Ha a légkör oxigéntartalma megnő. A légköri folyamatok ökológiai és geológiai szerepe

Meg kell mondani, hogy a Föld légkörének szerkezete és összetétele nem mindig volt állandó érték bolygónk fejlődésében. Ma ennek az elemnek a függőleges szerkezetét, amelynek teljes "vastagsága" 1,5-2,0 ezer km, több fő réteg képviseli, beleértve:

1. Troposzféra.
2. Tropopauza.
3. Sztratoszféra.
4. Sztratopauza.
5. Mezoszféra és mezopauza.
6. Termoszféra.
7. Exoszféra.

A légkör alapelemei

A troposzféra egy olyan réteg, amelyben erős függőleges és vízszintes mozgások figyelhetők meg, itt alakul ki az időjárás, az üledékképződés, éghajlati viszonyok... Szinte mindenhol 7-8 kilométerre nyúlik el a bolygó felszínétől, kivéve a sarki régiókat (ott - 15 km-ig). A troposzférában a hőmérséklet fokozatosan csökken, körülbelül 6,4 °C-kal minden magassági kilométerrel. Ez a szám a különböző szélességi körökben és évszakokban eltérő lehet.

A Föld légkörének összetételét ebben a részben a következő elemek és azok százalékos aránya képviseli:

Nitrogén - körülbelül 78 százalék;

Oxigén - csaknem 21 százalék;

Argon - körülbelül egy százalék;

Szén-dioxid - kevesebb, mint 0,05%.

Egy vonat 90 kilométeres magasságig

Ezen kívül itt a troposzférában, de a fedőrétegekben is megtalálhatók por, vízcseppek, vízgőz, égéstermékek, jégkristályok, tengeri sók, sok aeroszolrészecske stb. De az ottani légkör alapvetően eltérő fizikai tulajdonságokkal rendelkezik. A közös kémiai összetételű réteget homoszférának nevezzük.

Milyen egyéb elemeket tartalmaz a Föld légköre? Százalékban (térfogatban, száraz levegőben) olyan gázok, mint a kripton (körülbelül 1,14 x 10 -4), xenon (8,7 x 10 -7), hidrogén (5,0 x 10 -5), metán (körülbelül 1,7 x 10 -7). 4), dinitrogén-oxid (5,0 x 10 -5) stb. A felsorolt ​​komponensek tömegszázalékában a legtöbb felsorolt ​​komponens a dinitrogén-oxid és a hidrogén, ezt követi a hélium, kripton stb.

Különböző légköri rétegek fizikai tulajdonságai

A troposzféra fizikai tulajdonságai szorosan összefüggenek a bolygó felszínéhez való tapadásával. Ezért a tükrözött nap melege infravörös sugárzás formájában visszafelé irányul, beleértve a hővezetési és konvekciós folyamatokat. Ezért csökken a hőmérséklet a földfelszíntől való távolsággal. Ez a jelenség a sztratoszféra magasságáig (11-17 kilométer) megfigyelhető, majd 34-35 km-ig gyakorlatilag változatlanná válik a hőmérséklet, majd ismét 50 kilométeres magasságig (a sztratoszféra felső határa) emelkedik a hőmérséklet. . A sztratoszféra és a troposzféra között van a tropopauza vékony közbenső rétege (legfeljebb 1-2 km), ahol állandó hőmérséklet figyelhető meg az Egyenlítő felett - körülbelül mínusz 70 ° C és alatta. A pólusok felett a tropopauza nyáron mínusz 45 ° C-ra "melegszik", télen a hőmérséklet -65 ° C körül ingadozik.

A Föld légkörének gázösszetétele a következőket tartalmazza fontos eleme mint az ózon. Viszonylag kicsi a felszín közelében (tíz-mínusz hatodik százalék), mivel a gáz a napfény hatására képződik az atmoszféra felső részein lévő atomi oxigénből. Az ózon nagy része körülbelül 25 km-es tengerszint feletti magasságban található, és a teljes "ózonernyő" a pólus területén 7-8 km-re, az Egyenlítőnél 18 km-re és összesen legfeljebb ötven km-re található. a bolygó felszíne felett.

A légkör véd a napsugárzás ellen

A Föld légkörének levegőjének összetétele nagyon fontos szerepet játszik az élet megőrzésében, hiszen az egyes kémiai elemek, összetételek sikeresen korlátozzák a napsugárzás földfelszínre, illetve a rajta élő emberekre, állatokra, növényekre jutását. Például a vízgőz molekulák hatékonyan elnyelik szinte az összes infravörös tartományt, kivéve a 8 és 13 mikron közötti hosszúságokat. Az ózon 3100 A hullámhosszig nyeli el az ultraibolya fényt. Vékony rétege nélkül (átlagosan csak 3 mm, ha a bolygó felszínén található) csak a 10 méternél mélyebb vizek és a földalatti barlangok, ahol a napsugárzás nem ér el lakható ...

Nulla Celsius a sztratopauzában

A légkör következő két szintje, a sztratoszféra és a mezoszféra között van egy figyelemre méltó réteg - a sztratopauza. Ez megközelítőleg megfelel az ózon maximumának magasságának, és viszonylag kényelmes hőmérséklet van az ember számára - körülbelül 0 ° C. A sztratopauza felett, a mezoszférában (valahol 50 km magasságban kezdődik és 80-90 km magasságban ér véget) a Föld felszínétől való távolság növekedésével ismét csökken a hőmérséklet (mínusz 70-80 fokig). ° С). A mezoszférában a meteorok általában teljesen kiégnek.

A termoszférában - plusz 2000 K!

A Föld légkörének kémiai összetétele a termoszférában (a mezopauza után körülbelül 85-90-800 km magasságból kezdődik) meghatározza egy olyan jelenség lehetőségét, mint a nagyon ritka "levegő" rétegeinek fokozatos felmelegedése a napsugárzás hatására. sugárzás. A bolygó "levegőfátyolának" ezen részében 200-2000 K közötti hőmérsékletek találkoznak, amelyek az oxigén ionizációjával (az atom oxigén 300 km felett található), valamint az oxigénatomok rekombinációjával összefüggésben keletkeznek. molekulákká, felszabadulás kíséretében egy nagy szám hőség. A termoszféra az aurora eredete.

A termoszféra felett található az exoszféra - a légkör külső rétege, ahonnan könnyű és gyorsan mozgó hidrogénatomok kerülhetnek az űrbe. A Föld légkörének kémiai összetételét itt inkább az alsó rétegekben az egyes oxigénatomok, a középső héliumatomok, a felsőbb rétegekben szinte kizárólag hidrogénatomok képviselik. Itt dominálnak magas hőmérsékletek- körülbelül 3000 K és nincs légköri nyomás.

Hogyan alakult ki a Föld légköre?

De amint fentebb említettük, a bolygó légkörének nem mindig volt ilyen összetétele. Összesen három fogalom létezik ennek az elemnek az eredetéről. Az első hipotézis azt sugallja, hogy az atmoszférát egy protoplanetáris felhőből vették fel akkréció során. Manapság azonban ezt az elméletet komoly kritikák érik, mivel az ilyen elsődleges légkört a Napból érkező napszélnek el kellett volna pusztítania bolygórendszerünkben. Ezenkívül feltételezik, hogy az illékony elemek a túl magas hőmérséklet miatt nem maradhattak a szárazföldi bolygók kialakulásának zónájában.

A Föld elsődleges atmoszférájának összetétele, amint azt a második hipotézis is sugallja, a közelről érkező aszteroidák és üstökösök aktív bombázása miatt alakulhatott ki. Naprendszer a fejlődés korai szakaszában. Ezt az elképzelést elég nehéz megerősíteni vagy cáfolni.

Kísérlet az IDG RAS-nál

A legvalószínűbb a harmadik hipotézis, amely szerint a légkör a földkéreg köpenyéből mintegy 4 milliárd évvel ezelőtti gázok felszabadulásának eredményeként jelent meg. Ezt az elképzelést az IDG RAS-ban igazolták a Tsarev 2 nevű kísérlet során, amikor egy meteorikus anyagmintát vákuumban melegítettek. Ezután olyan gázok felszabadulását rögzítették, mint a H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 stb. Ezért a tudósok joggal feltételezték, hogy a Föld primer légkörének kémiai összetétele vízből és szén-dioxidból áll, hidrogén-fluorid (HF) gőz, szén-monoxid(CO), hidrogén-szulfid (H 2 S), nitrogénvegyületek, hidrogén, metán (CH 4), ammóniagőzök (NH 3), argon stb. A primer atmoszférából származó vízgőz részt vett a hidroszféra kialakulásában, szén-dioxid nagyobb mértékben jelent meg kötött állapotban a szerves anyagokban és a kőzetekben, a nitrogén átjutott a modern levegő összetételébe, valamint ismét az üledékes kőzetekbe és szerves anyagokba.

A Föld primer légkörének összetétele nem engedte meg, hogy a modern ember légzőkészülék nélkül benne legyen, mivel akkoriban nem volt oxigén a szükséges mennyiségben. Ez az elem jelentős mennyiségben jelent meg másfél milliárd éve, vélhetően bolygónk legősibb lakóinak számító kék-zöld és más algák fotoszintézisének fejlődésével összefüggésben.

Oxigén minimum

Azt, hogy a Föld légkörének összetétele kezdetben szinte anoxikus volt, jelzi, hogy a legrégebbi (katarchei) kőzetekben könnyen oxidálódó, de nem oxidálódó grafit (szén) található. Ezt követően megjelentek az úgynevezett sávos vasércek, amelyek dúsított vas-oxidok rétegeit tartalmazták, ami azt jelenti, hogy a bolygón egy erőteljes oxigénforrás molekuláris formában jelenik meg. De ezek az elemek csak időszakonként bukkantak fel (talán ugyanazok az algák vagy más oxigéntermelők jelentek meg kis szigetként az anoxikus sivatagban), míg a világ többi része anaerob volt. Ez utóbbit támasztja alá, hogy könnyen oxidálható piritet találtak kavicsok formájában, amelyeket az áramlás kémiai reakciók nyoma nélkül dolgozott fel. Mivel az áramló vizek nem levegőztethetők rosszul, amellett érveltek, hogy a korai kambrium előtti légkör a mai összetételnek egy százalékánál kevesebb oxigént tartalmazott.

Forradalmi változás a levegő összetételében

Körülbelül a proterozoikum közepén (1,8 milliárd évvel ezelőtt) zajlott le az "oxigén-forradalom", amikor a világ aerob légzés, melynek során egy tápanyag (glükóz) egy molekulájából 38, és nem két (mint az anaerob légzésnél) egységnyi energiához juthat. A Föld atmoszférájának összetétele oxigénben mérve kezdett meghaladni a jelenlegi egy százalékát, elkezdett megjelenni az ózonréteg, amely megvédi az élőlényeket a sugárzástól. Tőle az ősi állatok, például a trilobiták "bújtak" vastag kagyló alá. Azóta és egészen korunkig a fő "lélegeztető" elem tartalma fokozatosan és lassan nőtt, és az életformák változatos fejlődését biztosítja a bolygón.

10,045 × 10 3 J / (kg * K) (0-100 °C hőmérséklet-tartományban), C v 8,3710 * 10 3 J / (kg * K) (0-1500 °C). A levegő oldhatósága vízben 0 ° C-on 0,036%, 25 ° C-on - 0,22%.

A légkör összetétele

A légkör kialakulásának története

Korai történelem

Jelenleg a tudomány nem tudja abszolút pontossággal követni a Föld kialakulásának minden szakaszát. A legelterjedtebb elmélet szerint a Föld légköre idővel négy különböző összetételű volt. Eredetileg könnyű gázokból (hidrogén és hélium) állt, amelyeket a bolygóközi térből fogtak be. Ez az ún elsődleges légkör... A következő szakaszban az aktív vulkáni tevékenység a légkör hidrogéntől eltérő gázokkal (szénhidrogén, ammónia, vízgőz) való telítéséhez vezetett. Tehát megalakult másodlagos légkör... A hangulat helyreállító volt. Továbbá a légkör kialakulásának folyamatát a következő tényezők határozták meg:

• a hidrogén állandó szivárgása a bolygóközi térbe;
• kémiai reakciók a légkörben ultraibolya sugárzás, villámkisülés és néhány egyéb tényező hatására.

Fokozatosan ezek a tényezők vezettek a kialakulásához harmadlagos légkör jóval alacsonyabb hidrogéntartalommal és sokkal magasabb nitrogéntartalommal, ill szén-dioxid(ammóniából és szénhidrogénekből kémiai reakciók során keletkezik).

Az élet és az oxigén megjelenése

A fotoszintézis eredményeként élő szervezetek Földön való megjelenésével, amelyet oxigén felszabadulás és szén-dioxid felszívódás kísért, a légkör összetétele megváltozott. Vannak azonban adatok (a légköri oxigén és a fotoszintézis során felszabaduló izotópos összetételének elemzése), amelyek a légköri oxigén geológiai eredete mellett tanúskodnak.

Kezdetben az oxigént redukált vegyületek oxidációjára költötték – szénhidrogének, az óceánokban található vas vastartalmú formája stb. Ennek a szakasznak a végén a légkör oxigéntartalma növekedni kezdett.

Az 1990-es években kísérleteket végeztek egy zárt ökológiai rendszer ("Bioszféra 2") létrehozására, amely során nem lehetett egyetlen levegőösszetételű stabil rendszert létrehozni. A mikroorganizmusok hatása az oxigénszint csökkenéséhez és a szén-dioxid mennyiségének növekedéséhez vezetett.

Nitrogén

A nagy mennyiségű nitrogén képződésének oka az elsődleges ammónia-hidrogén atmoszféra molekuláris O 2 általi oxidációja, amely a feltételezések szerint körülbelül 3 milliárd évvel ezelőtt a fotoszintézis eredményeként kezdett kifolyni a bolygó felszínéről. (egy másik változat szerint a légköri oxigén geológiai eredetű). A nitrogén NO-vá oxidálódik felső rétegek atmoszféra, az iparban használják, és nitrogénmegkötő baktériumok kötik meg, míg a nitrátok és egyéb nitrogéntartalmú vegyületek denitrifikációja következtében N 2 kerül a légkörbe.

A nitrogén N 2 inert gáz, és csak meghatározott körülmények között (például villámcsapáskor) reagál. A cianobaktériumok, egyes baktériumok oxidálhatják és biológiai formává alakíthatják (pl. csomó, hüvelyesekkel rizobiális szimbiózist képezve).

A molekuláris nitrogén elektromos kisülésekkel történő oxidációját az ipari termelésben használják nitrogén műtrágyák, ő vezetett a chilei Atacama-sivatagban egyedülálló salétrom lelőhelyek kialakulásához is.

nemesgázok

A tüzelőanyag elégetése a szennyező gázok (CO, NO, SO 2) fő forrása. A kén-dioxidot a levegő O 2 -ja SO 3 -dá oxidálja a légkör felső rétegeiben, ami kölcsönhatásba lép a H 2 O és az NH 3 gőzeivel, és a keletkező H 2 SO 4 és (NH 4) 2 SO 4 visszatér a Föld felszínét a csapadékkal együtt. A belső égésű motorok használata a légkör jelentős szennyezéséhez vezet nitrogén-oxidokkal, szénhidrogénekkel és Pb-vegyületekkel.

A légkör aeroszolos szennyezését természetes okok (vulkánkitörések, porviharok, tengervízcseppek és növényi pollenrészecskék áthordása stb.), valamint az emberi gazdasági tevékenységek (bányászat és építőanyagok, tüzelőanyag elégetése, cementgyártás stb.). A szilárd részecskék intenzív, nagy léptékű eltávolítása a légkörbe a bolygó éghajlatváltozásának egyik lehetséges oka.

A légkör szerkezete és az egyes héjak jellemzői

A légkör fizikai állapotát az időjárás és az éghajlat határozza meg. A légkör fő paraméterei: levegő sűrűsége, nyomása, hőmérséklete és összetétele. A magasság növekedésével a levegő sűrűsége és a légköri nyomás csökken. A hőmérséklet a magasság változásával is változik. A légkör függőleges szerkezetét eltérő hőmérsékleti és elektromos tulajdonságok, eltérő légköri viszonyok jellemzik. A légkör hőmérsékletétől függően a következő fő rétegeket különböztetjük meg: troposzféra, sztratoszféra, mezoszféra, termoszféra, exoszféra (szórási gömb). A szomszédos héjak közötti légkör átmeneti régióit tropopauzának, sztratopausának stb.

Troposzféra

Sztratoszféra

A sztratoszférában az ultraibolya sugárzás rövid hullámhosszú részének nagy része (180-200 nm) megmarad, és megtörténik a rövidhullámú energia átalakulása. E sugarak hatására a mágneses mezők megváltoznak, a molekulák szétesnek, ionizáció következik be, új gázok és egyéb kémiai vegyületek... Ezek a folyamatok északi fény, villámlás és egyéb izzás formájában figyelhetők meg.

A sztratoszférában és a magasabb rétegekben a napsugárzás hatására a gázmolekulák disszociálnak - atomokká (80 km felett CO 2 és H 2 disszociál, 150 km felett - O 2, 300 km felett - H 2). 100-400 km magasságban a gázok ionizációja is megtörténik az ionoszférában, 320 km-es magasságban a töltött részecskék (O + 2, O - 2, N + 2) koncentrációja ~ 1/300 semleges részecskék koncentrációja. A szabad gyökök a légkör felső rétegeiben vannak jelen - OH, HO 2 stb.

A sztratoszférában szinte nincs vízgőz.

Mezoszféra

100 km-es magasságig a légkör homogén, jól elegyített gázkeverék. Magasabb rétegekben a gázok magassági eloszlása ​​molekulatömegüktől függ, a nehezebb gázok koncentrációja a Föld felszínétől való távolság növekedésével gyorsabban csökken. A gázok sűrűségének csökkenése miatt a hőmérséklet a sztratoszférában 0 ° C-ról -110 ° C-ra csökken a mezoszférában. Az egyes részecskék kinetikus energiája azonban 200-250 km magasságban ~ 1500 ° C hőmérsékletnek felel meg. 200 km felett a gázok hőmérsékletének és sűrűségének jelentős ingadozása figyelhető meg időben és térben.

Körülbelül 2000-3000 km magasságban az exoszféra fokozatosan átmegy az úgynevezett közeli űrvákuumba, amelyet bolygóközi gáz rendkívül ritka részecskéi, főként hidrogénatomok töltenek meg. De ez a gáz csak töredéke a bolygóközi anyagnak. Egy másik része üstökös és meteor eredetű porszerű részecskékből áll. E rendkívül ritka részecskék mellett ebbe a térbe behatol a nap- és galaktikus eredetű elektromágneses és korpuszkuláris sugárzás.

A troposzféra a légkör tömegének körülbelül 80% -át, a sztratoszféra körülbelül 20% -át teszi ki; a mezoszféra tömege nem több, mint 0,3%, a termoszféra kevesebb, mint 0,05% a légkör teljes tömegének. A légkör elektromos tulajdonságai alapján megkülönböztetjük a neutroszférát és az ionoszférát. Jelenleg úgy gondolják, hogy a légkör 2000-3000 km magasságig terjed.

A légkörben lévő gáz összetételétől függően homoszféraés heteroszféra. Heteroszféra- ez az a terület, ahol a gravitáció befolyásolja a gázok elválasztását, mivel keveredésük ezen a magasságon elhanyagolható. Innen ered a heteroszféra változó összetétele. Alatta a légkör egy jól kevert, homogén része, az úgynevezett homoszféra fekszik. E rétegek közötti határt turbópauzának nevezik, körülbelül 120 km-es magasságban fekszik.

A légkör tulajdonságai

Már 5 km-es tengerszint feletti magasságban az edzetlen emberben oxigén éhezés alakul ki és alkalmazkodás nélkül jelentősen lecsökken az ember munkaképessége. Itt ér véget a légkör élettani zónája. Az emberi légzés 15 km-es magasságban lehetetlenné válik, bár a légkör körülbelül 115 km-ig tartalmaz oxigént.

A légkör lát el bennünket a légzéshez szükséges oxigénnel. Azonban a légkör teljes nyomásának a magasságra való csökkenése miatt az oxigén parciális nyomása is ennek megfelelően csökken.

Az emberi tüdő folyamatosan körülbelül 3 liter alveoláris levegőt tartalmaz. Az oxigén parciális nyomása az alveoláris levegőben normál állapotban légköri nyomás 110 Hgmm. Art., a szén-dioxid nyomása 40 Hgmm. Art., és vízgőz -47 Hgmm. Művészet. A magasság növekedésével az oxigénnyomás csökken, és a tüdőben lévő vízgőz és szén-dioxid össznyomása szinte állandó - körülbelül 87 Hgmm. Művészet. Az oxigén áramlása a tüdőbe teljesen leáll, amikor a környező levegő nyomása ezzel az értékkel egyenlő lesz.

Körülbelül 19-20 km magasságban a légköri nyomás 47 Hgmm-re csökken. Művészet. Ezért ezen a magasságon a víz és az intersticiális folyadék forrni kezd az emberi testben. A túlnyomásos kabinon kívül ilyen magasságban a halál szinte azonnal bekövetkezik. Így az emberi fiziológia szempontjából az „űr” már 15-19 km-es magasságban kezdődik.

A levegő sűrű rétegei – a troposzféra és a sztratoszféra – védenek bennünket a sugárzás káros hatásaitól. A levegő elegendő ritkítása esetén 36 km-nél nagyobb magasságban az ionizáló sugárzás - az elsődleges kozmikus sugarak - intenzív hatással van a testre; 40 km-nél nagyobb magasságban a napspektrum emberre veszélyes ultraibolya része működik.

A Föld légkörének oxigénnel való telítettségi szintjének különbsége szorosan összefügg az élő szervezetek evolúciójával. Az elmúlt 400 millió év során az oxigénszint jelentősen, a jelenlegi szint 21%-án változott.

A Londoni Egyetem Royal Holloway College és a Chicagói Természettudományi Múzeum tudósai publikáltak egy tanulmányt, amely a faszénősi tőzeglápokban őrizték.

A tudósok mindeddig geokémiai modellekre támaszkodtak a légkör oxigénkoncentrációjának becsléséhez. A modellkülönbségekhez kapcsolódó számok között van némi eltérés, de az összes modell szerint körülbelül 300 millió évvel ezelőtt, a késő paleozoikumban az oxigénszint lényegesen magasabb volt, mint ma. Ez bizonyos állat- és rovarcsoportok – például a Meganeura monyi szitakötő – 60 cm-nél nagyobb szárnyfesztávolságú gigantikussá válását eredményezte.Egyes tudósok úgy vélik, hogy a magasabb oxigénkoncentráció a gerincesek számára is lehetővé tette a szárazföldre jutást.

A magas oxigénszint lehetővé tette egy olyan óriási rovar számára, mint a Meganeura monyi szitakötő, amelynek szárnyfesztávolsága meghaladja a 60 cm-t.

A magas oxigénkoncentráció egyenes következménye volt a földfelszínen található növények bőségességének. A fotoszintézis során a növények oxigént szabadítanak fel, és szenet tárolnak (amiből szén-dioxid képződik). A légköri oxigén százalékos nettó növeléséhez a felesleges szenet el kell temetni a talajba. Ennek eredményeként a növényzet elterjedése a talaj szénlerakódásának meredek növekedéséhez vezet. Különösen nagyok voltak a késő paleozoikum idején, amikor hatalmas szénkészletek halmozódtak fel.

Orvos Ian J. Glasspool(Dr. Ian J Glasspool) kifejtette, hogy a légkör oxigénkoncentrációja szorosan összefügg az anyagok gyúlékonyságával. 15% alatti oxigénszintnél az erdőtüzek nem terjedhettek tovább. Amikor a szint meghaladja a 25%-ot, még a nedves növények is könnyen meggyulladnak, 30-35%-os szinten pedig, mint a késő paleozoikumban, nagyon gyakoriak voltak a tüzek, és katasztrofális következményekkel jártak.

A tudósok azt találták, hogy a szén koncentrációja a széntelepekben az elmúlt 50 millió évben körülbelül 4-8% volt, ami megközelítőleg megegyezik a légkör jelenlegi oxigénszintjével. Ennek ellenére a Föld történetében voltak időszakok, amikor részesedése elérte a 70%-ot. Ez a légköri oxigén nagyon magas koncentrációját jelzi. Ezeket az időszakokat a paleozoikum korszakának karbon és perm korszakában (320-250 millió évvel ezelőtt) és a középső kréta időszakában (körülbelül 100 millió évvel ezelőtt) jegyezték fel.

Ez a növényvilág fejlődésében bekövetkezett jelentős változások időszaka volt az új növénycsoportok – tűlevelűek és virágos növények – elterjedésével összefüggésben. Ez nagy mennyiségű szerves szén temetkezéséhez és a légkörben lévő szén-dioxid mennyiségének csökkenéséhez, valamint az oxigénkoncentráció növekedéséhez vezetett. Ezek az erős tüzek és a súlyos erózió időszakai is.

A kutatók megjegyzik, hogy a fő rejtély az, hogy az oxigén aránya miért stabilizálódott végül körülbelül 50 millió évvel ezelőtt, és még mindig ugyanazon a szinten marad.

A növényzet mennyisége és a légkör oxigénkoncentrációja közötti ilyen szoros kapcsolat, valamint a stabilizációs folyamat több millió évig tartó időtartama arra utal, hogy a Föld ökoszférája sérülékenyebb, mint gondolnánk. Több száz éves kutatás után nem tudunk róla mindent. Elképzelhető, hogy a légkör szén-dioxid-koncentrációjának növekedése részben továbbra is az erdőirtással függ össze, és nem csak az ipari kibocsátással.

A Föld bolygónkat körülvevő gázhéj, más néven légkör, öt fő rétegből áll. Ezek a rétegek a bolygó felszínéről származnak, a tengerszintről (néha lentről), és a következő sorrendben emelkednek ki a világűrbe:

• Troposzféra;
• Sztratoszféra;
• mezoszféra;
• Termoszféra;
• Exoszféra.

A Föld légkörének főbb rétegeinek diagramja

Mind az öt fő réteg között átmeneti zónák találhatók, amelyeket "szüneteknek" neveznek, ahol a hőmérséklet, az összetétel és a levegő sűrűsége megváltozik. A szünetekkel együtt a Föld légköre összesen 9 réteget foglal magában.

Troposzféra: ahol az időjárás történik

A légkör összes rétege közül a troposzférát ismerjük a legjobban (akár észreveszi, akár nem), mivel az alján élünk - a bolygó felszínén. Beborítja a Föld felszínét, és több kilométeren keresztül felfelé nyúlik. A troposzféra szó jelentése "a földgömb megváltoztatása". Nagyon találó név, hiszen ebben a rétegben zajlik a mindennapi időjárásunk.

A bolygó felszínétől kiindulva a troposzféra 6-20 km magasra emelkedik. A réteg hozzánk legközelebb eső alsó harmadában található az összes légköri gáz 50%-a. Ez az egyetlen része a légkör teljes összetételének, amely lélegzik. Annak a ténynek köszönhetően, hogy a levegőt alulról melegíti fel a földfelszín, ami elnyeli hőenergia A Nap a magasság növekedésével a troposzféra hőmérséklete és nyomása csökken.

A tetején van egy vékony réteg, az úgynevezett tropopauza, amely csak puffer a troposzféra és a sztratoszféra között.

Sztratoszféra: az ózon otthona

A sztratoszféra a légkör következő rétege. 6-20 km-től 50 km-ig terjed a földfelszín felett. Ez az a réteg, amelyben a legtöbb kereskedelmi repülőgép repül és a hőlégballonok utaznak.

Itt a levegő nem fel-le áramlik, hanem nagyon gyors légáramlatok során a felszínnel párhuzamosan mozog. A hőmérséklet emelkedéssel emelkedik, köszönhetően a rengeteg természetes ózonnak (O 3), amely a napsugárzás és az oxigén mellékterméke, amely képes elnyelni a nap káros ultraibolya sugarait (bármilyen hőmérséklet-emelkedést a magassággal "inverziónak" neveznek meteorológia)...

Mivel a sztratoszférában több meleg hőmérsékletek lent és hűvösebb a légkör ezen részén ritka a konvekció (a légtömegek függőleges mozgása). Valójában a troposzférában tomboló vihart a sztratoszférából tekinthetjük meg, mivel a réteg konvekciós „sapkaként” működik, amelyen keresztül a viharfelhők nem tudnak áthatolni.

A sztratoszféra után ismét van egy pufferréteg, amelyet ezúttal sztratopauzának neveznek.

Mezoszféra: középső légkör

A mezoszféra körülbelül 50-80 km-re található a Föld felszínétől. A felső mezoszféra a leghidegebb természetes hely a Földön, ahol a hőmérséklet -143 °C alá süllyedhet.

Termoszféra: felső légkör

A mezoszférát és a mezopauzát a termoszféra követi, amely 80-700 km-rel a bolygó felszíne felett helyezkedik el, és a légköri burok összes levegőjének kevesebb mint 0,01%-át tartalmazza. A hőmérséklet itt eléri a + 2000 ° C-ot, de a levegő erős ritkulása és a hőátadáshoz szükséges gázmolekulák hiánya miatt ezeket a magas hőmérsékleteket nagyon hidegnek érzékelik.

Exoszféra: a légkör és a tér határa

A földfelszín felett körülbelül 700-10 000 km magasságban van egy exoszféra - a légkör külső széle, amely az űrrel határos. Itt meteorológiai műholdak keringenek a Föld körül.

Mi a helyzet az ionoszférával?

Az ionoszféra nem különálló réteg, de valójában a kifejezést a 60-1000 km magasságban lévő légkörre használják. Magában foglalja a mezoszféra legfelső részeit, a teljes termoszférát és az exoszféra egy részét. Az ionoszféra a nevét onnan kapta, hogy a légkörnek ezen a részén a Nap sugárzása ionizálódik, amikor a Föld mágneses mezőit áthaladja és. Ezt a jelenséget a földről figyelik meg, mint az északi fényt.

Tengerszinten 1013,25 hPa (kb. 760 mm higanyoszlop). A Föld felszínén a levegő globális átlaghőmérséklete 15 °C, míg a hőmérséklet a szubtrópusi sivatagokban körülbelül 57 °C és az Antarktiszon -89 °C között változik. A levegő sűrűsége és nyomása a magassággal az exponenciálishoz közeli törvény szerint csökken.

A légkör szerkezete... Függőlegesen a légkör réteges szerkezetű, amit elsősorban a függőleges hőmérséklet-eloszlás jellemzői határoznak meg (ábra), amely függ a földrajzi elhelyezkedéstől, évszaktól, napszaktól stb. A légkör alsó rétegét - a troposzférát - a hőmérséklet csökkenése jellemzi a magassággal (körülbelül 6 ° C / 1 km), magassága a poláris szélességeken 8-10 km-től a trópusokon 16-18 km-ig terjed. A levegő sűrűségének magassággal történő gyors csökkenése miatt a légkör teljes tömegének körülbelül 80%-a a troposzférában található. A troposzféra felett található a sztratoszféra - egy olyan réteg, amelyet általában a magassággal növekvő hőmérséklet jellemez. A troposzféra és a sztratoszféra közötti átmeneti réteget tropopauzának nevezik. Az alsó sztratoszférában körülbelül 20 km-es szintig a hőmérséklet alig változik a magassággal (az ún. izoterm régió), sőt gyakran kissé csökken is. Fent a Nap UV-sugárzásának az ózon általi elnyelése miatt a hőmérséklet eleinte lassan, 34-36 km-es szintről pedig gyorsabban emelkedik. A sztratoszféra felső határa - a sztratopauza - a maximális hőmérsékletnek (260-270 K) megfelelő 50-55 km-es magasságban található. A légkör 55-85 km-es magasságban elhelyezkedő rétegét, ahol a hőmérséklet a magassággal ismét csökken, mezoszférának nevezzük, felső határán - mezopauza - a hőmérséklet nyáron eléri a 150-160 K-t, és a 200- télen 230 K. A mezopauza felett kezdődik a termoszféra - egy réteg, amelyre jellemző a gyors hőmérséklet-emelkedés, 250 km magasságban eléri a 800-1200 K. A termoszféra elnyeli a Nap korpuszkuláris és röntgensugárzását, lelassul, ill. égeti a meteorokat, ezért ellátja a Föld védőrétegének funkcióját. Még magasabban van az exoszféra, ahonnan a légköri gázok szétszóródás következtében szétszóródnak a világtérben, és ahol fokozatos átmenet történik a légkörből a bolygóközi térbe.

A légkör összetétele... Kb. 100 km-es magasságig a légkör gyakorlatilag homogén kémiai összetételű, és a levegő átlagos molekulatömege (kb. 29) állandó benne. A Föld felszíne közelében a légkör nitrogénből (körülbelül 78,1 térfogatszázalék) és oxigénből (kb. 20,9 százalék) áll, emellett kis mennyiségben tartalmaz argont, szén-dioxidot (szén-dioxid), neont és egyéb állandó és változó komponenseket (lásd Levegő). ).

Ezenkívül a légkör kis mennyiségben tartalmaz ózont, nitrogén-oxidokat, ammóniát, radont stb. A levegő fő összetevőinek relatív tartalma időben állandó és egyenletesen változik a különböző földrajzi régiókban. A vízgőz és az ózon tartalma térben és időben változó; alacsony tartalmuk ellenére szerepük a légköri folyamatokban igen jelentős.

100-110 km felett az oxigén, a szén-dioxid és a vízgőz molekulák disszociálnak, így a levegő molekulatömege csökken. Körülbelül 1000 km-es magasságban a könnyű gázok kezdenek dominálni - a hélium és a hidrogén, és még magasabban a Föld légköre fokozatosan bolygóközi gázzá alakul.

A légkör legfontosabb változó komponense a vízgőz, amely a víz felszínéről és a nedves talajról párologtatással, valamint a növények transzspirációjával kerül a légkörbe. A relatív vízgőz-tartalom a földfelszín közelében a trópusi 2,6%-tól a poláris szélességi körök 0,2%-áig terjed. A magassággal gyorsan zuhan, már 1,5-2 km magasságban felére csökken. A mérsékelt övi szélességi körökben a légkör függőleges oszlopa körülbelül 1,7 cm "kicsapódott vízréteget" tartalmaz. A vízgőz lecsapódásakor felhők képződnek, amelyekből légköri csapadék hullik eső, jégeső, hó formájában.

A légköri levegő fontos összetevője az ózon, amely 90%-ban a sztratoszférában (10-50 km között) koncentrálódik, körülbelül 10%-a a troposzférában található. Az ózon biztosítja a kemény UV-sugárzás (290 nm-nél kisebb hullámhosszúságú) elnyelését, és ez a bioszféra védő szerepe. A teljes ózontartalom értékei a szélességtől és az évszaktól függően változnak 0,22-0,45 cm tartományban (az ózonréteg vastagsága p = 1 atm nyomáson és T = 0 ° C hőmérsékleten). Az 1980-as évek eleje óta tavasszal az Antarktiszon megfigyelt ózonlyukakban az ózontartalom 0,07 cm-re csökkenhet. Az egyenlítőtől a sarkokig növekszik, éves ingadozása tavasszal a maximum, ősszel a minimuma, amplitúdója pedig az éves ingadozás kicsi a trópusokon és a magas szélességi fokok felé növekszik. A légkör lényeges változó komponense a szén-dioxid, amelynek a légkör tartalma az elmúlt 200 évben 35%-kal nőtt, ami főként antropogén tényezővel magyarázható. Megfigyelhető szélességi és szezonális változékonysága, a növények fotoszintézisével és a tengervízben való oldhatóságával összefüggésben (Henry törvénye szerint a gáz oldhatósága a vízben csökken a hőmérséklet emelkedésével).

A bolygó klímájának kialakulásában fontos szerepet játszanak a légköri aeroszolok - a levegőben lebegő szilárd és folyékony részecskék, amelyek mérete több nm-től több tíz mikronig terjed. Megkülönböztetnek természetes és antropogén eredetű aeroszolokat. Aeroszol gázfázisú reakciók során keletkezik a növények salakanyagaiból és gazdasági aktivitás emberi, vulkánkitörések, a szél által a bolygó felszínéről, különösen annak sivatagi vidékeiről felszaporodó por eredményeként, valamint a felső légkörbe hulló kozmikus porból keletkezik. Az aeroszol nagy része a troposzférában koncentrálódik, a vulkánkitörésekből származó aeroszol körülbelül 20 km-es magasságban alkotja az úgynevezett Junge réteget. A legnagyobb mennyiségű antropogén aeroszol a légkörbe a járművek és hőerőművek működése, vegyi előállítás, tüzelőanyag elégetése stb. következtében kerül. Emiatt egyes régiókban a légkör összetétele jelentősen eltér a közönséges levegőtől, ami szükségessé tette a légkör összetételét. a légköri légszennyezettség szintjének nyomon követésére és nyomon követésére szolgáló speciális szolgáltatás létrehozása.

A légkör evolúciója... A modern légkörnek nyilvánvalóan másodlagos eredete van: a Föld szilárd héja által felszabaduló gázokból jött létre, miután a bolygó kialakulása befejeződött mintegy 4,5 milliárd évvel ezelőtt. A Föld geológiai története során a légkör összetételében jelentős változáson ment keresztül számos tényező hatására: gázok, elsősorban könnyebb gázok disszipációja (elpárolgása) a világűrbe; gázok kibocsátása a litoszférából a vulkáni tevékenység eredményeként; kémiai reakciók a légkör összetevői és a földkérget alkotó kőzetek között; fotokémiai reakciók magában a légkörben a nap UV-sugárzásának hatására; a bolygóközi közeg anyagának felhalmozódása (befogása) (például meteorikus anyag). A légkör fejlődése szorosan összefügg a geológiai és geokémiai folyamatokkal, az elmúlt 3-4 milliárd év pedig a bioszféra tevékenységével is. A modern légkört alkotó gázok (nitrogén, szén-dioxid, vízgőz) jelentős része vulkáni tevékenység és behatolás során keletkezett, amely a Föld mélyéről szállította őket. Az oxigén körülbelül 2 milliárd évvel ezelőtt jelent meg észrevehető mennyiségben a fotoszintetikus organizmusok tevékenységének eredményeként, amelyek eredetileg felszíni vizekóceán.

A karbonátlelőhelyek kémiai összetételére vonatkozó adatok alapján becsléseket kaptak a geológiai múlt légkörében lévő szén-dioxid és oxigén mennyiségére vonatkozóan. A fanerozoikum idején (a Föld történetének utolsó 570 millió éve) a légkörben lévő szén-dioxid mennyisége a vulkáni aktivitás szintjétől, az óceán hőmérsékletétől és a fotoszintézis szintjétől függően széles skálán változott. Ez idő nagy részében a légkör szén-dioxid-koncentrációja lényegesen magasabb volt, mint ma (akár 10-szer). A fanerozoos atmoszférában az oxigén mennyisége jelentősen megváltozott, és a növekedési tendencia érvényesült. A prekambriumi légkörben a szén-dioxid tömege általában nagyobb, az oxigén tömege pedig kisebb volt, mint a fanerozoikumban. A szén-dioxid mennyiségének múltbeli ingadozása jelentős hatást gyakorolt ​​az éghajlatra, a szén-dioxid koncentrációjának növekedésével felerősítette az üvegházhatást, aminek köszönhetően a fanerozoikum nagy részében az éghajlat sokkal melegebb volt, mint a modern korban. .

A légkör és az élet... Légkör nélkül a Föld halott bolygó lenne. A szerves élet szoros kölcsönhatásban zajlik a légkörrel és a kapcsolódó éghajlattal és időjárással. A bolygó egészéhez képest kis tömegű (körülbelül egy milliomod része), a légkör minden életforma sine qua nonja. Az oxigén, a nitrogén, a vízgőz, a szén-dioxid, az ózon a legnagyobb jelentőséggel bír az élőlények élettevékenysége szempontjából. Amikor a szén-dioxidot a fotoszintetikus növények felszívják, szerves anyag keletkezik, amelyet az élőlények túlnyomó többsége, így az ember is energiaforrásként használ. Az oxigén szükséges az aerob organizmusok létezéséhez, amelyek számára az energia áramlását oxidációs reakciók biztosítják szerves anyag... Az egyes mikroorganizmusok által asszimilált nitrogén (nitrogénfixáló szerek) szükséges a növények ásványi táplálásához. A Nap kemény UV-sugárzását elnyelő ózon jelentősen gyengíti a napsugárzásnak ezt a káros, életveszélyes részét. A légkörben lévő vízgőz kondenzációja, a felhők képződése és az azt követő légköri csapadék kicsapódása vizet juttat a szárazföldre, enélkül semmilyen életforma nem lehetséges. A hidroszférában élő szervezetek létfontosságú tevékenységét nagymértékben meghatározza a szám és kémiai összetétel vízben oldott légköri gázok. Mivel a légkör kémiai összetétele jelentősen függ az élőlények tevékenységétől, a bioszféra és az atmoszféra egyetlen rendszer részének tekinthető, amelynek fenntartása és fejlődése (lásd Biogeokémiai ciklusok) nagy jelentőséggel bírt az élőlények összetételének megváltoztatása szempontjából. légkör a Föld mint bolygó története során.

A légkör sugárzás-, hő- és vízmérlege... A napsugárzás gyakorlatilag az egyetlen energiaforrás a légkörben zajló összes fizikai folyamathoz. fő jellemzője A légkör sugárzási rezsimje az úgynevezett üvegházhatás: a légkör elég jól továbbítja a napsugárzást a földfelszínre, de aktívan nyeli el a földfelszínről érkező hosszúhullámú hősugárzást, melynek egy része a felszínre tér vissza. ellensugárzás, amely a földfelszín sugárzási hőveszteségét kompenzálja (lásd: Légköri sugárzás). A légkör hiányában a földfelszín átlaghőmérséklete -18 °C, a valóságban 15 °C lenne. A beérkező napsugárzás részben (kb. 20%) elnyelődik a légkörbe (főleg vízgőz, vízcseppek, szén-dioxid, ózon és aeroszolok), valamint szétszórják (kb. 7%) az aeroszol részecskék és a sűrűség-ingadozások (Rayleigh-szórás) ). A Föld felszínét elérő teljes sugárzás részben (kb. 23%) visszaverődik róla. A visszaverődést az alatta lévő felület, az úgynevezett albedó visszaverő képessége határozza meg. Átlagosan a Föld albedója az integrált napsugárzási fluxushoz közel 30%. Néhány százaléktól (száraz talaj és csernozjom) a frissen hullott hó 70-90%-áig terjed. A Föld felszíne és a légkör közötti sugárzási hőcsere jelentősen függ az albedótól, és a Föld felszínének effektív sugárzása és az általa elnyelt légkör ellensugárzása határozza meg. A világűrből a Föld légkörébe belépő és onnan vissza távozó sugárzási fluxusok algebrai összegét sugárzási mérlegnek nevezzük.

A napsugárzásnak a légkör és a földfelszín általi elnyelése utáni átalakulásai meghatározzák a Föld, mint bolygó hőmérlegét. A légkör fő hőforrása a földfelszín; hő belőle nemcsak hosszúhullámú sugárzás, hanem konvekció útján is átadódik, és a vízgőz kondenzációja során is felszabadul. E hőbeáramlások aránya átlagosan 20%, 7%, illetve 23%. Ez a hőnek mintegy 20%-át is hozzáadja a közvetlen napsugárzás elnyelésének köszönhetően. A Nap sugaraira merőleges, a légkörön kívül, a Földtől a Naptól átlagos távolságban elhelyezkedő egységnyi területen keresztül az egységnyi idő alatti sugárzási fluxus (ún. szoláris állandó) 1367 W / m2, a változások 1– 2 W / m2, a naptevékenység ciklusától függően. Körülbelül 30%-os bolygóalbedó mellett a napenergia globális beáramlása a bolygóra 239 W/m2. Mivel a Föld mint bolygó átlagosan ugyanannyi energiát bocsát ki az űrbe, így a Stefan-Boltzmann törvény szerint a kilépő hosszúhullámú termikus sugárzás effektív hőmérséklete 255 K (-18 °C). Ugyanakkor a Föld felszínének átlagos hőmérséklete 15 ° C. A 33 °C-os eltérés az üvegházhatásnak köszönhető.

A légkör vízháztartása összességében megfelel a Föld felszínéről elpárolgott nedvesség és a Föld felszínére hulló csapadék mennyiségének egyenlőségének. Az óceánok feletti légkör több nedvességet kap a párolgási folyamatokból, mint a szárazföld felett, és csapadék formájában 90%-ot veszít. Az óceánok feletti vízgőzfelesleget a légáramlatok a kontinensekre szállítják. Az óceánokból a kontinensekre a légkörbe szállított vízgőz mennyisége megegyezik az óceánokba ömlő folyók térfogatával.

Légmozgás... A Föld gömb alakú, ezért sokkal kevesebb napsugárzás érkezik magas szélességi köreire, mint a trópusokra. Ennek eredményeként nagy hőmérsékleti kontrasztok keletkeznek a szélességi fokok között. A hőmérséklet-eloszlást jelentősen befolyásolja az óceánok és kontinensek egymáshoz viszonyított helyzete is. Az óceáni vizek nagy tömege és a víz nagy hőkapacitása miatt az óceán felszínének hőmérsékletének szezonális ingadozása sokkal kisebb, mint a szárazföldé. Ebben a tekintetben a középső és a magas szélességi körökben a levegő hőmérséklete az óceánok felett nyáron észrevehetően alacsonyabb, mint a kontinenseken, és magasabb télen.

A légkör egyenetlen felmelegedése a földgömb különböző részein a légköri nyomás nem egyenletes térbeli eloszlását okozza. Tengerszinten a nyomáseloszlást viszonylag alacsony értékek jellemzik az Egyenlítő közelében, a szubtrópusok (övek) növekedése magas nyomású) és a közepes és magas szélességi fokok csökkenése. Ugyanakkor az extratrópusi szélességi körök kontinensein a nyomás általában télen növekszik, nyáron pedig csökken, ami a hőmérséklet-eloszlással függ össze. A nyomásgradiens hatására a levegő a magas nyomású területekről az alacsony nyomású területekre gyorsul, ami légtömegek mozgásához vezet. A mozgó légtömegekre hatással van a Föld forgásának eltérítő ereje (Coriolis-erő), a magassággal és görbe vonalú pályákkal csökkenő súrlódási erő, valamint a centrifugális erő. Nagyon fontos turbulens levegőkeveredést tartalmaz (lásd Turbulencia a légkörben).

A bolygó nyomáseloszlásával kapcsolatos összetett rendszer légáramlatok (a légkör általános keringése). A meridionális síkban átlagosan két-három meridionális keringési sejtet követnek nyomon. Az Egyenlítő közelében a felmelegített levegő felemelkedik és süllyed a szubtrópusokon, létrehozva a Hadley-sejtet. Ugyanitt a Ferrell visszatérő cella levegőjét leengedik. Magas szélességi fokon gyakran egyenes poláris cellát lehet nyomon követni. A meridionális keringési sebességek 1 m/s nagyságrendűek vagy kisebbek. A Coriolis-erő hatására a légkör nagy részében nyugati szelek figyelhetők meg, a középső troposzférában körülbelül 15 m/s sebességgel. Vannak viszonylag stabil szélrendszerek. Ide tartoznak a passzátszelek – a szubtrópusi nagynyomású övezetekből az Egyenlítőig fújó szelek, amelyeknek keleti komponense észrevehető (keletről nyugatra). A monszunok meglehetősen stabilak - légáramlatok, amelyek egyértelműen kifejezett szezonális jellegűek: nyáron az óceánból fújnak a szárazföldre, télen pedig az ellenkező irányba. A monszunok különösen rendszeresek Indiai-óceán... A középső szélességeken a légtömegek mozgása elsősorban nyugati (nyugatról keletre) irányul. Ez a légköri frontok övezete, amelyen nagy örvények keletkeznek - ciklonok és anticiklonok, amelyek sok száz, sőt több ezer kilométert fednek le. A trópusokon is előfordulnak ciklonok; itt kisebbek, de nagyon nagy szélsebességek, amelyek hurrikán erejűek (33 m/s és több), az úgynevezett trópusi ciklonok. Az Atlanti-óceánon és a Csendes-óceán keleti részén hurrikánoknak, a Csendes-óceán nyugati részén tájfunoknak nevezik. A felső troposzférában és az alsó sztratoszférában, a közvetlen Hadley meridionális keringési sejtet és a fordított Ferrell-sejtet elválasztó területeken gyakran megfigyelhetők viszonylag keskeny, több száz kilométer széles, élesen kirajzolódó határú sugárfolyamok, amelyeken belül a szél eléri a 100-150 fokot. és még 200 m / With.

Klíma és időjárás... A különböző szélességi körökre érkező napsugárzás mennyiségének különbsége fizikai tulajdonságok a Föld felszíne, meghatározza a Föld éghajlatának változatosságát. Az Egyenlítőtől a trópusi szélességig a levegő hőmérséklete a földfelszín közelében átlagosan 25-30 °C, és egész évben alig változik. Az egyenlítői zónában általában sok csapadék esik, ami ott túlzott nedvesség kialakulásának feltételeit teremti meg. A trópusi övezetekben a csapadék mennyisége csökken, egyes területeken pedig nagyon alacsony lesz. Itt találhatók a Föld hatalmas sivatagai.

A szubtrópusi és a középső szélességeken a levegő hőmérséklete egész évben jelentősen változik, a nyári és téli hőmérsékletek közötti különbség pedig különösen nagy az óceánoktól távol eső kontinenseken. Így Kelet-Szibéria egyes régióiban a levegő hőmérsékletének éves amplitúdója eléri a 65 ° C-ot. A párásítási feltételek ezeken a szélességi körökön nagyon változatosak, főként az általános légköri keringési rendszertől függenek, és évről évre jelentősen változnak.

A sarki szélességi körökön a hőmérséklet egész évben alacsony marad, még akkor is, ha érezhető szezonális eltérések vannak. Ez hozzájárul ahhoz széles körben elterjedt jégtakaró az óceánokon és a szárazföldön, valamint az örök fagy, amely Oroszország területének több mint 65%-át foglalja el, főleg Szibériában.

Az elmúlt évtizedekben a globális éghajlat változásai egyre észrevehetőbbé váltak. A hőmérséklet jobban emelkedik a magas szélességeken, mint az alacsonyokon; inkább télen mint nyáron; inkább éjszaka, mint nappal. A 20. század során Oroszországban a földfelszín közelében 1,5-2 °C-kal nőtt az éves átlagos levegőhőmérséklet, Szibéria egyes régióiban pedig több fokkal is emelkedett. Ez összefügg az üvegházhatás fokozódásával a nyomgázok koncentrációjának növekedése miatt.

Az időjárást a légköri keringés körülményei és földrajzi elhelyezkedés terep, a trópusokon a legstabilabb, a középső és a magas szélességeken a legváltozatosabb. Leginkább a légtömeg-változási zónákban változik az időjárás, amit a légköri frontok, ciklonok és anticiklonok átvonulása okoz, csapadékot és megnövekedett szélhordozással. Az időjárás-előrejelzéshez szükséges adatokat földi meteorológiai állomásokon, hajókon és repülőgépeken gyűjtik meteorológiai műholdakról. Lásd még Meteorológia.

Optikai, akusztikai és elektromos jelenségek a légkörben... Az elektromágneses sugárzásnak a légkörben való terjedésével a fény és a különböző részecskék (aeroszol, jégkristályok, vízcseppek) törése, elnyelése és szórása következtében különféle optikai jelenségek keletkeznek: szivárványok, koronák, fényudvarok, délibábok stb. A fényszórás határozza meg az égbolt és a kék ég látszólagos magasságát. Az objektumok láthatósági tartományát a fény légkörben való terjedésének feltételei határozzák meg (lásd: Légköri láthatóság). A kommunikációs hatótáv és a tárgyak műszeres észlelésének képessége, beleértve a csillagászati ​​megfigyelések lehetőségét a Föld felszínéről, a légkör átlátszóságától függ a különböző hullámhosszokon. A szürkület jelensége fontos szerepet játszik a sztratoszféra és a mezoszféra optikai inhomogenitásának vizsgálatában. Például az alkonyat űrhajókról történő fényképezése lehetővé teszi az aeroszolrétegek észlelését. Az elektromágneses sugárzás légkörben való terjedésének jellemzői meghatározzák a paraméterek távérzékelésére szolgáló módszerek pontosságát. Mindezeket a kérdéseket, sok máshoz hasonlóan, az atmoszférikus optika vizsgálja. A rádióhullámok fénytörése és szórása meghatározza a rádióvétel lehetőségeit (lásd: Rádióhullámok terjedése).

A hangterjedés a légkörben a hőmérséklet és a szélsebesség térbeli eloszlásától függ (lásd Légköri akusztika). A légkör távérzékeléséhez érdekes. A rakéták által a felső légkörbe indított töltetek robbanásai rengeteg információt szolgáltattak a szélrendszerekről, valamint a sztratoszféra és a mezoszféra hőmérsékletének alakulásáról. Stabilan rétegzett légkörben, amikor a hőmérséklet lassabban csökken a magassággal, mint az adiabatikus gradiens (9,8 K/km), úgynevezett belső hullámok keletkeznek. Ezek a hullámok felfelé terjedhetnek a sztratoszférába, sőt a mezoszférába is, ahol gyengülnek, hozzájárulva a szél és a turbulencia növekedéséhez.

A Föld negatív töltése és az ebből eredő elektromos mező, a légkör az elektromosan töltött ionoszférával és magnetoszférával együtt globális elektromos áramkört hoz létre. Ebben fontos szerepet játszik a felhőképződés és a zivatar elektromosság. A villámkisülés veszélye miatt szükségessé vált az épületek, építmények, elektromos vezetékek és a kommunikáció villámvédelmi módszereinek kidolgozása. Ez a jelenség különösen veszélyes a légi közlekedésre. A villámkisülések légköri rádióinterferenciát okoznak, amelyet atmoszferikusnak neveznek (lásd: Fütyülő atmoszféra). Az elektromos tér erősségének éles növekedése során fénykisülések figyelhetők meg, amelyek a földfelszín fölé kiálló tárgyak pontjain és éles sarkaiban, a hegyek egyes csúcsain stb. keletkeznek (Elma fények). A légkör az adott körülményektől függően mindig tartalmazza a könnyű és nehéz ionok mennyiségét, amelyek meghatározzák a légkör elektromos vezetőképességét. A földfelszín közelében található fő légionizátorok a földkéregben és a légkörben található radioaktív anyagok, valamint a kozmikus sugarak sugárzása. Lásd még: Légköri elektromosság.

Emberi hatás a légkörre. Az elmúlt évszázadok során az emberi tevékenység következtében megnőtt az üvegházhatású gázok koncentrációja a légkörben. A szén-dioxid százalékos aránya a kétszáz évvel ezelőtti 2,8-10 2 értékről 2005-ben 3,8-10 2-re, a metántartalom a mintegy 300-400 évvel ezelőtti 0,7-10 1-ről 1,8-10 -4-re nőtt 2005-ben. 21. század; Az üvegházhatás múlt századi növekedésének mintegy 20%-át a freonok adták, amelyek a 20. század közepéig gyakorlatilag hiányoztak a légkörben. Ezeket az anyagokat sztratoszférikus ózonromboló anyagokként ismerik el, és előállításukat az 1987-es Montreali Jegyzőkönyv tiltja. A légkör szén-dioxid-koncentrációjának emelkedése a növekvő mennyiségű szén, olaj, gáz és egyéb szén-tüzelőanyagok elégetése, valamint az erdőirtás miatt következik be, melynek következtében csökken a fotoszintézis útján történő szén-dioxid-felvétel. A metán koncentrációja nő az olaj- és gáztermelés növekedésével (a veszteségei miatt), valamint a rizstermés bővülésével és a szarvasmarha-létszám növekedésével. Mindez hozzájárul az éghajlat felmelegedéséhez.

A légköri folyamatok aktív befolyásolásának módszereit fejlesztették ki az időjárás megváltoztatására. A mezőgazdasági növények jégeső elleni védelmére szolgálnak speciális reagensekkel a zivatarfelhőkben. Léteznek módszerek a repülőterek ködoszlatására, a növények fagy elleni védelmére, a felhőkre gyakorolt ​​hatásra a csapadék megfelelő helyeken történő növelésére vagy a felhők eloszlatására tömeges események idején.

A légkör tanulmányozása... A légkörben zajló fizikai folyamatokról elsősorban meteorológiai megfigyelésekből nyerünk információkat, amelyeket a minden kontinensen és számos szigeten elhelyezkedő állandó meteorológiai állomások és állomások globális hálózata végez. A napi megfigyelések tájékoztatást adnak a levegő hőmérsékletéről és páratartalmáról, légköri nyomásról és csapadékról, felhőzetről, szélről stb. A napsugárzás és annak átalakulásainak megfigyelése aktinometriai állomásokon történik. A légkör vizsgálata szempontjából nagy jelentőséggel bírnak az aerológiai állomások hálózatai, amelyeken 30-35 km magasságig rádiószondákkal meteorológiai méréseket végeznek. Számos állomás figyeli a légköri ózont, a légkör elektromos jelenségeit és a levegő kémiai összetételét.

A földi állomások adatait kiegészítik az óceánokon végzett megfigyelések, ahol a Világóceán egyes vidékein állandóan „időjárási hajók” működnek, valamint a kutató- és egyéb hajóktól kapott meteorológiai információk.

A légkörről az elmúlt évtizedekben egyre több információhoz jutottak meteorológiai műholdak, amelyek felhőfotózásra, valamint a Nap ultraibolya, infravörös és mikrohullámú sugárzásának mérésére alkalmas műszerekkel vannak felszerelve. A műholdak lehetővé teszik a hőmérséklet függőleges profiljairól, a felhőzetről és annak víztartalmáról, a légkör sugárzási egyensúlyának elemeiről, az óceán felszínének hőmérsékletéről stb. Műholdak segítségével lehetővé vált a Föld szoláris állandójának és bolygóalbedójának értékének tisztázása, a Föld-légkör rendszer sugárzási egyensúlyának térképeinek elkészítése, a légköri szennyeződések nyomtartalmának és változékonyságának mérése, a számos más légkörfizikai és környezeti megfigyelési problémát megoldani.

Lit .: Budyko MI Klíma a múltban és a jövőben. L., 1980; Matveev L.T. Általános meteorológia tanfolyam. A légkör fizikája. 2. kiadás L., 1984; Budyko M.I., Ronov A. B., Yanshin A. L. A légkör története. L., 1985; Khrgian A. Kh. Légkörfizika. M., 1986; Atmoszféra: Kézikönyv. L., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Meteorológia és klimatológia. 5. kiadás M., 2001.

G. S. Golitsyn, N. A. Zaiceva.