レイヤーテーブルによる地球の大気の構造。大気と大気現象の世界

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大気境界

大気は、気体媒体が地球全体と一緒に回転する地球の周りの領域と見なされます。大気は、地球の表面から 500 ～ 1000 km の高度から始まり、外気圏で徐々に惑星間空間に入ります。

国際航空連盟が提案した定義によると、大気と宇宙の境界は高度約 100 km にあるカルマナラインに沿って描かれ、その上を飛行することは完全に不可能になります。 NASA は 122 キロメートル (400,000 フィート) マークを大気圏の境界として使用し、そこでシャトルは推進操縦から空力操縦に切り替わります。

物理的特性

表に示されているガスに加えて、雰囲気には Cl 2、SO 2、NH 3、CO、O 3、NO 2、炭化水素、HCl、HBr、蒸気、I 2、Br 2、および他の多くのガスが含まれています。少量のガス。対流圏には、常に大量の浮遊する固体と液体の粒子 (エアロゾル) があります。ラドン (Rn) は、地球の大気中で最も希少なガスです。

大気の構造

大気の境界層

地球の表面の状態と特性が大気のダイナミクスに直接影響する、対流圏の下層 (厚さ 1 ～ 2 km)。

対流圏

その上限は、極地で 8 ～ 10 km、温帯で 10 ～ 12 km、熱帯緯度で 16 ～ 18 km の高度です。夏より冬の方が低い。
大気の下層である主層には、全質量の 80% 以上が含まれています。大気そして大気中の全水蒸気の約90%。対流圏では乱流と対流が強く発達し、雲が発生し、低気圧と高気圧が発達します。気温は高度とともに低下し、平均垂直勾配は 0.65°/100 メートルです。

圏界面

対流圏から成層圏への移行層、高度による温度の低下が止まる大気の層。

成層圏

高度 11 ～ 50 km にある大気の層。 11-25 km 層 (成層圏の下層) での温度のわずかな変化と、-56.5 から +0.8 ° (上部成層圏または反転領域) への 25-40 km 層での温度の上昇が典型的です。高度約 40 km で約 273 K (ほぼ 0 °C) の値に達した温度は、高度約 55 km まで一定のままです。この地域一定温度成層圏界面と呼ばれ、成層圏と中間圏の境界です。

ストラトポーズ

成層圏と中間圏の間の大気の境界層。垂直方向の温度分布には最大値 (約 0 °C) があります。

中間圏

熱圏

上限は約800km。気温は高度 200 ～ 300 km まで上昇し、そこで 1500 K のオーダーの値に達し、その後は高高度までほぼ一定のままです。太陽放射と宇宙放射の作用下で、空気はイオン化されます（「極光」）-電離層の主な領域は熱圏の内側にあります。 300 km を超える高度では、原子状酸素が優勢です。熱圏の上限は、主に現在の太陽活動によって決まります。 2008 年から 2009 年など、アクティビティが少ない期間には、この層のサイズが著しく減少します。

サーモポーズ

熱圏の上の大気の領域。この地域では、太陽放射の吸収はわずかであり、温度は実際には高さによって変化しません。

Exosphere (散乱球)

高度 100 km までの大気は、均質でよく混合されたガスの混合物です。より高い層では、高さのガスの分布はそれらに依存します分子量、より重いガスの濃度は、地球の表面からの距離とともに急速に減少します。ガス密度の減少により、温度は成層圏の 0 °C から中間圏の -110 °C まで低下します。ただし、高度 200 ～ 250 km での個々の粒子の運動エネルギーは、約 150 °C の温度に相当します。 200 km を超えると、温度とガス密度の大幅な変動が時間と空間で観測されます。

高度約2000〜3500 kmで、外気圏は徐々にいわゆる 宇宙真空に近い、主に水素原子である惑星間ガスの希少粒子で満たされています。しかし、このガスは惑星間物質の一部にすぎません。他の部分は、彗星や隕石起源の塵のような粒子で構成されています。非常に希薄な塵のような粒子に加えて、太陽と銀河起源の電磁放射と粒子放射がこの空間に浸透します。

レビュー

対流圏は大気の質量の約 80% を占め、成層圏は約 20% を占めます。中間圏の質量は0.3％以下であり、熱圏は大気の総質量の0.05％未満です。

ベース電気特性大気中に放出 ニュートロスフィアと 電離層 .

大気中のガスの組成に応じて、それらは放出します ホモスフィアと 異種圏. 異種圏-これは、重力がガスの分離に影響を与える領域です。これは、そのような高さでの混合が無視できるためです。したがって、異種圏の可変組成に従います。その下には、ホモスフィアと呼ばれる、大気のよく混合された均質な部分があります。これらの層の間の境界はターボポーズと呼ばれ、高度約 120 km にあります。

大気のその他の特性と人体への影響

すでに海抜 5 km の高度で、訓練を受けていない人は酸素欠乏を発症し、適応がなければ、人のパフォーマンスは大幅に低下します。これは、大気の生理学的ゾーンが終了する場所です。人間の呼吸は高度 9 km で不可能になりますが、約 115 km までは大気中に酸素が含まれています。

大気は私たちが呼吸するのに必要な酸素を提供してくれます。しかし、高度が上がると大気の全圧が低下するため、それに応じて酸素分圧も低下します。

大気形成の歴史

最も一般的な理論によると、地球の大気はその歴史を通じて 3 つの異なる組成を持っていました。最初は、惑星間空間から捕獲された軽いガス (水素とヘリウム) で構成されていました。このいわゆる 一次大気. 次の段階では、活発な火山活動により、水素以外のガス (二酸化炭素、アンモニア、水蒸気) で大気が飽和状態になりました。こうやって 二次大気. この雰囲気は癒されました。さらに、大気の形成プロセスは、次の要因によって決定されました。

惑星間空間への軽ガス（水素とヘリウム）の漏出。
の影響下で大気中で起こる化学反応紫外線、雷放電およびその他の要因。

徐々に、これらの要因が形成につながった 三次大気、水素の含有量がはるかに低く、窒素と二酸化炭素の含有量がはるかに高いことを特徴とします（の結果として形成されます化学反応アンモニアと炭化水素から）。

窒素

教育多数窒素 N 2 は、30 億年前から光合成の結果として惑星の表面から発生し始めた分子状酸素 O 2 によるアンモニア水素大気の酸化によるものです。窒素 N 2 は、硝酸塩やその他の窒素含有化合物の脱窒の結果として、大気中にも放出されます。窒素は上層大気でオゾンによってNOに酸化されます。

窒素 N 2 は、特定の条件下 (たとえば、雷放電中) でのみ反応を開始します。オゾンによる窒素分子の酸化放電～で少量使用される鉱工業生産窒素肥料。低エネルギー消費で酸化され、マメ科植物と根粒菌共生を形成するシアノバクテリア (藍藻類) および根粒菌によって生物学的に活性な形態に変換されます。自然肥料。

空気

酸素の放出と二酸化炭素の吸収を伴う光合成の結果として、地球上に生物が出現すると、大気の組成は根本的に変化し始めました。当初、酸素は還元された化合物 - アンモニア、炭化水素、海洋に含まれる鉄の形の鉄など - の酸化に費やされました。この段階の終わりに、大気中の酸素含有量が増加し始めました。徐々にモダンな雰囲気が形成され、酸化特性. これにより、大気、リソスフェア、生物圏で発生する多くのプロセスに重大かつ急激な変化が生じたため、このイベントは酸素カタストロフと呼ばれました。

希ガス

大気汚染

の近々人間は大気の進化に影響を与え始めました。人間活動の結果、以前の地質学的時代に蓄積された炭化水素燃料の燃焼により、大気中の二酸化炭素含有量が絶えず増加しています。膨大な量の CO 2 が光合成中に消費され、世界中の海に吸収されます。このガスは、炭酸塩岩の分解を通じて大気に入り、有機物植物や動物の起源のほか、火山活動や人間の生産活動によるものです。過去 100 年間で、大気中の CO 2 の含有量は 10% 増加し、その大部分 (3600 億トン) は燃料の燃焼によるものです。燃料燃焼の増加率が続くと、今後 200 ～ 300 年で大気中の CO 2 の量が 2 倍になり、地球規模の気候変動につながる可能性があります。

燃料の燃焼は、汚染ガス (СО,, SO 2) の主な発生源です。二酸化硫黄は大気中の酸素によって SO 3 に酸化され、一酸化窒素は上層大気で NO 2 に酸化され、次に水蒸気と相互作用し、結果として生じる硫酸 H 2 SO 4 と硝酸 HNO 3 が地表に落下します。いわゆる酸性雨の形。使用法

- 地球とともに回転する球体の空気殻。大気の上限は、通常、高度150〜200 kmで行われます。下限は地球の表面です。

大気は気体の混合物です。表面の空気層の体積の大部分は、窒素 (78%) と酸素 (21%) です。さらに、空気には不活性ガス (アルゴン、ヘリウム、ネオンなど)、二酸化炭素 (0.03)、水蒸気、およびさまざまな固体粒子 (ほこり、すす、塩の結晶) が含まれています。

空気は無色で、空の色は光波の散乱の特殊性によって説明されます。

大気は、対流圏、成層圏、中間圏、熱圏のいくつかの層で構成されています。

空気の最下層は呼ばれます 対流圏。異なる緯度では、その力は同じではありません。対流圏は惑星の形を繰り返し、地球とともに軸回転に参加します。赤道では、大気の厚さは 10 ～ 20 km です。赤道では大きく、極では小さくなります。対流圏は空気の最大密度によって特徴付けられ、大気全体の質量の4/5がそこに集中しています。対流圏は気象条件を決定します。ここではさまざまな気団が形成され、雲と降水が形成され、激しい水平および垂直の空気の動きが発生します。

高度50 kmまでの対流圏の上に位置しています 成層圏。空気の密度が低く、水蒸気が含まれていないのが特徴です。高度約 25 km の成層圏の下部。位置する「オゾンスクリーン」 - 大気の層集中力の向上生物にとって致命的な紫外線を吸収するオゾン。

高度50～80～90kmに広がる 中間圏。標高が高くなるにつれて、平均鉛直勾配 (0.25-0.3)° / 100 m で温度が下がり、空気密度が低下します。主なエネルギープロセスは放射熱伝達です。大気の輝きは、振動励起分子であるラジカルが関与する複雑な光化学プロセスによるものです。

熱圏高度80-90から800 kmに位置しています。ここの空気密度は最小限で、空気のイオン化度は非常に高いです。気温は太陽の活動によって変化します。荷電粒子の数が多いため、オーロラや磁気嵐がここで観測されます。

大気は地球の性質にとって非常に重要です。酸素がなければ、生物は呼吸できません。そのオゾン層は、すべての生き物を有害な紫外線から守っています。大気は温度の変動を滑らかにします。地球の表面は夜に過冷却されず、日中に過熱しません。惑星の表面に到達しない大気の密な層では、いばらから隕石が燃え尽きます。

大気は地球のすべての殻と相互作用します。その助けを借りて、海と陸の間の熱と水分の交換。大気がなければ、雲も降水も風もありません。

大気への重大な悪影響経済活動人。大気汚染が発生し、一酸化炭素（CO 2）の濃度が上昇します。そして、これが地球温暖化に寄与し、「温室効果」を高めます。地球のオゾン層は、産業廃棄物や輸送によって破壊されています。

大気を保護する必要があります。先進国では、大気汚染を防ぐための一連の対策が講じられています。

何か質問がありますか？雰囲気についてもっと知りたいですか？
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地球の大気は、私たちの惑星を包む気体です。その下の境界は地球の地殻と水圏のレベルを通過し、上の境界は宇宙空間の地球に近い領域に入ります。大気には、約 78% の窒素、20% の酸素、最大 1% のアルゴン、二酸化炭素、水素、ヘリウム、ネオン、およびその他のガスが含まれています。

この土の殻は、明確に定義されたレイヤーが特徴です。大気の層は、温度の垂直分布と、さまざまなレベルでのさまざまな密度のガスによって決まります。地球の大気には、対流圏、成層圏、中間圏、熱圏、外圏などの層があります。電離層は別々に区別されます。

大気の総質量の最大 80% は対流圏 - 大気の下層です。極帯の対流圏は、熱帯帯では地表から最大8〜10 kmの高さにあり、最大16〜18 kmです。対流圏とその上にある成層圏の間に対流圏界面 - 遷移層があります。対流圏では、高度が上がると気温が下がり、高度が上がると気圧が下がります。対流圏の平均温度勾配は 100 m あたり 0.6°C で、このシェルのさまざまなレベルの温度は、太陽放射の吸収と対流の効率によって決まります。ほとんどすべての人間活動は対流圏で行われます。多くの高い山対流圏を超えてはいけません。航空輸送のみがこのシェルの上限をわずかな高さまで越えて成層圏に入ることができます。水蒸気の大部分は対流圏に含まれており、ほとんどすべての雲の形成を決定します。また、ほぼすべてのエアロゾル (粉塵、煙など) が上に形成されました。地球の表面. 対流圏の境界下層では、気温と湿度の日々の変動が表され、風速は通常減少します（高度とともに増加します）。対流圏では、水平方向の気団への気柱の可変分割があり、ゾーンとその形成領域に応じて多くの特性が異なります。大気前線 - 気団間の境界 - サイクロンとアンチサイクロンが形成され、特定の期間の特定の地域の天気を決定します。

成層圏は、対流圏と中間圏の間の大気の層です。この層の限界は、地表から 8 ～ 16 km から 50 ～ 55 km の範囲です。成層圏でガス組成空気は対流圏とほぼ同じです。特徴的な機能– 水蒸気濃度の減少とオゾン含有量の増加。紫外線の攻撃的な影響から生物圏を保護する大気のオゾン層は、20 ～ 30 km のレベルにあります。成層圏では高度とともに気温が上昇し、温度値対流圏のように対流 (気団の動き) ではなく、太陽放射によって決定されます。成層圏の空気の加熱は、オゾンによる紫外線の吸収によるものです。

中間圏は、成層圏から 80 km の高さまで伸びています。大気のこの層は、高度が上がるにつれて温度が0°Cから-90°Cに低下するという事実によって特徴付けられます.これは大気の最も寒い領域です.

中間圏の上には、500 km のレベルまで熱圏があります。中間圏との境界から外圏にかけて、温度は約 200 K から 2000 K まで変化します。高度 500 km の高さまで、空気の密度は数十万分の 1 に減少します。熱圏の大気成分の相対的な組成は、対流圏の表層に似ていますが、高度が上がるにつれて、より多くの酸素が原子状態に入ります。熱圏の分子と原子の特定の割合はイオン化された状態にあり、いくつかの層に分布しており、それらは電離層の概念によって結合されています。熱圏の特徴は、地理的緯度、等級によって大きく異なります。日射、時間と曜日。

大気の上層は外気圏です。これは大気の最も薄い層です。外気圏では、粒子の平均自由行程が非常に大きいため、粒子は惑星間空間に自由に逃げることができます。外気圏の質量は、大気の総質量の 1,000 万分の 1 です。外気圏の下限は 450 ～ 800 km のレベルであり、上限は粒子の濃度が宇宙空間と同じ領域であり、地球の表面から数千 km です。外気圏は、イオン化されたガスであるプラズマで構成されています。また、外気圏には地球の放射線帯があります。

ビデオプレゼンテーション - 地球の大気の層:

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私たちの惑星を厚い層で取り囲んでいる大気は、第 5 の海と呼ばれることがあります。航空機の2番目の名前が航空機であるのも不思議ではありません。大気はさまざまなガスの混合物であり、その中で窒素と酸素が優勢です。後者のおかげで、私たち全員が慣れ親しんだ形で地球上の生活が可能になっています。それらに加えて、さらに1％の他のコンポーネントがあります。これらは不活性 (化学的相互作用に入らない) ガス、硫黄酸化物です. 5 番目の海洋には機械的不純物も含まれています: ほこり、灰など. 大気のすべての層は、合計で地表からほぼ 480 km 伸びています (データは異なります, 私たちはこの点について詳しく説明します。さらに）。このような印象的な厚さは、破壊的な宇宙放射線や大きな物体から惑星を保護する、一種の侵入不可能なシールドを形成します。

大気の次の層が区別されます。対流圏、成層圏、中間圏、最後に熱圏です。上記の順序は、惑星の表面から始まります。大気の密な層は、最初の 2 つで表されます。彼らは破壊的なもののかなりの部分を除外します

大気の最下層である対流圏は、海抜 12 km (熱帯地方では 18 km) しか伸びていません。水蒸気の最大 90% がここに集中するため、雲が形成されます。空気の大部分もここに集中します。地表に近づくと、反射した太陽光が空気を加熱できるため、大気の後続の層はすべて寒くなります。

成層圏は、地表から約 50 km まで広がっています。ほとんどの気象観測気球は、この層に「浮かんで」います。一部のタイプの航空機もここで飛行できます。驚くべき機能の1つは、温度レジーム: 25 ～ 40 km の間隔で、気温の上昇が始まります。 -60 からほぼ 1 まで上昇します。その後、ゼロまでわずかに減少し、高度 55 km まで持続します。上限は悪名高い

さらに、中間圏はほぼ 90 km まで広がっています。ここで急激に気温が下がります。標高が 100 メートル上がるごとに、0.3 度ずつ下がります。大気の最も冷たい部分と呼ばれることもあります。空気密度は低いですが、落下する流星に対する抵抗を生み出すには十分です。

通常の意味での大気の層は、高度約 118 km で終わります。ここで有名なオーロラが形成されます。熱圏の領域は上から始まります。 X 線により、この領域に含まれるわずかな空気分子のイオン化が発生します。これらのプロセスは、いわゆる電離圏を形成します（熱圏に含まれることが多いため、個別には考慮されません）。

700 km を超えるものはすべて、外気圏と呼ばれます。空気は非常に小さいため、衝突による抵抗を受けずに自由に動きます。これにより、周囲温度が低いときに摂氏160度に相当するエネルギーを蓄積することができます。ガス分子は、その質量に応じて外気圏の体積全体に分布しているため、最も重いものは層の下部にしか見つかりません。高さとともに減少する惑星の引力は、もはや分子を保持することができないため、宇宙の高エネルギー粒子と放射線は、大気を離れるのに十分なインパルスをガス分子に与えます. この領域は最も長い領域の 1 つです。高度 2000 km を超えると、大気は完全に真空の空間に移行すると考えられています (10000 という数字が表示されることもあります)。まだ熱圏にある人工軌道。

大気層の境界は、太陽の活動など、多くの要因に依存するため、これらの数値はすべて概算です。

大気の正確なサイズは、その境界がはっきりと見えないため不明です。ただし、大気の構造は十分に研究されているため、誰もが私たちの惑星のガス殻がどのように配置されているかを理解できます。

大気物理学の科学者は、それを惑星と一緒に回転する地球の周りの領域と定義しています。 FAI は次のように述べています。意味:

宇宙と大気の境界はカルマン線に沿っています。この線は、同じ組織の定義によると、海抜 100 km の高さです。

この線より上は宇宙空間です。大気は徐々に惑星間空間に移行するため、そのサイズについてはさまざまな考えがあります。

大気の下限では、すべてがはるかに単純になります-それは地球の地殻の表面と地球の水面-水圏を通過します。同時に、空気の粒子もそこに溶けているため、境界は地球と水の表面と融合すると言う人もいます。

地球の大きさに含まれる大気の層

興味深い事実：冬は低く、夏は高くなります。

乱気流、高気圧、低気圧が発生し、雲が形成されるのはこの層です。天候の形成に関与しているのはこの球であり、全気団の約80％がそこにあります。

対流圏界面は、気温が高度とともに低下しない層です。対流圏界面の上、高度11を超え、最大50 kmに位置しています。成層圏にはオゾン層があり、紫外線から地球を守っていることが知られています。この層の空気は排出され、これらは特性によって説明されます紫色の色合い空。ここでの気流の速度は時速 300 km に達することがあります。成層圏と中間圏の間に成層圏界面があります - 境界球であり、そこで温度が最大になります。

次のレイヤーはです。それは 85 ～ 90 キロメートルの高さまで伸びています。中間圏の空の色は黒いので、朝夕でも星が見えます。最も複雑な光化学プロセスがそこで行われ、その間に大気の輝きが発生します。

中間圏と次の層の間に中間圏圏があります。これは、温度の最小値が観察される遷移層として定義されます。その上、海抜 100 キロメートルの高度にカルマンラインがあります。この線より上には、熱圏 (高度制限 800 km) と、「分散ゾーン」とも呼ばれる外気圏があります。高度約2〜3千キロメートルで、近宇宙の真空に入ります。

大気の上層ははっきりと見えないため、正確なサイズを計算することはできません。その上、さまざまな国という組織がありますさまざまな意見このアカウントで。注意すべきこと カルマン線さまざまなソースがさまざまな境界マークを使用するため、条件付きでのみ地球の大気の境界と見なすことができます。したがって、一部の情報源では、上限が高度2500〜3000 kmで通過するという情報を見つけることができます。

NASA は計算に 122 キロメートルのマークを使用します。少し前に実験が行われ、境界が約 118 km にあることが明らかになりました。

レイヤーテーブルによる地球の大気の構造。 大気と大気現象の世界