Không khí trong khí quyển bao gồm nitơ (77,99%), oxy (21%), khí trơ (1%) và carbon dioxide (0,01%). Tỷ lệ carbon dioxide tăng theo thời gian do các sản phẩm đốt cháy nhiên liệu được thải vào khí quyển, bên cạnh đó, diện tích rừng hấp thụ carbon dioxide và giải phóng oxy giảm.

Bầu khí quyển cũng chứa một lượng nhỏ ôzôn, tập trung ở độ cao khoảng 25-30 km và tạo thành cái gọi là tầng ôzôn. Lớp này tạo ra một rào cản đối với bức xạ tia cực tím mặt trời, gây nguy hiểm cho các sinh vật sống trên Trái đất.

Ngoài ra, bầu khí quyển chứa hơi nước và các tạp chất khác nhau - các hạt bụi, tro núi lửa, bồ hóng, v.v. Nồng độ tạp chất cao hơn ở gần bề mặt trái đất và ở một số khu vực nhất định: trên các thành phố lớn, sa mạc.

tầng đối lưu- thấp hơn, nó chứa hầu hết không khí và. Độ cao của tầng này không giống nhau: từ 8-10 km gần chí tuyến đến 16-18 km gần xích đạo. trong tầng đối lưu, nó giảm theo độ cao: 6°C trên mỗi km. Thời tiết được hình thành ở tầng đối lưu, gió, lượng mưa, mây, lốc xoáy và áp thấp được hình thành.

Tầng khí quyển tiếp theo là tầng bình lưu. Không khí trong đó loãng hơn nhiều, ít hơi nước hơn. Nhiệt độ ở phần dưới của tầng bình lưu là -60 - -80°C và giảm khi tăng độ cao. Tầng ozon nằm ở tầng bình lưu. Tầng bình lưu được đặc trưng bởi tốc độ gió cao (lên tới 80-100 m/s).

tầng trung lưu- lớp giữa của khí quyển nằm phía trên tầng bình lưu ở độ cao từ 50 đến S0-S5 km. Tầng trung lưu được đặc trưng bởi sự giảm nhiệt độ trung bình theo chiều cao từ 0°C ở ranh giới dưới đến -90°C ở ranh giới trên. Gần ranh giới trên của tầng trung lưu, người ta quan sát thấy các đám mây dạ quang, được chiếu sáng bởi mặt trời vào ban đêm. Áp suất không khí ở ranh giới trên của tầng trung lưu thấp hơn 200 lần so với ở bề mặt trái đất.

tầng nhiệt- nằm phía trên tầng trung lưu, ở độ cao từ SO đến 400-500 km, trong đó nhiệt độ lúc đầu tăng chậm, sau đó nhanh chóng bắt đầu tăng trở lại. Lý do là sự hấp thụ bức xạ cực tím từ Mặt trời ở độ cao 150-300 km. Ở tầng đối lưu, nhiệt độ tăng liên tục lên đến độ cao khoảng 400 km, có nơi đạt tới 700-1500°C (tùy thuộc vào hoạt động của mặt trời). Dưới tác động của tia cực tím, tia X và bức xạ vũ trụ, quá trình ion hóa không khí cũng xảy ra (“đèn cực”). Các khu vực chính của tầng điện ly nằm trong tầng nhiệt.

ngoại quyển- lớp bên ngoài, hiếm nhất của khí quyển, nó bắt đầu ở độ cao 450-000 km và ranh giới trên của nó nằm ở khoảng cách vài nghìn km so với bề mặt trái đất, nơi nồng độ các hạt trở nên giống như trong liên hành tinh không gian. Tầng ngoài bao gồm khí ion hóa (plasma); phần dưới và giữa của tầng ngoài chủ yếu bao gồm oxy và nitơ; với sự gia tăng độ cao, nồng độ tương đối của các loại khí nhẹ, đặc biệt là hydro bị ion hóa, tăng lên nhanh chóng. Nhiệt độ ở tầng ngoài là 1300-3000°C; nó phát triển chậm theo chiều cao. Tầng ngoài chứa các vành đai bức xạ của Trái đất.

Độ dày của khí quyển cách bề mặt Trái đất khoảng 120 km. Tổng khối lượng không khí trong khí quyển là (5,1-5,3) 10 18 kg. Trong đó, khối lượng không khí khô là 5,1352 ± 0,0003 10 18 kg, tổng khối lượng hơi nước trung bình là 1,27 10 16 kg.

đương nhiệt đới

Tầng chuyển tiếp từ tầng đối lưu sang tầng bình lưu, tầng khí quyển trong đó sự giảm nhiệt độ theo chiều cao dừng lại.

tầng bình lưu

Lớp khí quyển nằm ở độ cao từ 11 đến 50 km. Một sự thay đổi nhỏ về nhiệt độ ở lớp 11-25 km (tầng dưới của tầng bình lưu) và sự gia tăng của nó ở lớp 25-40 km từ −56,5 đến 0,8 ° (tầng bình lưu trên hoặc vùng đảo ngược) là điển hình. Đã đạt đến giá trị khoảng 273 K (gần 0 °C) ở độ cao khoảng 40 km, nhiệt độ không đổi cho đến độ cao khoảng 55 km. Vùng có nhiệt độ không đổi này được gọi là tầng bình lưu và là ranh giới giữa tầng bình lưu và tầng trung lưu.

tạm dừng

Lớp ranh giới của khí quyển giữa tầng bình lưu và tầng trung lưu. Có một cực đại trong phân bố nhiệt độ thẳng đứng (khoảng 0 °C).

tầng trung lưu

khí quyển của Trái đất

ranh giới bầu khí quyển của trái đất

tầng nhiệt

Giới hạn trên là khoảng 800 km. Nhiệt độ tăng lên độ cao 200-300 km, trong đó nó đạt đến các giá trị ở mức 1500 K, sau đó nó gần như không đổi cho đến độ cao lớn. Dưới tác động của bức xạ mặt trời cực tím và tia X và bức xạ vũ trụ, không khí bị ion hóa ("đèn cực") - các vùng chính của tầng điện ly nằm bên trong tầng nhiệt. Ở độ cao trên 300 km, oxy nguyên tử chiếm ưu thế. Giới hạn trên của tầng nhiệt điện chủ yếu được xác định bởi hoạt động hiện tại của Mặt trời. Trong thời kỳ hoạt động thấp - ví dụ, trong năm 2008-2009 - kích thước của lớp này giảm đáng kể.

tạm dừng nhiệt

Vùng khí quyển phía trên tầng đối lưu. Ở vùng này, sự hấp thụ bức xạ mặt trời không đáng kể và nhiệt độ thực tế không thay đổi theo độ cao.

Ngoại quyển (quả cầu tán xạ)

Lên đến độ cao 100 km, bầu khí quyển là một hỗn hợp khí đồng nhất, được trộn đều. Ở các lớp cao hơn, sự phân bố của các chất khí theo chiều cao phụ thuộc vào khối lượng phân tử của chúng, nồng độ của các chất khí nặng hơn giảm nhanh hơn theo khoảng cách từ bề mặt Trái đất. Do mật độ khí giảm, nhiệt độ giảm từ 0 °C ở tầng bình lưu xuống −110 °C ở tầng trung lưu. Tuy nhiên, động năng của từng hạt riêng lẻ ở độ cao 200–250 km tương ứng với nhiệt độ ~150 °C. Trên 200 km, những biến động đáng kể về nhiệt độ và mật độ khí được quan sát thấy trong thời gian và không gian.

Ở độ cao khoảng 2000-3500 km, tầng ngoài dần dần đi vào cái gọi là gần chân không vũ trụ, chứa đầy các hạt khí liên hành tinh rất hiếm, chủ yếu là các nguyên tử hydro. Nhưng khí này chỉ là một phần của vật chất liên hành tinh. Phần còn lại bao gồm các hạt giống như bụi có nguồn gốc sao chổi và thiên thạch. Ngoài các hạt giống như bụi cực kỳ hiếm, bức xạ điện từ và hạt có nguồn gốc từ mặt trời và thiên hà xâm nhập vào không gian này.

Tầng đối lưu chiếm khoảng 80% khối lượng khí quyển, tầng bình lưu chiếm khoảng 20%; khối lượng của tầng trung lưu không quá 0,3%, của tầng nhiệt điện không quá 0,05% tổng khối lượng của khí quyển. Dựa vào tính chất điện trong khí quyển người ta phân biệt tầng trung tính và tầng điện ly. Hiện tại người ta tin rằng bầu khí quyển kéo dài đến độ cao 2000-3000 km.

Tùy thuộc vào thành phần của khí trong khí quyển, chúng phát ra đồng nhất và dị quyển. dị quyển- đây là khu vực mà trọng lực ảnh hưởng đến quá trình tách khí, vì sự trộn lẫn của chúng ở độ cao như vậy là không đáng kể. Do đó tuân theo thành phần thay đổi của dị quyển. Bên dưới nó là một phần đồng nhất, được trộn đều của khí quyển, được gọi là homosphere. Ranh giới giữa các lớp này được gọi là tuabin, nó nằm ở độ cao khoảng 120 km.

Các đặc tính sinh lý và các đặc tính khác của khí quyển

Đã ở độ cao 5 km so với mực nước biển, một người không được huấn luyện sẽ bị thiếu oxy và nếu không thích nghi, hiệu suất của một người sẽ giảm đi đáng kể. Đây là nơi kết thúc vùng sinh lý của khí quyển. Việc thở của con người trở nên bất khả thi ở độ cao 9 km, mặc dù lên đến khoảng 115 km bầu khí quyển có chứa oxy.

Bầu khí quyển cung cấp cho chúng ta oxy mà chúng ta cần để thở. Tuy nhiên, do tổng áp suất của khí quyển giảm khi bạn lên cao, áp suất riêng phần của oxy cũng giảm theo.

Trong các lớp không khí loãng, âm thanh không thể truyền được. Lên đến độ cao 60-90 km, vẫn có thể sử dụng lực cản không khí và lực nâng để bay khí động học có kiểm soát. Nhưng bắt đầu từ độ cao 100-130 km, các khái niệm về số M và rào cản âm thanh quen thuộc với mọi phi công mất đi ý nghĩa: vượt qua đường Karman có điều kiện, vượt qua đó khu vực của chuyến bay hoàn toàn đạn đạo bắt đầu, mà chỉ có thể được kiểm soát bằng cách sử dụng các lực lượng phản ứng.

Ở độ cao trên 100 km, bầu khí quyển cũng bị tước đi một đặc tính đáng chú ý khác - khả năng hấp thụ, dẫn và truyền năng lượng nhiệt bằng cách đối lưu (tức là bằng cách trộn không khí). Điều này có nghĩa là các yếu tố khác nhau của thiết bị, thiết bị của trạm vũ trụ quỹ đạo sẽ không thể được làm mát từ bên ngoài theo cách thường được thực hiện trên máy bay - với sự trợ giúp của các tia khí và bộ tản nhiệt không khí. Ở độ cao như vậy, cũng như trong không gian nói chung, cách duy nhất để truyền nhiệt là bức xạ nhiệt.

Lịch sử hình thành bầu khí quyển

Theo lý thuyết phổ biến nhất, bầu khí quyển của Trái đất có ba thành phần khác nhau theo thời gian. Ban đầu, nó bao gồm các khí nhẹ (hydro và heli) được lấy từ không gian liên hành tinh. Cái gọi là này bầu không khí chính(khoảng bốn tỷ năm trước). Ở giai đoạn tiếp theo, hoạt động núi lửa đang hoạt động đã dẫn đến sự bão hòa của khí quyển với các loại khí khác ngoài hydro (carbon dioxide, amoniac, hơi nước). đây là cách bầu khí quyển thứ cấp(khoảng ba tỷ năm trước ngày của chúng ta). Bầu không khí này đã được phục hồi. Hơn nữa, quá trình hình thành khí quyển được xác định bởi các yếu tố sau:

• rò rỉ khí nhẹ (hydro và heli) vào không gian liên hành tinh;
• phản ứng hóa học xảy ra trong khí quyển dưới tác động của bức xạ cực tím, phóng điện sét và một số yếu tố khác.

Dần dần, những yếu tố này đã dẫn đến sự hình thành khí quyển cấp ba, được đặc trưng bởi hàm lượng hydro thấp hơn nhiều và hàm lượng nitơ và carbon dioxide cao hơn nhiều (được hình thành do phản ứng hóa học từ amoniac và hydrocacbon).

nitơ

Sự hình thành một lượng lớn nitơ N 2 là do quá trình oxy hóa khí quyển amoniac-hydro bằng oxy phân tử O 2, bắt đầu đến từ bề mặt hành tinh do quá trình quang hợp, bắt đầu từ 3 tỷ năm trước. Nitơ N 2 cũng được giải phóng vào khí quyển do quá trình khử nitrat và các hợp chất chứa nitơ khác. Nitơ bị ôzôn oxi hóa thành NO ở thượng tầng khí quyển.

Nitơ N 2 chỉ tham gia vào các phản ứng trong các điều kiện cụ thể (ví dụ, trong quá trình phóng sét). Quá trình oxy hóa nitơ phân tử bằng ozone trong quá trình phóng điện được sử dụng với số lượng nhỏ trong sản xuất phân bón nitơ công nghiệp. Nó có thể bị oxy hóa với mức tiêu thụ năng lượng thấp và được chuyển đổi thành dạng có hoạt tính sinh học nhờ vi khuẩn lam (tảo xanh lam) và vi khuẩn nốt sần hình thành sự cộng sinh rhizobial với cây họ đậu, được gọi là. phân xanh.

Ôxy

Thành phần của khí quyển bắt đầu thay đổi hoàn toàn với sự xuất hiện của các sinh vật sống trên Trái đất, là kết quả của quá trình quang hợp, kèm theo sự giải phóng oxy và hấp thụ carbon dioxide. Ban đầu, oxy được sử dụng cho quá trình oxy hóa các hợp chất khử - amoniac, hydrocacbon, dạng sắt chứa trong đại dương, v.v. Vào cuối giai đoạn này, hàm lượng oxy trong khí quyển bắt đầu tăng lên. Dần dần, một bầu không khí hiện đại với các đặc tính oxy hóa được hình thành. Vì điều này gây ra những thay đổi nghiêm trọng và đột ngột trong nhiều quá trình xảy ra trong khí quyển, thạch quyển và sinh quyển nên sự kiện này được gọi là thảm họa Oxy.

khí trơ

Ô nhiễm không khí

Gần đây, con người đã bắt đầu ảnh hưởng đến sự phát triển của bầu khí quyển. Kết quả của các hoạt động của ông là sự gia tăng đáng kể liên tục hàm lượng carbon dioxide trong khí quyển do quá trình đốt cháy nhiên liệu hydrocarbon tích lũy trong các kỷ nguyên địa chất trước đó. Một lượng lớn CO 2 được tiêu thụ trong quá trình quang hợp và được các đại dương trên thế giới hấp thụ. Khí này đi vào khí quyển do sự phân hủy của đá cacbonat và các chất hữu cơ có nguồn gốc động thực vật, cũng như do hoạt động núi lửa và hoạt động sản xuất của con người. Trong vòng 100 năm qua, hàm lượng CO 2 trong khí quyển đã tăng 10%, trong đó phần lớn (360 tỷ tấn) đến từ quá trình đốt cháy nhiên liệu. Nếu tốc độ đốt cháy nhiên liệu tiếp tục tăng thì trong 200-300 năm tới lượng CO 2 trong khí quyển sẽ tăng gấp đôi và có thể dẫn đến biến đổi khí hậu toàn cầu.

Quá trình đốt cháy nhiên liệu là nguồn chính tạo ra khí gây ô nhiễm (СО,, SO 2). Lưu huỳnh đioxit bị oxy hóa bởi oxy trong khí quyển thành SO 3 ở tầng trên của khí quyển, từ đó tương tác với hơi nước và amoniac, và tạo ra axit sunfuric (H 2 SO 4) và amoni sunfat ((NH 4) 2 SO 4) trở lại bề mặt Trái đất dưới dạng cái gọi là. mưa axit. Việc sử dụng động cơ đốt trong dẫn đến ô nhiễm không khí đáng kể với nitơ oxit, hydrocacbon và hợp chất chì (chì tetraetyl Pb (CH 3 CH 2) 4)).

Ô nhiễm sol khí trong khí quyển được gây ra bởi cả nguyên nhân tự nhiên (núi lửa phun trào, bão bụi, cuốn theo các giọt nước biển và phấn hoa thực vật, v.v.) và do hoạt động kinh tế của con người (khai thác quặng và vật liệu xây dựng, đốt nhiên liệu, sản xuất xi măng, v.v.) .). Việc loại bỏ mạnh mẽ các hạt rắn trên quy mô lớn vào khí quyển là một trong những nguyên nhân có thể gây ra biến đổi khí hậu trên hành tinh.

Xem thêm

• Jacchia (mô hình khí quyển)

ghi chú

liên kết

Văn

1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov"Sinh học không gian và y học" (tái bản lần thứ 2, có sửa đổi và bổ sung), M.: "Prosveshchenie", 1975, 223 trang.
2. N. V. Gusakova"Hóa học môi trường", Rostov-on-Don: Phoenix, 2004, 192 với ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V. A.Địa hóa khí thiên nhiên, M., 1971;
4. McEwen M, Phillips L. Hóa học khí quyển, M., 1978;
5. Wark K., Warner S.Ô nhiễm không khí. Nguồn và kiểm soát, trans. từ tiếng Anh, M.. 1980;
6. Quan trắc ô nhiễm nền môi trường tự nhiên. Trong. 1, L., 1982.

Trái đất
Lịch sử của trái đất	Tuổi của Trái đất Lịch sử địa chất của Trái đất Thang thời gian địa chất Lịch sử sự sống trên Trái đất Sự băng hà của Trái đất Nghịch lý Mặt trời trẻ mờ nhạt Lý thuyết tác động khổng lồ Dòng thời gian của sự tiến hóa
Môn Địa lý và địa chất	Châu Úc Châu Nam Cực Châu Phi Châu Âu Bắc Mỹ Nam Mỹ Đại Tây Dương Ấn Độ Dương Bắc Băng Dương

Phải nói rằng cấu trúc và thành phần của bầu khí quyển Trái đất không phải lúc nào cũng là những giá trị không đổi trong một hoặc một thời kỳ phát triển khác của hành tinh chúng ta. Ngày nay, cấu trúc thẳng đứng của phần tử này, có tổng "độ dày" là 1,5-2,0 nghìn km, được thể hiện bằng một số lớp chính, bao gồm:

1. tầng đối lưu.
2. đương nhiệt đới.
3. Tầng bình lưu.
4. tạm dừng.
5. tầng giữa và tầng trung lưu.
6. Nhiệt quyển.
7. ngoại quyển.

Các yếu tố cơ bản của khí quyển

Tầng đối lưu là lớp trong đó quan sát thấy các chuyển động mạnh theo chiều dọc và ngang, chính tại đây hình thành các điều kiện thời tiết, lượng mưa và khí hậu. Nó kéo dài 7-8 km từ bề mặt hành tinh ở hầu hết mọi nơi, ngoại trừ các vùng cực (ở đó - lên tới 15 km). Ở tầng đối lưu, nhiệt độ giảm dần, xấp xỉ 6,4°C với mỗi km độ cao. Con số này có thể khác nhau đối với các vĩ độ và mùa khác nhau.

Thành phần của bầu khí quyển Trái đất trong phần này được thể hiện bằng các nguyên tố sau và tỷ lệ phần trăm của chúng:

Nitơ - khoảng 78 phần trăm;

Oxy - gần 21 phần trăm;

Argon - khoảng một phần trăm;

Carbon dioxide - ít hơn 0,05%.

Thành phần đơn lên đến độ cao 90 km

Ngoài ra, có thể tìm thấy bụi, giọt nước, hơi nước, sản phẩm đốt cháy, tinh thể băng, muối biển, nhiều hạt sol khí, v.v... Thành phần này của bầu khí quyển Trái đất được quan sát ở độ cao xấp xỉ 90 km, vì vậy không khí gần như giống nhau về thành phần hóa học, không chỉ ở tầng đối lưu mà còn ở các tầng trên. Nhưng ở đó bầu khí quyển có các tính chất vật lý khác nhau về cơ bản. Lớp có thành phần hóa học chung được gọi là tầng đối âm.

Những yếu tố nào khác có trong bầu khí quyển của Trái đất? Theo phần trăm (theo thể tích, trong không khí khô), các loại khí như krypton (khoảng 1,14 x 10 -4), xenon (8,7 x 10 -7), hydro (5,0 x 10 -5), metan (khoảng 1,7 x 10 - 4), oxit nitơ (5,0 x 10 -5), v.v. Xét về phần trăm khối lượng của các thành phần được liệt kê, nitơ oxit và hydro là nhiều nhất, tiếp theo là heli, krypton, v.v.

Tính chất vật lý của các lớp khí quyển khác nhau

Các tính chất vật lý của tầng đối lưu có liên quan chặt chẽ với sự gắn kết của nó với bề mặt hành tinh. Từ đây, nhiệt lượng mặt trời phản xạ dưới dạng tia hồng ngoại được gửi ngược trở lại, bao gồm các quá trình dẫn nhiệt và đối lưu nhiệt. Đó là lý do tại sao nhiệt độ giảm theo khoảng cách từ bề mặt trái đất. Hiện tượng này được quan sát thấy ở độ cao của tầng bình lưu (11-17 km), sau đó nhiệt độ thực tế không thay đổi cho đến mức 34-35 km, và sau đó lại có sự gia tăng nhiệt độ lên đến độ cao 50 km ( ranh giới trên của tầng bình lưu). Giữa tầng bình lưu và tầng đối lưu có một lớp trung gian mỏng của tầng đối lưu (lên đến 1-2 km), nơi nhiệt độ không đổi được quan sát thấy phía trên đường xích đạo - khoảng âm 70 ° C trở xuống. Phía trên các cực, tầng đối lưu "nóng lên" vào mùa hè tới âm 45°C, vào mùa đông, nhiệt độ ở đây dao động quanh -65°C.

Thành phần khí của bầu khí quyển Trái đất bao gồm một yếu tố quan trọng như ozone. Có tương đối ít khí gần bề mặt (mười đến âm sáu lũy thừa của một phần trăm), vì khí được hình thành dưới tác động của ánh sáng mặt trời từ oxy nguyên tử ở phần trên của khí quyển. Đặc biệt, phần lớn ôzôn nằm ở độ cao khoảng 25 km, và toàn bộ "màn hình ôzôn" nằm trong khu vực từ 7-8 km ở vùng cực, từ 18 km ở xích đạo và lên đến 50 km. nói chung trên bề mặt của hành tinh.

Khí quyển bảo vệ khỏi bức xạ mặt trời

Thành phần không khí của bầu khí quyển Trái đất đóng một vai trò rất quan trọng trong việc bảo tồn sự sống, vì các nguyên tố và thành phần hóa học riêng lẻ đã hạn chế thành công sự tiếp cận của bức xạ mặt trời tới bề mặt trái đất và con người, động vật và thực vật sống trên đó. Ví dụ, các phân tử hơi nước hấp thụ hiệu quả hầu hết tất cả các dải bức xạ hồng ngoại, ngoại trừ độ dài trong khoảng từ 8 đến 13 micron. Mặt khác, Ozone hấp thụ tia cực tím có bước sóng lên tới 3100 A. Không có lớp mỏng của nó (trung bình 3 mm nếu được đặt trên bề mặt hành tinh), chỉ có nước ở độ sâu hơn 10 mét và các hang động ngầm, nơi mà bức xạ mặt trời không chiếu tới, có thể có người ở. .

Không độ C ở tầng bình lưu

Giữa hai cấp độ tiếp theo của khí quyển, tầng bình lưu và tầng giữa, có một lớp đáng chú ý - tầng bình lưu. Nó xấp xỉ tương ứng với chiều cao của cực đại ôzôn và ở đây nhiệt độ tương đối dễ chịu cho con người được quan sát - khoảng 0°C. Phía trên tầng bình lưu, ở tầng trung lưu (bắt đầu ở đâu đó ở độ cao 50 km và kết thúc ở độ cao 80-90 km), lại có sự giảm nhiệt độ với khoảng cách ngày càng tăng so với bề mặt Trái đất (lên đến âm 70-80 ° C). Ở tầng trung lưu, các thiên thạch thường bị cháy hoàn toàn.

Trong tầng nhiệt - cộng thêm 2000 K!

Thành phần hóa học của bầu khí quyển Trái đất trong tầng nhiệt điện (bắt đầu sau giai đoạn trung lưu từ độ cao khoảng 85-90 đến 800 km) xác định khả năng xảy ra hiện tượng như sự nóng lên dần dần của các lớp "không khí" rất hiếm dưới tác động của năng lượng mặt trời. sự bức xạ. Trong phần này của "tấm chăn không khí" của hành tinh, nhiệt độ từ 200 đến 2000 K xảy ra, thu được do quá trình ion hóa oxy (trên 300 km là oxy nguyên tử), cũng như sự tái hợp của các nguyên tử oxy thành các phân tử , kèm theo sự tỏa ra một lượng nhiệt lớn. Tầng nhiệt điện là nơi bắt nguồn của cực quang.

Phía trên tầng đối lưu là tầng ngoài - lớp ngoài của khí quyển, từ đó ánh sáng và các nguyên tử hydro chuyển động nhanh có thể thoát ra ngoài vũ trụ. Thành phần hóa học của bầu khí quyển Trái đất ở đây được thể hiện nhiều hơn bởi các nguyên tử oxy riêng lẻ ở các lớp dưới, các nguyên tử helium ở giữa và hầu hết các nguyên tử hydro ở phía trên. Nhiệt độ cao chiếm ưu thế ở đây - khoảng 3000 K và không có áp suất khí quyển.

Bầu khí quyển của trái đất được hình thành như thế nào?

Tuy nhiên, như đã đề cập ở trên, hành tinh này không phải lúc nào cũng có thành phần khí quyển như vậy. Tổng cộng, có ba khái niệm về nguồn gốc của yếu tố này. Giả thuyết đầu tiên cho rằng bầu khí quyển được lấy trong quá trình bồi tụ từ một đám mây tiền hành tinh. Tuy nhiên, ngày nay lý thuyết này đang bị chỉ trích nặng nề, vì bầu khí quyển sơ cấp như vậy hẳn đã bị phá hủy bởi "gió" mặt trời từ một ngôi sao trong hệ hành tinh của chúng ta. Ngoài ra, người ta cho rằng các nguyên tố dễ bay hơi không thể ở trong vùng hình thành các hành tinh như nhóm hành tinh trên mặt đất do nhiệt độ quá cao.

Thành phần của bầu khí quyển chính của Trái đất, theo đề xuất của giả thuyết thứ hai, có thể được hình thành do hoạt động bắn phá bề mặt của các tiểu hành tinh và sao chổi đến từ vùng lân cận của hệ mặt trời trong giai đoạn phát triển ban đầu. Khá khó để xác nhận hoặc bác bỏ khái niệm này.

Thử nghiệm tại IDG RAS

Hợp lý nhất là giả thuyết thứ ba, cho rằng bầu khí quyển xuất hiện do sự giải phóng khí từ lớp phủ của vỏ trái đất khoảng 4 tỷ năm trước. Khái niệm này đã được thử nghiệm tại Viện Địa chất và Địa hóa học của Viện Hàn lâm Khoa học Nga trong quá trình thí nghiệm có tên "Tsarev 2", khi một mẫu chất thiên thạch được nung nóng trong chân không. Sau đó, sự giải phóng các loại khí như H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2, v.v., được ghi lại.Do đó, các nhà khoa học đã đúng khi cho rằng thành phần hóa học của bầu khí quyển chính của Trái đất bao gồm nước và carbon dioxide, hơi hydro florua (HF), khí carbon monoxide (CO), hydro sulfua (H 2 S), hợp chất nitơ, hydro, metan (CH 4), hơi amoniac (NH 3), argon, v.v... Hơi nước từ khí quyển sơ cấp tham gia vào quá trình sự hình thành của thủy quyển, carbon dioxide hóa ra ở trạng thái liên kết nhiều hơn trong chất hữu cơ và đá, nitơ được đưa vào thành phần của không khí hiện đại, cũng như một lần nữa vào đá trầm tích và chất hữu cơ.

Thành phần của bầu khí quyển chính của Trái đất sẽ không cho phép con người hiện đại ở trong đó mà không có thiết bị thở, vì khi đó không có oxy với số lượng cần thiết. Nguyên tố này đã xuất hiện với số lượng đáng kể cách đây một tỷ rưỡi năm, như người ta tin, liên quan đến sự phát triển của quá trình quang hợp ở tảo lam và các loại tảo khác, là những cư dân lâu đời nhất trên hành tinh của chúng ta.

oxy tối thiểu

Thực tế là thành phần của bầu khí quyển Trái đất ban đầu gần như thiếu oxy được chỉ ra bởi thực tế là than chì (carbon) dễ bị oxy hóa nhưng không bị oxy hóa được tìm thấy trong các loại đá cổ xưa nhất (Katarchean). Sau đó, cái gọi là quặng sắt dải xuất hiện, bao gồm các lớp oxit sắt được làm giàu xen kẽ, có nghĩa là sự xuất hiện trên hành tinh của một nguồn oxy mạnh mẽ ở dạng phân tử. Nhưng những nguyên tố này chỉ xuất hiện theo chu kỳ (có lẽ cùng một loại tảo hoặc các nhà sản xuất oxy khác xuất hiện dưới dạng những hòn đảo nhỏ trong sa mạc thiếu oxy), trong khi phần còn lại của thế giới là kỵ khí. Điều thứ hai được hỗ trợ bởi thực tế là pyrite dễ bị oxy hóa được tìm thấy ở dạng đá cuội được xử lý bởi dòng chảy mà không có dấu vết của các phản ứng hóa học. Vì các dòng nước chảy không thể được sục khí kém, quan điểm đã phát triển rằng bầu khí quyển tiền Cambri chứa ít hơn một phần trăm oxy trong thành phần ngày nay.

Thay đổi mang tính cách mạng trong thành phần không khí

Khoảng giữa Đại nguyên sinh (1,8 tỷ năm trước), "cuộc cách mạng oxy" đã diễn ra, khi thế giới chuyển sang hô hấp hiếu khí, trong đó 38 có thể được lấy từ một phân tử dinh dưỡng (glucose) chứ không phải hai (như với hô hấp kỵ khí) đơn vị năng lượng. Thành phần của bầu khí quyển Trái đất, xét về lượng oxy, bắt đầu vượt quá một phần trăm so với khí quyển hiện đại và tầng ôzôn bắt đầu xuất hiện, bảo vệ các sinh vật khỏi bức xạ. Chẳng hạn, chính cô ấy đã “ẩn” dưới lớp vỏ dày, chẳng hạn như những loài động vật cổ xưa như bọ ba thùy. Từ đó cho đến thời đại của chúng ta, hàm lượng của nguyên tố "hô hấp" chính đã tăng dần và chậm, cung cấp nhiều dạng phát triển của các dạng sống trên hành tinh.

Bầu khí quyển bắt đầu hình thành cùng với sự hình thành Trái Đất. Trong quá trình tiến hóa của hành tinh và khi các thông số của nó tiếp cận các giá trị hiện đại, về cơ bản đã có những thay đổi về chất trong thành phần hóa học và tính chất vật lý của nó. Theo mô hình tiến hóa, ở giai đoạn đầu, Trái đất ở trạng thái nóng chảy và được hình thành dưới dạng một thể rắn cách đây khoảng 4,5 tỷ năm. Mốc này được lấy làm mốc mở đầu cho niên đại địa chất. Kể từ thời điểm đó, sự phát triển chậm của bầu khí quyển bắt đầu. Một số quá trình địa chất (ví dụ, dòng chảy của dung nham trong các vụ phun trào núi lửa) đi kèm với việc giải phóng khí từ ruột Trái đất. Chúng bao gồm nitơ, amoniac, metan, hơi nước, CO2 oxit và CO2 carbon dioxide. Dưới tác động của bức xạ tia cực tím mặt trời, hơi nước bị phân hủy thành hydro và oxy, nhưng oxy được giải phóng lại phản ứng với carbon monoxide, tạo thành carbon dioxide. Amoniac bị phân hủy thành nitơ và hydro. Hydro trong quá trình khuếch tán bay lên và rời khỏi khí quyển, trong khi nitơ nặng hơn không thể thoát ra ngoài và dần dần tích tụ, trở thành thành phần chính, mặc dù một phần của nó được liên kết thành các phân tử do phản ứng hóa học ( cm. HÓA HỌC CỦA KHÍ QUYỂN). Dưới tác động của tia cực tím và phóng điện, hỗn hợp khí có trong bầu khí quyển nguyên thủy của Trái đất tham gia vào các phản ứng hóa học, do đó các chất hữu cơ, đặc biệt là axit amin, được hình thành. Với sự ra đời của thực vật nguyên thủy, quá trình quang hợp bắt đầu, kèm theo việc giải phóng oxy. Loại khí này, đặc biệt là sau khi khuếch tán vào tầng khí quyển phía trên, bắt đầu bảo vệ các lớp bên dưới của nó và bề mặt Trái đất khỏi bức xạ tia cực tím và tia X đe dọa đến tính mạng. Theo ước tính lý thuyết, hàm lượng oxy thấp hơn 25.000 lần so với hiện nay có thể dẫn đến sự hình thành tầng ôzôn chỉ bằng một nửa so với hiện tại. Tuy nhiên, điều này đã đủ để cung cấp sự bảo vệ rất đáng kể cho các sinh vật khỏi tác hại của tia cực tím.

Có khả năng là bầu khí quyển sơ cấp chứa rất nhiều carbon dioxide. Nó được tiêu thụ trong quá trình quang hợp, và nồng độ của nó phải giảm đi khi thế giới thực vật tiến hóa, và cũng do sự hấp thụ trong một số quá trình địa chất. Vì hiệu ứng nhà kính liên quan đến sự hiện diện của carbon dioxide trong khí quyển, sự dao động về nồng độ của nó là một trong những nguyên nhân quan trọng gây ra những thay đổi khí hậu quy mô lớn như vậy trong lịch sử Trái đất, chẳng hạn như Băng hà.

Heli có trong bầu khí quyển hiện đại chủ yếu là sản phẩm của sự phân rã phóng xạ của uranium, thorium và radium. Các nguyên tố phóng xạ này phát ra các hạt a, là hạt nhân của nguyên tử heli. Vì không có điện tích nào được hình thành và không biến mất trong quá trình phân rã phóng xạ, nên với sự hình thành của mỗi hạt a, hai electron xuất hiện, kết hợp lại với các hạt a, tạo thành các nguyên tử helium trung tính. Các nguyên tố phóng xạ được chứa trong các khoáng chất phân tán trong độ dày của đá, do đó, một phần đáng kể helium hình thành do sự phân rã phóng xạ được lưu trữ trong chúng, bay hơi rất chậm vào khí quyển. Một lượng heli nhất định tăng lên tầng ngoài do khuếch tán, nhưng do dòng khí liên tục từ bề mặt trái đất nên thể tích của khí này trong khí quyển hầu như không thay đổi. Dựa trên phân tích quang phổ của ánh sáng sao và nghiên cứu thiên thạch, có thể ước tính mức độ phong phú tương đối của các nguyên tố hóa học khác nhau trong Vũ trụ. Nồng độ của neon trong không gian cao hơn khoảng mười tỷ lần so với trên Trái đất, krypton - mười triệu lần và xenon - một triệu lần. Từ đó, nồng độ của các loại khí trơ này, dường như ban đầu có trong bầu khí quyển của Trái đất và không được bổ sung trong quá trình phản ứng hóa học, đã giảm đáng kể, có thể ngay cả ở giai đoạn Trái đất mất bầu khí quyển chính. Một ngoại lệ là argon khí trơ, vì nó vẫn được hình thành ở dạng đồng vị 40 Ar trong quá trình phân rã phóng xạ của đồng vị kali.

Phân bố áp suất khí quyển.

Tổng trọng lượng của các khí trong khí quyển xấp xỉ 4,5 10 15 tấn, do đó, "trọng lượng" của khí quyển trên một đơn vị diện tích, hay áp suất khí quyển, xấp xỉ 11 t / m 2 = 1,1 kg / cm 2 ở mực nước biển. Áp suất bằng P 0 \u003d 1033,23 g / cm 2 \u003d 1013,250 mbar \u003d 760 mm Hg. Mỹ thuật. = 1 atm, được lấy làm áp suất khí quyển trung bình tiêu chuẩn. Đối với khí quyển ở trạng thái cân bằng thủy tĩnh, ta có: d P= -rgd h, nghĩa là trên khoảng các độ cao từ h trước h+d h diễn ra sự bình đẳng giữa sự thay đổi áp suất khí quyển d P và trọng lượng của phần tử tương ứng của khí quyển với đơn vị diện tích, mật độ r và độ dày d h. Là một tỷ lệ giữa áp suất r và nhiệt độ t phương trình trạng thái của một loại khí lý tưởng với mật độ r, khá áp dụng cho bầu khí quyển của trái đất, được sử dụng: P= r R t/m, trong đó m là khối lượng phân tử và R = 8,3 J/(K mol) là hằng số khí phổ quát. Sau đó d đăng nhập P= – (m g/RT) d h= -bd h= – d h/H, trong đó độ dốc áp suất theo thang logarit. Nghịch đảo của H được gọi là thang chiều cao của khí quyển.

Khi tích phân phương trình này cho khí quyển đẳng nhiệt ( t= const) hoặc đối với phần của nó, khi phép tính gần đúng như vậy được chấp nhận, thì thu được định luật khí áp phân bố áp suất theo chiều cao: P = P 0 điểm kinh nghiệm(- h/h 0), nơi đọc chiều cao hđược tạo ra từ mực nước biển, nơi áp suất trung bình tiêu chuẩn là P 0 . Sự diễn đạt h 0=R t/ mg, được gọi là thang độ cao, đặc trưng cho phạm vi của khí quyển, với điều kiện nhiệt độ trong đó ở mọi nơi là như nhau (khí quyển đẳng nhiệt). Nếu khí quyển không đẳng nhiệt thì cần tích phân có tính đến sự thay đổi nhiệt độ theo độ cao và tham số h- một số đặc tính cục bộ của các lớp khí quyển, tùy thuộc vào nhiệt độ của chúng và tính chất của môi trường.

Bầu không khí tiêu chuẩn.

Mô hình (bảng giá trị của các thông số chính) tương ứng với áp suất tiêu chuẩn tại đáy khí quyển r 0 và thành phần hóa học được gọi là khí quyển tiêu chuẩn. Chính xác hơn, đây là mô hình có điều kiện của khí quyển, trong đó các giá trị trung bình của vĩ độ 45° 32° 33І được đưa ra cho nhiệt độ, áp suất, mật độ, độ nhớt và các đặc tính không khí khác ở độ cao từ 2 km dưới mực nước biển đến ranh giới bên ngoài của bầu khí quyển trái đất. Các tham số của khí quyển ở giữa ở mọi độ cao được tính toán bằng phương trình trạng thái của khí lý tưởng và định luật khí áp giả sử rằng ở mực nước biển, áp suất là 1013,25 hPa (760 mmHg) và nhiệt độ là 288,15 K (15,0°C). Theo bản chất của sự phân bố nhiệt độ theo chiều dọc, bầu khí quyển trung bình bao gồm một số lớp, trong mỗi lớp nhiệt độ được xấp xỉ bởi một hàm tuyến tính của chiều cao. Ở tầng thấp nhất - tầng đối lưu (h 11 km), nhiệt độ giảm 6,5 ° C với mỗi km đi lên. Ở độ cao lớn, giá trị và dấu hiệu của gradient nhiệt độ thẳng đứng thay đổi từ lớp này sang lớp khác. Trên 790 km, nhiệt độ khoảng 1000 K và thực tế không thay đổi theo độ cao.

Bầu không khí tiêu chuẩn là một tiêu chuẩn được hợp pháp hóa, cập nhật định kỳ, được ban hành dưới dạng bảng.

Bảng 1. Mô hình khí quyển trái đất tiêu chuẩn

Bảng 1. MÔ HÌNH KHÍ QUYỂN TRÁI ĐẤT CHUẨN. Bảng cho thấy: h- chiều cao so với mực nước biển, r- áp lực, t– nhiệt độ, r – mật độ, N là số lượng phân tử hoặc nguyên tử trên một đơn vị thể tích, h- thang đo chiều cao, tôi là độ dài đường đi tự do. Áp suất và nhiệt độ ở độ cao 80–250 km, thu được từ dữ liệu tên lửa, có giá trị thấp hơn. Các giá trị ngoại suy cho độ cao lớn hơn 250 km không chính xác lắm.
h(km)	P(mbar)	t(°C)	r (g/cm3)	N(cm -3)	h(km)	tôi(cm)
0	1013	288	1,22 10 -3	2,55 10 19	8,4	7,4 10 -6
1	899	281	1.11 10 -3	2,31 10 19		8.1 10 -6
2	795	275	1,01 10 -3	2.10 10 19		8,9 10 -6
3	701	268	9.1 10 -4	1,89 10 19		9,9 10 -6
4	616	262	8.2 10 -4	1,70 10 19		1.1 10 -5
5	540	255	7,4 10 -4	1,53 10 19	7,7	1,2 10 -5
6	472	249	6,6 10 -4	1,37 10 19		1,4 10 -5
8	356	236	5.2 10 -4	1,09 10 19		1,7 10 -5
10	264	223	4.1 10 -4	8,6 10 18	6,6	2.2 10 -5
15	121	214	1,93 10 -4	4,0 10 18		4,6 10 -5
20	56	214	8,9 10 -5	1,85 10 18	6,3	1,0 10 -4
30	12	225	1,9 10 -5	3,9 10 17	6,7	4,8 10 -4
40	2,9	268	3,9 10 -6	7,6 10 16	7,9	2,4 10 -3
50	0,97	276	1,15 10 -6	2,4 10 16	8,1	8,5 10 -3
60	0,28	260	3,9 10 -7	7,7 10 15	7,6	0,025
70	0,08	219	1.1 10 -7	2,5 10 15	6,5	0,09
80	0,014	205	2,7 10 -8	5,0 10 14	6,1	0,41
90	2,8 10 -3	210	5,0 10 -9	9 10 13	6,5	2,1
100	5,8 10 -4	230	8,8 10 -10	1,8 10 13	7,4	9
110	1,7 10 -4	260	2.1 10 –10	5,4 10 12	8,5	40
120	6 10 -5	300	5,6 10 -11	1,8 10 12	10,0	130
150	5 10 -6	450	3.2 10 -12	9 10 10	15	1,8 10 3
200	5 10 -7	700	1,6 10 -13	5 10 9	25	3 10 4
250	9 10 -8	800	3 10 -14	8 10 8	40	3 10 5
300	4 10 -8	900	8 10 -15	3 10 8	50
400	8 10 -9	1000	1 10 –15	5 10 7	60
500	2 10 -9	1000	2 10 -16	1 10 7	70
700	2 10 –10	1000	2 10 -17	1 10 6	80
1000	1 10 –11	1000	1 10 -18	1 10 5	80

tầng đối lưu.

Tầng thấp nhất và dày đặc nhất của khí quyển, trong đó nhiệt độ giảm nhanh theo độ cao, được gọi là tầng đối lưu. Nó chứa tới 80% tổng khối lượng khí quyển và mở rộng ở các vĩ độ cực và trung bình lên đến độ cao 8–10 km, và ở vùng nhiệt đới lên tới 16–18 km. Hầu như tất cả các quá trình hình thành thời tiết đều phát triển ở đây, trao đổi nhiệt và độ ẩm xảy ra giữa Trái đất và bầu khí quyển của nó, mây hình thành, các hiện tượng khí tượng khác nhau xảy ra, sương mù và lượng mưa xảy ra. Các lớp khí quyển này của trái đất ở trạng thái cân bằng đối lưu và do trộn lẫn tích cực nên có thành phần hóa học đồng nhất, chủ yếu từ nitơ phân tử (78%) và oxy (21%). Phần lớn các chất gây ô nhiễm không khí sol khí và khí tự nhiên và nhân tạo tập trung ở tầng đối lưu. Động lực học của phần dưới của tầng đối lưu dày tới 2 km phụ thuộc rất nhiều vào các tính chất của bề mặt bên dưới Trái đất, quyết định chuyển động ngang và dọc của không khí (gió) do sự truyền nhiệt từ vùng đất ấm hơn qua bức xạ hồng ngoại của bề mặt trái đất, được hấp thụ trong tầng đối lưu, chủ yếu bởi hơi nước và carbon dioxide (hiệu ứng nhà kính). Sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao được thiết lập là kết quả của quá trình trộn hỗn loạn và đối lưu. Trung bình tương ứng với sự giảm nhiệt độ theo độ cao khoảng 6,5 K/km.

Tốc độ gió trong lớp ranh giới bề mặt lúc đầu tăng nhanh theo độ cao, lên cao hơn tiếp tục tăng 2–3 km/s trên một km. Đôi khi trong tầng đối lưu có các dòng hành tinh hẹp (với tốc độ hơn 30 km / s), dòng phía tây ở vĩ độ trung bình và dòng phía đông gần xích đạo. Chúng được gọi là dòng máy bay phản lực.

đương nhiệt đới.

Tại ranh giới phía trên của tầng đối lưu (đới đối lưu), nhiệt độ đạt giá trị tối thiểu đối với tầng khí quyển phía dưới. Đây là lớp chuyển tiếp giữa tầng đối lưu và tầng bình lưu phía trên nó. Độ dày của tầng đối lưu là từ hàng trăm mét đến 1,5–2 km, nhiệt độ và độ cao tương ứng dao động từ 190 đến 220 K và từ 8 đến 18 km, tùy thuộc vào vĩ độ địa lý và mùa. Ở vùng ôn đới và vĩ độ cao, vào mùa đông nhiệt độ thấp hơn 1–2 km so với mùa hè và ấm hơn 8–15 K. Ở vùng nhiệt đới, sự thay đổi theo mùa ít hơn nhiều (độ cao 16–18 km, nhiệt độ 180–200 K). Bên trên dòng máy bay phản lực có thể vỡ tầng đối lưu.

Nước trong bầu khí quyển của Trái đất.

Đặc điểm quan trọng nhất của bầu khí quyển Trái đất là sự hiện diện của một lượng đáng kể hơi nước và nước ở dạng giọt, dễ quan sát nhất ở dạng mây và cấu trúc mây. Mức độ che phủ của mây trên bầu trời (tại một thời điểm nhất định hoặc trung bình trong một khoảng thời gian nhất định), được biểu thị trên thang điểm 10 hoặc theo tỷ lệ phần trăm, được gọi là độ mây. Hình dạng của những đám mây được xác định theo phân loại quốc tế. Trung bình, mây bao phủ khoảng một nửa địa cầu. Mây là một yếu tố quan trọng đặc trưng cho thời tiết và khí hậu. Vào mùa đông và ban đêm, mây ngăn cản sự giảm nhiệt độ của bề mặt trái đất và lớp không khí bề mặt, vào mùa hè và ban ngày, nó làm suy yếu sự nóng lên của bề mặt trái đất bởi tia nắng mặt trời, làm dịu khí hậu bên trong các lục địa.

Mây.

Mây là sự tích tụ của các giọt nước lơ lửng trong khí quyển (mây nước), tinh thể băng (mây băng) hoặc cả hai (mây hỗn hợp). Khi các giọt và tinh thể trở nên lớn hơn, chúng sẽ rơi ra khỏi các đám mây dưới dạng kết tủa. Mây hình thành chủ yếu ở tầng đối lưu. Chúng là kết quả của sự ngưng tụ hơi nước có trong không khí. Đường kính của những giọt mây rơi vào khoảng vài micron. Hàm lượng nước ở dạng lỏng trong mây là từ phân số đến vài gam trên m3. Mây phân biệt theo độ cao: Theo phân loại quốc tế, mây có 10 loại: mây ti, mây tích, mây ti, mây tích, mây tầng, mây tầng, mây tầng, mây tích, mây tích, mây tích.

Mây xà cừ cũng được quan sát thấy ở tầng bình lưu, và mây dạ quang ở tầng trung lưu.

Mây ti - những đám mây trong suốt ở dạng sợi hoặc mạng mỏng màu trắng với ánh sáng mượt mà, không tạo bóng. Mây ti được tạo thành từ các tinh thể băng và hình thành ở tầng đối lưu phía trên ở nhiệt độ rất thấp. Một số loại mây ti đóng vai trò báo trước sự thay đổi thời tiết.

Mây tích là những rặng núi hoặc lớp mây trắng mỏng ở tầng đối lưu phía trên. Mây ti tích được hình thành từ các phần tử nhỏ trông giống như vảy, gợn sóng, quả bóng nhỏ không có bóng và bao gồm chủ yếu là các tinh thể băng.

Mây ti tầng - một tấm màn trong mờ màu trắng ở tầng đối lưu phía trên, thường dạng sợi, đôi khi mờ, bao gồm các tinh thể băng hình kim hoặc cột nhỏ.

Mây trung tích là những đám mây trắng, xám hoặc xám trắng ở tầng dưới và tầng giữa của tầng đối lưu. Các đám mây trung tích trông giống như các lớp và đường vân, như thể được xây dựng từ các tấm nằm chồng lên nhau, các khối tròn, trục, vảy. Mây trung tích hình thành trong quá trình hoạt động đối lưu cường độ cao và thường bao gồm các giọt nước siêu lạnh.

Mây tầng mây là những đám mây màu xám hoặc hơi xanh có cấu trúc dạng sợi hoặc đồng nhất. Các đám mây Altostratus được quan sát thấy ở tầng đối lưu giữa, kéo dài vài km theo chiều cao và đôi khi hàng nghìn km theo hướng nằm ngang. Thông thường, các đám mây altostratus là một phần của hệ thống mây phía trước liên quan đến các chuyển động tăng dần của các khối không khí.

Mây Nimbostratus - một lớp mây vô định hình thấp (từ 2 km trở lên) có màu xám đồng nhất, tạo ra mưa hoặc tuyết u ám. Các đám mây Nimbostratus - rất phát triển theo chiều dọc (đến vài km) và theo chiều ngang (vài nghìn km), bao gồm các giọt nước siêu lạnh trộn lẫn với các bông tuyết, thường liên quan đến các frông khí quyển.

Mây tầng - mây tầng dưới ở dạng lớp đồng nhất không có đường viền rõ ràng, có màu xám. Độ cao của mây tầng so với bề mặt trái đất là 0,5–2 km. Mưa phùn thỉnh thoảng rơi từ tầng mây.

Mây tích là những đám mây dày đặc, có màu trắng sáng vào ban ngày với sự phát triển theo phương thẳng đứng đáng kể (lên tới 5 km hoặc hơn). Phần trên của các đám mây tích trông giống như mái vòm hoặc tháp với các đường viền tròn. Mây tích thường hình thành dưới dạng mây đối lưu trong các khối khí lạnh.

Mây tầng tích - mây thấp (dưới 2 km) ở dạng các lớp không xơ màu xám hoặc trắng hoặc các rặng khối tròn lớn. Chiều dày thẳng đứng của mây tầng tích nhỏ. Đôi khi, các đám mây tích tích tạo ra lượng mưa nhẹ.

Mây vũ tích là những đám mây mạnh và dày đặc, phát triển mạnh theo phương thẳng đứng (đến độ cao 14 km), gây mưa lớn kèm theo dông, mưa đá, gió giật. Các đám mây vũ tích phát triển từ các đám mây tích cực mạnh, khác với chúng ở phần trên, bao gồm các tinh thể băng.

Tầng bình lưu.

Thông qua tầng đối lưu, trung bình ở độ cao từ 12 đến 50 km, tầng đối lưu đi vào tầng bình lưu. Ở phần dưới, trong khoảng 10 km, tức là. lên đến độ cao khoảng 20 km, nó là đẳng nhiệt (nhiệt độ khoảng 220 K). Sau đó, nó tăng theo độ cao, đạt cực đại khoảng 270 K ở độ cao 50–55 km. Đây là ranh giới giữa tầng bình lưu và tầng trung lưu bên trên, được gọi là tầng bình lưu. .

Có ít hơi nước hơn trong tầng bình lưu. Tuy nhiên, đôi khi quan sát thấy những đám mây xà cừ mỏng trong mờ, thỉnh thoảng xuất hiện trong tầng bình lưu ở độ cao 20–30 km. Những đám mây xà cừ có thể nhìn thấy trên bầu trời tối sau khi mặt trời lặn và trước khi mặt trời mọc. Về hình dạng, mây xà cừ giống mây ti và mây ti.

Tầng trung quyển (mesosphere).

Ở độ cao khoảng 50 km, tầng trung lưu bắt đầu với cực đại nhiệt độ rộng. . Lý do cho sự gia tăng nhiệt độ trong khu vực của cực đại này là một phản ứng quang hóa tỏa nhiệt (tức là kèm theo sự giải phóng nhiệt) của quá trình phân hủy ozon: O 3 + hv® O 2 + O. Ozone phát sinh là kết quả của sự phân hủy quang hóa của oxy phân tử O 2

Khoảng 2+ hv® O + O và phản ứng tiếp theo của sự va chạm ba lần của một nguyên tử và một phân tử oxy với một số phân tử thứ ba M.

O + O 2 + M ® O 3 + M

Ozone tham lam hấp thụ bức xạ cực tím trong vùng từ 2000 đến 3000Å, và bức xạ này làm bầu khí quyển nóng lên. Ozone, nằm ở tầng trên của khí quyển, đóng vai trò như một loại lá chắn bảo vệ chúng ta khỏi tác động của bức xạ cực tím từ mặt trời. Nếu không có tấm khiên này, sự phát triển của sự sống trên Trái đất ở dạng hiện đại khó có thể thực hiện được.

Nhìn chung, trong suốt tầng trung lưu, nhiệt độ của khí quyển giảm đến giá trị tối thiểu khoảng 180 K ở ranh giới trên của tầng trung lưu (gọi là mesopause, chiều cao khoảng 80 km). Ở vùng lân cận của mesopause, ở độ cao 70–90 km, một lớp tinh thể băng rất mỏng và các hạt bụi núi lửa và thiên thạch có thể xuất hiện, được quan sát dưới dạng một cảnh tượng tuyệt đẹp của các đám mây dạ quang. ngay sau khi mặt trời lặn.

Ở tầng trung lưu, phần lớn các hạt thiên thạch rắn nhỏ rơi xuống Trái đất bị đốt cháy, gây ra hiện tượng sao băng.

Thiên thạch, thiên thạch và quả cầu lửa.

Ngọn lửa và các hiện tượng khác trong bầu khí quyển phía trên của Trái đất do sự xâm nhập vào nó với tốc độ 11 km / s và trên các hạt hoặc vật thể vũ trụ rắn được gọi là thiên thạch. Có một vệt sao băng sáng quan sát được; hiện tượng mạnh nhất, thường đi kèm với sự sụp đổ của thiên thạch, được gọi là quả cầu lửa; sao băng có liên quan đến mưa sao băng.

mưa sao băng:

1) hiện tượng nhiều sao băng rơi trong vài giờ hoặc vài ngày từ một lần tỏa sáng.

2) một đám thiên thạch di chuyển trên một quỹ đạo quanh Mặt trời.

Sự xuất hiện có hệ thống của các thiên thạch ở một vùng nhất định trên bầu trời và vào những ngày nhất định trong năm, gây ra bởi sự giao nhau giữa quỹ đạo của Trái đất với quỹ đạo chung của nhiều thiên thể chuyển động với tốc độ xấp xỉ như nhau và có hướng như nhau, do đó chúng các con đường trên bầu trời dường như đi ra từ một điểm chung (rạng rỡ) . Chúng được đặt tên theo chòm sao nơi có bức xạ.

Mưa sao băng tạo ấn tượng sâu sắc với hiệu ứng ánh sáng của chúng, nhưng hiếm khi nhìn thấy các sao băng riêng lẻ. Nhiều hơn nữa là các thiên thạch vô hình, quá nhỏ để có thể nhìn thấy vào thời điểm chúng bị bầu khí quyển nuốt chửng. Một số thiên thạch nhỏ nhất có thể không nóng lên chút nào mà chỉ bị khí quyển bắt giữ. Những hạt nhỏ này có kích thước từ vài milimét đến một phần mười nghìn milimét được gọi là thiên thạch micromet. Lượng vật chất thiên thạch đi vào bầu khí quyển mỗi ngày là từ 100 đến 10.000 tấn, với phần lớn vật chất này là thiên thạch micromet.

Vì vật chất thiên thạch bị đốt cháy một phần trong khí quyển nên thành phần khí của nó được bổ sung bằng dấu vết của các nguyên tố hóa học khác nhau. Ví dụ, thiên thạch đá mang liti vào bầu khí quyển. Quá trình đốt cháy các thiên thạch kim loại dẫn đến sự hình thành các giọt sắt hình cầu nhỏ, sắt-niken và các giọt khác đi qua bầu khí quyển và lắng đọng trên bề mặt trái đất. Chúng có thể được tìm thấy ở Greenland và Nam Cực, nơi các tảng băng hầu như không thay đổi trong nhiều năm. Các nhà hải dương học tìm thấy chúng trong trầm tích đáy đại dương.

Hầu hết các hạt sao băng đi vào bầu khí quyển được lắng đọng trong khoảng 30 ngày. Một số nhà khoa học tin rằng bụi vũ trụ này đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành các hiện tượng khí quyển như mưa, vì nó đóng vai trò là hạt nhân của quá trình ngưng tụ hơi nước. Do đó, người ta cho rằng lượng mưa có liên quan về mặt thống kê với các trận mưa sao băng lớn. Tuy nhiên, một số chuyên gia tin rằng vì tổng lượng vật chất thiên thạch đầu vào lớn gấp nhiều chục lần ngay cả với trận mưa sao băng lớn nhất, nên có thể bỏ qua sự thay đổi về tổng lượng vật chất này xảy ra do một trận mưa như vậy.

Tuy nhiên, chắc chắn rằng các thiên thạch micromet lớn nhất và các thiên thạch có thể nhìn thấy để lại dấu vết ion hóa dài trong các tầng cao của khí quyển, chủ yếu ở tầng điện ly. Những dấu vết như vậy có thể được sử dụng cho liên lạc vô tuyến đường dài, vì chúng phản xạ sóng vô tuyến tần số cao.

Năng lượng của các thiên thạch đi vào bầu khí quyển được sử dụng chủ yếu và có lẽ hoàn toàn cho việc đốt nóng nó. Đây là một trong những thành phần phụ của sự cân bằng nhiệt của khí quyển.

Thiên thạch là một vật thể rắn có nguồn gốc tự nhiên rơi xuống bề mặt Trái đất từ ​​​​không gian. Thiên thạch đá, đá sắt và sắt thường được phân biệt. Loại thứ hai chủ yếu bao gồm sắt và niken. Trong số các thiên thạch được tìm thấy, hầu hết có trọng lượng từ vài gam đến vài kg. Lớn nhất trong số đó được tìm thấy, thiên thạch sắt Goba nặng khoảng 60 tấn và vẫn nằm ở chính nơi nó được phát hiện, ở Nam Phi. Hầu hết các thiên thạch là mảnh vỡ của các tiểu hành tinh, nhưng một số thiên thạch có thể đến Trái đất từ ​​Mặt trăng và thậm chí từ Sao Hỏa.

Quả cầu lửa là một sao băng rất sáng, đôi khi được quan sát thấy ngay cả vào ban ngày, thường để lại vệt khói và kèm theo hiện tượng âm thanh; thường kết thúc với sự sụp đổ của thiên thạch.

Nhiệt quyển.

Trên nhiệt độ tối thiểu của mesopause, tầng nhiệt bắt đầu, trong đó nhiệt độ, lúc đầu chậm, sau đó nhanh chóng, bắt đầu tăng trở lại. Nguyên nhân là do sự hấp thụ tia cực tím, bức xạ mặt trời ở độ cao 150–300 km, do sự ion hóa oxy nguyên tử: O + hv® O + + đ.

Trong tầng đối lưu, nhiệt độ liên tục tăng lên đến độ cao khoảng 400 km, có nơi đạt tới 1800 K vào ban ngày trong thời kỳ hoạt động mạnh nhất của mặt trời, trong thời kỳ cực tiểu, nhiệt độ giới hạn này có thể dưới 1000 K. Trên 400 km, bầu khí quyển đi vào một tầng ngoại quyển đẳng nhiệt. Mức tới hạn (cơ sở của tầng ngoài) nằm ở độ cao khoảng 500 km.

Cực quang và nhiều quỹ đạo của các vệ tinh nhân tạo, cũng như các đám mây dạ quang - tất cả những hiện tượng này xảy ra ở tầng trung lưu và tầng nhiệt.

Đèn cực.

Ở vĩ độ cao, cực quang được quan sát thấy trong các nhiễu loạn từ trường. Chúng có thể tồn tại trong vài phút, nhưng thường có thể nhìn thấy trong vài giờ. Cực quang rất khác nhau về hình dạng, màu sắc và cường độ, tất cả những thứ này đôi khi thay đổi rất nhanh theo thời gian. Quang phổ cực quang bao gồm các vạch và dải phát xạ. Một số bức xạ từ bầu trời đêm được tăng cường trong quang phổ cực quang, chủ yếu là các vạch màu xanh lục và đỏ của l 5577 Å và l 6300 Å của oxy. Điều xảy ra là một trong những vạch này có cường độ cao hơn nhiều lần so với vạch kia và điều này quyết định màu sắc có thể nhìn thấy của ánh sáng: xanh lục hoặc đỏ. Các nhiễu loạn trong từ trường cũng đi kèm với sự gián đoạn trong liên lạc vô tuyến ở các vùng cực. Sự gián đoạn là do những thay đổi trong tầng điện ly, có nghĩa là trong các cơn bão từ, một nguồn ion hóa mạnh mẽ hoạt động. Người ta đã xác định rằng các cơn bão từ mạnh xảy ra khi có các nhóm lớn các điểm gần trung tâm của đĩa mặt trời. Các quan sát đã chỉ ra rằng các cơn bão không liên quan đến bản thân các đốm mà với các tia lửa mặt trời xuất hiện trong quá trình phát triển của một nhóm các đốm.

Cực quang là một dải ánh sáng có cường độ khác nhau với các chuyển động nhanh được quan sát thấy ở các vùng vĩ độ cao của Trái đất. Cực quang nhìn thấy được chứa các vạch phát xạ màu lục (5577Å) và đỏ (6300/6364Å) của các dải phân tử oxy và N 2, được kích thích bởi các hạt năng lượng có nguồn gốc từ mặt trời và từ quyển. Những khí thải này thường được hiển thị ở độ cao khoảng 100 km trở lên. Thuật ngữ cực quang quang học được sử dụng để chỉ cực quang nhìn thấy được và phổ phát xạ từ tia hồng ngoại đến tia cực tím của chúng. Năng lượng bức xạ trong phần hồng ngoại của quang phổ vượt quá đáng kể năng lượng của vùng khả kiến. Khi cực quang xuất hiện, lượng khí thải được quan sát thấy trong phạm vi ULF (

Các dạng cực quang thực tế rất khó phân loại; Các thuật ngữ sau đây được sử dụng phổ biến nhất:

1. Làm dịu các vòng cung hoặc sọc đồng nhất. Cung thường kéo dài ~1000 km theo hướng vĩ tuyến địa từ (về phía Mặt trời ở vùng cực) và có chiều rộng từ một đến vài chục km. Một dải là một khái quát của khái niệm về một vòng cung, nó thường không có hình dạng vòng cung thông thường, mà uốn cong theo hình chữ S hoặc ở dạng xoắn ốc. Các cung và dải nằm ở độ cao 100–150 km.

2. Tia cực quang . Thuật ngữ này đề cập đến một cấu trúc cực quang kéo dài dọc theo các đường sức từ với phần mở rộng theo phương thẳng đứng từ vài chục đến vài trăm km. Chiều dài tia dọc ngang nhỏ, từ vài chục mét đến vài km. Các tia thường được quan sát thấy trong các cung hoặc dưới dạng các cấu trúc riêng biệt.

3. Vết bẩn hoặc bề mặt . Đây là những khu vực phát sáng bị cô lập không có hình dạng cụ thể. Các điểm cá nhân có thể liên quan.

4. Mạng che mặt. Một dạng cực quang khác thường, là ánh sáng đồng nhất bao phủ các khu vực rộng lớn trên bầu trời.

Theo cấu trúc, cực quang được chia thành đồng nhất, bóng và rạng rỡ. Các thuật ngữ khác nhau được sử dụng; hồ quang rung, bề mặt rung, bề mặt khuếch tán, sọc rạng rỡ, xếp nếp, v.v. Có một sự phân loại cực quang theo màu sắc của chúng. Theo cách phân loại này, cực quang thuộc loại VÀ. Phần trên hoặc hoàn toàn có màu đỏ (6300–6364 Å). Chúng thường xuất hiện ở độ cao 300–400 km trong hoạt động địa từ cao.

loại cực quang TẠIđược tô màu đỏ ở phần dưới và liên kết với sự phát quang của các dải của hệ N 2 dương đầu tiên và hệ O 2 âm đầu tiên. Những dạng cực quang như vậy xuất hiện trong giai đoạn hoạt động mạnh nhất của cực quang.

khu vực cực quang – đây là những vùng có tần suất xuất hiện cực quang vào ban đêm cao nhất, theo các nhà quan sát tại một điểm cố định trên bề mặt Trái đất. Các khu vực nằm ở 67° vĩ độ bắc và nam, và chiều rộng của chúng là khoảng 6°. Sự xuất hiện cực đại của cực quang, tương ứng với một thời điểm nhất định của thời gian địa từ địa phương, xảy ra ở các vành đai giống hình bầu dục (cực quang hình bầu dục), nằm không đối xứng xung quanh các cực địa từ bắc và nam. Hình bầu dục cực quang được cố định trong tọa độ thời gian vĩ độ và vùng cực quang là quỹ tích của các điểm trong vùng nửa đêm của hình bầu dục theo tọa độ kinh độ vĩ độ. Vành đai hình bầu dục nằm cách cực địa từ khoảng 23° trong khu vực ban đêm và 15° trong khu vực ban ngày.

Cực quang bầu dục và các vùng cực quang. Vị trí của hình bầu dục cực quang phụ thuộc vào hoạt động địa từ. Hình bầu dục trở nên rộng hơn khi hoạt động địa từ cao. Các vùng cực quang hoặc ranh giới hình bầu dục cực quang được biểu thị bằng L 6.4 tốt hơn so với các tọa độ lưỡng cực. Các đường địa từ trường tại ranh giới của khu vực ban ngày của cực quang hình bầu dục trùng với tạm dừng từ trường. Có sự thay đổi vị trí của hình bầu dục cực quang tùy thuộc vào góc giữa trục địa từ và hướng Trái đất-Mặt trời. Hình bầu dục cực quang cũng được xác định trên cơ sở dữ liệu về sự kết tủa của các hạt (electron và proton) có năng lượng nhất định. Vị trí của nó có thể được xác định độc lập từ dữ liệu trên caspakhở ban ngày và ở đuôi từ.

Sự thay đổi hàng ngày về tần suất xuất hiện cực quang trong vùng cực quang có cực đại vào nửa đêm địa từ và cực tiểu vào buổi trưa địa từ. Ở phía gần xích đạo của hình bầu dục, tần suất xuất hiện cực quang giảm mạnh, nhưng hình dạng của các biến thể ngày đêm vẫn được giữ nguyên. Ở phía cực của hình bầu dục, tần suất xuất hiện cực quang giảm dần và được đặc trưng bởi những thay đổi phức tạp trong ngày.

Cường độ của cực quang.

Cường độ cực quang được xác định bằng cách đo bề mặt độ chói biểu kiến. độ sáng bề mặt Tôi cực quang theo một hướng nhất định được xác định bởi tổng phát xạ 4p Tôi phôtôn/(cm 2 s). Vì giá trị này không phải là độ sáng bề mặt thực, nhưng đại diện cho sự phát xạ từ cột, đơn vị photon/(cm 2 cột s) thường được sử dụng trong nghiên cứu cực quang. Đơn vị thông thường để đo tổng lượng phát xạ là Rayleigh (Rl) bằng 10 6 photon / (cm 2 cột s). Một đơn vị cường độ cực quang thực tế hơn được xác định từ sự phát xạ của một đường hoặc dải. Ví dụ, cường độ của cực quang được xác định bởi hệ số độ sáng quốc tế (ICF) theo dữ liệu cường độ dòng màu xanh lá cây (5577 Å); 1 kRl = I MKH, 10 kRl = II MKH, 100 kRl = III MKH, 1000 kRl = IV MKH (cường độ cực quang tối đa). Phân loại này không thể được sử dụng cho cực quang màu đỏ. Một trong những khám phá của kỷ nguyên (1957–1958) là việc thiết lập sự phân bố theo không gian và thời gian của cực quang dưới dạng hình bầu dục dịch chuyển so với cực từ. Từ những ý tưởng đơn giản về hình dạng tròn của sự phân bố cực quang so với cực từ, quá trình chuyển đổi sang vật lý hiện đại của từ quyển đã hoàn thành. Vinh dự khám phá thuộc về O. Khorosheva, và G. Starkov, J. Feldshtein, S-I. Bầu dục cực quang là khu vực chịu tác động mạnh mẽ nhất của gió Mặt trời lên tầng khí quyển phía trên của Trái đất. Cường độ của cực quang là lớn nhất trong hình bầu dục và động lực học của nó được các vệ tinh theo dõi liên tục.

Vòng cung đỏ cực quang ổn định.

Vòng cung đỏ cực quang ổn định, còn được gọi là vòng cung đỏ vĩ độ trung bình hoặc là cung chữ M, là một vòng cung rộng dưới tầm nhìn (dưới giới hạn độ nhạy của mắt), trải dài từ đông sang tây hàng nghìn km và bao quanh, có thể là toàn bộ Trái đất. Phạm vi vĩ độ của vòng cung là 600 km. Sự phát xạ từ hồ quang đỏ cực quang ổn định gần như đơn sắc ở các vạch đỏ l 6300 Å và l 6364 Å. Gần đây, các vạch phát xạ yếu l 5577 Å (OI) và l 4278 Å (N + 2) cũng đã được báo cáo. Các vòng cung màu đỏ liên tục được phân loại là cực quang, nhưng chúng xuất hiện ở độ cao lớn hơn nhiều. Giới hạn dưới nằm ở độ cao 300 km, giới hạn trên khoảng 700 km. Cường độ của vòng cung đỏ cực quang yên tĩnh trong phát xạ l 6300 Å nằm trong khoảng từ 1 đến 10 kRl (giá trị điển hình là 6 kRl). Ngưỡng nhạy cảm của mắt ở bước sóng này là khoảng 10 kR, do đó hiếm khi quan sát được các vòng cung bằng mắt thường. Tuy nhiên, các quan sát đã chỉ ra rằng độ sáng của chúng >50 kR trong 10% số đêm. Thời gian tồn tại thông thường của các cung là khoảng một ngày và chúng hiếm khi xuất hiện trong những ngày tiếp theo. Sóng vô tuyến từ các vệ tinh hoặc nguồn vô tuyến đi qua các cung đỏ cực quang ổn định có thể bị nhấp nháy, cho thấy sự tồn tại của mật độ điện tử không đồng nhất. Giải thích lý thuyết về các vòng cung màu đỏ là các electron bị đốt nóng của vùng F tầng điện ly gây ra sự gia tăng các nguyên tử oxy. Các quan sát vệ tinh cho thấy sự gia tăng nhiệt độ của electron dọc theo các đường trường địa từ đi qua các cung đỏ cực quang ổn định. Cường độ của các cung này tương quan thuận với hoạt động địa từ (bão), và tần suất xuất hiện của các cung tương quan thuận với hoạt động của vết đen mặt trời.

Thay đổi cực quang.

Một số dạng cực quang trải qua các biến thể cường độ thời gian gần như định kỳ và nhất quán. Những cực quang này, với hình dạng gần như cố định và các biến thể định kỳ nhanh chóng xảy ra theo pha, được gọi là cực quang thay đổi. Chúng được phân loại là cực quang các hình thức r theo Bản đồ cực quang quốc tế Một phân khu chi tiết hơn về các cực quang đang thay đổi:

r 1 (cực quang xung) là ánh sáng có sự thay đổi pha đồng nhất về độ sáng trong toàn bộ dạng cực quang. Theo định nghĩa, trong một cực quang xung lý tưởng, các phần không gian và thời gian của xung có thể được tách biệt, tức là độ sáng Tôi(r,t)= tôi là(r)· NÓ(t). Trong một cực quang điển hình r 1, các xung xảy ra với tần số từ 0,01 đến 10 Hz ở cường độ thấp (1–2 kR). Hầu hết các cực quang r 1 là các điểm hoặc cung dao động trong khoảng thời gian vài giây.

r 2 (cực quang bốc lửa). Thuật ngữ này thường được sử dụng để chỉ các chuyển động giống như ngọn lửa lấp đầy bầu trời, chứ không phải để mô tả một hình thức đơn lẻ. Cực quang có hình vòng cung và thường di chuyển lên trên từ độ cao 100 km. Những cực quang này tương đối hiếm và xảy ra thường xuyên hơn bên ngoài cực quang.

r 3 (cực quang nhấp nháy). Đây là những cực quang có độ sáng thay đổi nhanh, không đều hoặc đều đặn, tạo ấn tượng về ngọn lửa bập bùng trên bầu trời. Chúng xuất hiện ngay trước khi cực quang sụp đổ. Tần số biến thiên thường quan sát được r 3 bằng 10 ± 3 Hz.

Thuật ngữ cực quang phát trực tuyến, được sử dụng cho một loại cực quang dao động khác, đề cập đến các biến thể bất thường về độ sáng di chuyển nhanh theo chiều ngang trong các cung và dải cực quang.

Cực quang thay đổi là một trong những hiện tượng mặt trời-mặt đất đi kèm với các xung của trường địa từ và bức xạ tia X cực quang gây ra bởi sự kết tủa của các hạt có nguồn gốc từ mặt trời và từ quyển.

Sự phát sáng của nắp cực được đặc trưng bởi cường độ cao của dải của hệ thống N + 2 âm đầu tiên (λ 3914 Å). Thông thường, các dải N + 2 này có cường độ gấp năm lần so với vạch màu lục OI l 5577 Å; cường độ tuyệt đối của phát sáng nắp cực là từ 0,1 đến 10 kRl (thường là 1–3 kRl). Với những cực quang này, xuất hiện trong các thời kỳ PCA, ánh sáng đồng nhất bao phủ toàn bộ chỏm cực cho đến vĩ độ địa từ 60° ở độ cao từ 30 đến 80 km. Nó được tạo ra chủ yếu bởi các proton mặt trời và các hạt d có năng lượng 10–100 MeV, tạo ra cực đại ion hóa ở các độ cao này. Có một loại ánh sáng khác trong các vùng cực quang, được gọi là cực quang lớp phủ. Đối với loại ánh sáng cực quang này, cường độ tối đa hàng ngày vào buổi sáng là 1–10 kR và cường độ tối thiểu yếu hơn năm lần. Các quan sát về cực quang lớp phủ rất ít và cường độ của chúng phụ thuộc vào hoạt động địa từ và mặt trời.

phát sáng khí quyểnđược định nghĩa là bức xạ được tạo ra và phát ra bởi bầu khí quyển của một hành tinh. Đây là bức xạ phi nhiệt của khí quyển, ngoại trừ sự phát xạ cực quang, phóng điện sét và phát xạ các vệt sao băng. Thuật ngữ này được sử dụng liên quan đến bầu khí quyển của trái đất (ánh sáng ban đêm, ánh sáng chạng vạng và ánh sáng ban ngày). Ánh sáng khí quyển chỉ là một phần nhỏ của ánh sáng có sẵn trong khí quyển. Các nguồn khác là ánh sáng sao, ánh sáng hoàng đạo và ánh sáng tán xạ ban ngày từ Mặt trời. Có thời điểm, độ chói của bầu khí quyển có thể lên tới 40% tổng lượng ánh sáng. Airglow xảy ra trong các lớp khí quyển có chiều cao và độ dày khác nhau. Quang phổ phát sáng trong khí quyển bao gồm các bước sóng từ 1000 Å đến 22,5 µm. Đường phát xạ chính trong luồng khí là l 5577 Å, xuất hiện ở độ cao 90–100 km trong một lớp dày 30–40 km. Sự xuất hiện của ánh sáng là do cơ chế Champen dựa trên sự tái hợp của các nguyên tử oxy. Các vạch phát xạ khác là l 6300 Å, xuất hiện trong trường hợp tái tổ hợp O + 2 phân ly và phát xạ NI l 5198/5201 Å và NI l 5890/5896 Å.

Cường độ phát sáng trong khí quyển được đo bằng Rayleigh. Độ sáng (tính bằng Rayleigh) bằng 4 rb, trong đó c là bề mặt góc của độ chói của lớp phát xạ tính theo đơn vị 10 6 photon/(cm 2 sr s). Cường độ phát sáng phụ thuộc vào vĩ độ (khác nhau đối với các lượng phát thải khác nhau) và cũng thay đổi trong ngày với mức tối đa gần nửa đêm. Một mối tương quan tích cực đã được ghi nhận đối với luồng khí trong phát xạ l 5577 Å với số lượng vết đen mặt trời và dòng bức xạ mặt trời ở bước sóng 10,7 cm. Từ ngoài vũ trụ, nó trông giống như một vòng ánh sáng bao quanh Trái đất và có màu xanh lục.

Tầng ôzôn.

Ở độ cao 20–25 km, nồng độ tối đa của một lượng ôzôn O 3 không đáng kể (lên tới 2×10–7 hàm lượng ôxy!), xảy ra dưới tác động của bức xạ cực tím mặt trời ở độ cao khoảng 10 đến 50 km, đạt được, bảo vệ hành tinh khỏi bức xạ mặt trời ion hóa. Mặc dù số lượng cực kỳ nhỏ các phân tử ôzôn, nhưng chúng bảo vệ mọi sự sống trên Trái đất khỏi tác hại của bức xạ sóng ngắn (tia cực tím và tia X) từ Mặt trời. Nếu bạn kết tủa tất cả các phân tử xuống đáy khí quyển, bạn sẽ có một lớp dày không quá 3–4 mm! Ở độ cao trên 100 km, tỷ lệ khí nhẹ tăng lên và ở độ cao rất cao, heli và hydro chiếm ưu thế; nhiều phân tử phân tách thành các nguyên tử riêng biệt, bị ion hóa dưới tác động của bức xạ mặt trời cứng, tạo thành tầng điện ly. Áp suất và mật độ không khí trong khí quyển Trái đất giảm dần theo độ cao. Tùy thuộc vào sự phân bố nhiệt độ, bầu khí quyển của Trái đất được chia thành tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng giữa, tầng nhiệt và tầng ngoài. .

Ở độ cao 20-25 km nằm tầng ozone. Ozone được hình thành do sự phân rã của các phân tử oxy trong quá trình hấp thụ bức xạ tia cực tím mặt trời có bước sóng ngắn hơn 0,1–0,2 micron. Oxy tự do kết hợp với các phân tử O 2 và tạo thành ozon O 3, nó hấp thụ một cách tham lam tất cả các tia cực tím ngắn hơn 0,29 micron. Các phân tử ozon O 3 dễ bị bức xạ sóng ngắn phá huỷ. Do đó, mặc dù hiếm gặp, tầng ôzôn hấp thụ hiệu quả bức xạ cực tím của Mặt trời, bức xạ này đi qua các tầng khí quyển cao hơn và trong suốt hơn. Nhờ đó, các sinh vật sống trên Trái đất được bảo vệ khỏi tác hại của tia cực tím từ Mặt trời.

tầng điện ly.

Bức xạ mặt trời làm ion hóa các nguyên tử và phân tử của khí quyển. Mức độ ion hóa trở nên đáng kể ở độ cao 60 km và tăng dần theo khoảng cách từ Trái đất. Ở các độ cao khác nhau trong khí quyển, xảy ra các quá trình phân ly liên tiếp của các phân tử khác nhau và quá trình ion hóa tiếp theo của các nguyên tử và ion khác nhau. Về cơ bản, đây là các phân tử oxy O 2, nitơ N 2 và các nguyên tử của chúng. Tùy thuộc vào cường độ của các quá trình này, các lớp khí quyển khác nhau nằm trên 60 km được gọi là các lớp điện ly. , và tổng thể của chúng là tầng điện ly . Lớp dưới, sự ion hóa không đáng kể, được gọi là tầng trung tính.

Nồng độ tối đa của các hạt tích điện trong tầng điện ly đạt được ở độ cao 300–400 km.

Lịch sử nghiên cứu tầng điện ly.

Giả thuyết về sự tồn tại của lớp dẫn điện trong tầng khí quyển phía trên được nhà khoa học người Anh Stuart đưa ra vào năm 1878 để giải thích các đặc điểm của trường địa từ. Sau đó, vào năm 1902, độc lập với nhau, Kennedy ở Hoa Kỳ và Heaviside ở Anh đã chỉ ra rằng để giải thích sự lan truyền của sóng vô tuyến trên một khoảng cách xa, cần phải giả định sự tồn tại của các vùng có độ dẫn cao trong các lớp cao của khí quyển. Năm 1923, Viện sĩ M.V. Shuleikin, khi xem xét các đặc điểm truyền sóng vô tuyến ở các tần số khác nhau, đã đi đến kết luận rằng có ít nhất hai lớp phản xạ trong tầng điện ly. Sau đó, vào năm 1925, các nhà nghiên cứu người Anh Appleton và Barnet, cũng như Breit và Tuve, lần đầu tiên đã chứng minh bằng thực nghiệm sự tồn tại của các vùng phản xạ sóng vô tuyến và đặt nền móng cho nghiên cứu có hệ thống của họ. Kể từ đó, một nghiên cứu có hệ thống về tính chất của các lớp này, thường được gọi là tầng điện ly, đã được thực hiện, đóng một vai trò quan trọng trong một số hiện tượng địa vật lý xác định sự phản xạ và hấp thụ sóng vô tuyến, điều này rất quan trọng đối với thực tế. mục đích, đặc biệt, để đảm bảo liên lạc vô tuyến đáng tin cậy.

Vào những năm 1930, các quan sát có hệ thống về trạng thái của tầng điện ly bắt đầu. Ở nước ta, theo sáng kiến ​​​​của M.A. Bonch-Bruevich, các cài đặt cho âm thanh xung của nó đã được tạo ra. Nhiều tính chất chung của tầng điện ly, độ cao và mật độ electron của các lớp chính của nó đã được nghiên cứu.

Ở độ cao 60–70 km quan sát thấy tầng D; ở độ cao 100–120 km quan sát thấy tầng D e, ở độ cao, ở độ cao 180–300 km hai lớp F 1 và F 2. Các tham số chính của các lớp này được đưa ra trong Bảng 4.

Bảng 4

Bảng 4
vùng điện ly	Chiều cao tối đa, km	tôi , K	Ngày		Đêm ne , cm -3	a΄, ρm 3 s – 1
			tối thiểu ne , cm -3	tối đa ne , cm -3
Đ.	70	20	100	200	10	10 –6
e	110	270	1,5 10 5	3 10 5	3000	10 –7
F 1	180	800–1500	3 10 5	5 10 5	–	3 10 -8
F 2 (mùa đông)	220–280	1000–2000	6 10 5	25 10 5	~10 5	2 10 –10
F 2 (mùa hạ)	250–320	1000–2000	2 10 5	8 10 5	~3 10 5	10 –10
ne là nồng độ electron, e là điện tích electron, tôi là nhiệt độ ion, a΄ là hệ số tái hợp (xác định ne và sự thay đổi của nó theo thời gian)

Giá trị trung bình được đưa ra khi chúng thay đổi theo vĩ độ, thời gian trong ngày và mùa khác nhau. Dữ liệu như vậy là cần thiết để đảm bảo liên lạc vô tuyến tầm xa. Chúng được sử dụng trong việc lựa chọn tần số hoạt động cho các liên kết vô tuyến sóng ngắn khác nhau. Biết được sự thay đổi của chúng tùy thuộc vào trạng thái của tầng điện ly vào các thời điểm khác nhau trong ngày và theo các mùa khác nhau là vô cùng quan trọng để đảm bảo độ tin cậy của thông tin vô tuyến. Tầng điện ly là tập hợp các lớp khí quyển của trái đất bị ion hóa, bắt đầu từ độ cao khoảng 60 km và kéo dài đến độ cao hàng chục nghìn km. Nguồn ion hóa chính của bầu khí quyển Trái đất là bức xạ tia cực tím và tia X của Mặt trời, chủ yếu xảy ra trong tầng quyển và vành nhật hoa của Mặt trời. Ngoài ra, mức độ ion hóa của tầng khí quyển phía trên bị ảnh hưởng bởi các dòng năng lượng mặt trời xảy ra trong các đợt bùng phát năng lượng mặt trời, cũng như các tia vũ trụ và các hạt thiên thạch.

tầng điện ly

là những khu vực trong khí quyển đạt được giá trị tối đa về nồng độ của các electron tự do (tức là số lượng của chúng trên một đơn vị thể tích). Các electron tự do tích điện và (ở mức độ thấp hơn, các ion ít di động hơn) sinh ra từ quá trình ion hóa các nguyên tử khí trong khí quyển, tương tác với sóng vô tuyến (tức là dao động điện từ), có thể thay đổi hướng của chúng, phản xạ hoặc khúc xạ chúng và hấp thụ năng lượng của chúng. Do đó, khi nhận các đài phát thanh ở xa, có thể xảy ra nhiều hiệu ứng khác nhau, chẳng hạn như vô tuyến bị mờ dần, tăng khả năng nghe của các đài ở xa, mất điện vân vân. hiện tượng.

phương pháp nghiên cứu.

Các phương pháp cổ điển để nghiên cứu tầng điện ly từ Trái đất được giảm xuống thành âm thanh xung - gửi các xung vô tuyến và quan sát phản xạ của chúng từ các lớp khác nhau của tầng điện ly bằng cách đo thời gian trễ và nghiên cứu cường độ và hình dạng của tín hiệu phản xạ. Bằng cách đo độ cao phản xạ của các xung vô tuyến ở các tần số khác nhau, xác định tần số tới hạn của các vùng khác nhau (tần số sóng mang của xung vô tuyến mà vùng này của tầng điện ly trở nên trong suốt được gọi là tới hạn), có thể xác định giá trị của mật độ electron trong các lớp và độ cao hiệu dụng cho các tần số nhất định và chọn tần số tối ưu cho các đường dẫn vô tuyến nhất định. Với sự phát triển của công nghệ tên lửa và sự ra đời của thời đại vũ trụ của các vệ tinh Trái đất nhân tạo (AES) và các tàu vũ trụ khác, có thể đo trực tiếp các thông số của plasma không gian gần Trái đất, phần dưới của nó là tầng điện ly.

Các phép đo mật độ điện tử được thực hiện từ các tên lửa được phóng đặc biệt và dọc theo đường bay của vệ tinh đã xác nhận và tinh chỉnh dữ liệu thu được trước đó bằng các phương pháp trên mặt đất về cấu trúc của tầng điện ly, sự phân bố mật độ điện tử theo chiều cao trên các vùng khác nhau của Trái đất và làm cho nó có thể để thu được giá trị mật độ electron trên mức cực đại chính - lớp F. Trước đây, không thể thực hiện được điều này bằng các phương pháp đo âm dựa trên các quan sát về các xung vô tuyến bước sóng ngắn phản xạ. Người ta đã phát hiện ra rằng ở một số vùng trên toàn cầu có những vùng khá ổn định với mật độ điện tử thấp, "gió tầng điện ly" đều đặn, các quá trình sóng đặc biệt phát sinh trong tầng điện ly mang theo các nhiễu loạn tầng điện ly cục bộ cách nơi kích thích của chúng hàng nghìn km, và nhiều hơn nữa. Việc tạo ra các thiết bị thu đặc biệt có độ nhạy cao giúp có thể thực hiện tại các trạm phát xung của tầng điện ly việc thu các tín hiệu xung được phản xạ một phần từ các vùng thấp nhất của tầng điện ly (trạm phản xạ một phần). Việc sử dụng các cài đặt xung mạnh trong các dải sóng mét và decimét với việc sử dụng ăng-ten cho phép thực hiện năng lượng bức xạ tập trung cao giúp có thể quan sát các tín hiệu bị phân tán bởi tầng điện ly ở các độ cao khác nhau. Việc nghiên cứu các đặc điểm của quang phổ của các tín hiệu này, bị tán xạ không liên tục bởi các electron và ion của plasma tầng điện ly (đối với điều này, các trạm tán xạ sóng vô tuyến không liên tục đã được sử dụng) giúp xác định nồng độ của các electron và ion, tương đương của chúng nhiệt độ ở các độ cao khác nhau cho đến độ cao vài nghìn km. Hóa ra tầng điện ly đủ trong suốt đối với các tần số được sử dụng.

Nồng độ điện tích (mật độ electron bằng mật độ ion) trong tầng điện ly của trái đất ở độ cao 300 km là khoảng 106 cm–3 trong ngày. Một plasma có mật độ này phản xạ các sóng vô tuyến dài hơn 20 m, trong khi truyền các sóng ngắn hơn.

Sự phân bố thẳng đứng điển hình của mật độ electron trong tầng điện ly cho điều kiện ngày và đêm.

Sự lan truyền của sóng vô tuyến trong tầng điện ly.

Khả năng tiếp nhận ổn định của các đài phát sóng tầm xa phụ thuộc vào tần số được sử dụng, cũng như thời gian trong ngày, mùa và ngoài ra, hoạt động của mặt trời. Hoạt động của mặt trời ảnh hưởng đáng kể đến trạng thái của tầng điện ly. Sóng vô tuyến do một trạm mặt đất phát ra truyền theo đường thẳng, giống như tất cả các loại sóng điện từ. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng cả bề mặt Trái đất và các lớp ion hóa trong bầu khí quyển của nó đều đóng vai trò như một loại bản tụ điện khổng lồ, tác động lên chúng giống như tác dụng của gương đối với ánh sáng. Phản xạ từ chúng, sóng vô tuyến có thể truyền đi hàng nghìn km, uốn cong trên toàn cầu với bước nhảy khổng lồ hàng trăm nghìn km, phản xạ luân phiên từ một lớp khí bị ion hóa và từ bề mặt Trái đất hoặc nước.

Vào những năm 1920, người ta tin rằng sóng vô tuyến ngắn hơn 200 m thường không thích hợp cho liên lạc đường dài do hấp thụ mạnh. Các thí nghiệm đầu tiên về khả năng thu sóng ngắn tầm xa qua Đại Tây Dương giữa Châu Âu và Châu Mỹ được thực hiện bởi nhà vật lý người Anh Oliver Heaviside và kỹ sư điện người Mỹ Arthur Kennelly. Độc lập với nhau, họ cho rằng ở đâu đó trên Trái đất có một lớp khí quyển bị ion hóa có thể phản xạ sóng vô tuyến. Nó được gọi là lớp Heaviside - Kennelly, và sau đó - tầng điện ly.

Theo các quan niệm hiện đại, tầng điện ly bao gồm các điện tử tự do mang điện tích âm và các ion mang điện tích dương, trong đó chủ yếu là phân tử oxy O+ và oxit nitric NO+. Các ion và điện tử được hình thành do sự phân ly của các phân tử và sự ion hóa các nguyên tử khí trung hòa bởi bức xạ tia X và tia cực tím mặt trời. Để ion hóa một nguyên tử, cần phải cung cấp cho nó năng lượng ion hóa, nguồn chính của tầng điện ly là tia cực tím, tia X và bức xạ hạt của Mặt trời.

Miễn là lớp vỏ khí của Trái đất được Mặt trời chiếu sáng, ngày càng có nhiều electron liên tục được hình thành trong đó, nhưng đồng thời, một số electron, va chạm với các ion, kết hợp lại, một lần nữa tạo thành các hạt trung tính. Sau khi mặt trời lặn, việc sản xuất các điện tử mới gần như dừng lại và số lượng điện tử tự do bắt đầu giảm. Càng nhiều electron tự do trong tầng điện ly, sóng cao tần được phản xạ từ nó càng tốt. Với sự giảm nồng độ electron, sóng vô tuyến chỉ có thể truyền qua ở dải tần số thấp. Đó là lý do tại sao vào ban đêm, theo quy luật, chỉ có thể nhận được các trạm ở xa trong phạm vi 75, 49, 41 và 31 m, các electron phân bố không đều trong tầng điện ly. Ở độ cao từ 50 đến 400 km, có một số lớp hoặc vùng có mật độ electron tăng lên. Các khu vực này chuyển tiếp trơn tru vào nhau và ảnh hưởng đến sự lan truyền của sóng vô tuyến HF theo những cách khác nhau. Tầng trên của tầng điện ly được kí hiệu bằng chữ F. Đây là mức độ ion hóa cao nhất (tỷ lệ các hạt tích điện là khoảng 10–4). Nó nằm ở độ cao hơn 150 km so với bề mặt Trái đất và đóng vai trò phản xạ chính trong quá trình truyền sóng vô tuyến tầm xa của dải HF tần số cao. Trong những tháng mùa hè, vùng F chia thành hai lớp - F 1 và F 2. Lớp F1 có thể chiếm độ cao từ 200 đến 250 km và lớp F 2 dường như “lơ lửng” ở độ cao khoảng 300–400 km. thường lớp F 2 bị ion hóa mạnh hơn nhiều so với lớp F 1 . lớp ban đêm F 1 biến mất và lớp F 2 vẫn còn, mất dần tới 60% mức độ ion hóa. Dưới lớp F ở độ cao từ 90 đến 150 km có lớp e, mà quá trình ion hóa xảy ra dưới ảnh hưởng của bức xạ tia X mềm từ Mặt trời. Mức độ ion hóa của lớp E thấp hơn so với lớp F, vào ban ngày, việc tiếp nhận các đài có băng tần HF tần số thấp 31 và 25 m xảy ra khi tín hiệu được phản xạ từ lớp e. Thông thường đây là những trạm nằm ở khoảng cách 1000–1500 km. Vào ban đêm trong một lớp e quá trình ion hóa giảm mạnh, nhưng ngay cả tại thời điểm này, nó vẫn tiếp tục đóng một vai trò quan trọng trong việc thu tín hiệu từ các trạm trong dải 41, 49 và 75 m.

Rất quan tâm đến việc nhận tín hiệu của các băng tần HF tần số cao 16, 13 và 11 m là những tín hiệu phát sinh trong khu vực e lớp xen kẽ (đám mây) ion hóa tăng mạnh. Diện tích của những đám mây này có thể thay đổi từ vài đến hàng trăm km vuông. Lớp tăng ion hóa này được gọi là lớp lẻ tẻ. e và ký hiệu là. Mây Es có thể di chuyển trong tầng điện ly dưới tác động của gió và đạt tốc độ lên tới 250 km/h. Vào mùa hè, ở các vĩ độ trung bình vào ban ngày, nguồn gốc của sóng vô tuyến do các đám mây Es xảy ra 15–20 ngày mỗi tháng. Gần xích đạo, nó hầu như luôn hiện diện và ở vĩ độ cao, nó thường xuất hiện vào ban đêm. Đôi khi, trong những năm hoạt động của mặt trời thấp, khi không có đường truyền đến các dải HF tần số cao, các trạm ở xa đột nhiên xuất hiện với âm lượng tốt trên các dải 16, 13 và 11 m, các tín hiệu được phản xạ nhiều lần từ Es .

Vùng thấp nhất của tầng điện li là vùng Đ. nằm ở độ cao từ 50 đến 90 km. Có tương đối ít điện tử tự do ở đây. từ khu vực Đ. sóng dài và trung bình được phản xạ tốt và tín hiệu của các đài HF tần số thấp được hấp thụ mạnh. Sau khi mặt trời lặn, quá trình ion hóa biến mất rất nhanh và có thể thu được các trạm ở xa trong phạm vi 41, 49 và 75 m, tín hiệu của chúng được phản xạ từ các lớp F 2 và e. Các lớp riêng biệt của tầng điện ly đóng một vai trò quan trọng trong việc truyền tín hiệu vô tuyến HF. Tác động lên sóng vô tuyến chủ yếu là do sự hiện diện của các electron tự do trong tầng điện ly, mặc dù cơ chế lan truyền của sóng vô tuyến gắn liền với sự có mặt của các ion lớn. Loại thứ hai cũng được quan tâm trong việc nghiên cứu các tính chất hóa học của khí quyển, vì chúng hoạt động mạnh hơn các nguyên tử và phân tử trung tính. Các phản ứng hóa học xảy ra trong tầng điện ly đóng một vai trò quan trọng trong cân bằng năng lượng và điện của nó.

tầng điện ly bình thường. Các quan sát được thực hiện với sự trợ giúp của tên lửa địa vật lý và vệ tinh đã đưa ra nhiều thông tin mới, cho thấy quá trình ion hóa khí quyển xảy ra dưới tác động của bức xạ mặt trời phổ rộng. Phần chính của nó (hơn 90%) tập trung ở phần quang phổ nhìn thấy được. Bức xạ cực tím có bước sóng ngắn hơn và nhiều năng lượng hơn tia sáng tím được phát ra bởi hydro của phần bên trong bầu khí quyển của Mặt trời (sắc quyển) và bức xạ tia X, thậm chí còn có năng lượng cao hơn, được phát ra bởi các khí của Mặt trời vỏ ngoài (corona).

Trạng thái bình thường (trung bình) của tầng điện ly là do bức xạ mạnh liên tục. Những thay đổi thường xuyên xảy ra trong tầng điện ly bình thường dưới tác động của sự quay hàng ngày của Trái đất và sự khác biệt theo mùa về góc tới của tia nắng mặt trời vào buổi trưa, nhưng cũng có những thay đổi đột ngột và không thể đoán trước về trạng thái của tầng điện ly.

Rối loạn trong tầng điện ly.

Như đã biết, các biểu hiện hoạt động lặp đi lặp lại theo chu kỳ mạnh mẽ xảy ra trên Mặt trời, đạt cực đại sau mỗi 11 năm. Các quan sát theo chương trình của Năm địa vật lý quốc tế (IGY) trùng với thời kỳ hoạt động năng lượng mặt trời cao nhất trong toàn bộ thời kỳ quan sát khí tượng có hệ thống, tức là từ đầu thế kỷ 18. Trong thời kỳ hoạt động mạnh, độ sáng của một số khu vực trên Mặt trời tăng lên nhiều lần và sức mạnh của bức xạ tia cực tím và tia X tăng mạnh. Hiện tượng như vậy được gọi là ngọn lửa mặt trời. Chúng kéo dài từ vài phút đến một hoặc hai giờ. Trong thời gian bùng phát, plasma mặt trời phun trào (chủ yếu là proton và electron), và các hạt cơ bản lao vào không gian vũ trụ. Bức xạ điện từ và hạt của Mặt trời tại thời điểm bùng phát như vậy có tác động mạnh mẽ đến bầu khí quyển của Trái đất.

Phản ứng ban đầu được ghi nhận 8 phút sau khi chớp sáng, khi tia cực tím và tia X cường độ cao chiếu tới Trái đất. Kết quả là, quá trình ion hóa tăng mạnh; tia X xuyên qua khí quyển đến ranh giới dưới của tầng điện ly; số lượng electron trong các lớp này tăng lên nhiều đến mức các tín hiệu vô tuyến gần như bị hấp thụ hoàn toàn ("dập tắt"). Sự hấp thụ bổ sung bức xạ gây ra sự nóng lên của khí, góp phần vào sự phát triển của gió. Khí bị ion hóa là một chất dẫn điện và khi nó di chuyển trong từ trường của Trái đất, hiệu ứng máy phát điện sẽ xuất hiện và một dòng điện được tạo ra. Ngược lại, những dòng điện như vậy có thể gây ra những nhiễu loạn đáng chú ý của từ trường và biểu hiện dưới dạng bão từ.

Cấu trúc và động lực học của tầng khí quyển phía trên về cơ bản được xác định bởi các quá trình không cân bằng nhiệt động học liên quan đến quá trình ion hóa và phân ly bởi bức xạ mặt trời, các quá trình hóa học, sự kích thích của các phân tử và nguyên tử, sự hủy kích hoạt, va chạm và các quá trình cơ bản khác của chúng. Trong trường hợp này, mức độ không cân bằng tăng theo chiều cao khi mật độ giảm. Lên đến độ cao 500–1000 km, và thậm chí thường cao hơn, mức độ không cân bằng đối với nhiều đặc điểm của tầng khí quyển phía trên là khá nhỏ, điều này cho phép người ta sử dụng thủy động lực học cổ điển và thủy động lực học với sự cho phép của các phản ứng hóa học để mô tả nó.

Tầng ngoài là lớp ngoài cùng của bầu khí quyển Trái đất, bắt đầu ở độ cao vài trăm km, từ đó các nguyên tử hydro nhẹ, chuyển động nhanh có thể thoát ra ngoài vũ trụ.

Edward Kononovich

Văn:

Pudovkin M.I. Nguyên tắc cơ bản của vật lý năng lượng mặt trời. Petersburg, 2001
Eris Chaisson, Steve McMillan thiên văn ngày nay. Hội trường Prentice Inc. Thượng Yên Sông, 2002
Tài liệu trực tuyến: http://ciencia.nasa.gov/



Các lớp khí quyển theo thứ tự từ bề mặt Trái đất

Vai trò của khí quyển đối với sự sống của Trái Đất

Bầu không khí là nguồn oxy mà con người hít thở. Tuy nhiên, khi bạn lên cao, tổng áp suất khí quyển giảm xuống, dẫn đến giảm áp suất oxy riêng phần.

Phổi người chứa khoảng ba lít không khí phế nang. Nếu áp suất khí quyển bình thường, thì áp suất oxy riêng phần trong không khí phế nang sẽ là 11 mm Hg. Art., áp suất của carbon dioxide - 40 mm Hg. Art., và hơi nước - 47 mm Hg. Mỹ thuật. Với sự gia tăng độ cao, áp suất oxy giảm và tổng áp suất của hơi nước và carbon dioxide trong phổi sẽ không đổi - khoảng 87 mm Hg. Mỹ thuật. Khi áp suất không khí bằng giá trị này, oxy sẽ ngừng chảy vào phổi.

Do áp suất khí quyển giảm ở độ cao 20 km, nước và dịch kẽ trong cơ thể con người sẽ sôi ở đây. Nếu không sử dụng cabin điều áp, ở độ cao như vậy một người sẽ chết gần như ngay lập tức. Do đó, từ quan điểm về đặc điểm sinh lý của cơ thể con người, "không gian" bắt nguồn từ độ cao 20 km so với mực nước biển.

Vai trò của khí quyển đối với sự sống của Trái đất là rất to lớn. Vì vậy, ví dụ, nhờ các lớp không khí dày đặc - tầng đối lưu và tầng bình lưu, con người được bảo vệ khỏi tiếp xúc với bức xạ. Trong không gian, trong không khí hiếm, ở độ cao trên 36 km, bức xạ ion hóa hoạt động. Ở độ cao hơn 40 km - tia cực tím.

Khi nhô lên khỏi bề mặt Trái đất đến độ cao hơn 90-100 km, sẽ có sự suy yếu dần và sau đó là sự biến mất hoàn toàn của các hiện tượng quen thuộc với con người, được quan sát thấy ở tầng khí quyển thấp hơn:

Âm thanh không lan truyền.

Không có lực khí động học và lực cản.

Nhiệt không được truyền bằng cách đối lưu, v.v.

Lớp khí quyển bảo vệ Trái đất và mọi sinh vật sống khỏi bức xạ vũ trụ, từ các thiên thạch, có nhiệm vụ điều hòa sự dao động nhiệt độ theo mùa, cân bằng và cân bằng nhiệt độ hàng ngày. Trong trường hợp không có bầu khí quyển trên Trái đất, nhiệt độ hàng ngày sẽ dao động trong khoảng +/-200С˚. Lớp khí quyển là một "đệm" mang lại sự sống giữa bề mặt trái đất và không gian bên ngoài, là chất mang hơi ẩm và nhiệt; các quá trình quang hợp và trao đổi năng lượng diễn ra trong khí quyển - các quá trình sinh quyển quan trọng nhất.

Các lớp khí quyển theo thứ tự từ bề mặt Trái đất

Bầu khí quyển là một cấu trúc phân lớp, bao gồm các lớp khí quyển sau đây theo thứ tự từ bề mặt Trái đất:

tầng đối lưu.

Tầng bình lưu.

Tầng trung lưu.

Nhiệt quyển.

ngoại quyển

Mỗi lớp không có ranh giới rõ ràng giữa chúng và chiều cao của chúng bị ảnh hưởng bởi vĩ độ và mùa. Cấu trúc lớp này được hình thành do sự thay đổi nhiệt độ ở các độ cao khác nhau. Chính nhờ có bầu khí quyển mà chúng ta nhìn thấy những vì sao lấp lánh.

Cấu trúc của khí quyển Trái đất theo các lớp:

Bầu khí quyển của trái đất được làm bằng gì?

Mỗi lớp khí quyển khác nhau về nhiệt độ, mật độ và thành phần. Tổng độ dày của khí quyển là 1,5-2,0 nghìn km. Bầu khí quyển của trái đất được làm bằng gì? Hiện tại, nó là một hỗn hợp khí với nhiều tạp chất khác nhau.

tầng đối lưu

Cấu trúc của khí quyển Trái đất bắt đầu từ tầng đối lưu, là phần thấp hơn của khí quyển ở độ cao khoảng 10-15 km. Đây là nơi tập trung phần lớn không khí trong khí quyển. Một tính năng đặc trưng của tầng đối lưu là nhiệt độ giảm 0,6 ˚C khi bạn tăng lên cứ sau 100 mét. Tầng đối lưu đã tập trung gần như toàn bộ hơi nước trong khí quyển và các đám mây cũng được hình thành ở đây.

Độ cao của tầng đối lưu thay đổi hàng ngày. Ngoài ra, giá trị trung bình của nó thay đổi tùy thuộc vào vĩ độ và mùa trong năm. Chiều cao trung bình của tầng đối lưu trên các cực là 9 km, trên đường xích đạo - khoảng 17 km. Nhiệt độ không khí trung bình hàng năm trên đường xích đạo là gần +26 ˚C và trên Bắc Cực -23 ˚C. Đường trên của ranh giới của tầng đối lưu phía trên đường xích đạo là nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng -70 ˚C, và trên cực bắc vào mùa hè -45 ˚C và vào mùa đông -65 ˚C. Như vậy, càng lên cao nhiệt độ càng giảm. Các tia mặt trời tự do đi qua tầng đối lưu, làm nóng bề mặt Trái đất. Nhiệt do mặt trời tỏa ra được giữ lại bởi carbon dioxide, metan và hơi nước.

tầng bình lưu

Phía trên tầng đối lưu là tầng bình lưu, cao 50-55 km. Tính đặc thù của lớp này là sự gia tăng nhiệt độ theo chiều cao. Giữa tầng đối lưu và tầng bình lưu là một lớp chuyển tiếp gọi là tầng đối lưu.

Khoảng từ độ cao 25 ​​km, nhiệt độ của tầng bình lưu bắt đầu tăng lên và khi đạt đến độ cao tối đa 50 km, nó thu được các giá trị từ +10 đến +30 ˚C.

Có rất ít hơi nước trong tầng bình lưu. Đôi khi ở độ cao khoảng 25 km, bạn có thể tìm thấy những đám mây khá mỏng, được gọi là "xà cừ". Vào ban ngày, chúng không đáng chú ý, nhưng vào ban đêm, chúng phát sáng do sự chiếu sáng của mặt trời nằm dưới đường chân trời. Thành phần của những đám mây xà cừ là những giọt nước siêu lạnh. Tầng bình lưu được tạo thành chủ yếu từ ozone.

tầng trung lưu

Chiều cao của tầng trung quyển xấp xỉ 80 km. Ở đây, khi nó tăng lên trên, nhiệt độ giảm xuống và ở ranh giới trên cùng, nó đạt đến các giá trị vài chục C˚ dưới 0. Ở tầng trung lưu, người ta cũng có thể quan sát thấy các đám mây, chúng có lẽ được hình thành từ các tinh thể băng. Những đám mây này được gọi là "bạc". Tầng trung lưu được đặc trưng bởi nhiệt độ lạnh nhất trong khí quyển: từ -2 đến -138 ˚C.

tầng nhiệt

Lớp khí quyển này có tên do nhiệt độ cao. Tầng đối lưu được tạo thành từ:

tầng điện ly.

ngoại quyển.

Tầng điện ly được đặc trưng bởi không khí hiếm, mỗi centimet ở độ cao 300 km bao gồm 1 tỷ nguyên tử và phân tử, và ở độ cao 600 km - hơn 100 triệu.

Tầng điện ly cũng được đặc trưng bởi sự ion hóa không khí cao. Các ion này bao gồm các nguyên tử oxy tích điện, các phân tử tích điện của nguyên tử nitơ và các electron tự do.

ngoại quyển

Từ độ cao 800-1000 km, lớp ngoại quyển bắt đầu. Các hạt khí, đặc biệt là nhẹ, di chuyển ở đây với tốc độ lớn, vượt qua lực hấp dẫn. Các hạt như vậy, do chuyển động nhanh, bay ra khỏi bầu khí quyển vào không gian vũ trụ và phân tán. Do đó, ngoại quyển được gọi là quả cầu tán xạ. Chủ yếu là các nguyên tử hydro bay vào không gian, tạo nên các lớp cao nhất của tầng ngoài. Nhờ các hạt trong bầu khí quyển phía trên và các hạt của gió mặt trời, chúng ta có thể quan sát được cực quang.

Vệ tinh và tên lửa địa vật lý giúp thiết lập sự hiện diện trong bầu khí quyển phía trên của vành đai bức xạ của hành tinh, bao gồm các hạt tích điện - electron và proton.