Dijagram strukture zemljine atmosfere. Uloga i značaj glavnih plinova atmosferskog zraka. Razlozi promjena u sastavu atmosfere

Atmosfera (od starogrčkog ἀτμός - para i σφαῖρα - lopta) je plinski omotač (geosfera) koji okružuje planet Zemlju. Njegova unutarnja površina prekriva hidrosferu i dijelom zemljinu koru, dok vanjska površina graniči s okozemnim dijelom svemira.

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

Fizička svojstva

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

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

Sljedeći uvjeti su prihvaćeni kao "normalni uvjeti" na površini Zemlje: gustoća 1,2 kg/m3, barometarski tlak 101,35 kPa, temperatura plus 20 °C i relativna vlažnost 50%. Ovi uvjetni pokazatelji imaju čisto inženjersko značenje.

Kemijski sastav

Zemljina atmosfera nastala je kao rezultat ispuštanja plinova tijekom vulkanskih erupcija. Pojavom oceana i biosfere nastao je izmjenom plinova s ​​vodom, biljkama, životinjama i produktima njihove razgradnje u tlu i močvarama.

Trenutno se Zemljina atmosfera sastoji uglavnom od plinova i raznih nečistoća (prašine, kapljica vode, kristala leda, morske soli, produkata izgaranja).

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

Sastav suhog zraka

Dušik
Kisik
Argon
Voda
Ugljični dioksid
Neon
Helij
Metan
Kripton
Vodik
Ksenon
Dušikov oksid

Osim plinova navedenih u tablici, atmosfera sadrži SO2, NH3, CO, ozon, ugljikovodike, HCl, HF, Hg pare, I2, kao i NO i mnoge druge plinove u malim količinama. U troposferi se stalno nalazi velika količina suspendiranih čvrstih i tekućih čestica (aerosol).

Struktura atmosfere

Troposfera

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

Tropopauza

Prijelazni sloj iz troposfere u stratosferu, sloj atmosfere u kojem prestaje opadanje temperature s visinom.

Stratosfera

Sloj atmosfere koji se nalazi na visini od 11 do 50 km. Obilježena blagom promjenom temperature u sloju od 11-25 km (donji sloj stratosfere) i povećanjem temperature u sloju od 25-40 km od -56,5 do 0,8 °C (gornji sloj stratosfere ili područje inverzije) . Postigavši ​​vrijednost od oko 273 K (gotovo 0 °C) na visini od oko 40 km, temperatura ostaje konstantna do visine od oko 55 km. Ovo područje konstantne temperature naziva se stratopauza i granica je između stratosfere i mezosfere.

Stratopauza

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

Mezosfera

Mezosfera počinje na visini od 50 km i proteže se do 80-90 km. Temperatura opada s visinom s prosječnim vertikalnim gradijentom od (0,25-0,3)°/100 m. Glavni energetski proces je prijenos topline zračenjem. Složeni fotokemijski procesi koji uključuju slobodne radikale, vibracijski pobuđene molekule itd. uzrokuju atmosfersku luminiscenciju.

Mezopauza

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

Karmanova linija

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

Granica Zemljine atmosfere

Termosfera

Gornja granica je oko 800 km. Temperatura raste do visina od 200-300 km, gdje doseže vrijednosti reda veličine 1500 K, nakon čega ostaje gotovo konstantna do velikih nadmorskih visina. Pod utjecajem ultraljubičastog i rendgenskog sunčevog zračenja i kozmičkog zračenja dolazi do ionizacije zraka ("aurore") - glavna područja ionosfere leže unutar termosfere. Na visinama iznad 300 km prevladava atomski kisik. Gornja granica termosfere uvelike je određena trenutnom aktivnošću Sunca. U razdobljima niske aktivnosti - na primjer, 2008.-2009. - primjetno je smanjenje veličine ovog sloja.

Termopauza

Područje atmosfere uz termosferu. U ovom području, apsorpcija sunčevog zračenja je zanemariva i temperatura se zapravo ne mijenja s visinom.

Egzosfera (sfera raspršenja)

Egzosfera je disperzijska zona, vanjski dio termosfere, koji se nalazi iznad 700 km. Plin u egzosferi je vrlo razrijeđen, a odavde njegove čestice cure u međuplanetarni prostor (disipacija).

Do visine od 100 km atmosfera je homogena, dobro izmiješana smjesa plinova. U višim slojevima raspodjela plinova po visini ovisi o njihovoj molekulskoj masi, a koncentracija težih plinova brže opada s udaljenošću od površine Zemlje. Zbog smanjenja gustoće plina temperatura pada od 0 °C u stratosferi do −110 °C u mezosferi. Međutim, kinetička energija pojedinačnih čestica na visinama od 200-250 km odgovara temperaturi od ~150 °C. Iznad 200 km uočavaju se značajne fluktuacije temperature i gustoće plina u vremenu i prostoru.

Na visini od oko 2000-3500 km, egzosfera postupno prelazi u takozvani bliski svemirski vakuum, koji je ispunjen vrlo razrijeđenim česticama međuplanetarnog plina, uglavnom atoma vodika. Ali ovaj plin predstavlja samo dio međuplanetarne materije. Drugi dio čine čestice prašine kometnog i meteorskog podrijetla. Osim iznimno razrijeđenih čestica prašine, u ovaj prostor prodire elektromagnetsko i korpuskularno zračenje sunčevog i galaktičkog podrijetla.

Troposfera čini oko 80% mase atmosfere, stratosfera - oko 20%; masa mezosfere nije veća od 0,3%, termosfera je manja od 0,05% ukupne mase atmosfere. Na temelju električnih svojstava u atmosferi razlikuju se neutronosfera i ionosfera. Trenutno se vjeruje da se atmosfera proteže do visine od 2000-3000 km.

Ovisno o sastavu plina u atmosferi, razlikuju se homosfera i heterosfera. Heterosfera je područje gdje gravitacija utječe na razdvajanje plinova, budući da je njihovo miješanje na takvoj visini zanemarivo. To podrazumijeva promjenjiv sastav heterosfere. Ispod njega nalazi se dobro izmiješan, homogeni dio atmosfere koji se naziva homosfera. Granica između ovih slojeva naziva se turbopauza i nalazi se na visini od oko 120 km.

Ostala svojstva atmosfere i djelovanje na ljudski organizam

Već na visini od 5 km iznad razine mora, neobučena osoba počinje osjećati gladovanje kisikom i bez prilagodbe, performanse osobe značajno se smanjuju. Ovdje završava fiziološka zona atmosfere. Ljudsko disanje postaje nemoguće na visini od 9 km, iako do otprilike 115 km atmosfera sadrži kisik.

Atmosfera nas opskrbljuje kisikom potrebnim za disanje. Međutim, zbog pada ukupnog tlaka atmosfere, kako se dižete na visinu, parcijalni tlak kisika se u skladu s tim smanjuje.

Ljudska pluća stalno sadrže oko 3 litre alveolarnog zraka. Parcijalni tlak kisika u alveolarnom zraku pri normalnom atmosferskom tlaku iznosi 110 mmHg. Art., Tlak ugljičnog dioksida - 40 mm Hg. Art., I vodena para - 47 mm Hg. Umjetnost. S porastom nadmorske visine tlak kisika pada, a ukupni tlak pare vode i ugljičnog dioksida u plućima ostaje gotovo konstantan – oko 87 mm Hg. Umjetnost. Opskrba pluća kisikom potpuno će prestati kada tlak okolnog zraka postane jednak toj vrijednosti.

Na visini od oko 19-20 km atmosferski tlak pada na 47 mm Hg. Umjetnost. Stoga na ovoj visini voda i međustanična tekućina počinju ključati u ljudskom tijelu. Izvan kabine pod tlakom na ovim visinama smrt nastupa gotovo trenutno. Dakle, sa stajališta ljudske fiziologije, "svemir" počinje već na visini od 15-19 km.

Gusti slojevi zraka - troposfera i stratosfera - štite nas od štetnog djelovanja zračenja. Uz dovoljnu razrijeđenost zraka, na visinama većim od 36 km, ionizirajuće zračenje - primarne kozmičke zrake - ima intenzivan učinak na tijelo; Na visinama većim od 40 km ultraljubičasti dio sunčevog spektra je opasan za čovjeka.

Kako se dižemo na sve veću visinu iznad Zemljine površine, tako poznati fenomeni opaženi u nižim slojevima atmosfere kao što je širenje zvuka, pojava aerodinamičkog uzgona i otpora, prijenos topline konvekcijom itd. postupno slabe i zatim potpuno nestaju.

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

Na visinama iznad 100 km atmosfera je lišena još jednog izvanrednog svojstva - sposobnosti upijanja, provođenja i prijenosa toplinske energije konvekcijom (tj. miješanjem zraka). To znači da se različiti elementi opreme na orbitalnoj svemirskoj postaji neće moći hladiti izvana na isti način kako se to inače radi u avionu - uz pomoć zračnih mlaznica i zračnih radijatora. Na ovoj visini, kao i općenito u svemiru, jedini način prijenosa topline je toplinsko zračenje.

Povijest nastanka atmosfere

Prema najrasprostranjenijoj teoriji, Zemljina je atmosfera tijekom vremena imala tri različita sastava. U početku se sastojao od lakih plinova (vodika i helija) uhvaćenih iz međuplanetarnog prostora. To je takozvana primarna atmosfera (prije oko četiri milijarde godina). U sljedećoj fazi, aktivna vulkanska aktivnost dovela je do zasićenja atmosfere plinovima koji nisu vodik (ugljični dioksid, amonijak, vodena para). Tako je nastala sekundarna atmosfera (oko tri milijarde godina prije danas). Ova je atmosfera bila oporavljajuća. Nadalje, proces formiranja atmosfere određen je sljedećim čimbenicima:

• curenje lakih plinova (vodika i helija) u međuplanetarni prostor;
• kemijske reakcije koje se odvijaju u atmosferi pod utjecajem ultraljubičastog zračenja, pražnjenja munje i nekih drugih čimbenika.

Postupno su ovi čimbenici doveli do stvaranja tercijarne atmosfere koju karakterizira mnogo manje vodika, a mnogo više dušika i ugljičnog dioksida (koji nastaje kao rezultat kemijskih reakcija amonijaka i ugljikovodika).

Dušik

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

Dušik N2 reagira samo pod određenim uvjetima (na primjer, tijekom pražnjenja munje). Oksidacija molekularnog dušika ozonom tijekom električnih pražnjenja koristi se u malim količinama u industrijskoj proizvodnji dušičnih gnojiva. Cijanobakterije (modrozelene alge) i kvržične bakterije koje tvore rizobijalnu simbiozu s leguminoznim biljkama, tzv., mogu ga uz mali utrošak energije oksidirati i pretvoriti u biološki aktivan oblik. zelena gnojidba.

Kisik

Sastav atmosfere počeo se radikalno mijenjati pojavom živih organizama na Zemlji, kao rezultat fotosinteze, praćene oslobađanjem kisika i apsorpcijom ugljičnog dioksida. U početku se kisik trošio na oksidaciju reduciranih spojeva - amonijaka, ugljikovodika, željeznog oblika željeza sadržanog u oceanima itd. Na kraju ove faze sadržaj kisika u atmosferi počeo je rasti. Postupno se formirala moderna atmosfera s oksidacijskim svojstvima. Budući da je to izazvalo ozbiljne i nagle promjene u mnogim procesima koji se odvijaju u atmosferi, litosferi i biosferi, ovaj događaj je nazvan kisikovom katastrofom.

Tijekom fanerozoika mijenja se sastav atmosfere i sadržaj kisika. Ponajprije su korelirali s brzinom taloženja organskog sedimenta. Dakle, tijekom razdoblja nakupljanja ugljena, sadržaj kisika u atmosferi očito je značajno premašio modernu razinu.

Ugljični dioksid

Sadržaj CO2 u atmosferi ovisi o vulkanskoj aktivnosti i kemijskim procesima u zemljinim ljuskama, ali ponajviše o intenzitetu biosinteze i razgradnje organske tvari u Zemljinoj biosferi. Gotovo cjelokupna trenutna biomasa planeta (oko 2,4 1012 tona) nastaje zbog ugljičnog dioksida, dušika i vodene pare sadržane u atmosferskom zraku. Organske tvari zakopane u oceanima, močvarama i šumama pretvaraju se u ugljen, naftu i prirodni plin.

Plemeniti plinovi

Izvor plemenitih plinova - argona, helija i kriptona - su vulkanske erupcije i raspad radioaktivnih elemenata. Zemlja općenito, a posebno atmosfera, osiromašene su inertnim plinovima u usporedbi sa svemirom. Vjeruje se da razlog tome leži u kontinuiranom istjecanju plinova u međuplanetarni prostor.

Zagađenje zraka

Nedavno su ljudi počeli utjecati na razvoj atmosfere. Rezultat njegovih aktivnosti bio je stalni porast sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi zbog izgaranja ugljikovodičnih goriva akumuliranih u prethodnim geološkim erama. Ogromne količine CO2 troše se tijekom fotosinteze i apsorbiraju ga svjetski oceani. Ovaj plin ulazi u atmosferu zbog raspadanja karbonatnih stijena i organskih tvari biljnog i životinjskog podrijetla, kao i zbog vulkanizma i ljudske industrijske aktivnosti. Tijekom proteklih 100 godina sadržaj CO2 u atmosferi povećao se za 10%, a glavnina (360 milijardi tona) dolazi izgaranjem goriva. Ako se stopa rasta izgaranja goriva nastavi, tada će se u sljedećih 200-300 godina količina CO2 u atmosferi udvostručiti i mogla bi dovesti do globalnih klimatskih promjena.

Izgaranje goriva je glavni izvor zagađujućih plinova (CO, NO, SO2). Sumporni dioksid se oksidira atmosferskim kisikom u SO3, a dušikov oksid u NO2 u gornjim slojevima atmosfere, koji zauzvrat stupaju u interakciju s vodenom parom, a nastala sumporna kiselina H2SO4 i dušična kiselina HNO3 padaju na površinu Zemlje u obliku tzv. kisela kiša. Korištenje motora s unutarnjim izgaranjem dovodi do značajnog onečišćenja atmosfere dušikovim oksidima, ugljikovodicima i spojevima olova (tetraetilolovo) Pb(CH3CH2)4.

Aerosolno onečišćenje atmosfere uzrokovano je kako prirodnim uzrocima (vulkanske erupcije, prašne oluje, unošenje kapljica morske vode i peludi biljaka itd.), tako i ljudskim gospodarskim aktivnostima (vađenje ruda i građevinskog materijala, spaljivanje goriva, proizvodnja cementa itd.). ). Intenzivno ispuštanje čestica velikih razmjera u atmosferu jedan je od mogućih uzroka klimatskih promjena na planetu.

(Posjećeno 548 puta, 1 posjeta danas)

Atmosfera(od grčkog atmos - para i spharia - lopta) - zračna ljuska Zemlje, koja se okreće s njom. Razvoj atmosfere bio je usko povezan s geološkim i geokemijskim procesima koji se odvijaju na našem planetu, kao i s aktivnostima živih organizama.

Donja granica atmosfere poklapa se s površinom Zemlje, budući da zrak prodire u najmanje pore u tlu i otapa se čak iu vodi.

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

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

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

Atmosfera zadržava najveći dio sunčevog ultraljubičastog zračenja koje ima štetan učinak na žive organizme. Također zadržava toplinu u blizini Zemljine površine, sprječavajući hlađenje našeg planeta.

Struktura atmosfere

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

Troposfera

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

Riža. 1. Građa Zemljine atmosfere

Zrak u troposferi zagrijavaju zemljina površina, odnosno kopno i voda. Stoga temperatura zraka u ovom sloju opada s visinom prosječno za 0,6 °C na svakih 100 m. Na gornjoj granici troposfere doseže -55 °C. Pritom je u području ekvatora na gornjoj granici troposfere temperatura zraka -70 °C, a u području Sjevernog pola -65 °C.

U troposferi je koncentrirano oko 80% mase atmosfere, nalazi se gotovo sva vodena para, javljaju se grmljavinska nevremena, oluje, naoblaka i oborine, a događa se okomito (konvekcija) i horizontalno (vjetar) kretanje zraka.

Možemo reći da se vrijeme uglavnom formira u troposferi.

Stratosfera

Stratosfera- sloj atmosfere koji se nalazi iznad troposfere na visini od 8 do 50 km. Boja neba u ovom sloju izgleda ljubičasta, što se objašnjava rijetkošću zraka, zbog koje se sunčeve zrake gotovo ne raspršuju.

Stratosfera sadrži 20% mase atmosfere. Zrak u ovom sloju je razrijeđen, vodene pare praktički nema, pa se gotovo i ne stvaraju oblaci i oborine. Međutim, u stratosferi se uočavaju stabilne zračne struje, čija brzina doseže 300 km / h.

Ovaj sloj je koncentriran ozon(ozon screen, ozonosfera), sloj koji upija ultraljubičaste zrake, sprječava ih da dopru do Zemlje i time štiti žive organizme na našem planetu. Zahvaljujući ozonu, temperatura zraka na gornjoj granici stratosfere kreće se od -50 do 4-55 °C.

Između mezosfere i stratosfere nalazi se prijelazna zona - stratopauza.

Mezosfera

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

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

U mezosferi i termosferi pod utjecajem kozmičkih zraka dolazi do raspadanja molekula plina na nabijene (ionizirane) čestice atoma, pa se ovaj dio atmosfere naziva ionosfera- sloj vrlo prorijeđenog zraka, koji se nalazi na visini od 50 do 1000 km, sastoji se uglavnom od ioniziranih atoma kisika, molekula dušikovog oksida i slobodnih elektrona. Ovaj sloj karakterizira visoka naelektriziranost, a dugi i srednji radiovalovi se reflektiraju od njega, kao od zrcala.

U ionosferi se pojavljuju aurore - sjaj razrijeđenih plinova pod utjecajem električno nabijenih čestica koje lete sa Sunca - i opažaju se oštre fluktuacije magnetskog polja.

Egzosfera

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

Atmosferski sastav

Atmosfera je mješavina plinova koja se sastoji od dušika (78,08%), kisika (20,95%), ugljičnog dioksida (0,03%), argona (0,93%), male količine helija, neona, ksenona, kriptona (0,01%), ozona i drugih plinova, ali je njihov sadržaj zanemariv (Tablica 1). Suvremeni sastav Zemljinog zraka uspostavljen je prije više od stotinu milijuna godina, no naglo povećana ljudska proizvodna aktivnost dovela je do njegove promjene. Trenutno postoji povećanje sadržaja CO 2 za otprilike 10-12%.

Plinovi koji čine atmosferu obavljaju različite funkcionalne uloge. Međutim, glavno značenje ovih plinova određeno je prvenstveno činjenicom da vrlo snažno apsorbiraju energiju zračenja i time značajno utječu na temperaturni režim Zemljine površine i atmosfere.

Tablica 1. Kemijski sastav suhog atmosferskog zraka u blizini zemljine površine

	Volumna koncentracija. %	Molekulska težina, jedinice
Kisik
Ugljični dioksid
Dušikov oksid
	od 0 do 0,00001
Sumporov dioksid	od 0 do 0,000007 ljeti; od 0 do 0,000002 zimi
	Od 0 do 0,000002	46,0055/17,03061
Azog dioksid
Ugljični monoksid

Dušik, Najčešći plin u atmosferi, kemijski je neaktivan.

Kisik, za razliku od dušika, kemijski je vrlo aktivan element. Specifična funkcija kisika je oksidacija organske tvari heterotrofnih organizama, stijena i nedovoljno oksidiranih plinova koje u atmosferu ispuštaju vulkani. Bez kisika ne bi bilo razgradnje mrtve organske tvari.

Uloga ugljičnog dioksida u atmosferi iznimno je velika. U atmosferu ulazi kao rezultat procesa izgaranja, disanja živih organizama i truljenja te je prije svega glavni gradivni materijal za stvaranje organske tvari tijekom fotosinteze. Osim toga, od velike je važnosti sposobnost ugljičnog dioksida da propušta kratkovalno sunčevo zračenje i apsorbira dio toplinskog dugovalnog zračenja, što će stvoriti tzv. efekt staklenika, o čemu će biti riječi u nastavku.

Atmosferski procesi, posebno toplinski režim stratosfere, također su pod utjecajem ozon. Ovaj plin služi kao prirodni apsorber ultraljubičastog zračenja sunca, a apsorpcija sunčevog zračenja dovodi do zagrijavanja zraka. Prosječne mjesečne vrijednosti ukupnog sadržaja ozona u atmosferi variraju ovisno o geografskoj širini i godišnjem dobu u rasponu od 0,23-0,52 cm (to je debljina ozonskog omotača pri prizemnom tlaku i temperaturi). Postoji porast sadržaja ozona od ekvatora prema polovima i godišnji ciklus s minimumom u jesen i maksimumom u proljeće.

Karakteristično svojstvo atmosfere je da se sadržaj glavnih plinova (dušik, kisik, argon) neznatno mijenja s visinom: na visini od 65 km u atmosferi sadržaj dušika iznosi 86%, kisika - 19, argona - 0,91 , na nadmorskoj visini od 95 km - dušik 77, kisik - 21,3, argon - 0,82%. Stalnost sastava atmosferskog zraka vertikalno i horizontalno održava se njegovim miješanjem.

Osim plinova, zrak sadrži vodena para I čvrste čestice. Potonji mogu imati prirodno i umjetno (antropogeno) podrijetlo. To su pelud, sitni kristali soli, cestovna prašina i aerosolne nečistoće. Kada sunčeve zrake prodru kroz prozor, vide se golim okom.

Posebno mnogo čestica ima u zraku gradova i velikih industrijskih središta, gdje se aerosolima dodaju emisije štetnih plinova i njihove nečistoće nastale izgaranjem goriva.

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

Važnost vodene pare određena je prvenstveno činjenicom da ona zadržava dugovalno toplinsko zračenje sa zemljine površine; predstavlja glavnu kariku velikih i malih ciklusa vlage; povećava temperaturu zraka tijekom kondenzacije vodenih slojeva.

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

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

Promjenljivost sadržaja vodene pare u troposferi određena je međudjelovanjem procesa isparavanja, kondenzacije i horizontalnog transporta. Kao rezultat kondenzacije vodene pare nastaju oblaci i padaju oborine u obliku kiše, tuče i snijega.

Procesi faznih prijelaza vode odvijaju se uglavnom u troposferi, zbog čega se oblaci u stratosferi (na visinama od 20-30 km) i mezosferi (u blizini mezopauze), nazvani sedefasti i srebrnasti, relativno rijetko opažaju, dok se troposferski oblaci često pokrivaju oko 50% cijele zemljine površine.površine.

Količina vodene pare koja se može sadržavati u zraku ovisi o temperaturi zraka.

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

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

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

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

Relativna vlažnost- ovo je omjer (u postocima) stvarnog sadržaja vodene pare u 1 m 3 zraka prema količini vodene pare koja se može sadržavati u 1 m L pri određenoj temperaturi. Na primjer, ako radio emitira vremensku prognozu da je relativna vlažnost zraka 70%, to znači da zrak sadrži 70% vodene pare koju može zadržati na toj temperaturi.

Što je veća relativna vlažnost, tj. Što je zrak bliži stanju zasićenosti, veća je vjerojatnost padalina.

Uvijek visoka (do 90%) relativna vlažnost zraka opažena je u ekvatorijalnom pojasu, jer temperatura zraka tamo ostaje visoka tijekom cijele godine i dolazi do velikog isparavanja s površine oceana. Relativna vlažnost je također visoka u polarnim područjima, ali zato pri niskim temperaturama čak i mala količina vodene pare čini zrak zasićenim ili blizu zasićenog. U umjerenim geografskim širinama relativna vlažnost zraka varira s godišnjim dobima - viša je zimi, niža ljeti.

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

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

Kada se ohladi, zasićeni zrak ne može zadržati istu količinu vodene pare, on se zgušnjava (kondenzira) pretvarajući se u kapljice magle. Magla se može vidjeti ljeti u vedroj, svježoj noći.

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

Stvaranje oblaka također uključuje Određena stvar suspendiran u troposferi.

Oblaci mogu imati različite oblike, koji ovise o uvjetima njihova nastanka (tablica 14).

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

Obitelji	Vrste oblaka	Izgled
A. Gornji oblaci - iznad 6 km	I. Cirrus	Nitast, vlaknast, bijel
	II. Cirokumulus	Slojevi i grebeni malih ljuskica i uvojaka, bijeli
	III. Cirostratus	Prozirni bjelkasti veo
B. Srednja naoblaka - iznad 2 km	IV. Altokumulus	Slojevi i grebeni bijele i sive boje
	V. Altostratificirani	Glatki veo mliječno sive boje
B. Niski oblaci - do 2 km	VI. Nimbostratus	Čvrsti bezoblični sivi sloj
	VII. Stratokumulus	Neprozirni slojevi i grebeni sive boje
	VIII. Slojevito	Neprozirni sivi veo
D. Oblaci vertikalnog razvoja - od donjeg prema gornjem sloju	IX. Kumulus	Trefovi i kupole su blistavo bijele, s poderanim rubovima na vjetru
	X. Kumulonimbus	Moćne kumulusne mase tamnoolovne boje

Zaštita atmosfere

Glavni izvori su industrijska poduzeća i automobili. U velikim gradovima problem zagađenja plinom na glavnim prometnim pravcima vrlo je akutan. Zbog toga su mnogi veliki gradovi u svijetu, pa tako i kod nas, uveli ekološku kontrolu toksičnosti ispušnih plinova vozila. Prema stručnjacima, dim i prašina u zraku mogu prepoloviti opskrbu zemljine površine sunčevom energijom, što će dovesti do promjene prirodnih uvjeta.

Važan element okoliša za sve biološke oblike života na Zemlji. Zrak je okruženje s kojim se osoba susreće od prvih minuta života.

U odnosu na osobu, zrak obavlja mnogo različitih funkcija: sadrži kisik neophodan za njegov život; otapa u sebi sve plinovite produkte metabolizma i ljudske aktivnosti, uključujući i u sferi proizvodnja; utječe na procese termoregulacije tijela s vanjskim okolišem.

Vedro vrijeme bez oblaka daje čovjeku veliku količinu i dobru kvalitetu sunčevog zračenja, često određujući njegovo ponašanje ovih dana. Sunčeva energija doprinijela je nastanku života na Zemlji, ali u isto vrijeme može biti i destruktivna za floru i faunu. Ultraljubičasto zračenje s produljenom izloženošću ubija sva živa bića. Sunce može isušiti rijeke, jezera i druge vodene površine, pretvarajući nekada plodnu zemlju u pustinju. Međutim, stalna naoblaka, obilne kiše, snijeg i vjetar koji se stvaraju u Zemljinoj atmosferi također negativno utječu na divlje životinje.

Promjene u sastavu i svojstvima zračnog okoliša često nepovoljno utječu na zdravlje ljudi. Prisjetimo se raznih kemijskih tvari koje zagađuju atmosferu i velikog broja mikroorganizama od kojih mnogi ulaskom u ljudski organizam uzrokuju zarazne bolesti (gripa, difterija, šarlah, ospice i dr.) koje se prenose s čovjeka na čovjeka putem zrak.

Klimatske promjene i prozirnost atmosfere . Zemljina atmosfera važan je čimbenik u formiranju klime (klima se, kao što znate, obično shvaća kao dugoročni vremenski režim svojstven određenom području u skladu s njegovim geografskim uvjetima).

Gospodarska djelatnost čovjeka utječe na različite sastavnice klime, koje u većoj ili manjoj mjeri utječu na stanje čovjeka i okoliša.

Dakle, poljozaštitno pošumljavanje pomaže smanjiti brzinu vjetra, smanjiti isparavanje i zadržati snijeg, a time se povećava vlažnost nižih slojeva atmosfere i tlo. Kada se močvare isušuju, vlaga se smanjuje, a temperatura u okolišu raste. Rezervoari, naprotiv, povećavaju broj voda u tlu i vodenoj pari u troposferi, koji akumuliraju toplinu i smanjuju godišnju i dnevnu amplitudu temperature. Isti učinak ima i umjetno navodnjavanje.

Posljednjih desetljeća problem zagrijavanja klime uzrokovan takozvanim efektom staklenika izazvao je ozbiljnu zabrinutost.
Efekt staklenika nastaje povećanjem prozirnosti atmosfere za glavninu Sunčeve energije i povećanjem apsorpcije infracrvenog dijela toplinskog zračenja Zemljine površine. Toplinsko zračenje apsorbira ne samo ugljični dioksid (ugljični dioksid), već i vodena para, metan, ozon, oksidi i klorofluorougljici. Stoga se svi ti plinovi nazivaju staklenički plinovi.

Umjetno zagrijavanje planeta povezano je ne samo s efektom staklenika, već i s energijom koju ljudi troše u različitim područjima svojih aktivnosti. Toplina koja se oslobađa kao rezultat njezinih gospodarskih aktivnosti čini 0,02% energije koju Zemlja dobiva od Sunca. No, prema znanstvenicima, to je već izazvalo povećanje temperature okoline u prosjeku za 0,1 °C. Ako potrošnja energije nastavi rasti istom brzinom kao sada, za 60 godina temperatura u površinskom sloju atmosfere mogla bi se znatno povećati.

Drugi važan čimbenik koji utječe na proces promjene toplinske ravnoteže u atmosferi je njezino onečišćenje finom prašinom koja ostaje u gornjim slojevima tvoreći oblake prašine. Ti se oblaci formiraju na visini od 10-20 km i reflektiraju sunčevu svjetlost, što dovodi do smanjenja temperature u nižim slojevima troposfere. Trenutno se iznad sjevernog Atlantskog oceana nalaze snažni oblaci finih čestica koje emitiraju industrijalizirane zemlje Europe.

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

Uništavanje ozonskog štita. Ultraljubičasto zračenje ima veliki značaj za život na Zemlji. Kad ultraljubičasto zračenje sunčeve energije ne bi bilo prigušeno atmosferom, bilo bi destruktivno za sva živa bića.

Kemijski sastav zraka na mjestima udaljenim od industrijskih centara manje-više je konstantan. To je mehanička smjesa plinova: 78,09% dušika, 20,95% kisika, 0,03% ugljičnog dioksida. Preostali plinovi čine vrlo malu količinu, ne više od 1%, to su vodik, helij, argon, neon.

O ozonu treba govoriti zasebno. Riječ "ozon" dolazi od grčke riječi ozon - "miris". Plavi je plin, jako oksidacijsko sredstvo, a pri visokim koncentracijama eksplozivno se raspada. Koristi se za dezinfekciju vode i zraka.

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

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

Velika opasnost za ozonski omotač (ekran) je ispuštanje tvari koje sadrže klor u atmosferu. Tu prije svega spadaju klorofluorugljici, takozvani freoni. Koriste se u hladnjacima, klima uređajima, toplinskim pumpama kao rashladna sredstva; u proizvodnji porozne plastike; za čišćenje računalnih čipova; kao nosači u aerosolnim limenkama i otopine za sterilizaciju u medicini.

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

Riječi "ozonska rupa" danas zvuče kao planetarni signal za uzbunu. Hipoteza o povezanosti klorofluorougljika s procesom razaranja ozonskog štita pojavila se 1970. godine. Njihova proizvodnja i uporaba zabranjena je u SAD-u i nekim drugim zemljama, dok je u drugim zemljama proizvodnja proizvoda koji sadrže freone nastavila rasti. U jesen 1985. satelitskim promatranjem otkrivena je "ozonska rupa" iznad Južnog pola, čija je površina bila približno jednaka teritoriju Sjedinjenih Država.

Godine 1989. znanstvenici su otkrili "ozonsku rupu" iznad Arktika. U tom smislu donesena je međunarodna Konvencija o zaštiti ozonskog omotača Zemlje.

Kiselo taloženje. Kisele se nazivaju sve oborine (kiša, magla, snijeg) čija je kiselost veća od normalne. Trenutno se smatra da je 2/3 kiselih oborina uzrokovano emisijom sumpornog dioksida, a 1/3 emisijom dušikovih oksida. Sumporni dioksid uglavnom dolazi (oko 88%) iz termoelektrana i industrijskih energetskih objekata, preostalih 12% nastaje tijekom proizvodnje sumporne kiseline i prerade sulfidnih ruda. Dušikovi oksidi ulaze u atmosferu iz termoelektrana i industrijskih energetskih objekata (51%) te iz ispušnih plinova vozila (44%); drugi izvori čine samo oko 5%.

Jednom kada uđu u atmosferu, ti plinovi stupaju u interakciju s vlagom, stvarajući kiseline. Osobito su opasne emisije dioksi-I i sumpora koji se otapa u kapljicama atmosferske vlage, tvoreći otopinu sumporne kiseline.

Domet transporta sumporovog dioksida je obično 300-400 km. No, nalazi se iu oborinama koje padaju čak i na udaljenosti od 1000-1500 km od izvora emisije.

Kisele padaline postale su ozbiljna prijetnja opstanku šuma. U Njemačkoj je najmanje 20% šuma u opasnosti od uništenja. U Rusiji je područje značajnog zakiseljavanja zbog kiše i snijega doseglo 46 milijuna hektara. Kisele oborine povećavaju kiselost tla i nepovoljno utječu na stanje jezera, rijeka i drugih vodenih površina. Uzrokuju odumiranje šuma, prvenstveno smreke-jele i hrasta, te uništavanje plodnog sloja tla.

Zakiseljavanje plitkih oceanskih voda postaje vrlo opasno, što dovodi do nemogućnosti razmnožavanja mnogih morskih beskralježnjaka. To prijeti prekidom hranidbenih lanaca i narušavanjem ekološke ravnoteže u Svjetskom oceanu.

Znanstvenici su izračunali da bi smanjenje kiselih oborina za 50% zaustavilo daljnje zakiseljavanje okoliša. Budući da većinu kiselih plinova u atmosferu ispuštaju elektrane, potrebno je fokusirati se na uštedu energije, prelazak s ugljena na druga goriva koja sadrže manje sumpora te razvoj i implementaciju učinkovitih sustava za pročišćavanje plinskih emisija.

Emisije štetnih tvari. Raširen razvoj kemijske industrije, povećanje obujma zračnog i cestovnog prometa, emisije neobrađenih plinova u atmosferu iz termoelektrana, metalurških poduzeća, neoprezno rukovanje vatrom u šumama, što dovodi do šumskih požara, uzrokuju nepopravljivu štetu ljudsko okruženje.

Emisije plinova i para najčešće nastaju tijekom procesa izgaranja.

Glavne komponente emisija danas su čestice, sumporni dioksid, ugljikov monoksid, dušikov oksid i ugljikovodici. Oni čine oko 98% svih emisija u atmosferu. Dolje su navedeni postoci onečišćujućih tvari koje ulaze u atmosferu iz stacionarnih izvora.

Posljednjih godina u velikim gradovima Rusije cestovni promet, kemijska, rafinerska i metalurška poduzeća postali su ozbiljni izvori onečišćenja zraka. Kako bi se poboljšala ekološka situacija u takvim gradovima, preporučljivo je premjestiti neke opasne industrije izvan njihovih granica, instalirati opremu za pročišćavanje emisija u poduzećima i automobilima osigurati učinkovite neutralizatore ispušnih plinova. Vrlo je važno proširiti ekološko obrazovanje i prosvjećivanje stanovništva, jer primjera ekološke nepismenosti ima mnogo. Dajmo samo jednu.

Oko moskovske obilaznice građani su postavili svoje vrtove u kojima uzgajaju razno povrće, voće i bobice. Poznato je da u roku od sat vremena ovom cestom prođe više od 2000 vozila. Ispušni plinovi automobila talože se na udaljenosti od 800-900 m s jedne i s druge strane ceste. Istraživanja pokazuju da tlo i vegetacija na ovoj udaljenosti sadrže štetne tvari. zdravlje ljudske tvari premašuje sve higijenske standarde. Je li moguće jesti takvu vegetaciju? Naravno da ne. No, vrtlarska aktivnost na ovim mjestima ne opada, već se naprotiv povećava. Ljudi si nesvjesno skraćuju život i narušavaju zdravlje.

Dišni sustav je najosjetljiviji na utjecaj štetnih sastojaka atmosferskog zraka. Također se uzrokuju značajne štete kardiovaskularnom i imunološkom sustavu tijela.

Svaka ljudska aktivnost povezana s mogućim onečišćenjem zraka mora udovoljavati higijenskim standardima za siguran rad i biti strogo regulirana. Sve emisije u atmosferu moraju se provoditi samo kroz sustave za pročišćavanje. Za to je potrebno uspostaviti stalnu higijensku kontrolu, tzv. atmosferski monitoring.

Osnove sigurnosti života. 8. razred : udžbenik za opće obrazovanje. ustanove / S. N. Vangorodsky, M. I. Kuznetsov, V. N. Latchuk, V. V. Markov. - 5. izdanje, revidirano. - M.: Bustard, 2005. - 254, str. : ilustr.

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

Sadržaj lekcije bilješke lekcije prateći okvir lekcija prezentacija metode ubrzanja interaktivne tehnologije Praksa zadaci i vježbe radionice za samotestiranje, treninzi, slučajevi, potrage domaća zadaća pitanja za raspravu retorička pitanja učenika Ilustracije audio, video isječci i multimedija fotografije, slike, grafike, tablice, dijagrami, humor, anegdote, vicevi, stripovi, parabole, izreke, križaljke, citati Dodaci sažetakačlanci trikovi za znatiželjne jaslice udžbenici osnovni i dodatni rječnik pojmova ostalo Poboljšanje udžbenika i nastaveispravljanje grešaka u udžbeniku ažuriranje ulomka u udžbeniku, elementi inovacije u nastavi, zamjena zastarjelih znanja novima Samo za učitelje savršene lekcije kalendarski plan za godinu, metodološke preporuke, programi rasprava Integrirane lekcije

ATMOSFERA
plinoviti omotač koji okružuje nebesko tijelo. Njegove karakteristike ovise o veličini, masi, temperaturi, brzini rotacije i kemijskom sastavu pojedinog nebeskog tijela, a također su određene poviješću njegova nastanka od trenutka nastanka. Zemljina atmosfera sastoji se od mješavine plinova koja se naziva zrak. Njegove glavne komponente su dušik i kisik u omjeru približno 4:1. Na osobu uglavnom utječe stanje donjih 15-25 km atmosfere, budući da je u tom donjem sloju koncentrirana većina zraka. Znanost koja proučava atmosferu naziva se meteorologija, iako je predmet ove znanosti i vrijeme i njegov utjecaj na čovjeka. Mijenja se i stanje gornjih slojeva atmosfere koji se nalaze na visinama od 60 do 300 pa čak i 1000 km od površine Zemlje. Ovdje se razvijaju jaki vjetrovi, oluje i nevjerojatni električni fenomeni poput polarne svjetlosti. Mnogi od navedenih fenomena povezani su s protokom Sunčevog zračenja, kozmičkog zračenja i Zemljinog magnetskog polja. Visoki slojevi atmosfere također su kemijski laboratorij, jer tamo, u uvjetima bliskim vakuumu, neki atmosferski plinovi pod utjecajem snažnog toka sunčeve energije stupaju u kemijske reakcije. Znanost koja proučava te međusobno povezane pojave i procese naziva se fizika visokih atmosfera.
OPĆE KARAKTERISTIKE ZEMLJINE ATMOSFERE
Dimenzije. Dok sondažne rakete i umjetni sateliti nisu istraživali vanjske slojeve atmosfere na udaljenostima nekoliko puta većim od polumjera Zemlje, vjerovalo se da kako se udaljavamo od Zemljine površine, atmosfera postupno postaje sve rjeđa i glatko prelazi u međuplanetarni prostor. . Sada je utvrđeno da tokovi energije iz dubokih slojeva Sunca prodiru u svemir daleko izvan Zemljine orbite, sve do vanjskih granica Sunčevog sustava. Ovaj tzv Sunčev vjetar struji oko Zemljinog magnetskog polja, tvoreći izduženu "šupljinu" unutar koje je koncentrirana Zemljina atmosfera. Zemljino magnetsko polje primjetno je suženo na dnevnoj strani okrenutoj Suncu i oblikuje dugački jezik koji se vjerojatno proteže izvan Mjesečeve orbite, na suprotnoj, noćnoj strani. Granica Zemljinog magnetskog polja naziva se magnetopauza. Na dnevnoj strani, ova granica prolazi na udaljenosti od oko sedam radijusa Zemlje od površine, ali u razdobljima povećane Sunčeve aktivnosti ispada da je još bliža površini Zemlje. Magnetopauza je ujedno i granica Zemljine atmosfere, čiji se vanjski omotač naziva i magnetosfera, budući da su u njemu koncentrirane nabijene čestice (ioni) čije je kretanje određeno magnetskim poljem Zemlje. Ukupna težina atmosferskih plinova je približno 4,5 * 1015 tona. Dakle, "težina" atmosfere po jedinici površine, odnosno atmosferski tlak, iznosi približno 11 tona/m2 na razini mora.
Smisao za život. Iz navedenog proizlazi da je Zemlja od međuplanetarnog prostora odvojena snažnim zaštitnim slojem. Svemir je prožet snažnim ultraljubičastim i rendgenskim zračenjem Sunca te još težim kozmičkim zračenjem, a ta su zračenja razorna za sva živa bića. Na vanjskom rubu atmosfere intenzitet zračenja je smrtonosan, ali veći dio zadržava atmosfera daleko od površine Zemlje. Apsorpcija ovog zračenja objašnjava mnoga svojstva visokih slojeva atmosfere, a posebno električne pojave koje se tamo događaju. Najniži, prizemni sloj atmosfere posebno je važan za ljude, koji žive na mjestu dodira čvrste, tekuće i plinovite ljuske Zemlje. Gornji omotač "čvrste" Zemlje naziva se litosfera. Oko 72% Zemljine površine prekriveno je oceanskim vodama, koje čine najveći dio hidrosfere. Atmosfera graniči s litosferom i hidrosferom. Čovjek živi na dnu oceana zraka i blizu ili iznad razine oceana vode. Međudjelovanje ovih oceana jedan je od važnih čimbenika koji određuju stanje atmosfere.
Spoj. Donji slojevi atmosfere sastoje se od mješavine plinova (vidi tablicu). Osim onih navedenih u tablici, u zraku su u obliku malih nečistoća prisutni i drugi plinovi: ozon, metan, tvari poput ugljičnog monoksida (CO), dušikovi i sumporni oksidi, amonijak.

SASTAV ATMOSFERE

U visokim slojevima atmosfere mijenja se sastav zraka pod utjecajem jakog zračenja Sunca, što dovodi do raspada molekula kisika na atome. Atomski kisik glavna je komponenta visokih slojeva atmosfere. Konačno, u slojevima atmosfere najudaljenijim od Zemljine površine glavne komponente su najlakši plinovi - vodik i helij. Budući da je glavnina tvari koncentrirana u nižim 30 km, promjene u sastavu zraka na visinama iznad 100 km nemaju zamjetan učinak na ukupni sastav atmosfere.
Razmjena energije. Sunce je glavni izvor energije kojom se Zemlja opskrbljuje. Na udaljenosti od cca. 150 milijuna km od Sunca, Zemlja prima otprilike jedan dvomilijarditi dio energije koju emitira, uglavnom u vidljivom dijelu spektra, koji ljudi nazivaju "svjetlost". Većinu te energije apsorbira atmosfera i litosfera. Zemlja također emitira energiju, uglavnom u obliku dugovalnog infracrvenog zračenja. Na taj se način uspostavlja ravnoteža između energije primljene od Sunca, zagrijavanja Zemlje i atmosfere te obrnutog toka toplinske energije emitirane u svemir. Mehanizam te ravnoteže izuzetno je složen. Molekule prašine i plina raspršuju svjetlost, djelomično je reflektirajući u svemir. Još veći dio dolaznog zračenja reflektiraju oblaci. Dio energije apsorbiraju izravno molekule plina, ali uglavnom stijene, vegetacija i površinske vode. Vodena para i ugljikov dioksid prisutni u atmosferi propuštaju vidljivo zračenje, ali apsorbiraju infracrveno zračenje. Toplinska energija akumulira se uglavnom u nižim slojevima atmosfere. Sličan učinak događa se u stakleniku kada staklo dopušta ulazak svjetlosti i tlo se zagrijava. Budući da je staklo relativno neprozirno za infracrveno zračenje, toplina se akumulira u stakleniku. Zagrijavanje nižih slojeva atmosfere zbog prisutnosti vodene pare i ugljičnog dioksida često se naziva efektom staklenika. Naoblaka ima značajnu ulogu u održavanju topline u nižim slojevima atmosfere. Ako se oblaci razbistre ili zrak postane prozirniji, temperatura neizbježno pada jer Zemljina površina slobodno zrači toplinsku energiju u okolni prostor. Voda na površini Zemlje upija sunčevu energiju i isparava, pretvarajući se u plin – vodenu paru, koja nosi ogromnu količinu energije u niže slojeve atmosfere. Kada se vodena para kondenzira i nastanu oblaci ili magla, ta se energija oslobađa kao toplina. Otprilike polovica Sunčeve energije koja dospije na Zemljinu površinu troši se na isparavanje vode i ulazi u niže slojeve atmosfere. Tako se zbog efekta staklenika i isparavanja vode atmosfera zagrijava odozdo. To djelomično objašnjava visoku aktivnost njegove cirkulacije u usporedbi s cirkulacijom Svjetskog oceana, koji se zagrijava samo odozgo i stoga je mnogo stabilniji od atmosfere.
Vidi također METEOROLOGIJA I KLIMATOLOGIJA. Osim općeg zagrijavanja atmosfere sunčevom svjetlošću, dolazi do značajnog zagrijavanja nekih njezinih slojeva zbog ultraljubičastog i rendgenskog zračenja Sunca. Struktura. U usporedbi s tekućinama i krutinama, u plinovitim tvarima sila privlačenja između molekula je minimalna. Kako se udaljenost između molekula povećava, plinovi se mogu neograničeno širiti ako ih ništa ne spriječi. Donja granica atmosfere je površina Zemlje. Strogo govoreći, ova barijera je neprobojna, budući da se izmjena plinova odvija između zraka i vode, pa čak i između zraka i stijena, ali u ovom slučaju ti se čimbenici mogu zanemariti. Budući da je atmosfera sferna ljuska, ona nema bočne granice, već samo donju granicu i gornju (vanjsku) granicu, otvorenu sa strane međuplanetarnog prostora. Neki neutralni plinovi cure kroz vanjsku granicu, kao i materija koja ulazi iz okolnog vanjskog prostora. Većina nabijenih čestica, s izuzetkom visokoenergetskih kozmičkih zraka, magnetosfera ih uhvati ili odbije. Atmosfera je također pod utjecajem sile gravitacije, koja drži zračni omotač na površini Zemlje. Atmosferski plinovi su komprimirani pod vlastitom težinom. Ta je kompresija najveća na donjoj granici atmosfere, stoga je gustoća zraka ovdje najveća. Na bilo kojoj visini iznad površine zemlje, stupanj kompresije zraka ovisi o masi zračnog stupca koji se nalazi iznad, stoga s visinom gustoća zraka opada. Tlak, jednak masi gornjeg stupca zraka po jedinici površine, izravno ovisi o gustoći i stoga također opada s visinom. Kada bi atmosfera bila “idealni plin” sa stalnim sastavom neovisnim o nadmorskoj visini, stalnom temperaturom i stalnom silom gravitacije koja djeluje na nju, tada bi se tlak smanjio 10 puta za svakih 20 km visine. Prava atmosfera neznatno se razlikuje od idealnog plina do oko 100 km visine, a zatim tlak opada sporije s visinom kako se mijenja sastav zraka. Male promjene u opisani model unosi i smanjenje sile gravitacije s udaljenošću od središta Zemlje, koja iznosi cca. 3% na svakih 100 km nadmorske visine. Za razliku od atmosferskog tlaka, temperatura ne opada kontinuirano s visinom. Kao što je prikazano na sl. 1, smanjuje se do otprilike visine od 10 km, a zatim ponovno počinje rasti. To se događa kada ultraljubičasto sunčevo zračenje apsorbira kisik. Pritom nastaje plin ozon čije se molekule sastoje od tri atoma kisika (O3). Također apsorbira ultraljubičasto zračenje, pa se ovaj sloj atmosfere, nazvan ozonosfera, zagrijava. Na višim visinama temperatura ponovno opada, jer tamo ima mnogo manje molekula plina, pa je i apsorpcija energije smanjena. U još višim slojevima temperatura ponovno raste zbog apsorpcije najkraće valne duljine ultraljubičastog i rendgenskog zračenja Sunca od strane atmosfere. Pod utjecajem ovog snažnog zračenja dolazi do ionizacije atmosfere, tj. molekula plina gubi elektron i dobiva pozitivan električni naboj. Takve molekule postaju pozitivno nabijeni ioni. Zbog prisutnosti slobodnih elektrona i iona ovaj sloj atmosfere poprima svojstva električnog vodiča. Vjeruje se da temperatura nastavlja rasti do visina gdje tanka atmosfera prelazi u međuplanetarni prostor. Na udaljenosti od nekoliko tisuća kilometara od Zemljine površine vjerojatno će prevladavati temperature u rasponu od 5 000° do 10 000° C. Iako molekule i atomi imaju vrlo velike brzine gibanja, a time i visoke temperature, ovaj razrijeđeni plin nije "vruć" u uobičajenom smislu. Zbog malog broja molekula na velikim visinama, njihova ukupna toplinska energija je vrlo mala. Dakle, atmosfera se sastoji od zasebnih slojeva (tj. niza koncentričnih ljuski ili sfera), čije razdvajanje ovisi o tome koje je svojstvo od najvećeg interesa. Na temelju raspodjele prosječne temperature meteorolozi su razvili dijagram strukture idealne “prosječne atmosfere” (vidi sliku 1).

Troposfera je donji sloj atmosfere koji se proteže do prvog toplinskog minimuma (tzv. tropopauza). Gornja granica troposfere ovisi o geografskoj širini (u tropima - 18-20 km, u umjerenim širinama - oko 10 km) i dobu godine. Nacionalna meteorološka služba SAD-a provela je sondiranje u blizini Južnog pola i otkrila sezonske promjene u visini tropopauze. U ožujku je tropopauza na nadmorskoj visini od cca. 7,5 km. Od ožujka do kolovoza ili rujna dolazi do postojanog hlađenja troposfere, a njezina granica se u kolovozu ili rujnu kratkotrajno diže do visine od približno 11,5 km. Zatim se od rujna do prosinca brzo smanjuje i doseže najniži položaj - 7,5 km, gdje ostaje do ožujka, fluktuirajući unutar samo 0,5 km. U troposferi se uglavnom formira vrijeme koje određuje uvjete ljudskog postojanja. Većina atmosferske vodene pare koncentrirana je u troposferi i tu prvenstveno nastaju oblaci, iako se neki, sastavljeni od kristala leda, nalaze u višim slojevima. Troposferu karakteriziraju turbulencije i snažna zračna strujanja (vjetrovi) i oluje. U gornjoj troposferi postoje snažna zračna strujanja u strogo određenom smjeru. Turbulentni vrtlozi, slični malim vrtlozima, nastaju pod utjecajem trenja i dinamičke interakcije između sporih i brzih zračnih masa. Budući da obično nema naoblake na ovim visokim razinama, ova se turbulencija naziva "turbulencija čistog zraka".
Stratosfera. Gornji sloj atmosfere često se pogrešno opisuje kao sloj s relativno konstantnim temperaturama, gdje vjetrovi pušu više ili manje postojano i gdje se meteorološki elementi malo mijenjaju. Gornji slojevi stratosfere zagrijavaju se kada kisik i ozon apsorbiraju ultraljubičasto zračenje Sunca. Gornja granica stratosfere (stratopauza) je mjesto gdje temperatura blago raste, dosežući srednji maksimum, koji se često može usporediti s temperaturom površinskog sloja zraka. Na temelju opažanja pomoću zrakoplova i balona dizajniranih za let na stalnim visinama, u stratosferi su utvrđeni turbulentni poremećaji i jaki vjetrovi koji pušu u različitim smjerovima. Kao iu troposferi, postoje snažni zračni vrtlozi koji su posebno opasni za letjelice velikih brzina. Jaki vjetrovi, koji se nazivaju mlazni vjetrovi, pušu u uskim zonama duž granica prema polovima umjerenih geografskih širina. Međutim, te se zone mogu pomaknuti, nestati i ponovno se pojaviti. Mlazne struje obično prodiru kroz tropopauzu i pojavljuju se u gornjoj troposferi, ali njihova brzina brzo opada sa smanjenjem nadmorske visine. Moguće je da dio energije koja ulazi u stratosferu (uglavnom potrošena na stvaranje ozona) utječe na procese u troposferi. Posebno aktivno miješanje povezano je s atmosferskim frontama, gdje su velika strujanja stratosferskog zraka zabilježena daleko ispod tropopauze, a troposferski zrak je uvučen u niže slojeve stratosfere. Postignut je značajan napredak u proučavanju vertikalne strukture nižih slojeva atmosfere zahvaljujući poboljšanju tehnologije za lansiranje radiosonda na visine od 25-30 km. Mezosfera, koja se nalazi iznad stratosfere, je ljuska u kojoj, do visine od 80-85 km, temperatura pada na minimalne vrijednosti za atmosferu u cjelini. Rekordno niske temperature od -110°C zabilježile su meteorološke rakete lansirane iz američko-kanadske instalacije u Fort Churchillu (Kanada). Gornja granica mezosfere (mezopauze) približno se podudara s donjom granicom područja aktivne apsorpcije rendgenskog i kratkovalnog ultraljubičastog zračenja Sunca, što je popraćeno zagrijavanjem i ionizacijom plina. U polarnim područjima oblačni sustavi često se pojavljuju tijekom mezopauze ljeti, zauzimajući veliko područje, ali imaju mali vertikalni razvoj. Takvi oblaci koji svijetle noću često otkrivaju valovito kretanje zraka velikih razmjera u mezosferi. Sastav ovih oblaka, izvori vlage i kondenzacijske jezgre, dinamika i odnosi s meteorološkim čimbenicima još nisu dovoljno proučeni. Termosfera je sloj atmosfere u kojem temperatura neprestano raste. Njegova snaga može doseći 600 km. Tlak, a time i gustoća plina stalno opada s visinom. U blizini zemljine površine 1 m3 zraka sadrži cca. 2,5 x 1025 molekula, na visini od cca. 100 km, u nižim slojevima termosfere - približno 1019, na nadmorskoj visini od 200 km, u ionosferi - 5 * 10 15 i, prema izračunima, na visini od cca. 850 km - otprilike 1012 molekula. U međuplanetarnom prostoru koncentracija molekula je 10 8-10 9 po 1 m3. Na nadmorskoj visini od cca. 100 km broj molekula je mali i one se rijetko sudaraju jedna s drugom. Prosječna udaljenost koju kaotično gibajuća molekula prijeđe prije sudara s drugom sličnom molekulom naziva se njezin srednji slobodni put. Sloj u kojem se ta vrijednost povećava toliko da se vjerojatnost međumolekulskih ili međuatomskih sudara može zanemariti nalazi se na granici između termosfere i gornje ljuske (egzosfere) i naziva se termopauza. Termopauza je otprilike 650 km od Zemljine površine. Pri određenoj temperaturi brzina molekule ovisi o njezinoj masi: lakše se molekule gibaju brže od težih. U nižim slojevima atmosfere, gdje je slobodan put vrlo kratak, nema zamjetnog razdvajanja plinova po njihovoj molekulskoj masi, ali je ono izraženo iznad 100 km. Osim toga, pod utjecajem ultraljubičastog i rendgenskog zračenja Sunca, molekule kisika se raspadaju na atome čija je masa polovica mase molekule. Stoga, kako se udaljavamo od površine Zemlje, atomski kisik postaje sve važniji u sastavu atmosfere i na visini od cca. 200 km postaje njegova glavna komponenta. Više, na udaljenosti od približno 1200 km od površine Zemlje, prevladavaju laki plinovi - helij i vodik. Od njih se sastoji vanjski omotač atmosfere. Ovo odvajanje po težini, nazvano difuzna stratifikacija, slično je odvajanju smjesa pomoću centrifuge. Egzosfera je vanjski sloj atmosfere, nastao na temelju promjena temperature i svojstava neutralnog plina. Molekule i atomi u egzosferi rotiraju oko Zemlje u balističkim orbitama pod utjecajem gravitacije. Neke od tih orbita su parabolične i nalikuju putanjama projektila. Molekule mogu rotirati oko Zemlje iu eliptičnim orbitama, poput satelita. Neke molekule, uglavnom vodik i helij, imaju otvorene putanje i odlaze u svemir (slika 2).

SUNČEVO-ZEMLJINE VEZE I NJIHOV UTJECAJ NA ATMOSFERU
Atmosferske plime i oseke. Privlačenje Sunca i Mjeseca uzrokuje plime i oseke u atmosferi, slične plime i oseke na zemlji i moru. Ali atmosferske plime i oseke imaju značajnu razliku: atmosfera najjače reagira na privlačnost Sunca, dok zemljina kora i ocean najjače reagiraju na privlačnost Mjeseca. To se objašnjava činjenicom da se atmosfera zagrijava Suncem te se, osim gravitacijske, javlja i snažna toplinska plima. Općenito, mehanizmi nastanka atmosferske i morske plime su slični, s tim da je za predviđanje reakcije zraka na gravitacijske i toplinske utjecaje potrebno uzeti u obzir njegovu stlačivost i raspodjelu temperature. Nije posve jasno zašto poludnevne (12-satne) solarne plime u atmosferi prevladavaju nad dnevnim solarnim i poludnevnim lunarnim plimama, iako su pokretačke sile potonja dva procesa mnogo snažnije. Ranije se vjerovalo da u atmosferi nastaje rezonancija, koja pojačava oscilacije s periodom od 12 sati. Međutim, opažanja obavljena korištenjem geofizičkih raketa pokazuju nepostojanje temperaturnih razloga za takvu rezonanciju. Pri rješavanju ovog problema vjerojatno je potrebno uzeti u obzir sve hidrodinamičke i toplinske značajke atmosfere. Na zemljinoj površini u blizini ekvatora, gdje je utjecaj plimnih kolebanja najveći, osigurava promjenu atmosferskog tlaka od 0,1%. Brzina plimnog vjetra je cca. 0,3 km/h. Zbog složene toplinske strukture atmosfere (osobito prisutnosti minimalne temperature u mezopauzi), plimna zračna strujanja su pojačana, pa je, primjerice, na visini od 70 km njihova brzina približno 160 puta veća od brzine zemljine površine, što ima važne geofizičke posljedice. Vjeruje se da u donjem dijelu ionosfere (sloj E) plimne fluktuacije pokreću ionizirani plin okomito u Zemljinom magnetskom polju, pa stoga ovdje nastaju električne struje. Ti sustavi struja koji se stalno pojavljuju na Zemljinoj površini uspostavljaju se poremećajima u magnetskom polju. Dnevne varijacije magnetskog polja prilično se dobro slažu s izračunatim vrijednostima, što daje uvjerljiv dokaz u korist teorije plimnih mehanizama “atmosferskog dinama”. Električne struje koje se generiraju u donjem dijelu ionosfere (E sloj) moraju negdje putovati, pa stoga strujni krug mora biti dovršen. Analogija s dinamom postaje potpuna ako nadolazeće kretanje promatramo kao rad motora. Pretpostavlja se da se obrnuto kruženje električne struje događa u višem sloju ionosfere (F), a taj protutok može objasniti neke od neobičnih značajki ovog sloja. Konačno, učinak plime i oseke također bi trebao generirati horizontalna strujanja u E sloju, a time i u F sloju.
Ionosfera. Pokušavajući objasniti mehanizam nastanka aurore, znanstvenici 19.st. sugerirao da u atmosferi postoji zona s električki nabijenim česticama. U 20. stoljeću eksperimentalno su dobiveni uvjerljivi dokazi o postojanju sloja koji reflektira radio valove na visinama od 85 do 400 km. Sada je poznato da su njegova električna svojstva rezultat ionizacije atmosferskog plina. Stoga se ovaj sloj obično naziva ionosfera. Učinak na radio valove uglavnom se javlja zbog prisutnosti slobodnih elektrona u ionosferi, iako je mehanizam širenja radio valova povezan s prisutnošću velikih iona. Potonji su također od interesa za proučavanje kemijskih svojstava atmosfere, jer su aktivniji od neutralnih atoma i molekula. Kemijske reakcije koje se odvijaju u ionosferi igraju važnu ulogu u njezinoj energetskoj i električnoj ravnoteži.
Normalna ionosfera. Promatranja obavljena korištenjem geofizičkih raketa i satelita pružila su mnoštvo novih informacija koje pokazuju da se ionizacija atmosfere događa pod utjecajem širokog raspona sunčevog zračenja. Njegov glavni dio (više od 90%) koncentriran je u vidljivom dijelu spektra. Ultraljubičasto zračenje, koje ima kraću valnu duljinu i veću energiju od ljubičastih svjetlosnih zraka, emitira vodik u Sunčevoj unutarnjoj atmosferi (kromosfera), a x-zrake, koje imaju još veću energiju, emitiraju plinovi u vanjskom omotaču Sunca. (korona). Normalno (prosječno) stanje ionosfere nastaje zbog stalnog snažnog zračenja. U normalnoj ionosferi događaju se redovite promjene zbog dnevne rotacije Zemlje i sezonskih razlika u kutu upada sunčevih zraka u podne, ali se događaju i nepredvidive i nagle promjene stanja ionosfere.
Poremećaji u ionosferi. Kao što je poznato, na Suncu se javljaju snažni ciklički ponavljajući poremećaji koji svakih 11 godina postižu maksimum. Promatranja u okviru programa Međunarodne geofizičke godine (IGY) poklopila su se s razdobljem najveće Sunčeve aktivnosti za cijelo razdoblje sustavnih meteoroloških motrenja, tj. s početka 18. stoljeća. Tijekom razdoblja velike aktivnosti, svjetlina nekih područja na Suncu se povećava nekoliko puta, a ona odašilju snažne pulseve ultraljubičastog i rendgenskog zračenja. Takve pojave nazivaju se solarne baklje. Traju od nekoliko minuta do jednog do dva sata. Tijekom baklje dolazi do erupcije sunčevog plina (uglavnom protona i elektrona), a elementarne čestice jurnu u svemir. Elektromagnetsko i korpuskularno zračenje Sunca tijekom takvih baklji snažno utječe na Zemljinu atmosferu. Početna reakcija opažena je 8 minuta nakon baklje, kada intenzivno ultraljubičasto i rendgensko zračenje dopire do Zemlje. Kao rezultat toga, ionizacija se naglo povećava; X-zrake prodiru kroz atmosferu do donje granice ionosfere; broj elektrona u tim slojevima se toliko povećava da se radio signali gotovo potpuno apsorbiraju ("ugase"). Dodatna apsorpcija zračenja uzrokuje zagrijavanje plina, što pridonosi razvoju vjetrova. Ionizirani plin je električni vodič, a kada se kreće u Zemljinom magnetskom polju dolazi do dinamo efekta i stvaranja električne struje. Takve struje pak mogu izazvati zamjetne poremećaje u magnetskom polju i manifestirati se u obliku magnetskih oluja. Ova početna faza traje samo kratko vrijeme, što odgovara trajanju Sunčeve baklje. Tijekom snažnih baklji na Suncu, tok ubrzanih čestica juri u svemir. Kad se usmjeri prema Zemlji, počinje druga faza koja ima veliki utjecaj na stanje atmosfere. Mnogi prirodni fenomeni, od kojih su najpoznatiji aurore, pokazuju da značajan broj nabijenih čestica stiže do Zemlje (vidi također AURORAURAL). Ipak, procesi odvajanja ovih čestica od Sunca, njihove putanje u međuplanetarnom prostoru i mehanizmi interakcije sa Zemljinim magnetskim poljem i magnetosferom još nisu dovoljno proučeni. Problem se zakomplicirao nakon što je 1958. James Van Allen otkrio ljuske koje se sastoje od nabijenih čestica koje drži geomagnetsko polje. Te se čestice kreću s jedne hemisfere na drugu, rotirajući u spiralama oko linija magnetskog polja. U blizini Zemlje, na visini koja ovisi o obliku linija polja i energiji čestica, nalaze se “točke refleksije” na kojima čestice mijenjaju smjer kretanja u suprotan (slika 3). Budući da jakost magnetskog polja opada s udaljenošću od Zemlje, orbite po kojima se ove čestice kreću su donekle iskrivljene: elektroni se skreću prema istoku, a protoni prema zapadu. Stoga su raspoređeni u obliku pojaseva diljem svijeta.

Neke posljedice zagrijavanja atmosfere Suncem. Sunčeva energija utječe na cjelokupnu atmosferu. Gore su već spomenuti pojasevi koje formiraju nabijene čestice u Zemljinom magnetskom polju i rotiraju oko njega. Ti se pojasevi najviše približavaju zemljinoj površini u subpolarnim područjima (vidi sliku 3), gdje se opažaju polarne svjetlosti. Slika 1 pokazuje da su u područjima polarne svjetlosti u Kanadi temperature termosfere znatno više nego u jugozapadnom dijelu Sjedinjenih Država. Vjerojatno je da uhvaćene čestice otpuštaju dio svoje energije u atmosferu, posebno pri sudaru s molekulama plina u blizini točaka refleksije, i napuštaju svoje prethodne orbite. Tako se zagrijavaju visoki slojevi atmosfere u auroralnoj zoni. Još jedno važno otkriće došlo se tijekom proučavanja orbita umjetnih satelita. Luigi Iacchia, astronom na Smithsonian Astrophysical Observatory, vjeruje da su mala odstupanja u tim orbitama posljedica promjena u gustoći atmosfere jer je zagrijava Sunce. Predložio je postojanje maksimalne gustoće elektrona na visini većoj od 200 km u ionosferi, što ne odgovara Sunčevom podnevu, ali pod utjecajem sila trenja kasni u odnosu na njega oko dva sata. U ovom trenutku, vrijednosti gustoće atmosfere tipične za nadmorsku visinu od 600 km promatraju se na razini od cca. 950 km. Osim toga, maksimalna gustoća elektrona doživljava nepravilne fluktuacije zbog kratkotrajnih bljeskova ultraljubičastog i rendgenskog zračenja Sunca. L. Iacchia je također otkrio kratkotrajne fluktuacije u gustoći zraka, koje odgovaraju sunčevim bakljama i poremećajima magnetskog polja. Te se pojave objašnjavaju upadom čestica sunčevog podrijetla u Zemljinu atmosferu i zagrijavanjem onih slojeva u kojima kruže sateliti.
ATMOSFERSKI ELEKTRICITET
U površinskom sloju atmosfere mali dio molekula podliježe ionizaciji pod utjecajem kozmičkih zraka, zračenja radioaktivnih stijena i produkata raspada radija (uglavnom radona) u samom zraku. Tijekom ionizacije atom gubi jedan elektron i dobiva pozitivan naboj. Slobodni elektron brzo se spaja s drugim atomom i tvori negativno nabijen ion. Takvi upareni pozitivni i negativni ioni imaju molekularne veličine. Molekule u atmosferi nastoje se grupirati oko tih iona. Nekoliko molekula u kombinaciji s ionom tvori kompleks koji se obično naziva "lagani ion". Atmosfera također sadrži komplekse molekula, u meteorologiji poznatih kao kondenzacijske jezgre, oko kojih, kada je zrak zasićen vlagom, počinje proces kondenzacije. Te jezgre su čestice soli i prašine, kao i zagađivači ispušteni u zrak iz industrijskih i drugih izvora. Laki ioni često se vežu za takve jezgre, tvoreći "teške ione". Pod utjecajem električnog polja, laki i teški ioni se kreću iz jednog područja atmosfere u drugo, prenoseći električne naboje. Iako se općenito ne smatra da je atmosfera električki vodljiva, ipak ima određenu vodljivost. Stoga nabijeno tijelo ostavljeno u zraku polako gubi naboj. Atmosferska vodljivost raste s nadmorskom visinom zbog povećanog intenziteta kozmičkih zraka, smanjenog gubitka iona pri nižem tlaku (a time i dužeg srednjeg slobodnog puta) i manjeg broja teških jezgri. Atmosferska vodljivost doseže najveću vrijednost na nadmorskoj visini od cca. 50 km, tzv "razina naknade". Poznato je da između Zemljine površine i "kompenzacijske razine" postoji stalna potencijalna razlika od nekoliko stotina kilovolti, tj. konstantno električno polje. Pokazalo se da je razlika potencijala između određene točke koja se nalazi u zraku na visini od nekoliko metara i površine Zemlje vrlo velika - više od 100 V. Atmosfera ima pozitivan naboj, a zemljina površina negativno . Budući da je električno polje područje u čijoj svakoj točki postoji određena vrijednost potencijala, možemo govoriti o gradijentu potencijala. Za vedrog vremena, unutar nižih nekoliko metara, jakost električnog polja atmosfere je gotovo konstantna. Zbog razlika u električnoj vodljivosti zraka u površinskom sloju, gradijent potencijala podložan je dnevnim fluktuacijama, čiji tijek značajno varira od mjesta do mjesta. U nedostatku lokalnih izvora onečišćenja zraka - iznad oceana, visoko u planinama ili u polarnim regijama - dnevna varijacija potencijalnog gradijenta ista je za vedrog vremena. Veličina gradijenta ovisi o univerzalnom ili srednjem vremenu po Greenwichu (UT) i doseže maksimum u 19 sati E. Appleton je predložio da se ta maksimalna električna vodljivost vjerojatno podudara s najvećom grmljavinskom aktivnošću na planetarnoj razini. Udari munje tijekom grmljavinske oluje nose negativan naboj na Zemljinu površinu, budući da baze najaktivnijih kumulonimbusnih grmljavinskih oblaka imaju značajan negativni naboj. Vrhovi grmljavinskih oblaka imaju pozitivan naboj, koji se, prema proračunima Holzera i Saxona, za vrijeme grmljavinske oluje slijeva s njihovih vrhova. Bez stalnog nadopunjavanja, naboj na zemljinoj površini bio bi neutraliziran atmosferskom vodljivošću. Pretpostavka da se potencijalna razlika između zemljine površine i "kompenzacijske razine" održava grmljavinskim nevremenima potkrijepljena je statističkim podacima. Na primjer, najveći broj grmljavinskih oluja opažen je u dolini rijeke. Amazonke. Tu se grmljavinska nevremena najčešće javljaju krajem dana, tj. U REDU. 19:00 Srednje vrijeme po Greenwichu, kada je potencijalni gradijent maksimalan bilo gdje u svijetu. Štoviše, sezonske varijacije u obliku krivulja dnevne varijacije potencijalnog gradijenta također su u potpunom skladu s podacima o globalnoj distribuciji grmljavinskih oluja. Neki istraživači tvrde da izvor Zemljinog električnog polja može biti vanjskog porijekla, jer se vjeruje da električna polja postoje u ionosferi i magnetosferi. Ova okolnost vjerojatno objašnjava pojavu vrlo uskih izduženih oblika aurora, sličnih kulisima i lukovima
(vidi također SVJETLA AURORE). Zbog prisutnosti potencijalnog gradijenta i atmosferske vodljivosti, nabijene čestice počinju se kretati između "kompenzacijske razine" i Zemljine površine: pozitivno nabijeni ioni kreću se prema površini Zemlje, a negativno nabijeni ioni kreću se prema gore od nje. Jačina te struje je cca. 1800 A. Iako se ova vrijednost čini velikom, mora se zapamtiti da je raspoređena po cijeloj površini Zemlje. Snaga struje u stupcu zraka s baznom površinom od 1 m2 je samo 4 * 10 -12 A. S druge strane, jakost struje tijekom pražnjenja munje može doseći nekoliko ampera, iako, naravno, takav pražnjenje ima kratko trajanje - od djelića sekunde do cijele sekunde ili malo više s ponovljenim udarima. Munje su od velikog interesa ne samo kao neobičan prirodni fenomen. Omogućuje promatranje električnog pražnjenja u plinovitom mediju pri naponu od nekoliko stotina milijuna volti i udaljenosti između elektroda od nekoliko kilometara. Godine 1750. B. Franklin predložio je Kraljevskom društvu u Londonu provođenje eksperimenta sa željeznom šipkom postavljenom na izolacijsku podlogu i postavljenom na visoki toranj. Očekivao je da će se, kako se grmljavinski oblak približava tornju, naboj suprotnog predznaka koncentrirati na gornjem kraju prvobitno neutralne šipke, a naboj istog predznaka kao u podnožju oblaka koncentrirati na donjem kraju . Ako se jakost električnog polja tijekom izbijanja munje dovoljno poveća, naboj s gornjeg kraja štapića djelomično će otjecati u zrak, a štapić će dobiti naboj istog predznaka kao baza oblaka. Pokus koji je predložio Franklin nije izveden u Engleskoj, ali ga je 1752. godine u Marlyju kraj Pariza izveo francuski fizičar Jean d'Alembert.Upotrebio je željeznu šipku dugu 12 m umetnutu u staklenu bocu (koja je služila kao izolator), ali ga nije postavio na toranj. 10. svibnja njegov je pomoćnik izvijestio da su, kada je grmljavinski oblak bio iznad utega, nastale iskre kada mu se približila uzemljena žica. Sam Franklin, nesvjestan uspješnog eksperimenta provedenog u Francuskoj , u lipnju iste godine izveo je svoj poznati eksperiment sa zmajem i promatrao električne iskre na kraju žice koja je bila vezana za njega.Sljedeće godine, dok je proučavao naboje prikupljene sa šipke, Franklin je otkrio da su baze grmljavinskih oblaka obično negativno nabijene. Detaljnija proučavanja munja postala su moguća krajem 19. stoljeća zahvaljujući poboljšanju fotografske tehnike, posebice nakon izuma aparata s rotirajućim lećama, koji je omogućio snimanje brzo razvijajućih procesa. Ova vrsta kamere naširoko je korištena u proučavanju iskričastog pražnjenja. Utvrđeno je da postoji više vrsta munja, a najčešće su linijske, ravne (u oblaku) i kuglaste (zračni pražnjenja). Linearna munja je pražnjenje iskre između oblaka i zemljine površine, prateći kanal s granama prema dolje. Ravna munja pojavljuje se unutar grmljavinskog oblaka i pojavljuje se kao bljesak difuzne svjetlosti. Zračna pražnjenja kuglaste munje, koja počinju iz grmljavinskog oblaka, često su usmjerena vodoravno i ne dopiru do površine zemlje.

Pražnjenje munje obično se sastoji od tri ili više ponovljenih pražnjenja - impulsa koji slijede istu putanju. Intervali između uzastopnih impulsa su vrlo kratki, od 1/100 do 1/10 s (to je ono što uzrokuje treptanje munje). Općenito, bljesak traje oko sekundu ili manje. Tipičan proces razvoja munje može se opisati na sljedeći način. Prvo, slabo svjetleće vodeće pražnjenje juri odozgo na površinu zemlje. Kada ga dosegne, jarko sjajni povratni, ili glavni, pražnjenje prolazi od zemlje prema gore kroz kanal koji je postavio vođa. Vodeći iscjedak, u pravilu, kreće se cik-cak. Brzina njegovog širenja kreće se od sto do nekoliko stotina kilometara u sekundi. Na svom putu ionizira molekule zraka, stvarajući kanal povećane vodljivosti, kroz koji se reverzno pražnjenje kreće prema gore približno sto puta većom brzinom od vodećeg pražnjenja. Veličinu kanala teško je odrediti, ali se promjer vodećeg ispusta procjenjuje na 1-10 m, a promjer povratnog ispusta je nekoliko centimetara. Munje stvaraju radio smetnje emitirajući radio valove u širokom rasponu - od 30 kHz do ultra niskih frekvencija. Najveća emisija radio valova vjerojatno je u rasponu od 5 do 10 kHz. Takve niskofrekventne radio smetnje "koncentrirane" su u prostoru između donje granice ionosfere i zemljine površine i mogu se širiti na udaljenosti od tisuća kilometara od izvora.
PROMJENE U ATMOSFERI
Utjecaj meteora i meteorita. Iako kiše meteora ponekad stvaraju dramatičan prikaz svjetlosti, pojedinačni se meteori rijetko vide. Puno su brojniji nevidljivi meteori, premali da bi bili vidljivi kada se apsorbiraju u atmosferu. Neki od najmanjih meteora vjerojatno se uopće ne zagrijavaju, već ih samo uhvati atmosfera. Ove male čestice veličine od nekoliko milimetara do desettisućinki milimetra nazivaju se mikrometeoriti. Količina meteorskog materijala koji ulazi u atmosferu svaki dan kreće se od 100 do 10 000 tona, a većina tog materijala dolazi od mikrometeorita. Budući da meteorska tvar djelomično izgara u atmosferi, njezin se plinski sastav nadopunjuje tragovima raznih kemijskih elemenata. Na primjer, stjenoviti meteori unose litij u atmosferu. Izgaranje metalnih meteora dovodi do stvaranja sitnih kuglastih željeznih, željezno-nikalnih i drugih kapljica koje prolaze kroz atmosferu i talože se na površini zemlje. Mogu se pronaći na Grenlandu i Antarktici, gdje ledene ploče godinama ostaju gotovo nepromijenjene. Oceanolozi ih nalaze u sedimentima dna oceana. Većina meteorskih čestica koje ulaze u atmosferu taloži se unutar otprilike 30 dana. Neki znanstvenici vjeruju da ta kozmička prašina igra važnu ulogu u stvaranju atmosferskih pojava poput kiše jer služi kao kondenzacijska jezgra za vodenu paru. Stoga se pretpostavlja da su oborine statistički povezane s velikim kišama meteora. Međutim, neki stručnjaci vjeruju da, budući da je ukupna zaliha meteorskog materijala nekoliko desetaka puta veća od one čak i najveće meteorske kiše, promjena ukupne količine tog materijala koja proizlazi iz jedne takve kiše može se zanemariti. No, nema sumnje da najveći mikrometeoriti i, naravno, vidljivi meteoriti ostavljaju duge tragove ionizacije u visokim slojevima atmosfere, uglavnom u ionosferi. Takvi se tragovi mogu koristiti za radiokomunikacije na velikim udaljenostima, budući da odražavaju visokofrekventne radiovalove. Energija meteora koji ulaze u atmosferu troši se uglavnom, a možda i potpuno, na njezino zagrijavanje. Ovo je jedna od sporednih komponenti toplinske ravnoteže atmosfere.
Ugljični dioksid industrijskog podrijetla. Tijekom razdoblja karbona drvenasta vegetacija bila je široko rasprostranjena na Zemlji. Većina ugljičnog dioksida koju su biljke apsorbirale u to vrijeme nakupila se u naslagama ugljena i naftonosnim sedimentima. Čovjek je naučio koristiti ogromne rezerve ovih minerala kao izvor energije i sada ubrzano vraća ugljični dioksid u ciklus tvari. Fosilno stanje je vjerojatno ca. 4*10 13 tona ugljika. Tijekom prošlog stoljeća čovječanstvo je sagorjelo toliko fosilnog goriva da je otprilike 4*10 11 tona ugljika ponovno ušlo u atmosferu. Trenutno ima cca. 2 * 10 12 tona ugljika, au sljedećih stotinu godina zbog izgaranja fosilnih goriva ta bi se brojka mogla udvostručiti. Međutim, neće sav ugljik ostati u atmosferi: dio će se otopiti u oceanskim vodama, dio će apsorbirati biljke, a dio će biti vezan u procesu trošenja stijena. Još nije moguće predvidjeti koliko će ugljičnog dioksida biti sadržano u atmosferi ili kakav će točan utjecaj imati na klimu svijeta. No, smatra se da će svako povećanje njegova sadržaja uzrokovati zatopljenje, iako uopće nije nužno da će ikakvo zatopljenje značajno utjecati na klimu. Koncentracija ugljičnog dioksida u atmosferi, prema rezultatima mjerenja, primjetno raste, iako sporim tempom. Klimatski podaci za Svalbard i Little America Station na Ross Ice Shelfu na Antarktici ukazuju na porast prosječnih godišnjih temperatura od 5°C odnosno 2,5°C u razdoblju od otprilike 50 godina.
Izloženost kozmičkom zračenju. Kada visokoenergetske kozmičke zrake međudjeluju s pojedinim komponentama atmosfere, nastaju radioaktivni izotopi. Među njima se ističe izotop ugljika 14C koji se nakuplja u biljnim i životinjskim tkivima. Mjerenjem radioaktivnosti organskih tvari koje dugo nisu izmjenjivale ugljik s okolinom može se odrediti njihova starost. Radiokarbonska metoda etablirala se kao najpouzdanija metoda datiranja fosilnih organizama i predmeta materijalne kulture, čija starost ne prelazi 50 tisuća godina. Drugi radioaktivni izotopi s dugim poluživotom mogu se koristiti za datiranje materijala starih stotinama tisuća godina ako se može riješiti temeljni izazov mjerenja ekstremno niskih razina radioaktivnosti.
(vidi također RADIOKARBONSKO DATIRANJE).
PORIJEKLO ZEMLJINE ATMOSFERE
Povijest nastanka atmosfere još nije potpuno pouzdano rekonstruirana. Ipak, identificirane su neke vjerojatne promjene u njegovom sastavu. Stvaranje atmosfere počelo je odmah nakon nastanka Zemlje. Postoje prilično dobri razlozi za vjerovanje da je u procesu evolucije Zemlje i njezinog stjecanja dimenzija i mase bliskih modernim, ona gotovo potpuno izgubila svoju izvornu atmosferu. Vjeruje se da je u ranoj fazi Zemlja bila u rastaljenom stanju i ca. Prije 4,5 milijardi godina formirao se u čvrsto tijelo. Taj se miljokaz uzima kao početak geološke kronologije. Od tog vremena dolazi do spore evolucije atmosfere. Neki geološki procesi, poput izlijevanja lave tijekom vulkanskih erupcija, bili su popraćeni ispuštanjem plinova iz utrobe Zemlje. Vjerojatno su uključivali dušik, amonijak, metan, vodenu paru, ugljikov monoksid i dioksid. Pod utjecajem sunčevog ultraljubičastog zračenja vodena para se razgradila na vodik i kisik, ali je oslobođeni kisik reagirao s ugljičnim monoksidom u ugljični dioksid. Amonijak se razgradio na dušik i vodik. Tijekom procesa difuzije vodik se uzdizao i izlazio iz atmosfere, a teži dušik nije mogao ispariti te se postupno akumulirao i postao njegova glavna komponenta, iako je dio vezan tijekom kemijskih reakcija. Pod utjecajem ultraljubičastih zraka i električnih pražnjenja, mješavina plinova koja je vjerojatno bila prisutna u izvornoj atmosferi Zemlje ulazila je u kemijske reakcije, što je rezultiralo stvaranjem organskih tvari, posebice aminokiselina. Posljedično, život je mogao nastati u atmosferi bitno različitoj od moderne. Pojavom primitivnih biljaka započeo je proces fotosinteze (vidi također FOTOSINTEZA), popraćen oslobađanjem slobodnog kisika. Taj je plin, osobito nakon difuzije u gornje slojeve atmosfere, počeo štititi njezine donje slojeve i površinu Zemlje od po život opasnog ultraljubičastog i rendgenskog zračenja. Procjenjuje se da bi prisutnost samo 0,00004 modernog volumena kisika mogla dovesti do stvaranja sloja s upola manjom koncentracijom ozona, koji je ipak pružao vrlo značajnu zaštitu od ultraljubičastih zraka. Također je vjerojatno da je primarna atmosfera sadržavala mnogo ugljičnog dioksida. Potrošeno je tijekom fotosinteze, a njegova se koncentracija morala smanjivati ​​s razvojem biljnog svijeta te zbog apsorpcije tijekom određenih geoloških procesa. Budući da je efekt staklenika povezan s prisutnošću ugljičnog dioksida u atmosferi, neki znanstvenici smatraju da su fluktuacije u njegovoj koncentraciji jedan od važnih uzroka velikih klimatskih promjena u povijesti Zemlje, poput ledenih doba. Helij prisutan u modernoj atmosferi vjerojatno je uglavnom proizvod radioaktivnog raspada urana, torija i radija. Ovi radioaktivni elementi emitiraju alfa čestice, koje su jezgre atoma helija. Budući da se tijekom radioaktivnog raspada ne stvara niti gubi električni naboj, svaka alfa čestica ima dva elektrona. Kao rezultat toga, spaja se s njima, tvoreći neutralne atome helija. Radioaktivni elementi sadržani su u mineralima raspršenim u stijenama, pa se značajan dio helija koji nastaje radioaktivnim raspadom zadržava u njima, vrlo sporo izlazeći u atmosferu. Difuzijom se određena količina helija diže prema gore u egzosferu, no zbog stalnog dotoka sa zemljine površine volumen tog plina u atmosferi je konstantan. Na temelju spektralne analize svjetlosti zvijezda i proučavanja meteorita, moguće je procijeniti relativnu zastupljenost različitih kemijskih elemenata u Svemiru. Koncentracija neona u svemiru je oko deset milijardi puta veća nego na Zemlji, kriptona deset milijuna puta, a ksenona milijun puta. Iz toga slijedi da se koncentracija tih inertnih plinova, koji su u početku bili prisutni u Zemljinoj atmosferi i nisu se obnavljali tijekom kemijskih reakcija, jako smanjila, vjerojatno čak iu fazi gubitka primarne atmosfere Zemlje. Izuzetak je inertni plin argon, jer u obliku izotopa 40Ar još uvijek nastaje tijekom radioaktivnog raspada izotopa kalija.
OPTIČKI FENOMENI
Raznolikost optičkih pojava u atmosferi posljedica je raznih razloga. Najčešći fenomeni uključuju munje (vidi gore) i vrlo spektakularne sjeverne i južne aurore (vidi također AURORA). Osim toga, posebno su zanimljivi duga, gal, parhelij (lažno sunce) i lukovi, korona, aureole i Brocken duhovi, fatamorgane, vatre svetog Elma, svjetleći oblaci, zelene i mrazne zrake. Duga je najljepša atmosferska pojava. Obično je to ogroman luk koji se sastoji od raznobojnih pruga, promatra se kada Sunce osvjetljava samo dio neba, a zrak je zasićen kapljicama vode, na primjer za vrijeme kiše. Višebojni lukovi raspoređeni su u spektralni niz (crvena, narančasta, žuta, zelena, plava, indigo, ljubičasta), ali boje gotovo nikad nisu čiste jer se pruge međusobno preklapaju. Fizičke karakteristike duge u pravilu se značajno razlikuju, pa su stoga izgledom vrlo raznolike. Njihovo zajedničko obilježje je da se središte luka uvijek nalazi na ravnoj liniji povučenoj od Sunca prema promatraču. Glavna duga je luk koji se sastoji od najsvjetlijih boja - crvene izvana i ljubičaste iznutra. Ponekad je vidljiv samo jedan luk, ali često se pojavljuje bočni luk s vanjske strane glavne duge. Nije tako svijetle boje kao prvi, a crvene i ljubičaste pruge u njemu mijenjaju mjesta: crvena se nalazi iznutra. Nastanak glavne duge objašnjava se dvostrukim lomom (vidi također OPTIKA) i jednostrukim unutarnjim odbijanjem sunčevih zraka (vidi sliku 5). Prodirući u kapljicu vode (A), zraka svjetlosti se lomi i razlaže, kao da prolazi kroz prizmu. Zatim dospije na suprotnu površinu kapi (B), reflektira se od nje i ostavi kap izvana (C). U tom slučaju se svjetlosna zraka lomi drugi put prije nego što stigne do promatrača. Početna bijela zraka se rastavlja na zrake različitih boja s kutom divergencije od 2°. Kada se formira sekundarna duga, dolazi do dvostrukog loma i dvostrukog odbijanja sunčevih zraka (vidi sliku 6). U tom slučaju dolazi do loma svjetlosti koja prodire u kap kroz njen donji dio (A) i odbija se od unutarnje površine kapi prvo u točki B, zatim u točki C. U točki D svjetlost se lomi, ostavljajući kap prema promatraču.

Pri izlasku i zalasku sunca promatrač vidi dugu u obliku luka jednakog pola kruga, budući da je os duge paralelna s horizontom. Ako je Sunce više iznad horizonta, dugin luk je manji od polovine opsega. Kada se Sunce digne iznad 42° iznad horizonta, duga nestaje. Svugdje, osim na visokim geografskim širinama, duga se ne može pojaviti u podne, kada je Sunce previsoko. Zanimljivo je procijeniti udaljenost do duge. Iako se čini da se višebojni luk nalazi u istoj ravnini, to je iluzija. Naime, duga ima ogromnu dubinu, a može se zamisliti kao površina šupljeg stošca na čijem se vrhu nalazi promatrač. Os stošca povezuje Sunce, promatrača i središte duge. Promatrač gleda kao duž površine ovog stošca. Ne postoje dvije osobe koje mogu vidjeti potpuno istu dugu. Naravno, možete primijetiti u biti isti učinak, ali dvije duge zauzimaju različite položaje i formiraju ih različite kapljice vode. Kada kiša ili prskalica oblikuju dugu, puni optički učinak postiže se kombiniranim učinkom svih kapljica vode koje prelaze površinu duginog stošca s promatračem na vrhu. Uloga svake kapi je prolazna. Površina duginog stošca sastoji se od nekoliko slojeva. Brzo ih prelazeći i prolazeći kroz niz kritičnih točaka, svaka kap u trenutku razlaže sunčevu zraku na čitav spektar u strogo određenom nizu - od crvene do ljubičaste. Mnoge kapi sijeku površinu stošca na isti način, tako da se duga promatraču čini kao neprekinuta i duž i poprijeko svog luka. Haloi su bijeli ili prelivajući se svjetlosni lukovi i krugovi oko diska Sunca ili Mjeseca. Nastaju zbog loma ili odbijanja svjetlosti od kristala leda ili snijega u atmosferi. Kristali koji tvore aureolu nalaze se na površini zamišljenog stošca čija je os usmjerena od promatrača (od vrha stošca) prema Suncu. Pod određenim uvjetima, atmosfera može biti zasićena malim kristalima, čija mnoga lica tvore pravi kut s ravninom koja prolazi kroz Sunce, promatrača i te kristale. Takva lica reflektiraju nadolazeće svjetlosne zrake s odstupanjem od 22°, tvoreći aureolu koja je iznutra crvenkasta, ali se može sastojati i od svih boja spektra. Rjeđe je aureola s kutnim polumjerom od 46°, smještena koncentrično oko aureole od 22°. Njegova unutarnja strana također ima crvenkastu nijansu. Razlog tome je i lom svjetlosti, koji se u ovom slučaju događa na rubovima kristala koji tvore prave kutove. Širina prstena takve aureole prelazi 2,5°. Aureole od 46 i 22 stupnja obično su najsvjetlije na vrhu i dnu prstena. Rijetka aureola od 90 stupnjeva slabo je svjetlucav, gotovo bezbojan prsten koji dijeli zajedničko središte s dvije druge aureole. Ako je u boji, imat će crvenu boju s vanjske strane prstena. Mehanizam nastanka ove vrste aureole nije u potpunosti razjašnjen (slika 7).

Parhelije i lukovi. Parhelički krug (ili krug lažnih sunaca) je bijeli prsten sa središtem u točki zenita, koji prolazi kroz Sunce paralelno s horizontom. Razlog njegovog nastanka je refleksija sunčeve svjetlosti od rubova površina ledenih kristala. Ako su kristali dovoljno ravnomjerno raspoređeni u zraku, postaje vidljiv cijeli krug. Parhelije ili lažna sunca su jarko svijetleće točke koje podsjećaju na Sunce koje se formiraju na sjecištima parhelične kružnice s aureolama koje imaju kutne radijuse od 22°, 46° i 90°. Najčešći i najsvjetliji parhelij nastaje na sjecištu s aureolom od 22 stupnja, obično obojen u gotovo sve dugine boje. Lažna sunca na sjecištima s aureolama od 46 i 90 stupnjeva opažaju se puno rjeđe. Parhelije koje se pojavljuju na sjecištima s aureolama od 90 stupnjeva nazivaju se parantelije ili lažna protusunca. Ponekad je vidljiv i antelium (antis-sunce) - svijetla točka koja se nalazi na prstenu parhelija točno nasuprot Suncu. Pretpostavlja se da je uzrok ove pojave dvostruki unutarnji odraz sunčeve svjetlosti. Reflektirana zraka slijedi isti put kao i upadna zraka, ali u suprotnom smjeru. Luk blizu zenita, koji se ponekad netočno naziva gornji tangentni luk aureole od 46 stupnjeva, je luk od 90° ili manje sa središtem u zenitu, koji se nalazi približno 46° iznad Sunca. Rijetko je vidljiv i samo nekoliko minuta, svijetlih je boja, a crvena je ograničena na vanjsku stranu luka. Luk blizu zenita je izvanredan po svojoj boji, svjetlini i jasnim obrisima. Još jedan zanimljiv i vrlo rijedak optički efekt tipa halo je Lowitzov luk. Nastaju kao nastavak parhelija na sjecištu s aureolom od 22 stupnja, pružaju se s vanjske strane aureole i blago su konkavni prema Suncu. Stupovi bjelkaste svjetlosti, poput raznih križeva, ponekad su vidljivi u zoru ili sumrak, osobito u polarnim područjima, a mogu pratiti i Sunce i Mjesec. Ponekad se opažaju mjesečevi haloi i drugi efekti slični gore opisanim, s najčešćim lunarnim haloom (prstenom oko Mjeseca) koji ima kutni polumjer od 22°. Baš kao i lažna sunca, lažni mjeseci mogu nastati. Korone ili krune su mali koncentrični prstenovi boje oko Sunca, Mjeseca ili drugih svijetlih objekata koji se povremeno promatraju kada je izvor svjetlosti iza prozirnih oblaka. Polumjer korone manji je od polumjera aureole i iznosi cca. 1-5°, plavi ili ljubičasti prsten je najbliži Suncu. Korona nastaje kada se svjetlost rasprši na male kapljice vode, tvoreći oblak. Ponekad se korona pojavljuje kao svjetleća mrlja (ili aureola) koja okružuje Sunce (ili Mjesec), a koja završava crvenkastim prstenom. U drugim slučajevima, najmanje dva koncentrična prstena većeg promjera, vrlo slabo obojena, vidljiva su izvan aureole. Ovu pojavu prate oblaci duginih boja. Ponekad rubovi vrlo visokih oblaka imaju svijetle boje.
Glorija (aureole). U posebnim uvjetima dolazi do neobičnih atmosferskih pojava. Ako je Sunce iza promatrača, a njegova se sjena projicira na obližnje oblake ili zavjesu od magle, pod određenim stanjem atmosfere oko sjene nečije glave možete vidjeti obojeni svjetleći krug - aureolu. Tipično, takav halo nastaje zbog refleksije svjetlosti od kapljica rose na travnatom travnjaku. Glorije se također često nalaze oko sjene koju zrakoplov baca na oblake ispod njih.
Duhovi Brockena. U nekim dijelovima svijeta, kada sjena promatrača koji se nalazi na brdu pri izlasku ili zalasku sunca padne iza njega na oblake koji se nalaze na maloj udaljenosti, otkriva se zapanjujući učinak: sjena poprima kolosalne dimenzije. To se događa zbog odbijanja i loma svjetlosti od sitnih kapljica vode u magli. Opisani fenomen je nazvan "Duh Brockena" po vrhu u planinama Harz u Njemačkoj.
fatamorgane- optički efekt uzrokovan lomom svjetlosti pri prolasku kroz slojeve zraka različite gustoće i izražen u pojavi virtualne slike. U tom slučaju, udaljeni objekti mogu izgledati kao da su podignuti ili spušteni u odnosu na njihov stvarni položaj, a mogu se i iskriviti i poprimiti nepravilne, fantastične oblike. Fatamorgane se često opažaju u vrućim klimama, kao što su pješčane ravnice. Niže fatamorgane su uobičajene, kada daleka, gotovo ravna pustinjska površina poprima izgled otvorene vode, posebno kada se gleda s blagog uzvišenja ili se jednostavno nalazi iznad sloja zagrijanog zraka. Ova se iluzija obično javlja na zagrijanoj asfaltnoj cesti, koja daleko ispred sebe izgleda kao vodena površina. U stvarnosti, ova površina je odraz neba. Ispod razine očiju, predmeti se mogu pojaviti u ovoj "vodi", obično naopako. Nad zagrijanom kopnenom površinom formira se "zračni slojni kolač", pri čemu je sloj najbliži tlu najtopliji i toliko razrijeđen da su svjetlosni valovi koji prolaze kroz njega izobličeni, budući da brzina njihovog širenja varira ovisno o gustoći medija. . Gornje fatamorgane su rjeđe i slikovitije od donjih. Udaljeni objekti (često smješteni iza morskog horizonta) pojavljuju se naopako na nebu, a ponekad se i uspravna slika istog objekta pojavljuje iznad. Ova pojava je tipična za hladne krajeve, posebno kada postoji značajna temperaturna inverzija, kada se iznad hladnijeg sloja nalazi topliji sloj zraka. Ovaj optički učinak očituje se kao rezultat složenih obrazaca širenja fronte svjetlosnih valova u slojevima zraka nehomogene gustoće. S vremena na vrijeme pojavljuju se vrlo neobične fatamorgane, osobito u polarnim područjima. Kada se fatamorgane pojave na kopnu, drveće i drugi dijelovi krajolika su naopačke. U svim slučajevima, objekti su jasnije vidljivi u gornjim fatamorganama nego u donjim. Kada je granica dviju zračnih masa okomita ravnina, ponekad se opažaju bočne fatamorgane.
Vatra svetog Elma. Neke optičke pojave u atmosferi (primjerice sjaj i najčešća meteorološka pojava - munje) su električne prirode. Mnogo su rjeđa svjetla svetog Elma - svjetleći blijedoplavi ili ljubičasti kistovi duljine od 30 cm do 1 m ili više, obično na vrhovima jarbola ili na krajevima dvorišta brodova na moru. Ponekad se čini da je cijela oprema broda prekrivena fosforom i svijetli. Vatra svetog Elma ponekad se pojavljuje na planinskim vrhovima, kao i na tornjevima i oštrim uglovima visokih zgrada. Ova pojava predstavlja četkasto električno pražnjenje na krajevima električnih vodiča kada jakost električnog polja u atmosferi oko njih jako poraste. Will-o'-the-wisps su slabi plavičasti ili zelenkasti sjaj koji se ponekad može primijetiti u močvarama, grobljima i kriptama. Često izgledaju poput plamena svijeće podignutog oko 30 cm iznad tla, tiho gori, ne dajući toplinu i lebdeći na trenutak iznad predmeta. Svjetlo se čini potpuno neuhvatljivim i, kada se promatrač približi, kao da se pomiče na drugo mjesto. Razlog za ovu pojavu je razgradnja organskih ostataka i spontano sagorijevanje močvarnog plina metana (CH4) ili fosfina (PH3). Will-o'-the-wisps imaju različite oblike, ponekad čak i sferične. Zelena zraka - bljesak smaragdno zelene sunčeve svjetlosti u trenutku kada posljednja zraka Sunca nestane iza horizonta. Crvena komponenta sunčeve svjetlosti nestaje prva, sve ostale slijede redom, a zadnja ostaje smaragdno zelena. Ova pojava događa se samo kada samo rub sunčevog diska ostane iznad horizonta, inače dolazi do miješanja boja. Krepuskularne zrake su divergentne zrake sunčeve svjetlosti koje postaju vidljive zbog njihove iluminacije prašine u visokim slojevima atmosfere. Sjene oblaka tvore tamne pruge, a zrake se šire između njih. Ovaj efekt se javlja kada je Sunce nisko na horizontu prije zore ili nakon zalaska sunca.