جو مخلوطی از گازهای مختلف است. از سطح زمین تا ارتفاع 900 کیلومتری امتداد می یابد و سیاره را در برابر طیف مضر تابش خورشیدی محافظت می کند و حاوی گازهای لازم برای تمام حیات روی این سیاره است. جو گرمای خورشید را به دام می اندازد و تقریباً گرم می شود سطح زمینو ایجاد آب و هوای مساعد.

ترکیب اتمسفر

جو زمین عمدتاً از دو گاز - نیتروژن (78٪) و اکسیژن (21٪) تشکیل شده است. علاوه بر این، حاوی ناخالصی های دی اکسید کربن و گازهای دیگر است. در جو به شکل بخار، قطرات رطوبت در ابرها و بلورهای یخ وجود دارد.

لایه های جو

جو از لایه های زیادی تشکیل شده است که هیچ مرز مشخصی بین آنها وجود ندارد. دمای لایه های مختلف به طور قابل توجهی با یکدیگر متفاوت است.

مگنتوسفر بدون هوا بیشتر ماهواره های زمین در اینجا خارج از جو زمین پرواز می کنند. اگزوسفر (450-500 کیلومتر از سطح). تقریبا بدون گاز برخی از ماهواره های هواشناسی در اگزوسفر پرواز می کنند. ترموسفر (80-450 کیلومتر) با درجه حرارت بالا به 1700 درجه سانتیگراد در لایه بالایی مشخص می شود. مزوسفر (50-80 کیلومتر). در این کره با افزایش ارتفاع، دما کاهش می یابد. اینجاست که بیشتر شهاب سنگ ها (آخر سنگ های فضایی) که وارد جو می شوند می سوزند. استراتوسفر (15-50 کیلومتر). حاوی لایه ازن، یعنی لایه ای از ازن که اشعه ماوراء بنفش خورشید را جذب می کند. این منجر به افزایش دما در نزدیکی سطح زمین می شود. هواپیماهای جت معمولاً در اینجا پرواز می کنند دید در این لایه بسیار خوب است و تقریباً هیچ تداخلی ناشی از شرایط آب و هوایی وجود ندارد. تروپوسفر. ارتفاع آن از 8 تا 15 کیلومتر از سطح زمین متغیر است. در اینجا است که آب و هوای سیاره شکل می گیرد، زیرا در این لایه دارای بیشترین بخار آب، گرد و غبار و باد است. با فاصله گرفتن از سطح زمین دما کاهش می یابد.

فشار اتمسفر

اگرچه ما آن را احساس نمی کنیم، اما لایه های جو به سطح زمین فشار می آورند. بالاترین نزدیک به سطح است و با فاصله از آن به تدریج کاهش می یابد. این بستگی به اختلاف دمای بین خشکی و اقیانوس دارد و بنابراین، در مناطقی که در همان ارتفاع از سطح دریا قرار دارند، اغلب فشارهای متفاوتی وجود دارد. فشار کم آب و هوای مرطوب را به ارمغان می آورد، در حالی که فشار بالا معمولاً باعث آب و هوای صاف می شود.

حرکت توده های هوا در جو

و فشارها باعث می شود که جو پایین تر مخلوط شود. اینگونه بادها از مناطق می آید فشار بالادر منطقه پایین در بسیاری از مناطق، بادهای محلی نیز رخ می دهد که ناشی از تغییر دمای خشکی و دریا است. کوه ها نیز تأثیر بسزایی در جهت وزش بادها دارند.

اثر گلخانه ای

دی اکسید کربن و سایر گازهایی که جو زمین را تشکیل می دهند گرمای خورشید را به دام می اندازند. این فرآیند معمولاً به عنوان اثر گلخانه ای شناخته می شود، زیرا از بسیاری جهات شبیه به گردش گرما در گلخانه ها است. اثر گلخانه ای باعث گرم شدن کره زمین در کره زمین می شود. در مناطق پرفشار - آنتی سیکلون - خورشید شفاف برقرار می شود. در مناطق فشار کم- طوفان - معمولاً آب و هوای ناپایدار. گرما و نور وارد جو می شود. گازها گرمای منعکس شده از سطح زمین را به دام می اندازند و در نتیجه دمای روی زمین را افزایش می دهند.

لایه اوزون خاصی در استراتوسفر وجود دارد. ازن بیشتر پرتوهای فرابنفش خورشید را به دام می اندازد و از زمین و تمام حیات روی آن در برابر آن محافظت می کند. دانشمندان دریافته اند که گازهای کلروفلوئوروکربن ویژه موجود در برخی از ذرات معلق در هوا و تجهیزات تبرید عامل تخریب لایه اوزون هستند. بر فراز قطب شمال و قطب جنوب، حفره های عظیمی در لایه اوزون کشف شده است که به افزایش میزان تشعشعات فرابنفش مؤثر بر سطح زمین کمک می کند.

ازن در اتمسفر پایین در نتیجه تابش خورشید و دودهای خروجی و گازهای مختلف تولید می شود. معمولاً در جو پخش می شود، اما اگر یک لایه بسته از هوای سرد در زیر لایه ای از هوای گرم تشکیل شود، ازن متمرکز شده و مه دود ایجاد می شود. متأسفانه، این نمی تواند از بین رفتن ازن در سوراخ های ازن را جبران کند.

عکس ماهواره ای به وضوح حفره ای را در لایه اوزون بر فراز قطب جنوب نشان می دهد. اندازه این سوراخ در حال تغییر است، اما دانشمندان معتقدند که دائما در حال رشد است. تلاش هایی برای کاهش سطح گازهای خروجی در جو انجام می شود. آلودگی هوا باید کاهش یابد و از سوخت های بدون دود در شهرها استفاده شود. دود در بسیاری از افراد باعث تحریک چشم و خفگی می شود.

پیدایش و تکامل جو زمین

جو مدرن زمین نتیجه یک تکامل طولانی مدت است. این در نتیجه اقدامات مشترک عوامل زمین شناسی و فعالیت حیاتی موجودات به وجود آمد. در سراسر تاریخ زمین شناسیجو زمینی چندین بازسازی عمیق را پشت سر گذاشته است. بر اساس داده های زمین شناسی و نظری (پیش شرط ها، جو بکر زمین جوان که حدود 4 میلیارد سال پیش وجود داشته است، می تواند از مخلوطی از بی اثر و گازهای نجیببا افزودن کمی از نیتروژن غیرفعال (N. A. Yasamanov، 1985؛ A. S. Monin، 1987؛ O. G. Sorokhtin، S. A. Ushakov، 1991، 1993). در حال حاضر، دیدگاه در مورد ترکیب و ساختار جو اولیه تا حدودی تغییر کرده است. جو اولیه (پروتواتمسفر) در اولین مرحله پیش سیاره ای. قدمت بیش از 4.2 میلیارد سال، می تواند از مخلوطی از متان، آمونیاک و دی اکسید کربن تشکیل شده باشد. در نتیجه گاززدایی گوشته و فرآیندهای هوازدگی فعال روی سطح زمین، بخار آب، ترکیبات کربن به شکل CO 2 و CO، گوگرد و ترکیبات آن و همچنین اسیدهای هالوژن قوی - HCl، HF، HI و اسید بوریک، که متان، آمونیاک، هیدروژن، آرگون و برخی دیگر از گازهای نجیب موجود در جو مکمل بودند. این فضای اولیه بسیار ظریف بود. بنابراین، دمای سطح زمین نزدیک به دمای تعادل تابشی بود (A.S. Monin، 1977).

با گذشت زمان، ترکیب گاز اتمسفر اولیه تحت تأثیر فرآیندهای هوازدگی سنگ های بیرون زده بر روی سطح زمین، فعالیت حیاتی سیانوباکترها و جلبک های سبز آبی، فرآیندهای آتشفشانی و عمل اشعه های خورشیدشروع به دگرگونی کرد این منجر به تجزیه متان به دی اکسید کربن، آمونیاک به نیتروژن و هیدروژن شد. در جو ثانویه، دی اکسید کربن شروع به تجمع کرد که به آرامی به سطح زمین فرود آمد و نیتروژن. به دلیل فعالیت حیاتی جلبک‌های سبز آبی، اکسیژن در فرآیند فتوسنتز شروع به تولید کرد، اما در ابتدا عمدتاً صرف «اکسیداسیون» می‌شد. گازهای اتمسفر، و سپس سنگ. در همان زمان، آمونیاک اکسید شده به نیتروژن مولکولی، شروع به تجمع شدید در جو کرد. فرض بر این است که بیشتر نیتروژن موجود در جو مدرن باقی مانده است. متان و مونوکسید کربن به دی اکسید کربن اکسید شدند. گوگرد و سولفید هیدروژن به SO 2 و SO 3 اکسید شدند که به دلیل تحرک و سبکی زیاد، به سرعت از جو حذف شدند. بنابراین، جو از کاهش، همانطور که در آرکئن و اوایل پروتروزوییک بود، به تدریج به اکسید کننده تبدیل شد.

دی اکسید کربن هم در نتیجه اکسیداسیون متان و هم در نتیجه گاززدایی گوشته و هوازدگی سنگ ها وارد جو شد. در صورتی که تمام دی اکسید کربن آزاد شده در کل تاریخ زمین در جو باقی بماند، فشار جزئی آن در زمان کنونی می تواند مانند زهره شود (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). اما روند مخالف روی زمین در حال کار بود. بخش قابل توجهی از دی اکسید کربن اتمسفر در هیدروسفر حل شد که در آن موجودات آبزی از آن برای ساختن پوسته های خود استفاده کردند و به طور بیوژنیک به کربنات تبدیل شدند. پس از آن، قوی ترین لایه های کربنات های شیمیایی و آلی از آنها تشکیل شد.

اکسیژن از سه منبع به جو تامین شد. برای مدت طولانی، از لحظه ظهور زمین، در فرآیند گاز زدایی گوشته آزاد شد و عمدتاً صرف فرآیندهای اکسیداتیو شد. منبع دیگر اکسیژن، تفکیک بخار آب توسط تابش سخت ماوراء بنفش خورشید بود. ظواهر؛ اکسیژن آزاد در جو منجر به مرگ بیشتر پروکاریوت هایی شد که در شرایط کاهشی زندگی می کردند. موجودات پروکاریوتی زیستگاه خود را تغییر داده اند. آنها سطح زمین را به اعماق و مناطق آن رها کردند، جایی که شرایط کاهشی هنوز حفظ شد. آنها با یوکاریوت ها جایگزین شدند، که شروع به پردازش شدید دی اکسید کربن به اکسیژن کردند.

در دوران آرکئن و بخش قابل توجهی از پروتروزوییک، تقریباً تمام اکسیژن تولید شده هم به صورت بیوژنیک و هم بیوژنیک عمدتاً صرف اکسیداسیون آهن و گوگرد می شد. در پایان دوره پروتروزوئیک، تمام آهن های آهنی فلزی که روی سطوح زمین قرار داشتند یا اکسید شدند یا به سمت هسته زمین... این منجر به این واقعیت شد که فشار جزئی اکسیژن در جو پروتروزوییک اولیه تغییر کرد.

در اواسط دوره پروتروزوییک، غلظت اکسیژن در جو به نقطه یوری رسید و 0.01٪ از سطح فعلی بود. از آن زمان به بعد، اکسیژن در جو شروع به انباشته شدن کرد و احتمالاً در انتهای ریفین، محتوای آن به نقطه پاستور (0.1٪ از سطح فعلی) رسیده است. این امکان وجود دارد که در دوره وندیان، لایه اوزون به وجود آمد و هرگز در آن زمان ناپدید نشد.

ظهور اکسیژن آزاد در اتمسفر زمین باعث تحریک تکامل حیات شد و منجر به پیدایش اشکال جدید با متابولیسم بهتر شد. اگر جلبک‌های تک سلولی یوکاریوتی و سیانیا که در ابتدای پروتروزوئیک ظاهر شدند، تنها به 3-10 غلظت کنونی آن در آب نیاز داشتند، پس با ظهور متازوآهای اسکلتی در انتهای وندین اولیه، یعنی ، حدود 650 میلیون سال پیش، غلظت اکسیژن در جو باید بسیار بیشتر بوده است. از این گذشته ، متازوآ از تنفس اکسیژن استفاده می کرد و برای این کار لازم بود که فشار جزئی اکسیژن به سطح بحرانی برسد - نقطه پاستور. در این مورد، فرآیند تخمیر بی‌هوازی با متابولیسم اکسیژن امیدوارکننده‌تر و پیشرونده‌تر جایگزین شد.

پس از آن، تجمع بیشتر اکسیژن در جو زمین به سرعت انجام شد. افزایش تدریجی حجم جلبک های سبز آبی به دستیابی به سطح اکسیژن لازم برای حمایت از زندگی دنیای حیوانات در جو کمک کرد. تثبیت خاصی از محتوای اکسیژن در جو از لحظه ای که گیاهان به زمین آمدند - حدود 450 میلیون سال پیش - رخ داده است. ظهور گیاهان در خشکی در دوره سیلورین منجر به تثبیت نهایی سطح اکسیژن در جو شد. از آن زمان به بعد، تمرکز او در محدوده های نسبتاً باریکی در نوسان بود، که هرگز از وجود زندگی فراتر نمی رفت. غلظت اکسیژن در جو از زمان ظهور گیاهان گلدار کاملاً تثبیت شده است. این رویداد در اواسط دوره کرتاسه، یعنی. حدود 100 میلیون سال پیش

بخش عمده ای از نیتروژن در مراحل اولیه توسعه زمین، عمدتاً به دلیل تجزیه آمونیاک، تشکیل شد. با ظهور موجودات، فرآیند اتصال نیتروژن جو به مواد آلی و دفن آن در رسوبات دریایی آغاز شد. پس از ظهور موجودات در خشکی، نیتروژن شروع به دفن در رسوبات قاره ای کرد. فرآیندهای پردازش نیتروژن آزاد به ویژه با ظهور گیاهان زمینی تشدید شد.

در نوبت کریپتوزوئیک و فانوزوئیک، یعنی حدود 650 میلیون سال پیش، محتوای دی اکسید کربن در اتمسفر به یک دهم درصد کاهش یافت و مقدار آن، نزدیک به سطح مدرن، تنها اخیراً به حدود رسیده است. 10-20 میلیون سال پیش.

بنابراین، ترکیب گاز جو نه تنها فضای زندگی را برای موجودات فراهم می کند، بلکه ویژگی های فعالیت حیاتی آنها را نیز تعیین می کند، پراکندگی و تکامل را ارتقا می دهد. اختلالات حاصل در توزیع ترکیب گاز اتمسفر مطلوب برای موجودات، هم به دلایل کیهانی و هم به دلایل سیاره ای، منجر به انقراض دسته جمعی جهان آلی شد که به طور مکرر در طول کریپتوزوئیک و در مرزهای خاصی از تاریخ فانروزوئیک رخ داد.

توابع قومی اتمسفر

جو زمین ماده، انرژی لازم را فراهم می کند و جهت و سرعت فرآیندهای متابولیک را تعیین می کند. ترکیب گازفضای مدرن برای وجود و توسعه زندگی بهینه است. به عنوان منطقه شکل گیری آب و هوا و آب و هوا، جو باید شرایط راحت را برای زندگی مردم، حیوانات و پوشش گیاهی ایجاد کند. انحراف در یک جهت یا جهت دیگر در کیفیت هوای جوی و شرایط آب و هوایی شرایط شدیدی را برای زندگی حیوان ایجاد می کند. فلوراز جمله برای انسان.

جو زمین نه تنها شرایط را برای وجود انسان فراهم می کند، بلکه عامل اصلی تکامل قوم کره است. در عین حال، معلوم می شود که منبع انرژی و مواد خام برای تولید است. به طور کلی اتمسفر عاملی است که سلامت انسان را حفظ می کند و برخی از مناطق به دلیل شرایط فیزیکی و جغرافیایی و کیفیت هوای جوی به عنوان مناطق تفریحی و مناطقی برای درمان و تفریح ​​افراد آسایشگاهی – تفرجگاهی در نظر گرفته شده است. بنابراین، فضا عامل تأثیرگذاری زیبایی شناختی و احساسی است.

توابع قومی و تکنوسفری جو، که اخیراً تعیین شده است (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001) نیازمند یک مطالعه مستقل و عمیق است. بنابراین، مطالعه عملکردهای جوی انرژی هم از نقطه نظر وقوع و عملکرد فرآیندهایی که به محیط زیست آسیب می زند و هم از نقطه نظر تأثیر بر سلامت و رفاه انسان بسیار مهم است. در این مورد، ما در مورد انرژی سیکلون ها و پادسیکلون ها، گرداب های جوی، فشار اتمسفر و سایر پدیده های شدید جوی صحبت می کنیم. استفاده کارآمدکه به حل موفقیت آمیز مشکل به دست آوردن غیر آلاینده کمک می کند محیط منابع جایگزینانرژی. از این گذشته ، محیط هوا ، به ویژه آن قسمت از آن که در بالای اقیانوس جهانی قرار دارد ، منطقه ای است که مقدار عظیمی انرژی آزاد آزاد می کند.

به عنوان مثال، مشخص شده است که طوفان های استوایی با قدرت متوسط ​​تنها در یک روز انرژی معادل انرژی 500 هزار بمب اتمی پرتاب شده روی هیروشیما و ناکازاکی را آزاد می کنند. به مدت 10 روز از وجود چنین طوفانی، انرژی آزاد می شود که برای رفع تمام نیازهای انرژی کشوری مانند ایالات متحده برای 600 سال کافی است.

V سال های گذشتهتعداد زیادی کار از دانشمندان علوم طبیعی به نوعی در رابطه با جنبه های مختلف فعالیت و تأثیر جو بر فرآیندهای زمین منتشر شده است که نشان دهنده فعال شدن تعاملات بین رشته ای در علوم طبیعی مدرن... در عین حال، نقش یکپارچه کننده برخی از جهت های آن آشکار می شود که در این میان باید به جهت عملکردی-اکولوژیکی در ژئواکولوژی اشاره کرد.

این جهت، تحلیل و تعمیم نظری توابع اکولوژیکی و نقش سیاره‌ای ژئوسفرهای مختلف را تحریک می‌کند و این به نوبه خود، پیش نیاز مهمی برای توسعه روش‌شناسی و مبانی علمی برای مطالعه کل‌نگر سیاره ما، استفاده منطقی است. و حفاظت از منابع طبیعی آن

جو زمین از چندین لایه تشکیل شده است: تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر، ترموسفر، یونوسفر و اگزوسفر. در بالای تروپوسفر و پایین استراتوسفر یک لایه غنی از ازن به نام سپر ازن وجود دارد. الگوهای خاصی (روزانه، فصلی، سالانه و غیره) در توزیع ازن ایجاد شده است. از زمان پیدایش، جو بر روند فرآیندهای سیاره ای تأثیر گذاشته است. ترکیب اولیه جو کاملاً متفاوت از حال حاضر بود، اما با گذشت زمان، نسبت و نقش نیتروژن مولکولی به طور پیوسته افزایش یافت، حدود 650 میلیون سال پیش، اکسیژن آزاد ظاهر شد که مقدار آن به طور مداوم در حال افزایش بود، اما غلظت کربن دی اکسید بر همین اساس کاهش یافت. تحرک بالای جو، ترکیب گاز آن و حضور ذرات معلق در هوا نقش برجسته و مشارکت فعال آن را در فرآیندهای مختلف زمین شناسی و بیوسفر تعیین می کند. نقش جو در توزیع مجدد انرژی خورشیدی و توسعه پدیده ها و بلایای طبیعی فاجعه بار بسیار است. تاثیر منفی بر دنیای ارگانیکو سیستم های طبیعی گرداب های جوی را تولید می کنند - گردبادها (گردبادها)، طوفان ها، طوفان ها، طوفان ها و سایر پدیده ها. منابع اصلی آلودگی در کنار عوامل طبیعی هستند اشکال گوناگون فعالیت اقتصادیشخص اثرات انسانی بر جو نه تنها در ظاهر آئروسل های مختلف و گازهای گلخانه ای، بلکه در افزایش مقدار بخار آب نیز بیان می شود و به صورت مه دود و باران اسیدی ظاهر می شود. گازهای گلخانه ای در حال تغییر هستند رژیم دماسطح زمین، انتشار برخی از گازها حجم سپر ازن را کاهش می دهد و به تشکیل حفره های ازن کمک می کند. نقش قوم کره جو زمین بسیار زیاد است.

نقش جو در فرآیندهای طبیعی

جو زمین در حالت میانی خود بین لیتوسفر و فضای بیرونی و ترکیب گاز آن شرایطی را برای حیات موجودات ایجاد می کند. در عین حال، هوازدگی و شدت تخریب سنگ ها، انتقال و تجمع مواد آواری به مقدار، ماهیت و فراوانی بارش جوی، فراوانی و قدرت بادها و به ویژه به دمای هوا بستگی دارد. جو جزء اصلی سیستم اقلیمی است. دما و رطوبت هوا، ابری و بارش، باد - همه اینها آب و هوا، یعنی وضعیت دائمی در حال تغییر جو را مشخص می کند. در همان زمان، همان مؤلفه ها آب و هوا را مشخص می کنند، یعنی رژیم آب و هوای بلند مدت متوسط.

ترکیب گازها، وجود ابرها و ناخالصی های مختلف که به آنها ذرات آئروسل (خاکستر، گرد و غبار، ذرات بخار آب) می گویند، ویژگی های عبور تابش خورشید از جو را تعیین می کند و از خروج تشعشعات حرارتی از جو جلوگیری می کند. زمین به فضا.

جو زمین بسیار متحرک است. فرآیندهای رخ داده در آن و تغییر در ترکیب گاز، ضخامت، کدر بودن، شفافیت و وجود ذرات معین در هوا بر روی آب و هوا و آب و هوا تأثیر می گذارد.

عمل و جهت فرآیندهای طبیعی و همچنین حیات و فعالیت های روی زمین توسط تابش خورشید تعیین می شود. 99.98 درصد گرمای ورودی به سطح زمین را می دهد. این مقدار سالانه 134 * 1019 کیلو کالری است. این میزان گرما را می توان با سوزاندن 200 میلیارد تن زغال سنگ به دست آورد. ذخایر هیدروژن که این جریان انرژی گرما هسته ای را در جرم خورشید ایجاد می کند، حداقل برای 10 میلیارد سال دیگر کافی خواهد بود، یعنی برای دوره ای دو برابر زمانی که سیاره ما وجود دارد.

حدود 1/3 از کل انرژی خورشیدی وارد شده به مرز فوقانی جو به فضای جهان بازتاب می شود، 13٪ توسط لایه ازن (شامل تقریباً تمام تابش فرابنفش) جذب می شود. 7٪ - توسط بقیه جو و تنها 44٪ به سطح زمین می رسد. کل تابش خورشیدی که در روز به زمین می رسد برابر با انرژی است که بشر در نتیجه سوزاندن انواع سوخت در هزاره گذشته دریافت کرده است.

میزان و ماهیت توزیع تابش خورشید در سطح زمین ارتباط تنگاتنگی با ابری بودن و شفافیت جو دارد. میزان تابش پراکنده تحت تأثیر ارتفاع خورشید در بالای افق، شفافیت جو، محتوای بخار آب، گرد و غبار موجود در آن، مقدار کل دی اکسید کربن و غیره است.

حداکثر مقدار تابش پراکنده به مناطق قطبی می افتد. هر چه خورشید بالاتر از افق پایین تر باشد، گرمای کمتری به ناحیه معینی از زمین عرضه می شود.

شفافیت جو و ابری بودن از اهمیت بالایی برخوردار است. در یک روز تابستانی ابری، معمولا سردتر از یک روز صاف است، زیرا ابری شدن روز مانع از گرم شدن سطح زمین می شود.

غبارآلودگی جو نقش مهمی در توزیع گرما دارد. ذرات جامد ریز پراکنده گرد و غبار و خاکستر واقع در آن که بر شفافیت آن تأثیر می گذارد، بر توزیع تابش خورشید تأثیر منفی می گذارد. بیشترکه منعکس شده است. ذرات ریز از دو طریق وارد اتمسفر می شوند: یا خاکستری است که در طی فوران های آتشفشانی ساطع می شود یا گرد و غبار صحرا که توسط بادهای مناطق خشک استوایی و نیمه گرمسیری حمل می شود. به خصوص مقدار زیادی از چنین گرد و غباری در هنگام خشکسالی تشکیل می شود، زمانی که توسط جریان های هوای گرم به اتمسفر فوقانی منتقل می شود و می تواند برای مدت طولانی در آنجا بماند. پس از فوران آتشفشان کراکاتو در سال 1883، گرد و غبار که ده ها کیلومتر به جو پرتاب شد، حدود 3 سال در استراتوسفر بود. در نتیجه فوران آتشفشان ال چیچون (مکزیک) در سال 1985، گرد و غبار به اروپا رسید و به همین دلیل دمای سطح کمی کاهش یافت.

جو زمین حاوی مقدار متغیر بخار آب است. به صورت مطلق، وزن یا حجم، مقدار آن از 2 تا 5 درصد متغیر است.

بخار آب، مانند دی اکسید کربن، اثر گلخانه ای را افزایش می دهد. در ابرها و مه های ایجاد شده در جو، فرآیندهای فیزیکوشیمیایی عجیبی اتفاق می افتد.

منبع اصلی بخار آب به جو سطح اقیانوس جهانی است. هر سال لایه ای از آب به ضخامت 95 تا 110 سانتی متر از آن تبخیر می شود که بخشی از رطوبت پس از متراکم شدن به اقیانوس باز می گردد و دیگری توسط جریان هوا به سمت قاره ها هدایت می شود. در مناطقی با آب و هوای متغیر و مرطوب، بارش خاک را مرطوب می کند و در مناطق مرطوب ذخایر آب زیرزمینی ایجاد می کند. بنابراین، جو یک تجمع کننده رطوبت و یک مخزن بارش است. و مه هایی که در جو ایجاد می شوند رطوبت پوشش خاک را تامین می کنند و در نتیجه نقش تعیین کننده ای در توسعه گیاهان و جانوران ایفا می کنند.

رطوبت اتمسفر به دلیل تحرک جو در سطح زمین پخش می شود. او خیلی یک سیستم پیچیدهباد و توزیع فشار با توجه به اینکه جو در حرکت مداوم است، ماهیت و مقیاس توزیع جریان و فشار باد دائما در حال تغییر است. مقیاس گردش از ریز هواشناسی، فقط چند صد متر اندازه، تا جهانی - چند ده هزار کیلومتر متفاوت است. گرداب های عظیم جوی در ایجاد سیستم های جریان هوا در مقیاس بزرگ شرکت می کنند و گردش کلی جو را تعیین می کنند. علاوه بر این، آنها منابع پدیده های جوی فاجعه بار هستند.

توزیع آب و هوا و شرایط اقلیمی و عملکرد مواد زنده به فشار اتمسفر بستگی دارد. در صورتی که فشار اتمسفر در محدوده های کوچک نوسان کند، نقش تعیین کننده ای در رفاه مردم و رفتار حیوانات ندارد و بر عملکرد فیزیولوژیکی گیاهان تأثیر نمی گذارد. پدیده های پیشانی و تغییرات آب و هوایی معمولاً با تغییرات فشار همراه هستند.

فشار اتمسفر برای تشکیل باد از اهمیت اساسی برخوردار است که به عنوان یک عامل تسکین دهنده، تأثیر زیادی بر گیاهان و جانوران دارد.

باد قادر است رشد گیاه را سرکوب کند و در عین حال انتقال بذر را تقویت کند. نقش باد در شکل گیری شرایط آب و هوایی و آب و هوایی بسیار زیاد است. همچنین به عنوان تنظیم کننده جریان های دریا عمل می کند. باد به عنوان یکی از عوامل برون زا به فرسایش و کاهش تورم مواد هوازده در فواصل طولانی کمک می کند.

نقش اکولوژیکی و زمین شناسی فرآیندهای جوی

کاهش شفافیت اتمسفر به دلیل ظهور ذرات آئروسل و گرد و غبار جامد در آن بر توزیع تابش خورشیدی، افزایش آلبدو یا بازتابش تأثیر می گذارد. انواع واکنش های شیمیایی که باعث تجزیه ازن و ایجاد ابرهای "ناکرئوس" متشکل از بخار آب می شود، به همین نتیجه منجر می شود. تغییرات جهانی در بازتاب و همچنین تغییر در ترکیب گازهای جو، عمدتاً گازهای گلخانه ای، علت تغییرات آب و هوایی است.

گرمای ناهموار، که باعث اختلاف فشار جوی در قسمت‌های مختلف سطح زمین می‌شود، منجر به گردش اتمسفر می‌شود. انگتروپوسفر هنگامی که اختلاف فشار رخ می دهد، هوا از مناطق با فشار افزایش یافته به ناحیه کاهش فشار می رود. این حرکات توده‌های هوا همراه با رطوبت و دما، ویژگی‌های اصلی اکولوژیکی و زمین‌شناسی فرآیندهای جوی را تعیین می‌کنند.

باد بسته به سرعت، کارهای زمین شناسی مختلفی را روی سطح زمین انجام می دهد. با سرعت 10 متر در ثانیه، شاخه های ضخیم درختان را تکان می دهد، گرد و غبار و ماسه ریز را بلند می کند و حمل می کند. شاخه های درخت را با سرعت 20 متر در ثانیه می شکند، ماسه و شن را منتقل می کند. با سرعت 30 متر بر ثانیه (طوفان) سقف خانه ها را می شکند، درختان را از ریشه می کند، ستون ها را می شکند، سنگریزه ها را جابجا می کند و قلوه سنگ ها را منتقل می کند و باد طوفانی با سرعت 40 متر بر ثانیه خانه ها را تخریب می کند، برق را می شکند و خراب می کند. قطب های خط، درختان بزرگ را ریشه کن می کند.

یک تأثیر منفی بزرگ زیست محیطی با عواقب فاجعه بار توسط طوفان ها و گردبادها اعمال می شود - گرداب های جوی که در فصل گرم در جبهه های جوی قدرتمند با سرعت تا 100 متر در ثانیه ایجاد می شوند. اسکال ها گرداب های افقی با سرعت باد طوفانی (تا 60-80 متر بر ثانیه) هستند. آنها اغلب با رگبار شدید و رعد و برق همراه هستند که از چند دقیقه تا نیم ساعت طول می کشد. اسکال ها مناطقی به عرض 50 کیلومتر و مسافت 200-250 کیلومتر را پوشش می دهند. طوفان شدید در مسکو و منطقه مسکو در سال 1998 به سقف بسیاری از خانه ها آسیب رساند و درختان را فرو ریخت.

گردبادها که در آمریکای شمالی گردباد نامیده می شوند، گرداب های جوی قوی و قیفی شکلی هستند که اغلب با ابرهای رعد و برق همراه هستند. اینها ستون هایی از هوا هستند که در وسط آنها با قطر چند ده تا صدها متر است. گردباد شبیه یک قیف است که بسیار شبیه به خرطوم فیل است که از ابرها پایین می آید یا از سطح زمین بالا می آید. گردباد با دارا بودن نادر شدن شدید و سرعت چرخش بالا تا چند صد کیلومتر حرکت می کند و گرد و غبار، آب از مخازن و اجسام مختلف را جذب می کند. گردبادهای قدرتمند با رعد و برق، باران همراه هستند و قدرت تخریب زیادی دارند.

گردبادها به ندرت در نواحی زیرقطبی یا استوایی که دائماً سرد یا گرم است رخ می دهند. تعداد کمی گردباد در اقیانوس باز. گردبادها در اروپا، ژاپن، استرالیا، ایالات متحده آمریکا و در روسیه به ویژه در منطقه مرکزی زمین سیاه، در مناطق مسکو، یاروسلاول، نیژنی نووگورود و ایوانوو شایع هستند.

گردبادها ماشین ها، خانه ها، واگن ها، پل ها را بلند و جابه جا می کنند. به خصوص گردبادهای مخرب (تورنادو) در ایالات متحده مشاهده می شود. سالانه بین 450 تا 1500 گردباد وجود دارد که به طور متوسط ​​حدود 100 تلفات را در پی دارد. گردبادها فرآیندهای فاجعه بار جوی سریع الاثر هستند. آنها فقط در 20-30 دقیقه تشکیل می شوند و طول عمر آنها 30 دقیقه است. بنابراین، پیش بینی زمان و مکان گردبادها تقریبا غیرممکن است.

سیکلون ها دیگر گرداب های جوی مخرب اما طولانی اثر هستند. آنها به دلیل افت فشار تشکیل می شوند که در شرایط خاص به شکل گیری حرکت دایره ای جریان هوا کمک می کند. گرداب های جوی حول جریان های صعودی قدرتمند هوای گرم مرطوب سرچشمه می گیرند و در نیمکره جنوبی با سرعت زیاد در جهت عقربه های ساعت و در شمال در خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخند. سیکلون ها، بر خلاف گردبادها، بر فراز اقیانوس ها به وجود می آیند و اعمال مخرب خود را بر روی قاره ها ایجاد می کنند. عوامل مخرب اصلی عبارتند از وزش باد شدید، بارش شدید به صورت بارش برف، طوفان باران، تگرگ و سیل. بادهایی با سرعت 19 تا 30 متر بر ثانیه طوفان، 30 تا 35 متر بر ثانیه - طوفان و بیش از 35 متر بر ثانیه - طوفان تشکیل می دهند.

طوفان های استوایی - طوفان ها و طوفان ها - دارای عرض متوسط ​​چند صد کیلومتر هستند. سرعت باد در داخل طوفان به نیروی طوفان می رسد. طوفان های استوایی از چند روز تا چند هفته طول می کشند و با سرعت 50 تا 200 کیلومتر در ساعت حرکت می کنند. طوفان های عرض جغرافیایی متوسط ​​دارند قطر بزرگتر... ابعاد عرضی آنها از هزار تا چند هزار کیلومتر متغیر است، سرعت باد طوفانی است. آنها از سمت غرب در نیمکره شمالی حرکت می کنند و با تگرگ و بارش برف فاجعه بار همراه هستند. طوفان ها و طوفان ها و طوفان های مرتبط با آن از نظر تلفات و خسارات، بزرگترین بلایای جوی پس از سیل هستند. در مناطق پرجمعیت آسیا، تعداد قربانیان طوفان‌ها هزاران نفر است. در سال 1991 در بنگلادش طی طوفانی که باعث تشکیل امواج دریا با ارتفاع 6 متر شد، 125 هزار نفر جان باختند. طوفان خسارات زیادی به خاک ایالات متحده وارد می کند. در همان زمان ده ها و صدها نفر می میرند. در اروپای غربی، طوفان آسیب کمتری می‌زند.

رعد و برق یک پدیده جوی فاجعه بار در نظر گرفته می شود. آنها زمانی بوجود می آیند که هوای گرم و مرطوب خیلی سریع بالا می رود. در مرز مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری، رعد و برق برای 90-100 روز در سال، در منطقه معتدل برای 10-30 روز رخ می دهد. در کشور ما بیشترین تعداد رعد و برق در قفقاز شمالی رخ می دهد.

رعد و برق معمولا کمتر از یک ساعت طول می کشد. رگبارهای شدید، طوفان تگرگ، رعد و برق، وزش باد، جریان هوای عمودی بسیار خطرناک هستند. خطر آسیب تگرگ با توجه به اندازه تگرگ تعیین می شود. در قفقاز شمالی، جرم تگرگ زمانی به 0.5 کیلوگرم می رسید و در هند تگرگ هایی با وزن 7 کیلوگرم مشاهده می شد. خطرناک ترین مناطق تگرگ در کشور ما در قفقاز شمالی قرار دارد. در جولای 1992، تگرگ به 18 هواپیما در فرودگاه Mineralnye Vody آسیب رساند.

از پدیده های خطرناک جوی می توان به رعد و برق اشاره کرد. آنها مردم، دام ها را می کشند، باعث آتش سوزی می شوند، به شبکه برق آسیب می رسانند. رعد و برق و پیامدهای آن سالانه جان حدود 10000 نفر را در جهان می گیرد. علاوه بر این، در برخی از مناطق آفریقا، در فرانسه و ایالات متحده، تعداد قربانیان صاعقه بیشتر از سایر پدیده های طبیعی است. خسارت اقتصادی سالانه طوفان های تندری در ایالات متحده حداقل 700 میلیون دلار است.

خشکسالی برای مناطق بیابانی، استپی و جنگلی-استپی معمول است. کمبود بارش جوی باعث خشک شدن خاک، کاهش سطح می شود آب های زیرزمینیو در مخازن تا زمانی که کاملا خشک شوند. کمبود رطوبت منجر به مرگ گیاهان و محصولات می شود. خشکسالی به ویژه در آفریقا، خاورمیانه و خاورمیانه شدید است آسیای مرکزیو در جنوب آمریکای شمالی.

خشکسالی با فرآیندهایی مانند شور شدن خاک، بادهای خشک، طوفان های گرد و غبار، فرسایش خاک و آتش سوزی جنگل ها، شرایط زندگی انسان را تغییر می دهد، بر محیط طبیعی تأثیر نامطلوب می گذارد. آتش‌سوزی‌ها به ویژه در هنگام خشکسالی در مناطق تایگا، جنگل‌های گرمسیری و نیمه گرمسیری و ساوانا شدیدتر می‌شوند.

خشکسالی فرآیندهای کوتاه مدتی است که یک فصل به طول می انجامد. در صورتی که خشکسالی بیش از دو فصل طول بکشد، خطر گرسنگی و مرگ و میر دسته جمعی وجود دارد. به طور معمول، خشکسالی قلمرو یک یا چند کشور را تحت تأثیر قرار می دهد. خشکسالی های طولانی مدت با پیامدهای غم انگیز به ویژه در منطقه ساحل آفریقا فراوان است.

خسارات زیادی توسط پدیده های جوی مانند بارش برف، باران های سیل آسای کوتاه مدت و باران های طولانی مدت ایجاد می شود. بارش برف باعث ریزش بهمن های عظیم در کوه ها می شود و آب شدن سریع برف های باریده و باران های شدید منجر به سیل می شود. توده عظیم آب که به سطح زمین می ریزد، به ویژه در مناطق بدون درخت، باعث فرسایش شدید خاک می شود. رشد شدید سیستم های خندقی وجود دارد. سیل در نتیجه سیل های بزرگ در دوره های بارش شدید یا سیل پس از گرم شدن ناگهانی یا ذوب شدن بهاره برف رخ می دهد و بنابراین، منشأ پدیده های جوی است (آنها در فصل نقش اکولوژیکی هیدروسفر مورد بحث قرار می گیرند).

تغییرات انسانی در جو

در حال حاضر منابع مختلفی از طبیعت انسانی وجود دارد که باعث آلودگی هوا شده و منجر به اختلالات جدی در تعادل اکولوژیکی می شود. از نظر مقیاس، دو منبع بیشترین تأثیر را بر جو دارند: حمل و نقل و صنعت. به طور متوسط، حمل و نقل حدود 60٪ از کل میزان آلودگی جوی را تشکیل می دهد، صنعت - 15، انرژی حرارتی - 15، فن آوری برای از بین بردن زباله های خانگی و صنعتی - 10٪.

حمل و نقل بسته به سوخت مصرفی و انواع اکسیدان ها، اکسیدهای نیتروژن، گوگرد، اکسیدها و دی اکسیدهای کربن، سرب و ترکیبات آن، دوده، بنزوپیرن (ماده ای از گروه هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای را در جو آزاد می کند. سرطان زا قوی که باعث سرطان پوست می شود).

این صنعت دی اکسید گوگرد، اکسیدها و دی اکسیدهای کربن، هیدروکربن ها، آمونیاک، سولفید هیدروژن، اسید سولفوریک، فنل، کلر، فلوئور و سایر ترکیبات و مواد شیمیایی را در جو منتشر می کند. اما جایگاه غالب در میان انتشار (تا 85٪) گرد و غبار است.

در اثر آلودگی، شفافیت جو تغییر می کند و ذرات معلق در هوا، مه دود و باران اسیدی در آن ظاهر می شود.

آئروسل ها سیستم های پراکنده ای هستند که از ذرات جامد یا قطرات مایع معلق در یک محیط گازی تشکیل شده اند. اندازه ذرات فاز پراکنده معمولاً 10-3-10-7 سانتی متر است بسته به ترکیب فاز پراکنده، آئروسل ها به دو گروه تقسیم می شوند. یکی شامل آئروسل های متشکل از ذرات جامد پراکنده در یک محیط گازی، دوم - آئروسل ها، که مخلوطی از فازهای گازی و مایع هستند. اولی را دود و دومی را میست می گویند. در فرآیند تشکیل آنها، مراکز تراکم نقش مهمی ایفا می کنند. خاکستر آتشفشانی، گرد و غبار کیهانی، محصولات انتشارات صنعتی، باکتری های مختلف و غیره به عنوان هسته های تراکم عمل می کنند.تعداد منابع احتمالی هسته های غلظت دائما در حال افزایش است. بنابراین، به عنوان مثال، هنگامی که چمن خشک در اثر آتش سوزی در مساحت 4000 متر مربع از بین می رود، به طور متوسط ​​11 * 10 22 هسته آئروسل تشکیل می شود.

ذرات آئروسل از لحظه ظهور و تأثیر سیاره ما شروع به شکل گیری کردند شرایط طبیعی... با این حال، کمیت و اعمال آنها، متعادل بودن با گردش عمومی مواد در طبیعت، باعث تغییرات اکولوژیکی عمیقی نشد. عوامل انسانیتشکیلات آنها این تعادل را به سمت بارهای بیوسفری قابل توجهی تغییر داد. این ویژگی به ویژه از زمانی که بشر شروع به استفاده از آئروسل های مخصوص ایجاد شده هم در قالب مواد سمی و هم برای محافظت از گیاهان کرد، برجسته شده است.

خطرناک ترین برای پوشش گیاهی آئروسل های دی اکسید گوگرد، هیدروژن فلوراید و نیتروژن هستند. هنگام تماس با سطح مرطوب ورق، اسیدهایی را تشکیل می دهند که تأثیر مخربی روی افراد زنده می گذارد. مه های اسیدی همراه با هوای استنشاقی وارد اندام های تنفسی حیوانات و انسان می شوند و غشاهای مخاطی را به شدت تحت تأثیر قرار می دهند. برخی از آنها بافت زنده را تجزیه می کنند و آئروسل های رادیواکتیو باعث سرطان می شوند. در میان ایزوتوپ های رادیواکتیو، Sr 90 نه تنها به دلیل سرطان زایی آن، بلکه به عنوان آنالوگ کلسیم نیز خطر ویژه ای دارد و در استخوان های موجودات جایگزین آن می شود و باعث تجزیه آنها می شود.

در طی انفجارهای هسته ای، ابرهای آئروسل رادیواکتیو در جو تشکیل می شوند. ذرات کوچک با شعاع 1-10 میکرون نه تنها در لایه های بالایی تروپوسفر، بلکه به لایه استراتوسفر نیز می افتند، که در آن می توانند مدت زمان طولانی... ابرهای آئروسل نیز در حین کار راکتورهای کارخانه های صنعتی تولید می شوند سوخت هسته ایو همچنین در نتیجه حوادث در نیروگاه های هسته ای.

مه دود مخلوطی از ذرات معلق در هوا با فازهای پراکنده مایع و جامد است که یک پرده مه آلود بر روی مناطق صنعتی و شهرهای بزرگ تشکیل می دهد.

سه نوع مه دود وجود دارد: یخ، مرطوب و خشک. دود یخ آلاسکا نامیده می شود. این ترکیبی از آلاینده های گازی با افزودن ذرات گرد و غبار و کریستال های یخ است که هنگام یخ زدن قطرات غبار و بخار ناشی از سیستم های گرمایشی ایجاد می شود.

مه دود مرطوب یا مه دود از نوع لندن، گاهی اوقات مه دود زمستانی نامیده می شود. این ترکیبی از آلاینده های گازی (عمدتا دی اکسید گوگرد)، ذرات غبار و قطرات غبار است. پیش نیاز هواشناسی برای ظهور مه دود زمستانی، هوای آرام است که در آن لایه ای از هوای گرم در بالای لایه سطحی هوای سرد (زیر 700 متر) قرار دارد. در عین حال، نه تنها تبادل افقی، بلکه عمودی نیز وجود ندارد. آلاینده ها که معمولاً در لایه های بالا پراکنده می شوند، در این مورد در لایه سطحی تجمع می یابند.

مه دود خشک در تابستان رخ می دهد و اغلب به عنوان مه دود از نوع لس آنجلس شناخته می شود. این ترکیبی از ازن، مونوکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن و بخارات اسیدی است. این مه دود در نتیجه تجزیه آلاینده ها توسط تابش خورشید به ویژه قسمت فرابنفش آن ایجاد می شود. پیش نیاز هواشناسی وارونگی اتمسفر است که در ظاهر لایه ای از هوای سرد بر روی هوای گرم بیان می شود. معمولاً گازها و ذرات جامد بلند شده توسط جریان هوای گرم سپس در لایه های سرد بالایی پراکنده می شوند، اما در این حالت در لایه وارونگی تجمع می یابند. در فرآیند فتولیز، دی اکسید نیتروژن تشکیل شده در طی احتراق سوخت در موتورهای اتومبیل تجزیه می شود:

NO 2 → NO + О

سپس ازن سنتز می شود:

O + O 2 + M → O 3 + M

NO + O → NO 2

فرآیندهای تفکیک نوری با درخشش زرد مایل به سبز همراه است.

علاوه بر این، واکنش هایی از نوع: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4 وجود دارد، یعنی اسید سولفوریک قوی تشکیل می شود.

با تغییر شرایط هواشناسی (باد یا رطوبت)، هوای سرد از بین می رود و مه از بین می رود.

وجود مواد سرطان زا در مه دود منجر به نارسایی تنفسی، تحریک غشاهای مخاطی، اختلالات گردش خون، خفگی آسم و اغلب مرگ می شود. دود مخصوصاً برای کودکان خردسال خطرناک است.

باران اسیدی، بارش جوی است که توسط انتشار صنعتی اکسیدهای گوگرد، نیتروژن و بخارات اسید پرکلریک و کلر محلول در آنها اسیدی می شود. در فرآیند سوزاندن زغال سنگ و گاز، بیشتر گوگرد موجود در آن، چه به صورت اکسید و چه در ترکیبات با آهن، به ویژه در پیریت، پیروتیت، کالکوپیریت و غیره، به اکسید گوگرد تبدیل می شود که همراه با دی اکسید کربن در جو منتشر می شود. هنگامی که نیتروژن اتمسفر و انتشارات صنعتی با اکسیژن ترکیب می شوند، اکسیدهای نیتروژن مختلفی تشکیل می شوند و مقدار اکسیدهای نیتروژن تشکیل شده به دمای احتراق بستگی دارد. بخش عمده ای از اکسیدهای نیتروژن در حین کار وسایل نقلیه و لوکوموتیوهای دیزلی رخ می دهد و بخش کوچکتری نیز توسط صنعت برق و شرکت های صنعتی به خود اختصاص می دهد. اکسیدهای گوگرد و نیتروژن تشکیل دهنده اصلی اسید هستند. هنگام واکنش با اکسیژن اتمسفر و بخار آب موجود در آن، اسیدهای سولفوریک و نیتریک تشکیل می شوند.

مشخص است که تعادل اسید قلیایی محیط با مقدار pH تعیین می شود. یک محیط خنثی دارای PH 7، یک محیط اسیدی 0 و یک محیط قلیایی 14 است. در دوران مدرن، آب باران دارای pH 5.6 است، اگرچه در گذشته نزدیک خنثی بود. یک کاهش در مقدار pH مربوط به افزایش ده برابری اسیدیته است و بنابراین، امروزه تقریباً در همه جا با افزایش اسیدیته باران می بارد. حداکثر اسیدیته باران های ثبت شده در اروپای غربی 4-3.5 pH بود. باید در نظر داشت که مقدار pH 4-4.5 برای اکثر ماهی ها کشنده است.

باران های اسیدی اثر تهاجمی بر پوشش گیاهی زمین، ساختمان های صنعتی و مسکونی دارد و به تسریع قابل توجه هوازدگی سنگ های در معرض دید کمک می کند. افزایش اسیدیته از خود تنظیمی خنثی سازی خاک ها که در آن مواد مغذی حل می شوند جلوگیری می کند. این به نوبه خود منجر به کاهش شدید عملکرد و تخریب پوشش گیاهی می شود. اسیدی بودن خاک باعث آزاد شدن مواد سنگین می شود که در حالت بسته هستند و به تدریج جذب گیاهان می شوند و باعث آسیب جدی به بافت و نفوذ آنها به زنجیره غذایی انسان می شود.

تغییر پتانسیل اسیدی قلیایی آبهای دریا به ویژه در آبهای کم عمق منجر به توقف تولیدمثل بسیاری از بی مهرگان، مرگ ماهی ها و بر هم خوردن تعادل اکولوژیکی در اقیانوس ها می شود.

در نتیجه باران های اسیدی، جنگل های اروپای غربی، کشورهای بالتیک، کارلیا، اورال، سیبری و کانادا در معرض خطر مرگ قرار دارند.

ترکیب زمین. هوا

هوا مخلوطی مکانیکی از گازهای مختلف است که جو زمین را تشکیل می دهند. هوا برای تنفس موجودات زنده ضروری است و به طور گسترده در صنعت استفاده می شود.

این واقعیت که هوا فقط یک مخلوط است و نه یک ماده همگن، در طی آزمایشات دانشمند اسکاتلندی جوزف بلک ثابت شد. در طی یکی از آنها، دانشمند کشف کرد که وقتی منیزیم سفید (کربنات منیزیم) گرم می شود، "هوای محدود" یعنی دی اکسید کربن آزاد می شود و منیزیم سوخته (اکسید منیزیم) تشکیل می شود. از سوی دیگر، هنگامی که سنگ آهک کلسینه می شود، "هوای محدود" حذف می شود. بر اساس این آزمایشات، دانشمند به این نتیجه رسید که تفاوت بین دی اکسید کربن و قلیاهای سوزاننده در این واقعیت نهفته است که اولی حاوی دی اکسید کربن است که یکی از قطعات جزءهوا امروزه می دانیم که علاوه بر دی اکسید کربن، ترکیب هوای زمین شامل:

نسبت گازهای موجود در اتمسفر زمین که در جدول نشان داده شده است برای لایه های زیرین آن تا ارتفاع 120 کیلومتری معمول است. در این مناطق یک ناحیه ترکیبی کاملاً مخلوط و همگن به نام هموسفر قرار دارد. در بالای هموسفر، هتروسفر قرار دارد که با تجزیه مولکول های گاز به اتم ها و یون ها مشخص می شود. نواحی با توربوپاوز از یکدیگر جدا می شوند.

واکنش شیمیایی که در آن مولکول ها تحت تأثیر تابش خورشید و کیهان به اتم تجزیه می شوند، تفکیک نوری نامیده می شود. هنگامی که اکسیژن مولکولی تجزیه می شود، اکسیژن اتمی تشکیل می شود که گاز اصلی جو در ارتفاعات بالای 200 کیلومتر است. در ارتفاعات از 1200 کیلومتر، هیدروژن و هلیوم که سبک ترین گازها هستند، شروع به غالب شدن می کنند.

از آنجایی که بخش عمده ای از هوا در 3 لایه اتمسفر پایین تر متمرکز شده است، تغییرات در ترکیب هوا در ارتفاعات بیش از 100 کیلومتر تأثیر قابل توجهی در ترکیب کلیجو

نیتروژن فراوان ترین گاز است که بیش از سه چهارم حجم هوای زمین را تشکیل می دهد. نیتروژن مدرن در طی اکسیداسیون اتمسفر آمونیاک-هیدروژن اولیه با اکسیژن مولکولی، که در فرآیند فتوسنتز تشکیل می شود، تشکیل شد. در حال حاضر، مقدار کمی از نیتروژن در نتیجه نیترات زدایی وارد اتمسفر می شود - فرآیند کاهش نیترات به نیتریت و به دنبال آن تشکیل اکسیدهای گازی و نیتروژن مولکولی که توسط پروکاریوت های بی هوازی تولید می شود. بخشی از نیتروژن در جریان فوران های آتشفشانی در جو آزاد می شود.

در جو فوقانی، هنگامی که در معرض تخلیه الکتریکی با مشارکت ازن قرار می گیرد، نیتروژن مولکولی به مونوکسید نیتروژن اکسید می شود:

N 2 + O 2 → 2NO

در شرایط عادی، مونوکسید بلافاصله با اکسیژن واکنش می دهد و اکسید نیتروژن ایجاد می کند:

2NO + O 2 → 2N 2 O

نیتروژن مهمترین عنصر شیمیایی جو زمین است. نیتروژن بخشی از پروتئین است، تغذیه معدنی برای گیاهان فراهم می کند. سرعت واکنش های بیوشیمیایی را تعیین می کند، نقش یک رقیق کننده اکسیژن را بازی می کند.

دومین گاز رایج در جو زمین، اکسیژن است. تشکیل این گاز با فعالیت فتوسنتزی گیاهان و باکتری ها همراه است. و هر چه موجودات فتوسنتزی متنوع تر و متعددتر می شدند، روند محتوای اکسیژن در اتمسفر قابل توجه تر می شد. در جریان گاز زدایی گوشته، مقدار کمی اکسیژن سنگین آزاد می شود.

در لایه های بالایی تروپوسفر و استراتوسفر، ازن تحت تأثیر تابش اشعه ماوراء بنفش خورشید تشکیل می شود (ما آن را به عنوان hν نشان می دهیم):

O 2 + hν → 2O

در نتیجه عمل همان اشعه ماوراء بنفش، ازن تجزیه می شود:

О 3 + hν → О 2 + О

О 3 + O → 2О 2

در نتیجه اولین واکنش، اکسیژن اتمی و در نتیجه دوم، اکسیژن مولکولی تشکیل می شود. هر 4 واکنش به نام دانشمند بریتانیایی سیدنی چپمن که در سال 1930 آنها را کشف کرد، "مکانیسم چپمن" نامیده می شوند.

از اکسیژن برای تنفس موجودات زنده استفاده می شود. با کمک آن، فرآیندهای اکسیداسیون و احتراق انجام می شود.

ازن برای محافظت از موجودات زنده در برابر اشعه ماوراء بنفش، که باعث جهش های برگشت ناپذیر می شود، عمل می کند. بالاترین غلظت ازن در استراتوسفر پایین در داخل به اصطلاح مشاهده شده است. لایه ازن یا صفحه ازن که در ارتفاع 22-25 کیلومتری قرار دارد. محتوای ازن کم است: در فشار معمولی، تمام ازن در جو زمین لایه ای به ضخامت 2.91 میلی متر را اشغال می کند.

تشکیل سومین گاز رایج در جو، آرگون، و همچنین نئون، هلیوم، کریپتون و زنون، با فوران های آتشفشانی و فروپاشی عناصر رادیواکتیو همراه است.

به طور خاص، هلیم محصولی از تجزیه رادیواکتیو اورانیوم، توریم و رادیوم است: 238 U → 234 Th + α، 230 Th → 226 Ra + 4 He، 226 Ra → 222 Rn + α (در این واکنش ها، α- ذره هسته هلیوم است که در فرآیند از دست دادن انرژی الکترون ها را می گیرد و به 4 He می شود.

آرگون در طی تجزیه ایزوتوپ رادیواکتیو پتاسیم تشکیل می شود: 40 K → 40 Ar + γ.

نئون از سنگ های آذرین فرار می کند.

کریپتون به عنوان محصول فروپاشی نهایی اورانیوم (235 U و 238 U) و توریم Th تشکیل می شود.

بخش عمده ای از کریپتون اتمسفر در مراحل اولیه تکامل زمین در نتیجه فروپاشی شکل گرفته است. عناصر فرااورانیبا نیمه عمر فوق العاده کوتاه یا از فضا آمده است که محتوای کریپتون آن ده میلیون برابر بیشتر از زمین است.

زنون نتیجه شکافت اورانیوم است، اما بخش عمده ای از این گاز از مراحل اولیه شکل گیری زمین، از جو اولیه باقی مانده است.

دی اکسید کربن در نتیجه فوران های آتشفشانی و در فرآیند تجزیه مواد آلی وارد جو می شود. محتوای آن در اتمسفر عرض های جغرافیایی میانی زمین بسته به فصول بسیار متفاوت است: در زمستان میزان CO 2 افزایش می یابد و در تابستان کاهش می یابد. این نوسان با فعالیت گیاهانی همراه است که از دی اکسید کربن در فرآیند فتوسنتز استفاده می کنند.

هیدروژن از تجزیه آب توسط تشعشعات خورشیدی به وجود می آید. اما از آنجایی که سبک ترین گازی است که جو را تشکیل می دهد، دائماً به فضای بیرونی تبخیر می شود و بنابراین محتوای آن در جو بسیار ناچیز است.

بخار آب حاصل تبخیر آب از سطح دریاچه ها، رودخانه ها، دریاها و خشکی هاست.

غلظت گازهای اصلی در پایین جو، به استثنای بخار آب و دی اکسید کربن، ثابت است. در مقادیر کم، اتمسفر حاوی اکسید گوگرد SO 2، آمونیاک NH 3، مونوکسید کربن CO، ازن O 3، هیدروژن کلرید HCl، هیدروژن فلوراید HF، مونوکسید نیتروژن NO، هیدروکربن ها، بخار جیوه جیوه، ید I2 و بسیاری دیگر است. در لایه زیرین اتمسفر تروپوسفر، همیشه مقدار زیادی ذرات جامد و مایع معلق وجود دارد.

منابع ذرات معلق در جو زمین فوران های آتشفشانی، گرده گیاهان، میکروارگانیسم ها و اخیراً فعالیت های انسانی، به عنوان مثال، احتراق سوخت های فسیلی در حین تولید است. ریزترین ذرات غبار که هسته های تراکم هستند باعث ایجاد مه و ابر می شوند. بدون ذرات جامد که دائماً در جو وجود دارند، بارندگی روی زمین نمی‌بارید.

ساختار و ترکیب جو زمین، باید گفت، همیشه مقادیر ثابتی در یک زمان یا زمان دیگر در توسعه سیاره ما نبود. امروزه ساختار عمودی این عنصر، که دارای "ضخامت" کل 1.5-2.0 هزار کیلومتر است، توسط چندین لایه اصلی نشان داده شده است، از جمله:

1. تروپوسفر.
2. تروپوپوز.
3. استراتوسفر.
4. استراتوپوز.
5. مزوسفر و مزوپوز.
6. ترموسفر.
7. اگزوسفر.

عناصر اساسی جو

تروپوسفر لایه ای است که در آن عمودی قوی و حرکات افقی، اینجاست که آب و هوا، پدیده های رسوبی، شرایط اقلیمی شکل می گیرد. تقریباً در همه جا 7-8 کیلومتر از سطح سیاره گسترش می یابد، به استثنای مناطق قطبی (در آنجا - تا 15 کیلومتر). در تروپوسفر، با هر کیلومتر ارتفاع، دما به تدریج کاهش می یابد، تقریباً 6.4 درجه سانتیگراد. این رقم ممکن است برای عرض جغرافیایی و فصول مختلف متفاوت باشد.

ترکیب جو زمین در این قسمت با عناصر زیر و درصد آنها نشان داده می شود:

نیتروژن - حدود 78 درصد؛

اکسیژن - تقریبا 21 درصد؛

آرگون - حدود یک درصد؛

دی اکسید کربن - کمتر از 0.05٪.

یک قطار تا ارتفاع 90 کیلومتری

علاوه بر این، در اینجا می توانید گرد و غبار، قطرات آب، بخار آب، محصولات احتراق، کریستال های یخ، نمک های دریایی، بسیاری از ذرات آئروسل و غیره را پیدا کنید. ترکیب شیمیایی، نه تنها در تروپوسفر، بلکه در لایه های پوشاننده. اما جو آنجا اساسا متفاوت است. مشخصات فیزیکی... لایه ای که ترکیب شیمیایی مشترکی دارد، هموسفر نامیده می شود.

چه عناصر دیگری بخشی از جو زمین هستند؟ به عنوان درصد (بر حسب حجم، در هوای خشک)، گازهایی مانند کریپتون (حدود 1.14 x 10-4)، زنون (8.7 x 10-7)، هیدروژن (5.0 x 10-5)، متان (حدود 1.7 x 10 - 4)، اکسید نیتروژن (5.0 x 10 -5) و غیره. از نظر درصد وزنی اجزای ذکر شده، بیشتر اجزای ذکر شده را اکسید نیتروژن و هیدروژن تشکیل می دهند و پس از آن هلیم، کریپتون و غیره قرار دارند.

خواص فیزیکی لایه های مختلف جوی

خواص فیزیکی تروپوسفر ارتباط نزدیکی با چسبیدن آن به سطح سیاره دارد. از اینجا، گرمای خورشیدی منعکس شده به شکل پرتوهای مادون قرمز به سمت بالا هدایت می‌شود، از جمله فرآیندهای هدایت گرما و همرفت. به همین دلیل است که دما با فاصله از سطح زمین کاهش می یابد. این پدیده تا ارتفاع استراتوسفر (11-17 کیلومتر) مشاهده می شود، سپس دما تا 34-35 کیلومتر عملاً بدون تغییر می شود و سپس دما دوباره تا ارتفاع 50 کیلومتری (مرز بالایی استراتوسفر) افزایش می یابد. . بین استراتوسفر و تروپوسفر یک لایه میانی نازک از تروپوپوز وجود دارد (تا 1-2 کیلومتر)، که در آن دمای ثابت بالای استوا مشاهده می شود - حدود منفی 70 درجه سانتیگراد و پایین تر. در بالای قطب ها، تروپوپوز در تابستان تا منفی 45 درجه سانتیگراد "گرم می شود"، در زمستان دمای اینجا در حدود -65 درجه سانتیگراد در نوسان است.

ترکیب گاز جو زمین شامل عنصر مهمی مانند ازن است. این گاز در نزدیکی سطح نسبتاً کوچک است (ده تا منهای ششم درصد)، زیرا گاز تحت تأثیر نور خورشید از اکسیژن اتمی در قسمت‌های بالایی جو تشکیل می‌شود. به طور خاص، بیشتر ازن در ارتفاع حدود 25 کیلومتری قرار دارد، و کل "صفحه ازن" در مناطقی از 7-8 کیلومتر در ناحیه قطب، از 18 کیلومتر در استوا و در مجموع تا پنجاه کیلومتر قرار دارد. بالای سطح سیاره

جو از تابش خورشید محافظت می کند

ترکیب هوای جو زمین بسیار نقش دارد نقش مهمدر حفظ حیات، زیرا عناصر و ترکیبات شیمیایی منفرد با موفقیت دسترسی تابش خورشیدی به سطح زمین و افراد، حیوانات و گیاهان روی آن را محدود می‌کنند. به عنوان مثال، مولکول های بخار آب تقریباً تمام محدوده های مادون قرمز را به طور موثر جذب می کنند، به استثنای طول های بین 8 تا 13 میکرون. ازن نور ماوراء بنفش را تا طول موج 3100 آمپر جذب می کند. بدون لایه نازک آن (اگر در سطح سیاره قرار گیرد به طور متوسط ​​فقط 3 میلی متر خواهد بود)، فقط آب های با عمق بیش از 10 متر و غارهای زیرزمینی که خورشیدی هستند. تشعشع به دست نمی رسد می تواند ساکن شود ...

صفر درجه سانتیگراد در استراتوپوز

بین دو سطح بعدی جو، استراتوسفر و مزوسفر، یک لایه قابل توجه وجود دارد - استراتوپوز. تقریباً با ارتفاع حداکثر ازن مطابقت دارد و دمای نسبتاً راحت برای انسان وجود دارد - حدود 0 درجه سانتیگراد. در بالای استراتوپوز، در مزوسفر (از ارتفاع 50 کیلومتری شروع می شود و در ارتفاع 80-90 کیلومتری به پایان می رسد)، با افزایش فاصله از سطح زمین مجدداً کاهش دما مشاهده می شود (تا منفی 70-80). درجه سانتیگراد). در مزوسفر، شهاب ها معمولاً به طور کامل می سوزند.

در ترموسفر - به علاوه 2000 K!

ترکیب شیمیایی اتمسفر زمین در ترموسفر (از ارتفاعات حدود 85-90 تا 800 کیلومتری بعد از مزوپوز شروع می شود) امکان چنین پدیده ای مانند گرم شدن تدریجی لایه های "هوا" بسیار کمیاب تحت تأثیر خورشید را تعیین می کند. تابش - تشعشع. در این قسمت از "پرده هوا" سیاره با دمای 200 تا 2000 کلوین مواجه می شود که در ارتباط با یونیزاسیون اکسیژن (اکسیژن اتمی بالای 300 کیلومتر قرار دارد) و همچنین ترکیب مجدد اتم های اکسیژن به دست می آید. به مولکول ها، همراه با آزاد شدن مقدار زیادی گرما. ترموسفر خاستگاه شفق های قطبی است.

در بالای ترموسفر اگزوسفر قرار دارد - لایه بیرونی جو که از آن نور و اتم های هیدروژن به سرعت در حال حرکت می توانند به فضا فرار کنند. ترکیب شیمیایی جو زمین در اینجا بیشتر با اتم‌های اکسیژن منفرد در لایه‌های پایین، اتم‌های هلیوم در لایه‌های میانی و تقریباً منحصراً توسط اتم‌های هیدروژن در لایه‌های بالایی نشان داده می‌شود. دمای بالا در اینجا غالب است - حدود 3000 کلوین و فشار جوی وجود ندارد.

جو زمین چگونه شکل گرفت؟

اما همانطور که در بالا ذکر شد، این سیاره همیشه چنین ترکیبی از جو را نداشت. در مجموع، سه مفهوم از منشأ این عنصر وجود دارد. فرضیه اول فرض می کند که اتمسفر در فرآیند تجمع از یک ابر پیش سیاره ای گرفته شده است. با این حال، امروزه این نظریه در معرض انتقاد قابل توجهی قرار دارد، زیرا چنین جو اولیه ای باید توسط "باد" خورشیدی خورشید در منظومه سیاره ای ما نابود می شد. علاوه بر این، فرض بر این است که عناصر فرار به دلیل دمای بیش از حد بالا نمی توانند در منطقه تشکیل سیارات زمینی باقی بمانند.

ترکیب اتمسفر اولیه زمین، همانطور که فرضیه دوم نشان می دهد، می تواند به دلیل بمباران فعال سطح توسط سیارک ها و دنباله دارهایی که از مجاورت رسیده اند تشکیل شده باشد. منظومه شمسیدر مراحل اولیه توسعه تأیید یا رد این مفهوم به اندازه کافی دشوار است.

در IDG RAS آزمایش کنید

محتمل ترین فرضیه سوم است که معتقد است جو در نتیجه انتشار گازهایی از گوشته پوسته زمین در حدود 4 میلیارد سال پیش ظاهر شده است. این مفهوم در IDG RAS طی آزمایشی به نام Tsarev 2 تأیید شد، زمانی که نمونه‌ای از مواد شهاب‌سنگ در خلاء گرم شد. سپس انتشار گازهایی مانند H 2، CH 4، CO، H 2 O، N 2 و غیره ثبت شد، بنابراین دانشمندان به درستی فرض کردند که ترکیب شیمیایی جو اولیه زمین شامل آب و دی اکسید کربن است. بخار فلورید هیدروژن (HF)، گاز مونوکسید کربن (CO)، سولفید هیدروژن (H2S)، ترکیبات نیتروژن، هیدروژن، متان (CH4)، بخارات آمونیاک (NH3)، آرگون و غیره. بخار آب از جو اولیه در تشکیل هیدروسفر شرکت کرد، دی اکسید کربن در مواد آلی و سنگ ها بیشتر در حالت محدود بود، نیتروژن به ترکیب هوای مدرن و همچنین دوباره به سنگ های رسوبی و مواد آلی منتقل شد.

ترکیب جو اولیه زمین به افراد مدرن اجازه نمی دهد بدون دستگاه تنفس در آن باشند، زیرا در آن زمان اکسیژن به مقدار لازم وجود نداشت. این عنصر در حجم قابل توجهی یک و نیم میلیارد سال پیش ظاهر شد، اعتقاد بر این است که در ارتباط با توسعه فرآیند فتوسنتز در جلبک های سبز آبی و سایر جلبک ها، که قدیمی ترین ساکنان سیاره ما هستند.

حداقل اکسیژن

این واقعیت که ترکیب اتمسفر زمین در ابتدا تقریباً بدون اکسیژن بود با این واقعیت نشان می‌دهد که گرافیت (کربن) به آسانی اکسید شده، اما اکسید نشده در قدیمی‌ترین سنگ‌ها (کاتارچ) یافت می‌شود. پس از آن، به اصطلاح باند سنگ معدن آهن، که شامل لایه هایی از اکسیدهای آهن غنی شده بود که به معنای ظهور منبع قدرتمند اکسیژن در شکل مولکولی در سیاره زمین است. اما این عناصر فقط به صورت دوره‌ای با یکدیگر برخورد می‌کردند (شاید همان جلبک‌ها یا سایر تولیدکنندگان اکسیژن به صورت جزایر کوچک در بیابان بی‌اکسیژن ظاهر می‌شدند)، در حالی که بقیه جهان بی‌هوازی بود. مورد دوم با این واقعیت پشتیبانی می شود که پیریت به راحتی قابل اکسیداسیون به شکل سنگریزه هایی که توسط جریان پردازش شده اند بدون اثری از واکنش های شیمیایی یافت می شود. از آنجایی که آب های جاری را نمی توان به خوبی هوادهی کرد، استدلال شده است که جو قبل از کامبرین حاوی کمتر از یک درصد اکسیژن از ترکیب امروزی بود.

تغییر انقلابی در ترکیب هوا

تقریباً در اواسط دوره پروتروزوئیک (1.8 میلیارد سال پیش)، یک "انقلاب اکسیژن" رخ داد، زمانی که جهان به تنفس هوازی روی آورد، که طی آن می توان یک مولکول مغذی (گلوکز) را از 38 به دست آورد و نه دو مولکول (مانند با تنفس بی هوازی) واحد انرژی. ترکیب جو زمین، از نظر اکسیژن، شروع به تجاوز از یک درصد فعلی کرد، یک لایه ازون ظاهر شد و از موجودات در برابر تشعشعات محافظت می کرد. از او بود که حیوانات باستانی مانند تریلوبیت ها در زیر پوسته های ضخیم پنهان شدند. از آن زمان و تا زمان ما، محتوای عنصر اصلی "تنفسی" به تدریج و به آرامی افزایش یافته است و انواع مختلفی از اشکال حیات را در این سیاره ایجاد می کند.

هوای اتمسفر از نیتروژن (77.99%)، اکسیژن (21%)، گازهای بی اثر (1%) و دی اکسید کربن (0.01%) تشکیل شده است. نسبت دی اکسید کربن در طول زمان به دلیل انتشار محصولات احتراق سوخت در اتمسفر افزایش می یابد و علاوه بر این، مساحت جنگل هایی که دی اکسید کربن را جذب کرده و اکسیژن منتشر می کنند کاهش می یابد.

جو همچنین حاوی مقدار کمی ازن است که در ارتفاع حدود 25-30 کیلومتری متمرکز شده و به اصطلاح لایه ازن را تشکیل می دهد. این لایه مانعی در برابر تشعشعات فرابنفش خورشیدی ایجاد می کند که برای موجودات زنده روی زمین خطرناک است.

علاوه بر این، جو حاوی بخار آب و ناخالصی های مختلف - ذرات گرد و غبار، خاکستر آتشفشانی، دوده و غیره است. غلظت ناخالصی ها در سطح زمین و در مناطق خاصی بیشتر است: در شهرهای بزرگ، بیابان ها.

تروپوسفر- پایین، شامل بیشتر هوا و. ارتفاع این لایه یکسان نیست: از 8-10 کیلومتر در مناطق استوایی تا 16-18 کیلومتر در استوا. در تروپوسفر، با افزایش کاهش می یابد: 6 درجه سانتیگراد برای هر کیلومتر. شکل های آب و هوایی در تروپوسفر، بادها، بارش ها، ابرها، طوفان ها و پادسیکلون ها تشکیل می شوند.

لایه بعدی جو است استراتوسفر... هوا در آن بسیار کمیاب تر است، بخار آب بسیار کمتری در آن وجود دارد. درجه حرارت در قسمت پایینی استراتوسفر 60- -80 درجه سانتیگراد است و با افزایش ارتفاع کاهش می یابد. در استراتوسفر است که لایه اوزون قرار دارد. استراتوسفر با سرعت باد زیاد (تا 80-100 متر در ثانیه) مشخص می شود.

مزوسفر- لایه میانی جو، در بالای استراتوسفر در ارتفاعات 50 تا S0-S5 کیلومتر قرار دارد. مزوسفر با کاهش متوسط ​​درجه حرارت با ارتفاع 0 درجه سانتیگراد در مرز پایین تا -90 درجه سانتیگراد در مرز بالایی مشخص می شود. نزدیک مرز بالایی مزوسفر مشاهده می شود ابرهای شب تابدر شب توسط خورشید روشن می شود. فشار هوا در مرز بالایی مزوسفر 200 برابر کمتر از سطح زمین است.

ترموسفر- در بالای مزوسفر، در ارتفاعات از SO تا 400-500 کیلومتر قرار دارد، در آن درجه حرارت ابتدا به آرامی، و سپس به سرعت شروع به افزایش دوباره می کند. دلیل آن جذب پرتوهای فرابنفش خورشید در ارتفاعات 150-300 کیلومتری است. در ترموسفر، دما به طور مداوم تا ارتفاع حدود 400 کیلومتر افزایش می یابد، جایی که به 700 - 1500 درجه سانتیگراد می رسد (بسته به فعالیت خورشیدی). تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش و اشعه ایکس و تشعشعات کیهانی، یونیزاسیون هوا ("نورهای قطبی") نیز رخ می دهد. نواحی اصلی یونوسفر در درون ترموسفر قرار دارند.

اگزوسفر- بیرونی، نادرترین لایه جو، از ارتفاع 450000 کیلومتری شروع می شود و مرز بالایی آن در فاصله چند هزار کیلومتری از سطح زمین قرار دارد، جایی که غلظت ذرات به اندازه فضای بین سیاره ای می شود. . اگزوسفر از گاز یونیزه شده (پلاسما) تشکیل شده است. قسمت های پایین و میانی اگزوسفر عمدتاً از اکسیژن و نیتروژن تشکیل شده است. با افزایش ارتفاع، غلظت نسبی گازهای سبک، به ویژه هیدروژن یونیزه شده، به سرعت رشد می کند. درجه حرارت در اگزوسفر 1300-3000 درجه سانتیگراد. با قد ضعیف رشد می کند. در اگزوسفر، کمربندهای تشعشعی زمین عمدتاً قرار دارند.

نقش و اهمیت گازهای اصلی هوای اتمسفر

ترکیب و ساختار جو.

جو پوسته گازی زمین است. وسعت عمودی جو بیش از سه شعاع زمین است (شعاع متوسط ​​6371 کیلومتر) و جرم آن 15×10×5.157 تن است که حدود یک میلیونم جرم زمین است.

تقسیم جو به لایه ها در جهت عمودی بر اساس موارد زیر است:

ترکیب هوای اتمسفر،

فرآیندهای فیزیکوشیمیایی؛

توزیع دما در ارتفاع؛

تعامل جو با سطح زیرین.

جو سیاره ما مخلوطی مکانیکی از گازهای مختلف از جمله بخار آب و همچنین مقدار معینی از ذرات معلق در هوا است. ترکیب هوای خشک در 100 کیلومتر پایین عملا ثابت می ماند. هوای تمیز و خشک که عاری از بخار آب، گرد و غبار و سایر ناخالصی ها است، مخلوطی از گازها، عمدتاً نیتروژن (78 درصد حجم هوا) و اکسیژن (21 درصد) است. اندکی کمتر از یک درصد آرگون است و در مقادیر بسیار کم بسیاری از گازهای دیگر وجود دارد - زنون، کریپتون، دی اکسید کربن، هیدروژن، هلیوم و غیره (جدول 1.1).

نیتروژن، اکسیژن و سایر اجزای هوای اتمسفر همیشه در حالت گازی در اتمسفر هستند، زیرا دماهای بحرانی، یعنی دمایی که در آن می توانند در حالت مایع باشند، بسیار کمتر از دمای مشاهده شده در سطح زمین است. . استثنا دی اکسید کربن است. اما برای انتقال به حالت مایع، علاوه بر دما، رسیدن به حالت اشباع نیز ضروری است. دی اکسید کربن کمی در جو وجود دارد (0.03٪) و به شکل مولکول های منفرد است که به طور مساوی بین مولکول های دیگر گازهای جوی توزیع شده است. در طول 60-70 سال گذشته، محتوای آن تحت تأثیر فعالیت های انسانی 10-12٪ افزایش یافته است.

بیش از دیگران، محتوای بخار آب در معرض تغییر است که غلظت آن در سطح زمین در دمای بالا می تواند به 4٪ برسد. با افزایش ارتفاع و کاهش دما، محتوای بخار آب به شدت کاهش می یابد (در ارتفاع 1.5-2.0 کیلومتر - به نصف و 10-15 برابر از استوا تا قطب).

توده ناخالصی های جامد در جو نیمکره شمالی در طول 70 سال گذشته حدود 1.5 برابر افزایش یافته است.

ثبات ترکیب گاز هوا با اختلاط شدید لایه هوای پایین تضمین می شود.

ترکیب گاز لایه های زیرین هوای خشک (بدون بخار آب)

نقش و اهمیت گازهای اصلی هوای اتمسفر

اکسیژن (O)برای تقریباً همه ساکنان این سیاره حیاتی است. یک گاز فعال است. در واکنش های شیمیایی با سایر گازهای موجود در جو شرکت می کند. اکسیژن به طور فعال انرژی تابشی را جذب می کند، به خصوص طول موج های بسیار کوتاه کمتر از 2.4 میکرون. تحت تأثیر تابش فرابنفش خورشیدی (ایکس< 03 میکرومتر)، مولکول اکسیژن به اتم ها تجزیه می شود. اکسیژن اتمی، با ترکیب شدن با یک مولکول اکسیژن، یک ماده جدید - اکسیژن سه اتمی یا ازن(اُز). ازن عمدتاً در ارتفاعات یافت می شود. آنجا خودنقش برای سیاره بسیار سودمند است. در سطح زمین، ازن در هنگام تخلیه رعد و برق تشکیل می شود.

بر خلاف سایر گازهای موجود در جو که بی مزه و بی بو هستند، ازن دارای بوی مشخصی است. ترجمه شده از یونانی، کلمه "ازون" به معنای "بوی تند" است. پس از رعد و برق، این بوی مطبوع است، به عنوان بوی طراوت درک می شود. در مقادیر زیاد، ازن یک ماده سمی است. در شهرهایی که تعداد زیادی اتومبیل و در نتیجه انتشار گازهای اتومبیل زیاد است، ازن در هوای بدون ابر یا کمی ابری تحت تأثیر نور خورشید تشکیل می شود. شهر در ابری زرد مایل به آبی پوشانده شده است، دید بدتر می شود. این دود فتوشیمیایی است.

نیتروژن (N2) یک گاز خنثی است، با گازهای دیگر در جو واکنش نمی دهد، در جذب انرژی تابشی شرکت نمی کند.

تا ارتفاع 500 کیلومتری، جو عمدتاً از اکسیژن و نیتروژن تشکیل شده است. علاوه بر این، اگر نیتروژن در پایین جو غالب باشد، در ارتفاعات بالا اکسیژن بیشتری نسبت به نیتروژن وجود دارد.

ARGON (Ar) یک گاز خنثی است، وارد واکنش نمی شود، در جذب و انتشار انرژی تابشی شرکت نمی کند. به همین ترتیب - زنون، کریپتون و بسیاری از گازهای دیگر. آرگون یک ماده سنگین است که در لایه های مرتفع جو بسیار کمیاب است.

گاز کربن (CO2) در جو به طور متوسط ​​0.03٪. این گاز برای گیاهان بسیار ضروری است و به طور فعال توسط آنها جذب می شود. مقدار واقعی موجود در هوا ممکن است کمی متفاوت باشد. در مناطق صنعتی میزان آن می تواند تا 0.05 درصد افزایش یابد. V حومه شهر، بالای جنگل ها، مزارع کمتری دارد. بیش از قطب جنوب، حدود 0.02٪ دی اکسید کربن، یعنی تقریبا اوزکمتر از مقدار متوسط ​​در جو همان مقدار و حتی کمتر از آن در دریا - 0.01 - 0.02٪، زیرا دی اکسید کربن به شدت توسط آب جذب می شود.

در لایه ای از هوا که مستقیماً با سطح زمین مجاورت دارد، میزان دی اکسید کربن نیز روزانه نوساناتی را تجربه می کند.

در شب بیشتر است، در روز کمتر. این با این واقعیت توضیح داده می شود که در روز دی اکسید کربن توسط گیاهان جذب می شود، اما نه در شب. گیاهان این سیاره در طول سال حدود 550 میلیارد تن از جو می گیرند و حدود 400 میلیارد تن اکسیژن به آن باز می گردند.

دی اکسید کربن در برابر پرتوهای موج کوتاه خورشیدی کاملاً شفاف است، اما تابش مادون قرمز حرارتی زمین را به شدت جذب می کند. مشکل اثر گلخانه‌ای که به طور دوره‌ای در مطبوعات علمی و عمدتاً در رسانه‌های جمعی درباره آن شعله‌ور می‌شود، مرتبط با این موضوع است.

هلیوم (نه) گاز بسیار سبکی است. در نتیجه تجزیه رادیواکتیو توریم و اورانیوم از پوسته زمین وارد جو می شود. هلیوم به فضای بیرونی می گریزد. سرعت کاهش هلیوم مطابق با سرعت ورود آن از روده های زمین است. از ارتفاع 600 کیلومتری تا 16000 کیلومتری، جو ما عمدتاً از هلیوم تشکیل شده است. این "تاج هلیوم زمین" به قول ورنادسکی است. هلیم با دیگر گازهای موجود در جو واکنش نمی دهد، در تبادل حرارت تابشی شرکت نمی کند.

هیدروژن (Ng) یک گاز حتی سبک تر است. مقدار بسیار کمی از آن در نزدیکی سطح زمین وجود دارد. به جو بالا می رود. در ترموسفر و اگزوسفر، هیدروژن اتمی جزء غالب می شود. هیدروژن بالاترین و دورترین پوسته سیاره ما است. در بالای 16000 کیلومتر تا مرز بالایی جو یعنی تا ارتفاعات 30-40 هزار کیلومتری هیدروژن غالب است. بنابراین، ترکیب شیمیایی جو ما با ارتفاع به ترکیب شیمیایی کیهان نزدیک می شود که در آن هیدروژن و هلیم فراوان ترین عناصر هستند. در بیرونی‌ترین بخش بسیار کمیاب جو فوقانی، هیدروژن و هلیوم از جو خارج می‌شوند. اتم های منفرد آنها برای این کار سرعت کافی بالایی دارند.