Съставът на земята. Въздух

Въздухът е механична смес от различни газове, които изграждат земната атмосфера. Въздухът е от съществено значение за дишането на живите организми и се използва широко в промишлеността.

Фактът, че въздухът е смес, а не хомогенно вещество, е доказано по време на експериментите на шотландския учен Джоузеф Блек. По време на един от тях ученият откри, че при нагряване на бял магнезий (магнезиев карбонат) се освобождава „свързан въздух“, тоест въглероден диоксид, и се образува изгорял магнезий (магнезиев оксид). За разлика от това, когато се изпича варовик, „свързаният въздух“ се отстранява. Въз основа на тези експерименти ученият заключава, че разликата между въглеродни и каустични основи е, че първите включват въглероден диоксид, който е един от компонентите на въздуха. Днес знаем, че освен въглеродния диоксид, съставът на земния въздух включва:

Съотношението на газовете в земната атмосфера, посочено в таблицата, е характерно за долните й слоеве, до височина 120 км. В тези области се намира добре смесена, хомогенна област, наречена хомосфера. Над хомосферата се намира хетеросферата, която се характеризира с разлагането на газовите молекули на атоми и йони. Регионите са разделени един от друг с турбопауза.

Химическата реакция, при която под въздействието на слънчевата и космическата радиация молекулите се разпадат на атоми, се нарича фотодисоциация. При разпадането на молекулярния кислород се образува атомарен кислород, който е основният газ на атмосферата на височини над 200 км. На височини над 1200 км започват да преобладават водородът и хелият, които са най-леките от газовете.

Тъй като по-голямата част от въздуха е концентрирана в 3-те долни атмосферни слоя, промените в състава на въздуха на надморска височина над 100 km нямат забележим ефект върху общия състав на атмосферата.

Азотът е най-разпространеният газ, който представлява повече от три четвърти от обема на въздуха на Земята. Съвременният азот е образуван от окисляването на ранната амонячно-водородна атмосфера с молекулярен кислород, който се образува по време на фотосинтезата. Понастоящем малко количество азот навлиза в атмосферата в резултат на денитрификация - процесът на редукция на нитратите до нитрити, последван от образуването на газообразни оксиди и молекулярен азот, който се произвежда от анаеробни прокариоти. Известно количество азот навлиза в атмосферата по време на вулканични изригвания.

В горната атмосфера, когато е изложен на електрически разряди с участието на озон, молекулярният азот се окислява до азотен оксид:

N 2 + O 2 → 2NO

При нормални условия моноксидът незабавно реагира с кислорода, за да образува азотен оксид:

2NO + O 2 → 2N 2 O

Азотът е най-важният химичен елемент в земната атмосфера. Азотът е част от протеините, осигурява минерално хранене на растенията. Той определя скоростта на биохимичните реакции, играе ролята на разредител на кислорода.

Кислородът е вторият най-разпространен газ в земната атмосфера. Образуването на този газ е свързано с фотосинтетичната активност на растенията и бактериите. И колкото по-разнообразни и многобройни стават фотосинтезиращите организми, толкова по-значителен става процесът на съдържание на кислород в атмосферата. По време на дегазирането на мантията се отделя малко количество тежък кислород.

В горните слоеве на тропосферата и стратосферата под въздействието на ултравиолетовото слънчево лъчение (означаваме го като hν) се образува озон:

O 2 + hν → 2O

В резултат на действието на същото ултравиолетово лъчение озонът се разпада:

O 3 + hν → O 2 + O

O 3 + O → 2O 2

В резултат на първата реакция се образува атомарен кислород, в резултат на втората - молекулярен кислород. Всичките 4 реакции се наричат ​​механизъм на Чапман, на името на британския учен Сидни Чапман, който ги открива през 1930 г.

Кислородът се използва за дишането на живите организми. С негова помощ протичат процесите на окисляване и изгаряне.

Озонът служи за защита на живите организми от ултравиолетовото лъчение, което причинява необратими мутации. Най-висока концентрация на озон се наблюдава в долната стратосфера в рамките на т.нар. озонов слой или озонов екран, разположен на надморска височина от 22-25 km. Съдържанието на озон е малко: при нормално налягане целият озон в земната атмосфера би заел слой с дебелина само 2,91 mm.

Образуването на третия най-често срещан газ в атмосферата, аргон, както и неон, хелий, криптон и ксенон, се свързва с вулканични изригвания и разпадане на радиоактивни елементи.

По-специално, хелият е продукт на радиоактивното разпадане на уран, торий и радий: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (в тези реакции α- частицата е хелиево ядро, което в процеса на загуба на енергия улавя електрони и се превръща в 4 He).

Аргонът се образува при разпадането на радиоактивния изотоп на калия: 40 K → 40 Ar + γ.

Неонът излиза от магмени скали.

Криптонът се образува като краен продукт от разпада на уран (235 U и 238 U) и торий Th.

По-голямата част от атмосферния криптон се е образувал в ранните етапи от еволюцията на Земята в резултат на разпадането на трансуранови елементи с феноменално кратък период на полуразпад или идва от космоса, съдържанието на криптон в което е десет милиона пъти по-високо, отколкото на Земята .

Ксенонът е резултат от деленето на урана, но по-голямата част от този газ е останал от ранните етапи на формирането на Земята, от първичната атмосфера.

Въглеродният диоксид навлиза в атмосферата в резултат на вулканични изригвания и в процеса на разлагане на органични вещества. Съдържанието му в атмосферата на средните географски ширини на Земята варира значително в зависимост от сезоните на годината: през зимата количеството на CO 2 се увеличава, а през лятото намалява. Това колебание е свързано с дейността на растенията, които използват въглероден диоксид в процеса на фотосинтеза.

Водородът се образува в резултат на разлагането на водата от слънчевата радиация. Но тъй като е най-лекият от газовете, които изграждат атмосферата, той постоянно излиза в открития космос и следователно съдържанието му в атмосферата е много малко.

Водната пара е резултат от изпарението на водата от повърхността на езерата, реките, моретата и сушата.

Концентрацията на основните газове в долните слоеве на атмосферата, с изключение на водните пари и въглеродния диоксид, е постоянна. В малки количества атмосферата съдържа серен оксид SO 2, амоняк NH 3, въглероден оксид CO, озон O 3, хлороводород HCl, флуороводород HF, азотен оксид NO, въглеводороди, живачни пари Hg, йод I 2 и много други. В долния атмосферен слой на тропосферата постоянно има голямо количество суспендирани твърди и течни частици.

Източници на прахови частици в земната атмосфера са вулканични изригвания, растителен прашец, микроорганизми и, напоследък, човешки дейности като изгарянето на изкопаеми горива в производствените процеси. Най-малките частици прах, които са ядрата на кондензацията, са причините за образуването на мъгли и облаци. Без твърди частици, постоянно присъстващи в атмосферата, валежите не биха паднали на Земята.

Атмосферата се простира нагоре на много стотици километри. Горната му граница, на надморска височина около 2000-3000 км,до известна степен условно, тъй като газовете, които го съставят, постепенно разредени, преминават в световното пространство. Химическият състав на атмосферата, налягането, плътността, температурата и другите й физични свойства се променят с височината. Както бе споменато по-рано, химическият състав на въздуха до височина 100 кмне се променя значително. Малко по-високо атмосферата също се състои главно от азот и кислород. Но на височини 100-110 км,Под въздействието на ултравиолетовото лъчение на слънцето молекулите на кислорода се разделят на атоми и се появява атомарен кислород. Над 110-120 кмпочти целият кислород става атомен. Предполага се, че над 400-500 кмгазовете, които изграждат атмосферата, също са в атомно състояние.

Налягането и плътността на въздуха намаляват бързо с височината. Въпреки че атмосферата се простира нагоре в продължение на стотици километри, по-голямата част от нея е разположена в доста тънък слой в непосредствена близост до земната повърхност в най-ниските си части. И така, в слоя между морското равнище и надморска височина 5-6 кмполовината от масата на атмосферата е концентрирана в слой 0-16 км-90%, а в слоя 0-30 км- 99%. Същото бързо намаляване на въздушната маса се наблюдава над 30 км.Ако теглото е 1 м 3въздух на земната повърхност е 1033 g, след това на височина 20 кме равно на 43 гр., а при височина 40 кмсамо 4 години

На надморска височина 300-400 кми по-горе въздухът е толкова разреден, че през деня плътността му се променя многократно. Проучванията показват, че тази промяна в плътността е свързана с позицията на Слънцето. Най-висока е плътността на въздуха около обяд, най-ниска през нощта. Това отчасти се обяснява с факта, че горните слоеве на атмосферата реагират на промените в електромагнитното излъчване на Слънцето.

Изменението на температурата на въздуха с височина също е неравномерно. Според характера на промяната на температурата с височина атмосферата се разделя на няколко сфери, между които има преходни слоеве, така наречените паузи, където температурата се променя малко с височина.

Ето имената и основните характеристики на сферите и преходните слоеве.

Нека представим основните данни за физическите свойства на тези сфери.

Тропосфера. Физическите свойства на тропосферата до голяма степен се определят от влиянието на земната повърхност, която е нейната долна граница. Най-голямата височина на тропосферата се наблюдава в екваториалните и тропическите зони. Тук стига до 16-18 кми сравнително малко подложени на ежедневни и сезонни промени. Над полярните и съседните региони горната граница на тропосферата лежи средно на ниво 8-10 км.В средните ширини варира от 6-8 до 14-16 км.

Вертикалната мощност на тропосферата зависи значително от характера на атмосферните процеси. Често през деня горната граница на тропосферата над дадена точка или област пада или се издига с няколко километра. Това се дължи главно на промените в температурата на въздуха.

Повече от 4/5 от масата на земната атмосфера и почти всички водни пари, съдържащи се в нея, са концентрирани в тропосферата. Освен това от земната повърхност до горната граница на тропосферата температурата се понижава средно с 0,6° на всеки 100 m, или с 6° за 1 кмповдигане . Това се дължи на факта, че въздухът в тропосферата се нагрява и охлажда главно от повърхността на земята.

В съответствие с притока на слънчева енергия температурата намалява от екватора към полюсите. Така средната температура на въздуха в близост до земната повърхност на екватора достига +26°, над полярните райони -34°, -36° през зимата и около 0° през лятото. Така температурната разлика между екватора и полюса е 60° през зимата и само 26° през лятото. Вярно е, че такива ниски температури в Арктика през зимата се наблюдават само близо до повърхността на земята поради охлаждането на въздуха над ледените пространства.

През зимата в Централна Антарктика температурата на въздуха на повърхността на ледената покривка е още по-ниска. На станция Восток през август 1960 г. е регистрирана най-ниската температура на земното кълбо -88,3°, а най-често в Централна Антарктида е -45°, -50°.

От височина температурната разлика между екватора и полюса намалява. Например на височина 5 кмна екватора температурата достига -2°, -4°, а на същата височина в Централна Арктика -37°, -39° през зимата и -19°, -20° през лятото; следователно температурната разлика през зимата е 35-36°, а през лятото 16-17°. В южното полукълбо тези разлики са малко по-големи.

Енергията на атмосферната циркулация може да се определи от температурните контракти на екватора и полюса. Тъй като през зимата температурните контрасти са по-големи, атмосферните процеси са по-интензивни, отколкото през лятото. Това обяснява и факта, че преобладаващите западни ветрове в тропосферата през зимата имат по-висока скорост, отколкото през лятото. В този случай скоростта на вятъра, като правило, се увеличава с височина, достигайки максимум на горната граница на тропосферата. Хоризонталният транспорт се съпровожда от вертикални движения на въздуха и турбулентно (неуредено) движение. Поради издигането и падането на големи обеми въздух се образуват и разпръскват облаци, появяват се и спират валежите. Преходният слой между тропосферата и надлежащата сфера е тропопауза.Над него се намира стратосферата.

Стратосфера простира се от височина 8-17 до 50-55 км.Открит е в началото на нашия век. По отношение на физичните свойства стратосферата се различава рязко от тропосферата по това, че температурата на въздуха тук, като правило, се повишава средно с 1 - 2 ° на километър надморска височина и на горната граница, на височина 50-55 ° C. км,дори става положителен. Повишаването на температурата в тази област се дължи на наличието тук на озон (O 3), който се образува под въздействието на ултравиолетовото лъчение от Слънцето. Озоновият слой покрива почти цялата стратосфера. Стратосферата е много бедна на водни пари. Няма бурни процеси на облачност и валежи.

Съвсем наскоро се предполагаше, че стратосферата е относително спокойна среда, където не се получава смесване на въздуха, както в тропосферата. Поради това се смяташе, че газовете в стратосферата са разделени на слоеве, в съответствие с тяхното специфично тегло. Оттук и името на стратосферата ("стратус" - слоест). Смята се също, че температурата в стратосферата се формира под влияние на радиационното равновесие, т.е. когато погълнатата и отразената слънчева радиация са равни.

Нови данни от радиосонди и метеорологични ракети показват, че стратосферата, подобно на горната тропосфера, е обект на интензивна циркулация на въздуха с големи вариации в температурата и вятъра. Тук, както и в тропосферата, въздухът изпитва значителни вертикални движения, турбулентни движения със силни хоризонтални въздушни течения. Всичко това е резултат от неравномерно разпределение на температурата.

Преходният слой между стратосферата и надлежащата сфера е стратопауза.Въпреки това, преди да преминем към характеристиките на по-високите слоеве на атмосферата, нека се запознаем с така наречената озоносфера, чиито граници приблизително съответстват на границите на стратосферата.

Озон в атмосферата. Озонът играе важна роля в създаването на температурния режим и въздушните течения в стратосферата. Озонът (O 3) се усеща от нас след гръмотевична буря, когато вдишваме чист въздух с приятен послевкус. Тук обаче няма да говорим за този озон, образуван след гръмотевична буря, а за озона, съдържащ се в слоя 10-60 кмс максимум на височина 22-25 км.Озонът се произвежда от действието на ултравиолетовите лъчи на слънцето и въпреки че общото му количество е незначително, играе важна роля в атмосферата. Озонът има способността да абсорбира ултравиолетовото лъчение на слънцето и по този начин предпазва животинския и растителния свят от вредното му въздействие. Дори тази малка част от ултравиолетовите лъчи, които достигат до повърхността на земята, изгарят силно тялото, когато човек прекомерно обича слънчевите бани.

Количеството озон не е еднакво в различните части на Земята. Във високите географски ширини има повече озон, по-малко в средните и ниските ширини и това количество се променя в зависимост от смяната на сезоните на годината. Повече озон през пролетта, по-малко през есента. В допълнение, нейните непериодични колебания възникват в зависимост от хоризонталната и вертикалната циркулация на атмосферата. Много атмосферни процеси са тясно свързани със съдържанието на озон, тъй като то оказва пряко влияние върху температурното поле.

През зимата, по време на полярната нощ, на високи географски ширини озоновият слой излъчва и охлажда въздуха. В резултат на това в стратосферата на високи географски ширини (в Арктика и Антарктика) през зимата се образува студена област, стратосферен циклоничен вихър с големи хоризонтални градиенти на температурата и налягането, което причинява западни ветрове над средните ширини на земното кълбо.

През лятото, в условията на полярен ден, на високи географски ширини озоновият слой абсорбира слънчевата топлина и затопля въздуха. В резултат на повишаването на температурата в стратосферата на високи географски ширини се образува топлинна област и стратосферен антициклонен вихър. Следователно, над средните географски ширини на земното кълбо над 20 кмпрез лятото в стратосферата преобладават източните ветрове.

Мезосфера. Наблюдения с метеорологични ракети и други методи са установили, че общото повишаване на температурата, наблюдавано в стратосферата, завършва на височини 50-55 км.Над този слой температурата отново спада и близо до горната граница на мезосферата (около 80 км)достига до -75°, -90°. Освен това температурата отново се повишава с височината.

Интересно е да се отбележи, че понижаването на температурата с височина, характерно за мезосферата, протича различно на различните географски ширини и през цялата година. При ниски географски ширини спадът на температурата става по-бавно, отколкото при високи географски ширини: средният вертикален температурен градиент за мезосферата е съответно 0,23° - 0,31° на 100 мили 2,3°-3,1° на 1 км.През лятото е много по-голям, отколкото през зимата. Както показват най-новите изследвания във високи географски ширини, температурата на горната граница на мезосферата през лятото е с няколко десетки градуса по-ниска, отколкото през зимата. В горната мезосфера на височина около 80 кмв слоя мезопауза намаляването на температурата с височина спира и започва нейното повишаване. Тук под инверсионния слой при здрач или преди изгрев при ясно време се наблюдават блестящи тънки облаци, осветени от слънцето под хоризонта. На тъмния фон на небето те светят със сребристо-синя светлина. Затова тези облаци се наричат ​​сребристи.

Природата на нощните облаци все още не е добре разбрана. Дълго време се смяташе, че са съставени от вулканичен прах. Липсата на оптични явления, характерни за истинските вулканични облаци обаче, доведе до отхвърлянето на тази хипотеза. Тогава беше предложено, че нощните облаци са съставени от космически прах. През последните години беше предложена хипотеза, че тези облаци са съставени от ледени кристали, като обикновените перести облаци. Нивото на местоположението на светлопрозрачните облаци се определя от забавящия слой, дължащ се на температурна инверсияпо време на прехода от мезосферата към термосферата на височина около 80 км.Тъй като температурата в субинверсионния слой достига -80°C и по-ниска, тук се създават най-благоприятни условия за кондензация на водни пари, които навлизат тук от стратосферата в резултат на вертикално движение или чрез турбулентна дифузия. Светлопрозрачните облаци обикновено се наблюдават през лятото, понякога в много големи количества и в продължение на няколко месеца.

Наблюденията на светлопрозрачните облаци установяват, че през лятото на тяхното ниво ветровете са силно променливи. Скоростта на вятъра варира в широки граници: от 50-100 до няколкостотин километра в час.

Температура на надморска височина. Визуално представяне на характера на разпределението на температурата с височина, между земната повърхност и височини от 90-100 km, през зимата и лятото в северното полукълбо, е дадено на фигура 5. Повърхностите, разделящи сферите, са изобразени тук с удебелен шрифт прекъснати линии. В самото дъно тропосферата се откроява добре, с характерно понижение на температурата с височина. Над тропопаузата, в стратосферата, напротив, температурата се повишава с височина като цяло и на височини 50-55 кмдостига + 10°, -10°. Нека обърнем внимание на един важен детайл. През зимата в стратосферата на високи географски ширини температурата над тропопаузата пада от -60 до -75 ° и само над 30 кмотново се повишава до -15°. През лятото, започвайки от тропопаузата, температурата се повишава с височина до 50 кмдостига + 10°. Над стратопаузата температурата отново започва да намалява с височина и на ниво 80 кмне надвишава -70°, -90°.

От фигура 5 следва, че в слой 10-40 кмтемпературата на въздуха през зимата и лятото във високите географски ширини е рязко различна. През зимата, по време на полярната нощ, температурата тук достига -60°, -75°, а през лятото минимум -45° е близо до тропопаузата. Над тропопаузата температурата се повишава и на надморска височина 30-35 кме само -30°, -20°, което се дължи на нагряването на въздуха в озоновия слой през полярния ден. От фигурата също следва, че дори в един сезон и на същото ниво температурата не е същата. Разликата им между различните географски ширини надхвърля 20-30°. В този случай нееднородността е особено значителна в нискотемпературния слой (18-30 км)и в слоя на максималните температури (50-60 км)в стратосферата, както и в слоя с ниски температури в горната мезосфера (75-85км).

Средните температури, показани на Фигура 5, се основават на наблюдения в северното полукълбо, но според наличната информация те могат да бъдат приписани и на южното полукълбо. Някои разлики съществуват главно на високи географски ширини. Над Антарктида през зимата температурата на въздуха в тропосферата и долната стратосфера е значително по-ниска, отколкото над Централна Арктика.

Ветрове на високо. Сезонното разпределение на температурата определя доста сложна система от въздушни течения в стратосферата и мезосферата.

Фигура 6 показва вертикален разрез на полето на вятъра в атмосферата между земната повърхност и височина 90 кмзимата и лятото над северното полукълбо. Изолиниите показват средните скорости на преобладаващия вятър (в Госпожица).От фигурата следва, че режимът на вятъра през зимата и лятото в стратосферата е рязко различен. През зимата както в тропосферата, така и в стратосферата преобладават западни ветрове с максимални скорости, равни на около

100 Госпожицана ръст 60-65 км.През лятото западните ветрове преобладават само до височини 18-20 км.По-високо стават източни, с максимални скорости до 70 Госпожицана ръст 55-60км.

През лятото над мезосферата ветровете стават западни, а през зимата - източни.

Термосфера. Над мезосферата е термосферата, която се характеризира с повишаване на температурата свисочина. Според получените данни, главно с помощта на ракети, е установено, че в термосферата вече е на ниво 150 кмтемпературата на въздуха достига 220-240°, а на ниво 200 кмнад 500°. По-горе температурата продължава да се повишава и на ниво 500-600 кмнадвишава 1500°. Въз основа на данни, получени по време на изстрелването на изкуствени спътници на Земята, беше установено, че в горните слоеве на термосферата температурата достига около 2000 ° и варира значително през деня. Възниква въпросът как да се обясни такава висока температура във високите слоеве на атмосферата. Спомнете си, че температурата на газа е мярка за средната скорост на молекулите. В долната, най-плътна част на атмосферата, молекулите на газовете, които изграждат въздуха, често се сблъскват помежду си при движение и незабавно предават кинетична енергия една на друга. Следователно кинетичната енергия в плътна среда е средно еднаква. Във високите слоеве, където плътността на въздуха е много ниска, сблъсъци между молекули, разположени на големи разстояния, се случват по-рядко. Когато енергията се абсорбира, скоростта на молекулите в интервала между сблъсъци се променя значително; освен това молекулите на по-леките газове се движат с по-висока скорост от молекулите на тежките газове. В резултат на това температурата на газовете може да бъде различна.

В разредените газове има сравнително малко молекули с много малки размери (леки газове). Ако се движат с висока скорост, тогава температурата в даден обем въздух ще бъде висока. В термосферата всеки кубичен сантиметър въздух съдържа десетки и стотици хиляди молекули от различни газове, докато на повърхността на земята има около сто милиона милиарда от тях. Следователно прекалено високите температури във високите слоеве на атмосферата, показващи скоростта на движение на молекулите в тази много тънка среда, не могат да причинят дори леко нагряване на тялото, което се намира тук. Точно както човек не усеща топлина при заслепяване на електрически лампи, въпреки че нишките в разредена среда моментално се нагряват до няколко хиляди градуса.

В долните слоеве на термосферата и мезосферата основната част от метеорните потоци изгарят, преди да достигнат земната повърхност.

Налична информация за атмосферни слоеве над 60-80 кмса все още недостатъчни за окончателни изводи за структурата, режима и протичащите в тях процеси. Известно е обаче, че в горната мезосфера и долната термосфера температурният режим се създава в резултат на превръщането на молекулярния кислород (O 2) в атомен кислород (O), което се случва под действието на ултравиолетовото слънчево лъчение. В термосферата температурният режим е силно повлиян от корпускулярни, рентгенови и радиационни. ултравиолетова радиация от слънцето. Тук дори през деня има резки промени в температурата и вятъра.

Атмосферна йонизация. Най-интересната характеристика на атмосферата над 60-80 кме тя йонизация,т.е. процесът на образуване на огромен брой електрически заредени частици - йони. Тъй като йонизацията на газовете е характерна за долната термосфера, тя се нарича още йоносфера.

Газовете в йоносферата са предимно в атомно състояние. Под въздействието на ултравиолетовото и корпускулярното лъчение на Слънцето, които имат висока енергия, протича процесът на отделяне на електрони от неутрални атоми и въздушни молекули. Такива атоми и молекули, след като са загубили един или повече електрони, стават положително заредени и свободен електрон може да се прикрепи отново към неутрален атом или молекула и да им придаде своя отрицателен заряд. Тези положително и отрицателно заредени атоми и молекули се наричат йони,и газовете йонизиран,т.е., като е получил електрически заряд. При по-висока концентрация на йони газовете стават електропроводими.

Процесът на йонизация протича най-интензивно в дебели слоеве, ограничени от височини 60-80 и 220-400 км.В тези слоеве има оптимални условия за йонизация. Тук плътността на въздуха е значително по-висока, отколкото в горните слоеве на атмосферата, а притокът на ултравиолетова и корпускулярна радиация от Слънцето е достатъчен за процеса на йонизация.

Откриването на йоносферата е едно от най-важните и блестящи постижения на науката. В крайна сметка, отличителна черта на йоносферата е нейното влияние върху разпространението на радиовълните. В йонизираните слоеве радиовълните се отразяват и следователно става възможна радиокомуникация на дълги разстояния. Заредените атоми-йони отразяват къси радиовълни и те отново се връщат на земната повърхност, но вече на значително разстояние от мястото на радиопредаване. Очевидно късите радиовълни изминават този път няколко пъти и по този начин се осигурява радиокомуникация на дълги разстояния. Ако не за йоносферата, тогава за предаването на сигнали на радиостанции на дълги разстояния ще е необходимо изграждането на скъпи радиорелейни линии.

Известно е обаче, че понякога радиокомуникациите на къси вълни са нарушени. Това се случва в резултат на хромосферни изригвания на Слънцето, поради което рязко се увеличава ултравиолетовата радиация на Слънцето, което води до силни смущения на йоносферата и магнитното поле на Земята - магнитни бури. По време на магнитни бури радиокомуникацията е нарушена, тъй като движението на заредените частици зависи от магнитното поле. По време на магнитни бури йоносферата отразява по-лошо радиовълните или ги пропуска в космоса. Главно с промяна в слънчевата активност, придружена от увеличаване на ултравиолетовото лъчение, електронната плътност на йоносферата и поглъщането на радиовълните през деня се увеличават, което води до прекъсване на късовълновите радиокомуникации.

Според нови изследвания в мощен йонизиран слой има зони, където концентрацията на свободни електрони достига малко по-висока концентрация, отколкото в съседните слоеве. Известни са четири такива зони, които се намират на надморска височина около 60-80, 100-120, 180-200 и 300-400. кми са маркирани с букви д, д, Е 1 и Е 2 . С увеличаване на радиацията от Слънцето заредените частици (корпускули) под въздействието на магнитното поле на Земята се отклоняват към високи географски ширини. Навлизайки в атмосферата, корпускулите засилват йонизацията на газовете до такава степен, че започва тяхното светене. Ето как полярни сияния- под формата на красиви многоцветни дъги, които светят в нощното небе, главно във високите географски ширини на Земята. Полярните сияния са придружени от силни магнитни бури. В такива случаи полярните сияния стават видими в средните ширини, а в редки случаи дори в тропическата зона. Така например силното сияние, наблюдавано на 21-22 януари 1957 г., се наблюдава в почти всички южни райони на страната ни.

Чрез фотографиране на полярните сияния от две точки, разположени на разстояние от няколко десетки километра, височината на полярното сияние се определя с голяма точност. Полярните сияния обикновено се намират на надморска височина от около 100 км,често се намират на надморска височина от няколкостотин километра, а понякога и на ниво от около 1000 км.Въпреки че природата на полярните сияния е изяснена, все още има много неразрешени въпроси, свързани с това явление. Причините за разнообразието от форми на полярните сияния все още са неизвестни.

Според третия съветски сателит между височини 200 и 1000 кмпрез деня преобладават положителните йони на разделения молекулярен кислород, т.е. атомарният кислород (O). Съветските учени изучават йоносферата с помощта на изкуствени спътници от серията Космос. Американски учени също изучават йоносферата с помощта на сателити.

Повърхността, разделяща термосферата от екзосферата, се колебае в зависимост от промените в слънчевата активност и други фактори. Вертикално тези флуктуации достигат 100-200 кми още.

Екзосфера (сфера на разсейване) - най-горната част на атмосферата, разположена над 800 км.Тя е малко проучена. Според данните от наблюденията и теоретичните изчисления температурата в екзосферата се увеличава с височина, вероятно до 2000 °. За разлика от долната йоносфера, в екзосферата газовете са толкова разредени, че техните частици, движещи се с огромни скорости, почти никога не се срещат една с друга.

До сравнително скоро се приемаше, че условната граница на атмосферата се намира на надморска височина около 1000 км.Но въз основа на забавянето на изкуствените спътници на Земята е установено, че на височини 700-800 кмв 1 cm 3съдържа до 160 хиляди положителни йона на атомарния кислород и азот. Това дава основание да се предположи, че заредените слоеве на атмосферата се простират в космоса на много по-голямо разстояние.

При високи температури на условната граница на атмосферата скоростите на газовите частици достигат приблизително 12 км/секПри тези скорости газовете постепенно напускат областта на земното притегляне в междупланетното пространство. Това се случва от много време. Например, частици от водород и хелий се отстраняват в междупланетното пространство за няколко години.

При изследването на високите слоеве на атмосферата бяха получени богати данни както от спътниците от серията Космос и Електрон, така и от геофизичните ракети и космическите станции Марс-1, Луна-4 и др. Преките наблюдения на астронавтите също бяха ценни. И така, според снимки, направени в космоса от В. Николаева-Терешкова, е установено, че на надморска височина от 19 кмима слой прах от Земята. Това се потвърждава и от данните, получени от екипажа на космическия кораб "Восход". Очевидно има тясна връзка между праховия слой и т.нар седефени облаци,понякога се наблюдава на надморска височина от около 20-30км.

От атмосферата до космоса. Предишни предположения, че извън земната атмосфера, в междупланетната

пространство, газовете са много разредени и концентрацията на частици не надвишава няколко единици в 1 cm 3,не бяха оправдани. Проучванията показват, че околоземното пространство е изпълнено със заредени частици. На тази основа се издига хипотеза за съществуването на зони около Земята с подчертано повишено съдържание на заредени частици, т.е. радиационни пояси- вътрешен и външен. Нови данни помогнаха за изясняване. Оказа се, че между вътрешния и външния радиационен пояс също има заредени частици. Техният брой варира в зависимост от геомагнитната и слънчевата активност. Така според новото предположение вместо радиационни пояси има радиационни зони без ясно очертани граници. Границите на радиационните зони се променят в зависимост от слънчевата активност. С неговата интензификация, т.е., когато на Слънцето се появят петна и газови струи, изхвърлени на стотици хиляди километри, се увеличава потокът от космически частици, които захранват радиационните зони на Земята.

Радиационните зони са опасни за хората, летящи на космически кораби. Следователно, преди полета в космоса, се определят състоянието и положението на радиационните зони и орбитата на космическия кораб се избира така, че да преминава извън зоните на повишена радиация. Но високите слоеве на атмосферата, както и космическото пространство близо до Земята, все още са малко проучени.

При изследването на високите слоеве на атмосферата и околоземното пространство се използват богати данни, получени от сателити от серията Космос и космически станции.

Високите слоеве на атмосферата са най-малко проучени. Съвременните методи за изучаването му обаче ни позволяват да се надяваме, че през следващите години човек ще знае много подробности за структурата на атмосферата, на дъното на която живее.

В заключение представяме схематичен вертикален разрез на атмосферата (фиг. 7). Тук надморските височини в километри и атмосферното налягане в милиметри са изобразени вертикално, а температурата е изобразена хоризонтално. Плътната крива показва изменението на температурата на въздуха с височина. На съответните височини са отбелязани най-важните явления, наблюдавани в атмосферата, както и максималните височини, достигнати от радиозонди и други средства за сондиране на атмосферата.

Всеки грамотен човек трябва да знае не само, че планетата е заобиколена от атмосфера от смес от различни газове, но и че има различни слоеве на атмосферата, които се намират на различни разстояния от повърхността на Земята.

Наблюдавайки небето, ние абсолютно не виждаме нито неговата сложна структура, нито разнородния му състав, нито други неща, скрити за очите. Но именно благодарение на сложния и многокомпонентен състав на въздушния слой около планетата върху него има такива условия, които позволяват тук да възникне живот, да процъфтява растителност и да се появи всичко, което някога е било тук.

Знания за темата на разговора се дават на хората още в 6-ти клас в училище, но някои все още не са завършили обучението си, а някои са били там толкова дълго, че вече са забравили всичко. Въпреки това всеки образован човек трябва да знае от какво се състои светът около него, особено тази част от него, от която пряко зависи самата възможност за нормален живот.

Как се нарича всеки от слоевете на атмосферата, на каква височина се намира, каква роля играе? Всички тези въпроси ще бъдат разгледани по-долу.

Структурата на земната атмосфера

Гледайки небето, особено когато е напълно безоблачно, е много трудно дори да си представим, че то има толкова сложна и многопластова структура, че температурата там на различни височини е много различна и че там, на височина, че протичат най-важните процеси за цялата флора и фауна.на земята.

Ако не беше такъв сложен състав на газовата обвивка на планетата, тогава тук просто нямаше да има живот и дори възможност за неговия произход.

Първите опити за изучаване на тази част от околния свят са направени от древните гърци, но те не са могли да стигнат твърде далеч в заключенията си, тъй като не са имали необходимата техническа база. Те не виждаха границите на различните слоеве, не можеха да измерват температурата им, да изучават компонентния състав и т.н.

Предимно метеорологичните явления накараха най-прогресивните умове да мислят, че видимото небе не е толкова просто, колкото изглежда.

Смята се, че структурата на съвременната газова обвивка около Земята се е формирала на три етапа.Първо имаше първична атмосфера от водород и хелий, уловени от космоса.

Тогава изригването на вулкани изпълни въздуха с маса от други частици и възникна вторична атмосфера. След преминаване през всички основни химични реакции и процеси на релаксация на частиците възникна настоящата ситуация.

Слоевете на атмосферата в ред от повърхността на земята и техните характеристики

Структурата на газовата обвивка на планетата е доста сложна и разнообразна. Нека го разгледаме по-подробно, постепенно достигайки най-високите нива.

Тропосфера

Освен граничния слой, тропосферата е най-долният слой на атмосферата. Простира се на височина от приблизително 8-10 км над земната повърхност в полярните райони, 10-12 км в умерения климат и 16-18 км в тропическите части.

Интересен факт:това разстояние може да варира в зависимост от времето на годината - през зимата е малко по-малко, отколкото през лятото.

Въздухът на тропосферата съдържа основната животворна сила за целия живот на земята.Той съдържа около 80% от целия наличен атмосферен въздух, повече от 90% водна пара, тук се образуват облаци, циклони и други атмосферни явления.

Интересно е да се отбележи постепенното намаляване на температурата, докато се издигате от повърхността на планетата. Учените са изчислили, че на всеки 100 м надморска височина температурата се понижава с около 0,6-0,7 градуса.

Стратосфера

Следващият по важност слой е стратосферата. Височината на стратосферата е приблизително 45-50 километра.Започва от 11 км и тук вече преобладават отрицателни температури, достигащи до -57°С.

Защо този слой е важен за хората, всички животни и растения? Именно тук, на надморска височина от 20-25 километра, се намира озоновият слой - той улавя ултравиолетовите лъчи, излъчвани от слънцето, и намалява тяхното разрушително въздействие върху флората и фауната до приемлива стойност.

Много е интересно да се отбележи, че стратосферата абсорбира много видове радиация, която идва на земята от слънцето, други звезди и космическото пространство. Енергията, получена от тези частици, отива за йонизация на намиращите се тук молекули и атоми, появяват се различни химични съединения.

Всичко това води до такова известно и колоритно явление като северното сияние.

Мезосфера

Мезосферата започва от около 50 и се простира до 90 километра.Градиентът или спадът на температурата с промяна на надморската височина тук не е толкова голям, колкото в по-ниските слоеве. В горните граници на тази черупка температурата е около -80°C. Съставът на този регион включва приблизително 80% азот, както и 20% кислород.

Важно е да се отбележи, че мезосферата е нещо като мъртва зона за всякакви летящи устройства. Самолетите не могат да летят тук, защото въздухът е изключително разреден, докато сателитите не могат да летят на толкова ниска надморска височина, тъй като наличната плътност на въздуха е много висока за тях.

Друга интересна характеристика на мезосферата е тук изгарят метеоритите, ударили планетата.Изследването на такива слоеве, отдалечени от земята, се извършва с помощта на специални ракети, но ефективността на процеса е ниска, така че познаването на региона оставя много да се желае.

Термосфера

Веднага след разглеждания слой идва термосфера, чиято височина в km се простира на цели 800 km.В известен смисъл това е почти отворено пространство. Има агресивно въздействие на космическа радиация, радиация, слънчева радиация.

Всичко това поражда такова прекрасно и красиво явление като полярното сияние.

Най-долният слой на термосферата се нагрява до температура около 200 K или повече. Това се случва поради елементарни процеси между атоми и молекули, тяхната рекомбинация и излъчване.

Горните слоеве се нагряват поради протичащите тук магнитни бури, електрическите токове, които се генерират в същото време. Температурата на леглото не е равномерна и може да варира значително.

Повечето изкуствени спътници, балистични тела, пилотирани станции и др. летят в термосферата. Той също така тества изстрелването на различни оръжия и ракети.

Екзосфера

Екзосферата, или както я наричат ​​още сферата на разсейване, е най-високото ниво на нашата атмосфера, нейната граница, следвана от междупланетното космическо пространство. Екзосферата започва от височина около 800-1000 километра.

Плътните слоеве остават назад и тук въздухът е изключително разреден, всички частици, които падат отстрани, просто се отнасят в космоса поради много слабото действие на гравитацията.

Тази черупка завършва на надморска височина от приблизително 3000-3500 км, а тук почти няма частици. Тази зона се нарича вакуум в близкия космос. Тук преобладават не отделни частици в обичайното им състояние, а плазма, най-често напълно йонизирана.

Значението на атмосферата в живота на Земята

Ето как изглеждат всички основни нива на структурата на атмосферата на нашата планета. Подробната му схема може да включва и други региони, но те вече са от второстепенно значение.

Важно е да се отбележи, че Атмосферата играе решаваща роля за живота на Земята.Голямото количество озон в нейната стратосфера позволява на флората и фауната да избягат от смъртоносните ефекти на радиацията и радиацията от космоса.

Освен това тук се формира времето, възникват всички атмосферни явления, възникват и умират циклони, ветрове, установява се това или онова налягане. Всичко това има пряко въздействие върху състоянието на човека, всички живи организми и растения.

Най-близкият слой, тропосферата, ни дава възможност да дишаме, насища целия живот с кислород и му позволява да живее. Дори малки отклонения в структурата и състава на атмосферата могат да имат най-пагубно въздействие върху всички живи същества.

Ето защо сега се провежда такава кампания срещу вредните емисии от автомобилите и производството, еколозите алармират за дебелината на озоновия слой, Зелената партия и други подобни се застъпват за максимално опазване на природата. Това е единственият начин да удължим нормалния живот на земята и да не го направим непоносим от гледна точка на климата.

> земна атмосфера

Описание Земна атмосфераза деца от всички възрасти: от какво се състои въздухът, наличието на газове, фотослоеве, климат и време на третата планета в Слънчевата система.

За най-малкитеВече е известно, че Земята е единствената планета в нашата система, която има жизнеспособна атмосфера. Газовото одеяло е не само богато на въздух, но и ни предпазва от прекомерна топлина и слънчева радиация. важно обясни на децатаче системата е невероятно добре проектирана, защото позволява на повърхността да се затопля през деня и да се охлажда през нощта, като същевременно поддържа приемлив баланс.

Да започна обяснение за децаВъзможно е от факта, че кълбото на земната атмосфера се простира на 480 км, но по-голямата част от него се намира на 16 км от повърхността. Колкото по-висока е надморската височина, толкова по-ниско е налягането. Ако вземем морското равнище, тогава там налягането е 1 кг на квадратен сантиметър. Но на надморска височина от 3 км ще се промени - 0,7 кг на квадратен сантиметър. Разбира се, при такива условия е по-трудно да се диша ( децаможете да го почувствате, ако някога сте ходили на поход в планината).

Съставът на земния въздух - обяснение за деца

Газовете включват:

• Азот - 78%.
• Кислород - 21%.
• Аргон - 0,93%.
• Въглероден диоксид - 0,038%.
• В малки количества има и водна пара и други газови примеси.

Атмосферни слоеве на Земята - обяснение за деца

родителиили учители в училищетрябва да се напомни, че земната атмосфера е разделена на 5 нива: екзосфера, термосфера, мезосфера, стратосфера и тропосфера. С всеки слой атмосферата се разтваря все повече и повече, докато накрая газовете се разпръснат в космоса.

Тропосферата е най-близо до повърхността. С дебелина от 7-20 km, той съставлява половината от земната атмосфера. Колкото по-близо до Земята, толкова повече се затопля въздухът. Тук се събират почти всички водни пари и прах. Децата може да не се изненадат, че именно на това ниво се носят облаците.

Стратосферата започва от тропосферата и се издига на 50 km над повърхността. Тук има много озон, който загрява атмосферата и предпазва от вредната слънчева радиация. Въздухът е 1000 пъти по-разреден от над морското равнище и необичайно сух. Ето защо самолетите се чувстват страхотно тук.

Мезосфера: 50 km до 85 km над повърхността. Върхът се нарича мезопауза и е най-хладното място в земната атмосфера (-90°C). Много е трудно да се изследва, защото реактивните самолети не могат да стигнат дотам, а орбиталната височина на сателитите е твърде висока. Учените знаят само, че тук горят метеорите.

Термосфера: 90 км и между 500-1000 км. Температурата достига 1500°C. Смята се за част от земната атмосфера, но е важна обясни на децатаче плътността на въздуха тук е толкова ниска, че по-голямата част от него вече се възприема като космическо пространство. Всъщност тук се намират космическите совалки и Международната космическа станция. Освен това тук се образуват полярни сияния. Заредените космически частици влизат в контакт с атомите и молекулите на термосферата, прехвърляйки ги на по-високо енергийно ниво. Поради това виждаме тези фотони от светлина под формата на полярни сияния.

Екзосферата е най-високият слой. Невероятно тънка линия на сливането на атмосферата с космоса. Състои се от широко разпръснати частици водород и хелий.

Климат и време на Земята - обяснение за деца

За най-малкитетрябва обясниче Земята успява да поддържа много живи видове благодарение на регионалния климат, който се характеризира с екстремен студ на полюсите и тропическа жега на екватора. децатрябва да знаете, че регионалният климат е времето, което в определен район остава непроменено в продължение на 30 години. Разбира се, понякога може да се промени за няколко часа, но в по-голямата си част остава стабилна.

Освен това се отличава и глобалният земен климат - средният на регионалния. Тя се е променяла през цялата човешка история. Днес има бързо затопляне. Учените бият тревога, тъй като парниковите газове, причинени от човека, улавят топлината в атмосферата, рискувайки да превърнат нашата планета във Венера.

АТМОСФЕРА
газова обвивка около небесното тяло. Характеристиките му зависят от размера, масата, температурата, скоростта на въртене и химичния състав на дадено небесно тяло, а също така се определят от историята на формирането му от момента на раждането му. Атмосферата на Земята се състои от смес от газове, наречена въздух. Основните му съставки са азот и кислород в съотношение приблизително 4:1. Човек се влияе главно от състоянието на долните 15-25 км от атмосферата, тъй като именно в този долен слой е концентрирана по-голямата част от въздуха. Науката, която изучава атмосферата, се нарича метеорология, въпреки че предмет на тази наука също е времето и неговото влияние върху хората. Състоянието на горните слоеве на атмосферата, разположени на височина от 60 до 300 и дори 1000 км от земната повърхност, също се променя. Тук се развиват силни ветрове, бури и се появяват невероятни електрически явления като полярните сияния. Много от тези явления са свързани с потоци от слънчева радиация, космическа радиация и магнитното поле на Земята. Високите слоеве на атмосферата също са химическа лаборатория, тъй като там при условия, близки до вакуума, някои атмосферни газове под въздействието на мощен поток от слънчева енергия влизат в химични реакции. Науката, която изучава тези взаимосвързани явления и процеси, се нарича физика на високите слоеве на атмосферата.
ОБЩА ХАРАКТЕРИСТИКА НА ЗЕМНАТА АТМОСФЕРА
Размери.Докато сондажните ракети и изкуствените спътници не изследваха външните слоеве на атмосферата на разстояния, няколко пъти по-големи от радиуса на Земята, се смяташе, че докато се отдалечавате от земната повърхност, атмосферата постепенно става по-разредена и плавно преминава в междупланетното пространство . Вече е установено, че енергийните потоци от дълбоките слоеве на Слънцето проникват в космическото пространство далеч отвъд земната орбита, чак до външните граници на Слънчевата система. Този т.нар. Слънчевият вятър обикаля магнитното поле на Земята, образувайки продълговата „кухина“, в която е концентрирана земната атмосфера. Магнитното поле на Земята е забележимо стеснено от дневната страна, обърната към Слънцето, и образува дълъг език, вероятно излизащ извън орбитата на Луната, от противоположната, нощна страна. Границата на магнитното поле на Земята се нарича магнитопауза. От дневна страна тази граница минава на разстояние от около седем радиуса на Земята от повърхността, но в периоди на повишена слънчева активност е още по-близо до повърхността на Земята. Магнитопаузата е същевременно границата на земната атмосфера, чиято външна обвивка се нарича още магнитосфера, тъй като съдържа заредени частици (йони), чието движение се дължи на земното магнитно поле. Общото тегло на атмосферните газове е приблизително 4,5*1015 тона.Така "теглото" на атмосферата на единица площ, или атмосферното налягане, е приблизително 11 тона/m2 на морското равнище.
Значение за живота.От горното следва, че Земята е отделена от междупланетното пространство с мощен защитен слой. Космосът е пронизан от мощна ултравиолетова и рентгенова радиация от Слънцето и още по-твърда космическа радиация, а тези видове радиация са пагубни за всички живи същества. Във външния край на атмосферата интензивността на радиацията е смъртоносна, но значителна част от нея се задържа от атмосферата далеч от повърхността на Земята. Поглъщането на тази радиация обяснява много свойства на високите слоеве на атмосферата и особено електрическите явления, които се случват там. Най-долният, повърхностен слой на атмосферата е особено важен за човек, който живее в точката на контакт на твърдите, течните и газообразните обвивки на Земята. Горната обвивка на "твърдата" Земя се нарича литосфера. Около 72% от повърхността на Земята е покрита от водите на океаните, които съставляват по-голямата част от хидросферата. Атмосферата граничи както с литосферата, така и с хидросферата. Човекът живее на дъното на въздушния океан и близо или над нивото на водния океан. Взаимодействието на тези океани е един от важните фактори, които определят състоянието на атмосферата.
Съединение.Долните слоеве на атмосферата се състоят от смес от газове (виж таблицата). В допълнение към изброените в таблицата във въздуха под формата на малки примеси присъстват и други газове: озон, метан, вещества като въглероден оксид (CO), азотни и серни оксиди, амоняк.

СЪСТАВ НА АТМОСФЕРАТА

Във високите слоеве на атмосферата съставът на въздуха се променя под въздействието на силна радиация от Слънцето, което води до разпадането на кислородните молекули на атоми. Атомарният кислород е основният компонент на високите слоеве на атмосферата. И накрая, в най-отдалечените слоеве на атмосферата от повърхността на Земята, най-леките газове, водород и хелий, стават основни компоненти. Тъй като по-голямата част от материята е концентрирана в долните 30 км, промените в състава на въздуха на височини над 100 км нямат забележим ефект върху общия състав на атмосферата.
Обмен на енергия.Слънцето е основният източник на енергия, идваща на Земята. Намирайки се на разстояние от прибл. На 150 милиона км от Слънцето Земята получава около една две милиарда от енергията, която излъчва, главно във видимата част на спектъра, която човекът нарича „светлина“. По-голямата част от тази енергия се абсорбира от атмосферата и литосферата. Земята също излъчва енергия, най-вече под формата на далечна инфрачервена радиация. Така се установява баланс между енергията, получена от Слънцето, нагряването на Земята и атмосферата и обратния поток на топлинна енергия, излъчена в космоса. Механизмът на този баланс е изключително сложен. Молекулите на прах и газ разпръскват светлина, частично я отразяват в световното пространство. Облаците отразяват дори повече от входящата радиация. Част от енергията се абсорбира директно от газовите молекули, но най-вече от скалите, растителността и повърхностните води. Водните пари и въглеродният диоксид, присъстващи в атмосферата, пропускат видимата радиация, но абсорбират инфрачервената радиация. Топлинната енергия се натрупва главно в ниските слоеве на атмосферата. Подобен ефект се получава в оранжерия, когато стъклото пропуска светлина и почвата се нагрява. Тъй като стъклото е относително непрозрачно за инфрачервено лъчение, топлината се натрупва в оранжерията. Нагряването на ниските слоеве на атмосферата поради наличието на водни пари и въглероден диоксид често се нарича парников ефект. Облачността играе важна роля за запазването на топлината в ниските слоеве на атмосферата. Ако облаците се разсеят или прозрачността на въздушните маси се увеличи, температурата неизбежно ще намалее, тъй като повърхността на Земята свободно излъчва топлинна енергия в околното пространство. Водата на повърхността на Земята абсорбира слънчевата енергия и се изпарява, превръщайки се в газ - водна пара, която пренася огромно количество енергия в ниските слоеве на атмосферата. Когато водната пара кондензира и образува облаци или мъгла, тази енергия се освобождава под формата на топлина. Около половината от слънчевата енергия, достигаща земната повърхност, се изразходва за изпаряване на водата и навлиза в ниските слоеве на атмосферата. Така, поради парниковия ефект и изпарението на водата, атмосферата се затопля отдолу. Това отчасти обяснява високата активност на неговата циркулация в сравнение с циркулацията на Световния океан, който се затопля само отгоре и следователно е много по-стабилен от атмосферата.
Вижте също МЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ. В допълнение към общото нагряване на атмосферата от слънчевата "светлина", значително нагряване на някои от нейните слоеве се получава поради ултравиолетово и рентгеново лъчение от Слънцето. Структура. В сравнение с течностите и твърдите вещества, при газообразните вещества силата на привличане между молекулите е минимална. Тъй като разстоянието между молекулите се увеличава, газовете могат да се разширяват за неопределено време, ако нищо не им попречи. Долната граница на атмосферата е повърхността на Земята. Строго погледнато, тази бариера е непроницаема, тъй като обменът на газ се извършва между въздух и вода и дори между въздух и скали, но в този случай тези фактори могат да бъдат пренебрегнати. Тъй като атмосферата е сферична обвивка, тя няма странични граници, а само долна граница и горна (външна) граница, отворени от страната на междупланетното пространство. През външната граница изтичат някои неутрални газове, както и потокът материя от околното космическо пространство. Повечето от заредените частици, с изключение на високоенергийните космически лъчи, се улавят от магнитосферата или се отблъскват от нея. Атмосферата също се влияе от силата на гравитацията, която задържа въздушната обвивка на повърхността на Земята. Атмосферните газове се компресират от собственото си тегло. Тази компресия е максимална на долната граница на атмосферата и следователно плътността на въздуха тук е най-висока. На всяка височина над земната повърхност степента на компресия на въздуха зависи от масата на въздушния стълб над него, така че плътността на въздуха намалява с височината. Налягането, равно на масата на надлежащия въздушен стълб на единица площ, е пряко свързано с плътността и следователно също намалява с височината. Ако атмосферата беше „идеален газ“ с постоянен състав, независим от височината, постоянна температура и постоянна сила на гравитацията, действаща върху нея, тогава налягането би намаляло с коефициент 10 за всеки 20 km надморска височина. Реалната атмосфера леко се различава от идеалния газ до около 100 км, а след това налягането намалява по-бавно с височината, тъй като съставът на въздуха се променя. Малки промени в описания модел се внасят и от намаляване на силата на гравитацията с отдалечаване от центъра на Земята, възлизащо на прибл. 3% за всеки 100 км надморска височина. За разлика от атмосферното налягане, температурата не намалява непрекъснато с надморската височина. Както е показано на фиг. 1, тя намалява до приблизително 10 km и след това започва да се покачва отново. Това се случва, когато кислородът абсорбира ултравиолетовото слънчево лъчение. В този случай се образува газ озон, чиито молекули се състоят от три кислородни атома (O3). Той също така поглъща ултравиолетова радиация и следователно този слой на атмосферата, наречен озоносфера, се нагрява. По-висока, температурата отново пада, тъй като има много по-малко газови молекули и поглъщането на енергия съответно намалява. В още по-високи слоеве температурата отново се повишава поради поглъщането на най-късата дължина на вълната ултравиолетово и рентгеново лъчение от Слънцето от атмосферата. Под въздействието на това мощно лъчение атмосферата се йонизира, т.е. Газовата молекула губи електрон и придобива положителен електрически заряд. Такива молекули се превръщат в положително заредени йони. Поради наличието на свободни електрони и йони, този слой на атмосферата придобива свойствата на електрически проводник. Смята се, че температурата продължава да се повишава до височини, където разредената атмосфера преминава в междупланетното пространство. На разстояние от няколко хиляди километра от повърхността на Земята вероятно преобладават температури от 5000 ° до 10 000 ° C. Въпреки че молекулите и атомите имат много високи скорости на движение и следователно висока температура, този разреден газ не е "горещ" в обичайния смисъл.. Поради оскъдния брой молекули на голяма надморска височина, тяхната обща топлинна енергия е много малка. По този начин атмосферата се състои от отделни слоеве (т.е. поредица от концентрични черупки или сфери), чийто избор зависи от това кое свойство е от най-голям интерес. Въз основа на разпределението на средната температура метеоролозите са разработили схема за структурата на идеална „средна атмосфера“ (виж фиг. 1).

Тропосфера - долният слой на атмосферата, простиращ се до първия топлинен минимум (т.нар. тропопауза). Горната граница на тропосферата зависи от географската ширина (в тропиците - 18-20 km, в умерените ширини - около 10 km) и времето на годината. Националната метеорологична служба на САЩ извърши сондиране близо до Южния полюс и разкри сезонни промени във височината на тропопаузата. През март тропопаузата е на надморска височина ок. 7,5 км. От март до август или септември има стабилно охлаждане на тропосферата и нейната граница се издига за кратък период през август или септември до височина от приблизително 11,5 km. След това от септември до декември спада бързо и достига най-ниската си позиция - 7,5 km, където остава до март, като се колебае в рамките на само 0,5 km. Именно в тропосферата се формира основно времето, което определя условията за съществуване на човека. Повечето от атмосферните водни пари са концентрирани в тропосферата и следователно облаците се образуват главно тук, въпреки че някои от тях, състоящи се от ледени кристали, се намират и в по-високите слоеве. Тропосферата се характеризира с турбулентност и мощни въздушни течения (ветрове) и бури. В горната тропосфера има силни въздушни течения със строго определена посока. Турбулентните водовъртежи, подобни на малки водовъртежи, се образуват под въздействието на триене и динамично взаимодействие между бавно и бързо движещи се въздушни маси. Тъй като обикновено няма облачна покривка в тези високи слоеве, тази турбуленция се нарича "турбуленция на чист въздух".
Стратосфера. Горният слой на атмосферата често се описва погрешно като слой с относително постоянни температури, където ветровете духат повече или по-малко стабилно и където метеорологичните елементи варират малко. Горните слоеве на стратосферата се нагряват, тъй като кислородът и озонът абсорбират слънчевата ултравиолетова радиация. Горната граница на стратосферата (стратопауза) се очертава там, където температурата леко се повишава, достигайки междинен максимум, който често е сравним с температурата на повърхностния въздушен слой. Въз основа на наблюдения, направени със самолети и балони, адаптирани да летят на постоянна височина, в стратосферата са установени турбулентни смущения и силни ветрове, духащи в различни посоки. Както и в тропосферата, се забелязват мощни въздушни вихри, които са особено опасни за високоскоростни самолети. Силни ветрове, наречени струйни потоци, духат в тесни зони по границите на умерените ширини, обърнати към полюсите. Тези зони обаче могат да се изместват, изчезват и да се появяват отново. Реактивните течения обикновено проникват през тропопаузата и се появяват в горната тропосфера, но скоростта им бързо намалява с намаляване на надморската височина. Възможно е част от енергията, постъпваща в стратосферата (главно изразходвана за образуването на озон), да повлияе на процесите в тропосферата. Особено активното смесване е свързано с атмосферните фронтове, където обширни потоци стратосферен въздух са регистрирани значително под тропопаузата, а тропосферният въздух е изтеглен в долните слоеве на стратосферата. Значителен напредък е постигнат в изследването на вертикалната структура на долните слоеве на атмосферата във връзка с усъвършенстването на техниката за изстрелване на радиозонди на височини 25-30 km. Мезосферата, разположена над стратосферата, е обвивка, в която до височина 80-85 km температурата пада до минимума за атмосферата като цяло. Рекордно ниски температури до -110°C бяха регистрирани от метеорологични ракети, изстреляни от американо-канадската инсталация във Форт Чърчил (Канада). Горната граница на мезосферата (мезопаузата) приблизително съвпада с долната граница на зоната на активно поглъщане на рентгеновите лъчи и най-късата дължина на вълната на ултравиолетовото лъчение на Слънцето, което е придружено от нагряване и йонизация на газа. В полярните региони през лятото в мезопаузата често се появяват облачни системи, които заемат голяма площ, но имат слабо вертикално развитие. Такива облаци, светещи през нощта, често правят възможно откриването на широкомащабни вълнообразни въздушни движения в мезосферата. Съставът на тези облаци, източниците на влага и кондензационните ядра, динамиката и връзката с метеорологичните фактори са все още недостатъчно проучени. Термосферата е слой от атмосферата, в който температурата непрекъснато се повишава. Мощността му може да достигне 600 км. Налягането и следователно плътността на газа непрекъснато намаляват с височината. В близост до земната повърхност 1 m3 въздух съдържа ок. 2.5x1025 молекули, на височина от прибл. 100 km, в долните слоеве на термосферата - приблизително 1019, на надморска височина 200 km, в йоносферата - 5 * 10 15 и, според изчисленията, на надморска височина от прибл. 850 км - приблизително 1012 молекули. В междупланетното пространство концентрацията на молекули е 10 8-10 9 на 1 m3. На височина ок. 100 км, броят на молекулите е малък и те рядко се сблъскват една с друга. Средното разстояние, изминато от произволно движеща се молекула, преди да се сблъска с друга подобна молекула, се нарича нейният среден свободен път. Слоят, в който тази стойност нараства толкова много, че вероятността от междумолекулни или междуатомни сблъсъци може да бъде пренебрегната, се намира на границата между термосферата и горната обвивка (екзосфера) и се нарича термична пауза. Термопаузата се намира на приблизително 650 км от земната повърхност. При определена температура скоростта на движение на молекулата зависи от нейната маса: по-леките молекули се движат по-бързо от по-тежките. В ниските слоеве на атмосферата, където свободният път е много къс, няма забележимо разделяне на газовете според молекулното им тегло, но то е изразено над 100 км. В допълнение, под въздействието на ултравиолетовото и рентгеновото лъчение на Слънцето, молекулите на кислорода се разпадат на атоми, чиято маса е половината от масата на молекулата. Следователно, докато се отдалечаваме от повърхността на Земята, атомният кислород става все по-важен в състава на атмосферата и на надморска височина от ок. 200 км става негов основен компонент. По-високо, на разстояние около 1200 км от повърхността на Земята, преобладават леките газове - хелий и водород. Те са външният слой на атмосферата. Това разделяне по тегло, наречено дифузно разделяне, наподобява разделянето на смеси с помощта на центрофуга. Екзосферата е външният слой на атмосферата, който е изолиран въз основа на промените в температурата и свойствата на неутралния газ. Молекулите и атомите в екзосферата се въртят около Земята в балистични орбити под въздействието на гравитацията. Някои от тези орбити са параболични и подобни на траекториите на снарядите. Молекулите могат да се въртят около Земята и в елиптични орбити, като сателити. Някои молекули, главно водород и хелий, имат отворени траектории и излизат в открития космос (фиг. 2).

СЛЪНЧЕВО-ЗЕМНИ ВРЪЗКИ И ТЯХНОТО ВЛИЯНИЕ ВЪРХУ АТМОСФЕРАТА
атмосферни приливи и отливи. Привличането на Слънцето и Луната предизвиква приливи и отливи в атмосферата, подобни на земните и морските. Но атмосферните приливи имат значителна разлика: атмосферата реагира най-силно на привличането на Слънцето, докато земната кора и океанът - на привличането на Луната. Това се обяснява с факта, че атмосферата се нагрява от Слънцето и в допълнение към гравитационния прилив възниква мощен термичен прилив. Като цяло механизмите на образуване на атмосферни и морски приливи са сходни, с изключение на това, че за да се предскаже реакцията на въздуха към гравитационни и топлинни ефекти, е необходимо да се вземе предвид неговата свиваемост и разпределение на температурата. Не е напълно ясно защо полудневните (12-часови) слънчеви приливи в атмосферата преобладават над дневните слънчеви и полудневните лунни приливи, въпреки че движещите сили на последните два процеса са много по-мощни. Преди това се смяташе, че в атмосферата възниква резонанс, който усилва именно трептенията с 12-часов период. Наблюденията, извършени с помощта на геофизични ракети обаче показват, че няма температурни причини за такъв резонанс. При решаването на този проблем вероятно трябва да се вземат предвид всички хидродинамични и топлинни характеристики на атмосферата. На земната повърхност близо до екватора, където влиянието на приливните колебания е максимално, то осигурява промяна на атмосферното налягане с 0,1%. Скоростта на приливните ветрове е прибл. 0,3 км/ч. Поради сложната термична структура на атмосферата (особено наличието на температурен минимум в мезопаузата) приливните въздушни течения се засилват и например на надморска височина 70 km скоростта им е около 160 пъти по-висока от тази на земята повърхност, което има важни геофизични последици. Смята се, че в долната част на йоносферата (слой E) приливните колебания движат йонизирания газ вертикално в магнитното поле на Земята и следователно тук възникват електрически токове. Тези постоянно възникващи системи от течения на повърхността на Земята се установяват от смущения на магнитното поле. Денонощните вариации на магнитното поле са в добро съответствие с изчислените стойности, което убедително свидетелства в полза на теорията за приливните механизми на "атмосферното динамо". Електрическите токове, възникващи в долната част на йоносферата (слой Е), трябва да се движат някъде и следователно веригата трябва да бъде затворена. Аналогията с динамото става пълна, ако разглеждаме насрещното движение като работа на двигателя. Предполага се, че обратната циркулация на електрическия ток се извършва в по-висок слой на йоносферата (F) и този насрещен поток може да обясни някои от особеностите на този слой. И накрая, приливният ефект трябва също да генерира хоризонтални течения в E слоя и, следователно, в F слоя.
йоносфера.Опитвайки се да обяснят механизма на възникване на полярните сияния, учените от 19 век. предположи, че в атмосферата има зона с електрически заредени частици. През 20 век експериментално са получени убедителни доказателства за съществуването на слой, отразяващ радиовълните на височини от 85 до 400 km. Сега е известно, че неговите електрически свойства са резултат от йонизация на атмосферния газ. Следователно този слой обикновено се нарича йоносфера. Въздействието върху радиовълните се дължи главно на наличието на свободни електрони в йоносферата, въпреки че механизмът на разпространение на радиовълните е свързан с наличието на големи йони. Последните представляват интерес и при изучаването на химичните свойства на атмосферата, тъй като са по-активни от неутралните атоми и молекули. Химичните реакции, протичащи в йоносферата, играят важна роля в нейния енергиен и електрически баланс.
нормална йоносфера.Наблюденията, извършени с помощта на геофизични ракети и сателити, дадоха много нова информация, която показва, че йонизацията на атмосферата се извършва под въздействието на широкоспектърна слънчева радиация. Основната му част (повече от 90%) е съсредоточена във видимата част на спектъра. Ултравиолетовото лъчение с по-къса дължина на вълната и повече енергия от виолетовите светлинни лъчи се излъчва от водорода на вътрешната част на слънчевата атмосфера (хромосферата), а рентгеновото лъчение, което има дори по-висока енергия, се излъчва от газовете на Слънцето външна обвивка (корона). Нормалното (средно) състояние на йоносферата се дължи на постоянна мощна радиация. В нормалната йоносфера настъпват закономерни промени под влияние на денонощното въртене на Земята и сезонните разлики в ъгъла на падане на слънчевите лъчи по обяд, но настъпват и непредвидими и резки промени в състоянието на йоносферата.
Смущения в йоносферата. Както е известно, на Слънцето възникват мощни циклично повтарящи се смущения, които достигат максимум на всеки 11 години. Наблюденията по програмата на Международната геофизична година (IGY) съвпаднаха с периода на най-висока слънчева активност за целия период на систематични метеорологични наблюдения, т.е. от началото на 18 век По време на периоди на висока активност някои области на Слънцето увеличават яркостта си няколко пъти и изпращат мощни импулси на ултравиолетово и рентгеново лъчение. Такива явления се наричат ​​слънчеви изригвания. Продължават от няколко минути до един или два часа. По време на изригване слънчевият газ (предимно протони и електрони) изригва и елементарните частици се втурват в космоса. Електромагнитното и корпускулярното излъчване на Слънцето в моментите на подобни изригвания оказва силно влияние върху земната атмосфера. Първоначалната реакция се наблюдава 8 минути след светкавицата, когато до Земята достигат интензивни ултравиолетови и рентгенови лъчи. В резултат на това рязко се увеличава йонизацията; рентгеновите лъчи проникват в атмосферата до долната граница на йоносферата; броят на електроните в тези слоеве нараства толкова много, че радиосигналите се поглъщат почти напълно („изгасват“). Допълнителното поглъщане на радиация причинява нагряване на газа, което допринася за развитието на ветрове. Йонизираният газ е електрически проводник и когато се движи в магнитното поле на Земята се появява динамо ефект и се генерира електрически ток. Такива токове могат от своя страна да причинят забележими смущения на магнитното поле и да се проявят под формата на магнитни бури. Тази начална фаза отнема само кратко време, съответстващо на продължителността на слънчевото изригване. По време на мощни изригвания на Слънцето поток от ускорени частици се втурва в космоса. Когато се насочи към Земята, започва втората фаза, която оказва голямо влияние върху състоянието на атмосферата. Много природни явления, сред които най-известни са полярните сияния, показват, че значителен брой заредени частици достигат до Земята (виж също ПОЛЯРНО СВЕТЛИНО). Въпреки това процесите на откъсване на тези частици от Слънцето, техните траектории в междупланетното пространство и механизмите на взаимодействие с магнитното поле на Земята и магнитосферата все още са недостатъчно проучени. Проблемът се усложнява след откриването през 1958 г. от Джеймс Ван Алън на обвивки, задържани от геомагнитното поле, състоящи се от заредени частици. Тези частици се движат от едно полукълбо в друго, въртящи се в спирали около линиите на магнитното поле. В близост до Земята, на височина, зависеща от формата на силовите линии и от енергията на частиците, има "точки на отражение", в които частиците променят посоката си на движение в обратна (фиг. 3). Тъй като силата на магнитното поле намалява с разстоянието от Земята, орбитите, по които се движат тези частици, са донякъде изкривени: електроните се отклоняват на изток, а протоните - на запад. Поради това те са разпространени под формата на колани по цялото земно кълбо.

Някои последствия от нагряването на атмосферата от Слънцето.Слънчевата енергия влияе на цялата атмосфера. Вече споменахме поясите, образувани от заредени частици в магнитното поле на Земята и въртящи се около нея. Тези пояси са най-близо до земната повърхност в околополярните региони (виж фиг. 3), където се наблюдават полярни сияния. Фигура 1 показва, че регионите на полярното сияние в Канада имат значително по-високи термосферни температури от тези в югозападната част на САЩ. Вероятно уловените частици предават част от енергията си на атмосферата, особено при сблъсък с газови молекули близо до точките на отражение, и напускат предишните си орбити. Така се нагряват високите слоеве на атмосферата в зоната на полярното сияние. Друго важно откритие беше направено при изучаване на орбитите на изкуствени спътници. Луиджи Якия, астроном от Смитсонианската астрофизична обсерватория, смята, че малките отклонения на тези орбити се дължат на промени в плътността на атмосферата, тъй като тя се нагрява от Слънцето. Той предположи наличието на максимална електронна плътност в йоносферата на надморска височина над 200 км, която не съответства на слънчевия пладне, но под въздействието на силите на триене изостава от него с около два часа. По това време стойностите на атмосферната плътност, характерни за надморска височина от 600 км, се наблюдават на ниво от ок. 950 км. В допълнение, максималната концентрация на електрони изпитва неравномерни колебания, дължащи се на краткотрайни проблясъци на ултравиолетово и рентгеново лъчение от Слънцето. Л. Яккиа също откри краткотрайни колебания в плътността на въздуха, съответстващи на слънчеви изригвания и смущения в магнитното поле. Тези явления се обясняват с навлизането на частици от слънчев произход в земната атмосфера и нагряването на онези слоеве, в които орбитират сателитите.
АТМОСФЕРНО ЕЛЕКТРИЧЕСТВО
В повърхностния слой на атмосферата малка част от молекулите претърпяват йонизация под въздействието на космически лъчи, радиация от радиоактивни скали и разпадни продукти на радий (главно радон) в самия въздух. В процеса на йонизация атомът губи електрон и придобива положителен заряд. Свободен електрон бързо се комбинира с друг атом, образувайки отрицателно зареден йон. Такива сдвоени положителни и отрицателни йони имат молекулни размери. Молекулите в атмосферата са склонни да се групират около тези йони. Няколко молекули, комбинирани с йон, образуват комплекс, обикновено наричан "лек йон". Атмосферата съдържа и комплекси от молекули, известни в метеорологията като кондензационни ядра, около които при насищане на въздуха с влага започва процесът на кондензация. Тези ядра са частици сол и прах, както и замърсители, изпускани във въздуха от промишлени и други източници. Леките йони често се прикрепят към такива ядра, за да образуват "тежки йони". Под въздействието на електрическо поле леките и тежките йони се преместват от една област на атмосферата в друга, пренасяйки електрически заряди. Въпреки че атмосферата обикновено не се счита за електропроводима среда, тя има малко количество проводимост. Следователно зареденото тяло, оставено във въздуха, бавно губи своя заряд. Атмосферната проводимост се увеличава с височината поради повишения интензитет на космическите лъчи, намалената загуба на йони при условия на по-ниско налягане (и следователно по-дълъг среден свободен път) и поради по-малкото тежки ядра. Проводимостта на атмосферата достига максималната си стойност на височина ок. 50 км, т.нар. "ниво на компенсация". Известно е, че между земната повърхност и „нивото на компенсация“ винаги има потенциална разлика от няколкостотин киловолта, т.е. постоянно електрическо поле. Оказа се, че потенциалната разлика между определена точка във въздуха на височина няколко метра и земната повърхност е много голяма – повече от 100 V. Атмосферата е с положителен заряд, а земната повърхност е с отрицателен заряд. Тъй като електрическото поле е област, във всяка точка от която има определена потенциална стойност, можем да говорим за потенциален градиент. При ясно време, в рамките на долните няколко метра, напрегнатостта на електрическото поле на атмосферата е почти постоянна. Поради разликите в електрическата проводимост на въздуха в повърхностния слой, градиентът на потенциала е обект на денонощни колебания, чийто курс варира значително от място на място. При липса на локални източници на замърсяване на въздуха - над океаните, високо в планините или в полярните райони - дневният ход на потенциалния градиент при ясно време е един и същ. Големината на градиента зависи от универсалното време или средното време по Гринуич (UT) и достига максимум в 19:00 E. Appleton предположи, че тази максимална електрическа проводимост вероятно съвпада с най-голямата гръмотевична буря в планетарен мащаб. Мълниеносните разряди по време на гръмотевични бури носят отрицателен заряд на земната повърхност, тъй като основите на най-активните купесто-дъждовни гръмотевични облаци имат значителен отрицателен заряд. Върховете на гръмотевичните облаци имат положителен заряд, който, според изчисленията на Холцер и Саксон, изтича от върховете им по време на гръмотевични бури. Без постоянно попълване зарядът на земната повърхност би бил неутрализиран от проводимостта на атмосферата. Предположението, че потенциалната разлика между земната повърхност и „нивото на компенсация“ се поддържа поради гръмотевични бури, се подкрепя от статистически данни. Например, максималният брой гръмотевични бури се наблюдава в долината на реката. Амазонки. Най-често там има гръмотевични бури в края на деня, т.е. ДОБРЕ. 19:00 ч. средно време по Гринуич, когато градиентът на потенциала е най-висок навсякъде по света. Освен това сезонните вариации във формата на кривите на денонощната вариация на потенциалния градиент също са в пълно съответствие с данните за глобалното разпределение на гръмотевичните бури. Някои изследователи твърдят, че източникът на електрическото поле на Земята може да има външен произход, тъй като се смята, че електрическите полета съществуват в йоносферата и магнитосферата. Това обстоятелство вероятно обяснява появата на много тесни удължени форми на сияния, подобни на кулисите и арките.
(виж също ПОЛЯРНО СВЕТЛИНЕ). Благодарение на потенциалния градиент и проводимостта на атмосферата между „нивото на компенсация“ и земната повърхност, заредените частици започват да се движат: положително заредените йони – към земната повърхност, а отрицателно заредените – нагоре от нея. Този ток е прибл. 1800 A. Въпреки че тази стойност изглежда голяма, трябва да се помни, че тя е разпределена по цялата повърхност на Земята. Силата на тока във въздушен стълб с основна площ от 1 m2 е само 4 * 10 -12 A. От друга страна, силата на тока по време на разряд на мълния може да достигне няколко ампера, въпреки че, разбира се, такъв разряд има кратка продължителност - от части от секундата до цяла секунда или малко повече с повтарящи се разряди. Мълнията представлява голям интерес не само като особен природен феномен. Той дава възможност да се наблюдава електрически разряд в газова среда при напрежение няколкостотин милиона волта и разстояние между електродите няколко километра. През 1750 г. Б. Франклин предлага на Кралското общество в Лондон да експериментират с железен прът, фиксиран върху изолираща основа и монтиран на висока кула. Той очакваше, че когато гръмотевичен облак се приближи до кулата, заряд с противоположен знак ще бъде концентриран в горния край на първоначално неутралния прът, а заряд със същия знак като в основата на облака ще бъде концентриран в долния край . Ако силата на електрическото поле по време на разряд на мълния се увеличи достатъчно, зарядът от горния край на пръта ще се оттече частично във въздуха и прътът ще придобие заряд със същия знак като основата на облака. Експериментът, предложен от Франклин, не е извършен в Англия, но е поставен през 1752 г. в Марли близо до Париж от френския физик Жан д'Аламбер.Той използва железен прът с дължина 12 m, поставен в стъклена бутилка (която служи за изолатор), но не го постави на кулата.На 10 май неговият асистент докладва, че когато гръмотевичен облак е над прът, се получават искри, когато до него се докара заземен проводник.Самият Франклин, без да знае за успешния опит, реализиран във Франция, през юни същата година провежда известния си експеримент с хвърчило и наблюдава електрически искри в края на тел, свързана с него. На следващата година, докато изучава зарядите, събрани от пръчка, Франклин установява, че основите на гръмотевичните облаци обикновено са отрицателно заредени .По-подробни изследвания на мълнията станаха възможни в края на 19 век поради подобренията във фотографските методи, особено след изобретяването на апарата с въртящи се лещи, което направи възможно фиксирането на бързо развиващи се процеси. Такава камера се използва широко при изследване на искрови разряди. Установено е, че има няколко вида мълнии, като най-често срещаните са линейни, плоски (вътре в облака) и кълбовидни (въздушни разряди). Линейната мълния е искров разряд между облак и земната повърхност, следващ канал с разклонения надолу. Плоската мълния възниква вътре в гръмотевичен облак и изглежда като проблясъци на разсеяна светлина. Въздушните разряди на кълбовидна мълния, започващи от гръмотевичен облак, често са насочени хоризонтално и не достигат земната повърхност.

Гръмотевичният разряд обикновено се състои от три или повече повтарящи се разряда - импулси, следващи един и същи път. Интервалите между последователните импулси са много кратки, от 1/100 до 1/10 s (това е причината за трептенето на светкавицата). Като цяло светкавицата продължава около секунда или по-малко. Типичен процес на развитие на мълния може да бъде описан по следния начин. Първо, слабо светещ разряден лидер се втурва отгоре към земната повърхност. Когато го достигне, ярко светещ обратен, или основен, разряд преминава от земята нагоре по канала, положен от водача. Разтоварващият водач по правило се движи зигзагообразно. Скоростта на разпространението му варира от сто до няколкостотин километра в секунда. По пътя си той йонизира молекулите на въздуха, създавайки канал с повишена проводимост, през който обратният разряд се движи нагоре със скорост около сто пъти по-голяма от тази на лидерния разряд. Трудно е да се определи размерът на канала, но диаметърът на водещия заустване се оценява на 1–10 m, а този на обратния заустване - няколко сантиметра. Гръмотевичните разряди създават радиосмущения, като излъчват радиовълни в широк диапазон - от 30 kHz до свръхниски честоти. Най-голямото излъчване на радиовълните вероятно е в диапазона от 5 до 10 kHz. Такива нискочестотни радиосмущения са "концентрирани" в пространството между долната граница на йоносферата и земната повърхност и са способни да се разпространяват на разстояния от хиляди километри от източника.
ПРОМЕНИ В АТМОСФЕРАТА
Въздействие на метеори и метеорити.Въпреки че понякога метеорните дъждове правят дълбоко впечатление със своите светлинни ефекти, отделни метеори рядко се виждат. Много по-многобройни са невидимите метеори, твърде малки, за да се видят в момента, в който са погълнати от атмосферата. Някои от най-малките метеори вероятно изобщо не се нагряват, а само се улавят от атмосферата. Тези малки частици с размери от няколко милиметра до десет хилядна от милиметъра се наричат ​​микрометеорити. Количеството метеоритна материя, навлизаща в атмосферата всеки ден, е от 100 до 10 000 тона, като по-голямата част от тази материя са микрометеорити. Тъй като метеоритната материя частично изгаря в атмосферата, нейният газов състав се попълва със следи от различни химични елементи. Например каменните метеори внасят литий в атмосферата. Изгарянето на метални метеори води до образуването на малки сферични железни, желязо-никелови и други капчици, които преминават през атмосферата и се отлагат на земната повърхност. Те могат да бъдат намерени в Гренландия и Антарктика, където ледените покривки остават почти непроменени в продължение на години. Океанолозите ги намират в дънни океански седименти. Повечето от метеорните частици, влизащи в атмосферата, се отлагат в рамките на приблизително 30 дни. Някои учени смятат, че този космически прах играе важна роля при образуването на атмосферни явления като дъжд, тъй като служи като ядро ​​на кондензация на водна пара. Следователно се приема, че валежите са статистически свързани с големи метеорни потоци. Въпреки това, някои експерти смятат, че тъй като общият внос на метеоритна материя е много десетки пъти по-голям, отколкото дори при най-големия метеорен поток, промяната в общото количество на този материал, която настъпва в резултат на един такъв дъжд, може да бъде пренебрегната. Въпреки това, няма съмнение, че най-големите микрометеорити и, разбира се, видимите метеорити оставят дълги следи от йонизация във високите слоеве на атмосферата, главно в йоносферата. Такива следи могат да се използват за радиокомуникации на дълги разстояния, тъй като отразяват високочестотни радиовълни. Енергията на метеорите, влизащи в атмосферата, се изразходва главно, а може би и изцяло, за нейното нагряване. Това е един от второстепенните компоненти на топлинния баланс на атмосферата.
Въглероден диоксид от промишлен произход.През карбоновия период дървесната растителност е била широко разпространена на Земята. По-голямата част от въглеродния диоксид, абсорбиран от растенията по това време, се натрупва в находищата на въглища и в нефтените находища. Хората са се научили да използват огромните запаси от тези минерали като източник на енергия и сега бързо връщат въглеродния диоксид в циркулацията на веществата. Фосилът вероятно е ок. 4*10 13 тона карбон. През миналия век човечеството е изгорило толкова много изкопаеми горива, че приблизително 4 * 10 11 тона въглерод отново са навлезли в атмосферата. В момента има ок. 2 * 10 12 тона въглерод и през следващите сто години тази цифра може да се удвои поради изгарянето на изкопаеми горива. Въпреки това, не целият въглерод ще остане в атмосферата: част от него ще се разтвори във водите на океана, част ще бъде погълната от растенията, а друга част ще бъде свързана в процеса на изветряне на скалите. Все още не е възможно да се предвиди колко въглероден диоксид ще има в атмосферата или какъв ефект ще има върху климата в света. Въпреки това се смята, че всяко увеличаване на съдържанието му ще доведе до затопляне, въпреки че изобщо не е необходимо всяко затопляне да повлияе значително на климата. Концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата, според резултатите от измерванията, забележимо нараства, макар и с бавни темпове. Климатичните данни за станцията Свалбард и Малката Америка на шелфовия лед Рос в Антарктика показват увеличение на средните годишни температури за период от приблизително 50 години съответно с 5° и 2,5°C.
Въздействието на космическата радиация.Когато високоенергийните космически лъчи взаимодействат с отделни компоненти на атмосферата, се образуват радиоактивни изотопи. Сред тях се откроява въглеродният изотоп 14C, който се натрупва в растителни и животински тъкани. Чрез измерване на радиоактивността на органични вещества, които дълго време не са обменяли въглерод с околната среда, може да се определи тяхната възраст. Радиовъглеродният метод се утвърди като най-надеждният метод за датиране на изкопаеми организми и обекти на материалната култура, чиято възраст не надвишава 50 хиляди години. Други радиоактивни изотопи с дълъг период на полуразпад могат да се използват за датиране на материали, които са на стотици хиляди години, ако основният проблем с измерването на изключително ниски нива на радиоактивност бъде решен.
(вижте също РАДИОВЪГЛЕРОДНО ДАТИРАНЕ).
ПРОИЗХОД НА ЗЕМНАТА АТМОСФЕРА
Историята на образуването на атмосферата все още не е възстановена абсолютно надеждно. Въпреки това са идентифицирани някои вероятни промени в неговия състав. Образуването на атмосферата започва веднага след образуването на Земята. Има доста основателни причини да се смята, че в процеса на еволюцията на Пра-Земята и придобиването на близки до съвременните размери и маса, тя почти напълно е загубила първоначалната си атмосфера. Смята се, че на ранен етап Земята е била в разтопено състояние и ок. Преди 4,5 милиарда години се оформя в твърдо тяло. Този крайъгълен камък се приема за начало на геоложката хронология. Оттогава е имало бавна еволюция на атмосферата. Някои геоложки процеси, като изригвания на лава по време на вулканични изригвания, бяха придружени от отделяне на газове от недрата на Земята. Те вероятно включват азот, амоняк, метан, водна пара, въглероден оксид и въглероден диоксид. Под въздействието на слънчевата ултравиолетова радиация водните пари се разлагат на водород и кислород, но освободеният кислород реагира с въглероден оксид, за да образува въглероден диоксид. Амонякът се разлага на азот и водород. Водородът в процеса на дифузия се издига нагоре и напуска атмосферата, докато по-тежкият азот не може да избяга и постепенно се натрупва, превръщайки се в негов основен компонент, въпреки че част от него се свързва по време на химични реакции. Под въздействието на ултравиолетовите лъчи и електрическите разряди смес от газове, вероятно присъстващи в първоначалната атмосфера на Земята, влизат в химични реакции, в резултат на които се образуват органични вещества, по-специално аминокиселини. Следователно животът може да възникне в атмосфера, коренно различна от съвременната. С появата на примитивните растения започва процесът на фотосинтеза (виж също ФОТОСИНТЕЗА), придружен от освобождаване на свободен кислород. Този газ, особено след дифузия в горните слоеве на атмосферата, започна да защитава долните й слоеве и земната повърхност от животозастрашаващо ултравиолетово и рентгеново лъчение. Изчислено е, че наличието на едва 0,00004 от днешния обем кислород може да доведе до образуването на слой с половината от настоящата концентрация на озон, който въпреки това осигурява много значителна защита от ултравиолетовите лъчи. Също така е вероятно първичната атмосфера да е съдържала много въглероден диоксид. Консумира се по време на фотосинтезата и концентрацията му трябва да е намаляла с развитието на растителния свят, а също и поради усвояването по време на някои геоложки процеси. Тъй като парниковият ефект се свързва с наличието на въглероден диоксид в атмосферата, някои учени смятат, че колебанията в концентрацията му са една от важните причини за мащабни климатични промени в историята на Земята, като ледникови периоди. Хелият, присъстващ в съвременната атмосфера, вероятно е най-вече продукт на радиоактивното разпадане на уран, торий и радий. Тези радиоактивни елементи излъчват алфа частици, които са ядрата на хелиевите атоми. Тъй като по време на радиоактивния разпад не се създава или унищожава електрически заряд, има два електрона за всяка алфа частица. В резултат на това той се комбинира с тях, образувайки неутрални хелиеви атоми. Радиоактивните елементи се съдържат в минерали, разпръснати в дебелината на скалите, така че значителна част от образувания в резултат на радиоактивния разпад хелий се съхранява в тях, като се изпарява много бавно в атмосферата. Известно количество хелий се издига нагоре в екзосферата поради дифузия, но поради постоянния приток от земната повърхност обемът на този газ в атмосферата остава непроменен. Въз основа на спектралния анализ на звездната светлина и изследването на метеоритите е възможно да се оцени относителното изобилие на различни химични елементи във Вселената. Концентрацията на неон в космоса е около десет милиарда пъти по-висока от тази на Земята, на криптон - десет милиона пъти, а на ксенон - милион пъти. От това следва, че концентрацията на тези инертни газове, които първоначално са присъствали в земната атмосфера и не са били възстановени в хода на химичните реакции, значително е намаляла, вероятно дори на етапа, когато Земята е загубила своята първична атмосфера. Изключение прави инертният газ аргон, тъй като той все още се образува под формата на изотопа 40Ar в процеса на радиоактивно разпадане на изотопа на калия.
ОПТИЧНИ ФЕНОМЕНИ
Разнообразието от оптични явления в атмосферата се дължи на различни причини. Най-честите явления включват мълния (вижте по-горе) и много живописните полярно сияние и полярно сияние (вижте също ПОЛЯРНО СВЕТЛИНЕ). Освен това особен интерес представляват дъгата, галът, пархелионът (фалшиво слънце) и арките, короната, ореолите и призраците на Брокен, миражите, огньовете на Свети Елмо, светещите облаци, зелените и здрачните лъчи. Дъгата е най-красивото атмосферно явление. Обикновено това е огромна арка, състояща се от многоцветни ивици, наблюдавана, когато Слънцето осветява само част от небето, а въздухът е наситен с водни капки, например по време на дъжд. Многоцветните дъги са подредени в спектърна последователност (червено, оранжево, жълто, зелено, циан, индиго, виолетово), но цветовете почти никога не са чисти, защото лентите се припокриват. По правило физическите характеристики на дъгите се различават значително и следователно те са много разнообразни на външен вид. Тяхната обща черта е, че центърът на дъгата винаги е разположен на права линия, прекарана от Слънцето към наблюдателя. Основната дъга е дъга, състояща се от най-ярките цветове - червено отвън и лилаво отвътре. Понякога се вижда само една дъга, но често се появява второстепенна от външната страна на основната дъга. Той няма толкова ярки цветове като първия, а червените и лилавите ивици в него сменят местата си: червеното е разположено отвътре. Образуването на основната дъга се обяснява с двойно пречупване (виж също ОПТИКА) и единично вътрешно отражение на слънчевите лъчи (виж фиг. 5). Прониквайки вътре в капка вода (А), светлинният лъч се пречупва и разлага, както при преминаване през призма. След това достига противоположната повърхност на капката (B), отразява се от нея и излиза от капката навън (C). В този случай светлинният лъч, преди да стигне до наблюдателя, се пречупва втори път. Първоначалният бял лъч се разлага на лъчи с различни цветове с ъгъл на отклонение 2°. При образуването на вторична дъга се получава двойно пречупване и двойно отражение на слънчевите лъчи (виж фиг. 6). В този случай светлината се пречупва, прониквайки вътре в капката през долната й част (А) и се отразява от вътрешната повърхност на капката първо в точка B, след това в точка C. В точка D светлината се пречупва, оставяйки капката към наблюдателя.

При изгрев и залез наблюдателят вижда дъгата под формата на дъга, равна на половин кръг, тъй като оста на дъгата е успоредна на хоризонта. Ако Слънцето е по-високо над хоризонта, дъгата на дъгата е по-малка от половин кръг. Когато Слънцето се издигне над 42° над хоризонта, дъгата изчезва. Навсякъде, освен на високи географски ширини, дъгата не може да се появи по обяд, когато слънцето е твърде високо. Интересно е да се оцени разстоянието до дъгата. Въпреки че изглежда, че многоцветната дъга е разположена в същата равнина, това е илюзия. Всъщност дъгата има голяма дълбочина и може да се представи като повърхност на кух конус, на върха на който е наблюдателят. Оста на конуса свързва Слънцето, наблюдателя и центъра на дъгата. Наблюдателят гледа така да се каже по повърхността на този конус. Двама души никога не могат да видят една и съща дъга. Разбира се, като цяло може да се наблюдава същият ефект, но двете дъги са в различни позиции и се образуват от различни водни капки. Когато дъждът или мъглата образуват дъга, пълният оптичен ефект се постига чрез комбинирания ефект на всички водни капчици, пресичащи повърхността на конуса на дъгата с наблюдателя на върха. Ролята на всяка капка е мимолетна. Повърхността на дъговия конус се състои от няколко слоя. Бързо пресичайки ги и преминавайки през редица критични точки, всяка капка мигновено разлага слънчевия лъч на целия спектър в строго определена последователност – от червено до лилаво. Много капки пресичат повърхността на конуса по същия начин, така че дъгата изглежда на наблюдателя като непрекъсната както по протежение на дъгата, така и напречно. Ореол - бели или преливащи се светлинни дъги и кръгове около диска на Слънцето или Луната. Те възникват поради пречупването или отразяването на светлината от ледени или снежни кристали в атмосферата. Кристалите, които образуват ореола, са разположени на повърхността на въображаем конус, чиято ос е насочена от наблюдателя (от върха на конуса) към Слънцето. При определени условия атмосферата е наситена с малки кристали, много от чиито лица образуват прав ъгъл с равнината, минаваща през Слънцето, наблюдателя и тези кристали. Такива фасети отразяват входящите светлинни лъчи с отклонение от 22 °, образувайки ореол, който е червеникав отвътре, но може да се състои и от всички цветове на спектъра. По-рядко се среща ореол с ъглов радиус 46°, разположен концентрично около 22-градусов ореол. Вътрешната му страна също има червеникав оттенък. Причината за това е и пречупването на светлината, което се случва в този случай върху кристалните повърхности, които образуват прави ъгли. Ширината на пръстена на такъв ореол надвишава 2,5°. Както 46-градусовите, така и 22-градусовите ореоли обикновено са най-ярки в горната и долната част на пръстена. Редкият 90-градусов ореол е слабо светещ, почти безцветен пръстен, който има общ център с другите два ореола. Ако е цветен, има червен цвят от външната страна на пръстена. Механизмът на появата на този тип хало не е напълно изяснен (фиг. 7).

Пархелии и арки. Пархеличен кръг (или кръг от фалшиви слънца) - бял пръстен с център в зенитната точка, минаващ през Слънцето успоредно на хоризонта. Причината за образуването му е отразяването на слънчевата светлина от краищата на повърхностите на ледените кристали. Ако кристалите са достатъчно равномерно разпределени във въздуха, става видим пълен кръг. Пархелиите или фалшивите слънца са ярко светещи петна, наподобяващи Слънцето, които се образуват в точките на пресичане на пархеличния кръг с ореола, имащи ъглови радиуси от 22°, 46° и 90°. Най-често образуваният и най-ярък пархелион се образува в пресечната точка с 22-градусов ореол, обикновено оцветен в почти всички цветове на дъгата. Много по-рядко се наблюдават фалшиви слънца в пресечните точки с 46- и 90-градусови ореоли. Пархелиите, които се срещат при пресичане с 90-градусови ореоли, се наричат ​​парантелии или фалшиви противослънца. Понякога се вижда и антелиум (контра-слънце) - светло петно, разположено върху пръстена на пархелиона точно срещу Слънцето. Предполага се, че причината за това явление е двойното вътрешно отражение на слънчевата светлина. Отразеният лъч следва същия път като падащия лъч, но в обратна посока. Циркумзениталната дъга, понякога неправилно наричана горна допирателна дъга на 46-градусовия ореол, е дъга от 90° или по-малко, центрирана в зенитната точка и приблизително 46° над Слънцето. Вижда се рядко и само за няколко минути, има ярки цветове, като червеният цвят е ограничен до външната страна на дъгата. Циркумзениталната дъга се отличава със своето оцветяване, яркост и ясни очертания. Друг любопитен и много рядък оптичен ефект от типа хало е дъгата на Ловиц. Те възникват като продължение на пархелиите в пресечната точка с 22-градусовия ореол, преминават от външната страна на ореола и са леко вдлъбнати към Слънцето. Стълбове от белезникава светлина, както и различни кръстове, понякога се виждат призори или здрач, особено в полярните региони, и могат да придружават както Слънцето, така и Луната. Понякога се наблюдават лунни ореоли и други ефекти, подобни на описаните по-горе, като най-често срещаният лунен ореол (пръстен около Луната) има ъглов радиус от 22°. Подобно на фалшивите слънца, фалшивите луни могат да възникнат. Короните или короните са малки концентрични цветни пръстени около Слънцето, Луната или други ярки обекти, които се наблюдават от време на време, когато източникът на светлина е зад полупрозрачни облаци. Радиусът на короната е по-малък от радиуса на ореола и е приблизително. 1-5°, синият или виолетовият пръстен е най-близо до Слънцето. Корона се образува, когато светлината се разпръсне от малки водни капчици вода, които образуват облак. Понякога короната изглежда като светещо петно ​​(или ореол), заобикалящо Слънцето (или Луната), което завършва с червеникав пръстен. В други случаи извън ореола се виждат поне два концентрични пръстена с по-голям диаметър, много слабо оцветени. Това явление е придружено от преливащи се облаци. Понякога краищата на много високи облаци са боядисани в ярки цветове.
Глория (ореоли).При специални условия възникват необичайни атмосферни явления. Ако Слънцето е зад наблюдателя и сянката му се проектира върху близки облаци или завеса от мъгла, при определено състояние на атмосферата около сянката на главата на човек можете да видите цветен светещ кръг - ореол. Обикновено такъв ореол се образува поради отразяването на светлината от капки роса върху тревна морава. Глориите също са доста често срещани около сянката, която самолетът хвърля върху долните облаци.
Призраците на Брокен.В някои райони на земното кълбо, когато сянката на наблюдател на хълм, при изгрев или залез слънце, падне зад него върху облаци, разположени на кратко разстояние, се разкрива поразителен ефект: сянката придобива колосални размери. Това се дължи на отразяването и пречупването на светлината от най-малките водни капчици в мъглата. Описаният феномен е наречен "призракът на Брокен" по името на върха в планината Харц в Германия.
миражи- оптичен ефект, дължащ се на пречупване на светлината при преминаване през слоеве въздух с различна плътност и се изразява в появата на виртуално изображение. В този случай отдалечените обекти могат да се окажат повдигнати или спуснати спрямо действителното си положение, а също така могат да бъдат изкривени и да придобият неправилни, фантастични форми. Миражите често се наблюдават в горещ климат, като например над пясъчни равнини. Долните миражи са често срещани, когато далечната, почти плоска повърхност на пустинята придобива вид на открита вода, особено когато се гледа от леко възвишение или просто над слой нагрят въздух. Подобна илюзия обикновено се случва на нагрят павиран път, който изглежда като водна повърхност далеч напред. В действителност тази повърхност е отражение на небето. Под нивото на очите в тази „вода“ могат да се появят предмети, обикновено обърнати с главата надолу. Над нагрятата земна повърхност се образува "въздушна бутерка", а най-близкият до земята слой е най-нагрят и толкова разреден, че светлинните вълни, преминаващи през него, се изкривяват, тъй като скоростта им на разпространение варира в зависимост от плътността на средата. Висшите миражи са по-рядко срещани и по-живописни от долните миражи. Отдалечени обекти (често под морския хоризонт) се появяват с главата надолу в небето, а понякога директно изображение на същия обект се появява и отгоре. Това явление е характерно за студените райони, особено когато има значителна температурна инверсия, когато по-топъл слой въздух е над по-студения слой. Този оптичен ефект се проявява в резултат на сложни модели на разпространение на фронта на светлинните вълни във въздушни слоеве с неравномерна плътност. Много необичайни миражи се случват от време на време, особено в полярните региони. Когато миражите се появят на сушата, дърветата и другите компоненти на ландшафта са с главата надолу. Във всички случаи обектите в горните миражи са по-ясно видими, отколкото в долните. Когато границата на две въздушни маси е вертикална равнина, понякога се наблюдават странични миражи.
Огънят на Свети Елмо.Някои оптични явления в атмосферата (например сиянието и най-разпространеното метеорологично явление - мълния) имат електричен характер. Много по-рядко се срещат огньовете на Свети Елмо - светещи бледосини или лилави четки с дължина от 30 cm до 1 m или повече, обикновено на върховете на мачтите или краищата на дворовете на корабите в морето. Понякога изглежда, че целият такелаж на кораба е покрит с фосфор и свети. Огньовете на Елмо понякога се появяват на планински върхове, както и на шпилове и остри ъгли на високи сгради. Това явление представлява четкови електрически разряди в краищата на електрическите проводници, когато напрегнатостта на електрическото поле е силно увеличена в атмосферата около тях. Will-o'-the-wisps са бледо синкаво или зеленикаво сияние, което понякога се вижда в блата, гробища и крипти. Те често се появяват като тихо горящ, незагряващ се пламък на свещ, издигнат на около 30 см над земята, надвиснал над обекта за момент. Светлината изглежда напълно неуловима и с приближаването на наблюдателя сякаш се премества на друго място. Причината за това явление е разлагането на органични остатъци и спонтанното запалване на блатен газ метан (CH4) или фосфин (PH3). Блуждаещите светлини имат различна форма, понякога дори сферична. Зелен лъч - проблясък на изумрудено зелена слънчева светлина в момента, когато последният слънчев лъч изчезва под хоризонта. Червеният компонент на слънчевата светлина изчезва първи, всички останали следват по ред, а изумруденото зелено остава последно. Това явление възниква само когато само самият ръб на слънчевия диск остава над хоризонта, в противен случай има смесване на цветовете. Крепускулните лъчи са разминаващи се лъчи слънчева светлина, които стават видими, когато осветяват праха във високите слоеве на атмосферата. Сенките от облаците образуват тъмни ивици, а между тях се разпространяват лъчи. Този ефект възниква, когато слънцето е ниско на хоризонта преди зазоряване или след залез.