Dijagram strukture Zemljine atmosfere. Uloga i značaj glavnih gasova atmosferskog vazduha. Razlozi za promjene sastava atmosfere

Atmosfera (od starogrčkog ἀτμός - para i σφαῖρα - lopta) je plinska ljuska (geosfera) koja okružuje planetu Zemlju. Njegova unutrašnja površina pokriva hidrosferu i dijelom zemljinu koru, dok se vanjska površina graniči sa prizemnim dijelom svemira.

Skup grana fizike i hemije koje proučavaju atmosferu obično se naziva atmosferska fizika. Atmosfera određuje vrijeme na površini Zemlje, meteorologija proučava vrijeme, a klimatologija se bavi dugoročnim klimatskim varijacijama.

Fizička svojstva

Debljina atmosfere je otprilike 120 km od površine Zemlje. Ukupna masa vazduha u atmosferi je (5,1-5,3) 1018 kg. Od toga je masa suhog zraka (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, ukupna masa vodene pare je u prosjeku 1,27 1016 kg.

Molarna masa čistog suhog zraka je 28,966 g/mol, a gustina zraka na površini mora oko 1,2 kg/m3. Pritisak na 0 °C na nivou mora je 101,325 kPa; kritična temperatura - -140,7 °C (~132,4 K); kritični pritisak - 3,7 MPa; Cp na 0 °C - 1,0048·103 J/(kg·K), Cv - 0,7159·103 J/(kg·K) (na 0 °C). Rastvorljivost vazduha u vodi (po masi) na 0 °C - 0,0036%, na 25 °C - 0,0023%.

Kao „normalni uslovi“ na površini Zemlje prihvaćeni su: gustina 1,2 kg/m3, barometarski pritisak 101,35 kPa, temperatura plus 20 °C i relativna vlažnost 50%. Ovi uslovni indikatori imaju čisto inženjerski značaj.

Hemijski sastav

Zemljina atmosfera je nastala kao rezultat oslobađanja gasova tokom vulkanskih erupcija. Pojavom okeana i biosfere nastao je izmjenom plinova s ​​vodom, biljkama, životinjama i proizvodima njihovog raspadanja u tlima i močvarama.

Trenutno se Zemljina atmosfera sastoji uglavnom od plinova i raznih nečistoća (prašina, kapljice vode, kristali leda, morske soli, produkti sagorijevanja).

Koncentracija plinova koji čine atmosferu gotovo je konstantna, s izuzetkom vode (H2O) i ugljičnog dioksida (CO2).

Sastav suvog vazduha

Nitrogen
Kiseonik
Argon
Voda
Ugljen-dioksid
Neon
Helijum
Metan
Krypton
Vodonik
Xenon
Dušikov oksid

Pored gasova navedenih u tabeli, atmosfera sadrži SO2, NH3, CO, ozon, ugljovodonike, HCl, HF, Hg pare, I2, kao i NO i mnoge druge gasove u malim količinama. Troposfera stalno sadrži veliku količinu suspendovanih čvrstih i tečnih čestica (aerosol).

Struktura atmosfere

Troposfera

Njegova gornja granica je na nadmorskoj visini od 8-10 km u polarnim, 10-12 km u umjerenim i 16-18 km u tropskim geografskim širinama; niže zimi nego ljeti. Donji, glavni sloj atmosfere sadrži više od 80% ukupne mase atmosferskog vazduha i oko 90% ukupne vodene pare prisutne u atmosferi. Turbulencija i konvekcija su jako razvijene u troposferi, nastaju oblaci, a razvijaju se cikloni i anticikloni. Temperatura opada sa povećanjem nadmorske visine sa prosječnim vertikalnim gradijentom od 0,65°/100 m

Tropopauza

Prijelazni sloj iz troposfere u stratosferu, sloj atmosfere u kojem se zaustavlja smanjenje temperature sa visinom.

Stratosfera

Sloj atmosfere koji se nalazi na nadmorskoj visini od 11 do 50 km. Karakterizira ga blaga promjena temperature u sloju od 11-25 km (donji sloj stratosfere) i povećanje temperature u sloju od 25-40 km od -56,5 do 0,8 °C (gornji sloj stratosfere ili inverziona regija) . Nakon dostizanja vrijednosti od oko 273 K (skoro 0 °C) na visini od oko 40 km, temperatura ostaje konstantna do visine od oko 55 km. Ovo područje konstantne temperature naziva se stratopauza i predstavlja granicu između stratosfere i mezosfere.

Stratopauza

Granični sloj atmosfere između stratosfere i mezosfere. U vertikalnoj raspodjeli temperature postoji maksimum (oko 0 °C).

Mezosfera

Mezosfera počinje na nadmorskoj visini od 50 km i proteže se do 80-90 km. Temperatura opada sa visinom sa prosječnim vertikalnim gradijentom od (0,25-0,3)°/100 m. Glavni energetski proces je prijenos topline zračenja. Složeni fotohemijski procesi koji uključuju slobodne radikale, vibraciono pobuđene molekule itd. uzrokuju luminescenciju atmosfere.

Mesopauza

Prijelazni sloj između mezosfere i termosfere. Postoji minimum u vertikalnoj distribuciji temperature (oko -90 °C).

Karmanova linija

Visina iznad nivoa mora, koja je konvencionalno prihvaćena kao granica između Zemljine atmosfere i svemira. Prema FAI definiciji, Karmanova linija se nalazi na nadmorskoj visini od 100 km.

Granica Zemljine atmosfere

Termosfera

Gornja granica je oko 800 km. Temperatura se penje na nadmorske visine od 200-300 km, gdje dostiže vrijednosti od reda od 1500 K, nakon čega ostaje gotovo konstantna do velikih visina. Pod uticajem ultraljubičastog i rendgenskog sunčevog zračenja i kosmičkog zračenja dolazi do jonizacije vazduha („aurore“) - glavni delovi jonosfere leže unutar termosfere. Na visinama iznad 300 km prevladava atomski kiseonik. Gornja granica termosfere je u velikoj mjeri određena trenutnom aktivnošću Sunca. U periodima niske aktivnosti - na primjer, 2008-2009 - primetno je smanjenje veličine ovog sloja.

Termopauza

Područje atmosfere u blizini termosfere. U ovoj regiji, apsorpcija sunčevog zračenja je zanemarljiva i temperatura se zapravo ne mijenja s visinom.

Egzosfera (sfera raspršivanja)

Egzosfera je zona disperzije, vanjski dio termosfere, smješten iznad 700 km. Gas u egzosferi je vrlo razrijeđen i odavde njegove čestice cure u međuplanetarni prostor (disipacija).

Do visine od 100 km atmosfera je homogena, dobro izmiješana mješavina plinova. U višim slojevima distribucija plinova po visini ovisi o njihovoj molekularnoj težini; koncentracija težih plinova opada brže s udaljenosti od Zemljine površine. Zbog smanjenja gustine gasa, temperatura pada sa 0 °C u stratosferi na -110 °C u mezosferi. Međutim, kinetička energija pojedinačnih čestica na visinama od 200-250 km odgovara temperaturi od ~150 °C. Iznad 200 km, primjećuju se značajne fluktuacije temperature i gustine gasa u vremenu i prostoru.

Na visini od oko 2000-3500 km, egzosfera se postupno pretvara u takozvani vakuum blizu svemira, koji je ispunjen vrlo razrijeđenim česticama međuplanetarnog plina, uglavnom atomima vodika. Ali ovaj plin predstavlja samo dio međuplanetarne materije. Drugi dio čine čestice prašine kometnog i meteorskog porijekla. Pored izuzetno razrijeđenih čestica prašine, u ovaj prostor prodire elektromagnetno i korpuskularno zračenje solarnog i galaktičkog porijekla.

Troposfera čini oko 80% mase atmosfere, stratosfera - oko 20%; masa mezosfere nije veća od 0,3%, termosfera je manja od 0,05% ukupne mase atmosfere. Na osnovu električnih svojstava u atmosferi razlikuju se neutronosfera i jonosfera. Trenutno se vjeruje da se atmosfera prostire na nadmorskoj visini od 2000-3000 km.

U zavisnosti od sastava gasa u atmosferi, razlikuju se homosfera i heterosfera. Heterosfera je oblast u kojoj gravitacija utiče na odvajanje gasova, jer je njihovo mešanje na takvoj visini zanemarljivo. To implicira promjenjiv sastav heterosfere. Ispod njega leži dobro izmiješan, homogen dio atmosfere koji se naziva homosfera. Granica između ovih slojeva naziva se turbopauza i nalazi se na nadmorskoj visini od oko 120 km.

Ostala svojstva atmosfere i uticaji na ljudski organizam

Već na nadmorskoj visini od 5 km, neobučena osoba počinje iskusiti gladovanje kisikom i bez adaptacije, performanse osobe su značajno smanjene. Ovdje se završava fiziološka zona atmosfere. Ljudsko disanje postaje nemoguće na visini od 9 km, iako do otprilike 115 km atmosfera sadrži kisik.

Atmosfera nas opskrbljuje kisikom neophodnim za disanje. Međutim, zbog pada ukupnog pritiska atmosfere, kako se dižete na visinu, parcijalni pritisak kiseonika se shodno tome smanjuje.

Ljudska pluća stalno sadrže oko 3 litre alveolarnog zraka. Parcijalni pritisak kiseonika u alveolarnom vazduhu pri normalnom atmosferskom pritisku je 110 mmHg. Art., pritisak ugljičnog dioksida - 40 mm Hg. art., i vodena para - 47 mm Hg. Art. S povećanjem nadmorske visine, tlak kisika opada, a ukupni tlak pare vode i ugljičnog dioksida u plućima ostaje gotovo konstantan - oko 87 mm Hg. Art. Opskrba plućima kisikom će se potpuno zaustaviti kada pritisak okolnog zraka postane jednak ovoj vrijednosti.

Na visini od oko 19-20 km, atmosferski pritisak pada na 47 mm Hg. Art. Stoga, na ovoj nadmorskoj visini, voda i intersticijska tečnost počinju da ključaju u ljudskom tijelu. Izvan kabine pod pritiskom na ovim visinama, smrt se događa gotovo trenutno. Dakle, sa stanovišta ljudske fiziologije, "svemir" počinje već na visini od 15-19 km.

Gusti slojevi zraka - troposfera i stratosfera - štite nas od štetnog djelovanja radijacije. Uz dovoljno razrjeđivanje zraka, na visinama većim od 36 km, jonizujuće zračenje - primarni kosmički zraci - imaju intenzivan učinak na organizam; Na visinama većim od 40 km, ultraljubičasti dio sunčevog spektra je opasan za ljude.

Kako se dižemo na sve veću visinu iznad Zemljine površine, tako poznate pojave uočene u nižim slojevima atmosfere kao što su širenje zvuka, pojava aerodinamičkog podizanja i otpora, prijenos topline konvekcijom itd. postepeno slabe, a zatim potpuno nestaju.

U razrijeđenim slojevima zraka širenje zvuka je nemoguće. Do visina od 60-90 km još uvijek je moguće koristiti otpor zraka i podizanje za kontrolirani aerodinamički let. Ali počevši od visina od 100-130 km, koncepti M broja i zvučne barijere, poznati svakom pilotu, gube značenje: tu leži konvencionalna Karmanova linija, iza koje počinje područje čisto balističkog leta, koje može samo kontrolirati pomoću reaktivnih sila.

Na visinama iznad 100 km atmosfera je lišena još jednog izuzetnog svojstva - sposobnosti da apsorbuje, provodi i prenosi toplotnu energiju konvekcijom (tj. miješanjem zraka). To znači da različiti elementi opreme na orbitalnoj svemirskoj stanici neće moći da se hlade spolja na isti način kao što se to obično radi u avionu - uz pomoć vazdušnih mlaznica i vazdušnih radijatora. Na ovoj visini, kao i općenito u svemiru, jedini način prijenosa topline je toplinsko zračenje.

Istorija nastanka atmosfere

Prema najčešćoj teoriji, Zemljina atmosfera je tokom vremena imala tri različita sastava. U početku se sastojao od lakih gasova (vodonik i helijum) uhvaćenih iz međuplanetarnog prostora. Ovo je takozvana primarna atmosfera (prije oko četiri milijarde godina). U sljedećoj fazi, aktivna vulkanska aktivnost dovela je do zasićenja atmosfere drugim plinovima osim vodonika (ugljični dioksid, amonijak, vodena para). Tako je nastala sekundarna atmosfera (oko tri milijarde godina prije današnjeg dana). Ova atmosfera je bila obnavljajuća. Nadalje, proces formiranja atmosfere određen je sljedećim faktorima:

• curenje lakih gasova (vodonik i helijum) u međuplanetarni prostor;
• hemijske reakcije koje se dešavaju u atmosferi pod uticajem ultraljubičastog zračenja, pražnjenja groma i nekih drugih faktora.

Postepeno, ovi faktori su doveli do formiranja tercijarne atmosfere, koju karakteriše mnogo manje vodonika i mnogo više azota i ugljen-dioksida (nastalih kao rezultat hemijskih reakcija iz amonijaka i ugljovodonika).

Nitrogen

Formiranje velike količine dušika N2 posljedica je oksidacije atmosfere amonijak-vodik molekularnim kisikom O2, koji je počeo dolaziti s površine planete kao rezultat fotosinteze, počevši prije 3 milijarde godina. Dušik N2 se također oslobađa u atmosferu kao rezultat denitrifikacije nitrata i drugih spojeva koji sadrže dušik. Azot se oksidira ozonom u NO u gornjoj atmosferi.

Azot N2 reaguje samo pod određenim uslovima (na primer, tokom pražnjenja groma). Oksidacija molekularnog azota ozonom tokom električnih pražnjenja koristi se u malim količinama u industrijskoj proizvodnji azotnih đubriva. Cijanobakterije (plavo-zelene alge) i bakterije kvržice koje formiraju rizobijalnu simbiozu sa mahunarkama, tzv., mogu je uz malu potrošnju energije oksidirati i pretvoriti u biološki aktivan oblik. zeleno đubrivo.

Kiseonik

Sastav atmosfere počeo se radikalno mijenjati pojavom živih organizama na Zemlji, kao rezultat fotosinteze, praćene oslobađanjem kisika i apsorpcijom ugljičnog dioksida. U početku se kiseonik trošio na oksidaciju redukovanih jedinjenja – amonijaka, ugljovodonika, željeznog oblika gvožđa sadržanog u okeanima, itd. Na kraju ove faze, sadržaj kiseonika u atmosferi počeo je da raste. Postepeno se formirala moderna atmosfera sa oksidativnim svojstvima. Budući da je to izazvalo ozbiljne i nagle promjene u mnogim procesima u atmosferi, litosferi i biosferi, ovaj događaj je nazvan kisikovom katastrofom.

Tokom fanerozoika, sastav atmosfere i sadržaj kiseonika su pretrpeli promene. One su prvenstveno bile u korelaciji sa brzinom taloženja organskog sedimenta. Dakle, tokom perioda akumulacije uglja, sadržaj kiseonika u atmosferi očigledno je značajno premašio savremeni nivo.

Ugljen-dioksid

Sadržaj CO2 u atmosferi zavisi od vulkanske aktivnosti i hemijskih procesa u zemljinim školjkama, ali najviše od intenziteta biosinteze i razgradnje organske materije u Zemljinoj biosferi. Gotovo cjelokupna sadašnja biomasa planete (oko 2,4 1012 tona) nastaje zbog ugljičnog dioksida, dušika i vodene pare sadržane u atmosferskom zraku. Organski sastojci zakopani u okeanu, močvarama i šumama pretvaraju se u ugalj, naftu i prirodni gas.

Plemeniti gasovi

Izvor plemenitih gasova - argona, helijuma i kriptona - su vulkanske erupcije i raspad radioaktivnih elemenata. Zemlja općenito i atmosfera posebno su osiromašeni inertnim plinovima u odnosu na svemir. Vjeruje se da razlog tome leži u kontinuiranom curenju plinova u međuplanetarni prostor.

Zagađenje zraka

Nedavno su ljudi počeli da utiču na evoluciju atmosfere. Rezultat njegovih aktivnosti bilo je stalno povećanje sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi zbog sagorijevanja ugljikovodičnih goriva nakupljenih u prethodnim geološkim erama. Ogromne količine CO2 se troše tokom fotosinteze i apsorbuju ga svjetski okeani. Ovaj plin ulazi u atmosferu zbog raspadanja karbonatnih stijena i organskih tvari biljnog i životinjskog porijekla, kao i zbog vulkanizma i ljudske industrijske aktivnosti. U proteklih 100 godina, sadržaj CO2 u atmosferi porastao je za 10%, pri čemu najveći dio (360 milijardi tona) dolazi od sagorijevanja goriva. Ako se nastavi stopa rasta sagorijevanja goriva, onda će se u sljedećih 200-300 godina količina CO2 u atmosferi udvostručiti i mogla bi dovesti do globalnih klimatskih promjena.

Sagorevanje goriva je glavni izvor zagađujućih gasova (CO, NO, SO2). Sumpor dioksid se oksidira kisikom iz atmosfere u SO3, a dušikov oksid u NO2 u gornjim slojevima atmosfere, koji zauzvrat stupaju u interakciju s vodenom parom, a rezultirajuća sumporna kiselina H2SO4 i dušična kiselina HNO3 padaju na površinu Zemlje u oblik tzv. kisela kiša. Upotreba motora sa unutrašnjim sagorevanjem dovodi do značajnog zagađenja atmosfere azotnim oksidima, ugljovodonicima i jedinjenjima olova (tetraetil olovo) Pb(CH3CH2)4.

Zagađenje atmosfere aerosolom uzrokovano je kako prirodnim uzrocima (erupcije vulkana, oluje prašine, unošenje kapi morske vode i biljnog polena, itd.), tako i ljudskim ekonomskim aktivnostima (vađenje ruda i građevinskih materijala, sagorijevanje goriva, proizvodnja cementa itd.). ). Intenzivno ispuštanje čestica velikih razmjera u atmosferu jedan je od mogućih uzroka klimatskih promjena na planeti.

(Posjećeno 548 puta, 1 posjeta danas)

Atmosfera(od grčkog atmos - para i spharia - lopta) - zračna ljuska Zemlje koja se rotira s njom. Razvoj atmosfere bio je usko povezan sa geološkim i geohemijskim procesima koji se dešavaju na našoj planeti, kao i sa aktivnostima živih organizama.

Donja granica atmosfere poklapa se sa površinom Zemlje, jer zrak prodire u najmanje pore u tlu i rastvara se čak iu vodi.

Gornja granica na visini od 2000-3000 km postepeno prelazi u svemir.

Zahvaljujući atmosferi, koja sadrži kiseonik, moguć je život na Zemlji. Atmosferski kisik se koristi u procesu disanja ljudi, životinja i biljaka.

Da nema atmosfere, Zemlja bi bila tiha kao i Mjesec. Uostalom, zvuk je vibracija čestica zraka. Plava boja neba objašnjava se činjenicom da se sunčeve zrake, prolazeći kroz atmosferu, kao kroz sočivo, razlažu na svoje sastavne boje. U ovom slučaju, zraci plave i plave boje su najviše raspršeni.

Atmosfera zadržava većinu sunčevog ultraljubičastog zračenja, koje ima štetan učinak na žive organizme. Takođe zadržava toplotu blizu površine Zemlje, sprečavajući našu planetu da se ohladi.

Struktura atmosfere

U atmosferi se može razlikovati nekoliko slojeva koji se razlikuju po gustoći (slika 1).

Troposfera

Troposfera- najniži sloj atmosfere, čija je debljina iznad polova 8-10 km, u umjerenim geografskim širinama - 10-12 km, a iznad ekvatora - 16-18 km.

Rice. 1. Struktura Zemljine atmosfere

Vazduh u troposferi se zagreva od strane zemljine površine, odnosno kopna i vode. Dakle, temperatura vazduha u ovom sloju opada sa visinom u proseku za 0,6 °C na svakih 100 m. Na gornjoj granici troposfere dostiže -55 °C. Istovremeno, u području ekvatora na gornjoj granici troposfere temperatura zraka je -70 °C, a u području sjevernog pola -65 °C.

Oko 80% mase atmosfere koncentrisano je u troposferi, nalazi se gotovo sva vodena para, javljaju se grmljavine, oluje, oblaci i padavine, a javlja se vertikalno (konvekcija) i horizontalno (vjetar) kretanje zraka.

Možemo reći da se vrijeme uglavnom formira u troposferi.

Stratosfera

Stratosfera- sloj atmosfere koji se nalazi iznad troposfere na visini od 8 do 50 km. Boja neba u ovom sloju izgleda ljubičasta, što se objašnjava razrijeđenošću zraka, zbog čega se sunčevi zraci gotovo i ne raspršuju.

Stratosfera sadrži 20% mase atmosfere. Vazduh u ovom sloju je razrijeđen, vodene pare praktički nema, a samim tim gotovo da nema oblaka i padavina. Međutim, u stratosferi se uočavaju stabilna strujanja zraka čija brzina dostiže 300 km/h.

Ovaj sloj je koncentrisan ozona(ozonski ekran, ozonosfera), sloj koji upija ultraljubičaste zrake, sprečavajući ih da dođu do Zemlje i na taj način štiteći žive organizme na našoj planeti. Zahvaljujući ozonu, temperatura zraka na gornjoj granici stratosfere kreće se od -50 do 4-55 °C.

Između mezosfere i stratosfere postoji prelazna zona – stratopauza.

Mezosfera

Mezosfera- sloj atmosfere koji se nalazi na nadmorskoj visini od 50-80 km. Gustina zraka ovdje je 200 puta manja nego na površini Zemlje. Boja neba u mezosferi izgleda crna, a zvijezde su vidljive tokom dana. Temperatura vazduha pada na -75 (-90)°C.

Na visini od 80 km počinje termosfera. Temperatura zraka u ovom sloju naglo raste do visine od 250 m, a zatim postaje konstantna: na visini od 150 km dostiže 220-240 ° C; na visini od 500-600 km prelazi 1500 °C.

U mezosferi i termosferi, pod uticajem kosmičkih zraka, molekule gasa se raspadaju na nabijene (jonizovane) čestice atoma, pa se ovaj deo atmosfere naziva jonosfera- sloj vrlo razrijeđenog zraka, koji se nalazi na nadmorskoj visini od 50 do 1000 km, sastoji se uglavnom od joniziranih atoma kisika, molekula dušikovog oksida i slobodnih elektrona. Ovaj sloj karakteriše visoka naelektrisanost, a dugi i srednji radio talasi se odbijaju od njega, kao od ogledala.

U jonosferi se pojavljuju aurore - sjaj razrijeđenih plinova pod utjecajem električno nabijenih čestica koje lete sa Sunca - i uočavaju se oštre fluktuacije u magnetskom polju.

Egzosfera

Egzosfera- vanjski sloj atmosfere koji se nalazi iznad 1000 km. Ovaj sloj se naziva i sferom raspršivanja, jer se čestice plina ovdje kreću velikom brzinom i mogu se raspršiti u svemir.

Sastav atmosfere

Atmosfera je mešavina gasova koja se sastoji od azota (78,08%), kiseonika (20,95%), ugljen-dioksida (0,03%), argona (0,93%), male količine helijuma, neona, ksenona, kriptona (0,01%), ozona i drugih gasova, ali je njihov sadržaj zanemarljiv (tabela 1). Savremeni sastav Zemljinog zraka uspostavljen je prije više od stotinu miliona godina, ali je naglo povećana ljudska proizvodna aktivnost ipak dovela do njegove promjene. Trenutno postoji povećanje sadržaja CO 2 za otprilike 10-12%.

Plinovi koji čine atmosferu imaju različite funkcionalne uloge. Međutim, glavni značaj ovih gasova određen je prvenstveno činjenicom da oni veoma snažno apsorbuju energiju zračenja i time imaju značajan uticaj na temperaturni režim Zemljine površine i atmosfere.

Tabela 1. Hemijski sastav suvog atmosferskog zraka u blizini površine zemlje

	Volumenska koncentracija. %	Molekularna težina, jedinice
Kiseonik
Ugljen-dioksid
Dušikov oksid
	od 0 do 0,00001
Sumporov dioksid	od 0 do 0,000007 ljeti; od 0 do 0,000002 zimi
	Od 0 do 0,000002	46,0055/17,03061
Azog dioksid
Ugljen monoksid

Nitrogen, Najčešći gas u atmosferi, hemijski je neaktivan.

Kiseonik, za razliku od dušika, je kemijski vrlo aktivan element. Specifična funkcija kisika je oksidacija organske tvari heterotrofnih organizama, stijena i nedovoljno oksidiranih plinova koje vulkani emituju u atmosferu. Bez kiseonika ne bi došlo do raspadanja mrtve organske materije.

Uloga ugljičnog dioksida u atmosferi je izuzetno velika. U atmosferu ulazi kao rezultat procesa sagorijevanja, disanja živih organizama i raspadanja i prije svega je glavni građevinski materijal za stvaranje organske tvari tokom fotosinteze. Osim toga, od velike je važnosti i sposobnost ugljičnog dioksida da prenosi kratkovalno sunčevo zračenje i apsorbira dio toplotnog dugovalnog zračenja, što će stvoriti takozvani efekat staklene bašte, o čemu će biti riječi u nastavku.

Atmosferski procesi, posebno termički režim stratosfere, takođe su pod uticajem ozona. Ovaj plin služi kao prirodni apsorber ultraljubičastog zračenja sunca, a apsorpcija sunčevog zračenja dovodi do zagrijavanja zraka. Prosječne mjesečne vrijednosti ukupnog sadržaja ozona u atmosferi variraju u zavisnosti od geografske širine i doba godine u rasponu od 0,23-0,52 cm (ovo je debljina ozonskog omotača pri pritisku i temperaturi tla). Postoji povećanje sadržaja ozona od ekvatora do polova i godišnji ciklus sa minimumom u jesen i maksimumom u proljeće.

Karakteristično svojstvo atmosfere je da se sadržaj glavnih gasova (azot, kiseonik, argon) neznatno menja sa visinom: na visini od 65 km u atmosferi sadržaj azota je 86%, kiseonika - 19, argona - 0,91 , na nadmorskoj visini od 95 km - azot 77, kiseonik - 21,3, argon - 0,82%. Konstantnost sastava atmosferskog zraka vertikalno i horizontalno održava se njegovim miješanjem.

Pored gasova, vazduh sadrži vodena para I čvrste čestice. Potonji mogu imati i prirodno i vještačko (antropogeno) porijeklo. To su polen, sitni kristali soli, cestovna prašina i aerosolne nečistoće. Kada sunčevi zraci prodru kroz prozor, mogu se vidjeti golim okom.

Posebno mnogo čestica čestica ima u vazduhu gradova i velikih industrijskih centara, gde se aerosolima dodaju emisije štetnih gasova i njihovih nečistoća koje nastaju tokom sagorevanja goriva.

Koncentracija aerosola u atmosferi određuje prozirnost zraka, što utiče na sunčevo zračenje koje dopire do površine Zemlje. Najveći aerosoli su kondenzaciona jezgra (od lat. condensatio- zbijanje, zgušnjavanje) - doprinose transformaciji vodene pare u kapljice vode.

Važnost vodene pare determinisana je prvenstveno činjenicom da ona odlaže dugotalasno toplotno zračenje sa zemljine površine; predstavlja glavnu kariku velikih i malih ciklusa vlage; povećava temperaturu vazduha tokom kondenzacije vodenih slojeva.

Količina vodene pare u atmosferi varira u vremenu i prostoru. Tako se koncentracija vodene pare na površini zemlje kreće od 3% u tropima do 2-10 (15)% na Antarktiku.

Prosječan sadržaj vodene pare u vertikalnom stupcu atmosfere u umjerenim geografskim širinama je oko 1,6-1,7 cm (to je debljina sloja kondenzirane vodene pare). Informacije o vodenoj pari u različitim slojevima atmosfere su kontradiktorne. Pretpostavljalo se, na primjer, da u rasponu nadmorske visine od 20 do 30 km specifična vlažnost jako raste s visinom. Međutim, naknadna mjerenja ukazuju na veću suhoću stratosfere. Očigledno, specifična vlažnost u stratosferi malo zavisi od nadmorske visine i iznosi 2-4 mg/kg.

Promjenljivost sadržaja vodene pare u troposferi određena je interakcijom procesa isparavanja, kondenzacije i horizontalnog transporta. Kao rezultat kondenzacije vodene pare nastaju oblaci i padavine u obliku kiše, grada i snijega.

Procesi faznih prelaza vode odvijaju se pretežno u troposferi, zbog čega se oblaci u stratosferi (na visinama od 20-30 km) i mezosferi (u blizini mezopauze), nazvani biserno i srebrnasti, relativno retko uočavaju, dok se troposferski oblaci često pokrivaju oko 50% ukupne zemljine površine.površine.

Količina vodene pare koja može biti sadržana u zraku ovisi o temperaturi zraka.

1 m 3 zraka na temperaturi od -20 ° C ne može sadržavati više od 1 g vode; na 0 °C - ne više od 5 g; na +10 °C - ne više od 9 g; na +30 °C - ne više od 30 g vode.

zaključak:Što je temperatura zraka viša, više vodene pare može sadržavati.

Vazduh može biti bogat I nije zasićeno vodena para. Dakle, ako na temperaturi od +30 °C 1 m 3 zraka sadrži 15 g vodene pare, zrak nije zasićen vodenom parom; ako je 30 g - zasićeno.

Apsolutna vlažnost je količina vodene pare sadržana u 1 m3 vazduha. Izražava se u gramima. Na primjer, ako kažu "apsolutna vlažnost je 15", to znači da 1 m L sadrži 15 g vodene pare.

Relativna vlažnost- ovo je odnos (u procentima) stvarnog sadržaja vodene pare u 1 m 3 vazduha i količine vodene pare koja se može sadržati u 1 m L na datoj temperaturi. Na primjer, ako radio emituje vremensku prognozu da je relativna vlažnost 70%, to znači da zrak sadrži 70% vodene pare koju može zadržati na toj temperaturi.

Što je veća relativna vlažnost, tj. Što je zrak bliži stanju zasićenja, vjerovatnije su padavine.

U ekvatorijalnoj zoni uočava se uvijek visoka (do 90%) relativna vlažnost zraka, jer tamo temperatura zraka ostaje visoka tokom cijele godine i dolazi do velikog isparavanja sa površine okeana. Relativna vlažnost je također visoka u polarnim područjima, ali zato što pri niskim temperaturama čak i mala količina vodene pare čini zrak zasićenim ili blizu zasićenja. U umjerenim geografskim širinama relativna vlažnost zraka varira u zavisnosti od godišnjih doba - viša je zimi, niža ljeti.

Relativna vlažnost vazduha u pustinjama je posebno niska: 1 m 1 vazduha tamo sadrži dva do tri puta manje vodene pare nego što je to moguće pri datoj temperaturi.

Za mjerenje relativne vlažnosti zraka koristi se higrometar (od grčkog hygros - mokar i metreco - mjerim).

Kada se ohladi, zasićeni vazduh ne može zadržati istu količinu vodene pare, on se zgušnjava (kondenzira), pretvarajući se u kapljice magle. Magla se može uočiti ljeti u vedrim, prohladnim noćima.

Oblaci- ovo je ista magla, samo što se formira ne na površini zemlje, već na određenoj visini. Kako se zrak diže, hladi se, a vodena para u njemu kondenzira. Nastale sitne kapljice vode čine oblake.

Formiranje oblaka takođe uključuje čestice suspendovan u troposferi.

Oblaci mogu imati različite oblike, koji zavise od uslova njihovog nastanka (tabela 14).

Najniži i najteži oblaci su stratusni. Nalaze se na nadmorskoj visini od 2 km od površine zemlje. Na nadmorskoj visini od 2 do 8 km mogu se uočiti slikovitiji kumulusni oblaci. Najviši i najlakši su cirusni oblaci. Nalaze se na nadmorskoj visini od 8 do 18 km iznad površine zemlje.

Porodice	Vrste oblaka	Izgled
A. Gornji oblaci - iznad 6 km	I. Cirrus	Nitasti, vlaknasti, bijeli
	II. Cirokumulus	Slojevi i grebeni sitnih ljuskica i kovrča, bijeli
	III. Cirrostratus	Prozirni bjelkasti veo
B. Oblačnost srednjeg nivoa - iznad 2 km	IV. Altocumulus	Slojevi i grebeni bijele i sive boje
	V. Altostratificirana	Glatki veo mlečno sive boje
B. Niski oblaci - do 2 km	VI. Nimbostratus	Čvrst bezobličan sivi sloj
	VII. Stratocumulus	Neprozirni slojevi i grebeni sive boje
	VIII. Slojevito	Neprozirni sivi veo
D. Oblaci vertikalnog razvoja - od donjeg do gornjeg sloja	IX. Cumulus	Klubovi i kupole su jarko bijeli, sa poderanim ivicama na vjetru
	X. Kumulonimbus	Snažne mase u obliku kumulusa tamne olovne boje

Atmosferska zaštita

Glavni izvori su industrijska preduzeća i automobili. U velikim gradovima, problem zagađenja gasom na glavnim saobraćajnicama je veoma akutan. Zbog toga su mnogi veliki gradovi širom svijeta, uključujući i našu zemlju, uveli ekološku kontrolu toksičnosti izduvnih plinova vozila. Prema mišljenju stručnjaka, dim i prašina u zraku mogu prepoloviti dovod sunčeve energije na površinu zemlje, što će dovesti do promjene prirodnih uslova.

Važan element životne sredine za sve biološke oblike života na Zemlji. Vazduh je okruženje sa kojim se čovek susreće od prvih minuta života.

U odnosu na osobu, zrak obavlja mnogo različitih funkcija: sadrži kisik neophodan za njegov život; otapa u sebi sve plinovite produkte metabolizma i ljudske aktivnosti, uključujući i sferu proizvodnja; utiče na procese termoregulacije organizma sa spoljnim okruženjem.

Vedro vrijeme bez oblaka obezbjeđuje čovjeku veliku količinu i dobar kvalitet sunčevog zračenja, često određujući njegovo ponašanje ovih dana. Sunčeva energija je doprinijela nastanku života na Zemlji, ali u isto vrijeme može biti i destruktivna za floru i faunu. Ultraljubičasto zračenje uz produženo izlaganje ubija sva živa bića. Sunce može isušiti rijeke, jezera i druge vodene površine, pretvarajući nekada plodnu zemlju u pustinju. Međutim, stalna oblačnost, jake kiše, snijeg i vjetar koji se stvaraju u Zemljinoj atmosferi također negativno utiču na divlje životinje.

Promjene u sastavu i svojstvima zračne sredine često negativno utiču na zdravlje ljudi. Prisjetimo se raznih hemijskih supstanci koje zagađuju atmosferu i velikog broja mikroorganizama, od kojih mnogi ulaskom u ljudski organizam izazivaju zarazne bolesti (gripa, difterija, šarlah, boginje itd.) koje se prenose s čovjeka na čovjeka putem zrak.

Klimatske promjene i transparentnost atmosfere . Zemljina atmosfera je važan faktor u formiranju klime (klima se, kao što znate, obično shvata kao dugotrajni vremenski režim svojstven određenom području u skladu sa njegovim geografskim uslovima).

Ljudska ekonomska aktivnost utiče na različite komponente klime, koje zauzvrat u većoj ili manjoj meri utiču na stanje ljudi i životne sredine.

Dakle, poljozaštitno pošumljavanje pomaže u smanjenju brzine vjetra, smanjenju isparavanja i zadržavanju snijega, a to povećava vlažnost nižih slojeva atmosfere i tlo. Kada se močvare dreniraju, smanjuje se vlažnost i povećava temperatura u okolini. Rezervoari, naprotiv, povećavaju broj vode u tlu i vodenoj pari u troposferi, koji akumuliraju toplinu i smanjuju godišnju i dnevnu temperaturnu amplitudu. Isti efekat ima i veštačko navodnjavanje.

Poslednjih decenija problem zagrevanja klime, izazvan takozvanim efektom staklene bašte, izaziva ozbiljnu zabrinutost.
Efekt staklene bašte je uzrokovan povećanjem transparentnosti atmosfere za najveći dio sunčeve energije i povećanjem apsorpcije infracrvenog dijela toplinskog zračenja Zemljine površine. Toplotno zračenje apsorbira ne samo ugljični dioksid (ugljični dioksid), već i vodena para, metan, ozon, oksidi i hlorofluorougljike. Stoga se svi ovi gasovi nazivaju gasovima staklene bašte.

Umjetno grijanje planete povezano je ne samo s efektom staklene bašte, već i sa energijom koju ljudi troše u različitim područjima svojih aktivnosti. Toplota koja se oslobađa kao rezultat njenih ekonomskih aktivnosti čini 0,02% energije koju Zemlja prima od Sunca. Ali, prema naučnicima, to je već izazvalo povećanje temperature okoline u prosjeku za 0,1 °C. Ako potrošnja energije nastavi da raste istom brzinom kao sada, za 60 godina temperatura u površinskom sloju atmosfere može značajno porasti.

Drugi važan faktor koji utiče na proces promene toplotne ravnoteže u atmosferi je njeno zagađenje finom prašinom, koja ostaje u gornjim slojevima, formirajući oblake prašine. Ovi oblaci se formiraju na visini od 10-20 km i reflektuju sunčevu svetlost, što dovodi do smanjenja temperature u donjoj troposferi. Trenutno se iznad sjevernog Atlantskog okeana nalaze moćni oblaci finih čestica koje emituju industrijalizirane zemlje Evrope.

Kao stvarne mjere za borbu protiv klimatskih promjena potrebno je, prije svega, razmotriti povećanje efikasnosti korištenja goriva, razvoj i uvođenje solarnih i drugih izvora energije bez goriva, zaustavljanje krčenja šuma, posebno tropskih, te organiziranje i podržavanje mjera za proširiti pošumljavanje.

Uništavanje ozonskog ekrana. Ultraljubičasto zračenje je od velikog značaja za život na Zemlji. Da ultraljubičasto zračenje iz sunčeve energije nije ublaženo atmosferom, bilo bi destruktivno za sva živa bića.

Hemijski sastav zraka na mjestima udaljenim od industrijskih centara je manje-više konstantan. To je mehanička mešavina gasova: 78,09% azota, 20,95% kiseonika, 0,03% ugljen-dioksida. Preostali plinovi čine vrlo malu količinu, ne više od 1%, a to su vodonik, helijum, argon, neon.

O ozonu treba posebno razgovarati. Riječ "ozon" dolazi od grčkog ozon - "miris". To je plavi plin, jak oksidant, a pri visokim koncentracijama se eksplozivno razgrađuje. Koristi se za dezinfekciju vode i vazduha.

Ozonski omotač atmosfere štiti sav život na Zemlji od uticaja ultraljubičastog zračenja Sunca.

Ljudska ekonomska aktivnost dovela je do pojave faktora koji uništavaju ozonski omotač Zemlje. U njemu su pronađeni dušikovi oksidi čiji su izvori mlazni avioni, svemirske rakete i dušična gnojiva koja se koriste u poljoprivredi.

Velika opasnost za ozonski omotač (zaslon) predstavlja ispuštanje tvari koje sadrže klor u atmosferu. To prvenstveno uključuje hlorofluorougljike, takozvane freone. Koriste se u frižiderima, klima uređajima, toplotnim pumpama kao rashladna sredstva; u proizvodnji porozne plastike; za čišćenje računalnih čipova; kao nosači u aerosol bocama i sterilizacijskim rastvorima u medicini.

Zašto su freoni opasni za okolinu? Činjenica je da neki od njih uništavaju ozonski omotač Zemlje i dovode do stvaranja takozvanih ozonskih rupa u atmosferi. Ako se njihov broj i veličina povećaju, to će neminovno dovesti do smrti mnogih živih organizama.

Riječi "ozonska rupa" danas zvuče kao planetarni alarmni signal. Hipoteza o povezanosti hlorofluorougljika sa procesom razaranja ozonskog štita pojavila se 1970. godine. Njihova proizvodnja i upotreba zabranjeni su u SAD i nekim drugim zemljama, dok je u drugim zemljama proizvodnja proizvoda koji sadrže freone nastavila da raste. U jesen 1985. godine satelitskim promatranjima otkrivena je "ozonska rupa" iznad Južnog pola, čija je površina bila približno jednaka teritoriji Sjedinjenih Država.

1989. godine naučnici su otkrili "ozonsku rupu" iznad Arktika. S tim u vezi, usvojena je Međunarodna konvencija o zaštiti ozonskog omotača Zemlje.

Kisela precipitacija. Sve padavine (kiša, magla, snijeg) čija je kiselost viša od normalne naziva se kisela. Trenutno se vjeruje da je 2/3 kiselih padavina uzrokovano emisijom sumpor-dioksida, a 1/3 emisijom dušikovih oksida. Sumpor-dioksid uglavnom (oko 88%) dolazi iz termoelektrana i industrijskih energetskih objekata, preostalih 12% nastaje prilikom proizvodnje sumporne kiseline i prerade sulfidnih ruda. Oksidi dušika ulaze u atmosferu iz termoelektrana i industrijskih energetskih objekata (51%) i iz izduvnih gasova vozila (44%); ostali izvori čine samo oko 5%.

Jednom u atmosferi, ovi plinovi stupaju u interakciju s vlagom, stvarajući kiseline. Posebno su opasne emisije dioksi-I i sumpora, koji se otapa u kapima atmosferske vlage, stvarajući otopinu sumporne kiseline.

Raspon transporta sumpor-dioksida je obično 300-400 km. Ali nalazi se i u padavinama koje padaju čak i na udaljenosti od 1000-1500 km od izvora emisije.

Kisele padavine su postale ozbiljna prijetnja postojanju šuma. U Njemačkoj je najmanje 20% šuma u opasnosti od uništenja. U Rusiji je područje značajnog zakiseljavanja zbog kiše i snijega dostiglo 46 miliona hektara. Kisele padavine povećavaju kiselost tla i negativno utiču na stanje jezera, rijeka i drugih vodnih tijela. Oni uzrokuju odumiranje šuma, prvenstveno smreke-jele i hrasta, i uništavanje plodnog sloja tla.

Zakiseljavanje plitkih oceanskih voda postaje vrlo opasno, što dovodi do nemogućnosti razmnožavanja mnogih morskih beskičmenjaka. Ovo prijeti da prekine lance ishrane i naruši ekološku ravnotežu u Svjetskom okeanu.

Naučnici su izračunali da bi smanjenje kiselih padavina za 50% zaustavilo dalje zakiseljavanje životne sredine. Budući da većinu kiselih gasova u atmosferu emituju elektrane, potrebno je fokusirati se na uštedu energije, prelazak sa uglja na druge vrste goriva koje sadrže manje sumpora, te razvoj i implementaciju efikasnih sistema za prečišćavanje emisija gasova.

Emisije štetnih materija. Široki razvoj hemijske industrije, povećanje obima avio i drumskog saobraćaja, emisije neobrađenih gasova u atmosferu iz termoelektrana, metalurških preduzeća, neoprezno rukovanje vatrom u šumama, što dovodi do šumskih požara, nanose nepopravljivu štetu. ljudsko okruženje.

Emisije gasova i pare najčešće nastaju tokom procesa sagorevanja.

Glavne komponente emisija danas su čestice, sumpor-dioksid, ugljični monoksid, dušikov oksid i ugljovodonici. Oni čine oko 98% svih emisija u atmosferu. Ispod su procenti zagađivača koji ulaze u atmosferu iz stacionarnih izvora.

Poslednjih godina, u velikim gradovima Rusije, drumski transport, hemijska, naftna i metalurška preduzeća postali su ozbiljni izvori zagađenja vazduha. Da bi se poboljšala ekološka situacija u takvim gradovima, preporučljivo je premjestiti neke opasne industrije izvan njihovih granica, instalirati opremu za prečišćavanje emisija u preduzećima i osigurati automobile efikasnim neutralizatorima izduvnih plinova. Veoma je važno proširiti ekološko obrazovanje i prosvjećivanje stanovništva, jer postoje brojni primjeri ekološke nepismenosti. Dajmo samo jednu.

Oko moskovske obilaznice meštani su postavili svoje bašte u kojima uzgajaju razno povrće, voće i bobičasto voće. Poznato je da u roku od sat vremena ovim putem prođe više od 2.000 vozila. Izduvni gasovi automobila se talože na udaljenosti od 800-900 m sa jedne i druge strane puta. Istraživanja pokazuju da tlo i vegetacija na ovoj udaljenosti sadrže štetne tvari. zdravlje ljudske supstance prevazilazi sve higijenske standarde. Da li je moguće jesti takvu vegetaciju? Naravno da ne. Međutim, baštovanska aktivnost na ovim mjestima ne opada, već naprotiv, raste. Ljudi nesvjesno skraćuju sebi život i štete svom zdravlju.

Respiratorni sistem je najpodložniji uticaju štetnih komponenti atmosferskog vazduha. Značajno oštećenje nanosi se i kardiovaskularnom i imunološkom sistemu tijela.

Svaka ljudska aktivnost povezana sa mogućim zagađenjem vazduha mora biti u skladu sa higijenskim standardima za bezbedan rad i biti strogo regulisana. Sve emisije u atmosferu moraju se vršiti samo kroz sisteme za tretman. Za to je potrebno uspostaviti stalnu higijensku kontrolu, tzv. atmosferski monitoring.

Osnove sigurnosti života. 8. razred : udžbenik za opšte obrazovanje. institucije / S. N. Vangorodsky, M. I. Kuznjecov, V. N. Latchuk, V. V. Markov. - 5. izdanje, revidirano. - M.: Drfa, 2005. - 254, str. : ill.

Zbirka bilješki za OBZD preuzimanje, kalendarsko i tematsko planiranje, udžbenici za sve predmete online

Sadržaj lekcije beleške sa lekcija podrška okvirnoj prezentaciji lekcija metode ubrzanja interaktivne tehnologije Vježbajte zadaci i vježbe radionice za samotestiranje, obuke, slučajevi, potrage domaća zadaća diskusija pitanja retorička pitanja učenika Ilustracije audio, video i multimedija fotografije, slike, grafike, tabele, dijagrami, humor, anegdote, vicevi, stripovi, parabole, izreke, ukrštene reči, citati Dodaci sažetakačlanci trikovi za radoznale jaslice udžbenici osnovni i dodatni rječnik pojmova ostalo Poboljšanje udžbenika i lekcijaispravljanje grešaka u udžbeniku ažuriranje fragmenta u udžbeniku, elementi inovacije u lekciji, zamjena zastarjelog znanja novim Samo za nastavnike savršene lekcije kalendarski plan za godinu, metodološke preporuke, programi diskusije Integrisane lekcije

ATMOSFERA
gasni omotač koji okružuje nebesko telo. Njegove karakteristike zavise od veličine, mase, temperature, brzine rotacije i hemijskog sastava datog nebeskog tela, a određene su i istorijom njegovog formiranja od trenutka njegovog nastanka. Zemljina atmosfera je sastavljena od mješavine plinova zvanih zrak. Njegove glavne komponente su dušik i kisik u omjeru približno 4:1. Na osobu uglavnom utiče stanje donjih 15-25 km atmosfere, jer je u ovom donjem sloju koncentrisana većina zraka. Nauka koja proučava atmosferu naziva se meteorologija, iako je predmet ove nauke i vrijeme i njegov uticaj na čovjeka. Mijenja se i stanje gornjih slojeva atmosfere, koji se nalaze na visinama od 60 do 300, pa čak i 1000 km od površine Zemlje. Ovdje se razvijaju jaki vjetrovi, oluje, a dešavaju se i zadivljujući električni fenomeni poput aurore. Mnogi od navedenih fenomena povezani su sa protokom sunčevog zračenja, kosmičkog zračenja i Zemljinog magnetnog polja. Visoki slojevi atmosfere su takođe hemijska laboratorija, jer tamo, u uslovima bliskim vakuumu, neki atmosferski gasovi, pod uticajem snažnog toka sunčeve energije, stupaju u hemijske reakcije. Nauka koja proučava ove međusobno povezane pojave i procese naziva se fizika visoke atmosfere.
OPŠTE KARAKTERISTIKE ZEMLJINE ATMOSFERE
Dimenzije. Sve dok zvučne rakete i umjetni sateliti nisu istraživali vanjske slojeve atmosfere na udaljenostima nekoliko puta većim od radijusa Zemlje, vjerovalo se da kako se udaljavamo od zemljine površine, atmosfera se postepeno razrjeđuje i glatko prelazi u međuplanetarni prostor. . Sada je utvrđeno da energetski tokovi iz dubokih slojeva Sunca prodiru u svemir daleko izvan Zemljine orbite, sve do vanjskih granica Sunčevog sistema. Ova tzv Sunčev vjetar struji oko Zemljinog magnetnog polja, formirajući izduženu "šupljinu" unutar koje je koncentrisana Zemljina atmosfera. Zemljino magnetsko polje je primjetno suženo na dnevnoj strani okrenutoj prema Suncu i formira dugačak jezik koji se vjerovatno proteže izvan Mjesečeve orbite, na suprotnoj, noćnoj strani. Granica Zemljinog magnetnog polja naziva se magnetopauza. Na dnevnoj strani, ova granica ide na udaljenosti od oko sedam Zemljinih radijusa od površine, ali se u periodima povećane sunčeve aktivnosti ispostavi da je još bliže Zemljinoj površini. Magnetopauza je ujedno i granica Zemljine atmosfere, čija se vanjska ljuska naziva i magnetosfera, budući da su u njoj koncentrisane nabijene čestice (joni) čije je kretanje određeno magnetskim poljem Zemlje. Ukupna težina atmosferskih gasova je približno 4,5 * 1015 tona.Tako je "težina" atmosfere po jedinici površine, odnosno atmosferski pritisak, približno 11 tona/m2 na nivou mora.
Značenje za život. Iz navedenog proizilazi da je Zemlja odvojena od međuplanetarnog prostora snažnim zaštitnim slojem. Vanjski prostor je prožet snažnim ultraljubičastim i rendgenskim zračenjem Sunca i još jačim kosmičkim zračenjem, a ove vrste zračenja su destruktivne za sve živo. Na vanjskom rubu atmosfere, intenzitet zračenja je smrtonosan, ali veliki dio ga zadržava atmosfera daleko od Zemljine površine. Apsorpcija ovog zračenja objašnjava mnoga svojstva visokih slojeva atmosfere i posebno električne fenomene koji se tamo dešavaju. Najniži, prizemni sloj atmosfere posebno je važan za ljude, koji žive na tački dodira čvrstih, tečnih i gasovitih omotača Zemlje. Gornja ljuska "čvrste" Zemlje naziva se litosfera. Oko 72% Zemljine površine prekriveno je okeanskim vodama, koje čine većinu hidrosfere. Atmosfera graniči i sa litosferom i sa hidrosferom. Čovjek živi na dnu okeana zraka i blizu ili iznad nivoa okeana vode. Interakcija ovih okeana jedan je od važnih faktora koji određuju stanje atmosfere.
Compound. Donji slojevi atmosfere sastoje se od mešavine gasova (vidi tabelu). Pored onih navedenih u tabeli, u vazduhu su prisutni i drugi gasovi u obliku malih nečistoća: ozon, metan, supstance kao što su ugljen monoksid (CO), oksidi azota i sumpora, amonijak.

SASTAV ATMOSFERE

U visokim slojevima atmosfere, sastav vazduha se menja pod uticajem jakog sunčevog zračenja, što dovodi do raspadanja molekula kiseonika na atome. Atomski kiseonik je glavna komponenta visokih slojeva atmosfere. Konačno, u slojevima atmosfere najudaljenijim od Zemljine površine, glavne komponente su najlakši gasovi - vodonik i helijum. Budući da je najveći dio tvari koncentrisan u donjih 30 km, promjene u sastavu zraka na visinama iznad 100 km nemaju primjetan utjecaj na ukupni sastav atmosfere.
Razmjena energije. Sunce je glavni izvor energije koja se opskrbljuje Zemlji. Na udaljenosti od cca. 150 miliona km od Sunca, Zemlja prima otprilike jednu dvomilijardu energije koju emituje, uglavnom u vidljivom dijelu spektra, koji ljudi nazivaju "svjetlo". Većinu ove energije apsorbuju atmosfera i litosfera. Zemlja takođe emituje energiju, uglavnom u obliku dugotalasnog infracrvenog zračenja. Na taj način se uspostavlja ravnoteža između energije primljene od Sunca, zagrijavanja Zemlje i atmosfere i obrnutog toka toplotne energije koja se emituje u svemir. Mehanizam ove ravnoteže je izuzetno složen. Molekuli prašine i plina raspršuju svjetlost, djelimično je odbijajući u svemir. Još više dolaznog zračenja reflektuju oblaci. Dio energije apsorbiraju direktno molekuli plina, ali uglavnom stijene, vegetacija i površinske vode. Vodena para i ugljični dioksid prisutni u atmosferi prenose vidljivo zračenje, ali apsorbiraju infracrveno zračenje. Toplotna energija se akumulira uglavnom u nižim slojevima atmosfere. Sličan efekat se javlja u stakleniku kada staklo propušta svjetlost i tlo se zagrijava. Pošto je staklo relativno neprozirno za infracrveno zračenje, toplota se akumulira u stakleniku. Zagrijavanje niže atmosfere zbog prisustva vodene pare i ugljičnog dioksida često se naziva efektom staklene bašte. Oblačnost igra značajnu ulogu u održavanju toplote u nižim slojevima atmosfere. Ako se oblaci razvedre ili zrak postane transparentniji, temperatura neizbježno opada jer Zemljina površina slobodno zrači toplotnu energiju u okolni prostor. Voda na površini Zemlje upija sunčevu energiju i isparava, pretvarajući se u plin – vodenu paru, koja nosi ogromnu količinu energije u niže slojeve atmosfere. Kada se vodena para kondenzuje i formiraju se oblaci ili magla, ova energija se oslobađa kao toplota. Otprilike polovina sunčeve energije koja stigne do površine Zemlje troši se na isparavanje vode i ulazi u niže slojeve atmosfere. Dakle, zbog efekta staklene bašte i isparavanja vode, atmosfera se zagrijava odozdo. To dijelom objašnjava visoku aktivnost njegove cirkulacije u odnosu na cirkulaciju Svjetskog oceana, koji se zagrijava samo odozgo i stoga je mnogo stabilniji od atmosfere.
Vidi također METEOROLOGIJA I KLIMATOLOGIJA. Pored opšteg zagrijavanja atmosfere sunčevom svjetlošću, dolazi do značajnog zagrijavanja nekih njenih slojeva zbog ultraljubičastog i rendgenskog zračenja Sunca. Struktura. U poređenju sa tečnostima i čvrstim materijama, u gasovitim supstancama sila privlačenja između molekula je minimalna. Kako se udaljenost između molekula povećava, plinovi se mogu neograničeno širiti ako ih ništa ne spriječi. Donja granica atmosfere je površina Zemlje. Strogo govoreći, ova barijera je neprobojna, jer dolazi do izmjene plinova između zraka i vode, pa čak i između zraka i stijena, ali u ovom slučaju se ovi faktori mogu zanemariti. Pošto je atmosfera sferna ljuska, ona nema bočne granice, već samo donju i gornju (vanjsku) granicu, otvorenu sa strane međuplanetarnog prostora. Neki neutralni gasovi propuštaju vanjsku granicu, kao i materija ulazi iz okolnog svemira. Većina naelektrisanih čestica, sa izuzetkom kosmičkih zraka visoke energije, magnetosfera ili hvata ili odbija od nje. Na atmosferu utiče i sila gravitacije, koja drži vazdušnu školjku na površini Zemlje. Atmosferski plinovi se komprimiraju pod vlastitom težinom. Ova kompresija je maksimalna na donjoj granici atmosfere, stoga je gustina zraka najveća ovdje. Na bilo kojoj visini iznad površine zemlje, stepen kompresije vazduha zavisi od mase vazdušnog stuba iznad, pa se sa visinom smanjuje gustina vazduha. Pritisak, jednak masi vazdušnog stuba iznad po jedinici površine, direktno zavisi od gustine i, stoga, takođe opada sa visinom. Kada bi atmosfera bila “idealan plin” sa konstantnim sastavom neovisnim o nadmorskoj visini, konstantnoj temperaturi i konstantnoj sili gravitacije koja djeluje na nju, tada bi se pritisak smanjio 10 puta na svakih 20 km visine. Prava atmosfera se malo razlikuje od idealnog gasa do oko 100 km nadmorske visine, a zatim pritisak opada sporije sa visinom kako se sastav vazduha menja. Male promjene u opisanom modelu također se unose smanjenjem sile gravitacije s udaljenosti od centra Zemlje, koja iznosi cca. 3% za svakih 100 km nadmorske visine. Za razliku od atmosferskog pritiska, temperatura se ne smanjuje kontinuirano sa visinom. Kao što je prikazano na sl. 1, smanjuje se na otprilike visinu od 10 km, a zatim ponovo počinje rasti. To se događa kada ultraljubičasto sunčevo zračenje apsorbira kisik. Tako nastaje plin ozon, čiji se molekuli sastoje od tri atoma kisika (O3). Takođe apsorbuje ultraljubičasto zračenje, pa se ovaj sloj atmosfere, nazvan ozonosfera, zagreva. Više, temperatura ponovo pada, jer tamo ima mnogo manje molekula gasa, a apsorpcija energije se shodno tome smanjuje. U još višim slojevima temperatura ponovo raste zbog apsorpcije ultraljubičastog i rendgenskog zračenja najkraće talasne dužine od strane atmosfere. Pod uticajem ovog moćnog zračenja dolazi do jonizacije atmosfere, tj. molekul plina gubi elektron i dobiva pozitivan električni naboj. Takvi molekuli postaju pozitivno nabijeni joni. Zbog prisustva slobodnih elektrona i jona, ovaj sloj atmosfere poprima svojstva električnog vodiča. Vjeruje se da temperatura nastavlja rasti do visina gdje tanka atmosfera prelazi u međuplanetarni prostor. Na udaljenosti od nekoliko hiljada kilometara od Zemljine površine vjerovatno će preovladavati temperature u rasponu od 5.000° do 10.000° C. Iako molekuli i atomi imaju veoma velike brzine kretanja, a samim tim i visoke temperature, ovaj razrijeđeni plin nije “vruć” u uobičajenom smislu. Zbog malog broja molekula na velikim visinama, njihova ukupna toplotna energija je vrlo mala. Dakle, atmosfera se sastoji od odvojenih slojeva (tj. niza koncentričnih ljuski, ili sfera), čije razdvajanje zavisi od toga koje je svojstvo od najvećeg interesa. Na osnovu prosječne raspodjele temperature, meteorolozi su razvili dijagram strukture idealne “prosječne atmosfere” (vidi sliku 1).

Troposfera je donji sloj atmosfere, koji se proteže do prvog termalnog minimuma (tzv. tropopauza). Gornja granica troposfere zavisi od geografske širine (u tropima - 18-20 km, u umerenim geografskim širinama - oko 10 km) i doba godine. Američka nacionalna meteorološka služba izvršila je sondiranje u blizini Južnog pola i otkrila sezonske promjene u visini tropopauze. U martu je tropopauza na nadmorskoj visini od cca. 7,5 km. Od marta do avgusta ili septembra dolazi do stalnog zahlađenja troposfere, a njena granica se podiže na visinu od približno 11,5 km u kratkom periodu u avgustu ili septembru. Zatim od septembra do decembra brzo opada i dostiže svoj najniži položaj - 7,5 km, gde ostaje do marta, fluktuirajući unutar samo 0,5 km. U troposferi se uglavnom formira vrijeme, koje određuje uslove za postojanje čovjeka. Većina atmosferske vodene pare koncentrirana je u troposferi i tu se prvenstveno formiraju oblaci, iako se neki, sastavljeni od kristala leda, nalaze u višim slojevima. Troposferu karakteriziraju turbulencije i snažne zračne struje (vjetrovi) i oluje. U gornjoj troposferi postoje jaka strujanja zraka u strogo određenom smjeru. Turbulentni vrtlozi, slični malim vrtlozima, nastaju pod uticajem trenja i dinamičke interakcije između sporo i brzo pokretnih vazdušnih masa. Pošto obično nema oblačnosti na ovim visokim nivoima, ova turbulencija se naziva "turbulencija čistog vazduha".
Stratosfera. Gornji sloj atmosfere često se pogrešno opisuje kao sloj sa relativno konstantnim temperaturama, gdje vjetrovi duvaju manje ili više postojano i gdje se meteorološki elementi malo mijenjaju. Gornji slojevi stratosfere se zagrijavaju kada kisik i ozon apsorbiraju ultraljubičasto zračenje sunca. Gornja granica stratosfere (stratopauza) je mjesto gdje temperatura lagano raste, dostižući srednji maksimum, koji je često uporediv s temperaturom površinskog sloja zraka. Na osnovu zapažanja napravljenih pomoću aviona i balona dizajniranih da lete na konstantnim visinama, u stratosferi su utvrđeni turbulentni poremećaji i jaki vjetrovi koji duvaju u različitim smjerovima. Kao iu troposferi, postoje snažni vazdušni vrtlozi koji su posebno opasni za letjelice velike brzine. Jaki vjetrovi, zvani mlazni tokovi, duvaju u uskim zonama duž granica umjerenih geografskih širina usmjerenih prema polovima. Međutim, ove zone se mogu pomjeriti, nestati i ponovo pojaviti. Mlazne struje obično prodiru u tropopauzu i pojavljuju se u gornjoj troposferi, ali njihova brzina brzo opada sa smanjenjem visine. Moguće je da dio energije koja ulazi u stratosferu (uglavnom se troši na stvaranje ozona) utiče na procese u troposferi. Posebno aktivno miješanje je povezano sa atmosferskim frontovima, gdje su zabilježeni ekstenzivni tokovi stratosferskog zraka znatno ispod tropopauze, a troposferski zrak je uvučen u niže slojeve stratosfere. Značajan napredak postignut je u proučavanju vertikalne strukture nižih slojeva atmosfere zbog poboljšanja tehnologije lansiranja radiosonda na visine od 25-30 km. Mezosfera, koja se nalazi iznad stratosfere, je ljuska u kojoj, do visine od 80-85 km, temperatura pada na minimalne vrijednosti za atmosferu u cjelini. Rekordno niske temperature od -110°C zabilježene su meteorološkim raketama lansiranim sa američko-kanadske instalacije u Fort Churchill (Kanada). Gornja granica mezosfere (mesopauza) približno se poklapa sa donjom granicom područja aktivne apsorpcije rendgenskog i kratkotalasnog ultraljubičastog zračenja Sunca, koje je praćeno zagrijavanjem i jonizacijom plina. U polarnim regijama, oblačni sistemi se često pojavljuju tokom mezopauze ljeti, zauzimaju veliko područje, ali imaju mali vertikalni razvoj. Takvi noćni oblaci često otkrivaju velika talasna kretanja vazduha u mezosferi. Sastav ovih oblaka, izvori vlage i kondenzacijskih jezgara, dinamika i odnosi sa meteorološkim faktorima još uvijek nisu dovoljno proučeni. Termosfera je sloj atmosfere u kojem temperatura neprestano raste. Njegova snaga može doseći 600 km. Pritisak, a samim tim i gustina gasa stalno opadaju sa visinom. U blizini zemljine površine 1 m3 zraka sadrži cca. 2,5 x 1025 molekula, na visini od cca. 100 km, u nižim slojevima termosfere - približno 1019, na visini od 200 km, u jonosferi - 5 * 10 15 i, prema proračunima, na visini od cca. 850 km - otprilike 1012 molekula. U međuplanetarnom prostoru koncentracija molekula je 10 8-10 9 po 1 m3. Na nadmorskoj visini od cca. 100 km broj molekula je mali i rijetko se sudaraju. Prosječna udaljenost koju haotično kreće molekul prijeđe prije sudara s drugim sličnim molekulom naziva se njegov srednji slobodni put. Sloj u kojem se ova vrijednost toliko povećava da se vjerovatnoća međumolekularnih ili međuatomskih sudara može zanemariti nalazi se na granici između termosfere i ljuske koja leži iznad (egzosfere) i naziva se termopauza. Termopauza je otprilike 650 km od površine zemlje. Na određenoj temperaturi, brzina molekula ovisi o njegovoj masi: lakši molekuli kreću se brže od težih. U nižim slojevima atmosfere, gdje je slobodan put vrlo kratak, nema primjetnog razdvajanja plinova po njihovoj molekularnoj težini, već je izraženo iznad 100 km. Osim toga, pod utjecajem ultraljubičastog i rendgenskog zračenja Sunca, molekuli kisika se raspadaju na atome čija je masa polovina mase molekula. Stoga, kako se udaljavamo od Zemljine površine, atomski kisik postaje sve važniji u sastavu atmosfere i to na visini od cca. 200 km postaje njegova glavna komponenta. Gore, na udaljenosti od približno 1200 km od površine Zemlje, preovlađuju laki gasovi - helijum i vodonik. Vanjski omotač atmosfere se sastoji od njih. Ovo odvajanje po težini, koje se naziva difuzna stratifikacija, slično je razdvajanju mješavina pomoću centrifuge. Egzosfera je vanjski sloj atmosfere, formiran na osnovu promjena temperature i svojstava neutralnog plina. Molekuli i atomi u egzosferi rotiraju oko Zemlje po balističkim orbitama pod uticajem gravitacije. Neke od ovih orbita su parabolične i nalikuju putanjama projektila. Molekuli se mogu rotirati oko Zemlje i po eliptičnim orbitama, poput satelita. Neki molekuli, uglavnom vodonik i helijum, imaju otvorene putanje i odlaze u svemir (slika 2).

SOLARNO-ZEMLJANE VEZE I NJIHOVI UTICAJ NA ATMOSFERU
Atmosferske plime. Privlačnost Sunca i Mjeseca uzrokuje plime u atmosferi, slične zemaljskim i morskim plimama. Ali atmosferske plime i oseke imaju značajnu razliku: atmosfera najjače reaguje na privlačenje Sunca, dok zemljina kora i okean najjače reaguju na privlačenje Mjeseca. To se objašnjava činjenicom da se atmosfera zagrijava od Sunca i, osim gravitacijske, dolazi do snažne toplinske plime. Generalno, mehanizmi nastanka atmosferskih i morskih plime su slični, s tim da je za predviđanje reakcije zraka na gravitacijske i toplinske utjecaje potrebno uzeti u obzir njegovu kompresibilnost i raspodjelu temperature. Nije sasvim jasno zašto poludnevne (12-časovne) sunčeve plime u atmosferi prevladavaju nad dnevnim solarnim i poludnevnim mjesečevim plimama, iako su pokretačke snage posljednja dva procesa mnogo snažnije. Ranije se vjerovalo da se u atmosferi javlja rezonancija koja pojačava oscilacije u periodu od 12 sati. Međutim, zapažanja napravljena pomoću geofizičkih raketa ukazuju na nepostojanje temperaturnih razloga za takvu rezonanciju. Prilikom rješavanja ovog problema vjerovatno je potrebno uzeti u obzir sve hidrodinamičke i termičke karakteristike atmosfere. Na zemljinoj površini u blizini ekvatora, gde je uticaj plime i oseke maksimalan, obezbeđuje promenu atmosferskog pritiska od 0,1%. Brzina plimnog vjetra je cca. 0,3 km/h. Zbog složene termičke strukture atmosfere (posebno prisustva minimalne temperature u mezopauzi), plimne zračne struje su intenzivirane, a na primjer, na visini od 70 km njihova je brzina približno 160 puta veća od brzine plimovanja. Zemljine površine, što ima važne geofizičke posljedice. Vjeruje se da u donjem dijelu jonosfere (sloj E) plimne fluktuacije pokreću jonizirani plin okomito u Zemljinom magnetskom polju, te stoga ovdje nastaju električne struje. Ovi sistemi strujanja koji se stalno pojavljuju na površini Zemlje nastaju poremećajima u magnetnom polju. Dnevne varijacije magnetnog polja su u prilično dobroj saglasnosti sa izračunatim vrijednostima, što daje uvjerljive dokaze u prilog teorije plimnih mehanizama „atmosferskog dinama“. Električne struje koje se stvaraju u donjem dijelu jonosfere (E sloj) moraju negdje putovati, i stoga se kolo mora završiti. Analogija s dinamom postaje potpuna ako posmatramo nadolazeće kretanje kao rad motora. Pretpostavlja se da se obrnuta cirkulacija električne struje dešava u višem sloju ionosfere (F), a ovaj suprotni tok može objasniti neke od osobenosti ovog sloja. Konačno, efekat plime bi također trebao stvoriti horizontalne tokove u E sloju, a time i u F sloju.
Ionosfera. Pokušavajući da objasne mehanizam nastanka aurore, naučnici 19. veka. sugerira da postoji zona s električnim nabijenim česticama u atmosferi. U 20. veku Eksperimentalno su dobijeni uvjerljivi dokazi o postojanju na visinama od 85 do 400 km sloja koji reflektira radio valove. Sada je poznato da su njegova električna svojstva rezultat jonizacije atmosferskog plina. Stoga se ovaj sloj obično naziva ionosfera. Efekat na radio talase nastaje uglavnom zbog prisustva slobodnih elektrona u jonosferi, iako je mehanizam širenja radio talasa povezan sa prisustvom velikih jona. Potonji su također od interesa za proučavanje kemijskih svojstava atmosfere, jer su aktivniji od neutralnih atoma i molekula. Hemijske reakcije koje se odvijaju u jonosferi igraju važnu ulogu u njenoj energetskoj i električnoj ravnoteži.
Normalna jonosfera. Zapažanja napravljena pomoću geofizičkih raketa i satelita dala su mnoštvo novih informacija koje ukazuju da se jonizacija atmosfere događa pod uticajem širokog spektra sunčevog zračenja. Njegov glavni dio (više od 90%) koncentrisan je u vidljivom dijelu spektra. Ultraljubičasto zračenje, koje ima kraću talasnu dužinu i veću energiju od ljubičastih svetlosnih zraka, emituje vodonik u unutrašnjoj atmosferi Sunca (hromosfera), a rendgenske zrake, koje imaju još veću energiju, emituju gasovi u spoljašnjoj ljusci Sunca. (korona). Normalno (prosječno) stanje jonosfere je posljedica stalnog snažnog zračenja. U normalnoj ionosferi se dešavaju redovite promjene zbog dnevne rotacije Zemlje i sezonskih razlika u kutu upada sunčevih zraka u podne, ali se javljaju i nepredvidive i nagle promjene stanja jonosfere.
Poremećaji u jonosferi. Kao što je poznato, na Suncu se javljaju snažni ciklički ponavljajući poremećaji, koji dostižu maksimum svakih 11 godina. Posmatranja u okviru programa Međunarodne geofizičke godine (IGY) poklopila su se sa periodom najveće solarne aktivnosti za čitav period sistematskih meteoroloških osmatranja, tj. s početka 18. vijeka. Tokom perioda velike aktivnosti, sjaj nekih područja na Suncu se povećava nekoliko puta, a oni odašilju moćne impulse ultraljubičastog i rendgenskog zračenja. Takve pojave se nazivaju solarne baklje. Traju od nekoliko minuta do jednog do dva sata. Tokom baklje, solarni gas (uglavnom protoni i elektroni) eruptira, a elementarne čestice jure u svemir. Elektromagnetno i korpuskularno zračenje Sunca tokom takvih baklji ima snažan uticaj na Zemljinu atmosferu. Inicijalna reakcija se opaža 8 minuta nakon baklje, kada intenzivno ultraljubičasto i rendgensko zračenje stigne do Zemlje. Kao rezultat toga, ionizacija se naglo povećava; X-zraci prodiru u atmosferu do donje granice ionosfere; broj elektrona u ovim slojevima raste toliko da se radio signali skoro potpuno apsorbuju („ugase“). Dodatna apsorpcija zračenja uzrokuje zagrijavanje plina, što doprinosi razvoju vjetrova. Jonizovani gas je električni provodnik, a kada se kreće u magnetnom polju Zemlje, javlja se dinamo efekat i stvara se električna struja. Takve struje mogu, zauzvrat, uzrokovati primjetne poremećaje u magnetskom polju i manifestirati se u obliku magnetnih oluja. Ova početna faza traje samo kratko vrijeme, što odgovara trajanju sunčeve baklje. Tokom snažnih baklji na Suncu, mlaz ubrzanih čestica juri u svemir. Kada se usmjeri prema Zemlji, počinje druga faza, koja ima veliki uticaj na stanje atmosfere. Mnogi prirodni fenomeni, od kojih su najpoznatije aurore, ukazuju na to da značajan broj nabijenih čestica stiže do Zemlje (vidi i AURORAURAL). Ipak, procesi odvajanja ovih čestica od Sunca, njihove putanje u međuplanetarnom prostoru i mehanizmi interakcije sa Zemljinim magnetskim poljem i magnetosferom još nisu dovoljno proučeni. Problem je postao složeniji nakon što je James Van Allen 1958. otkrio školjke koje se sastoje od nabijenih čestica koje drži geomagnetsko polje. Ove čestice se kreću od jedne hemisfere do druge, rotirajući spiralno oko linija magnetnog polja. U blizini Zemlje, na visini koja zavisi od oblika linija polja i energije čestica, nalaze se „tačke refleksije“ u kojima čestice menjaju smer kretanja u suprotan (slika 3). Budući da jačina magnetnog polja opada sa udaljenosti od Zemlje, orbite u kojima se ove čestice kreću su donekle izobličene: elektroni se odbijaju na istok, a protoni na zapad. Stoga su raspoređeni u obliku pojasa širom svijeta.

Neke posljedice zagrijavanja atmosfere od strane Sunca. Sunčeva energija utiče na čitavu atmosferu. Gore su već spomenuti pojasevi koje formiraju nabijene čestice u magnetskom polju Zemlje i koje rotiraju oko njega. Ovi pojasevi najbliže su zemljinoj površini u subpolarnim područjima (vidi sliku 3), gdje se uočavaju aurore. Slika 1 pokazuje da su u auroralnim regijama u Kanadi temperature termosfere znatno više nego u jugozapadnim Sjedinjenim Državama. Vjerovatno je da zarobljene čestice otpuštaju dio svoje energije u atmosferu, posebno kada se sudare s molekulima plina u blizini tačaka refleksije, i napuštaju svoje prethodne orbite. Tako se zagrijavaju visoki slojevi atmosfere u auroralnoj zoni. Još jedno važno otkriće napravljeno je tokom proučavanja orbita umjetnih satelita. Luigi Iacchia, astronom sa Smithsonian Astrophysical Observatory, vjeruje da su mala odstupanja u ovim orbitama posljedica promjena u gustini atmosfere dok je zagrijava Sunce. Predložio je postojanje maksimalne elektronske gustine na visini većoj od 200 km u jonosferi, što ne odgovara solarnom podnevu, ali pod uticajem sila trenja kasni u odnosu na nju oko dva sata. U ovom trenutku, vrijednosti gustoće atmosfere tipične za visinu od 600 km se uočavaju na nivou od cca. 950 km. Osim toga, maksimalna gustina elektrona doživljava nepravilne fluktuacije zbog kratkotrajnih bljeskova ultraljubičastog i rendgenskog zračenja Sunca. L. Iacchia je također otkrio kratkoročne fluktuacije u gustini zraka, koje odgovaraju sunčevim baklji i poremećajima magnetnog polja. Ove pojave se objašnjavaju prodiranjem čestica solarnog porijekla u Zemljinu atmosferu i zagrijavanjem onih slojeva oko kojih kruže sateliti.
ATMOSFERSKA ELEKTRIČNA ENERGIJA
U površinskom sloju atmosfere mali dio molekula podliježe jonizaciji pod utjecajem kosmičkih zraka, zračenja radioaktivnih stijena i produkata raspada radijuma (uglavnom radona) u samom zraku. Tokom jonizacije, atom gubi elektron i dobija pozitivan naboj. Slobodni elektron se brzo kombinuje sa drugim atomom i formira negativno nabijeni ion. Takvi upareni pozitivni i negativni ioni imaju molekularne veličine. Molekuli u atmosferi imaju tendenciju da se grupišu oko ovih jona. Nekoliko molekula u kombinaciji s jonom formira kompleks, koji se obično naziva "laki ion". U atmosferi se nalaze i kompleksi molekula, u meteorologiji poznati kao kondenzacijska jezgra, oko kojih, kada je zrak zasićen vlagom, počinje proces kondenzacije. Ove jezgre su čestice soli i prašine, kao i zagađivači koji se ispuštaju u zrak iz industrijskih i drugih izvora. Laki joni se često vežu za takva jezgra, formirajući "teške ione". Pod utjecajem električnog polja, laki i teški ioni se kreću iz jednog područja atmosfere u drugo, prenoseći električne naboje. Iako se atmosfera općenito ne smatra električno provodljivom, ona ima određenu provodljivost. Stoga, naelektrisano tijelo ostavljeno u zraku polako gubi naboj. Atmosferska vodljivost raste s visinom zbog povećanog intenziteta kosmičkih zraka, smanjenog gubitka jona pri nižem pritisku (a time i dužeg srednjeg slobodnog puta) i manjeg broja teških jezgara. Atmosferska provodljivost dostiže svoju maksimalnu vrijednost na nadmorskoj visini od cca. 50 km, tzv "nivo kompenzacije". Poznato je da između Zemljine površine i „nivoa kompenzacije“ postoji stalna razlika potencijala od nekoliko stotina kilovolti, tj. konstantno električno polje. Pokazalo se da je razlika potencijala između određene tačke koja se nalazi u vazduhu na visini od nekoliko metara i površine Zemlje veoma velika - više od 100 V. Atmosfera ima pozitivan naboj, a površina Zemlje negativno naelektrisana. . Kako je električno polje područje u čijoj tački postoji određena potencijalna vrijednost, možemo govoriti o potencijalnom gradijentu. Za vedrog vremena, unutar nekoliko nižih metara jačina električnog polja atmosfere je gotovo konstantna. Zbog razlika u električnoj provodljivosti zraka u površinskom sloju, gradijent potencijala je podložan dnevnim fluktuacijama, čiji tok značajno varira od mjesta do mjesta. U nedostatku lokalnih izvora zagađenja zraka - iznad okeana, visoko u planinama ili u polarnim regijama - dnevna varijacija gradijenta potencijala je ista pri vedrom vremenu. Magnituda gradijenta zavisi od univerzalnog ili srednjeg vremena po Griniču (UT) i dostiže maksimum u 19 sati E. Appleton je sugerisao da se ova maksimalna električna provodljivost verovatno poklapa sa najvećom aktivnošću oluje na planetarnoj skali. Udari groma tokom grmljavine nose negativan naboj na Zemljinu površinu, budući da baze najaktivnijih kumulonimbusnih grmljavinskih oblaka imaju značajan negativni naboj. Vrhovi grmljavinskih oblaka imaju pozitivan naboj, koji se, prema Holzerovim i Saksonovim proračunima, slijeva sa njihovih vrhova za vrijeme grmljavine. Bez stalnog dopunjavanja, naelektrisanje na zemljinoj površini bilo bi neutralizovano atmosferskom provodljivošću. Pretpostavka da se potencijalna razlika između zemljine površine i "nivoa kompenzacije" održava grmljavinom potkrijepljena je statističkim podacima. Na primjer, maksimalni broj grmljavina se uočava u riječnoj dolini. Amazonke. Tu se najčešće grmljavine javljaju krajem dana, tj. UREDU. 19:00 srednje vrijeme po Griniču, kada je potencijalni gradijent maksimalan bilo gdje u svijetu. Štaviše, sezonske varijacije oblika dnevnih krivulja varijacije potencijalnog gradijenta su također u potpunosti u skladu s podacima o globalnoj distribuciji oluja. Neki istraživači tvrde da izvor Zemljinog električnog polja može biti vanjskog porijekla, jer se vjeruje da električna polja postoje u jonosferi i magnetosferi. Ova okolnost vjerovatno objašnjava pojavu vrlo uskih izduženih oblika aurora, sličnih kulisima i lukovima
(vidi i AURORA SVJETLA). Zbog prisustva gradijenta potencijala i atmosferske vodljivosti, nabijene čestice počinju se kretati između „nivoa kompenzacije“ i površine Zemlje: pozitivno nabijeni ioni kreću se prema površini Zemlje, a negativno nabijeni ioni kreću se prema gore od nje. Jačina ove struje je cca. 1800 A. Iako se ova vrijednost čini velikom, mora se imati na umu da je raspoređena po cijeloj površini Zemlje. Jačina struje u stupu zraka sa osnovnom površinom od 1 m2 je samo 4 * 10 -12 A. S druge strane, jačina struje tokom pražnjenja groma može doseći nekoliko ampera, iako je, naravno, takva pražnjenje ima kratko trajanje - od djelića sekunde do cijele sekunde ili malo više s ponovljenim udarima. Munja je od velikog interesa ne samo kao neobična prirodna pojava. Omogućuje promatranje električnog pražnjenja u plinovitom mediju na naponu od nekoliko stotina miliona volti i udaljenosti između elektroda od nekoliko kilometara. Godine 1750. B. Franklin je predložio Kraljevskom društvu u Londonu da sprovede eksperiment sa gvozdenom šipkom postavljenom na izolacionu podlogu i postavljenom na visokom tornju. Očekivao je da će se, kako se grmljavinski oblak približi tornju, naelektrisanje suprotnog predznaka koncentrirati na gornjem kraju prvobitno neutralnog štapa, a naelektrisanje istog predznaka kao u dnu oblaka koncentrisano na donjem kraju. . Ako se jačina električnog polja tokom pražnjenja groma dovoljno poveća, naelektrisanje sa gornjeg kraja štapa će delimično preteći u vazduh, a štap će dobiti naelektrisanje istog predznaka kao i osnova oblaka. Eksperiment koji je predložio Franklin nije izveden u Engleskoj, ali ga je 1752. godine u Marlyju kod Pariza izveo francuski fizičar Jean d'Alembert. Koristio je željeznu šipku dugu 12 m ubačenu u staklenu bocu (koja je služila kao izolator), ali ga nije postavio na toranj. 10. maja njegov pomoćnik je izvijestio da kada je grmljavinski oblak bio iznad šipke, iskre su nastale kada je uzemljena žica dovedena blizu nje. Sam Franklin, nesvjestan uspješnog eksperimenta sprovedenog u Francuskoj , u junu iste godine izveo je svoj čuveni eksperiment sa zmajem i uočio električne varnice na kraju žice vezane za njega.Sljedeće godine, proučavajući naboje prikupljene sa šipke, Franklin je otkrio da su osnove grmljavinskih oblaka obično negativno nabijene. Detaljnije proučavanje munja postalo je moguće krajem 19. stoljeća zahvaljujući poboljšanju fotografskih tehnika, posebno nakon pronalaska aparata s rotirajućim sočivima, koji je omogućio snimanje procesa koji se brzo razvijaju. Ova vrsta kamere bila je široko korištena u proučavanju iskristih pražnjenja. Utvrđeno je da postoji nekoliko vrsta munja, od kojih su najčešći linijski, ravni (u oblaku) i loptasti (zračna pražnjenja). Linearna munja je pražnjenje iskre između oblaka i zemljine površine, koje prati kanal sa granama prema dole. Ravne munje se javljaju unutar grmljavinskog oblaka i pojavljuju se kao bljeskovi difuzne svjetlosti. Vazdušna pražnjenja loptaste munje, polazeći od grmljavinskog oblaka, često su usmjerena horizontalno i ne dopiru do površine zemlje.

Pražnjenje groma se obično sastoji od tri ili više ponovljenih pražnjenja - impulsa koji slijede istu putanju. Intervali između uzastopnih impulsa su vrlo kratki, od 1/100 do 1/10 s (to je ono što uzrokuje treperenje munje). Općenito, blic traje oko sekundu ili manje. Tipičan proces razvoja munje može se opisati na sljedeći način. Prvo, slabo blistavo vodeno pražnjenje juri odozgo prema površini zemlje. Kada do njega dođe, blistavo povratno ili glavno, pražnjenje prolazi od tla prema gore kroz kanal koji je postavio vođa. Vodeće pražnjenje se po pravilu kreće cik-cak. Brzina njegovog širenja kreće se od sto do nekoliko stotina kilometara u sekundi. Na svom putu, ionizira molekule zraka, stvarajući kanal povećane provodljivosti, kroz koji se obrnuto pražnjenje kreće prema gore brzinom približno sto puta većom od brzine vodećeg pražnjenja. Veličinu kanala je teško odrediti, ali se promjer vodećeg pražnjenja procjenjuje na 1-10 m, a promjer povratnog ispuštanja je nekoliko centimetara. Pražnjenja groma stvaraju radio smetnje emitujući radio talase u širokom opsegu - od 30 kHz do ultra niskih frekvencija. Najveća emisija radio talasa je verovatno u opsegu od 5 do 10 kHz. Takve niskofrekventne radio smetnje su „koncentrisane“ u prostoru između donje granice ionosfere i zemljine površine i mogu se proširiti na udaljenosti hiljadama kilometara od izvora.
PROMENE U ATMOSFERI
Uticaj meteora i meteorita. Iako kiše meteora ponekad stvaraju dramatičan prikaz svjetlosti, pojedinačni meteori se rijetko viđaju. Mnogo brojniji su nevidljivi meteori, premali da bi bili vidljivi kada se apsorbuju u atmosferu. Neki od najmanjih meteora vjerovatno se uopće ne zagrijavaju, već ih samo atmosfera hvata. Ove male čestice veličine od nekoliko milimetara do desethiljaditih dijelova milimetra nazivaju se mikrometeoriti. Količina meteorskog materijala koji ulazi u atmosferu svakog dana kreće se od 100 do 10.000 tona, a većina ovog materijala dolazi iz mikrometeorita. Budući da meteorska tvar djelomično sagorijeva u atmosferi, njen plinoviti sastav je napunjen tragovima raznih kemijskih elemenata. Na primjer, kameni meteori unose litijum u atmosferu. Sagorijevanje metalnih meteora dovodi do stvaranja sićušnih sferičnih željeza, željeza i nikla i drugih kapljica koje prolaze kroz atmosferu i talože se na površini zemlje. Mogu se naći na Grenlandu i Antarktiku, gdje ledeni pokrivači ostaju gotovo nepromijenjeni godinama. Oceanolozi ih nalaze u sedimentima dna oceana. Većina čestica meteora koje uđu u atmosferu taloži se u roku od otprilike 30 dana. Neki naučnici vjeruju da ova kosmička prašina igra važnu ulogu u formiranju atmosferskih pojava kao što je kiša jer služi kao jezgra kondenzacije za vodenu paru. Stoga se pretpostavlja da su padavine statistički povezane sa velikim kišama meteora. Međutim, neki stručnjaci smatraju da, budući da je ukupna zaliha meteorskog materijala više desetina puta veća od one čak i najveće meteorske kiše, promjena ukupne količine ovog materijala koja je rezultat jedne takve kiše može se zanemariti. Međutim, nema sumnje da najveći mikrometeoriti i, naravno, vidljivi meteoriti ostavljaju duge tragove jonizacije u visokim slojevima atmosfere, uglavnom u jonosferi. Takvi tragovi se mogu koristiti za daljinske radio komunikacije, jer odražavaju visokofrekventne radio valove. Energija meteora koji ulaze u atmosferu troši se uglavnom, a možda i u potpunosti, na njeno zagrijavanje. Ovo je jedna od manjih komponenti toplotne ravnoteže atmosfere.
Ugljični dioksid industrijskog porijekla. Tokom karbonskog perioda, drvenasta vegetacija je bila široko rasprostranjena na Zemlji. Većina ugljičnog dioksida koji su biljke u to vrijeme apsorbirale nakupila se u naslagama uglja i naftonosnim sedimentima. Čovjek je naučio da koristi ogromne rezerve ovih minerala kao izvor energije i sada ubrzano vraća ugljični dioksid u ciklus tvari. Fosilno stanje je vjerovatno ca. 4*10 13 tona ugljenika. Tokom prošlog stoljeća, čovječanstvo je spalilo toliko fosilnih goriva da je otprilike 4*10 11 tona ugljika ponovo ušlo u atmosferu. Trenutno postoji cca. 2 * 10 12 tona ugljika, au narednih sto godina zbog sagorijevanja fosilnih goriva ova brojka bi se mogla udvostručiti. Međutim, neće sav ugljik ostati u atmosferi: dio će se otopiti u okeanskim vodama, dio će apsorbirati biljke, a dio će se vezati u procesu trošenja stijena. Još nije moguće predvidjeti koliko će ugljičnog dioksida biti sadržano u atmosferi niti kakav će tačno utjecaj imati na klimu planete. Međutim, vjeruje se da će svako povećanje njegovog sadržaja uzrokovati zagrijavanje, iako uopće nije nužno da će bilo kakvo zatopljenje značajno utjecati na klimu. Koncentracija ugljičnog dioksida u atmosferi, prema rezultatima mjerenja, primjetno raste, iako sporim tempom. Klimatski podaci za Svalbard i Little America Station na ledenoj polici Ross na Antarktiku ukazuju na povećanje prosječnih godišnjih temperatura od 5°C, odnosno 2,5°C, u periodu od otprilike 50 godina.
Izloženost kosmičkom zračenju. Kada kosmičke zrake visoke energije stupaju u interakciju s pojedinačnim komponentama atmosfere, nastaju radioaktivni izotopi. Među njima se ističe izotop ugljika 14C koji se nakuplja u biljnim i životinjskim tkivima. Mjerenjem radioaktivnosti organskih tvari koje dugo vremena nisu izmjenjivale ugljik sa okolinom može se odrediti njihova starost. Radiokarbonska metoda se etablirala kao najpouzdanija metoda datiranja fosilnih organizama i predmeta materijalne kulture, čija starost ne prelazi 50 hiljada godina. Drugi radioaktivni izotopi s dugim poluraspadom mogu se koristiti za datiranje materijala starih stotinama hiljada godina ako se može riješiti temeljni izazov mjerenja ekstremno niskih nivoa radioaktivnosti.
(vidi i RADIOCARBON DATING).
POREKLO ZEMLJINE ATMOSFERE
Istorija nastanka atmosfere još nije potpuno pouzdano rekonstruisana. Ipak, utvrđene su neke vjerovatne promjene u njegovom sastavu. Formiranje atmosfere počelo je odmah nakon formiranja Zemlje. Postoje sasvim dobri razlozi da se vjeruje da je u procesu evolucije Zemlje i njenog stjecanja dimenzija i mase bliskih modernim, gotovo u potpunosti izgubila svoju izvornu atmosferu. Vjeruje se da je u ranoj fazi Zemlja bila u rastopljenom stanju i ca. Prije 4,5 milijardi godina formirao se u čvrsto tijelo. Ova prekretnica se uzima kao početak geološke hronologije. Od tog vremena, došlo je do spore evolucije atmosfere. Neki geološki procesi, kao što je izlivanje lave tokom vulkanskih erupcija, bili su praćeni oslobađanjem gasova iz utrobe Zemlje. Vjerovatno su uključivali dušik, amonijak, metan, vodenu paru, ugljični monoksid i dioksid. Pod utjecajem sunčevog ultraljubičastog zračenja, vodena para se raspada na vodik i kisik, ali oslobođeni kisik reagira s ugljičnim monoksidom i nastaje ugljični dioksid. Amonijak se razlaže na azot i vodonik. Tokom procesa difuzije, vodonik se dizao i izlazio iz atmosfere, a teži azot nije mogao da ispari i postepeno se akumulirao, postajući njegova glavna komponenta, iako je deo bio vezan tokom hemijskih reakcija. Pod uticajem ultraljubičastih zraka i električnih pražnjenja, mešavina gasova koja je verovatno bila prisutna u prvobitnoj atmosferi Zemlje ušla je u hemijske reakcije koje su rezultirale stvaranjem organskih materija, posebno aminokiselina. Shodno tome, život je mogao nastati u atmosferi bitno drugačijoj od moderne. Pojavom primitivnih biljaka započeo je proces fotosinteze (vidi i FOTOSINTEZA), praćen oslobađanjem slobodnog kisika. Ovaj plin, posebno nakon difuzije u gornje slojeve atmosfere, počeo je štititi njene donje slojeve i površinu Zemlje od po život opasnog ultraljubičastog i rendgenskog zračenja. Procjenjuje se da bi prisustvo samo 0,00004 modernog volumena kisika moglo dovesti do stvaranja sloja sa upola manjom koncentracijom ozona, koji je ipak pružao vrlo značajnu zaštitu od ultraljubičastih zraka. Također je vjerovatno da je primarna atmosfera sadržavala mnogo ugljičnog dioksida. Potrošio se tokom fotosinteze, a njegova koncentracija se morala smanjivati ​​kako se biljni svijet razvijao, ali i zbog apsorpcije tokom određenih geoloških procesa. Budući da je efekat staklene bašte povezan s prisustvom ugljičnog dioksida u atmosferi, neki naučnici vjeruju da su fluktuacije u njegovoj koncentraciji jedan od važnih uzroka velikih klimatskih promjena u povijesti Zemlje, poput ledenih doba. Helij prisutan u modernoj atmosferi vjerovatno je u velikoj mjeri proizvod radioaktivnog raspada uranijuma, torija i radijuma. Ovi radioaktivni elementi emituju alfa čestice, koje su jezgra atoma helija. Budući da se električni naboj ne stvara niti gubi tokom radioaktivnog raspada, postoje dva elektrona za svaku alfa česticu. Kao rezultat, spaja se s njima, formirajući neutralne atome helija. Radioaktivni elementi sadržani su u mineralima raspršenim u stijenama, pa se u njima zadržava značajan dio helijuma koji nastaje kao rezultat radioaktivnog raspada, koji vrlo sporo bježi u atmosferu. Određena količina helijuma diže se prema gore u egzosferu zbog difuzije, ali zbog stalnog priliva sa zemljine površine, volumen ovog plina u atmosferi je konstantan. Na osnovu spektralne analize svjetlosti zvijezda i proučavanja meteorita, moguće je procijeniti relativnu zastupljenost različitih hemijskih elemenata u svemiru. Koncentracija neona u svemiru je oko deset milijardi puta veća nego na Zemlji, kriptona deset miliona puta veća, a ksenona milion puta veća. Iz toga proizilazi da je koncentracija ovih inertnih plinova, koji su u početku bili prisutni u Zemljinoj atmosferi i nisu se obnavljali tokom kemijskih reakcija, jako opala, vjerovatno čak i u fazi kada je Zemlja izgubila svoju primarnu atmosferu. Izuzetak je inertni plin argon, budući da u obliku izotopa 40Ar još uvijek nastaje tijekom radioaktivnog raspada izotopa kalija.
OPTIČKE FENOMENE
Raznolikost optičkih pojava u atmosferi uzrokovana je različitim razlozima. Najčešći fenomeni uključuju munje (vidi gore) i vrlo spektakularne sjeverne i južne aurore (vidi također AURORA). Osim toga, posebno su zanimljivi duga, gal, parhelijum (lažno sunce) i lukovi, korona, oreoli i duhovi Brocken, fatamorgane, vatre Svetog Elma, svijetleći oblaci, zelene i sumjestaste zrake. Duga je najljepši atmosferski fenomen. Obično je to ogroman luk koji se sastoji od raznobojnih pruga, koji se opaža kada Sunce obasjava samo dio neba, a zrak je zasićen kapljicama vode, na primjer za vrijeme kiše. Višebojni lukovi su raspoređeni u spektralnom nizu (crvena, narandžasta, žuta, zelena, plava, indigo, ljubičasta), ali boje gotovo nikada nisu čiste jer se pruge međusobno preklapaju. U pravilu, fizičke karakteristike duge značajno variraju, pa su stoga vrlo raznolike po izgledu. Njihova zajednička karakteristika je da se centar luka uvijek nalazi na pravoj liniji povučenoj od Sunca do posmatrača. Glavna duga je luk koji se sastoji od najsjajnijih boja - crvene spolja i ljubičaste iznutra. Ponekad je vidljiv samo jedan luk, ali se često sekundarni pojavljuje na vanjskoj strani glavne duge. Nije tako jarkih boja kao prva, a crvene i ljubičaste pruge u njemu mijenjaju mjesta: crvena se nalazi iznutra. Formiranje glavne duge objašnjava se dvostrukim prelamanjem (vidi i OPTIKU) i jednom unutrašnjom refleksijom sunčevih zraka (vidi sliku 5). Prodirući unutar kapi vode (A), zrak svjetlosti se lomi i razlaže, kao da prolazi kroz prizmu. Zatim dospijeva na suprotnu površinu kapi (B), odbija se od nje i ostavlja kap van (C). U ovom slučaju, svjetlosni zrak se lomi drugi put prije nego što stigne do posmatrača. Početni bijeli snop se razlaže na snopove različitih boja sa uglom divergencije od 2°. Kada se formira sekundarna duga, dolazi do dvostrukog prelamanja i dvostrukog odraza sunčevih zraka (vidi sliku 6). U tom slučaju, svjetlost se lomi, prodire u kap kroz njen donji dio (A) i odbija se od unutrašnje površine kapi, prvo u tački B, zatim u tački C. U tački D svjetlost se lomi, ostavljajući pad prema posmatraču.

Pri izlasku i zalasku sunca, posmatrač vidi dugu u obliku luka jednakog pola kruga, budući da je osa duge paralelna s horizontom. Ako je Sunce više iznad horizonta, dugin luk je manji od polovine obima. Kada se Sunce podigne iznad 42° iznad horizonta, duga nestaje. Svugdje, osim na visokim geografskim širinama, duga se ne može pojaviti u podne, kada je Sunce previsoko. Zanimljivo je procijeniti udaljenost do duge. Iako se čini da se višebojni luk nalazi u istoj ravni, ovo je iluzija. U stvari, duga ima ogromnu dubinu, a može se zamisliti kao površina šupljeg stošca, na čijem vrhu se nalazi posmatrač. Osa stošca povezuje Sunce, posmatrača i centar duge. Posmatrač kao da gleda duž površine ovog konusa. Ne postoje dvije osobe koje mogu vidjeti potpuno istu dugu. Naravno, možete primijetiti u suštini isti efekat, ali dvije duge zauzimaju različite položaje i formirane su od različitih kapljica vode. Kada kiša ili prskanje formiraju dugu, puni optički efekat se postiže kombinovanim efektom svih kapljica vode koje prelaze površinu duginog stošca sa posmatračem na vrhu. Uloga svake kapi je prolazna. Površina duginog konusa sastoji se od nekoliko slojeva. Brzo prelazeći ih i prolazeći kroz niz kritičnih tačaka, svaka kap momentalno razlaže sunčevu zraku na ceo spektar u strogo definisanom nizu - od crvene do ljubičaste. Mnoge kapi sijeku površinu stošca na isti način, tako da se duga čini posmatraču kao neprekidna i duž i poprijeko njenog luka. Oreoli su bijeli ili preliveni svjetlosni lukovi i krugovi oko diska Sunca ili Mjeseca. Nastaju zbog prelamanja ili refleksije svjetlosti od kristala leda ili snijega u atmosferi. Kristali koji formiraju oreol nalaze se na površini imaginarnog stošca s osom usmjerenom od posmatrača (od vrha konusa) prema Suncu. Pod određenim uslovima, atmosfera može biti zasićena malim kristalima, čija mnoga lica formiraju pravi ugao sa ravninom koja prolazi kroz Sunce, posmatrača i ove kristale. Takva lica reflektuju dolazne svetlosne zrake sa odstupanjem od 22°, formirajući oreol koji je iznutra crvenkast, ali se može sastojati i od svih boja spektra. Manje uobičajen je oreol sa ugaonim radijusom od 46°, lociran koncentrično oko oreola od 22°. Njegova unutrašnja strana također ima crvenkastu nijansu. Razlog tome je i prelamanje svjetlosti, koje se u ovom slučaju javlja na rubovima kristala koji formiraju prave uglove. Širina prstena takvog oreola prelazi 2,5°. I oreoli od 46 stepeni i od 22 stepena imaju tendenciju da budu najsjajniji na vrhu i na dnu prstena. Rijetki oreol od 90 stepeni je slabo blistav, gotovo bezbojan prsten koji dijeli zajednički centar s dva druga oreola. Ako je obojen, imat će crvenu boju na vanjskoj strani prstena. Mehanizam nastanka ovog tipa oreola nije u potpunosti shvaćen (slika 7).

Parhelija i lukovi. Parhelični krug (ili krug lažnih sunca) je bijeli prsten sa središtem u zenitnoj tački, koji prolazi kroz Sunce paralelno s horizontom. Razlog za njegovo formiranje je refleksija sunčeve svjetlosti s rubova površina ledenih kristala. Ako su kristali dovoljno ravnomjerno raspoređeni u zraku, postaje vidljiv potpuni krug. Parhelije, ili lažna sunca, su jarko blistave mrlje koje podsjećaju na Sunce koje se formiraju na presjecima parheličnog kruga sa oreolima ugaonih radijusa od 22°, 46° i 90°. Najčešći i najsjajniji parhelijum se formira na raskrsnici sa oreolom od 22 stepena, obično obojen u skoro svaku duginu boju. Lažna sunca na raskrsnicama sa oreolima od 46 i 90 stepeni primećuju se mnogo rjeđe. Parhelije koje se javljaju na raskrsnicama sa oreolima od 90 stepeni nazivaju se parantelijama ili lažnim kontrasuncima. Ponekad je vidljiv i antelijum (anti-sunce) - svetla tačka koja se nalazi na parhelijumskom prstenu tačno nasuprot Suncu. Pretpostavlja se da je uzrok ove pojave dvostruki unutrašnji odraz sunčeve svjetlosti. Reflektirana zraka prati isti put kao i upadna zraka, ali u suprotnom smjeru. Luk blizu zenita, koji se ponekad pogrešno naziva gornjim tangentnim lukom oreola od 46 stepeni, je luk od 90° ili manje sa središtem u zenitu, koji se nalazi približno 46° iznad Sunca. Rijetko je vidljiv i samo nekoliko minuta, ima svijetle boje, a crvena je ograničena na vanjsku stranu luka. Luk blizu zenita je izuzetan po svojoj boji, svjetlini i jasnim obrisima. Još jedan zanimljiv i vrlo rijedak optički efekat halo tipa je Lowitzov luk. Nastaju kao nastavak parhelije na raskrsnici sa oreolom od 22 stepena, pružaju se sa vanjske strane oreola i blago su konkavni prema Suncu. Stubovi bjelkaste svjetlosti, poput raznih krstova, ponekad su vidljivi u zoru ili sumrak, posebno u polarnim područjima, a mogu pratiti i Sunce i Mjesec. Ponekad se primećuju lunarni oreoli i drugi efekti slični onima koji su gore opisani, sa najčešćim lunarnim oreolom (prsten oko Meseca) koji ima ugaoni radijus od 22°. Baš kao i lažna sunca, mogu se pojaviti lažni mjeseci. Korone, ili krune, su mali koncentrični prstenovi u boji oko Sunca, Mjeseca ili drugih svijetlih objekata koji se s vremena na vrijeme promatraju kada je izvor svjetlosti iza prozirnih oblaka. Poluprečnik korone je manji od poluprečnika oreola i iznosi cca. 1-5°, plavi ili ljubičasti prsten je najbliži Suncu. Korona nastaje kada se svjetlost rasprši malim kapljicama vode, formirajući oblak. Ponekad se korona pojavljuje kao svijetleća mrlja (ili oreol) koja okružuje Sunce (ili Mjesec), a završava se crvenkastim prstenom. U drugim slučajevima, izvan oreola su vidljiva najmanje dva koncentrična prstena većeg prečnika, vrlo slabo obojenih. Ovu pojavu prate oblaci duge. Ponekad rubovi vrlo visokih oblaka imaju svijetle boje.
Glorija (ureoli). U posebnim uslovima nastaju neobične atmosferske pojave. Ako je Sunce iza posmatrača, a njegova sjena se projektuje na obližnje oblake ili zavjesu od magle, pod određenim stanjem atmosfere oko sjene nečije glave možete vidjeti obojeni svijetleći krug - oreol. Obično se takav oreol formira zbog refleksije svjetlosti od kapljica rose na travnatom travnjaku. Glorije se takođe često nalaze oko senke koju baca avion na oblacima ispod.
Duhovi Brockena. U nekim područjima zemaljske kugle, kada senka posmatrača koji se nalazi na brdu pri izlasku ili zalasku sunca padne iza njega na oblake koji se nalaze na maloj udaljenosti, otkriva se upečatljiv efekat: sjena poprima kolosalne dimenzije. To se događa zbog refleksije i prelamanja svjetlosti od sićušnih kapljica vode u magli. Opisani fenomen nazvan je "Duh Brockena" po vrhu planine Harz u Njemačkoj.
Mirage- optički efekat uzrokovan lomom svjetlosti pri prolasku kroz slojeve zraka različite gustine i izražen u pojavi virtuelne slike. U ovom slučaju, udaljeni objekti mogu izgledati kao da su podignuti ili spušteni u odnosu na njihov stvarni položaj, a također mogu biti izobličeni i poprimiti nepravilne, fantastične oblike. Mirage se često uočavaju u vrućim klimama, kao što su peščane ravnice. Niže fatamorgane su uobičajene, kada udaljena, gotovo ravna pustinjska površina poprimi izgled otvorene vode, posebno kada se gleda sa blagog uzvišenja ili se jednostavno nalazi iznad sloja zagrijanog zraka. Ova iluzija se obično javlja na zagrijanom asfaltnom putu, koji izgleda kao vodena površina daleko ispred. U stvarnosti, ova površina je odraz neba. Ispod nivoa očiju, predmeti se mogu pojaviti u ovoj "vodi", obično naopako. Nad zagrijanom kopnom formira se „vazdušni sloj“, pri čemu je sloj najbliži tlu najtopliji i toliko razrijeđen da su svjetlosni valovi koji prolaze kroz njega izobličeni, jer brzina njihovog širenja varira u zavisnosti od gustine medija. . Gornje fatamorgane su manje uobičajene i slikovitije od donjih. Udaljeni objekti (često se nalaze izvan morskog horizonta) pojavljuju se naopako na nebu, a ponekad se i uspravna slika istog objekta pojavljuje iznad. Ova pojava je tipična za hladne krajeve, posebno kada postoji značajna temperaturna inverzija, kada se iznad hladnijeg sloja nalazi topliji sloj vazduha. Ovaj optički efekat se manifestuje kao rezultat složenih obrazaca širenja fronta svetlosnih talasa u slojevima vazduha nehomogene gustine. Vrlo neobične fatamorgane događaju se s vremena na vrijeme, posebno u polarnim područjima. Kada se fatamorgane događaju na kopnu, drveće i druge komponente pejzaža su naopačke. U svim slučajevima, objekti su jasnije vidljivi u gornjim miražama nego u donjim. Kada je granica dvije zračne mase okomita ravan, ponekad se primjećuju bočne fatamorgane.
Vatra Svetog Elma. Neke optičke pojave u atmosferi (na primjer, sjaj i najčešća meteorološka pojava - munja) su električne prirode. Mnogo su rjeđe svjetiljke svetog Elma - svjetleće blijedoplave ili ljubičaste četke dužine od 30 cm do 1 m ili više, obično na vrhovima jarbola ili na krajevima brodova na moru. Ponekad se čini da je čitava oprema broda prekrivena fosforom i svijetli. Vatra Svetog Elma se ponekad pojavljuje na planinskim vrhovima, kao i na tornjevima i oštrim uglovima visokih zgrada. Ovaj fenomen predstavlja električna pražnjenja na krajevima električnih vodiča kada se jakost električnog polja u atmosferi oko njih jako poveća. Will-o'-the-wisps su blagi plavičasti ili zelenkasti sjaj koji se ponekad uočava u močvarama, grobljima i kriptama. Često izgledaju kao plamen svijeće podignut oko 30 cm iznad tla, koji tiho gori, ne daje toplinu i na trenutak lebdi iznad objekta. Svetlost deluje potpuno neuhvatljivo i, kada se posmatrač približi, čini se da se pomera na drugo mesto. Razlog za ovu pojavu je raspadanje organskih ostataka i spontano sagorevanje močvarnog gasa metana (CH4) ili fosfina (PH3). Will-o'-the-wips imaju različite oblike, ponekad čak i sferne. Zeleni zrak - bljesak smaragdnozelene sunčeve svjetlosti u trenutku kada posljednji zrak Sunca nestane iza horizonta. Crvena komponenta sunčeve svjetlosti prva nestaje, sve ostale slijede redom, a posljednja ostaje smaragdno zelena. Ova pojava se javlja samo kada samo ivica solarnog diska ostane iznad horizonta, inače dolazi do mešanja boja. Krepuskularne zrake su divergentni snopovi sunčeve svjetlosti koji postaju vidljivi zbog njihovog osvjetljenja prašine u visokim slojevima atmosfere. Sjene oblaka formiraju tamne pruge, a zrake se šire između njih. Ovaj efekat se javlja kada je Sunce nisko na horizontu pre zore ili posle zalaska sunca.