دمای بالای جو. جو زمین: تاریخچه ظاهر و ساختار. خصوصیات فیزیولوژیکی و سایر خصوصیات جو

جو برای صدها کیلومتر به سمت بالا گسترش می یابد. مرز بالایی آن در ارتفاع حدود 2000-3000 قرار دارد کیلومتر،تا حدی مشروط است، زیرا گازها، اجزای تشکیل دهنده آن، که به تدریج نازک می شوند، به فضای جهان می روند. تغییرات شیمیایی با قد ترکیب جوفشار، چگالی، دما و سایر خواص فیزیکی آن. همانطور که قبلا ذکر شد، ترکیب شیمیایی هوا تا ارتفاع 100 است کیلومترتغییر قابل توجهی نمی کند. جو کمی بالاتر نیز عمدتاً از نیتروژن و اکسیژن تشکیل شده است. اما در ارتفاعات 100-110 کیلومتر،تحت تأثیر تابش فرابنفش خورشید، مولکول های اکسیژن به اتم ها تقسیم می شوند و اکسیژن اتمی ظاهر می شود. بالای 110-120 کیلومترتقریباً تمام اکسیژن اتمی می شود. فرض بر این است که بالای 400-500 کیلومترگازهای تشکیل دهنده جو نیز در حالت اتمی هستند.

فشار و چگالی هوا با افزایش ارتفاع به سرعت کاهش می یابد. اگرچه اتمسفر تا صدها کیلومتر به سمت بالا امتداد می یابد، بخش عمده ای از آن در لایه نسبتاً نازکی در مجاورت سطح زمین در پایین ترین قسمت های آن قرار دارد. بنابراین، در لایه بین سطح دریا و ارتفاعات 5-6 کیلومترنیمی از جرم جو متمرکز شده است، در لایه 0-16 کیلومتر-90٪ و در لایه 0-30 کیلومتر- 99 درصد همان کاهش سریع توده هوا در بالای 30 اتفاق می افتد کیلومتراگر وزن 1 باشد متر 3هوا در سطح زمین 1033 گرم و سپس در ارتفاع 20 است کیلومتربرابر با 43 گرم و در ارتفاع 40 است کیلومترفقط 4 گرم

در ارتفاع 300-400 کیلومترو بالاتر، هوا آنقدر کمیاب است که چگالی آن در طول روز بارها تغییر می کند. تحقیقات نشان داده است که این تغییر چگالی با موقعیت خورشید مرتبط است. بیشترین چگالی هوا در حوالی ظهر و کمترین آن در شب است. این تا حدی به دلیل این واقعیت است که جو فوقانی به یک تغییر واکنش نشان می دهد تابش الکترومغناطیسیخورشید.

تغییر دمای هوا با ارتفاع نیز به صورت ناهموار رخ می دهد. به دلیل ماهیت تغییر دما با ارتفاع، جو به چند کره تقسیم می شود که بین آنها لایه های انتقالی وجود دارد که اصطلاحاً مکث می کنند، جایی که دما با ارتفاع کمی تغییر می کند.

در اینجا نام و ویژگی های اصلی کره ها و لایه های انتقال آورده شده است.

در اینجا داده های اساسی در مورد خواص فیزیکی این کره ها آمده است.

تروپوسفر. خواص فیزیکی تروپوسفر تا حد زیادی توسط تأثیر تعیین می شود سطح زمین، که حد پایین آن است. بیشترین ارتفاع تروپوسفر در مناطق استوایی و گرمسیری مشاهده می شود. در اینجا او به 16-18 می رسد کیلومترو نسبتا کمی در معرض روزانه و تغییرات فصلی... در بالای مناطق قطبی و مجاور، مرز فوقانی تروپوسفر به طور متوسط در سطح 8-10 قرار دارد. کیلومتردر عرض های جغرافیایی میانی، از 6-8 تا 14-16 متغیر است کیلومتر

ضخامت عمودی تروپوسفر به طور قابل توجهی به ماهیت فرآیندهای جوی بستگی دارد. اغلب، در طول روز، مرز بالایی تروپوسفر در یک نقطه یا منطقه معین چندین کیلومتر کاهش یا افزایش می یابد. این عمدتا به دلیل تغییرات دمای هوا است.

بیش از 4/5 جرم جو زمین و تقریباً تمام بخار آب موجود در آن در تروپوسفر متمرکز شده است. علاوه بر این، از سطح زمین تا مرز فوقانی تروپوسفر، دما به طور متوسط 0.6 درجه به ازای هر 100 متر یا 6 درجه در هر 1 کاهش می یابد. کیلومترنشاط بخش . این به این دلیل است که هوا در تروپوسفر عمدتاً از سطح زمین گرم و سرد می شود.

مطابق با هجوم انرژی خورشیدی، دما از استوا به قطب ها کاهش می یابد. بنابراین، میانگین دمای هوا در نزدیکی سطح زمین در استوا به + 26 درجه، در مناطق قطبی در زمستان -34 درجه، -36 درجه و در تابستان حدود 0 درجه می رسد. بنابراین، اختلاف دمای بین استوا و قطب در زمستان 60 درجه و در تابستان تنها 26 درجه است. درست است، چنین دمای پایینی در قطب شمال در زمستان به دلیل سرد شدن هوا بر روی گستره های یخی تنها در نزدیکی سطح زمین مشاهده می شود.

در زمستان، در قطب جنوب مرکزی، دمای هوا در سطح صفحه یخ حتی کمتر است. در ایستگاه وستوک در آگوست 1960، کمترین درجه حرارت روی کره زمین، 88.3- درجه و اغلب در قطب جنوب مرکزی برابر با -45 درجه، -50 درجه است.

از ارتفاع، اختلاف دمای بین استوا و قطب کاهش می یابد. مثلا در ارتفاع 5 کیلومتردر استوا، دما به - 2 درجه، -4 درجه، و در همان ارتفاع در قطب شمال، -37 درجه، -39 درجه در زمستان و -19 درجه، -20 درجه در تابستان می رسد. بنابراین، اختلاف دما در زمستان 35-36 درجه و در تابستان 16-17 درجه است. در نیمکره جنوبی، این تفاوت ها تا حدودی بیشتر است.

انرژی گردش اتمسفر را می توان با قراردادهای دمایی استوا-قطب تعیین کرد. از آنجایی که میزان تضادهای دما در زمستان بیشتر است، فرآیندهای جوی شدیدتر از تابستان هستند. این همچنین این واقعیت را توضیح می دهد که بادهای غربی غالب در زمستان در تروپوسفر سرعت بیشتری نسبت به تابستان دارند. در این مورد، سرعت باد، به عنوان یک قاعده، با ارتفاع افزایش می یابد و در مرز بالایی تروپوسفر به حداکثر می رسد. حمل و نقل افقی با حرکات عمودی هوا و حرکت آشفته (بی نظم) همراه است. در نتیجه بالا و پایین رفتن حجم زیادی از هوا، ابرها تشکیل و پراکنده می شوند، بارش ظاهر می شود و متوقف می شود. لایه گذار بین تروپوسفر و کره پوشاننده است تروپوپوزبالای آن استراتوسفر قرار دارد.

استراتوسفر از ارتفاعات 8-17 تا 50-55 کشیده می شود کیلومتردر آغاز قرن ما کشف شد. توسط مشخصات فیزیکیاستراتوسفر به شدت با تروپوسفر متفاوت است زیرا دمای هوا در اینجا معمولاً به طور متوسط 1 - 2 درجه در هر کیلومتر صعود و در مرز بالایی در ارتفاع 50-55 افزایش می یابد. کیلومتر،حتی مثبت می شود افزایش دما در این منطقه به دلیل وجود ازن (O 3) در اینجا است که تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش خورشید تشکیل می شود. لایه اوزون تقریباً کل استراتوسفر را اشغال می کند. استراتوسفر از نظر بخار آب بسیار فقیر است. هیچ فرآیند تشکیل ابرهای خشن و بدون بارش وجود ندارد.

اخیراً فرض بر این بود که استراتوسفر یک محیط نسبتاً آرام است که در آن هیچ گونه اختلاط هوا وجود ندارد، مانند تروپوسفر. بنابراین، اعتقاد بر این بود که گازها در استراتوسفر به لایه‌هایی بر اساس وزن مخصوص خود تقسیم می‌شوند. از این رو نام استراتوسفر ("استراتوس" - لایه ای). همچنین فرض بر این بود که دما در استراتوسفر تحت تأثیر تعادل تشعشعی تشکیل می شود، یعنی زمانی که تابش خورشیدی جذب شده و منعکس شده برابر باشد.

داده‌های جدید به‌دست‌آمده با کمک امواج رادیویی و موشک‌های هواشناسی نشان داد که در استراتوسفر، مانند تروپوسفر فوقانی، گردش هوای شدید همراه با تغییرات زیاد دما و باد وجود دارد. در اینجا، مانند تروپوسفر، هوا جابجایی های عمودی قابل توجهی را تجربه می کند، حرکات متلاطم با جریان های شدید هوای افقی. همه اینها نتیجه توزیع غیر یکنواخت دما است.

لایه انتقالی بین استراتوسفر و کره پوشاننده است استراتوپوزبا این حال، قبل از شروع به توصیف لایه های بالاتر جو، اجازه دهید خود را با به اصطلاح اوزونوسفر آشنا کنیم، که مرزهای آن تقریباً با مرزهای استراتوسفر مطابقت دارد.

ازن در جو. ازن نقش مهمی در ایجاد رژیم دما و جریان هوا در استراتوسفر دارد. ازن (O 3) پس از رعد و برق هنگام استنشاق توسط ما احساس می شود هوای پاکبا طعمی دلپذیر با این حال، در اینجا ما در مورد ازن تشکیل شده پس از رعد و برق صحبت نمی کنیم، بلکه در مورد ازن موجود در لایه 10-60 صحبت می کنیم. کیلومتربا حداکثر در ارتفاع 22-25 کیلومترازن توسط پرتوهای فرابنفش خورشید تولید می شود و اگرچه کل آن ناچیز است، اما نقش مهمی در جو دارد. ازن توانایی جذب اشعه ماوراء بنفش خورشید را دارد و در نتیجه از حیوان محافظت می کند و دنیای سبزیجاتاز اقدام مخرب آن حتی آن کسری کوچک پرتو های فرابنفشکه به سطح زمین می رسد، زمانی که فرد بیش از حد معتاد به آفتاب گرفتن باشد، بدن را به شدت می سوزاند.

مقدار ازن در نقاط مختلف زمین یکسان نیست. در عرض های جغرافیایی زیاد ازن بیشتر، در عرض های جغرافیایی متوسط و پایین کمتر است و این مقدار بسته به تغییر فصول سال تغییر می کند. ازن بیشتر در بهار، ازن کمتر در پاییز. علاوه بر این، نوسانات غیر دوره ای آن بسته به گردش افقی و عمودی جو رخ می دهد. بسیاری از فرآیندهای جوی ارتباط نزدیکی با محتوای ازن دارند، زیرا مستقیماً بر میدان دما تأثیر می گذارد.

در زمستان، در شرایط شب قطبی، در عرض های جغرافیایی بالا در لایه اوزون، هوا منتشر و خنک می شود. در نتیجه، در استراتوسفر عرض های جغرافیایی بالا (در قطب شمال و قطب جنوب) در زمستان، یک منطقه سرد تشکیل می شود، یک گرداب گردابی استراتوسفر با درجه حرارت و شیب فشار افقی زیاد، که باعث بادهای غربی در عرض های جغرافیایی میانی کره زمین می شود.

در تابستان، در طول یک روز قطبی، در عرض های جغرافیایی بالا، لایه اوزون گرمای خورشید را جذب کرده و هوا را گرم می کند. در نتیجه افزایش دما در استراتوسفر عرض های جغرافیایی بالا، یک ناحیه گرما و یک گرداب آنتی سیکلونی استراتوسفر تشکیل می شود. بنابراین، بالاتر از عرض های جغرافیایی میانی کره زمین بالای 20 کیلومتردر تابستان، بادهای شرقی در استراتوسفر غالب می شوند.

مزوسفر. مشاهدات با استفاده از موشک های هواشناسی و سایر روش ها نشان داده است که افزایش عمومی دمای مشاهده شده در استراتوسفر به ارتفاعات 50-55 ختم می شود. کیلومتردر بالای این لایه، دما دوباره کاهش می یابد و در مرز بالایی مزوسفر (حدود 80 کیلومتر)به -75 درجه، -90 درجه می رسد. علاوه بر این، دما دوباره با ارتفاع افزایش می یابد.

جالب است بدانید که کاهش دما با ارتفاع، مشخصه مزوسفر، در عرض های جغرافیایی مختلف و در طول سال به طور متفاوتی رخ می دهد. در عرض‌های جغرافیایی پایین، افت دما کندتر از عرض‌های جغرافیایی بالا اتفاق می‌افتد: میانگین گرادیان دمایی عمودی برای مزوسفر به ترتیب 0.23-0.31 درجه در هر 100 است. متریا 2.3 درجه -3.1 درجه در هر 1 کیلومتردر تابستان، بسیار بزرگتر از زمستان است. همانطور که توسط آخرین تحقیقات در عرض های جغرافیایی بالا نشان داده شده است، درجه حرارت در مرز بالایی مزوسفر در تابستان چندین ده درجه کمتر از زمستان است. در مزوسفر فوقانی در ارتفاع حدود 80 کیلومتردر لایه مزوپوز، کاهش دما با ارتفاع متوقف می شود و شروع به افزایش می کند. در اینجا، در زیر لایه وارونگی هنگام غروب یا قبل از طلوع خورشید در هوای صاف، ابرهای نازک درخشانی مشاهده می شوند که توسط خورشید زیر افق روشن می شوند. در پس زمینه تاریک آسمان، آنها با نور آبی نقره ای می درخشند. بنابراین به این ابرها نقره ای می گویند.

ماهیت ابرهای شب تاب هنوز به خوبی درک نشده است. مدت زمان طولانیاعتقاد بر این بود که آنها از گرد و غبار آتشفشانی تشکیل شده اند. با این حال، عدم وجود پدیده های نوری ذاتی در ابرهای آتشفشانی واقعی منجر به رد این فرضیه شد. سپس پیشنهاد شد که ابرهای شب تاب از غبار کیهانی تشکیل شده اند. V سال های گذشتهفرضیه ای ارائه شده است که این ابرها مانند ابرهای سیروس معمولی از کریستال های یخ تشکیل شده اند. محل ابرهای شب تاب توسط لایه تاخیری تعیین می شود وارونگی دمادر طول انتقال از مزوسفر به ترموسفر در ارتفاع حدود 80 کیلومتراز آنجایی که درجه حرارت در لایه زیر وارونگی به -80 درجه و کمتر می رسد، مطلوب ترین شرایط برای تراکم بخار آب ایجاد می شود که در نتیجه حرکت عمودی یا با انتشار آشفته از استراتوسفر وارد اینجا می شود. ابرهای شب تاب معمولاً در طول تابستان، گاهی به تعداد بسیار زیاد و برای چندین ماه مشاهده می شوند.

مشاهدات ابرهای شب تاب نشان داده است که در تابستان، در سطح آنها، بادها بسیار متغیر هستند. سرعت باد بسیار متفاوت است: از 50-100 تا چند صد کیلومتر در ساعت.

دما در ارتفاعات یک نمایش بصری از ماهیت توزیع دما با ارتفاع، بین سطح زمین و ارتفاعات 90-100 کیلومتری، در زمستان و تابستان در نیمکره شمالی، در شکل 5 نشان داده شده است. سطوح جداکننده کره ها در اینجا با پررنگ نشان داده شده اند. خطچینها. در پایین ترین قسمت، تروپوسفر با کاهش مشخص دما با ارتفاع به خوبی خودنمایی می کند. برعکس، در بالای تروپوپوز، در استراتوسفر، دما به طور کلی با ارتفاع و در ارتفاعات 50-55 افزایش می یابد. کیلومتربه + 10 درجه، -10 درجه می رسد. توجه کن به جزئیات مهم... در زمستان، در استراتوسفر عرض های جغرافیایی بالا، دمای بالای تروپوپاز از 60- به 75- درجه و فقط بالای 30 کاهش می یابد. کیلومتردوباره به 15- درجه افزایش می یابد. در تابستان، با شروع از تروپوپوز، دما با ارتفاع و 50 افزایش می یابد کیلومتربه + 10 درجه می رسد. در بالای استراتوپوز، دما دوباره با افزایش ارتفاع شروع به کاهش می کند و در سطح 80 کیلومتراز -70 درجه، -90 درجه تجاوز نمی کند.

شکل 5 نشان می دهد که در لایه 10-40 کیلومتردمای هوا در زمستان و تابستان در عرض های جغرافیایی بالا به شدت متفاوت است. در زمستان، در شرایط شب قطبی، دما در اینجا به -60 درجه، -75 درجه می رسد، و در تابستان، حداقل -45 درجه در نزدیکی تروپوپوز است. در بالای تروپوپوز، دما و در ارتفاعات 30-35 افزایش می یابد کیلومترفقط 30- درجه و 20- درجه است که به دلیل گرم شدن هوا در لایه اوزون در شرایط یک روز قطبی ایجاد می شود. همچنین از شکل بر می آید که حتی در یک فصل و در یک سطح، دما یکسان نیست. تفاوت آنها بین عرض های جغرافیایی مختلف بیش از 20-30 درجه است. در عین حال، ناهمگونی به ویژه در لایه دمای پایین (18-30) قابل توجه است کیلومتر)و در لایه حداکثر دما (50-60 کیلومتر)در استراتوسفر، و همچنین در لایه دمای پایین در مزوسفر فوقانی (75-85کیلومتر).

میانگین دماهای نشان داده شده در شکل 5 از مشاهدات در نیمکره شمالی به دست آمده است، با این حال، با قضاوت بر اساس اطلاعات موجود، می توان آنها را به نیمکره جنوبی نسبت داد. برخی از تفاوت ها عمدتاً در عرض های جغرافیایی بالا یافت می شوند. بر فراز قطب جنوب در زمستان، دمای هوا در تروپوسفر و استراتوسفر پایین به طور قابل توجهی کمتر از بالای قطب شمال است.

باد در ارتفاعات توزیع دمای فصلی به دلیل این است یک سیستم پیچیدهجریان هوا در استراتوسفر و مزوسفر.

شکل 6 بخش عمودی میدان باد را در جو بین سطح زمین و ارتفاع 90 نشان می دهد. کیلومتردر زمستان و تابستان در نیمکره شمالی. خطوط ایزوله سرعت متوسط باد غالب (در اماس).از شکل برمی آید که رژیم باد در زمستان و تابستان در استراتوسفر به شدت متفاوت است. در زمستان، هم در تروپوسفر و هم در استراتوسفر، بادهای غربی با حداکثر سرعتی معادل حدود

100 متر / ثانیهدر ارتفاع 60-65 کیلومتردر تابستان، بادهای غربی فقط تا ارتفاع 18-20 غالب است کیلومتردر بالا آنها شرقی می شوند، با حداکثر سرعت تا 70 متر / ثانیهدر ارتفاع 55-60کیلومتر

در تابستان، بالای مزوسفر، بادها غربی می شوند و در زمستان - شرقی.

ترموسفر. ترموسفر در بالای مزوسفر قرار دارد که با افزایش دما مشخص می شود باارتفاع با توجه به داده های به دست آمده، عمدتا با کمک موشک ها، مشخص شد که در ترموسفر در حال حاضر در سطح 150 کیلومتردمای هوا به 220-240 درجه و در 200 می رسد کیلومتربیش از 500 درجه در بالا، دما همچنان به افزایش و در سطح 500-600 ادامه می دهد کیلومتربیش از 1500 درجه است. بر اساس داده های به دست آمده در هنگام پرتاب ماهواره های زمین مصنوعی، مشخص شد که در ترموسفر فوقانی دما به حدود 2000 درجه می رسد و در طول روز به طور قابل توجهی در نوسان است. این سوال مطرح می شود که چگونه می توان چنین دمای بالایی را در لایه های مرتفع جو توضیح داد. به یاد داشته باشید که دمای گاز یک معیار است سرعت متوسطحرکت مولکول ها در پایین‌ترین و متراکم‌ترین قسمت جو، مولکول‌های گازهای تشکیل‌دهنده هوا، هنگام حرکت، اغلب با یکدیگر برخورد می‌کنند و فوراً انرژی جنبشی را به یکدیگر منتقل می‌کنند. بنابراین، انرژی جنبشی در یک محیط متراکم به طور متوسط یکسان است. در لایه‌های مرتفع، جایی که چگالی هوا بسیار کم است، برخورد بین مولکول‌های واقع در فواصل زیاد کمتر است. هنگامی که انرژی جذب می شود، سرعت مولکول ها در فاصله بین برخوردها به شدت تغییر می کند. علاوه بر این، مولکول‌های گازهای سبک‌تر با سرعت بیشتری نسبت به مولکول‌های گازهای سنگین حرکت می‌کنند. در نتیجه دمای گازها می تواند متفاوت باشد.

در گازهای کمیاب، مولکول های نسبتا کمی با اندازه های بسیار کوچک (گازهای سبک) وجود دارد. اگر آنها با سرعت بالا حرکت کنند، آنگاه دما در حجم معینی از هوا بالا خواهد بود. در ترموسفر، هر سانتی‌متر مکعب هوا حاوی ده‌ها و صدها هزار مولکول گازهای مختلف است، در حالی که در سطح زمین حدود صدها میلیون میلیارد وجود دارد. بنابراین، دمای بیش از حد بالا در لایه‌های بالای جو، که سرعت حرکت مولکول‌ها را در این محیط بسیار شل نشان می‌دهد، نمی‌تواند حتی باعث گرم شدن جزئی بدن واقع در اینجا شود. همانطور که انسان در نور کور کننده دمای بالا را احساس نمی کند لامپ های برقی، اگرچه رشته ها در یک محیط کمیاب فوراً تا چندین هزار درجه گرم می شوند.

در ترموسفر و مزوسفر پایین تر، بخش اصلی بارش شهابی قبل از رسیدن به سطح زمین می سوزد.

اطلاعات موجود در مورد لایه های جوی بالای 60-80 کیلومترهنوز برای نتیجه گیری نهایی در مورد ساختار، رژیم و فرآیندهای در حال توسعه در آنها کافی نیست. با این حال، مشخص است که در مزوسفر فوقانی و ترموسفر پایین، رژیم دما در نتیجه تبدیل اکسیژن مولکولی (O 2) به اتمی (O) ایجاد می شود که تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش خورشیدی رخ می دهد. در ترموسفر، رژیم دما تا حد زیادی تحت تأثیر کورپوسکولار، اشعه ایکس و غیره است. اشعه ماوراء بنفش خورشید. در اینجا، حتی در طول روز، تغییرات شدید دما و باد وجود دارد.

یونیزاسیون جو اکثر ویژگی جالبجو بالای 60-80 کیلومتراو است یونیزاسیون،یعنی فرآیند تشکیل تعداد زیادی ذرات باردار الکتریکی - یونها. از آنجایی که یونیزاسیون گازها مشخصه ترموسفر پایینی است، به آن یونوسفر نیز می گویند.

گازهای موجود در یونوسفر بیشتر در حالت اتمی هستند. تحت تأثیر تشعشعات ماوراء بنفش و ذرات خورشید که انرژی بالایی دارند، فرآیند جدا شدن الکترون‌ها از اتم‌های خنثی و مولکول‌های هوا صورت می‌گیرد. چنین اتم‌ها و مولکول‌هایی که یک یا چند الکترون را از دست داده‌اند دارای بار مثبت می‌شوند و یک الکترون آزاد می‌تواند دوباره به یک اتم یا مولکول خنثی بچسبد و بار منفی خود را به آنها بدهد. چنین اتم ها و مولکول های دارای بار مثبت و منفی نامیده می شوند یون ها،و گازها - یونیزه شدهیعنی بار الکتریکی دریافت کرد. با غلظت بالاتر یون ها، گازها رسانای الکتریکی می شوند.

فرآیند یونیزاسیون به شدت در لایه های ضخیم رخ می دهد که با ارتفاعات 60-80 و 220-400 محدود می شود. کیلومتردر این لایه ها وجود دارد شرایط بهینهبرای یونیزاسیون در اینجا چگالی هوا به طور قابل توجهی بیشتر از اتمسفر بالایی است و هجوم اشعه ماوراء بنفش و تابش هسته ای از خورشید برای فرآیند یونیزاسیون کافی است.

کشف یونوسفر یکی از مهمترین و درخشان ترین دستاوردهای علم است. گذشته از همه اینها ویژگی متمایزیونوسفر تأثیر آن بر انتشار امواج رادیویی است. در لایه های یونیزه شده، امواج رادیویی منعکس می شوند و بنابراین ارتباط رادیویی دوربرد امکان پذیر می شود. اتم-یون های باردار امواج رادیویی کوتاه را منعکس می کنند و دوباره به سطح زمین باز می گردند، اما در فاصله قابل توجهی از محل انتقال رادیو. بدیهی است که امواج رادیویی کوتاه چندین بار این مسیر را طی می کنند و بدین ترتیب ارتباط رادیویی از راه دور فراهم می شود. اگر یونوسفر نبود، باید خطوط گران قیمت رله رادیویی برای انتقال سیگنال از ایستگاه های رادیویی در فواصل طولانی ساخته می شد.

با این حال، مشخص است که گاهی اوقات ارتباطات رادیویی در طول موج های کوتاه مختل می شوند. این در نتیجه شعله های کروموسفر در خورشید رخ می دهد که به دلیل آن تابش فرابنفش خورشید به شدت افزایش می یابد و منجر به اختلالات شدید یونوسفر و میدان مغناطیسی زمین - طوفان های مغناطیسی می شود. در طوفان های مغناطیسی، ارتباط رادیویی مختل می شود، زیرا حرکت ذرات باردار به میدان مغناطیسی بستگی دارد. در طول طوفان های مغناطیسی، یونوسفر کمتر احتمال دارد امواج رادیویی را منعکس کند یا آنها را به فضا منتقل کند. عمدتاً با تغییر در فعالیت خورشیدی، همراه با افزایش تابش فرابنفش، چگالی الکترون یونوسفر و جذب امواج رادیویی در طول روز افزایش می‌یابد که منجر به اختلال در ارتباطات رادیویی در طول موج‌های کوتاه می‌شود.

طبق مطالعات جدید، مناطقی در یک لایه یونیزه قدرتمند وجود دارد که غلظت الکترون‌های آزاد به غلظت کمی بالاتر از لایه‌های همسایه می‌رسد. چهار منطقه شناخته شده وجود دارد که در ارتفاعات 60-80، 100-120، 180-200 و 300-400 قرار دارند. کیلومترو با حروف مشخص می شود دی, E, اف 1 و اف 2 ... با افزایش تابش خورشید، ذرات باردار (ذرات) تحت تأثیر میدان مغناطیسی زمین به سمت عرض های جغرافیایی بالا منحرف می شوند. با ورود به اتمسفر، ذرات یونیزاسیون گازها را چنان تشدید می کنند که شروع به درخشش می کنند. اینگونه است چراغ های قطبی- به شکل کمان های چند رنگ زیبا که در آسمان شب عمدتاً در عرض های جغرافیایی بالای زمین روشن می شوند. شفق های قطبی با قوی همراه هستند طوفان های مغناطیسی... در چنین مواردی، شفق های قطبی در عرض های جغرافیایی میانی و در موارد نادر حتی در مناطق استوایی قابل مشاهده می شوند. به عنوان مثال، شفق شدید مشاهده شده در 21-22 ژانویه 1957 تقریباً در تمام مناطق جنوبی کشور ما قابل مشاهده بود.

با عکاسی از شفق های قطبی از دو نقطه واقع در فاصله چند ده کیلومتری، ارتفاع شفق با دقت بالایی مشخص می شود. معمولا شفق های قطبی در ارتفاع حدود 100 قرار دارند کیلومتر،آنها اغلب در ارتفاع چند صد کیلومتری و گاهی در سطح حدود 1000 یافت می شوند کیلومتراگرچه ماهیت شفق ها روشن شده است، اما هنوز بسیاری از مسائل حل نشده مرتبط با این پدیده وجود دارد. دلایل انواع شکل های شفق قطبی هنوز ناشناخته است.

طبق ماهواره سوم شوروی، بین ارتفاعات 200 تا 1000 کیلومتردر طول روز، یون های مثبت اکسیژن مولکولی تقسیم شده، یعنی اکسیژن اتمی (O)، غالب می شوند. دانشمندان شوروی با استفاده از ماهواره های مصنوعی سری Kosmos در حال کاوش در یونوسفر هستند. دانشمندان آمریکایی نیز با استفاده از ماهواره در حال مطالعه یونوسفر هستند.

سطحی که ترموسفر را از اگزوسفر جدا می کند، بسته به تغییرات در فعالیت خورشیدی و عوامل دیگر، دستخوش نوساناتی می شود. به صورت عمودی این نوسانات به 100-200 می رسد کیلومترو بیشتر.

اگزوسفر (کره پراکندگی) - بالاترین قسمت جو، واقع در بالای 800 کیلومترکمی مطالعه شده است. بر اساس داده های مشاهداتی و محاسبات نظری، دمای اگزوسفر با ارتفاع احتمالا تا 2000 درجه افزایش می یابد. بر خلاف یونوسفر پایین، گازهای موجود در اگزوسفر به قدری کمیاب هستند که ذرات آنها که با سرعت فوق العاده حرکت می کنند، به سختی به یکدیگر برخورد می کنند.

اخیراً فرض بر این بود که مرز شرطی جو در ارتفاع حدود 1000 است. کیلومتربا این حال، بر اساس کاهش سرعت ماهواره های زمین مصنوعی، مشخص شد که در ارتفاعات 700-800 کیلومتردر 1 سانتی متر 3حاوی 160 هزار یون مثبت اکسیژن اتمی و نیتروژن است. این نشان می دهد که لایه های باردار اتمسفر در فاصله بسیار بیشتری به فضا گسترش می یابند.

در دماهای بالا در مرز معمولی جو، سرعت ذرات گاز تقریباً به 12 می رسد. کیلومتر در ثانیهدر این سرعت ها، گازها به تدریج منطقه گرانش را به فضای بین سیاره ای ترک می کنند. مدت هاست که این اتفاق افتاده است. به عنوان مثال، ذرات هیدروژن و هلیوم در طی چندین سال به فضای بین سیاره ای حذف می شوند.

در بررسی لایه‌های بالای جو، داده‌های غنی هم از ماهواره‌های سری «کیهان» و «الکترون» و هم از موشک‌های ژئوفیزیکی و ایستگاه‌های فضایی «مارس-1»، «لونا-4» و غیره به‌دست آمد. مشاهدات فضانوردان نیز ارزشمند بود. بنابراین، با توجه به عکس های گرفته شده در فضا توسط V. Nikolaeva-Tereshkova، مشخص شد که در ارتفاع 19 کیلومتریک لایه غبار از زمین وجود دارد. این را داده های به دست آمده توسط خدمه فضاپیمای ووسخود تأیید کرد. ظاهراً ارتباط نزدیکی بین لایه گرد و غبار و به اصطلاح وجود دارد ابرهای مرواریدیگاهی اوقات در ارتفاعات حدود 20-30 مشاهده می شودکیلومتر

از جو گرفته تا فضای بیرونی. فرضیات قبلی که خارج از جو زمین، در بین سیاره ای

فضا، گازها بسیار کمیاب هستند و غلظت ذرات از چندین واحد در هر 1 تجاوز نمی کند سانتی متر 3،محقق نشد. مطالعات نشان داده است که فضای نزدیک زمین پر از ذرات باردار است. بر این اساس، فرضیه ای در مورد وجود مناطقی در اطراف زمین با افزایش محسوس ذرات باردار، یعنی. کمربندهای تشعشعی- داخلی و خارجی. داده های جدید به روشن شدن کمک کرد. معلوم شد که ذرات باردار نیز بین کمربند تشعشع داخلی و خارجی وجود دارد. تعداد آنها بسته به فعالیت ژئومغناطیسی و خورشیدی متفاوت است. بنابراین، طبق فرض جدید، به جای کمربندهای تشعشعی، مناطق تشعشعی بدون مرزهای مشخص وجود دارد. مرزهای مناطق تابشی بسته به فعالیت خورشیدی تغییر می کند. هنگامی که شدت می یابد، یعنی زمانی که لکه ها و فواره های گاز روی خورشید ظاهر می شوند که صدها هزار کیلومتر به بیرون پرتاب می شوند، جریان ذرات کیهانی افزایش می یابد که مناطق تابشی زمین را تغذیه می کند.

مناطق تشعشع برای افرادی که در سفینه های فضایی پرواز می کنند خطرناک است. بنابراین، قبل از پرواز به فضا، وضعیت و موقعیت مناطق تشعشع مشخص می شود و مدار فضاپیما به گونه ای انتخاب می شود که از مناطقی که تشعشعات افزایش یافته است عبور کند. با این حال، لایه‌های مرتفع جو، و همچنین فضای بیرونی نزدیک به زمین، هنوز به خوبی مورد بررسی قرار نمی‌گیرند.

در بررسی لایه‌های مرتفع جو و فضای نزدیک به زمین، از داده‌های غنی به‌دست‌آمده از ماهواره‌ها و ایستگاه‌های فضایی سری «کیهان» استفاده می‌شود.

لایه های مرتفع جو کمترین مطالعه را دارند. ولی روش های مدرنتحقیقات او به ما این امکان را می دهد که امیدوار باشیم در سال های آینده فرد جزئیات زیادی از ساختار جوی که در انتهای آن زندگی می کند را بداند.

در پایان، ما یک بخش عمودی شماتیک از جو را ارائه می کنیم (شکل 7). در اینجا ارتفاعات عمودی بر حسب کیلومتر و فشار هوا بر حسب میلی متر و به صورت افقی - دما ترسیم می شود. منحنی جامد تغییر دمای هوا را با ارتفاع نشان می دهد. مهمترین پدیده های مشاهده شده در جو، و همچنین حداکثر ارتفاعات به دست آمده توسط امواج رادیویی و سایر ابزارهای صداگذاری جو، نیز در ارتفاعات مربوطه ذکر شده است.

جو زمین ناهمگن است: در ارتفاعات مختلف، چگالی هوا و فشار متفاوتی مشاهده می شود، دما و ترکیب گاز تغییر می کند. بر اساس رفتار دمای هوای محیط (یعنی درجه حرارت با ارتفاع افزایش می یابد یا کاهش می یابد)، لایه های زیر در آن متمایز می شوند: تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر، ترموسفر و اگزوسفر. مرزهای بین لایه ها مکث نامیده می شود: 4 مورد از آنها وجود دارد، زیرا مرز بالایی اگزوسفر بسیار مبهم است و اغلب به فضای نزدیک اشاره دارد. ساختار کلی جو را می توان در نمودار پیوست مشاهده کرد.

شکل 1 ساختار جو زمین. اعتبار: وب سایت

پایین ترین لایه اتمسفر، تروپوسفر است که مرز بالایی آن که تروپوپوز نامیده می شود، بسته به عرض جغرافیایی متفاوت است و از 8 کیلومتر متغیر است. در قطب تا 20 کیلومتر. در عرض های جغرافیایی گرمسیری در عرض های جغرافیایی متوسط یا معتدل، مرز بالایی آن در ارتفاعات 10-12 کیلومتری قرار دارد و در طول سال، مرز بالایی تروپوسفر بسته به هجوم تابش خورشیدی، نوساناتی را تجربه می کند. بنابراین، در نتیجه صداگذاری در قطب جنوب زمین توسط سرویس هواشناسی ایالات متحده، مشخص شد که از ماه مارس تا آگوست یا سپتامبر، یک سرد شدن مداوم تروپوسفر وجود دارد که در نتیجه برای مدت کوتاهی رخ می دهد. در ماه اوت یا سپتامبر مرز آن به 11.5 کیلومتر می رسد. سپس، در دوره از سپتامبر تا دسامبر، به سرعت کاهش می یابد و به پایین ترین موقعیت خود - 7.5 کیلومتر می رسد، پس از آن، ارتفاع آن عملا تا مارس تغییر نمی کند. آن ها تروپوسفر در تابستان به بیشترین ضخامت و در زمستان به کوچکترین ضخامت خود می رسد.

لازم به ذکر است که علاوه بر نوسانات فصلی، نوسانات روزانه نیز در ارتفاع تروپوپوز وجود دارد. همچنین موقعیت آن تحت تأثیر طوفان ها و پادسیکلون ها قرار می گیرد: در اولی فرود می آید، زیرا فشار در آنها کمتر از هوای اطراف است و در حالت دوم، بر این اساس افزایش می یابد.

تروپوسفر تا 90 درصد از کل جرم هوای زمین و 9/10 از کل بخار آب را در خود دارد. تلاطم در اینجا بسیار توسعه یافته است، به ویژه در لایه های نزدیک به سطح و بالاترین، ابرهای همه لایه ها ایجاد می شوند، طوفان ها و پاد سیکلون ها تشکیل می شوند. و به لطف تجمع گازهای گلخانه ای (دی اکسید کربن، متان، بخار آب) منعکس شده از سطح زمین، پرتوهای خورشید یک اثر گلخانه ای ایجاد می کند.

اثر گلخانه ای با کاهش دمای هوا در تروپوسفر با ارتفاع همراه است (زیرا زمین گرم شده گرمای بیشتری به لایه های سطحی می دهد). میانگین گرادیان عمودی 0.65 درجه / 100 متر است (یعنی دمای هوا به ازای هر 100 متر افزایش 0.65 درجه سانتیگراد کاهش می یابد). بنابراین اگر در نزدیکی سطح زمین در استوا، میانگین دمای هوا سالانه + 26 درجه باشد، سپس در مرز بالایی -70 درجه باشد. درجه حرارت در منطقه تروپوپوز بالای قطب شمال در طول سال از -45 درجه در تابستان تا -65 درجه در زمستان متغیر است.

با افزایش ارتفاع، فشار هوا نیز کاهش می یابد و تنها 12 تا 20 درصد از سطح نزدیک در مرز بالایی تروپوسفر را تشکیل می دهد.

در مرز تروپوسفر و لایه پوشاننده استراتوسفر، لایه ای از تروپوپوز به ضخامت 1-2 کیلومتر وجود دارد. لایه هوایی که در آن شیب عمودی به 0.2 درجه / 100 متر در برابر 0.65 درجه / 100 متر در مناطق پایین تر تروپوسفر کاهش می یابد معمولاً به عنوان مرزهای پایین تروپوپوز در نظر گرفته می شود.

در tropopause، جریان‌های هوا با جهت کاملاً مشخص مشاهده می‌شوند، به نام جریان‌های جت در ارتفاع بالا یا جریان‌های جت، که تحت تأثیر چرخش زمین حول محور آن و گرم شدن جو با مشارکت تابش خورشیدی تشکیل می‌شوند. جریان در مرز مناطق با اختلاف دمای قابل توجه مشاهده می شود. چندین مرکز محلی سازی این جریان ها وجود دارد، به عنوان مثال، قطب شمال، نیمه گرمسیری، زیر قطبی و غیره. دانش محلی سازی جریان های جت برای هواشناسی و هوانوردی بسیار مهم است: اولی از جریان ها برای پیش بینی دقیق تر آب و هوا استفاده می کند، دومی برای ساخت مسیرهای پرواز برای هواپیماها، زیرا گرداب‌های متلاطم قوی، مشابه گرداب‌های کوچک، به دلیل عدم وجود ابر در این ارتفاعات، «تلاطم آسمان صاف» نامیده می‌شوند.

تحت تأثیر جریان‌های جت در ارتفاع بالا، اغلب در تروپوپوز گسیختگی ایجاد می‌شود و در برخی مواقع به طور کلی ناپدید می‌شود، اگرچه دوباره شکل می‌گیرد. این امر به ویژه اغلب در عرض های جغرافیایی نیمه گرمسیری مشاهده می شود که یک جریان قدرتمند نیمه گرمسیری در ارتفاع بالا بر آنها غالب است. علاوه بر این، ایجاد شکستگی ها به دلیل تفاوت در لایه های تروپوپوز از نظر دمای محیط است. به عنوان مثال، شکاف گسترده ای بین تروپوپوز قطبی گرم و پایین و تروپوپوز بالا و سرد در عرض های جغرافیایی استوایی وجود دارد. V اخیرالایه ای از تروپوپوز عرض های جغرافیایی معتدل نیز متمایز می شود که با دو لایه قبلی: قطبی و گرمسیری شکاف دارد.

لایه دوم جو زمین استراتوسفر است. استراتوسفر را می توان به طور مشروط به 2 ناحیه تقسیم کرد. اولین آنها، که تا ارتفاع 25 کیلومتری قرار دارد، با دمای تقریباً ثابت مشخص می شود که برابر با دمای لایه های بالایی تروپوسفر در یک منطقه خاص است. ناحیه دوم یا ناحیه وارونگی با افزایش دمای هوا تا ارتفاعات حدود 40 کیلومتر مشخص می شود. این به دلیل جذب پرتوهای فرابنفش خورشیدی توسط اکسیژن و ازن است. در قسمت بالایی استراتوسفر به دلیل این گرما، دما اغلب مثبت یا حتی قابل مقایسه با دمای هوای سطح است.

در بالای ناحیه وارونگی، لایه ای از دمای ثابت وجود دارد که به آن استراتوپوز می گویند و مرز بین استراتوسفر و مزوسفر است. ضخامت آن به 15 کیلومتر می رسد.

برخلاف تروپوسفر، آشفتگی‌های متلاطم در استراتوسفر نادر است، اما بادهای افقی شدید یا جریان‌های جت در مناطق باریک در امتداد مرزهای عرض‌های جغرافیایی معتدل رو به قطب‌ها می‌وزند. موقعیت این مناطق ثابت نیست: آنها می توانند جابجا شوند، گسترش یابند یا حتی به طور کلی ناپدید شوند. جریان های جت اغلب به لایه های بالایی تروپوسفر نفوذ می کنند یا برعکس، توده های هوا از تروپوسفر به لایه های پایین تر استراتوسفر نفوذ می کنند. چنین اختلاط توده های هوا در مناطق جبهه های جوی به ویژه مشخص است.

بخار آب کمی در استراتوسفر وجود دارد. هوا در اینجا بسیار خشک است و بنابراین ابرهای کمی تشکیل می شود. فقط در ارتفاعات 20-25 کیلومتری، با قرار گرفتن در عرض های جغرافیایی بالا، می توان ابرهای نازکی بسیار نازک متشکل از قطرات آب فوق خنک را مشاهده کرد. در طول روز، این ابرها قابل رویت نیستند، اما با شروع تاریکی به نظر می رسد که به دلیل روشنایی آنها توسط خورشید که از قبل در زیر افق غروب کرده، می درخشند.

در همان ارتفاعات (20-25 کیلومتر.) در استراتوسفر پایین تر، به اصطلاح لایه ازن وجود دارد - منطقه ای با بالاترین محتوای ازن، که تحت تأثیر تابش اشعه ماوراء بنفش خورشیدی تشکیل شده است (شما می توانید در مورد این بیشتر بدانید. پردازش در صفحه). لایه اوزون یا اوزونوسفر با جذب پرتوهای مرگبار فرابنفش تا 290 نانومتر در حفظ حیات همه موجودات زنده در خشکی بسیار مهم است. به همین دلیل است که موجودات زنده در بالای لایه اوزون زندگی نمی کنند، این حد بالای گسترش حیات در زمین است.

ازن نیز تغییر می کند میدانهای مغناطیسیاتم ها مولکول ها را متلاشی می کنند، یونیزاسیون رخ می دهد، گازها و سایر ترکیبات شیمیایی جدید تشکیل می شوند.

لایه اتمسفر بالای استراتوسفر را مزوسفر می نامند. با کاهش دمای هوا با ارتفاع با شیب عمودی متوسط 0.25-0.3 درجه / 100 متر مشخص می شود که منجر به تلاطم شدید می شود. در مرزهای بالای مزوسفر در ناحیه ای به نام مزوپوز، دمایی تا 138- درجه سانتیگراد ثبت شد که حداقل مطلق برای کل جو زمین به طور کلی است.

در اینجا، در درون مزوپوز، مرز پایینی ناحیه جذب فعال پرتو ایکس و تابش فرابنفش موج کوتاه از خورشید وجود دارد. این فرآیند انرژی را انتقال حرارت تابشی می نامند. در نتیجه گاز گرم شده و یونیزه می شود که باعث درخشش جو می شود.

در ارتفاعات 75-90 کیلومتری، در مرزهای بالای مزوسفر، ابرهای خاصی مشاهده شد که مناطق وسیعی را در مناطق قطبی سیاره اشغال کردند. این ابرها به دلیل درخشش در هنگام غروب که به دلیل انعکاس نور خورشید از کریستال های یخی است که این ابرها از آن تشکیل شده اند، شب تاب نامیده می شوند.

فشار هوا در مزوپوز 200 برابر کمتر از سطح زمین است. این نشان می دهد که تقریباً تمام هوای جو در 3 لایه پایین تر آن متمرکز است: تروپوسفر، استراتوسفر و مزوسفر. لایه های پوشاننده ترموسفر و اگزوسفر تنها 0.05 درصد از جرم کل جو را تشکیل می دهند.

ترموسفر در ارتفاعات 90 تا 800 کیلومتری از سطح زمین قرار دارد.

ترموسفر با افزایش مداوم دمای هوا تا ارتفاعات 200-300 کیلومتر مشخص می شود، جایی که می تواند به 2500 درجه سانتیگراد برسد. افزایش دما به دلیل جذب اشعه ایکس و قسمتی با طول موج کوتاه از تابش فرابنفش خورشید توسط مولکول های گاز اتفاق می افتد. در ارتفاع 300 کیلومتری از سطح دریا، افزایش دما متوقف می شود.

همزمان با افزایش دما، فشار و در نتیجه چگالی هوای اطراف کاهش می یابد. بنابراین اگر در مرزهای پایین ترموسفر چگالی 1.8 × 10-8 گرم بر سانتی متر 3 باشد، در بالا آن 1.8 × 10-15 گرم بر سانتی متر مکعب است که تقریباً معادل 10 میلیون تا 1 میلیارد ذره در 1 سانتی متر 3.

تمام مشخصات ترموسفر، مانند ترکیب هوا، دما، چگالی آن، در معرض نوسانات شدید هستند: بسته به موقعیت جغرافیایی، فصل سال و زمان روز. حتی محل مرز بالایی ترموسفر نیز تغییر می کند.

بالاترین لایه جو را اگزوسفر یا لایه پراکنده می نامند. حد پایین آن دائماً در محدوده بسیار وسیعی در حال تغییر است. ارتفاع 690-800 کیلومتر به عنوان مقدار متوسط در نظر گرفته شده است. در جایی مشخص می شود که احتمال برخوردهای بین مولکولی یا بین اتمی را می توان نادیده گرفت، یعنی. میانگین مسافتی که یک مولکول در حال حرکت آشفته پیش از برخورد با مولکول دیگری از همان مولکول (به اصطلاح مسیر آزاد) طی می کند به قدری زیاد خواهد بود که در واقع مولکول ها با احتمال نزدیک به صفر برخورد نخواهند کرد. لایه ای که پدیده توصیف شده در آن رخ می دهد، ترموپوز نامیده می شود.

مرز بالایی اگزوسفر در ارتفاعات 2-3 هزار کیلومتری قرار دارد. به شدت تار شده و به تدریج به خلاء نزدیک به فضا می رود. گاهی اوقات به همین دلیل اگزوسفر را جزئی از فضای بیرونی می دانند و ارتفاع 190 هزار کیلومتری را به عنوان مرز بالایی آن در نظر می گیرند که در آن تأثیر فشار تابش خورشید بر سرعت اتم های هیدروژن از جاذبه گرانشی بیشتر می شود. از زمین. این به اصطلاح است. تاج زمین که از اتم های هیدروژن تشکیل شده است. چگالی تاج زمین بسیار کم است: فقط 1000 ذره در هر سانتی متر مکعب، اما این عدد بیش از 10 برابر بیشتر از غلظت ذرات در فضای بین سیاره ای است.

به دلیل هوای بسیار کمیاب اگزوسفر، ذرات در مدارهای بیضی شکل به دور زمین حرکت می کنند، بدون اینکه با یکدیگر برخورد کنند. برخی از آنها با حرکت در مسیرهای باز یا هذلولی با سرعت کیهانی (اتم های هیدروژن و هلیوم) جو را ترک کرده و به فضا می روند، به همین دلیل است که اگزوسفر را کره پراکنده می نامند.

10.045 × 10 3 J / (kg * K) (در محدوده دمایی 0-100 ° C)، C v 8.3710 * 10 3 J / (kg * K) (0-1500 ° C). حلالیت هوا در آب در دمای 0 درجه سانتیگراد 0.036٪، در 25 درجه سانتیگراد - 0.22٪ است.

ترکیب اتمسفر

تاریخچه شکل گیری جو

تاریخ اولیه

در حال حاضر، علم نمی تواند تمام مراحل شکل گیری زمین را با دقت مطلق ردیابی کند. بر اساس رایج ترین نظریه، جو زمین در طول زمان در چهار ترکیب مختلف بود. در اصل شامل گازهای سبک (هیدروژن و هلیوم) بود که از فضای بین سیاره ای گرفته شده بود. این به اصطلاح است جو اولیه... در مرحله بعد، فعالیت فعال آتشفشانی منجر به اشباع شدن جو با گازهایی غیر از هیدروژن (هیدروکربن، آمونیاک، بخار آب) شد. بنابراین تشکیل شد جو ثانویه... فضا ترمیم کننده بود. علاوه بر این، روند تشکیل جو توسط عوامل زیر تعیین شد:

نشت مداوم هیدروژن به فضای بین سیاره ای؛
واکنش های شیمیایی در جو تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش، تخلیه رعد و برق و برخی عوامل دیگر.

کم کم این عوامل منجر به شکل گیری شد جو سومبا محتوای هیدروژن بسیار کمتر و محتوای نیتروژن و دی اکسید کربن بسیار بالاتر (تشکیل شده در نتیجه واکنش های شیمیاییاز آمونیاک و هیدروکربن).

پیدایش حیات و اکسیژن

با ظهور موجودات زنده بر روی زمین در نتیجه فتوسنتز، همراه با آزاد شدن اکسیژن و جذب دی اکسید کربن، ترکیب جو شروع به تغییر کرد. با این حال، داده هایی وجود دارد (تجزیه و تحلیل ترکیب ایزوتوپی اکسیژن اتمسفر و آزاد شده در طول فتوسنتز) که به نفع منشاء زمین شناسی اکسیژن اتمسفر است.

در ابتدا، اکسیژن برای اکسیداسیون ترکیبات احیا شده - هیدروکربن ها، شکل آهنی آهن موجود در اقیانوس ها و غیره صرف شد. در پایان این مرحله، محتوای اکسیژن در جو شروع به رشد کرد.

در دهه 1990، آزمایش‌هایی برای ایجاد یک سیستم اکولوژیکی بسته ("Biosphere 2") انجام شد که طی آن امکان ایجاد یک سیستم پایدار با یک ترکیب هوا وجود نداشت. تأثیر میکروارگانیسم ها منجر به کاهش سطح اکسیژن و افزایش میزان دی اکسید کربن شده است.

نیتروژن

تشکیل مقدار زیادی N 2 به دلیل اکسیداسیون اتمسفر آمونیاک-هیدروژن اولیه توسط O 2 مولکولی است که در نتیجه فتوسنتز، همانطور که فرض می شود، حدود 3 میلیارد سال پیش از سطح سیاره شروع به جریان کرد. (طبق نسخه دیگر، اکسیژن اتمسفر منشاء زمین شناسی دارد). نیتروژن در اتمسفر فوقانی به NO اکسید می شود، در صنعت استفاده می شود و توسط باکتری های تثبیت کننده نیتروژن متصل می شود، در حالی که N 2 در نتیجه نیترات زدایی از نیترات ها و سایر ترکیبات حاوی نیتروژن به اتمسفر آزاد می شود.

نیتروژن N 2 یک گاز بی اثر است و فقط در شرایط خاص (به عنوان مثال، در هنگام برخورد صاعقه) واکنش نشان می دهد. می‌تواند توسط سیانوباکتری‌ها، برخی باکتری‌ها (مثلاً ندول، تشکیل همزیستی ریزوبیایی) اکسید شده و به شکل بیولوژیکی تبدیل شود. حبوبات).

اکسیداسیون نیتروژن مولکولی توسط تخلیه الکتریکی در تولید صنعتی استفاده می شود کودهای نیتروژنی، او همچنین منجر به تشکیل ذخایر منحصر به فرد نمک نمک در صحرای آتاکامای شیلی شد.

گازهای نجیب

احتراق سوخت منبع اصلی گازهای آلاینده (CO، NO، SO 2) است. دی اکسید گوگرد توسط O 2 هوا به SO 3 در لایه های بالایی جو اکسید می شود که با بخارات H 2 O و NH 3 برهم کنش می کند و H 2 SO 4 و ( NH 4 ) 2 SO 4 به دست می آید. به سطح زمین همراه با بارش. استفاده از موتورهای احتراق داخلی منجر به آلودگی قابل توجه جو با اکسیدهای نیتروژن، هیدروکربن ها و ترکیبات سرب می شود.

آلودگی آئروسل اتمسفر به هر دو علت طبیعی (فوران آتشفشانی، طوفان گرد و غبار، رانش) ایجاد می شود. آب دریاو ذرات گرده گیاهان و غیره) و فعالیت اقتصادی انسان (استخراج سنگ معدن و مصالح ساختمانیاحتراق سوخت، سیمان سازی و غیره). حذف فشرده در مقیاس بزرگ ذرات به اتمسفر یکی از این موارد است دلایل ممکنتغییر آب و هوای سیاره

ساختار جو و ویژگی های پوسته های فردی

وضعیت فیزیکی جو توسط آب و هوا و آب و هوا تعیین می شود. پارامترهای اصلی جو: چگالی هوا، فشار، دما و ترکیب. با افزایش ارتفاع، چگالی هوا و فشار اتمسفر کاهش می یابد. دما نیز با تغییر ارتفاع تغییر می کند. ساختار عمودی جو با درجه حرارت و خواص الکتریکی متفاوت، شرایط مختلف هوا مشخص می شود. بسته به دمای جو، لایه های اصلی زیر متمایز می شوند: تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر، ترموسفر، اگزوسفر (کره پراکنده). نواحی انتقالی جو بین پوسته های مجاور را به ترتیب تروپوپاز، استراتوپوز و غیره می نامند.

تروپوسفر

استراتوسفر

در استراتوسفر ماندگار است بیشتربخشی از طول موج کوتاه پرتو فرابنفش (180-200 نانومتر) و تبدیل انرژی امواج کوتاه رخ می دهد. تحت تأثیر این پرتوها، میدان های مغناطیسی تغییر می کنند، مولکول ها متلاشی می شوند، یونیزاسیون رخ می دهد، گازهای جدید تشکیل می شود و غیره. ترکیبات شیمیایی... این فرآیندها را می توان به صورت نورهای شمالی، رعد و برق و درخشش های دیگر مشاهده کرد.

در استراتوسفر و لایه های بالاتر، تحت تأثیر تابش خورشیدی، مولکول های گاز به اتم ها تجزیه می شوند (بالای 80 کیلومتر CO 2 و H 2 تجزیه می شوند، بالای 150 کیلومتر - O 2، بالای 300 کیلومتر - H 2). در ارتفاع 100-400 کیلومتری، یونیزاسیون گازها در یونوسفر نیز اتفاق می افتد؛ در ارتفاع 320 کیلومتری، غلظت ذرات باردار (O + 2، O - 2، N + 2) ~ 1/300 از غلظت ذرات خنثی رادیکال های آزاد در اتمسفر بالایی وجود دارند - OH، HO 2 و غیره.

تقریباً هیچ بخار آب در استراتوسفر وجود ندارد.

مزوسفر

تا ارتفاع 100 کیلومتری، اتمسفر مخلوطی همگن و به خوبی مخلوط از گازها است. در لایه های بالاتر، توزیع گازها در طول ارتفاع به جرم مولکولی آنها بستگی دارد، غلظت گازهای سنگین تر با فاصله از سطح زمین سریعتر کاهش می یابد. به دلیل کاهش چگالی گازها، دما از 0 درجه سانتیگراد در استراتوسفر به -110 درجه سانتیگراد در مزوسفر کاهش می یابد. با این حال، انرژی جنبشی ذرات منفرد در ارتفاعات 200-250 کیلومتری با دمای ~ 1500 درجه سانتیگراد مطابقت دارد. در بالای 200 کیلومتر، نوسانات قابل توجهی در دما و چگالی گازها در زمان و مکان مشاهده می شود.

در ارتفاع حدود 2000-3000 کیلومتری، اگزوسفر به تدریج وارد خلاء به اصطلاح نزدیک به فضایی می شود که با ذرات بسیار کمیاب گاز بین سیاره ای، عمدتاً اتم های هیدروژن، پر می شود. اما این گاز تنها کسری از ماده بین سیاره ای است. بخش دیگر از ذرات غبار مانند با منشاء دنباله دار و شهاب سنگی تشکیل شده است. علاوه بر این ذرات بسیار کمیاب، تابش الکترومغناطیسی و جسمی با منشاء خورشیدی و کهکشانی به این فضا نفوذ می کند.

تروپوسفر حدود 80٪ از جرم جو را تشکیل می دهد، استراتوسفر - حدود 20٪. جرم مزوسفر بیش از 0.3٪ نیست، ترموسفر کمتر از 0.05٪ از کل جرم جو است. بر اساس خواص الکتریکی موجود در جو، نوتروسفر و یونوسفر متمایز می شوند. در حال حاضر، اعتقاد بر این است که جو تا ارتفاع 2000-3000 کیلومتری گسترش می یابد.

بسته به ترکیب گاز موجود در جو، هموسفرو هتروسفر. هتروسفر- این ناحیه ای است که گرانش بر جداسازی گازها تأثیر می گذارد، زیرا اختلاط آنها در این ارتفاع ناچیز است. از این رو ترکیب متغیر هتروسفر است. در زیر آن قسمتی از اتمسفر به نام هموسفر به خوبی مخلوط و از نظر ترکیب همگن قرار دارد. مرز بین این لایه ها توربوپاوز نامیده می شود که در ارتفاع حدود 120 کیلومتری قرار دارد.

خواص جوی

در حال حاضر در ارتفاع 5 کیلومتری از سطح دریا، یک فرد آموزش ندیده دچار گرسنگی اکسیژن می شود و بدون سازگاری، ظرفیت کاری فرد به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. این جایی است که منطقه فیزیولوژیکی جو به پایان می رسد. تنفس انسان در ارتفاع 15 کیلومتری غیرممکن می شود، اگرچه جو حاوی اکسیژن تا حدود 115 کیلومتر است.

اتمسفر اکسیژن مورد نیاز ما را برای تنفس تامین می کند. با این حال، به دلیل کاهش فشار کل جو هنگام بالا رفتن از ارتفاع، فشار جزئی اکسیژن نیز به همین نسبت کاهش می یابد.

ریه های انسان دائماً حاوی حدود 3 لیتر هوای آلوئولی هستند. فشار جزئی اکسیژن در هوای آلوئولی در فشار معمولی اتمسفر 110 میلی متر جیوه است. هنر، فشار دی اکسید کربن 40 میلی متر جیوه است. هنر، و بخار آب -47 میلی متر جیوه. هنر با افزایش ارتفاع، فشار اکسیژن کاهش می یابد و فشار کل بخار آب و دی اکسید کربن در ریه ها تقریباً ثابت می ماند - حدود 87 میلی متر جیوه. هنر هنگامی که فشار هوای اطراف به این مقدار برسد، جریان اکسیژن به ریه ها به طور کامل متوقف می شود.

در ارتفاع حدود 19-20 کیلومتری، فشار اتمسفر به 47 میلی متر جیوه کاهش می یابد. هنر بنابراین در این ارتفاع آب و مایع بینابینی در بدن انسان شروع به جوشیدن می کند. خارج از کابین تحت فشار در این ارتفاعات، مرگ تقریباً بلافاصله اتفاق می افتد. بنابراین، از نقطه نظر فیزیولوژی انسان، "فضا" از قبل در ارتفاع 15-19 کیلومتری شروع می شود.

لایه های متراکم هوا - تروپوسفر و استراتوسفر - از ما محافظت می کنند اثر مخربتابش - تشعشع. با کمیاب شدن کافی هوا، در ارتفاعات بیش از 36 کیلومتر، پرتوهای یونیزان - پرتوهای اولیه کیهانی - تأثیر شدیدی بر بدن دارد. در ارتفاعات بیش از 40 کیلومتری، قسمت فرابنفش طیف خورشیدی که برای انسان خطرناک است عمل می کند.

جو (از یونانی قدیم ἀτμός - بخار و σφαῖρα - کره) یک پوشش گازی (ژئوسفر) است که سیاره زمین را احاطه کرده است. سطح داخلی آن هیدروسفر و تا حدی را می پوشاند پوسته زمین، قسمت بیرونی با بخش نزدیک به زمین فضای بیرونی مرز دارد.

مجموعه ای از شاخه های فیزیک و شیمی که جو را مطالعه می کنند معمولاً فیزیک جو نامیده می شود. جو آب و هوای سطح زمین را تعیین می کند، هواشناسی به مطالعه آب و هوا می پردازد و اقلیم شناسی با تغییرات آب و هوایی طولانی مدت سروکار دارد.

مشخصات فیزیکی

ضخامت جو در حدود 120 کیلومتر از سطح زمین است. مجموع جرم هوا در جو (5.1-5.3) 1018 کیلوگرم است. از این تعداد، جرم هوای خشک (0003/0 ± 1352/5) · 1018 کیلوگرم، جرم کل بخار آب به طور متوسط 27/1 · 1016 کیلوگرم است.

جرم مولی هوای خشک تمیز 28.966 گرم در مول است، چگالی هوا در سطح دریا تقریباً 1.2 کیلوگرم بر متر مکعب است. فشار در 0 درجه سانتیگراد در سطح دریا 101.325 کیلو پاسکال است. دمای بحرانی - 140.7 درجه سانتیگراد (~ 132.4 K)؛ فشار بحرانی - 3.7 مگاپاسکال؛ Cp در 0 ° C - 1.0048 · 103 J / (kg · K)، Cv - 0.7159 · 103 J / (kg · K) (در 0 ° C). حلالیت هوا در آب (بر حسب وزن) در دمای 0 ° C - 0.0036٪، در 25 ° C - 0.0023٪.

برای "شرایط عادی" در سطح زمین، موارد زیر در نظر گرفته شده است: چگالی 1.2 کیلوگرم بر متر مکعب، فشار هوا 101.35 کیلو پاسکال، دما به علاوه 20 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 50%. این شاخص های شرطی صرفاً اهمیت مهندسی دارند.

ترکیب شیمیایی

جو زمین در نتیجه انتشار گازها در طول فوران های آتشفشانی به وجود آمد. با پیدایش اقیانوس ها و زیست کره نیز به دلیل تبادل گاز با آب، گیاهان، جانوران و محصولات تجزیه آنها در خاک ها و مرداب ها شکل گرفت.

در حال حاضر جو زمین عمدتاً از گازها و ناخالصی های مختلف (غبار، قطرات آب، بلورهای یخ، نمک دریا، محصولات احتراق).

غلظت گازهایی که جو را تشکیل می دهند، به استثنای آب (H2O) و دی اکسید کربن (CO2) عملاً ثابت است.

ترکیب هوای خشک


نیتروژن
اکسیژن
آرگون
اب
دی اکسید کربن
نئون
هلیوم
متان
کریپتون
هیدروژن
زنون
اکسید نیتروژن

علاوه بر گازهای نشان داده شده در جدول، جو حاوی SO2، NH3، CO، ازن، هیدروکربن ها، HCl، HF، Hg، بخارات I2 و همچنین NO و بسیاری از گازهای دیگر در مقادیر کم است. تعداد زیادی ذرات جامد و مایع معلق (آئروسل) به طور مداوم در تروپوسفر یافت می شود.

ساختار جو

تروپوسفر

مرز بالایی آن در ارتفاع 8-10 کیلومتری در قطب، 10-12 کیلومتری در معتدل و 16-18 کیلومتری در عرض های جغرافیایی استوایی قرار دارد. در زمستان کمتر از تابستان است. لایه زیرین و اصلی جو بیش از 80 درصد از کل جرم هوای جو و حدود 90 درصد از کل بخار آب موجود در جو را در خود دارد. تلاطم و همرفت در تروپوسفر بسیار توسعه یافته است، ابرها ظاهر می شوند، طوفان ها و پادسیکلون ها توسعه می یابند. دما با افزایش ارتفاع با شیب عمودی متوسط 0.65 درجه / 100 متر کاهش می یابد.

تروپوپوز

لایه انتقالی از تروپوسفر به استراتوسفر، لایه ای از اتمسفر که در آن دما با کاهش ارتفاع متوقف می شود.

استراتوسفر

لایه ای از جو در ارتفاع 11 تا 50 کیلومتری قرار دارد. تغییر جزئی دما در لایه 25-11 کیلومتری (لایه پایینی استراتوسفر) و افزایش آن در لایه 25-40 کیلومتری از 56.5- به 0.8 درجه سانتیگراد (لایه بالایی استراتوسفر یا ناحیه وارونگی) مشخصه هستند. با رسیدن به مقدار حدود 273 کلوین (تقریبا 0 درجه سانتیگراد) در ارتفاع حدود 40 کیلومتری، دما تا ارتفاع حدود 55 کیلومتری ثابت می ماند. این ناحیه با دمای ثابت استراتوپوز نامیده می شود و مرز بین استراتوسفر و مزوسفر است.

استراتوپوز

لایه مرزی جو بین استراتوسفر و مزوسفر. توزیع دمای عمودی حداکثر (حدود 0 درجه سانتیگراد) است.

مزوسفر

مزوسفر از ارتفاع 50 کیلومتری شروع می شود و تا 80-90 کیلومتر گسترش می یابد. دما با ارتفاع با شیب عمودی متوسط (0.25-0.3) درجه / 100 متر کاهش می یابد. فرآیند اصلی انرژی انتقال حرارت تابشی است. فرآیندهای فتوشیمیایی پیچیده شامل رادیکال های آزاد، مولکول های برانگیخته ارتعاشی و غیره باعث درخشش جو می شود.

مزوپوز

لایه انتقالی بین مزوسفر و ترموسفر. حداقل در توزیع دمای عمودی (حدود -90 درجه سانتیگراد) وجود دارد.

خط جیبی

ارتفاع از سطح دریا که معمولاً به عنوان مرز بین جو زمین و فضا در نظر گرفته می شود. همانطور که توسط FAI تعریف شده است، خط کارمان 100 کیلومتر بالاتر از سطح دریا است.

مرز جو زمین

ترموسفر

حد بالایی حدود 800 کیلومتر است. دما تا ارتفاعات 200-300 کیلومتر افزایش می یابد، جایی که به مقادیری در حد 1500 کلوین می رسد و پس از آن تا ارتفاعات تقریباً ثابت می ماند. تحت تأثیر تابش خورشیدی فرابنفش و اشعه ایکس و تابش کیهانی، یونیزاسیون هوا ("چراغ های قطبی") رخ می دهد - مناطق اصلی یونوسفر در داخل ترموسفر قرار دارند. در ارتفاعات بیش از 300 کیلومتر، اکسیژن اتمی غالب است. حد بالایی ترموسفر عمدتاً توسط فعالیت فعلی خورشید تعیین می شود. در دوره های فعالیت کم - به عنوان مثال، در سال 2008-2009 - کاهش قابل توجهی در اندازه این لایه وجود دارد.

ترموپوز

منطقه جو در مجاورت بالای ترموسفر. در این منطقه، جذب تابش خورشیدی ناچیز است و در واقع دما با ارتفاع تغییر نمی کند.

اگزوسفر (گوی پراکندگی)

اگزوسفر یک ناحیه پراکنده است، قسمت بیرونیترموسفر، واقع در بالای 700 کیلومتر. گاز موجود در اگزوسفر بسیار کمیاب است و از اینجا نشتی ذرات آن به فضای بین سیاره ای (اتلاع) می آید.

تا ارتفاع 100 کیلومتری، اتمسفر مخلوطی همگن و به خوبی مخلوط از گازها است. در لایه های بالاتر، توزیع گازها در طول ارتفاع به جرم مولکولی آنها بستگی دارد، غلظت گازهای سنگین تر با فاصله از سطح زمین سریعتر کاهش می یابد. به دلیل کاهش چگالی گازها، دما از 0 درجه سانتیگراد در استراتوسفر به 110- درجه سانتیگراد در مزوسفر کاهش می یابد. با این حال، انرژی جنبشی ذرات منفرد در ارتفاعات 200-250 کیلومتری با دمای ~ 150 درجه سانتیگراد مطابقت دارد. در بالای 200 کیلومتر، نوسانات قابل توجهی در دما و چگالی گازها در زمان و مکان مشاهده می شود.

در ارتفاع حدود 2000-3500 کیلومتری، اگزوسفر به تدریج وارد خلاء به اصطلاح نزدیک به فضایی می شود که با ذرات بسیار کمیاب گاز بین سیاره ای، عمدتاً اتم های هیدروژن، پر شده است. اما این گاز تنها کسری از ماده بین سیاره ای است. قسمت دیگر از ذرات غبار مانند با منشا دنباله دار و شهاب سنگی تشکیل شده است. علاوه بر ذرات غبار مانند بسیار کمیاب، تابش الکترومغناطیسی و جسمی با منشاء خورشیدی و کهکشانی به این فضا نفوذ می کند.

هموسفر و هتروسفر بسته به ترکیب گاز موجود در جو از هم متمایز می شوند. هتروسفر ناحیه ای است که گرانش بر جداسازی گازها تأثیر می گذارد، زیرا اختلاط آنها در این ارتفاع ناچیز است. از این رو ترکیب متغیر هتروسفر است. در زیر آن یک بخش کاملاً مخلوط و همگن از جو قرار دارد که هموسفر نامیده می شود. مرز بین این لایه ها توربوپاوز نامیده می شود که در ارتفاع حدود 120 کیلومتری قرار دارد.

سایر خواص جو و اثرات آن بر بدن انسان

در حال حاضر در ارتفاع 5 کیلومتری از سطح دریا، یک فرد آموزش ندیده دچار گرسنگی اکسیژن می شود و بدون سازگاری، ظرفیت کاری فرد به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. این جایی است که منطقه فیزیولوژیکی جو به پایان می رسد. تنفس انسان در ارتفاع 9 کیلومتری غیرممکن می شود، اگرچه جو حاوی اکسیژن تا حدود 115 کیلومتر است.

ریه های انسان دائماً حاوی حدود 3 لیتر هوای آلوئولی هستند. فشار جزئی اکسیژن در هوای آلوئولی در فشار معمولی اتمسفر 110 میلی متر جیوه است. هنر، فشار دی اکسید کربن 40 میلی متر جیوه است. هنر، و بخار آب - 47 میلی متر جیوه. هنر با افزایش ارتفاع، فشار اکسیژن کاهش می یابد و فشار کل بخار آب و دی اکسید کربن در ریه ها تقریباً ثابت می ماند - حدود 87 میلی متر جیوه. هنر هنگامی که فشار هوای اطراف به این مقدار برسد، جریان اکسیژن به ریه ها به طور کامل متوقف می شود.

لایه های متراکم هوا - تروپوسفر و استراتوسفر - ما را از اثرات مخرب تشعشع محافظت می کند. با کمیاب شدن کافی هوا، در ارتفاعات بیش از 36 کیلومتر، پرتوهای یونیزان - پرتوهای اولیه کیهانی - تأثیر شدیدی بر بدن دارد. در ارتفاعات بیش از 40 کیلومتری، قسمت فرابنفش طیف خورشیدی که برای انسان خطرناک است عمل می کند.

همانطور که به ارتفاع بیشتر از سطح زمین می رسد، چنین پدیده هایی برای ما آشنا است که در لایه های پایینی جو مشاهده می شود، مانند انتشار صوت، وقوع برآمدگی و مقاومت آیرودینامیکی، انتقال حرارت به وسیله همرفت و غیره. ، به تدریج ضعیف شده و سپس کاملاً ناپدید می شوند.

در لایه های کمیاب هوا، انتشار صدا غیرممکن است. تا ارتفاع 60 تا 90 کیلومتری همچنان می توان از مقاومت و بالابر هوا برای پرواز آیرودینامیکی کنترل شده استفاده کرد. اما با شروع از ارتفاعات 100-130 کیلومتری، مفاهیم عدد M و دیوار صوتی که برای هر خلبانی آشناست، معنای خود را از دست می دهند: خط معمولیجیبی که در پشت آن منطقه پرواز صرفاً بالستیک آغاز می شود که فقط با استفاده از نیروهای واکنشی قابل کنترل است.

در ارتفاعات بالای 100 کیلومتر، اتمسفر فاقد ویژگی قابل توجه دیگری است - توانایی جذب، هدایت و انتقال انرژی حرارتی توسط همرفت (یعنی با مخلوط کردن هوا). معنیش اینه که عناصر مختلفتجهیزات، دستگاه برای مدار ایستگاه فضایینمی تواند از بیرون خنک شود همانطور که معمولاً در هواپیما انجام می شود - با کمک جت های هوا و رادیاتورهای هوا. در ارتفاعی مانند به طور کلی در فضا، تنها راهانتقال حرارت تابش حرارتی است.

تاریخچه شکل گیری جو

بر اساس رایج ترین نظریه، جو زمین در طول زمان در سه ترکیب مختلف بود. در اصل شامل گازهای سبک (هیدروژن و هلیوم) بود که از فضای بین سیاره ای گرفته شده بود. این جو به اصطلاح اولیه (حدود چهار میلیارد سال پیش) است. در مرحله بعد، فعالیت فعال آتشفشانی منجر به اشباع شدن اتمسفر با گازهای دیگر غیر از هیدروژن (دی اکسید کربن، آمونیاک، بخار آب) شد. جو ثانویه اینگونه شکل گرفت (حدود سه میلیارد سال تا امروز). فضا ترمیم کننده بود. علاوه بر این، روند تشکیل جو توسط عوامل زیر تعیین شد:

نشت گازهای سبک (هیدروژن و هلیوم) به فضای بین سیاره ای؛
واکنش های شیمیایی در جو تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش، تخلیه رعد و برق و برخی عوامل دیگر.

به تدریج، این عوامل منجر به تشکیل یک اتمسفر سوم شد که مشخصه آن هیدروژن بسیار کمتر و نیتروژن و دی اکسید کربن بسیار بیشتر بود (که در نتیجه واکنش های شیمیایی از آمونیاک و هیدروکربن ها ایجاد می شود).

نیتروژن

تشکیل مقدار زیادی نیتروژن N2 به دلیل اکسیداسیون اتمسفر آمونیاک-هیدروژن با اکسیژن مولکولی O2 است که از 3 میلیارد سال پیش در نتیجه فتوسنتز از سطح سیاره شروع به جریان کرد. همچنین نیتروژن N2 در نتیجه نیترات زدایی نیترات ها و سایر ترکیبات حاوی نیتروژن در جو آزاد می شود. نیتروژن توسط ازن به NO در اتمسفر فوقانی اکسید می شود.

نیتروژن N2 تنها در شرایط خاص (به عنوان مثال، در هنگام برخورد صاعقه) واکنش نشان می دهد. اکسیداسیون نیتروژن مولکولی توسط ازن با تخلیه الکتریکی در مقادیر کم در تولید صنعتی کودهای نیتروژنی استفاده می شود. می توان آن را با مصرف انرژی کم اکسید کرد و توسط سیانوباکتری ها (جلبک سبز-آبی) و باکتری های ندول که همزیستی ریزوبی با حبوبات را تشکیل می دهند به شکل فعال بیولوژیکی تبدیل کرد. siderates

اکسیژن

ترکیب جو با ظهور موجودات زنده روی زمین، در نتیجه فتوسنتز، همراه با آزاد شدن اکسیژن و جذب دی اکسید کربن، شروع به تغییر اساسی کرد. در ابتدا، اکسیژن برای اکسیداسیون ترکیبات احیا شده - آمونیاک، هیدروکربن ها، شکل آهنی آهن موجود در اقیانوس ها و غیره صرف شد. در پایان این مرحله، محتوای اکسیژن در جو شروع به رشد کرد. به تدریج فضایی مدرن با خاصیت اکسید کننده شکل گرفت. از آنجایی که این امر باعث تغییرات جدی و ناگهانی در بسیاری از فرآیندهای رخ داده در جو، لیتوسفر و بیوسفر شد، این رویداد را فاجعه اکسیژن نامیدند.

در طول دوره فانوزوئیک، ترکیب اتمسفر و محتوای اکسیژن دستخوش تغییراتی شد. آنها در درجه اول با میزان رسوب سنگ های رسوبی آلی همبستگی داشتند. بنابراین، در طول دوره های انباشت زغال سنگ، محتوای اکسیژن در جو ظاهراً به طور قابل توجهی از سطح فعلی فراتر رفت.

دی اکسید کربن

محتوای CO2 در جو به فعالیت آتشفشانی و فرآیندهای شیمیاییدر پوسته های زمین، اما بیشتر از همه - بر شدت بیوسنتز و تجزیه مواد آلی در بیوسفر زمین. تقریباً تمام زیست توده فعلی سیاره (حدود 2.4 · 1012 تن) توسط دی اکسید کربن، نیتروژن و بخار آب موجود در هوای اتمسفر تشکیل شده است. مواد آلی که در اقیانوس ها، مرداب ها و جنگل ها مدفون شده اند به زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی تبدیل می شوند.

گازهای نجیب

منبع گازهای بی اثر - آرگون، هلیوم و کریپتون - فوران های آتشفشانی و فروپاشی عناصر رادیواکتیو است. زمین به طور کلی و جو به طور خاص در مقایسه با فضا از گازهای بی اثر تهی می شوند. اعتقاد بر این است که دلیل این امر در نشت مداوم گازها به فضای بین سیاره ای است.

آلودگی هوا

اخیراً، انسان شروع به تأثیرگذاری بر تکامل جو کرده است. نتیجه فعالیت های او افزایش مداوم محتوای دی اکسید کربن در جو به دلیل احتراق سوخت های هیدروکربنی انباشته شده در دوره های قبلی زمین شناسی بود. مقدار زیادی CO2 در طول فتوسنتز مصرف می شود و توسط اقیانوس های جهان جذب می شود. این گاز در اثر تجزیه کربنات وارد جو می شود سنگ هاو مواد آلی با منشا گیاهی و حیوانی و همچنین به دلیل آتشفشان و فعالیت های تولیدیشخص در طول 100 سال گذشته، محتوای CO2 در جو 10٪ افزایش یافته است که عمده آن (360 میلیارد تن) ناشی از احتراق سوخت است. اگر سرعت رشد احتراق سوخت ادامه یابد، در 200-300 سال آینده میزان CO2 در جو دو برابر خواهد شد و ممکن است منجر به تغییرات آب و هوایی جهانی شود.

احتراق سوخت منبع اصلی گازهای آلاینده (CO، NO، SO2) است. دی اکسید گوگرد توسط اکسیژن اتمسفر به SO3 و اکسید نیتروژن به NO2 در اتمسفر فوقانی اکسید می شود که به نوبه خود با بخار آب برهمکنش می کند و حاصل می شود. اسید سولفوریکН2SO4 و اسید نیتریک НNO3 به شکل به اصطلاح روی سطح زمین می ریزند. باران اسیدی. استفاده از موتورهای احتراق داخلی منجر به آلودگی قابل توجه جو با اکسیدهای نیتروژن، هیدروکربن ها و ترکیبات سرب (تترااتیل سرب) Pb (CH3CH2) 4 می شود.

آلودگی هوا از طریق هوا هم به دلایل طبیعی (فوران آتشفشانی، طوفان های گرد و غبار، انتقال قطرات آب دریا و گرده گیاهان و غیره) و هم در اثر فعالیت های اقتصادی انسان (استخراج سنگ معدن و مصالح ساختمانی، احتراق سوخت، سیمان) ایجاد می شود. تولید و غیره). حذف شدید ذرات جامد در اتمسفر در مقیاس بزرگ یکی از دلایل احتمالی تغییرات آب و هوایی در این سیاره است.

(274 بار بازدید شده، 1 بازدید امروز)

پوسته هوایی که سیاره ما را احاطه کرده و با آن می چرخد جو نامیده می شود. نیمی از کل جرم جو در 5 کیلومتری پایین تر و سه چهارم جرم در 10 کیلومتر پایین تر متمرکز شده است. در بالا، هوا بسیار رقیق تر است، اگرچه ذرات آن در ارتفاع 2000-3000 کیلومتری از سطح زمین یافت می شود.

هوایی که تنفس می کنیم مخلوطی از گازها است. بیشتر آن حاوی نیتروژن - 78٪ و اکسیژن - 21٪ است. آرگون کمتر از 1% و 0.03% دی اکسید کربن است. گازهای متعدد دیگری مانند کریپتون، زنون، نئون، هلیوم، هیدروژن، ازن و غیره، هزارم و میلیونیم درصد را تشکیل می دهند. هوا همچنین حاوی بخار آب، ذرات مواد مختلف، باکتری، گرده و غبار فضایی است.

جو از چندین لایه تشکیل شده است. لایه زیرین تا ارتفاع 10-15 کیلومتری از سطح زمین تروپوسفر نامیده می شود. از زمین گرم می شود، بنابراین دمای هوا در اینجا با ارتفاع 6 درجه سانتیگراد به ازای هر 1 کیلومتر افزایش کاهش می یابد. تقریباً تمام بخار آب در تروپوسفر قرار دارد و عملاً همه ابرها تشکیل می شوند - تقریباً .. ارتفاع تروپوسفر بالای عرض های جغرافیایی مختلف سیاره یکسان نیست. تا ارتفاع 9 کیلومتری از قطب ها، تا 10-12 کیلومتری از عرض های جغرافیایی معتدل و تا 15 کیلومتری بالای خط استوا بالا می رود. فرآیندهای رخ داده در تروپوسفر - تشکیل و حرکت توده های هوا، تشکیل طوفان ها و پاد سیکلون ها، ظهور ابرها و بارش - آب و هوا و آب و هوا را در سطح زمین تعیین می کند.

در بالای تروپوسفر استراتوسفر قرار دارد که تا 50-55 کیلومتر امتداد دارد. تروپوسفر و استراتوسفر توسط یک لایه انتقالی از تروپوپوز به ضخامت 1-2 کیلومتر جدا می شوند. در استراتوسفر، در ارتفاع حدود 25 کیلومتری، دمای هوا به تدریج شروع به افزایش می کند و تا 50 کیلومتر به + 10 + 30 درجه سانتیگراد می رسد. چنین افزایش دما به این دلیل است که لایه اوزون در استراتوسفر در ارتفاعات 25-30 کیلومتری وجود دارد. در سطح زمین، محتوای آن در هوا ناچیز است و در ارتفاعات بالا، مولکول های اکسیژن دو اتمی اشعه ماوراء بنفش خورشید را جذب می کنند و مولکول های سه اتمی ازن را تشکیل می دهند.

اگر ازن در پایین اتمسفر، در ارتفاعی با فشار معمولی قرار داشت، لایه آن تنها 3 میلی متر ضخامت داشت. اما حتی در چنین مقدار کمی، نقش بسیار مهمی ایفا می کند: بخشی از تابش خورشیدی را که برای موجودات زنده مضر است جذب می کند.

در بالای استراتوسفر، تا ارتفاع حدود 80 کیلومتری، مزوسفر امتداد می یابد که در آن دمای هوا با ارتفاع به چند ده درجه زیر صفر کاهش می یابد.

قسمت بالایی جو با یک بسیار مشخص می شود دمای بالاو ترموسفر نامیده می شود - تقریباً .. به دو بخش تقسیم می شود - یونوسفر - تا ارتفاع حدود 1000 کیلومتری که در آن هوا به شدت یونیزه می شود و اگزوسفر - بیش از 1000 کیلومتر. در یونوسفر، مولکول ها گازهای اتمسفرتابش فرابنفش خورشید را جذب می کند و در نتیجه اتم های باردار و الکترون های آزاد را تشکیل می دهد. شفق های قطبی در یونوسفر مشاهده می شوند.

جو نقش بسیار مهمی در زندگی سیاره ما دارد. از زمین در برابر گرمای شدید محافظت می کند پرتوهای خورشیددر طول روز و از هیپوترمی در شب. بیشتر شهاب سنگ ها در لایه های جوی می سوزند و به سطح سیاره نمی رسند. اتمسفر حاوی اکسیژن است که برای همه موجودات ضروری است، یک صفحه ازن که از حیات روی زمین در برابر بخش مخرب تابش فرابنفش خورشید محافظت می کند.

اتمسفرهای سیارات منظومه شمسی

جو عطارد آنقدر کمیاب است که شاید بتوان گفت عملا وجود ندارد. پوسته هوای زهره از دی اکسید کربن (96٪) و نیتروژن (حدود 4٪) تشکیل شده است، بسیار متراکم است - فشار اتمسفر در سطح سیاره تقریبا 100 برابر بیشتر از زمین است. جو مریخ نیز عمدتاً از دی اکسید کربن (95٪) و نیتروژن (2.7٪) تشکیل شده است، اما چگالی آن حدود 300 برابر کمتر از زمین است و فشار آن تقریباً 100 برابر است. سطح مرئی مشتری در واقع لایه بالایی یک جو هیدروژن-هلیوم است. پوشش هوای زحل و اورانوس از یک ترکیب تشکیل شده است. رنگ آبی زیبای اورانوس به دلیل غلظت بالای متان در قسمت بالایی جو آن است - تقریباً .. نپتون که در مه هیدروکربنی پوشانده شده است دارای دو لایه ابر اصلی است: یکی از بلورهای متان منجمد و دومی، واقع در زیر، حاوی آمونیاک و سولفید هیدروژن است.