مرز بالایی استراتوسفر. لایه ازن زمین

اتمسفر زمین

جو(از جانب. یونانی قدیمἀτμός - بخار و σφαῖρα - توپ) - گازپوسته ( ژئوسفر)، سیاره را احاطه کرده است زمین. سطح داخلی آن را می پوشاند هیدروسفرو به طور جزئی پارس سگ، قسمت بیرونی با بخش نزدیک به زمین از فضای بیرونی مرز دارد.

معمولاً مجموعه ای از شاخه های فیزیک و شیمی که جو را مطالعه می کنند فیزیک اتمسفر. جو تعیین می کند آب و هوادر سطح زمین، مطالعه آب و هوا هواشناسی، و تغییرات طولانی مدت اقلیم - اقلیم شناسی.

ساختار جو

ساختار جو

تروپوسفر

او حد بالاواقع در ارتفاع 8-10 کیلومتری در قطب، 10-12 کیلومتری در معتدل و 16-18 کیلومتری در عرض های جغرافیایی گرمسیری; در زمستان کمتر از تابستان است. لایه زیرین و اصلی جو. حاوی بیش از 80 درصد از کل جرم هوای جو و حدود 90 درصد از کل بخار آب موجود در جو است. در تروپوسفر بسیار توسعه یافته است تلاطمو همرفت، بوجود امدن ابرها، در حال توسعه هستند طوفان هاو آنتی سیکلون ها. دما با افزایش ارتفاع با میانگین عمودی کاهش می یابد شیب 0.65 درجه / 100 متر

موارد زیر به عنوان "شرایط عادی" در سطح زمین پذیرفته شده است: چگالی 1.2 کیلوگرم بر متر مکعب، فشار هوا 101.35 کیلو پاسکال، دما به اضافه 20 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 50 درصد این شاخص های مشروط دارای اهمیت مهندسی محض هستند.

استراتوسفر

لایه ای از جو که در ارتفاع 11 تا 50 کیلومتری قرار دارد. با تغییر جزئی دما در لایه 11-25 کیلومتری (لایه پایین تر استراتوسفر) و افزایش در لایه 25-40 کیلومتری از 56.5- به 0.8 درجه مشخص می شود. با(لایه بالایی استراتوسفر یا منطقه وارونگی ها). با رسیدن به مقدار حدود 273 کلوین (تقریبا 0 درجه سانتیگراد) در ارتفاع حدود 40 کیلومتری، دما تا ارتفاع حدود 55 کیلومتری ثابت می ماند. این ناحیه دمای ثابت نامیده می شود استراتوپوزو مرز بین استراتوسفر است و مزوسفر.

استراتوپوز

لایه مرزی جو بین استراتوسفر و مزوسفر. در توزیع عمودی دما حداکثر (حدود 0 درجه سانتیگراد) وجود دارد.

مزوسفر

اتمسفر زمین

مزوسفراز ارتفاع 50 کیلومتری شروع می شود و تا 80-90 کیلومتر گسترش می یابد. دما با ارتفاع با شیب عمودی متوسط ​​(0.25-0.3) درجه / 100 متر کاهش می یابد. فرآیند اصلی انرژی انتقال حرارت تابشی است. فرآیندهای فتوشیمیایی پیچیده شامل رادیکال های آزاد، مولکول های برانگیخته ارتعاشی و غیره باعث درخشش جو می شوند.

مزوپوز

لایه انتقالی بین مزوسفر و ترموسفر. حداقل در توزیع عمودی دما (حدود -90 درجه سانتیگراد) وجود دارد.

خط کارمان

ارتفاع از سطح دریا که به طور معمول به عنوان مرز بین جو زمین و فضا پذیرفته شده است.

ترموسفر

مقاله اصلی: ترموسفر

حد بالا- حدود 800 کیلومتر درجه حرارت تا ارتفاعات 200-300 کیلومتر افزایش می یابد، جایی که به مقادیری در حد 1500 کلوین می رسد، پس از آن تقریباً تا ارتفاعات بالا ثابت می ماند. تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش و اشعه ایکس تابش خورشیدیو تابش کیهانی، یونیزاسیون هوا رخ می دهد (" شفق های قطبی") - نواحی اصلی یون کرهدر داخل ترموسفر دراز بکشید. در ارتفاعات بالای 300 کیلومتر، اکسیژن اتمی غالب است.

لایه های جوی تا ارتفاع 120 کیلومتری

اگزوسفر (کره پراکنده)

اگزوسفر- منطقه پراکندگی، قسمت بیرونی ترموسفر، واقع در بالای 700 کیلومتر. گاز موجود در اگزوسفر بسیار کمیاب است و از اینجا ذرات آن به فضای بین سیاره ای نشت می کنند. اتلاف).

تا ارتفاع 100 کیلومتری، جو مخلوطی همگن و مخلوط از گازها است. در لایه‌های بالاتر، توزیع گازها بر اساس ارتفاع به وزن مولکولی آنها بستگی دارد. به دلیل کاهش چگالی گاز، دما از 0 درجه سانتیگراد در استراتوسفر به 110- درجه سانتیگراد در مزوسفر کاهش می یابد. با این حال، انرژی جنبشی ذرات منفرد در ارتفاعات 200-250 کیلومتری با دمای ~1500 درجه سانتیگراد مطابقت دارد. در بالای 200 کیلومتر، نوسانات قابل توجهی در دما و چگالی گاز در زمان و مکان مشاهده می شود.

در ارتفاع حدود 2000-3000 کیلومتری، اگزوسفر به تدریج به اصطلاح تبدیل می شود. نزدیک خلاء فضاییکه با ذرات بسیار کمیاب گاز بین سیاره ای، عمدتاً اتم های هیدروژن پر شده است. اما این گاز تنها بخشی از ماده بین سیاره ای را نشان می دهد. بخش دیگر شامل ذرات غبار با منشأ دنباله‌دار و شهاب‌سنگ است. علاوه بر ذرات غبار بسیار کمیاب، تشعشعات الکترومغناطیسی و جسمی با منشاء خورشیدی و کهکشانی به این فضا نفوذ می کند.

تروپوسفر حدود 80٪ از جرم جو را تشکیل می دهد، استراتوسفر - حدود 20٪. جرم مزوسفر بیش از 0.3٪ نیست، ترموسفر کمتر از 0.05٪ از کل جرم جو است. بر اساس خواص الکتریکی موجود در جو، نوترونوسفر و یونوسفر متمایز می شوند. در حال حاضر اعتقاد بر این است که جو تا ارتفاع 2000-3000 کیلومتری گسترش می یابد.

بسته به ترکیب گاز موجود در جو، آنها منتشر می کنند هموسفرو هتروسفر. هتروسفر - این منطقه ای است که گرانش بر جداسازی گازها تأثیر می گذارد، زیرا اختلاط آنها در چنین ارتفاعی ناچیز است. این به معنای ترکیب متغیر هتروسفر است. در زیر آن یک قسمت کاملاً مخلوط و همگن از جو قرار دارد که به نام هموسفر. مرز بین این لایه ها نامیده می شود مکث توربو، در ارتفاع حدود 120 کیلومتری قرار دارد.

مشخصات فیزیکی

ضخامت جو تقریباً 2000 - 3000 کیلومتر از سطح زمین است. جرم کل هوا- (5.1-5.3)×10 18 کیلوگرم. جرم مولیهوای خشک تمیز 28.966 است. فشاردر 0 درجه سانتی گراد در سطح دریا 101.325 کیلو پاسکال; دمای بحرانی?140.7 درجه سانتی گراد; فشار بحرانی 3.7 مگاپاسکال؛ سی پ 1.0048×10 3 J/(kg K) (در 0 درجه سانتیگراد)، سی v 0.7159×10 3 J/(kg K) (در دمای 0 درجه سانتیگراد). حلالیت هوا در آب در دمای 0 درجه سانتیگراد 0.036٪، در 25 درجه سانتیگراد - 0.22٪ است.

خصوصیات فیزیولوژیکی و سایر خواص جو

در حال حاضر در ارتفاع 5 کیلومتری از سطح دریا، یک فرد آموزش ندیده رشد می کند گرسنگی اکسیژنو بدون سازگاری، عملکرد فرد به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. منطقه فیزیولوژیکی جو در اینجا به پایان می رسد. تنفس انسان در ارتفاع 15 کیلومتری غیرممکن می شود، اگرچه تا 115 کیلومتری جو حاوی اکسیژن است.

اتمسفر اکسیژن لازم برای تنفس را برای ما تامین می کند. با این حال، به دلیل کاهش فشار کل جو با بالا رفتن از ارتفاع، فشار جزئی اکسیژن نیز به همین ترتیب کاهش می یابد.

ریه های انسان دائماً حاوی حدود 3 لیتر هوای آلوئولی هستند. فشار جزئیاکسیژن هوای آلوئولی در فشار اتمسفر معمولی 110 میلی متر جیوه است. هنر، فشار دی اکسید کربن - 40 میلی متر جیوه. هنر، و بخار آب - 47 میلی متر جیوه. هنر با افزایش ارتفاع، فشار اکسیژن کاهش می یابد و فشار کل بخار آب و دی اکسید کربن در ریه ها تقریباً ثابت می ماند - حدود 87 میلی متر جیوه. هنر هنگامی که فشار هوای محیط برابر با این مقدار شود، اکسیژن رسانی به ریه ها به طور کامل متوقف می شود.

در ارتفاع حدود 19-20 کیلومتری، فشار اتمسفر به 47 میلی متر جیوه کاهش می یابد. هنر بنابراین در این ارتفاع آب و مایع بینابینی در بدن انسان شروع به جوشیدن می کنند. در خارج از کابین تحت فشار در این ارتفاعات، مرگ تقریباً بلافاصله اتفاق می افتد. بنابراین، از نقطه نظر فیزیولوژی انسان، "فضا" در ارتفاع 15-19 کیلومتری شروع می شود.

لایه های متراکم هوا - تروپوسفر و استراتوسفر - ما را از اثرات مخرب تشعشع محافظت می کند. با کمیاب شدن کافی هوا، در ارتفاعات بیش از 36 کیلومتر، عوامل یونیزان تأثیر شدیدی بر بدن دارند. تابش - تشعشع- پرتوهای کیهانی اولیه؛ در ارتفاعات بیش از 40 کیلومتر، قسمت فرابنفش طیف خورشیدی برای انسان خطرناک است.

همانطور که ما به ارتفاع بیشتر از سطح زمین بالا می رویم، پدیده های آشنا در لایه های پایینی جو مشاهده می شود مانند انتشار صدا، ظهور آیرودینامیک. بلند کردنو مقاومت، انتقال حرارت همرفتو غیره.

در لایه های کمیاب هوا، توزیع صداغیر ممکن می شود تا ارتفاع 60 تا 90 کیلومتری همچنان می توان از مقاومت هوا و بالابر برای پرواز آیرودینامیکی کنترل شده استفاده کرد. اما با شروع از ارتفاعات 100-130 کیلومتر، مفاهیم آشنا برای هر خلبان شماره های Mو سد صوتیمعنای خود را از دست بدهند، شرطی وجود دارد خط کارمانفراتر از آن، کره پرواز صرفاً بالستیک آغاز می شود که فقط با استفاده از نیروهای واکنشی قابل کنترل است.

در ارتفاعات بالای 100 کیلومتر، جو از ویژگی قابل توجه دیگری محروم می شود - توانایی جذب، هدایت و انتقال انرژی حرارتی به وسیله همرفت (یعنی با مخلوط کردن هوا). این بدان معنی است که عناصر مختلف تجهیزات، تجهیزات مداری ایستگاه فضایینمی تواند بیرون را به روشی که معمولاً در هواپیما انجام می شود - با کمک جت های هوا و رادیاتورهای هوا خنک کند. در چنین ارتفاعی، مانند فضا به طور کلی، تنها راه انتقال گرما است تابش حرارتی.

ترکیب اتمسفر

ترکیب هوای خشک

جو زمین عمدتاً از گازها و ناخالصی های مختلف (غبار، قطرات آب، کریستال های یخ، نمک های دریا، محصولات احتراق) تشکیل شده است.

غلظت گازهای تشکیل دهنده جو تقریبا ثابت است، به استثنای آب (H 2 O ) و دی اکسید کربن ( CO 2 ).

علاوه بر گازهای نشان داده شده در جدول، جو حاوی SO 2، NH 3، CO، ازن, هیدروکربن ها, HCl, HF، زوج ها HG, I 2 , و همچنین نهو بسیاری از گازهای دیگر در مقادیر کم. تروپوسفر دائماً حاوی تعداد زیادی ذرات معلق جامد و مایع است. آئروسل).

تاریخچه تشکیل اتمسفر

بر اساس رایج ترین نظریه، جو زمین در طول زمان دارای چهار ترکیب مختلف بوده است. در ابتدا از گازهای سبک ( هیدروژنو هلیوم) از فضای بین سیاره ای گرفته شده است. این به اصطلاح است جو اولیه(حدود چهار میلیارد سال پیش). در مرحله بعد، فعالیت فعال آتشفشانی منجر به اشباع شدن جو با گازهایی غیر از هیدروژن (دی اکسید کربن، آمونیاک, بخار آب). اینگونه شکل گرفت جو ثانویه(حدود سه میلیارد سال قبل از امروز). این فضا ترمیم کننده بود. علاوه بر این، فرآیند تشکیل اتمسفر توسط عوامل زیر تعیین شد:

نشت گازهای سبک (هیدروژن و هلیوم) به داخل فضای بین سیاره ای;

واکنش های شیمیایی که در جو تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش، تخلیه رعد و برق و برخی عوامل دیگر رخ می دهد.

به تدریج این عوامل منجر به شکل گیری شد جو سومبا محتوای بسیار کمتر هیدروژن و محتوای بسیار بیشتر نیتروژن و دی اکسید کربن (که در نتیجه واکنش های شیمیایی از آمونیاک و هیدروکربن ها ایجاد می شود) مشخص می شود.

نیتروژن

تحصیلات مقدار زیاد N 2 به دلیل اکسیداسیون اتمسفر آمونیاک-هیدروژن توسط O 2 مولکولی است که در نتیجه فتوسنتز از سطح سیاره شروع شد و از 3 میلیارد سال پیش شروع شد. N2 همچنین در نتیجه نیترات زدایی نیترات ها و سایر ترکیبات حاوی نیتروژن در جو آزاد می شود. نیتروژن توسط ازن به NO اکسید می شود لایه های بالاییجو

نیتروژن N 2 فقط در شرایط خاص (مثلاً در هنگام تخلیه رعد و برق) واکنش نشان می دهد. اکسیداسیون نیتروژن مولکولی توسط ازن در هنگام تخلیه الکتریکی در تولید صنعتی کودهای نیتروژنی استفاده می شود. آنها می توانند آن را با مصرف کم انرژی اکسید کرده و به شکل فعال بیولوژیکی تبدیل کنند. سیانوباکتری ها (جلبک سبز آبی)و باکتری های ندول که ریزوبیال را تشکیل می دهند همزیستیبا حبوباتگیاهان، به اصطلاح کود کشاورزی سبز.

اکسیژن

ترکیب جو با ظاهر شدن روی زمین شروع به تغییر اساسی کرد موجودات زنده، در نتیجه فتوسنتزهمراه با آزاد شدن اکسیژن و جذب دی اکسید کربن. در ابتدا، اکسیژن برای اکسیداسیون ترکیبات کاهش یافته - آمونیاک، هیدروکربن ها، شکل نیتروژن مصرف شد. غدهموجود در اقیانوس ها و غیره. در پایان این مرحله، محتوای اکسیژن جو شروع به افزایش کرد. به تدریج شکل گرفت فضای مدرن، در اختیار داشتن خواص اکسید کننده. از آنجایی که این امر باعث ایجاد تغییرات جدی و ناگهانی در بسیاری از فرآیندهای در حال وقوع شد جو, لیتوسفرو زیست کره، این رویداد نامیده شد فاجعه اکسیژن.

در حین فانوزوئیکترکیب اتمسفر و محتوای اکسیژن دستخوش تغییراتی شد. آنها در درجه اول با میزان رسوب رسوب آلی مرتبط بودند. بنابراین، در طول دوره های انباشت زغال سنگ، محتوای اکسیژن در جو ظاهراً به طور قابل توجهی از سطح مدرن فراتر رفت.

دی اکسید کربن

محتوای CO 2 در جو به فعالیت های آتشفشانی و فرآیندهای شیمیایی در پوسته های زمین بستگی دارد، اما بیشتر از همه به شدت بیوسنتز و تجزیه مواد آلی در زیست کره زمین. تقریبا کل زیست توده فعلی سیاره (حدود 2.4 × 10 12 تن ) در اثر دی اکسید کربن، نیتروژن و بخار آب موجود در هوای اتمسفر تشکیل می شود. به خاک سپرده شد اقیانوس، V باتلاق هاو در جنگل هامواد آلی تبدیل می شود زغال سنگ, روغنو گاز طبیعی. (سانتی متر. چرخه کربن ژئوشیمیایی)

گازهای نجیب

منبع گازهای بی اثر - آرگون, هلیومو کریپتون- فوران های آتشفشانی و فروپاشی عناصر رادیواکتیو. زمین به طور کلی و جو به طور خاص در مقایسه با فضا از گازهای بی اثر تهی شده اند. اعتقاد بر این است که دلیل این امر در نشت مداوم گازها به فضای بین سیاره ای است.

آلودگی هوا

اخیراً تکامل جو شروع به تأثیرپذیری کرده است انسان. نتیجه فعالیت های او افزایش مداوم و قابل توجهی در محتوای دی اکسید کربن در جو به دلیل احتراق سوخت های هیدروکربنی انباشته شده در دوره های زمین شناسی قبلی بود. مقادیر زیادی CO 2 در طول فتوسنتز مصرف می شود و توسط اقیانوس های جهان جذب می شود. این گاز به دلیل تجزیه سنگ های کربناته و مواد آلی با منشاء گیاهی و حیوانی و همچنین در اثر آتشفشان و فعالیت های تولیدیشخص در طول 100 سال گذشته، محتوای CO2 در جو 10٪ افزایش یافته است که بخش عمده آن (360 میلیارد تن) از احتراق سوخت ناشی می شود. اگر نرخ رشد احتراق سوخت ادامه یابد، در 50 تا 60 سال آینده مقدار CO 2 در جو دو برابر خواهد شد و می تواند منجر به تغییرات جهانی آب و هوا.

احتراق سوخت منبع اصلی گازهای آلاینده است ( CO, نه, بنابراین 2 ). دی اکسید گوگرد توسط اکسیژن اتمسفر اکسید می شود بنابراین 3 در لایه های بالایی جو، که به نوبه خود با آب و بخار آمونیاک برهم کنش می کند و در نتیجه اسید سولفوریک (H 2 بنابراین 4 ) و سولفات آمونیوم ((NH 4 ) 2 بنابراین 4 ) بازگشت به سطح زمین در قالب به اصطلاح. باران اسیدی. استفاده موتورهای احتراق داخلیمنجر به آلودگی جوی قابل توجه با اکسیدهای نیتروژن، هیدروکربن ها و ترکیبات سرب می شود. سرب تترااتیل سرب (CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

آلودگی آئروسل اتمسفر هم به دلایل طبیعی (فوران های آتشفشانی، طوفان های گرد و غبار، حباب قطرات آب دریا و گرده گیاهان و غیره) و فعالیت های اقتصادی انسان (استخراج سنگ معدن و مصالح ساختمانی، سوزاندن سوخت، ساخت سیمان و غیره) ایجاد می شود. ). انتشار شدید ذرات معلق در جو یکی از دلایل احتمالی تغییرات آب و هوایی در این سیاره است.

اتمسفر زمین(بخار اتمسفر یونانی + کره sphaira) - پوسته ای گازی که زمین را احاطه کرده است. جرم جو حدود 5.15 10 15 اهمیت بیولوژیکی جو بسیار زیاد است. در جو، تبادل جرم و انرژی بین طبیعت زنده و بی جان، بین گیاهان و جانوران صورت می گیرد. نیتروژن اتمسفر توسط میکروارگانیسم ها جذب می شود. گیاهان از دی اکسید کربن و آب با استفاده از انرژی خورشید مواد آلی را سنتز کرده و اکسیژن آزاد می کنند. وجود جو حفظ آب روی زمین را تضمین می کند که همینطور است یک شرط مهموجود موجودات زنده

مطالعات انجام شده با استفاده از موشک‌های ژئوفیزیکی در ارتفاع بالا، ماهواره‌های مصنوعی زمین و ایستگاه‌های خودکار بین سیاره‌ای نشان داده است که اتمسفر زمین تا هزاران کیلومتر امتداد دارد. مرزهای جو ناپایدار هستند، آنها تحت تأثیر میدان گرانشی ماه و فشار جریان پرتوهای خورشیدی هستند. در بالای خط استوا در ناحیه سایه زمین، جو به ارتفاعات حدود 10000 کیلومتری می رسد و بالای قطب ها مرزهای آن 3000 کیلومتر از سطح زمین فاصله دارد. بخش عمده جو (80-90٪) در ارتفاعات 12-16 کیلومتری قرار دارد که با ماهیت نمایی (غیرخطی) کاهش چگالی (نادر شدن) محیط گازی آن با افزایش ارتفاع توضیح داده می شود. بالاتر از سطح دریا.

وجود بیشتر موجودات زنده در شرایط طبیعی در محدوده‌های باریک‌تر اتمسفر تا 7 تا 8 کیلومتری امکان‌پذیر است، جایی که ترکیب لازم از عوامل جوی مانند ترکیب گاز، دما، فشار و رطوبت صورت می‌گیرد. حرکت هوا و یونیزاسیون نیز از نظر بهداشتی اهمیت دارد. ته نشینی، وضعیت الکتریکی جو.

ترکیب گاز

جو مخلوطی فیزیکی از گازها است (جدول 1)، عمدتاً نیتروژن و اکسیژن (78.08 و 20.95 جلد). نسبت گازهای جوی تا ارتفاعات 80-100 کیلومتری تقریباً یکسان است. ثبات بخش اصلی ترکیب گاز جو با تعادل نسبی فرآیندهای تبادل گاز بین طبیعت زنده و بی جان و اختلاط مداوم توده های هوا در جهت افقی و عمودی تعیین می شود.

جدول 1. ویژگی های ترکیب شیمیایی هوای خشک اتمسفر در سطح زمین

در ارتفاعات بیش از 100 کیلومتر، تغییری در درصد گازهای منفرد رخ می دهد که با طبقه بندی پراکنده آنها تحت تأثیر گرانش و دما مرتبط است. علاوه بر این، تحت تأثیر امواج فرابنفش با طول موج کوتاه و اشعه ایکس در ارتفاع 100 کیلومتری یا بیشتر، تجزیه مولکول های اکسیژن، نیتروژن و دی اکسید کربن به اتم ها رخ می دهد. در ارتفاعات بالا این گازها به شکل اتم های بسیار یونیزه شده یافت می شوند.

محتوای دی اکسید کربن در جو مناطق مختلف زمین کمتر ثابت است، که تا حدی به دلیل توزیع نابرابر شرکت های بزرگ صنعتی که هوا را آلوده می کنند و همچنین توزیع ناهموار پوشش گیاهی روی زمین است. استخرهای آب، جذب دی اکسید کربن. همچنین در اتمسفر متغیر است محتوای ذرات معلق در هوا (نگاه کنید به) - ذرات معلق در هوا در اندازه های مختلف از چند میلی میکرون تا چند ده میکرون - که در نتیجه فوران های آتشفشانی، انفجارهای مصنوعی قدرتمند و آلودگی ناشی از شرکت های صنعتی شکل می گیرند. غلظت ذرات معلق در هوا با افزایش ارتفاع به سرعت کاهش می یابد.

متغیرترین و مهم ترین اجزای متغیر جو بخار آب است که غلظت آن است سطح زمینمی تواند از 3٪ (در مناطق استوایی) تا 2×10 -10٪ (در قطب جنوب) متغیر باشد. هر چه دمای هوا بالاتر باشد، رطوبت بیشتری می تواند در جو وجود داشته باشد و سایر موارد برابر باشند و بالعکس. قسمت عمده بخار آب در اتمسفر تا ارتفاعات 8-10 کیلومتری متمرکز شده است. محتوای بخار آب در جو به تأثیر ترکیبی تبخیر، تراکم و انتقال افقی بستگی دارد. در ارتفاعات به دلیل کاهش دما و تراکم بخارات، هوا تقریباً خشک است.

جو زمین علاوه بر اکسیژن مولکولی و اتمی حاوی مقادیر کمی ازن نیز می باشد (نگاه کنید به) که غلظت آن بسیار متغیر است و بسته به ارتفاع و زمان سال متغیر است. بیشتر ازن در ناحیه قطب در انتهای آن یافت می شود شب قطبیدر ارتفاع 15-30 کیلومتری با کاهش شدید بالا و پایین. ازن در نتیجه اثر فتوشیمیایی اشعه ماوراء بنفش خورشید بر روی اکسیژن، عمدتاً در ارتفاعات 20-50 کیلومتری ایجاد می شود. مولکول‌های اکسیژن دو اتمی تا حدی به اتم‌ها متلاشی می‌شوند و با پیوستن به مولکول‌های تجزیه نشده، مولکول‌های سه اتمی ازن (یک شکل پلیمری و آلوتروپیک اکسیژن) را تشکیل می‌دهند.

وجود گروهی از گازهای به اصطلاح بی اثر (هلیوم، نئون، آرگون، کریپتون، زنون) در جو با وقوع مداوم فرآیندهای واپاشی رادیواکتیو طبیعی همراه است.

اهمیت بیولوژیکی گازهاجو بسیار عالی است برای اکثر موجودات چند سلولی، محتوای مشخصی از اکسیژن مولکولی در گاز یا محیط آبییک عامل ضروری در وجود آنها است که در طول تنفس آزاد شدن انرژی از مواد آلی را که در ابتدا در طول فتوسنتز ایجاد شده اند تعیین می کند. تصادفی نیست که مرزهای بالای بیوسفر (بخشی از سطح کره زمین و قسمت پایینی جو که در آن حیات وجود دارد) با وجود مقدار کافی اکسیژن تعیین می شود. در فرآیند تکامل، موجودات زنده با سطح معینی از اکسیژن در جو سازگار شده اند. تغییر در محتوای اکسیژن، چه در حال کاهش یا افزایش، یک اثر نامطلوب دارد (به بیماری ارتفاع، هیپراکسی، هیپوکسی مراجعه کنید).

شکل آلوتروپیک ازن اکسیژن نیز اثر بیولوژیکی مشخصی دارد. در غلظت های بیش از 0.0001 میلی گرم در لیتر، که برای مناطق تفریحی و سواحل دریااوزون دارای اثر شفابخش است - تنفس و فعالیت قلبی عروقی را تحریک می کند، خواب را بهبود می بخشد. با افزایش غلظت ازن، اثر سمی آن ظاهر می شود: تحریک چشم، التهاب نکروز غشاهای مخاطی دستگاه تنفسی، تشدید بیماری های ریوی، نوروزهای اتونومیک. ازن در ترکیب با هموگلوبین، متهموگلوبین را تشکیل می دهد که منجر به اختلال در عملکرد تنفسی خون می شود. انتقال اکسیژن از ریه ها به بافت ها مشکل می شود و خفگی ایجاد می شود. اکسیژن اتمی نیز اثر نامطلوب مشابهی بر بدن دارد. ازن به دلیل جذب بسیار قوی تشعشعات خورشیدی و تشعشعات زمینی نقش بسزایی در ایجاد رژیم های حرارتی لایه های مختلف جو دارد. ازن پرتوهای فرابنفش و مادون قرمز را به شدت جذب می کند. پرتوهای خورشیدی با طول موج کمتر از 300 نانومتر تقریباً به طور کامل توسط ازن اتمسفر جذب می شوند. بنابراین، زمین توسط نوعی "صفحه ازن" احاطه شده است که بسیاری از موجودات را از اثرات مخرب اشعه ماوراء بنفش از خورشید محافظت می کند، نیتروژن موجود در هوای اتمسفر از اهمیت بیولوژیکی زیادی برخوردار است. نیتروژن ثابت - منبعی از غذای گیاهی (و در نهایت حیوانی). اهمیت فیزیولوژیکی نیتروژن با مشارکت آن در ایجاد سطح فشار اتمسفر لازم برای فرآیندهای زندگی تعیین می شود. تحت شرایط خاص تغییر فشار، نیتروژن نقش عمده ای در ایجاد تعدادی از اختلالات در بدن ایفا می کند (به بیماری رفع فشار مراجعه کنید). فرضیات مبنی بر اینکه نیتروژن اثر سمی اکسیژن بر بدن را تضعیف می کند و نه تنها توسط میکروارگانیسم ها، بلکه توسط حیوانات بالاتر نیز از جو جذب می شود، بحث برانگیز است.

گازهای بی اثر جو (زنون، کریپتون، آرگون، نئون، هلیوم) در فشار جزئی که در شرایط عادی ایجاد می کنند را می توان به عنوان گازهای بیولوژیکی بی تفاوت طبقه بندی کرد. با افزایش قابل توجه فشار جزئی، این گازها اثر مخدر دارند.

وجود دی اکسید کربن در اتمسفر، تجمع انرژی خورشیدی در بیوسفر را از طریق فتوسنتز ترکیبات کربن پیچیده، که به طور مداوم در طول زندگی بوجود می آیند، تغییر می کنند و تجزیه می شوند، تضمین می کند. این سیستم پویا با فعالیت جلبک ها و گیاهان زمینی حفظ می شود که انرژی نور خورشید را جذب می کنند و از آن برای تبدیل دی اکسید کربن (نگاه کنید به) و آب به انواع ترکیبات آلی و آزادسازی اکسیژن استفاده می کنند. گسترش رو به بالا بیوسفر تا حدی به این دلیل محدود می شود که در ارتفاعات بالای 6-7 کیلومتر، گیاهان حاوی کلروفیل به دلیل فشار جزئی کم دی اکسید کربن نمی توانند زندگی کنند. دی اکسید کربن از نظر فیزیولوژیکی نیز بسیار فعال است، زیرا نقش مهمی در تنظیم فرآیندهای متابولیک، فعالیت مرکزی دارد. سیستم عصبی، تنفس، گردش خون، رژیم اکسیژن بدن. با این حال، این تنظیم با تأثیر دی اکسید کربن تولید شده توسط خود بدن انجام می شود و از جو خارج نمی شود. در بافت ها و خون حیوانات و انسان ها، فشار جزئی دی اکسید کربن تقریباً 200 برابر بیشتر از فشار آن در جو است. و تنها با افزایش قابل توجهی در محتوای دی اکسید کربن در جو (بیش از 0.6-1٪) اختلالاتی در بدن مشاهده می شود که با اصطلاح هیپرکاپنیا مشخص می شود (نگاه کنید به). حذف کامل دی اکسید کربن از هوای استنشاقی نمی تواند مستقیماً تأثیر نامطلوبی بر بدن انسان و حیوانات داشته باشد.

دی اکسید کربن در جذب تابش امواج بلند و حفظ "اثر گلخانه ای" که باعث افزایش دما در سطح زمین می شود، نقش دارد. مشکل تأثیر دی اکسید کربن بر روی شرایط حرارتی و سایر شرایط جوی که در مقادیر زیادی به عنوان زباله صنعتی وارد هوا می شود نیز در حال بررسی است.

بخار آب اتمسفر (رطوبت هوا) نیز بر بدن انسان، به ویژه تبادل حرارت با محیط تأثیر می گذارد.

در نتیجه تراکم بخار آب در جو، ابرها تشکیل شده و نزولات جوی (باران، تگرگ، برف) می بارد. بخار آب، پراکنده تابش خورشیدی، در ایجاد رژیم حرارتی زمین شرکت می کند و لایه های پایین ترجو، در شکل گیری شرایط هواشناسی.

فشار اتمسفر

فشار اتمسفر (بارومتریک) فشاری است که اتمسفر تحت تأثیر گرانش بر سطح زمین وارد می کند. بزرگی این فشار در هر نقطه از اتمسفر برابر با وزن ستون پوشاننده هوا با یک پایه است که بالاتر از محل اندازه گیری تا مرزهای جو امتداد دارد. فشار اتمسفر با فشارسنج (سانتی متر) اندازه گیری می شود و بر حسب میلی بار، نیوتون بر متر مربع یا ارتفاع ستون جیوه در فشارسنج بر حسب میلی متر، به 0 درجه کاهش می یابد و مقدار طبیعی شتاب گرانش است. روی میز جدول 2 رایج ترین واحدهای اندازه گیری فشار اتمسفر را نشان می دهد.

تغییرات فشار به دلیل گرمایش ناهموار توده های هوای واقع بر روی زمین و آب در عرض های جغرافیایی مختلف رخ می دهد. با افزایش دما، چگالی هوا و فشاری که ایجاد می کند کاهش می یابد. تجمع عظیم هوای سریع با فشار کم (با کاهش فشار از محیط به مرکز گرداب) سیکلون نامیده می شود، با فشار بالا (با افزایش فشار به سمت مرکز گرداب) - آنتی سیکلون برای پیش بینی آب و هوا، تغییرات غیر دوره ای در فشار اتمسفر که در توده های بزرگ متحرک رخ می دهد و با ظهور، توسعه و تخریب پاد سیکلون ها و طوفان ها مرتبط است، مهم است. به خصوص تغییرات بزرگ در فشار اتمسفر با حرکت سریع طوفان های استوایی مرتبط است. در این حالت، فشار اتمسفر می تواند 30-40 میلی بار در روز تغییر کند.

افت فشار اتمسفر بر حسب میلی بار در فاصله 100 کیلومتری را گرادیان بارومتریک افقی می نامند. به طور معمول، گرادیان بارومتریک افقی 1-3 mbar است، اما در طوفان های استواییگاهی اوقات آنها به ده ها میلی بار در 100 کیلومتر افزایش می یابند.

با افزایش ارتفاع، فشار اتمسفر به صورت لگاریتمی کاهش می یابد: در ابتدا بسیار شدید، و سپس کمتر و کمتر قابل توجه است (شکل 1). بنابراین، منحنی تغییر فشار فشار نمایی است.

کاهش فشار در واحد فاصله عمودی را گرادیان فشارسنجی عمودی می نامند. اغلب از مقدار معکوس آن استفاده می کنند - مرحله فشارسنجی.

زیرا فشار هوامجموع فشارهای جزئی گازهای تشکیل دهنده هوا است، بدیهی است که با افزایش ارتفاع همراه با کاهش فشار کل جو، فشار جزئی گازهای تشکیل دهنده هوا نیز کاهش می یابد. فشار جزئی هر گاز در جو با فرمول محاسبه می شود

که در آن Px فشار جزئی گاز، Pz فشار اتمسفر در ارتفاع Z، X% درصد گازی است که فشار جزئی آن باید تعیین شود.

برنج. 1. تغییر فشار هوا بر حسب ارتفاع.

برنج. 2. تغییر در فشار جزئی اکسیژن در هوای آلوئولی و اشباع خون شریانی با اکسیژن بسته به تغییرات ارتفاع در هنگام تنفس هوا و اکسیژن. تنفس اکسیژن از ارتفاع 8.5 کیلومتری آغاز می شود (آزمایش در یک محفظه فشار).

برنج. 3. منحنی های مقایسه ای مقادیر میانگین هوشیاری فعال در یک فرد در چند دقیقه در ارتفاعات مختلف پس از یک صعود سریع هنگام تنفس هوا (I) و اکسیژن (II). در ارتفاعات بالای 15 کیلومتر، هوشیاری فعال هنگام تنفس اکسیژن و هوا به همان اندازه مختل می شود. در ارتفاعات تا 15 کیلومتر، تنفس اکسیژن به طور قابل توجهی دوره هوشیاری فعال را طولانی می کند (آزمایش در یک محفظه فشار).

از آنجایی که درصد ترکیب گازهای اتمسفر نسبتاً ثابت است، برای تعیین فشار جزئی هر گاز فقط باید فشار بارومتری کل در یک ارتفاع معین را بدانید (شکل 1 و جدول 3).

جدول 3. جدول اتمسفر استاندارد (GOST 4401-64) 1

1 به شکل اختصاری داده شده و با ستون "فشار جزئی اکسیژن" تکمیل شده است..

هنگام تعیین فشار جزئی یک گاز در هوای مرطوب، لازم است که فشار (الاستیسیته) را از مقدار فشار هوا کم کنید. بخارات اشباع شده.

فرمول تعیین فشار جزئی گاز در هوای مرطوب کمی متفاوت از هوای خشک خواهد بود:

که در آن pH 2 O فشار بخار آب است. در دمای 37 درجه، فشار بخار آب اشباع 47 میلی متر جیوه است. هنر این مقدار در محاسبه فشار جزئی گازهای هوای آلوئولی در شرایط زمینی و ارتفاعی استفاده می شود.

تاثیر روی بدن افزایش یافته و فشار خون پایین. تغییرات فشار هوا به سمت بالا یا پایین اثرات مختلفی بر بدن حیوانات و انسان دارد. نفوذ فشار خون بالامرتبط با عمل مکانیکی و نافذ فیزیکی و شیمیایی محیط گاز (به اصطلاح اثرات تراکمی و نفوذی).

اثر فشرده سازی با موارد زیر آشکار می شود: فشرده سازی حجمی عمومی ناشی از افزایش یکنواخت نیروهای فشار مکانیکی روی اندام ها و بافت ها. mechanonarkosis ناشی از فشرده سازی حجمی یکنواخت در فشار بارومتری بسیار بالا. فشار نابرابر موضعی بر روی بافت‌هایی که حفره‌های حاوی گاز را محدود می‌کنند، هنگامی که اتصالی بین هوای بیرون و هوای داخل حفره وجود دارد، به عنوان مثال، گوش میانی، حفره‌های پارانازال (به Barotrauma مراجعه کنید). افزایش چگالی گاز در سیستم تنفسی خارجی، که باعث افزایش مقاومت در برابر حرکات تنفسی، به ویژه در هنگام تنفس اجباری (استرس فیزیکی، هیپرکاپنی) می شود.

اثر نافذ می تواند منجر به اثر سمی اکسیژن و گازهای بی تفاوت شود که افزایش محتوای آنها در خون و بافت ها باعث ایجاد یک واکنش مخدر در هنگام استفاده از مخلوط نیتروژن و اکسیژن در انسان می شود فشار 4-8 اتمسفر افزایش فشار جزئی اکسیژن در ابتدا سطح عملکرد سیستم های قلبی عروقی و تنفسی را به دلیل خاموش شدن تأثیر تنظیمی هیپوکسمی فیزیولوژیکی کاهش می دهد. هنگامی که فشار جزئی اکسیژن در ریه ها بیش از 0.8-1 Ata افزایش می یابد، اثر سمی آن ظاهر می شود (آسیب به بافت ریه، تشنج، فروپاشی).

اثرات نفوذی و فشاری افزایش فشار گاز در پزشکی بالینی در درمان بیماری های مختلف با اختلالات عمومی و موضعی در تامین اکسیژن استفاده می شود (به باروتراپی، اکسیژن درمانی مراجعه کنید).

کاهش فشار تأثیر بیشتری بر بدن دارد. در شرایط جوی بسیار نادر، عامل اصلی بیماری زایی که منجر به از دست دادن هوشیاری در چند ثانیه و مرگ در 4-5 دقیقه می شود، کاهش فشار جزئی اکسیژن در هوای استنشاقی و سپس در آلوئول است. هوا، خون و بافت ها (شکل 2 و 3). هیپوکسی متوسط ​​باعث ایجاد واکنش های تطبیقی ​​سیستم های تنفسی و همودینامیک می شود که هدف آن حفظ اکسیژن در درجه اول به اندام های حیاتی (مغز، قلب) است. با کمبود شدید اکسیژن، فرآیندهای اکسیداتیو (به دلیل آنزیم های تنفسی) مهار می شوند و فرآیندهای هوازی تولید انرژی در میتوکندری مختل می شوند. این امر ابتدا منجر به اختلال در عملکرد اندام های حیاتی و سپس آسیب ساختاری غیرقابل برگشت و مرگ بدن می شود. ایجاد واکنش های تطبیقی ​​و آسیب شناختی، تغییر در وضعیت عملکردی بدن و عملکرد فرد در هنگام کاهش فشار اتمسفر با درجه و سرعت کاهش فشار جزئی اکسیژن در هوای استنشاقی، مدت زمان اقامت در ارتفاع تعیین می شود. ، شدت کار انجام شده و وضعیت اولیه بدن (به بیماری ارتفاع مراجعه کنید).

کاهش فشار در ارتفاعات (حتی اگر کمبود اکسیژن حذف شود) باعث ایجاد اختلالات جدی در بدن می شود که با مفهوم "اختلالات رفع فشار" متحد می شود که عبارتند از: نفخ در ارتفاعات، باروتیت و باروزینوزیت، بیماری رفع فشار در ارتفاعات و بالا. -آمفیزم بافت ارتفاعی

نفخ در ارتفاعات به دلیل انبساط گازها در دستگاه گوارش ایجاد می شود، زمانی که فشار فشار هوا کاهش می یابد. دیواره شکمهنگام صعود به ارتفاعات 7-12 کیلومتری یا بیشتر. ارزش تعریف شدههمچنین دارای گازهای حل شده در محتویات روده است.

انبساط گازها منجر به کشیدگی معده و روده، بالا رفتن دیافراگم، تغییر موقعیت قلب، تحریک دستگاه گیرنده این اندام ها و بروز رفلکس های پاتولوژیک می شود که تنفس و گردش خون را مختل می کند. درد شدید در ناحیه شکم اغلب رخ می دهد. پدیده‌های مشابهی در بین غواصان هنگام بالا آمدن از عمق به سطح گاهی اتفاق می‌افتد.

مکانیسم ایجاد باروتیت و باروسینوزیت که به ترتیب با احساس احتقان و درد در گوش میانی یا حفره‌های پارانازال ظاهر می‌شود، شبیه به ایجاد نفخ در ارتفاعات است.

کاهش فشار علاوه بر انبساط گازهای موجود در حفره‌های بدن، باعث آزاد شدن گازها از مایعات و بافت‌هایی می‌شود که در آن‌ها تحت شرایط فشار در سطح دریا یا در عمق حل شده‌اند و حباب‌های گاز در آن‌ها تشکیل می‌شود. بدن

این فرآیند آزادسازی گازهای محلول (عمدتاً نیتروژن) باعث ایجاد بیماری رفع فشار می شود (نگاه کنید به).

برنج. 4. وابستگی نقطه جوش آب به ارتفاع از سطح دریا و فشار هوا. اعداد فشار زیر اعداد ارتفاع مربوطه قرار دارند.

با کاهش فشار اتمسفر، نقطه جوش مایعات کاهش می یابد (شکل 4). در ارتفاع بیش از 19 کیلومتری، جایی که فشار هوا برابر (یا کمتر از) کشش بخار اشباع شده در دمای بدن (37 درجه) است، ممکن است "جوش" مایع بین بافتی و بین سلولی بدن اتفاق بیفتد که منجر به وریدهای بزرگ، در حفره پلور، معده، پریکارد، در بافت چربی شل، یعنی در نواحی با فشار هیدرواستاتیک و بینابینی کم، حباب های بخار آب تشکیل می شود و آمفیزم بافتی در ارتفاع بالا ایجاد می شود. "جوش" در ارتفاع بالا بر ساختارهای سلولی تأثیر نمی گذارد و فقط در مایع بین سلولی و خون موضعی می شود.

حباب های بزرگ بخار می توانند قلب و گردش خون را مسدود کرده و عملکردهای حیاتی را مختل کنند. سیستم های مهمو اندام ها این یک عارضه جدی گرسنگی حاد اکسیژن است که در ارتفاعات بالا ایجاد می شود. پیشگیری از آمفیزم بافتی در ارتفاع بالا با ایجاد فشار پشت خارجی بر روی بدن با استفاده از تجهیزات ارتفاع بالا امکان پذیر است.

فرآیند کاهش فشار هوا (فشرده زدایی) تحت پارامترهای خاص می تواند به یک عامل مخرب تبدیل شود. بسته به سرعت، فشرده سازی به صاف (آهسته) و انفجاری تقسیم می شود. مورد دوم در کمتر از 1 ثانیه رخ می دهد و با یک انفجار قوی (مانند شلیک) و تشکیل مه (تراکم بخار آب به دلیل خنک شدن هوای در حال انبساط) همراه است. به طور معمول، رفع فشار انفجاری در ارتفاعات زمانی رخ می دهد که لعاب کابین تحت فشار یا لباس تحت فشار از بین می رود.

در طی رفع فشار انفجاری، ریه ها اولین کسانی هستند که تحت تاثیر قرار می گیرند. افزایش سریع فشار اضافی داخل ریوی (بیش از 80 میلی متر جیوه) منجر به کشش قابل توجه بافت ریه می شود که می تواند باعث پارگی ریه شود (اگر 2.3 برابر منبسط شود). رفع فشار انفجاری نیز می تواند باعث آسیب به دستگاه گوارش شود. مقدار فشار اضافی که در ریه ها ایجاد می شود تا حد زیادی به سرعت بازدم هوا از آنها در حین رفع فشار و حجم هوا در ریه ها بستگی دارد. به ویژه اگر راه های هوایی فوقانی در زمان رفع فشار بسته باشد (در حین بلع، حبس نفس) یا اگر رفع فشار همزمان با مرحله استنشاق عمیق باشد، زمانی که ریه ها با مقدار زیادی هوا پر می شوند.

دمای اتمسفر

دمای جو در ابتدا با افزایش ارتفاع کاهش می یابد (به طور متوسط ​​از 15 درجه در زمین به -56.5 درجه در ارتفاع 11-18 کیلومتر). گرادیان دمایی عمودی در این ناحیه از جو حدود 0.6 درجه برای هر 100 متر است. در طول روز و سال تغییر می کند (جدول 4).

جدول 4. تغییرات در گرادیان دما عمودی بر روی نوار میانی قلمرو اتحاد جماهیر شوروی

برنج. 5. تغییرات دمای اتمسفر در ارتفاعات مختلف. مرزهای کره ها با خطوط نقطه چین مشخص می شوند.

در ارتفاعات 11 تا 25 کیلومتری، دما ثابت می شود و به 56.5- درجه می رسد. سپس دما شروع به افزایش می کند و در ارتفاع 40 کیلومتری به 30-40 درجه و در ارتفاع 50-60 کیلومتری به 70 درجه می رسد (شکل 5) که با جذب شدید تابش خورشیدی توسط ازن همراه است. از ارتفاع 60-80 کیلومتری، دمای هوا دوباره اندکی کاهش می یابد (تا 60 درجه) و سپس به تدریج افزایش می یابد و در ارتفاع 120 کیلومتری 270 درجه، در 220 کیلومتری 800 درجه، در ارتفاع 300 کیلومتری 1500 درجه است. ، و

در مرز با فضای بیرونی - بیش از 3000 درجه. لازم به ذکر است که به دلیل کمیابی زیاد و چگالی کم گازها در این ارتفاعات، ظرفیت گرمایی و توانایی آنها در گرم کردن اجسام سردتر بسیار ناچیز است. در این شرایط انتقال گرما از جسمی به جسم دیگر تنها از طریق تشعشع صورت می گیرد. همه تغییرات در نظر گرفته شده در دما در اتمسفر با جذب انرژی گرمایی از خورشید توسط توده های هوا - مستقیم و منعکس شده - مرتبط است.

در قسمت پایین اتمسفر نزدیک به سطح زمین، توزیع دما به هجوم تابش خورشیدی بستگی دارد و بنابراین دارای یک ویژگی عمدتاً عرضی است، یعنی خطوطی با درجه حرارت مساوی - ایزوترم ها - موازی با عرض های جغرافیایی هستند. از آنجایی که اتمسفر در لایه‌های زیرین توسط سطح زمین گرم می‌شود، تغییر دمای افقی به شدت تحت تأثیر توزیع قاره‌ها و اقیانوس‌ها است که خواص حرارتی آنها متفاوت است. به طور معمول، کتاب های مرجع دمای اندازه گیری شده در شبکه را نشان می دهند مشاهدات هواشناسیدماسنج نصب شده در ارتفاع 2 متری از سطح خاک. بیشترین دما (تا 58 درجه سانتیگراد) در بیابانهای ایران و در اتحاد جماهیر شوروی - در جنوب ترکمنستان (تا 50 درجه سانتیگراد)، کمترین (تا 87- درجه) در قطب جنوب و در جنوب شرق است. اتحاد جماهیر شوروی - در مناطق Verkhoyansk و Oymyakon (تا -68 درجه). در زمستان، شیب عمودی دما در برخی موارد، به جای 0.6 درجه، می تواند از 1 درجه در هر 100 متر تجاوز کند یا حتی یک مقدار منفی بگیرد. در طول روز در فصل گرم، می تواند برابر با ده ها درجه در هر 100 متر باشد، همچنین یک گرادیان دمایی افقی وجود دارد که معمولاً به فاصله 100 کیلومتری نرمال تا ایزوترم اطلاق می شود. بزرگی شیب درجه حرارت افقی دهم درجه در هر 100 کیلومتر است و در مناطق پیشانی می تواند از 10 درجه در هر 100 متر تجاوز کند.

بدن انسان قادر به حفظ هموستاز حرارتی است (نگاه کنید به) در محدوده نسبتاً باریکی از نوسانات دمای هوای بیرون - از 15 تا 45 درجه. تفاوت های قابل توجه در دمای اتمسفر در نزدیکی زمین و در ارتفاعات مستلزم استفاده از ابزارهای فنی محافظ ویژه برای اطمینان از تعادل حرارتیبین بدن انسان و محیط خارجیدر ارتفاعات و پروازهای فضایی

تغییرات مشخصه در پارامترهای جوی (دما، فشار، ترکیب شیمیایی، حالت الکتریکی) امکان تقسیم مشروط جو به مناطق یا لایه ها را فراهم می کند. تروپوسفر- نزدیکترین لایه به زمین که مرز بالایی آن تا 17-18 کیلومتر در استوا، تا 7-8 کیلومتر در قطب ها و تا 12-16 کیلومتر در عرض های جغرافیایی میانی گسترش می یابد. تروپوسفر با افت فشار نمایی، وجود یک گرادیان دمایی عمودی ثابت، حرکات افقی و عمودی مشخص می شود. توده های هوا، تغییرات قابل توجهی در رطوبت هوا. تروپوسفر شامل بخش عمده ای از جو، و همچنین بخش قابل توجهی از زیست کره است. همه انواع اصلی ابرها در اینجا به وجود می آیند، توده های هوا و جبهه ها تشکیل می شوند، طوفان ها و پاد سیکلون ها ایجاد می شوند. در تروپوسفر به دلیل انعکاس پرتوهای خورشید توسط پوشش برفی زمین و سرد شدن لایه های هوای سطحی، به اصطلاح وارونگی رخ می دهد، یعنی به جای افزایش دما در جو از پایین به بالا. کاهش معمول

در طول فصل گرم، اختلاط دائمی آشفته (بی نظم، آشفته) توده های هوا و انتقال حرارت توسط جریان هوا (همرفت) در تروپوسفر رخ می دهد. همرفت مه ها را از بین می برد و گرد و غبار را در لایه پایینی جو کاهش می دهد.

لایه دوم جو است استراتوسفر.

از تروپوسفر در یک منطقه باریک (1-3 کیلومتر) با دمای ثابت (تروپوپوز) شروع می شود و تا ارتفاعات حدود 80 کیلومتری گسترش می یابد. از ویژگی های استراتوسفر می توان به رقیق شدن پیشرونده هوا، شدت فوق العاده بالای تابش فرابنفش، عدم وجود بخار آب، وجود مقادیر زیادی ازن و افزایش تدریجی دما اشاره کرد. مقدار زیاد ازن باعث ایجاد تعدادی پدیده نوری (سراب)، انعکاس صداها و تأثیر بسزایی در شدت و ترکیب طیفی می شود. تابش الکترومغناطیسی. در استراتوسفر اختلاط مداوم هوا وجود دارد، بنابراین ترکیب آن شبیه تروپوسفر است، اگرچه چگالی آن در مرزهای بالایی استراتوسفر بسیار کم است. بادهای غالب در استراتوسفر غربی هستند و در ناحیه فوقانی انتقال به بادهای شرقی وجود دارد.

لایه سوم جو است یون کره، که از استراتوسفر شروع شده و تا ارتفاعات 600-800 کیلومتری امتداد می یابد.

ویژگی های متمایز یونوسفر عبارتند از: نادر شدن شدید محیط گازی، غلظت بالای یون های مولکولی و اتمی و الکترون های آزاد و همچنین دمای بالا. یونوسفر بر انتشار امواج رادیویی تأثیر می گذارد و باعث شکست، انعکاس و جذب آنها می شود.

منبع اصلی یونیزاسیون در لایه های مرتفع جو، تابش فرابنفش خورشید است. در این حالت، الکترون‌ها از اتم‌های گاز خارج می‌شوند، اتم‌ها به یون‌های مثبت تبدیل می‌شوند و الکترون‌های کوبیده شده آزاد می‌مانند یا توسط مولکول‌های خنثی دستگیر می‌شوند تا یون‌های منفی تشکیل دهند. یونیزاسیون یونوسفر تحت تأثیر شهاب‌ها، تشعشعات هسته‌ای، اشعه ایکس و گاما از خورشید و همچنین فرآیندهای لرزه‌ای زمین (زلزله، فوران‌های آتشفشانی، انفجارهای قوی) است که امواج صوتی را در یونوسفر ایجاد می‌کند و باعث افزایش دامنه و سرعت نوسانات ذرات اتمسفر و ترویج یونیزاسیون مولکول‌ها و اتم‌های گاز (به Aeroionization مراجعه کنید).

رسانایی الکتریکی در یونوسفر که با غلظت بالای یون ها و الکترون ها مرتبط است، بسیار بالا است. افزایش رسانایی الکتریکی یونوسفر نقش مهمی در انعکاس امواج رادیویی و وقوع شفق های قطبی دارد.

یونوسفر منطقه پرواز ماهواره های مصنوعی زمین و موشک های بالستیک قاره پیما است. در حال حاضر پزشکی فضایی در حال بررسی اثرات احتمالی شرایط پرواز در این قسمت از جو بر بدن انسان است.

چهارمین لایه بیرونی جو - اگزوسفر. از اینجا، گازهای اتمسفر به دلیل اتلاف (غلبه بر نیروهای گرانش توسط مولکول ها) در فضا پراکنده می شوند. سپس یک انتقال تدریجی از جو به فضای بین سیاره ای وجود دارد. اگزوسفر در حضور تعداد زیادی الکترون آزاد که کمربند تابشی 2 و 3 زمین را تشکیل می دهند با دومی متفاوت است.

تقسیم جو به 4 لایه بسیار دلخواه است. بنابراین، با توجه به پارامترهای الکتریکی، کل ضخامت جو به 2 لایه تقسیم می شود: نوتروسفر، که در آن ذرات خنثی غالب هستند، و یونوسفر. بر اساس دما، تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر و ترموسفر به ترتیب با تروپوپوز، استراتوسفر و مزوپوز از هم جدا می شوند. لایه ای از اتمسفر که بین 15 تا 70 کیلومتری آن قرار دارد و با محتوای بالای ازن مشخص می شود، اوزونوسفر نامیده می شود.

برای اهداف عملی، استفاده از جو استاندارد بین المللی (MCA) مناسب است، که شرایط زیر برای آن پذیرفته شده است: فشار در سطح دریا در درجه حرارت 15 درجه برابر با 1013 میلی‌بار (1.013 x 10 nm 2، یا 760 میلی‌متر است. HG)؛ دما 6.5 درجه در هر 1 کیلومتر کاهش می یابد و به سطح 11 کیلومتر (استراتوسفر مشروط) می رسد و سپس ثابت می ماند. در اتحاد جماهیر شوروی به تصویب رسید جو استاندارد GOST 4401 - 64 (جدول 3).

ته نشینی. از آنجایی که بخش عمده ای از بخار آب اتمسفر در تروپوسفر متمرکز شده است، فرآیندهای انتقال فاز آب که باعث بارش می شود، عمدتاً در تروپوسفر اتفاق می افتد. ابرهای تروپوسفر معمولاً حدود 50 درصد از کل سطح زمین را می پوشانند، در حالی که ابرهایی در استراتوسفر (در ارتفاعات 30-20 کیلومتری) و نزدیک مزوپوز که به ترتیب مروارید و شب تاب نامیده می شوند، نسبتاً به ندرت مشاهده می شوند. در نتیجه تراکم بخار آب در تروپوسفر، ابرها تشکیل شده و بارش رخ می دهد.

بر اساس ماهیت بارندگی، بارندگی به 3 نوع سنگین، سیل آسا و نم نم باران تقسیم می شود. میزان بارندگی با ضخامت لایه آب ریخته شده بر حسب میلی متر تعیین می شود. بارش با استفاده از باران سنج و بارش سنج اندازه گیری می شود. شدت بارندگی بر حسب میلی متر در دقیقه بیان می شود.

توزیع بارندگی در فصول و روزها و همچنین در سراسر قلمرو بسیار ناهموار است که به دلیل گردش جوی و تأثیر سطح زمین است. بنابراین در جزایر هاوایی به طور متوسط ​​12000 میلی متر در سال می بارد و در خشک ترین مناطق پرو و ​​صحرای صحرای صحرا، بارندگی از 250 میلی متر تجاوز نمی کند و گاه تا چندین سال نیز کاهش نمی یابد. در دینامیک سالانه بارش، انواع زیر متمایز می شود: استوایی - با حداکثر بارش پس از بهار و اعتدال پاییزی; گرمسیری - با حداکثر بارش در تابستان؛ موسمی - با اوج بسیار برجسته در تابستان و زمستان خشک؛ نیمه گرمسیری - با حداکثر بارش در زمستان و تابستان خشک؛ عرض های جغرافیایی معتدل قاره ای - با حداکثر بارش در تابستان. عرض های جغرافیایی معتدل دریایی - با حداکثر بارش در زمستان.

کل مجموعه اتمسفر-فیزیکی عوامل اقلیمی و هواشناسی که آب و هوا را تشکیل می دهد به طور گسترده برای بهبود سلامت، سخت شدن و اهداف دارویی(به اقلیم درمانی مراجعه کنید). همراه با این، مشخص شده است که نوسانات شدید در این عوامل جوی می تواند بر فرآیندهای فیزیولوژیکی در بدن تأثیر منفی بگذارد و باعث ایجاد شرایط مختلف پاتولوژیک و تشدید بیماری هایی به نام واکنش های هواتروپیک شود (به اقلیم آسیب شناسی مراجعه کنید). از اهمیت ویژه ای در این زمینه، اختلالات مکرر طولانی مدت جوی و نوسانات شدید ناگهانی عوامل هواشناسی است.

واکنش های متئوتروپیک بیشتر در افرادی که از بیماری های سیستم قلبی عروقی، پلی آرتریت، آسم برونش، زخم معده و بیماری های پوستی رنج می برند، مشاهده می شود.

کتابشناسی - فهرست کتب: Belinsky V. A. and Pobiyaho V. A. Aerology, L., 1962, bibliogr.; بیوسفر و منابع آن، ویرایش. V. A. Kovdy، M.، 1971; دانیلوف A.D. شیمی یونوسفر، لنینگراد، 1967; جو و زندگی آن کلوبکوف N.V.، M.، 1968. کالیتین N.H. مبانی فیزیک اتمسفر در پزشکی، لنینگراد، 1935; Matveev L. T. مبانی هواشناسی عمومی، فیزیک جوی، لنینگراد، 1965، کتابنامه. Minkh A. A. یونیزاسیون هوا و اهمیت بهداشتی آن، M.، 1963، bibliogr. با نام مستعار، روشهای تحقیق بهداشتی، م.، 1971، کتابشناسی؛ Tverskoy P.N. دوره هواشناسی، L.، 1962. Umansky S.P. Man in Space, M., 1970; Khvostikov I. A. لایه های بلند جو، لنینگراد، 1964. X r g i a n A. X. Physics of the Atmosfer, L., 1969, bibliogr.; Khromov S.P. هواشناسی و اقلیم شناسی برای دانشکده های جغرافیایی، لنینگراد، 1968.

تاثیر فشار خون بالا و پایین بر بدن- Armstrong G. Aviation Medicine، ترجمه. از انگلیسی، M., 1954, bibliogr. زالتسمن جی.ال. مبانی فیزیولوژیکی اقامت فرد در شرایط فشار بالای گازهای محیطی، L., 1961, bibliogr. Ivanov D.I و Khromushkin A.I. سیستم های پشتیبانی از زندگی انسان در طول پروازهای ارتفاعی و فضایی، M.، 1968. Isakov P.K. و همکاران، نظریه و عمل پزشکی هوانوردی، 1971. Kovalenko E. A. و Chernyakov I. N. اکسیژن بافتی تحت عوامل شدید پرواز، M.، 1972، bibliogr. مایلز اس. پزشکی زیر آب، ترجمه. از انگلیسی، M., 1971, bibliogr. Busby D. E. پزشکی بالینی فضایی، دوردرخت، 1968.

I. N. Chernyakov، M. T. Dmitriev، S. I. Nepomnyashchy.

استراتوسفر

در بالای تروپوپوز تا ارتفاع 50 تا 60 کیلومتری لایه ای از جو وجود دارد که به آن می گویند. استراتوسفرکه ویژگی اصلی آن افزایش دما با ارتفاع است. در قسمت پایینی استراتوسفر، تا ارتفاع حدود 25 کیلومتری، دما ثابت است یا با افزایش ارتفاع به آرامی افزایش می یابد. شایان ذکر است که در ماه های زمستاندر عرض های جغرافیایی بالا حتی می تواند اندکی سقوط کند. اما از ارتفاع 34-36 کیلومتری دما سریعتر شروع به افزایش می کند. این افزایش تا مرز بالایی استراتوسفر که نامیده می شود ادامه دارد استراتوپوز. در اینجا استراتوسفر تقریباً به اندازه هوای سطح زمین گرم است.

افزایش دما با ارتفاع منجر به ثبات بیشتر استراتوسفر می شود: هیچ حرکت عمودی منظم (همرفتی) هوا و اختلاط فعال آن وجود ندارد که برای تروپوسفر معمول است. با این حال، حرکات عمودی بسیار کوچک، مانند فرونشست یا بالا آمدن آهسته، گاهی اوقات لایه‌هایی از استراتوسفر را که فضاهای وسیعی را اشغال می‌کنند، می‌پوشاند.

بخار آب ناچیز در استراتوسفر وجود دارد. با این حال، گاهی اوقات در ارتفاعات 22-24 کیلومتری در عرض های جغرافیایی بالا مشاهده می شوند. در طول روز آنها قابل مشاهده نیستند، اما در شب به نظر می رسد که می درخشند، زیرا توسط خورشید در زیر افق روشن می شوند. تصور می شود که این ابرها از قطرات فوق سرد تشکیل شده اند.

ترکیب هوا در استراتوسفر تقریباً مانند تروپوسفر است، اما تفاوت وجود دارد. در استراتوسفر مقدار ازن افزایش یافته است، گازی ناپایدار که مولکول آن از سه اتم اکسیژن تشکیل شده است. لایه اوزون در اثر برهمکنش پرتو فرابنفش خورشید با مولکول‌های اکسیژن معمولی شکل گرفته و حفظ می‌شود و به عنوان یک صفحه نمایش قابل اعتماد در مسیر این تابش مخرب برای همه موجودات زنده عمل می‌کند. به دلیل وجود لایه اوزون در استراتوسفر می توان آن را نیز نامید اوزونوسفر.

... هنگامی که در تروپوسفر کشف شد، افت دما با ارتفاع به اشتباه به عنوان ویژگی کل جو در نظر گرفته شد که با فاصله از سطح زمین که توسط خورشید گرم می شود توضیح داده شد. اما اولین صعود بالون ها با ابزاری که روی آن وجود داشت داده های غیرمنتظره ای را به همراه داشت. معلوم شد که دما تقریباً به ارتفاع 10 کیلومتر کاهش می یابد و پس از آن تقریباً بدون تغییر باقی می ماند و سپس حتی شروع به افزایش می کند. این داده ها در تضاد با ایده های ثابت شده در مورد تغییرات دمای عمودی در جو بود. ابزارها قبل از پرتاب بالن ها به طور کامل بررسی می شدند و پرتاب های شبانه نیز برای جلوگیری از گرم شدن ابزار توسط خورشید تمرین می شد. با این حال، پرتاب های جدید بیشتر و بیشتر همان داده هایی را به ارمغان آوردند که کاهش دما با توقف در ارتفاع. در نتیجه، ما مجبور شدیم با این واقعیت موافق باشیم که قوانینی که در قسمت پایین اتمسفر عمل می‌کنند، بالاتر از یک ارتفاع معین کار نمی‌کنند. بنابراین، جو برای اولین بار به لایه ها تقسیم شد. لایه ای که در آن دما با افزایش ارتفاع کاهش می یابد، تروپوسفر و لایه ای از جو که کاهش دما در آن با ارتفاع متوقف می شود، استراتوسفر نامیده می شود. با توجه به اینکه بالون ها محدودیت های قابل توجهی در ارتفاع صعود خود داشتند، نمی توانستند به لایه بعدی جو برسند - مزوسفر، که در آن با افزایش دما دوباره شروع به کاهش می کند. در نتیجه، کل اتمسفر فوقانی به عنوان استراتوسفر در نظر گرفته شد.

شایان ذکر است که انتقال از تروپوسفر به استراتوسفر به طور ناگهانی رخ نمی دهد. بین آنها یک لایه میانی به ضخامت چندین کیلومتر قرار دارد که در آن افت دما با ارتفاع متوقف می شود و لایه همدما شروع می شود. این لایه نامیده می شود تروپوپوز.

دلیل افزایش دما در استراتوسفر بلافاصله کشف نشد. معلوم شد که این گاز در سال 1785 کشف شده است که در سال 1840 نام آن را دریافت کرد - ازن. در نتیجه جذب انرژی خورشیدی که قبلاً در قسمت بالایی لایه اوزون اتفاق می افتد، دمای جو در این ارتفاعات افزایش می یابد و لایه اوزون نوعی مخزن حرارتی در جو است. میزان ازن در لایه های پایین جو (تا ارتفاع 10 کیلومتری) ناچیز است. و بیشترین محتوای آن در ارتفاعات 20-25 کیلومتری رخ می دهد. مولکول های اوزون در ارتفاعات بالای 60 کیلومتر یافت نمی شوند. داده های مربوط به محتوای ازن در ارتفاعات بسیار به دست آمد به روشی جالب: بر روی بالون یا موشک هواشناسی یک طیف نگار برای ثبت طیف خورشید نصب شد. مشخص است که وقتی از سطح زمین مشاهده می شود، طیف خورشید به قسمت فرابنفش ختم می شود. هنگامی که مشخص شد که این امر به دلیل جذب پرتوهای فرابنفش خورشیدی توسط ازن است، پرتاب کاوشگرها و موشک‌هایی با طیف‌نگار روی هواپیما به روشی منطقی برای ارزیابی محتوای ازن در ارتفاعات تبدیل شد.

افزایش دما در استراتوسفر تقریباً از 30 کیلومتر شروع می شود و تا 40 تا 50 کیلومتر ادامه می یابد، جایی که قسمت بالایی لایه اوزون قرار دارد. علیرغم این واقعیت که در اینجا ازن کمتری نسبت به سطوح پایین تر وجود دارد، این قسمت از لایه است که رو به خورشید است و توسط اشعه ماوراء بنفش جذب شده با شدت بیشتری گرم می شود.

افزایش دما در ارتفاع حدود 40 تا 50 کیلومتری، که با نتایج صدا ایجاد شد، در سال 1920 تأیید شد، زمانی که در 9 مه انفجار شدیدی در انبارهای توپخانه در مسکو رخ داد. صدای انفجار به وضوح در نزدیکی مسکو شنیده شد - در فاصله 60 کیلومتری و سپس دوباره در فاصله زیادی در نقاط واقع در یک حلقه در اطراف شهر. بین این دو منطقه قابل شنیدن یک "منطقه سکوت" به عرض 100 کیلومتر وجود داشت که صدای انفجار در آن اصلا شنیده نشد. پروفسور V.I. ویتکویچ این پدیده را مطالعه کرد و به این نتیجه رسید که چنین توزیعی از قابلیت شنیداری صدا را می توان مشاهده کرد به شرطی که از لایه هایی از جو واقع در ارتفاع 40 تا 50 کیلومتری منعکس شود. اما در عین حال، دمای لایه های بازتابنده باید حدود 40 - 50 درجه باشد.

قبلاً به نقش مهم لایه اوزون در حفظ حیات روی زمین اشاره کردیم. اما در سال 1985، دانشمندان اخبار هیجان انگیزی را منتشر کردند: کشف بر فراز قطب جنوب سوراخ ازن با قطر بیش از 1000 کیلومتر! هر سال در ماه اوت در اینجا ظاهر شد و تا دسامبر - ژانویه دیگر وجود نداشت. یک سوراخ کوچکتر ازن نیز بر فراز قطب شمال کشف شد. شایان ذکر است که تغییرات لایه اوزون، کاهش آن، نه تنها در اثر تأثیر ایجاد می شود عوامل انسانی. تغییرات طبیعی موجود در فعالیت امواج و دینامیک استراتوسفر به طور قابل توجهی بر تغییرات ازن در طول زمان تأثیر می گذارد. تغییرات سالانه در محتوای کل ازن (TOC) در در مقیاس جهانیشاخص های تغییر اقلیم هستند. به عنوان مثال، کاهش قابل توجه سطح ازن بین سال های 1979 و 1994. بر فراز اروپای غربی، سیبری شرقیو شرق ایالات متحده با گرم شدن آب و هوا در این مناطق همراه است و افزایش سطح ازن در منطقه لابرادور با خنک شدن در گرینلند و اقیانوس اطلس غربی همراه است.

همچنین ارتباطی بین تغییرات TO در برخی از مناطق جغرافیایی و ناهنجاری های دمای سطح در برخی دیگر وجود دارد. به عنوان مثال، تجزیه و تحلیل تغییرات بین سالانه در TO در ژانویه و دمای سطح در فوریه 1979 - 1994. نشان داد که برای پیش بینی اینکه در بهمن ماه چه هوای (سرد یا گرم) خواهد بود سیبری غربی، باید سطح ازن را در نقطه ای در غرب انگلستان (50 درجه شمالی، 10 درجه غربی) مشاهده کنید.

اولین صعود بالون ها به حداکثر ارتفاعی که به آنها رسیدند نشان داد که تغییرات دمای عمومی بالای تروپوپوز نسبتاً ثابت است. از این نتیجه به این نتیجه رسید که در این ارتفاعات هیچ (یا تقریباً هیچ) اختلاط عمودی هوا وجود ندارد. صعودهای رادیوسوندی بالا اخیر تغییرات فصلی قابل توجهی (موسمی) را در گرادیان دمایی قطب استوا و تغییرات مرتبط در الگوهای فشار و باد نشان داده است. کشف مهم دیگر مربوط به کشف تغییرات قابل توجه درون فصلی در دما، باد و سطح ازن در استراتوسفر، به ویژه در استراتوسفر زمستانی است. این تغییرات درون فصلی به ویژه در گرمایش های به اصطلاح انفجاری در استراتوسفر در عرض های جغرافیایی بالا مشهود است.

اولین اطلاعات مهم در مورد بادها در استراتوسفر پایین در بخش استوایی آن توسط فوران آتشفشان کراکاتائو در 27 اوت 1883 ارائه شد که در نتیجه آن مقدار زیادی غبار آتشفشانی در جو منتشر شد. این شرایط به دست آوردن اطلاعات اولیه در مورد برخی از ویژگی های استراتوسفر در عرض های جغرافیایی کم امکان پذیر شد.

حرکت گرد و غبار آتشفشانی نشان داد که در منطقه استوایینه تنها در سطح دریا، بلکه در استراتوسفر پایینی نیز جزء ناحیه ای باد از شرق به غرب هدایت می شود و سرعت این جریان های شرقی در استراتوسفر پایین به مقادیر قابل توجهی (25 تا 50 متر بر ثانیه) می رسد. . این استراتوسفر بادهای شرقینام گرفت بادهای کراکاتائو. بادهای کراکاتائو به اطراف خم می شوند زمیندر عرض های جغرافیایی استوایی (15 درجه شمالی تا 15 درجه جنوبی) در ارتفاعات 25 تا 40 کیلومتری.

در سال 1909، سفر ون برسون به آفریقای مرکزیبادهای غربی برای اولین بار در استراتوسفر استوایی کشف شد. مشاهدات بعدی هم وجود بادهای شرقی کراکاتائو در استراتوسفر استوایی و هم ظاهر غرب در زیر آنها را نشان داد. بادهای برسون. بادهای غربی برسون نیز در یک سری کشف شد آزمایش های اتمیدر جزایر مارشال مطالعات بعدی نشان داد که بادها در استراتوسفر پایین تر استوایی با یک دوره زمانی حدود 26 تا 27 ماه جهت بین شرقی و غربی را تغییر می دهند. اینجوری نصب شد چرخه شبه دوسالانههنگامی که بادها در لایه استراتوسفر استوایی از 18 تا 20 کیلومتر تا 35 کیلومتر برای حدود یک سال غالب می شوند. جهت های شرقیو در سال آینده - غربی. چرخه شبه دوسالانه به ویژه در منطقه 8-10 درجه در دو طرف استوا مشخص است و بیشترین دامنه خود را در حدود 23 کیلومتر دارد، جایی که مدت زمان متوسطسیکل حدود 26 ماه است. هر یک از انتقال‌های ناحیه‌ای ابتدا در لایه‌های بالایی، در سطحی حدود 35 کیلومتر ظاهر می‌شوند و به تدریج با سرعت 1-1.5 کیلومتر در ماه به سمت پایین گسترش می‌یابند.

در استراتوسفر فوقانی استوایی، بعداً یک چرخه شش ماهه کشف شد که در ارتباط با دوره دو ساله است.

آخرین تحقیقاتاستراتوسفر، همانطور که در بالا ذکر شد، رابطه معنی داری بین آن و تروپوسفر نشان می دهد. به عنوان مثال، برخی از مطالعات نشان داده اند که انتشار یک سیگنال آب و هوایی از تروپوسفر به استراتوسفر بسیار سریع - در عرض 3-10 روز اتفاق می افتد. پس از این، سیگنال غیرعادی بسیار طولانی تری در استراتوسفر وجود دارد (15 تا 40 روز)، که زمینه را برای پیش بینی های طولانی مدت آب و هوا بر اساس پارامترهای استراتوسفر فراهم می کند.

ادبیات:
پ.ن. Tverskoy. دوره هواشناسی. Gidrometeoizdat، 1962.
جو زمین. مجموعه. مسکو، 1953.
A.L. کاتز. گردش در استراتوسفر و مزوسفر. Gidrometeoizdat، 1968.
همچنین از مطالب مجلات "Meteorology and Hydrology" و "Science and Life" استفاده شد.

جو (از یونانی باستان ἀτμός - بخار و σφαῖρα - توپ) پوسته گازی (ژئوسفر) است که سیاره زمین را احاطه کرده است. سطح داخلی آن هیدروسفر و تا حدی را می پوشاند پوسته زمین، قسمت بیرونی با بخش نزدیک به زمین از فضای بیرونی مرز دارد.

مجموعه ای از شاخه های فیزیک و شیمی که جو را مطالعه می کنند معمولاً فیزیک جو نامیده می شود. جو آب و هوای سطح زمین را تعیین می کند، هواشناسی به مطالعه آب و هوا می پردازد و اقلیم شناسی با تغییرات آب و هوایی درازمدت سروکار دارد.

مشخصات فیزیکی

ضخامت جو تقریباً 120 کیلومتر از سطح زمین است. مجموع جرم هوا در جو (5.1-5.3) 1018 کیلوگرم است. از این تعداد، جرم هوای خشک (0003/0 ± 1352/5) 1018 کیلوگرم است، جرم کل بخار آب به طور متوسط ​​1016/1 کیلوگرم است.

جرم مولی هوای خشک تمیز 28.966 گرم در مول و چگالی هوا در سطح دریا تقریباً 1.2 کیلوگرم بر متر مکعب است. فشار در 0 درجه سانتیگراد در سطح دریا 101.325 کیلو پاسکال است. دمای بحرانی - -140.7 درجه سانتیگراد (~132.4 K)؛ فشار بحرانی - 3.7 مگاپاسکال؛ Cp در 0 °C - 1.0048·103 J/(kg·K)، Cv - 0.7159·103 J/(kg·K) (در 0 °C). حلالیت هوا در آب (بر حسب جرم) در دمای 0 ° C - 0.0036٪، در 25 ° C - 0.0023٪.

پشت " شرایط عادیدر سطح زمین موارد زیر پذیرفته می شود: چگالی 1.2 کیلوگرم بر متر مکعب، فشار هوا 101.35 کیلو پاسکال، دما به اضافه 20 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 50%. این شاخص های مشروط دارای اهمیت مهندسی محض هستند.

ترکیب شیمیایی

جو زمین در نتیجه انتشار گازها در طول فوران های آتشفشانی به وجود آمد. با پیدایش اقیانوس ها و زیست کره، به دلیل تبادل گاز با آب، گیاهان، حیوانات و محصولات تجزیه آنها در خاک ها و مرداب ها شکل گرفت.

در حال حاضر جو زمین عمدتاً از گازها و ناخالصی های مختلف (غبار، قطرات آب، کریستال های یخ، نمک های دریایی، محصولات احتراق) تشکیل شده است.

غلظت گازهای تشکیل دهنده جو تقریباً ثابت است، به استثنای آب (H2O) و دی اکسید کربن (CO2).

ترکیب هوای خشک

علاوه بر گازهای نشان داده شده در جدول، جو حاوی SO2، NH3، CO، ازن، هیدروکربن ها، HCl، HF، بخار جیوه، I2، و همچنین NO و بسیاری از گازهای دیگر در مقادیر کم است. تروپوسفر دائماً حاوی مقدار زیادی ذرات جامد و مایع معلق (آئروسل) است.

ساختار جو

تروپوسفر

حد بالایی آن در ارتفاع 8-10 کیلومتری در قطبی، 10-12 کیلومتری در معتدل و 16-18 کیلومتری در عرض های جغرافیایی استوایی است. در زمستان کمتر از تابستان است. لایه اصلی و پایینی اتمسفر شامل بیش از 80 درصد از کل جرم هوای جو و حدود 90 درصد از کل بخار آب موجود در جو است. تلاطم و همرفت در تروپوسفر بسیار توسعه یافته است، ابرها به وجود می آیند و طوفان ها و پادسیکلون ها توسعه می یابند. دما با افزایش ارتفاع با شیب عمودی متوسط ​​0.65 درجه در 100 متر کاهش می یابد.

تروپوپوز

لایه گذار از تروپوسفر به استراتوسفر، لایه ای از جو که در آن کاهش دما با ارتفاع متوقف می شود.

استراتوسفر

لایه ای از جو که در ارتفاع 11 تا 50 کیلومتری قرار دارد. با تغییر جزئی دما در لایه 11-25 کیلومتری (لایه پایین تر استراتوسفر) و افزایش دما در لایه 25-40 کیلومتری از 56.5- تا 0.8 درجه سانتی گراد (لایه بالایی استراتوسفر یا منطقه وارونگی) مشخص می شود. . با رسیدن به مقدار حدود 273 کلوین (تقریبا 0 درجه سانتیگراد) در ارتفاع حدود 40 کیلومتری، دما تا ارتفاع حدود 55 کیلومتری ثابت می ماند. این ناحیه با دمای ثابت استراتوپوز نامیده می شود و مرز بین استراتوسفر و مزوسفر است.

استراتوپوز

لایه مرزی جو بین استراتوسفر و مزوسفر. در توزیع عمودی دما حداکثر (حدود 0 درجه سانتیگراد) وجود دارد.

مزوسفر

مزوسفر از ارتفاع 50 کیلومتری شروع می شود و تا 80-90 کیلومتر گسترش می یابد. دما با ارتفاع با شیب عمودی متوسط ​​(0.25-0.3) درجه / 100 متر کاهش می یابد. فرآیند اصلی انرژی انتقال حرارت تابشی است. فرآیندهای فتوشیمیایی پیچیده شامل رادیکال های آزاد، مولکول های برانگیخته ارتعاشی و غیره باعث درخشندگی اتمسفر می شوند.

مزوپوز

لایه انتقالی بین مزوسفر و ترموسفر. حداقل در توزیع عمودی دما (حدود -90 درجه سانتیگراد) وجود دارد.

خط کارمان

ارتفاع از سطح دریا که به طور معمول به عنوان مرز بین جو زمین و فضا پذیرفته شده است. طبق تعریف FAI خط کارمان در ارتفاع 100 کیلومتری از سطح دریا قرار دارد.

مرز جو زمین

ترموسفر

حد بالایی حدود 800 کیلومتر است. درجه حرارت تا ارتفاعات 200-300 کیلومتر افزایش می یابد، جایی که به مقادیری در حد 1500 کلوین می رسد، پس از آن تقریباً تا ارتفاعات بالا ثابت می ماند. تحت تأثیر تابش خورشیدی فرابنفش و اشعه ایکس و تابش کیهانی، یونیزاسیون هوا ("شفق های قطبی") رخ می دهد - مناطق اصلی یونوسفر در داخل ترموسفر قرار دارند. در ارتفاعات بالای 300 کیلومتر، اکسیژن اتمی غالب است. حد بالایی ترموسفر تا حد زیادی توسط فعالیت فعلی خورشید تعیین می شود. در دوره های فعالیت کم - به عنوان مثال، در سال 2008-2009 - کاهش قابل توجهی در اندازه این لایه وجود دارد.

ترموپوز

منطقه جو در مجاورت ترموسفر. در این منطقه، جذب تابش خورشیدی ناچیز است و دما در واقع با ارتفاع تغییر نمی کند.

اگزوسفر (کره پراکنده)

اگزوسفر یک منطقه پراکندگی، قسمت بیرونی ترموسفر است که در بالای 700 کیلومتر قرار دارد. گاز موجود در اگزوسفر بسیار کمیاب است و از اینجا ذرات آن به فضای بین سیاره‌ای نشت می‌کنند (پراکندگی).

تا ارتفاع 100 کیلومتری، جو مخلوطی همگن و مخلوط از گازها است. در لایه‌های بالاتر، توزیع گازها بر اساس ارتفاع به وزن مولکولی آنها بستگی دارد. به دلیل کاهش چگالی گاز، دما از 0 درجه سانتیگراد در استراتوسفر به 110- درجه سانتیگراد در مزوسفر کاهش می یابد. با این حال، انرژی جنبشی ذرات منفرد در ارتفاعات 200-250 کیلومتری با دمای ~150 درجه سانتیگراد مطابقت دارد. در بالای 200 کیلومتر، نوسانات قابل توجهی در دما و چگالی گاز در زمان و مکان مشاهده می شود.

در ارتفاع حدود 2000-3500 کیلومتری، اگزوسفر به تدریج به خلاء به اصطلاح نزدیک به فضا تبدیل می شود که با ذرات بسیار کمیاب گاز بین سیاره ای، عمدتاً اتم های هیدروژن، پر می شود. اما این گاز تنها بخشی از ماده بین سیاره ای را نشان می دهد. بخش دیگر شامل ذرات غبار با منشأ دنباله‌دار و شهاب‌سنگ است. علاوه بر ذرات غبار بسیار کمیاب، تشعشعات الکترومغناطیسی و جسمی با منشاء خورشیدی و کهکشانی به این فضا نفوذ می کند.

تروپوسفر حدود 80٪ از جرم جو را تشکیل می دهد، استراتوسفر - حدود 20٪. جرم مزوسفر بیش از 0.3٪ نیست، ترموسفر کمتر از 0.05٪ از کل جرم جو است. بر اساس خواص الکتریکی موجود در جو، نوترونوسفر و یونوسفر متمایز می شوند. در حال حاضر اعتقاد بر این است که جو تا ارتفاع 2000-3000 کیلومتری گسترش می یابد.

بسته به ترکیب گاز موجود در جو، هموسفر و هتروسفر متمایز می شوند. هتروسفر ناحیه ای است که گرانش بر جداسازی گازها تأثیر می گذارد، زیرا اختلاط آنها در چنین ارتفاعی ناچیز است. این به معنای ترکیب متغیر هتروسفر است. در زیر آن یک بخش کاملاً مخلوط و همگن از جو قرار دارد که هموسفر نامیده می شود. مرز بین این لایه ها توربوپوز نامیده می شود و در ارتفاع حدود 120 کیلومتری قرار دارد.

سایر خواص جو و اثرات آن بر بدن انسان

در حال حاضر در ارتفاع 5 کیلومتری از سطح دریا، یک فرد آموزش ندیده شروع به تجربه گرسنگی اکسیژن می کند و بدون سازگاری، عملکرد فرد به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. منطقه فیزیولوژیکی جو در اینجا به پایان می رسد. تنفس انسان در ارتفاع 9 کیلومتری غیرممکن می شود، اگرچه تا 115 کیلومتری جو حاوی اکسیژن است.

اتمسفر اکسیژن لازم برای تنفس را برای ما تامین می کند. با این حال، به دلیل کاهش فشار کل جو با بالا رفتن از ارتفاع، فشار جزئی اکسیژن نیز به همین ترتیب کاهش می یابد.

ریه های انسان دائماً حاوی حدود 3 لیتر هوای آلوئولی هستند. فشار جزئی اکسیژن در هوای آلوئولی در فشار معمولی اتمسفر 110 میلی متر جیوه است. هنر، فشار دی اکسید کربن - 40 میلی متر جیوه. هنر، و بخار آب - 47 میلی متر جیوه. هنر با افزایش ارتفاع، فشار اکسیژن کاهش می یابد و فشار کل بخار آب و دی اکسید کربن در ریه ها تقریباً ثابت می ماند - حدود 87 میلی متر جیوه. هنر هنگامی که فشار هوای محیط برابر با این مقدار شود، اکسیژن رسانی به ریه ها به طور کامل متوقف می شود.

در ارتفاع حدود 19-20 کیلومتری، فشار اتمسفر به 47 میلی متر جیوه کاهش می یابد. هنر بنابراین در این ارتفاع آب و مایع بینابینی در بدن انسان شروع به جوشیدن می کنند. در خارج از کابین تحت فشار در این ارتفاعات، مرگ تقریباً بلافاصله اتفاق می افتد. بنابراین، از نقطه نظر فیزیولوژی انسان، "فضا" در ارتفاع 15-19 کیلومتری شروع می شود.

لایه های متراکم هوا - تروپوسفر و استراتوسفر - ما را از اثرات مخرب تشعشع محافظت می کند. با کمیاب شدن کافی هوا، در ارتفاعات بیش از 36 کیلومتر، تابش یونیزان - پرتوهای کیهانی اولیه - تأثیر شدیدی بر بدن دارد. در ارتفاعات بیش از 40 کیلومتر، قسمت فرابنفش طیف خورشیدی برای انسان خطرناک است.

همانطور که ما به ارتفاع بیشتر از سطح زمین بالا می رویم، پدیده های آشنای مشاهده شده در لایه های پایینی جو مانند انتشار صدا، وقوع برآمدگی و کشش آیرودینامیکی، انتقال حرارت توسط همرفت و غیره به تدریج ضعیف شده و سپس به طور کامل ناپدید می شوند.

در لایه های کمیاب هوا، انتشار صدا غیرممکن است. تا ارتفاع 60 تا 90 کیلومتری همچنان می توان از مقاومت هوا و بالابر برای پرواز آیرودینامیکی کنترل شده استفاده کرد. اما با شروع از ارتفاعات 100-130 کیلومتری، مفاهیم عدد M و دیوار صوتی، که برای هر خلبانی آشناست، معنای خود را از دست می دهند: خط معمولی کارمان وجود دارد، که فراتر از آن منطقه پرواز صرفا بالستیک آغاز می شود، که فقط می تواند با استفاده از نیروهای واکنشی کنترل شود.

در ارتفاعات بالای 100 کیلومتر، جو از ویژگی قابل توجه دیگری محروم می شود - توانایی جذب، هدایت و انتقال انرژی حرارتی به وسیله همرفت (یعنی با مخلوط کردن هوا). این بدان معنی است که عناصر مختلف تجهیزات در ایستگاه فضایی مداری نمی توانند از بیرون به همان روشی که معمولاً در هواپیما انجام می شود - با کمک جت های هوا و رادیاتورهای هوا - خنک شوند. در این ارتفاع، مانند فضا به طور کلی، تنها راه انتقال گرما، تابش حرارتی است.

تاریخچه تشکیل اتمسفر

بر اساس رایج ترین نظریه، جو زمین در طول زمان دارای سه ترکیب مختلف بوده است. در ابتدا شامل گازهای سبک (هیدروژن و هلیوم) بود که از فضای بین سیاره ای گرفته می شد. این به اصطلاح جو اولیه است (حدود چهار میلیارد سال پیش). در مرحله بعد، فعالیت فعال آتشفشانی منجر به اشباع شدن جو با گازهایی غیر از هیدروژن (دی اکسید کربن، آمونیاک، بخار آب) شد. جو ثانویه اینگونه شکل گرفت (حدود سه میلیارد سال قبل از امروز). این فضا ترمیم کننده بود. علاوه بر این، فرآیند تشکیل اتمسفر توسط عوامل زیر تعیین شد:

• نشت گازهای سبک (هیدروژن و هلیوم) به فضای بین سیاره ای؛
• واکنش های شیمیایی که در جو تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش، تخلیه رعد و برق و برخی عوامل دیگر رخ می دهد.

به تدریج، این عوامل منجر به تشکیل یک اتمسفر سوم شد که با هیدروژن بسیار کمتر و نیتروژن و دی اکسید کربن بسیار بیشتر (که در نتیجه واکنش های شیمیایی از آمونیاک و هیدروکربن ها ایجاد می شود) مشخص می شود.

نیتروژن

تشکیل مقدار زیادی نیتروژن N2 به دلیل اکسیداسیون جو آمونیاک-هیدروژن توسط اکسیژن مولکولی O2 است که در نتیجه فتوسنتز از 3 میلیارد سال پیش از سطح سیاره شروع به بیرون آمدن کرد. نیتروژن N2 نیز در نتیجه نیترات زدایی نیترات ها و سایر ترکیبات حاوی نیتروژن در جو آزاد می شود. نیتروژن در اتمسفر فوقانی توسط ازن به NO اکسید می شود.

نیتروژن N2 فقط در شرایط خاص (به عنوان مثال، در هنگام تخلیه رعد و برق) واکنش نشان می دهد. اکسیداسیون نیتروژن مولکولی توسط ازن در هنگام تخلیه الکتریکی به مقدار کم در تولید صنعتی کودهای نیتروژنی استفاده می شود. سیانوباکتری ها می توانند با مصرف کم انرژی آن را اکسید کرده و به شکل فعال بیولوژیکی تبدیل کنند. جلبک سبز آبی رنگ) و باکتری های ندول که همزیستی ریزوبیایی با گیاهان حبوبات ایجاد می کنند، به اصطلاح. کود کشاورزی سبز.

اکسیژن

ترکیب جو با ظهور موجودات زنده روی زمین، در نتیجه فتوسنتز، همراه با آزاد شدن اکسیژن و جذب دی اکسید کربن، شروع به تغییر اساسی کرد. در ابتدا، اکسیژن برای اکسیداسیون ترکیبات احیا شده - آمونیاک، هیدروکربن ها، شکل آهنی آهن موجود در اقیانوس ها و غیره صرف شد. در پایان این مرحله، محتوای اکسیژن در جو شروع به افزایش کرد. به تدریج فضایی مدرن با خواص اکسید کننده شکل گرفت. از آنجایی که این امر باعث تغییرات جدی و ناگهانی در بسیاری از فرآیندهای رخ داده در جو، لیتوسفر و بیوسفر شد، این رویداد را فاجعه اکسیژن نامیدند.

در طول دوره فانوزوئیک، ترکیب اتمسفر و محتوای اکسیژن دستخوش تغییراتی شد. آنها در درجه اول با میزان رسوب رسوب آلی مرتبط بودند. بنابراین، در طول دوره های انباشت زغال سنگ، محتوای اکسیژن در جو ظاهراً به طور قابل توجهی از سطح مدرن فراتر رفت.

دی اکسید کربن

محتوای CO2 در جو به فعالیت های آتشفشانی و فرآیندهای شیمیایی در پوسته های زمین بستگی دارد، اما بیشتر از همه به شدت بیوسنتز و تجزیه مواد آلی در بیوسفر زمین بستگی دارد. تقریباً کل زیست توده فعلی سیاره (حدود 2.4 1012 تن) به دلیل دی اکسید کربن، نیتروژن و بخار آب موجود در هوای اتمسفر تشکیل شده است. مواد ارگانیک مدفون در اقیانوس ها، مرداب ها و جنگل ها به زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی تبدیل می شوند.

گازهای نجیب

منبع گازهای نجیب - آرگون، هلیوم و کریپتون - فوران های آتشفشانی و فروپاشی عناصر رادیواکتیو است. زمین به طور کلی و جو به طور خاص در مقایسه با فضا از گازهای بی اثر تهی شده اند. اعتقاد بر این است که دلیل این امر در نشت مداوم گازها به فضای بین سیاره ای است.

آلودگی هوا

اخیراً، انسان شروع به تأثیرگذاری بر تکامل جو کرده است. نتیجه فعالیت های او افزایش مداوم محتوای دی اکسید کربن در جو به دلیل احتراق سوخت های هیدروکربنی انباشته شده در دوره های قبلی زمین شناسی بود. مقادیر زیادی CO2 در طول فتوسنتز مصرف می شود و توسط اقیانوس های جهان جذب می شود. این گاز به دلیل تجزیه سنگ های کربناته و مواد آلی با منشاء گیاهی و حیوانی و همچنین در اثر فعالیت های آتشفشانی و صنعتی انسان وارد جو می شود. در طول 100 سال گذشته، محتوای CO2 در جو 10٪ افزایش یافته است که بخش عمده آن (360 میلیارد تن) از احتراق سوخت ناشی می شود. اگر سرعت رشد احتراق سوخت ادامه یابد، در 200-300 سال آینده میزان CO2 در جو دو برابر خواهد شد و می تواند منجر به تغییرات آب و هوایی جهانی شود.

احتراق سوخت منبع اصلی گازهای آلاینده (CO، NO، SO2) است. دی اکسید گوگرد توسط اکسیژن اتمسفر به SO3 و اکسید نیتروژن به NO2 در لایه های بالایی اتمسفر اکسید می شود که به نوبه خود با بخار آب واکنش می دهد و در نتیجه اسید سولفوریک H2SO4 و اسید نیتریک HNO3 به شکل به اصطلاح به سطح زمین می افتند. باران اسیدی. استفاده از موتورهای احتراق داخلی منجر به آلودگی جوی قابل توجه با اکسیدهای نیتروژن، هیدروکربن ها و ترکیبات سرب (تترااتیل سرب) Pb(CH3CH2)4 می شود.

آلودگی هوا از طریق هوا هم به دلایل طبیعی (فوران های آتشفشانی، طوفان های گرد و غبار، حباب قطرات آب دریا و گرده گیاهان و غیره) و فعالیت های اقتصادی انسان (استخراج سنگ معدن و ...) ایجاد می شود. مصالح ساختمانیاحتراق سوخت، تولید سیمان و غیره). انتشار شدید ذرات معلق در جو یکی از دلایل احتمالی تغییرات آب و هوایی در این سیاره است.

(121 بار بازدید شده، 1 بازدید امروز)

اتمسفر همان چیزی است که زندگی بر روی زمین را ممکن می کند. ما اولین اطلاعات و حقایق مربوط به جو را دریافت می کنیم دبستان. در دبیرستان در درس جغرافیا با این مفهوم بیشتر آشنا می شویم.

مفهوم جو زمین

نه تنها زمین، بلکه جو دیگری نیز دارد اجرام آسمانی. این نامی است که به پوسته گازی اطراف سیارات داده شده است. ترکیب این لایه گازی بین سیارات مختلف به طور قابل توجهی متفاوت است. بیایید به اطلاعات اولیه و حقایق در مورد دیگری که هوا نامیده می شود نگاه کنیم.

مهمترین جزء آن اکسیژن است. برخی افراد به اشتباه تصور می کنند که جو زمین کاملاً از اکسیژن تشکیل شده است، اما در واقع هوا مخلوطی از گازها است. 78 درصد نیتروژن و 21 درصد اکسیژن دارد. یک درصد باقیمانده شامل ازن، آرگون، دی اکسید کربن و بخار آب است. اگرچه درصد این گازها اندک است، اما آنها عملکرد مهمی را انجام می دهند - آنها بخش قابل توجهی از انرژی تابشی خورشید را جذب می کنند و در نتیجه مانع از تبدیل شدن تمام حیات در سیاره ما به خاکستر توسط نور می شوند. خواص جو بسته به ارتفاع تغییر می کند. مثلاً در ارتفاع 65 کیلومتری نیتروژن 86 درصد و اکسیژن 19 درصد است.

ترکیب جو زمین

• دی اکسید کربنبرای تغذیه گیاه لازم است. در نتیجه فرآیند تنفس موجودات زنده، پوسیدگی و احتراق در جو ظاهر می شود. فقدان آن در جو وجود هر گونه گیاهی را غیرممکن می کند.
• اکسیژن- یک جزء حیاتی جو برای انسان. وجود آن شرط وجود همه موجودات زنده است. حدود 20 درصد از حجم کل گازهای اتمسفر را تشکیل می دهد.
• ازنیک جاذب طبیعی تابش فرابنفش خورشیدی است که تأثیر مخربی بر موجودات زنده دارد. بیشتر آن یک لایه مجزا از جو را تشکیل می دهد - صفحه ازن. اخیراً فعالیت های انسانی به این واقعیت منجر شده است که به تدریج شروع به فروپاشی می کند ، اما از آنجایی که از اهمیت بالایی برخوردار است ، کارهای فعالی برای حفظ و بازسازی آن انجام می شود.
• بخار آبرطوبت هوا را تعیین می کند. محتوای آن ممکن است بسته به عوامل مختلف متفاوت باشد: دمای هوا، موقعیت سرزمینی، فصل در دماهای پایین بخار آب بسیار کمی در هوا وجود دارد، شاید کمتر از یک درصد و در دماهای بالا مقدار آن به 4 درصد می رسد.
• علاوه بر تمام موارد فوق، ترکیب اتمسفر زمینهمیشه درصد مشخصی وجود دارد ناخالصی جامد و مایع. اینها دوده، خاکستر، نمک دریا، گرد و غبار، قطرات آب، میکروارگانیسم ها هستند. آنها می توانند به طور طبیعی و انسانی وارد هوا شوند.

لایه های جو

دما، چگالی و ترکیب کیفیت هوا در سراسر یکسان نیست ارتفاع های مختلف. به همین دلیل مرسوم است که لایه های مختلف جو را از هم متمایز می کنند. هر کدام از آنها ویژگی های خاص خود را دارند. بیایید دریابیم که چه لایه هایی از جو متمایز می شوند:

• تروپوسفر - این لایه اتمسفر نزدیکترین لایه به سطح زمین است. ارتفاع آن از قطب ها 8-10 کیلومتر و در مناطق گرمسیری 16-18 کیلومتر است. 90 درصد تمام بخار آب موجود در جو در اینجا قرار دارد، بنابراین تشکیل ابر فعال رخ می دهد. همچنین در این لایه فرآیندهایی مانند حرکت هوا (باد)، تلاطم و همرفت مشاهده می شود. دامنه دما از +45 درجه در ظهر تا زمان گرمسال در مناطق استوایی تا -65 درجه در قطب.
• استراتوسفر دومین لایه دورافتاده جو است. در ارتفاع 11 تا 50 کیلومتری قرار دارد. در لایه پایینی استراتوسفر دما تقریباً 55- است و با دور شدن از زمین به +1 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. این ناحیه وارونگی نامیده می شود و مرز استراتوسفر و مزوسفر است.
• مزوسفر در ارتفاع 50 تا 90 کیلومتری قرار دارد. دما در مرز پایین آن حدود 0 است، در بالا به -80...-90 ˚С می رسد. شهاب‌سنگ‌هایی که وارد جو زمین می‌شوند به طور کامل در مزوسفر می‌سوزند و باعث می‌شوند تا در اینجا درخشش هوا رخ دهد.
• ضخامت ترموسفر تقریباً 700 کیلومتر است. شفق شمالی در این لایه جو ظاهر می شود. آنها به دلیل تأثیر تشعشعات کیهانی و تشعشعات ساطع شده از خورشید ظاهر می شوند.
• اگزوسفر ناحیه ای از پراکندگی هوا است. در اینجا غلظت گازها کم است و به تدریج به فضای بین سیاره ای فرار می کنند.

مرز بین جو زمین و فضای بیرونی 100 کیلومتر در نظر گرفته شده است. این خط را خط کارمان می نامند.

فشار جو

هنگام گوش دادن به پیش بینی آب و هوا، اغلب خوانش فشار هوا را می شنویم. اما فشار اتمسفر به چه معناست و چگونه می تواند بر ما تأثیر بگذارد؟

ما متوجه شدیم که هوا از گازها و ناخالصی ها تشکیل شده است. هر یک از این اجزا وزن خاص خود را دارند، به این معنی که جو بی وزن نیست، همانطور که تا قرن هفدهم تصور می شد. فشار اتمسفر نیرویی است که با آن تمام لایه های جو بر سطح زمین و همه اجسام فشار می آورند.

دانشمندان محاسبات پیچیده ای را انجام دادند و ثابت کردند که اتمسفر با نیروی 10333 کیلوگرم بر متر مربع فشار می آورد. به معنای، بدن انساندر معرض فشار هوا که وزن آن 12-15 تن است. چرا ما این را احساس نمی کنیم؟ این فشار درونی ماست که ما را نجات می دهد و باعث تعادل بیرونی می شود. شما می توانید فشار اتمسفر را در هواپیما یا در ارتفاعات کوهستانی احساس کنید، زیرا فشار اتمسفر در ارتفاع بسیار کمتر است. در این حالت، ناراحتی جسمی، انسداد گوش و سرگیجه ممکن است.

در مورد فضای اطراف می توان چیزهای زیادی گفت. ما چیزهای زیادی در مورد او می دانیم حقایق جالبو برخی از آنها ممکن است تعجب آور به نظر برسند:

• وزن جو زمین 5,300,000,000,000,000 تن است.
• انتقال صدا را تقویت می کند. در ارتفاع بیش از 100 کیلومتری این خاصیت به دلیل تغییر در ترکیب جو از بین می رود.
• حرکت جو در اثر گرمای ناهموار سطح زمین تحریک می شود.
• برای تعیین دمای هوا از دماسنج و برای تعیین فشار جو از فشارسنج استفاده می شود.
• وجود جو سیاره ما را از 100 تن شهاب سنگ در روز نجات می دهد.
• ترکیب هوا برای چند صد میلیون سال ثابت بود، اما با شروع فعالیت های صنعتی سریع شروع به تغییر کرد.
• اعتقاد بر این است که جو به سمت بالا تا ارتفاع 3000 کیلومتری گسترش می یابد.

اهمیت جو برای انسان

منطقه فیزیولوژیکی جو 5 کیلومتر است. در ارتفاع 5000 متری از سطح دریا، فرد شروع به تجربه گرسنگی اکسیژن می کند که با کاهش عملکرد و بدتر شدن رفاه بیان می شود. این نشان می دهد که یک فرد نمی تواند در فضایی که این مخلوط شگفت انگیز از گازها وجود ندارد زنده بماند.

تمام اطلاعات و حقایق در مورد جو فقط اهمیت آن را برای مردم تایید می کند. به لطف حضور آن، امکان توسعه حیات بر روی زمین فراهم شد. در حال حاضر، با ارزیابی مقیاس آسیبی که بشریت می تواند از طریق اعمال خود به هوای حیات بخش وارد کند، باید به فکر اقدامات بیشتر برای حفظ و احیای جو باشیم.