هيكل الغلاف الجوي

الغلاف الجوي(من اليونانية الأخرى ἀτμός - البخار و σφαῖρα - الكرة) - قشرة غازية (الغلاف الأرضي) تحيط بكوكب الأرض. يغطي سطحه الداخلي الغلاف المائي وجزئيًا قشرة الأرض ، بينما يحد سطحه الخارجي الجزء القريب من الأرض من الفضاء الخارجي.

الخصائص الفيزيائية

تبلغ سماكة الغلاف الجوي حوالي 120 كم من سطح الأرض. الكتلة الكلية للهواء في الغلاف الجوي هي (5.1-5.3) 10 18 كجم. من بين هؤلاء ، كتلة الهواء الجاف هي (5.1352 ± 0.0003) 10 18 كجم ، ويبلغ متوسط ​​كتلة بخار الماء 1.27 10 16 كجم.

الكتلة المولية للهواء الجاف النظيف هي 28.966 جم / مول ، وكثافة الهواء بالقرب من سطح البحر حوالي 1.2 كجم / م 3. الضغط عند 0 درجة مئوية عند مستوى سطح البحر هو 101.325 كيلوباسكال ؛ درجة الحرارة الحرجة - -140.7 درجة مئوية ؛ الضغط الحرج - 3.7 ميجا باسكال ؛ C ع عند 0 درجة مئوية - 1.0048 10 3 J / (كجم · K) ، C v - 0.7159 10 3 J / (كجم · K) (عند 0 درجة مئوية). ذوبان الهواء في الماء (بالكتلة) عند 0 درجة مئوية - 0.0036٪ ، عند 25 درجة مئوية - 0.0023٪.

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

هيكل الغلاف الجوي

الغلاف الجوي له هيكل متعدد الطبقات. تختلف طبقات الغلاف الجوي عن بعضها البعض في درجة حرارة الهواء وكثافته وكمية بخار الماء في الهواء وخصائص أخرى.

تروبوسفير(اليونانية القديمة τρόπος - "انعطف" و "تغيير" و σφαῖρα - "كرة") - الطبقة السفلية من الغلاف الجوي الأكثر دراسة ، بارتفاع 8-10 كم في المناطق القطبية ، حتى 10-12 كم في خطوط العرض المعتدلة ، عند خط الاستواء - 16-18 كم.

عند الارتفاع في طبقة التروبوسفير ، تنخفض درجة الحرارة بمعدل 0.65 كلفن كل 100 م وتصل إلى 180-220 كلفن في الجزء العلوي. تسمى هذه الطبقة العليا من طبقة التروبوسفير ، التي ينخفض ​​فيها درجة الحرارة مع توقفات الارتفاع ، بطبقة التروبوبوز. الطبقة التالية من الغلاف الجوي فوق طبقة التروبوسفير تسمى الستراتوسفير.

يتركز أكثر من 80٪ من الكتلة الكلية للهواء الجوي في طبقة التروبوسفير ، والاضطراب والحمل الحراري متطوران بدرجة عالية ، ويتركز الجزء السائد من بخار الماء ، وتنشأ السحب ، وتتشكل الجبهات الجوية أيضًا ، وتتطور الأعاصير والأعاصير المضادة ، بالإضافة إلى عوامل أخرى العمليات التي تحدد الطقس والمناخ. ترجع العمليات التي تحدث في طبقة التروبوسفير أساسًا إلى الحمل الحراري.

يسمى الجزء من طبقة التروبوسفير الذي يمكن أن تتشكل فيه الأنهار الجليدية على سطح الأرض بغلاف التشيونوسفير.

تروبوبوز(من اليونانية τροπος - turn، change and παῦσις - stop، cessation) - طبقة الغلاف الجوي التي يتوقف فيها انخفاض درجة الحرارة مع الارتفاع ؛ طبقة انتقالية من طبقة التروبوسفير إلى طبقة الستراتوسفير. في الغلاف الجوي للأرض ، يقع التروبوبوز على ارتفاعات من 8-12 كم (فوق مستوى سطح البحر) في المناطق القطبية وما يصل إلى 16-18 كم فوق خط الاستواء. يعتمد ارتفاع التروبوبوز أيضًا على الوقت من العام (يكون التروبوبوز أعلى في الصيف منه في الشتاء) والنشاط الإعصاري (يكون أقل في الأعاصير وأعلى في الأعاصير المضادة)

يتراوح سمك التروبوبوز من عدة مئات من الأمتار إلى 2-3 كيلومترات. في المناطق شبه الاستوائية ، لوحظ تمزق التروبوبوز بسبب التيارات النفاثة القوية. غالبًا ما يتم تدمير التروبوبوز فوق مناطق معينة وإعادة تشكيلها.

الستراتوسفير(من الطبقة اللاتينية - الأرضيات ، الطبقة) - طبقة من الغلاف الجوي ، تقع على ارتفاع 11 إلى 50 كم. تغيير طفيف في درجة الحرارة في طبقة 11-25 كم (الطبقة السفلية من الستراتوسفير) وزيادتها في طبقة 25-40 كم من -56.5 إلى 0.8 درجة مئوية (طبقة الستراتوسفير العليا أو منطقة الانقلاب) نموذجي. 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 الستراتوبوز وهي الحد الفاصل بين طبقة الستراتوسفير والميزوسفير. كثافة الهواء في الستراتوسفير أقل بعشرات ومئات المرات من مستوى سطح البحر.

تقع طبقة الأوزون ("طبقة الأوزون") في الستراتوسفير (على ارتفاع 15-20 إلى 55-60 كم) ، وهو ما يحدد الحد الأعلى للحياة في المحيط الحيوي. يتكون الأوزون (O 3) نتيجة التفاعلات الكيميائية الضوئية بشكل مكثف على ارتفاع حوالي 30 كم. الكتلة الكلية لـ O 3 عند الضغط الطبيعي ستكون طبقة بسمك 1.7-4.0 مم ، لكن حتى هذا يكفي لامتصاص الأشعة فوق البنفسجية الشمسية التي تضر بالحياة. يحدث تدمير O 3 عندما يتفاعل مع الجذور الحرة ، NO ، المركبات المحتوية على الهالوجين (بما في ذلك "الفريونات").

يتم الاحتفاظ بمعظم جزء الطول الموجي القصير من الأشعة فوق البنفسجية (180-200 نانومتر) في طبقة الستراتوسفير ويتم تحويل طاقة الموجات القصيرة. تحت تأثير هذه الأشعة ، تتغير المجالات المغناطيسية ، وتتفكك الجزيئات ، ويحدث التأين ، وتشكيل جديد للغازات والمركبات الكيميائية الأخرى. يمكن ملاحظة هذه العمليات في شكل الأضواء الشمالية والبرق والتوهجات الأخرى.

في طبقة الستراتوسفير والطبقات العليا ، وتحت تأثير الإشعاع الشمسي ، تتفكك جزيئات الغاز - إلى ذرات (فوق 80 كم ، يتفكك ثاني أكسيد الكربون و H 2 ، فوق 150 كم - O 2 ، فوق 300 كم - N 2). على ارتفاع 200-500 كم ، يحدث تأين الغازات أيضًا في طبقة الأيونوسفير ؛ على ارتفاع 320 كم ، يكون تركيز الجسيمات المشحونة (O + 2 ، O - 2 ، N + 2) حوالي 1/300 من تركيز الجسيمات المحايدة. توجد في الطبقات العليا من الغلاف الجوي الجذور الحرة - OH ، HO 2 ، إلخ.

يكاد لا يوجد بخار ماء في الستراتوسفير.

بدأت الرحلات الجوية إلى الستراتوسفير في الثلاثينيات. الرحلة على أول منطاد الستراتوسفير (FNRS-1) ، التي قام بها أوغست بيكار وبول كيبفر في 27 مايو 1931 على ارتفاع 16.2 كم ، معروفة على نطاق واسع. تحلق الطائرات القتالية الحديثة والطائرات التجارية الأسرع من الصوت في الستراتوسفير على ارتفاعات تصل عمومًا إلى 20 كم (على الرغم من أن السقف الديناميكي يمكن أن يكون أعلى من ذلك بكثير). ترتفع بالونات الطقس على ارتفاعات عالية حتى 40 كم ؛ سجل منطاد غير مأهول 51.8 كم.

في الآونة الأخيرة ، في الدوائر العسكرية للولايات المتحدة ، تم إيلاء الكثير من الاهتمام لتطوير طبقات الستراتوسفير فوق 20 كم ، والتي تسمى غالبًا "ما قبل الفضاء" (Eng. « قرب الفضاء» ). من المفترض أن الطائرات بدون طيار والطائرات التي تعمل بالطاقة الشمسية (مثل ناسا باثفايندر) ستكون قادرة على البقاء على ارتفاع حوالي 30 كم لفترة طويلة وتوفير المراقبة والاتصال لمناطق كبيرة جدًا ، بينما تظل عرضة لأنظمة الدفاع الجوي ؛ ستكون هذه الأجهزة أرخص بكثير من الأقمار الصناعية.

ستراتوبوز- طبقة الغلاف الجوي ، وهي الحد الفاصل بين طبقتين ، الستراتوسفير والميزوسفير. في الستراتوسفير ، ترتفع درجة الحرارة مع الارتفاع ، والستراتوبوز هي الطبقة التي تصل فيها درجة الحرارة إلى الحد الأقصى. تبلغ درجة حرارة الستراتوبوز حوالي 0 درجة مئوية.

تُلاحظ هذه الظاهرة ليس فقط على الأرض ، ولكن أيضًا على الكواكب الأخرى ذات الغلاف الجوي.

على الأرض ، تقع طبقة الستراتوبوز على ارتفاع 50-55 كم فوق مستوى سطح البحر. الضغط الجوي حوالي 1/1000 من الضغط عند مستوى سطح البحر.

الميزوسفير(من اليونانية μεσο- - "وسط" و σφαῖρα - "كرة" ، "كرة") - طبقة الغلاف الجوي على ارتفاعات من 40-50 إلى 80-90 كم. يتميز بارتفاع درجة الحرارة مع الارتفاع ؛ تقع درجة الحرارة القصوى (حوالي +50 درجة مئوية) على ارتفاع حوالي 60 كم ، وبعد ذلك تبدأ درجة الحرارة في الانخفاض إلى -70 درجة أو -80 درجة مئوية. يرتبط هذا الانخفاض في درجة الحرارة بالامتصاص النشط للإشعاع الشمسي (الإشعاع) بواسطة الأوزون. تم اعتماد المصطلح من قبل الاتحاد الجغرافي والجيوفيزيائي في عام 1951.

إن تركيبة الغاز في الغلاف الجوي ، وكذلك تلك الموجودة في طبقات الغلاف الجوي السفلية ، ثابتة وتحتوي على حوالي 80٪ نيتروجين و 20٪ أكسجين.

يتم فصل طبقة الميزوسفير عن طبقة الستراتوسفير الأساسية بواسطة طبقة الستراتوبوز ، وعن الغلاف الحراري العلوي بفعل فترة الميزوبوز. يتزامن انقطاع الميزوب بشكل أساسي مع انقطاع التيار المتردد.

تبدأ النيازك في التوهج ، وكقاعدة عامة ، تحترق تمامًا في الغلاف الجوي.

قد تظهر غيوم ليلية في الغلاف الجوي.

بالنسبة للرحلات الجوية ، فإن الغلاف الجوي هو نوع من "المنطقة الميتة" - الهواء هنا مخلخل جدًا بحيث لا يدعم الطائرات أو البالونات (على ارتفاع 50 كم ، تكون كثافة الهواء أقل 1000 مرة من مستوى سطح البحر) ، وفي نفس الوقت الوقت كثيف للغاية بالنسبة للرحلات الجوية الاصطناعية ، والأقمار الصناعية في مثل هذا المدار المنخفض. يتم إجراء الدراسات المباشرة للغلاف الجوي الأوسط بمساعدة صواريخ الأرصاد الجوية شبه المدارية ؛ بشكل عام ، تمت دراسة طبقة الميزوسفير بشكل أسوأ من طبقات الغلاف الجوي الأخرى ، والتي أطلق عليها العلماء اسم "الغلاف الجهل".

الميزوبوس

الميزوبوسطبقة الغلاف الجوي التي تفصل بين الغلاف الجوي والغلاف الحراري. على الأرض ، تقع على ارتفاع 80-90 كم فوق مستوى سطح البحر. في فترة اليأس ، هناك حد أدنى لدرجة الحرارة ، وهو حوالي -100 درجة مئوية. أدناه (بدءًا من ارتفاع حوالي 50 كم) تنخفض درجة الحرارة مع الارتفاع ، فوق (حتى ارتفاع حوالي 400 كم) ترتفع مرة أخرى. يتزامن الميزوبوز مع الحد الأدنى لمنطقة الامتصاص النشط للأشعة السينية وأقصر طول موجي للأشعة فوق البنفسجية للشمس. لوحظت السحب الفضية على هذا الارتفاع.

إن فترة الميزوب موجودة ليس فقط على الأرض ، ولكن أيضًا على الكواكب الأخرى ذات الغلاف الجوي.

خط كرمان- الارتفاع فوق مستوى سطح البحر ، وهو مقبول تقليديًا باعتباره الحد الفاصل بين الغلاف الجوي للأرض والفضاء.

على النحو المحدد من قبل الاتحاد الدولي للطيران (FAI) ، يقع خط كارمان على ارتفاع 100 كيلومتر فوق مستوى سطح البحر.

سمي الارتفاع على اسم تيودور فون كارمان ، العالم الأمريكي من أصل مجري. كان أول من قرر أنه عند هذا الارتفاع ، يصبح الغلاف الجوي متخلخًا جدًا لدرجة أن الطيران يصبح مستحيلًا ، لأن سرعة الطائرة ، اللازمة لخلق قوة رفع كافية ، تصبح أكبر من السرعة الكونية الأولى ، وبالتالي ، لتحقيق ارتفاعات أعلى ، من الضروري استخدام وسائل الملاحة الفضائية.

يستمر الغلاف الجوي للأرض بعد خط كرمان. يمتد الجزء الخارجي من الغلاف الجوي للأرض ، الغلاف الخارجي ، على ارتفاع 10000 كيلومتر أو أكثر ، في مثل هذا الارتفاع ، يتكون الغلاف الجوي بشكل أساسي من ذرات الهيدروجين التي يمكن أن تغادر الغلاف الجوي.

كان الوصول إلى خط كرمان هو الشرط الأول للحصول على جائزة أنصاري إكس ، لأن هذا هو الأساس للاعتراف بالرحلة على أنها رحلة فضائية.

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 الاتصال بالفضاء 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 من خلال النقر فوق.

الغلاف الجوي له طبقات مميزة من الهواء. تختلف طبقات الهواء في درجات 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 ، تعمل الأرض المسخنة والماء على تسخين 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 السطحيةلأنه 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 م ، ويعتبر التبادل الحراري المشع هو التأثير الرئيسي للطاقة هنا. العمليات الكيميائية الضوئية المعقدة التي تنطوي على الجذور الحرة (لها 1 أو 2 إلكترون غير متزاوج) منذ ذلك الحين ينفذونها يشعالغلاف الجوي.

تحترق جميع النيازك تقريبًا في الغلاف الجوي المتوسط. 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 النصف الشمالي من الكرة الأرضية ووقفت وظهرك للريح ، فستكون منطقة الضغط المرتفع على اليمين ، والضغط المنخفض على اليسار. في النصف الجنوبي من الكرة الأرضية ، 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 كابينة 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 كبير جدًا. لذلك ، على سبيل المثال ، بفضل طبقات الهواء الكثيفة - التروبوسفير والستراتوسفير ، يتمتع الناس بالحماية 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 للإنسان ، 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 بين وتقلبات درجات الحرارة 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. مؤشرات متوسط ​​درجة حرارة الهواء السنوية فوق خط الاستواء قريبة 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 التبريد. يتكون الستراتوسفير في الغالب من الأوزون.

الميزوسفير

يبلغ ارتفاع طبقة الميزوسفير حوالي 80 كم. هنا ، مع ارتفاعه لأعلى ، تنخفض درجة الحرارة وعند الحد العلوي تصل قيمته إلى عدة عشرات من C˚ تحت الصفر. يمكن أيضًا ملاحظة السحب في طبقة الميزوسفير ، والتي يُفترض أنها تتكون من بلورات الجليد. تسمى هذه الغيوم "فضي". يتميز الغلاف الجوي 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 الوجود في الغلاف الجوي العلوي لحزام إشعاع الكوكب ، والذي يتكون من جسيمات مشحونة كهربائيًا - الإلكترونات والبروتونات.

تروبوسفير

حده الأعلى عند ارتفاع 8-10 كيلومترات في القطب الشمالي ، 10-12 كيلومتر في المناطق المعتدلة و16-18 كيلومتر في خطوط العرض الاستوائية ؛ أقل في الشتاء مما كانت عليه في الصيف. تحتوي الطبقة السفلية الرئيسية من الغلاف الجوي على أكثر من 80٪ من الكتلة الكلية للهواء الجوي وحوالي 90٪ من كل بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي. في طبقة التروبوسفير ، يتم تطوير الاضطراب والحمل الحراري بشكل كبير ، وتظهر السحب ، وتتطور الأعاصير والأعاصير المضادة. تنخفض درجة الحرارة مع الارتفاع بمتوسط ​​تدرج رأسي يبلغ 0.65 درجة / 100 متر

تروبوبوز

الطبقة الانتقالية من طبقة التروبوسفير إلى الستراتوسفير ، طبقة الغلاف الجوي التي يتوقف فيها انخفاض درجة الحرارة مع الارتفاع.

الستراتوسفير

طبقة الغلاف الجوي تقع على ارتفاع 11 إلى 50 كم. تغيير طفيف في درجة الحرارة في طبقة 11-25 كم (الطبقة السفلية من الستراتوسفير) وزيادتها في طبقة 25-40 كم من -56.5 إلى 0.8 درجة مئوية (طبقة الستراتوسفير العليا أو منطقة الانقلاب) نموذجي. 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 الستراتوبوز وهي الحد الفاصل بين طبقة الستراتوسفير والميزوسفير.

ستراتوبوز

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

الميزوسفير

يبدأ الغلاف الجوي المتوسط ​​على ارتفاع 50 كم ويمتد حتى 80-90 كم. تنخفض درجة الحرارة مع الارتفاع بمتوسط ​​تدرج عمودي (0.25-0.3) درجة / 100 م ، وعملية الطاقة الرئيسية هي نقل الحرارة بالإشعاع. تتسبب العمليات الكيميائية الضوئية المعقدة التي تشتمل على الجذور الحرة والجزيئات المهتزة بالاهتزاز وما إلى ذلك في تلألؤ 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. يقع خط كرمانا على ارتفاع 100 كم فوق مستوى سطح البحر.

حدود الغلاف الجوي للأرض

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. تحت تأثير الإشعاع الشمسي فوق البنفسجي والأشعة السينية والإشعاع الكوني ، يتأين الهواء ("الأضواء القطبية") - تقع المناطق الرئيسية من الأيونوسفير داخل الغلاف الحراري. على ارتفاعات تزيد عن 300 كم ، يسود الأكسجين الذري. يتم تحديد الحد الأعلى للغلاف الحراري إلى حد كبير من خلال النشاط الحالي للشمس. خلال فترات النشاط المنخفض ، هناك انخفاض ملحوظ في حجم هذه الطبقة.

ثيرموبوز

منطقة الغلاف الجوي فوق الغلاف الحراري. في هذه المنطقة ، يكون امتصاص الإشعاع الشمسي ضئيلًا ولا تتغير درجة الحرارة في الواقع مع الارتفاع.

إكزوسفير (كرة نثرية)

طبقات الغلاف الجوي حتى ارتفاع 120 كم

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

حتى ارتفاع 100 كم ، الغلاف الجوي عبارة عن خليط متجانس ومختلط 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 ~ 150 درجة مئوية. فوق 200 كم ، لوحظت تقلبات كبيرة في درجة الحرارة وكثافة الغاز في الزمان والمكان.

على ارتفاع حوالي 2000-3500 كم ، يمر الغلاف الخارجي تدريجيًا إلى ما يسمى بالفراغ القريب من الفضاء ، المليء 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 شديدة التخلخل ، يخترق الإشعاع الكهرومغناطيسي والجسدي 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 الحديث والغلاف الأيوني. يُعتقد حاليًا أن الغلاف الجوي يمتد على ارتفاع 2000-3000 كم.

اعتمادًا على تكوين الغاز في الغلاف الجوي ، يتم تمييز الغلاف الجوي والغلاف الجوي. الغلاف المغاير هو 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 الغلاف المتجانس. تسمى الحدود بين هذه الطبقات بالتوربوبوس وتقع على ارتفاع حوالي 120 كم.