Zemes atmosfēras diagrammas sastāvs. Atmosfēra ir Zemes gaisa slānis. Barometriskā spiediena sadalījums

Gaisa apvalku, kas ieskauj mūsu planētu un griežas kopā ar to, sauc par atmosfēru. Puse no kopējās atmosfēras masas ir koncentrēta zemākajos 5 km, bet trīs ceturtdaļas no masas zemākajos 10 km. Augšpusē gaiss ir daudz retināts, lai gan tā daļiņas atrodas 2000-3000 km augstumā virs zemes virsmas.

Gaiss, ko elpojam, ir gāzu maisījums. Visvairāk tajā ir slāpeklis - 78% un skābeklis - 21%. Argons ir mazāks par 1%, un 0,03% ir oglekļa dioksīds. Daudzas citas gāzes, piemēram, kriptons, ksenons, neons, hēlijs, ūdeņradis, ozons un citas, veido procentu tūkstošdaļas un miljondaļas. Gaisā ir arī ūdens tvaiki, dažādu vielu daļiņas, baktērijas, ziedputekšņi un kosmiskie putekļi.

Atmosfēra sastāv no vairākiem slāņiem. Apakšējo slāni līdz 10-15 km augstumam virs Zemes virsmas sauc par troposfēru. Tas uzsilst no Zemes, tāpēc gaisa temperatūra šeit ar augstumu pazeminās par 6 ° C uz 1 kāpuma kilometru. Gandrīz visi ūdens tvaiki atrodas troposfērā un veidojas gandrīz visi mākoņi - ņemiet vērā .. Troposfēras augstums pār dažādiem planētas platuma grādiem nav vienāds. Tas paceļas līdz 9 km virs poliem, līdz 10-12 km virs mērenajiem platuma grādiem un līdz 15 km virs ekvatora. Troposfērā notiekošie procesi - gaisa masu veidošanās un kustība, ciklonu un anticiklonu veidošanās, mākoņu parādīšanās un nokrišņi - nosaka laikapstākļus un klimatu zemes virsmas tuvumā.

Virs troposfēras atrodas stratosfēra, kas stiepjas līdz 50-55 km. Troposfēru un stratosfēru atdala 1–2 km biezs pārejas slānis, ko sauc par tropopauzi. Stratosfērā aptuveni 25 km augstumā gaisa temperatūra pamazām sāk celties un 50 km augstumā sasniedz + 10 +30 °С. Šāda temperatūras paaugstināšanās ir saistīta ar to, ka stratosfērā 25-30 km augstumā ir ozona slānis. Uz Zemes virsmas tā saturs gaisā ir niecīgs, un lielā augstumā divatomiskās skābekļa molekulas absorbē ultravioleto saules starojumu, veidojot trīsatomu ozona molekulas.

Ja ozons atrastos atmosfēras zemākajos slāņos, augstumā ar normālu spiedienu, tā slāņa biezums būtu tikai 3 mm. Bet pat tik nelielā daudzumā tam ir ļoti svarīga loma: tas absorbē daļu no dzīviem organismiem kaitīgā saules starojuma.

Virs stratosfēras līdz aptuveni 80 km stiepjas mezosfēra, kurā gaisa temperatūra ar augstumu pazeminās līdz vairākiem desmitiem grādu zem nulles.

Atmosfēras augšdaļai ir raksturīga ļoti augsta temperatūra un to sauc par termosfēru - piezīme .. Tā ir sadalīta divās daļās - jonosfēra - līdz aptuveni 1000 km augstumam, kur gaiss ir ļoti jonizēts, un eksosfēra. - vairāk nekā 1000 km. Jonosfērā atmosfēras gāzu molekulas absorbē Saules ultravioleto starojumu, un veidojas lādēti atomi un brīvie elektroni. Auroras tiek novērotas jonosfērā.

Atmosfērai ir ļoti svarīga loma mūsu planētas dzīvē. Tas aizsargā Zemi no spēcīgas sasilšanas saules staru ietekmē dienas laikā un no hipotermijas naktī. Lielākā daļa meteorītu sadeg atmosfēras slāņos, pirms sasniedz planētas virsmu. Atmosfērā ir skābeklis, kas nepieciešams visiem organismiem, ozona vairogs, kas aizsargā dzīvību uz Zemes no Saules ultravioletā starojuma kaitīgās daļas.

SAULES SISTĒMAS PLANĒTU ATMOSFĒRAS

Merkura atmosfēra ir tik reti sastopama, ka, varētu teikt, tā praktiski nav. Venēras gaisa apvalks sastāv no oglekļa dioksīda (96%) un slāpekļa (apmēram 4%), tas ir ļoti blīvs - atmosfēras spiediens pie planētas virsmas ir gandrīz 100 reizes lielāks nekā uz Zemes. Arī Marsa atmosfēru galvenokārt veido oglekļa dioksīds (95%) un slāpeklis (2,7%), taču tās blīvums ir aptuveni 300 reižu mazāks nekā zemes, bet spiediens ir gandrīz 100 reizes mazāks. Jupitera redzamā virsma faktiski ir ūdeņraža-hēlija atmosfēras augšējais slānis. Saturna un Urāna gaisa čaulas pēc sastāva ir vienādas. Urāna skaistā zilā krāsa ir saistīta ar augsto metāna koncentrāciju tā atmosfēras augšdaļā - aptuveni .. Ogļūdeņraža miglas tītajam Neptūnam ir divi galvenie mākoņu slāņi: viens sastāv no sasalušiem metāna kristāliem, bet otrs, atrodas zemāk, satur amonjaku un sērūdeņradi.

Zemes sastāvs. Gaiss

Gaiss ir mehānisks dažādu gāzu maisījums, kas veido Zemes atmosfēru. Gaiss ir būtisks dzīvo organismu elpošanai, un to plaši izmanto rūpniecībā.

To, ka gaiss ir maisījums, nevis viendabīga viela, pierādīja skotu zinātnieka Džozefa Bleka eksperimenti. Vienā no tiem zinātnieks atklāja, ka, karsējot balto magnēziju (magnija karbonātu), izdalās “saistītais gaiss”, tas ir, oglekļa dioksīds, un veidojas sadedzis magnēzijs (magnija oksīds). Turpretim, apdedzinot kaļķakmeni, tiek noņemts “saistītais gaiss”. Pamatojoties uz šiem eksperimentiem, zinātnieks secināja, ka atšķirība starp ogļskābajiem un kodīgajiem sārmiem ir tāda, ka pirmajā ietilpst oglekļa dioksīds, kas ir viena no gaisa sastāvdaļām. Šodien mēs zinām, ka papildus oglekļa dioksīdam zemes gaisa sastāvā ietilpst:

Tabulā norādītā gāzu attiecība zemes atmosfērā ir raksturīga tās apakšējiem slāņiem, līdz 120 km augstumam. Šajos apgabalos atrodas labi sajaukts, viendabīgs reģions, ko sauc par homosfēru. Virs homosfēras atrodas heterosfēra, kurai raksturīga gāzes molekulu sadalīšanās atomos un jonos. Reģioni ir atdalīti viens no otra ar turbopauzi.

Ķīmisko reakciju, kurā saules un kosmiskā starojuma ietekmē molekulas sadalās atomos, sauc par fotodisociāciju. Molekulārā skābekļa sabrukšanas laikā veidojas atomu skābeklis, kas ir galvenā atmosfēras gāze augstumā virs 200 km. Augstumā virs 1200 km sāk dominēt ūdeņradis un hēlijs, kas ir vieglākās no gāzēm.

Tā kā lielākā gaisa daļa ir koncentrēta 3 zemākajos atmosfēras slāņos, gaisa sastāva izmaiņām augstumā virs 100 km nav manāmas ietekmes uz kopējo atmosfēras sastāvu.

Slāpeklis ir visizplatītākā gāze, kas veido vairāk nekā trīs ceturtdaļas no zemes gaisa tilpuma. Mūsdienu slāpeklis radās, oksidējoties agrīnajai amonjaka-ūdeņraža atmosfērai ar molekulāro skābekli, kas veidojas fotosintēzes laikā. Šobrīd neliels slāpekļa daudzums atmosfērā nonāk denitrifikācijas rezultātā – nitrātu reducēšanās procesā par nitrītiem, kam seko gāzveida oksīdu un molekulārā slāpekļa veidošanās, ko ražo anaerobie prokarioti. Daļa slāpekļa nonāk atmosfērā vulkānu izvirdumu laikā.

Atmosfēras augšējos slāņos, pakļaujot elektriskajām izlādēm ar ozona piedalīšanos, molekulārais slāpeklis tiek oksidēts līdz slāpekļa monoksīdam:

N 2 + O 2 → 2 NO

Normālos apstākļos monoksīds nekavējoties reaģē ar skābekli, veidojot slāpekļa oksīdu:

2NO + O 2 → 2N 2 O

Slāpeklis ir vissvarīgākais ķīmiskais elements zemes atmosfērā. Slāpeklis ir daļa no olbaltumvielām, nodrošina augu minerālu uzturu. Tas nosaka bioķīmisko reakciju ātrumu, spēlē skābekļa šķīdinātāja lomu.

Skābeklis ir otrā visbiežāk sastopamā gāze Zemes atmosfērā. Šīs gāzes veidošanās ir saistīta ar augu un baktēriju fotosintēzes aktivitāti. Un jo daudzveidīgāki un daudzveidīgāki kļuva fotosintēzes organismi, jo nozīmīgāks kļuva skābekļa satura process atmosfērā. Mantijas degazēšanas laikā izdalās neliels daudzums smagā skābekļa.

Troposfēras un stratosfēras augšējos slāņos ultravioletā saules starojuma ietekmē (mēs to apzīmējam kā hν) veidojas ozons:

O 2 + hν → 2O

Tā paša ultravioletā starojuma darbības rezultātā ozons sadalās:

O 3 + hν → O 2 + O

O 3 + O → 2O 2

Pirmās reakcijas rezultātā veidojas atomu skābeklis, otrās – molekulārais skābeklis. Visas 4 reakcijas sauc par Čepmena mehānismu britu zinātnieka Sidnija Čepmena vārdā, kurš tās atklāja 1930. gadā.

Skābekli izmanto dzīvo organismu elpošanai. Ar tās palīdzību notiek oksidācijas un sadegšanas procesi.

Ozons kalpo dzīvo organismu aizsardzībai no ultravioletā starojuma, kas izraisa neatgriezeniskas mutācijas. Vislielākā ozona koncentrācija tiek novērota stratosfēras lejasdaļā t.s. ozona slānis vai ozona ekrāns, kas atrodas 22-25 km augstumā. Ozona saturs ir neliels: normālā spiedienā viss zemes atmosfēras ozons aizņemtu tikai 2,91 mm biezu slāni.

Atmosfērā trešās izplatītākās gāzes, argona, kā arī neona, hēlija, kriptona un ksenona veidošanās ir saistīta ar vulkānu izvirdumiem un radioaktīvo elementu sabrukšanu.

Jo īpaši hēlijs ir urāna, torija un rādija radioaktīvās sabrukšanas produkts: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (šajās reakcijās α- daļiņa ir hēlija kodols, kas enerģijas zuduma procesā uztver elektronus un kļūst par 4 He).

Argons veidojas kālija radioaktīvā izotopa sabrukšanas laikā: 40 K → 40 Ar + γ.

Neons izplūst no magmatiskajiem akmeņiem.

Kriptons veidojas kā urāna (235 U un 238 U) un torija Th sabrukšanas galaprodukts.

Lielākā daļa atmosfēras kriptona veidojās Zemes evolūcijas sākumposmā transurāna elementu sabrukšanas rezultātā ar fenomenāli īsu pussabrukšanas periodu vai nāca no kosmosa, kurā kriptona saturs ir desmit miljonus reižu lielāks nekā uz Zemes. .

Ksenons ir urāna skaldīšanas rezultāts, taču lielākā daļa šīs gāzes paliek pāri no Zemes veidošanās sākuma posmiem, no primārās atmosfēras.

Oglekļa dioksīds atmosfērā nonāk vulkānu izvirdumu rezultātā un organisko vielu sadalīšanās procesā. Tās saturs Zemes vidējo platuma grādu atmosfērā ļoti atšķiras atkarībā no gadalaikiem: ziemā CO 2 daudzums palielinās, bet vasarā samazinās. Šīs svārstības ir saistītas ar to augu darbību, kas fotosintēzes procesā izmanto oglekļa dioksīdu.

Ūdeņradis veidojas ūdens sadalīšanās rezultātā saules starojuma ietekmē. Bet, būdama vieglākā no atmosfēru veidojošajām gāzēm, tā pastāvīgi izplūst kosmosā, un tāpēc tās saturs atmosfērā ir ļoti mazs.

Ūdens tvaiki ir ūdens iztvaikošanas rezultāts no ezeru, upju, jūru un zemes virsmas.

Galveno gāzu koncentrācija atmosfēras apakšējos slāņos, izņemot ūdens tvaikus un oglekļa dioksīdu, ir nemainīga. Nelielos daudzumos atmosfērā ir sēra oksīds SO 2, amonjaks NH 3, oglekļa monoksīds CO, ozons O 3, hlorūdeņradis HCl, fluorūdeņradis HF, slāpekļa monoksīds NO, ogļūdeņraži, dzīvsudraba tvaiki Hg, jods I 2 un daudzi citi. Troposfēras apakšējā atmosfēras slānī pastāvīgi atrodas liels daudzums suspendētu cieto un šķidro daļiņu.

Cieto daļiņu avoti Zemes atmosfērā ir vulkānu izvirdumi, augu putekšņi, mikroorganismi un pēdējā laikā cilvēka darbība, piemēram, fosilā kurināmā dedzināšana ražošanas procesos. Mazākās putekļu daļiņas, kas ir kondensācijas kodoli, ir miglas un mākoņu veidošanās cēloņi. Bez cietām daļiņām, kas pastāvīgi atrodas atmosfērā, nokrišņi uz Zemes nenokristu.

Enciklopēdisks YouTube

1 / 5

✪ Zemes kosmosa kuģis (14. sērija) — atmosfēra

✪ Kāpēc atmosfēra netika ievilkta kosmosa vakuumā?

✪ Kosmosa kuģa "Sojuz TMA-8" iekļūšana Zemes atmosfērā

✪ Atmosfēras uzbūve, nozīme, izpēte

✪ O. S. Ugoļņikovs "Augšējā atmosfēra. Zemes un kosmosa tikšanās"

Subtitri

Atmosfēras robeža

Par atmosfēru tiek uzskatīta vieta ap Zemi, kurā gāzveida vide rotē kopā ar Zemi kopumā. Atmosfēra starpplanētu telpā pāriet pakāpeniski, eksosfērā, sākot no 500-1000 km augstumā no Zemes virsmas.

Saskaņā ar Starptautiskās aviācijas federācijas piedāvāto definīciju robeža starp atmosfēru un kosmosu tiek novilkta pa Karmana līniju, kas atrodas aptuveni 100 km augstumā, virs kuras gaisa lidojumi kļūst pilnīgi neiespējami. NASA izmanto 122 kilometru (400 000 pēdu) atzīmi kā atmosfēras robežu, kur atspoles pārslēdzas no manevrēšanas ar dzinēju uz aerodinamisko manevrēšanu.

Fizikālās īpašības

Papildus tabulā uzskaitītajām gāzēm atmosfērā ir Cl 2 (\displaystyle (\ce (Cl2))) , SO 2 (\displaystyle (\ce (SO2))) , NH 3 (\displaystyle (\ce (NH3))) , CO (\displaystyle ((\ce (CO)))) , O 3 (\displaystyle ((\ce (O3)))) , NO 2 (\displaystyle (\ce (NO2))), ogļūdeņraži, HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , HI (\displaystyle ((\ce (HI)))), pāriem Hg (\displaystyle (\ce (Hg))) , I 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br 2 (\displaystyle (\ce (Br2))), kā arī daudzas citas gāzes nelielos daudzumos. Troposfērā pastāvīgi atrodas liels daudzums suspendētu cieto un šķidro daļiņu (aerosolu). Retākā gāze Zemes atmosfērā ir Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .

Atmosfēras struktūra

atmosfēras robežslānis

Troposfēras apakšējais slānis (1-2 km biezs), kurā Zemes virsmas stāvoklis un īpašības tieši ietekmē atmosfēras dinamiku.

Troposfēra

Tā augšējā robeža atrodas 8-10 km augstumā polārajos, 10-12 km mērenajos un 16-18 km tropiskajos platuma grādos; zemāks ziemā nekā vasarā.
Apakšējais, galvenais atmosfēras slānis satur vairāk nekā 80% no kopējās atmosfēras gaisa masas un aptuveni 90% no visiem atmosfērā esošajiem ūdens tvaikiem. Troposfērā spēcīgi attīstās turbulence un konvekcija, parādās mākoņi, veidojas cikloni un anticikloni. Temperatūra samazinās līdz ar augstumu ar vidējo vertikālo gradientu 0,65°/100 metri.

tropopauze

Pārejas slānis no troposfēras uz stratosfēru, atmosfēras slānis, kurā apstājas temperatūras pazemināšanās ar augstumu.

Stratosfēra

Atmosfēras slānis atrodas 11 līdz 50 km augstumā. Raksturīgas ir nelielas temperatūras izmaiņas 11-25 km slānī (stratosfēras apakšējais slānis) un tās paaugstināšanās 25-40 km slānī no mīnus 56,5 līdz plus 0,8 °C (augšējā stratosfēra jeb inversijas apgabals). Sasniedzot vērtību aptuveni 273 K (gandrīz 0 °C) aptuveni 40 km augstumā, temperatūra saglabājas nemainīga līdz aptuveni 55 km augstumam. Šo nemainīgas temperatūras reģionu sauc par stratopauzi, un tā ir robeža starp stratosfēru un mezosfēru.

Stratopauze

Atmosfēras robežslānis starp stratosfēru un mezosfēru. Vertikālajā temperatūras sadalījumā ir maksimums (apmēram 0 °C).

Mezosfēra

Termosfēra

Augšējā robeža ir aptuveni 800 km. Temperatūra paaugstinās līdz 200-300 km augstumam, kur tā sasniedz 1500 K vērtības, pēc tam saglabājas gandrīz nemainīga līdz pat lielam augstumam. Saules starojuma un kosmiskā starojuma ietekmē gaiss tiek jonizēts (“polārās gaismas”) - galvenie jonosfēras apgabali atrodas termosfēras iekšpusē. Augstumā virs 300 km dominē atomu skābeklis. Termosfēras augšējo robežu lielā mērā nosaka Saules pašreizējā aktivitāte. Zemas aktivitātes periodos - piemēram, 2008.-2009.gadā - ir manāms šī slāņa lieluma samazinājums.

Termopauze

Atmosfēras apgabals virs termosfēras. Šajā reģionā saules starojuma absorbcija ir nenozīmīga, un temperatūra faktiski nemainās līdz ar augstumu.

Eksosfēra (izkliedējošā sfēra)

Līdz 100 km augstumam atmosfēra ir viendabīgs, labi sajaukts gāzu maisījums. Augstākos slāņos gāzu sadalījums augstumā ir atkarīgs no to molekulmasām, smagāko gāzu koncentrācija samazinās ātrāk, attālinoties no Zemes virsmas. Gāzes blīvuma samazināšanās dēļ temperatūra pazeminās no 0 °C stratosfērā līdz mīnus 110 °C mezosfērā. Taču atsevišķu daļiņu kinētiskā enerģija 200-250 km augstumā atbilst ~ 150 °C temperatūrai. Virs 200 km ir novērojamas būtiskas temperatūras un gāzes blīvuma svārstības laikā un telpā.

Aptuveni 2000-3500 km augstumā eksosfēra pamazām pāriet t.s. tuvu kosmosa vakuumam, kas ir piepildīta ar retām starpplanētu gāzes daļiņām, galvenokārt ūdeņraža atomiem. Bet šī gāze ir tikai daļa no starpplanētu matērijas. Otru daļu veido putekļiem līdzīgas komētas un meteoriskas izcelsmes daļiņas. Papildus ārkārtīgi retām putekļiem līdzīgām daļiņām šajā telpā iekļūst saules un galaktikas izcelsmes elektromagnētiskais un korpuskulārais starojums.

Pārskats

Troposfēra veido aptuveni 80% no atmosfēras masas, stratosfēra veido apmēram 20%; mezosfēras masa ir ne vairāk kā 0,3%, termosfēra ir mazāka par 0,05% no kopējās atmosfēras masas.

Pamatojoties uz elektriskām īpašībām atmosfērā, tie izstaro neitrosfēra un jonosfēra .

Atkarībā no gāzes sastāva atmosfērā tās izdala homosfēra un heterosfēra. heterosfēra- šī ir vieta, kur gravitācija ietekmē gāzu atdalīšanu, jo to sajaukšanās šādā augstumā ir niecīga. No tā izriet heterosfēras mainīgais sastāvs. Zem tā atrodas labi sajaukta, viendabīga atmosfēras daļa, ko sauc par homosfēru. Robežu starp šiem slāņiem sauc par turbopauzi, tā atrodas aptuveni 120 km augstumā.

Citas atmosfēras īpašības un ietekme uz cilvēka ķermeni

Jau 5 km augstumā virs jūras līmeņa netrenētam cilvēkam rodas skābekļa bads, un bez adaptācijas cilvēka veiktspēja ievērojami samazinās. Šeit beidzas atmosfēras fizioloģiskā zona. Cilvēka elpošana kļūst neiespējama 9 km augstumā, lai gan līdz aptuveni 115 km atmosfērā ir skābeklis.

Atmosfēra nodrošina mūs ar skābekli, kas nepieciešams elpot. Tomēr atmosfēras kopējā spiediena krituma dēļ, paceļoties augstumā, attiecīgi samazinās arī skābekļa daļējais spiediens.

Atmosfēras veidošanās vēsture

Saskaņā ar visizplatītāko teoriju Zemes atmosfēra visā tās vēsturē ir bijusi trīs dažādos sastāvos. Sākotnēji tas sastāvēja no vieglām gāzēm (ūdeņraža un hēlija), kas tika uztvertas no starpplanētu telpas. Šis tā sauktais primārā atmosfēra. Nākamajā posmā aktīvā vulkāniskā darbība izraisīja atmosfēras piesātinājumu ar gāzēm, kas nav ūdeņradis (oglekļa dioksīds, amonjaks, ūdens tvaiki). Lūk, kā sekundārā atmosfēra. Šī atmosfēra bija atjaunojoša. Turklāt atmosfēras veidošanās procesu noteica šādi faktori:

• vieglo gāzu (ūdeņraža un hēlija) noplūde starpplanētu telpā;
• ķīmiskās reakcijas, kas notiek atmosfērā ultravioletā starojuma, zibens izlādes un dažu citu faktoru ietekmē.

Pamazām šie faktori noveda pie veidošanās terciārā atmosfēra, ko raksturo daudz mazāks ūdeņraža saturs un daudz lielāks slāpekļa un oglekļa dioksīda saturs (veidojas ķīmisko reakciju rezultātā no amonjaka un ogļūdeņražiem).

Slāpeklis

Liela daudzuma slāpekļa veidošanās ir saistīta ar amonjaka-ūdeņraža atmosfēras oksidēšanu ar molekulāro skābekli O 2 (\displaystyle (\ce (O2))), kas sāka nākt no planētas virsmas fotosintēzes rezultātā, sākot no 3 miljardiem gadu. Arī slāpeklis N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) tiek izvadīts atmosfērā nitrātu un citu slāpekli saturošu savienojumu denitrifikācijas rezultātā. Slāpeklis tiek oksidēts ar ozonu līdz NĒ (\displaystyle ((\ce (NO)) atmosfēras augšējos slāņos.

Slāpeklis N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) iekļūst reakcijās tikai īpašos apstākļos (piemēram, zibens izlādes laikā). Molekulārā slāpekļa oksidēšana ar ozonu elektriskās izlādes laikā tiek izmantota nelielos daudzumos slāpekļa mēslošanas līdzekļu rūpnieciskajā ražošanā. To var oksidēt ar zemu enerģijas patēriņu un pārvērst bioloģiski aktīvā formā zilaļģes (zilaļģes) un mezglu baktērijas, kas veido rizobisku simbiozi ar pākšaugiem, kas var būt efektīvi zaļmēslu augi, kas nenoplicina, bet bagātina augsni. ar dabīgiem mēslošanas līdzekļiem.

Skābeklis

Atmosfēras sastāvs sāka radikāli mainīties līdz ar dzīvo organismu parādīšanos uz Zemes fotosintēzes rezultātā, ko pavadīja skābekļa izdalīšanās un oglekļa dioksīda absorbcija. Sākotnēji skābeklis tika iztērēts reducēto savienojumu oksidēšanai - amonjaks, ogļūdeņraži, okeānos esošā dzelzs dzelzs forma un citi. Šī posma beigās skābekļa saturs atmosfērā sāka augt. Pamazām izveidojās mūsdienīga atmosfēra ar oksidējošām īpašībām. Tā kā tas izraisīja nopietnas un pēkšņas izmaiņas daudzos procesos, kas notiek atmosfērā, litosfērā un biosfērā, šo notikumu sauca par skābekļa katastrofu.

cēlgāzes

Gaisa piesārņojums

Nesen cilvēks ir sācis ietekmēt atmosfēras attīstību. Cilvēka darbības rezultāts ir bijis pastāvīgs oglekļa dioksīda satura pieaugums atmosfērā, sadegot iepriekšējos ģeoloģiskajos laikmetos uzkrāto ogļūdeņražu kurināmo. Milzīgi daudzumi tiek patērēti fotosintēzes procesā, un tos absorbē pasaules okeāni. Šī gāze nonāk atmosfērā karbonātu iežu un augu un dzīvnieku izcelsmes organisko vielu sadalīšanās rezultātā, kā arī vulkānisma un cilvēka ražošanas darbības rezultātā. Pēdējo 100 gadu saturs CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) atmosfērā pieauga par 10%, lielāko daļu (360 miljardus tonnu) veidojot kurināmā sadegšanas rezultātā. Ja degvielas sadegšanas pieauguma temps turpināsies, tad nākamajos 200-300 gados apjoms CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) dubultojas atmosfērā un var novest pie

Atmosfēra(no grieķu atmos - tvaiks un sfarija - bumba) - Zemes gaisa apvalks, kas rotē ar to. Atmosfēras attīstība bija cieši saistīta ar uz mūsu planētas notiekošajiem ģeoloģiskajiem un ģeoķīmiskiem procesiem, kā arī ar dzīvo organismu darbību.

Atmosfēras apakšējā robeža sakrīt ar Zemes virsmu, jo gaiss iekļūst mazākajās augsnes porās un izšķīst pat ūdenī.

Augšējā robeža 2000-3000 km augstumā pakāpeniski nonāk kosmosā.

Ar skābekli bagāta atmosfēra padara dzīvību iespējamu uz Zemes. Atmosfēras skābekli elpošanas procesā izmanto cilvēki, dzīvnieki un augi.

Ja nebūtu atmosfēras, Zeme būtu klusa kā Mēness. Galu galā skaņa ir gaisa daļiņu vibrācija. Debesu zilā krāsa ir izskaidrojama ar to, ka saules stari, izejot cauri atmosfērai, it kā caur objektīvu, sadalās to sastāvdaļkrāsās. Šajā gadījumā zilās un zilās krāsas stari ir izkliedēti visvairāk.

Atmosfēra saglabā lielāko daļu Saules ultravioletā starojuma, kas negatīvi ietekmē dzīvos organismus. Tas arī uztur siltumu uz Zemes virsmas, neļaujot mūsu planētai atdzist.

Atmosfēras struktūra

Atmosfērā var izdalīt vairākus slāņus, kas atšķiras pēc blīvuma un blīvuma (1. att.).

Troposfēra

Troposfēra- zemākais atmosfēras slānis, kura biezums virs poliem ir 8-10 km, mērenā platuma grādos - 10-12 km un virs ekvatora - 16-18 km.

Rīsi. 1. Zemes atmosfēras uzbūve

Gaiss troposfērā tiek uzkarsēts no zemes virsmas, t.i., no zemes un ūdens. Tāpēc gaisa temperatūra šajā slānī samazinās līdz ar augstumu vidēji par 0,6 ° C uz katriem 100 m. Troposfēras augšējā robežā tā sasniedz -55 ° C. Tajā pašā laikā ekvatora reģionā pie troposfēras augšējās robežas gaisa temperatūra ir -70 °С, bet Ziemeļpola reģionā -65 °С.

Apmēram 80% atmosfēras masas koncentrējas troposfērā, atrodas gandrīz visi ūdens tvaiki, notiek pērkona negaiss, vētras, mākoņi un nokrišņi, kā arī vertikāla (konvekcija) un horizontāla (vēja) gaisa kustība.

Var teikt, ka laika apstākļi galvenokārt veidojas troposfērā.

Stratosfēra

Stratosfēra- atmosfēras slānis, kas atrodas virs troposfēras 8 līdz 50 km augstumā. Debesu krāsa šajā slānī šķiet violeta, kas izskaidrojams ar gaisa retumu, kura dēļ saules stari gandrīz neizkliedējas.

Stratosfēra satur 20% no atmosfēras masas. Gaiss šajā slānī ir retināts, ūdens tvaiku praktiski nav, tāpēc mākoņi un nokrišņi gandrīz neveidojas. Taču stratosfērā vērojamas stabilas gaisa plūsmas, kuru ātrums sasniedz 300 km/h.

Šis slānis ir koncentrēts ozons(ozona ekrāns, ozonosfēra), slānis, kas absorbē ultravioletos starus, neļaujot tiem nokļūt uz Zemi un tādējādi aizsargājot dzīvos organismus uz mūsu planētas. Ozona ietekmē gaisa temperatūra pie stratosfēras augšējās robežas ir robežās no -50 līdz 4-55 °C.

Starp mezosfēru un stratosfēru ir pārejas zona - stratopauze.

Mezosfēra

Mezosfēra- atmosfēras slānis, kas atrodas 50-80 km augstumā. Gaisa blīvums šeit ir 200 reizes mazāks nekā uz Zemes virsmas. Debesu krāsa mezosfērā šķiet melna, zvaigznes ir redzamas dienas laikā. Gaisa temperatūra pazeminās līdz -75 (-90)°С.

80 km augstumā sākas termosfēra. Gaisa temperatūra šajā slānī strauji paaugstinās līdz 250 m augstumam, un pēc tam kļūst nemainīga: 150 km augstumā tā sasniedz 220-240 °C; 500-600 km augstumā tas pārsniedz 1500 °C.

Mezosfērā un termosfērā kosmisko staru ietekmē gāzes molekulas sadalās lādētās (jonizētās) atomu daļiņās, tāpēc šo atmosfēras daļu sauc jonosfēra- ļoti retināta gaisa slānis, kas atrodas augstumā no 50 līdz 1000 km un sastāv galvenokārt no jonizētiem skābekļa atomiem, slāpekļa oksīda molekulām un brīvajiem elektroniem. Šim slānim ir raksturīga augsta elektrifikācija, un no tā, tāpat kā no spoguļa, tiek atstaroti gari un vidēji radioviļņi.

Jonosfērā rodas polārblāzmas - retināto gāzu mirdzums no Saules lidojošu elektriski lādētu daļiņu ietekmē - un tiek novērotas krasas magnētiskā lauka svārstības.

Eksosfēra

Eksosfēra- atmosfēras ārējais slānis, kas atrodas virs 1000 km. Šo slāni sauc arī par izkliedes sfēru, jo gāzes daļiņas šeit pārvietojas lielā ātrumā un var tikt izkliedētas kosmosā.

Atmosfēras sastāvs

Atmosfēra ir gāzu maisījums, kas sastāv no slāpekļa (78,08%), skābekļa (20,95%), oglekļa dioksīda (0,03%), argona (0,93%), neliela daudzuma hēlija, neona, ksenona, kriptona (0,01%), ozons un citas gāzes, bet to saturs ir niecīgs (1. tabula). Mūsdienu Zemes gaisa sastāvs tika izveidots pirms vairāk nekā simts miljoniem gadu, taču krasi pieaugošā cilvēka ražošanas aktivitāte tomēr noveda pie tā izmaiņām. Pašlaik ir vērojams CO 2 satura pieaugums par aptuveni 10-12%.

Gāzes, kas veido atmosfēru, pilda dažādas funkcionālas lomas. Taču šo gāzu galveno nozīmi galvenokārt nosaka tas, ka tās ļoti spēcīgi absorbē starojuma enerģiju un tādējādi būtiski ietekmē Zemes virsmas un atmosfēras temperatūras režīmu.

1. tabula. Sausā atmosfēras gaisa ķīmiskais sastāvs zemes virsmas tuvumā

slāpeklis, visizplatītākā gāze atmosfērā, ķīmiski maz aktīva.

Skābeklis, atšķirībā no slāpekļa, ir ķīmiski ļoti aktīvs elements. Skābekļa specifiskā funkcija ir heterotrofo organismu organisko vielu, iežu un nepilnīgi oksidētu gāzu oksidēšana, ko atmosfērā izdala vulkāni. Bez skābekļa nenotiktu mirušo organisko vielu sadalīšanās.

Oglekļa dioksīda loma atmosfērā ir ārkārtīgi liela. Tas nonāk atmosfērā degšanas, dzīvo organismu elpošanas, sabrukšanas procesu rezultātā un, pirmkārt, ir galvenais būvmateriāls organisko vielu radīšanai fotosintēzes laikā. Turklāt liela nozīme ir oglekļa dioksīda īpašībai pārraidīt īsviļņu saules starojumu un absorbēt daļu termiskā garo viļņu starojuma, kas radīs tā saukto siltumnīcas efektu, kas tiks apspriests tālāk.

Ietekmi uz atmosfēras procesiem, īpaši stratosfēras termisko režīmu, iedarbojas arī ozons.Šī gāze kalpo kā dabisks saules ultravioletā starojuma absorbētājs, un saules starojuma absorbcija izraisa gaisa sildīšanu. Kopējā ozona satura atmosfērā mēneša vidējās vērtības mainās atkarībā no apgabala platuma un gadalaika 0,23-0,52 cm robežās (tas ir ozona slāņa biezums pie zemes spiediena un temperatūras). Ir vērojams ozona satura pieaugums no ekvatora līdz poliem un gada svārstības ar minimumu rudenī un maksimumu pavasarī.

Par atmosfēras raksturīgo īpašību var saukt faktu, ka galveno gāzu (slāpekļa, skābekļa, argona) saturs nedaudz mainās līdz ar augstumu: 65 km augstumā atmosfērā slāpekļa saturs ir 86%, skābekļa - 19, argons - 0,91, 95 km augstumā - slāpeklis 77, skābeklis - 21,3, argons - 0,82%. Atmosfēras gaisa sastāva noturība vertikāli un horizontāli tiek uzturēta ar tā sajaukšanos.

Papildus gāzēm gaiss satur ūdens tvaiki un cietās daļiņas. Pēdējiem var būt gan dabiska, gan mākslīga (antropogēna) izcelsme. Tie ir ziedu putekšņi, sīki sāls kristāli, ceļu putekļi, aerosola piemaisījumi. Kad saules stari iekļūst logā, tos var redzēt ar neapbruņotu aci.

Īpaši daudz cieto daļiņu ir pilsētu un lielo industriālo centru gaisā, kur aerosoliem pievieno kaitīgo gāzu emisijas un to piemaisījumus, kas veidojas degvielas sadegšanas laikā.

Aerosolu koncentrācija atmosfērā nosaka gaisa caurspīdīgumu, kas ietekmē Saules starojumu, kas sasniedz Zemes virsmu. Lielākie aerosoli ir kondensācijas kodoli (no lat. kondensācija- sablīvēšana, sabiezēšana) - veicina ūdens tvaiku pārvēršanos ūdens pilienos.

Ūdens tvaiku vērtību galvenokārt nosaka tas, ka tas aizkavē zemes virsmas garo viļņu termisko starojumu; ir liela un maza mitruma ciklu galvenā saite; paaugstina gaisa temperatūru, kad ūdens gultnes kondensējas.

Ūdens tvaiku daudzums atmosfērā mainās laikā un telpā. Tādējādi ūdens tvaiku koncentrācija pie zemes virsmas svārstās no 3% tropos līdz 2-10 (15)% Antarktīdā.

Vidējais ūdens tvaiku saturs atmosfēras vertikālajā kolonnā mērenajos platuma grādos ir aptuveni 1,6-1,7 cm (tāds biezums būs kondensēto ūdens tvaiku slānim). Informācija par ūdens tvaikiem dažādos atmosfēras slāņos ir pretrunīga. Tika pieņemts, piemēram, ka augstuma diapazonā no 20 līdz 30 km īpatnējais mitrums stipri palielinās līdz ar augstumu. Tomēr turpmākie mērījumi liecina par lielāku stratosfēras sausumu. Acīmredzot īpatnējais mitrums stratosfērā ir maz atkarīgs no auguma un ir 2–4 mg/kg.

Ūdens tvaiku satura mainīgumu troposfērā nosaka iztvaikošanas, kondensācijas un horizontālās transporta mijiedarbība. Ūdens tvaiku kondensācijas rezultātā veidojas mākoņi un nokrišņi lietus, krusas un sniega veidā.

Ūdens fāzu pāreju procesi notiek galvenokārt troposfērā, tāpēc mākoņi stratosfērā (20-30 km augstumā) un mezosfērā (netālu no mezopauzes), ko sauc par perlamutru un sudrabu, ir novērojami salīdzinoši reti. , savukārt troposfēras mākoņi bieži klāj aptuveni 50% no visas zemes virsmas.

Ūdens tvaiku daudzums, ko var saturēt gaisā, ir atkarīgs no gaisa temperatūras.

1 m 3 gaisa temperatūrā -20 ° C var saturēt ne vairāk kā 1 g ūdens; 0 ° C temperatūrā - ne vairāk kā 5 g; pie +10 °С - ne vairāk kā 9 g; pie +30 °С - ne vairāk kā 30 g ūdens.

Secinājums: Jo augstāka gaisa temperatūra, jo vairāk tajā var būt ūdens tvaiku.

Gaiss var būt bagāts un nav piesātināts tvaiks. Tātad, ja +30 ° C temperatūrā 1 m 3 gaisa satur 15 g ūdens tvaiku, gaiss nav piesātināts ar ūdens tvaikiem; ja 30 g - piesātināts.

Absolūtais mitrums- tas ir ūdens tvaiku daudzums, kas atrodas 1 m 3 gaisa. To izsaka gramos. Piemēram, ja viņi saka "absolūtais mitrums ir 15", tas nozīmē, ka 1 ml satur 15 g ūdens tvaiku.

Relatīvais mitrums- šī ir faktiskā ūdens tvaiku satura attiecība (procentos) 1 m 3 gaisa pret ūdens tvaiku daudzumu, ko var saturēt 1 m L noteiktā temperatūrā. Piemēram, ja radio laika ziņas pārraidīšanas laikā ziņoja, ka relatīvais mitrums ir 70%, tas nozīmē, ka gaiss satur 70% ūdens tvaiku, ko tas spēj noturēt noteiktā temperatūrā.

Jo lielāks ir gaisa relatīvais mitrums, t. jo tuvāk gaiss ir piesātinājumam, jo ​​lielāka iespēja, ka tas nokritīs.

Vienmēr augsts (līdz 90%) relatīvais mitrums ir novērojams ekvatoriālajā zonā, jo visu gadu ir augsta gaisa temperatūra un notiek liela iztvaikošana no okeānu virsmas. Tikpat augsts relatīvais mitrums ir polārajos reģionos, bet tikai tāpēc, ka zemā temperatūrā pat neliels ūdens tvaiku daudzums padara gaisu piesātinātu vai tuvu piesātinājumam. Mērenajos platuma grādos relatīvais mitrums mainās sezonāli – ziemā tas ir augstāks un vasarā zemāks.

Īpaši zems gaisa relatīvais mitrums ir tuksnešos: tur 1 m 1 gaisa satur divas līdz trīs reizes mazāk ūdens tvaiku, nekā tas ir iespējams noteiktā temperatūrā.

Lai mērītu relatīvo mitrumu, tiek izmantots higrometrs (no grieķu higros - mitrs un metreco - es mēru).

Atdzesējot, piesātināts gaiss nespēj sevī noturēt tādu pašu ūdens tvaiku daudzumu, tas sabiezē (kondensējas), pārvēršoties miglas pilienos. Skaidrā vēsā naktī vasarā var novērot miglu.

Mākoņi- tā ir tā pati migla, tikai tā veidojas nevis pie zemes virsmas, bet noteiktā augstumā. Gaisam paceļoties, tas atdziest un tajā esošie ūdens tvaiki kondensējas. Iegūtie sīkie ūdens pilieni veido mākoņus.

piedalās mākoņu veidošanā īpaša lieta suspendēts troposfērā.

Mākoņiem var būt dažāda forma, kas ir atkarīga no to veidošanās apstākļiem (14.tabula).

Zemākie un smagākie mākoņi ir slāņu mākoņi. Tie atrodas 2 km augstumā no zemes virsmas. 2 līdz 8 km augstumā novērojami gleznaināki gubu mākoņi. Augstākie un gaišākie ir spalvu mākoņi. Tie atrodas 8 līdz 18 km augstumā virs zemes virsmas.

Atmosfēras aizsardzība

Galvenie avoti ir rūpniecības uzņēmumi un automašīnas. Lielajās pilsētās galveno transporta ceļu gāzes piesārņojuma problēma ir ļoti aktuāla. Tāpēc daudzās lielajās pasaules pilsētās, arī mūsu valstī, ir ieviesta automašīnu izplūdes gāzu toksicitātes vides kontrole. Pēc speciālistu domām, dūmi un putekļi gaisā var uz pusi samazināt saules enerģijas plūsmu uz zemes virsmu, kas novedīs pie dabas apstākļu maiņas.

Zemes atmosfēra ir neviendabīga: dažādos augstumos tiek novērots atšķirīgs gaisa blīvums un spiediens, mainās temperatūra un gāzes sastāvs. Pamatojoties uz apkārtējās vides temperatūras uzvedību (t.i., temperatūra paaugstinās ar augstumu vai pazeminās), tajā izšķir šādus slāņus: troposfēra, stratosfēra, mezosfēra, termosfēra un eksosfēra. Robežas starp slāņiem sauc par pauzēm: tās ir 4, jo. eksosfēras augšējā robeža ir ļoti izplūdusi un bieži attiecas uz tuvāko telpu. Ar atmosfēras vispārējo struktūru var iepazīties pievienotajā diagrammā.

1. att. Zemes atmosfēras struktūra. Kredīts: vietne

Zemākais atmosfēras slānis ir troposfēra, kuras augšējā robeža, ko sauc par tropopauzi, mainās atkarībā no ģeogrāfiskā platuma un svārstās no 8 km. polārajos līdz 20 km. tropiskajos platuma grādos. Vidējos vai mērenajos platuma grādos tā augšējā robeža atrodas 10-12 km augstumā, gada laikā troposfēras augšējā robeža piedzīvo svārstības atkarībā no saules starojuma pieplūduma. Tātad ASV meteoroloģiskā dienesta veiktās zondēšanas rezultātā Zemes dienvidpolā atklājās, ka no marta līdz augustam vai septembrim notiek vienmērīga troposfēras atdzišana, kā rezultātā neilgu laiku plkst. augustā vai septembrī, tās robeža paceļas līdz 11,5 km. Pēc tam no septembra līdz decembrim tas strauji nokrīt un sasniedz zemāko pozīciju - 7,5 km, pēc tam tā augstums praktiski nemainās līdz martam. Tie. Troposfēra ir visbiezākā vasarā un plānākā ziemā.

Jāņem vērā, ka papildus sezonālām svārstībām ir arī ikdienas tropopauzes augstuma svārstības. Tāpat tās stāvokli ietekmē cikloni un anticikloni: pirmajā tas nolaižas, jo. spiediens tajos ir zemāks nekā apkārtējā gaisā, un, otrkārt, tas attiecīgi paaugstinās.

Troposfērā ir līdz 90% no kopējās zemes gaisa masas un 9/10 no visiem ūdens tvaikiem. Turbulence šeit ir ļoti attīstīta, īpaši tuvu virszemes un augstākajos slāņos, veidojas visu līmeņu mākoņi, veidojas cikloni un anticikloni. Un, pateicoties no Zemes virsmas atstaroto saules staru siltumnīcefekta gāzu (oglekļa dioksīda, metāna, ūdens tvaiku) uzkrāšanai, attīstās siltumnīcas efekts.

Siltumnīcas efekts ir saistīts ar gaisa temperatūras pazemināšanos troposfērā ar augstumu (jo uzkarsētā Zeme vairāk siltuma izdala virsmas slāņos). Vidējais vertikālais gradients ir 0,65°/100 m (t.i., gaisa temperatūra pazeminās par 0,65°C uz katriem 100 metriem, ko paceļat). Tātad, ja uz Zemes virsmas pie ekvatora gada vidējā gaisa temperatūra ir + 26 °, tad pie augšējās robežas -70 °. Temperatūra tropopauzes reģionā virs Ziemeļpola svārstās visu gadu no -45° vasarā līdz -65° ziemā.

Palielinoties augstumam, samazinās arī gaisa spiediens, kas veido tikai 12-20% no virszemes līmeņa augšējās troposfēras tuvumā.

Uz troposfēras un stratosfēras pārklājošā slāņa robežas atrodas tropopauzes slānis, 1-2 km biezs. Gaisa slānis, kurā vertikālais gradients samazinās līdz 0,2°/100 m pret 0.65°/100 m troposfēras apakšējos reģionos, parasti tiek uzskatīts par tropopauzes apakšējām robežām.

Tropopauzes ietvaros tiek novērotas stingri noteikta virziena gaisa plūsmas, ko sauc par augstkalnu strūklu plūsmām jeb "strūklas plūsmām", kas veidojas Zemes griešanās ap savu asi un atmosfēras sildīšanas ietekmē, piedaloties saules starojumam. Strāvas tiek novērotas pie zonu robežām ar ievērojamām temperatūras atšķirībām. Ir vairāki šo straumju lokalizācijas centri, piemēram, arktiskie, subtropiskie, subpolārie un citi. Reaktīvo straumju lokalizācijas pārzināšana ir ļoti svarīga meteoroloģijai un aviācijai: pirmā izmanto straumes precīzākai laika prognozēšanai, otrā lidmašīnu lidojumu maršrutu veidošanai, jo Plūsmas robežās ir spēcīgi nemierīgi virpuļi, līdzīgi maziem virpuļiem, ko sauc par "skaidro debesu turbulenci", jo šajos augstumos nav mākoņu.

Augstkalnu strūklas strāvu ietekmē tropopauzē bieži veidojas plīsumi, kas brīžiem izzūd pavisam, lai gan pēc tam veidojas no jauna. Īpaši bieži to novēro subtropu platuma grādos, pār kuriem dominē spēcīga subtropu augstkalnu straume. Turklāt tropopauzes slāņu atšķirība apkārtējā gaisa temperatūras ziņā izraisa pārtraukumu veidošanos. Piemēram, pastāv liela plaisa starp silto un zemo polāro tropopauzi un augsto un auksto tropopauzi tropu platuma grādos. Pēdējā laikā izdalīts arī mēreno platuma grādu tropopauzes slānis, kuram ir pārrāvumi ar iepriekšējiem diviem slāņiem: polāro un tropisko.

Otrais zemes atmosfēras slānis ir stratosfēra. Stratosfēru nosacīti var iedalīt 2 reģionos. Pirmajam no tiem, kas atrodas līdz 25 km augstumam, ir raksturīga gandrīz nemainīga temperatūra, kas ir vienāda ar troposfēras augšējo slāņu temperatūru noteiktā apgabalā. Otro reģionu jeb inversijas reģionu raksturo gaisa temperatūras paaugstināšanās līdz aptuveni 40 km augstumam. Tas ir saistīts ar saules ultravioletā starojuma absorbciju ar skābekli un ozonu. Stratosfēras augšdaļā šīs sasilšanas dēļ temperatūra bieži vien ir pozitīva vai pat salīdzināma ar virszemes gaisa temperatūru.

Virs inversijas apgabala atrodas nemainīgu temperatūru slānis, ko sauc par stratopauzi un kas ir robeža starp stratosfēru un mezosfēru. Tās biezums sasniedz 15 km.

Atšķirībā no troposfēras, turbulenti traucējumi stratosfērā ir reti, taču tiek novēroti spēcīgi horizontāli vēji vai strūklas straumes, kas pūš šaurās zonās gar mēreno platuma grādu robežām, kas vērstas pret poliem. Šo zonu pozīcija nav nemainīga: tās var pārvietoties, paplašināties vai pat vispār pazust. Bieži vien strūklas plūsmas iekļūst troposfēras augšējos slāņos vai otrādi, gaisa masas no troposfēras iekļūst stratosfēras apakšējos slāņos. Īpaši raksturīga šāda gaisa masu sajaukšanās atmosfēras frontes zonās.

Stratosfērā un ūdens tvaikos maz. Gaiss šeit ir ļoti sauss, un tāpēc mākoņu ir maz. Tikai 20-25 km augstumā, atrodoties augstos platuma grādos, var pamanīt ļoti plānus perlamutra mākoņus, kas sastāv no pārdzesētiem ūdens pilieniem. Dienas laikā šie mākoņi nav redzami, bet, iestājoties tumsai, šķiet, ka tie spīd, jo tos apgaismo Saule, kas jau ir nolaidusies zem horizonta.

Tādos pašos augstumos (20-25 km.) apakšējā stratosfērā atrodas tā sauktais ozona slānis - apgabals ar augstāko ozona saturu, kas veidojas ultravioletā saules starojuma ietekmē (par šo procesu var uzzināt vairāk lapā). Ozona slānis jeb ozonosfēra ir būtiska visu uz sauszemes dzīvojošo organismu dzīvības uzturēšanai, absorbējot nāvējošus ultravioletos starus līdz 290 nm. Tieši šī iemesla dēļ dzīvie organismi nedzīvo virs ozona slāņa, tā ir dzīvības izplatības augšējā robeža uz Zemes.

Ozona ietekmē mainās arī magnētiskie lauki, atomi sadala molekulas, notiek jonizācija, jauna gāzu un citu ķīmisko savienojumu veidošanās.

Atmosfēras slāni virs stratosfēras sauc par mezosfēru. To raksturo gaisa temperatūras pazemināšanās ar augstumu ar vidējo vertikālo gradientu 0,25-0,3°/100 m, kas izraisa spēcīgu turbulenci. Mezosfēras augšējās robežās apgabalā, ko sauc par mezopauzi, tika novērota temperatūra līdz -138 ° C, kas ir absolūtais minimums visai Zemes atmosfērai kopumā.

Šeit, mezopauzes ietvaros, šķērso Saules rentgena un īsviļņu ultravioletā starojuma aktīvās absorbcijas apgabala apakšējā robeža. Šo enerģijas procesu sauc par starojuma siltuma pārnesi. Rezultātā gāze tiek uzkarsēta un jonizēta, kas izraisa atmosfēras spīdumu.

75-90 km augstumā netālu no mezosfēras augšējām robežām tika atzīmēti īpaši mākoņi, kas aizņēma plašas platības planētas polārajos reģionos. Šos mākoņus sauc par sudrabainiem to mirdzuma dēļ krēslas laikā, kas ir saistīts ar saules gaismas atspīdumu no ledus kristāliem, no kuriem šie mākoņi sastāv.

Gaisa spiediens mezopauzes laikā ir 200 reizes mazāks nekā uz zemes virsmas. Tas liecina, ka gandrīz viss gaiss atmosfērā ir koncentrēts tās 3 apakšējos slāņos: troposfērā, stratosfērā un mezosfērā. Termosfēras un eksosfēras pārklājošie slāņi veido tikai 0,05% no visas atmosfēras masas.

Termosfēra atrodas augstumā no 90 līdz 800 km virs Zemes virsmas.

Termosfērai ir raksturīga nepārtraukta gaisa temperatūras paaugstināšanās līdz pat 200-300 km augstumam, kur tā var sasniegt 2500°C. Temperatūras paaugstināšanās notiek tāpēc, ka gāzes molekulas absorbē Saules ultravioletā starojuma rentgena un īsviļņu daļu. Virs 300 km virs jūras līmeņa temperatūras paaugstināšanās apstājas.

Tajā pašā laikā, paaugstinoties temperatūrai, samazinās spiediens un līdz ar to arī apkārtējā gaisa blīvums. Tātad, ja termosfēras apakšējās robežās blīvums ir 1,8 × 10 -8 g / cm 3, tad augšpusē tas jau ir 1,8 × 10 -15 g / cm 3, kas aptuveni atbilst 10 miljoniem - 1 miljardam daļiņu. 1 cm3.

Visas termosfēras īpašības, piemēram, gaisa sastāvs, tā temperatūra, blīvums, ir pakļautas spēcīgām svārstībām: atkarībā no ģeogrāfiskās atrašanās vietas, gada sezonas un diennakts laika. Mainās pat termosfēras augšējās robežas atrašanās vieta.

Atmosfēras augšējo slāni sauc par eksosfēru vai izkliedes slāni. Tās apakšējā robeža pastāvīgi mainās ļoti plašās robežās; par vidējo vērtību tika ņemts augstums 690-800 km. Tas ir iestatīts, kur starpmolekulāru vai starpatomu sadursmju iespējamību var neņemt vērā, t.i. vidējais attālums, ko veiks nejauši kustīga molekula pirms sadursmes ar citu līdzīgu molekulu (tā sauktais brīvais ceļš), būs tik liels, ka patiesībā molekulas nesadursies ar nullei tuvu varbūtību. Slāni, kurā notiek aprakstītā parādība, sauc par termopauzi.

Eksosfēras augšējā robeža atrodas 2-3 tūkstošu km augstumā. Tas ir stipri izplūdis un pakāpeniski pāriet tuvējā kosmosa vakuumā. Dažreiz šī iemesla dēļ eksosfēra tiek uzskatīta par kosmosa daļu un par tās augšējo robežu tiek pieņemts 190 tūkstošu km augstums, kurā saules starojuma spiediena ietekme uz ūdeņraža atomu ātrumu pārsniedz gravitācijas pievilcību. zeme. Šis ir tā sauktais. Zemes vainags, kas sastāv no ūdeņraža atomiem. Zemes vainaga blīvums ir ļoti zems: tikai 1000 daļiņas uz kubikcentimetru, taču pat šis skaitlis ir vairāk nekā 10 reizes lielāks par daļiņu koncentrāciju starpplanētu telpā.

Pateicoties ārkārtīgi retajam eksosfēras gaisam, daļiņas pārvietojas ap Zemi pa eliptiskām orbītām, nesaduroties viena ar otru. Daži no tiem, pārvietojoties pa atklātām vai hiperboliskām trajektorijām ar kosmisko ātrumu (ūdeņraža un hēlija atomi), atstāj atmosfēru un nonāk kosmosā, tāpēc eksosfēru sauc par izkliedes sfēru.