ชั้นบรรยากาศหนาแน่นคืออะไร? ชั้นบรรยากาศของโลก
YouTube สารานุกรม
1 / 5
ú ยานอวกาศ Earth (ตอนที่ 14) - บรรยากาศ
➤ เหตุใดบรรยากาศจึงไม่ถูกดึงเข้าสู่สุญญากาศแห่งอวกาศ
út การเข้าสู่ยานอวกาศ Soyuz TMA-8 สู่ชั้นบรรยากาศโลก
√ โครงสร้างบรรยากาศ ความหมาย การศึกษา
✪ O. S. Ugolnikov "บรรยากาศชั้นบน การพบกันของโลกและอวกาศ"
คำบรรยาย
ขอบเขตบรรยากาศ
บรรยากาศถือเป็นบริเวณรอบโลกซึ่งมีตัวกลางที่เป็นก๊าซหมุนไปพร้อมกับโลกโดยรวม บรรยากาศจะค่อยๆ ผ่านเข้าสู่อวกาศระหว่างดาวเคราะห์ในชั้นนอกโลก โดยเริ่มต้นที่ระดับความสูง 500-1,000 กิโลเมตรจากพื้นผิวโลก
ตามคำจำกัดความที่เสนอโดยสหพันธ์การบินระหว่างประเทศขอบเขตของบรรยากาศและพื้นที่นั้นถูกลากไปตามเส้นคาร์มานซึ่งอยู่ที่ระดับความสูงประมาณ 100 กม. ซึ่งเหนือระดับนั้นการบินการบินจึงเป็นไปไม่ได้เลย NASA ใช้เครื่องหมาย 122 กิโลเมตร (400,000 ฟุต) เป็นขีดจำกัดบรรยากาศ โดยที่กระสวยอวกาศเปลี่ยนจากการขับเคลื่อนด้วยกำลังไปสู่การเคลื่อนที่ตามหลักอากาศพลศาสตร์
คุณสมบัติทางกายภาพ
นอกจากก๊าซที่ระบุในตารางแล้ว บรรยากาศยังประกอบด้วย Cl 2, SO 2, NH 3, CO, O 3, NO 2, ไฮโดรคาร์บอน, HCl, HBr, ไอระเหย, I 2, Br 2 รวมถึงก๊าซอื่น ๆ อีกมากมาย ในปริมาณเล็กน้อย โทรโพสเฟียร์ประกอบด้วยอนุภาคของแข็งและของเหลวแขวนลอย (ละอองลอย) จำนวนมากอย่างต่อเนื่อง ก๊าซที่หายากที่สุดในชั้นบรรยากาศของโลกคือเรดอน (Rn)
โครงสร้างของชั้นบรรยากาศ
ชั้นขอบเขตบรรยากาศ
ชั้นล่างของโทรโพสเฟียร์ (หนา 1-2 กม.) ซึ่งสถานะและคุณสมบัติของพื้นผิวโลกส่งผลโดยตรงต่อการเปลี่ยนแปลงของชั้นบรรยากาศ
โทรโพสเฟียร์
ขีดจำกัดบนอยู่ที่ระดับความสูง 8-10 กม. ในขั้วโลก, 10-12 กม. ในเขตอบอุ่น และ 16-18 กม. ในละติจูดเขตร้อน ในฤดูหนาวต่ำกว่าในฤดูร้อน
ชั้นบรรยากาศหลักชั้นล่างประกอบด้วยมากกว่า 80% ของมวลอากาศในบรรยากาศทั้งหมด และประมาณ 90% ของไอน้ำทั้งหมดที่มีอยู่ในบรรยากาศ ความปั่นป่วนและการพาความร้อนได้รับการพัฒนาอย่างมากในโทรโพสเฟียร์ เมฆเกิดขึ้น และพายุไซโคลนและแอนติไซโคลนก็พัฒนาขึ้น อุณหภูมิจะลดลงตามระดับความสูงที่เพิ่มขึ้น โดยมีความลาดชันตามแนวตั้งเฉลี่ย 0.65°/100 เมตร
โทรโปพอส
ชั้นเปลี่ยนผ่านจากชั้นโทรโพสเฟียร์ไปยังชั้นสตราโตสเฟียร์ ซึ่งเป็นชั้นบรรยากาศที่อุณหภูมิลดลงเมื่อความสูงหยุดลง
สตราโตสเฟียร์
ชั้นบรรยากาศตั้งอยู่ที่ระดับความสูง 11 ถึง 50 กม. โดดเด่นด้วยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเล็กน้อยในชั้น 11-25 กม. (ชั้นล่างของสตราโตสเฟียร์) และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นในชั้น 25-40 กม. จาก −56.5 ถึง +0.8 ° (ชั้นบนของสตราโตสเฟียร์หรือบริเวณผกผัน) . เมื่อถึงค่าประมาณ 273 K (เกือบ 0 °C) ที่ระดับความสูงประมาณ 40 กม. อุณหภูมิจะคงที่จนถึงระดับความสูงประมาณ 55 กม. บริเวณที่มีอุณหภูมิคงที่นี้เรียกว่าสตราโตสเฟียร์และเป็นขอบเขตระหว่างสตราโตสเฟียร์และมีโซสเฟียร์
สเตรโทพอส
ชั้นขอบเขตของชั้นบรรยากาศระหว่างสตราโตสเฟียร์และมีโซสเฟียร์ ในการกระจายอุณหภูมิแนวตั้งจะมีค่าสูงสุด (ประมาณ 0 °C)
มีโซสเฟียร์
เทอร์โมสเฟียร์
ขีดจำกัดบนคือประมาณ 800 กม. อุณหภูมิจะสูงขึ้นถึงระดับความสูง 200-300 กม. โดยจะถึงค่าลำดับ 1,500 K หลังจากนั้นจะยังคงเกือบคงที่จนถึงระดับความสูงสูง ภายใต้อิทธิพลของรังสีดวงอาทิตย์และรังสีคอสมิก ไอออนไนซ์ของอากาศ ("แสงออโรร่า") เกิดขึ้น - บริเวณหลักของไอโอโนสเฟียร์อยู่ภายในเทอร์โมสเฟียร์ ที่ระดับความสูงมากกว่า 300 กม. อะตอมออกซิเจนจะมีอิทธิพลเหนือกว่า ขีดจำกัดบนของเทอร์โมสเฟียร์ถูกกำหนดโดยกิจกรรมปัจจุบันของดวงอาทิตย์เป็นส่วนใหญ่ ในช่วงที่มีกิจกรรมต่ำ - ตัวอย่างเช่นในปี 2551-2552 ขนาดของเลเยอร์นี้ลดลงอย่างเห็นได้ชัด
เทอร์โมพอส
บริเวณบรรยากาศที่อยู่ติดกันเหนือเทอร์โมสเฟียร์ ในภูมิภาคนี้ การดูดกลืนรังสีดวงอาทิตย์ไม่มีนัยสำคัญ และอุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลงตามระดับความสูงจริงๆ
เอกโซสเฟียร์ (ทรงกลมกระเจิง)
ขึ้นไปที่ระดับความสูง 100 กม. บรรยากาศเป็นส่วนผสมของก๊าซที่เป็นเนื้อเดียวกันและผสมกันอย่างดี ในชั้นที่สูงกว่า การกระจายตัวของก๊าซตามความสูงจะขึ้นอยู่กับมวลโมเลกุล ความเข้มข้นของก๊าซที่หนักกว่าจะลดลงเร็วขึ้นตามระยะห่างจากพื้นผิวโลก เนื่องจากความหนาแน่นของก๊าซลดลง อุณหภูมิจึงลดลงจาก 0 °C ในชั้นสตราโตสเฟียร์เป็น −110 °C ในชั้นมีโซสเฟียร์ อย่างไรก็ตาม พลังงานจลน์ของอนุภาคแต่ละตัวที่ระดับความสูง 200-250 กม. สอดคล้องกับอุณหภูมิ ~150 °C เหนือ 200 กม. สังเกตความผันผวนของอุณหภูมิและความหนาแน่นของก๊าซในเวลาและอวกาศอย่างมีนัยสำคัญ
ที่ระดับความสูงประมาณ 2,000-3,500 กม. ชั้นบรรยากาศจะค่อยๆ กลายเป็นสิ่งที่เรียกว่า ใกล้สุญญากาศอวกาศซึ่งเต็มไปด้วยอนุภาคหายากของก๊าซระหว่างดาวเคราะห์ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอะตอมของไฮโดรเจน แต่ก๊าซนี้เป็นเพียงส่วนหนึ่งของสสารระหว่างดาวเคราะห์เท่านั้น อีกส่วนหนึ่งประกอบด้วยอนุภาคฝุ่นที่มีต้นกำเนิดจากดาวหางและอุกกาบาต นอกจากอนุภาคฝุ่นที่หายากอย่างยิ่งแล้ว การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและรังสีคอร์ปัสของแหล่งกำเนิดสุริยะและกาแล็กซียังแทรกซึมเข้าไปในอวกาศนี้อีกด้วย
ทบทวน
โทรโพสเฟียร์คิดเป็นประมาณ 80% ของมวลบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ - ประมาณ 20%; มวลของมีโซสเฟียร์ไม่เกิน 0.3% เทอร์โมสเฟียร์น้อยกว่า 0.05% ของมวลบรรยากาศทั้งหมด
ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางไฟฟ้าในบรรยากาศจึงแยกแยะได้ นิวโทรสเฟียร์และ ไอโอโนสเฟียร์ .
ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของก๊าซในบรรยากาศที่ปล่อยออกมา โฮโมสเฟียร์และ เฮเทอโรสเฟียร์. เฮเทอโรสเฟียร์- นี่คือพื้นที่ที่แรงโน้มถ่วงส่งผลต่อการแยกก๊าซ เนื่องจากการปะปนกันที่ระดับความสูงดังกล่าวนั้นน้อยมาก. นี่แสดงถึงองค์ประกอบที่แปรผันของเฮเทอโรสเฟียร์ ด้านล่างเป็นส่วนที่ผสมกันและเป็นเนื้อเดียวกันของบรรยากาศที่เรียกว่าโฮโมสเฟียร์ ขอบเขตระหว่างชั้นเหล่านี้เรียกว่าเทอร์โบพอส ซึ่งอยู่ที่ระดับความสูงประมาณ 120 กม.
คุณสมบัติอื่นของบรรยากาศและผลกระทบต่อร่างกายมนุษย์
เมื่ออยู่ที่ระดับความสูง 5 กม. เหนือระดับน้ำทะเล คนที่ไม่ได้รับการฝึกจะเริ่มประสบกับภาวะขาดออกซิเจน และหากไม่มีการปรับตัว ประสิทธิภาพของบุคคลจะลดลงอย่างมาก โซนสรีรวิทยาของบรรยากาศสิ้นสุดที่นี่ การหายใจของมนุษย์จะเป็นไปไม่ได้ที่ระดับความสูง 9 กม. แม้ว่าบรรยากาศจะสูงถึงประมาณ 115 กม. แต่บรรยากาศก็ยังมีออกซิเจนอยู่
บรรยากาศทำให้เรามีออกซิเจนที่จำเป็นสำหรับการหายใจ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความดันรวมของบรรยากาศลดลงเมื่อคุณสูงขึ้น ความดันบางส่วนของออกซิเจนจึงลดลงตามไปด้วย
ประวัติความเป็นมาของการก่อตัวของชั้นบรรยากาศ
ตามทฤษฎีที่พบบ่อยที่สุด ชั้นบรรยากาศของโลกมีองค์ประกอบที่แตกต่างกันสามประการตลอดประวัติศาสตร์ เริ่มแรกประกอบด้วยก๊าซเบา (ไฮโดรเจนและฮีเลียม) ที่ถูกจับจากอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ นี่คือสิ่งที่เรียกว่า บรรยากาศเบื้องต้น- ในระยะต่อไป การระเบิดของภูเขาไฟที่ยังคุกรุ่นอยู่ส่งผลให้บรรยากาศอิ่มตัวด้วยก๊าซอื่นที่ไม่ใช่ไฮโดรเจน (คาร์บอนไดออกไซด์ แอมโมเนีย ไอน้ำ) นี่คือวิธีที่มันถูกสร้างขึ้น บรรยากาศรอง- บรรยากาศแบบนี้กำลังฟื้นฟู นอกจากนี้กระบวนการก่อตัวของบรรยากาศยังถูกกำหนดโดยปัจจัยต่อไปนี้:
- การรั่วไหลของก๊าซเบา (ไฮโดรเจนและฮีเลียม) สู่อวกาศระหว่างดาวเคราะห์
- ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในบรรยากาศภายใต้อิทธิพลของรังสีอัลตราไวโอเลต การปล่อยฟ้าผ่า และปัจจัยอื่น ๆ
ปัจจัยเหล่านี้ค่อยๆ นำไปสู่การก่อตัว บรรยากาศระดับอุดมศึกษาโดดเด่นด้วยปริมาณไฮโดรเจนที่ต่ำกว่ามากและมีปริมาณไนโตรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ที่สูงกว่ามาก (เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาทางเคมีจากแอมโมเนียและไฮโดรคาร์บอน)
ไนโตรเจน
การก่อตัวของไนโตรเจน N2 จำนวนมากเกิดจากการออกซิเดชันของบรรยากาศแอมโมเนีย-ไฮโดรเจนโดยโมเลกุลออกซิเจน O2 ซึ่งเริ่มมาจากพื้นผิวโลกอันเป็นผลมาจากการสังเคราะห์ด้วยแสงเริ่มต้นเมื่อ 3 พันล้านปีก่อน ไนโตรเจน N2 ยังถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศอันเป็นผลมาจากการแยกไนเตรตของไนเตรตและสารประกอบที่มีไนโตรเจนอื่นๆ ไนโตรเจนจะถูกออกซิไดซ์โดยโอโซนเป็น NO ในบรรยากาศชั้นบน
ไนโตรเจน N 2 จะทำปฏิกิริยาภายใต้สภาวะเฉพาะเท่านั้น (เช่น ระหว่างการปล่อยฟ้าผ่า) ออกซิเดชันของโมเลกุลไนโตรเจนโดยโอโซนระหว่างการปล่อยกระแสไฟฟ้าจะใช้ในปริมาณเล็กน้อยในการผลิตปุ๋ยไนโตรเจนทางอุตสาหกรรม ไซยาโนแบคทีเรีย (สาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียว) และแบคทีเรียปมซึ่งก่อตัวเป็นซิมไบโอซิสของไรโซเบียมกับพืชตระกูลถั่วซึ่งสามารถเป็นปุ๋ยพืชสดที่มีประสิทธิภาพ - พืชที่ไม่ทำให้หมดสิ้นลง แต่ทำให้ดินสมบูรณ์ด้วยปุ๋ยธรรมชาติสามารถออกซิไดซ์ได้ด้วยการใช้พลังงานต่ำและแปลงสภาพ ให้อยู่ในรูปแบบที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ
ออกซิเจน
องค์ประกอบของบรรยากาศเริ่มเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงโดยการปรากฏตัวของสิ่งมีชีวิตบนโลกอันเป็นผลมาจากการสังเคราะห์ด้วยแสงพร้อมกับการปล่อยออกซิเจนและการดูดซึมคาร์บอนไดออกไซด์ เริ่มแรก ออกซิเจนถูกใช้ไปกับการออกซิเดชันของสารประกอบรีดิวซ์ - แอมโมเนีย, ไฮโดรคาร์บอน, เหล็กในรูปเหล็กที่มีอยู่ในมหาสมุทรและอื่น ๆ เมื่อสิ้นสุดระยะนี้ ปริมาณออกซิเจนในบรรยากาศเริ่มเพิ่มขึ้น บรรยากาศสมัยใหม่ที่มีคุณสมบัติออกซิไดซ์จะค่อยๆก่อตัวขึ้น เนื่องจากสิ่งนี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันและร้ายแรงในกระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศ เปลือกโลก และชีวมณฑล เหตุการณ์นี้จึงถูกเรียกว่ามหันตภัยออกซิเจน
ก๊าซมีตระกูล
มลพิษทางอากาศ
เมื่อเร็ว ๆ นี้ มนุษย์เริ่มมีอิทธิพลต่อวิวัฒนาการของชั้นบรรยากาศ ผลลัพธ์ของกิจกรรมของมนุษย์ทำให้ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเนื่องจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนที่สะสมในยุคทางธรณีวิทยาก่อนหน้านี้ CO 2 จำนวนมหาศาลถูกใช้ไปในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงและถูกดูดซับโดยมหาสมุทรของโลก ก๊าซนี้เข้าสู่ชั้นบรรยากาศเนื่องจากการสลายตัวของหินคาร์บอเนตและสารอินทรีย์จากพืชและสัตว์ รวมถึงเนื่องจากการปะทุของภูเขาไฟและกิจกรรมทางอุตสาหกรรมของมนุษย์ ในช่วง 100 ปีที่ผ่านมา ปริมาณ CO 2 ในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้น 10% โดยส่วนใหญ่ (360 พันล้านตัน) มาจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง หากอัตราการเติบโตของการเผาไหม้เชื้อเพลิงยังคงดำเนินต่อไป ในอีก 200-300 ปีข้างหน้า ปริมาณ CO 2 ในชั้นบรรยากาศจะเพิ่มขึ้นสองเท่าและอาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลก
การเผาไหม้เชื้อเพลิงเป็นสาเหตุหลักของก๊าซก่อมลพิษ (CO, SO2) ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจนในบรรยากาศเป็น SO 3 และไนโตรเจนออกไซด์เป็น NO 2 ในชั้นบนของบรรยากาศ ซึ่งในทางกลับกันจะมีปฏิกิริยากับไอน้ำ และส่งผลให้กรดซัลฟิวริก H 2 SO 4 และกรดไนตริก HNO 3 ตกไปที่ พื้นผิวโลกในรูปแบบที่เรียกว่าฝนกรด การใช้งาน
บรรยากาศ (จากภาษากรีก ατμός - "ไอน้ำ" และ σφαῖρα - "ทรงกลม") คือเปลือกก๊าซของเทห์ฟากฟ้าที่ยึดไว้โดยแรงโน้มถ่วง ชั้นบรรยากาศเป็นเปลือกก๊าซของโลกซึ่งประกอบด้วยก๊าซ ไอน้ำ และฝุ่นหลายชนิดผสมกัน ชั้นบรรยากาศมีการแลกเปลี่ยนสสารระหว่างโลกและจักรวาล โลกได้รับฝุ่นจักรวาลและวัสดุอุกกาบาต และสูญเสียก๊าซที่เบาที่สุด ได้แก่ ไฮโดรเจนและฮีเลียม ชั้นบรรยากาศของโลกถูกทะลุผ่านและทะลุผ่านโดยการแผ่รังสีอันทรงพลังจากดวงอาทิตย์ ซึ่งกำหนดรูปแบบการระบายความร้อนของพื้นผิวดาวเคราะห์ ทำให้เกิดการแยกตัวของโมเลกุลของก๊าซในบรรยากาศและการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอม
ชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วยออกซิเจนที่สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ใช้เพื่อการหายใจ และคาร์บอนไดออกไซด์ที่พืช สาหร่าย และไซยาโนแบคทีเรียใช้ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง ชั้นบรรยากาศยังเป็นชั้นป้องกันของโลกอีกด้วย โดยปกป้องผู้อยู่อาศัยจากรังสีอัลตราไวโอเลตของดวงอาทิตย์
วัตถุขนาดใหญ่ทั้งหมด - ดาวเคราะห์ภาคพื้นดินและก๊าซยักษ์ - มีชั้นบรรยากาศ
องค์ประกอบของบรรยากาศ
บรรยากาศเป็นส่วนผสมของก๊าซประกอบด้วยไนโตรเจน (78.08%) ออกซิเจน (20.95%) คาร์บอนไดออกไซด์ (0.03%) อาร์กอน (0.93%) ฮีเลียม นีออน ซีนอน คริปทอน (0.01%) จำนวนเล็กน้อย คาร์บอนไดออกไซด์ 0.038% และไฮโดรเจน ฮีเลียม ก๊าซมีตระกูลและสารมลพิษอื่นๆ จำนวนเล็กน้อย
องค์ประกอบสมัยใหม่ของอากาศของโลกก่อตั้งขึ้นเมื่อกว่าร้อยล้านปีก่อน แต่กิจกรรมการผลิตของมนุษย์ที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วยังคงนำไปสู่การเปลี่ยนแปลง ปัจจุบันมีปริมาณ CO 2 เพิ่มขึ้นประมาณ 10-12% ก๊าซที่รวมอยู่ในชั้นบรรยากาศมีบทบาทหน้าที่ต่างๆ อย่างไรก็ตาม ความสำคัญหลักของก๊าซเหล่านี้ถูกกำหนดโดยข้อเท็จจริงที่ว่าพวกมันดูดซับพลังงานรังสีได้อย่างมาก และด้วยเหตุนี้จึงมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อระบอบอุณหภูมิของพื้นผิวและบรรยากาศของโลก
องค์ประกอบเริ่มต้นของชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์มักจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางเคมีและอุณหภูมิของดวงอาทิตย์ระหว่างการก่อตัวของดาวเคราะห์และการปล่อยก๊าซภายนอกในเวลาต่อมา จากนั้นองค์ประกอบของเปลือกก๊าซจะวิวัฒนาการภายใต้อิทธิพลของปัจจัยต่างๆ
บรรยากาศของดาวศุกร์และดาวอังคารส่วนใหญ่ประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ โดยเติมไนโตรเจน อาร์กอน ออกซิเจน และก๊าซอื่นๆ เข้าไปเล็กน้อย ชั้นบรรยากาศของโลกส่วนใหญ่เป็นผลผลิตของสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในนั้น ก๊าซยักษ์อุณหภูมิต่ำ ได้แก่ ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน สามารถกักเก็บก๊าซที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำเป็นส่วนใหญ่ ได้แก่ ไฮโดรเจนและฮีเลียม ในทางกลับกัน ก๊าซยักษ์ใหญ่ที่มีอุณหภูมิสูง เช่น โอซิริส หรือ 51 เพกาซี บี ไม่สามารถกักเก็บไว้ได้ และโมเลกุลของบรรยากาศของพวกมันก็กระจัดกระจายในอวกาศ กระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างช้าๆ และต่อเนื่อง
ไนโตรเจนก๊าซที่พบมากที่สุดในบรรยากาศก็คือไม่มีการใช้งานทางเคมี
ออกซิเจนต่างจากไนโตรเจนตรงที่เป็นองค์ประกอบที่มีฤทธิ์ทางเคมีมาก หน้าที่เฉพาะของออกซิเจนคือการออกซิเดชันของอินทรียวัตถุของสิ่งมีชีวิตเฮเทอโรโทรฟิค หิน และก๊าซภายใต้การออกซิไดซ์ที่ปล่อยออกมาสู่ชั้นบรรยากาศโดยภูเขาไฟ หากไม่มีออกซิเจน ก็จะไม่มีการสลายตัวของสารอินทรีย์ที่ตายแล้ว
โครงสร้างบรรยากาศ
โครงสร้างของบรรยากาศประกอบด้วยสองส่วน: ส่วนด้านใน - โทรโพสเฟียร์, สตราโตสเฟียร์, มีโซสเฟียร์และเทอร์โมสเฟียร์หรือไอโอโนสเฟียร์และส่วนด้านนอก - แมกนีโตสเฟียร์ (เอ็กโซสเฟียร์)
1) โทรโพสเฟียร์– นี่คือส่วนล่างของบรรยากาศซึ่งมีความเข้มข้น 3/4 เช่น ~ 80% ของชั้นบรรยากาศของโลกทั้งหมด ความสูงของมันถูกกำหนดโดยความเข้มของการไหลของอากาศในแนวตั้ง (ขึ้นหรือลง) ที่เกิดจากความร้อนของพื้นผิวโลกและมหาสมุทร ดังนั้นความหนาของโทรโพสเฟียร์ที่เส้นศูนย์สูตรคือ 16–18 กม. ในละติจูดพอสมควร 10–11 กม. และ ที่เสา – สูงสุด 8 กม. อุณหภูมิอากาศในโทรโพสเฟียร์ที่ระดับความสูงลดลง 0.6 องศาเซลเซียส ทุกๆ 100 เมตร และอยู่ในช่วงตั้งแต่ +40 ถึง - 50 องศาเซลเซียส
2) สตราโตสเฟียร์ตั้งอยู่เหนือชั้นโทรโพสเฟียร์และมีความสูงไม่เกิน 50 กม. จากพื้นผิวโลก อุณหภูมิที่ระดับความสูงสูงสุด 30 กม. คงที่ -50°С จากนั้นจะเริ่มสูงขึ้นและที่ระดับความสูง 50 กม. ถึง+10ºС
ขอบเขตด้านบนของชีวมณฑลคือม่านโอโซน
ม่านโอโซนเป็นชั้นบรรยากาศภายในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ ซึ่งอยู่ที่ระดับความสูงต่างๆ จากพื้นผิวโลก และมีความหนาแน่นของโอโซนสูงสุดที่ระดับความสูง 20-26 กม.
ความสูงของชั้นโอโซนที่เสาอยู่ที่ประมาณ 7-8 กม. ที่เส้นศูนย์สูตรที่ 17-18 กม. และความสูงสูงสุดของการมีอยู่ของโอโซนคือ 45-50 กม. ชีวิตเหนือเกราะป้องกันโอโซนเป็นไปไม่ได้เนื่องจากรังสีอัลตราไวโอเลตที่รุนแรงของดวงอาทิตย์ หากคุณบีบอัดโมเลกุลโอโซนทั้งหมด คุณจะได้ชั้นประมาณ 3 มม. รอบๆ โลก
3) มีโซสเฟียร์– ขอบเขตด้านบนของชั้นนี้สูงถึง 80 กม. คุณสมบัติหลักคืออุณหภูมิลดลงอย่างมาก -90°С ที่ขีด จำกัด บน เมฆกลางคืนที่ประกอบด้วยผลึกน้ำแข็งถูกบันทึกไว้ที่นี่
4) ไอโอโนสเฟียร์ (เทอร์โมสเฟียร์) -ตั้งอยู่ที่ระดับความสูง 800 กม. และโดดเด่นด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก:
อุณหภูมิ 150 กม. +240ºС,
อุณหภูมิ 200 กม. +500ºС,
อุณหภูมิ 600 กม. +1500ºС
ภายใต้อิทธิพลของรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ ก๊าซจะอยู่ในสถานะแตกตัวเป็นไอออน ไอออนไนซ์สัมพันธ์กับการเรืองแสงของก๊าซและการปรากฏตัวของแสงออโรร่า
ไอโอโนสเฟียร์มีความสามารถในการสะท้อนคลื่นวิทยุซ้ำ ๆ ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงการสื่อสารทางวิทยุระยะไกลบนโลก
5) เอกโซสเฟียร์– ตั้งอยู่เหนือ 800 กม. และขยายได้ถึง 3,000 กม. ที่นี่อุณหภูมิอยู่ที่ >2000°С ความเร็วของการเคลื่อนที่ของก๊าซเข้าใกล้จุดวิกฤติ ~ 11.2 กม./วินาที อะตอมที่โดดเด่นคือไฮโดรเจนและฮีเลียม ซึ่งก่อตัวเป็นโคโรนาส่องสว่างรอบโลก ซึ่งแผ่ออกไปที่ระดับความสูง 20,000 กม.
หน้าที่ของบรรยากาศ
1) การควบคุมอุณหภูมิ - สภาพอากาศและสภาพอากาศบนโลกขึ้นอยู่กับการกระจายความร้อนและความดัน
2) การดำรงชีวิต
3) ในชั้นโทรโพสเฟียร์ การเคลื่อนที่ของมวลอากาศในแนวตั้งและแนวนอนทั่วโลกเกิดขึ้น ซึ่งเป็นตัวกำหนดวัฏจักรของน้ำและการแลกเปลี่ยนความร้อน
4) กระบวนการทางธรณีวิทยาพื้นผิวเกือบทั้งหมดเกิดจากปฏิสัมพันธ์ของชั้นบรรยากาศ เปลือกโลก และอุทกสเฟียร์
5) ป้องกัน - ชั้นบรรยากาศปกป้องโลกจากอวกาศ รังสีดวงอาทิตย์ และฝุ่นอุกกาบาต
หน้าที่ของบรรยากาศ- หากไม่มีชั้นบรรยากาศ ชีวิตบนโลกคงเป็นไปไม่ได้ บุคคลบริโภค 12-15 กิโลกรัมต่อวัน อากาศสูดดมทุกนาทีตั้งแต่ 5 ถึง 100 ลิตรซึ่งเกินความต้องการอาหารและน้ำโดยเฉลี่ยต่อวันอย่างมาก นอกจากนี้บรรยากาศยังช่วยปกป้องผู้คนจากอันตรายที่คุกคามพวกเขาจากอวกาศได้อย่างน่าเชื่อถือ: ไม่อนุญาตให้อุกกาบาตหรือรังสีคอสมิกทะลุผ่าน บุคคลสามารถอยู่ได้โดยปราศจากอาหารเป็นเวลาห้าสัปดาห์ โดยไม่มีน้ำเป็นเวลาห้าวัน โดยไม่มีอากาศเป็นเวลาห้านาที ชีวิตปกติของมนุษย์ไม่เพียงต้องการอากาศเท่านั้น แต่ยังต้องการความบริสุทธิ์ด้วย สุขภาพของผู้คน สภาพของพืชและสัตว์ ความแข็งแรงและความทนทานของโครงสร้างอาคารและโครงสร้างขึ้นอยู่กับคุณภาพอากาศ อากาศเสียเป็นอันตรายต่อน้ำ ผืนดิน ทะเล และดิน บรรยากาศเป็นตัวกำหนดแสงและควบคุมระบบการระบายความร้อนของโลก และมีส่วนช่วยในการกระจายความร้อนบนโลก เปลือกก๊าซปกป้องโลกจากการระบายความร้อนและความร้อนที่มากเกินไป หากโลกของเราไม่ได้ล้อมรอบด้วยเปลือกอากาศ ภายในหนึ่งวัน ความผันผวนของอุณหภูมิจะสูงถึง 200 C บรรยากาศช่วยทุกสิ่งที่อาศัยอยู่บนโลกจากรังสีอัลตราไวโอเลตที่ทำลายล้าง รังสีเอกซ์ และรังสีคอสมิก บรรยากาศมีบทบาทสำคัญในการกระจายแสง อากาศของมันแบ่งรังสีดวงอาทิตย์ออกเป็นรังสีเล็กๆ นับล้าน กระจายออกไปและสร้างแสงสว่างที่สม่ำเสมอ บรรยากาศทำหน้าที่เป็นสื่อนำเสียง
โครงสร้างชั้นบรรยากาศของโลก
บรรยากาศเป็นเปลือกก๊าซของโลกที่มีอนุภาคละอองลอยอยู่ในนั้น เคลื่อนที่ไปพร้อมกับโลกในอวกาศโดยรวมและในขณะเดียวกันก็มีส่วนร่วมในการหมุนของโลก ชีวิตส่วนใหญ่ของเราเกิดขึ้นที่ด้านล่างของชั้นบรรยากาศ
ดาวเคราะห์เกือบทั้งหมดในระบบสุริยะของเรามีชั้นบรรยากาศเป็นของตัวเอง แต่มีเพียงชั้นบรรยากาศของโลกเท่านั้นที่สามารถดำรงชีวิตได้
เมื่อโลกของเราก่อตัวเมื่อ 4.5 พันล้านปีก่อน เห็นได้ชัดว่ามันไร้ชั้นบรรยากาศ บรรยากาศเกิดขึ้นจากการปล่อยไอน้ำจากภูเขาไฟผสมกับคาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน และสารเคมีอื่นๆ จากส่วนลึกของดาวเคราะห์น้อย แต่บรรยากาศอาจมีความชื้นในปริมาณจำกัด ดังนั้น ความชื้นส่วนเกินที่เกิดจากการควบแน่นจึงทำให้เกิดมหาสมุทร แต่แล้วบรรยากาศก็ขาดออกซิเจน สิ่งมีชีวิตชนิดแรกที่กำเนิดและพัฒนาในมหาสมุทรอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสง (H 2 O + CO 2 = CH 2 O + O 2) เริ่มปล่อยออกซิเจนส่วนเล็ก ๆ ซึ่งเริ่มเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ
การก่อตัวของออกซิเจนในชั้นบรรยากาศโลกทำให้เกิดชั้นโอโซนที่ระดับความสูงประมาณ 8 – 30 กม. ด้วยเหตุนี้ โลกของเราจึงได้รับการปกป้องจากผลกระทบที่เป็นอันตรายจากการศึกษารังสีอัลตราไวโอเลต เหตุการณ์นี้เป็นแรงผลักดันให้เกิดวิวัฒนาการของรูปแบบสิ่งมีชีวิตบนโลกต่อไปเพราะว่า ผลจากการสังเคราะห์ด้วยแสงที่เพิ่มขึ้น ทำให้ปริมาณออกซิเจนในชั้นบรรยากาศเริ่มเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดการก่อตัวและการบำรุงรักษารูปแบบสิ่งมีชีวิต รวมถึงบนบกด้วย
ปัจจุบันบรรยากาศของเราประกอบด้วยไนโตรเจน 78.1% ออกซิเจน 21% อาร์กอน 0.9% และคาร์บอนไดออกไซด์ 0.04% เศษส่วนที่เล็กมากเมื่อเทียบกับก๊าซหลักคือ นีออน ฮีเลียม มีเทน และคริปทอน
อนุภาคก๊าซที่มีอยู่ในชั้นบรรยากาศได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของโลก และเนื่องจากอากาศสามารถอัดได้ ความหนาแน่นของอากาศจึงค่อย ๆ ลดลงตามความสูง และผ่านออกสู่อวกาศโดยไม่มีขอบเขตที่ชัดเจน ครึ่งหนึ่งของมวลบรรยากาศทั้งหมดของโลกกระจุกตัวอยู่ที่รัศมี 5 กิโลเมตรตอนล่าง สามในสี่ในรัศมี 10 กิโลเมตรตอนล่าง และเก้าในสิบในรัศมี 20 กิโลเมตรตอนล่าง 99% ของมวลบรรยากาศโลกกระจุกตัวอยู่ใต้ระดับความสูง 30 กม. ซึ่งคิดเป็นเพียง 0.5% ของรัศมีเส้นศูนย์สูตรของโลกของเรา
ที่ระดับน้ำทะเลจำนวนอะตอมและโมเลกุลต่อลูกบาศก์เซนติเมตรของอากาศอยู่ที่ประมาณ 2 * 10 19 ที่ระดับความสูง 600 กม. เพียง 2 * 10 7 ที่ระดับน้ำทะเล อะตอมหรือโมเลกุลจะเคลื่อนที่ประมาณ 7 * 10 -6 ซม. ก่อนที่จะชนกับอนุภาคอื่น ที่ระดับความสูง 600 กม. ระยะทางประมาณ 10 กม. และที่ระดับน้ำทะเลการชนดังกล่าวเกิดขึ้นทุก ๆ วินาทีประมาณ 7 * 10 9 ที่ระดับความสูง 600 กม. - เพียงประมาณหนึ่งครั้งต่อนาที!
แต่ไม่เพียงแต่ความดันจะเปลี่ยนแปลงตามระดับความสูงเท่านั้น อุณหภูมิก็เปลี่ยนแปลงเช่นกัน ตัวอย่างเช่น ที่ตีนเขาสูงอาจมีอากาศค่อนข้างร้อน ในขณะที่ยอดเขาปกคลุมไปด้วยหิมะและอุณหภูมิในเวลาเดียวกันก็ต่ำกว่าศูนย์ และทันทีที่คุณบินไปยังระดับความสูงประมาณ 10–11 กม. คุณจะได้ยินข้อความว่าอุณหภูมิภายนอก -50 องศา ในขณะที่บนพื้นผิวโลกจะอุ่นขึ้น 60–70 องศา...
ในตอนแรก นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าอุณหภูมิจะลดลงตามความสูงจนกระทั่งอุณหภูมิถึงศูนย์สัมบูรณ์ (-273.16°C) แต่นั่นไม่เป็นความจริง
ชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วยสี่ชั้น: โทรโพสเฟียร์, สตราโตสเฟียร์, มีโซสเฟียร์, ไอโอโนสเฟียร์ (เทอร์โมสเฟียร์) นอกจากนี้ การแบ่งออกเป็นชั้นต่างๆ ยังถูกนำมาใช้โดยอิงตามข้อมูลการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความสูง ชั้นต่ำสุดซึ่งอุณหภูมิอากาศลดลงตามความสูง เรียกว่า ชั้นโทรโพสเฟียร์ ชั้นเหนือชั้นโทรโพสเฟียร์ ซึ่งอุณหภูมิลดลงหยุดลง จะถูกแทนที่ด้วยไอโซเทอร์ม และในที่สุดอุณหภูมิก็เริ่มสูงขึ้น เรียกว่า สตราโตสเฟียร์ ชั้นเหนือสตราโตสเฟียร์ซึ่งอุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็วอีกครั้งคือชั้นมีโซสเฟียร์ และในที่สุดชั้นที่อุณหภูมิสูงขึ้นอีกครั้งเรียกว่าชั้นไอโอโนสเฟียร์หรือเทอร์โมสเฟียร์
โทรโพสเฟียร์ขยายออกไปโดยเฉลี่ยจนถึงด้านล่าง 12 กม. นี่คือจุดที่สภาพอากาศของเราเกิดขึ้น เมฆที่สูงที่สุด (เซอร์รัส) ก่อตัวขึ้นในชั้นบนสุดของโทรโพสเฟียร์ อุณหภูมิในโทรโพสเฟียร์จะลดลงแบบอะเดียแบติกตามความสูง เช่น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเกิดขึ้นเนื่องจากความดันลดลงตามความสูง ลักษณะอุณหภูมิของชั้นโทรโพสเฟียร์ส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ที่ส่องมาถึงพื้นผิวโลก อันเป็นผลมาจากการให้ความร้อนแก่พื้นผิวโลกโดยดวงอาทิตย์ กระแสการพาความร้อนและกระแสปั่นป่วนจึงก่อตัวขึ้น ซึ่งพุ่งขึ้นด้านบนซึ่งก่อตัวเป็นสภาพอากาศ เป็นที่น่าสังเกตว่าอิทธิพลของพื้นผิวด้านล่างที่มีต่อชั้นล่างของโทรโพสเฟียร์ขยายไปถึงความสูงประมาณ 1.5 กม. แน่นอนไม่รวมพื้นที่ภูเขา
ขอบเขตด้านบนของโทรโพสเฟียร์คือโทรโพพอสซึ่งเป็นชั้นไอโซเทอร์มอล ลองพิจารณาลักษณะที่ปรากฏของเมฆฝนฟ้าคะนอง ซึ่งด้านบนเป็น “เมฆเซอร์รัส” ที่เรียกว่า “ทั่งตีเหล็ก” “ทั่งตีเหล็ก” นี้แค่ “แพร่กระจาย” ใต้โทรโพพอส เพราะว่า เนื่องจากไอโซเทอม กระแสลมจากน้อยไปมากจึงอ่อนลงอย่างมาก และเมฆหยุดพัฒนาในแนวตั้ง แต่ในกรณีพิเศษซึ่งเกิดขึ้นไม่บ่อยนัก ยอดเมฆคิวมูโลนิมบัสสามารถบุกรุกชั้นล่างของสตราโตสเฟียร์ ทำลายโทรโพพอสได้
ความสูงของโทรโพพอสขึ้นอยู่กับละติจูด ดังนั้นที่เส้นศูนย์สูตรจึงอยู่ที่ระดับความสูงประมาณ 16 กม. และมีอุณหภูมิประมาณ –80°C ที่ขั้วโลก โทรโพพอสจะอยู่ต่ำกว่า ที่ระดับความสูงประมาณ 8 กม. ในฤดูร้อน อุณหภูมิที่นี่อยู่ที่ –40°C และ –60°C ในฤดูหนาว ดังนั้น แม้ว่าอุณหภูมิบนพื้นผิวโลกจะสูงขึ้น แต่โทรโพพอสเขตร้อนก็ยังเย็นกว่าที่ขั้วโลกมาก
บรรยากาศเป็นส่วนผสมของก๊าซหลายชนิด มันขยายจากพื้นผิวโลกไปจนถึงความสูง 900 กม. ปกป้องโลกจากสเปกตรัมที่เป็นอันตรายของรังสีดวงอาทิตย์ และมีก๊าซที่จำเป็นสำหรับทุกชีวิตบนโลก บรรยากาศกักเก็บความร้อนจากดวงอาทิตย์ ทำให้พื้นผิวโลกร้อนขึ้น และสร้างสภาพอากาศที่เอื้ออำนวย
องค์ประกอบของบรรยากาศ
ชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วยก๊าซสองส่วนใหญ่ ได้แก่ ไนโตรเจน (78%) และออกซิเจน (21%) นอกจากนี้ยังมีสิ่งเจือปนของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซอื่นๆ ในชั้นบรรยากาศมีอยู่ในรูปของไอ หยดความชื้นในเมฆ และผลึกน้ำแข็ง
ชั้นบรรยากาศ
บรรยากาศประกอบด้วยหลายชั้น ซึ่งระหว่างนั้นไม่มีขอบเขตที่ชัดเจน อุณหภูมิของชั้นต่างๆ แตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัด
สนามแม่เหล็กไร้อากาศ นี่คือจุดที่ดาวเทียมส่วนใหญ่ของโลกบินอยู่นอกชั้นบรรยากาศของโลก เอกโซสเฟียร์ (450-500 กม. จากพื้นผิว) แทบไม่มีก๊าซเลย ดาวเทียมตรวจอากาศบางดวงบินไปในชั้นนอกสเฟียร์ เทอร์โมสเฟียร์ (80-450 กม.) มีอุณหภูมิสูงถึง 1,700°C ในชั้นบน มีโซสเฟียร์ (50-80 กม.) ในบริเวณนี้ อุณหภูมิจะลดลงตามระดับความสูงที่เพิ่มขึ้น นี่คือจุดที่อุกกาบาตส่วนใหญ่ (เศษหินอวกาศ) ที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศลุกไหม้ สตราโตสเฟียร์ (15-50 กม.) ประกอบด้วยชั้นโอโซน ได้แก่ ชั้นโอโซนที่ดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ ส่งผลให้อุณหภูมิใกล้พื้นผิวโลกสูงขึ้น เครื่องบินเจ็ตมักจะบินที่นี่เพราะว่า ทัศนวิสัยในชั้นนี้ดีมากและแทบไม่มีการรบกวนจากสภาพอากาศ โทรโพสเฟียร์ ความสูงแตกต่างกันไปตั้งแต่ 8 ถึง 15 กม. จากพื้นผิวโลก ที่นี่เป็นที่ที่สภาพอากาศของโลกก่อตัวขึ้น นับตั้งแต่มา ชั้นนี้มีไอน้ำ ฝุ่น และลมมากที่สุด อุณหภูมิจะลดลงตามระยะห่างจากพื้นผิวโลก
ความกดอากาศ
แม้ว่าเราจะไม่รู้สึกถึงมัน แต่ชั้นบรรยากาศก็กดดันพื้นผิวโลก มันอยู่สูงที่สุดใกล้ผิวน้ำ และเมื่อคุณเคลื่อนตัวออกห่างจากพื้นผิว มันจะค่อยๆ ลดลง ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นดินและมหาสมุทร ดังนั้นในพื้นที่ที่อยู่เหนือระดับน้ำทะเลเท่ากันจึงมักมีความกดดันที่แตกต่างกัน ความกดอากาศต่ำทำให้อากาศเปียก ส่วนความกดอากาศสูงมักทำให้อากาศแจ่มใส
การเคลื่อนตัวของมวลอากาศในชั้นบรรยากาศ
และความกดดันบังคับให้ชั้นล่างของบรรยากาศผสมกัน นี่คือวิธีที่ลมเกิดขึ้น โดยพัดจากบริเวณที่มีความกดอากาศสูงไปยังบริเวณที่มีความกดอากาศต่ำ ในหลายภูมิภาค ลมในท้องถิ่นยังเกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นดินและในทะเล ภูเขายังมีอิทธิพลสำคัญต่อทิศทางลมอีกด้วย
ภาวะเรือนกระจก
คาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซอื่นๆ ที่ประกอบเป็นชั้นบรรยากาศของโลกกักเก็บความร้อนจากดวงอาทิตย์ โดยทั่วไปกระบวนการนี้เรียกว่าปรากฏการณ์เรือนกระจก เนื่องจากมีหลายวิธีที่คล้ายคลึงกับการหมุนเวียนของความร้อนในเรือนกระจก ภาวะเรือนกระจกทำให้เกิดภาวะโลกร้อนบนโลกใบนี้ ในบริเวณที่มีความกดอากาศสูง - แอนติไซโคลน - มีอากาศสดใสและมีแดดจัด บริเวณที่มีความกดอากาศต่ำ - พายุไซโคลน - มักพบกับสภาพอากาศที่ไม่แน่นอน ความร้อนและแสงสว่างเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ ก๊าซกักเก็บความร้อนที่สะท้อนจากพื้นผิวโลก ส่งผลให้อุณหภูมิบนโลกเพิ่มขึ้น
มีชั้นโอโซนพิเศษในชั้นสตราโตสเฟียร์ โอโซนปิดกั้นรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ส่วนใหญ่ ปกป้องโลกและสิ่งมีชีวิตทั้งหมดจากมัน นักวิทยาศาสตร์พบว่าสาเหตุของการทำลายชั้นโอโซนคือก๊าซคลอโรฟลูออโรคาร์บอนไดออกไซด์พิเศษที่มีอยู่ในสเปรย์และอุปกรณ์ทำความเย็นบางชนิด 
เหนืออาร์กติกและแอนตาร์กติกา มีการค้นพบหลุมขนาดใหญ่ในชั้นโอโซน ซึ่งส่งผลให้ปริมาณรังสีอัลตราไวโอเลตที่ส่งผลต่อพื้นผิวโลกเพิ่มขึ้น
โอโซนเกิดขึ้นในบรรยากาศชั้นล่างซึ่งเป็นผลมาจากการแผ่รังสีแสงอาทิตย์และควันไอเสียและก๊าซต่างๆ โดยปกติแล้วมันจะกระจายไปทั่วบรรยากาศ แต่ถ้าชั้นอากาศเย็นปิดก่อตัวขึ้นภายใต้ชั้นอากาศอุ่น โอโซนเข้มข้นและหมอกควันก็จะเกิดขึ้น น่าเสียดายที่สิ่งนี้ไม่สามารถทดแทนโอโซนที่สูญเสียไปในหลุมโอโซนได้
มองเห็นรูในชั้นโอโซนเหนือทวีปแอนตาร์กติกาได้ชัดเจนในภาพถ่ายดาวเทียมนี้ ขนาดของหลุมแตกต่างกันไป แต่นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าหลุมนี้มีการเติบโตอย่างต่อเนื่อง มีการพยายามลดระดับก๊าซไอเสียในบรรยากาศ ควรลดมลพิษทางอากาศและใช้เชื้อเพลิงไร้ควันในเมือง หมอกควันทำให้เกิดการระคายเคืองตาและทำให้หายใจไม่ออกสำหรับหลายๆ คน
การเกิดขึ้นและวิวัฒนาการของชั้นบรรยากาศโลก
บรรยากาศสมัยใหม่ของโลกเป็นผลมาจากการพัฒนาทางวิวัฒนาการมายาวนาน มันเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการกระทำร่วมกันของปัจจัยทางธรณีวิทยาและกิจกรรมที่สำคัญของสิ่งมีชีวิต ตลอดประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยา ชั้นบรรยากาศของโลกมีการเปลี่ยนแปลงอย่างลึกซึ้งหลายประการ จากข้อมูลทางธรณีวิทยาและสถานที่ทางทฤษฎี บรรยากาศดึกดำบรรพ์ของโลกอายุน้อยซึ่งมีอยู่เมื่อประมาณ 4 พันล้านปีก่อนอาจประกอบด้วยส่วนผสมของก๊าซเฉื่อยและมีตระกูลด้วยการเติมไนโตรเจนแบบพาสซีฟเล็กน้อย (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993) ปัจจุบันมุมมองเกี่ยวกับองค์ประกอบและโครงสร้างของบรรยากาศในยุคแรกมีการเปลี่ยนแปลงไปบ้าง 4.2 พันล้านปี อาจประกอบด้วยส่วนผสมของมีเทน แอมโมเนีย และคาร์บอนไดออกไซด์ อันเป็นผลมาจาก การสลายก๊าซของเนื้อโลกและกระบวนการผุกร่อนที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวโลก ไอน้ำ สารประกอบคาร์บอนในรูปของ CO 2 และ CO ซัลเฟอร์และสารประกอบของมันเริ่มเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ เช่นเดียวกับกรดฮาโลเจนที่รุนแรง - HCI, HF, HI และกรดบอริก ซึ่งเสริมด้วยมีเทน แอมโมเนีย ไฮโดรเจน อาร์กอน และก๊าซมีตระกูลอื่นๆ ในชั้นบรรยากาศนี้บางมาก ดังนั้นอุณหภูมิที่พื้นผิวโลกจึงใกล้เคียงกับอุณหภูมิสมดุลการแผ่รังสี (A. S. Monin, 1977)
เมื่อเวลาผ่านไป องค์ประกอบของก๊าซในบรรยากาศปฐมภูมิเริ่มเปลี่ยนแปลงภายใต้อิทธิพลของกระบวนการผุกร่อนของหินที่ยื่นออกมาบนพื้นผิวโลก กิจกรรมของไซยาโนแบคทีเรียและสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน กระบวนการภูเขาไฟ และการกระทำของแสงแดด สิ่งนี้นำไปสู่การสลายตัวของมีเทนเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ แอมโมเนียเป็นไนโตรเจนและไฮโดรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งค่อย ๆ จมลงสู่พื้นผิวโลก และไนโตรเจนเริ่มสะสมในชั้นบรรยากาศทุติยภูมิ ด้วยกิจกรรมที่สำคัญของสาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียว ออกซิเจนจึงเริ่มถูกสร้างขึ้นในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งในตอนแรกส่วนใหญ่จะใช้กับ "การเกิดออกซิเดชันของก๊าซในบรรยากาศและจากนั้นก็เป็นหิน ในเวลาเดียวกัน แอมโมเนียซึ่งถูกออกซิไดซ์เป็นโมเลกุลไนโตรเจน เริ่มสะสมอย่างหนาแน่นในชั้นบรรยากาศ สันนิษฐานว่ามีไนโตรเจนจำนวนมากในบรรยากาศสมัยใหม่ที่ถ่ายทอดออกมา มีเทนและคาร์บอนมอนอกไซด์ถูกออกซิไดซ์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์ ซัลเฟอร์และไฮโดรเจนซัลไฟด์ถูกออกซิไดซ์เป็น SO 2 และ SO 3 ซึ่งเนื่องจากความคล่องตัวและความเบาสูง จึงถูกกำจัดออกจากชั้นบรรยากาศอย่างรวดเร็ว ดังนั้น บรรยากาศจากบรรยากาศที่ลดลง เช่นเดียวกับใน Archean และ Early Proterozoic จึงค่อยๆ กลายเป็นบรรยากาศออกซิไดซ์
คาร์บอนไดออกไซด์เข้าสู่ชั้นบรรยากาศทั้งอันเป็นผลมาจากการเกิดออกซิเดชันมีเทนและเป็นผลมาจากการสลายตัวของเนื้อโลกและการผุกร่อนของหิน ในกรณีที่คาร์บอนไดออกไซด์ทั้งหมดที่ปล่อยออกมาตลอดประวัติศาสตร์ทั้งหมดของโลกถูกเก็บรักษาไว้ในชั้นบรรยากาศ ความดันบางส่วนของมันในปัจจุบันอาจกลายเป็นเช่นเดียวกับบนดาวศุกร์ (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991) แต่บนโลกนี้ กระบวนการย้อนกลับกำลังทำงานอยู่ ส่วนสำคัญของคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศถูกละลายในไฮโดรสเฟียร์ ซึ่งไฮโดรไบโอออนใช้มันเพื่อสร้างเปลือกของพวกมันและแปลงทางชีวภาพเป็นคาร์บอเนต ต่อจากนั้นชั้นหนาของคาร์บอเนตเคมีและออร์แกนิกก็ถูกสร้างขึ้นจากพวกมัน
ออกซิเจนเข้าสู่ชั้นบรรยากาศจากสามแหล่ง เป็นเวลานานนับตั้งแต่วินาทีที่โลกปรากฏขึ้น มันถูกปล่อยออกมาในระหว่างการสลายก๊าซของเนื้อโลกและส่วนใหญ่ถูกใช้ไปกับกระบวนการออกซิเดชั่น การปรากฏตัว; ออกซิเจนอิสระในชั้นบรรยากาศทำให้โปรคาริโอตส่วนใหญ่ที่อาศัยอยู่ในสภาวะรีดิวซ์เสียชีวิต สิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตเปลี่ยนถิ่นที่อยู่ พวกเขาปล่อยให้พื้นผิวโลกอยู่ในส่วนลึกและพื้นที่ที่สภาพการฟื้นตัวยังคงอยู่ พวกมันถูกแทนที่ด้วยยูคาริโอตซึ่งเริ่มเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นออกซิเจนอย่างมีพลัง
ในช่วง Archean และส่วนสำคัญของ Proterozoic ออกซิเจนเกือบทั้งหมดที่เกิดขึ้นทั้งในรูปแบบอะบีโอจีนิกและไบโอเจนิกส่วนใหญ่ถูกใช้ไปกับการออกซิเดชันของเหล็กและซัลเฟอร์ ในตอนท้ายของโปรเทโรโซอิก เหล็กไดวาเลนต์ที่เป็นโลหะทั้งหมดที่อยู่บนพื้นผิวโลกไม่ว่าจะออกซิไดซ์หรือเคลื่อนเข้าสู่แกนโลก สิ่งนี้ทำให้ความดันบางส่วนของออกซิเจนในบรรยากาศโปรเทโรโซอิกตอนต้นเปลี่ยนไป
ในช่วงกลางของโปรเทโรโซอิก ความเข้มข้นของออกซิเจนในบรรยากาศถึงจุดตัดสินและมีค่าเท่ากับ 0.01% ของระดับสมัยใหม่ ตั้งแต่เวลานี้เป็นต้นไป ออกซิเจนเริ่มสะสมในบรรยากาศ และอาจถึงจุดสิ้นสุดของ Riphean แล้ว เนื้อหาก็ถึงจุดปาสเตอร์ (0.1% ของระดับสมัยใหม่) เป็นไปได้ว่าชั้นโอโซนปรากฏขึ้นในช่วงยุคเวนเดียนและไม่เคยหายไปเลย
การปรากฏตัวของออกซิเจนอิสระในชั้นบรรยากาศของโลกช่วยกระตุ้นวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตและนำไปสู่การเกิดขึ้นของรูปแบบใหม่ที่มีการเผาผลาญขั้นสูงยิ่งขึ้น หากสาหร่ายเซลล์เดียวที่มียูคาริโอตและไซยาเนียก่อนหน้านี้ ซึ่งปรากฏที่จุดเริ่มต้นของโปรเทโรโซอิก ต้องการปริมาณออกซิเจนในน้ำเพียง 10 -3 ของความเข้มข้นสมัยใหม่ จากนั้นเมื่อมีการเกิดขึ้นของ Metazoa ที่ไม่ใช่โครงกระดูกในตอนท้ายของ Vendian ตอนต้น กล่าวคือเมื่อประมาณ 650 ล้านปีก่อน ความเข้มข้นของออกซิเจนในบรรยากาศควรจะสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ท้ายที่สุด Metazoa ใช้การหายใจด้วยออกซิเจนและจำเป็นต้องให้ความดันบางส่วนของออกซิเจนถึงระดับวิกฤติ - จุดปาสเตอร์ ในกรณีนี้ กระบวนการหมักแบบไม่ใช้ออกซิเจนถูกแทนที่ด้วยการเผาผลาญออกซิเจนที่มีแนวโน้มและก้าวหน้ามากขึ้นอย่างมีพลังมากขึ้น
หลังจากนั้นการสะสมของออกซิเจนในชั้นบรรยากาศของโลกเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ปริมาณสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องส่งผลให้ระดับออกซิเจนในบรรยากาศที่จำเป็นสำหรับการช่วยชีวิตของสัตว์โลกเพิ่มขึ้น ความคงตัวของปริมาณออกซิเจนในบรรยากาศเกิดขึ้นตั้งแต่ช่วงเวลาที่พืชขึ้นบก - ประมาณ 450 ล้านปีก่อน การเกิดขึ้นของพืชบนบกซึ่งเกิดขึ้นในยุคไซลูเรียน ส่งผลให้ระดับออกซิเจนในชั้นบรรยากาศคงที่ในที่สุด ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ความเข้มข้นของมันก็เริ่มผันผวนในขอบเขตที่ค่อนข้างแคบ ไม่เกินขอบเขตของการดำรงอยู่ของชีวิต ความเข้มข้นของออกซิเจนในบรรยากาศคงที่อย่างสมบูรณ์ตั้งแต่การปรากฏตัวของพืชดอก เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นในช่วงกลางยุคครีเทเชียส กล่าวคือ เมื่อประมาณ 100 ล้านปีก่อน
ไนโตรเจนจำนวนมากก่อตัวขึ้นในช่วงแรกของการพัฒนาของโลก สาเหตุหลักมาจากการสลายตัวของแอมโมเนีย ด้วยการปรากฏตัวของสิ่งมีชีวิต กระบวนการจับไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศเข้ากับอินทรียวัตถุและฝังไว้ในตะกอนทะเลจึงเริ่มต้นขึ้น หลังจากที่สิ่งมีชีวิตขึ้นบก ไนโตรเจนก็เริ่มถูกฝังอยู่ในตะกอนภาคพื้นทวีป กระบวนการแปรรูปไนโตรเจนอิสระมีความเข้มข้นมากขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีพืชบกเกิดขึ้น
เมื่อถึงช่วงเปลี่ยนผ่านของคริปโตโซอิกและฟาเนโรโซอิก เช่น เมื่อประมาณ 650 ล้านปีก่อน ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศลดลงเหลือหนึ่งในสิบเปอร์เซ็นต์ และมาถึงเนื้อหาที่ใกล้เคียงกับระดับสมัยใหม่เพียงไม่นานนี้ ประมาณ 10-20 ล้านปี ที่ผ่านมา.
ดังนั้นองค์ประกอบของก๊าซในบรรยากาศไม่เพียงแต่ให้พื้นที่อยู่อาศัยสำหรับสิ่งมีชีวิตเท่านั้น แต่ยังกำหนดลักษณะของกิจกรรมชีวิตของพวกเขาและมีส่วนช่วยในการตั้งถิ่นฐานและวิวัฒนาการอีกด้วย การหยุดชะงักที่เกิดขึ้นใหม่ในการกระจายตัวขององค์ประกอบก๊าซในบรรยากาศที่เป็นประโยชน์ต่อสิ่งมีชีวิต ทั้งเนื่องมาจากเหตุผลทางจักรวาลและดาวเคราะห์ นำไปสู่การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ของโลกอินทรีย์ ซึ่งเกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำอีกในช่วง Cryptozoic และที่ขอบเขตบางประการของประวัติศาสตร์ Phanerozoic
หน้าที่ทางชาติพันธุ์วิทยาของชั้นบรรยากาศ
ชั้นบรรยากาศของโลกให้สารที่จำเป็น พลังงาน และกำหนดทิศทางและความเร็วของกระบวนการเผาผลาญ องค์ประกอบของก๊าซในบรรยากาศสมัยใหม่เหมาะสมที่สุดสำหรับการดำรงอยู่และการพัฒนาของชีวิต เนื่องจากเป็นพื้นที่ที่มีสภาพอากาศและภูมิอากาศเกิดขึ้น บรรยากาศจึงต้องสร้างสภาวะที่สะดวกสบายให้กับการดำรงชีวิตของมนุษย์ สัตว์ และพืชพรรณ การเบี่ยงเบนไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งต่อคุณภาพของอากาศและสภาพอากาศในชั้นบรรยากาศ ทำให้เกิดสภาวะที่รุนแรงที่สุดสำหรับชีวิตของพืชและสัตว์ รวมถึงมนุษย์ด้วย
ชั้นบรรยากาศของโลกไม่เพียงแต่เป็นเงื่อนไขสำหรับการดำรงอยู่ของมนุษยชาติเท่านั้น แต่ยังเป็นปัจจัยหลักในการวิวัฒนาการของชาติพันธุ์วิทยาอีกด้วย ในขณะเดียวกันก็กลายเป็นแหล่งพลังงานและวัตถุดิบในการผลิต โดยทั่วไป บรรยากาศเป็นปัจจัยที่ช่วยรักษาสุขภาพของมนุษย์ และบางพื้นที่ เนื่องด้วยสภาพทางภูมิศาสตร์ทางกายภาพและคุณภาพอากาศในบรรยากาศ ทำหน้าที่เป็นพื้นที่พักผ่อนหย่อนใจและเป็นพื้นที่ที่มีไว้สำหรับการบำบัดในสถานพยาบาลและการพักผ่อนของผู้คน ดังนั้นบรรยากาศจึงเป็นปัจจัยหนึ่งของผลกระทบด้านสุนทรียศาสตร์และอารมณ์
หน้าที่ของชั้นบรรยากาศและเทคโนสเฟียร์ของชั้นบรรยากาศ ซึ่งนิยามไว้เมื่อไม่นานมานี้ (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001) จำเป็นต้องมีการศึกษาที่เป็นอิสระและเจาะลึก ดังนั้นการศึกษาการทำงานของพลังงานบรรยากาศจึงมีความเกี่ยวข้องมากทั้งในแง่ของการเกิดขึ้นและการทำงานของกระบวนการที่ทำลายสิ่งแวดล้อมและจากมุมมองของผลกระทบต่อสุขภาพและความเป็นอยู่ที่ดีของผู้คน ในกรณีนี้ เรากำลังพูดถึงพลังงานของพายุไซโคลนและแอนติไซโคลน น้ำวนในบรรยากาศ ความดันบรรยากาศ และปรากฏการณ์บรรยากาศสุดขั้วอื่น ๆ การใช้อย่างมีประสิทธิภาพจะนำไปสู่การแก้ไขปัญหาการรับแหล่งพลังงานทางเลือกที่ไม่ก่อให้เกิดมลพิษได้สำเร็จ สิ่งแวดล้อม. ท้ายที่สุดแล้ว สภาพแวดล้อมทางอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งส่วนที่อยู่เหนือมหาสมุทรโลก นั้นเป็นพื้นที่ที่มีการปล่อยพลังงานอิสระจำนวนมหาศาลออกมา
ตัวอย่างเช่น มีการพิสูจน์แล้วว่าพายุหมุนเขตร้อนที่มีความแรงปานกลางปล่อยพลังงานเทียบเท่ากับพลังงานของระเบิดปรมาณู 500,000 ลูกที่ทิ้งที่ฮิโรชิมาและนางาซากิในเวลาเพียงหนึ่งวัน ภายใน 10 วันนับจากเกิดพายุไซโคลนดังกล่าว พลังงานจะถูกปล่อยออกมาเพียงพอต่อความต้องการพลังงานทั้งหมดของประเทศเช่นสหรัฐอเมริกาเป็นเวลา 600 ปี
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีการตีพิมพ์ผลงานจำนวนมากของนักวิทยาศาสตร์ธรรมชาติไม่ทางใดก็ทางหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมด้านต่าง ๆ และอิทธิพลของบรรยากาศต่อกระบวนการทางโลกซึ่งบ่งบอกถึงความเข้มข้นของการมีปฏิสัมพันธ์แบบสหวิทยาการในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยใหม่ ในขณะเดียวกันก็แสดงบทบาทการบูรณาการของทิศทางบางอย่างซึ่งเราควรสังเกตทิศทางเชิงนิเวศน์เชิงหน้าที่ในธรณีวิทยา
ทิศทางนี้กระตุ้นการวิเคราะห์และการวางนัยทั่วไปทางทฤษฎีเกี่ยวกับฟังก์ชันทางนิเวศวิทยาและบทบาทของดาวเคราะห์ของธรณีสเฟียร์ต่างๆ และในทางกลับกัน นี่เป็นข้อกำหนดเบื้องต้นที่สำคัญสำหรับการพัฒนาวิธีการและรากฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับการศึกษาแบบองค์รวมของโลกของเรา การใช้อย่างมีเหตุผลและการปกป้อง ทรัพยากรธรรมชาติของมัน
ชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วยหลายชั้น: โทรโพสเฟียร์ สตราโตสเฟียร์ มีโซสเฟียร์ เทอร์โมสเฟียร์ ไอโอโนสเฟียร์ และเอ็กโซสเฟียร์ ที่ด้านบนของชั้นโทรโพสเฟียร์และด้านล่างของชั้นสตราโตสเฟียร์จะมีชั้นที่อุดมด้วยโอโซน เรียกว่าเกราะป้องกันโอโซน มีการกำหนดรูปแบบการกระจายโอโซนบางอย่าง (รายวัน ตามฤดูกาล รายปี ฯลฯ) นับตั้งแต่กำเนิด บรรยากาศมีอิทธิพลต่อกระบวนการของดาวเคราะห์ องค์ประกอบหลักของบรรยากาศแตกต่างไปจากปัจจุบันอย่างสิ้นเชิง แต่เมื่อเวลาผ่านไปส่วนแบ่งและบทบาทของโมเลกุลไนโตรเจนก็เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เมื่อประมาณ 650 ล้านปีก่อนมีออกซิเจนอิสระปรากฏขึ้น ปริมาณเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ ลดลงตามไปด้วย ความคล่องตัวสูงของบรรยากาศ องค์ประกอบของก๊าซ และการมีอยู่ของละอองลอยเป็นตัวกำหนดบทบาทที่โดดเด่นและการมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในกระบวนการทางธรณีวิทยาและชีวมณฑลที่หลากหลาย บรรยากาศมีบทบาทสำคัญในการกระจายพลังงานแสงอาทิตย์และการพัฒนาปรากฏการณ์ทางธรรมชาติและภัยพิบัติที่เป็นหายนะ ลมหมุนในบรรยากาศ - พายุทอร์นาโด (ทอร์นาโด) พายุเฮอริเคน ไต้ฝุ่น พายุไซโคลน และปรากฏการณ์อื่น ๆ ส่งผลเสียต่อโลกอินทรีย์และระบบธรรมชาติ แหล่งที่มาหลักของมลภาวะพร้อมกับปัจจัยทางธรรมชาติคือกิจกรรมทางเศรษฐกิจของมนุษย์ในรูปแบบต่างๆ ผลกระทบจากมนุษย์ต่อชั้นบรรยากาศไม่เพียงแสดงออกมาในรูปของละอองลอยและก๊าซเรือนกระจกต่างๆ เท่านั้น แต่ยังรวมถึงปริมาณไอน้ำที่เพิ่มขึ้นด้วย และแสดงออกมาในรูปของหมอกควันและฝนกรด ก๊าซเรือนกระจกเปลี่ยนระบอบอุณหภูมิของพื้นผิวโลก การปล่อยก๊าซบางชนิดจะลดปริมาตรของชั้นโอโซนและมีส่วนทำให้เกิดหลุมโอโซน บทบาททางชาติพันธุ์ของชั้นบรรยากาศโลกนั้นยิ่งใหญ่
บทบาทของบรรยากาศในกระบวนการทางธรรมชาติ
บรรยากาศพื้นผิวในสถานะกึ่งกลางระหว่างเปลือกโลกและอวกาศรอบนอกและองค์ประกอบของก๊าซ ทำให้เกิดเงื่อนไขสำหรับชีวิตของสิ่งมีชีวิต ในเวลาเดียวกัน สภาพดินฟ้าอากาศและความรุนแรงของการทำลายหิน การถ่ายเทและการสะสมของวัสดุที่เป็นก้อนจะขึ้นอยู่กับปริมาณ ธรรมชาติ และความถี่ของการตกตะกอน ความถี่และความแรงของลม และโดยเฉพาะอย่างยิ่งอุณหภูมิอากาศ บรรยากาศเป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบภูมิอากาศ อุณหภูมิและความชื้นของอากาศ ความขุ่นและการตกตะกอน ลม - ทั้งหมดนี้บ่งบอกถึงสภาพอากาศ เช่น สถานะของบรรยากาศที่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง ในเวลาเดียวกัน องค์ประกอบเดียวกันเหล่านี้แสดงลักษณะของสภาพอากาศ เช่น ระบอบสภาพอากาศโดยเฉลี่ยในระยะยาว
องค์ประกอบของก๊าซ การมีอยู่ของเมฆ และสิ่งสกปรกต่างๆ ซึ่งเรียกว่าอนุภาคละอองลอย (เถ้า ฝุ่น อนุภาคของไอน้ำ) เป็นตัวกำหนดลักษณะของการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ผ่านชั้นบรรยากาศ และป้องกันการเล็ดลอดของรังสีความร้อนของโลก สู่อวกาศ
ชั้นบรรยากาศของโลกเคลื่อนที่ได้มาก กระบวนการที่เกิดขึ้นและการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของก๊าซความหนาความขุ่นความโปร่งใสและการมีอยู่ของอนุภาคละอองลอยบางชนิดส่งผลต่อทั้งสภาพอากาศและสภาพอากาศ
การกระทำและทิศทางของกระบวนการทางธรรมชาติตลอดจนชีวิตและกิจกรรมบนโลกถูกกำหนดโดยรังสีดวงอาทิตย์ ให้ความร้อน 99.98% ที่ส่งไปยังพื้นผิวโลก ทุกปีจะเท่ากับ 134*1,019 กิโลแคลอรี ความร้อนจำนวนนี้สามารถหาได้จากการเผาไหม้ถ่านหินจำนวน 200 พันล้านตัน ปริมาณสำรองของไฮโดรเจนที่สร้างการไหลของพลังงานแสนสาหัสในมวลของดวงอาทิตย์จะคงอยู่ต่อไปอีกอย่างน้อย 10 พันล้านปีนั่นคือเป็นระยะเวลาสองเท่าของการดำรงอยู่ของโลกและตัวมันเอง
ประมาณ 1/3 ของปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมดที่มาถึงขอบเขตด้านบนของบรรยากาศจะถูกสะท้อนกลับไปสู่อวกาศ โดย 13% ถูกชั้นโอโซนดูดซับไว้ (รวมถึงรังสีอัลตราไวโอเลตเกือบทั้งหมด) 7% - ชั้นบรรยากาศส่วนที่เหลือ และมีเพียง 44% เท่านั้นที่ไปถึงพื้นผิวโลก ปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดที่มาถึงโลกต่อวันเท่ากับพลังงานที่มนุษยชาติได้รับอันเป็นผลมาจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงทุกประเภทในช่วงสหัสวรรษที่ผ่านมา
ปริมาณและธรรมชาติของการกระจายตัวของรังสีดวงอาทิตย์บนพื้นผิวโลกนั้นขึ้นอยู่กับความขุ่นและความโปร่งใสของชั้นบรรยากาศอย่างใกล้ชิด ปริมาณรังสีที่กระจัดกระจายได้รับผลกระทบจากความสูงของดวงอาทิตย์เหนือขอบฟ้า ความโปร่งใสของบรรยากาศ ปริมาณไอน้ำ ฝุ่น ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ทั้งหมด เป็นต้น
ปริมาณรังสีที่กระจัดกระจายสูงสุดจะไปถึงบริเวณขั้วโลก ยิ่งดวงอาทิตย์อยู่ต่ำกว่าขอบฟ้า ความร้อนจะเข้าสู่พื้นที่ที่กำหนดก็จะน้อยลงเท่านั้น
ความโปร่งใสและความขุ่นของบรรยากาศมีความสำคัญอย่างยิ่ง ในวันฤดูร้อนที่มีเมฆมาก มักจะเย็นกว่าในวันที่อากาศแจ่มใส เนื่องจากเมฆมากในตอนกลางวันจะขัดขวางไม่ให้พื้นผิวโลกร้อนขึ้น
ฝุ่นในบรรยากาศมีบทบาทสำคัญในการกระจายความร้อน อนุภาคฝุ่นและเถ้าแข็งที่กระจัดกระจายอย่างประณีตซึ่งบรรจุอยู่ในนั้นซึ่งส่งผลต่อความโปร่งใสส่งผลเสียต่อการกระจายตัวของรังสีดวงอาทิตย์ซึ่งส่วนใหญ่จะสะท้อนกลับ อนุภาคละเอียดเข้าสู่ชั้นบรรยากาศได้สองทาง: เถ้าที่ปล่อยออกมาระหว่างการปะทุของภูเขาไฟ หรือฝุ่นทะเลทรายที่ถูกลมพัดมาจากเขตร้อนและกึ่งเขตร้อนที่แห้งแล้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งฝุ่นจำนวนมากก่อตัวขึ้นในช่วงฤดูแล้ง เมื่อกระแสลมอุ่นพัดพาฝุ่นดังกล่าวเข้าสู่ชั้นบรรยากาศชั้นบนและคงอยู่ที่นั่นเป็นเวลานาน หลังจากการปะทุของภูเขาไฟกรากะตัวในปี พ.ศ. 2426 ฝุ่นที่ถูกโยนลงไปในชั้นบรรยากาศหลายสิบกิโลเมตรยังคงอยู่ในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ประมาณ 3 ปี ผลจากการปะทุของภูเขาไฟเอลชิชอน (เม็กซิโก) เมื่อปี 1985 ฝุ่นกระจายไปถึงยุโรป ส่งผลให้อุณหภูมิพื้นผิวลดลงเล็กน้อย
ชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วยไอน้ำในปริมาณที่แปรผันได้ หากพิจารณาตามน้ำหนักหรือปริมาตรแล้ว ปริมาณจะอยู่ระหว่าง 2 ถึง 5%
ไอน้ำ เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ ช่วยเพิ่มภาวะเรือนกระจก ในเมฆและหมอกที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศ กระบวนการทางกายภาพและเคมีที่แปลกประหลาดเกิดขึ้น
แหล่งที่มาหลักของไอน้ำสู่ชั้นบรรยากาศคือพื้นผิวของมหาสมุทรโลก ชั้นน้ำที่มีความหนา 95 ถึง 110 ซม. ระเหยออกไปทุกปี ความชื้นส่วนหนึ่งกลับคืนสู่มหาสมุทรหลังจากการควบแน่นและอีกชั้นหนึ่งถูกควบคุมโดยกระแสลมสู่ทวีป ในพื้นที่ที่มีสภาพอากาศชื้นแปรปรวน การตกตะกอนจะทำให้ดินชุ่มชื้น และในสภาพอากาศชื้นจะทำให้เกิดแหล่งน้ำใต้ดิน ดังนั้นบรรยากาศจึงเป็นตัวสะสมความชื้นและเป็นแหล่งสะสมของฝน และหมอกที่ก่อตัวในชั้นบรรยากาศทำให้ความชื้นปกคลุมดินและมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาพืชและสัตว์
ความชื้นในบรรยากาศถูกกระจายไปทั่วพื้นผิวโลกเนื่องจากการเคลื่อนตัวของชั้นบรรยากาศ โดดเด่นด้วยระบบการกระจายลมและแรงดันที่ซับซ้อนมาก เนื่องจากบรรยากาศมีการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง ลักษณะและขนาดของการกระจายตัวของกระแสลมและความดันจึงเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ขนาดการไหลเวียนแตกต่างกันไปตั้งแต่จุลอุตุนิยมวิทยาที่มีขนาดเพียงไม่กี่ร้อยเมตร ไปจนถึงระดับโลกหลายหมื่นกิโลเมตร กระแสน้ำวนขนาดใหญ่ในชั้นบรรยากาศมีส่วนร่วมในการสร้างระบบกระแสลมขนาดใหญ่และกำหนดการไหลเวียนทั่วไปของบรรยากาศ นอกจากนี้ยังเป็นแหล่งกำเนิดของปรากฏการณ์บรรยากาศที่เลวร้ายอีกด้วย
การกระจายตัวของสภาพอากาศและภูมิอากาศและการทำงานของสิ่งมีชีวิตขึ้นอยู่กับความกดอากาศ หากความดันบรรยากาศผันผวนภายในขอบเขตเล็กน้อย จะไม่มีบทบาทสำคัญในความเป็นอยู่ที่ดีของมนุษย์และพฤติกรรมของสัตว์ และไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานทางสรีรวิทยาของพืช การเปลี่ยนแปลงความกดดันมักเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ด้านหน้าและการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ
ความกดอากาศมีความสำคัญขั้นพื้นฐานสำหรับการก่อตัวของลม ซึ่งเป็นปัจจัยที่ก่อให้เกิดความโล่งใจ และมีผลกระทบอย่างมากต่อโลกของสัตว์และพืช
ลมสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของพืชและในขณะเดียวกันก็ส่งเสริมการถ่ายเทเมล็ดพืช บทบาทของลมในการกำหนดสภาพอากาศและสภาพอากาศนั้นดีมาก มันยังทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมกระแสน้ำทะเลอีกด้วย ลมเป็นหนึ่งในปัจจัยภายนอกที่ก่อให้เกิดการกัดเซาะและการยุบตัวของวัสดุที่ผุกร่อนในระยะทางไกล
บทบาททางนิเวศวิทยาและธรณีวิทยาของกระบวนการบรรยากาศ
ความโปร่งใสของบรรยากาศที่ลดลงเนื่องจากการปรากฏตัวของอนุภาคละอองลอยและฝุ่นที่เป็นของแข็งในนั้นส่งผลต่อการกระจายตัวของรังสีดวงอาทิตย์ทำให้เพิ่มอัลเบโด้หรือการสะท้อนแสง ปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ที่ทำให้เกิดการสลายตัวของโอโซน และการเกิด “เมฆมุก” ที่ประกอบด้วยไอน้ำ ทำให้เกิดผลเช่นเดียวกัน การเปลี่ยนแปลงของการสะท้อนแสงทั่วโลก รวมถึงการเปลี่ยนแปลงของก๊าซในชั้นบรรยากาศ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นก๊าซเรือนกระจก มีส่วนรับผิดชอบต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ
ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งทำให้เกิดความแตกต่างของความดันบรรยากาศในส่วนต่างๆ ของพื้นผิวโลก นำไปสู่การไหลเวียนของบรรยากาศ ซึ่งเป็นจุดเด่นของชั้นโทรโพสเฟียร์ เมื่อมีความแตกต่างของความดันเกิดขึ้น อากาศจะไหลจากบริเวณที่มีความกดอากาศสูงไปยังบริเวณที่มีความกดอากาศต่ำ การเคลื่อนที่ของมวลอากาศเหล่านี้ ร่วมกับความชื้นและอุณหภูมิ เป็นตัวกำหนดลักษณะทางนิเวศวิทยาและธรณีวิทยาหลักของกระบวนการบรรยากาศ
ลมทำหน้าที่ทางธรณีวิทยาต่างๆ บนพื้นผิวโลก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความเร็ว ด้วยความเร็ว 10 เมตรต่อวินาที เขย่ากิ่งไม้หนาทึบ ยกและขนย้ายฝุ่นและทรายละเอียด หักกิ่งไม้ด้วยความเร็ว 20 เมตร/วินาที บรรทุกทรายและกรวด ด้วยความเร็ว 30 เมตร/วินาที (พายุ) ทำลายหลังคาบ้านเรือน ถอนต้นไม้ หักเสา เคลื่อนย้ายก้อนกรวดและขนเศษหินขนาดเล็ก และลมพายุเฮอริเคนที่ความเร็ว 40 เมตร/วินาที ทำลายบ้านเรือน ทำลายและทำลายอำนาจ เสาแนวถอนต้นไม้ใหญ่
พายุทอร์นาโดและพายุทอร์นาโด (พายุทอร์นาโด) - กระแสน้ำวนในชั้นบรรยากาศที่เกิดขึ้นในฤดูร้อนบนแนวหน้าชั้นบรรยากาศที่ทรงพลัง ด้วยความเร็วสูงสุด 100 เมตร/วินาที มีผลกระทบด้านลบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมากพร้อมทั้งตามมาด้วยภัยพิบัติ ลมพายุเป็นลมหมุนแนวนอนที่มีความเร็วลมพายุเฮอริเคน (สูงถึง 60-80 เมตร/วินาที) มักมีฝนตกหนักและพายุฝนฟ้าคะนองตามมาด้วยซึ่งกินเวลานานหลายนาทีถึงครึ่งชั่วโมง ลมพายุครอบคลุมพื้นที่กว้างถึง 50 กม. และเดินทางได้ระยะทาง 200-250 กม. พายุพายุในมอสโกและภูมิภาคมอสโกในปี 1998 ทำลายหลังคาบ้านเรือนหลายหลังและต้นไม้โค่นล้ม
พายุทอร์นาโดหรือที่เรียกว่าพายุทอร์นาโดในอเมริกาเหนือ เป็นกระแสน้ำวนในชั้นบรรยากาศทรงกรวยที่ทรงพลังซึ่งมักเกี่ยวข้องกับเมฆฝนฟ้าคะนอง เป็นเสาอากาศเรียวเล็กอยู่ตรงกลาง มีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายสิบถึงหลายร้อยเมตร พายุทอร์นาโดมีลักษณะเป็นกรวย คล้ายกับงวงช้างมาก ลงมาจากเมฆหรือขึ้นมาจากพื้นผิวโลก ด้วยคุณสมบัติหายากที่รุนแรงและความเร็วในการหมุนสูง พายุทอร์นาโดเดินทางได้ไกลหลายร้อยกิโลเมตร ดึงฝุ่น น้ำจากอ่างเก็บน้ำ และวัตถุต่างๆ เข้ามา พายุทอร์นาโดที่ทรงพลังจะมาพร้อมกับพายุฝนฟ้าคะนองฝนและมีพลังทำลายล้างอันยิ่งใหญ่
พายุทอร์นาโดไม่ค่อยเกิดขึ้นในบริเวณขั้วโลกหรือเส้นศูนย์สูตรซึ่งมีอากาศหนาวหรือร้อนอยู่ตลอดเวลา มีพายุทอร์นาโดเล็กน้อยในมหาสมุทรเปิด พายุทอร์นาโดเกิดขึ้นในยุโรป ญี่ปุ่น ออสเตรเลีย สหรัฐอเมริกา และในรัสเซีย เกิดขึ้นบ่อยครั้งในภูมิภาคแบล็คเอิร์ธตอนกลาง ในภูมิภาคมอสโก ยาโรสลาฟล์ นิซนีนอฟโกรอด และอิวาโนโว
พายุทอร์นาโดพัดและเคลื่อนย้ายรถยนต์ บ้าน รถม้า และสะพาน พายุทอร์นาโดที่สร้างความเสียหายโดยเฉพาะเกิดขึ้นในสหรัฐอเมริกา ทุกปีจะมีพายุทอร์นาโดประมาณ 450 ถึง 1,500 ลูก และมีผู้เสียชีวิตโดยเฉลี่ยประมาณ 100 คน พายุทอร์นาโดเป็นกระบวนการทำลายล้างบรรยากาศที่ออกฤทธิ์เร็ว พวกมันก่อตัวในเวลาเพียง 20-30 นาที และอายุการใช้งานของมันอยู่ที่ 30 นาที ดังนั้นจึงแทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำนายเวลาและสถานที่ที่เกิดพายุทอร์นาโด
กระแสน้ำวนในชั้นบรรยากาศที่ทำลายล้างแต่คงอยู่ยาวนานคือพายุไซโคลน พวกมันถูกสร้างขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของความดันซึ่งภายใต้เงื่อนไขบางประการทำให้เกิดการเคลื่อนที่เป็นวงกลมของการไหลของอากาศ ลมวนในบรรยากาศเกิดขึ้นรอบๆ กระแสลมอุ่นชื้นที่มีกำลังแรงขึ้นด้านบน และหมุนด้วยความเร็วสูงตามเข็มนาฬิกาในซีกโลกใต้ และทวนเข็มนาฬิกาในภาคเหนือ พายุไซโคลนต่างจากพายุทอร์นาโดที่กำเนิดเหนือมหาสมุทรและก่อให้เกิดผลทำลายล้างทั่วทวีป ปัจจัยทำลายล้างหลัก ได้แก่ ลมแรง ฝนตกหนัก ฝนตกหนัก ลูกเห็บ และน้ำท่วมฉับพลัน ลมที่มีความเร็ว 19 - 30 เมตร/วินาที ก่อให้เกิดพายุ 30 - 35 เมตร/วินาที - พายุ และมากกว่า 35 เมตร/วินาที - พายุเฮอริเคน
พายุหมุนเขตร้อน - พายุเฮอริเคนและไต้ฝุ่น - มีความกว้างเฉลี่ยหลายร้อยกิโลเมตร ความเร็วลมภายในพายุไซโคลนถึงแรงพายุเฮอริเคน พายุหมุนเขตร้อนกินเวลานานหลายวันถึงหลายสัปดาห์ โดยเคลื่อนที่ด้วยความเร็วตั้งแต่ 50 ถึง 200 กม./ชม. พายุไซโคลนละติจูดกลางมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า ขนาดตามขวางมีตั้งแต่พันถึงหลายพันกิโลเมตร และความเร็วลมมีพายุ พวกมันเคลื่อนตัวไปทางซีกโลกเหนือจากทางตะวันตกและมีลูกเห็บและหิมะตกตามมาด้วย ซึ่งเป็นความหายนะในธรรมชาติ ในแง่ของจำนวนเหยื่อและความเสียหายที่เกิดขึ้น พายุไซโคลนและพายุเฮอริเคนและไต้ฝุ่นที่เกี่ยวข้องถือเป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติในชั้นบรรยากาศที่ใหญ่ที่สุดหลังน้ำท่วม ในพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่นในเอเชีย ยอดผู้เสียชีวิตจากพายุเฮอริเคนมีเป็นพัน ในปี 1991 ระหว่างเกิดพายุเฮอริเคนในบังคลาเทศซึ่งทำให้เกิดคลื่นทะเลสูง 6 เมตร มีผู้เสียชีวิต 125,000 คน พายุไต้ฝุ่นสร้างความเสียหายอย่างมากต่อสหรัฐอเมริกา ขณะเดียวกันก็มีผู้เสียชีวิตนับสิบร้อยคน ในยุโรปตะวันตก พายุเฮอริเคนสร้างความเสียหายน้อยกว่า
พายุฝนฟ้าคะนองถือเป็นปรากฏการณ์บรรยากาศที่เป็นหายนะ เกิดขึ้นเมื่ออากาศอุ่นชื้นลอยขึ้นอย่างรวดเร็ว บริเวณชายแดนเขตร้อนและกึ่งเขตร้อน พายุฝนฟ้าคะนองเกิดขึ้นปีละ 90-100 วัน ในเขตอบอุ่น 10-30 วัน ในประเทศของเรา มีพายุฝนฟ้าคะนองจำนวนมากที่สุดเกิดขึ้นในคอเคซัสตอนเหนือ
พายุฝนฟ้าคะนองมักกินเวลาไม่ถึงหนึ่งชั่วโมง อันตรายอย่างยิ่งคือฝนตกหนัก ลูกเห็บ ฟ้าผ่า ลมกระโชก และกระแสลมในแนวดิ่ง อันตรายจากลูกเห็บจะพิจารณาจากขนาดของลูกเห็บ ในคอเคซัสเหนือ ครั้งหนึ่งเคยมีลูกเห็บหนักถึง 0.5 กิโลกรัม และในอินเดีย ลูกเห็บหนัก 7 กิโลกรัมบันทึกไว้ พื้นที่ที่อันตรายในเมืองที่สุดในประเทศของเราตั้งอยู่ในคอเคซัสตอนเหนือ ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2535 ลูกเห็บทำลายเครื่องบิน 18 ลำที่สนามบินมิเนอรัลนี โวดี
ปรากฏการณ์บรรยากาศที่เป็นอันตราย ได้แก่ ฟ้าผ่า พวกเขาฆ่าคน ปศุสัตว์ ทำให้เกิดไฟไหม้ และสร้างความเสียหายให้กับระบบไฟฟ้า มีผู้เสียชีวิตจากพายุฝนฟ้าคะนองประมาณ 10,000 รายและผลที่ตามมาทุกปีทั่วโลก นอกจากนี้ ในบางพื้นที่ของแอฟริกา ฝรั่งเศส และสหรัฐอเมริกา จำนวนผู้ประสบฟ้าผ่ามีมากกว่าปรากฏการณ์ทางธรรมชาติอื่นๆ ความเสียหายทางเศรษฐกิจประจำปีจากพายุฝนฟ้าคะนองในสหรัฐอเมริกามีมูลค่าอย่างน้อย 700 ล้านดอลลาร์
ความแห้งแล้งเป็นเรื่องปกติสำหรับพื้นที่ทะเลทราย ที่ราบกว้างใหญ่ และป่าที่ราบกว้างใหญ่ การขาดฝนทำให้ดินแห้ง ระดับน้ำใต้ดินและในอ่างเก็บน้ำลดลงจนแห้งสนิท การขาดความชื้นนำไปสู่การตายของพืชผักและพืชผล ความแห้งแล้งรุนแรงมากในแอฟริกา ตะวันออกกลางและตะวันออก เอเชียกลาง และอเมริกาเหนือตอนใต้
ความแห้งแล้งเปลี่ยนสภาพความเป็นอยู่ของมนุษย์และส่งผลเสียต่อสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น ดินเค็ม ลมแห้ง พายุฝุ่น การพังทลายของดิน และไฟป่า ไฟจะรุนแรงเป็นพิเศษในช่วงฤดูแล้งในภูมิภาคไทกา ป่าเขตร้อนและกึ่งเขตร้อน และทุ่งหญ้าสะวันนา
ความแห้งแล้งเป็นกระบวนการระยะสั้นที่กินเวลาหนึ่งฤดูกาล เมื่อภัยแล้งกินเวลานานกว่าสองฤดูกาล อาจเกิดภาวะอดอยากและการเสียชีวิตจำนวนมาก โดยทั่วไปแล้ว ภัยแล้งส่งผลกระทบต่อประเทศหนึ่งหรือหลายประเทศ ความแห้งแล้งที่ยืดเยื้อยาวนานพร้อมผลที่ตามมาอันน่าเศร้าเกิดขึ้นบ่อยครั้งโดยเฉพาะในภูมิภาค Sahel ของแอฟริกา
ปรากฏการณ์บรรยากาศ เช่น หิมะตก ฝนตกหนักในระยะสั้น และฝนตกต่อเนื่องเป็นเวลานาน ทำให้เกิดความเสียหายอย่างมาก หิมะตกทำให้เกิดหิมะถล่มครั้งใหญ่บนภูเขา และหิมะที่ตกลงมาละลายอย่างรวดเร็วและฝนตกเป็นเวลานานทำให้เกิดน้ำท่วม ปริมาณน้ำมหาศาลที่ตกลงบนพื้นผิวโลก โดยเฉพาะในบริเวณที่ไม่มีต้นไม้ ทำให้เกิดการพังทลายของดินอย่างรุนแรง มีการเติบโตอย่างเข้มข้นของระบบลำห้วย น้ำท่วมเกิดขึ้นจากผลของน้ำท่วมใหญ่ในช่วงเวลาที่มีฝนตกหนักหรือมีน้ำขึ้นสูงหลังจากการอุ่นขึ้นอย่างกะทันหันหรือหิมะละลายในฤดูใบไม้ผลิ ดังนั้นจึงเป็นปรากฏการณ์ทางชั้นบรรยากาศโดยกำเนิด (จะกล่าวถึงในบทเกี่ยวกับบทบาททางนิเวศวิทยาของไฮโดรสเฟียร์)
การเปลี่ยนแปลงบรรยากาศของมนุษย์
ปัจจุบันมีแหล่งที่มาจากมนุษย์มากมายที่ก่อให้เกิดมลพิษทางอากาศและนำไปสู่การรบกวนอย่างร้ายแรงต่อความสมดุลของระบบนิเวศ ในแง่ของขนาด แหล่งที่มาสองแห่งมีผลกระทบต่อบรรยากาศมากที่สุด: การขนส่งและอุตสาหกรรม โดยเฉลี่ยแล้วการขนส่งคิดเป็นประมาณ 60% ของปริมาณมลภาวะในบรรยากาศอุตสาหกรรม - 15 พลังงานความร้อน - 15 เทคโนโลยีสำหรับการทำลายขยะในครัวเรือนและอุตสาหกรรม - 10%
ขึ้นอยู่กับเชื้อเพลิงที่ใช้และประเภทของตัวออกซิไดเซอร์ที่ใช้ การขนส่งจะปล่อยออกไซด์ของไนโตรเจน ซัลเฟอร์ ออกไซด์และไดออกไซด์ของคาร์บอนออกสู่บรรยากาศ ตะกั่วและสารประกอบของมัน เขม่า เบนโซไพรีน (สารจากกลุ่มโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน ซึ่งก็คือ ซึ่งเป็นสารก่อมะเร็งชนิดรุนแรงที่ทำให้เกิดมะเร็งผิวหนัง)
อุตสาหกรรมปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ คาร์บอนออกไซด์และไดออกไซด์ ไฮโดรคาร์บอน แอมโมเนีย ไฮโดรเจนซัลไฟด์ กรดซัลฟูริก ฟีนอล คลอรีน ฟลูออรีน และสารประกอบเคมีอื่นๆ สู่ชั้นบรรยากาศ แต่ตำแหน่งที่โดดเด่นในการปล่อยมลพิษ (มากถึง 85%) นั้นถูกครอบครองโดยฝุ่น
ผลจากมลภาวะ ความโปร่งใสของบรรยากาศเปลี่ยนแปลงไป ทำให้เกิดละอองลอย หมอกควัน และฝนกรด
ละอองลอยเป็นระบบกระจายตัวที่ประกอบด้วยอนุภาคของแข็งหรือหยดของเหลวที่แขวนลอยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เป็นก๊าซ ขนาดอนุภาคของเฟสกระจายตัวมักจะอยู่ที่ 10 -3 -10 -7 ซม. ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของเฟสกระจายตัว ละอองลอยจะถูกแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม หนึ่งประกอบด้วยละอองลอยที่ประกอบด้วยอนุภาคของแข็งที่กระจายตัวในตัวกลางที่เป็นก๊าซ ส่วนที่สองรวมถึงละอองลอยที่เป็นส่วนผสมของเฟสก๊าซและของเหลว แบบแรกเรียกว่าควัน และแบบหลังเรียกว่าหมอก ในกระบวนการก่อตัว ศูนย์ควบแน่นมีบทบาทสำคัญ เถ้าภูเขาไฟ ฝุ่นจักรวาล ผลผลิตทางอุตสาหกรรม แบคทีเรียต่างๆ ฯลฯ ทำหน้าที่เป็นนิวเคลียสของการควบแน่น จำนวนแหล่งที่มาของนิวเคลียสความเข้มข้นที่เป็นไปได้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ตัวอย่างเช่นเมื่อหญ้าแห้งถูกทำลายด้วยไฟบนพื้นที่ 4,000 ม. 2 จะเกิดนิวเคลียสของละอองลอยโดยเฉลี่ย 11 * 10 22
ละอองลอยเริ่มก่อตัวตั้งแต่วินาทีที่โลกของเราปรากฏขึ้นและมีอิทธิพลต่อสภาพธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม ปริมาณและการออกฤทธิ์ซึ่งสมดุลกับวัฏจักรทั่วไปของสารในธรรมชาติ ไม่ได้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมอย่างลึกซึ้ง ปัจจัยทางมานุษยวิทยาของการก่อตัวได้เปลี่ยนความสมดุลนี้ไปสู่การโอเวอร์โหลดชีวมณฑลอย่างมีนัยสำคัญ คุณลักษณะนี้เห็นได้ชัดเจนโดยเฉพาะอย่างยิ่งตั้งแต่มนุษยชาติเริ่มใช้ละอองลอยที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษทั้งในรูปแบบของสารพิษและเพื่อการปกป้องพืช
สิ่งที่อันตรายที่สุดต่อพืชพรรณคือละอองลอยของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ และไนโตรเจน เมื่อสัมผัสกับพื้นผิวใบที่ชื้น จะก่อให้เกิดกรดซึ่งส่งผลเสียต่อสิ่งมีชีวิต หมอกของกรดเข้าสู่อวัยวะทางเดินหายใจของสัตว์และมนุษย์พร้อมกับอากาศที่หายใจเข้าไป และมีผลรุนแรงต่อเยื่อเมือก บางส่วนสลายเนื้อเยื่อที่มีชีวิต และละอองลอยกัมมันตภาพรังสีทำให้เกิดมะเร็ง ในบรรดาไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี Sg 90 เป็นอันตรายอย่างยิ่งไม่เพียง แต่สำหรับการก่อมะเร็งเท่านั้น แต่ยังเป็นอะนาล็อกของแคลเซียมแทนที่ในกระดูกของสิ่งมีชีวิตทำให้เกิดการสลายตัว
ในระหว่างการระเบิดของนิวเคลียร์ เมฆละอองกัมมันตภาพรังสีจะก่อตัวขึ้นในชั้นบรรยากาศ อนุภาคขนาดเล็กที่มีรัศมี 1 - 10 ไมครอนไม่เพียงตกสู่ชั้นบนของโทรโพสเฟียร์เท่านั้น แต่ยังเข้าไปในสตราโตสเฟียร์ด้วยซึ่งสามารถคงอยู่ได้เป็นเวลานาน เมฆละอองลอยยังเกิดขึ้นระหว่างการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ในโรงงานอุตสาหกรรมที่ผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ รวมถึงผลจากอุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
หมอกควันเป็นส่วนผสมของละอองลอยที่มีระยะกระจายตัวของของเหลวและของแข็ง ซึ่งก่อตัวเป็นม่านหมอกเหนือพื้นที่อุตสาหกรรมและเมืองใหญ่
หมอกควันมีสามประเภท: น้ำแข็ง เปียก และแห้ง หมอกควันน้ำแข็งเรียกว่าหมอกควันอลาสก้า นี่คือการรวมกันของก๊าซมลพิษที่มีการเติมอนุภาคฝุ่นและผลึกน้ำแข็งที่เกิดขึ้นเมื่อหยดหมอกและไอน้ำจากระบบทำความร้อนแข็งตัว
หมอกควันเปียกหรือหมอกควันประเภทลอนดอน บางครั้งเรียกว่าหมอกควันฤดูหนาว เป็นส่วนผสมของก๊าซมลพิษ (ส่วนใหญ่เป็นซัลเฟอร์ไดออกไซด์) ฝุ่นละออง และละอองหมอก ข้อกำหนดเบื้องต้นด้านอุตุนิยมวิทยาสำหรับการปรากฏตัวของหมอกควันในฤดูหนาวคือสภาพอากาศที่ไม่มีลมซึ่งมีชั้นอากาศอุ่นอยู่เหนือชั้นพื้นดินของอากาศเย็น (ต่ำกว่า 700 ม.) ในกรณีนี้ ไม่เพียงแต่มีการแลกเปลี่ยนในแนวนอนเท่านั้น แต่ยังมีการแลกเปลี่ยนในแนวตั้งด้วย มลพิษซึ่งมักกระจายตัวอยู่ในชั้นสูง ในกรณีนี้จะสะสมอยู่ในชั้นผิว
หมอกควันแห้งเกิดขึ้นในช่วงฤดูร้อน และมักเรียกว่าหมอกควันประเภทลอสแอนเจลีส เป็นส่วนผสมของโอโซน คาร์บอนมอนอกไซด์ ไนโตรเจนออกไซด์ และไอกรด หมอกควันดังกล่าวเกิดขึ้นจากการสลายตัวของมลพิษจากรังสีดวงอาทิตย์ โดยเฉพาะส่วนที่เป็นรังสีอัลตราไวโอเลต ข้อกำหนดเบื้องต้นด้านอุตุนิยมวิทยาคือการผกผันของบรรยากาศ ซึ่งแสดงออกในลักษณะของชั้นอากาศเย็นเหนืออากาศอุ่น โดยทั่วไปแล้ว ก๊าซและอนุภาคของแข็งที่ถูกยกขึ้นโดยกระแสลมอุ่นจะถูกกระจายไปยังชั้นเย็นตอนบน แต่ในกรณีนี้ พวกมันจะสะสมในชั้นผกผัน ในกระบวนการโฟโตไลซิส ไนโตรเจนไดออกไซด์เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ของรถยนต์สลายตัว:
ไม่ 2 → ไม่ + O
จากนั้นการสังเคราะห์โอโซนก็เกิดขึ้น:
O + O 2 + M → O 3 + M
ไม่ + O → ไม่ 2
กระบวนการแยกตัวด้วยแสงจะมาพร้อมกับแสงสีเหลืองเขียว
นอกจากนี้ปฏิกิริยาประเภทนี้ยังเกิดขึ้น: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4 เช่น เกิดกรดซัลฟิวริกเข้มข้น
เมื่อสภาพอากาศเปลี่ยนแปลงไป (ลักษณะของลมหรือการเปลี่ยนแปลงของความชื้น) อากาศเย็นจะสลายไปและหมอกควันก็จะหายไป
การปรากฏตัวของสารก่อมะเร็งในหมอกควันทำให้เกิดปัญหาการหายใจ การระคายเคืองของเยื่อเมือก ระบบไหลเวียนโลหิตผิดปกติ หอบหืดหายใจไม่ออก และมักจะเสียชีวิต หมอกควันเป็นอันตรายอย่างยิ่งกับเด็กเล็ก
ฝนกรดคือการตกตะกอนในชั้นบรรยากาศที่ทำให้เป็นกรดโดยการปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ออกไซด์ ไนโตรเจน และไอระเหยของกรดเปอร์คลอริกและคลอรีนที่ละลายในนั้นทางอุตสาหกรรม ในระหว่างการเผาไหม้ถ่านหินและก๊าซกำมะถันส่วนใหญ่ที่มีอยู่ในนั้นทั้งในรูปของออกไซด์และสารประกอบที่มีเหล็กโดยเฉพาะอย่างยิ่งในไพไรต์, ไพโรไทต์, คาลโคไรต์ ฯลฯ จะถูกเปลี่ยนเป็นซัลเฟอร์ออกไซด์ซึ่งร่วมกับ คาร์บอนไดออกไซด์ถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ เมื่อไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศและการปล่อยก๊าซทางเทคนิครวมกับออกซิเจน จะเกิดไนโตรเจนออกไซด์ต่างๆ ขึ้น และปริมาตรของไนโตรเจนออกไซด์ที่เกิดขึ้นจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการเผาไหม้ ไนโตรเจนออกไซด์จำนวนมากเกิดขึ้นระหว่างการทำงานของยานพาหนะและตู้รถไฟดีเซล และส่วนน้อยเกิดขึ้นในภาคพลังงานและสถานประกอบการอุตสาหกรรม ซัลเฟอร์และไนโตรเจนออกไซด์เป็นตัวสร้างกรดหลัก เมื่อทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในบรรยากาศและไอน้ำที่มีอยู่ในนั้นจะเกิดกรดซัลฟิวริกและไนตริก
เป็นที่ทราบกันดีว่าความสมดุลของกรดอัลคาไลน์ของสิ่งแวดล้อมนั้นถูกกำหนดโดยค่า pH สภาพแวดล้อมที่เป็นกลางมีค่า pH เท่ากับ 7 สภาพแวดล้อมที่เป็นกรดมีค่า pH เท่ากับ 0 และสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างมีค่า pH เท่ากับ 14 ในยุคปัจจุบัน ค่า pH ของน้ำฝนอยู่ที่ 5.6 แม้ว่าในช่วงที่ผ่านมา เป็นกลาง ค่า pH ที่ลดลงหนึ่งค่าสอดคล้องกับความเป็นกรดที่เพิ่มขึ้นสิบเท่าดังนั้นในปัจจุบันฝนที่มีความเป็นกรดเพิ่มขึ้นจึงตกเกือบทุกที่ ความเป็นกรดสูงสุดของฝนที่บันทึกไว้ในยุโรปตะวันตกคือ 4-3.5 pH ควรคำนึงว่าค่า pH 4-4.5 เป็นอันตรายถึงชีวิตสำหรับปลาส่วนใหญ่
ฝนกรดมีผลกระทบเชิงรุกต่อพืชพรรณของโลก ต่ออาคารอุตสาหกรรมและที่อยู่อาศัย และมีส่วนช่วยเร่งการผุกร่อนของหินที่ถูกเปิดเผยอย่างรวดเร็ว ความเป็นกรดที่เพิ่มขึ้นช่วยป้องกันการควบคุมตนเองของการวางตัวเป็นกลางของดินซึ่งสารอาหารละลาย ในทางกลับกันสิ่งนี้ทำให้ผลผลิตลดลงอย่างรวดเร็วและทำให้พืชคลุมดินเสื่อมโทรม ความเป็นกรดของดินส่งเสริมการปล่อยดินหนักที่ถูกยึดเกาะ ซึ่งค่อยๆ ดูดซึมโดยพืช ทำให้เกิดความเสียหายต่อเนื้อเยื่ออย่างรุนแรงและแทรกซึมเข้าไปในห่วงโซ่อาหารของมนุษย์
การเปลี่ยนแปลงศักยภาพของกรดด่างในน้ำทะเล โดยเฉพาะในน้ำตื้น นำไปสู่การยุติการแพร่พันธุ์ของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหลายชนิด ส่งผลให้ปลาตาย และรบกวนความสมดุลทางนิเวศน์ในมหาสมุทร
ผลจากฝนกรด ป่าไม้ในยุโรปตะวันตก รัฐบอลติก คาเรเลีย เทือกเขาอูราล ไซบีเรีย และแคนาดา มีความเสี่ยงต่อการถูกทำลาย
เปลือกก๊าซที่ล้อมรอบโลกของเราหรือที่เรียกว่าชั้นบรรยากาศประกอบด้วยห้าชั้นหลัก ชั้นเหล่านี้เกิดขึ้นบนพื้นผิวดาวเคราะห์ จากระดับน้ำทะเล (บางครั้งอยู่ด้านล่าง) และลอยขึ้นสู่อวกาศตามลำดับต่อไปนี้:
- โทรโพสเฟียร์;
- สตราโตสเฟียร์;
- มีโซสเฟียร์;
- เทอร์โมสเฟียร์;
- เอกโซสเฟียร์
แผนภาพแสดงชั้นบรรยากาศหลักของโลก
ในระหว่างแต่ละชั้นหลักทั้งห้าชั้นจะมีโซนเปลี่ยนผ่านที่เรียกว่า "หยุดชั่วคราว" ซึ่งเกิดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอากาศ องค์ประกอบ และความหนาแน่น เมื่อรวมกับการหยุดชั่วคราวแล้ว ชั้นบรรยากาศของโลกก็รวมทั้งหมด 9 ชั้น
โทรโพสเฟียร์: ที่ซึ่งสภาพอากาศเกิดขึ้น
ในบรรดาชั้นบรรยากาศทั้งหมด ชั้นโทรโพสเฟียร์เป็นชั้นที่เราคุ้นเคยมากที่สุด (ไม่ว่าคุณจะรู้ตัวหรือไม่ก็ตาม) เนื่องจากเราอาศัยอยู่ที่ก้นบึ้งของพื้นผิวโลก มันปกคลุมพื้นผิวโลกและทอดตัวขึ้นไปเป็นระยะทางหลายกิโลเมตร คำว่าโทรโพสเฟียร์หมายถึง "การเปลี่ยนแปลงของโลก" ชื่อที่เหมาะสมมาก เนื่องจากชั้นนี้เป็นที่ที่สภาพอากาศในชีวิตประจำวันของเราเกิดขึ้น
โทรโพสเฟียร์เริ่มจากพื้นผิวโลกขึ้นไปที่ระดับความสูง 6 ถึง 20 กม. ชั้นที่สามตอนล่างซึ่งอยู่ใกล้เราที่สุด มีก๊าซในชั้นบรรยากาศถึง 50% นี่เป็นเพียงส่วนเดียวของบรรยากาศทั้งหมดที่หายใจได้ เนื่องจากพื้นผิวโลกได้รับความร้อนจากด้านล่างซึ่งดูดซับพลังงานความร้อนของดวงอาทิตย์ อุณหภูมิและความดันของโทรโพสเฟียร์จะลดลงตามระดับความสูงที่เพิ่มขึ้น
ที่ด้านบนสุดจะมีชั้นบางๆ ที่เรียกว่าโทรโพพอส (tropopause) ซึ่งเป็นเพียงตัวกั้นระหว่างชั้นโทรโพสเฟียร์และสตราโตสเฟียร์
สตราโตสเฟียร์: บ้านของโอโซน
สตราโตสเฟียร์เป็นชั้นถัดไปของชั้นบรรยากาศ มันขยายจาก 6-20 กม. ถึง 50 กม. เหนือพื้นผิวโลก นี่คือชั้นที่เครื่องบินพาณิชย์ส่วนใหญ่บินและบอลลูนอากาศร้อนเดินทาง
ที่นี่อากาศไม่ไหลขึ้นลง แต่เคลื่อนที่ขนานกับพื้นผิวด้วยกระแสลมที่เร็วมาก เมื่อคุณเพิ่มขึ้น อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นเนื่องมาจากความอุดมสมบูรณ์ของโอโซน (O3) ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากรังสีดวงอาทิตย์และออกซิเจน ซึ่งมีความสามารถในการดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตที่เป็นอันตรายจากดวงอาทิตย์ (ทราบการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิตามระดับความสูงในอุตุนิยมวิทยา เป็น "การผกผัน")
เนื่องจากชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์มีอุณหภูมิที่อุ่นกว่าที่ด้านล่างและอุณหภูมิที่เย็นกว่าที่ด้านบน การพาความร้อน (การเคลื่อนที่ในแนวดิ่งของมวลอากาศ) จึงเกิดขึ้นได้ยากในส่วนนี้ของชั้นบรรยากาศ ในความเป็นจริง คุณสามารถมองเห็นพายุที่กำลังโหมกระหน่ำในชั้นโทรโพสเฟียร์จากชั้นสตราโตสเฟียร์ได้ เนื่องจากชั้นนี้ทำหน้าที่เป็นฝาครอบการพาความร้อนที่ป้องกันไม่ให้เมฆพายุทะลุผ่านได้
หลังจากชั้นสตราโตสเฟียร์จะมีชั้นบัฟเฟอร์อีกครั้ง คราวนี้เรียกว่าสตราโตสเฟียร์
Mesosphere: บรรยากาศระดับกลาง
มีโซสเฟียร์อยู่ห่างจากพื้นผิวโลกประมาณ 50-80 กม. มีโซสเฟียร์ตอนบนเป็นสถานที่ตามธรรมชาติที่เย็นที่สุดในโลก โดยอุณหภูมิอาจลดลงต่ำกว่า -143°C
เทอร์โมสเฟียร์: บรรยากาศชั้นบน
หลังจากมีโซสเฟียร์และมีโซพอส ก็จะถึงเทอร์โมสเฟียร์ ซึ่งอยู่เหนือพื้นผิวโลกประมาณ 80 ถึง 700 กม. และมีอากาศน้อยกว่า 0.01% ของอากาศทั้งหมดในชั้นบรรยากาศ อุณหภูมิที่นี่สูงถึง +2,000° C แต่เนื่องจากอากาศมีความบางมากและไม่มีโมเลกุลก๊าซที่จะถ่ายเทความร้อน อุณหภูมิที่สูงเหล่านี้จึงถูกมองว่าเย็นมาก
Exosphere: ขอบเขตระหว่างบรรยากาศและอวกาศ
ที่ระดับความสูงประมาณ 700-10,000 กม. เหนือพื้นผิวโลกคือเอกโซสเฟียร์ - ขอบด้านนอกของบรรยากาศซึ่งเป็นพื้นที่ที่มีพรมแดนติดกัน ที่นี่ดาวเทียมตรวจอากาศโคจรรอบโลก
แล้วบรรยากาศรอบนอกล่ะ?
ไอโอโนสเฟียร์ไม่ได้เป็นชั้นที่แยกจากกัน แต่จริงๆ แล้วคำนี้ใช้เพื่ออ้างถึงบรรยากาศระหว่างระดับความสูง 60 ถึง 1,000 กม. ประกอบด้วยส่วนบนสุดของชั้นมีโซสเฟียร์ เทอร์โมสเฟียร์ทั้งหมด และส่วนหนึ่งของชั้นนอกโซสเฟียร์ ไอโอโนสเฟียร์ได้ชื่อมาเนื่องจากในส่วนนี้ของชั้นบรรยากาศที่รังสีจากดวงอาทิตย์จะแตกตัวเป็นไอออนเมื่อมันผ่านสนามแม่เหล็กของโลก