องค์ประกอบของชั้นบรรยากาศโลกเป็นเปอร์เซ็นต์ ชั้นบรรยากาศของโลก

บรรยากาศเป็นส่วนผสมของก๊าซต่างๆ มันขยายจากพื้นผิวโลกไปจนถึงความสูง 900 กม. ปกป้องโลกจากสเปกตรัมที่เป็นอันตรายของรังสีดวงอาทิตย์ และมีก๊าซที่จำเป็นสำหรับทุกชีวิตบนโลก ชั้นบรรยากาศกักเก็บความร้อนจากดวงอาทิตย์ ทำให้พื้นผิวโลกร้อนขึ้น และสร้างสภาพอากาศที่เอื้ออำนวย

องค์ประกอบของบรรยากาศ

ชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วยก๊าซสองส่วนใหญ่ ได้แก่ ไนโตรเจน (78%) และออกซิเจน (21%) นอกจากนี้ยังมีสิ่งเจือปนของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซอื่นๆ ในชั้นบรรยากาศมีอยู่ในรูปของไอ หยดความชื้นในเมฆ และผลึกน้ำแข็ง

ชั้นบรรยากาศ

บรรยากาศประกอบด้วยหลายชั้น ซึ่งระหว่างนั้นไม่มีขอบเขตที่ชัดเจน อุณหภูมิของชั้นต่างๆ แตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัด

• สนามแม่เหล็กไร้อากาศ นี่คือจุดที่ดาวเทียมส่วนใหญ่ของโลกบินอยู่นอกชั้นบรรยากาศของโลก
• เอกโซสเฟียร์ (450-500 กม. จากพื้นผิว) แทบไม่มีก๊าซเลย ดาวเทียมตรวจอากาศบางดวงบินไปในชั้นนอกสเฟียร์ เทอร์โมสเฟียร์ (80-450 กม.) มีอุณหภูมิสูงถึง 1,700°C ในชั้นบน
• มีโซสเฟียร์ (50-80 กม.) ในบริเวณนี้ อุณหภูมิจะลดลงตามระดับความสูงที่เพิ่มขึ้น นี่คือจุดที่อุกกาบาตส่วนใหญ่ (เศษหินอวกาศ) ที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศลุกไหม้
• สตราโตสเฟียร์ (15-50 กม.) ประกอบด้วยชั้นโอโซน เช่น ชั้นโอโซนที่ดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ ส่งผลให้อุณหภูมิใกล้พื้นผิวโลกสูงขึ้น เครื่องบินเจ็ตมักจะบินมาที่นี่เพราะว่า ทัศนวิสัยในชั้นนี้ดีมากและแทบไม่มีการรบกวนจากสภาพอากาศ
• โทรโพสเฟียร์ ความสูงแตกต่างกันไปตั้งแต่ 8 ถึง 15 กม. จากพื้นผิวโลก ที่นี่เป็นที่ที่สภาพอากาศของโลกก่อตัวขึ้น นับตั้งแต่มา ชั้นนี้มีไอน้ำ ฝุ่น และลมมากที่สุด อุณหภูมิจะลดลงตามระยะห่างจากพื้นผิวโลก

ความดันบรรยากาศ

แม้ว่าเราจะไม่รู้สึกถึงมัน แต่ชั้นบรรยากาศก็กดดันพื้นผิวโลก มันอยู่สูงที่สุดใกล้ผิวน้ำ และเมื่อคุณเคลื่อนตัวออกห่างจากพื้นผิว มันจะค่อยๆ ลดลง ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นดินและมหาสมุทร ดังนั้นในพื้นที่ที่อยู่เหนือระดับน้ำทะเลเท่ากันจึงมักมีความกดดันที่แตกต่างกัน ความกดอากาศต่ำทำให้อากาศเปียก ส่วนความกดอากาศสูงมักทำให้อากาศแจ่มใส

การเคลื่อนตัวของมวลอากาศในชั้นบรรยากาศ

และความกดดันบังคับให้ชั้นล่างของบรรยากาศผสมกัน นี่คือวิธีที่ลมเกิดขึ้น โดยพัดจากบริเวณที่มีความกดอากาศสูงไปยังบริเวณที่มีความกดอากาศต่ำ ในหลายภูมิภาค ลมในท้องถิ่นก็เกิดขึ้นเช่นกันเนื่องจากอุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างพื้นดินและในทะเล ภูเขายังมีอิทธิพลสำคัญต่อทิศทางลมอีกด้วย

ปรากฏการณ์เรือนกระจก

คาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซอื่นๆ ที่ประกอบเป็นชั้นบรรยากาศของโลกกักเก็บความร้อนจากดวงอาทิตย์ โดยทั่วไปกระบวนการนี้เรียกว่าปรากฏการณ์เรือนกระจก เนื่องจากมีหลายวิธีที่ทำให้นึกถึงการไหลเวียนของความร้อนในโรงเรือน ภาวะเรือนกระจกทำให้เกิดภาวะโลกร้อนบนโลกใบนี้ ในบริเวณที่มีความกดอากาศสูง - แอนติไซโคลน - มีอากาศสดใสและมีแดดจัด บริเวณที่มีความกดอากาศต่ำ - พายุไซโคลน - มักพบกับสภาพอากาศที่ไม่แน่นอน ความร้อนและแสงสว่างเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ ก๊าซกักเก็บความร้อนที่สะท้อนจากพื้นผิวโลก ส่งผลให้อุณหภูมิบนโลกเพิ่มขึ้น

มีชั้นโอโซนพิเศษในชั้นสตราโตสเฟียร์ โอโซนปิดกั้นรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ส่วนใหญ่ ปกป้องโลกและสิ่งมีชีวิตทั้งหมดจากมัน นักวิทยาศาสตร์พบว่าสาเหตุของการทำลายชั้นโอโซนคือก๊าซคลอโรฟลูออโรคาร์บอนไดออกไซด์พิเศษที่มีอยู่ในสเปรย์และอุปกรณ์ทำความเย็นบางชนิด เหนืออาร์กติกและแอนตาร์กติกา มีการค้นพบหลุมขนาดใหญ่ในชั้นโอโซน ซึ่งส่งผลให้ปริมาณรังสีอัลตราไวโอเลตที่ส่งผลต่อพื้นผิวโลกเพิ่มขึ้น

โอโซนเกิดขึ้นในบรรยากาศชั้นล่างซึ่งเป็นผลมาจากการแผ่รังสีแสงอาทิตย์และควันไอเสียและก๊าซต่างๆ โดยปกติแล้วมันจะกระจายไปทั่วบรรยากาศ แต่ถ้าชั้นอากาศเย็นปิดก่อตัวขึ้นภายใต้ชั้นอากาศอุ่น โอโซนเข้มข้นและหมอกควันก็จะเกิดขึ้น น่าเสียดายที่สิ่งนี้ไม่สามารถทดแทนโอโซนที่สูญเสียไปในหลุมโอโซนได้

มองเห็นรูในชั้นโอโซนเหนือทวีปแอนตาร์กติกาได้ชัดเจนในภาพถ่ายดาวเทียมนี้ ขนาดของหลุมแตกต่างกันไป แต่นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าหลุมนี้มีการเติบโตอย่างต่อเนื่อง มีการพยายามลดระดับก๊าซไอเสียในบรรยากาศ ควรลดมลพิษทางอากาศและใช้เชื้อเพลิงไร้ควันในเมือง หมอกควันทำให้เกิดการระคายเคืองตาและทำให้หายใจไม่ออกสำหรับหลายๆ คน

การเกิดขึ้นและวิวัฒนาการของชั้นบรรยากาศโลก

บรรยากาศสมัยใหม่ของโลกเป็นผลมาจากการพัฒนาทางวิวัฒนาการมายาวนาน มันเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการกระทำร่วมกันของปัจจัยทางธรณีวิทยาและกิจกรรมที่สำคัญของสิ่งมีชีวิต ตลอดประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยา ชั้นบรรยากาศของโลกมีการเปลี่ยนแปลงอย่างลึกซึ้งหลายประการ จากข้อมูลทางธรณีวิทยาและสถานที่ทางทฤษฎี บรรยากาศดึกดำบรรพ์ของโลกอายุน้อยซึ่งมีอยู่เมื่อประมาณ 4 พันล้านปีก่อนอาจประกอบด้วยส่วนผสมของก๊าซเฉื่อยและมีตระกูลด้วยการเติมไนโตรเจนแบบพาสซีฟเล็กน้อย (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993) ปัจจุบันมุมมองขององค์ประกอบและโครงสร้างของบรรยากาศในยุคแรกเปลี่ยนไปบ้าง 4.2 พันล้านปี อาจประกอบด้วยส่วนผสมของมีเทน แอมโมเนีย และคาร์บอนไดออกไซด์ การกำจัดก๊าซของเสื้อคลุมและกระบวนการผุกร่อนที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวโลก ไอน้ำ สารประกอบคาร์บอนในรูปของ CO 2 และ CO ซัลเฟอร์และสารประกอบของมันเริ่มเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ เช่นเดียวกับกรดฮาโลเจนที่รุนแรง - HCI, HF , HI และกรดบอริก ซึ่งเสริมด้วยมีเทน แอมโมเนีย ไฮโดรเจน อาร์กอน และก๊าซมีตระกูลอื่นๆ ในชั้นบรรยากาศนี้บางมาก ดังนั้นอุณหภูมิที่พื้นผิวโลกจึงใกล้เคียงกับอุณหภูมิสมดุลการแผ่รังสี (A. S. Monin, 1977)

เมื่อเวลาผ่านไป องค์ประกอบของก๊าซในบรรยากาศปฐมภูมิเริ่มเปลี่ยนแปลงภายใต้อิทธิพลของกระบวนการผุกร่อนของหินที่ยื่นออกมาบนพื้นผิวโลก กิจกรรมของไซยาโนแบคทีเรียและสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน กระบวนการภูเขาไฟ และการกระทำของแสงแดด สิ่งนี้นำไปสู่การสลายตัวของมีเทนเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ แอมโมเนียเป็นไนโตรเจนและไฮโดรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งค่อย ๆ จมลงสู่พื้นผิวโลก และไนโตรเจนเริ่มสะสมในชั้นบรรยากาศทุติยภูมิ ด้วยกิจกรรมที่สำคัญของสาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียว ออกซิเจนจึงเริ่มถูกสร้างขึ้นในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งในตอนแรกส่วนใหญ่จะใช้กับ "การเกิดออกซิเดชันของก๊าซในบรรยากาศและจากนั้นก็เป็นหิน ในเวลาเดียวกัน แอมโมเนียซึ่งถูกออกซิไดซ์เป็นโมเลกุลไนโตรเจน เริ่มสะสมอย่างหนาแน่นในชั้นบรรยากาศ สันนิษฐานว่ามีไนโตรเจนจำนวนมากในบรรยากาศสมัยใหม่ที่ถ่ายทอดออกมา มีเทนและคาร์บอนมอนอกไซด์ถูกออกซิไดซ์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์ ซัลเฟอร์และไฮโดรเจนซัลไฟด์ถูกออกซิไดซ์เป็น SO 2 และ SO 3 ซึ่งเนื่องจากความคล่องตัวและความเบาสูง จึงถูกกำจัดออกจากชั้นบรรยากาศอย่างรวดเร็ว ดังนั้น บรรยากาศจากบรรยากาศที่ลดลง เช่นเดียวกับใน Archean และ Early Proterozoic จึงค่อยๆ กลายเป็นบรรยากาศออกซิไดซ์

คาร์บอนไดออกไซด์เข้าสู่ชั้นบรรยากาศทั้งอันเป็นผลมาจากการเกิดออกซิเดชันมีเทนและเป็นผลมาจากการสลายตัวของเนื้อโลกและการผุกร่อนของหิน ในกรณีที่คาร์บอนไดออกไซด์ทั้งหมดที่ปล่อยออกมาตลอดประวัติศาสตร์ทั้งหมดของโลกถูกเก็บรักษาไว้ในชั้นบรรยากาศ ความดันบางส่วนของมันในปัจจุบันอาจกลายเป็นเช่นเดียวกับบนดาวศุกร์ (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991) แต่บนโลกนี้ กระบวนการย้อนกลับกำลังทำงานอยู่ ส่วนสำคัญของคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศถูกละลายในไฮโดรสเฟียร์ ซึ่งไฮโดรไบโอออนใช้มันเพื่อสร้างเปลือกของพวกมันและแปลงทางชีวภาพเป็นคาร์บอเนต ต่อจากนั้นชั้นหนาของคาร์บอเนตเคมีและออร์แกนิกก็ถูกสร้างขึ้นจากพวกมัน

ออกซิเจนเข้าสู่ชั้นบรรยากาศจากสามแหล่ง เป็นเวลานานนับตั้งแต่วินาทีที่โลกปรากฏขึ้น มันถูกปล่อยออกมาในระหว่างการสลายก๊าซของเนื้อโลกและส่วนใหญ่ถูกใช้ไปกับกระบวนการออกซิเดชั่น การปรากฏตัว; ออกซิเจนอิสระในชั้นบรรยากาศทำให้โปรคาริโอตส่วนใหญ่ที่อาศัยอยู่ในสภาวะรีดิวซ์เสียชีวิต สิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตเปลี่ยนถิ่นที่อยู่ พวกเขาปล่อยให้พื้นผิวโลกอยู่ในส่วนลึกและพื้นที่ที่สภาพการฟื้นตัวยังคงอยู่ พวกมันถูกแทนที่ด้วยยูคาริโอตซึ่งเริ่มเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นออกซิเจนอย่างมีพลัง

ในช่วง Archean และส่วนสำคัญของ Proterozoic ออกซิเจนเกือบทั้งหมดที่เกิดขึ้นทั้งในรูปแบบอะบีโอจีนิกและไบโอเจนิกส่วนใหญ่ถูกใช้ไปกับการออกซิเดชันของเหล็กและซัลเฟอร์ ในตอนท้ายของโปรเทโรโซอิก เหล็กไดวาเลนต์ที่เป็นโลหะทั้งหมดที่อยู่บนพื้นผิวโลกไม่ว่าจะออกซิไดซ์หรือเคลื่อนเข้าสู่แกนโลก สิ่งนี้ทำให้ความดันบางส่วนของออกซิเจนในบรรยากาศโปรเทโรโซอิกตอนต้นเปลี่ยนไป

ในช่วงกลางของโปรเทโรโซอิก ความเข้มข้นของออกซิเจนในบรรยากาศถึงจุดตัดสินและมีค่าเท่ากับ 0.01% ของระดับสมัยใหม่ ตั้งแต่เวลานี้เป็นต้นไป ออกซิเจนเริ่มสะสมในบรรยากาศ และอาจถึงจุดสิ้นสุดของ Riphean แล้ว เนื้อหาก็ถึงจุดปาสเตอร์ (0.1% ของระดับสมัยใหม่) เป็นไปได้ว่าชั้นโอโซนปรากฏขึ้นในยุคเวนเดียนและไม่เคยหายไปเลย

การปรากฏตัวของออกซิเจนอิสระในชั้นบรรยากาศของโลกช่วยกระตุ้นวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตและนำไปสู่การเกิดขึ้นของรูปแบบใหม่ที่มีการเผาผลาญขั้นสูงยิ่งขึ้น หากสาหร่ายเซลล์เดียวที่มียูคาริโอตและไซยาเนียก่อนหน้านี้ ซึ่งปรากฏที่จุดเริ่มต้นของโปรเทโรโซอิก ต้องการปริมาณออกซิเจนในน้ำเพียง 10 -3 ของความเข้มข้นสมัยใหม่ จากนั้นเมื่อมีการเกิดขึ้นของ Metazoa ที่ไม่ใช่โครงกระดูกในตอนท้ายของ Vendian ตอนต้น กล่าวคือเมื่อประมาณ 650 ล้านปีก่อน ความเข้มข้นของออกซิเจนในบรรยากาศควรจะสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ท้ายที่สุด Metazoa ใช้การหายใจด้วยออกซิเจนและจำเป็นต้องให้ความดันบางส่วนของออกซิเจนถึงระดับวิกฤติ - จุดปาสเตอร์ ในกรณีนี้ กระบวนการหมักแบบไม่ใช้ออกซิเจนถูกแทนที่ด้วยการเผาผลาญออกซิเจนที่มีแนวโน้มและก้าวหน้ามากขึ้นอย่างมีพลังมากขึ้น

หลังจากนั้นการสะสมของออกซิเจนในชั้นบรรยากาศของโลกเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ปริมาณสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องส่งผลให้ระดับออกซิเจนในบรรยากาศที่จำเป็นสำหรับการช่วยชีวิตของสัตว์โลกเพิ่มขึ้น ความคงตัวของปริมาณออกซิเจนในบรรยากาศเกิดขึ้นตั้งแต่ช่วงเวลาที่พืชขึ้นบก - ประมาณ 450 ล้านปีก่อน การเกิดขึ้นของพืชบนบกซึ่งเกิดขึ้นในยุคไซลูเรียน ส่งผลให้ระดับออกซิเจนในชั้นบรรยากาศคงที่ในที่สุด ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ความเข้มข้นของมันก็เริ่มผันผวนในขอบเขตที่ค่อนข้างแคบ ไม่เกินขอบเขตของการดำรงอยู่ของชีวิต ความเข้มข้นของออกซิเจนในชั้นบรรยากาศคงที่อย่างสมบูรณ์ตั้งแต่การปรากฏตัวของพืชดอก เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นในช่วงกลางยุคครีเทเชียส กล่าวคือ เมื่อประมาณ 100 ล้านปีก่อน

ไนโตรเจนจำนวนมากก่อตัวขึ้นในช่วงแรกของการพัฒนาของโลก สาเหตุหลักมาจากการสลายตัวของแอมโมเนีย ด้วยการปรากฏตัวของสิ่งมีชีวิต กระบวนการจับไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศเข้ากับอินทรียวัตถุและฝังไว้ในตะกอนทะเลจึงเริ่มต้นขึ้น หลังจากที่สิ่งมีชีวิตขึ้นบก ไนโตรเจนก็เริ่มถูกฝังอยู่ในตะกอนภาคพื้นทวีป กระบวนการแปรรูปไนโตรเจนอิสระมีความเข้มข้นมากขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีพืชบกเกิดขึ้น

เมื่อถึงช่วงเปลี่ยนผ่านของคริปโตโซอิกและฟาเนโรโซอิก เช่น เมื่อประมาณ 650 ล้านปีก่อน ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศลดลงเหลือหนึ่งในสิบเปอร์เซ็นต์ และมาถึงเนื้อหาที่ใกล้เคียงกับระดับสมัยใหม่เพียงไม่นานนี้ ประมาณ 10-20 ล้านปี ที่ผ่านมา.

ดังนั้นองค์ประกอบของก๊าซในบรรยากาศไม่เพียงแต่ให้พื้นที่อยู่อาศัยสำหรับสิ่งมีชีวิตเท่านั้น แต่ยังกำหนดลักษณะของกิจกรรมชีวิตของพวกเขาและมีส่วนช่วยในการตั้งถิ่นฐานและวิวัฒนาการอีกด้วย การหยุดชะงักที่เกิดขึ้นใหม่ในการกระจายตัวขององค์ประกอบก๊าซในบรรยากาศที่เป็นประโยชน์ต่อสิ่งมีชีวิต ทั้งเนื่องมาจากเหตุผลทางจักรวาลและดาวเคราะห์ นำไปสู่การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ของโลกอินทรีย์ ซึ่งเกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำอีกในช่วง Cryptozoic และที่ขอบเขตบางประการของประวัติศาสตร์ Phanerozoic

หน้าที่ทางชาติพันธุ์วิทยาของชั้นบรรยากาศ

ชั้นบรรยากาศของโลกให้สารที่จำเป็น พลังงาน และกำหนดทิศทางและความเร็วของกระบวนการเผาผลาญ องค์ประกอบของก๊าซในบรรยากาศสมัยใหม่เหมาะสมที่สุดสำหรับการดำรงอยู่และการพัฒนาของชีวิต เนื่องจากเป็นพื้นที่ที่มีสภาพอากาศและภูมิอากาศเกิดขึ้น บรรยากาศจึงต้องสร้างสภาวะที่สะดวกสบายให้กับการดำรงชีวิตของมนุษย์ สัตว์ และพืชพรรณ การเบี่ยงเบนไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งต่อคุณภาพของอากาศและสภาพอากาศในชั้นบรรยากาศ ทำให้เกิดสภาวะที่รุนแรงที่สุดสำหรับชีวิตของพืชและสัตว์ รวมถึงมนุษย์ด้วย

ชั้นบรรยากาศของโลกไม่เพียงแต่เป็นเงื่อนไขสำหรับการดำรงอยู่ของมนุษยชาติเท่านั้น แต่ยังเป็นปัจจัยหลักในการวิวัฒนาการของชาติพันธุ์วิทยาอีกด้วย ในขณะเดียวกันก็กลายเป็นแหล่งพลังงานและวัตถุดิบในการผลิต โดยทั่วไป บรรยากาศเป็นปัจจัยที่ช่วยรักษาสุขภาพของมนุษย์ และบางพื้นที่ เนื่องด้วยสภาพทางภูมิศาสตร์ทางกายภาพและคุณภาพอากาศในบรรยากาศ ทำหน้าที่เป็นพื้นที่พักผ่อนหย่อนใจและเป็นพื้นที่ที่มีไว้สำหรับการบำบัดในสถานพยาบาลและการพักผ่อนของผู้คน ดังนั้นบรรยากาศจึงเป็นปัจจัยหนึ่งของผลกระทบด้านสุนทรียศาสตร์และอารมณ์

หน้าที่ของชั้นบรรยากาศและเทคโนสเฟียร์ของชั้นบรรยากาศ ซึ่งนิยามไว้เมื่อไม่นานมานี้ (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001) จำเป็นต้องมีการศึกษาที่เป็นอิสระและเจาะลึก ดังนั้นการศึกษาการทำงานของพลังงานบรรยากาศจึงมีความเกี่ยวข้องมากทั้งในแง่ของการเกิดขึ้นและการทำงานของกระบวนการที่ทำลายสิ่งแวดล้อมและจากมุมมองของผลกระทบต่อสุขภาพและความเป็นอยู่ที่ดีของผู้คน ในกรณีนี้ เรากำลังพูดถึงพลังงานของพายุไซโคลนและแอนติไซโคลน น้ำวนในบรรยากาศ ความดันบรรยากาศ และปรากฏการณ์บรรยากาศสุดขั้วอื่น ๆ การใช้อย่างมีประสิทธิภาพจะนำไปสู่การแก้ไขปัญหาการรับแหล่งพลังงานทางเลือกที่ไม่ก่อให้เกิดมลพิษได้สำเร็จ สิ่งแวดล้อม. ท้ายที่สุดแล้ว สภาพแวดล้อมทางอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งส่วนที่อยู่เหนือมหาสมุทรโลก นั้นเป็นพื้นที่ที่มีการปล่อยพลังงานอิสระจำนวนมหาศาลออกมา

ตัวอย่างเช่น มีการพิสูจน์แล้วว่าพายุหมุนเขตร้อนที่มีความแรงปานกลางปล่อยพลังงานเทียบเท่ากับพลังงานของระเบิดปรมาณู 500,000 ลูกที่ทิ้งที่ฮิโรชิมาและนางาซากิในเวลาเพียงหนึ่งวัน ภายใน 10 วันนับจากเกิดพายุไซโคลนดังกล่าว พลังงานจะถูกปล่อยออกมาเพียงพอต่อความต้องการพลังงานทั้งหมดของประเทศเช่นสหรัฐอเมริกาเป็นเวลา 600 ปี

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีการตีพิมพ์ผลงานจำนวนมากของนักวิทยาศาสตร์ธรรมชาติไม่ทางใดก็ทางหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมด้านต่าง ๆ และอิทธิพลของบรรยากาศต่อกระบวนการทางโลกซึ่งบ่งบอกถึงความเข้มข้นของการมีปฏิสัมพันธ์แบบสหวิทยาการในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยใหม่ ในขณะเดียวกันก็แสดงบทบาทการบูรณาการของทิศทางบางอย่างซึ่งเราควรสังเกตทิศทางเชิงนิเวศน์เชิงหน้าที่ในธรณีวิทยา

ทิศทางนี้กระตุ้นการวิเคราะห์และการวางนัยทั่วไปทางทฤษฎีเกี่ยวกับฟังก์ชันทางนิเวศวิทยาและบทบาทของดาวเคราะห์ของธรณีสเฟียร์ต่างๆ และในทางกลับกัน นี่เป็นข้อกำหนดเบื้องต้นที่สำคัญสำหรับการพัฒนาวิธีการและรากฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับการศึกษาแบบองค์รวมของโลกของเรา การใช้อย่างมีเหตุผลและการปกป้อง ทรัพยากรธรรมชาติของมัน

ชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วยหลายชั้น: โทรโพสเฟียร์ สตราโตสเฟียร์ มีโซสเฟียร์ เทอร์โมสเฟียร์ ไอโอโนสเฟียร์ และเอ็กโซสเฟียร์ ที่ด้านบนของชั้นโทรโพสเฟียร์และด้านล่างของชั้นสตราโตสเฟียร์จะมีชั้นที่อุดมด้วยโอโซน เรียกว่าเกราะป้องกันโอโซน มีการกำหนดรูปแบบการกระจายโอโซนบางอย่าง (รายวัน ตามฤดูกาล รายปี ฯลฯ) นับตั้งแต่กำเนิด บรรยากาศมีอิทธิพลต่อกระบวนการของดาวเคราะห์ องค์ประกอบหลักของบรรยากาศแตกต่างไปจากปัจจุบันอย่างสิ้นเชิง แต่เมื่อเวลาผ่านไปส่วนแบ่งและบทบาทของโมเลกุลไนโตรเจนก็เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เมื่อประมาณ 650 ล้านปีก่อนมีออกซิเจนอิสระปรากฏขึ้น ปริมาณเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ ลดลงตามไปด้วย ความคล่องตัวสูงของบรรยากาศ องค์ประกอบของก๊าซ และการมีอยู่ของละอองลอยเป็นตัวกำหนดบทบาทที่โดดเด่นและการมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในกระบวนการทางธรณีวิทยาและชีวมณฑลที่หลากหลาย บรรยากาศมีบทบาทสำคัญในการกระจายพลังงานแสงอาทิตย์และการพัฒนาปรากฏการณ์ทางธรรมชาติและภัยพิบัติที่เป็นหายนะ ลมหมุนในบรรยากาศ - พายุทอร์นาโด (ทอร์นาโด) พายุเฮอริเคน ไต้ฝุ่น พายุไซโคลน และปรากฏการณ์อื่น ๆ ส่งผลเสียต่อโลกอินทรีย์และระบบธรรมชาติ แหล่งที่มาหลักของมลภาวะพร้อมกับปัจจัยทางธรรมชาติคือกิจกรรมทางเศรษฐกิจของมนุษย์ในรูปแบบต่างๆ ผลกระทบจากมนุษย์ต่อชั้นบรรยากาศไม่เพียงแสดงออกมาในรูปของละอองลอยและก๊าซเรือนกระจกต่างๆ เท่านั้น แต่ยังรวมถึงปริมาณไอน้ำที่เพิ่มขึ้นด้วย และแสดงออกมาในรูปของหมอกควันและฝนกรด ก๊าซเรือนกระจกเปลี่ยนระบอบอุณหภูมิของพื้นผิวโลก การปล่อยก๊าซบางชนิดจะลดปริมาตรของชั้นโอโซนและมีส่วนทำให้เกิดหลุมโอโซน บทบาททางชาติพันธุ์ของชั้นบรรยากาศโลกนั้นยิ่งใหญ่

บทบาทของบรรยากาศในกระบวนการทางธรรมชาติ

บรรยากาศพื้นผิวในสถานะกึ่งกลางระหว่างเปลือกโลกและอวกาศรอบนอกและองค์ประกอบของก๊าซ ทำให้เกิดเงื่อนไขสำหรับชีวิตของสิ่งมีชีวิต ในเวลาเดียวกัน สภาพดินฟ้าอากาศและความรุนแรงของการทำลายหิน การถ่ายเทและการสะสมของวัสดุที่เป็นก้อนจะขึ้นอยู่กับปริมาณ ธรรมชาติ และความถี่ของการตกตะกอน ความถี่และความแรงของลม และโดยเฉพาะอย่างยิ่งอุณหภูมิอากาศ บรรยากาศเป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบภูมิอากาศ อุณหภูมิและความชื้นของอากาศ ความขุ่นและการตกตะกอน ลม - ทั้งหมดนี้บ่งบอกถึงสภาพอากาศ เช่น สถานะของบรรยากาศที่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง ในเวลาเดียวกัน องค์ประกอบเดียวกันเหล่านี้แสดงลักษณะของสภาพอากาศ เช่น ระบอบสภาพอากาศโดยเฉลี่ยในระยะยาว

องค์ประกอบของก๊าซ การมีอยู่ของเมฆ และสิ่งสกปรกต่างๆ ซึ่งเรียกว่าอนุภาคละอองลอย (เถ้า ฝุ่น อนุภาคของไอน้ำ) เป็นตัวกำหนดลักษณะของการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ผ่านชั้นบรรยากาศ และป้องกันการเล็ดลอดของรังสีความร้อนของโลก สู่อวกาศ

ชั้นบรรยากาศของโลกเคลื่อนที่ได้มาก กระบวนการที่เกิดขึ้นและการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของก๊าซความหนาความขุ่นความโปร่งใสและการมีอยู่ของอนุภาคละอองลอยบางชนิดส่งผลต่อทั้งสภาพอากาศและสภาพอากาศ

การกระทำและทิศทางของกระบวนการทางธรรมชาติตลอดจนชีวิตและกิจกรรมบนโลกถูกกำหนดโดยรังสีดวงอาทิตย์ ให้ความร้อน 99.98% ที่ส่งไปยังพื้นผิวโลก ทุกปีมีจำนวน 134 * 10 19 กิโลแคลอรี ความร้อนจำนวนนี้สามารถหาได้จากการเผาไหม้ถ่านหินจำนวน 200 พันล้านตัน ปริมาณสำรองของไฮโดรเจนที่สร้างการไหลของพลังงานแสนสาหัสในมวลของดวงอาทิตย์จะคงอยู่ต่อไปอีกอย่างน้อย 10 พันล้านปีนั่นคือเป็นระยะเวลาสองเท่าของการดำรงอยู่ของโลกและตัวมันเอง

ประมาณ 1/3 ของปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมดที่มาถึงขอบเขตด้านบนของบรรยากาศจะถูกสะท้อนกลับไปสู่อวกาศ โดย 13% ถูกชั้นโอโซนดูดซับไว้ (รวมถึงรังสีอัลตราไวโอเลตเกือบทั้งหมด) 7% - ชั้นบรรยากาศส่วนที่เหลือ และมีเพียง 44% เท่านั้นที่ไปถึงพื้นผิวโลก ปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดที่มาถึงโลกต่อวันเท่ากับพลังงานที่มนุษยชาติได้รับอันเป็นผลมาจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงทุกประเภทในช่วงสหัสวรรษที่ผ่านมา

ปริมาณและธรรมชาติของการกระจายตัวของรังสีดวงอาทิตย์บนพื้นผิวโลกนั้นขึ้นอยู่กับความขุ่นและความโปร่งใสของชั้นบรรยากาศอย่างใกล้ชิด ปริมาณรังสีที่กระจัดกระจายได้รับผลกระทบจากความสูงของดวงอาทิตย์เหนือขอบฟ้า ความโปร่งใสของบรรยากาศ ปริมาณไอน้ำ ฝุ่น ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ทั้งหมด เป็นต้น

ปริมาณรังสีที่กระจัดกระจายสูงสุดจะไปถึงบริเวณขั้วโลก ยิ่งดวงอาทิตย์อยู่ต่ำกว่าขอบฟ้า ความร้อนจะเข้าสู่พื้นที่ที่กำหนดก็จะน้อยลงเท่านั้น

ความโปร่งใสและความขุ่นของบรรยากาศมีความสำคัญอย่างยิ่ง ในวันฤดูร้อนที่มีเมฆมาก มักจะเย็นกว่าในวันที่อากาศแจ่มใส เนื่องจากเมฆมากในตอนกลางวันจะขัดขวางไม่ให้พื้นผิวโลกร้อนขึ้น

ฝุ่นในบรรยากาศมีบทบาทสำคัญในการกระจายความร้อน อนุภาคของแข็งที่กระจัดกระจายอย่างประณีตของฝุ่นและเถ้าที่พบในนั้นซึ่งส่งผลต่อความโปร่งใสส่งผลเสียต่อการกระจายตัวของรังสีดวงอาทิตย์ซึ่งส่วนใหญ่จะสะท้อนกลับ อนุภาคละเอียดเข้าสู่ชั้นบรรยากาศได้สองทาง: เถ้าที่ปล่อยออกมาระหว่างการปะทุของภูเขาไฟ หรือฝุ่นทะเลทรายที่ถูกลมพัดมาจากเขตร้อนและกึ่งเขตร้อนที่แห้งแล้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งฝุ่นจำนวนมากก่อตัวขึ้นในช่วงฤดูแล้ง เมื่อกระแสลมอุ่นพัดพาฝุ่นดังกล่าวเข้าสู่ชั้นบรรยากาศชั้นบนและคงอยู่ที่นั่นเป็นเวลานาน หลังจากการปะทุของภูเขาไฟกรากะตัวในปี พ.ศ. 2426 ฝุ่นที่ถูกโยนลงไปในชั้นบรรยากาศหลายสิบกิโลเมตรยังคงอยู่ในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ประมาณ 3 ปี ผลจากการปะทุของภูเขาไฟเอลชิชอน (เม็กซิโก) เมื่อปี 1985 ฝุ่นกระจายไปถึงยุโรป ส่งผลให้อุณหภูมิพื้นผิวลดลงเล็กน้อย

ชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วยไอน้ำในปริมาณที่แปรผันได้ หากพิจารณาตามน้ำหนักหรือปริมาตรแล้ว ปริมาณจะอยู่ระหว่าง 2 ถึง 5%

ไอน้ำ เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ ช่วยเพิ่มภาวะเรือนกระจก ในเมฆและหมอกที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศ กระบวนการทางกายภาพและเคมีที่แปลกประหลาดเกิดขึ้น

แหล่งที่มาหลักของไอน้ำสู่ชั้นบรรยากาศคือพื้นผิวของมหาสมุทรโลก ชั้นน้ำที่มีความหนา 95 ถึง 110 ซม. ระเหยออกไปทุกปี ความชื้นส่วนหนึ่งกลับคืนสู่มหาสมุทรหลังจากการควบแน่นและอีกชั้นหนึ่งถูกควบคุมโดยกระแสลมสู่ทวีป ในพื้นที่ที่มีสภาพอากาศชื้นแปรปรวน การตกตะกอนจะทำให้ดินชุ่มชื้น และในสภาพอากาศชื้น จะสร้างแหล่งน้ำใต้ดิน ดังนั้นบรรยากาศจึงเป็นตัวสะสมความชื้นและเป็นแหล่งสะสมของฝน และหมอกที่ก่อตัวในชั้นบรรยากาศให้ความชุ่มชื้นแก่ดินและด้วยเหตุนี้จึงมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาพืชและสัตว์

ความชื้นในบรรยากาศถูกกระจายไปทั่วพื้นผิวโลกเนื่องจากการเคลื่อนตัวของชั้นบรรยากาศ โดดเด่นด้วยระบบลมและการกระจายแรงดันที่ซับซ้อนมาก เนื่องจากบรรยากาศมีการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง ลักษณะและขนาดของการกระจายตัวของกระแสลมและความดันจึงเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ขนาดการไหลเวียนแตกต่างกันไปตั้งแต่จุลอุตุนิยมวิทยาที่มีขนาดเพียงไม่กี่ร้อยเมตร ไปจนถึงระดับโลกหลายหมื่นกิโลเมตร กระแสน้ำวนขนาดใหญ่ในชั้นบรรยากาศมีส่วนร่วมในการสร้างระบบกระแสลมขนาดใหญ่และกำหนดการไหลเวียนทั่วไปของบรรยากาศ นอกจากนี้ยังเป็นแหล่งกำเนิดของปรากฏการณ์บรรยากาศที่เลวร้ายอีกด้วย

การกระจายตัวของสภาพอากาศและภูมิอากาศและการทำงานของสิ่งมีชีวิตขึ้นอยู่กับความกดอากาศ หากความดันบรรยากาศผันผวนภายในขอบเขตเล็กน้อย จะไม่มีบทบาทสำคัญในความเป็นอยู่ที่ดีของมนุษย์และพฤติกรรมของสัตว์ และไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานทางสรีรวิทยาของพืช การเปลี่ยนแปลงความกดดันมักเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ด้านหน้าและการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ

ความกดอากาศมีความสำคัญขั้นพื้นฐานสำหรับการก่อตัวของลม ซึ่งเป็นปัจจัยที่ก่อให้เกิดความโล่งใจ และมีผลกระทบอย่างมากต่อโลกของสัตว์และพืช

ลมสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของพืชและในขณะเดียวกันก็ส่งเสริมการถ่ายโอนเมล็ดพันธุ์ บทบาทของลมในการกำหนดสภาพอากาศและสภาพอากาศนั้นดีมาก มันยังทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมกระแสน้ำทะเลอีกด้วย ลมเป็นหนึ่งในปัจจัยภายนอกที่ก่อให้เกิดการกัดเซาะและการยุบตัวของวัสดุที่ผุกร่อนในระยะทางไกล

บทบาททางนิเวศวิทยาและธรณีวิทยาของกระบวนการบรรยากาศ

ความโปร่งใสของบรรยากาศที่ลดลงเนื่องจากการปรากฏตัวของอนุภาคละอองลอยและฝุ่นที่เป็นของแข็งในนั้นส่งผลต่อการกระจายตัวของรังสีดวงอาทิตย์ทำให้เพิ่มอัลเบโด้หรือการสะท้อนแสง ปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ที่ทำให้เกิดการสลายตัวของโอโซน และการเกิด “เมฆมุก” ที่ประกอบด้วยไอน้ำ ทำให้เกิดผลเช่นเดียวกัน การเปลี่ยนแปลงของการสะท้อนแสงทั่วโลก รวมถึงการเปลี่ยนแปลงของก๊าซในชั้นบรรยากาศ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นก๊าซเรือนกระจก ล้วนมีส่วนรับผิดชอบต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งทำให้เกิดความแตกต่างของความดันบรรยากาศในส่วนต่างๆ ของพื้นผิวโลก นำไปสู่การไหลเวียนของบรรยากาศ ซึ่งเป็นจุดเด่นของชั้นโทรโพสเฟียร์ เมื่อมีความแตกต่างของความดันเกิดขึ้น อากาศจะไหลจากบริเวณที่มีความกดอากาศสูงไปยังบริเวณที่มีความกดอากาศต่ำ การเคลื่อนที่ของมวลอากาศเหล่านี้ ร่วมกับความชื้นและอุณหภูมิ เป็นตัวกำหนดลักษณะทางนิเวศวิทยาและธรณีวิทยาหลักของกระบวนการบรรยากาศ

ลมทำหน้าที่ทางธรณีวิทยาต่างๆ บนพื้นผิวโลก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความเร็ว ด้วยความเร็ว 10 เมตรต่อวินาที เขย่ากิ่งไม้หนาทึบ ยกและขนย้ายฝุ่นและทรายละเอียด หักกิ่งไม้ด้วยความเร็ว 20 เมตร/วินาที บรรทุกทรายและกรวด ด้วยความเร็ว 30 เมตร/วินาที (พายุ) ทำลายหลังคาบ้านเรือน ถอนต้นไม้ หักเสา เคลื่อนย้ายก้อนกรวดและขนเศษหินขนาดเล็ก และลมพายุเฮอริเคนที่ความเร็ว 40 เมตร/วินาที ทำลายบ้านเรือน ทำลายและทำลายอำนาจ เสาแนวถอนต้นไม้ใหญ่

พายุทอร์นาโดและพายุทอร์นาโด (พายุทอร์นาโด) - กระแสน้ำวนในชั้นบรรยากาศที่เกิดขึ้นในฤดูร้อนบนแนวหน้าชั้นบรรยากาศที่ทรงพลัง ด้วยความเร็วสูงสุด 100 เมตร/วินาที มีผลกระทบด้านลบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมากพร้อมทั้งตามมาด้วยภัยพิบัติ ลมพายุเป็นลมหมุนแนวนอนที่มีความเร็วลมพายุเฮอริเคน (สูงถึง 60-80 เมตร/วินาที) มักมีฝนตกหนักและพายุฝนฟ้าคะนองตามมาด้วยซึ่งกินเวลานานหลายนาทีถึงครึ่งชั่วโมง ลมพายุครอบคลุมพื้นที่กว้างถึง 50 กม. และเดินทางได้ระยะทาง 200-250 กม. พายุพายุในมอสโกและภูมิภาคมอสโกในปี 1998 ทำลายหลังคาบ้านเรือนหลายหลังและต้นไม้โค่นล้ม

พายุทอร์นาโดหรือที่เรียกว่าพายุทอร์นาโดในอเมริกาเหนือ เป็นกระแสน้ำวนในชั้นบรรยากาศที่มีรูปทรงกรวยที่ทรงพลัง ซึ่งมักเกี่ยวข้องกับเมฆฝนฟ้าคะนอง เป็นเสาอากาศเรียวเล็กอยู่ตรงกลาง มีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายสิบถึงหลายร้อยเมตร พายุทอร์นาโดมีลักษณะเป็นกรวย คล้ายกับงวงช้างมาก ลงมาจากเมฆหรือขึ้นมาจากพื้นผิวโลก ด้วยคุณสมบัติหายากที่รุนแรงและความเร็วในการหมุนสูง พายุทอร์นาโดเดินทางได้ไกลหลายร้อยกิโลเมตร ดึงฝุ่น น้ำจากอ่างเก็บน้ำ และวัตถุต่างๆ เข้ามา พายุทอร์นาโดที่ทรงพลังจะมาพร้อมกับพายุฝนฟ้าคะนอง ฝน และมีพลังทำลายล้างอันยิ่งใหญ่

พายุทอร์นาโดไม่ค่อยเกิดขึ้นในบริเวณขั้วโลกหรือเส้นศูนย์สูตรซึ่งมีอากาศหนาวหรือร้อนตลอดเวลา มีพายุทอร์นาโดเล็กน้อยในมหาสมุทรเปิด พายุทอร์นาโดเกิดขึ้นในยุโรป ญี่ปุ่น ออสเตรเลีย สหรัฐอเมริกา และในรัสเซีย เกิดขึ้นบ่อยครั้งในภูมิภาคแบล็คเอิร์ธตอนกลาง ในภูมิภาคมอสโก ยาโรสลาฟล์ นิซนีนอฟโกรอด และอิวาโนโว

พายุทอร์นาโดพัดและเคลื่อนย้ายรถยนต์ บ้าน รถม้า และสะพาน พายุทอร์นาโดที่สร้างความเสียหายโดยเฉพาะเกิดขึ้นในสหรัฐอเมริกา ทุกปีจะมีพายุทอร์นาโดประมาณ 450 ถึง 1,500 ลูก และมีผู้เสียชีวิตโดยเฉลี่ยประมาณ 100 คน พายุทอร์นาโดเป็นกระบวนการทำลายล้างบรรยากาศที่ออกฤทธิ์เร็ว พวกมันก่อตัวในเวลาเพียง 20-30 นาที และอายุการใช้งานของมันอยู่ที่ 30 นาที ดังนั้นจึงแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำนายเวลาและสถานที่ที่เกิดพายุทอร์นาโด

กระแสน้ำวนในชั้นบรรยากาศที่ทำลายล้างแต่คงอยู่ยาวนานคือพายุไซโคลน พวกมันถูกสร้างขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของความดันซึ่งภายใต้เงื่อนไขบางประการทำให้เกิดการเคลื่อนที่เป็นวงกลมของการไหลของอากาศ ลมวนในบรรยากาศเกิดขึ้นรอบๆ กระแสลมอุ่นชื้นที่มีกำลังแรงขึ้นด้านบน และหมุนด้วยความเร็วสูงตามเข็มนาฬิกาในซีกโลกใต้ และทวนเข็มนาฬิกาในภาคเหนือ พายุไซโคลนต่างจากพายุทอร์นาโดตรงที่มีต้นกำเนิดเหนือมหาสมุทรและก่อให้เกิดผลทำลายล้างทั่วทวีป ปัจจัยทำลายล้างหลัก ได้แก่ ลมแรง ฝนตกหนัก ฝนตกหนัก ลูกเห็บ และน้ำท่วมฉับพลัน ลมที่มีความเร็ว 19 - 30 เมตร/วินาที ก่อให้เกิดพายุ 30 - 35 เมตร/วินาที - พายุ และมากกว่า 35 เมตร/วินาที - พายุเฮอริเคน

พายุหมุนเขตร้อน - พายุเฮอริเคนและไต้ฝุ่น - มีความกว้างเฉลี่ยหลายร้อยกิโลเมตร ความเร็วลมภายในพายุไซโคลนถึงแรงพายุเฮอริเคน พายุหมุนเขตร้อนกินเวลานานหลายวันถึงหลายสัปดาห์ โดยเคลื่อนที่ด้วยความเร็วตั้งแต่ 50 ถึง 200 กม./ชม. พายุไซโคลนละติจูดกลางมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า ขนาดตามขวางมีตั้งแต่พันถึงหลายพันกิโลเมตร และความเร็วลมมีพายุ พวกมันเคลื่อนตัวในซีกโลกเหนือจากทางตะวันตกและมีลูกเห็บและหิมะตกตามมาด้วย ซึ่งเป็นความหายนะในธรรมชาติ ในแง่ของจำนวนเหยื่อและความเสียหายที่เกิดขึ้น พายุไซโคลนและพายุเฮอริเคนและไต้ฝุ่นที่เกี่ยวข้องถือเป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติในชั้นบรรยากาศที่ใหญ่ที่สุดหลังน้ำท่วม ในพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่นในเอเชีย ยอดผู้เสียชีวิตจากพายุเฮอริเคนมีเป็นพัน ในปี 1991 ระหว่างเกิดพายุเฮอริเคนในบังคลาเทศซึ่งทำให้เกิดคลื่นทะเลสูง 6 เมตร มีผู้เสียชีวิต 125,000 คน พายุไต้ฝุ่นสร้างความเสียหายอย่างใหญ่หลวงต่อสหรัฐอเมริกา ขณะเดียวกันก็มีผู้เสียชีวิตนับสิบร้อยคน ในยุโรปตะวันตก พายุเฮอริเคนสร้างความเสียหายน้อยกว่า

พายุฝนฟ้าคะนองถือเป็นปรากฏการณ์บรรยากาศที่เป็นหายนะ เกิดขึ้นเมื่ออากาศอุ่นชื้นลอยขึ้นอย่างรวดเร็ว บริเวณชายแดนเขตร้อนและกึ่งเขตร้อน พายุฝนฟ้าคะนองเกิดขึ้นปีละ 90-100 วัน ในเขตอบอุ่น 10-30 วัน ในประเทศของเรา มีพายุฝนฟ้าคะนองจำนวนมากที่สุดเกิดขึ้นในคอเคซัสตอนเหนือ

พายุฝนฟ้าคะนองมักกินเวลาไม่ถึงหนึ่งชั่วโมง อันตรายอย่างยิ่งคือฝนตกหนัก ลูกเห็บ ฟ้าผ่า ลมกระโชก และกระแสลมในแนวดิ่ง อันตรายจากลูกเห็บจะพิจารณาจากขนาดของลูกเห็บ ในเทือกเขาคอเคซัสเหนือ ครั้งหนึ่งเคยมีลูกเห็บหนักถึง 0.5 กิโลกรัม และในอินเดีย ลูกเห็บหนัก 7 กิโลกรัมบันทึกไว้ พื้นที่ที่อันตรายในเมืองที่สุดในประเทศของเราตั้งอยู่ในคอเคซัสตอนเหนือ ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2535 ลูกเห็บทำลายเครื่องบิน 18 ลำที่สนามบินมิเนอรัลนี โวดี

ปรากฏการณ์บรรยากาศที่เป็นอันตราย ได้แก่ ฟ้าผ่า พวกเขาฆ่าคน ปศุสัตว์ ทำให้เกิดไฟไหม้ และสร้างความเสียหายให้กับระบบไฟฟ้า มีผู้เสียชีวิตจากพายุฝนฟ้าคะนองประมาณ 10,000 รายและผลที่ตามมาทุกปีทั่วโลก นอกจากนี้ ในบางพื้นที่ของแอฟริกา ฝรั่งเศส และสหรัฐอเมริกา จำนวนผู้ประสบฟ้าผ่ามีมากกว่าปรากฏการณ์ทางธรรมชาติอื่นๆ ความเสียหายทางเศรษฐกิจประจำปีจากพายุฝนฟ้าคะนองในสหรัฐอเมริกามีมูลค่าอย่างน้อย 700 ล้านดอลลาร์

ความแห้งแล้งเป็นเรื่องปกติสำหรับพื้นที่ทะเลทราย ที่ราบกว้างใหญ่ และป่าที่ราบกว้างใหญ่ การขาดฝนทำให้ดินแห้ง ระดับน้ำใต้ดินและในอ่างเก็บน้ำลดลงจนแห้งสนิท การขาดความชื้นนำไปสู่การตายของพืชผักและพืชผล ความแห้งแล้งรุนแรงมากในแอฟริกา ตะวันออกกลางและตะวันออก เอเชียกลาง และอเมริกาเหนือตอนใต้

ความแห้งแล้งเปลี่ยนสภาพความเป็นอยู่ของมนุษย์และส่งผลเสียต่อสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น ดินเค็ม ลมแห้ง พายุฝุ่น การพังทลายของดิน และไฟป่า ไฟจะรุนแรงเป็นพิเศษในช่วงฤดูแล้งในภูมิภาคไทกา ป่าเขตร้อนและกึ่งเขตร้อน และทุ่งหญ้าสะวันนา

ความแห้งแล้งเป็นกระบวนการระยะสั้นที่กินเวลาหนึ่งฤดูกาล เมื่อภัยแล้งกินเวลานานกว่าสองฤดูกาล อาจเกิดภาวะอดอยากและการเสียชีวิตจำนวนมาก โดยทั่วไปแล้วภัยแล้งส่งผลกระทบต่ออาณาเขตของประเทศหนึ่งหรือหลายประเทศ ความแห้งแล้งที่ยืดเยื้อยาวนานพร้อมผลที่ตามมาอันน่าเศร้าเกิดขึ้นบ่อยครั้งโดยเฉพาะในภูมิภาค Sahel ของแอฟริกา

ปรากฏการณ์บรรยากาศ เช่น หิมะตก ฝนตกหนักในระยะสั้น และฝนตกต่อเนื่องเป็นเวลานาน ทำให้เกิดความเสียหายอย่างมาก หิมะตกทำให้เกิดหิมะถล่มขนาดใหญ่บนภูเขา และหิมะที่ตกลงมาละลายอย่างรวดเร็วและฝนตกเป็นเวลานานทำให้เกิดน้ำท่วม ปริมาณน้ำมหาศาลที่ตกลงบนพื้นผิวโลก โดยเฉพาะในบริเวณที่ไม่มีต้นไม้ ทำให้เกิดการพังทลายของดินอย่างรุนแรง มีการเติบโตอย่างเข้มข้นของระบบลำห้วย น้ำท่วมเกิดขึ้นจากผลของน้ำท่วมใหญ่ในช่วงเวลาที่มีฝนตกหนักหรือมีน้ำขึ้นสูงหลังจากการอุ่นขึ้นอย่างกะทันหันหรือหิมะละลายในฤดูใบไม้ผลิ ดังนั้นจึงเป็นปรากฏการณ์ทางชั้นบรรยากาศโดยกำเนิด (จะกล่าวถึงในบทเกี่ยวกับบทบาททางนิเวศวิทยาของไฮโดรสเฟียร์)

การเปลี่ยนแปลงบรรยากาศของมนุษย์

ปัจจุบันมีแหล่งที่มาจากมนุษย์มากมายที่ก่อให้เกิดมลพิษทางอากาศและนำไปสู่การรบกวนอย่างร้ายแรงต่อความสมดุลของระบบนิเวศ ในแง่ของขนาด แหล่งที่มาสองแห่งมีผลกระทบต่อบรรยากาศมากที่สุด: การขนส่งและอุตสาหกรรม โดยเฉลี่ยแล้วการขนส่งคิดเป็นประมาณ 60% ของปริมาณมลภาวะในบรรยากาศอุตสาหกรรม - 15 พลังงานความร้อน - 15 เทคโนโลยีสำหรับการทำลายขยะในครัวเรือนและอุตสาหกรรม - 10%

การขนส่งขึ้นอยู่กับเชื้อเพลิงที่ใช้และประเภทของตัวออกซิไดเซอร์ที่ปล่อยออกสู่บรรยากาศออกไซด์ของไนโตรเจน, ซัลเฟอร์, ออกไซด์และไดออกไซด์ของคาร์บอน, ตะกั่วและสารประกอบของมัน, เขม่า, เบนโซไพรีน (สารจากกลุ่มของโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนซึ่งก็คือ ซึ่งเป็นสารก่อมะเร็งชนิดรุนแรงที่ทำให้เกิดมะเร็งผิวหนัง)

อุตสาหกรรมปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ คาร์บอนออกไซด์และไดออกไซด์ ไฮโดรคาร์บอน แอมโมเนีย ไฮโดรเจนซัลไฟด์ กรดซัลฟูริก ฟีนอล คลอรีน ฟลูออรีน และสารประกอบเคมีอื่นๆ สู่ชั้นบรรยากาศ แต่ตำแหน่งที่โดดเด่นในการปล่อยมลพิษ (มากถึง 85%) นั้นถูกครอบครองโดยฝุ่น

ผลจากมลภาวะ ความโปร่งใสของบรรยากาศเปลี่ยนแปลงไป ทำให้เกิดละอองลอย หมอกควัน และฝนกรด

ละอองลอยเป็นระบบกระจายตัวที่ประกอบด้วยอนุภาคของแข็งหรือหยดของเหลวที่แขวนลอยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เป็นก๊าซ ขนาดอนุภาคของเฟสกระจายตัวมักจะอยู่ที่ 10 -3 -10 -7 ซม. ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของเฟสกระจายตัว ละอองลอยจะถูกแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม หนึ่งประกอบด้วยละอองลอยที่ประกอบด้วยอนุภาคของแข็งที่กระจายตัวในตัวกลางที่เป็นก๊าซ ส่วนที่สองรวมถึงละอองลอยที่เป็นส่วนผสมของเฟสก๊าซและของเหลว แบบแรกเรียกว่าควัน และแบบหลังเรียกว่าหมอก ในกระบวนการก่อตัว ศูนย์ควบแน่นมีบทบาทสำคัญ เถ้าภูเขาไฟ ฝุ่นจักรวาล ผลผลิตทางอุตสาหกรรม แบคทีเรียต่างๆ ฯลฯ ทำหน้าที่เป็นนิวเคลียสของการควบแน่น จำนวนแหล่งที่มาของนิวเคลียสความเข้มข้นที่เป็นไปได้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ตัวอย่างเช่นเมื่อหญ้าแห้งถูกทำลายด้วยไฟบนพื้นที่ 4,000 ม. 2 จะเกิดนิวเคลียสของละอองลอยโดยเฉลี่ย 11 * 10 22

ละอองลอยเริ่มก่อตัวตั้งแต่วินาทีที่โลกของเราปรากฏขึ้นและมีอิทธิพลต่อสภาพธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม ปริมาณและการออกฤทธิ์ซึ่งสมดุลกับวัฏจักรทั่วไปของสารในธรรมชาติ ไม่ได้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมอย่างลึกซึ้ง ปัจจัยทางมานุษยวิทยาของการก่อตัวได้เปลี่ยนความสมดุลนี้ไปสู่การโอเวอร์โหลดชีวมณฑลอย่างมีนัยสำคัญ คุณลักษณะนี้เห็นได้ชัดเจนโดยเฉพาะอย่างยิ่งตั้งแต่มนุษยชาติเริ่มใช้ละอองลอยที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษทั้งในรูปแบบของสารพิษและเพื่อการปกป้องพืช

สิ่งที่อันตรายที่สุดต่อพืชพรรณคือละอองลอยของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ และไนโตรเจน เมื่อสัมผัสกับพื้นผิวใบที่ชื้น จะก่อให้เกิดกรดซึ่งส่งผลเสียต่อสิ่งมีชีวิต หมอกของกรดเข้าสู่อวัยวะทางเดินหายใจของสัตว์และมนุษย์พร้อมกับอากาศที่หายใจเข้าและมีผลรุนแรงต่อเยื่อเมือก บางส่วนสลายเนื้อเยื่อที่มีชีวิต และละอองลอยกัมมันตภาพรังสีทำให้เกิดมะเร็ง ในบรรดาไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี Sg 90 เป็นอันตรายอย่างยิ่งไม่เพียง แต่สำหรับการก่อมะเร็งเท่านั้น แต่ยังเป็นอะนาล็อกของแคลเซียมแทนที่ในกระดูกของสิ่งมีชีวิตทำให้เกิดการสลายตัว

ในระหว่างการระเบิดของนิวเคลียร์ เมฆละอองกัมมันตภาพรังสีจะก่อตัวขึ้นในชั้นบรรยากาศ อนุภาคขนาดเล็กที่มีรัศมี 1 - 10 ไมครอนไม่เพียงตกสู่ชั้นบนของโทรโพสเฟียร์เท่านั้น แต่ยังเข้าไปในสตราโตสเฟียร์ด้วยซึ่งสามารถคงอยู่ได้เป็นเวลานาน เมฆละอองลอยยังเกิดขึ้นระหว่างการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ในโรงงานอุตสาหกรรมที่ผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ รวมถึงผลจากอุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์

หมอกควันเป็นส่วนผสมของละอองลอยที่มีระยะกระจายตัวของของเหลวและของแข็ง ซึ่งก่อตัวเป็นม่านหมอกเหนือพื้นที่อุตสาหกรรมและเมืองใหญ่

หมอกควันมีสามประเภท: น้ำแข็ง เปียก และแห้ง หมอกควันน้ำแข็งเรียกว่าหมอกควันอลาสก้า นี่คือการรวมกันของก๊าซมลพิษที่มีการเติมอนุภาคฝุ่นและผลึกน้ำแข็งที่เกิดขึ้นเมื่อหยดหมอกและไอน้ำจากระบบทำความร้อนแข็งตัว

หมอกควันเปียกหรือหมอกควันประเภทลอนดอน บางครั้งเรียกว่าหมอกควันฤดูหนาว เป็นส่วนผสมของก๊าซมลพิษ (ส่วนใหญ่เป็นซัลเฟอร์ไดออกไซด์) ฝุ่นละออง และละอองหมอก ข้อกำหนดเบื้องต้นด้านอุตุนิยมวิทยาสำหรับการปรากฏตัวของหมอกควันในฤดูหนาวคือสภาพอากาศที่ไม่มีลมซึ่งมีชั้นอากาศอุ่นอยู่เหนือชั้นพื้นดินของอากาศเย็น (ต่ำกว่า 700 ม.) ในกรณีนี้ ไม่เพียงแต่จะมีการแลกเปลี่ยนในแนวนอนเท่านั้น แต่ยังมีการแลกเปลี่ยนในแนวตั้งด้วย มลพิษซึ่งมักกระจายตัวอยู่ในชั้นสูง ในกรณีนี้จะสะสมอยู่ในชั้นผิว

หมอกควันแห้งเกิดขึ้นในช่วงฤดูร้อน และมักเรียกว่าหมอกควันประเภทลอสแอนเจลีส เป็นส่วนผสมของโอโซน คาร์บอนมอนอกไซด์ ไนโตรเจนออกไซด์ และไอกรด หมอกควันดังกล่าวเกิดขึ้นจากการสลายตัวของมลพิษจากรังสีดวงอาทิตย์ โดยเฉพาะส่วนที่เป็นรังสีอัลตราไวโอเลต ข้อกำหนดเบื้องต้นด้านอุตุนิยมวิทยาคือการผกผันของชั้นบรรยากาศ ซึ่งแสดงออกในลักษณะของชั้นอากาศเย็นเหนืออากาศอุ่น โดยทั่วไปแล้ว ก๊าซและอนุภาคของแข็งที่ถูกยกขึ้นโดยกระแสลมอุ่นจะถูกกระจายไปยังชั้นเย็นตอนบน แต่ในกรณีนี้ พวกมันจะสะสมในชั้นผกผัน ในกระบวนการโฟโตไลซิส ไนโตรเจนไดออกไซด์เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ของรถยนต์สลายตัว:

ไม่ 2 → ไม่ + O

จากนั้นการสังเคราะห์โอโซนก็เกิดขึ้น:

O + O 2 + M → O 3 + M

ไม่ + O → ไม่ 2

กระบวนการแยกตัวด้วยแสงจะมาพร้อมกับแสงสีเหลืองเขียว

นอกจากนี้ปฏิกิริยาประเภทนี้ยังเกิดขึ้น: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4 เช่น เกิดกรดซัลฟิวริกเข้มข้น

เมื่อสภาพอากาศเปลี่ยนแปลงไป (ลักษณะของลมหรือการเปลี่ยนแปลงของความชื้น) อากาศเย็นจะสลายไปและหมอกควันก็จะหายไป

การปรากฏตัวของสารก่อมะเร็งในหมอกควันทำให้เกิดปัญหาการหายใจ การระคายเคืองของเยื่อเมือก ระบบไหลเวียนโลหิตผิดปกติ หอบหืดหายใจไม่ออก และมักจะเสียชีวิต หมอกควันเป็นอันตรายอย่างยิ่งกับเด็กเล็ก

ฝนกรดคือการตกตะกอนในชั้นบรรยากาศที่ทำให้เป็นกรดโดยการปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ออกไซด์ ไนโตรเจน และไอระเหยของกรดเปอร์คลอริกและคลอรีนที่ละลายในนั้นทางอุตสาหกรรม ในกระบวนการเผาถ่านหินและก๊าซกำมะถันส่วนใหญ่ที่มีอยู่ในนั้นทั้งในรูปของออกไซด์และสารประกอบที่มีเหล็กโดยเฉพาะในไพไรต์, ไพโรไทต์, ชาลโคไรต์ ฯลฯ จะถูกแปลงเป็นซัลเฟอร์ออกไซด์ซึ่งเมื่อรวมกันแล้ว กับคาร์บอนไดออกไซด์ก็ถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ เมื่อไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศและการปล่อยก๊าซทางเทคนิครวมกับออกซิเจน จะเกิดไนโตรเจนออกไซด์ต่างๆ ขึ้น และปริมาตรของไนโตรเจนออกไซด์ที่เกิดขึ้นจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการเผาไหม้ ไนโตรเจนออกไซด์จำนวนมากเกิดขึ้นระหว่างการทำงานของยานพาหนะและตู้รถไฟดีเซล และส่วนน้อยเกิดขึ้นในภาคพลังงานและสถานประกอบการอุตสาหกรรม ซัลเฟอร์และไนโตรเจนออกไซด์เป็นตัวสร้างกรดหลัก เมื่อทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในบรรยากาศและไอน้ำที่มีอยู่ในนั้นจะเกิดกรดซัลฟิวริกและไนตริก

เป็นที่ทราบกันดีว่าความสมดุลของกรดอัลคาไลน์ของสิ่งแวดล้อมนั้นถูกกำหนดโดยค่า pH สภาพแวดล้อมที่เป็นกลางมีค่า pH เท่ากับ 7 สภาพแวดล้อมที่เป็นกรดมีค่า pH เท่ากับ 0 และสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างมีค่า pH เท่ากับ 14 ในยุคปัจจุบัน ค่า pH ของน้ำฝนอยู่ที่ 5.6 แม้ว่าในช่วงที่ผ่านมา เป็นกลาง ค่า pH ที่ลดลงหนึ่งค่าสอดคล้องกับความเป็นกรดที่เพิ่มขึ้นสิบเท่าดังนั้นในปัจจุบันฝนที่มีความเป็นกรดเพิ่มขึ้นจึงตกเกือบทุกที่ ความเป็นกรดสูงสุดของฝนที่บันทึกไว้ในยุโรปตะวันตกคือ 4-3.5 pH ควรคำนึงว่าค่า pH 4-4.5 เป็นอันตรายถึงชีวิตสำหรับปลาส่วนใหญ่

ฝนกรดมีผลกระทบเชิงรุกต่อพืชพรรณของโลก ต่ออาคารอุตสาหกรรมและที่อยู่อาศัย และมีส่วนช่วยเร่งการผุกร่อนของหินที่ถูกเปิดเผยอย่างรวดเร็ว ความเป็นกรดที่เพิ่มขึ้นช่วยป้องกันการควบคุมตนเองของการวางตัวเป็นกลางของดินซึ่งสารอาหารละลาย ในทางกลับกันสิ่งนี้ทำให้ผลผลิตลดลงอย่างรวดเร็วและทำให้พืชคลุมดินเสื่อมโทรม ความเป็นกรดของดินส่งเสริมการปล่อยดินหนักที่ถูกยึดเกาะ ซึ่งค่อยๆ ดูดซึมโดยพืช ทำให้เกิดความเสียหายต่อเนื้อเยื่ออย่างรุนแรงและแทรกซึมเข้าไปในห่วงโซ่อาหารของมนุษย์

การเปลี่ยนแปลงศักยภาพของกรดด่างในน้ำทะเล โดยเฉพาะในน้ำตื้น นำไปสู่การยุติการแพร่พันธุ์ของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหลายชนิด ส่งผลให้ปลาตาย และรบกวนความสมดุลทางนิเวศน์ในมหาสมุทร

ผลจากฝนกรด ป่าไม้ในยุโรปตะวันตก รัฐบอลติก คาเรเลีย เทือกเขาอูราล ไซบีเรีย และแคนาดา มีความเสี่ยงต่อการถูกทำลาย

ต้องบอกว่าโครงสร้างและองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศของโลกนั้นไม่ใช่ค่าคงที่เสมอไปในช่วงเวลาหนึ่งหรือช่วงอื่นของการพัฒนาโลกของเรา ปัจจุบันโครงสร้างแนวตั้งขององค์ประกอบนี้ซึ่งมี "ความหนา" รวม 1.5-2.0 พันกิโลเมตรมีชั้นหลักหลายชั้นแสดง ได้แก่:

1. โทรโพสเฟียร์
2. โทรโปพอส
3. สตราโตสเฟียร์
4. สเตรโทพอส
5. มีโซสเฟียร์และมีโซพอส
6. เทอร์โมสเฟียร์
7. เอกโซสเฟียร์

องค์ประกอบพื้นฐานของบรรยากาศ

โทรโพสเฟียร์เป็นชั้นที่มีการสังเกตการเคลื่อนไหวในแนวตั้งและแนวนอนที่รุนแรง ที่นี่เป็นที่ที่เกิดสภาพอากาศ ปรากฏการณ์ตะกอน และสภาพภูมิอากาศ มันอยู่ห่างจากพื้นผิวโลกประมาณ 7-8 กิโลเมตรเกือบทุกที่ ยกเว้นบริเวณขั้วโลก (สูงสุด 15 กม.) ในชั้นโทรโพสเฟียร์ อุณหภูมิจะค่อยๆ ลดลงประมาณ 6.4 ° C ในแต่ละระดับความสูงแต่ละกิโลเมตร ตัวบ่งชี้นี้อาจแตกต่างกันไปตามละติจูดและฤดูกาลที่ต่างกัน

องค์ประกอบของชั้นบรรยากาศโลกในส่วนนี้แสดงโดยองค์ประกอบต่อไปนี้และเปอร์เซ็นต์:

ไนโตรเจน - ประมาณ 78 เปอร์เซ็นต์;

ออกซิเจน - เกือบ 21 เปอร์เซ็นต์;

อาร์กอน - ประมาณหนึ่งเปอร์เซ็นต์

คาร์บอนไดออกไซด์ - น้อยกว่า 0.05%

องค์ประกอบเดียวสูงถึงระดับความสูง 90 กิโลเมตร

นอกจากนี้ ที่นี่คุณจะได้พบกับฝุ่น หยดน้ำ ไอน้ำ ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ ผลึกน้ำแข็ง เกลือทะเล อนุภาคละอองลอยจำนวนมาก ฯลฯ องค์ประกอบของชั้นบรรยากาศของโลกนี้สังเกตได้จากระดับความสูงประมาณเก้าสิบกิโลเมตร ดังนั้นอากาศจึง องค์ประกอบทางเคมีใกล้เคียงกัน ไม่เพียงแต่ในชั้นโทรโพสเฟียร์เท่านั้น แต่ยังอยู่ในชั้นที่อยู่ด้านบนด้วย แต่ที่นั่นบรรยากาศมีคุณสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน ชั้นที่มีองค์ประกอบทางเคมีโดยทั่วไปเรียกว่าโฮโมสเฟียร์

มีองค์ประกอบอะไรอีกบ้างที่ประกอบเป็นชั้นบรรยากาศของโลก? เป็นเปอร์เซ็นต์ (โดยปริมาตร ในอากาศแห้ง) ก๊าซ เช่น คริปทอน (ประมาณ 1.14 x 10 -4) ซีนอน (8.7 x 10 -7) ไฮโดรเจน (5.0 x 10 -5) มีเทน (ประมาณ 1.7 x 10 -5) 4) ไนตรัสออกไซด์ (5.0 x 10 -5) เป็นต้น เมื่อคิดเป็นเปอร์เซ็นต์โดยมวล ส่วนประกอบที่ระบุส่วนใหญ่เป็นไนตรัสออกไซด์และไฮโดรเจน รองลงมาคือฮีเลียม คริปทอน เป็นต้น

สมบัติทางกายภาพของชั้นบรรยากาศต่างๆ

คุณสมบัติทางกายภาพของโทรโพสเฟียร์มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความใกล้ชิดกับพื้นผิวของดาวเคราะห์ จากจุดนี้ ความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่สะท้อนออกมาในรูปของรังสีอินฟราเรดจะถูกส่งกลับขึ้นไปด้านบน ซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการการนำและการพาความร้อน นั่นคือสาเหตุที่อุณหภูมิลดลงตามระยะห่างจากพื้นผิวโลก ปรากฏการณ์นี้สังเกตได้จนถึงความสูงของสตราโตสเฟียร์ (11-17 กิโลเมตร) จากนั้นอุณหภูมิแทบจะไม่เปลี่ยนแปลงจนถึง 34-35 กม. จากนั้นอุณหภูมิจะสูงขึ้นอีกครั้งที่ระดับความสูง 50 กิโลเมตร (ขีด จำกัด ด้านบนของสตราโตสเฟียร์) . ระหว่างสตราโตสเฟียร์และโทรโพสเฟียร์จะมีชั้นกลางบาง ๆ ของโทรโพพอส (สูงถึง 1-2 กม.) โดยสังเกตอุณหภูมิคงที่เหนือเส้นศูนย์สูตร - ประมาณลบ 70 ° C และต่ำกว่า เหนือขั้วโลก โทรโพพอสจะ "อุ่นขึ้น" ในฤดูร้อนถึงลบ 45°C ส่วนในฤดูหนาว อุณหภูมิจะผันผวนประมาณ -65°C

องค์ประกอบของก๊าซในชั้นบรรยากาศของโลกรวมถึงองค์ประกอบที่สำคัญเช่นโอโซน ที่พื้นผิวมีค่อนข้างน้อย (สิบยกกำลังลบหกของหนึ่งเปอร์เซ็นต์) เนื่องจากก๊าซก่อตัวขึ้นภายใต้อิทธิพลของแสงแดดจากออกซิเจนอะตอมมิกในส่วนบนของชั้นบรรยากาศ โดยเฉพาะโอโซนส่วนใหญ่อยู่ที่ระดับความสูงประมาณ 25 กม. และ “ตะแกรงโอโซน” ทั้งหมดตั้งอยู่ในพื้นที่ตั้งแต่ 7-8 กม. ที่เสา, จาก 18 กม. ที่เส้นศูนย์สูตร และรวมแล้วสูงถึงห้าสิบกิโลเมตรเหนือ พื้นผิวของดาวเคราะห์

ชั้นบรรยากาศปกป้องจากรังสีดวงอาทิตย์

องค์ประกอบของอากาศในชั้นบรรยากาศของโลกมีบทบาทสำคัญมากในการดำรงชีวิต เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีและองค์ประกอบส่วนบุคคลสามารถจำกัดการเข้าถึงรังสีดวงอาทิตย์ไปยังพื้นผิวโลก รวมถึงผู้คน สัตว์ และพืชที่อาศัยอยู่บนนั้นได้สำเร็จ ตัวอย่างเช่น โมเลกุลของไอน้ำดูดซับรังสีอินฟราเรดได้เกือบทุกช่วงอย่างมีประสิทธิภาพ ยกเว้นความยาวในช่วง 8 ถึง 13 ไมครอน โอโซนดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตได้สูงถึงความยาวคลื่น 3100 A หากไม่มีชั้นบางๆ (โดยเฉลี่ยเพียง 3 มม. หากวางบนพื้นผิวโลก) มีเพียงน้ำที่ระดับความลึกมากกว่า 10 เมตร และถ้ำใต้ดินที่รังสีดวงอาทิตย์ไม่แผ่รังสีออกมา สามารถอยู่อาศัยได้

ศูนย์เซลเซียสที่สตราโทพอส

ระหว่างชั้นบรรยากาศอีกสองระดับถัดมา ได้แก่ สตราโตสเฟียร์และมีโซสเฟียร์ มีชั้นที่น่าทึ่งอีกชั้นหนึ่ง นั่นก็คือ สตราโตสเฟียร์ ซึ่งใกล้เคียงกับความสูงของโอโซนสูงสุด และอุณหภูมิที่นี่ค่อนข้างสบายสำหรับมนุษย์ - ประมาณ 0°C เหนือสตราโทพอสในมีโซสเฟียร์ (เริ่มต้นที่ระดับความสูง 50 กม. และสิ้นสุดที่ระดับความสูง 80-90 กม.) อุณหภูมิที่ลดลงจะถูกสังเกตอีกครั้งเมื่อเพิ่มระยะทางจากพื้นผิวโลก (ถึงลบ 70-80 ° C ). อุกกาบาตมักจะลุกไหม้จนหมดในชั้นมีโซสเฟียร์

ในเทอร์โมสเฟียร์ - บวก 2,000 K!

องค์ประกอบทางเคมีของชั้นบรรยากาศของโลกในเทอร์โมสเฟียร์ (เริ่มต้นหลังจากมีโซพอสจากระดับความสูงประมาณ 85-90 ถึง 800 กม.) กำหนดความเป็นไปได้ของปรากฏการณ์เช่นการให้ความร้อนอย่างค่อยเป็นค่อยไปของชั้นของ "อากาศ" ที่หายากมากภายใต้อิทธิพลของรังสีดวงอาทิตย์ . ในส่วนนี้ของ "ผ้าห่มอากาศ" ของโลก อุณหภูมิอยู่ระหว่าง 200 ถึง 2,000 K ซึ่งได้มาเนื่องจากการไอออไนซ์ของออกซิเจน (ออกซิเจนอะตอมอยู่เหนือ 300 กม.) รวมถึงการรวมตัวกันใหม่ของอะตอมออกซิเจนเป็นโมเลกุล พร้อมกับปล่อยความร้อนออกมาเป็นจำนวนมาก เทอร์โมสเฟียร์เป็นที่ที่แสงออโรร่าเกิดขึ้น

เหนือเทอร์โมสเฟียร์คือชั้นนอกโซสเฟียร์ - ชั้นนอกของบรรยากาศ ซึ่งอะตอมไฮโดรเจนที่เบาและเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วสามารถหลบหนีออกสู่อวกาศได้ องค์ประกอบทางเคมีของชั้นบรรยากาศโลกที่นี่ส่วนใหญ่แสดงโดยอะตอมออกซิเจนแต่ละตัวในชั้นล่าง อะตอมฮีเลียมในชั้นกลาง และอะตอมไฮโดรเจนเกือบทั้งหมดในชั้นบน อุณหภูมิสูงมีอยู่ที่นี่ - ประมาณ 3,000 K และไม่มีความกดอากาศ

ชั้นบรรยากาศของโลกเกิดขึ้นได้อย่างไร?

แต่ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ดาวเคราะห์ดวงนี้ไม่ได้มีองค์ประกอบบรรยากาศเช่นนี้เสมอไป โดยรวมแล้วมีแนวคิดสามประการเกี่ยวกับที่มาขององค์ประกอบนี้ สมมติฐานข้อแรกเสนอว่าชั้นบรรยากาศถูกถ่ายผ่านกระบวนการสะสมมวลสารจากเมฆก่อกำเนิดดาวเคราะห์ อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน ทฤษฎีนี้ถูกวิพากษ์วิจารณ์อย่างมาก เนื่องจากบรรยากาศปฐมภูมิเช่นนี้ควรถูกทำลายโดย “ลม” สุริยะจากดาวฤกษ์ในระบบดาวเคราะห์ของเรา นอกจากนี้ สันนิษฐานว่าองค์ประกอบระเหยไม่สามารถคงอยู่ในเขตการก่อตัวของดาวเคราะห์ภาคพื้นดินได้เนื่องจากอุณหภูมิสูงเกินไป

องค์ประกอบของชั้นบรรยากาศปฐมภูมิของโลกตามที่แนะนำโดยสมมติฐานที่สอง อาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากการทิ้งระเบิดที่พื้นผิวโดยดาวเคราะห์น้อยและดาวหางที่มาจากบริเวณใกล้เคียงระบบสุริยะในช่วงแรกของการพัฒนา เป็นการยากที่จะยืนยันหรือหักล้างแนวคิดนี้

การทดลองที่ IDG RAS

สมมติฐานที่เป็นไปได้มากที่สุดน่าจะเป็นสมมติฐานข้อที่ 3 ซึ่งเชื่อว่าบรรยากาศเกิดขึ้นเนื่องจากการปลดปล่อยก๊าซออกจากชั้นเปลือกโลกเมื่อประมาณ 4 พันล้านปีก่อน แนวคิดนี้ได้รับการทดสอบที่สถาบันภูมิศาสตร์แห่ง Russian Academy of Sciences ในระหว่างการทดลองที่เรียกว่า "Tsarev 2" เมื่อตัวอย่างของสารที่มีต้นกำเนิดจากอุกกาบาตถูกให้ความร้อนในสุญญากาศ จากนั้นจึงบันทึกการปล่อยก๊าซเช่น H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 เป็นต้น ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงสันนิษฐานอย่างถูกต้องว่าองค์ประกอบทางเคมีของบรรยากาศปฐมภูมิของโลกประกอบด้วยน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ ( HF) ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H 2 S) สารประกอบไนโตรเจน ไฮโดรเจน มีเทน (CH 4) ไอแอมโมเนีย (NH 3) อาร์กอน เป็นต้น โดยไอน้ำจากบรรยากาศปฐมภูมิมีส่วนร่วมในการเกิด ของไฮโดรสเฟียร์ คาร์บอนไดออกไซด์อยู่ในระดับที่มากขึ้นในสถานะที่ถูกผูกมัดในสารอินทรีย์และหิน ไนโตรเจนส่งผ่านไปยังองค์ประกอบของอากาศสมัยใหม่ และอีกครั้งในหินตะกอนและสารอินทรีย์

องค์ประกอบของชั้นบรรยากาศปฐมภูมิของโลกไม่อนุญาตให้คนสมัยใหม่อยู่ในนั้นโดยไม่มีเครื่องช่วยหายใจ เนื่องจากตอนนั้นไม่มีออกซิเจนในปริมาณที่ต้องการ องค์ประกอบนี้ปรากฏขึ้นในปริมาณที่มีนัยสำคัญเมื่อหนึ่งพันล้านปีก่อน ซึ่งเชื่อกันว่าเกี่ยวข้องกับการพัฒนากระบวนการสังเคราะห์แสงในสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินและสาหร่ายอื่นๆ ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตที่เก่าแก่ที่สุดในโลกของเรา

ออกซิเจนขั้นต่ำ

ความจริงที่ว่าองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศโลกในตอนแรกนั้นเกือบจะปราศจากออกซิเจนนั้น แสดงให้เห็นได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าแกรไฟต์ (คาร์บอน) ที่ถูกออกซิไดซ์ได้ง่ายแต่ไม่ได้ออกซิไดซ์นั้นพบได้ในหินที่เก่าแก่ที่สุด (คาทาร์แชน) ต่อมาสิ่งที่เรียกว่าแร่เหล็กแถบปรากฏขึ้นซึ่งรวมถึงชั้นของออกไซด์ของเหล็กที่ได้รับการเสริมสมรรถนะซึ่งหมายถึงการปรากฏบนดาวเคราะห์ของแหล่งออกซิเจนอันทรงพลังในรูปแบบโมเลกุล แต่องค์ประกอบเหล่านี้พบได้เป็นระยะเท่านั้น (บางทีสาหร่ายหรือผู้ผลิตออกซิเจนอื่นๆ อาจปรากฏในเกาะเล็กๆ ในทะเลทรายที่เป็นพิษ) ในขณะที่ส่วนอื่นๆ ของโลกเป็นแบบไม่ใช้ออกซิเจน หลังได้รับการสนับสนุนจากความจริงที่ว่าไพไรต์ที่ถูกออกซิไดซ์ได้ง่ายนั้นถูกพบในรูปแบบของก้อนกรวดที่ประมวลผลโดยการไหลโดยไม่มีร่องรอยของปฏิกิริยาเคมี เนื่องจากน้ำที่ไหลไม่สามารถเติมอากาศได้ไม่ดีนัก มุมมองจึงพัฒนาว่าบรรยากาศก่อนแคมเบรียนมีองค์ประกอบออกซิเจนน้อยกว่าหนึ่งเปอร์เซ็นต์ในปัจจุบัน

การปฏิวัติการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบอากาศ

ประมาณกลางโปรเทโรโซอิก (1.8 พันล้านปีก่อน) "การปฏิวัติออกซิเจน" เกิดขึ้นเมื่อโลกเปลี่ยนมาใช้การหายใจแบบใช้ออกซิเจนในระหว่างนั้น 38 สามารถรับได้จากสารอาหารหนึ่งโมเลกุล (กลูโคส) และไม่ใช่สอง (เช่นเดียวกับ การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน) หน่วยของพลังงาน องค์ประกอบของชั้นบรรยากาศของโลกในแง่ของออกซิเจนเริ่มมีเกินหนึ่งเปอร์เซ็นต์ของที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน และชั้นโอโซนก็เริ่มปรากฏขึ้นเพื่อปกป้องสิ่งมีชีวิตจากรังสี ตัวอย่างเช่นสัตว์โบราณเช่นไทรโลไบต์ "ซ่อน" ไว้ใต้เปลือกหอยหนา ๆ จากเธอ ตั้งแต่นั้นมาจนถึงสมัยของเรา เนื้อหาขององค์ประกอบหลัก "ทางเดินหายใจ" ค่อยๆ เพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ เพื่อให้แน่ใจว่าการพัฒนารูปแบบสิ่งมีชีวิตบนโลกมีความหลากหลาย

การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของบรรยากาศทำให้เกิดผลกระทบต่อระบอบการแผ่รังสีของบรรยากาศ - นี่คือกลไกหลักของอิทธิพลของมนุษย์ต่อระบบภูมิอากาศโลกในระดับปัจจุบันและระดับการพัฒนาอุตสาหกรรมที่คาดหวังในทศวรรษต่อ ๆ ไป

การมีส่วนร่วมของก๊าซเรือนกระจกในชั้นบรรยากาศ (ดู. ปรากฏการณ์เรือนกระจก) ถือเป็นผลกระทบส่วนใหญ่ ผลกระทบของความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจกต่ออุณหภูมิถูกกำหนดโดยการดูดซับรังสีคลื่นยาวที่มาจากโลก และส่งผลให้รังสีที่มีประสิทธิผลลดลงที่พื้นผิวโลก ในกรณีนี้ อุณหภูมิสูงสุดจะเพิ่มขึ้น และอุณหภูมิของชั้นบรรยากาศที่สูงขึ้นจะลดลงเนื่องจากการสูญเสียรังสีจำนวนมาก เอฟเฟกต์นี้ได้รับการปรับปรุงด้วยสองสถานการณ์:

1) การเพิ่มขึ้นของปริมาณไอน้ำในบรรยากาศในช่วงที่ร้อนขึ้นซึ่งจะปิดกั้นรังสีคลื่นยาวด้วย

2) การถอยของน้ำแข็งขั้วโลกในช่วงที่ร้อนขึ้น ซึ่งจะลดอัลเบโด้ของโลกที่ละติจูดที่ค่อนข้างสูง

ก๊าซเรือนกระจกและโอโซนที่มีอายุยืนยาวทั้งหมดทำให้เกิดแรงแผ่รังสีเชิงบวก (2.9 ± 0.3 W/m2) ผลกระทบจากการแผ่รังสีรวมของปัจจัยทางมานุษยวิทยาที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจกและละอองลอยทั้งหมดคือ 1.6 (จาก 0.6 ถึง 2.4) W/m2 ละอองลอยทุกประเภทสร้างผลกระทบจากการแผ่รังสีทั้งทางตรงและทางอ้อมโดยการเปลี่ยนอัลเบโด้ของเมฆ ผลกระทบของละอองลอยทั้งหมดเป็นลบ (–1.3 ± 0.8 W/m2) อย่างไรก็ตาม ความน่าเชื่อถือของการประมาณการเหล่านี้ต่ำกว่าค่าที่ได้รับสำหรับก๊าซเรือนกระจกมาก (รายงานการประเมิน, 2008)

ก๊าซเรือนกระจกในชั้นบรรยากาศที่ได้รับผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญจากกิจกรรมทางเศรษฐกิจ:

– คาร์บอนไดออกไซด์(คาร์บอนไดออกไซด์)เป็นก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญที่สุดในแง่ของการควบคุมสภาพอากาศ ในช่วง 250 ปีที่ผ่านมา มีความเข้มข้นในบรรยากาศเพิ่มขึ้นอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อนถึง 35% ในปี 2548 มีจำนวน 379 ล้าน –1;

– มีเทน(ช่อง 4)เป็นก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญที่สุดเป็นอันดับสองรองจาก CO 2 ; ความเข้มข้นของมันเพิ่มขึ้น 2.5 เท่าเมื่อเทียบกับช่วงก่อนอุตสาหกรรมและมีจำนวน 1,774 ppb ในปี 2548

– ไนตรัสออกไซด์(เอ็นทูโอ)ความเข้มข้นของมันเพิ่มขึ้น 18% ภายในปี 2548 เมื่อเทียบกับช่วงก่อนอุตสาหกรรมและมีจำนวน 319 พันล้าน –1; ปัจจุบันประมาณ 40% ของปริมาณ N2 O ที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศเกิดจากกิจกรรมทางเศรษฐกิจ (ปุ๋ย การเลี้ยงปศุสัตว์ อุตสาหกรรมเคมี)

บน ข้าว. 4.7แสดงช่วงเวลาของความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ ( ก), มีเทน ( ข) และไนตรัสออกไซด์ ( วี) ในชั้นบรรยากาศและการเปลี่ยนแปลงในช่วง 10,000 ปีที่ผ่านมาและตั้งแต่ปี ค.ศ. 1750 ระยะเวลาที่ได้มาจากการตรวจวัดคราบน้ำแข็งจากนักวิจัยต่างๆ และการตรวจวัดในบรรยากาศ ตัวเลขดังกล่าวแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงการเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของ CO 2 และก๊าซอื่นๆ ในช่วงยุคอุตสาหกรรม

ตามรายงานการประเมินครั้งที่สี่ของ IPCC (พ.ศ. 2550) ในช่วงยุคอุตสาหกรรม มีการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในความเข้มข้นของก๊าซที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในชั้นบรรยากาศ ดังนั้น ในช่วง 250 ปีที่ผ่านมา ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ (CO 2) จึงเพิ่มขึ้นจาก 280 เป็น 379 ppm (ส่วนในล้านส่วนต่อหน่วยปริมาตร) ความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจกในบรรยากาศในปัจจุบันซึ่งกำหนดโดยการวิเคราะห์ฟองอากาศจากแกนน้ำแข็งที่รักษาองค์ประกอบของบรรยากาศโบราณของทวีปแอนตาร์กติกานั้นสูงกว่าครั้งใดในช่วง 10,000 ปีที่ผ่านมามาก ความเข้มข้นของมีเทนในชั้นบรรยากาศทั่วโลกเพิ่มขึ้นจาก 715 เป็น 1,774 พีพีบี (ส่วนในพันล้านส่วนต่อหน่วยปริมาตร) ในช่วงยุคอุตสาหกรรม ความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจกที่เพิ่มขึ้นอย่างน่าทึ่งที่สุดเกิดขึ้นในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา ส่งผลให้บรรยากาศร้อนขึ้น

ดังนั้นกระบวนการ ภาวะโลกร้อนสมัยใหม่เกิดขึ้นโดยมีฉากหลังเป็นความยั่งยืน ความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจกเพิ่มขึ้นและประการแรก คาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2) ดังนั้น ตามข้อมูลในปี 1999 การปล่อย CO 2 อันเป็นผลมาจากกิจกรรมของมนุษย์จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล สูงถึง 6.2 พันล้านตันในปี 1996 ซึ่งมากกว่าปี 1950 เกือบ 4 เท่า จากปี 1750 ถึง 2000 ความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้น 31% (Perevedentsev Yu.P. , 2009)

ช่วงเวลาความเข้มข้นของ CO 2 ที่สถานี Russian Teriberka (รูปที่ 4.8) แสดงให้เห็นว่าอัตราการเติบโตของ CO 2 โดยเฉลี่ยในช่วง 20 ปีคือ 1.7 ล้าน –1 ต่อปี โดยมีความผันผวนตามฤดูกาลอย่างมีนัยสำคัญเท่ากับ 15-20 ล้าน –1

ข้าว. 2.8. ช่วงเวลาความเข้มข้นของ CO 2 ในบรรยากาศที่สถานี Teriberka (คาบสมุทร Kola) สำหรับช่วงการสังเกตตั้งแต่ปี 1988 จุดและเส้นแสดงการวัดเดี่ยว ( 1 ) ปรับความผันแปรตามฤดูกาลให้ราบรื่น ( 2 ) และแนวโน้มระยะยาว ( 3 ) ความเข้มข้นของ CO 2 CO 2, ppm (OD, 2008)

กลไกของปรากฏการณ์เรือนกระจกอธิบายได้จากความแตกต่างในความสามารถในการดูดซับของบรรยากาศสำหรับรังสีดวงอาทิตย์ที่มายังโลกและรังสีที่ออกจากโลก โลกได้รับรังสีจากดวงอาทิตย์ในช่วงสเปกตรัมกว้างโดยมีความยาวคลื่นเฉลี่ยประมาณ 0.5 ไมครอน และรังสีคลื่นสั้นนี้เกือบจะทะลุผ่านชั้นบรรยากาศ โลกปล่อยพลังงานที่ได้รับออกมาเกือบเหมือนกับวัตถุสีดำสนิทในช่วงอินฟราเรดคลื่นยาว โดยมีความยาวคลื่นเฉลี่ยประมาณ 10 ไมครอน ในช่วงนี้ ก๊าซจำนวนมาก (CO 2, CH 4, H 2 O ฯลฯ ) มีแถบดูดซับจำนวนมาก ก๊าซเหล่านี้ดูดซับรังสี ส่งผลให้พวกมันปล่อยความร้อนออกมาและทำให้บรรยากาศร้อนเป็นส่วนใหญ่ คาร์บอนไดออกไซด์ดูดซับรังสีที่มาจากโลกอย่างหนาแน่นในช่วง 12-18 ไมครอน และเป็นหนึ่งในปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดภาวะเรือนกระจก (Perevedentsev Yu.P., 2009)

ภาวะโลกร้อนสมัยใหม่ ความจริงที่ว่าสภาพอากาศสมัยใหม่กำลังเปลี่ยนแปลงนั้นเป็นที่ยอมรับของทุกคน เนื่องจากทั้งการวัดด้วยเครื่องมือและตัวชี้วัดทางธรรมชาติบ่งชี้สิ่งหนึ่ง: ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา สภาพภูมิอากาศของโลกร้อนขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ในช่วงศตวรรษที่ผ่านมา (พ.ศ. 2449-2548) เครือข่ายอุตุนิยมวิทยาภาคพื้นดินได้บันทึกอุณหภูมิเฉลี่ยทั่วโลกที่พื้นผิวโลกเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ 0.74 °C ความขัดแย้งเกิดขึ้นเมื่อพูดคุยถึงสาเหตุของภาวะโลกร้อน ในรายงานการประเมินครั้งที่สี่ ผู้เชี่ยวชาญของ IPCC (2007) ได้ข้อสรุปเกี่ยวกับสาเหตุของภาวะโลกร้อนที่สังเกตได้: ความน่าจะเป็นที่การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในช่วง 50 ปีที่ผ่านมาจะเกิดขึ้นโดยไม่มีอิทธิพลจากภายนอก (โดยมนุษย์) ได้รับการประเมินว่าต่ำมาก (<5%). С высокой степенью вероятности (>90%) ระบุว่าการเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได้ในช่วง 50 ปีที่ผ่านมาไม่เพียงเกิดจากธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังมาจากอิทธิพลภายนอกด้วย ด้วยความเชื่อมั่น >90% รายงานระบุว่าความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นของก๊าซเรือนกระจกที่เกิดจากการกระทำของมนุษย์มีส่วนทำให้เกิดภาวะโลกร้อนส่วนใหญ่นับตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 20

มีมุมมองอื่นเกี่ยวกับสาเหตุของภาวะโลกร้อน - ปัจจัยภายใน ความแปรปรวนทางธรรมชาติที่ทำให้เกิดความผันผวนของอุณหภูมิ ทั้งในทิศทางของภาวะโลกร้อนและความเย็น ดังนั้นในงาน (Datsenko N.M., Monin A.S., Sonechkin D.M., 2004) ผู้สนับสนุนแนวคิดนี้ระบุว่าช่วงเวลาที่อุณหภูมิโลกเพิ่มขึ้นอย่างเข้มข้นที่สุดในศตวรรษที่ 20 (90) ตกอยู่ในช่วงขาขึ้นของทศวรรษที่ 60 ความผันผวนในฤดูร้อน ซึ่งระบุโดยดัชนีที่แสดงถึงสถานะความร้อนและการไหลเวียนของบรรยากาศ ในเวลาเดียวกัน มีข้อเสนอแนะว่าความผันผวนของสภาพภูมิอากาศสมัยใหม่เป็นผลมาจากปฏิกิริยาที่ไม่เชิงเส้นของระบบภูมิอากาศต่ออิทธิพลภายนอกกึ่งคาบ (วัฏจักรของกระแสน้ำบนดวงจันทร์-สุริยะและกิจกรรมสุริยะ วงจรการปฏิวัติของดาวเคราะห์ที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะ รอบศูนย์รวม ฯลฯ ) (Perevedentsev Yu.P. ., 2009)

นับเป็นครั้งแรกที่การเติบโตของการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทางอุตสาหกรรมสู่ชั้นบรรยากาศเกิดขึ้นโดย H.E. คาดเดาในช่วงต้นทศวรรษที่ 50 ของศตวรรษที่ XX จากการเปลี่ยนแปลงของอัตราส่วนคาร์บอนในวงแหวนต้นไม้ Suess สรุปว่าคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศได้รับการเติมเต็มด้วยการปล่อย CO 2 จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลตั้งแต่ช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 เขาค้นพบว่าอัตราส่วนของกัมมันตภาพรังสี C 14 ซึ่งก่อตัวอย่างต่อเนื่องในชั้นบรรยากาศเนื่องจากการกระทำของอนุภาคจักรวาลต่อ C 12 ที่เสถียรได้ลดลงในช่วงร้อยปีที่ผ่านมาอันเป็นผลมาจาก "การเจือจาง" ของ CO 2 ในชั้นบรรยากาศโดยการไหล ของ CO 2 จากเชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งแทบไม่มี C (ครึ่งชีวิต C 14 เท่ากับ 5,730 ปี) ดังนั้น การเพิ่มขึ้นของการปล่อย CO 2 ทางอุตสาหกรรมสู่ชั้นบรรยากาศจึงถูกตรวจพบโดยอาศัยการตรวจวัดในวงแหวนต้นไม้ เมื่อปี พ.ศ. 2501 การบันทึกความเข้มข้นของ CO 2 ในชั้นบรรยากาศเริ่มขึ้นที่สถานี Mauna Loa ในมหาสมุทรแปซิฟิก

ข้าว. 4.7. ระยะเวลาความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ ( ก), มีเทน ( ข) และไนตรัสออกไซด์ ( วี) ในชั้นบรรยากาศและการเปลี่ยนแปลงในช่วง 10,000 ปีที่ผ่านมา (แผงขนาดใหญ่) และตั้งแต่ปี ค.ศ. 1750 (แผงเล็กแทรกเข้าไป) ผลลัพธ์การตรวจวัดคราบน้ำแข็ง (สัญลักษณ์ของสีและการกำหนดค่าต่างๆ) จากนักวิจัยต่างๆ และการตรวจวัดในบรรยากาศ (เส้นโค้งสีแดง) ขนาดของการประเมินที่สอดคล้องกับความเข้มข้นของผลกระทบของรังสีที่วัดได้จะแสดงบนแผงขนาดใหญ่ทางด้านขวา (รายงานการประเมินเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและผลที่ตามมาในอาณาเขตของสหพันธรัฐรัสเซีย (AR), 2008)

ชั้นบรรยากาศของโลก

บรรยากาศ(จาก. กรีกโบราณἀτμός - ไอน้ำ และ σφαῖρα - ลูกบอล) - แก๊สเปลือก ( ภูมิศาสตร์) รอบๆ โลก โลก- พื้นผิวด้านในครอบคลุม อุทกภาคและบางส่วน เห่าซึ่งส่วนนอกนั้นอยู่ติดกับส่วนใกล้โลกของอวกาศ

ชุดของสาขาฟิสิกส์และเคมีที่ศึกษาบรรยากาศมักเรียกว่า ฟิสิกส์บรรยากาศ- บรรยากาศเป็นตัวกำหนด สภาพอากาศบนพื้นผิวโลก ศึกษาสภาพอากาศ อุตุนิยมวิทยาและการเปลี่ยนแปลงในระยะยาว ภูมิอากาศ - ภูมิอากาศวิทยา.

โครงสร้างของชั้นบรรยากาศ

โครงสร้างของชั้นบรรยากาศ

โทรโพสเฟียร์

ขีดจำกัดบนอยู่ที่ระดับความสูง 8-10 กม. ในขั้วโลก, 10-12 กม. ในเขตอบอุ่น และ 16-18 กม. ในละติจูดเขตร้อน ในฤดูหนาวต่ำกว่าในฤดูร้อน ชั้นบรรยากาศหลักชั้นล่าง ประกอบด้วยมากกว่า 80% ของมวลอากาศในบรรยากาศทั้งหมด และประมาณ 90% ของไอน้ำทั้งหมดที่มีอยู่ในบรรยากาศ ในชั้นโทรโพสเฟียร์มีการพัฒนาอย่างมาก ความปั่นป่วนและ การพาความร้อน, ลุกขึ้น เมฆ, กำลังพัฒนา พายุไซโคลนและ แอนติไซโคลน- อุณหภูมิจะลดลงตามความสูงที่เพิ่มขึ้นตามแนวตั้งโดยเฉลี่ย การไล่ระดับสี 0.65°/100 ม

สิ่งต่อไปนี้ได้รับการยอมรับว่าเป็น "สภาวะปกติ" ที่พื้นผิวโลก: ความหนาแน่น 1.2 กก./ลบ.ม. ความดันบรรยากาศ 101.35 kPa อุณหภูมิบวก 20 °C และความชื้นสัมพัทธ์ 50% ตัวบ่งชี้แบบมีเงื่อนไขเหล่านี้มีความสำคัญทางวิศวกรรมล้วนๆ

สตราโตสเฟียร์

ชั้นบรรยากาศตั้งอยู่ที่ระดับความสูง 11 ถึง 50 กม. โดดเด่นด้วยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเล็กน้อยในชั้น 11-25 กม. (ชั้นล่างของสตราโตสเฟียร์) และการเพิ่มขึ้นของชั้น 25-40 กม. จาก −56.5 เป็น 0.8 ° กับ(ชั้นบนของสตราโตสเฟียร์หรือบริเวณ การผกผัน- เมื่อถึงค่าประมาณ 273 K (เกือบ 0 ° C) ที่ระดับความสูงประมาณ 40 กม. อุณหภูมิยังคงคงที่จนถึงระดับความสูงประมาณ 55 กม. บริเวณที่มีอุณหภูมิคงที่นี้เรียกว่า stratopauseและเป็นขอบเขตระหว่างสตราโตสเฟียร์กับ มีโซสเฟียร์.

สเตรโทพอส

ชั้นขอบเขตของชั้นบรรยากาศระหว่างสตราโตสเฟียร์และมีโซสเฟียร์ ในการกระจายอุณหภูมิแนวตั้งจะมีค่าสูงสุด (ประมาณ 0 °C)

มีโซสเฟียร์

ชั้นบรรยากาศของโลก

มีโซสเฟียร์เริ่มต้นที่ระดับความสูง 50 กม. และขยายไปถึง 80-90 กม. อุณหภูมิลดลงตามความสูงโดยมีความลาดเอียงในแนวตั้งเฉลี่ย (0.25-0.3)°/100 ม. กระบวนการพลังงานหลักคือการถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสี กระบวนการโฟโตเคมีที่ซับซ้อนที่เกี่ยวข้อง อนุมูลอิสระ, โมเลกุลที่ตื่นเต้นแบบสั่นสะเทือน เป็นต้น ทำให้เกิดแสงเรืองรองในชั้นบรรยากาศ

วัยหมดประจำเดือน

ชั้นเปลี่ยนผ่านระหว่างมีโซสเฟียร์และเทอร์โมสเฟียร์ มีการกระจายอุณหภูมิในแนวตั้งขั้นต่ำ (ประมาณ -90 °C)

สายคาร์มาน

ความสูงเหนือระดับน้ำทะเลซึ่งเป็นที่ยอมรับตามอัตภาพว่าเป็นขอบเขตระหว่างชั้นบรรยากาศของโลกและอวกาศ

เทอร์โมสเฟียร์

บทความหลัก: เทอร์โมสเฟียร์

ขีดจำกัดบนคือประมาณ 800 กม. อุณหภูมิจะสูงขึ้นถึงระดับความสูง 200-300 กม. โดยจะถึงค่าลำดับ 1,500 K หลังจากนั้นจะยังคงเกือบคงที่จนถึงระดับความสูงสูง ภายใต้อิทธิพลของรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์จากแสงอาทิตย์และรังสีคอสมิก ไอออนไนซ์ในอากาศจะเกิดขึ้น (“ ออโรร่า") - พื้นที่หลัก ไอโอโนสเฟียร์นอนอยู่ภายในเทอร์โมสเฟียร์ ที่ระดับความสูงมากกว่า 300 กม. อะตอมออกซิเจนจะมีอิทธิพลเหนือกว่า

ชั้นบรรยากาศสูงถึงระดับความสูง 120 กม

เอกโซสเฟียร์ (ทรงกลมกระเจิง)

เอกโซสเฟียร์- โซนการกระจายตัวส่วนนอกของเทอร์โมสเฟียร์ซึ่งอยู่เหนือ 700 กม. ก๊าซในชั้นนอกโซสเฟียร์ถูกทำให้บริสุทธิ์มาก และจากจุดนี้อนุภาคของก๊าซก็รั่วไหลเข้าสู่อวกาศระหว่างดาวเคราะห์ ( การกระจายตัว).

ขึ้นไปที่ระดับความสูง 100 กม. บรรยากาศเป็นส่วนผสมของก๊าซที่เป็นเนื้อเดียวกันและผสมกันอย่างดี ในชั้นที่สูงกว่า การกระจายตัวของก๊าซตามความสูงจะขึ้นอยู่กับน้ำหนักโมเลกุล ความเข้มข้นของก๊าซที่หนักกว่าจะลดลงเร็วขึ้นตามระยะห่างจากพื้นผิวโลก เนื่องจากความหนาแน่นของก๊าซลดลง อุณหภูมิจึงลดลงจาก 0 °C ในชั้นสตราโตสเฟียร์เป็น −110 °C ในชั้นมีโซสเฟียร์ อย่างไรก็ตาม พลังงานจลน์ของอนุภาคแต่ละตัวที่ระดับความสูง 200-250 กม. สอดคล้องกับอุณหภูมิ ~1500 °C เหนือ 200 กม. สังเกตความผันผวนของอุณหภูมิและความหนาแน่นของก๊าซในเวลาและอวกาศอย่างมีนัยสำคัญ

ที่ระดับความสูงประมาณ 2,000-3,000 กม. ชั้นบรรยากาศจะค่อยๆ กลายเป็นสิ่งที่เรียกว่า ใกล้สุญญากาศอวกาศซึ่งเต็มไปด้วยอนุภาคก๊าซระหว่างดาวเคราะห์ที่มีการทำให้บริสุทธิ์สูง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอะตอมของไฮโดรเจน แต่ก๊าซนี้เป็นเพียงส่วนหนึ่งของสสารระหว่างดาวเคราะห์เท่านั้น อีกส่วนหนึ่งประกอบด้วยอนุภาคฝุ่นที่มีต้นกำเนิดจากดาวหางและอุกกาบาต นอกจากอนุภาคฝุ่นที่หายากมากแล้ว การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและรังสีคอร์ปัสกูลาของแหล่งกำเนิดสุริยะและกาแล็กซียังแทรกซึมเข้าไปในอวกาศนี้อีกด้วย

โทรโพสเฟียร์คิดเป็นประมาณ 80% ของมวลบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ - ประมาณ 20%; มวลของมีโซสเฟียร์ไม่เกิน 0.3% เทอร์โมสเฟียร์น้อยกว่า 0.05% ของมวลบรรยากาศทั้งหมด ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางไฟฟ้าในบรรยากาศ นิวโทรโนสเฟียร์และไอโอโนสเฟียร์มีความโดดเด่น ปัจจุบันเชื่อกันว่าบรรยากาศขยายไปถึงระดับความสูง 2,000-3,000 กม.

ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของก๊าซในบรรยากาศที่ปล่อยออกมา โฮโมสเฟียร์และ เฮเทอโรสเฟียร์. เฮเทอโรสเฟียร์ - นี่คือพื้นที่ที่แรงโน้มถ่วงส่งผลต่อการแยกก๊าซ เนื่องจากการปะปนกันที่ระดับความสูงดังกล่าวนั้นน้อยมาก. นี่แสดงถึงองค์ประกอบที่แปรผันของเฮเทอโรสเฟียร์ ด้านล่างเป็นส่วนของบรรยากาศที่ผสมปนเปกันและเป็นเนื้อเดียวกันเรียกว่า โฮโมสเฟียร์- เรียกว่าขอบเขตระหว่างชั้นเหล่านี้ เทอร์โบหยุดชั่วคราวอยู่ที่ระดับความสูงประมาณ 120 กม.

คุณสมบัติทางกายภาพ

ความหนาของชั้นบรรยากาศอยู่ห่างจากพื้นผิวโลกประมาณ 2,000 - 3,000 กิโลเมตร มวลรวม อากาศ- (5.1-5.3)×10 18 กก. มวลกรามอากาศแห้งที่สะอาดคือ 28.966 ความดันที่ 0 °C ที่ระดับน้ำทะเล 101.325 ปาสคาล; อุณหภูมิวิกฤต?140.7 °C; แรงดันวิกฤติ 3.7 MPa; ค พี 1.0048×10 3 J/(กก. · K) (ที่ 0 °C) ค โวลต์ 0.7159×10 3 J/(กก. · K) (ที่ 0 °C) ความสามารถในการละลายของอากาศในน้ำที่ 0 °C คือ 0.036% ที่ 25 °C - 0.22%

คุณสมบัติทางสรีรวิทยาและอื่น ๆ ของบรรยากาศ

ที่ระดับความสูง 5 กม. เหนือระดับน้ำทะเลบุคคลที่ไม่ได้รับการฝึกฝนก็พัฒนาขึ้น ความอดอยากออกซิเจนและหากไม่มีการปรับตัว ประสิทธิภาพของบุคคลจะลดลงอย่างมาก โซนสรีรวิทยาของบรรยากาศสิ้นสุดที่นี่ การหายใจของมนุษย์จะเป็นไปไม่ได้ที่ระดับความสูง 15 กม. แม้ว่าบรรยากาศจะสูงถึงประมาณ 115 กม. แต่บรรยากาศก็ยังมีออกซิเจนอยู่

บรรยากาศทำให้เรามีออกซิเจนที่จำเป็นสำหรับการหายใจ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความดันรวมของบรรยากาศลดลง เมื่อคุณสูงขึ้น ความดันบางส่วนของออกซิเจนจะลดลงตามไปด้วย

ปอดของมนุษย์มีถุงลมประมาณ 3 ลิตรอยู่ตลอดเวลา ความดันบางส่วนออกซิเจนในถุงลมที่ความดันบรรยากาศปกติคือ 110 มม. ปรอท ศิลปะ ความดันคาร์บอนไดออกไซด์ - 40 มม. ปรอท ศิลปะ และไอน้ำ - 47 มม. ปรอท ศิลปะ. เมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น ความดันออกซิเจนจะลดลง และความดันไอรวมของน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ในปอดยังคงเกือบคงที่ - ประมาณ 87 มม. ปรอท ศิลปะ. การจ่ายออกซิเจนไปยังปอดจะหยุดลงอย่างสมบูรณ์เมื่อความกดอากาศโดยรอบเท่ากับค่านี้

ที่ระดับความสูงประมาณ 19-20 กม. ความดันบรรยากาศจะลดลงเหลือ 47 มม. ปรอท ศิลปะ. ดังนั้นที่ระดับความสูงนี้ น้ำและของเหลวคั่นระหว่างหน้าจึงเริ่มเดือดในร่างกายมนุษย์ นอกห้องโดยสารที่มีแรงดันอากาศที่ระดับความสูงเหล่านี้ ความตายจะเกิดขึ้นแทบจะในทันที ดังนั้นจากมุมมองของสรีรวิทยาของมนุษย์ "อวกาศ" เริ่มต้นที่ระดับความสูง 15-19 กม.

ชั้นอากาศหนาแน่น - โทรโพสเฟียร์และสตราโตสเฟียร์ - ปกป้องเราจากผลเสียหายของรังสี ด้วยการทำให้อากาศบริสุทธิ์เพียงพอ ที่ระดับความสูงมากกว่า 36 กม. สารไอออไนซ์จึงส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อร่างกาย รังสี- รังสีคอสมิกปฐมภูมิ ที่ระดับความสูงมากกว่า 40 กม. ส่วนอัลตราไวโอเลตของสเปกตรัมแสงอาทิตย์เป็นอันตรายต่อมนุษย์

ขณะที่เราลอยขึ้นสู่ระดับความสูงที่มากขึ้นเหนือพื้นผิวโลก ปรากฏการณ์ที่คุ้นเคยเช่นนี้ก็สังเกตเห็นได้ในชั้นล่างของชั้นบรรยากาศ เช่น การแพร่กระจายของเสียง การเกิดขึ้นของอากาศพลศาสตร์ ยกและความต้านทานการถ่ายเทความร้อน การพาความร้อนและอื่น ๆ.

ในชั้นอากาศที่ทำให้บริสุทธิ์มีการกระจาย เสียงกลายเป็นว่าเป็นไปไม่ได้ จนถึงระดับความสูง 60-90 กม. ยังคงสามารถใช้แรงต้านอากาศและแรงยกเพื่อควบคุมการบินตามหลักอากาศพลศาสตร์ได้ แต่เริ่มต้นจากระดับความสูง 100-130 กม. ซึ่งเป็นแนวคิดที่นักบินทุกคนคุ้นเคย ตัวเลข มและ กั้นเสียงหมดความหมายก็มีเงื่อนไข สายคาร์มานนอกเหนือจากนั้น ขอบเขตของการบินด้วยขีปนาวุธล้วนๆ เริ่มต้นขึ้น ซึ่งสามารถควบคุมได้โดยใช้แรงปฏิกิริยาเท่านั้น

ที่ระดับความสูงมากกว่า 100 กม. บรรยากาศขาดคุณสมบัติที่น่าทึ่งอีกประการหนึ่ง นั่นคือความสามารถในการดูดซับ นำและส่งพลังงานความร้อนโดยการพาความร้อน (เช่น โดยการผสมอากาศ) ซึ่งหมายความว่าองค์ประกอบต่างๆ ของอุปกรณ์บนสถานีอวกาศในวงโคจรจะไม่สามารถระบายความร้อนจากภายนอกได้ในลักษณะเดียวกับที่ทำบนเครื่องบินตามปกติ - ด้วยความช่วยเหลือของไอพ่นและหม้อน้ำอากาศ ที่ระดับความสูงดังกล่าว เช่นเดียวกับในอวกาศ วิธีเดียวที่จะถ่ายเทความร้อนได้คือ การแผ่รังสีความร้อน.

องค์ประกอบของบรรยากาศ

องค์ประกอบของอากาศแห้ง

ชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วยก๊าซและสิ่งสกปรกต่างๆ เป็นหลัก (ฝุ่น หยดน้ำ ผลึกน้ำแข็ง เกลือทะเล ผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้)

ความเข้มข้นของก๊าซที่ประกอบเป็นบรรยากาศแทบจะคงที่ ยกเว้นน้ำ (H 2 O) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2)

องค์ประกอบของอากาศแห้ง
ไนโตรเจน
ออกซิเจน
อาร์กอน
น้ำ
คาร์บอนไดออกไซด์
นีออน
ฮีเลียม
มีเทน
คริปทอน
ไฮโดรเจน
ซีนอน
ไนตรัสออกไซด์

นอกจากก๊าซที่ระบุในตารางแล้ว บรรยากาศยังประกอบด้วย SO 2, NH 3, CO, โอโซน, ไฮโดรคาร์บอน, เอชซีแอล, เอชเอฟ, คู่รัก ปรอท, ฉัน 2 และด้วย เลขที่และก๊าซอื่นๆ อีกมากมายในปริมาณเล็กน้อย โทรโพสเฟียร์ประกอบด้วยอนุภาคของแข็งและของเหลวแขวนลอยจำนวนมากอยู่ตลอดเวลา ( ละอองลอย).

ประวัติความเป็นมาของการก่อตัวของชั้นบรรยากาศ

ตามทฤษฎีที่พบบ่อยที่สุด ชั้นบรรยากาศของโลกมีองค์ประกอบที่แตกต่างกันสี่องค์ประกอบเมื่อเวลาผ่านไป เริ่มแรกประกอบด้วยก๊าซเบา ( ไฮโดรเจนและ ฮีเลียม) ถ่ายจากอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ นี่คือสิ่งที่เรียกว่า บรรยากาศเบื้องต้น(ประมาณสี่พันล้านปีก่อน) ในระยะต่อไป การระเบิดของภูเขาไฟที่ยังคุกรุ่นทำให้บรรยากาศอิ่มตัวด้วยก๊าซอื่นที่ไม่ใช่ไฮโดรเจน (คาร์บอนไดออกไซด์ แอมโมเนีย, ไอน้ำ- นี่คือวิธีที่มันถูกสร้างขึ้น บรรยากาศรอง(ประมาณสามพันล้านปีก่อนปัจจุบัน) บรรยากาศแบบนี้กำลังฟื้นฟู นอกจากนี้กระบวนการก่อตัวของบรรยากาศยังถูกกำหนดโดยปัจจัยต่อไปนี้:

การรั่วไหลของก๊าซเบา (ไฮโดรเจนและฮีเลียม) เข้าไป พื้นที่ระหว่างดาวเคราะห์;

ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในบรรยากาศภายใต้อิทธิพลของรังสีอัลตราไวโอเลต การปล่อยฟ้าผ่า และปัจจัยอื่น ๆ

ปัจจัยเหล่านี้ค่อยๆ นำไปสู่การก่อตัว บรรยากาศระดับอุดมศึกษาโดดเด่นด้วยปริมาณไฮโดรเจนที่ต่ำกว่ามากและมีปริมาณไนโตรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ที่สูงกว่ามาก (เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาทางเคมีจากแอมโมเนียและไฮโดรคาร์บอน)

ไนโตรเจน

การก่อตัวของ N 2 จำนวนมากเกิดจากการออกซิเดชันของบรรยากาศแอมโมเนีย-ไฮโดรเจนโดยโมเลกุล O 2 ซึ่งเริ่มมาจากพื้นผิวดาวเคราะห์อันเป็นผลมาจากการสังเคราะห์ด้วยแสงเริ่มต้นเมื่อ 3 พันล้านปีก่อน นอกจากนี้ N2 ยังถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศอันเป็นผลมาจากการแยกไนเตรตของไนเตรตและสารประกอบที่มีไนโตรเจนอื่นๆ ไนโตรเจนจะถูกออกซิไดซ์โดยโอโซนเป็น NO ในบรรยากาศชั้นบน

ไนโตรเจน N 2 จะทำปฏิกิริยาภายใต้สภาวะเฉพาะเท่านั้น (เช่น ระหว่างการปล่อยฟ้าผ่า) ออกซิเดชันของโมเลกุลไนโตรเจนโดยโอโซนระหว่างการปล่อยกระแสไฟฟ้าถูกนำมาใช้ในการผลิตปุ๋ยไนโตรเจนทางอุตสาหกรรม พวกเขาสามารถออกซิไดซ์ได้ด้วยการใช้พลังงานต่ำและแปลงให้เป็นรูปแบบทางชีวภาพ ไซยาโนแบคทีเรีย (สาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียว)และแบคทีเรียปมที่ก่อตัวเป็นไรโซเบียล การทำงานร่วมกันกับ พืชตระกูลถั่วพืชที่เรียกว่า ปุ๋ยพืชสด

ออกซิเจน

องค์ประกอบของบรรยากาศเริ่มเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงตามลักษณะที่ปรากฏบนโลก สิ่งมีชีวิต, ผลที่ตามมา การสังเคราะห์ด้วยแสงพร้อมด้วยการปล่อยออกซิเจนและการดูดซึมคาร์บอนไดออกไซด์ เริ่มแรกออกซิเจนถูกใช้ไปกับการออกซิเดชั่นของสารประกอบรีดิวซ์ - แอมโมเนีย, ไฮโดรคาร์บอน, ก๊าซไนตรัส ต่อมที่มีอยู่ในมหาสมุทร เป็นต้น เมื่อสิ้นสุดระยะนี้ ปริมาณออกซิเจนในบรรยากาศก็เริ่มเพิ่มขึ้น บรรยากาศสมัยใหม่ที่มีคุณสมบัติออกซิไดซ์จะค่อยๆก่อตัวขึ้น เนื่องจากสิ่งนี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างร้ายแรงและฉับพลันในหลายกระบวนการที่เกิดขึ้น บรรยากาศ, เปลือกโลกและ ชีวมณฑลงานนี้ถูกเรียกว่า ภัยพิบัติจากออกซิเจน.

ในระหว่าง ฟาเนโรโซอิกองค์ประกอบของบรรยากาศและปริมาณออกซิเจนมีการเปลี่ยนแปลง มีความสัมพันธ์กับอัตราการสะสมของตะกอนอินทรีย์เป็นหลัก ดังนั้นในช่วงที่มีการสะสมถ่านหิน ปริมาณออกซิเจนในบรรยากาศจึงเกินระดับปัจจุบันอย่างมีนัยสำคัญ

คาร์บอนไดออกไซด์

ปริมาณ CO 2 ในชั้นบรรยากาศขึ้นอยู่กับกิจกรรมของภูเขาไฟและกระบวนการทางเคมีในเปลือกโลก แต่ที่สำคัญที่สุด - ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของการสังเคราะห์ทางชีวภาพและการสลายตัวของสารอินทรีย์ใน ชีวมณฑล โลก- ชีวมวลเกือบทั้งหมดของโลกในปัจจุบัน (ประมาณ 2.4 × 10 12 ตัน ) เกิดขึ้นเนื่องจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน และไอน้ำที่มีอยู่ในอากาศในชั้นบรรยากาศ ฝังอยู่ใน มหาสมุทร, วี หนองน้ำและใน ป่าไม้สารอินทรีย์ก็กลายเป็น ถ่านหิน, น้ำมันและ ก๊าซธรรมชาติ- (ซม. วัฏจักรคาร์บอนธรณีเคมี)

ก๊าซมีตระกูล

แหล่งที่มาของก๊าซเฉื่อย - อาร์กอน, ฮีเลียมและ คริปทอน- การระเบิดของภูเขาไฟและการสลายของธาตุกัมมันตภาพรังสี โลกโดยทั่วไปและชั้นบรรยากาศโดยเฉพาะมีก๊าซเฉื่อยหมดไปเมื่อเทียบกับอวกาศ เชื่อกันว่าสาเหตุนี้อยู่ที่การรั่วไหลของก๊าซเข้าสู่อวกาศระหว่างดาวเคราะห์อย่างต่อเนื่อง

มลพิษทางอากาศ

ล่าสุดวิวัฒนาการของชั้นบรรยากาศเริ่มได้รับอิทธิพลจาก มนุษย์- ผลลัพธ์ของกิจกรรมของเขาคือปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญอย่างต่อเนื่องเนื่องจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนที่สะสมในยุคทางธรณีวิทยาก่อนหน้านี้ CO 2 จำนวนมหาศาลถูกใช้ไปในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงและถูกดูดซับโดยมหาสมุทรของโลก ก๊าซนี้เข้าสู่ชั้นบรรยากาศเนื่องจากการสลายตัวของหินคาร์บอเนตและสารอินทรีย์จากพืชและสัตว์ รวมถึงเนื่องจากการปะทุของภูเขาไฟและกิจกรรมทางอุตสาหกรรมของมนุษย์ ในช่วง 100 ปีที่ผ่านมา ปริมาณ CO 2 ในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้น 10% โดยส่วนใหญ่ (360 พันล้านตัน) มาจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง หากอัตราการเติบโตของการเผาไหม้เชื้อเพลิงยังคงดำเนินต่อไป ปริมาณ CO 2 ในชั้นบรรยากาศจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าในอีก 50 - 60 ปีข้างหน้าและอาจนำไปสู่ การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลก.

การเผาไหม้เชื้อเพลิงเป็นสาเหตุหลักของก๊าซก่อมลพิษ ( บจก, เลขที่, ดังนั้น 2 - ซัลเฟอร์ไดออกไซด์จะถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจนในชั้นบรรยากาศ ดังนั้น 3 ในชั้นบรรยากาศชั้นบนซึ่งมีปฏิกิริยากับน้ำและไอแอมโมเนียและผลที่ตามมาคือ กรดซัลฟิวริก (H 2 ดังนั้น 4 ) และ แอมโมเนียมซัลเฟต ((NH 4 ) 2 ดังนั้น 4 ) กลับคืนสู่พื้นผิวโลกในรูปแบบที่เรียกว่า ฝนกรด. การใช้งาน เครื่องยนต์สันดาปภายในนำไปสู่มลภาวะในบรรยากาศอย่างมีนัยสำคัญด้วยไนโตรเจนออกไซด์ ไฮโดรคาร์บอน และสารประกอบตะกั่ว ( ตะกั่วเตตระเอทิล Pb(CH 3 ช 2 ) 4 ) ).

มลพิษจากละอองลอยในชั้นบรรยากาศมีสาเหตุจากทั้งสาเหตุตามธรรมชาติ (การระเบิดของภูเขาไฟ พายุฝุ่น การลอยตัวของหยดน้ำทะเลและละอองเกสรดอกไม้ ฯลฯ) และกิจกรรมทางเศรษฐกิจของมนุษย์ (การขุดแร่และวัสดุก่อสร้าง การเผาเชื้อเพลิง การทำปูนซีเมนต์ ฯลฯ ). การปล่อยอนุภาคขนาดใหญ่ออกสู่ชั้นบรรยากาศอย่างเข้มข้นเป็นหนึ่งในสาเหตุที่เป็นไปได้ของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศบนโลก

เปลือกก๊าซที่ล้อมรอบโลกของเราหรือที่เรียกว่าชั้นบรรยากาศประกอบด้วยห้าชั้นหลัก ชั้นเหล่านี้เกิดขึ้นบนพื้นผิวดาวเคราะห์ จากระดับน้ำทะเล (บางครั้งอยู่ด้านล่าง) และลอยขึ้นสู่อวกาศตามลำดับต่อไปนี้:

• โทรโพสเฟียร์;
• สตราโตสเฟียร์;
• มีโซสเฟียร์;
• เทอร์โมสเฟียร์;
• เอกโซสเฟียร์

แผนผังชั้นบรรยากาศหลักของโลก

ระหว่างแต่ละชั้นหลักทั้ง 5 ชั้นจะมีโซนเปลี่ยนผ่านที่เรียกว่า "หยุดชั่วคราว" ซึ่งเกิดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอากาศ องค์ประกอบ และความหนาแน่น เมื่อรวมกับการหยุดชั่วคราวแล้ว ชั้นบรรยากาศของโลกก็รวมทั้งหมด 9 ชั้น

โทรโพสเฟียร์: ที่ซึ่งสภาพอากาศเกิดขึ้น

ในบรรดาชั้นบรรยากาศทั้งหมด ชั้นโทรโพสเฟียร์เป็นชั้นที่เราคุ้นเคยมากที่สุด (ไม่ว่าคุณจะรู้ตัวหรือไม่ก็ตาม) เนื่องจากเราอาศัยอยู่ที่ก้นบึ้งของพื้นผิวโลก มันปกคลุมพื้นผิวโลกและทอดตัวขึ้นไปเป็นระยะทางหลายกิโลเมตร คำว่าโทรโพสเฟียร์หมายถึง "การเปลี่ยนแปลงของโลก" ชื่อที่เหมาะสมมาก เนื่องจากชั้นนี้เป็นที่ที่สภาพอากาศในชีวิตประจำวันของเราเกิดขึ้น

โทรโพสเฟียร์เริ่มต้นจากพื้นผิวโลกขึ้นไปที่ความสูง 6 ถึง 20 กม. ชั้นที่สามตอนล่างซึ่งอยู่ใกล้เราที่สุด มีก๊าซในชั้นบรรยากาศถึง 50% นี่เป็นเพียงส่วนเดียวของบรรยากาศทั้งหมดที่หายใจได้ เนื่องจากพื้นผิวโลกได้รับความร้อนจากด้านล่างซึ่งดูดซับพลังงานความร้อนของดวงอาทิตย์ อุณหภูมิและความดันของโทรโพสเฟียร์จะลดลงตามระดับความสูงที่เพิ่มขึ้น

ที่ด้านบนสุดจะมีชั้นบางๆ ที่เรียกว่าโทรโพพอส (tropopause) ซึ่งเป็นเพียงตัวกั้นระหว่างชั้นโทรโพสเฟียร์และสตราโตสเฟียร์

สตราโตสเฟียร์: บ้านของโอโซน

สตราโตสเฟียร์เป็นชั้นถัดไปของชั้นบรรยากาศ มันขยายจาก 6-20 กม. ถึง 50 กม. เหนือพื้นผิวโลก นี่คือชั้นที่เครื่องบินโดยสารเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่บินและบอลลูนอากาศร้อนเดินทาง

ที่นี่อากาศไม่ไหลขึ้นลง แต่เคลื่อนที่ขนานกับพื้นผิวด้วยกระแสลมที่เร็วมาก เมื่อคุณเพิ่มขึ้น อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นเนื่องมาจากความอุดมสมบูรณ์ของโอโซน (O3) ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากรังสีดวงอาทิตย์และออกซิเจน ซึ่งมีความสามารถในการดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตที่เป็นอันตรายจากดวงอาทิตย์ (ทราบการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิตามระดับความสูงในอุตุนิยมวิทยา เป็น "การผกผัน")

เนื่องจากชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์มีอุณหภูมิที่อุ่นกว่าที่ด้านล่างและอุณหภูมิที่เย็นกว่าที่ด้านบน การพาความร้อน (การเคลื่อนที่ในแนวดิ่งของมวลอากาศ) จึงเกิดขึ้นได้ยากในส่วนนี้ของชั้นบรรยากาศ ในความเป็นจริง คุณสามารถมองเห็นพายุที่กำลังโหมกระหน่ำในชั้นโทรโพสเฟียร์จากชั้นสตราโตสเฟียร์ได้ เนื่องจากชั้นนี้ทำหน้าที่เป็นฝาครอบการพาความร้อนที่ป้องกันไม่ให้เมฆพายุทะลุผ่านได้

หลังจากชั้นสตราโตสเฟียร์จะมีชั้นบัฟเฟอร์อีกครั้ง คราวนี้เรียกว่าสตราโตสเฟียร์

Mesosphere: บรรยากาศระดับกลาง

มีโซสเฟียร์อยู่ห่างจากพื้นผิวโลกประมาณ 50-80 กม. มีโซสเฟียร์ตอนบนเป็นสถานที่ตามธรรมชาติที่เย็นที่สุดในโลก โดยอุณหภูมิอาจลดลงต่ำกว่า -143°C

เทอร์โมสเฟียร์: บรรยากาศชั้นบน

หลังจากมีโซสเฟียร์และมีโซพอส ก็จะถึงเทอร์โมสเฟียร์ ซึ่งอยู่เหนือพื้นผิวโลกประมาณ 80 ถึง 700 กม. และมีอากาศน้อยกว่า 0.01% ของอากาศทั้งหมดในชั้นบรรยากาศ อุณหภูมิที่นี่สูงถึง +2,000° C แต่เนื่องจากอากาศมีความบางมากและไม่มีโมเลกุลก๊าซที่จะถ่ายเทความร้อน อุณหภูมิที่สูงเหล่านี้จึงถูกมองว่าเย็นมาก

Exosphere: ขอบเขตระหว่างบรรยากาศและอวกาศ

ที่ระดับความสูงประมาณ 700-10,000 กม. เหนือพื้นผิวโลกคือเอกโซสเฟียร์ - ขอบด้านนอกของชั้นบรรยากาศซึ่งเป็นขอบเขตของอวกาศ ที่นี่ดาวเทียมตรวจอากาศโคจรรอบโลก

แล้วบรรยากาศรอบนอกล่ะ?

ไอโอโนสเฟียร์ไม่ได้เป็นชั้นที่แยกจากกัน แต่จริงๆ แล้วคำนี้ใช้เพื่ออ้างถึงบรรยากาศระหว่างระดับความสูง 60 ถึง 1,000 กม. ประกอบด้วยส่วนบนสุดของมีโซสเฟียร์ เทอร์โมสเฟียร์ทั้งหมด และส่วนหนึ่งของเอกโซสเฟียร์ ไอโอโนสเฟียร์ได้ชื่อมาเนื่องจากในส่วนนี้ของชั้นบรรยากาศ รังสีจากดวงอาทิตย์จะถูกแตกตัวเป็นไอออนเมื่อมันผ่านสนามแม่เหล็กของโลกที่ และ ปรากฏการณ์นี้สังเกตจากพื้นดินเป็นแสงเหนือ