Nhiệt độ của các lớp khác nhau của khí quyển. Khí quyển là lớp không khí của Trái đất. Sự chuyển động của các khối khí trong khí quyển

Bầu khí quyển là lớp khí quyển của Trái đất. Mở rộng tới 3000 km tính từ bề mặt trái đất. Dấu vết của nó có thể được truy tìm với độ cao lên đến 10.000 km. A. có mật độ không đều 50 5; khối lượng của nó tập trung đến 5 km, 75% - đến 10 km, 90% - đến 16 km.

Bầu khí quyển bao gồm không khí - một hỗn hợp cơ học của một số loại khí.

Nitơ(78%) trong khí quyển đóng vai trò là chất pha loãng oxy, điều chỉnh tốc độ oxy hóa, và do đó, tốc độ và cường độ của các quá trình sinh học. Nitơ là nguyên tố chính của khí quyển trái đất, được trao đổi liên tục với các chất sống của sinh quyển, và các thành phần của chúng là các hợp chất nitơ (axit amin, purin, v.v.). Việc khai thác nitơ từ khí quyển xảy ra theo cách vô cơ và sinh hóa, mặc dù chúng có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Khai thác vô cơ có liên quan đến sự hình thành các hợp chất của nó N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3. Chúng được tìm thấy trong lượng mưa trong khí quyển và được hình thành trong khí quyển dưới tác dụng của phóng điện trong các cơn giông bão hoặc các phản ứng quang hóa dưới tác động của bức xạ mặt trời.

Quá trình cố định nitơ sinh học được thực hiện bởi một số vi khuẩn cộng sinh với thực vật bậc cao trong đất. Nitơ cũng được cố định bởi một số vi sinh vật phù du và tảo trong môi trường biển. Về mặt định lượng, liên kết sinh học của nitơ vượt quá khả năng cố định vô cơ của nó. Quá trình trao đổi tất cả nitơ trong khí quyển mất khoảng 10 triệu năm. Nitơ được tìm thấy trong các loại khí có nguồn gốc núi lửa và trong đá mácma. Khi các mẫu đá kết tinh và thiên thạch khác nhau bị nung nóng, nitơ được giải phóng dưới dạng phân tử N 2 và NH 3. Tuy nhiên, dạng nitơ chính hiện diện, cả trên Trái đất và trên các hành tinh trên cạn, là dạng phân tử. Amoniac, đi vào tầng cao của bầu khí quyển, bị oxy hóa nhanh chóng, giải phóng nitơ. Trong đá trầm tích, nó bị chôn vùi cùng với chất hữu cơ và được tìm thấy với số lượng ngày càng nhiều trong trầm tích bitum. Trong quá trình biến chất khu vực của các loại đá này, nitơ ở nhiều dạng khác nhau được giải phóng vào bầu khí quyển của Trái đất.

Chu trình nitơ địa hóa (

Ôxy(21%) được sử dụng bởi các sinh vật sống để hô hấp, là một phần của chất hữu cơ (protein, chất béo, carbohydrate). Ôzôn O 3. ngăn chặn bức xạ tia cực tím đe dọa tính mạng từ Mặt trời.

Oxy là loại khí dồi dào thứ hai trong khí quyển, đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong nhiều quá trình trong sinh quyển. Dạng tồn tại chủ yếu của nó là O 2. Ở các lớp trên của khí quyển, dưới tác động của bức xạ tử ngoại, các phân tử ôxy phân ly, và ở độ cao khoảng 200 km, tỷ lệ ôxy nguyên tử so với phân tử (O: O 2) trở nên bằng 10. Khi những dạng này của ôxy tương tác trong khí quyển (ở độ cao 20 - 30 km), vành đai ôzôn (lá chắn ôzôn). Ozone (O 3) cần thiết cho các sinh vật sống, làm trì hoãn hầu hết các bức xạ tia cực tím mặt trời có hại cho chúng.

Trong giai đoạn đầu của sự phát triển của Trái đất, oxy tự do sinh ra với số lượng rất nhỏ là kết quả của quá trình quang phân ly của carbon dioxide và các phân tử nước trong tầng cao khí quyển. Tuy nhiên, những lượng nhỏ này nhanh chóng bị tiêu hao trong quá trình oxy hóa các khí khác. Với sự ra đời của các sinh vật quang hợp tự dưỡng trong đại dương, tình hình đã thay đổi đáng kể. Lượng ôxy tự do trong khí quyển bắt đầu tăng dần, tích cực ôxy hoá nhiều thành phần của sinh quyển. Do đó, những phần oxy tự do đầu tiên đã góp phần chủ yếu vào quá trình chuyển đổi dạng sắt từ sắt thành dạng oxit và sulfua thành sulfat.

Cuối cùng, lượng oxy tự do trong bầu khí quyển của Trái đất đạt đến một khối lượng nhất định và hóa ra được cân bằng theo cách mà lượng được tạo ra bằng với lượng được hấp thụ. Một hằng số tương đối của hàm lượng oxy tự do được thiết lập trong khí quyển.

Chu trình oxy địa hóa (V.A. Vronsky, G.V. Voitkevich)

Cạc-bon đi-ô-xít, đi đến sự hình thành vật chất sống, và cùng với hơi nước tạo ra cái gọi là "hiệu ứng nhà kính (nhà kính)."

Carbon (carbon dioxide) - phần lớn trong khí quyển ở dạng CO 2 và ít hơn nhiều ở dạng CH 4. Ý nghĩa lịch sử địa hóa của carbon trong sinh quyển là đặc biệt to lớn, vì nó là một phần của tất cả các sinh vật sống. Trong các cơ thể sống, các dạng cacbon bị khử là chủ yếu, và trong môi trường của sinh quyển, các dạng bị oxi hóa. Do đó, sự trao đổi hóa học của chu trình sống được thiết lập: CO 2 ↔ vật chất sống.

Nguồn carbon dioxide chính trong sinh quyển là hoạt động núi lửa liên quan đến quá trình khử khí thế tục của lớp phủ và các chân trời thấp hơn của vỏ trái đất. Một phần của carbon dioxide này phát sinh từ sự phân hủy nhiệt của các đá vôi cổ trong các đới biến chất khác nhau. Sự di chuyển của CO 2 trong sinh quyển diễn ra theo hai cách.

Phương pháp thứ nhất thể hiện ở việc hấp thụ CO 2 trong quá trình quang hợp với sự hình thành các chất hữu cơ và chôn lấp sau đó trong điều kiện khử thuận lợi trong thạch quyển ở dạng than bùn, than đá, dầu mỏ, đá phiến sét. Theo phương pháp thứ hai, sự di chuyển cacbon dẫn đến việc tạo ra hệ thống cacbonat trong thủy quyển, nơi CO 2 biến thành H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. Sau đó, với sự tham gia của canxi (ít thường xuyên hơn là magiê và sắt), sự kết tủa của cacbonat xảy ra theo cách sinh học và bào mòn. Địa tầng dày của đá vôi và đá dolomit xuất hiện. Theo A.B. Ronov, tỷ lệ cacbon hữu cơ (Corg) trên cacbon cacbonat (Ccarb) trong lịch sử sinh quyển là 1: 4.

Cùng với chu kỳ toàn cầu của carbon, có một số chu kỳ nhỏ của nó. Vì vậy, trên cạn, ban ngày cây xanh hấp thụ CO 2 cho quá trình quang hợp, ban đêm thải vào khí quyển. Với sự chết của các sinh vật sống trên bề mặt trái đất, chất hữu cơ bị oxy hóa (với sự tham gia của vi sinh vật) với việc giải phóng CO 2 vào khí quyển. Trong những thập kỷ gần đây, một vị trí đặc biệt trong chu trình carbon đã bị chiếm giữ bởi sự đốt cháy lớn nhiên liệu hóa thạch và sự gia tăng hàm lượng của nó trong bầu khí quyển hiện đại.

Chu trình cacbon trong lớp vỏ địa lý (theo F. Ramad, 1981)

Argon- loại khí phổ biến thứ ba trong khí quyển, phân biệt rõ ràng nó với các khí trơ khác cực kỳ hiếm gặp. Tuy nhiên, argon trong lịch sử địa chất của nó có chung số phận với các loại khí này, được đặc trưng bởi hai đặc điểm:

1. sự không thể đảo ngược của sự tích tụ của chúng trong khí quyển;
2. liên kết chặt chẽ với sự phân rã phóng xạ của một số đồng vị không bền.

Khí trơ nằm ngoài vòng tuần hoàn của hầu hết các nguyên tố tuần hoàn trong sinh quyển Trái đất.

Tất cả các khí trơ có thể được chia thành khí chính và khí phóng xạ. Những thứ chính là những thứ đã bị Trái đất bắt giữ trong quá trình hình thành. Chúng cực kỳ hiếm. Phần chính của argon được đại diện chủ yếu bởi đồng vị 36 Ar và 38 Ar, trong khi argon trong khí quyển bao gồm hoàn toàn đồng vị 40 Ar (99,6%), chắc chắn là chất phóng xạ. Trong đá chứa kali, argon gây phóng xạ được tích lũy do sự phân hủy của kali-40 bằng cách bắt điện tử: 40 K + e → 40 Ar.

Do đó, hàm lượng argon trong đá được xác định bởi tuổi của chúng và lượng kali. Ở mức độ này, nồng độ heli trong đá là một hàm số của tuổi của chúng và hàm lượng của thorium và uranium. Argon và heli được giải phóng vào khí quyển từ bên trong trái đất trong quá trình phun trào núi lửa, qua các vết nứt trên vỏ trái đất dưới dạng các tia khí, và cả trong quá trình phong hóa đá. Theo tính toán của P. Dimon và J. Culp, heli và argon tích tụ trong vỏ trái đất trong thời kỳ hiện đại và đi vào khí quyển với số lượng tương đối nhỏ. Tỷ lệ xâm nhập của các khí phóng xạ này thấp đến mức trong lịch sử địa chất của Trái đất, nó không thể cung cấp hàm lượng quan sát được của chúng trong bầu khí quyển hiện đại. Do đó, người ta vẫn giả định rằng hầu hết argon trong khí quyển đến từ ruột Trái đất ở giai đoạn phát triển sớm nhất của nó, và một phần nhỏ hơn nhiều đã được thêm vào sau đó trong quá trình núi lửa và trong quá trình phong hóa kali- chứa đá.

Do đó, trong thời gian địa chất, heli và argon có các quá trình di cư khác nhau. Có rất ít heli trong khí quyển (khoảng 5 * 10 -4%), và "hơi thở heli" của Trái đất nhẹ hơn, vì nó, là khí nhẹ nhất, thoát ra ngoài không gian. Và "hơi thở argon" - nặng và argon vẫn còn trong hành tinh của chúng ta. Hầu hết các khí trơ cơ bản, như neon và xenon, được liên kết với neon chính được Trái đất thu giữ trong quá trình hình thành, cũng như với sự giải phóng vào khí quyển trong quá trình khử khí của lớp phủ. Tổng số dữ liệu về địa hóa của các khí quý chỉ ra rằng bầu khí quyển chính của Trái đất đã hình thành ở giai đoạn phát triển sớm nhất của nó.

Bầu không khí chứa hơi nước Và nướcở trạng thái lỏng và rắn. Nước trong khí quyển là một chất tích tụ nhiệt quan trọng.

Các lớp thấp hơn của khí quyển chứa một lượng lớn bụi và sol khí khoáng và công nghệ, các sản phẩm cháy, muối, bào tử và phấn hoa thực vật, v.v.

Lên đến độ cao 100-120 km, do không khí trộn lẫn hoàn toàn nên thành phần khí quyển là đồng nhất. Tỷ lệ giữa nitơ và oxy là không đổi. Ở trên, khí trơ, hydro, ... chiếm ưu thế, ở các tầng dưới của khí quyển có hơi nước. Với khoảng cách từ trái đất, nội dung của nó giảm dần. Ở trên, tỷ lệ các chất khí thay đổi, ví dụ, ở độ cao 200-800 km, oxy chiếm ưu thế hơn nitơ từ 10-100 lần.

Bầu khí quyển là lớp vỏ khí của hành tinh chúng ta quay cùng với Trái đất. Chất khí trong khí quyển được gọi là không khí. Khí quyển tiếp xúc với thủy quyển và bao phủ một phần thạch quyển. Nhưng rất khó để xác định các giới hạn trên. Thông thường, người ta cho rằng bầu khí quyển kéo dài lên trên khoảng ba nghìn km. Ở đó nó trôi chảy vào không gian không có không khí.

Thành phần hóa học của bầu khí quyển Trái đất

Sự hình thành thành phần hóa học của khí quyển đã bắt đầu cách đây khoảng 4 tỷ năm. Ban đầu, bầu khí quyển chỉ bao gồm các khí nhẹ - heli và hydro. Theo các nhà khoa học, điều kiện tiên quyết ban đầu để tạo ra lớp vỏ khí bao quanh Trái đất là núi lửa phun trào, cùng với dung nham, chúng thải ra một lượng khí khổng lồ. Sau đó, sự trao đổi khí bắt đầu với không gian nước, với các sinh vật sống, với các sản phẩm hoạt động của chúng. Thành phần của không khí dần dần thay đổi và ở dạng hiện tại đã được cố định cách đây vài triệu năm.

Thành phần chính của khí quyển là nitơ (khoảng 79%) và oxy (20%). Phần trăm còn lại (1%) được tính bởi các khí sau: argon, neon, heli, metan, carbon dioxide, hydro, krypton, xenon, ozon, amoniac, lưu huỳnh đioxit và nitơ, oxit nitơ và cacbon monoxit có trong khí này phần trăm.

Ngoài ra, không khí còn chứa hơi nước và các chất dạng hạt (phấn hoa thực vật, bụi, tinh thể muối, tạp chất dạng sol khí).

Gần đây, các nhà khoa học đã ghi nhận không phải là định tính mà là sự thay đổi định lượng trong một số thành phần không khí. Và lý do cho điều này là con người và hoạt động của anh ta. Chỉ trong 100 năm qua, hàm lượng carbon dioxide đã tăng lên đáng kể! Điều này chứa đựng nhiều vấn đề, trong đó có vấn đề toàn cầu nhất là biến đổi khí hậu.

Sự hình thành của thời tiết và khí hậu

Khí quyển đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành khí hậu và thời tiết trên Trái đất. Rất nhiều phụ thuộc vào lượng ánh sáng mặt trời, bản chất của bề mặt bên dưới và hoàn lưu khí quyển.

Hãy xem xét các yếu tố theo thứ tự.

1. Bầu khí quyển truyền nhiệt của tia nắng mặt trời và hấp thụ bức xạ có hại. Người Hy Lạp cổ đại biết rằng các tia Mặt trời chiếu xuống các phần khác nhau của Trái đất với các góc khác nhau. Chính từ "khí hậu" trong bản dịch từ tiếng Hy Lạp cổ đại có nghĩa là "độ dốc". Vì vậy, ở đường xích đạo, tia nắng mặt trời gần như rơi theo phương thẳng đứng, vì ở đây rất nóng. Càng gần các cực, góc nghiêng càng lớn. Và nhiệt độ đang giảm xuống.

2. Do Trái Đất nóng lên không đều nên trong khí quyển hình thành các dòng khí. Chúng được phân loại theo kích thước của chúng. Nhỏ nhất (hàng chục và hàng trăm mét) là gió cục bộ. Tiếp theo là gió mùa và gió mậu dịch, xoáy thuận và nghịch lưu, các đới hành tinh.

Tất cả các khối khí này không ngừng chuyển động. Một số trong số chúng khá tĩnh. Ví dụ, gió mậu dịch thổi từ vùng cận nhiệt đới về phía xích đạo. Sự chuyển động của những người khác phần lớn phụ thuộc vào áp suất khí quyển.

3. Áp suất khí quyển là một yếu tố khác ảnh hưởng đến sự hình thành khí hậu. Đây là áp suất không khí trên bề mặt trái đất. Như bạn đã biết, các khối khí di chuyển từ khu vực có áp suất khí quyển cao đến khu vực có áp suất thấp hơn.

Tổng cộng có 7 khu. Xích đạo là một vùng khí áp thấp. Hơn nữa, ở cả hai phía của đường xích đạo lên đến vĩ độ thứ ba mươi - một khu vực có áp suất cao. Từ 30 ° đến 60 ° - một lần nữa áp suất thấp. Và từ 60 ° đến các cực - một vùng có áp suất cao. Các khối khí luân chuyển giữa các đới này. Những luồng gió đi từ biển vào đất liền mang lại mưa và thời tiết xấu, còn những luồng gió thổi từ lục địa mang lại thời tiết rõ ràng và khô ráo. Ở những nơi mà các luồng không khí va chạm, các đới phía trước của khí quyển được hình thành, được đặc trưng bởi lượng mưa và thời tiết khắc nghiệt, nhiều gió.

Các nhà khoa học đã chứng minh rằng ngay cả hạnh phúc của một người cũng phụ thuộc vào áp suất khí quyển. Theo tiêu chuẩn quốc tế, áp suất khí quyển bình thường là 760 mm Hg. cột ở 0 ° C. Con số này được tính toán cho những khu vực đất gần như bằng phẳng với mực nước biển. Áp suất giảm dần theo độ cao. Do đó, ví dụ, đối với St.Petersburg là 760 mm Hg. - là tiêu chuẩn. Nhưng đối với Moscow, nằm ở vị trí cao hơn, áp suất bình thường là 748 mm Hg.

Áp suất không chỉ thay đổi theo chiều dọc mà còn thay đổi theo chiều ngang. Điều này đặc biệt được cảm nhận trong quá trình đi qua các cơn lốc xoáy.

Cấu trúc của khí quyển

Bầu không khí giống như một lớp bánh. Và mỗi lớp có đặc điểm riêng.

. Tầng đối lưu là lớp gần Trái đất nhất. "Độ dày" của lớp này thay đổi khi bạn di chuyển ra khỏi đường xích đạo. Phía trên đường xích đạo, lớp này kéo dài lên phía trên 16-18 km, ở vùng ôn đới - 10-12 km, ở các cực - là 8-10 km.

Ở đây chứa 80% tổng khối lượng không khí và 90% hơi nước. Các đám mây hình thành ở đây, các lốc xoáy và nghịch lưu hình thành. Nhiệt độ không khí phụ thuộc vào độ cao của khu vực. Trung bình, nó giảm 0,65 ° C cho mỗi 100 mét.

. đương nhiệt đới- lớp chuyển tiếp của khí quyển. Chiều cao của nó từ vài trăm mét đến 1-2 km. Nhiệt độ không khí vào mùa hè cao hơn mùa đông. Vì vậy, ví dụ, trên các cực vào mùa đông -65 ° C. Và trên đường xích đạo vào bất kỳ thời điểm nào trong năm, nhiệt độ là -70 ° C.

. Tầng bình lưu- đây là một lớp, ranh giới trên của nó chạy ở độ cao 50-55 km. Ở đây độ nhiễu động thấp, hàm lượng hơi nước trong không khí không đáng kể. Nhưng rất nhiều ozon. Nồng độ tối đa của nó là ở độ cao 20-25 km. Trong tầng bình lưu, nhiệt độ không khí bắt đầu tăng lên và đạt tới +0,8 ° C. Điều này là do thực tế là tầng ôzôn tương tác với bức xạ tia cực tím.

. Tạm dừng- lớp trung gian thấp giữa tầng bình lưu và trung bì tiếp theo nó.

. Mesosphere- ranh giới trên của lớp này là 80-85 km. Tại đây diễn ra các quá trình quang hóa phức tạp liên quan đến các gốc tự do. Chính họ là những người cung cấp ánh sáng xanh dịu dàng đó của hành tinh chúng ta, được nhìn thấy từ không gian.

Hầu hết các sao chổi và thiên thạch bốc cháy trong tầng trung quyển.

. Mesopause- lớp trung gian tiếp theo, nhiệt độ không khí trong đó ít nhất là -90 °.

. Khí quyển- ranh giới dưới bắt đầu ở độ cao 80 - 90 km và ranh giới trên của lớp đi qua khoảng 800 km. Nhiệt độ không khí đang tăng lên. Nó có thể thay đổi từ + 500 ° C đến + 1000 ° C. Trong ngày, nhiệt độ dao động lên đến hàng trăm độ! Nhưng không khí ở đây quá hiếm nên cách hiểu về thuật ngữ "nhiệt độ" như chúng ta tưởng tượng là không phù hợp ở đây.

. Tầng điện ly- hợp nhất trung quyển, trung lưu và nhiệt quyển. Không khí ở đây chủ yếu bao gồm các phân tử oxy và nitơ, cũng như plasma gần như trung tính. Các tia sáng mặt trời khi rơi vào tầng điện ly sẽ làm ion hóa mạnh các phân tử không khí. Ở lớp dưới (lên đến 90 km), mức độ ion hóa thấp. Càng cao, sự ion hóa càng nhiều. Vì vậy, ở độ cao 100-110 km, các electron được tập trung. Điều này góp phần vào sự phản xạ của các sóng vô tuyến ngắn và trung bình.

Tầng quan trọng nhất của tầng điện ly là tầng trên, nằm ở độ cao 150-400 km. Điểm đặc biệt của nó là nó phản xạ sóng vô tuyến, và điều này góp phần truyền tín hiệu vô tuyến trên một khoảng cách đáng kể.

Chính trong tầng điện ly đã xảy ra hiện tượng như cực quang.

. Exosphere- bao gồm các nguyên tử oxy, heli và hydro. Khí trong lớp này rất hiếm, và thường các nguyên tử hydro thoát ra ngoài không gian. Do đó, lớp này được gọi là "vùng tán xạ".

Nhà khoa học đầu tiên cho rằng bầu khí quyển của chúng ta có trọng lượng là E. Torricelli người Ý. Ostap Bender, ví dụ, trong tiểu thuyết "Con bê vàng" đã than thở rằng mỗi người bị một cột không khí nặng 14 kg đè lên! Nhưng chiến lược gia vĩ đại đã hơi nhầm. Một người trưởng thành chịu áp lực từ 13-15 tấn! Nhưng chúng ta không cảm thấy sự nặng nề này, bởi vì áp suất khí quyển được cân bằng bởi áp suất bên trong của một người. Trọng lượng của bầu khí quyển của chúng ta là 5.300.000.000.000.000 tấn. Con số này thật khổng lồ, mặc dù nó chỉ bằng một phần triệu trọng lượng của hành tinh chúng ta.

Thành phần của khí quyển. Vỏ không khí của hành tinh chúng ta - không khí bảo vệ bề mặt trái đất khỏi tác động gây hại đến các sinh vật sống của bức xạ cực tím từ Mặt trời. Nó cũng bảo vệ Trái đất khỏi các hạt vũ trụ - bụi và thiên thạch.

Khí quyển bao gồm một hỗn hợp cơ học của các khí: 78% thể tích của nó là nitơ, 21% là ôxy, và dưới 1% là heli, argon, krypton và các khí trơ khác. Lượng oxy và nitơ trong không khí thực tế không thay đổi, bởi vì nitơ hầu như không đi vào các hợp chất với các chất khác, và oxy, mặc dù rất hoạt động và được sử dụng cho quá trình hô hấp, oxy hóa và đốt cháy, được thực vật bổ sung liên tục.

Ở độ cao khoảng 100 km, tỷ lệ phần trăm của các khí này thực tế không thay đổi. Điều này là do thực tế là không khí liên tục được trộn lẫn.

Ngoài các khí này, khí quyển còn chứa khoảng 0,03% carbon dioxide, thường tập trung gần bề mặt trái đất và phân bố không đồng đều: ở các thành phố, trung tâm công nghiệp và khu vực hoạt động của núi lửa, lượng của nó tăng lên.

Luôn luôn có một lượng tạp chất nhất định trong khí quyển - hơi nước và bụi. Hàm lượng của hơi nước phụ thuộc vào nhiệt độ của không khí: nhiệt độ càng cao thì không khí càng giữ được nhiều hơi. Do sự hiện diện của nước hơi trong không khí nên có thể xảy ra các hiện tượng khí quyển như cầu vồng, khúc xạ ánh sáng mặt trời, v.v.

Bụi xâm nhập vào khí quyển trong quá trình phun trào núi lửa, bão cát và bụi, quá trình đốt cháy nhiên liệu không hoàn toàn tại các nhà máy nhiệt điện, v.v.

Cấu trúc của khí quyển. Mật độ của khí quyển thay đổi theo độ cao: nó cao nhất trên bề mặt Trái đất và giảm khi nó tăng lên. Vì vậy, ở độ cao 5,5 km, mật độ của khí quyển gấp 2 lần, và ở độ cao 11 km - ít hơn 4 lần so với ở lớp bề mặt.

Tùy thuộc vào mật độ, thành phần và tính chất của khí, khí quyển được chia thành năm lớp đồng tâm (Hình 34).

Cơm. 34. Mặt cắt dọc của khí quyển (phân tầng khí quyển)

1. Lớp dưới cùng được gọi là tầng đối lưu. Ranh giới trên của nó chạy ở độ cao 8-10 km ở các cực và 16-18 km ở đường xích đạo. Tầng đối lưu chứa tới 80% tổng khối lượng của khí quyển và gần như toàn bộ hơi nước.

Nhiệt độ không khí trong tầng đối lưu giảm theo độ cao 0,6 ° C sau mỗi 100 m và ở ranh giới trên của nó là -45-55 ° C.

Không khí trong tầng đối lưu liên tục được trộn lẫn, di chuyển theo các hướng khác nhau. Ở đây chỉ có sương mù, mưa, tuyết rơi, sấm sét, bão và các hiện tượng thời tiết khác mới được quan sát.

2. Trên đây là vị trí tầng bình lưu, kéo dài đến độ cao 50-55 km. Mật độ không khí và áp suất trong tầng bình lưu không đáng kể. Không khí hiếm bao gồm các loại khí giống như trong tầng đối lưu, nhưng nó chứa nhiều ôzôn hơn. Nồng độ ozone cao nhất được quan sát ở độ cao 15-30 km. Nhiệt độ trong tầng bình lưu tăng theo độ cao và đạt 0 ° C hoặc hơn ở ranh giới trên của nó. Điều này là do thực tế là ozone hấp thụ phần bước sóng ngắn của năng lượng mặt trời, kết quả là không khí nóng lên.

3. Trên tầng bình lưu nằm tầng trung lưu, mở rộng đến độ cao 80 km. Trong đó, nhiệt độ lại giảm xuống và đạt -90 ° C. Mật độ không khí ở đó nhỏ hơn 200 lần so với ở bề mặt Trái đất.

4. Phía trên trung bì là nhiệt độ(từ 80 đến 800 km). Nhiệt độ trong lớp này tăng lên: ở độ cao 150 km đến 220 ° C; ở độ cao 600 km đến 1500 ° C. Các khí trong khí quyển (nitơ và oxy) ở trạng thái ion hóa. Dưới tác dụng của bức xạ mặt trời sóng ngắn, các electron riêng lẻ bị tách ra khỏi lớp vỏ của các nguyên tử. Kết quả là, trong lớp này - tầng điện ly xuất hiện các lớp hạt mang điện. Lớp dày đặc nhất của chúng là ở độ cao 300-400 km. Do mật độ thấp, các tia sáng mặt trời không tán xạ ở đó, vì vậy bầu trời có màu đen, các ngôi sao và hành tinh tỏa sáng rực rỡ trên đó.

Trong tầng điện ly có đèn cực, các dòng điện mạnh được tạo ra gây nhiễu loạn từ trường Trái đất.

5. Trên 800 km, lớp vỏ bên ngoài nằm - ngoại quyển. Tốc độ chuyển động của các hạt riêng lẻ trong ngoại quyển tiến tới ngưỡng tới hạn - 11,2 mm / s, vì vậy các hạt riêng lẻ có thể vượt qua lực hấp dẫn của Trái đất và thoát ra ngoài vũ trụ.

Giá trị của khí quyển. Vai trò của bầu khí quyển đối với sự sống của hành tinh chúng ta là đặc biệt to lớn. Nếu không có nó, Trái đất sẽ chết. Bầu khí quyển bảo vệ bề mặt Trái đất khỏi sự nóng lên và làm lạnh mạnh mẽ. Ảnh hưởng của nó có thể được ví như vai trò của kính trong nhà kính: đón tia nắng mặt trời vào và ngăn nhiệt thoát ra ngoài.

Bầu khí quyển bảo vệ các sinh vật sống khỏi bức xạ sóng ngắn và tiểu thể của Mặt trời. Khí quyển là môi trường diễn ra các hiện tượng thời tiết, gắn liền với mọi hoạt động của con người. Việc nghiên cứu lớp vỏ này được thực hiện tại các trạm khí tượng. Ngày và đêm, trong bất kỳ thời tiết nào, các nhà khí tượng học theo dõi trạng thái của bầu khí quyển thấp hơn. Bốn lần một ngày, và tại nhiều trạm mỗi giờ, họ đo nhiệt độ, áp suất, độ ẩm không khí, ghi nhận mây mù, hướng và tốc độ gió, lượng mưa, các hiện tượng điện và âm thanh trong khí quyển. Các trạm khí tượng được đặt ở khắp mọi nơi: ở Nam Cực và trong các khu rừng mưa nhiệt đới, trên núi cao và vùng lãnh nguyên rộng lớn. Các quan sát cũng đang được thực hiện trên các đại dương từ những con tàu được chế tạo đặc biệt.

Từ những năm 30. Thế kỷ 20 các quan sát bắt đầu trong bầu không khí tự do. Họ bắt đầu phóng các đồng vị phóng xạ lên độ cao 25-35 km và với sự hỗ trợ của thiết bị vô tuyến truyền về Trái đất thông tin về nhiệt độ, áp suất, độ ẩm không khí và tốc độ gió. Ngày nay, tên lửa và vệ tinh khí tượng cũng được sử dụng rộng rãi. Sau này có các thiết bị truyền hình truyền hình ảnh về bề mặt trái đất và các đám mây.

| |
5. Vỏ không khí của trái đất§ 31. Làm nóng bầu khí quyển

>> Bầu khí quyển của Trái đất

Sự miêu tả khí quyển của Trái đất cho trẻ em ở mọi lứa tuổi: không khí bao gồm những gì, sự hiện diện của các loại khí, lớp ảnh, khí hậu và thời tiết của hành tinh thứ ba trong hệ mặt trời.

Cho những đứa trẻ Người ta đã biết rằng Trái đất là hành tinh duy nhất trong hệ thống của chúng ta có bầu khí quyển tồn tại. Chăn ga không chỉ giàu không khí mà còn bảo vệ chúng ta khỏi nhiệt độ quá cao và bức xạ mặt trời. Quan trọng giải thích cho trẻ em rằng hệ thống được thiết kế cực kỳ tốt, vì nó cho phép bề mặt ấm lên vào ban ngày và hạ nhiệt vào ban đêm, trong khi vẫn duy trì sự cân bằng có thể chấp nhận được.

Bắt đầu giải thích cho trẻ em Có thể từ thực tế là địa cầu của bầu khí quyển trái đất kéo dài hơn 480 km, nhưng phần lớn nằm cách bề mặt 16 km. Càng lên cao, áp suất càng giảm. Nếu chúng ta lấy mực nước biển, thì áp suất ở đó là 1 kg trên một cm vuông. Nhưng ở độ cao 3 km, nó sẽ thay đổi - 0,7 kg trên mỗi cm vuông. Tất nhiên, trong điều kiện như vậy sẽ khó thở hơn ( bọn trẻ có thể cảm nhận được điều đó nếu bạn đã từng đi bộ đường dài trên núi).

Thành phần không khí của Trái đất - giải thích cho trẻ em

Khí bao gồm:

• Nitơ - 78%.
• Ôxy - 21%.
• Argon - 0,93%.
• Điôxít cacbon - 0,038%.
• Với số lượng nhỏ còn có hơi nước và các tạp chất khí khác.

Các lớp khí quyển của Trái đất - lời giải thích cho trẻ em

Bố mẹ hoặc giáo viên ở trường Cần nhắc lại rằng bầu khí quyển của trái đất được chia thành 5 cấp: ngoại quyển, nhiệt quyển, trung lưu, bình lưu và đối lưu. Với mỗi lớp, bầu khí quyển tan ra ngày càng nhiều, cho đến khi các chất khí cuối cùng phân tán vào không gian.

Tầng đối lưu gần bề mặt nhất. Với độ dày từ 7-20 km, nó chiếm một nửa bầu khí quyển của trái đất. Càng gần Trái đất, không khí càng ấm lên. Hầu như tất cả hơi nước và bụi đều được thu gom tại đây. Trẻ em có thể không ngạc nhiên rằng chính ở mức độ này mà mây trôi.

Tầng bình lưu bắt đầu từ tầng đối lưu và nhô lên 50 km so với bề mặt. Ở đây có rất nhiều ozone, làm nóng bầu không khí và tiết kiệm khỏi bức xạ mặt trời có hại. Không khí loãng hơn 1000 lần so với mực nước biển và khô bất thường. Đó là lý do tại sao máy bay cảm thấy tuyệt vời ở đây.

Mesosphere: Cách bề mặt từ 50 km đến 85 km. Đỉnh được gọi là mesopause và là nơi mát nhất trong bầu khí quyển của trái đất (-90 ° C). Rất khó để khám phá vì máy bay phản lực không thể đến đó và độ cao quỹ đạo của vệ tinh quá cao. Các nhà khoa học chỉ biết rằng đây là nơi các thiên thạch bốc cháy.

Khí quyển: 90 km và từ 500-1000 km. Nhiệt độ đạt 1500 ° C. Nó được coi là một phần của bầu khí quyển trái đất, nhưng điều quan trọng là giải thích cho trẻ em mật độ không khí ở đây thấp đến mức hầu hết nó đã được coi là không gian bên ngoài. Trên thực tế, đây là nơi đặt các tàu con thoi và Trạm Vũ trụ Quốc tế. Ngoài ra, các cực quang được hình thành ở đây. Các hạt vũ trụ tích điện tiếp xúc với các nguyên tử và phân tử của khí quyển, chuyển chúng lên mức năng lượng cao hơn. Do đó, chúng ta nhìn thấy những photon ánh sáng này ở dạng cực quang.

Exosphere là tầng cao nhất. Đường cực kỳ mỏng của sự hợp nhất của bầu khí quyển với không gian. Bao gồm các hạt hydro và heli phân tán rộng rãi.

Khí hậu và thời tiết của Trái đất - giải thích cho trẻ em

Cho những đứa trẻ cần thiết giải thích rằng Trái đất quản lý để hỗ trợ nhiều loài sinh vật do khí hậu khu vực, được đặc trưng bởi cực lạnh ở các cực và nhiệt đới nóng ở xích đạo. Bọn trẻ nên biết rằng khí hậu khu vực là thời tiết mà ở một khu vực cụ thể không thay đổi trong 30 năm. Tất nhiên, đôi khi nó có thể thay đổi trong vài giờ, nhưng phần lớn nó vẫn ổn định.

Ngoài ra, khí hậu trên cạn toàn cầu cũng được phân biệt - trung bình của khu vực. Nó đã thay đổi trong suốt lịch sử loài người. Hôm nay có một sự ấm lên nhanh chóng. Các nhà khoa học đang gióng lên hồi chuông cảnh báo khi khí nhà kính do con người gây ra giữ nhiệt trong bầu khí quyển, có nguy cơ biến hành tinh của chúng ta thành sao Kim.

KHÔNG KHÍ
khí bao quanh một thiên thể. Các đặc tính của nó phụ thuộc vào kích thước, khối lượng, nhiệt độ, tốc độ quay và thành phần hóa học của một thiên thể nhất định, và cũng được xác định bởi lịch sử hình thành từ thời điểm nó được sinh ra. Bầu khí quyển của Trái đất được tạo thành từ một hỗn hợp các khí gọi là không khí. Thành phần chính của nó là nitơ và oxy theo tỷ lệ khoảng 4: 1. Một người bị ảnh hưởng chủ yếu bởi trạng thái của tầng thấp hơn 15-25 km của khí quyển, vì ở tầng thấp hơn này là nơi tập trung phần lớn không khí. Khoa học nghiên cứu về bầu khí quyển được gọi là khí tượng học, mặc dù đối tượng của khoa học này cũng là thời tiết và ảnh hưởng của nó đối với con người. Trạng thái của các lớp trên của khí quyển, nằm ở độ cao từ 60 đến 300 và thậm chí 1000 km so với bề mặt Trái đất, cũng đang thay đổi. Gió mạnh, bão phát triển ở đây, và các hiện tượng điện kinh ngạc như cực quang xuất hiện. Nhiều hiện tượng trong số này có liên quan đến các dòng bức xạ mặt trời, bức xạ vũ trụ và từ trường Trái đất. Các tầng cao của khí quyển cũng là một phòng thí nghiệm hóa học, vì ở đó, trong điều kiện gần với chân không, một số khí trong khí quyển, dưới tác động của một luồng năng lượng mặt trời mạnh, tham gia vào các phản ứng hóa học. Khoa học nghiên cứu các hiện tượng và quá trình có liên quan lẫn nhau này được gọi là vật lý học của các tầng cao của khí quyển.
ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ NỀN TẢNG TRÁI ĐẤT
Các kích thước. Cho đến khi tên lửa âm thanh và vệ tinh nhân tạo khám phá các lớp bên ngoài của khí quyển ở khoảng cách lớn hơn nhiều lần so với bán kính Trái đất, người ta tin rằng khi bạn di chuyển ra khỏi bề mặt trái đất, bầu khí quyển dần trở nên hiếm hơn và đi vào không gian liên hành tinh một cách suôn sẻ. . Hiện nay người ta đã xác định được rằng các dòng năng lượng từ các lớp sâu của Mặt trời thâm nhập vào không gian bên ngoài, vượt xa quỹ đạo của Trái đất, cho đến các giới hạn bên ngoài của Hệ Mặt trời. Cái gọi là. Gió Mặt Trời chạy quanh từ trường Trái Đất, tạo thành một "hốc" dài mà bên trong đó là khí quyển của Trái Đất tập trung. Từ trường của Trái đất bị thu hẹp đáng kể ở phía ban ngày đối diện với Mặt trời và tạo thành một hình lưỡi dài, có thể mở rộng ra ngoài quỹ đạo của Mặt trăng, ở phía đối diện, ban đêm. Ranh giới của từ trường Trái đất được gọi là giới hạn từ. Vào ban ngày, ranh giới này đi qua với khoảng cách khoảng bảy bán kính Trái đất so với bề mặt, nhưng trong thời gian hoạt động của Mặt trời gia tăng, nó thậm chí còn gần với bề mặt Trái đất hơn. Từ trường đồng thời là ranh giới của bầu khí quyển trái đất, lớp vỏ bên ngoài của nó còn được gọi là từ quyển, vì nó chứa các hạt mang điện (ion), chuyển động của chúng là do từ trường của trái đất. Tổng trọng lượng của các khí trong khí quyển xấp xỉ 4,5 * 1015 tấn. Như vậy, "trọng lượng" của khí quyển trên một đơn vị diện tích, hay áp suất khí quyển, xấp xỉ 11 tấn / m2 ở mực nước biển.
Ý nghĩa cho cuộc sống. Từ phía trên, Trái đất được ngăn cách với không gian liên hành tinh bởi một lớp bảo vệ mạnh mẽ. Không gian bên ngoài tràn ngập bức xạ tia cực tím và tia X mạnh mẽ từ Mặt trời và thậm chí cả bức xạ vũ trụ khó hơn, và những loại bức xạ này gây bất lợi cho mọi sinh vật. Ở rìa ngoài của bầu khí quyển, cường độ bức xạ gây chết người, nhưng một phần đáng kể của nó được giữ lại bởi bầu khí quyển ở xa bề mặt Trái đất. Sự hấp thụ bức xạ này giải thích nhiều tính chất của các tầng cao của khí quyển, và đặc biệt là các hiện tượng điện xảy ra ở đó. Lớp bề mặt thấp nhất của khí quyển đặc biệt quan trọng đối với một người sống ở điểm tiếp xúc của các lớp vỏ rắn, lỏng và khí của Trái đất. Lớp vỏ trên của Trái đất "rắn" được gọi là thạch quyển. Khoảng 72% bề mặt Trái đất được bao phủ bởi nước của các đại dương, tạo nên phần lớn thủy quyển. Khí quyển giáp với cả thạch quyển và thủy quyển. Con người sống ở dưới đáy đại dương không khí và gần hoặc cao hơn mực nước đại dương. Sự tương tác của các đại dương này là một trong những yếu tố quan trọng quyết định trạng thái của khí quyển.
Thành phần. Các lớp dưới của khí quyển bao gồm một hỗn hợp các khí (xem bảng). Ngoài những chất được liệt kê trong bảng, các khí khác cũng có ở dạng tạp chất nhỏ trong không khí: ozon, mêtan, các chất như cacbon monoxit (CO), nitơ và oxit lưu huỳnh, amoniac.

THÀNH PHẦN CỦA ATMOSPHERE

Ở các tầng cao của khí quyển, thành phần của không khí thay đổi dưới tác động của bức xạ cứng từ Mặt trời, dẫn đến sự phân hủy các phân tử oxy thành nguyên tử. Ôxy nguyên tử là thành phần chính của các tầng cao của khí quyển. Cuối cùng, trong các lớp xa nhất của khí quyển từ bề mặt Trái đất, các khí nhẹ nhất, hydro và heli, trở thành thành phần chính. Vì phần lớn vật chất tập trung ở độ cao 30 km dưới nên những thay đổi trong thành phần không khí ở độ cao trên 100 km không có ảnh hưởng đáng chú ý đến thành phần tổng thể của khí quyển.
Trao đổi năng lượng. Mặt trời là nguồn năng lượng chính của Trái đất. Đang ở khoảng cách xấp xỉ. Cách Mặt trời 150 triệu km, Trái đất nhận khoảng 1/2 tỷ năng lượng mà nó tỏa ra, chủ yếu ở phần nhìn thấy được của quang phổ mà con người gọi là "ánh sáng". Phần lớn năng lượng này được hấp thụ bởi khí quyển và thạch quyển. Trái đất cũng bức xạ năng lượng, hầu hết ở dạng bức xạ hồng ngoại xa. Do đó, sự cân bằng được thiết lập giữa năng lượng nhận được từ Mặt trời, sự đốt nóng của Trái đất và bầu khí quyển, và dòng ngược lại của năng lượng nhiệt bức xạ vào không gian. Cơ chế của sự cân bằng này vô cùng phức tạp. Các phân tử bụi và khí phân tán ánh sáng, phản xạ một phần ánh sáng vào không gian thế giới. Các đám mây thậm chí còn phản xạ nhiều bức xạ tới. Một phần năng lượng được hấp thụ trực tiếp bởi các phân tử khí, nhưng chủ yếu là đá, thảm thực vật và nước trên bề mặt. Hơi nước và khí cacbonic có trong khí quyển truyền bức xạ nhìn thấy được nhưng lại hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Năng lượng nhiệt tích tụ chủ yếu ở các lớp thấp hơn của khí quyển. Một hiệu ứng tương tự xảy ra trong nhà kính khi kính cho ánh sáng vào và đất nóng lên. Vì thủy tinh tương đối mờ đối với bức xạ hồng ngoại, nhiệt tích tụ trong nhà kính. Sự nóng lên của bầu khí quyển thấp hơn do sự hiện diện của hơi nước và carbon dioxide thường được gọi là hiệu ứng nhà kính. Mây đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo tồn nhiệt ở các lớp thấp hơn của khí quyển. Nếu các đám mây tan đi hoặc độ trong suốt của các khối không khí tăng lên, nhiệt độ chắc chắn sẽ giảm xuống do bề mặt Trái đất tự do tỏa nhiệt năng ra không gian xung quanh. Nước trên bề mặt Trái đất hấp thụ năng lượng mặt trời và bay hơi, biến thành khí - hơi nước, mang năng lượng khổng lồ vào tầng dưới khí quyển. Khi hơi nước ngưng tụ và tạo thành mây hoặc sương mù, năng lượng này được giải phóng dưới dạng nhiệt. Khoảng một nửa năng lượng mặt trời đến bề mặt trái đất được dành cho sự bay hơi của nước và đi vào tầng khí quyển thấp hơn. Do đó, do hiệu ứng nhà kính và sự bay hơi của nước, bầu khí quyển ấm lên từ bên dưới. Điều này phần nào giải thích hoạt động cao của hoàn lưu của nó so với hoàn lưu của Đại dương Thế giới, vốn chỉ ấm lên từ trên cao và do đó ổn định hơn nhiều so với khí quyển.
Xem thêm PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ KHÍ HẬU. Ngoài sự đốt nóng chung của bầu khí quyển bởi "ánh sáng" mặt trời, sự nóng lên đáng kể của một số lớp của nó xảy ra do bức xạ tia cực tím và tia X từ Mặt trời. Kết cấu. So với chất lỏng và chất rắn, ở chất khí, lực hút giữa các phân tử là nhỏ nhất. Khi khoảng cách giữa các phân tử tăng lên, các chất khí có thể giãn nở vô hạn nếu không có gì ngăn cản chúng. Ranh giới dưới của khí quyển là bề mặt Trái đất. Nói một cách chính xác, rào cản này là không thể xuyên qua, vì sự trao đổi khí xảy ra giữa không khí và nước và thậm chí giữa không khí và đá, nhưng trong trường hợp này, các yếu tố này có thể bị bỏ qua. Vì khí quyển là một lớp vỏ hình cầu, nó không có ranh giới bên, mà chỉ có ranh giới bên dưới và ranh giới bên trên (bên ngoài) mở ra từ phía bên của không gian liên hành tinh. Qua ranh giới bên ngoài, một số khí trung tính bị rò rỉ ra ngoài, cũng như dòng vật chất từ ​​không gian bên ngoài xung quanh. Hầu hết các hạt mang điện, ngoại trừ tia vũ trụ năng lượng cao, đều bị từ quyển bắt giữ hoặc bị nó đẩy lùi. Bầu khí quyển cũng bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn, giữ lớp vỏ không khí ở bề mặt Trái đất. Các khí trong khí quyển được nén bởi trọng lượng của chính chúng. Sự nén này là cực đại ở ranh giới dưới của khí quyển, và do đó mật độ không khí là cao nhất ở đây. Ở bất kỳ độ cao nào trên bề mặt trái đất, mức độ nén của không khí phụ thuộc vào khối lượng của cột không khí bên trên, do đó mật độ không khí giảm dần theo độ cao. Áp suất, bằng khối lượng của cột không khí bên trên trên một đơn vị diện tích, liên quan trực tiếp đến mật độ và do đó, cũng giảm theo chiều cao. Nếu bầu khí quyển là một "khí lý tưởng" với thành phần không đổi không phụ thuộc vào độ cao, nhiệt độ không đổi và lực hấp dẫn không đổi tác dụng lên nó, thì áp suất sẽ giảm đi một hệ số 10 cho mỗi 20 km độ cao. Bầu khí quyển thực hơi khác với khí lý tưởng khoảng 100 km, và sau đó áp suất giảm chậm hơn theo độ cao, do thành phần của không khí thay đổi. Những thay đổi nhỏ trong mô hình được mô tả cũng được đưa ra bởi sự giảm lực hấp dẫn với khoảng cách từ tâm Trái đất, khoảng. 3% cho mỗi 100 km độ cao. Không giống như áp suất khí quyển, nhiệt độ không giảm liên tục theo độ cao. Như được hiển thị trong hình. 1, nó giảm xuống khoảng 10 km và sau đó bắt đầu tăng trở lại. Điều này xảy ra khi oxy hấp thụ bức xạ mặt trời cực tím. Trong trường hợp này, khí ozone được hình thành, các phân tử trong đó bao gồm ba nguyên tử oxy (O3). Nó cũng hấp thụ bức xạ tia cực tím, và do đó lớp khí quyển này, được gọi là ozonosphere, nóng lên. Cao hơn, nhiệt độ lại giảm xuống, vì có ít phân tử khí hơn, và sự hấp thụ năng lượng cũng giảm tương ứng. Ở các lớp cao hơn nữa, nhiệt độ lại tăng lên do bầu khí quyển hấp thụ bức xạ tia cực tím và tia X có bước sóng ngắn nhất từ ​​Mặt trời. Dưới ảnh hưởng của bức xạ mạnh này, bầu khí quyển bị ion hóa, tức là Một phân tử khí mất một electron và nhận một điện tích dương. Các phân tử như vậy trở thành các ion mang điện tích dương. Do sự hiện diện của các điện tử và ion tự do, lớp khí quyển này có được các đặc tính của vật dẫn điện. Người ta tin rằng nhiệt độ tiếp tục tăng lên đến độ cao khi bầu khí quyển hiếm đi vào không gian liên hành tinh. Ở khoảng cách vài nghìn km so với bề mặt Trái đất, nhiệt độ từ 5000 ° đến 10.000 ° C.Mặc dù các phân tử và nguyên tử có tốc độ chuyển động rất cao và do đó nhiệt độ cao, khí hiếm này không "nóng" theo nghĩa thông thường.. Do số lượng phân tử ít ỏi ở độ cao lớn nên tổng năng lượng nhiệt của chúng rất nhỏ. Do đó, bầu khí quyển bao gồm các lớp riêng biệt (tức là một loạt các lớp vỏ đồng tâm, hoặc các khối cầu), việc lựa chọn các lớp này phụ thuộc vào đặc tính nào được quan tâm nhiều nhất. Dựa trên sự phân bố nhiệt độ trung bình, các nhà khí tượng học đã phát triển một lược đồ cho cấu trúc của một "trung khí quyển" lý tưởng (xem Hình 1).

Tầng đối lưu - lớp thấp hơn của khí quyển, kéo dài đến mức nhiệt tối thiểu đầu tiên (cái gọi là nhiệt đới). Giới hạn trên của tầng đối lưu phụ thuộc vào vĩ độ địa lý (ở vùng nhiệt đới - 18-20 km, ở vĩ độ ôn đới - khoảng 10 km) và thời gian trong năm. Cơ quan Thời tiết Quốc gia Hoa Kỳ đã tiến hành đo đạc gần Nam Cực và tiết lộ những thay đổi theo mùa về độ cao của nhiệt độ. Vào tháng 3, nhiệt đới ở độ cao xấp xỉ. 7,5 km. Từ tháng 3 đến tháng 8 hoặc tháng 9 có sự lạnh đi ổn định của tầng đối lưu và ranh giới của nó tăng lên trong một thời gian ngắn vào tháng 8 hoặc tháng 9 lên độ cao xấp xỉ 11,5 km. Sau đó, từ tháng 9 đến tháng 12, nó giảm xuống nhanh chóng và đạt đến vị trí thấp nhất - 7,5 km, nơi nó duy trì cho đến tháng 3, chỉ dao động trong khoảng 0,5 km. Chính ở tầng đối lưu hình thành chủ yếu thời tiết, là yếu tố quyết định điều kiện tồn tại của con người. Phần lớn hơi nước trong khí quyển tập trung ở tầng đối lưu, và do đó các đám mây hình thành chủ yếu ở đây, mặc dù một số trong số chúng, bao gồm các tinh thể băng, cũng được tìm thấy ở các lớp cao hơn. Tầng đối lưu được đặc trưng bởi sự hỗn loạn và các luồng không khí mạnh mẽ (gió) và các cơn bão. Ở tầng đối lưu trên, có những luồng không khí mạnh có hướng xác định chặt chẽ. Các xoáy xoáy, giống như xoáy nước nhỏ, được hình thành dưới tác động của lực ma sát và tương tác động giữa các khối khí chuyển động chậm và nhanh. Vì thường không có mây che phủ trong các lớp cao này, nên hiện tượng nhiễu động này được gọi là "nhiễu động không khí trong suốt".
Tầng bình lưu. Lớp trên của khí quyển thường bị mô tả một cách sai lầm là lớp có nhiệt độ tương đối ổn định, nơi các cơn gió thổi ít nhiều đều đặn và ở đó các yếu tố khí tượng thay đổi rất ít. Các lớp trên của tầng bình lưu nóng lên khi ôxy và ôzôn hấp thụ bức xạ cực tím mặt trời. Ranh giới trên của tầng bình lưu (tầng bình lưu) được vẽ ở nơi nhiệt độ tăng nhẹ, đạt mức cực đại trung bình, thường được so sánh với nhiệt độ của lớp không khí bề mặt. Dựa trên những quan sát được thực hiện với máy bay và khinh khí cầu thích nghi để bay ở độ cao không đổi, các nhiễu động hỗn loạn và gió mạnh thổi theo các hướng khác nhau đã được thiết lập trong tầng bình lưu. Cũng như trong tầng đối lưu, các xoáy khí cực mạnh được ghi nhận, đặc biệt nguy hiểm đối với máy bay tốc độ cao. Các luồng gió mạnh, được gọi là luồng phản lực, thổi trong các đới hẹp dọc theo biên giới của các vĩ độ ôn đới hướng về các cực. Tuy nhiên, các vùng này có thể thay đổi, biến mất và xuất hiện trở lại. Các luồng phản lực thường xuyên qua vùng nhiệt đới và xuất hiện ở tầng đối lưu trên, nhưng tốc độ của chúng giảm nhanh khi độ cao giảm dần. Có thể một phần năng lượng đi vào tầng bình lưu (chủ yếu dành cho việc hình thành ôzôn) ảnh hưởng đến các quá trình trong tầng đối lưu. Sự pha trộn đặc biệt tích cực có liên quan đến các mặt trước của khí quyển, nơi các luồng không khí tầng bình lưu mở rộng được ghi nhận đáng kể bên dưới tầng nhiệt đới, và không khí đối lưu được hút vào các lớp thấp hơn của tầng bình lưu. Đã đạt được những tiến bộ đáng kể trong việc nghiên cứu cấu trúc thẳng đứng của các lớp thấp hơn của khí quyển liên quan đến việc cải tiến kỹ thuật phóng các đồng hồ vô tuyến lên độ cao 25-30 km. Tầng trung lưu, nằm trên tầng bình lưu, là một lớp vỏ trong đó, lên đến độ cao 80-85 km, nhiệt độ giảm xuống mức tối thiểu đối với toàn bộ khí quyển. Nhiệt độ thấp kỷ lục xuống -110 ° C được ghi nhận bởi tên lửa khí tượng phóng từ cơ sở lắp đặt của Mỹ-Canada tại Fort Churchill (Canada). Giới hạn trên của tầng trung bì (mesopause) gần trùng với giới hạn dưới của vùng hấp thụ tích cực tia X và bức xạ tử ngoại có bước sóng ngắn nhất của Mặt Trời, đi kèm với sự đốt nóng và ion hóa chất khí. Ở các vùng cực vào mùa hè, các hệ thống mây thường xuất hiện ở vùng trung bình, chúng chiếm diện tích lớn, nhưng ít phát triển theo phương thẳng đứng. Những đám mây phát sáng như vậy vào ban đêm thường giúp chúng ta có thể phát hiện ra các chuyển động không khí nhấp nhô quy mô lớn trong tầng trung lưu. Thành phần của những đám mây này, nguồn hạt nhân hơi ẩm và ngưng tụ, động lực học và mối quan hệ với các yếu tố khí tượng vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Nhiệt khí quyển là một lớp khí quyển trong đó nhiệt độ tăng lên liên tục. Sức mạnh của nó có thể đạt 600 km. Áp suất và do đó, mật độ của một chất khí liên tục giảm theo độ cao. Gần bề mặt trái đất, khoảng 1 m3 không khí chứa. 2,5x1025 phân tử, ở chiều cao khoảng. 100 km, ở các lớp thấp hơn của khí quyển - khoảng 1019, ở độ cao 200 km, trong tầng điện ly - 5 * 10 15 và theo tính toán, ở độ cao xấp xỉ. 850 km - khoảng 1012 phân tử. Trong không gian liên hành tinh, nồng độ của các phân tử là 10 8-10 9 trên 1 m3. Ở độ cao khoảng. 100 km, số lượng phân tử ít, và chúng hiếm khi va chạm với nhau. Quãng đường trung bình đi được của một phân tử chuyển động ngẫu nhiên trước khi va chạm với một phân tử tương tự khác được gọi là quãng đường tự do trung bình của nó. Lớp mà giá trị này tăng lên đến mức có thể bỏ qua xác suất va chạm giữa các phân tử hoặc giữa các nguyên tử nằm trên ranh giới giữa khí quyển và lớp vỏ bên trên (ngoại quyển) và được gọi là tạm dừng nhiệt. Hệ thống nhiệt nằm cách bề mặt trái đất khoảng 650 km. Ở một nhiệt độ nhất định, tốc độ chuyển động của phân tử phụ thuộc vào khối lượng của nó: phân tử nhẹ hơn chuyển động nhanh hơn phân tử nặng hơn. Trong khí quyển thấp hơn, nơi đường đi tự do rất ngắn, không có sự phân tách đáng chú ý của các chất khí theo khối lượng phân tử của chúng, nhưng nó được biểu thị trên 100 km. Ngoài ra, dưới tác động của bức xạ tia cực tím và tia X từ Mặt trời, các phân tử oxy bị vỡ thành nguyên tử, khối lượng của nó bằng một nửa khối lượng của phân tử. Do đó, khi chúng ta di chuyển ra khỏi bề mặt Trái đất, oxy nguyên tử ngày càng trở nên quan trọng trong thành phần của khí quyển và ở độ cao xấp xỉ. 200 km trở thành thành phần chính của nó. Cao hơn, ở khoảng cách khoảng 1200 km từ bề mặt Trái đất, các khí nhẹ - heli và hydro - chiếm ưu thế. Chúng là lớp ngoài cùng của khí quyển. Sự phân tách theo trọng lượng này, được gọi là sự phân tách khuếch tán, giống như sự phân tách hỗn hợp bằng máy ly tâm. Exosphere là lớp ngoài cùng của khí quyển, được cô lập trên cơ sở thay đổi nhiệt độ và tính chất của khí trung hòa. Các phân tử và nguyên tử trong ngoại quyển quay quanh Trái đất theo quỹ đạo đạn đạo dưới tác dụng của lực hấp dẫn. Một số quỹ đạo này có dạng parabol và tương tự như quỹ đạo của đường đạn. Các phân tử có thể quay xung quanh Trái đất và theo quỹ đạo hình elip, giống như vệ tinh. Một số phân tử, chủ yếu là hydro và heli, có quỹ đạo mở và thoát ra ngoài không gian (Hình 2).

MỐI QUAN HỆ KHỦNG HOẢNG MẶT TRỜI VÀ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG TRÊN ATMOSPHERE
thủy triều trong khí quyển. Lực hút của Mặt trời và Mặt trăng gây ra thủy triều trong khí quyển, tương tự như thủy triều trên cạn và trên biển. Nhưng thủy triều trong khí quyển có một sự khác biệt đáng kể: khí quyển phản ứng mạnh nhất với sức hút của Mặt trời, trong khi vỏ trái đất và đại dương - với sức hút của Mặt trăng. Điều này được giải thích bởi thực tế là bầu khí quyển bị Mặt trời đốt nóng và ngoài thủy triều hấp dẫn, một thủy triều nhiệt cực mạnh phát sinh. Nhìn chung, cơ chế hình thành của khí quyển và thủy triều là tương tự nhau, ngoại trừ việc để dự đoán phản ứng của không khí với các hiệu ứng hấp dẫn và nhiệt, cần phải tính đến khả năng nén và phân bố nhiệt độ của nó. Không hoàn toàn rõ ràng tại sao thủy triều mặt trời bán nguyệt (12 giờ) trong khí quyển lại chiếm ưu thế so với thủy triều mặt trời ban ngày và bán nguyệt, mặc dù động lực của hai quá trình sau mạnh hơn nhiều. Trước đây, người ta tin rằng một sự cộng hưởng xảy ra trong khí quyển, nó sẽ khuếch đại chính xác các dao động với chu kỳ 12 giờ. Tuy nhiên, các quan sát được thực hiện với sự trợ giúp của tên lửa địa vật lý chỉ ra rằng không có lý do nhiệt độ nào gây ra sự cộng hưởng như vậy. Để giải quyết vấn đề này, có lẽ người ta nên tính đến tất cả các đặc điểm thủy động lực học và nhiệt của khí quyển. Ở bề mặt trái đất gần đường xích đạo, nơi ảnh hưởng của dao động thủy triều là lớn nhất, nó làm thay đổi áp suất khí quyển 0,1%. Tốc độ của gió thủy triều là xấp xỉ. 0,3 km / h. Do cấu trúc nhiệt phức tạp của khí quyển (đặc biệt là sự hiện diện của nhiệt độ tối thiểu trong tầng trung bình), các dòng khí thủy triều được tăng cường, và, ví dụ, ở độ cao 70 km, tốc độ của chúng cao hơn khoảng 160 lần so với tốc độ của trái đất. bề mặt, có hệ quả địa vật lý quan trọng. Người ta tin rằng ở phần dưới của tầng điện ly (lớp E) dao động thủy triều di chuyển khí ion hóa theo phương thẳng đứng trong từ trường của Trái đất, và do đó, các dòng điện sinh ra ở đây. Những hệ thống dòng điện liên tục xuất hiện này trên bề mặt Trái đất được thiết lập bởi sự nhiễu loạn của từ trường. Các biến thể ngày của từ trường phù hợp tốt với các giá trị được tính toán, điều này chứng minh một cách thuyết phục về cơ chế thủy triều của "động lực học khí quyển". Các dòng điện phát sinh ở phần dưới của tầng điện ly (lớp E) phải di chuyển đến một nơi nào đó, và do đó, mạch điện phải được đóng lại. Sự tương tự với máy phát điện trở nên hoàn chỉnh nếu chúng ta coi chuyển động đang tới là hoạt động của động cơ. Người ta cho rằng sự tuần hoàn ngược của dòng điện được thực hiện ở lớp cao hơn của tầng điện ly (F), và dòng ngược này có thể giải thích một số tính năng đặc biệt của lớp này. Cuối cùng, hiệu ứng thủy triều cũng phải tạo ra các dòng chảy ngang trong lớp E và do đó, trong lớp F.
Tầng điện ly. Các nhà khoa học của thế kỷ 19 đang cố gắng giải thích cơ chế xuất hiện của cực quang. cho rằng trong khí quyển có một vùng có các hạt mang điện. Vào thế kỷ 20 thực nghiệm đã thu được bằng chứng thuyết phục về sự tồn tại của một lớp phản xạ sóng vô tuyến ở độ cao từ 85 đến 400 km. Hiện nay người ta đã biết rằng các tính chất điện của nó là kết quả của quá trình ion hóa khí trong khí quyển. Do đó, lớp này thường được gọi là tầng điện ly. Tác động lên sóng vô tuyến chủ yếu là do sự hiện diện của các điện tử tự do trong tầng điện ly, mặc dù cơ chế lan truyền của sóng vô tuyến gắn liền với sự hiện diện của các ion lớn. Nhóm thứ hai cũng quan tâm đến việc nghiên cứu các đặc tính hóa học của khí quyển, vì chúng hoạt động mạnh hơn các nguyên tử và phân tử trung tính. Các phản ứng hóa học xảy ra trong tầng điện ly đóng một vai trò quan trọng trong sự cân bằng năng lượng và điện của nó.
tầng điện ly bình thường. Các quan sát được thực hiện với sự trợ giúp của tên lửa và vệ tinh địa vật lý đã cho nhiều thông tin mới, cho thấy quá trình ion hóa bầu khí quyển xảy ra dưới tác động của bức xạ mặt trời phổ rộng. Phần chính của nó (hơn 90%) tập trung ở phần nhìn thấy được của quang phổ. Bức xạ tử ngoại có bước sóng ngắn hơn và nhiều năng lượng hơn tia sáng tím được phát ra bởi hydro của phần bên trong bầu khí quyển của Mặt trời (sắc quyển), và bức xạ tia X, có năng lượng thậm chí cao hơn, được phát ra bởi các khí của Mặt trời vỏ ngoài (hào quang). Trạng thái bình thường (trung bình) của tầng điện ly là do bức xạ mạnh liên tục. Những thay đổi thường xuyên xảy ra trong tầng điện ly bình thường dưới ảnh hưởng của sự quay hàng ngày của Trái đất và sự khác biệt theo mùa về góc tới của tia sáng Mặt trời vào buổi trưa, nhưng những thay đổi đột ngột và không thể đoán trước về trạng thái của tầng điện ly cũng xảy ra.
Các nhiễu loạn trong tầng điện ly. Như đã biết, các nhiễu động mạnh lặp lại theo chu kỳ phát sinh trên Mặt trời, đạt cực đại 11 năm một lần. Các lần quan sát trong chương trình của Năm Địa vật lý Quốc tế (IGY) trùng với thời kỳ hoạt động của mặt trời cao nhất trong toàn bộ thời kỳ quan sát khí tượng hệ thống, tức là từ đầu thế kỷ 18 Trong thời gian hoạt động nhiều, một số khu vực trên Mặt trời tăng độ sáng lên nhiều lần và chúng phát ra các xung bức xạ tia cực tím và tia X cực mạnh. Những hiện tượng như vậy được gọi là hiện tượng bùng phát mặt trời. Chúng kéo dài từ vài phút đến một hoặc hai giờ. Trong khi bùng phát, khí mặt trời (chủ yếu là proton và electron) nổ ra, và các hạt cơ bản lao vào không gian bên ngoài. Bức xạ điện từ và phân tử của Mặt trời tại những thời điểm bùng phát như vậy có ảnh hưởng mạnh đến bầu khí quyển của Trái đất. Phản ứng ban đầu được quan sát 8 phút sau khi chớp sáng, khi bức xạ tia cực tím và tia X có cường độ mạnh tới Trái đất. Kết quả là, sự ion hóa tăng mạnh; tia x xuyên qua bầu khí quyển đến ranh giới dưới của tầng điện ly; số lượng các electron trong các lớp này tăng lên nhiều đến mức các tín hiệu vô tuyến gần như bị hấp thụ hoàn toàn ("bị dập tắt"). Sự hấp thụ bổ sung bức xạ gây ra sự nóng lên của khí, góp phần vào sự phát triển của gió. Chất khí bị ion hóa là chất dẫn điện, khi chuyển động trong từ trường Trái đất sẽ xuất hiện hiệu ứng động lực và xuất hiện dòng điện. Những dòng điện như vậy có thể gây ra nhiễu từ trường đáng chú ý và biểu hiện dưới dạng bão từ. Giai đoạn ban đầu này chỉ diễn ra trong một thời gian ngắn, tương ứng với khoảng thời gian của một tia sáng mặt trời. Trong thời gian bùng phát mạnh trên Mặt trời, một dòng hạt gia tốc lao ra ngoài không gian. Khi nó hướng về phía Trái đất, giai đoạn thứ hai bắt đầu, giai đoạn này có ảnh hưởng lớn đến trạng thái của khí quyển. Nhiều hiện tượng tự nhiên, trong đó cực quang được biết đến nhiều nhất, cho thấy rằng một số lượng đáng kể các hạt mang điện đến Trái đất (xem thêm ĐÈN CẢNH SÁT). Tuy nhiên, quá trình tách rời của các hạt này khỏi Mặt trời, quỹ đạo của chúng trong không gian liên hành tinh và cơ chế tương tác với từ trường của Trái đất và từ quyển vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Vấn đề trở nên phức tạp hơn sau khi James Van Allen phát hiện ra vào năm 1958 các vỏ được giữ bởi trường địa từ, bao gồm các hạt mang điện. Các hạt này chuyển động từ bán cầu này sang bán cầu khác, quay theo hình xoắn ốc xung quanh các đường sức từ. Gần Trái Đất, ở độ cao phụ thuộc vào hình dạng của các đường sức và năng lượng của các hạt, có các "điểm phản xạ", trong đó các hạt thay đổi hướng chuyển động của chúng sang hướng ngược lại (Hình 3). Vì cường độ của từ trường giảm dần theo khoảng cách từ Trái đất, quỹ đạo mà các hạt này chuyển động có phần bị méo mó: các electron lệch về phía đông, và các proton ở phía tây. Do đó, chúng được phân bố dưới dạng các vành đai trên toàn cầu.

Một số hậu quả của việc Mặt trời đốt nóng bầu khí quyển. Năng lượng mặt trời ảnh hưởng đến toàn bộ bầu khí quyển. Chúng ta đã đề cập đến các vành đai được hình thành bởi các hạt mang điện trong từ trường Trái đất và quay xung quanh nó. Những vành đai này gần bề mặt trái đất nhất trong các vùng mạch cực (xem Hình 3), nơi quan sát thấy các cực quang. Hình 1 cho thấy các vùng cực quang ở Canada có nhiệt độ khí quyển cao hơn đáng kể so với các vùng ở Tây Nam Hoa Kỳ. Có khả năng là các hạt bị mắc kẹt đã nhường một phần năng lượng của chúng cho bầu khí quyển, đặc biệt là khi va chạm với các phân tử khí gần điểm phản xạ, và rời khỏi quỹ đạo cũ của chúng. Đây là cách các lớp cao của khí quyển được đốt nóng trong vùng cực quang. Một khám phá quan trọng khác đã được thực hiện trong nghiên cứu quỹ đạo của các vệ tinh nhân tạo. Luigi Iacchia, nhà thiên văn học tại Đài quan sát vật lý thiên văn Smithsonian, tin rằng độ lệch nhỏ của các quỹ đạo này là do sự thay đổi mật độ của khí quyển khi nó bị Mặt trời đốt nóng. Ông gợi ý rằng sự tồn tại của mật độ electron tối đa trong tầng điện ly ở độ cao hơn 200 km, mật độ này không tương ứng với buổi trưa Mặt trời, nhưng dưới tác động của lực ma sát sẽ chậm hơn so với nó khoảng hai giờ. Tại thời điểm này, các giá trị của mật độ khí quyển, điển hình cho độ cao 600 km, được quan sát ở mức xấp xỉ. 950 km. Ngoài ra, mật độ electron tối đa bị dao động không đều do các tia cực tím và tia X bức xạ từ Mặt trời phát ra trong thời gian ngắn. L. Yakkia cũng phát hiện ra những dao động ngắn hạn của mật độ không khí, tương ứng với các hiện tượng lóa sáng mặt trời và rối loạn từ trường. Những hiện tượng này được giải thích là do sự xâm nhập của các hạt có nguồn gốc mặt trời vào bầu khí quyển của Trái đất và sự nóng lên của các lớp nơi vệ tinh quay quanh.
ĐIỆN ATMOSPHERIC
Trong lớp bề mặt của khí quyển, một phần nhỏ các phân tử trải qua quá trình ion hóa dưới tác động của tia vũ trụ, bức xạ từ đá phóng xạ và các sản phẩm phân rã của radium (chủ yếu là radon) trong không khí. Trong quá trình ion hóa, nguyên tử mất đi một êlectron và thu được điện tích dương. Một điện tử tự do nhanh chóng kết hợp với một nguyên tử khác, tạo thành một ion mang điện tích âm. Các ion âm và dương ghép đôi như vậy có kích thước phân tử. Các phân tử trong khí quyển có xu hướng tụ lại xung quanh các ion này. Một số phân tử kết hợp với một ion tạo thành một phức chất thường được gọi là "ion ánh sáng". Khí quyển cũng chứa các phức hợp phân tử, được gọi là hạt nhân ngưng tụ trong khí tượng học, xung quanh đó, khi không khí bão hòa độ ẩm, quá trình ngưng tụ sẽ bắt đầu. Những hạt nhân này là các hạt muối và bụi, cũng như các chất ô nhiễm thải vào không khí từ các nguồn công nghiệp và các nguồn khác. Các ion nhẹ thường gắn vào các hạt nhân như vậy để tạo thành các "ion nặng". Dưới tác dụng của điện trường, các ion nhẹ và nặng di chuyển từ vùng này sang vùng khác của khí quyển, truyền các điện tích. Mặc dù khí quyển thường không được coi là môi trường dẫn điện, nhưng nó có một lượng nhỏ độ dẫn điện. Do đó, một vật thể tích điện để lại trong không khí từ từ mất điện tích. Độ dẫn điện của khí quyển tăng theo độ cao do cường độ tia vũ trụ tăng, sự mất mát ion giảm trong điều kiện áp suất thấp hơn (và do đó đường dẫn tự do dài hơn có nghĩa là) và do có ít hạt nhân nặng hơn. Độ dẫn của khí quyển đạt giá trị lớn nhất ở độ cao xấp xỉ. 50 km, tạm gọi là. "mức bồi thường". Được biết, giữa bề mặt Trái đất và "mức bù" luôn có một sự chênh lệch tiềm năng vài trăm kilovolt, tức là điện trường không đổi. Hóa ra hiệu điện thế giữa một điểm nhất định trong không khí ở độ cao vài mét và bề mặt Trái đất là rất lớn - hơn 100 V. Bầu khí quyển mang điện tích dương và bề mặt trái đất mang điện tích âm. Vì điện trường là một khu vực, tại mỗi điểm của nó có một giá trị điện thế nhất định, chúng ta có thể nói về một gradien thế năng. Trong thời tiết quang đãng, trong phạm vi thấp hơn vài mét, cường độ điện trường của khí quyển gần như không đổi. Do sự khác biệt về độ dẫn điện của không khí ở lớp bề mặt, nên gradien điện thế có thể thay đổi hàng ngày, quá trình này thay đổi đáng kể ở từng nơi. Trong trường hợp không có các nguồn ô nhiễm không khí cục bộ - qua các đại dương, trên núi cao hoặc ở các vùng cực - thì diễn biến hàng ngày của độ dốc tiềm năng trong thời tiết quang đãng là như nhau. Độ lớn của gradient phụ thuộc vào phổ, hay Giờ trung bình Greenwich (UT) và đạt cực đại vào lúc 19:00 E. Appleton cho rằng độ dẫn điện cực đại này có thể trùng với hoạt động giông bão lớn nhất trên quy mô hành tinh. Các tia sét phóng ra trong các cơn giông mang điện tích âm đến bề mặt Trái đất, vì các cơ sở của các đám mây vũ tích hoạt động mạnh nhất có điện tích âm đáng kể. Các đỉnh của các đám mây dông có điện tích dương, theo tính toán của Holzer và Saxon, chảy ra từ đỉnh của chúng trong các cơn giông. Nếu không được bổ sung liên tục, điện tích trên bề mặt trái đất sẽ bị trung hòa bởi độ dẫn của khí quyển. Giả định rằng sự chênh lệch tiềm năng giữa bề mặt trái đất và "mức bù" được duy trì do giông bão được hỗ trợ bởi dữ liệu thống kê. Ví dụ, số lượng giông bão lớn nhất được quan sát thấy trong thung lũng của sông. Amazons. Thông thường, giông bão xảy ra ở đó vào cuối ngày, tức là VÂNG. 19:00 Giờ trung bình Greenwich, khi độ dốc tiềm năng đạt cực đại ở bất kỳ đâu trên thế giới. Hơn nữa, các biến thể theo mùa trong hình dạng của các đường cong của sự biến đổi trong ngày của gradient tiềm năng cũng hoàn toàn phù hợp với dữ liệu về sự phân bố dông trên toàn cầu. Một số nhà nghiên cứu cho rằng nguồn điện trường Trái đất có thể có nguồn gốc bên ngoài, vì điện trường được cho là tồn tại trong tầng điện ly và từ quyển. Tình huống này có lẽ giải thích sự xuất hiện của các dạng cực quang thuôn dài rất hẹp, tương tự như hậu trường và vòm.
(xem thêm POLAR LIGHTS). Do gradien tiềm năng và độ dẫn của khí quyển giữa "mức bù" và bề mặt Trái đất, các hạt mang điện bắt đầu di chuyển: các ion mang điện tích dương - hướng về bề mặt trái đất và mang điện tích âm - hướng lên từ nó. Dòng điện này là khoảng. 1800 A. Mặc dù giá trị này có vẻ lớn, nhưng cần phải nhớ rằng nó được phân bố trên toàn bộ bề mặt Trái đất. Cường độ dòng điện trong cột không khí có diện tích cơ bản 1 m2 chỉ là 4 * 10 -12 A. Mặt khác, cường độ dòng điện trong quá trình phóng điện sét có thể đạt tới vài ampe, mặc dù tất nhiên, phóng điện như vậy. có thời lượng ngắn - từ phần giây đến toàn bộ giây hoặc hơn một chút với phóng điện lặp lại. Sét được quan tâm nhiều không chỉ là một hiện tượng đặc biệt của tự nhiên. Nó cho phép quan sát sự phóng điện trong môi trường khí ở hiệu điện thế vài trăm triệu vôn và khoảng cách giữa các điện cực là vài km. Năm 1750, B. Franklin đề xuất với Hiệp hội Hoàng gia London rằng họ thử nghiệm một thanh sắt cố định trên đế cách nhiệt và gắn trên tháp cao. Ông dự đoán rằng khi một đám mây giông đến gần tháp, điện tích trái dấu sẽ tập trung ở đầu trên của thanh trung hòa ban đầu, và điện tích cùng dấu như ở chân mây sẽ tập trung ở đầu dưới. . Nếu cường độ của điện trường trong quá trình phóng điện sét tăng lên đủ, điện tích từ đầu trên của thanh sẽ thoát một phần vào không khí và thanh sẽ nhận được điện tích cùng dấu với đáy của đám mây. Thí nghiệm do Franklin đề xuất không được thực hiện ở Anh mà được nhà vật lý người Pháp Jean d’Alembert thiết lập vào năm 1752. Ông đã dùng một thanh sắt dài 12 m cắm vào một chai thủy tinh (được dùng như một cái chất cách điện), nhưng không đặt nó trên tháp. Ngày 10 tháng 5, trợ lý của ông báo cáo rằng khi một đám mây dông ở trên một thanh, tia lửa điện được tạo ra khi một dây nối đất được đưa đến. Vào tháng 6 năm đó, Franklin đã tiến hành thí nghiệm nổi tiếng của mình với một chiếc diều và quan sát thấy tia lửa điện ở đầu một sợi dây được buộc vào nó. Các nghiên cứu chi tiết hơn về sét đã trở nên khả thi vào cuối thế kỷ 19 do những cải tiến trong phương pháp chụp ảnh, đặc biệt là sau khi phát minh ra thiết bị có thấu kính xoay, giúp sửa chữa các quy trình đang phát triển nhanh chóng. Một máy ảnh như vậy đã được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu phóng tia lửa điện. Người ta phát hiện ra rằng có một số loại sét, trong đó phổ biến nhất là tia tuyến tính, phẳng (trong đám mây) và hình cầu (phóng điện trong không khí). Sét tuyến tính là sự phóng tia lửa điện giữa một đám mây và bề mặt trái đất, theo một kênh có các nhánh hướng xuống. Sét phẳng xảy ra bên trong một đám mây giông và trông giống như những tia sáng phân tán. Phóng điện không khí của sét bóng, bắt đầu từ một đám mây dông, thường hướng theo phương ngang và không chạm tới bề mặt trái đất.

Phóng điện sét thường bao gồm ba hoặc nhiều lần phóng điện lặp lại - các xung theo cùng một đường đi. Khoảng thời gian giữa các xung liên tiếp rất ngắn, từ 1/100 đến 1/10 s (đây là nguyên nhân làm cho tia chớp nhấp nháy). Nói chung, đèn flash kéo dài khoảng một giây hoặc ít hơn. Một quá trình phát triển sét điển hình có thể được mô tả như sau. Đầu tiên, một thủ lĩnh phóng điện phát sáng yếu lao từ trên cao xuống bề mặt trái đất. Khi anh ta chạm tới nó, một luồng điện ngược sáng rực rỡ, hay còn gọi là chính, sẽ truyền từ trái đất lên kênh do người lãnh đạo đặt. Người lãnh đạo phóng điện, như một quy luật, di chuyển theo đường ngoằn ngoèo. Tốc độ lan truyền của nó từ một trăm đến vài trăm km một giây. Trên đường đi, nó ion hóa các phân tử không khí, tạo ra một kênh có độ dẫn điện tăng lên, qua đó phóng điện ngược di chuyển lên trên với tốc độ lớn hơn khoảng một trăm lần so với tốc độ phóng điện dẫn đầu. Rất khó để xác định kích thước của kênh, nhưng đường kính của dòng chảy đầu ước tính khoảng 1–10 m, và đường kính của dòng chảy ngược, vài cm. Phóng điện sét tạo ra nhiễu sóng vô tuyến bằng cách phát ra sóng vô tuyến trong một phạm vi rộng - từ 30 kHz đến tần số cực thấp. Bức xạ lớn nhất của sóng vô tuyến có lẽ nằm trong khoảng từ 5 đến 10 kHz. Nhiễu vô tuyến tần số thấp như vậy "tập trung" trong không gian giữa ranh giới dưới của tầng điện ly và bề mặt trái đất và có khả năng lan truyền đến khoảng cách hàng nghìn km từ nguồn.
THAY ĐỔI TRONG ATMOSPHERE
Tác động của thiên thạch và thiên thạch. Mặc dù đôi khi các trận mưa sao băng gây ấn tượng sâu sắc với hiệu ứng ánh sáng của chúng, nhưng hiếm khi nhìn thấy các thiên thạch riêng lẻ. Nhiều hơn rất nhiều là các thiên thạch vô hình, quá nhỏ để có thể nhìn thấy vào lúc này chúng bị bầu khí quyển nuốt chửng. Một số thiên thạch nhỏ nhất có lẽ hoàn toàn không nóng lên mà chỉ bị khí quyển bắt giữ. Những hạt nhỏ này có kích thước từ vài mm đến mười phần nghìn mm được gọi là hạt vi mô. Lượng vật chất thiên thạch đi vào bầu khí quyển mỗi ngày là từ 100 đến 10.000 tấn, với hầu hết vật chất này là vật chất siêu nhỏ. Vì vật chất thiên thạch bốc cháy một phần trong khí quyển, thành phần khí của nó được bổ sung với các dấu vết của các nguyên tố hóa học khác nhau. Ví dụ, các thiên thạch đá mang liti vào bầu khí quyển. Quá trình đốt cháy các thiên thạch kim loại dẫn đến sự hình thành của sắt hình cầu cực nhỏ, sắt-niken và các giọt khác đi qua bầu khí quyển và lắng đọng trên bề mặt trái đất. Chúng có thể được tìm thấy ở Greenland và Nam Cực, nơi các tảng băng gần như không thay đổi trong nhiều năm. Các nhà hải dương học tìm thấy chúng trong các lớp trầm tích dưới đáy đại dương. Hầu hết các hạt sao băng đi vào bầu khí quyển được lắng đọng trong vòng khoảng 30 ngày. Một số nhà khoa học tin rằng bụi vũ trụ này đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành các hiện tượng khí quyển như mưa, vì nó đóng vai trò là hạt nhân của sự ngưng tụ hơi nước. Do đó, người ta cho rằng lượng mưa có liên quan về mặt thống kê với các trận mưa sao băng lớn. Tuy nhiên, một số chuyên gia tin rằng vì tổng lượng vật chất địa vật đầu vào lớn hơn hàng chục lần so với trận mưa sao băng lớn nhất, nên có thể bỏ qua sự thay đổi trong tổng lượng vật chất này xảy ra do một trận mưa sao băng như vậy. Tuy nhiên, không còn nghi ngờ gì nữa, các vi thiên thạch lớn nhất và tất nhiên, các thiên thạch có thể nhìn thấy để lại dấu vết dài của quá trình ion hóa trong các tầng cao của khí quyển, chủ yếu là ở tầng điện ly. Những dấu vết như vậy có thể được sử dụng cho liên lạc vô tuyến đường dài, vì chúng phản xạ sóng vô tuyến tần số cao. Năng lượng của các thiên thạch đi vào bầu khí quyển được sử dụng chủ yếu, và có lẽ hoàn toàn, vào việc đốt nóng nó. Đây là một trong những thành phần nhỏ của sự cân bằng nhiệt của khí quyển.
Khí cacbonic có nguồn gốc công nghiệp. Vào thời kỳ cây lá kim, thảm thực vật thân gỗ đã phổ biến rộng rãi trên Trái đất. Phần lớn khí cacbonic mà thực vật hấp thụ vào thời điểm đó được tích tụ trong các mỏ than và trong các mỏ chứa dầu. Con người đã học cách sử dụng trữ lượng khổng lồ các khoáng chất này như một nguồn năng lượng và hiện đang nhanh chóng trả lại khí cacbonic cho quá trình tuần hoàn của các chất. Hóa thạch có lẽ là ca. 4 * 10 13 tấn carbon. Trong một thế kỷ qua, nhân loại đã đốt cháy quá nhiều nhiên liệu hóa thạch đến mức xấp xỉ 4 * 10 11 tấn carbon đã lại đi vào bầu khí quyển. Hiện tại có khoảng. 2 * 10 12 tấn carbon, và trong một trăm năm tới con số này có thể tăng gấp đôi do quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, không phải tất cả cacbon sẽ tồn tại trong khí quyển: một số sẽ hòa tan trong nước đại dương, một số sẽ được thực vật hấp thụ và một số sẽ bị ràng buộc trong quá trình phong hóa đá. Hiện vẫn chưa thể dự đoán lượng carbon dioxide sẽ có trong khí quyển hoặc ảnh hưởng của nó đối với khí hậu thế giới. Tuy nhiên, người ta tin rằng bất kỳ sự gia tăng nào về hàm lượng của nó cũng sẽ gây ra hiện tượng ấm lên, mặc dù không cần thiết bất kỳ sự nóng lên nào cũng sẽ ảnh hưởng đáng kể đến khí hậu. Theo kết quả của các phép đo, nồng độ carbon dioxide trong khí quyển đang tăng lên đáng kể, mặc dù với tốc độ chậm. Dữ liệu khí hậu của trạm Svalbard và Little America trên Ross Ice Shelf ở Nam Cực cho thấy sự gia tăng nhiệt độ trung bình hàng năm trong khoảng thời gian khoảng 50 năm lần lượt là 5 ° C và 2,5 ° C.
Tác động của bức xạ vũ trụ. Khi các tia vũ trụ năng lượng cao tương tác với các thành phần riêng lẻ của khí quyển, các đồng vị phóng xạ được hình thành. Trong số đó, nổi bật là đồng vị cacbon 14C, tích tụ trong các mô động thực vật. Bằng cách đo độ phóng xạ của các chất hữu cơ lâu ngày không trao đổi cacbon với môi trường, có thể xác định được tuổi của chúng. Phương pháp carbon phóng xạ đã tự khẳng định mình là phương pháp đáng tin cậy nhất để xác định niên đại của các sinh vật hóa thạch và các đối tượng của văn hóa vật chất, có tuổi không quá 50 nghìn năm. Các đồng vị phóng xạ khác có chu kỳ bán rã dài có thể được sử dụng để xác định niên đại của vật liệu hàng trăm nghìn năm tuổi nếu giải quyết được vấn đề cơ bản về đo mức độ phóng xạ cực thấp.
(xem thêm RADIOCARBON DATING).
NGUỒN GỐC CỦA ĐỊA ĐIỂM CỦA TRÁI ĐẤT
Lịch sử hình thành bầu khí quyển vẫn chưa được khôi phục một cách tuyệt đối đáng tin cậy. Tuy nhiên, một số thay đổi có thể xảy ra trong thành phần của nó đã được xác định. Sự hình thành khí quyển bắt đầu ngay sau khi hình thành Trái đất. Có nhiều lý do chính đáng để tin rằng trong quá trình tiến hóa của Pra-Earth và có được kích thước và khối lượng gần với kích thước và khối lượng hiện đại, nó gần như mất hoàn toàn bầu khí quyển ban đầu. Người ta tin rằng ở giai đoạn đầu Trái đất ở trạng thái nóng chảy và ca. 4,5 tỷ năm trước, nó có hình dạng là một cơ thể rắn. Cột mốc này được lấy làm mốc thời gian bắt đầu của niên đại địa chất. Kể từ thời điểm đó đã có một sự tiến hóa chậm của bầu khí quyển. Một số quá trình địa chất, chẳng hạn như phun trào dung nham trong quá trình phun trào núi lửa, đi kèm với việc giải phóng khí từ ruột Trái đất. Chúng có thể bao gồm nitơ, amoniac, mêtan, hơi nước, carbon monoxide và carbon dioxide. Dưới tác động của bức xạ tia cực tím mặt trời, hơi nước bị phân hủy thành hydro và oxy, nhưng oxy được giải phóng phản ứng với carbon monoxide để tạo thành carbon dioxide. Amoniac bị phân hủy thành nitơ và hydro. Hydro trong quá trình khuếch tán bay lên và rời khỏi bầu khí quyển, trong khi nitơ nặng hơn không thể thoát ra ngoài và dần dần tích tụ, trở thành thành phần chính của nó, mặc dù một số nó đã bị ràng buộc trong các phản ứng hóa học. Dưới tác động của tia cực tím và phóng điện, một hỗn hợp khí, có thể có trong bầu khí quyển nguyên thủy của Trái đất, tham gia vào các phản ứng hóa học, kết quả là các chất hữu cơ, đặc biệt là axit amin, được hình thành. Do đó, sự sống có thể bắt nguồn từ một bầu không khí về cơ bản khác với bầu không khí hiện đại. Với sự ra đời của thực vật nguyên thủy, quá trình quang hợp bắt đầu (xem thêm PHOTOSYNTHESIS), kèm theo việc giải phóng oxy tự do. Khí này, đặc biệt là sau khi khuếch tán vào tầng trên của bầu khí quyển, bắt đầu bảo vệ các lớp bên dưới của nó và bề mặt Trái đất khỏi bức xạ tia cực tím và tia X đe dọa tính mạng. Người ta ước tính rằng chỉ cần 0,00004 thể tích ôxy ngày nay có thể dẫn đến sự hình thành của một lớp có nồng độ một nửa ôzôn hiện tại, tuy nhiên, lớp này lại bảo vệ rất đáng kể khỏi tia cực tím. Nó cũng có khả năng là bầu khí quyển sơ cấp chứa nhiều carbon dioxide. Nó đã được tiêu thụ trong quá trình quang hợp, và nồng độ của nó hẳn đã giảm khi thế giới thực vật phát triển, và cũng do sự hấp thụ trong một số quá trình địa chất. Vì hiệu ứng nhà kính có liên quan đến sự hiện diện của carbon dioxide trong khí quyển, một số nhà khoa học tin rằng sự dao động nồng độ của nó là một trong những nguyên nhân quan trọng gây ra những thay đổi khí hậu quy mô lớn trong lịch sử Trái đất, chẳng hạn như kỷ băng hà. Heli có trong bầu khí quyển hiện đại có lẽ hầu hết là sản phẩm của sự phân rã phóng xạ của uranium, thorium và radium. Các nguyên tố phóng xạ này phát ra các hạt alpha, là hạt nhân của nguyên tử heli. Vì không có điện tích nào được tạo ra hoặc bị phá hủy trong quá trình phân rã phóng xạ, nên có hai electron cho mỗi hạt alpha. Kết quả là, nó kết hợp với chúng, tạo thành các nguyên tử helium trung tính. Các nguyên tố phóng xạ được chứa trong các khoáng chất phân tán theo độ dày của đá, vì vậy một phần đáng kể của heli được hình thành do quá trình phân rã phóng xạ được lưu trữ trong chúng, bay hơi rất chậm vào khí quyển. Một lượng khí heli bay lên ngoại quyển do sự khuếch tán, nhưng do dòng chảy liên tục từ bề mặt trái đất, thể tích của khí này trong khí quyển là không đổi. Dựa trên phân tích quang phổ của ánh sáng sao và nghiên cứu các thiên thạch, có thể ước tính mức độ phong phú tương đối của các nguyên tố hóa học khác nhau trong Vũ trụ. Nồng độ của neon trong không gian cao hơn khoảng mười tỷ lần so với trên Trái đất, krypton - mười triệu lần và xenon - một triệu lần. Theo đó, nồng độ của những khí trơ này, vốn có trong bầu khí quyển của Trái đất và không được bổ sung trong quá trình phản ứng hóa học, đã giảm đáng kể, có thể ngay cả ở giai đoạn Trái đất mất đi bầu khí quyển sơ cấp của nó. Một ngoại lệ là argon khí trơ, vì nó vẫn được tạo thành ở dạng đồng vị 40Ar trong quá trình phân rã phóng xạ của đồng vị kali.
PHENOMENA QUANG
Sự đa dạng của các hiện tượng quang học trong khí quyển là do nhiều nguyên nhân khác nhau. Các hiện tượng phổ biến nhất bao gồm sét (xem ở trên) và cực quang đẹp như tranh vẽ và cực quang borealis (xem thêm ĐÈN CẢNH SÁT). Ngoài ra, cầu vồng, gal, parhelion (mặt trời giả) và vòng cung, vương miện, quầng sáng và bóng ma của Brocken, mirages, ngọn lửa của St. Elmo, những đám mây phát sáng, màu xanh lá cây và tia hoàng hôn cũng được quan tâm đặc biệt. Cầu vồng là hiện tượng khí quyển đẹp nhất. Thông thường, đây là một vòm lớn, bao gồm các sọc nhiều màu, được quan sát khi Mặt trời chỉ chiếu sáng một phần của bầu trời và không khí bão hòa với các giọt nước, chẳng hạn như khi mưa. Các vòng cung nhiều màu được sắp xếp theo một chuỗi quang phổ (đỏ, cam, vàng, lục, lục lam, chàm, tím), nhưng màu sắc hầu như không bao giờ thuần khiết vì các dải này chồng lên nhau. Theo quy luật, các đặc điểm vật lý của cầu vồng thay đổi đáng kể, và do đó chúng rất đa dạng về hình dáng. Đặc điểm chung của chúng là tâm của cung tròn luôn nằm trên một đường thẳng kẻ từ Mặt trời tới người quan sát. Cầu vồng chính là một vòng cung bao gồm các màu sáng nhất - màu đỏ ở bên ngoài và màu tím ở bên trong. Đôi khi chỉ có thể nhìn thấy một cung, nhưng thường thì một cung phụ xuất hiện ở bên ngoài cầu vồng chính. Nó không có màu sắc tươi sáng như cái đầu tiên, và các sọc màu đỏ và tím ở đó thay đổi vị trí: màu đỏ nằm ở bên trong. Sự hình thành của cầu vồng chính được giải thích bằng hiện tượng khúc xạ kép (xem thêm QUANG HỌC) và phản xạ bên trong đơn của các tia sáng mặt trời (xem Hình 5). Xuyên qua bên trong một giọt nước (A), một tia sáng bị khúc xạ và phân hủy, giống như khi đi qua một lăng kính. Sau đó, nó đến bề mặt đối diện của giọt (B), bị phản xạ từ nó và thoát giọt ra bên ngoài (C). Trong trường hợp này, chùm ánh sáng, trước khi tới người quan sát, bị khúc xạ lần thứ hai. Chùm sáng trắng ban đầu bị phân huỷ thành các tia có màu sắc khác nhau có góc phân kì là 2 °. Khi cầu vồng thứ cấp được hình thành, xảy ra hiện tượng khúc xạ kép và phản xạ kép đối với tia nắng mặt trời (xem Hình 6). Trong trường hợp này, ánh sáng bị khúc xạ, xuyên qua bên trong giọt qua phần dưới của nó (A), và phản xạ từ bề mặt bên trong của giọt, đầu tiên tại điểm B, sau đó tại điểm C. Tại điểm D, ánh sáng bị khúc xạ, để rơi về phía người quan sát.

Lúc mặt trời mọc và lặn, người quan sát thấy cầu vồng có dạng một cung tròn bằng nửa đường tròn, vì trục của cầu vồng song song với đường chân trời. Nếu Mặt trời cao hơn đường chân trời, cung cầu vồng nhỏ hơn nửa vòng tròn. Khi Mặt trời mọc trên 42 ° so với đường chân trời, cầu vồng biến mất. Ở mọi nơi, trừ những nơi có vĩ độ cao, cầu vồng không thể xuất hiện vào buổi trưa khi Mặt trời ở quá cao. Thật thú vị khi ước tính khoảng cách đến cầu vồng. Mặc dù có vẻ như vòng cung nhiều màu nằm trong cùng một mặt phẳng, nhưng đây là một ảo ảnh. Trên thực tế, cầu vồng có độ sâu lớn, và nó có thể được biểu diễn dưới dạng bề mặt của một hình nón rỗng, ở trên cùng là người quan sát. Trục của hình nón nối Mặt trời, người quan sát và tâm của cầu vồng. Người quan sát sẽ nhìn dọc theo bề mặt của hình nón này. Hai người không bao giờ có thể nhìn thấy chính xác cùng một cầu vồng. Tất nhiên, nhìn chung người ta có thể quan sát cùng một hiệu ứng, nhưng hai cầu vồng ở các vị trí khác nhau và được hình thành bởi các giọt nước khác nhau. Khi mưa hoặc sương mù tạo thành cầu vồng, toàn bộ hiệu ứng quang học đạt được là do hiệu ứng tổng hợp của tất cả các giọt nước đi qua bề mặt hình nón của cầu vồng với người quan sát ở đỉnh. Vai trò của mỗi giọt là thoáng qua. Bề mặt của hình nón cầu vồng bao gồm nhiều lớp. Nhanh chóng vượt qua chúng và đi qua một loạt các điểm tới hạn, mỗi giọt ngay lập tức phân hủy tia mặt trời thành toàn bộ quang phổ theo một trình tự được xác định nghiêm ngặt - từ đỏ đến tím. Nhiều giọt băng qua bề mặt của hình nón theo cùng một cách, do đó cầu vồng xuất hiện đối với người quan sát là liên tục dọc theo và trên cung của nó. Vầng hào quang - những vòng cung ánh sáng trắng hoặc óng ánh và những vòng tròn xung quanh đĩa của Mặt trời hoặc Mặt trăng. Chúng phát sinh do sự khúc xạ hoặc phản xạ ánh sáng của các tinh thể băng hoặc tuyết trong khí quyển. Các tinh thể tạo thành vầng hào quang nằm trên bề mặt của một hình nón tưởng tượng với trục hướng từ người quan sát (từ đỉnh của hình nón) tới Mặt trời. Trong một số điều kiện nhất định, bầu khí quyển được bão hòa với các tinh thể nhỏ, nhiều tinh thể trong số chúng tạo thành góc vuông với mặt phẳng đi qua Mặt trời, người quan sát và các tinh thể này. Những mặt như vậy phản xạ các tia sáng tới với độ lệch 22 °, tạo thành một vầng hào quang có màu đỏ ở bên trong, nhưng nó cũng có thể bao gồm tất cả các màu của quang phổ. Ít phổ biến hơn là một vầng hào quang có bán kính góc 46 °, nằm đồng tâm xung quanh vầng hào quang 22 độ. Mặt trong của nó cũng có màu hơi đỏ. Lý do cho điều này cũng là sự khúc xạ ánh sáng, xảy ra trong trường hợp này trên các mặt tinh thể tạo thành các góc vuông. Chiều rộng vòng của một vầng hào quang như vậy vượt quá 2,5 °. Cả hai quầng sáng 46 độ và 22 độ đều có xu hướng sáng nhất ở trên cùng và dưới cùng của vòng. Quầng sáng 90 độ hiếm là một vòng sáng mờ, gần như không màu, có tâm chung với hai quầng còn lại. Nếu nó có màu, nó có một màu đỏ ở bên ngoài của chiếc nhẫn. Cơ chế xuất hiện của loại vầng hào quang này vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn (Hình 7).

Parhelia và vòng cung. Vòng tròn Parhelic (hay vòng tròn mặt trời giả) - một vòng trắng có tâm ở điểm thiên đỉnh, đi qua Mặt trời song song với đường chân trời. Lý do cho sự hình thành của nó là sự phản xạ của ánh sáng mặt trời từ các cạnh của bề mặt của các tinh thể băng. Nếu các tinh thể được phân bố đều trong không khí, một vòng tròn đầy đủ sẽ có thể nhìn thấy được. Parhelia, hay mặt trời giả, là những điểm sáng rực rỡ giống như Mặt trời, chúng hình thành tại các điểm giao nhau của vòng tròn parhelic với vầng hào quang, có bán kính góc là 22 °, 46 ° và 90 °. Điểm sáng thường xuyên nhất và sáng nhất hình thành ở giao điểm với vầng hào quang 22 độ, thường có màu ở hầu hết các màu của cầu vồng. Mặt trời giả tại các giao lộ với quầng sáng 46 và 90 độ ít được quan sát thấy hơn nhiều. Chứng phát ban xuất hiện tại các giao lộ có quầng sáng 90 độ được gọi là paranthelia, hoặc phản xạ giả. Đôi khi cũng có thể nhìn thấy linh dương (phản mặt trời) - một điểm sáng nằm trên vành đai cận kề chính xác đối diện với Mặt trời. Người ta cho rằng nguyên nhân của hiện tượng này là do sự phản xạ kép bên trong của ánh sáng mặt trời. Chùm tia phản xạ đi cùng phương với chùm tia tới, nhưng ngược hướng. Cung tròn, đôi khi được gọi một cách không chính xác là cung tiếp tuyến phía trên của vầng hào quang 46 độ, là cung có tâm từ 90 ° trở xuống ở tâm điểm thiên đỉnh và cao hơn Mặt trời khoảng 46 °. Nó hiếm khi được nhìn thấy và chỉ trong vài phút, có màu sắc tươi sáng và màu đỏ được giới hạn ở phía ngoài của vòng cung. Vòng cung tròn đáng chú ý vì màu sắc, độ sáng và đường viền rõ ràng. Một hiệu ứng quang học kỳ lạ và rất hiếm gặp khác của loại quầng là vòng cung Lovitz. Chúng phát sinh như một phần tiếp theo của parhelia tại giao điểm với vầng hào quang 22 độ, đi từ phía bên ngoài của vầng hào quang và hơi lõm về phía Mặt trời. Các cột ánh sáng trắng, cũng như các hình chữ thập khác nhau, đôi khi có thể nhìn thấy vào lúc bình minh hoặc hoàng hôn, đặc biệt là ở các vùng cực, và có thể đi cùng với cả Mặt trời và Mặt trăng. Đôi khi, quầng mặt trăng và các hiệu ứng khác tương tự như những hiệu ứng được mô tả ở trên được quan sát thấy, với quầng mặt trăng phổ biến nhất (vòng quanh Mặt trăng) có bán kính góc là 22 °. Giống như mặt trời giả, mặt trăng giả có thể phát sinh. Vương miện, hay vương miện, là những vòng màu nhỏ đồng tâm xung quanh Mặt trời, Mặt trăng hoặc các vật thể sáng khác được quan sát theo thời gian khi nguồn sáng nằm sau những đám mây mờ. Bán kính hào quang nhỏ hơn bán kính vầng hào quang và là khoảng. 1-5 °, vòng xanh lam hoặc tím gần Mặt trời nhất. Một vầng hào quang xảy ra khi ánh sáng bị phân tán bởi những giọt nước nhỏ tạo thành đám mây. Đôi khi vương miện trông giống như một đốm sáng (hoặc vầng hào quang) bao quanh Mặt trời (hoặc Mặt trăng), kết thúc bằng một vòng màu đỏ. Trong các trường hợp khác, ít nhất hai vòng đồng tâm có đường kính lớn hơn, có màu rất yếu, có thể nhìn thấy bên ngoài quầng. Hiện tượng này kèm theo những đám mây ngũ sắc. Đôi khi rìa của những đám mây rất cao được sơn màu sáng.
Gloria (quầng sáng). Trong những điều kiện đặc biệt, các hiện tượng khí quyển bất thường xảy ra. Nếu Mặt trời ở phía sau người quan sát và bóng của nó được chiếu lên những đám mây gần đó hoặc một bức màn sương mù, thì dưới một trạng thái nhất định của khí quyển xung quanh bóng của một người, bạn có thể thấy một vòng tròn sáng màu - một vầng hào quang. Thông thường một vầng hào quang như vậy được hình thành do sự phản xạ ánh sáng của những giọt sương trên bãi cỏ. Glorias cũng khá phổ biến được tìm thấy xung quanh bóng mà máy bay tạo ra trên các đám mây bên dưới.
Bóng ma của Brocken.Ở một số khu vực trên địa cầu, khi bóng của một người quan sát trên đồi, lúc bình minh hoặc hoàng hôn, khuất sau lưng anh ta trên những đám mây nằm ở khoảng cách ngắn, một hiệu ứng nổi bật được tiết lộ: bóng có kích thước khổng lồ. Điều này là do sự phản xạ và khúc xạ của ánh sáng bởi những giọt nước nhỏ nhất trong sương mù. Hiện tượng được mô tả được gọi là "bóng ma của sông Brocken" sau đỉnh núi ở vùng núi Harz ở Đức.
Mirages- hiệu ứng quang học gây ra bởi sự khúc xạ ánh sáng khi đi qua các lớp không khí có mật độ khác nhau và được thể hiện dưới dạng ảnh ảo. Trong trường hợp này, các vật thể ở xa có thể bị nâng lên hoặc hạ xuống so với vị trí thực của chúng, và cũng có thể bị bóp méo và có hình dạng bất thường, tuyệt đẹp. Các vết sọc thường được quan sát thấy ở vùng khí hậu nóng, chẳng hạn như trên các đồng bằng cát. Những ảo ảnh kém hơn là phổ biến, khi bề mặt sa mạc xa xôi, gần như bằng phẳng trông giống như một vùng nước lộ thiên, đặc biệt là khi nhìn từ một độ cao nhỏ hoặc chỉ đơn giản là phía trên một lớp không khí được làm nóng. Một ảo ảnh tương tự thường xảy ra trên một con đường lát đá nóng trông giống như một mặt nước ở phía trước. Trên thực tế, bề mặt này là sự phản chiếu của bầu trời. Dưới tầm mắt, các vật thể, thường là lộn ngược, có thể xuất hiện trong "nước" này. Một "bánh phồng không khí" được hình thành trên bề mặt đất được nung nóng, và lớp gần trái đất nhất được đốt nóng nhất và hiếm đến mức các sóng ánh sáng truyền qua nó bị biến dạng, vì tốc độ truyền của chúng thay đổi tùy thuộc vào mật độ của môi trường. Các mirage cao cấp ít phổ biến hơn và đẹp hơn các mirage thấp hơn. Các vật thể ở xa (thường ở dưới đường chân trời) xuất hiện lộn ngược trên bầu trời, và đôi khi hình ảnh trực tiếp của cùng một vật thể cũng xuất hiện ở trên. Hiện tượng này đặc trưng cho các vùng lạnh, đặc biệt là khi có sự nghịch đảo nhiệt độ đáng kể, khi một lớp không khí ấm hơn ở trên lớp lạnh hơn. Hiệu ứng quang học này được biểu hiện là kết quả của sự lan truyền phức tạp của mặt trước của sóng ánh sáng trong các lớp không khí với mật độ không đồng nhất. Các ảo ảnh rất bất thường xảy ra theo thời gian, đặc biệt là ở các vùng cực. Khi ảo ảnh xảy ra trên đất liền, cây cối và các thành phần cảnh quan khác sẽ bị đảo lộn. Trong mọi trường hợp, các vật thể ở mirages phía trên có thể nhìn thấy rõ ràng hơn so với các vật thể ở phía dưới. Khi ranh giới của hai khối khí là một mặt phẳng thẳng đứng, đôi khi người ta quan sát thấy các khe hở bên.
Ngọn lửa của thánh Elmo. Một số hiện tượng quang học trong khí quyển (ví dụ, sự phát sáng và hiện tượng khí tượng phổ biến nhất - sét) có bản chất là điện. Ít phổ biến hơn nhiều là đám cháy St. Đôi khi có vẻ như toàn bộ giàn khoan của con tàu được bao phủ bởi phốt pho và phát sáng. Đám cháy của Elmo đôi khi xuất hiện trên các đỉnh núi, cũng như trên các chóp và các góc nhọn của các tòa nhà cao tầng. Hiện tượng này là sự phóng điện chổi than ở đầu dây dẫn điện, khi cường độ điện trường tăng lên rất nhiều trong bầu không khí xung quanh chúng. Will-o'-the-wisps là ánh sáng xanh nhạt hoặc xanh lục nhạt đôi khi được nhìn thấy trong đầm lầy, nghĩa trang và hầm mộ. Chúng thường xuất hiện dưới dạng một ngọn lửa bình lặng cháy, không đốt nóng, ngọn nến cao hơn mặt đất khoảng 30 cm, lơ lửng trên vật thể trong giây lát. Ánh sáng dường như hoàn toàn khó nắm bắt và khi người quan sát đến gần, nó dường như di chuyển đến một nơi khác. Nguyên nhân của hiện tượng này là do sự phân hủy các chất cặn bã hữu cơ và sự đốt cháy tự phát của khí đầm lầy methane (CH4) hoặc phosphine (PH3). Đèn lang thang có hình dạng khác nhau, đôi khi có hình cầu. Chùm xanh lục - một tia sáng của ánh sáng mặt trời màu xanh lục bảo vào thời điểm tia Mặt trời cuối cùng biến mất bên dưới đường chân trời. Thành phần màu đỏ của ánh sáng mặt trời biến mất đầu tiên, tất cả các thành phần khác theo thứ tự, và màu xanh lục bảo vẫn tồn tại sau cùng. Hiện tượng này chỉ xảy ra khi chỉ có rìa đĩa mặt trời còn lại phía trên đường chân trời, nếu không sẽ có sự pha trộn của nhiều màu sắc. Tia crepuscular là chùm ánh sáng mặt trời phân kỳ có thể nhìn thấy được khi chúng chiếu vào bụi trong bầu khí quyển cao. Bóng từ các đám mây tạo thành các dải tối và các tia lan truyền giữa chúng. Hiệu ứng này xảy ra khi Mặt trời ở thấp trên đường chân trời trước bình minh hoặc sau khi mặt trời lặn.