Apa nama lapisan pelindung atmosfer? Lapisan atmosfer

16.10.2019 -

Dunia sekitarnya terbentuk dari tiga yang sangat bagian yang berbeda: tanah, air dan udara. Masing-masing dari mereka unik dan menarik dengan caranya sendiri. Sekarang kita hanya akan berbicara tentang yang terakhir dari mereka. Apa itu atmosfer? Bagaimana itu terjadi? Terbuat dari apa dan dibagi menjadi bagian apa? Semua pertanyaan ini sangat menarik.

Nama "atmosfer" terbentuk dari dua kata yang berasal dari bahasa Yunani, diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia, yang berarti "uap" dan "bola". Dan jika Anda melihat definisi yang tepat, maka Anda dapat membaca yang berikut: "Atmosfer adalah cangkang udara planet Bumi, yang mengalir bersamanya di luar angkasa." Ini berkembang secara paralel dengan proses geologis dan geokimia yang terjadi di planet ini. Dan hari ini semua proses yang terjadi pada organisme hidup bergantung padanya. Tanpa atmosfer, planet ini akan menjadi gurun tak bernyawa seperti bulan.

Terdiri dari apa?

Pertanyaan tentang apa itu atmosfer dan elemen apa yang dikandungnya telah lama menarik minat orang. Komponen utama cangkang ini sudah dikenal pada tahun 1774. Mereka dipasang oleh Antoine Lavoisier. Ia menemukan bahwa komposisi atmosfer sebagian besar terbentuk dari nitrogen dan oksigen. Seiring waktu, komponennya telah disempurnakan. Dan sekarang kita tahu bahwa itu mengandung lebih banyak gas, serta air dan debu.

Mari kita pertimbangkan secara lebih rinci apa yang terdiri dari atmosfer Bumi di dekat permukaannya. Gas yang paling umum adalah nitrogen. Ini mengandung sedikit lebih dari 78 persen. Tetapi, meskipun jumlahnya sangat besar, nitrogen di udara praktis tidak aktif.

Unsur terbesar dan terpenting berikutnya adalah oksigen. Gas ini mengandung hampir 21%, dan hanya menunjukkan aktivitas yang sangat tinggi. Fungsi spesifiknya adalah untuk mengoksidasi bahan organik mati, yang terurai sebagai akibat dari reaksi ini.

Gas rendah tapi penting

Gas ketiga yang merupakan bagian dari atmosfer adalah argon. Ini sedikit kurang dari satu persen. Diikuti oleh karbon dioksida dengan neon, helium dengan metana, kripton dengan hidrogen, xenon, ozon dan bahkan amonia. Tetapi mereka terkandung sangat sedikit sehingga persentase komponen tersebut sama dengan seperseratus, seperseribu dan sepersejuta. Dari jumlah tersebut, hanya karbon dioksida yang memainkan peran penting, karena merupakan bahan bangunan yang dibutuhkan tanaman untuk fotosintesis. Fungsi penting lainnya adalah untuk menahan radiasi dan menyerap sebagian panas matahari.

Gas lain yang langka namun penting, ozon, ada untuk menjebak radiasi ultraviolet yang berasal dari matahari. Berkat properti ini, semua kehidupan di planet ini dilindungi dengan andal. Di sisi lain, ozon mempengaruhi suhu stratosfer. Karena fakta bahwa ia menyerap radiasi ini, udara menjadi panas.

Keteguhan komposisi kuantitatif atmosfer dipertahankan dengan pencampuran tanpa henti. Lapisannya bergerak baik secara horizontal maupun vertikal. Oleh karena itu, di manapun di dunia ini terdapat cukup oksigen dan tidak ada kelebihan karbon dioksida.

Apa lagi yang ada di udara?

Perlu dicatat bahwa uap dan debu dapat dideteksi di wilayah udara. Yang terakhir terdiri dari serbuk sari dan partikel tanah, di kota mereka bergabung dengan kotoran emisi partikulat dari gas buang.

Tapi ada banyak air di atmosfer. Dalam kondisi tertentu, itu mengembun, dan awan dan kabut muncul. Sebenarnya, ini adalah hal yang sama, hanya yang pertama muncul tinggi di atas permukaan bumi, dan yang terakhir menyebar di sepanjang itu. Awan mengambil berbagai bentuk yang berbeda. Proses ini tergantung pada ketinggian di atas Bumi.

Jika terbentuk 2 km di atas daratan, maka disebut berlapis. Dari merekalah hujan turun ke tanah atau salju turun. Awan cumulus terbentuk di atasnya hingga ketinggian 8 km. Mereka selalu yang paling indah dan indah. Merekalah yang diperiksa dan bertanya-tanya seperti apa rupa mereka. Jika formasi seperti itu muncul dalam 10 km ke depan, mereka akan sangat ringan dan lapang. Nama mereka adalah cirrus.

Apa saja lapisan atmosfer?

Meskipun mereka memiliki suhu yang sangat berbeda satu sama lain, sangat sulit untuk mengatakan pada ketinggian berapa satu lapisan dimulai dan lapisan lainnya berakhir. Pembagian ini sangat bersyarat dan bersifat perkiraan. Namun demikian, lapisan-lapisan atmosfer tetap ada dan menjalankan fungsinya.

Bagian terendah dari cangkang udara disebut troposfer. Ketebalannya meningkat ketika bergerak dari kutub ke khatulistiwa dari 8 hingga 18 km. Ini adalah bagian terhangat dari atmosfer, karena udara di dalamnya dipanaskan dari permukaan bumi. Sebagian besar uap air terkonsentrasi di troposfer, sehingga awan terbentuk di dalamnya, curah hujan turun, badai petir bergemuruh, dan angin bertiup.

Lapisan berikutnya tebalnya sekitar 40 km dan disebut stratosfer. Jika pengamat bergerak ke bagian udara ini, ia akan menemukan bahwa langit telah menjadi ungu. Ini karena kepadatan zat yang rendah, yang praktis tidak menghamburkan sinar matahari. Di lapisan inilah pesawat jet terbang. Bagi mereka, semua ruang terbuka terbuka di sana, karena praktis tidak ada awan. Di dalam stratosfer ada lapisan yang terdiri dari sejumlah besar ozon.

Diikuti oleh stratopause dan mesosfer. Yang terakhir ini memiliki ketebalan sekitar 30 km. Ini ditandai dengan penurunan tajam dalam kepadatan dan suhu udara. Langit tampak hitam bagi pengamat. Di sini Anda bahkan dapat melihat bintang di siang hari.

Lapisan dengan sedikit atau tanpa udara

Struktur atmosfer berlanjut dengan lapisan yang disebut termosfer - yang terpanjang dari semua yang lain, ketebalannya mencapai 400 km. Lapisan ini ditandai dengan suhu yang sangat besar, yang bisa mencapai 1700 °C.

Dua bola terakhir sering digabungkan menjadi satu dan menyebutnya ionosfer. Ini disebabkan oleh fakta bahwa reaksi terjadi di dalamnya dengan pelepasan ion. Lapisan inilah yang memungkinkan Anda untuk mengamati fenomena alam seperti cahaya utara.

50 km berikutnya dari Bumi dicadangkan untuk eksosfer. Ini adalah kulit terluar dari atmosfer. Di dalamnya, partikel udara tersebar ke luar angkasa. Satelit cuaca biasanya bergerak di lapisan ini.

Atmosfer bumi berakhir dengan magnetosfer. Dialah yang melindungi sebagian besar satelit buatan planet ini.

Setelah semua yang telah dikatakan, seharusnya tidak ada pertanyaan tentang apa suasananya. Jika ada keraguan tentang perlunya, maka mudah untuk menghilangkannya.

Nilai atmosfer

Fungsi utama atmosfer adalah melindungi permukaan planet dari panas berlebih di siang hari dan pendinginan berlebihan di malam hari. Kepentingan berikutnya dari cangkang ini, yang tidak akan dibantah oleh siapa pun, adalah untuk memasok oksigen ke semua makhluk hidup. Tanpa itu, mereka akan mati lemas.

Kebanyakan meteorit terbakar di lapisan atas, tidak pernah mencapai permukaan bumi. Dan orang-orang dapat mengagumi lampu terbang, mengira mereka sebagai bintang jatuh. Tanpa atmosfer, seluruh bumi akan dipenuhi dengan kawah. Dan tentang perlindungan dari radiasi matahari telah disebutkan di atas.

Bagaimana seseorang mempengaruhi atmosfer?

Sangat negatif. Hal ini dikarenakan aktivitas masyarakat yang semakin meningkat. Bagian utama dari semua aspek negatif jatuh pada industri dan transportasi. Omong-omong, mobillah yang mengeluarkan hampir 60% dari semua polutan yang menembus atmosfer. Empat puluh sisanya dibagi antara energi dan industri, serta industri untuk pemusnahan limbah.

Daftar zat berbahaya yang mengisi kembali komposisi udara setiap hari sangat panjang. Karena transportasi di atmosfer adalah: nitrogen dan belerang, karbon, biru dan jelaga, serta karsinogen yang kuat, penyebab kanker kulit - benzopiren.

Industri menyumbang unsur-unsur kimia berikut: sulfur dioksida, hidrokarbon dan hidrogen sulfida, amonia dan fenol, klorin dan fluor. Jika prosesnya berlanjut, maka segera jawaban atas pertanyaan: “Bagaimana suasananya? Terdiri dari apa? akan sama sekali berbeda.

SUASANA
selubung gas yang mengelilingi benda angkasa. Karakteristiknya tergantung pada ukuran, massa, suhu, kecepatan rotasi dan komposisi kimia dari benda langit tertentu, dan juga ditentukan oleh sejarah pembentukannya sejak saat kelahirannya. Atmosfer bumi terdiri dari campuran gas yang disebut udara. Konstituen utamanya adalah nitrogen dan oksigen dengan perbandingan sekitar 4:1. Manusia terutama dipengaruhi oleh keadaan atmosfer bagian bawah 15-25 km, karena di lapisan bawah inilah sebagian besar udara terkonsentrasi. Ilmu yang mempelajari atmosfer disebut meteorologi, meskipun subjek ilmu ini juga cuaca dan pengaruhnya terhadap manusia. Keadaan lapisan atas atmosfer, yang terletak pada ketinggian 60 hingga 300 dan bahkan 1000 km dari permukaan bumi, juga berubah. Angin kencang, badai berkembang di sini, dan fenomena listrik yang menakjubkan seperti aurora muncul. Banyak dari fenomena ini terkait dengan fluks radiasi matahari, radiasi kosmik, dan medan magnet bumi. Lapisan atmosfer yang tinggi juga merupakan laboratorium kimia, karena di sana, dalam kondisi yang hampir vakum, beberapa gas atmosfer, di bawah pengaruh aliran energi matahari yang kuat, masuk ke dalam reaksi kimia. Ilmu yang mempelajari fenomena dan proses yang saling terkait ini disebut fisika lapisan atmosfer yang tinggi.
KARAKTERISTIK UMUM SUASANA BUMI
Ukuran. Sampai roket dan satelit buatan yang terdengar menjelajahi lapisan luar atmosfer pada jarak beberapa kali lebih besar dari jari-jari Bumi, diyakini bahwa ketika Anda menjauh dari permukaan bumi, atmosfer secara bertahap menjadi lebih langka dan dengan mulus masuk ke ruang antarplanet. . Sekarang telah ditetapkan bahwa energi mengalir dari lapisan terdalam Matahari menembus ke luar angkasa jauh melampaui orbit Bumi, hingga batas luar Tata Surya. Ini disebut. Angin matahari mengalir di sekitar medan magnet bumi, membentuk "rongga" memanjang di mana atmosfer bumi terkonsentrasi. Medan magnet Bumi secara nyata menyempit di sisi siang hari menghadap Matahari dan membentuk lidah panjang, mungkin meluas di luar orbit Bulan, di sisi sebaliknya, sisi malam. Batas medan magnet bumi disebut magnetopause. Pada siang hari, batas ini melewati jarak sekitar tujuh jari-jari Bumi dari permukaan, tetapi selama periode peningkatan aktivitas matahari, batas ini bahkan lebih dekat ke permukaan bumi. Magnetopause pada saat yang sama adalah batas atmosfer bumi, yang kulit terluarnya juga disebut magnetosfer, karena mengandung partikel bermuatan (ion), yang pergerakannya disebabkan oleh medan magnet bumi. Berat total gas atmosfer kira-kira 4,5 * 1015 ton Jadi, "berat" atmosfer per satuan luas, atau tekanan atmosfer, kira-kira 11 ton / m2 di permukaan laut.
Signifikansi bagi kehidupan. Ini mengikuti dari atas bahwa Bumi dipisahkan dari ruang antarplanet oleh lapisan pelindung yang kuat. Luar angkasa diresapi dengan radiasi ultraviolet dan sinar-X yang kuat dari Matahari dan bahkan radiasi kosmik yang lebih keras, dan jenis radiasi ini merugikan semua makhluk hidup. Di tepi luar atmosfer, intensitas radiasi mematikan, tetapi sebagian besar disimpan oleh atmosfer jauh dari permukaan bumi. Penyerapan radiasi ini menjelaskan banyak sifat lapisan atmosfer yang tinggi, dan terutama fenomena listrik yang terjadi di sana. Lapisan permukaan atmosfer yang paling rendah sangat penting bagi seseorang yang tinggal di titik kontak cangkang padat, cair, dan gas Bumi. Cangkang atas Bumi "padat" disebut litosfer. Sekitar 72% dari permukaan bumi ditutupi oleh perairan lautan, yang membentuk sebagian besar hidrosfer. Atmosfer berbatasan dengan litosfer dan hidrosfer. Manusia hidup di dasar lautan udara dan dekat atau di atas permukaan air laut. Interaksi lautan ini merupakan salah satu faktor penting yang menentukan keadaan atmosfer.
Komposisi. Lapisan bawah atmosfer terdiri dari campuran gas (lihat tabel). Selain yang tercantum dalam tabel, gas lain juga hadir dalam bentuk kotoran kecil di udara: ozon, metana, zat seperti karbon monoksida (CO), nitrogen dan sulfur oksida, amonia.

KOMPOSISI SUASANA

Di lapisan atmosfer yang tinggi, komposisi udara berubah di bawah pengaruh radiasi keras dari Matahari, yang mengarah pada pemecahan molekul oksigen menjadi atom. Oksigen atom adalah komponen utama dari lapisan atmosfer yang tinggi. Akhirnya, di lapisan atmosfer yang paling jauh dari permukaan Bumi, gas paling ringan, hidrogen dan helium, menjadi komponen utama. Karena sebagian besar materi terkonsentrasi di bawah 30 km, perubahan komposisi udara pada ketinggian di atas 100 km tidak memiliki efek nyata pada komposisi atmosfer secara keseluruhan.
Pertukaran energi. Matahari merupakan sumber energi utama yang datang ke bumi. Berada pada jarak kira-kira. 150 juta km dari Matahari, Bumi menerima sekitar satu dua miliar energi yang dipancarkannya, terutama di bagian spektrum yang terlihat, yang disebut manusia sebagai "cahaya". Sebagian besar energi ini diserap oleh atmosfer dan litosfer. Bumi juga memancarkan energi, sebagian besar dalam bentuk radiasi infra merah jauh. Dengan demikian, keseimbangan terbentuk antara energi yang diterima dari Matahari, pemanasan Bumi dan atmosfer, dan aliran balik energi panas yang dipancarkan ke luar angkasa. Mekanisme keseimbangan ini sangat kompleks. Molekul debu dan gas menyebarkan cahaya, sebagian memantulkannya ke ruang dunia. Awan memantulkan lebih banyak radiasi yang masuk. Sebagian energi diserap langsung oleh molekul gas, tetapi sebagian besar oleh batuan, vegetasi, dan air permukaan. Uap air dan karbon dioksida yang ada di atmosfer mentransmisikan radiasi yang terlihat tetapi menyerap radiasi infra merah. Energi panas terakumulasi terutama di lapisan bawah atmosfer. Efek serupa terjadi di rumah kaca ketika kaca membiarkan cahaya masuk dan tanah memanas. Karena kaca relatif tidak tembus cahaya terhadap radiasi infra merah, panas terakumulasi di rumah kaca. Pemanasan atmosfer yang lebih rendah karena adanya uap air dan karbon dioksida sering disebut sebagai efek rumah kaca. Kekeruhan memainkan peran penting dalam konservasi panas di lapisan bawah atmosfer. Jika awan menghilang atau transparansi massa udara meningkat, suhu pasti akan menurun karena permukaan bumi secara bebas memancarkan energi panas ke ruang sekitarnya. Air di permukaan Bumi menyerap energi matahari dan menguap, berubah menjadi gas - uap air, yang membawa sejumlah besar energi ke atmosfer yang lebih rendah. Ketika uap air mengembun dan membentuk awan atau kabut, energi ini dilepaskan dalam bentuk panas. Sekitar setengah dari energi matahari yang mencapai permukaan bumi dihabiskan untuk penguapan air dan memasuki atmosfer yang lebih rendah. Jadi, karena efek rumah kaca dan penguapan air, atmosfer menghangat dari bawah. Ini sebagian menjelaskan aktivitas tinggi sirkulasinya dibandingkan dengan sirkulasi Samudra Dunia, yang memanas hanya dari atas dan karena itu jauh lebih stabil daripada atmosfer.
Lihat juga METEOROLOGI DAN KLIMATOLOGI. Selain pemanasan umum atmosfer oleh "cahaya" matahari, pemanasan signifikan dari beberapa lapisannya terjadi karena radiasi ultraviolet dan sinar-X dari Matahari. Struktur. Dibandingkan dengan cairan dan padatan, dalam zat gas, gaya tarik antar molekul minimal. Ketika jarak antar molekul meningkat, gas dapat mengembang tanpa batas jika tidak ada yang mencegahnya. Batas bawah atmosfer adalah permukaan bumi. Sebenarnya, penghalang ini tidak dapat ditembus, karena pertukaran gas terjadi antara udara dan air dan bahkan antara udara dan batu, tetapi dalam kasus ini faktor tersebut dapat diabaikan. Karena atmosfer adalah cangkang bola, ia tidak memiliki batas samping, tetapi hanya batas bawah dan batas atas (luar) yang terbuka dari sisi ruang antarplanet. Melalui batas luar, beberapa gas netral bocor keluar, serta aliran materi dari luar angkasa sekitarnya. Sebagian besar partikel bermuatan, kecuali sinar kosmik berenergi tinggi, ditangkap oleh magnetosfer atau ditolak olehnya. Atmosfer juga dipengaruhi oleh gaya gravitasi, yang membuat cangkang udara tetap berada di permukaan Bumi. Gas atmosfer dikompresi oleh beratnya sendiri. Kompresi ini maksimum pada batas bawah atmosfer, dan oleh karena itu densitas udara adalah yang tertinggi di sini. Pada ketinggian berapa pun di atas permukaan bumi, derajat kompresi udara bergantung pada massa kolom udara di atasnya, sehingga kerapatan udara menurun seiring dengan ketinggian. Tekanan, sama dengan massa kolom udara di atasnya per satuan luas, secara langsung berhubungan dengan kerapatan dan, oleh karena itu, juga berkurang dengan ketinggian. Jika atmosfer adalah "gas ideal" dengan komposisi konstan yang tidak bergantung pada ketinggian, suhu konstan, dan gaya gravitasi konstan yang bekerja padanya, maka tekanan akan berkurang 10 kali lipat untuk setiap ketinggian 20 km. Atmosfer sebenarnya sedikit berbeda dari gas ideal hingga sekitar 100 km, dan kemudian tekanan menurun lebih lambat dengan ketinggian, karena komposisi udara berubah. Perubahan kecil dalam model yang dijelaskan juga diperkenalkan oleh penurunan gaya gravitasi dengan jarak dari pusat Bumi, sebesar kira-kira. 3% untuk setiap ketinggian 100 km. Tidak seperti tekanan atmosfer, suhu tidak menurun terus menerus dengan ketinggian. Seperti yang ditunjukkan pada gambar. 1, menurun menjadi sekitar 10 km dan kemudian mulai naik lagi. Hal ini terjadi ketika oksigen menyerap radiasi ultraviolet matahari. Dalam hal ini, gas ozon terbentuk, yang molekulnya terdiri dari tiga atom oksigen (O3). Ia juga menyerap radiasi ultraviolet, dan oleh karena itu lapisan atmosfer ini, yang disebut ozonosfer, memanas. Lebih tinggi, suhu turun lagi, karena molekul gas jauh lebih sedikit, dan penyerapan energi juga berkurang. Di lapisan yang lebih tinggi lagi, suhu naik lagi karena penyerapan ultraviolet dengan panjang gelombang terpendek dan radiasi sinar-X dari Matahari oleh atmosfer. Di bawah pengaruh radiasi yang kuat ini, atmosfer terionisasi, mis. Sebuah molekul gas kehilangan elektron dan memperoleh muatan listrik positif. Molekul tersebut menjadi ion bermuatan positif. Karena adanya elektron dan ion bebas, lapisan atmosfer ini memperoleh sifat-sifat konduktor listrik. Diyakini bahwa suhu terus naik ke ketinggian di mana atmosfer yang dijernihkan masuk ke ruang antarplanet. Pada jarak beberapa ribu kilometer dari permukaan Bumi, suhu dari 5.000 ° hingga 10.000 ° C mungkin terjadi.Meskipun molekul dan atom memiliki kecepatan gerakan yang sangat tinggi, dan karenanya suhu tinggi, gas yang dijernihkan ini tidak "panas" dalam arti biasa. Karena jumlah molekul yang sedikit di ketinggian, total energi panasnya sangat kecil. Dengan demikian, atmosfer terdiri dari lapisan yang terpisah (yaitu serangkaian cangkang konsentris, atau bola), pemilihan yang tergantung pada properti mana yang paling menarik. Berdasarkan distribusi suhu rata-rata, ahli meteorologi telah mengembangkan skema untuk struktur "atmosfer tengah" yang ideal (lihat Gambar 1).

Troposfer - lapisan bawah atmosfer, meluas ke minimum termal pertama (yang disebut tropopause). Batas atas troposfer tergantung pada garis lintang geografis (di daerah tropis - 18-20 km, di garis lintang sedang - sekitar 10 km) dan waktu dalam setahun. Layanan Cuaca Nasional AS melakukan pengamatan di dekat Kutub Selatan dan mengungkapkan perubahan musiman pada ketinggian tropopause. Pada bulan Maret, tropopause berada pada ketinggian sekitar. 7,5 km. Dari bulan Maret hingga Agustus atau September terjadi pendinginan troposfer yang stabil, dan batasnya naik untuk waktu yang singkat pada bulan Agustus atau September hingga ketinggian sekitar 11,5 km. Kemudian dari bulan September sampai Desember turun dengan cepat dan mencapai titik tertingginya. posisi rendah- 7,5 km, di mana tetap sampai Maret, berfluktuasi hanya dalam 0,5 km. Di troposfer itulah cuaca terutama terbentuk, yang menentukan kondisi keberadaan manusia. Sebagian besar uap air atmosfer terkonsentrasi di troposfer, dan oleh karena itu awan terutama terbentuk di sini, meskipun beberapa di antaranya, yang terdiri dari kristal es, juga ditemukan di lapisan yang lebih tinggi. Troposfer dicirikan oleh turbulensi dan arus udara (angin) dan badai yang kuat. Di troposfer atas, ada arus udara yang kuat dengan arah yang ditentukan secara ketat. Pusaran turbulen, seperti pusaran air kecil, terbentuk di bawah pengaruh gesekan dan interaksi dinamis antara massa udara yang bergerak lambat dan cepat. Karena lapisan tinggi ini biasanya tidak berawan, turbulensi ini disebut sebagai "turbulensi udara jernih".
Stratosfir. Lapisan atas atmosfer sering keliru digambarkan sebagai lapisan dengan suhu yang relatif konstan, di mana angin bertiup lebih atau kurang stabil dan di mana unsur-unsur meteorologi berubah sedikit. Lapisan atas stratosfer memanas saat oksigen dan ozon menyerap radiasi ultraviolet matahari. Batas atas stratosfer (stratopause) ditarik di mana suhu naik sedikit, mencapai maksimum menengah, yang sering sebanding dengan suhu lapisan udara permukaan. Berdasarkan pengamatan yang dilakukan dengan pesawat terbang dan balon yang disesuaikan untuk terbang pada ketinggian yang konstan, gangguan turbulen dan angin kencang yang bertiup ke arah yang berbeda telah terjadi di stratosfer. Seperti di troposfer, pusaran udara yang kuat dicatat, yang sangat berbahaya bagi pesawat berkecepatan tinggi. Angin kencang, yang disebut aliran jet, bertiup di zona sempit di sepanjang perbatasan garis lintang sedang yang menghadap kutub. Namun, zona-zona tersebut dapat bergeser, menghilang dan muncul kembali. Aliran jet biasanya menembus tropopause dan muncul di troposfer atas, tetapi kecepatannya menurun dengan cepat dengan menurunnya ketinggian. Ada kemungkinan bahwa sebagian energi yang memasuki stratosfer (terutama dihabiskan untuk pembentukan ozon) mempengaruhi proses di troposfer. Pencampuran yang sangat aktif dikaitkan dengan front atmosfer, di mana aliran luas udara stratosfer tercatat secara signifikan di bawah tropopause, dan udara troposfer ditarik ke lapisan bawah stratosfer. Kemajuan signifikan telah dibuat dalam studi struktur vertikal lapisan bawah atmosfer sehubungan dengan peningkatan teknik peluncuran radiosonde ke ketinggian 25-30 km. Mesosfer, yang terletak di atas stratosfer, adalah cangkang di mana, hingga ketinggian 80-85 km, suhu turun ke minimum untuk atmosfer secara keseluruhan. Rekor suhu rendah hingga -110 ° C dicatat oleh roket meteorologi yang diluncurkan dari instalasi AS-Kanada di Fort Churchill (Kanada). Batas atas mesosfer (mesopause) kira-kira bertepatan dengan batas bawah wilayah penyerapan aktif sinar-X dan radiasi ultraviolet dengan panjang gelombang terpendek dari Matahari, yang disertai dengan pemanasan dan ionisasi gas. Di daerah kutub di musim panas, sistem awan sering muncul di mesopause, yang menempati area yang luas, tetapi memiliki sedikit perkembangan vertikal. Awan seperti itu yang bersinar di malam hari seringkali memungkinkan untuk mendeteksi pergerakan udara bergelombang skala besar di mesosfer. Komposisi awan ini, sumber kelembaban dan inti kondensasi, dinamika dan hubungannya dengan faktor meteorologi masih kurang dipelajari. Termosfer adalah lapisan atmosfer yang suhunya terus meningkat. Tenaganya bisa mencapai 600 km. Tekanan dan, akibatnya, kerapatan gas terus menurun dengan ketinggian. Di dekat permukaan bumi, 1 m3 udara mengandung kira-kira. 2.5x1025 molekul, pada ketinggian kira-kira. 100 km, di lapisan bawah termosfer - sekitar 1019, pada ketinggian 200 km, di ionosfer - 5 * 10 15 dan, menurut perhitungan, pada ketinggian sekitar. 850 km - sekitar 1012 molekul. Di ruang antarplanet, konsentrasi molekul adalah 10 8-10 9 per 1 m3. Pada ketinggian kira-kira. 100 km, jumlah molekulnya kecil, dan mereka jarang bertabrakan satu sama lain. Jarak rata-rata yang ditempuh oleh molekul yang bergerak secara kacau sebelum bertabrakan dengan molekul lain yang serupa disebut jalur bebas rata-rata. Lapisan di mana nilai ini meningkat sedemikian rupa sehingga kemungkinan tabrakan antarmolekul atau antaratom dapat diabaikan terletak pada batas antara termosfer dan kulit di atasnya (eksosfer) dan disebut jeda termal. Thermopause terletak sekitar 650 km dari permukaan bumi. Pada suhu tertentu, kecepatan pergerakan molekul tergantung pada massanya: molekul yang lebih ringan bergerak lebih cepat daripada yang berat. Di atmosfer yang lebih rendah, di mana jalur bebasnya sangat pendek, tidak ada pemisahan gas yang nyata menurut berat molekulnya, tetapi dinyatakan di atas 100 km. Selain itu, di bawah pengaruh radiasi ultraviolet dan sinar-X dari Matahari, molekul oksigen terurai menjadi atom, yang massanya setengah dari massa molekul. Oleh karena itu, saat kita menjauh dari permukaan bumi, atom oksigen menjadi semakin penting dalam komposisi atmosfer dan pada ketinggian sekitar. 200 km menjadi komponen utamanya. Lebih tinggi, pada jarak sekitar 1200 km dari permukaan bumi, gas ringan - helium dan hidrogen - mendominasi. Mereka adalah lapisan luar atmosfer. Pemisahan berdasarkan berat ini, yang disebut pemisahan difus, menyerupai pemisahan campuran menggunakan sentrifus. Eksosfer adalah lapisan luar atmosfer, yang diisolasi berdasarkan perubahan suhu dan sifat-sifat gas netral. Molekul dan atom di eksosfer berputar mengelilingi Bumi dalam orbit balistik di bawah pengaruh gravitasi. Beberapa dari orbit ini berbentuk parabola dan mirip dengan lintasan proyektil. Molekul dapat berputar mengelilingi Bumi dan dalam orbit elips, seperti satelit. Beberapa molekul, terutama hidrogen dan helium, memiliki lintasan terbuka dan lepas ke luar angkasa (Gbr. 2).

HUBUNGAN SURYA-TERESTRIAL DAN PENGARUHNYA TERHADAP SUASANA
pasang surut atmosfer. Daya tarik Matahari dan Bulan menyebabkan terjadinya pasang surut di atmosfer, mirip dengan pasang surut darat dan laut. Tetapi pasang surut atmosfer memiliki perbedaan yang signifikan: atmosfer bereaksi paling kuat terhadap daya tarik Matahari, sedangkan kerak bumi dan lautan - terhadap daya tarik Bulan. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa atmosfer dipanaskan oleh Matahari dan, selain pasang surut gravitasi, timbul pasang surut termal yang kuat. Secara umum, mekanisme pembentukan pasang surut atmosfer dan laut serupa, kecuali bahwa untuk memprediksi reaksi udara terhadap efek gravitasi dan termal, perlu untuk memperhitungkan kompresibilitas dan distribusi suhunya. Tidak sepenuhnya jelas mengapa pasang surut matahari semidiurnal (12 jam) di atmosfer mendominasi di atas pasang surut matahari diurnal dan semidiurnal bulan, meskipun kekuatan pendorong dari dua proses terakhir jauh lebih kuat. Sebelumnya, diyakini bahwa resonansi terjadi di atmosfer, yang secara tepat memperkuat osilasi dengan periode 12 jam. Namun, pengamatan yang dilakukan dengan bantuan roket geofisika menunjukkan bahwa tidak ada alasan suhu untuk resonansi semacam itu. Dalam memecahkan masalah ini, seseorang mungkin harus memperhitungkan semua fitur hidrodinamik dan termal atmosfer. Di permukaan bumi dekat khatulistiwa, di mana pengaruh fluktuasi pasang surut maksimum, memberikan perubahan tekanan atmosfer sebesar 0,1%. Kecepatan angin pasang surut kira-kira. 0,3 km/jam. Karena struktur termal atmosfer yang kompleks (terutama adanya suhu minimum di mesopause), arus udara pasang surut meningkat, dan, misalnya, pada ketinggian 70 km, kecepatannya sekitar 160 kali lebih tinggi daripada di bumi. permukaan, yang memiliki konsekuensi geofisika penting. Dipercaya bahwa di bagian bawah ionosfer (lapisan E) osilasi pasang surut memindahkan gas terionisasi secara vertikal di medan magnet bumi, dan oleh karena itu, arus listrik muncul di sini. Sistem arus yang muncul terus-menerus di permukaan bumi ini dibentuk oleh gangguan medan magnet. Variasi diurnal medan magnet sesuai dengan nilai yang dihitung, yang secara meyakinkan mendukung teori mekanisme pasang surut dari "dinamo atmosfer". Arus listrik yang timbul di bagian bawah ionosfer (lapisan E) harus bergerak ke suatu tempat, dan oleh karena itu, sirkuit harus ditutup. Analogi dengan dinamo menjadi lengkap jika kita menganggap gerakan yang datang sebagai kerja mesin. Diasumsikan bahwa sirkulasi balik arus listrik dilakukan di lapisan ionosfer (F) yang lebih tinggi, dan aliran berlawanan ini dapat menjelaskan beberapa ciri khas lapisan ini. Akhirnya, efek pasang surut juga harus menghasilkan arus horizontal di lapisan E dan, akibatnya, di lapisan F.
Ionosfir. Mencoba menjelaskan mekanisme terjadinya aurora, ilmuwan abad ke-19. menyarankan bahwa di atmosfer ada zona dengan partikel bermuatan listrik. Pada abad ke-20 bukti meyakinkan diperoleh secara eksperimental untuk keberadaan lapisan yang memantulkan gelombang radio pada ketinggian 85 hingga 400 km. Sekarang diketahui bahwa sifat listriknya adalah hasil dari ionisasi gas atmosfer. Oleh karena itu, lapisan ini biasa disebut ionosfer. Dampak pada gelombang radio terutama karena adanya elektron bebas di ionosfer, meskipun mekanisme propagasi gelombang radio dikaitkan dengan keberadaan ion besar. Yang terakhir juga menarik dalam penelitian ini sifat kimia atmosfer, karena mereka lebih aktif daripada atom dan molekul netral. Reaksi kimia yang terjadi di ionosfer berperan peran penting dalam keseimbangan energi dan listriknya.
ionosfer biasa. Pengamatan yang dilakukan dengan bantuan roket geofisika dan satelit telah memberikan banyak informasi baru, menunjukkan bahwa ionisasi atmosfer terjadi di bawah pengaruh radiasi matahari spektrum luas. Bagian utamanya (lebih dari 90%) terkonsentrasi di bagian spektrum yang terlihat. Radiasi ultraviolet dengan panjang gelombang lebih pendek dan lebih banyak energi daripada sinar violet dipancarkan oleh hidrogen bagian dalam atmosfer Matahari (kromosfer), dan radiasi sinar-X, yang memiliki energi lebih tinggi, dipancarkan oleh gas-gas Matahari. kulit luar (corona). Keadaan normal (rata-rata) ionosfer disebabkan oleh radiasi kuat yang konstan. Perubahan reguler terjadi di ionosfer normal di bawah pengaruh rotasi harian Bumi dan perbedaan musiman dalam sudut datangnya sinar matahari pada siang hari, tetapi perubahan tak terduga dan tiba-tiba dalam keadaan ionosfer juga terjadi.
Gangguan di ionosfer Seperti diketahui, gangguan siklus berulang yang kuat muncul di Matahari, yang mencapai maksimum setiap 11 tahun. Pengamatan di bawah program Tahun Geofisika Internasional (IGY) bertepatan dengan periode aktivitas matahari tertinggi untuk seluruh periode pengamatan meteorologi sistematis, yaitu. dari awal abad ke-18 Selama periode aktivitas tinggi, beberapa area di Matahari meningkat kecerahannya beberapa kali, dan mereka mengirimkan pulsa radiasi ultraviolet dan sinar-X yang kuat. Fenomena seperti itu disebut semburan matahari. Mereka berlangsung dari beberapa menit hingga satu atau dua jam. Selama suar, gas matahari (kebanyakan proton dan elektron) meletus, dan partikel elementer bergegas ke luar angkasa. Radiasi elektromagnetik dan sel-sel Matahari pada saat-saat semburan seperti itu memiliki efek yang kuat pada atmosfer Bumi. Reaksi awal diamati 8 menit setelah kilatan, ketika radiasi ultraviolet dan sinar-X yang intens mencapai Bumi. Akibatnya, ionisasi meningkat tajam; sinar-x menembus atmosfer hingga batas bawah ionosfer; jumlah elektron di lapisan ini meningkat sedemikian rupa sehingga sinyal radio hampir sepenuhnya diserap ("padam"). Penyerapan radiasi tambahan menyebabkan pemanasan gas, yang berkontribusi pada perkembangan angin. Gas terionisasi merupakan penghantar listrik, dan ketika bergerak dalam medan magnet bumi, muncul efek dinamo dan terjadi arus listrik. Arus seperti itu, pada gilirannya, dapat menyebabkan gangguan medan magnet yang nyata dan memanifestasikan dirinya dalam bentuk badai magnet. Fase awal ini hanya membutuhkan waktu yang singkat sesuai dengan durasi semburan matahari. Selama flare yang kuat di Matahari, aliran partikel yang dipercepat mengalir ke luar angkasa. Ketika diarahkan ke Bumi, fase kedua terjadi, rendering pengaruh besar pada keadaan atmosfer. Banyak fenomena alam, di antaranya aurora yang paling terkenal, menunjukkan bahwa sejumlah besar partikel bermuatan mencapai Bumi (lihat juga LAMPU POLAR). Namun demikian, proses pemisahan partikel-partikel ini dari Matahari, lintasannya di ruang antarplanet, dan mekanisme interaksi dengan medan magnet Bumi dan magnetosfer masih kurang dipelajari. Masalahnya menjadi lebih rumit setelah penemuan pada tahun 1958 oleh James Van Allen dari cangkang yang dipegang oleh medan geomagnetik, yang terdiri dari partikel bermuatan. Partikel-partikel ini bergerak dari satu belahan bumi ke belahan bumi lainnya, berputar dalam spiral di sekitar garis medan magnet. Di dekat Bumi, pada ketinggian tergantung pada bentuk garis gaya dan energi partikel, ada "titik refleksi", di mana partikel mengubah arah geraknya ke arah yang berlawanan (Gbr. 3). Karena kekuatan medan magnet berkurang dengan jarak dari Bumi, orbit di mana partikel-partikel ini bergerak agak terdistorsi: elektron menyimpang ke timur, dan proton ke barat. Oleh karena itu, mereka didistribusikan dalam bentuk sabuk di seluruh dunia.

Beberapa akibat dari pemanasan atmosfer oleh Matahari. Energi matahari mempengaruhi seluruh atmosfer. Kami telah menyebutkan sabuk yang dibentuk oleh partikel bermuatan di medan magnet bumi dan berputar di sekitarnya. Sabuk ini paling dekat dengan permukaan bumi di daerah sirkumpolar (lihat Gambar 3), di mana aurora diamati. Gambar 1 menunjukkan bahwa wilayah aurora di Kanada memiliki suhu termosfer yang jauh lebih tinggi daripada di Barat Daya AS. Sangat mungkin bahwa partikel yang terperangkap memberikan sebagian energinya ke atmosfer, terutama ketika bertabrakan dengan molekul gas di dekat titik refleksi, dan meninggalkan orbit sebelumnya. Ini adalah bagaimana lapisan atmosfer yang tinggi dipanaskan di zona aurora. Penemuan penting lainnya dibuat saat mempelajari orbit satelit buatan. Luigi Iacchia, seorang astronom di Smithsonian Astrophysical Observatory, percaya bahwa penyimpangan kecil dari orbit ini disebabkan oleh perubahan kepadatan atmosfer saat dipanaskan oleh Matahari. Dia menyarankan keberadaan kepadatan elektron maksimum di ionosfer pada ketinggian lebih dari 200 km, yang tidak sesuai dengan siang hari, tetapi di bawah pengaruh gaya gesekan tertinggal sekitar dua jam. Pada saat ini, nilai kepadatan atmosfer, khas untuk ketinggian 600 km, diamati pada tingkat sekitar. 950km. Selain itu, kerapatan elektron maksimum mengalami fluktuasi yang tidak teratur karena kilatan jangka pendek radiasi ultraviolet dan sinar-X dari Matahari. L. Yakkia juga menemukan fluktuasi jangka pendek dalam kepadatan udara, sesuai dengan semburan matahari dan gangguan medan magnet. Fenomena ini dijelaskan oleh intrusi partikel asal matahari ke atmosfer bumi dan pemanasan lapisan di mana satelit mengorbit.
LISTRIK ATMOSFER
Di lapisan permukaan atmosfer, sebagian kecil molekul mengalami ionisasi di bawah pengaruh sinar kosmik, radiasi dari batuan radioaktif dan produk peluruhan radium (terutama radon) di udara itu sendiri. Dalam proses ionisasi, atom kehilangan elektron dan memperoleh muatan positif. Sebuah elektron bebas dengan cepat bergabung dengan atom lain, membentuk ion bermuatan negatif. Ion positif dan negatif berpasangan tersebut memiliki dimensi molekuler. Molekul di atmosfer cenderung mengelompok di sekitar ion-ion ini. Beberapa molekul yang digabungkan dengan ion membentuk kompleks yang biasa disebut sebagai "ion ringan". Atmosfer juga mengandung kompleks molekul, yang dikenal dalam meteorologi sebagai inti kondensasi, di mana, ketika udara jenuh dengan uap air, proses kondensasi dimulai. Inti ini adalah partikel garam dan debu, serta polutan yang dilepaskan ke udara dari industri dan sumber lainnya. Ion ringan sering menempel pada inti tersebut untuk membentuk "ion berat". Di bawah pengaruh medan listrik, ion ringan dan berat berpindah dari satu area atmosfer ke area lain, mentransfer muatan listrik. Meskipun atmosfer umumnya tidak dianggap sebagai media penghantar listrik, ia memiliki sejumlah kecil konduktivitas. Oleh karena itu, benda bermuatan yang tertinggal di udara perlahan-lahan kehilangan muatannya. Konduktivitas atmosfer meningkat dengan ketinggian karena peningkatan intensitas sinar kosmik, pengurangan kehilangan ion di bawah kondisi tekanan yang lebih rendah (dan karenanya jalur bebas rata-rata lebih lama), dan karena lebih sedikit inti berat. Konduktivitas atmosfer mencapai nilai maksimumnya pada ketinggian kira-kira. 50 km, disebut. "tingkat kompensasi". Diketahui bahwa antara permukaan bumi dan "tingkat kompensasi" selalu ada perbedaan potensial beberapa ratus kilovolt, mis. medan listrik konstan. Ternyata perbedaan potensial antara titik tertentu di udara pada ketinggian beberapa meter dan permukaan bumi sangat besar - lebih dari 100 V. Atmosfer memiliki muatan positif, dan permukaan bumi bermuatan negatif. Karena medan listrik adalah area, di setiap titik di mana ada nilai potensial tertentu, kita dapat berbicara tentang gradien potensial. Dalam cuaca cerah, dalam beberapa meter yang lebih rendah, kekuatan medan listrik atmosfer hampir konstan. Karena perbedaan konduktivitas listrik udara di lapisan permukaan, gradien potensial tunduk pada fluktuasi diurnal, yang jalannya bervariasi secara signifikan dari satu tempat ke tempat lain. Dengan tidak adanya sumber polusi udara lokal - di atas lautan, tinggi di pegunungan atau di daerah kutub - perjalanan harian dari gradien potensial dalam cuaca cerah adalah sama. Besarnya gradien tergantung pada waktu universal, atau Greenwich Mean Time (UT) dan mencapai maksimum pada 19:00 E. Appleton menyarankan bahwa konduktivitas listrik maksimum ini mungkin bertepatan dengan aktivitas badai petir terbesar pada skala planet. Pelepasan petir selama badai petir membawa muatan negatif ke permukaan bumi, karena dasar awan cumulonimbus yang paling aktif memiliki muatan negatif yang signifikan. Puncak awan petir memiliki muatan positif, yang menurut perhitungan Holzer dan Saxon, mengalir dari puncaknya selama badai petir. Tanpa pengisian yang konstan, muatan di permukaan bumi akan dinetralkan oleh konduktivitas atmosfer. Asumsi bahwa perbedaan potensial antara permukaan bumi dan "tingkat kompensasi" dipertahankan karena badai petir didukung oleh data statistik. Misalnya, jumlah maksimum badai petir diamati di lembah sungai. Amazon. Paling sering, badai petir terjadi di sana pada akhir hari, mis. OKE. 19:00 Waktu Rata-Rata Greenwich, ketika gradien potensial berada pada titik maksimumnya di mana pun di dunia. Selain itu, variasi musiman dalam bentuk kurva variasi diurnal dari gradien potensial juga sepenuhnya sesuai dengan data distribusi global badai petir. Beberapa peneliti berpendapat bahwa sumber medan listrik bumi mungkin berasal dari luar, karena medan listrik diyakini ada di ionosfer dan magnetosfer. Keadaan ini mungkin menjelaskan munculnya bentuk aurora memanjang yang sangat sempit, mirip dengan belakang panggung dan lengkungan.
(lihat juga LAMPU POLAR). Karena gradien potensial dan konduktivitas atmosfer antara "tingkat kompensasi" dan permukaan bumi, partikel bermuatan mulai bergerak: ion bermuatan positif - menuju permukaan bumi, dan bermuatan negatif - ke atas darinya. Arus ini kira-kira. 1800 A. Meskipun nilai ini tampak besar, harus diingat bahwa itu didistribusikan ke seluruh permukaan bumi. Kuat arus di kolom udara dengan luas dasar 1 m2 hanya 4 * 10 -12 A. Di sisi lain, kuat arus selama pelepasan petir dapat mencapai beberapa ampere, meskipun, tentu saja, pelepasan seperti itu memiliki durasi pendek - dari sepersekian detik hingga satu detik penuh atau lebih sedikit dengan pelepasan berulang. Petir sangat menarik tidak hanya sebagai fenomena alam yang aneh. Itu memungkinkan untuk mengamati pelepasan listrik dalam media gas pada tegangan beberapa ratus juta volt dan jarak antara elektroda beberapa kilometer. Pada tahun 1750, B. Franklin mengusulkan kepada Royal Society of London agar mereka bereksperimen dengan batang besi yang dipasang pada dasar isolasi dan dipasang di menara tinggi. Dia memperkirakan bahwa ketika awan petir mendekati menara, muatan dengan tanda yang berlawanan akan terkonsentrasi di ujung atas batang yang awalnya netral, dan muatan dengan tanda yang sama seperti di dasar awan akan terkonsentrasi di ujung bawah. . Jika kekuatan medan listrik selama pelepasan petir cukup meningkat, muatan dari ujung atas batang akan mengalir sebagian ke udara, dan batang akan memperoleh muatan dengan tanda yang sama dengan dasar awan. Eksperimen yang diusulkan oleh Franklin tidak dilakukan di Inggris, tetapi didirikan pada tahun 1752 di Marly dekat Paris oleh fisikawan Prancis Jean d'Alembert. Dia menggunakan batang besi sepanjang 12 m yang dimasukkan ke dalam botol kaca (yang berfungsi sebagai isolator), tetapi tidak meletakkannya di menara. 10 Mei asistennya melaporkan bahwa ketika awan petir melewati batang, percikan api dihasilkan ketika kabel ground dibawa ke sana.Franklin sendiri, tidak menyadari pengalaman sukses yang diwujudkan di Prancis, pada bulan Juni tahun itu melakukan eksperimennya yang terkenal dengan layang-layang dan mengamati percikan listrik di ujung kawat yang diikat padanya. Tahun berikutnya, saat mempelajari muatan yang dikumpulkan dari batang, Franklin menemukan bahwa dasar awan petir biasanya bermuatan negatif. .Penelitian petir yang lebih rinci menjadi mungkin pada akhir abad ke-19 karena perbaikan dalam metode fotografi, terutama setelah penemuan peralatan dengan lensa berputar, yang memungkinkan untuk memperbaiki proses yang berkembang pesat. Kamera semacam itu banyak digunakan dalam studi pelepasan percikan. Ditemukan bahwa ada beberapa jenis petir, dengan yang paling umum adalah linier, datar (intra-cloud) dan globular (pelepasan udara). Petir linier adalah pelepasan percikan antara awan dan permukaan bumi, mengikuti saluran dengan cabang ke bawah. Petir datar terjadi di dalam awan petir dan terlihat seperti kilatan cahaya yang tersebar. Pelepasan udara dari bola petir, dimulai dari awan petir, sering diarahkan secara horizontal dan tidak mencapai permukaan bumi.

Pelepasan petir biasanya terdiri dari tiga atau lebih pelepasan berulang - impuls mengikuti jalur yang sama. Interval antara pulsa yang berurutan sangat pendek, dari 1/100 hingga 1/10 s (inilah yang menyebabkan kilat berkedip). Secara umum, flash berlangsung sekitar satu detik atau kurang. Proses pengembangan petir yang khas dapat digambarkan sebagai berikut. Pertama, pemimpin pelepasan yang bercahaya lemah bergegas dari atas ke permukaan bumi. Ketika dia mencapainya, aliran balik yang bersinar terang, atau aliran utama, mengalir dari bumi ke atas saluran yang diletakkan oleh pemimpin. Pemimpin pelepasan, sebagai suatu peraturan, bergerak secara zig-zag. Kecepatan rambatnya berkisar dari seratus hingga beberapa ratus kilometer per detik. Dalam perjalanannya, ia mengionisasi molekul udara, menciptakan saluran dengan konduktivitas yang meningkat, di mana pelepasan terbalik bergerak ke atas dengan kecepatan sekitar seratus kali lebih besar daripada pelepasan pemimpin. Sulit untuk menentukan ukuran saluran, tetapi diameter saluran keluar diperkirakan 1–10 m, dan diameter saluran keluar beberapa sentimeter. Pelepasan petir menciptakan interferensi radio dengan memancarkan gelombang radio dalam rentang yang luas - dari 30 kHz hingga frekuensi ultra-rendah. Radiasi gelombang radio terbesar mungkin berkisar antara 5 hingga 10 kHz. Interferensi radio frekuensi rendah semacam itu "terkonsentrasi" di ruang antara batas bawah ionosfer dan permukaan bumi dan mampu merambat hingga jarak ribuan kilometer dari sumbernya.
PERUBAHAN SUASANA
Dampak meteor dan meteorit. Meskipun terkadang hujan meteor membuat kesan yang mendalam dengan efek pencahayaannya, meteor individu jarang terlihat. Jauh lebih banyak lagi meteor yang tidak terlihat, terlalu kecil untuk dilihat pada saat mereka ditelan oleh atmosfer. Beberapa meteor terkecil mungkin tidak memanas sama sekali, tetapi hanya ditangkap oleh atmosfer. Partikel kecil ini mulai dari ukuran beberapa milimeter hingga sepersepuluh ribu milimeter disebut mikrometeorit. Jumlah materi meteor yang memasuki atmosfer setiap hari adalah dari 100 hingga 10.000 ton, dengan sebagian besar materi ini adalah mikrometeorit. Karena materi meteorik terbakar sebagian di atmosfer, komposisi gasnya diisi kembali dengan jejak berbagai unsur kimia. Misalnya, meteor batu membawa litium ke atmosfer. Pembakaran meteor logam mengarah pada pembentukan besi bulat kecil, besi-nikel dan tetesan lainnya yang melewati atmosfer dan disimpan di permukaan bumi. Mereka dapat ditemukan di Greenland dan Antartika, di mana lapisan es hampir tidak berubah selama bertahun-tahun. Ahli kelautan menemukan mereka di sedimen dasar laut. Sebagian besar partikel meteor yang memasuki atmosfer diendapkan dalam waktu kurang lebih 30 hari. Beberapa ilmuwan percaya bahwa debu kosmik ini memainkan peran penting dalam pembentukan fenomena atmosfer seperti hujan, karena berfungsi sebagai inti kondensasi uap air. Oleh karena itu, diasumsikan bahwa curah hujan secara statistik terkait dengan hujan meteor besar. Namun, beberapa ahli percaya bahwa karena masukan total materi meteor puluhan kali lebih besar daripada hujan meteor terbesar sekalipun, perubahan jumlah total materi ini yang terjadi sebagai akibat dari salah satu hujan meteor tersebut dapat diabaikan. Namun, tidak ada keraguan bahwa mikrometeorit terbesar dan, tentu saja, meteorit yang terlihat meninggalkan jejak panjang ionisasi di lapisan atmosfer yang tinggi, terutama di ionosfer. Jejak tersebut dapat digunakan untuk komunikasi radio jarak jauh, karena mencerminkan gelombang radio frekuensi tinggi. Energi meteor yang memasuki atmosfer dihabiskan terutama, dan mungkin sepenuhnya, untuk pemanasannya. Ini adalah salah satu komponen kecil dari keseimbangan panas atmosfer.
Karbon dioksida asal industri. Pada periode Karbon, vegetasi berkayu tersebar luas di Bumi. Sebagian besar karbon dioksida yang diserap oleh tanaman pada waktu itu terakumulasi dalam endapan batu bara dan endapan minyak. Orang-orang telah belajar untuk menggunakan cadangan besar mineral ini sebagai sumber energi dan sekarang dengan cepat mengembalikan karbon dioksida ke sirkulasi zat. Fosil mungkin ca. 4*10 13 ton karbon. Selama abad yang lalu, umat manusia telah membakar begitu banyak bahan bakar fosil sehingga sekitar 4 * 10 11 ton karbon kembali memasuki atmosfer. Saat ini ada sekitar. 2 * 10 12 ton karbon, dan dalam seratus tahun ke depan angka ini dapat berlipat ganda karena pembakaran bahan bakar fosil. Namun, tidak semua karbon akan tetap berada di atmosfer: sebagian akan larut di perairan laut, sebagian akan diserap oleh tumbuhan, dan sebagian akan terikat dalam proses pelapukan batuan. Masih belum mungkin untuk memprediksi berapa banyak karbon dioksida di atmosfer atau apa pengaruhnya terhadap iklim dunia. Namun demikian, diyakini bahwa setiap peningkatan kandungannya akan menyebabkan pemanasan, meskipun sama sekali tidak perlu bahwa pemanasan apa pun akan mempengaruhi iklim secara signifikan. Konsentrasi karbon dioksida di atmosfer, menurut hasil pengukuran, meningkat secara nyata, meskipun dengan kecepatan yang lambat. Data iklim untuk stasiun Svalbard dan Little America di Lapisan Es Ross di Antartika menunjukkan peningkatan suhu rata-rata tahunan selama periode kira-kira 50 tahun masing-masing sebesar 5 ° dan 2,5 °C.
Dampak radiasi kosmik. Ketika sinar kosmik berenergi tinggi berinteraksi dengan masing-masing komponen atmosfer, isotop radioaktif terbentuk. Di antara mereka, isotop karbon 14C, yang terakumulasi dalam jaringan tumbuhan dan hewan, menonjol. Dengan mengukur radioaktivitas zat organik yang sudah lama tidak bertukar karbon dengan lingkungan, dapat ditentukan umurnya. Metode radiokarbon telah memantapkan dirinya sebagai metode yang paling dapat diandalkan untuk penanggalan organisme fosil dan objek budaya material, yang usianya tidak melebihi 50 ribu tahun. Isotop radioaktif lain dengan waktu paruh yang panjang dapat digunakan untuk menentukan umur material yang berusia ratusan ribu tahun jika masalah mendasar dalam mengukur tingkat radioaktivitas yang sangat rendah dapat dipecahkan.
(lihat juga DATING RADIOCARBON).
ASAL USUL SUASANA BUMI
Sejarah pembentukan atmosfer belum dipulihkan sepenuhnya andal. Namun demikian, beberapa kemungkinan perubahan dalam komposisinya telah diidentifikasi. Pembentukan atmosfer dimulai segera setelah pembentukan Bumi. Ada alasan yang cukup bagus untuk percaya bahwa dalam proses evolusi Pra-Bumi dan perolehannya yang mendekati dimensi dan massa modern, ia hampir sepenuhnya kehilangan atmosfer aslinya. Diyakini bahwa pada tahap awal Bumi berada dalam keadaan cair dan ca. 4,5 miliar tahun yang lalu, ia terbentuk dalam benda padat. Tonggak sejarah ini diambil sebagai awal dari kronologi geologi. Sejak saat itu telah terjadi evolusi atmosfer yang lambat. Beberapa proses geologi, seperti letusan lahar pada saat letusan gunung berapi, disertai dengan keluarnya gas dari perut bumi. Mereka mungkin termasuk nitrogen, amonia, metana, uap air, karbon monoksida dan karbon dioksida. Di bawah pengaruh radiasi ultraviolet matahari, uap air terurai menjadi hidrogen dan oksigen, tetapi oksigen yang dilepaskan bereaksi dengan karbon monoksida untuk membentuk karbon dioksida. Amonia terurai menjadi nitrogen dan hidrogen. Hidrogen dalam proses difusi naik dan meninggalkan atmosfer, sedangkan nitrogen yang lebih berat tidak dapat lepas dan berangsur-angsur terakumulasi, menjadi komponen utamanya, meskipun sebagian terikat selama reaksi kimia . Di bawah pengaruh sinar ultraviolet dan pelepasan listrik, campuran gas, mungkin ada di atmosfer asli Bumi, mengalami reaksi kimia, sebagai akibatnya zat organik, khususnya asam amino, terbentuk. Akibatnya, kehidupan dapat berasal dari atmosfir yang secara fundamental berbeda dari atmosfir modern. Dengan munculnya tumbuhan primitif, proses fotosintesis dimulai (lihat juga FOTOSINTESIS), disertai dengan pelepasan oksigen bebas. Gas ini, terutama setelah difusi ke atmosfer atas, mulai melindungi lapisan bawahnya dan permukaan bumi dari radiasi ultraviolet dan sinar-X yang mengancam jiwa. Diperkirakan bahwa sedikitnya 0,00004 dari volume oksigen saat ini dapat menyebabkan pembentukan lapisan dengan setengah konsentrasi ozon saat ini, yang bagaimanapun memberikan perlindungan yang sangat signifikan dari sinar ultraviolet. Kemungkinan juga bahwa atmosfer utama mengandung banyak karbon dioksida. Itu dikonsumsi selama fotosintesis, dan konsentrasinya pasti menurun saat dunia tumbuhan berevolusi, dan juga karena penyerapan selama beberapa proses geologis. Karena efek rumah kaca dikaitkan dengan keberadaan karbon dioksida di atmosfer, beberapa ilmuwan percaya bahwa fluktuasi konsentrasinya adalah salah satu penyebab penting perubahan iklim skala besar dalam sejarah Bumi, seperti zaman es. Helium yang ada di atmosfer modern mungkin sebagian besar merupakan produk peluruhan radioaktif uranium, thorium, dan radium. Unsur-unsur radioaktif ini memancarkan partikel alfa, yang merupakan inti atom helium. Karena tidak ada muatan listrik yang dibuat atau dihancurkan selama peluruhan radioaktif, ada dua elektron untuk setiap partikel alfa. Akibatnya, ia bergabung dengan mereka, membentuk atom helium netral. Unsur radioaktif terkandung dalam mineral yang tersebar di ketebalan batuan, sehingga sebagian besar helium yang terbentuk akibat peluruhan radioaktif disimpan di dalamnya, menguap sangat lambat ke atmosfer. Sejumlah tertentu helium naik ke eksosfer karena difusi, tetapi karena masuknya konstan dari permukaan bumi, volume gas ini di atmosfer tidak berubah. Berdasarkan analisis spektral cahaya bintang dan studi meteorit, adalah mungkin untuk memperkirakan kelimpahan relatif berbagai unsur kimia di alam semesta. Konsentrasi neon di ruang angkasa sekitar sepuluh miliar kali lebih tinggi daripada di Bumi, kripton - sepuluh juta kali, dan xenon - satu juta kali. Oleh karena itu, konsentrasi gas-gas inert ini, yang semula ada di atmosfer Bumi dan tidak terisi kembali selama reaksi kimia, sangat menurun, bahkan mungkin pada tahap hilangnya atmosfer utama Bumi. Pengecualian adalah argon gas inert, karena masih terbentuk dalam bentuk isotop 40Ar dalam proses peluruhan radioaktif dari isotop kalium.
FENOMENA OPTIK
Beragamnya fenomena optik di atmosfer disebabkan oleh berbagai alasan. Fenomena yang paling umum termasuk kilat (lihat di atas) dan aurora borealis dan aurora borealis yang sangat indah (lihat juga LAMPU POLAR). Selain itu, pelangi, gal, parhelion (matahari palsu) dan busur, mahkota, lingkaran cahaya dan hantu Brocken, fatamorgana, api St. Elmo, awan bercahaya, sinar hijau dan senja sangat menarik. Pelangi adalah fenomena atmosfer yang paling indah. Biasanya ini adalah lengkungan besar, terdiri dari garis-garis multi-warna, diamati ketika Matahari hanya menerangi sebagian dari langit, dan udara jenuh dengan tetesan air, misalnya, selama hujan. Busur multi-warna diatur dalam urutan spektrum (merah, oranye, kuning, hijau, cyan, nila, ungu), tetapi warna hampir tidak pernah murni karena pita tumpang tindih. Biasanya, karakteristik fisik pelangi sangat bervariasi, dan karenanya penampilan mereka cukup bervariasi. Fitur umum mereka adalah bahwa pusat busur selalu terletak pada garis lurus yang ditarik dari Matahari ke pengamat. Pelangi utama adalah busur yang terdiri dari warna paling terang - merah di luar dan ungu di dalam. Terkadang hanya satu busur yang terlihat, tetapi seringkali busur sekunder muncul di luar pelangi utama. Warnanya tidak seterang yang pertama, dan garis-garis merah dan ungu di dalamnya berubah: merah terletak di bagian dalam. Pembentukan pelangi utama dijelaskan oleh pembiasan ganda (lihat juga OPTIK) dan refleksi internal tunggal sinar matahari (lihat Gambar 5). Menembus di dalam setetes air (A), seberkas cahaya dibiaskan dan terurai, seperti ketika melewati prisma. Kemudian mencapai permukaan yang berlawanan dari drop (B), dipantulkan darinya dan keluar dari drop ke luar (C). Dalam hal ini, berkas cahaya, sebelum mencapai pengamat, dibiaskan untuk kedua kalinya. Sinar putih asli didekomposisi menjadi sinar warna yang berbeda dengan sudut divergensi 2°. Ketika pelangi sekunder terbentuk, terjadi pembiasan ganda dan pemantulan ganda sinar matahari (lihat Gambar 6). Dalam hal ini, cahaya dibiaskan, menembus bagian dalam drop melalui bagian bawahnya (A), dan dipantulkan dari permukaan bagian dalam drop, pertama di titik B, kemudian di titik C. Di titik D, cahaya dibiaskan, meninggalkan drop menuju pengamat.

Saat matahari terbit dan terbenam, pengamat melihat pelangi dalam bentuk busur sama dengan setengah lingkaran, karena sumbu pelangi sejajar dengan cakrawala. Jika Matahari lebih tinggi di atas cakrawala, busur pelangi kurang dari setengah lingkaran. Ketika Matahari terbit di atas 42° di atas cakrawala, pelangi menghilang. Di mana-mana, kecuali di lintang tinggi, pelangi tidak bisa muncul di siang hari saat Matahari terlalu tinggi. Sangat menarik untuk memperkirakan jarak ke pelangi. Meskipun tampaknya busur multi-warna terletak di bidang yang sama, ini adalah ilusi. Faktanya, pelangi memiliki kedalaman yang luar biasa, dan dapat direpresentasikan sebagai permukaan kerucut berongga, yang di atasnya adalah pengamat. Sumbu kerucut menghubungkan Matahari, pengamat, dan pusat pelangi. Pengamat melihat, seolah-olah, di sepanjang permukaan kerucut ini. Dua orang tidak akan pernah bisa melihat pelangi yang sama persis. Tentu saja, seseorang dapat mengamati efek yang sama secara umum, tetapi kedua pelangi berada di posisi yang berbeda dan dibentuk oleh tetesan air yang berbeda. Ketika hujan atau kabut membentuk pelangi, efek optik penuh dicapai dengan efek gabungan dari semua tetesan air yang melintasi permukaan kerucut pelangi dengan pengamat di puncaknya. Peran setiap tetes cepat berlalu. Permukaan kerucut pelangi terdiri dari beberapa lapisan. Dengan cepat melintasi mereka dan melewati serangkaian titik kritis, setiap tetes langsung menguraikan sinar matahari ke seluruh spektrum dalam urutan yang ditentukan secara ketat - dari merah ke ungu. Banyak tetesan melintasi permukaan kerucut dengan cara yang sama, sehingga pelangi tampak bagi pengamat sebagai kontinu baik sepanjang maupun melintasi busurnya. Halo - busur cahaya putih atau warna-warni dan lingkaran di sekitar piringan Matahari atau Bulan. Mereka muncul karena pembiasan atau pantulan cahaya oleh kristal es atau salju di atmosfer. Kristal yang membentuk halo terletak di permukaan kerucut imajiner dengan sumbu diarahkan dari pengamat (dari atas kerucut) ke Matahari. Dalam kondisi tertentu, atmosfer jenuh dengan kristal-kristal kecil, banyak di antaranya membentuk sudut siku-siku dengan bidang yang melewati Matahari, pengamat, dan kristal-kristal ini. Segi-segi tersebut memantulkan sinar cahaya yang masuk dengan deviasi 22 °, membentuk lingkaran cahaya yang kemerahan di bagian dalam, tetapi juga dapat terdiri dari semua warna spektrum. Yang kurang umum adalah lingkaran cahaya dengan jari-jari sudut 46°, terletak secara konsentris di sekitar lingkaran halo 22 derajat. Sisi dalamnya juga memiliki warna kemerahan. Alasan untuk ini juga adalah pembiasan cahaya, yang terjadi dalam hal ini pada permukaan kristal yang membentuk sudut siku-siku. Lebar cincin lingkaran cahaya tersebut melebihi 2,5°. Lingkaran cahaya 46 derajat dan 22 derajat cenderung paling terang di bagian atas dan bagian bawah cincin. Halo 90 derajat yang langka adalah cincin bercahaya redup, hampir tidak berwarna yang memiliki pusat bersama dengan dua lingkaran cahaya lainnya. Jika diwarnai, ia memiliki warna merah di bagian luar cincin. Mekanisme munculnya jenis halo ini belum sepenuhnya dijelaskan (Gbr. 7).

Parhelia dan busur. Lingkaran parhelic (atau lingkaran matahari palsu) - cincin putih yang berpusat pada titik zenith, melewati Matahari sejajar dengan cakrawala. Alasan pembentukannya adalah pantulan sinar matahari dari tepi permukaan kristal es. Jika kristal cukup merata di udara, itu menjadi terlihat lingkaran penuh . Parhelia, atau matahari palsu, adalah bintik-bintik bercahaya terang menyerupai Matahari, yang terbentuk di titik-titik perpotongan lingkaran parhelik dengan halo, memiliki jari-jari sudut 22°, 46°, dan 90°. Parhelion yang paling sering terbentuk dan paling terang terbentuk di persimpangan dengan lingkaran cahaya 22 derajat, biasanya diwarnai di hampir semua warna pelangi. Matahari palsu di persimpangan dengan lingkaran cahaya 46 dan 90 derajat lebih jarang diamati. Parhelia yang terjadi di persimpangan dengan lingkaran cahaya 90 derajat disebut paranthelia, atau countersuns palsu. Terkadang antelium (penghitung matahari) juga terlihat - titik terang yang terletak di cincin parhelion tepat di seberang Matahari. Diasumsikan bahwa penyebab fenomena ini adalah refleksi internal ganda sinar matahari. Berkas pantul mengikuti lintasan yang sama dengan sinar datang, tetapi dalam arah yang berlawanan. Busur circumzenithal, kadang-kadang salah disebut sebagai busur tangen atas dari halo 46 derajat, adalah busur 90° atau kurang yang berpusat pada titik zenith dan kira-kira 46° di atas Matahari. Ini jarang terlihat dan hanya untuk beberapa menit, memiliki warna cerah, dan warna merah terbatas pada sisi luar busur. Busur circumzenithal terkenal karena pewarnaan, kecerahan, dan garis besarnya yang jelas. Efek optik lain yang aneh dan sangat langka dari jenis halo adalah busur Lovitz. Mereka muncul sebagai kelanjutan dari parhelia di persimpangan dengan lingkaran cahaya 22 derajat, melewati sisi luar lingkaran cahaya dan sedikit cekung ke arah Matahari. Pilar cahaya keputihan, serta berbagai salib, kadang-kadang terlihat saat fajar atau senja, terutama di daerah kutub, dan dapat menemani Matahari dan Bulan. Kadang-kadang, lingkaran cahaya bulan dan efek lain yang serupa dengan yang dijelaskan di atas diamati, dengan lingkaran cahaya bulan yang paling umum (cincin di sekitar Bulan) memiliki radius sudut 22°. Seperti matahari palsu, bulan palsu bisa muncul. Mahkota, atau mahkota, adalah cincin kecil berwarna konsentris di sekitar Matahari, Bulan, atau objek terang lainnya yang diamati dari waktu ke waktu ketika sumber cahaya berada di balik awan transparan. Jari-jari korona lebih kecil dari jari-jari halo dan kira-kira. 1-5 °, cincin biru atau ungu paling dekat dengan Matahari. Korona terjadi ketika cahaya dihamburkan oleh tetesan air kecil yang membentuk awan. Terkadang mahkota terlihat seperti titik bercahaya (atau lingkaran cahaya) yang mengelilingi Matahari (atau Bulan), yang diakhiri dengan cincin kemerahan. Dalam kasus lain, setidaknya dua cincin konsentris dengan diameter lebih besar, berwarna sangat lemah, terlihat di luar lingkaran cahaya. Fenomena ini disertai dengan awan berwarna-warni. Terkadang tepi awan yang sangat tinggi dicat dengan warna-warna cerah.
Gloria (halo). DI DALAM kondisi khusus fenomena atmosfer yang tidak biasa terjadi. Jika Matahari berada di belakang pengamat, dan bayangannya diproyeksikan ke awan terdekat atau tirai kabut, di bawah keadaan atmosfer tertentu di sekitar bayangan kepala seseorang, Anda dapat melihat lingkaran bercahaya berwarna - lingkaran cahaya. Biasanya lingkaran cahaya seperti itu terbentuk karena pantulan cahaya oleh tetesan embun di halaman berumput. Gloria juga cukup umum ditemukan di sekitar bayangan yang dibuat oleh bidang di atas awan di bawahnya.
Hantu Brocken. Di beberapa wilayah di dunia, ketika bayangan seorang pengamat di atas bukit, saat matahari terbit atau terbenam, jatuh di belakangnya di atas awan yang terletak pada jarak pendek, efek mencolok terungkap: bayangan memperoleh dimensi kolosal. Hal ini disebabkan oleh pemantulan dan pembiasan cahaya oleh tetesan air terkecil di dalam kabut. Fenomena yang dijelaskan disebut "hantu Brocken" setelah puncak di pegunungan Harz di Jerman.
fatamorgana- efek optik yang disebabkan oleh pembiasan cahaya ketika melewati lapisan udara dengan kepadatan berbeda dan dinyatakan dalam tampilan gambar virtual. Dalam hal ini, objek yang jauh dapat berubah menjadi naik atau turun relatif terhadap posisi sebenarnya, dan mungkin juga terdistorsi dan memperoleh bentuk yang tidak beraturan dan fantastis. Fatamorgana sering diamati di iklim panas, seperti di atas dataran berpasir. Fatamorgana inferior sering terjadi, ketika permukaan gurun yang jauh dan hampir datar tampak seperti perairan terbuka, terutama jika dilihat dari sedikit ketinggian atau hanya di atas lapisan udara panas. Ilusi serupa biasanya terjadi di jalan beraspal panas yang terlihat seperti permukaan air jauh di depan. Pada kenyataannya, permukaan ini adalah refleksi dari langit. Di bawah ketinggian mata, objek, biasanya terbalik, dapat muncul di "air" ini. Sebuah "kue lapisan udara" terbentuk di atas permukaan tanah yang dipanaskan, dan lapisan yang paling dekat dengan bumi adalah yang paling panas dan sangat jarang sehingga gelombang cahaya yang melewatinya terdistorsi, karena kecepatan rambatnya bervariasi tergantung pada kepadatan media. Fatamorgana superior kurang umum dan lebih indah daripada fatamorgana inferior. Objek yang jauh (seringkali di bawah cakrawala laut) muncul terbalik di langit, dan terkadang gambar langsung dari objek yang sama juga muncul di atas. Fenomena ini khas untuk daerah dingin, terutama ketika ada pembalikan suhu yang signifikan, ketika lapisan udara yang lebih hangat berada di atas lapisan yang lebih dingin. Efek optik ini dimanifestasikan sebagai hasil dari pola perambatan kompleks dari bagian depan gelombang cahaya di lapisan udara dengan kepadatan yang tidak seragam. Fatamorgana yang sangat tidak biasa terjadi dari waktu ke waktu, terutama di daerah kutub. Ketika fatamorgana terjadi di darat, pohon dan komponen lanskap lainnya terbalik. Dalam semua kasus, objek di fatamorgana atas lebih jelas terlihat daripada di bawah. Ketika batas dua massa udara adalah bidang vertikal, kadang-kadang terjadi fatamorgana samping.
Api Saint Elmo. Beberapa fenomena optik di atmosfer (misalnya, cahaya dan fenomena meteorologi yang paling umum - kilat) bersifat listrik. Yang jauh lebih jarang adalah api St. Elmo - kuas biru pucat atau ungu bercahaya dari 30 cm hingga 1 m atau lebih, biasanya di puncak tiang atau ujung galangan kapal di laut. Kadang-kadang tampaknya seluruh tali-temali kapal ditutupi dengan fosfor dan bersinar. Api St. Elmo terkadang muncul di puncak gunung, serta di menara dan sudut tajam gedung-gedung tinggi. Fenomena ini adalah pelepasan listrik sikat di ujung konduktor listrik, ketika kekuatan medan listrik sangat meningkat di atmosfer di sekitar mereka. Will-o'-the-wisps adalah cahaya kebiruan atau kehijauan samar yang kadang-kadang terlihat di rawa-rawa, kuburan, dan ruang bawah tanah. Mereka sering muncul sebagai nyala lilin yang menyala dengan tenang, tidak memanas, yang diangkat sekitar 30 cm di atas tanah, melayang di atas objek sejenak. Cahaya tampaknya benar-benar sulit dipahami dan, ketika pengamat mendekat, cahaya itu tampaknya pindah ke tempat lain. Alasan untuk fenomena ini adalah dekomposisi residu organik dan pembakaran spontan gas metana rawa (CH4) atau fosfin (PH3). Lampu pengembara memiliki bentuk yang berbeda, terkadang bahkan bulat. Sinar hijau - kilatan sinar matahari hijau zamrud pada saat sinar terakhir Matahari menghilang di bawah cakrawala. Komponen merah dari sinar matahari menghilang terlebih dahulu, semua yang lain mengikuti secara berurutan, dan hijau zamrud tetap terakhir. Fenomena ini hanya terjadi ketika hanya tepi piringan matahari yang tersisa di atas cakrawala, jika tidak ada campuran warna. Sinar krepuskular adalah berkas sinar matahari divergen yang menjadi terlihat saat menyinari debu di atmosfer tinggi. Bayangan dari awan membentuk pita gelap, dan sinar merambat di antara mereka. Efek ini diamati ketika Matahari rendah di cakrawala sebelum fajar atau setelah matahari terbenam.

Atmosfer bumi adalah selubung gas planet ini. Batas bawah atmosfer melewati dekat permukaan bumi (hidrosfer dan kerak bumi), dan batas atas adalah wilayah yang bersentuhan dengan luar angkasa (122 km). Atmosfer mengandung banyak elemen yang berbeda. Yang utama adalah: 78% nitrogen, 20% oksigen, 1% argon, karbon dioksida, neon galium, hidrogen, dll. Fakta menarik dapat dilihat di akhir artikel atau dengan mengklik.

Atmosfer memiliki lapisan udara yang berbeda. Lapisan udara berbeda dalam suhu, perbedaan gas dan kepadatannya dan. Perlu dicatat bahwa lapisan stratosfer dan troposfer melindungi bumi dari radiasi matahari. Di lapisan yang lebih tinggi, organisme hidup dapat menerima dosis mematikan dari spektrum ultraviolet matahari. Untuk melompat dengan cepat ke lapisan atmosfer yang diinginkan, klik pada lapisan yang sesuai:

Troposfer dan tropopause

Troposfer - suhu, tekanan, ketinggian

Batas atas dijaga sekitar 8 - 10 km kira-kira. Di lintang sedang 16 - 18 km, dan di kutub 10 - 12 km. Troposfer Ini adalah lapisan utama atmosfer yang lebih rendah. Lapisan ini mengandung lebih dari 80% dari total massa udara atmosfer dan hampir 90% dari total uap air. Di troposfer itulah konveksi dan turbulensi muncul, siklon terbentuk, dan terjadi. Suhu berkurang dengan ketinggian. Gradien: 0,65 °/100 m Tanah dan air yang dipanaskan memanaskan udara di sekelilingnya. Udara panas naik, mendingin dan membentuk awan. Suhu di batas atas lapisan bisa mencapai -50/70 °C.

Pada lapisan inilah terjadi perubahan kondisi cuaca iklim. Batas bawah troposfer disebut permukaan karena memiliki banyak mikroorganisme yang mudah menguap dan debu. Kecepatan angin meningkat dengan ketinggian di lapisan ini.

tropopause

Ini adalah lapisan transisi dari troposfer ke stratosfer. Di sini, ketergantungan penurunan suhu dengan peningkatan ketinggian berhenti. Tropopause adalah ketinggian minimum di mana gradien suhu vertikal turun menjadi 0,2 ° C/100 m. Ketinggian tropopause tergantung pada peristiwa iklim yang kuat seperti siklon. Ketinggian tropopause berkurang di atas siklon dan meningkat di atas antisiklon.

Stratosfer dan Stratopause

Ketinggian lapisan stratosfer kira-kira dari 11 hingga 50 km. Ada sedikit perubahan suhu pada ketinggian 11-25 km. Pada ketinggian 25–40 km, inversi suhu, dari 56,5 naik menjadi 0,8°C. Dari 40 km hingga 55 km suhu tetap sekitar 0 °C. Daerah ini disebut- stratopause.

Di Stratosfer, efek radiasi matahari pada molekul gas diamati, mereka berdisosiasi menjadi atom. Hampir tidak ada uap air di lapisan ini. Pesawat komersial supersonik modern terbang pada ketinggian hingga 20 km karena kondisi penerbangan yang stabil. Balon cuaca ketinggian tinggi naik ke ketinggian 40 km. Ada arus udara yang stabil di sini, kecepatannya mencapai 300 km/jam. Juga di lapisan ini terkonsentrasi ozon, lapisan yang menyerap sinar ultraviolet.

Mesosfer dan Mesopause - komposisi, reaksi, suhu

Lapisan mesosfer dimulai pada sekitar 50 km dan berakhir pada sekitar 80-90 km. Suhu menurun dengan ketinggian sekitar 0,25-0,3°C/100 m Pertukaran panas radiasi adalah efek energi utama di sini. Proses fotokimia kompleks yang melibatkan radikal bebas (memiliki 1 atau 2 elektron tidak berpasangan) karena mereka menerapkan binar suasana.

Hampir semua meteor terbakar di mesosfer. Para ilmuwan telah menamai daerah ini Pengabaian. Zona ini sulit dijelajahi, karena penerbangan aerodinamis di sini sangat buruk karena kepadatan udara, yang 1000 kali lebih sedikit daripada di Bumi. Dan untuk peluncuran satelit buatan, kepadatannya masih sangat tinggi. Penelitian dilakukan dengan bantuan roket meteorologi, tetapi ini adalah penyimpangan. mesopause lapisan transisi antara mesosfer dan termosfer. Memiliki suhu minimal -90°C.

Garis Karman

Garis saku disebut batas antara atmosfer bumi dan luar angkasa. Menurut Federasi Penerbangan Internasional (FAI), ketinggian perbatasan ini adalah 100 km. Definisi ini diberikan untuk menghormati ilmuwan Amerika Theodor von Karman. Dia menentukan bahwa pada ketinggian ini kepadatan atmosfer sangat rendah sehingga penerbangan aerodinamis menjadi tidak mungkin di sini, karena kecepatan pesawat harus lebih besar. kecepatan ruang pertama. Pada ketinggian seperti itu, konsep penghalang suara kehilangan maknanya. Di sini Anda dapat mengontrol pesawat hanya karena gaya reaktif.

Termosfer dan Termopause

Batas atas lapisan ini sekitar 800 km. Suhu naik hingga sekitar 300 km, di mana mencapai sekitar 1500 K. Di atas, suhu tetap tidak berubah. Di lapisan ini ada Lampu Kutub- terjadi sebagai akibat dari efek radiasi matahari di udara. Proses ini juga disebut ionisasi oksigen atmosfer.

Karena jarangnya udara, penerbangan di atas garis Karman hanya dimungkinkan di sepanjang lintasan balistik. Semua penerbangan orbit berawak (kecuali penerbangan ke Bulan) terjadi di lapisan atmosfer ini.

Eksosfer - Kepadatan, Suhu, Ketinggian

Ketinggian eksosfer berada di atas 700 km. Di sini gas sangat dijernihkan, dan prosesnya berlangsung menghilangnya- kebocoran partikel ke ruang antarplanet. Kecepatan partikel tersebut bisa mencapai 11,2 km/detik. Pertumbuhan aktivitas matahari menyebabkan perluasan ketebalan lapisan ini.

Cangkang gas tidak terbang ke luar angkasa karena gravitasi. Udara terdiri dari partikel-partikel yang memiliki massa sendiri. Dari hukum gravitasi, dapat disimpulkan bahwa setiap benda bermassa tertarik ke bumi.
Hukum Buys-Balot menyatakan bahwa jika Anda berada di belahan bumi utara dan berdiri membelakangi angin, maka zona tekanan tinggi akan terletak di sebelah kanan, dan tekanan rendah di sebelah kiri. Di belahan bumi selatan, itu akan menjadi sebaliknya.

- cangkang udara globe yang berputar dengan Bumi. Batas atas atmosfer secara konvensional dilakukan pada ketinggian 150-200 km. Batas bawahnya adalah permukaan bumi.

Udara atmosfer adalah campuran gas. Sebagian besar volumenya di lapisan udara permukaan adalah nitrogen (78%) dan oksigen (21%). Selain itu, udara mengandung gas inert (argon, helium, neon, dll), karbon dioksida (0,03), uap air, dan berbagai partikel padat (debu, jelaga, kristal garam).

Udara tidak berwarna, dan warna langit dijelaskan oleh kekhasan hamburan gelombang cahaya.

Atmosfer terdiri dari beberapa lapisan: troposfer, stratosfer, mesosfer, dan termosfer.

Lapisan udara paling bawah disebut troposfer. Pada garis lintang yang berbeda, kekuatannya tidak sama. Troposfer mengulangi bentuk planet dan berpartisipasi bersama dengan Bumi dalam rotasi aksial. Di khatulistiwa, ketebalan atmosfer bervariasi dari 10 hingga 20 km. Di ekuator lebih besar, dan di kutub lebih kecil. Troposfer dicirikan oleh kepadatan maksimum udara, 4/5 dari massa seluruh atmosfer terkonsentrasi di dalamnya. Troposfer menentukan kondisi cuaca: berbagai massa udara terbentuk di sini, awan dan presipitasi terbentuk, dan terjadi pergerakan udara horizontal dan vertikal yang intens.

Di atas troposfer, hingga ketinggian 50 km, terletak stratosfir. Ini ditandai dengan kepadatan udara yang lebih rendah, tidak ada uap air di dalamnya. Di bagian bawah stratosfer pada ketinggian sekitar 25 km. ada "layar ozon" - lapisan atmosfer dengan konsentrasi ozon yang tinggi, yang menyerap radiasi ultraviolet, yang berakibat fatal bagi organisme.

Pada ketinggian 50 hingga 80-90 km memanjang mesosfer. Saat ketinggian meningkat, suhu menurun dengan gradien vertikal rata-rata (0,25-0,3)° / 100 m, dan kerapatan udara menurun. Proses energi utama adalah perpindahan panas secara radiasi. Cahaya atmosfer disebabkan oleh proses fotokimia kompleks yang melibatkan radikal, molekul yang tereksitasi secara vibrasi.

Termosfer terletak pada ketinggian 80-90 sampai 800 km. Kepadatan udara di sini minimal, tingkat ionisasi udara sangat tinggi. Perubahan suhu tergantung pada aktivitas Matahari. Karena banyaknya partikel bermuatan, aurora dan badai magnet diamati di sini.

Atmosfer sangat penting bagi sifat Bumi. Tanpa oksigen, makhluk hidup tidak dapat bernafas. Lapisan ozonnya melindungi semua makhluk hidup dari sinar ultraviolet yang berbahaya. Atmosfer menghaluskan fluktuasi suhu: permukaan bumi tidak menjadi sangat dingin di malam hari dan tidak terlalu panas di siang hari. Di lapisan udara atmosfer yang padat, tidak mencapai permukaan planet ini, meteorit terbakar dari duri.

Atmosfer berinteraksi dengan semua kulit bumi. Dengan bantuannya, pertukaran panas dan kelembaban antara laut dan darat. Tanpa atmosfer tidak akan ada awan, hujan, angin.

Aktivitas manusia memiliki efek merugikan yang signifikan terhadap atmosfer. Terjadi pencemaran udara yang menyebabkan peningkatan konsentrasi karbon monoksida (CO 2). Dan ini berkontribusi pada pemanasan global dan meningkatkan "efek rumah kaca". Lapisan ozon Bumi sedang dihancurkan karena limbah industri dan transportasi.

Atmosfer perlu dilindungi. DI DALAM negara maju serangkaian tindakan sedang diambil untuk melindungi udara atmosfer dari polusi.

Apakah Anda memiliki pertanyaan? Ingin tahu lebih banyak tentang suasananya?
Untuk mendapatkan bantuan dari tutor -.

blog.site, dengan penyalinan materi secara penuh atau sebagian, diperlukan tautan ke sumbernya.

Atmosfer adalah salah satu komponen terpenting dari planet kita. Dialah yang "menampung" orang dari kondisi luar angkasa yang keras, seperti radiasi matahari dan puing-puing luar angkasa. Namun, banyak fakta tentang atmosfer yang tidak diketahui kebanyakan orang.

1. Warna langit yang sebenarnya

Meski sulit dipercaya, langit sebenarnya berwarna ungu. Ketika cahaya memasuki atmosfer, partikel udara dan air menyerap cahaya, menyebarkannya. Pada saat yang sama, warna ungu paling banyak tersebar, itulah sebabnya orang melihat langit biru.

2. Elemen eksklusif di atmosfer bumi

Seperti yang banyak diingat dari sekolah, atmosfer bumi terdiri dari sekitar 78% nitrogen, 21% oksigen, dan sejumlah kecil argon, karbon dioksida, dan gas lainnya. Tetapi hanya sedikit orang yang tahu bahwa atmosfer kita adalah satu-satunya yang sejauh ini ditemukan oleh para ilmuwan (selain komet 67P) yang memiliki oksigen bebas. Karena oksigen adalah gas yang sangat reaktif, oksigen sering bereaksi dengan bahan kimia lain di luar angkasa. Bentuknya yang murni di Bumi membuat planet ini layak huni.

3. Garis putih di langit

Tentunya, beberapa terkadang bertanya-tanya mengapa garis putih tetap ada di langit di belakang pesawat jet. Jejak putih ini, yang dikenal sebagai contrails, terbentuk ketika gas buang panas dan lembab dari mesin pesawat bercampur dengan udara luar yang lebih dingin. Uap air dari gas buang membeku dan menjadi terlihat.

4. Lapisan utama atmosfer

Atmosfer bumi terdiri dari lima lapisan utama yang membuat kemungkinan hidup di planet ini. Yang pertama, troposfer, memanjang dari permukaan laut hingga ketinggian sekitar 17 km ke khatulistiwa. Sebagian besar peristiwa cuaca terjadi di dalamnya.

5. Lapisan ozon

Lapisan atmosfer berikutnya, stratosfer, mencapai ketinggian sekitar 50 km di khatulistiwa. Ini berisi lapisan ozon, yang melindungi orang dari sinar ultraviolet yang berbahaya. Meskipun lapisan ini berada di atas troposfer, sebenarnya mungkin lebih hangat karena energi yang diserapnya dari sinar matahari. Sebagian besar pesawat jet dan balon cuaca terbang di stratosfer. Pesawat bisa terbang lebih cepat di dalamnya karena tidak terlalu terpengaruh oleh gravitasi dan gesekan. Balon cuaca bisa mendapatkan gambaran yang lebih baik tentang badai, yang sebagian besar terjadi lebih rendah di troposfer.

6. Mesosfer

Mesosfer adalah lapisan tengah, memanjang hingga ketinggian 85 km di atas permukaan planet. Suhunya berfluktuasi sekitar -120 ° C. Sebagian besar meteor yang memasuki atmosfer bumi terbakar di mesosfer. Dua lapisan terakhir yang melewati ruang angkasa adalah termosfer dan eksosfer.

7. Hilangnya atmosfer

Bumi kemungkinan besar telah kehilangan atmosfernya beberapa kali. Ketika planet ini tertutup lautan magma, benda-benda antarbintang besar menabraknya. Tabrakan ini, yang juga membentuk Bulan, mungkin telah membentuk atmosfer planet untuk pertama kalinya.

8. Jika tidak ada gas atmosfer...

Tanpa berbagai gas di atmosfer, Bumi akan terlalu dingin untuk keberadaan manusia. Uap air, karbon dioksida, dan gas atmosfer lainnya menyerap panas dari matahari dan "mendistribusikannya" ke permukaan planet, membantu menciptakan iklim yang layak huni.

9. Pembentukan lapisan ozon

Lapisan ozon yang terkenal (dan penting) tercipta ketika atom oksigen bereaksi dengan sinar ultraviolet dari matahari untuk membentuk ozon. Ozon yang paling banyak menyerap radiasi berbahaya Matahari. Terlepas dari pentingnya, lapisan ozon terbentuk relatif baru-baru ini setelah cukup banyak kehidupan muncul di lautan untuk melepaskan ke atmosfer jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk menciptakan konsentrasi minimum ozon.

10. Ionosfer

Ionosfer dinamakan demikian karena partikel berenergi tinggi dari luar angkasa dan dari Matahari membantu membentuk ion, menciptakan "lapisan listrik" di sekitar planet ini. Ketika tidak ada satelit, lapisan ini membantu memantulkan gelombang radio.

11. Hujan asam

Hujan asam, yang menghancurkan seluruh hutan dan merusak ekosistem air, terbentuk di atmosfer ketika partikel sulfur dioksida atau nitrogen oksida bercampur dengan uap air dan jatuh ke tanah sebagai hujan. Senyawa kimia ini juga ditemukan di alam: belerang dioksida dihasilkan selama letusan gunung berapi, dan oksida nitrat dihasilkan selama sambaran petir.

12. Kekuatan Petir

Petir sangat kuat sehingga hanya dengan satu pelepasan saja dapat memanaskan udara di sekitarnya hingga 30.000 ° C. Pemanasan yang cepat menyebabkan ekspansi eksplosif dari udara di dekatnya, yang terdengar dalam bentuk gelombang suara yang disebut guntur.

Aurora Borealis dan Aurora Australis (Aurora Utara dan Selatan) disebabkan oleh reaksi ion yang terjadi di tingkat keempat atmosfer, termosfer. Ketika partikel angin surya bermuatan tinggi bertabrakan dengan molekul udara di atas kutub magnet planet, mereka bersinar dan menciptakan pertunjukan cahaya yang luar biasa.

14. Matahari terbenam

Matahari terbenam sering terlihat seperti langit yang terbakar saat partikel atmosfer kecil menyebarkan cahaya, memantulkannya dalam warna oranye dan kuning. Prinsip yang sama mendasari pembentukan pelangi.

Pada tahun 2013, para ilmuwan menemukan bahwa mikroba kecil dapat bertahan hidup beberapa kilometer di atas permukaan bumi. Pada ketinggian 8-15 km di atas planet ini, ditemukan mikroba yang merusak bahan organik zat kimia, yang mengapung di atmosfer, "memakan" mereka.

Penganut teori kiamat dan berbagai cerita horor lainnya akan tertarik untuk mempelajarinya.