سمك الغلاف الجوي للأرض هو. تكوين الغلاف الجوي

موسوعي يوتيوب

1 / 5

✪ سفينة الفضاء الأرضية (الحلقة 14) - الغلاف الجوي

✪ لماذا لم يُسحب الغلاف الجوي إلى فراغ الفضاء؟

دخول المركبة الفضائية "Soyuz TMA-8" الغلاف الجوي للأرض

✪ بنية الغلاف الجوي ومعنى ودراسة

✪ O. S. Ugolnikov "الغلاف الجوي العلوي. التقاء الأرض والفضاء"

ترجمات

حدود الغلاف الجوي

يعتبر الغلاف الجوي هو تلك المنطقة حول الأرض التي فيها البيئة الغازيةيدور مع الأرض ككل. يمر الغلاف الجوي إلى الفضاء بين الكواكب تدريجيًا ، في الغلاف الخارجي ، بدءًا من ارتفاع 500-1000 كم من سطح الأرض.

وفقًا للتعريف الذي اقترحه الاتحاد الدولي للطيران ، يتم رسم الحدود بين الغلاف الجوي والفضاء على طول خط كرمانا الواقع على ارتفاع حوالي 100 كيلومتر ، حيث تصبح الرحلات الجوية فوقها مستحيلة تمامًا. تستخدم ناسا علامة 122 كيلومترًا (400000 قدم) كحدود للغلاف الجوي ، حيث تتحول المكوكات من المناورة الآلية إلى المناورة الديناميكية الهوائية.

الخصائص الفيزيائية

بالإضافة إلى الغازات المدرجة في الجدول ، يحتوي الغلاف الجوي على Cl 2 (displaystyle (ce (Cl2))) , SO 2 (displaystyle (ce (SO2))) , NH 3 (\ displaystyle (\ ce (NH3))) , ثاني أكسيد الكربون (displaystyle ((ce (CO)))) , 3 (displaystyle ((ce (O3)))) , لا 2 (displaystyle (ce (NO2)))الهيدروكربونات حمض الهيدروكلوريك (displaystyle (ce (HCl))) , HF (displaystyle (ce (HF))) , HBr (displaystyle (ce (HBr))) , مرحبًا (displaystyle ((ce (HI))))والأزواج الزئبق (displaystyle (ce (Hg))) , أنا 2 (displaystyle (ce (I2))) , Br 2 (displaystyle (ce (Br2)))، فضلا عن العديد من الغازات الأخرى بكميات صغيرة. يوجد في طبقة التروبوسفير باستمرار كمية كبيرة من الجسيمات الصلبة والسائلة العالقة (الهباء الجوي). أندر غاز في الغلاف الجوي للأرض م (displaystyle (ce (Rn))) .

هيكل الغلاف الجوي

طبقة حدود الغلاف الجوي

الطبقة السفلى من طبقة التروبوسفير (بسماكة 1-2 كم) ، حيث تؤثر حالة وخصائص سطح الأرض بشكل مباشر على ديناميكيات الغلاف الجوي.

تروبوسفير

حده الأعلى عند ارتفاع 8-10 كيلومترات في القطب الشمالي ، 10-12 كيلومتر في المناطق المعتدلة و16-18 كيلومتر في خطوط العرض الاستوائية ؛ أقل في الشتاء مما كانت عليه في الصيف.
تحتوي الطبقة السفلية الرئيسية من الغلاف الجوي على أكثر من 80٪ من الكتلة الكلية للهواء الجوي وحوالي 90٪ من كل بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي. يتم تطوير الاضطراب والحمل الحراري بقوة في طبقة التروبوسفير ، وتظهر الغيوم ، وتتطور الأعاصير والأعاصير المضادة. تنخفض درجة الحرارة مع الارتفاع بمتوسط ​​تدرج رأسي يبلغ 0.65 درجة / 100 متر.

تروبوبوز

الطبقة الانتقالية من طبقة التروبوسفير إلى الستراتوسفير ، طبقة الغلاف الجوي التي يتوقف فيها انخفاض درجة الحرارة مع الارتفاع.

الستراتوسفير

طبقة الغلاف الجوي تقع على ارتفاع 11 إلى 50 كم. تغيير طفيف في درجة الحرارة في الطبقة 11-25 كم (الطبقة السفلية من الستراتوسفير) وزيادتها في الطبقة 25-40 كم من سالب 56.5 إلى زائد 0.8 درجة مئوية (الستراتوسفير العلوي أو منطقة الانقلاب) نموذجي. بعد أن وصلت درجة الحرارة إلى حوالي 273 كلفن (حوالي 0 درجة مئوية) على ارتفاع حوالي 40 كم ، تظل درجة الحرارة ثابتة حتى ارتفاع حوالي 55 كم. تسمى هذه المنطقة ذات درجة الحرارة الثابتة الستراتوبوز وهي الحد الفاصل بين طبقة الستراتوسفير والميزوسفير.

ستراتوبوز

الطبقة الحدودية للغلاف الجوي بين الستراتوسفير والميزوسفير. يوجد حد أقصى في التوزيع الرأسي لدرجة الحرارة (حوالي 0 درجة مئوية).

الميزوسفير

ثيرموسفير

الحد الأعلى حوالي 800 كم. ترتفع درجة الحرارة إلى ارتفاعات 200-300 كم ، حيث تصل إلى قيم تصل إلى 1500 كلفن ، وبعد ذلك تظل ثابتة تقريبًا حتى الارتفاعات العالية. تحت تأثير الإشعاع الشمسي والإشعاع الكوني ، يتأين الهواء ("الأضواء القطبية") - تقع المناطق الرئيسية للأيونوسفير داخل الغلاف الحراري. على ارتفاعات تزيد عن 300 كم ، يسود الأكسجين الذري. يتم تحديد الحد الأعلى للغلاف الحراري إلى حد كبير من خلال النشاط الحالي للشمس. خلال فترات النشاط المنخفض - على سبيل المثال ، في 2008-2009 - هناك انخفاض ملحوظ في حجم هذه الطبقة.

ثيرموبوز

منطقة الغلاف الجوي فوق الغلاف الحراري. في هذه المنطقة ، يكون امتصاص الإشعاع الشمسي ضئيلًا ولا تتغير درجة الحرارة في الواقع مع الارتفاع.

إكزوسفير (كرة نثرية)

حتى ارتفاع 100 كم ، الغلاف الجوي عبارة عن خليط متجانس ومختلط جيدًا من الغازات. في الطبقات العليا ، يعتمد توزيع الغازات في الارتفاع على كتلها الجزيئية ، ويتناقص تركيز الغازات الأثقل بشكل أسرع مع المسافة من سطح الأرض. بسبب الانخفاض في كثافة الغاز ، تنخفض درجة الحرارة من 0 درجة مئوية في الستراتوسفير إلى 110 درجة مئوية تحت الصفر. ومع ذلك ، فإن الطاقة الحركية للجسيمات الفردية على ارتفاعات 200-250 كم تتوافق مع درجة حرارة ~ 150 درجة مئوية. فوق 200 كم ، لوحظت تقلبات كبيرة في درجة الحرارة وكثافة الغاز في الزمان والمكان.

على ارتفاع حوالي 2000-3500 كم ، يمر الغلاف الخارجي تدريجيًا إلى ما يسمى بالقرب من فراغ الفضاء، المليئة بجزيئات نادرة من الغاز بين الكواكب ، وخاصة ذرات الهيدروجين. لكن هذا الغاز ليس سوى جزء من مسألة الكواكب. الجزء الآخر يتكون من جزيئات تشبه الغبار من أصل مذنب ونيزكي. بالإضافة إلى الجسيمات الشبيهة بالغبار شديدة التخلخل ، يخترق الإشعاع الكهرومغناطيسي والجسدي من أصل شمسي ومجري إلى هذا الفضاء.

ملخص

يمثل التروبوسفير حوالي 80٪ من كتلة الغلاف الجوي ، بينما يمثل الستراتوسفير حوالي 20٪ ؛ لا تزيد كتلة الغلاف الجوي عن 0.3٪ ، والغلاف الحراري أقل من 0.05٪ من الكتلة الكلية للغلاف الجوي.

بناءً على الخصائص الكهربائية في الغلاف الجوي ، فإنها تنبعث الغلاف الجويو الأيونوسفير .

اعتمادًا على تكوين الغاز في الغلاف الجوي ، فإنها تنبعث تجانسو غير متجانسة. غير متجانسة- هذه منطقة تؤثر فيها الجاذبية على فصل الغازات ، نظرًا لأن خلطها عند مثل هذا الارتفاع لا يكاد يذكر. ومن ثم يتبع التكوين المتغير للغلاف المغاير. يوجد تحته جزء متجانس ومختلط جيدًا من الغلاف الجوي يسمى الغلاف المتجانس. تسمى الحدود بين هذه الطبقات تربو ، وتقع على ارتفاع حوالي 120 كم.

خصائص أخرى للجو وتأثيراته على جسم الإنسان

بالفعل على ارتفاع 5 كيلومترات فوق مستوى سطح البحر ، يصاب الشخص غير المدرب بجوع الأكسجين ، وبدون التكيف ، ينخفض ​​أداء الشخص بشكل كبير. هذا هو المكان الذي تنتهي فيه المنطقة الفسيولوجية للغلاف الجوي. يصبح تنفس الإنسان مستحيلًا على ارتفاع 9 كيلومترات ، على الرغم من أن الغلاف الجوي يحتوي على الأكسجين حتى 115 كيلومترًا.

يزودنا الغلاف الجوي بالأكسجين الذي نحتاجه للتنفس. ومع ذلك ، نظرًا لانخفاض الضغط الكلي للغلاف الجوي أثناء صعودك إلى ارتفاع ، فإن الضغط الجزئي للأكسجين ينخفض ​​أيضًا وفقًا لذلك.

تاريخ تكوين الغلاف الجوي

وفقًا للنظرية الأكثر شيوعًا ، كان الغلاف الجوي للأرض في ثلاثة تركيبات مختلفة عبر تاريخه. في البداية ، كان يتألف من الغازات الخفيفة (الهيدروجين والهيليوم) التي تم التقاطها من الفضاء بين الكواكب. هذا ما يسمى ب الغلاف الجوي الأساسي. في المرحلة التالية ، أدى النشاط البركاني النشط إلى تشبع الغلاف الجوي بغازات غير الهيدروجين (ثاني أكسيد الكربون ، والأمونيا ، وبخار الماء). هذه هي الطريقة جو ثانوي. كان هذا الجو تصالحيًا. علاوة على ذلك ، تم تحديد عملية تكوين الغلاف الجوي من خلال العوامل التالية:

• تسرب الغازات الخفيفة (الهيدروجين والهيليوم) إلى الفضاء بين الكواكب ؛
• التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الغلاف الجوي تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية والصواعق وبعض العوامل الأخرى.

تدريجيا ، أدت هذه العوامل إلى التكوين الغلاف الجوي الثالث، تتميز بمحتوى أقل بكثير من الهيدروجين ومحتوى أعلى بكثير من النيتروجين وثاني أكسيد الكربون (يتكون نتيجة للتفاعلات الكيميائية من الأمونيا والهيدروكربونات).

نتروجين

يرجع تكوين كمية كبيرة من النيتروجين إلى أكسدة جو الأمونيا والهيدروجين بواسطة الأكسجين الجزيئي 2 (displaystyle (ce (O2)))، والتي بدأت تأتي من سطح الكوكب نتيجة لعملية التمثيل الضوئي ، والتي بدأت قبل 3 مليارات سنة. النيتروجين أيضا N 2 (displaystyle (ce (N2)))تطلق في الغلاف الجوي نتيجة نزع النترات والمركبات الأخرى المحتوية على النيتروجين. يتأكسد النيتروجين بواسطة الأوزون لا (displaystyle ((ce (NO))))في الطبقات العليا من الغلاف الجوي.

نتروجين N 2 (displaystyle (ce (N2)))يدخل في ردود الفعل فقط في ظل ظروف محددة (على سبيل المثال ، أثناء تفريغ البرق). يتم استخدام أكسدة النيتروجين الجزيئي بواسطة الأوزون أثناء التفريغ الكهربائي بكميات صغيرة في الإنتاج الصناعي للأسمدة النيتروجينية. يمكن أن تتأكسد باستهلاك منخفض للطاقة وتحويلها إلى شكل نشط بيولوجيًا عن طريق البكتيريا الزرقاء (الطحالب الخضراء المزرقة) وبكتيريا العقيدات التي تشكل تعايشًا جذريًا مع البقوليات ، والتي يمكن أن تكون نباتات السماد الأخضر الفعالة التي لا تستنفد ، ولكنها تثري التربة مع الأسمدة الطبيعية.

الأكسجين

بدأ تكوين الغلاف الجوي يتغير جذريًا مع ظهور الكائنات الحية على الأرض ، نتيجة التمثيل الضوئي ، المصحوب بإطلاق الأكسجين وامتصاص ثاني أكسيد الكربون. في البداية ، تم إنفاق الأكسجين على أكسدة المركبات المختزلة - الأمونيا ، الهيدروكربونات ، الشكل الحديدية للحديد الموجود في المحيطات وغيرها. في نهاية هذه المرحلة ، بدأ محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي في الزيادة. تدريجيا ، تشكل جو حديث مع خصائص مؤكسدة. نظرًا لأن هذا تسبب في حدوث تغييرات خطيرة ومفاجئة في العديد من العمليات التي تحدث في الغلاف الجوي والغلاف الصخري والمحيط الحيوي ، فقد أطلق على هذا الحدث اسم كارثة الأكسجين.

غازات نبيلة

تلوث الهواء

في الآونة الأخيرة ، بدأ الإنسان في التأثير على تطور الغلاف الجوي. كانت نتيجة النشاط البشري زيادة مستمرة في محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بسبب احتراق الوقود الهيدروكربوني المتراكم في العصور الجيولوجية السابقة. يتم استهلاك كميات هائلة في عملية التمثيل الضوئي وتمتصها محيطات العالم. يدخل هذا الغاز إلى الغلاف الجوي بسبب تحلل صخور الكربونات والمواد العضوية من أصل نباتي وحيواني ، وكذلك بسبب البراكين وأنشطة الإنتاج البشري. على مدى المائة عام الماضية المحتوى ثاني أكسيد الكربون (displaystyle (ce (CO2)))في الغلاف الجوي بنسبة 10٪ ، والجزء الرئيسي (360 مليار طن) يأتي من احتراق الوقود. إذا استمر معدل نمو احتراق الوقود ، فسيبلغ المقدار في 200-300 سنة القادمة ثاني أكسيد الكربون (displaystyle (ce (CO2)))يتضاعف في الغلاف الجوي ويمكن أن يؤدي إلى

الهواء عبارة عن مزيج من الغازات اللازمة لوجود الحياة على الكوكب والحفاظ عليها. ما هي خصائصه ، وما هي المواد التي يحتويها الهواء؟

الهواء ضروري للتنفس لجميع الكائنات الحية. يتكون من النيتروجين والأكسجين والأرجون وثاني أكسيد الكربون وعدد من الشوائب. يمكن أن يختلف تكوين الهواء الجوي تبعًا للظروف والتضاريس. لذلك في البيئة الحضرية ، يرتفع مستوى ثاني أكسيد الكربون في الهواء ، مقارنة بحزام الغابة ، بسبب وفرة المركبات. في الارتفاعات العالية ، ينخفض ​​تركيز الأكسجين لأن جزيئات النيتروجين أخف من جزيئات الأكسجين. لذلك ، ينخفض ​​تركيز الأكسجين بشكل أسرع.

أثبت الفيزيائي والكيميائي الاسكتلندي جوزيف بلاك في عام 1754 تجريبيًا أن الهواء ليس مجرد مادة ، ولكنه خليط من الغازات.

أرز. 1. جوزيف بلاك.

إذا تحدثنا عن تكوين الهواء كنسبة مئوية ، فإن مكونه الرئيسي هو النيتروجين. يحتل النيتروجين 78٪ من إجمالي حجم الهواء. نسبة الأكسجين في جزيء الهواء 20.9٪. النيتروجين والأكسجين هما العنصران الرئيسيان في الهواء. محتوى المواد الأخرى أقل بكثير ولا يتعدى 1٪. لذلك ، يحتل الأرجون حجمًا 0.9٪ ، وثاني أكسيد الكربون - 0.03٪. يحتوي الهواء أيضًا على شوائب مثل النيون والكريبتون والميثان والهيليوم والهيدروجين والزينون.

أرز. 2. تكوين الهواء.

في المباني الصناعية ، يكون للتكوين الهوائي للهواء أهمية كبيرة. للأيونات سالبة الشحنة الموجودة في الهواء تأثير إيجابي على جسم الإنسان ، وتنشطه ، وتحسن الحالة المزاجية.

نتروجين

النيتروجين هو المكون الرئيسي للهواء. قد تشير ترجمة اسم العنصر - "بلا حياة" - إلى النيتروجين على أنه مادة بسيطة ، لكن النيتروجين في حالة ملزمة هو أحد العناصر الرئيسية للحياة ، وهو جزء من البروتينات ، والأحماض النووية ، والفيتامينات ، إلخ.

النيتروجين - عنصر من الفترة الثانية ، ليس لديه حالات متحمس ، لأن الذرة لا تحتوي على مدارات حرة. ومع ذلك ، فإن النيتروجين قادر على أن يظهر في تكافؤ الحالة الأرضية ليس فقط III ، ولكن أيضًا IV بسبب تكوين رابطة تساهمية بواسطة آلية متقبل المانح بمشاركة زوج الإلكترون غير المشترك من النيتروجين. تختلف حالة الأكسدة التي يمكن أن يظهرها النيتروجين بشكل كبير: من -3 إلى +5.

في الطبيعة ، يحدث النيتروجين في شكل مادة بسيطة - غاز N2 وفي حالة ملزمة. في جزيء النيتروجين ، ترتبط الذرات برابطة ثلاثية قوية (طاقة الرابطة 940 كيلو جول / مول). في درجات الحرارة العادية ، يمكن أن يتفاعل النيتروجين مع الليثيوم فقط. بعد التنشيط الأولي للجزيئات عن طريق التسخين أو التشعيع أو عمل المحفزات ، يتفاعل النيتروجين مع المعادن وغير المعدنية.

الأكسجين

الأكسجين هو العنصر الأكثر شيوعًا على الأرض: نسبة الكتلة في القشرة الأرضية هي 47.3٪ ، والجزء الحجمي في الغلاف الجوي هو 20.95٪ ، والجزء الكتلي في الكائنات الحية حوالي 65٪.

في جميع المركبات تقريبًا (باستثناء المركبات التي تحتوي على الفلور والبيروكسيدات) ، يُظهر الأكسجين تكافؤًا ثابتًا II وحالة أكسدة تبلغ 2. لا تحتوي ذرة الأكسجين على حالات مثارة ، نظرًا لعدم وجود مدارات حرة على المستوى الخارجي الثاني. كمادة بسيطة ، يوجد الأكسجين في شكل تعديلين متآصلين - غازات الأكسجين O2 والأوزون O3. أهم مركب أكسجين هو الماء. حوالي 71٪ من سطح الأرض تحتلها قشرة مائية ؛ الحياة مستحيلة بدون ماء.

يتكون الأوزون في الطبيعة من الأكسجين الجوي أثناء تصريف البرق ، وفي المختبر - عن طريق تمرير التفريغ الكهربائي عبر الأكسجين.

أرز. 3. الأوزون.

الأوزون عامل مؤكسد أقوى من الأكسجين. خاصه؟ يؤكسد الذهب والبلاتين

يتم الحصول على الأكسجين في الصناعة عادةً عن طريق تسييل الهواء ، يليه فصل النيتروجين بسبب تبخره (هناك فرق في نقاط الغليان: -183 درجة للأكسجين السائل و -196 درجة للنيتروجين السائل).

ماذا تعلمنا؟

الهواء عنصر ضروري لكل كائن حي ، ولا يمكن المبالغة في تقدير أهميته. معظمها من النيتروجين والأكسجين. يتضمن التركيب الكيميائي للهواء أيضًا ثاني أكسيد الكربون والأرجون والنيون والكريبتون والهيدروجين والهيليوم. يتحدث هذا المقال عن الكيمياء (الصف الثامن) بإيجاز عن الهواء بشكل عام وعناصره الرئيسية.

اختبار الموضوع

تقييم التقرير

متوسط ​​تقييم: 4.6 مجموع التصنيفات المستلمة: 98.

الغلاف الجوي هو الغلاف الغازي لكوكبنا الذي يدور مع الأرض. يسمى الغاز الموجود في الغلاف الجوي بالهواء. الغلاف الجوي على اتصال مع الغلاف المائي ويغطي جزئيًا الغلاف الصخري. لكن من الصعب تحديد الحدود العليا. تقليديا ، من المفترض أن الغلاف الجوي يمتد لأعلى لحوالي ثلاثة آلاف كيلومتر. هناك يتدفق بسلاسة في الفضاء الخالي من الهواء.

التركيب الكيميائي للغلاف الجوي للأرض

بدأ تكوين التركيب الكيميائي للغلاف الجوي منذ حوالي أربعة مليارات سنة. في البداية ، كان الغلاف الجوي يتألف فقط من الغازات الخفيفة - الهيليوم والهيدروجين. وفقًا للعلماء ، كانت المتطلبات الأولية لإنشاء قشرة غازية حول الأرض هي الانفجارات البركانية ، والتي ، جنبًا إلى جنب مع الحمم البركانية ، تنبعث منها كمية هائلة من الغازات. بعد ذلك ، بدأ تبادل الغازات مع المساحات المائية ، مع الكائنات الحية ، مع منتجات نشاطها. تغير تكوين الهواء تدريجيا و شكل حديثمنذ عدة ملايين من السنين.

المكونات الرئيسية للغلاف الجوي هي النيتروجين (حوالي 79٪) والأكسجين (20٪). النسبة المتبقية (1٪) تحسب من الغازات التالية: الأرجون ، النيون ، الهيليوم ، الميثان ، ثاني أكسيد الكربون ، الهيدروجين ، الكريبتون ، الزينون ، الأوزون ، الأمونيا ، ثاني أكسيد الكبريت والنيتروجين ، أكسيد النيتروز وأول أكسيد الكربون المتضمن في هذا الغاز. نسبه مئويه.

بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي الهواء على بخار الماء والمواد الجسيمية (حبوب اللقاح النباتية ، الغبار ، بلورات الملح ، شوائب الهباء الجوي).

في الآونة الأخيرة ، لم يلاحظ العلماء تغييرًا نوعيًا ، بل تغييرًا كميًا في بعض مكونات الهواء. والسبب في ذلك هو الشخص ونشاطه. فقط في المائة عام الماضية ، زاد محتوى ثاني أكسيد الكربون بشكل ملحوظ! هذا محفوف بالعديد من المشاكل ، وأكثرها عالمية هو تغير المناخ.

تكوين الطقس والمناخ

يلعب الغلاف الجوي دورًا حيويًا في تشكيل المناخ والطقس على الأرض. يعتمد الكثير على كمية ضوء الشمس ، على طبيعة السطح الأساسي ودورة الغلاف الجوي.

دعونا نلقي نظرة على العوامل بالترتيب.

1. ينقل الغلاف الجوي حرارة أشعة الشمس ويمتص الإشعاعات الضارة. عرف الإغريق القدماء أن أشعة الشمس تسقط على أجزاء مختلفة من الأرض بزوايا مختلفة. كلمة "مناخ" في الترجمة من اليونانية القديمة تعني "منحدر". لذلك ، عند خط الاستواء ، تسقط أشعة الشمس عموديًا تقريبًا ، لأنها شديدة الحرارة هنا. كلما اقتربنا من القطبين ، زادت زاوية الميل. ودرجة الحرارة تنخفض.

2. بسبب التسخين غير المتكافئ للأرض ، تتشكل تيارات الهواء في الغلاف الجوي. يتم تصنيفها حسب حجمها. أصغرها (عشرات ومئات الأمتار) هي الرياح المحلية. يتبع ذلك الرياح الموسمية والرياح التجارية والأعاصير والأعاصير المضادة ، والمناطق الأمامية للكواكب.

كل هذه الكتل الهوائية تتحرك باستمرار. بعضها ثابت تمامًا. على سبيل المثال ، الرياح التجارية التي تهب من المناطق شبه الاستوائية باتجاه خط الاستواء. حركة الآخرين تعتمد إلى حد كبير على الضغط الجوي.

3. الضغط الجوي هو عامل آخر يؤثر على تكوين المناخ. هذا هو ضغط الهواء على سطح الأرض. كما تعلم ، تتحرك الكتل الهوائية من منطقة ذات ضغط جوي مرتفع نحو منطقة يكون فيها هذا الضغط أقل.

هناك 7 مناطق في المجموع. خط الاستواء هو منطقة ضغط منخفض. علاوة على ذلك ، على جانبي خط الاستواء حتى خطوط العرض الثلاثين - المنطقة ضغط مرتفع. من 30 درجة إلى 60 درجة - ضغط منخفض مرة أخرى. ومن 60 درجة إلى القطبين - منطقة الضغط العالي. تنتشر الكتل الهوائية بين هذه المناطق. تلك التي تنطلق من البحر إلى اليابسة تجلب الأمطار والطقس السيئ ، وتلك التي تهب من القارات تجلب طقسًا صافًا وجافًا. في الأماكن التي تتصادم فيها التيارات الهوائية ، تتشكل مناطق الجبهة الجوية ، والتي تتميز بتساقط الأمطار والطقس العاصف والرياح.

لقد أثبت العلماء أنه حتى رفاهية الشخص تعتمد على الضغط الجوي. وفقًا للمعايير الدولية ، يبلغ الضغط الجوي الطبيعي 760 ملم زئبق. عمود عند 0 درجة مئوية. يتم حساب هذا الرقم لمناطق الأرض التي يكاد يكون منسوبًا فيها مع مستوى سطح البحر. الضغط يتناقص مع الارتفاع. لذلك ، على سبيل المثال ، بالنسبة لسانت بطرسبرغ 760 ملم زئبق. - هي القاعدة. لكن بالنسبة لموسكو ، الواقعة أعلى ، يبلغ الضغط الطبيعي 748 ملم زئبق.

يتغير الضغط ليس عموديًا فحسب ، بل يتغير أيضًا أفقيًا. هذا محسوس بشكل خاص أثناء مرور الأعاصير.

هيكل الغلاف الجوي

الغلاف الجوي يشبه طبقة الكعكة. ولكل طبقة خصائصها الخاصة.

. تروبوسفيرهي الطبقة الأقرب إلى الأرض. تتغير "سماكة" هذه الطبقة كلما ابتعدت عن خط الاستواء. فوق خط الاستواء ، تمتد الطبقة لأعلى لمسافة 16-18 كم ، في المناطق المعتدلة - لمدة 10-12 كم ، عند القطبين - لمدة 8-10 كم.

هنا يتم احتواء 80٪ من الكتلة الكلية للهواء و 90٪ من بخار الماء. تتشكل الغيوم هنا ، وتنشأ الأعاصير والأعاصير المضادة. تعتمد درجة حرارة الهواء على ارتفاع المنطقة. في المتوسط ​​، تنخفض بمقدار 0.65 درجة مئوية لكل 100 متر.

. تروبوبوز- الطبقة الانتقالية للغلاف الجوي. يبلغ ارتفاعها من عدة مئات من الأمتار إلى 1-2 كم. تكون درجة حرارة الهواء في الصيف أعلى منها في الشتاء. لذلك ، على سبيل المثال ، فوق القطبين في الشتاء -65 درجة مئوية وفوق خط الاستواء في أي وقت من السنة تكون -70 درجة مئوية.

. الستراتوسفير- هذه طبقة يمتد حدها العلوي على ارتفاع 50-55 كيلومترًا. الاضطراب منخفض هنا ، ومحتوى بخار الماء في الهواء لا يكاد يذكر. لكن الكثير من الأوزون. أقصى تركيز له على ارتفاع 20-25 كم. في طبقة الستراتوسفير ، تبدأ درجة حرارة الهواء في الارتفاع وتصل إلى +0.8 درجة مئوية ، ويرجع ذلك إلى حقيقة ذلك طبقة الأوزونيتفاعل مع الأشعة فوق البنفسجية.

. ستراتوبوز- طبقة متوسطة منخفضة بين الستراتوسفير والميزوسفير الذي يليها.

. الميزوسفير- الحد الأعلى لهذه الطبقة 80-85 كيلومتر. هنا تحدث عمليات كيميائية ضوئية معقدة تتضمن الجذور الحرة. إنهم هم الذين يوفرون ذلك التوهج الأزرق اللطيف لكوكبنا ، والذي يُرى من الفضاء.

تحترق معظم المذنبات والنيازك في طبقة الميزوسفير.

. الميزوبوس- الطبقة المتوسطة التالية ، درجة حرارة الهواء فيها على الأقل -90 درجة.

. ثيرموسفير- يبدأ الحد الأدنى على ارتفاع 80-90 كم ، ويمر الحد الأعلى للطبقة عند علامة 800 كم تقريبًا. ترتفع درجة حرارة الهواء. يمكن أن تتراوح من + 500 درجة مئوية إلى + 1000 درجة مئوية خلال النهار ، تصل تقلبات درجات الحرارة إلى مئات الدرجات! لكن الهواء هنا مخلخل لدرجة أن فهم مصطلح "درجة الحرارة" كما نتخيله غير مناسب هنا.

. الأيونوسفير- يوحد الميزوسفير ، الميزوبوز والغلاف الحراري. يتكون الهواء هنا بشكل أساسي من جزيئات الأكسجين والنيتروجين ، بالإضافة إلى البلازما شبه المحايدة. أشعة الشمس ، التي تسقط في طبقة الأيونوسفير ، تؤين جزيئات الهواء بقوة. في الطبقة السفلى (حتى 90 كم) تكون درجة التأين منخفضة. كلما زادت نسبة التأين. لذلك ، على ارتفاع 100-110 كم ، تتركز الإلكترونات. هذا يساهم في انعكاس موجات الراديو القصيرة والمتوسطة.

أهم طبقة من الأيونوسفير هي الطبقة العلوية التي تقع على ارتفاع 150-400 كم. خصوصيته أنه يعكس موجات الراديو ، وهذا يساهم في إرسال الإشارات الراديوية عبر مسافات طويلة.

في الأيونوسفير تحدث ظاهرة مثل الشفق القطبي.

. إكزوسفير- يتكون من ذرات الأكسجين والهيليوم والهيدروجين. يكون الغاز الموجود في هذه الطبقة متخلخًا جدًا ، وغالبًا ما تهرب ذرات الهيدروجين إلى الفضاء الخارجي. لذلك ، تسمى هذه الطبقة "منطقة التشتت".

أول عالم اقترح أن غلافنا الجوي له وزن هو الإيطالي E. Torricelli. أوستاب بندر ، على سبيل المثال ، في رواية "العجل الذهبي" أعرب عن أسفه لأن كل شخص تم ضغطه بواسطة عمود هوائي وزنه 14 كجم! لكن الاستراتيجي الكبير كان مخطئًا بعض الشيء. شخص بالغ يعاني من ضغط 13-15 طن! لكننا لا نشعر بهذا الثقل ، لأن الضغط الجوي يوازنه الضغط الداخلي للإنسان. وزن غلافنا الجوي هو 5،300،000،000،000،000 طن. الرقم هائل ، على الرغم من أنه لا يمثل سوى جزء من المليون من وزن كوكبنا.

بدأ الغلاف الجوي بالتشكل مع تكوين الأرض. في سياق تطور الكوكب ومع اقتراب معاييره من القيم الحديثة ، كانت هناك تغييرات نوعية أساسية في تركيبته الكيميائية وخصائصه الفيزيائية. وفقًا للنموذج التطوري ، في مرحلة مبكرة ، كانت الأرض في حالة منصهرة وتشكلت كجسم صلب منذ حوالي 4.5 مليار سنة. يعتبر هذا المعلم بداية للتسلسل الزمني الجيولوجي. منذ ذلك الوقت ، بدأ التطور البطيء للغلاف الجوي. كانت بعض العمليات الجيولوجية (على سبيل المثال ، تدفق الحمم البركانية أثناء الانفجارات البركانية) مصحوبة بإطلاق غازات من أحشاء الأرض. وشملت النيتروجين والأمونيا والميثان وبخار الماء وأكسيد CO2 وثاني أكسيد الكربون CO2. تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية الشمسية ، تحلل بخار الماء إلى هيدروجين وأكسجين ، لكن الأكسجين المنطلق تفاعل مع أول أكسيد الكربون ، مكونًا ثاني أكسيد الكربون. تتحلل الأمونيا إلى نيتروجين وهيدروجين. ارتفع الهيدروجين ، أثناء عملية الانتشار ، وغادر الغلاف الجوي ، بينما لم يستطع النيتروجين الثقيل الهروب وتراكم تدريجيًا ، ليصبح المكون الرئيسي ، على الرغم من أن بعضًا منه كان مرتبطًا بجزيئات نتيجة للتفاعلات الكيميائية ( سم. كيمياء الغلاف الجوي). تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية و التفريغ الكهربائيدخل خليط الغازات الموجودة في الغلاف الجوي الأصلي للأرض في تفاعلات كيميائية أدت إلى تكوين مواد عضوية ، ولا سيما الأحماض الأمينية. مع ظهور النباتات البدائية ، بدأت عملية التمثيل الضوئي ، مصحوبة بإطلاق الأكسجين. بدأ هذا الغاز ، خاصة بعد انتشاره في الغلاف الجوي العلوي ، في حماية طبقاته السفلية وسطح الأرض من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية التي تهدد الحياة. وفقًا للتقديرات النظرية ، فإن محتوى الأكسجين ، الذي يقل 25000 مرة عن الآن ، يمكن أن يؤدي بالفعل إلى تكوين طبقة أوزون بنصف ما هو عليه الآن. ومع ذلك ، فإن هذا يكفي بالفعل لتوفير حماية كبيرة جدًا للكائنات الحية من الآثار الضارة للأشعة فوق البنفسجية.

من المحتمل أن الغلاف الجوي الأساسي احتوى على الكثير من ثاني أكسيد الكربون. تم استهلاكه أثناء عملية التمثيل الضوئي ، ويجب أن يكون تركيزه قد انخفض مع تطور عالم النبات وأيضًا بسبب الامتصاص خلال بعض العمليات الجيولوجية. بقدر ما تأثير الصوبة الزجاجيةالمرتبطة بوجود ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، تعد التقلبات في تركيزه أحد الأسباب المهمة لمثل هذه التغيرات المناخية واسعة النطاق في تاريخ الأرض ، مثل العصور الجليدية.

الهليوم الموجود في الغلاف الجوي الحديث هو في الغالب نتاج التحلل الإشعاعي لليورانيوم والثوريوم والراديوم. تنبعث من هذه العناصر المشعة جزيئات a ، وهي نوى ذرات الهيليوم. نظرًا لأن الشحنة الكهربائية لا تتشكل ولا تختفي أثناء التحلل الإشعاعي ، مع تكوين كل جسيم أ ، يظهر إلكترونان ، يتحدان مع جسيمات أ ، ويشكلان ذرات هيليوم متعادلة. يتم احتواء العناصر المشعة في معادن منتشرة في سمك الصخور ، لذلك يتم تخزين جزء كبير من الهيليوم الناتج عن التحلل الإشعاعي فيها ، ويتطاير ببطء شديد في الغلاف الجوي. ترتفع كمية معينة من الهيليوم في الغلاف الخارجي بسبب الانتشار ، ولكن بسبب التدفق المستمر من سطح الأرض ، يظل حجم هذا الغاز في الغلاف الجوي دون تغيير تقريبًا. بناءً على التحليل الطيفي لضوء النجوم ودراسة النيازك ، من الممكن تقدير الوفرة النسبية لمختلف العناصر الكيميائيةفي الكون. تركيز النيون في الفضاء أعلى بنحو عشرة مليارات مرة من تركيزه على الأرض ، والكريبتون - عشرة ملايين مرة ، والزينون - مليون مرة. ويترتب على ذلك أن تركيز هذه الغازات الخاملة ، التي يبدو أنها كانت موجودة أصلاً في الغلاف الجوي للأرض ولم تتجدد أثناء التفاعلات الكيميائية ، قد تناقص بشكل كبير ، وربما حتى في مرحلة فقدان الأرض لغلافها الجوي الأساسي. الاستثناء هو غاز خاملالأرجون ، لأنه في شكل النظير 40 Ar فإنه لا يزال يتشكل في عملية الاضمحلال الإشعاعي لنظير البوتاسيوم.

توزيع الضغط الجوي.

يبلغ الوزن الإجمالي للغازات الجوية حوالي 4.5 10 15 طنًا ، وبالتالي فإن "وزن" الغلاف الجوي لكل وحدة مساحة أو الضغط الجوي حوالي 11 طنًا / م 2 = 1.1 كجم / سم 2 عند مستوى سطح البحر. ضغط يساوي P 0 \ u003d 1033.23 جم / سم 2 \ u003d 1013.250 ملي بار \ u003d 760 مم زئبق. فن. = 1 atm ، تؤخذ على أنها متوسط ​​الضغط الجوي القياسي. لجو في حالة توازن هيدروستاتيكي ، لدينا: د ص= -rgd ح، مما يعني أنه في الفترة الفاصلة بين المرتفعات من حقبل ح+ د حيحدث المساواة بين تغيير الضغط الجوي د صووزن العنصر المقابل في الغلاف الجوي مع وحدة المساحة والكثافة r والسماكة د ح.كنسبة بين الضغط صودرجة الحرارة تيتُستخدم معادلة حالة الغاز المثالي ذي الكثافة r ، والتي تنطبق تمامًا على الغلاف الجوي للأرض: ص= ص ص تي/ م ، حيث م هو الوزن الجزيئي ، و R = 8.3 J / (K · مول) هو ثابت الغاز العام. ثم د سجل ص= - (م ز / ر)د ح= -bd ح= - د ح/ H ، حيث يكون تدرج الضغط على مقياس لوغاريتمي. يُطلق على مقلوب H مقياس ارتفاع الغلاف الجوي.

عند دمج هذه المعادلة في جو متساوي الحرارة ( تي= const) أو من جانبها ، حيث يكون مثل هذا التقريب مقبولاً ، يتم الحصول على قانون البارومتري لتوزيع الضغط مع الارتفاع: ص = ص 0 خبرة (- ح/ح 0) حيث ارتفاع القراءة حينتج من مستوى المحيط ، حيث يكون متوسط ​​الضغط القياسي ص 0. تعبير ح 0 = ص تي/ mg ، يسمى مقياس الارتفاع ، والذي يميز امتداد الغلاف الجوي ، بشرط أن تكون درجة الحرارة فيه هي نفسها في كل مكان (الغلاف الجوي الحراري). إذا لم يكن الغلاف الجوي متساوي الحرارة ، فمن الضروري الدمج مع مراعاة التغير في درجة الحرارة مع الارتفاع والمعلمة ح- بعض الخصائص المحلية لطبقات الغلاف الجوي ، حسب درجة حرارتها وخصائص الوسط.

جو قياسي.

نموذج (جدول قيم المعلمات الرئيسية) المقابل للضغط القياسي عند قاعدة الغلاف الجوي ص 0 والتركيب الكيميائي يسمى الغلاف الجوي القياسي. بتعبير أدق ، هذا نموذج مشروط للغلاف الجوي ، حيث يتم تعيين متوسط ​​قيم درجة الحرارة والضغط والكثافة واللزوجة وخصائص الهواء الأخرى لخط عرض 45 درجة 32 درجة 33 درجة على ارتفاعات من 2 كم تحت سطح البحر المستوى إلى الحد الخارجي للغلاف الجوي للأرض. تم حساب معلمات الغلاف الجوي الأوسط عند جميع الارتفاعات باستخدام معادلة الغاز المثالية للحالة وقانون البارومتري بافتراض أن الضغط عند مستوى سطح البحر هو 1013.25 hPa (760 mmHg) ودرجة الحرارة 288.15 K (15.0 ° C). وفقًا لطبيعة التوزيع الرأسي لدرجة الحرارة ، يتكون متوسط ​​الغلاف الجوي من عدة طبقات ، يتم تقريب درجة الحرارة في كل منها بواسطة دالة خطية للارتفاع. في أدنى الطبقات - طبقة التروبوسفير (س Ј 11 كم) ، تنخفض درجة الحرارة بمقدار 6.5 درجة مئوية مع كل كيلومتر من الصعود. على ال ارتفاعات عاليةتتغير قيمة وعلامة التدرج الرأسي لدرجة الحرارة من طبقة إلى أخرى. فوق 790 كم ، تكون درجة الحرارة حوالي 1000 كلفن ولا تتغير عمليًا مع الارتفاع.

الجو القياسي هو معيار قانوني يتم تحديثه دوريًا ، ويتم إصداره في شكل جداول.

تروبوسفير.

تسمى الطبقة الدنيا والأكثر كثافة من الغلاف الجوي ، والتي تنخفض فيها درجة الحرارة بسرعة مع الارتفاع ، طبقة التروبوسفير. يحتوي على ما يصل إلى 80٪ من الكتلة الكلية للغلاف الجوي ويمتد في خطوط العرض القطبية والمتوسطة حتى ارتفاعات 8-10 كم ، وفي المناطق المدارية حتى 16-18 كم. تتطور جميع عمليات تكوين الطقس تقريبًا هنا ، يحدث تبادل الحرارة والرطوبة بين الأرض وغلافها الجوي ، وتتشكل الغيوم ، وتحدث ظواهر أرصاد جوية مختلفة ، وتحدث الضباب وهطول الأمطار. هذه الطبقات من الغلاف الجوي للأرض في حالة توازن الحمل الحراري ، وبسبب الخلط النشط ، لها تركيبة كيميائية متجانسة ، خاصة من النيتروجين الجزيئي (78٪) والأكسجين (21٪). تتركز الغالبية العظمى من ملوثات الهواء الطبيعية والتي من صنع الإنسان والغاز في طبقة التروبوسفير. تعتمد ديناميكيات الجزء السفلي من طبقة التروبوسفير التي يصل سمكها إلى 2 كم بشدة على خصائص السطح السفلي للأرض ، والتي تحدد الحركات الأفقية والرأسية للهواء (الرياح) بسبب انتقال الحرارة من أرض أكثر دفئًا عبر الأشعة تحت الحمراء على سطح الأرض ، والتي يتم امتصاصها في طبقة التروبوسفير ، بشكل رئيسي عن طريق بخار الماء وثاني أكسيد الكربون (تأثير الاحتباس الحراري). يتم تحديد توزيع درجة الحرارة مع الارتفاع كنتيجة للخلط المضطرب والحمل الحراري. في المتوسط ​​، يتوافق مع انخفاض في درجة الحرارة بارتفاع حوالي 6.5 ك / كم.

تزداد سرعة الرياح في الطبقة الحدودية السطحية أولاً بسرعة مع الارتفاع ، وتستمر سرعة الرياح في الزيادة بمقدار 2-3 كم / ثانية لكل كيلومتر. في بعض الأحيان توجد في طبقة التروبوسفير تيارات كوكبية ضيقة (تزيد سرعتها عن 30 كم / ثانية) ، وتيارات غربية في خطوط العرض الوسطى ، وتيارات شرقية بالقرب من خط الاستواء. يطلق عليهم تيارات نفاثة.

تروبوبوز.

عند الحد الأعلى من طبقة التروبوسفير (التروبوسفير) ، تصل درجة الحرارة إلى أدنى قيمة لها في الغلاف الجوي السفلي. هذه هي الطبقة الانتقالية بين طبقة التروبوسفير والستراتوسفير فوقها. يتراوح سمك التروبوبوز من مئات الأمتار إلى 1.5-2 كم ، وتتراوح درجة الحرارة والارتفاع ، على التوالي ، من 190 إلى 220 كلفن ومن 8 إلى 18 كم ، اعتمادًا على خط العرض الجغرافي والموسم. في مناطق خطوط العرض المعتدلة والمرتفعة ، تكون أقل في الشتاء بمقدار 1-2 كم مقارنة بالصيف وتكون أكثر دفئًا بمقدار 8-15 كلفن. في المناطق المدارية ، تكون التغيرات الموسمية أقل بكثير (ارتفاع 16-18 كم ، درجة الحرارة 180-200 كلفن). في الاعلى التيارات النفاثةتمزق محتمل في التروبوبوز.

الماء في الغلاف الجوي للأرض.

الميزة الأكثر أهمية للغلاف الجوي للأرض هي وجود كمية كبيرة من بخار الماء والماء في شكل قطيرات ، والتي يمكن ملاحظتها بسهولة أكبر في شكل غيوم وهياكل سحابية. درجة التغطية السحابية للسماء (في لحظة معينة أو في المتوسط ​​خلال فترة زمنية معينة) ، معبرًا عنها بمقياس مكون من 10 نقاط أو كنسبة مئوية ، تسمى الغيوم. يتم تحديد شكل السحب حسب التصنيف الدولي. في المتوسط ​​، تغطي الغيوم حوالي نصف الكرة الأرضية. الغيوم عامل مهم يميز الطقس والمناخ. في الشتاء والليل يمنع الغيوم انخفاض درجة حرارة سطح الأرض وطبقة الهواء السطحية ، وفي الصيف وأثناء النهار يضعف حرارة سطح الأرض بأشعة الشمس ، مما يلين المناخ داخل القارات.

سحاب.

السحب عبارة عن تراكمات من قطرات الماء المعلقة في الغلاف الجوي (السحب المائية) أو بلورات الجليد (السحب الجليدية) أو كليهما (السحب المختلطة). عندما تصبح القطرات والبلورات أكبر ، فإنها تسقط من السحب على شكل هطول. تتكون السحب بشكل رئيسي في طبقة التروبوسفير. إنها ناتجة عن تكثف بخار الماء الموجود في الهواء. يبلغ قطر قطرات السحب عدة ميكرونات. يتراوح محتوى الماء السائل في السحب من كسور إلى عدة جرامات لكل متر مكعب. تتميز السحب بالارتفاع: وفقًا للتصنيف الدولي ، هناك 10 أجناس من السحب: سمحاقية ، سحب ركامية ، سمحاقية طبقية ، سحب ركامية ، سحب طبقية ركامية ، طبقية ركامية ، طبقية ، طبقية ركامية ، ركامية ، ركامية.

لوحظت غيوم أم اللؤلؤ أيضًا في الستراتوسفير ، وغيوم ليلية في طبقة الميزوسفير.

الغيوم الرقيقة - غيوم شفافة على شكل خيوط بيضاء رفيعة أو حجاب مع لمعان حريري ، لا يعطي ظلًا. تتكون الغيوم الرقيقة من بلورات الجليد وتتشكل في طبقة التروبوسفير العليا عند درجات حرارة منخفضة للغاية. تعمل بعض أنواع السحب الرقيقة كنذير لتغيرات الطقس.

السحب الركامية هي نتوءات أو طبقات من السحب البيضاء الرقيقة في طبقة التروبوسفير العليا. تتكون السحب السميكة من عناصر صغيرة تشبه الرقائق والتموجات والكرات الصغيرة بدون ظلال وتتكون أساسًا من بلورات الجليد.

غيوم Cirrostratus - حجاب أبيض نصف شفاف في طبقة التروبوسفير العليا ، وعادة ما يكون ليفيًا ، وأحيانًا ضبابي ، ويتكون من إبرة صغيرة أو بلورات ثلجية عمودية.

سحب ركامية متوسطة هي سحب بيضاء أو رمادية أو بيضاء رمادية من الطبقات الدنيا والوسطى من طبقة التروبوسفير. تبدو السحب سحب ركامية متوسطة مثل طبقات وحواف ، كما لو كانت تتكون من ألواح ملقاة على بعضها البعض ، كتل مستديرة ، أعمدة ، رقائق. تتكون سحب سحب ركامية متوسطة أثناء نشاط الحمل الحراري الشديد وتتكون عادةً من قطرات الماء فائقة التبريد.

غيوم Altostratus هي غيوم رمادية أو مزرقة ذات بنية ليفية أو موحدة. تُلاحظ غيوم Altostratus في طبقة التروبوسفير الوسطى ، وتمتد على ارتفاع عدة كيلومترات وأحيانًا آلاف الكيلومترات في اتجاه أفقي. عادةً ما تكون السحب المطبعية جزءًا من أنظمة السحب الأمامية المرتبطة بحركات تصاعدية للكتل الهوائية.

غيوم Nimbostratus - طبقة منخفضة (من 2 كم وما فوق) غير متبلورة من السحب ذات لون رمادي موحد ، مما يؤدي إلى هطول أمطار أو ثلوج ملبدة بالغيوم. غيوم Nimbostratus - عالية التطور عموديًا (حتى عدة كيلومترات) وأفقية (عدة آلاف من الكيلومترات) ، تتكون من قطرات ماء فائقة التبريد ممزوجة برقائق الثلج ، وعادة ما ترتبط بالجبهات الجوية.

غيوم ستراتوس - غيوم من الطبقة الدنيا على شكل طبقة متجانسة بدون حدود واضحة ، رمادية اللون. يبلغ ارتفاع السحب الطبقية فوق سطح الأرض 0.5-2 كم. يتساقط رذاذ من حين لآخر من غيوم ستراتوس.

السحب الركامية عبارة عن سحب كثيفة بيضاء ناصعة خلال النهار مع تطور رأسي ملحوظ (تصل إلى 5 كم أو أكثر). تبدو الأجزاء العلوية من السحب الركامية مثل القباب أو الأبراج ذات الخطوط العريضة الدائرية. تتكون السحب الركامية عادة على شكل سحب حرارية في كتل هوائية باردة.

سحب ركامية ركامية - سحب منخفضة (أقل من 2 كم) على شكل طبقات غير ليفية رمادية أو بيضاء أو تلال من كتل كبيرة مستديرة. السُمك الرأسي لسحب الركام الطبقية صغير. من حين لآخر ، تعطي السحب الطبقية ركامية هطول أمطار خفيفة.

غيوم الركام الركامية عبارة عن غيوم كثيفة وقوية مع تطور رأسي قوي (يصل ارتفاعه إلى 14 كم) ، مما يؤدي إلى هطول أمطار غزيرة مع العواصف الرعدية والبرد والعواصف. تتكون السحب الركامية من سحب ركامية قوية تختلف عنها في الجزء العلوي وتتكون من بلورات الجليد.

الستراتوسفير.

من خلال التروبوبوز ، في المتوسط ​​على ارتفاعات من 12 إلى 50 كم ، يمر التروبوسفير في الستراتوسفير. في الجزء السفلي حوالي 10 كم ، أي يصل ارتفاعه إلى حوالي 20 كم ، وهو متساوي الحرارة (درجة حرارة حوالي 220 كلفن). ثم تزداد مع الارتفاع ، لتصل إلى حد أقصى يبلغ حوالي 270 كلفن على ارتفاع 50-55 كم. هذه هي الحدود بين الستراتوسفير والغلاف الجوي الذي يعلوها ، وتسمى الستراتوبوز. .

يوجد بخار ماء أقل بكثير في الستراتوسفير. ومع ذلك ، تُلاحظ أحيانًا سحب رقيقة شبه شفافة من عرق اللؤلؤ ، وتظهر أحيانًا في طبقة الستراتوسفير على ارتفاع 20-30 كم. تظهر غيوم عرق اللؤلؤ في السماء المظلمة بعد غروب الشمس وقبل شروق الشمس. في الشكل ، تشبه السحب المصنوعة من عرق اللؤلؤ غيوم سمحاقية و سحب ركامية.

الغلاف الجوي الأوسط (الميزوسفير).

على ارتفاع حوالي 50 كم ، يبدأ الغلاف الجوي الأوسط بذروة درجة حرارة قصوى واسعة. . سبب ارتفاع درجة الحرارة في منطقة هذا الحد الأقصى هو تفاعل طارد للحرارة (أي مصحوبًا بإطلاق حرارة) تفاعل كيميائي ضوئي لتحلل الأوزون: O 3 + hv® O 2 + O. ينشأ الأوزون نتيجة التحلل الكيميائي الضوئي للأكسجين الجزيئي O 2

حوالي 2+ hv® O + O والتفاعل اللاحق لتصادم ثلاثي للذرة وجزيء الأكسجين مع جزيء ثالث M.

O + O 2 + M ® O 3 + M.

يمتص الأوزون بشراهة الأشعة فوق البنفسجية في المنطقة من 2000 إلى 3000 درجة مئوية ، وهذا الإشعاع يسخن الغلاف الجوي. يعمل الأوزون الموجود في الغلاف الجوي العلوي كنوع من الدرع الذي يحمينا من تأثير الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس. بدون هذا الدرع ، لم يكن من الممكن تطوير الحياة على الأرض بأشكالها الحديثة.

بشكل عام ، في جميع أنحاء طبقة الميزوسفير ، تنخفض درجة حرارة الغلاف الجوي إلى الحد الأدنى لقيمته البالغة حوالي 180 كلفن عند الحد الأعلى للغلاف الميزوسفير (يُطلق عليه اسم الميزوسفير ، يبلغ ارتفاعه حوالي 80 كم). على مقربة من الميزوبوز ، على ارتفاعات 70-90 كم ، يمكن أن تظهر طبقة رقيقة جدًا من بلورات الجليد وجزيئات الغبار البركاني والنيازك ، والتي يمكن ملاحظتها في شكل مشهد جميل من السحب الليلية. بعد غروب الشمس بوقت قصير.

في طبقة الميزوسفير ، في معظم الأحيان ، تحترق جزيئات النيازك الصلبة الصغيرة التي تسقط على الأرض ، مما يتسبب في ظاهرة النيازك.

النيازك والنيازك وكرات نارية.

تسمى التوهجات والظواهر الأخرى في الغلاف الجوي العلوي للأرض والناجمة عن التسلل إليها بسرعة 11 كم / ثانية وفوق الجسيمات أو الأجسام الكونية الصلبة النيازك. هناك أثر نيزكي لامع مرصود ؛ أقوى الظواهر ، التي غالبا ما تكون مصحوبة بسقوط النيازك ، تسمى الكرات النارية؛ النيازك مرتبطة بزخات النيازك.

دش نيزك:

1) ظاهرة النيازك المتعددة تقع على مدى عدة ساعات أو أيام من نيزك واحد.

2) سرب من النيازك يتحرك في مدار واحد حول الشمس.

الظهور المنهجي للنيازك في منطقة معينة من السماء وفي أيام معينة من السنة ، بسبب تقاطع مدار الأرض مع مدار مشترك للعديد من الأجسام النيزكية التي تتحرك تقريبًا بنفس السرعات وتوجيهها بشكل متساوٍ. يبدو أن المسارات في السماء تخرج من نقطة مشتركة واحدة (مشعة). تم تسميتهم على اسم الكوكبة حيث يقع الإشعاع.

تترك زخات النيازك انطباعًا عميقًا بتأثيراتها الضوئية ، ولكن نادرًا ما تُرى الشهب الفردية. هناك عدد أكبر بكثير من النيازك غير المرئية ، وهي أصغر من أن تُرى في اللحظة التي يبتلعها الغلاف الجوي. ربما لا تسخن بعض النيازك الأصغر على الإطلاق ، ولكن يتم التقاطها فقط بواسطة الغلاف الجوي. هذه الجسيمات الصغيرة التي يتراوح حجمها من بضعة مليمترات إلى عشرة آلاف من المليمتر تسمى النيازك الدقيقة. تتراوح كمية المواد النيزكية التي تدخل الغلاف الجوي يوميًا من 100 إلى 10000 طن ، ومعظم هذه المادة عبارة عن نيازك دقيقة.

نظرًا لأن المادة النيزكية تحترق جزئيًا في الغلاف الجوي ، فإن تكوينها الغازي يتجدد بآثار عناصر كيميائية مختلفة. على سبيل المثال ، تجلب النيازك الحجرية الليثيوم إلى الغلاف الجوي. يؤدي احتراق النيازك المعدنية إلى تكوين حديد كروي صغير ، ونيكل حديد ، وقطرات أخرى تمر عبر الغلاف الجوي وتتراكم على سطح الأرض. يمكن العثور عليها في جرينلاند وأنتاركتيكا ، حيث تظل الصفائح الجليدية دون تغيير تقريبًا لسنوات. يجدها علماء المحيطات في رواسب قاع المحيط.

تترسب معظم جزيئات النيزك التي تدخل الغلاف الجوي في غضون 30 يومًا تقريبًا. يعتقد بعض العلماء أن هذا الغبار الكوني يلعب دورًا مهمًا في تكوين الظواهر الجوية مثل المطر ، حيث يعمل كنواة لتكثيف بخار الماء. لذلك ، يُفترض أن هطول الأمطار يرتبط إحصائيًا بزخات نيزك كبيرة. ومع ذلك ، يعتقد بعض الخبراء أنه نظرًا لأن إجمالي المدخلات من المادة النيزكية أكبر بعشرات المرات حتى مع أكبر زخة نيزكية ، يمكن إهمال التغيير في الكمية الإجمالية لهذه المادة التي تحدث نتيجة أحد هذه الدش.

ومع ذلك ، ليس هناك شك في أن أكبر النيازك الدقيقة والنيازك المرئية تترك آثارًا طويلة للتأين في الطبقات العليا من الغلاف الجوي ، وخاصة في طبقة الأيونوسفير. يمكن استخدام هذه الآثار للاتصالات اللاسلكية بعيدة المدى ، لأنها تعكس موجات الراديو عالية التردد.

يتم إنفاق طاقة النيازك التي تدخل الغلاف الجوي بشكل أساسي ، وربما بالكامل ، على تسخينها. هذا هو أحد المكونات الثانوية لتوازن حرارة الغلاف الجوي.

النيزك هو جسم صلب من أصل طبيعي سقط على سطح الأرض من الفضاء. عادة ما يميز الحجر والنيازك الحجرية والحديدية. هذه الأخيرة تتكون أساسًا من الحديد والنيكل. من بين النيازك التي تم العثور عليها ، يبلغ وزن معظمها عدة جرامات إلى عدة كيلوغرامات. أكبر من تم العثور عليه ، نيزك جوبا الحديدي يزن حوالي 60 طنًا ولا يزال موجودًا في نفس المكان الذي تم اكتشافه فيه ، في جنوب إفريقيا. معظم النيازك عبارة عن شظايا من الكويكبات ، ولكن قد تكون بعض النيازك قد وصلت إلى الأرض من القمر وحتى من المريخ.

الكرة النارية هي نيزك شديد السطوع ، يُلاحظ أحيانًا حتى أثناء النهار ، وغالبًا ما يترك وراءه أثرًا دخانيًا مصحوبًا بظواهر صوتية ؛ غالبًا ما ينتهي بسقوط النيازك.

ثيرموسفير.

فوق الحد الأدنى لدرجة حرارة الميزوبوس ، يبدأ الغلاف الحراري ، حيث تبدأ درجة الحرارة في الارتفاع مرة أخرى ببطء ثم بسرعة. والسبب هو امتصاص الأشعة فوق البنفسجية والشمسية على ارتفاعات 150-300 كم نتيجة تأين الأكسجين الذري: O + hv® O + + ه.

في الغلاف الحراري ، ترتفع درجة الحرارة باستمرار إلى ارتفاع حوالي 400 كم ، حيث تصل إلى 1800 كلفن في النهار خلال حقبة النشاط الشمسي الأقصى.في حقبة الحد الأدنى ، يمكن أن تكون درجة الحرارة المحددة أقل من 1000 كلفن فوق 400 كم ، يمر الغلاف الجوي إلى غلاف خارجي متساوي الحرارة. مستوى حرج(قاعدة الغلاف الخارجي) تقع على ارتفاع حوالي 500 كيلومتر.

الشفق القطبي والعديد من مدارات الأقمار الصناعية ، وكذلك الغيوم الليلية - كل هذه الظواهر تحدث في الغلاف الجوي والغلاف الحراري.

الشفق القطبية.

على خطوط العرض العالية أثناء الاضطرابات حقل مغناطيسيلوحظت الأضواء القطبية. قد تستمر لعدة دقائق ، لكنها غالبًا ما تكون مرئية لعدة ساعات. تختلف الشفق القطبي اختلافًا كبيرًا في الشكل واللون والشدة ، وكلها تتغير أحيانًا بسرعة كبيرة بمرور الوقت. يتكون طيف الشفق القطبي من خطوط ونطاقات انبعاث. يتم تحسين بعض الانبعاثات الصادرة من سماء الليل في طيف الشفق القطبي ، وبشكل أساسي الخطوط الخضراء والحمراء لـ l 5577 و l 6300 من الأكسجين. يحدث أن يكون أحد هذه الخطوط أكثر كثافة من الآخر بعدة مرات ، وهذا يحدد اللون المرئي للإشراق: أخضر أو ​​أحمر. تصاحب الاضطرابات في المجال المغناطيسي أيضًا اضطرابات في الاتصالات اللاسلكية في المناطق القطبية. يحدث الاضطراب بسبب التغيرات في طبقة الأيونوسفير ، مما يعني أنه خلال العواصف المغناطيسية يعمل مصدر قوي للتأين. لقد ثبت أن العواصف المغناطيسية القوية تحدث عندما تكون هناك مجموعات كبيرة من البقع بالقرب من مركز القرص الشمسي. أظهرت الملاحظات أن العواصف ليست مرتبطة بالبقع نفسها ، ولكن بالتوهجات الشمسية التي تظهر أثناء تطور مجموعة من البقع.

الشفق القطبي عبارة عن مجموعة من الضوء متفاوتة الشدة مع حركات سريعة تُلاحظ في مناطق خطوط العرض العالية من الأرض. يحتوي الشفق البصري على خطوط انبعاث خضراء (5577 درجة) وحمراء (6300/6364 درجة) للأكسجين الذري ونطاقات جزيئية N 2 ، والتي تثيرها جسيمات نشطة من أصل شمسي وغلاف مغناطيسي. وعادة ما يتم عرض هذه الانبعاثات على ارتفاع حوالي 100 كم وما فوق. يستخدم مصطلح الشفق البصري للإشارة إلى الشفق البصري والأشعة تحت الحمراء إلى طيف الانبعاث فوق البنفسجي. الطاقة الإشعاعية في جزء الأشعة تحت الحمراء من الطيف تتجاوز بشكل كبير طاقة المنطقة المرئية. عندما ظهر الشفق ، لوحظت انبعاثات في نطاق ULF (

يصعب تصنيف الأشكال الفعلية للشفق ؛ المصطلحات التالية هي الأكثر استخدامًا:

1. أقواس أو خطوط موحدة هادئة. يمتد القوس عادةً لمسافة 1000 كيلومتر تقريبًا في اتجاه التوازي المغنطيسي الأرضي (نحو الشمس في المناطق القطبية) ويبلغ عرضه من واحد إلى عدة عشرات من الكيلومترات. الشريط هو تعميم لمفهوم القوس ، وعادة ما لا يكون له شكل مقوس منتظم ، ولكنه ينحني على شكل S أو في شكل حلزونات. تقع الأقواس والنطاقات على ارتفاعات تتراوح بين 100 و 150 كم.

2. أشعة الشفق . يشير هذا المصطلح إلى بنية شفقية ممتدة على طول خطوط المجال المغناطيسي بامتداد رأسي من عدة عشرات إلى عدة مئات من الكيلومترات. طول الأشعة على طول الخط الأفقي صغير ، من عدة عشرات من الأمتار إلى عدة كيلومترات. عادة ما يتم ملاحظة الأشعة في أقواس أو كإنشاءات منفصلة.

3. البقع أو الأسطح . هذه مناطق متوهجة معزولة ليس لها شكل محدد. قد تكون البقع الفردية ذات صلة.

4. الحجاب. شكل غير عادي من الشفق القطبي ، وهو توهج منتظم يغطي مساحات كبيرة من السماء.

وفقًا للهيكل ، تنقسم الشفق القطبي إلى متجانسة ، مصقولة ومشرقة. يتم استخدام مصطلحات مختلفة ؛ قوس نابض ، سطح نابض ، سطح منتشر ، شريط مشع ، ستائر ، إلخ. يوجد تصنيف للشفق القطبي حسب لونه. وفقًا لهذا التصنيف ، فإن الشفق من النوع لكن. الجزء العلوي أو أحمر بالكامل (6300-6364 Å). تظهر عادة على ارتفاعات 300-400 كيلومتر خلال نشاط مغناطيسي أرضي مرتفع.

نوع أورورا فييتم تلوينها باللون الأحمر في الجزء السفلي وترتبط بتألق نطاقات نظام N 2 الموجب الأول ونظام O 2 السلبي الأول. تظهر مثل هذه الأشكال من الشفق القطبي خلال أكثر مراحل الشفق القطبي نشاطًا.

المناطق الشفق – هذه هي المناطق ذات التردد الأقصى لحدوث الشفق القطبي في الليل ، وفقًا للمراقبين عند نقطة ثابتة على سطح الأرض. تقع المناطق عند خط عرض 67 درجة شمالاً وجنوباً ، ويبلغ عرضها حوالي 6 درجات. الحد الأقصى لحدوث الشفق القطبي المقابل ل اللحظة الحاليةالتوقيت المحلي المغنطيسي الأرضي ، يحدث في أحزمة بيضاوية الشكل (الشفق القطبي البيضاوي) ، والتي تقع بشكل غير متماثل حول القطبين الجيومغناطيسي الشمالي والجنوبي. تم تثبيت الشكل البيضاوي للشفق القطبي في إحداثيات خطوط العرض والوقت ، ومنطقة الشفق هي موضع النقاط في منطقة منتصف الليل للشكل البيضاوي في إحداثيات خطوط الطول والعرض. يقع الحزام البيضاوي على بعد 23 درجة تقريبًا من القطب المغنطيسي الأرضي في القطاع الليلي و 15 درجة في قطاع النهار.

مناطق الشفق القطبي والبيضاوي.يعتمد موقع الشكل البيضاوي للشفق القطبي على النشاط المغنطيسي الأرضي. يصبح الشكل البيضاوي أوسع في النشاط المغنطيسي الأرضي العالي. يتم تمثيل مناطق الشفق القطبي أو الحدود البيضاوية للشفق القطبي بشكل أفضل بواسطة L 6.4 من الإحداثيات ثنائية القطب. تتطابق خطوط المجال المغنطيسي الأرضي عند حدود القطاع النهاري للشفق القطبي البيضاوي المغنطيسية.هناك تغيير في موضع الشكل البيضاوي للشفق القطبي اعتمادًا على الزاوية بين المحور المغنطيسي الأرضي واتجاه الأرض والشمس. يتم تحديد البيضاوي الشفقي أيضًا على أساس بيانات ترسيب الجسيمات (الإلكترونات والبروتونات) لطاقات معينة. يمكن تحديد موقعها بشكل مستقل من البيانات الموجودة على الكاسباخفي جانب اليوم وفي الذيل المغناطيسي.

الاختلاف اليومي في وتيرة حدوث الشفق القطبي في منطقة الشفق له حده الأقصى عند منتصف الليل المغنطيسي الأرضي والحد الأدنى عند الظهيرة المغناطيسية الأرضية. على الجانب شبه الاستوائي من الشكل البيضاوي ، يتناقص تكرار حدوث الشفق القطبي بشكل حاد ، ولكن يتم الاحتفاظ بشكل الاختلافات اليومية. على الجانب القطبي للبيضاوي ، يتناقص تواتر حدوث الشفق القطبي تدريجياً ويتميز بتغيرات نهارية معقدة.

شدة الشفق.

كثافة أورورا يتم تحديده عن طريق قياس سطح الإنارة الظاهر. سطوع السطح أنايتم تحديد الشفق في اتجاه معين من خلال إجمالي الانبعاثات 4p أناالفوتون / (سم 2 ث). نظرًا لأن هذه القيمة ليست سطوع السطح الحقيقي ، ولكنها تمثل الانبعاث من العمود ، فإن وحدة الفوتون / (سم 2 عمودًا) تُستخدم عادةً في دراسة الشفق. الوحدة المعتادة لقياس الانبعاث الكلي هي Rayleigh (R) التي تساوي 10 6 فوتون / (سم 2 عمود). يتم تحديد وحدة أكثر عملية لشدة الشفق من انبعاثات خط أو نطاق واحد. على سبيل المثال ، يتم تحديد شدة الشفق بواسطة معاملات السطوع الدولية (ICF) وفقًا لبيانات شدة الخط الأخضر (5577 Å) ؛ 1 kRl = I MKH، 10 kRl = II MKH، 100 kRl = III MKH، 1000 kRl = IV MKH (أقصى شدة للشفق القطبي). لا يمكن استخدام هذا التصنيف للشفق القطبي الأحمر. كان أحد اكتشافات الحقبة (1957-1958) إنشاء التوزيع المكاني والزماني للشفق القطبي في شكل بيضاوي مزاح بالنسبة للقطب المغناطيسي. من أفكار بسيطة حول الشكل الدائري لتوزيع الشفق بالنسبة للقطب المغناطيسي ، تم الانتهاء من الانتقال إلى الفيزياء الحديثة للغلاف المغناطيسي. يعود شرف الاكتشاف إلى O. Khorosheva و G. Starkov و J. Feldshtein و S-I. الشفق القطبي هو المنطقة الأكثر تأثيرًا للرياح الشمسية على الغلاف الجوي العلوي للأرض. تكون شدة الشفق القطبي أكبر في الشكل البيضاوي ، وتراقب الأقمار الصناعية دينامياتها باستمرار.

أقواس شفقية حمراء مستقرة.

ثابت قوس أحمر شفقي ، يسمى بخلاف ذلك القوس الأحمر لخط العرض الأوسط أو قوس M، هو قوس عريض تحت الرؤية (أقل من حد حساسية العين) ، يمتد من الشرق إلى الغرب لآلاف الكيلومترات ويحيط ، ربما ، الأرض بأكملها. المدى العرضي للقوس 600 كيلومتر. يكون الانبعاث من القوس الأحمر الشفقي المستقر أحادي اللون تقريبًا في الخطوط الحمراء l 6300 و l 6364 Å. في الآونة الأخيرة ، تم الإبلاغ أيضًا عن خطوط انبعاث ضعيفة L 5577 Å (OI) و l 4278 (N + 2). تصنف الأقواس الحمراء المستمرة على أنها شفق ، لكنها تظهر على ارتفاعات أعلى بكثير. يقع الحد الأدنى على ارتفاع 300 كم ، والحد الأعلى حوالي 700 كم. تتراوح شدة القوس الأحمر الشفقي الهادئ في انبعاث l 6300 من 1 إلى 10 kRl (القيمة النموذجية هي 6 kRl). تبلغ عتبة حساسية العين عند هذا الطول الموجي حوالي 10 kR ، لذلك نادرًا ما يتم ملاحظة الأقواس بصريًا. ومع ذلك ، فقد أظهرت الملاحظات أن سطوعها يزيد عن 50 kR في 10٪ من الليالي. يبلغ العمر المعتاد للأقواس يومًا واحدًا تقريبًا ، ونادرًا ما تظهر في الأيام التالية. تخضع الموجات الراديوية من الأقمار الصناعية أو المصادر الراديوية التي تعبر أقواسًا حمراء شفقية مستقرة للتلألؤ ، مما يشير إلى وجود عدم تجانس في كثافة الإلكترون. التفسير النظري للأقواس الحمراء هو أن الإلكترونات الساخنة في المنطقة Fتسبب الأيونوسفير زيادة في ذرات الأكسجين. تظهر ملاحظات الأقمار الصناعية زيادة في درجة حرارة الإلكترون على طول خطوط المجال المغنطيسي الأرضي التي تعبر الأقواس الشفقية الحمراء المستقرة. ترتبط شدة هذه الأقواس ارتباطًا إيجابيًا بالنشاط المغنطيسي الأرضي (العواصف) ، كما أن تواتر حدوث الأقواس يرتبط ارتباطًا إيجابيًا بنشاط تشكيل البقعة الشمسية.

تغيير الشفق القطبي.

تعاني بعض أشكال الشفق القطبي من تغيرات شدة زمنية متماسكة وشبه دورية. تسمى هذه الشفق ، ذات الهندسة الثابتة تقريبًا والتغيرات الدورية السريعة التي تحدث في الطور ، باسم الشفق المتغير. يتم تصنيفها على أنها الشفق القطبي نماذج صوفقًا للأطلس الدولي للشفق القطبي ، تقسيم أكثر تفصيلاً للشفق القطبي المتغير:

ص 1 (الشفق القطبي النابض) هو توهج مع تغيرات طور منتظمة في السطوع في جميع أنحاء شكل الشفق. بحكم التعريف ، في الشفق النابض المثالي ، يمكن فصل الأجزاء المكانية والزمانية من النبض ، أي سطوع أنا(ص ، ت)= أنا s(ص)· هو - هي(ر). في شفق قطبي نموذجي صفي الشكل 1 ، تحدث النبضات بتردد من 0.01 إلى 10 هرتز منخفض الشدة (1-2 kR). معظم الشفق صالرقم 1 عبارة عن نقاط أو أقواس تنبض بفترة عدة ثوان.

ص 2 (الشفق الناري). يستخدم هذا المصطلح عادة للإشارة إلى حركات مثل اللهب الذي يملأ السماء ، وليس لوصف شكل واحد. الشفق القطبي على شكل قوس ويتحرك عادةً إلى أعلى من ارتفاع 100 كم. هذه الشفق القطبي نادرة نسبيًا وتحدث غالبًا خارج الشفق القطبي.

ص 3 (شفق خفقان). وهي عبارة عن شفق به اختلافات سريعة أو غير منتظمة أو منتظمة في السطوع ، مما يعطي انطباعًا بوجود شعلة وامضة في السماء. تظهر قبل وقت قصير من انهيار الشفق القطبي. تردد التباين الملحوظ بشكل شائع ص 3 يساوي 10 ± 3 هرتز.

يشير مصطلح الشفق المتدفق ، المستخدم لفئة أخرى من الشفق القطبي النابض ، إلى اختلافات غير منتظمة في السطوع تتحرك بسرعة أفقية في أقواس وشرائح من الشفق القطبي.

الشفق القطبي المتغير هو أحد الظواهر الشمسية الأرضية المصاحبة لنبضات المجال المغنطيسي الأرضي وإشعاع الأشعة السينية الشفقي الناجم عن ترسيب جسيمات من أصل شمسي وغلاف مغناطيسي.

يتسم توهج الغطاء القطبي بكثافة عالية لشريط أول نظام سلبي N + 2 (λ 3914 Å). عادةً ما تكون نطاقات N + 2 هذه أكثر كثافة بخمس مرات من الخط الأخضر OI l 5577 Å ، والشدة المطلقة لتوهج الغطاء القطبي تتراوح من 0.1 إلى 10 kRl (عادةً 1-3 kRl). مع هذه الشفق ، التي تظهر خلال فترات PCA ، يغطي توهج موحد الغطاء القطبي بأكمله حتى خط العرض المغنطيسي الأرضي البالغ 60 درجة على ارتفاعات 30 إلى 80 كم. يتم إنتاجه بشكل أساسي بواسطة البروتونات الشمسية وجسيمات D بطاقات تتراوح من 10 إلى 100 ميغا إلكترون فولت ، مما ينتج عنه حد أقصى للتأين عند هذه الارتفاعات. هناك نوع آخر من التوهج في مناطق الشفق ، يسمى شفق الوشاح. بالنسبة لهذا النوع من التوهج الشفقي ، فإن الحد الأقصى للكثافة اليومية في ساعات الصباح هو 1-10 كرون ، والحد الأدنى للشدة أضعف بخمس مرات. ملاحظات الشفق القطبي في الوشاح قليلة وتعتمد شدتها على النشاط المغنطيسي الأرضي والشمسي.

توهج الغلاف الجوييُعرَّف بأنه إشعاع ينتج وينبعث من الغلاف الجوي للكوكب. هذا هو الإشعاع غير الحراري للغلاف الجوي ، باستثناء انبعاث الشفق القطبي ، وتصريفات البرق ، وانبعاث مسارات النيازك. يستخدم هذا المصطلح فيما يتعلق بالغلاف الجوي للأرض (وهج ليلي ، وهج الشفق ، وهج النهار). وهج الغلاف الجوي ليس سوى جزء بسيط من الضوء المتوفر في الغلاف الجوي. المصادر الأخرى هي ضوء النجوم وضوء البروج وضوء الشمس المتناثر خلال النهار. في بعض الأحيان ، يمكن أن يصل توهج الغلاف الجوي إلى 40٪ من إجمالي كمية الضوء. يحدث الوهج الجوي في طبقات الغلاف الجوي ذات الارتفاع والسماكة المتفاوتة. يغطي طيف التوهج الجوي أطوال موجية من 1000 إلى 22.5 m. خط الانبعاث الرئيسي في الوهج الجوي هو 5577 ، والذي يظهر على ارتفاع 90-100 كم في طبقة بسماكة 30-40 كم. يرجع ظهور التوهج إلى آلية Champen القائمة على إعادة تركيب ذرات الأكسجين. خطوط الانبعاث الأخرى هي l 6300 ، والتي تظهر في حالة إعادة التركيب والانبعاث O + 2 الانفصالية NI l 5198/5201 Å و NI l 5890/5896 Å.

تقاس شدة توهج الغلاف الجوي بوحدة Rayleighs. السطوع (في Rayleighs) يساوي 4 rb ، حيث c هو السطح الزاوي لإنارة الطبقة الباعثة بوحدات 10 6 فوتون / (سم 2 sr ثانية). تعتمد شدة التوهج على خط العرض (يختلف باختلاف الانبعاثات) ، كما تختلف أيضًا خلال النهار بحد أقصى قرب منتصف الليل. لوحظ وجود ارتباط موجب لتوهج الهواء في انبعاث l 5577 مع عدد البقع الشمسية وتدفق الإشعاع الشمسي بطول موجة 10.7 سم ، وقد لوحظ التوهج الجوي أثناء تجارب الأقمار الصناعية. من الفضاء الخارجي ، يبدو وكأنه حلقة من الضوء حول الأرض وله لون أخضر.

الأوزون.

على ارتفاعات 20-25 كم ، التركيز الأقصى لكمية ضئيلة من الأوزون O 3 (حتى 2 × 10-7 من محتوى الأكسجين!) ، والذي يحدث تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية الشمسية على ارتفاعات من حوالي 10 إلى 50 كم ، تم الوصول إليه لحماية الكوكب من الإشعاع الشمسي المؤين. على الرغم من العدد الصغير جدًا لجزيئات الأوزون ، إلا أنها تحمي كل أشكال الحياة على الأرض من الآثار الضارة لأشعة الشمس على الموجات القصيرة (فوق البنفسجية والأشعة السينية). إذا قمت بترسيب كل الجزيئات إلى قاعدة الغلاف الجوي ، تحصل على طبقة لا يزيد سمكها عن 3-4 مم! على ارتفاعات تزيد عن 100 كم ، تزداد نسبة الغازات الخفيفة ، وفي الارتفاعات العالية جدًا ، يسود الهيليوم والهيدروجين ؛ تنفصل العديد من الجزيئات إلى ذرات منفصلة ، والتي تتأين تحت تأثير الإشعاع الشمسي الصلب ، وتشكل طبقة الأيونوسفير. يتناقص ضغط الهواء وكثافته في الغلاف الجوي للأرض مع الارتفاع. اعتمادًا على توزيع درجة الحرارة ، ينقسم الغلاف الجوي للأرض إلى طبقة التروبوسفير والستراتوسفير والميزوسفير والغلاف الحراري والغلاف الخارجي. .

يقع على ارتفاع 20-25 كم طبقة الأوزون. يتكون الأوزون بسبب تحلل جزيئات الأكسجين أثناء امتصاص الأشعة فوق البنفسجية الشمسية بأطوال موجية أقصر من 0.1-0.2 ميكرون. يتحد الأكسجين الحر مع جزيئات O 2 ويشكل O 3 أوزون ، الذي يمتص بجشع جميع الأشعة فوق البنفسجية التي يقل طولها عن 0.29 ميكرون. يتم تدمير جزيئات الأوزون O 3 بسهولة بواسطة إشعاع الموجة القصيرة. لذلك ، على الرغم من خلخلة طبقة الأوزون ، تمتص بفعالية الأشعة فوق البنفسجية للشمس ، والتي مرت عبر طبقات الغلاف الجوي الأعلى والأكثر شفافية. بفضل هذا ، فإن الكائنات الحية على الأرض محمية من الآثار الضارة للأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس.

الأيونوسفير.

يؤين الإشعاع الشمسي ذرات وجزيئات الغلاف الجوي. تصبح درجة التأين كبيرة بالفعل على ارتفاع 60 كيلومترًا وتزداد باطراد مع المسافة من الأرض. على ارتفاعات مختلفة في الغلاف الجوي ، تحدث عمليات متتالية لتفكك الجزيئات المختلفة والتأين اللاحق للذرات والأيونات المختلفة. في الأساس ، هذه هي جزيئات الأكسجين O 2 والنيتروجين N 2 وذراتها. اعتمادًا على شدة هذه العمليات ، تسمى طبقات الغلاف الجوي المختلفة الواقعة فوق 60 كيلومترًا طبقات الغلاف الأيوني. , ومجملها هو الأيونوسفير . الطبقة السفلية ، التي يكون تأينها ضئيلاً ، تسمى الغلاف الجوي النيوتروسفيري.

يتم الوصول إلى أقصى تركيز للجسيمات المشحونة في طبقة الأيونوسفير على ارتفاعات 300-400 كم.

تاريخ دراسة الأيونوسفير.

تم طرح فرضية وجود طبقة موصلة في الغلاف الجوي العلوي في عام 1878 من قبل العالم الإنجليزي ستيوارت لشرح ميزات المجال المغنطيسي الأرضي. ثم في عام 1902 ، وبصرف النظر عن بعضهما البعض ، أشار كينيدي في الولايات المتحدة وهيفيسايد في إنجلترا إلى أنه من أجل شرح انتشار موجات الراديو عبر مسافات طويلة ، من الضروري افتراض وجود مناطق ذات موصلية عالية في الطبقات العالية من الجو. في عام 1923 ، توصل الأكاديمي M.V. Shuleikin ، نظرًا لخصائص انتشار موجات الراديو ذات الترددات المختلفة ، إلى استنتاج مفاده أن هناك طبقتين عاكستين على الأقل في طبقة الأيونوسفير. بعد ذلك ، في عام 1925 ، أثبت الباحثان الإنجليز أبليتون وبارنت ، وكذلك Breit و Tuve ، بشكل تجريبي لأول مرة وجود مناطق تعكس موجات الراديو ، ووضع الأساس لدراستهم المنهجية. منذ ذلك الوقت ، تم إجراء دراسة منهجية لخصائص هذه الطبقات ، والتي تسمى عمومًا طبقة الأيونوسفير ، والتي لعبت دورًا مهمًا في عدد من الظواهر الجيوفيزيائية التي تحدد انعكاس وامتصاص موجات الراديو ، وهو أمر مهم جدًا عمليًا. على وجه الخصوص ، لضمان اتصالات لاسلكية موثوقة.

في الثلاثينيات من القرن الماضي ، بدأت عمليات المراقبة المنهجية لحالة الأيونوسفير. في بلدنا ، بمبادرة من MA Bonch-Bruevich ، تم إنشاء منشآت السبر النبضي. تمت دراسة العديد من الخصائص العامة لطبقات الأيونوسفير والارتفاعات وكثافة الإلكترونات لطبقاتها الرئيسية.

على ارتفاعات 60-70 كم ، لوحظت الطبقة D ؛ على ارتفاعات 100-120 كم ، لوحظت الطبقة D هعلى ارتفاعات 180-300 كم طبقة مزدوجة F 1 و F 2. ترد المعلمات الرئيسية لهذه الطبقات في الجدول 4.

يتم إعطاء المتوسطات لأنها تختلف باختلاف خطوط العرض وأوقات اليوم والفصول. هذه البيانات ضرورية لضمان اتصالات لاسلكية بعيدة المدى. يتم استخدامها في اختيار ترددات التشغيل لمختلف روابط الراديو على الموجات القصيرة. إن معرفة تغيرها اعتمادًا على حالة الأيونوسفير في أوقات مختلفة من اليوم وفي مواسم مختلفة أمر مهم للغاية لضمان موثوقية الاتصالات اللاسلكية. الأيونوسفير عبارة عن مجموعة من الطبقات المتأينة للغلاف الجوي للأرض ، تبدأ على ارتفاعات تبلغ حوالي 60 كم وتمتد إلى ارتفاعات تصل إلى عشرات الآلاف من الكيلومترات. المصدر الرئيسي لتأين الغلاف الجوي للأرض هو الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية للشمس ، والتي تحدث بشكل رئيسي في الكروموسفير الشمسي والهالة. بالإضافة إلى ذلك ، تتأثر درجة تأين الغلاف الجوي العلوي بالتيارات الشمسية الجسدية التي تحدث أثناء التوهجات الشمسية ، فضلاً عن الأشعة الكونية وجزيئات النيازك.

طبقات الغلاف الأيوني

هي مناطق في الغلاف الجوي يتم فيها الوصول إلى القيم القصوى لتركيز الإلكترونات الحرة (أي عددهم لكل وحدة حجم). يمكن للإلكترونات الحرة المشحونة كهربائيًا و (بدرجة أقل ، أيونات أقل حركة) الناتجة عن تأين ذرات الغاز الجوي ، التي تتفاعل مع موجات الراديو (أي التذبذبات الكهرومغناطيسية) ، تغيير اتجاهها ، وتعكسها أو تنكسرها ، وتمتص طاقتها. نتيجة لذلك ، عند استقبال محطات راديو بعيدة ، قد تحدث تأثيرات مختلفة ، على سبيل المثال ، خبو الراديو ، وزيادة سماع المحطات البعيدة ، انقطاع التيار الكهربائىإلخ. الظواهر.

طرق البحث.

يتم اختزال الطرق الكلاسيكية لدراسة الأيونوسفير من الأرض إلى السبر النبضي - إرسال نبضات راديوية ومراقبة انعكاساتها من طبقات مختلفة من الأيونوسفير مع قياس وقت التأخير ودراسة شدة وشكل الإشارات المنعكسة. من خلال قياس ارتفاعات انعكاس النبضات الراديوية عند ترددات مختلفة ، وتحديد الترددات الحرجة لمناطق مختلفة (يسمى التردد الحامل لنبضة الراديو التي تصبح هذه المنطقة من الأيونوسفير شفافة بالنسبة لها التردد الحرج) ، قيمة كثافة الإلكترون في الطبقات والارتفاعات الفعالة لترددات معينة واختيار الترددات المثلى لمسارات راديو معينة. مع تطور تكنولوجيا الصواريخ وظهور عصر الفضاء للأقمار الصناعية الأرضية الاصطناعية (AES) والمركبات الفضائية الأخرى ، أصبح من الممكن قياس معلمات بلازما الفضاء القريبة من الأرض ، والجزء السفلي منها هو الأيونوسفير.

أكدت قياسات كثافة الإلكترون التي تم إجراؤها من صواريخ أطلقت خصيصًا وعلى طول مسارات رحلات الأقمار الصناعية ، البيانات التي تم الحصول عليها سابقًا بالطرق الأرضية حول بنية الغلاف الجوي المتأين ، وتوزيع كثافة الإلكترون مع الارتفاع فوق مناطق مختلفة من الأرض ، وجعل ذلك ممكنًا للحصول على قيم كثافة الإلكترون فوق الحد الأقصى الرئيسي - الطبقة F. في السابق ، كان من المستحيل القيام بذلك عن طريق طرق السبر القائمة على ملاحظات النبضات الراديوية المنعكسة ذات الموجة القصيرة. لقد وجد أنه في بعض مناطق العالم توجد مناطق مستقرة إلى حد ما ذات كثافة إلكترون منخفضة ، و "رياح أيونوسفيرية" منتظمة ، وتنشأ عمليات موجية غريبة في طبقة الأيونوسفير التي تحمل اضطرابات الأيونوسفير المحلية على بعد آلاف الكيلومترات من مكان الإثارة ، و أكثر بكثير. مكّن إنشاء أجهزة استقبال شديدة الحساسية بشكل خاص من القيام في محطات السبر النبضي للأيونوسفير باستقبال إشارات نبضية تنعكس جزئيًا من أدنى مناطق طبقة الأيونوسفير (محطة الانعكاسات الجزئية). إن استخدام تركيبات النبضة القوية في نطاقات الطول الموجي للمتر والديسيمتر مع استخدام الهوائيات التي تسمح بتركيز عالٍ من الطاقة المشعة جعل من الممكن مراقبة الإشارات المنتشرة في الأيونوسفير على ارتفاعات مختلفة. أتاحت دراسة ميزات أطياف هذه الإشارات ، المشتتة بشكل غير متناسق بواسطة الإلكترونات وأيونات بلازما الغلاف الأيوني (لهذا الغرض ، تم استخدام محطات تشتت غير متماسك لموجات الراديو) لتحديد تركيز الإلكترونات والأيونات ، ما يعادلهما درجات الحرارة على ارتفاعات مختلفة تصل إلى ارتفاعات تصل إلى عدة آلاف من الكيلومترات. اتضح أن الأيونوسفير شفاف بدرجة كافية للترددات المستخدمة.

تركيز الشحنات الكهربائية (كثافة الإلكترون تساوي الأيون واحد) في الغلاف الجوي المتأين للأرض على ارتفاع 300 كم حوالي 106 سم -3 خلال النهار. تعكس بلازما بهذه الكثافة موجات راديو أطول من 20 مترًا ، بينما ترسل موجات أقصر.

التوزيع الرأسي النموذجي لكثافة الإلكترون في الأيونوسفير لظروف النهار والليل.

انتشار الموجات الراديوية في طبقة الأيونوسفير.

يعتمد الاستقبال المستقر لمحطات البث بعيدة المدى على الترددات المستخدمة ، وكذلك على الوقت من اليوم والموسم ، بالإضافة إلى النشاط الشمسي. يؤثر النشاط الشمسي بشكل كبير على حالة الأيونوسفير. تنتشر موجات الراديو المنبعثة من محطة أرضية في خط مستقيم ، مثل جميع أنواع الموجات الكهرومغناطيسية. ومع ذلك ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن كلا من سطح الأرض والطبقات المتأينة من غلافها الجوي تعمل كما لو كانت صفائح مكثف ضخم ، تعمل عليها مثل عمل المرايا على الضوء. يمكن لموجات الراديو ، المنعكسة عنها ، أن تسافر عدة آلاف من الكيلومترات ، وتنحني حول العالم في قفزات هائلة تصل إلى مئات وآلاف الكيلومترات ، تنعكس بالتناوب من طبقة من الغاز المتأين ومن سطح الأرض أو الماء.

في عشرينيات القرن الماضي ، كان يُعتقد أن موجات الراديو الأقصر من 200 متر لم تكن مناسبة بشكل عام للاتصالات بعيدة المدى بسبب الامتصاص القوي. أجرى الفيزيائي الإنجليزي أوليفر هيفيسايد والمهندس الكهربائي الأمريكي آرثر كينيلي التجارب الأولى على الاستقبال بعيد المدى للموجات القصيرة عبر المحيط الأطلسي بين أوروبا وأمريكا. بشكل مستقل عن بعضهما البعض ، اقترحوا أنه في مكان ما حول الأرض توجد طبقة متأينة من الغلاف الجوي يمكنها أن تعكس موجات الراديو. كانت تسمى طبقة Heaviside - كينيلي ، ثم طبقة الأيونوسفير.

وفقًا للمفاهيم الحديثة ، يتكون الأيونوسفير من إلكترونات حرة سالبة الشحنة وأيونات موجبة الشحنة ، وبشكل أساسي الأكسجين الجزيئي O + وأكسيد النيتريك NO +. تتشكل الأيونات والإلكترونات نتيجة لتفكك الجزيئات وتأين ذرات الغاز المحايدة بواسطة الأشعة السينية الشمسية والأشعة فوق البنفسجية. من أجل تأين الذرة ، من الضروري إخبارها بطاقة التأين ، والتي يكون مصدرها الرئيسي للأيونوسفير هو الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية والجسيمية للشمس.

طالما أن الغلاف الغازي للأرض مضاء بالشمس ، يتشكل المزيد والمزيد من الإلكترونات فيه ، ولكن في نفس الوقت ، تتحد بعض الإلكترونات ، التي تصطدم بالأيونات ، وتشكل مرة أخرى جسيمات محايدة. بعد غروب الشمس ، يتوقف إنتاج الإلكترونات الجديدة تقريبًا ، ويبدأ عدد الإلكترونات الحرة في الانخفاض. كلما زادت الإلكترونات الحرة في الأيونوسفير ، تنعكس الموجات عالية التردد منه. مع انخفاض تركيز الإلكترون ، يكون مرور موجات الراديو ممكنًا فقط في نطاقات التردد المنخفض. هذا هو السبب في أنه في الليل ، كقاعدة عامة ، لا يمكن استقبال المحطات البعيدة إلا في نطاقات 75 و 49 و 41 و 31 م. يتم توزيع الإلكترونات بشكل غير متساو في طبقة الأيونوسفير. على ارتفاع 50 إلى 400 كم ، توجد عدة طبقات أو مناطق ذات كثافة إلكترون متزايدة. تنتقل هذه المناطق بسلاسة إلى بعضها البعض وتؤثر على انتشار الموجات الراديوية HF بطرق مختلفة. يُشار إلى الطبقة العليا من الأيونوسفير بالحرف F. هنا أعلى درجة تأين (نسبة الجسيمات المشحونة حوالي 10-4). يقع على ارتفاع يزيد عن 150 كم فوق سطح الأرض ويلعب الدور الانعكاسي الرئيسي في الانتشار بعيد المدى للموجات الراديوية للنطاقات عالية التردد HF. في أشهر الصيف ، تنقسم المنطقة F إلى طبقتين - F 1 و F 2. يمكن أن تحتل طبقة F1 ارتفاعات من 200 إلى 250 كم والطبقة F 2 يبدو أنه "يطفو" على ارتفاع يتراوح بين 300 و 400 كيلومتر. عادة طبقة F 2 يتأين أقوى بكثير من الطبقة Fواحد . طبقة ليلية F 1 يختفي وطبقة F 2 ، يفقد ببطء ما يصل إلى 60 ٪ من درجة التأين. تحت الطبقة F ، على ارتفاعات من 90 إلى 150 كم ، توجد طبقة ه، التي يحدث تأينها تحت تأثير الأشعة السينية الناعمة من الشمس. درجة تأين الطبقة E أقل من درجة Fخلال النهار ، يحدث استقبال محطات ذات نطاقات HF منخفضة التردد من 31 و 25 مترًا عندما تنعكس الإشارات من الطبقة ه. عادة ما تكون هذه محطات تقع على مسافة 1000-1500 كم. في طبقة في الليل هيتناقص التأين بشكل حاد ، ولكن حتى في هذا الوقت يستمر في لعب دور مهم في استقبال الإشارات من المحطات في النطاقات 41 و 49 و 75 مترًا.

تعتبر تلك التي تنشأ في المنطقة ذات أهمية كبيرة لاستقبال إشارات نطاقات HF عالية التردد من 16 و 13 و 11 مترًا هالطبقات البينية (السحب) من التأين المتزايد بقوة. يمكن أن تختلف مساحة هذه السحب من بضعة إلى مئات الكيلومترات المربعة. تسمى هذه الطبقة من زيادة التأين بالطبقة المتفرقة. هوالمشار إليها إس. يمكن أن تتحرك السحب Es في طبقة الأيونوسفير تحت تأثير الرياح وتصل سرعتها إلى 250 كم / ساعة. في الصيف ، في خطوط العرض الوسطى خلال النهار ، يحدث أصل الموجات الراديوية بسبب السحب Es من 15 إلى 20 يومًا في الشهر. بالقرب من خط الاستواء ، يكون موجودًا دائمًا تقريبًا ، وعادة ما يظهر عند خطوط العرض العليا في الليل. في بعض الأحيان ، في سنوات النشاط الشمسي المنخفض ، عندما لا يكون هناك ممر إلى نطاقات HF عالية التردد ، تظهر المحطات البعيدة فجأة بصوت عالٍ على نطاقات 16 و 13 و 11 مترًا ، والتي تنعكس إشاراتها مرارًا وتكرارًا من Es.

المنطقة الأدنى من الأيونوسفير هي المنطقة دتقع على ارتفاعات تتراوح بين 50 و 90 كم. يوجد عدد قليل نسبيًا من الإلكترونات الحرة هنا. من المنطقة دتنعكس الموجات الطويلة والمتوسطة بشكل جيد ، ويتم امتصاص إشارات محطات HF منخفضة التردد بقوة. بعد غروب الشمس يختفي التأين بسرعة كبيرة ويصبح من الممكن استقبال محطات بعيدة في نطاقات 41 و 49 و 75 م تنعكس إشاراتها من الطبقات F 2 و ه. تلعب الطبقات المنفصلة للأيونوسفير دورًا مهمًا في انتشار الإشارات الراديوية HF. يرجع التأثير على موجات الراديو بشكل أساسي إلى وجود إلكترونات حرة في طبقة الأيونوسفير ، على الرغم من أن آلية انتشار الموجات الراديوية مرتبطة بوجود أيونات كبيرة. تعتبر الأخيرة أيضًا ذات أهمية في دراسة الخصائص الكيميائية للغلاف الجوي ، لأنها أكثر نشاطًا من الذرات والجزيئات المحايدة. تلعب التفاعلات الكيميائية التي تحدث في طبقة الأيونوسفير دورًا مهمًا في توازن الطاقة والكهرباء.

الأيونوسفير العادي. أعطت الملاحظات التي أجريت بمساعدة الصواريخ الجيوفيزيائية والأقمار الصناعية الكثير من المعلومات الجديدة ، مما يشير إلى أن تأين الغلاف الجوي يحدث تحت تأثير الإشعاع الشمسي واسع النطاق. يتركز الجزء الرئيسي منه (أكثر من 90٪) في الجزء المرئي من الطيف. تنبعث الأشعة فوق البنفسجية ذات الطول الموجي الأقصر والطاقة الأكثر من أشعة الضوء البنفسجي بواسطة الهيدروجين في الجزء الداخلي من الغلاف الجوي للشمس (الغلاف الصبغي) ، وتنبعث الأشعة السينية ، التي تحتوي على طاقة أعلى ، من غازات الشمس الخارجية قذيفة (كورونا).

تعود الحالة الطبيعية (المتوسطة) للأيونوسفير إلى الإشعاع القوي المستمر. تحدث تغيرات منتظمة في الأيونوسفير الطبيعي تحت تأثير الدوران اليومي للأرض والاختلافات الموسمية في زاوية حدوث أشعة الشمس عند الظهيرة ، ولكن تحدث أيضًا تغييرات مفاجئة وغير متوقعة في حالة الأيونوسفير.

الاضطرابات في الأيونوسفير.

كما هو معروف ، تحدث مظاهر نشاط قوية متكررة دوريًا على الشمس ، والتي تصل إلى حد أقصى كل 11 عامًا. تزامنت الملاحظات في إطار برنامج السنة الجيوفيزيائية الدولية (IGY) مع فترة النشاط الشمسي الأعلى طوال فترة الرصد المنتظم للأرصاد الجوية ، أي. من بداية القرن الثامن عشر. خلال فترات النشاط العالي ، يزداد سطوع بعض المناطق على الشمس عدة مرات ، وتزداد قوة الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية بشكل حاد. تسمى هذه الظواهر التوهجات الشمسية. تستمر من عدة دقائق إلى ساعة أو ساعتين. أثناء التوهج ، تنفجر البلازما الشمسية (بشكل أساسي البروتونات والإلكترونات) ، وتندفع الجسيمات الأولية إلى الفضاء الخارجي. للإشعاع الكهرومغناطيسي والجسمي للشمس في لحظات هذه التوهجات تأثير قوي على الغلاف الجوي للأرض.

لوحظ التفاعل الأولي بعد 8 دقائق من الوميض ، عندما تصل الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية الشديدة إلى الأرض. نتيجة لذلك ، يزداد التأين بشكل حاد ؛ تخترق الأشعة السينية الغلاف الجوي إلى الحد الأدنى من طبقة الأيونوسفير ؛ يزداد عدد الإلكترونات في هذه الطبقات بشكل كبير بحيث يتم امتصاص إشارات الراديو بالكامل تقريبًا ("تنطفئ"). يؤدي الامتصاص الإضافي للإشعاع إلى تسخين الغاز ، مما يساهم في تطور الرياح. الغاز المؤين هو موصل كهربائي ، وعندما يتحرك في المجال المغناطيسي للأرض ، يظهر تأثير الدينامو ويظهر كهرباء. يمكن لمثل هذه التيارات ، بدورها ، أن تسبب اضطرابات ملحوظة في المجال المغناطيسي وتتجلى في شكل عواصف مغناطيسية.

يتم تحديد بنية وديناميكيات الغلاف الجوي العلوي بشكل أساسي من خلال عمليات عدم التوازن الديناميكي الحراري المرتبطة بالتأين والتفكك بواسطة الإشعاع الشمسي ، العمليات الكيميائيةوإثارة الجزيئات والذرات وإبطال مفعولها وتصادمها والعمليات الأولية الأخرى. في هذه الحالة ، تزداد درجة عدم التوازن مع الارتفاع مع تناقص الكثافة. حتى ارتفاعات تصل إلى 500-1000 كم ، وغالبًا ما تكون أعلى ، تكون درجة عدم التوازن للعديد من خصائص الغلاف الجوي العلوي صغيرة بما يكفي ، مما يسمح للمرء باستخدام الديناميكا المائية الكلاسيكية والمغناطيسية مع السماح للتفاعلات الكيميائية لوصفها.

الغلاف الخارجي هو الطبقة الخارجية من الغلاف الجوي للأرض ، والتي تبدأ من ارتفاعات تصل إلى عدة مئات من الكيلومترات ، والتي يمكن أن تهرب منها ذرات الهيدروجين الخفيفة سريعة الحركة إلى الفضاء الخارجي.

إدوارد كونونوفيتش

المؤلفات:

بودوفكين م. أساسيات الفيزياء الشمسية. سانت بطرسبرغ ، 2001
إيريس تشيسون وستيف ماكميلان علم الفلك اليوم. برنتيس هول إنك. نهر السرج العلوي ، 2002
المواد المتاحة عبر الإنترنت: http://ciencia.nasa.gov/

الغلاف الجوي(من اليونانية atmos - steam and spharia - ball) - الغلاف الجوي للأرض ، يدور معها. ارتبط تطور الغلاف الجوي ارتباطًا وثيقًا بالعمليات الجيولوجية والجيوكيميائية التي تحدث على كوكبنا ، وكذلك مع أنشطة الكائنات الحية.

تتطابق الحدود الدنيا للغلاف الجوي مع سطح الأرض ، حيث يخترق الهواء أصغر المسام في التربة ويذوب حتى في الماء.

يمر الحد الأعلى على ارتفاع 2000-3000 كم تدريجياً في الفضاء الخارجي.

يجعل الغلاف الجوي الغني بالأكسجين الحياة ممكنة على الأرض. يستخدم الأكسجين الجوي في عملية التنفس من قبل البشر والحيوانات والنباتات.

إذا لم يكن هناك غلاف جوي ، لكانت الأرض هادئة مثل القمر. بعد كل شيء ، الصوت هو اهتزاز جزيئات الهواء. يفسر اللون الأزرق للسماء حقيقة أن أشعة الشمس ، التي تمر عبر الغلاف الجوي ، كما لو كانت من خلال عدسة ، تتحلل إلى ألوانها المكونة. في هذه الحالة ، تنتشر أشعة اللون الأزرق والأزرق في الغالب.

يحتفظ الغلاف الجوي بمعظم الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس ، والتي لها تأثير ضار على الكائنات الحية. كما أنه يحتفظ بالحرارة على سطح الأرض ، مما يمنع كوكبنا من البرودة.

هيكل الغلاف الجوي

يمكن تمييز عدة طبقات في الغلاف الجوي ، تختلف في كثافتها وكثافتها (الشكل 1).

تروبوسفير

تروبوسفير- أدنى طبقة من الغلاف الجوي ، يبلغ سمكها فوق القطبين 8-10 كم ، في خطوط العرض المعتدلة - 10-12 كم ، وفوق خط الاستواء - 16-18 كم.

أرز. 1. بنية الغلاف الجوي للأرض

يتم تسخين الهواء في طبقة التروبوسفير من سطح الأرض ، أي من اليابسة والماء. لذلك تنخفض درجة حرارة الهواء في هذه الطبقة مع الارتفاع بمتوسط ​​0.6 درجة مئوية لكل 100 متر ، وعند الحد الأعلى لطبقة التروبوسفير تصل إلى -55 درجة مئوية. في الوقت نفسه ، في منطقة خط الاستواء عند الحدود العليا لطبقة التروبوسفير ، تكون درجة حرارة الهواء -70 درجة مئوية ، وفي منطقة القطب الشمالي -65 درجة مئوية.

يتركز حوالي 80 ٪ من كتلة الغلاف الجوي في طبقة التروبوسفير ، ويتواجد بخار الماء كله تقريبًا ، وتحدث العواصف الرعدية والعواصف والسحب والأمطار ، وتحدث حركة الهواء الرأسي (الحمل الحراري) والأفقي (الرياح).

يمكننا القول أن الطقس يتكون بشكل أساسي في طبقة التروبوسفير.

الستراتوسفير

الستراتوسفير- طبقة الغلاف الجوي الواقعة فوق طبقة التروبوسفير على ارتفاع 8 إلى 50 كم. يظهر لون السماء في هذه الطبقة باللون الأرجواني ، وهو ما يفسره خلخلة الهواء ، مما يجعل أشعة الشمس تكاد لا تتشتت.

يحتوي الستراتوسفير على 20٪ من كتلة الغلاف الجوي. يتخلل الهواء في هذه الطبقة ، ولا يوجد عملياً بخار ماء ، وبالتالي لا تتشكل الغيوم والأمطار تقريبًا. ومع ذلك ، لوحظت تيارات هوائية مستقرة في الستراتوسفير ، تصل سرعتها إلى 300 كم / ساعة.

تتركز هذه الطبقة الأوزون(شاشة الأوزون ، طبقة الأوزون) ، طبقة تمتص الأشعة فوق البنفسجية ، وتمنعها من المرور إلى الأرض وبالتالي حماية الكائنات الحية على كوكبنا. بسبب الأوزون ، تتراوح درجة حرارة الهواء عند الحدود العليا للستراتوسفير من -50 إلى 4-55 درجة مئوية.

بين طبقة الميزوسفير والستراتوسفير توجد منطقة انتقالية - الستراتوبوز.

الميزوسفير

الميزوسفير- طبقة من الغلاف الجوي تقع على ارتفاع 50-80 كم. كثافة الهواء هنا 200 مرة أقل من كثافة سطح الأرض. يظهر لون السماء في الغلاف الجوي باللون الأسود ، وتظهر النجوم خلال النهار. تنخفض درجة حرارة الهواء إلى -75 (-90) درجة مئوية.

على ارتفاع 80 كم يبدأ الغلاف الحراري.ترتفع درجة حرارة الهواء في هذه الطبقة بشكل حاد إلى ارتفاع 250 مترًا ، ثم تصبح ثابتة: على ارتفاع 150 كيلومترًا تصل إلى 220-240 درجة مئوية ؛ على ارتفاع 500-600 كم يتجاوز 1500 درجة مئوية.

في الغلاف الجوي والغلاف الحراري ، وتحت تأثير الأشعة الكونية ، تتفكك جزيئات الغاز إلى جزيئات مشحونة (متأينة) من الذرات ، لذلك يسمى هذا الجزء من الغلاف الجوي الأيونوسفير- طبقة من الهواء شديد التخلخل ، تقع على ارتفاع 50 إلى 1000 كيلومتر ، تتكون أساسًا من ذرات أكسجين مؤين وجزيئات أكسيد النيتريك وإلكترونات حرة. تتميز هذه الطبقة بالكهرباء العالية ، وتنعكس عنها موجات الراديو الطويلة والمتوسطة كما من المرآة.

في الأيونوسفير ، يظهر الشفق القطبي - وهج الغازات المتخلخلة تحت تأثير الجسيمات المشحونة كهربائيًا التي تطير من الشمس - ويلاحظ وجود تقلبات حادة في المجال المغناطيسي.

إكزوسفير

إكزوسفير- الطبقة الخارجية للغلاف الجوي التي تقع على ارتفاع يزيد عن 1000 كيلومتر. تسمى هذه الطبقة أيضًا كرة الانتثار ، حيث تتحرك جزيئات الغاز هنا بسرعة عالية ويمكن أن تنتشر في الفضاء الخارجي.

تكوين الغلاف الجوي

الغلاف الجوي عبارة عن خليط من الغازات تتكون من النيتروجين (78.08٪) ، الأكسجين (20.95٪) ، ثاني أكسيد الكربون (0.03٪) ، الأرجون (0.93٪) ، كمية صغيرة من الهيليوم ، النيون ، الزينون ، الكريبتون (0.01٪) ، الأوزون والغازات الأخرى ، لكن محتواها ضئيل (الجدول 1). تم إنشاء التكوين الحديث لهواء الأرض منذ أكثر من مائة مليون سنة ، ولكن النشاط البشري المتزايد بشكل حاد أدى مع ذلك إلى تغييره. حاليًا ، هناك زيادة في محتوى ثاني أكسيد الكربون بحوالي 10-12٪.

تؤدي الغازات التي يتكون منها الغلاف الجوي أدوارًا وظيفية مختلفة. ومع ذلك ، فإن الأهمية الرئيسية لهذه الغازات يتم تحديدها في المقام الأول من خلال حقيقة أنها تمتص الطاقة المشعة بقوة ، وبالتالي يكون لها تأثير كبير على نظام درجة حرارة سطح الأرض والغلاف الجوي.

الجدول 1. التركيب الكيميائيالهواء الجاف بالقرب من سطح الأرض

نتروجين،الغاز الأكثر شيوعًا في الغلاف الجوي ، قليل النشاط كيميائيًا.

الأكسجين، على عكس النيتروجين ، هو عنصر نشط كيميائيًا للغاية. تتمثل الوظيفة المحددة للأكسجين في أكسدة المواد العضوية للكائنات غيرية التغذية والصخور والغازات المؤكسدة غير الكاملة المنبعثة في الغلاف الجوي عن طريق البراكين. بدون الأكسجين ، لن يكون هناك تحلل للمواد العضوية الميتة.

دور ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي كبير بشكل استثنائي. يدخل الغلاف الجوي نتيجة لعمليات الاحتراق ، وتنفس الكائنات الحية ، والانحلال ، وهو ، أولاً وقبل كل شيء ، مادة البناء الرئيسية لتكوين المادة العضوية أثناء عملية التمثيل الضوئي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن خاصية ثاني أكسيد الكربون لنقل الإشعاع الشمسي قصير الموجة وامتصاص جزء من الإشعاع الحراري طويل الموجة لها أهمية كبيرة ، مما سيخلق ما يسمى بتأثير الاحتباس الحراري ، والذي سيتم مناقشته أدناه.

يتم أيضًا التأثير على عمليات الغلاف الجوي ، خاصة على النظام الحراري للستراتوسفير الأوزون.يعمل هذا الغاز كممتص طبيعي للأشعة فوق البنفسجية الشمسية ، ويؤدي امتصاص الإشعاع الشمسي إلى تسخين الهواء. تختلف القيم المتوسطة الشهرية لمحتوى الأوزون الكلي في الغلاف الجوي اعتمادًا على خط عرض المنطقة والموسم في حدود 0.23-0.52 سم (هذا هو سمك طبقة الأوزون عند ضغط الأرض ودرجة الحرارة). هناك زيادة في محتوى الأوزون من خط الاستواء إلى القطبين وتغير سنوي بحد أدنى في الخريف وأقصى في الربيع.

يمكن تسمية خاصية مميزة للغلاف الجوي بحقيقة أن محتوى الغازات الرئيسية (النيتروجين والأكسجين والأرجون) يتغير قليلاً مع الارتفاع: على ارتفاع 65 كم في الغلاف الجوي ، يكون محتوى النيتروجين 86 ٪ ، والأكسجين - 19 ، أرجون - 0.91 ، على ارتفاع 95 كم - نيتروجين - 77 ، أكسجين - 21.3 ، أرجون - 0.82٪. يتم الحفاظ على ثبات تكوين الهواء الجوي عموديًا وأفقيًا من خلال مزجه.

بالإضافة إلى الغازات ، يحتوي الهواء بخار الماءو الجسيمات الصلبة.يمكن أن يكون لهذا الأخير أصل طبيعي واصطناعي (بشري). هذه هي حبوب لقاح الزهور ، بلورات الملح الصغيرة ، غبار الطريق ، شوائب الهباء الجوي. عندما تخترق أشعة الشمس النافذة ، يمكن رؤيتها بالعين المجردة.

هناك العديد من الجسيمات بشكل خاص في هواء المدن والمراكز الصناعية الكبيرة ، حيث تضاف انبعاثات الغازات الضارة وشوائبها المتكونة أثناء احتراق الوقود إلى الهباء الجوي.

يحدد تركيز الهباء الجوي في الغلاف الجوي شفافية الهواء التي تؤثر على الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى سطح الأرض. أكبر الهباء الجوي هو نوى التكثيف (من خطوط الطول. التكثيف- ضغط ، سماكة) - المساهمة في تحويل بخار الماء إلى قطرات ماء.

يتم تحديد قيمة بخار الماء بشكل أساسي من خلال حقيقة أنه يؤخر الإشعاع الحراري طويل الموجة لسطح الأرض ؛ يمثل الرابط الرئيسي لدورات الرطوبة الكبيرة والصغيرة ؛ يرفع درجة حرارة الهواء عندما تتكثف طبقات الماء.

تختلف كمية بخار الماء في الغلاف الجوي بمرور الوقت والمكان. وهكذا ، فإن تركيز بخار الماء بالقرب من سطح الأرض يتراوح من 3٪ في المناطق المدارية إلى 2-10 (15)٪ في أنتاركتيكا.

يبلغ متوسط ​​محتوى بخار الماء في العمود الرأسي للغلاف الجوي في مناطق خطوط العرض المعتدلة حوالي 1.6-1.7 سم (طبقة بخار الماء المكثف سيكون لها مثل هذا السماكة). المعلومات حول بخار الماء في طبقات مختلفة من الغلاف الجوي متناقضة. كان من المفترض ، على سبيل المثال ، أنه في نطاق الارتفاع من 20 إلى 30 كم ، تزداد الرطوبة النوعية بشدة مع الارتفاع. ومع ذلك ، تشير القياسات اللاحقة إلى جفاف أكبر في الستراتوسفير. على ما يبدو ، فإن الرطوبة النوعية في الستراتوسفير تعتمد قليلاً على الارتفاع وتبلغ 2-4 مجم / كجم.

يتم تحديد التباين في محتوى بخار الماء في طبقة التروبوسفير من خلال تفاعل التبخر والتكثيف والنقل الأفقي. نتيجة لتكثف بخار الماء ، تتكون الغيوم وهطول الأمطار على شكل مطر ، وبر وثلج.

تسير عمليات تحولات طور الماء بشكل رئيسي في طبقة التروبوسفير ، ولهذا السبب نادراً ما تُلاحظ السحب في طبقة الستراتوسفير (على ارتفاعات 20-30 كم) والميزوسفير (بالقرب من فترة اليأس) ، والتي تسمى أم اللؤلؤ والفضة ، ، بينما تغطي الغيوم التروبوسفيرية غالبًا حوالي 50٪ من كامل أسطح الأرض.

تعتمد كمية بخار الماء التي يمكن احتواؤها في الهواء على درجة حرارة الهواء.

1 م 3 من الهواء عند درجة حرارة -20 درجة مئوية لا يمكن أن تحتوي على أكثر من 1 غرام من الماء ؛ عند 0 درجة مئوية - لا يزيد عن 5 جم ؛ عند +10 درجة مئوية - لا يزيد عن 9 جم ؛ عند +30 درجة مئوية - لا يزيد عن 30 جم من الماء.

انتاج:كلما ارتفعت درجة حرارة الهواء ، زاد بخار الماء الذي يمكن أن يحتويه.

يمكن أن يكون الهواء ثريو غير مشبعبخار. لذلك ، إذا احتوت درجة حرارة +30 درجة مئوية 1 م 3 من الهواء على 15 جم من بخار الماء ، فإن الهواء غير مشبع ببخار الماء ؛ إذا 30 جم - مشبعة.

الرطوبة المطلقة- هذه هي كمية بخار الماء الموجودة في 1 م 3 من الهواء. يتم التعبير عنها بالجرام. على سبيل المثال ، إذا قالوا "الرطوبة المطلقة هي 15" ، فهذا يعني أن 1 مل يحتوي على 15 جم من بخار الماء.

الرطوبة النسبية- هذه هي النسبة (بالنسبة المئوية) للمحتوى الفعلي لبخار الماء في 1 م 3 من الهواء إلى كمية بخار الماء التي يمكن احتواؤها في 1 م لتر عند درجة حرارة معينة. على سبيل المثال ، إذا أبلغ الراديو أثناء إرسال تقرير الطقس أن الرطوبة النسبية تبلغ 70٪ ، فهذا يعني أن الهواء يحتوي على 70٪ من بخار الماء الذي يمكنه الاحتفاظ به عند درجة حرارة معينة.

كلما زادت الرطوبة النسبية للهواء ، ر. كلما اقترب الهواء من التشبع ، زاد احتمال سقوطه.

دائمًا ما تكون الرطوبة النسبية عالية (تصل إلى 90٪) ملحوظة في المنطقة الاستوائية ، منذ ذلك الحين الحرارةالهواء ويحدث تبخر كبير من سطح المحيطات. توجد نفس الرطوبة النسبية العالية في المناطق القطبية ، ولكن فقط لأنه في درجات الحرارة المنخفضة ، حتى كمية صغيرة من بخار الماء تجعل الهواء مشبعًا أو قريبًا من التشبع. في خطوط العرض المعتدلة ، تختلف الرطوبة النسبية بشكل موسمي - فهي أعلى في الشتاء وأقل في الصيف.

الرطوبة النسبية للهواء منخفضة بشكل خاص في الصحاري: يحتوي 1 م 1 من الهواء هناك مرتين إلى ثلاث مرات أقل من كمية بخار الماء الممكنة عند درجة حرارة معينة.

لقياس الرطوبة النسبية ، يتم استخدام مقياس الرطوبة (من hygros اليونانية - wet and metreco - أنا أقيس).

عندما يتم تبريد الهواء المشبع لا يمكنه الاحتفاظ بنفس كمية بخار الماء في حد ذاته ، فإنه يتكاثف (يتكثف) ، ويتحول إلى قطرات من الضباب. يمكن ملاحظة الضباب في الصيف في ليلة باردة صافية.

سحاب- هذا هو نفس الضباب ، إلا أنه يتشكل ليس على سطح الأرض ، ولكن على ارتفاع معين. عندما يرتفع الهواء يبرد ويتكثف بخار الماء فيه. تشكل قطرات الماء الصغيرة الناتجة السحب.

تشارك في تكوين الغيوم الجسيمات الدقيقهمعلقة في طبقة التروبوسفير.

يمكن أن يكون للسحب شكل مختلف ، والذي يعتمد على ظروف تكوينها (الجدول 14).

أدنى وأثقل السحب هي ستراتوس. تقع على ارتفاع 2 كم من سطح الأرض. على ارتفاع 2 إلى 8 كم ، يمكن ملاحظة المزيد من السحب الركامية الخلابة. الأعلى والأخف وزنًا هي السحب الرقيقة. تقع على ارتفاع 8 إلى 18 كم فوق سطح الأرض.

حماية الغلاف الجوي

المصادر الرئيسية هي المؤسسات الصناعية والسيارات. في المدن الكبيرة ، مشكلة التلوث بالغاز لطرق النقل الرئيسية حادة للغاية. هذا هو السبب في أنه في العديد من المدن الكبرى في العالم ، بما في ذلك بلدنا ، تم إدخال التحكم البيئي لسمية غازات عوادم السيارات. وفقًا للخبراء ، يمكن أن يؤدي الدخان والغبار الموجودان في الهواء إلى خفض تدفق الطاقة الشمسية إلى سطح الأرض إلى النصف ، مما سيؤدي إلى تغيير في الظروف الطبيعية.