الغلاف الجوي والإنسان والحياة على الأرض. الغلاف الجوي للأرض وجود الغلاف الجوي

الغلاف الجوي هو ما يجعل الحياة ممكنة على الأرض. نتلقى المعلومات والحقائق الأولى حول الغلاف الجوي في المدرسة الابتدائية. في المدرسة الثانوية، أصبحنا أكثر دراية بهذا المفهوم في دروس الجغرافيا.

مفهوم الغلاف الجوي للأرض

ليس فقط الأرض، ولكن أيضًا الأجرام السماوية الأخرى لها غلاف جوي. وهذا هو الاسم الذي يطلق على الغلاف الغازي المحيط بالكواكب. يختلف تكوين هذه الطبقة الغازية بشكل كبير بين الكواكب المختلفة. دعونا نلقي نظرة على المعلومات والحقائق الأساسية حول ما يسمى الهواء.

وأهم مكوناته هو الأكسجين. يظن البعض خطأً أن الغلاف الجوي للأرض يتكون بالكامل من الأكسجين، لكن في الحقيقة الهواء عبارة عن خليط من الغازات. يحتوي على 78% نيتروجين و 21% أكسجين. أما نسبة الواحد في المائة المتبقية فتشمل الأوزون والأرجون وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء. على الرغم من أن نسبة هذه الغازات صغيرة، إلا أنها تؤدي وظيفة مهمة - فهي تمتص جزءًا كبيرًا من الطاقة الإشعاعية الشمسية، وبالتالي تمنع النجم من تحويل كل أشكال الحياة على كوكبنا إلى رماد. خصائص الغلاف الجوي تتغير تبعا للارتفاع. على سبيل المثال، على ارتفاع 65 كم، يكون النيتروجين 86% والأكسجين 19%.

تكوين الغلاف الجوي للأرض

• ثاني أكسيد الكربونضروري لتغذية النبات. ويظهر في الجو نتيجة عملية تنفس الكائنات الحية وتعفنها واحتراقها. وغيابه في الغلاف الجوي يجعل وجود أي نباتات أمرا مستحيلا.
• الأكسجين- عنصر حيوي في الغلاف الجوي للإنسان. فوجودها شرط لوجود جميع الكائنات الحية. يشكل حوالي 20٪ من إجمالي حجم الغازات الجوية.
• الأوزونيعتبر ماصاً طبيعياً للأشعة فوق البنفسجية الشمسية التي لها تأثير ضار على الكائنات الحية. ويشكل معظمها طبقة منفصلة من الغلاف الجوي - شاشة الأوزون. في الآونة الأخيرة، أدى النشاط البشري إلى حقيقة أنه بدأ في الانهيار تدريجيا، ولكن نظرا لأنه ذو أهمية كبيرة، يتم تنفيذ العمل النشط للحفاظ عليه واستعادته.
• بخار الماءيحدد رطوبة الهواء. قد يختلف محتواه اعتمادًا على عوامل مختلفة: درجة حرارة الهواء والموقع الإقليمي والموسم. في درجات الحرارة المنخفضة يكون بخار الماء في الهواء قليلًا جدًا، ربما أقل من واحد بالمائة، وفي درجات الحرارة المرتفعة تصل كميته إلى 4٪.
• وبالإضافة إلى كل ما سبق فإن تركيبة الغلاف الجوي للأرض تحتوي دائماً على نسبة معينة الشوائب الصلبة والسائلة. هذه هي السخام والرماد وملح البحر والغبار وقطرات الماء والكائنات الحية الدقيقة. يمكنهم الوصول إلى الهواء بشكل طبيعي ومن صنع الإنسان.

طبقات الغلاف الجوي

تختلف درجة حرارة الهواء وكثافته وجودته عند الارتفاعات المختلفة. ولهذا السبب، من المعتاد التمييز بين طبقات الغلاف الجوي المختلفة. كل واحد منهم لديه خصائصه الخاصة. دعونا نتعرف على طبقات الغلاف الجوي المميزة:

• التروبوسفير - هذه الطبقة من الغلاف الجوي هي الأقرب إلى سطح الأرض. يبلغ ارتفاعها 8-10 كم فوق القطبين و16-18 كم في المناطق الاستوائية. يقع هنا 90٪ من بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي، لذلك يحدث تكوين السحب النشط. تُلاحظ أيضًا في هذه الطبقة عمليات مثل حركة الهواء (الرياح) والاضطراب والحمل الحراري. تتراوح درجات الحرارة من +45 درجة في منتصف النهار في الموسم الدافئ في المناطق الاستوائية إلى -65 درجة في القطبين.
• الستراتوسفير هي ثاني أبعد طبقة من الغلاف الجوي. تقع على ارتفاع 11 إلى 50 كم. تبلغ درجة الحرارة في الطبقة السفلى من الستراتوسفير حوالي -55 درجة مئوية، وعند الابتعاد عن الأرض ترتفع إلى +1 درجة مئوية. وتسمى هذه المنطقة بالانعكاس وهي حدود الستراتوسفير والميزوسفير.
• يقع الميزوسفير على ارتفاع يتراوح بين 50 إلى 90 كم. تبلغ درجة الحرارة عند حدودها السفلية حوالي 0، وفي الأعلى تصل إلى -80...-90 درجة مئوية. النيازك التي تدخل الغلاف الجوي للأرض تحترق تمامًا في طبقة الميزوسفير، مما يتسبب في حدوث وهج هوائي هنا.
• يبلغ سمك الغلاف الحراري حوالي 700 كيلومتر. تظهر الأضواء الشمالية في هذه الطبقة من الغلاف الجوي. تظهر بسبب تأثير الإشعاع الكوني والإشعاع المنبعث من الشمس.
• الغلاف الخارجي هو منطقة تشتت الهواء. هنا يكون تركيز الغازات صغيرًا ويتسرب تدريجيًا إلى الفضاء بين الكواكب.

تعتبر الحدود بين الغلاف الجوي للأرض والفضاء الخارجي 100 كيلومتر. ويسمى هذا الخط بخط كرمان.

الضغط الجوي

عند الاستماع إلى توقعات الطقس، كثيرا ما نسمع قراءات الضغط الجوي. ولكن ماذا يعني الضغط الجوي وكيف يمكن أن يؤثر علينا؟

اكتشفنا أن الهواء يتكون من غازات وشوائب. ولكل من هذه المكونات وزنه الخاص، مما يعني أن الغلاف الجوي ليس عديم الوزن، كما كان يُعتقد حتى القرن السابع عشر. الضغط الجوي هو القوة التي تضغط بها جميع طبقات الغلاف الجوي على سطح الأرض وعلى جميع الأجسام.

أجرى العلماء حسابات معقدة وأثبتوا أن الغلاف الجوي يضغط بقوة تبلغ 10333 كجم لكل متر مربع من المساحة. وهذا يعني أن جسم الإنسان يخضع لضغط الهواء الذي يبلغ وزنه 12-15 طناً. لماذا لا نشعر بهذا؟ إن ضغطنا الداخلي هو الذي ينقذنا، وهو ما يوازن الضغط الخارجي. يمكنك أن تشعر بضغط الجو أثناء تواجدك على متن طائرة أو في أعالي الجبال، حيث أن الضغط الجوي على المرتفعات يكون أقل بكثير. في هذه الحالة، من الممكن حدوث انزعاج جسدي وانسداد الأذنين والدوخة.

يمكن قول الكثير عن الجو المحيط. نحن نعرف الكثير من الحقائق المثيرة للاهتمام عنها، وقد يبدو بعضها مفاجئًا:

• يبلغ وزن الغلاف الجوي للأرض 5,300,000,000,000,000 طن.
• أنه يعزز نقل الصوت. على ارتفاع أكثر من 100 كم، تختفي هذه الخاصية بسبب التغيرات في تكوين الغلاف الجوي.
• تنجم حركة الغلاف الجوي عن التسخين غير المتكافئ لسطح الأرض.
• ويستخدم مقياس الحرارة لتحديد درجة حرارة الهواء، ويستخدم البارومتر لتحديد الضغط الجوي.
• إن وجود الغلاف الجوي ينقذ كوكبنا من 100 طن من النيازك يوميًا.
• كان تكوين الهواء ثابتًا لعدة مئات الملايين من السنين، لكنه بدأ يتغير مع بداية النشاط الصناعي السريع.
• ويعتقد أن الغلاف الجوي يمتد إلى ارتفاع يصل إلى 3000 كيلومتر.

أهمية الغلاف الجوي للإنسان

المنطقة الفسيولوجية للغلاف الجوي هي 5 كم. على ارتفاع 5000 متر فوق مستوى سطح البحر، يبدأ الشخص في تجربة جوع الأكسجين، والذي يتم التعبير عنه في انخفاض في أدائه وتدهور الرفاهية. وهذا يدل على أن الإنسان لا يستطيع البقاء على قيد الحياة في مكان لا يوجد فيه هذا المزيج المذهل من الغازات.

جميع المعلومات والحقائق عن الغلاف الجوي تؤكد فقط أهميته بالنسبة للإنسان. وبفضل وجودها أصبح من الممكن تطوير الحياة على الأرض. واليوم بالفعل، بعد تقييم حجم الضرر الذي يمكن للبشرية أن تسببه من خلال أفعالها للهواء الواهب للحياة، ينبغي لنا أن نفكر في مزيد من التدابير للحفاظ على الغلاف الجوي واستعادته.

أَجواء- هذه هي القشرة الهوائية التي تحيط بالأرض وتتصل بها عن طريق الجاذبية. يشارك الغلاف الجوي في الدوران اليومي والحركة السنوية لكوكبنا. الهواء الجوي عبارة عن خليط من الغازات يعلق فيه السائل (قطرات الماء) والجزيئات الصلبة (الدخان والغبار). لا يتغير تكوين الغاز في الغلاف الجوي حتى ارتفاع 100-110 كم، وذلك بسبب التوازن في الطبيعة. الأجزاء الحجمية للغازات هي: النيتروجين - 78٪، الأكسجين - 21٪، الغازات الخاملة (الأرجون، الزينون، الكريبتون) - 0.9٪، الكربون - 0.03٪. وبالإضافة إلى ذلك، يوجد دائمًا بخار الماء في الغلاف الجوي.

بالإضافة إلى العمليات البيولوجية، يشارك الأكسجين والنيتروجين والكربون بنشاط في التجوية الكيميائية للصخور. إن دور الأوزون 03 مهم للغاية؛ فهو يمتص معظم الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس، وبجرعات كبيرة يشكل خطورة على الكائنات الحية. تعمل الجسيمات الصلبة، المتوفرة بشكل خاص فوق المدن، كنواة تكثيف (تتشكل حولها قطرات الماء ورقائق الثلج).

الارتفاع والحدود وهيكل الغلاف الجوي

يتم رسم الحدود العليا للغلاف الجوي تقليديًا على ارتفاع حوالي 1000 كيلومتر، على الرغم من أنه من الممكن تتبعها أعلى بكثير - ما يصل إلى 20000 كيلومتر، ولكنها نادرة جدًا هناك.

بسبب اختلاف طبيعة التغيرات في درجة حرارة الهواء مع الارتفاع والخصائص الفيزيائية الأخرى، تتميز عدة أجزاء في الغلاف الجوي، والتي يتم فصلها عن بعضها البعض بواسطة طبقات انتقالية.

طبقة التروبوسفير هي الطبقة الأدنى والأكثر كثافة في الغلاف الجوي. يتم رسم حدودها العليا على ارتفاع 18 كم فوق خط الاستواء و8-12 كم فوق القطبين. وتنخفض درجة الحرارة في طبقة التروبوسفير بمعدل 0.6 درجة مئوية لكل 100 متر، وتتميز باختلافات أفقية كبيرة في توزيع درجات الحرارة والضغط وسرعة الرياح وكذلك تكون السحب وهطول الأمطار. توجد في طبقة التروبوسفير حركة هوائية عمودية مكثفة - الحمل الحراري. في هذه الطبقة السفلية من الغلاف الجوي يتشكل الطقس بشكل أساسي. تقريبا كل بخار الماء في الغلاف الجوي يتركز هنا.

وتمتد طبقة الستراتوسفير بشكل رئيسي إلى ارتفاع 50 كم. يصل تركيز الأوزون على ارتفاع 20-25 كم إلى أعلى مستوياته، مما يشكل شاشة الأوزون. ترتفع درجة حرارة الهواء في طبقة الستراتوسفير، كقاعدة عامة، مع الارتفاع بمعدل 1-2 درجة مئوية لكل كيلومتر واحد، وتصل إلى 0 درجة مئوية وأعلى عند الحد الأعلى. يحدث هذا بسبب امتصاص الطاقة الشمسية بواسطة الأوزون. لا يوجد تقريبًا أي بخار ماء أو سحب في طبقة الستراتوسفير، وتهب رياح بقوة الإعصار بسرعة تصل إلى 300-400 كم/ساعة.

وفي طبقة الميزوسفير تنخفض درجة حرارة الهواء إلى -60...-100 درجة مئوية، وتحدث حركات هوائية عمودية وأفقية مكثفة.

في الطبقات العليا من الغلاف الحراري، حيث يكون الهواء شديد التأين، ترتفع درجة الحرارة مرة أخرى إلى 2000 درجة مئوية. ويلاحظ هنا الشفق القطبي والعواصف المغناطيسية.

يلعب الغلاف الجوي دورًا كبيرًا في حياة الأرض. يمنع التسخين الزائد لسطح الأرض نهاراً وتبريده ليلاً، ويعيد توزيع الرطوبة على الأرض، ويحمي سطحها من سقوط النيازك. إن وجود الغلاف الجوي شرط لا غنى عنه لوجود الحياة العضوية على كوكبنا.

اشعاع شمسي. التدفئة الجوية

تبعث الشمس كمية هائلة من الطاقة، ولا تستقبل الأرض سوى جزء صغير منها.

ويسمى انبعاث الضوء والحرارة من الشمس الإشعاع الشمسي. يسافر الإشعاع الشمسي مسافة طويلة عبر الغلاف الجوي قبل أن يصل إلى سطح الأرض. للتغلب عليه، يتم امتصاصه وتبديده إلى حد كبير بواسطة الغلاف الجوي. يسمى الإشعاع الذي يصل مباشرة إلى سطح الأرض على شكل أشعة مباشرة بالإشعاع المباشر. كما أن بعض الإشعاعات المنتشرة في الغلاف الجوي تصل إلى سطح الأرض على شكل إشعاعات منتشرة.

يُطلق على مزيج الإشعاع المباشر والمنتشر الذي يصل إلى سطح أفقي اسم الإشعاع الشمسي الكلي. يمتص الغلاف الجوي حوالي 20% من الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى حدوده العليا. وينعكس 34% أخرى من الإشعاع من سطح الأرض والغلاف الجوي (الإشعاع المنعكس). يمتص سطح الأرض 46% من الإشعاع الشمسي. يسمى هذا الإشعاع ممتصًا (ممتصًا).

تسمى نسبة شدة الإشعاع الشمسي المنعكس إلى شدة كل الطاقة المشعة للشمس التي تصل إلى الحد العلوي للغلاف الجوي بياض الأرض ويتم التعبير عنها كنسبة مئوية.

لذا، فإن بياض كوكبنا مع غلافه الجوي يبلغ في المتوسط ​​34%. تحتوي قيمة البياض عند خطوط العرض المختلفة على اختلافات كبيرة مرتبطة بلون السطح والغطاء النباتي والغيوم وما إلى ذلك. تعكس المساحة السطحية المغطاة بالثلوج الطازجة 80-85% من الإشعاع، والعشب والرمل - 26% و30% على التوالي، والماء - 5% فقط.

تعتمد كمية الطاقة الشمسية التي تستقبلها مناطق معينة من الأرض بشكل أساسي على زاوية سقوط أشعة الشمس. كلما كان سقوطها أكثر استقامة (أي كلما زاد ارتفاع الشمس فوق الأفق)، زادت كمية الطاقة الشمسية المتساقطة لكل وحدة مساحة.

إن اعتماد كمية الإشعاع الكلي على زاوية سقوط الأشعة يرجع إلى سببين. أولاً، كلما كانت زاوية سقوط أشعة الشمس أصغر، كلما زادت المساحة التي يتوزع عليها تدفق الضوء وقلت الطاقة الموجودة لكل وحدة سطحية. ثانيًا، كلما كانت زاوية السقوط أصغر، زاد طول مسار شعاع الضوء في الغلاف الجوي.

كما تتأثر كمية الإشعاع الشمسي التي تصل إلى سطح الأرض بشفافية الغلاف الجوي، وخاصة الغيوم. إن اعتماد الإشعاع الشمسي على زاوية سقوط الأشعة الشمسية وشفافية الغلاف الجوي يحدد طبيعة توزيعه. ترجع الاختلافات في كمية الإشعاع الشمسي الإجمالي عند خط عرض واحد بشكل رئيسي إلى الغيوم.

يتم تحديد كمية الحرارة التي تدخل سطح الأرض بالسعرات الحرارية لكل وحدة مساحة (1 سم) لكل وحدة زمنية (سنة واحدة).

يتم إنفاق الإشعاع الممتص على تسخين الطبقة السطحية الرقيقة للأرض وتبخير الماء. ينقل سطح الأرض الساخن الحرارة إلى البيئة من خلال الإشعاع والتوصيل والحمل الحراري وتكثيف بخار الماء.

التغيرات في درجة حرارة الهواء حسب خط عرض المكان والارتفاع عن سطح البحر

يتناقص إجمالي الإشعاع من خطوط العرض الاستوائية الاستوائية إلى القطبين. الحد الأقصى - حوالي 850 جول/م2 سنويًا (200 سعرة حرارية/سم2 سنويًا) - في الصحاري الاستوائية، حيث يكون الإشعاع الشمسي المباشر عبر الارتفاعات العالية للشمس والسماء الصافية كثيفًا. في النصف الصيفي من العام، يتم تسوية الاختلافات في تدفق الإشعاع الشمسي الإجمالي بين خطوط العرض المنخفضة والعالية. ويحدث ذلك بسبب طول مدة إضاءة الشمس، خاصة في المناطق القطبية، حيث يستمر اليوم القطبي حتى ستة أشهر.

ورغم أن مجموع الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى سطح الأرض ينعكس جزئياً به، إلا أن معظمه يمتصه سطح الأرض ويتحول إلى حرارة. ويسمى الجزء من الإشعاع الإجمالي الذي يبقى بعد إنفاقه على الانعكاس والإشعاع الحراري لسطح الأرض بالتوازن الإشعاعي (الإشعاع المتبقي). وبشكل عام بالنسبة لهذا العام، فهو إيجابي في كل مكان على وجه الأرض، باستثناء الصحاري الجليدية العالية في القارة القطبية الجنوبية وجرينلاند. ومن الطبيعي أن يتناقص التوازن الإشعاعي في الاتجاه من خط الاستواء إلى القطبين، حيث يقترب من الصفر.

وبناء على ذلك، يتم توزيع درجة حرارة الهواء على المناطق، أي أنها تنخفض في الاتجاه من خط الاستواء إلى القطبين. وتعتمد درجة حرارة الهواء أيضًا على ارتفاع المنطقة عن سطح البحر: فكلما ارتفعت المنطقة انخفضت درجة الحرارة.

توزيع الأرض والمياه له تأثير كبير على درجة حرارة الهواء. يسخن سطح الأرض بسرعة، لكنه يبرد بسرعة، ويسخن سطح الماء بشكل أبطأ، لكنه يحتفظ بالحرارة لفترة أطول ويطلقها في الهواء بشكل أبطأ.

نتيجة لاختلاف شدة تسخين وتبريد سطح الأرض ليلا ونهارا، في المواسم الدافئة والباردة، تتغير درجة حرارة الهواء طوال النهار والسنة.

تستخدم موازين الحرارة لتحديد درجة حرارة الهواء. ويتم قياسه 8 مرات في اليوم ويتم حساب المتوسط ​​في اليوم. باستخدام متوسط ​​درجات الحرارة اليومية، يتم حساب المتوسطات الشهرية. وتظهر عادةً على خرائط المناخ على شكل خطوط متساوية الحرارة (خطوط تربط النقاط التي لها نفس درجة الحرارة خلال فترة زمنية معينة). لتوصيف درجات الحرارة، يتم أخذ المتوسطات الشهرية في أغلب الأحيان في شهري يناير ويوليو، وغالبًا ما يتم أخذ المعدلات السنوية. ,

بدأ الغلاف الجوي بالتشكل مع تكوين الأرض. أثناء تطور الكوكب ومع اقتراب معالمه من القيم الحديثة، حدثت تغيرات نوعية جوهرية في تركيبه الكيميائي وخصائصه الفيزيائية. ووفقا للنموذج التطوري، كانت الأرض في مرحلة مبكرة في حالة منصهرة، وقبل حوالي 4.5 مليار سنة تشكلت كجسم صلب. يعتبر هذا المعلم بمثابة بداية التسلسل الزمني الجيولوجي. ومنذ ذلك الوقت، بدأ التطور البطيء للغلاف الجوي. كانت بعض العمليات الجيولوجية (على سبيل المثال، تدفقات الحمم البركانية أثناء الانفجارات البركانية) مصحوبة بإطلاق الغازات من أحشاء الأرض. وهي تشمل النيتروجين والأمونيا والميثان وبخار الماء وأكسيد ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون ثاني أكسيد الكربون. تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية الشمسية، يتحلل بخار الماء إلى هيدروجين وأكسجين، لكن الأكسجين المنطلق يتفاعل مع أول أكسيد الكربون لتكوين ثاني أكسيد الكربون. تتحلل الأمونيا إلى نيتروجين وهيدروجين. أثناء عملية الانتشار، ارتفع الهيدروجين إلى الأعلى وخرج من الغلاف الجوي، ولم يتمكن النيتروجين الأثقل من التبخر وتراكم تدريجياً، ليصبح المكون الرئيسي، على الرغم من أن بعضاً منه ارتبط بالجزيئات نتيجة التفاعلات الكيميائية ( سم. كيمياء الغلاف الجوي). وتحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية والتفريغات الكهربائية، دخل خليط الغازات الموجود في الغلاف الجوي الأصلي للأرض في تفاعلات كيميائية، مما أدى إلى تكوين مواد عضوية، وخاصة الأحماض الأمينية. مع ظهور النباتات البدائية، بدأت عملية التمثيل الضوئي، مصحوبة بإطلاق الأكسجين. وبدأ هذا الغاز، وخاصة بعد انتشاره في الطبقات العليا من الغلاف الجوي، في حماية طبقاته السفلية وسطح الأرض من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية التي تهدد الحياة. ووفقا للتقديرات النظرية، فإن محتوى الأكسجين، الذي يقل بمقدار 25 ألف مرة عما هو عليه الآن، يمكن أن يؤدي بالفعل إلى تكوين طبقة الأوزون بنصف تركيزها فقط عما هو عليه الآن. ومع ذلك، فإن هذا يكفي بالفعل لتوفير حماية كبيرة جدًا للكائنات الحية من التأثيرات المدمرة للأشعة فوق البنفسجية.

من المحتمل أن الغلاف الجوي الأساسي كان يحتوي على الكثير من ثاني أكسيد الكربون. لقد تم استخدامه أثناء عملية التمثيل الضوئي، ويجب أن يكون تركيزه قد انخفض مع تطور عالم النبات وأيضًا بسبب الامتصاص أثناء بعض العمليات الجيولوجية. بسبب ال الاحتباس الحرارييرتبط بوجود ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وتعد التقلبات في تركيزه أحد الأسباب المهمة لمثل هذه التغيرات المناخية واسعة النطاق في تاريخ الأرض مثل العصور الجليدية.

الهيليوم الموجود في الغلاف الجوي الحديث هو في الغالب نتاج التحلل الإشعاعي لليورانيوم والثوريوم والراديوم. تنبعث من هذه العناصر المشعة جسيمات هي نواة ذرات الهيليوم. نظرًا لأنه أثناء الاضمحلال الإشعاعي، لا تتشكل الشحنة الكهربائية ولا يتم تدميرها، ومع تكوين كل جسيم ألف يظهر إلكترونين، والتي، عند اتحادها مع جسيمات ألفا، تشكل ذرات هيليوم محايدة. توجد العناصر المشعة في المعادن المنتشرة في الصخور، لذلك يتم الاحتفاظ بجزء كبير من الهيليوم المتكون نتيجة التحلل الإشعاعي فيها، ويهرب ببطء شديد إلى الغلاف الجوي. ترتفع كمية معينة من الهيليوم إلى الغلاف الخارجي بسبب الانتشار، ولكن بسبب التدفق المستمر من سطح الأرض، يظل حجم هذا الغاز في الغلاف الجوي دون تغيير تقريبًا. بناءً على التحليل الطيفي لضوء النجوم ودراسة النيازك، من الممكن تقدير الوفرة النسبية للعناصر الكيميائية المختلفة في الكون. تركيز النيون في الفضاء أعلى بنحو عشرة مليارات مرة من تركيزه على الأرض، والكريبتون - عشرة ملايين مرة، والزينون - مليون مرة. ويترتب على ذلك أن تركيز هذه الغازات الخاملة، التي كانت موجودة في البداية على ما يبدو في الغلاف الجوي للأرض ولم يتم تجديدها أثناء التفاعلات الكيميائية، انخفض بشكل كبير، ربما حتى في مرحلة فقدان الأرض لغلافها الجوي الأساسي. الاستثناء هو غاز الأرجون الخامل، لأنه في شكل نظير 40 Ar لا يزال يتشكل أثناء التحلل الإشعاعي لنظائر البوتاسيوم.

توزيع الضغط الجوي.

يبلغ الوزن الإجمالي للغازات الجوية حوالي 4.5 10 15 طنًا، وبالتالي فإن "وزن" الغلاف الجوي لكل وحدة مساحة، أو الضغط الجوي، عند مستوى سطح البحر يبلغ حوالي 11 طن/م2 = 1.1 كجم/سم2. الضغط يساوي P0 = 1033.23 جم/سم2 = 1013.250 ملي بار = 760 ملم زئبق. فن. = 1 atm، باعتباره متوسط ​​الضغط الجوي القياسي. بالنسبة للغلاف الجوي في حالة التوازن الهيدروستاتيكي لدينا: د ص= -رغد ح، وهذا يعني أنه في فترة الارتفاع من حقبل ح+ د حيحدث المساواة بين التغير في الضغط الجوي د صووزن العنصر المقابل في الغلاف الجوي بوحدة المساحة والكثافة r والسمك d ح.كعلاقة بين الضغط رودرجة الحرارة تتُستخدم معادلة حالة الغاز المثالي ذو الكثافة r، والتي تنطبق تمامًا على الغلاف الجوي للأرض: ص= ص ر ت/m، حيث m هو الوزن الجزيئي، وR = 8.3 J/(K mol) هو ثابت الغاز العالمي. ثم سجل د ص= - (م ز/رت)د ح= - دينار بحريني ح= - د ح/H، حيث يكون تدرج الضغط على مقياس لوغاريتمي. قيمتها العكسية H تسمى مقياس الارتفاع الجوي.

عند دمج هذه المعادلة لجو متساوي الحرارة ( ت= const) أو من جانبه حيث يكون مثل هذا التقريب مسموحًا به، يتم الحصول على القانون البارومتري لتوزيع الضغط مع الارتفاع: ص = ص 0 إكسب(- ح/ح 0)، حيث يشير الارتفاع حيتم إنتاجه من مستوى المحيط، حيث يكون الضغط المتوسط ​​القياسي ص 0 . تعبير ح 0 = ر ت/ ملغم، ويسمى مقياس الارتفاع الذي يميز مدى الغلاف الجوي، بشرط أن تكون درجة الحرارة فيه هي نفسها في كل مكان (الجو متساوي الحرارة). إذا لم يكن الجو متساوي الحرارة، فمن الضروري التكامل مع مراعاة التغير في درجة الحرارة مع الارتفاع، والمعلمة ن– بعض الخصائص المحلية لطبقات الغلاف الجوي حسب درجة حرارتها وخصائص البيئة.

جو قياسي.

نموذج (جدول قيم المعلمات الرئيسية) المطابق للضغط القياسي عند قاعدة الغلاف الجوي ر 0 والتركيب الكيميائي يسمى الغلاف الجوي القياسي. بتعبير أدق، هذا نموذج مشروط للغلاف الجوي، حيث يتم تحديد متوسط ​​قيم درجة الحرارة والضغط والكثافة واللزوجة وغيرها من خصائص الهواء على ارتفاعات من 2 كم تحت مستوى سطح البحر إلى الحدود الخارجية للغلاف الجوي للأرض لخط العرض 45° 32ў 33І. تم حساب معلمات الغلاف الجوي الأوسط عند جميع الارتفاعات باستخدام معادلة حالة الغاز المثالي والقانون البارومتري بافتراض أن الضغط عند مستوى سطح البحر هو 1013.25 hPa (760 ملم زئبق) ودرجة الحرارة 288.15 كلفن (15.0 درجة مئوية). وفقا لطبيعة التوزيع العمودي لدرجة الحرارة، يتكون الغلاف الجوي المتوسط ​​من عدة طبقات، يتم تقريب درجة الحرارة في كل منها من خلال دالة خطية للارتفاع. في الطبقة السفلية - طبقة التروبوسفير (ح × 11 كم) تنخفض درجة الحرارة بمقدار 6.5 درجة مئوية مع كل كيلومتر ارتفاع. على ارتفاعات عالية، تتغير قيمة وعلامة التدرج الرأسي لدرجة الحرارة من طبقة إلى أخرى. فوق 790 كم تبلغ درجة الحرارة حوالي 1000 كلفن ولا تتغير عمليا مع الارتفاع.

الغلاف الجوي القياسي هو معيار قانوني يتم تحديثه دوريًا، ويتم إصداره على شكل جداول.

الجدول 1. النموذج القياسي للغلاف الجوي للأرض

الجدول 1. النموذج القياسي للغلاف الجوي للأرض. يظهر الجدول: ح- الارتفاع عن مستوى سطح البحر، ر- ضغط، ت- درجة الحرارة، ص - الكثافة، ن- عدد الجزيئات أو الذرات لكل وحدة حجم، ح- مقياس الارتفاع، ل– طول المسار الحر . الضغط ودرجة الحرارة على ارتفاع 80-250 كم، والتي تم الحصول عليها من بيانات الصواريخ، لها قيم أقل. إن قيم الارتفاعات التي تزيد عن 250 كيلومترًا والتي تم الحصول عليها عن طريق الاستقراء ليست دقيقة للغاية.
ح(كم)	ص(مليبار)	ت(درجة مئوية)	ص (جم / سم 3)	ن(سم -3)	ح(كم)	ل(سم)
0	1013	288	1.22 10 –3	2.55 10 19	8,4	7.4·10 –6
1	899	281	1.11·10 –3	2.31 10 19		8.1·10 –6
2	795	275	1.01·10 –3	2.10 10 19		8.9·10 –6
3	701	268	9.1·10 –4	1.89 10 19		9.9 10 –6
4	616	262	8.2·10 –4	1.70 10 19		1.1·10 –5
5	540	255	7.4·10 –4	1.53 10 19	7,7	1.2·10 –5
6	472	249	6.6·10 –4	1.37 10 19		1.4·10 –5
8	356	236	5.2·10 -4	1.09 10 19		1.7·10 –5
10	264	223	4.1·10 –4	8.6 10 18	6,6	2.2·10 –5
15	121	214	1.93·10 –4	4.0 10 18		4.6·10 –5
20	56	214	8.9·10 –5	1.85 10 18	6,3	1.0·10 –4
30	12	225	1.9·10 -5	3.9 10 17	6,7	4.8·10 –4
40	2,9	268	3.9·10 –6	7.6 10 16	7,9	2.4·10 –3
50	0,97	276	1.15·10 –6	2.4 10 16	8,1	8.5·10 –3
60	0,28	260	3.9·10 –7	7.7 10 15	7,6	0,025
70	0,08	219	1.1·10 –7	2.5 10 15	6,5	0,09
80	0,014	205	2.7·10 –8	5.0 10 14	6,1	0,41
90	2.8·10 –3	210	5.0·10 –9	9·10 13	6,5	2,1
100	5.8·10 –4	230	8.8·10 -10	1.8 10 13	7,4	9
110	1.7·10 –4	260	2.1·10 –10	5.4 10 12	8,5	40
120	6·10 –5	300	5.6·10 -11	1.8 10 12	10,0	130
150	5·10 –6	450	3.2·10 -12	9 10 10	15	1.8 10 3
200	5·10 –7	700	1.6·10 -13	5 10 9	25	3 10 4
250	9·10 –8	800	3·10 -14	8 10 8	40	3·10 5
300	4·10 –8	900	8·10 -15	3 10 8	50
400	8·10 -9	1000	1·10 -15	5 10 7	60
500	2·10 -9	1000	2·10 -16	1 10 7	70
700	2·10 -10	1000	2·10 -17	1 10 6	80
1000	1·10 –11	1000	1·10 -18	1·10 5	80

التروبوسفير.

الطبقة الأدنى والأكثر كثافة في الغلاف الجوي، والتي تنخفض فيها درجة الحرارة بسرعة مع الارتفاع، تسمى التروبوسفير. ويحتوي على ما يصل إلى 80% من الكتلة الإجمالية للغلاف الجوي ويمتد في خطوط العرض القطبية والمتوسطة إلى ارتفاعات 8-10 كم، وفي المناطق الاستوائية حتى 16-18 كم. تتطور هنا جميع عمليات تكوين الطقس تقريبًا، ويحدث تبادل للحرارة والرطوبة بين الأرض والغلاف الجوي لها، وتتشكل السحب، وتحدث ظواهر الأرصاد الجوية المختلفة، ويحدث الضباب وهطول الأمطار. تتمتع هذه الطبقات من الغلاف الجوي للأرض بتوازن الحمل الحراري، وبفضل الخلط النشط، لها تركيبة كيميائية متجانسة، تتكون بشكل رئيسي من النيتروجين الجزيئي (78٪) والأكسجين (21٪). وتتركز الغالبية العظمى من ملوثات الهواء والغاز والهباء الجوي الطبيعية والتي من صنع الإنسان في طبقة التروبوسفير. تعتمد ديناميكيات الجزء السفلي من طبقة التروبوسفير، التي يصل سمكها إلى 2 كم، بشكل كبير على خصائص السطح الأساسي للأرض، والتي تحدد الحركات الأفقية والرأسية للهواء (الرياح) الناتجة عن نقل الحرارة من الأراضي الأكثر دفئًا من خلال الأشعة تحت الحمراء لسطح الأرض، والتي يتم امتصاصها في طبقة التروبوسفير، وذلك بشكل رئيسي عن طريق أبخرة الماء وثاني أكسيد الكربون (تأثير الاحتباس الحراري). يتم تحديد توزيع درجات الحرارة مع الارتفاع نتيجة الخلط المضطرب والحمل الحراري. ويتوافق ذلك في المتوسط ​​مع انخفاض في درجات الحرارة مع ارتفاع يبلغ حوالي 6.5 ك/كم.

تزداد سرعة الرياح في الطبقة الحدودية السطحية في البداية بسرعة مع الارتفاع، وفوقها تستمر في الزيادة بمقدار 2-3 كم/ث لكل كيلومتر. في بعض الأحيان تظهر التدفقات الكوكبية الضيقة (بسرعة تزيد عن 30 كم/ثانية) في طبقة التروبوسفير، وغربية في خطوط العرض الوسطى، وشرقية بالقرب من خط الاستواء. يطلق عليهم التيارات النفاثة.

التروبوبوز.

عند الحدود العليا لطبقة التروبوسفير (التروبوبوز)، تصل درجة الحرارة إلى الحد الأدنى لقيمتها في الغلاف الجوي السفلي. هذه هي الطبقة الانتقالية بين طبقة التروبوسفير والستراتوسفير الموجودة فوقها. يتراوح سمك التروبوبوز من مئات الأمتار إلى 1.5-2 كم، وتتراوح درجة الحرارة والارتفاع، على التوالي، من 190 إلى 220 كلفن ومن 8 إلى 18 كم، اعتمادًا على خط العرض والموسم. في خطوط العرض المعتدلة والعالية في الشتاء يكون أقل بمقدار 1-2 كم مما هو عليه في الصيف وأكثر دفئًا بمقدار 8-15 كلفن. في المناطق الاستوائية، تكون التغيرات الموسمية أقل بكثير (الارتفاع 16-18 كم، ودرجة الحرارة 180-200 كلفن). فوق التيارات النفاثةفواصل التروبوبوز ممكنة.

الماء في الغلاف الجوي للأرض.

إن أهم ما يميز الغلاف الجوي للأرض هو وجود كميات كبيرة من بخار الماء والماء على شكل قطرات، والتي يمكن ملاحظتها بسهولة أكبر على شكل سحب وهياكل سحابية. تسمى درجة التغطية السحابية للسماء (في لحظة معينة أو في المتوسط ​​خلال فترة زمنية معينة)، معبرًا عنها بمقياس من 10 أو كنسبة مئوية، بالغيوم. ويتم تحديد شكل السحب حسب التصنيف العالمي. في المتوسط، تغطي السحب حوالي نصف الكرة الأرضية. تعتبر الغيوم عاملاً مهمًا في تحديد الطقس والمناخ. في الشتاء والليل، يمنع الغيوم انخفاض درجة حرارة سطح الأرض وطبقة الهواء الأرضية؛ وفي الصيف وفي النهار، يضعف تسخين سطح الأرض بفعل أشعة الشمس، مما يلطف المناخ داخل القارات. .

سحاب.

السحب عبارة عن تراكمات من قطرات الماء العالقة في الغلاف الجوي (السحب المائية)، أو بلورات الجليد (السحب الجليدية)، أو كليهما معًا (السحب المختلطة). عندما تصبح القطرات والبلورات أكبر، فإنها تتساقط من السحب على شكل هطول. تتشكل الغيوم بشكل رئيسي في طبقة التروبوسفير. أنها تنشأ نتيجة لتكثيف بخار الماء الموجود في الهواء. يبلغ قطر قطرات السحابة عدة ميكرونات. يتراوح محتوى الماء السائل في السحب من أجزاء إلى عدة جرامات لكل متر مكعب. يتم تصنيف السحب حسب الارتفاع: حسب التصنيف الدولي هناك 10 أنواع من السحب: سمحاقية، سمحاقية ركامية، سمحاقية طبقية، ركامية متوسطة، طبقية متوسطة، طبقية مزنية، طبقية، ركامية، مزنية ركامية، ركامية.

كما تُلاحظ السحب اللؤلؤية في طبقة الستراتوسفير، كما تُلاحظ السحب الليلية المضيئة في طبقة الميزوسفير.

السحب الرقيقة هي سحب شفافة على شكل خيوط بيضاء رفيعة أو حجابات ذات لمعان حريري لا توفر الظلال. تتكون السحب الرقيقة من بلورات ثلجية وتتشكل في طبقة التروبوسفير العليا عند درجات حرارة منخفضة للغاية. تعمل بعض أنواع السحب الرقيقة بمثابة نذير لتغيرات الطقس.

السحب السمحاقية الركامية عبارة عن تلال أو طبقات من السحب البيضاء الرقيقة في طبقة التروبوسفير العليا. تتكون السحب السمحاقية الركامية من عناصر صغيرة تشبه الرقائق والتموجات والكرات الصغيرة بدون ظلال وتتكون بشكل أساسي من بلورات الجليد.

السحب السمحاقية الطبقية عبارة عن حجاب شفاف مائل إلى البياض في طبقة التروبوسفير العليا، وعادة ما يكون ليفيًا، وأحيانًا ضبابي، ويتكون من بلورات ثلجية صغيرة على شكل إبرة أو عمودية.

السحب الركامية المتوسطة هي سحب بيضاء أو رمادية أو بيضاء-رمادية في الطبقات السفلية والمتوسطة من طبقة التروبوسفير. تبدو السحب الركامية المتوسطة على شكل طبقات وحواف، كما لو كانت مبنية من صفائح وكتل مستديرة وأعمدة ورقائق تقع فوق بعضها البعض. تتشكل السحب الركامية المتوسطة أثناء نشاط الحمل الحراري المكثف وعادة ما تتكون من قطرات ماء فائقة البرودة.

السحب الطبقية المتوسطة هي سحب رمادية أو مزرقة ذات بنية ليفية أو موحدة. تُلاحظ السحب الطبقية المتوسطة في طبقة التروبوسفير الوسطى، وتمتد على ارتفاع عدة كيلومترات وأحيانًا آلاف الكيلومترات في الاتجاه الأفقي. عادةً ما تكون السحب الطبقية العالية جزءًا من أنظمة السحب الأمامية المرتبطة بالحركات الصعودية للكتل الهوائية.

السحب الطبقية المزنية هي طبقة منخفضة غير متبلورة (من 2 كم فما فوق) من السحب ذات لون رمادي موحد، مما يؤدي إلى هطول أمطار أو ثلوج مستمرة. تتشكل السحب الطبقية المزنية بشكل كبير عموديًا (تصل إلى عدة كيلومترات) وأفقيًا (عدة آلاف كيلومتر)، وتتكون من قطرات ماء فائقة البرودة ممزوجة برقائق الثلج، وعادةً ما ترتبط بالجبهات الجوية.

السحب الرهجية هي سحب من الطبقة السفلى على شكل طبقة متجانسة بدون حدود محددة، رمادية اللون. يبلغ ارتفاع السحب الطبقية فوق سطح الأرض 0.5-2 كم. في بعض الأحيان، يسقط رذاذ من السحب الطبقية.

السحب الركامية عبارة عن سحب بيضاء كثيفة ومشرقة خلال النهار مع تطور عمودي كبير (يصل إلى 5 كم أو أكثر). تبدو الأجزاء العلوية من السحب الركامية مثل القباب أو الأبراج ذات الخطوط العريضة المستديرة. عادة، تنشأ السحب الركامية كسحب الحمل الحراري في كتل الهواء الباردة.

السحب الطبقية الركامية هي سحب منخفضة (أقل من 2 كم) على شكل طبقات رمادية أو بيضاء غير ليفية أو حواف من كتل مستديرة كبيرة. السمك الرأسي للسحب الطبقية الركامية صغير. في بعض الأحيان، تنتج السحب الطبقية الركامية هطول أمطار خفيفة.

السحب الركامية هي سحب قوية وكثيفة ذات تطور عمودي قوي (يصل ارتفاعها إلى 14 كم)، وتنتج أمطارًا غزيرة مصحوبة بالعواصف الرعدية والبرد والعواصف. تتطور السحب الركامية من سحب ركامية قوية، وتختلف عنها في الجزء العلوي الذي يتكون من بلورات الجليد.

الستراتوسفير.

من خلال التروبوبوز، في المتوسط ​​\u200b\u200bعلى ارتفاعات من 12 إلى 50 كم، يمر التروبوسفير إلى الستراتوسفير. في الجزء السفلي بحوالي 10 كم أي. وحتى ارتفاعات حوالي 20 كم، يكون الجو متساوي الحرارة (درجة الحرارة حوالي 220 كلفن). ثم تزداد مع الارتفاع، حيث تصل إلى حد أقصى يبلغ حوالي 270 كلفن على ارتفاع 50-55 كم. وهنا الحد الفاصل بين الستراتوسفير والميزوسفير الذي يعلوه، والذي يسمى الستراتوبوز. .

يوجد بخار ماء أقل بكثير في طبقة الستراتوسفير. ومع ذلك، تُلاحظ أحيانًا سحب لؤلؤية رقيقة وشفافة، وتظهر أحيانًا في طبقة الستراتوسفير على ارتفاع يتراوح بين 20 و30 كم. تظهر السحب اللؤلؤية في السماء المظلمة بعد غروب الشمس وقبل شروق الشمس. في الشكل، تشبه السحب اللؤلؤية سحب سمحاقية وسحب سمحاقية ركامية.

الغلاف الجوي الأوسط (الميزوسفير).

على ارتفاع حوالي 50 كم، يبدأ الميزوسفير من ذروة الحد الأقصى لدرجة الحرارة الواسعة . سبب ارتفاع درجة الحرارة في المنطقة إلى هذا الحد الأقصى هو تفاعل كيميائي ضوئي طارد للحرارة (أي مصحوب بإطلاق الحرارة) لتحلل الأوزون: O 3 + hv® O 2 + O. ينشأ الأوزون نتيجة التحلل الكيميائي الضوئي للأكسجين الجزيئي O 2

يا2+ hv® O + O والتفاعل اللاحق للاصطدام الثلاثي لذرة وجزيء الأكسجين مع جزيء ثالث M.

أو + أو 2 + م ® أو 3 + م

يمتص الأوزون بشراهة الأشعة فوق البنفسجية الموجودة في المنطقة من 2000 إلى 3000 أنجستروم، ويعمل هذا الإشعاع على تسخين الغلاف الجوي. يعمل الأوزون الموجود في الغلاف الجوي العلوي كنوع من الدرع الذي يحمينا من تأثيرات الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس. وبدون هذا الدرع، لم يكن من الممكن أن يكون تطور الحياة على الأرض بأشكالها الحديثة ممكنا.

بشكل عام، في جميع أنحاء الميزوسفير، تنخفض درجة حرارة الغلاف الجوي إلى أدنى قيمة لها تبلغ حوالي 180 كلفن عند الحد العلوي للميزوسفير (يسمى الميزوبوز، على ارتفاع حوالي 80 كم). في محيط فترة الميزوبوز، على ارتفاعات 70-90 كم، قد تظهر طبقة رقيقة جدًا من بلورات الجليد وجزيئات الغبار البركاني والنيزكي، يمكن ملاحظتها على شكل مشهد جميل من السحب الليلية المضيئة بعد وقت قصير من غروب الشمس.

وفي طبقة الميزوسفير، تحترق في الغالب جزيئات النيزك الصلبة الصغيرة التي تسقط على الأرض، مسببة ظاهرة النيازك.

الشهب والنيازك والكرات النارية.

تسمى التوهجات والظواهر الأخرى في الغلاف الجوي العلوي للأرض الناتجة عن دخول الجزيئات أو الأجسام الكونية الصلبة إليها بسرعة 11 كم/ث أو أعلى بالنيازك. يظهر مسار نيزك لامع يمكن ملاحظته؛ تسمى أقوى الظواهر التي غالبًا ما تكون مصحوبة بسقوط النيازك الكرات النارية; يرتبط ظهور الشهب بزخات الشهب.

دش نيزك:

1) ظاهرة السقوط المتعدد للشهب على مدار عدة ساعات أو أيام من إشعاع واحد.

2) سرب من النيازك يتحرك في نفس المدار حول الشمس.

الظهور المنهجي للشهب في منطقة معينة من السماء وفي أيام معينة من السنة، ناجم عن تقاطع مدار الأرض مع المدار المشترك للعديد من الأجسام النيزكية التي تتحرك بنفس السرعات تقريبًا وموجهة بشكل متطابق، وذلك بسبب التي تبدو مساراتهم في السماء وكأنها تخرج من نقطة مشتركة (مشعة). تم تسميتها على اسم الكوكبة التي يقع فيها الإشعاع.

تترك زخات الشهب انطباعًا عميقًا بتأثيراتها الضوئية، لكن نادرًا ما تكون الشهب الفردية مرئية. وهناك عدد أكبر بكثير من النيازك غير المرئية، وهي صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها عند امتصاصها في الغلاف الجوي. من المحتمل أن بعضًا من أصغر النيازك لا تسخن على الإطلاق، ولكن يتم التقاطها فقط بواسطة الغلاف الجوي. وتسمى هذه الجسيمات الصغيرة التي تتراوح أحجامها من بضعة ملليمترات إلى عشرة آلاف من المليمتر بالنيازك الدقيقة. وتتراوح كمية المواد النيزكية التي تدخل الغلاف الجوي يوميًا من 100 إلى 10000 طن، وتأتي غالبية هذه المواد من النيازك الدقيقة.

وبما أن المادة النيزكية تحترق جزئيا في الغلاف الجوي، فإن تركيبتها الغازية تتجدد بآثار من العناصر الكيميائية المختلفة. على سبيل المثال، تقوم النيازك الصخرية بإدخال الليثيوم إلى الغلاف الجوي. ويؤدي احتراق النيازك المعدنية إلى تكون كرات صغيرة من الحديد والنيكل والحديد وغيرها من القطرات التي تمر عبر الغلاف الجوي وتستقر على سطح الأرض. يمكن العثور عليها في جرينلاند والقارة القطبية الجنوبية، حيث تظل الصفائح الجليدية دون تغيير تقريبًا لسنوات. يجدها علماء المحيطات في رواسب قاع المحيط.

تستقر معظم جزيئات النيزك التي تدخل الغلاف الجوي خلال 30 يومًا تقريبًا. ويعتقد بعض العلماء أن هذا الغبار الكوني يلعب دورا هاما في تكوين الظواهر الجوية مثل المطر لأنه يعمل كنواة تكثيف لبخار الماء. ولذلك، فمن المفترض أن هطول الأمطار يرتبط إحصائيا بزخات الشهب الكبيرة. ومع ذلك، يعتقد بعض الخبراء أنه بما أن إجمالي المعروض من المواد النيزكية أكبر بعشرات المرات من أكبر وابل نيزك، فيمكن إهمال التغير في الكمية الإجمالية لهذه المواد الناتجة عن أحد هذه الأمطار.

ومع ذلك، ليس هناك شك في أن أكبر النيازك الدقيقة والنيازك المرئية تترك آثارًا طويلة من التأين في الطبقات العليا من الغلاف الجوي، وخاصة في طبقة الأيونوسفير. ويمكن استخدام هذه الآثار للاتصالات الراديوية لمسافات طويلة، لأنها تعكس موجات الراديو عالية التردد.

يتم إنفاق طاقة النيازك التي تدخل الغلاف الجوي بشكل أساسي، وربما بالكامل، على تسخينه. هذا هو أحد المكونات الثانوية للتوازن الحراري للغلاف الجوي.

النيزك هو جسم صلب موجود بشكل طبيعي سقط على سطح الأرض من الفضاء. عادة ما يتم التمييز بين النيازك الحجرية والحديدية والحديدية. الأخير يتكون بشكل رئيسي من الحديد والنيكل. ومن بين النيازك التي تم العثور عليها، يتراوح وزن معظمها من بضعة جرامات إلى عدة كيلوغرامات. وأكبر تلك التي تم العثور عليها هو نيزك جوبا الحديدي، الذي يزن حوالي 60 طنًا، ولا يزال يرقد في نفس المكان الذي تم اكتشافه فيه، في جنوب إفريقيا. معظم النيازك هي شظايا من الكويكبات، لكن بعض النيازك ربما جاءت إلى الأرض من القمر وحتى المريخ.

الشهاب الشهابي هو نيزك شديد السطوع، يمكن رؤيته أحيانًا حتى أثناء النهار، وغالبًا ما يترك وراءه أثرًا دخانيًا مصحوبًا بظواهر صوتية؛ وغالبا ما تنتهي بسقوط النيازك.

الغلاف الحراري.

فوق الحد الأدنى لدرجة الحرارة في فترة الميزوبوز، يبدأ الغلاف الحراري، حيث تبدأ درجة الحرارة في الارتفاع ببطء أولاً ثم بسرعة مرة أخرى. والسبب هو امتصاص الأشعة فوق البنفسجية من الشمس على ارتفاعات 150-300 كم، بسبب تأين الأكسجين الذري: O + hv® يا + + ه.

في الغلاف الحراري، ترتفع درجة الحرارة بشكل مستمر إلى ارتفاع حوالي 400 كيلومتر، حيث تصل إلى 1800 كلفن خلال النهار خلال فترة النشاط الشمسي الأقصى. خلال فترة النشاط الشمسي الأدنى، يمكن أن تكون درجة الحرارة المحددة هذه أقل من 1000 كلفن. فوق 400 كيلومتر، يتحول الغلاف الجوي إلى طبقة خارجية متساوية الحرارة. يقع المستوى الحرج (قاعدة الغلاف الخارجي) على ارتفاع حوالي 500 كم.

الأضواء القطبية والعديد من مدارات الأقمار الصناعية، وكذلك السحب الليلية المضيئة - كل هذه الظواهر تحدث في طبقة الميزوسفير والغلاف الحراري.

الشفق القطبية.

في خطوط العرض العالية، يتم ملاحظة الشفق القطبي أثناء اضطرابات المجال المغناطيسي. وقد تستمر لبضع دقائق، ولكنها غالبًا ما تكون مرئية لعدة ساعات. يختلف الشفق القطبي بشكل كبير في الشكل واللون والكثافة، وكلها تتغير أحيانًا بسرعة كبيرة بمرور الوقت. يتكون طيف الشفق القطبي من خطوط ونطاقات انبعاث. يتم تعزيز بعض انبعاثات السماء ليلاً في طيف الشفق القطبي، وفي المقام الأول الخطوط الخضراء والحمراء l 5577 Å وl 6300 Å الأكسجين. يحدث أن أحد هذه الخطوط يكون أكثر كثافة من الآخر عدة مرات، وهذا يحدد اللون المرئي للشفق: أخضر أو ​​أحمر. وتترافق اضطرابات المجال المغناطيسي أيضًا مع انقطاع الاتصالات الراديوية في المناطق القطبية. سبب الاضطراب هو التغيرات في الغلاف الأيوني، مما يعني أنه أثناء العواصف المغناطيسية يوجد مصدر قوي للتأين. وقد ثبت أن العواصف المغناطيسية القوية تحدث عندما تكون هناك مجموعات كبيرة من البقع الشمسية بالقرب من مركز القرص الشمسي. وأظهرت الملاحظات أن العواصف لا ترتبط بالبقع الشمسية نفسها، بل بالتوهجات الشمسية التي تظهر أثناء تطور مجموعة من البقع الشمسية.

الشفق القطبي عبارة عن مجموعة من الضوء متفاوتة الشدة مع تحركات سريعة يتم ملاحظتها في مناطق خطوط العرض العليا من الأرض. يحتوي الشفق البصري على خطوط انبعاث الأكسجين الذري باللون الأخضر (5577 أنجستروم) والأحمر (6300/6364 أنجستروم) ونطاقات N2 الجزيئية، والتي يتم تحفيزها بواسطة جسيمات نشطة من أصل شمسي وغلاف مغناطيسي. تظهر هذه الانبعاثات عادةً على ارتفاعات تبلغ حوالي 100 كيلومتر فما فوق. يستخدم مصطلح الشفق البصري للإشارة إلى الشفق البصري وطيف انبعاثه من الأشعة تحت الحمراء إلى المنطقة فوق البنفسجية. الطاقة الإشعاعية في الجزء تحت الأحمر من الطيف تتجاوز بشكل كبير الطاقة في المنطقة المرئية. عندما ظهر الشفق القطبي، لوحظت الانبعاثات في نطاق ULF (

من الصعب تصنيف الأشكال الفعلية للشفق؛ المصطلحات الأكثر استخدامًا هي:

1. أقواس أو خطوط هادئة وموحدة. يمتد القوس عادة إلى حوالي 1000 كيلومتر في اتجاه الموازي المغنطيسي الأرضي (باتجاه الشمس في المناطق القطبية) ويبلغ عرضه من واحد إلى عدة عشرات من الكيلومترات. الشريط هو تعميم لمفهوم القوس؛ فهو عادة لا يكون له شكل قوسي منتظم، ولكنه ينحني على شكل حرف S أو على شكل حلزونات. تقع الأقواس والخطوط على ارتفاعات 100-150 كم.

2. أشعة الشفق القطبي . يشير هذا المصطلح إلى بنية شفقية ممتدة على طول خطوط المجال المغناطيسي، بمدى رأسي يتراوح بين عدة عشرات إلى عدة مئات من الكيلومترات. المدى الأفقي للأشعة صغير، من عدة عشرات من الأمتار إلى عدة كيلومترات. عادة ما يتم ملاحظة الأشعة في أقواس أو كهياكل منفصلة.

3. البقع أو الأسطح . وهي مناطق معزولة من التوهج ليس لها شكل محدد. قد تكون مرتبطة البقع الفردية مع بعضها البعض.

4. الحجاب. شكل غير عادي من الشفق القطبي، وهو عبارة عن توهج موحد يغطي مساحات واسعة من السماء.

وفقا لبنيتها، وتنقسم الشفق إلى متجانسة، جوفاء ومشعة. يتم استخدام مصطلحات مختلفة. قوس نابض، سطح نابض، سطح منتشر، شريط مشع، ستائر، إلخ. هناك تصنيف للشفق حسب لونه. وبحسب هذا التصنيف فإن الشفق القطبي من النوع أ. الجزء العلوي أو الجزء بأكمله باللون الأحمر (6300-6364 Å). وتظهر عادة على ارتفاعات تتراوح بين 300 و400 كيلومتر مع نشاط مغناطيسي أرضي مرتفع.

نوع أورورا فيباللون الأحمر في الجزء السفلي ويرتبط بتوهج نطاقات النظام الموجب الأول N2 والنظام السلبي الأول O2. تظهر مثل هذه الأشكال من الشفق خلال المراحل الأكثر نشاطًا للشفق.

المناطق الشفق القطبية – وهذه هي المناطق ذات التردد الأقصى للشفق القطبي ليلاً، بحسب الراصدين عند نقطة ثابتة على سطح الأرض. وتقع هذه المناطق عند خط عرض 67 درجة شمالاً وجنوبًا، ويبلغ عرضها حوالي 6 درجات. الحد الأقصى لحدوث الشفق القطبي، الموافق للحظة معينة من التوقيت المحلي المغنطيسي الأرضي، يحدث في أحزمة تشبه البيضاوية (الشفقية البيضاوية)، والتي تقع بشكل غير متماثل حول القطبين المغنطيسي الأرضي الشمالي والجنوبي. يتم تثبيت بيضاوي الشفق في إحداثيات خطوط العرض والوقت، ومنطقة الشفق هي الموقع الهندسي لنقاط منطقة منتصف الليل البيضاوية في إحداثيات خطوط الطول والعرض. يقع الحزام البيضاوي على بعد 23 درجة تقريبًا من القطب الجيومغناطيسي في القطاع الليلي و15 درجة في قطاع النهار.

مناطق أورورا البيضاوية والشفق.يعتمد موقع الشفق البيضاوي على النشاط المغنطيسي الأرضي. يصبح الشكل البيضاوي أوسع عند النشاط المغناطيسي الأرضي العالي. يتم تمثيل المناطق الشفقية أو الحدود البيضاوية الشفقية بشكل أفضل بواسطة L 6.4 مقارنة بإحداثيات ثنائي القطب. تتزامن خطوط المجال المغنطيسي الأرضي عند حدود القطاع النهاري للشفق البيضاوي توقف مغناطيسي.لوحظ تغير في موضع الشفق البيضاوي اعتمادًا على الزاوية بين المحور المغنطيسي الأرضي واتجاه الأرض والشمس. يتم تحديد الشكل البيضاوي الشفقي أيضًا على أساس البيانات المتعلقة بترسيب الجزيئات (الإلكترونات والبروتونات) من طاقات معينة. يمكن تحديد موقعها بشكل مستقل من البيانات الموجودة كاسباخعلى الجانب النهاري وفي ذيل الغلاف المغناطيسي.

إن التباين اليومي في تواتر حدوث الشفق القطبي في منطقة الشفق القطبي له حد أقصى عند منتصف الليل المغنطيسي الأرضي وأدنى حد عند الظهيرة المغنطيسية الأرضية. على الجانب شبه الاستوائي من الشكل البيضاوي، ينخفض ​​\u200b\u200bتكرار حدوث الشفق بشكل حاد، ولكن يتم الحفاظ على شكل التغيرات اليومية. على الجانب القطبي من الشكل البيضاوي، يتناقص تواتر الشفق تدريجيا ويتميز بتغيرات نهارية معقدة.

شدة الشفق.

شدة الشفق القطبي يتم تحديده عن طريق قياس سطوع السطح الظاهري. سطح اللمعان أنايتم تحديد الشفق في اتجاه معين من خلال الانبعاث الإجمالي البالغ 4p أناالفوتون/(سم2ق). وبما أن هذه القيمة ليست سطوع السطح الحقيقي، ولكنها تمثل الانبعاث من العمود، فإن وحدة الفوتون/(cm2 column s) تستخدم عادة عند دراسة الشفق. الوحدة المعتادة لقياس إجمالي الانبعاث هي رايلي (Rl) وتساوي 106 فوتون/(cm2 column s). يتم تحديد المزيد من الوحدات العملية للكثافة الشفقية من خلال إرسالات خط أو نطاق فردي. على سبيل المثال، يتم تحديد شدة الشفق القطبي من خلال معاملات السطوع الدولية (IBRs). حسب شدة الخط الأخضر (5577 Å)؛ 1 kRl = I MKY، 10 kRl = II MKY، 100 kRl = III MKY، 1000 kRl = IV MKY (أقصى كثافة للشفق). لا يمكن استخدام هذا التصنيف للشفق الأحمر. كان أحد اكتشافات العصر (1957-1958) هو إنشاء التوزيع الزماني المكاني للشفق على شكل بيضاوي، منزاح بالنسبة إلى القطب المغناطيسي. من الأفكار البسيطة حول الشكل الدائري لتوزيع الشفق بالنسبة للقطب المغناطيسي كان هناك تم الانتهاء من الانتقال إلى الفيزياء الحديثة للغلاف المغناطيسي. يعود شرف الاكتشاف إلى O. Khorosheva، وقد تم التطوير المكثف للأفكار حول الشكل البيضاوي الشفقي بواسطة G. Starkov، Y. Feldstein، S. I. Akasofu وعدد من الباحثين الآخرين. المنطقة الشفقية البيضاوية هي منطقة التأثير الأكثر كثافة للرياح الشمسية على الغلاف الجوي العلوي للأرض. تكون شدة الشفق القطبي أكبر في الشكل البيضاوي، ويتم مراقبة ديناميكياته بشكل مستمر باستخدام الأقمار الصناعية.

أقواس حمراء شفقية مستقرة.

قوس أحمر شفقي ثابت، ويسمى خلاف ذلك القوس الأحمر لخطوط العرض الوسطى أو م القوس، هو قوس عريض تحت البصر (أقل من حد حساسية العين)، يمتد من الشرق إلى الغرب لآلاف الكيلومترات وربما يحيط بالأرض بأكملها. ويبلغ طول خط العرض للقوس 600 كيلومتر. يكون انبعاث القوس الأحمر الشفقي المستقر أحادي اللون تقريبًا في الخطوط الحمراء l 6300 Å و l 6364 Å. في الآونة الأخيرة، تم الإبلاغ أيضًا عن خطوط انبعاث ضعيفة l 5577 Å (OI) و l 4278 Å (N +2). تُصنف الأقواس الحمراء المستمرة على أنها شفق، لكنها تظهر على ارتفاعات أعلى بكثير. يقع الحد الأدنى على ارتفاع 300 كم والحد الأعلى حوالي 700 كم. تتراوح شدة القوس الأحمر الشفقي الهادئ في انبعاث l 6300 Å من 1 إلى 10 kRl (القيمة النموذجية 6 kRl). تبلغ عتبة حساسية العين عند هذا الطول الموجي حوالي 10 كيلو ريال، لذلك نادرًا ما يتم ملاحظة الأقواس بصريًا. ومع ذلك، أظهرت الملاحظات أن سطوعها يزيد عن 50 كيلو لتر في 10% من الليالي. العمر الافتراضي للأقواس هو حوالي يوم واحد، ونادرا ما تظهر في الأيام اللاحقة. تخضع الموجات الراديوية الصادرة عن الأقمار الصناعية أو المصادر الراديوية التي تعبر الأقواس الحمراء الشفقية المستمرة للتلألؤ، مما يشير إلى وجود عدم تجانس في كثافة الإلكترون. التفسير النظري للأقواس الحمراء هو أن الإلكترونات ساخنة في المنطقة Fيتسبب الأيونوسفير في زيادة ذرات الأكسجين. تظهر عمليات رصد الأقمار الصناعية زيادة في درجة حرارة الإلكترون على طول خطوط المجال المغنطيسي الأرضي التي تتقاطع مع الأقواس الحمراء الشفقية المستمرة. وترتبط شدة هذه الأقواس بشكل إيجابي مع النشاط المغناطيسي الأرضي (العواصف)، ويرتبط تكرار حدوث الأقواس بشكل إيجابي مع نشاط البقع الشمسية.

تغيير الشفق.

تواجه بعض أشكال الشفق تغيرات زمنية شبه دورية ومتماسكة في شدتها. تسمى هذه الشفق ذات الهندسة الثابتة تقريبًا والتغيرات الدورية السريعة التي تحدث في الطور بالشفق المتغير. يتم تصنيفها على أنها الشفق نماذج روفقًا للأطلس الدولي للشفق القطبي، هناك تقسيم فرعي أكثر تفصيلاً للشفق القطبي المتغير:

ر 1 (الشفق النابض) هو توهج ذو اختلافات طورية موحدة في السطوع في جميع أنحاء شكل الشفق. بحكم التعريف، في الشفق النابض المثالي، يمكن فصل الأجزاء المكانية والزمانية للنبض، أي. سطوع أنا(ص، ر)= أنا ق(ص)· هو - هي(ر). في الشفق النموذجي ر 1 تحدث نبضات بتردد من 0.01 إلى 10 هرتز بكثافة منخفضة (1-2 كيلو رولتر). معظم الشفق ر 1- هي بقع أو أقواس تنبض بمدة عدة ثواني.

ر 2 (الشفق الناري). يستخدم المصطلح عادةً للإشارة إلى حركات مثل النيران التي تملأ السماء، بدلاً من وصف شكل مميز. الشفق القطبي له شكل أقواس وعادة ما يتحرك للأعلى من ارتفاع 100 كيلومتر. هذه الشفق نادرة نسبيا وتحدث في كثير من الأحيان خارج الشفق.

ر 3 (الشفق المتلألئ). وهي عبارة عن شفق قطبي يتميز بتغيرات سريعة أو غير منتظمة أو منتظمة في السطوع، مما يعطي انطباعًا بوجود ألسنة اللهب في السماء. تظهر قبل وقت قصير من تفكك الشفق القطبي. عادة ما يتم ملاحظة تكرار التباين ر 3 يساوي 10 ± 3 هرتز.

يشير مصطلح الشفق المتدفق، المستخدم لفئة أخرى من الشفق النابض، إلى الاختلافات غير المنتظمة في السطوع التي تتحرك بسرعة أفقيًا في الأقواس والخطوط الشفقية.

الشفق القطبي المتغير هو إحدى الظواهر الشمسية الأرضية التي تصاحب نبضات المجال المغنطيسي الأرضي وإشعاع الأشعة السينية الشفقية الناجم عن تساقط الجسيمات ذات الأصل الشمسي والغلاف المغناطيسي.

يتميز توهج الغطاء القطبي بالكثافة العالية لنطاق النظام السلبي الأول N + 2 (l 3914 Å). عادة، تكون هذه النطاقات N + 2 أكثر كثافة بخمس مرات من الخط الأخضر OI l 5577 Å؛ وتتراوح الكثافة المطلقة لتوهج الغطاء القطبي من 0.1 إلى 10 كيلورلتر (عادةً 1-3 كيلورلتر). خلال هذه الشفق، التي تظهر خلال فترات PCA، يغطي توهج منتظم الغطاء القطبي بأكمله حتى خط عرض مغنطيسي أرضي يبلغ 60 درجة على ارتفاعات تتراوح بين 30 إلى 80 كم. يتم توليده في الغالب بواسطة بروتونات شمسية وجسيمات d ذات طاقات تتراوح بين 10-100 ميغا إلكترون فولت، مما يخلق أقصى قدر من التأين عند هذه الارتفاعات. هناك نوع آخر من التوهج في مناطق الشفق القطبي، يُسمى شفق الوشاح. بالنسبة لهذا النوع من التوهج الشفقي، فإن الحد الأقصى اليومي للكثافة، الذي يحدث في ساعات الصباح، هو 1-10 كيلو لتر، والحد الأدنى للكثافة أضعف بخمس مرات. ملاحظات الشفق القطبي في الوشاح قليلة ومتباعدة، وتعتمد شدتها على النشاط المغناطيسي الأرضي والشمسي.

توهج الغلاف الجوييتم تعريفه على أنه الإشعاع الناتج والمنبعث من الغلاف الجوي للكوكب. وهو إشعاع غير حراري للغلاف الجوي، باستثناء انبعاث الشفق القطبي وتصريفات البرق وانبعاث مسارات النيزك. ويستخدم هذا المصطلح فيما يتعلق بالغلاف الجوي للأرض (توهج الليل، وهج الشفق، وتوهج النهار). لا يشكل التوهج الجوي سوى جزء من الضوء المتوفر في الغلاف الجوي. تشمل المصادر الأخرى ضوء النجوم، وضوء البروج، والضوء المنتشر أثناء النهار من الشمس. في بعض الأحيان، يمكن أن يمثل التوهج الجوي ما يصل إلى 40% من إجمالي كمية الضوء. يحدث التوهج الجوي في طبقات الغلاف الجوي ذات الارتفاع والسماكة المتفاوتة. يغطي طيف التوهج الجوي أطوال موجية تتراوح من 1000 Å إلى 22.5 ميكرون. خط الانبعاث الرئيسي في التوهج الجوي هو l 5577 Å، ويظهر على ارتفاع 90-100 كم في طبقة سمكها 30-40 كم. يرجع ظهور التلألؤ إلى آلية تشابمان، القائمة على إعادة تركيب ذرات الأكسجين. خطوط الانبعاث الأخرى هي l 6300 Å، والتي تظهر في حالة إعادة التركيب الانفصالي لـ O + 2 والانبعاث NI l 5198/5201 Å و NI l 5890/5896 Å.

يتم قياس شدة توهج الهواء في رايلي. السطوع (في رايلي) يساوي 4 rv، حيث b هو سطوع السطح الزاوي للطبقة الباعثة بوحدات 10 6 فوتون/(cm 2 ster·s). تعتمد شدة التوهج على خط العرض (يختلف باختلاف الانبعاثات)، ويختلف أيضًا على مدار اليوم بحد أقصى يقترب من منتصف الليل. ولوحظ وجود علاقة إيجابية بين التوهج الهوائي في انبعاث l 5577 Å وعدد البقع الشمسية وتدفق الإشعاع الشمسي بطول موجة يبلغ 10.7 سم. وقد لوحظ خلال تجارب الأقمار الصناعية. ويظهر من الفضاء الخارجي كحلقة من الضوء حول الأرض، وله لون أخضر.

الغلاف الأوزون.

على ارتفاعات 20-25 كم، يتم الوصول إلى الحد الأقصى لتركيز كمية ضئيلة من الأوزون O 3 (ما يصل إلى 2×10 –7 من محتوى الأكسجين!)، والذي ينشأ تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية الشمسية على ارتفاعات حوالي 10 إلى 50 كم، مما يحمي الكوكب من الإشعاع الشمسي المؤين. على الرغم من العدد الصغير للغاية لجزيئات الأوزون، إلا أنها تحمي جميع أشكال الحياة على الأرض من التأثيرات الضارة للإشعاع القصير الموجة (الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية) الصادر عن الشمس. إذا قمت بإيداع جميع الجزيئات في قاعدة الغلاف الجوي، فستحصل على طبقة لا يزيد سمكها عن 3-4 ملم! وعلى الارتفاعات التي تزيد عن 100 كيلومتر، تزداد نسبة الغازات الخفيفة، وعلى الارتفاعات العالية جداً يسود الهيليوم والهيدروجين؛ تنفصل العديد من الجزيئات إلى ذرات فردية، والتي تتأين تحت تأثير الإشعاع القوي من الشمس، وتشكل الغلاف الأيوني. يتناقص ضغط الهواء وكثافته في الغلاف الجوي للأرض مع الارتفاع. اعتمادًا على توزيع درجات الحرارة، ينقسم الغلاف الجوي للأرض إلى طبقة التروبوسفير، والستراتوسفير، والميزوسفير، والغلاف الحراري، والغلاف الخارجي. .

على ارتفاع 20-25 كم هناك طبقة الأوزون. يتكون الأوزون نتيجة لتحلل جزيئات الأكسجين عند امتصاص الأشعة فوق البنفسجية من الشمس بأطوال موجية أقصر من 0.1-0.2 ميكرون. يتحد الأكسجين الحر مع جزيئات O 2 ويشكل الأوزون O 3، الذي يمتص بشراهة جميع الأشعة فوق البنفسجية التي يقل طولها عن 0.29 ميكرون. يتم تدمير جزيئات الأوزون O3 بسهولة بواسطة إشعاع الموجة القصيرة. لذلك، على الرغم من ندرة طبقة الأوزون، فإنها تمتص بشكل فعال الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس والتي تمر عبر طبقات الغلاف الجوي الأعلى والأكثر شفافية. بفضل هذا، تتم حماية الكائنات الحية على الأرض من الآثار الضارة للأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس.

الأيونوسفير.

يؤدي الإشعاع الصادر من الشمس إلى تأين ذرات وجزيئات الغلاف الجوي. تصبح درجة التأين كبيرة بالفعل على ارتفاع 60 كيلومترًا وتزداد باطراد مع المسافة من الأرض. على ارتفاعات مختلفة في الغلاف الجوي، تحدث عمليات متسلسلة من تفكك الجزيئات المختلفة والتأين اللاحق للذرات والأيونات المختلفة. هذه هي في الأساس جزيئات الأكسجين O 2 والنيتروجين N 2 وذراتها. اعتمادًا على شدة هذه العمليات، تُسمى طبقات الغلاف الجوي المختلفة الواقعة فوق 60 كيلومترًا بالطبقات الأيونوسفيرية , ومجملها هو الأيونوسفير . الطبقة السفلى، التي يكون تأينها ضئيلا، تسمى الغلاف المحايد.

يتم تحقيق الحد الأقصى لتركيز الجسيمات المشحونة في الغلاف الأيوني على ارتفاعات تتراوح بين 300 و400 كيلومتر.

تاريخ دراسة الأيونوسفير.

تم طرح فرضية وجود طبقة موصلة في الغلاف الجوي العلوي في عام 1878 من قبل العالم الإنجليزي ستيوارت لشرح ميزات المجال المغنطيسي الأرضي. ثم في عام 1902، وبشكل مستقل عن بعضهما البعض، أشار كينيدي في الولايات المتحدة وهيفيسايد في إنجلترا إلى أنه لتفسير انتشار موجات الراديو عبر مسافات طويلة، كان من الضروري افتراض وجود مناطق ذات موصلية عالية في الطبقات العليا من الغلاف الجوي. في عام 1923، توصل الأكاديمي إم. في. شوليكين، مع الأخذ في الاعتبار ميزات انتشار موجات الراديو ذات الترددات المختلفة، إلى استنتاج مفاده أن هناك طبقتين عاكستين على الأقل في الغلاف الأيوني. ثم في عام 1925، أثبت الباحثون الإنجليزيان أبليتون وبارنيت، وكذلك بريت وتوف، تجريبيًا لأول مرة وجود مناطق تعكس موجات الراديو، ووضعوا الأساس لدراستهم المنهجية. ومنذ ذلك الوقت، تم إجراء دراسة منهجية لخصائص هذه الطبقات، التي تسمى عمومًا طبقة الأيونوسفير، والتي تلعب دورًا كبيرًا في عدد من الظواهر الجيوفيزيائية التي تحدد انعكاس وامتصاص موجات الراديو، وهو أمر مهم جدًا للتطبيق العملي. للأغراض، ولا سيما ضمان اتصالات لاسلكية موثوقة.

في ثلاثينيات القرن العشرين، بدأت الملاحظات المنهجية لحالة الأيونوسفير. في بلدنا، بمبادرة من M. A. Bonch-Bruevich، تم إنشاء منشآت لقياس النبض. تمت دراسة العديد من الخصائص العامة لطبقة الأيونوسفير والارتفاعات وتركيز الإلكترونات لطبقاته الرئيسية.

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

الجدول 4.

الجدول 4.
منطقة الأيونوسفير	أقصى ارتفاع، كم	تي ط , ك	يوم		ليلة ن ه , سم -3	΄، ρm 3 ث – 1
			دقيقة ن ه , سم -3	الأعلى ن ه , سم -3
د	70	20	100	200	10	10 –6
ه	110	270	1.5 10 5	3·10 5	3000	10 –7
F 1	180	800–1500	3·10 5	5 10 5	–	3·10 –8
F 2 (شتاء)	220–280	1000–2000	6 10 5	25 10 5	~10 5	2·10 -10
F 2 (صيف)	250–320	1000–2000	2·10 5	8 10 5	~3·10 5	10 –10
ن ه- تركيز الإلكترون، ه - شحنة الإلكترون، تي ط- درجة حرارة الأيون، a΄ - معامل إعادة التركيب (الذي يحدد القيمة ن هوتغيره مع مرور الوقت)

يتم إعطاء القيم المتوسطة لأنها تختلف عند خطوط العرض المختلفة، اعتمادا على الوقت من اليوم والمواسم. هذه البيانات ضرورية لضمان الاتصالات اللاسلكية لمسافات طويلة. يتم استخدامها في اختيار ترددات التشغيل لمختلف وصلات الراديو ذات الموجات القصيرة. تعد معرفة تغيراتها اعتمادًا على حالة الغلاف الأيوني في أوقات مختلفة من اليوم وفي مواسم مختلفة أمرًا في غاية الأهمية لضمان موثوقية الاتصالات الراديوية. الغلاف الأيوني عبارة عن مجموعة من الطبقات المتأينة للغلاف الجوي للأرض، تبدأ من ارتفاعات حوالي 60 كيلومترًا وتمتد إلى ارتفاعات عشرات الآلاف من الكيلومترات. المصدر الرئيسي لتأين الغلاف الجوي للأرض هو الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية القادمة من الشمس، والتي تحدث بشكل رئيسي في الغلاف الشمسي والإكليل الشمسي. بالإضافة إلى ذلك، تتأثر درجة التأين في الغلاف الجوي العلوي بالتيارات الجسيمية الشمسية التي تحدث أثناء التوهجات الشمسية، وكذلك الأشعة الكونية وجزيئات النيزك.

طبقات الأيونوسفير

- هذه هي المناطق في الغلاف الجوي التي يتم فيها الوصول إلى أقصى تركيز للإلكترونات الحرة (أي عددها لكل وحدة حجم). يمكن للإلكترونات الحرة المشحونة كهربائيًا (وبدرجة أقل الأيونات الأقل حركة) الناتجة عن تأين ذرات الغازات الجوية، المتفاعلة مع موجات الراديو (أي التذبذبات الكهرومغناطيسية)، أن تغير اتجاهها، وتعكسها أو تنكسرها، وتمتص طاقتها . ونتيجة لذلك، عند استقبال محطات الراديو البعيدة، قد تحدث تأثيرات مختلفة، على سبيل المثال، تلاشي الاتصالات الراديوية، وزيادة إمكانية سماع المحطات البعيدة، انقطاع التيار الكهربائىوما إلى ذلك وهلم جرا. الظواهر.

طرق البحث.

تتلخص الأساليب الكلاسيكية لدراسة الأيونوسفير من الأرض في سبر النبضات - إرسال نبضات راديوية ومراقبة انعكاساتها من طبقات مختلفة من الأيونوسفير، وقياس وقت التأخير ودراسة شدة الإشارات المنعكسة وشكلها. من خلال قياس ارتفاعات انعكاس النبضات الراديوية عند ترددات مختلفة، وتحديد الترددات الحرجة لمختلف المناطق (التردد الحرج هو التردد الحامل لنبضة راديوية، والتي تصبح منطقة معينة من الغلاف الأيوني فيها شفافة)، من الممكن تحديد قيمة تركيز الإلكترون في الطبقات والارتفاعات الفعالة لترددات معينة، واختيار الترددات المثلى لمسارات راديوية معينة. مع تطور تكنولوجيا الصواريخ وظهور عصر الفضاء للأقمار الصناعية الأرضية (AES) وغيرها من المركبات الفضائية، أصبح من الممكن قياس معلمات البلازما الفضائية القريبة من الأرض مباشرة، والجزء السفلي منها هو الغلاف الأيوني.

قياسات تركيز الإلكترون، التي تم إجراؤها على متن صواريخ تم إطلاقها خصيصًا وعلى طول مسارات الطيران عبر الأقمار الصناعية، بيانات مؤكدة وواضحة تم الحصول عليها سابقًا بالطرق الأرضية حول بنية الغلاف الأيوني، وتوزيع تركيز الإلكترون مع الارتفاع فوق مناطق مختلفة من الأرض و جعل من الممكن الحصول على قيم تركيز الإلكترون أعلى من الحد الأقصى الرئيسي - الطبقة F. في السابق، كان من المستحيل القيام بذلك باستخدام طرق السبر المستندة إلى ملاحظات نبضات الراديو ذات الموجة القصيرة المنعكسة. لقد تم اكتشاف أنه في بعض مناطق العالم توجد مناطق مستقرة تمامًا ذات تركيز إلكترون منخفض، و"رياح أيونوسفيرية" منتظمة، وتنشأ عمليات موجية غريبة في الغلاف الأيوني تحمل اضطرابات الأيونوسفير المحلية على بعد آلاف الكيلومترات من مكان إثارةها، وأكثر بكثير. لقد أتاح إنشاء أجهزة استقبال حساسة للغاية بشكل خاص استقبال إشارات النبض المنعكسة جزئيًا من أدنى مناطق الغلاف الأيوني (محطات الانعكاس الجزئي) في محطات سبر النبض الأيونوسفيري. إن استخدام التركيبات النبضية القوية في نطاقات الطول الموجي بالمتر والديسيمتر مع استخدام الهوائيات التي تسمح بتركيز عالٍ من الطاقة المنبعثة جعل من الممكن مراقبة الإشارات المنتشرة بواسطة الغلاف الأيوني على ارتفاعات مختلفة. إن دراسة خصائص أطياف هذه الإشارات المنتشرة بشكل غير متماسك بواسطة إلكترونات وأيونات البلازما الأيونوسفيرية (تم استخدام محطات التشتت غير المتماسك لموجات الراديو) جعلت من الممكن تحديد تركيز الإلكترونات والأيونات وما يعادلها درجة الحرارة على ارتفاعات مختلفة تصل إلى ارتفاعات عدة آلاف من الكيلومترات. اتضح أن الغلاف الأيوني شفاف تمامًا بالنسبة للترددات المستخدمة.

تركيز الشحنات الكهربائية (تركيز الإلكترون يساوي تركيز الأيونات) في الغلاف الأيوني للأرض على ارتفاع 300 كم يبلغ حوالي 106 سم –3 خلال النهار. تعكس البلازما بهذه الكثافة موجات الراديو التي يزيد طولها عن 20 مترًا، وتنقل موجات أقصر.

التوزيع الرأسي النموذجي لتركيز الإلكترون في الغلاف الأيوني لظروف النهار والليل.

انتشار موجات الراديو في طبقة الأيونوسفير.

يعتمد الاستقبال المستقر لمحطات البث لمسافات طويلة على الترددات المستخدمة، وكذلك على الوقت من اليوم، والموسم، بالإضافة إلى النشاط الشمسي. يؤثر النشاط الشمسي بشكل كبير على حالة الغلاف الأيوني. تنتقل موجات الراديو المنبعثة من محطة أرضية في خط مستقيم، مثل جميع أنواع الموجات الكهرومغناطيسية. ومع ذلك، ينبغي أن يؤخذ في الاعتبار أن سطح الأرض والطبقات المتأينة من غلافها الجوي بمثابة لوحات مكثف ضخم، تعمل عليها مثل تأثير المرايا على الضوء. يمكن لموجات الراديو المنعكسة منها أن تنتقل عدة آلاف من الكيلومترات، وتدور حول الكرة الأرضية بقفزات هائلة تصل إلى مئات وآلاف الكيلومترات، وتنعكس بالتناوب من طبقة من الغاز المتأين ومن سطح الأرض أو الماء.

في العشرينات من القرن الماضي، كان يعتقد أن موجات الراديو التي يقل طولها عن 200 متر ليست مناسبة بشكل عام للاتصالات بعيدة المدى بسبب الامتصاص القوي. تم إجراء التجارب الأولى على استقبال الموجات القصيرة لمسافات طويلة عبر المحيط الأطلسي بين أوروبا وأمريكا من قبل الفيزيائي الإنجليزي أوليفر هيفيسايد والمهندس الكهربائي الأمريكي آرثر كينيلي. بشكل مستقل عن بعضها البعض، اقترحوا أنه في مكان ما حول الأرض توجد طبقة متأينة من الغلاف الجوي قادرة على عكس موجات الراديو. وكانت تسمى طبقة هيفيسايد-كينيلي، ثم طبقة الأيونوسفير.

وفقًا للمفاهيم الحديثة، يتكون الغلاف الأيوني من إلكترونات حرة سالبة الشحنة وأيونات موجبة الشحنة، وخاصة الأكسجين الجزيئي O+ وأكسيد النيتريك NO+. تتشكل الأيونات والإلكترونات نتيجة تفكك الجزيئات وتأين ذرات الغاز المحايدة بواسطة الأشعة السينية الشمسية والأشعة فوق البنفسجية. من أجل تأين الذرة، من الضروري نقل طاقة التأين إليها، ومصدرها الرئيسي للأيونوسفير هو الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية والإشعاع الجسيمي من الشمس.

في حين أن الشمس تضيء القشرة الغازية للأرض ، فإن المزيد والمزيد من الإلكترونات تتشكل فيها بشكل مستمر ، ولكن في نفس الوقت تتحد بعض الإلكترونات ، التي تصطدم بالأيونات ، وتشكل جزيئات محايدة مرة أخرى. وبعد غروب الشمس، يتوقف تقريبًا تكوين الإلكترونات الجديدة، ويبدأ عدد الإلكترونات الحرة في التناقص. كلما زاد عدد الإلكترونات الحرة في الأيونوسفير، كلما كانت الموجات عالية التردد تنعكس منه بشكل أفضل. مع انخفاض تركيز الإلكترون، فإن مرور موجات الراديو ممكن فقط في نطاقات التردد المنخفضة. ولهذا السبب، كقاعدة عامة، من الممكن استقبال محطات بعيدة فقط في نطاقات 75 و 49 و 41 و 31 مترًا. يتم توزيع الإلكترونات بشكل غير متساو في الغلاف الأيوني. على ارتفاعات من 50 إلى 400 كم توجد عدة طبقات أو مناطق ذات تركيز متزايد للإلكترونات. تنتقل هذه المناطق بسلاسة إلى بعضها البعض ولها تأثيرات مختلفة على انتشار موجات الراديو عالية التردد. يتم تحديد الطبقة العليا من الأيونوسفير بالحرف F. هنا أعلى درجة من التأين (جزء من الجزيئات المشحونة حوالي 10 –4). تقع على ارتفاع أكثر من 150 كيلومترًا فوق سطح الأرض وتلعب الدور الانعكاسي الرئيسي في الانتشار لمسافات طويلة لموجات الراديو عالية التردد عالية التردد. في أشهر الصيف، تنقسم المنطقة F إلى طبقتين - F 1 و F 2. الطبقة F1 يمكن أن تشغل ارتفاعات من 200 إلى 250 كم، والطبقة F 2 يبدو أنه "يطفو" في نطاق ارتفاع يتراوح بين 300-400 كيلومتر. عادة طبقة F 2 متأين أقوى بكثير من الطبقة F 1 . طبقة ليلية F 1 يختفي والطبقة Fيبقى 2، ويفقد ببطء ما يصل إلى 60% من درجة التأين. أسفل الطبقة F على ارتفاعات من 90 إلى 150 كم توجد طبقة هيحدث التأين تحت تأثير الأشعة السينية الناعمة القادمة من الشمس. درجة التأين للطبقة E أقل من تلك الموجودة في الطبقة Fخلال النهار يتم استقبال المحطات في نطاقات التردد المنخفض HF 31 و 25 م عندما تنعكس الإشارات من الطبقة ه. عادةً ما تكون هذه المحطات تقع على مسافة 1000-1500 كم. في الليل في الطبقة هيتناقص التأين بشكل حاد، ولكن حتى في هذا الوقت يستمر في لعب دور مهم في استقبال الإشارات من المحطات في نطاقات 41 و 49 و 75 مترًا.

تعتبر تلك التي تنشأ في المنطقة ذات أهمية كبيرة لاستقبال إشارات ذات نطاقات HF عالية التردد تبلغ 16 و13 و11 مترًا هطبقات (السحب) ذات التأين المتزايد للغاية. يمكن أن تتراوح مساحة هذه السحب من بضعة إلى مئات الكيلومترات المربعة. تسمى هذه الطبقة ذات التأين المتزايد بالطبقة المتفرقة هويتم تعيينه وفاق. يمكن أن تتحرك السحب في طبقة الأيونوسفير تحت تأثير الرياح وتصل سرعتها إلى 250 كم/ساعة. في الصيف في خطوط العرض الوسطى خلال النهار، يحدث أصل موجات الراديو بسبب السحب Es لمدة 15-20 يومًا شهريًا. بالقرب من خط الاستواء يكون موجودًا دائمًا تقريبًا، وفي خطوط العرض العليا يظهر عادةً في الليل. في بعض الأحيان، خلال سنوات النشاط الشمسي المنخفض، عندما لا يكون هناك إرسال على نطاقات التردد العالي عالية التردد، تظهر فجأة محطات بعيدة على نطاقات 16 و13 و11 مترًا ذات حجم جيد، وتنعكس إشاراتها عدة مرات من Es.

أدنى منطقة في الأيونوسفير هي المنطقة دتقع على ارتفاعات تتراوح بين 50 و90 كيلومترا. يوجد عدد قليل نسبيًا من الإلكترونات الحرة هنا. من المنطقة دتنعكس الموجات الطويلة والمتوسطة بشكل جيد، ويتم امتصاص الإشارات الصادرة عن محطات التردد العالي المنخفضة بقوة. بعد غروب الشمس يختفي التأين بسرعة كبيرة ويصبح من الممكن استقبال محطات بعيدة في نطاقات 41 و 49 و 75 م تنعكس إشاراتها من الطبقات F 2 و ه. تلعب الطبقات الفردية للأيونوسفير دورًا مهمًا في انتشار إشارات الراديو عالية التردد. ويحدث التأثير على موجات الراديو بشكل أساسي بسبب وجود إلكترونات حرة في طبقة الأيونوسفير، على الرغم من أن آلية انتشار الموجات الراديوية ترتبط بوجود أيونات كبيرة. وهذه الأخيرة هي أيضًا ذات أهمية عند دراسة الخواص الكيميائية للغلاف الجوي، لأنها أكثر نشاطًا من الذرات والجزيئات المحايدة. تلعب التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الغلاف الأيوني دورًا مهمًا في توازن الطاقة والكهرباء.

الأيونوسفير العادي. قدمت الملاحظات التي تم إجراؤها باستخدام الصواريخ والأقمار الصناعية الجيوفيزيائية ثروة من المعلومات الجديدة التي تشير إلى أن تأين الغلاف الجوي يحدث تحت تأثير مجموعة واسعة من الإشعاع الشمسي. ويتركز الجزء الرئيسي منه (أكثر من 90%) في الجزء المرئي من الطيف. تنبعث الأشعة فوق البنفسجية، التي لها طول موجي أقصر وطاقة أعلى من أشعة الضوء البنفسجي، من الهيدروجين الموجود في الغلاف الجوي الداخلي للشمس (الكروموسفير)، وتنبعث الأشعة السينية، التي لها طاقة أعلى، من الغازات الموجودة في الغلاف الخارجي للشمس (الإكليل).

تعود الحالة الطبيعية (المتوسطة) للأيونوسفير إلى الإشعاع القوي المستمر. تحدث تغيرات منتظمة في طبقة الأيونوسفير العادية نتيجة للدوران اليومي للأرض والاختلافات الموسمية في زاوية سقوط أشعة الشمس عند الظهر، ولكن تحدث أيضًا تغيرات مفاجئة وغير متوقعة في حالة الأيونوسفير.

اضطرابات في طبقة الأيونوسفير.

كما هو معروف، تحدث مظاهر نشاط متكررة دوريا قوية في الشمس، والتي تصل إلى الحد الأقصى كل 11 عاما. تزامنت عمليات الرصد في إطار برنامج السنة الجيوفيزيائية الدولية (IGY) مع فترة أعلى نشاط شمسي طوال فترة عمليات رصد الأرصاد الجوية المنهجية، أي. من بداية القرن الثامن عشر. خلال فترات النشاط العالي، يزداد سطوع بعض المناطق في الشمس عدة مرات، وتزداد قوة الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية بشكل حاد. وتسمى هذه الظواهر التوهجات الشمسية. تستمر من عدة دقائق إلى ساعة إلى ساعتين. أثناء التوهج، تندلع البلازما الشمسية (معظمها بروتونات وإلكترونات)، وتندفع الجسيمات الأولية إلى الفضاء الخارجي. للإشعاع الكهرومغناطيسي والجسيمي الصادر عن الشمس أثناء مثل هذه التوهجات تأثير قوي على الغلاف الجوي للأرض.

وقد لوحظ التفاعل الأولي بعد 8 دقائق من التوهج، عندما تصل الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية المكثفة إلى الأرض. ونتيجة لذلك، يزيد التأين بشكل حاد. تخترق الأشعة السينية الغلاف الجوي حتى الحدود الدنيا للغلاف الأيوني؛ يزداد عدد الإلكترونات في هذه الطبقات بشكل كبير بحيث يتم امتصاص إشارات الراديو بالكامل تقريبًا ("تنطفئ"). يؤدي الامتصاص الإضافي للإشعاع إلى تسخين الغاز، مما يساهم في تطور الرياح. الغاز المتأين هو موصل للكهرباء، وعندما يتحرك في المجال المغناطيسي للأرض يحدث تأثير دينامو وينشأ تيار كهربائي. يمكن لهذه التيارات بدورها أن تسبب اضطرابات ملحوظة في المجال المغناطيسي وتتجلى في شكل عواصف مغناطيسية.

يتم تحديد بنية وديناميكيات الغلاف الجوي العلوي بشكل كبير من خلال عمليات غير متوازنة بالمعنى الديناميكي الحراري المرتبط بالتأين والتفكك عن طريق الإشعاع الشمسي والعمليات الكيميائية وإثارة الجزيئات والذرات وتعطيلها وتصادماتها والعمليات الأولية الأخرى. وفي هذه الحالة تزداد درجة عدم التوازن مع الارتفاع مع انخفاض الكثافة. حتى ارتفاعات 500-1000 كيلومتر، وغالبًا ما تكون أعلى، تكون درجة عدم التوازن للعديد من خصائص الغلاف الجوي العلوي صغيرة جدًا، مما يجعل من الممكن استخدام الديناميكا المائية الكلاسيكية والهيدرومغناطيسية، مع مراعاة التفاعلات الكيميائية، لوصفها.

الغلاف الخارجي هو الطبقة الخارجية من الغلاف الجوي للأرض، ويبدأ على ارتفاعات عدة مئات من الكيلومترات، والتي يمكن لذرات الهيدروجين الخفيفة سريعة الحركة الهروب منها إلى الفضاء الخارجي.

إدوارد كونونوفيتش

الأدب:

بودوفكين م. أساسيات الفيزياء الشمسية. سانت بطرسبرغ، 2001
ايريس تشيسون، ستيف ماكميلان علم الفلك اليوم. برنتيس هول، وشركة نهر السرج العلوي، 2002
المواد الموجودة على الإنترنت: http://ciencia.nasa.gov/



الغلاف الجوي هو الغلاف الغازي لكوكبنا الذي يدور مع الأرض. الغاز الموجود في الغلاف الجوي يسمى الهواء. الغلاف الجوي على اتصال بالغلاف المائي ويغطي الغلاف الصخري جزئيًا. لكن الحدود العليا يصعب تحديدها. من المقبول تقليديًا أن يمتد الغلاف الجوي للأعلى لحوالي ثلاثة آلاف كيلومتر. هناك يتدفق بسلاسة إلى الفضاء الخالي من الهواء.

التركيب الكيميائي للغلاف الجوي للأرض

بدأ تكوين التركيب الكيميائي للغلاف الجوي منذ حوالي أربعة مليارات سنة. في البداية، كان الغلاف الجوي يتكون فقط من الغازات الخفيفة - الهيليوم والهيدروجين. وفقا للعلماء، كانت المتطلبات الأساسية لإنشاء قذيفة غازية حول الأرض هي الانفجارات البركانية، والتي، إلى جانب الحمم البركانية، أطلقت كميات هائلة من الغازات. وبعد ذلك، بدأ تبادل الغازات مع المساحات المائية، ومع الكائنات الحية، ومع منتجات أنشطتها. تغير تكوين الهواء تدريجيًا وثبت في شكله الحديث منذ عدة ملايين من السنين.

المكونات الرئيسية للغلاف الجوي هي النيتروجين (حوالي 79%) والأكسجين (20%). أما النسبة المتبقية (1%) فتتكون من الغازات التالية: الأرجون، النيون، الهيليوم، الميثان، ثاني أكسيد الكربون، الهيدروجين، الكريبتون، الزينون، الأوزون، الأمونيا، الكبريت وثاني أكسيد النيتروجين، أكسيد النيتروز وأول أكسيد الكربون، وهي متضمنة. في هذا واحد في المئة.

بالإضافة إلى ذلك، يحتوي الهواء على بخار الماء والجسيمات (حبوب اللقاح والغبار وبلورات الملح وشوائب الهباء الجوي).

في الآونة الأخيرة، لاحظ العلماء ليس تغييرا نوعيا، ولكن كميا في بعض مكونات الهواء. والسبب في ذلك هو الإنسان وأنشطته. وفي المائة عام الماضية فقط، زادت مستويات ثاني أكسيد الكربون بشكل ملحوظ! وهذا أمر محفوف بالعديد من المشاكل، وأشدها عالمية هو تغير المناخ.

تشكيل الطقس والمناخ

يلعب الغلاف الجوي دورًا حاسمًا في تشكيل المناخ والطقس على الأرض. يعتمد الكثير على كمية ضوء الشمس وطبيعة السطح الأساسي والدورة الجوية.

دعونا ننظر إلى العوامل بالترتيب.

1. ينقل الغلاف الجوي حرارة أشعة الشمس ويمتص الأشعة الضارة. عرف اليونانيون القدماء أن أشعة الشمس تسقط على أجزاء مختلفة من الأرض بزوايا مختلفة. كلمة "المناخ" نفسها المترجمة من اليونانية القديمة تعني "المنحدر". لذا، عند خط الاستواء، تسقط أشعة الشمس عموديًا تقريبًا، ولهذا السبب يكون الجو حارًا جدًا هنا. كلما اقتربنا من القطبين زادت زاوية الميل. وتنخفض درجة الحرارة.

2. بسبب التسخين غير المتكافئ للأرض، تتشكل تيارات هوائية في الغلاف الجوي. يتم تصنيفها وفقا لأحجامها. أصغرها (عشرات ومئات الأمتار) هي الرياح المحلية. ويلي ذلك الرياح الموسمية والرياح التجارية والأعاصير والأعاصير المضادة والمناطق الأمامية الكوكبية.

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

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

تم تخصيص إجمالي 7 مناطق. خط الاستواء هو منطقة الضغط المنخفض. علاوة على ذلك، توجد على جانبي خط الاستواء حتى خطوط عرض الثلاثينيات منطقة ذات ضغط مرتفع. من 30° إلى 60° - ضغط منخفض مرة أخرى. ومن 60° إلى القطبين منطقة ضغط مرتفع. وتنتشر الكتل الهوائية بين هذه المناطق. تلك التي تأتي من البحر إلى الأرض تجلب المطر والطقس السيئ، وتلك التي تهب من القارات تجلب طقسًا صافًا وجافًا. وفي الأماكن التي تتصادم فيها التيارات الهوائية، تتشكل مناطق جبهة جوية تتميز بهطول الأمطار وطقس عاصف عاصف.

لقد أثبت العلماء أنه حتى رفاهية الشخص تعتمد على الضغط الجوي. وفقا للمعايير الدولية، يبلغ الضغط الجوي الطبيعي 760 ملم زئبق. العمود عند درجة حرارة 0 درجة مئوية. يتم حساب هذا المؤشر لتلك المناطق من الأرض التي تكون تقريبًا على مستوى سطح البحر. مع الارتفاع ينخفض ​​الضغط. لذلك، على سبيل المثال، لسانت بطرسبرغ 760 ملم زئبق. - هذا هو المعيار. لكن بالنسبة لموسكو التي تقع أعلى، يبلغ الضغط الطبيعي 748 ملم زئبق.

يتغير الضغط ليس فقط عموديا، ولكن أيضا أفقيا. هذا محسوس بشكل خاص أثناء مرور الأعاصير.

هيكل الغلاف الجوي

الجو يذكرنا بكعكة الطبقة. وكل طبقة لها خصائصها الخاصة.

. التروبوسفير- الطبقة الأقرب إلى الأرض. يتغير "سمك" هذه الطبقة مع المسافة من خط الاستواء. وفوق خط الاستواء تمتد الطبقة نحو الأعلى بمقدار 16-18 كم، وفي المناطق المعتدلة بمقدار 10-12 كم، وعند القطبين بمقدار 8-10 كم.

يوجد هنا 80٪ من إجمالي كتلة الهواء و 90٪ من بخار الماء. تتشكل الغيوم هنا، وتنشأ الأعاصير والأعاصير المضادة. تعتمد درجة حرارة الهواء على ارتفاع المنطقة. وفي المتوسط، تنخفض بمقدار 0.65 درجة مئوية لكل 100 متر.

. التروبوبوز- الطبقة الانتقالية للغلاف الجوي. يتراوح ارتفاعه من عدة مئات من الأمتار إلى 1-2 كم. درجة حرارة الهواء في الصيف أعلى منها في الشتاء. على سبيل المثال، تبلغ درجة الحرارة فوق القطبين في الشتاء -65 درجة مئوية. وفوق خط الاستواء -70 درجة مئوية في أي وقت من السنة.

. الستراتوسفير- هذه طبقة تقع حدودها العليا على ارتفاع 50-55 كيلومترا. الاضطراب هنا منخفض، ومحتوى بخار الماء في الهواء لا يكاد يذكر. ولكن هناك الكثير من الأوزون. الحد الأقصى لتركيزه هو على ارتفاع 20-25 كم. في طبقة الستراتوسفير، تبدأ درجة حرارة الهواء في الارتفاع وتصل إلى +0.8 درجة مئوية. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن طبقة الأوزون تتفاعل مع الأشعة فوق البنفسجية.

. الستراتوبوز- طبقة متوسطة منخفضة بين الستراتوسفير والميزوسفير الذي يليه.

. الميزوسفير- الحد الأعلى لهذه الطبقة 80-85 كيلومتراً. تحدث هنا العمليات الكيميائية الضوئية المعقدة التي تنطوي على الجذور الحرة. إنهم هم الذين يوفرون ذلك التوهج الأزرق اللطيف لكوكبنا، والذي يُرى من الفضاء.

تحترق معظم المذنبات والنيازك في طبقة الميزوسفير.

. انقطاع الطمث- الطبقة المتوسطة التالية التي تكون درجة حرارة الهواء فيها -90 درجة على الأقل.

. الغلاف الحراري- يبدأ الحد السفلي على ارتفاع 80 - 90 كم، ويمتد الحد العلوي للطبقة على ارتفاع 800 كم تقريباً. درجة حرارة الهواء ترتفع. يمكن أن تتراوح من +500 درجة مئوية إلى +1000 درجة مئوية. خلال النهار، تصل تقلبات درجات الحرارة إلى مئات الدرجات! لكن الهواء هنا مخلخل لدرجة أن فهم مصطلح «درجة الحرارة» كما نتصوره ليس مناسباً هنا.

. الأيونوسفير- يجمع بين طبقة الميزوسفير، وطبقة الميزوبوز، والغلاف الحراري. يتكون الهواء هنا بشكل أساسي من جزيئات الأكسجين والنيتروجين، بالإضافة إلى البلازما شبه المحايدة. أشعة الشمس التي تدخل الغلاف الأيوني تؤين جزيئات الهواء بقوة. في الطبقة السفلى (حتى 90 كم) تكون درجة التأين منخفضة. كلما زاد التأين كلما زاد التأين. لذلك، على ارتفاع 100-110 كم، تتركز الإلكترونات. وهذا يساعد على عكس موجات الراديو القصيرة والمتوسطة.

الطبقة الأكثر أهمية في الأيونوسفير هي الطبقة العليا، والتي تقع على ارتفاع 150-400 كم. وتكمن خصوصيتها في أنها تعكس موجات الراديو، مما يسهل نقل إشارات الراديو عبر مسافات كبيرة.

في الغلاف الأيوني تحدث ظاهرة مثل الشفق القطبي.

. اكسوسفير- يتكون من ذرات الأكسجين والهيليوم والهيدروجين. والغاز الموجود في هذه الطبقة نادر جدًا وغالبًا ما تهرب ذرات الهيدروجين إلى الفضاء الخارجي. ولذلك تسمى هذه الطبقة "منطقة التشتت".

أول عالم اقترح أن غلافنا الجوي له ثقل هو الإيطالي إي. توريسيلي. على سبيل المثال، أعرب أوستاب بندر في روايته "العجل الذهبي" عن أسفه لأن كل شخص يضغط عليه عمود من الهواء يزن 14 كجم! لكن المتآمر العظيم كان مخطئا بعض الشيء. يتعرض الشخص البالغ لضغط يصل إلى 13-15 طنًا! لكننا لا نشعر بهذا الثقل، لأن الضغط الجوي يتوازن مع الضغط الداخلي للإنسان. يبلغ وزن الغلاف الجوي لدينا 5.300.000.000.000.000 طن. هذا الرقم هائل، على الرغم من أنه لا يتجاوز المليون من وزن كوكبنا.