Ilmakehän eri kerrosten lämpötila. Ilmakehä on maapallon ilmakerros. Ilmamassojen liike ilmakehässä

Ilmakehä on maapallon ilmavaippa. Se ulottuu jopa 3000 km:n etäisyydelle maanpinnasta. Sen jäljet ​​voidaan jäljittää jopa 10 000 kilometrin korkeuteen. A:n tiheys on epätasainen 50 5; sen massat ovat keskittyneet 5 km:iin asti, 75% - 10 km:iin asti, 90% - 16 km:iin asti.

Ilmakehä koostuu ilmasta - useiden kaasujen mekaanisesta seoksesta.

Typpi(78 %) ilmakehässä toimii happilaimentimena, sääteleen hapettumisnopeutta ja siten biologisten prosessien nopeutta ja voimakkuutta. Typpi on maapallon ilmakehän pääalkuaine, joka vaihtuu jatkuvasti biosfäärin elävän aineen kanssa, ja jälkimmäisen komponentit ovat typpiyhdisteitä (aminohapot, puriinit jne.). Typen uuttaminen ilmakehästä tapahtuu epäorgaanisilla ja biokemiallisilla tavoilla, vaikka ne liittyvätkin läheisesti toisiinsa. Epäorgaaninen uutto liittyy sen yhdisteiden N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3 muodostumiseen. Niitä löytyy ilmakehän sateista ja muodostuu ilmakehässä sähköpurkausten vaikutuksesta ukkosmyrskyjen aikana tai valokemiallisten reaktioiden vaikutuksesta auringon säteilyn vaikutuksesta.

Jotkut bakteerit suorittavat biologista typensidontaa symbioosissa korkeampien kasvien kanssa maaperässä. Typpeä sitovat myös jotkut planktonin mikro-organismit ja levät meriympäristössä. Kvantitatiivisesti typen biologinen sitoutuminen ylittää sen epäorgaanisen sitoutumisen. Ilmakehän kaiken typen vaihto kestää noin 10 miljoonaa vuotta. Typpeä löytyy vulkaanista alkuperää olevista kaasuista ja magmakivistä. Kun erilaisia ​​näytteitä kiteisistä kivistä ja meteoriiteista kuumennetaan, typpeä vapautuu N 2- ja NH 3 -molekyylien muodossa. Kuitenkin typen pääasiallinen esiintymismuoto sekä maan päällä että maanpäällisillä planeetoilla on molekyylinen. Yläilmakehään joutuva ammoniakki hapettuu nopeasti vapauttaen typpeä. Sedimenttikivissä se hautautuu orgaanisen aineen kanssa ja sitä esiintyy lisääntyneenä bitumiesiintymissä. Näiden kivien alueellisen muodonmuutoksen aikana typpeä vapautuu eri muodoissa maan ilmakehään.

Geokemiallinen typen kierto (

Happi(21 %) elävät organismit käyttävät hengitykseen, on osa orgaanista ainesta (proteiinit, rasvat, hiilihydraatit). Otsoni O3. estää hengenvaarallisen ultraviolettisäteilyn Auringosta.

Happi on ilmakehän toiseksi yleisin kaasu, jolla on erittäin tärkeä rooli monissa biosfäärin prosesseissa. Sen olemassaolon hallitseva muoto on O 2 . Ilmakehän ylemmissä kerroksissa happimolekyylit hajoavat ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta, ja noin 200 km:n korkeudessa atomihapen suhde molekyyliin (O:O 2) tulee 10:ksi. happi vuorovaikuttavat ilmakehässä (20-30 km korkeudessa), otsonivyöhyke (otsonikilpi). Otsoni (O 3) on välttämätön eläville organismeille, mikä hidastaa suurimman osan heille haitallisesta auringon ultraviolettisäteilystä.

Maan kehityksen alkuvaiheessa vapaata happea syntyi hyvin pieniä määriä hiilidioksidin ja vesimolekyylien fotodissosioitumisen seurauksena yläilmakehässä. Nämä pienet määrät kuluivat kuitenkin nopeasti muiden kaasujen hapettumiseen. Autotrofisten fotosynteettisten organismien tultua valtamereen tilanne on muuttunut merkittävästi. Ilmakehän vapaan hapen määrä alkoi asteittain kasvaa hapettaen aktiivisesti monia biosfäärin komponentteja. Näin ollen vapaan hapen ensimmäiset osat vaikuttivat ensisijaisesti raudan rautapitoisten muotojen muuttumiseen oksidiksi ja sulfidien sulfaatiksi.

Lopulta vapaan hapen määrä Maan ilmakehässä saavutti tietyn massan ja osoittautui tasapainoiseksi siten, että syntyvä määrä oli yhtä suuri kuin absorboitunut määrä. Ilmakehässä määritettiin vapaan hapen suhteellinen vakioisuus.

Geokemiallinen happikierto (V.A. Vronsky, G.V. Voitkevich)

Hiilidioksidi, menee elävän aineen muodostumiseen ja yhdessä vesihöyryn kanssa luo niin sanotun "kasvihuoneilmiön".

Hiili (hiilidioksidi) - suurin osa siitä ilmakehässä on CO 2 -muodossa ja paljon vähemmän CH 4 -muodossa. Hiilen geokemiallisen historian merkitys biosfäärissä on poikkeuksellisen suuri, sillä se on osa kaikkia eläviä organismeja. Elävissä organismeissa hiilen pelkistyneet muodot ovat vallitsevia ja biosfäärin ympäristössä hapettuneet. Näin saadaan aikaan elinkaaren kemiallinen vaihto: CO 2 ↔ elävä aine.

Pääasiallinen hiilidioksidin lähde biosfäärissä on vulkaaninen aktiivisuus, joka liittyy maallisen kaasunpoistoon vaipan ja maankuoren alempien horisonttien vuoksi. Osa tästä hiilidioksidista syntyy muinaisten kalkkikivien lämpöhajoamisesta eri metamorfisilla alueilla. Hiilidioksidin kulkeutuminen biosfäärissä tapahtuu kahdella tavalla.

Ensimmäinen menetelmä ilmaistaan ​​CO 2:n imeytymisessä fotosynteesin prosessissa, jossa muodostuu orgaanisia aineita ja sen jälkeen hautaaminen suotuisissa pelkistävissä olosuhteissa litosfäärissä turpeen, hiilen, öljyn, öljyliuskeen muodossa. Toisen menetelmän mukaan hiilen kulkeutuminen johtaa karbonaattijärjestelmän syntymiseen hydrosfäärissä, jossa CO 2 muuttuu H 2 CO 3:ksi, HCO 3 -1:ksi, CO 3 -2:ksi. Sitten karbonaattien saostuminen tapahtuu kalsiumin (harvemmin magnesiumin ja raudan) mukana biogeenisellä ja abiogeenisellä tavalla. Näkyviin tulee paksuja kalkkikivi- ja dolomiittikerroksia. A.B:n mukaan Ronov, orgaanisen hiilen (Corg) suhde karbonaattihiileen (Ccarb) biosfäärin historiassa oli 1:4.

Hiilen maailmanlaajuisen kierron ohella on useita sen pieniä kiertokulkuja. Joten maalla vihreät kasvit imevät hiilidioksidia fotosynteesiprosessia varten päiväsaikaan, ja yöllä ne vapauttavat sen ilmakehään. Kun elävät organismit kuolevat maan pinnalla, orgaaninen aine hapettuu (mikro-organismien mukana) vapauttamalla hiilidioksidia ilmakehään. Viime vuosikymmeninä erityinen paikka hiilen kierrossa on ollut fossiilisten polttoaineiden massiivisella poltolla ja sen pitoisuuden lisääntymisellä nykyaikaisessa ilmakehässä.

Hiilen kierto maantieteellisessä kirjekuoressa (F. Ramad, 1981 mukaan)

Argon- kolmanneksi yleisin ilmakehän kaasu, joka erottaa sen jyrkästi äärimmäisen harvoin muista inertistä kaasusta. Argonilla on geologisessa historiassaan kuitenkin näiden kaasujen kohtalo, joille on ominaista kaksi ominaisuutta:

1. niiden ilmakehään kerääntymisen peruuttamattomuus;
2. läheisessä yhteydessä tiettyjen epästabiilien isotooppien radioaktiiviseen hajoamiseen.

Inertit kaasut ovat useimpien syklisten alkuaineiden kierron ulkopuolella maapallon biosfäärissä.

Kaikki inertit kaasut voidaan jakaa primäärisiin ja radiogeenisiin. Ensisijaiset ovat ne, jotka Maa vangitsi muodostumisen aikana. Ne ovat erittäin harvinaisia. Argonin pääosaa edustavat pääasiassa 36 Ar- ja 38 Ar-isotoopit, kun taas ilmakehän argon koostuu kokonaan 40 Ar-isotoopista (99,6 %), joka on epäilemättä radiogeeninen. Kaliumia sisältäviin kiviin radiogeenistä argonia kertynyt kalium-40:n hajoamisen seurauksena elektronien sieppaamisen seurauksena: 40 K + e → 40 Ar.

Siksi kivien argonpitoisuus määräytyy niiden iän ja kaliummäärän mukaan. Tässä määrin heliumin pitoisuus kivissä on funktio niiden iästä sekä torium- ja uraanipitoisuudesta. Argonia ja heliumia vapautuu ilmakehään maan sisältä tulivuorenpurkauksissa, maankuoren halkeamien kautta kaasusuihkujen muodossa ja myös kivien rapautuessa. P. Dimonin ja J. Culpin tekemien laskelmien mukaan helium ja argon kerääntyvät nykyaikana maankuoreen ja pääsevät ilmakehään suhteellisen pieniä määriä. Näiden radiogeenisten kaasujen sisäänpääsynopeus on niin alhainen, että maapallon geologisen historian aikana se ei pystynyt tarjoamaan niiden havaittua sisältöä nykyaikaisessa ilmakehässä. Siksi voidaan olettaa, että suurin osa ilmakehän argonista tuli Maan suolistosta sen varhaisemmassa kehitysvaiheessa ja paljon pienempi osa lisättiin myöhemmin tulivuoren muodostumisprosessissa ja kaliumin rapautuessa. sisältävät kiviä.

Siten heliumilla ja argonilla oli geologisena aikana erilaisia ​​migraatioprosesseja. Ilmakehässä on hyvin vähän heliumia (noin 5 * 10 -4%), ja Maan "heliumhengitys" oli kevyempää, koska se kevyimpana kaasuna pääsi avaruuteen. Ja "argonhengitys" - raskas ja argon pysyivät planeetallamme. Suurin osa primaarisista inertistä kaasusta, kuten neonista ja ksenonista, yhdistettiin primaariseen neoniin, jonka Maan vangitsi sen muodostumisen aikana, sekä vapautumiseen ilmakehään vaipan kaasunpoiston aikana. Jalokaasujen geokemiaa koskevien tietojen kokonaisuus osoittaa, että Maan primaarinen ilmakehä syntyi sen kehityksen varhaisessa vaiheessa.

Tunnelma sisältää vesihöyry ja vettä nestemäisessä ja kiinteässä tilassa. Ilmakehän vesi on tärkeä lämmönvaraaja.

Ilmakehän alemmat kerrokset sisältävät suuren määrän mineraali- ja teknogeenista pölyä ja aerosoleja, palamistuotteita, suoloja, itiöitä ja kasvien siitepölyä jne.

100-120 km:n korkeuteen asti ilman täydellisen sekoittumisen vuoksi ilmakehän koostumus on homogeeninen. Typen ja hapen suhde on vakio. Yläpuolella vallitsevat inertit kaasut, vety jne. Ilmakehän alemmissa kerroksissa on vesihöyryä. Kun etäisyys maasta, sen sisältö vähenee. Yllä kaasujen suhde muuttuu, esimerkiksi 200-800 km:n korkeudessa happi hallitsee typpeä 10-100-kertaisesti.

Ilmakehä on planeettamme kaasumainen kuori, joka pyörii Maan mukana. Ilmakehässä olevaa kaasua kutsutaan ilmaksi. Ilmakehä on kosketuksessa hydrosfäärin kanssa ja peittää osittain litosfäärin. Mutta ylärajoja on vaikea määrittää. Perinteisesti oletetaan, että ilmakehä ulottuu ylöspäin noin kolme tuhatta kilometriä. Siellä se virtaa tasaisesti ilmattomaan tilaan.

Maan ilmakehän kemiallinen koostumus

Ilmakehän kemiallisen koostumuksen muodostuminen alkoi noin neljä miljardia vuotta sitten. Aluksi ilmakehä koostui vain kevyistä kaasuista - heliumista ja vedystä. Tutkijoiden mukaan alkuedellytyksiä kaasukuoren luomiselle Maan ympärille olivat tulivuorenpurkaukset, jotka yhdessä laavan kanssa lähettivät valtavan määrän kaasuja. Myöhemmin kaasunvaihto alkoi vesitiloilla, elävillä organismeilla ja niiden toimintatuotteilla. Ilman koostumus muuttui vähitellen ja sen nykyaikainen muoto vakiintui useita miljoonia vuosia sitten.

Ilmakehän pääkomponentit ovat typpi (noin 79 %) ja happi (20 %). Lopun prosenttiosuuden (1 %) muodostavat seuraavat kaasut: argon, neon, helium, metaani, hiilidioksidi, vety, krypton, ksenon, otsoni, ammoniakki, rikkidioksidi ja typpi, typpioksiduuli ja hiilimonoksidi. prosenttia.

Lisäksi ilma sisältää vesihöyryä ja hiukkasia (kasvien siitepölyä, pölyä, suolakiteitä, aerosoliepäpuhtauksia).

Viime aikoina tutkijat eivät ole havainneet laadullista, vaan määrällistä muutosta joissakin ilman ainesosissa. Ja syy tähän on henkilö ja hänen toimintansa. Vain viimeisen 100 vuoden aikana hiilidioksidipitoisuus on kasvanut merkittävästi! Tämä on täynnä monia ongelmia, joista globaalin on ilmastonmuutos.

Sään ja ilmaston muodostuminen

Ilmakehä on tärkeä rooli ilmaston ja sään muovaamisessa maapallolla. Paljon riippuu auringonvalon määrästä, alla olevan pinnan luonteesta ja ilmakehän kierrosta.

Katsotaanpa tekijöitä järjestyksessä.

1. Ilmakehä siirtää auringonsäteiden lämpöä ja imee haitallista säteilyä. Muinaiset kreikkalaiset tiesivät, että auringonsäteet putoavat eri puolille maata eri kulmissa. Sana "ilmasto" muinaisesta kreikasta käännettynä tarkoittaa "rinnettä". Joten päiväntasaajalla auringonsäteet putoavat melkein pystysuoraan, koska täällä on erittäin kuuma. Mitä lähempänä napoja, sitä suurempi kaltevuuskulma. Ja lämpötila laskee.

2. Maapallon epätasaisesta lämpenemisestä johtuen ilmakehään muodostuu ilmavirtoja. Ne luokitellaan koon mukaan. Pienimmät (kymmeniä ja satoja metrejä) ovat paikallistuulet. Tätä seuraavat monsuunit ja pasaatituulet, syklonit ja antisyklonit, planeettojen etuvyöhykkeet.

Kaikki nämä ilmamassat liikkuvat jatkuvasti. Jotkut niistä ovat melko staattisia. Esimerkiksi pasaatituulet, jotka puhaltavat subtrooppisista alueista päiväntasaajaa kohti. Muiden liikkuminen on suurelta osin riippuvainen ilmanpaineesta.

3. Ilmanpaine on toinen ilmaston muodostumiseen vaikuttava tekijä. Tämä on ilmanpaine maan pinnalla. Kuten tiedät, ilmamassat siirtyvät korkean ilmanpaineen alueelta kohti aluetta, jossa tämä paine on alhaisempi.

Alueita on yhteensä 7. Päiväntasaaja on matalapainevyöhyke. Lisäksi päiväntasaajan molemmilla puolilla 30. leveysasteelle - korkeapainealue. 30° - 60° - jälleen matala paine. Ja 60°:sta napoihin - korkean paineen vyöhyke. Ilmamassat kiertävät näiden vyöhykkeiden välillä. Mereltä maalle menevät tuovat sateen ja huonon sään, ja mantereilta puhaltavat tuovat selkeän ja kuivan sään. Paikkoihin, joissa ilmavirrat törmäävät, muodostuu ilmakehän etuvyöhykkeitä, joille on ominaista sademäärä ja kolea, tuulinen sää.

Tiedemiehet ovat osoittaneet, että jopa ihmisen hyvinvointi riippuu ilmanpaineesta. Kansainvälisten standardien mukaan normaali ilmanpaine on 760 mm Hg. kolonni 0 °C:ssa. Tämä luku on laskettu niille maa-alueille, jotka ovat lähes samassa tasossa merenpinnan kanssa. Paine laskee korkeuden myötä. Siksi esimerkiksi Pietarille 760 mm Hg. - on normi. Mutta Moskovassa, joka sijaitsee korkeammalla, normaalipaine on 748 mm Hg.

Paine ei muutu vain pystysuunnassa, vaan myös vaakasuunnassa. Tämä tuntuu erityisesti syklonien kulkiessa.

Ilmakehän rakenne

Tunnelma on kuin kerroskakku. Ja jokaisella kerroksella on omat ominaisuutensa.

. Troposfääri on maata lähinnä oleva kerros. Tämän kerroksen "paksuus" muuttuu, kun siirryt pois päiväntasaajalta. Päiväntasaajan yläpuolella kerros ulottuu ylöspäin 16-18 km, lauhkeilla vyöhykkeillä - 10-12 km, navoilla - 8-10 km.

Täällä on 80% ilman kokonaismassasta ja 90% vesihöyrystä. Täällä muodostuu pilviä, sykloneja ja antisykloneja. Ilman lämpötila riippuu alueen korkeudesta. Keskimäärin se laskee 0,65°C jokaista 100 metriä kohden.

. tropopaussi- ilmakehän siirtymäkerros. Sen korkeus on useista sadoista metristä 1-2 kilometriin. Kesällä ilman lämpötila on korkeampi kuin talvella. Joten esimerkiksi napojen yli talvella -65 ° C. Ja päiväntasaajalla milloin tahansa vuoden aikana se on -70 ° C.

. Stratosfääri- tämä on kerros, jonka yläraja kulkee 50-55 kilometrin korkeudessa. Turbulenssi on täällä alhainen, vesihöyrypitoisuus ilmassa on mitätön. Mutta paljon otsonia. Sen suurin pitoisuus on 20-25 km korkeudessa. Stratosfäärissä ilman lämpötila alkaa nousta ja saavuttaa +0,8 ° C. Tämä johtuu siitä, että otsonikerros on vuorovaikutuksessa ultraviolettisäteilyn kanssa.

. Stratopaussi- matala välikerros stratosfäärin ja sitä seuraavan mesosfäärin välillä.

. Mesosfääri- tämän kerroksen yläraja on 80-85 kilometriä. Täällä tapahtuu monimutkaisia ​​fotokemiallisia prosesseja, joihin liittyy vapaita radikaaleja. Juuri he tarjoavat planeettamme lempeän sinisen hehkun, joka näkyy avaruudesta.

Suurin osa komeetoista ja meteoriiteista palaa mesosfäärissä.

. mesopaussi- seuraava välikerros, jonka ilman lämpötila on vähintään -90 °.

. Termosfääri- alaraja alkaa 80 - 90 km korkeudesta ja kerroksen yläraja kulkee noin 800 km merkin kohdalla. Ilman lämpötila nousee. Se voi vaihdella +500°C - +1000°C. Päivän aikana lämpötilanvaihtelut ovat satoja asteita! Mutta ilma täällä on niin harvinainen, että käsitteen "lämpötila" ymmärtäminen sellaisena kuin sen kuvittelemme, ei ole sopiva tässä.

. Ionosfääri- yhdistää mesosfäärin, mesopaussin ja termosfäärin. Täällä oleva ilma koostuu pääasiassa happi- ja typpimolekyyleistä sekä lähes neutraalista plasmasta. Ionosfääriin putoavat auringonsäteet ionisoivat voimakkaasti ilmamolekyylejä. Alemmassa kerroksessa (jopa 90 km) ionisaatioaste on alhainen. Mitä korkeampi, sitä enemmän ionisaatiota. Joten 100-110 km korkeudessa elektronit keskittyvät. Tämä edistää lyhyiden ja keskisuurten radioaaltojen heijastusta.

Ionosfäärin tärkein kerros on ylempi kerros, joka sijaitsee 150-400 km:n korkeudessa. Sen erikoisuus on, että se heijastaa radioaaltoja, ja tämä edistää radiosignaalien lähettämistä pitkiä matkoja.

Auroran kaltainen ilmiö esiintyy ionosfäärissä.

. Eksosfääri- koostuu happi-, helium- ja vetyatomeista. Tämän kerroksen kaasu on erittäin harvinaista, ja usein vetyatomit karkaavat avaruuteen. Siksi tätä kerrosta kutsutaan "sirontavyöhykkeeksi".

Ensimmäinen tiedemies, joka ehdotti, että ilmakehällämme on painoa, oli italialainen E. Torricelli. Ostap Bender esimerkiksi romaanissa "Kultainen vasikka" valitti, että jokaista ihmistä painoi 14 kg painava ilmapylväs! Mutta loistava strategi oli hieman väärässä. Aikuinen ihminen kokee 13-15 tonnin painetta! Mutta emme tunne tätä raskautta, koska ilmanpainetta tasapainottaa ihmisen sisäinen paine. Ilmakehämme paino on 5 300 000 000 000 000 tonnia. Luku on valtava, vaikka se on vain miljoonasosa planeettamme painosta.

Ilmakehän koostumus. Planeettamme ilmakuori - tunnelmaa suojaa maan pintaa Auringon ultraviolettisäteilyn haitallisilta vaikutuksilta eläviin organismeihin. Se suojaa myös maapalloa kosmisilta hiukkasilta - pölyltä ja meteoriiteilta.

Ilmakehä koostuu mekaanisesta kaasuseoksesta: sen tilavuudesta 78 % on typpeä, 21 % happea ja alle 1 % heliumia, argonia, kryptonia ja muita inerttejä kaasuja. Hapen ja typen määrä ilmassa on käytännössä ennallaan, koska typpi ei juuri pääse yhdisteiksi muiden aineiden kanssa, ja happea, joka on erittäin aktiivista ja kuluu hengitykseen, hapettumiseen ja palamiseen, täydentyy jatkuvasti kasveilla.

Noin 100 km:n korkeuteen asti näiden kaasujen prosenttiosuus pysyy käytännössä ennallaan. Tämä johtuu siitä, että ilma sekoitetaan jatkuvasti.

Näiden kaasujen lisäksi ilmakehässä on noin 0,03 % hiilidioksidia, joka on yleensä keskittynyt lähellä maan pintaa ja jakautuu epätasaisesti: kaupungeissa, teollisuuskeskuksissa ja vulkaanisen toiminnan alueilla sen määrä kasvaa.

Ilmakehässä on aina tietty määrä epäpuhtauksia - vesihöyryä ja pölyä. Vesihöyryn pitoisuus riippuu ilman lämpötilasta: mitä korkeampi lämpötila, sitä enemmän höyryä ilma sisältää. Ilmassa olevan vesihöyryn vuoksi ilmakehän ilmiöt, kuten sateenkaari, auringonvalon taittuminen jne., ovat mahdollisia.

Pölyä pääsee ilmakehään tulivuorenpurkausten, hiekka- ja pölymyrskyjen aikana, polttoaineen epätäydellisen palamisen yhteydessä lämpövoimalaitoksissa jne.

Ilmakehän rakenne. Ilmakehän tiheys muuttuu korkeuden mukaan: se on korkein maan pinnalla ja pienenee noustessa. Joten 5,5 km:n korkeudessa ilmakehän tiheys on 2 kertaa ja 11 km:n korkeudessa - 4 kertaa pienempi kuin pintakerroksessa.

Kaasujen tiheydestä, koostumuksesta ja ominaisuuksista riippuen ilmakehä on jaettu viiteen samankeskiseen kerrokseen (kuva 34).

Riisi. 34. Ilmakehän pystyleikkaus (ilmakehän kerrostuminen)

1. Alin kerros on ns troposfääri. Sen yläraja kulkee 8-10 km:n korkeudella navoilla ja 16-18 km:n korkeudella päiväntasaajalla. Troposfääri sisältää jopa 80 % ilmakehän kokonaismassasta ja lähes kaiken vesihöyryn.

Ilman lämpötila troposfäärissä laskee korkeuden myötä 0,6 °C 100 metrin välein ja sen ylärajalla on -45-55 °C.

Troposfäärin ilma sekoittuu jatkuvasti ja liikkuu eri suuntiin. Vain täällä havaitaan sumuja, sateita, lumisateita, ukkosmyrskyjä, myrskyjä ja muita sääilmiöitä.

2. Yllä sijaitsee stratosfääri, joka ulottuu 50-55 km korkeuteen. Ilman tiheys ja paine stratosfäärissä ovat mitättömiä. Harvinainen ilma koostuu samoista kaasuista kuin troposfäärissä, mutta se sisältää enemmän otsonia. Korkein otsonipitoisuus havaitaan 15-30 kilometrin korkeudessa. Stratosfäärin lämpötila nousee korkeuden mukana ja saavuttaa 0 °C tai enemmän ylärajallaan. Tämä johtuu siitä, että otsoni imee aurinkoenergian lyhytaaltoisen osan, minkä seurauksena ilma lämpenee.

3. Stratosfäärin yläpuolella on mesosfääri, ulottuu 80 km korkeuteen. Siinä lämpötila laskee jälleen ja saavuttaa -90 ° C. Ilman tiheys on siellä 200 kertaa pienempi kuin maan pinnalla.

4. Mesosfäärin yläpuolella on termosfääri(80-800 km). Tämän kerroksen lämpötila nousee: 150 km:n korkeudessa 220 °C:seen; 600 km:n ja 1500 °C:n korkeudessa. Ilmakehän kaasut (typpi ja happi) ovat ionisoituneessa tilassa. Auringon lyhytaaltosäteilyn vaikutuksesta yksittäiset elektronit irtoavat atomien kuorista. Tämän seurauksena tässä kerroksessa - ionosfääri ilmaantuu kerroksia varautuneita hiukkasia. Niiden tihein kerros on 300-400 km:n korkeudessa. Pienen tiheyden vuoksi auringonsäteet eivät hajoa sinne, joten taivas on musta, tähdet ja planeetat loistavat kirkkaasti.

Ionosfäärissä niitä on revontulet, syntyy voimakkaita sähkövirtoja, jotka aiheuttavat häiriöitä maan magneettikentässä.

5. Yli 800 km, ulkokuori sijaitsee - eksosfääri. Yksittäisten hiukkasten liikenopeus eksosfäärissä lähestyy kriittistä 11,2 mm/s, joten yksittäiset hiukkaset voivat voittaa Maan painovoiman ja paeta maailmanavaruuteen.

Tunnelman arvo. Ilmakehän rooli planeettamme elämässä on poikkeuksellisen suuri. Ilman sitä maapallo olisi kuollut. Ilmakehä suojaa maapallon pintaa voimakkaalta kuumenemiselta ja jäähtymiseltä. Sen vaikutusta voidaan verrata lasin rooliin kasvihuoneissa: päästää auringonsäteet sisään ja estää lämmön karkaamisen.

Ilmakehä suojaa eläviä organismeja auringon lyhytaalto- ja solusäteilyltä. Ilmakehä on ympäristö, jossa esiintyy sääilmiöitä, joihin kaikki ihmisen toiminta liittyy. Tämän kuoren tutkimus suoritetaan meteorologisilla asemilla. Meteorologit tarkkailevat alemman ilmakehän tilaa säällä kuin säällä päivällä ja yöllä. Neljä kertaa päivässä ja monilla asemilla joka tunti mitataan lämpötilaa, painetta, ilmankosteutta, pilvisyyttä, tuulen suuntaa ja nopeutta, sademäärää, sähkö- ja ääniilmiöitä ilmakehässä. Meteorologisia asemia on kaikkialla: Etelämantereella ja trooppisissa sademetsissä, korkeilla vuorilla ja tundran laajoilla alueilla. Valtamerillä tehdään havaintoja myös erityisesti valmistetuista aluksista.

30-luvulta. 20. vuosisata havainnot alkoivat vapaassa ilmapiirissä. He alkoivat laukaista radiosondeja, jotka nousevat 25-35 km korkeuteen ja lähettävät radiolaitteiden avulla Maahan tietoa lämpötilasta, paineesta, ilmankosteudesta ja tuulen nopeudesta. Nykyään myös meteorologisia raketteja ja satelliitteja käytetään laajalti. Jälkimmäisissä on televisioinstallaatioita, jotka välittävät kuvia maan pinnasta ja pilvistä.

| |
5. Maan ilmakuori§ 31. Ilmakehän lämmitys

> > Maan ilmakehä

Kuvaus Maan ilmakehä kaiken ikäisille lapsille: mistä ilma koostuu, kaasujen läsnäolo, valokuvakerrokset, aurinkokunnan kolmannen planeetan ilmasto ja sää.

Pienimmille On jo tiedossa, että maapallo on järjestelmämme ainoa planeetta, jolla on elinkelpoinen ilmakehä. Kaasupeite ei ole vain runsaasti ilmaa, vaan se myös suojaa meitä liialliselta lämmöltä ja auringon säteilyltä. Tärkeä selittää lapsille että järjestelmä on uskomattoman hyvin suunniteltu, koska sen avulla pinta lämpenee päivällä ja jäähtyy yöllä säilyttäen samalla hyväksyttävän tasapainon.

Aloittaa selitys lapsille Se on mahdollista siitä syystä, että maapallon ilmakehän maapallo ulottuu yli 480 km:n pituiseksi, mutta suurin osa siitä sijaitsee 16 km:n päässä pinnasta. Mitä korkeampi korkeus, sitä pienempi paine. Jos otamme merenpinnan, niin siellä paine on 1 kg neliösenttimetriä kohti. Mutta 3 km:n korkeudessa se muuttuu - 0,7 kg neliösenttimetriä kohti. Tietenkin tällaisissa olosuhteissa on vaikeampaa hengittää ( lapset voisi tuntea sen, jos menisit koskaan patikoimaan vuorille).

Maan ilman koostumus - selitys lapsille

Kaasut sisältävät:

• Typpi - 78 %.
• Happi - 21%.
• Argon - 0,93 %.
• Hiilidioksidi - 0,038%.
• Pieniä määriä siinä on myös vesihöyryä ja muita kaasun epäpuhtauksia.

Maan ilmakehän kerrokset - selitys lapsille

Vanhemmat tai opettajia koulussa On muistettava, että maapallon ilmakehä on jaettu 5 tasoon: eksosfääri, termosfääri, mesosfääri, stratosfääri ja troposfääri. Jokaisen kerroksen myötä ilmakehä liukenee yhä enemmän, kunnes kaasut lopulta hajoavat avaruuteen.

Troposfääri on lähinnä pintaa. Se muodostaa puolet maapallon ilmakehästä paksuudeltaan 7-20 km. Mitä lähempänä Maata, sitä enemmän ilma lämpenee. Lähes kaikki vesihöyry ja pöly kerätään tänne. Lapset eivät ehkä ole yllättyneitä siitä, että pilvet kelluvat juuri tällä tasolla.

Stratosfääri alkaa troposfääristä ja kohoaa 50 km pinnan yläpuolelle. Täällä on paljon otsonia, joka lämmittää ilmakehän ja säästää haitallisilta auringon säteilyltä. Ilma on 1000 kertaa ohuempaa kuin merenpinnan yläpuolella ja poikkeuksellisen kuiva. Siksi lentokoneet tuntuu täällä hyvältä.

Mesosfääri: 50 km - 85 km pinnan yläpuolella. Huippua kutsutaan mesopaussiksi ja se on viilein paikka maan ilmakehässä (-90 °C). Sitä on erittäin vaikea tutkia, koska suihkukoneet eivät pääse sinne ja satelliittien kiertoratakorkeus on liian korkea. Tiedemiehet tietävät vain, että täällä meteorit palavat.

Termosfääri: 90 km ja välillä 500-1000 km. Lämpötila saavuttaa 1500 °C. Sitä pidetään osana maan ilmakehää, mutta se on tärkeä selittää lapsille että ilman tiheys täällä on niin alhainen, että suurin osa siitä nähdään jo ulkoavaruudena. Itse asiassa täällä sijaitsevat avaruussukkulat ja kansainvälinen avaruusasema. Lisäksi täällä muodostuu revontulia. Varautuneet kosmiset hiukkaset joutuvat kosketuksiin termosfäärin atomien ja molekyylien kanssa siirtäen ne korkeammalle energiatasolle. Tämän vuoksi näemme nämä valon fotonit revontulien muodossa.

Eksosfääri on korkein kerros. Uskomattoman ohut viiva ilmakehän ja tilan sulautumisesta. Koostuu laajalle levinneistä vety- ja heliumhiukkasista.

Maan ilmasto ja sää - selitys lapsille

Pienimmille tarve selittää että maapallo pystyy tukemaan monia eläviä lajeja alueellisen ilmaston ansiosta, jolle on ominaista äärimmäinen kylmä napoilla ja trooppinen lämpö päiväntasaajalla. Lapset pitäisi tietää, että alueilmasto on sää, joka tietyllä alueella pysyy muuttumattomana 30 vuotta. Tietenkin joskus se voi muuttua useita tunteja, mutta suurimmaksi osaksi se pysyy vakaana.

Lisäksi erotetaan myös globaali maanpäällinen ilmasto - alueellisen ilmaston keskiarvo. Se on muuttunut läpi ihmiskunnan historian. Tänään on luvassa nopeaa lämpenemistä. Tiedemiehet antavat hälytyksen, kun ihmisen aiheuttamat kasvihuonekaasut vangitsevat lämpöä ilmakehään ja uhkaavat muuttaa planeettamme Venukseksi.

ILMAINEN
taivaankappaletta ympäröivä kaasuvaippa. Sen ominaisuudet riippuvat tietyn taivaankappaleen koosta, massasta, lämpötilasta, pyörimisnopeudesta ja kemiallisesta koostumuksesta, ja sen määrää myös sen muodostumishistoria sen syntymähetkestä lähtien. Maan ilmakehä koostuu kaasuseoksesta, jota kutsutaan ilmaksi. Sen pääaineosat ovat typpi ja happi suhteessa noin 4:1. Ihmiseen vaikuttaa pääasiassa ilmakehän alemman 15-25 km:n tila, koska tähän alempaan kerrokseen on keskittynyt suurin osa ilmasta. Ilmakehää tutkivaa tiedettä kutsutaan meteorologiaksi, vaikka tämän tieteen aiheena on myös sää ja sen vaikutukset ihmisiin. Myös ilmakehän ylempien kerrosten tila, jotka sijaitsevat 60–300 ja jopa 1000 kilometrin korkeudella maan pinnasta, on muuttumassa. Täällä kehittyy voimakkaita tuulia, myrskyjä ja ilmaantuu sellaisia ​​hämmästyttäviä sähköilmiöitä kuin revontulet. Monet näistä ilmiöistä liittyvät auringon säteilyn, kosmisen säteilyn ja Maan magneettikentän virtoihin. Ilmakehän korkeat kerrokset ovat myös kemiallinen laboratorio, koska siellä tyhjiön lähellä olevissa olosuhteissa jotkut ilmakehän kaasut pääsevät voimakkaan aurinkoenergiavirran vaikutuksesta kemiallisiin reaktioihin. Tiedettä, joka tutkii näitä toisiinsa liittyviä ilmiöitä ja prosesseja, kutsutaan ilmakehän korkeiden kerrosten fysiikaksi.
MAAN ILMAN YLEISET OMINAISUUDET
Mitat. Kunnes luotainraketit ja keinotekoiset satelliitit tutkivat ilmakehän ulkokerroksia etäisyyksillä, jotka ovat useita kertoja suurempia kuin maan säde, uskottiin, että kun siirryt pois maanpinnasta, ilmakehä vähitellen harvenee ja siirtyy sujuvasti planeettojen väliseen avaruuteen. . Nyt on todettu, että Auringon syvistä kerroksista peräisin olevat energiavirrat tunkeutuvat avaruuteen kauas Maan kiertoradan ulkopuolelle, aurinkokunnan ulkorajoihin saakka. Tämä ns. Aurinkotuuli kiertää Maan magneettikenttää muodostaen pitkänomaisen "ontelon", johon Maan ilmakehä on keskittynyt. Maan magneettikenttä on huomattavasti kaventunut aurinkoon päin olevalla päivällä ja muodostaa pitkän kielen, joka todennäköisesti ulottuu Kuun kiertoradan ulkopuolelle, vastakkaiselle yöpuolelle. Maan magneettikentän rajaa kutsutaan magnetopaussiksi. Päivän puolella tämä raja kulkee noin seitsemän maan säteen etäisyydellä pinnasta, mutta lisääntyneen auringon aktiivisuuden aikoina se on vielä lähempänä maan pintaa. Magnetopaussi on myös maan ilmakehän raja, jonka ulkokuorta kutsutaan myös magnetosfääriksi, koska se sisältää varautuneita hiukkasia (ioneja), joiden liike johtuu maan magneettikentästä. Ilmakehän kaasujen kokonaispaino on noin 4,5*1015 tonnia, jolloin ilmakehän "paino" pinta-alayksikköä kohti eli ilmanpaine on merenpinnan tasolla noin 11 tonnia/m2.
Merkitys elämälle. Yllä olevasta seuraa, että maapallo on erotettu planeettojen välisestä avaruudesta tehokkaalla suojakerroksella. Ulkoavaruus on läpäisevä Auringon voimakkaasta ultravioletti- ja röntgensäteilystä sekä vielä kovempaa kosmista säteilyä, ja tämäntyyppinen säteily on haitallista kaikelle elävälle. Ilmakehän ulkoreunalla säteilyintensiteetti on tappava, mutta merkittävä osa siitä jää ilmakehään kaukana maan pinnasta. Tämän säteilyn absorptio selittää monia ilmakehän korkeiden kerrosten ominaisuuksia ja erityisesti niissä esiintyviä sähköilmiöitä. Ilmakehän alin pintakerros on erityisen tärkeä ihmiselle, joka asuu Maan kiinteiden, nestemäisten ja kaasumaisten kuorien kosketuskohdassa. "Kiinteän" Maan yläkuorta kutsutaan litosfääriksi. Noin 72 % maapallon pinta-alasta on valtamerten vesien peitossa, jotka muodostavat suurimman osan hydrosfääristä. Ilmakehä rajaa sekä litosfääriä että hydrosfääriä. Ihminen asuu ilmavaltameren pohjalla ja lähellä tai sen yläpuolella. Näiden valtamerten vuorovaikutus on yksi tärkeimmistä tekijöistä, jotka määräävät ilmakehän tilan.
Yhdiste. Ilmakehän alemmat kerrokset koostuvat kaasuseoksesta (katso taulukko). Taulukossa lueteltujen lisäksi ilmassa on pieniä epäpuhtauksia myös muita kaasuja: otsonia, metaania, aineita kuten hiilimonoksidia (CO), typen ja rikin oksideja, ammoniakkia.

ILMANKOOSTUMUS

Ilmakehän korkeissa kerroksissa ilman koostumus muuttuu Auringon kovan säteilyn vaikutuksesta, mikä johtaa happimolekyylien hajoamiseen atomeiksi. Atomihappi on ilmakehän korkeiden kerrosten pääkomponentti. Lopuksi, ilmakehän kaukaisimmissa kerroksissa Maan pinnasta, kevyimmistä kaasuista, vedystä ja heliumista, tulee pääkomponentteja. Koska suurin osa aineesta on keskittynyt alemmalle 30 km:lle, ilman koostumuksen muutoksilla yli 100 km:n korkeuksissa ei ole havaittavaa vaikutusta ilmakehän kokonaiskoostumukseen.
Energian vaihto. Aurinko on tärkein Maahan tulevan energian lähde. Etäisyys n. 150 miljoonan kilometrin päässä Auringosta Maa vastaanottaa noin kahden miljardin osan säteilemästään energiasta pääasiassa spektrin näkyvässä osassa, jota ihminen kutsuu "valoksi". Suurin osa tästä energiasta imeytyy ilmakehään ja litosfääriin. Maapallo säteilee myös energiaa, enimmäkseen infrapunasäteilyn muodossa. Näin saadaan aikaan tasapaino auringosta tulevan energian, maan ja ilmakehän lämmityksen sekä avaruuteen säteilevän lämpöenergian käänteisen virtauksen välille. Tämän tasapainon mekanismi on erittäin monimutkainen. Pöly- ja kaasumolekyylit sirottavat valoa ja heijastavat sitä osittain maailmanavaruuteen. Pilvet heijastavat entistä enemmän tulevaa säteilyä. Osa energiasta imeytyy suoraan kaasumolekyyleihin, mutta enimmäkseen kiviin, kasvillisuuteen ja pintavesiin. Ilmakehässä oleva vesihöyry ja hiilidioksidi välittävät näkyvää säteilyä, mutta absorboivat infrapunasäteilyä. Lämpöenergia kertyy pääasiassa ilmakehän alempiin kerroksiin. Samanlainen vaikutus tapahtuu kasvihuoneessa, kun lasi päästää valoa sisään ja maaperä lämpenee. Koska lasi on suhteellisen läpäisemätön infrapunasäteilylle, lämpö kerääntyy kasvihuoneeseen. Vesihöyryn ja hiilidioksidin läsnäolon aiheuttamaa alemman ilmakehän lämpenemistä kutsutaan usein kasvihuoneilmiöksi. Pilvisyys on tärkeä osa lämmön säilymistä ilmakehän alemmissa kerroksissa. Jos pilvet haihtuvat tai ilmamassojen läpinäkyvyys lisääntyy, lämpötila väistämättä laskee, kun Maan pinta säteilee vapaasti lämpöenergiaa ympäröivään tilaan. Maan pinnalla oleva vesi imee aurinkoenergiaa ja haihtuu muuttuen kaasuksi - vesihöyryksi, joka kuljettaa valtavan määrän energiaa alempaan ilmakehään. Kun vesihöyry tiivistyy ja muodostaa pilviä tai sumua, tämä energia vapautuu lämmön muodossa. Noin puolet maan pinnan saavuttavasta aurinkoenergiasta kuluu veden haihduttamiseen ja päätyy alempaan ilmakehään. Siten kasvihuoneilmiön ja veden haihtumisen vuoksi ilmakehä lämpenee alhaalta. Tämä selittää osittain sen kierron korkean aktiivisuuden verrattuna Maailman valtameren kiertoon, joka lämpenee vain ylhäältä ja on siksi paljon vakaampi kuin ilmakehä.
Katso myös METEOROLOGIA JA KLIMATOLOGIA. Auringon "valon" aiheuttaman ilmakehän yleisen kuumenemisen lisäksi joidenkin sen kerrosten merkittävää kuumenemista tapahtuu Auringon ultravioletti- ja röntgensäteilyn vuoksi. Rakenne. Nesteisiin ja kiinteisiin aineisiin verrattuna kaasumaisissa aineissa molekyylien välinen vetovoima on minimaalinen. Kun molekyylien välinen etäisyys kasvaa, kaasut voivat laajentua loputtomasti, jos mikään ei estä niitä. Ilmakehän alaraja on maan pinta. Tarkkaan ottaen tämä este on läpäisemätön, koska kaasunvaihtoa tapahtuu ilman ja veden välillä ja jopa ilman ja kivien välillä, mutta tässä tapauksessa nämä tekijät voidaan jättää huomiotta. Koska ilmakehä on pallomainen kuori, sillä ei ole sivurajoja, vaan vain alaraja ja yläraja, jotka avautuvat planeettojen välisen avaruuden puolelta. Ulkorajan kautta vuotaa joitakin neutraaleja kaasuja, samoin kuin ainevirtaa ympäröivästä ulkoavaruudesta. Suurin osa varautuneista hiukkasista, lukuun ottamatta suurienergisiä kosmisia säteitä, joko vangitaan magnetosfääriin tai hylkivät ne. Ilmakehään vaikuttaa myös painovoima, joka pitää ilmakuoren maan pinnalla. Ilmakehän kaasut puristuvat omalla painollaan. Tämä puristus on suurin ilmakehän alarajalla, ja siksi ilman tiheys on suurin täällä. Millä tahansa korkeudella maan pinnan yläpuolella ilman puristusaste riippuu päällä olevan ilmapatsaan massasta, joten ilman tiheys pienenee korkeuden mukana. Paine, joka on yhtä suuri kuin päällä olevan ilmapatsaan massa pinta-alayksikköä kohti, on suoraan verrannollinen tiheyteen ja siksi myös pienenee korkeuden mukana. Jos ilmakehä olisi "ihanteellinen kaasu", jonka koostumus on vakio, riippumatta korkeudesta, vakiolämpötila ja siihen vaikuttava jatkuva painovoima, niin paine pienenisi kertoimella 10 jokaista 20 kilometrin korkeutta kohti. Todellinen ilmakehä poikkeaa hieman ideaalisesta kaasusta noin 100 kilometriin asti, ja sitten paine laskee hitaammin korkeuden myötä, kun ilman koostumus muuttuu. Pienet muutokset kuvattuun malliin tuo mukanaan myös painovoiman pieneneminen etäisyydellä Maan keskustasta, joka on n. 3% jokaista 100 km korkeutta kohti. Toisin kuin ilmanpaine, lämpötila ei laske jatkuvasti korkeuden mukaan. Kuten kuvassa näkyy. 1, se laskee noin 10 kilometriin ja alkaa sitten taas nousta. Tämä tapahtuu, kun happi absorboi auringon ultraviolettisäteilyä. Tällöin muodostuu otsonikaasua, jonka molekyylit koostuvat kolmesta happiatomista (O3). Se myös absorboi ultraviolettisäteilyä, ja siksi tämä ilmakehän kerros, jota kutsutaan otsonosfääriksi, lämpenee. Korkeampi lämpötila taas laskee, koska siellä on paljon vähemmän kaasumolekyylejä ja vastaavasti energian absorptio vähenee. Vielä korkeammissa kerroksissa lämpötila nousee jälleen, koska ilmakehä absorboi lyhimmän aallonpituuden ultravioletti- ja röntgensäteilyä Auringosta. Tämän voimakkaan säteilyn vaikutuksesta ilmakehä ionisoituu, ts. Kaasumolekyyli menettää elektronin ja saa positiivisen sähkövarauksen. Tällaisista molekyyleistä tulee positiivisesti varautuneita ioneja. Vapaiden elektronien ja ionien läsnäolon ansiosta tämä ilmakehän kerros saa sähköjohtimen ominaisuudet. Uskotaan, että lämpötila jatkaa nousuaan korkeuksiin, joissa harvinainen ilmakehä siirtyy planeettojen väliseen avaruuteen. Useiden tuhansien kilometrien etäisyydellä Maan pinnasta lämpötilat ovat luultavasti 5000 - 10 000 ° C. Vaikka molekyyleillä ja atomeilla on erittäin suuri liikenopeus ja siksi korkea lämpötila, tämä harvinainen kaasu ei ole "kuuma". tavallisessa mielessä.. Suurella korkeudella olevien molekyylien vähäisestä määrästä johtuen niiden kokonaislämpöenergia on hyvin pieni. Ilmakehä koostuu siis erillisistä kerroksista (eli sarjasta samankeskisiä kuoria tai palloja), joiden valinta riippuu siitä, mikä ominaisuus kiinnostaa eniten. Keskimääräiseen lämpötilajakaumaan perustuen meteorologit ovat kehittäneet kaavion ihanteellisen "keskiilmakehän" rakenteesta (katso kuva 1).

Troposfääri - ilmakehän alempi kerros, joka ulottuu ensimmäiseen lämpöminimiin (ns. tropopaussi). Troposfäärin yläraja riippuu maantieteellisestä leveysasteesta (tropiikissa - 18-20 km, lauhkeilla leveysasteilla - noin 10 km) ja vuodenajasta. Yhdysvaltain kansallinen sääpalvelu teki luotauksia lähellä etelänavaa ja paljasti vuodenaikojen vaihtelut tropopaussin korkeudessa. Maaliskuussa tropopaussi on n. 7,5 km. Maaliskuusta elokuuhun tai syyskuuhun troposfäärissä on tasaista jäähtymistä, ja sen raja nousee lyhyeksi ajaksi elo- tai syyskuussa noin 11,5 km:n korkeuteen. Sitten syyskuusta joulukuuhun se putoaa nopeasti ja saavuttaa alimman sijaintinsa - 7,5 km, missä se pysyy maaliskuuhun asti, vaihdellen vain 0,5 km:n sisällä. Troposfäärissä sää muodostuu pääasiassa, mikä määrittää ihmisen olemassaolon olosuhteet. Suurin osa ilmakehän vesihöyrystä on keskittynyt troposfääriin, ja siksi pilviä muodostuu pääasiassa täällä, vaikka osa niistä, jääkiteistä koostuvia, löytyy myös ylemmistä kerroksista. Troposfäärille on ominaista turbulenssi ja voimakkaat ilmavirrat (tuulet) ja myrskyt. Yläosassa troposfääriä on tiukasti määritellyn suunnan voimakkaita ilmavirtoja. Pyörteiset pyörteet, kuten pienet pyörteet, muodostuvat kitkan ja dynaamisen vuorovaikutuksen vaikutuksesta hitaasti ja nopeasti liikkuvien ilmamassojen välillä. Koska näissä korkeissa kerroksissa ei yleensä ole pilvipeitettä, tätä turbulenssia kutsutaan "kirkkaaksi ilman turbulenssiksi".
Stratosfääri. Ilmakehän ylempää kerrosta kuvataan usein virheellisesti kerrokseksi, jonka lämpötila on suhteellisen tasainen, jossa tuulet puhaltavat enemmän tai vähemmän tasaisesti ja jossa sääelementit vaihtuvat vähän. Stratosfäärin ylemmät kerrokset lämpenevät hapen ja otsonin absorboiessa auringon ultraviolettisäteilyä. Stratosfäärin yläraja (stratopaussi) piirretään sinne, missä lämpötila kohoaa hieman saavuttaen keskimaksimin, joka on usein verrattavissa pintailmakerroksen lämpötilaan. Vakiokorkeudessa lentämään sopeutuneilla lentokoneilla ja ilmapalloilla tehtyjen havaintojen perusteella stratosfäärissä on havaittu turbulentteja häiriöitä ja voimakkaita eri suuntiin puhaltavia tuulia. Kuten troposfäärissä, havaitaan voimakkaita ilmapyörteitä, jotka ovat erityisen vaarallisia nopeille lentokoneille. Voimakkaat tuulet, joita kutsutaan suihkuvirroiksi, puhaltavat kapeilla vyöhykkeillä lauhkeiden leveysasteiden rajoilla napoja päin. Nämä vyöhykkeet voivat kuitenkin siirtyä, kadota ja ilmestyä uudelleen. Suihkuvirrat tunkeutuvat yleensä tropopaussin läpi ja ilmaantuvat troposfäärin yläpuolelle, mutta niiden nopeus laskee nopeasti korkeuden laskeessa. On mahdollista, että osa stratosfääriin tulevasta energiasta (pääasiassa otsonin muodostukseen käytetty) vaikuttaa troposfäärin prosesseihin. Erityisen aktiivinen sekoittuminen liittyy ilmakehän rintamiin, joissa havaittiin laajoja stratosfäärin ilmavirtoja merkittävästi tropopaussin alapuolella ja troposfäärin ilmaa vedettiin stratosfäärin alempiin kerroksiin. Ilmakehän alempien kerrosten pystysuoran rakenteen tutkimuksessa on edistytty merkittävästi radiosondien laukaisutekniikan parantamisen yhteydessä 25-30 km korkeuteen. Stratosfäärin yläpuolella sijaitseva mesosfääri on kuori, jossa lämpötila laskee 80-85 km:n korkeuteen asti koko ilmakehän minimiin. Fort Churchillin (Kanada) yhdysvaltalais-kanadalaisesta laitoksesta laukaistut meteorologiset raketit tallensivat ennätysmatalat lämpötilat -110 asteeseen. Mesosfäärin yläraja (mesopaussi) on suunnilleen sama kuin röntgensäteilyn aktiivisen absorption alueen alaraja ja Auringon lyhimmän aallonpituuden ultraviolettisäteily, johon liittyy kaasun kuumeneminen ja ionisaatio. Kesäisin napa-alueilla mesopaussissa esiintyy usein pilvijärjestelmiä, jotka vievät suuren alueen, mutta joiden pystysuuntainen kehitys on vähäistä. Tällaiset yöllä hehkuvat pilvet mahdollistavat usein laajamittaisen aaltoilevan ilmanliikkeen havaitsemisen mesosfäärissä. Näiden pilvien koostumusta, kosteuden ja kondensaatioytimien lähteitä, dynamiikkaa ja suhdetta meteorologisiin tekijöihin ei ole vielä tutkittu riittävästi. Termosfääri on ilmakehän kerros, jossa lämpötila nousee jatkuvasti. Sen teho voi olla 600 km. Paine ja siten kaasun tiheys pienenevät jatkuvasti korkeuden myötä. Lähellä maan pintaa 1 m3 ilmaa sisältää n. 2,5x1025 molekyyliä, korkeudella n. 100 km, termosfäärin alemmissa kerroksissa - noin 1019, 200 km:n korkeudessa, ionosfäärissä - 5 * 10 15 ja laskelmien mukaan noin n. 850 km - noin 1012 molekyyliä. Planeettojenvälisessä avaruudessa molekyylien pitoisuus on 10 8-10 9 per 1 m3. Korkeudessa n. 100 km, molekyylien määrä on pieni, ja ne törmäävät harvoin toisiinsa. Keskimääräistä matkaa, jonka kaoottisesti liikkuva molekyyli kulkee ennen törmäystä toiseen samanlaiseen molekyyliin, kutsutaan sen keskimääräiseksi vapaaksi poluksi. Kerros, jossa tämä arvo kasvaa niin paljon, että molekyylien välisten tai atomien välisten törmäysten todennäköisyys voidaan jättää huomiotta, sijaitsee termosfäärin ja sen päällä olevan kuoren (eksosfäärin) välisellä rajalla, ja sitä kutsutaan termiseksi taukoksi. Termopaussi sijaitsee noin 650 km:n päässä maan pinnasta. Tietyssä lämpötilassa molekyylin liikkeen nopeus riippuu sen massasta: kevyemmät molekyylit liikkuvat nopeammin kuin raskaammat. Alemmassa ilmakehässä, jossa vapaa polku on hyvin lyhyt, ei havaita kaasujen erottumista niiden molekyylipainon mukaan, mutta se ilmaistaan ​​yli 100 km:n päässä. Lisäksi Auringon ultravioletti- ja röntgensäteilyn vaikutuksesta happimolekyylit hajoavat atomeiksi, joiden massa on puolet molekyylin massasta. Siksi, kun siirrymme pois maan pinnasta, atomihappi tulee yhä tärkeämmäksi ilmakehän koostumuksessa ja n. merenpinnan korkeudessa. 200 km:stä tulee sen pääkomponentti. Korkeammalla, noin 1200 km:n etäisyydellä maan pinnasta, hallitsevat kevyet kaasut - helium ja vety. Ne ovat ilmakehän ulkokerros. Tämä painoerottelu, jota kutsutaan diffuusierotukseksi, muistuttaa seosten erottamista sentrifugilla. Eksosfääri on ilmakehän ulkokerros, joka on eristetty lämpötilan muutosten ja neutraalin kaasun ominaisuuksien perusteella. Eksosfäärissä olevat molekyylit ja atomit kiertävät maan ympäri ballistisilla kiertoradoilla painovoiman vaikutuksesta. Jotkut näistä kiertoradoista ovat parabolisia ja samanlaisia ​​​​kuin ammusten liikeradat. Molekyylit voivat kiertää Maan ympäri ja elliptisellä kiertoradalla, kuten satelliitit. Joillakin molekyyleillä, pääasiassa vedyllä ja heliumilla, on avoimet liikeradat ja ne pakenevat avaruuteen (kuva 2).

AURINGON JA MAAN SUHTEET JA NIIDEN VAIKUTUS ILMAKEHEEN
ilmakehän vuorovedet. Auringon ja kuun vetovoima aiheuttaa ilmakehässä vuoroveden, joka on samanlainen kuin maan ja meren vuorovesi. Mutta ilmakehän vuorovedellä on merkittävä ero: ilmakehä reagoi voimakkaimmin Auringon vetovoimaan, kun taas maankuori ja valtameri - Kuun vetovoimaan. Tämä selittyy sillä, että ilmakehää lämmittää aurinko ja gravitaatioveden lisäksi syntyy voimakas lämpövuorovesi. Yleisesti ottaen ilmakehän ja meren vuoroveden muodostumismekanismit ovat samanlaisia, paitsi että ilman reaktion ennustamiseksi gravitaatio- ja lämpövaikutuksiin on otettava huomioon sen puristuvuus ja lämpötilajakauma. Ei ole täysin selvää, miksi puolipäiväiset (12 tunnin) auringon vuorovedet ilmakehässä hallitsevat vuorokauden aurinkoa ja puolipäiväistä vuorovesivirtausta, vaikka kahden jälkimmäisen prosessin liikkeellepaneva voimat ovat paljon voimakkaampia. Aikaisemmin uskottiin, että ilmakehässä tapahtuu resonanssi, joka vahvistaa juuri värähtelyjä 12 tunnin jaksolla. Geofysiikan rakettien avulla tehdyt havainnot osoittavat kuitenkin, että tällaiselle resonanssille ei ole lämpötilasyitä. Tätä ongelmaa ratkaistaessa tulisi luultavasti ottaa huomioon kaikki ilmakehän hydrodynaamiset ja termiset ominaisuudet. Maan pinnalla lähellä päiväntasaajaa, jossa vuorovesivaihtelun vaikutus on suurin, se muuttaa ilmanpaineen 0,1 %. Vuorovesituulien nopeus on n. 0,3 km/h. Ilmakehän monimutkaisen lämpörakenteen vuoksi (etenkin mesopaussin lämpötilaminimin läsnäolo) vuorovesivirrat voimistuvat ja esimerkiksi 70 km:n korkeudessa niiden nopeus on noin 160 kertaa suurempi kuin maan pinnalla. pinnalla, jolla on tärkeitä geofysikaalisia seurauksia. Uskotaan, että ionosfäärin alaosassa (kerros E) vuorovesivärähtelyt siirtävät ionisoitua kaasua pystysuunnassa Maan magneettikentässä, ja siksi täällä syntyy sähkövirtoja. Nämä jatkuvasti ilmaantuvat virtajärjestelmät maan pinnalla muodostuvat magneettikentän häiriöistä. Magneettikentän vuorokausivaihtelut ovat hyvin sopusoinnussa laskettujen arvojen kanssa, mikä todistaa vakuuttavasti "ilmakehän dynamon" vuorovesimekanismien teorian puolesta. Ionosfäärin alaosassa (kerros E) syntyvien sähkövirtojen on siirryttävä jonnekin, ja siksi piiri on suljettava. Analogia dynamon kanssa tulee täydelliseksi, jos katsomme vastaantulevan liikkeen moottorin työnä. Oletetaan, että sähkövirran käänteinen kierto tapahtuu ionosfäärin (F) korkeammassa kerroksessa, ja tämä vastavirta voi selittää joitain tämän kerroksen erityispiirteitä. Lopuksi vuorovesiilmiön on myös synnytettävä vaakasuuntaisia ​​virtoja E-kerroksessa ja siten myös F-kerroksessa.
Ionosfääri. 1800-luvun tiedemiehet yrittävät selittää revontulien esiintymismekanismia. ehdotti, että ilmakehässä on vyöhyke, jossa on sähköisesti varautuneita hiukkasia. 1900-luvulla vakuuttavia todisteita saatiin kokeellisesti radioaaltoja heijastavan kerroksen olemassaolosta 85-400 km:n korkeudessa. Nyt tiedetään, että sen sähköiset ominaisuudet ovat seurausta ilmakehän kaasun ionisaatiosta. Siksi tätä kerrosta kutsutaan yleensä ionosfääriksi. Vaikutus radioaalloihin johtuu pääasiassa vapaiden elektronien läsnäolosta ionosfäärissä, vaikka radioaaltojen etenemismekanismi liittyy suurten ionien läsnäoloon. Jälkimmäiset ovat kiinnostavia myös ilmakehän kemiallisten ominaisuuksien tutkimuksessa, koska ne ovat aktiivisempia kuin neutraalit atomit ja molekyylit. Ionosfäärissä tapahtuvilla kemiallisilla reaktioilla on tärkeä rooli sen energia- ja sähkötasapainossa.
normaali ionosfääri. Geofysikaalisten rakettien ja satelliittien avulla tehdyt havainnot ovat antaneet paljon uutta tietoa, joka viittaa siihen, että ilmakehän ionisoituminen tapahtuu laajaspektrin auringon säteilyn vaikutuksesta. Sen pääosa (yli 90 %) on keskittynyt spektrin näkyvään osaan. Auringon ilmakehän sisäosassa (kromosfäärissä) vety säteilee ultraviolettisäteilyä, jonka aallonpituus on lyhyempi ja energiaa enemmän kuin violetit valonsäteet, ja röntgensäteilyä, jonka energia on vielä korkeampi, säteilevät Auringon ulkokuoren kaasut. (korona). Ionosfäärin normaali (keskimääräinen) tila johtuu jatkuvasta voimakkaasta säteilystä. Normaalissa ionosfäärissä tapahtuu säännöllisiä muutoksia Maan päivittäisen pyörimisen ja auringonsäteiden tulokulman keskipäivän vuodenaikojen erojen vaikutuksesta, mutta myös arvaamattomia ja äkillisiä muutoksia ionosfäärin tilassa tapahtuu.
Häiriöt ionosfäärissä. Kuten tiedetään, Auringossa syntyy voimakkaita syklisesti toistuvia häiriöitä, jotka saavuttavat maksiminsa 11 vuoden välein. Kansainvälisen geofysiikan vuoden (IGY) ohjelman mukaiset havainnot osuivat korkeimman auringon aktiivisuuden ajanjaksoon koko systemaattisten meteorologisten havaintojen ajan, ts. 1700-luvun alusta Korkean aktiivisuuden aikana jotkin Auringon alueet lisäävät kirkkautta useita kertoja ja lähettävät voimakkaita ultravioletti- ja röntgensäteilypulsseja. Tällaisia ​​ilmiöitä kutsutaan auringonpurkausiksi. Ne kestävät muutamasta minuutista yhteen tai kahteen tuntiin. Soihdutuksen aikana aurinkokaasua (enimmäkseen protoneja ja elektroneja) purkautuu ja alkuainehiukkaset syöksyvät avaruuteen. Auringon sähkömagneettinen ja korpuskulaarinen säteily tällaisten soihdutushetkellä vaikuttaa voimakkaasti Maan ilmakehään. Alkureaktio havaitaan 8 minuuttia salaman jälkeen, kun voimakas ultravioletti- ja röntgensäteily saavuttaa maan. Tämän seurauksena ionisaatio kasvaa jyrkästi; röntgensäteet tunkeutuvat ilmakehään ionosfäärin alarajalle asti; elektronien määrä näissä kerroksissa kasvaa niin paljon, että radiosignaalit absorboituvat lähes kokonaan ("sammuvat"). Säteilyn lisäabsorptio aiheuttaa kaasun kuumenemista, mikä edistää tuulien kehittymistä. Ionisoitu kaasu on sähköjohdin, ja kun se liikkuu Maan magneettikentässä, syntyy dynamoilmiö ja syntyy sähkövirtaa. Tällaiset virrat voivat puolestaan ​​aiheuttaa havaittavia häiriöitä magneettikentässä ja ilmetä magneettisina myrskyinä. Tämä alkuvaihe kestää vain lyhyen ajan, mikä vastaa auringonpurkauksen kestoa. Auringon voimakkaiden soihdutusten aikana kiihtyneiden hiukkasten virta syöksyy avaruuteen. Kun se on suunnattu Maata kohti, alkaa toinen vaihe, jolla on suuri vaikutus ilmakehän tilaan. Monet luonnonilmiöt, joista revontulet tunnetaan parhaiten, osoittavat, että huomattava määrä varautuneita hiukkasia saavuttaa Maan (katso myös POLAARIVALOT). Silti näiden hiukkasten irtautumisprosesseja Auringosta, niiden liikeradat planeettojen välisessä avaruudessa sekä vuorovaikutuksen mekanismeja Maan magneettikentän ja magnetosfäärin kanssa ei ole vielä tutkittu riittävästi. Ongelma muuttui monimutkaisemmaksi sen jälkeen, kun James Van Allen löysi vuonna 1958 geomagneettisen kentän hallussa olevat kuoret, jotka koostuivat varautuneista hiukkasista. Nämä hiukkaset liikkuvat pallonpuoliskolta toiselle pyörien spiraaleina magneettikenttälinjojen ympärillä. Maapallon lähellä, voimalinjojen muodosta ja hiukkasten energiasta riippuvaisella korkeudella, on "heijastuspisteitä", joissa hiukkaset muuttavat liikesuuntaansa vastakkaiseen suuntaan (kuva 3). Koska magneettikentän voimakkuus pienenee etäisyyden myötä Maasta, kiertoradat, joita pitkin nämä hiukkaset liikkuvat, ovat jonkin verran vääristyneitä: elektronit poikkeavat itään ja protonit länteen. Siksi niitä jaetaan hihnojen muodossa ympäri maailmaa.

Jotkut seuraukset Auringon aiheuttamasta ilmakehän lämmittämisestä. Aurinkoenergia vaikuttaa koko ilmakehään. Olemme jo maininneet vyöt, jotka muodostuvat varautuneista hiukkasista Maan magneettikentässä ja pyörivät sen ympärillä. Nämä vyöt ovat lähimpänä maan pintaa sirkumpolaarisilla alueilla (katso kuva 3), missä revontulia havaitaan. Kuva 1 osoittaa, että Kanadan revontulien lämpötila on huomattavasti korkeampi kuin Yhdysvaltojen lounaisosassa. On todennäköistä, että siepatut hiukkaset luovuttavat osan energiastaan ​​ilmakehään, varsinkin törmäessään heijastuspisteiden lähellä oleviin kaasumolekyyleihin, ja jättävät entiset kiertoradansa. Näin ilmakehän korkeat kerrokset lämpenevät revontulien alueella. Toinen tärkeä löytö tehtiin keinotekoisten satelliittien kiertoradan tutkimuksessa. Smithsonian Astrophysical Observatoryn tähtitieteilijä Luigi Iacchia uskoo, että näiden kiertoratojen pienet poikkeamat johtuvat ilmakehän tiheyden muutoksista, kun aurinko lämmittää sitä. Hän ehdotti maksimielektronitiheyden olemassaoloa ionosfäärissä yli 200 km:n korkeudessa, mikä ei vastaa auringon keskipäivää, mutta kitkavoimien vaikutuksesta viivästyy siihen noin kaksi tuntia. Tällä hetkellä 600 km:n korkeudelle tyypillisiä ilmakehän tiheyden arvoja havaitaan n. 950 km. Lisäksi maksimielektronipitoisuus kokee epäsäännöllisiä vaihteluita, jotka johtuvat Auringosta tulevan lyhytaikaisen ultravioletti- ja röntgensäteilyn välähdyksistä. L. Yakkia havaitsi myös lyhytaikaisia ​​ilman tiheyden vaihteluita, jotka vastaavat auringonpurkausta ja magneettikentän häiriöitä. Nämä ilmiöt selittyvät auringosta peräisin olevien hiukkasten tunkeutumisella Maan ilmakehään ja niiden kerrosten lämpenemisellä, joissa satelliitit kiertävät.
ILMAKEINEN SÄHKÖ
Ilmakehän pintakerroksessa pieni osa molekyyleistä ionisoituu kosmisten säteiden, radioaktiivisten kivien säteilyn ja itse ilmassa olevan radiumin (pääasiassa radonin) hajoamistuotteiden vaikutuksesta. Ionisaatioprosessissa atomi menettää elektronin ja saa positiivisen varauksen. Vapaa elektroni yhdistyy nopeasti toisen atomin kanssa muodostaen negatiivisesti varautuneen ionin. Tällaisilla positiivisten ja negatiivisten ionien pareilla on molekyylimitat. Ilmakehän molekyyleillä on tapana ryhmitellä näiden ionien ympärille. Useat ionin kanssa yhdistetyt molekyylit muodostavat kompleksin, jota kutsutaan yleisesti "kevyt-ioniksi". Ilmakehässä on myös molekyylikomplekseja, jotka tunnetaan meteorologiassa kondensaatioytiminä, joiden ympärillä alkaa kondensaatioprosessi, kun ilma kyllästyy kosteudella. Nämä ytimet ovat suola- ja pölyhiukkasia sekä teollisista ja muista lähteistä ilmaan vapautuvia saasteita. Kevyet ionit kiinnittyvät usein tällaisiin ytimiin muodostaen "raskaita ioneja". Sähkökentän vaikutuksesta kevyet ja raskaat ionit siirtyvät ilmakehän alueelta toiselle siirtäen sähkövarauksia. Vaikka ilmakehää ei yleensä pidetä sähköä johtavana väliaineena, sillä on pieni johtavuus. Siksi ilmaan jätetty varautunut kappale menettää hitaasti latauksensa. Ilmakehän johtavuus kasvaa korkeuden kasvaessa lisääntyneen kosmisen säteen intensiteetin, pienentyneen ionihäviön vuoksi alhaisemmissa paineissa (ja siten pidemmän keskimääräisen vapaan polun) ja raskaiden ytimien vähenemisen vuoksi. Ilmakehän johtavuus saavuttaa maksimiarvonsa n. korkeudella. 50 km, ns. "korvaustaso". Tiedetään, että maan pinnan ja "kompensaatiotason" välillä on aina useiden satojen kilovolttien potentiaaliero, ts. jatkuva sähkökenttä. Kävi ilmi, että potentiaaliero tietyn pisteen ilmassa useiden metrien korkeudessa ja maan pinnan välillä on erittäin suuri - yli 100 V. Ilmakehässä on positiivinen varaus ja maan pinta on negatiivisesti varautunut. Koska sähkökenttä on alue, jonka jokaisessa pisteessä on tietty potentiaaliarvo, voimme puhua potentiaaligradientista. Selkeällä säällä muutaman metrin alempana ilmakehän sähkökentän voimakkuus on lähes vakio. Pintakerroksen ilman sähkönjohtavuuden eroista johtuen potentiaaligradientti on alttiina vuorokausivaihteluille, joiden kulku vaihtelee merkittävästi paikasta toiseen. Ilman paikallisia ilmansaasteiden lähteitä - valtamerten yli, korkealla vuoristossa tai napa-alueilla - potentiaalisen gradientin päivittäinen kulku selkeällä säällä on sama. Gradientin suuruus riippuu yleisestä eli Greenwichin keskiajasta (UT) ja saavuttaa maksiminsa klo 19.00 E. Appleton ehdotti, että tämä maksimi sähkönjohtavuus on todennäköisesti sama kuin planeetan suurimman ukkosmyrskyn aktiivisuus. Ukkosmyrskyjen ukkospurkaukset kuljettavat negatiivisen varauksen Maan pintaan, koska aktiivisimpien cumulonimbus-ukkospilvien tyvillä on merkittävä negatiivinen varaus. Ukkospilvien huipuilla on positiivinen varaus, joka Holzerin ja Saxonin laskelmien mukaan virtaa niiden huipuilta ukkosmyrskyjen aikana. Ilman jatkuvaa täydennystä ilmakehän johtavuus neutraloisi varauksen maan pinnalla. Tilastotieto tukee oletusta, että maanpinnan ja "kompensaatiotason" välinen potentiaaliero säilyy ukkosmyrskyjen vuoksi. Esimerkiksi ukkosmyrskyjen enimmäismäärä havaitaan joen laaksossa. Amazonit. Useimmiten ukkosmyrskyjä esiintyy siellä päivän päätteeksi, ts. OK. 19:00 Greenwichin aikaa, jolloin potentiaalinen gradientti on maksimissaan kaikkialla maailmassa. Lisäksi potentiaaligradientin vuorokausivaihtelun käyrien muodon kausivaihtelut ovat täysin sopusoinnussa ukkosmyrskyjen maailmanlaajuista jakautumista koskevien tietojen kanssa. Jotkut tutkijat väittävät, että Maan sähkökentän lähde voi olla ulkopuolista alkuperää, koska sähkökenttien uskotaan olevan ionosfäärissä ja magnetosfäärissä. Tämä seikka todennäköisesti selittää hyvin kapeiden pitkänomaisten revontulien ilmestymisen, jotka ovat samanlaisia ​​kuin kulissien takana ja kaaria.
(katso myös POLAARVALOT). Ilmakehän potentiaalisen gradientin ja johtavuuden vuoksi "kompensaatiotason" ja maan pinnan välillä varautuneet hiukkaset alkavat liikkua: positiivisesti varautuneet ionit - kohti maan pintaa ja negatiivisesti varautuneet - siitä ylöspäin. Tämä virta on n. 1800 A. Vaikka tämä arvo näyttää suurelta, on muistettava, että se on jakautunut koko maan pinnalle. Virran voimakkuus ilmapylväässä, jonka pohjapinta-ala on 1 m2, on vain 4 * 10 -12 A. Toisaalta virran voimakkuus salamapurkauksen aikana voi nousta useisiin ampeereihin, vaikka tietysti tällainen purkaus on lyhytkestoinen - sekunnin murto-osista kokonaiseen sekuntiin tai hieman kauemmaksi toistuvilla purkauksilla. Salama kiinnostaa paljon paitsi luonnon omalaatuisena ilmiönä. Se mahdollistaa sähköpurkauksen havaitsemisen kaasumaisessa väliaineessa useiden satojen miljoonien volttien jännitteellä ja useiden kilometrien elektrodien välisellä etäisyydellä. Vuonna 1750 B. Franklin ehdotti Lontoon kuninkaalliselle seuralle, että he kokeilesivat rautatankoa, joka on kiinnitetty eristävälle alustalle ja asennettu korkeaan torniin. Hän odotti, että kun ukkospilvi lähestyy tornia, vastakkaisen merkin varaus keskittyy alun perin neutraalin sauvan yläpäähän ja samanmerkkinen varaus kuin pilven pohjassa keskittyy alapäähän. . Jos sähkökentän voimakkuus ukkospurkauksen aikana kasvaa riittävästi, tangon yläpäästä tuleva varaus valuu osittain ilmaan ja sauva saa samanmerkkisen varauksen kuin pilven pohja. Franklinin ehdottamaa koetta ei suoritettu Englannissa, mutta ranskalainen fyysikko Jean d'Alembert perusti sen vuonna 1752 Pariisin lähellä sijaitsevaan Marlyyn. Hän käytti 12 m pitkää rautasauvaa, joka oli työnnetty lasipulloon (joka toimi eriste), mutta ei sijoittanut sitä torniin. 10. toukokuuta hänen avustajansa kertoi, että kun ukkospilvi oli sauvan päällä, syntyi kipinöitä, kun siihen tuotiin maadoitettu johto.Franklin itse, tietämättään Ranskassa onnistuneesta kokemuksesta, saman vuoden kesäkuussa suoritti kuuluisan kokeensa leijalla ja havaitsi sähkökipinöitä siihen kiinnitetyn vaijerin päässä.Seuraavana vuonna, kun hän tutki sauvasta kerättyjä varauksia, Franklin havaitsi, että ukkospilvien pohjat ovat yleensä negatiivisesti varautuneita. .Yksityiskohtaisemmat salamantutkimukset tulivat mahdollisiksi 1800-luvun lopulla valokuvausmenetelmien parannuksien ansiosta, varsinkin kun keksittiin pyörivällä linssillä varustettu laite, joka mahdollisti nopeasti kehittyvien prosessien korjaamisen. Tällaista kameraa käytettiin laajalti kipinäpurkausten tutkimuksessa. Havaittiin, että salamoita on useita tyyppejä, joista yleisimmät ovat lineaariset, litteät (pilven sisäinen) ja pallomaiset (ilmapurkaus). Lineaarinen salama on kipinäpurkaus pilven ja maan pinnan välillä, joka seuraa alaspäin suuntautuvaa kanavaa. Tasainen salama esiintyy ukkospilven sisällä ja näyttää sironneen valon välähdyksistä. Pallosalaman ilmapurkaukset, alkaen ukkospilvestä, suuntautuvat usein vaakasuoraan eivätkä tavoita maan pintaa.

Salamapurkaus koostuu yleensä kolmesta tai useammasta toistuvasta purkauksesta - impulsseista, jotka kulkevat samaa reittiä. Peräkkäisten pulssien välit ovat hyvin lyhyitä, 1/100 - 1/10 s (tämä aiheuttaa salaman välkkymisen). Yleensä salama kestää noin sekunnin tai vähemmän. Tyypillinen salamankehitysprosessi voidaan kuvata seuraavasti. Ensinnäkin heikosti valaiseva purkausjohtaja ryntää ylhäältä maan pinnalle. Kun hän saavuttaa sen, kirkkaasti hehkuva käänteis- tai pääpurkaus kulkee maasta ylös johtajan asettamaa kanavaa pitkin. Purkausjohtaja liikkuu pääsääntöisesti siksak-maisesti. Sen etenemisnopeus vaihtelee sadasta useaan sataan kilometriin sekunnissa. Matkallaan se ionisoi ilmamolekyylejä luoden lisääntyneen johtavuuden omaavan kanavan, jonka kautta käänteispurkaus liikkuu ylöspäin nopeudella, joka on noin sata kertaa suurempi kuin johtopurkauksen nopeus. Kanavan kokoa on vaikea määrittää, mutta johtopurkauksen halkaisijaksi arvioidaan 1–10 m ja käänteispurkauksen halkaisijaksi useita senttejä. Salamapurkaukset aiheuttavat radiohäiriöitä lähettämällä radioaaltoja laajalla alueella - 30 kHz:stä erittäin alhaisiin taajuuksiin. Radioaaltojen suurin säteily on luultavasti alueella 5-10 kHz. Tällaiset matalataajuiset radiohäiriöt "keskittyvät" ionosfäärin alarajan ja maan pinnan väliseen tilaan ja voivat levitä tuhansien kilometrien etäisyyksille lähteestä.
MUUTOKSET ILMAILMASSA
Meteorien ja meteoriittien vaikutus. Vaikka meteorisuihkut tekevät joskus syvän vaikutuksen valotehostellaan, yksittäisiä meteoreja nähdään harvoin. Paljon enemmän on näkymättömiä meteoreja, jotka ovat liian pieniä nähtäväksi sillä hetkellä, kun ilmakehä nielee ne. Jotkut pienimmistä meteoreista eivät luultavasti lämpene ollenkaan, vaan ne vain vangitsevat ilmakehän. Näitä pieniä hiukkasia, joiden koko vaihtelee muutamasta millimetristä millimetrin kymmeneen tuhannesosaan, kutsutaan mikrometeoriiteiksi. Ilmakehään joka päivä saapuvan meteorisen aineen määrä on 100 - 10 000 tonnia, ja suurin osa tästä aineesta on mikrometeoriitteja. Koska meteorinen aines palaa osittain ilmakehässä, sen kaasukoostumus täydentyy erilaisten kemiallisten alkuaineiden jäämillä. Esimerkiksi kivimeteorit tuovat litiumia ilmakehään. Metallien meteorien palaminen johtaa pienten pallomaisten raudan, rauta-nikkelin ja muiden pisaroiden muodostumiseen, jotka kulkevat ilmakehän läpi ja laskeutuvat maan pinnalle. Niitä löytyy Grönlannista ja Etelämantereelta, joissa jäälevyt pysyvät lähes muuttumattomina vuosia. Meritieteilijät löytävät niitä valtameren pohjasedimentistä. Suurin osa ilmakehään pääsevistä meteorihiukkasista laskeutuu noin 30 päivässä. Jotkut tutkijat uskovat, että tällä kosmisella pölyllä on tärkeä rooli ilmakehän ilmiöiden, kuten sateen, muodostumisessa, koska se toimii vesihöyryn tiivistymisen ytimina. Siksi oletetaan, että sademäärä liittyy tilastollisesti suuriin meteorisuihkuihin. Jotkut asiantuntijat kuitenkin uskovat, että koska meteoristen aineiden kokonaissyöttö on useita kymmeniä kertoja suurempi kuin jopa suurimmalla meteorisuihkulla, yhden tällaisen suihkun seurauksena tapahtuva muutos tämän materiaalin kokonaismäärässä voidaan jättää huomiotta. Ei ole kuitenkaan epäilystäkään siitä, että suurimmat mikrometeoriitit ja tietysti näkyvät meteoriitit jättävät pitkiä ionisaatiojälkiä ilmakehän korkeisiin kerroksiin, pääasiassa ionosfääriin. Tällaisia ​​jälkiä voidaan käyttää pitkän matkan radioviestintään, koska ne heijastavat korkeataajuisia radioaaltoja. Ilmakehään saapuvien meteorien energia kuluu pääasiassa ja ehkä kokonaan sen lämmittämiseen. Tämä on yksi ilmakehän lämpötasapainon vähäisistä komponenteista.
Teollista alkuperää oleva hiilidioksidi. Hiilikaudella puumainen kasvillisuus oli laajalle levinnyt maapallolla. Suurin osa kasvien tuolloin absorboimasta hiilidioksidista kertyi kivihiiliesiintymiin ja öljyä sisältäviin esiintymiin. Ihmiset ovat oppineet käyttämään näiden mineraalien valtavia varantoja energianlähteenä ja palauttavat nyt nopeasti hiilidioksidia aineiden kiertoon. Fossiili on todennäköisesti n. 4*10 13 tonnia hiiltä. Kuluneen vuosisadan aikana ihmiskunta on polttanut niin paljon fossiilisia polttoaineita, että noin 4 * 10 11 tonnia hiiltä on jälleen päässyt ilmakehään. Tällä hetkellä on n. 2 * 10 12 tonnia hiiltä, ​​ja seuraavan sadan vuoden aikana tämä luku voi kaksinkertaistua fossiilisten polttoaineiden polton vuoksi. Kaikki hiili ei kuitenkaan jää ilmakehään: osa siitä liukenee valtamerten vesiin, osa imeytyy kasveihin ja osa sitoutuu kivien rapautuessa. Vielä ei ole mahdollista ennustaa, kuinka paljon hiilidioksidia on ilmakehässä tai mitä vaikutuksia sillä on maailman ilmastoon. Siitä huolimatta uskotaan, että sen pitoisuuden lisääntyminen aiheuttaa lämpenemistä, vaikka ei ole ollenkaan välttämätöntä, että lämpeneminen vaikuttaa merkittävästi ilmastoon. Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on mittaustulosten mukaan lisääntymässä selvästi, joskin hitaasti. Ilmastotiedot Huippuvuorista ja Little America Stationista Rossin jäähyllyllä Etelämantereella osoittavat keskimääräisten vuotuisten lämpötilojen nousun noin 50 vuoden aikana 5 °C ja 2,5 °C.
Kosmisen säteilyn vaikutus. Kun korkeaenergiset kosmiset säteet ovat vuorovaikutuksessa ilmakehän yksittäisten komponenttien kanssa, muodostuu radioaktiivisia isotooppeja. Niistä erottuu 14C-hiili-isotooppi, joka kerääntyy kasvien ja eläinten kudoksiin. Mittaamalla niiden orgaanisten aineiden radioaktiivisuutta, jotka eivät ole pitkään aikaan vaihtaneet hiiltä ympäristön kanssa, voidaan määrittää niiden ikä. Radiohiilimenetelmä on vakiinnuttanut asemansa luotettavimpana menetelmänä fossiilisten organismien ja aineellisen kulttuurin esineiden ajoittamiseen, joiden ikä ei ylitä 50 tuhatta vuotta. Muita radioaktiivisia isotooppeja, joilla on pitkä puoliintumisaika, voitaisiin käyttää satoja tuhansia vuosia vanhojen materiaalien nykyaikaan, jos äärimmäisen alhaisen radioaktiivisuuden mittaamisen perusongelma ratkaistaan.
(katso myös RADIOHIILITREITTÄMINEN).
MAAN ILMAN ALKUPERÄ
Ilmakehän muodostumishistoriaa ei ole vielä täysin luotettavasti palautettu. Joitakin todennäköisiä muutoksia sen koostumuksessa on kuitenkin tunnistettu. Ilmakehän muodostuminen alkoi heti Maan muodostumisen jälkeen. On melko hyviä syitä uskoa, että Pra-Maan evoluutioprosessissa ja sen saavuttaessa lähellä nykyaikaisia ​​ulottuvuuksia ja massaa se menetti lähes kokonaan alkuperäisen tunnelmansa. Uskotaan, että varhaisessa vaiheessa maa oli sulassa tilassa ja n. 4,5 miljardia vuotta sitten se muotoutui kiinteäksi kappaleeksi. Tämä virstanpylväs on otettu geologisen kronologian alkuun. Siitä lähtien ilmakehän kehitys on ollut hidasta. Joihinkin geologisiin prosesseihin, kuten laavan purkauksiin tulivuorenpurkauksen aikana, liittyi kaasujen vapautumista maan suolistosta. Ne sisälsivät luultavasti typpeä, ammoniakkia, metaania, vesihöyryä, hiilimonoksidia ja hiilidioksidia. Auringon ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta vesihöyry hajosi vedyksi ja hapeksi, mutta vapautunut happi reagoi hiilimonoksidin kanssa muodostaen hiilidioksidia. Ammoniakki hajosi typeksi ja vedyksi. Diffuusioprosessissa oleva vety nousi ylös ja poistui ilmakehästä, kun taas raskaampi typpi ei päässyt karkaamaan ja kerääntyi vähitellen muodostaen sen pääkomponentin, vaikka osa siitä sitoutui kemiallisten reaktioiden aikana. Ultraviolettisäteiden ja sähköpurkausten vaikutuksesta kaasuseos, joka todennäköisesti esiintyy Maan alkuperäisessä ilmakehässä, joutui kemiallisiin reaktioihin, joiden seurauksena muodostui orgaanisia aineita, erityisesti aminohappoja. Näin ollen elämä saattoi syntyä ilmapiiristä, joka poikkeaa olennaisesti nykyajan ilmapiiristä. Primitiivisten kasvien ilmaantuessa fotosynteesiprosessi alkoi (katso myös FOTOSYNTEESI), johon liittyi vapaan hapen vapautuminen. Tämä kaasu, varsinkin ylempään ilmakehään diffuusion jälkeen, alkoi suojata alempia kerroksiaan ja maapallon pintaa henkeä uhkaavalta ultravioletti- ja röntgensäteilyltä. On arvioitu, että jo 0,00004 nykyisestä happimäärästä voisi johtaa kerroksen muodostumiseen, jonka otsonipitoisuus on puolet nykyisestä otsonipitoisuudesta, mikä kuitenkin tarjosi erittäin merkittävän suojan ultraviolettisäteiltä. On myös todennäköistä, että primääriilmakehä sisälsi paljon hiilidioksidia. Sitä kulutettiin fotosynteesin aikana, ja sen pitoisuuden on täytynyt laskea kasvimaailman kehittyessä ja myös joidenkin geologisten prosessien aikana tapahtuneen absorption vuoksi. Koska kasvihuoneilmiö liittyy hiilidioksidin esiintymiseen ilmakehässä, jotkut tutkijat uskovat, että sen pitoisuuden vaihtelut ovat yksi tärkeimmistä syistä suuriin ilmastomuutoksiin maapallon historiassa, kuten jääkausiin. Nykyaikaisessa ilmakehässä oleva helium on luultavasti enimmäkseen uraanin, toriumin ja radiumin radioaktiivisen hajoamisen tuotetta. Nämä radioaktiiviset alkuaineet lähettävät alfahiukkasia, jotka ovat heliumatomien ytimiä. Koska radioaktiivisen hajoamisen aikana ei synny tai tuhoudu sähkövarausta, jokaista alfahiukkasta kohden on kaksi elektronia. Tämän seurauksena se yhdistyy niiden kanssa muodostaen neutraaleja heliumatomeja. Radioaktiivisia alkuaineita on kiven paksuuteen hajaantuneissa mineraaleissa, joten niihin varastoituu merkittävä osa radioaktiivisen hajoamisen seurauksena syntyvästä heliumista haihtuen ilmakehään erittäin hitaasti. Tietty määrä heliumia nousee eksosfääriin diffuusion seurauksena, mutta jatkuvan sisäänvirtauksen vuoksi maan pinnalta tämän kaasun tilavuus ilmakehässä ei muutu. Tähtien valon spektrianalyysin ja meteoriittien tutkimuksen perusteella on mahdollista arvioida eri kemiallisten alkuaineiden suhteellinen runsaus universumissa. Neonin pitoisuus avaruudessa on noin kymmenen miljardia kertaa suurempi kuin maan päällä, kryptonin pitoisuus - kymmenen miljoonaa kertaa ja ksenonin - miljoona kertaa. Tästä seuraa, että näiden alun perin maan ilmakehässä esiintyneiden ja kemiallisten reaktioiden aikana täydentymättömien inerttien kaasujen pitoisuus pieneni huomattavasti, luultavasti jopa siinä vaiheessa, kun maapallo menettää primääriilmakehänsä. Poikkeuksena on inertti kaasu argon, koska se muodostuu edelleen 40Ar-isotoopin muodossa kalium-isotoopin radioaktiivisen hajoamisen prosessissa.
OPTISET ILMIÖT
Ilmakehän optisten ilmiöiden monimuotoisuus johtuu useista syistä. Yleisimpiä ilmiöitä ovat salama (katso yllä) ja erittäin viehättävä revontulia ja revontulia (katso myös POLAARIVALOT). Lisäksi sateenkaari, gal, parhelion (väärä aurinko) ja kaaret, kruunu, halot ja Brockenin haamut, mirages, St. Elmon tulet, kirkkaat pilvet, vihreät ja hämäräsäteet ovat erityisen kiinnostavia. Sateenkaari on kaunein ilmakehän ilmiö. Yleensä tämä on valtava kaari, joka koostuu monivärisistä raidoista ja havaitaan, kun aurinko valaisee vain osan taivaasta ja ilma on kyllästetty vesipisaroilla esimerkiksi sateen aikana. Moniväriset kaaret on järjestetty spektrisekvenssiin (punainen, oranssi, keltainen, vihreä, syaani, indigo, violetti), mutta värit eivät ole lähes koskaan puhtaita, koska nauhat menevät päällekkäin. Pääsääntöisesti sateenkaarien fyysiset ominaisuudet vaihtelevat merkittävästi, ja siksi ne ovat ulkonäöltään hyvin erilaisia. Niiden yhteinen piirre on, että kaaren keskipiste sijaitsee aina suoralla linjalla, joka on vedetty Auringosta tarkkailijaan. Pääsateenkaari on kaari, joka koostuu kirkkaimmista väreistä - punainen ulkopuolelta ja violetti sisältä. Joskus näkyy vain yksi kaari, mutta usein toinen kaari näkyy pääsateenkaaren ulkopuolella. Siinä ei ole niin kirkkaita värejä kuin ensimmäisessä, ja siinä olevat punaiset ja violetit raidat vaihtavat paikkoja: punainen sijaitsee sisäpuolella. Pääsateenkaaren muodostumista selittää kaksinkertainen taittuminen (katso myös OPTIIKA) ja yksittäinen auringonvalon säteiden sisäinen heijastus (katso kuva 5). Vesipisaran (A) sisään tunkeutunut valonsäde taittuu ja hajoaa, kuten kulkiessaan prisman läpi. Sitten se saavuttaa pisaran vastakkaisen pinnan (B), heijastuu siitä ja poistuu pisarasta ulos (C). Tässä tapauksessa valonsäde taittuu toisen kerran ennen kuin se saavuttaa havaitsijan. Alkuperäinen valkoinen säde hajoaa erivärisiksi säteiksi, joiden erotuskulma on 2°. Kun muodostuu toissijainen sateenkaari, tapahtuu auringonsäteiden kaksinkertainen taittuminen ja kaksoisheijastus (katso kuva 6). Tässä tapauksessa valo taittuu, tunkeutuu pisaran sisään sen alaosan (A) kautta ja heijastuu pisaran sisäpinnalta ensin pisteessä B, sitten pisteessä C. Pisteessa D valo taittuu, jättäen pisaran katsojaa kohti.

Auringonnousun ja auringonlaskun aikaan tarkkailija näkee sateenkaaren kaarena, joka on yhtä suuri kuin puoli ympyrää, koska sateenkaaren akseli on yhdensuuntainen horisontin kanssa. Jos aurinko on korkeammalla horisontin yläpuolella, sateenkaaren kaari on alle puoliympyrän. Kun aurinko nousee yli 42° horisontin yläpuolelle, sateenkaari katoaa. Kaikkialla, paitsi korkeilla leveysasteilla, sateenkaari ei voi ilmestyä keskipäivällä, kun aurinko on liian korkealla. On mielenkiintoista arvioida etäisyys sateenkaareen. Vaikka näyttää siltä, ​​​​että monivärinen kaari sijaitsee samassa tasossa, tämä on illuusio. Itse asiassa sateenkaarella on suuri syvyys, ja se voidaan esittää onton kartion pintana, jonka huipulla on tarkkailija. Kartion akseli yhdistää Auringon, tarkkailijan ja sateenkaaren keskuksen. Tarkkailija katsoo ikään kuin tämän kartion pintaa pitkin. Kaksi ihmistä ei voi koskaan nähdä täsmälleen samaa sateenkaarta. Tietenkin voi havaita saman vaikutuksen yleisesti, mutta kaksi sateenkaarea ovat eri asemissa ja ne muodostuvat erilaisista vesipisaroista. Kun sade tai sumu muodostaa sateenkaaren, täysi optinen vaikutus saavutetaan kaikkien sateenkaaren kartion pinnan ylittävien vesipisaroiden yhteisvaikutuksena havainnointiaseman kärjessä. Jokaisen pisaran rooli on ohikiitävä. Sateenkaarikartion pinta koostuu useista kerroksista. Ylittämällä ne nopeasti ja kulkemalla kriittisten pisteiden läpi, jokainen pisara hajottaa auringonsäteen välittömästi koko spektriin tiukasti määritellyssä järjestyksessä - punaisesta violettiin. Monet pisarat ylittävät kartion pinnan samalla tavalla, jolloin sateenkaari näyttää havainnoijalle jatkuvana sekä sen kaarella että poikki. Halo - valkoiset tai värikkäät valokaaret ja ympyrät Auringon tai Kuun kiekon ympärillä. Ne johtuvat ilmakehän jää- tai lumikiteiden valon taittumisesta tai heijastumisesta. Halon muodostavat kiteet sijaitsevat kuvitteellisen kartion pinnalla, jonka akseli on suunnattu havainnoijasta (kartion huipulta) aurinkoon. Tietyissä olosuhteissa ilmakehä on kyllästetty pienillä kiteillä, joiden monet pinnat muodostavat suoran kulman Auringon, havainnoinnin ja näiden kiteiden läpi kulkevan tason kanssa. Tällaiset puolet heijastavat saapuvia valonsäteitä 22 °:n poikkeamalla muodostaen halon, joka on sisäpuolelta punertava, mutta se voi myös koostua kaikista spektrin väreistä. Harvempi on halo, jonka kulmasäde on 46° ja joka sijaitsee samankeskisesti 22 asteen halon ympärillä. Sen sisäpuolella on myös punertava sävy. Syynä tähän on myös valon taittuminen, joka tapahtuu tässä tapauksessa suoran kulman muodostavilla kidepinnoilla. Tällaisen halon renkaan leveys on yli 2,5°. Sekä 46 asteen että 22 asteen sädekehät ovat yleensä kirkkaimpia renkaan ylä- ja alaosassa. Harvinainen 90 asteen sädekehä on heikosti valoisa, lähes väritön rengas, jolla on yhteinen keskus kahden muun halon kanssa. Jos se on värillinen, siinä on punainen väri renkaan ulkopuolella. Tämän tyyppisen sädekehän esiintymismekanismia ei ole täysin selvitetty (kuva 7).

Parhelia ja kaaria. Parhelic ympyrä (tai väärien aurinkojen ympyrä) - valkoinen rengas, jonka keskipiste on zeniittipisteessä ja joka kulkee Auringon läpi yhdensuuntaisesti horisontin kanssa. Syynä sen muodostumiseen on auringonvalon heijastus jääkiteiden pintojen reunoista. Jos kiteet jakautuvat riittävän tasaisesti ilmaan, tulee näkyviin täysi ympyrä. Parhelia eli valeauringot ovat kirkkaasti valoisia Aurinkoa muistuttavia pisteitä, jotka muodostuvat parheelisen ympyrän ja halon leikkauspisteisiin ja joiden kulmasäteet ovat 22°, 46° ja 90°. Yleisimmin muodostunut ja kirkkain parhelion muodostuu risteyksessä 22 asteen sädekehän kanssa, joka on yleensä värjätty lähes kaikissa sateenkaaren väreissä. Vääriä aurinkoja 46- ja 90-asteen halojen risteyksessä havaitaan paljon harvemmin. Parheliaa, joka esiintyy risteyksessä 90 asteen halojen kanssa, kutsutaan paranteliaksi tai vääriksi vastaauringoksi. Joskus näkyy myös antelium (vasta-aurinko) - kirkas täplä, joka sijaitsee parhelion-renkaassa täsmälleen aurinkoa vastapäätä. Tämän ilmiön syynä oletetaan olevan auringonvalon kaksinkertainen sisäinen heijastus. Heijastunut säde kulkee samaa reittiä kuin tuleva säde, mutta vastakkaiseen suuntaan. Ympäryskaari, jota joskus virheellisesti kutsutaan 46 asteen halon ylemmäksi tangenttikaareksi, on 90° tai vähemmän kaari, joka on keskitetty zeniittipisteeseen ja noin 46° Auringon yläpuolella. Se näkyy harvoin ja vain muutaman minuutin, siinä on kirkkaita värejä ja punainen väri rajoittuu kaaren ulkopuolelle. Circumzenithal kaari on merkittävä värikkyydestään, kirkkaudestaan ​​ja selkeistä ääriviivoistaan. Toinen omituinen ja erittäin harvinainen halotyypin optinen efekti on Lovitzin kaari. Ne syntyvät parhelian jatkona 22 asteen sädekehän leikkauskohdassa, kulkevat halon ulkopuolelta ja ovat hieman koverat Aurinkoa kohti. Valkean valon pilarit sekä erilaiset ristit näkyvät toisinaan aamunkoitteessa tai iltahämärässä, erityisesti napa-alueilla, ja ne voivat seurata sekä aurinkoa että kuuta. Toisinaan havaitaan kuun haloja ja muita yllä kuvattujen kaltaisia ​​vaikutuksia, ja yleisimmän kuun halon (kuun ympärillä olevan rengas) kulmasäde on 22°. Kuten vääriä aurinkoja, vääriä kuita voi nousta. Kruunut ovat pieniä samankeskisiä värillisiä renkaita auringon, kuun tai muiden kirkkaiden esineiden ympärillä, joita havaitaan ajoittain, kun valonlähde on läpikuultavien pilvien takana. Koronan säde on pienempi kuin halon säde ja on n. 1-5°, sininen tai violetti rengas on lähinnä aurinkoa. Korona muodostuu, kun valoa sirottavat pienet vesipisarat, jotka muodostavat pilven. Joskus kruunu näyttää aurinkoa (tai kuuta) ympäröivältä valopisteeltä (tai halolta), joka päättyy punertavaan renkaaseen. Muissa tapauksissa halon ulkopuolella näkyy ainakin kaksi halkaisijaltaan suurempia samankeskistä rengasta, jotka ovat hyvin heikosti värillisiä. Tähän ilmiöön liittyy värikkäitä pilviä. Joskus erittäin korkeiden pilvien reunat maalataan kirkkailla väreillä.
Gloria (halot). Erikoisolosuhteissa tapahtuu epätavallisia ilmakehän ilmiöitä. Jos Aurinko on tarkkailijan takana ja sen varjo heijastuu lähellä oleviin pilviin tai sumuverhoon, tietyssä ilmakehän tilassa ihmisen pään varjon ympärillä, voit nähdä värillisen valoympyrän - halon. Yleensä tällainen halo muodostuu kastepisaroiden valon heijastuksen vuoksi ruohoisella nurmikolla. Gloriat ovat myös melko yleisiä varjossa, jonka kone heittää alla olevien pilvien päälle.
Ghosts of the Brocken. Joillakin maapallon alueilla, kun kukkulalla olevan tarkkailijan varjo, auringonnousun tai auringonlaskun aikaan, putoaa hänen taakseen lyhyen matkan päässä sijaitseviin pilviin, paljastuu silmiinpistävä vaikutus: varjo saa valtavat mitat. Tämä johtuu valon heijastumisesta ja taittumisesta sumussa olevien pienimpien vesipisaroiden toimesta. Kuvattua ilmiötä kutsutaan "Brockenin haamuksi" Saksan Harz-vuorten huipun mukaan.
Miraasit- optinen vaikutus, jonka aiheuttaa valon taittuminen kulkiessaan eri tiheyksisten ilmakerrosten läpi ja ilmaistaan ​​virtuaalisen kuvan ulkonäössä. Tässä tapauksessa kaukana olevat kohteet voivat osoittautua nouseviksi tai lasketuiksi suhteessa niiden todelliseen sijaintiin, ja ne voivat myös vääristyä ja saada epäsäännöllisiä, fantastisia muotoja. Mirageja havaitaan usein kuumassa ilmastossa, kuten hiekkatasangoilla. Huonolaatuiset miraasit ovat yleisiä, kun kaukainen, lähes tasainen aavikon pinta saa avoveden vaikutelman, varsinkin kun sitä tarkastellaan pienestä korkeudesta tai yksinkertaisesti lämmitetyn ilmakerroksen yläpuolelta. Samanlainen illuusio tapahtuu yleensä lämmitetyllä päällystetyllä tiellä, joka näyttää vedenpinnalta kaukana edessä. Todellisuudessa tämä pinta on taivaan heijastus. Silmien tason alapuolella tähän "veteen" voi ilmestyä esineitä, yleensä ylösalaisin. Kuumennetun maanpinnan yläpuolelle muodostuu "ilmakerroskakku", ja maata lähinnä oleva kerros on kuumin ja niin harvinainen, että sen läpi kulkevat valoaallot vääristyvät, koska niiden etenemisnopeus vaihtelee väliaineen tiheyden mukaan. Ylivertaiset miraasit ovat harvinaisempia ja luonnonkauniimpia kuin huonommat miraget. Kaukaiset kohteet (usein merihorisontin alapuolella) näkyvät ylösalaisin taivaalla, ja joskus suora kuva samasta kohteesta näkyy myös yläpuolella. Tämä ilmiö on tyypillinen kylmille alueille, varsinkin kun on olemassa merkittävä lämpötilan inversio, kun lämpimämpi ilmakerros on kylmemmän kerroksen yläpuolella. Tämä optinen vaikutus ilmenee valoaaltojen etuosan monimutkaisista etenemiskuvioista epätasaisen tiheyden omaavissa ilmakerroksissa. Etenkin napa-alueilla tapahtuu aika ajoin hyvin epätavallisia miraaseja. Kun mirageja tapahtuu maalla, puut ja muut maiseman osat ovat ylösalaisin. Kaikissa tapauksissa ylemmissä mirageissa olevat esineet näkyvät selkeämmin kuin alemmissa. Kun kahden ilmamassan raja on pystytaso, havaitaan joskus sivumirageja.
Pyhän Elmon tuli. Jotkut ilmakehän optiset ilmiöt (esimerkiksi hehku ja yleisin meteorologinen ilmiö - salama) ovat luonteeltaan sähköisiä. Paljon harvinaisempia ovat St. Elmon tulipalot - hehkuvat vaaleansiniset tai violetit siveltimet, joiden pituus on 30 cm - 1 m tai enemmän, yleensä mastojen huipuissa tai laivojen telakan päissä merellä. Joskus näyttää siltä, ​​että koko laivan takila on fosforin ja hehkun peitossa. Elmon tulipalot syttyvät toisinaan vuorenhuippuihin sekä korkeiden rakennusten torneihin ja teräviin kulmiin. Tämä ilmiö on harjasähköpurkaus sähköjohtimien päissä, kun sähkökentän voimakkuus kasvaa suuresti niitä ympäröivässä ilmakehässä. Will-o'-the-wisps on heikko sinertävä tai vihertävä hehku, joka näkyy joskus suolla, hautausmailla ja kryptoissa. Ne näyttävät usein rauhallisesti palavana, kuumenemattomana, noin 30 cm maanpinnan yläpuolelle kohotettuna kynttilänliekkinä, joka leijuu hetken kohteen päällä. Valo näyttää olevan täysin käsittämätön ja kun tarkkailija lähestyy, se näyttää siirtyvän toiseen paikkaan. Syynä tähän ilmiöön on orgaanisten jäämien hajoaminen ja suokaasun metaanin (CH4) tai fosfiinin (PH3) itsestään palaminen. Vaellusvalot ovat eri muotoisia, joskus jopa pallomaisia. Vihreä säde - smaragdinvihreän auringonvalon välähdys hetkellä, kun viimeinen auringonsäde katoaa horisontin alle. Auringonvalon punainen komponentti katoaa ensin, kaikki muut seuraavat järjestyksessä ja smaragdinvihreä jää viimeiseksi. Tämä ilmiö tapahtuu vain, kun vain aurinkolevyn reuna jää horisontin yläpuolelle, muuten värit ovat sekoittuneet. Crepuscular-säteet ovat hajaantuvia auringonvalosäteitä, jotka tulevat näkyviin, kun ne valaisevat pölyä korkeassa ilmakehässä. Pilvien varjot muodostavat tummia vyöhykkeitä ja säteet leviävät niiden väliin. Tämä vaikutus ilmenee, kun aurinko on matalalla horisontissa ennen aamunkoittoa tai auringonlaskun jälkeen.