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Atmosphärische Luft besteht aus Stickstoff (77,99%), Sauerstoff (21%), Edelgasen (1%) und Kohlendioxid (0,01%). Der Anteil an Kohlendioxid nimmt im Laufe der Zeit durch die Freisetzung von Kraftstoffverbrennungsprodukten in die Atmosphäre zu, und außerdem nimmt die Fläche der Wälder ab, die Kohlendioxid aufnehmen und Sauerstoff abgeben.

In der Atmosphäre befindet sich auch eine geringe Menge Ozon, die sich in einer Höhe von etwa 25-30 km konzentriert und die sogenannte Ozonschicht bildet. Diese Schicht bildet eine Barriere für ultraviolette Sonnenstrahlung, die für lebende Organismen auf der Erde gefährlich ist.

Darüber hinaus enthält die Atmosphäre Wasserdampf und verschiedene Verunreinigungen - Staubpartikel, Vulkanasche, Ruß usw. Die Konzentration der Verunreinigungen ist an der Erdoberfläche und in bestimmten Gebieten höher: über große Städte, Wüsten.

Troposphäre- unten, es enthält den größten Teil der Luft und. Die Höhe dieser Schicht ist nicht gleich: von 8-10 km in den Tropen bis 16-18 km am Äquator. in der Troposphäre nimmt sie mit einer Zunahme ab: um 6 ° С für jeden Kilometer. Wetterformen in der Troposphäre, Winde, Niederschläge, Wolken, Zyklone und Hochdruckgebiete bilden sich.

Die nächste Schicht der Atmosphäre ist Stratosphäre... Die Luft darin ist viel verdünnter, es ist viel weniger Wasserdampf darin. Die Temperatur im unteren Teil der Stratosphäre beträgt -60 - -80 ° C und nimmt mit zunehmender Höhe ab. In der Stratosphäre befindet sich die Ozonschicht. Die Stratosphäre zeichnet sich durch hohe Windgeschwindigkeiten (bis 80-100 m/s) aus.

Mesosphäre- die mittlere Schicht der Atmosphäre, die in Höhen von 50 bis S0-S5 km über der Stratosphäre liegt. Die Mesosphäre ist durch eine Abnahme der Durchschnittstemperatur mit einer Höhe von 0 ° an der unteren Grenze bis -90 ° an der oberen Grenze gekennzeichnet. Nahe der oberen Grenze der Mesosphäre werden nachtleuchtende Wolken beobachtet, die nachts von der Sonne beleuchtet werden. Der Luftdruck am oberen Rand der Mesosphäre ist 200-mal geringer als an der Erdoberfläche.

Thermosphäre- befindet sich über der Mesosphäre, in Höhen von SO bis 400-500 km, darin steigt die Temperatur zunächst langsam und dann schnell wieder an. Der Grund ist die Absorption der ultravioletten Strahlung der Sonne in Höhen von 150-300 km. In der Thermosphäre steigt die Temperatur kontinuierlich bis auf eine Höhe von ca. 400 km an und erreicht dort 700 - 1500 °C (je nach Sonnenaktivität). Unter dem Einfluss von Ultraviolett- und Röntgen- und kosmischer Strahlung kommt es auch zur Luftionisation ("Polarlichter"). Die Hauptbereiche der Ionosphäre liegen innerhalb der Thermosphäre.

Exosphäre- die äußere, am stärksten verdünnte Schicht der Atmosphäre, sie beginnt in einer Höhe von 450.000 km und ihre obere Grenze befindet sich in einer Entfernung von mehreren tausend km von der Erdoberfläche, wo die Partikelkonzentration die gleiche wie im interplanetaren Raum wird. Die Exosphäre besteht aus ionisiertem Gas (Plasma); die unteren und mittleren Teile der Exosphäre bestehen hauptsächlich aus Sauerstoff und Stickstoff; mit zunehmender Höhe nimmt die relative Konzentration leichter Gase, insbesondere ionisiertem Wasserstoff, schnell zu. Temperatur in der Exosphäre 1300-3000 ° C; es wächst schwach mit der Höhe. In der Exosphäre befinden sich hauptsächlich die Strahlungsgürtel der Erde.

Die Atmosphäre ist die gasförmige Hülle unseres Planeten, die mit der Erde rotiert. Das Gas in der Atmosphäre heißt Luft. Die Atmosphäre berührt die Hydrosphäre und bedeckt teilweise die Lithosphäre. Aber die oberen Grenzen sind schwer zu definieren. Herkömmlicherweise wird davon ausgegangen, dass sich die Atmosphäre über etwa dreitausend Kilometer nach oben erstreckt. Dort strömt es glatt in einen luftleeren Raum.

Die chemische Zusammensetzung der Erdatmosphäre

Die Bildung der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre begann vor etwa vier Milliarden Jahren. Anfangs bestand die Atmosphäre nur aus leichten Gasen - Helium und Wasserstoff. Laut Wissenschaftlern waren die ersten Voraussetzungen für die Bildung einer Gashülle um die Erde Vulkanausbrüche, die zusammen mit Lava eine riesige Menge an Gasen freisetzten. Später begann der Gasaustausch mit Wasserräumen, mit lebenden Organismen, mit den Produkten ihrer Tätigkeit. Die Zusammensetzung der Luft änderte sich allmählich und in moderne Form wurde vor mehreren Millionen Jahren aufgezeichnet.

Die Hauptbestandteile der Atmosphäre sind Stickstoff (ca. 79 %) und Sauerstoff (20 %). Der restliche Anteil (1%) entfällt auf folgende Gase: Argon, Neon, Helium, Methan, Kohlendioxid, Wasserstoff, Krypton, Xenon, Ozon, Ammoniak, Schwefel und Stickstoffdioxid, Lachgas und Kohlenmonoxid sind in diesem einen Prozent enthalten.

Außerdem enthält die Luft Wasserdampf und Feinstaub (Pflanzenpollen, Staub, Salzkristalle, Aerosolverunreinigungen).

Kürzlich haben Wissenschaftler keine qualitative, sondern eine quantitative Veränderung bei einigen Luftinhaltsstoffen festgestellt. Und der Grund dafür ist der Mensch und seine Aktivitäten. Allein in den letzten 100 Jahren ist der Kohlendioxidgehalt deutlich gestiegen! Dies ist mit vielen Problemen verbunden, von denen der Klimawandel das globalste ist.

Wetter- und Klimabildung

Die Atmosphäre spielt eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung des Klimas und des Wetters auf der Erde. Vieles hängt von der Sonneneinstrahlung, der Beschaffenheit des Untergrunds und der atmosphärischen Zirkulation ab.

Betrachten wir die Faktoren der Reihe nach.

1. Die Atmosphäre lässt die Wärme des Sonnenlichts durch und absorbiert schädliche Strahlung. Die alten Griechen wussten, dass die Sonnenstrahlen in verschiedenen Winkeln auf verschiedene Teile der Erde fallen. Das Wort "Klima" bedeutet in der Übersetzung aus dem Altgriechischen "Hang". Am Äquator fallen die Sonnenstrahlen also fast senkrecht, weil es hier sehr heiß ist. Je näher an den Polen, desto mehr Winkel Neigung. Und die Temperatur sinkt.

2. Durch die ungleichmäßige Erwärmung der Erde bilden sich Luftströmungen in der Atmosphäre. Sie werden nach ihrer Größe eingeteilt. Die kleinsten (Zehner und Hunderter von Metern) sind lokale Winde. Es folgen Monsune und Passatwinde, Zyklone und Antizyklone, planetarische Frontalzonen.

All diese Luftmassen sind ständig in Bewegung. Einige von ihnen sind ziemlich statisch. Zum Beispiel die Passatwinde, die von den Subtropen in Richtung Äquator wehen. Die Bewegung anderer hängt weitgehend von Luftdruck.

3. Der Luftdruck ist ein weiterer Einflussfaktor auf die Klimabildung. Dies ist der Luftdruck auf der Erdoberfläche. Luftmassen bewegen sich bekanntlich von einem Bereich mit erhöhtem Atmosphärendruck in einen Bereich, in dem dieser Druck niedriger ist.

Es gibt insgesamt 7 Zonen. Äquator - Zone niedriger Druck... Weiter auf beiden Seiten des Äquators bis in den dreißigsten Breitengrad - ein Hochdruckgebiet. Von 30° auf 60° - wieder niedriger Druck. Und von 60° zu den Polen - eine Hochdruckzone. Zwischen diesen Zonen zirkulieren Luftmassen. Diejenigen, die von Meer zu Land gehen, bringen Regen und schlechtes Wetter, und diejenigen, die von den Kontinenten wehen - klares und trockenes Wetter. An Orten, an denen Luftströmungen kollidieren, bilden sich Zonen einer atmosphärischen Front, die durch Niederschlag und raues, windiges Wetter gekennzeichnet sind.

Wissenschaftler haben bewiesen, dass sogar das Wohlbefinden eines Menschen vom atmosphärischen Druck abhängt. Nach internationalen Standards beträgt der normale Luftdruck 760 mm Hg. Säule bei einer Temperatur von 0 ° C. Dieser Indikator wird für Landflächen berechnet, die fast auf Meereshöhe liegen. Der Druck nimmt mit der Höhe ab. Daher zum Beispiel für St. Petersburg 760 mm Hg. ist die Regel. Aber für Moskau, das höher liegt, beträgt der Normaldruck 748 mm Hg.

Der Druck ändert sich nicht nur vertikal, sondern auch horizontal. Dies ist besonders beim Durchqueren von Zyklonen zu spüren.

Die Struktur der Atmosphäre

Die Atmosphäre erinnert an ein Blätterteiggebäck. Und jede Schicht hat ihre eigenen Eigenschaften.

. Troposphäre- die der Erde am nächsten liegende Schicht. Die "Dicke" dieser Schicht ändert sich mit der Entfernung vom Äquator. Oberhalb des Äquators erstreckt sich die Schicht 16-18 km nach oben, in gemäßigten Zonen - 10-12 km, an den Polen - 8-10 km.

Hier sind 80 % der Gesamtluftmasse und 90 % Wasserdampf enthalten. Hier bilden sich Wolken, Zyklone und Hochdruckgebiete treten auf. Die Lufttemperatur hängt von der Höhe des Geländes ab. Im Durchschnitt sinkt sie alle 100 Meter um 0,65°C.

. Tropopause- die Übergangsschicht der Atmosphäre. Seine Höhe beträgt mehrere hundert Meter bis 1-2 km. Die Lufttemperatur ist im Sommer höher als im Winter. So zum Beispiel über den Polen im Winter -65 °C. Und über dem Äquator zu jeder Jahreszeit -70 °C.

. Stratosphäre- Dies ist eine Schicht, deren obere Grenze in einer Höhe von 50-55 Kilometern verläuft. Die Turbulenz ist hier gering, der Wasserdampfgehalt der Luft ist vernachlässigbar. Aber es gibt viel Ozon. Seine maximale Konzentration liegt in einer Höhe von 20-25 km. In der Stratosphäre beginnt die Lufttemperatur zu steigen und erreicht + 0,8 ° C. Dies liegt daran, dass die Ozonschicht mit ultravioletter Strahlung interagiert.

. Stratopause- eine niedrige Zwischenschicht zwischen der Stratosphäre und der darauf folgenden Mesosphäre.

. Mesosphäre- die obere Grenze dieser Schicht beträgt 80-85 Kilometer. Hier finden komplexe photochemische Prozesse mit freien Radikalen statt. Sie sorgen für das sanfte blaue Leuchten unseres Planeten, das aus dem Weltraum gesehen wird.

Die meisten Kometen und Meteoriten verglühen in der Mesosphäre.

. Mesopause- die nächste Zwischenschicht, deren Lufttemperatur mindestens -90 ° beträgt.

. Thermosphäre- die untere Grenze beginnt in einer Höhe von 80 - 90 km und die obere Grenze der Schicht verläuft bei ca. 800 km. Die Lufttemperatur steigt. Sie kann von +500 °C bis +1000 °C schwanken. Die Temperaturschwankungen betragen im Tagesverlauf Hunderte von Grad! Aber die Luft hier ist so verdünnt, dass es hier nicht angebracht ist, den Begriff "Temperatur" so zu verstehen, wie wir ihn uns vorstellen.

. Ionosphäre- vereint Mesosphäre, Mesopause und Thermosphäre. Die Luft besteht hier hauptsächlich aus Sauerstoff- und Stickstoffmolekülen sowie quasi neutralem Plasma. Die Sonnenstrahlen, die auf die Ionosphäre treffen, ionisieren Luftmoleküle stark. In der unteren Schicht (bis 90 km) ist der Ionisationsgrad gering. Je höher, desto mehr Ionisation. In einer Höhe von 100-110 km sind also Elektronen konzentriert. Dies hilft, kurze bis mittlere Funkwellen zu reflektieren.

Die wichtigste Schicht der Ionosphäre ist die obere, die sich in einer Höhe von 150-400 km befindet. Seine Besonderheit besteht darin, dass es Funkwellen reflektiert und dies zur Übertragung von Funksignalen über große Entfernungen beiträgt.

In der Ionosphäre tritt ein Phänomen wie die Aurora auf.

. Exosphäre- besteht aus Sauerstoff-, Helium- und Wasserstoffatomen. Das Gas in dieser Schicht ist sehr verdünnt und Wasserstoffatome entweichen oft in den Weltraum. Daher wird diese Schicht als "Streuzone" bezeichnet.

Der erste Wissenschaftler, der behauptete, dass unsere Atmosphäre Gewicht hat, war der Italiener E. Torricelli. Ostap Bender zum Beispiel beklagte in seinem Roman „Das goldene Kalb“, dass auf jeden Menschen eine 14 kg schwere Luftsäule drückt! Aber der große Kombinator war ein wenig falsch. Ein Erwachsener steht unter einem Druck von 13-15 Tonnen! Aber wir spüren diese Schwere nicht, weil der atmosphärische Druck durch den Innendruck einer Person ausgeglichen wird. Das Gewicht unserer Atmosphäre beträgt 5.300.000.000.000.000 Tonnen. Die Zahl ist kolossal, obwohl sie nur ein Millionstel des Gewichts unseres Planeten ausmacht.

Die Gashülle, die unseren Planeten Erde umgibt, die Atmosphäre, besteht aus fünf Hauptschichten. Diese Schichten entstehen auf der Oberfläche des Planeten, vom Meeresspiegel (manchmal darunter) und steigen in der folgenden Reihenfolge in den Weltraum auf:

• Troposphäre;
• Stratosphäre;
• Mesosphäre;
• Thermosphäre;
• Exosphäre.

Diagramm der Hauptschichten der Erdatmosphäre

Zwischen jeder dieser fünf Hauptschichten befinden sich Übergangszonen, die "Pausen" genannt werden, in denen Änderungen der Temperatur, Zusammensetzung und Luftdichte auftreten. Zusammen mit den Pausen umfasst die Erdatmosphäre insgesamt 9 Schichten.

Troposphäre: Wo das Wetter passiert

Von allen Schichten der Atmosphäre ist die Troposphäre diejenige, mit der wir am besten vertraut sind (ob Sie es wissen oder nicht), da wir auf ihrem Boden leben - der Oberfläche des Planeten. Es umhüllt die Erdoberfläche und erstreckt sich über mehrere Kilometer nach oben. Das Wort Troposphäre bedeutet „die Welt verändern“. Ein sehr passender Name, da in dieser Schicht unser tägliches Wetter stattfindet.

Ausgehend von der Erdoberfläche steigt die Troposphäre auf eine Höhe von 6 bis 20 km an. Das untere Drittel der Schicht, das uns am nächsten liegt, enthält 50% aller atmosphärischen Gase. Es ist der einzige Teil der gesamten Zusammensetzung der Atmosphäre, der atmet. Da die Luft von unten durch die Erdoberfläche erwärmt wird, die die Wärmeenergie der Sonne aufnimmt, nehmen Temperatur und Druck der Troposphäre mit zunehmender Höhe ab.

Oben befindet sich eine dünne Schicht, die als Tropopause bezeichnet wird und nur ein Puffer zwischen Troposphäre und Stratosphäre ist.

Stratosphäre: Heimat des Ozons

Die Stratosphäre ist die nächste Schicht der Atmosphäre. Es erstreckt sich von 6-20 km bis 50 km über der Erdoberfläche. Dies ist die Schicht, in der die meisten Verkehrsflugzeuge fliegen und Heißluftballons reisen.

Hier strömt die Luft nicht auf und ab, sondern bewegt sich in sehr schnellen Luftströmen parallel zur Oberfläche. Die Temperaturen steigen während des Aufstiegs dank des Überflusses an natürlichem Ozon (O 3), einem Nebenprodukt der Sonnenstrahlung und des Sauerstoffs, der die schädlichen ultravioletten Strahlen der Sonne absorbieren kann (jeder Temperaturanstieg mit der Höhe wird als "Inversion" bezeichnet). Meteorologie) ...

Da die Stratosphäre unten wärmer und oben kühler ist, ist Konvektion (vertikale Bewegung der Luftmassen) in diesem Teil der Atmosphäre selten. Tatsächlich können Sie von der Stratosphäre aus einen Sturm in der Troposphäre sehen, da die Schicht als Konvektionskappe fungiert, durch die Gewitterwolken nicht eindringen können.

Nach der Stratosphäre gibt es wieder eine Pufferschicht, diesmal Stratopause genannt.

Mesosphäre: mittlere Atmosphäre

Die Mesosphäre befindet sich etwa 50-80 km von der Erdoberfläche entfernt. Die obere Mesosphäre ist der kälteste natürliche Ort der Erde, wo die Temperaturen unter -143 ° C sinken können.

Thermosphäre: obere Atmosphäre

Auf Mesosphäre und Mesopause folgt die Thermosphäre, die sich zwischen 80 und 700 km über der Planetenoberfläche befindet und weniger als 0,01% der gesamten Luft in der Atmosphärenhülle enthält. Die Temperaturen erreichen hier bis zu + 2000 °C, aber aufgrund der starken Verdünnung der Luft und des Fehlens von Gasmolekülen zur Wärmeübertragung werden diese hohen Temperaturen als sehr kalt empfunden.

Exosphäre: die Grenze zwischen Atmosphäre und Raum

In einer Höhe von etwa 700-10.000 km über der Erdoberfläche befindet sich eine Exosphäre - der äußere Rand der Atmosphäre, der an den Weltraum grenzt. Hier kreisen meteorologische Satelliten um die Erde.

Wie sieht es mit der Ionosphäre aus?

Die Ionosphäre ist keine separate Schicht, sondern bezeichnet die Atmosphäre in einer Höhe von 60 bis 1000 km. Es umfasst die obersten Teile der Mesosphäre, die gesamte Thermosphäre und einen Teil der Exosphäre. Die Ionosphäre hat ihren Namen, weil in diesem Teil der Atmosphäre die Strahlung der Sonne ionisiert wird, wenn sie die Magnetfelder der Erde weiterleitet. Dieses Phänomen wird wie das Nordlicht vom Boden aus beobachtet.

Blauer Planet ...

Dieses Thema hätte auf der Seite als eines der ersten erscheinen sollen. Schließlich sind Hubschrauber atmosphärische Flugzeuge. Atmosphäre der Erde- sozusagen ihr Lebensraum :-). EIN physikalische Eigenschaften der Luft Bestimmen Sie einfach die Qualität dieses Lebensraums :-). Das heißt, dies ist eine der Grundlagen. Und sie schreiben immer zuerst über die Basis. Das ist mir aber erst jetzt klar geworden. Allerdings ist es bekanntlich besser spät als nie... Lassen Sie uns dieses Thema ansprechen, aber ohne in den Dschungel und unnötige Schwierigkeiten zu geraten :-).

So… Atmosphäre der Erde... Dies ist die Gashülle unseres blauen Planeten. Jeder kennt diesen Namen. Warum blau? Ganz einfach, weil die "blaue" (sowie blaue und violette) Komponente des Sonnenlichts (Spektrum) am besten in der Atmosphäre gestreut wird und sie dadurch bläulich-bläulich färbt, manchmal mit einem Hauch von Violetttönen (an einem sonnigen Tag natürlich: -)) ...

Zusammensetzung der Erdatmosphäre.

Die Zusammensetzung der Atmosphäre ist breit genug. Ich werde nicht alle Komponenten im Text auflisten, dafür gibt es eine gute Illustration: Die Zusammensetzung all dieser Gase ist praktisch konstant, mit Ausnahme von Kohlendioxid (CO 2). Außerdem enthält die Atmosphäre zwangsläufig Wasser in Form von Dämpfen, Tröpfchensuspensionen oder Eiskristallen. Die Wassermenge ist variabel und hängt von der Temperatur und in geringerem Maße vom Luftdruck ab. Außerdem enthält die Erdatmosphäre (insbesondere die aktuelle) eine gewisse Menge, ich würde sagen "allerlei eklige Dinge" :-). Dies sind SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, zusätzlich gibt es Hg-Quecksilberdämpfe. Stimmt, das alles gibt es in kleinen Mengen, Gott sei Dank :-).

Atmosphäre der Erde es ist üblich, in mehrere Zonen zu unterteilen, die in der Höhe über der Oberfläche aufeinander folgen.

Die erste, der Erde am nächsten gelegene, ist die Troposphäre. Dies ist die unterste und sozusagen die Hauptschicht für das Leben. andere Art... Es enthält 80 % der Masse der gesamten atmosphärischen Luft (obwohl es volumenmäßig nur etwa 1 % der gesamten Atmosphäre ausmacht) und etwa 90 % des gesamten atmosphärischen Wassers. Der Großteil aller Winde, Wolken, Regen und Schnee kommt von dort. Die Troposphäre erstreckt sich in tropischen Breiten bis in Höhen von etwa 18 km und in polaren Breiten bis zu 10 km. Die Lufttemperatur darin sinkt mit einem Anstieg auf eine Höhe von etwa 0,65 º pro 100 m.

Atmosphärische Zonen.

Zone zwei ist die Stratosphäre. Es muss gesagt werden, dass zwischen Troposphäre und Stratosphäre eine weitere enge Zone unterschieden wird - die Tropopause. Der Temperaturabfall mit der Höhe hört darin auf. Die Tropopause hat eine durchschnittliche Dicke von 1,5-2 km, aber ihre Grenzen sind undeutlich und die Troposphäre überlappt oft die Stratosphäre.

Die Stratosphäre hat also eine durchschnittliche Höhe von 12 km bis 50 km. Die Temperatur darin bleibt bis zu 25 km (ca. -57 ° C) unverändert, dann steigt sie irgendwo bis zu 40 km auf etwa 0 ° C und bleibt dann bis zu 50 km unverändert. Die Stratosphäre ist ein relativ ruhiger Teil der Erdatmosphäre. Ungünstig Wetter es fehlt praktisch. In der Stratosphäre befindet sich die berühmte Ozonschicht in Höhen von 15-20 km bis 55-60 km.

Es folgt eine kleine Grenzschichtstratopause, in der die Temperatur bei etwa 0 °C bleibt, und dann ist die nächste Zone die Mesosphäre. Es erstreckt sich auf Höhen von 80-90 km und die Temperatur sinkt auf etwa 80 ° C. In der Mesosphäre werden meist kleine Meteore sichtbar, die darin zu glühen beginnen und dort ausbrennen.

Die nächste schmale Lücke ist die Mesopause, gefolgt von der Thermosphärenzone. Seine Höhe beträgt bis zu 700-800 km. Hier beginnt die Temperatur wieder zu steigen und kann in Höhen in der Größenordnung von 300 km Werte in der Größenordnung von 1200 ° C erreichen. Außerdem bleibt sie konstant. Die Ionosphäre befindet sich bis zu einer Höhe von etwa 400 km innerhalb der Thermosphäre. Hier ist die Luft durch Sonneneinstrahlung stark ionisiert und weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf.

Die nächste und allgemein letzte Zone ist die Exosphäre. Dies ist die sogenannte Streuzone. Es gibt hauptsächlich sehr verdünnten Wasserstoff und Helium (wobei Wasserstoff überwiegt). In etwa 3000 km Höhe verwandelt sich die Exosphäre in ein weltraumnahes Vakuum.

Das ist so etwas. Warum ungefähr? Denn diese Schichten sind eher konventionell. Verschiedene Höhenänderungen, Zusammensetzung von Gasen, Wasser, Temperatur, Ionisation usw. sind möglich. Darüber hinaus gibt es noch viele weitere Begriffe, die den Aufbau und den Zustand der Erdatmosphäre definieren.

Zum Beispiel die Homosphäre und Heterosphäre. Im ersten sind atmosphärische Gase gut gemischt und ihre Zusammensetzung ist ziemlich einheitlich. Der zweite befindet sich über dem ersten und dort gibt es praktisch keine solche Vermischung. Gase darin werden durch die Schwerkraft getrennt. Die Grenze zwischen diesen Schichten liegt in 120 km Höhe und wird als Turbopause bezeichnet.

Ich werde die Begriffe wahrscheinlich beenden, aber ich werde definitiv hinzufügen, dass konventionell davon ausgegangen wird, dass die Grenze der Atmosphäre in einer Höhe von 100 km über dem Meeresspiegel liegt. Diese Grenze wird Pocket Line genannt.

Ich werde zwei weitere Bilder hinzufügen, um die Struktur der Atmosphäre zu veranschaulichen. Die erste ist allerdings auf Deutsch, aber vollständig und recht leicht verständlich :-). Es kann vergrößert und gut gesehen werden. Die zweite zeigt die Temperaturänderung der Atmosphäre mit der Höhe.

Die Struktur der Erdatmosphäre.

Änderung der Lufttemperatur mit der Höhe.

Moderne bemannte orbitale Raumfahrzeuge fliegen in Höhen von etwa 300-400 km. Allerdings ist dies keine Luftfahrt mehr, obwohl die Region natürlich in gewissem Sinne eng verbunden ist und wir sicher noch einmal darüber sprechen werden :-).

Die Luftfahrtzone ist die Troposphäre. Moderne atmosphärische Flugzeuge können in den unteren Schichten der Stratosphäre fliegen. Die praktische Deckenhöhe des MIG-25RB beträgt beispielsweise 23.000 m.

Flug in der Stratosphäre.

Und genau physikalische Eigenschaften der Luft die Troposphäre bestimmt, wie der Flug abläuft, wie effektiv das Flugzeugsteuerungssystem ist, wie sich Turbulenzen in der Atmosphäre darauf auswirken und wie die Triebwerke funktionieren.

Die erste Haupteigenschaft ist Lufttemperatur... In der Gasdynamik kann sie auf der Celsius-Skala oder auf der Kelvin-Skala bestimmt werden.

Temperatur t 1 in einer bestimmten Höhe n auf der Celsius-Skala ist definiert:

t 1 = t - 6,5 H, wo T- Lufttemperatur in Bodennähe.

Die Temperatur auf der Kelvin-Skala heißt Absolute Temperatur, Null auf dieser Skala ist der absolute Nullpunkt. Beim absoluten Nullpunkt stoppt die thermische Bewegung der Moleküle. Der absolute Nullpunkt auf der Kelvin-Skala entspricht -273º auf der Celsius-Skala.

Dementsprechend ist die Temperatur T in der Höhe n auf der Kelvin-Skala bestimmt:

T = 273 K + t - 6,5 H

Luftdruck... Der Luftdruck wird in Pascal (N/m 2) gemessen, im alten Messsystem in Atmosphären (atm.). Es gibt auch so etwas wie den barometrischen Druck. Dies ist der Druck, der mit einem Quecksilberbarometer in Millimetern Quecksilber gemessen wird. Luftdruck (Druck auf Meereshöhe) gleich 760 mm Hg. Kunst. Standard genannt. In Physik, 1 atm. ist genau gleich 760 mm Hg.

Luftdichte... In der Aerodynamik ist das am häufigsten verwendete Konzept die Massendichte von Luft. Dies ist eine Luftmasse in 1 m 3 Volumen. Die Dichte der Luft ändert sich mit der Höhe, die Luft wird verdünnter.

Luftfeuchtigkeit... Zeigt die Wassermenge in der Luft an. Es gibt ein Konzept“ relative Luftfeuchtigkeit". Dies ist das Verhältnis der Masse von Wasserdampf zur maximal möglichen bei einer gegebenen Temperatur. Das Konzept von 0%, also wenn die Luft komplett trocken ist, kann es nur im Labor geben. Auf der anderen Seite ist 100% Luftfeuchtigkeit real. Dies bedeutet, dass die Luft alles Wasser aufgenommen hat, das sie aufnehmen könnte. So etwas wie ein absolut "voller Schwamm". Eine hohe relative Luftfeuchtigkeit senkt die Luftdichte, während eine niedrige relative Luftfeuchtigkeit sie entsprechend erhöht.

Aufgrund der Tatsache, dass Flugzeugflüge unter unterschiedlichen atmosphärischen Bedingungen stattfinden, können ihre Flug- und aerodynamischen Parameter im gleichen Flugmodus unterschiedlich sein. Daher haben wir zur korrekten Bewertung dieser Parameter eingeführt Internationale Standardatmosphäre (ISA)... Es zeigt die Änderung des Luftzustands beim Aufsteigen auf die Höhe.

Die Hauptparameter des Luftzustands bei Nullfeuchtigkeit werden genommen:

Druck P = 760 mm Hg. Kunst. (101,3 kPa);

Temperatur t = + 15 ° C (288 K);

Massendichte ρ = 1,225 kg / m 3;

Für ISA wird akzeptiert (wie oben gesagt :-)), dass die Temperatur in der Troposphäre um 0,65° pro 100 Höhenmeter sinkt.

Standardatmosphäre (Beispiel bis 10.000 m).

ISA-Tabellen werden für die Instrumentenkalibrierung sowie für Navigations- und Ingenieurberechnungen verwendet.

Physikalische Eigenschaften von Luft beinhaltet auch Konzepte wie Trägheit, Viskosität und Kompressibilität.

Trägheit ist eine Eigenschaft der Luft, die ihre Fähigkeit charakterisiert, einer Änderung des Ruhezustands oder einer gleichmäßigen geradlinigen Bewegung standzuhalten . Das Maß für die Trägheit ist die Massendichte der Luft. Je höher er ist, desto höher ist die Trägheit und Widerstandskraft des Mediums, wenn sich das Flugzeug darin bewegt.

Viskosität. Bestimmt den Luftreibungswiderstand, wenn sich das Flugzeug bewegt.

Die Kompressibilität misst die Änderung der Luftdichte bei Druckänderungen. Bei niedrigen Geschwindigkeiten des Flugzeugs (bis zu 450 km / h) tritt keine Druckänderung auf, wenn es von Luft umströmt wird, aber bei hohen Geschwindigkeiten beginnt sich der Effekt der Kompressibilität zu manifestieren. Sein Einfluss auf den Superschall ist besonders betroffen. Dies ist ein eigener Bereich der Aerodynamik und ein Thema für einen eigenen Artikel :-).

Nun, das scheint alles zu sein ... Es ist Zeit, diese etwas langweilige Aufzählung zu beenden, die jedoch nicht ohne :-). Atmosphäre der Erde, seine Parameter, physikalische Eigenschaften der Luft für das Flugzeug so wichtig wie die Parameter des Flugzeugs selbst, und es war unmöglich, sie nicht zu erwähnen.

Tschüss, bis zum nächsten Treffen und weiteren interessanten Themen 🙂 ...

PS Für Süßigkeiten schlage ich vor, sich ein Video anzusehen, das aus dem Cockpit des MIG-25PU-Zwillings während seines Fluges in die Stratosphäre aufgenommen wurde. Es war offenbar ein Tourist, der Geld für solche Flüge hatte :-). Gefilmt im Grunde alles durch die Windschutzscheibe. Achten Sie auf die Farbe des Himmels ...

ATMOSPHÄRE
Gashülle, die einen Himmelskörper umgibt. Seine Eigenschaften hängen von Größe, Masse, Temperatur, Rotationsgeschwindigkeit und chemischer Zusammensetzung eines bestimmten Himmelskörpers ab und werden auch durch die Geschichte seiner Entstehung seit seiner Entstehung bestimmt. Die Erdatmosphäre wird durch ein Gasgemisch gebildet, das als Luft bezeichnet wird. Seine Hauptbestandteile sind Stickstoff und Sauerstoff im Verhältnis von ca. 4:1. Eine Person wird hauptsächlich vom Zustand der unteren 15-25 km der Atmosphäre beeinflusst, da sich in dieser unteren Schicht der Großteil der Luft konzentriert. Die Wissenschaft, die die Atmosphäre untersucht, wird Meteorologie genannt, obwohl das Thema dieser Wissenschaft auch das Wetter und seine Auswirkungen auf den Menschen ist. Auch der Zustand der oberen Atmosphäre, die sich in Höhen von 60 bis 300 und sogar 1000 km von der Erdoberfläche entfernt befindet, ändert sich. Hier entwickeln sich starke Winde, Stürme und erstaunliche elektrische Phänomene wie Polarlichter. Viele der aufgeführten Phänomene sind mit dem Fluss von Sonnenstrahlung, kosmischer Strahlung sowie dem Erdmagnetfeld verbunden. Die hohen Schichten der Atmosphäre sind auch ein chemisches Labor, da dort unter vakuumnahen Bedingungen einige atmosphärische Gase unter dem Einfluss eines starken Sonnenenergieflusses chemische Reaktionen eingehen. Die Wissenschaft, die diese miteinander verbundenen Phänomene und Prozesse untersucht, wird Physik der hohen Schichten der Atmosphäre genannt.
ALLGEMEINE EIGENSCHAFTEN DER ERDENATMOSPHÄRE
Maße. Bis Sondenraketen und künstliche Satelliten die äußeren Schichten der Atmosphäre in Entfernungen erforschten, die um ein Vielfaches größer als der Erdradius waren, glaubte man, dass die Atmosphäre mit zunehmender Entfernung von der Erdoberfläche allmählich dünner wird und sanft in den interplanetaren Raum übergeht. Es wurde nun festgestellt, dass Energieströme aus den tiefen Schichten der Sonne weit über die Erdumlaufbahn hinaus in den Weltraum eindringen, bis an die äußeren Grenzen. Sonnensystem... Diese sog. sonniger Wind fließt um das Erdmagnetfeld und bildet einen langgestreckten "Hohlraum", in dem sich die Erdatmosphäre konzentriert. Das Erdmagnetfeld ist auf der der Sonne zugewandten Tagesseite merklich verengt und bildet auf der gegenüberliegenden Nachtseite eine lange Zunge, die wahrscheinlich über die Grenzen der Mondbahn hinausragt. Die Grenze des Erdmagnetfeldes wird Magnetopause genannt. Auf der Tagesseite verläuft diese Grenze in einem Abstand von etwa sieben Erdradien von der Erdoberfläche, in Zeiten erhöhter Sonnenaktivität stellt sie sich jedoch noch näher an der Erdoberfläche heraus. Die Magnetopause ist zugleich die Grenze der Erdatmosphäre, deren äußere Hülle auch Magnetosphäre genannt wird, da sich in ihr geladene Teilchen (Ionen) konzentrieren, deren Bewegung durch das Erdmagnetfeld verursacht wird. Das Gesamtgewicht der atmosphärischen Gase beträgt ungefähr 4,5 * 1015 Tonnen. Das "Gewicht" der Atmosphäre pro Flächeneinheit oder Atmosphärendruck beträgt also ungefähr 11 Tonnen / m2 auf Meereshöhe.
Sinn fürs Leben. Aus dem oben Gesagten folgt, dass die Erde vom interplanetaren Raum durch eine mächtige Schutzschicht... Der Weltraum wird von starker ultravioletter und Röntgenstrahlung der Sonne und noch härterer kosmischer Strahlung durchdrungen, und diese Strahlungsarten sind für alle Lebewesen zerstörerisch. Am äußeren Rand der Atmosphäre ist die Strahlungsintensität tödlich, aber ein Großteil davon wird von der Atmosphäre weit von der Erdoberfläche zurückgehalten. Die Absorption dieser Strahlung erklärt viele Eigenschaften der hohen Schichten der Atmosphäre und insbesondere die dort auftretenden elektrischen Phänomene. Die unterste, oberflächliche Schicht der Atmosphäre ist besonders wichtig für den Menschen, der an der Stelle des Kontakts zwischen der festen, flüssigen und gasförmigen Hülle der Erde lebt. Die obere Schale der "festen" Erde wird Lithosphäre genannt. Ungefähr 72 % der Erdoberfläche sind von Ozeanen bedeckt, die den größten Teil der Hydrosphäre ausmachen. Die Atmosphäre grenzt sowohl an die Lithosphäre als auch an die Hydrosphäre. Eine Person lebt auf dem Grund des Luftozeans und nahe oder über dem Wasserspiegel des Ozeans. Das Zusammenspiel dieser Ozeane ist einer der wichtigen Faktoren, die den Zustand der Atmosphäre bestimmen.
Verbindung. Die unteren Schichten der Atmosphäre bestehen aus einem Gasgemisch (siehe Tabelle). Neben den in der Tabelle aufgeführten Gasen sind in der Luft noch weitere Gase in Form kleiner Verunreinigungen vorhanden: Ozon, Methan, Stoffe wie Kohlenmonoxid (CO), Stick- und Schwefeloxide, Ammoniak.

ATMOSPHÄRE ZUSAMMENSETZUNG

V hohe Schichten Atmosphäre verändert sich die Zusammensetzung der Luft unter dem Einfluss der harten Strahlung der Sonne, was zum Zerfall von Sauerstoffmolekülen in Atome führt. Atomarer Sauerstoff ist der Hauptbestandteil der hohen Schichten der Atmosphäre. Schließlich werden in den am weitesten von der Erdoberfläche entfernten Schichten der Atmosphäre die leichtesten Gase - Wasserstoff und Helium - die Hauptbestandteile. Da sich der Großteil der Materie in den unteren 30 km konzentriert, haben Änderungen der Luftzusammensetzung in Höhen über 100 km keinen merklichen Einfluss auf die allgemeine Zusammensetzung der Atmosphäre.
Energieaustausch. Die Sonne ist die wichtigste Energiequelle der Erde. In einer Entfernung von ca. 150 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt empfängt die Erde etwa ein Zweimilliardstel der von ihr abgestrahlten Energie, hauptsächlich im sichtbaren Teil des Spektrums, den der Mensch "Licht" nennt. Der größte Teil dieser Energie wird von der Atmosphäre und der Lithosphäre absorbiert. Auch die Erde gibt Energie ab, hauptsächlich in Form von langwelliger Infrarotstrahlung. Somit wird ein Gleichgewicht zwischen der von der Sonne aufgenommenen Energie, der Erwärmung der Erde und der Atmosphäre und dem Rückfluss der in den Weltraum abgestrahlten Wärmeenergie hergestellt. Der Mechanismus dieses Gleichgewichts ist äußerst komplex. Staub- und Gasmoleküle streuen das Licht und reflektieren es teilweise in den Weltraum. Sogar der größte Teil der einfallenden Strahlung wird von den Wolken reflektiert. Ein Teil der Energie wird direkt von Gasmolekülen absorbiert, hauptsächlich jedoch von Gesteinen, Vegetation und Oberflächengewässern. Wasserdampf und Kohlendioxid in der Atmosphäre übertragen sichtbare Strahlung, absorbieren jedoch Infrarot. Wärmeenergie wird hauptsächlich in der unteren Atmosphäre gespeichert. Ein ähnlicher Effekt tritt in einem Gewächshaus auf, wenn das Glas Licht einlässt und sich der Boden erwärmt. Da Glas für Infrarotstrahlung relativ undurchlässig ist, staut sich im Gewächshaus Wärme. Die Erwärmung der unteren Atmosphäre durch die Anwesenheit von Wasserdampf und Kohlendioxid wird oft als Treibhauseffekt bezeichnet. Essentielle Rolle Bewölkung spielt eine Rolle beim Warmhalten in der unteren Atmosphäre. Wenn sich Wolken auflösen oder die Transparenz von Luftmassen zunimmt, sinkt zwangsläufig die Temperatur, da die Erdoberfläche Wärmeenergie frei in den umgebenden Weltraum abstrahlt. Das Wasser auf der Erdoberfläche absorbiert Sonnenenergie und verdampft und verwandelt sich in ein Gas - Wasserdampf, der eine große Menge Energie in die unteren Schichten der Atmosphäre trägt. Wenn Wasserdampf kondensiert und sich Wolken oder Nebel bilden, wird diese Energie in Form von Wärme freigesetzt. Etwa die Hälfte der Sonnenenergie, die die Erdoberfläche erreicht, wird verwendet, um Wasser zu verdampfen und in die untere Atmosphäre zu gelangen. So erwärmt sich die Atmosphäre durch den Treibhauseffekt und die Verdunstung von Wasser von unten. Dies erklärt zum Teil die hohe Aktivität seiner Zirkulation im Vergleich zur Zirkulation des Weltozeans, der sich nur von oben erwärmt und daher viel stabiler ist als die Atmosphäre.
Siehe auch METEOROLOGIE UND KLIMATOLOGIE. Neben der allgemeinen Erwärmung der Atmosphäre durch das „Licht der Sonne“ kommt es durch die Ultraviolett- und Röntgenstrahlung der Sonne zu einer erheblichen Erwärmung einiger ihrer Schichten. Struktur. Im Vergleich zu Flüssigkeiten und Feststoffen ist bei gasförmigen Stoffen die Anziehungskraft zwischen Molekülen minimal. Mit zunehmendem Abstand zwischen Molekülen können sich Gase unendlich ausdehnen, wenn nichts sie daran hindert. Die untere Grenze der Atmosphäre ist die Erdoberfläche. Streng genommen ist diese Barriere undurchdringlich, da zwischen Luft und Wasser und sogar zwischen Luft und Gestein ein Gasaustausch stattfindet, aber in diesem Fall können diese Faktoren vernachlässigt werden. Da die Atmosphäre eine Kugelschale ist, hat sie keine seitlichen Grenzen, sondern nur eine untere Grenze und eine obere (äußere) Grenze, die von der Seite des interplanetaren Raums her offen sind. Einige neutrale Gase entweichen durch die äußere Grenze, ebenso wie das Einströmen von Materie aus dem umgebenden Raum. Die meisten geladenen Teilchen, mit Ausnahme der hochenergetischen kosmischen Strahlung, werden von der Magnetosphäre entweder eingefangen oder abgestoßen. Die Atmosphäre wird auch durch die Schwerkraft beeinflusst, die die Lufthülle an der Erdoberfläche hält. Atmosphärische Gase werden durch ihr Eigengewicht komprimiert. Diese Kompression ist am unteren Rand der Atmosphäre maximal, daher ist die Luftdichte hier am größten. In jeder Höhe über der Erdoberfläche hängt der Grad der Luftkompression von der Masse der darüber liegenden Luftsäule ab, daher nimmt die Luftdichte mit der Höhe ab. Der Druck, gleich der Masse der darüber liegenden Luftsäule pro Flächeneinheit, ist direkt proportional zur Dichte und nimmt daher auch mit der Höhe ab. Wäre die Atmosphäre ein „ideales Gas“ mit einer konstanten Zusammensetzung unabhängig von der Höhe, konstanter Temperatur und einer konstanten darauf wirkenden Schwerkraft, dann würde der Druck pro 20 km Höhe um das Zehnfache sinken. Die reale Atmosphäre weicht bis zu einer Höhe von 100 km geringfügig vom idealen Gas ab, und dann nimmt der Druck mit der Höhe langsamer ab, da sich die Zusammensetzung der Luft ändert. Kleine Änderungen des beschriebenen Modells werden auch durch eine Abnahme der Schwerkraft mit der Entfernung vom Erdmittelpunkt eingeführt, die ca. 3% pro 100 km Höhenmeter. Im Gegensatz zum atmosphärischen Druck sinkt die Temperatur nicht kontinuierlich mit der Höhe. Wie in Abb. 1 nimmt sie auf ca. 10 km ab und beginnt dann wieder zu wachsen. Dies geschieht, wenn Sauerstoff ultraviolette Sonnenstrahlung absorbiert. Dabei entsteht Ozongas, dessen Moleküle aus drei Sauerstoffatomen (O3) bestehen. Es absorbiert auch ultraviolette Strahlung, und daher erwärmt sich diese Schicht der Atmosphäre, die als Ozonosphäre bezeichnet wird. Oben sinkt die Temperatur wieder, da deutlich weniger Gasmoleküle vorhanden sind und dementsprechend die Energieaufnahme reduziert wird. In noch höheren Schichten steigt die Temperatur durch die Absorption der kurzwelligsten Ultraviolett- und Röntgenstrahlung der Sonne durch die Atmosphäre wieder an. Unter dem Einfluss dieser starken Strahlung wird die Atmosphäre ionisiert, d.h. das Gasmolekül verliert ein Elektron und gewinnt ein positives elektrische Ladung... Diese Moleküle werden zu positiv geladenen Ionen. Durch das Vorhandensein freier Elektronen und Ionen erhält diese Atmosphärenschicht die Eigenschaften eines elektrischen Leiters. Es wird angenommen, dass die Temperatur weiter bis zu Höhen ansteigt, in denen die verdünnte Atmosphäre in den interplanetaren Raum übergeht. In einer Entfernung von mehreren tausend Kilometern von der Erdoberfläche herrschen voraussichtlich Temperaturen von 5000 ° bis 10 000 ° C. Obwohl Moleküle und Atome sehr hohe Bewegungsgeschwindigkeiten und damit hohe Temperaturen aufweisen, ist dieses verdünnte Gas nicht "heiß". "im üblichen Sinne ... Aufgrund der geringen Anzahl von Molekülen in großen Höhen ist ihre gesamte thermische Energie sehr gering. Somit besteht die Atmosphäre aus einzelnen Schichten (d. h. einer Reihe konzentrischer Schalen oder Kugeln), deren Auswahl davon abhängt, welche Eigenschaft von größtem Interesse ist. Ausgehend von der gemittelten Temperaturverteilung haben Meteorologen ein Schema für den Aufbau einer idealen „mittleren Atmosphäre“ entwickelt (siehe Abb. 1).

Troposphäre - die untere Schicht der Atmosphäre, die sich bis zum ersten thermischen Minimum (der sogenannten Tropopause) erstreckt. Die obere Grenze der Troposphäre hängt von der geografischen Breite (in den Tropen - 18-20 km, in den gemäßigten Breiten - etwa 10 km) und der Jahreszeit ab. Der US National Meteorological Service führte Sondierungen in der Nähe des Südpols durch und zeigte jahreszeitliche Veränderungen der Tropopausenhöhe. Im März liegt die Tropopause auf einer Höhe von ca. 7,5km. Von März bis August oder September kühlt sich die Troposphäre stetig ab, und ihre Grenze steigt im August oder September kurzzeitig auf ca. 11,5 km an. Dann, von September bis Dezember, nimmt es schnell ab und erreicht seine niedrigste Position - 7,5 km, wo es bis März bleibt und Schwankungen innerhalb von nur 0,5 km unterliegt. In der Troposphäre bildet sich hauptsächlich das Wetter, das die Bedingungen für die menschliche Existenz bestimmt. Der größte Teil des atmosphärischen Wasserdampfs konzentriert sich in der Troposphäre, daher bilden sich hier hauptsächlich Wolken, obwohl sich einige von ihnen, bestehend aus Eiskristallen, in höheren Schichten befinden. Die Troposphäre ist geprägt von Turbulenzen und starken Luftströmungen (Wind) und Stürmen. In der oberen Troposphäre gibt es starke Luftströmungen in einer genau definierten Richtung. Turbulente Wirbel werden wie kleine Strudel durch Reibung und dynamische Wechselwirkungen zwischen sich langsam und schnell bewegenden Luftmassen erzeugt. Da in diesen hohen Schichten normalerweise keine Wolkendecke vorhanden ist, werden diese Turbulenzen als "Clear-Sky-Turbulence" bezeichnet.
Stratosphäre. Die darüber liegende Schicht der Atmosphäre wird oft fälschlicherweise als eine Schicht mit relativ konstanten Temperaturen beschrieben, in der die Winde mehr oder weniger gleichmäßig wehen und sich die meteorologischen Elemente kaum ändern. Die obere Stratosphäre erwärmt sich, wenn Sauerstoff und Ozon die ultraviolette Strahlung der Sonne absorbieren. An der oberen Grenze der Stratosphäre (Stratopause) steigt die Temperatur leicht an und erreicht ein mittleres Maximum, das oft mit der Temperatur der Oberflächenluftschicht vergleichbar ist. Auf der Grundlage von Beobachtungen mit Flugzeugen und Ballons, die für Flüge in konstanter Höhe angepasst wurden, wurden in der Stratosphäre turbulente Störungen und starke Winde aus verschiedenen Richtungen festgestellt. Wie in der Troposphäre sind starke Luftwirbel zu beobachten, die besonders für Hochgeschwindigkeitsflugzeuge gefährlich sind. Starke Winde, Jetstreams genannt, wehen in engen Zonen entlang der polwärts gerichteten gemäßigten Grenzen. Diese Zonen können sich jedoch verschieben, verschwinden und wieder auftauchen. Jet-Ströme durchdringen normalerweise die Tropopause und treten in der oberen Troposphäre auf, aber ihre Geschwindigkeit nimmt mit abnehmender Höhe rapide ab. Es ist möglich, dass ein Teil der in die Stratosphäre eintretenden Energie (die hauptsächlich für die Ozonbildung aufgewendet wird) die Prozesse in der Troposphäre beeinflusst. Eine besonders aktive Durchmischung ist mit atmosphärischen Fronten verbunden, bei denen ausgedehnte Strömungen stratosphärischer Luft deutlich unterhalb der Tropopause registriert wurden und troposphärische Luft in die unteren Schichten der Stratosphäre gesaugt wurde. Bedeutende Fortschritte wurden bei der Untersuchung der vertikalen Struktur der unteren Atmosphärenschichten im Zusammenhang mit der Verbesserung der Technik zum Abschuss von Radiosonden in Höhen von 25-30 km erzielt. Die Mesosphäre, die sich über der Stratosphäre befindet, ist eine Hülle, in der die Temperatur auf eine Höhe von 80-85 km auf das Minimum für die gesamte Atmosphäre sinkt. Rekordtieftemperaturen von bis zu -110 °C wurden von meteorologischen Raketen aufgezeichnet, die von der US-kanadischen Installation in Fort Churchill (Kanada) gestartet wurden. Die obere Grenze der Mesosphäre (Mesopause) fällt ungefähr mit der unteren Grenze des Bereichs der aktiven Absorption von Röntgenstrahlung und der kurzwelligen ultravioletten Strahlung der Sonne zusammen, die von einer Erwärmung und Ionisierung des Gases begleitet wird. In den Polarregionen treten im Sommer häufig in der Mesopause Wolkensysteme auf, die großes Gebiet aber eine unbedeutende vertikale Entwicklung haben. Solche nachtglühenden Wolken ermöglichen oft die Detektion großräumiger wellenförmiger Luftbewegungen in der Mesosphäre. Die Zusammensetzung dieser Wolken, die Feuchtigkeitsquellen und Kondensationskeime, die Dynamik und der Zusammenhang mit meteorologischen Faktoren sind noch unzureichend verstanden. Die Thermosphäre ist eine Schicht der Atmosphäre, in der die Temperatur kontinuierlich ansteigt. Seine Kapazität kann 600 km erreichen. Der Druck und damit die Dichte des Gases nimmt mit der Höhe ständig ab. Nahe der Erdoberfläche enthält 1 m3 Luft ca. 2.5ґ1025 Moleküle, in einer Höhe von ca. 100 km, in den unteren Schichten der Thermosphäre - ca. 1019, in einer Höhe von 200 km, in der Ionosphäre - 5 * 10 15 und nach Berechnungen in einer Höhe von ca. 850 km sind ungefähr 1012 Moleküle. Im interplanetaren Raum beträgt die Molekülkonzentration 10 8-10 9 pro 1 m3. Auf einer Höhe von ca. 100 km ist die Anzahl der Moleküle gering, und sie kollidieren selten miteinander. Die durchschnittliche Distanz, die ein sich chaotisch bewegendes Molekül zurücklegt, bevor es mit einem anderen ähnlichen Molekül kollidiert, wird als durchschnittliche freie Weglänge bezeichnet. Die Schicht, in der dieser Wert so stark ansteigt, dass die Wahrscheinlichkeit intermolekularer oder interatomarer Kollisionen vernachlässigt werden kann, befindet sich an der Grenze zwischen der Thermosphäre und der darüber liegenden Hülle (Exosphäre) und wird Thermopause genannt. Die Thermopause liegt etwa 650 km von der Erdoberfläche entfernt. Bei einer bestimmten Temperatur hängt die Bewegungsgeschwindigkeit eines Moleküls von seiner Masse ab: Leichtere Moleküle bewegen sich schneller als schwere. In der unteren Atmosphäre, wo der freie Weg sehr kurz ist, gibt es keine merkliche Trennung der Gase nach ihrem Molekulargewicht, aber sie wird über 100 km ausgedrückt. Darüber hinaus zerfallen Sauerstoffmoleküle unter dem Einfluss von Ultraviolett- und Röntgenstrahlung der Sonne in Atome, deren Masse die Hälfte der Molekülmasse beträgt. Daher wird atomarer Sauerstoff mit zunehmender Entfernung von der Erdoberfläche immer wichtiger für die Zusammensetzung der Atmosphäre und in einer Höhe von ca. 200 km wird zum Hauptbestandteil. Oben, etwa 1200 km von der Erdoberfläche entfernt, dominieren leichte Gase - Helium und Wasserstoff. Aus ihnen besteht die äußere Hülle der Atmosphäre. Diese Gewichtstrennung, die als diffuse Trennung bezeichnet wird, ähnelt der Trennung von Gemischen mit einer Zentrifuge. Die Exosphäre ist die äußere Schicht der Atmosphäre, die aufgrund von Temperaturänderungen und den Eigenschaften eines neutralen Gases freigesetzt wird. Moleküle und Atome in der Exosphäre rotieren unter dem Einfluss der Schwerkraft in ballistischen Bahnen um die Erde. Einige dieser Umlaufbahnen sind parabolisch und ähneln der Flugbahn von Projektilen. Moleküle können sich wie Satelliten um die Erde und auf elliptischen Bahnen drehen. Einige Moleküle, hauptsächlich Wasserstoff und Helium, haben offene Flugbahnen und gehen in den Weltraum (Abb. 2).

SOLAR-TERRESTRIELLE BEZIEHUNGEN UND IHR EINFLUSS AUF DIE ATMOSPHÄRE
Atmosphärische Gezeiten. Die Anziehungskraft von Sonne und Mond verursacht Gezeiten in der Atmosphäre, ähnlich denen der Erde und des Meeres. Atmosphärische Gezeiten haben jedoch einen wesentlichen Unterschied: Die Atmosphäre reagiert am stärksten auf die Anziehungskraft der Sonne, während die Erdkruste und der Ozean auf die Anziehungskraft des Mondes reagieren. Dies liegt daran, dass die Atmosphäre durch die Sonne erwärmt wird und neben der Gravitationsflut eine starke thermische Flut entsteht. Im Allgemeinen sind die Mechanismen der atmosphärischen und der Meerestide ähnlich, außer dass zur Vorhersage der Reaktion der Luft auf Gravitations- und Wärmeeffekte ihre Kompressibilität und Temperaturverteilung berücksichtigt werden müssen. Es ist nicht ganz klar, warum die halbtägigen (12-stündigen) Sonnengezeiten in der Atmosphäre gegenüber den tagaktiven Sonnen- und halbtägigen Mondgezeiten überwiegen, obwohl die treibenden Kräfte der beiden letztgenannten Prozesse viel stärker sind. Früher glaubte man, dass in der Atmosphäre eine Resonanz entsteht, die genau die Schwingungen mit einer 12-Stunden-Periode verstärkt. Beobachtungen mit geophysikalischen Raketen zeigen jedoch, dass es keine Temperaturgründe für eine solche Resonanz gibt. Bei der Lösung dieses Problems sollte man wahrscheinlich alle hydrodynamischen und thermischen Eigenschaften der Atmosphäre berücksichtigen. In der Nähe der Erdoberfläche in Äquatornähe, wo der Einfluss von Gezeitenschwankungen am größten ist, sorgt es für eine Änderung des Atmosphärendrucks von 0,1%. Die Gezeitenwindgeschwindigkeit beträgt ca. 0,3 km/h Aufgrund der komplexen thermischen Struktur der Atmosphäre (insbesondere des Vorhandenseins eines Temperaturminimums in der Mesopause) verstärken sich die Gezeitenströmungen und sind beispielsweise in 70 km Höhe etwa 160-mal schneller als auf der Erde Oberfläche, die wichtige geophysikalische Folgen hat. Es wird vermutet, dass im unteren Teil der Ionosphäre (Schicht E) Gezeitenschwingungen das ionisierte Gas vertikal im Erdmagnetfeld bewegen und daher hier elektrische Ströme entstehen. Diese ständig neu entstehenden Stromsysteme auf der Erdoberfläche werden durch Störungen des Magnetfelds aufgebaut. Die Tagesschwankungen des Magnetfeldes stimmen ziemlich gut mit den berechneten Werten überein, was überzeugend für die Theorie der Gezeitenmechanismen des "atmosphärischen Dynamos" zeugt. Elektrische Ströme, die im unteren Teil der Ionosphäre (Schicht E) entstehen, müssen sich irgendwo bewegen, und daher muss der Stromkreis geschlossen werden. Die Analogie zum Dynamo wird vollständig, wenn wir den Gegenverkehr als die Arbeit des Motors betrachten. Es wird angenommen, dass die umgekehrte Zirkulation des elektrischen Stroms in einer höheren Schicht der Ionosphäre (F) stattfindet, und dieser Gegenstrom kann einige der Besonderheiten dieser Schicht erklären. Schließlich soll der Gezeiteneffekt auch in der Schicht E und damit in der Schicht F horizontale Strömungen erzeugen.
Ionosphäre. Wissenschaftler des 19. Jahrhunderts versuchen, den Mechanismus des Auftretens von Polarlichtern zu erklären. vermutet, dass es in der Atmosphäre eine Zone mit elektrisch geladenen Teilchen gibt. Im 20. Jahrhundert. überzeugende Beweise für die Existenz einer Schicht, die Radiowellen in Höhen von 85 bis 400 km reflektiert, wurden experimentell erhalten. Es ist heute bekannt, dass seine elektrischen Eigenschaften das Ergebnis der Ionisierung von atmosphärischem Gas sind. Daher wird diese Schicht normalerweise als Ionosphäre bezeichnet. Die Wirkung auf Radiowellen ist hauptsächlich auf das Vorhandensein freier Elektronen in der Ionosphäre zurückzuführen, obwohl der Mechanismus der Radiowellenausbreitung mit dem Vorhandensein großer Ionen verbunden ist. Letztere sind auch im Studium interessant chemische Eigenschaften Atmosphäre, da sie aktiver sind als neutrale Atome und Moleküle. Die in der Ionosphäre ablaufenden chemischen Reaktionen spielen eine wichtige Rolle für deren Energie- und elektrisches Gleichgewicht.
Normale Ionosphäre. Beobachtungen mit geophysikalischen Raketen und Satelliten haben viele neue Informationen geliefert, die darauf hindeuten, dass die Ionisierung der Atmosphäre unter dem Einfluss von Sonnenstrahlung eines breiten Spektrums erfolgt. Sein Hauptanteil (mehr als 90%) konzentriert sich im sichtbaren Teil des Spektrums. Ultraviolette Strahlung mit kürzerer Wellenlänge und höherer Energie als violette Lichtstrahlen wird von Wasserstoff aus dem Inneren der Sonnenatmosphäre (Chromosphäre) emittiert, und Röntgenstrahlen, die noch energiereicher sind, werden von Gasen aus der äußeren Hülle des emittiert Sonne (Corona). Der normale (durchschnittliche) Zustand der Ionosphäre ist auf eine konstante starke Strahlung zurückzuführen. In der normalen Ionosphäre kommt es unter dem Einfluss der täglichen Erdrotation und jahreszeitlichen Unterschieden im Einfallswinkel des Sonnenlichts zur Mittagszeit zu regelmäßigen Veränderungen, aber auch zu unvorhersehbaren und abrupten Veränderungen des Zustands der Ionosphäre.
Störungen in der Ionosphäre. Wie Sie wissen, treten auf der Sonne starke, sich zyklisch wiederholende Störungen auf, die alle 11 Jahre ein Maximum erreichen. Die Beobachtungen im Rahmen des International Geophysical Year (IGY)-Programms fielen mit der Zeit der höchsten Sonnenaktivität für den gesamten Zeitraum systematischer meteorologischer Beobachtungen zusammen, d.h. vom Anfang des 18. Jahrhunderts. In Zeiten hoher Aktivität erhöht sich die Helligkeit einiger Regionen der Sonne um ein Vielfaches und sie senden starke Impulse aus ultravioletter und Röntgenstrahlung. Solche Phänomene werden Sonneneruptionen genannt. Sie dauern von wenigen Minuten bis zu ein bis zwei Stunden. Bei einem Ausbruch bricht Sonnengas (hauptsächlich Protonen und Elektronen) aus und Elementarteilchen stürzen in den Weltraum. Die elektromagnetische und korpuskulare Strahlung der Sonne in den Momenten solcher Flares hat einen starken Einfluss auf die Erdatmosphäre. Die erste Reaktion wird 8 Minuten nach dem Ausbruch festgestellt, wenn intensive ultraviolette und Röntgenstrahlung die Erde erreicht. Dadurch steigt die Ionisation stark an; Röntgenstrahlen durchdringen die Atmosphäre bis zur unteren Grenze der Ionosphäre; die Zahl der Elektronen in diesen Schichten nimmt so stark zu, dass die Funksignale fast vollständig absorbiert („ausgelöscht“) werden. Durch zusätzliche Strahlungsabsorption erwärmt sich das Gas, was zur Windentwicklung beiträgt. Ionisiertes Gas ist ein elektrischer Leiter, und wenn es sich im Erdmagnetfeld bewegt, manifestiert sich die Wirkung eines Dynamos und ein elektrischer Strom wird erzeugt. Solche Ströme können wiederum merkliche Störungen im Magnetfeld verursachen und sich in Form von magnetischen Stürmen äußern. Diese Anfangsphase dauert nur eine kurze Zeit, die der Dauer der Sonneneruption entspricht. Bei starken Flares auf der Sonne rauscht ein Strom beschleunigter Teilchen in den Weltraum. Wenn es auf die Erde gerichtet ist, beginnt die zweite Phase, die großer Einflussüber den Zustand der Atmosphäre. Viele Naturphänomene, von denen das bekannteste die Polarlichter sind, weisen darauf hin, dass eine beträchtliche Anzahl geladener Teilchen die Erde erreicht (siehe auch POLARLEUCHTEN). Dennoch sind die Ablösungsprozesse dieser Teilchen von der Sonne, ihre Flugbahnen im interplanetaren Raum und die Wechselwirkungsmechanismen mit dem Erdmagnetfeld und der Magnetosphäre noch nicht ausreichend untersucht. Das Problem wurde durch die Entdeckung geomagnetisch begrenzter Hüllen geladener Teilchen durch James Van Allen im Jahr 1958 verschärft. Diese Partikel bewegen sich von einer Hemisphäre zur anderen und drehen sich spiralförmig um die Kraftlinien des Magnetfelds. In Erdnähe, in einer Höhe, die von der Form der Kraftlinien und der Energie der Teilchen abhängt, gibt es „Reflexionspunkte“, an denen die Teilchen ihre Bewegungsrichtung in die entgegengesetzte Richtung ändern (Abb. 3). Da die Stärke des Magnetfelds mit der Entfernung von der Erde abnimmt, sind die Bahnen, auf denen sich diese Teilchen bewegen, etwas verzerrt: Elektronen werden nach Osten abgelenkt, Protonen nach Westen. Daher werden sie in Form von Gürteln rund um den Globus verteilt.

Einige Folgen der Erwärmung der Atmosphäre durch die Sonne. Sonnenenergie beeinflusst die gesamte Atmosphäre. Oben haben wir bereits Gürtel erwähnt, die von geladenen Teilchen im Erdmagnetfeld gebildet werden und sich um dieses drehen. Diese Gürtel sind der Erdoberfläche in den Polarregionen am nächsten (siehe Abb. 3), wo Polarlichter beobachtet werden. Abbildung 1 zeigt, dass die Temperatur der Thermosphäre in den Regionen mit Polarlichterscheinungen in Kanada deutlich höher ist als im Südwesten der Vereinigten Staaten. Die eingefangenen Teilchen geben wahrscheinlich einen Teil ihrer Energie an die Atmosphäre ab, insbesondere wenn sie in der Nähe der Reflexionspunkte mit Gasmolekülen kollidieren, und verlassen ihre vorherigen Bahnen. Auf diese Weise werden die hohen Schichten der Atmosphäre in der Polarlichtzone erhitzt. Eine weitere wichtige Entdeckung wurde gemacht, als die Bahnen künstlicher Satelliten untersucht wurden. Luigi Yacchia, Astronom am Smithsonian Astrophysical Observatory, glaubt, dass die kleinen Abweichungen dieser Umlaufbahnen auf Änderungen der Dichte der Atmosphäre zurückzuführen sind, wenn sie von der Sonne erhitzt wird. Er schlug die Existenz eines Maximums der Elektronenkonzentration in der Ionosphäre in einer Höhe von mehr als 200 km vor, das nicht dem Sonnenmittag entspricht und sich unter dem Einfluss der Reibungskraft gegenüber diesem um etwa zwei Stunden verzögert. Zu diesem Zeitpunkt werden die für eine Höhe von 600 km üblichen Werte der atmosphärischen Dichte auf einem Niveau von ca. 950km. Darüber hinaus unterliegt die maximale Elektronenkonzentration aufgrund kurzzeitiger Aufflackern der Ultraviolett- und Röntgenstrahlung der Sonne unregelmäßigen Schwankungen. L. Yakkia entdeckte auch kurzfristige Fluktuationen der Luftdichte entsprechend Sonneneruptionen und Magnetfeldstörungen. Diese Phänomene werden durch das Eindringen von Teilchen solaren Ursprungs in die Erdatmosphäre und die Erwärmung der Schichten erklärt, die die Umlaufbahnen der Satelliten passieren.
ATMOSPHÄRISCHE STROM
In der Oberflächenschicht der Atmosphäre wird ein kleiner Teil der Moleküle unter dem Einfluss der kosmischen Strahlung, der Strahlung radioaktiver Gesteine ​​und der Zerfallsprodukte des Radiums (hauptsächlich Radon) in der Luft selbst ionisiert. Bei der Ionisation verliert ein Atom ein Elektron und wird positiv geladen. Ein freies Elektron verbindet sich schnell mit einem anderen Atom zu einem negativ geladenen Ion. Solche gepaarten positiven und negativen Ionen haben Molekülgrößen. Moleküle in der Atmosphäre neigen dazu, sich um diese Ionen zu gruppieren. Mehrere Moleküle verbinden sich mit einem Ion zu einem Komplex, der normalerweise als "leichtes Ion" bezeichnet wird. Die Atmosphäre enthält auch Molekülkomplexe, in der Meteorologie als Kondensationskerne bekannt, um die herum, wenn die Luft mit Feuchtigkeit gesättigt ist, der Kondensationsprozess beginnt. Diese Kerne sind Salz- und Staubpartikel sowie Luftschadstoffe aus industriellen und anderen Quellen. Leichte Ionen lagern sich oft an solche Kerne an, um "schwere Ionen" zu bilden. Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes bewegen sich leichte und schwere Ionen von einem Bereich der Atmosphäre in einen anderen und übertragen elektrische Ladungen. Obwohl die Atmosphäre im Allgemeinen nicht als elektrisch leitfähiges Medium angesehen wird, ist sie dennoch schwach leitfähig. Daher verliert ein geladener Körper, der in der Luft verbleibt, langsam seine Ladung. Die Leitfähigkeit der Atmosphäre nimmt mit der Höhe aufgrund einer Zunahme der Intensität der kosmischen Strahlung, einer Abnahme der Ionenverluste bei niedrigerem Druck (und daher bei einer größeren mittleren freien Weglänge) und auch aufgrund einer geringeren Anzahl von . zu schwere Kerne. Die Leitfähigkeit der Atmosphäre erreicht ihren maximalen Wert in einer Höhe von ca. 50 km, sogenannte "Entschädigungshöhe". Es ist bekannt, dass zwischen der Erdoberfläche und der "Kompensationsebene" immer eine Potentialdifferenz von mehreren hundert Kilovolt besteht, d.h. konstantes elektrisches Feld. Es stellte sich heraus, dass die Potenzialdifferenz zwischen einem Punkt in der Luft in mehreren Metern Höhe und der Erdoberfläche sehr groß ist - mehr als 100 V. Die Atmosphäre ist positiv geladen und die Erdoberfläche ist negativ geladen. Da ein elektrisches Feld eine Fläche ist, an deren jedem Punkt ein bestimmter Wert des Potentials liegt, kann man von einem Potentialgradienten sprechen. Bei klarem Wetter ist die elektrische Feldstärke der Atmosphäre innerhalb der unteren Meter fast konstant. Aufgrund der unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeit der Luft in der Oberflächenschicht unterliegt der Potentialgradient täglichen Schwankungen, deren Verlauf von Ort zu Ort stark variiert. In Ermangelung lokaler Luftverschmutzungsquellen – über den Ozeanen, hoch in den Bergen oder in den Polargebieten – ist der Tagesverlauf des Potenzialgradienten bei klarem Wetter gleich. Die Größe des Gradienten hängt von der universellen oder Greenwich Mean Time (UT) ab und erreicht ein Maximum um 19:00 E. Appleton schlug vor, dass dieses Maximum der elektrischen Leitfähigkeit wahrscheinlich mit der größten Gewitteraktivität auf planetarer Ebene zusammenfällt. Blitzentladungen während Gewittern tragen eine negative Ladung zur Erdoberfläche, da die Basen der aktivsten Cumulonimbus-Gewitterwolken eine signifikante negative Ladung haben. Die Spitzen der Gewitterwolken haben positive Ladung, die nach Berechnungen von Holzer und Saxon bei Gewittern aus ihren Gipfeln strömt. Ohne ständigen Nachschub würde die Oberflächenladung der Erde durch die Leitung der Atmosphäre neutralisiert. Die Annahme, dass die Potentialdifferenz zwischen Erdoberfläche und „Kompensationsniveau“ durch Gewitter aufrechterhalten wird, wird durch die Statistik gestützt. Die maximale Anzahl von Gewittern wird beispielsweise im Flusstal beobachtet. Amazonas. Am häufigsten treten dort Gewitter am Ende des Tages auf, d.h. OK. 19 Stunden Greenwich Mean Time, wenn der Potenzialgradient überall auf der Welt am höchsten ist. Darüber hinaus stimmen auch die jahreszeitlichen Variationen in der Form der Kurven des Tagesverlaufs des Potentialgradienten vollständig mit den Daten zur globalen Verteilung von Gewittern überein. Einige Forscher haben argumentiert, dass die Quelle des elektrischen Feldes der Erde einen externen Ursprung haben könnte, da angenommen wird, dass elektrische Felder in der Ionosphäre und Magnetosphäre existieren. Dieser Umstand erklärt wahrscheinlich die Entstehung sehr schmaler, langgestreckter Polarlichtformen, ähnlich wie Vorhänge und Bögen.
(siehe auch POLARLEUCHTEN). Aufgrund des Potenzialgradienten und der atmosphärischen Leitfähigkeit zwischen der "Kompensationsebene" und der Erdoberfläche beginnen sich geladene Teilchen zu bewegen: positiv geladene Ionen - in Richtung der Erdoberfläche und negativ geladen - von dieser nach oben. Die Stärke dieses Stroms beträgt ca. 1800 A. Obwohl dieser Wert groß erscheint, muss daran erinnert werden, dass er über die gesamte Erdoberfläche verteilt ist. Die Stromstärke in einer Luftsäule mit einer Grundfläche von 1 m2 beträgt nur 4 * 10 -12 A. Andererseits kann die Stromstärke bei einer Blitzentladung mehrere Ampere erreichen, obwohl natürlich z Entlastung hat kurze Dauer - von Bruchteilen einer Sekunde bis zu einer ganzen Sekunde oder etwas mehr bei wiederholten Entladungen. Blitze sind nicht nur als Naturphänomene von großem Interesse. Sie ermöglicht die Beobachtung einer elektrischen Entladung in einem gasförmigen Medium bei einer Spannung von mehreren hundert Millionen Volt und einem Elektrodenabstand von mehreren Kilometern. 1750 lud B. Franklin die Royal Society of London ein, ein Experiment mit einer Eisenstange durchzuführen, die auf einem isolierenden Sockel befestigt und auf einem hohen Turm montiert war. Er erwartete, dass, wenn sich eine Gewitterwolke dem Turm näherte, sich eine Ladung mit dem entgegengesetzten Vorzeichen am oberen Ende des anfänglich neutralen Balkens konzentrieren würde und eine Ladung mit dem gleichen Vorzeichen wie an der Basis der Wolke am unteren Ende. Steigt die Stärke des elektrischen Feldes bei einer Blitzentladung ausreichend stark an, wird die Ladung vom oberen Ende des Stabes teilweise in die Luft abgeführt und der Stab erhält eine Ladung mit dem gleichen Vorzeichen wie die Basis der Wolke. Das von Franklin vorgeschlagene Experiment wurde nicht in England durchgeführt, sondern 1752 in Marly bei Paris vom französischen Physiker Jean d "Alambert durchgeführt. Er verwendete einen 12 m langen Eisenstab, der in eine Glasflasche eingeführt wurde (die als Isolator diente). ). Im nächsten Jahr stellte Franklin durch Untersuchung der von der Stange gesammelten Ladungen fest, dass die Basen von Gewitterwolken normalerweise negativ geladen sind. Detailliertere Untersuchungen von Blitzen wurden Ende des 19. Apparate mit rotierenden Linsen, die es ermöglichten, sich schnell entwickelnde Prozesse aufzuzeichnen. Paratha wurde häufig bei der Erforschung von Funkenentladungen verwendet. Es wurde festgestellt, dass es mehrere Arten von Blitzen gibt, wobei die häufigsten linear, flach (Intrawolke) und Kugel (Luftentladungen) sind. Linearer Blitz ist eine Funkenentladung zwischen einer Wolke und der Erdoberfläche, die einem Kanal mit nach unten gerichteten Zweigen folgt. Flache Blitze treten in einer Gewitterwolke auf und sehen aus wie Blitze aus diffusem Licht. Luftentladungen von Kugelblitzen, ausgehend von einer Gewitterwolke, sind oft horizontal gerichtet und erreichen die Erdoberfläche nicht.

Ein Blitzeinschlag besteht normalerweise aus drei oder mehr wiederholten Schlägen - Impulsen, die dem gleichen Weg folgen. Die Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen sind sehr kurz, von 1/100 bis 1/10 s (dies liegt am Flackern des Blitzes). Im Allgemeinen dauert der Blitz etwa eine Sekunde oder weniger. Ein typischer Blitzentwicklungsprozess kann wie folgt beschrieben werden. Zunächst rauscht eine schwach leuchtende Leitentladung von oben an die Erdoberfläche. Dort angekommen, wandert eine hell leuchtende Rück- oder Hauptentladung vom Boden nach oben entlang des vom Mäkler gelegten Kanals. Der Führungsauswurf bewegt sich in der Regel im Zickzack. Seine Ausbreitungsgeschwindigkeit reicht von hundert bis zu mehreren hundert Kilometern pro Sekunde. Auf seinem Weg ionisiert es Luftmoleküle, wodurch ein Kanal mit erhöhter Leitfähigkeit entsteht, entlang dem sich die Rückwärtsentladung mit einer Geschwindigkeit nach oben bewegt, die etwa hundertmal höher ist als die der Leitentladung. Die Größe des Kanals ist schwer zu bestimmen, jedoch wird der Durchmesser des Leitabflusses auf 1-10 m und der Durchmesser des Rückabflusses auf mehrere Zentimeter geschätzt. Blitzeinschläge verursachen Funkstörungen, indem sie Funkwellen in große Auswahl- von 30 kHz bis zu ultraniedrigen Frequenzen. Die größten Funkwellen liegen wahrscheinlich im Bereich von 5 bis 10 kHz. Solche niederfrequenten Funkstörungen werden im Raum zwischen der unteren Grenze der Ionosphäre und der Erdoberfläche "konzentriert" und können sich über Entfernungen von Tausenden von Kilometern von der Quelle aus ausbreiten.
VERÄNDERUNGEN DER ATMOSPHÄRE
Einschlag von Meteoren und Meteoriten. Obwohl gelegentlich Meteoritenschauer mit ihren Lichteffekten zutiefst beeindruckend sind, werden einzelne Meteore selten gesehen. Viel zahlreicher sind unsichtbare Meteore, die zu klein sind, um von der Atmosphäre absorbiert zu werden. Einige der kleinsten Meteore erwärmen sich wahrscheinlich gar nicht, sondern werden nur von der Atmosphäre eingefangen. Diese Feinpartikel mit Größen von wenigen Millimetern bis zu zehntausendstel Millimetern werden Mikrometeoriten genannt. Die Menge an meteorischer Materie, die täglich in die Atmosphäre gelangt, reicht von 100 bis 10.000 Tonnen, und der größte Teil dieser Materie fällt auf Mikrometeoriten. Da die meteorische Substanz in der Atmosphäre teilweise verglüht, wird ihre gasförmige Zusammensetzung mit Spuren verschiedener chemischer Elemente ergänzt. Zum Beispiel bringen Steinmeteore Lithium in die Atmosphäre. Die Verbrennung von Metallmeteoriten führt zur Bildung von winzigen kugelförmigen Eisen-, Eisen-Nickel- und anderen Tröpfchen, die die Atmosphäre passieren und sich auf der Erdoberfläche ablagern. Sie sind in Grönland und der Antarktis zu finden, wo die Eisschilde jahrelang fast unverändert bleiben. Ozeanologen finden sie in Sedimenten des Meeresbodens. Die meisten meteorischen Partikel, die in die Atmosphäre gelangen, werden innerhalb von etwa 30 Tagen abgelagert. Einige Wissenschaftler glauben, dass dieser kosmische Staub eine wichtige Rolle bei der Entstehung atmosphärischer Phänomene wie Regen spielt, da er als Kondensationskeime von Wasserdampf dient. Daher wird angenommen, dass Niederschlag statistisch mit großen Meteoritenschauern verbunden ist. Einige Experten glauben jedoch, dass die Änderung der Gesamtmenge dieser Materie, die aus einem solchen Regen resultiert, vernachlässigt werden kann, da die Gesamtaufnahme von Meteoritenmaterial um ein Vielfaches höher ist als die des größten Meteoritenschauers. Es besteht jedoch kein Zweifel, dass die größten Mikrometeoriten und natürlich die sichtbaren Meteoriten lange Spuren der Ionisation in den hohen Schichten der Atmosphäre, hauptsächlich in der Ionosphäre, hinterlassen. Solche Spuren können für die Fernkommunikation verwendet werden, da sie hochfrequente Funkwellen reflektieren. Die Energie der Meteore, die in die Atmosphäre eintreten, wird hauptsächlich und möglicherweise vollständig für ihre Erwärmung verwendet. Dies ist eine der untergeordneten Komponenten des thermischen Gleichgewichts der Atmosphäre.
Industrielles Kohlendioxid. Im Karbon war die holzige Vegetation auf der Erde weit verbreitet. Der größte Teil des damals von Pflanzen aufgenommenen Kohlendioxids reicherte sich in Kohlevorkommen und in ölhaltigen Sedimenten an. Der Mensch hat gelernt, die enormen Reserven dieser Mineralstoffe als Energiequelle zu nutzen und führt nun rasch Kohlendioxid in den Stoffkreislauf zurück. In einem fossilen Zustand sind wahrscheinlich ca. 4 * 10 13 Tonnen Kohlenstoff. Pro letztes Jahrhundert Die Menschheit hat so viele fossile Brennstoffe verbrannt, dass etwa 4 * 10 11 Tonnen Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre gelangt sind. Derzeit ca. 2 * 10 12 Tonnen Kohlenstoff, und in den nächsten hundert Jahren wird sich diese Zahl aufgrund der Verbrennung fossiler Brennstoffe voraussichtlich verdoppeln. Allerdings wird nicht der gesamte Kohlenstoff in der Atmosphäre verbleiben: Einiges davon löst sich im Meerwasser auf, einiges wird von Pflanzen aufgenommen und einiges wird bei der Verwitterung von Gesteinen gebunden. Wie viel Kohlendioxid in der Atmosphäre enthalten sein wird und welche Auswirkungen es auf das Weltklima hat, lässt sich noch nicht vorhersagen. Dennoch wird davon ausgegangen, dass jede Erhöhung seines Gehalts eine Erwärmung mit sich bringt, obwohl eine Erwärmung das Klima keineswegs signifikant beeinflussen muss. Die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre steigt den Messergebnissen zufolge deutlich an, wenn auch langsam. Klimadaten für die Stationen Spitzbergen und Little America auf dem Ross-Schelfeis in der Antarktis zeigen einen Anstieg der durchschnittlichen Jahrestemperaturen über einen Zeitraum von etwa 50 Jahren um 5 °C bzw. 2,5 °C.
Exposition gegenüber kosmischer Strahlung. Wenn hochenergetische kosmische Strahlung mit einzelnen Bestandteilen der Atmosphäre wechselwirkt, entstehen radioaktive Isotope. Darunter ist das Isotop des Kohlenstoffs 14C, das sich in pflanzlichen und tierischen Geweben anreichert. Durch Messung der Radioaktivität organischer Substanzen, die keinen Kohlenstoff mit . ausgetauscht haben Umgebung, können Sie ihr Alter bestimmen. Die Radiokarbonmethode hat sich als zuverlässigste Methode zur Datierung fossiler Organismen und Objekte etabliert. materielle Kultur deren Alter 50.000 Jahre nicht überschreitet. Andere radioaktive Isotope mit langen Halbwertszeiten können verwendet werden, um Hunderttausende von Jahren alte Materialien zu datieren, wenn das grundlegende Problem der Messung extrem niedriger Radioaktivitätswerte gelöst wird.
(siehe auch RADIO-CARBON-DATING).
HERKUNFT DER ATMOSPHÄRE DER ERDE
Die Entstehungsgeschichte der Atmosphäre ist noch nicht vollständig rekonstruiert. Dennoch wurden einige wahrscheinliche Veränderungen in seiner Zusammensetzung festgestellt. Die Entstehung der Atmosphäre begann unmittelbar nach der Entstehung der Erde. Es gibt ziemlich gute Gründe zu der Annahme, dass die Erde im Zuge der Evolution der Erde und ihres Erwerbs von Dimensionen und Massen nahe an der Moderne fast vollständig ihre ursprüngliche Atmosphäre verloren hat. Es wird angenommen, dass sich die Erde in einem frühen Stadium in einem geschmolzenen Zustand befand und ca. Vor 4,5 Milliarden Jahren wurde es zu einem Festkörper geformt. Diese Grenze gilt als Beginn der geologischen Chronologie. Seitdem hat sich die Atmosphäre langsam entwickelt. Einige geologische Prozesse, wie das Ausströmen von Lava bei Vulkanausbrüchen, wurden von der Freisetzung von Gasen aus dem Darm der Erde begleitet. Dazu gehörten wahrscheinlich Stickstoff, Ammoniak, Methan, Wasserdampf, Kohlenmonoxid und Dioxid. Unter dem Einfluss der ultravioletten Sonnenstrahlung zersetzte sich Wasserdampf in Wasserstoff und Sauerstoff, aber der freigesetzte Sauerstoff reagierte mit Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid. Ammoniak zersetzt sich in Stickstoff und Wasserstoff. Bei der Diffusion stieg Wasserstoff auf und verließ die Atmosphäre, der schwerere Stickstoff konnte nicht entweichen und reicherte sich nach und nach zu seinem Hauptbestandteil an, obwohl ein Teil davon bei chemischen Reaktionen gebunden wurde. Unter dem Einfluss von ultravioletten Strahlen und elektrischen Entladungen ging ein Gasgemisch, das wahrscheinlich in der ursprünglichen Atmosphäre der Erde vorhanden war, chemische Reaktionen ein, wodurch organische Substanzen, insbesondere Aminosäuren, gebildet wurden. Folglich könnte das Leben in einer Atmosphäre entstanden sein, die sich grundlegend von der heutigen unterscheidet. Mit dem Aufkommen primitiver Pflanzen begann der Prozess der Photosynthese (siehe auch PHOTOSYNTHESE), begleitet von der Freisetzung von freiem Sauerstoff. Dieses Gas begann, insbesondere nach seiner Diffusion in die oberen Schichten der Atmosphäre, die unteren Schichten und die Erdoberfläche vor lebensgefährlichen Ultraviolett- und Röntgenstrahlen zu schützen. Es wurde geschätzt, dass die Anwesenheit von nur 0,00004 des heutigen Sauerstoffvolumens zur Bildung einer Schicht mit der halben Ozonkonzentration führen könnte, die dennoch einen sehr signifikanten Schutz vor ultravioletten Strahlen bietet. Es ist auch wahrscheinlich, dass die Primäratmosphäre viel Kohlendioxid enthielt. Es wurde im Zuge der Photosynthese verbraucht, und seine Konzentration soll mit der Evolution der Pflanzenwelt sowie durch Aufnahme im Zuge bestimmter geologischer Prozesse abgenommen haben. Soweit Treibhauseffekt im Zusammenhang mit dem Vorhandensein von Kohlendioxid in der Atmosphäre glauben einige Wissenschaftler, dass Konzentrationsschwankungen einer der wichtigen Gründe für so großräumige klimatische Veränderungen in der Erdgeschichte sind, wie z Eiszeiten... Das in der modernen Atmosphäre vorhandene Helium ist wahrscheinlich zum größten Teil ein Produkt des radioaktiven Zerfalls von Uran, Thorium und Radium. Diese radioaktiven Elemente emittieren Alphateilchen, die die Kerne von Heliumatomen sind. Da beim radioaktiven Zerfall keine elektrische Ladung entsteht oder verschwindet, gibt es für jedes Alphateilchen zwei Elektronen. Dadurch verbindet es sich mit ihnen und bildet neutrale Heliumatome. Radioaktive Elemente sind in Mineralien enthalten, die in der Dicke von Gesteinen verteilt sind, daher wird ein erheblicher Teil des beim radioaktiven Zerfall gebildeten Heliums darin gespeichert und entweicht sehr langsam in die Atmosphäre. Eine gewisse Menge Helium steigt durch Diffusion in die Exosphäre auf, aber durch einen konstanten Zustrom von der Erdoberfläche bleibt das Volumen dieses Gases in der Atmosphäre unverändert. Basierend auf der Spektralanalyse von Sternenlicht und der Untersuchung von Meteoriten ist es möglich, die relative Häufigkeit verschiedener chemischer Elemente im Universum abzuschätzen. Die Konzentration von Neon im Weltraum ist etwa zehn Milliarden Mal höher als auf der Erde, Krypton ist zehn Millionen Mal höher und Xenon ist Millionen Mal höher. Daraus folgt, dass die Konzentration dieser Inertgase, die ursprünglich in der Erdatmosphäre vorhanden waren und durch chemische Reaktionen nicht wieder aufgefüllt wurden, stark abgenommen hat, wahrscheinlich sogar im Stadium des Verlustes der Primäratmosphäre der Erde. Eine Ausnahme bildet das Edelgas Argon, da es beim radioaktiven Zerfall des Kaliumisotops noch in Form des 40Ar-Isotops gebildet wird.
OPTISCHE PHÄNOMENE
Die Vielfalt optischer Phänomene in der Atmosphäre hat verschiedene Gründe. Zu den häufigsten Phänomenen zählen Blitze (siehe oben) und die landschaftlich reizvollen nördlichen und südlichen Polarlichter (siehe auch Aurora Borealis). Darüber hinaus sind Regenbogen, Gal, Parhelium (falsche Sonne) und Bögen, Krone, Halos und Gespenster des Brocken, Fata Morgana, Lichter von St. Elmo, leuchtende Wolken, Grün- und Dämmerungsstrahlen besonders interessant. Der Regenbogen ist das schönste atmosphärische Phänomen. Normalerweise ist dies ein riesiger Bogen, der aus mehrfarbigen Streifen besteht, der beobachtet wird, wenn die Sonne nur einen Teil des Himmels beleuchtet und die Luft beispielsweise bei Regen mit Wassertropfen gesättigt ist. Die mehrfarbigen Bögen sind in der Reihenfolge des Spektrums (Rot, Orange, Gelb, Grün, Cyan, Blau, Violett) angeordnet, die Farben sind jedoch fast nie rein, da sich die Streifen überlappen. In der Regel unterscheiden sich die physikalischen Eigenschaften von Regenbögen erheblich, daher je nach äußeres Erscheinungsbild sie sind sehr vielfältig. Ihr gemeinsames Merkmal ist, dass der Mittelpunkt des Bogens immer auf einer geraden Linie liegt, die von der Sonne zum Beobachter gezogen wird. Der Hauptregenbogen ist ein Bogen der hellsten Farben - außen rot und innen lila. Manchmal ist nur ein Bogen sichtbar, aber oft erscheint ein zweiter Bogen außerhalb des Hauptregenbogens. Es hat nicht so helle Farben wie das erste, und die roten und violetten Streifen wechseln die Plätze: Rot befindet sich auf der Innenseite. Die Entstehung des Hauptregenbogens wird durch Doppelbrechung (siehe auch OPTIK) und eine einzelne interne Reflexion von Sonnenstrahlen (siehe Abb. 5) erklärt. Beim Eindringen in den Wassertropfen (A) wird der Lichtstrahl gebrochen und zerlegt, als würde er durch ein Prisma gehen. Dann erreicht es die gegenüberliegende Oberfläche des Tropfens (B), wird von dieser reflektiert und lässt den Tropfen außen (C). In diesem Fall wird der Lichtstrahl ein zweites Mal gebrochen, bevor er den Betrachter erreicht. Der ursprüngliche weiße Strahl wird in verschiedenfarbige Strahlen mit einem Divergenzwinkel von 2° zerlegt. Bei der Bildung eines Seitenregenbogens kommt es zur Doppelbrechung und Doppelreflexion der Sonnenstrahlen (siehe Abb. 6). In diesem Fall wird das Licht gebrochen, dringt durch den unteren Teil (A) in das Tröpfchen ein und wird von der inneren Oberfläche des Tröpfchens zuerst am Punkt B, dann am Punkt C reflektiert. Am Punkt D wird das Licht gebrochen, das Tröpfchen in Richtung des Beobachters verlassen.

Bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang sieht der Beobachter einen Regenbogen in Form eines Halbkreisbogens, da die Regenbogenachse parallel zum Horizont verläuft. Steht die Sonne höher über dem Horizont, ist der Regenbogenbogen kleiner als ein Halbkreis. Wenn die Sonne über 42 ° über dem Horizont aufgeht, verschwindet der Regenbogen. Überall, außer in hohen Breiten, kann mittags kein Regenbogen erscheinen, wenn die Sonne zu hoch steht. Es ist interessant, die Entfernung zum Regenbogen abzuschätzen. Obwohl der mehrfarbige Bogen in derselben Ebene zu liegen scheint, ist dies eine Illusion. Tatsächlich hat der Regenbogen eine enorme Tiefe und kann als Oberfläche eines Hohlkegels dargestellt werden, an dessen Spitze sich ein Beobachter befindet. Die Kegelachse verbindet die Sonne, den Beobachter und das Zentrum des Regenbogens. Der Betrachter sieht wie entlang der Oberfläche dieses Kegels aus. Zwei Menschen können nie genau denselben Regenbogen sehen. Generell ist natürlich ein und derselbe Effekt zu beobachten, aber die beiden Regenbogen nehmen unterschiedliche Positionen ein und werden durch unterschiedliche Wassertropfen gebildet. Wenn Regen oder Nebel einen Regenbogen bildet, wird die volle optische Wirkung durch die kumulative Wirkung aller Wassertropfen erreicht, die die Oberfläche des Regenbogenkegels mit dem Betrachter an der Spitze überqueren. Die Rolle jedes Tropfens ist flüchtig. Die Oberfläche des Regenbogenkegels besteht aus mehreren Schichten. Wenn er sie schnell überquert und eine Reihe von kritischen Punkten passiert, zerlegt jeder Tropfen den Sonnenstrahl sofort in das gesamte Spektrum in einer genau definierten Reihenfolge - von Rot bis Violett... Viele Tröpfchen durchqueren die Kegeloberfläche auf die gleiche Weise, so dass der Regenbogen für den Betrachter sowohl entlang als auch über seinen Bogen hinweg kontinuierlich erscheint. Halos sind weiße oder irisierende Lichtbögen und Kreise um die Scheibe der Sonne oder des Mondes. Sie entstehen durch Brechung oder Reflexion von Licht durch Eis- oder Schneekristalle in der Atmosphäre. Die Halo-bildenden Kristalle befinden sich auf der Oberfläche eines imaginären Kegels, dessen Achse vom Beobachter (von der Spitze des Kegels) zur Sonne gerichtet ist. Unter bestimmten Bedingungen ist die Atmosphäre mit kleinen Kristallen gesättigt, von denen viele mit der durch die Sonne, den Beobachter und diese Kristalle gehenden Ebene einen rechten Winkel bilden. Diese Facetten reflektieren einfallende Lichtstrahlen mit einer Abweichung von 22° und bilden auf der Innenseite einen rötlichen Lichthof, der aber auch aus allen Farben des Spektrums bestehen kann. Weniger verbreitet ist ein Halo mit 46 ° Winkelradius, der um einen Halo von 22 ° konzentrisch ist. Auch seine Innenseite hat eine rötliche Tönung. Grund hierfür ist auch die Lichtbrechung, die in diesem Fall an den rechtwinklig bildenden Kristallflächen auftritt. Die Ringbreite eines solchen Halos überschreitet 2,5°. Sowohl 46-Grad- als auch 22-Grad-Halos sind am oberen und unteren Rand des Rings am hellsten. Der gelegentliche 90-Grad-Halo ist ein schwach leuchtender, fast farbloser Ring, der sich ein Zentrum mit zwei anderen Halos teilt. Wenn es farbig ist, ist es außen am Ring rot. Der Mechanismus des Auftretens dieser Art von Halo ist nicht vollständig verstanden (Abb. 7).

Parhelia und Bögen. Der Pargelic-Kreis (oder Kreis der falschen Sonnen) ist ein weißer Ring, der im Zenit zentriert ist und parallel zum Horizont durch die Sonne verläuft. Der Grund für seine Entstehung ist die Reflexion des Sonnenlichts an den Kanten der Oberflächen von Eiskristallen. Wenn die Kristalle ziemlich gleichmäßig in der Luft verteilt sind, wird ein voller Kreis sichtbar. Parhelia oder falsche Sonnen sind hell leuchtende Flecken, die der Sonne ähneln, die sich an den Schnittpunkten des Pargelschen Kreises mit Halos bilden, die Winkelradien von 22°, 46° und 90° haben. Die am häufigsten gebildete und hellste Parhelia bildet sich an der Kreuzung mit einem 22-Grad-Halo, normalerweise in fast allen Farben des Regenbogens gefärbt. Falsche Sonnen sind an Kreuzungen mit 46- und 90-Grad-Halos viel seltener. Parghelia, die an Kreuzungen mit 90-Grad-Halos auftreten, werden Paranthelie oder falsche Sonnenuntergänge genannt. Manchmal kann man auch das Antelium (Anti-Sonne) sehen - einen hellen Fleck, der sich auf dem Parhelium-Ring genau gegenüber der Sonne befindet. Es wird angenommen, dass dieses Phänomen durch die doppelte interne Reflexion des Sonnenlichts verursacht wird. Der reflektierte Strahl folgt dem gleichen Weg wie der einfallende Strahl, jedoch in entgegengesetzter Richtung. Ein Zenitbogen, der manchmal fälschlicherweise als oberer Tangentenbogen eines 46-Grad-Halos bezeichnet wird, ist ein Bogen von 90 ° oder weniger, der im Zenit etwa 46 ° über der Sonne zentriert ist. Es ist selten und nur für einige Minuten sichtbar, hat helle Farben und die rote Farbe ist auf die Außenseite des Bogens beschränkt. Der Perizenitbogen zeichnet sich durch seine Farbe, Helligkeit und klaren Umrisse aus. Ein weiterer merkwürdiger und sehr seltener optischer Effekt des Halo-Typs ist der Lovitz-Bogen. Sie entstehen als Verlängerung der Parhelia am Schnittpunkt mit dem 22-Grad-Halo, gehen von der Außenseite des Halos aus und sind zur Sonne hin leicht konkav. Weißliche Lichtsäulen, wie verschiedene Kreuze, sind manchmal in der Morgen- oder Abenddämmerung sichtbar, insbesondere in den Polarregionen, und können sowohl die Sonne als auch den Mond begleiten. Manchmal werden Mondhalos und andere Effekte beobachtet, die den oben beschriebenen ähnlich sind, wobei der häufigste Mondhalos (Ring um den Mond) einen Winkelradius von 22° hat. Wie falsche Sonnen können falsche Monde entstehen. Kronen oder Kronen sind kleine konzentrische Farbringe um Sonne, Mond oder andere helle Objekte, die von Zeit zu Zeit gesehen werden, wenn sich die Lichtquelle hinter durchscheinenden Wolken befindet. Der Kronenradius ist kleiner als der Haloradius und beträgt ca. 1-5 °, der blaue oder violette Ring ist der Sonne am nächsten. Die Korona entsteht, wenn Licht von kleinen Wassertröpfchen gestreut wird und eine Wolke bildet. Manchmal sieht die Krone wie ein leuchtender Fleck (oder Halo) aus, der die Sonne (oder den Mond) umgibt und in einem rötlichen Ring endet. In anderen Fällen sind mindestens zwei konzentrische Ringe größeren Durchmessers, sehr schwach gefärbt, außerhalb des Halos sichtbar. Dieses Phänomen wird von Regenbogenwolken begleitet. Manchmal sind die Ränder sehr hoher Wolken in hellen Farben gemalt.
Glorias (Nimbusse). Unter besonderen Bedingungen treten ungewöhnliche atmosphärische Phänomene auf. Wenn sich die Sonne hinter dem Rücken des Beobachters befindet und ihr Schatten auf nahegelegene Wolken oder einen Nebelvorhang projiziert wird, können Sie unter einem bestimmten Zustand der Atmosphäre um den Schatten des Kopfes einer Person einen farbigen leuchtenden Kreis sehen - einen Heiligenschein. Normalerweise entsteht ein solcher Halo durch die Reflexion von Licht durch Tautropfen auf dem Rasen. Glorias sind auch ziemlich häufig um die Schatten herum zu finden, die das Flugzeug auf die darunter liegenden Wolken wirft.
Brokkens Geister. Wenn in manchen Teilen der Welt der Schatten eines Beobachters auf einem Hügel bei Sonnenauf- oder -untergang hinter ihm auf nahegelegene Wolken fällt, stellt sich ein auffallender Effekt ein: Der Schatten wird kolossal groß. Dies ist auf die Reflexion und Brechung des Lichts durch die kleinsten Wassertröpfchen im Nebel zurückzuführen. Das beschriebene Phänomen wird nach dem Gipfel im Harz in Deutschland "Brockengeist" genannt.
Trugbilder- ein optischer Effekt, der durch die Lichtbrechung beim Durchgang durch Luftschichten unterschiedlicher Dichte entsteht und sich in der Erscheinung eines virtuellen Bildes ausdrückt. Dabei können entfernte Objekte relativ zu ihrer tatsächlichen Position angehoben oder abgesenkt werden, sowie auch verzerrt werden und unregelmäßige, phantastische Formen annehmen. Fata Morganas werden oft in heißen Klimazonen wie über sandigen Ebenen gesehen. Niedrigere Fata Morganas sind üblich, wenn die entfernte, fast ebene Oberfläche der Wüste die Form annimmt offenes Wasser, besonders wenn sie von einer leichten Erhöhung aus betrachtet werden oder sich einfach über einer Schicht erhitzter Luft befinden. Diese Illusion tritt normalerweise auf einer beheizten Asphaltstraße auf, die weit vorn wie eine Wasseroberfläche aussieht. In Wirklichkeit ist diese Oberfläche ein Spiegelbild des Himmels. In diesem "Wasser" können unter Augenhöhe Gegenstände erscheinen, die normalerweise auf dem Kopf stehen. Über der erhitzten Landoberfläche bildet sich ein "Luftschichtkuchen", und die erdnächste Schicht ist die heißeste und so verdünnt, dass durch sie hindurchtretende Lichtwellen verzerrt werden, da ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit je nach Dichte des Mediums variiert. Obere Fata Morganas sind seltener und malerischer als untere. Entfernte Objekte (oft jenseits des Meereshorizonts) erscheinen kopfüber am Himmel, und manchmal erscheint darüber ein Live-Bild desselben Objekts. Dieses Phänomen ist typisch für kältere Regionen, insbesondere mit erheblicher Temperaturinversion, wenn sich eine wärmere Luftschicht über der kälteren befindet. Dieser optische Effekt manifestiert sich durch komplexe Ausbreitungsmuster der Front von Lichtwellen in Luftschichten mit inhomogener Dichte. Vor allem in den Polarregionen treten von Zeit zu Zeit sehr ungewöhnliche Fata Morganas auf. Wenn Fata Morgana an Land erscheinen, werden Bäume und andere Geländekomponenten invertiert. In allen Fällen sind die Objekte in den oberen Fata Morganas deutlicher zu sehen als in den unteren. Wenn die Grenze zweier Luftmassen eine vertikale Ebene ist, werden manchmal seitliche Fata Morgana beobachtet.
Lichter von Saint Elmo. Einige optische Phänomene in der Atmosphäre (z. B. Glühen und das häufigste meteorologische Phänomen - Blitze) sind elektrischer Natur. Viel seltener sind die Lichter von St. Elmo - leuchtende blassblaue oder violette Trauben mit einer Länge von 30 cm bis 1 m oder mehr, normalerweise an den Mastspitzen oder an den Enden der Werften von Schiffen auf hoher See. Manchmal scheint es, dass die gesamte Takelage des Schiffes mit Phosphor bedeckt ist und glüht. Die Lichter von St. Elmo erscheinen manchmal auf Berggipfeln sowie auf den Türmen und scharfen Ecken hoher Gebäude. Dieses Phänomen wird durch elektrische Bürstenentladungen an den Enden elektrischer Leiter dargestellt, wenn die elektrische Feldstärke in der sie umgebenden Atmosphäre stark erhöht wird. Eindringliche Lichter sind ein schwaches bläuliches oder grünliches Leuchten, das manchmal in Sümpfen, Friedhöfen und Krypten zu sehen ist. Sie sehen oft aus wie eine Kerzenflamme, die etwa 30 cm über dem Boden steht, ruhig brennt, keine Wärme abgibt und für einen Moment über dem Objekt schwebt. Das Licht scheint völlig schwer fassbar und wenn sich der Betrachter nähert, scheint es sich an einen anderen Ort zu bewegen. Ursache für dieses Phänomen ist die Zersetzung organischer Rückstände und die Selbstentzündung von Moorgas Methan (CH4) oder Phosphin (PH3). Wanderlichter haben unterschiedliche Formen, manchmal sogar kugelförmig. Grüner Strahl - ein Blitz aus smaragdgrünem Sonnenlicht in dem Moment, in dem der letzte Sonnenstrahl über dem Horizont verschwindet. Der rote Anteil des Sonnenlichts verschwindet zuerst, alle anderen - der Reihe nach danach, und der letzte ist smaragdgrün. Dieses Phänomen tritt nur auf, wenn nur der äußerste Rand der Sonnenscheibe über dem Horizont bleibt, ansonsten kommt es zu einer Farbmischung. Dämmerungsstrahlen sind divergente Sonnenstrahlen, die durch ihr Aufleuchten von Staub in den hohen Schichten der Atmosphäre sichtbar werden. Die Schatten der Wolken bilden dunkle Streifen und Strahlen breiten sich zwischen ihnen aus. Dieser Effekt tritt auf, wenn die Sonne vor Sonnenaufgang oder nach Sonnenuntergang tief über dem Horizont steht.