یوتیوب دایره المعارفی

1 / 5

✪ زمین سفینه فضایی(قسمت 14) - جو

✪ چرا جو به خلاء فضا کشیده نشد؟

✪ ورود فضاپیمای سایوز TMA-8 به جو زمین

✪ ساختار جو، معنا، مطالعه

✪ O. S. Ugolnikov "اتمسفر فوقانی. ملاقات زمین و فضا"

زیرنویس

مرز اتمسفر

اتمسفر منطقه ای در اطراف زمین در نظر گرفته می شود که در آن محیط گازی همراه با زمین به عنوان یک کل واحد می چرخد. اتمسفر به تدریج، در اگزوسفر، از ارتفاع 500-1000 کیلومتری از سطح زمین به فضای بین سیاره ای می رود.

طبق تعریف پیشنهادی فدراسیون بین المللی هوانوردی، مرز جو و فضا در امتداد خط کارمان واقع در ارتفاع حدود 100 کیلومتری ترسیم می شود که پروازهای هوانوردی در بالای آن کاملا غیرممکن می شود. ناسا از علامت 122 کیلومتری (400000 فوت) به عنوان حد اتمسفر استفاده می کند، جایی که شاتل ها از مانور موتوری به مانور آیرودینامیک تغییر می کنند.

مشخصات فیزیکی

علاوه بر گازهای نشان داده شده در جدول، جو شامل 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)))، هیدروکربن ها HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , HI (\displaystyle ((\ce (HI))))، زوج ها جیوه (\displaystyle (\ce (Hg))) , I 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br 2 (\displaystyle (\ce (Br2)))و همچنین بسیاری از گازهای دیگر در مقادیر کم. تروپوسفر دائماً حاوی مقدار زیادی ذرات جامد و مایع معلق (آئروسل) است. نادرترین گاز موجود در جو زمین است Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .

ساختار جو

لایه مرزی اتمسفر

لایه زیرین تروپوسفر (1-2 کیلومتر ضخامت)، که در آن وضعیت و ویژگی های سطح زمین به طور مستقیم بر پویایی جو تأثیر می گذارد.

تروپوسفر

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

تروپوپوز

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

استراتوسفر

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

استراتوپوز

لایه مرزی جو بین استراتوسفر و مزوسفر. در توزیع عمودی دما حداکثر (حدود 0 درجه سانتیگراد) وجود دارد.

مزوسفر

ترموسفر

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

ترموپوز

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

اگزوسفر (کره پراکنده)

تا ارتفاع 100 کیلومتری، جو مخلوطی همگن و مخلوط از گازها است. در لایه‌های بالاتر، توزیع گازها بر اساس ارتفاع به وزن مولکولی آنها بستگی دارد؛ غلظت گازهای سنگین‌تر با فاصله گرفتن از سطح زمین سریع‌تر کاهش می‌یابد. به دلیل کاهش چگالی گاز، دما از 0 درجه سانتیگراد در استراتوسفر به منفی 110 درجه سانتیگراد در مزوسفر کاهش می یابد. با این حال، انرژی جنبشی ذرات منفرد در ارتفاعات 200-250 کیلومتری با دمای ~ 150 درجه سانتیگراد مطابقت دارد. در بالای 200 کیلومتر، نوسانات قابل توجهی در دما و چگالی گاز در زمان و مکان مشاهده می شود.

در ارتفاع حدود 2000-3500 کیلومتری، اگزوسفر به تدریج تبدیل به به اصطلاح نزدیک خلاء فضاییکه با ذرات نادر گاز بین سیاره ای، عمدتاً اتم های هیدروژن پر شده است. اما این گاز تنها بخشی از ماده بین سیاره ای را نشان می دهد. بخش دیگر شامل ذرات غبار با منشاء دنباله‌دار و شهاب‌سنگ است. علاوه بر ذرات غبار بسیار کمیاب، تشعشعات الکترومغناطیسی و هسته‌ای با منشاء خورشیدی و کهکشانی به این فضا نفوذ می‌کنند.

مرور

تروپوسفر حدود 80٪ از جرم جو را تشکیل می دهد، استراتوسفر - حدود 20٪. جرم مزوسفر بیش از 0.3٪ نیست، ترموسفر کمتر از 0.05٪ از کل جرم جو است.

بر اساس خواص الکتریکی موجود در جو، آنها را تشخیص می دهند نوتروسفرو یون کره .

بسته به ترکیب گاز موجود در جو، آنها منتشر می کنند هموسفرو هتروسفر. هتروسفر- این منطقه ای است که گرانش بر جداسازی گازها تأثیر می گذارد، زیرا اختلاط آنها در چنین ارتفاعی ناچیز است. این به معنای ترکیب متغیر هتروسفر است. در زیر آن یک بخش کاملاً مخلوط و همگن از جو قرار دارد که هموسفر نامیده می شود. مرز بین این لایه ها توربوپاوز نامیده می شود که در ارتفاع حدود 120 کیلومتری قرار دارد.

سایر خواص جو و اثرات آن بر بدن انسان

در حال حاضر در ارتفاع 5 کیلومتری از سطح دریا، یک فرد آموزش ندیده شروع به تجربه گرسنگی اکسیژن می کند و بدون سازگاری، عملکرد فرد به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. منطقه فیزیولوژیکی جو در اینجا به پایان می رسد. تنفس انسان در ارتفاع 9 کیلومتری غیرممکن می شود، اگرچه تا 115 کیلومتری جو حاوی اکسیژن است.

جو اکسیژن لازم برای تنفس را برای ما تامین می کند. با این حال، به دلیل افت فشار کل جو، با بالا رفتن از ارتفاع، فشار جزئی اکسیژن به همان نسبت کاهش می یابد.

تاریخچه تشکیل اتمسفر

بر اساس رایج ترین نظریه، جو زمین در طول تاریخ خود دارای سه ترکیب مختلف بوده است. در ابتدا شامل گازهای سبک (هیدروژن و هلیوم) بود که از فضای بین سیاره ای گرفته می شد. این به اصطلاح است جو اولیه. در مرحله بعد، فعالیت فعال آتشفشانی منجر به اشباع شدن جو با گازهایی غیر از هیدروژن (دی اکسید کربن، آمونیاک، بخار آب) شد. اینگونه شکل گرفت جو ثانویه. این فضا ترمیم کننده بود. علاوه بر این، فرآیند تشکیل اتمسفر توسط عوامل زیر تعیین شد:

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

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

نیتروژن

تحصیلات مقدار زیادنیتروژن در اثر اکسیداسیون جو آمونیاک-هیدروژن توسط اکسیژن مولکولی ایجاد می شود O 2 (\displaystyle (\ce (O2)))، که از 3 میلیارد سال پیش در نتیجه فتوسنتز از سطح سیاره شروع به بیرون آمدن کرد. همچنین نیتروژن N 2 (\displaystyle (\ce (N2)))در نتیجه نیترات زدایی نیترات ها و سایر ترکیبات حاوی نیتروژن در جو منتشر می شود. نیتروژن توسط ازن اکسید می شود NO (\displaystyle ((\ce (NO))))در لایه های بالایی جو

نیتروژن N 2 (\displaystyle (\ce (N2)))فقط تحت شرایط خاص (به عنوان مثال، در هنگام تخلیه رعد و برق) واکنش نشان می دهد. اکسیداسیون نیتروژن مولکولی توسط ازن در هنگام تخلیه الکتریکی به مقدار کم در تولید صنعتی کودهای نیتروژنی استفاده می شود. سیانوباکتری ها ( جلبک های سبز آبی ) و باکتری های ندول که همزیستی ریزوبیایی با گیاهان حبوبات ایجاد می کنند که می توانند کود سبز موثر باشند - گیاهانی که تخلیه نمی شوند، اما خاک را با کودهای طبیعی غنی می کنند، می توانند با مصرف کم انرژی آن را اکسید کرده و تبدیل کنند. به شکل فعال بیولوژیکی

اکسیژن

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

گازهای نجیب

آلودگی هوا

که در اخیراانسان شروع به تأثیرگذاری بر تکامل جو کرد. نتیجه فعالیت انسان افزایش مداوم محتوای دی اکسید کربن در جو به دلیل احتراق سوخت های هیدروکربنی انباشته شده در دوره های زمین شناسی قبلی بوده است. مقادیر زیادی در طول فتوسنتز مصرف می شود و توسط اقیانوس های جهان جذب می شود. این گاز به دلیل تجزیه سنگ های کربناته و مواد آلی با منشاء گیاهی و حیوانی و همچنین در اثر آتشفشان و فعالیت های تولیدیشخص محتوای 100 سال گذشته CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2)))در اتمسفر 10 درصد افزایش یافت و بخش عمده (360 میلیارد تن) از احتراق سوخت حاصل شد. اگر نرخ رشد احتراق سوخت ادامه یابد، در 200-300 سال آینده میزان CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2)))در جو دو برابر خواهد شد و ممکن است منجر به

جو (از یونانی باستان ἀτμός - بخار و σφαῖρα - توپ) پوسته گازی (ژئوسفر) است که سیاره زمین را احاطه کرده است. سطح داخلی آن هیدروسفر و تا حدودی پوسته زمین را می پوشاند، در حالی که سطح بیرونی آن با بخش نزدیک به زمین فضای بیرونی مرز دارد.

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

مشخصات فیزیکی

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

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

موارد زیر به عنوان "شرایط عادی" در سطح زمین پذیرفته شده است: چگالی 1.2 کیلوگرم بر متر مکعب، فشار هوا 101.35 کیلو پاسکال، دما به اضافه 20 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 50 درصد این شاخص های مشروط دارای اهمیت مهندسی محض هستند.

ترکیب شیمیایی

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

در حال حاضر جو زمین عمدتاً از گازها و ناخالصی های مختلف (غبار، قطرات آب، کریستال های یخ، نمک های دریایی، محصولات احتراق) تشکیل شده است.

غلظت گازهای تشکیل دهنده جو تقریباً ثابت است، به استثنای آب (H2O) و دی اکسید کربن (CO2).

ترکیب هوای خشک


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

علاوه بر گازهای نشان داده شده در جدول، جو حاوی SO2، NH3، CO، ازن، هیدروکربن ها، HCl، HF، بخار جیوه، I2، و همچنین NO و بسیاری از گازهای دیگر در مقادیر کم است. تروپوسفر دائماً حاوی مقدار زیادی ذرات جامد و مایع معلق (آئروسل) است.

ساختار جو

تروپوسفر

حد بالایی آن در ارتفاع 8-10 کیلومتری در قطبی، 10-12 کیلومتری در معتدل و 16-18 کیلومتری در عرض های جغرافیایی استوایی است. در زمستان کمتر از تابستان است. لایه اصلی و پایینی اتمسفر شامل بیش از 80 درصد از کل جرم هوای جو و حدود 90 درصد از کل بخار آب موجود در جو است. تلاطم و همرفت در تروپوسفر بسیار توسعه یافته است، ابرها به وجود می آیند و طوفان ها و پادسیکلون ها توسعه می یابند. دما با افزایش ارتفاع با شیب عمودی متوسط 0.65 درجه در 100 متر کاهش می یابد.

تروپوپوز

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

استراتوسفر

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

استراتوپوز

لایه مرزی جو بین استراتوسفر و مزوسفر. در توزیع عمودی دما حداکثر (حدود 0 درجه سانتیگراد) وجود دارد.

مزوسفر

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

مزوپوز

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

خط کارمان

ارتفاع از سطح دریا که به طور معمول به عنوان مرز بین جو زمین و فضا پذیرفته شده است. طبق تعریف FAI خط کارمان در ارتفاع 100 کیلومتری از سطح دریا قرار دارد.

مرز جو زمین

ترموسفر

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

ترموپوز

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

اگزوسفر (کره پراکنده)

اگزوسفر یک منطقه پراکندگی، قسمت بیرونی ترموسفر است که در بالای 700 کیلومتر قرار دارد. گاز موجود در اگزوسفر بسیار کمیاب است و از اینجا ذرات آن به فضای بین سیاره‌ای نشت می‌کنند (پراکندگی).

تا ارتفاع 100 کیلومتری، جو مخلوطی همگن و مخلوط از گازها است. در لایه‌های بالاتر، توزیع گازها بر اساس ارتفاع به وزن مولکولی آنها بستگی دارد؛ غلظت گازهای سنگین‌تر با فاصله گرفتن از سطح زمین سریع‌تر کاهش می‌یابد. به دلیل کاهش چگالی گاز، دما از 0 درجه سانتیگراد در استراتوسفر به 110- درجه سانتیگراد در مزوسفر کاهش می یابد. با این حال، انرژی جنبشی ذرات منفرد در ارتفاعات 200-250 کیلومتری با دمای ~150 درجه سانتیگراد مطابقت دارد. در بالای 200 کیلومتر، نوسانات قابل توجهی در دما و چگالی گاز در زمان و مکان مشاهده می شود.

در ارتفاع حدود 2000-3500 کیلومتری، اگزوسفر به تدریج به خلاء به اصطلاح نزدیک به فضا تبدیل می شود که با ذرات بسیار کمیاب گاز بین سیاره ای، عمدتاً اتم های هیدروژن، پر می شود. اما این گاز تنها بخشی از ماده بین سیاره ای را نشان می دهد. بخش دیگر شامل ذرات غبار با منشاء دنباله‌دار و شهاب‌سنگ است. علاوه بر ذرات غبار بسیار کمیاب، تشعشعات الکترومغناطیسی و هسته‌ای با منشاء خورشیدی و کهکشانی به این فضا نفوذ می‌کنند.

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

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

سایر خواص جو و اثرات آن بر بدن انسان

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

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

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

همانطور که از همه چیز بالا می روید ارتفاع بیشتردر بالای سطح زمین، پدیده های آشنای مشاهده شده در لایه های زیرین جو مانند انتشار صوت، وقوع برآمدگی و کشش آیرودینامیکی، انتقال حرارت توسط همرفت و غیره به تدریج ضعیف شده و سپس به طور کامل ناپدید می شوند.

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

در ارتفاعات بالای 100 کیلومتر، جو فاقد ویژگی قابل توجه دیگری است - توانایی جذب، هدایت و انتقال. انرژی حرارتیبا همرفت (یعنی با مخلوط کردن هوا). این بدان معنی است که عناصر مختلف تجهیزات، تجهیزات مداری ایستگاه فضایینمی تواند بیرون را به روشی که معمولاً در هواپیما انجام می شود - با کمک جت های هوا و رادیاتورهای هوا خنک کند. در این ارتفاع، مانند فضا به طور کلی، تنها راه انتقال گرما، تابش حرارتی است.

تاریخچه تشکیل اتمسفر

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

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

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

نیتروژن

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

نیتروژن N2 فقط در شرایط خاص (به عنوان مثال، در هنگام تخلیه رعد و برق) واکنش نشان می دهد. اکسیداسیون نیتروژن مولکولی توسط ازن در هنگام تخلیه الکتریکی به مقدار کم در تولید صنعتی کودهای نیتروژنی استفاده می شود. سیانوباکتری ها (جلبک های سبز آبی) و باکتری های گره ای که همزیستی ریزوبی با گیاهان حبوبات را تشکیل می دهند، به اصطلاح، می توانند با مصرف کم انرژی آن را اکسید کرده و به شکل فعال بیولوژیکی تبدیل کنند. کود کشاورزی سبز.

اکسیژن

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

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

دی اکسید کربن

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

گازهای نجیب

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

آلودگی هوا

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

احتراق سوخت منبع اصلی گازهای آلاینده (CO، NO، SO2) است. دی اکسید گوگرد توسط اکسیژن اتمسفر به SO3 و اکسید نیتروژن به NO2 در لایه های بالایی جو اکسید می شود که به نوبه خود با بخار آب برهمکنش می کند و اسید سولفوریک H2SO4 و اسید نیتریک HNO3 به سطح زمین می ریزند. شکل به اصطلاح. باران اسیدی. استفاده از موتورهای احتراق داخلی منجر به آلودگی جوی قابل توجه با اکسیدهای نیتروژن، هیدروکربن ها و ترکیبات سرب (تترااتیل سرب) Pb(CH3CH2)4 می شود.

آلودگی هوا ناشی از هر دو علت طبیعی (فوران های آتشفشانی، طوفان های گرد و غبار، حباب قطرات) است. آب دریاو گرده گیاهان و غیره) و فعالیت اقتصادیمردم (استخراج سنگ معدن و مصالح ساختمانیاحتراق سوخت، تولید سیمان و غیره). انتشار شدید مقیاس بزرگ ذرات جامد به جو یکی از موارد است دلایل ممکنتغییرات آب و هوای سیاره

(719 بار بازدید شده، 1 بازدید امروز)

ساختار اتمسفر

جو(از یونانی باستان ἀτμός - بخار و σφαῖρα - توپ) - پوسته گاز (ژئوسفر) اطراف سیاره زمین. سطح داخلی آن هیدروسفر و تا حدودی پوسته زمین را می پوشاند، در حالی که سطح بیرونی آن با بخش نزدیک به زمین فضای بیرونی مرز دارد.

مشخصات فیزیکی

ضخامت جو تقریباً 120 کیلومتر از سطح زمین است. مجموع جرم هوا در جو (5.1-5.3) 10 18 کیلوگرم است. از این تعداد، جرم هوای خشک (0003/0 ± 1352/5) 10 18 کیلوگرم است، جرم کل بخار آب به طور متوسط 16/10 27/1 کیلوگرم است.

جرم مولی هوای خشک تمیز 28.966 گرم در مول و چگالی هوا در سطح دریا تقریباً 1.2 کیلوگرم بر متر مکعب است. فشار در 0 درجه سانتیگراد در سطح دریا 101.325 کیلو پاسکال است. دمای بحرانی - -140.7 درجه سانتیگراد. فشار بحرانی - 3.7 مگاپاسکال؛ C p در 0 °C - 1.0048·10 3 J/(kg·K)، C v - 0.7159·10 3 J/(kg·K) (در 0 °C). حلالیت هوا در آب (بر حسب جرم) در دمای 0 ° C - 0.0036٪، در 25 ° C - 0.0023٪.

موارد زیر به عنوان "شرایط عادی" در سطح زمین پذیرفته می شوند: چگالی 1.2 کیلوگرم بر متر مکعب، فشار هوا 101.35 کیلو پاسکال، دما به اضافه 20 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 50%. این شاخص های مشروط دارای اهمیت مهندسی محض هستند.

ساختار جو

جو دارای ساختار لایه ای است. لایه های جو از نظر دمای هوا، چگالی آن، میزان بخار آب موجود در هوا و سایر خصوصیات با یکدیگر متفاوت هستند.

تروپوسفر(روش یونانی باستان - "چرخش"، "تغییر" و σφαῖρα - "توپ") - پایین ترین و مطالعه شده ترین لایه جو، 8-10 کیلومتر ارتفاع در مناطق قطبی، تا 10-12 کیلومتر در عرض های جغرافیایی معتدل، در استوا - 16-18 کیلومتر.

هنگامی که در تروپوسفر بالا می رود، دما به طور متوسط 0.65 کلوین در هر 100 متر کاهش می یابد و در قسمت بالایی به 180-220 کلوین می رسد. این لایه فوقانی تروپوسفر که در آن کاهش دما با ارتفاع متوقف می شود، تروپوپوز نامیده می شود. لایه بعدی جو که در بالای تروپوسفر قرار دارد، استراتوسفر نامیده می شود.

بیش از 80٪ از کل جرم هوای اتمسفر در تروپوسفر متمرکز شده است، تلاطم و همرفت بسیار توسعه یافته است، قسمت غالب بخار آب متمرکز می شود، ابرها به وجود می آیند، جبهه های جوی تشکیل می شوند، طوفان ها و پادسیکلون ها و همچنین سایر فرآیندها ایجاد می شوند. که آب و هوا و آب و هوا را تعیین می کند. فرآیندهایی که در تروپوسفر اتفاق می‌افتند عمدتاً توسط همرفت ایجاد می‌شوند.

بخشی از تروپوسفر که در آن امکان تشکیل یخچال های طبیعی در سطح زمین وجود دارد، کیونوسفر نامیده می شود.

تروپوپوز(از یونانی τροπος - چرخش، تغییر و παῦσις - توقف، پایان) - لایه ای از جو که در آن کاهش دما با ارتفاع متوقف می شود. لایه انتقالی از تروپوسفر به استراتوسفر در جو زمین، تروپاپوز در ارتفاعات 8-12 کیلومتری (از سطح دریا) در نواحی قطبی و تا 16-18 کیلومتری بالای خط استوا قرار دارد. ارتفاع تروپوپوز همچنین به زمان سال (در تابستان تروپوپوز بیشتر از زمستان قرار دارد) و فعالیت سیکلونی (در طوفان ها کمتر و در پادسیکلون ها بیشتر است) بستگی دارد.

ضخامت tropopause از چند صد متر تا 2-3 کیلومتر متغیر است. در مناطق نیمه گرمسیری، شکست های تروپوپوز به دلیل جریان های جت قدرتمند مشاهده می شود. تروپوپوز در مناطق خاصی اغلب تخریب شده و دوباره شکل می گیرد.

استراتوسفر(از لایه لاتین - کفپوش، لایه) - لایه ای از جو واقع در ارتفاع 11 تا 50 کیلومتری. با تغییر جزئی دما در لایه 11-25 کیلومتری (لایه پایین تر استراتوسفر) و افزایش دما در لایه 25-40 کیلومتری از 56.5- تا 0.8 درجه سانتی گراد (لایه بالایی استراتوسفر یا منطقه وارونگی) مشخص می شود. . با رسیدن به مقدار حدود 273 کلوین (تقریبا 0 درجه سانتیگراد) در ارتفاع حدود 40 کیلومتری، دما تا ارتفاع حدود 55 کیلومتری ثابت می ماند. این ناحیه با دمای ثابت استراتوپوز نامیده می شود و مرز بین استراتوسفر و مزوسفر است. چگالی هوا در استراتوسفر ده ها و صدها برابر کمتر از سطح دریا است.

در استراتوسفر است که لایه اوزون ("لایه ازن") قرار دارد (در ارتفاع 15-20 تا 55-60 کیلومتر) که حد بالایی زندگی در بیوسفر را تعیین می کند. ازن (O 3) در نتیجه واکنش های فتوشیمیایی به شدت در ارتفاع 30 کیلومتری تشکیل می شود. وزن مجموع O 3 در فشار معمولی لایه ای به ضخامت 1.7-4.0 میلی متر را تشکیل می دهد، اما این برای جذب اشعه ماوراء بنفش مخرب حیات از خورشید کافی است. تخریب O 3 زمانی اتفاق می افتد که با رادیکال های آزاد، NO و ترکیبات حاوی هالوژن (از جمله "فرئون ها") در تعامل باشد.

در استراتوسفر، بیشتر قسمت موج کوتاه تابش فرابنفش (180-200 نانومتر) حفظ می شود و انرژی امواج کوتاه تبدیل می شود. تحت تأثیر این پرتوها، میدان‌های مغناطیسی تغییر می‌کنند، مولکول‌ها متلاشی می‌شوند، یونیزاسیون اتفاق می‌افتد و گازها و دیگر ترکیبات شیمیایی تشکیل می‌شوند. این فرآیندها را می توان به صورت نورهای شمالی، رعد و برق و درخشش های دیگر مشاهده کرد.

در استراتوسفر و لایه های بالاتر، تحت تأثیر تابش خورشیدی، مولکول های گاز به اتم ها تجزیه می شوند (بالاتر از 80 کیلومتر CO 2 و H 2 تجزیه می شوند، بالای 150 کیلومتر - O 2، بالای 300 کیلومتر - N 2). در ارتفاع 200-500 کیلومتری، یونیزاسیون گازها نیز در یونوسفر رخ می دهد؛ در ارتفاع 320 کیلومتری، غلظت ذرات باردار (O + 2، O - 2، N + 2) 1/300 ~ از غلظت ذرات خنثی در لایه های بالایی جو رادیکال های آزاد وجود دارد - OH، HO 2 و غیره.

تقریباً هیچ بخار آب در استراتوسفر وجود ندارد.

پروازها به استراتوسفر در دهه 1930 آغاز شد. پرواز با اولین بالن استراتوسفر (FNRS-1) که توسط آگوست پیکارد و پل کیپفر در 27 می 1931 به ارتفاع 16.2 کیلومتری انجام شد، بسیار شناخته شده است. هواپیماهای تجاری مدرن رزمی و مافوق صوت در استراتوسفر در ارتفاعات معمولاً تا 20 کیلومتر پرواز می کنند (اگرچه سقف پویا می تواند بسیار بالاتر باشد). بالن های هواشناسی در ارتفاع بالا تا 40 کیلومتر بالا می روند. رکورد بالون بدون سرنشین 51.8 کیلومتر است.

اخیراً در محافل نظامی ایالات متحده توجه زیادی به توسعه لایه های استراتوسفر بالای 20 کیلومتر شده است که اغلب به آن "پیش فضا" می گویند. « فضای نزدیک» ). فرض بر این است که کشتی‌های هوایی بدون سرنشین و هواپیماهای خورشیدی (مانند ناسا Pathfinder) می‌توانند برای مدت طولانی در ارتفاع حدود 30 کیلومتری باقی بمانند و نظارت و ارتباطات را برای مناطق بسیار بزرگ فراهم کنند، در حالی که در برابر پدافند هوایی آسیب‌پذیر هستند. سیستم های؛ چنین دستگاه هایی چندین برابر ارزان تر از ماهواره ها خواهند بود.

استراتوپوز- لایه ای از جو که مرز بین دو لایه استراتوسفر و مزوسفر است. در استراتوسفر، دما با افزایش ارتفاع افزایش می‌یابد و استراتوپوز لایه‌ای است که دما به حداکثر خود می‌رسد. دمای استراتوپوز حدود 0 درجه سانتیگراد است.

این پدیده نه تنها در زمین، بلکه در سیارات دیگری که جو دارند نیز مشاهده می شود.

روی زمین، استراتوپوز در ارتفاع 50 تا 55 کیلومتری از سطح دریا قرار دارد. فشار اتمسفر حدود 1/1000 از سطح دریا است.

مزوسفر(از یونانی μεσο- - "وسط" و σφαῖρα - "توپ"، "کره") - لایه ای از جو در ارتفاعات 40-50 تا 80-90 کیلومتر. با افزایش دما با ارتفاع مشخص می شود. حداکثر (حدود +50 درجه سانتیگراد) دما در ارتفاع حدود 60 کیلومتری قرار دارد و پس از آن دما شروع به کاهش به -70 درجه یا -80 درجه سانتیگراد می کند. این کاهش دما با جذب شدید تابش خورشیدی (تابش) توسط ازن همراه است. این اصطلاح توسط اتحادیه جغرافیا و ژئوفیزیک در سال 1951 پذیرفته شد.

ترکیب گاز مزوسفر، مانند لایه های جوی زیرین، ثابت است و حدود 80 درصد نیتروژن و 20 درصد اکسیژن دارد.

مزوسفر توسط استراتوپوز از استراتوسفر زیرین و توسط مزوپوز از ترموسفر پوشاننده جدا می شود. مزوپوز اساساً با توربوپوز همزمان است.

شهاب ها شروع به درخشش می کنند و معمولاً در مزوسفر کاملاً می سوزند.

ابرهای شب تاب ممکن است در مزوسفر ظاهر شوند.

برای پروازها، مزوسفر نوعی "منطقه مرده" است - هوا در اینجا برای پشتیبانی از هواپیما یا بالن بسیار نادر است (در ارتفاع 50 کیلومتری تراکم هوا 1000 برابر کمتر از سطح دریا است) و در عین حال بیش از حد متراکم برای ماهواره های پرواز مصنوعی در چنین مدار پایین. مطالعات مستقیم مزوسفر عمدتاً با استفاده از موشک های آب و هوایی زیر مداری انجام می شود. به طور کلی، مزوسفر کمتر از سایر لایه‌های جو مورد مطالعه قرار گرفته است، به همین دلیل است که دانشمندان به آن لقب «جهل‌کره» داده‌اند.

مزوپوز

مزوپوز- لایه ای از جو که مزوسفر و ترموسفر را از هم جدا می کند. در زمین در ارتفاع 80-90 کیلومتری از سطح دریا قرار دارد. در مزوپوز حداقل دما وجود دارد که حدود -100 درجه سانتیگراد است. در زیر (با شروع از ارتفاع حدود 50 کیلومتری) دما با ارتفاع کاهش می یابد، بالاتر (تا ارتفاع حدود 400 کیلومتر) دوباره افزایش می یابد. مزوپوز با مرز پایین ناحیه جذب فعال پرتو ایکس و تابش فرابنفش موج کوتاه از خورشید منطبق است. در این ارتفاع ابرهای شب تاب مشاهده می شود.

مزوپوز نه تنها در زمین، بلکه در سیارات دیگری که جو دارند نیز رخ می دهد.

خط کارمان- ارتفاع از سطح دریا که به طور معمول به عنوان مرز بین جو زمین و فضا پذیرفته شده است.

طبق تعریف Fédération Aéronautique Internationale (FAI)، خط کارمان در ارتفاع 100 کیلومتری از سطح دریا واقع شده است.

این ارتفاع به نام تئودور فون کارمان، دانشمند آمریکایی مجارستانی الاصل نامگذاری شده است. او اولین کسی بود که تشخیص داد که تقریباً در این ارتفاع، جو چنان نادر می شود که هوانوردی غیرممکن می شود، زیرا سرعت هواپیمای مورد نیاز برای ایجاد بالابر کافی از اولین سرعت کیهانی بیشتر می شود و بنابراین برای دستیابی به ارتفاعات بالاتر لازم است. برای استفاده از فضانوردی

جو زمین فراتر از خط کارمان ادامه دارد. قسمت بیرونی جو زمین، اگزوسفر، تا ارتفاع 10 هزار کیلومتری یا بیشتر گسترش می یابد؛ در این ارتفاع، جو عمدتاً از اتم های هیدروژن تشکیل شده است که قادر به خروج از جو هستند.

دستیابی به خط کارمان اولین شرط دریافت جایزه انصاری ایکس بود چرا که این امر مبنای شناخت پرواز به عنوان پرواز فضایی است.

گاهی اوقات جوی که سیاره ما را در یک لایه ضخیم احاطه کرده است، اقیانوس پنجم نامیده می شود. بیخود نیست که نام دوم هواپیما هواپیما است. جو مخلوطی از گازهای مختلف است که در میان آنها نیتروژن و اکسیژن غالب است. به لطف دومی است که زندگی در این سیاره به شکلی که همه ما به آن عادت کرده ایم امکان پذیر است. علاوه بر آنها، 1٪ از اجزای دیگر وجود دارد. اینها گازهای بی اثر (که وارد فعل و انفعالات شیمیایی نمی شوند)، اکسید گوگرد هستند. اقیانوس پنجم همچنین حاوی ناخالصی های مکانیکی است: گرد و غبار، خاکستر و غیره. تمام لایه های جو در مجموع تقریباً 480 کیلومتر از سطح گسترش می یابند (داده ها متفاوت است، ما متفاوت است. در ادامه با جزئیات بیشتر به این نکته می پردازیم). چنین ضخامت چشمگیری نوعی سپر غیر قابل نفوذ را تشکیل می دهد که از سیاره در برابر تشعشعات مضر کیهانی و اجرام بزرگ محافظت می کند.

لایه های زیر از جو متمایز می شوند: تروپوسفر، به دنبال آن استراتوسفر، سپس مزوسفر و در نهایت، ترموسفر. ترتیب داده شده از سطح سیاره شروع می شود. لایه های متراکم جو با دو لایه اول نشان داده می شوند. آنها هستند که بخش قابل توجهی از مضرات را فیلتر می کنند

پایین ترین لایه جو، تروپوسفر، تنها 12 کیلومتر بالاتر از سطح دریا (18 کیلومتر در مناطق استوایی) گسترش یافته است. تا 90 درصد بخار آب در اینجا متمرکز می شود و به همین دلیل ابرها در آنجا تشکیل می شوند. بیشتر هوا نیز در اینجا متمرکز است. همه لایه های بعدی جو سردتر هستند، زیرا نزدیکی به سطح به پرتوهای خورشیدی منعکس شده اجازه می دهد تا هوا را گرم کنند.

استراتوسفر تقریباً 50 کیلومتر از سطح امتداد دارد. بیشتر بادکنک های هواشناسی در این لایه "شناور" می شوند. برخی از انواع هواپیما نیز می توانند در اینجا پرواز کنند. یکی از ویژگی های شگفت انگیزرژیم دما است: در محدوده 25 تا 40 کیلومتر، دمای هوا شروع به افزایش می کند. از 60- تقریباً به 1 می رسد. سپس کاهش جزئی به صفر دارد که تا ارتفاع 55 کیلومتری ادامه دارد. حد بالایی بدنام است

علاوه بر این، مزوسفر تقریباً 90 کیلومتر گسترش می یابد. دمای هوا در اینجا به شدت کاهش می یابد. به ازای هر 100 متر ارتفاع، 0.3 درجه کاهش می یابد. گاهی اوقات سردترین قسمت جو نامیده می شود. چگالی هوا کم است، اما برای ایجاد مقاومت در برابر سقوط شهاب ها کاملاً کافی است.

لایه های جو به معنای معمول به ارتفاع حدود 118 کیلومتری ختم می شوند. شفق های معروف در اینجا شکل می گیرند. منطقه ترموسفر از بالا شروع می شود. به دلیل اشعه ایکس، یونیزاسیون آن چند مولکول هوای موجود در این ناحیه رخ می دهد. این فرآیندها به اصطلاح یونوسفر را ایجاد می کنند (اغلب در ترموسفر گنجانده می شود و بنابراین به طور جداگانه در نظر گرفته نمی شود).

هر چیزی که در طول ۷۰۰ کیلومتر باشد، اگزوسفر نامیده می شود. هوا بسیار کوچک است، بنابراین آنها آزادانه و بدون مقاومت در اثر برخورد حرکت می کنند. این به برخی از آنها اجازه می دهد تا انرژی مربوط به 160 درجه سانتیگراد را جمع کنند، علیرغم اینکه دمای اطراف پایین است. مولکول های گاز مطابق با جرم خود در سراسر حجم اگزوسفر توزیع می شوند، بنابراین سنگین ترین آنها را می توان تنها در قسمت پایین لایه شناسایی کرد. گرانش سیاره که با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد، دیگر قادر به نگه داشتن مولکول‌ها نیست، بنابراین ذرات کیهانی و تشعشعات پرانرژی، تکانه‌ای به مولکول‌های گاز می‌دهند که برای خروج از جو کافی باشد. این منطقه یکی از طولانی ترین مناطق است: اعتقاد بر این است که جو به طور کامل به خلاء فضا در ارتفاعات بیش از 2000 کیلومتر تبدیل می شود (گاهی اوقات حتی عدد 10000 ظاهر می شود). مصنوعی ها در حالی که هنوز در ترموسفر هستند در مدار می چرخند.

همه اعداد نشان داده شده نشانگر هستند، زیرا مرزهای لایه های جوی به تعدادی از عوامل، به عنوان مثال، به فعالیت خورشید بستگی دارد.

جو دارای ساختار لایه ای است. مرزهای بین لایه ها تیز نیست و ارتفاع آنها به عرض جغرافیایی و زمان سال بستگی دارد. ساختار لایه ای نتیجه تغییرات دما در ارتفاعات مختلف است. آب و هوا در تروپوسفر شکل می گیرد (در حدود 10 کیلومتر پایین تر: حدود 6 کیلومتر بالاتر از قطب ها و بیش از 16 کیلومتر بالای خط استوا). و مرز بالایی تروپوسفر در تابستان بیشتر از زمستان است.

از سطح زمین به بالا این لایه ها عبارتند از:

تروپوسفر

استراتوسفر

مزوسفر

ترموسفر

اگزوسفر

تروپوسفر

قسمت پایین جو تا ارتفاع 10-15 کیلومتری که 4/5 کل جرم هوای جو در آن متمرکز است، تروپوسفر نامیده می شود. مشخص است که دما در اینجا با ارتفاع به طور متوسط 0.6 درجه / 100 متر کاهش می یابد (در برخی موارد، توزیع دمای عمودی به طور گسترده ای متفاوت است). تروپوسفر تقریباً تمام بخار آب اتمسفر را در خود دارد و تقریباً تمام ابرها را تولید می کند. آشفتگی نیز در اینجا بسیار توسعه یافته است، به ویژه در نزدیکی سطح زمینو همچنین در جریان های به اصطلاح جت در قسمت بالایی تروپوسفر.

ارتفاعی که تروپوسفر در هر مکان روی زمین تا آن امتداد دارد، روز به روز متفاوت است. علاوه بر این، حتی به طور متوسط در عرض های جغرافیایی مختلف و در فصول مختلف سال متفاوت است. به طور متوسط، تروپوسفر سالانه بر روی قطب ها تا ارتفاع حدود 9 کیلومتر، در عرض های جغرافیایی معتدل تا 10-12 کیلومتر و بالای خط استوا تا 15-17 کیلومتر گسترش می یابد. میانگین دمای سالانههوا در سطح زمین در استوا 26+ و در قطب شمال حدود 23- درجه است. در مرز بالایی تروپوسفر بالای استوا، دمای متوسط حدود 70- درجه، بالای قطب شمال در زمستان حدود 65- درجه و در تابستان حدود -45 درجه است.

فشار هوا در مرز فوقانی تروپوسفر، مربوط به ارتفاع آن، 5-8 برابر کمتر از سطح زمین است. در نتیجه، بخش عمده ای از هوای اتمسفر در تروپوسفر قرار دارد. فرآیندهایی که در تروپوسفر اتفاق می افتد به طور مستقیم و تعیین کننده برای آب و هوا و آب و هوا در سطح زمین مهم هستند.

تمام بخار آب در تروپوسفر متمرکز است و به همین دلیل است که همه ابرها در تروپوسفر تشکیل می شوند. دما با افزایش ارتفاع کاهش می یابد.

پرتوهای خورشید به راحتی از تروپوسفر عبور می کنند و گرمایی که از زمین ساطع می شود و توسط پرتوهای خورشید گرم می شود، در تروپوسفر جمع می شود: گازهایی مانند دی اکسید کربن، متان و بخار آب گرما را حفظ می کنند. این مکانیسم گرم شدن جو از زمین که توسط تابش خورشیدی گرم می شود، اثر گلخانه ای نامیده می شود. دقیقاً به دلیل اینکه منبع گرمای جو زمین است، دمای هوا با ارتفاع کاهش می یابد

مرز بین تروپوسفر متلاطم و استراتوسفر آرام تروپوپوز نامیده می شود. اینجاست که بادهای سریعی به نام «جریان جت» شکل می گیرد.

زمانی فرض بر این بود که دمای اتمسفر بالاتر از تروپوسفر می‌افتد، اما اندازه‌گیری‌ها در لایه‌های مرتفع اتمسفر نشان داده است که اینطور نیست: بلافاصله بالای تروپوپوز دما تقریباً ثابت است و سپس شروع به افزایش می‌کند. افقی قوی بادها در استراتوسفر بدون ایجاد تلاطم می وزند. هوا در استراتوسفر بسیار خشک است و بنابراین ابر نادر است. به اصطلاح ابرهای ناکرئوس تشکیل می شوند.

استراتوسفر برای حیات روی زمین بسیار مهم است، زیرا در این لایه است که مقدار کمی ازن وجود دارد که اشعه ماوراء بنفش قوی را که برای زندگی مضر است جذب می کند. ازن با جذب اشعه ماوراء بنفش استراتوسفر را گرم می کند.

استراتوسفر

در بالای تروپوسفر تا ارتفاع 50-55 کیلومتری استراتوسفر قرار دارد که با این واقعیت مشخص می شود که درجه حرارت در آن به طور متوسط با ارتفاع افزایش می یابد. لایه گذار بین تروپوسفر و استراتوسفر (1-2 کیلومتر ضخامت) تروپوپوز نامیده می شود.

در بالا داده هایی در مورد دمای مرز بالایی تروپوسفر وجود داشت. این دماها برای استراتوسفر پایینی نیز معمول است. بنابراین، دمای هوا در استراتوسفر پایین تر بالای استوا همیشه بسیار پایین است. علاوه بر این، در تابستان بسیار پایین تر از بالای قطب است.

استراتوسفر پایینی کم و بیش همدما است. اما با شروع از ارتفاع حدود 25 کیلومتری، دمای استراتوسفر به سرعت با ارتفاع افزایش می یابد و در ارتفاع حدود 50 کیلومتری (از 10+ تا 30+ درجه) به حداکثر مقادیر مثبت می رسد. به دلیل افزایش دما با ارتفاع، تلاطم در استراتوسفر کم است.

بخار آب ناچیز در استراتوسفر وجود دارد. اما گاهی اوقات در ارتفاعات 20-25 کیلومتری ابرهای بسیار نازک و به اصطلاح ناکروس در عرض های جغرافیایی بالا مشاهده می شود. در طول روز آنها قابل مشاهده نیستند، اما در شب به نظر می رسد که می درخشند، زیرا توسط خورشید زیر افق روشن می شوند. این ابرها از قطرات آب فوق سرد تشکیل شده اند. همانطور که در بالا ذکر شد، استراتوسفر نیز با این واقعیت مشخص می شود که عمدتاً حاوی ازن اتمسفر است.

مزوسفر

در بالای استراتوسفر، لایه مزوسفر، تا حدود 80 کیلومتر قرار دارد. در اینجا دما با افزایش ارتفاع به چند ده درجه زیر صفر کاهش می یابد. به دلیل کاهش سریع دما با ارتفاع، تلاطم در مزوسفر بسیار توسعه یافته است. در ارتفاعات نزدیک به مرز فوقانی مزوسفر (75-90 کیلومتر)، نوع خاصی از ابرها مشاهده می شوند که در شب نیز توسط خورشید روشن می شوند، به اصطلاح ابرهای شب تاب. آنها به احتمال زیاد از کریستال های یخ تشکیل شده اند.

در مرز بالایی مزوسفر، فشار هوا 200 برابر کمتر از سطح زمین است. بنابراین، در تروپوسفر، استراتوسفر و مزوسفر با هم، تا ارتفاع 80 کیلومتری، بیش از 99.5 درصد از کل جرم جو قرار دارد. لایه های پوشاننده مقدار ناچیزی هوا را تشکیل می دهند

در ارتفاع حدود 50 کیلومتری از زمین، دما دوباره شروع به کاهش می کند و حد بالایی استراتوسفر و آغاز لایه بعدی یعنی مزوسفر را نشان می دهد. مزوسفر سردترین دمای جو را دارد: از -2 تا -138 درجه سانتیگراد. بالاترین ابرها نیز در اینجا قرار دارند: در هوای صاف می توان آنها را در غروب آفتاب دید. آنها را شب تاب (درخشنده در شب) می نامند.

ترموسفر

قسمت بالایی جو، بالای مزوسفر، با دمای بسیار بالا مشخص می شود و به همین دلیل ترموسفر نامیده می شود. با این حال، دو بخش در آن متمایز است: یونوسفر، که از مزوسفر تا ارتفاعات هزار کیلومتری گسترش می یابد، و قسمت بیرونی که بالای آن قرار دارد - اگزوسفر، که به تاج زمین تبدیل می شود.

هوا در یونوسفر بسیار کمیاب است. قبلاً اشاره کردیم که در ارتفاعات 300-750 کیلومتری، چگالی متوسط آن حدود 10-8-10-10 گرم بر متر مکعب است. اما حتی با چنین چگالی کم، هر سانتی متر مکعب هوا در ارتفاع 300 کیلومتری همچنان حاوی حدود یک میلیارد (109) مولکول یا اتم است و در ارتفاع 600 کیلومتری - بیش از 10 میلیون (107). این مقدار چندین مرتبه بزرگتر از محتوای گازهای موجود در فضای بین سیاره ای است.

یونوسفر، همانطور که از نام خود می گوید، با درجه بسیار قوی یونیزاسیون هوا مشخص می شود - محتوای یون در اینجا چندین برابر بیشتر از لایه های زیرین است، علی رغم نادر شدن کلی هوا. این یون ها عمدتاً اتم های اکسیژن باردار، مولکول های اکسید نیتریک باردار و الکترون های آزاد هستند. محتوای آنها در ارتفاعات 100-400 کیلومتری حدود 1015-106 بر سانتی متر مکعب است.

چندین لایه یا منطقه با حداکثر یونیزاسیون در یونوسفر، به ویژه در ارتفاعات 100-120 کیلومتری و 200-400 کیلومتری متمایز می شوند. اما حتی در فضاهای بین این لایه ها، درجه یونیزاسیون جو بسیار بالا باقی می ماند. موقعیت لایه های یونوسفر و غلظت یون ها در آنها همیشه تغییر می کند. مجموعه‌های پراکنده الکترون‌ها با غلظت‌های بالا، ابرهای الکترونی نامیده می‌شوند.

هدایت الکتریکی جو به درجه یونیزاسیون بستگی دارد. بنابراین، در یونوسفر، هدایت الکتریکی هوا به طور کلی 1012 برابر بیشتر از سطح زمین است. امواج رادیویی جذب، شکست و انعکاس را در یونوسفر تجربه می کنند. امواج با طول بیش از 20 متر به هیچ وجه نمی توانند از یونوسفر عبور کنند: آنها توسط لایه های الکترونی با غلظت کم در قسمت پایین یونوسفر (در ارتفاعات 70-80 کیلومتر) منعکس می شوند. امواج متوسط و کوتاه توسط لایه های یونوسفر پوشاننده منعکس می شوند.

به دلیل انعکاس از یونوسفر است که ارتباط از راه دور بر روی امواج کوتاه امکان پذیر است. بازتاب های متعدد از یونوسفر و سطح زمین به امواج کوتاه اجازه می دهد تا به صورت زیگزاگی در فواصل طولانی حرکت کنند و در اطراف سطح خم شوند. کره زمین. از آنجایی که موقعیت و غلظت لایه‌های یونوسفر دائماً در حال تغییر است، شرایط جذب، بازتاب و انتشار امواج رادیویی نیز تغییر می‌کند. بنابراین، برای ارتباطات رادیویی قابل اعتماد، مطالعه مداوم وضعیت یونوسفر ضروری است. مشاهدات انتشار امواج رادیویی دقیقاً وسیله ای برای چنین تحقیقاتی است.

در یونوسفر، شفق های قطبی و درخشش آسمان شب، که در طبیعت به آنها نزدیک است، مشاهده می شود - درخشندگی ثابت هوای اتمسفر، و همچنین نوسانات شدید در میدان مغناطیسی - طوفان های مغناطیسی یونوسفر.

یونیزاسیون در یونوسفر وجود خود را مدیون عمل تابش فرابنفش خورشید است. جذب آن توسط مولکول های گازهای اتمسفر منجر به تشکیل اتم های باردار و الکترون های آزاد می شود، همانطور که در بالا بحث شد. نوسانات میدان مغناطیسی در یونوسفر و شفق های قطبی به نوسانات فعالیت خورشیدی بستگی دارد. تغییرات در فعالیت خورشیدی با تغییرات در جریان تشعشعات هسته‌ای که از خورشید به جو زمین می‌آیند مرتبط است. یعنی تشعشعات هسته‌ای برای این پدیده‌های یونسفری اهمیت اولیه دارد.

دما در یونوسفر با افزایش ارتفاع به مقادیر بسیار بالا افزایش می یابد. در ارتفاعات حدود 800 کیلومتری به 1000 درجه می رسد.

صحبت کردن در مورد دمای بالایونوسفر، یعنی ذرات گازهای اتمسفر با سرعت بسیار بالایی در آنجا حرکت می کنند. با این حال، چگالی هوا در یونوسفر به قدری کم است که جسمی که در یونوسفر قرار دارد، برای مثال یک ماهواره پرنده، با تبادل حرارت با هوا گرم نمی شود. درجه حرارتاین ماهواره به جذب مستقیم تابش خورشیدی و انتشار تشعشعات خود به فضای اطراف بستگی دارد. ترموسفر در بالای مزوسفر در ارتفاع 90 تا 500 کیلومتری از سطح زمین قرار دارد. مولکول های گاز در اینجا بسیار پراکنده هستند و اشعه ایکس و اشعه فرابنفش با طول موج کوتاه را جذب می کنند. به همین دلیل، دما می تواند به 1000 درجه سانتیگراد برسد.

ترموسفر اساساً مربوط به یونوسفر است، جایی که گاز یونیزه شده امواج رادیویی را به زمین منعکس می کند، پدیده ای که ارتباطات رادیویی را ممکن می کند.

اگزوسفر

در فاصله 800-1000 کیلومتری، جو به اگزوسفر و به تدریج وارد فضای بین سیاره ای می شود. سرعت حرکت ذرات گاز به ویژه ذرات سبک در اینجا بسیار زیاد است و به دلیل نادر بودن شدید هوا در این ارتفاعات، ذرات می توانند بدون برخورد با یکدیگر در مدارهای بیضی شکل به دور زمین بچرخند. ذرات منفرد می توانند سرعت کافی برای غلبه بر گرانش داشته باشند. برای ذرات بدون بار، سرعت بحرانی 11.2 کیلومتر بر ثانیه خواهد بود. چنین ذرات بخصوص سریعی می توانند، با حرکت در مسیرهای هذلولی، از جو به فضای بیرون پرواز کنند، "فرار" کنند و پراکنده شوند. بنابراین به اگزوسفر، کره پراکنده نیز می گویند.

عمدتاً اتم های هیدروژن که گاز غالب در بالاترین لایه های اگزوسفر هستند فرار می کنند.

اخیراً فرض بر این بود که اگزوسفر و به همراه آن جو زمین به طور کلی در ارتفاعات حدود 2000-3000 کیلومتری به پایان می رسد. اما از مشاهدات موشک ها و ماهواره ها، به نظر می رسد که هیدروژنی که از اگزوسفر خارج می شود، چیزی را تشکیل می دهد که تاج زمین در اطراف زمین نامیده می شود و تا بیش از 20000 کیلومتر گسترش می یابد. البته چگالی گاز در تاج زمین ناچیز است. به ازای هر سانتی متر مکعب به طور متوسط تنها حدود هزار ذره وجود دارد. اما در فضای بین سیاره ای غلظت ذرات (عمدتا پروتون ها و الکترون ها) حداقل ده برابر کمتر است.

با کمک ماهواره ها و موشک های ژئوفیزیکی، وجود کمربند تشعشعی زمین در قسمت بالایی جو و در فضای نزدیک به زمین که از ارتفاع چند صد کیلومتری شروع شده و تا ده ها هزار کیلومتر از سطح زمین امتداد می یابد، تاسیس شده است. این کمربند از ذرات باردار الکتریکی - پروتون ها و الکترون های گرفته شده تشکیل شده است میدان مغناطیسیزمین و حرکت با سرعت بسیار بالا. انرژی آنها در حد صدها هزار الکترون ولت است. کمربند تشعشعی به طور مداوم ذرات موجود در جو زمین را از دست می دهد و توسط جریان های تابش هسته ای خورشیدی دوباره پر می شود.

دمای جو استراتوسفر تروپوسفر