Происхождение атмосферы

3.4. Термосфера.

Выше мезосферы расположена термосфера, для которой характерно повышение температуры с высотой. По полученным данным, преимущественно с помощью ракет, установлено, что в термосфере уже на уровне 150 км. температура воздуха достигает 220°—240°, а на уровне 200 км. более 500°. Выше температура продолжает повышаться и на уровне 500—600 км. превышает 1500°. На основе данных, полученных при запусках искусственных спутников Земли, найдено, что в верхней термосфере температура достигает около 2000° и в течение суток значительно колеблется. Возникает вопрос, чем объяснить такую высокую температуру в высоких слоях атмосферы. Напомним, что температура газа - это мера средней скорости движения молекул. В нижней, наиболее плотной части атмосферы молекулы газов, составляющих воздух, при движении часто сталкиваются между собой и мгновенно передают друг другу кинетическую энергию. Поэтому кинетическая энергия в плотной среде в среднем одна и та же. В высоких слоях, где плотность воздуха очень мала, столкновения между молекулами, находящимися на больших расстояниях, происходят реже. При поглощении энергии скорость молекул в промежутке между столкновениями сильно изменяется; к тому же молекулы более легких газов движутся с большей скоростью, чем молекулы тяжелых газов. Вследствие этого температура газов может быть различной. 
 
В разреженных газах сравнительно немного молекул весьма малых размеров (лёгких газов). Если они движутся с большими скоростями, то и температура в данном объеме воздуха будет велика. В термосфере в каждом кубическом сантиметре воздуха со- держатся десятки и сотни тысяч молекул различных газов, в то время как у поверхности земли их около сотни миллионов миллиардов. Поэтому чрезмерно высокие значения температуры в высоких слоях атмосферы, показывая скорость перемещения молекул в этой весьма неплотной среде, не могут вызвать даже неболышого нагревания находящегося здесь тела. Подобно тому, как человек не чувствует высокой температуры при ослепительном освещении электрических ламп, хотя нити накала в разреженной среде мгновенно раскаляются до нескольких тысяч градусов. 
 
В нижней термосфере и мезосфере сгорает, не долетая до поверхности земли, основная часть метеорных потоков. 
 
Имеющиеся сведения о слоях атмосферы выше 60— 80 км. еще недостаточны для окончательных выводов о строении, режиме и процессах, развивающихся в них. Однако известно, что в верхней мезосфере и нижней термосфере режим температуры создаётся в результате превращения молекулярного кислорода (О₂) в атомарный (О), которое происходит под действием ультрафиолетовой солнечной радиации. В термосфере на режим температуры большое влияние оказывает корпускулярная, рентгеновская и ультра- фиолетовая радиация Солнца. Здесь даже в течение суток происходят резкие изменения температуры и ветра.  
 
^ 3.4.1. Ионизация атмосферы. Наиболее интересной особенностью атмосферы выше 60—80 км. является её ионизация, т. е. процесс образования огромного количества электрически заряжённых частиц — ионов. Так как ионизация газов является характерной для нижней термосферы, то её называют также и ионосферой.  
 
Газы в ионосфере находятся большей частью в атомарном состоянии. Под действием ультрафиолетового и корпускулярного излучений Солнца, обладающих большой энергией, происходит процесс отщепления электронов от нейтральных атомов и молекул воздуха. Такие атомы и молекулы, потерявшие один или несколько электронов, становятся положительно заряженными, а свободный электрон может присоединиться снова к нейтральному атому или молекуле и наделить их своим отрицательным зарядом. Такие положительно и отрицательно заряженные атомы и молекулы называются ионами, а газы — ионизированными, т.е. получившими электрический заряд. При большей концентрации ионов газы становятся электропроводными. 
 
Процесс ионизации наиболее интенсивно происходит в мощных слоях, ограниченных высотами 60—80 и 220—400 км. В этих слоях существуют оптимальные условия для ионизации. Здесь плотность воздуха заметно больше, чем в верхней атмосфере, а поступление ультрафиолетовой и корпускулярной радиации Солнца достаточно для процесса ионизации. 
 
Открытие ионосферы является одним из важных и блестящих достижений науки. Ведь отличительной особенностью ионосферы является её влияние на распространение радиоволн. В ионизированных слоях радиоволны отражаются, и поэтому становится возможной дальняя радиосвязь. Заряженные атомы-ионы отражают короткие радиоволны, и они вновь возвращаются на земную поверхность, но уже в значительном отдалении от места радиопередачи. Очевидно, этот путь короткие радиоволны совершают несколько раз, и таким образом обеспечивается дальняя радиосвязь. Если бы не ионосфера, то для передач сигналов радиостанций на большие расстояния было бы необходимо строить дорогостоящие радиорелейные линии. 
 
Однако известно, что иногда радиосвязь на коротких волнах нарушается. Это происходит в результате хромосферных вспышек на Солнце, благодаря которым резко усиливается ультрафиолетовое излучение Солнца, приводящее к сильным возмущениям ионосферы и магнитного поля Земли — магнитным бурям. При магнитных бурях нарушается радиосвязь, так как движение заряженных частиц зависит от магнитного поля. Во время магнитных бурь ионосфера хуже отражает радиоволны или пропускает их в космос. Главным образом с изменением солнечной активности, сопровождающейся усилением ультрафиолетового излучения, увеличивается электронная плотность ионосферы и поглощение радиоволн в дневные часы, приводящее к нарушению работы радиосвязи на коротких волнах. 
 
Согласно новым исследованиям в мощном ионизированном слое имеются зоны, где концентрация свободных электронов достигает несколько большей концентрации, чем в соседних слоях. Известны четыре такие зоны, которые располагаются на высотах около 60—80, 100—120, 180—200 и 300—400 км. и обозначаются буквами D, Е, F₁ и F₂. При усиливающемся излучении Солнца заряженные частицы (корпускулы) под влиянием магнитного поля Земли отклоняются в сторону высоких широт. Войдя в атмосферу, корпускулы усиливают ионизацию газов настолько, что начинается их свечение. Так возникают полярные сияния — в виде красивых многокрасочных дуг, загорающихся в ночном небе преимущественно в высоких широтах Земли.  
 
С помощью фотографирования полярных сияний из двух пунктов, находящихся на расстоянии нескольких десятков километров, с большой точностью определяется высота сияния. Обычно полярные сияния располагаются на высоте около 100 км., нередко они обнаруживаются на высоте нескольких сотен километров, а иногда на уровне около 1000 км. Хотя природа полярных сияний выяснена, однако остается ещё много нерешённых вопросов, связанных с этим явлением. До сих пор неизвестны причины многообразия форм полярных сияний. 

3.5. Экзосфера 

Сфера рассеяния самая верхняя часть атмосферы, расположена выше 800 км. Она мало изучена. По данным наблюдений и теоретических расчетов температура в экзосфере с высотой возрастает предположительно до 2000°. В отличие от нижней ионосферы, в экзосфере газы настолько разрежены, что частицы их, двигаясь с огромными скоростями, почти не встречаются друг с другом. 
 
Еще сравнительно недавно предполагали, что условная граница атмосферы находится на высоте около 1000 км. Однако на основе торможения искусственных спутников Земли установлено, что на высотах 700—800 км. в 1 см³ содержится до 160 тыс. положительных ионов атомного кислорода и азота. Это дает основание предполагать, что заряженные слои атмосферы простираются в космос на значительно большее расстояние. 
 
При высоких температурах на условной границе атмосферы скорости частиц газов достигают приблизительно 12 км/сек. При данных скоростях газы постепенно уходят из области действия земного притяжения в межпланетное пространство. Это происходит в течение длительного времени. Например, частицы водорода и гелия удаляются в межпланетное пространство в течение нескольких лет. 
 
В исследовании высоких слоев атмосферы богатые данные получены как со спутников серии «Космос» и «Электрон», так и геофизических ракет и космических станций «Марс-1», «Луна-4» и др. Ценными оказались и непосредственные наблюдения космонавтов. Так, по фотографиям, сделанным в космосе В. Николаевой-Терешковой, было установлено, что на высоте 19 км. от Земли существует пылевой слой. Это подтвердилось и данными, полученными экипажем космического корабля «Восход».

3.6. Из атмосферы в космическое пространство.

На высоте порядка 2000 – 3000 км. экзосфера переходит в земную корону, прослеживающуюся до высоты более 20 000 км. и образованную «ускользнувшими» из экзосферы частицами водорода. Прежние предположения, что за пределами атмосферы Земли, в межпланетном пространстве, газы очень разрежены и концентрация частиц не превышает нескольких единиц в 1 см³, не оправдались. Исследования показали, что околоземное пространство заполнено заряженными частицами. На этой основе была выдвинута гипотеза о существовании зон вокруг Земли с заметно повышенным содержанием заряжённых частиц, т.е. поясов радиации — внутреннего и внешнего. Новые данные помогли внести уточнения. Оказалось, что между внутренним и внешним поясами радиации также имеются заряженные частицы. Число их меняется в зависимости от геомагнитной и солнечной активности. Таким образом, по новому предположению вместо поясов радиации существуют зоны радиации без четко выраженных границ. Границы радиационных зон изменяются в зависимости от солнечной активности. При её усилении, т.е. когда на Солнце появляются пятна и струи газа, выбрасывающиеся на сотни тысяч километров, возрастает поток космических частиц, которые и питают радиационные зоны Земли. 
 
Радиационные зоны опасны для людей, совершающих полёты на космических кораблях. Поэтому перед полетом в космос определяется состояние и положение радиационных зон, а орбита космического корабля выбирается с таким расчетом, чтобы она проходила вне областей повышенной радиации. Однако высокие слои атмосферы, как и близкое к Земле космическое пространство, ещё мало исследованы.  
 

Заключение. 
 
Погода и климат оказывают непосредственное влияние на жизнь и деятельность человека. Неисчислимы бедствия, наносимые разбушевавшейся стихией. Снежные заносы, метели, ураганные ветры, ливни, грозы, градобития, засухи, суховеи, пыльные бури и много других опасных явлении погоды порой надолго выводят из строя большие хозяйственные объекты, нарушают установившийся порядок и ритм жизни целых городов и сёл. 
 
Поэтому понятен тот возрастающий интерес и внимание, которое уделяется изучению и познанию причин, определяющих развитие различных атмосферных процессов, и особенно опасных явлений погоды. При этом человек стремится не только познать, но и научиться правильно предвидеть ожидаемый характер погоды в течение различных промежутков времени и с различной заблаговременностью. 
 
Изучение и правильное объяснение развивающихся в атмосфере процессов потребовало длительных и напряжённых усилий человечества. Прошло много времени с тех пор, как люди, избавившись от суеверного страха, перестали видеть в грозных явлениях погоды проявление могущества сверхъестественных сил и начали пытливо следить за её изменениями. Постепенно овладевая тайнами природы и выявляя зависимости между различными явлениями погоды, они стремились определить причины, порождающие эти явления, и установить связь их с физическими законами, т.е. создать науку об атмосфере и процессах, в ней происходящих. Эта наука получила название метеорология или физика атмосферы. 
 

Список Литературы.

1. Калесник С.В. «Проблемы физической географии». Л.,1984. 
2. Марков К.К., Добродеев О.П., Симонов Ю.Г., Суетова И.А. «Введение в физическую географию». М., 1973.
3. Мильков Ф.Н. «Общее землеведение». М., 1990.
4. Погосян Х.П., Туркетти З.Л. «Атмосфера Земли». М.,1970.
5. Рухин Л.Б. «Основы общей палеографии». Л., 1959.
6. Соколов В.А. «Возникновение жизни на Земле». М.,1959.
7. Соколов В.А. «Геохимия газов земной коры и атмосферы». М.,1966. 
8. Глинка Н.Л. Общая химия [Текст] /Н.Л. Глинка - СПб.: Химия, 2004.
9. Григорьев А.А. Города и окружающая среда. Космические исследования [Текст] /А.А. Григорьев - М.: Дрофа, 2008.
10. . Зеленин К.Н. Органические вещества атмосферы [Текст] /К.Н. Зеленин - М.: Дрофа, 2007.
11. Лавров С.Б. Глобальная проблема современности [Текст] /С.Б. Лавров - СПб.: Снег, 2000.
12. Лиходед В.М. Экология [Текст] /В.М. Лиходед - Ростов н/Д.: Феникс, 2006.