في أي طبقة من الغلاف الجوي؟ الغلاف الجوي - الغلاف الجوي للأرض

يتكون الغلاف الغازي المحيط بكوكبنا الأرض، والمعروف بالغلاف الجوي، من خمس طبقات رئيسية. تنشأ هذه الطبقات على سطح الكوكب، من مستوى سطح البحر (أحياناً تحته) وترتفع إلى الفضاء الخارجي بالتسلسل التالي:

• التروبوسفير.
• الستراتوسفير.
• الميزوسفير.
• الغلاف الحراري.
• اكسوسفير.

رسم تخطيطي للطبقات الرئيسية للغلاف الجوي للأرض

بين كل طبقة من هذه الطبقات الخمس الرئيسية توجد مناطق انتقالية تسمى "فترات التوقف" حيث تحدث تغيرات في درجة حرارة الهواء وتكوينه وكثافته. يتضمن الغلاف الجوي للأرض، مع فترات التوقف، ما مجموعه 9 طبقات.

التروبوسفير: حيث يحدث الطقس

من بين جميع طبقات الغلاف الجوي، فإن طبقة التروبوسفير هي الطبقة التي نعرفها أكثر (سواء أدركت ذلك أم لا)، لأننا نعيش في قاعه - سطح الكوكب. وهو يغلف سطح الأرض ويمتد إلى الأعلى لعدة كيلومترات. كلمة التروبوسفير تعني "تغير الكرة الأرضية". اسم مناسب جدًا، لأن هذه الطبقة هي المكان الذي يحدث فيه الطقس اليومي.

بدءًا من سطح الكوكب، ترتفع طبقة التروبوسفير إلى ارتفاع يتراوح بين 6 إلى 20 كيلومترًا. ويحتوي الثلث السفلي من الطبقة، الأقرب إلينا، على 50% من جميع غازات الغلاف الجوي. هذا هو الجزء الوحيد من الغلاف الجوي الذي يتنفس. ونظرًا لأن الهواء يسخن من الأسفل عن طريق سطح الأرض، الذي يمتص الطاقة الحرارية للشمس، فإن درجة الحرارة والضغط في طبقة التروبوسفير تنخفض مع زيادة الارتفاع.

توجد في الأعلى طبقة رقيقة تسمى التروبوبوز، وهي مجرد منطقة عازلة بين التروبوسفير والستراتوسفير.

الستراتوسفير: موطن الأوزون

الستراتوسفير هي الطبقة التالية من الغلاف الجوي. وتمتد من 6-20 كم إلى 50 كم فوق سطح الأرض. هذه هي الطبقة التي تطير فيها معظم الطائرات التجارية وتسافر بها بالونات الهواء الساخن.

هنا لا يتدفق الهواء لأعلى ولأسفل، بل يتحرك بشكل موازٍ للسطح في تيارات هوائية سريعة جدًا. ومع ارتفاعك ترتفع درجة الحرارة، وذلك بفضل وفرة الأوزون الطبيعي (O3)، وهو ناتج ثانوي للإشعاع الشمسي والأكسجين، الذي له القدرة على امتصاص أشعة الشمس فوق البنفسجية الضارة (أي ارتفاع في درجة الحرارة مع الارتفاع معروف في الأرصاد الجوية). باعتباره "انقلابًا") .

نظرًا لأن طبقة الستراتوسفير تتمتع بدرجات حرارة أكثر دفئًا في الأسفل ودرجات حرارة أكثر برودة في الأعلى، فإن الحمل الحراري (الحركة العمودية للكتل الهوائية) نادر في هذا الجزء من الغلاف الجوي. في الواقع، يمكنك مشاهدة العاصفة المشتعلة في طبقة التروبوسفير من طبقة الستراتوسفير لأن الطبقة تعمل بمثابة غطاء حراري يمنع السحب العاصفة من الاختراق.

بعد الستراتوسفير هناك مرة أخرى طبقة عازلة، تسمى هذه المرة الستراتوبوز.

الميزوسفير: الغلاف الجوي المتوسط

يقع الميزوسفير على بعد حوالي 50-80 كم من سطح الأرض. يعد الميزوسفير العلوي أبرد مكان طبيعي على وجه الأرض، حيث يمكن أن تنخفض درجات الحرارة إلى ما دون -143 درجة مئوية.

الغلاف الحراري: الغلاف الجوي العلوي

بعد الميزوسفير والميزوبوز يأتي الغلاف الحراري، الذي يقع على ارتفاع يتراوح بين 80 و700 كيلومتر فوق سطح الكوكب، ويحتوي على أقل من 0.01% من إجمالي الهواء الموجود في الغلاف الجوي. تصل درجات الحرارة هنا إلى +2000 درجة مئوية، ولكن بسبب النحافة الشديدة للهواء وعدم وجود جزيئات الغاز لنقل الحرارة، يُنظر إلى درجات الحرارة المرتفعة هذه على أنها باردة جدًا.

الإكسوسفير: الحد الفاصل بين الغلاف الجوي والفضاء

على ارتفاع حوالي 700-10000 كيلومتر فوق سطح الأرض يوجد الغلاف الخارجي - الحافة الخارجية للغلاف الجوي المتاخمة للفضاء. هنا تدور أقمار الطقس حول الأرض.

ماذا عن الأيونوسفير؟

الأيونوسفير ليس طبقة منفصلة، ​​ولكن في الواقع يستخدم هذا المصطلح للإشارة إلى الغلاف الجوي على ارتفاع يتراوح بين 60 و1000 كيلومتر. ويشمل الأجزاء العليا من الميزوسفير، والغلاف الحراري بأكمله وجزء من الغلاف الخارجي. حصل الغلاف الأيوني على اسمه لأنه في هذا الجزء من الغلاف الجوي يتأين إشعاع الشمس عندما يمر عبر المجالات المغناطيسية للأرض عند و. ويمكن ملاحظة هذه الظاهرة من الأرض مثل الأضواء الشمالية.

الحد الأعلى لها هو على ارتفاع 8-10 كم في المناطق القطبية، و10-12 كم في المناطق المعتدلة، و16-18 كم في خطوط العرض الاستوائية؛ أقل في الشتاء منه في الصيف. الطبقة السفلية الرئيسية من الغلاف الجوي. يحتوي على أكثر من 80% من إجمالي كتلة الهواء الجوي وحوالي 90% من إجمالي بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي. يتطور الاضطراب والحمل الحراري بشكل كبير في طبقة التروبوسفير، وتنشأ السحب، وتتطور الأعاصير والأعاصير المضادة. تنخفض درجة الحرارة مع زيادة الارتفاع بمتوسط ​​انحدار عمودي قدره 0.65 درجة / 100 متر

يتم قبول ما يلي باعتباره "ظروفًا طبيعية" على سطح الأرض: الكثافة 1.2 كجم/م3، الضغط الجوي 101.35 كيلو باسكال، درجة الحرارة زائد 20 درجة مئوية والرطوبة النسبية 50%. هذه المؤشرات الشرطية لها أهمية هندسية بحتة.

الستراتوسفير

طبقة من الغلاف الجوي تقع على ارتفاع يتراوح بين 11 إلى 50 كم. تتميز بتغير طفيف في درجة الحرارة في الطبقة 11-25 كم (الطبقة السفلى من الستراتوسفير) وزيادة في درجة الحرارة في الطبقة 25-40 كم من -56.5 إلى 0.8 درجة (الطبقة العليا من الستراتوسفير أو منطقة الانعكاس). بعد أن وصلت إلى قيمة حوالي 273 كلفن (0 درجة مئوية تقريبًا) على ارتفاع حوالي 40 كم، تظل درجة الحرارة ثابتة حتى ارتفاع حوالي 55 كم. تسمى هذه المنطقة ذات درجة الحرارة الثابتة الستراتوبوز وهي الحد الفاصل بين الستراتوسفير والميزوسفير.

الستراتوبوز

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

الميزوسفير

انقطاع الطمث

الطبقة الانتقالية بين الميزوسفير والغلاف الحراري. يوجد حد أدنى لتوزيع درجة الحرارة العمودي (حوالي -90 درجة مئوية).

خط كرمان

الارتفاع فوق مستوى سطح البحر، والذي يتم قبوله تقليديًا باعتباره الحد الفاصل بين الغلاف الجوي للأرض والفضاء.

الغلاف الحراري

الحد الأعلى حوالي 800 كم. ترتفع درجة الحرارة إلى ارتفاعات 200-300 كيلومتر، حيث تصل إلى قيم في حدود 1500 كلفن، وبعدها تبقى شبه ثابتة على الارتفاعات العالية. تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية والإشعاع الشمسي والإشعاع الكوني، يحدث تأين الهواء ("الشفق القطبي") - وتقع المناطق الرئيسية للغلاف الأيوني داخل الغلاف الحراري. على ارتفاعات أعلى من 300 كيلومتر، يسود الأكسجين الذري.

الغلاف الخارجي (مجال التشتت)

على ارتفاع 100 كيلومتر، يكون الغلاف الجوي عبارة عن خليط متجانس ومختلط جيدًا من الغازات. في الطبقات العليا، يعتمد توزيع الغازات حسب الارتفاع على أوزانها الجزيئية؛ ويتناقص تركيز الغازات الأثقل بشكل أسرع مع المسافة من سطح الأرض. بسبب انخفاض كثافة الغاز، تنخفض درجة الحرارة من 0 درجة مئوية في طبقة الستراتوسفير إلى -110 درجة مئوية في طبقة الميزوسفير. ومع ذلك، فإن الطاقة الحركية للجزيئات الفردية على ارتفاعات 200-250 كم تتوافق مع درجة حرارة ~ 1500 درجة مئوية. فوق 200 كم، لوحظت تقلبات كبيرة في درجة الحرارة وكثافة الغازات في الزمان والمكان.

على ارتفاع حوالي 2000-3000 كم، يتحول الغلاف الخارجي تدريجيا إلى ما يسمى فراغ الفضاء القريب، وهي مليئة بجزيئات شديدة التخلخل من الغاز بين الكواكب، وخاصة ذرات الهيدروجين. لكن هذا الغاز لا يمثل سوى جزء من المادة الموجودة بين الكواكب. ويتكون الجزء الآخر من جزيئات الغبار ذات الأصل المذنب والنيزكي. بالإضافة إلى جزيئات الغبار النادرة للغاية، يخترق هذا الفضاء الإشعاع الكهرومغناطيسي والجسيمي من أصل شمسي ومجري.

تمثل طبقة التروبوسفير حوالي 80٪ من كتلة الغلاف الجوي، والستراتوسفير - حوالي 20٪؛ كتلة الغلاف الجوي لا تزيد عن 0.3٪، والغلاف الحراري أقل من 0.05٪ من إجمالي كتلة الغلاف الجوي. بناءً على الخواص الكهربائية في الغلاف الجوي، يتم التمييز بين الغلاف النيوترونوسفير والأيونوسفير. ويعتقد حاليا أن الغلاف الجوي يمتد إلى ارتفاع 2000-3000 كم.

اعتمادًا على تكوين الغاز الموجود في الغلاف الجوي، فإنها تنبعث منها هوموسفيرو الغلاف الجوي المتغاير. الغلاف الجوي المتغاير- هذه هي المنطقة التي تؤثر فيها الجاذبية على فصل الغازات، حيث أن اختلاطها عند هذا الارتفاع لا يكاد يذكر. وهذا يعني تكوين متغير للغلاف الجوي. ويوجد تحته جزء متجانس ومختلط جيدًا من الغلاف الجوي، يُسمى الغلاف الجوي. وتسمى الحدود بين هذه الطبقات بالتوقف التوربيني، وتقع على ارتفاع حوالي 120 كم.

الخصائص الفيزيائية

يبلغ سمك الغلاف الجوي حوالي 2000 - 3000 كيلومتر من سطح الأرض. الكتلة الهوائية الكلية (5.1-5.3) −10 18 كجم. الكتلة المولية للهواء الجاف النظيف هي 28.966. الضغط عند 0 درجة مئوية عند مستوى سطح البحر 101.325 كيلو باسكال؛ درجة الحرارة الحرجة؟ 140.7 درجة مئوية؛ الضغط الحرج 3.7 ميجا باسكال. ج ص 1.0048?10? J/(kg K)(عند 0 درجة مئوية)، C v 0.7159 10؟ J / (كجم ك) (عند 0 درجة مئوية). ذوبان الهواء في الماء عند 0 درجة مئوية هو 0.036%، عند 25 درجة مئوية - 0.22%.

الخصائص الفسيولوجية وغيرها من الغلاف الجوي

بالفعل على ارتفاع 5 كم فوق مستوى سطح البحر، يبدأ الشخص غير المدرب في تجربة جوع الأكسجين وبدون التكيف، يتم تقليل أداء الشخص بشكل كبير. المنطقة الفسيولوجية للغلاف الجوي تنتهي هنا. يصبح تنفس الإنسان مستحيلاً على ارتفاع 15 كيلومتراً، رغم أن الغلاف الجوي على ارتفاع 115 كيلومتراً تقريباً يحتوي على الأكسجين.

يزودنا الغلاف الجوي بالأكسجين اللازم للتنفس. ومع ذلك، نظرًا لانخفاض الضغط الكلي للغلاف الجوي، فعندما ترتفع إلى الارتفاع، ينخفض ​​الضغط الجزئي للأكسجين وفقًا لذلك.

تحتوي رئتا الإنسان باستمرار على حوالي 3 لترات من الهواء السنخي. يبلغ الضغط الجزئي للأكسجين في الهواء السنخي عند الضغط الجوي الطبيعي 110 ملم زئبقي. الفن، ضغط ثاني أكسيد الكربون - 40 ملم زئبق. الفن وبخار الماء - 47 ملم زئبق. فن. مع زيادة الارتفاع، ينخفض ​​ضغط الأكسجين، ويظل إجمالي ضغط بخار الماء وثاني أكسيد الكربون في الرئتين ثابتًا تقريبًا - حوالي 87 ملم زئبق. فن. سيتوقف إمداد الأكسجين إلى الرئتين تمامًا عندما يصبح ضغط الهواء المحيط مساويًا لهذه القيمة.

على ارتفاع حوالي 19-20 كم، ينخفض ​​\u200b\u200bالضغط الجوي إلى 47 ملم زئبق. فن. ولذلك، عند هذا الارتفاع، يبدأ الماء والسائل الخلالي بالغليان في جسم الإنسان. خارج المقصورة المضغوطة على هذه الارتفاعات، يحدث الموت على الفور تقريبًا. وهكذا، من وجهة نظر علم وظائف الأعضاء البشرية، يبدأ "الفضاء" بالفعل على ارتفاع 15-19 كم.

طبقات الهواء الكثيفة - التروبوسفير والستراتوسفير - تحمينا من التأثيرات الضارة للإشعاع. مع ندرة كافية للهواء، على ارتفاعات تزيد عن 36 كم، يكون للإشعاعات المؤينة - الأشعة الكونية الأولية - تأثير مكثف على الجسم؛ على ارتفاعات تزيد عن 40 كم، يشكل الجزء فوق البنفسجي من الطيف الشمسي خطورة على البشر.

مع صعودنا إلى ارتفاع أكبر من أي وقت مضى فوق سطح الأرض، فإن مثل هذه الظواهر المألوفة التي يتم ملاحظتها في الطبقات السفلية من الغلاف الجوي مثل انتشار الصوت، وحدوث الرفع والسحب الديناميكي الهوائي، وانتقال الحرارة عن طريق الحمل الحراري، وما إلى ذلك، تضعف تدريجيًا ثم تختفي تمامًا .

في طبقات الهواء المتخلخلة، يكون انتشار الصوت مستحيلًا. حتى ارتفاعات 60-90 كم، لا يزال من الممكن استخدام مقاومة الهواء والرفع للطيران الديناميكي الهوائي. ولكن بدءًا من ارتفاعات تتراوح بين 100 و130 كيلومترًا، تفقد مفاهيم الرقم M وحاجز الصوت، المألوفة لدى كل طيار، معناها، حيث يمر خط كارمان التقليدي، الذي يبدأ بعده مجال الطيران الباليستي البحت، والذي لا يمكن إلا يتم التحكم فيها باستخدام قوى رد الفعل.

على ارتفاعات تزيد عن 100 كيلومتر، يُحرم الغلاف الجوي من خاصية رائعة أخرى - وهي القدرة على امتصاص وتوصيل ونقل الطاقة الحرارية عن طريق الحمل الحراري (أي عن طريق خلط الهواء). وهذا يعني أن عناصر مختلفة من المعدات الموجودة في المحطة الفضائية المدارية لن تكون قادرة على التبريد من الخارج بنفس الطريقة التي يتم بها عادةً على متن الطائرة - بمساعدة الطائرات النفاثة ومشعات الهواء. وعلى هذا الارتفاع، كما هو الحال في الفضاء بشكل عام، فإن الطريقة الوحيدة لنقل الحرارة هي الإشعاع الحراري.

تكوين الغلاف الجوي

يتكون الغلاف الجوي للأرض بشكل رئيسي من الغازات والشوائب المختلفة (الغبار، قطرات الماء، بلورات الجليد، أملاح البحر، منتجات الاحتراق).

يكون تركيز الغازات التي يتكون منها الغلاف الجوي ثابتًا تقريبًا، باستثناء الماء (H2O) وثاني أكسيد الكربون (CO2).

تكوين الهواء الجاف

الغاز	محتوى حسب الحجم،٪	محتوى بالوزن،٪
نتروجين	78,084	75,50
الأكسجين	20,946	23,10
الأرجون	0,932	1,286
ماء	0,5-4	-
ثاني أكسيد الكربون	0,032	0,046
نيون	1.818×10 −3	1.3×10 −3
هيليوم	4.6×10 −4	7.2×10 −5
الميثان	1.7×10 −4	-
كريبتون	1.14×10 −4	2.9×10 −4
هيدروجين	5×10 −5	7.6×10 −5
زينون	8.7×10 −6	-
أكسيد النيتروز	5×10 −5	7.7×10 −5

وبالإضافة إلى الغازات المبينة في الجدول، يحتوي الغلاف الجوي على غازي SO2 وNH3 وCO والأوزون والمواد الهيدروكربونية وحمض الهيدروكلوريك والأبخرة I2 بالإضافة إلى العديد من الغازات الأخرى بكميات قليلة. تحتوي طبقة التروبوسفير باستمرار على كمية كبيرة من الجزيئات الصلبة والسائلة العالقة (الهباء الجوي).

تاريخ تكوين الغلاف الجوي

وفقا للنظرية الأكثر شيوعا، كان للغلاف الجوي للأرض أربعة تركيبات مختلفة مع مرور الوقت. في البداية، كان يتكون من غازات خفيفة (الهيدروجين والهيليوم) تم التقاطها من الفضاء بين الكواكب. هذا هو ما يسمى الجو الابتدائي(منذ حوالي أربعة مليارات سنة). وفي المرحلة التالية أدى النشاط البركاني النشط إلى تشبع الغلاف الجوي بغازات أخرى غير الهيدروجين (ثاني أكسيد الكربون والأمونيا وبخار الماء). هذه هي الطريقة التي تم تشكيلها جو ثانوي(حوالي ثلاثة مليارات سنة قبل يومنا هذا). وكان هذا الجو التصالحي. علاوة على ذلك، تم تحديد عملية تكوين الغلاف الجوي من خلال العوامل التالية:

• تسرب الغازات الخفيفة (الهيدروجين والهيليوم) إلى الفضاء بين الكواكب؛
• التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الغلاف الجوي تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية وتصريفات البرق وبعض العوامل الأخرى.

تدريجيا هذه العوامل أدت إلى تشكيل الجو الثالث، تتميز بمحتوى أقل بكثير من الهيدروجين ومحتوى أعلى بكثير من النيتروجين وثاني أكسيد الكربون (يتكون نتيجة التفاعلات الكيميائية من الأمونيا والهيدروكربونات).

نتروجين

يرجع تكوين كمية كبيرة من N 2 إلى أكسدة الغلاف الجوي للأمونيا والهيدروجين بواسطة جزيئي O 2، الذي بدأ يأتي من سطح الكوكب نتيجة لعملية التمثيل الضوئي، بدءاً من 3 مليارات سنة. يتم إطلاق N2 أيضًا في الغلاف الجوي نتيجة لنزع النترات والمركبات الأخرى المحتوية على النيتروجين. يتأكسد النيتروجين بواسطة الأوزون إلى NO في الغلاف الجوي العلوي.

يتفاعل النيتروجين N 2 فقط في ظل ظروف محددة (على سبيل المثال، أثناء تفريغ البرق). يتم استخدام أكسدة النيتروجين الجزيئي بواسطة الأوزون أثناء التفريغ الكهربائي في الإنتاج الصناعي للأسمدة النيتروجينية. البكتيريا الزرقاء (الطحالب الخضراء المزرقة) والبكتيريا العقيدية التي تشكل تعايشًا جذريًا مع النباتات البقولية، ما يسمى، يمكن أن تتأكسد مع استهلاك منخفض للطاقة وتحويلها إلى شكل نشط بيولوجيًا. السماد الأخضر.

الأكسجين

بدأت تركيبة الغلاف الجوي تتغير بشكل جذري مع ظهور الكائنات الحية على الأرض، نتيجة عملية التمثيل الضوئي، المصحوبة بإطلاق الأكسجين وامتصاص ثاني أكسيد الكربون. في البداية، تم إنفاق الأكسجين على أكسدة المركبات المخفضة - الأمونيا، الهيدروكربونات، شكل الحديد الحديدي الموجود في المحيطات، إلخ. في نهاية هذه المرحلة، بدأ محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي في الزيادة. تدريجيا، تم تشكيل جو حديث مع خصائص مؤكسدة. ولأنها تسببت في تغيرات كبيرة ومفاجئة في العديد من العمليات التي تحدث في الغلاف الجوي والغلاف الصخري والمحيط الحيوي، فقد أطلق على هذا الحدث اسم كارثة الأكسجين.

ثاني أكسيد الكربون

يعتمد محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على النشاط البركاني والعمليات الكيميائية في أصداف الأرض، ولكن الأهم من ذلك كله - على شدة التخليق الحيوي وتحلل المواد العضوية في المحيط الحيوي للأرض. تتشكل الكتلة الحيوية الحالية للكوكب بالكامل تقريبًا (حوالي 2.4 × 10 12 طنًا) بسبب ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين وبخار الماء الموجود في الهواء الجوي. وتتحول المواد العضوية المدفونة في المحيطات والمستنقعات والغابات إلى فحم ونفط وغاز طبيعي. (انظر دورة الكربون الجيوكيميائية)

الغازات النبيلة

تلوث الهواء

في الآونة الأخيرة، بدأ البشر في التأثير على تطور الغلاف الجوي. وكانت نتيجة أنشطته زيادة كبيرة ومستمرة في محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بسبب احتراق الوقود الهيدروكربوني المتراكم في العصور الجيولوجية السابقة. يتم استهلاك كميات هائلة من ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية التمثيل الضوئي وتمتصها محيطات العالم. ويدخل هذا الغاز إلى الغلاف الجوي نتيجة تحلل الصخور الكربونية والمواد العضوية ذات الأصل النباتي والحيواني، وكذلك بسبب النشاط البركاني والصناعي البشري. على مدى السنوات المائة الماضية، زاد محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بنسبة 10%، ويأتي الجزء الأكبر (360 مليار طن) من احتراق الوقود. إذا استمر معدل نمو احتراق الوقود، فسوف تتضاعف كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي خلال الخمسين إلى الستين عامًا القادمة، وقد يؤدي ذلك إلى تغير المناخ العالمي.

يعد احتراق الوقود المصدر الرئيسي للغازات الملوثة (CO، SO2). ويتأكسد ثاني أكسيد الكبريت بواسطة الأكسجين الجوي إلى SO 3 في الطبقات العليا من الغلاف الجوي، والذي بدوره يتفاعل مع الماء وبخار الأمونيا، وينتج عن ذلك حمض الكبريتيك (H 2 SO 4) وكبريتات الأمونيوم ((NH 4) 2 SO 4). ) يتم إعادتها إلى سطح الأرض على شكل ما يسمى. المطر الحمضي. يؤدي استخدام محركات الاحتراق الداخلي إلى تلوث الغلاف الجوي بشكل كبير بأكاسيد النيتروجين والهيدروكربونات ومركبات الرصاص (رباعي إيثيل الرصاص Pb(CH3CH2)4)).

يحدث تلوث الغلاف الجوي نتيجة لأسباب طبيعية (الانفجارات البركانية، والعواصف الترابية، واحتباس قطرات من مياه البحر وحبوب اللقاح النباتية، وما إلى ذلك) والأنشطة الاقتصادية البشرية (استخراج الخامات ومواد البناء، وحرق الوقود، وصناعة الأسمنت، وما إلى ذلك). ). يعد الإطلاق المكثف على نطاق واسع للمواد الجسيمية في الغلاف الجوي أحد الأسباب المحتملة لتغير المناخ على هذا الكوكب.

الأدب

1. V. V. Parin، F. P. Kosmolinsky، B. A. Dushkov "بيولوجيا الفضاء والطب" (الطبعة الثانية، منقحة وموسعة)، M.: "Prosveshchenie"، 1975، 223 ص.
2. إن في جوساكوفا “الكيمياء البيئية”، روستوف أون دون: فينيكس، 2004، 192 مع ISBN 5-222-05386-5
3. سوكولوف ف. أ.. جيوكيمياء الغازات الطبيعية، م.، 1971؛
4. McEwen M.، فيليبس L.. كيمياء الغلاف الجوي، M.، 1978؛
5. وارك ك.، وارنر إس.، تلوث الهواء. المصادر والتحكم، عبر. من الإنجليزية، م.. 1980؛
6. رصد التلوث الخلفي للبيئات الطبيعية. V. 1، ل.، 1982.

انظر أيضا

روابط

الغلاف الجوي للأرض

أَجواء
غلاف غازي يحيط بجرم سماوي. وتعتمد خصائصه على الحجم والكتلة ودرجة الحرارة وسرعة الدوران والتركيب الكيميائي لجرم سماوي معين، كما تتحدد أيضًا بتاريخ تكوينه منذ لحظة تكوينه. يتكون الغلاف الجوي للأرض من خليط من الغازات يسمى الهواء. مكوناته الرئيسية هي النيتروجين والأكسجين بنسبة 4:1 تقريبًا. يتأثر الشخص بشكل أساسي بحالة الطبقة السفلى من الغلاف الجوي التي تتراوح بين 15 إلى 25 كيلومترًا، حيث يتركز الجزء الأكبر من الهواء في هذه الطبقة السفلية. ويسمى العلم الذي يدرس الغلاف الجوي علم الأرصاد الجوية، على الرغم من أن موضوع هذا العلم هو أيضًا الطقس وتأثيره على الإنسان. تتغير أيضًا حالة الطبقات العليا من الغلاف الجوي، الواقعة على ارتفاعات تتراوح من 60 إلى 300 وحتى 1000 كيلومتر من سطح الأرض. تتطور هنا رياح قوية وعواصف وتحدث ظواهر كهربائية مذهلة مثل الشفق القطبي. ترتبط العديد من الظواهر المدرجة بتدفق الإشعاع الشمسي والإشعاع الكوني والمجال المغناطيسي للأرض. تعتبر الطبقات العليا من الغلاف الجوي أيضًا مختبرًا كيميائيًا، حيث أنه في ظل ظروف قريبة من الفراغ، تدخل بعض غازات الغلاف الجوي، تحت تأثير تدفق قوي للطاقة الشمسية، في تفاعلات كيميائية. ويسمى العلم الذي يدرس هذه الظواهر والعمليات المترابطة بفيزياء الغلاف الجوي العلوي.
الخصائص العامة للغلاف الجوي للأرض
أبعاد.حتى استكشفت صواريخ السبر والأقمار الصناعية الطبقات الخارجية للغلاف الجوي على مسافات أكبر بعدة مرات من نصف قطر الأرض، كان يُعتقد أنه عندما نبتعد عن سطح الأرض، يصبح الغلاف الجوي أكثر تخلخلًا وينتقل بسلاسة إلى الفضاء بين الكواكب . لقد ثبت الآن أن الطاقة المتدفقة من الطبقات العميقة للشمس تخترق الفضاء الخارجي بعيدًا عن مدار الأرض، وصولاً إلى الحدود الخارجية للنظام الشمسي. هذا ما يسمى وتتدفق الرياح الشمسية حول المجال المغناطيسي للأرض، لتشكل "تجويفًا" ممدودًا يتركز فيه الغلاف الجوي للأرض. يضيق المجال المغناطيسي للأرض بشكل ملحوظ على الجانب النهاري المواجه للشمس ويشكل لسانًا طويلًا، ربما يمتد إلى ما وراء مدار القمر، على الجانب الليلي المقابل. تسمى حدود المجال المغناطيسي للأرض بالفواصل المغناطيسية. ومن ناحية النهار، تمتد هذه الحدود على مسافة حوالي سبعة أنصاف أقطار الأرض من السطح، ولكن خلال فترات النشاط الشمسي المتزايد يتبين أنها أقرب إلى سطح الأرض. يعد الفاصل المغناطيسي أيضًا حدود الغلاف الجوي للأرض، والذي يُطلق على الغلاف الخارجي له أيضًا الغلاف المغناطيسي، حيث تتركز فيه الجزيئات المشحونة (الأيونات)، والتي يتم تحديد حركتها بواسطة المجال المغناطيسي للأرض. ويبلغ الوزن الإجمالي للغازات الجوية حوالي 4.5 * 1015 طنًا، وبالتالي فإن "وزن" الغلاف الجوي لكل وحدة مساحة، أو الضغط الجوي، يبلغ حوالي 11 طنًا/م2 عند مستوى سطح البحر.
معنى للحياة.ويترتب على ما سبق أن الأرض مفصولة عن الفضاء بين الكواكب بطبقة واقية قوية. يتخلل الفضاء الخارجي الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية القوية القادمة من الشمس وحتى الإشعاع الكوني الأصعب، وهذه الأنواع من الإشعاع مدمرة لجميع الكائنات الحية. عند الحافة الخارجية للغلاف الجوي، تكون شدة الإشعاع مميتة، لكن الكثير منها يحتفظ بها الغلاف الجوي بعيدًا عن سطح الأرض. ويفسر امتصاص هذا الإشعاع الكثير من خصائص الطبقات العليا من الغلاف الجوي وخاصة الظواهر الكهربائية التي تحدث فيها. تعتبر الطبقة السفلية من الغلاف الجوي ذات مستوى الأرض ذات أهمية خاصة بالنسبة للبشر، الذين يعيشون عند نقطة الاتصال بين الأصداف الصلبة والسائلة والغازية للأرض. يُطلق على الغلاف العلوي للأرض "الصلبة" اسم الغلاف الصخري. حوالي 72% من سطح الأرض مغطى بمياه المحيطات، التي تشكل معظم الغلاف المائي. يحد الغلاف الجوي كلا من الغلاف الصخري والغلاف المائي. يعيش الإنسان في قاع محيط من الهواء وبالقرب من مستوى محيط الماء أو فوقه. يعد تفاعل هذه المحيطات أحد العوامل المهمة التي تحدد حالة الغلاف الجوي.
مُجَمَّع.تتكون الطبقات السفلية من الغلاف الجوي من خليط من الغازات (انظر الجدول). بالإضافة إلى تلك المدرجة في الجدول، توجد غازات أخرى على شكل شوائب صغيرة في الهواء: الأوزون، والميثان، ومواد مثل أول أكسيد الكربون (CO)، وأكاسيد النيتروجين والكبريت، والأمونيا.

تكوين الغلاف الجوي

وفي الطبقات العليا من الغلاف الجوي يتغير تركيب الهواء تحت تأثير الإشعاع القوي الصادر من الشمس، مما يؤدي إلى تفكك جزيئات الأكسجين إلى ذرات. الأكسجين الذري هو المكون الرئيسي للطبقات العليا من الغلاف الجوي. وأخيرا، في طبقات الغلاف الجوي الأبعد عن سطح الأرض، فإن المكونات الرئيسية هي أخف الغازات - الهيدروجين والهيليوم. وبما أن الجزء الأكبر من المادة يتركز في الـ 30 كيلومترا السفلية، فإن التغيرات في تكوين الهواء على ارتفاعات تزيد عن 100 كيلومتر ليس لها تأثير ملحوظ على التكوين العام للغلاف الجوي.
تبادل الطاقة.الشمس هي المصدر الرئيسي للطاقة التي تزود الأرض. على مسافة حوالي. على بعد 150 مليون كيلومتر من الشمس، تتلقى الأرض ما يقرب من واحد على اثنين مليار من الطاقة التي تنبعث منها، خاصة في الجزء المرئي من الطيف، والذي يسميه البشر "الضوء". يتم امتصاص معظم هذه الطاقة في الغلاف الجوي والغلاف الصخري. تبعث الأرض أيضًا طاقة، معظمها على شكل إشعاع تحت أحمر طويل الموجة. وبهذه الطريقة يتم إنشاء التوازن بين الطاقة الواردة من الشمس وتسخين الأرض والغلاف الجوي والتدفق العكسي للطاقة الحرارية المنبعثة إلى الفضاء. آلية هذا التوازن معقدة للغاية. تعمل جزيئات الغبار والغاز على تشتيت الضوء، مما يعكسه جزئيًا في الفضاء الخارجي. وينعكس المزيد من الإشعاع الوارد بواسطة السحب. يتم امتصاص بعض الطاقة مباشرة عن طريق جزيئات الغاز، ولكن بشكل رئيسي عن طريق الصخور والنباتات والمياه السطحية. ينقل بخار الماء وثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي الإشعاع المرئي ولكنه يمتص الأشعة تحت الحمراء. تتراكم الطاقة الحرارية بشكل رئيسي في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي. يحدث تأثير مماثل في الدفيئة عندما يسمح الزجاج للضوء بالدخول وتسخن التربة. نظرًا لأن الزجاج معتم نسبيًا للأشعة تحت الحمراء، فإن الحرارة تتراكم في الدفيئة. غالبًا ما يُطلق على تسخين الغلاف الجوي السفلي بسبب وجود بخار الماء وثاني أكسيد الكربون اسم ظاهرة الاحتباس الحراري. تلعب الغيوم دورًا مهمًا في الحفاظ على الحرارة في الطبقات السفلية من الغلاف الجوي. إذا كانت السحب صافية أو أصبح الهواء أكثر شفافية، فإن درجة الحرارة تنخفض حتماً حيث يشع سطح الأرض الطاقة الحرارية بحرية في الفضاء المحيط. يمتص الماء الموجود على سطح الأرض الطاقة الشمسية ويتبخر ويتحول إلى غاز - بخار الماء الذي يحمل كمية هائلة من الطاقة إلى الطبقات السفلى من الغلاف الجوي. وعندما يتكثف بخار الماء وتتشكل السحب أو الضباب، تنطلق هذه الطاقة على شكل حرارة. يتم إنفاق حوالي نصف الطاقة الشمسية التي تصل إلى سطح الأرض على تبخر الماء ودخول الطبقات السفلى من الغلاف الجوي. وبالتالي، بسبب ظاهرة الاحتباس الحراري وتبخر الماء، يسخن الغلاف الجوي من الأسفل. وهذا ما يفسر جزئيا النشاط العالي لدورته مقارنة بدورة المحيط العالمي، الذي يتم تسخينه من الأعلى فقط وبالتالي فهو أكثر استقرارا من الغلاف الجوي.
انظر أيضًا الأرصاد الجوية وعلم المناخ. بالإضافة إلى التسخين العام للغلاف الجوي بواسطة "الضوء" الشمسي، يحدث تسخين كبير لبعض طبقاته بسبب الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية القادمة من الشمس. بناء. بالمقارنة مع السوائل والمواد الصلبة، في المواد الغازية تكون قوة الجذب بين الجزيئات ضئيلة. ومع زيادة المسافة بين الجزيئات، تصبح الغازات قادرة على التمدد إلى ما لا نهاية إذا لم يكن هناك ما يمنعها. الحد الأدنى للغلاف الجوي هو سطح الأرض. بالمعنى الدقيق للكلمة، هذا الحاجز غير قابل للاختراق، حيث يحدث تبادل الغازات بين الهواء والماء وحتى بين الهواء والصخور، ولكن في هذه الحالة يمكن إهمال هذه العوامل. وبما أن الغلاف الجوي عبارة عن غلاف كروي، فليس له حدود جانبية، ولكن فقط حدود سفلية وحد علوي (خارجي)، مفتوحان من جانب الفضاء بين الكواكب. تتسرب بعض الغازات المحايدة عبر الحدود الخارجية، كما تدخل المادة من الفضاء الخارجي المحيط. معظم الجسيمات المشحونة، باستثناء الأشعة الكونية عالية الطاقة، إما يتم التقاطها بواسطة الغلاف المغناطيسي أو صدها. كما يتأثر الغلاف الجوي بقوة الجاذبية التي تثبت القشرة الهوائية على سطح الأرض. يتم ضغط الغازات الجوية تحت وزنها. يصل هذا الضغط إلى الحد الأقصى عند الحدود السفلية للغلاف الجوي، وبالتالي تكون كثافة الهواء أكبر هنا. عند أي ارتفاع فوق سطح الأرض، تعتمد درجة ضغط الهواء على كتلة عمود الهواء المغطي، وبالتالي، مع الارتفاع، تنخفض كثافة الهواء. الضغط، الذي يساوي كتلة عمود الهواء المغطي لكل وحدة مساحة، يعتمد بشكل مباشر على الكثافة، وبالتالي يتناقص أيضًا مع الارتفاع. إذا كان الغلاف الجوي "غازًا مثاليًا" بتركيبة ثابتة مستقلة عن الارتفاع، ودرجة حرارة ثابتة، وقوة جاذبية ثابتة تؤثر عليه، فإن الضغط سينخفض ​​10 مرات لكل 20 كيلومترًا من الارتفاع. ويختلف الغلاف الجوي الحقيقي قليلاً عن الغاز المثالي حتى ارتفاع حوالي 100 كيلومتر، ثم يتناقص الضغط ببطء أكثر مع الارتفاع مع تغير تركيبة الهواء. تم أيضًا إدخال تغييرات صغيرة على النموذج الموصوف من خلال انخفاض الجاذبية مع المسافة من مركز الأرض، والتي تبلغ تقريبًا. 3% لكل 100 كيلومتر من الارتفاع. وعلى عكس الضغط الجوي، فإن درجة الحرارة لا تنخفض بشكل مستمر مع الارتفاع. كما هو مبين في الشكل. 1، ينخفض ​​إلى ما يقرب من 10 كم، ثم يبدأ في الارتفاع مرة أخرى. يحدث هذا عندما يمتص الأكسجين الإشعاع الشمسي فوق البنفسجي. وينتج عن ذلك غاز الأوزون الذي تتكون جزيئاته من ثلاث ذرات أكسجين (O3). كما أنه يمتص الأشعة فوق البنفسجية، وبالتالي ترتفع درجة حرارة هذه الطبقة من الغلاف الجوي، والتي تسمى غلاف الأوزون. في الأعلى، تنخفض درجة الحرارة مرة أخرى، نظرًا لوجود عدد أقل بكثير من جزيئات الغاز، وبالتالي يقل امتصاص الطاقة. وفي الطبقات الأعلى، ترتفع درجة الحرارة مرة أخرى بسبب امتصاص الغلاف الجوي لأقصر طول موجي للأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية القادمة من الشمس. تحت تأثير هذا الإشعاع القوي، يحدث تأين الغلاف الجوي، أي. يفقد جزيء الغاز إلكترونًا ويكتسب شحنة كهربائية موجبة. تصبح هذه الجزيئات أيونات موجبة الشحنة. وبسبب وجود الإلكترونات والأيونات الحرة، تكتسب هذه الطبقة من الغلاف الجوي خصائص الموصل الكهربائي. ويعتقد أن درجة الحرارة تستمر في الارتفاع إلى مستويات حيث يمر الغلاف الجوي الرقيق إلى الفضاء بين الكواكب. وعلى مسافة عدة آلاف من الكيلومترات من سطح الأرض، من المرجح أن تسود درجات حرارة تتراوح بين 5000 درجة إلى 10000 درجة مئوية. وعلى الرغم من أن الجزيئات والذرات تتمتع بسرعات عالية جدًا في الحركة، وبالتالي درجة حرارة عالية، إلا أن هذا الغاز المتخلخل ليس كذلك. حار" بالمعنى المعتاد. ونظرًا لقلة عدد الجزيئات الموجودة على ارتفاعات عالية، فإن إجمالي طاقتها الحرارية صغير جدًا. وبالتالي، يتكون الغلاف الجوي من طبقات منفصلة (أي سلسلة من الأغلفة أو المجالات متحدة المركز)، ويعتمد فصلها على الخاصية الأكثر أهمية. واستنادًا إلى متوسط ​​توزيع درجات الحرارة، طوَّر خبراء الأرصاد الجوية رسمًا تخطيطيًا لبنية "الجو المتوسط" المثالي (انظر الشكل 1).

طبقة التروبوسفير هي الطبقة السفلى من الغلاف الجوي، وتمتد إلى الحد الأدنى الحراري الأول (ما يسمى التروبوبوز). يعتمد الحد الأعلى لطبقة التروبوسفير على خط العرض الجغرافي (في المناطق الاستوائية - 18-20 كم، في خطوط العرض المعتدلة - حوالي 10 كم) والوقت من السنة. أجرت هيئة الأرصاد الجوية الوطنية الأمريكية عمليات سبر بالقرب من القطب الجنوبي وكشفت عن تغيرات موسمية في ارتفاع طبقة التروبوبوز. في شهر مارس، يصل ارتفاع طبقة التروبوبوز إلى حوالي. 7.5 كم. من مارس إلى أغسطس أو سبتمبر، هناك تبريد ثابت لطبقة التروبوسفير، وترتفع حدودها إلى ارتفاع حوالي 11.5 كم لفترة قصيرة في أغسطس أو سبتمبر. ثم من سبتمبر إلى ديسمبر يتناقص بسرعة ويصل إلى أدنى موضع له - 7.5 كم، حيث يبقى حتى مارس، ويتقلب في حدود 0.5 كم فقط. في طبقة التروبوسفير يتشكل الطقس بشكل أساسي، وهو ما يحدد شروط الوجود البشري. يتركز معظم بخار الماء في الغلاف الجوي في طبقة التروبوسفير، وبالتالي تتشكل السحب في المقام الأول، على الرغم من أن بعضها، الذي يتكون من بلورات الجليد، يوجد في الطبقات العليا. تتميز طبقة التروبوسفير بالاضطرابات والتيارات الهوائية القوية (الرياح) والعواصف. توجد في طبقة التروبوسفير العليا تيارات هوائية قوية في اتجاه محدد بدقة. وتتشكل الدوامات المضطربة، الشبيهة بالدوامات الصغيرة، تحت تأثير الاحتكاك والتفاعل الديناميكي بين الكتل الهوائية البطيئة والسريعة الحركة. ونظرًا لعدم وجود غطاء سحابي عادةً عند هذه المستويات العالية، يُطلق على هذا الاضطراب اسم "اضطراب الهواء الصافي".
الستراتوسفير. غالبًا ما توصف الطبقة العليا من الغلاف الجوي خطأً بأنها طبقة ذات درجات حرارة ثابتة نسبيًا، حيث تهب الرياح بشكل أكثر أو أقل بشكل ثابت وحيث تتغير عناصر الأرصاد الجوية قليلاً. تسخن الطبقات العليا من الستراتوسفير عندما يمتص الأكسجين والأوزون الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس. الحد العلوي لطبقة الستراتوسفير (الستراتوبوز) هو المكان الذي ترتفع فيه درجة الحرارة قليلاً، وتصل إلى حد أقصى متوسط، والذي غالبًا ما يكون مشابهًا لدرجة حرارة الطبقة السطحية من الهواء. بناءً على الملاحظات التي تم إجراؤها باستخدام الطائرات والبالونات المصممة للطيران على ارتفاعات ثابتة، تم تحديد الاضطرابات المضطربة والرياح القوية التي تهب في اتجاهات مختلفة في طبقة الستراتوسفير. كما هو الحال في طبقة التروبوسفير، هناك دوامات هوائية قوية تشكل خطورة خاصة على الطائرات عالية السرعة. تهب رياح قوية، تسمى التيارات النفاثة، في مناطق ضيقة على طول الحدود القطبية لخطوط العرض المعتدلة. ومع ذلك، يمكن لهذه المناطق أن تتغير وتختفي ثم تظهر مرة أخرى. تخترق التيارات النفاثة عادة طبقة التروبوبوز وتظهر في طبقة التروبوسفير العليا، لكن سرعتها تتناقص بسرعة مع انخفاض الارتفاع. من الممكن أن تؤثر بعض الطاقة التي تدخل طبقة الستراتوسفير (التي تنفق بشكل أساسي على تكوين الأوزون) على العمليات في طبقة التروبوسفير. ويرتبط الاختلاط النشط بشكل خاص بالجبهات الجوية، حيث تم تسجيل تدفقات واسعة من هواء الستراتوسفير أسفل طبقة التروبوبوز بكثير، وتم سحب هواء التروبوسفير إلى الطبقات السفلية من الستراتوسفير. تم إحراز تقدم كبير في دراسة الهيكل الرأسي للطبقات السفلية من الغلاف الجوي بسبب تحسين تكنولوجيا إطلاق المسبار اللاسلكي على ارتفاعات تتراوح بين 25 و 30 كم. طبقة الميزوسفير، الواقعة فوق طبقة الستراتوسفير، عبارة عن قشرة تنخفض فيها درجة الحرارة حتى ارتفاع 80-85 كم إلى الحد الأدنى لقيم الغلاف الجوي ككل. تم تسجيل درجات حرارة منخفضة قياسية تصل إلى -110 درجة مئوية بواسطة صواريخ الطقس التي تم إطلاقها من المنشأة الأمريكية الكندية في فورت تشرشل (كندا). يتزامن الحد الأعلى لطبقة الميزوسفير (الميزوبوز) تقريبًا مع الحد الأدنى لمنطقة الامتصاص النشط للأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية قصيرة الموجة القادمة من الشمس، والتي تكون مصحوبة بتسخين وتأين الغاز. في المناطق القطبية، غالبًا ما تظهر الأنظمة السحابية أثناء فترة انقطاع الطمث في الصيف، وتحتل مساحة كبيرة، ولكن مع تطور عمودي قليل. غالبًا ما تكشف مثل هذه السحب المتوهجة ليلاً عن تحركات هوائية واسعة النطاق تشبه الأمواج في طبقة الميزوسفير. ولم يتم بعد دراسة تكوين هذه السحب ومصادر الرطوبة ونواة التكثيف وديناميكياتها وعلاقاتها بالعوامل الجوية. الغلاف الحراري هو طبقة من الغلاف الجوي ترتفع فيها درجة الحرارة بشكل مستمر. ويمكن أن تصل قوتها إلى 600 كيلومتر. يتناقص ضغط الغاز وبالتالي كثافته باستمرار مع الارتفاع. بالقرب من سطح الأرض، يحتوي 1 م3 من الهواء تقريبًا. 2.5 × 1025 جزيء، على ارتفاع تقريبًا. 100 كم، في الطبقات السفلى من الغلاف الحراري - حوالي 1019، على ارتفاع 200 كم، في الأيونوسفير - 5 * 10 15، ووفقا للحسابات، على ارتفاع تقريبا. 850 كم - حوالي 1012 جزيء. في الفضاء بين الكواكب، يكون تركيز الجزيئات 108-109 لكل 1 م3. على ارتفاع حوالي. على مسافة 100 كيلومتر، يكون عدد الجزيئات صغيرًا، ونادرا ما تصطدم ببعضها البعض. تسمى المسافة المتوسطة التي يقطعها الجزيء المتحرك بشكل عشوائي قبل الاصطدام بجزيء آخر مماثل المسار الحر المتوسط. الطبقة التي تزيد فيها هذه القيمة بشكل كبير بحيث يمكن إهمال احتمال الاصطدامات بين الجزيئات أو بين الذرات تقع على الحدود بين الغلاف الحراري والغلاف الخارجي (الغلاف الخارجي) وتسمى بالتوقف الحراري. يقع الثيرموباس على بعد حوالي 650 كم من سطح الأرض. عند درجة حرارة معينة، تعتمد سرعة الجزيء على كتلته: الجزيئات الأخف تتحرك بشكل أسرع من الجزيئات الأثقل. وفي الغلاف الجوي السفلي، حيث المسار الحر قصير جداً، لا يوجد فصل ملحوظ للغازات حسب وزنها الجزيئي، ولكنه واضح فوق 100 كم. بالإضافة إلى ذلك، تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية القادمة من الشمس، تتفكك جزيئات الأكسجين إلى ذرات كتلتها نصف كتلة الجزيء. لذلك، مع ابتعادنا عن سطح الأرض، تزداد أهمية الأكسجين الذري في تكوين الغلاف الجوي وعلى ارتفاع يقارب 100 درجة مئوية. 200 كم يصبح المكون الرئيسي لها. في الأعلى، على مسافة حوالي 1200 كيلومتر من سطح الأرض، تسود الغازات الخفيفة - الهيليوم والهيدروجين. يتكون الغلاف الخارجي للغلاف الجوي منها. ويسمى هذا الفصل بالوزن بالتقسيم الطبقي المنتشر، وهو يشبه فصل المخاليط باستخدام جهاز الطرد المركزي. الغلاف الخارجي هو الطبقة الخارجية للغلاف الجوي، والتي تتشكل بناءً على التغيرات في درجات الحرارة وخصائص الغاز المحايد. تدور الجزيئات والذرات الموجودة في الغلاف الخارجي حول الأرض في مدارات باليستية تحت تأثير الجاذبية. بعض هذه المدارات مكافئة وتشبه مسارات المقذوفات. يمكن أن تدور الجزيئات حول الأرض وفي مدارات إهليلجية، مثل الأقمار الصناعية. بعض الجزيئات، وخاصة الهيدروجين والهيليوم، لها مسارات مفتوحة وتذهب إلى الفضاء الخارجي (الشكل 2).

الروابط بين الشمس والأرض وتأثيرها على الغلاف الجوي
المد والجزر الجوية. إن انجذاب الشمس والقمر يؤدي إلى حدوث مد وجزر في الغلاف الجوي، على غرار المد والجزر على الأرض والبحر. لكن هناك فرق كبير بين المد والجزر في الغلاف الجوي: يتفاعل الغلاف الجوي بقوة أكبر مع جاذبية الشمس، في حين أن قشرة الأرض والمحيطات تستجيب بقوة أكبر لجاذبية القمر. يتم تفسير ذلك من خلال حقيقة أن الغلاف الجوي يتم تسخينه بواسطة الشمس، بالإضافة إلى الجاذبية، هناك مد حراري قوي. بشكل عام، آليات تشكيل المد والجزر الجوية والبحرية متشابهة، إلا أنه من أجل التنبؤ برد فعل الهواء لتأثيرات الجاذبية والحرارة، من الضروري أن تأخذ في الاعتبار قابليتها للانضغاط وتوزيع درجة الحرارة. ليس من الواضح تمامًا سبب سيطرة المد الشمسي شبه النهاري (12 ساعة) في الغلاف الجوي على المد الشمسي اليومي وشبه النهاري القمري، على الرغم من أن القوى الدافعة للعمليتين الأخيرتين أقوى بكثير. في السابق، كان يعتقد أن الرنين ينشأ في الغلاف الجوي، مما يعزز التذبذبات لمدة 12 ساعة. إلا أن الملاحظات التي تم إجراؤها باستخدام الصواريخ الجيوفيزيائية تشير إلى عدم وجود أسباب حرارية لمثل هذا الرنين. عند حل هذه المشكلة، ربما يكون من الضروري مراعاة جميع الخصائص الهيدروديناميكية والحرارية للغلاف الجوي. على سطح الأرض بالقرب من خط الاستواء، حيث يكون تأثير تقلبات المد والجزر هو الحد الأقصى، فإنه يوفر تغيرا في الضغط الجوي بنسبة 0.1٪. وتبلغ سرعة الرياح المد والجزر حوالي. 0.3 كم/ساعة. نظرًا للبنية الحرارية المعقدة للغلاف الجوي (خاصة وجود درجة حرارة دنيا عند فترة الميزوبوز)، يتم تكثيف تيارات الهواء المد والجزر، وعلى سبيل المثال، على ارتفاع 70 كم، تكون سرعتها أعلى بحوالي 160 مرة من سرعة الغلاف الجوي. سطح الأرض، مما له عواقب جيوفيزيائية مهمة. ويعتقد أنه في الجزء السفلي من الغلاف الأيوني (الطبقة E)، تحرك تقلبات المد والجزر الغاز المتأين عموديا في المجال المغناطيسي للأرض، وبالتالي تنشأ تيارات كهربائية هنا. تنشأ أنظمة التيارات الناشئة باستمرار على سطح الأرض من خلال اضطرابات في المجال المغناطيسي. تتوافق التغيرات اليومية في المجال المغناطيسي بشكل جيد إلى حد ما مع القيم المحسوبة، مما يوفر أدلة مقنعة لصالح نظرية آليات المد والجزر في "دينامو الغلاف الجوي". يجب أن تنتقل التيارات الكهربائية المتولدة في الجزء السفلي من طبقة الأيونوسفير (الطبقة E) إلى مكان ما، وبالتالي يجب أن تكتمل الدائرة. يصبح القياس مع الدينامو كاملاً إذا اعتبرنا الحركة القادمة بمثابة عمل المحرك. من المفترض أن يحدث الدوران العكسي للتيار الكهربائي في الطبقة العليا من الأيونوسفير (F)، وهذا التدفق المضاد قد يفسر بعض السمات المميزة لهذه الطبقة. وأخيرًا، يجب أن يؤدي تأثير المد والجزر أيضًا إلى توليد تدفقات أفقية في الطبقة E وبالتالي في الطبقة F.
الأيونوسفير.محاولة شرح آلية حدوث الشفق القطبي لعلماء القرن التاسع عشر. اقترح أن هناك منطقة بها جزيئات مشحونة كهربائيًا في الغلاف الجوي. في القرن العشرين تم الحصول على أدلة مقنعة تجريبيا على وجود طبقة تعكس موجات الراديو على ارتفاعات 85 إلى 400 كيلومتر. ومن المعروف الآن أن خواصه الكهربائية هي نتيجة تأين الغاز الجوي. ولذلك، تسمى هذه الطبقة عادة الأيونوسفير. ويحدث التأثير على موجات الراديو بشكل رئيسي بسبب وجود إلكترونات حرة في طبقة الأيونوسفير، على الرغم من أن آلية انتشار الموجات الراديوية ترتبط بوجود أيونات كبيرة. وهذه الأخيرة أيضًا ذات أهمية عند دراسة الخواص الكيميائية للغلاف الجوي، لأنها أكثر نشاطًا من الذرات والجزيئات المحايدة. تلعب التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الغلاف الأيوني دورًا مهمًا في توازن الطاقة والكهرباء.
الأيونوسفير العادي.قدمت الملاحظات التي تم إجراؤها باستخدام الصواريخ والأقمار الصناعية الجيوفيزيائية ثروة من المعلومات الجديدة التي تشير إلى أن تأين الغلاف الجوي يحدث تحت تأثير مجموعة واسعة من الإشعاع الشمسي. ويتركز الجزء الرئيسي منه (أكثر من 90%) في الجزء المرئي من الطيف. تنبعث الأشعة فوق البنفسجية، التي لها طول موجي أقصر وطاقة أعلى من أشعة الضوء البنفسجي، من الهيدروجين الموجود في الغلاف الجوي الداخلي للشمس (الكروموسفير)، وتنبعث الأشعة السينية، التي لها طاقة أعلى، من الغازات الموجودة في الغلاف الخارجي للشمس (الإكليل). تعود الحالة الطبيعية (المتوسطة) للأيونوسفير إلى الإشعاع القوي المستمر. تحدث تغيرات منتظمة في طبقة الأيونوسفير العادية بسبب الدوران اليومي للأرض والاختلافات الموسمية في زاوية سقوط أشعة الشمس عند الظهر، ولكن تحدث أيضًا تغيرات مفاجئة وغير متوقعة في حالة الأيونوسفير.
اضطرابات في طبقة الأيونوسفير. كما هو معروف، تحدث اضطرابات دورية قوية في الشمس، والتي تصل إلى حد أقصى كل 11 عامًا. تزامنت الملاحظات في إطار برنامج السنة الجيوفيزيائية الدولية (IGY) مع فترة أعلى نشاط شمسي طوال فترة عمليات رصد الأرصاد الجوية المنهجية، أي. من بداية القرن الثامن عشر. خلال فترات النشاط العالي، يزداد سطوع بعض المناطق في الشمس عدة مرات، وترسل نبضات قوية من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية. وتسمى هذه الظواهر التوهجات الشمسية. تستمر من عدة دقائق إلى ساعة إلى ساعتين. أثناء التوهج، ينفجر الغاز الشمسي (معظمه من البروتونات والإلكترونات)، وتندفع الجسيمات الأولية إلى الفضاء الخارجي. للإشعاع الكهرومغناطيسي والجسيمي الصادر عن الشمس أثناء مثل هذه التوهجات تأثير قوي على الغلاف الجوي للأرض. وقد لوحظ التفاعل الأولي بعد 8 دقائق من التوهج، عندما تصل الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية المكثفة إلى الأرض. ونتيجة لذلك، يزيد التأين بشكل حاد. تخترق الأشعة السينية الغلاف الجوي حتى الحدود الدنيا للغلاف الأيوني؛ يزداد عدد الإلكترونات في هذه الطبقات بشكل كبير بحيث يتم امتصاص إشارات الراديو بالكامل تقريبًا ("تنطفئ"). يؤدي الامتصاص الإضافي للإشعاع إلى تسخين الغاز، مما يساهم في تطور الرياح. الغاز المتأين هو موصل للكهرباء، وعندما يتحرك في المجال المغناطيسي للأرض يحدث تأثير دينامو وينشأ تيار كهربائي. يمكن لهذه التيارات بدورها أن تسبب اضطرابات ملحوظة في المجال المغناطيسي وتتجلى في شكل عواصف مغناطيسية. تستغرق هذه المرحلة الأولية وقتًا قصيرًا فقط، يتوافق مع مدة التوهج الشمسي. أثناء التوهجات القوية على الشمس، يندفع تيار من الجزيئات المتسارعة إلى الفضاء الخارجي. وعندما يتجه نحو الأرض تبدأ المرحلة الثانية التي لها تأثير كبير على حالة الغلاف الجوي. تشير العديد من الظواهر الطبيعية، وأشهرها الشفق القطبي، إلى وصول عدد كبير من الجسيمات المشحونة إلى الأرض (انظر أيضًا الشفق القطبي). ومع ذلك، فإن عمليات انفصال هذه الجسيمات عن الشمس، ومساراتها في الفضاء بين الكواكب، وآليات التفاعل مع المجال المغناطيسي للأرض والغلاف المغناطيسي، لم تتم دراستها بشكل كافٍ بعد. أصبحت المشكلة أكثر تعقيدًا بعد اكتشاف جيمس فان ألين عام 1958 لأصداف تتكون من جسيمات مشحونة يحتفظ بها مجال مغناطيسي أرضي. وتنتقل هذه الجسيمات من نصف الكرة الأرضية إلى الآخر، وتدور بشكل حلزوني حول خطوط المجال المغناطيسي. بالقرب من الأرض، على ارتفاع يعتمد على شكل خطوط المجال وطاقة الجسيمات، توجد "نقاط انعكاس" تغير عندها الجسيمات اتجاه حركتها إلى الاتجاه المعاكس (الشكل 3). ولأن شدة المجال المغناطيسي تتناقص مع المسافة من الأرض، فإن المدارات التي تتحرك فيها هذه الجسيمات تصبح مشوهة إلى حد ما: تنحرف الإلكترونات نحو الشرق، والبروتونات نحو الغرب. ولذلك يتم توزيعها على شكل أحزمة حول العالم.

بعض النتائج المترتبة على تسخين الجو بواسطة الشمس.تؤثر الطاقة الشمسية على الغلاف الجوي بأكمله. سبق أن ذكرنا أعلاه الأحزمة التي تتكون من جسيمات مشحونة في المجال المغناطيسي للأرض وتدور حوله. وتكون هذه الأحزمة أقرب إلى سطح الأرض في المناطق تحت القطبية (انظر الشكل 3)، حيث يتم ملاحظة الشفق القطبي. يوضح الشكل 1 أن درجات حرارة الغلاف الحراري في المناطق الشفقية في كندا أعلى بكثير منها في جنوب غرب الولايات المتحدة. ومن المحتمل أن تطلق الجسيمات الملتقطة بعضا من طاقتها إلى الغلاف الجوي، خاصة عند اصطدامها بجزيئات الغاز بالقرب من نقاط الانعكاس، وتترك مداراتها السابقة. هذه هي الطريقة التي يتم بها تسخين الطبقات العليا من الغلاف الجوي في المنطقة الشفقية. تم اكتشاف اكتشاف مهم آخر أثناء دراسة مدارات الأقمار الصناعية. ويعتقد لويجي إياتشيا، عالم الفلك في مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية، أن الانحرافات الطفيفة في هذه المدارات ترجع إلى التغيرات في كثافة الغلاف الجوي أثناء تسخينه بواسطة الشمس. واقترح وجود كثافة إلكترونية قصوى على ارتفاع أكثر من 200 كيلومتر في طبقة الأيونوسفير، وهي لا تتوافق مع الظهيرة الشمسية، ولكنها تحت تأثير قوى الاحتكاك تتأخر عنها بنحو ساعتين. في هذا الوقت، يتم ملاحظة قيم كثافة الغلاف الجوي النموذجية لارتفاع 600 كيلومتر عند مستوى تقريبي. 950 كم. بالإضافة إلى ذلك، يواجه الحد الأقصى لتركيز الإلكترون تقلبات غير منتظمة بسبب ومضات قصيرة المدى من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية القادمة من الشمس. اكتشف L. Iacchia أيضًا تقلبات قصيرة المدى في كثافة الهواء، تتوافق مع التوهجات الشمسية واضطرابات المجال المغناطيسي. يتم تفسير هذه الظواهر من خلال دخول جزيئات ذات أصل شمسي إلى الغلاف الجوي للأرض وتسخين تلك الطبقات التي تدور فيها الأقمار الصناعية.
كهرباء الغلاف الجوي
في الطبقة السطحية من الغلاف الجوي، يتعرض جزء صغير من الجزيئات للتأين تحت تأثير الأشعة الكونية والإشعاع الناتج عن الصخور المشعة ومنتجات اضمحلال الراديوم (الرادون بشكل رئيسي) في الهواء نفسه. أثناء التأين، تفقد الذرة إلكترونًا وتكتسب شحنة موجبة. يتحد الإلكترون الحر بسرعة مع ذرة أخرى لتكوين أيون سالب الشحنة. هذه الأيونات الموجبة والسالبة المقترنة لها أحجام جزيئية. تميل الجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي إلى التجمع حول هذه الأيونات. تتحد العديد من الجزيئات مع الأيون لتشكل مركبًا يسمى عادةً "الأيون الخفيف". ويحتوي الغلاف الجوي أيضًا على مجمعات من الجزيئات، تعرف في الأرصاد الجوية بنواة التكثيف، والتي حولها، عندما يتشبع الهواء بالرطوبة، تبدأ عملية التكثيف. وهذه النوى عبارة عن جزيئات من الملح والغبار، بالإضافة إلى الملوثات المنبعثة في الهواء من المصادر الصناعية وغيرها. غالبًا ما تلتصق الأيونات الضوئية بهذه النوى، لتشكل "أيونات ثقيلة". وتحت تأثير المجال الكهربائي، تنتقل الأيونات الخفيفة والثقيلة من منطقة من الغلاف الجوي إلى أخرى، ناقلة بذلك الشحنات الكهربائية. على الرغم من أن الغلاف الجوي لا يعتبر عمومًا موصلًا للكهرباء، إلا أنه يتمتع ببعض الموصلية. ولذلك فإن الجسم المشحون المتروك في الهواء يفقد شحنته ببطء. تزداد الموصلية الجوية مع الارتفاع بسبب زيادة كثافة الأشعة الكونية، وانخفاض فقدان الأيونات عند الضغط المنخفض (وبالتالي يعني طول المسار الحر)، وانخفاض عدد النوى الثقيلة. تصل الموصلية الجوية إلى قيمتها القصوى على ارتفاع تقريبي. 50 كم ما يسمى "مستوى التعويض". ومن المعروف أنه بين سطح الأرض و"مستوى التعويض" هناك فرق جهد ثابت قدره عدة مئات من الكيلوفولت، أي. المجال الكهربائي المستمر. وتبين أن فرق الجهد بين نقطة معينة تقع في الهواء على ارتفاع عدة أمتار وسطح الأرض كبير جداً - أكثر من 100 فولت. فالغلاف الجوي له شحنة موجبة، وسطح الأرض مشحون بشحنة سالبة . وبما أن المجال الكهربائي عبارة عن منطقة توجد عند كل نقطة منها قيمة محتملة معينة، فيمكننا التحدث عن التدرج المحتمل. في الطقس الصافي، وفي الأمتار القليلة السفلية، تكون شدة المجال الكهربائي للغلاف الجوي ثابتة تقريبًا. وبسبب الاختلافات في التوصيل الكهربائي للهواء في الطبقة السطحية، فإن التدرج المحتمل يخضع لتقلبات يومية، يختلف مسارها بشكل كبير من مكان إلى آخر. وفي غياب مصادر محلية لتلوث الهواء - فوق المحيطات، أو في أعالي الجبال أو في المناطق القطبية - فإن التباين النهاري للتدرج المحتمل هو نفسه في الطقس الصافي. ويعتمد حجم التدرج على التوقيت العالمي، أو متوسط ​​غرينتش، ويصل إلى الحد الأقصى عند 19 ساعة شرقًا. واقترح أبليتون أن هذا الحد الأقصى من التوصيل الكهربائي ربما يتزامن مع أعظم نشاط للعواصف الرعدية على نطاق كوكبي. تحمل ضربات البرق أثناء العواصف الرعدية شحنة سالبة إلى سطح الأرض، نظرًا لأن قواعد السحب الرعدية الركامية الأكثر نشاطًا تحتوي على شحنة سالبة كبيرة. تحتوي قمم السحب الرعدية على شحنة موجبة، والتي، وفقًا لحسابات هولزر وساكسون، تستنزف من قممها أثناء العواصف الرعدية. وبدون التجديد المستمر، سيتم تحييد الشحنة الموجودة على سطح الأرض عن طريق التوصيل الجوي. إن الافتراض القائل بأن الفرق المحتمل بين سطح الأرض و"مستوى التعويض" يتم الحفاظ عليه بواسطة العواصف الرعدية تدعمه البيانات الإحصائية. على سبيل المثال، لوحظ الحد الأقصى لعدد العواصف الرعدية في وادي النهر. أمازون. في أغلب الأحيان، تحدث العواصف الرعدية هناك في نهاية اليوم، أي. نعم. الساعة 19:00 بتوقيت غرينتش، عندما يكون التدرج المحتمل هو الحد الأقصى في أي مكان على الكرة الأرضية. علاوة على ذلك، فإن التغيرات الموسمية في شكل منحنيات التباين النهاري للتدرج المحتمل تتفق أيضًا تمامًا مع البيانات المتعلقة بالتوزيع العالمي للعواصف الرعدية. يرى بعض الباحثين أن مصدر المجال الكهربائي للأرض قد يكون خارجي الأصل، حيث يُعتقد أن المجالات الكهربائية موجودة في الغلاف الأيوني والغلاف المغناطيسي. ربما يفسر هذا الظرف ظهور أشكال الشفق الممدودة الضيقة للغاية، على غرار الكوليس والأقواس
(انظر أيضًا أضواء أورورا). وبسبب وجود تدرج محتمل وموصلية للغلاف الجوي، تبدأ الجسيمات المشحونة في التحرك بين "مستوى التعويض" وسطح الأرض: أيونات موجبة الشحنة نحو سطح الأرض، وأيونات سالبة الشحنة إلى أعلى منه. قوة هذا التيار تقريبا. 1800 م. وعلى الرغم من أن هذه القيمة تبدو كبيرة، إلا أنه يجب أن نتذكر أنها موزعة على كامل سطح الأرض. تبلغ قوة التيار في عمود من الهواء بمساحة أساسية تبلغ 1 م 2 4 * 10 -12 أ فقط. ومن ناحية أخرى ، يمكن أن تصل قوة التيار أثناء تفريغ البرق إلى عدة أمبيرات ، على الرغم من ذلك بالطبع مدة التفريغ قصيرة - من جزء من الثانية إلى ثانية كاملة أو أكثر بقليل مع الصدمات المتكررة. البرق ذو أهمية كبيرة ليس فقط كظاهرة طبيعية غريبة. إنه يجعل من الممكن ملاحظة التفريغ الكهربائي في وسط غازي بجهد يبلغ عدة مئات الملايين من الفولتات ومسافة بين الأقطاب الكهربائية عدة كيلومترات. في عام 1750، اقترح ب. فرانكلين على الجمعية الملكية في لندن إجراء تجربة باستخدام قضيب حديدي مثبت على قاعدة عازلة ومثبت على برج مرتفع. وتوقع أنه مع اقتراب سحابة رعدية من البرج، ستتركز شحنة العلامة المقابلة في الطرف العلوي للقضيب المحايد في البداية، وستتركز شحنة نفس العلامة الموجودة في قاعدة السحابة في الطرف السفلي . إذا زادت قوة المجال الكهربائي أثناء تفريغ البرق بما فيه الكفاية، فإن الشحنة من الطرف العلوي للقضيب سوف تتدفق جزئيًا في الهواء، وسيكتسب القضيب شحنة بنفس علامة قاعدة السحابة. لم يتم تنفيذ التجربة التي اقترحها فرانكلين في إنجلترا، ولكن تم إجراؤها في عام 1752 في مارلي بالقرب من باريس على يد الفيزيائي الفرنسي جان دالمبرت، حيث استخدم قضيبًا حديديًا طوله 12 مترًا تم إدخاله في زجاجة زجاجية (والتي كانت بمثابة عازل)، لكنه لم يضعه على البرج، في 10 مايو، أفاد مساعده أنه عندما كانت هناك سحابة رعدية فوق العارضة، ظهرت شرارات عندما تم إحضار سلك مؤرض إليها، دون أن يعرف عن التجربة الناجحة التي تم إجراؤها في فرنسا وأجرى تجربته الشهيرة بطائرة ورقية في يونيو من نفس العام ولاحظ وجود شرارات كهربائية في نهاية سلك مربوط بها. وفي العام التالي، أثناء دراسة الشحنات المتجمعة من القضيب، اكتشف فرانكلين أن قواعد السحب الرعدية كانت عادةً مشحونة سلبيًا، وأصبح من الممكن إجراء دراسات أكثر تفصيلاً عن البرق في أواخر القرن التاسع عشر بفضل تحسين أساليب التصوير الفوتوغرافي، خاصة بعد اختراع الجهاز ذو العدسات الدوارة، مما جعل من الممكن تسجيل العمليات سريعة التطور. تم استخدام هذا النوع من الكاميرات على نطاق واسع في دراسة تفريغ الشرارة. لقد ثبت أن هناك عدة أنواع من البرق، وأكثرها شيوعًا هو البرق الخطي، والمسطح (داخل السحابة)، والكرة (تصريفات الهواء). البرق الخطي هو تفريغ شراري بين السحابة وسطح الأرض، يتبع قناة ذات فروع هابطة. يحدث البرق المسطح داخل السحابة الرعدية ويظهر على شكل ومضات من الضوء المنتشر. غالبًا ما يتم توجيه تصريفات الهواء من البرق الكروي، بدءًا من السحابة الرعدية، أفقيًا ولا تصل إلى سطح الأرض.

يتكون تفريغ البرق عادة من ثلاثة تفريغات متكررة أو أكثر - نبضات تتبع نفس المسار. الفترات الفاصلة بين النبضات المتعاقبة قصيرة جدًا، من 1/100 إلى 1/10 ثانية (وهذا ما يسبب وميض البرق). بشكل عام، يستمر الفلاش حوالي ثانية واحدة أو أقل. يمكن وصف عملية تطوير البرق النموذجية على النحو التالي. أولاً، يندفع تفريغ زعيم مضيء ضعيفًا من الأعلى إلى سطح الأرض. وعندما يصل إليها، يمر تفريغ متوهج عائد، أو رئيسي، من الأرض إلى الأعلى عبر القناة التي وضعها القائد. يتحرك التفريغ الرئيسي، كقاعدة عامة، بطريقة متعرجة. وتتراوح سرعة انتشاره من مائة إلى عدة مئات من الكيلومترات في الثانية. وفي طريقه، يقوم بتأيين جزيئات الهواء، مما يخلق قناة ذات موصلية متزايدة، يتحرك من خلالها التفريغ العكسي للأعلى بسرعة أكبر بحوالي مائة مرة من سرعة التفريغ الرئيسي. من الصعب تحديد حجم القناة، لكن قطر التفريغ الرئيسي يقدر بـ 1-10 م، وقطر التفريغ العكسي عدة سنتيمترات. تؤدي تفريغات البرق إلى حدوث تداخل راديوي عن طريق إصدار موجات راديو في نطاق واسع - من 30 كيلو هرتز إلى ترددات منخفضة للغاية. من المحتمل أن يكون أعظم انبعاث لموجات الراديو في النطاق من 5 إلى 10 كيلو هرتز. مثل هذا التداخل الراديوي منخفض التردد "متمركز" في الفضاء بين الحد الأدنى للغلاف الأيوني وسطح الأرض ويمكن أن ينتشر إلى مسافات تصل إلى آلاف الكيلومترات من المصدر.
التغيرات في الغلاف الجوي
تأثير النيازك والنيازك.على الرغم من أن زخات الشهب أحيانًا تخلق عرضًا دراميًا للضوء، إلا أنه نادرًا ما تُرى الشهب الفردية. وهناك عدد أكبر بكثير من النيازك غير المرئية، وهي صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها عند امتصاصها في الغلاف الجوي. من المحتمل أن بعضًا من أصغر النيازك لا تسخن على الإطلاق، ولكن يتم التقاطها فقط بواسطة الغلاف الجوي. وتسمى هذه الجسيمات الصغيرة بأحجام تتراوح من بضعة ملليمترات إلى عشرة آلاف من المليمتر بالنيازك الدقيقة. تتراوح كمية المواد النيزكية التي تدخل الغلاف الجوي يوميًا من 100 إلى 10000 طن، وتأتي غالبية هذه المواد من النيازك الدقيقة. وبما أن المادة النيزكية تحترق جزئيا في الغلاف الجوي، فإن تركيبتها الغازية تتجدد بآثار من العناصر الكيميائية المختلفة. على سبيل المثال، تقوم النيازك الصخرية بإدخال الليثيوم إلى الغلاف الجوي. يؤدي احتراق النيازك المعدنية إلى تكوين كرات صغيرة من الحديد والنيكل والحديد وغيرها من القطرات التي تمر عبر الغلاف الجوي وتستقر على سطح الأرض. يمكن العثور عليها في جرينلاند والقارة القطبية الجنوبية، حيث تظل الصفائح الجليدية دون تغيير تقريبًا لسنوات. يجدها علماء المحيطات في رواسب قاع المحيط. تستقر معظم جزيئات النيزك التي تدخل الغلاف الجوي خلال 30 يومًا تقريبًا. ويعتقد بعض العلماء أن هذا الغبار الكوني يلعب دورا هاما في تكوين الظواهر الجوية مثل المطر لأنه يعمل كنواة تكثيف لبخار الماء. ولذلك، فمن المفترض أن هطول الأمطار يرتبط إحصائيا بزخات الشهب الكبيرة. ومع ذلك، يعتقد بعض الخبراء أنه بما أن إجمالي المعروض من المواد النيزكية أكبر بعشرات المرات من أكبر وابل نيزك، فيمكن إهمال التغير في الكمية الإجمالية لهذه المواد الناتجة عن أحد هذه الأمطار. ومع ذلك، ليس هناك شك في أن أكبر النيازك الدقيقة، وبالطبع النيازك المرئية، تترك آثارًا طويلة من التأين في الطبقات العليا من الغلاف الجوي، وخاصة في طبقة الأيونوسفير. ويمكن استخدام هذه الآثار للاتصالات الراديوية لمسافات طويلة، لأنها تعكس موجات الراديو عالية التردد. يتم إنفاق طاقة النيازك التي تدخل الغلاف الجوي بشكل أساسي، وربما بالكامل، على تسخينه. هذا هو أحد المكونات الثانوية للتوازن الحراري للغلاف الجوي.
ثاني أكسيد الكربون من أصل صناعي.خلال العصر الكربوني، كانت النباتات الخشبية منتشرة على نطاق واسع على الأرض. وتراكم الكثير من ثاني أكسيد الكربون الذي امتصته النباتات في ذلك الوقت في رواسب الفحم والرواسب الحاملة للنفط. لقد تعلم الإنسان استخدام الاحتياطيات الضخمة من هذه المعادن كمصدر للطاقة وهو الآن يعيد ثاني أكسيد الكربون بسرعة إلى دورة المواد. من المحتمل أن تكون الحالة الأحفورية كاليفورنيا. 4*10 13 طن كربون. على مدار القرن الماضي، أحرقت البشرية الكثير من الوقود الأحفوري لدرجة أنه تمت إعادة إدخال ما يقرب من 4*1011 طنًا من الكربون إلى الغلاف الجوي. حاليا هناك تقريبا. 2 * 10 12 طنًا من الكربون، وفي المائة عام القادمة بسبب احتراق الوقود الأحفوري قد يتضاعف هذا الرقم. ومع ذلك، لن يبقى كل الكربون في الغلاف الجوي: فبعضه سوف يذوب في مياه المحيطات، والبعض الآخر سوف تمتصه النباتات، والبعض الآخر سوف يرتبط أثناء تجوية الصخور. ليس من الممكن حتى الآن التنبؤ بكمية ثاني أكسيد الكربون التي سيحتويها الغلاف الجوي أو بالضبط ما هو تأثيره على مناخ العالم. ومع ذلك، يُعتقد أن أي زيادة في محتواه ستؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة، على الرغم من أنه ليس من الضروري على الإطلاق أن يؤثر أي ارتفاع في درجة الحرارة بشكل كبير على المناخ. ويتزايد تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، بحسب نتائج القياس، بشكل ملحوظ، وإن كان بوتيرة بطيئة. وتشير البيانات المناخية لمحطة سفالبارد وليتل أمريكا الواقعة على الجرف الجليدي روس في القارة القطبية الجنوبية إلى زيادة في متوسط ​​درجات الحرارة السنوية بمقدار 5 درجات مئوية و2.5 درجة مئوية، على التوالي، على مدى فترة 50 عامًا تقريبًا.
التعرض للإشعاع الكوني.عندما تتفاعل الأشعة الكونية عالية الطاقة مع المكونات الفردية للغلاف الجوي، تتشكل النظائر المشعة. ومن بينها، يبرز نظير الكربون 14C، الذي يتراكم في الأنسجة النباتية والحيوانية. ومن خلال قياس النشاط الإشعاعي للمواد العضوية التي لم تتبادل الكربون مع البيئة لفترة طويلة، يمكن تحديد عمرها. لقد أثبتت طريقة الكربون المشع نفسها باعتبارها الطريقة الأكثر موثوقية لتأريخ الكائنات الأحفورية وأشياء الثقافة المادية التي لا يتجاوز عمرها 50 ألف سنة. يمكن استخدام النظائر المشعة الأخرى ذات عمر النصف الطويل لتأريخ مواد عمرها مئات الآلاف من السنين إذا أمكن حل التحدي الأساسي المتمثل في قياس مستويات منخفضة للغاية من النشاط الإشعاعي.
(انظر أيضًا التأريخ بالكربون المشع).
أصل الغلاف الجوي للأرض
لم يتم بعد إعادة بناء تاريخ تكوين الغلاف الجوي بشكل موثوق بالكامل. ومع ذلك، فقد تم تحديد بعض التغييرات المحتملة في تكوينها. بدأ تكوين الغلاف الجوي مباشرة بعد تكوين الأرض. هناك أسباب وجيهة للاعتقاد بأنه في عملية تطور الأرض واكتسابها أبعادًا وكتلة قريبة من الأبعاد الحديثة، فقد فقدت غلافها الجوي الأصلي بالكامل تقريبًا. ويعتقد أنه في مرحلة مبكرة كانت الأرض في حالة منصهرة وكاليفورنيا. قبل 4.5 مليار سنة تشكلت إلى جسم صلب. يعتبر هذا المعلم بمثابة بداية التسلسل الزمني الجيولوجي. ومنذ ذلك الوقت، كان هناك تطور بطيء للغلاف الجوي. بعض العمليات الجيولوجية، مثل تدفق الحمم البركانية أثناء الانفجارات البركانية، كانت مصحوبة بإطلاق الغازات من أحشاء الأرض. ومن المحتمل أنها تضمنت النيتروجين والأمونيا والميثان وبخار الماء وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون. تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية الشمسية، يتحلل بخار الماء إلى هيدروجين وأكسجين، لكن الأكسجين المنطلق يتفاعل مع أول أكسيد الكربون لتكوين ثاني أكسيد الكربون. تتحلل الأمونيا إلى نيتروجين وهيدروجين. أثناء عملية الانتشار، ارتفع الهيدروجين وخرج من الغلاف الجوي، ولم يتمكن النيتروجين الأثقل من التبخر وتراكم تدريجياً، ليصبح المكون الرئيسي له، على الرغم من أن بعضاً منه ارتبط أثناء التفاعلات الكيميائية. وتحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية والتفريغات الكهربائية، دخل خليط من الغازات التي كانت موجودة على الأرجح في الغلاف الجوي الأصلي للأرض في تفاعلات كيميائية، مما أدى إلى تكوين مواد عضوية، وخاصة الأحماض الأمينية. وبالتالي، كان من الممكن أن تكون الحياة قد نشأت في جو يختلف جذريًا عن الجو الحديث. مع ظهور النباتات البدائية، بدأت عملية التمثيل الضوئي (انظر أيضًا البناء الضوئي)، مصحوبة بإطلاق الأكسجين الحر. وبدأ هذا الغاز، خاصة بعد انتشاره في الطبقات العليا من الغلاف الجوي، في حماية طبقاته السفلية وسطح الأرض من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية التي تهدد الحياة. تشير التقديرات إلى أن وجود 0.00004 فقط من الحجم الحديث للأكسجين يمكن أن يؤدي إلى تكوين طبقة بنصف التركيز الحالي للأوزون، والتي مع ذلك توفر حماية كبيرة جدًا من الأشعة فوق البنفسجية. ومن المحتمل أيضًا أن الغلاف الجوي الأساسي يحتوي على الكثير من ثاني أكسيد الكربون. لقد تم استخدامه أثناء عملية التمثيل الضوئي، ويجب أن يكون تركيزه قد انخفض مع تطور عالم النبات وأيضًا بسبب الامتصاص أثناء بعض العمليات الجيولوجية. ولأن ظاهرة الاحتباس الحراري ترتبط بوجود ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، يعتقد بعض العلماء أن التقلبات في تركيزه هي أحد الأسباب المهمة للتغيرات المناخية واسعة النطاق في تاريخ الأرض، مثل العصور الجليدية. من المحتمل أن يكون الهيليوم الموجود في الغلاف الجوي الحديث ناتجًا إلى حد كبير عن التحلل الإشعاعي لليورانيوم والثوريوم والراديوم. تنبعث من هذه العناصر المشعة جسيمات ألفا، وهي نواة ذرات الهيليوم. وبما أنه لا يتم إنشاء أو فقدان أي شحنة كهربائية أثناء الاضمحلال الإشعاعي، فهناك إلكترونين لكل جسيم ألفا. ونتيجة لذلك، فإنه يتحد معهم، ويشكل ذرات الهيليوم المحايدة. توجد العناصر المشعة في المعادن المنتشرة في الصخور، لذلك يتم الاحتفاظ بجزء كبير من الهيليوم المتكون نتيجة التحلل الإشعاعي فيها، ويهرب ببطء شديد إلى الغلاف الجوي. ترتفع كمية معينة من الهيليوم إلى الغلاف الخارجي بسبب الانتشار، ولكن بسبب التدفق المستمر من سطح الأرض، يكون حجم هذا الغاز في الغلاف الجوي ثابتًا. بناءً على التحليل الطيفي لضوء النجوم ودراسة النيازك، من الممكن تقدير الوفرة النسبية للعناصر الكيميائية المختلفة في الكون. تركيز النيون في الفضاء أعلى بنحو عشرة مليارات مرة من تركيزه على الأرض، والكريبتون أعلى بعشرة ملايين مرة، والزينون أعلى بمليون مرة. ويترتب على ذلك أن تركيز هذه الغازات الخاملة، التي كانت موجودة في البداية في الغلاف الجوي للأرض ولم يتم تجديدها أثناء التفاعلات الكيميائية، انخفض بشكل كبير، ربما حتى في مرحلة فقدان الأرض لغلافها الجوي الأساسي. الاستثناء هو غاز الأرجون الخامل، لأنه في شكل نظير 40Ar لا يزال يتشكل أثناء التحلل الإشعاعي لنظائر البوتاسيوم.
الظواهر البصرية
يرجع تنوع الظواهر البصرية في الغلاف الجوي إلى أسباب مختلفة. تشمل الظواهر الأكثر شيوعًا البرق (انظر أعلاه) والشفق القطبي الشمالي والجنوبي المذهل للغاية (انظر أيضًا الشفق القطبي). بالإضافة إلى ذلك، فإن قوس قزح، غال، بارهيليوم (شمس كاذبة) والأقواس، الهالة، الهالات وأشباح بروكن، السراب، حرائق سانت إلمو، السحب المضيئة، الأشعة الخضراء والشفقية مثيرة للاهتمام بشكل خاص. قوس قزح هو أجمل ظاهرة جوية. عادة ما يكون هذا قوسًا ضخمًا يتكون من خطوط متعددة الألوان، يتم ملاحظته عندما تضيء الشمس جزءًا فقط من السماء ويكون الهواء مشبعًا بقطرات الماء، على سبيل المثال أثناء المطر. يتم ترتيب الأقواس متعددة الألوان في تسلسل طيفي (الأحمر، البرتقالي، الأصفر، الأخضر، الأزرق، النيلي، البنفسجي)، ولكن الألوان تقريبًا لا تكون نقية أبدًا لأن الخطوط تتداخل مع بعضها البعض. كقاعدة عامة، تختلف الخصائص الفيزيائية لقوس قزح بشكل كبير، وبالتالي فهي متنوعة للغاية في المظهر. السمة المشتركة بينهما هي أن مركز القوس يقع دائمًا على خط مستقيم مرسوم من الشمس إلى الراصد. قوس قزح الرئيسي عبارة عن قوس يتكون من ألمع الألوان - الأحمر من الخارج والأرجواني من الداخل. في بعض الأحيان يكون قوس واحد فقط مرئيًا، ولكن غالبًا ما يظهر قوس ثانوي على السطح الخارجي لقوس قزح الرئيسي. ليس لها ألوان زاهية مثل الأولى، والخطوط الحمراء والأرجوانية فيها تتغير أماكنها: اللون الأحمر يقع في الداخل. يتم تفسير تكوين قوس قزح الرئيسي عن طريق الانكسار المزدوج (انظر أيضًا البصريات) والانعكاس الداخلي الفردي لأشعة الشمس (انظر الشكل 5). عند اختراق قطرة الماء (أ)، ينكسر شعاع الضوء ويتحلل، كما لو كان يمر عبر المنشور. ثم تصل إلى السطح المقابل للقطرة (ب) وتنعكس عنها وتترك القطرة للخارج (ج). وفي هذه الحالة، ينكسر شعاع الضوء مرة ثانية قبل وصوله إلى الراصد. تتحلل الحزمة البيضاء الأولية إلى حزم بألوان مختلفة بزاوية انحراف قدرها 2 درجة. عندما يتكون قوس قزح ثانوي، يحدث انكسار مزدوج وانعكاس مزدوج لأشعة الشمس (انظر الشكل 6). وفي هذه الحالة ينكسر الضوء، ويخترق القطرة من خلال جزئها السفلي (أ)، وينعكس عن السطح الداخلي للقطرة، أولاً عند النقطة ب، ثم عند النقطة ج. وعند النقطة د، ينكسر الضوء، ترك القطرة نحو المراقب.

عند شروق الشمس وغروبها يرى الراصد قوس قزح على شكل قوس يساوي نصف دائرة، حيث أن محور قوس قزح موازي للأفق. وإذا كانت الشمس أعلى من الأفق فإن قوس قوس قزح يكون أقل من نصف محيطه. عندما ترتفع الشمس فوق 42 درجة فوق الأفق، يختفي قوس قزح. في كل مكان، باستثناء خطوط العرض العليا، لا يمكن أن يظهر قوس قزح عند الظهر، عندما تكون الشمس مرتفعة جدًا. ومن المثير للاهتمام تقدير المسافة إلى قوس قزح. على الرغم من أن القوس متعدد الألوان يبدو أنه يقع في نفس المستوى، إلا أن هذا مجرد وهم. في الواقع، يتمتع قوس قزح بعمق هائل، ويمكن تخيله على أنه سطح مخروط مجوف، يقع في قمته الراصد. يربط محور المخروط بين الشمس والراصد ومركز قوس قزح. يبدو المراقب كما لو كان على طول سطح هذا المخروط. لا يمكن لشخصين رؤية نفس قوس قزح تمامًا. بالطبع، يمكنك ملاحظة نفس التأثير بشكل أساسي، لكن قوسي قزح يشغلان مواقع مختلفة ويتكونان من قطرات مختلفة من الماء. عندما يشكل المطر أو الرذاذ قوس قزح، يتم تحقيق التأثير البصري الكامل من خلال التأثير المشترك لجميع قطرات الماء التي تعبر سطح مخروط قوس قزح مع الراصد عند القمة. دور كل قطرة عابرة. يتكون سطح مخروط قوس قزح من عدة طبقات. من خلال عبورها بسرعة والمرور عبر سلسلة من النقاط الحرجة، تقوم كل قطرة بتحليل شعاع الشمس على الفور إلى الطيف بأكمله في تسلسل محدد بدقة - من الأحمر إلى البنفسجي. تتقاطع العديد من القطرات مع سطح المخروط بنفس الطريقة، بحيث يبدو قوس قزح للراصد مستمرًا على طول قوسه وعبره. الهالات عبارة عن أقواس ودوائر بيضاء أو متقزحة اللون حول قرص الشمس أو القمر. وهي تنشأ بسبب انكسار أو انعكاس الضوء بواسطة بلورات الجليد أو الثلج الموجودة في الغلاف الجوي. وتقع البلورات التي تشكل الهالة على سطح مخروط وهمي مع محور موجه من الراصد (من أعلى المخروط) إلى الشمس. وفي ظل ظروف معينة، يمكن أن يتشبع الغلاف الجوي ببلورات صغيرة، يشكل الكثير من وجوهها زاوية قائمة مع مرور المستوى عبر الشمس والراصد وهذه البلورات. تعكس هذه الوجوه أشعة الضوء الواردة بانحراف قدره 22 درجة، وتشكل هالة حمراء من الداخل، ولكنها يمكن أن تتكون أيضًا من جميع ألوان الطيف. الأقل شيوعًا هو الهالة ذات نصف القطر الزاوي 46 درجة، وتقع بشكل مركزي حول هالة 22 درجة. الجانب الداخلي له أيضًا لون محمر. والسبب في ذلك هو أيضًا انكسار الضوء الذي يحدث في هذه الحالة على حواف البلورات التي تشكل زوايا قائمة. يتجاوز عرض حلقة هذه الهالة 2.5 درجة. تميل الهالتان 46 درجة و22 درجة إلى أن تكونا أكثر سطوعًا في أعلى وأسفل الحلقة. الهالة النادرة ذات 90 درجة هي حلقة مضيئة بشكل خافت وعديمة اللون تقريبًا، وتشترك في المركز مع هالتين أخريين. إذا كانت ملونة، فسيكون لها لون أحمر على السطح الخارجي للحلقة. آلية حدوث هذا النوع من الهالة ليست مفهومة بالكامل (الشكل 7).

بارهيليا والأقواس. الدائرة القطبية (أو دائرة الشموس الزائفة) هي حلقة بيضاء تتمركز عند نقطة السمت، وتمر عبر الشمس بالتوازي مع الأفق. وسبب تكوينها هو انعكاس ضوء الشمس من حواف أسطح بلورات الجليد. إذا تم توزيع البلورات بالتساوي في الهواء، تصبح الدائرة الكاملة مرئية. Parhelia، أو الشموس الزائفة، هي بقع مضيئة بشكل ساطع تذكرنا بالشمس والتي تتشكل عند نقاط تقاطع الدائرة البارهيلية مع الهالات التي يبلغ نصف قطرها الزاوي 22 درجة، 46 درجة و 90 درجة. يتشكل البارهيليوم الأكثر ظهورًا والأكثر سطوعًا عند التقاطع مع الهالة ذات 22 درجة، وعادةً ما تكون ملونة بكل ألوان قوس قزح تقريبًا. يتم ملاحظة الشموس الكاذبة عند التقاطعات ذات الهالات 46 و 90 درجة بشكل أقل تكرارًا. تسمى الشهب التي تحدث عند التقاطعات بهالات بزاوية 90 درجة بالبارانثيليا، أو الشموس المضادة الكاذبة. في بعض الأحيان يكون الظبي (المضاد للشمس) مرئيًا أيضًا - وهي نقطة مضيئة تقع على حلقة الهيليوم المقابلة للشمس تمامًا. ومن المفترض أن سبب هذه الظاهرة هو الانعكاس الداخلي المزدوج لأشعة الشمس. ويتبع الشعاع المنعكس نفس مسار الشعاع الساقط، ولكن في الاتجاه المعاكس. القوس القريب من السمت، والذي يُطلق عليه أحيانًا بشكل غير صحيح قوس الظل العلوي لهالة 46 درجة، هو قوس 90 درجة أو أقل يتمركز عند السمت، ويقع على ارتفاع 46 درجة تقريبًا فوق الشمس. ونادرا ما يكون مرئيا ولدقائق معدودة فقط، وله ألوان زاهية، وينحصر اللون الأحمر في الجانب الخارجي للقوس. يتميز القوس القريب من السمت بلونه وسطوعه وخطوطه العريضة الواضحة. تأثير بصري آخر مثير للاهتمام ونادر جدًا من نوع الهالة هو قوس Lowitz. وهي تنشأ كاستمرار للبارهيليا عند التقاطع مع الهالة ذات الزاوية 22 درجة، وتمتد من الجانب الخارجي للهالة وتكون مقعرة قليلاً باتجاه الشمس. أعمدة من الضوء الأبيض، مثل الصلبان المختلفة، تكون مرئية أحيانًا عند الفجر أو الغسق، خاصة في المناطق القطبية، ويمكن أن تصاحب كل من الشمس والقمر. في بعض الأحيان، يتم ملاحظة الهالات القمرية وغيرها من التأثيرات المشابهة لتلك الموصوفة أعلاه، مع الهالة القمرية الأكثر شيوعًا (حلقة حول القمر) التي يبلغ نصف قطرها الزاوي 22 درجة. تمامًا مثل الشموس الكاذبة، يمكن أن تنشأ الأقمار الكاذبة. الإكليل، أو التيجان، عبارة عن حلقات صغيرة متحدة المركز من الألوان حول الشمس أو القمر أو غيرها من الأجسام الساطعة التي يتم ملاحظتها من وقت لآخر عندما يكون مصدر الضوء خلف السحب الشفافة. نصف قطر الإكليل أقل من نصف قطر الهالة وهو تقريبًا. 1-5°، الحلقة الزرقاء أو البنفسجية هي الأقرب إلى الشمس. ويحدث الإكليل عندما ينثر الضوء بواسطة قطرات الماء الصغيرة ليشكل سحابة. في بعض الأحيان تظهر الإكليل كبقعة مضيئة (أو هالة) تحيط بالشمس (أو القمر)، والتي تنتهي بحلقة حمراء. وفي حالات أخرى، يمكن رؤية حلقتين متحدتين المركز على الأقل بقطر أكبر، ولهما ألوان باهتة للغاية، خارج الهالة. وتصاحب هذه الظاهرة غيوم قوس قزح. في بعض الأحيان تكون حواف السحب العالية جدًا ذات ألوان زاهية.
غلوريا (الهالات).في ظل ظروف خاصة، تحدث ظواهر جوية غير عادية. إذا كانت الشمس خلف الراصد، وتم إسقاط ظلها على السحب القريبة أو ستارة من الضباب، في ظل حالة معينة من الغلاف الجوي حول ظل رأس الشخص، يمكنك رؤية دائرة مضيئة ملونة - هالة. عادة، يتم تشكيل مثل هذه الهالة بسبب انعكاس الضوء من قطرات الندى على العشب العشبي. غالبًا ما يتم العثور على غلوريا حول الظل الذي تلقيه الطائرة على السحب الأساسية.
أشباح بروكين.في بعض مناطق الكرة الأرضية، عندما يقع ظل مراقب يقع على تل عند شروق الشمس أو غروبها خلفه على السحب الواقعة على مسافة قصيرة، يتم اكتشاف تأثير مذهل: يأخذ الظل أبعادًا هائلة. يحدث هذا بسبب انعكاس وانكسار الضوء بواسطة قطرات الماء الصغيرة في الضباب. تسمى الظاهرة الموصوفة "شبح بروكين" نسبة إلى قمة جبال هارز في ألمانيا.
السراب- تأثير بصري ناتج عن انكسار الضوء عند مروره عبر طبقات الهواء ذات الكثافات المختلفة ويتم التعبير عنه بمظهر صورة افتراضية. وفي هذه الحالة قد تظهر الأجسام البعيدة مرتفعة أو منخفضة بالنسبة إلى وضعها الفعلي، وقد تتشوه أيضًا وتكتسب أشكالًا غير منتظمة ورائعة. غالبًا ما يتم ملاحظة السراب في المناخات الحارة، مثل السهول الرملية. يعد السراب السفلي أمرًا شائعًا، عندما يأخذ سطح صحراوي بعيد ومسطح تقريبًا مظهر المياه المفتوحة، خاصة عند رؤيته من ارتفاع طفيف أو ببساطة فوق طبقة من الهواء الساخن. يحدث هذا الوهم عادة على طريق أسفلتي ساخن، والذي يبدو وكأنه سطح مائي إلى الأمام. في الواقع، هذا السطح هو انعكاس للسماء. تحت مستوى العين، قد تظهر الأشياء في هذا "الماء"، وعادةً ما تكون مقلوبة. وتتكون "كعكة طبقة الهواء" فوق سطح الأرض الساخن، وتكون الطبقة الأقرب إلى الأرض هي الأكثر سخونة وتخلخلًا بحيث تشوه موجات الضوء التي تمر عبرها، حيث تختلف سرعة انتشارها باختلاف كثافة الوسط . السراب العلوي أقل شيوعًا وأكثر جمالًا من السراب السفلي. تظهر الأجسام البعيدة (التي تقع غالبًا خلف أفق البحر) مقلوبة في السماء، وأحيانًا تظهر أيضًا صورة منتصبة لنفس الجسم في الأعلى. هذه الظاهرة نموذجية في المناطق الباردة، خاصة عندما يكون هناك انعكاس كبير في درجة الحرارة، عندما تكون هناك طبقة أكثر دفئًا من الهواء فوق طبقة أكثر برودة. يتجلى هذا التأثير البصري نتيجة لأنماط معقدة من انتشار موجات الضوء الأمامية في طبقات الهواء ذات الكثافة غير المتجانسة. يحدث سراب غير عادي للغاية من وقت لآخر، خاصة في المناطق القطبية. عندما يحدث السراب على الأرض، تنقلب الأشجار ومكونات المناظر الطبيعية الأخرى رأسًا على عقب. وفي جميع الأحوال تكون الأجسام مرئية بشكل أوضح في السراب العلوي منها في السراب السفلي. عندما تكون الحدود بين كتلتين هوائيتين مستوية عموديًا، يُلاحظ أحيانًا السراب الجانبي.
حريق سانت إلمو.بعض الظواهر البصرية في الغلاف الجوي (على سبيل المثال، التوهج وظاهرة الأرصاد الجوية الأكثر شيوعًا - البرق) هي ذات طبيعة كهربائية. أقل شيوعًا بكثير هي أضواء سانت إلمو - وهي فرش مضيئة باللون الأزرق الفاتح أو الأرجواني يتراوح طولها من 30 سم إلى 1 متر أو أكثر، وعادةً ما تكون على قمم الصواري أو نهايات ساحات السفن في البحر. يبدو أحيانًا أن تجهيزات السفينة بأكملها مغطاة بالفسفور والتوهج. تظهر نار سانت إلمو أحيانًا على قمم الجبال، وكذلك على الأبراج والزوايا الحادة للمباني الشاهقة. وتمثل هذه الظاهرة التفريغات الكهربائية الفرشاةية عند نهايات الموصلات الكهربائية عندما تزداد شدة المجال الكهربائي في الجو المحيط بها بشكل كبير. Will-o'-the-Wisps عبارة عن وهج خافت مزرق أو أخضر يُلاحظ أحيانًا في المستنقعات والمقابر والخبايا. غالبًا ما تبدو مثل لهب شمعة يرتفع حوالي 30 سم فوق سطح الأرض، ويحترق بهدوء، ولا يعطي أي حرارة، ويحوم للحظة فوق الجسم. يبدو الضوء بعيد المنال تمامًا، وعندما يقترب الراصد، يبدو أنه ينتقل إلى مكان آخر. والسبب في هذه الظاهرة هو تحلل البقايا العضوية والاحتراق التلقائي لغاز الميثان (CH4) أو الفوسفين (PH3) في المستنقعات. لدى Will-o'-the-Wisps أشكال مختلفة، وأحيانًا كروية. الشعاع الأخضر - وميض من ضوء الشمس الأخضر الزمردي في اللحظة التي يختفي فيها آخر شعاع للشمس خلف الأفق. يختفي المكون الأحمر لضوء الشمس أولاً، وتتبعه جميع المكونات الأخرى بالترتيب، ويبقى العنصر الأخير هو اللون الأخضر الزمردي. تحدث هذه الظاهرة فقط عندما تظل حافة القرص الشمسي فقط فوق الأفق، وإلا يحدث خليط من الألوان. الأشعة الشفقية هي أشعة متباعدة من ضوء الشمس تصبح مرئية بسبب إضاءتها بالغبار في طبقات الجو العليا. وتشكل ظلال السحب خطوطًا داكنة، وتنتشر الأشعة بينها. ويحدث هذا التأثير عندما تكون الشمس منخفضة في الأفق قبل الفجر أو بعد غروب الشمس.

ويمتد الغلاف الجوي إلى الأعلى لمئات الكيلومترات. الحد الأعلى لها على ارتفاع حوالي 2000-3000 كم,إلى حد ما، فهو مشروط، لأن الغازات التي تشكلها، أصبحت تدريجيا نادرة، تمر إلى الفضاء الكوني. يتغير التركيب الكيميائي للغلاف الجوي والضغط والكثافة ودرجة الحرارة وخصائصه الفيزيائية الأخرى مع الارتفاع. وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100لا يتغير بشكل ملحوظ. أعلى قليلاً، يتكون الغلاف الجوي أيضًا بشكل أساسي من النيتروجين والأكسجين. ولكن على ارتفاعات 100-110 كم,تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس، تنقسم جزيئات الأكسجين إلى ذرات ويظهر الأكسجين الذري. وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100فوق 110-120 وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100يصبح كل الأكسجين تقريبًا ذريًا. يفترض فوق 400-500

الغازات التي يتكون منها الغلاف الجوي هي أيضًا في حالة ذرية. وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100يتناقص ضغط الهواء وكثافته بسرعة مع الارتفاع. ورغم أن الغلاف الجوي يمتد إلى الأعلى لمئات الكيلومترات، إلا أن الجزء الأكبر منه يقع في طبقة رقيقة نوعاً ما ملاصقة لسطح الأرض في أجزائه السفلية. لذلك، في الطبقة الواقعة بين مستوى سطح البحر والمرتفعات 5-6 وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100تتركز نصف كتلة الغلاف الجوي في الطبقة 0-16 وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100-90%، وفي الطبقة 0-30 - 99%. يحدث نفس الانخفاض السريع في كتلة الهواء فوق 30كم. إذا كان الوزن 1م 3 وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100يبلغ وزن الهواء على سطح الأرض 1033 جم، ثم على ارتفاع 20 جم وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100ويساوي وزنه 43 جرامًا، ويبلغ ارتفاعه 40

4 سنوات فقط وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100على ارتفاع 300-400

وما فوق، يكون الهواء مخلخلًا لدرجة أن كثافته تتغير عدة مرات خلال النهار. أظهرت الأبحاث أن هذا التغير في الكثافة يرتبط بموقع الشمس. أعلى كثافة للهواء تكون في وقت الظهيرة، وأدنى كثافة في الليل. ويفسر ذلك جزئيًا حقيقة أن الطبقات العليا من الغلاف الجوي تتفاعل مع التغيرات في الإشعاع الكهرومغناطيسي للشمس.

تختلف درجة حرارة الهواء أيضًا بشكل غير متساوٍ مع الارتفاع. وبحسب طبيعة التغيرات في درجات الحرارة مع الارتفاع، ينقسم الغلاف الجوي إلى عدة مجالات، توجد بينها طبقات انتقالية، تسمى التوقفات، حيث تتغير درجة الحرارة قليلاً مع الارتفاع.

فيما يلي الأسماء والخصائص الرئيسية للمجالات والطبقات الانتقالية.

دعونا نقدم البيانات الأساسية عن الخصائص الفيزيائية لهذه المجالات. التروبوسفير. وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100يتم تحديد الخصائص الفيزيائية لطبقة التروبوسفير إلى حد كبير من خلال تأثير سطح الأرض، وهو الحد الأدنى لها. ويلاحظ أعلى ارتفاع في طبقة التروبوسفير في المناطق الاستوائية والاستوائية. - 99%. يحدث نفس الانخفاض السريع في كتلة الهواء فوق 30هنا يصل إلى 16-18 ويخضع لتغيرات يومية وموسمية قليلة نسبيًا. فوق المناطق القطبية والمجاورة، تقع الحدود العليا لطبقة التروبوسفير في المتوسط ​​عند مستوى 8-10 درجات.

وفي خطوط العرض الوسطى يتراوح من 6-8 إلى 14-16

أكثر من 4/5 من كتلة الغلاف الجوي للأرض وتقريباً كل بخار الماء الموجود فيه يتركز في طبقة التروبوسفير. بالإضافة إلى ذلك، من سطح الأرض إلى الحدود العليا لطبقة التروبوسفير، تنخفض درجة الحرارة بمعدل 0.6 درجة لكل 100 متر، أو 6 درجات لكل 1 وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100رفع . ويفسر ذلك حقيقة أن الهواء الموجود في طبقة التروبوسفير يتم تسخينه وتبريده بشكل أساسي عن طريق سطح الأرض.

وفقا لتدفق الطاقة الشمسية، تنخفض درجة الحرارة من خط الاستواء إلى القطبين. وبذلك يصل متوسط ​​درجة حرارة الهواء على سطح الأرض عند خط الاستواء إلى +26 درجة، وعلى المناطق القطبية في الشتاء -34 درجة، -36 درجة، وفي الصيف حوالي 0 درجة. وبذلك يكون الفرق في درجات الحرارة بين خط الاستواء والقطب في الشتاء 60 درجة، وفي الصيف 26 درجة فقط. صحيح أن درجات الحرارة المنخفضة هذه في القطب الشمالي في الشتاء لا يتم ملاحظتها إلا بالقرب من سطح الأرض بسبب تبريد الهواء فوق المساحات الجليدية.

وفي فصل الشتاء في وسط القارة القطبية الجنوبية، تكون درجة حرارة الهواء على سطح الغطاء الجليدي أقل. في محطة فوستوك في أغسطس 1960، تم تسجيل أدنى درجة حرارة على الكرة الأرضية -88.3 درجة، وفي أغلب الأحيان في وسط القارة القطبية الجنوبية كانت -45 درجة، -50 درجة.

ومع الارتفاع، يقل الفرق في درجة الحرارة بين خط الاستواء والقطب. على سبيل المثال، على ارتفاع 5 وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100عند خط الاستواء تصل درجة الحرارة إلى -2°، -4°، وعلى نفس الارتفاع في القطب الشمالي الأوسط -37°، -39° في الشتاء و-19°، -20° في الصيف؛

ولذلك فإن الفرق في درجات الحرارة في الشتاء هو 35-36 درجة، وفي الصيف 16-17 درجة. وفي نصف الكرة الجنوبي تكون هذه الاختلافات أكبر إلى حد ما. يمكن تحديد طاقة دوران الغلاف الجوي من خلال عقود درجة حرارة خط الاستواء.وبما أن حجم التباين في درجات الحرارة يكون أكبر في فصل الشتاء، فإن العمليات الجوية تحدث بشكل أكثر كثافة مما كانت عليه في الصيف. وهذا ما يفسر أيضًا حقيقة أن الرياح الغربية السائدة في طبقة التروبوسفير في الشتاء تكون سرعتها أعلى منها في الصيف. في هذه الحالة، عادة ما تزداد سرعة الرياح مع الارتفاع، وتصل إلى الحد الأقصى عند الحدود العليا للتروبوسفير. يصاحب النقل الأفقي حركات عمودية للهواء وحركة مضطربة (مضطربة).

بسبب صعود وهبوط كميات كبيرة من الهواء، تتشكل السحب وتتبدد، ويحدث هطول الأمطار ويتوقف. الطبقة الانتقالية بين طبقة التروبوسفير والمجال الذي يعلوها التروبوبوز. - 99%. يحدث نفس الانخفاض السريع في كتلة الهواء فوق 30تم اكتشافه في بداية قرننا. من حيث الخصائص الفيزيائية، يختلف الستراتوسفير بشكل حاد عن التروبوسفير حيث أن درجة حرارة الهواء هنا، كقاعدة عامة، تزيد بمعدل 1-2 درجة لكل كيلومتر من الارتفاع وعند الحدود العليا، على ارتفاع 50-55 كم,حتى يصبح إيجابيا.

ويعود ارتفاع درجة الحرارة في هذه المنطقة إلى وجود الأوزون (O 3) الذي يتشكل تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس.

تحتل طبقة الأوزون طبقة الستراتوسفير بأكملها تقريبًا. طبقة الستراتوسفير فقيرة جدًا ببخار الماء. لا توجد عمليات عنيفة لتكوين السحب ولا هطول الأمطار.

وفي الآونة الأخيرة، كان من المفترض أن طبقة الستراتوسفير هي بيئة هادئة نسبيا حيث لا يحدث اختلاط الهواء، كما هو الحال في طبقة التروبوسفير. ولذلك، كان يعتقد أن الغازات في طبقة الستراتوسفير تنقسم إلى طبقات وفقا لجاذبيتها المحددة. ومن هنا جاء اسم الستراتوسفير ("الطبقات" - الطبقات). وكان يعتقد أيضًا أن درجة الحرارة في الستراتوسفير تتشكل تحت تأثير التوازن الإشعاعي، أي عندما يكون الإشعاع الشمسي الممتص والمنعكس متساويًا.أظهرت البيانات الجديدة التي تم الحصول عليها من المسبار اللاسلكي وصواريخ الطقس أن طبقة الستراتوسفير، مثل طبقة التروبوسفير العليا، تشهد دورانًا مكثفًا للهواء مع تغيرات كبيرة في درجة الحرارة والرياح.

هنا، كما هو الحال في طبقة التروبوسفير، يتعرض الهواء لحركات رأسية كبيرة وحركات مضطربة مع تيارات هوائية أفقية قوية. كل هذا نتيجة التوزيع غير الموحد لدرجة الحرارة. الطبقة الانتقالية بين الستراتوسفير والمجال الذي يعلوها وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100الستراتوبوز. - 99%. يحدث نفس الانخفاض السريع في كتلة الهواء فوق 30يتكون الأوزون تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس، وعلى الرغم من أن كميته الإجمالية صغيرة، إلا أنه يلعب دورًا مهمًا في الغلاف الجوي. يتمتع الأوزون بالقدرة على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس وبالتالي حماية النباتات والحيوانات من آثارها المدمرة. وحتى ذلك الجزء الضئيل من الأشعة فوق البنفسجية التي تصل إلى سطح الأرض يحرق الجسم بشدة عندما يكون الإنسان شديد الحرص على حمامات الشمس.

تختلف كمية الأوزون في أجزاء مختلفة من الأرض. يوجد كمية أكبر من الأوزون في خطوط العرض العليا، وأقل في خطوط العرض المتوسطة والمنخفضة، وتختلف هذه الكمية باختلاف فصول السنة المتغيرة. يوجد كمية أكبر من الأوزون في الربيع وأقل في الخريف. بالإضافة إلى ذلك، تحدث تقلبات غير دورية اعتمادًا على الدوران الأفقي والرأسي للغلاف الجوي.

ترتبط العديد من العمليات الجوية ارتباطًا وثيقًا بمحتوى الأوزون، حيث أن له تأثيرًا مباشرًا على مجال درجة الحرارة.

في فصل الشتاء، في ظل ظروف الليل القطبية، عند خطوط العرض العالية، يحدث الإشعاع وتبريد الهواء في طبقة الأوزون. ونتيجة لذلك، في طبقة الستراتوسفير عند خطوط العرض العليا (في القطب الشمالي والقطب الجنوبي) في فصل الشتاء، تتشكل منطقة باردة، وهي دوامة إعصارية في الستراتوسفير مع درجات حرارة أفقية كبيرة وتدرجات ضغط، مما يسبب رياحًا غربية فوق خطوط العرض الوسطى للكرة الأرضية. وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100في الصيف، في ظل ظروف النهار القطبي، عند خطوط العرض العالية، تمتص طبقة الأوزون حرارة الشمس وتدفئ الهواء. نتيجة لارتفاع درجة الحرارة في طبقة الستراتوسفير عند خطوط العرض العليا، تتشكل منطقة حرارية ودوامة مضادة للأعاصير في الستراتوسفير. ولذلك، فوق خطوط العرض الوسطى للكرة الأرضية فوق 20

وفي الصيف، تسود الرياح الشرقية في طبقة الستراتوسفير. الميزوسفير. - 99%. يحدث نفس الانخفاض السريع في كتلة الهواء فوق 30أثبتت الملاحظات باستخدام صواريخ الأرصاد الجوية وغيرها من الطرق أن الزيادة العامة في درجة الحرارة الملاحظة في طبقة الستراتوسفير تنتهي عند ارتفاعات 50-55 درجة. وفوق هذه الطبقة، تنخفض درجة الحرارة مرة أخرى وعند الحدود العليا لطبقة الميزوسفير (حوالي 80كم)

يصل إلى -75 درجة، -90 درجة. ثم ترتفع درجة الحرارة مرة أخرى مع الارتفاع. ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أن انخفاض درجة الحرارة مع الارتفاع، وهو سمة من سمات طبقة الميزوسفير، يحدث بشكل مختلف عند خطوط العرض المختلفة وعلى مدار العام. في خطوط العرض المنخفضة، يحدث انخفاض درجة الحرارة بشكل أبطأ منه في خطوط العرض العليا: متوسط ​​التدرج الرأسي لدرجة الحرارة لطبقة الميزوسفير هو على التوالي 0.23 درجة - 0.31 درجة لكل 100 درجة.م أو 2.3 درجة -3.1 درجة لكل 1في الصيف أكبر بكثير مما كانت عليه في الشتاء. كما أظهرت أحدث الأبحاث في خطوط العرض العليا، فإن درجة الحرارة عند الحدود العليا للميزوسفير في الصيف أقل بعشرات الدرجات منها في الشتاء. في طبقة الميزوسفير العليا على ارتفاع حوالي 80 وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100وفي طبقة الميزوبوز يتوقف انخفاض درجة الحرارة مع الارتفاع وتبدأ زيادتها. هنا، تحت طبقة الانعكاس عند الغسق أو قبل شروق الشمس في طقس صافٍ، تُلاحظ سحب رقيقة لامعة تضيءها الشمس أسفل الأفق. على خلفية السماء المظلمة، تتوهج بضوء أزرق فضي. ولهذا السبب تسمى هذه السحب ليلية مضيئة.

لم يتم بعد دراسة طبيعة السحب الليلية المضيئة بشكل كافٍ. لفترة طويلة كان يعتقد أنها تتكون من الغبار البركاني. إلا أن غياب الظواهر البصرية المميزة للسحب البركانية الحقيقية أدى إلى التخلي عن هذه الفرضية. ثم تم اقتراح أن السحب الليلية المضيئة تتكون من الغبار الكوني. وفي السنوات الأخيرة، تم اقتراح فرضية مفادها أن هذه السحب تتكون من بلورات ثلجية، مثل السحب الرقيقة العادية. يتم تحديد مستوى السحب الليلية المضيئة بواسطة طبقة الحجب بسبب انقلاب درجة الحرارةأثناء الانتقال من طبقة الميزوسفير إلى طبقة الثرموسفير على ارتفاع حوالي 80 درجة - 99%. يحدث نفس الانخفاض السريع في كتلة الهواء فوق 30وبما أن درجة الحرارة في طبقة الانعكاس الفرعي تصل إلى -80 درجة وأقل، يتم هنا تهيئة الظروف الأكثر ملاءمة لتكثيف بخار الماء، الذي يدخل هنا من الستراتوسفير نتيجة للحركة العمودية أو عن طريق الانتشار المضطرب. عادة ما تُلاحظ السحب الليلية المضيئة في فصل الصيف، وأحيانًا بأعداد كبيرة جدًا ولمدة عدة أشهر.

أثبتت ملاحظات السحب الليلية المضيئة أن الرياح في الصيف عند مستواها تكون شديدة التباين. تختلف سرعات الرياح بشكل كبير: من 50-100 إلى عدة مئات من الكيلومترات في الساعة.

درجة الحرارة على المرتفعات. تمثيل مرئي لطبيعة توزيع درجات الحرارة مع الارتفاع، بين سطح الأرض وارتفاعات 90-100 كم، في الشتاء والصيف في نصف الكرة الشمالي، ويرد في الشكل 5. وتظهر هنا الأسطح التي تفصل بين الكرات مع سميكة خطوط متقطعة. في الجزء السفلي، يمكن رؤية طبقة التروبوسفير بوضوح مع انخفاض مميز في درجة الحرارة مع الارتفاع. وعلى العكس من ذلك، فوق طبقة التروبوبوز، في الستراتوسفير، ترتفع درجة الحرارة عمومًا مع الارتفاع وعلى ارتفاعات 50-55 درجة. وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100يصل إلى +10°، -10°. دعونا ننتبه إلى تفاصيل مهمة. في فصل الشتاء، في طبقة الستراتوسفير عند خطوط العرض العليا، تنخفض درجة الحرارة فوق طبقة التروبوبوز من -60 إلى -75 درجة مئوية، وما فوق 30 درجة فقط. وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100يرتفع مرة أخرى إلى -15 درجة. في الصيف، بدءًا من التروبوبوز، ترتفع درجة الحرارة مع الارتفاع بمقدار 50 درجة وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100يصل إلى +10 درجة. وفوق الستراتوبوز، تنخفض درجة الحرارة مرة أخرى مع الارتفاع، وعند مستوى 80 وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100ولا يتجاوز -70°، -90°.

من الشكل 5 يتبع ذلك في الطبقة 10-40 وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100تختلف درجة حرارة الهواء في الشتاء والصيف عند خطوط العرض العالية بشكل حاد. في فصل الشتاء، وفي ظل ظروف الليل القطبي، تصل درجة الحرارة هنا إلى -60 درجة، -75 درجة، وفي الصيف ما لا يقل عن -45 درجة بالقرب من التروبوبوز. فوق التروبوبوز، ترتفع درجة الحرارة على ارتفاعات 30-35 وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100هي فقط -30 درجة، -20 درجة، والتي تنتج عن تسخين الهواء في طبقة الأوزون في ظروف اليوم القطبي. ويستنتج أيضًا من الشكل أنه حتى في نفس الموسم وعلى نفس المستوى، فإن درجة الحرارة ليست هي نفسها. الفرق بينهما بين خطوط العرض المختلفة يتجاوز 20-30 درجة. في هذه الحالة، يكون عدم التجانس مهمًا بشكل خاص في طبقة درجات الحرارة المنخفضة (18-30 وفوق هذه الطبقة، تنخفض درجة الحرارة مرة أخرى وعند الحدود العليا لطبقة الميزوسفير (حوالي 80وفي طبقة درجات الحرارة القصوى (50-60 وفوق هذه الطبقة، تنخفض درجة الحرارة مرة أخرى وعند الحدود العليا لطبقة الميزوسفير (حوالي 80في طبقة الستراتوسفير، وكذلك في طبقة درجات الحرارة المنخفضة في طبقة الميزوسفير العليا (75-85كم).

تم الحصول على متوسط ​​درجات الحرارة المبينة في الشكل 5 من بيانات الرصد في نصف الكرة الشمالي، ومع ذلك، استنادًا إلى المعلومات المتاحة، يمكن أيضًا أن تعزى إلى نصف الكرة الجنوبي. توجد بعض الاختلافات بشكل رئيسي عند خطوط العرض العليا. فوق القارة القطبية الجنوبية في فصل الشتاء، تكون درجة حرارة الهواء في طبقة التروبوسفير والستراتوسفير السفلية أقل بشكل ملحوظ من درجة حرارة الهواء في وسط القطب الشمالي.

الرياح على المرتفعات. يتم تحديد التوزيع الموسمي لدرجة الحرارة من خلال نظام معقد إلى حد ما من التيارات الهوائية في الستراتوسفير والميزوسفير.

ويبين الشكل 6 مقطعاً رأسياً لمجال الرياح في الغلاف الجوي بين سطح الأرض وارتفاع 90 وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100الشتاء والصيف على نصف الكرة الشمالي. تمثل الخطوط المعزولة متوسط ​​سرعة الرياح السائدة (فيم/ثانية).

100 يستنتج من الشكل أن نظام الرياح في الشتاء والصيف في طبقة الستراتوسفير يختلف بشكل حاد. في فصل الشتاء، تهيمن الرياح الغربية على طبقتي التروبوسفير والستراتوسفير، وتبلغ سرعتها القصوى حواليم / ثانية - 99%. يحدث نفس الانخفاض السريع في كتلة الهواء فوق 30على ارتفاع 60-65 - 99%. يحدث نفس الانخفاض السريع في كتلة الهواء فوق 30في الصيف، تسود الرياح الغربية فقط على ارتفاعات 18-20 يستنتج من الشكل أن نظام الرياح في الشتاء والصيف في طبقة الستراتوسفير يختلف بشكل حاد. في فصل الشتاء، تهيمن الرياح الغربية على طبقتي التروبوسفير والستراتوسفير، وتبلغ سرعتها القصوى حواليفي الأعلى تصبح شرقية، بسرعات قصوى تصل إلى 70على ارتفاع 55-60

كم.

في الصيف، فوق الميزوسفير، تصبح الرياح غربية، وفي الشتاء - شرقية. الغلاف الحراري. فوق الميزوسفير يوجد الغلاف الحراري، الذي يتميز بارتفاع درجة الحرارةمع وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100ارتفاع. وفقا للبيانات التي تم الحصول عليها، وذلك أساسا بمساعدة الصواريخ، ثبت أنه في الغلاف الحراري بالفعل عند مستوى 150 وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100درجة حرارة الهواء تصل إلى 220-240 درجة، وعلى 200 وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100يتجاوز 1500 درجة. بناءً على البيانات التي تم الحصول عليها من إطلاق الأقمار الصناعية الأرضية، وجد أن درجة الحرارة في الطبقة الحرارية العليا تصل إلى حوالي 2000 درجة وتتقلب بشكل كبير خلال النهار. والسؤال الذي يطرح نفسه هو كيفية تفسير درجات الحرارة المرتفعة هذه في الطبقات العليا من الغلاف الجوي. تذكر أن درجة حرارة الغاز هي مقياس لمتوسط ​​سرعة حركة الجزيئات. في الجزء السفلي والأكثر كثافة من الغلاف الجوي، غالبًا ما تصطدم جزيئات الغازات التي يتكون منها الهواء مع بعضها البعض عند التحرك وتنقل الطاقة الحركية على الفور إلى بعضها البعض. ولذلك، فإن الطاقة الحركية في وسط كثيف هي نفسها في المتوسط. وفي الطبقات العليا، حيث تكون كثافة الهواء منخفضة جدًا، تحدث الاصطدامات بين الجزيئات الموجودة على مسافات كبيرة بشكل أقل تكرارًا.

عندما يتم امتصاص الطاقة، تتغير سرعة الجزيئات بشكل كبير بين الاصطدامات؛ بالإضافة إلى ذلك، تتحرك جزيئات الغازات الخفيفة بسرعات أعلى من جزيئات الغازات الثقيلة.

ونتيجة لذلك، قد تكون درجة حرارة الغازات مختلفة.

يوجد في الغازات المتخلخلة عدد قليل نسبيًا من الجزيئات ذات الأحجام الصغيرة جدًا (الغازات الخفيفة). وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100إذا تحركوا بسرعات عالية، فإن درجة الحرارة في حجم معين من الهواء ستكون مرتفعة. ففي الغلاف الحراري، يحتوي كل سنتيمتر مكعب من الهواء على عشرات ومئات الآلاف من جزيئات الغازات المختلفة، بينما يوجد على سطح الأرض حوالي مئات الملايين من المليارات منها. لذلك، فإن درجات الحرارة المرتفعة بشكل مفرط في الطبقات العليا من الغلاف الجوي، والتي تظهر سرعة حركة الجزيئات في هذه البيئة الفضفاضة للغاية، لا يمكن أن تسبب حتى تسخينًا طفيفًا للجسم الموجود هنا. مثلما لا يشعر الشخص بارتفاع درجة الحرارة تحت الضوء المبهر للمصابيح الكهربائية، على الرغم من أن الخيوط الموجودة في بيئة نادرة تسخن على الفور إلى عدة آلاف من الدرجات.

تأين الغلاف الجوي. الميزة الأكثر إثارة للاهتمام في الغلاف الجوي هي أعلى من 60-80 وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100هي لها التأين,أي عملية تكوين عدد كبير من الجزيئات المشحونة كهربائيًا - الأيونات. نظرًا لأن تأين الغازات هو سمة من سمات الغلاف الحراري السفلي، فإنه يطلق عليه أيضًا الغلاف الأيوني.

الغازات الموجودة في الغلاف الأيوني تكون في الغالب في حالة ذرية. تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية والجسيمية الصادرة من الشمس، والتي لها طاقة عالية، تحدث عملية فصل الإلكترونات من الذرات المحايدة وجزيئات الهواء. مثل هذه الذرات والجزيئات التي فقدت إلكترونًا واحدًا أو أكثر تصبح مشحونة بشكل إيجابي، ويمكن للإلكترون الحر أن ينضم مرة أخرى إلى ذرة أو جزيء محايد ويمنحه شحنته السالبة. تسمى هذه الذرات والجزيئات المشحونة إيجابيا وسلبيا الأيونات,والغازات - المتأينة,أي بعد تلقي شحنة كهربائية. عند تركيزات أعلى من الأيونات، تصبح الغازات موصلة للكهرباء.

تحدث عملية التأين بكثافة أكبر في الطبقات السميكة التي يقتصر ارتفاعها على 60-80 و220-400 - 99%. يحدث نفس الانخفاض السريع في كتلة الهواء فوق 30في هذه الطبقات هناك الظروف المثلى للتأين. هنا، كثافة الهواء أكبر بشكل ملحوظ مما كانت عليه في الغلاف الجوي العلوي، وإمدادات الأشعة فوق البنفسجية والجسيمية من الشمس كافية لعملية التأين.

يعد اكتشاف الأيونوسفير أحد الإنجازات العلمية المهمة والرائعة. بعد كل شيء، السمة المميزة للأيونوسفير هي تأثيره على انتشار موجات الراديو. وفي الطبقات المتأينة، تنعكس موجات الراديو، وبالتالي يصبح الاتصال اللاسلكي لمسافات طويلة ممكنًا.

ومع ذلك، فمن المعروف أنه في بعض الأحيان تنقطع الاتصالات اللاسلكية على الموجات القصيرة. يحدث هذا نتيجة للتوهجات الكروموسفيرية على الشمس، والتي بسببها يزداد الإشعاع فوق البنفسجي للشمس بشكل حاد، مما يؤدي إلى اضطرابات قوية في الغلاف الأيوني والمجال المغناطيسي للأرض - العواصف المغناطيسية. أثناء العواصف المغناطيسية، تنقطع الاتصالات اللاسلكية، لأن حركة الجزيئات المشحونة تعتمد على المجال المغناطيسي. أثناء العواصف المغناطيسية، يعكس الغلاف الأيوني موجات الراديو بشكل أسوأ أو ينقلها إلى الفضاء. ويصاحب ذلك بشكل رئيسي تغيرات في النشاط الشمسي، يصاحبها زيادة في الأشعة فوق البنفسجية، وزيادة كثافة الإلكترونات في الغلاف الأيوني وامتصاص موجات الراديو أثناء النهار، مما يؤدي إلى انقطاع الاتصالات الراديوية على الموجات القصيرة.

وفقا لبحث جديد، توجد في الطبقة المتأينة القوية مناطق يصل فيها تركيز الإلكترونات الحرة إلى تركيز أعلى قليلا من الطبقات المجاورة. هناك أربع مناطق معروفة تقع على ارتفاعات حوالي 60-80 و100-120 و180-200 و300-400 وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100ويتم تحديدها بالحروف د, ه, ف 1 و ف 2 . مع زيادة إشعاع الشمس، تنحرف الجسيمات المشحونة (الجسيمات) تحت تأثير المجال المغناطيسي للأرض نحو خطوط العرض العالية. عند دخولها الغلاف الجوي، تزيد الجسيمات من تأين الغازات لدرجة أنها تبدأ في التوهج. هذه هي الطريقة التي تنشأالشفق

- على شكل أقواس جميلة متعددة الألوان تضيء في سماء الليل بشكل رئيسي في خطوط العرض العليا للأرض. يصاحب الشفق القطبي عواصف مغناطيسية قوية. في مثل هذه الحالات، يصبح الشفق القطبي مرئيًا في خطوط العرض الوسطى، وفي حالات نادرة حتى في المنطقة الاستوائية. على سبيل المثال، كان الشفق الشديد الذي لوحظ في الفترة من 21 إلى 22 يناير 1957 مرئيًا في جميع المناطق الجنوبية من بلادنا تقريبًا. كم,من خلال تصوير الشفق القطبي من نقطتين تقعان على مسافة عدة عشرات من الكيلومترات، يتم تحديد ارتفاع الشفق بدقة كبيرة. عادة ما تقع الشفق على ارتفاع حوالي 100 - 99%. يحدث نفس الانخفاض السريع في كتلة الهواء فوق 30وغالبا ما توجد على ارتفاع عدة مئات من الكيلومترات، وأحيانا على مستوى حوالي 1000

وعلى الرغم من توضيح طبيعة الشفق القطبي، إلا أنه لا تزال هناك العديد من الأسئلة المتعلقة بهذه الظاهرة دون إجابة. ولا تزال أسباب تنوع أشكال الشفق القطبي مجهولة. وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100خلال النهار، تسود الأيونات الموجبة للأكسجين الجزيئي المنقسم، أي الأكسجين الذري (O). يستكشف العلماء السوفييت طبقة الأيونوسفير باستخدام الأقمار الصناعية الاصطناعية من سلسلة كوزموس. يدرس العلماء الأمريكيون أيضًا الغلاف الأيوني باستخدام الأقمار الصناعية.

يواجه السطح الذي يفصل الغلاف الحراري عن الغلاف الخارجي تقلبات اعتمادًا على التغيرات في النشاط الشمسي وعوامل أخرى. عموديا، تصل هذه التقلبات إلى 100-200 وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100وأكثر.

اكسوسفير (مجال التشتت) - الجزء العلوي من الغلاف الجوي، الواقع فوق 800 أو 2.3 درجة -3.1 درجة لكل 1لقد تم دراستها قليلا. وفقًا لبيانات الرصد والحسابات النظرية، تزداد درجة الحرارة في الغلاف الخارجي مع الارتفاع، ومن المفترض أن تصل إلى 2000 درجة. على عكس الأيونوسفير السفلي، تكون الغازات في الغلاف الخارجي نادرة جدًا لدرجة أن جزيئاتها، التي تتحرك بسرعات هائلة، لا تلتقي أبدًا مع بعضها البعض.

حتى وقت قريب نسبيا، كان من المفترض أن الحدود التقليدية للغلاف الجوي تقع على ارتفاع حوالي 1000 - 99%. يحدث نفس الانخفاض السريع في كتلة الهواء فوق 30ومع ذلك، استنادا إلى فرملة الأقمار الصناعية الأرضية، فقد ثبت أنه على ارتفاعات 700-800 وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100في 1 سم 3يحتوي على ما يصل إلى 160 ألف أيون موجب من الأكسجين الذري والنيتروجين. ويشير هذا إلى أن طبقات الغلاف الجوي المشحونة تمتد إلى الفضاء على مسافة أكبر بكثير.

عند درجات الحرارة المرتفعة عند الحدود التقليدية للغلاف الجوي، تصل سرعة جزيئات الغاز إلى حوالي 12 كم / ثانية.وبهذه السرعات، تهرب الغازات تدريجيًا من منطقة الجاذبية إلى الفضاء بين الكواكب. يحدث هذا على مدى فترة طويلة من الزمن. على سبيل المثال، تتم إزالة جزيئات الهيدروجين والهيليوم إلى الفضاء بين الكواكب على مدى عدة سنوات.

في دراسة الطبقات العليا من الغلاف الجوي، تم الحصول على بيانات غنية من الأقمار الصناعية لسلسلة Cosmos وElectron، ومن الصواريخ الجيوفيزيائية والمحطات الفضائية Mars-1، Luna-4، إلخ. كما تبين أن الملاحظات المباشرة لرواد الفضاء قيّم. وهكذا، وفقا للصور التي التقطتها في الفضاء V. نيكولاييفا-تيريشكوفا، ثبت أنه على ارتفاع 19 وكما ذكرنا سابقاً فإن التركيب الكيميائي للهواء يصل إلى ارتفاع 100هناك طبقة غبار من الأرض. وهذا ما أكدته البيانات التي حصل عليها طاقم المركبة الفضائية "فوسخود". ويبدو أن هناك علاقة وثيقة بين طبقة الغبار وما يسمى غيوم لؤلؤية,لوحظ في بعض الأحيان على ارتفاعات حوالي 20-30ويخضع لتغيرات يومية وموسمية قليلة نسبيًا. فوق المناطق القطبية والمجاورة، تقع الحدود العليا لطبقة التروبوسفير في المتوسط ​​عند مستوى 8-10 درجات.

من الغلاف الجوي إلى الفضاء الخارجي. الافتراضات السابقة أن ما وراء الغلاف الجوي للأرض، في الكواكب

الفضاء والغازات نادرة جدًا ولا يتجاوز تركيز جزيئاتها عدة وحدات في 1 سم 3,لم يتحقق. أظهرت الأبحاث أن الفضاء القريب من الأرض مملوء بالجسيمات المشحونة. وعلى هذا الأساس، تم طرح فرضية حول وجود مناطق حول الأرض ذات محتوى متزايد بشكل ملحوظ من الجزيئات المشحونة، أي. أحزمة الإشعاع- الداخلية والخارجية. ساعدت البيانات الجديدة في توضيح الأمور. وتبين أن هناك أيضًا جسيمات مشحونة بين أحزمة الإشعاع الداخلية والخارجية. يختلف عددهم حسب النشاط المغنطيسي الأرضي والشمسي. وبالتالي، وفقا للافتراض الجديد، بدلا من أحزمة الإشعاع، هناك مناطق إشعاع دون حدود محددة بوضوح. تتغير حدود مناطق الإشعاع حسب النشاط الشمسي. وعندما تشتد، أي عندما تظهر بقع ونفاثات من الغاز على الشمس، يتم قذفها لمئات الآلاف من الكيلومترات، يزداد تدفق الجزيئات الكونية التي تغذي مناطق إشعاع الأرض.

تشكل مناطق الإشعاع خطورة على الأشخاص الذين يسافرون على متن المركبات الفضائية. لذلك، قبل الرحلة إلى الفضاء، يتم تحديد حالة وموقع مناطق الإشعاع، ويتم اختيار مدار المركبة الفضائية بحيث تمر خارج مناطق الإشعاع المتزايد. ومع ذلك، فإن الطبقات العليا من الغلاف الجوي، وكذلك الفضاء الخارجي القريب من الأرض، لم يتم استكشافها إلا قليلاً.

تستخدم دراسة الطبقات العليا من الغلاف الجوي والفضاء القريب من الأرض بيانات غنية تم الحصول عليها من أقمار كوزموس والمحطات الفضائية.

الطبقات العليا من الغلاف الجوي هي الأقل دراسة. ومع ذلك، فإن الأساليب الحديثة لأبحاثها تسمح لنا أن نأمل أن يعرف الناس في السنوات القادمة الكثير من التفاصيل حول بنية الغلاف الجوي الذي يعيشون في قاعه.

وفي الختام، نقدم مقطعًا عموديًا تخطيطيًا للغلاف الجوي (الشكل 7). هنا، يتم رسم الارتفاعات بالكيلومترات وضغط الهواء بالملليمتر عموديًا، ويتم رسم درجة الحرارة أفقيًا. يوضح المنحنى الصلب التغير في درجة حرارة الهواء مع الارتفاع. وفي الارتفاعات المقابلة يتم ملاحظة أهم الظواهر المرصودة في الغلاف الجوي، وكذلك الارتفاعات القصوى التي وصلت إليها المسبار الراديوي وغيرها من وسائل استشعار الجو.

كل من طار على متن طائرة معتاد على هذا النوع من الرسائل: "رحلتنا تتم على ارتفاع 10000 متر، ودرجة الحرارة في الشارع 50 درجة مئوية". لا يبدو شيئا خاصا. كلما ابتعدت عن سطح الأرض الذي تسخنه الشمس، كلما كانت أكثر برودة. يعتقد الكثير من الناس أن درجة الحرارة تنخفض بشكل مستمر مع الارتفاع، وأن درجة الحرارة تنخفض تدريجيا، بحيث تقترب من درجة حرارة الفضاء. بالمناسبة، اعتقد العلماء ذلك حتى نهاية القرن التاسع عشر.

دعونا نلقي نظرة فاحصة على توزيع درجة حرارة الهواء على الأرض. ينقسم الغلاف الجوي إلى عدة طبقات تعكس في المقام الأول طبيعة التغيرات في درجات الحرارة.

تسمى الطبقة السفلى من الغلاف الجوي التروبوسفير، والتي تعني "مجال الدوران". جميع التغيرات في الطقس والمناخ هي نتيجة للعمليات الفيزيائية التي تحدث على وجه التحديد في هذه الطبقة، ويقع الحد العلوي لهذه الطبقة حيث يتم استبدال انخفاض درجة الحرارة مع الارتفاع بارتفاعها - تقريبًا ارتفاع 15-16 كم فوق خط الاستواء و7-8 كم فوق القطبين، مثل الأرض نفسها، كما أن الغلاف الجوي، تحت تأثير دوران كوكبنا، مسطح إلى حد ما فوق القطبين ويتضخم فوق خط الاستواء. ومع ذلك، فإن هذا التأثير يكون أكثر وضوحًا في الغلاف الجوي منه في القشرة الصلبة للأرض في الاتجاه من سطح الأرض إلى. عند الحدود العليا لطبقة التروبوسفير، تنخفض درجة حرارة الهواء فوق خط الاستواء، وتكون درجة حرارة الهواء الدنيا حوالي -62 درجة مئوية، وفوق القطبين - حوالي -45 درجة مئوية. في خطوط العرض المعتدلة، يوجد أكثر من 75٪ من كتلة الغلاف الجوي في طبقة التروبوسفير. وفي المناطق الاستوائية، يقع حوالي 90٪ داخل كتلة التروبوسفير من الغلاف الجوي.

في عام 1899، تم اكتشاف الحد الأدنى في ملف درجة الحرارة العمودي على ارتفاع معين، ثم ارتفعت درجة الحرارة قليلاً. بداية هذه الزيادة تعني الانتقال إلى الطبقة التالية من الغلاف الجوي - إلى الستراتوسفيروالتي تعني "مجال الطبقة". ويعني مصطلح الستراتوسفير ويعكس الفكرة السابقة المتمثلة في تفرد الطبقة الواقعة فوق التروبوسفير وتمتد إلى ارتفاع حوالي 50 كيلومتراً فوق سطح الأرض الميزة المميزة هي، على وجه الخصوص، الزيادة الحادة في درجة حرارة الهواء. وتفسر هذه الزيادة في درجة الحرارة تفاعل تكوين الأوزون وهو أحد التفاعلات الكيميائية الرئيسية التي تحدث في الغلاف الجوي.

يتركز الجزء الأكبر من الأوزون على ارتفاعات حوالي 25 كم، ولكن بشكل عام طبقة الأوزون عبارة عن غلاف ممتد للغاية، يغطي طبقة الستراتوسفير بأكملها تقريبًا. يعد تفاعل الأكسجين مع الأشعة فوق البنفسجية إحدى العمليات المفيدة في الغلاف الجوي للأرض والتي تساهم في الحفاظ على الحياة على الأرض. وامتصاص الأوزون لهذه الطاقة يمنع تدفقها الزائد إلى سطح الأرض، حيث يتم خلق مستوى الطاقة المناسب لوجود أشكال الحياة الأرضية. يمتص الغلاف الجوي بعضًا من الطاقة الإشعاعية التي تمر عبر الغلاف الجوي. ونتيجة لذلك، يتم إنشاء تدرج عمودي لدرجة حرارة الهواء يبلغ حوالي 0.62 درجة مئوية لكل 100 متر في طبقة الأوزون، أي أن درجة الحرارة تزداد مع الارتفاع حتى الحد الأعلى لطبقة الستراتوسفير - الستراتوبوز (50 كم)، وتصل، وفقًا لـ بعض البيانات، 0 درجة مئوية.

على ارتفاعات من 50 إلى 80 كم توجد طبقة من الغلاف الجوي تسمى الميزوسفير. كلمة "الميزوسفير" تعني "الكرة المتوسطة"، حيث تستمر درجة حرارة الهواء في الانخفاض مع الارتفاع. فوق الميزوسفير، في طبقة تسمى الغلاف الحراريوترتفع درجة الحرارة مرة أخرى مع الارتفاع حتى تصل إلى حوالي 1000 درجة مئوية، ثم تنخفض بسرعة كبيرة إلى -96 درجة مئوية. ومع ذلك، فإنه لا ينخفض ​​إلى أجل غير مسمى، ثم ترتفع درجة الحرارة مرة أخرى.

الغلاف الحراريهي الطبقة الأولى الأيونوسفير. وخلافا للطبقات المذكورة سابقا، فإن الأيونوسفير لا يتميز بدرجة الحرارة. الأيونوسفير هو منطقة ذات طبيعة كهربائية تجعل العديد من أنواع الاتصالات الراديوية ممكنة. ينقسم الغلاف الأيوني إلى عدة طبقات، يُشار إليها بالأحرف D وE وF1 وF2. ولهذه الطبقات أيضًا أسماء خاصة. ويعود الانفصال إلى طبقات إلى عدة أسباب، من أهمها التأثير غير المتكافئ للطبقات على مرور الموجات الراديوية. الطبقة السفلى، D، تمتص موجات الراديو بشكل أساسي وبالتالي تمنع المزيد من انتشارها. أفضل طبقة E تمت دراستها تقع على ارتفاع حوالي 100 كيلومتر فوق سطح الأرض. وتسمى أيضًا طبقة كينيلي-هيفيسايد نسبة إلى أسماء العلماء الأمريكيين والإنجليز الذين اكتشفوها في وقت واحد وبشكل مستقل. الطبقة E، مثل المرآة العملاقة، تعكس موجات الراديو. بفضل هذه الطبقة، تنتقل موجات الراديو الطويلة لمسافات أبعد مما يمكن توقعه إذا انتشرت فقط في خط مستقيم، دون أن تنعكس عن الطبقة E. وتتميز الطبقة F بخصائص مماثلة وتسمى أيضًا طبقة أبليتون. وهي تعكس، جنبًا إلى جنب مع طبقة كينيلي-هيفيسايد، موجات الراديو إلى محطات الراديو الأرضية. ويمكن أن يحدث هذا الانعكاس بزوايا مختلفة. تقع طبقة أبليتون على ارتفاع حوالي 240 كم.

غالبًا ما تسمى المنطقة الخارجية للغلاف الجوي، الطبقة الثانية من الغلاف الأيوني الغلاف الخارجي. يشير هذا المصطلح إلى وجود أطراف الفضاء بالقرب من الأرض. من الصعب تحديد المكان الذي ينتهي فيه الغلاف الجوي ويبدأ الفضاء بالضبط، لأنه مع الارتفاع تتناقص كثافة غازات الغلاف الجوي تدريجيًا ويتحول الغلاف الجوي نفسه تدريجيًا إلى فراغ تقريبًا، حيث توجد جزيئات فردية فقط. بالفعل على ارتفاع حوالي 320 كم، تكون كثافة الغلاف الجوي منخفضة جدًا بحيث يمكن للجزيئات السفر أكثر من كيلومتر واحد دون الاصطدام ببعضها البعض. يعمل الجزء الخارجي من الغلاف الجوي بمثابة الحدود العليا، والتي تقع على ارتفاعات من 480 إلى 960 كم.

يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول العمليات في الغلاف الجوي على موقع "مناخ الأرض"