نمودار ساختار جو زمین. نقش و اهمیت گازهای اصلی هوای اتمسفر. دلایل تغییر در ترکیب اتمسفر

جو (از یونانی باستان ἀτμός - بخار و σφαῖρα - توپ) پوسته گازی (ژئوسفر) است که سیاره زمین را احاطه کرده است. سطح داخلی آن هیدروسفر و تا حدودی پوسته زمین را می پوشاند، در حالی که سطح بیرونی آن با بخش نزدیک به زمین فضای بیرونی مرز دارد.

مجموعه ای از شاخه های فیزیک و شیمی که جو را مطالعه می کنند معمولاً فیزیک جو نامیده می شود. جو آب و هوای سطح زمین را تعیین می کند، هواشناسی به مطالعه آب و هوا می پردازد و اقلیم شناسی با تغییرات آب و هوایی درازمدت سروکار دارد.

مشخصات فیزیکی

ضخامت جو تقریباً 120 کیلومتر از سطح زمین است. مجموع جرم هوا در جو (5.1-5.3) 1018 کیلوگرم است. از این تعداد، جرم هوای خشک (0003/0 ± 1352/5) 1018 کیلوگرم است، جرم کل بخار آب به طور متوسط ​​1016/1 کیلوگرم است.

جرم مولی هوای خشک تمیز 28.966 گرم در مول و چگالی هوا در سطح دریا تقریباً 1.2 کیلوگرم بر متر مکعب است. فشار در 0 درجه سانتیگراد در سطح دریا 101.325 کیلو پاسکال است. دمای بحرانی - -140.7 درجه سانتیگراد (~132.4 K)؛ فشار بحرانی - 3.7 مگاپاسکال؛ Cp در 0 °C - 1.0048·103 J/(kg·K)، Cv - 0.7159·103 J/(kg·K) (در 0 °C). حلالیت هوا در آب (بر حسب جرم) در دمای 0 ° C - 0.0036٪، در 25 ° C - 0.0023٪.

موارد زیر به عنوان "شرایط عادی" در سطح زمین پذیرفته می شوند: چگالی 1.2 کیلوگرم بر متر مکعب، فشار هوا 101.35 کیلو پاسکال، دما به اضافه 20 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 50%. این شاخص های مشروط دارای اهمیت مهندسی محض هستند.

ترکیب شیمیایی

جو زمین در نتیجه انتشار گازها در طول فوران های آتشفشانی به وجود آمد. با پیدایش اقیانوس ها و زیست کره، به دلیل تبادل گاز با آب، گیاهان، حیوانات و محصولات تجزیه آنها در خاک ها و مرداب ها شکل گرفت.

در حال حاضر جو زمین عمدتاً از گازها و ناخالصی های مختلف (غبار، قطرات آب، کریستال های یخ، نمک های دریایی، محصولات احتراق) تشکیل شده است.

غلظت گازهای تشکیل دهنده جو تقریباً ثابت است، به استثنای آب (H2O) و دی اکسید کربن (CO2).

ترکیب هوای خشک

نیتروژن
اکسیژن
آرگون
اب
دی اکسید کربن
نئون
هلیوم
متان
کریپتون
هیدروژن
زنون
اکسید نیتروژن

علاوه بر گازهای نشان داده شده در جدول، جو حاوی SO2، NH3، CO، ازن، هیدروکربن ها، HCl، HF، بخار جیوه، I2، و همچنین NO و بسیاری از گازهای دیگر در مقادیر کم است. تروپوسفر دائماً حاوی مقدار زیادی ذرات جامد و مایع معلق (آئروسل) است.

ساختار جو

تروپوسفر

حد بالایی آن در ارتفاع 8-10 کیلومتری در قطبی، 10-12 کیلومتری در معتدل و 16-18 کیلومتری در عرض های جغرافیایی استوایی است. در زمستان کمتر از تابستان است. لایه اصلی و پایینی اتمسفر شامل بیش از 80 درصد از کل جرم هوای جو و حدود 90 درصد از کل بخار آب موجود در جو است. تلاطم و همرفت در تروپوسفر بسیار توسعه یافته است، ابرها به وجود می آیند و طوفان ها و پادسیکلون ها توسعه می یابند. دما با افزایش ارتفاع با شیب عمودی متوسط ​​0.65 درجه در 100 متر کاهش می یابد.

تروپوپوز

لایه گذار از تروپوسفر به استراتوسفر، لایه ای از جو که در آن کاهش دما با ارتفاع متوقف می شود.

استراتوسفر

لایه ای از جو که در ارتفاع 11 تا 50 کیلومتری قرار دارد. با تغییر جزئی دما در لایه 11-25 کیلومتری (لایه پایین تر استراتوسفر) و افزایش دما در لایه 25-40 کیلومتری از 56.5- تا 0.8 درجه سانتی گراد (لایه بالایی استراتوسفر یا منطقه وارونگی) مشخص می شود. . با رسیدن به مقدار حدود 273 کلوین (تقریبا 0 درجه سانتیگراد) در ارتفاع حدود 40 کیلومتری، دما تا ارتفاع حدود 55 کیلومتری ثابت می ماند. این ناحیه با دمای ثابت استراتوپوز نامیده می شود و مرز بین استراتوسفر و مزوسفر است.

استراتوپوز

لایه مرزی جو بین استراتوسفر و مزوسفر. در توزیع عمودی دما حداکثر (حدود 0 درجه سانتیگراد) وجود دارد.

مزوسفر

مزوسفر از ارتفاع 50 کیلومتری شروع می شود و تا 80-90 کیلومتر گسترش می یابد. دما با ارتفاع با شیب عمودی متوسط ​​(0.25-0.3) درجه / 100 متر کاهش می یابد. فرآیند اصلی انرژی انتقال حرارت تابشی است. فرآیندهای فتوشیمیایی پیچیده شامل رادیکال های آزاد، مولکول های برانگیخته ارتعاشی و غیره باعث درخشندگی اتمسفر می شوند.

مزوپوز

لایه انتقالی بین مزوسفر و ترموسفر. حداقل در توزیع عمودی دما (حدود -90 درجه سانتیگراد) وجود دارد.

خط کارمان

ارتفاع از سطح دریا که به طور معمول به عنوان مرز بین جو زمین و فضا پذیرفته شده است. طبق تعریف FAI خط کارمان در ارتفاع 100 کیلومتری از سطح دریا قرار دارد.

مرز جو زمین

ترموسفر

حد بالایی حدود 800 کیلومتر است. درجه حرارت تا ارتفاعات 200-300 کیلومتر افزایش می یابد، جایی که به مقادیری در حد 1500 کلوین می رسد، پس از آن تقریباً تا ارتفاعات بالا ثابت می ماند. تحت تأثیر تابش خورشیدی فرابنفش و اشعه ایکس و تابش کیهانی، یونیزاسیون هوا ("شفق های قطبی") رخ می دهد - مناطق اصلی یونوسفر در داخل ترموسفر قرار دارند. در ارتفاعات بالای 300 کیلومتر، اکسیژن اتمی غالب است. حد بالایی ترموسفر تا حد زیادی توسط فعالیت فعلی خورشید تعیین می شود. در دوره های فعالیت کم - به عنوان مثال، در سال 2008-2009 - کاهش قابل توجهی در اندازه این لایه وجود دارد.

ترموپوز

منطقه جو در مجاورت ترموسفر. در این منطقه، جذب تابش خورشیدی ناچیز است و دما در واقع با ارتفاع تغییر نمی کند.

اگزوسفر (کره پراکنده)

اگزوسفر یک منطقه پراکندگی، قسمت بیرونی ترموسفر است که در بالای 700 کیلومتر قرار دارد. گاز موجود در اگزوسفر بسیار کمیاب است و از اینجا ذرات آن به فضای بین سیاره‌ای نشت می‌کنند (پراکندگی).

تا ارتفاع 100 کیلومتری، جو مخلوطی همگن و مخلوط از گازها است. در لایه‌های بالاتر، توزیع گازها بر اساس ارتفاع به وزن مولکولی آنها بستگی دارد؛ غلظت گازهای سنگین‌تر با فاصله گرفتن از سطح زمین سریع‌تر کاهش می‌یابد. به دلیل کاهش چگالی گاز، دما از 0 درجه سانتیگراد در استراتوسفر به 110- درجه سانتیگراد در مزوسفر کاهش می یابد. با این حال، انرژی جنبشی ذرات منفرد در ارتفاعات 200-250 کیلومتری با دمای ~150 درجه سانتیگراد مطابقت دارد. در بالای 200 کیلومتر، نوسانات قابل توجهی در دما و چگالی گاز در زمان و مکان مشاهده می شود.

در ارتفاع حدود 2000-3500 کیلومتری، اگزوسفر به تدریج به خلاء به اصطلاح نزدیک به فضا تبدیل می شود که با ذرات بسیار کمیاب گاز بین سیاره ای، عمدتاً اتم های هیدروژن، پر می شود. اما این گاز تنها بخشی از ماده بین سیاره ای را نشان می دهد. بخش دیگر شامل ذرات غبار با منشاء دنباله‌دار و شهاب‌سنگ است. علاوه بر ذرات غبار بسیار کمیاب، تشعشعات الکترومغناطیسی و هسته‌ای با منشاء خورشیدی و کهکشانی به این فضا نفوذ می‌کنند.

تروپوسفر حدود 80٪ از جرم جو را تشکیل می دهد، استراتوسفر - حدود 20٪. جرم مزوسفر بیش از 0.3٪ نیست، ترموسفر کمتر از 0.05٪ از کل جرم جو است. بر اساس خواص الکتریکی موجود در جو، نوترونوسفر و یونوسفر متمایز می شوند. در حال حاضر اعتقاد بر این است که جو تا ارتفاع 2000-3000 کیلومتری گسترش می یابد.

بسته به ترکیب گاز موجود در جو، هموسفر و هتروسفر متمایز می شوند. هتروسفر ناحیه ای است که گرانش بر جداسازی گازها تأثیر می گذارد، زیرا اختلاط آنها در چنین ارتفاعی ناچیز است. این به معنای ترکیب متغیر هتروسفر است. در زیر آن یک بخش کاملاً مخلوط و همگن از جو قرار دارد که هموسفر نامیده می شود. مرز بین این لایه ها توربوپاوز نامیده می شود که در ارتفاع حدود 120 کیلومتری قرار دارد.

سایر خواص جو و اثرات آن بر بدن انسان

در حال حاضر در ارتفاع 5 کیلومتری از سطح دریا، یک فرد آموزش ندیده شروع به تجربه گرسنگی اکسیژن می کند و بدون سازگاری، عملکرد فرد به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. منطقه فیزیولوژیکی جو در اینجا به پایان می رسد. تنفس انسان در ارتفاع 9 کیلومتری غیرممکن می شود، اگرچه تا 115 کیلومتری جو حاوی اکسیژن است.

جو اکسیژن لازم برای تنفس را برای ما تامین می کند. با این حال، به دلیل افت فشار کل جو، با بالا رفتن از ارتفاع، فشار جزئی اکسیژن به همان نسبت کاهش می یابد.

ریه های انسان دائماً حاوی حدود 3 لیتر هوای آلوئولی هستند. فشار جزئی اکسیژن در هوای آلوئولی در فشار معمولی اتمسفر 110 میلی متر جیوه است. هنر، فشار دی اکسید کربن - 40 میلی متر جیوه. هنر، و بخار آب - 47 میلی متر جیوه. هنر با افزایش ارتفاع، فشار اکسیژن کاهش می یابد و فشار کل بخار آب و دی اکسید کربن در ریه ها تقریباً ثابت می ماند - حدود 87 میلی متر جیوه. هنر زمانی که فشار هوای محیط به این مقدار رسید، اکسیژن رسانی به ریه ها به طور کامل متوقف می شود.

در ارتفاع حدود 19-20 کیلومتری، فشار اتمسفر به 47 میلی متر جیوه کاهش می یابد. هنر بنابراین در این ارتفاع آب و مایع بینابینی در بدن انسان شروع به جوشیدن می کند. در خارج از کابین تحت فشار در این ارتفاعات، مرگ تقریباً بلافاصله اتفاق می افتد. بنابراین، از نقطه نظر فیزیولوژی انسان، "فضا" در ارتفاع 15-19 کیلومتری شروع می شود.

لایه های متراکم هوا - تروپوسفر و استراتوسفر - ما را از اثرات مخرب تشعشع محافظت می کند. با کمیاب شدن کافی هوا، در ارتفاعات بیش از 36 کیلومتر، تابش یونیزان - پرتوهای کیهانی اولیه - تأثیر شدیدی بر بدن دارد. در ارتفاعات بیش از 40 کیلومتر، قسمت فرابنفش طیف خورشیدی برای انسان خطرناک است.

همانطور که ما به ارتفاع بیشتر از سطح زمین بالا می رویم، پدیده های آشنای مشاهده شده در لایه های پایینی جو مانند انتشار صدا، وقوع برآمدگی و کشش آیرودینامیکی، انتقال حرارت توسط همرفت و غیره به تدریج ضعیف شده و سپس به طور کامل ناپدید می شوند.

در لایه های کمیاب هوا، انتشار صدا غیرممکن است. تا ارتفاع 60 تا 90 کیلومتری همچنان می توان از مقاومت هوا و بالابر برای پرواز آیرودینامیکی کنترل شده استفاده کرد. اما با شروع از ارتفاعات 100-130 کیلومتری، مفاهیم عدد M و دیوار صوتی، که برای هر خلبانی آشناست، معنای خود را از دست می دهند: خط معمولی کارمان وجود دارد، که فراتر از آن منطقه پرواز صرفا بالستیک آغاز می شود، که فقط می تواند با استفاده از نیروهای واکنشی کنترل شود.

در ارتفاعات بالای 100 کیلومتر، جو از ویژگی قابل توجه دیگری محروم می شود - توانایی جذب، هدایت و انتقال انرژی حرارتی به وسیله همرفت (یعنی با مخلوط کردن هوا). این بدان معنی است که عناصر مختلف تجهیزات در ایستگاه فضایی مداری نمی توانند از بیرون به همان روشی که معمولاً در هواپیما انجام می شود - با کمک جت های هوا و رادیاتورهای هوا - خنک شوند. در این ارتفاع، مانند فضا به طور کلی، تنها راه انتقال گرما، تابش حرارتی است.

تاریخچه تشکیل اتمسفر

بر اساس رایج ترین نظریه، جو زمین در طول زمان دارای سه ترکیب مختلف بوده است. در ابتدا شامل گازهای سبک (هیدروژن و هلیوم) بود که از فضای بین سیاره ای گرفته می شد. این به اصطلاح جو اولیه است (حدود چهار میلیارد سال پیش). در مرحله بعد، فعالیت فعال آتشفشانی منجر به اشباع شدن جو با گازهایی غیر از هیدروژن (دی اکسید کربن، آمونیاک، بخار آب) شد. جو ثانویه اینگونه شکل گرفت (حدود سه میلیارد سال قبل از امروز). این فضا ترمیم کننده بود. علاوه بر این، فرآیند تشکیل اتمسفر توسط عوامل زیر تعیین شد:

• نشت گازهای سبک (هیدروژن و هلیوم) به فضای بین سیاره ای؛
• واکنش های شیمیایی که در جو تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش، تخلیه رعد و برق و برخی عوامل دیگر رخ می دهد.

به تدریج، این عوامل منجر به تشکیل یک اتمسفر سوم شد که با هیدروژن بسیار کمتر و نیتروژن و دی اکسید کربن بسیار بیشتر (که در نتیجه واکنش های شیمیایی از آمونیاک و هیدروکربن ها ایجاد می شود) مشخص می شود.

نیتروژن

تشکیل مقدار زیادی نیتروژن N2 به دلیل اکسیداسیون جو آمونیاک-هیدروژن توسط اکسیژن مولکولی O2 است که در نتیجه فتوسنتز از 3 میلیارد سال پیش از سطح سیاره شروع به بیرون آمدن کرد. نیتروژن N2 نیز در نتیجه نیترات زدایی نیترات ها و سایر ترکیبات حاوی نیتروژن در جو آزاد می شود. نیتروژن در اتمسفر فوقانی توسط ازن به NO اکسید می شود.

نیتروژن N2 فقط در شرایط خاص (به عنوان مثال، در هنگام تخلیه رعد و برق) واکنش نشان می دهد. اکسیداسیون نیتروژن مولکولی توسط ازن در هنگام تخلیه الکتریکی به مقدار کم در تولید صنعتی کودهای نیتروژنی استفاده می شود. سیانوباکتری ها (جلبک های سبز آبی) و باکتری های گره ای که همزیستی ریزوبی با گیاهان حبوبات را تشکیل می دهند، به اصطلاح، می توانند با مصرف کم انرژی آن را اکسید کرده و به شکل فعال بیولوژیکی تبدیل کنند. کود کشاورزی سبز.

اکسیژن

ترکیب جو با ظهور موجودات زنده روی زمین، در نتیجه فتوسنتز، همراه با آزاد شدن اکسیژن و جذب دی اکسید کربن، شروع به تغییر اساسی کرد. در ابتدا، اکسیژن برای اکسیداسیون ترکیبات احیا شده - آمونیاک، هیدروکربن ها، شکل آهنی آهن موجود در اقیانوس ها و غیره صرف شد. در پایان این مرحله، محتوای اکسیژن در جو شروع به افزایش کرد. به تدریج فضایی مدرن با خواص اکسید کننده شکل گرفت. از آنجایی که این امر باعث تغییرات جدی و ناگهانی در بسیاری از فرآیندهای رخ داده در جو، لیتوسفر و بیوسفر شد، این رویداد را فاجعه اکسیژن نامیدند.

در طول دوره فانوزوئیک، ترکیب اتمسفر و محتوای اکسیژن دستخوش تغییراتی شد. آنها در درجه اول با میزان رسوب رسوب آلی مرتبط بودند. بنابراین، در طول دوره های انباشت زغال سنگ، محتوای اکسیژن در جو ظاهراً به طور قابل توجهی از سطح مدرن فراتر رفت.

دی اکسید کربن

محتوای CO2 در جو به فعالیت های آتشفشانی و فرآیندهای شیمیایی در پوسته های زمین بستگی دارد، اما بیشتر از همه به شدت بیوسنتز و تجزیه مواد آلی در بیوسفر زمین بستگی دارد. تقریباً کل زیست توده فعلی سیاره (حدود 2.4 1012 تن) به دلیل دی اکسید کربن، نیتروژن و بخار آب موجود در هوای اتمسفر تشکیل شده است. مواد ارگانیک مدفون در اقیانوس ها، مرداب ها و جنگل ها به زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی تبدیل می شوند.

گازهای نجیب

منبع گازهای نجیب - آرگون، هلیوم و کریپتون - فوران های آتشفشانی و فروپاشی عناصر رادیواکتیو است. زمین به طور کلی و جو به طور خاص در مقایسه با فضا از گازهای بی اثر تهی شده اند. اعتقاد بر این است که دلیل این امر در نشت مداوم گازها به فضای بین سیاره ای است.

آلودگی هوا

اخیراً، انسان شروع به تأثیرگذاری بر تکامل جو کرده است. نتیجه فعالیت های او افزایش مداوم محتوای دی اکسید کربن در جو به دلیل احتراق سوخت های هیدروکربنی انباشته شده در دوره های قبلی زمین شناسی بود. مقادیر زیادی CO2 در طول فتوسنتز مصرف می شود و توسط اقیانوس های جهان جذب می شود. این گاز به دلیل تجزیه سنگ های کربناته و مواد آلی با منشاء گیاهی و حیوانی و همچنین در اثر فعالیت های آتشفشانی و صنعتی انسان وارد جو می شود. در طول 100 سال گذشته، محتوای CO2 در جو 10٪ افزایش یافته است که بخش عمده آن (360 میلیارد تن) از احتراق سوخت ناشی می شود. اگر سرعت رشد احتراق سوخت ادامه یابد، در 200-300 سال آینده میزان CO2 در جو دو برابر خواهد شد و می تواند منجر به تغییرات آب و هوایی جهانی شود.

احتراق سوخت منبع اصلی گازهای آلاینده (CO، NO، SO2) است. دی اکسید گوگرد توسط اکسیژن اتمسفر به SO3 و اکسید نیتروژن به NO2 در لایه های بالایی جو اکسید می شود که به نوبه خود با بخار آب برهمکنش می کند و اسید سولفوریک H2SO4 و اسید نیتریک HNO3 به سطح زمین می ریزند. شکل به اصطلاح. باران اسیدی. استفاده از موتورهای احتراق داخلی منجر به آلودگی جوی قابل توجه با اکسیدهای نیتروژن، هیدروکربن ها و ترکیبات سرب (تترااتیل سرب) Pb(CH3CH2)4 می شود.

آلودگی آئروسل اتمسفر هم به دلایل طبیعی (فوران های آتشفشانی، طوفان های گرد و غبار، حباب قطرات آب دریا و گرده گیاهان و غیره) و فعالیت های اقتصادی انسان (استخراج سنگ معدن و مصالح ساختمانی، سوزاندن سوخت، ساخت سیمان و غیره) ایجاد می شود. ). انتشار شدید ذرات معلق در جو یکی از دلایل احتمالی تغییرات آب و هوایی در این سیاره است.

(548 بار بازدید شده، 1 بازدید امروز)

جو(از اتمس یونانی - بخار و اسفاریا - توپ) - پوسته هوای زمین که با آن می چرخد. توسعه جو ارتباط نزدیکی با فرآیندهای زمین شناسی و ژئوشیمیایی در سیاره ما و همچنین با فعالیت موجودات زنده داشت.

مرز پایین جو با سطح زمین منطبق است، زیرا هوا به کوچکترین منافذ خاک نفوذ می کند و حتی در آب نیز حل می شود.

مرز بالایی در ارتفاع 2000-3000 کیلومتری به تدریج به فضای بیرونی می گذرد.

به لطف جوی که حاوی اکسیژن است، حیات روی زمین امکان پذیر است. اکسیژن اتمسفر در فرآیند تنفس انسان، حیوانات و گیاهان استفاده می شود.

اگر جو وجود نداشت، زمین به اندازه ماه ساکت بود. بالاخره صدا ارتعاش ذرات هواست. رنگ آبی آسمان با این واقعیت توضیح داده می شود که پرتوهای خورشید که از جو عبور می کنند، مانند یک عدسی، به رنگ های تشکیل دهنده خود تجزیه می شوند. در این حالت پرتوهای رنگ های آبی و آبی بیشترین پراکندگی را دارند.

جو بیشتر اشعه ماوراء بنفش خورشید را به دام می اندازد که تأثیر مخربی بر موجودات زنده دارد. همچنین گرما را در نزدیکی سطح زمین حفظ می کند و از سرد شدن سیاره ما جلوگیری می کند.

ساختار جو

در اتمسفر، چندین لایه قابل تشخیص هستند که از نظر چگالی متفاوت هستند (شکل 1).

تروپوسفر

تروپوسفر- پایین ترین لایه جو، که ضخامت آن در بالای قطب ها 8-10 کیلومتر است، در عرض های جغرافیایی معتدل - 10-12 کیلومتر، و بالای خط استوا - 16-18 کیلومتر.

برنج. 1. ساختار جو زمین

هوا در تروپوسفر توسط سطح زمین، یعنی توسط خشکی و آب گرم می شود. بنابراین دمای هوا در این لایه با ارتفاع به ازای هر 100 متر به طور متوسط ​​6/0 درجه سانتی گراد کاهش می یابد و در مرز بالایی تروپوسفر به 55- درجه سانتی گراد می رسد. در همان زمان، در منطقه استوا در مرز بالایی تروپوسفر، دمای هوا -70 درجه سانتیگراد و در منطقه قطب شمال -65 درجه سانتیگراد است.

حدود 80 درصد از جرم جو در تروپوسفر متمرکز است، تقریباً تمام بخار آب در آن قرار دارد، رعد و برق، طوفان، ابر و بارش رخ می دهد و حرکت عمودی (همرفت) و افقی (باد) هوا رخ می دهد.

می توان گفت که آب و هوا عمدتاً در تروپوسفر تشکیل می شود.

استراتوسفر

استراتوسفر- لایه ای از جو که در بالای تروپوسفر در ارتفاع 8 تا 50 کیلومتری قرار دارد. رنگ آسمان در این لایه بنفش به نظر می رسد که با رقیق بودن هوا توضیح داده می شود و به همین دلیل اشعه های خورشید تقریباً پراکنده نمی شوند.

استراتوسفر شامل 20 درصد جرم جو است. هوا در این لایه کمیاب است، عملا بخار آب وجود ندارد و بنابراین تقریبا هیچ ابری و بارشی تشکیل نمی شود. با این حال، جریان های هوای پایدار در استراتوسفر مشاهده می شود که سرعت آن به 300 کیلومتر در ساعت می رسد.

این لایه متمرکز است ازن(صفحه نمایش ازن، اوزونوسفر)، لایه ای که پرتوهای فرابنفش را جذب می کند و از رسیدن آنها به زمین جلوگیری می کند و در نتیجه از موجودات زنده روی سیاره ما محافظت می کند. به لطف ازن، دمای هوا در مرز بالایی استراتوسفر از 50- تا 4-55 درجه سانتیگراد متغیر است.

بین مزوسفر و استراتوسفر یک منطقه گذار وجود دارد - استراتوپوز.

مزوسفر

مزوسفر- لایه ای از جو واقع در ارتفاع 50-80 کیلومتری. چگالی هوا در اینجا 200 برابر کمتر از سطح زمین است. رنگ آسمان در مزوسفر سیاه به نظر می رسد و ستاره ها در طول روز قابل مشاهده هستند. دمای هوا تا -75 (-90) درجه سانتیگراد کاهش می یابد.

در ارتفاع 80 کیلومتری آغاز می شود ترموسفردمای هوا در این لایه به شدت به ارتفاع 250 متر افزایش می یابد و سپس ثابت می شود: در ارتفاع 150 کیلومتری به 220-240 درجه سانتیگراد می رسد. در ارتفاع 500-600 کیلومتری بیش از 1500 درجه سانتیگراد است.

در مزوسفر و ترموسفر، تحت تأثیر پرتوهای کیهانی، مولکول های گاز به ذرات باردار (یونیزه) اتم ها متلاشی می شوند، بنابراین این قسمت از جو نامیده می شود. یون کره- لایه ای از هوای بسیار کمیاب، واقع در ارتفاع 50 تا 1000 کیلومتری، که عمدتاً از اتم های اکسیژن یونیزه، مولکول های اکسید نیتروژن و الکترون های آزاد تشکیل شده است. این لایه با الکتریسیته بالا مشخص می شود و امواج رادیویی بلند و متوسط ​​مانند یک آینه از آن منعکس می شود.

در یونوسفر، شفق های قطبی ظاهر می شوند - درخشش گازهای کمیاب تحت تأثیر ذرات باردار الکتریکی که از خورشید پرواز می کنند - و نوسانات شدید در میدان مغناطیسی مشاهده می شود.

اگزوسفر

اگزوسفر- لایه بیرونی جو واقع در بالای 1000 کیلومتر. به این لایه، کره پراکنده نیز می گویند، زیرا ذرات گاز با سرعت بالایی در اینجا حرکت می کنند و می توانند در فضای بیرونی پراکنده شوند.

ترکیب اتمسفر

جو مخلوطی از گازهای متشکل از نیتروژن (78.08٪)، اکسیژن (20.95٪)، دی اکسید کربن (0.03٪)، آرگون (0.93٪)، مقدار کمی هلیوم، نئون، زنون، کریپتون (0.01٪)، ازن و سایر گازها، اما محتوای آنها ناچیز است (جدول 1). ترکیب مدرن هوای زمین بیش از صد میلیون سال پیش ایجاد شد، اما با این وجود افزایش شدید فعالیت تولید انسان منجر به تغییر آن شد. در حال حاضر، مقدار CO 2 تقریباً 10-12٪ افزایش یافته است.

گازهایی که اتمسفر را تشکیل می دهند نقش های عملکردی مختلفی دارند. با این حال، اهمیت اصلی این گازها در درجه اول با این واقعیت تعیین می شود که آنها به شدت انرژی تابشی را جذب می کنند و در نتیجه تأثیر قابل توجهی بر رژیم دمایی سطح و جو زمین دارند.

جدول 1. ترکیب شیمیایی هوای خشک جوی نزدیک به سطح زمین

	غلظت حجم. %	وزن مولکولی، واحد
اکسیژن
دی اکسید کربن
اکسید نیتروژن
	از 0 تا 0.00001
دی اکسید گوگرد	از 0 تا 0.000007 در تابستان؛ از 0 تا 0.000002 در زمستان
	از 0 تا 0.000002	46,0055/17,03061
دی اکسید آزوگ
مونوکسید کربن

نیتروژن،رایج ترین گاز موجود در جو، از نظر شیمیایی غیر فعال است.

اکسیژنبر خلاف نیتروژن، عنصر شیمیایی بسیار فعال است. عملکرد خاص اکسیژن اکسیداسیون مواد آلی موجودات هتروتروف، سنگ ها و گازهای کمتر اکسید شده است که توسط آتشفشان ها به جو منتشر می شود. بدون اکسیژن، تجزیه مواد آلی مرده وجود نخواهد داشت.

نقش دی اکسید کربن در جو بسیار زیاد است. این ماده در نتیجه فرآیندهای احتراق، تنفس موجودات زنده و پوسیدگی وارد جو می شود و قبل از هر چیز ماده اصلی ساختمانی برای ایجاد مواد آلی در طول فتوسنتز است. علاوه بر این، توانایی دی اکسید کربن در انتقال تابش موج کوتاه خورشیدی و جذب بخشی از تابش امواج بلند حرارتی از اهمیت بالایی برخوردار است که به اصطلاح اثر گلخانه ای ایجاد می کند که در ادامه به آن پرداخته خواهد شد.

فرآیندهای جوی، به ویژه رژیم حرارتی استراتوسفر نیز تحت تأثیر قرار می گیرند ازناین گاز به عنوان جاذب طبیعی اشعه ماوراء بنفش خورشید عمل می کند و جذب تابش خورشیدی منجر به گرم شدن هوا می شود. مقادیر متوسط ​​ماهانه کل محتوای ازن در جو بسته به عرض جغرافیایی و زمان سال در محدوده 0.23-0.52 سانتی متر متفاوت است (این ضخامت لایه ازن در فشار و دمای زمین است). افزایش محتوای ازن از استوا به قطب ها و یک چرخه سالانه با حداقل در پاییز و حداکثر در بهار وجود دارد.

یک ویژگی مشخصه جو این است که محتوای گازهای اصلی (نیتروژن، اکسیژن، آرگون) با ارتفاع کمی تغییر می کند: در ارتفاع 65 کیلومتری جو، محتوای نیتروژن 86٪، اکسیژن - 19، آرگون - 0.91 است. ، در ارتفاع 95 کیلومتری - نیتروژن 77، اکسیژن - 21.3، آرگون - 0.82٪. ثبات ترکیب هوای اتمسفر به صورت عمودی و افقی با اختلاط آن حفظ می شود.

علاوه بر گازها، هوا حاوی بخار آبو ذرات جامددومی می تواند منشا طبیعی و مصنوعی (انسان زایی) داشته باشد. اینها گرده، کریستال های ریز نمک، گرد و غبار جاده و ناخالصی های آئروسل هستند. هنگامی که پرتوهای خورشید به پنجره نفوذ می کنند، با چشم غیر مسلح دیده می شوند.

ذرات معلق زیادی در هوای شهرها و مراکز صنعتی بزرگ وجود دارد، جایی که انتشار گازهای مضر و ناخالصی های آنها که در طی احتراق سوخت ایجاد می شود به آئروسل ها اضافه می شود.

غلظت ذرات معلق در هوا شفافیت هوا را تعیین می کند که بر تابش خورشیدی که به سطح زمین می رسد تأثیر می گذارد. بزرگترین ذرات معلق در هوا هسته های تراکم (از لات. متراکم شدن- تراکم، ضخیم شدن) - به تبدیل بخار آب به قطرات آب کمک می کند.

اهمیت بخار آب در درجه اول با این واقعیت تعیین می شود که تابش حرارتی موج بلند از سطح زمین را به تاخیر می اندازد. نشان دهنده پیوند اصلی چرخه های رطوبت بزرگ و کوچک است. دمای هوا را در هنگام تراکم بسترهای آب افزایش می دهد.

مقدار بخار آب موجود در جو در زمان و مکان متفاوت است. بنابراین، غلظت بخار آب در سطح زمین از 3٪ در مناطق گرمسیری تا 2-10 (15)٪ در قطب جنوب متغیر است.

میانگین مقدار بخار آب در ستون عمودی جو در عرض های جغرافیایی معتدل حدود 1.6-1.7 سانتی متر است (این ضخامت لایه بخار آب متراکم است). اطلاعات مربوط به بخار آب در لایه های مختلف جو متناقض است. برای مثال فرض بر این بود که در محدوده ارتفاعی بین 20 تا 30 کیلومتر، رطوبت ویژه با افزایش ارتفاع به شدت افزایش می یابد. با این حال، اندازه گیری های بعدی خشکی بیشتر استراتوسفر را نشان می دهد. ظاهراً رطوبت ویژه در استراتوسفر کمی به ارتفاع بستگی دارد و 4-2 میلی گرم بر کیلوگرم است.

تغییرپذیری محتوای بخار آب در تروپوسفر توسط تعامل فرآیندهای تبخیر، تراکم و حمل و نقل افقی تعیین می شود. در اثر متراکم شدن بخار آب، ابرها تشکیل شده و نزولات جوی به صورت باران، تگرگ و برف می بارد.

فرآیندهای انتقال فاز آب عمدتاً در تروپوسفر اتفاق می‌افتد، به همین دلیل است که ابرها در استراتوسفر (در ارتفاعات 20-30 کیلومتری) و مزوسفر (نزدیک مزوپوز)، که مرواریدی و نقره‌ای نامیده می‌شوند، نسبتاً نادر مشاهده می‌شوند، در حالی که ابرهای تروپوسفری اغلب حدود 50 درصد از کل سطح زمین را پوشش می دهد.

مقدار بخار آب موجود در هوا به دمای هوا بستگی دارد.

1 متر مکعب هوا در دمای -20 درجه سانتیگراد نمی تواند بیش از 1 گرم آب داشته باشد. در دمای 0 درجه سانتیگراد - حداکثر 5 گرم؛ در +10 درجه سانتیگراد - حداکثر 9 گرم؛ در +30 درجه سانتیگراد - حداکثر 30 گرم آب.

نتیجه:هر چه دمای هوا بالاتر باشد، بخار آب بیشتری می تواند داشته باشد.

هوا ممکن است باشد ثروتمندو اشباع نشدهبخار آب. بنابراین، اگر در دمای +30 درجه سانتیگراد، 1 متر مکعب هوا حاوی 15 گرم بخار آب باشد، هوا از بخار آب اشباع نشده است. اگر 30 گرم - اشباع شده است.

رطوبت مطلقمقدار بخار آب موجود در 1 متر مکعب هوا است. بر حسب گرم بیان می شود. به عنوان مثال، اگر بگویند "رطوبت مطلق 15 است"، به این معنی است که 1 متر لیتر حاوی 15 گرم بخار آب است.

رطوبت نسبی- این نسبت (در درصد) محتوای واقعی بخار آب در 1 متر مکعب هوا به مقدار بخار آبی است که می تواند در 1 متر لیتر در دمای معین وجود داشته باشد. به عنوان مثال، اگر رادیو یک گزارش آب و هوا پخش کند که رطوبت نسبی آن 70٪ است، به این معنی است که هوا حاوی 70٪ بخار آبی است که می تواند در آن دما نگه دارد.

هر چه رطوبت نسبی بیشتر باشد، یعنی هر چه هوا به حالت اشباع نزدیکتر باشد، احتمال بارش بیشتر است.

رطوبت نسبی هوا همیشه بالا (تا 90٪) در منطقه استوایی مشاهده می شود، زیرا دمای هوا در آنجا در طول سال بالا باقی می ماند و تبخیر زیادی از سطح اقیانوس ها رخ می دهد. رطوبت نسبی نیز در نواحی قطبی زیاد است، اما به این دلیل که در دماهای پایین حتی مقدار کمی بخار آب، هوا را اشباع یا نزدیک به اشباع می کند. در عرض های جغرافیایی معتدل، رطوبت نسبی با فصول متفاوت است - در زمستان بیشتر و در تابستان کمتر است.

رطوبت نسبی هوا در بیابان ها به ویژه پایین است: 1 متر مربع از هوا در آنجا دو تا سه برابر کمتر از آنچه در دمای معین ممکن است بخار آب دارد.

برای اندازه گیری رطوبت نسبی از رطوبت سنج استفاده می شود (از یونانی hygros - wet و metreco - I اندازه می کنم).

هنگامی که هوای اشباع سرد می شود، نمی تواند همان مقدار بخار آب را حفظ کند، غلیظ می شود (تراکم می شود) و به قطرات مه تبدیل می شود. مه را می توان در تابستان در یک شب صاف و خنک مشاهده کرد.

ابرها- این همان مه است، فقط نه در سطح زمین، بلکه در ارتفاع معینی تشکیل می شود. با بالا آمدن هوا سرد می شود و بخار آب موجود در آن متراکم می شود. قطرات ریز آب حاصل، ابرها را تشکیل می دهند.

تشکیل ابر نیز شامل می شود ذرات معلقدر تروپوسفر معلق است.

ابرها می توانند اشکال مختلفی داشته باشند که به شرایط شکل گیری آنها بستگی دارد (جدول 14).

پست ترین و سنگین ترین ابرها لایه لایه هستند. آنها در ارتفاع 2 کیلومتری از سطح زمین قرار دارند. در ارتفاع 2 تا 8 کیلومتری می توان ابرهای کومولوس زیباتری را مشاهده کرد. بلندترین و سبک ترین آنها ابرهای سیروس هستند. آنها در ارتفاع 8 تا 18 کیلومتری از سطح زمین قرار دارند.

خانواده ها	انواع ابرها	ظاهر
الف- ابرهای بالایی - بالای 6 کیلومتر	I. سیروس	نخ مانند، فیبری، سفید
	II. سیروکومولوس	لایه ها و برجستگی های پرک و فرهای کوچک، سفید
	III. سیروستراتوس	حجاب سفید شفاف
ب- ابرهای سطح متوسط ​​- بالای 2 کیلومتر	IV. آلتوکومولوس	لایه ها و برجستگی های رنگ سفید و خاکستری
	V. Altostratified	حجاب صاف به رنگ خاکستری شیری
ب. کم ابرها - تا 2 کیلومتر	VI. نیمبوستراتوس	لایه خاکستری بی شکل جامد
	VII. استراتوکومولوس	لایه ها و برجستگی های غیر شفاف رنگ خاکستری
	هشتم. لایه بندی شده	حجاب خاکستری غیر شفاف
د. ابرهای توسعه عمودی - از لایه پایین به بالا	IX کومولوس	چماق ها و گنبدها به رنگ سفید روشن هستند، با لبه های پاره شده در باد
	X. کومولونیمبوس	توده های کومولوس شکل قدرتمند از رنگ سربی تیره

حفاظت اتمسفر

منابع اصلی شرکت های صنعتی و خودروها هستند. در شهرهای بزرگ مشکل آلودگی گاز در مسیرهای اصلی حمل و نقل بسیار حاد است. به همین دلیل است که بسیاری از شهرهای بزرگ در سراسر جهان از جمله کشور ما کنترل زیست محیطی سمیت گازهای خروجی اگزوز خودروها را معرفی کرده اند. به گفته کارشناسان، دود و گرد و غبار موجود در هوا می تواند عرضه انرژی خورشیدی به سطح زمین را به نصف کاهش دهد که منجر به تغییر شرایط طبیعی می شود.

یک عنصر محیطی مهم برای تمام اشکال حیات بیولوژیکی روی زمین. هوا محیطی است که انسان از اولین دقایق زندگی با آن مواجه می شود.

در رابطه با یک فرد، هوا عملکردهای مختلفی را انجام می دهد: حاوی اکسیژن لازم برای زندگی او است. تمام محصولات گازی متابولیسم و ​​فعالیت های انسانی از جمله در کره را در خود حل می کند تولید; بر فرآیندهای تنظیم حرارت بدن با محیط خارجی تأثیر می گذارد.

هوای صاف و بدون ابر مقدار زیاد و کیفیت خوبی از تابش خورشیدی را برای فرد فراهم می کند که اغلب رفتار او را در این روزها تعیین می کند. انرژی خورشیدی در پیدایش حیات بر روی زمین نقش داشته است، اما در عین حال می تواند برای گیاهان و جانوران نیز مخرب باشد. اشعه ماوراء بنفش با قرار گرفتن در معرض طولانی مدت همه موجودات زنده را می کشد. خورشید می تواند رودخانه ها، دریاچه ها و دیگر آب ها را خشک کند و زمین های حاصلخیز را به بیابان تبدیل کند. با این حال، ابری مداوم، باران‌های شدید، برف و باد که در جو زمین شکل می‌گیرد نیز بر حیات وحش تأثیر منفی می‌گذارد.

تغییرات در ترکیب و خواص محیط هوا اغلب بر سلامت انسان تأثیر منفی می گذارد. بیایید به یاد داشته باشیم مواد شیمیایی مختلفی که جو و تعداد زیادی میکروارگانیسم ها را آلوده می کنند، که بسیاری از آنها هنگام ورود به بدن انسان باعث بیماری های عفونی (آنفولانزا، دیفتری، مخملک، سرخک و غیره) می شوند که از فردی به فرد دیگر منتقل می شود. هوا.

تغییر اقلیم و شفافیت جوی . جو زمین عامل مهمی در شکل گیری آب و هوا است (همانطور که می دانید آب و هوا معمولاً به عنوان رژیم آب و هوایی طولانی مدت ذاتی یک منطقه خاص مطابق با شرایط جغرافیایی آن درک می شود).

فعالیت اقتصادی انسان بر اجزای مختلف آب و هوا تأثیر می گذارد که به نوبه خود بر وضعیت انسان و محیط زیست تا حد زیادی تأثیر می گذارد.

بنابراین، جنگل کاری حفاظتی به کاهش سرعت باد، کاهش تبخیر و حفظ برف کمک می کند و این باعث افزایش رطوبت لایه های زیرین جو می شود. خاک. هنگامی که باتلاق ها زهکشی می شوند، رطوبت هوا کاهش می یابد و دمای محیط افزایش می یابد. برعکس، مخازن باعث افزایش تعداد می شوند ابدر خاک و بخار آب در تروپوسفر که گرما را جمع می کند و دامنه دمای سالانه و روزانه را کاهش می دهد. آبیاری مصنوعی نیز همین اثر را دارد.

در دهه های اخیر، مشکل گرم شدن آب و هوا، ناشی از به اصطلاح اثر گلخانه ای، نگرانی های جدی را ایجاد کرده است.
اثر گلخانه ای ناشی از افزایش شفافیت جو برای بخش عمده ای از انرژی خورشیدی و افزایش جذب قسمت مادون قرمز از تابش حرارتی سطح زمین است. تابش حرارتی نه تنها توسط دی اکسید کربن (دی اکسید کربن)، بلکه توسط بخار آب، متان، ازن، اکسیدها و کلروفلوئوروکربن ها نیز جذب می شود. بنابراین به همه این گازها گازهای گلخانه ای می گویند.

گرمایش مصنوعی سیاره نه تنها با اثر گلخانه ای، بلکه با انرژی مصرف شده توسط انسان در زمینه های مختلف فعالیت خود مرتبط است. گرمای آزاد شده در نتیجه فعالیت های اقتصادی آن، 02/0 درصد از انرژی دریافتی زمین از خورشید را تشکیل می دهد. اما، به گفته دانشمندان، قبلاً باعث افزایش دمای محیط به طور متوسط ​​0.1 درجه سانتیگراد شده است. اگر مصرف انرژی با همان سرعت فعلی به رشد خود ادامه دهد، در 60 سال آینده دمای لایه سطحی جو به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

یکی دیگر از عوامل موثر در فرآیند تغییر تعادل حرارتی در جو، آلودگی آن با ریزگردها است که در لایه های بالایی باقی می مانند و ابرهای غبار را تشکیل می دهند. این ابرها در ارتفاع 10-20 کیلومتری تشکیل می شوند و نور خورشید را منعکس می کنند که منجر به کاهش دما در تروپوسفر پایین می شود. در حال حاضر، بر فراز اقیانوس اطلس شمالی ابرهای قدرتمندی از ذرات ریز وجود دارد که توسط کشورهای صنعتی اروپا منتشر می شود.

به عنوان اقدامات واقعی برای مبارزه با تغییرات اقلیمی، لازم است در درجه اول افزایش بهره وری مصرف سوخت، توسعه و معرفی منابع انرژی خورشیدی و سایر انرژی های بدون سوخت، توقف جنگل زدایی به ویژه جنگل های گرمسیری و سازماندهی و حمایت از اقدامات لازم در نظر گرفته شود. جنگل کاری ها را گسترش دهید

تخریب صفحه ازن اشعه ماوراء بنفش برای حیات روی زمین اهمیت زیادی دارد. اگر تشعشعات فرابنفش حاصل از انرژی خورشیدی توسط جو تضعیف نمی شد، برای همه موجودات زنده مخرب بود.

ترکیب شیمیایی هوا در نقاط دور از مراکز صنعتی کم و بیش ثابت است. این مخلوط مکانیکی از گازها است: 78.09٪ نیتروژن، 20.95٪ اکسیژن، 0.03٪ دی اکسید کربن. گازهای باقی مانده مقدار بسیار کمی را تشکیل می دهند، نه بیش از 1٪، اینها هیدروژن، هلیوم، آرگون، نئون هستند.

اوزون باید جداگانه مورد بحث قرار گیرد. کلمه "ازون" از کلمه یونانی "ازون" - "بوی" گرفته شده است. این یک گاز آبی، یک عامل اکسید کننده قوی است و در غلظت های بالا به طور انفجاری تجزیه می شود. برای ضد عفونی آب و هوا استفاده می شود.

لایه اوزون اتمسفر از تمام حیات روی زمین در برابر تأثیرات اشعه ماوراء بنفش خورشید محافظت می کند.

فعالیت های اقتصادی انسان منجر به پیدایش عوامل تخریب لایه اوزون زمین شده است. اکسیدهای نیتروژن در آن یافت شد که منابع آن هواپیماهای جت، موشک های فضایی و کودهای نیتروژن دار مورد استفاده در کشاورزی است.

یک خطر بزرگ برای لایه ازن (صفحه نمایش) انتشار مواد حاوی کلر در جو است. اینها عمدتاً شامل کلروفلوئوروکربن ها، به اصطلاح فرئون ها هستند. آنها در یخچال ها، تهویه مطبوع، پمپ های حرارتی به عنوان مبرد استفاده می شوند. در تولید پلاستیک متخلخل؛ برای تمیز کردن تراشه های کامپیوتری؛ به عنوان حامل در قوطی های آئروسل و محلول های استریل کننده در پزشکی.

چرا فریون ها برای محیط زیست خطرناک هستند؟ واقعیت این است که برخی از آنها لایه ازن زمین را از بین می برند و منجر به تشکیل به اصطلاح سوراخ های ازن در جو می شوند. اگر تعداد و اندازه آنها افزایش یابد، این امر به ناچار منجر به مرگ بسیاری از موجودات زنده خواهد شد.

کلمات "حفره ازن" امروزه مانند یک سیگنال هشدار سیاره ای به نظر می رسد. فرضیه ارتباط کلروفلوئوروکربن ها با فرآیند تخریب سپر ازن در سال 1970 ظاهر شد. تولید و استفاده از آنها در ایالات متحده آمریکا و برخی از کشورهای دیگر ممنوع شد، در حالی که در کشورهای دیگر تولید محصولات حاوی فریون به رشد خود ادامه داد. در پاییز سال 1985، مشاهدات ماهواره ای یک "حفره ازن" را بر فراز قطب جنوب کشف کردند که مساحت آن تقریباً برابر با قلمرو ایالات متحده بود.

در سال 1989، دانشمندان "حفره ازن" را بر فراز قطب شمال کشف کردند. در این راستا کنوانسیون بین المللی حفاظت از لایه اوزون زمین به تصویب رسید.

بارش اسیدی هر بارندگی (باران، مه، برف) که اسیدیته آن بالاتر از حد نرمال باشد، اسیدی نامیده می شود. در حال حاضر اعتقاد بر این است که 2/3 از بارش اسیدی ناشی از انتشار دی اکسید گوگرد و 1/3 توسط انتشار اکسیدهای نیتروژن است. دی اکسید گوگرد عمدتاً (تقریباً 88٪) از نیروگاه های حرارتی و تأسیسات انرژی صنعتی می آید، 12٪ باقی مانده در طول تولید اسید سولفوریک و فرآوری سنگ معدن سولفید تشکیل می شود. اکسیدهای نیتروژن از نیروگاه های حرارتی و تاسیسات انرژی صنعتی (51%) و از گازهای خروجی وسایل نقلیه (44%) وارد جو می شوند. منابع دیگر تنها حدود 5 درصد را تشکیل می دهند.

این گازها هنگامی که در اتمسفر قرار می گیرند با رطوبت برهم کنش می کنند و اسید تشکیل می دهند. به ویژه خطرناک انتشار دی اکسی-I و گوگرد است که در قطرات رطوبت جو حل می شود و محلولی از اسید سولفوریک تشکیل می دهد.

برد انتقال دی اکسید گوگرد معمولاً 300-400 کیلومتر است. اما در بارش هایی که حتی در فاصله 1000-1500 کیلومتری از منابع انتشار می بارد نیز یافت می شود.

بارش های اسیدی به تهدیدی جدی برای موجودیت جنگل ها تبدیل شده است. در آلمان حداقل 20 درصد از جنگل ها در خطر نابودی قرار دارند. در روسیه، مساحت اسیدی شدن قابل توجه ناشی از باران و برف به 46 میلیون هکتار رسیده است. بارش اسیدی اسیدیته خاک را افزایش می دهد و بر وضعیت دریاچه ها، رودخانه ها و سایر آب ها تأثیر منفی می گذارد. آنها باعث مرگ جنگل ها، در درجه اول صنوبر و بلوط، و تخریب لایه حاصلخیز خاک می شوند.

اسیدی شدن آب های کم عمق اقیانوس ها در حال تبدیل شدن به بسیار خطرناک است که منجر به عدم امکان تولید مثل بسیاری از حیوانات بی مهرگان دریایی می شود. این تهدیدی برای شکستن زنجیره های غذایی و برهم زدن تعادل اکولوژیکی در اقیانوس جهانی است.

دانشمندان محاسبه کرده اند که کاهش 50 درصدی بارش اسیدی باعث توقف اسیدی شدن بیشتر محیط می شود. از آنجایی که بیشتر گازهای اسیدی توسط نیروگاه‌ها به اتمسفر منتشر می‌شوند، تمرکز بر صرفه‌جویی در انرژی، تغییر از زغال سنگ به سایر انواع سوخت حاوی گوگرد کمتر، و توسعه و پیاده‌سازی سیستم‌های موثر برای تصفیه انتشار گاز ضروری است.

انتشار مواد مضر. توسعه گسترده صنایع شیمیایی، افزایش حجم حمل و نقل هوایی و جاده ای، انتشار گازهای تصفیه نشده به اتمسفر از نیروگاه های حرارتی، شرکت های متالورژی، برخورد بی احتیاطی با آتش سوزی در جنگل ها، منجر به آتش سوزی در جنگل ها، آسیب های جبران ناپذیری به اتمسفر وارد می کند. محیط انسانی

انتشار گاز و بخار اغلب در طی فرآیند احتراق ایجاد می شود.

اجزای اصلی انتشار امروزه ذرات معلق، دی اکسید گوگرد، مونوکسید کربن، اکسید نیتروژن و هیدروکربن ها هستند. آنها حدود 98 درصد از کل انتشارات در جو را تشکیل می دهند. در زیر درصد آلاینده هایی که از منابع ثابت وارد جو می شوند آورده شده است.

در سال های اخیر، در شهرهای بزرگ روسیه، حمل و نقل جاده ای، صنایع شیمیایی، پالایش نفت و شرکت های متالورژی به منابع جدی آلودگی هوا تبدیل شده اند. برای بهبود وضعیت زیست محیطی در چنین شهرهایی، توصیه می شود برخی از صنایع خطرناک را به خارج از مرزهای خود منتقل کنند، تجهیزات تصفیه آلاینده ها را در شرکت ها نصب کنند و خودروها را با خنثی کننده های موثر گازهای خروجی در اختیار خودروها قرار دهند. گسترش آموزش محیط زیست و روشنگری مردم بسیار مهم است، زیرا نمونه های زیادی از بی سوادی زیست محیطی وجود دارد. فقط یکی بدیم

در اطراف جاده کمربندی مسکو، مردم شهر باغ های خود را ایجاد کرده اند که در آن سبزیجات، میوه ها و انواع توت ها می کارند. مشخص است که در عرض یک ساعت بیش از 2000 وسیله نقلیه در هر نقطه از این جاده تردد می کنند. اگزوز خودرو در فاصله 800-900 متری در یک طرف و طرف دیگر جاده رسوب می کند. تحقیقات نشان می دهد که زمین و پوشش گیاهی در این فاصله حاوی مواد مضر هستند. سلامتیمواد انسانی فراتر از تمام استانداردهای بهداشتی است. آیا می توان چنین گیاهی را خورد؟ البته که نه. با این حال، فعالیت باغبانی در این مکان ها کاهش نمی یابد، بلکه برعکس در حال افزایش است. افراد ناآگاهانه عمر خود را کوتاه می کنند و به سلامتی خود آسیب می رسانند.

سیستم تنفسی بیشتر در معرض تأثیر اجزای مضر هوای جو است. همچنین آسیب قابل توجهی به سیستم قلبی عروقی و ایمنی بدن وارد می شود.

هر گونه فعالیت انسانی مرتبط با آلودگی احتمالی هوا باید با استانداردهای بهداشتی برای کار ایمن مطابقت داشته باشد و به شدت تحت نظارت باشد. هرگونه انتشار در جو باید فقط از طریق سیستم های تصفیه انجام شود. برای انجام این کار، لازم است که کنترل بهداشتی ثابت، به اصطلاح نظارت بر جو برقرار شود.

اصول ایمنی زندگی کلاس هشتم : کتاب درسی آموزش عمومی. موسسات / S. N. Vangorodsky، M. I. Kuznetsov، V. N. Latchuk، V. V. Markov. - ویرایش پنجم، بازبینی شده. - م.: بوستارد، 2005. - 254، ص. : مریض

مجموعه نکات درسی OBZD دانلود، تقویم و برنامه ریزی موضوعی، کتاب های درسی همه موضوعات آنلاین

محتوای درس یادداشت های درسیفن آوری های تعاملی روش های شتاب ارائه درس فریم پشتیبانی می کند تمرین کارها و تمرینات کارگاه های خودآزمایی، آموزش ها، موارد، کوئست ها سوالات بحث تکلیف سوالات بلاغی از دانش آموزان تصاویر صوتی، کلیپ های ویدئویی و چند رسانه ایعکس، عکس، گرافیک، جداول، نمودار، طنز، حکایت، جوک، کمیک، تمثیل، گفته ها، جدول کلمات متقاطع، نقل قول افزونه ها چکیده هاترفندهای مقاله برای گهواره های کنجکاو کتاب های درسی پایه و فرهنگ لغت اضافی اصطلاحات دیگر بهبود کتب درسی و دروستصحیح اشتباهات کتاب درسیبه روز رسانی یک قطعه در کتاب درسی، عناصر نوآوری در درس، جایگزینی دانش منسوخ شده با دانش جدید فقط برای معلمان درس های کاملبرنامه تقویم برای سال؛ توصیه های روش شناختی؛ برنامه های بحث و گفتگو دروس تلفیقی

اتمسفر
پوشش گازی که یک جرم آسمانی را احاطه کرده است. ویژگی های آن به اندازه، جرم، دما، سرعت چرخش و ترکیب شیمیایی یک جرم آسمانی معین بستگی دارد و همچنین با تاریخچه شکل گیری آن از لحظه پیدایش آن تعیین می شود. جو زمین از مخلوطی از گازهایی به نام هوا تشکیل شده است. اجزای اصلی آن نیتروژن و اکسیژن به نسبت تقریباً 4:1 است. فرد عمدتاً تحت تأثیر وضعیت 15-25 کیلومتر پایین جو قرار می گیرد ، زیرا در این لایه پایین تر است که قسمت عمده هوا متمرکز می شود. علمی که جو را مطالعه می کند هواشناسی نامیده می شود، البته موضوع این علم نیز آب و هوا و تأثیر آن بر انسان است. وضعیت لایه های بالایی جو که در ارتفاعات 60 تا 300 و حتی 1000 کیلومتری از سطح زمین قرار دارند نیز تغییر می کند. بادهای شدید، طوفان در اینجا ایجاد می شود و پدیده های الکتریکی شگفت انگیزی مانند شفق های قطبی رخ می دهد. بسیاری از پدیده های ذکر شده با جریان تابش خورشیدی، تابش کیهانی و میدان مغناطیسی زمین مرتبط هستند. لایه های مرتفع جو نیز یک آزمایشگاه شیمیایی هستند، زیرا در آنجا، در شرایط نزدیک به خلاء، برخی از گازهای اتمسفر، تحت تأثیر یک جریان قدرتمند انرژی خورشیدی، وارد واکنش های شیمیایی می شوند. علمی که این پدیده ها و فرآیندهای مرتبط را مطالعه می کند، فیزیک اتمسفر بالا نامیده می شود.
ویژگی های کلی جو زمین
ابعاد.تا قبل از اینکه موشک‌ها و ماهواره‌های مصنوعی لایه‌های بیرونی جو را در فواصل چند برابر بیشتر از شعاع زمین کاوش می‌کردند، اعتقاد بر این بود که هر چه از سطح زمین دور می‌شویم، اتمسفر به تدریج کمیاب‌تر می‌شود و به آرامی وارد فضای بین سیاره‌ای می‌شود. . اکنون ثابت شده است که جریان انرژی از لایه های عمیق خورشید به فضای بیرونی بسیار فراتر از مدار زمین، درست تا مرزهای بیرونی منظومه شمسی نفوذ می کند. این به اصطلاح باد خورشیدی در اطراف میدان مغناطیسی زمین جریان دارد و یک "حفره" دراز را تشکیل می دهد که جو زمین در آن متمرکز است. میدان مغناطیسی زمین در سمت روز رو به خورشید به طرز محسوسی باریک می شود و زبانه ای دراز را تشکیل می دهد که احتمالاً فراتر از مدار ماه، در سمت مقابل، در سمت شب گسترش می یابد. مرز میدان مغناطیسی زمین مغناطیسی نامیده می شود. در سمت روز، این مرز در فاصله حدود هفت شعاع زمین از سطح قرار دارد، اما در دوره‌های افزایش فعالیت خورشیدی حتی به سطح زمین نزدیک‌تر می‌شود. مگنتوپوز همچنین مرز جو زمین است که به پوسته خارجی آن مگنتوسفر نیز می گویند، زیرا ذرات باردار (یون ها) در آن متمرکز شده اند که حرکت آنها توسط میدان مغناطیسی زمین تعیین می شود. وزن کل گازهای اتمسفر تقریباً 4.5 * 1015 تن است بنابراین "وزن" جو در واحد سطح یا فشار اتمسفر تقریباً 11 تن در متر مربع در سطح دریا است.
معنی برای زندگی.از مطالب فوق چنین استنباط می شود که زمین توسط یک لایه محافظ قدرتمند از فضای بین سیاره ای جدا شده است. فضای بیرونی پر از پرتوهای قدرتمند فرابنفش و اشعه ایکس از خورشید و حتی تشعشعات کیهانی سخت تر است و این نوع تابش ها برای همه موجودات زنده مخرب هستند. در لبه بیرونی جو، شدت تابش کشنده است، اما بیشتر آن توسط اتمسفر دور از سطح زمین حفظ می شود. جذب این تابش بسیاری از خواص لایه های مرتفع جو و به ویژه پدیده های الکتریکی رخ داده در آن را توضیح می دهد. پایین ترین لایه جو در سطح زمین به ویژه برای انسان هایی که در نقطه تماس بین پوسته های جامد، مایع و گازی زمین زندگی می کنند، اهمیت دارد. پوسته بالایی زمین "جامد" لیتوسفر نامیده می شود. حدود 72 درصد از سطح زمین را آب های اقیانوس ها پوشانده اند که بیشتر هیدروسفر را تشکیل می دهند. جو هم مرز لیتوسفر و هم با هیدروسفر است. انسان در کف اقیانوس هوا و نزدیک یا بالاتر از سطح اقیانوس آب زندگی می کند. تعامل این اقیانوس ها یکی از عوامل مهم تعیین کننده وضعیت جو است.
ترکیب.لایه های پایینی جو از مخلوطی از گازها تشکیل شده است (جدول را ببینید). علاوه بر موارد ذکر شده در جدول، گازهای دیگری به شکل ناخالصی های کوچک در هوا وجود دارد: ازن، متان، موادی مانند مونوکسید کربن (CO)، اکسیدهای نیتروژن و گوگرد، آمونیاک.

ترکیب اتمسفر

در لایه‌های مرتفع اتمسفر، ترکیب هوا تحت تأثیر تشعشعات سخت خورشید تغییر می‌کند که منجر به تجزیه مولکول‌های اکسیژن به اتم می‌شود. اکسیژن اتمی جزء اصلی لایه های مرتفع جو است. در نهایت، در دورترین لایه های جو از سطح زمین، اجزای اصلی سبک ترین گازها هستند - هیدروژن و هلیوم. از آنجایی که بخش عمده ای از این ماده در 30 کیلومتری پایین تر متمرکز شده است، تغییرات در ترکیب هوا در ارتفاعات بالای 100 کیلومتر تأثیر قابل توجهی بر ترکیب کلی جو ندارد.
تبادل انرژی.خورشید منبع اصلی انرژی تامین شده به زمین است. در فاصله تقریبی در فاصله 150 میلیون کیلومتری از خورشید، زمین تقریباً یک دو میلیاردم انرژی ساطع می‌کند، عمدتاً در بخش مرئی طیف که انسان‌ها آن را «نور» می‌نامند. بیشتر این انرژی توسط جو و لیتوسفر جذب می شود. زمین همچنین انرژی را عمدتاً به شکل امواج مادون قرمز موج بلند منتشر می کند. به این ترتیب تعادلی بین انرژی دریافتی از خورشید، گرم شدن زمین و جو و جریان معکوس انرژی حرارتی ساطع شده به فضا برقرار می شود. مکانیسم این تعادل بسیار پیچیده است. مولکول های غبار و گاز نور را پراکنده می کنند و تا حدی آن را به فضای بیرونی منعکس می کنند. حتی بیشتر از تشعشعات ورودی توسط ابرها منعکس می شود. بخشی از انرژی مستقیماً توسط مولکول های گاز جذب می شود، اما عمدتاً توسط سنگ ها، پوشش گیاهی و آب های سطحی جذب می شود. بخار آب و دی اکسید کربن موجود در اتمسفر، تابش مرئی را منتقل می کنند اما تابش مادون قرمز را جذب می کنند. انرژی حرارتی عمدتاً در لایه های پایینی جو جمع می شود. اثر مشابهی در گلخانه زمانی رخ می دهد که شیشه به نور اجازه ورود می دهد و خاک گرم می شود. از آنجایی که شیشه در برابر تابش مادون قرمز نسبتاً مات است، گرما در گلخانه جمع می شود. گرم شدن اتمسفر پایین به دلیل وجود بخار آب و دی اکسید کربن اغلب اثر گلخانه ای نامیده می شود. ابری نقش مهمی در حفظ گرما در لایه های پایینی جو دارد. اگر ابرها پاک شوند یا هوا شفاف تر شود، به ناچار دما کاهش می یابد زیرا سطح زمین انرژی گرمایی را آزادانه به فضای اطراف می تاباند. آب موجود در سطح زمین انرژی خورشیدی را جذب می کند و تبخیر می شود و به گاز - بخار آب تبدیل می شود که مقدار زیادی انرژی را به لایه های زیرین جو منتقل می کند. هنگامی که بخار آب متراکم می شود و ابر یا مه تشکیل می شود، این انرژی به صورت گرما آزاد می شود. حدود نیمی از انرژی خورشیدی که به سطح زمین می رسد صرف تبخیر آب می شود و وارد لایه های زیرین جو می شود. بنابراین، به دلیل اثر گلخانه ای و تبخیر آب، جو از پایین گرم می شود. این تا حدودی فعالیت بالای گردش آن را در مقایسه با گردش اقیانوس جهانی توضیح می دهد که فقط از بالا گرم می شود و بنابراین بسیار پایدارتر از جو است.
همچنین به هواشناسی و اقلیم شناسی مراجعه کنید. علاوه بر گرم شدن کلی جو توسط نور خورشید، گرمای قابل توجهی در برخی از لایه های آن به دلیل تابش اشعه ماوراء بنفش و اشعه ایکس از خورشید رخ می دهد. ساختار. در مقایسه با مایعات و جامدات، در مواد گازی نیروی جاذبه بین مولکول ها حداقل است. با افزایش فاصله بین مولکول ها، گازها می توانند به طور نامحدود منبسط شوند اگر چیزی مانع آنها نشود. مرز پایینی جو، سطح زمین است. به بیان دقیق، این مانع غیرقابل نفوذ است، زیرا تبادل گاز بین هوا و آب و حتی بین هوا و سنگ ها اتفاق می افتد، اما در این مورد می توان از این عوامل غفلت کرد. از آنجایی که جو یک پوسته کروی است، هیچ مرز جانبی ندارد، بلکه فقط یک مرز پایینی و یک مرز بالایی (بیرونی) دارد که از سمت فضای بین سیاره ای باز می شود. برخی از گازهای خنثی از طریق مرز بیرونی نشت می کنند و همچنین ماده از فضای بیرونی اطراف وارد می شود. بیشتر ذرات باردار، به استثنای پرتوهای کیهانی پرانرژی، یا توسط مگنتوسفر جذب می شوند یا توسط آن دفع می شوند. جو نیز تحت تأثیر نیروی گرانش است که پوسته هوا را در سطح زمین نگه می دارد. گازهای اتمسفر تحت وزن خود فشرده می شوند. این تراکم در مرز پایین جو حداکثر است، بنابراین چگالی هوا در اینجا بیشترین است. در هر ارتفاعی از سطح زمین، درجه فشرده سازی هوا به جرم ستون هوای پوشاننده بستگی دارد، بنابراین با افزایش ارتفاع، چگالی هوا کاهش می یابد. فشار، برابر با جرم ستون هوای پوشاننده در واحد سطح، مستقیماً به چگالی وابسته است و بنابراین با ارتفاع کاهش می یابد. اگر اتمسفر یک "گاز ایده آل" با ترکیب ثابت مستقل از ارتفاع، دمای ثابت و نیروی گرانش ثابتی بود که بر آن اثر می کند، آنگاه فشار به ازای هر 20 کیلومتر ارتفاع 10 برابر کاهش می یابد. اتمسفر واقعی با گاز ایده آل تا ارتفاع حدود 100 کیلومتری کمی متفاوت است و سپس با تغییر ترکیب هوا، با افزایش ارتفاع، فشار آهسته تر کاهش می یابد. تغییرات کوچک در مدل توصیف شده نیز با کاهش نیروی گرانش با فاصله از مرکز زمین، که تقریباً برابر است، ایجاد می‌شود. 3% برای هر 100 کیلومتر ارتفاع. برخلاف فشار اتمسفر، دما به طور مداوم با ارتفاع کاهش نمی یابد. همانطور که در شکل نشان داده شده است. 1، به ارتفاع تقریبی 10 کیلومتر کاهش می یابد و سپس دوباره شروع به افزایش می کند. این زمانی اتفاق می افتد که اشعه ماوراء بنفش خورشید توسط اکسیژن جذب می شود. این گاز ازن تولید می کند که مولکول های آن از سه اتم اکسیژن (O3) تشکیل شده است. همچنین اشعه ماوراء بنفش را جذب می کند و بنابراین این لایه از جو که اوزونوسفر نام دارد گرم می شود. بالاتر، دما دوباره کاهش می یابد، زیرا مولکول های گاز بسیار کمتری در آنجا وجود دارد، و جذب انرژی به ترتیب کاهش می یابد. حتی در لایه های بالاتر، به دلیل جذب کوتاه ترین طول موج تابش فرابنفش و اشعه ایکس از خورشید توسط جو، دما دوباره افزایش می یابد. تحت تأثیر این تابش قدرتمند، یونیزاسیون جو رخ می دهد، یعنی. یک مولکول گاز یک الکترون از دست می دهد و بار الکتریکی مثبت می گیرد. چنین مولکول هایی به یون هایی با بار مثبت تبدیل می شوند. به دلیل وجود الکترون ها و یون های آزاد، این لایه از اتمسفر خواص رسانای الکتریکی را به دست می آورد. اعتقاد بر این است که افزایش دما تا ارتفاعات ادامه می یابد که در آن جو نازک به فضای بین سیاره ای منتقل می شود. در فاصله چند هزار کیلومتری از سطح زمین، دمای بین 5000 تا 10000 درجه سانتیگراد احتمالاً غالب خواهد بود. اگرچه مولکول ها و اتم ها سرعت حرکت بسیار بالایی دارند و در نتیجه دماهای بالایی دارند، این گاز کمیاب "گرم" نیست. به معنای معمول . به دلیل تعداد اندک مولکول ها در ارتفاعات، کل انرژی حرارتی آنها بسیار کم است. بنابراین، اتمسفر از لایه‌های مجزا تشکیل شده است (یعنی مجموعه‌ای از پوسته‌های متحدالمرکز یا کره‌ها)، که جدایی آن‌ها بستگی به این دارد که کدام ویژگی بیشترین علاقه را دارد. بر اساس میانگین توزیع دما، هواشناسان نموداری از ساختار "اتمسفر متوسط" ایده آل ایجاد کرده اند (شکل 1 را ببینید).

تروپوسفر لایه پایین اتمسفر است که تا اولین حداقل حرارتی (به اصطلاح تروپوپوز) گسترش می یابد. حد بالایی تروپوسفر به عرض جغرافیایی (در مناطق استوایی - 18-20 کیلومتر، در عرض های جغرافیایی معتدل - حدود 10 کیلومتر) و زمان سال بستگی دارد. سرویس ملی هواشناسی ایالات متحده در نزدیکی قطب جنوب سونوگرافی انجام داد و تغییرات فصلی در ارتفاع تروپوپوز را آشکار کرد. در ماه مارس، tropopause در ارتفاع تقریبی است. 7.5 کیلومتر. از ماه مارس تا آگوست یا سپتامبر سرد شدن مداوم تروپوسفر وجود دارد و مرز آن تا ارتفاع تقریباً 11.5 کیلومتری برای مدت کوتاهی در ماه آگوست یا سپتامبر افزایش می یابد. سپس از سپتامبر تا دسامبر به سرعت کاهش می یابد و به پایین ترین موقعیت خود می رسد - 7.5 کیلومتر، جایی که تا مارس باقی می ماند و تنها در 0.5 کیلومتر در نوسان است. در تروپوسفر است که عمدتاً آب و هوا شکل می گیرد که شرایط وجود انسان را تعیین می کند. بیشتر بخار آب اتمسفر در تروپوسفر متمرکز شده است، و اینجاست که ابرها در درجه اول شکل می گیرند، اگرچه برخی از آنها که از کریستال های یخ تشکیل شده اند، در لایه های بالاتر یافت می شوند. تروپوسفر با تلاطم و جریان های هوای قوی (بادها) و طوفان ها مشخص می شود. در تروپوسفر فوقانی جریانهای هوای قوی در جهتی کاملاً مشخص وجود دارد. گرداب‌های متلاطم، شبیه گرداب‌های کوچک، تحت تأثیر اصطکاک و تعامل دینامیکی بین توده‌های هوای آهسته و سریع ایجاد می‌شوند. از آنجایی که معمولاً در این سطوح بالا پوشش ابری وجود ندارد، به این تلاطم «تلاطم هوای صاف» می گویند.
استراتوسفر. لایه بالایی جو اغلب به اشتباه به عنوان لایه ای با دمای نسبتا ثابت توصیف می شود که در آن بادها کم و بیش پیوسته می وزند و عناصر هواشناسی در آن تغییر اندکی دارند. لایه های بالایی استراتوسفر زمانی گرم می شوند که اکسیژن و ازن تابش فرابنفش خورشید را جذب کنند. مرز بالایی استراتوسفر (استراتوپوز) جایی است که دما کمی افزایش می یابد و به حداکثر متوسط ​​​​می رسد که اغلب با دمای لایه سطحی هوا قابل مقایسه است. بر اساس مشاهدات انجام شده با استفاده از هواپیماها و بالون هایی که برای پرواز در ارتفاع ثابت طراحی شده اند، آشفتگی های آشفته و بادهای شدیدی که در جهات مختلف می وزند در استراتوسفر مشخص شده است. مانند تروپوسفر، گرداب های هوایی قدرتمندی وجود دارد که به ویژه برای هواپیماهای پرسرعت خطرناک هستند. بادهای شدید، به نام جریان های جت، در مناطق باریک در امتداد مرزهای قطبی عرض های جغرافیایی معتدل می وزد. با این حال، این مناطق می توانند تغییر کنند، ناپدید شوند و دوباره ظاهر شوند. جریان های جت معمولاً به تروپوپوز نفوذ می کنند و در تروپوسفر فوقانی ظاهر می شوند، اما سرعت آنها با کاهش ارتفاع به سرعت کاهش می یابد. ممکن است مقداری از انرژی وارد شده به استراتوسفر (عمدتاً برای تشکیل ازن صرف شود) بر فرآیندهای تروپوسفر تأثیر بگذارد. به خصوص اختلاط فعال با جبهه‌های جوی همراه است، جایی که جریان‌های گسترده‌ای از هوای استراتوسفر در زیر تروپوپوز ثبت شد و هوای تروپوسفر به لایه‌های پایین‌تر استراتوسفر کشیده شد. پیشرفت قابل توجهی در مطالعه ساختار عمودی لایه های زیرین اتمسفر به دلیل بهبود فناوری پرتاب رادیوسوندها به ارتفاعات 30-25 کیلومتری صورت گرفته است. مزوسفر، واقع در بالای استراتوسفر، پوسته ای است که در آن، تا ارتفاع 80-85 کیلومتر، دما به حداقل مقادیر برای جو به طور کلی کاهش می یابد. دمای پایین بی سابقه 110- درجه سانتی گراد توسط موشک های هواشناسی پرتاب شده از تاسیسات ایالات متحده-کانادا در فورت چرچیل (کانادا) ثبت شد. حد بالایی مزوسفر (مزوپوز) تقریباً با حد پایین ناحیه جذب فعال پرتو ایکس و تابش فرابنفش موج کوتاه از خورشید منطبق است که با گرم شدن و یونیزاسیون گاز همراه است. در مناطق قطبی، سیستم‌های ابری اغلب در طول مزوپوز در تابستان ظاهر می‌شوند، که منطقه وسیعی را اشغال می‌کنند، اما توسعه عمودی کمی دارند. چنین ابرهایی که در شب می درخشند، اغلب حرکات هوای موج مانند در مقیاس بزرگ را در مزوسفر نشان می دهند. ترکیب این ابرها، منابع رطوبت و هسته های تراکم، دینامیک و روابط با عوامل هواشناسی هنوز به اندازه کافی مورد مطالعه قرار نگرفته است. ترموسفر لایه ای از اتمسفر است که در آن درجه حرارت به طور مداوم افزایش می یابد. قدرت آن می تواند به 600 کیلومتر برسد. فشار و در نتیجه چگالی گاز به طور مداوم با افزایش ارتفاع کاهش می یابد. در نزدیکی سطح زمین، 1 متر مکعب هوا حاوی تقریباً 2.5×1025 مولکول، در ارتفاع تقریبی 100 کیلومتر، در لایه های زیرین ترموسفر - تقریباً 1019، در ارتفاع 200 کیلومتری، در یونوسفر - 5 * 10 15 و طبق محاسبات، در ارتفاع تقریباً. 850 کیلومتر - تقریباً 1012 مولکول. در فضای بین سیاره ای، غلظت مولکول ها 10 8-10 9 در هر متر مکعب است. در ارتفاع تقریبی 100 کیلومتر تعداد مولکول ها کم است و به ندرت با یکدیگر برخورد می کنند. میانگین مسافتی که یک مولکول به‌طور آشفته‌ای در حال حرکت قبل از برخورد با مولکول مشابه دیگری طی می‌کند، مسیر آزاد متوسط ​​آن نامیده می‌شود. لایه ای که در آن این مقدار به قدری افزایش می یابد که احتمال برخورد بین مولکولی یا بین اتمی را می توان نادیده گرفت، در مرز بین ترموسفر و پوسته پوشاننده (اگزوسفر) قرار دارد و ترموپوز نامیده می شود. ترموپوز تقریباً 650 کیلومتر از سطح زمین فاصله دارد. در دمای معین، سرعت یک مولکول به جرم آن بستگی دارد: مولکول‌های سبک‌تر سریع‌تر از سنگین‌تر حرکت می‌کنند. در اتمسفر پایین، جایی که مسیر آزاد بسیار کوتاه است، جداسازی قابل توجهی از گازها بر اساس وزن مولکولی آنها وجود ندارد، اما در بالای 100 کیلومتر بیان می شود. علاوه بر این، تحت تأثیر تابش اشعه ماوراء بنفش و اشعه ایکس از خورشید، مولکول های اکسیژن به اتم هایی تجزیه می شوند که جرم آنها نصف جرم مولکول است. بنابراین، هر چه از سطح زمین دور می شویم، اکسیژن اتمی در ترکیب جو و در ارتفاعات حدوداً اهمیت فزاینده ای پیدا می کند. 200 کیلومتر جزء اصلی آن می شود. بالاتر، در فاصله تقریباً 1200 کیلومتری از سطح زمین، گازهای سبک غالب هستند - هلیوم و هیدروژن. پوسته بیرونی جو از آنها تشکیل شده است. این جداسازی وزنی که طبقه بندی پراکنده نامیده می شود، شبیه به جداسازی مخلوط ها با استفاده از سانتریفیوژ است. اگزوسفر لایه بیرونی جو است که بر اساس تغییرات دما و خواص گاز خنثی تشکیل شده است. مولکول ها و اتم های موجود در اگزوسفر در مدارهای بالستیک تحت تأثیر گرانش به دور زمین می چرخند. برخی از این مدارها سهموی و شبیه مسیر پرتابه ها هستند. مولکول ها می توانند به دور زمین و در مدارهای بیضوی مانند ماهواره ها بچرخند. برخی از مولکول ها، عمدتاً هیدروژن و هلیوم، مسیرهای باز دارند و به فضای بیرونی می روند (شکل 2).

اتصالات خورشیدی-زمینی و تأثیر آنها بر اتمسفر
جزر و مد اتمسفر. جاذبه خورشید و ماه باعث جزر و مد در جو می شود که شبیه جزر و مد زمین و دریا است. اما جزر و مد اتمسفر یک تفاوت قابل توجه دارند: اتمسفر شدیدترین واکنش را به جاذبه خورشید نشان می دهد، در حالی که پوسته زمین و اقیانوس به شدت به جاذبه ماه پاسخ می دهند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که جو توسط خورشید گرم می شود و علاوه بر گرانشی، یک جزر و مد حرارتی قدرتمند نیز رخ می دهد. به طور کلی، مکانیسم های تشکیل جزر و مدهای جوی و دریایی مشابه است، با این تفاوت که برای پیش بینی واکنش هوا به تأثیرات گرانشی و حرارتی، باید تراکم پذیری و توزیع دمای آن را در نظر گرفت. کاملاً مشخص نیست که چرا جزر و مدهای خورشیدی نیمه‌روزانه (۱۲ ساعته) در جو بر جزر و مدهای روزانه خورشیدی و نیمه‌روزی قمری غالب است، اگرچه نیروهای محرکه دو فرآیند اخیر بسیار قدرتمندتر هستند. قبلاً اعتقاد بر این بود که تشدید در جو ایجاد می شود که نوسانات را با یک دوره 12 ساعته افزایش می دهد. با این حال، مشاهدات انجام شده با استفاده از موشک های ژئوفیزیکی نشان دهنده عدم وجود دلایل دمایی برای چنین رزونانسی است. هنگام حل این مشکل، احتمالاً لازم است که تمام ویژگی های هیدرودینامیکی و حرارتی جو را در نظر بگیریم. در سطح زمین نزدیک به استوا، جایی که تأثیر نوسانات جزر و مدی حداکثر است، تغییر فشار اتمسفر 0.1٪ را ایجاد می کند. سرعت باد جزر و مدی تقریبا 0.3 کیلومتر در ساعت به دلیل ساختار حرارتی پیچیده اتمسفر (به ویژه وجود حداقل دما در مزوپوز)، جریان های جزر و مدی هوا تشدید می شوند و به عنوان مثال، در ارتفاع 70 کیلومتری سرعت آنها تقریباً 160 برابر بیشتر از سرعت جریان های هوا است. سطح زمین که پیامدهای ژئوفیزیکی مهمی دارد. اعتقاد بر این است که در قسمت پایین یونوسفر (لایه E)، نوسانات جزر و مدی گاز یونیزه شده را به صورت عمودی در میدان مغناطیسی زمین حرکت می دهد و بنابراین جریان های الکتریکی در اینجا ایجاد می شود. این سیستم های دائماً در حال ظهور جریان ها در سطح زمین توسط اختلالات در میدان مغناطیسی ایجاد می شوند. تغییرات روزانه میدان مغناطیسی در تطابق نسبتاً خوبی با مقادیر محاسبه شده است، که شواهد قانع کننده ای به نفع نظریه مکانیسم های جزر و مدی "دینامو جو" ارائه می دهد. جریان های الکتریکی تولید شده در قسمت پایین یونوسفر (لایه E) باید جایی حرکت کند و بنابراین مدار باید کامل شود. تشابه با دینام کامل می شود اگر حرکت پیش رو را کار یک موتور در نظر بگیریم. فرض بر این است که گردش معکوس جریان الکتریکی در یک لایه بالاتر از یونوسفر (F) رخ می‌دهد و این جریان متقابل ممکن است برخی از ویژگی‌های عجیب این لایه را توضیح دهد. در نهایت، اثر جزر و مدی باید جریان های افقی را در لایه E و بنابراین در لایه F ایجاد کند.
یون کره.دانشمندان قرن نوزدهم در تلاش برای توضیح مکانیسم وقوع شفق های قطبی بودند. پیشنهاد کرد که منطقه ای با ذرات باردار الکتریکی در جو وجود دارد. در قرن بیستم شواهد قانع کننده ای به صورت تجربی از وجود لایه ای در ارتفاعات 85 تا 400 کیلومتری به دست آمد که امواج رادیویی را منعکس می کند. اکنون مشخص شده است که خواص الکتریکی آن حاصل یونیزاسیون گاز اتمسفر است. بنابراین معمولاً این لایه را یونوسفر می نامند. تأثیر بر امواج رادیویی عمدتاً به دلیل حضور الکترون‌های آزاد در یونوسفر رخ می‌دهد، اگرچه مکانیسم انتشار امواج رادیویی با حضور یون‌های بزرگ مرتبط است. مورد دوم نیز هنگام مطالعه خواص شیمیایی اتمسفر مورد توجه است، زیرا آنها فعال تر از اتم ها و مولکول های خنثی هستند. واکنش های شیمیایی که در یونوسفر رخ می دهد نقش مهمی در تعادل انرژی و الکتریکی آن ایفا می کند.
یونوسفر نرمالمشاهدات انجام شده با استفاده از موشک ها و ماهواره های ژئوفیزیکی، اطلاعات جدیدی را ارائه کرده است که نشان می دهد یونیزاسیون جو تحت تأثیر طیف گسترده ای از تابش خورشیدی رخ می دهد. بخش اصلی آن (بیش از 90٪) در قسمت مرئی طیف متمرکز است. تابش فرابنفش که طول موج کوتاه‌تر و انرژی بالاتری نسبت به پرتوهای نور بنفش دارد، توسط هیدروژن در جو داخلی خورشید (کروموسفر) منتشر می‌شود و پرتوهای ایکس که حتی انرژی بالاتری دارند، از گازهای موجود در پوسته بیرونی خورشید ساطع می‌شوند. (کرونا). حالت طبیعی (متوسط) یونوسفر به دلیل تابش قوی ثابت است. تغییرات منظمی در یونوسفر عادی به دلیل چرخش روزانه زمین و اختلاف فصلی در زاویه تابش پرتوهای خورشید در ظهر رخ می دهد، اما تغییرات غیرقابل پیش بینی و ناگهانی در وضعیت یونوسفر نیز رخ می دهد.
اختلالات در یونوسفر. همانطور که مشخص است، اختلالات چرخه ای قوی در خورشید رخ می دهد که هر 11 سال به حداکثر می رسد. مشاهدات تحت برنامه سال بین المللی ژئوفیزیک (IGY) با دوره بالاترین فعالیت خورشیدی برای کل دوره مشاهدات سیستماتیک هواشناسی، یعنی. از آغاز قرن 18. در دوره‌های فعالیت زیاد، روشنایی برخی از مناطق خورشید چندین برابر افزایش می‌یابد و پالس‌های قدرتمندی از اشعه ماوراء بنفش و اشعه ایکس را ارسال می‌کنند. چنین پدیده هایی را شراره های خورشیدی می نامند. آنها از چند دقیقه تا یک تا دو ساعت طول می کشند. در طول شعله، گاز خورشیدی (عمدتاً پروتون‌ها و الکترون‌ها) فوران می‌کند و ذرات بنیادی به سمت فضای بیرونی هجوم می‌آورند. تشعشعات الکترومغناطیسی و هسته ای خورشید در طی چنین شعله هایی تأثیر شدیدی بر جو زمین دارد. واکنش اولیه 8 دقیقه پس از شعله ور شدن، زمانی که تشعشعات شدید فرابنفش و اشعه ایکس به زمین می رسد مشاهده می شود. در نتیجه، یونیزاسیون به شدت افزایش می یابد. اشعه ایکس به اتمسفر تا مرز زیرین یونوسفر نفوذ می کند. تعداد الکترون ها در این لایه ها به قدری افزایش می یابد که سیگنال های رادیویی تقریباً به طور کامل جذب می شوند ("خاموش"). جذب اضافی تشعشع باعث گرم شدن گاز می شود که به توسعه باد کمک می کند. گاز یونیزه یک رسانای الکتریکی است و هنگامی که در میدان مغناطیسی زمین حرکت می کند، اثر دینام رخ می دهد و جریان الکتریکی ایجاد می شود. چنین جریان هایی می توانند به نوبه خود باعث ایجاد اختلالات قابل توجه در میدان مغناطیسی شوند و خود را به شکل طوفان های مغناطیسی نشان دهند. این مرحله اولیه تنها زمان کوتاهی را که مربوط به مدت زمان شعله ی خورشیدی است، طول می کشد. در طول شعله‌های قدرتمند خورشید، جریانی از ذرات شتاب‌دار به فضای بیرونی سرازیر می‌شوند. هنگامی که به سمت زمین هدایت می شود، فاز دوم شروع می شود که تأثیر زیادی بر وضعیت جو دارد. بسیاری از پدیده‌های طبیعی، که معروف‌ترین آنها شفق‌های قطبی هستند، نشان می‌دهند که تعداد قابل توجهی از ذرات باردار به زمین می‌رسند (همچنین به AURORAURAL مراجعه کنید). با این وجود، فرآیندهای جداسازی این ذرات از خورشید، مسیر حرکت آنها در فضای بین سیاره ای و مکانیسم های تعامل با میدان مغناطیسی زمین و مگنتوسفر هنوز به اندازه کافی مورد مطالعه قرار نگرفته است. این مشکل پس از کشف پوسته های متشکل از ذرات باردار در یک میدان ژئومغناطیسی در سال 1958 توسط جیمز ون آلن پیچیده تر شد. این ذرات از یک نیمکره به نیمکره دیگر حرکت می کنند و به صورت مارپیچی در اطراف خطوط میدان مغناطیسی می چرخند. در نزدیکی زمین، در ارتفاعی بسته به شکل خطوط میدان و انرژی ذرات، "نقاط بازتابی" وجود دارد که در آن ذرات جهت حرکت را به سمت مخالف تغییر می دهند (شکل 3). از آنجا که قدرت میدان مغناطیسی با فاصله از زمین کاهش می‌یابد، مدارهایی که این ذرات در آن حرکت می‌کنند تا حدودی منحرف می‌شوند: الکترون‌ها به سمت شرق و پروتون‌ها به سمت غرب منحرف می‌شوند. بنابراین، آنها به صورت کمربند در سراسر جهان توزیع می شوند.

برخی از پیامدهای گرم شدن جو توسط خورشیدانرژی خورشیدی بر کل جو تأثیر می گذارد. کمربندهایی که توسط ذرات باردار در میدان مغناطیسی زمین تشکیل شده و به دور آن می چرخند قبلاً در بالا ذکر شد. این کمربندها در نواحی زیرقطبی به سطح زمین نزدیک می شوند (شکل 3 را ببینید)، جایی که شفق های قطبی مشاهده می شوند. شکل 1 نشان می دهد که در مناطق شفق قطبی در کانادا، دمای ترموسفر به طور قابل توجهی بالاتر از جنوب غربی ایالات متحده است. این احتمال وجود دارد که ذرات جذب شده، بخشی از انرژی خود را به اتمسفر، به ویژه هنگام برخورد با مولکول های گاز در نزدیکی نقاط بازتاب، رها کرده و مدار قبلی خود را ترک کنند. اینگونه است که لایه های مرتفع جو در ناحیه شفق قطبی گرم می شوند. کشف مهم دیگری در حین مطالعه مدار ماهواره های مصنوعی صورت گرفت. لوئیجی ایاکیا، ستاره شناس رصدخانه اخترفیزیک اسمیتسونیان، معتقد است که انحرافات جزئی در این مدارها به دلیل تغییر در چگالی جو در اثر گرم شدن توسط خورشید است. وی وجود حداکثر چگالی الکترونی در ارتفاع بیش از 200 کیلومتری در یونوسفر را پیشنهاد کرد که با ظهر خورشید مطابقت ندارد، اما تحت تأثیر نیروهای اصطکاک در رابطه با آن حدود دو ساعت به تأخیر می افتد. در این زمان، مقادیر چگالی جوی معمولی برای ارتفاع 600 کیلومتری در سطح تقریباً مشاهده می شود. 950 کیلومتر. علاوه بر این، حداکثر چگالی الکترون به دلیل فلاش های کوتاه مدت پرتوهای فرابنفش و اشعه ایکس از خورشید، نوسانات نامنظمی را تجربه می کند. L. Iacchia همچنین نوسانات کوتاه مدت در چگالی هوا را کشف کرد که مربوط به شراره های خورشیدی و اختلالات میدان مغناطیسی است. این پدیده ها با نفوذ ذرات با منشاء خورشیدی به جو زمین و گرم شدن لایه هایی که ماهواره ها در مدارشان می چرخند توضیح داده می شود.
الکتریسیته اتمسفر
در لایه سطحی جو، بخش کوچکی از مولکول ها تحت تأثیر پرتوهای کیهانی، تابش سنگ های رادیواکتیو و محصولات فروپاشی رادیوم (عمدتا رادون) در خود هوا در معرض یونیزاسیون قرار می گیرند. در طول یونیزاسیون، یک اتم یک الکترون از دست می دهد و بار مثبت پیدا می کند. الکترون آزاد به سرعت با اتم دیگری ترکیب می شود و یونی با بار منفی تشکیل می دهد. چنین یون های مثبت و منفی جفتی دارای اندازه های مولکولی هستند. مولکول های موجود در جو تمایل دارند در اطراف این یون ها جمع شوند. چندین مولکول که با یک یون ترکیب می شوند یک کمپلکس را تشکیل می دهند که معمولاً "یون نور" نامیده می شود. جو همچنین حاوی مجموعه‌ای از مولکول‌ها است که در هواشناسی به عنوان هسته‌های تراکم شناخته می‌شوند و وقتی هوا از رطوبت اشباع می‌شود، فرآیند تراکم آغاز می‌شود. این هسته ها ذرات نمک و غبار و همچنین آلاینده هایی هستند که از منابع صنعتی و سایر منابع در هوا منتشر می شوند. یون های نور اغلب به چنین هسته هایی متصل می شوند و "یون های سنگین" را تشکیل می دهند. تحت تأثیر یک میدان الکتریکی، یون های سبک و سنگین از یک منطقه جو به منطقه دیگر حرکت می کنند و بارهای الکتریکی را منتقل می کنند. اگرچه اتمسفر به طور کلی رسانای الکتریکی در نظر گرفته نمی شود، اما مقداری رسانایی دارد. بنابراین، یک جسم باردار در هوا به آرامی بار خود را از دست می دهد. رسانایی اتمسفر با افزایش ارتفاع به دلیل افزایش شدت پرتوهای کیهانی، کاهش اتلاف یون در فشار پایین تر (و در نتیجه مسیر آزاد متوسط ​​طولانی تر) و هسته های سنگین کمتر افزایش می یابد. رسانایی اتمسفر در ارتفاع تقریباً به حداکثر مقدار خود می رسد. 50 کیلومتر به اصطلاح "سطح غرامت". مشخص است که بین سطح زمین و "سطح جبران" اختلاف پتانسیل ثابت چند صد کیلو ولت وجود دارد، یعنی. میدان الکتریکی ثابت معلوم شد که اختلاف پتانسیل بین یک نقطه معین در هوا در ارتفاع چند متری و سطح زمین بسیار بزرگ است - بیش از 100 ولت. جو دارای بار مثبت است و سطح زمین بار منفی دارد. . از آنجایی که میدان الکتریکی ناحیه‌ای است که در هر نقطه آن مقدار پتانسیل مشخصی وجود دارد، می‌توان در مورد یک گرادیان پتانسیل صحبت کرد. در هوای صاف، در چند متر پایین تر، قدرت میدان الکتریکی جو تقریبا ثابت است. به دلیل تفاوت در رسانایی الکتریکی هوا در لایه سطحی، گرادیان پتانسیل در معرض نوسانات روزانه است که سیر آن از مکانی به مکان دیگر به طور قابل توجهی متفاوت است. در غیاب منابع محلی آلودگی هوا - در بالای اقیانوس ها، در ارتفاعات کوه ها یا در مناطق قطبی - تغییرات روزانه شیب بالقوه در هوای صاف یکسان است. بزرگی گرادیان به زمان جهانی یا میانگین گرینویچ (UT) بستگی دارد و در 19 ساعت شرقی به حداکثر می رسد. اپلتون پیشنهاد کرد که این حداکثر هدایت الکتریکی احتمالاً با بزرگترین فعالیت رعد و برق در مقیاس سیاره ای همزمان است. رعد و برق در هنگام رعد و برق بار منفی را به سطح زمین منتقل می کند، زیرا پایه های فعال ترین ابرهای رعد و برق کومولونیمبوس دارای بار منفی قابل توجهی هستند. نوک ابرهای رعد و برق دارای بار مثبتی هستند که بر اساس محاسبات هولزر و ساکسون، در هنگام رعد و برق از بالای آنها تخلیه می شود. بدون دوباره پر کردن مداوم، بار روی سطح زمین با هدایت اتمسفر خنثی می شود. این فرض که اختلاف پتانسیل بین سطح زمین و "سطح جبران" توسط طوفان های تندری حفظ می شود توسط داده های آماری پشتیبانی می شود. به عنوان مثال، حداکثر تعداد رعد و برق در دره رودخانه مشاهده می شود. آمازون ها اغلب، رعد و برق در آنجا در پایان روز رخ می دهد، یعنی. خوب. 19:00 به وقت گرینویچ، زمانی که شیب بالقوه در هر نقطه از جهان حداکثر است. علاوه بر این، تغییرات فصلی در شکل منحنی‌های تغییرات روزانه گرادیان بالقوه نیز با داده‌های مربوط به توزیع جهانی رعد و برق مطابقت کامل دارد. برخی از محققان استدلال می کنند که منبع میدان الکتریکی زمین ممکن است منشأ خارجی داشته باشد، زیرا اعتقاد بر این است که میدان های الکتریکی در یونوسفر و مگنتوسفر وجود دارد. این شرایط احتمالاً ظاهر اشکال دراز بسیار باریک شفق‌های قطبی را توضیح می‌دهد که شبیه به طاق‌ها و قوس‌ها هستند.
(نورهای شفق قطبی را نیز ببینید). به دلیل وجود گرادیان بالقوه و رسانایی اتمسفر، ذرات باردار شروع به حرکت بین "سطح جبران" و سطح زمین می کنند: یون های دارای بار مثبت به سمت سطح زمین حرکت می کنند و یون های باردار منفی از آن به سمت بالا حرکت می کنند. قدرت این جریان تقریباً 1800 A. اگرچه این مقدار زیاد به نظر می رسد، اما باید به خاطر داشت که در تمام سطح زمین توزیع شده است. قدرت جریان در یک ستون هوا با مساحت پایه 1 متر مربع تنها 4 * 10 -12 آمپر است. از طرف دیگر، قدرت جریان در هنگام تخلیه صاعقه می تواند به چندین آمپر برسد، اگرچه، البته، چنین تخلیه مدت کوتاهی دارد - از کسری از ثانیه تا یک ثانیه کامل یا کمی بیشتر با شوک های مکرر. رعد و برق نه تنها به عنوان یک پدیده طبیعی عجیب و غریب بسیار مورد توجه است. مشاهده تخلیه الکتریکی در یک محیط گازی با ولتاژ چند صد میلیون ولت و فاصله بین الکترودهای چند کیلومتری امکان پذیر است. در سال 1750، B. Franklin به انجمن سلطنتی لندن پیشنهاد کرد تا آزمایشی را با میله آهنی نصب شده بر روی یک پایه عایق و بر روی یک برج مرتفع انجام دهد. او انتظار داشت که با نزدیک شدن یک ابر رعد و برق به برج، باری از علامت مخالف در انتهای بالایی میله خنثی اولیه متمرکز شود و باری از همان علامتی که در پایه ابر در انتهای پایینی قرار دارد متمرکز شود. . اگر شدت میدان الکتریکی در حین تخلیه رعد و برق به اندازه کافی افزایش یابد، بار از انتهای بالایی میله تا حدی به هوا جریان می یابد و میله باری مشابه با پایه ابر به دست می آورد. آزمایش پیشنهاد شده توسط فرانکلین در انگلستان انجام نشد، اما در سال 1752 در مارلی نزدیک پاریس توسط فیزیکدان فرانسوی ژان دالامبر انجام شد.او از یک میله آهنی به طول 12 متر استفاده کرد که در یک بطری شیشه ای قرار داده شده بود. عایق)، اما آن را روی برج قرار نداد. دستیارش در 10 مه گزارش داد که هنگامی که یک ابر رعد و برق بالای هالتر قرار می گرفت، جرقه هایی ایجاد می شد که سیم زمینی به آن نزدیک می شد. خود فرانکلین، از آزمایش موفقیت آمیز انجام شده در فرانسه بی خبر بود. ، در ژوئن همان سال آزمایش معروف خود را با بادبادک انجام داد و جرقه های الکتریکی را در انتهای سیمی که به آن بسته شده بود مشاهده کرد.فرانکلین در سال بعد هنگام مطالعه بارهای جمع آوری شده از یک میله متوجه شد که پایه ابرهای رعد و برق معمولاً دارای بار منفی هستند. مطالعات دقیق تر در مورد رعد و برق در اواخر قرن نوزدهم به لطف پیشرفت در تکنیک های عکاسی امکان پذیر شد، به ویژه پس از اختراع دستگاه با لنزهای دوار، که امکان ثبت فرآیندهای در حال توسعه را فراهم کرد. این نوع دوربین به طور گسترده ای در مطالعه تخلیه جرقه استفاده می شد. مشخص شده است که انواع مختلفی از رعد و برق وجود دارد که رایج ترین آنها خط، صفحه (در ابر) و توپ (تخلیه هوا) است. رعد و برق خطی تخلیه جرقه ای بین ابر و سطح زمین است که کانالی با شاخه های رو به پایین را دنبال می کند. رعد و برق مسطح در یک ابر رعد و برق رخ می دهد و به صورت فلاش نور منتشر ظاهر می شود. تخلیه هوای صاعقه توپ، که از یک ابر رعد و برق شروع می شود، اغلب به صورت افقی هدایت می شود و به سطح زمین نمی رسد.

تخلیه رعد و برق معمولاً شامل سه یا چند تخلیه مکرر است - پالس هایی که مسیر یکسانی را دنبال می کنند. فواصل بین پالس های متوالی بسیار کوتاه است، از 1/100 تا 1/10 ثانیه (این همان چیزی است که باعث سوسو زدن رعد و برق می شود). به طور کلی، فلاش حدود یک ثانیه یا کمتر طول می کشد. یک فرآیند معمولی توسعه رعد و برق را می توان به شرح زیر توصیف کرد. اول، یک تخلیه رهبری ضعیف نورانی از بالا به سطح زمین سرازیر می شود. هنگامی که او به آن می رسد، یک بازگشت درخشان یا تخلیه اصلی از سطح زمین به بالا از طریق کانالی که رهبر گذاشته است عبور می کند. تخلیه اصلی، به عنوان یک قاعده، به صورت زیگزاگ حرکت می کند. سرعت انتشار آن از صد تا چند صد کیلومتر در ثانیه است. در راه خود، مولکول های هوا را یونیزه می کند و کانالی با رسانایی افزایش می دهد که از طریق آن تخلیه معکوس با سرعتی تقریباً صد برابر بیشتر از تخلیه اصلی به سمت بالا حرکت می کند. تعیین اندازه کانال دشوار است، اما قطر تخلیه لیدر 1-10 متر تخمین زده می شود و قطر تخلیه برگشتی چندین سانتی متر است. تخلیه های رعد و برق با انتشار امواج رادیویی در محدوده وسیع - از 30 کیلوهرتز تا فرکانس های بسیار پایین، تداخل رادیویی ایجاد می کنند. بیشترین انتشار امواج رادیویی احتمالاً در محدوده 5 تا 10 کیلوهرتز است. چنین تداخل رادیویی با فرکانس پایین در فضای بین مرز زیرین یونوسفر و سطح زمین "متمرکز" است و می تواند تا فاصله هزاران کیلومتری از منبع گسترش یابد.
تغییرات در اتمسفر
تاثیر شهاب ها و شهاب سنگ ها.اگرچه بارش شهابی گاهی اوقات یک نمایش چشمگیر از نور ایجاد می کند، شهاب های منفرد به ندرت دیده می شوند. تعداد بسیار بیشتری شهاب های نامرئی هستند که وقتی جذب جو می شوند بسیار کوچک تر از آن هستند که قابل مشاهده باشند. برخی از کوچک‌ترین شهاب‌ها احتمالاً اصلاً گرم نمی‌شوند، بلکه فقط توسط جو گرفته می‌شوند. این ذرات کوچک با اندازه‌های بین چند میلی‌متر تا ده هزارم میلی‌متر، میکروشهاب‌سنگ نامیده می‌شوند. مقدار مواد شهاب سنگی که هر روز وارد اتمسفر می شود از 100 تا 10000 تن متغیر است که اکثریت این مواد از ریزشهاب سنگ ها است. از آنجایی که ماده شهاب سنگی تا حدی در جو می سوزد، ترکیب گاز آن با آثاری از عناصر شیمیایی مختلف پر می شود. برای مثال، شهاب سنگی، لیتیوم را وارد جو می کند. احتراق شهاب های فلزی منجر به تشکیل آهن کروی کوچک، آهن نیکل و سایر قطرات می شود که از جو عبور کرده و در سطح زمین می نشینند. آنها را می توان در گرینلند و قطب جنوب یافت، جایی که ورقه های یخی برای سال ها تقریباً بدون تغییر باقی می مانند. اقیانوس شناسان آنها را در رسوبات کف اقیانوس پیدا می کنند. بیشتر ذرات شهاب سنگی که وارد جو می شوند در عرض 30 روز ته نشین می شوند. برخی از دانشمندان معتقدند که این غبار کیهانی نقش مهمی در شکل گیری پدیده های جوی مانند باران دارد زیرا به عنوان هسته های تراکم بخار آب عمل می کند. بنابراین فرض بر این است که بارش از نظر آماری با بارش های شهابی بزرگ مرتبط است. با این حال، برخی کارشناسان بر این باورند که از آنجایی که مقدار کل مواد شهاب‌سنگ ده‌ها برابر بیشتر از حتی بزرگترین بارش شهابی است، می‌توان از تغییر مقدار کل این مواد ناشی از یک چنین باران چشم‌پوشی کرد. با این حال، شکی نیست که بزرگترین شهاب‌سنگ‌های کوچک و البته شهاب‌سنگ‌های مرئی، آثار طولانی یونیزاسیون را در لایه‌های مرتفع جو، عمدتاً در یونوسفر، از خود به جای می‌گذارند. چنین ردیابی را می توان برای ارتباطات رادیویی از راه دور استفاده کرد، زیرا آنها امواج رادیویی با فرکانس بالا را منعکس می کنند. انرژی شهاب هایی که وارد جو می شوند عمدتاً و شاید به طور کامل صرف گرمایش آن می شود. این یکی از اجزای جزئی تعادل حرارتی جو است.
دی اکسید کربن با منشا صنعتی.در دوره کربونیفر، پوشش گیاهی چوبی روی زمین گسترده بود. بیشتر دی اکسید کربن جذب شده توسط گیاهان در آن زمان در ذخایر زغال سنگ و رسوبات نفت انباشته می شود. انسان یاد گرفته است از ذخایر عظیم این مواد معدنی به عنوان منبع انرژی استفاده کند و اکنون به سرعت دی اکسید کربن را به چرخه مواد باز می گرداند. حالت فسیلی احتمالاً حدود است. 4*10 13 تن کربن. در طول قرن گذشته، بشریت سوخت فسیلی زیادی سوزانده است که تقریباً 4*1011 تن کربن دوباره وارد جو شده است. در حال حاضر تقریبا وجود دارد. 2 * 10 12 تن کربن و در صد سال آینده به دلیل احتراق سوخت های فسیلی این رقم ممکن است دو برابر شود. با این حال، تمام کربن در اتمسفر باقی نمی‌ماند: مقداری از آن در آب‌های اقیانوس حل می‌شود، برخی توسط گیاهان جذب می‌شوند و برخی در فرآیند هوازدگی سنگ‌ها محدود می‌شوند. هنوز نمی توان پیش بینی کرد که چه مقدار دی اکسید کربن در جو وجود دارد یا دقیقاً چه تأثیری بر آب و هوای جهانی خواهد داشت. با این حال، اعتقاد بر این است که هر گونه افزایش محتوای آن باعث گرم شدن هوا می شود، اگرچه اصلاً ضروری نیست که گرم شدن هوا به طور قابل توجهی بر اقلیم تأثیر بگذارد. غلظت دی اکسید کربن در اتمسفر، با توجه به نتایج اندازه گیری، به طور قابل توجهی در حال افزایش است، هر چند با سرعت پایین. داده های آب و هوا برای ایستگاه سوالبارد و آمریکای کوچک در قفسه یخی راس در قطب جنوب نشان می دهد که میانگین دمای سالانه به ترتیب 5 درجه سانتی گراد و 2.5 درجه سانتی گراد در یک دوره تقریباً 50 ساله افزایش یافته است.
قرار گرفتن در معرض تشعشعات کیهانی.هنگامی که پرتوهای کیهانی پرانرژی با اجزای منفرد جو تعامل می کنند، ایزوتوپ های رادیواکتیو تشکیل می شوند. در میان آنها، ایزوتوپ کربن 14C برجسته است که در بافت های گیاهی و حیوانی تجمع می یابد. با اندازه گیری رادیواکتیویته مواد آلی که برای مدت طولانی کربن را با محیط مبادله نکرده اند، می توان سن آنها را تعیین کرد. روش رادیوکربن خود را به عنوان قابل اعتمادترین روش برای قدمت موجودات فسیلی و اشیاء فرهنگ مادی تثبیت کرده است که سن آنها از 50 هزار سال تجاوز نمی کند. اگر چالش اساسی اندازه‌گیری سطوح بسیار پایین رادیواکتیویته حل شود، می‌توان از سایر ایزوتوپ‌های رادیواکتیو با نیمه عمر طولانی برای تاریخ‌گذاری مواد با قدمت صدها هزار سال استفاده کرد.
(همچنین به دوستیابی رادیوکربن مراجعه کنید).
منشاء جو زمین
تاریخچه شکل گیری جو هنوز کاملاً قابل اعتماد بازسازی نشده است. با این وجود، برخی تغییرات احتمالی در ترکیب آن شناسایی شده است. تشکیل جو بلافاصله پس از تشکیل زمین آغاز شد. دلایل کاملاً خوبی برای این باور وجود دارد که در روند تکامل زمین و به دست آوردن ابعاد و جرم نزدیک به ابعاد مدرن، تقریباً جو اصلی خود را به طور کامل از دست داده است. اعتقاد بر این است که در مراحل اولیه زمین در حالت مذاب بوده و حدودا. 4.5 میلیارد سال پیش به یک جسم جامد تبدیل شد. این نقطه عطف به عنوان آغاز گاهشماری زمین شناسی در نظر گرفته شده است. از آن زمان، یک تکامل آهسته جو وجود داشته است. برخی از فرآیندهای زمین شناسی، مانند ریزش گدازه در طول فوران های آتشفشانی، با انتشار گازها از روده های زمین همراه بود. آنها احتمالاً شامل نیتروژن، آمونیاک، متان، بخار آب، مونوکسید کربن و دی اکسید بودند. بخار آب تحت تأثیر تابش فرابنفش خورشیدی به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می شود، اما اکسیژن آزاد شده با مونوکسید کربن واکنش داده و دی اکسید کربن تشکیل می دهد. آمونیاک به نیتروژن و هیدروژن تجزیه می شود. در طی فرآیند انتشار، هیدروژن بالا آمد و اتمسفر را ترک کرد و نیتروژن سنگین‌تر نمی‌توانست تبخیر شود و به تدریج انباشته شد و جزء اصلی آن شد، اگرچه مقداری از آن در طی واکنش‌های شیمیایی متصل شد. تحت تأثیر پرتوهای فرابنفش و تخلیه الکتریکی، مخلوطی از گازهایی که احتمالاً در جو اصلی زمین وجود داشتند وارد واکنش های شیمیایی شدند که منجر به تشکیل مواد آلی به ویژه اسیدهای آمینه شد. در نتیجه، زندگی می‌توانست در فضایی کاملاً متفاوت از فضای مدرن سرچشمه بگیرد. با ظهور گیاهان ابتدایی، فرآیند فتوسنتز آغاز شد (همچنین به فتوسنتز مراجعه کنید)، همراه با آزاد شدن اکسیژن آزاد. این گاز، به ویژه پس از انتشار در لایه های بالایی جو، شروع به محافظت از لایه های پایینی خود و سطح زمین در برابر تشعشعات خطرناک ماوراء بنفش و اشعه ایکس کرد. تخمین زده می شود که وجود تنها 0.00004 از حجم مدرن اکسیژن می تواند منجر به تشکیل لایه ای با نیمی از غلظت فعلی ازن شود که با این وجود محافظت بسیار قابل توجهی در برابر پرتوهای فرابنفش ایجاد می کند. همچنین محتمل است که اتمسفر اولیه حاوی مقدار زیادی دی اکسید کربن باشد. در طول فتوسنتز مصرف شد و غلظت آن باید با تکامل جهان گیاهی و همچنین به دلیل جذب طی فرآیندهای زمین شناسی خاص کاهش یافته باشد. از آنجایی که اثر گلخانه ای با وجود دی اکسید کربن در جو مرتبط است، برخی از دانشمندان بر این باورند که نوسانات غلظت آن یکی از دلایل مهم تغییرات آب و هوایی در مقیاس بزرگ در تاریخ زمین مانند عصر یخبندان است. هلیوم موجود در جو مدرن احتمالا تا حد زیادی محصول تجزیه رادیواکتیو اورانیوم، توریم و رادیوم است. این عناصر رادیواکتیو ذرات آلفا را که هسته اتم های هلیوم هستند منتشر می کنند. از آنجایی که هیچ بار الکتریکی در طی واپاشی رادیواکتیو ایجاد یا از بین نمی رود، برای هر ذره آلفا دو الکترون وجود دارد. در نتیجه با آنها ترکیب می شود و اتم های هلیوم خنثی را تشکیل می دهد. عناصر رادیواکتیو در مواد معدنی پراکنده در سنگ ها وجود دارند، بنابراین بخش قابل توجهی از هلیوم تشکیل شده در نتیجه فروپاشی رادیواکتیو در آنها باقی می ماند و بسیار آهسته به جو می گریزد. مقدار مشخصی هلیوم در اثر انتشار به سمت اگزوسفر بالا می رود، اما به دلیل هجوم مداوم از سطح زمین، حجم این گاز در جو ثابت است. بر اساس تجزیه و تحلیل طیفی نور ستارگان و مطالعه شهاب سنگ ها، می توان فراوانی نسبی عناصر شیمیایی مختلف در کیهان را تخمین زد. غلظت نئون در فضا حدود ده میلیارد برابر بیشتر از زمین، کریپتون ده میلیون برابر و زنون یک میلیون بار بیشتر است. نتیجه این است که غلظت این گازهای بی اثر، که در ابتدا در جو زمین وجود داشتند و در طی واکنش های شیمیایی دوباره پر نشدند، احتمالاً حتی در مرحله از دست دادن جو اولیه زمین به شدت کاهش یافت. یک استثنا گاز خنثی آرگون است، زیرا در قالب ایزوتوپ 40Ar هنوز در طی واپاشی رادیواکتیو ایزوتوپ پتاسیم تشکیل می شود.
پدیده های نوری
تنوع پدیده های نوری در جو به دلایل مختلفی است. رایج ترین پدیده ها عبارتند از رعد و برق (به بالا مراجعه کنید) و شفق های شمالی و جنوبی بسیار دیدنی (همچنین به AURORA مراجعه کنید). علاوه بر این، رنگین کمان، گال، پرهلیوم (خورشید کاذب) و کمان‌ها، تاج، هاله‌ها و ارواح براکن، سراب‌ها، آتش‌های سنت المو، ابرهای درخشان، پرتوهای سبز و کرپوسکولار بسیار جالب هستند. رنگین کمان زیباترین پدیده جوی است. معمولاً این یک قوس بزرگ متشکل از نوارهای چند رنگ است که وقتی خورشید فقط بخشی از آسمان را روشن می کند و هوا از قطرات آب اشباع می شود، به عنوان مثال در هنگام باران مشاهده می شود. کمان‌های چند رنگ در یک توالی طیفی (قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی، بنفش) مرتب شده‌اند، اما رنگ‌ها تقریباً هرگز خالص نیستند، زیرا نوارها روی یکدیگر همپوشانی دارند. به عنوان یک قاعده، ویژگی های فیزیکی رنگین کمان ها به طور قابل توجهی متفاوت است، و بنابراین از نظر ظاهری بسیار متنوع هستند. ویژگی مشترک آنها این است که مرکز کمان همیشه روی یک خط مستقیم از خورشید به سمت ناظر قرار دارد. رنگین کمان اصلی کمانی است متشکل از درخشان ترین رنگ ها - قرمز در خارج و بنفش در داخل. گاهی اوقات فقط یک قوس قابل مشاهده است، اما اغلب یک قوس جانبی در قسمت بیرونی رنگین کمان اصلی ظاهر می شود. رنگ های آن به اندازه اولی روشن نیست و نوارهای قرمز و بنفش در آن جای خود را تغییر می دهند: قرمز در داخل قرار دارد. تشکیل رنگین کمان اصلی با شکست مضاعف (نگاه کنید به OPTICS) و انعکاس داخلی تک پرتوهای نور خورشید توضیح داده شده است (نگاه کنید به شکل 5). با نفوذ به داخل یک قطره آب (A)، پرتوی از نور شکسته و تجزیه می شود، گویی از یک منشور عبور می کند. سپس به سطح مخالف قطره (B) می رسد، از آن منعکس می شود و قطره را بیرون می گذارد (C). در این حالت پرتو نور قبل از رسیدن به ناظر برای بار دوم شکست می خورد. پرتو سفید اولیه به پرتوهایی با رنگ های مختلف با زاویه واگرایی 2 درجه تجزیه می شود. هنگامی که یک رنگین کمان ثانویه تشکیل می شود، انکسار مضاعف و بازتاب مضاعف پرتوهای خورشید رخ می دهد (شکل 6 را ببینید). در این حالت، نور شکسته می شود و از طریق قسمت پایینی آن (A) به داخل قطره نفوذ می کند و از سطح داخلی قطره، ابتدا در نقطه B و سپس در نقطه C منعکس می شود. در نقطه D، نور شکسته می شود. رها کردن قطره به سمت ناظر

هنگام طلوع و غروب خورشید، ناظر رنگین کمانی را به شکل کمانی برابر با نیم دایره می بیند، زیرا محور رنگین کمان موازی با افق است. اگر خورشید بالاتر از افق باشد، قوس رنگین کمان کمتر از نصف محیط است. هنگامی که خورشید از 42 درجه بالاتر از افق طلوع می کند، رنگین کمان ناپدید می شود. در همه جا، به جز در عرض های جغرافیایی بالا، رنگین کمان نمی تواند در ظهر، زمانی که خورشید بسیار بلند است، ظاهر شود. تخمین فاصله تا رنگین کمان جالب است. اگرچه به نظر می رسد که قوس چند رنگ در همان صفحه قرار دارد، اما این یک توهم است. در واقع رنگین کمان عمق بسیار زیادی دارد و می توان آن را به صورت سطح یک مخروط توخالی تصور کرد که ناظر در بالای آن قرار دارد. محور مخروط خورشید، ناظر و مرکز رنگین کمان را به هم متصل می کند. ناظر در امتداد سطح این مخروط به نظر می رسد. هیچ دو نفر نمی توانند دقیقاً یک رنگین کمان را ببینند. البته، شما می توانید اساساً همان اثر را مشاهده کنید، اما دو رنگین کمان موقعیت های متفاوتی را اشغال می کنند و توسط قطرات مختلف آب تشکیل می شوند. هنگامی که باران یا اسپری یک رنگین کمان را تشکیل می دهد، اثر نوری کامل با اثر ترکیبی تمام قطرات آب که از سطح مخروط رنگین کمان با ناظر در راس عبور می کنند به دست می آید. نقش هر قطره ای زودگذر است. سطح مخروط رنگین کمان از چندین لایه تشکیل شده است. با عبور سریع از آنها و عبور از یک سری نقاط بحرانی، هر قطره فوراً پرتو خورشید را در یک توالی کاملاً مشخص - از قرمز تا بنفش - به کل طیف تجزیه می کند. قطرات زیادی به همین ترتیب سطح مخروط را قطع می کنند، به طوری که رنگین کمان در امتداد و در سراسر قوس به نظر ناظر به صورت پیوسته به نظر می رسد. هاله ها کمان ها و دایره های نورانی سفید یا کمانی رنگ در اطراف قرص خورشید یا ماه هستند. آنها به دلیل شکست یا بازتاب نور توسط بلورهای یخ یا برف در جو ایجاد می شوند. کریستال هایی که هاله را تشکیل می دهند روی سطح یک مخروط فرضی با محوری از ناظر (از بالای مخروط) به سمت خورشید قرار دارند. تحت شرایط خاصی، جو را می توان با کریستال های کوچک اشباع کرد، که بسیاری از چهره های آنها با صفحه ای که از خورشید، ناظر و این کریستال ها می گذرد، زاویه قائمه تشکیل می دهند. چنین چهره‌هایی پرتوهای نور ورودی را با انحراف 22 درجه منعکس می‌کنند و هاله‌ای را تشکیل می‌دهند که در داخل مایل به قرمز است، اما می‌تواند از تمام رنگ‌های طیف نیز تشکیل شود. کمتر رایج، هاله ای با شعاع زاویه ای 46 درجه است که به طور متحدالمرکز در اطراف هاله 22 درجه قرار دارد. قسمت داخلی آن نیز رنگ مایل به قرمزی دارد. دلیل این امر نیز انکسار نور است که در این مورد روی لبه‌های کریستال‌هایی که زوایای قائمه ایجاد می‌کنند، رخ می‌دهد. عرض حلقه چنین هاله ای بیش از 2.5 درجه است. هر دو هاله 46 درجه و 22 درجه در بالا و پایین حلقه درخشندگی بیشتری دارند. هاله 90 درجه کمیاب حلقه ای کم نور و تقریبا بی رنگ است که مرکز مشترکی با دو هاله دیگر دارد. اگر رنگی باشد در قسمت بیرونی حلقه رنگ قرمز خواهد داشت. مکانیسم وقوع این نوع هاله به طور کامل شناخته نشده است (شکل 7).

پرهلیا و کمان. دایره پرهلیک (یا دایره خورشیدهای کاذب) یک حلقه سفید است که در مرکز نقطه اوج قرار دارد و به موازات افق از خورشید می گذرد. دلیل تشکیل آن انعکاس نور خورشید از لبه های سطوح کریستال های یخ است. اگر کریستال ها به اندازه کافی به طور مساوی در هوا پخش شوند، یک دایره کامل قابل مشاهده می شود. پرهلیا یا خورشیدهای کاذب، لکه های درخشانی هستند که یادآور خورشید هستند که در نقاط تقاطع دایره پرهلی با هاله هایی با شعاع زاویه ای 22 درجه، 46 درجه و 90 درجه تشکیل می شوند. متداول ترین و درخشان ترین پرهلیوم در تقاطع با هاله 22 درجه تشکیل می شود که معمولاً تقریباً در هر رنگی از رنگین کمان رنگ می شود. خورشیدهای کاذب در تقاطع هایی با هاله های 46 و 90 درجه بسیار کمتر مشاهده می شوند. پرهلیایی که در تقاطع هایی با هاله های 90 درجه رخ می دهد، پارانتلیا یا خورشیدهای کاذب نامیده می شوند. گاهی اوقات یک آنتلیوم (ضد خورشید) نیز قابل مشاهده است - یک نقطه روشن که روی حلقه پرهلیوم دقیقاً در مقابل خورشید قرار دارد. فرض بر این است که علت این پدیده انعکاس مضاعف درونی نور خورشید است. پرتو منعکس شده همان مسیر پرتو فرودی را دنبال می کند، اما در جهت مخالف. یک کمان نزدیک به اوج، که گاهی به اشتباه کمان مماس بالایی یک هاله 46 درجه نامیده می شود، کمانی با 90 درجه یا کمتر در مرکز اوج است که تقریباً 46 درجه بالاتر از خورشید قرار دارد. به ندرت قابل مشاهده است و فقط برای چند دقیقه رنگ های روشن دارد و رنگ قرمز به قسمت بیرونی قوس محدود می شود. قوس نزدیک به اوج به دلیل رنگ، روشنایی و خطوط واضح آن قابل توجه است. یکی دیگر از جلوه های نوری جالب و بسیار نادر از نوع هاله، قوس لوویتز است. آنها به عنوان ادامه پرهلیا در تقاطع با هاله 22 درجه ایجاد می شوند، از سمت بیرونی هاله امتداد می یابند و کمی به سمت خورشید مقعر هستند. ستون هایی از نور سفید مانند صلیب های مختلف، گاهی در سپیده دم یا غروب، به ویژه در نواحی قطبی قابل مشاهده هستند و می توانند خورشید و ماه را همراهی کنند. گاهی هاله‌های ماه و سایر اثرات مشابه آنچه در بالا توضیح داده شد مشاهده می‌شوند که رایج‌ترین هاله قمری (حلقه‌ای در اطراف ماه) دارای شعاع زاویه‌ای 22 درجه است. درست مانند خورشیدهای کاذب، ماه های کاذب نیز می توانند بوجود آیند. تاج‌ها یا تاج‌ها حلقه‌های کوچک رنگی متحدالمرکز در اطراف خورشید، ماه یا دیگر اجرام درخشان هستند که هر از گاهی وقتی منبع نور در پشت ابرهای نیمه‌شفاف قرار دارد، مشاهده می‌شوند. شعاع تاج کمتر از شعاع هاله است و تقریباً می باشد. 1-5 درجه، حلقه آبی یا بنفش نزدیک ترین به خورشید است. تاج زمانی اتفاق می افتد که نور توسط قطرات کوچک آب پراکنده شده و ابری را تشکیل می دهد. گاهی اوقات تاج به صورت یک نقطه (یا هاله) درخشان در اطراف خورشید (یا ماه) ظاهر می شود که به یک حلقه قرمز رنگ ختم می شود. در موارد دیگر، حداقل دو حلقه متحدالمرکز با قطر بزرگتر، با رنگ بسیار کم رنگ، در خارج از هاله قابل مشاهده است. این پدیده با ابرهای رنگین کمانی همراه است. گاهی اوقات لبه های ابرهای بسیار بلند رنگ های روشن دارند.
گلوریا (هاله ها).در شرایط خاص، پدیده های جوی غیرعادی رخ می دهد. اگر خورشید پشت ناظر باشد و سایه آن بر روی ابرهای مجاور یا پرده ای از مه پرتاب شود، در شرایط خاصی از جو در اطراف سایه سر یک فرد، می توانید یک دایره نورانی رنگی - یک هاله را ببینید. به طور معمول، چنین هاله ای به دلیل انعکاس نور از قطرات شبنم روی یک چمنزار علف ایجاد می شود. گلوریاها اغلب در اطراف سایه ای که هواپیما روی ابرهای زیرین ایجاد می کند، یافت می شود.
ارواح براکن.در برخی مناطق کره زمین، هنگامی که سایه ناظری که در هنگام طلوع یا غروب خورشید بر روی یک تپه قرار دارد، پشت سر او روی ابرهایی که در فاصله کوتاهی قرار دارند می افتد، یک اثر قابل توجه کشف می شود: سایه ابعاد عظیمی به دست می آورد. این به دلیل انعکاس و شکست نور توسط قطرات ریز آب در مه رخ می دهد. پدیده توصیف شده به دلیل قله در کوه های هارتز در آلمان، "شبح بروکن" نامیده می شود.
سراب ها- یک اثر نوری ناشی از شکست نور هنگام عبور از لایه های هوا با چگالی های مختلف و در ظاهر یک تصویر مجازی بیان می شود. در این حالت، اجسام دور ممکن است نسبت به موقعیت واقعی خود بالا یا پایین به نظر برسند و همچنین ممکن است منحرف شوند و شکل های نامنظم و خارق العاده ای به خود بگیرند. سراب ها اغلب در آب و هوای گرم مانند دشت های شنی مشاهده می شوند. سراب‌های پایین‌تر زمانی که یک سطح بیابانی دوردست و تقریباً مسطح ظاهر آب آزاد به خود می‌گیرد، رایج است، به‌ویژه زمانی که از ارتفاعی جزئی مشاهده می‌شود یا به سادگی در بالای لایه‌ای از هوای گرم قرار دارد. این توهم معمولاً در یک جاده آسفالتی گرم رخ می دهد که به نظر می رسد سطح آب بسیار جلوتر است. در واقع این سطح بازتابی از آسمان است. در زیر سطح چشم، اشیاء ممکن است در این «آب» ظاهر شوند، معمولاً وارونه. یک "کیک لایه هوا" بر روی سطح زمین گرم شده تشکیل می شود، که نزدیک ترین لایه به زمین گرم ترین و نادرترین لایه است که امواج نوری که از آن عبور می کنند منحرف می شوند، زیرا سرعت انتشار آنها بسته به چگالی محیط متفاوت است. . سراب های بالایی نسبت به سراب های پایینی کمتر رایج و زیباتر هستند. اجسام دور (اغلب در فراتر از افق دریا قرار دارند) به صورت وارونه در آسمان ظاهر می شوند و گاهی تصویری از همان شیء در بالا نیز به صورت عمودی ظاهر می شود. این پدیده در مناطق سرد معمولی است، به ویژه زمانی که یک وارونگی قابل توجه دما وجود دارد، زمانی که یک لایه هوای گرمتر در بالای یک لایه سردتر وجود دارد. این اثر نوری در نتیجه الگوهای پیچیده انتشار جبهه امواج نور در لایه های هوا با چگالی ناهمگن ظاهر می شود. سراب های بسیار غیرمعمولی هر از گاهی به خصوص در نواحی قطبی رخ می دهد. هنگامی که سراب در خشکی رخ می دهد، درختان و سایر اجزای چشم انداز وارونه می شوند. در همه موارد، اجسام در سراب های بالایی واضح تر از سراب های پایینی قابل مشاهده هستند. هنگامی که مرز دو توده هوا یک صفحه عمودی باشد، گاهی اوقات سراب های جانبی مشاهده می شود.
آتش سنت المو.برخی از پدیده های نوری در جو (به عنوان مثال، درخشش و رایج ترین پدیده هواشناسی - رعد و برق) ماهیت الکتریکی دارند. چراغ های سنت المو بسیار کمتر رایج هستند - برس های آبی کم رنگ یا بنفش درخشان با طول 30 سانتی متر تا 1 متر یا بیشتر، معمولاً در بالای دکل ها یا انتهای یاردهای کشتی ها در دریا. گاهی اوقات به نظر می رسد که کل سکوی کشتی پوشیده از فسفر است و می درخشد. آتش سنت المو گاهی اوقات در قله های کوه و همچنین بر روی مناره ها و گوشه های تیز ساختمان های بلند ظاهر می شود. این پدیده نشان دهنده تخلیه الکتریکی قلم مو در انتهای هادی های الکتریکی است که شدت میدان الکتریکی در جو اطراف آنها به شدت افزایش می یابد. Will-o'the-wisps یک درخشش کم رنگ مایل به آبی یا سبز است که گاهی در مرداب ها، گورستان ها و دخمه ها مشاهده می شود. آنها اغلب شبیه شعله شمعی هستند که حدود 30 سانتی متر از سطح زمین بلند شده است، بی سر و صدا می سوزند، گرما نمی دهند و برای لحظه ای روی جسم معلق می مانند. نور کاملاً گریزان به نظر می رسد و هنگامی که ناظر نزدیک می شود، به نظر می رسد که به مکان دیگری منتقل می شود. دلیل این پدیده، تجزیه بقایای آلی و احتراق خود به خود گاز باتلاق متان (CH4) یا فسفین (PH3) است. Will-o'-the-wisps اشکال متفاوتی دارند، حتی گاهی اوقات کروی. پرتو سبز - درخشش نور خورشید سبز زمردی در لحظه ای که آخرین پرتو خورشید در پشت افق ناپدید می شود. جزء قرمز نور خورشید ابتدا ناپدید می شود، بقیه به ترتیب دنبال می شوند و آخرین جزء سبز زمردی باقی می ماند. این پدیده تنها زمانی رخ می دهد که فقط لبه قرص خورشیدی در بالای افق باقی بماند، در غیر این صورت مخلوطی از رنگ ها رخ می دهد. پرتوهای کرپوسکولار پرتوهای واگرای نور خورشید هستند که به دلیل تابش گرد و غبار در لایه‌های مرتفع جو قابل مشاهده هستند. سایه های ابرها نوارهای تیره ای را تشکیل می دهند و پرتوها بین آنها پخش می شوند. این اثر زمانی رخ می دهد که خورشید قبل از طلوع یا بعد از غروب خورشید در افق پایین باشد.