Maa atmosfääri diagrammi struktuur. Atmosfääriõhu peamiste gaaside roll ja tähendus. Atmosfääri koostise muutumise põhjused

Atmosfäär (vanakreeka keelest ἀτμός – aur ja σφαῖρα – pall) on planeeti Maa ümbritsev gaasikest (geosfäär). Selle sisepind katab hüdrosfääri ja osaliselt maakoore, välispind piirneb aga kosmose maalähedase osaga.

Atmosfääri uurivate füüsika ja keemia harude kogumit nimetatakse tavaliselt atmosfäärifüüsikaks. Atmosfäär määrab ilmastiku Maa pinnal, meteoroloogia uurib ilma ja klimatoloogia tegeleb pikaajaliste kliimamuutustega.

Füüsikalised omadused

Atmosfääri paksus on Maa pinnast ligikaudu 120 km kaugusel. Õhu kogumass atmosfääris on (5,1-5,3) 1018 kg. Neist kuiva õhu mass on (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, veeauru kogumass keskmiselt 1,27 1016 kg.

Puhta kuiva õhu molaarmass on 28,966 g/mol ja õhu tihedus merepinnal on ligikaudu 1,2 kg/m3. Rõhk 0 °C merepinnal on 101,325 kPa; kriitiline temperatuur - −140,7 °C (~132,4 K); kriitiline rõhk - 3,7 MPa; Cp 0 °C juures – 1,0048·103 J/(kg·K), Cv – 0,7159·103 J/(kg·K) (0 °C juures). Õhu lahustuvus vees (massi järgi) temperatuuril 0 °C - 0,0036%, temperatuuril 25 °C - 0,0023%.

Maapinnal aktsepteeritakse “normaalsete tingimustena”: tihedus 1,2 kg/m3, õhurõhk 101,35 kPa, temperatuur pluss 20 °C ja suhteline õhuniiskus 50%. Need tingimuslikud näitajad on puhtalt insenertehnilise tähtsusega.

Keemiline koostis

Maa atmosfäär tekkis vulkaanipursete käigus gaaside eraldumise tagajärjel. Ookeanide ja biosfääri tulekuga tekkis see gaasivahetusel vee, taimede, loomade ja nende lagunemissaadustega pinnases ja soodes.

Praegu koosneb Maa atmosfäär peamiselt gaasidest ja erinevatest lisanditest (tolm, veepiisad, jääkristallid, meresoolad, põlemisproduktid).

Atmosfääri moodustavate gaaside kontsentratsioon on peaaegu konstantne, välja arvatud vesi (H2O) ja süsinikdioksiid (CO2).

Kuiva õhu koostis

Lämmastik
Hapnik
Argoon
Vesi
Süsinikdioksiid
Neoon
Heelium
metaan
Krüpton
Vesinik
Ksenoon
Dilämmastikoksiid

Lisaks tabelis näidatud gaasidele sisaldab atmosfäär väikestes kogustes SO2, NH3, CO, osooni, süsivesinikke, HCl, HF, Hg auru, I2, aga ka NO ja paljusid teisi gaase. Troposfäär sisaldab pidevalt suures koguses hõljuvaid tahkeid ja vedelaid osakesi (aerosool).

Atmosfääri struktuur

Troposfäär

Selle ülempiir on polaaraladel 8-10 km, parasvöötme 10-12 km ja troopilistel laiuskraadidel 16-18 km kõrgusel; talvel madalam kui suvel. Atmosfääri alumine põhikiht sisaldab üle 80% atmosfääriõhu kogumassist ja umbes 90% kogu atmosfääris olevast veeaurust. Turbulents ja konvektsioon on troposfääris kõrgelt arenenud, tekivad pilved, tekivad tsüklonid ja antitsüklonid. Temperatuur langeb kõrguse kasvades keskmise vertikaalse gradiendiga 0,65°/100 m

Tropopaus

Üleminekukiht troposfäärist stratosfääri, atmosfäärikiht, milles temperatuuri langus kõrgusega peatub.

Stratosfäär

Atmosfääri kiht, mis asub 11–50 km kõrgusel. Iseloomustab kerge temperatuurimuutus 11-25 km kihis (stratosfääri alumine kiht) ja temperatuuri tõus 25-40 km kihis –56,5 kuni 0,8 ° C (stratosfääri ülemine kiht või inversioonipiirkond) . Olles saavutanud umbes 40 km kõrgusel väärtuse umbes 273 K (peaaegu 0 °C), püsib temperatuur konstantsena kuni umbes 55 km kõrguseni. Seda püsiva temperatuuriga piirkonda nimetatakse stratopausiks ja see on stratosfääri ja mesosfääri vaheline piir.

Stratopaus

Atmosfääri piirkiht stratosfääri ja mesosfääri vahel. Vertikaalses temperatuurijaotuses on maksimum (umbes 0 °C).

Mesosfäär

Mesosfäär algab 50 km kõrguselt ja ulatub 80-90 km kõrgusele. Temperatuur langeb kõrgusega keskmise vertikaalse gradiendiga (0,25-0,3)°/100 m. Peamine energiaprotsess on kiirgussoojusülekanne. Komplekssed fotokeemilised protsessid, milles osalevad vabad radikaalid, vibratsiooniga ergastatud molekulid jne, põhjustavad atmosfääri luminestsentsi.

Mesopaus

Üleminekukiht mesosfääri ja termosfääri vahel. Vertikaalses temperatuurijaotuses on miinimum (umbes -90 °C).

Karmani liin

Kõrgus merepinnast, mida tinglikult aktsepteeritakse Maa atmosfääri ja kosmose vahelise piirina. FAI definitsiooni järgi asub Karmani liin 100 km kõrgusel merepinnast.

Maa atmosfääri piir

Termosfäär

Ülemine piir on umbes 800 km. Temperatuur tõuseb 200-300 km kõrgusele, kus see saavutab väärtusi suurusjärgus 1500 K, misjärel püsib see suurtel kõrgustel peaaegu muutumatuna. Päikese ultraviolett- ja röntgenkiirguse ning kosmilise kiirguse mõjul toimub õhu ionisatsioon (“aurorad”) - ionosfääri peamised piirkonnad asuvad termosfääri sees. Kõrgusel üle 300 km on ülekaalus aatomihapnik. Termosfääri ülempiiri määrab suuresti Päikese praegune aktiivsus. Madala aktiivsusega perioodidel - näiteks aastatel 2008-2009 - on selle kihi suurus märgatavalt vähenenud.

Termopaus

Termosfääriga külgnev atmosfääri piirkond. Selles piirkonnas on päikesekiirguse neeldumine tühine ja temperatuur tegelikult kõrgusega ei muutu.

Eksosfäär (hajuv sfäär)

Eksosfäär on dispersioonitsoon, termosfääri välimine osa, mis asub 700 km kõrgusel. Gaas eksosfääris on väga haruldane ja siit lekivad selle osakesed planeetidevahelisse ruumi (hajumine).

Kuni 100 km kõrguseni on atmosfäär homogeenne, hästi segunenud gaaside segu. Kõrgemates kihtides sõltub gaaside jaotus kõrguse järgi nende molekulmassist, raskemate gaaside kontsentratsioon väheneb Maa pinnast kaugenedes kiiremini. Gaasi tiheduse vähenemise tõttu langeb temperatuur stratosfääris 0 °C-lt mesosfääris −110 °C-ni. Üksikute osakeste kineetiline energia 200-250 km kõrgusel vastab aga temperatuurile ~150 °C. Üle 200 km täheldatakse olulisi temperatuuri ja gaasi tiheduse kõikumisi ajas ja ruumis.

Umbes 2000-3500 km kõrgusel muutub eksosfäär järk-järgult nn lähiruumi vaakumiks, mis on täidetud planeetidevahelise gaasi väga haruldaste osakestega, peamiselt vesinikuaatomitega. Kuid see gaas moodustab vaid osa planeetidevahelisest ainest. Teine osa koosneb komeedi- ja meteoorilise päritoluga tolmuosakestest. Lisaks üliharuldastele tolmuosakestele tungib sellesse ruumi ka päikese- ja galaktilist päritolu elektromagnetiline ja korpuskulaarne kiirgus.

Troposfäär moodustab umbes 80% atmosfääri massist, stratosfäär - umbes 20%; mesosfääri mass ei ületa 0,3%, termosfäär on alla 0,05% atmosfääri kogumassist. Atmosfääri elektriliste omaduste põhjal eristatakse neutronosfääri ja ionosfääri. Praegu arvatakse, et atmosfäär ulatub 2000-3000 km kõrgusele.

Sõltuvalt gaasi koostisest atmosfääris eristatakse homosfääri ja heterosfääri. Heterosfäär on piirkond, kus gravitatsioon mõjutab gaaside eraldumist, kuna nende segunemine sellisel kõrgusel on tühine. See tähendab heterosfääri muutuvat koostist. Selle all asub hästi segunenud homogeenne osa atmosfäärist, mida nimetatakse homosfääriks. Nende kihtide vahelist piiri nimetatakse turbopausiks, see asub umbes 120 km kõrgusel.

Atmosfääri muud omadused ja mõju inimorganismile

Juba 5 km kõrgusel merepinnast hakkab treenimata inimene kogema hapnikunälga ja ilma kohanemiseta väheneb inimese jõudlus oluliselt. Siin lõpeb atmosfääri füsioloogiline tsoon. Inimese hingamine muutub 9 km kõrgusel võimatuks, kuigi kuni ligikaudu 115 km kõrgusel sisaldab atmosfäär hapnikku.

Atmosfäär varustab meid hingamiseks vajaliku hapnikuga. Atmosfääri üldrõhu languse tõttu aga kõrgusele tõustes väheneb ka hapniku osarõhk vastavalt.

Inimese kopsud sisaldavad pidevalt umbes 3 liitrit alveolaarset õhku. Hapniku osarõhk alveolaarses õhus normaalsel atmosfäärirõhul on 110 mmHg. Art., Süsinikdioksiidi rõhk - 40 mm Hg. Art., ja veeaur - 47 mm Hg. Art. Kõrguse suurenedes hapniku rõhk langeb ning vee ja süsinikdioksiidi koguaururõhk kopsudes jääb peaaegu muutumatuks - umbes 87 mm Hg. Art. Kopsude hapnikuvarustus lakkab täielikult, kui ümbritseva õhu rõhk muutub selle väärtusega võrdseks.

Umbes 19-20 km kõrgusel langeb atmosfäärirõhk 47 mm Hg-ni. Art. Seetõttu hakkab sellel kõrgusel vesi ja interstitsiaalne vedelik inimkehas keema. Nendel kõrgustel väljaspool survestatud salongi saabub surm peaaegu kohe. Seega inimese füsioloogia seisukohalt algab “kosmos” juba 15-19 km kõrguselt.

Tihedad õhukihid – troposfäär ja stratosfäär – kaitsevad meid kiirguse kahjustava mõju eest. Õhu piisava vähenemise korral rohkem kui 36 km kõrgusel avaldab ioniseeriv kiirgus - esmased kosmilised kiired - kehale intensiivset mõju; Rohkem kui 40 km kõrgusel on päikesespektri ultraviolettkiirgus inimestele ohtlik.

Maapinnast üha kõrgemale tõustes nõrgenevad ja kaovad siis järk-järgult sellised tuttavad atmosfääri madalamates kihtides täheldatud nähtused nagu heli levik, aerodünaamilise tõste ja takistuse tekkimine, soojusülekanne konvektsiooni teel jne.

Haruldaste õhukihtide korral on heli levimine võimatu. Kuni 60-90 km kõrguseni on endiselt võimalik kasutada õhutakistust ja tõstejõudu kontrollitud aerodünaamilise lennu jaoks. Kuid alates 100–130 km kõrgusest kaotavad igale piloodile tuttavad M-numbri ja helibarjääri mõisted oma tähenduse: seal asub tavapärane Karmani joon, millest kaugemal algab puhtalt ballistilise lennu piirkond, mida saab ainult juhitakse reaktiivjõudude abil.

Üle 100 km kõrgusel jääb atmosfäär ilma teisest tähelepanuväärsest omadusest – võimest neelata, juhtida ja edastada soojusenergiat konvektsiooni (s.o õhu segamise) teel. See tähendab, et orbitaalkosmosejaama erinevaid seadmete elemente ei saa väljast jahutada nii, nagu seda tavaliselt lennukis tehakse – õhujugade ja õhuradiaatorite abil. Sellel kõrgusel, nagu kosmoses üldiselt, on ainus viis soojuse ülekandmiseks soojuskiirgus.

Atmosfääri kujunemise ajalugu

Levinuima teooria kohaselt on Maa atmosfäär olnud läbi aegade kolme erineva koostisega. Algselt koosnes see planeetidevahelisest ruumist püütud kergetest gaasidest (vesinik ja heelium). See on niinimetatud esmane atmosfäär (umbes neli miljardit aastat tagasi). Järgmises etapis viis aktiivne vulkaaniline tegevus atmosfääri küllastumiseni muude gaasidega kui vesinik (süsinikdioksiid, ammoniaak, veeaur). Nii tekkis sekundaarne atmosfäär (umbes kolm miljardit aastat enne tänapäeva). See õhkkond oli taastav. Lisaks määrasid atmosfääri moodustumise protsessi järgmised tegurid:

• kergete gaaside (vesinik ja heelium) lekkimine planeetidevahelisse ruumi;
• keemilised reaktsioonid, mis toimuvad atmosfääris ultraviolettkiirguse, äikeselahenduse ja mõnede muude tegurite mõjul.

Järk-järgult viisid need tegurid tertsiaarse atmosfääri moodustumiseni, mida iseloomustab palju vähem vesinikku ning palju rohkem lämmastikku ja süsinikdioksiidi (mis tekkis ammoniaagi ja süsivesinike keemiliste reaktsioonide tulemusena).

Lämmastik

Suure koguse lämmastiku N2 tekkimine on tingitud ammoniaak-vesiniku atmosfääri oksüdeerumisest molekulaarse hapniku O2 toimel, mis hakkas planeedi pinnalt tulema fotosünteesi tulemusena, alates 3 miljardist aastast. Lämmastik N2 satub atmosfääri ka nitraatide ja teiste lämmastikku sisaldavate ühendite denitrifikatsiooni tulemusena. Ülemistes atmosfäärikihtides oksüdeeritakse lämmastik osooni toimel NO-ks.

Lämmastik N2 reageerib ainult teatud tingimustel (näiteks äikeselahenduse ajal). Molekulaarse lämmastiku oksüdeerumist osooni toimel elektrilahenduste käigus kasutatakse lämmastikväetiste tööstuslikus tootmises väikestes kogustes. Tsüanobakterid (sinivetikad) ja mügarbakterid, mis moodustavad liblikõieliste taimedega risobiaalset sümbioosi ehk nn, suudavad seda vähese energiakuluga oksüdeerida ja bioloogiliselt aktiivseks vormiks muuta. haljasväetis.

Hapnik

Atmosfääri koostis hakkas radikaalselt muutuma koos elusorganismide ilmumisega Maale fotosünteesi tulemusena, millega kaasnes hapniku vabanemine ja süsihappegaasi neeldumine. Algselt kulutati hapnikku redutseeritud ühendite – ammoniaagi, süsivesinike, ookeanides sisalduva raua raudvormi jne – oksüdeerimiseks. Selle etapi lõpus hakkas hapnikusisaldus atmosfääris tõusma. Järk-järgult tekkis moodne oksüdeerivate omadustega atmosfäär. Kuna see põhjustas tõsiseid ja järske muutusi paljudes atmosfääris, litosfääris ja biosfääris toimuvates protsessides, nimetati seda sündmust hapnikukatastroofiks.

Fanerosoikumi ajal muutusid atmosfääri koostis ja hapnikusisaldus. Need korreleerusid peamiselt orgaaniliste setete sadestumise kiirusega. Seega ületas söe akumulatsiooni perioodidel atmosfääri hapnikusisaldus ilmselt oluliselt tänapäevast.

Süsinikdioksiid

CO2 sisaldus atmosfääris sõltub vulkaanilisest tegevusest ja keemilistest protsessidest maakera kestades, kuid kõige enam - biosünteesi ja orgaanilise aine lagunemise intensiivsusest Maa biosfääris. Peaaegu kogu planeedi praegune biomass (umbes 2,4 1012 tonni) moodustub atmosfääriõhus sisalduva süsinikdioksiidi, lämmastiku ja veeauru toimel. Ookeani, soodesse ja metsadesse maetud orgaanika muutub kivisöeks, naftaks ja maagaasiks.

Väärisgaasid

Väärisgaaside – argooni, heeliumi ja krüptoni – allikaks on vulkaanipursked ja radioaktiivsete elementide lagunemine. Maa ja eriti atmosfäär on kosmosega võrreldes inertgaasidest tühjaks jäänud. Arvatakse, et selle põhjuseks on gaaside pidev lekkimine planeetidevahelisse ruumi.

Õhusaaste

Viimasel ajal on inimesed hakanud mõjutama atmosfääri arengut. Tema tegevuse tulemuseks oli eelmistel geoloogilistel ajastutel kogunenud süsivesinikkütuste põlemise tõttu atmosfääri süsihappegaasi sisalduse pidev tõus. Fotosünteesi käigus kulub tohutul hulgal CO2-d ja neeldub maailma ookeanidesse. See gaas satub atmosfääri karbonaatkivimite ning taimset ja loomset päritolu orgaaniliste ainete lagunemise, samuti vulkanismi ja inimeste tööstustegevuse tõttu. Viimase 100 aasta jooksul on CO2 sisaldus atmosfääris kasvanud 10%, millest suurem osa (360 miljardit tonni) tuleb kütuse põletamisel. Kui kütuse põlemise kasvutempo jätkub, siis järgmise 200-300 aasta jooksul CO2 hulk atmosfääris kahekordistub ja võib kaasa tuua globaalse kliimamuutuse.

Kütuse põletamine on peamine saastavate gaaside (CO, NO, SO2) allikas. Vääveldioksiid oksüdeeritakse õhuhapniku toimel atmosfääri ülemistes kihtides SO3-ks ja lämmastikoksiid NO2-ks, mis omakorda interakteeruvad veeauruga ning tekkiv väävelhape H2SO4 ja lämmastikhape HNO3 langevad Maa pinnale. kujul nn. happevihm. Sisepõlemismootorite kasutamine põhjustab märkimisväärset atmosfääri saastumist lämmastikoksiidide, süsivesinike ja pliiühenditega (tetraetüülplii) Pb(CH3CH2)4.

Atmosfääri aerosoolsaaste on põhjustatud nii looduslikest põhjustest (vulkaanipursked, tolmutormid, merevee ja taimede õietolmu tilkade kaasahaaramine jne) kui ka inimtegevusest (maakide ja ehitusmaterjalide kaevandamine, kütuse põletamine, tsemendi valmistamine jne). ). Tahkete osakeste intensiivne ulatuslik eraldumine atmosfääri on üks võimalikest kliimamuutuste põhjustest planeedil.

(Külastatud 548 korda, täna 1 külastust)

Atmosfäär(kreeka keelest atmos - aur ja spharia - pall) - Maa õhukest, mis pöörleb koos sellega. Atmosfääri areng oli tihedalt seotud meie planeedil toimuvate geoloogiliste ja geokeemiliste protsessidega, aga ka elusorganismide tegevusega.

Atmosfääri alumine piir langeb kokku Maa pinnaga, kuna õhk tungib pinnase väikseimatesse pooridesse ja lahustub isegi vees.

Ülemine piir 2000–3000 km kõrgusel läheb järk-järgult avakosmosesse.

Tänu hapnikku sisaldavale atmosfäärile on elu Maal võimalik. Atmosfääri hapnikku kasutatakse inimeste, loomade ja taimede hingamisprotsessis.

Kui atmosfääri poleks, oleks Maa sama vaikne kui Kuu. Heli on ju õhuosakeste vibratsioon. Taeva sinine värv on seletatav asjaoluga, et atmosfääri läbivad päikesekiired, nagu läbi läätse, lagunevad nende komponentvärvideks. Sel juhul on sinise ja sinise värvi kiired kõige rohkem hajutatud.

Atmosfäär püüab kinni suurema osa päikese ultraviolettkiirgusest, millel on kahjulik mõju elusorganismidele. Samuti hoiab see soojust Maa pinna lähedal, takistades meie planeedi jahtumist.

Atmosfääri struktuur

Atmosfääris võib eristada mitut kihti, mis erinevad tiheduse poolest (joon. 1).

Troposfäär

Troposfäär- atmosfääri madalaim kiht, mille paksus pooluste kohal on 8-10 km, parasvöötme laiuskraadidel - 10-12 km ja ekvaatori kohal - 16-18 km.

Riis. 1. Maa atmosfääri ehitus

Troposfääri õhku soojendab maapind, see tähendab maa ja vesi. Seetõttu langeb õhutemperatuur selles kihis kõrgusega keskmiselt 0,6 °C iga 100 m kohta.Troposfääri ülemisel piiril jõuab see -55 °C-ni. Samal ajal on troposfääri ülemise piiri ekvaatori piirkonnas õhutemperatuur -70 °C ja põhjapooluse piirkonnas -65 °C.

Umbes 80% atmosfääri massist on koondunud troposfääri, paikneb peaaegu kogu veeaur, esineb äikest, torme, pilvi ja sademeid ning toimub õhu vertikaalne (konvektsioon) ja horisontaalne (tuul) liikumine.

Võib öelda, et ilm kujuneb peamiselt troposfääris.

Stratosfäär

Stratosfäär- atmosfäärikiht, mis asub troposfääri kohal 8–50 km kõrgusel. Taeva värvus selles kihis tundub lilla, mis on seletatav õhu hõredusega, mille tõttu päikesekiired peaaegu ei haju.

Stratosfäär sisaldab 20% atmosfääri massist. Selle kihi õhk on haruldane, veeauru praktiliselt pole ja seetõttu ei teki peaaegu üldse pilvi ja sademeid. Küll aga täheldatakse stratosfääris stabiilseid õhuvoolusid, mille kiirus ulatub 300 km/h.

See kiht on kontsentreeritud osoon(osooniekraan, osonosfäär), kiht, mis neelab ultraviolettkiiri, takistades nende jõudmist Maale ja kaitstes seeläbi meie planeedi elusorganisme. Tänu osoonile jääb õhutemperatuur stratosfääri ülemisel piiril -50 kuni 4-55 °C.

Mesosfääri ja stratosfääri vahel on üleminekutsoon - stratopaus.

Mesosfäär

Mesosfäär- 50-80 km kõrgusel asuv atmosfäärikiht. Õhutihedus on siin 200 korda väiksem kui Maa pinnal. Taeva värvus mesosfääris tundub must ja tähti on näha päeva jooksul. Õhutemperatuur langeb -75 (-90)°C-ni.

80 km kõrgusel algab termosfäär. Selle kihi õhutemperatuur tõuseb järsult 250 m kõrgusele ja muutub seejärel konstantseks: 150 km kõrgusel jõuab see 220–240 ° C-ni; 500-600 km kõrgusel ületab 1500 °C.

Mesosfääris ja termosfääris lagunevad gaasimolekulid kosmiliste kiirte mõjul aatomite laetud (ioniseeritud) osakesteks, mistõttu seda atmosfääriosa nimetatakse nn. ionosfäär- 50–1000 km kõrgusel asuv väga haruldane õhukiht, mis koosneb peamiselt ioniseeritud hapnikuaatomitest, lämmastikoksiidi molekulidest ja vabadest elektronidest. Seda kihti iseloomustab kõrge elektrifitseerimine ning sellelt peegelduvad pikad ja keskmised raadiolained nagu peeglist.

Ionosfääris tekivad aurorad - haruldaste gaaside kuma Päikeselt lendavate elektriliselt laetud osakeste mõjul - ja täheldatakse magnetvälja järske kõikumisi.

Eksosfäär

Eksosfäär- atmosfääri välimine kiht, mis asub üle 1000 km. Seda kihti nimetatakse ka hajumissfääriks, kuna gaasiosakesed liiguvad siin suurel kiirusel ja võivad kosmosesse hajuda.

Atmosfääri koostis

Atmosfäär on gaaside segu, mis koosneb lämmastikust (78,08%), hapnikust (20,95%), süsinikdioksiidist (0,03%), argoonist (0,93%), vähesel määral heeliumist, neoonist, ksenoonist, krüptoonist (0,01%), osooni ja muid gaase, kuid nende sisaldus on tühine (tabel 1). Maa õhu kaasaegne koostis pandi paika enam kui sada miljonit aastat tagasi, kuid järsult suurenenud inimtootmisaktiivsus viis sellegipoolest selle muutumiseni. Praegu on CO 2 sisaldus suurenenud ligikaudu 10-12%.

Atmosfääri moodustavad gaasid täidavad erinevaid funktsionaalseid rolle. Nende gaaside põhilise tähtsuse määrab aga eelkõige see, et nad neelavad väga tugevalt kiirgusenergiat ning avaldavad seeläbi olulist mõju Maa pinna ja atmosfääri temperatuurirežiimile.

Tabel 1. Maapinna lähedal asuva kuiva atmosfääriõhu keemiline koostis

	Mahukontsentratsioon. %	Molekulmass, ühikud
Hapnik
Süsinikdioksiid
Dilämmastikoksiid
	0 kuni 0,00001
Vääveldioksiid	suvel 0 kuni 0,000007; talvel 0 kuni 0,000002
	0 kuni 0,000002	46,0055/17,03061
Asogdioksiid
Vingugaas

lämmastik, Kõige levinum gaas atmosfääris on keemiliselt passiivne.

Hapnik, erinevalt lämmastikust, on keemiliselt väga aktiivne element. Hapniku spetsiifiline funktsioon on heterotroofsete organismide, kivimite ja vulkaanide poolt atmosfääri paisatavate alaoksüdeeritud gaaside orgaanilise aine oksüdeerimine. Ilma hapnikuta ei toimuks surnud orgaanilise aine lagunemist.

Süsinikdioksiidi roll atmosfääris on äärmiselt suur. See satub atmosfääri põlemisprotsesside, elusorganismide hingamise ja lagunemise tulemusena ning on ennekõike peamine ehitusmaterjal orgaanilise aine tekkeks fotosünteesi käigus. Lisaks on suur tähtsus süsihappegaasi võimel edastada lühilainelist päikesekiirgust ja neelata osa termilisest pikalainelisest kiirgusest, mis tekitab nn kasvuhooneefekti, millest tuleb juttu allpool.

Samuti mõjutavad atmosfääri protsessid, eriti stratosfääri soojusrežiim osoon. See gaas toimib päikese ultraviolettkiirguse loomuliku neelajana ja päikesekiirguse neeldumine põhjustab õhu kuumenemist. Atmosfääri koguosoonisisalduse igakuised keskmised väärtused varieeruvad olenevalt laiuskraadist ja aastaajast vahemikus 0,23-0,52 cm (see on osoonikihi paksus maapinna rõhul ja temperatuuril). Osoonisisaldus suureneb ekvaatorilt poolustele ja aastane tsükkel, mille miinimum on sügisel ja maksimum on kevadel.

Atmosfääri iseloomulikuks omaduseks on see, et peamiste gaaside (lämmastik, hapnik, argoon) sisaldus muutub veidi kõrgusega: 65 km kõrgusel on atmosfääris lämmastikusisaldus 86%, hapniku - 19, argooni - 0,91 , 95 km kõrgusel - lämmastik 77, hapnik - 21,3, argoon - 0,82%. Atmosfääriõhu koostise püsivus vertikaalselt ja horisontaalselt säilib selle segunemisega.

Lisaks gaasidele sisaldab õhk veeaur Ja tahked osakesed. Viimased võivad olla nii loodusliku kui ka kunstliku (antropogeense) päritoluga. Need on õietolm, pisikesed soolakristallid, teetolm ja aerosoollisandid. Kui päikesekiired aknast läbi tungivad, on neid palja silmaga näha.

Eriti palju on tahkete osakeste osakesi linnade ja suurte tööstuskeskuste õhus, kus aerosoolidele lisatakse kütuse põlemisel tekkivaid kahjulikke gaase ja nende lisandeid.

Aerosoolide kontsentratsioon atmosfääris määrab õhu läbipaistvuse, mis mõjutab Maa pinnale jõudvat päikesekiirgust. Suurimad aerosoolid on kondensatsioonituumad (alates lat. kondensatsioon- tihendamine, paksenemine) - aitavad kaasa veeauru muutumisele veepiiskadeks.

Veeauru tähtsuse määrab eelkõige see, et see aeglustab pikalainelist soojuskiirgust maapinnalt; kujutab endast suurte ja väikeste niiskustsüklite peamist lüli; suurendab õhutemperatuuri veekihtide kondenseerumisel.

Veeauru hulk atmosfääris on ajas ja ruumis erinev. Seega on veeauru kontsentratsioon maapinnal vahemikus 3% troopikas kuni 2-10 (15)% Antarktikas.

Keskmine veeauru sisaldus atmosfääri vertikaalsambas parasvöötme laiuskraadidel on umbes 1,6-1,7 cm (see on kondenseerunud veeauru kihi paksus). Teave veeauru kohta atmosfääri erinevates kihtides on vastuoluline. Eeldati näiteks, et kõrgusvahemikus 20–30 km suureneb eriniiskus kõrgusega tugevalt. Hilisemad mõõtmised näitavad aga stratosfääri suuremat kuivust. Ilmselt sõltub stratosfääri eriniiskus kõrgusest vähe ja on 2-4 mg/kg.

Veeaurusisalduse varieeruvus troposfääris on määratud aurustumise, kondenseerumise ja horisontaalse transpordi protsesside koosmõjuga. Veeauru kondenseerumise tagajärjel tekivad pilved ning sademeid sajab vihma, rahe ja lumena.

Vee faasisiirde protsessid toimuvad valdavalt troposfääris, mistõttu stratosfääris (kõrgustel 20-30 km) ja mesosfääris (mesopausi lähedal) on suhteliselt harva vaadeldavad pilved, mida nimetatakse pärlmutter- ja hõbedaseks, samas kui troposfääri pilvi. sageli katavad umbes 50% kogu Maa pinnast.pindadest.

Õhus sisalduva veeauru hulk sõltub õhutemperatuurist.

1 m 3 õhku temperatuuril -20 ° C ei tohi sisaldada rohkem kui 1 g vett; temperatuuril 0 ° C - mitte rohkem kui 5 g; temperatuuril +10 ° C - mitte rohkem kui 9 g; temperatuuril +30 ° C - mitte rohkem kui 30 g vett.

Järeldus: Mida kõrgem on õhutemperatuur, seda rohkem veeauru see võib sisaldada.

Õhk võib olla rikas Ja ei ole küllastunud veeaur. Seega, kui temperatuuril +30 °C sisaldab 1 m 3 õhku 15 g veeauru, ei ole õhk veeauruga küllastunud; kui 30 g - küllastunud.

Absoluutne niiskus on veeauru kogus, mis sisaldub 1 m3 õhus. Seda väljendatakse grammides. Näiteks kui öeldakse "absoluutne õhuniiskus on 15", tähendab see, et 1 ml sisaldab 15 g veeauru.

Suhteline niiskus- see on 1 m 3 õhu tegeliku veeauru sisalduse suhe (protsentides) veeauru kogusesse, mida antud temperatuuril võib sisaldada 1 m L. Näiteks kui raadio edastab ilmateate, mille kohaselt suhteline õhuniiskus on 70%, tähendab see, et õhk sisaldab 70% veeaurust, mida sellel temperatuuril suudab hoida.

Mida suurem on suhteline õhuniiskus, s.t. Mida lähemal on õhk küllastusseisundile, seda tõenäolisem on sademed.

Ekvatoriaalvööndis on alati kõrge (kuni 90%) suhteline õhuniiskus, kuna seal püsib aastaringselt kõrge õhutemperatuur ja ookeanide pinnalt toimub suur aurumine. Suhteline õhuniiskus on samuti kõrge polaaraladel, kuid seetõttu, et madalatel temperatuuridel muudab õhu küllastunud või küllastunud lähedaseks isegi väike kogus veeauru. Parasvöötme laiuskraadidel on suhteline õhuniiskus aastaaegade lõikes erinev – talvel on see kõrgem, suvel madalam.

Kõrbete suhteline õhuniiskus on eriti madal: 1 m 1 õhus on seal kaks kuni kolm korda vähem veeauru kui antud temperatuuril on võimalik.

Suhtelise õhuniiskuse mõõtmiseks kasutatakse hügromeetrit (kreeka keelest hygros - märg ja metreco - ma mõõdan).

Küllastunud õhk ei suuda jahutamisel säilitada sama palju veeauru, see pakseneb (kondenseerub), muutudes udupiiskadeks. Selgel jahedal ööl võib suvel täheldada udu.

Pilved- see on sama udu, kuid see ei moodustu mitte maapinnal, vaid teatud kõrgusel. Kui õhk tõuseb, see jahtub ja selles olev veeaur kondenseerub. Saadud pisikesed veepiisad moodustavad pilved.

Pilvede moodustumine hõlmab ka tahked osakesed hõljuvad troposfääris.

Pilved võivad olla erineva kujuga, mis sõltuvad nende tekketingimustest (tabel 14).

Madalaimad ja raskeimad pilved on kihtsajupilved. Need asuvad maapinnast 2 km kõrgusel. 2–8 km kõrgusel on näha maalilisemaid rünkpilvi. Kõige kõrgemad ja heledamad on rünkpilved. Need asuvad maapinnast 8–18 km kõrgusel.

Pered	Pilvede tüübid	Välimus
A. Ülemised pilved - üle 6 km	I. Cirrus	Niiditaoline, kiuline, valge
	II. Tsirrocumulus	Väikeste helveste ja lokkide kihid ja servad, valged
	III. Cirrostratus	Läbipaistev valkjas loor
B. Keskmise taseme pilved - üle 2 km	IV. Altocumulus	Valge ja halli värvi kihid ja servad
	V. Altostratifitseeritud	Piimjashalli värvi sile loor
B. Madalad pilved - kuni 2 km	VI. Nimbostratus	Tahke vormitu hall kiht
	VII. Stratocumulus	Halli värvi mitteläbipaistvad kihid ja servad
	VIII. Kihiline	Läbipaistmatu hall loor
D. Vertikaalse arengu pilved – alumisest kuni ülemise astmeni	IX. Cumulus	Klubid ja kuplid on säravvalged, tuule käes rebenenud servadega
	X. Cumulonimbus	Tumeda pliivärvi võimsad kummulikujulised massid

Atmosfääri kaitse

Peamised allikad on tööstusettevõtted ja autod. Suurtes linnades on gaasireostuse probleem peamistel transporditeedel väga terav. Seetõttu on paljudes suurtes linnades üle maailma, sealhulgas meie riigis, kasutusele võetud sõidukite heitgaaside mürgisuse keskkonnakontroll. Asjatundjate sõnul võivad õhus leiduv suits ja tolm vähendada päikeseenergiaga varustamist maapinnale poole võrra, mis toob kaasa looduslike tingimuste muutumise.

Oluline keskkonnaelement kõigi Maa bioloogiliste eluvormide jaoks. Õhk on keskkond, millega inimene kokku puutub esimestest eluminutitest peale.

Inimese suhtes täidab õhk palju erinevaid funktsioone: sisaldab tema eluks vajalikku hapnikku; lahustab endas kõik ainevahetuse ja inimtegevuse gaasilised saadused, sealhulgas sfääris tootmine; mõjutab keha termoregulatsiooni protsesse väliskeskkonnaga.

Selge pilvitu ilm annab inimesele suure hulga ja hea kvaliteediga päikesekiirgust, mis määrab sageli tema käitumise nendel päevadel. Päikeseenergia aitas kaasa elu tekkele Maal, kuid samal ajal võib see olla hävitav ka taimestikule ja loomastikule. Pikaajalisel kokkupuutel ultraviolettkiirgus tapab kõik elusolendid. Päike võib kuivatada jõgesid, järvi ja muid veekogusid, muutes kunagised viljakad maad kõrbeks. Kuid Maa atmosfääris tekkiv pidev pilvisus, tugevad vihmasajud, lumi ja tuul mõjutavad elusloodust negatiivselt.

Õhukeskkonna koostise ja omaduste muutused mõjutavad sageli inimeste tervist. Meenutagem erinevaid atmosfääri saastavaid keemilisi aineid ja suurt hulka mikroorganisme, millest paljud põhjustavad inimkehasse sattudes nakkushaigusi (gripp, difteeria, sarlakid, leetrid jm), mis kanduvad inimeselt inimesele edasi. õhku.

Kliimamuutused ja atmosfääri läbipaistvus . Maa atmosfäär on kliima kujunemisel oluline tegur (kliima all mõistetakse, nagu teate, tavaliselt konkreetsele piirkonnale omast pikaajalist ilmastikurežiimi vastavalt selle geograafilistele tingimustele).

Inimese majandustegevus mõjutab kliima erinevaid komponente, mis omakorda mõjutavad suuremal või vähemal määral inimese ja keskkonna seisundit.

Seega aitab põldude kaitsev metsastamine vähendada tuule kiirust, vähendada aurustumist ja säilitada lund ning see tõstab atmosfääri alumiste kihtide niiskust ja mulda. Soode kuivendamisel väheneb õhuniiskus ja tõuseb keskkonna temperatuur. Veehoidlad, vastupidi, suurendavad nende arvu vesi pinnases ja troposfääris veeaurus, mis akumuleerivad soojust ja vähendavad aasta- ja päevatemperatuuri amplituudi. Kunstlikul niisutamisel on sama efekt.

Viimastel aastakümnetel on tõsist muret tekitanud nn kasvuhooneefekti põhjustatud kliima soojenemise probleem.
Kasvuhooneefekti põhjustab atmosfääri läbipaistvuse suurenemine suurema osa päikeseenergia jaoks ja Maa pinna soojuskiirguse infrapunaosa neeldumise suurenemine. Soojuskiirgust neelavad mitte ainult süsihappegaas (süsinikdioksiid), vaid ka veeaur, metaan, osoon, oksiidid ja klorofluorosüsivesinikud. Seetõttu nimetatakse kõiki neid gaase kasvuhoonegaasideks.

Planeedi kunstlikku kuumutamist ei seostata mitte ainult kasvuhooneefektiga, vaid ka energiaga, mida inimesed oma tegevusvaldkondades tarbivad. Tema majandustegevuse tulemusena vabanev soojus moodustab 0,02% energiast, mida Maa saab Päikeselt. Kuid teadlaste sõnul on see juba põhjustanud ümbritseva õhu temperatuuri tõusu keskmiselt 0,1 °C võrra. Kui energiatarbimise kasv jätkub samas tempos nagu praegu, võib 60 aasta pärast temperatuur atmosfääri pinnakihis märgatavalt tõusta.

Teine oluline tegur, mis mõjutab atmosfääri termilise tasakaalu muutumise protsessi, on selle saastumine peentolmuga, mis jääb ülemistesse kihtidesse, moodustades tolmupilvi. Need pilved tekivad 10-20 km kõrgusel ja peegeldavad päikesevalgust, mis viib temperatuuri languseni troposfääri alumises osas. Praegu on Atlandi ookeani põhjaosa kohal võimsad peenosakeste pilved, mida kiirgavad Euroopa tööstusriigid.

Tegelike meetmetena kliimamuutustega võitlemisel on vaja käsitleda eelkõige kütusekasutuse efektiivsuse tõstmist, päikese- ja muude kütusevabade energiaallikate arendamist ja kasutuselevõttu, metsade, eriti troopiliste metsade raadamise peatamist ning meetmete korraldamist ja toetamist, et tõsta kliimamuutust. laiendada metsastumist.

Osooniekraani hävitamine. Ultraviolettkiirgusel on elu jaoks Maal suur tähtsus. Kui atmosfäär ei nõrgestaks päikeseenergia ultraviolettkiirgust, oleks see hävitav kõigile elusolenditele.

Õhu keemiline koostis tööstuskeskustest kaugemates kohtades on enam-vähem konstantne. See on mehaaniline gaaside segu: 78,09% lämmastikku, 20,95% hapnikku, 0,03% süsinikdioksiidi. Ülejäänud gaasid moodustavad väga väikese koguse, mitte rohkem kui 1%, need on vesinik, heelium, argoon, neoon.

Osoonist tuleb eraldi rääkida. Sõna "osoon" pärineb kreekakeelsest sõnast osoon - "lõhn". See on sinine gaas, tugev oksüdeeriv aine ja suurtes kontsentratsioonides laguneb plahvatuslikult. Seda kasutatakse vee ja õhu desinfitseerimiseks.

Atmosfääri osoonikiht kaitseb kogu elu Maal Päikese ultraviolettkiirguse mõjude eest.

Inimese majandustegevus on toonud kaasa tegurite esilekerkimise, mis hävitavad Maa osoonikihti. Sellest leiti lämmastikoksiide, mille allikateks on reaktiivlennukid, kosmoseraketid ja põllumajanduses kasutatavad lämmastikväetised.

Suureks ohuks osoonikihile (ekraanile) on kloori sisaldavate ainete sattumine atmosfääri. Nende hulka kuuluvad peamiselt klorofluorosüsivesinikud, nn freoonid. Neid kasutatakse külmikutes, kliimaseadmetes, soojuspumpades külmutusagensina; poorsete plastide tootmisel; arvutikiipide puhastamiseks; kandjatena aerosoolpurkides ja steriliseerivates lahustes meditsiinis.

Miks on freoonid keskkonnale ohtlikud? Fakt on see, et mõned neist hävitavad Maa osoonikihti ja põhjustavad nn osooniaukude teket atmosfääris. Kui nende arv ja suurus suureneb, põhjustab see paratamatult paljude elusorganismide surma.

Sõnad "osooniauk" kõlavad tänapäeval nagu planeedi häiresignaal. Hüpotees klorofluorosüsivesinike seotusest osoonikilbi hävimisprotsessiga tekkis 1970. aastal. USA-s ja mõnes teises riigis keelati nende tootmine ja kasutamine, teistes riikides aga jätkati freooni sisaldavate toodete tootmist. 1985. aasta sügisel avastasid satelliidivaatlused lõunapooluse kohal "osooniaugu", mille pindala oli ligikaudu võrdne Ameerika Ühendriikide territooriumiga.

1989. aastal avastasid teadlased Arktika kohal "osooniaugu". Sellega seoses võeti vastu rahvusvaheline Maa osoonikihi kaitse konventsioon.

Happeline sade. Kõiki sademeid (vihm, udu, lumi), mille happesus on normist kõrgem, nimetatakse happeliseks. Praegu arvatakse, et 2/3 happesademetest põhjustab vääveldioksiidi ja 1/3 lämmastikoksiidide emissioon. Vääveldioksiid pärineb peamiselt (ligikaudu 88%) soojuselektrijaamadest ja tööstusenergia rajatistest, ülejäänud 12% tekib väävelhappe tootmisel ja sulfiidimaakide töötlemisel. Lämmastikoksiidid satuvad atmosfääri soojuselektrijaamadest ja tööstusenergia rajatistest (51%) ning sõidukite heitgaasidest (44%); muud allikad moodustavad vaid umbes 5%.

Atmosfääri sattudes interakteeruvad need gaasid niiskusega, moodustades happeid. Eriti ohtlikud on dioksü-I ja väävli heitmed, mis lahustuvad õhuniiskuse tilkades, moodustades väävelhappe lahuse.

Vääveldioksiidi transpordiulatus on tavaliselt 300-400 km. Kuid seda leidub ka sademetes, mis langevad heiteallikatest isegi 1000–1500 km kaugusele.

Happelised sademed on muutunud tõsiseks ohuks metsade olemasolule. Saksamaal on hävimisohus vähemalt 20% metsadest. Venemaal on vihmast ja lumest tingitud olulise hapestumise ala ulatunud 46 miljoni hektarini. Happelised sademed suurendavad mulla happesust ning mõjutavad ebasoodsalt järvede, jõgede ja teiste veekogude seisundit. Need põhjustavad metsade, eelkõige kuuse-kuuse ja tamme hukku ning viljaka mullakihi hävimist.

Ookeani madalate vete hapestumine on muutumas väga ohtlikuks, mis põhjustab paljude mereselgrootute paljunemise võimatust. See ähvardab katkestada toiduahelad ja häirida maailma ookeani ökoloogilist tasakaalu.

Teadlased on välja arvutanud, et happeliste sademete vähendamine 50% peataks keskkonna edasise hapestumise. Kuna enamus happelisi gaase paiskavad atmosfääri elektrijaamad, tuleb keskenduda energia säästmisele, söelt üleminekule muudele vähem väävlit sisaldavatele kütuseliikidele ning tõhusate gaasiheitmete puhastamise süsteemide väljatöötamisele ja juurutamisele.

Kahjulike ainete heitkogused. Keemiatööstuse laiaulatuslik areng, lennu- ja maanteetranspordi mahu suurenemine, soojuselektrijaamade, metallurgiaettevõtete töötlemata gaaside õhkupaiskumine, metsatulekahju hooletu käitlemine, mis põhjustab metsatulekahjusid, põhjustavad korvamatut kahju. inimkeskkond.

Gaasi- ja auruheitmed tekivad kõige sagedamini põlemisprotsessis.

Heitmete põhikomponendid on tänapäeval tahked osakesed, vääveldioksiid, süsinikoksiid, lämmastikoksiid ja süsivesinikud. Need moodustavad umbes 98% kõigist atmosfääri eralduvatest heitkogustest. Allpool on toodud statsionaarsetest allikatest atmosfääri sattunud saasteainete protsendid.

Viimastel aastatel on Venemaa suurtes linnades maanteetranspordi-, keemia-, naftarafineerimis- ja metallurgiaettevõtted muutunud tõsisteks õhusaasteallikateks. Keskkonnaolukorra parandamiseks sellistes linnades on soovitatav viia mõned ohtlikud tööstusharud väljapoole nende piire, paigaldada ettevõtetesse heitgaaside puhastusseadmed ja varustada autod tõhusate heitgaaside neutraliseerijatega. Väga oluline on laiendada keskkonnaharidust ja elanikkonna valgustamist, sest keskkonnaalase kirjaoskamatuse näiteid on palju. Anname ainult ühe.

Moskva ringtee äärde on linlased rajanud oma aiad, kus kasvatatakse erinevaid köögivilju, puuvilju ja marju. Teadaolevalt möödub sellel teel ühe tunni jooksul enam kui 2000 sõidukit. Autode heitgaasid ladestatakse 800-900 m kaugusel ühele ja teisele poole teed. Uuringud näitavad, et maapind ja taimestik sellel kaugusel sisaldavad kahjulikke aineid. tervist inimainete sisaldus ületab kõik hügieenistandardid. Kas sellist taimestikku on võimalik süüa? Muidugi mitte. Aiandustegevus neis kohtades aga ei vähene, vaid vastupidi, suureneb. Inimesed lühendavad enese teadmata oma elu ja kahjustavad oma tervist.

Hingamissüsteem on atmosfääriõhu kahjulike komponentide mõju suhtes kõige vastuvõtlikum. Märkimisväärset kahju tekitatakse ka organismi südame-veresoonkonnale ja immuunsüsteemile.

Igasugune inimtegevus, mis on seotud võimaliku õhusaastega, peab vastama ohutu töö hügieenistandarditele ja olema rangelt reguleeritud. Mis tahes heidet atmosfääri tohib teostada ainult puhastussüsteemide kaudu. Selleks on vaja kehtestada pidev hügieeniline kontroll, nn atmosfääri monitooring.

Eluohutuse põhialused. 8. klass : üldhariduse õpik. institutsioonid / S. N. Vangorodsky, M. I. Kuznetsov, V. N. Latšuk, V. V. Markov. - 5. väljaanne, muudetud. - M.: Bustard, 2005. - 254, lk. : haige.

Tunnimärkmete kogu OBZD allalaadimise, kalendri ja temaatilise planeerimise kohta, õpikuid kõigis ainetes veebis

Tunni sisu tunnimärkmed toetavad raamtunni esitluskiirendusmeetodid interaktiivseid tehnoloogiaid Harjuta ülesanded ja harjutused enesetesti töötoad, koolitused, juhtumid, ülesanded kodutöö arutelu küsimused retoorilised küsimused õpilastelt Illustratsioonid heli, videoklipid ja multimeedium fotod, pildid, graafika, tabelid, diagrammid, huumor, anekdoodid, naljad, koomiksid, tähendamissõnad, ütlused, ristsõnad, tsitaadid Lisandmoodulid kokkuvõtteid artiklid nipid uudishimulikele hällid õpikud põhi- ja lisaterminite sõnastik muu Õpikute ja tundide täiustaminevigade parandamine õpikusõpiku fragmendi uuendamine, innovatsioonielemendid tunnis, vananenud teadmiste asendamine uutega Ainult õpetajatele täiuslikud õppetunnid aasta kalenderplaan, metoodilised soovitused, aruteluprogrammid Integreeritud õppetunnid

ATMOSFÄÄR
taevakeha ümbritsev gaasiline ümbris. Selle omadused sõltuvad antud taevakeha suurusest, massist, temperatuurist, pöörlemiskiirusest ja keemilisest koostisest ning on määratud ka selle kujunemise ajalooga alates selle tekkimise hetkest. Maa atmosfäär koosneb gaaside segust, mida nimetatakse õhuks. Selle põhikomponendid on lämmastik ja hapnik vahekorras ligikaudu 4:1. Inimest mõjutab peamiselt atmosfääri alumine 15–25 km seisund, kuna just sellesse alumisse kihti koondub suurem osa õhust. Teadust, mis uurib atmosfääri, nimetatakse meteoroloogiaks, kuigi selle teaduse teemaks on ka ilm ja selle mõju inimesele. Muutub ka atmosfääri ülemiste kihtide seisund, mis asuvad 60–300 ja isegi 1000 km kõrgusel Maa pinnast. Siin arenevad tugevad tuuled, tormid ja tekivad hämmastavad elektrinähtused nagu aurorad. Paljud loetletud nähtused on seotud päikesekiirguse, kosmilise kiirguse ja Maa magnetvälja vooluga. Atmosfääri kõrged kihid on ka keemialabor, kuna seal sisenevad vaakumilähedastes tingimustes mõned atmosfääri gaasid võimsa päikeseenergia voolu mõjul keemilistesse reaktsioonidesse. Teadust, mis uurib neid omavahel seotud nähtusi ja protsesse, nimetatakse kõrgatmosfäärifüüsikaks.
MAA ATmosfääri ÜLDISED OMADUSED
Mõõtmed. Kuni raketid ja tehissatelliidid uurisid atmosfääri välimisi kihte Maa raadiusest mitu korda suuremate vahemaade tagant, usuti, et maapinnast eemaldudes muutub atmosfäär järk-järgult haruldasemaks ja läheb sujuvalt planeetidevahelisse ruumi. . Nüüdseks on kindlaks tehtud, et Päikese sügavatest kihtidest lähtuvad energiavood tungivad avakosmosesse kaugele Maa orbiidist kaugemale, kuni Päikesesüsteemi välispiirideni. See nn Päikesetuul liigub ümber Maa magnetvälja, moodustades pikliku "õõnsuse", mille sisse on koondunud Maa atmosfäär. Maa magnetväli on Päikese poole suunatud päeval märgatavalt kitsenenud ja moodustab pika keele, mis ulatub ilmselt Kuu orbiidist väljapoole, vastupidisel, öisel küljel. Maa magnetvälja piiri nimetatakse magnetopausiks. Päevasel poolel kulgeb see piir maapinnast umbes seitsme Maa raadiuse kaugusel, kuid päikese aktiivsuse suurenemise perioodidel osutub see Maa pinnale veelgi lähemale. Magnetopaus on ühtlasi ka Maa atmosfääri piiriks, mille väliskest nimetatakse ka magnetosfääriks, kuna sinna on koondunud laetud osakesed (ioonid), mille liikumise määrab Maa magnetväli. Atmosfäärigaaside kogumass on ligikaudu 4,5 * 1015 tonni, seega on atmosfääri “kaal” pindalaühiku kohta ehk atmosfäärirõhk merepinnal ligikaudu 11 tonni/m2.
Mõte eluks. Eeltoodust järeldub, et Maa on planeetidevahelisest ruumist eraldatud võimsa kaitsekihiga. Kosmost imbub võimas ultraviolett- ja röntgenkiirgus Päikeselt ning veelgi tugevam kosmiline kiirgus ning seda tüüpi kiirgus on hävitav kõigile elusolenditele. Atmosfääri välisservas on kiirguse intensiivsus surmav, kuid suure osa sellest hoiab atmosfäär Maa pinnast kaugel. Selle kiirguse neeldumine seletab paljusid atmosfääri kõrgete kihtide omadusi ja eriti seal toimuvaid elektrinähtusi. Atmosfääri madalaim, maapinnal asuv kiht on eriti oluline inimestele, kes elavad Maa tahke, vedela ja gaasilise kesta kokkupuutepunktis. "Tahke" Maa ülemist kesta nimetatakse litosfääriks. Umbes 72% Maa pinnast on kaetud ookeanivetega, mis moodustavad suurema osa hüdrosfäärist. Atmosfäär piirneb nii litosfääri kui ka hüdrosfääriga. Inimene elab õhuookeani põhjas ja veeookeani taseme lähedal või sellest kõrgemal. Nende ookeanide koosmõju on üks olulisi atmosfääri seisundit määravaid tegureid.
Ühend. Atmosfääri alumised kihid koosnevad gaaside segust (vt tabelit). Lisaks tabelis loetletutele on õhus väikeste lisanditena ka teisi gaase: osoon, metaan, ained nagu süsinikmonooksiid (CO), lämmastik- ja vääveloksiidid, ammoniaak.

ATmosfääri KOOSTIS

Atmosfääri kõrgetes kihtides muutub Päikeselt tuleva kõva kiirguse mõjul õhu koostis, mis viib hapnikumolekulide lagunemiseni aatomiteks. Aatomi hapnik on atmosfääri kõrgete kihtide põhikomponent. Lõpuks, Maa pinnast kõige kaugemal asuvates atmosfääri kihtides on põhikomponentideks kõige kergemad gaasid – vesinik ja heelium. Kuna põhiosa ainest on koondunud alumisse 30 km, ei avalda õhu koostise muutused kõrgusel üle 100 km märgatavat mõju atmosfääri üldisele koostisele.
Energiavahetus. Päike on peamine Maale tarnitav energiaallikas. Kauguses ca. 150 miljoni km kaugusel Päikesest saab Maa ligikaudu kahe miljardindiku oma kiiratavast energiast, peamiselt spektri nähtavas osas, mida inimesed nimetavad valguseks. Suurema osa sellest energiast neelavad atmosfäär ja litosfäär. Ka Maa kiirgab energiat, peamiselt pikalainelise infrapunakiirguse kujul. Nii luuakse tasakaal Päikeselt saadava energia, Maa ja atmosfääri kuumenemise ning kosmosesse paisatava soojusenergia vastupidise voolu vahel. Selle tasakaalu mehhanism on äärmiselt keeruline. Tolmu- ja gaasimolekulid hajutavad valgust, peegeldades seda osaliselt kosmosesse. Veelgi suurem osa sissetulevast kiirgusest peegeldub pilvedelt. Osa energiast neelavad otse gaasimolekulid, kuid peamiselt kivimid, taimestik ja pinnavesi. Atmosfääris leiduv veeaur ja süsinikdioksiid edastavad nähtavat kiirgust, kuid neelavad infrapunakiirgust. Soojusenergia koguneb peamiselt atmosfääri alumistesse kihtidesse. Sarnane efekt ilmneb kasvuhoones, kui klaas laseb valgust sisse ja pinnas kuumeneb. Kuna klaas on infrapunakiirgusele suhteliselt läbipaistmatu, koguneb kasvuhoonesse soojus. Veeauru ja süsihappegaasi olemasolust tingitud madalama atmosfääri kuumenemist nimetatakse sageli kasvuhooneefektiks. Pilvisus mängib olulist rolli soojuse säilitamisel atmosfääri alumistes kihtides. Kui pilved selginevad või õhk muutub läbipaistvamaks, langeb temperatuur paratamatult, kuna Maa pind kiirgab soojusenergiat vabalt ümbritsevasse ruumi. Maa pinnal olev vesi neelab päikeseenergiat ja aurustub, muutudes gaasiks – veeauruks, mis kannab tohutul hulgal energiat atmosfääri alumistesse kihtidesse. Kui veeaur kondenseerub ja tekivad pilved või udu, vabaneb see energia soojusena. Umbes pool maapinnale jõudvast päikeseenergiast kulub vee aurustamisele ja siseneb atmosfääri alumistesse kihtidesse. Seega kasvuhooneefekti ja vee aurustumise tõttu soojeneb atmosfäär altpoolt. See seletab osaliselt selle tsirkulatsiooni kõrget aktiivsust võrreldes Maailma ookeani tsirkulatsiooniga, mida soojendatakse ainult ülalt ja mis on seetõttu palju stabiilsem kui atmosfäär.
Vaata ka METEOROLOOGIA JA KLIMATOLOOGIA. Lisaks atmosfääri üldisele kuumenemisele päikesevalguse toimel kuumenevad mõned selle kihid oluliselt päikese ultraviolett- ja röntgenikiirguse tõttu. Struktuur. Vedelike ja tahkete ainetega võrreldes on gaasilistes ainetes molekulide vaheline tõmbejõud minimaalne. Molekulidevahelise kauguse suurenedes on gaasid võimelised lõpmatuseni paisuma, kui miski neid ei takista. Atmosfääri alumine piir on Maa pind. Rangelt võttes on see barjäär läbimatu, kuna gaasivahetus toimub õhu ja vee ning isegi õhu ja kivimite vahel, kuid sel juhul võib need tegurid tähelepanuta jätta. Kuna atmosfäär on sfääriline kest, pole sellel külgmisi piire, vaid ainult alumine piir ja ülemine (välimine) piir, mis on avatud planeetidevahelise ruumi küljelt. Osa neutraalseid gaase lekib läbi välispiiri, samuti siseneb ainet ümbritsevast kosmosest. Enamik laetud osakesi, välja arvatud suure energiaga kosmilised kiired, kas püütakse kinni magnetosfääri poolt või tõrjutakse selle poolt. Atmosfääri mõjutab ka gravitatsioonijõud, mis hoiab õhukest Maa pinnal. Atmosfäärigaasid surutakse kokku nende enda raskuse all. See kokkusurumine on maksimaalne atmosfääri alumisel piiril, seetõttu on õhutihedus siin suurim. Igal kõrgusel maapinnast sõltub õhu kokkusurumise aste peal oleva õhusamba massist, seetõttu väheneb kõrgusega õhu tihedus. Rõhk, mis on võrdne peal oleva õhusamba massiga pindalaühiku kohta, sõltub otseselt tihedusest ja seetõttu väheneb ka kõrgusega. Kui atmosfäär oleks "ideaalne gaas", millel on konstantne kõrgusest sõltumatu koostis, konstantne temperatuur ja sellele mõjuv konstantne raskusjõud, siis väheneks rõhk 10 korda iga 20 km kõrguse kohta. Tegelik atmosfäär erineb ideaalsest gaasist veidi kuni umbes 100 km kõrguseni ja seejärel langeb rõhk kõrgusega aeglasemalt, kui õhu koostis muutub. Väikesed muudatused kirjeldatud mudelisse toob kaasa ka gravitatsioonijõu vähenemine kaugusega Maa keskpunktist, mis on u. 3% iga 100 km kõrguse kohta. Erinevalt atmosfäärirõhust ei lange temperatuur pidevalt kõrgusega. Nagu on näidatud joonisel fig. 1, väheneb see ligikaudu 10 km kõrguseks ja hakkab seejärel uuesti kasvama. See juhtub siis, kui hapnik neeldub ultraviolettkiirgust. Nii tekib osoongaas, mille molekulid koosnevad kolmest hapnikuaatomist (O3). Samuti neelab see ultraviolettkiirgust ja nii see atmosfäärikiht, mida nimetatakse osonosfääriks, soojeneb. Kõrgemal temperatuur jälle langeb, kuna seal on palju vähem gaasimolekule ja vastavalt väheneb ka energia neeldumine. Veelgi kõrgemates kihtides tõuseb temperatuur taas Päikesest lähtuva lühima lainepikkusega ultraviolett- ja röntgenikiirguse atmosfääri neeldumise tõttu. Selle võimsa kiirguse mõjul toimub atmosfääri ioniseerumine, s.t. gaasimolekul kaotab elektroni ja omandab positiivse elektrilaengu. Sellised molekulid muutuvad positiivselt laetud ioonideks. Vabade elektronide ja ioonide olemasolu tõttu omandab see atmosfäärikiht elektrijuhi omadused. Arvatakse, et temperatuur jätkab tõusmist kõrgustesse, kus õhuke atmosfäär läheb üle planeetidevahelisse ruumi. Maapinnast mitme tuhande kilomeetri kaugusel valitseb tõenäoliselt temperatuur vahemikus 5000–10 000 ° C. Kuigi molekulide ja aatomite liikumiskiirus on väga suur ja seetõttu ka kõrge temperatuur, ei ole see haruldane gaas “kuum” tavalises mõttes. Suurel kõrgusel asuvate molekulide väikese arvu tõttu on nende kogusoojusenergia väga väike. Seega koosneb atmosfäär eraldiseisvatest kihtidest (s.o kontsentriliste kestade ehk sfääride jadast), mille eraldamine sõltub sellest, milline omadus pakub suurimat huvi. Keskmise temperatuurijaotuse põhjal on meteoroloogid välja töötanud ideaalse “keskmise atmosfääri” struktuuri diagrammi (vt joonis 1).

Troposfäär on atmosfääri alumine kiht, mis ulatub esimese termilise miinimumini (nn tropopaus). Troposfääri ülempiir sõltub geograafilisest laiuskraadist (troopikas - 18-20 km, parasvöötmes - umbes 10 km) ja aastaajast. USA riiklik ilmateenistus viis lõunapooluse lähedal läbi sondeerimise ja paljastas tropopausi kõrguse hooajalised muutused. Märtsis on tropopaus ca. 7,5 km. Märtsist augustini või septembrini toimub troposfääri pidev jahenemine ja selle piir tõuseb lühikeseks ajaks augustis või septembris umbes 11,5 km kõrgusele. Seejärel väheneb see septembrist detsembrini kiiresti ja saavutab madalaima positsiooni - 7,5 km, kus see püsib märtsini, kõikudes vaid 0,5 km piires. Just troposfääris kujuneb peamiselt ilm, mis määrab inimese eksisteerimise tingimused. Suurem osa atmosfääri veeaurust on koondunud troposfääri ja siin tekivadki peamiselt pilved, kuigi osa jääkristallidest koosnevaid pilvi leidub ka kõrgemates kihtides. Troposfääri iseloomustab turbulents ja võimsad õhuvoolud (tuuled) ja tormid. Troposfääri ülaosas on tugevad õhuvoolud rangelt määratletud suunas. Väikeste keeristega sarnased turbulentsed keerised tekivad hõõrdumise ja dünaamilise vastasmõju mõjul aeglaselt ja kiiresti liikuvate õhumasside vahel. Kuna nendel kõrgetel tasemetel pole tavaliselt pilvkatet, nimetatakse seda turbulentsi "puhta õhu turbulentsiks".
Stratosfäär. Atmosfääri ülemist kihti kirjeldatakse sageli ekslikult kui suhteliselt püsiva temperatuuriga kihti, kus tuuled puhuvad enam-vähem ühtlaselt ja kus meteoroloogilised elemendid muutuvad vähe. Stratosfääri ülemised kihid soojenevad, kui hapnik ja osoon neelavad päikese ultraviolettkiirgust. Stratosfääri ülemine piir (stratopaus) on koht, kus temperatuur veidi tõuseb, saavutades vahepealse maksimumi, mis on sageli võrreldav õhu pinnakihi temperatuuriga. Konstantsel kõrgusel lendamiseks mõeldud lennukite ja õhupallide abil tehtud vaatluste põhjal on stratosfääris tuvastatud turbulentsed häired ja tugevad eri suundades puhuvad tuuled. Nagu troposfääris, on ka siin võimsad õhukeerised, mis on eriti ohtlikud kiirlennukitele. Tugevad tuuled, mida nimetatakse jugavooludeks, puhuvad kitsastes tsoonides mööda parasvöötme laiuskraadide pooluse piire. Need tsoonid võivad aga nihkuda, kaduda ja uuesti ilmuda. Jugavoolud tungivad tavaliselt läbi tropopausi ja ilmuvad troposfääri ülaossa, kuid nende kiirus väheneb kõrguse vähenedes kiiresti. Võimalik, et osa stratosfääri sisenevast energiast (peamiselt osooni tekkeks kuluv) mõjutab protsesse troposfääris. Eriti aktiivne segunemine on seotud atmosfäärifrontidega, kus ulatuslikud stratosfääri õhuvoolud registreeriti tunduvalt allpool tropopausi ja troposfääriõhk tõmbas stratosfääri alumistesse kihtidesse. Märkimisväärset edu on saavutatud atmosfääri alumiste kihtide vertikaalse struktuuri uurimisel tänu raadiosondide 25-30 km kõrgusele lennutamise tehnoloogia täiustamisele. Stratosfääri kohal asuv mesosfäär on kest, milles kuni 80–85 km kõrguseni langeb temperatuur atmosfääri kui terviku miinimumväärtusteni. Rekordiliselt madalad temperatuurid kuni -110 °C registreeriti ilmarakettidega, mis lasti välja USA-Kanada rajatisest Fort Churchillis (Kanada). Mesosfääri ülemine piir (mesopaus) langeb ligikaudu kokku Päikese röntgen- ja lühilainelise ultraviolettkiirguse aktiivse neeldumise piirkonna alumise piiriga, millega kaasneb gaasi kuumutamine ja ioniseerimine. Polaaraladel tekivad suvise mesopausi ajal sageli pilvesüsteemid, mis hõivavad suure ala, kuid on vähese vertikaalse arenguga. Sellised öösel helendavad pilved paljastavad sageli ulatuslikke lainelaadseid õhu liikumisi mesosfääris. Nende pilvede koostist, niiskuse ja kondensatsioonituumade allikaid, dünaamikat ja seoseid meteoroloogiliste teguritega pole veel piisavalt uuritud. Termosfäär on atmosfäärikiht, milles temperatuur pidevalt tõuseb. Selle võimsus võib ulatuda 600 km-ni. Gaasi rõhk ja seega ka tihedus vähenevad pidevalt kõrgusega. Maapinna lähedal sisaldab 1 m3 õhku u. 2,5 x 1025 molekuli kõrgusel ca. 100 km, termosfääri alumistes kihtides - ligikaudu 1019, 200 km kõrgusel, ionosfääris - 5 * 10 15 ja arvutuste kohaselt ca kõrgusel. 850 km - umbes 1012 molekuli. Planeetidevahelises ruumis on molekulide kontsentratsioon 10 8-10 9 1 m3 kohta. Kõrgusel ca. 100 km kaugusel on molekulide arv väike ja nad põrkuvad üksteisega harva. Keskmist vahemaad, mille kaootiliselt liikuv molekul läbib enne teise sarnase molekuliga kokkupõrget, nimetatakse selle keskmiseks vabaks teeks. Kiht, milles see väärtus suureneb nii palju, et molekulidevaheliste või aatomitevaheliste kokkupõrgete tõenäosust saab tähelepanuta jätta, asub termosfääri ja pealiskihi (eksosfääri) vahelisel piiril ning seda nimetatakse termopausiks. Termopaus asub maapinnast ligikaudu 650 km kaugusel. Teatud temperatuuril sõltub molekuli kiirus selle massist: kergemad molekulid liiguvad kiiremini kui raskemad. Madalamates atmosfäärikihtides, kus vaba tee on väga lühike, ei ole märgata gaaside eraldumist nende molekulmassi järgi, kuid see väljendub üle 100 km. Lisaks lagunevad hapnikumolekulid Päikese ultraviolett- ja röntgenkiirguse mõjul aatomiteks, mille mass on pool molekuli massist. Seetõttu muutub Maa pinnalt eemaldudes atmosfääri koostises ja ca kõrgusel aatomihapnik üha olulisemaks. 200 km saab selle põhikomponendiks. Kõrgemal, umbes 1200 km kaugusel Maa pinnast, domineerivad kerged gaasid – heelium ja vesinik. Atmosfääri väliskest koosneb neist. See massi järgi eraldamine, mida nimetatakse difuusseks kihistamiseks, sarnaneb segude eraldamisega tsentrifuugi abil. Eksosfäär on atmosfääri välimine kiht, mis tekib temperatuurimuutuste ja neutraalse gaasi omaduste põhjal. Eksosfääris olevad molekulid ja aatomid pöörlevad gravitatsiooni mõjul ballistilistel orbiitidel ümber Maa. Mõned neist orbiitidest on paraboolsed ja meenutavad mürskude trajektoore. Molekulid võivad pöörlema ​​ümber Maa ja elliptilistel orbiitidel, nagu satelliidid. Mõned molekulid, peamiselt vesinik ja heelium, on avatud trajektooridega ja lähevad avakosmosesse (joonis 2).

PÄIKESE-MAA ÜHENDUSED JA NENDE MÕJU ATmosfäärile
Atmosfääri looded. Päikese ja Kuu külgetõmme põhjustab atmosfääris loodeid, mis on sarnased maa ja mere loodetega. Kuid atmosfääri loodetel on märkimisväärne erinevus: atmosfäär reageerib Päikese külgetõmbejõule kõige tugevamalt, Kuu külgetõmbele aga maakoor ja ookean. Seda seletatakse asjaoluga, et atmosfääri soojendab Päike ja lisaks gravitatsioonilisele tekib võimas termiline mõõn. Üldjoontes on atmosfääri ja mere loodete tekkemehhanismid sarnased, välja arvatud see, et õhu reaktsiooni ennustamiseks gravitatsiooni- ja soojusmõjudele on vaja arvestada selle kokkusurutavust ja temperatuurijaotust. Pole täiesti selge, miks poolööpäevased (12-tunnised) päikeselooded atmosfääris valitsevad igapäevaste päikese- ja poolpäevaste loodete üle, kuigi kahe viimase protsessi liikumapanevad jõud on palju võimsamad. Varem arvati, et atmosfääris tekib resonants, mis võimendab võnkumisi 12-tunnise perioodiga. Geofüüsikaliste rakettidega tehtud vaatlused näitavad aga, et sellisel resonantsil puuduvad temperatuuri põhjused. Selle probleemi lahendamisel tuleb ilmselt arvesse võtta kõiki atmosfääri hüdrodünaamilisi ja soojuslikke iseärasusi. Maapinnal ekvaatori lähedal, kus loodete kõikumiste mõju on maksimaalne, annab see atmosfäärirõhu muutuse 0,1%. Loodetuule kiirus on ca. 0,3 km/h. Atmosfääri keeruka soojusstruktuuri tõttu (eriti minimaalse temperatuuri olemasolu mesopausis) intensiivistuvad loodete õhuvoolud ja näiteks 70 km kõrgusel on nende kiirus ligikaudu 160 korda suurem kui õhuvooludel. maapinnale, millel on olulised geofüüsikalised tagajärjed. Arvatakse, et ionosfääri alumises osas (kiht E) liiguvad loodete kõikumised ioniseeritud gaasi Maa magnetväljas vertikaalselt ja seetõttu tekivad siin elektrivoolud. Need Maa pinnal pidevalt tekkivad voolude süsteemid on loodud magnetvälja häirete tõttu. Magnetvälja igapäevased kõikumised on arvutatud väärtustega üsna hästi kooskõlas, mis annab veenvaid tõendeid "atmosfääridünamo" loodete mehhanismide teooria kasuks. Ionosfääri alumises osas (E-kihis) tekkivad elektrivoolud peavad kuhugi liikuma ja seetõttu peab vooluring olema valmis. Analoogia dünamoga saab täielikuks, kui käsitleda vastutulevat liikumist mootori tööna. Eeldatakse, et elektrivoolu vastupidine tsirkulatsioon toimub ionosfääri kõrgemas kihis (F) ja see vastuvool võib seletada mõningaid selle kihi eripärasid. Lõpuks peaks loodete mõju tekitama ka horisontaalseid voogusid E-kihis ja seega ka F-kihis.
Ionosfäär. Püüdes selgitada aurorade tekkemehhanismi, püüdsid teadlased 19. sajandil. tegi ettepaneku, et atmosfääris on elektriliselt laetud osakestega tsoon. 20. sajandil katseliselt saadi veenvaid tõendeid raadiolaineid peegeldava kihi olemasolust 85–400 km kõrgusel. Nüüdseks on teada, et selle elektrilised omadused tulenevad atmosfäärigaasi ionisatsioonist. Seetõttu nimetatakse seda kihti tavaliselt ionosfääriks. Mõju raadiolainetele ilmneb peamiselt vabade elektronide olemasolu tõttu ionosfääris, kuigi raadiolainete levimise mehhanism on seotud suurte ioonide olemasoluga. Viimased pakuvad huvi ka atmosfääri keemiliste omaduste uurimisel, kuna need on aktiivsemad kui neutraalsed aatomid ja molekulid. Ionosfääris toimuvad keemilised reaktsioonid mängivad olulist rolli selle energia- ja elektrilises tasakaalus.
Normaalne ionosfäär. Geofüüsikaliste rakettide ja satelliitide abil tehtud vaatlused on andnud hulgaliselt uut teavet, mis näitab, et atmosfääri ioniseerumine toimub laia päikesekiirguse mõjul. Selle põhiosa (üle 90%) on koondunud spektri nähtavasse ossa. Ultraviolettkiirgust, millel on lühem lainepikkus ja suurem energia kui violetsetel valguskiirtel, kiirgab Päikese siseatmosfääris (kromosfääris) olev vesinik ja veelgi suurema energiaga röntgenkiirgust Päikese väliskesta gaasid. (koroon). Ionosfääri normaalne (keskmine) seisund on tingitud pidevast võimsast kiirgusest. Tavalises ionosfääris toimuvad korrapärased muutused, mis on tingitud Maa igapäevasest pöörlemisest ja keskpäevase päikesekiirte langemisnurga hooajalistest erinevustest, kuid ka ettearvamatuid ja järske muutusi ionosfääri seisundis.
Häired ionosfääris. Nagu teada, tekivad Päikesel võimsad tsükliliselt korduvad häired, mis saavutavad maksimumi iga 11 aasta järel. Rahvusvahelise geofüüsika aasta (IGY) programmi raames tehtud vaatlused langesid kogu süstemaatiliste meteoroloogiliste vaatluste perioodi jooksul kokku päikese kõrgeima aktiivsuse perioodiga, s.o. 18. sajandi algusest. Suure aktiivsusega perioodidel suureneb mõne Päikese piirkonna heledus mitu korda ning need saadavad välja võimsaid ultraviolett- ja röntgenikiirguse impulsse. Selliseid nähtusi nimetatakse päikesepõletusteks. Need kestavad mitu minutit kuni üks kuni kaks tundi. Põletuse ajal purskab päikesegaas (peamiselt prootonid ja elektronid) ning elementaarosakesed tormavad avakosmosesse. Selliste sähvatuste ajal Päikesest lähtuv elektromagnetiline ja korpuskulaarne kiirgus avaldab tugevat mõju Maa atmosfäärile. Esialgset reaktsiooni täheldatakse 8 minutit pärast põlengut, kui Maale jõuab intensiivne ultraviolett- ja röntgenkiirgus. Selle tulemusena suureneb ionisatsioon järsult; Röntgenikiirgus tungib atmosfääri ionosfääri alumise piirini; elektronide arv nendes kihtides suureneb nii palju, et raadiosignaalid neelduvad peaaegu täielikult (“kustuvad”). Kiirguse täiendav neeldumine põhjustab gaasi soojenemist, mis aitab kaasa tuulte tekkele. Ioniseeritud gaas on elektrijuht ja Maa magnetväljas liikudes tekib dünamoefekt ja tekib elektrivool. Sellised voolud võivad omakorda tekitada märgatavaid häireid magnetväljas ja avalduda magnettormidena. See esialgne faas võtab vaid lühikest aega, mis vastab päikesesähvatuse kestusele. Päikese võimsate põletuste ajal sööstab kiirendatud osakeste voog avakosmosesse. Kui see on suunatud Maa poole, algab teine ​​faas, millel on suur mõju atmosfääri seisundile. Paljud loodusnähtused, millest tuntuimad on aurorad, viitavad sellele, et Maale jõuab märkimisväärne hulk laetud osakesi (vt ka AURORAURAL). Sellegipoolest ei ole nende osakeste Päikesest eraldumise protsesse, nende trajektoore planeetidevahelises ruumis ning Maa magnetvälja ja magnetosfääriga interaktsiooni mehhanisme veel piisavalt uuritud. Probleem muutus keerulisemaks pärast seda, kui James Van Allen avastas 1958. aastal geomagnetväljas hoitavatest laetud osakestest koosnevad kestad. Need osakesed liiguvad ühelt poolkeralt teisele, pöörledes spiraalidena ümber magnetvälja joonte. Maa lähedal, väljajoonte kujust ja osakeste energiast sõltuval kõrgusel on “peegelduspunktid”, kus osakesed muudavad liikumissuunda vastupidiseks (joonis 3). Kuna magnetvälja tugevus väheneb Maast kaugenedes, on orbiidid, millel need osakesed liiguvad, mõnevõrra moonutatud: elektronid kalduvad itta ja prootonid läände. Seetõttu levitatakse neid vöödena üle maakera.

Päikese poolt atmosfääri kuumutamise mõned tagajärjed. Päikeseenergia mõjutab kogu atmosfääri. Maa magnetvälja laetud osakestest moodustuvad ja selle ümber pöörlevad vööd on juba eespool mainitud. Need vööd on maapinnale kõige lähemal subpolaarsetes piirkondades (vt joonis 3), kus täheldatakse aurorasid. Jooniselt 1 on näha, et Kanada auraalsetes piirkondades on termosfääri temperatuur oluliselt kõrgem kui USA edelaosas. On tõenäoline, et kinnipüütud osakesed vabastavad osa oma energiast atmosfääri, eriti peegelduspunktide lähedal asuvate gaasimolekulidega kokkupõrkel ja lahkuvad oma varasematest orbiitidest. Nii soojendatakse kõrgeid atmosfäärikihte auraalses tsoonis. Teine oluline avastus tehti tehissatelliitide orbiite uurides. Smithsoniani astrofüüsikalise observatooriumi astronoom Luigi Iacchia usub, et väikesed kõrvalekalded nendel orbiitidel on tingitud atmosfääri tiheduse muutumisest, mida Päike soojendab. Ta pakkus välja, et ionosfääris on rohkem kui 200 km kõrgusel maksimaalne elektrontihedus, mis ei vasta päikese keskpäevale, kuid hõõrdejõudude mõjul hilineb selle suhtes umbes kaks tundi. Sel ajal täheldatakse 600 km kõrgusele tüüpilisi atmosfääri tiheduse väärtusi tasemel umbes. 950 km. Lisaks kogeb maksimaalne elektrontihedus ebaregulaarseid kõikumisi Päikese ultraviolett- ja röntgenkiirguse lühiajaliste välkude tõttu. L. Iacchia avastas ka lühiajalised õhutiheduse kõikumised, mis vastavad päikesekiirtele ja magnetvälja häiretele. Neid nähtusi seletatakse päikesest pärinevate osakeste tungimisega Maa atmosfääri ja nende kihtide kuumenemisega, kus satelliidid tiirlevad.
ATMOSFIERILINE ELEKTER
Atmosfääri pinnakihis allub väike osa molekulidest ionisatsioonile kosmiliste kiirte, radioaktiivsete kivimite kiirguse ja õhus endas olevate raadiumi (peamiselt radooni) lagunemissaaduste mõjul. Ionisatsiooni käigus kaotab aatom elektroni ja omandab positiivse laengu. Vaba elektron ühineb kiiresti teise aatomiga, moodustades negatiivselt laetud iooni. Sellistel paaris positiivsetel ja negatiivsetel ioonidel on molekuli suurus. Atmosfääris olevad molekulid kipuvad nende ioonide ümber koonduma. Mitmed molekulid koos iooniga moodustavad kompleksi, mida tavaliselt nimetatakse "kergeks iooniks". Atmosfäär sisaldab ka molekulide komplekse, mida meteoroloogias tuntakse kondensatsioonituumadena, mille ümber, kui õhk on niiskusega küllastunud, algab kondenseerumisprotsess. Need tuumad on soola ja tolmu osakesed, samuti tööstuslikest ja muudest allikatest õhku paisatud saasteained. Kerged ioonid kinnituvad sageli sellistele tuumadele, moodustades "raskeid ioone". Elektrivälja mõjul liiguvad kerged ja rasked ioonid ühest atmosfääri piirkonnast teise, kandes üle elektrilaenguid. Kuigi atmosfääri ei peeta üldiselt elektrit juhtivaks, on sellel siiski teatav juhtivus. Seetõttu kaotab õhku jäetud laetud keha aeglaselt oma laengu. Atmosfääri juhtivus suureneb kõrgusega seoses kosmilise kiirte intensiivsuse suurenemisega, ioonikadude vähenemisega madalamal rõhul (ja seega pikema keskmise vaba teega) ja raskete tuumade arvu vähenemise tõttu. Atmosfääri juhtivus saavutab maksimaalse väärtuse kõrgusel ca. 50 km, nn "kompensatsioonitase". Teadaolevalt on Maa pinna ja “kompensatsioonitaseme” vahel pidev mitmesaja kilovoltine potentsiaalide erinevus, s.o. pidev elektriväli. Selgus, et potentsiaalide vahe teatud õhus mitme meetri kõrgusel asuva punkti ja Maa pinna vahel on väga suur - üle 100 V. Atmosfäär on positiivse laenguga ja maapind on negatiivselt laetud. . Kuna elektriväli on piirkond, mille igas punktis on teatud potentsiaali väärtus, saame rääkida potentsiaalsest gradiendist. Selge ilmaga on paari meetri madalamal atmosfääri elektrivälja tugevus peaaegu konstantne. Pinnakihis oleva õhu elektrijuhtivuse erinevuste tõttu allub potentsiaalne gradient igapäevastele kõikumistele, mille kulg on paikkonniti oluliselt erinev. Kohalike õhusaasteallikate puudumisel – ookeanide kohal, kõrgel mägedes või polaaraladel – on potentsiaalse gradiendi ööpäevane kõikumine selge ilmaga sama. Gradiendi suurus sõltub universaalsest ehk Greenwichi keskmisest ajast (UT) ja saavutab maksimumi 19 tunni juures. E. Appleton oletas, et see maksimaalne elektrijuhtivus langeb tõenäoliselt kokku planeedi skaalal suurima äikese aktiivsusega. Äikese ajal lööb välgutabamus Maa pinnale negatiivse laengu, kuna kõige aktiivsemate rünksajupilvede alustel on märkimisväärne negatiivne laeng. Äikesepilvede tipud on positiivse laenguga, mis Holzeri ja Saxoni arvutuste järgi äikese ajal nende tippudest ära voolab. Ilma pideva täiendamiseta neutraliseeriks maapinna laengu atmosfääri juhtivus. Eeldust, et äikesetormid hoiavad maapinna potentsiaalse erinevuse ja "kompensatsioonitaseme" vahel, toetavad statistilised andmed. Näiteks jõeorus on maksimaalne äikesetormide arv. Amazonid. Kõige sagedamini esineb seal äikest päeva lõpus, s.o. OKEI. 19:00 Greenwichi aja järgi, kui potentsiaalne gradient on kõikjal maailmas maksimaalne. Veelgi enam, potentsiaalse gradiendi ööpäevaste varieeruvuskõverate kuju hooajalised kõikumised on samuti täielikult kooskõlas äikesetormide globaalse jaotuse andmetega. Mõned teadlased väidavad, et Maa elektrivälja allikas võib olla välist päritolu, kuna arvatakse, et elektriväljad eksisteerivad ionosfääris ja magnetosfääris. Tõenäoliselt seletab see asjaolu väga kitsaste piklike auroravormide ilmumist, mis sarnanevad kulisside ja kaartega.
(vt ka AURORA LIGHTS). Potentsiaalse gradiendi ja atmosfääri juhtivuse olemasolu tõttu hakkavad laetud osakesed liikuma "kompensatsioonitaseme" ja Maa pinna vahel: positiivselt laetud ioonid Maa pinna suunas ja negatiivselt laetud ioonid sellest ülespoole. Selle voolu tugevus on u. 1800 A. Kuigi see väärtus tundub suur, tuleb meeles pidada, et see on jaotunud kogu Maa pinnal. Voolutugevus õhusambas, mille põhipindala on 1 m2, on ainult 4 * 10 -12 A. Teisest küljest võib voolutugevus pikselahenduse ajal ulatuda mitme amprini, kuigi loomulikult on selline tühjenemise kestus on lühike - sekundi murdosast terve sekundini või veidi rohkem korduvate löökide korral. Välk pakub suurt huvi mitte ainult omapärase loodusnähtusena. See võimaldab jälgida elektrilahendust gaasilises keskkonnas mitmesaja miljoni voldi pingel ja mitme kilomeetri kaugusel elektroodide vahel. 1750. aastal tegi B. Franklin Londoni Kuninglikule Seltsile ettepaneku viia läbi eksperiment isoleerivale alusele kinnitatud ja kõrgele tornile paigaldatud raudvardaga. Ta eeldas, et äikesepilve lähenedes tornile koondub algselt neutraalse varda ülemisse otsa vastupidise märgiga laeng ja alumisse otsa sama märgiga laeng nagu pilve põhjas. . Kui elektrivälja tugevus pikselahenduse ajal piisavalt suureneb, voolab varda ülemisest otsast laengud osaliselt õhku ja varras omandab pilve alusega sama märgi laengu. Franklini pakutud katset ei tehtud Inglismaal, kuid Prantsuse füüsik Jean d'Alembert viis selle läbi 1752. aastal Pariisi lähedal Marly linnas. Ta kasutas klaaspudelisse sisestatud 12 m pikkust raudpulka (mis toimis isolaator), kuid ei asetanud seda torni peale.10. mail teatas tema assistent, et kui äikesepilv oli kangi kohal, tekkisid sädemed, kui maandatud juhe toodi selle lähedusse.Franklin ise ei teadnud Prantsusmaal tehtud edukast katsest , viis sama aasta juunis läbi oma kuulsa tuulelohe eksperimendi ja jälgis sellega seotud traadi otsas elektrisädemeid.. Järgmisel aastal vardalt kogutud laenguid uurides avastas Franklin, et äikesepilvede alused on tavaliselt negatiivse laenguga. Üksikasjalikumad välguuuringud said võimalikuks 19. sajandi lõpus tänu fotograafia tehnikate täiustamisele, eriti pärast pöörlevate objektiividega aparaadi leiutamist, mis võimaldas salvestada kiiresti arenevaid protsesse. Seda tüüpi kaamerat kasutati laialdaselt sädelahenduste uurimisel. On leitud, et välku on mitut tüüpi, kõige levinumad on joon-, tasapinnalised (pilves) ja keravälgud (õhulahendused). Lineaarne välk on sädelahendus pilve ja maapinna vahel, mis järgneb allapoole suunatud harudega kanalile. Lame välk tekib äikesepilve sees ja ilmneb hajutatud valguse välkudena. Äikesepilvest algavad keravälgu õhuheitmed on sageli suunatud horisontaalselt ega ulatu maapinnani.

Pikselahendus koosneb tavaliselt kolmest või enamast korduvast lahendusest – sama rada järgivatest impulssidest. Järjestikuste impulsside vahelised intervallid on väga lühikesed, 1/100 kuni 1/10 s (see põhjustabki välgu värelemist). Üldiselt kestab välk umbes sekundi või vähem. Tüüpilist välgu arendamise protsessi saab kirjeldada järgmiselt. Esiteks tormab ülevalt maapinnale nõrgalt helendav juhtlahendus. Kui ta selleni jõuab, liigub juhi rajatud kanali kaudu maapinnast üles eredalt helendav tagasivool ehk põhiheide. Juhtiv eritis liigub reeglina siksakiliselt. Selle leviku kiirus ulatub sajast kuni mitmesaja kilomeetrini sekundis. Oma teel ioniseerib see õhumolekule, luues suurenenud juhtivusega kanali, mille kaudu pöördlahendus liigub ülespoole kiirusega, mis on ligikaudu sada korda suurem kui juhtiva tühjenemise kiirus. Kanali suurust on raske määrata, kuid juhtlahenduse läbimõõt on hinnanguliselt 1-10 m ja tagasivoolu läbimõõt on mitu sentimeetrit. Välklahendus tekitab raadiohäireid, kiirgades raadiolaineid laias vahemikus – alates 30 kHz kuni ülimadalate sagedusteni. Suurim raadiolainete emissioon jääb ilmselt vahemikku 5–10 kHz. Sellised madala sagedusega raadiohäired on "koondunud" ionosfääri alumise piiri ja maapinna vahelisse ruumi ning võivad levida allikast tuhandete kilomeetrite kaugusele.
MUUTUSED ATmosfääris
Meteooride ja meteoriitide mõju. Kuigi meteoorisajud tekitavad mõnikord dramaatilise valguse kuva, on üksikuid meteoore harva näha. Palju rohkem on nähtamatuid meteoore, mis on liiga väikesed, et olla atmosfääri neeldumisel nähtavad. Mõned väikseimad meteoorid ilmselt üldse ei kuumene, vaid jäävad ainult atmosfääri poolt kinni. Neid väikeseid osakesi, mille suurus ulatub mõnest millimeetrist kümne tuhande millimeetrini, nimetatakse mikrometeoriitideks. Iga päev atmosfääri siseneva meteoriitmaterjali kogus on 100–10 000 tonni, kusjuures suurem osa sellest materjalist pärineb mikrometeoriitidest. Kuna meteoriitne aine põleb atmosfääris osaliselt, täiendatakse selle gaasi koostist mitmesuguste keemiliste elementide jälgedega. Näiteks toovad kivimeteoorid atmosfääri liitiumi. Metallmeteooride põlemisel tekivad pisikesed kerakujulised raua, raud-nikli ja muud tilgad, mis läbivad atmosfääri ja settivad maapinnale. Neid võib leida Gröönimaal ja Antarktikas, kus jääkiht püsib aastaid peaaegu muutumatuna. Okeanoloogid leiavad neid ookeani põhjasetetest. Enamik atmosfääri sisenevaid meteooriosakesi settib umbes 30 päeva jooksul. Mõned teadlased usuvad, et see kosmiline tolm mängib olulist rolli selliste atmosfäärinähtuste, nagu vihm, tekkes, kuna see toimib veeauru kondensatsioonituumadena. Seetõttu eeldatakse, et sademed on statistiliselt seotud suurte meteoorisadudega. Mõned eksperdid aga usuvad, et kuna meteoriidimaterjali koguvaru on mitukümmend korda suurem kui isegi suurimal meteoorisadu omal, võib ühe sellise vihmaga kaasneva selle materjali koguhulga muutuse tähelepanuta jätta. Siiski pole kahtlust, et suurimad mikrometeoriidid ja loomulikult nähtavad meteoriidid jätavad atmosfääri kõrgetesse kihtidesse, peamiselt ionosfääri, pikki ionisatsioonijälgi. Selliseid jälgi saab kasutada kaugraadioside jaoks, kuna need peegeldavad kõrgsageduslikke raadiolaineid. Atmosfääri sisenevate meteooride energia kulutatakse peamiselt ja võib-olla täielikult selle soojendamiseks. See on atmosfääri termilise tasakaalu üks väiksemaid komponente.
Tööstusliku päritoluga süsinikdioksiid. Karboni perioodil oli puittaimestik Maal laialt levinud. Suurem osa taimede poolt sel ajal neelatud süsihappegaasist kogunes söemaardlatesse ja õli sisaldavatesse setetesse. Inimene on õppinud kasutama nende mineraalide tohutuid varusid energiaallikana ja viib nüüd kiiresti süsihappegaasi ainete ringi tagasi. Fossiilne olek on tõenäoliselt ca. 4*10 13 tonni süsinikku. Inimkond on viimase sajandi jooksul põletanud nii palju fossiilkütust, et ligikaudu 4*10 11 tonni süsinikku on taas atmosfääri sattunud. Praegu on seal u. 2 * 10 12 tonni süsinikku ja järgmise saja aasta jooksul võib see näitaja fossiilkütuste põletamise tõttu kahekordistuda. Kuid mitte kogu süsinik ei jää atmosfääri: osa sellest lahustub ookeanivees, osa neelavad taimed ja osa seotakse kivimite murenemise käigus. Praegu ei ole veel võimalik ennustada, kui palju süsihappegaasi atmosfääri sisaldab või millist mõju see täpselt maakera kliimale avaldab. Siiski arvatakse, et igasugune selle sisalduse suurenemine põhjustab soojenemist, kuigi pole sugugi vajalik, et igasugune soojenemine kliimat oluliselt mõjutaks. Süsinikdioksiidi kontsentratsioon atmosfääris suureneb mõõtmistulemuste järgi märgatavalt, kuigi aeglases tempos. Antarktikas Rossi jääriiulil asuva Svalbardi ja Little America jaama kliimaandmed näitavad aasta keskmise temperatuuri tõusu vastavalt 5 °C ja 2,5 °C umbes 50-aastase perioodi jooksul.
Kokkupuude kosmilise kiirgusega. Kui suure energiaga kosmilised kiired interakteeruvad atmosfääri üksikute komponentidega, tekivad radioaktiivsed isotoobid. Nende hulgas paistab silma 14C süsiniku isotoop, mis koguneb taimede ja loomade kudedesse. Mõõtes nende orgaaniliste ainete radioaktiivsust, mis pole pikka aega keskkonnaga süsinikku vahetanud, saab määrata nende vanuse. Radiosüsiniku meetod on end tõestanud kui kõige usaldusväärsem meetod fossiilsete organismide ja materiaalse kultuuri objektide dateerimiseks, mille vanus ei ületa 50 tuhat aastat. Teisi pika poolestusajaga radioaktiivseid isotoope saab kasutada sadade tuhandete aastate vanuste materjalide dateerimiseks, kui on võimalik lahendada ülimadala radioaktiivsuse mõõtmise põhiülesanne.
(vt ka RADIOSÜSIINIKU TUHTUMINE).
MAA ATmosfääri päritolu
Atmosfääri tekkelugu pole veel täielikult usaldusväärselt rekonstrueeritud. Sellegipoolest on selle koostises tuvastatud mõned tõenäolised muutused. Atmosfääri teke algas vahetult pärast Maa teket. On küllaltki põhjust arvata, et Maa evolutsiooni käigus ning tänapäevastele lähedaste mõõtmete ja massi omandamise käigus kaotas see peaaegu täielikult oma esialgse atmosfääri. Arvatakse, et varajases staadiumis oli Maa sulas olekus ja ca. 4,5 miljardit aastat tagasi kujunes sellest tahke keha. Seda verstaposti peetakse geoloogilise kronoloogia alguseks. Sellest ajast alates on atmosfääri areng olnud aeglane. Mõnede geoloogiliste protsessidega, nagu vulkaanipursete ajal väljavalatud laava, kaasnes gaaside eraldumine Maa sisikonnast. Tõenäoliselt sisaldasid need lämmastikku, ammoniaaki, metaani, veeauru, süsinikmonooksiidi ja dioksiidi. Päikese ultraviolettkiirguse mõjul lagunes veeaur vesinikuks ja hapnikuks, kuid vabanenud hapnik reageeris süsinikmonooksiidiga, moodustades süsihappegaasi. Ammoniaak lagunes lämmastikuks ja vesinikuks. Difusiooniprotsessi käigus tõusis vesinik üles ja lahkus atmosfäärist ning raskem lämmastik ei saanud aurustuda ja kogunes järk-järgult, muutudes selle põhikomponendiks, kuigi osa sellest seostus keemiliste reaktsioonide käigus. Ultraviolettkiirte ja elektrilahenduste mõjul sattus tõenäoliselt Maa algses atmosfääris olnud gaaside segu keemilistesse reaktsioonidesse, mille tulemusena tekkisid orgaanilised ained, eelkõige aminohapped. Järelikult võis elu tekkida tänapäevasest põhimõtteliselt erinevas atmosfääris. Primitiivsete taimede tulekuga algas fotosünteesi protsess (vt ka FOTOSÜNTEES), millega kaasnes vaba hapniku vabanemine. See gaas, eriti pärast difundeerimist atmosfääri ülemistesse kihtidesse, hakkas kaitsma oma alumisi kihte ja Maa pinda eluohtliku ultraviolett- ja röntgenkiirguse eest. Hinnanguliselt võib ainult 0,00004 tänapäevase hapnikumahu olemasolu kaasa tuua poole väiksema osoonikontsentratsiooniga kihi moodustumise, mis pakkus siiski väga olulist kaitset ultraviolettkiirte eest. Samuti on tõenäoline, et esmane atmosfäär sisaldas palju süsihappegaasi. See kulus ära fotosünteesi käigus ja selle kontsentratsioon pidi vähenema nii taimemaailma arenedes kui ka teatud geoloogiliste protsesside käigus neeldumise tõttu. Kuna kasvuhooneefekt on seotud süsihappegaasi olemasoluga atmosfääris, arvavad mõned teadlased, et selle kontsentratsiooni kõikumine on Maa ajaloos üks olulisi kliimamuutuste, näiteks jääaegade, olulisi põhjusi. Kaasaegses atmosfääris leiduv heelium on tõenäoliselt suures osas uraani, tooriumi ja raadiumi radioaktiivse lagunemise saadus. Need radioaktiivsed elemendid eraldavad alfaosakesi, mis on heeliumi aatomite tuumad. Kuna radioaktiivse lagunemise käigus elektrilaengut ei teki ega kao, on iga alfaosakese kohta kaks elektroni. Selle tulemusena ühineb see nendega, moodustades neutraalsed heeliumi aatomid. Radioaktiivsed elemendid sisalduvad kivimites hajutatud mineraalides, mistõttu nendes säilib märkimisväärne osa radioaktiivse lagunemise tulemusena tekkinud heeliumist, mis pääseb väga aeglaselt atmosfääri. Teatud kogus heeliumi tõuseb difusiooni tõttu ülespoole eksosfääri, kuid pideva sissevoolu tõttu maapinnalt on selle gaasi maht atmosfääris konstantne. Tähevalguse spektraalanalüüsi ja meteoriitide uurimise põhjal on võimalik hinnata erinevate keemiliste elementide suhtelist arvukust Universumis. Neooni kontsentratsioon kosmoses on umbes kümme miljardit korda suurem kui Maal, krüptoon kümme miljonit korda ja ksenoon miljon korda suurem. Sellest järeldub, et nende inertsete gaaside kontsentratsioon, mis olid algselt Maa atmosfääris olemas ja keemiliste reaktsioonide käigus ei täitunud, vähenes oluliselt, tõenäoliselt isegi Maa esmase atmosfääri kadumise staadiumis. Erandiks on inertgaasi argoon, kuna isotoobi 40Ar kujul tekib see endiselt kaaliumi isotoobi radioaktiivse lagunemise käigus.
OPTILISED NÄHTUSED
Optiliste nähtuste mitmekesisus atmosfääris on tingitud erinevatest põhjustest. Levinumate nähtuste hulka kuuluvad välk (vt eespool) ning väga suurejoonelised põhja- ja lõunamaa aurorad (vt ka AURORA). Lisaks on eriti huvitavad vikerkaar, gal, parhelium (valepäike) ja kaared, kroon, halod ja Brockeni kummitused, miraažid, Püha Elmo tuled, helendavad pilved, rohelised ja krepuskulaarsed kiired. Vikerkaar on kõige ilusam atmosfäärinähtus. Tavaliselt on see tohutu kaar, mis koosneb mitmevärvilistest triipudest, mida täheldatakse siis, kui Päike valgustab ainult osa taevast ja õhk on veepiiskadest küllastunud, näiteks vihma ajal. Mitmevärvilised kaared on paigutatud spektraalsesse järjestusse (punane, oranž, kollane, roheline, sinine, indigo, violetne), kuid värvid pole peaaegu kunagi puhtad, kuna triibud kattuvad üksteisega. Reeglina on vikerkaare füüsikalised omadused oluliselt erinevad ja seetõttu on nad välimuselt väga mitmekesised. Nende ühine joon on see, et kaare keskpunkt asub alati Päikesest vaatlejani tõmmatud sirgel. Peamine vikerkaar on kaar, mis koosneb kõige eredamatest värvidest – väljast punane ja seest lilla. Mõnikord on nähtav ainult üks kaar, kuid sageli ilmub põhivikerkaare välisküljele sekundaarne. Sellel pole nii erksad värvid kui esimesel ning punased ja lillad triibud selles vahetavad kohti: punane asub sees. Põhivikerkaare tekkimist seletatakse kahekordse murdumisega (vt ka OPTIKA) ja päikesevalguse kiirte ühekordse sisepeegeldusega (vt joon. 5). Tungides veetilga (A) sisse, valguskiir murdub ja laguneb, justkui läbiks prisma. Seejärel jõuab see tilga vastaspinnale (B), peegeldub sellelt ja jätab tilga väljapoole (C). Sel juhul murdub valguskiir teist korda enne vaatlejani jõudmist. Algne valge kiir jaotatakse erinevat värvi kiirteks, mille lahknemisnurk on 2°. Sekundaarse vikerkaare moodustumisel toimub päikesekiirte kahekordne murdumine ja kahekordne peegeldus (vt joonis 6). Sel juhul valgus murdub, tungides läbi selle alumise osa (A) tilga sisse ja peegeldub tilga sisepinnalt esmalt punktis B, seejärel punktis C. Punktis D valgus murdub, jättes tilga vaatleja poole.

Päikesetõusul ja päikeseloojangul näeb vaatleja vikerkaart poole ringiga võrdse kaare kujul, kuna vikerkaare telg on paralleelne horisondiga. Kui Päike on horisondi kohal kõrgemal, on vikerkaare kaar väiksem kui pool ümbermõõdust. Kui Päike tõuseb üle 42° horisondi kohal, kaob vikerkaar. Kõikjal, välja arvatud kõrgetel laiuskraadidel, ei saa vikerkaar ilmuda keskpäeval, kui Päike on liiga kõrgel. Huvitav on hinnata kaugust vikerkaarest. Kuigi mitmevärviline kaar näib paiknevat samal tasapinnal, on see illusioon. Tegelikult on vikerkaarel tohutu sügavus ja seda võib ette kujutada õõnsa koonuse pinnana, mille tipus vaatleja asub. Koonuse telg ühendab Päikest, vaatlejat ja vikerkaare keskpunkti. Vaatleja vaatab justkui piki selle koonuse pinda. Kaks inimest ei näe kunagi täpselt sama vikerkaart. Loomulikult võib täheldada sisuliselt sama efekti, kuid need kaks vikerkaart on erinevas asendis ja on moodustatud erinevatest veepiiskadest. Kui vihm või prits moodustab vikerkaare, saavutatakse täielik optiline efekt kõigi vikerkaarekoonuse pinda ületavate veepiiskade koosmõjul, mille tipus on vaatleja. Iga tilga roll on üürike. Vikerkaarekoonuse pind koosneb mitmest kihist. Neid kiiresti ületades ja kriitiliste punktide seeriat läbides, lagundab iga tilk päikesekiire koheselt kogu spektriks rangelt määratletud järjestuses - punasest violetseni. Paljud tilgad lõikuvad koonuse pinda samamoodi, nii et vikerkaar näib vaatlejale pidevana nii piki kaaret kui ka risti. Halod on valged või sillerdavad valguskaared ja ringid ümber Päikese või Kuu ketta. Need tekivad valguse murdumise või peegeldumise tõttu jää- või lumekristallide poolt atmosfääris. Halo moodustavad kristallid asuvad kujuteldava koonuse pinnal, mille telg on suunatud vaatlejalt (koonuse tipust) Päikesele. Teatud tingimustel võib atmosfäär olla küllastunud väikeste kristallidega, mille paljud tahud moodustavad täisnurga Päikest, vaatlejat ja neid kristalle läbiva tasapinnaga. Sellised näod peegeldavad sissetulevaid valguskiiri hälbega 22°, moodustades halo, mis on seest punakas, kuid võib koosneda ka kõigist spektri värvidest. Vähem levinud on 46° nurgaraadiusega halo, mis paikneb kontsentriliselt ümber 22° halo. Selle siseküljel on ka punakas toon. Selle põhjuseks on ka valguse murdumine, mis sel juhul tekib täisnurki moodustavate kristallide servadel. Sellise halo rõnga laius ületab 2,5°. Nii 46-kraadised kui ka 22-kraadised halod kipuvad olema kõige eredamad rõnga üla- ja alaosas. Haruldane 90-kraadine halo on nõrgalt helendav, peaaegu värvitu rõngas, millel on ühine keskus kahe teise haloga. Kui see on värviline, on sõrmuse välisküljel punane värv. Seda tüüpi halo esinemise mehhanism pole täielikult mõistetav (joonis 7).

Parhelia ja kaared. Parheeli ring (või valede päikeste ring) on ​​valge rõngas, mille keskpunkt on seniidipunkt ja mis läbib Päikest paralleelselt horisondiga. Selle tekke põhjuseks on päikesevalguse peegeldumine jääkristallide pindade servadelt. Kui kristallid on õhus piisavalt ühtlaselt jaotunud, muutub nähtavaks täielik ring. Parheeliad ehk valepäikesed on Päikest meenutavad eredalt helendavad laigud, mis tekivad parheeliringi ristumiskohtades halodega, mille nurkraadiused on 22°, 46° ja 90°. Kõige sagedamini esinev ja heledam parheel moodustub 22-kraadise halo ristumiskohas, mis on tavaliselt värvitud peaaegu kõigis vikerkaarevärvides. Vale päikest 46- ja 90-kraadise haloga ristumiskohtades täheldatakse palju harvemini. 90-kraadise haloga ristumiskohas tekkivaid parheeliaid nimetatakse paranteliaks või valedeks vastupäikesteks. Mõnikord on nähtav ka anteel (päikesevastane) - hele laik, mis asub parheelirõngal täpselt Päikese vastas. Eeldatakse, et selle nähtuse põhjuseks on päikesevalguse kahekordne sisepeegeldus. Peegeldunud kiir järgib langeva kiirga sama rada, kuid vastupidises suunas. Seniidilähedane kaar, mida mõnikord valesti nimetatakse 46-kraadise halo ülemiseks puutujakaareks, on 90-kraadine või vähem kaar, mille keskpunkt on seniidis ja mis asub umbes 46° Päikese kohal. See on harva nähtav ja ainult mõne minuti, sellel on erksad värvid, kusjuures punane värvus piirdub kaare välisküljega. Seniidilähedane kaar on tähelepanuväärne oma värvi, heleduse ja selgete piirjoonte poolest. Teine huvitav ja väga haruldane halotüübi optiline efekt on Lowitzi kaar. Need tekivad parheelia jätkuna ristumiskohas 22-kraadise haloga, ulatuvad halo välisküljelt ja on Päikese poole kergelt nõgusad. Valkja valguse sambad, nagu erinevad ristid, on mõnikord nähtavad koidikul või videvikus, eriti polaaraladel, ja need võivad olla kaasas nii Päikese kui ka Kuuga. Mõnikord täheldatakse Kuu halosid ja muid ülalkirjeldatutele sarnaseid efekte, kusjuures kõige tavalisema kuu halo (rõngas ümber Kuu) on nurga raadius 22°. Nii nagu valepäikesed, võivad tekkida ka valekuud. Koroonid ehk kroonid on väikesed kontsentrilised värvirõngad Päikese, Kuu või muude eredate objektide ümber, mida aeg-ajalt vaadeldakse, kui valgusallikas on poolläbipaistvate pilvede taga. Krooni raadius on väiksem kui halo raadius ja on u. 1-5°, sinine või violetne rõngas on Päikesele kõige lähemal. Koroon tekib siis, kui valgus hajutatakse väikeste veepiiskade poolt, moodustades pilve. Mõnikord paistab kroon Päikest (või Kuud) ümbritseva helendava laiguna (või halona), mis lõpeb punaka rõngaga. Muudel juhtudel on väljaspool halot nähtavad vähemalt kaks kontsentrilist suurema läbimõõduga, väga nõrgalt värvitud rõngast. Selle nähtusega kaasnevad vikerkaarepilved. Mõnikord on väga kõrgete pilvede servad erksavärvilised.
Gloria (halod). Eritingimustes tekivad ebatavalised atmosfäärinähtused. Kui Päike on vaatleja taga ja selle vari projitseeritakse lähedalasuvatele pilvedele või udukardinale, näete teatud atmosfääriseisundis inimese pea varju ümber värvilist helendavat ringi - halo. Tavaliselt tekib selline halo tänu valguse peegeldumisele kastepiiskadelt rohtunud murul. Gloriad leidub üsna sageli ka lennuki varju all olevatele pilvedele.
Brockeni kummitused. Mõnel pool maakera, kui päikesetõusu või -loojangu ajal künkal asuva vaatleja vari lühikese vahemaa kaugusel asuvatel pilvedel tema selja taha jääb, avastatakse silmatorkav efekt: vari omandab kolossaalsed mõõtmed. Selle põhjuseks on valguse peegeldumine ja murdumine udus olevate pisikeste veepiiskade poolt. Kirjeldatud nähtust nimetatakse "Brockeni kummituseks" Saksamaal Harzi mägede tipu järgi.
Miraažid- optiline efekt, mis on põhjustatud valguse murdumisest erineva tihedusega õhukihtide läbimisel ja väljendub virtuaalse kujutise väljanägemises. Sel juhul võivad kauged objektid tunduda olevat tõstetud või langetatud nende tegeliku asukoha suhtes, samuti võivad need olla moonutatud ja omandada ebakorrapäraseid fantastilisi kujundeid. Miraažisid täheldatakse sageli kuumas kliimas, näiteks liivastel tasandikel. Madalamad miraažid on tavalised, kui kaugel asuv, peaaegu tasane kõrbepind võtab avavee ilme, eriti kui seda vaadata väikeselt kõrguselt või lihtsalt kuumutatud õhukihi kohal. See illusioon tekib tavaliselt kuumal asfaltteel, mis näeb välja nagu veepind kaugel ees. Tegelikkuses on see pind taeva peegeldus. Allapoole silmade kõrgust võivad sellesse "vette" ilmuda esemed, tavaliselt tagurpidi. Kuumutatud maapinnale moodustub "õhukihi kook", mille kõige kuumem on maapinnale lähim kiht, mis on nii haruldane, et seda läbivad valguslained moonutatakse, kuna nende levimiskiirus varieerub sõltuvalt keskkonna tihedusest. . Ülemised miraažid on vähem levinud ja maalilisemad kui alumised. Kaugemad objektid (sageli merehorisondist kaugemal asuvad) paistavad tagurpidi taevasse ja mõnikord ilmub sama objekti püstine kujutis ka ülal. See nähtus on tüüpiline külmadele piirkondadele, eriti kui toimub oluline temperatuuri inversioon, kui külmema kihi kohal on soojem õhukiht. See optiline efekt avaldub ebaühtlase tihedusega õhukihtides valguslainete esiosa keerukate levimismustrite tulemusena. Aeg-ajalt tuleb ette väga ebatavalisi miraaže, eriti polaaraladel. Kui maal tekivad miraažid, on puud ja muud maastikukomponendid tagurpidi. Kõikidel juhtudel on ülemistes miraažides esemed selgemini näha kui alumistes. Kui kahe õhumassi piiriks on vertikaaltasapind, täheldatakse mõnikord külgmisi miraaže.
Püha Elmo tuli. Mõned atmosfääris esinevad optilised nähtused (näiteks kuma ja levinuim meteoroloogiline nähtus – välk) on oma olemuselt elektrilised. Hoopis vähem levinud on St. Elmo tuled – helendavad kahvatusinised või lillad harjad pikkusega 30 cm kuni 1 m või rohkem, tavaliselt mastide otsas või merel laevatehaste otstes. Mõnikord tundub, et kogu laeva taglas on kaetud fosforiga ja helendab. Püha Elmo tuli ilmub mõnikord mäetippudele, samuti kõrghoonete tornidele ja teravatele nurkadele. See nähtus kujutab endast harja elektrilahendusi elektrijuhtide otstes, kui elektrivälja tugevus neid ümbritsevas atmosfääris oluliselt suureneb. Will-o'-the-wisps on nõrk sinakas või rohekas kuma, mida mõnikord täheldatakse soodes, kalmistutel ja krüptides. Sageli näevad need välja nagu küünlaleek, mis on tõstetud maapinnast umbes 30 cm kõrgusele, põleb vaikselt, ei anna soojust ja hõljub hetkeks objekti kohal. Valgus tundub täiesti tabamatu ja kui vaatleja läheneb, liigub see teise kohta. Selle nähtuse põhjuseks on orgaaniliste jääkide lagunemine ja rabagaasi metaani (CH4) või fosfiini (PH3) iseeneslik põlemine. Will-o'-the-wisps on erineva kujuga, mõnikord isegi sfäärilise kujuga. Roheline kiir – smaragdrohelise päikesevalguse sähvatus hetkel, mil viimane Päikesekiir horisondi taha kaob. Päikesevalguse punane komponent kaob esimesena, kõik teised järgnevad järjekorras ja viimasena jääb alles smaragdroheline. See nähtus ilmneb ainult siis, kui ainult päikeseketta serv jääb horisondi kohale, vastasel juhul tekib värvide segu. Krepuskulaarsed kiired on lahknevad päikesekiired, mis muutuvad nähtavaks tänu nende valgustamisele atmosfääri kõrgetes kihtides. Pilvede varjud moodustavad tumedaid triipe ja nende vahel levivad kiired. See efekt ilmneb siis, kui Päike on madalal horisondil enne koitu või pärast päikeseloojangut.