وجود جو در نزدیکی زمین با عوامل زیر مشخص می شود. لایه های جو - تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر، ترموسفر و اگزوسفر

همه کسانی که با هواپیما پرواز کرده اند به این نوع پیام عادت کرده اند: "پرواز ما در ارتفاع 10000 متری است، دمای هوا 50 درجه سانتیگراد است." به نظر چیز خاصی نیست هر چه از سطح زمین که توسط خورشید گرم می شود دورتر باشد، سردتر است. بسیاری از مردم تصور می کنند که کاهش دما با ارتفاع به طور مداوم ادامه دارد و به تدریج دما کاهش می یابد و به دمای فضا نزدیک می شود. به هر حال، دانشمندان تا پایان قرن 19 چنین فکر می کردند.

بیایید نگاهی دقیق تر به توزیع دمای هوا بر روی زمین بیندازیم. اتمسفر به چندین لایه تقسیم می شود که در درجه اول ماهیت تغییرات دما را منعکس می کند.

لایه زیرین جو نامیده می شود تروپوسفرتمام تغییرات آب و هوا و آب و هوا نتیجه فرآیندهای فیزیکی است که در این لایه رخ می دهد. مرز بالایی این لایه در جایی قرار دارد که کاهش دما با ارتفاع با افزایش آن جایگزین می شود - تقریباً در یک ارتفاع 15-16 کیلومتری از خط استوا و 7-8 کیلومتری بالای قطب ها. مانند خود زمین، اتمسفر تحت تأثیر چرخش سیاره ما نیز تا حدودی بر روی قطب ها مسطح شده و بر روی استوا متورم می شود. در جو بسیار قوی تر از پوسته جامد زمین است.در جهت از سطح زمین تا مرز فوقانی تروپوسفر دمای هوا کاهش می یابد.در بالای خط استوا حداقل دمای هوا حدود -62 درجه سانتیگراد است. در عرض های جغرافیایی معتدل بیش از 75 درصد جرم جو در تروپوسفر و در مناطق استوایی حدود 90 درصد در داخل توده های تروپوسفر جو است.

در سال 1899، حداقل در مشخصات دمای عمودی در ارتفاع معینی یافت شد و سپس دما کمی افزایش یافت. آغاز این افزایش به معنای انتقال به لایه بعدی جو - به استراتوسفراستراتوسفر به معنای "کره لایه" است. اصطلاح استراتوسفر به معنای و منعکس کننده ایده قبلی در مورد منحصر به فرد بودن لایه ای است که در بالای تروپوسفر قرار دارد. استراتوسفر تا ارتفاع حدود 50 کیلومتری از سطح زمین گسترش می یابد. ویژگی آن این است که به ویژه افزایش شدید دمای هوا این افزایش دما توضیح داده شده است واکنش تشکیل ازن - یکی از اصلی ترین واکنش ها واکنش های شیمیاییدر جو رخ می دهد.

بخش عمده ای از ازن در ارتفاعات حدود 25 کیلومتری متمرکز شده است، اما به طور کلی لایه ازن پوسته ای است که به شدت در طول ارتفاع کشیده شده است و تقریباً کل استراتوسفر را می پوشاند. برهمکنش اکسیژن با پرتوهای فرابنفش یکی از فرآیندهای مطلوب در جو زمین است که به حفظ حیات بر روی زمین کمک می کند. جذب این انرژی توسط ازن مانع از جریان بیش از حد آن به سطح زمین می شود، جایی که دقیقاً چنین سطح انرژی مناسب برای وجود ایجاد می شود. اشکال زمینیزندگی اوزونوسفر مقداری را جذب می کند انرژی تابشیعبور از جو در نتیجه، یک شیب عمودی دمای هوا تقریباً 0.62 درجه سانتیگراد در هر 100 متر در اوزونوسفر ایجاد می شود، به عنوان مثال، دما با ارتفاع تا حد بالایی استراتوسفر - استراتوپوز (50 کیلومتر) افزایش می یابد، که مطابق با مقداری داده، 0 درجه سانتیگراد

در ارتفاعات 50 تا 80 کیلومتری لایه ای از جو وجود دارد که به آن می گویند مزوسفر. کلمه مزوسفر به معنای کره میانی است، در اینجا دمای هوا همچنان با ارتفاع کاهش می یابد. بالای مزوسفر، در لایه ای به نام ترموسفر، دما دوباره با ارتفاع تا حدود 1000 درجه سانتیگراد افزایش می یابد و سپس بسیار سریع به -96 درجه سانتیگراد کاهش می یابد. با این حال، به طور نامحدود کاهش نمی یابد، سپس دما دوباره افزایش می یابد.

ترموسفراولین لایه است یون کره. بر خلاف لایه‌های ذکر شده قبلی، یونوسفر از نظر دما متمایز نمی‌شود. یونوسفر ناحیه ای با ماهیت الکتریکی است که بسیاری از انواع ارتباطات رادیویی را ممکن می سازد. یونوسفر به چند لایه تقسیم می شود که آنها را با حروف D، E، F1 و F2 مشخص می کند، این لایه ها نیز نام های خاصی دارند. تقسیم به لایه ها به دلایل مختلفی ایجاد می شود که از جمله مهمترین آنها تأثیر نابرابر لایه ها در عبور امواج رادیویی است. پایین ترین لایه، D، عمدتا امواج رادیویی را جذب می کند و در نتیجه از انتشار بیشتر آنها جلوگیری می کند. بهترین لایه E مطالعه شده در ارتفاع حدود 100 کیلومتری از سطح زمین قرار دارد. به نام دانشمندان آمریکایی و انگلیسی که به طور همزمان و مستقل آن را کشف کردند، لایه Kennelly-Heaviside نیز نامیده می شود. لایه E مانند یک آینه غول پیکر، امواج رادیویی را منعکس می کند. به لطف این لایه، امواج رادیویی طولانی فواصل دورتر از حد انتظار را طی می کنند که اگر فقط در یک خط مستقیم منتشر شوند، بدون اینکه از لایه E منعکس شوند، لایه F نیز خواص مشابهی دارد. به آن لایه اپلتون نیز می گویند. همراه با لایه Kennelly-Heaviside، امواج رادیویی را به ایستگاه های رادیویی زمینی منعکس می کند.این انعکاس می تواند در زوایای مختلف رخ دهد. لایه اپلتون در ارتفاع حدود 240 کیلومتری قرار دارد.

بیرونی ترین ناحیه جو، لایه دوم یونوسفر، اغلب نامیده می شود اگزوسفر. این اصطلاح نشان دهنده وجود حومه فضا در نزدیکی زمین است. تعیین دقیق محل پایان جو و شروع فضا دشوار است، زیرا چگالی گازهای اتمسفر به تدریج با ارتفاع کاهش می یابد و خود اتمسفر به تدریج به یک خلاء تقریباً تبدیل می شود که در آن فقط مولکول های منفرد به هم می رسند. در حال حاضر در ارتفاع حدود 320 کیلومتری، چگالی جو آنقدر کم است که مولکول ها می توانند بیش از 1 کیلومتر را بدون برخورد با یکدیگر طی کنند. بیرونی ترین قسمت جو به عنوان مرز بالایی آن عمل می کند که در ارتفاعات 480 تا 960 کیلومتری قرار دارد.

اطلاعات بیشتر در مورد فرآیندهای جو را می توانید در وب سایت "اقلیم زمین" بیابید.

جو پوشش هوای زمین است. گسترش تا 3000 کیلومتر از سطح زمین. آثار آن تا ارتفاع 10000 کیلومتری قابل ردیابی است. A. دارای چگالی ناهموار 50 5 است؛ توده های آن تا 5 کیلومتر، 75٪ - تا 10 کیلومتر، 90٪ - تا 16 کیلومتر متمرکز است.

جو از هوا تشکیل شده است - مخلوطی مکانیکی از چندین گاز.

نیتروژن(78%) در جو نقش یک رقیق کننده اکسیژن را ایفا می کند و سرعت اکسیداسیون و در نتیجه سرعت و شدت فرآیندهای بیولوژیکی را تنظیم می کند. نیتروژن عنصر اصلی است اتمسفر زمینکه به طور مداوم با ماده زنده زیست کره مبادله می شود و اجزای آن ترکیبات نیتروژنی (اسیدهای آمینه، پورین ها و غیره) است. استخراج نیتروژن از اتمسفر به روش‌های معدنی و بیوشیمیایی انجام می‌شود، اگرچه ارتباط نزدیکی با یکدیگر دارند. استخراج غیر آلی با تشکیل ترکیبات آن N 2 O , N 2 O 5 , NO 2 , NH 3 همراه است. آنها داخل هستند ته نشینیو در اتمسفر تحت تأثیر تخلیه های الکتریکی در هنگام رعد و برق یا واکنش های فتوشیمیایی تحت تأثیر تابش خورشیدی تشکیل می شوند.

تثبیت بیولوژیکی نیتروژن توسط برخی باکتری ها در همزیستی با گیاهان بالاتر در خاک انجام می شود. نیتروژن همچنین توسط برخی میکروارگانیسم های پلانکتون و جلبک ها در داخل ثابت می شود محیط زیست دریایی. از نظر کمی، پیوند بیولوژیکی نیتروژن از تثبیت معدنی آن فراتر می رود. تبادل کل نیتروژن موجود در جو تقریباً 10 میلیون سال طول می کشد. نیتروژن در گازهای آتشفشانی و در سنگهای آذرین یافت می شود. هنگامی که نمونه های مختلف سنگ های کریستالی و شهاب سنگ ها گرم می شوند، نیتروژن به شکل مولکول های N 2 و NH 3 آزاد می شود. با این حال، شکل اصلی حضور نیتروژن، هم در زمین و هم در سیارات زمینی، مولکولی است. آمونیاک که وارد جو فوقانی می شود، به سرعت اکسید می شود و نیتروژن آزاد می کند. در سنگهای رسوبی همراه با مواد آلی مدفون شده و به مقدار زیاد در رسوبات قیر یافت می شود. در فرآیند دگرگونی منطقه ای این سنگ ها، نیتروژن در فرم متفاوتدر جو زمین منتشر می شود.

چرخه نیتروژن ژئوشیمیایی (

اکسیژن(21%) توسط موجودات زنده برای تنفس استفاده می شود، بخشی از مواد آلی(پروتئین چربی کربوهیدرات). ازن O 3. جلوگیری از تشعشعات ماوراء بنفش تهدید کننده حیات از خورشید

اکسیژن دومین گاز فراوان در جو است که نقش بسیار مهمی را در بسیاری از فرآیندهای زیست کره ایفا می کند. شکل غالب وجود آن O 2 است. در لایه های بالایی جو، تحت تاثیر اشعه ماوراء بنفش، تفکیک مولکول های اکسیژن رخ می دهد و در ارتفاع حدود 200 کیلومتری، نسبت اکسیژن اتمی به مولکولی (O: O 2) برابر 10 می شود. این اشکال اکسیژن در جو (در ارتفاع 20-30 کیلومتری)، کمربند ازن (سپر اوزون) برهم کنش دارند. ازن (O 3) برای موجودات زنده ضروری است و بیشتر تابش فرابنفش خورشیدی را که برای آنها مضر است به تاخیر می اندازد.

در مراحل اولیه توسعه زمین، اکسیژن آزاد در مقادیر بسیار کمی در نتیجه تفکیک نوری دی اکسید کربن و مولکول های آب در اتمسفر فوقانی به وجود آمد. با این حال، این مقادیر کم به سرعت در اکسیداسیون گازهای دیگر مصرف شد. با ظهور موجودات فتوسنتزی اتوتروف در اقیانوس، وضعیت به طور قابل توجهی تغییر کرده است. مقدار اکسیژن آزاد در جو به تدریج شروع به افزایش کرد و به طور فعال بسیاری از اجزای بیوسفر را اکسید کرد. بنابراین، اولین بخش‌های اکسیژن آزاد عمدتاً به انتقال اشکال آهنی آهن به اکسید و سولفیدها به سولفات کمک کردند.

در نهایت مقدار اکسیژن آزاد در جو زمین به جرم معینی رسید و به گونه ای متعادل شد که مقدار تولید شده برابر با مقدار جذب شد. یک ثبات نسبی از محتوای اکسیژن آزاد در جو ایجاد شد.

چرخه اکسیژن ژئوشیمیایی (V.A. ورونسکی، جی.وی. ویتکویچ)

دی اکسید کربن، به سمت تشکیل ماده زنده می رود و همراه با بخار آب به اصطلاح "اثر گلخانه ای (گلخانه ای)" را ایجاد می کند.

کربن (دی اکسید کربن) - بیشتر آن در جو به شکل CO 2 و بسیار کمتر به شکل CH 4 است. اهمیت تاریخچه ژئوشیمیایی کربن در بیوسفر بسیار زیاد است، زیرا بخشی از همه موجودات زنده. در موجودات زنده، اشکال کاهش یافته کربن رخ می دهد، و در محیطزیست کره ها اکسید می شوند. بنابراین، تبادل شیمیایی چرخه زندگی برقرار می شود: CO 2 ↔ ماده زنده.

منبع اصلی دی اکسید کربن در بیوسفر، فعالیت های آتشفشانی است که با گاززدایی سکولار گوشته و افق های زیرین پوسته زمین مرتبط است. بخشی از این دی اکسید کربن از تجزیه حرارتی سنگ های آهکی باستانی در مناطق مختلف دگرگونی ناشی می شود. مهاجرت CO 2 در بیوسفر به دو صورت انجام می شود.

روش اول در جذب CO 2 در طول فتوسنتز با تشکیل مواد آلی و دفن بعدی در شرایط مطلوب بیان می شود. کاهش شرایطدر لیتوسفر به شکل ذغال سنگ نارس، زغال سنگ، نفت، شیل نفتی. طبق روش دوم، مهاجرت کربن منجر به ایجاد یک سیستم کربناته در هیدروسفر می شود، جایی که CO 2 به H 2 CO 3، HCO 3 -1، CO 3 -2 تبدیل می شود. سپس با مشارکت کلسیم (کمتر منیزیم و آهن) رسوب کربناتها به صورت بیوژنیک و بیوژنیک اتفاق می افتد. لایه های ضخیم سنگ آهک و دولومیت ظاهر می شود. به گفته A.B. Ronov، نسبت کربن آلی (Corg) به کربن کربناته (Ccarb) در تاریخ زیست کره 1:4 بود.

همراه با چرخه جهانی کربن، تعدادی از چرخه های کوچک آن نیز وجود دارد. بنابراین، گیاهان سبز در خشکی، CO2 را برای فرآیند فتوسنتز در طول روز جذب می کنند و در شب آن را در جو آزاد می کنند. با مرگ موجودات زنده در سطح زمین، مواد آلی (با مشارکت میکروارگانیسم ها) با انتشار CO 2 در جو اکسید می شوند. در دهه های اخیر، احتراق گسترده سوخت های فسیلی و افزایش محتوای آن در جو مدرن، جایگاه ویژه ای در چرخه کربن به خود اختصاص داده است.

چرخه کربن در پاکت جغرافیایی(به گفته ف. راماد، 1981)

آرگون- سومین گاز رایج اتمسفر، که به شدت آن را از گازهای بی اثر دیگر که بسیار کم رایج هستند متمایز می کند. با این حال، آرگون در آن است تاریخ زمین شناسیدر سرنوشت این گازها سهیم است که با دو ویژگی مشخص می شوند:

1. برگشت ناپذیری تجمع آنها در جو؛
2. ارتباط نزدیک با واپاشی رادیواکتیو ایزوتوپ های ناپایدار خاص.

گازهای بی اثر خارج از گردش بیشتر عناصر حلقوی در بیوسفر زمین هستند.

همه گازهای بی اثر را می توان به اولیه و پرتوزا تقسیم کرد. اولیه آنهایی هستند که در طول شکل گیری زمین توسط زمین اسیر شدند. آنها بسیار نادر هستند. بخش اولیه آرگون عمدتاً توسط ایزوتوپ های 36 Ar و 38 Ar نشان داده می شود، در حالی که آرگون اتمسفر کاملاً از ایزوتوپ 40 Ar (99.6٪) تشکیل شده است که بدون شک پرتوزا است. در سنگهای حاوی پتاسیم، آرگون رادیوژنیک به دلیل واپاشی پتاسیم-40 با جذب الکترون انباشته شده است: 40 K + e → 40 Ar.

بنابراین میزان آرگون در سنگ ها با توجه به سن آنها و میزان پتاسیم آنها تعیین می شود. تا این حد غلظت هلیوم در سنگها تابعی از سن آنها و محتوای توریم و اورانیوم است. آرگون و هلیوم در هنگام فوران‌های آتشفشانی، از طریق شکاف‌های پوسته زمین به شکل جت‌های گاز و همچنین در هنگام هوازدگی سنگ‌ها از داخل زمین به جو آزاد می‌شوند. بر اساس محاسبات انجام شده توسط P. Dimon و J. Culp، هلیوم و آرگون در دوران مدرن در پوسته زمین انباشته شده و در مقادیر نسبتاً کمی وارد جو می شوند. سرعت ورود این گازهای پرتوزا به حدی کم است که در طول تاریخ زمین شناسی زمین نتوانسته محتوای مشاهده شده آنها را در جو مدرن ارائه دهد. بنابراین، باید فرض کرد که بیشتر آرگون اتمسفر از روده‌های زمین در مراحل اولیه توسعه آن آمده است، و بخش بسیار کوچک‌تری بعداً در فرآیند آتشفشانی و در طول هوازدگی پتاسیم اضافه شده است. حاوی سنگ

بنابراین، در طول زمان زمین شناسی، هلیوم و آرگون فرآیندهای مهاجرت متفاوتی داشتند. هلیوم بسیار کمی در جو وجود دارد (حدود 5 * 10-4٪)، و "نفس هلیوم" زمین سبک تر بود، زیرا به عنوان سبک ترین گاز، به فضای بیرونی فرار کرد. و "نفس آرگون" - سنگین و آرگون در سیاره ما باقی ماند. بیشتر گازهای خنثی اولیه، مانند نئون و زنون، با نئون اولیه ای که در طول شکل گیری زمین توسط زمین گرفته شده است، و همچنین با انتشار در اتمسفر در هنگام گاززدایی از گوشته مرتبط بودند. مجموع داده های مربوط به ژئوشیمی گازهای نجیب نشان می دهد که جو اولیه زمین در مراحل اولیه توسعه آن به وجود آمده است.

جو شامل بخار آبو ابدر حالت مایع و جامد. آب موجود در جو یک انباشته کننده حرارت مهم است.

لایه های پایینی جو شامل تعداد زیادی ازگرد و غبار معدنی و تکنولوژیک و ذرات معلق در هوا، محصولات احتراق، نمک ها، هاگ ها و گرده گیاهان و غیره.

تا ارتفاع 100-120 کیلومتری به دلیل اختلاط کامل هوا، ترکیب جو همگن است. نسبت نیتروژن و اکسیژن ثابت است. در بالا گازهای بی اثر، هیدروژن و غیره غالب است.در لایه های پایینی جو بخار آب وجود دارد. با فاصله گرفتن از زمین محتوای آن کاهش می یابد. در بالا، نسبت گازها تغییر می کند، به عنوان مثال، در ارتفاع 200-800 کیلومتری، اکسیژن 10-100 برابر بر نیتروژن غلبه دارد.

جو دارای لایه های مشخصی از هوا است. لایه های هوا از نظر دما، اختلاف گازها و چگالی و فشار آنها متفاوت است. لازم به ذکر است که لایه های استراتوسفر و تروپوسفر زمین را از تابش خورشید محافظت می کنند. در لایه های بالاتر، یک موجود زنده می تواند دوز کشنده ای از طیف فرابنفش خورشیدی را دریافت کند. برای پرش سریع به لایه دلخواه جو، روی لایه مربوطه کلیک کنید:

تروپوسفر و تروپوپوز

تروپوسفر - دما، فشار، ارتفاع

حد بالایی تقریباً در حدود 8 تا 10 کیلومتر حفظ می شود. در عرض های جغرافیایی معتدل 16 - 18 کیلومتر و در قطبی 10 - 12 کیلومتر. تروپوسفراین لایه اصلی پایینی جو است. این لایه بیش از 80 درصد از کل جرم را شامل می شود هوای جویو نزدیک به 90 درصد کل بخار آب. در تروپوسفر است که همرفت و تلاطم به وجود می آید، ابرها شکل می گیرند، سیکلون ها رخ می دهند. درجه حرارتبا قد کاهش می یابد گرادیان: 0.65 درجه / 100 متر. زمین و آب گرم شده هوای محصور را گرم می کند. هوای گرم شده بالا می رود، سرد می شود و ابرها را تشکیل می دهد. دما در مرزهای بالایی لایه می تواند به -50/70 درجه سانتی گراد برسد.

در این لایه است که تغییرات در شرایط آب و هوایی رخ می دهد. حد پایین تروپوسفر نامیده می شود سطحزیرا دارای میکروارگانیسم های فرار و گرد و غبار زیادی است. سرعت باد با ارتفاع در این لایه افزایش می یابد.

تروپوپوز

این لایه انتقالی تروپوسفر به استراتوسفر است. در اینجا، وابستگی کاهش دما با افزایش ارتفاع متوقف می شود. تروپوپوز حداقل ارتفاعی است که در آن شیب عمودی دما به 0.2 درجه سانتیگراد در 100 متر کاهش می یابد. ارتفاع تروپوپوز به رویدادهای آب و هوایی قوی مانند طوفان ها بستگی دارد. ارتفاع تروپوپوز در بالای سیکلون ها کاهش می یابد و بالاتر از آنتی سیکلون ها افزایش می یابد.

استراتوسفر و استراتوپوز

ارتفاع لایه استراتوسفر تقریباً از 11 تا 50 کیلومتر است. در ارتفاع 25-11 کیلومتری تغییر جزئی دما وجود دارد. در ارتفاع 25 تا 40 کیلومتری، وارونگیدرجه حرارت، از 56.5 به 0.8 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. از 40 کیلومتر تا 55 کیلومتر دما در حدود 0 درجه سانتیگراد باقی می ماند. این منطقه نامیده می شود - استراتوپوز.

در استراتوسفر، تأثیر تابش خورشید بر مولکول های گاز مشاهده می شود، آنها به اتم ها تجزیه می شوند. تقریباً هیچ بخار آب در این لایه وجود ندارد. هواپیماهای تجاری مدرن مافوق صوت به دلیل شرایط پروازی پایدار در ارتفاع تا 20 کیلومتر پرواز می کنند. بالن های هواشناسی در ارتفاع بالا تا ارتفاع 40 کیلومتری بالا می روند. در اینجا جریان های هوای ثابتی وجود دارد، سرعت آنها به 300 کیلومتر در ساعت می رسد. همچنین در این لایه متمرکز شده است ازنلایه ای که اشعه ماوراء بنفش را جذب می کند.

مزوسفر و مزوپوز - ترکیب، واکنش ها، دما

لایه مزوسفر از حدود 50 کیلومتری شروع می شود و در حدود 80-90 کیلومتری پایان می یابد. دما با افزایش ارتفاع حدود 0.25-0.3 درجه سانتیگراد در 100 متر کاهش می یابد. تبادل حرارت تابشی اثر اصلی انرژی در اینجا است. فرآیندهای فتوشیمیایی پیچیده شامل رادیکال های آزاد (دارای 1 یا 2 الکترون جفت نشده) اجرا می کنند درخششجو

تقریباً همه شهاب ها در مزوسفر می سوزند. دانشمندان این منطقه را نامگذاری کرده اند نادیده سپهر. کشف این منطقه دشوار است، زیرا هوانوردی آیرودینامیکی در اینجا به دلیل چگالی هوا بسیار ضعیف است، که 1000 برابر کمتر از زمین است. و برای دویدن ماهواره های مصنوعیچگالی هنوز خیلی بالاست تحقیقات با کمک موشک های هواشناسی انجام می شود، اما این یک انحراف است. مزوپوزلایه انتقالی بین مزوسفر و ترموسفر حداقل دمای 90- درجه سانتی گراد دارد.

خط کارمان

خط جیبیمرز بین جو زمین و فضای بیرونی نامیده می شود. طبق اعلام فدراسیون بین المللی هوانوردی (FAI) ارتفاع این مرز 100 کیلومتر است. این تعریف به افتخار دانشمند آمریکایی تئودور فون کارمن ارائه شد. او تعیین کرد که در این ارتفاع، چگالی جو آنقدر کم است که هوانوردی آیرودینامیکی در اینجا غیرممکن می شود، زیرا سرعت هواپیما باید بیشتر باشد. اولین سرعت فضایی. در چنین ارتفاعی مفهوم دیوار صوتی معنای خود را از دست می دهد. در اینجا فقط به دلیل نیروهای واکنشی می توانید هواپیما را کنترل کنید.

ترموسفر و ترموپوز

مرز بالایی این لایه حدود 800 کیلومتر است. دما تا حدود 300 کیلومتر افزایش می یابد، جایی که به حدود 1500 کلوین می رسد. در بالا، دما بدون تغییر باقی می ماند. در این لایه وجود دارد نورهای قطبی- در نتیجه تأثیر تابش خورشید بر هوا رخ می دهد. این فرآیند یونیزاسیون اکسیژن اتمسفر نیز نامیده می شود.

به دلیل نادر بودن هوا، پروازهای بالای خط کارمان فقط در مسیرهای بالستیک امکان پذیر است. تمام پروازهای مداری سرنشین دار (به جز پروازها به ماه) در این لایه از جو انجام می شود.

اگزوسفر - چگالی، دما، ارتفاع

ارتفاع اگزوسفر بیش از 700 کیلومتر است. در اینجا گاز بسیار کمیاب است و این فرآیند انجام می شود اتلاف- نشت ذرات به فضای بین سیاره ای. سرعت چنین ذرات می تواند به 11.2 کیلومتر در ثانیه برسد. ارتفاع فعالیت خورشیدیمنجر به گسترش ضخامت این لایه می شود.

• پوسته گاز به دلیل گرانش به فضا پرواز نمی کند. هوا از ذراتی تشکیل شده است که جرم خاص خود را دارند. از قانون گرانش می توان نتیجه گرفت که هر جسمی با جرم به سمت زمین جذب می شود.
• قانون Buys-Ballot می گوید که اگر در نیمکره شمالی هستید و با پشت به باد ایستاده اید، منطقه در سمت راست قرار خواهد گرفت. فشار بالا، و در سمت چپ - کم است. در نیمکره جنوبی، برعکس خواهد بود.

گاهی اوقات جوی که سیاره ما را در یک لایه ضخیم احاطه کرده است، اقیانوس پنجم نامیده می شود. جای تعجب نیست که نام دوم هواپیما یک 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٪ دیگر از اجزای دیگر نیز 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. همه لایه های جو در مجموع تقریباً 480 کیلومتر از سطح امتداد دارند (داده ها متفاوت است، ما خواهیم دید. بیشتر در مورد این نکته با جزئیات بیشتر صحبت کنید). چنین ضخامت چشمگیری نوعی سپر غیرقابل نفوذ را تشکیل می دهد که از سیاره در برابر تشعشعات مخرب 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 فوق از سطح سیاره شروع می شود. لایه های متراکم جو با دو لایه اول نشان داده می شوند. آنها بخش قابل توجهی از مخرب 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، بنابراین ابرها در آن تشکیل می شوند. بیشتر هوا نیز در اینجا متمرکز است. تمام لایه های بعدی جو سردتر هستند، زیرا نزدیکی به سطح به نور خورشید منعکس شده اجازه می دهد تا هوا را گرم کند.

استراتوسفر تقریباً تا 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 انگیز رژیم دما است: در فاصله بین 25 تا 40 کیلومتر، افزایش دمای هوا آغاز می شود. از 60- تقریباً به 1 می رسد. سپس کاهش جزئی به صفر دارد که تا ارتفاع 55 کیلومتری ادامه دارد. کران بالا بدنام است

علاوه بر این، مزوسفر تقریباً تا 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 آن را سردترین قسمت جو می نامند. 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، بنابراین به طور جداگانه در نظر گرفته نمی شود).

هر چیزی بالاتر از 700 کیلومتر را اگزوسفر می نامند. 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، در حالی که دمای محیط پایین است. مولکول های گاز در سراسر حجم اگزوسفر مطابق با جرم خود توزیع می شوند، بنابراین سنگین ترین آنها را فقط در قسمت پایین لایه می توان یافت. جاذبه سیاره که با ارتفاع کاهش می یابد، دیگر قادر به نگه داشتن مولکول ها نیست، بنابراین ذرات پرانرژی کیهانی و تشعشعات به مولکول های گاز انگیزه کافی برای خروج از جو می دهند. این منطقه یکی از طولانی ترین مناطق است: اعتقاد بر این است که جو به طور کامل در خلاء فضا در ارتفاعات بیش از 2000 کیلومتر عبور می کند (گاهی اوقات حتی عدد 10000 ظاهر می شود). مدارهای مصنوعی هنوز در ترموسفر هستند.

همه این اعداد تقریبی هستند، زیرا مرزهای لایه های جوی به تعدادی از عوامل، به عنوان مثال، به فعالیت خورشید بستگی دارد.

ترکیب زمین. هوا

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

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

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

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

از آنجایی که بخش عمده هوا در 3 لایه اتمسفر پایین تر متمرکز شده است، تغییرات ترکیب هوا در ارتفاعات بالای 100 کیلومتر تأثیر قابل توجهی بر ترکیب کلی جو ندارد.

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

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

N 2 + O 2 → 2NO

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

2NO + O 2 → 2N 2 O

نیتروژن مهم ترین است عنصر شیمیاییاتمسفر زمین. نیتروژن بخشی از پروتئین است، مواد معدنی را برای گیاهان فراهم می کند. سرعت واکنش های بیوشیمیایی را تعیین می کند، نقش یک رقیق کننده اکسیژن را بازی می کند.

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

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

O 2 + hν → 2O

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

O 3 + hν → O 2 + O

O 3 + O → 2O 2

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

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

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

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

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

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

نئون از سنگ های آذرین فرار می کند.

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

بخش اعظم کریپتون اتمسفر در مراحل اولیه تکامل زمین در نتیجه فروپاشی عناصر فرااورانیوم با نیمه عمر بسیار کوتاه یا از فضا به وجود آمده است، محتوای کریپتون در آن ده میلیون برابر بیشتر از روی زمین است. .

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

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

هیدروژن در نتیجه تجزیه آب توسط تشعشع خورشیدی به وجود می آید. اما از آنجا که سبک ترین گازی است که جو را تشکیل می دهد، دائماً به فضای بیرونی فرار می کند و بنابراین محتوای آن در جو بسیار ناچیز است.

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

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

منابع ذرات معلق در جو زمین فوران های آتشفشانی، گرده گیاهان، میکروارگانیسم ها و اخیراً فعالیت های انسانی مانند سوزاندن سوخت های فسیلی در فرآیندهای تولیدی است. ریزترین ذرات گرد و غبار که هسته های تراکم هستند، عامل تشکیل مه و ابر هستند. بدون ذرات جامد که دائماً در جو وجود دارند، بارندگی روی زمین نمی‌بارید.