Üst atmosfer yüksekliği. gökyüzünde beyaz şerit

ATMOSFER
Bir gök cismini çevreleyen gazlı zarf. Özellikleri, belirli bir gök cisminin boyutuna, kütlesine, sıcaklığına, dönüş hızına ve kimyasal bileşimine bağlıdır ve ayrıca doğum anından itibaren oluşum tarihi ile belirlenir. Dünya'nın atmosferi hava adı verilen bir gaz karışımından oluşur. Ana bileşenleri yaklaşık 4:1 oranında nitrojen ve oksijendir. Bir kişi esas olarak atmosferin alt 15-25 km'lik durumundan etkilenir, çünkü bu alt tabakada havanın büyük kısmı yoğunlaşır. Atmosferi inceleyen bilime meteoroloji denir, ancak bu bilimin konusu aynı zamanda hava durumu ve insanlar üzerindeki etkisidir. Dünya yüzeyinden 60 ila 300 ve hatta 1000 km yükseklikte bulunan atmosferin üst katmanlarının durumu da değişiyor. Güçlü rüzgarlar, fırtınalar burada gelişir ve auroralar gibi şaşırtıcı elektrik olayları ortaya çıkar. Bu fenomenlerin çoğu, güneş radyasyonu, kozmik radyasyon ve Dünya'nın manyetik alanı akıları ile ilişkilidir. Atmosferin yüksek katmanları aynı zamanda bir kimya laboratuvarıdır, çünkü orada, vakuma yakın koşullar altında, güçlü bir güneş enerjisi akışının etkisi altında bazı atmosferik gazlar kimyasal reaksiyonlara girer. Bu birbiriyle ilişkili olayları ve süreçleri inceleyen bilime, atmosferin yüksek katmanlarının fiziği denir.
DÜNYA ATMOSFERİNİN GENEL ÖZELLİKLERİ
Boyutlar. Sondaj roketleri ve yapay uydular atmosferin dış katmanlarını Dünya'nın yarıçapından birkaç kat daha büyük mesafelerde keşfedene kadar, dünya yüzeyinden uzaklaştıkça atmosferin giderek daha seyrek hale geldiğine ve pürüzsüzce gezegenler arası boşluğa geçtiğine inanılıyordu. . Güneş'in derin katmanlarından gelen enerji akışının, Dünya'nın yörüngesinin çok ötesine, Güneş Sistemi'nin dış sınırlarına kadar uzaya nüfuz ettiği artık tespit edilmiştir. Bu sözde. Güneş rüzgarı, Dünya'nın manyetik alanı etrafında akar ve Dünya'nın atmosferinin yoğunlaştığı uzun bir "boşluk" oluşturur. Dünya'nın manyetik alanı, Güneş'e bakan gündüz tarafında gözle görülür şekilde daralır ve muhtemelen Ay'ın yörüngesinin ötesine uzanan, gecenin karşı tarafında uzun bir dil oluşturur. Dünyanın manyetik alanının sınırına manyetopoz denir. Gündüz tarafında, bu sınır yüzeyden yaklaşık yedi Dünya yarıçapı uzaklıktan geçer, ancak artan güneş aktivitesinin olduğu dönemlerde Dünya yüzeyine daha da yakındır. Manyetopoz aynı zamanda, hareketi dünyanın manyetik alanından kaynaklanan yüklü parçacıklar (iyonlar) içerdiğinden, dış kabuğu manyetosfer olarak da adlandırılan dünya atmosferinin sınırıdır. Atmosferik gazların toplam ağırlığı yaklaşık 4,5*1015 tondur.Dolayısıyla, atmosferin birim alan başına "ağırlığı" veya atmosfer basıncı, deniz seviyesinde yaklaşık 11 ton/m2'dir.
Yaşam için önemi. Yukarıdan, Dünya'nın gezegenler arası uzaydan güçlü bir koruyucu tabaka ile ayrıldığını takip eder. Dış uzaya, Güneş'ten gelen güçlü ultraviyole ve X-ışını radyasyonu ve daha da sert kozmik radyasyon nüfuz eder ve bu tür radyasyon tüm canlılar için zararlıdır. Atmosferin dış kenarında radyasyon yoğunluğu öldürücüdür, ancak önemli bir kısmı atmosfer tarafından Dünya yüzeyinden uzakta tutulur. Bu radyasyonun absorpsiyonu, atmosferin yüksek katmanlarının birçok özelliğini ve özellikle orada meydana gelen elektrik olaylarını açıklar. Atmosferin en alt, yüzey tabakası, Dünya'nın katı, sıvı ve gazlı kabuklarının temas noktasında yaşayan bir insan için özellikle önemlidir. "Katı" Dünya'nın üst kabuğuna litosfer denir. Dünya yüzeyinin yaklaşık %72'si, hidrosferin çoğunu oluşturan okyanusların sularıyla kaplıdır. Atmosfer hem litosferi hem de hidrosferi sınırlar. İnsan, hava okyanusunun dibinde ve su okyanusunun seviyesinin yakınında veya üstünde yaşar. Bu okyanusların etkileşimi, atmosferin durumunu belirleyen önemli faktörlerden biridir.
Birleştirmek. Atmosferin alt katmanları bir gaz karışımından oluşur (tabloya bakınız). Tabloda listelenenlere ek olarak, havada küçük kirlilikler halinde başka gazlar da bulunur: ozon, metan, karbon monoksit (CO), azot ve kükürt oksitler, amonyak gibi maddeler.

ATMOSFERİN BİLEŞİMİ

Atmosferin yüksek katmanlarında, havanın bileşimi, Güneş'ten gelen sert radyasyonun etkisi altında değişir ve bu da oksijen moleküllerinin atomlara parçalanmasına yol açar. Atomik oksijen, atmosferin yüksek katmanlarının ana bileşenidir. Son olarak, atmosferin Dünya yüzeyinden en uzak katmanlarında, en hafif gazlar olan hidrojen ve helyum ana bileşenler haline gelir. Maddenin büyük kısmı 30 km'nin altında yoğunlaştığından, 100 km'nin üzerindeki irtifalarda hava bileşimindeki değişiklikler, atmosferin genel bileşimi üzerinde gözle görülür bir etkiye sahip değildir.
Enerji değişimi. Güneş, Dünya'ya gelen ana enerji kaynağıdır. Yaklaşık bir mesafede olmak. Güneş'ten 150 milyon km uzakta olan Dünya, yaydığı enerjinin yaklaşık iki milyarda birini, esas olarak insanın "ışık" dediği tayfın görünür kısmında alır. Bu enerjinin çoğu atmosfer ve litosfer tarafından emilir. Dünya ayrıca, çoğunlukla uzak kızılötesi radyasyon şeklinde enerji yayar. Böylece Güneş'ten alınan enerji, Dünya'nın ve atmosferin ısınması ile uzaya yayılan termal enerjinin ters akışı arasında bir denge kurulur. Bu dengenin mekanizması son derece karmaşıktır. Toz ve gaz molekülleri ışığı saçar ve kısmen dünya uzayına yansıtır. Bulutlar, gelen radyasyonun daha da fazlasını yansıtır. Enerjinin bir kısmı doğrudan gaz molekülleri tarafından emilir, ancak çoğunlukla kayalar, bitki örtüsü ve yüzey suları tarafından emilir. Atmosferde bulunan su buharı ve karbondioksit, görünür radyasyonu iletir, ancak kızılötesi radyasyonu emer. Termal enerji esas olarak atmosferin alt katmanlarında birikir. Cam ışığı içeri aldığında ve toprak ısındığında bir serada da benzer bir etki meydana gelir. Cam, kızılötesi radyasyona karşı nispeten opak olduğundan, serada ısı birikir. Su buharı ve karbondioksitin varlığı nedeniyle alt atmosferin ısınması genellikle sera etkisi olarak adlandırılır. Bulutluluk, atmosferin alt katmanlarında ısının korunmasında önemli bir rol oynar. Bulutlar dağılırsa veya hava kütlelerinin şeffaflığı artarsa, Dünya yüzeyi termal enerjiyi çevreleyen alana serbestçe yaydığı için sıcaklık kaçınılmaz olarak azalacaktır. Dünyanın yüzeyindeki su, güneş enerjisini emer ve buharlaşır, alt atmosfere büyük miktarda enerji taşıyan bir gaz - su buharına dönüşür. Su buharı yoğunlaşıp bulut veya sis oluşturduğunda, bu enerji ısı şeklinde açığa çıkar. Dünya yüzeyine ulaşan güneş enerjisinin yaklaşık yarısı suyun buharlaşması için harcanır ve alt atmosfere girer. Böylece sera etkisi ve suyun buharlaşması nedeniyle atmosfer aşağıdan ısınır. Bu, yalnızca yukarıdan ısınan ve bu nedenle atmosferden çok daha kararlı olan Dünya Okyanusu'nun dolaşımına kıyasla, dolaşımının yüksek etkinliğini kısmen açıklar.
Ayrıca bkz. METEOROLOJİ VE KLİMATOLOJİ. Atmosferin güneş "ışığı" ile genel ısınmasına ek olarak, Güneş'ten gelen ultraviyole ve X-ışını radyasyonu nedeniyle bazı katmanlarının önemli ölçüde ısınması meydana gelir. Yapı. Sıvı ve katılarla karşılaştırıldığında, gaz halindeki maddelerde moleküller arasındaki çekim kuvveti minimumdur. Moleküller arasındaki mesafe arttıkça, hiçbir şey onları engellemezse gazlar süresiz olarak genişleyebilir. Atmosferin alt sınırı Dünya'nın yüzeyidir. Açıkça söylemek gerekirse, bu bariyer aşılmazdır, çünkü hava ve su arasında ve hatta hava ile kayalar arasında gaz değişimi meydana gelir, ancak bu durumda bu faktörler ihmal edilebilir. Atmosfer küresel bir kabuk olduğundan, yan sınırları yoktur, sadece gezegenler arası uzayın yanından bir alt sınır ve bir üst (dış) sınır açılır. Dış sınır boyunca, bazı nötr gazların yanı sıra çevredeki dış uzaydan madde akışı da sızar. Yüksek enerjili kozmik ışınlar hariç, yüklü parçacıkların çoğu ya manyetosfer tarafından yakalanır ya da manyetosfer tarafından itilir. Atmosfer ayrıca, hava kabuğunu Dünya yüzeyinde tutan yerçekimi kuvvetinden de etkilenir. Atmosferik gazlar kendi ağırlıkları ile sıkıştırılır. Bu sıkıştırma, atmosferin alt sınırında maksimumdur ve bu nedenle hava yoğunluğu burada en yüksektir. Dünya yüzeyinden herhangi bir yükseklikte, havanın sıkıştırma derecesi, üzerindeki hava sütununun kütlesine bağlıdır, bu nedenle hava yoğunluğu yükseklikle azalır. Birim alan başına üstteki hava sütununun kütlesine eşit olan basınç, yoğunlukla doğrudan ilişkilidir ve bu nedenle yükseklikle de azalır. Atmosfer, yükseklikten bağımsız sabit bir bileşime, sabit bir sıcaklığa ve ona etki eden sabit bir yerçekimi kuvvetine sahip "ideal bir gaz" olsaydı, basınç her 20 km yükseklikte 10 kat azalırdı. Gerçek atmosfer yaklaşık 100 km'ye kadar ideal gazdan biraz farklıdır ve daha sonra havanın bileşimi değiştikçe basınç yükseklikle daha yavaş azalır. Tarif edilen modeldeki küçük değişiklikler, aynı zamanda, Dünya'nın merkezinden uzaklaştıkça yerçekimi kuvvetinde yaklaşık olarak bir azalma ile ortaya çıkar. Her 100 km irtifa için %3. Atmosfer basıncının aksine sıcaklık yükseklikle sürekli azalmaz. Şekilde gösterildiği gibi. 1, yaklaşık 10 km'ye düşer ve sonra tekrar yükselmeye başlar. Bu, oksijen ultraviyole güneş ışınımını emdiğinde meydana gelir. Bu durumda, molekülleri üç oksijen atomundan (O3) oluşan ozon gazı oluşur. Aynı zamanda ultraviyole radyasyonu da emer ve bu nedenle ozonosfer adı verilen atmosferin bu tabakası ısınır. Daha yüksek, daha az gaz molekülü olduğundan sıcaklık tekrar düşer ve buna bağlı olarak enerji emilimi azalır. Daha da yüksek katmanlarda, atmosfer tarafından Güneş'ten gelen en kısa dalga boyundaki ultraviyole ve X-ışını radyasyonunun emilmesi nedeniyle sıcaklık tekrar yükselir. Bu güçlü radyasyonun etkisi altında atmosfer iyonize olur, yani. Bir gaz molekülü bir elektron kaybeder ve pozitif bir elektrik yükü kazanır. Bu tür moleküller pozitif yüklü iyonlar haline gelir. Serbest elektronların ve iyonların varlığından dolayı, atmosferin bu tabakası bir elektrik iletkeninin özelliklerini kazanır. Nadir atmosferin gezegenler arası boşluğa geçtiği yerlerde sıcaklığın yükselmeye devam ettiğine inanılıyor. Dünya yüzeyinden birkaç bin kilometre uzakta, muhtemelen 5.000° ila 10.000°C arasındaki sıcaklıklar hakimdir.Moleküller ve atomlar çok yüksek hareket hızlarına ve dolayısıyla yüksek bir sıcaklığa sahip olsalar da, bu nadir gaz "sıcak" değildir. alışılmış anlamda.. Yüksek irtifalarda moleküllerin az sayıda olması nedeniyle toplam termal enerjileri çok küçüktür. Bu nedenle, atmosfer, seçimi hangi özelliğin en çok ilgi çekici olduğuna bağlı olan ayrı katmanlardan (yani bir dizi eşmerkezli kabuk veya küre) oluşur. Ortalama sıcaklık dağılımına dayanarak, meteorologlar ideal bir "orta atmosfer" yapısı için bir şema geliştirdiler (bkz. Şekil 1).

Troposfer - atmosferin alt tabakası, ilk termal minimuma (sözde tropopoz) kadar uzanır. Troposferin üst sınırı coğrafi enleme (tropiklerde - 18-20 km, ılıman enlemlerde - yaklaşık 10 km) ve yılın zamanına bağlıdır. ABD Ulusal Hava Durumu Servisi, Güney Kutbu yakınlarında sondajlar yaptı ve tropopozun yüksekliğindeki mevsimsel değişiklikleri ortaya çıkardı. Mart ayında, tropopoz yaklaşık bir yüksekliktedir. 7.5 km. Mart-Ağustos veya Eylül ayları arasında troposfer sürekli bir soğuma olur ve sınırı Ağustos veya Eylül aylarında kısa bir süre için yaklaşık 11.5 km yüksekliğe çıkar. Daha sonra Eylül ayından Aralık ayına kadar hızla düşer ve en düşük konumuna ulaşır - 7,5 km, burada Mart ayına kadar kalır, sadece 0,5 km içinde dalgalanır. İnsan varlığının koşullarını belirleyen havanın esas olarak oluştuğu troposferdedir. Atmosferik su buharının çoğu troposferde yoğunlaşmıştır ve bu nedenle, buz kristallerinden oluşan bazıları daha yüksek katmanlarda da bulunsa da, esas olarak burada bulutlar oluşur. Troposfer, türbülans ve güçlü hava akımları (rüzgarlar) ve fırtınalar ile karakterize edilir. Üst troposferde, kesin olarak tanımlanmış bir yönde güçlü hava akımları vardır. Küçük girdaplar gibi türbülanslı girdaplar, yavaş ve hızlı hareket eden hava kütleleri arasındaki sürtünme ve dinamik etkileşimin etkisi altında oluşur. Bu yüksek katmanlar genellikle bulutsuz olduğundan, bu türbülansa "temiz hava türbülansı" denir.
Stratosfer. Atmosferin üst tabakası, genellikle yanlışlıkla, rüzgarların az ya da çok düzenli estiği ve meteorolojik unsurların çok az değiştiği, nispeten sabit sıcaklıklara sahip bir tabaka olarak tanımlanır. Stratosferin üst katmanları oksijen ve ozon güneş ultraviyole radyasyonunu emdikçe ısınır. Stratosferin (stratopause) üst sınırı, sıcaklığın hafifçe yükseldiği ve genellikle yüzey hava tabakasının sıcaklığıyla karşılaştırılabilir bir ara maksimuma ulaştığı yerde çizilir. Sabit bir irtifada uçmaya uyarlanmış uçaklar ve balonlarla yapılan gözlemlere dayanarak, stratosferde türbülanslı rahatsızlıklar ve farklı yönlerden esen kuvvetli rüzgarlar tespit edilmiştir. Troposferde olduğu gibi, özellikle yüksek hızlı uçaklar için tehlikeli olan güçlü hava girdapları not edilir. Jet akımları adı verilen kuvvetli rüzgarlar, kutuplara bakan ılıman enlemlerin sınırları boyunca dar bölgelerde eser. Ancak bu bölgeler kayabilir, kaybolabilir ve yeniden ortaya çıkabilir. Jet akımları genellikle tropopoza nüfuz eder ve üst troposferde ortaya çıkar, ancak irtifa azaldıkça hızları hızla düşer. Stratosfere giren (esas olarak ozon oluşumuna harcanan) enerjinin bir kısmının troposferdeki süreçleri etkilemesi mümkündür. Özellikle aktif karıştırma, tropopozun önemli ölçüde altında yoğun stratosferik hava akışlarının kaydedildiği ve troposferik havanın stratosferin alt katmanlarına çekildiği atmosferik cephelerle ilişkilidir. Atmosferin alt katmanlarının dikey yapısının incelenmesinde, radyosondaları 25-30 km irtifalara fırlatma tekniğinin geliştirilmesiyle bağlantılı olarak önemli ilerleme kaydedilmiştir. Stratosferin üzerinde bulunan mezosfer, 80-85 km yüksekliğe kadar sıcaklığın bir bütün olarak atmosfer için minimuma düştüğü bir kabuktur. -110°C'ye kadar düşen rekor düşük sıcaklıklar, Fort Churchill'deki (Kanada) ABD-Kanada tesisinden fırlatılan meteorolojik roketlerle kaydedildi. Mezosferin (mezopoz) üst sınırı, yaklaşık olarak X-ışınının aktif absorpsiyon bölgesinin alt sınırı ve gazın ısınması ve iyonlaşmasının eşlik ettiği Güneş'in en kısa dalga boyundaki ultraviyole radyasyonu ile çakışır. Yaz aylarında kutup bölgelerinde, bulut sistemleri genellikle geniş bir alanı kaplayan, ancak dikey gelişimi çok az olan mezopozda ortaya çıkar. Geceleri parlayan bu tür bulutlar, genellikle mezosferdeki büyük ölçekli dalgalı hava hareketlerini tespit etmeyi mümkün kılar. Bu bulutların bileşimi, nem kaynakları ve yoğuşma çekirdekleri, dinamikleri ve meteorolojik faktörlerle ilişkisi hala yeterince incelenmemiştir. Termosfer, sıcaklığın sürekli arttığı bir atmosfer tabakasıdır. Gücü 600 km'ye ulaşabilir. Bir gazın basıncı ve dolayısıyla yoğunluğu, yükseklikle sürekli olarak azalır. Dünya yüzeyinin yakınında, 1 m3 hava yakl. 2.5x1025 molekül, yakl. 100 km, termosferin alt katmanlarında - yaklaşık 1019, 200 km yükseklikte, iyonosferde - 5 * 10 15 ve hesaplamalara göre, yaklaşık olarak. 850 km - yaklaşık 1012 molekül. Gezegenler arası uzayda, moleküllerin konsantrasyonu 1 m3 başına 10 8-10 9'dur. Yaklaşık bir yükseklikte. 100 km, moleküllerin sayısı azdır ve nadiren birbirleriyle çarpışırlar. Rastgele hareket eden bir molekülün başka bir benzer molekülle çarpışmadan önce kat ettiği ortalama mesafeye ortalama serbest yolu denir. Bu değerin, moleküller arası veya atomlar arası çarpışma olasılığının ihmal edilebileceği kadar arttığı katman, termosfer ile onu örten kabuk (ekzosfer) arasındaki sınırda bulunur ve termal duraklama olarak adlandırılır. Termopoz, dünya yüzeyinden yaklaşık 650 km uzaklıktadır. Belirli bir sıcaklıkta, bir molekülün hareket hızı kütlesine bağlıdır: daha hafif moleküller ağır olanlardan daha hızlı hareket eder. Serbest yolun çok kısa olduğu alt atmosferde, gazların moleküler ağırlıklarına göre gözle görülür bir ayrımı yoktur, ancak 100 km'nin üzerinde ifade edilir. Ek olarak, Güneş'ten gelen ultraviyole ve X-ışını radyasyonunun etkisi altında, oksijen molekülleri, kütlesi molekülün kütlesinin yarısı olan atomlara ayrılır. Bu nedenle, Dünya yüzeyinden uzaklaştıkça, atomik oksijen atmosferin bileşiminde ve yakl. 200 km ana bileşeni haline gelir. Daha yüksek, Dünya yüzeyinden yaklaşık 1200 km uzaklıkta, hafif gazlar - helyum ve hidrojen - baskındır. Atmosferin en dış tabakasıdır. Dağınık ayırma olarak adlandırılan bu ağırlık ayırma, bir santrifüj kullanılarak karışımların ayrılmasına benzer. Ekzosfer, sıcaklıktaki değişiklikler ve nötr gazın özellikleri temelinde izole edilen atmosferin dış tabakasıdır. Ekzosferdeki moleküller ve atomlar, yerçekiminin etkisi altında balistik yörüngelerde Dünya'nın etrafında döner. Bu yörüngelerin bazıları parabolik ve mermilerin yörüngelerine benzer. Moleküller, uydular gibi Dünya'nın etrafında ve eliptik yörüngelerde dönebilir. Başta hidrojen ve helyum olmak üzere bazı moleküllerin açık yörüngeleri vardır ve uzaya kaçarlar (Şekil 2).

GÜNEŞ-Karasal İLİŞKİLER VE ATMOSFER ÜZERİNE ETKİSİ
atmosferik gelgitler. Güneş ve Ay'ın çekimi, kara ve deniz gelgitlerine benzer şekilde atmosferde gelgitlere neden olur. Ancak atmosferik gelgitlerin önemli bir farkı vardır: atmosfer, Güneş'in çekiciliğine en güçlü şekilde tepki verirken, yer kabuğu ve okyanus - Ay'ın çekiciliğine. Bu, atmosferin Güneş tarafından ısıtılması ve yerçekimi gelgitine ek olarak güçlü bir termal gelgitin ortaya çıkmasıyla açıklanır. Genel olarak, atmosferik ve deniz gelgitlerinin oluşum mekanizmaları benzerdir, ancak havanın yerçekimi ve termal etkilere tepkisini tahmin etmek için sıkıştırılabilirliğini ve sıcaklık dağılımını hesaba katmak gerekir. Son iki sürecin itici güçleri çok daha güçlü olmasına rağmen, atmosferdeki yarı günlük (12 saatlik) güneş gelgitlerinin günlük güneş ve yarı günlük ay gelgitlerine neden baskın olduğu tam olarak açık değildir. Daha önce, atmosferde salınımları tam olarak 12 saatlik bir periyotla güçlendiren bir rezonansın meydana geldiğine inanılıyordu. Ancak jeofizik roketler yardımıyla yapılan gözlemler, böyle bir rezonansın sıcaklık nedeni olmadığını göstermektedir. Bu sorunu çözerken, muhtemelen atmosferin tüm hidrodinamik ve termal özelliklerini hesaba katmak gerekir. Gelgit dalgalanmalarının etkisinin maksimum olduğu ekvatora yakın yer yüzeyinde, atmosfer basıncında %0,1 oranında bir değişiklik sağlar. Gelgit rüzgarlarının hızı yaklaşık. 0,3 km/s. Atmosferin karmaşık termal yapısı nedeniyle (özellikle mezopozda minimum sıcaklığın varlığı), gelgit hava akımları yoğunlaşır ve örneğin 70 km yükseklikte hızları dünya yüzeyinden yaklaşık 160 kat daha yüksektir. önemli jeofizik sonuçları vardır. İyonosferin alt kısmında (E tabakası) gelgit salınımlarının iyonize gazı Dünya'nın manyetik alanında dikey olarak hareket ettirdiğine ve bu nedenle burada elektrik akımlarının ortaya çıktığına inanılmaktadır. Dünyanın yüzeyinde sürekli olarak ortaya çıkan bu akım sistemleri, manyetik alanın bozulmaları ile kurulur. Manyetik alanın günlük değişimleri, "atmosferik dinamo"nun gelgit mekanizmaları teorisi lehine ikna edici bir şekilde tanıklık eden hesaplanan değerlerle iyi bir uyum içindedir. İyonosferin alt kısmında (E tabakası) ortaya çıkan elektrik akımları bir yere hareket etmeli ve bu nedenle devre kapatılmalıdır. Yaklaşan hareketi motorun işi olarak kabul edersek, dinamo ile olan benzetme tamamlanmış olur. Elektrik akımının ters dolaşımının iyonosferin (F) daha yüksek bir katmanında gerçekleştirildiği varsayılır ve bu karşı akış, bu katmanın bazı tuhaf özelliklerini açıklayabilir. Son olarak, gelgit etkisi de E katmanında ve dolayısıyla F katmanında yatay akımlar oluşturmalıdır.
İyonosfer. 19. yüzyılın bilim adamları, auroraların oluşum mekanizmasını açıklamaya çalışıyorlar. atmosferde elektrik yüklü parçacıkların olduğu bir bölge olduğunu öne sürdü. 20. yüzyılda 85 ila 400 km arasındaki yüksekliklerde radyo dalgalarını yansıtan bir katmanın varlığına dair deneysel olarak ikna edici kanıtlar elde edildi. Artık elektriksel özelliklerinin atmosferik gaz iyonizasyonunun sonucu olduğu bilinmektedir. Bu nedenle bu katmana genellikle iyonosfer denir. Radyo dalgalarının yayılma mekanizması büyük iyonların varlığı ile ilişkili olmasına rağmen, radyo dalgaları üzerindeki etki esas olarak iyonosferdeki serbest elektronların varlığından kaynaklanmaktadır. İkincisi, nötr atomlardan ve moleküllerden daha aktif oldukları için atmosferin kimyasal özelliklerinin araştırılmasında da ilgi çekicidir. İyonosferde meydana gelen kimyasal reaksiyonlar, iyonosferin enerji ve elektrik dengesinde önemli rol oynar.
normal iyonosfer. Jeofizik roketler ve uydular yardımıyla yapılan gözlemler, atmosferin iyonlaşmasının geniş spektrumlu güneş radyasyonunun etkisi altında gerçekleştiğini gösteren birçok yeni bilgi verdi. Ana kısmı (% 90'dan fazla) spektrumun görünür kısmında yoğunlaşmıştır. Mor ışık ışınlarından daha kısa dalga boyuna ve daha fazla enerjiye sahip ultraviyole radyasyon, Güneş atmosferinin (kromosfer) iç kısmındaki hidrojen tarafından, daha da yüksek enerjiye sahip olan X-ışını radyasyonu, Güneş'in dış kabuğundaki gazlar tarafından yayılır. (korona). İyonosferin normal (ortalama) durumu, sürekli güçlü radyasyondan kaynaklanır. Normal iyonosferde, Dünya'nın günlük dönüşünün ve öğle saatlerinde güneş ışınlarının geliş açısındaki mevsimsel farklılıkların etkisi altında düzenli değişiklikler meydana gelir, ancak iyonosferin durumunda öngörülemeyen ve ani değişiklikler de meydana gelir.
İyonosferdeki bozukluklar. Bilindiği gibi, Güneş'te her 11 yılda bir maksimuma ulaşan güçlü, döngüsel olarak tekrarlanan bozulmalar ortaya çıkar. Uluslararası Jeofizik Yılı (IGY) programı kapsamındaki gözlemler, tüm sistematik meteorolojik gözlemler dönemi için en yüksek güneş aktivitesinin olduğu dönemle aynı zamana denk geldi, yani. 18. yüzyılın başından itibaren Yüksek aktivite dönemlerinde, Güneş'teki bazı alanların parlaklığı birkaç kez artar ve güçlü ultraviyole ve X-ışını radyasyonu darbeleri gönderir. Bu tür olaylara güneş patlamaları denir. Birkaç dakikadan bir veya iki saate kadar sürerler. Bir parlama sırasında güneş gazı (çoğunlukla protonlar ve elektronlar) patlar ve temel parçacıklar uzaya fırlar. Bu tür patlama anlarında Güneş'in elektromanyetik ve parçacık radyasyonu, Dünya'nın atmosferi üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. İlk reaksiyon, flaştan 8 dakika sonra, yoğun ultraviyole ve X-ışını radyasyonu Dünya'ya ulaştığında gözlenir. Sonuç olarak, iyonlaşma keskin bir şekilde artar; x-ışınları atmosfere iyonosferin alt sınırına kadar nüfuz eder; bu katmanlardaki elektronların sayısı o kadar artar ki radyo sinyalleri neredeyse tamamen emilir ("söndürülür"). Ek radyasyon emilimi, gazın ısınmasına neden olur ve bu da rüzgarların gelişmesine katkıda bulunur. İyonize gaz bir elektrik iletkenidir ve Dünya'nın manyetik alanında hareket ettiğinde bir dinamo etkisi ortaya çıkar ve bir elektrik akımı üretilir. Bu tür akımlar, sırayla, manyetik alanda gözle görülür bozulmalara neden olabilir ve kendilerini manyetik fırtınalar şeklinde gösterebilir. Bu ilk aşama, bir güneş patlamasının süresine tekabül eden kısa bir zaman alır. Güneş'teki güçlü patlamalar sırasında, hızlandırılmış bir parçacık akışı uzaya akar. Dünya'ya yöneldiğinde, atmosferin durumu üzerinde büyük etkisi olan ikinci aşama başlar. Auroraların en iyi bilindiği birçok doğa olayı, önemli sayıda yüklü parçacığın Dünya'ya ulaştığını gösterir (ayrıca bkz. POLAR IŞIKLARI). Bununla birlikte, bu parçacıkların Güneş'ten ayrılma süreçleri, gezegenler arası uzaydaki yörüngeleri ve Dünya'nın manyetik alanı ve manyetosfer ile etkileşim mekanizmaları hala yeterince incelenmemiştir. Sorun, 1958'de James Van Allen tarafından, yüklü parçacıklardan oluşan jeomanyetik alan tarafından tutulan mermilerin keşfinden sonra daha karmaşık hale geldi. Bu parçacıklar, manyetik alan çizgileri etrafında spiraller halinde dönerek bir yarımküreden diğerine hareket eder. Dünyanın yakınında, kuvvet çizgilerinin şekline ve parçacıkların enerjisine bağlı bir yükseklikte, parçacıkların hareket yönlerini tersine değiştirdikleri "yansıma noktaları" vardır (Şekil 3). Manyetik alanın gücü Dünya'dan uzaklaştıkça azaldığından, bu parçacıkların hareket ettiği yörüngeler biraz bozulur: elektronlar doğuya ve protonlar batıya sapar. Bu nedenle, dünya çapında kayışlar şeklinde dağıtılırlar.

Atmosferin Güneş tarafından ısıtılmasının bazı sonuçları. Güneş enerjisi tüm atmosferi etkiler. Dünyanın manyetik alanında yüklü parçacıkların oluşturduğu ve çevresinde dönen kuşaklardan daha önce bahsetmiştik. Bu kuşaklar, auroraların gözlemlendiği dairesel kutup bölgelerinde (bkz. Şekil 3) dünya yüzeyine en yakın olanlardır. Şekil 1, Kanada'daki auroral bölgelerin, ABD'nin güneybatısındakilerden önemli ölçüde daha yüksek termosferik sıcaklıklara sahip olduğunu göstermektedir. Yakalanan parçacıkların, özellikle yansıma noktalarının yakınında gaz molekülleri ile çarpıştıklarında, enerjilerinin bir kısmını atmosfere vermeleri ve eski yörüngelerini terk etmeleri muhtemeldir. Aurora bölgesinde atmosferin yüksek katmanları bu şekilde ısıtılır. Yapay uyduların yörüngeleri incelenirken bir başka önemli keşif daha yapıldı. Smithsonian Astrofizik Gözlemevi'nden bir gökbilimci olan Luigi Iacchia, bu yörüngelerdeki küçük sapmaların, Güneş tarafından ısıtılan atmosferin yoğunluğundaki değişikliklerden kaynaklandığına inanıyor. İyonosferde 200 km'den daha yüksek bir yükseklikte, güneş öğlene karşılık gelmeyen, ancak sürtünme kuvvetlerinin etkisi altında yaklaşık iki saat geride kalan maksimum elektron yoğunluğunun varlığını önerdi. Şu anda, 600 km'lik bir irtifa için tipik olan atmosferik yoğunluk değerleri, yakl. 950 km. Ek olarak, maksimum elektron konsantrasyonu, Güneş'ten gelen kısa süreli ultraviyole ve X-ışını radyasyonu flaşları nedeniyle düzensiz dalgalanmalar yaşar. L. Yakkia ayrıca, güneş patlamaları ve manyetik alan bozukluklarına karşılık gelen hava yoğunluğunda kısa vadeli dalgalanmalar keşfetti. Bu fenomenler, güneş kaynaklı parçacıkların Dünya atmosferine girmesi ve uyduların yörüngede olduğu katmanların ısınmasıyla açıklanmaktadır.
ATMOSFERİK ELEKTRİK
Atmosferin yüzey tabakasında, moleküllerin küçük bir kısmı, kozmik ışınların, radyoaktif kayalardan gelen radyasyonun ve havanın kendisinde radyumun (esas olarak radon) bozunma ürünlerinin etkisi altında iyonlaşmaya uğrar. İyonlaşma sürecinde, bir atom bir elektron kaybeder ve pozitif bir yük kazanır. Serbest bir elektron, başka bir atomla hızla birleşerek negatif yüklü bir iyon oluşturur. Bu tür eşleştirilmiş pozitif ve negatif iyonlar moleküler boyutlara sahiptir. Atmosferdeki moleküller bu iyonların etrafında kümelenme eğilimindedir. Bir iyonla birleştirilen birkaç molekül, yaygın olarak "hafif iyon" olarak adlandırılan bir kompleks oluşturur. Atmosfer ayrıca meteorolojide yoğuşma çekirdekleri olarak bilinen ve hava neme doyduğunda yoğuşma sürecinin başladığı molekül kompleksleri içerir. Bu çekirdekler, endüstriyel ve diğer kaynaklardan havaya salınan kirleticilerin yanı sıra tuz ve toz parçacıklarıdır. Işık iyonları genellikle "ağır iyonlar" oluşturmak için bu tür çekirdeklere bağlanır. Bir elektrik alanının etkisi altında, hafif ve ağır iyonlar atmosferin bir alanından diğerine geçerek elektrik yüklerini aktarır. Atmosfer genellikle elektriksel olarak iletken bir ortam olarak kabul edilmese de, az miktarda iletkenliğe sahiptir. Bu nedenle havada bırakılan yüklü bir cisim yükünü yavaş yavaş kaybeder. Atmosferik iletkenlik, artan kozmik ışın yoğunluğu, düşük basınç koşulları altında azaltılmış iyon kaybı (ve dolayısıyla daha uzun ortalama serbest yol) ve daha az ağır çekirdek nedeniyle yükseklikle artar. Atmosferin iletkenliği maksimum değerine yakl. 50 km, sözde. "tazminat seviyesi". Dünya yüzeyi ile "telafi seviyesi" arasında her zaman birkaç yüz kilovoltluk bir potansiyel fark olduğu bilinmektedir, yani. sabit elektrik alanı. Birkaç metre yükseklikteki havadaki belirli bir nokta ile Dünya yüzeyi arasındaki potansiyel farkın çok büyük olduğu ortaya çıktı - 100 V'tan fazla. Atmosferin pozitif bir yükü var ve dünyanın yüzeyi negatif yüklü. Elektrik alanı, her noktasında belirli bir potansiyel değeri olan bir alan olduğundan, potansiyel bir gradyan hakkında konuşabiliriz. Açık havada, birkaç metre daha alçakta, atmosferin elektrik alan gücü hemen hemen sabittir. Yüzey tabakasındaki havanın elektriksel iletkenliğindeki farklılıklar nedeniyle, potansiyel gradyan, seyri yerden yere önemli ölçüde değişen günlük dalgalanmalara tabidir. Yerel hava kirliliği kaynaklarının yokluğunda - okyanuslar üzerinde, yüksek dağlarda veya kutup bölgelerinde - açık havada potansiyel gradyanın günlük seyri aynıdır. Gradyanın büyüklüğü evrensele veya Greenwich Ortalamasına, Zamana (UT) bağlıdır ve 19:00 E'de maksimuma ulaşır. Appleton, bu maksimum elektriksel iletkenliğin muhtemelen gezegen ölçeğindeki en büyük fırtına aktivitesiyle çakıştığını öne sürdü. Gök gürültülü fırtınalar sırasındaki yıldırım deşarjları, en aktif cumulonimbus gök gürültülü bulutlarının temelleri önemli bir negatif yüke sahip olduğundan, Dünya yüzeyine negatif bir yük taşır. Gök gürültülü bulutların tepeleri, Holzer ve Sakson'un hesaplamalarına göre, fırtınalar sırasında tepelerinden akan pozitif bir yüke sahiptir. Sürekli yenileme olmadan, dünya yüzeyindeki yük, atmosferin iletkenliği tarafından nötralize edilecektir. Dünya yüzeyi ile "telafi seviyesi" arasındaki potansiyel farkın gök gürültülü fırtınalar nedeniyle korunduğu varsayımı, istatistiksel verilerle desteklenmektedir. Örneğin, nehir vadisinde maksimum sayıda fırtına görülür. Amazonlar. Çoğu zaman, fırtınalar günün sonunda orada meydana gelir, yani. TAMAM. 19:00 Greenwich Ortalama Saati, potansiyel gradyan dünyanın herhangi bir yerinde maksimumda olduğunda. Ayrıca, potansiyel gradyanın günlük değişiminin eğrilerinin şeklindeki mevsimsel değişimler de orajların küresel dağılımına ilişkin verilerle tam bir uyum içindedir. Bazı araştırmacılar, elektrik alanlarının iyonosfer ve manyetosferde var olduğuna inanıldığından, Dünya'nın elektrik alanının kaynağının dış kaynaklı olabileceğini iddia ediyor. Bu durum muhtemelen sahne arkası ve kemerlere benzer çok dar uzun aurora formlarının görünümünü açıklar.
(ayrıca bkz. POLAR IŞIKLARI). Atmosferin "telafi seviyesi" ile Dünya yüzeyi arasındaki potansiyel gradyanı ve iletkenliği nedeniyle, yüklü parçacıklar hareket etmeye başlar: pozitif yüklü iyonlar - dünya yüzeyine doğru ve negatif yüklü - ondan yukarı. Bu akım yaklaşık 1800 A. Bu değer büyük gibi görünse de Dünya'nın tüm yüzeyine dağıldığı unutulmamalıdır. 1 m2 taban alanına sahip bir hava sütunundaki akım gücü sadece 4 * 10 -12 A'dır. Öte yandan, yıldırım deşarjı sırasındaki akım gücü, elbette böyle bir deşarj olmasına rağmen birkaç amper'e ulaşabilir. kısa bir süreye sahiptir - bir saniyenin kesirlerinden tam bir saniyeye veya tekrarlanan deşarjlarla biraz daha fazla. Yıldırım, yalnızca doğanın kendine özgü bir fenomeni olarak büyük ilgi görüyor. Gaz halindeki bir ortamda birkaç yüz milyon voltluk bir voltajda ve elektrotlar arasındaki birkaç kilometrelik bir mesafede bir elektrik boşalmasını gözlemlemeyi mümkün kılar. 1750'de B. Franklin, Royal Society of London'a, yalıtkan bir tabana sabitlenmiş ve yüksek bir kuleye monte edilmiş bir demir çubukla deney yapmalarını önerdi. Bir gök gürültüsü bulutu kuleye yaklaştığında, başlangıçta nötr olan çubuğun üst ucunda zıt işaretli bir yükün yoğunlaşacağını ve bulutun tabanındaki ile aynı işaretli bir yükün alt uçta yoğunlaşacağını umuyordu. . Yıldırım boşalması sırasında elektrik alanının gücü yeterince artarsa, çubuğun üst ucundan gelen yük kısmen havaya boşalır ve çubuk, bulutun tabanıyla aynı işarette bir yük alır. Franklin tarafından önerilen deney İngiltere'de gerçekleştirilmedi, ancak Fransız fizikçi Jean d'Alembert tarafından 1752'de Marly'de Paris yakınlarında kuruldu. yalıtkan), ancak kuleye yerleştirmedi.10 Mayıs'ta asistanı, bir gök gürültüsü bulutu bir çubuğun üzerine geldiğinde, ona topraklanmış bir tel getirildiğinde kıvılcımlar oluştuğunu bildirdi.Franklin'in kendisi, Fransa'da gerçekleştirilen başarılı deneyimden habersiz, o yılın haziran ayında ünlü bir uçurtma deneyini yaptı ve ona bağlı bir telin ucunda elektrik kıvılcımları gözlemledi. Ertesi yıl, Franklin bir çubuktan toplanan yükleri incelerken, gök gürültüsü bulutlarının tabanlarının genellikle negatif yüklü olduğunu buldu. .Yıldırımla ilgili daha detaylı çalışmalar 19. yüzyılın sonlarında, özellikle hızla gelişen süreçlerin düzeltilmesini mümkün kılan döner mercekli cihazın icadından sonra, fotoğrafik yöntemlerdeki gelişmeler sayesinde mümkün oldu. Böyle bir kamera, kıvılcım deşarjlarının çalışmasında yaygın olarak kullanıldı. En yaygın olanı doğrusal, düz (bulut içi) ve küresel (hava deşarjları) olmak üzere birkaç yıldırım türü olduğu bulunmuştur. Doğrusal yıldırım, bir bulut ile yer yüzeyi arasında, dalları aşağı doğru uzanan bir kanalı takip eden bir kıvılcım boşalmasıdır. Düz şimşek, bir gök gürültüsü bulutunun içinde meydana gelir ve saçılan ışık parlamaları gibi görünür. Yıldırım topunun bir gök gürültüsünden başlayarak hava deşarjları genellikle yatay olarak yönlendirilir ve dünya yüzeyine ulaşmaz.

Bir yıldırım deşarjı genellikle üç veya daha fazla tekrarlanan deşarjdan oluşur - aynı yolu izleyen darbeler. Ardışık darbeler arasındaki aralıklar 1/100 ile 1/10 s arasında çok kısadır (yıldırımın titremesine neden olan budur). Genel olarak, flaş yaklaşık bir saniye veya daha kısa sürer. Tipik bir yıldırım geliştirme süreci aşağıdaki gibi tanımlanabilir. İlk olarak, zayıf ışıklı bir deşarj lideri yukarıdan yeryüzüne doğru koşar. Oraya ulaştığında, parlak bir şekilde parlayan ters veya ana deşarj, lider tarafından döşenen kanaldan topraktan geçer. Tahliye lideri, kural olarak, zikzak şeklinde hareket eder. Yayılma hızı saniyede yüz ila birkaç yüz kilometre arasında değişmektedir. Yolda, hava moleküllerini iyonize ederek, artan iletkenliğe sahip bir kanal oluşturarak, ters deşarjın, lider deşarjınkinden yaklaşık yüz kat daha hızlı bir şekilde yukarı doğru hareket ettiği bir kanal oluşturur. Kanalın boyutunu belirlemek zordur, ancak lider deşarjın çapının 1-10 m ve ters deşarjın çapının birkaç santimetre olduğu tahmin edilmektedir. Yıldırım deşarjları, 30 kHz'den ultra düşük frekanslara kadar geniş bir aralıkta radyo dalgaları yayarak radyo paraziti yaratır. Radyo dalgalarının en büyük radyasyonu muhtemelen 5 ila 10 kHz aralığındadır. Bu tür düşük frekanslı radyo paraziti, iyonosferin alt sınırı ile dünyanın yüzeyi arasındaki boşlukta "yoğunlaşır" ve kaynaktan binlerce kilometrelik mesafelere yayılabilir.
ATMOSFERDEKİ DEĞİŞİKLİKLER
Meteorların ve meteorların etkisi. Bazen meteor yağmurları ışık efektleriyle derin bir etki bıraksa da, tek tek meteorlar nadiren görülür. Atmosfer tarafından yutuldukları anda görülemeyecek kadar küçük olan görünmez göktaşları çok daha fazla sayıdadır. En küçük meteorlardan bazıları muhtemelen hiç ısınmazlar, sadece atmosfer tarafından yakalanırlar. Boyutları birkaç milimetreden milimetrenin on binde birine kadar değişen bu küçük parçacıklara mikrometeorit denir. Her gün atmosfere giren meteorik madde miktarı 100 ila 10.000 ton arasındadır ve bu maddenin çoğu mikrometeorittir. Meteorik madde atmosferde kısmen yandığından, gaz bileşimi çeşitli kimyasal elementlerin izleriyle doldurulur. Örneğin, taş meteorlar atmosfere lityum getirir. Metalik meteorların yanması, atmosferden geçen ve dünya yüzeyinde biriken küçük küresel demir, demir-nikel ve diğer damlacıkların oluşumuna yol açar. Buz tabakalarının yıllarca neredeyse değişmeden kaldığı Grönland ve Antarktika'da bulunabilirler. Oşinologlar onları dip okyanus çökellerinde bulurlar. Atmosfere giren meteor parçacıklarının çoğu yaklaşık 30 gün içinde birikiyor. Bazı bilim adamları, bu kozmik tozun, su buharı yoğunlaşmasının çekirdeği olarak hizmet ettiği için yağmur gibi atmosferik olayların oluşumunda önemli bir rol oynadığına inanmaktadır. Bu nedenle, yağışın istatistiksel olarak büyük meteor yağmurları ile ilişkili olduğu varsayılmaktadır. Bununla birlikte, bazı uzmanlar, meteorik maddenin toplam girdisinin, en büyük meteor yağmuru ile bile olduğundan onlarca kat daha fazla olduğu için, böyle bir yağmurun sonucu olarak meydana gelen bu maddenin toplam miktarındaki değişimin ihmal edilebileceğine inanmaktadır. Bununla birlikte, en büyük mikrometeoritlerin ve tabii ki görünür meteoritlerin atmosferin yüksek katmanlarında, özellikle iyonosferde uzun iyonlaşma izleri bıraktığına şüphe yoktur. Bu tür izler, yüksek frekanslı radyo dalgalarını yansıttıkları için uzun mesafeli radyo iletişimleri için kullanılabilir. Atmosfere giren meteorların enerjisi esas olarak ve belki de tamamen ısınması için harcanır. Bu, atmosferin ısı dengesinin küçük bileşenlerinden biridir.
Endüstriyel kaynaklı karbondioksit. Karbonifer döneminde, Dünya'da odunsu bitki örtüsü yaygındı. O zamanlar bitkiler tarafından emilen karbondioksitin çoğu, kömür yataklarında ve petrol yataklarında birikmişti. İnsanlar bu minerallerin devasa rezervlerini bir enerji kaynağı olarak kullanmayı öğrendiler ve artık karbondioksiti maddelerin dolaşımına hızla geri veriyorlar. Fosil muhtemelen M.Ö. 4*10 13 ton karbon. Geçen yüzyılda insanlık o kadar çok fosil yakıt yaktı ki yaklaşık 4*10 11 ton karbon yeniden atmosfere girdi. Şu anda yaklaşık vardır. 2*10 12 ton karbon ve önümüzdeki yüz yılda fosil yakıtların yanması nedeniyle bu rakam iki katına çıkabilir. Bununla birlikte, karbonun tamamı atmosferde kalmayacak: bir kısmı okyanusun sularında çözülecek, bir kısmı bitkiler tarafından emilecek ve bir kısmı da kayaların aşınması sürecinde bağlanacak. Atmosferde ne kadar karbondioksit olacağını veya dünya iklimini nasıl etkileyeceğini tahmin etmek henüz mümkün değil. Bununla birlikte, herhangi bir ısınmanın iklimi önemli ölçüde etkilemesi gerekli olmasa da, içeriğindeki herhangi bir artışın ısınmaya neden olacağına inanılmaktadır. Atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonu, ölçüm sonuçlarına göre, yavaş bir hızda da olsa gözle görülür şekilde artıyor. Antarktika'daki Ross Buz Rafındaki Svalbard ve Küçük Amerika İstasyonu için iklim verileri, yaklaşık 50 yıllık bir süre boyunca ortalama yıllık sıcaklıklarda sırasıyla 5° ve 2.5°C'lik bir artışa işaret ediyor.
Kozmik radyasyonun etkisi. Yüksek enerjili kozmik ışınlar atmosferin tek tek bileşenleri ile etkileşime girdiğinde radyoaktif izotoplar oluşur. Bunlar arasında bitki ve hayvan dokularında biriken 14C karbon izotopu öne çıkıyor. Çevre ile uzun süre karbon alışverişi yapmayan organik maddelerin radyoaktiviteleri ölçülerek yaşları belirlenebilir. Radyokarbon yöntemi, yaşı 50 bin yılı geçmeyen fosil organizmaları ve maddi kültür nesnelerini tarihlemek için en güvenilir yöntem olarak kendini kanıtlamıştır. Son derece düşük radyoaktivite seviyelerinin ölçülmesine ilişkin temel problem çözülürse, uzun yarı ömürleri olan diğer radyoaktif izotoplar, yüz binlerce yıllık malzemeleri tarihlendirmek için kullanılabilir.
(ayrıca bkz. RADYOKARBON TARİHLEME).
DÜNYANIN ATMOSFERİNİN KÖKENİ
Atmosferin oluşum tarihi henüz tam olarak güvenilir bir şekilde restore edilmemiştir. Bununla birlikte, bileşiminde bazı olası değişiklikler tespit edilmiştir. Atmosferin oluşumu, Dünya'nın oluşumundan hemen sonra başladı. Pra-Dünya'nın evrimi ve modern boyutlara ve kütleye yakın bir hale gelmesi sürecinde orijinal atmosferini neredeyse tamamen kaybettiğine inanmak için oldukça iyi nedenler var. Erken bir aşamada Dünya'nın erimiş bir durumda olduğuna ve yaklaşık olarak. 4.5 milyar yıl önce sağlam bir vücutta şekillendi. Bu dönüm noktası jeolojik kronolojinin başlangıcı olarak kabul edilir. O zamandan beri atmosfer yavaş bir evrim geçirdi. Volkanik patlamalar sırasında lav püskürmeleri gibi bazı jeolojik süreçlere, Dünya'nın bağırsaklarından gazların salınması eşlik etti. Muhtemelen nitrojen, amonyak, metan, su buharı, karbon monoksit ve karbon dioksit içeriyorlardı. Güneş ultraviyole radyasyonunun etkisi altında, su buharı hidrojen ve oksijene ayrışır, ancak salınan oksijen karbon monoksit ile reaksiyona girerek karbon dioksit oluşturur. Amonyak azot ve hidrojene ayrışır. Difüzyon sürecindeki hidrojen yükseldi ve atmosferi terk ederken, daha ağır nitrojen kaçamadı ve yavaş yavaş birikerek ana bileşeni haline geldi, ancak bir kısmı kimyasal reaksiyonlar sırasında bağlandı. Ultraviyole ışınlarının ve elektriksel deşarjların etkisi altında, muhtemelen Dünya'nın orijinal atmosferinde bulunan bir gaz karışımı, organik maddelerin, özellikle amino asitlerin oluştuğu kimyasal reaksiyonlara girdi. Sonuç olarak, yaşam, modern olandan temel olarak farklı bir atmosferde ortaya çıkabilir. İlkel bitkilerin ortaya çıkmasıyla birlikte, serbest oksijenin serbest bırakılmasıyla birlikte fotosentez süreci başladı (ayrıca FOTOSENTEZ'e bakınız). Bu gaz, özellikle üst atmosfere yayıldıktan sonra, alt katmanlarını ve Dünya yüzeyini yaşamı tehdit eden ultraviyole ve X-ışını radyasyonundan korumaya başladı. Bugünkü oksijen hacminin 0.00004 kadar azının varlığının, mevcut ozon konsantrasyonunun yarısına sahip, yine de ultraviyole ışınlarından çok önemli koruma sağlayan bir tabakanın oluşmasına yol açabileceği tahmin edilmektedir. Birincil atmosferin çok fazla karbondioksit içermesi de muhtemeldir. Fotosentez sırasında tüketildi ve bitki dünyası geliştikçe ve ayrıca bazı jeolojik süreçler sırasında absorpsiyon nedeniyle konsantrasyonu azalmış olmalı. Sera etkisi, atmosferdeki karbondioksit varlığı ile ilişkili olduğundan, bazı bilim adamları, konsantrasyonundaki dalgalanmaların, buzul çağları gibi Dünya tarihindeki büyük ölçekli iklim değişikliklerinin önemli nedenlerinden biri olduğuna inanmaktadır. Modern atmosferde bulunan helyum muhtemelen çoğunlukla uranyum, toryum ve radyumun radyoaktif bozunmasının bir ürünüdür. Bu radyoaktif elementler, helyum atomlarının çekirdeği olan alfa parçacıkları yayar. Radyoaktif bozunma sırasında hiçbir elektrik yükü oluşmadığından veya yok edilmediğinden, her alfa parçacığı için iki elektron vardır. Sonuç olarak, onlarla birleşerek nötr helyum atomları oluşturur. Radyoaktif elementler, kayaların kalınlığında dağılmış minerallerde bulunur, bu nedenle radyoaktif bozunma sonucu oluşan helyumun önemli bir kısmı bunlarda depolanır ve atmosfere çok yavaş uçar. Difüzyon nedeniyle belirli bir miktar helyum ekzosfere yükselir, ancak dünya yüzeyinden sürekli akış nedeniyle bu gazın atmosferdeki hacmi değişmez. Yıldız ışığının spektral analizine ve meteoritlerin çalışmasına dayanarak, Evrendeki çeşitli kimyasal elementlerin göreceli bolluğunu tahmin etmek mümkündür. Uzaydaki neon konsantrasyonu, Dünya'dan yaklaşık on milyar kat, kripton - on milyon kat ve ksenon - bir milyon kat daha fazladır. Başlangıçta Dünya atmosferinde bulunan ve kimyasal reaksiyonlar sırasında yenilenmeyen bu soy gazların konsantrasyonunun, muhtemelen Dünya'nın birincil atmosferini kaybettiği aşamada bile, büyük ölçüde azaldığı izler. Bir istisna, inert gaz argonudur, çünkü potasyum izotopunun radyoaktif bozunması sürecinde hala 40Ar izotopu şeklinde oluşur.
OPTİK OLGU
Atmosferdeki optik olayların çeşitliliği çeşitli nedenlerden kaynaklanmaktadır. En yaygın fenomenler arasında şimşek (yukarıya bakın) ve çok güzel aurora borealis ve aurora borealis (ayrıca bkz. POLAR IŞIKLARI) bulunur. Ayrıca gökkuşağı, gal, parhelion (sahte güneş) ve kemerler, taç, haleler ve Brocken hayaletleri, seraplar, St. Elmo'nun ateşleri, parlak bulutlar, yeşil ve alacakaranlık ışınları özellikle ilgi çekicidir. Gökkuşağı en güzel atmosferik fenomendir. Genellikle bu, Güneş gökyüzünün sadece bir kısmını aydınlattığında ve örneğin yağmur sırasında hava su damlacıklarıyla doyurulduğunda gözlemlenen çok renkli çizgilerden oluşan devasa bir kemerdir. Çok renkli yaylar bir spektrum dizisinde (kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, camgöbeği, çivit mavisi, menekşe) düzenlenir, ancak bantlar örtüştüğü için renkler neredeyse hiçbir zaman saf değildir. Kural olarak, gökkuşaklarının fiziksel özellikleri önemli ölçüde değişir ve bu nedenle görünümleri çok çeşitlidir. Ortak özellikleri, yayın merkezinin her zaman Güneş'ten gözlemciye çizilen düz bir çizgi üzerinde yer almasıdır. Ana gökkuşağı, en parlak renklerden oluşan bir yaydır - dışta kırmızı ve içte mor. Bazen yalnızca bir yay görünür, ancak genellikle ana gökkuşağının dışında ikincil bir yay görünür. İlki kadar parlak renklere sahip değildir ve içindeki kırmızı ve mor şeritler yer değiştirir: kırmızı iç kısımda bulunur. Ana gökkuşağının oluşumu, çift kırılma (ayrıca bkz. OPTİKLER) ve güneş ışığı ışınlarının tek bir iç yansıması ile açıklanır (bkz. Şekil 5). Bir su damlasının (A) içine nüfuz eden bir ışık ışını, bir prizmadan geçerken olduğu gibi kırılır ve parçalanır. Daha sonra damlanın karşı yüzeyine (B) ulaşır, oradan yansır ve damlayı dışarıya (C) bırakır. Bu durumda ışık demeti, gözlemciye ulaşmadan önce ikinci kez kırılır. İlk beyaz ışın, 2° sapma açısıyla farklı renkteki ışınlara ayrıştırılır. İkincil bir gökkuşağı oluştuğunda, güneş ışınlarının çift kırılması ve çift yansıması meydana gelir (bkz. Şekil 6). Bu durumda, ışık kırılır, alt kısmından (A) geçerek damlanın içine girer ve önce B noktasında, sonra C noktasında damlanın iç yüzeyinden yansır. Işık D noktasında kırılır. , damlayı gözlemciye doğru bırakarak.

Gün doğumu ve gün batımında gözlemci, gökkuşağının ekseni ufka paralel olduğundan, gökkuşağını yarım daireye eşit bir yay şeklinde görür. Güneş ufkun üzerindeyse, gökkuşağının yayı yarım daireden daha küçüktür. Güneş ufkun 42° üzerine çıktığında gökkuşağı kaybolur. Her yerde, yüksek enlemler dışında, Güneş çok yüksek olduğunda öğlen saatlerinde bir gökkuşağı görünemez. Gökkuşağına olan mesafeyi tahmin etmek ilginçtir. Çok renkli yay aynı düzlemde yer alıyor gibi görünse de bu bir yanılsamadır. Aslında, gökkuşağı büyük bir derinliğe sahiptir ve tepesinde gözlemci olan içi boş bir koninin yüzeyi olarak temsil edilebilir. Koninin ekseni Güneş'i, gözlemciyi ve gökkuşağının merkezini birbirine bağlar. Gözlemci sanki bu koninin yüzeyi boyunca bakar. İki insan asla tam olarak aynı gökkuşağını göremez. Elbette genel olarak aynı etki gözlemlenebilir, ancak iki gökkuşağı farklı konumlardadır ve farklı su damlacıklarından oluşur. Yağmur veya sis bir gökkuşağı oluşturduğunda, tam optik etki, gökkuşağının konisinin yüzeyinden geçen tüm su damlacıklarının tepe noktasındaki gözlemci ile birleşik etkisi ile elde edilir. Her damlanın rolü geçicidir. Gökkuşağı konisinin yüzeyi birkaç katmandan oluşur. Onları hızla geçerek ve bir dizi kritik noktadan geçen her damla, güneş ışınını, kırmızıdan mora, kesin olarak tanımlanmış bir sırayla tüm spektruma anında ayrıştırır. Birçok damla koninin yüzeyinden aynı şekilde geçer, böylece gökkuşağı gözlemciye yay boyunca ve boyunca sürekli olarak görünür. Halo - Güneş veya Ay diski etrafında beyaz veya yanardöner ışık yayları ve daireler. Atmosferdeki buz veya kar kristalleri tarafından ışığın kırılması veya yansımasından kaynaklanırlar. Haloyu oluşturan kristaller, ekseni gözlemciden (koninin tepesinden) Güneş'e yönlendirilmiş hayali bir koninin yüzeyinde bulunur. Belirli koşullar altında, atmosfer küçük kristallerle doyurulur; bunların çoğu, yüzleri Güneş'ten geçen düzlem, gözlemci ve bu kristallerle dik açı oluşturur. Bu tür yüzeyler, 22 ° sapma ile gelen ışık ışınlarını yansıtır, içeride kırmızımsı bir hale oluşturur, ancak aynı zamanda spektrumun tüm renklerinden de oluşabilir. Daha az yaygın olan, 22 derecelik bir hale etrafında eşmerkezli olarak yerleştirilmiş 46° açısal yarıçapa sahip bir haledir. İç tarafı da kırmızımsı bir renk tonuna sahiptir. Bunun nedeni de bu durumda dik açı oluşturan kristal yüzeylerde meydana gelen ışığın kırılmasıdır. Böyle bir halenin halka genişliği 2.5°'yi aşıyor. Hem 46 derecelik hem de 22 derecelik haleler, halkanın üstünde ve altında en parlak olma eğilimindedir. Nadir 90 derecelik hale, diğer iki hale ile ortak bir merkeze sahip, hafif parlak, neredeyse renksiz bir halkadır. Renkli ise, halkanın dışında kırmızı bir renge sahiptir. Bu tür bir halenin ortaya çıkış mekanizması tam olarak aydınlatılamamıştır (Şekil 7).

Parhelia ve yaylar. Parhelik daire (veya sahte güneşler dairesi) - Başucu noktasında ortalanmış, Güneş'ten ufka paralel olarak geçen beyaz bir halka. Oluşum nedeni, güneş ışığının buz kristallerinin yüzeylerinin kenarlarından yansımasıdır. Kristaller havada yeterince eşit olarak dağılırsa, tam bir daire görünür hale gelir. Parhelia veya sahte güneşler, parhelik dairenin hale ile kesişme noktalarında oluşan, 22°, 46° ve 90° açısal yarıçaplara sahip, Güneş'i andıran parlak ışıklı noktalardır. En sık oluşan ve en parlak parhelion, genellikle gökkuşağının hemen hemen tüm renklerinde renkli olan 22 derecelik bir hale ile kesişme noktasında oluşur. 46 ve 90 derecelik halelerle kesişme noktalarında sahte güneşler çok daha az görülür. 90 derecelik halelerle kesişme noktalarında meydana gelen parhelia, paranthelia veya sahte karşı güneşler olarak adlandırılır. Bazen bir antelium (karşı güneş) de görülebilir - parhelion halkasında Güneş'in tam karşısında bulunan parlak bir nokta. Bu fenomenin nedeninin güneş ışığının çift iç yansıması olduğu varsayılmaktadır. Yansıyan ışın, gelen ışınla aynı yolu takip eder, ancak ters yönde. Bazen yanlışlıkla 46 derecelik halenin üst teğet yayı olarak adlandırılan çevredeki yay, başucu noktasında ortalanmış 90° veya daha az ve Güneş'in yaklaşık 46° üzerinde bir yaydır. Nadiren görülebilir ve sadece birkaç dakikalığına, parlak renklere sahiptir ve kırmızı renk, yayın dış tarafıyla sınırlıdır. Çevresel yay, renklenmesi, parlaklığı ve net ana hatlarıyla dikkat çekicidir. Halo tipinin bir başka ilginç ve çok nadir optik etkisi Lovitz arkıdır. 22 derecelik hale ile kesişme noktasında parhelia'nın bir devamı olarak ortaya çıkarlar, halenin dış tarafından geçerler ve Güneş'e doğru hafif içbükeydirler. Beyazımsı ışık sütunları ve çeşitli haçlar, özellikle kutup bölgelerinde bazen şafakta veya alacakaranlıkta görülür ve hem Güneş'e hem de Ay'a eşlik edebilir. Zaman zaman, ay haleleri ve yukarıda açıklananlara benzer diğer etkiler gözlemlenir, en yaygın ay halesi (Ay çevresindeki halka) 22° açısal yarıçapa sahiptir. Sahte güneşler gibi, sahte aylar da ortaya çıkabilir. Taçlar veya taçlar, ışık kaynağı yarı saydam bulutların arkasındayken zaman zaman gözlenen Güneş, Ay veya diğer parlak nesnelerin etrafındaki küçük eşmerkezli renkli halkalardır. Korona yarıçapı, hale yarıçapından daha küçüktür ve yakl. 1-5°, mavi veya mor halka Güneş'e en yakın olanıdır. Bir bulut oluşturan küçük su damlacıkları tarafından ışık saçıldığında bir korona oluşur. Bazen taç, Güneş'i (veya Ay'ı) çevreleyen ve kırmızımsı bir halka ile biten parlak bir nokta (veya hale) gibi görünür. Diğer durumlarda, daha büyük çaplı, çok zayıf renkli en az iki eşmerkezli halka, halenin dışında görülebilir. Bu fenomene yanardöner bulutlar eşlik eder. Bazen çok yüksek bulutların kenarları parlak renklerle boyanır.
Gloria (halolar).Özel koşullar altında, olağandışı atmosferik olaylar meydana gelir. Güneş gözlemcinin arkasındaysa ve gölgesi yakındaki bulutlara veya bir sis perdesine yansıtılırsa, bir kişinin kafasının gölgesinin etrafındaki belirli bir atmosfer durumu altında, renkli bir parlak daire - bir hale görebilirsiniz. Genellikle böyle bir hale, ışığın çimenli bir çim üzerinde çiy damlaları tarafından yansıması nedeniyle oluşur. Gloria'lar, uçağın alttaki bulutların üzerine düşürdüğü gölgenin çevresinde de oldukça yaygındır.
Brocken'ın Hayaletleri. Dünyanın bazı bölgelerinde, gün doğumu veya gün batımı sırasında bir tepedeki gözlemcinin gölgesi, kısa bir mesafede bulunan bulutların üzerine düştüğünde, çarpıcı bir etki ortaya çıkar: gölge devasa boyutlar kazanır. Bunun nedeni, sisteki en küçük su damlacıkları tarafından ışığın yansıması ve kırılmasıdır. Tarif edilen fenomen, Almanya'daki Harz dağlarındaki zirveden sonra "Brocken'in hayaleti" olarak adlandırılıyor.
seraplar- farklı yoğunluktaki hava katmanlarından geçerken ışığın kırılmasının neden olduğu optik bir etki ve sanal bir görüntünün görünümünde ifade edilir. Bu durumda, uzaktaki nesneler gerçek konumlarına göre yükselebilir veya alçalabilir ve ayrıca çarpıtılabilir ve düzensiz, fantastik şekiller alabilir. Seraplar genellikle kumlu ovalar gibi sıcak iklimlerde görülür. Uzak, neredeyse düz çöl yüzeyi açık su görünümünü aldığında, özellikle hafif bir yükseklikten veya sadece ısıtılmış hava tabakasının üstünden bakıldığında, aşağı seraplar yaygındır. Benzer bir yanılsama genellikle çok ileride bir su yüzeyine benzeyen ısıtılmış bir asfalt yolda meydana gelir. Gerçekte, bu yüzey gökyüzünün bir yansımasıdır. Göz seviyesinin altında, genellikle baş aşağı nesneler bu "su" içinde görünebilir. Isıtılan kara yüzeyinin üzerinde bir "hava kabarcığı keki" oluşur ve dünyaya en yakın katman en çok ısınan ve o kadar nadirdir ki, içinden geçen ışık dalgaları, ortamın yoğunluğuna bağlı olarak yayılma hızları değiştiği için bozulur. Üstün seraplar, aşağı seraplardan daha az yaygındır ve daha doğaldır. Uzaktaki nesneler (genellikle deniz ufkunun altında) gökyüzünde baş aşağı görünür ve bazen aynı nesnenin doğrudan bir görüntüsü de yukarıda görünür. Bu fenomen, özellikle daha sıcak bir hava tabakasının daha soğuk tabakanın üzerinde olduğu önemli bir sıcaklık inversiyonu olduğunda, soğuk bölgeler için tipiktir. Bu optik etki, homojen olmayan bir yoğunluğa sahip hava katmanlarında ışık dalgalarının önündeki karmaşık yayılma modellerinin bir sonucu olarak kendini gösterir. Özellikle kutup bölgelerinde zaman zaman çok sıra dışı seraplar meydana gelir. Karada seraplar meydana geldiğinde, ağaçlar ve diğer peyzaj bileşenleri baş aşağı olur. Her durumda, üst seraplardaki nesneler, alttakilerden daha net bir şekilde görülebilir. İki hava kütlesinin sınırı dikey bir düzlem olduğunda, bazen yan seraplar gözlenir.
Saint Elmo'nun ateşi. Atmosferdeki bazı optik fenomenler (örneğin, ışıma ve en yaygın meteorolojik fenomen - yıldırım) doğası gereği elektrikseldir. Çok daha az yaygın olan, St. Elmo'nun yangınlarıdır - 30 cm ila 1 m veya daha uzun, genellikle denizdeki gemilerin direklerinin veya uçlarının uçlarında, parlak soluk mavi veya mor fırçalar. Bazen geminin tüm donanımının fosforla kaplandığı ve parladığı görülüyor. Elmo'nun yangınları bazen dağ zirvelerinde, ayrıca yüksek binaların kulelerinde ve keskin köşelerinde ortaya çıkar. Bu fenomen, elektrik iletkenlerinin uçlarındaki, çevrelerindeki atmosferde elektrik alan kuvveti büyük ölçüde arttığında, fırça elektrik deşarjlarıdır. Will-o'-the-wisps bazen bataklıklarda, mezarlıklarda ve mahzenlerde görülen soluk mavimsi veya yeşilimsi bir parıltıdır. Genellikle yerden yaklaşık 30 cm yüksekte sakince yanan, ısınmayan bir mum alevi olarak görünürler ve bir an için nesnenin üzerinde gezinirler. Işık tamamen anlaşılmaz görünüyor ve gözlemci yaklaştıkça başka bir yere hareket ediyor gibi görünüyor. Bu fenomenin nedeni, organik kalıntıların ayrışması ve bataklık gazı metan (CH4) veya fosfinin (PH3) kendiliğinden yanmasıdır. Gezici ışıklar farklı bir şekle sahiptir, hatta bazen küreseldir. Yeşil ışın - Güneş'in son ışınının ufkun altında kaybolduğu anda zümrüt yeşili güneş ışığının parlaması. Önce güneş ışığının kırmızı bileşeni kaybolur, diğerleri sırayla onu takip eder ve zümrüt yeşili en son kalır. Bu fenomen, yalnızca güneş diskinin yalnızca en kenarı ufkun üzerinde kaldığında meydana gelir, aksi takdirde bir renk karışımı vardır. Alacakaranlık ışınları, yüksek atmosferdeki tozu aydınlattıklarında görünür hale gelen, birbirinden uzaklaşan güneş ışınlarıdır. Bulutlardan gelen gölgeler karanlık bantlar oluşturur ve ışınlar aralarında yayılır. Bu etki, Güneş şafaktan önce veya gün batımından sonra ufukta alçaldığında ortaya çıkar.

Mavi gezegen...

Bu konunun ilk sitelerden birinde görünmesi gerekiyordu. Sonuçta, helikopterler atmosferik uçaklardır. Dünya atmosferi- tabiri caizse, habitat :-). ANCAK havanın fiziksel özellikleri sadece bu habitatın kalitesini belirleyin :-). Yani bu temellerden biri. Ve temel her zaman önce yazılır. Ama bunu şimdi fark ettim. Ancak yine de bildiğiniz gibi geç olması hiç olmamasından iyidir... Bu konuya da değinelim ama vahşete ve gereksiz zorluklara girmeden :-).

Yani… Dünya atmosferi. Bu, mavi gezegenimizin gazlı kabuğudur. Bu ismi herkes biliyor. Neden mavi? Güneş ışığının (spektrum) "mavi" (aynı zamanda mavi ve menekşe) bileşeni atmosferde en iyi şekilde dağıldığından, bu nedenle onu mavimsi-mavimsi, bazen bir miktar menekşe ile renklendiriyor (güneşli bir günde, tabii ki). :-)) .

Dünya atmosferinin bileşimi.

Atmosferin bileşimi oldukça geniştir. Metindeki tüm bileşenleri listelemeyeceğim, bunun için iyi bir örnek var.Karbondioksit (CO 2 ) hariç tüm bu gazların bileşimi neredeyse sabittir. Ayrıca atmosferde mutlaka buhar, asılı damlacıklar veya buz kristalleri şeklinde su bulunur. Su miktarı sabit değildir ve sıcaklığa ve daha az ölçüde hava basıncına bağlıdır. Ayrıca Dünya'nın atmosferi (özellikle mevcut olanı) da belirli bir miktar içerir, "her türlü pislik" diyebilirim :-). Bunlar SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, ayrıca Hg cıva buharları vardır. Doğru, tüm bunlar küçük miktarlarda var, şükürler olsun :-).

Dünya atmosferi Yüzeyden yükseklikte birbirini takip eden birkaç bölgeye bölmek gelenekseldir.

Dünyaya en yakın olan ilki troposferdir. Bu, çeşitli türlerin yaşamı için en düşük ve tabiri caizse ana katmandır. Tüm atmosferik havanın kütlesinin %80'ini (hacimce tüm atmosferin yalnızca %1'ini oluşturmasına rağmen) ve tüm atmosferik suyun yaklaşık %90'ını içerir. Tüm rüzgarların, bulutların, yağmurların ve karların 🙂 büyük kısmı oradan geliyor. Troposfer, tropik enlemlerde yaklaşık 18 km yüksekliğe ve kutup enlemlerinde 10 km'ye kadar uzanır. İçindeki hava sıcaklığı her 100 m'de yaklaşık 0,65º'lik bir artışla düşer.

atmosferik bölgeler.

İkinci bölge stratosferdir. Troposfer ve stratosfer - tropopoz arasında başka bir dar bölgenin ayırt edildiğini söylemeliyim. Yükseklik ile sıcaklık düşüşünü durdurur. Tropopozun ortalama kalınlığı 1,5-2 km'dir, ancak sınırları belirsizdir ve troposfer genellikle stratosferle örtüşür.

Yani stratosferin ortalama yüksekliği 12 km ile 50 km arasındadır. İçindeki sıcaklık 25 km'ye kadar değişmeden kalır (yaklaşık -57ºС), daha sonra 40 km'ye kadar bir yerde yaklaşık 0ºС'ye yükselir ve 50 km'ye kadar değişmeden kalır. Stratosfer, dünya atmosferinin nispeten sessiz bir parçasıdır. İçinde pratikte olumsuz hava koşulları yoktur. Ünlü ozon tabakasının 15-20 km ile 55-60 km arasındaki yüksekliklerde bulunduğu stratosferdedir.

Bunu, sıcaklığın 0ºС civarında kaldığı küçük bir sınır tabaka stratopozu izler ve ardından bir sonraki bölge mezosferdir. 80-90 km rakımlara kadar uzanır ve içindeki sıcaklık yaklaşık 80ºС'ye düşer. Mezosferde, genellikle içinde parlamaya başlayan ve orada yanan küçük meteorlar görünür hale gelir.

Bir sonraki dar boşluk, mezopoz ve onun ötesinde termosfer bölgesidir. Yüksekliği 700-800 km kadardır. Burada sıcaklık tekrar yükselmeye başlar ve yaklaşık 300 km rakımlarda 1200ºС mertebesinde değerlere ulaşabilir. Daha sonra sabit kalır. İyonosfer, termosferin içinde yaklaşık 400 km yüksekliğe kadar bulunur. Burada hava, güneş ışınlarına maruz kalması nedeniyle güçlü bir şekilde iyonize olur ve yüksek bir elektrik iletkenliğine sahiptir.

Bir sonraki ve genel olarak son bölge, ekzosferdir. Bu sözde dağılım bölgesidir. Burada esas olarak çok nadir hidrojen ve helyum (hidrojenin baskın olduğu) bulunur. Yaklaşık 3000 km yükseklikte, ekzosfer yakın uzay boşluğuna geçer.

Bir yerde böyle. Neden hakkında? Çünkü bu katmanlar oldukça koşulludur. Yükseklikte, gazların bileşiminde, suda, sıcaklıkta, iyonlaşmada vb. çeşitli değişiklikler mümkündür. Ayrıca, dünya atmosferinin yapısını ve durumunu tanımlayan daha birçok terim vardır.

Örneğin homosfer ve heterosfer. İlkinde, atmosferik gazlar iyi karışır ve bileşimleri oldukça homojendir. İkincisi, birincinin üzerinde bulunur ve orada pratik olarak böyle bir karıştırma yoktur. Gazlar yerçekimi ile ayrılır. Bu katmanlar arasındaki sınır 120 km yükseklikte bulunur ve buna turbopause denir.

Terimlerle bitirelim, ancak atmosferin sınırının deniz seviyesinden 100 km yükseklikte bulunduğunun geleneksel olarak kabul edildiğini kesinlikle ekleyeceğim. Bu sınıra Karman Hattı denir.

Atmosferin yapısını göstermek için iki resim daha ekleyeceğim. Ancak ilki Almancadır, ancak tam ve anlaşılması kolay :-). Genişletilebilir ve iyi değerlendirilebilir. İkincisi, atmosfer sıcaklığındaki yükseklikle değişimi gösterir.

Dünya atmosferinin yapısı.

Yükseklik ile hava sıcaklığındaki değişiklik.

Modern insanlı yörünge uzay aracı, yaklaşık 300-400 km irtifalarda uçar. Ancak, bu artık havacılık değil, alan elbette belirli bir anlamda yakından ilişkili olsa da ve kesinlikle bunun hakkında tekrar konuşacağız :-).

Havacılık bölgesi troposferdir. Modern atmosferik uçaklar da stratosferin alt katmanlarında uçabilir. Örneğin, MIG-25RB'nin pratik tavanı 23000 m'dir.

Stratosferde uçuş.

ve tam olarak havanın fiziksel özellikleri Troposferler uçuşun nasıl olacağını, uçak kontrol sisteminin ne kadar etkin olacağını, atmosferdeki türbülansın onu nasıl etkileyeceğini, motorların nasıl çalışacağını belirler.

İlk ana özellik hava sıcaklığı. Gaz dinamiğinde, Celsius ölçeğinde veya Kelvin ölçeğinde belirlenebilir.

Sıcaklık t1 belirli bir yükseklikte H Celsius ölçeğinde belirlenir:

t 1 \u003d t - 6.5N, nerede t yerdeki hava sıcaklığıdır.

Kelvin ölçeğinde sıcaklığa denir mutlak sıcaklık Bu ölçekte sıfır, mutlak sıfırdır. Mutlak sıfırda moleküllerin termal hareketi durur. Kelvin ölçeğinde mutlak sıfır, Celsius ölçeğinde -273º'ye karşılık gelir.

Buna göre, sıcaklık T yüksekte H Kelvin ölçeğinde belirlenir:

T \u003d 273K + t - 6.5H

Hava basıncı. Atmosferik basınç, eski atmosfer ölçüm sisteminde (atm.) Pascal (N / m 2) cinsinden ölçülür. Barometrik basınç diye bir şey de var. Bu, bir cıva barometresi kullanılarak milimetre cıva cinsinden ölçülen basınçtır. 760 mm Hg'ye eşit barometrik basınç (deniz seviyesindeki basınç). Sanat. standart denir. Fizikte 1 atm. sadece 760 mm Hg'ye eşittir.

Hava yoğunluğu. Aerodinamikte en yaygın olarak kullanılan kavram havanın kütle yoğunluğudur. Bu, 1 m3 hacimdeki hava kütlesidir. Havanın yoğunluğu yükseklikle değişir, hava daha nadir hale gelir.

hava nemi. Havadaki su miktarını gösterir. bir kavram var" bağıl nem". Bu, belirli bir sıcaklıkta su buharı kütlesinin mümkün olan maksimuma oranıdır. %0 kavramı, yani hava tamamen kuru olduğunda genel olarak sadece laboratuvarda var olabilir. Öte yandan, %100 nem oldukça gerçektir. Bu, havanın emebileceği tüm suyu emdiği anlamına gelir. Kesinlikle "dolu sünger" gibi bir şey. Yüksek bağıl nem, hava yoğunluğunu azaltırken, düşük bağıl nem de buna göre artırır.

Uçak uçuşlarının farklı atmosferik koşullar altında gerçekleşmesi nedeniyle, tek uçuş modunda uçuşları ve aerodinamik parametreleri farklı olabilir. Bu nedenle, bu parametrelerin doğru bir şekilde değerlendirilmesi için, Uluslararası Standart Atmosfer (ISA). Yüksekliğin artmasıyla havanın durumundaki değişikliği gösterir.

Sıfır nemde hava durumunun ana parametreleri şu şekilde alınır:

basınç P = 760 mm Hg. Sanat. (101.3 kPa);

sıcaklık t = +15°C (288 K);

kütle yoğunluğu ρ \u003d 1.225 kg / m3;

ISA için, (yukarıda belirtildiği gibi :-)), troposferdeki sıcaklığın her 100 metre yükseklikte 0,65º düştüğü varsayılır.

Standart atmosfer (örnek 10000 m'ye kadar).

ISA tabloları, araçların kalibrasyonunun yanı sıra seyrüsefer ve mühendislik hesaplamaları için kullanılır.

Havanın fiziksel özellikleri ayrıca eylemsizlik, viskozite ve sıkıştırılabilirlik gibi kavramları da içerir.

Atalet, dinlenme veya düzgün doğrusal hareket durumundaki değişikliklere direnme yeteneğini karakterize eden bir hava özelliğidir. . Eylemsizliğin ölçüsü havanın kütle yoğunluğudur. Ne kadar yüksekse, uçak içinde hareket ettiğinde ortamın atalet ve sürükleme kuvveti o kadar yüksek olur.

viskozite. Uçak hareket ederken havaya karşı sürtünme direncini belirler.

Sıkıştırılabilirlik, basınç değiştikçe hava yoğunluğundaki değişikliği ölçer. Uçağın düşük hızlarında (450 km/saate kadar) çevresinde hava akımı akarken basınçta değişiklik olmaz, ancak yüksek hızlarda sıkıştırılabilirlik etkisi ortaya çıkmaya başlar. Süpersonik üzerindeki etkisi özellikle belirgindir. Bu, ayrı bir aerodinamik alanı ve ayrı bir makale için bir konudur :-).

Eh, şimdilik bu kadar gibi görünüyor ... Bununla birlikte, vazgeçilemeyecek olan bu biraz sıkıcı numaralandırmayı bitirmenin zamanı geldi :-). Dünya atmosferi, parametreleri, havanın fiziksel özellikleri uçak için aparatın parametreleri kadar önemlidir ve bunlardan bahsetmemek imkansızdı.

Şimdilik bir sonraki buluşmalara ve daha ilginç konulara kadar 🙂…

not Tatlı olarak, bir MIG-25PU ikizinin stratosfere uçuşu sırasında kokpitinden çekilmiş bir videoyu izlemenizi öneririm. Görünüşe göre, bu tür uçuşlar için parası olan bir turist tarafından çekildi :-). Çoğunlukla ön camdan çekildi. Gökyüzünün rengine dikkat edin...

Atmosfer

Atmosfer, Dünya'yı çevreleyen gaz halindeki kabuktur. Gazların çoğunun dünya yüzeyinin üzerinde - atmosferin en alt tabakasında - troposferde biriktiği Dünya'nın yerçekimi kuvveti tarafından yerinde tutulur.

Atmosferin en alt tabakasında yaşıyoruz. Uçaklar atmosfer adı verilen bir katmanda uçarlar. Kuzey ve güney yarım kürelerdeki auroralar gibi olaylar termosferden kaynaklanır. Yukarıda boşluk var.

Atmosferin katmanları

Atmosferde kaç katman vardır?

Atmosferin beş ana katmanı vardır. En alt katman olan troposfer, dünya yüzeyinden 18 km yukarıdadır. Bir sonraki katman - stratosfer - mezosferin üzerinde - dünyanın yaklaşık 80 km üzerinde, 50 km yüksekliğe kadar uzanır. En üstteki katmana termosfer denir. Ne kadar yükseğe çıkarsanız, atmosfer o kadar az yoğun hale gelir; 1000 km'nin üzerinde, dünyanın atmosferi neredeyse yok olur ve ekzosfer (çok nadir bulunan beşinci bir katman) bir boşluğa geçer.

Atmosfer bizi nasıl korur?

Stratosfer, zararlı ultraviyole radyasyonun çoğunu dışarıda tutan koruyucu bir kalkan oluşturan bir ozon tabakası (üç oksijen atomundan oluşan bir bileşik) içerir. Atmosferin kenarında, Van Allen kuşakları olarak bilinen ve kozmik ışınları bir kalkan gibi yansıtan iki radyasyon bölgesi vardır.

Gökyüzü neden mavi?

Güneşten gelen ışık atmosferde dolaşır ve dağılır, havadaki küçük toz ve su buharı parçacıklarını yansıtır. Beyaz güneş ışığı bu şekilde tayfsal parçalara, yani gökkuşağının renklerine bölünür.Mavi ışınlar diğerlerinden daha hızlı dağılır. Sonuç olarak, güneş tayfındaki diğer tüm renklerden daha fazla mavi görürüz, bu yüzden gökyüzü mavi görünür.

Bulutlar sürekli şekil değiştirir. Bunun nedeni rüzgardır. Bazıları büyük kütlelerde yükselir, diğerleri hafif tüylere benzer. Bazen bulutlar üstümüzdeki gökyüzünü tamamen kaplar.

- Dünya ile birlikte dönen dünyanın hava kabuğu. Atmosferin üst sınırı geleneksel olarak 150-200 km rakımlarda gerçekleştirilir. Alt sınır, Dünya'nın yüzeyidir.

Atmosferik hava bir gaz karışımıdır. Yüzey hava tabakasındaki hacminin çoğu nitrojen (%78) ve oksijendir (%21). Ayrıca hava, inert gazlar (argon, helyum, neon vb.), karbondioksit (0,03), su buharı ve çeşitli katı parçacıklar (toz, kurum, tuz kristalleri) içerir.

Hava renksizdir ve gökyüzünün rengi, ışık dalgalarının saçılmasının özellikleriyle açıklanır.

Atmosfer birkaç katmandan oluşur: troposfer, stratosfer, mezosfer ve termosfer.

En alttaki hava tabakasına denir troposfer. Farklı enlemlerde, gücü aynı değildir. Troposfer, gezegenin şeklini tekrarlar ve Dünya ile birlikte eksenel dönüşe katılır. Ekvatorda atmosferin kalınlığı 10 ila 20 km arasında değişir. Ekvatorda daha büyüktür ve kutuplarda daha azdır. Troposfer, maksimum hava yoğunluğu ile karakterize edilir, tüm atmosferin kütlesinin 4 / 5'i içinde yoğunlaşır. Troposfer hava koşullarını belirler: burada çeşitli hava kütleleri oluşur, bulutlar ve yağış oluşur ve yoğun yatay ve dikey hava hareketi meydana gelir.

Troposferin üstünde, 50 km yüksekliğe kadar bulunur stratosfer. Daha düşük bir hava yoğunluğu ile karakterizedir, içinde su buharı yoktur. Stratosferin alt kısmında, yaklaşık 25 km yükseklikte. bir "ozon ekranı" var - organizmalar için ölümcül olan ultraviyole radyasyonu emen yüksek konsantrasyonda ozon içeren bir atmosfer tabakası.

50 ila 80-90 km yükseklikte uzanır mezosfer. Rakım yükseldikçe ortalama dikey eğim (0.25-0.3)° / 100 m ile sıcaklık düşer ve hava yoğunluğu azalır. Ana enerji süreci radyan ısı transferidir. Atmosferin parlaması, radikalleri, titreşimle uyarılan molekülleri içeren karmaşık fotokimyasal süreçlerden kaynaklanmaktadır.

termosfer 80-90 ila 800 km yükseklikte yer almaktadır. Buradaki hava yoğunluğu minimumdur, hava iyonizasyon derecesi çok yüksektir. Sıcaklık, Güneş'in aktivitesine bağlı olarak değişir. Çok sayıda yüklü parçacık nedeniyle, burada auroralar ve manyetik fırtınalar gözlemlenir.

Atmosfer, Dünya'nın doğası için büyük önem taşımaktadır. Oksijen olmadan, canlı organizmalar nefes alamaz. Ozon tabakası tüm canlıları zararlı ultraviyole ışınlarından korur. Atmosfer, sıcaklık dalgalanmalarını yumuşatır: Dünya yüzeyi geceleri aşırı soğumaz ve gündüzleri aşırı ısınmaz. Yoğun atmosferik hava katmanlarında, gezegenin yüzeyine ulaşmayan meteorlar dikenlerden yanar.

Atmosfer, dünyanın tüm kabukları ile etkileşime girer. Yardımı ile okyanus ve kara arasındaki ısı ve nem alışverişi. Atmosfer olmadan bulutlar, yağışlar, rüzgarlar olmazdı.

İnsan faaliyetlerinin atmosfer üzerinde önemli bir olumsuz etkisi vardır. Karbon monoksit (CO 2) konsantrasyonunda bir artışa yol açan hava kirliliği meydana gelir. Bu da küresel ısınmaya katkıda bulunur ve "sera etkisini" arttırır. Dünyanın ozon tabakası, endüstriyel atıklar ve ulaşım nedeniyle yok ediliyor.

Atmosferin korunması gerekiyor. Gelişmiş ülkelerde, atmosferik havayı kirlilikten korumak için bir dizi önlem alınmaktadır.

Sormak istediğiniz bir şey var mı? Atmosfer hakkında daha fazla bilgi edinmek ister misiniz?
Bir öğretmenden yardım almak için -.

blog.site, materyalin tamamen veya kısmen kopyalanmasıyla, kaynağa bir bağlantı gereklidir.

Atmosferin bileşimi. Gezegenimizin hava kabuğu - atmosfer Dünya yüzeyini Güneş'ten gelen ultraviyole radyasyonun canlı organizmalar üzerindeki zararlı etkilerinden korur. Ayrıca Dünya'yı kozmik parçacıklardan - toz ve meteorlardan - korur.

Atmosfer mekanik bir gaz karışımından oluşur: hacminin %78'i nitrojen, %21'i oksijen ve %1'den azı helyum, argon, kripton ve diğer inert gazlardır. Havadaki oksijen ve nitrojen miktarı pratik olarak değişmez, çünkü nitrojen neredeyse diğer maddelerle kombinasyonlara girmez ve oksijen çok aktif olmasına ve solunum, oksidasyon ve yanma için harcanmasına rağmen bitkiler tarafından sürekli olarak yenilenir.

Yaklaşık 100 km yüksekliğe kadar bu gazların yüzdesi pratikte değişmeden kalır. Bunun nedeni havanın sürekli karıştırılmasıdır.

Bu gazlara ek olarak, atmosfer, genellikle dünya yüzeyine yakın yoğunlaşan ve düzensiz dağılan yaklaşık% 0.03 karbondioksit içerir: şehirlerde, sanayi merkezlerinde ve volkanik aktivite alanlarında miktarı artar.

Atmosferde her zaman belirli miktarda kirlilik vardır - su buharı ve toz. Su buharının içeriği havanın sıcaklığına bağlıdır: sıcaklık ne kadar yüksek olursa, hava o kadar fazla buhar tutar. Havada buhar halindeki suyun bulunması nedeniyle, gökkuşakları, güneş ışığının kırılması vb. gibi atmosferik olaylar mümkündür.

Volkanik patlamalar, kum ve toz fırtınaları sırasında, termik santrallerde yakıtın eksik yanması ile toz atmosfere girer.

Atmosferin yapısı. Atmosferin yoğunluğu yükseklikle değişir: Dünya yüzeyinde en yüksektir ve yükseldikçe azalır. Yani, 5.5 km yükseklikte, atmosferin yoğunluğu yüzey katmanından 2 kat ve 11 km - 4 kat daha azdır.

Gazların yoğunluğuna, bileşimine ve özelliklerine bağlı olarak atmosfer beş eş merkezli katmana ayrılır (Şekil 34).

Pirinç. 34. Atmosferin dikey kesiti (atmosferik tabakalaşma)

1. Alt katman denir troposfer.Üst sınırı kutuplarda 8-10 km, ekvatorda 16-18 km yükseklikte uzanır. Troposfer, atmosferin toplam kütlesinin %80'ini ve su buharının neredeyse tamamını içerir.

Troposferdeki hava sıcaklığı, yükseklikle her 100 m'de 0,6 °C azalır ve üst sınırında -45-55 °C'dir.

Troposferdeki hava sürekli karışır ve farklı yönlerde hareket eder. Sadece burada sisler, yağmurlar, kar yağışları, gök gürültülü fırtınalar, fırtınalar ve diğer hava olayları gözlemlenir.

2. Yukarıda yer almaktadır stratosfer, 50-55 km yüksekliğe kadar uzanır. Stratosferdeki hava yoğunluğu ve basıncı ihmal edilebilir düzeydedir. Nadir hava, troposferdekiyle aynı gazlardan oluşur, ancak daha fazla ozon içerir. En yüksek ozon konsantrasyonu 15-30 km yükseklikte gözlenir. Stratosferdeki sıcaklık yükseklikle yükselir ve üst sınırında 0 °C veya daha fazlasına ulaşır. Bunun nedeni, ozonun güneş enerjisinin kısa dalga boylu kısmını emmesi ve bunun sonucunda havanın ısınmasıdır.

3. Stratosferin üstünde yatıyor mezosfer, 80 km yüksekliğe kadar uzanır. İçinde sıcaklık tekrar düşer ve -90 ° C'ye ulaşır. Oradaki hava yoğunluğu, Dünya yüzeyinden 200 kat daha azdır.

4. Mezosferin üstünde termosfer(80'den 800 km'ye kadar). Bu katmandaki sıcaklık yükselir: 150 km ila 220 °C yükseklikte; 600 km ila 1500 °C yükseklikte. Atmosferik gazlar (azot ve oksijen) iyonize haldedir. Kısa dalgalı güneş radyasyonunun etkisi altında, bireysel elektronlar atomların kabuklarından ayrılır. Sonuç olarak, bu katmanda - iyonosfer yüklü parçacık katmanları görünür. En yoğun katmanları 300-400 km yüksekliktedir. Düşük yoğunluk nedeniyle güneş ışınları oraya dağılmaz, bu nedenle gökyüzü siyahtır, yıldızlar ve gezegenler üzerinde parlak bir şekilde parlar.

iyonosferde var kutup ışıkları, Dünyanın manyetik alanında bozulmalara neden olan güçlü elektrik akımları üretilir.

5. 800 km'nin üzerinde, dış kabuk bulunur - ekzosfer. Tek tek parçacıkların ekzosferdeki hareket hızı kritik olana - 11,2 mm/sn'ye yaklaşır, böylece bireysel parçacıklar Dünya'nın yerçekiminin üstesinden gelebilir ve dünya uzayına kaçabilir.

Atmosferin değeri. Atmosferin gezegenimizin yaşamındaki rolü son derece büyüktür. Onsuz, Dünya ölmüş olurdu. Atmosfer, Dünya yüzeyini yoğun ısınma ve soğumadan korur. Etkisi, seralardaki camın rolüne benzetilebilir: güneş ışınlarını içeri almak ve ısının kaçmasını önlemek.

Atmosfer, canlı organizmaları Güneş'in kısa dalga ve parçacık radyasyonundan korur. Atmosfer, tüm insan faaliyetlerinin ilişkili olduğu hava olaylarının meydana geldiği ortamdır. Bu kabuğun çalışması meteoroloji istasyonlarında gerçekleştirilir. Gündüz ve gece, herhangi bir hava koşulunda, meteorologlar alt atmosferin durumunu izler. Günde dört kez ve birçok istasyonda her saat başı sıcaklık, basınç, hava nemi, bulutluluk, rüzgar yönü ve hızı, yağış, atmosferdeki elektrik ve ses olaylarını ölçerler. Meteoroloji istasyonları her yerde bulunur: Antarktika'da ve tropikal yağmur ormanlarında, yüksek dağlarda ve tundranın uçsuz bucaksız alanlarında. Özel olarak inşa edilmiş gemilerden okyanuslarda da gözlemler yapılıyor.

30'lardan. 20. yüzyıl gözlemler serbest atmosferde başladı. 25-35 km yüksekliğe yükselen radyosondaları fırlatmaya başladılar ve radyo ekipmanı yardımıyla Dünya'ya sıcaklık, basınç, hava nemi ve rüzgar hızı hakkında bilgi ilettiler. Günümüzde meteorolojik roketler ve uydular da yaygın olarak kullanılmaktadır. İkincisi, dünya yüzeyinin ve bulutların görüntülerini ileten televizyon kurulumlarına sahiptir.

| |
5. Dünyanın hava kabuğu§ 31. Atmosferin ısıtılması