الغلاف الجوي للأرض

أَجواء(من. اليونانية الأخرىἀτμός - بخار و σφαῖρα - كرة) - غازصدَفَة ( الغلاف الجوي) حول الكوكب أرض. سطحه الداخلي مغطى المحيط المائيوجزئيا نباح، يحد الجزء الخارجي من الجزء القريب من الأرض من الفضاء الخارجي.

يُطلق على مجموع أقسام الفيزياء والكيمياء التي تدرس الغلاف الجوي اسمًا شائعًا فيزياء الغلاف الجوي. يحدد الغلاف الجوي طقسعلى سطح الأرض ، وتشارك في دراسة الطقس علم الارصاد الجوية، والاختلافات طويلة المدى مناخ - علم المناخ.

هيكل الغلاف الجوي

هيكل الغلاف الجوي

تروبوسفير

يبلغ حده الأعلى 8-10 كيلومترات في القطب القطبي ، و10-12 كيلومترًا في المناطق المعتدلة و16-18 كيلومترًا في خطوط العرض المدارية ؛ أقل في الشتاء مما كانت عليه في الصيف. الطبقة السفلية الرئيسية من الغلاف الجوي. يحتوي على أكثر من 80٪ من الكتلة الكلية للهواء الجوي وحوالي 90٪ من كل بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي. عالي التطور في طبقة التروبوسفير اضطرابو الحمل، تنشأ سحاب، يطور الأعاصيرو المضادات. تنخفض درجة الحرارة مع زيادة الارتفاع بمتوسط ​​عمودي الانحدار 0.65 درجة / 100 م

بالنسبة لـ "الظروف العادية" على سطح الأرض تؤخذ: الكثافة 1.2 كجم / م 3 ، الضغط الجوي 101.35 كيلو باسكال ، درجة الحرارة بالإضافة إلى 20 درجة مئوية والرطوبة النسبية 50٪. هذه المؤشرات الشرطية لها قيمة هندسية بحتة.

الستراتوسفير

طبقة الغلاف الجوي تقع على ارتفاع 11 إلى 50 كم. تتميز بتغير طفيف في درجة الحرارة في الطبقة 11-25 كم (الطبقة السفلى من الستراتوسفير) وزيادتها في طبقة 25-40 كم من -56.5 إلى 0.8 درجة مع(الستراتوسفير العلوي أو المنطقة انقلابات). بعد أن وصلت درجة الحرارة إلى حوالي 273 كلفن (حوالي 0 درجة مئوية) على ارتفاع حوالي 40 كم ، تظل درجة الحرارة ثابتة حتى ارتفاع حوالي 55 كم. تسمى هذه المنطقة ذات درجة الحرارة الثابتة ستراتوبوزوهو الحد الفاصل بين طبقة الستراتوسفير و الميزوسفير.

ستراتوبوز

الطبقة الحدودية للغلاف الجوي بين الستراتوسفير والميزوسفير. يوجد حد أقصى في التوزيع الرأسي لدرجة الحرارة (حوالي 0 درجة مئوية).

الميزوسفير

الغلاف الجوي للأرض

الميزوسفيرتبدأ من ارتفاع 50 كم وتمتد حتى 80-90 كم. تنخفض درجة الحرارة مع الارتفاع بمتوسط ​​تدرج عمودي (0.25-0.3) ° / 100 م ، وعملية الطاقة الرئيسية هي نقل الحرارة بالإشعاع. تتضمن العمليات الضوئية الكيميائية المعقدة الشوارد الحرة، الجزيئات المثارة اهتزازيًا ، إلخ ، تحدد توهج الغلاف الجوي.

الميزوبوز

طبقة انتقالية بين الغلاف الجوي والغلاف الحراري. يوجد حد أدنى في التوزيع الرأسي لدرجة الحرارة (حوالي -90 درجة مئوية).

خط كرمان

الارتفاع فوق مستوى سطح البحر ، والذي يُقبل تقليديًا على أنه الحد الفاصل بين الغلاف الجوي للأرض والفضاء.

ثيرموسفير

المقال الرئيسي: ثيرموسفير

الحد الأعلى حوالي 800 كم. ترتفع درجة الحرارة إلى ارتفاعات 200-300 كم ، حيث تصل إلى قيم تصل إلى 1500 كلفن ، وبعد ذلك تظل ثابتة تقريبًا حتى الارتفاعات العالية. يحدث تأين للهواء تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية والإشعاع الكوني (" الشفق") - مناطق رئيسية الأيونوسفيرتكمن داخل الغلاف الحراري. على ارتفاعات تزيد عن 300 كم ، يسود الأكسجين الذري.

طبقات الغلاف الجوي حتى ارتفاع 120 كم

إكزوسفير (مجال التشتت)

إكزوسفير- منطقة التشتت ، الجزء الخارجي من الغلاف الحراري ، وتقع فوق 700 كم. الغاز الموجود في الغلاف الخارجي مخلخ جدًا ، وبالتالي تتسرب جزيئاته إلى الفضاء بين الكواكب ( تبديد).

حتى ارتفاع 100 كم ، يكون الغلاف الجوي مزيجًا متجانسًا ومختلطًا جيدًا من الغازات. في الطبقات العليا ، يعتمد توزيع الغازات في الارتفاع على كتلها الجزيئية ، ويتناقص تركيز الغازات الأثقل بشكل أسرع مع المسافة من سطح الأرض. بسبب انخفاض كثافة الغاز ، تنخفض درجة الحرارة من 0 درجة مئوية في الستراتوسفير إلى -110 درجة مئوية في الغلاف الجوي. ومع ذلك ، فإن الطاقة الحركية للجسيمات الفردية على ارتفاعات 200-250 كم تتوافق مع درجة حرارة ~ 1500 درجة مئوية. فوق 200 كم ، لوحظت تقلبات كبيرة في درجة الحرارة وكثافة الغاز في الزمان والمكان.

على ارتفاع حوالي 2000-3000 كم ، يمر الغلاف الخارجي تدريجيًا إلى ما يسمى بالقرب من فراغ الفضاء، المليئة بجزيئات شديدة التخلخل من الغاز بين الكواكب ، وخاصة ذرات الهيدروجين. لكن هذا الغاز ليس سوى جزء من مسألة الكواكب. الجزء الآخر يتكون من جزيئات تشبه الغبار من أصل مذنب ونيزكي. بالإضافة إلى الجسيمات الشبيهة بالغبار المتخلخلة للغاية ، يخترق الإشعاع الكهرومغناطيسي والجسيمي من أصل شمسي ومجري إلى هذا الفضاء.

يمثل التروبوسفير حوالي 80٪ من كتلة الغلاف الجوي ، بينما يمثل الستراتوسفير حوالي 20٪ ؛ لا تزيد كتلة الغلاف الجوي عن 0.3٪ ، والغلاف الحراري أقل من 0.05٪ من الكتلة الكلية للغلاف الجوي. بناءً على الخواص الكهربائية في الغلاف الجوي ، يتم تمييز الغلاف الجوي المتأين والغلاف الجوي المتأين. يُعتقد حاليًا أن الغلاف الجوي يمتد على ارتفاع 2000-3000 كم.

اعتمادًا على تكوين الغاز في الغلاف الجوي ، فإنها تنبعث تجانسو غير متجانسة. غير متجانسة - هذه منطقة تؤثر فيها الجاذبية على فصل الغازات ، نظرًا لأن خلطها عند مثل هذا الارتفاع لا يكاد يذكر. ومن ثم يتبع التكوين المتغير للغلاف المغاير. يوجد تحته جزء متجانس ومختلط جيدًا من الغلاف الجوي يسمى تجانس. تسمى الحدود بين هذه الطبقات توربوستقع على ارتفاع حوالي 120 كم.

الخصائص الفيزيائية

يبلغ سمك الغلاف الجوي ما يقرب من 2000 - 3000 كيلومتر من سطح الأرض. الحجم الكلي هواء- (5.1-5.3) × 10 18 كجم. الكتلة الموليةالهواء الجاف النظيف 28.966. ضغطعند 0 درجة مئوية عند مستوى سطح البحر 101.325 كيلو باسكال; حرارة حرجة-140.7 درجة مئوية ؛ الضغط الحرج 3.7 ميجا باسكال ؛ ج ص 1.0048 × 10 3 J / (كجم · ك) (عند 0 درجة مئوية) ، ج الخامس 0.7159 × 10 3 J / (كجم · ك) (عند 0 درجة مئوية). ذوبان الهواء في الماء عند 0 درجة مئوية - 0.036٪ ، عند 25 درجة مئوية - 0.22٪.

الخصائص الفسيولوجية وغيرها من الخصائص للغلاف الجوي

بالفعل على ارتفاع 5 كم فوق مستوى سطح البحر ، يتطور شخص غير مدرب تجويع الأكسجينوبدون التكيف ، يتم تقليل الأداء البشري بشكل كبير. هذا هو المكان الذي تنتهي فيه المنطقة الفسيولوجية للغلاف الجوي. يصبح التنفس البشري مستحيلًا على ارتفاع 15 كم ، على الرغم من أن الغلاف الجوي يحتوي على أكسجين يصل إلى حوالي 115 كم.

يزودنا الغلاف الجوي بالأكسجين الذي نحتاجه للتنفس. ومع ذلك ، نظرًا لانخفاض الضغط الكلي للغلاف الجوي مع صعودك إلى ارتفاع ، فإن الضغط الجزئي للأكسجين ينخفض ​​أيضًا وفقًا لذلك.

تحتوي الرئتان البشرية باستمرار على حوالي 3 لترات من الهواء السنخي. ضغط جزئيالأكسجين في الهواء السنخي عند الضغط الجوي العادي هو 110 ملم زئبق. الفن ، ضغط ثاني أكسيد الكربون - 40 ملم زئبق. الفن ، وبخار الماء - 47 ملم زئبق. فن. مع زيادة الارتفاع ، ينخفض ​​ضغط الأكسجين ، ويظل الضغط الكلي لبخار الماء وثاني أكسيد الكربون في الرئتين ثابتًا تقريبًا - حوالي 87 ملم زئبق. فن. سيتوقف تدفق الأكسجين إلى الرئتين تمامًا عندما يصبح ضغط الهواء المحيط مساويًا لهذه القيمة.

على ارتفاع حوالي 19-20 كم ، ينخفض ​​الضغط الجوي إلى 47 ملم زئبق. فن. لذلك ، عند هذا الارتفاع ، يبدأ الماء والسائل الخلالي في الغليان في جسم الإنسان. خارج المقصورة المضغوطة عند هذه الارتفاعات ، يحدث الموت على الفور تقريبًا. وهكذا ، من وجهة نظر فسيولوجيا الإنسان ، يبدأ "الفضاء" بالفعل على ارتفاع 15-19 كم.

تحمينا طبقات الهواء الكثيفة - التروبوسفير والستراتوسفير - من الآثار الضارة للإشعاع. مع وجود خلخلة كافية للهواء ، على ارتفاعات تزيد عن 36 كم ، يحدث تأثير شديد على الجسم عن طريق التأين. إشعاع- الأشعة الكونية الأولية. على ارتفاعات تزيد عن 40 كم ، يعمل الجزء فوق البنفسجي من الطيف الشمسي ، وهو أمر خطير على البشر.

عندما نرتفع إلى ارتفاع أكبر من أي وقت مضى فوق سطح الأرض ، ونضعف تدريجيًا ، ثم نختفي تمامًا ، فقد لوحظت هذه الظواهر المألوفة لدينا في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي ، مثل انتشار الصوت ، وظهور الديناميكا الهوائية. قوة الرفعوالمقاومة ، ونقل الحرارة الحملوإلخ.

في طبقات الهواء المتخلخلة ، التكاثر صوتتبين أنه مستحيل. حتى ارتفاع 60-90 كم ، لا يزال من الممكن استخدام مقاومة الهواء والرفع من أجل طيران ديناميكي هوائي يتم التحكم فيه. ولكن بدءاً من ارتفاعات 100-130 كم ، وهي مفاهيم مألوفة لكل طيار أرقام مو حاجز الصوتتفقد معناها ، هناك يمر الشرطي خط كرمانبعد ذلك يبدأ مجال الطيران الباليستي البحت ، والذي لا يمكن التحكم فيه إلا باستخدام القوى التفاعلية.

على ارتفاعات تزيد عن 100 كم ، يُحرم الغلاف الجوي أيضًا من خاصية رائعة أخرى - القدرة على امتصاص الطاقة الحرارية وتوصيلها ونقلها بالحمل الحراري (أي عن طريق خلط الهواء). وهذا يعني أن العناصر المختلفة للمعدات والمعدات الخاصة بالمحطة الفضائية المدارية لن تكون قادرة على التبريد من الخارج بالطريقة التي يتم بها ذلك عادةً على متن طائرة - بمساعدة الطائرات النفاثة والرادياتير الهوائية. في مثل هذا الارتفاع ، كما هو الحال في الفضاء بشكل عام ، فإن الطريقة الوحيدة لنقل الحرارة هي الإشعاع الحراري.

تكوين الغلاف الجوي

تكوين الهواء الجاف

يتكون الغلاف الجوي للأرض بشكل أساسي من غازات وشوائب مختلفة (الغبار وقطرات الماء وبلورات الجليد وأملاح البحر ومنتجات الاحتراق).

يكاد يكون تركيز الغازات التي يتكون منها الغلاف الجوي ثابتًا ، باستثناء الماء (H 2 O) وثاني أكسيد الكربون (CO 2).

تكوين الهواء الجاف
نتروجين
الأكسجين
أرجون
ماء
ثاني أكسيد الكربون
نيون
الهيليوم
الميثان
كريبتون
هيدروجين
زينون
أكسيد النيتروز

بالإضافة إلى الغازات الموضحة في الجدول ، يحتوي الغلاف الجوي على SO 2 ، NH 3 ، CO ، الأوزون, الهيدروكربونات, حمض الهيدروكلوريك, HFوالأزواج زئبقو أنا 2 و لاوالعديد من الغازات الأخرى بكميات صغيرة. يحتوي التروبوسفير باستمرار على عدد كبير من الجسيمات الصلبة والسائلة العالقة ( الهباء الجوي).

تاريخ تكوين الغلاف الجوي

وفقًا للنظرية الأكثر شيوعًا ، كان الغلاف الجوي للأرض في أربعة تركيبات مختلفة بمرور الوقت. في البداية ، كانت تتألف من غازات خفيفة ( هيدروجينو الهيليوم) مأخوذة من الفضاء بين الكواكب. هذا ما يسمى الغلاف الجوي الأساسي(منذ حوالي أربعة مليارات سنة). في المرحلة التالية ، أدى النشاط البركاني النشط إلى تشبع الغلاف الجوي بغازات أخرى غير الهيدروجين (ثاني أكسيد الكربون ، الأمونيا, بخار). هذه هي الطريقة جو ثانوي(حوالي ثلاثة مليارات سنة قبل أيامنا هذه). كان هذا الجو تصالحيًا. علاوة على ذلك ، تم تحديد عملية تكوين الغلاف الجوي من خلال العوامل التالية:

تسرب الغازات الخفيفة (الهيدروجين والهيليوم) إلى الفضاء بين الكواكب;

التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الغلاف الجوي تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية والصواعق وبعض العوامل الأخرى.

تدريجيا ، أدت هذه العوامل إلى التكوين الغلاف الجوي الثالث، تتميز بمحتوى أقل بكثير من الهيدروجين ومحتوى أعلى بكثير من النيتروجين وثاني أكسيد الكربون (يتكون نتيجة للتفاعلات الكيميائية من الأمونيا والهيدروكربونات).

نتروجين

يرجع تكوين كمية كبيرة من N 2 إلى أكسدة الغلاف الجوي للأمونيا والهيدروجين بواسطة جزيء O 2 ، والذي بدأ يأتي من سطح الكوكب نتيجة لعملية التمثيل الضوئي ، بدءًا من 3 مليارات سنة مضت. يتم إطلاق N 2 أيضًا في الغلاف الجوي نتيجة نزع النتروجين والمركبات الأخرى المحتوية على النيتروجين. يتأكسد الأوزون النيتروجين إلى أكسيد النيتروجين في الغلاف الجوي العلوي.

يدخل النيتروجين N 2 في التفاعلات فقط في ظل ظروف محددة (على سبيل المثال ، أثناء تفريغ البرق). يتم استخدام أكسدة النيتروجين الجزيئي بواسطة الأوزون أثناء التفريغ الكهربائي في الإنتاج الصناعي للأسمدة النيتروجينية. يمكن أن يتأكسد باستهلاك منخفض للطاقة وتحويله إلى شكل نشط بيولوجيًا البكتيريا الزرقاء (الطحالب الخضراء المزرقة)والبكتيريا العقدية التي تشكل الجذور تكافلمع البقولياتالنباتات ، ما يسمى. السماد الأخضر.

الأكسجين

بدأ تكوين الغلاف الجوي يتغير جذريًا مع ظهور كائنات حية، نتيجة ل البناء الضوئييرافقه إطلاق الأكسجين وامتصاص ثاني أكسيد الكربون. في البداية ، تم إنفاق الأكسجين على أكسدة المركبات المختزلة - الأمونيا ، الهيدروكربونات ، شكل أكسيد غدةالموجودة في المحيطات ، إلخ. في نهاية هذه المرحلة ، بدأ محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي في النمو. تدريجيا ، تشكل جو حديث مع خصائص مؤكسدة. نظرًا لأن هذا تسبب في حدوث تغييرات خطيرة ومفاجئة في العديد من العمليات التي تحدث في أَجواء, الغلاف الصخريو المحيط الحيوي، يسمى هذا الحدث كارثة الأكسجين.

خلال دهر الحياةتغير تكوين الغلاف الجوي ومحتوى الأكسجين. ارتبطوا في المقام الأول بمعدل ترسب الصخور الرسوبية العضوية. لذلك ، خلال فترات تراكم الفحم ، تجاوز محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي ، على ما يبدو ، بشكل ملحوظ المستوى الحديث.

ثاني أكسيد الكربون

يعتمد محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على النشاط البركاني والعمليات الكيميائية في قذائف الأرض ، ولكن الأهم من ذلك كله - على شدة التخليق الحيوي وتحلل المواد العضوية في المحيط الحيوي أرض. تقريبًا الكتلة الحيوية الحالية للكوكب بالكامل (حوالي 2.4 × 10 12 طنًا ) بسبب ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين وبخار الماء الموجود في الهواء الجوي. دفن في محيط، الخامس المستنقعاتو في الغاباتتصبح المادة العضوية فحم, زيتو غاز طبيعي. (سم. الدورة الجيوكيميائية للكربون)

غازات نبيلة

مصدر الغازات الخاملة - الأرجون, الهيليومو الكريبتون- الانفجارات البركانية واضمحلال العناصر المشعة. يتم استنفاد الأرض ككل والغلاف الجوي على وجه الخصوص في غازات خاملة مقارنة بالفضاء. يُعتقد أن سبب ذلك يكمن في التسرب المستمر للغازات في الفضاء بين الكواكب.

تلوث الهواء

في الآونة الأخيرة ، بدأ يتأثر تطور الغلاف الجوي بشر. كانت نتيجة أنشطته زيادة كبيرة ومستمرة في محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بسبب احتراق الوقود الهيدروكربوني المتراكم في العصور الجيولوجية السابقة. يتم استهلاك كميات هائلة من ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية التمثيل الضوئي وتمتصها محيطات العالم. يدخل هذا الغاز إلى الغلاف الجوي بسبب تحلل صخور الكربونات والمواد العضوية من أصل نباتي وحيواني ، وكذلك بسبب البراكين وأنشطة الإنتاج البشري. على مدى المائة عام الماضية ، زاد محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بنسبة 10٪ ، وجاء الجزء الرئيسي (360 مليار طن) من احتراق الوقود. إذا استمر معدل نمو احتراق الوقود ، فسوف تتضاعف كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي في السنوات الخمسين إلى الستين القادمة وقد تؤدي إلى التغيرات المناخية العالمية.

احتراق الوقود هو المصدر الرئيسي لكلا الغازات الملوثة ( لذا, لا, لذا 2 ). يتأكسد ثاني أكسيد الكبريت بواسطة الأكسجين الجوي إلى لذا 3 في الغلاف الجوي العلوي ، والذي يتفاعل بدوره مع بخار الماء والأمونيا ، وما ينتج عنه حامض الكبريتيك (H 2 لذا 4 ) و كبريتات الأمونيوم ((NH 4 ) 2 لذا 4 ) العودة إلى سطح الأرض في شكل ما يسمى. أمطار حمضية. إستعمال محركات الاحتراق الداخلييؤدي إلى تلوث كبير للهواء بأكاسيد النيتروجين والهيدروكربونات ومركبات الرصاص ( رباعي إيثيل الرصاص Pb (CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

ينتج تلوث الهواء بالهباء الجوي عن أسباب طبيعية (ثوران بركاني ، عواصف ترابية ، تراكم قطرات مياه البحر وحبوب اللقاح النباتية ، وما إلى ذلك) وعن النشاط الاقتصادي البشري (تعدين الخامات ومواد البناء ، احتراق الوقود ، إنتاج الأسمنت ، إلخ. .). تعد الإزالة المكثفة للجسيمات الصلبة في الغلاف الجوي أحد الأسباب المحتملة لتغير المناخ على الكوكب.

الغلاف الجوي للأرض هو الغلاف الغازي للكوكب. يمر الحد الأدنى من الغلاف الجوي بالقرب من سطح الأرض (الغلاف المائي وقشرة الأرض) ، والحد الأعلى هو منطقة التلامس في الفضاء الخارجي (122 كم). يحتوي الغلاف الجوي على العديد من العناصر المختلفة. أهمها: 78٪ نيتروجين ، 20٪ أكسجين ، 1٪ أرجون ، ثاني أكسيد الكربون ، نيون غاليوم ، هيدروجين ، إلخ. يمكن الاطلاع على حقائق مثيرة للاهتمام في نهاية المقال أو بالنقر فوق.

الغلاف الجوي له طبقات مميزة من الهواء. تختلف طبقات الهواء في درجة الحرارة ، واختلاف الغازات وكثافتها و. وتجدر الإشارة إلى أن طبقات الستراتوسفير والتروبوسفير تحمي الأرض من الإشعاع الشمسي. في الطبقات العليا ، يمكن أن يتلقى الكائن الحي جرعة قاتلة من الطيف الشمسي فوق البنفسجي. للانتقال سريعًا إلى الطبقة المطلوبة من الغلاف الجوي ، انقر فوق الطبقة المقابلة:

التروبوسفير والتروبوبوز

التروبوسفير - درجة الحرارة والضغط والارتفاع

يتم الاحتفاظ بالحد الأعلى عند حوالي 8-10 كم تقريبًا. في خطوط العرض المعتدلة 16 - 18 كم ، وفي القطبين 10 - 12 كم. تروبوسفيرإنها الطبقة الرئيسية السفلية من الغلاف الجوي. تحتوي هذه الطبقة على أكثر من 80٪ من الكتلة الكلية للهواء الجوي وما يقرب من 90٪ من إجمالي بخار الماء. يحدث الحمل الحراري والاضطراب في طبقة التروبوسفير ، وتتشكل الأعاصير وتحدث. درجة حرارةيتناقص مع الارتفاع. الانحدار: 0.65 درجة / 100 متر ، تسخن الأرض الساخنة والماء الهواء المحيط. يرتفع الهواء الساخن ويبرد ويشكل غيومًا. يمكن أن تصل درجة الحرارة في الحدود العليا للطبقة إلى -50/70 درجة مئوية.

في هذه الطبقة تحدث تغيرات في الظروف المناخية. يسمى الحد الأدنى من طبقة التروبوسفير سطحلأنه يحتوي على الكثير من الكائنات الدقيقة المتطايرة والغبار. تزداد سرعة الرياح مع الارتفاع في هذه الطبقة.

تروبوبوز

هذه هي الطبقة الانتقالية من التروبوسفير إلى الستراتوسفير. هنا ، يتوقف اعتماد انخفاض درجة الحرارة مع زيادة الارتفاع. التروبوبوز هو أدنى ارتفاع حيث ينخفض ​​التدرج الرأسي لدرجة الحرارة إلى 0.2 درجة مئوية / 100 متر ، ويعتمد ارتفاع التروبوبوز على الأحداث المناخية القوية مثل الأعاصير. ينخفض ​​ارتفاع التروبوبوز فوق الأعاصير ويزيد فوق الأعاصير المضادة.

الستراتوسفير وستراتوبوز

يبلغ ارتفاع طبقة الستراتوسفير من 11 إلى 50 كم تقريبًا. هناك تغير طفيف في درجة الحرارة على ارتفاع 11-25 كم. على ارتفاع 25-40 كم ، انعكاسدرجة الحرارة من 56.5 ترتفع إلى 0.8 درجة مئوية. من 40 كم إلى 55 كم تظل درجة الحرارة عند حوالي 0 درجة مئوية. هذه المنطقة تسمى - ستراتوبوز.

في الستراتوسفير ، لوحظ تأثير الإشعاع الشمسي على جزيئات الغاز ، فهي تتفكك إلى ذرات. لا يوجد بخار ماء تقريبًا في هذه الطبقة. تحلق الطائرات التجارية الحديثة الأسرع من الصوت على ارتفاعات تصل إلى 20 كم بسبب ظروف الطيران المستقرة. ترتفع بالونات الطقس على ارتفاعات عالية إلى ارتفاع 40 كم. توجد هنا تيارات هوائية ثابتة تصل سرعتها إلى 300 كم / ساعة. أيضا في هذه الطبقة تتركز الأوزون، طبقة تمتص الأشعة فوق البنفسجية.

Mesosphere و Mesopause - التركيب والتفاعلات ودرجة الحرارة

تبدأ طبقة الميزوسفير عند حوالي 50 كم وتنتهي عند حوالي 80-90 كم. تنخفض درجات الحرارة مع الارتفاع بحوالي 0.25-0.3 درجة مئوية / 100 متر.التبادل الحراري المشع هو التأثير الرئيسي للطاقة هنا. العمليات الكيميائية الضوئية المعقدة التي تنطوي على الجذور الحرة (بها 1 أو 2 إلكترون غير متزاوج) منذ ذلك الحين ينفذونها يشعأَجواء.

تحترق جميع النيازك تقريبًا في طبقة الميزوسفير. أطلق العلماء على هذه المنطقة جهنوروسفير. يصعب استكشاف هذه المنطقة ، حيث أن الطيران الأيروديناميكي هنا ضعيف للغاية بسبب كثافة الهواء ، والتي تقل 1000 مرة عن كثافة الهواء على الأرض. ولإطلاق الأقمار الصناعية ، لا تزال الكثافة عالية جدًا. يتم البحث بمساعدة صواريخ الأرصاد الجوية ، لكن هذا انحراف. الميزوبوزطبقة انتقالية بين الغلاف الجوي والغلاف الحراري. درجة حرارة لا تقل عن -90 درجة مئوية.

خط كرمان

خط الجيبتسمى الحدود بين الغلاف الجوي للأرض والفضاء الخارجي. وفقًا لاتحاد الطيران الدولي (FAI) ، يبلغ ارتفاع هذه الحدود 100 كيلومتر. تم تقديم هذا التعريف تكريما للعالم الأمريكي تيودور فون كارمان. لقد قرر أنه عند هذا الارتفاع تكون كثافة الغلاف الجوي منخفضة جدًا بحيث يصبح الطيران الديناميكي الهوائي مستحيلًا هنا ، نظرًا لأن سرعة الطائرة يجب أن تكون أكبر السرعة الفضائية الأولى. في مثل هذا الارتفاع ، يفقد مفهوم حاجز الصوت معناه. هنا يمكنك التحكم في الطائرة فقط بسبب القوى التفاعلية.

ثيرموسفير وثيرموبوز

يبلغ الحد الأعلى لهذه الطبقة حوالي 800 كيلومتر. ترتفع درجة الحرارة إلى حوالي 300 كم ، حيث تصل إلى حوالي 1500 كلفن فوقها ، تظل درجة الحرارة دون تغيير. في هذه الطبقة هناك الشفق القطبية- يحدث نتيجة لتأثير أشعة الشمس على الهواء. تسمى هذه العملية أيضًا بتأين الأكسجين الجوي.

نظرًا لقلة خلخلة الهواء ، فإن الرحلات فوق خط كرمان ممكنة فقط على طول المسارات الباليستية. تتم جميع الرحلات الجوية المأهولة (باستثناء الرحلات الجوية إلى القمر) في هذه الطبقة من الغلاف الجوي.

إكزوسفير - الكثافة ودرجة الحرارة والارتفاع

ارتفاع الغلاف الخارجي يزيد عن 700 كم. هنا يكون الغاز مخلخرا جدا ، وتحدث العملية تبديد- تسرب الجسيمات إلى الفضاء بين الكواكب. يمكن أن تصل سرعة هذه الجسيمات إلى 11.2 كم / ثانية. يؤدي نمو النشاط الشمسي إلى تمدد سمك هذه الطبقة.

• لا تطير قذيفة الغاز بعيدًا في الفضاء بسبب الجاذبية. يتكون الهواء من جزيئات لها كتلتها الخاصة. من قانون الجاذبية ، يمكن استنتاج أن كل جسم له كتلة ينجذب إلى الأرض.
• ينص قانون Buys-Ballot على أنه إذا كنت في نصف الكرة الشمالي ووقفت وظهرك للريح ، فستكون هناك منطقة ضغط مرتفع على اليمين وضغط منخفض على اليسار. في نصف الكرة الجنوبي ، سيكون العكس.

طبقات الغلاف الجوي بالترتيب من سطح الأرض

دور الغلاف الجوي في حياة الأرض

الغلاف الجوي هو مصدر الأكسجين الذي يتنفسه الناس. ومع ذلك ، عندما تصعد إلى الارتفاع ، ينخفض ​​إجمالي الضغط الجوي ، مما يؤدي إلى انخفاض ضغط الأكسجين الجزئي.

تحتوي رئة الإنسان على ما يقرب من ثلاثة لترات من الهواء السنخي. إذا كان الضغط الجوي طبيعيًا ، فسيكون ضغط الأكسجين الجزئي في الهواء السنخي 11 ملم زئبق. الفن ، ضغط ثاني أكسيد الكربون - 40 ملم زئبق. الفن ، وبخار الماء - 47 ملم زئبق. فن. مع زيادة الارتفاع ، ينخفض ​​ضغط الأكسجين ، وسيظل ضغط بخار الماء وثاني أكسيد الكربون في الرئتين بشكل إجمالي ثابتًا - حوالي 87 ملم زئبق. فن. عندما يساوي ضغط الهواء هذه القيمة ، سيتوقف الأكسجين عن التدفق إلى الرئتين.

بسبب انخفاض الضغط الجوي على ارتفاع 20 كم ، سيغلي الماء وسوائل الجسم الخلالي في جسم الإنسان هنا. إذا كنت لا تستخدم مقصورة مضغوطة ، فسوف يموت الشخص على هذا الارتفاع على الفور تقريبًا. لذلك ، من وجهة نظر الخصائص الفسيولوجية لجسم الإنسان ، ينشأ "الفضاء" من ارتفاع 20 كم فوق مستوى سطح البحر.

دور الغلاف الجوي في حياة الأرض عظيم جدًا. لذلك ، على سبيل المثال ، بفضل طبقات الهواء الكثيفة - التروبوسفير والستراتوسفير ، فإن الناس محميون من التعرض للإشعاع. في الفضاء ، في الهواء المخلخل ، على ارتفاع يزيد عن 36 كم ، يعمل الإشعاع المؤين. على ارتفاع أكثر من 40 كم - الأشعة فوق البنفسجية.

عند الارتفاع فوق سطح الأرض إلى ارتفاع يزيد عن 90-100 كم ، سيكون هناك ضعف تدريجي ، ثم اختفاء تام للظواهر المألوفة للبشر ، والتي لوحظت في الطبقة السفلى من الغلاف الجوي:

الصوت لا ينتشر.

لا توجد قوة ديناميكية هوائية وسحب.

لا تنتقل الحرارة بالحمل الحراري ، إلخ.

تحمي طبقة الغلاف الجوي الأرض وجميع الكائنات الحية من الإشعاع الكوني ، من النيازك ، وهي مسؤولة عن تنظيم تقلبات درجات الحرارة الموسمية ، وتحقيق التوازن والتوازن بين التقلبات اليومية. في حالة عدم وجود غلاف جوي على الأرض ، ستتقلب درجة الحرارة اليومية في حدود +/- 200 درجة مئوية. طبقة الغلاف الجوي هي "حاجز" مانح للحياة بين سطح الأرض والفضاء الخارجي ، وهي حاملة للرطوبة والحرارة ؛ وتحدث عمليات التمثيل الضوئي وتبادل الطاقة في الغلاف الجوي - وهي أهم عمليات الغلاف الحيوي.

طبقات الغلاف الجوي بالترتيب من سطح الأرض

الغلاف الجوي عبارة عن هيكل متعدد الطبقات ، وهو طبقات الغلاف الجوي التالية بالترتيب من سطح الأرض:

تروبوسفير.

الستراتوسفير.

الميزوسفير.

ثيرموسفير.

إكزوسفير

لا تحتوي كل طبقة على حدود حادة بينهما ، ويتأثر ارتفاعها بخط العرض والفصول. تم تشكيل هذا الهيكل الطبقي نتيجة لتغيرات درجات الحرارة على ارتفاعات مختلفة. بفضل الغلاف الجوي ، نرى النجوم المتلألئة.

بنية الغلاف الجوي للأرض حسب الطبقات:

مما يتكون الغلاف الجوي للأرض؟

تختلف كل طبقة من طبقات الغلاف الجوي في درجة الحرارة والكثافة والتركيب. السماكة الكلية للغلاف الجوي هي 1.5-2.0 ألف كم. مما يتكون الغلاف الجوي للأرض؟ في الوقت الحاضر ، إنه خليط من الغازات ذات الشوائب المختلفة.

تروبوسفير

تبدأ بنية الغلاف الجوي للأرض بطبقة التروبوسفير ، وهي الجزء السفلي من الغلاف الجوي بارتفاع يتراوح بين 10 و 15 كم. هذا هو المكان الذي يتركز فيه معظم هواء الغلاف الجوي. السمة المميزة لطبقة التروبوسفير هي انخفاض درجة الحرارة بمقدار 0.6 درجة مئوية بينما ترتفع كل 100 متر. تركزت طبقة التروبوسفير في حد ذاتها تقريبًا كل بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي ، كما تتشكل السحب هنا أيضًا.

يتغير ارتفاع طبقة التروبوسفير يوميًا. بالإضافة إلى ذلك ، يختلف متوسط ​​قيمتها حسب خط العرض وموسم السنة. يبلغ متوسط ​​ارتفاع طبقة التروبوسفير فوق القطبين 9 كم ، فوق خط الاستواء - حوالي 17 كم. متوسط ​​درجة حرارة الهواء السنوية فوق خط الاستواء قريب من +26 درجة مئوية ، وفوق القطب الشمالي -23 درجة مئوية. الخط العلوي لحدود طبقة التروبوسفير فوق خط الاستواء هو متوسط ​​درجة الحرارة السنوية حوالي -70 درجة مئوية ، وفوق القطب الشمالي في الصيف -45 درجة مئوية وفي الشتاء -65 درجة مئوية. وبالتالي ، كلما ارتفع الارتفاع ، انخفضت درجة الحرارة. تمر أشعة الشمس بحرية عبر طبقة التروبوسفير ، فتسخن سطح الأرض. يتم الاحتفاظ بالحرارة التي تشعها الشمس بواسطة ثاني أكسيد الكربون والميثان وبخار الماء.

الستراتوسفير

يوجد فوق طبقة التروبوسفير طبقة الستراتوسفير التي يبلغ ارتفاعها 50-55 كم. خصوصية هذه الطبقة هي زيادة درجة الحرارة مع الارتفاع. بين التروبوسفير والستراتوسفير توجد طبقة انتقالية تسمى التروبوبوز.

تبدأ درجة حرارة طبقة الستراتوسفير تقريبًا من ارتفاع 25 كيلومترًا في الزيادة ، وعند بلوغ أقصى ارتفاع يبلغ 50 كيلومترًا ، تكتسب قيمًا تتراوح من +10 إلى +30 درجة مئوية.

يوجد القليل جدًا من بخار الماء في الستراتوسفير. في بعض الأحيان على ارتفاع حوالي 25 كم ، يمكنك العثور على غيوم رقيقة جدًا تسمى "أم اللؤلؤ". في النهار ، لا يمكن ملاحظتها ، لكنها تتوهج في الليل بسبب إضاءة الشمس التي تقع تحت الأفق. تكوين غيوم عرق اللؤلؤ هو قطرات ماء فائقة البرودة. يتكون الستراتوسفير في الغالب من الأوزون.

الميزوسفير

يبلغ ارتفاع طبقة الميزوسفير حوالي 80 كم. هنا ، مع ارتفاعه لأعلى ، تنخفض درجة الحرارة وعند الحد الأعلى تصل قيمته إلى عدة عشرات من C˚ تحت الصفر. في طبقة الميزوسفير ، يمكن أيضًا ملاحظة السحب ، والتي يُفترض أنها تتكون من بلورات الجليد. تسمى هذه الغيوم "فضي". تتميز طبقة الميزوسفير بأبرد درجة حرارة في الغلاف الجوي: من -2 إلى -138 درجة مئوية.

ثيرموسفير

حصلت هذه الطبقة الجوية على اسمها بسبب ارتفاع درجات الحرارة. يتكون الغلاف الحراري من:

الأيونوسفير.

اكسوسفير.

يتميز الأيونوسفير بهواء مخلخل ، يتكون كل سنتيمتر منه على ارتفاع 300 كيلومتر من مليار ذرة وجزيء ، وعلى ارتفاع 600 كيلومتر - أكثر من 100 مليون.

يتميز الأيونوسفير أيضًا بتأين الهواء العالي. تتكون هذه الأيونات من ذرات أكسجين مشحونة وجزيئات مشحونة من ذرات النيتروجين وإلكترونات حرة.

إكزوسفير

تبدأ الطبقة الخارجية من ارتفاع 800-1000 كم. تتحرك جزيئات الغاز ، خاصة الخفيفة منها ، هنا بسرعة كبيرة ، متغلبًا على قوة الجاذبية. هذه الجسيمات ، بسبب حركتها السريعة ، تطير من الغلاف الجوي إلى الفضاء الخارجي وتنتشر. لذلك ، يسمى الغلاف الخارجي مجال التشتت. إن ذرات الهيدروجين في الغالب هي التي تطير في الفضاء ، والتي تشكل أعلى طبقات الغلاف الخارجي. بفضل الجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي العلوي وجزيئات الرياح الشمسية ، يمكننا مراقبة الأضواء الشمالية.

جعلت الأقمار الصناعية والصواريخ الجيوفيزيائية من الممكن إثبات وجود حزام إشعاع الكوكب في الغلاف الجوي العلوي ، والذي يتكون من جسيمات مشحونة كهربائيًا - الإلكترونات والبروتونات.

أعلاه ، تعرفنا على ملامح توزيع متوسط ​​درجة حرارة الهواء بالقرب من سطح الأرض في الشتاء والصيف. يختلف مجال درجة الحرارة في طبقة التروبوسفير بأكملها اختلافًا جوهريًا عن مجال درجة الحرارة بالقرب من سطح الأرض. ومع ذلك ، في الستراتوسفير ، يختلف نظام درجة الحرارة ، لأن ظروف تسخين الهواء هنا تختلف عن ظروف التروبوسفير.

لتسهيل عرض توزيع متوسط ​​درجة حرارة الهواء في جميع أنحاء سماكة طبقة التروبوسفير بأكملها ، وكذلك في الطبقات الكبيرة من الستراتوسفير في جميع أنحاء العالم ، يتم استخدام خرائط التضاريس النسبية. توضح هذه الخرائط الارتفاعات بين الأسطح ذات الضغط الجوي المتساوي (الأسطح متساوية الضغط). هذه المرتفعات ، معبراً عنها بالمتر الجيوبوتيتيكي الخامس، متناسبة مع متوسط ​​درجة حرارة الطبقة بين الأسطح متساوي الضغط المأخوذة. لذلك ، فإن المحولات الموجودة على خرائط الرسم البياني النسبي لشجر الحور الباري (RT) هي أساسًا متساوي الحرارة لمتوسط ​​درجة حرارة الهواء في الطبقة المأخوذة. تتوافق القيمة الصغيرة للجهد الجغرافي مع مناطق البرودة والقيم الكبيرة التي تتوافق مع مناطق الحرارة.

تروبوسفير. يوضح الشكلان 22 و 23 خرائط متوسطة للتضاريس النسبية بين الأسطح 300 و 1000 ميجا بايت(من 300/1000) لشهري يناير ويوليو. لأن السطح 300 ميغابايتيقع بالقرب من المستوى 9 كم،أ 1000 ميغابايت- على سطح الأرض ، ثم تصف الخرائط الواردة هنا متوسط ​​درجة حرارة طبقة الهواء التي يبلغ سمكها حوالي 9 / ساعة ، أي جزء كبير من طبقة التروبوسفير.

دعونا نفكر في بعض ميزات متوسط ​​توزيع درجات الحرارة في طبقة التروبوسفير في شهري يناير ويوليو وفقًا لخرائط التضاريس النسبية. بغض النظر عن الوقت من العام ، وفقًا لظروف تدفق الطاقة الشمسية في القطب الشمالي والقطب الجنوبي ، يكون الهواء أبرد بكثير مما هو عليه في خطوط العرض المنخفضة. لذلك ، يتم توجيه التدرجات الأفقية لدرجة الحرارة في طبقة التروبوسفير بأكملها من خطوط العرض المنخفضة إلى المرتفعة ، وتحتل منطقة واسعة من الحرارة المنطقة الاستوائية. في الشتاء الشمالي (الشكل 22) يتجه إلى حد ما نحو نصف الكرة الجنوبي ، وفي الصيف الشمالي (الشكل 23) - نحو نصف الكرة الشمالي. في الوقت نفسه ، تشير كثافة isohypses إلى أنه في فصل الشتاء ، في كل من نصفي الكرة الأرضية الشمالي والجنوبي ، يكون حجم التدرج الأفقي لدرجة الحرارة أكبر منه في الصيف.

يختلف توزيع متوسط ​​درجات الحرارة في شهري يناير ويوليو في الطبقة السفلى من الغلاف الجوي التي يبلغ طولها 9 كيلومترات إلى حد ما عن توزيع متوسط ​​درجة الحرارة في نفس الأشهر بالقرب من سطح الأرض. لا تُظهر خرائط الطبوغرافيا النسبية بأي شكل من الأشكال الشكل المعقد للغاية للأحجام المتساوية الناتج عن تأثير السطح السفلي ، والذي رأيناه على خرائط درجات الحرارة بالقرب من سطح الأرض (انظر الشكلين 16 و 18). ومع ذلك ، فإن تأثير القارات والمحيطات يمتد إلى طبقة التروبوسفير بأكملها ، والتي تتجلى بوضوح في تكوين الأنماط المتساوية للجهد الجغرافي النسبي ، والتي لا تقع في يناير على طول خطوط العرض ، ولكنها منحنية بشكل كبير. في الوقت نفسه ، توجد الأحواض الباردة فوق القارات المبردة في نصف الكرة الشمالي ، وتقع قمم الحرارة فوق المحيطات الحرارية. يبلغ متوسط ​​درجة حرارة الطبقة التي يبلغ طولها 9 كيلومترات في شهر يناير في المنطقة الاستوائية حوالي 0 درجة ، بينما يبلغ متوسط ​​درجة الحرارة في القطب الشمالي والقارة القطبية الجنوبية -39 درجة و -30 درجة على التوالي.

في تموز (يوليو) ، تساوت درجة الحرارة على طول المتوازيات فوق القارات والمحيطات في نصف الكرة الشمالي تقريبًا. ينعكس هذا في شكل الأنماط المتساوية OT 300/1000 ، والتي تتخذ موقعًا تقريبًا في خط العرض (الشكل 23). يمكن العثور على أجوف صغيرة من البرد فقط فوق الأجزاء الشمالية الباردة نسبيًا من المحيط الأطلسي والمحيط الهادئ. في خطوط العرض المنخفضة فوق أمريكا الشمالية وجنوب آسيا ، نتيجة للتسخين الشديد للكتل الهوائية ، يتم عزل المناطق المغلقة من الحرارة.

يتجاوز متوسط ​​درجة حرارة الطبقة في الصيف في المناطق المدارية 0 درجة ، بينما يصل في القطب الشمالي والقطب الجنوبي إلى -20 درجة و -43 درجة على التوالي.

يمكن العثور على نفس سمات بنية مجال درجة الحرارة في قارات نصف الكرة الجنوبي ، مع الاختلاف الوحيد في أنها أقل وضوحًا هناك بسبب صغر حجم القارات.

الستراتوسفير. في السنوات الأخيرة ، كانت فكرة الستراتوسفير بيئة هادئة مع القليل

الاضطراب وتساوي الحرارة. بالفعل في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي ، لاحظ عدد من المؤلفين أنه بالإضافة إلى انتقال الحرارة المشعة ، يتأثر نظام درجة الحرارة في الستراتوسفير بنقل الهواء الأفقي (التأفق) والعمليات الثابتة لضغط الهواء والتوسع بسبب الحركات الرأسية.

أظهرت عمليات رصد المسبار اللاسلكي والصواريخ خلال السنة الجيوفيزيائية الدولية (IGY) وما بعدها أن درجة الحرارة والرياح في الستراتوسفير تخضع لتغيرات جذرية ليس فقط اعتمادًا على الفصول ، ولكن أيضًا داخل كل منها ، خاصة خلال موسم البرد. أظهرت الدراسات أن مجال درجة الحرارة الموسمية يتم تحديده بشكل أساسي من خلال نقل الحرارة المشعة ، وتغيراته داخل الفصول - عن طريق التأفق وديناميات عمليات الغلاف الجوي.

تعطي خرائط التضاريس النسبية فوق التروبوبوز صورة عامة لتوزيع درجة الحرارة. هنا نقتصر على تقديم خريطتين فقط للتضاريس النسبية التي تمثل مجال درجة الحرارة في الطبقة بين الأسطح متساوية الضغط 10 و 100 ميغابايت ،أي بين ارتفاع 30 و 16 كم،لشهر يناير ويوليو (الشكل 24 و 25).

يتم التعبير عن الاختلافات بين هذه الخرائط والخرائط السابقة (الشكل 22 و 23) ، التي تمثل مجال درجة الحرارة للأشهر نفسها في طبقة التروبوسفير ، في الكثافة غير المتكافئة للعزل وعدم تطابق مراكز البرودة والحرارة. في خرائط يناير (الشكلان 24 و 22) ، في الستراتوسفير ، وكذلك في طبقة التروبوسفير ، يوجد مركز بارد في الشمال ، والذي ، كما أشرنا سابقًا ، تم تفسيره بتبريد الهواء في طبقة الأوزون خلال القطب الشمالي. ليلة. ومع ذلك ، فإن تكوين الأنماط المتساوية (متساوي الحرارة) مختلف ، حيث يتم تحديد درجة حرارة الهواء في طبقة التروبوسفير من خلال تدفق الحرارة من السطح السفلي (القارات الباردة والمحيطات الدافئة) ، وفي الستراتوسفير - عن طريق الامتصاص المباشر للطاقة الشمسية. لذلك ، هنا في شهر يناير ، يوجد مركز بارد في وسط القطب الشمالي ، حيث توجد الليل القطبي. تغطي المنطقة العريضة الثانية من البرد جميع خطوط العرض المنخفضة تقريبًا - حيث يمتد التروبوسفير إلى ارتفاعات من 16 إلى 18 كم،تنخفض درجة حرارة الهواء إلى -70 درجة ، -80 درجة. أكثر دفئًا نسبيًا في الستراتوسفير في خطوط العرض الوسطى من نصف الكرة الشمالي ، نظرًا لأنه فوق التروبوبوز ، عند مستوى 10-11 كم،لا تخضع درجة الحرارة لتغييرات كبيرة مع الارتفاع ، وتبقى في المتوسط ​​في حدود -50 درجة ، -60 درجة.

ومن المثير للاهتمام أنه في الشتاء الشمالي (ديسمبر - فبراير) في الستراتوسفير فوق القطب الجنوبي ، تتشكل مساحة شاسعة من الحرارة ، بسبب تسخين الهواء في طبقة الأوزون خلال النهار القطبي في الصيف الجنوبي.

بحلول يونيو - أغسطس ، يتغير مجال درجة الحرارة في طبقة 16-30 كم (OT 10 100) بشكل كبير (الشكل 25). كما هو الحال في طبقة التروبوسفير ، تتشكل منطقة باردة في الطبقة السفلى من الستراتوسفير فوق خطوط العرض العليا لنصف الكرة الجنوبي ، بسبب تبريد الهواء في طبقة الأوزون أثناء الليل القطبي. في القطب الشمالي في هذا الوقت من العام ، على العكس من ذلك ، تصل درجة حرارة الهواء إلى أعلى قيمها ، والمنطقة الاستوائية ، كما في ديسمبر - فبراير ، مركز بارد.

لاحظ أنه توجد منطقة حرارة في نصفي الكرة الجنوبي بين خطي عرض 20 و 40 درجة ، يشبه حدوثها تكوين نفس المنطقة في نصف الكرة الشمالي في ديسمبر - فبراير. يظهر مركز حرارة صغير آخر فوق آسيا الوسطى بسبب ارتفاع درجة حرارة الهواء فوق الصحاري وسلاسل الجبال.

وبالتالي ، فإن نطاق درجات الحرارة المرتفعة نسبيًا في كلا نصفي الكرة الأرضية في الشتاء هو سمة من سمات النصف السفلي من الستراتوسفير. تبرز على خلفية درجات الحرارة المنخفضة في المنطقة القطبية والمنطقة الاستوائية. في خطوط العرض العالية ، تتشكل منطقة باردة أثناء الليل القطبي بسبب تبريد الهواء في الطبقة 20-30 كمما يصل إلى -65 درجة ، -75 درجة في القطب الشمالي وما يصل إلى -75 درجة ، -80 درجة - في القطب الجنوبي. ترتبط درجات الحرارة المنخفضة في المنطقة الاستوائية بموقع مرتفع من التروبوبوز.

في الوقت نفسه ، تُظهر البيانات المستمدة من سبر الصواريخ في الغلاف الجوي أن مناطق الحرارة المذكورة في الستراتوسفير ، الموجودة في الشتاء في كلا نصفي الكرة الأرضية بين خطي عرض 30 و 50 درجة ، تتجه نحو خطوط العرض المنخفضة مع الارتفاع. وقد انعكس هذا في القسم الرأسي للغلاف الجوي (الشكل 5). على سبيل المثال ، على ارتفاع 30 كمهذه المنطقة الحرارية بالفعل فوق المناطق الاستوائية ، وعلى ارتفاع 40 كمفوق خط الاستواء أكثر دفئًا من بقية نصف الكرة الشتوي. لوحظت أعلى درجات الحرارة (حوالي 5 درجات) عند 50 كمفوق خطوط العرض المنخفضة. في هذا المستوى ، فوق خطوط العرض الوسطى ، يبلغ متوسطها -10 درجات ، -20 درجة ، وفي منطقة القطب تحت -20 درجة.

كما توضح خريطة OT 10/100 (الشكل 24) ، فإن منطقة الحرارة الشتوية المذكورة أعلاه في نصف الكرة الشمالي فوق المحيط الهادئ قد تحولت إلى الشمال ، إلى خطوط عرض 40-60 درجة وعزلت. داخل هذه المنطقة ، تكون درجة حرارة الهواء أعلى بشكل ملحوظ من جميع المناطق الأخرى في نصف الكرة الأرضية.

في نصف الكرة الجنوبي ، لا توجد حتى علامات شذوذ مماثل في درجة الحرارة في الستراتوسفير. هنا ، منطقة الحرارة في الشتاء محدودة بخطوط العرض 20-40 درجة جنوبا. sh. ، ويتم توجيه التدرج الحراري من خطوط العرض العالية نحو المنطقة الاستوائية. يتم تحديد طبيعة مجال درجة الحرارة في نصف الكرة الشمالي بشكل أساسي من خلال ظروف دوران الغلاف الجوي.

في الصيف ، يختلف توزيع درجات الحرارة في الطبقة السفلى من الستراتوسفير بشكل حاد عن توزيع درجات الحرارة في الشتاء (انظر الشكل 25). وفقًا لظروف التبادل الحراري في الصيف وظروف الإشعاع في اليوم القطبي ، يسخن الهواء في نصف الكرة الشمالي لدرجة أن التدرج الأفقي لمتوسط ​​درجة الحرارة في الستراتوسفير

يتم توجيهه من القطب إلى خط الاستواء. كما ترون ، هذا نموذجي لكلا نصفي الكرة الأرضية.

في الستراتوسفير الأوسط ، أي في الطبقة بين الأسطح 10 و 100 ميغابايت ،لا تتغير الصورة بشكل أساسي ، لأن ظروف انتقال الحرارة المشعة في تكوين مجال درجة الحرارة هي نفسها تقريبًا في طبقة الستراتوسفير السفلى والوسطى.

الكوكب الأزرق ...

كان من المفترض أن يظهر هذا الموضوع في موقع واحد من أوائل. بعد كل شيء ، طائرات الهليكوبتر هي طائرات الغلاف الجوي. الغلاف الجوي للأرض- موطنهم ، إذا جاز التعبير :-). أ الخصائص الفيزيائية للهواءما عليك سوى تحديد جودة هذا الموطن :-). إذن هذه واحدة من الأساسيات. والأساس دائمًا مكتوب أولاً. لكنني أدركت هذا الآن. ومع ذلك ، فمن الأفضل ، كما تعلم ، أن تتأخر أكثر من ألا تأتي أبدًا ... دعنا نتطرق إلى هذه المشكلة ، ولكن دون الدخول في البرية والصعوبات غير الضرورية :-).

لذا… الغلاف الجوي للأرض. هذه هي القشرة الغازية لكوكبنا الأزرق. الجميع يعرف هذا الاسم. لماذا اللون الأزرق؟ ببساطة لأن المكون "الأزرق" (وكذلك الأزرق والبنفسجي) من ضوء الشمس (الطيف) منتشر جيدًا في الغلاف الجوي ، وبالتالي تلوينه باللون الأزرق المزرق ، وأحيانًا مع تلميح من اللون البنفسجي (في يوم مشمس ، بالطبع :-)).

تكوين الغلاف الجوي للأرض.

تكوين الغلاف الجوي واسع جدًا. لن أسرد جميع المكونات في النص ، فهناك توضيح جيد لذلك ، فتركيب كل هذه الغازات يكاد يكون ثابتًا ، باستثناء ثاني أكسيد الكربون (CO 2). بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي الغلاف الجوي بالضرورة على الماء على شكل أبخرة أو قطرات معلقة أو بلورات ثلجية. كمية الماء ليست ثابتة وتعتمد على درجة الحرارة وبدرجة أقل على ضغط الهواء. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي الغلاف الجوي للأرض (خاصة الغلاف الحالي) أيضًا على قدر معين ، أود أن أقول "كل أنواع القذارة" :-). هذه هي SO 2 ، NH 3 ، CO ، HCl ، NO ، بالإضافة إلى أبخرة الزئبق Hg. صحيح كل هذا موجود بكميات قليلة الحمد لله :-).

الغلاف الجوي للأرضمن المعتاد التقسيم إلى عدة مناطق تتبع بعضها البعض في الارتفاع فوق السطح.

الأول ، الأقرب إلى الأرض ، هو طبقة التروبوسفير. هذه هي الطبقة الدنيا والأساسية لحياة الأنواع المختلفة. يحتوي على 80٪ من كتلة كل هواء الغلاف الجوي (على الرغم من أنه يشكل من حيث الحجم حوالي 1٪ فقط من الغلاف الجوي بأكمله) وحوالي 90٪ من كل مياه الغلاف الجوي. يأتي الجزء الأكبر من الرياح والسحب والأمطار والثلوج من هناك. تمتد طبقة التروبوسفير إلى ارتفاعات تبلغ حوالي 18 كم في خطوط العرض المدارية وتصل إلى 10 كم في خطوط العرض القطبية. تنخفض درجة حرارة الهواء فيه بارتفاع يقارب 0.65 درجة مئوية لكل 100 متر.

مناطق الغلاف الجوي.

المنطقة الثانية هي الستراتوسفير. يجب أن أقول أن هناك منطقة ضيقة أخرى مميزة بين التروبوسفير والستراتوسفير - التروبوبوز. يوقف انخفاض درجة الحرارة مع الارتفاع. يبلغ متوسط ​​سمك التروبوبوز 1.5-2 كم ، ولكن حدوده غير واضحة وغالبًا ما يتداخل التروبوسفير مع الستراتوسفير.

لذلك يبلغ متوسط ​​ارتفاع الستراتوسفير 12 كم إلى 50 كم. تظل درجة الحرارة فيه حتى 25 كم دون تغيير (حوالي -57 درجة مئوية) ، ثم في مكان ما يصل إلى 40 كم ترتفع إلى حوالي 0 درجة مئوية ويظل كذلك حتى 50 كم دون تغيير. طبقة الستراتوسفير هي جزء هادئ نسبيًا من الغلاف الجوي للأرض. لا يوجد عمليا أي ظروف جوية معاكسة فيه. تقع طبقة الأوزون الشهيرة في الستراتوسفير على ارتفاعات تتراوح من 15 إلى 20 كم إلى 55-60 كم.

يتبع ذلك طبقة حدودية صغيرة ، حيث تظل درجة الحرارة حوالي 0 درجة مئوية ، ثم المنطقة التالية هي الغلاف الجوي. يمتد على ارتفاعات 80-90 كم ، وتنخفض درجة الحرارة فيه إلى حوالي 80 درجة مئوية. في طبقة الميزوسفير ، عادة ما تصبح الشهب الصغيرة مرئية ، والتي تبدأ في التوهج فيها وتحترق هناك.

الفجوة الضيقة التالية هي الميزوبوز وما وراءه منطقة الغلاف الحراري. ارتفاعها يصل إلى 700-800 كم. هنا تبدأ درجة الحرارة في الارتفاع مرة أخرى وعلى ارتفاعات حوالي 300 كم يمكن أن تصل إلى قيم 1200 درجة مئوية. بعد ذلك ، تظل ثابتة. يقع الأيونوسفير داخل الغلاف الحراري على ارتفاع يصل إلى حوالي 400 كيلومتر. هنا ، يتأين الهواء بشدة بسبب التعرض للإشعاع الشمسي وله موصلية كهربائية عالية.

المنطقة التالية ، وبشكل عام ، المنطقة الأخيرة هي الغلاف الخارجي. هذه هي المنطقة المبعثرة المزعومة. هنا ، يوجد بشكل أساسي الهيدروجين والهيليوم النادر جدًا (مع غلبة الهيدروجين). على ارتفاع حوالي 3000 كم ، يمر الغلاف الخارجي في الفراغ القريب من الفضاء.

إنه مثل هذا في مكان ما. لماذا حول؟ لأن هذه الطبقات شرطية نوعًا ما. من الممكن حدوث تغييرات مختلفة في الارتفاع وتكوين الغازات والماء ودرجة الحرارة والتأين وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك ، هناك العديد من المصطلحات التي تحدد بنية وحالة الغلاف الجوي للأرض.

على سبيل المثال Homosphere و heterosphere. في الحالة الأولى ، تختلط غازات الغلاف الجوي جيدًا ويكون تركيبها متجانسًا تمامًا. يقع الثاني فوق الأول ولا يوجد عملياً مثل هذا الاختلاط هناك. يتم فصل الغازات عن طريق الجاذبية. الحد الفاصل بين هذه الطبقات يقع على ارتفاع 120 كم ويسمى تربوباس.

لننتهي من المصطلحات ، لكنني سأضيف بالتأكيد أنه من المقبول تقليديًا أن حدود الغلاف الجوي تقع على ارتفاع 100 كيلومتر فوق مستوى سطح البحر. هذه الحدود تسمى خط كرمان.

سأضيف صورتين أخريين لتوضيح بنية الغلاف الجوي. الأول ، مع ذلك ، باللغة الألمانية ، لكنه كامل وسهل بما يكفي لفهم :-). يمكن تكبيره ودراسته جيدًا. يوضح الثاني التغير في درجة حرارة الغلاف الجوي مع الارتفاع.

هيكل الغلاف الجوي للأرض.

تغير في درجة حرارة الهواء مع الارتفاع.

المركبات الفضائية المدارية المأهولة الحديثة تطير على ارتفاعات تتراوح بين 300 و 400 كيلومتر. ومع ذلك ، لم يعد هذا هو الطيران ، على الرغم من أن المنطقة ، بالطبع ، مرتبطة ارتباطًا وثيقًا إلى حد ما ، وسوف نتحدث عنها بالتأكيد مرة أخرى :-).

منطقة الطيران هي طبقة التروبوسفير. يمكن للطائرات الحديثة في الغلاف الجوي أيضًا الطيران في الطبقات السفلى من الستراتوسفير. على سبيل المثال ، يبلغ السقف العملي لـ MIG-25RB 23000 متر.

رحلة في الستراتوسفير.

وبالضبط الخصائص الفيزيائية للهواءتحدد التروبوسفير كيف ستكون الرحلة ، ومدى فعالية نظام التحكم في الطائرة ، وكيف ستؤثر الاضطرابات في الغلاف الجوي عليها ، وكيف ستعمل المحركات.

الملكية الرئيسية الأولى هي درجة حرارة الهواء. في ديناميكيات الغاز ، يمكن تحديده على مقياس سلزيوس أو مقياس كلفن.

درجة حرارة t1على ارتفاع معين حعلى مقياس مئوية يتم تحديده:

ر 1 \ u003d ر - 6.5N، أين رهي درجة حرارة الهواء على الأرض.

تسمى درجة الحرارة على مقياس كلفن درجة الحرارة المطلقةالصفر على هذا المقياس هو الصفر المطلق. عند الصفر المطلق ، تتوقف الحركة الحرارية للجزيئات. يتوافق الصفر المطلق على مقياس كلفن مع -273 درجة على مقياس سلزيوس.

تبعا لذلك ، درجة الحرارة تيعلى ارتفاع حعلى مقياس كلفن يتم تحديده:

T \ u003d 273K + t - 6.5H

ضغط جوي. يقاس الضغط الجوي بالباسكال (N / m 2) ، في النظام القديم للقياس في الغلاف الجوي (atm.). يوجد أيضًا شيء مثل الضغط الجوي. هذا هو الضغط المقاس بالمليمترات من الزئبق باستخدام مقياس الزئبق. الضغط البارومتري (الضغط عند مستوى سطح البحر) يساوي 760 مم زئبق. فن. يسمى المعيار. في الفيزياء ، 1 أجهزة الصراف الآلي. فقط يساوي 760 ملم زئبق.

كثافة الهواء. في الديناميكا الهوائية ، المفهوم الأكثر شيوعًا هو كثافة كتلة الهواء. هذه هي كتلة الهواء في 1 م 3 من الحجم. تتغير كثافة الهواء مع الارتفاع ، فيصبح الهواء أرق.

رطوبة الجو. يظهر كمية الماء في الهواء. هناك مفهوم " الرطوبة النسبية". هذه هي نسبة كتلة بخار الماء إلى أقصى حد ممكن عند درجة حرارة معينة. يمكن أن يوجد مفهوم 0٪ ، أي عندما يكون الهواء جافًا تمامًا ، بشكل عام في المختبر فقط. من ناحية أخرى ، فإن الرطوبة بنسبة 100٪ حقيقية تمامًا. هذا يعني أن الهواء قد امتص كل الماء الذي يمكنه امتصاصه. شيء من هذا القبيل تماما "الإسفنج الكامل". تقلل الرطوبة النسبية العالية من كثافة الهواء ، بينما تزيد الرطوبة النسبية المنخفضة وفقًا لذلك.

نظرًا لحقيقة أن رحلات الطائرات تتم في ظل ظروف جوية مختلفة ، فقد تختلف معايير الرحلة والديناميكية الهوائية في وضع طيران واحد. لذلك ، من أجل التقييم الصحيح لهذه المعلمات ، قدمنا الغلاف الجوي القياسي الدولي (ISA). يظهر التغير في حالة الهواء مع الارتفاع في الارتفاع.

تؤخذ المعلمات الرئيسية لحالة الهواء عند صفر رطوبة على النحو التالي:

الضغط P = 760 مم زئبق. فن. (101.3 كيلو باسكال) ؛

درجة الحرارة ر = + 15 درجة مئوية (288 كلفن) ؛

كثافة الكتلة ρ \ u003d 1.225 كجم / م 3 ؛

بالنسبة لـ ISA ، من المفترض (كما ذكر أعلاه :-)) أن درجة الحرارة تنخفض في طبقة التروبوسفير بمقدار 0.65 درجة مئوية لكل 100 متر من الارتفاع.

الغلاف الجوي القياسي (مثال يصل إلى 10000 م).

تُستخدم جداول ISA لمعايرة الأدوات ، بالإضافة إلى الحسابات الملاحية والهندسية.

الخصائص الفيزيائية للهواءتشمل أيضًا مفاهيم مثل الخمول واللزوجة والانضغاط.

القصور الذاتي هو خاصية للهواء تميز قدرته على مقاومة التغيرات في حالة الراحة أو الحركة المستقيمة المنتظمة. . مقياس القصور الذاتي هو كثافة كتلة الهواء. وكلما زاد ارتفاعه ، زادت قوة القصور الذاتي وسحب الوسط عندما تتحرك الطائرة فيه.

اللزوجة. يحدد مقاومة الاحتكاك ضد الهواء أثناء تحرك الطائرة.

يقيس الانضغاط التغير في كثافة الهواء مع تغير الضغط. عند السرعات المنخفضة للطائرة (حتى 450 كم / ساعة) ، لا يوجد تغيير في الضغط عندما يتدفق تدفق الهواء حولها ، ولكن عند السرعات العالية ، يبدأ تأثير الانضغاط في الظهور. تأثيره على الأسرع من الصوت واضح بشكل خاص. هذا مجال منفصل للديناميكا الهوائية وموضوع لمقال منفصل :-).

حسنًا ، يبدو أن هذا كل شيء في الوقت الحالي ... حان الوقت لإنهاء هذا التعداد الممل بعض الشيء ، والذي ، مع ذلك ، لا يمكن الاستغناء عنه :-). الغلاف الجوي للأرض، معلماته ، الخصائص الفيزيائية للهواءلا تقل أهمية عن معلمات الجهاز نفسه بالنسبة للطائرة ، وكان من المستحيل عدم ذكرها.

في الوقت الحالي وحتى الاجتماعات القادمة والمواضيع الأكثر إثارة للاهتمام 🙂 ...

ملاحظة. للحلوى ، أقترح مشاهدة مقطع فيديو تم تصويره من قمرة القيادة لتوأم MIG-25PU أثناء رحلته إلى طبقة الستراتوسفير. تم تصويره ، على ما يبدو ، بواسطة سائح لديه أموال لمثل هذه الرحلات :-). تم تصويره في الغالب من خلال الزجاج الأمامي. لاحظ لون السماء ...