Miért azonos a levegő összetétele minden magasságban? A légkör összetétele és szerkezete

Mindenki, aki repült már repülőgépen, megszokta ezt a fajta üzenetet: "repülésünk 10 000 m magasságban zajlik, kint a hőmérséklet 50 °C." Úgy tűnik, semmi különös. Minél távolabb van a Nap által felmelegített Föld felszínétől, annál hidegebb. Sokan azt gondolják, hogy a hőmérséklet a magassággal folyamatosan csökken, és a hőmérséklet fokozatosan csökken, megközelítve a tér hőmérsékletét. A tudósok egyébként egészen a 19. század végéig így gondolták.

Nézzük meg közelebbről a levegő hőmérsékletének eloszlását a Föld felett. A légkör több rétegre oszlik, amelyek elsősorban a hőmérséklet-változások természetét tükrözik.

A légkör alsó rétegét ún troposzféra, ami „forgási gömböt” jelent az egyenlítő felett 15-16 km-es, a sarkok felett 7-8 km-es magasságban, mint maga a Föld, a légkör is, bolygónk forgásának hatására, a sarkok felett kissé ellaposodik, és az Egyenlítő felett megduzzad. Ez a hatás azonban sokkal hangsúlyosabb a légkörben, mint a Föld szilárd héjában a Föld felszínétől a troposzféra felső határán a levegő hőmérséklete az egyenlítő felett körülbelül -62 ° C, és a pólusok felett - körülbelül -45 ° C. A mérsékelt övi szélességeken a légkör tömegének több mint 75% -a a troposzférában található a légkörből.

1899-ben a függőleges hőmérsékleti profilban egy bizonyos magasságban minimumot találtak, majd a hőmérséklet kissé emelkedett. Ennek a növekedésnek a kezdete a légkör következő rétegébe való átmenetet jelenti - a sztratoszféra A sztratoszféra kifejezés a troposzféra feletti réteg egyediségéről alkotott korábbi elképzelést jelenti , különösen a léghőmérséklet meredek emelkedése a magyarázata, hogy az ózonképződési reakció az egyik fő légköri kémiai reakció.

Az ózon nagy része körülbelül 25 km-es magasságban koncentrálódik, de általában az ózonréteg egy nagyon kiterjedt héj, amely szinte az egész sztratoszférát lefedi. Az oxigén és az ultraibolya sugárzás kölcsönhatása a földi légkör egyik olyan előnyös folyamata, amely hozzájárul a földi élet fenntartásához. Ennek az energiának az ózon általi elnyelése megakadályozza annak túlzott kiáramlását a föld felszínére, ahol pontosan az az energiaszint jön létre, amely a földi életformák létezésére alkalmas. Az ózonoszféra elnyeli a légkörön áthaladó sugárzó energia egy részét. Ennek eredményeként az ozonoszférában 100 m-enként hozzávetőleg 0,62°C-os függőleges léghőmérséklet gradiens jön létre, azaz a hőmérséklet a magassággal a sztratoszféra felső határáig - a sztratopauzáig (50 km) - növekszik, elérve a sztratoszféra felső határáig (50 km). néhány adat, 0°C.

50-80 km magasságban van a légkör egy rétege, az ún mezoszféra. A "mezoszféra" szó "köztes szférát" jelent, ahol a levegő hőmérséklete a magassággal tovább csökken. A mezoszféra felett egy rétegben, ún termoszféra, a hőmérséklet ismét megemelkedik kb. 1000°C-ig, majd nagyon gyorsan -96°C-ra csökken. Ez azonban nem csökken a végtelenségig, majd ismét emelkedik a hőmérséklet.

Termoszféra az első réteg ionoszféra. A korábban említett rétegekkel ellentétben az ionoszférát nem különbözteti meg a hőmérséklet. Az ionoszféra egy elektromos jellegű terület, amely sokféle rádiókommunikációt lehetővé tesz. Az ionoszféra több rétegre oszlik, amelyeket D, E, F1 és F2 betűk jelölnek. A rétegekre való szétválást több ok is okozza, amelyek közül a legfontosabb a rétegek egyenlőtlen befolyása a rádióhullámok áthaladására. A legalsó réteg, a D, főként elnyeli a rádióhullámokat, és ezáltal megakadályozza azok további terjedését. A legjobban vizsgált E réteg a földfelszín felett körülbelül 100 km-es magasságban található. Kennelly-Heaviside rétegnek is nevezik azon amerikai és angol tudósok nevéről, akik egyszerre és egymástól függetlenül fedezték fel. Az E réteg, mint egy óriási tükör, visszaveri a rádióhullámokat. Ennek a rétegnek köszönhetően a hosszú rádióhullámok nagyobb távolságokat tesznek meg, mint amennyire csak egyenes vonalban terjednének, anélkül, hogy az E rétegről visszaverődnének. Az F réteget Appleton rétegnek is nevezik. A Kennelly-Heaviside réteggel együtt visszaveri a rádióhullámokat a földi rádióállomásokra. Az Appleton-réteg körülbelül 240 km-es magasságban található.

A légkör legkülső régióját, az ionoszféra második rétegét gyakran nevezik exoszféra. Ez a kifejezés az űr peremeinek létezésére utal a Föld közelében. Nehéz pontosan meghatározni, hol végződik a légkör és hol kezdődik a tér, mivel a magassággal fokozatosan csökken a légköri gázok sűrűsége, és maga a légkör fokozatosan szinte vákuummá alakul, amelyben csak egyes molekulák találhatók. A légkör sűrűsége már megközelítőleg 320 km-es magasságban is olyan alacsony, hogy a molekulák több mint 1 km-t képesek megtenni anélkül, hogy egymásnak ütköznének. A légkör legkülső része a felső határa, amely 480-960 km magasságban található.

A légkörben zajló folyamatokról bővebb információ a „Földklíma” weboldalon található.

LÉGKÖR
égitestet körülvevő gáznemű burok. Jellemzői az adott égitest méretétől, tömegétől, hőmérsékletétől, forgási sebességétől és kémiai összetételétől függenek, és meghatározzák keletkezésének története a keletkezés pillanatától kezdve. A Föld légköre levegőnek nevezett gázkeverékből áll. Fő összetevői a nitrogén és az oxigén körülbelül 4:1 arányban. Az embert elsősorban a légkör alsó 15-25 km-ének állapota érinti, mivel ebben az alsó rétegben koncentrálódik a levegő nagy része. A légkört vizsgáló tudományt meteorológiának nevezik, bár ennek a tudománynak a tárgya az időjárás és annak emberre gyakorolt ​​hatása is. Változik a légkör felső rétegeinek állapota is, amelyek a Föld felszínétől 60-300, sőt 1000 km-es magasságban helyezkednek el. Erős szelek, viharok alakulnak ki itt, és olyan elképesztő elektromos jelenségek fordulnak elő, mint az aurora. A felsorolt ​​jelenségek közül sok a napsugárzás áramlásával, a kozmikus sugárzással és a Föld mágneses mezejével függ össze. A légkör magas rétegei egyben kémiai laboratórium is, mivel ott a vákuumhoz közeli körülmények között egyes légköri gázok erőteljes napenergia-áramlás hatására kémiai reakciókba lépnek. Azt a tudományt, amely ezeket az egymással összefüggő jelenségeket és folyamatokat tanulmányozza, magaslégköri fizikának nevezik.
A FÖLD LÉGKÖRÉNEK ÁLTALÁNOS JELLEMZŐI
Méretek. Amíg a rakétaszondák és mesterséges műholdak a Föld sugaránál többszörösen nagyobb távolságban kutatták fel a légkör külső rétegeit, addig azt hitték, hogy ahogy távolodunk a földfelszíntől, a légkör fokozatosan egyre ritkább lesz, és simán átjut a bolygóközi térbe. . Mára megállapították, hogy a Nap mélyrétegeiből származó energiaáramok a Föld pályáján messze túl, egészen a Naprendszer külső határáig hatolnak a világűrbe. Ez az ún A napszél a Föld mágneses tere körül áramlik, és egy hosszúkás "üreget" képez, amelyben a Föld légköre koncentrálódik. A Föld mágneses tere észrevehetően beszűkült a Nap felé néző nappali oldalon, és egy hosszú nyelvet alkot, amely valószínűleg túlnyúlik a Hold pályáján, az ellenkező, éjszakai oldalon. A Föld mágneses mezejének határát magnetopauzának nevezzük. A nappali oldalon ez a határ körülbelül hét földsugárnyi távolságra húzódik a felszíntől, de a fokozott naptevékenység időszakában még közelebb kerül a Föld felszínéhez. A magnetopauza egyben határa a Föld légkörének is, melynek külső héját magnetoszférának is nevezik, hiszen benne koncentrálódnak a töltött részecskék (ionok), amelyek mozgását a Föld mágneses tere határozza meg. A légköri gázok össztömege hozzávetőlegesen 4,5 * 1015 tonna, így a légkör egységnyi területre eső „tömege”, vagyis a légköri nyomás megközelítőleg 11 tonna/m2 tengerszinten.
Az élet értelme. A fentiekből következik, hogy a Földet egy erős védőréteg választja el a bolygóközi tértől. A világűrt áthatja a Nap erős ultraibolya és röntgensugárzása, valamint még erősebb kozmikus sugárzás, és az ilyen típusú sugárzások minden élőlényre pusztítóak. A légkör külső peremén a sugárzás intenzitása halálos, de ennek nagy részét a Föld felszínétől távol eső légkör visszatartja. Ennek a sugárzásnak az elnyelése magyarázza a légkör magas rétegeinek számos tulajdonságát, és különösen az ott előforduló elektromos jelenségeket. A légkör legalacsonyabb, földszinti rétege különösen fontos az emberek számára, akik a Föld szilárd, folyékony és gáznemű héjai érintkezési pontján élnek. A „szilárd” Föld felső héját litoszférának nevezzük. A Föld felszínének mintegy 72%-át óceánvizek borítják, amelyek a hidroszféra nagy részét alkotják. A légkör a litoszférával és a hidroszférával is határos. Az ember a levegő óceánjának fenekén él, és a víz óceánjának szintje közelében vagy felett. Ezen óceánok kölcsönhatása a légkör állapotát meghatározó egyik fontos tényező.
Összetett. A légkör alsó rétegei gázkeverékből állnak (lásd a táblázatot). A táblázatban felsoroltakon kívül más gázok is jelen vannak kis szennyeződések formájában a levegőben: ózon, metán, olyan anyagok, mint a szén-monoxid (CO), nitrogén- és kén-oxidok, ammónia.

A LÉGKÖR ÖSSZETÉTELE

A légkör magas rétegeiben a Nap kemény sugárzása hatására megváltozik a levegő összetétele, ami az oxigénmolekulák atomokká való széteséséhez vezet. Az atomi oxigén a légkör magas rétegeinek fő alkotóeleme. Végül a légkörnek a Föld felszínétől legtávolabbi rétegeiben a fő összetevők a legkönnyebb gázok - hidrogén és hélium. Mivel az anyag nagy része az alsó 30 km-ben koncentrálódik, a levegő összetételének 100 km feletti magasságban bekövetkező változásai nincsenek észrevehető hatással a légkör általános összetételére.
Energiacsere. A Nap a Föld fő energiaforrása. Távolságtól kb. A Naptól 150 millió km-re lévő Föld az általa kibocsátott energia hozzávetőleg kétmilliárdát kapja, főként a spektrum látható részén, amelyet az emberek „fénynek” neveznek. Ennek az energiának a nagy részét a légkör és a litoszféra nyeli el. A Föld is energiát bocsát ki, főként hosszú hullámú infravörös sugárzás formájában. Ily módon egyensúly jön létre a Napból kapott energia, a Föld és a légkör felmelegedése, valamint az űrbe kibocsátott hőenergia fordított áramlása között. Ennek az egyensúlynak a mechanizmusa rendkívül összetett. A por- és gázmolekulák szórják a fényt, részben visszaverve azt a világűrbe. A beérkező sugárzás még nagyobb részét a felhők verik vissza. Az energia egy részét közvetlenül a gázmolekulák abszorbeálják, de főként a kőzetek, a növényzet és a felszíni víz. A légkörben jelenlévő vízgőz és szén-dioxid látható sugárzást továbbít, de elnyeli az infravörös sugárzást. A hőenergia főként a légkör alsóbb rétegeiben halmozódik fel. Hasonló hatás lép fel az üvegházban, amikor az üveg fényt enged be, és a talaj felmelegszik. Mivel az üveg viszonylag átlátszatlan az infravörös sugárzással szemben, a hő felhalmozódik az üvegházban. Az alsó légkör felmelegedését a vízgőz és szén-dioxid jelenléte miatt gyakran üvegházhatásnak nevezik. A felhőzet jelentős szerepet játszik a hő fenntartásában a légkör alsóbb rétegeiben. Ha a felhők kitisztulnak vagy a levegő átlátszóbbá válik, a hőmérséklet elkerülhetetlenül csökken, mivel a Föld felszíne szabadon sugároz hőenergiát a környező térbe. A Föld felszínén lévő víz elnyeli a napenergiát és elpárolog, gázzá - vízgőzné alakul, amely hatalmas mennyiségű energiát szállít a légkör alsó rétegeibe. Amikor a vízgőz lecsapódik és felhők vagy köd képződik, ez az energia hőként szabadul fel. A földfelszínt érő napenergia mintegy fele a víz elpárolgására fordítódik, és a légkör alsóbb rétegeibe kerül. Így az üvegházhatás és a víz párolgása miatt alulról felmelegszik a légkör. Részben ez magyarázza keringésének nagy aktivitását a csak felülről fűtött, ezért a légkörnél jóval stabilabb Világóceán keringéséhez képest.
Lásd még: METEOROLÓGIA ÉS KLIMATOLOGIA. A légkör napfény általi általános felmelegedése mellett egyes rétegeinek jelentős felmelegedése a Nap ultraibolya és röntgensugárzása miatt következik be. Szerkezet. A folyékony és szilárd anyagokkal összehasonlítva a gáznemű anyagokban a molekulák közötti vonzóerő minimális. A molekulák közötti távolság növekedésével a gázok korlátlanul képesek tágulni, ha semmi sem akadályozza meg őket. A légkör alsó határa a Föld felszíne. Szigorúan véve ez a gát áthatolhatatlan, hiszen levegő és víz, sőt levegő és kőzet között is gázcsere zajlik, de ebben az esetben ezek a tényezők elhanyagolhatók. Mivel az atmoszféra gömbhéj, nincs oldalsó határa, csak egy alsó határa és egy felső (külső) határa, amely a bolygóközi tér felől nyílik. Egyes semleges gázok átszivárognak a külső határon, valamint az anyag belép a környező világűrből. A legtöbb töltött részecskét – a nagyenergiájú kozmikus sugarak kivételével – vagy befogja a magnetoszféra, vagy az taszítja. A légkörre hatással van a gravitációs erő is, amely a légburkot a Föld felszínén tartja. A légköri gázok saját súlyuk alatt összenyomódnak. Ez a kompresszió a légkör alsó határán a legnagyobb, ezért itt a legnagyobb a levegő sűrűsége. A földfelszín feletti bármely magasságban a levegő összenyomás mértéke a fedő levegőoszlop tömegétől függ, ezért a magassággal a levegő sűrűsége csökken. A nyomás, amely megegyezik a fedő levegőoszlop egységnyi területre eső tömegével, közvetlenül függ a sűrűségtől, ezért a magassággal is csökken. Ha a légkör egy állandó, magasságtól független összetételű, állandó hőmérsékletű és állandó gravitációs erővel rendelkező „ideális gáz” lenne, akkor a nyomás 10-szeresére csökkenne minden 20 km magasságban. A valódi légkör 100 km-es magasságig kissé eltér az ideális gáztól, majd a levegő összetételének változásával a nyomás lassabban csökken a magassággal. A leírt modellben kisebb változtatásokat is bevezet a gravitációs erő csökkenése a Föld középpontjától való távolsággal, ami kb. 3% minden 100 km magasságban. A légköri nyomástól eltérően a hőmérséklet nem csökken folyamatosan a magassággal. ábrán látható módon. 1, körülbelül 10 km magasságra csökken, majd ismét növekedni kezd. Ez akkor fordul elő, amikor az ultraibolya napsugárzást az oxigén elnyeli. Ez ózongázt termel, amelynek molekulái három oxigénatomból (O3) állnak. Az ultraibolya sugárzást is elnyeli, és így a légkörnek ez a rétege, az úgynevezett ózonoszféra felmelegszik. Feljebb a hőmérséklet ismét csökken, mivel sokkal kevesebb gázmolekula van ott, és ennek megfelelően csökken az energiaelnyelés. A még magasabb rétegekben ismét megemelkedik a hőmérséklet a Nap legrövidebb hullámhosszú ultraibolya és röntgensugárzásának légkör általi elnyelése miatt. Ennek az erős sugárzásnak a hatására a légkör ionizációja következik be, azaz. egy gázmolekula elveszít egy elektront és pozitív elektromos töltést kap. Az ilyen molekulák pozitív töltésű ionokká válnak. A szabad elektronok és ionok jelenléte miatt a légkörnek ez a rétege elnyeri az elektromos vezető tulajdonságait. Úgy gondolják, hogy a hőmérséklet tovább emelkedik olyan magasságokba, ahol a vékony légkör a bolygóközi térbe kerül. A Föld felszínétől több ezer kilométeres távolságban valószínűleg 5000°C és 10000°C közötti hőmérséklet uralkodik. Bár a molekulák és az atomok nagyon nagy mozgási sebességgel rendelkeznek, és ezért magas a hőmérséklet, ez a ritka gáz nem „forró”. a szokásos értelemben . A nagy magasságban található molekulák csekély száma miatt teljes hőenergiájuk nagyon kicsi. Így a légkör különálló rétegekből áll (azaz koncentrikus héjak, vagy gömbök sorozatából), amelyek elválasztása attól függ, hogy melyik tulajdonság a legérdekesebb. Az átlaghőmérséklet-eloszlás alapján a meteorológusok kidolgozták az ideális „átlaglégkör” szerkezetének diagramját (lásd 1. ábra).

A troposzféra az atmoszféra alsó rétege, amely az első termikus minimumig (az úgynevezett tropopauza) terjed. A troposzféra felső határa a földrajzi szélességtől (a trópusokon - 18-20 km, a mérsékelt övi szélességeken - körülbelül 10 km) és az évszaktól függ. Az Egyesült Államok Nemzeti Meteorológiai Szolgálata szondákat végzett a Déli-sark közelében, és feltárta a tropopauza magasságának évszakos változásait. Márciusban a tropopauza kb. 7,5 km. Márciustól augusztusig vagy szeptemberig folyamatosan lehűl a troposzféra, és határa augusztusban vagy szeptemberben rövid időre körülbelül 11,5 km-re emelkedik. Majd szeptembertől decemberig gyorsan csökken, és eléri legalacsonyabb pozícióját - 7,5 km-t, ahol márciusig marad, alig 0,5 km-en belül ingadozva. Főleg a troposzférában alakul ki az időjárás, amely meghatározza az emberi lét feltételeit. A légköri vízgőz nagy része a troposzférában koncentrálódik, és itt képződnek elsősorban felhők, bár néhány jégkristályokból álló magasabb rétegekben található. A troposzférát turbulencia és erős légáramlatok (szelek) és viharok jellemzik. A troposzféra felső részén erős légáramlatok vannak szigorúan meghatározott irányban. A kis örvényekhez hasonló turbulens örvények a lassan és gyorsan mozgó légtömegek közötti súrlódás és dinamikus kölcsönhatás hatására jönnek létre. Mivel ezeken a magas szinteken általában nincs felhőtakaró, ezt a turbulenciát "tiszta levegő turbulenciának" nevezik.
Sztratoszféra. A légkör felső rétegét gyakran tévesen úgy írják le, mint egy viszonylag állandó hőmérsékletű réteget, ahol többé-kevésbé egyenletesen fújnak a szelek, és ahol a meteorológiai elemek alig változnak. A sztratoszféra felső rétegei felmelegszenek, amikor az oxigén és az ózon elnyeli a nap ultraibolya sugárzását. A sztratoszféra felső határa (sztratopauza) az a hely, ahol a hőmérséklet enyhén emelkedik, elérve egy közbenső maximumot, ami gyakran összemérhető a levegő felszíni rétegének hőmérsékletével. Az állandó magasságban repülésre tervezett repülőgépekkel és léggömbökkel végzett megfigyelések alapján a sztratoszférában turbulens zavarokat és különböző irányokba fújó erős szeleket állapítottak meg. Akárcsak a troposzférában, itt is vannak erős légörvények, amelyek különösen veszélyesek a nagysebességű repülőgépekre. A mérsékelt övi szélességi fokok pólusi határai mentén szűk zónákban fúj az erős szelek, az úgynevezett jet stream. Ezek a zónák azonban elmozdulhatnak, eltűnhetnek és újra megjelenhetnek. A sugárfolyamok jellemzően áthatolnak a tropopauzán, és a troposzféra felső részén jelennek meg, de sebességük a magasság csökkenésével gyorsan csökken. Lehetséges, hogy a sztratoszférába kerülő energia egy része (főleg ózonképződésre fordítva) befolyásolja a troposzférában zajló folyamatokat. Különösen aktív keveredés a légköri frontokhoz köthető, ahol a sztratoszférikus levegő kiterjedt áramlását jóval a tropopauza alatt rögzítették, és a troposzférikus levegőt a sztratoszféra alsó rétegeibe vonták be. Jelentős előrelépés történt a légkör alsó rétegeinek vertikális szerkezetének vizsgálatában a rádiószondák 25-30 km-es magasságra történő kilövési technológiájának fejlesztése révén. A sztratoszféra felett elhelyezkedő mezoszféra egy héj, amelyben 80-85 km magasságig a hőmérséklet a légkör egészére vonatkozó minimális értékekre csökken. Rekordalacsony, -110°C-ig terjedő hőmérsékletet rögzítettek a Fort Churchillben (Kanada) található amerikai-kanadai rakéták. A mezoszféra felső határa (mezopauza) megközelítőleg egybeesik a Napból érkező röntgen- és rövidhullámú ultraibolya sugárzás aktív abszorpciós tartományának alsó határával, amelyet a gáz felmelegedése és ionizációja kísér. A sarki régiókban a nyári mezopauza idején gyakran jelennek meg felhőrendszerek, amelyek nagy területet foglalnak el, de vertikálisan alig fejlődnek. Az ilyen, éjszaka izzó felhők gyakran nagy léptékű hullámszerű légmozgásokat mutatnak ki a mezoszférában. Ezeknek a felhőknek az összetételét, a nedvesség- és kondenzációs magok forrásait, a dinamikát és a meteorológiai tényezőkkel való kapcsolatát még nem vizsgálták kellőképpen. A termoszféra a légkör olyan rétege, amelyben a hőmérséklet folyamatosan emelkedik. Teljesítménye elérheti a 600 km-t. A nyomás és így a gáz sűrűsége folyamatosan csökken a magassággal. A földfelszín közelében 1 m3 levegő kb. 2,5 x 1025 molekula, kb. 100 km, a termoszféra alsó rétegeiben - körülbelül 1019, 200 km magasságban, az ionoszférában - 5 * 10 15 és a számítások szerint kb. 850 km - körülbelül 1012 molekula. A bolygóközi térben a molekulák koncentrációja 10 8-10 9 per 1 m3. Magasságban kb. 100 km-en a molekulák száma kicsi, és ritkán ütköznek egymással. Azt az átlagos távolságot, amelyet egy kaotikusan mozgó molekula megtesz, mielőtt egy másik hasonló molekulával ütközne, átlagos szabad útjának nevezzük. Az a réteg, amelyben ez az érték annyira megnő, hogy az intermolekuláris vagy interatomikus ütközések valószínűsége elhanyagolható, a termoszféra és a fedőhéj (exoszféra) határán helyezkedik el, és termopauzának nevezzük. A termopauza körülbelül 650 km-re van a Föld felszínétől. Egy bizonyos hőmérsékleten a molekula sebessége a tömegétől függ: a könnyebb molekulák gyorsabban mozognak, mint a nehezebbek. Az alsó légkörben, ahol a szabad út nagyon rövid, nincs észrevehető a gázok molekulatömegük szerinti szétválása, de 100 km felett van kifejezve. Ezenkívül a Nap ultraibolya és röntgensugárzásának hatására az oxigénmolekulák olyan atomokra bomlanak szét, amelyek tömege a molekula tömegének fele. Ezért, ahogy távolodunk a Föld felszínétől, az atomi oxigén egyre fontosabbá válik a légkör összetételében és kb. 200 km lesz a fő összetevője. Feljebb, a Föld felszínétől körülbelül 1200 km-re a könnyű gázok dominálnak - a hélium és a hidrogén. A légkör külső héja belőlük áll. Ez a tömeg szerinti szétválasztás, amelyet diffúz rétegződésnek neveznek, hasonló a keverékek centrifugával történő szétválasztásához. Az exoszféra a légkör külső rétege, amely a hőmérséklet változása és a semleges gáz tulajdonságai alapján alakul ki. Az exoszférában lévő molekulák és atomok a gravitáció hatására ballisztikus pályákon forognak a Föld körül. Ezen pályák némelyike ​​parabola alakú, és a lövedékek röppályáihoz hasonlít. A molekulák foroghatnak a Föld körül és elliptikus pályákon, mint a műholdak. Egyes molekulák, főleg a hidrogén és a hélium, nyitott pályával rendelkeznek, és a világűrbe jutnak (2. ábra).

A NAP-FÖLDI KAPCSOLÁSOK ÉS BEFOLYÁSUK A LÉGKÖRRE
Légköri árapály. A Nap és a Hold vonzása dagályokat okoz a légkörben, hasonlóan a földhöz és a tengerhez. Ám a légköri árapálynak van egy jelentős különbsége: a légkör reagál a legerősebben a Nap vonzására, míg a földkéreg és az óceán a Hold vonzására a legerősebben. Ez azzal magyarázható, hogy a légkört a Nap felmelegíti, és a gravitációs mellett erőteljes termikus árapály is előfordul. Általánosságban elmondható, hogy a légköri és a tengeri árapály kialakulásának mechanizmusai hasonlóak, azzal az eltéréssel, hogy a levegő gravitációs és termikus hatásokra való reakciójának előrejelzéséhez figyelembe kell venni annak összenyomhatóságát és hőmérséklet-eloszlását. Nem teljesen világos, hogy a félnapi (12 órás) nap-apály a légkörben miért érvényesül a napi nap- és félnapi holdapályokkal szemben, bár az utóbbi két folyamat hajtóereje sokkal erősebb. Korábban azt hitték, hogy a légkörben rezonancia keletkezik, amely 12 órás periódussal fokozza az oszcillációt. A geofizikai rakétákkal végzett megfigyelések azonban azt mutatják, hogy az ilyen rezonancia hőmérsékleti okai hiányoznak. A probléma megoldása során valószínűleg figyelembe kell venni a légkör összes hidrodinamikai és termikus jellemzőjét. Az Egyenlítőhöz közeli földfelszínen, ahol az árapály-ingadozások hatása maximális, 0,1%-os légköri nyomásváltozást biztosít. Az árapály szél sebessége kb. 0,3 km/h. A légkör összetett termikus szerkezete (különösen a mezopauza minimális hőmérséklete) miatt az árapály légáramlatok felerősödnek, és például 70 km-es magasságban sebességük körülbelül 160-szor nagyobb, mint az árapályé. a földfelszínen, aminek fontos geofizikai következményei vannak. Úgy gondolják, hogy az ionoszféra alsó részén (E réteg) az árapály-ingadozások az ionizált gázt függőlegesen mozgatják a Föld mágneses mezőjében, ezért itt elektromos áramok keletkeznek. Ezeket a folyamatosan kialakuló áramrendszereket a Föld felszínén a mágneses tér zavarai hozták létre. A mágneses tér napi ingadozása meglehetősen jó egyezést mutat a számított értékekkel, ami meggyőző bizonyítékot szolgáltat a „légköri dinamó” árapály-mechanizmusainak elmélete mellett. Az ionoszféra alsó részén (E réteg) keletkező elektromos áramoknak valahova el kell jutniuk, ezért az áramkört zárni kell. A dinamóval való analógia akkor válik teljessé, ha a szembejövő mozgást egy motor munkájának tekintjük. Feltételezzük, hogy az elektromos áram fordított keringése az ionoszféra (F) magasabb rétegében megy végbe, és ez az ellenáram magyarázhatja ennek a rétegnek néhány sajátos jellemzőjét. Végül az árapályhatásnak vízszintes áramlásokat kell generálnia az E rétegben, és így az F rétegben is.
Ionoszféra. Az aurorák előfordulásának mechanizmusát próbálva megmagyarázni a 19. század tudósai. azt sugallta, hogy van egy zóna elektromosan töltött részecskékkel a légkörben. A 20. században Kísérletileg meggyőző bizonyítékot szereztek a rádióhullámokat visszaverő réteg 85-400 km-es magasságban való létezésére. Ma már ismert, hogy elektromos tulajdonságai a légköri gáz ionizációjának az eredménye. Ezért ezt a réteget általában ionoszférának nevezik. A rádióhullámokra gyakorolt ​​hatás elsősorban az ionoszférában lévő szabad elektronok jelenlétének köszönhető, bár a rádióhullámok terjedésének mechanizmusa nagy ionok jelenlétével függ össze. Ez utóbbiak a légkör kémiai tulajdonságainak vizsgálatakor is érdekesek, mivel aktívabbak, mint a semleges atomok és molekulák. Az ionoszférában lezajló kémiai reakciók fontos szerepet játszanak energia- és elektromos egyensúlyában.
Normál ionoszféra. A geofizikai rakétákkal és műholdakkal végzett megfigyelések rengeteg új információt szolgáltattak, amelyek arra utalnak, hogy a légkör ionizációja a napsugárzás széles körének hatására megy végbe. Fő része (több mint 90%) a spektrum látható részén koncentrálódik. Az ibolya fénysugaraknál rövidebb hullámhosszú és nagyobb energiájú ultraibolya sugárzást a Nap belső légkörében (a kromoszférában) lévő hidrogén bocsát ki, a még nagyobb energiájú röntgensugárzást pedig a Nap külső héjában lévő gázok bocsátják ki. (a korona). Az ionoszféra normál (átlagos) állapota az állandó erős sugárzásnak köszönhető. A normál ionoszférában a Föld napi forgása és a déli napsugarak beesési szögének szezonális eltérései miatt rendszeres változások következnek be, de az ionoszféra állapotában is előfordulnak előre nem látható és hirtelen változások.
Zavarok az ionoszférában. Mint ismeretes, a Napon erőteljes ciklikusan ismétlődő zavarok lépnek fel, amelyek 11 évente érik el a maximumot. A Nemzetközi Geofizikai Év (IGY) program keretében végzett megfigyelések egybeestek a legmagasabb naptevékenység időszakával a szisztematikus meteorológiai megfigyelések teljes időszakában, i.e. a 18. század elejétől. A nagy aktivitású időszakokban a Nap egyes területeinek fényereje többszörösére nő, és erőteljes ultraibolya és röntgensugárzás impulzusokat bocsát ki. Az ilyen jelenségeket napkitöréseknek nevezzük. Néhány perctől egy-két óráig tartanak. A fáklya során a napgáz (főleg protonok és elektronok) kitör, és az elemi részecskék a világűrbe rohannak. Az ilyen kitörések során a Nap elektromágneses és korpuszkuláris sugárzása erős hatással van a Föld légkörére. A kezdeti reakció 8 perccel a fellobbanás után figyelhető meg, amikor intenzív ultraibolya és röntgensugárzás éri el a Földet. Ennek eredményeként az ionizáció meredeken növekszik; A röntgensugarak az ionoszféra alsó határáig hatolnak be a légkörbe; az elektronok száma ezekben a rétegekben annyira megnövekszik, hogy a rádiójelek szinte teljesen elnyelődnek („kialszanak”). A további sugárzáselnyelés hatására a gáz felmelegszik, ami hozzájárul a szelek kialakulásához. Az ionizált gáz elektromos vezető, és amikor a Föld mágneses mezőjében mozog, dinamóhatás lép fel, és elektromos áram keletkezik. Az ilyen áramok viszont észrevehető zavarokat okozhatnak a mágneses mezőben, és mágneses viharok formájában nyilvánulhatnak meg. Ez a kezdeti fázis csak rövid ideig tart, ami megfelel a napkitörés időtartamának. A Nap erős kitörései során felgyorsult részecskék áramlása zúdul a világűrbe. Amikor a Föld felé irányul, megkezdődik a második fázis, amely nagy hatással van a légkör állapotára. Számos természeti jelenség, amelyek közül a leghíresebb az aurora, azt jelzi, hogy jelentős számú töltött részecske éri el a Földet (lásd még: AURORAURAL). Mindazonáltal ezeknek a részecskéknek a Naptól való elválasztásának folyamatait, a bolygóközi térben való pályájukat, valamint a Föld mágneses mezőjével és magnetoszférájával való kölcsönhatás mechanizmusait még nem vizsgálták kellőképpen. A probléma bonyolultabbá vált, miután James Van Allen 1958-ban geomágneses tér által tartott töltött részecskékből álló héjakat fedezett fel. Ezek a részecskék az egyik félgömbről a másikra mozognak, és spirálisan forognak a mágneses erővonalak körül. A Föld közelében, a térvonalak alakjától és a részecskék energiájától függő magasságban vannak „reflexiós pontok”, amelyeknél a részecskék az ellenkező irányba változtatják a mozgás irányát (3. ábra). Mivel a mágneses térerősség a Földtől való távolság növekedésével csökken, a pályák, amelyeken ezek a részecskék mozognak, némileg torzulnak: az elektronok keletre, a protonok pedig nyugatra térülnek el. Ezért övek formájában vannak elosztva az egész világon.

A légkör Nap általi melegítésének néhány következménye. A napenergia az egész légkört érinti. A Föld mágneses mezejében lévő töltött részecskék által alkotott és körülötte forgó övekről már fentebb volt szó. Ezek az övek a szubpoláris régiókban vannak a legközelebb a földfelszínhez (lásd a 3. ábrát), ahol az aurórákat figyelik meg. Az 1. ábra azt mutatja, hogy Kanada sarkvidékein a termoszféra hőmérséklete lényegesen magasabb, mint az Egyesült Államok délnyugati részén. Valószínű, hogy a befogott részecskék energiájuk egy részét a légkörbe engedik, különösen akkor, ha a visszaverődési pontok közelében gázmolekulákkal ütköznek, és elhagyják korábbi pályájukat. Így melegednek fel a légkör magas rétegei az aurális zónában. Egy másik fontos felfedezés született mesterséges műholdak pályájának tanulmányozása során. Luigi Iacchia, a Smithsonian Astrophysical Observatory csillagásza úgy véli, hogy ezeken a pályákon az enyhe eltérések a Nap által felmelegített légkör sűrűségének változásából fakadnak. Azt javasolta, hogy az ionoszférában 200 km-nél nagyobb magasságban létezik egy maximális elektronsűrűség, amely nem felel meg a nap délnek, de a súrlódási erők hatására körülbelül két órával késik. Ekkor a 600 km-es magasságra jellemző légsűrűség értékek kb. 950 km. Ezenkívül a maximális elektronsűrűség szabálytalan ingadozásokat tapasztal a Napból érkező ultraibolya és röntgensugárzás rövid távú felvillanása miatt. L. Iacchia a levegő sűrűségének rövid távú ingadozásait is felfedezte, ami a napkitöréseknek és a mágneses tér zavarainak felel meg. Ezeket a jelenségeket a szoláris eredetű részecskék Föld légkörébe való behatolása és azon rétegek felmelegedése magyarázza, ahol a műholdak keringenek.
LÉGKÖRŰ ELEKTROMOS
A légkör felszíni rétegében a molekulák egy kis része ionizációnak van kitéve a kozmikus sugarak, a radioaktív kőzetek sugárzása és a rádium bomlástermékei (főleg radon) hatására a levegőben. Az ionizáció során az atom elveszít egy elektront és pozitív töltést kap. A szabad elektron gyorsan egyesül egy másik atommal, és negatív töltésű iont képez. Az ilyen páros pozitív és negatív ionok molekulamérettel rendelkeznek. A légkörben lévő molekulák ezek köré az ionok köré csoportosulnak. Számos molekula egy ionnal kombinálva komplexet alkot, amelyet általában „könnyű ionnak” neveznek. A légkörben molekulák komplexei is találhatók, amelyeket a meteorológiában kondenzációs magoknak neveznek, amelyek körül, ha a levegő nedvességgel telítődik, megindul a kondenzációs folyamat. Ezek a magok só- és porszemcsék, valamint ipari és egyéb forrásokból a levegőbe kerülő szennyező anyagok. A könnyű ionok gyakran kapcsolódnak az ilyen atommagokhoz, és "nehéz ionokat" képeznek. Az elektromos mező hatására a könnyű és nehéz ionok a légkör egyik területéről a másikra mozognak, elektromos töltéseket továbbítva. Bár a légkört általában nem tekintik elektromosan vezetőnek, van némi vezetőképessége. Ezért a levegőben hagyott feltöltött test lassan elveszíti töltését. A légköri vezetőképesség a magassággal növekszik a megnövekedett kozmikus sugárzás intenzitása, az alacsonyabb nyomáson lévő ionveszteség (és így a hosszabb átlagos szabad út) és a kevesebb nehéz atommag miatt. A légkör vezetőképessége kb. 50 km, ún "kompenzációs szint". Ismeretes, hogy a Föld felszíne és a „kompenzációs szint” között állandó, több száz kilovoltos potenciálkülönbség van, pl. állandó elektromos tér. Kiderült, hogy a levegőben több méter magasságban elhelyezkedő bizonyos pontok és a Föld felszíne közötti potenciálkülönbség nagyon nagy - több mint 100 V. A légkör pozitív töltésű, a Föld felszíne pedig negatív töltésű. . Mivel az elektromos tér egy olyan tartomány, amelynek minden pontjában van egy bizonyos potenciálérték, így potenciál gradiensről beszélhetünk. Tiszta időben az alsó néhány méteren belül szinte állandó a légkör elektromos térereje. A felületi rétegben lévő levegő elektromos vezetőképességének különbségei miatt a potenciálgradiens napi ingadozásoknak van kitéve, amelyek lefutása helyenként jelentősen változik. Helyi légszennyező források hiányában - óceánok felett, magasan a hegyekben vagy a sarkvidékeken - a potenciál gradiens napi változása tiszta időben azonos. A gradiens nagysága az univerzális, vagyis Greenwichi átlagidőtől (UT) függ, és a maximumot 19 óránál éri el E. Appleton szerint ez a maximális elektromos vezetőképesség valószínűleg egybeesik a bolygóskálán mért legnagyobb zivatartevékenységgel. A zivatarok alatti villámcsapások negatív töltést hordoznak a Föld felszínén, mivel a legaktívabb zivatarfelhők bázisai jelentős negatív töltéssel rendelkeznek. A zivatarfelhők csúcsai pozitív töltésűek, amelyek Holzer és Saxon számításai szerint zivatarokkor lefolynak a tetejükről. Állandó utánpótlás nélkül a földfelszín töltése semlegesítené a légkör vezetőképességét. Azt a feltételezést, hogy a földfelszín és a „kompenzációs szint” közötti potenciálkülönbséget a zivatarok tartják fenn, statisztikai adatok is alátámasztják. Például a zivatarok maximális száma a folyó völgyében figyelhető meg. Amazonok. Leggyakrabban a nap végén fordul elő ott zivatar, i.e. RENDBEN. Greenwichi idő szerint 19:00, amikor a potenciális gradiens a legnagyobb a földgolyó bármely pontján. Ezenkívül a potenciálgradiens napi változási görbéinek évszakos változásai is teljes összhangban vannak a zivatarok globális eloszlására vonatkozó adatokkal. Egyes kutatók azzal érvelnek, hogy a Föld elektromos mezőjének forrása külső eredetű lehet, mivel az elektromos mezőket az ionoszférában és a magnetoszférában tartják. Valószínűleg ez a körülmény magyarázza az aurorák nagyon keskeny, hosszúkás formáinak megjelenését, amelyek hasonlóak a coullissokhoz és boltívekhez
(lásd még AURORA LIGHTS). A potenciális gradiens és a légkör vezetőképessége miatt a töltött részecskék elkezdenek mozogni a „kompenzációs szint” és a Föld felszíne között: a pozitív töltésű ionok a Föld felszíne felé irányulnak, a negatív töltésűek pedig felfelé. Ennek az áramnak az erőssége kb. 1800 A. Bár ez az érték nagynak tűnik, nem szabad elfelejteni, hogy a Föld teljes felületén eloszlik. Az áramerősség egy 1 m2 alapterületű levegőoszlopban mindössze 4 * 10 -12 A. Másrészt az áramerősség villámkisülés közben több ampert is elérhet, bár természetesen ilyen a kisülés rövid ideig tart - a másodperc töredékétől egy egész másodpercig vagy egy kicsivel tovább ismételt sokkokkal. A villámlás nemcsak különleges természeti jelenségként érdekes. Lehetővé teszi az elektromos kisülés megfigyelését gáznemű közegben több száz millió voltos feszültségnél és több kilométeres elektródák közötti távolságnál. 1750-ben B. Franklin azt javasolta a Londoni Királyi Társaságnak, hogy végezzenek kísérletet egy szigetelő alapra szerelt és magas toronyra szerelt vasrúddal. Arra számított, hogy amikor egy zivatarfelhő közeledik a toronyhoz, az eredetileg semleges rúd felső végén egy ellenkező előjelű töltés, az alsó végén pedig a felhő tövével megegyező előjelű töltés összpontosul. . Ha a villámkisülés során az elektromos térerősség kellőképpen megnő, a rúd felső végének töltése részben a levegőbe áramlik, és a rúd a felhő alapjával megegyező előjelű töltést kap. A Franklin által javasolt kísérletet nem Angliában hajtották végre, hanem 1752-ben a Párizs melletti Marlyban hajtotta végre Jean d'Alembert francia fizikus. Egy 12 méter hosszú vasrudat használt, amelyet egy üvegpalackba helyeztek (amely mint egy szigetelő), de nem helyezte el a toronyra, az asszisztense arról számolt be, hogy amikor egy zivatarfelhő volt a rúd felett, szikrák jelentek meg, amikor egy földelt vezetéket hoztak rá, nem tudva a Franciaországban végrehajtott sikeres kísérletről , ugyanazon év júniusában végezte el híres kísérletét egy sárkányon, és elektromos szikrákat figyelt meg a rákötött huzal végén. A villámlás részletesebb vizsgálata a 19. század végén vált lehetővé, különösen a forgólencsés készülék feltalálása után, amely lehetővé tette a gyorsan fejlődő folyamatok rögzítését. Ezt a típusú kamerát széles körben használták a szikrakisülések vizsgálatára. Megállapítást nyert, hogy többféle villám létezik, amelyek közül a legelterjedtebbek a vonalas, síkbeli (felhőben) és golyós (levegőkisülések). A lineáris villám egy szikrakisülés a felhő és a föld felszíne között, egy lefelé ágazó csatornát követve. Lapos villámok fordulnak elő zivatarfelhőben, és szórt fény villanásaként jelennek meg. A zivatarfelhőből kiinduló gömbvillámok levegőkibocsátása gyakran vízszintesen irányul, és nem éri el a földfelszínt.

A villámkisülés általában három vagy több ismételt kisülésből áll – ugyanazt az utat követő impulzusokból. Az egymást követő impulzusok közötti intervallumok nagyon rövidek, 1/100-1/10 s (ez okozza a villámlást). Általában a villanás körülbelül egy másodpercig vagy kevesebb ideig tart. Egy tipikus villámfejlesztési folyamat a következőképpen írható le. Először egy gyengén világító vezető kisülés rohan felülről a föld felszínére. Amikor eléri, egy fényesen izzó visszatérő vagy fő ürítés halad át a földről felfelé a vezető által lefektetett csatornán. A vezető kisülés általában cikk-cakk módon mozog. Terjedésének sebessége másodpercenként száz és több száz kilométer között mozog. Útközben ionizálja a levegőmolekulákat, megnövelt vezetőképességű csatornát hozva létre, amelyen keresztül a visszirányú kisülés körülbelül százszor nagyobb sebességgel halad felfelé, mint a vezető kisülésé. A csatorna méretét nehéz meghatározni, de a vezető ürítés átmérőjét 1-10 m-re, a visszatérő kivezetését több centiméterre becsülik. A villámkisülések rádióinterferenciát okoznak azáltal, hogy széles tartományban bocsátanak ki rádióhullámokat – a 30 kHz-től az ultraalacsony frekvenciákig. A rádióhullámok legnagyobb kibocsátása valószínűleg az 5-10 kHz tartományban van. Az ilyen alacsony frekvenciájú rádióinterferenciák az ionoszféra alsó határa és a földfelszín közötti térben „koncentrálódnak”, és a forrástól több ezer kilométeres távolságra is elterjedhetnek.
VÁLTOZÁSOK A LÉGKÖRBEN
A meteorok és meteoritok hatása. Bár a meteorrajok néha drámai fénykibocsátást hoznak létre, az egyes meteorokat ritkán látni. Sokkal több a láthatatlan meteor, túl kicsi ahhoz, hogy látható legyen, amikor elnyelődik a légkörben. A legkisebb meteorok némelyike ​​valószínűleg egyáltalán nem melegszik fel, csak a légkör fogja be őket. Ezeket a néhány millimétertől a milliméter tízezred részéig terjedő méretű kis részecskéket mikrometeoritoknak nevezzük. A légkörbe naponta bekerülő meteorikus anyagok mennyisége 100-10 000 tonna között mozog, és ennek az anyagnak a többsége mikrometeoritokból származik. Mivel a meteorikus anyag részben ég a légkörben, gázösszetételét különféle kémiai elemek nyomai töltik fel. Például a sziklás meteorok lítiumot juttatnak a légkörbe. A fémmeteorok égése apró, gömb alakú vas-, vas-nikkel- és egyéb cseppecskék képződéséhez vezet, amelyek áthaladnak a légkörön és leülepednek a föld felszínén. Grönlandon és az Antarktiszon találhatók, ahol a jégtakaró évekig szinte változatlan marad. Az óceánológusok az óceán fenekében lévő üledékekben találják őket. A légkörbe kerülő meteorrészecskék többsége körülbelül 30 napon belül leülepedik. Egyes tudósok úgy vélik, hogy ez a kozmikus por fontos szerepet játszik a légköri jelenségek, például az eső kialakulásában, mivel a vízgőz kondenzációs magjaként szolgál. Ezért feltételezzük, hogy a csapadék statisztikailag összefügg a nagy meteorrajokkal. Egyes szakértők azonban úgy vélik, hogy mivel a meteorikus anyag teljes mennyisége több tízszerese még a legnagyobb meteorrajénak is, elhanyagolható az egy ilyen esőből adódó változás ennek az anyagnak a teljes mennyiségében. Az azonban kétségtelen, hogy a legnagyobb mikrometeoritok és természetesen a látható meteoritok hosszú ionizációs nyomokat hagynak a légkör magas rétegeiben, főként az ionoszférában. Az ilyen nyomok nagy távolságú rádiókommunikációhoz használhatók, mivel nagyfrekvenciás rádióhullámokat tükröznek. A légkörbe kerülő meteorok energiáját főként, és talán teljes egészében a légkör felmelegítésére fordítják. Ez a légkör termikus egyensúlyának egyik kisebb összetevője.
Ipari eredetű szén-dioxid. A karbon időszakában a fás szárú növényzet széles körben elterjedt a Földön. A növények által akkoriban felvett szén-dioxid nagy része széntelepekben és olajtartalmú üledékekben halmozódott fel. Az ember megtanulta ezen ásványok hatalmas tartalékait energiaforrásként használni, és most gyorsan visszavezeti a szén-dioxidot az anyagok körforgásába. A fosszilis állapot valószínűleg kb. 4*10 13 tonna szén. Az elmúlt évszázad során az emberiség annyi fosszilis tüzelőanyagot égetett el, hogy megközelítőleg 4*10 11 tonna szén került újra a légkörbe. Jelenleg kb. 2 * 10 12 tonna szén, és a következő száz évben a fosszilis tüzelőanyagok elégetése miatt ez a szám megduplázódhat. A szén azonban nem marad meg a légkörben: egy része feloldódik az óceánok vizében, egy részét a növények elnyelik, egy részét pedig a kőzetek mállása során kötik meg. Egyelőre nem lehet megjósolni, hogy mennyi szén-dioxidot tartalmaz majd a légkör, vagy hogy pontosan milyen hatással lesz a földgolyó éghajlatára. Úgy gondolják azonban, hogy a tartalom növekedése felmelegedést okoz, bár egyáltalán nem szükséges, hogy a felmelegedés jelentősen befolyásolja az éghajlatot. A légkör szén-dioxid koncentrációja a mérési eredmények szerint érezhetően növekszik, bár lassú ütemben. A Svalbard és a Little America állomás éghajlati adatai az antarktiszi Ross jégtakaróján az éves átlaghőmérséklet 5°C-os, illetve 2,5°C-os növekedését mutatják nagyjából 50 éves időszak alatt.
Kozmikus sugárzásnak való kitettség. Amikor a nagy energiájú kozmikus sugarak kölcsönhatásba lépnek a légkör egyes összetevőivel, radioaktív izotópok keletkeznek. Közülük kiemelkedik a 14C szénizotóp, amely a növényi és állati szövetekben halmozódik fel. Azon szerves anyagok radioaktivitásának mérésével, amelyek hosszú ideje nem cseréltek szenet a környezettel, meghatározható az életkoruk. A radiokarbon módszer a legmegbízhatóbb módszer a fosszilis szervezetek és az anyagi kultúra tárgyai, amelyek életkora nem haladja meg az 50 ezer évet. Más, hosszú felezési idejű radioaktív izotópok felhasználhatók több százezer éves anyagok kormeghatározására, ha megoldható a rendkívül alacsony radioaktivitás mérésének alapvető kihívása.
(lásd még RÁDIÓSZÉN-RADING).
A FÖLD LÉGKÖRÉNEK EREDETE
A légkör kialakulásának történetét még nem sikerült teljesen megbízhatóan rekonstruálni. Ennek ellenére azonosítottak néhány valószínű változást az összetételében. A légkör kialakulása közvetlenül a Föld kialakulása után kezdődött. Jó okunk van azt hinni, hogy a Föld evolúciója és a modernekhez közeli méretek és tömegek megszerzése során szinte teljesen elvesztette eredeti légkörét. Úgy tartják, hogy a Föld korai szakaszában olvadt állapotban volt, és kb. 4,5 milliárd évvel ezelőtt szilárd testté alakult. Ez a mérföldkő a geológiai kronológia kezdete. Azóta a légkör lassú fejlődése ment végbe. Egyes geológiai folyamatokat, mint például a vulkánkitörések során a láva kiömlését, a Föld belsejéből gázok kibocsátása kísérte. Valószínűleg nitrogént, ammóniát, metánt, vízgőzt, szén-monoxidot és dioxidot tartalmaztak. A nap ultraibolya sugárzásának hatására a vízgőz hidrogénre és oxigénre bomlott, de a felszabaduló oxigén szén-monoxiddal reagálva szén-dioxidot képez. Az ammónia nitrogénre és hidrogénre bomlik. A diffúziós folyamat során a hidrogén felemelkedett és elhagyta a légkört, a nehezebb nitrogén pedig nem tudott elpárologni, és fokozatosan felhalmozódott, főkomponensévé vált, bár egy része kémiai reakciók során megkötődött. Az ultraibolya sugarak és az elektromos kisülések hatására a Föld eredeti légkörében valószínűleg jelen lévő gázkeverék kémiai reakciókba ment, amelyek szerves anyagok, elsősorban aminosavak képződését eredményezték. Következésképpen az élet a moderntől alapvetően eltérő légkörben keletkezhetett. A primitív növények megjelenésével megindult a fotoszintézis folyamata (lásd még FOTÓSZINTÉZIS), amit a szabad oxigén felszabadulása kísért. Ez a gáz, különösen a légkör felső rétegeibe való diffúzió után, elkezdte védeni alsó rétegeit és a Föld felszínét az életveszélyes ultraibolya és röntgensugárzástól. Becslések szerint a modern oxigénmennyiség mindössze 0,00004 jelenléte a jelenlegi ózonkoncentráció fele olyan réteg kialakulásához vezethet, amely mindazonáltal igen jelentős védelmet nyújtott az ultraibolya sugarak ellen. Az is valószínű, hogy az elsődleges légkör sok szén-dioxidot tartalmazott. A fotoszintézis során elhasználódott, koncentrációja bizonyára csökkent a növényvilág fejlődésével, illetve bizonyos geológiai folyamatok során történő felszívódás miatt. Mivel az üvegházhatás összefüggésbe hozható a szén-dioxid légkörben való jelenlétével, egyes tudósok úgy vélik, hogy koncentrációjának ingadozása a Föld történetében bekövetkezett nagyszabású éghajlatváltozások, például a jégkorszakok egyik fontos oka. A modern légkörben jelenlévő hélium valószínűleg nagyrészt az urán, a tórium és a rádium radioaktív bomlásának terméke. Ezek a radioaktív elemek alfa-részecskéket bocsátanak ki, amelyek a hélium atommagjai. Mivel a radioaktív bomlás során nem keletkezik vagy veszít elektromos töltés, minden alfa-részecskéhez két elektron tartozik. Ennek eredményeként egyesül velük, semleges hélium atomokat képezve. A radioaktív elemeket a kőzetekben szétszórt ásványok tartalmazzák, így a radioaktív bomlás eredményeként keletkező hélium jelentős része bennük marad, nagyon lassan kerül ki a légkörbe. A diffúzió következtében bizonyos mennyiségű hélium felfelé emelkedik az exoszférába, de a földfelszínről való folyamatos beáramlás miatt ennek a gáznak a térfogata a légkörben állandó. A csillagfény spektrális elemzése és a meteoritok tanulmányozása alapján megbecsülhető a különböző kémiai elemek relatív mennyisége az Univerzumban. A neon koncentrációja az űrben körülbelül tízmilliárdszor nagyobb, mint a Földön, a kripton tízmilliószor, a xenon pedig egymilliószor nagyobb. Ebből következik, hogy ezeknek az inert gázoknak a koncentrációja, amelyek kezdetben jelen voltak a Föld légkörében, és nem pótolták a kémiai reakciók során, nagymértékben csökkent, valószínűleg még abban a szakaszban, amikor a Föld elvesztette elsődleges légkörét. Kivételt képez az inert gáz argon, mivel 40Ar izotóp formájában még a kálium izotóp radioaktív bomlása során keletkezik.
OPTIKAI JELENSÉGEK
A légkörben előforduló optikai jelenségek sokfélesége különböző okokból adódik. A leggyakoribb jelenségek közé tartozik a villámlás (lásd fent) és a nagyon látványos északi és déli aurórák (lásd még AURORA). Emellett különösen érdekesek a szivárvány, gal, parhélium (hamis nap) és ívek, korona, fényudvarok és Brocken szellemek, délibábok, St. Elmo tüzei, világító felhők, zöld és crepuscularis sugarak. A szivárvány a legszebb légköri jelenség. Általában ez egy hatalmas ív, amely többszínű csíkokból áll, és akkor figyelhető meg, amikor a Nap az égboltnak csak egy részét világítja meg, és a levegő vízcseppekkel telített, például esőben. A sokszínű ívek spektrális sorrendben helyezkednek el (piros, narancs, sárga, zöld, kék, indigó, ibolya), de a színek szinte soha nem tiszták, mert a csíkok átfedik egymást. A szivárványok fizikai jellemzői általában jelentősen eltérnek egymástól, ezért megjelenésükben nagyon változatosak. Közös jellemzőjük, hogy az ív középpontja mindig a Naptól a megfigyelő felé húzott egyenesen helyezkedik el. A fő szivárvány egy ív, amely a legfényesebb színekből áll - kívül piros, belül lila. Néha csak egy ív látható, de gyakran egy másodlagos is megjelenik a fő szivárvány külső oldalán. Nem olyan élénk színek, mint az első, és a piros és lila csíkok helyet cserélnek benne: a piros belül található. A fő szivárvány kialakulását a kettős fénytörés (lásd még OPTIKA) és a napsugarak egyszeri belső visszaverődése magyarázza (lásd 5. ábra). Egy vízcseppbe (A) behatolva egy fénysugár megtörik és lebomlik, mintha egy prizmán haladna át. Ezután eléri a csepp szemközti felületét (B), visszaverődik róla, és kívül hagyja a cseppet (C). Ebben az esetben a fénysugár másodszor is megtörik, mielőtt elérné a megfigyelőt. A kezdeti fehér sugár 2°-os eltérési szöggel különböző színű nyalábokra bomlik. Másodlagos szivárvány kialakulásakor a napsugarak kettős törése és visszaverődése következik be (lásd 6. ábra). Ebben az esetben a fény megtörik, az alsó részén (A) keresztül behatol a cseppbe, és a csepp belső felületéről először a B, majd a C pontban verődik vissza. A D pontban a fény megtörik, a cseppet a megfigyelő felé hagyva.

Napkeltekor és napnyugtakor a szemlélő egy fél körnek megfelelő ív alakú szivárványt lát, mivel a szivárvány tengelye párhuzamos a horizonttal. Ha a Nap magasabban van a horizont felett, a szivárvány íve kisebb, mint a kerületének fele. Amikor a Nap 42° fölé emelkedik a horizont fölé, a szivárvány eltűnik. A magas szélességi körök kivételével mindenhol nem jelenhet meg a szivárvány délben, amikor a Nap túl magasan jár. Érdekes megbecsülni a szivárvány távolságát. Bár úgy tűnik, hogy a sokszínű ív ugyanabban a síkban helyezkedik el, ez illúzió. Valójában a szivárványnak hatalmas mélysége van, és egy üreges kúp felületeként képzelhető el, amelynek tetején a megfigyelő található. A kúp tengelye összeköti a Napot, a megfigyelőt és a szivárvány középpontját. A megfigyelő úgy néz ki, mintha ennek a kúpnak a felülete mentén haladna. Két ember soha nem láthatja pontosan ugyanazt a szivárványt. Természetesen lényegében ugyanaz a hatás figyelhető meg, de a két szivárvány eltérő pozíciót foglal el, és különböző vízcseppek alkotják. Amikor az eső vagy a permet szivárványt alkot, a teljes optikai hatást a szivárványkúp felületén a csúcson lévő megfigyelővel együtt áthaladó összes vízcsepp együttes hatása éri el. Minden csepp szerepe mulandó. A szivárványkúp felülete több rétegből áll. Gyorsan átlépve őket, és áthaladva egy sor kritikus ponton, minden csepp azonnal lebontja a napsugarakat a teljes spektrumra, szigorúan meghatározott sorrendben - a vöröstől az ibolyaszínig. Sok csepp ugyanúgy metszi a kúp felületét, így a szivárvány az íve mentén és keresztben is folytonosnak tűnik a szemlélő számára. A halók fehér vagy irizáló fényívek és körök a Nap vagy a Hold korongja körül. A légkörben lévő jég- vagy hókristályok fénytörése vagy visszaverődése miatt keletkeznek. A halót alkotó kristályok egy képzeletbeli kúp felületén helyezkednek el, amelynek tengelye a megfigyelőtől (a kúp tetejétől) a Nap felé irányul. Bizonyos körülmények között a légkör telítődhet kis kristályokkal, amelyeknek sok lapja derékszöget zár be a Napon, a megfigyelőn és ezeken a kristályokon áthaladó síkkal. Az ilyen arcok a beérkező fénysugarakat 22°-os eltéréssel verik vissza, belülről vöröses színű glóriát képezve, de a spektrum minden színéből is állhat. Kevésbé gyakori a 46°-os szögsugarú fényudvar, amely koncentrikusan egy 22°-os fényudvar körül helyezkedik el. Belső oldala is vöröses árnyalatú. Ennek oka a fénytörés is, ami jelen esetben a kristályok derékszöget alkotó szélein következik be. Egy ilyen fényudvar gyűrűszélessége meghaladja a 2,5°-ot. Mind a 46 fokos, mind a 22 fokos fényudvarok általában a gyűrű tetején és alján a legfényesebbek. A ritka, 90 fokos fényudvar egy gyengén világító, szinte színtelen gyűrű, amelynek két másik fényudvarral közös a középpontja. Ha színes, akkor piros színű lesz a gyűrű külső oldalán. Az ilyen típusú halo előfordulási mechanizmusa nem teljesen ismert (7. ábra).

Parhelia és ívek. A parhelikus kör (vagy hamis napok köre) egy fehér gyűrű, amelynek középpontja a zenitpontban van, és a horizonttal párhuzamosan halad át a Napon. Kialakulásának oka a napfény visszaverődése a jégkristályok felületének széleiről. Ha a kristályok kellően egyenletesen oszlanak el a levegőben, egy teljes kör válik láthatóvá. A parhelia vagy hamis napok a Napra emlékeztető, erősen világító foltok, amelyek a parhelikus kör és a 22°, 46° és 90° szögsugárral rendelkező fényudvarok metszéspontjain képződnek. A leggyakrabban előforduló és legfényesebb parhélium a 22 fokos fényudvar metszéspontjában képződik, általában a szivárvány szinte minden színével színezve. A 46 és 90 fokos fényudvarral kereszteződésekben sokkal ritkábban figyelhető meg a hamis nap. A 90 fokos fényudvarral kereszteződésben előforduló parheliákat parantheliának vagy hamis ellennapoknak nevezik. Néha egy antélium (napellenes) is látható - egy fényes folt, amely a parhéliumgyűrűn található, pontosan a Nappal szemben. Feltételezzük, hogy ennek a jelenségnek az oka a napfény kettős belső visszaverődése. A visszavert sugár ugyanazt az utat követi, mint a beeső sugár, de ellenkező irányba. A zenithez közeli ív, amelyet néha helytelenül a 46 fokos halo felső érintőívének neveznek, egy 90°-os vagy annál kisebb ív, amelynek középpontja a zenitben van, és körülbelül 46°-kal a Nap felett helyezkedik el. Ritkán látható, és csak néhány percig, élénk színekkel rendelkezik, a vörös szín az ív külső oldalára korlátozódik. A zenithez közeli ív figyelemre méltó színe, fényereje és tiszta körvonalai miatt. A halo típusú másik érdekes és nagyon ritka optikai effektus a Lowitz-ív. A parhelia folytatásaként keletkeznek a 22 fokos fényudvar metszéspontjában, a halo külső oldalától nyúlnak ki, és enyhén homorúak a Nap felé. A fehéres fényoszlopok, mint a különféle keresztek, néha hajnalban vagy alkonyatkor láthatók, különösen a sarkvidékeken, és a Napot és a Holdat is kísérhetik. Időnként holdglóriákat és más, a fent leírtakhoz hasonló hatásokat figyelnek meg, a leggyakoribb holdglória (a Hold körüli gyűrű) pedig 22°-os szögsugarú. Csakúgy, mint a hamis napok, a hamis holdak is felkelhetnek. A koronák vagy koronák kis koncentrikus színű gyűrűk a Nap, a Hold vagy más fényes objektumok körül, amelyeket időről időre megfigyelnek, amikor a fényforrás áttetsző felhők mögött van. A korona sugara kisebb, mint a halo sugara, és kb. 1-5°, a kék vagy lila gyűrű van a legközelebb a Naphoz. A korona akkor fordul elő, amikor a fényt kis vízcseppek szórják, felhőt képezve. Néha a korona a Napot (vagy a Holdat) körülvevő világító foltként (vagy haloként) jelenik meg, amely vöröses gyűrűben végződik. Más esetekben legalább két nagyobb átmérőjű, nagyon halvány színű koncentrikus gyűrű látható a fényudvaron kívül. Ezt a jelenséget szivárványfelhők kísérik. A nagyon magas felhők szélei néha élénk színűek.
Gloria (glóriák). Különleges körülmények között szokatlan légköri jelenségek lépnek fel. Ha a Nap a megfigyelő mögött van, és árnyéka a közeli felhőkre vagy ködfüggönyre vetül, a légkör bizonyos állapota alatt az ember fejének árnyéka körül egy színes világító kört - egy halót - láthat. Általában egy ilyen fényudvar a füves gyepen lévő harmatcseppek fényének visszaverődése miatt jön létre. A Gloriák gyakran megtalálhatók a repülőgép által az alatta lévő felhőkre vetett árnyék körül is.
Brocken szellemei. A földkerekség egyes területein, amikor egy dombon lévő megfigyelő árnyéka napkeltekor vagy napnyugtakor mögötte esik a kis távolságra lévő felhőkön, feltűnő hatást fedeznek fel: az árnyék kolosszális méreteket ölt. Ez a ködben lévő apró vízcseppek fényvisszaverődése és fénytörése miatt következik be. A leírt jelenséget a németországi Harz-hegység csúcsa után „Brocken szellemének” nevezik.
Mirages- optikai hatás, amelyet a fény megtörése okoz, amikor különböző sűrűségű levegőrétegeken halad át, és virtuális kép megjelenésében fejeződik ki. Ebben az esetben a távoli tárgyak a tényleges helyzetükhöz képest felemelkedőnek vagy lesüllyeszthetőnek tűnhetnek, illetve eltorzulhatnak, és szabálytalan, fantasztikus formákat ölthetnek. A délibábokat gyakran figyelik meg forró éghajlaton, például homokos síkságok felett. Gyakoriak az alsó délibábok, amikor egy távoli, szinte lapos sivatagi felszín a nyílt víz megjelenését ölti, különösen, ha enyhe magasságból nézzük, vagy egyszerűen csak egy meleg levegőréteg felett helyezkedik el. Ez az illúzió általában egy fűtött aszfaltúton fordul elő, amely vízfelületnek tűnik messze előtte. A valóságban ez a felület az égbolt tükörképe. Szemmagasság alatt tárgyak jelenhetnek meg ebben a „vízben”, általában fejjel lefelé. A felforrósodott földfelszínen „levegőréteg-pogácsa” képződik, melyben a talajhoz legközelebb eső réteg a legforróbb és annyira ritka, hogy a rajta áthaladó fényhullámok torzulnak, mivel terjedésük sebessége a közeg sűrűségétől függően változik. . A felső délibábok kevésbé gyakoriak és festőibbek, mint az alsók. A távoli objektumok (gyakran a tengeri horizonton túl) fejjel lefelé jelennek meg az égen, és néha ugyanannak az objektumnak a függőleges képe is megjelenik fent. Ez a jelenség jellemző a hideg vidékekre, különösen jelentős hőmérsékleti inverzió esetén, amikor egy hidegebb réteg felett melegebb levegőréteg van. Ez az optikai hatás a fényhullámok frontjának összetett terjedési mintáinak eredményeként nyilvánul meg inhomogén sűrűségű levegőrétegekben. Nagyon szokatlan délibábok fordulnak elő időről időre, különösen a sarki régiókban. Amikor délibábok fordulnak elő a szárazföldön, a fák és más tájelemek fejjel lefelé állnak. A felső délibábokon minden esetben tisztábban látszanak a tárgyak, mint az alsókban. Ha két légtömeg határa függőleges sík, néha oldalsó délibábokat figyelhetünk meg.
Szent Elmo tüze. A légkör egyes optikai jelenségei (például a ragyogás és a leggyakoribb meteorológiai jelenség - a villámlás) elektromos jellegűek. Sokkal kevésbé gyakoriak a St. Elmo lámpák – világító, halványkék vagy lila ecsetek 30 cm-től 1 m-ig terjedő hosszúságúak, általában az árbocok tetején vagy a tengeri hajók udvarának végén. Néha úgy tűnik, hogy a hajó teljes kötélzetét foszfor borítja és izzik. A St. Elmo's Fire néha megjelenik a hegycsúcsokon, valamint a magas épületek tornyain és éles sarkain. Ez a jelenség kefe elektromos kisüléseket jelent az elektromos vezetők végén, amikor az elektromos térerősség a körülöttük lévő légkörben jelentősen megnő. A Will-o'-the-wisps egy halvány kékes vagy zöldes fény, amely néha mocsarakban, temetőkben és kriptákban figyelhető meg. Gyakran úgy néznek ki, mint egy gyertyaláng, amely körülbelül 30 cm-rel a talaj felett emelkedik, csendesen ég, nem ad hőt, és egy pillanatra a tárgy felett lebeg. A fény teljesen megfoghatatlannak tűnik, és amikor a megfigyelő közeledik, úgy tűnik, hogy egy másik helyre költözik. A jelenség oka a szerves maradványok lebomlása és a mocsári gáz metán (CH4) vagy foszfin (PH3) spontán égése. A fogak különböző formájúak, néha még gömb alakúak is. Zöld sugár - smaragdzöld napfény villanása abban a pillanatban, amikor a Nap utolsó sugara eltűnik a horizont mögött. A napfény vörös komponense tűnik el először, az összes többi következik sorrendben, és az utolsó marad a smaragdzöld. Ez a jelenség csak akkor következik be, ha a napkorongnak csak a széle marad a horizont felett, különben színkeverék lép fel. A krepuszkuláris sugarak széttartó napsugarak, amelyek a légkör magas rétegeiben lévő por megvilágítása miatt válnak láthatóvá. A felhők árnyékai sötét csíkokat alkotnak, és sugarak terjednek közöttük. Ez a hatás akkor jelentkezik, ha a Nap hajnal előtt vagy napnyugta után alacsonyan van a horizonton.

A légkör a Föld légburoka. A földfelszíntől akár 3000 km-re is elnyúlik. Nyomai akár 10 000 km-es magasságig is nyomon követhetők. Az A. egyenetlen sűrűségű 50 5 tömegei 5 km-ig koncentrálódnak, 75% - 10 km-ig, 90% - 16 km-ig.

A légkör levegőből áll - több gáz mechanikus keverékéből.

Nitrogén(78%) a légkörben oxigénhígító szerepet tölt be, szabályozza az oxidáció sebességét, és ennek következtében a biológiai folyamatok sebességét és intenzitását. A nitrogén a földi légkör fő eleme, amely folyamatosan cserélődik a bioszféra élőanyagával, utóbbi alkotórészei pedig nitrogénvegyületek (aminosavak, purinok stb.). A nitrogént a légkörből szervetlen és biokémiai úton vonják ki, bár ezek szorosan összefüggenek. A szervetlen extrakció N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3 vegyületeinek képződésével jár. Csapadékban találhatók, és a légkörben elektromos kisülések hatására képződnek zivatarok vagy fotokémiai reakciók hatására a napsugárzás hatására.

A nitrogén biológiai megkötését egyes baktériumok a talajban magasabb rendű növényekkel szimbiózisban végzik. A nitrogént egyes plankton mikroorganizmusok és algák is megkötik a tengeri környezetben. Mennyiségi értelemben a nitrogén biológiai rögzítése meghaladja a szervetlen kötést. A légkörben lévő összes nitrogén kicserélődése körülbelül 10 millió éven belül megy végbe. A nitrogén vulkáni eredetű gázokban és magmás kőzetekben található. A kristályos kőzetek és meteoritok különböző mintáinak hevítésekor nitrogén szabadul fel N 2 és NH 3 molekulák formájában. A nitrogén jelenlétének fő formája azonban mind a Földön, mind a földi bolygókon molekuláris. A felső légkörbe jutó ammónia gyorsan oxidálódik, és nitrogént szabadít fel. Az üledékes kőzetekben szerves anyagokkal együtt van eltemetve, és fokozott mennyiségben található meg bitumenes lerakódásokban. E kőzetek regionális metamorfózisa során a nitrogén különböző formákban szabadul fel a Föld légkörébe.

Geokémiai nitrogénciklus (

Oxigén(21%) az élő szervezetek légzésre használják fel, szerves anyagok (fehérjék, zsírok, szénhidrátok) része. Ózon O 3. késlelteti a Nap életromboló ultraibolya sugárzását.

Az oxigén a második legelterjedtebb gáz a légkörben, rendkívül fontos szerepet játszik a bioszféra számos folyamatában. Létezésének uralkodó formája az O 2. A légkör felső rétegeiben ultraibolya sugárzás hatására az oxigénmolekulák disszociációja megy végbe, és körülbelül 200 km-es magasságban az atomi oxigén és a molekula aránya (O: O 2) 10 lesz. oxigén formái kölcsönhatásba lépnek a légkörben (20-30 km magasságban), egy ózonöv (ózon képernyő). Az ózon (O 3) szükséges az élő szervezetek számára, gátolja a Napból érkező ultraibolya sugárzás nagy részét, ami káros.

A Föld fejlődésének korai szakaszában a szabad oxigén nagyon kis mennyiségben jelent meg a szén-dioxid és a vízmolekulák fotodisszociációja következtében a légkör felső rétegeiben. Ezeket a kis mennyiségeket azonban gyorsan felemésztette más gázok oxidációja. Az autotróf fotoszintetikus organizmusok óceáni megjelenésével a helyzet jelentősen megváltozott. A szabad oxigén mennyisége a légkörben fokozatosan növekedni kezdett, aktívan oxidálva a bioszféra számos összetevőjét. Így a szabad oxigén első részei elsősorban a vas vas formáinak oxidokká, a szulfidok szulfátokká alakulásához járultak hozzá.

Végül a szabad oxigén mennyisége a Föld légkörében elért egy bizonyos tömeget, és úgy egyensúlyozott ki, hogy a termelt mennyiség egyenlő lett az elnyelt mennyiséggel. A légkörben viszonylag állandó szabad oxigéntartalmat állapítottak meg.

Geokémiai oxigén körforgás (V.A. Vronszkij, G.V. Voitkevich)

Szén-dioxid, bemegy az élő anyag képződésébe, és a vízgőzzel együtt létrehozza az úgynevezett „üvegházhatást”.

Szén (szén-dioxid) - a légkörben a legtöbb CO 2 és sokkal kevesebb CH 4 formájában van. A szén geokémiai történetének jelentősége a bioszférában rendkívül nagy, hiszen minden élő szervezet része. Az élő szervezeteken belül a szén redukált formái, a bioszféra környezetében pedig az oxidált formák dominálnak. Így létrejön az életciklus kémiai cseréje: CO 2 ↔ élőanyag.

Az elsődleges szén-dioxid forrása a bioszférában a vulkáni tevékenység, amely a földköpeny és a földkéreg alsó horizontjainak szekuláris gáztalanításához kapcsolódik. Ennek a szén-dioxidnak egy része az ősi mészkövek hőbomlása során keletkezik különböző metamorf zónákban. A CO 2 vándorlása a bioszférában kétféleképpen történik.

Az első módszer a fotoszintézis során a CO 2 abszorpciójában fejeződik ki, szerves anyagok képződésével, majd a litoszférában kedvező redukáló körülmények között eltemetve tőzeg, szén, olaj és olajpala formájában. A második módszer szerint a szénvándorlás karbonátrendszer kialakulásához vezet a hidroszférában, ahol a CO 2 H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2 -vé alakul. Ezután a kalcium (ritkábban magnézium és vas) részvételével biogén és abiogén utakon karbonátok rakódnak le. Vastag mészkő és dolomit rétegek jelennek meg. Az A.B. Ronov szerint a szerves szén (Corg) és a karbonát szén (Ccarb) aránya a bioszféra történetében 1:4 volt.

A globális szénciklus mellett számos kis szénciklus is létezik. Tehát a szárazföldön a zöld növények napközben felszívják a CO 2-t a fotoszintézis folyamatához, majd éjszaka kibocsátják a légkörbe. A földfelszínen élő szervezetek halálával a szerves anyagok oxidációja következik be (mikroorganizmusok részvételével), és CO 2 kerül a légkörbe. Az elmúlt évtizedekben a szénkörforgásban különleges helyet foglalt el a fosszilis tüzelőanyagok tömeges elégetése és tartalmuk növekedése a modern légkörben.

Szén körforgása a földrajzi burokban (F. Ramad, 1981 szerint)

Argon- a harmadik legelterjedtebb légköri gáz, ami élesen megkülönbözteti a rendkívül gyéren eloszlású egyéb inert gázoktól. Az argon azonban geológiai történetében osztozik ezeknek a gázoknak a sorsával, amelyeket két tulajdonság jellemez:

1. a légkörben való felhalmozódásuk visszafordíthatatlansága;
2. szoros kapcsolat egyes instabil izotópok radioaktív bomlásával.

A nemesgázok kívül esnek a Föld bioszférájának legtöbb ciklikus elemének ciklusán.

Minden inert gáz primer és radiogén gázra osztható. Az elsődlegesek azok, amelyeket a Föld a kialakulása során fogott el. Rendkívül ritkák. Az argon elsődleges részét elsősorban a 36 Ar és 38 Ar izotópok képviselik, míg a légköri argon teljes egészében a 40 Ar izotópból áll (99,6%), amely kétségtelenül radiogén. A káliumtartalmú kőzetekben a radiogén argon felhalmozódása a kálium-40 elektronbefogással történő bomlása miatt következett be és folytatódik: 40 K + e → 40 Ar.

Ezért a kőzetek argontartalmát azok kora és a kálium mennyisége határozza meg. Ennyiben a kőzetek héliumkoncentrációja koruk, valamint tórium- és urántartalmuk függvénye. Argon és hélium kerül a légkörbe a föld belsejéből vulkánkitörések során, a földkéreg repedései révén gázsugarak formájában, valamint a kőzetek mállása során. P. Dimon és J. Culp számításai szerint a modern korban a hélium és az argon felhalmozódik a földkéregben, és viszonylag kis mennyiségben kerül a légkörbe. Ezeknek a radiogén gázoknak a bejutási sebessége olyan alacsony, hogy a Föld geológiai története során nem tudta biztosítani megfigyelt tartalmukat a modern légkörben. Ezért továbbra is feltételezhető, hogy a légkörben lévő argon nagy része a Föld belsejéből származott a fejlődés legkorábbi szakaszában, és sokkal kevesebb adódott hozzá később a vulkanizmus és a káliumtartalmú kőzetek mállása során. .

Így a geológiai idők során a hélium és az argon különböző migrációs folyamatokon ment keresztül. Nagyon kevés hélium van a légkörben (körülbelül 5 * 10 -4%), és a Föld „héliumlégzése” könnyebb volt, mivel ez, mint a legkönnyebb gáz, elpárolog a világűrbe. Az „argonlégzés” pedig nehéz volt, és az argon bolygónk határain belül maradt. Az ősi nemesgázok többsége, mint például a neon és a xenon, a Föld által kialakulása során elfogott ősneonokhoz, valamint a köpeny légkörbe történő gáztalanítása során kiszabaduló neonokhoz kapcsolódott. A nemesgázok geokémiájára vonatkozó összes adat azt mutatja, hogy a Föld elsődleges légköre a fejlődésének legkorábbi szakaszában keletkezett.

A légkör tartalmaz vízpáraÉs víz folyékony és szilárd állapotban. A légkörben lévő víz fontos hőtároló.

A légkör alsó rétegei nagy mennyiségben tartalmaznak ásványi és technogén port és aeroszolokat, égéstermékeket, sókat, spórákat és pollent stb.

100-120 km magasságig a levegő teljes keveredése miatt a légkör összetétele homogén. A nitrogén és az oxigén aránya állandó. Fent a közömbös gázok, a hidrogén stb. uralkodnak. A légkör alsóbb rétegeiben vízgőz van. A Földtől való távolság növekedésével a tartalma csökken. Nagyobb mértékben változik a gázok aránya, például 200-800 km magasságban az oxigén 10-100-szorosára dominál a nitrogénnel szemben.

A Föld légköre heterogén: különböző magasságokban eltérő a levegő sűrűsége és nyomása, változik a hőmérséklet és a gázösszetétel. A környezeti levegő hőmérsékletének viselkedése alapján (azaz a hőmérséklet a magassággal nő vagy csökken) a következő rétegeket különböztetjük meg benne: troposzféra, sztratoszféra, mezoszféra, termoszféra és exoszféra. A rétegek közötti határokat szüneteknek nevezzük: 4 van belőlük, mert az exoszféra felső határa nagyon elmosódott, és gyakran a közeli térre utal. A légkör általános szerkezete a mellékelt ábrán található.

1. ábra A Föld légkörének szerkezete. Hitel: weboldal

A legalacsonyabb légköri réteg a troposzféra, amelynek felső határa, az úgynevezett tropopauza, a földrajzi szélesség függvényében változik, és 8 km-ig terjed. a sarkvidéken 20 km-ig. trópusi szélességeken. A középső vagy mérsékelt övi szélességeken a felső határa 10-12 km-es magasságban található Az év során a troposzféra felső határa a napsugárzás beáramlásától függően ingadoz. Így az amerikai meteorológiai szolgálat által a Föld déli sarkán végzett szondázás eredményeként kiderült, hogy márciustól augusztusig vagy szeptemberig folyamatos a troposzféra lehűlése, aminek következtében egy rövid ideig augusztusban. vagy szeptemberben a határa 11,5 km-re emelkedik. Ezután a szeptembertől decemberig tartó időszakban gyorsan csökken, és eléri legalacsonyabb pozícióját - 7,5 km-t, majd magassága márciusig gyakorlatilag változatlan marad. Azok. A troposzféra nyáron éri el legnagyobb vastagságát, télen a legvékonyabb.

Érdemes megjegyezni, hogy a szezonálisak mellett a tropopauza magasságának napi ingadozása is előfordul. Helyzetét a ciklonok és az anticiklonok is befolyásolják: az elsőben esik, mert A nyomás bennük alacsonyabb, mint a környező levegőben, másodszor pedig ennek megfelelően emelkedik.

A troposzféra a Föld levegőjének teljes tömegének 90%-át és a teljes vízgőz 9/10-ét tartalmazza. Itt különösen a felszínhez közeli és a legmagasabb rétegekben erősen kifejlődött a turbulencia, minden szintű felhők alakulnak ki, ciklonok és anticiklonok alakulnak ki. A Föld felszínéről visszaverődő napfény üvegházhatású gázainak (szén-dioxid, metán, vízgőz) felhalmozódása miatt pedig kialakul az üvegházhatás.

Az üvegházhatás a troposzférában a levegő hőmérsékletének magassági csökkenésével jár (mivel a felmelegedett Föld több hőt ad le a felszíni rétegeknek). Az átlagos függőleges gradiens 0,65°/100 m (azaz a levegő hőmérséklete 0,65°C-kal csökken minden 100 méteres emelkedéssel). Tehát, ha az évi átlagos levegőhőmérséklet a Föld felszínén az Egyenlítő közelében +26°, akkor a felső határon -70°. Az Északi-sark feletti tropopauza régióban a hőmérséklet egész évben változik, a nyári -45°-tól a téli -65°-ig.

A magasság növekedésével a légnyomás is csökken, a troposzféra felső határán a felszínközeli szintnek mindössze 12-20%-át teszi ki.

A troposzféra és a sztratoszféra fedőrétegének határán a tropopauza 1-2 km vastag rétege fekszik. A tropopauza alsó határait általában egy olyan levegőrétegnek tekintik, amelyben a függőleges gradiens 0,2°/100 m-re csökken, szemben a troposzféra alatti régióiban a 0,65°/100 m-rel.

A tropopauzán belül szigorúan meghatározott irányú légáramlások figyelhetők meg, úgynevezett nagy magasságú sugáráramlások vagy „sugárfolyamok”, amelyek a Föld tengelye körüli forgásának és a légkör felmelegedésének hatására alakulnak ki a napsugárzás részvételével. . A jelentős hőmérséklet-különbséggel rendelkező zónák határain áramlatok figyelhetők meg. Ezeknek az áramlatoknak számos lokalizációs központja van, például sarkvidéki, szubtrópusi, szubpoláris és mások. A sugárfolyamok lokalizációjának ismerete nagyon fontos a meteorológia és a repülés szempontjából: az első a folyamokat a pontosabb időjárás-előrejelzéshez, a második a repülőgépek repülési útvonalainak kialakításához használja fel, mert Az áramlások határain kis örvényekhez hasonló erős turbulens örvények vannak, amelyeket „tiszta égbolt turbulenciának” neveznek, mivel ezeken a magasságokon nincsenek felhők.

A nagy magasságú sugáráramok hatására a tropopauzában gyakran törések keletkeznek, és időnként teljesen eltűnnek, bár aztán újra kialakul. Ez különösen gyakran megfigyelhető a szubtrópusi szélességi körökben, amelyeket egy erős szubtrópusi nagy magasság ural. Ezenkívül a környezeti levegő hőmérsékletének tropopauza rétegeinek különbsége hézagok kialakulásához vezet. Például nagy szakadék van a trópusi szélességi körök meleg és alacsony poláris tropopauzája, valamint a magas és hideg tropopauza között. A közelmúltban a mérsékelt övi szélességi körök tropopauzájának egy rétege is kialakult, aminek megszakadása van az előző két réteggel: a poláris és a trópusi réteggel.

A Föld légkörének második rétege a sztratoszféra. A sztratoszféra nagyjából két régióra osztható. Közülük az elsőt, amely 25 km-es magasságig fekszik, szinte állandó hőmérséklet jellemzi, amely megegyezik a troposzféra felső rétegeinek hőmérsékletével egy adott területen. A második régiót vagy az inverziós régiót a levegő hőmérsékletének körülbelül 40 km-es magasságig történő emelkedése jellemzi. Ez a nap ultraibolya sugárzásának oxigén és ózon általi elnyelésének köszönhető. A sztratoszféra felső részében ennek a melegítésnek köszönhetően a hőmérséklet gyakran pozitív, sőt összemérhető a felszíni levegő hőmérsékletével.

Az inverziós régió felett van egy állandó hőmérsékletű réteg, amelyet sztratopauzának neveznek, és ez a határ a sztratoszféra és a mezoszféra között. Vastagsága eléri a 15 km-t.

A troposzférával ellentétben a turbulens zavarok ritkák a sztratoszférában, de a pólusokkal szemben a mérsékelt övi szélességi fokok határain szűk zónákban erős vízszintes szelek vagy sugárfolyamok fújnak. Ezeknek a zónáknak a helyzete nem állandó: elmozdulhatnak, kitágulhatnak, vagy akár teljesen eltűnhetnek. Gyakran a sugárfolyamok behatolnak a troposzféra felső rétegeibe, vagy fordítva, a troposzférából származó légtömegek behatolnak a sztratoszféra alsó rétegeibe. A légtömegek ilyen keveredése különösen a légköri frontok területein jellemző.

A sztratoszférában kevés a vízgőz. Itt nagyon száraz a levegő, ezért kevés felhő képződik. Csak 20-25 km-es magasságban és magas szélességi fokon lehet észrevenni nagyon vékony, túlhűtött vízcseppekből álló gyöngyházfelhőket. Napközben ezek a felhők nem láthatók, de a sötétség beálltával világítani látszanak, mivel a Nap megvilágítja őket, amely már a horizont alá süllyedt.

Ugyanilyen magasságban (20-25 km) az alsó sztratoszférában található az úgynevezett ózonréteg - a legmagasabb ózontartalmú terület, amely ultraibolya napsugárzás hatására képződik (erről többet megtudhat folyamat az oldalon). Az ózonréteg vagy ózonoszféra rendkívül fontos a szárazföldön élő összes élőlény életének fenntartásához, és elnyeli a halálos ultraibolya sugarakat, amelyek hullámhossza elérheti a 290 nm-t. Ez az oka annak, hogy az élő szervezetek nem élnek az ózonréteg felett, ez az élet eloszlásának felső határa a Földön.

Az ózon hatására a mágneses mezők is megváltoznak, az atomok szétesnek, a molekulák szétesnek, ionizáció következik be, új gázok és egyéb kémiai vegyületek keletkeznek.

A sztratoszféra felett elhelyezkedő légköri réteget mezoszférának nevezzük. Jellemzője a levegő hőmérsékletének csökkenése a magassággal, átlagosan 0,25-0,3°/100 m függőleges gradiens mellett, ami erős turbulenciához vezet. A mezoszféra felső határain, a mezopauzának nevezett régióban -138°C-ig terjedő hőmérsékletet regisztráltak, ami az egész Föld légkörének abszolút minimuma.

Itt, a mezopauzán belül található a Napból érkező röntgen- és rövidhullámú ultraibolya sugárzás aktív elnyelési tartományának alsó határa. Ezt az energiafolyamatot sugárzó hőátadásnak nevezzük. Ennek eredményeként a gáz felmelegszik és ionizálódik, ami a légkör izzását okozza.

A mezoszféra felső határain 75-90 km magasságban különleges felhőket figyeltek meg, amelyek hatalmas területeket foglaltak el a bolygó sarki régióiban. Ezeket a felhőket szürkületi izzásuk miatt nevezik noctilucensnek, amelyet a napfény visszaverődése okoz a jégkristályokról, amelyekből ezek a felhők állnak.

A mezopauza légnyomása 200-szor kisebb, mint a Föld felszínén. Ez azt sugallja, hogy a légkör szinte teljes levegője annak 3 alsó rétegében koncentrálódik: a troposzférában, a sztratoszférában és a mezoszférában. A fedőrétegek, a termoszféra és az exoszféra a teljes légkör tömegének mindössze 0,05%-át teszik ki.

A termoszféra 90-800 km magasságban fekszik a Föld felszíne felett.

A termoszférát a levegő hőmérsékletének folyamatos emelkedése jellemzi 200-300 km magasságig, ahol elérheti a 2500°C-ot. A hőmérséklet emelkedik a röntgensugarak és a Napból érkező rövid hullámhosszú ultraibolya sugárzás gázmolekulák általi elnyelése miatt. 300 km-rel a tengerszint felett a hőmérséklet-emelkedés megáll.

A hőmérséklet emelkedésével egyidejűleg a környező levegő nyomása és ennek következtében a sűrűsége is csökken. Tehát ha a termoszféra alsó határain a sűrűség 1,8 × 10 -8 g/cm 3, akkor a felső határokon már 1,8 × 10 -15 g/cm 3, ami megközelítőleg 10 millió - 1 milliárd részecskének felel meg. 1 cm 3 -enként.

A termoszféra minden jellemzője, mint például a levegő összetétele, hőmérséklete, sűrűsége erős ingadozásoknak van kitéve: a földrajzi elhelyezkedéstől, az évszaktól és a napszaktól függően. Még a termoszféra felső határának helye is megváltozik.

A légkör legfelső rétegét exoszférának vagy szórórétegnek nevezzük. Alsó határa nagyon tág határok között folyamatosan változik; Az átlagos magasság 690-800 km. Olyan helyre telepítik, ahol az intermolekuláris vagy interatomikus ütközések valószínűsége elhanyagolható, pl. az átlagos távolság, amelyet egy kaotikusan mozgó molekula megtesz, mielőtt egy másik hasonló molekulával ütközne (az úgynevezett szabad út), akkora lesz, hogy valójában a molekulák nem ütköznek nullához közeli valószínűséggel. Azt a réteget, ahol a leírt jelenség előfordul, termikus szünetnek nevezzük.

Az exoszféra felső határa 2-3 ezer km magasságban fekszik. Nagyon elmosódott, és fokozatosan térközeli vákuummá alakul. Néha ebből az okból az exoszférát a világűr részének tekintik, és felső határának 190 ezer km-es magasságot vesznek fel, amelynél a napsugárzás nyomásának a hidrogénatomok sebességére gyakorolt ​​hatása meghaladja az űr gravitációs vonzerejét. Föld. Ez az ún a Föld koronája, amely hidrogénatomokból áll. A Föld koronájának sűrűsége nagyon kicsi: mindössze 1000 részecske köbcentiméterenként, de ez a szám több mint 10-szerese a részecskék koncentrációjának a bolygóközi térben.

Az exoszférában a levegő rendkívül ritkasága miatt a részecskék elliptikus pályán mozognak a Föld körül anélkül, hogy egymásnak ütköznének. Egy részük nyitott vagy hiperbolikus pályákon kozmikus sebességgel haladva (hidrogén- és héliumatomok) elhagyja a légkört és a világűrbe kerül, ezért az exoszférát szórógömbnek nevezik.

A tér tele van energiával. Az energia egyenetlenül tölti ki a teret. Vannak koncentrálódási és kisülési helyek. Így megbecsülheti a sűrűséget. A bolygó rendezett rendszer, amelynek középpontjában a maximális anyagsűrűség, a periféria felé pedig fokozatosan csökken a koncentráció. A kölcsönhatási erők határozzák meg az anyag állapotát, létezésének formáját. A fizika leírja az anyagok aggregált állapotát: szilárd, folyékony, gáz stb.

A légkör a bolygót körülvevő gáznemű környezet. A Föld légköre szabad mozgást tesz lehetővé, és átengedi a fényt, így teret hoz létre, amelyben az élet virágzik.

A Föld felszínétől körülbelül 16 kilométeres magasságig terjedő területet (az Egyenlítőtől a sarkokig kisebb az érték, évszaktól is függ) troposzférának nevezzük. A troposzféra egy olyan réteg, amelyben a légkör összes levegőjének körülbelül 80%-a és szinte az összes vízgőz koncentrálódik. Itt játszódnak le az időjárást alakító folyamatok. A nyomás és a hőmérséklet a magassággal csökken. A léghőmérséklet csökkenésének oka egy adiabatikus folyamat a tágulás során, a gáz lehűl. A troposzféra felső határán az értékek elérhetik a -50, -60 Celsius fokot.

Ezután következik a sztratoszféra. 50 kilométerig terjed. A légkör ezen rétegében a hőmérséklet a magassággal emelkedik, és a felső ponton körülbelül 0 C értéket vesz fel. A hőmérséklet növekedését az ultraibolya sugarak ózonréteg általi elnyelésének folyamata okozza. A sugárzás kémiai reakciót vált ki. Az oxigénmolekulák egyes atomokra bomlanak, amelyek a normál oxigénmolekulákkal egyesülve ózont képezhetnek.

A 10 és 400 nanométer közötti hullámhosszú napsugárzás ultraibolya sugárzásnak minősül. Minél rövidebb az UV-sugárzás hullámhossza, annál nagyobb veszélyt jelent az élő szervezetekre. A sugárzásnak csak egy kis része éri el a Föld felszínét, és spektrumának kevésbé aktív részét. A természet ezen tulajdonsága lehetővé teszi az ember számára, hogy egészséges barnulást kapjon.

A légkör következő rétegét mezoszférának hívják. Körülbelül 50 km-től 85 km-ig terjedő korlátok. A mezoszférában alacsony az ózon koncentrációja, amely csapdába ejteheti az UV-energiát, így a hőmérséklet ismét csökkenni kezd a magassággal. A csúcsponton a hőmérséklet -90 C-ra csökken, egyes források -130 C értéket jeleznek. A legtöbb meteoroid a légkör ezen rétegében ég el.

A légkörnek azt a rétegét, amely a Földtől 85 km magasságtól 600 km távolságig húzódik, termoszférának nevezik. A termoszféra elsőként találkozik napsugárzással, beleértve az úgynevezett vákuum ultraibolya sugárzást.

A vákuum UV-t a levegő visszatartja, ezáltal a légkör ezen rétegét hatalmas hőmérsékletre melegíti. Mivel azonban itt rendkívül alacsony a nyomás, ez a látszólag forró gáz nem gyakorol olyan hatást a tárgyakra, mint a földfelszínen. Éppen ellenkezőleg, az ilyen környezetben elhelyezett tárgyak lehűlnek.

100 km-es magasságban halad el a hagyományos „Karman-vonal” vonal, amelyet az űr kezdetének tekintenek.

Az aurorák a termoszférában fordulnak elő. A légkör ezen rétegében a napszél kölcsönhatásba lép a bolygó mágneses mezőjével.

A légkör utolsó rétege az exoszféra, egy több ezer kilométeres külső héj. Az exoszféra gyakorlatilag üres hely, azonban az itt vándorló atomok száma egy nagyságrenddel nagyobb, mint a bolygóközi térben.

Egy ember levegőt szív. A normál nyomás 760 higanymilliméter. 10 000 m magasságban a nyomás körülbelül 200 mm. Hg Művészet.

Ilyen magasságban az ember valószínűleg tud levegőt venni, legalábbis rövid ideig, de ez előkészületet igényel. Az állam egyértelműen működésképtelen lesz.

A légkör gázösszetétele: 78% nitrogén, 21% oxigén, körülbelül egy százalék argon, minden más gázkeverék, amely a legkisebb részt képviseli. Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: