Dünyanın atmosferi heterojendir: farklı yüksekliklerde farklı hava yoğunlukları ve basınçları, sıcaklık ve gaz bileşimi değişiklikleri vardır. Ortam hava sıcaklığının davranışına bağlı olarak (yani sıcaklık yükseklikle artar veya azalır), içinde aşağıdaki katmanlar ayırt edilir: troposfer, stratosfer, mezosfer, termosfer ve ekzosfer. Katmanlar arasındaki sınırlara duraklamalar denir: bunlardan 4 tane vardır çünkü ekzosferin üst sınırı çok bulanıktır ve sıklıkla yakın uzaya atıfta bulunur. İLE Genel yapı Atmosfer ekteki şemada bulunabilir.

Şekil 1 Dünya atmosferinin yapısı. Kredi bilgileri: web sitesi

Atmosferin en alt katmanı troposferdir ve bunun üst sınırına tropopoz adı verilir. coğrafi enlem değişir ve 8 km arasında değişir. kutuplarda 20 km'ye kadar. tropik enlemlerde. Orta veya ılıman enlemlerde üst sınırı 10-12 km yükseklikte bulunur.Troposferin üst sınırı yıl boyunca hava akışına bağlı olarak dalgalanmalar gösterir. Güneş radyasyonu. Yani inceleme sonucunda Güney Kutbu ABD Meteoroloji Servisi, Dünya'nın Mart ayından Ağustos veya Eylül ayına kadar troposferde sürekli bir soğuma olduğunu ve bunun sonucunda Ağustos veya Eylül aylarında sınırının kısa bir süre için 11,5 km'ye yükseldiğini ortaya çıkardı. Daha sonra eylül ayından aralık ayına kadar olan dönemde hızla azalır ve en düşük konumuna (7,5 km) ulaşır, ardından yüksekliği Mart ayına kadar neredeyse hiç değişmeden kalır. Onlar. Troposfer en kalın noktasına yazın, en ince noktasına ise kışın ulaşır.

Tropopozun yüksekliğinde mevsimsel dalgalanmaların yanı sıra günlük dalgalanmaların da olduğunu belirtmekte fayda var. Ayrıca konumu siklonlardan ve antisiklonlardan etkilenir: ilkinde düşer çünkü İçlerindeki basınç çevredeki havaya göre daha düşüktür ve ikincisi buna göre yükselir.

Troposfer, dünyadaki toplam hava kütlesinin %90'ını ve tüm su buharının 9/10'unu içerir. Burada türbülans oldukça gelişmiştir, özellikle yüzeye yakın ve en yüksek katmanlarda, her seviyedeki bulutlar gelişir, siklonlar ve antisiklonlar oluşur. Ve Dünya yüzeyinden yansıyan sera gazlarının (karbondioksit, metan, su buharı) birikmesi sayesinde Güneş ışınları sera etkisi gelişir.

Sera etkisi, troposferdeki hava sıcaklığının yükseklikle birlikte azalmasıyla ilişkilidir (Dünya'nın ısınmasından bu yana) daha fazla ısı zemin katmanlarına salınır). Ortalama dikey eğim 0,65°/100 m'dir (yani, her 100 metrelik yükselişte hava sıcaklığı 0,65° C azalır). Yani, eğer Dünya'nın ekvatora yakın yüzeyinde yıllık ortalama hava sıcaklığı +26° ise, üst sınırda -70°'dir. Kuzey Kutbu'nun üzerindeki tropopoz bölgesinde sıcaklık yıl boyunca yazın -45°'den kışın -65°'ye kadar değişir.

Yükseklik arttıkça hava basıncı da azalır ve troposferin üst sınırındaki yüzeye yakın seviyenin yalnızca %12-20'sine tekabül eder.

Troposferin sınırında ve stratosferin üstündeki katmanda 1-2 km kalınlığında bir tropopoz tabakası bulunur. Tropopozun alt sınırları genellikle dikey eğimin 0,2°/100 m'ye düştüğü, troposferin alttaki bölgelerinde ise 0,65°/100 m'ye düştüğü bir hava tabakası olarak alınır.

Tropopozda, Dünya'nın kendi ekseni etrafında dönmesinin ve güneş ışınımının katılımıyla atmosferin ısınmasının etkisi altında oluşan, yüksek irtifa jet akımları veya "jet akımları" adı verilen, kesin olarak tanımlanmış bir yönde hava akışları gözlenir. . Önemli sıcaklık farklılıkları olan bölgelerin sınırlarında akıntılar gözlenir. Bu akımların birkaç lokalizasyon merkezi vardır, örneğin arktik, subtropikal, subpolar ve diğerleri. Jet akışlarının lokalizasyonunun bilgisi meteoroloji ve havacılık için çok önemlidir: ilki akışları daha doğru hava tahmini için kullanır, ikincisi ise uçak uçuş rotalarını oluşturmak için kullanır, çünkü Akışların sınırlarında, bu yüksekliklerde bulutların bulunmaması nedeniyle "açık gökyüzü türbülansı" adı verilen, küçük girdaplara benzeyen güçlü türbülanslı girdaplar vardır.

Yüksek irtifa jet akımlarının etkisi altında tropopozda sıklıkla kırılmalar oluşur ve bazen tamamen kaybolur, ancak daha sonra yeniden oluşur. Bu, özellikle güçlü bir subtropikal yüksek irtifa akımının hakim olduğu subtropikal enlemlerde sıklıkla görülür. Ayrıca ortam sıcaklığındaki tropopoz katmanlarının farklılığı da boşlukların oluşmasına neden olur. Örneğin, sıcak ve düşük kutupsal tropopoz ile tropik enlemlerin yüksek ve soğuk tropopozu arasında büyük bir boşluk vardır. Son zamanlarda, önceki iki katmanla (kutupsal ve tropikal) süreksizlikleri olan ılıman enlemlerin tropopoz katmanı da ortaya çıktı.

Dünya atmosferinin ikinci katmanı stratosferdir. Stratosfer kabaca iki bölgeye ayrılabilir. Bunlardan ilki, 25 km yüksekliğe kadar uzanan, sıcaklıklara eşit neredeyse sabit sıcaklıklarla karakterize edilir. üst katmanlar Belirli bir alan üzerinde troposfer. İkinci bölge veya inversiyon bölgesi, hava sıcaklığının yaklaşık 40 km'ye kadar artmasıyla karakterize edilir. Bu, güneş ultraviyole radyasyonunun oksijen ve ozon tarafından emilmesi nedeniyle oluşur. Stratosferin üst kısmında bu ısınma sayesinde sıcaklık çoğu zaman pozitiftir, hatta yüzey havasının sıcaklığıyla karşılaştırılabilir düzeydedir.

İnversiyon bölgesinin üzerinde, stratopoz adı verilen ve stratosfer ile mezosfer arasındaki sınır olan sabit sıcaklıkların olduğu bir katman vardır. Kalınlığı 15 km'ye ulaşır.

Troposferin aksine, stratosferde türbülanslı rahatsızlıklar nadirdir, ancak kutuplara bakan ılıman enlemlerin sınırları boyunca dar bölgelerde esen güçlü yatay rüzgarlar veya jet akımları vardır. Bu bölgelerin konumu sabit değildir: yer değiştirebilir, genişleyebilir ve hatta tamamen ortadan kaybolabilirler. Çoğu zaman jet akımları troposferin üst katmanlarına nüfuz eder veya tersine troposferden gelen hava kütleleri stratosferin alt katmanlarına nüfuz eder. Hava kütlelerinin bu şekilde karışması özellikle atmosferik cephelerin olduğu bölgelerde tipiktir.

Stratosferde çok az su buharı bulunur. Buradaki hava çok kuru ve bu nedenle çok az bulut oluşuyor. Sadece 20-25 km rakımlarda ve yüksek enlemlerde aşırı soğumuş su damlacıklarından oluşan çok ince sedefli bulutları fark edebilirsiniz. Gün boyunca bu bulutlar görünmez, ancak karanlığın başlamasıyla birlikte, ufkun altına batmış olan Güneş'in onları aydınlatması nedeniyle parlıyor gibi görünüyorlar.

Alt stratosferde aynı rakımlarda (20-25 km), ultraviyole güneş radyasyonunun etkisi altında oluşan, en yüksek ozon içeriğine sahip alan olan ozon tabakası vardır (bunun hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz) sayfadaki işlem). Ozon tabakası veya ozonosfer, dalga boyu 290 nm'ye kadar olan ölümcül ultraviyole ışınları emerek karada yaşayan tüm organizmaların yaşamını sürdürmek için son derece önemlidir. Bu nedenle canlılar ozon tabakasının üzerinde yaşamazlar; ozon, yaşamın Dünya üzerindeki dağılımının üst sınırıdır.

Ozonun etkisi altında manyetik alanlar da değişir, atomlar ve moleküller parçalanır, iyonlaşma meydana gelir, yeni gaz ve diğer kimyasal bileşiklerin oluşumu meydana gelir.

Stratosferin üzerinde yer alan atmosfer katmanına mezosfer denir. Şiddetli türbülansa yol açan ortalama 0,25-0,3°/100 m dikey eğimle hava sıcaklığının yükseklikle azalmasıyla karakterize edilir. Mezosferin üst sınırlarında, mezopoz adı verilen bölgede, -138°C'ye kadar düşen sıcaklıklar kaydedildi; bu, tüm Dünya atmosferi için mutlak minimum sıcaklıktır.

Burada, mezopozun içinde, X-ışınının ve Güneş'ten gelen kısa dalga ultraviyole radyasyonun aktif olarak emildiği bölgenin alt sınırı yatıyor. Bu enerji sürecine radyant ısı transferi denir. Sonuç olarak gaz ısıtılır ve iyonize edilir, bu da atmosferin parlamasına neden olur.

Mezosferin üst sınırlarında 75-90 km yükseklikte, gezegenin kutup bölgelerinde geniş alanları işgal eden özel bulutlar kaydedildi. Bu bulutlara, güneş ışığının bu bulutları oluşturan buz kristallerinden yansıması nedeniyle alacakaranlıkta parlamaları nedeniyle gece parlayan denir.

Mezopoz içindeki hava basıncı, dünya yüzeyindeki basınçtan 200 kat daha azdır. Bu, atmosferdeki havanın neredeyse tamamının 3 alt katmanda yoğunlaştığını gösteriyor: troposfer, stratosfer ve mezosfer. Üstteki katmanlar, termosfer ve ekzosfer, tüm atmosferin kütlesinin yalnızca %0,05'ini oluşturur.

Termosfer, Dünya yüzeyinden 90 ila 800 km yükseklikte bulunur.

Termosfer, hava sıcaklığının 2500°C'ye ulaşabildiği 200-300 km yüksekliğe kadar sürekli artmasıyla karakterize edilir. Sıcaklık, Güneş'ten gelen X ışınlarının ve kısa dalga boylu ultraviyole radyasyonun gaz molekülleri tarafından emilmesi nedeniyle yükselir. Deniz seviyesinden 300 km'nin üzerinde sıcaklık artışı durur.

Sıcaklığın artmasıyla eş zamanlı olarak çevredeki havanın basıncı ve dolayısıyla yoğunluğu azalır. Dolayısıyla, termosferin alt sınırlarında yoğunluk 1,8 × 10 -8 g/cm3 ise, üst sınırlarda zaten 1,8 × 10 -15 g/cm3'tür, bu da yaklaşık 10 milyon - 1 milyar parçacığa karşılık gelir. 1 cm3 başına.

Havanın bileşimi, sıcaklığı, yoğunluğu gibi termosferin tüm özellikleri güçlü dalgalanmalara maruz kalır: coğrafi konuma, yılın mevsimine ve günün saatine bağlı olarak. Termosferin üst sınırının yeri bile değişir.

Atmosferin en üst katmanına ekzosfer veya saçılma katmanı denir. Alt limiti çok geniş sınırlar içerisinde sürekli değişiyor; Ortalama yükseklik 690-800 km olarak alınır. Moleküller arası veya atomlar arası çarpışma olasılığının ihmal edilebileceği bir yere kurulur; Kaotik bir şekilde hareket eden bir molekülün, benzer başka bir molekülle çarpışmadan önce kat edeceği ortalama mesafe (serbest yol olarak adlandırılır) o kadar büyük olacaktır ki, gerçekte moleküller sıfıra yakın bir olasılıkla çarpışmayacaktır. Açıklanan olgunun meydana geldiği katmana termal duraklama denir.

Ekzosferin üst sınırı 2-3 bin km yükseklikte yer almaktadır. Oldukça bulanık ve yavaş yavaş yakın uzay boşluğuna dönüşüyor. Bazen, bu nedenle, ekzosfer, dış uzayın bir parçası olarak kabul edilir ve üst sınırı, güneş radyasyonu basıncının hidrojen atomlarının hızı üzerindeki etkisinin, hidrojen atomlarının yerçekimsel çekiciliğini aştığı 190 bin km'lik bir yükseklik olarak alınır. Toprak. Bu sözde hidrojen atomlarından oluşan dünyanın tacı. Dünyanın koronasının yoğunluğu çok küçüktür: santimetre küp başına yalnızca 1000 parçacık, ancak bu sayı gezegenler arası uzaydaki parçacıkların konsantrasyonundan 10 kat daha fazladır.

Ekzosferdeki havanın aşırı seyrekleşmesi nedeniyle parçacıklar, birbirleriyle çarpışmadan eliptik yörüngelerde Dünya'nın etrafında hareket ederler. Bazıları kozmik hızlarda (hidrojen ve helyum atomları) açık veya hiperbolik yörüngeler boyunca hareket ederek atmosferi terk eder ve uzaya gider, bu nedenle ekzosfere saçılma küresi denir.

ATMOSFERİN YAPISI

Atmosfer(eski Yunanca ἀτμός - buhar ve σφαῖρα - top) - Dünya gezegenini çevreleyen gaz kabuğu (jeosfer). İç yüzeyi hidrosferi kaplar ve kısmen yerkabuğu Dıştaki, uzayın Dünya'ya yakın kısmının sınırındadır.

Fiziki ozellikleri

Atmosferin kalınlığı Dünya yüzeyinden itibaren yaklaşık 120 km kadardır. Atmosferdeki havanın toplam kütlesi (5,1-5,3) 10 18 kg'dır. Bunlardan kuru havanın kütlesi (5,1352 ± 0,0003) 10 18 kg, su buharının toplam kütlesi ise ortalama 1,27 10 16 kg'dır.

Temiz kuru havanın molar kütlesi 28.966 g/mol, deniz yüzeyindeki havanın yoğunluğu ise yaklaşık 1.2 kg/m3'tür. 0 °C'de deniz seviyesindeki basınç 101.325 kPa'dır; kritik sıcaklık - −140,7 °C; kritik basınç - 3,7 MPa; 0 °C'de C p - 1,0048·10 3 J/(kg·K), C v - 0,7159·10 3 J/(kg·K) (0 °C'de). Havanın sudaki çözünürlüğü (kütle olarak) 0 °C - %0,0036, 25 °C - %0,0023'te.

Dünya yüzeyinde “normal koşullar” olarak kabul edilenler: yoğunluk 1,2 kg/m3, barometrik basınç 101,35 kPa, sıcaklık artı 20 °C ve bağıl nem %50. Bu koşullu göstergelerin tamamen mühendislik önemi vardır.

Atmosferin yapısı

Atmosfer katmanlı bir yapıya sahiptir. Atmosferin katmanları, hava sıcaklığı, yoğunluğu, havadaki su buharı miktarı ve diğer özellikleri bakımından birbirinden farklılık gösterir.

Troposfer(eski Yunanca τρόπος - “dönüş”, “değişim” ve σφαῖρα - “top”) - atmosferin en alt, en çok çalışılan katmanı, kutup bölgelerinde 8-10 km yükseklikte, ılıman enlemlerde 10-12 km'ye kadar, ekvatorda - 16-18 km.

Troposferde yükselirken sıcaklık her 100 m'de ortalama 0,65 K düşerek üst kısımda 180-220 K'ye ulaşır. Troposferin, yükseklikle sıcaklık düşüşünün durduğu bu üst katmanına tropopoz denir. Troposferin üzerinde bulunan atmosferin bir sonraki katmanına stratosfer denir.

Toplam atmosferik hava kütlesinin% 80'inden fazlası troposferde yoğunlaşır, türbülans ve konveksiyon oldukça gelişmiştir, su buharının baskın kısmı yoğunlaşır, bulutlar ortaya çıkar, atmosferik cepheler oluşur, siklonlar ve antisiklonlar ve diğer süreçler gelişir havayı ve iklimi belirleyen şey. Troposferde meydana gelen işlemlere öncelikle konveksiyon neden olur.

Troposferin dünya yüzeyinde buzul oluşumunun mümkün olduğu kısmına kiyonosfer denir.

Tropopoz(Yunanca'dan τροπος - dönüş, değişim ve παῦσις - durma, sonlandırma) - yükseklikle sıcaklıktaki azalmanın durduğu atmosferin bir katmanı; Troposferden stratosfere geçiş katmanı. Dünya atmosferinde tropopoz, kutup bölgelerinde 8-12 km (deniz seviyesinden) ve ekvatorun 16-18 km yukarısına kadar olan yüksekliklerde bulunur. Tropopozun yüksekliği aynı zamanda yılın zamanına (yaz aylarında tropopoz kışın olduğundan daha yüksekte bulunur) ve siklonik aktiviteye (siklonlarda daha düşük ve antisiklonlarda daha yüksektir) bağlıdır.

Tropopozun kalınlığı birkaç yüz metreden 2-3 kilometreye kadar değişmektedir. Subtropiklerde güçlü jet akımları nedeniyle tropopoz kırılmaları gözlenir. Belirli bölgelerdeki tropopoz sıklıkla yok edilir ve yeniden oluşturulur.

Stratosfer(Latince tabakadan - döşeme, katman) - 11 ila 50 km yükseklikte bulunan atmosferin bir katmanı. 11-25 km'lik katmanda (stratosferin alt katmanı) sıcaklıkta hafif bir değişiklik ve 25-40 km'lik katmanda sıcaklığın -56,5'ten 0,8 ° C'ye (stratosferin üst katmanı veya inversiyon bölgesi) artmasıyla karakterize edilir. . Yaklaşık 40 km yükseklikte yaklaşık 273 K (neredeyse 0 °C) değerine ulaşan sıcaklık, yaklaşık 55 km yüksekliğe kadar sabit kalır. Sabit sıcaklıktaki bu bölgeye stratopoz adı verilir ve stratosfer ile mezosfer arasındaki sınırdır. Stratosferdeki hava yoğunluğu deniz seviyesinden onlarca ve yüzlerce kat daha azdır.

Biyosferdeki yaşamın üst sınırını belirleyen ozon tabakasının (“ozon tabakası”) (15-20 ila 55-60 km yükseklikte) bulunduğu stratosferdedir. Ozon (O 3), en yoğun olarak ~30 km yükseklikte fotokimyasal reaksiyonlar sonucu oluşur. O3'ün toplam kütlesi, normal basınçta 1,7-4,0 mm kalınlığında bir katmana tekabül eder, ancak bu, Güneş'ten gelen yaşamı tahrip eden ultraviyole radyasyonu emmek için yeterlidir. O3'ün yok edilmesi, serbest radikaller, NO ve halojen içeren bileşiklerle ("freonlar" dahil) etkileşime girdiğinde meydana gelir.

Stratosferde, ultraviyole radyasyonun (180-200 nm) kısa dalga kısmının çoğu tutulur ve kısa dalgaların enerjisi dönüştürülür. Bu ışınların etkisi altında manyetik alanlar değişir, moleküller parçalanır, iyonlaşma meydana gelir, yeni gaz ve diğer kimyasal bileşiklerin oluşumu meydana gelir. Bu süreçler kuzey ışıkları, şimşekler ve diğer parlamalar şeklinde gözlemlenebilir.

Stratosferde ve daha yüksek katmanlarda, güneş radyasyonunun etkisi altında, gaz molekülleri atomlara ayrışır (80 km'nin üzerinde CO2 ve H2 ayrışır, 150 km'nin üzerinde - O2, 300 km'nin üzerinde - N2). 200-500 km yükseklikte, iyonosferde gazların iyonlaşması da meydana gelir; 320 km yükseklikte, yüklü parçacıkların konsantrasyonu (O + 2, O - 2, N + 2) ~ 1/300'dür. Nötr parçacıkların konsantrasyonu. İÇİNDE üst katmanlar atmosferde serbest radikaller var - OH, HO2, vb.

Stratosferde neredeyse hiç su buharı yoktur.

Stratosfere uçuşlar 1930'larda başladı. Auguste Picard ve Paul Kipfer tarafından 27 Mayıs 1931'de 16,2 km yüksekliğe yapılan ilk stratosferik balonun (FNRS-1) uçuşu yaygın olarak biliniyor. Modern savaş ve süpersonik ticari uçaklar stratosferde genellikle 20 km'ye kadar olan irtifalarda uçarlar (her ne kadar dinamik tavan çok daha yüksek olsa da). Yüksek irtifa hava balonları 40 km'ye kadar yükseliyor; insansız balon rekoru 51,8 km'dir.

Son zamanlarda ABD askeri çevrelerinde, genellikle "uzay öncesi" olarak adlandırılan stratosfer katmanlarının 20 km'nin üzerindeki gelişimine büyük önem verildi. « uzaya yakın» ). İnsansız hava gemilerinin ve güneş enerjisiyle çalışan uçakların (NASA Pathfinder gibi) yaklaşık 30 km yükseklikte uzun süre kalarak çok geniş alanlara gözetleme ve iletişim sağlayabileceği, aynı zamanda hava savunmasına karşı duyarlılığının düşük kalacağı varsayılıyor. sistemler; Bu tür cihazlar uydulardan kat kat daha ucuz olacak.

Stratopoz- Stratosfer ve mezosfer olmak üzere iki katman arasındaki sınır olan atmosfer katmanı. Stratosferde yükseklik arttıkça sıcaklık artar ve stratopoz sıcaklığın maksimuma ulaştığı katmandır. Stratopozun sıcaklığı yaklaşık 0 °C'dir.

Bu olay sadece Dünya'da değil, atmosferi olan diğer gezegenlerde de gözlemleniyor.

Dünya'da stratopoz deniz seviyesinden 50-55 km yükseklikte bulunur. Atmosfer basıncı deniz seviyesinin yaklaşık 1/1000'i kadardır.

Mezosfer(Yunanca μεσο- - “orta” ve σφαῖρα - “top”, “küre”) - 40-50 ila 80-90 km arasındaki rakımlarda atmosferin bir katmanı. Yükseklikle sıcaklığın artmasıyla karakterize edilir; maksimum (yaklaşık +50°C) sıcaklık yaklaşık 60 km yükseklikte bulunur, bundan sonra sıcaklık -70° veya -80°C'ye düşmeye başlar. Sıcaklıktaki bu düşüş, güneş ışınımının (radyasyon) ozon tarafından güçlü bir şekilde emilmesiyle ilişkilidir. Terim 1951'de Coğrafya ve Jeofizik Birliği tarafından kabul edildi.

Mezosferin gaz bileşimi, alttaki atmosferik katmanlar gibi sabittir ve yaklaşık %80 nitrojen ve %20 oksijen içerir.

Mezosfer, alttaki stratosferden stratopozla, üstteki termosferden ise mezopozla ayrılır. Mezopoz temel olarak turbopause ile örtüşür.

Meteorlar parlamaya başlar ve kural olarak mezosferde tamamen yanar.

Mezosferde gece parlayan bulutlar görünebilir.

Uçuşlar için mezosfer bir tür “ölü bölge” dir - buradaki hava, uçakları veya balonları destekleyemeyecek kadar seyrektir (50 km yükseklikte hava yoğunluğu deniz seviyesinden 1000 kat daha azdır) ve aynı zamanda bu kadar alçak yörüngedeki yapay uçuş uyduları için fazla yoğun. Mezosferin doğrudan çalışmaları esas olarak yörünge altı hava roketleri kullanılarak gerçekleştirilmektedir; Genel olarak mezosfer, atmosferin diğer katmanlarına göre daha az incelenmiştir, bu yüzden bilim adamları ona "cahil küre" adını vermişlerdir.

Mezopoz

Mezopoz- Mezosfer ve termosferi ayıran atmosfer katmanı. Dünya'da deniz seviyesinden 80-90 km yükseklikte bulunur. Mezopozda minimum sıcaklık yaklaşık -100 °C'dir. Aşağıda (yaklaşık 50 km yükseklikten başlayarak) sıcaklık yükseklikle birlikte düşer, daha yüksekte (yaklaşık 400 km yüksekliğe kadar) tekrar yükselir. Mezopoz, X-ışınının ve Güneş'ten gelen kısa dalga ultraviyole radyasyonun aktif olarak emildiği bölgenin alt sınırına denk gelir. Bu yükseklikte gece bulutları gözlenir.

Mezopoz sadece Dünya'da değil, atmosferi olan diğer gezegenlerde de meydana gelir.

Karman Hattı- Geleneksel olarak Dünya'nın atmosferi ile uzay arasındaki sınır olarak kabul edilen deniz seviyesinden yükseklik.

Fédération Aéronautique Internationale (FAI) tanımına göre Karman hattı deniz seviyesinden 100 km yükseklikte yer almaktadır.

Yükseklik, adını Macar kökenli Amerikalı bilim adamı Theodore von Karman'dan almıştır. Yaklaşık olarak bu yükseklikte atmosferin çok seyrekleştiğini ve yeterli kaldırma kuvveti oluşturmak için gereken uçağın hızının ilk kozmik hızdan daha yüksek olması nedeniyle havacılığın imkansız hale geldiğini ve bu nedenle daha yüksek irtifalara ulaşmak için gerekli olduğunu belirleyen ilk kişi oydu. uzay bilimini kullanmak.

Dünyanın atmosferi Karman çizgisinin ötesinde de devam ediyor. Dünya atmosferinin dış kısmı olan ekzosfer 10 bin km veya daha fazla yüksekliğe kadar uzanır; bu yükseklikte atmosfer esas olarak atmosferi terk etme yeteneğine sahip hidrojen atomlarından oluşur.

Ansari X Ödülü'nü almanın ilk şartı Karman Hattı'na ulaşmaktı, çünkü bu, uçuşun bir uzay uçuşu olarak tanınmasının temelini oluşturuyor.

Uzay enerjiyle doludur. Enerji alanı eşit olmayan bir şekilde doldurur. Yoğunlaştığı ve boşaltıldığı yerler var. Bu şekilde yoğunluğu tahmin edebilirsiniz. Gezegen, merkezde maksimum madde yoğunluğu ve çevreye doğru konsantrasyonun kademeli olarak azaldığı düzenli bir sistemdir. Etkileşim kuvvetleri maddenin durumunu, var olduğu biçimi belirler. Fizik, maddelerin toplanma durumunu açıklar: sağlam, sıvı, gaz vb.

Atmosfer, gezegeni çevreleyen gazlı ortamdır. Dünyanın atmosferi serbest harekete izin verir ve ışığın geçmesine izin vererek yaşamın gelişeceği bir alan yaratır.

Dünya yüzeyinden yaklaşık 16 kilometre yüksekliğe kadar olan alana (ekvatordan kutuplara kadar olan değer daha küçüktür, ayrıca mevsime de bağlıdır) troposfer denir. Troposfer, tüm atmosferik havanın yaklaşık %80'inin ve neredeyse tüm su buharının yoğunlaştığı bir katmandır. Havayı şekillendiren süreçlerin gerçekleştiği yer burasıdır. Yükseklik arttıkça basınç ve sıcaklık düşer. Hava sıcaklığındaki azalmanın nedeni adyabatik bir süreçtir, genleşme sırasında gaz soğur. Troposferin üst sınırında değerler -50, -60 santigrat dereceye ulaşabiliyor.

Daha sonra Stratosfer geliyor. 50 kilometreye kadar uzanır. Atmosferin bu katmanında sıcaklık yükseklikle birlikte artar ve en üst noktada yaklaşık 0 C civarında bir değer alır. Sıcaklıktaki artış, ultraviyole ışınlarının ozon tabakası tarafından emilmesi sürecinden kaynaklanır. Radyasyon kimyasal reaksiyona neden olur. Oksijen molekülleri, normal oksijen molekülleriyle birleşerek ozon oluşturabilen tek atomlara ayrılır.

Güneşten gelen dalga boyları 10 ila 400 nanometre arasındaki radyasyon ultraviyole olarak sınıflandırılır. UV radyasyonunun dalga boyu ne kadar kısa olursa, canlı organizmalar için oluşturduğu tehlike de o kadar büyük olur. Radyasyonun yalnızca küçük bir kısmı Dünya yüzeyine ve spektrumunun daha az aktif kısmına ulaşır. Doğanın bu özelliği kişinin sağlıklı bir güneş bronzluğu elde etmesini sağlar.

Atmosferin bir sonraki katmanına Mezosfer denir. Yaklaşık 50 km'den 85 km'ye kadar sınırlar. Mezosferde UV enerjisini tutabilen ozon konsantrasyonu düşüktür, bu nedenle sıcaklık yükseklikle birlikte yeniden düşmeye başlar. Zirve noktasında sıcaklık -90 C'ye düşer, bazı kaynaklar -130 C değerini gösterir. Meteorların çoğu atmosferin bu katmanında yanar.

Atmosferin Dünya'dan 85 km yükseklikten 600 km uzaklığa kadar uzanan tabakasına Termosfer denir. Termosfer ilk buluşandır Güneş radyasyonu, sözde vakumlu ultraviyole dahil.

Vakumlu UV hava tarafından tutulur, böylece atmosferin bu katmanı çok yüksek sıcaklıklara ısıtılır. Ancak buradaki basınç son derece düşük olduğundan, sıcak gibi görünen bu gaz, nesneler üzerinde, dünya yüzeyindeki koşullarla aynı etkiyi yaratmaz. Tam tersine böyle bir ortama konulan nesneler soğuyacaktır.

100 km yükseklikte uzayın başlangıcı sayılan geleneksel “Karman hattı” geçmektedir.

Auroralar termosferde meydana gelir. Atmosferin bu katmanında güneş rüzgarı gezegenin manyetik alanıyla etkileşime girer.

Son katman Atmosfer, binlerce kilometre boyunca uzanan dış kabuk olan Exosfer'dir. Ekzosfer pratik olarak boş yer Ancak burada dolaşan atomların sayısı, gezegenlerarası uzaydakinden çok daha fazladır.

Bir adam havayı solur. Normal basınç 760 milimetre cıvadır. 10.000 m yükseklikte basınç yaklaşık 200 mm'dir. rt. Sanat. Böyle bir yükseklikte bir kişi muhtemelen en azından kısa bir süre için nefes alabilir, ancak bu hazırlık gerektirir. Devlet açıkça çalışamaz hale gelecektir.

Atmosferin gaz bileşimi: %78 nitrojen, %21 oksijen, yaklaşık yüzde bir argon; geri kalanı, toplamın en küçük kısmını temsil eden gazların karışımıdır.

10,045×10 3 J/(kg*K) (0-100°C sıcaklık aralığında), C v 8,3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). Havanın sudaki çözünürlüğü 0°C'de %0,036, 25°C - %0,22'dir.

Atmosfer bileşimi

Atmosfer oluşumunun tarihi

Erken tarih

Şu anda bilim, Dünya'nın oluşumunun tüm aşamalarını yüzde yüz doğrulukla izleyemiyor. En yaygın teoriye göre, Dünya'nın atmosferi zaman içinde dört farklı bileşime sahip olmuştur. Başlangıçta gezegenler arası uzaydan yakalanan hafif gazlardan (hidrojen ve helyum) oluşuyordu. Bu sözde birincil atmosfer. Bir sonraki aşamada aktif volkanik aktivite, atmosferin hidrojen dışındaki gazlarla (hidrokarbonlar, amonyak, su buharı) doymasına neden oldu. Bu şekilde oluştu ikincil atmosfer. Bu atmosfer onarıcıydı. Ayrıca, atmosfer oluşum süreci aşağıdaki faktörlerle belirlendi:

gezegenler arası uzaya sürekli hidrojen sızıntısı;
Ultraviyole radyasyonun etkisi altında atmosferde meydana gelen kimyasal reaksiyonlar, yıldırım deşarjları ve diğer bazı faktörler.

Yavaş yavaş bu faktörler oluşumuna yol açtı. üçüncül atmosferçok daha düşük bir hidrojen içeriği ve çok daha yüksek bir nitrojen içeriği ile karakterize edilir ve karbon dioksit(sonuç olarak oluştu kimyasal reaksiyonlar amonyak ve hidrokarbonlardan).

Hayatın ve oksijenin ortaya çıkışı

Fotosentez sonucu canlı organizmaların Dünya'da ortaya çıkması, oksijenin salınması ve karbondioksitin emilmesiyle birlikte atmosferin bileşimi değişmeye başladı. Bununla birlikte, atmosferik oksijenin jeolojik kökenini gösteren veriler (atmosferik oksijenin izotopik bileşiminin ve fotosentez sırasında salınanların analizi) mevcuttur.

Başlangıçta oksijen, indirgenmiş bileşiklerin (hidrokarbonlar, okyanuslarda bulunan demirin demir formu vb.) oksidasyonu için harcandı. Bu aşamanın sonunda, atmosferdeki oksijen içeriği artmaya başladı.

1990'lı yıllarda kapalı bir ekolojik sistem (“Biyosfer 2”) oluşturmak için deneyler yapıldı; bu sırada tek tip hava bileşimine sahip kararlı bir sistem oluşturmanın mümkün olmadığı görüldü. Mikroorganizmaların etkisi oksijen seviyelerinde bir azalmaya ve karbondioksit miktarında bir artışa yol açtı.

Azot

Büyük miktarda N2 oluşumu, birincil amonyak-hidrojen atmosferinin, yaklaşık 3 milyar yıl önce fotosentez sonucu gezegenin yüzeyinden gelmeye başlayan moleküler O2 ile oksidasyonundan kaynaklanmaktadır (göre) başka bir versiyona göre atmosferik oksijen jeolojik kökenlidir). Azot, atmosferin üst katmanlarında sanayide kullanılan ve azot sabitleyici bakteriler tarafından bağlanan NO'ya oksitlenirken, nitratların ve diğer azot içeren bileşiklerin denitrifikasyonu sonucu atmosfere N2 salınır.

Azot N2 inert bir gazdır ve yalnızca belirli koşullar altında (örneğin, yıldırım düşmesi sırasında) reaksiyona girer. Siyanobakteriler ve bazı bakteriler (örneğin baklagillerle rizobiyal simbiyoz oluşturan nodül bakterileri) onu oksitleyebilir ve biyolojik forma dönüştürebilir.

Moleküler nitrojenin elektriksel deşarjlarla oksidasyonu endüstriyel üretim azotlu gübreler Ayrıca Şili'nin Atacama Çölü'nde eşsiz güherçile yataklarının oluşmasına da yol açtı.

soy gazlar

Yakıtın yanması kirletici gazların (CO, NO, SO2) ana kaynağıdır. Kükürt dioksit, atmosferin üst katmanlarında, H2O ve NH3 buharlarıyla etkileşime giren hava O2'den SO3'e oksitlenir ve ortaya çıkan H2SO4 ve (NH4)2SO4, Dünya yüzeyine geri döner. ile birlikte yağış. İçten yanmalı motorların kullanımı nitrojen oksitler, hidrokarbonlar ve Pb bileşiklerinden oluşan önemli atmosferik kirliliğe yol açmaktadır.

Atmosferdeki aerosol kirliliği hem doğal nedenlerden (volkanik patlamalar, toz fırtınaları, damlacıkların sürüklenmesi) kaynaklanmaktadır. deniz suyu ve bitki poleni parçacıkları vb.) ve ekonomik aktivite insanlar (cevher madenciliği ve Yapı malzemeleri, yakıt yanması, çimento üretimi vb.). Katı parçacıkların atmosfere yoğun büyük ölçekli emisyonu, Olası nedenler gezegenin iklimindeki değişiklikler.

Atmosferin yapısı ve bireysel kabukların özellikleri

Atmosferin fiziksel durumu hava ve iklim tarafından belirlenir. Atmosferin temel parametreleri: hava yoğunluğu, basınç, sıcaklık ve bileşim. Yükseklik arttıkça hava yoğunluğu ve atmosfer basıncı azalır. Yükseklik değiştikçe sıcaklık da değişir. Dikey yapı Atmosfer, farklı sıcaklık ve elektriksel özellikler, farklı hava koşulları ile karakterize edilir. Atmosferdeki sıcaklığa bağlı olarak aşağıdaki ana katmanlar ayırt edilir: troposfer, stratosfer, mezosfer, termosfer, ekzosfer (saçılma küresi). Atmosferin komşu kabuklar arasındaki geçiş bölgelerine sırasıyla tropopoz, stratopoz vb. denir.

Troposfer

Stratosfer

Stratosferde ve daha yüksek katmanlarda, güneş radyasyonunun etkisi altında, gaz molekülleri atomlara ayrışır (80 km'nin üzerinde CO2 ve H2 ayrışır, 150 km'nin üzerinde - O2, 300 km'nin üzerinde - H2). 100-400 km yükseklikte, iyonosferde gazların iyonlaşması da meydana gelir; 320 km yükseklikte, yüklü parçacıkların konsantrasyonu (O + 2, O - 2, N + 2) ~ 1/300'dür. Nötr parçacıkların konsantrasyonu. Atmosferin üst katmanlarında serbest radikaller vardır - OH, HO2, vb.

Stratosferde neredeyse hiç su buharı yoktur.

Mezosfer

100 km yüksekliğe kadar atmosfer homojen, iyi karışmış bir gaz karışımıdır. Daha yüksek katmanlarda, gazların yüksekliğe göre dağılımı molekül ağırlıklarına bağlıdır; daha ağır gazların konsantrasyonu, Dünya yüzeyinden uzaklaştıkça daha hızlı azalır. Gaz yoğunluğunun azalması nedeniyle sıcaklık stratosferde 0°C'den mezosferde -110°C'ye düşer. Ancak 200-250 km yükseklikteki tekil parçacıkların kinetik enerjisi ~1500°C sıcaklığa karşılık gelir. 200 km'nin üzerinde zaman ve mekanda sıcaklık ve gaz yoğunluğunda önemli dalgalanmalar gözlemleniyor.

Yaklaşık 2000-3000 km yükseklikte, ekzosfer yavaş yavaş, esas olarak hidrojen atomları olmak üzere, gezegenler arası gazın oldukça nadir parçacıklarıyla dolu olan sözde yakın uzay boşluğuna dönüşür. Ancak bu gaz gezegenler arası maddenin yalnızca bir kısmını temsil ediyor. Diğer kısım kuyruklu yıldız ve meteor kökenli toz parçacıklarından oluşur. Bu son derece nadir parçacıklara ek olarak, güneş ve galaktik kökenli elektromanyetik ve korpüsküler radyasyon da bu uzaya nüfuz eder.

Troposfer, atmosferin kütlesinin yaklaşık% 80'ini, stratosfer - yaklaşık% 20'sini oluşturur; mezosferin kütlesi% 0,3'ten fazla değildir, termosfer ise atmosferin toplam kütlesinin% 0,05'inden azdır. Atmosferdeki elektriksel özelliklere göre nötronosfer ve iyonosfer birbirinden ayrılır. Şu anda atmosferin 2000-3000 km yüksekliğe kadar uzandığına inanılıyor.

Atmosferdeki gazın bileşimine bağlı olarak yayarlar. homosfer Ve heterosfer. Heterosfer- Bu, yerçekiminin gazların ayrılmasını etkilediği alandır, çünkü bu yükseklikte gazların karışması ihmal edilebilir düzeydedir. Bu, heterosferin değişken bir bileşimini ima eder. Bunun altında atmosferin homojen ve iyi karışmış bir kısmı olan homosfer bulunur. Bu katmanlar arasındaki sınıra turbopause adı verilir ve yaklaşık 120 km yükseklikte yer alır.

atmosferik özellikler

Zaten deniz seviyesinden 5 km yükseklikte, eğitimsiz bir kişi oksijen açlığı yaşamaya başlar ve uyum sağlamadan kişinin performansı önemli ölçüde azalır. Atmosferin fizyolojik bölgesi burada bitiyor. Yaklaşık 115 km'ye kadar atmosferde oksijen bulunmasına rağmen, 15 km yükseklikte insanın nefes alması imkansız hale gelir.

Atmosfer bize nefes almamız için gerekli olan oksijeni sağlar. Ancak atmosferin toplam basıncının düşmesi nedeniyle yükseklere çıkıldıkça oksijenin kısmi basıncı da buna bağlı olarak azalır.

İnsan akciğerleri sürekli olarak yaklaşık 3 litre alveoler hava içerir. Normalde alveolar havadaki kısmi oksijen basıncı atmosferik basınç 110 mm Hg'dir. Art., karbondioksit basıncı - 40 mm Hg. Art. ve su buharı −47 mm Hg. Sanat. Yükseklik arttıkça oksijen basıncı düşer ve akciğerlerdeki su ve karbondioksitin toplam buhar basıncı neredeyse sabit kalır - yaklaşık 87 mm Hg. Sanat. Ortam hava basıncı bu değere eşitlendiğinde akciğerlere oksijen verilmesi tamamen duracaktır.

Yaklaşık 19-20 km yükseklikte atmosfer basıncı 47 mm Hg'ye düşer. Sanat. Dolayısıyla bu yükseklikte insan vücudunda su ve dokulararası sıvı kaynamaya başlar. Bu irtifalarda basınçlı kabinin dışında ölüm neredeyse anında meydana gelir. Dolayısıyla insan fizyolojisi açısından “uzay” zaten 15-19 km yükseklikte başlıyor.

Yoğun hava katmanları - troposfer ve stratosfer - bizi radyasyonun zararlı etkilerinden korur. Havanın yeterli miktarda seyreltilmesiyle, 36 km'den daha yüksek rakımlarda iyonlaştırıcı radyasyon - birincil kozmik ışınlar - vücut üzerinde yoğun bir etkiye sahiptir; 40 km'nin üzerindeki rakımlarda güneş spektrumunun ultraviyole kısmı insanlar için tehlikelidir.

Uçakla uçan herkes bu tür mesajlara alışıktır: “Uçuşumuz 10.000 m yükseklikte gerçekleşiyor, dışarıdaki sıcaklık 50°C.” Özel bir şey yok gibi görünüyor. Güneş tarafından ısıtılan Dünya yüzeyinden ne kadar uzak olursa, o kadar soğuk olur. Birçok kişi sıcaklığın yükseklikle birlikte sürekli olarak azaldığını ve sıcaklığın yavaş yavaş düşerek uzay sıcaklığına yaklaştığını düşünüyor. Bu arada bilim adamları 19. yüzyılın sonuna kadar öyle düşünüyorlardı.

Hava sıcaklığının Dünya üzerindeki dağılımına daha yakından bakalım. Atmosfer, öncelikle sıcaklık değişikliklerinin doğasını yansıtan birkaç katmana bölünmüştür.

Atmosferin alt katmanına denir troposfer Hava ve iklimdeki tüm değişiklikler, tam olarak bu katmanda meydana gelen fiziksel süreçlerin sonucudur.Bu katmanın üst sınırı, sıcaklıktaki yükseklikle azalmanın yerini, yaklaşık olarak sıcaklık artışının aldığı yerde bulunur. ekvatordan 15-16 km, kutuplardan 7-8 km yüksekte, Dünya gibi, gezegenimizin dönüşünün etkisi altındaki atmosfer de kutupların üzerinde bir miktar düzleşir ve ekvatorun üzerinde şişer. Ancak bu etki atmosferde Dünya'nın katı kabuğuna göre çok daha güçlü bir şekilde ifade edilir.Dünya yüzeyinden Troposferin üst sınırına doğru hava sıcaklığı azalır.Ekvatorun üstünde. minimum sıcaklık hava yaklaşık -62°C, kutupların üzerinde ise yaklaşık -45°C'dir. Ilıman enlemlerde atmosfer kütlesinin %75'inden fazlası troposferdedir. Tropik bölgelerde atmosferin kütlesinin yaklaşık %90'ı troposferde bulunur.

1899 yılında belirli bir yükseklikte dikey sıcaklık profilinde bir minimum bulunmuş, daha sonra sıcaklık bir miktar yükselmiştir. Bu artışın başlaması atmosferin bir sonraki katmanına geçiş anlamına geliyor. stratosfer Stratosfer terimi, troposferin üzerinde yer alan katmanın benzersizliği konusundaki önceki fikri ifade eder ve yansıtır. Stratosfer, dünya yüzeyinden yaklaşık 50 km yüksekliğe kadar uzanır. Özellikle hava sıcaklığında keskin bir artış. Sıcaklıktaki bu artış, atmosferde meydana gelen ana kimyasal reaksiyonlardan biri olan ozon oluşumu reaksiyonuyla açıklanmaktadır.

Ozonun büyük bir kısmı yaklaşık 25 km yükseklikte yoğunlaşmıştır, ancak genel olarak ozon tabakası neredeyse tüm stratosferi kaplayan oldukça geniş bir kabuktur. Oksijenin ultraviyole ışınlarla etkileşimi, dünya atmosferindeki, Dünya üzerindeki yaşamın korunmasına katkıda bulunan faydalı süreçlerden biridir. Bu enerjinin ozon tarafından emilmesi, tam olarak karasal yaşam formlarının varlığına uygun düzeyde enerjinin yaratıldığı yer yüzeyine aşırı akışını engeller. Ozonosfer atmosferden geçen radyant enerjinin bir kısmını emer. Sonuç olarak, ozonosferde 100 m'de yaklaşık 0,62°C'lik dikey bir hava sıcaklığı gradyanı oluşur; yani sıcaklık, stratosferin üst sınırına (stratopoza (50 km) kadar) rakımla birlikte artar. bazı veriler, 0°C.

50 ile 80 km arasındaki yüksekliklerde atmosferin bir katmanı vardır. mezosfer. "Mezosfer" kelimesi, hava sıcaklığının yükseklikle birlikte azalmaya devam ettiği "ara küre" anlamına gelir. Mezosferin üstünde, adı verilen bir katmanda termosfer yaklaşık 1000°C'ye kadar yükseldikçe sıcaklık yeniden yükselir ve ardından çok hızlı bir şekilde -96°C'ye düşer. Ancak süresiz olarak düşmez, daha sonra sıcaklık tekrar artar.

Termosfer ilk katmandır iyonosfer. Daha önce bahsedilen katmanların aksine iyonosfer sıcaklıkla ayırt edilmez. İyonosfer, birçok radyo iletişimini mümkün kılan elektriksel nitelikte bir alandır. İyonosfer D, E, F1 ve F2 harfleriyle gösterilen birkaç katmana bölünmüştür ve bu katmanların özel isimleri de vardır. Katmanlara ayrılmanın çeşitli nedenleri vardır; bunlardan en önemlisi, katmanların radyo dalgalarının geçişi üzerindeki eşitsiz etkisidir. En alttaki katman olan D, esas olarak radyo dalgalarını emer ve böylece bunların daha fazla yayılmasını önler. En iyi incelenen E katmanı, dünya yüzeyinden yaklaşık 100 km yükseklikte yer almaktadır. Aynı zamanda onu bağımsız olarak keşfeden Amerikalı ve İngiliz bilim adamlarının adlarından dolayı Kennelly-Heaviside katmanı olarak da adlandırılmaktadır. E katmanı dev bir ayna gibi radyo dalgalarını yansıtır. Bu katman sayesinde uzun radyo dalgaları, E katmanından yansımadan, yalnızca düz bir çizgide yayıldığında beklenenden daha uzak mesafelere giderler.F katmanı da benzer özelliklere sahiptir ve Appleton katmanı olarak da adlandırılır. Kennelly-Heaviside katmanıyla birlikte radyo dalgalarını karasal radyo istasyonlarına yansıtır.Bu yansıma çeşitli açılardan gerçekleşebilir. Appleton katmanı yaklaşık 240 km yükseklikte bulunur.

Atmosferin en dış bölgesi olan iyonosferin ikinci katmanına genellikle denir. ekzosfer. Bu terim, Dünya'ya yakın uzayın eteklerinin varlığını ifade eder. Yoğunluk yükseklikle arttığı için atmosferin nerede bitip uzayın nerede başladığını tam olarak belirlemek zordur. atmosferik gazlar giderek azalır ve atmosferin kendisi yavaş yavaş neredeyse yalnızca tek tek moleküllerin oluştuğu bir boşluğa dönüşür. Zaten yaklaşık 320 km yükseklikte atmosferin yoğunluğu o kadar düşüktür ki moleküller birbirleriyle çarpışmadan 1 km'den fazla yol kat edebilirler. Atmosferin en dış kısmı, 480 ila 960 km arasındaki rakımlarda bulunan üst sınır görevi görüyor.

Atmosferdeki süreçler hakkında daha fazla bilgiyi “Dünya İklimi” web sitesinde bulabilirsiniz.