆ สถานีจะมีการวัดอุณหภูมิ ความดัน ความชื้นในอากาศ สังเกตเมฆมาก ทิศทางลมและความเร็ว ปริมาณน้ำฝน ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและเสียงในบรรยากาศ สถานีอุตุนิยมวิทยามีอยู่ทุกหนทุกแห่งในทวีปแอนตาร์กติกาและในป่าฝนเขตร้อน บนภูเขาสูงและในพื้นที่กว้างใหญ่ของทุนดรา มีการสำรวจมหาสมุทรจากเรือที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษด้วย

ตั้งแต่ยุค 30 ศตวรรษที่ 20 การสังเกตเริ่มขึ้นในบรรยากาศอิสระ พวกเขาเริ่มปล่อยคลื่นวิทยุซึ่งสูงถึง 25-35 กม. และด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์วิทยุส่งข้อมูลเกี่ยวกับอุณหภูมิ ความดัน ความชื้นในอากาศ และความเร็วลมไปยัง Earth ปัจจุบันจรวดอุตุนิยมวิทยาและดาวเทียมก็ถูกใช้อย่างแพร่หลายเช่นกัน หลังมีการติดตั้งโทรทัศน์ที่ส่งภาพพื้นผิวโลกและเมฆ

| |
5. เปลือกอากาศของโลก§ 31. ความร้อนของบรรยากาศ