Bầu khí quyển của trái đất có trật tự. Các lớp khí quyển, cấu trúc của các lớp khí quyển

Không khí trong khí quyển bao gồm nitơ (77,99%), oxy (21%), khí trơ (1%) và khí cacbonic(0,01%). Tỷ lệ carbon dioxide tăng lên theo thời gian do các sản phẩm đốt cháy nhiên liệu được thải vào khí quyển, ngoài ra, diện tích rừng hấp thụ carbon dioxide và giải phóng oxy cũng giảm đi.

Bầu khí quyển cũng chứa một lượng nhỏ ozone, tập trung ở độ cao khoảng 25-30 km và tạo thành cái gọi là tầng ozone. Lớp này tạo ra một rào cản đối với bức xạ cực tím của mặt trời, gây nguy hiểm cho các sinh vật sống trên Trái đất.

Ngoài ra, bầu khí quyển còn chứa hơi nước và các tạp chất khác nhau - hạt bụi, tro núi lửa, bồ hóng, v.v. Nồng độ tạp chất cao hơn ở gần bề mặt trái đất và ở một số khu vực nhất định: phía trên các thành phố lớn, sa mạc.

Tầng đối lưu- thấp hơn, nó chứa hầu hết không khí và. Độ cao của lớp này thay đổi: từ 8-10 km ở vùng nhiệt đới đến 16-18 km ở vùng gần xích đạo. trong tầng đối lưu nó giảm khi tăng lên: 6°C/km. Thời tiết được hình thành ở tầng đối lưu, gió, mưa, mây, lốc xoáy và xoáy thuận được hình thành.

Lớp khí quyển tiếp theo là tầng bình lưu. Không khí trong đó loãng hơn nhiều và có ít hơi nước hơn trong đó. Nhiệt độ ở phần dưới của tầng bình lưu là -60 - -80°C và giảm dần theo độ cao. Tầng bình lưu nằm ở tầng ozone. Tầng bình lưu được đặc trưng bởi tốc độ gió cao (lên tới 80-100 m/giây).

Tầng trung lưu- tầng giữa của khí quyển, nằm phía trên tầng bình lưu ở độ cao từ 50 đến S0-S5 km. Tầng trung lưu được đặc trưng bởi sự giảm nhiệt độ trung bình với độ cao từ 0°C ở ranh giới dưới đến -90°C ở ranh giới trên. Gần ranh giới phía trên của tầng trung lưu, người ta quan sát thấy những đám mây dạ quang được mặt trời chiếu sáng vào ban đêm. Áp suất không khí ở ranh giới trên của tầng trung lưu nhỏ hơn 200 lần so với bề mặt trái đất.

Nhiệt quyển- nằm phía trên tầng trung lưu, ở độ cao từ SO đến 400-500 km, trong đó nhiệt độ lúc đầu tăng chậm và sau đó bắt đầu tăng nhanh trở lại. Nguyên nhân là do sự hấp thụ bức xạ cực tím từ Mặt trời ở độ cao 150-300 km. Trong tầng nhiệt điện, nhiệt độ liên tục tăng lên đến độ cao khoảng 400 km, có nơi đạt tới 700 - 1500 ° C (tùy thuộc vào hoạt động của mặt trời). Dưới ảnh hưởng của tia cực tím, tia X và bức xạ vũ trụ, quá trình ion hóa không khí (“cực quang”) cũng xảy ra. Các khu vực chính của tầng điện ly nằm trong tầng nhiệt điện.

Tầng ngoài- lớp bên ngoài, loãng nhất của khí quyển, nó bắt đầu ở độ cao 450-000 km, và ranh giới phía trên của nó nằm ở khoảng cách vài nghìn km tính từ bề mặt trái đất, nơi nồng độ các hạt trở nên giống như trong liên hành tinh không gian. Tầng ngoài bao gồm khí bị ion hóa (plasma); phần dưới và phần giữa của tầng ngoài chủ yếu bao gồm oxy và nitơ; Với độ cao ngày càng tăng, nồng độ tương đối của các loại khí nhẹ, đặc biệt là hydro bị ion hóa, tăng lên nhanh chóng. Nhiệt độ ở tầng ngoài là 1300-3000° C; nó phát triển yếu theo chiều cao. Các vành đai bức xạ của Trái đất chủ yếu nằm ở tầng ngoài vũ trụ.

Thế giới xung quanh chúng ta được hình thành từ ba phần rất khác nhau: đất, nước và không khí. Mỗi người trong số họ đều độc đáo và thú vị theo cách riêng của nó. Bây giờ chúng ta sẽ chỉ nói về cái cuối cùng trong số họ. Khí quyển là gì? Nó đã xảy ra như thế nào? Nó bao gồm những gì và được chia thành những phần nào? Tất cả những câu hỏi này đều vô cùng thú vị.

Bản thân cái tên “bầu không khí” được hình thành từ hai từ có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp, được dịch sang tiếng Nga, chúng có nghĩa là “hơi nước” và “quả bóng”. Và nếu bạn nhìn Định nghĩa chính xác, thì bạn có thể đọc đoạn sau: “Bầu khí quyển là lớp vỏ không khí của hành tinh Trái đất, di chuyển cùng với nó trong không gian vũ trụ.” Nó phát triển song song với các quá trình địa chất, địa hóa diễn ra trên hành tinh. Và ngày nay tất cả các quá trình xảy ra trong cơ thể sống đều phụ thuộc vào nó. Nếu không có bầu khí quyển, hành tinh này sẽ trở thành sa mạc không có sự sống, giống như Mặt trăng.

Nó bao gồm những gì?

Câu hỏi bầu không khí là gì và những yếu tố nào có trong nó đã được mọi người quan tâm từ lâu. Các thành phần chính của lớp vỏ này đã được biết đến vào năm 1774. Chúng được lắp đặt bởi Antoine Lavoisier. Ông phát hiện ra rằng thành phần của khí quyển hầu hếtđược hình thành từ nitơ và oxy. Theo thời gian, các thành phần của nó đã được tinh chế. Và bây giờ người ta biết rằng nó chứa nhiều loại khí khác, cũng như nước và bụi.

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn những gì tạo nên bầu khí quyển gần bề mặt của Trái đất. Khí phổ biến nhất là nitơ. Nó chứa hơn 78 phần trăm một chút. Tuy nhiên, mặc dù có lượng lớn như vậy nhưng nitơ thực tế không hoạt động trong không khí.

Yếu tố tiếp theo về số lượng và rất quan trọng là oxy. Khí này chứa gần 21% và có hoạt tính rất cao. Chức năng cụ thể của nó là oxy hóa các chất hữu cơ chết, bị phân hủy do phản ứng này.

Khí thấp nhưng quan trọng

Khí thứ ba là một phần của khí quyển là argon. Đó là ít hơn một phần trăm. Sau đó là carbon dioxide với neon, helium với metan, krypton với hydro, xenon, ozone và thậm chí cả amoniac. Nhưng có rất ít trong số đó phần trăm của các thành phần đó bằng phần trăm, phần nghìn và phần triệu. Trong số này, chỉ có carbon dioxide đóng vai trò quan trọng vì nó là vật liệu xây dựng mà thực vật cần cho quá trình quang hợp. Cái khác của anh ấy chức năng quan trọng là để chặn bức xạ và hấp thụ một phần nhiệt lượng mặt trời.

Một loại khí nhỏ nhưng quan trọng khác, ozone tồn tại để bẫy bức xạ cực tím đến từ Mặt trời. Nhờ đặc tính này, mọi sự sống trên hành tinh đều được bảo vệ một cách đáng tin cậy. Mặt khác, ozone ảnh hưởng đến nhiệt độ của tầng bình lưu. Do hấp thụ bức xạ này nên không khí nóng lên.

Sự ổn định của thành phần định lượng của khí quyển được duy trì bằng cách trộn không ngừng. Các lớp của nó di chuyển theo cả chiều ngang và chiều dọc. Vì thế, ở bất cứ đâu khối cầu có đủ oxy và không có lượng carbon dioxide dư thừa.

Có gì khác trong không khí?

Cần lưu ý rằng hơi nước và bụi có thể được tìm thấy trong không phận. Loại thứ hai bao gồm các hạt phấn hoa và đất, trong thành phố, chúng được kết hợp bởi các tạp chất phát thải rắn từ khí thải.

Nhưng có rất nhiều nước trong khí quyển. Trong những điều kiện nhất định, nó ngưng tụ và xuất hiện mây và sương mù. Về bản chất, những thứ này giống nhau, chỉ có những cái đầu tiên xuất hiện ở trên cao so với bề mặt Trái đất và cái cuối cùng lan dọc theo nó. Những đám mây có nhiều hình dạng khác nhau. Quá trình này phụ thuộc vào độ cao so với Trái đất.

Nếu chúng hình thành cách đất liền 2 km thì chúng được gọi là phân lớp. Chính từ họ mà mưa đổ xuống đất hoặc tuyết rơi. Phía trên chúng, những đám mây tích hình thành ở độ cao tới 8 km. Chúng luôn đẹp nhất và đẹp nhất. Họ là những người nhìn vào chúng và tự hỏi chúng trông như thế nào. Nếu những thành tạo như vậy xuất hiện trong 10 km tới, chúng sẽ rất nhẹ và thoáng mát. Tên của họ là lông vũ.

Khí quyển được chia thành những lớp nào?

Mặc dù chúng có nhiệt độ rất khác nhau nhưng rất khó để biết một lớp bắt đầu và lớp kia kết thúc ở độ cao cụ thể nào. Sự phân chia này rất có điều kiện và mang tính gần đúng. Tuy nhiên, các lớp khí quyển vẫn tồn tại và thực hiện chức năng của chúng.

Phần thấp nhất của vỏ không khí được gọi là tầng đối lưu. Độ dày của nó tăng lên khi nó di chuyển từ cực đến xích đạo từ 8 đến 18 km. Đây là phần ấm nhất của bầu khí quyển vì không khí trong đó được bề mặt trái đất đốt nóng. Phần lớn hơi nước tập trung ở tầng đối lưu, đó là lý do tại sao mây hình thành, mưa rơi, giông bão ầm ầm và gió thổi.

Lớp tiếp theo dày khoảng 40 km và được gọi là tầng bình lưu. Nếu một người quan sát di chuyển vào phần không khí này, anh ta sẽ thấy bầu trời đã chuyển sang màu tím. Điều này được giải thích là do mật độ thấp của chất, thực tế không làm tán xạ tia nắng mặt trời. Chính trong lớp này mà máy bay phản lực bay. Tất cả các không gian mở đều mở cho họ, vì thực tế không có mây. Bên trong tầng bình lưu có một lớp gồm số lượng lớn khí quyển.

Sau đó là tầng bình lưu và tầng trung lưu. Lớp sau dày khoảng 30 km. Nó được đặc trưng bởi sự giảm mạnh về mật độ không khí và nhiệt độ. Bầu trời có vẻ đen đối với người quan sát. Ở đây bạn thậm chí có thể ngắm sao vào ban ngày.

Các lớp thực tế không có không khí

Cấu trúc của khí quyển tiếp tục với một lớp gọi là tầng nhiệt - lớp dài nhất trong số các tầng khác, độ dày của nó đạt tới 400 km. Lớp này được phân biệt bởi nhiệt độ rất lớn, có thể lên tới 1700 ° C.

Hai quả cầu cuối cùng thường được kết hợp thành một và gọi là tầng điện ly. Điều này là do thực tế là các phản ứng xảy ra trong chúng với sự giải phóng các ion. Chính những lớp này đã giúp chúng ta có thể quan sát được một hiện tượng tự nhiên như cực quang.

50 km tiếp theo tính từ Trái đất được phân bổ cho tầng ngoài. Đây là lớp vỏ bên ngoài của khí quyển. Nó phân tán các hạt không khí vào không gian. Các vệ tinh thời tiết thường di chuyển trong lớp này.

Bầu khí quyển của Trái đất kết thúc bằng từ quyển. Chính cô ấy là người che chở cho hầu hết các vệ tinh nhân tạo của hành tinh.

Sau tất cả những gì đã nói, sẽ không còn câu hỏi nào về bầu không khí nữa. Nếu bạn nghi ngờ về sự cần thiết của nó, chúng có thể dễ dàng bị xua tan.

Ý nghĩa của khí quyển

Chức năng chính của khí quyển là bảo vệ bề mặt hành tinh khỏi quá nóng ban ngày và làm mát quá mức vào ban đêm. Mục đích quan trọng tiếp theo của lớp vỏ này mà không ai có thể bàn cãi là cung cấp oxy cho mọi sinh vật. Nếu không có điều này họ sẽ chết ngạt.

Hầu hết các thiên thạch đều bốc cháy ở các tầng trên và không bao giờ chạm tới bề mặt Trái đất. Và mọi người có thể chiêm ngưỡng những ánh sáng bay và nhầm chúng với những ngôi sao băng. Nếu không có bầu khí quyển, toàn bộ Trái đất sẽ tràn ngập các miệng hố. Và việc bảo vệ khỏi bức xạ mặt trời đã được thảo luận ở trên.

Làm thế nào để một người ảnh hưởng đến bầu không khí?

Rất tiêu cực. Điều này là do hoạt động ngày càng tăng của con người. Phần chính của tất cả các khía cạnh tiêu cực rơi vào ngành công nghiệp và giao thông vận tải. Nhân tiện, ô tô thải ra gần 60% tổng lượng chất ô nhiễm xâm nhập vào khí quyển. Bốn mươi còn lại được phân chia giữa năng lượng và công nghiệp, cũng như các ngành xử lý chất thải.

Danh sách Những chất gây hại, hàng ngày bổ sung thành phần không khí, rất dài. Do vận chuyển trong khí quyển có: nitơ và lưu huỳnh, carbon, xanh lam và bồ hóng, cũng như chất gây ung thư mạnh gây ung thư da - benzopyrene.

Ngành công nghiệp này sử dụng các nguyên tố hóa học sau: sulfur dioxide, hydrocarbon và hydrogen sulfide, amoniac và phenol, clo và flo. Nếu quá trình này tiếp tục, thì sẽ sớm có câu trả lời cho các câu hỏi: “Bầu không khí là gì? Nó bao gồm những gì? sẽ hoàn toàn khác.

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

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

Ở độ cao xấp xỉ 100 km, tỷ lệ các loại khí này hầu như không thay đổi. Điều này là do thực tế là không khí liên tục được trộn lẫn.

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

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

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

Cấu trúc của khí quyển. Mật độ của khí quyển thay đổi theo độ cao: nó cao nhất ở bề mặt Trái đất và giảm dần khi đi lên. Như vậy, ở độ cao 5,5 km, mật độ khí quyển gấp 2 lần và ở độ cao 11 km, mật độ không khí ở tầng bề mặt thấp hơn 4 lần.

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

Cơm. 34. Tiết diện thẳng đứng của khí quyển (sự phân tầng của khí quyển)

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

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

Không khí trong tầng đối lưu liên tục được trộn lẫn và di chuyển theo các hướng khác nhau. Chỉ ở đây mới quan sát thấy sương mù, mưa, tuyết rơi, giông bão, bão và những thứ khác điều kiện thời tiết.

2. Nằm phía trên tầng bình lưu, kéo dài đến độ cao 50-55 km. Mật độ không khí và áp suất trong tầng bình lưu là không đáng kể. Không khí loãng bao gồm các loại khí giống như trong tầng đối lưu, nhưng nó chứa nhiều ozone hơn. Nồng độ ozone cao nhất được quan sát thấy ở độ cao 15-30 km. Nhiệt độ trong tầng bình lưu tăng theo độ cao và ở ranh giới trên của nó đạt tới 0 °C trở lên. Điều này là do ozone hấp thụ năng lượng sóng ngắn từ mặt trời, khiến không khí nóng lên.

3. Nằm phía trên tầng bình lưu tầng trung lưu, kéo dài đến độ cao 80 km. Ở đó nhiệt độ lại giảm xuống và đạt tới -90 ° C. Mật độ không khí ở đó nhỏ hơn 200 lần so với bề mặt Trái đất.

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

Trong tầng điện ly có đèn cực, Dòng điện mạnh được hình thành gây nhiễu loạn từ trường Trái đất.

5. Trên 800 km là lớp vỏ bên ngoài - ngoại quyển. Tốc độ chuyển động của các hạt riêng lẻ trong tầng ngoài vũ trụ đang đạt đến mức tới hạn - 11,2 mm/s, do đó các hạt riêng lẻ có thể vượt qua trọng lực và thoát ra ngoài không gian.

Ý nghĩa của bầu không khí. Vai trò của bầu khí quyển đối với sự sống trên hành tinh của chúng ta là đặc biệt to lớn. Không có cô ấy, Trái đất sẽ chết. Bầu khí quyển bảo vệ bề mặt Trái đất khỏi sự nóng lên và làm mát quá mức. Tác dụng của nó có thể được ví như vai trò của kính trong nhà kính: cho phép tia nắng xuyên qua và ngăn chặn sự thất thoát nhiệt.

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

Kể từ những năm 30. Thế kỷ XX quan sát bắt đầu trong bầu không khí tự do. Họ bắt đầu phóng các máy dò vô tuyến lên độ cao 25-35 km và sử dụng thiết bị vô tuyến để truyền thông tin về nhiệt độ, áp suất, độ ẩm không khí và tốc độ gió tới Trái đất. Ngày nay, tên lửa khí tượng và vệ tinh cũng được sử dụng rộng rãi. Sau này có hệ thống truyền hình truyền hình ảnh bề mặt trái đất và các đám mây.

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

Tầng bình lưu là một trong những lớp trên của vỏ không khí của hành tinh chúng ta. Nó bắt đầu ở độ cao khoảng 11 km so với mặt đất. Máy bay chở khách không còn bay ở đây nữa và mây hiếm khi hình thành. Trong tầng bình lưu có ozone - lớp vỏ mỏng bảo vệ hành tinh khỏi sự xâm nhập của bức xạ cực tím có hại.

Lớp vỏ không khí của hành tinh

Khí quyển là lớp vỏ khí của Trái đất, tiếp giáp với bề mặt bên trong của nó với thủy quyển và vỏ trái đất. Ranh giới bên ngoài của nó dần dần đi vào không gian bên ngoài. Thành phần của khí quyển bao gồm các loại khí: nitơ, oxy, argon, carbon dioxide, v.v., cũng như các tạp chất ở dạng bụi, giọt nước, tinh thể băng và các sản phẩm đốt cháy. Tỷ lệ các phần tử chính của vỏ không khí không đổi. Các trường hợp ngoại lệ là carbon dioxide và nước - lượng của chúng trong khí quyển thường thay đổi.

Lớp vỏ khí

Bầu khí quyển được chia thành nhiều lớp, nằm chồng lên nhau và có các đặc điểm sau:

lớp ranh giới - tiếp giáp trực tiếp với bề mặt hành tinh, kéo dài đến độ cao 1-2 km;

tầng đối lưu - lớp thứ hai, ranh giới bên ngoài nằm ở độ cao trung bình 11 km, gần như toàn bộ hơi nước của khí quyển tập trung ở đây, mây hình thành, lốc xoáy và xoáy nghịch xuất hiện, và khi độ cao tăng lên, nhiệt độ tăng lên;

nhiệt đới - lớp chuyển tiếp được đặc trưng bởi sự ngừng giảm nhiệt độ;

Tầng bình lưu là một lớp kéo dài đến độ cao 50 km và được chia thành ba vùng: từ 11 đến 25 km nhiệt độ thay đổi nhẹ, từ 25 đến 40 - nhiệt độ tăng, từ 40 đến 50 - nhiệt độ không đổi (tầng bình lưu). );

tầng trung lưu kéo dài tới độ cao 80-90 km;

tầng nhiệt điện đạt tới độ cao 700-800 km so với mực nước biển, ở đây ở độ cao 100 km là đường Karman, được lấy làm ranh giới giữa bầu khí quyển và không gian của Trái đất;

Tầng ngoài còn được gọi là vùng tán xạ; các hạt vật chất bị mất đi rất nhiều ở đây và chúng bay vào không gian.

Sự thay đổi nhiệt độ ở tầng bình lưu

Vậy tầng bình lưu là một phần vỏ khí các hành tinh ở dưới tầng đối lưu. Ở đây nhiệt độ không khí, không đổi trong suốt thời kỳ đối lưu, bắt đầu thay đổi. Độ cao của tầng bình lưu là khoảng 40 km. Giới hạn dưới là 11 km so với mực nước biển. Bắt đầu từ thời điểm này, nhiệt độ có những thay đổi nhỏ. Ở độ cao 25 ​​km, tốc độ sưởi ấm bắt đầu tăng dần. Ở độ cao 40 km so với mực nước biển, nhiệt độ tăng từ -56,5° đến +0,8°С. Sau đó, nó vẫn ở mức gần 0 độ cho đến độ cao 50-55 km. Vùng từ 40 đến 55 km được gọi là tầng bình lưu vì nhiệt độ ở đây không thay đổi. Đó là vùng chuyển tiếp từ tầng bình lưu sang tầng trung lưu.

Đặc điểm của tầng bình lưu

Tầng bình lưu của Trái đất chứa khoảng 20% ​​khối lượng của toàn bộ bầu khí quyển. Không khí ở đây loãng đến mức một người không thể ở lại nếu không có bộ đồ du hành vũ trụ đặc biệt. Thực tế này là một trong những lý do tại sao các chuyến bay vào tầng bình lưu chỉ bắt đầu được thực hiện tương đối gần đây.

Một đặc điểm khác của lớp vỏ khí của hành tinh ở độ cao 11-50 km là lượng hơi nước rất nhỏ. Vì lý do này, các đám mây hầu như không bao giờ hình thành ở tầng bình lưu. Đơn giản là không có vật liệu xây dựng cho họ. Tuy nhiên, hiếm khi có thể quan sát được cái gọi là những đám mây xà cừ mà tầng bình lưu được “trang trí” (ảnh bên dưới) ở độ cao 20-30 km so với mực nước biển. Các thành tạo mỏng, như thể phát sáng từ bên trong, có thể được quan sát thấy sau khi mặt trời lặn hoặc trước khi mặt trời mọc. Hình dạng của các đám mây xà cừ tương tự như mây ti hoặc mây ti tích.

Tầng ozon của trái đất

Đặc điểm phân biệt chính của tầng bình lưu là nồng độ ozone tối đa trong toàn bộ khí quyển. Nó được hình thành dưới tác động của ánh sáng mặt trời và bảo vệ mọi sự sống trên hành tinh khỏi bức xạ hủy diệt của chúng. Tầng ozone của Trái đất nằm ở độ cao 20-25 km so với mực nước biển. Các phân tử O 3 được phân bố khắp tầng bình lưu và thậm chí tồn tại gần bề mặt hành tinh, nhưng ở cấp độ này, nồng độ cao nhất của chúng được quan sát thấy.

Cần lưu ý rằng tầng ozone của Trái đất chỉ có 3-4 mm. Đây sẽ là độ dày của nó nếu các hạt của khí này được đặt trong điều kiện áp suất bình thường, chẳng hạn như gần bề mặt hành tinh. Ozone được hình thành do sự phân hủy một phân tử oxy dưới tác động của bức xạ cực tím thành hai nguyên tử. Một trong số chúng kết hợp với một phân tử “đầy đủ” và tạo thành ôzôn - O 3.

Hậu vệ nguy hiểm

Vì vậy, ngày nay tầng bình lưu là một tầng khí quyển được khám phá nhiều hơn so với đầu thế kỷ trước. Tuy nhiên, tương lai của tầng ozone, nếu không có nó thì sự sống trên Trái đất sẽ không xuất hiện, vẫn chưa rõ ràng lắm. Trong khi các quốc gia đang giảm sản xuất freon, một số nhà khoa học cho rằng điều này sẽ không mang lại nhiều lợi ích, ít nhất là ở mức này, trong khi những người khác cho rằng điều này hoàn toàn không cần thiết, vì phần lớn các chất có hại được hình thành. một cách tự nhiên. Thời gian sẽ phán xét ai đúng.

BẦU KHÔNG KHÍ
lớp khí bao quanh một thiên thể. Đặc điểm của nó phụ thuộc vào kích thước, trọng lượng, nhiệt độ, tốc độ quay và Thành phần hóa học của một thiên thể nhất định và cũng được xác định bởi lịch sử hình thành của nó bắt đầu từ thời điểm ra đời. Bầu khí quyển của Trái đất được tạo thành từ một hỗn hợp các loại khí gọi là không khí. Thành phần chính của nó là nitơ và oxy theo tỷ lệ khoảng 4:1. Một người bị ảnh hưởng chủ yếu bởi trạng thái của tầng khí quyển 15-25 km phía dưới, vì phần lớn không khí tập trung ở tầng thấp hơn này. Khoa học nghiên cứu về khí quyển được gọi là khí tượng học, mặc dù chủ đề của khoa học này cũng là thời tiết và ảnh hưởng của nó đối với con người. Trạng thái của các tầng trên của khí quyển, nằm ở độ cao từ 60 đến 300 và thậm chí cách bề mặt Trái đất 1000 km, cũng thay đổi. Gió mạnh, bão phát triển ở đây và thật tuyệt vời hiện tượng điện như cực quang. Nhiều hiện tượng được liệt kê có liên quan đến dòng bức xạ mặt trời, bức xạ vũ trụ và từ trường Trái đất. Các tầng cao của khí quyển cũng phòng thí nghiệm hóa học, vì ở đó, trong điều kiện gần chân không, một số khí trong khí quyển, dưới tác động của dòng năng lượng mặt trời mạnh mẽ, sẽ tham gia vào các phản ứng hóa học. Khoa học nghiên cứu các hiện tượng và quá trình liên quan đến nhau này được gọi là vật lý khí quyển cao.
ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KHÍ QUYỀN TRÁI ĐẤT
Kích thước. Cho đến khi tên lửa phát ra âm thanh và vệ tinh nhân tạo khám phá các lớp bên ngoài của khí quyển ở khoảng cách lớn hơn bán kính Trái đất vài lần, người ta tin rằng khi chúng ta di chuyển ra khỏi bề mặt Trái đất, bầu khí quyển dần trở nên loãng hơn và dễ dàng đi vào không gian liên hành tinh. . Hiện tại người ta đã xác định rằng các luồng năng lượng từ các lớp sâu của Mặt trời thâm nhập vào không gian bên ngoài vượt xa quỹ đạo Trái đất, đến tận giới hạn bên ngoài. hệ mặt trời. Cái gọi là này gió nắng chảy xung quanh từ trường Trái đất, tạo thành một "khoang" thon dài trong đó tập trung bầu khí quyển của Trái đất. Từ trường của Trái đất bị thu hẹp đáng kể ở phía ban ngày hướng về phía Mặt trời và hình thành lưỡi dài, có lẽ vượt ra ngoài quỹ đạo của Mặt trăng, - từ phía đối diện, phía đêm. Ranh giới của từ trường Trái đất được gọi là từ trường. Về phía ban ngày, ranh giới này chạy ở khoảng cách khoảng bảy bán kính Trái đất tính từ bề mặt, nhưng trong thời gian hoạt động của Mặt trời tăng lên, nó thậm chí còn gần bề mặt Trái đất hơn. Điểm dừng từ cũng là ranh giới của bầu khí quyển Trái đất, lớp vỏ bên ngoài của nó còn được gọi là từ quyển, vì các hạt tích điện (ion) tập trung trong đó, chuyển động của nó được xác định bởi từ trường Trái đất. Tổng trọng lượng của khí quyển là khoảng 4,5 * 1015 tấn, do đó, “trọng lượng” của khí quyển trên một đơn vị diện tích, hay áp suất khí quyển, là khoảng 11 tấn/m2 ở mực nước biển.
Ý nghĩa cho cuộc sống. Từ những điều trên cho thấy Trái đất bị tách khỏi không gian liên hành tinh bởi một lực rất mạnh lớp bảo vệ. Không gian bên ngoài tràn ngập bức xạ tia cực tím và tia X mạnh mẽ từ Mặt trời và thậm chí cả bức xạ vũ trụ mạnh hơn, và những loại bức xạ này có sức hủy diệt đối với mọi sinh vật sống. Ở rìa ngoài của khí quyển, cường độ bức xạ có thể gây chết người, nhưng phần lớn nó được giữ lại trong bầu khí quyển ở xa bề mặt Trái đất. Sự hấp thụ bức xạ này giải thích nhiều tính chất của các tầng cao của khí quyển và đặc biệt là các hiện tượng điện xảy ra ở đó. Tầng khí quyển thấp nhất trên mặt đất đặc biệt quan trọng đối với con người, những người sống ở điểm tiếp xúc giữa các lớp vỏ rắn, lỏng và khí của Trái đất. Lớp vỏ phía trên của Trái đất “rắn” được gọi là thạch quyển. Khoảng 72% bề mặt Trái đất được bao phủ bởi nước biển, tạo nên phần lớn thủy quyển. Khí quyển bao bọc cả thạch quyển và thủy quyển. Con người sống dưới đáy đại dương không khí và gần hoặc trên mực nước đại dương. Sự tương tác của các đại dương này là một trong những yếu tố quan trọng quyết định trạng thái của khí quyển.
Hợp chất. Các tầng thấp hơn của khí quyển bao gồm hỗn hợp khí (xem bảng). Ngoài những chất được liệt kê trong bảng, các loại khí khác còn tồn tại dưới dạng tạp chất nhỏ trong không khí: ozone, metan, các chất như carbon monoxide (CO), nitơ và oxit lưu huỳnh, amoniac.

THÀNH PHẦN CỦA KHÍ KHÍ

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

Tầng đối lưu là tầng dưới của khí quyển, kéo dài đến mức nhiệt tối thiểu đầu tiên (còn gọi là tầng đối lưu). Giới hạn trên của tầng đối lưu phụ thuộc vào vĩ độ địa lý (ở vùng nhiệt đới - 18-20 km, ở vĩ độ ôn đới - khoảng 10 km) và thời gian trong năm. Cơ quan Thời tiết Quốc gia Hoa Kỳ đã tiến hành đo đạc gần cực Nam và tiết lộ những thay đổi theo mùa về độ cao tầng đối lưu. Vào tháng 3, tầng đối lưu ở độ cao khoảng. 7,5 km. Từ tháng 3 đến tháng 8 hoặc tháng 9, tầng đối lưu nguội dần và ranh giới của nó tăng lên độ cao khoảng 11,5 km trong một khoảng thời gian ngắn vào tháng 8 hoặc tháng 9. Sau đó, từ tháng 9 đến tháng 12, nó giảm nhanh và đạt vị trí thấp nhất - 7,5 km, duy trì cho đến tháng 3, dao động chỉ trong vòng 0,5 km. Chính ở tầng đối lưu, thời tiết chủ yếu được hình thành, quyết định các điều kiện cho sự tồn tại của con người. Hầu hết hơi nước trong khí quyển tập trung ở tầng đối lưu và đây là nơi hình thành mây chủ yếu, mặc dù một số, bao gồm các tinh thể băng, được tìm thấy ở các lớp cao hơn. Tầng đối lưu được đặc trưng bởi sự hỗn loạn và các dòng không khí mạnh (gió) và bão. Ở tầng đối lưu phía trên có các dòng không khí mạnh theo hướng được xác định rõ ràng. Các xoáy nước hỗn loạn, tương tự như các xoáy nước nhỏ, được hình thành dưới tác động của ma sát và tương tác động giữa các khối không khí chuyển động chậm và nhanh. Bởi vì thường không có mây che phủ ở những mức cao này nên sự hỗn loạn này được gọi là "sự hỗn loạn của không khí trong lành".
Tầng bình lưu. Lớp trên của khí quyển thường bị mô tả nhầm là lớp có nhiệt độ tương đối ổn định, nơi gió thổi ít nhiều đều đặn và là nơi các yếu tố khí tượng thay đổi ít. Các tầng trên của tầng bình lưu nóng lên khi oxy và ozone hấp thụ bức xạ cực tím từ mặt trời. Ranh giới trên của tầng bình lưu (tầng tạm dừng) là nơi nhiệt độ tăng nhẹ, đạt mức tối đa trung gian, thường tương đương với nhiệt độ của lớp không khí bề mặt. Dựa trên những quan sát được thực hiện bằng cách sử dụng máy bay và khinh khí cầu được thiết kế để bay ở độ cao không đổi, người ta đã xác định được những nhiễu loạn hỗn loạn và gió mạnh thổi theo các hướng khác nhau trong tầng bình lưu. Giống như ở tầng đối lưu, có những luồng không khí xoáy mạnh, đặc biệt nguy hiểm khi di chuyển với tốc độ cao. phi cơ. Gió mạnh, được gọi là dòng tia, thổi ở những vùng hẹp dọc theo ranh giới cực của các vĩ độ ôn đới. Tuy nhiên, những vùng này có thể dịch chuyển, biến mất và xuất hiện trở lại. Luồng phản lực thường xuyên xuyên qua tầng đối lưu và xuất hiện ở các tầng trên của tầng đối lưu, nhưng tốc độ của chúng giảm nhanh khi độ cao giảm. Có thể một phần năng lượng đi vào tầng bình lưu (chủ yếu dùng để hình thành ôzôn) ảnh hưởng đến các quá trình trong tầng đối lưu. Sự pha trộn tích cực đặc biệt có liên quan đến các mặt trận khí quyển, nơi các luồng không khí tầng bình lưu rộng rãi được ghi lại ngay bên dưới tầng đối lưu và không khí tầng đối lưu được hút vào các tầng thấp hơn của tầng bình lưu. Sự tiến bộ đáng kể đã đạt được trong nghiên cứu cấu trúc dọc các tầng khí quyển thấp hơn do sự cải tiến của công nghệ phóng máy dò vô tuyến lên độ cao 25-30 km. Tầng trung lưu, nằm phía trên tầng bình lưu, là một lớp vỏ trong đó, ở độ cao 80-85 km, nhiệt độ giảm xuống các giá trị tối thiểu đối với toàn bộ bầu khí quyển. Ghi nhiệt độ thấp đến -110° C đã được ghi lại bởi các tên lửa khí tượng được phóng từ cơ sở của Mỹ-Canada tại Fort Churchill (Canada). Giới hạn trên của tầng trung lưu (mesopause) gần như trùng với giới hạn dưới của vùng hấp thụ tích cực tia X và bức xạ cực tím sóng ngắn từ Mặt trời, đi kèm với sự nóng lên và ion hóa khí. Ở các vùng cực, các hệ mây thường xuất hiện vào thời kỳ trung thu vào mùa hè, chiếm diện tích lớn nhưng ít phát triển theo chiều dọc. Những đám mây phát sáng về đêm như vậy thường bộc lộ những chuyển động không khí dạng sóng quy mô lớn trong tầng trung lưu. Thành phần của các đám mây này, nguồn ẩm và hạt nhân ngưng tụ, động lực học và mối quan hệ với các yếu tố khí tượng vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Tầng nhiệt là một lớp khí quyển trong đó nhiệt độ tăng liên tục. Sức mạnh của nó có thể đạt tới 600 km. Áp suất và do đó, mật độ của khí liên tục giảm theo độ cao. Gần bề mặt trái đất, 1 m3 không khí chứa khoảng. 2,5 x 1025 phân tử, ở độ cao khoảng. 100 km, ở các tầng thấp hơn của tầng nhiệt quyển - xấp xỉ 1019, ở độ cao 200 km, trong tầng điện ly - 5 * 10 15 và, theo tính toán, ở độ cao khoảng. 850 km - khoảng 1012 phân tử. Trong không gian liên hành tinh, nồng độ phân tử là 10 8-10 9 trên 1 m3. Ở độ cao khoảng. 100 km số lượng phân tử ít và chúng hiếm khi va chạm với nhau. Khoảng cách trung bình mà một phân tử chuyển động hỗn loạn di chuyển trước khi va chạm với một phân tử tương tự khác được gọi là quãng đường tự do trung bình của nó. Lớp trong đó giá trị này tăng lên nhiều đến mức có thể bỏ qua xác suất xảy ra va chạm giữa các phân tử hoặc giữa các nguyên tử, nằm trên ranh giới giữa tầng nhiệt và lớp vỏ phía trên (exosphere) và được gọi là lớp tạm dừng nhiệt. Điểm dừng nhiệt cách bề mặt trái đất khoảng 650 km. Ở một nhiệt độ nhất định, tốc độ của một phân tử phụ thuộc vào khối lượng của nó: các phân tử nhẹ hơn chuyển động nhanh hơn các phân tử nặng hơn. Ở tầng khí quyển thấp hơn, nơi đường đi tự do rất ngắn, không có sự phân tách khí đáng chú ý theo trọng lượng phân tử của chúng, nhưng nó được thể hiện ở khoảng cách trên 100 km. Ngoài ra, dưới tác dụng của bức xạ cực tím và tia X từ Mặt trời, các phân tử oxy phân hủy thành các nguyên tử có khối lượng bằng một nửa khối lượng phân tử. Do đó, khi chúng ta di chuyển ra khỏi bề mặt Trái đất, oxy nguyên tử ngày càng trở nên quan trọng trong thành phần của khí quyển và ở độ cao khoảng. 200 km trở thành thành phần chính của nó. Lên cao hơn, ở khoảng cách khoảng 1200 km tính từ bề mặt Trái đất, các khí nhẹ - heli và hydro chiếm ưu thế. Lớp vỏ bên ngoài của khí quyển bao gồm chúng. Sự phân tách theo trọng lượng này, được gọi là phân tầng khuếch tán, tương tự như việc tách hỗn hợp bằng máy ly tâm. Tầng ngoài là lớp ngoài của khí quyển, được hình thành dựa trên sự thay đổi nhiệt độ và tính chất của khí trung tính. Các phân tử và nguyên tử trong tầng ngoài vũ trụ quay quanh Trái đất theo quỹ đạo đạn đạo dưới tác dụng của trọng lực. Một số quỹ đạo này có dạng parabol và giống với quỹ đạo của đạn. Các phân tử có thể quay quanh Trái đất và theo quỹ đạo hình elip, giống như các vệ tinh. Một số phân tử, chủ yếu là hydro và heli, có quỹ đạo mở và đi ra ngoài vũ trụ (Hình 2).

KẾT NỐI MẶT TRỜI-MẶT TRỜI VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG ĐẾN KHÍ KHÍ
Thủy triều khí quyển. Sức hút của Mặt Trời và Mặt Trăng gây ra thủy triều trong khí quyển, tương tự như thủy triều trái đất và thủy triều biển. Nhưng thủy triều trong khí quyển có sự khác biệt đáng kể: khí quyển phản ứng mạnh nhất với lực hút của Mặt trời, trong khi vỏ trái đất và đại dương - dưới sức hút của Mặt trăng. Điều này được giải thích là do bầu khí quyển bị Mặt trời làm nóng lên và ngoài lực hấp dẫn còn có một đợt thủy triều nhiệt mạnh. Nhìn chung, cơ chế hình thành khí quyển và thủy triềuđều tương tự nhau, ngoại trừ việc để dự đoán phản ứng của không khí trước tác động của trọng lực và nhiệt, cần phải tính đến khả năng nén và phân bố nhiệt độ của nó. Không hoàn toàn rõ ràng tại sao thủy triều bán nhật triều (12 giờ) trong khí quyển lại chiếm ưu thế so với thủy triều mặt trời và bán nhật triều hàng ngày, mặc dù động lực của hai quá trình sau mạnh hơn nhiều. Trước đây, người ta tin rằng sự cộng hưởng phát sinh trong khí quyển, giúp tăng cường các dao động trong khoảng thời gian 12 giờ. Tuy nhiên, các quan sát được thực hiện bằng tên lửa địa vật lý cho thấy không có lý do nhiệt độ nào gây ra sự cộng hưởng như vậy. Khi giải quyết vấn đề này, có lẽ cần phải tính đến tất cả các đặc tính thủy động và nhiệt của khí quyển. Ở bề mặt trái đất gần xích đạo, nơi chịu ảnh hưởng lớn nhất của dao động thủy triều, nó tạo ra sự thay đổi áp suất khí quyển 0,1%. Tốc độ gió thủy triều là khoảng. 0,3km/giờ. Do cấu trúc nhiệt phức tạp của khí quyển (đặc biệt là sự hiện diện của nhiệt độ tối thiểu trong tầng trung lưu), các dòng không khí thủy triều tăng cường, và, ví dụ, ở độ cao 70 km, tốc độ của chúng cao hơn khoảng 160 lần so với tốc độ của khí quyển. bề mặt trái đất, nơi có những hậu quả địa vật lý quan trọng. Người ta tin rằng ở phần dưới của tầng điện ly (lớp E), các dao động thủy triều sẽ di chuyển khí bị ion hóa theo chiều dọc trong từ trường Trái đất, và do đó dòng điện phát sinh ở đây. Những hệ thống dòng điện liên tục xuất hiện này trên bề mặt Trái đất được hình thành do sự nhiễu loạn trong từ trường. Sự biến đổi hàng ngày của từ trường phù hợp khá tốt với các giá trị tính toán, cung cấp bằng chứng thuyết phục ủng hộ lý thuyết về cơ chế thủy triều của “máy phát điện khí quyển”. Các dòng điện được tạo ra ở phần dưới của tầng điện ly (lớp E) phải truyền đi đâu đó và do đó mạch điện phải được hoàn thành. Sự tương tự với một máy phát điện trở nên hoàn chỉnh nếu chúng ta coi chuyển động sắp tới là công của một động cơ. Người ta cho rằng sự tuần hoàn ngược của dòng điện xảy ra ở lớp cao hơn của tầng điện ly (F), và dòng chảy ngược này có thể giải thích một số đặc điểm đặc biệt của lớp này. Cuối cùng, hiệu ứng thủy triều cũng sẽ tạo ra dòng chảy ngang trong lớp E và do đó trong lớp F.
Tầng điện ly. Cố gắng giải thích cơ chế xuất hiện cực quang, các nhà khoa học thế kỷ 19. cho rằng có một vùng chứa các hạt tích điện trong khí quyển. Vào thế kỷ 20 bằng chứng thuyết phục đã thu được bằng thực nghiệm về sự tồn tại ở độ cao từ 85 đến 400 km của lớp phản xạ sóng vô tuyến. Hiện nay người ta biết rằng tính chất điện của nó là kết quả của sự ion hóa khí quyển. Vì vậy, lớp này thường được gọi là tầng điện ly. Hiệu ứng lên sóng vô tuyến xảy ra chủ yếu do sự có mặt của các electron tự do trong tầng điện ly, mặc dù cơ chế lan truyền sóng vô tuyến có liên quan đến sự có mặt của các ion lớn. Loại thứ hai cũng được quan tâm khi nghiên cứu các tính chất hóa học của khí quyển, vì chúng hoạt động mạnh hơn các nguyên tử và phân tử trung tính. Các phản ứng hóa học xảy ra trong tầng điện ly đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng năng lượng và điện của nó.
Tầng điện ly bình thường. Các quan sát được thực hiện bằng tên lửa địa vật lý và vệ tinh đã cung cấp rất nhiều thông tin mới cho thấy quá trình ion hóa khí quyển xảy ra dưới tác động của một loạt bức xạ mặt trời. Phần chính của nó (hơn 90%) tập trung ở phần nhìn thấy được của quang phổ. Bức xạ cực tím, có bước sóng ngắn hơn và năng lượng cao hơn tia sáng tím, được phát ra bởi hydro trong bầu khí quyển bên trong của Mặt trời (sắc quyển) và tia X, thậm chí còn có năng lượng cao hơn, được phát ra bởi các khí ở lớp vỏ ngoài của Mặt trời. (corona). Trạng thái bình thường (trung bình) của tầng điện ly là do bức xạ mạnh liên tục. Những thay đổi thường xuyên xảy ra trong tầng điện ly bình thường dưới tác động của luân chuyển hàng ngày Trái đất và sự khác biệt theo mùa về góc tới của tia nắng mặt trời vào buổi trưa, nhưng những thay đổi đột ngột và khó lường về trạng thái của tầng điện ly cũng xảy ra.
Sự xáo trộn trong tầng điện ly. Như đã biết, các nhiễu loạn mạnh mẽ lặp đi lặp lại theo chu kỳ xảy ra trên Mặt trời, đạt mức tối đa cứ sau 11 năm. Các quan sát trong chương trình Năm Địa vật lý Quốc tế (IGY) trùng với thời kỳ hoạt động mặt trời cao nhất trong toàn bộ thời gian quan sát khí tượng có hệ thống, tức là. từ đầu thế kỷ 18. Trong thời gian hoạt động mạnh, độ sáng của một số khu vực trên Mặt trời tăng lên nhiều lần và chúng phát ra các xung bức xạ tia cực tím và tia X mạnh. Hiện tượng như vậy được gọi là pháo sáng mặt trời. Chúng kéo dài từ vài phút đến một đến hai giờ. Trong quá trình bùng phát, khí mặt trời (chủ yếu là proton và electron) phun trào và các hạt cơ bản lao vào không gian vũ trụ. Bức xạ điện từ và hạt từ Mặt trời trong những đợt bùng phát như vậy có Tác động mạnh mẽ tới bầu khí quyển của Trái đất. Phản ứng ban đầu được quan sát 8 phút sau khi bùng phát, khi bức xạ tia cực tím và tia X cường độ cao tới Trái đất. Kết quả là độ ion hóa tăng mạnh; tia X xâm nhập vào khí quyển đến ranh giới dưới của tầng điện ly; số lượng electron trong các lớp này tăng lên nhiều đến mức tín hiệu vô tuyến gần như bị hấp thụ hoàn toàn (“tắt”). Sự hấp thụ thêm bức xạ làm cho khí nóng lên, góp phần hình thành gió. Khí ion hóa là chất dẫn điện, khi nó di chuyển trong từ trường Trái đất sẽ xảy ra hiệu ứng động lực và tạo ra dòng điện. Ngược lại, những dòng điện như vậy có thể gây ra những nhiễu loạn đáng chú ý trong từ trường và biểu hiện dưới dạng bão từ. Giai đoạn ban đầu này chỉ diễn ra trong thời gian ngắn, tương ứng với thời gian bùng phát của quầng sáng mặt trời. Trong những đợt bùng phát mạnh mẽ trên Mặt trời, một dòng hạt được tăng tốc lao ra ngoài vũ trụ. Khi nó hướng về Trái đất, giai đoạn thứ hai bắt đầu, giai đoạn này có ảnh hưởng lớn đến trạng thái của khí quyển. Nhiều hiện tượng tự nhiên, nổi tiếng nhất trong số đó là cực quang, cho thấy một số lượng đáng kể các hạt tích điện đến Trái đất (xem thêm CỰC QUANG). Tuy nhiên, quá trình tách các hạt này khỏi Mặt trời, quỹ đạo của chúng trong không gian liên hành tinh và cơ chế tương tác với từ trường và từ quyển của Trái đất vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Vấn đề trở nên phức tạp hơn sau khi James Van Allen phát hiện ra năm 1958 về trường địa từ vỏ gồm các hạt tích điện. Các hạt này di chuyển từ bán cầu này sang bán cầu kia, quay theo hình xoắn ốc xung quanh đường dây điện từ trường. Gần Trái đất, ở độ cao tùy thuộc vào hình dạng của đường sức và năng lượng của các hạt, có những “điểm phản xạ” mà tại đó các hạt thay đổi hướng chuyển động sang hướng ngược lại (Hình 3). Bởi vì cường độ từ trường giảm dần theo khoảng cách từ Trái đất, quỹ đạo mà các hạt này chuyển động có phần bị biến dạng: các electron bị lệch về phía đông và các proton về phía tây. Vì vậy, chúng được phân bố dưới dạng vành đai trên toàn cầu.

Một số hậu quả của việc làm nóng bầu khí quyển bởi Mặt trời. Năng lượng mặt trờiảnh hưởng đến toàn bộ bầu không khí. Các vành đai được hình thành bởi các hạt tích điện trong từ trường Trái đất và quay quanh nó đã được đề cập ở trên. Những vành đai này đến gần bề mặt trái đất nhất ở các vùng cận cực (xem Hình 3), nơi quan sát thấy cực quang. Hình 1 cho thấy ở các vùng cực quang ở Canada, nhiệt độ tầng nhiệt cao hơn đáng kể so với ở Tây Nam Hoa Kỳ. Có khả năng các hạt bị bắt giữ sẽ giải phóng một phần năng lượng của chúng vào khí quyển, đặc biệt là khi va chạm với các phân tử khí gần các điểm phản xạ và rời khỏi quỹ đạo trước đó của chúng. Đây là cách các tầng khí quyển cao ở vùng cực quang được làm nóng. Một khám phá quan trọng khác được thực hiện khi nghiên cứu quỹ đạo của các vệ tinh nhân tạo. Luigi Iacchia, một nhà thiên văn học tại Đài quan sát vật lý thiên văn Smithsonian, tin rằng những sai lệch nhỏ trong các quỹ đạo này là do sự thay đổi mật độ của khí quyển khi nó được Mặt trời đốt nóng. Ông cho rằng sự tồn tại của mật độ electron tối đa ở độ cao hơn 200 km trong tầng điện ly, không tương ứng với buổi trưa mặt trời, nhưng dưới tác động của lực ma sát, nó bị trễ so với nó khoảng hai giờ. Tại thời điểm này, các giá trị mật độ khí quyển điển hình cho độ cao 600 km được quan sát ở mức xấp xỉ. 950 km. Ngoài ra, mật độ electron tối đa trải qua những biến động không đều do các tia bức xạ tia cực tím và tia X từ Mặt trời trong thời gian ngắn. L. Iacchia cũng phát hiện ra những dao động ngắn hạn về mật độ không khí, tương ứng với các tia sáng mặt trời và nhiễu loạn từ trường. Những hiện tượng này được giải thích là do sự xâm nhập của các hạt có nguồn gốc từ mặt trời vào bầu khí quyển Trái đất và sự nóng lên của các lớp nơi các vệ tinh quay quanh.
ĐIỆN KHÍ QUYỀN
Ở lớp bề mặt của khí quyển, một phần nhỏ các phân tử bị ion hóa dưới tác động của tia vũ trụ, bức xạ từ đá phóng xạ và các sản phẩm phân rã của radium (chủ yếu là radon) trong không khí. Trong quá trình ion hóa, nguyên tử mất đi một electron và mang điện tích dương. Electron tự do nhanh chóng kết hợp với một nguyên tử khác để tạo thành ion tích điện âm. Các ion dương và âm được ghép đôi như vậy có kích thước phân tử. Các phân tử trong khí quyển có xu hướng tập trung xung quanh các ion này. Một số phân tử kết hợp với một ion tạo thành một phức hợp, thường được gọi là “ion nhẹ”. Khí quyển cũng chứa các phức hợp phân tử, được biết đến trong khí tượng học là hạt nhân ngưng tụ, xung quanh đó, khi không khí bão hòa độ ẩm, quá trình ngưng tụ bắt đầu. Những hạt nhân này là các hạt muối và bụi, cũng như các chất ô nhiễm thải vào không khí từ các nguồn công nghiệp và các nguồn khác. Các ion nhẹ thường bám vào các hạt nhân như vậy, tạo thành “các ion nặng”. Dưới tác dụng của điện trường, các ion nhẹ và nặng di chuyển từ vùng này sang vùng khác của khí quyển, truyền điện tích. Mặc dù khí quyển thường không được coi là có tính dẫn điện nhưng nó có một số tính dẫn điện. Do đó, một vật tích điện để trong không khí sẽ dần mất đi điện tích. Độ dẫn khí quyển tăng theo độ cao do cường độ bức xạ vũ trụ tăng lên, giảm sự mất ion trong điều kiện áp suất thấp hơn (và do đó đường tự do trung bình lớn hơn), và cũng do ít hơn hạt nhân nặng. Độ dẫn khí quyển đạt giá trị tối đa ở độ cao khoảng. 50 km, được gọi là “mức bồi thường”. Được biết, giữa bề mặt Trái đất và “mức bù” luôn có sự chênh lệch điện thế không đổi vài trăm kilovolt, tức là. điện trường không đổi. Hóa ra, hiệu điện thế giữa một điểm nhất định trong không khí ở độ cao vài mét và bề mặt Trái đất là rất lớn - hơn 100 V. Bầu khí quyển mang điện tích dương và bề mặt Trái đất mang điện tích âm. . Vì điện trường là một vùng tại mỗi điểm có một giá trị tiềm năng nhất định nên chúng ta có thể nói về một gradient tiềm năng. Khi thời tiết quang đãng, trong phạm vi vài mét phía dưới, cường độ điện trường của khí quyển gần như không đổi. Do sự khác biệt về độ dẫn điện của không khí ở lớp bề mặt, gradient điện thế chịu sự biến động hàng ngày, diễn biến của nó thay đổi đáng kể tùy theo từng nơi. Trong trường hợp không có các nguồn ô nhiễm không khí cục bộ - trên các đại dương, trên núi cao hoặc ở các vùng cực - sự biến đổi ngày đêm của độ dốc tiềm năng là như nhau trong thời tiết quang đãng. Độ lớn của độ dốc phụ thuộc vào thời gian (UT) phổ quát hoặc trung bình Greenwich và đạt cực đại vào lúc 19 giờ. E. Appleton cho rằng độ dẫn điện cực đại này có thể trùng với hoạt động giông bão lớn nhất trên quy mô hành tinh. Sự phóng điện của sét trong giông bão sẽ truyền điện tích âm xuống bề mặt Trái đất, do đáy của các đám mây giông tích lũy hoạt động mạnh nhất có tác động đáng kể. điện tích âm. Phần đỉnh của đám mây giông có điện tích dương, theo tính toán của Holzer và Saxon, điện tích này sẽ thoát ra khỏi đỉnh của chúng khi có giông bão. Nếu không được bổ sung liên tục, điện tích trên bề mặt trái đất sẽ bị trung hòa bởi độ dẫn của khí quyển. Giả định rằng sự khác biệt tiềm năng giữa bề mặt trái đất và "mức bù" được duy trì bởi giông bão được hỗ trợ bởi dữ liệu thống kê. Ví dụ, số lượng giông bão tối đa được quan sát thấy ở thung lũng sông. Amazon. Thông thường, giông bão xảy ra ở đó vào cuối ngày, tức là. ĐƯỢC RỒI. 19:00 Giờ chuẩn Greenwich, khi độ dốc tiềm năng đạt mức tối đa ở mọi nơi trên thế giới. Hơn thế nữa, Sự biến đổi theo mùa Hình dạng của các đường cong biến thiên trong ngày của gradient thế cũng hoàn toàn phù hợp với dữ liệu về sự phân bố giông bão trên toàn cầu. Một số nhà nghiên cứu cho rằng nguồn điện trường của Trái đất có thể có nguồn gốc bên ngoài, vì điện trường được cho là tồn tại trong tầng điện ly và từ quyển. Hoàn cảnh này có lẽ giải thích sự xuất hiện của các dạng cực quang thuôn dài rất hẹp, tương tự như các vòm và vòm.
(xem thêm ĐÈN AURORA). Do sự hiện diện của gradient điện thế và độ dẫn của khí quyển, các hạt tích điện bắt đầu di chuyển giữa “mức bù” và bề mặt Trái đất: các ion tích điện dương hướng về bề mặt Trái đất và các ion tích điện âm hướng lên trên. Cường độ của dòng điện này là khoảng. 1800 A. Mặc dù giá trị này có vẻ lớn nhưng phải nhớ rằng nó phân bố trên toàn bộ bề mặt Trái đất. Cường độ dòng điện trong một cột không khí có diện tích đáy 1 m2 chỉ là 4 * 10 -12 A. Mặt khác, cường độ dòng điện khi phóng sét có thể đạt tới vài ampe, mặc dù tất nhiên, như vậy phóng điện có thời gian ngắn - từ một phần giây đến cả giây hoặc hơn một chút với những cú sốc lặp đi lặp lại. Quà tặng sét lãi suất lớn không chỉ là một hiện tượng tự nhiên đặc biệt. Nó cho phép quan sát sự phóng điện trong môi trường khí ở điện áp vài trăm triệu volt và khoảng cách giữa các điện cực vài km. Năm 1750, B. Franklin đề xuất với Hiệp hội Hoàng gia Luân Đôn tiến hành một thí nghiệm với một thanh sắt gắn trên một đế cách điện và gắn trên một tháp cao. Ông dự đoán rằng khi một đám mây giông đến gần tòa tháp, điện tích sẽ tập trung ở đầu trên của thanh trung hòa ban đầu. dấu hiệu ngược lại và ở phía dưới - một điện tích cùng dấu với ở đáy đám mây. Nếu cường độ điện trường trong quá trình phóng sét tăng đủ, điện tích từ đầu trên của thanh sẽ truyền một phần vào không khí và thanh sẽ mang điện tích cùng dấu với đáy đám mây. Thí nghiệm do Franklin đề xuất không được thực hiện ở Anh, nhưng nó được nhà vật lý người Pháp Jean d'Alembert thực hiện vào năm 1752 tại Marly gần Paris. Ông dùng một thanh sắt dài 12 m nhét vào một chai thủy tinh (đóng vai trò như một vật cản). chất cách điện), nhưng không đặt nó lên tháp. Ngày 10 tháng 5 trợ lý của ông báo cáo rằng khi một đám mây giông bay qua một quả tạ, tia lửa điện sẽ được tạo ra khi một sợi dây nối đất được đưa đến gần nó. Bản thân Franklin, không biết về thí nghiệm thành công được thực hiện ở Pháp , vào tháng 6 cùng năm, ông tiến hành thí nghiệm thả diều nổi tiếng của mình và quan sát thấy tia lửa điện ở đầu sợi dây buộc vào nó. Năm sau, khi nghiên cứu các điện tích thu được từ một cây gậy, Franklin phát hiện ra rằng đáy của các đám mây giông thường tích điện âm. Các nghiên cứu chi tiết hơn về sét đã trở nên khả thi vào cuối thế kỷ 19 nhờ những cải tiến trong kỹ thuật chụp ảnh, đặc biệt là sau khi phát minh ra thiết bị có thấu kính quay, giúp ghi lại các quá trình phát triển nhanh chóng. Máy ảnh như vậy được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu về sét. phóng tia lửa điện. Người ta đã phát hiện ra rằng có một số loại sét, trong đó phổ biến nhất là đường thẳng, mặt phẳng (trong đám mây) và bóng (phóng điện vào không khí). Sét tuyến tính thể hiện sự phóng tia lửa giữa đám mây và bề mặt trái đất, theo một kênh có các nhánh hướng xuống. Sét phẳng xảy ra bên trong đám mây giông và xuất hiện dưới dạng những tia sáng khuếch tán. Sự phóng điện của sét cầu, bắt đầu từ đám mây giông, thường hướng theo chiều ngang và không chạm tới bề mặt trái đất.

Một tia sét thường bao gồm ba lần phóng điện lặp lại trở lên - các xung đi theo cùng một đường dẫn. Khoảng thời gian giữa các xung liên tiếp rất ngắn, từ 1/100 đến 1/10 giây (đây là nguyên nhân khiến tia sét nhấp nháy). Nói chung, đèn flash kéo dài khoảng một giây hoặc ít hơn. Quá trình phát triển sét điển hình có thể được mô tả như sau. Đầu tiên, một tia phóng điện có độ sáng yếu lao từ trên cao xuống bề mặt trái đất. Khi anh ta đạt đến nó, một tia phóng điện trở lại hoặc chính phát sáng rực rỡ sẽ truyền từ mặt đất lên qua kênh do người dẫn đầu đặt ra. Dòng phóng điện dẫn đầu thường di chuyển theo hình zíc zắc. Tốc độ lây lan của nó dao động từ một trăm đến vài trăm km mỗi giây. Trên đường đi, nó ion hóa các phân tử không khí, tạo ra một kênh có độ dẫn điện tăng lên, qua đó dòng phóng điện ngược di chuyển lên trên với tốc độ lớn hơn khoảng một trăm lần so với tốc độ phóng điện dẫn đầu. Kích thước của kênh rất khó xác định, nhưng đường kính của luồng phóng điện dẫn đầu được ước tính là 1-10 m, và đường kính của luồng phóng điện trở lại là vài cm. Sự phóng điện của sét tạo ra nhiễu sóng vô tuyến bằng cách phát ra sóng vô tuyến trong phạm vi rộng - từ tần số 30 kHz đến tần số cực thấp. Sự phát xạ sóng vô tuyến lớn nhất có lẽ nằm trong khoảng từ 5 đến 10 kHz. Sự can thiệp vô tuyến tần số thấp như vậy “tập trung” vào không gian giữa ranh giới phía dưới của tầng điện ly và bề mặt trái đất và có thể lan rộng đến khoảng cách hàng nghìn km tính từ nguồn.
NHỮNG THAY ĐỔI TRONG KHÍ QUYỀN
Tác động của thiên thạch và thiên thạch. Mặc dù mưa sao băng đôi khi tạo ra màn trình diễn ánh sáng ấn tượng nhưng hiếm khi nhìn thấy từng thiên thạch riêng lẻ. Nhiều hơn nữa là những thiên thạch vô hình, quá nhỏ để có thể nhìn thấy được khi chúng bị hấp thụ vào khí quyển. Một số thiên thạch nhỏ nhất có thể không hề nóng lên mà chỉ bị bầu khí quyển giữ lại. Những hạt nhỏ này có kích thước từ vài milimet đến mười phần nghìn milimét được gọi là thiên thạch micromet. Lượng vật chất thiên thạch đi vào khí quyển mỗi ngày dao động từ 100 đến 10.000 tấn, trong đó phần lớn vật chất này đến từ các thiên thạch micromet. Vì vật chất thiên thạch bị đốt cháy một phần trong khí quyển nên nó thành phần khíđược bổ sung dấu vết của các nguyên tố hóa học khác nhau. Ví dụ, các thiên thạch đá đưa lithium vào khí quyển. Sự đốt cháy của các thiên thạch kim loại dẫn đến sự hình thành các hạt sắt hình cầu nhỏ, sắt-niken và các giọt khác bay qua bầu khí quyển và lắng xuống bề mặt trái đất. Chúng có thể được tìm thấy ở Greenland và Nam Cực, nơi chúng gần như không thay đổi trong nhiều năm. các băng tầng. Các nhà hải dương học tìm thấy chúng trong trầm tích đáy đại dương. Hầu hết các hạt sao băng đi vào khí quyển sẽ lắng xuống trong khoảng 30 ngày. Một số nhà khoa học tin rằng lớp bụi vũ trụ này đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành các hiện tượng khí quyển như mưa vì nó đóng vai trò là hạt nhân ngưng tụ hơi nước. Vì vậy, người ta cho rằng lượng mưa có liên quan về mặt thống kê với các trận mưa sao băng lớn. Tuy nhiên, một số chuyên gia tin rằng do tổng lượng vật chất thiên thạch hấp thụ lớn hơn gấp hàng chục lần lượng hấp thụ của nó ngay cả khi có trận mưa sao băng lớn nhất nên sự thay đổi về Tổng số chất này sinh ra từ một trận mưa như vậy có thể bị bỏ qua. Tuy nhiên, không còn nghi ngờ gì nữa rằng các thiên thạch micromet lớn nhất và tất nhiên là các thiên thạch nhìn thấy được để lại dấu vết ion hóa lâu dài ở các tầng cao của khí quyển, chủ yếu ở tầng điện ly. Những dấu vết như vậy có thể được sử dụng để liên lạc vô tuyến đường dài vì chúng phản xạ sóng vô tuyến tần số cao. Năng lượng của các thiên thạch bay vào bầu khí quyển được sử dụng chủ yếu, và có lẽ hoàn toàn, để làm nóng nó. Đây là một trong những thành phần nhỏ của cân bằng nhiệt của khí quyển.
Carbon dioxide có nguồn gốc công nghiệp. Trong thời kỳ Carbon, thảm thực vật thân gỗ phổ biến rộng rãi trên Trái đất. Hầu hết lượng carbon dioxide được thực vật hấp thụ vào thời điểm đó tích tụ trong các mỏ than và trầm tích chứa dầu. trữ lượng khổng lồ Con người đã học cách sử dụng những khoáng chất này như một nguồn năng lượng ngay cả bây giờ với tốc độ nhanh trả lại carbon dioxide cho chu trình của các chất. Trạng thái hóa thạch có lẽ là ca. 4*10 13 tấn carbon. Trong thế kỷ qua, loài người đã đốt cháy quá nhiều nhiên liệu hóa thạch đến mức khoảng 4*10,11 tấn carbon đã được tái đưa vào khí quyển. Hiện nay có khoảng. 2 * 10 12 tấn carbon, và trong một trăm năm tới do đốt nhiên liệu hóa thạch, con số này có thể tăng gấp đôi. Tuy nhiên, không phải tất cả carbon sẽ tồn tại trong khí quyển: một số sẽ hòa tan trong nước biển, một số sẽ được thực vật hấp thụ và một số sẽ bị ràng buộc trong quá trình phong hóa của đá. Vẫn chưa thể dự đoán lượng carbon dioxide sẽ được chứa trong khí quyển hoặc chính xác nó sẽ có tác động gì đến khí hậu toàn cầu. Tuy nhiên, người ta tin rằng bất kỳ sự gia tăng nào về hàm lượng của nó sẽ gây ra sự nóng lên, mặc dù không nhất thiết là bất kỳ sự nóng lên nào cũng sẽ ảnh hưởng đáng kể đến khí hậu. Theo kết quả đo, nồng độ carbon dioxide trong khí quyển đang tăng lên rõ rệt, mặc dù với tốc độ chậm. Dữ liệu khí hậu của Trạm Svalbard và Little America trên thềm băng Ross ở Nam Cực cho thấy nhiệt độ trung bình hàng năm tăng lần lượt là 5°C và 2,5°C trong khoảng thời gian khoảng 50 năm.
Tiếp xúc với bức xạ vũ trụ. Khi các tia vũ trụ năng lượng cao tương tác với các thành phần riêng lẻ của khí quyển, đồng vị phóng xạ. Trong số đó nổi bật nhất là đồng vị carbon 14C, tích tụ trong mô thực vật và động vật. Bằng cách đo độ phóng xạ của các chất hữu cơ lâu ngày không trao đổi cacbon với môi trường, có thể xác định được tuổi của chúng. Phương pháp cacbon phóng xạ đã tự khẳng định mình là phương pháp đáng tin cậy nhất để xác định niên đại của các sinh vật và vật thể hóa thạch văn hóa vật chất, có tuổi không quá 50 nghìn năm. Cho đến nay những vật liệu có niên đại hàng trăm nghìn năm, người ta có thể sử dụng các đồng vị phóng xạ khác có chu kỳ bán rã dài nếu vấn đề cơ bản của việc đo lường cực kỳ khó khăn. mức độ thấp tính phóng xạ
(xem thêm XÁC ĐỔ bằng RADIOCARBON).
NGUỒN GỐC CỦA KHÍ QUYỀN TRÁI ĐẤT
Lịch sử hình thành khí quyển vẫn chưa được xây dựng lại hoàn toàn một cách đáng tin cậy. Tuy nhiên, một số thay đổi có thể xảy ra trong thành phần của nó đã được xác định. Sự hình thành của bầu khí quyển bắt đầu ngay sau khi Trái đất hình thành. Có nhiều lý do chính đáng để tin rằng trong quá trình tiến hóa của Trái đất và việc nó có được kích thước và khối lượng gần giống với kích thước hiện đại, nó gần như mất đi hoàn toàn bầu khí quyển ban đầu. Người ta tin rằng ở giai đoạn đầu Trái đất ở trạng thái nóng chảy và khoảng. 4,5 tỷ năm trước nó hình thành thành một vật thể rắn. Cột mốc này được coi là sự khởi đầu của niên đại địa chất. Kể từ thời điểm đó, bầu khí quyển đã có sự biến đổi chậm chạp. Một số quá trình địa chất, chẳng hạn như sự phun trào dung nham trong các vụ phun trào núi lửa, đi kèm với việc giải phóng khí từ lòng Trái đất. Chúng có thể bao gồm nitơ, amoniac, metan, hơi nước, carbon monoxide và dioxide. Dưới tác động của bức xạ cực tím mặt trời, hơi nước bị phân hủy thành hydro và oxy, nhưng oxy giải phóng phản ứng với carbon monoxide để tạo thành carbon dioxide. Amoniac bị phân hủy thành nitơ và hydro. Trong quá trình khuếch tán, hydro bốc lên và rời khỏi khí quyển, còn nitơ nặng hơn không thể bay hơi và dần dần tích tụ, trở thành thành phần chính của nó, mặc dù một phần bị liên kết trong các phản ứng hóa học. Dưới tầm ảnh hưởng tia cực tím và sự phóng điện, một hỗn hợp khí, có thể có trong bầu khí quyển ban đầu của Trái đất, đã tham gia vào các phản ứng hóa học dẫn đến sự hình thành các chất hữu cơ, đặc biệt là các axit amin. Do đó, sự sống có thể bắt nguồn từ một bầu không khí về cơ bản khác với bầu không khí hiện đại. Với sự ra đời của thực vật nguyên thủy, quá trình quang hợp bắt đầu (xem thêm HÌNH ẢNH), kèm theo việc giải phóng oxy tự do. Loại khí này, đặc biệt là sau khi khuếch tán vào các tầng trên của khí quyển, bắt đầu bảo vệ các tầng dưới của nó và bề mặt Trái đất khỏi tia cực tím và tia cực tím đe dọa tính mạng. bức xạ tia X. Người ta ước tính rằng sự hiện diện của chỉ 0,00004 thể tích oxy hiện đại có thể dẫn đến sự hình thành một lớp có nồng độ bằng một nửa ozone hiện tại, tuy nhiên lớp này mang lại khả năng bảo vệ rất đáng kể khỏi tia cực tím. Cũng có khả năng là bầu khí quyển sơ cấp chứa rất nhiều carbon dioxide. Nó đã được sử dụng hết trong quá trình quang hợp và nồng độ của nó chắc chắn đã giảm khi thế giới thực vật phát triển và cũng do sự hấp thụ trong một số quá trình địa chất nhất định. Bởi vì hiệu ứng nhà kính liên quan đến sự hiện diện của carbon dioxide trong khí quyển, một số nhà khoa học tin rằng sự biến động về nồng độ của nó là một trong những lý do quan trọng quy mô lớn như vậy khí hậu thay đổi trong lịch sử Trái đất, giống như kỷ băng hà. Khí heli có trong bầu khí quyển hiện đại có lẽ phần lớn là sản phẩm của phân rã phóng xạ uranium, thorium và radium. Những nguyên tố phóng xạ này phát ra các hạt alpha, là hạt nhân của nguyên tử helium. Vì không có điện tích nào được tạo ra hoặc mất đi trong quá trình phân rã phóng xạ nên mỗi hạt alpha có hai electron. Kết quả là nó kết hợp với chúng, tạo thành các nguyên tử helium trung tính. Các nguyên tố phóng xạ có trong các khoáng chất phân tán trong đá, do đó một phần đáng kể helium hình thành do sự phân rã phóng xạ được giữ lại trong chúng, thoát ra rất chậm vào khí quyển. Một lượng helium nhất định bay lên tầng ngoài do sự khuếch tán, nhưng do sự di chuyển liên tục từ bề mặt trái đất nên thể tích của khí này trong khí quyển là không đổi. Dựa trên Phân tích phổÁnh sáng sao và nghiên cứu về thiên thạch có thể ước tính mức độ phong phú tương đối của các nguyên tố hóa học khác nhau trong Vũ trụ. Nồng độ neon trong không gian cao hơn trên Trái đất khoảng mười tỷ lần, krypton cao hơn mười triệu lần và xenon cao hơn một triệu lần. Theo đó, nồng độ của các khí trơ này, ban đầu có trong bầu khí quyển Trái đất và không được bổ sung trong các phản ứng hóa học, đã giảm đi rất nhiều, thậm chí có thể ở giai đoạn Trái đất mất đi bầu khí quyển sơ cấp. Một ngoại lệ là khí trơ argon, vì ở dạng đồng vị 40Ar, nó vẫn được hình thành trong quá trình phân rã phóng xạ của đồng vị kali.
Hiện Tượng Quang Học
Sự đa dạng của các hiện tượng quang học trong khí quyển là do nhiều nguyên nhân khác nhau. Các hiện tượng phổ biến nhất bao gồm sét (xem ở trên) và cực quang rất ngoạn mục ở phía bắc và phía nam (xem thêm AURORA). Ngoài ra, cầu vồng, gal, parhelium (mặt trời giả) và vòng cung, hào quang, quầng sáng và bóng ma Brocken, ảo ảnh, đám cháy St. Elmo, đám mây phát sáng, tia xanh và tia hoàng hôn đặc biệt thú vị. Cầu vồng là hiện tượng khí quyển đẹp nhất. Thông thường, đây là một vòm khổng lồ bao gồm các sọc nhiều màu, được quan sát thấy khi Mặt trời chỉ chiếu sáng một phần bầu trời và không khí bão hòa với những giọt nước, chẳng hạn như khi trời mưa. Các vòng cung nhiều màu được sắp xếp theo dãy quang phổ (đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) nhưng các màu hầu như không bao giờ thuần khiết vì các sọc chồng lên nhau. Thường xuyên, tính chất vật lý cầu vồng khác nhau đáng kể, do đó vẻ bề ngoài chúng rất đa dạng. Của họ Đặc điểm chung là tâm của cung luôn nằm trên một đường thẳng kéo từ Mặt trời tới người quan sát. Cầu vồng chính là một vòng cung bao gồm các màu sáng nhất - đỏ ở bên ngoài và tím ở bên trong. Đôi khi chỉ nhìn thấy được một cung nhưng thường có ngoài Cầu vồng chính xuất hiện dưới dạng cầu vồng phụ. Cô ấy không có nhiều màu sáng, giống như cái đầu tiên, và các sọc đỏ và tím trong đó đổi chỗ cho nhau: sọc đỏ nằm ở bên trong. Sự hình thành cầu vồng chính được giải thích bằng hiện tượng khúc xạ kép (xem thêm QUANG HỌC) và sự phản xạ bên trong đơn của tia sáng mặt trời (xem Hình 5). Khi xuyên vào bên trong một giọt nước (A), một tia sáng bị khúc xạ và phân hủy như thể đi qua lăng kính. Sau đó, nó chạm tới bề mặt đối diện của giọt nước (B), bị phản xạ từ đó và khiến giọt nước ở bên ngoài (C). Trong trường hợp này, tia sáng bị khúc xạ lần thứ hai trước khi tới người quan sát. Chùm tia trắng ban đầu bị phân hủy thành các chùm có màu khác nhau với góc phân kỳ là 2°. Khi cầu vồng thứ cấp được hình thành, hiện tượng khúc xạ kép và phản xạ kép của tia mặt trời xảy ra (xem Hình 6). Trong trường hợp này, ánh sáng bị khúc xạ, xuyên qua phần dưới của giọt nước (A) và phản xạ từ bề mặt bên trong của giọt nước, đầu tiên tại điểm B, sau đó đến điểm C. Tại điểm D, ánh sáng bị khúc xạ, để giọt nước hướng về phía người quan sát.

Vào lúc bình minh và hoàng hôn, người quan sát nhìn thấy cầu vồng có dạng hình vòng cung bằng nửa hình tròn, vì trục của cầu vồng song song với đường chân trời. Nếu Mặt trời cao hơn đường chân trời thì vòng cung của cầu vồng sẽ nhỏ hơn một nửa chu vi. Khi Mặt trời mọc trên 42° so với đường chân trời, cầu vồng biến mất. Ở mọi nơi, ngoại trừ ở vĩ độ cao, cầu vồng không thể xuất hiện vào buổi trưa, khi Mặt trời lên quá cao. Thật thú vị khi ước tính khoảng cách tới cầu vồng. Mặc dù vòng cung nhiều màu dường như nằm trong cùng một mặt phẳng nhưng đây chỉ là ảo ảnh. Trên thực tế, cầu vồng có độ sâu rất lớn và nó có thể được tưởng tượng như bề mặt của một hình nón rỗng, trên đỉnh là nơi đặt người quan sát. Trục của hình nón kết nối Mặt trời, người quan sát và tâm của cầu vồng. Người quan sát nhìn như thể dọc theo bề mặt của hình nón này. Không có hai người nào có thể nhìn thấy chính xác cầu vồng giống nhau. Tất nhiên, về cơ bản bạn có thể quan sát thấy hiệu ứng giống nhau, nhưng hai cầu vồng chiếm những vị trí khác nhau và được hình thành bởi những giọt nước khác nhau. Khi mưa hoặc tia nước phun tạo thành cầu vồng, hiệu ứng quang học đầy đủ đạt được nhờ hiệu ứng kết hợp của tất cả các giọt nước đi qua bề mặt hình nón cầu vồng với người quan sát ở đỉnh. Vai trò của mỗi giọt nước là phù du. Bề mặt của hình nón cầu vồng bao gồm nhiều lớp. Nhanh chóng vượt qua chúng và đi qua hàng loạt điểm trọng yếu, mỗi giọt đều phân hủy ngay lập tức tia nắng trên toàn bộ quang phổ theo một trình tự được xác định nghiêm ngặt - từ đỏ đến tím. Nhiều giọt giao nhau với bề mặt của hình nón theo cùng một cách, do đó cầu vồng xuất hiện đối với người quan sát như là liên tục dọc theo và ngang qua vòng cung của nó. Quầng sáng là những vòng cung ánh sáng màu trắng hoặc óng ánh và quay quanh đĩa Mặt trời hoặc Mặt trăng. Chúng phát sinh do sự khúc xạ hoặc phản xạ ánh sáng bởi các tinh thể băng hoặc tuyết trong khí quyển. Các tinh thể tạo thành quầng sáng nằm trên bề mặt của một hình nón tưởng tượng có trục hướng từ người quan sát (từ đỉnh hình nón) đến Mặt trời. Trong những điều kiện nhất định, bầu khí quyển có thể bão hòa với các tinh thể nhỏ, nhiều mặt trong số chúng tạo thành một góc vuông với mặt phẳng đi qua Mặt trời, người quan sát và những tinh thể này. Những mặt như vậy phản chiếu các tia sáng tới với độ lệch 22°, tạo thành một quầng sáng có màu đỏ ở bên trong, nhưng nó cũng có thể bao gồm tất cả các màu của quang phổ. Ít phổ biến hơn là quầng sáng có bán kính góc 46°, nằm đồng tâm xung quanh quầng sáng 22°. Của anh ấy bên trong cũng có tông màu đỏ. Lý do cho điều này cũng là do sự khúc xạ ánh sáng, xảy ra trong trường hợp này ở các cạnh của tinh thể tạo thành các góc vuông. Chiều rộng vòng của quầng sáng như vậy vượt quá 2,5°. Cả quầng sáng 46 độ và 22 độ đều có xu hướng sáng nhất ở phía trên và phần dưới Nhẫn. Quầng sáng 90 độ hiếm có là một vòng sáng mờ, gần như không màu, có chung tâm với hai quầng sáng khác. Nếu có màu thì mặt ngoài của chiếc nhẫn sẽ có màu đỏ. Cơ chế xuất hiện của loại quầng sáng này vẫn chưa được hiểu đầy đủ (Hình 7).

Parhelia và vòng cung. Vòng tròn parhelic (hay vòng tròn của mặt trời giả) là một vòng màu trắng có tâm ở điểm thiên đỉnh, đi qua Mặt trời song song với đường chân trời. Lý do hình thành của nó là sự phản chiếu ánh sáng mặt trời từ các cạnh của bề mặt tinh thể băng. Nếu các tinh thể được phân bổ đủ đều trong không khí, bạn sẽ nhìn thấy được một vòng tròn hoàn chỉnh. Parhelia, hay mặt trời giả, là những điểm sáng rực rỡ gợi nhớ đến Mặt trời hình thành tại các điểm giao nhau của vòng tròn parhelic với quầng sáng có bán kính góc 22°, 46° và 90°. Các dạng parhelium xuất hiện thường xuyên nhất và sáng nhất ở điểm giao nhau với quầng sáng 22 độ, thường có hầu hết các màu của cầu vồng. Mặt trời giả tại các giao lộ có quầng sáng 46 và 90 độ được quan sát ít thường xuyên hơn. Parhelia xuất hiện tại các điểm giao nhau với quầng sáng 90 độ được gọi là paranthelia hoặc phản mặt trời giả. Đôi khi cũng có thể nhìn thấy antelium (phản mặt trời) - một điểm sáng nằm trên vòng parhelium đối diện hoàn toàn với Mặt trời. Người ta cho rằng nguyên nhân của hiện tượng này là do kép phản ánh nội tâmánh sáng mặt trời. Tia phản xạ đi cùng đường với tia tới nhưng ngược chiều. Cung gần thiên đỉnh, đôi khi được gọi không chính xác là cung tiếp tuyến trên của quầng 46 độ, là một cung có góc 90° hoặc nhỏ hơn có tâm ở thiên đỉnh, nằm ở khoảng 46° phía trên Mặt trời. Nó hiếm khi được nhìn thấy và chỉ xuất hiện trong vài phút, có màu sắc tươi sáng và màu đỏ chỉ giới hạn ở phía ngoài của vòng cung. Vòng cung gần đỉnh điểm đáng chú ý vì màu sắc, độ sáng và đường viền rõ ràng. Một hiệu ứng quang học thú vị và rất hiếm khác của loại quầng sáng là cung Lowitz. Chúng phát sinh như sự tiếp nối của parhelia tại điểm giao nhau với quầng sáng 22 độ, kéo dài từ phía bên ngoài của quầng sáng và hơi lõm về phía Mặt trời. Các cột ánh sáng trắng, giống như nhiều cây thánh giá khác nhau, đôi khi có thể nhìn thấy được vào lúc bình minh hoặc hoàng hôn, đặc biệt là ở các vùng cực và có thể đi cùng với cả Mặt trời và Mặt trăng. Đôi khi, quầng sáng mặt trăng và các hiệu ứng khác tương tự như những gì được mô tả ở trên được quan sát thấy, trong đó quầng sáng mặt trăng phổ biến nhất (một vòng quanh Mặt trăng) có bán kính góc 22°. Cũng giống như mặt trời giả, mặt trăng giả có thể xuất hiện. Corona, hay vương miện, là những vòng màu nhỏ đồng tâm xung quanh Mặt trời, Mặt trăng hoặc các vật thể sáng khác thỉnh thoảng được quan sát thấy khi nguồn sáng ở phía sau những đám mây mờ. Bán kính của quầng sáng nhỏ hơn bán kính của quầng sáng và xấp xỉ. 1-5°, vòng màu xanh lam hoặc tím ở gần Mặt trời nhất. Vành nhật hoa xảy ra khi ánh sáng bị tán xạ bởi những giọt nước nhỏ, tạo thành đám mây. Đôi khi quầng sáng xuất hiện dưới dạng một điểm sáng (hoặc quầng) bao quanh Mặt trời (hoặc Mặt trăng), kết thúc bằng một vòng màu đỏ. Trong các trường hợp khác, có thể nhìn thấy ít nhất hai vòng đồng tâm có đường kính lớn hơn, có màu rất nhạt ở bên ngoài quầng sáng. Hiện tượng này đi kèm với những đám mây cầu vồng. Đôi khi rìa của những đám mây rất cao có màu sắc tươi sáng.
Gloria (quầng sáng). Trong những điều kiện đặc biệt, hiện tượng khí quyển bất thường xảy ra. Nếu Mặt trời ở phía sau người quan sát và bóng của nó chiếu lên những đám mây gần đó hoặc màn sương mù thì khi một trạng thái nhất định bầu không khí xung quanh cái bóng của một người, bạn có thể thấy một vòng tròn phát sáng đầy màu sắc - một vầng hào quang. Thông thường, quầng sáng như vậy được hình thành do sự phản chiếu ánh sáng từ những giọt sương trên bãi cỏ. Glorias cũng thường được tìm thấy xung quanh bóng do máy bay tạo ra trên những đám mây bên dưới.
Những bóng ma của Brocken.Ở một số khu vực trên thế giới, khi bóng của người quan sát trên ngọn đồi lúc bình minh hoặc hoàng hôn rơi phía sau anh ta trên những đám mây nằm ở khoảng cách ngắn, hiệu ứng tuyệt vời: Cái bóng có tỷ lệ khổng lồ. Điều này xảy ra do sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng bởi những giọt nước nhỏ trong sương mù. Hiện tượng được mô tả được gọi là "Bóng ma Brocken" theo tên đỉnh núi ở Dãy núi Harz ở Đức.
ảo ảnh- hiệu ứng quang học gây ra bởi sự khúc xạ ánh sáng khi truyền qua các lớp không khí có mật độ khác nhau và được thể hiện dưới dạng hình ảnh ảo. Trong trường hợp này, các vật thể ở xa có thể được nâng lên hoặc hạ xuống so với vị trí thực tế của chúng và cũng có thể bị biến dạng và có hình dạng không đều, kỳ lạ. Ảo ảnh thường được quan sát thấy ở vùng có khí hậu nóng, chẳng hạn như trên vùng đồng bằng đầy cát. Ảo ảnh thấp hơn là phổ biến, khi bề mặt sa mạc gần như bằng phẳng ở xa trông giống như vùng nước mở, đặc biệt là khi nhìn từ độ cao nhỏ hoặc đơn giản là nằm phía trên một lớp không khí nóng. Ảo ảnh này thường xảy ra trên đường nhựa nóng, trông giống như mặt nước ở phía trước. Trên thực tế, bề mặt này là sự phản chiếu của bầu trời. Dưới tầm mắt, các vật thể có thể xuất hiện trong “nước” này, thường là lộn ngược. Một “lớp bánh thoáng” được hình thành trên bề mặt nóng của đất, với lớp gần mặt đất nhất là nóng nhất và mỏng đến mức sóng ánh sáng, đi qua nó, bị biến dạng, vì tốc độ truyền của chúng thay đổi tùy thuộc vào mật độ của môi trường. Những ảo ảnh phía trên ít phổ biến hơn và đẹp như tranh vẽ hơn những ảo ảnh phía dưới. Các vật thể ở xa (thường nằm ngoài đường chân trời của biển) xuất hiện lộn ngược trên bầu trời và đôi khi hình ảnh thẳng đứng của cùng một vật thể cũng xuất hiện phía trên. Hiện tượng này đặc trưng ở các vùng lạnh, đặc biệt khi có sự đảo ngược nhiệt độ đáng kể, khi có nhiều lớp ấm không khí. Hiệu ứng quang học này biểu hiện như là kết quả của các kiểu truyền phức tạp của mặt trước sóng ánh sáng trong các lớp không khí có mật độ không đồng nhất. Những ảo ảnh rất bất thường thỉnh thoảng xảy ra, đặc biệt là ở các vùng cực. Khi ảo ảnh xảy ra trên đất liền, cây cối và các thành phần cảnh quan khác bị đảo lộn. Trong mọi trường hợp, các vật thể được nhìn thấy rõ ràng hơn ở ảo ảnh phía trên so với ảo ảnh phía dưới. Khi ranh giới của hai khối không khí là một mặt phẳng thẳng đứng, đôi khi người ta quan sát được các ảo ảnh ngang.
Ngọn lửa Thánh Elmo. Một số hiện tượng quang học trong khí quyển (ví dụ, ánh sáng rực rỡ và hiện tượng khí tượng phổ biến nhất - sét) có bản chất là điện. Ít phổ biến hơn nhiều là đèn St. Elmo - những chiếc chổi sáng màu xanh nhạt hoặc tím dài từ 30 cm đến 1 m hoặc hơn, thường ở trên đỉnh cột buồm hoặc cuối bãi tàu trên biển. Đôi khi có vẻ như toàn bộ giàn khoan của con tàu được bao phủ bởi phốt pho và phát sáng. Lửa Thánh Elmo đôi khi xuất hiện trên các đỉnh núi, cũng như trên các ngọn tháp và các góc nhọn những toà nhà cao tầng. Hiện tượng này thể hiện sự phóng điện chổi than ở hai đầu dây dẫn điện khi cường độ điện trường trong khí quyển xung quanh chúng tăng lên rất nhiều. Will-o'-the-wisps là ánh sáng xanh nhạt hoặc xanh lục đôi khi được quan sát thấy ở đầm lầy, nghĩa trang và hầm mộ. Chúng thường trông giống như một ngọn lửa nến nhô lên cách mặt đất khoảng 30 cm, cháy lặng lẽ, không tỏa nhiệt và lơ lửng một lúc trên vật thể. Ánh sáng dường như hoàn toàn khó nắm bắt và khi người quan sát đến gần, nó dường như di chuyển sang một nơi khác. Nguyên nhân của hiện tượng này là do sự phân hủy các chất cặn hữu cơ và sự đốt cháy tự phát của khí đầm lầy metan (CH4) hoặc phosphine (PH3). Will-o'-the-wisps có nhiều hình dạng khác nhau, đôi khi thậm chí là hình cầu. Tia xanh - tia nắng xanh ngọc lục bảo lóe lên vào thời điểm tia sáng cuối cùng của Mặt trời biến mất sau đường chân trời. Thành phần màu đỏ của ánh sáng mặt trời biến mất trước tiên, tất cả những thành phần khác theo thứ tự biến mất và thành phần cuối cùng còn lại là màu xanh ngọc lục bảo. Hiện tượng này chỉ xảy ra khi chỉ có rìa của đĩa mặt trời vẫn ở phía trên đường chân trời, nếu không sẽ xảy ra hỗn hợp màu sắc. Tia hoàng hôn là những chùm ánh sáng mặt trời phân kỳ có thể nhìn thấy được do chúng chiếu sáng bụi trong các tầng cao của khí quyển. Bóng của những đám mây tạo thành những sọc đen và những tia sáng lan tỏa giữa chúng. Hiệu ứng này xảy ra khi Mặt trời ở vị trí thấp ở đường chân trời trước bình minh hoặc sau khi mặt trời lặn.