أعلى طبقة من الغلاف الجوي. حجم الغلاف الجوي للأرض

الغلاف الجوي للأرض هو الغلاف الغازي لكوكبنا. بالمناسبة ، جميع الأجرام السماوية تقريبًا لها أصداف متشابهة ، بدءًا من كواكب النظام الشمسي إلى الكويكبات الكبيرة. يعتمد على العديد من العوامل - حجم سرعته وكتلته والعديد من المعلمات الأخرى. لكن قشرة كوكبنا فقط هي التي تحتوي على المكونات التي تسمح لنا بالعيش.

الغلاف الجوي للأرض: تاريخ موجز للنشأة

يُعتقد أنه في بداية وجوده ، لم يكن كوكبنا يحتوي على غلاف غازي على الإطلاق. لكن الجرم السماوي الشاب حديث التكوين كان يتطور باستمرار. تشكل الغلاف الجوي الأساسي للأرض نتيجة للانفجارات البركانية المستمرة. هذه هي الطريقة التي تشكلت ، على مدى آلاف السنين ، قشرة من بخار الماء والنيتروجين والكربون وعناصر أخرى (باستثناء الأكسجين) حول الأرض.

نظرًا لأن كمية الرطوبة في الغلاف الجوي محدودة ، فقد تحول فائضها إلى هطول - هكذا تكونت البحار والمحيطات والأجسام المائية الأخرى. ظهرت الكائنات الحية الأولى التي سكنت الكوكب وتطورت في البيئة المائية. ينتمي معظمهم إلى الكائنات الحية النباتية التي تنتج الأكسجين من خلال عملية التمثيل الضوئي. وهكذا ، بدأ الغلاف الجوي للأرض يمتلئ بهذا الغاز الحيوي. ونتيجة لتراكم الأكسجين تشكلت طبقة الأوزون التي تحمي الكوكب من الآثار الضارة للأشعة فوق البنفسجية. هذه هي العوامل التي خلقت كل الظروف لوجودنا.

هيكل الغلاف الجوي للأرض

كما تعلم ، يتكون الغلاف الغازي لكوكبنا من عدة طبقات - هذه هي طبقة التروبوسفير ، والستراتوسفير ، والميزوسفير ، والغلاف الحراري. من المستحيل رسم حدود واضحة بين هذه الطبقات - كل هذا يتوقف على الوقت من السنة وخط عرض الكوكب.

التروبوسفير هو الجزء السفلي من الغلاف الغازي ، ويبلغ ارتفاعه في المتوسط ​​من 10 إلى 15 كيلومترًا. هنا تتركز معظم الرطوبة ، بالمناسبة ، توجد كل الرطوبة وتتشكل الغيوم. بسبب محتوى الأكسجين ، فإن طبقة التروبوسفير تدعم النشاط الحيوي لجميع الكائنات الحية. بالإضافة إلى ذلك ، فهي ذات أهمية حاسمة في تكوين الطقس والسمات المناخية للمنطقة - لا تتشكل السحب هنا فحسب ، بل تتشكل الرياح أيضًا. تنخفض درجة الحرارة مع الارتفاع.

الستراتوسفير - يبدأ من طبقة التروبوسفير وينتهي على ارتفاع 50 إلى 55 كيلومترًا. هنا ترتفع درجة الحرارة مع الارتفاع. لا يحتوي هذا الجزء من الغلاف الجوي عمليًا على بخار ماء ، ولكنه يحتوي على طبقة أوزون. في بعض الأحيان يمكنك رؤية تكوين غيوم "عرق اللؤلؤ" هنا ، والتي لا يمكن رؤيتها إلا في الليل - ويعتقد أنها ممثلة بقطرات ماء شديدة التكثيف.

Mesosphere - يمتد حتى 80 كيلومترًا. في هذه الطبقة ، يمكنك ملاحظة انخفاض حاد في درجة الحرارة أثناء صعودك. تم تطوير الاضطراب أيضًا بشكل كبير هنا. بالمناسبة ، تتشكل "السحب الفضية" في طبقة الميزوسفير ، والتي تتكون من بلورات جليدية صغيرة - لا يمكنك رؤيتها إلا في الليل. ومن المثير للاهتمام ، أنه لا يوجد عمليا أي هواء عند الحد الأعلى من الغلاف الجوي - فهو أقل 200 مرة من بالقرب من سطح الأرض.

الغلاف الحراري هو الطبقة العليا من الغلاف الغازي للأرض ، حيث من المعتاد التمييز بين الأيونوسفير والغلاف الخارجي. ومن المثير للاهتمام ، مع الارتفاع ، ترتفع درجة الحرارة هنا بشكل حاد للغاية - على ارتفاع 800 كيلومتر من سطح الأرض ، تزيد عن 1000 درجة مئوية. يتميز الأيونوسفير بهواء شديد التسييل ومحتوى ضخم من الأيونات النشطة. أما بالنسبة للغلاف الخارجي ، فإن هذا الجزء من الغلاف الجوي يمر بسلاسة في الفضاء بين الكواكب. تجدر الإشارة إلى أن الغلاف الحراري لا يحتوي على هواء.

يمكن ملاحظة أن الغلاف الجوي للأرض هو جزء مهم جدًا من كوكبنا ، والذي يظل عاملاً حاسمًا في ظهور الحياة. يوفر نشاطًا حيويًا ، ويدعم وجود الغلاف المائي (الغلاف المائي للكوكب) ويحمي من الأشعة فوق البنفسجية.

تكوين الأرض. هواء

الهواء عبارة عن مزيج ميكانيكي من غازات مختلفة تشكل الغلاف الجوي للأرض. الهواء ضروري لتنفس الكائنات الحية ويستخدم على نطاق واسع في الصناعة.

تم إثبات حقيقة أن الهواء عبارة عن خليط وليس مادة متجانسة خلال تجارب العالم الاسكتلندي جوزيف بلاك. خلال إحداها ، اكتشف العالم أنه عندما يتم تسخين المغنيسيا البيضاء (كربونات المغنيسيوم) ، يتم إطلاق "الهواء المرتبط" ، أي ثاني أكسيد الكربون ، ويتكون المغنيسيوم المحترق (أكسيد المغنيسيوم). في المقابل ، عندما يتم حرق الحجر الجيري ، تتم إزالة "الهواء المقيد". وبناءً على هذه التجارب خلص العالم إلى أن الفرق بين القلويات الكربونية والقلوية الكاوية هو أن الأول يحتوي على ثاني أكسيد الكربون وهو أحد مكونات الهواء. نعلم اليوم أنه بالإضافة إلى ثاني أكسيد الكربون ، فإن تكوين هواء الأرض يشمل:

نسبة الغازات في الغلاف الجوي للأرض الموضحة في الجدول نموذجية لطبقاتها السفلية ، حتى ارتفاع 120 كم. في هذه المناطق توجد منطقة متجانسة ومختلطة جيدًا تسمى الغلاف المتجانس. يقع فوق الغلاف المتجانس الغلاف المغاير ، والذي يتميز بتحلل جزيئات الغاز إلى ذرات وأيونات. يتم فصل المناطق عن بعضها البعض من خلال انقطاع التيار الكهربائي.

يُطلق على التفاعل الكيميائي الذي تتحلل فيه الجزيئات ، تحت تأثير الإشعاع الشمسي والكوني ، إلى ذرات ، التفكك الضوئي. أثناء تحلل الأكسجين الجزيئي ، يتكون الأكسجين الذري ، وهو الغاز الرئيسي للغلاف الجوي على ارتفاعات تزيد عن 200 كم. على ارتفاعات تزيد عن 1200 كم ، يبدأ الهيدروجين والهيليوم ، وهما أخف الغازات ، بالهيمنة.

نظرًا لأن الجزء الأكبر من الهواء يتركز في طبقات الغلاف الجوي الثلاثة السفلية ، فإن التغييرات في تكوين الهواء على ارتفاعات تزيد عن 100 كم ليس لها تأثير ملحوظ على التكوين العام للغلاف الجوي.

النيتروجين هو الغاز الأكثر شيوعًا ، حيث يمثل أكثر من ثلاثة أرباع حجم هواء الأرض. يتكون النيتروجين الحديث من أكسدة الغلاف الجوي المبكر للأمونيا والهيدروجين بالأكسجين الجزيئي ، والذي يتكون أثناء عملية التمثيل الضوئي. حاليًا ، تدخل كمية صغيرة من النيتروجين إلى الغلاف الجوي نتيجة نزع النتروجين - عملية اختزال النترات إلى نيتريت ، يليها تكوين أكاسيد غازية ونيتروجين جزيئي ، يتم إنتاجه بواسطة بدائيات النوى اللاهوائية. يدخل بعض النيتروجين إلى الغلاف الجوي أثناء الانفجارات البركانية.

في الغلاف الجوي العلوي ، عند التعرض للتصريفات الكهربائية بمشاركة الأوزون ، يتأكسد النيتروجين الجزيئي إلى أول أكسيد النيتروجين:

N 2 + O 2 → 2NO

في الظروف العادية ، يتفاعل أحادي أكسيد النيتروز على الفور مع الأكسجين لتكوين أكسيد النيتروز:

2NO + O 2 → 2N 2 O

النيتروجين هو أهم عنصر كيميائي في الغلاف الجوي للأرض. النيتروجين هو جزء من البروتينات ، ويوفر التغذية المعدنية للنباتات. يحدد معدل التفاعلات الكيميائية الحيوية ، ويلعب دور مخفف الأكسجين.

الأكسجين هو ثاني أكثر الغازات وفرة في الغلاف الجوي للأرض. يرتبط تكوين هذا الغاز بالنشاط الضوئي للنباتات والبكتيريا. وكلما ازداد تنوع وتعدد كائنات التمثيل الضوئي ، زادت أهمية عملية محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي. يتم إطلاق كمية صغيرة من الأكسجين الثقيل أثناء تفريغ الوشاح من الغاز.

في الطبقات العليا من التروبوسفير والستراتوسفير ، تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية الشمسية (نشير إليها بـ hν) ، يتكون الأوزون:

O 2 + hν → 2O

نتيجة لتأثير نفس الأشعة فوق البنفسجية ، يتحلل الأوزون:

O 3 + hν → O 2 + O

O 3 + O → 2O 2

نتيجة للتفاعل الأول ، يتم تكوين الأكسجين الذري ، نتيجة ثانيًا - الأكسجين الجزيئي. جميع ردود الفعل الأربعة تسمى آلية تشابمان ، على اسم العالم البريطاني سيدني تشابمان الذي اكتشفها في عام 1930.

يستخدم الأكسجين لتنفس الكائنات الحية. بمساعدتها ، تحدث عمليات الأكسدة والاحتراق.

يعمل الأوزون على حماية الكائنات الحية من الأشعة فوق البنفسجية التي تسبب طفرات لا رجعة فيها. لوحظ أعلى تركيز للأوزون في الطبقة السفلى من الستراتوسفير ضمن ما يسمى. طبقة الأوزون أو شاشة الأوزون الكائنة على ارتفاعات 22-25 كم. محتوى الأوزون صغير: عند الضغط الطبيعي ، سيحتل كل الأوزون الموجود في الغلاف الجوي للأرض طبقة بسماكة 2.91 مم فقط.

يرتبط تكوين ثالث أكثر الغازات شيوعًا في الغلاف الجوي ، وهو الأرجون وكذلك النيون والهيليوم والكريبتون والزينون ، بالانفجارات البركانية وانحلال العناصر المشعة.

على وجه الخصوص ، الهيليوم هو نتاج التحلل الإشعاعي لليورانيوم والثوريوم والراديوم: 238 U → 234 Th + α، 230 Th → 226 Ra + 4 He، 226 Ra → 222 Rn + α (في هذه التفاعلات ، α- الجسيم هو نواة الهيليوم ، والتي في عملية فقدان الطاقة تلتقط الإلكترونات وتصبح 4 He).

يتكون الأرجون أثناء تحلل النظير المشع للبوتاسيوم: 40 K → 40 Ar + γ.

النيون يهرب من الصخور النارية.

يتكون الكريبتون كمنتج نهائي لاضمحلال اليورانيوم (235 يو و 238 يو) والثوريوم ث.

تشكل الجزء الأكبر من الكريبتون الموجود في الغلاف الجوي في المراحل الأولى من تطور الأرض نتيجة لانحلال عناصر عبر اليورانيوم ذات نصف عمر قصير للغاية أو جاء من الفضاء ، ومحتوى الكريبتون فيه أعلى بعشرة ملايين مرة مما هو موجود على الأرض. .

الزينون هو نتيجة انشطار اليورانيوم ، لكن معظم هذا الغاز يبقى من المراحل الأولى لتكوين الأرض ، من الغلاف الجوي الأساسي.

يدخل ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي نتيجة الانفجارات البركانية وفي عملية تحلل المواد العضوية. يختلف محتواها في الغلاف الجوي لخطوط العرض الوسطى للأرض اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على فصول السنة: في الشتاء ، تزداد كمية ثاني أكسيد الكربون ، وفي الصيف تنخفض. يرتبط هذا التقلب بنشاط النباتات التي تستخدم ثاني أكسيد الكربون في عملية التمثيل الضوئي.

يتكون الهيدروجين نتيجة تحلل الماء عن طريق الإشعاع الشمسي. ولكن نظرًا لكونها أخف الغازات التي يتكون منها الغلاف الجوي ، فإنها تتسرب باستمرار إلى الفضاء الخارجي ، وبالتالي يكون محتواها في الغلاف الجوي صغيرًا جدًا.

ينتج بخار الماء عن تبخر الماء من سطح البحيرات والأنهار والبحار والأرض.

تركيز الغازات الرئيسية في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي ، باستثناء بخار الماء وثاني أكسيد الكربون ، ثابت. بكميات صغيرة ، يحتوي الغلاف الجوي على أكسيد الكبريت SO 2 ، والأمونيا NH 3 ، وأول أكسيد الكربون CO ، والأوزون O 3 ، وكلوريد الهيدروجين HCl ، وفلوريد الهيدروجين HF ، وأول أكسيد النيتروجين NO ، والهيدروكربونات ، وبخار الزئبق Hg ، واليود I 2 وغيرها الكثير. في طبقة الغلاف الجوي السفلى من التروبوسفير ، هناك باستمرار كمية كبيرة من الجسيمات الصلبة والسائلة المعلقة.

مصادر الجسيمات في الغلاف الجوي للأرض هي الانفجارات البركانية وحبوب اللقاح النباتية والكائنات الحية الدقيقة والأنشطة البشرية مؤخرًا مثل حرق الوقود الأحفوري في عمليات التصنيع. أصغر جزيئات الغبار ، وهي نوى التكثيف ، هي أسباب تكون الضباب والسحب. بدون الجسيمات الصلبة الموجودة باستمرار في الغلاف الجوي ، لن يسقط هطول الأمطار على الأرض.

- الغلاف الجوي للكرة الأرضية الذي يدور مع الأرض. يتم تنفيذ الحدود العليا للغلاف الجوي تقليديًا على ارتفاعات تتراوح بين 150 و 200 كيلومتر. الحد الأدنى هو سطح الأرض.

الهواء الجوي هو خليط من الغازات. يتكون معظم حجمه في طبقة الهواء السطحية من النيتروجين (78٪) والأكسجين (21٪). بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي الهواء على غازات خاملة (الأرجون والهيليوم والنيون وما إلى ذلك) وثاني أكسيد الكربون (0.03) وبخار الماء وجزيئات صلبة مختلفة (الغبار والسخام وبلورات الملح).

الهواء عديم اللون ، ويفسر لون السماء بخصائص تشتت موجات الضوء.

يتكون الغلاف الجوي من عدة طبقات: طبقة التروبوسفير والستراتوسفير والميزوسفير والغلاف الحراري.

الطبقة السفلية من الهواء تسمى التروبوسفير.في خطوط العرض المختلفة ، قوتها ليست هي نفسها. يكرر التروبوسفير شكل الكوكب ويشارك مع الأرض في الدوران المحوري. عند خط الاستواء ، يتراوح سمك الغلاف الجوي من 10 إلى 20 كم. عند خط الاستواء يكون أكبر ، ويقل عند القطبين. تتميز طبقة التروبوسفير بكثافة الهواء القصوى ، وتتركز فيها 4/5 من كتلة الغلاف الجوي بأكمله. تحدد طبقة التروبوسفير الظروف الجوية: تتشكل هنا كتل هوائية مختلفة ، وتتشكل السحب وهطول الأمطار ، وتحدث حركة هواء أفقية ورأسية مكثفة.

يقع فوق طبقة التروبوسفير ، على ارتفاع 50 كم الستراتوسفير.يتميز بكثافة أقل للهواء ، ولا يوجد فيه بخار ماء. في الجزء السفلي من الستراتوسفير على ارتفاعات حوالي 25 كم. هناك "شاشة الأوزون" - طبقة من الغلاف الجوي ذات تركيز عالٍ من الأوزون ، والتي تمتص الأشعة فوق البنفسجية ، والتي تكون قاتلة للكائنات الحية.

على ارتفاع 50-80-90 كم يمتد الميزوسفير.مع زيادة الارتفاع ، تنخفض درجة الحرارة بمتوسط ​​تدرج عمودي (0.25-0.3) ° / 100 م ، وتنخفض كثافة الهواء. عملية الطاقة الرئيسية هي نقل الحرارة بالإشعاع. يرجع توهج الغلاف الجوي إلى العمليات الكيميائية الضوئية المعقدة التي تنطوي على جزيئات متحمسة اهتزازيًا جذريًا.

ثيرموسفيرتقع على ارتفاع 80-90 إلى 800 كم. كثافة الهواء هنا ضئيلة ، ودرجة تأين الهواء عالية جدًا. تتغير درجة الحرارة حسب نشاط الشمس. نظرًا للعدد الكبير من الجسيمات المشحونة ، يتم ملاحظة الشفق القطبي والعواصف المغناطيسية هنا.

الغلاف الجوي له أهمية كبيرة لطبيعة الأرض.بدون الأكسجين ، لا تستطيع الكائنات الحية التنفس. طبقة الأوزون الخاصة بها تحمي جميع الكائنات الحية من الأشعة فوق البنفسجية الضارة. يعمل الغلاف الجوي على تلطيف تقلبات درجات الحرارة: لا يبرد سطح الأرض ليلاً ولا يسخن أثناء النهار. في طبقات كثيفة من الهواء الجوي ، لا تصل إلى سطح الكوكب ، تحترق النيازك من الأشواك.

يتفاعل الغلاف الجوي مع كل قذائف الأرض. بمساعدتها ، تبادل الحرارة والرطوبة بين المحيط والأرض. بدون الغلاف الجوي لن يكون هناك غيوم ولا أمطار ولا رياح.

الأنشطة البشرية لها تأثير سلبي كبير على الغلاف الجوي. يحدث تلوث الهواء مما يؤدي إلى زيادة تركيز أول أكسيد الكربون (CO 2). وهذا يساهم في الاحتباس الحراري ويعزز "تأثير الاحتباس الحراري". يتم تدمير طبقة الأوزون من الأرض بسبب النفايات الصناعية والنقل.

يحتاج الغلاف الجوي إلى الحماية. في البلدان المتقدمة ، يتم اتخاذ مجموعة من التدابير لحماية الهواء الجوي من التلوث.

هل لديك اسئلة؟ هل تريد معرفة المزيد عن الغلاف الجوي؟
للحصول على مساعدة من مدرس -.

blog.site ، مع النسخ الكامل أو الجزئي للمادة ، مطلوب رابط للمصدر.

تغير سطح الأرض. لم يكن أقل أهمية هو نشاط الرياح ، التي حملت أجزاء صغيرة من الصخور لمسافات طويلة. أثرت تقلبات درجات الحرارة وعوامل الغلاف الجوي الأخرى بشكل كبير على تدمير الصخور. إلى جانب ذلك ، يحمي A. سطح الأرض من التأثير المدمر للأحجار النيزكية المتساقطة ، والتي يحترق معظمها عندما تدخل الطبقات الكثيفة من الغلاف الجوي.

يعتمد نشاط الكائنات الحية ، التي كان لها تأثير قوي على تطور A. نفسها ، إلى حد كبير جدًا ، على الظروف الجوية. A. تؤخر معظم الأشعة فوق البنفسجية للشمس ، والتي لها تأثير ضار على العديد من الكائنات الحية. يستخدم الأكسجين الجوي في عملية التنفس من قبل الحيوانات والنباتات ، وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي - في عملية تغذية النبات. تؤثر العوامل المناخية ، ولا سيما النظام الحراري ونظام الرطوبة ، على الحالة الصحية والنشاط البشري. تعتمد الزراعة بشكل خاص على الظروف المناخية. في المقابل ، يمارس النشاط البشري تأثيرًا متزايدًا على تكوين الغلاف الجوي والنظام المناخي.

هيكل الغلاف الجوي

التوزيع العمودي لدرجة الحرارة في الغلاف الجوي والمصطلحات ذات الصلة.

تظهر المراقبة العديدة أن و. قد عبر بدقة عن بنية الطبقات (انظر الشكل). يتم تحديد السمات الرئيسية للهيكل الطبقي للغلاف الجوي بشكل أساسي من خلال ميزات التوزيع العمودي لدرجة الحرارة. في الجزء السفلي من A. - طبقة التروبوسفير ، حيث لوحظ اختلاط شديد الاضطراب (انظر الاضطراب في الغلاف الجوي والغلاف المائي) ، تنخفض درجة الحرارة مع زيادة الارتفاع ، وانخفاض درجة الحرارة على طول المتوسطات الرأسية 6 درجات لكل 1 كم. يتراوح ارتفاع طبقة التروبوسفير من 8-10 كم في خطوط العرض القطبية إلى 16-18 كم بالقرب من خط الاستواء. نظرًا لحقيقة أن كثافة الهواء تتناقص بسرعة مع الارتفاع ، فإن حوالي 80 ٪ من الكتلة الكلية A تتركز في طبقة التروبوسفير. وتوجد فوق طبقة التروبوسفير طبقة انتقالية - التروبوبوز بدرجة حرارة 190-220 ، فوقها طبقة الستراتوسفير يبدأ. في الجزء السفلي من الستراتوسفير ، انخفاض درجة الحرارة مع توقف الارتفاع ، وتظل درجة الحرارة ثابتة تقريبًا حتى ارتفاع 25 كم - ما يسمى. منطقة متساوية الحرارة(طبقة الستراتوسفير السفلى) ؛ تبدأ درجة الحرارة المرتفعة في الزيادة - منطقة الانقلاب (الستراتوسفير العلوي). تبلغ درجة الحرارة ذروتها عند ~ 270 كلفن على مستوى طبقة الستراتوبوز ، الواقعة على ارتفاع حوالي 55 كم. الطبقة أ ، الواقعة على ارتفاعات من 55 إلى 80 كم ، حيث تنخفض درجة الحرارة مرة أخرى مع الارتفاع ، كانت تسمى طبقة الميزوسفير. وفوقها توجد طبقة انتقالية - الميزوبوز ، وفوقها الغلاف الحراري ، حيث ترتفع درجة الحرارة مع الارتفاع ، وتصل إلى قيم عالية جدًا (أكثر من 1000 كلفن). حتى أعلى (على ارتفاعات تبلغ حوالي 1000 كم أو أكثر) هو الغلاف الخارجي ، حيث تتبدد غازات الغلاف الجوي في الفضاء العالمي بسبب التبدد وحيث يحدث الانتقال التدريجي من الهواء الجوي إلى الفضاء بين الكواكب. عادة ، تسمى جميع طبقات الغلاف الجوي فوق طبقة التروبوسفير الطبقات العليا ، على الرغم من أنه في بعض الأحيان يشار إلى طبقة الستراتوسفير أو الجزء السفلي منها أيضًا بالطبقات السفلية من الغلاف الجوي.

تُظهر جميع المعلمات الهيكلية للغلاف الجوي (درجة الحرارة والضغط والكثافة) تقلبًا مكانيًا وزمنيًا كبيرًا (خطيًا ، سنويًا ، موسميًا ، يوميًا ، إلخ). لذلك ، فإن البيانات في الشكل. تعكس فقط متوسط ​​حالة الغلاف الجوي.

مخطط هيكل الغلاف الجوي:
1 - مستوى سطح البحر. 2 - أعلى نقطة على الأرض - جبل تشومولونغما (إيفرست) ، 8848 م ؛ 3 - السحب الركامية ذات الطقس الجيد ؛ 4 - سحب ركامية قوية ؛ 5 - غيوم (عاصفة رعدية) ؛ 6 - غيوم nimbostratus ؛ 7 - الغيوم الرقيقة. 8 - الطائرات 9 - طبقة تركيز الأوزون الأقصى ؛ 10 - غيوم عرق اللؤلؤ ؛ 11 - بالون الستراتوسفير. 12 - مسبار لاسلكي ؛ 1З - الشهب. 14 - غيوم ليلية 15 - الشفق. 16 - طائرة صاروخية أمريكية من طراز X-15 ؛ 17 ، 18 ، 19 - تنعكس الموجات الراديوية من الطبقات المتأينة وتعود إلى الأرض ؛ 20 - تنعكس الموجة الصوتية من الطبقة الدافئة وتعود إلى الأرض ؛ 21 - أول قمر صناعي سوفيتي أرضي ؛ 22 - صاروخ باليستي عابر للقارات ؛ 23 - صواريخ الأبحاث الجيوفيزيائية ؛ 24 - سواتل الأرصاد الجوية ؛ 25 - المركبة الفضائية "Soyuz-4" و "Soyuz-5" ؛ 26 - الصواريخ الفضائية التي تغادر الغلاف الجوي ، وكذلك الموجة الراديوية التي تخترق الطبقات المتأينة وتغادر الغلاف الجوي ؛ 27 ، 28 - تبديد (انزلاق) ذرات H وهو ؛ 29 - مسار البروتونات الشمسية P ؛ 30- نفاذ الأشعة فوق البنفسجية (الطول الموجي> 2000 ولتر< 900).

يحتوي الهيكل الطبقي للغلاف الجوي على العديد من المظاهر المتنوعة الأخرى. التركيب الكيميائي للغلاف الجوي غير متجانس في الارتفاع.إذا كان على ارتفاعات تصل إلى 90 كم ، حيث يوجد اختلاط شديد للغلاف الجوي ، فإن التركيب النسبي للمكونات الثابتة للغلاف الجوي يظل عمليا دون تغيير (يسمى هذا السُمك الكامل للغلاف الجوي الهوموسفير) ، ثم فوق 90 ​​كم في غير متجانسة- تحت تأثير تفكك جزيئات غازات الغلاف الجوي عن طريق الأشعة فوق البنفسجية للشمس ، يحدث تغيير قوي في التركيب الكيميائي لعوامل الغلاف الجوي مع الارتفاع. السمات النموذجية لهذا الجزء من A. هي طبقات الأوزون والتوهج الخاص للغلاف الجوي. هيكل متعدد الطبقات معقد هو سمة من سمات الهباء الجوي - جسيمات صلبة من أصل أرضي وكوني معلقة في الهواء. تقع طبقات الهباء الجوي الأكثر شيوعًا تحت التروبوبوز وعلى ارتفاع حوالي 20 كم. الطبقات هي التوزيع الرأسي للإلكترونات والأيونات في الغلاف الجوي ، والذي يتم التعبير عنه في وجود طبقات D و E و F من الأيونوسفير.

تكوين الغلاف الجوي

يعد الهباء الجوي أحد أكثر المكونات نشاطًا بصريًا - وهي جزيئات معلقة في الهواء يتراوح حجمها من عدة نانومتر إلى عدة عشرات من الميكرونات ، وتتشكل أثناء تكثيف بخار الماء ودخول الغلاف الجوي من سطح الأرض نتيجة للتلوث الصناعي ، الانفجارات البركانية ، وكذلك من الفضاء. لوحظ الهباء الجوي في كل من طبقة التروبوسفير والطبقات العليا من A. يتناقص تركيز الهباء بسرعة مع الارتفاع ، ولكن العديد من الحدود القصوى الثانوية المرتبطة بوجود طبقات الهباء الجوي يتم فرضها على هذا الاتجاه.

الغلاف الجوي العلوي

فوق 20-30 كم ، تتفكك جزيئات الذرة ، نتيجة التفكك ، بدرجة أو بأخرى إلى ذرات ، وتظهر الذرات الحرة والجزيئات الجديدة الأكثر تعقيدًا في الذرة. أعلى إلى حد ما ، تصبح عمليات التأين مهمة.

المنطقة غير المستقرة هي الغلاف الجوي ، حيث تؤدي عمليات التأين والتفكك إلى العديد من التفاعلات الكيميائية الضوئية التي تحدد التغيير في تكوين الهواء مع الارتفاع. يحدث الفصل الجاذبي للغازات هنا أيضًا ، والذي يتم التعبير عنه في التخصيب التدريجي للغلاف الجوي بغازات أخف كلما زاد الارتفاع. وفقًا لقياسات الصواريخ ، لوحظ فصل الجاذبية للغازات المحايدة - الأرجون والنيتروجين - فوق 105-110 كم. المكونات الرئيسية لـ A. في طبقة 100-210 كم هي النيتروجين الجزيئي والأكسجين الجزيئي والأكسجين الذري (يصل تركيز الأخير عند مستوى 210 كم إلى 77 ± 20٪ من تركيز النيتروجين الجزيئي).

يتكون الجزء العلوي من الغلاف الحراري بشكل أساسي من الأكسجين الذري والنيتروجين. على ارتفاع 500 كم ، الأكسجين الجزيئي غائب عمليًا ، لكن النيتروجين الجزيئي ، الذي ينخفض ​​تركيزه النسبي بشكل كبير ، لا يزال يهيمن على النيتروجين الذري.

في الغلاف الحراري ، تلعب حركات المد والجزر دورًا مهمًا (انظر الجزر والتدفق) ، وموجات الجاذبية ، والعمليات الكيميائية الضوئية ، وزيادة متوسط ​​المسار الحر للجسيمات ، وعوامل أخرى. أدت نتائج ملاحظات تباطؤ القمر الصناعي على ارتفاعات 200-700 كم إلى استنتاج أن هناك علاقة بين الكثافة ودرجة الحرارة والنشاط الشمسي ، والتي ترتبط بوجود تباين يومي ونصف سنوي وسنوي للمعلمات الهيكلية. . من الممكن أن تكون التغيرات اليومية ناتجة إلى حد كبير عن المد والجزر في الغلاف الجوي. خلال فترات التوهجات الشمسية ، يمكن أن تصل درجة الحرارة على ارتفاع 200 كم في خطوط العرض المنخفضة إلى 1700-1900 درجة مئوية.

فوق 600 كم ، يصبح الهيليوم هو المكون السائد ، وحتى أعلى ، على ارتفاعات 2-20 ألف كيلومتر ، تمتد هالة الهيدروجين على الأرض. في هذه المرتفعات ، الأرض محاطة بقذيفة من الجسيمات المشحونة ، تصل درجة حرارتها إلى عدة عشرات الآلاف من الدرجات. فيما يلي أحزمة الإشعاع الداخلية والخارجية للأرض. الحزام الداخلي ، المملوء بشكل أساسي بالبروتونات بطاقة مئات MeV ، محدود بارتفاعات 500-1600 كم عند خطوط العرض من خط الاستواء إلى 35-40 درجة. يتكون الحزام الخارجي من إلكترونات ذات طاقات تصل إلى مئات keV. يوجد خلف الحزام الخارجي "حزام خارجي" يكون فيه تركيز وتدفق الإلكترونات أعلى بكثير. يؤدي تغلغل إشعاع الجسم الشمسي (الرياح الشمسية) في الطبقات العليا من الشفق القطبي إلى ظهور الشفق القطبي. تحت تأثير هذا القصف على الغلاف الجوي العلوي بواسطة الإلكترونات والبروتونات من الإكليل الشمسي ، يكون التوهج الطبيعي للغلاف الجوي متحمسًا أيضًا ، والذي كان يُطلق عليه سابقًا وهج سماء الليل. عندما تتفاعل الرياح الشمسية مع المجال المغناطيسي للأرض ، يتم إنشاء منطقة تحمل الاسم. الغلاف المغناطيسي للأرض ، حيث لا تخترق تدفقات البلازما الشمسية.

تتميز الطبقات العليا من A. بوجود رياح قوية تصل سرعتها إلى 100-200 م / ث. سرعة الرياح واتجاهها داخل طبقة التروبوسفير والميزوسفير والغلاف الحراري السفلي لها تباين كبير في الزمكان. على الرغم من أن كتلة الطبقات العليا من الغلاف الجوي ضئيلة مقارنة بكتلة الطبقات السفلية ، وأن طاقة عمليات الغلاف الجوي في الطبقات العليا صغيرة نسبيًا ، يبدو أن هناك بعض التأثير للطبقات العالية من الغلاف الجوي على سطح الأرض. الطقس والمناخ في طبقة التروبوسفير.

موازين الإشعاع والحرارة والماء في الغلاف الجوي

عمليا المصدر الوحيد للطاقة لجميع العمليات الفيزيائية التي تتطور في أرمينيا هو الإشعاع الشمسي. السمة الرئيسية لنظام الإشعاع لـ A. - ما يسمى ب. تأثير الاحتباس الحراري: يمتص الإشعاع الشمسي قصير الموجة بشكل ضعيف (يصل معظمه إلى سطح الأرض) ، لكنه يؤخر الإشعاع الحراري طويل الموجة (الأشعة تحت الحمراء بالكامل) لسطح الأرض ، مما يقلل بشكل كبير من انتقال حرارة الأرض إلى الفضاء الخارجي وتزيد درجة حرارته.

يُمتص الإشعاع الشمسي الذي يدخل A. جزئيًا في A. بشكل أساسي عن طريق بخار الماء وثاني أكسيد الكربون والأوزون والهباء الجوي ، ويتناثر بواسطة جزيئات الهباء الجوي والتقلبات في كثافة A. نتيجة تشتت الطاقة المشعة الشمسية في A. ، لا يُلاحظ فقط الإشعاع الشمسي المباشر ، ولكن أيضًا الإشعاع المتناثر ، فهما يشكلان معًا إجمالي الإشعاع. عند الوصول إلى سطح الأرض ، ينعكس الإشعاع الكلي منه جزئيًا. يتم تحديد مقدار الإشعاع المنعكس من خلال انعكاس السطح السفلي ، ما يسمى. البياض. بسبب الإشعاع الممتص ، يسخن سطح الأرض ويصبح مصدرًا لإشعاع الموجة الطويلة الخاص به الموجه نحو A. بدوره ، ينبعث A. أيضًا إشعاع طويل الموجة موجهًا نحو سطح الأرض (ما يسمى مضاد إشعاع أ) وفي الفضاء العالمي (ما يسمى بالفضاء). الإشعاع الخارج). يتم تحديد التبادل الحراري العقلاني بين سطح الأرض و A. بواسطة الإشعاع الفعال - الفرق بين إشعاع سطح الأرض نفسه والإشعاع المضاد للإشعاع A الذي يمتصه. الفرق بين إشعاع الموجة القصيرة الذي يمتصه سطح الأرض والإشعاع الفعال هو يسمى توازن الإشعاع.

يشكل تحويل طاقة الإشعاع الشمسي بعد امتصاصه على سطح الأرض إلى طاقة الغلاف الجوي التوازن الحراري للأرض. المصدر الرئيسي للحرارة في الغلاف الجوي هو سطح الأرض الذي يمتص الجزء الأكبر من الإشعاع الشمسي. نظرًا لأن امتصاص الإشعاع الشمسي في A. أقل من فقدان الحرارة من A. إلى الفضاء العالمي بواسطة إشعاع الموجة الطويلة ، يتم تجديد استهلاك الحرارة الإشعاعية من خلال تدفق الحرارة إلى A. من سطح الأرض في الشكل من انتقال الحرارة المضطرب ووصول الحرارة نتيجة لتكثيف بخار الماء في A. منذ النهائي كمية التكثيف في كل أفريقيا تساوي كمية الأمطار وأيضًا كمية التبخر من سطح الأرض ؛ إن تدفق حرارة التكثيف إلى أرمينيا يساوي عدديًا كمية الحرارة التي يتم إنفاقها على التبخر على سطح الأرض (انظر أيضًا توازن الماء).

يتم إنفاق جزء من طاقة الإشعاع الشمسي على الحفاظ على الدوران العام للغلاف الجوي وعلى عمليات الغلاف الجوي الأخرى ، ولكن هذا الجزء غير مهم مقارنة بالمكونات الرئيسية لتوازن الحرارة.

حركة الهواء

نظرًا للحركة العالية للهواء الجوي ، تُلاحظ الرياح على جميع ارتفاعات السماء. تعتمد حركات الهواء على العديد من العوامل ، أهمها التسخين غير المتكافئ للهواء في مناطق مختلفة من العالم.

توجد تباينات كبيرة بشكل خاص في درجات الحرارة بالقرب من سطح الأرض بين خط الاستواء والقطبين بسبب الاختلاف في وصول الطاقة الشمسية عند خطوط العرض المختلفة. إلى جانب ذلك ، يتأثر توزيع درجة الحرارة بموقع القارات والمحيطات. بسبب السعة الحرارية العالية والتوصيل الحراري لمياه المحيطات ، تخفف المحيطات بشكل كبير تقلبات درجات الحرارة التي تحدث نتيجة للتغيرات في وصول الإشعاع الشمسي خلال العام. في هذا الصدد ، في مناطق خطوط العرض المعتدلة والمرتفعة ، تكون درجة حرارة الهواء فوق المحيطات في الصيف أقل بشكل ملحوظ منها فوق القارات ، وفي الشتاء تكون أعلى.

يساهم التسخين غير المتكافئ للغلاف الجوي في تطوير نظام من التيارات الهوائية واسعة النطاق - ما يسمى. الدوران العام للغلاف الجوي ، مما يخلق انتقالًا أفقيًا للحرارة في الهواء ، ونتيجة لذلك يتم تخفيف الاختلافات في تسخين الهواء الجوي في المناطق الفردية بشكل ملحوظ. إلى جانب ذلك ، يقوم الدوران العام بإجراء دورة رطوبة في إفريقيا ، يتم خلالها نقل بخار الماء من المحيطات إلى اليابسة وترطيب القارات. ترتبط حركة الهواء في نظام الدوران العام ارتباطًا وثيقًا بتوزيع الضغط الجوي وتعتمد أيضًا على دوران الأرض (انظر قوة كوريوليس). عند مستوى سطح البحر ، يتسم توزيع الضغط بانخفاض بالقرب من خط الاستواء ، وزيادة في المناطق شبه الاستوائية (مناطق الضغط العالي) ، وانخفاض في خطوط العرض المعتدلة والمرتفعة. في الوقت نفسه ، في قارات خطوط العرض خارج المدارية ، يزداد الضغط عادة في الشتاء وينخفض ​​في الصيف.

يرتبط نظام معقد من التيارات الهوائية بالتوزيع الكوكبي للضغط ، وبعضها مستقر نسبيًا ، بينما يتغير البعض الآخر باستمرار في المكان والزمان. تشمل التيارات الهوائية المستقرة الرياح التجارية ، والتي يتم توجيهها من خطوط العرض شبه الاستوائية لنصفي الكرة الأرضية إلى خط الاستواء. كما أن الرياح الموسمية مستقرة نسبيًا - وهي التيارات الهوائية التي تنشأ بين المحيط والبر الرئيسي ولها طابع موسمي. في خطوط العرض المعتدلة ، تسود التيارات الهوائية الغربية (من الغرب إلى الشرق). تشمل هذه التيارات الدوامات الكبيرة - الأعاصير والأعاصير المضادة ، والتي تمتد عادة لمئات وآلاف الكيلومترات. يتم ملاحظة الأعاصير أيضًا في خطوط العرض المدارية ، حيث تتميز بحجمها الأصغر ، ولكن بشكل خاص سرعات الرياح العالية ، وغالبًا ما تصل إلى قوة الإعصار (ما يسمى بالأعاصير المدارية). في التروبوسفير العلوي والستراتوسفير السفلي ، توجد تيارات نفاثة ضيقة نسبيًا (بعرض مئات الكيلومترات) بحدود محددة بدقة ، تصل فيها الرياح إلى سرعات هائلة - تصل إلى 100-150 م / ث. تظهر الملاحظات أن سمات دوران الغلاف الجوي في الجزء السفلي من الستراتوسفير تحددها العمليات في طبقة التروبوسفير.

في النصف العلوي من الستراتوسفير ، حيث ترتفع درجة الحرارة مع الارتفاع ، تزداد سرعة الرياح مع الارتفاع ، وتهيمن الرياح الشرقية في الصيف والرياح الغربية في الشتاء. يتم تحديد الدوران هنا من خلال مصدر حرارة الستراتوسفير ، والذي يرتبط وجوده بالامتصاص المكثف للأشعة الشمسية فوق البنفسجية بواسطة الأوزون.

في الجزء السفلي من الغلاف الجوي في خطوط العرض المعتدلة ، تزداد سرعة النقل الغربي الشتوي إلى القيم القصوى - حوالي 80 م / ثانية ، والنقل الشرقي الصيفي - حتى 60 م / ثانية على مستوى حوالي 70 كم. أظهرت الدراسات الحديثة بوضوح أن سمات مجال درجة الحرارة في الغلاف الجوي لا يمكن تفسيرها فقط بتأثير عوامل الإشعاع. تعتبر العوامل الديناميكية ذات أهمية أساسية (على وجه الخصوص ، التسخين أو التبريد عند خفض الهواء أو رفعه) ، كما يمكن أيضًا استخدام مصادر الحرارة الناتجة عن التفاعلات الكيميائية الضوئية (على سبيل المثال ، إعادة تركيب الأكسجين الذري).

فوق الطبقة الباردة من الميزوبوز (في الغلاف الحراري) ، تبدأ درجة حرارة الهواء في الزيادة بسرعة مع الارتفاع. من نواحٍ عديدة ، تشبه هذه المنطقة من إفريقيا النصف السفلي من الستراتوسفير. على الأرجح ، يتم تحديد الدوران في الجزء السفلي من الغلاف الحراري من خلال العمليات في الغلاف الجوي ، في حين أن ديناميكيات الطبقات العليا من الغلاف الحراري ترجع إلى امتصاص الإشعاع الشمسي هنا. ومع ذلك ، من الصعب دراسة حركة الغلاف الجوي على هذه الارتفاعات نظرًا لتعقيدها الكبير. من الأهمية بمكان في الغلاف الحراري حركات المد والجزر (المد والجزر الشمسية بشكل أساسي والمد والجزر النهاري) ، والتي يمكن أن تصل تحت تأثيرها سرعة الرياح على ارتفاعات تزيد عن 80 كم إلى 100-120 م / ثانية. السمة المميزة للمد والجزر في الغلاف الجوي هي تقلبها القوي اعتمادًا على خط العرض والموسم والارتفاع فوق مستوى سطح البحر والوقت من اليوم. في الغلاف الحراري ، هناك أيضًا تغيرات كبيرة في سرعة الرياح مع الارتفاع (بشكل رئيسي بالقرب من مستوى 100 كم) ، تُعزى إلى تأثير موجات الجاذبية. تقع في نطاق ارتفاع 100-110 كم طن. يفصل الإيقاف التوربيني بشكل حاد المنطقة الواقعة أعلاه عن منطقة الخلط المضطرب الشديد.

جنبا إلى جنب مع التيارات الهوائية واسعة النطاق ، لوحظت العديد من التدفقات الهوائية المحلية في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي (رياح النسيم ، البورا ، رياح الوادي الجبلي ، إلخ ؛ انظر الرياح المحلية). في جميع التيارات الهوائية ، عادة ما يتم ملاحظة نبضات الرياح ، المقابلة لحركة دوامات الهواء ذات الأحجام المتوسطة والصغيرة. ترتبط هذه النبضات بالاضطرابات الجوية ، والتي تؤثر بشكل كبير على العديد من عمليات الغلاف الجوي.

المناخ والطقس

الاختلافات في كمية الإشعاع الشمسي التي تصل إلى خطوط العرض المختلفة لسطح الأرض ، وتعقيد هيكلها ، بما في ذلك توزيع المحيطات والقارات والأنظمة الجبلية الرئيسية ، تحدد تنوع مناخات الأرض (انظر المناخ).

المؤلفات

• الأرصاد الجوية والهيدرولوجيا لمدة 50 عامًا من القوة السوفيتية ، أد. حرره E. K. Fedorova. لينينغراد ، 1967.
• Khrgian A. Kh.، Atmospheric Physics، 2nd ed.، M.، 1958؛
• Zverev A. S.، Synoptic Meteorology and Basics of Weather Forecast، L.، 1968؛
• Khromov S.P. ، الأرصاد الجوية وعلم المناخ للكليات الجغرافية ، L. ، 1964 ؛
• Tverskoy P. N.، Course of Meteorology، L.، 1962؛
• Matveev LT ، أساسيات الأرصاد الجوية العامة. فيزياء الغلاف الجوي ، L. ، 1965 ؛
• Budyko M. I. ، التوازن الحراري لسطح الأرض ، L. ، 1956 ؛
• Kondratiev K. Ya. ، Actinometry ، L. ، 1965 ؛
• ذيول أ. ، الطبقات العليا للغلاف الجوي ، L. ، 1964 ؛
• موروز فيزياء الكواكب ، م. ، 1967 ؛
• Tverskoy P. N.، Atmospheric electricity، L.، 1949؛
• Shishkin N. S.، السحب والأمطار والكهرباء البرق، M.، 1964؛
• الأوزون في الغلاف الجوي للأرض ، أد. G. P. Gushchina، L.، 1966؛
• Imyanitov I. M.، Chubarina E. V.، كهرباء الغلاف الجوي الحر، L.، 1965.

إم آي بوديكو ، ك.يا كوندراتييف.

الغلاف الجوي هو الغلاف الجوي للأرض. تمتد حتى 3000 كم من سطح الأرض. يمكن تتبع آثاره حتى ارتفاع يصل إلى 10000 كم. ألف كثافة غير متساوية 50 5 ؛ تتركز كتلتها حتى 5 كم ، 75 ٪ - حتى 10 كم ، 90 ٪ - حتى 16 كم.

يتكون الغلاف الجوي من الهواء - خليط ميكانيكي من عدة غازات.

نتروجين(78٪) في الغلاف الجوي يلعب دور مخفف الأكسجين ، حيث ينظم معدل الأكسدة ، وبالتالي معدل وكثافة العمليات البيولوجية. النيتروجين هو العنصر الرئيسي في الغلاف الجوي للأرض ، والذي يتم تبادله باستمرار مع المادة الحية للغلاف الحيوي ، ومكونات هذا الأخير هي مركبات النيتروجين (الأحماض الأمينية ، البيورينات ، إلخ). يحدث استخراج النيتروجين من الغلاف الجوي بطرق غير عضوية وكيميائية حيوية ، على الرغم من ارتباطها الوثيق ببعضها البعض. يرتبط الاستخراج غير العضوي بتكوين مركباته N 2 O و N 2 O 5 و NO 2 و NH 3. توجد في هطول الأمطار في الغلاف الجوي وتتشكل في الغلاف الجوي تحت تأثير التصريفات الكهربائية أثناء العواصف الرعدية أو التفاعلات الكيميائية الضوئية تحت تأثير الإشعاع الشمسي.

يتم إجراء التثبيت البيولوجي للنيتروجين بواسطة بعض البكتيريا في تكافل مع النباتات الأعلى في التربة. يتم إصلاح النيتروجين أيضًا بواسطة بعض الكائنات الحية الدقيقة من العوالق والطحالب في البيئة البحرية. من الناحية الكمية ، يتجاوز الارتباط البيولوجي للنيتروجين تثبيته غير العضوية. يستغرق تبادل كل النيتروجين في الغلاف الجوي حوالي 10 ملايين سنة. يوجد النيتروجين في الغازات البركانية والصخور النارية. عندما يتم تسخين عينات مختلفة من الصخور البلورية والنيازك ، يتم إطلاق النيتروجين في شكل جزيئات N 2 و NH 3. ومع ذلك ، فإن الشكل الرئيسي لوجود النيتروجين ، سواء على الأرض أو على الكواكب الأرضية ، هو الجزيئي. تتأكسد الأمونيا ، التي تدخل الغلاف الجوي العلوي ، بسرعة ، وتطلق النيتروجين. في الصخور الرسوبية ، يتم دفنها مع المواد العضوية وتوجد بكمية متزايدة في الرواسب البيتومينية. في عملية التحول الإقليمي لهذه الصخور ، يتم إطلاق النيتروجين بأشكال مختلفة في الغلاف الجوي للأرض.

دورة النيتروجين الجيوكيميائية (

الأكسجين(21٪) تستخدمه الكائنات الحية للتنفس ، وهي جزء من مادة عضوية (بروتينات ، دهون ، كربوهيدرات). الأوزون O 3. منع الأشعة فوق البنفسجية التي تهدد الحياة من الشمس.

الأكسجين هو ثاني أكثر الغازات وفرة في الغلاف الجوي ، ويلعب دورًا مهمًا للغاية في العديد من العمليات في المحيط الحيوي. الشكل السائد لوجودها هو O 2. في الطبقات العليا من الغلاف الجوي ، وتحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية ، يحدث تفكك جزيئات الأكسجين ، وعلى ارتفاع حوالي 200 كم ، تصبح نسبة الأكسجين الذري إلى الجزيئي (O: O 2) مساوية لـ 10. عندما تتفاعل هذه الأشكال من الأكسجين في الغلاف الجوي (على ارتفاع 20-30 كم) ، حزام الأوزون (درع الأوزون). الأوزون (O 3) ضروري للكائنات الحية ، مما يؤخر معظم الأشعة فوق البنفسجية التي تضر بها.

في المراحل الأولى من تطور الأرض ، نشأ الأكسجين الحر بكميات صغيرة جدًا نتيجة للانفصال الضوئي لثاني أكسيد الكربون وجزيئات الماء في الغلاف الجوي العلوي. ومع ذلك ، تم استهلاك هذه الكميات الصغيرة بسرعة في أكسدة الغازات الأخرى. مع ظهور كائنات التمثيل الضوئي ذاتية التغذية في المحيط ، تغير الوضع بشكل كبير. بدأت كمية الأكسجين الحر في الغلاف الجوي في الزيادة تدريجياً ، مما أدى إلى أكسدة العديد من مكونات الغلاف الحيوي. وهكذا ، ساهمت الأجزاء الأولى من الأكسجين الحر بشكل أساسي في تحويل الأشكال الحديدية للحديد إلى أكسيد ، والكبريتيدات إلى كبريتات.

في النهاية ، وصلت كمية الأكسجين الحر في الغلاف الجوي للأرض إلى كتلة معينة واتضح أنها متوازنة بحيث أصبحت الكمية المنتجة مساوية للكمية الممتصة. تم إنشاء ثبات نسبي لمحتوى الأكسجين الحر في الغلاف الجوي.

دورة الأكسجين الجيوكيميائية (V.A. فرونسكي ، ج. فويتكيفيتش)

ثاني أكسيد الكربون، يذهب إلى تكوين المادة الحية ، ويخلق مع بخار الماء ما يسمى ب "تأثير الدفيئة (الدفيئة)."

الكربون (ثاني أكسيد الكربون) - معظمه في الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون وأقل بكثير في شكل الميثان. أهمية التاريخ الجيوكيميائي للكربون في المحيط الحيوي عظيمة بشكل استثنائي ، لأنه جزء من جميع الكائنات الحية. داخل الكائنات الحية ، تسود الأشكال المختزلة من الكربون ، وفي بيئة المحيط الحيوي ، تتأكسد. وهكذا ، يتم إنشاء التبادل الكيميائي لدورة الحياة: CO 2 مادة حية.

المصدر الأساسي لثاني أكسيد الكربون في المحيط الحيوي هو النشاط البركاني المرتبط بإزالة الغازات الدنيوية من الوشاح والآفاق السفلية لقشرة الأرض. ينشأ جزء من ثاني أكسيد الكربون هذا من التحلل الحراري للحجر الجيري القديم في مناطق متحولة مختلفة. تتم هجرة ثاني أكسيد الكربون في المحيط الحيوي بطريقتين.

يتم التعبير عن الطريقة الأولى في امتصاص ثاني أكسيد الكربون في عملية التمثيل الضوئي مع تكوين المواد العضوية والدفن اللاحق في ظروف اختزال مواتية في الغلاف الصخري في شكل الخث والفحم والزيت والصخر الزيتي. وفقًا للطريقة الثانية ، يؤدي انتقال الكربون إلى إنشاء نظام كربونات في الغلاف المائي ، حيث يتحول ثاني أكسيد الكربون إلى H 2 CO 3 ، HCO 3-1 ، CO 3-2. ثم ، بمشاركة الكالسيوم (أقل في كثير من الأحيان المغنيسيوم والحديد) ، يحدث ترسيب الكربونات بطريقة حيوية وغير حيوية. تظهر طبقات سميكة من الحجر الجيري والدولوميت. وفقًا لـ A.B. رونوف ، كانت نسبة الكربون العضوي (Corg) إلى كربونات الكربون (Ccarb) في تاريخ المحيط الحيوي 1: 4.

إلى جانب الدورة العالمية للكربون ، هناك عدد من دوراته الصغيرة. لذلك ، على الأرض ، تمتص النباتات الخضراء ثاني أكسيد الكربون لعملية التمثيل الضوئي خلال النهار ، وفي الليل تطلقه في الغلاف الجوي. مع موت الكائنات الحية على سطح الأرض ، تتأكسد المادة العضوية (بمشاركة الكائنات الحية الدقيقة) مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. في العقود الأخيرة ، احتل الاحتراق الهائل للوقود الأحفوري وزيادة محتواه في الغلاف الجوي الحديث مكانًا خاصًا في دورة الكربون.

دورة الكربون في غلاف جغرافي (حسب ف. راماد ، 1981)

أرجون- ثالث أكثر غازات الغلاف الجوي شيوعًا ، والذي يميزه بشكل حاد عن الغازات الخاملة الأخرى النادرة جدًا. ومع ذلك ، فإن الأرجون في تاريخه الجيولوجي يشترك في مصير هذه الغازات ، والتي تتميز بميزتين:

1. عدم رجعة تراكمها في الغلاف الجوي ؛
2. ارتباط وثيق مع الاضمحلال الإشعاعي لبعض النظائر غير المستقرة.

تقع الغازات الخاملة خارج دوران معظم العناصر الحلقية في المحيط الحيوي للأرض.

يمكن تقسيم جميع الغازات الخاملة إلى غازات أولية ومشعة. العناصر الأساسية هي تلك التي تم التقاطها بواسطة الأرض أثناء تكوينها. هم نادرون للغاية. يتم تمثيل الجزء الأساسي من الأرجون بشكل أساسي من خلال 36 نظير Ar و 38 Ar ، بينما يتكون الأرجون الجوي بالكامل من نظير 40 Ar (99.6 ٪) ، وهو بلا شك مشع. في الصخور المحتوية على البوتاسيوم ، يتراكم الأرجون المشع بسبب تحلل البوتاسيوم -40 عن طريق التقاط الإلكترون: 40 K + e → 40 Ar.

لذلك ، يتم تحديد محتوى الأرجون في الصخور حسب العمر وكمية البوتاسيوم. إلى هذا الحد ، فإن تركيز الهيليوم في الصخور هو دالة على عمرها ومحتوى الثوريوم واليورانيوم. يتم إطلاق الأرجون والهيليوم في الغلاف الجوي من باطن الأرض أثناء الانفجارات البركانية ، من خلال الشقوق في قشرة الأرض على شكل نفاثات غازية ، وأيضًا أثناء تجوية الصخور. وفقًا للحسابات التي أجراها P. Dimon و J. Culp ، يتراكم الهيليوم والأرجون في القشرة الأرضية في العصر الحديث ويدخلان الغلاف الجوي بكميات صغيرة نسبيًا. معدل دخول هذه الغازات المشعة منخفض جدًا لدرجة أنه خلال التاريخ الجيولوجي للأرض لم يتمكن من توفير المحتوى المرصود لها في الغلاف الجوي الحديث. لذلك ، يبقى أن نفترض أن معظم الأرجون في الغلاف الجوي جاء من أحشاء الأرض في المراحل الأولى من تطورها ، وأضيف جزء أصغر بكثير لاحقًا في عملية البراكين وأثناء تجوية البوتاسيوم- تحتوي على صخور.

وهكذا ، خلال الزمن الجيولوجي ، كان للهيليوم والأرجون عمليات هجرة مختلفة. يوجد القليل جدًا من الهيليوم في الغلاف الجوي (حوالي 5 * 10-4٪) ، و "نفس الهيليوم" للأرض كان أخف ، لأنه ، باعتباره أخف الغازات ، يتسرب إلى الفضاء الخارجي. و "أنفاس الأرجون" - الثقيل والأرجون بقي داخل كوكبنا. ارتبطت معظم الغازات الخاملة الأولية ، مثل النيون والزينون ، بالنيون الأساسي الذي تلتقطه الأرض أثناء تكوينها ، وكذلك مع إطلاقها في الغلاف الجوي أثناء تفريغ الوشاح. يشير إجمالي البيانات المتعلقة بالكيمياء الجيولوجية للغازات النبيلة إلى أن الغلاف الجوي الأولي للأرض نشأ في المراحل الأولى من تطوره.

يحتوي الغلاف الجوي بخار الماءو ماءفي الحالة السائلة والصلبة. الماء في الغلاف الجوي هو مُركِب هام للحرارة.

تحتوي الطبقات السفلية من الغلاف الجوي على كمية كبيرة من الغبار والهباء الجوي المعدني والتكنولوجي ومنتجات الاحتراق والأملاح والجراثيم وحبوب اللقاح النباتية ، إلخ.

حتى ارتفاع 100-120 كم ، بسبب الاختلاط الكامل للهواء ، يكون تكوين الغلاف الجوي متجانسًا. النسبة بين النيتروجين والأكسجين ثابتة. في الأعلى ، تسود الغازات الخاملة والهيدروجين وما إلى ذلك ، وفي الطبقات السفلية من الغلاف الجوي يوجد بخار ماء. مع المسافة من الأرض ، يتناقص محتواها. أعلاه ، تتغير نسبة الغازات ، على سبيل المثال ، على ارتفاع 200-800 كم ، يسود الأكسجين على النيتروجين بنسبة 10-100 مرة.