वायुमंडलीय परतों में तापमान कितना है? पृथ्वी के वायुमंडल की रासायनिक संरचना
क्षोभ मंडल
इसकी ऊपरी सीमा ध्रुवीय में 8-10 किमी, समशीतोष्ण में 10-12 किमी और उष्णकटिबंधीय अक्षांशों में 16-18 किमी की ऊंचाई पर है; गर्मियों की तुलना में सर्दियों में कम. वायुमंडल की निचली, मुख्य परत में वायुमंडलीय वायु के कुल द्रव्यमान का 80% से अधिक और वायुमंडल में मौजूद कुल जल वाष्प का लगभग 90% होता है। क्षोभमंडल में अशांति और संवहन अत्यधिक विकसित होते हैं, बादल उठते हैं, चक्रवात और प्रतिचक्रवात विकसित होते हैं। 0.65°/100 मीटर की औसत ऊर्ध्वाधर ढाल के साथ ऊंचाई बढ़ने के साथ तापमान घटता जाता है
ट्रोपोपॉज़
क्षोभमंडल से समतापमंडल तक संक्रमण परत, वायुमंडल की एक परत जिसमें ऊंचाई के साथ तापमान में कमी रुक जाती है।
स्ट्रैटोस्फियर
वायुमंडल की एक परत 11 से 50 किमी की ऊंचाई पर स्थित है। 11-25 किमी परत (समताप मंडल की निचली परत) में तापमान में मामूली बदलाव और 25-40 किमी परत में तापमान में -56.5 से 0.8 डिग्री सेल्सियस (समताप मंडल या व्युत्क्रम क्षेत्र की ऊपरी परत) में वृद्धि की विशेषता है। . लगभग 40 किमी की ऊंचाई पर लगभग 273 K (लगभग 0 डिग्री सेल्सियस) के मान तक पहुंचने के बाद, तापमान लगभग 55 किमी की ऊंचाई तक स्थिर रहता है। स्थिर तापमान के इस क्षेत्र को स्ट्रैटोपॉज़ कहा जाता है और यह समताप मंडल और मेसोस्फीयर के बीच की सीमा है।
स्ट्रैटोपॉज़
समतापमंडल और मध्यमंडल के बीच वायुमंडल की सीमा परत। ऊर्ध्वाधर तापमान वितरण में अधिकतम (लगभग 0 डिग्री सेल्सियस) होता है।
मीसोस्फीयर
मध्यमंडल 50 किमी की ऊंचाई से शुरू होता है और 80-90 किमी तक फैला होता है। (0.25-0.3)°/100 मीटर की औसत ऊर्ध्वाधर ढाल के साथ ऊंचाई के साथ तापमान घटता जाता है। मुख्य ऊर्जा प्रक्रिया उज्ज्वल गर्मी हस्तांतरण है। मुक्त कणों, कंपन से उत्तेजित अणुओं आदि से जुड़ी जटिल फोटोकैमिकल प्रक्रियाएं वायुमंडलीय चमक का कारण बनती हैं।
मेसोपॉज़
मेसोस्फीयर और थर्मोस्फीयर के बीच संक्रमणकालीन परत। ऊर्ध्वाधर तापमान वितरण में न्यूनतम (लगभग -90 डिग्री सेल्सियस) है।
कर्मन रेखा
समुद्र तल से ऊँचाई, जिसे पारंपरिक रूप से पृथ्वी के वायुमंडल और अंतरिक्ष के बीच की सीमा के रूप में स्वीकार किया जाता है। कर्मन रेखा समुद्र तल से 100 किमी की ऊंचाई पर स्थित है।
पृथ्वी के वायुमंडल की सीमा
बाह्य वायुमंडल
ऊपरी सीमा लगभग 800 किमी है। तापमान 200-300 किमी की ऊंचाई तक बढ़ जाता है, जहां यह 1500 K के क्रम के मान तक पहुंच जाता है, जिसके बाद यह उच्च ऊंचाई पर लगभग स्थिर रहता है। पराबैंगनी और एक्स-रे सौर विकिरण और ब्रह्मांडीय विकिरण के प्रभाव में, हवा का आयनीकरण ("ऑरोरा") होता है - आयनमंडल के मुख्य क्षेत्र थर्मोस्फीयर के अंदर स्थित होते हैं। 300 किमी से अधिक की ऊंचाई पर, परमाणु ऑक्सीजन प्रबल होता है। थर्मोस्फीयर की ऊपरी सीमा काफी हद तक सूर्य की वर्तमान गतिविधि से निर्धारित होती है। कम गतिविधि की अवधि के दौरान, इस परत के आकार में उल्लेखनीय कमी आती है।
थर्मोपॉज़
वायुमंडल का क्षेत्र थर्मोस्फीयर से सटा हुआ है। इस क्षेत्र में, सौर विकिरण का अवशोषण नगण्य है और तापमान वास्तव में ऊंचाई के साथ नहीं बदलता है।
बाह्यमंडल (प्रकीर्णन क्षेत्र)
120 किमी की ऊँचाई तक वायुमंडलीय परतें
बाह्यमंडल एक फैलाव क्षेत्र है, थर्मोस्फीयर का बाहरी भाग, 700 किमी से ऊपर स्थित है। बाह्यमंडल में गैस बहुत दुर्लभ है, और यहां से इसके कण अंतरग्रहीय अंतरिक्ष (अपव्यय) में लीक हो जाते हैं।
100 किमी की ऊँचाई तक, वायुमंडल गैसों का एक सजातीय, अच्छी तरह मिश्रित मिश्रण है। उच्च परतों में, ऊँचाई के अनुसार गैसों का वितरण उनके आणविक भार पर निर्भर करता है; भारी गैसों की सांद्रता पृथ्वी की सतह से दूरी के साथ तेजी से घटती है। गैस घनत्व में कमी के कारण, समताप मंडल में तापमान 0°C से मध्यमंडल में -110°C तक गिर जाता है। हालाँकि, 200-250 किमी की ऊंचाई पर व्यक्तिगत कणों की गतिज ऊर्जा ~150 डिग्री सेल्सियस के तापमान से मेल खाती है। 200 किमी से ऊपर, समय और स्थान में तापमान और गैस घनत्व में महत्वपूर्ण उतार-चढ़ाव देखा जाता है।
लगभग 2000-3500 किमी की ऊंचाई पर, बाह्यमंडल धीरे-धीरे तथाकथित निकट-अंतरिक्ष निर्वात में बदल जाता है, जो अंतरग्रहीय गैस के अत्यधिक दुर्लभ कणों, मुख्य रूप से हाइड्रोजन परमाणुओं से भरा होता है। लेकिन यह गैस अंतरग्रहीय पदार्थ के केवल एक भाग का प्रतिनिधित्व करती है। दूसरे भाग में हास्य और उल्कापिंड मूल के धूल के कण होते हैं। अत्यंत दुर्लभ धूल कणों के अलावा, सौर और गैलेक्टिक मूल के विद्युत चुम्बकीय और कणिका विकिरण इस अंतरिक्ष में प्रवेश करते हैं।
क्षोभमंडल वायुमंडल के द्रव्यमान का लगभग 80% है, समतापमंडल - लगभग 20%; मेसोस्फीयर का द्रव्यमान 0.3% से अधिक नहीं है, थर्मोस्फीयर वायुमंडल के कुल द्रव्यमान का 0.05% से कम है। वायुमंडल में विद्युत गुणों के आधार पर, न्यूट्रोनोस्फीयर और आयनोस्फीयर को प्रतिष्ठित किया जाता है। वर्तमान में यह माना जाता है कि वायुमंडल 2000-3000 किमी की ऊंचाई तक फैला हुआ है।
वायुमंडल में गैस की संरचना के आधार पर, होमोस्फीयर और हेटरोस्फियर को प्रतिष्ठित किया जाता है। हेटेरोस्फीयर एक ऐसा क्षेत्र है जहां गुरुत्वाकर्षण गैसों के पृथक्करण को प्रभावित करता है, क्योंकि इतनी ऊंचाई पर उनका मिश्रण नगण्य होता है। इसका तात्पर्य विषममंडल की परिवर्तनशील संरचना से है। इसके नीचे वायुमंडल का एक अच्छी तरह से मिश्रित, सजातीय भाग स्थित है जिसे होमोस्फीयर कहा जाता है। इन परतों के बीच की सीमा को टर्बोपॉज़ कहा जाता है; यह लगभग 120 किमी की ऊंचाई पर स्थित है।
पृथ्वी के निर्माण के साथ ही वायुमंडल का निर्माण शुरू हुआ। ग्रह के विकास के दौरान और जैसे-जैसे इसके पैरामीटर आधुनिक मूल्यों के करीब आए, इसकी रासायनिक संरचना और भौतिक गुणों में मौलिक रूप से गुणात्मक परिवर्तन हुए। विकासवादी मॉडल के अनुसार, प्रारंभिक अवस्था में पृथ्वी पिघली हुई अवस्था में थी और लगभग 4.5 अरब वर्ष पहले एक ठोस पिंड के रूप में बनी थी। इस मील के पत्थर को भूवैज्ञानिक कालक्रम की शुरुआत के रूप में लिया जाता है। उसी समय से वायुमंडल का धीमी गति से विकास शुरू हुआ। कुछ भूवैज्ञानिक प्रक्रियाएं (उदाहरण के लिए, ज्वालामुखी विस्फोट के दौरान लावा का बाहर निकलना) पृथ्वी के आंत्र से गैसों की रिहाई के साथ थीं। उनमें नाइट्रोजन, अमोनिया, मीथेन, जल वाष्प, सीओ ऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड सीओ 2 शामिल थे। सौर पराबैंगनी विकिरण के प्रभाव में, जल वाष्प हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विघटित हो गया, लेकिन जारी ऑक्सीजन ने कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करके कार्बन डाइऑक्साइड बनाया। अमोनिया नाइट्रोजन और हाइड्रोजन में विघटित हो गया। प्रसार की प्रक्रिया के दौरान, हाइड्रोजन ऊपर की ओर बढ़ी और वायुमंडल छोड़ दिया, और भारी नाइट्रोजन वाष्पित नहीं हो सका और धीरे-धीरे जमा हो गया, मुख्य घटक बन गया, हालांकि इसका कुछ हिस्सा रासायनिक प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप अणुओं में बंध गया था ( सेमी. वायुमंडल का रसायन शास्त्र)। पराबैंगनी किरणों और विद्युत निर्वहन के प्रभाव में, पृथ्वी के मूल वायुमंडल में मौजूद गैसों का मिश्रण रासायनिक प्रतिक्रियाओं में प्रवेश कर गया, जिसके परिणामस्वरूप कार्बनिक पदार्थों, विशेष रूप से अमीनो एसिड का निर्माण हुआ। आदिम पौधों के आगमन के साथ, ऑक्सीजन की रिहाई के साथ, प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया शुरू हुई। यह गैस, विशेषकर वायुमंडल की ऊपरी परतों में फैलने के बाद, इसकी निचली परतों और पृथ्वी की सतह को जीवन-घातक पराबैंगनी और एक्स-रे विकिरण से बचाने लगी। सैद्धांतिक अनुमानों के अनुसार, अब की तुलना में 25,000 गुना कम ऑक्सीजन सामग्री, अब की तुलना में केवल आधी सांद्रता के साथ ओजोन परत के निर्माण का कारण बन सकती है। हालाँकि, यह पहले से ही पराबैंगनी किरणों के विनाशकारी प्रभावों से जीवों की बहुत महत्वपूर्ण सुरक्षा प्रदान करने के लिए पर्याप्त है।
यह संभावना है कि प्राथमिक वातावरण में बहुत अधिक कार्बन डाइऑक्साइड थी। इसका उपयोग प्रकाश संश्लेषण के दौरान किया गया था, और पौधे की दुनिया के विकास के साथ-साथ कुछ भूवैज्ञानिक प्रक्रियाओं के दौरान अवशोषण के कारण इसकी सांद्रता कम हो गई होगी। क्योंकि ग्रीनहाउस प्रभाववायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड की उपस्थिति से संबंधित, इसकी सांद्रता में उतार-चढ़ाव पृथ्वी के इतिहास में इतने बड़े पैमाने पर जलवायु परिवर्तन के महत्वपूर्ण कारणों में से एक है। हिम युगों.
आधुनिक वायुमंडल में मौजूद हीलियम अधिकतर यूरेनियम, थोरियम और रेडियम के रेडियोधर्मी क्षय का उत्पाद है। ये रेडियोधर्मी तत्व कण उत्सर्जित करते हैं, जो हीलियम परमाणुओं के नाभिक होते हैं। चूँकि रेडियोधर्मी क्षय के दौरान विद्युत आवेश न तो बनता है और न ही नष्ट होता है, प्रत्येक ए-कण के निर्माण के साथ दो इलेक्ट्रॉन प्रकट होते हैं, जो ए-कणों के साथ पुनः संयोजित होकर तटस्थ हीलियम परमाणु बनाते हैं। रेडियोधर्मी तत्व चट्टानों में बिखरे हुए खनिजों में निहित होते हैं, इसलिए रेडियोधर्मी क्षय के परिणामस्वरूप बनने वाले हीलियम का एक महत्वपूर्ण हिस्सा उनमें बना रहता है, जो बहुत धीरे-धीरे वायुमंडल में निकल जाता है। हीलियम की एक निश्चित मात्रा विसरण के कारण बाह्यमंडल में ऊपर की ओर उठती है, लेकिन पृथ्वी की सतह से निरंतर प्रवाह के कारण वायुमंडल में इस गैस की मात्रा लगभग अपरिवर्तित रहती है। तारों के प्रकाश के वर्णक्रमीय विश्लेषण और उल्कापिंडों के अध्ययन के आधार पर, ब्रह्मांड में विभिन्न रासायनिक तत्वों की सापेक्ष प्रचुरता का अनुमान लगाना संभव है। अंतरिक्ष में नियॉन की सांद्रता पृथ्वी की तुलना में लगभग दस अरब गुना अधिक है, क्रिप्टन - दस मिलियन गुना, और क्सीनन - एक लाख गुना। इससे पता चलता है कि इन अक्रिय गैसों की सांद्रता, जो स्पष्ट रूप से शुरू में पृथ्वी के वायुमंडल में मौजूद थी और रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान फिर से नहीं भरी गई थी, बहुत कम हो गई, शायद पृथ्वी के प्राथमिक वायुमंडल के नुकसान के चरण में भी। एक अपवाद अक्रिय गैस आर्गन है, क्योंकि 40 Ar आइसोटोप के रूप में यह अभी भी पोटेशियम आइसोटोप के रेडियोधर्मी क्षय के दौरान बनता है।
बैरोमीटर का दबाव वितरण.
वायुमंडलीय गैसों का कुल वजन लगभग 4.5 · 10 15 टन है। इस प्रकार, प्रति इकाई क्षेत्र में वायुमंडल का "वजन", या समुद्र तल पर वायुमंडलीय दबाव, लगभग 11 टी/एम 2 = 1.1 किग्रा/सेमी 2 है। पी 0 = 1033.23 ग्राम/सेमी 2 = 1013.250 एमबार = 760 मिमी एचजी के बराबर दबाव। कला। = 1 एटीएम, मानक औसत वायुमंडलीय दबाव के रूप में लिया गया। हाइड्रोस्टैटिक संतुलन की स्थिति में वायुमंडल के लिए हमारे पास है: डी पी= -आरजीडी एच, इसका मतलब है कि ऊंचाई के अंतराल में से एचपहले एच+ डी एचघटित होना वायुमंडलीय दबाव में परिवर्तन के बीच समानता d पीऔर इकाई क्षेत्र, घनत्व आर और मोटाई डी के साथ वायुमंडल के संबंधित तत्व का वजन एच।दबाव के बीच एक रिश्ते के रूप में आरऔर तापमान टीघनत्व r के साथ एक आदर्श गैस की स्थिति का समीकरण, जो पृथ्वी के वायुमंडल पर काफी लागू होता है, का उपयोग किया जाता है: पी= आर आर टी/m, जहां m आणविक भार है, और R = 8.3 J/(K mol) सार्वभौमिक गैस स्थिरांक है। फिर डी लॉग करें पी= – (एम जी/आरटी)डी एच= – बी.डी एच=-डी एच/एच, जहां दबाव प्रवणता लघुगणकीय पैमाने पर है। इसके व्युत्क्रम मान H को वायुमंडलीय ऊँचाई पैमाना कहा जाता है।
इज़ोटेर्माल वातावरण के लिए इस समीकरण को एकीकृत करते समय ( टी= स्थिरांक) या इसके भाग के लिए जहां ऐसा सन्निकटन अनुमेय है, ऊंचाई के साथ दबाव वितरण का बैरोमीटर का नियम प्राप्त होता है: पी = पी 0 क्स्प(- एच/एच 0), जहां ऊंचाई का संदर्भ है एचसमुद्र तल से उत्पादित, जहां मानक माध्य दबाव है पी 0 . अभिव्यक्ति एच 0 = आर टी/ मिलीग्राम, को ऊंचाई पैमाना कहा जाता है, जो वायुमंडल की सीमा को दर्शाता है, बशर्ते कि इसमें तापमान हर जगह समान हो (आइसोथर्मल वातावरण)। यदि वातावरण इज़ोटेर्मल नहीं है, तो एकीकरण को ऊंचाई और पैरामीटर के साथ तापमान में परिवर्तन को ध्यान में रखना चाहिए एन- वायुमंडलीय परतों की कुछ स्थानीय विशेषताएं, उनके तापमान और पर्यावरण के गुणों पर निर्भर करती हैं।
मानक वातावरण.
वायुमंडल के आधार पर मानक दबाव के अनुरूप मॉडल (मुख्य मापदंडों के मूल्यों की तालिका)। आर 0 और रासायनिक संरचना को मानक वायुमंडल कहा जाता है। अधिक सटीक रूप से, यह वायुमंडल का एक सशर्त मॉडल है, जिसके लिए समुद्र तल से 2 किमी नीचे से पृथ्वी के वायुमंडल की बाहरी सीमा तक की ऊंचाई पर तापमान, दबाव, घनत्व, चिपचिपाहट और हवा की अन्य विशेषताओं के औसत मान निर्दिष्ट किए जाते हैं। अक्षांश 45° 32ў 33І के लिए। सभी ऊंचाई पर मध्य वायुमंडल के मापदंडों की गणना एक आदर्श गैस की स्थिति के समीकरण और बैरोमीटर के नियम का उपयोग करके की गई थी यह मानते हुए कि समुद्र तल पर दबाव 1013.25 hPa (760 मिमी Hg) है और तापमान 288.15 K (15.0 डिग्री सेल्सियस) है। ऊर्ध्वाधर तापमान वितरण की प्रकृति के अनुसार, औसत वायुमंडल में कई परतें होती हैं, जिनमें से प्रत्येक में तापमान ऊंचाई के एक रैखिक कार्य द्वारा अनुमानित होता है। सबसे निचली परत - क्षोभमंडल (h Ј 11 किमी) में प्रत्येक किलोमीटर की वृद्धि के साथ तापमान 6.5 डिग्री सेल्सियस गिर जाता है। उच्च ऊंचाई पर, ऊर्ध्वाधर तापमान प्रवणता का मान और संकेत परत दर परत बदलता रहता है। 790 किमी से ऊपर तापमान लगभग 1000 K है और व्यावहारिक रूप से ऊंचाई के साथ इसमें कोई बदलाव नहीं होता है।
मानक वातावरण एक समय-समय पर अद्यतन, वैध मानक है, जिसे तालिकाओं के रूप में जारी किया जाता है।
| तालिका नंबर एक। पृथ्वी के वायुमंडल का मानक मॉडल. तालिका दर्शाती है: एच- समुद्र तल से ऊँचाई, आर- दबाव, टी- तापमान, आर - घनत्व, एन- प्रति इकाई आयतन में अणुओं या परमाणुओं की संख्या, एच– ऊंचाई का पैमाना, एल- मुक्त पथ की लंबाई. रॉकेट डेटा से प्राप्त 80-250 किमी की ऊंचाई पर दबाव और तापमान का मान कम होता है। एक्सट्रपलेशन द्वारा प्राप्त 250 किमी से अधिक की ऊंचाई के मान बहुत सटीक नहीं हैं। | ||||||
| एच(किमी) | पी(एमबार) | टी(डिग्री सेल्सियस) | आर (जी/सेमी 3) | एन(सेमी -3) | एच(किमी) | एल(सेमी) |
| 0 | 1013 | 288 | 1.22 10-3 | 2.55 10 19 | 8,4 | 7.4·10 –6 |
| 1 | 899 | 281 | 1.11·10 –3 | 2.31 10 19 | 8.1·10 –6 | |
| 2 | 795 | 275 | 1.01·10 –3 | 2.10 10 19 | 8.9·10 –6 | |
| 3 | 701 | 268 | 9.1·10 –4 | 1.89 10 19 | 9.9·10 –6 | |
| 4 | 616 | 262 | 8.2·10 –4 | 1.70 10 19 | 1.1·10 –5 | |
| 5 | 540 | 255 | 7.4·10 –4 | 1.53 10 19 | 7,7 | 1.2·10 –5 |
| 6 | 472 | 249 | 6.6·10 –4 | 1.37 10 19 | 1.4·10 –5 | |
| 8 | 356 | 236 | 5.2·10 -4 | 1.09 10 19 | 1.7·10 –5 | |
| 10 | 264 | 223 | 4.1·10 –4 | 8.6 10 18 | 6,6 | 2.2·10 –5 |
| 15 | 121 | 214 | 1.93·10 –4 | 4.0 10 18 | 4.6·10 –5 | |
| 20 | 56 | 214 | 8.9·10 –5 | 1.85 10 18 | 6,3 | 1.0·10 –4 |
| 30 | 12 | 225 | 1.9·10 –5 | 3.9 10 17 | 6,7 | 4.8·10 –4 |
| 40 | 2,9 | 268 | 3.9·10 –6 | 7.6 10 16 | 7,9 | 2.4·10 –3 |
| 50 | 0,97 | 276 | 1.15·10 –6 | 2.4 10 16 | 8,1 | 8.5·10 –3 |
| 60 | 0,28 | 260 | 3.9·10 –7 | 7.7 10 15 | 7,6 | 0,025 |
| 70 | 0,08 | 219 | 1.1·10 –7 | 2.5 10 15 | 6,5 | 0,09 |
| 80 | 0,014 | 205 | 2.7·10-8 | 5.0 10 14 | 6,1 | 0,41 |
| 90 | 2.8·10 –3 | 210 | 5.0·10 –9 | 9·10 13 | 6,5 | 2,1 |
| 100 | 5.8·10 –4 | 230 | 8.8·10 –10 | 1.8 10 13 | 7,4 | 9 |
| 110 | 1.7·10 –4 | 260 | 2.1·10 –10 | 5.4 10 12 | 8,5 | 40 |
| 120 | 6·10-5 | 300 | 5.6·10-11 | 1.8 10 12 | 10,0 | 130 |
| 150 | 5·10 –6 | 450 | 3.2·10-12 | 9 10 10 | 15 | 1.8 10 3 |
| 200 | 5·10 –7 | 700 | 1.6·10-13 | 5 10 9 | 25 | 3 10 4 |
| 250 | 9·10-8 | 800 | 3·10-14 | 8 10 8 | 40 | 3·10 5 |
| 300 | 4·10-8 | 900 | 8·10-15 | 3 10 8 | 50 | |
| 400 | 8·10-9 | 1000 | 1·10-15 | 5 10 7 | 60 | |
| 500 | 2·10 –9 | 1000 | 2·10-16 | 1·10 7 | 70 | |
| 700 | 2·10 –10 | 1000 | 2·10-17 | 1 10 6 | 80 | |
| 1000 | 1·10-11 | 1000 | 1·10-18 | 1·10 5 | 80 | |
क्षोभ मंडल।
वायुमंडल की सबसे निचली और सबसे घनी परत, जिसमें ऊंचाई के साथ तापमान तेजी से घटता है, क्षोभमंडल कहलाती है। इसमें वायुमंडल के कुल द्रव्यमान का 80% तक शामिल है और यह ध्रुवीय और मध्य अक्षांशों में 8-10 किमी की ऊंचाई तक और उष्णकटिबंधीय में 16-18 किमी तक फैला हुआ है। लगभग सभी मौसम-निर्माण प्रक्रियाएं यहां विकसित होती हैं, पृथ्वी और उसके वायुमंडल के बीच गर्मी और नमी का आदान-प्रदान होता है, बादल बनते हैं, विभिन्न मौसम संबंधी घटनाएं होती हैं, कोहरा और वर्षा होती है। पृथ्वी के वायुमंडल की ये परतें संवहनी संतुलन में हैं और, सक्रिय मिश्रण के कारण, एक सजातीय रासायनिक संरचना होती है, जिसमें मुख्य रूप से आणविक नाइट्रोजन (78%) और ऑक्सीजन (21%) शामिल हैं। प्राकृतिक और मानव निर्मित एरोसोल और गैस वायु प्रदूषकों का विशाल बहुमत क्षोभमंडल में केंद्रित है। 2 किमी तक मोटे क्षोभमंडल के निचले हिस्से की गतिशीलता, पृथ्वी की अंतर्निहित सतह के गुणों पर दृढ़ता से निर्भर करती है, जो गर्म भूमि से गर्मी के हस्तांतरण के कारण हवा (हवाओं) के क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर आंदोलनों को निर्धारित करती है। पृथ्वी की सतह के अवरक्त विकिरण के माध्यम से, जो क्षोभमंडल में मुख्य रूप से वाष्प पानी और कार्बन डाइऑक्साइड (ग्रीनहाउस प्रभाव) द्वारा अवशोषित होता है। ऊंचाई के साथ तापमान वितरण अशांत और संवहन मिश्रण के परिणामस्वरूप स्थापित होता है। औसतन, यह लगभग 6.5 K/km की ऊंचाई के साथ तापमान में गिरावट से मेल खाता है।
सतह की सीमा परत में हवा की गति शुरू में ऊंचाई के साथ तेजी से बढ़ती है, और इसके ऊपर 2-3 किमी/सेकेंड प्रति किलोमीटर की वृद्धि जारी रहती है। कभी-कभी संकीर्ण ग्रह प्रवाह (30 किमी/सेकंड से अधिक की गति के साथ) क्षोभमंडल में, मध्य अक्षांशों में पश्चिमी और भूमध्य रेखा के पास पूर्वी में दिखाई देते हैं। इन्हें जेट स्ट्रीम कहा जाता है।
ट्रोपोपॉज़।
क्षोभमंडल (ट्रोपोपॉज़) की ऊपरी सीमा पर, तापमान निचले वायुमंडल के लिए अपने न्यूनतम मूल्य तक पहुँच जाता है। यह क्षोभमंडल और उसके ऊपर स्थित समतापमंडल के बीच की संक्रमण परत है। ट्रोपोपॉज़ की मोटाई सैकड़ों मीटर से लेकर 1.5-2 किमी तक होती है, और तापमान और ऊंचाई क्रमशः अक्षांश और मौसम के आधार पर 190 से 220 K और 8 से 18 किमी तक होती है। शीतोष्ण और उच्च अक्षांशों में सर्दियों में यह गर्मियों की तुलना में 1-2 किमी कम और 8-15 K अधिक गर्म होता है। उष्ण कटिबंध में, मौसमी परिवर्तन बहुत कम होते हैं (ऊंचाई 16-18 किमी, तापमान 180-200 K)। ऊपर जेट धाराएंट्रोपोपॉज़ ब्रेक संभव हैं।
पृथ्वी के वायुमंडल में जल.
पृथ्वी के वायुमंडल की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता जल वाष्प और बूंदों के रूप में पानी की महत्वपूर्ण मात्रा की उपस्थिति है, जो बादलों और बादल संरचनाओं के रूप में सबसे आसानी से देखी जाती है। आकाश में बादल छाने की डिग्री (एक निश्चित क्षण में या औसतन एक निश्चित अवधि में), 10 के पैमाने पर या प्रतिशत के रूप में व्यक्त की जाती है, जिसे बादल कहा जाता है। बादलों का आकार अंतर्राष्ट्रीय वर्गीकरण के अनुसार निर्धारित होता है। औसतन, बादल दुनिया के लगभग आधे हिस्से को कवर करते हैं। बादल छाना मौसम और जलवायु को दर्शाने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है। सर्दियों में और रात में, बादल पृथ्वी की सतह और हवा की जमीनी परत के तापमान में कमी को रोकते हैं; गर्मियों में और दिन के दौरान, यह सूर्य की किरणों द्वारा पृथ्वी की सतह के गर्म होने को कमजोर करता है, जिससे महाद्वीपों के अंदर की जलवायु नरम हो जाती है। .
बादल.
बादल वायुमंडल में निलंबित पानी की बूंदों (पानी के बादल), बर्फ के क्रिस्टल (बर्फ के बादल), या दोनों एक साथ (मिश्रित बादल) का संचय हैं। जैसे-जैसे बूंदें और क्रिस्टल बड़े होते जाते हैं, वे वर्षा के रूप में बादलों से बाहर गिरते हैं। बादल मुख्यतः क्षोभमंडल में बनते हैं। वे हवा में निहित जलवाष्प के संघनन के परिणामस्वरूप उत्पन्न होते हैं। बादल की बूंदों का व्यास कई माइक्रोन के क्रम पर होता है। बादलों में तरल पानी की मात्रा अंश से लेकर कई ग्राम प्रति घन मीटर तक होती है। बादलों को ऊंचाई के आधार पर पहचाना जाता है: अंतरराष्ट्रीय वर्गीकरण के अनुसार, 10 प्रकार के बादल होते हैं: सिरस, सिरोक्यूम्यलस, सिरोस्ट्रेटस, अल्टोक्यूम्यलस, अल्टोस्ट्रेटस, निंबोस्ट्रेटस, स्ट्रेटस, स्ट्रैटोक्यूम्यलस, क्यूम्यलोनिंबस, क्यूम्यलस।
समतापमंडल में मोती जैसे बादल भी देखे जाते हैं, और मध्यमंडल में रात्रिचर बादल भी देखे जाते हैं।
सिरस बादल पतले सफेद धागों या रेशमी चमक वाले घूंघट के रूप में पारदर्शी बादल होते हैं जो छाया प्रदान नहीं करते हैं। सिरस बादल बर्फ के क्रिस्टल से बने होते हैं और ऊपरी क्षोभमंडल में बहुत कम तापमान पर बनते हैं। कुछ प्रकार के सिरस बादल मौसम परिवर्तन के अग्रदूत के रूप में कार्य करते हैं।
सिरोक्यूम्यलस बादल ऊपरी क्षोभमंडल में पतले सफेद बादलों की लकीरें या परतें हैं। सिरोक्यूम्यलस बादल छोटे तत्वों से निर्मित होते हैं जो गुच्छे, लहर, छाया के बिना छोटी गेंदों की तरह दिखते हैं और मुख्य रूप से बर्फ के क्रिस्टल से बने होते हैं।
सिरोस्ट्रेटस बादल ऊपरी क्षोभमंडल में एक सफेद पारभासी आवरण होते हैं, जो आमतौर पर रेशेदार होते हैं, कभी-कभी धुंधले होते हैं, जिनमें छोटे सुई के आकार या स्तंभ के आकार के बर्फ के क्रिस्टल होते हैं।
आल्टोक्यूम्यलस बादल क्षोभमंडल की निचली और मध्य परतों में सफेद, भूरे या सफेद-भूरे रंग के बादल होते हैं। आल्टोक्यूम्यलस बादलों में परतों और लकीरों की उपस्थिति होती है, जैसे कि प्लेटों, गोल द्रव्यमान, शाफ्ट, एक दूसरे के ऊपर पड़े गुच्छे से निर्मित होते हैं। आल्टोक्यूम्यलस बादल तीव्र संवहन गतिविधि के दौरान बनते हैं और आमतौर पर सुपरकूल पानी की बूंदों से बने होते हैं।
आल्टोस्ट्रेटस बादल रेशेदार या एक समान संरचना वाले भूरे या नीले रंग के बादल होते हैं। आल्टोस्ट्रेटस बादल मध्य क्षोभमंडल में देखे जाते हैं, जो ऊंचाई में कई किलोमीटर और कभी-कभी क्षैतिज दिशा में हजारों किलोमीटर तक फैले होते हैं। आमतौर पर, अल्टोस्ट्रेटस बादल वायु द्रव्यमान के ऊपर की ओर गति से जुड़े ललाट बादल प्रणालियों का हिस्सा होते हैं।
निंबोस्ट्रेटस बादल एक समान भूरे रंग के बादलों की एक निचली (2 किमी और ऊपर से) अनाकार परत हैं, जो लगातार बारिश या बर्फ को जन्म देती है। निंबोस्ट्रेटस बादल लंबवत (कई किमी तक) और क्षैतिज रूप से (कई हजार किमी तक) अत्यधिक विकसित होते हैं, जिनमें बर्फ के टुकड़ों के साथ मिश्रित सुपरकूल पानी की बूंदें होती हैं, जो आमतौर पर वायुमंडलीय मोर्चों से जुड़ी होती हैं।
स्ट्रैटस बादल निश्चित रूपरेखा के बिना एक सजातीय परत के रूप में निचले स्तर के बादल होते हैं, जिनका रंग ग्रे होता है। पृथ्वी की सतह से ऊपर स्ट्रैटस बादलों की ऊंचाई 0.5-2 किमी है। कभी-कभी स्तरित बादलों से बूंदाबांदी होती है।
क्यूम्यलस बादल दिन के दौरान महत्वपूर्ण ऊर्ध्वाधर विकास (5 किमी या अधिक तक) के साथ घने, चमकीले सफेद बादल होते हैं। क्यूम्यलस बादलों के ऊपरी भाग गोल रूपरेखा वाले गुंबदों या टावरों जैसे दिखते हैं। आमतौर पर, क्यूम्यलस बादल ठंडी वायुराशियों में संवहन बादलों के रूप में उत्पन्न होते हैं।
स्ट्रैटोक्यूम्यलस बादल भूरे या सफेद गैर-रेशेदार परतों या गोल बड़े ब्लॉकों की लकीरों के रूप में निचले (2 किमी से नीचे) बादल होते हैं। स्ट्रैटोक्यूम्यलस बादलों की ऊर्ध्वाधर मोटाई छोटी होती है। कभी-कभी, स्ट्रैटोक्यूम्यलस बादल हल्की वर्षा उत्पन्न करते हैं।
क्यूम्यलोनिम्बस बादल मजबूत ऊर्ध्वाधर विकास (14 किमी की ऊंचाई तक) वाले शक्तिशाली और घने बादल हैं, जो गरज, ओले और तूफ़ान के साथ भारी वर्षा करते हैं। क्यूम्यलोनिम्बस बादल शक्तिशाली क्यूम्यलस बादलों से विकसित होते हैं, जो बर्फ के क्रिस्टल से बने ऊपरी भाग में उनसे भिन्न होते हैं।
समतापमंडल।
ट्रोपोपॉज़ के माध्यम से, औसतन 12 से 50 किमी की ऊंचाई पर, क्षोभमंडल समतापमंडल में गुजरता है। निचले हिस्से में, लगभग 10 किमी तक, यानी। लगभग 20 किमी की ऊंचाई तक, यह इज़ोटेर्माल (तापमान लगभग 220 K) है। फिर यह ऊंचाई के साथ बढ़ता है, 50-55 किमी की ऊंचाई पर अधिकतम 270 K तक पहुंचता है। यहां समतापमंडल और उसके ऊपर स्थित मध्यमंडल के बीच की सीमा है, जिसे स्ट्रैटोपॉज़ कहा जाता है। .
समताप मंडल में जलवाष्प काफी कम है। फिर भी, कभी-कभी पतले पारभासी मोती जैसे बादल देखे जाते हैं, जो कभी-कभी 20-30 किमी की ऊंचाई पर समताप मंडल में दिखाई देते हैं। सूर्यास्त के बाद और सूर्योदय से पहले काले आकाश में मोती जैसे बादल दिखाई देते हैं। आकार में, नैक्रियस बादल सिरस और सिरोक्यूम्यलस बादलों से मिलते जुलते हैं।
मध्य वायुमंडल (मेसोस्फीयर)।
लगभग 50 किमी की ऊंचाई पर, मेसोस्फीयर व्यापक तापमान अधिकतम के शिखर से शुरू होता है . इसका कारण इस अधिकतम क्षेत्र में तापमान का बढ़ना है ओजोन अपघटन की एक एक्ज़ोथिर्मिक (यानी गर्मी की रिहाई के साथ) फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया है: O 3 + एचवी® O 2 + O. ओजोन आणविक ऑक्सीजन O 2 के फोटोकैमिकल अपघटन के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है
ओ 2+ एचवी® O + O और किसी तीसरे अणु M के साथ ऑक्सीजन परमाणु और अणु की ट्रिपल टक्कर की बाद की प्रतिक्रिया।
ओ + ओ 2 + एम ® ओ 3 + एम
ओजोन 2000 से 3000 Å तक के क्षेत्र में पराबैंगनी विकिरण को तेजी से अवशोषित करता है, और यह विकिरण वातावरण को गर्म करता है। ऊपरी वायुमंडल में स्थित ओजोन एक प्रकार की ढाल के रूप में कार्य करती है जो हमें सूर्य से पराबैंगनी विकिरण के प्रभाव से बचाती है। इस ढाल के बिना, पृथ्वी पर आधुनिक स्वरूप में जीवन का विकास शायद ही संभव हो पाता।
सामान्य तौर पर, पूरे मध्यमंडल में, मध्यमंडल की ऊपरी सीमा (जिसे मेसोपॉज कहा जाता है, ऊंचाई लगभग 80 किमी) पर वायुमंडलीय तापमान अपने न्यूनतम मान लगभग 180 K तक कम हो जाता है। मेसोपॉज़ के आसपास, 70-90 किमी की ऊंचाई पर, बर्फ के क्रिस्टल और ज्वालामुखी और उल्कापिंड धूल के कणों की एक बहुत पतली परत दिखाई दे सकती है, जो रात के बादलों के एक सुंदर दृश्य के रूप में देखी जा सकती है। सूर्यास्त के तुरंत बाद.
मध्यमंडल में छोटे ठोस उल्कापिंड कण जो पृथ्वी पर गिरते हैं, जिससे उल्कापिंड की घटना होती है, अधिकतर जल जाते हैं।
उल्काएँ, उल्कापिंड और आग के गोले।
पृथ्वी के ऊपरी वायुमंडल में 11 किमी/सेकंड या उससे अधिक की गति से ठोस ब्रह्मांडीय कणों या पिंडों के घुसपैठ के कारण होने वाली ज्वाला और अन्य घटनाओं को उल्कापिंड कहा जाता है। एक अवलोकनीय उज्ज्वल उल्का निशान दिखाई देता है; सबसे शक्तिशाली घटना, जो अक्सर उल्कापिंडों के गिरने के साथ होती है, कहलाती है आग के गोले; उल्काओं का दिखना उल्कापात से जुड़ा है।
उल्का बौछार:
1) एक दीप्तिमान से कई घंटों या दिनों में उल्काओं के कई बार गिरने की घटना।
2) सूर्य के चारों ओर एक ही कक्षा में घूमते उल्कापिंडों का झुंड।
आकाश के एक निश्चित क्षेत्र में और वर्ष के कुछ दिनों में उल्काओं की व्यवस्थित उपस्थिति, लगभग समान और समान रूप से निर्देशित गति से चलने वाले कई उल्का पिंडों की सामान्य कक्षा के साथ पृथ्वी की कक्षा के प्रतिच्छेदन के कारण होती है। जिससे आकाश में उनके पथ एक उभयनिष्ठ बिंदु (दीप्तिमान) से निकलते हुए प्रतीत होते हैं। इनका नाम उस नक्षत्र के नाम पर रखा गया है जहां दीप्तिमान स्थित है।
उल्कापात अपने प्रकाश प्रभाव से गहरी छाप छोड़ते हैं, लेकिन अलग-अलग उल्कापात कम ही दिखाई देते हैं। अदृश्य उल्काएं बहुत अधिक संख्या में होती हैं, जो वायुमंडल में अवशोषित होने पर दिखाई देने के लिए बहुत छोटी होती हैं। कुछ सबसे छोटे उल्कापिंड संभवतः बिल्कुल भी गर्म नहीं होते हैं, बल्कि केवल वायुमंडल द्वारा पकड़ लिए जाते हैं। कुछ मिलीमीटर से लेकर एक मिलीमीटर के दस हजारवें हिस्से तक के आकार वाले इन छोटे कणों को माइक्रोमीटराइट्स कहा जाता है। प्रतिदिन वायुमंडल में प्रवेश करने वाले उल्का पिंड की मात्रा 100 से 10,000 टन तक होती है, जिसमें से अधिकांश पदार्थ सूक्ष्म उल्कापिंडों से आते हैं।
चूंकि उल्कापिंड आंशिक रूप से वायुमंडल में जलता है, इसलिए इसकी गैस संरचना विभिन्न रासायनिक तत्वों के निशान से भर जाती है। उदाहरण के लिए, चट्टानी उल्काएँ वायुमंडल में लिथियम लाती हैं। धातु उल्काओं के दहन से छोटे गोलाकार लोहे, लौह-निकल और अन्य बूंदों का निर्माण होता है जो वायुमंडल से गुजरते हैं और पृथ्वी की सतह पर बस जाते हैं। वे ग्रीनलैंड और अंटार्कटिका में पाए जा सकते हैं, जहां बर्फ की चादरें वर्षों तक लगभग अपरिवर्तित रहती हैं। समुद्र विज्ञानी इन्हें समुद्र की निचली तलछटों में पाते हैं।
वायुमंडल में प्रवेश करने वाले अधिकांश उल्का कण लगभग 30 दिनों के भीतर स्थिर हो जाते हैं। कुछ वैज्ञानिकों का मानना है कि यह ब्रह्मांडीय धूल बारिश जैसी वायुमंडलीय घटनाओं के निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है क्योंकि यह जल वाष्प के लिए संघनन नाभिक के रूप में कार्य करती है। इसलिए, यह माना जाता है कि वर्षा सांख्यिकीय रूप से बड़े उल्कापात से संबंधित है। हालाँकि, कुछ विशेषज्ञों का मानना है कि चूंकि उल्कापिंड सामग्री की कुल आपूर्ति सबसे बड़े उल्कापात की तुलना में कई गुना अधिक है, इसलिए ऐसी एक बारिश के परिणामस्वरूप इस सामग्री की कुल मात्रा में परिवर्तन को नजरअंदाज किया जा सकता है।
हालाँकि, इसमें कोई संदेह नहीं है कि सबसे बड़े सूक्ष्म उल्कापिंड और दृश्यमान उल्कापिंड वायुमंडल की उच्च परतों में, मुख्य रूप से आयनमंडल में, आयनीकरण के लंबे निशान छोड़ते हैं। ऐसे निशानों का उपयोग लंबी दूरी के रेडियो संचार के लिए किया जा सकता है, क्योंकि वे उच्च आवृत्ति रेडियो तरंगों को प्रतिबिंबित करते हैं।
वायुमंडल में प्रवेश करने वाले उल्काओं की ऊर्जा मुख्य रूप से, और शायद पूरी तरह से, इसे गर्म करने पर खर्च होती है। यह वायुमंडल के तापीय संतुलन के लघु घटकों में से एक है।
उल्कापिंड एक प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला ठोस पिंड है जो अंतरिक्ष से पृथ्वी की सतह पर गिरा है। आमतौर पर पथरीले, पथरीले-लोहे और लोहे के उल्कापिंडों के बीच अंतर किया जाता है। उत्तरार्द्ध में मुख्य रूप से लोहा और निकल शामिल हैं। पाए गए उल्कापिंडों में से अधिकांश का वजन कुछ ग्राम से लेकर कई किलोग्राम तक है। पाए गए उल्कापिंडों में से सबसे बड़ा, गोबा लौह उल्कापिंड का वजन लगभग 60 टन है और यह अभी भी दक्षिण अफ्रीका में उसी स्थान पर स्थित है जहां इसे खोजा गया था। अधिकांश उल्कापिंड क्षुद्रग्रहों के टुकड़े हैं, लेकिन कुछ उल्कापिंड चंद्रमा और यहां तक कि मंगल ग्रह से भी पृथ्वी पर आए होंगे।
बोलाइड एक बहुत चमकीला उल्का है, जो कभी-कभी दिन के दौरान भी दिखाई देता है, अक्सर अपने पीछे एक धुँआदार निशान छोड़ता है और ध्वनि घटनाओं के साथ होता है; अक्सर उल्कापिंडों के गिरने के साथ समाप्त होता है।
बाह्य वायुमंडल।
मेसोपॉज़ के न्यूनतम तापमान से ऊपर, थर्मोस्फीयर शुरू होता है, जिसमें तापमान पहले धीरे-धीरे और फिर तेजी से फिर बढ़ने लगता है। इसका कारण परमाणु ऑक्सीजन के आयनीकरण के कारण 150-300 किमी की ऊंचाई पर सूर्य से पराबैंगनी विकिरण का अवशोषण है: O + एचवी® ओ + + इ।
थर्मोस्फीयर में, तापमान लगातार लगभग 400 किमी की ऊंचाई तक बढ़ता है, जहां अधिकतम सौर गतिविधि के युग के दौरान दिन के दौरान यह 1800 K तक पहुंच जाता है। न्यूनतम सौर गतिविधि के युग के दौरान, यह सीमित तापमान 1000 K से कम हो सकता है। 400 किमी से ऊपर, वायुमंडल एक आइसोथर्मल एक्सोस्फीयर में बदल जाता है। क्रांतिक स्तर (बाह्यमंडल का आधार) लगभग 500 किमी की ऊंचाई पर है।
ध्रुवीय रोशनी और कृत्रिम उपग्रहों की कई कक्षाएँ, साथ ही रात्रिचर बादल - ये सभी घटनाएँ मेसोस्फीयर और थर्मोस्फीयर में घटित होती हैं।
ध्रुवीय रोशनी।
उच्च अक्षांशों पर, चुंबकीय क्षेत्र की गड़बड़ी के दौरान अरोरा देखे जाते हैं। वे कुछ मिनटों तक रह सकते हैं, लेकिन अक्सर कई घंटों तक दिखाई देते हैं। अरोरा आकार, रंग और तीव्रता में बहुत भिन्न होते हैं, ये सभी कभी-कभी समय के साथ बहुत तेज़ी से बदलते हैं। अरोरा के स्पेक्ट्रम में उत्सर्जन रेखाएं और बैंड होते हैं। रात के आकाश के कुछ उत्सर्जन अरोरा स्पेक्ट्रम में बढ़ जाते हैं, मुख्य रूप से हरी और लाल रेखाएं एल 5577 Å और एल 6300 Å ऑक्सीजन। ऐसा होता है कि इनमें से एक रेखा दूसरी की तुलना में कई गुना अधिक तीव्र होती है, और यह अरोरा के दृश्यमान रंग को निर्धारित करती है: हरा या लाल। ध्रुवीय क्षेत्रों में रेडियो संचार में व्यवधान के साथ चुंबकीय क्षेत्र की गड़बड़ी भी होती है। व्यवधान का कारण आयनमंडल में परिवर्तन है, जिसका अर्थ है कि चुंबकीय तूफान के दौरान आयनीकरण का एक शक्तिशाली स्रोत होता है। यह स्थापित किया गया है कि जब सौर डिस्क के केंद्र के पास सनस्पॉट के बड़े समूह होते हैं तो मजबूत चुंबकीय तूफान आते हैं। अवलोकनों से पता चला है कि तूफानों का संबंध स्वयं सूर्य धब्बों से नहीं है, बल्कि सौर ज्वालाओं से है जो सूर्य धब्बों के समूह के विकास के दौरान प्रकट होती हैं।
अरोरा पृथ्वी के उच्च अक्षांश क्षेत्रों में देखी जाने वाली तीव्र गति के साथ अलग-अलग तीव्रता के प्रकाश की एक श्रृंखला है। दृश्य अरोरा में हरा (5577Å) और लाल (6300/6364Å) परमाणु ऑक्सीजन उत्सर्जन रेखाएं और आणविक एन2 बैंड शामिल हैं, जो सौर और मैग्नेटोस्फेरिक मूल के ऊर्जावान कणों द्वारा उत्तेजित होते हैं। ये उत्सर्जन आमतौर पर लगभग 100 किमी और उससे अधिक की ऊंचाई पर दिखाई देते हैं। ऑप्टिकल अरोरा शब्द का उपयोग दृश्य अरोरा और अवरक्त से पराबैंगनी क्षेत्र तक उनके उत्सर्जन स्पेक्ट्रम को संदर्भित करने के लिए किया जाता है। स्पेक्ट्रम के अवरक्त भाग में विकिरण ऊर्जा दृश्य क्षेत्र की ऊर्जा से काफी अधिक है। जब अरोरा प्रकट हुआ, तो यूएलएफ रेंज में उत्सर्जन देखा गया (
अरोरा के वास्तविक रूपों को वर्गीकृत करना कठिन है; सबसे अधिक इस्तेमाल किये जाने वाले शब्द हैं:
1. शांत, एकसमान चाप या धारियाँ। चाप आमतौर पर भू-चुंबकीय समानांतर (ध्रुवीय क्षेत्रों में सूर्य की ओर) की दिशा में ~1000 किमी तक फैला होता है और इसकी चौड़ाई एक से लेकर कई दसियों किलोमीटर तक होती है। एक पट्टी एक चाप की अवधारणा का एक सामान्यीकरण है; इसमें आमतौर पर एक नियमित चाप-आकार का आकार नहीं होता है, लेकिन अक्षर एस के रूप में या सर्पिल के रूप में झुकता है। चाप और धारियाँ 100-150 किमी की ऊँचाई पर स्थित हैं।
2. अरोरा की किरणें . यह शब्द चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के साथ लम्बी एक ऑरोरल संरचना को संदर्भित करता है, जिसकी ऊर्ध्वाधर सीमा कई दसियों से लेकर कई सौ किलोमीटर तक होती है। किरणों की क्षैतिज सीमा छोटी होती है, कई दसियों मीटर से लेकर कई किलोमीटर तक। किरणें आमतौर पर चापों में या अलग-अलग संरचनाओं के रूप में देखी जाती हैं।
3. दाग या सतह . ये चमक के पृथक क्षेत्र हैं जिनका कोई विशिष्ट आकार नहीं होता है। अलग-अलग स्थान एक-दूसरे से जुड़े हो सकते हैं।
4. घूंघट. अरोरा का एक असामान्य रूप, जो एक समान चमक है जो आकाश के बड़े क्षेत्रों को कवर करती है।
उनकी संरचना के अनुसार, अरोरा को सजातीय, खोखले और चमकदार में विभाजित किया गया है। विभिन्न शब्दों का प्रयोग किया जाता है; स्पंदित चाप, स्पंदित सतह, विसरित सतह, दीप्तिमान धारी, चिलमन, आदि। रंग के अनुसार अरोरा का वर्गीकरण होता है। इस वर्गीकरण के अनुसार, अरोरा प्रकार के ए. ऊपरी भाग या संपूर्ण भाग लाल (6300-6364 Å) है। वे आमतौर पर उच्च भू-चुंबकीय गतिविधि के साथ 300-400 किमी की ऊंचाई पर दिखाई देते हैं।
अरोरा प्रकार मेंनिचले हिस्से में लाल रंग और पहले सकारात्मक सिस्टम एन 2 और पहले नकारात्मक सिस्टम ओ 2 के बैंड की चमक से जुड़ा हुआ है। अरोरा के ऐसे रूप अरोरा के सबसे सक्रिय चरणों के दौरान दिखाई देते हैं।
क्षेत्र ध्रुवीय रोशनी – पृथ्वी की सतह पर एक निश्चित बिंदु पर पर्यवेक्षकों के अनुसार, ये रात में अरोरा की अधिकतम आवृत्ति के क्षेत्र हैं। क्षेत्र 67° उत्तर और दक्षिण अक्षांश पर स्थित हैं, और उनकी चौड़ाई लगभग 6° है। भू-चुंबकीय स्थानीय समय के एक निश्चित क्षण के अनुरूप अरोरा की अधिकतम घटना अंडाकार-जैसी बेल्ट (अंडाकार अरोरा) में होती है, जो उत्तर और दक्षिण भू-चुंबकीय ध्रुवों के आसपास विषम रूप से स्थित होती हैं। अरोरा अंडाकार अक्षांश - समय निर्देशांक में तय होता है, और अरोरा क्षेत्र अक्षांश - देशांतर निर्देशांक में अंडाकार के मध्यरात्रि क्षेत्र के बिंदुओं का ज्यामितीय स्थान है। अंडाकार बेल्ट रात के क्षेत्र में भू-चुंबकीय ध्रुव से लगभग 23° और दिन के क्षेत्र में 15° पर स्थित है।
अरोरा अंडाकार और अरोरा क्षेत्र।अरोरा अंडाकार का स्थान भू-चुंबकीय गतिविधि पर निर्भर करता है। उच्च भू-चुंबकीय गतिविधि से अंडाकार चौड़ा हो जाता है। ऑरोरल ज़ोन या ऑरोरल अंडाकार सीमाओं को द्विध्रुवीय निर्देशांक की तुलना में एल 6.4 द्वारा बेहतर ढंग से दर्शाया जाता है। अरोरा अंडाकार के दिन के समय क्षेत्र की सीमा पर भू-चुंबकीय क्षेत्र रेखाएँ मेल खाती हैं मैग्नेटोपॉज़।भू-चुंबकीय अक्ष और पृथ्वी-सूर्य दिशा के बीच के कोण के आधार पर अरोरा अंडाकार की स्थिति में बदलाव देखा जाता है। ऑरोरल ओवल का निर्धारण कुछ ऊर्जाओं के कणों (इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन) के अवक्षेपण के आंकड़ों के आधार पर भी किया जाता है। इसकी स्थिति डेटा से स्वतंत्र रूप से निर्धारित की जा सकती है कस्पखदिन के किनारे और मैग्नेटोस्फीयर की पूंछ में।
अरोरा क्षेत्र में अरोरा की घटना की आवृत्ति में दैनिक भिन्नता भू-चुंबकीय मध्यरात्रि में अधिकतम और भू-चुंबकीय दोपहर में न्यूनतम होती है। अंडाकार के निकट-भूमध्यरेखीय पक्ष पर, अरोरा की घटना की आवृत्ति तेजी से कम हो जाती है, लेकिन दैनिक विविधताओं का आकार संरक्षित रहता है। अंडाकार के ध्रुवीय पक्ष पर, अरोरा की आवृत्ति धीरे-धीरे कम हो जाती है और जटिल दैनिक परिवर्तनों की विशेषता होती है।
अरोरा की तीव्रता.
अरोरा तीव्रता स्पष्ट सतह चमक को मापकर निर्धारित किया जाता है। चमकदार सतह मैंएक निश्चित दिशा में अरोरा 4पी के कुल उत्सर्जन से निर्धारित होता है मैंफोटॉन/(सेमी 2 एस)। चूँकि यह मान वास्तविक सतह चमक नहीं है, लेकिन स्तंभ से उत्सर्जन का प्रतिनिधित्व करता है, इकाई फोटॉन/(सेमी 2 कॉलम एस) का उपयोग आमतौर पर अरोरा का अध्ययन करते समय किया जाता है। कुल उत्सर्जन को मापने की सामान्य इकाई रेले (आरएल) है जो 10 6 फोटॉन/(सेमी 2 कॉलम एस) के बराबर है। ध्रुवीय तीव्रता की अधिक व्यावहारिक इकाइयाँ एक व्यक्तिगत रेखा या बैंड के उत्सर्जन द्वारा निर्धारित की जाती हैं। उदाहरण के लिए, अरोरा की तीव्रता अंतरराष्ट्रीय चमक गुणांक (आईबीआर) द्वारा निर्धारित की जाती है। हरी रेखा की तीव्रता के अनुसार (5577 Å); 1 kRl = I MKY, 10 kRl = II MKY, 100 kRl = III MKY, 1000 kRl = IV MKY (उरोरा की अधिकतम तीव्रता)। इस वर्गीकरण का उपयोग लाल अरोरा के लिए नहीं किया जा सकता। युग (1957-1958) की खोजों में से एक चुंबकीय ध्रुव के सापेक्ष स्थानांतरित अंडाकार के रूप में अरोरा के स्पेटियोटेम्पोरल वितरण की स्थापना थी। चुंबकीय ध्रुव के सापेक्ष अरोरा के वितरण के गोलाकार आकार के बारे में सरल विचारों से वहाँ था मैग्नेटोस्फीयर के आधुनिक भौतिकी में परिवर्तन पूरा हो चुका है। खोज का सम्मान ओ. खोरोशेवा का है, और ऑरोरल ओवल के लिए विचारों का गहन विकास जी. स्टार्कोव, वाई. फेल्डस्टीन, एस. आई. अकासोफू और कई अन्य शोधकर्ताओं द्वारा किया गया था। ऑरोरल ओवल पृथ्वी के ऊपरी वायुमंडल पर सौर हवा के सबसे तीव्र प्रभाव का क्षेत्र है। अंडाकार में अरोरा की तीव्रता सबसे अधिक होती है, और उपग्रहों का उपयोग करके इसकी गतिशीलता की लगातार निगरानी की जाती है।
स्थिर ध्रुवीय लाल चाप.
स्थिर ध्रुवीय लाल चाप, अन्यथा मध्य अक्षांश लाल चाप कहा जाता है या एम-आर्क, एक उपदृश्य (आंख की संवेदनशीलता की सीमा से नीचे) चौड़ा चाप है, जो पूर्व से पश्चिम तक हजारों किलोमीटर तक फैला है और संभवतः पूरी पृथ्वी को घेरे हुए है। चाप की अक्षांशीय लंबाई 600 किमी है। स्थिर ऑरोरल लाल चाप का उत्सर्जन लाल रेखाओं l 6300 Å और l 6364 Å में लगभग एकवर्णी है। हाल ही में, कमजोर उत्सर्जन लाइनें l 5577 Å (OI) और l 4278 Å (N+2) भी रिपोर्ट की गईं। निरंतर लाल चापों को अरोरा के रूप में वर्गीकृत किया गया है, लेकिन वे बहुत अधिक ऊंचाई पर दिखाई देते हैं। निचली सीमा 300 किमी की ऊंचाई पर स्थित है, ऊपरी सीमा लगभग 700 किमी है। एल 6300 Å उत्सर्जन में शांत ऑरोरल लाल चाप की तीव्रता 1 से 10 kRl (सामान्य मान 6 kRl) तक होती है। इस तरंग दैर्ध्य पर आंख की संवेदनशीलता सीमा लगभग 10 kRl है, इसलिए चाप को शायद ही कभी दृष्टि से देखा जा सकता है। हालाँकि, अवलोकनों से पता चला है कि 10% रातों में उनकी चमक 50 kRL से अधिक होती है। चापों का सामान्य जीवनकाल लगभग एक दिन का होता है, और वे बाद के दिनों में शायद ही कभी दिखाई देते हैं। उपग्रहों या रेडियो स्रोतों से आने वाली रेडियो तरंगें लगातार ऑरोरल लाल चापों को पार करते हुए जगमगाहट के अधीन होती हैं, जो इलेक्ट्रॉन घनत्व असमानताओं के अस्तित्व का संकेत देती हैं। लाल चापों के लिए सैद्धांतिक व्याख्या यह है कि क्षेत्र के गर्म इलेक्ट्रॉन एफआयनमंडल ऑक्सीजन परमाणुओं में वृद्धि का कारण बनता है। उपग्रह अवलोकन से पता चलता है कि भू-चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के साथ इलेक्ट्रॉन तापमान में वृद्धि हुई है जो लगातार ऑरोरल लाल चापों को काटती है। इन चापों की तीव्रता भू-चुंबकीय गतिविधि (तूफान) के साथ सकारात्मक रूप से सहसंबद्ध होती है, और चापों की घटना की आवृत्ति सकारात्मक रूप से सनस्पॉट गतिविधि के साथ सहसंबद्ध होती है।
उरोरा बदलना.
अरोरा के कुछ रूपों में तीव्रता में अर्ध-आवधिक और सुसंगत अस्थायी बदलाव का अनुभव होता है। लगभग स्थिर ज्यामिति और चरण में होने वाले तीव्र आवधिक बदलाव वाले इन अरोरा को बदलते अरोरा कहा जाता है। इन्हें अरोरा के रूप में वर्गीकृत किया गया है फार्म आरऑरोरा के अंतर्राष्ट्रीय एटलस के अनुसार बदलते ऑरोरा का एक अधिक विस्तृत उपखंड:
आर 1 (स्पंदित अरोरा) पूरे अरोरा आकार में चमक में समान चरण भिन्नता वाली एक चमक है। परिभाषा के अनुसार, एक आदर्श स्पंदित अरोरा में, स्पंदन के स्थानिक और लौकिक भागों को अलग किया जा सकता है, अर्थात। चमक मैं(आर,टी)= मैं एस(आर)· यह(टी). एक ठेठ उरोरा में आर 1 स्पंदन 0.01 से 10 हर्ट्ज की कम तीव्रता (1-2 kRl) की आवृत्ति के साथ होता है। अधिकांश अरोरा आर 1 - ये ऐसे धब्बे या चाप हैं जो कई सेकंड की अवधि के साथ स्पंदित होते हैं।
आर 2 (उग्र अरोरा)। इस शब्द का उपयोग आम तौर पर किसी विशिष्ट आकार का वर्णन करने के बजाय आकाश में आग की लपटों को भरने जैसी गतिविधियों को संदर्भित करने के लिए किया जाता है। अरोरा का आकार चाप जैसा होता है और आमतौर पर 100 किमी की ऊंचाई से ऊपर की ओर बढ़ता है। ये अरोरा अपेक्षाकृत दुर्लभ हैं और अधिकतर अरोरा के बाहर होते हैं।
आर 3 (चमकदार अरोरा)। ये चमक में तीव्र, अनियमित या नियमित बदलाव वाले अरोरा हैं, जो आकाश में टिमटिमाती लपटों का आभास देते हैं। वे अरोरा के विघटित होने से कुछ समय पहले ही प्रकट होते हैं। आमतौर पर भिन्नता की आवृत्ति देखी जाती है आर 3, 10 ± 3 हर्ट्ज के बराबर है।
स्पंदित अरोरा के एक अन्य वर्ग के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला शब्द स्ट्रीमिंग अरोरा, अरोरा चाप और धारियों में तेजी से क्षैतिज रूप से चलने वाली चमक में अनियमित बदलाव को संदर्भित करता है।
बदलता उरोरा सौर-स्थलीय घटनाओं में से एक है जो भू-चुंबकीय क्षेत्र के स्पंदन और सौर और मैग्नेटोस्फेरिक मूल के कणों की वर्षा के कारण होने वाले ऑरोरल एक्स-रे विकिरण के साथ होता है।
ध्रुवीय टोपी की चमक पहली नकारात्मक प्रणाली एन + 2 (एल 3914 Å) के बैंड की उच्च तीव्रता की विशेषता है। आमतौर पर, ये N + 2 बैंड हरी रेखा OI l 5577 Å से पांच गुना अधिक तीव्र होते हैं; ध्रुवीय टोपी की चमक की पूर्ण तीव्रता 0.1 से 10 kRl (आमतौर पर 1-3 kRl) तक होती है। इन अरोराओं के दौरान, जो पीसीए की अवधि के दौरान दिखाई देते हैं, एक समान चमक 30 से 80 किमी की ऊंचाई पर 60 डिग्री के भू-चुंबकीय अक्षांश तक पूरे ध्रुवीय टोपी को कवर करती है। यह मुख्य रूप से 10-100 MeV की ऊर्जा वाले सौर प्रोटॉन और डी-कणों द्वारा उत्पन्न होता है, जिससे इन ऊंचाई पर अधिकतम आयनीकरण होता है। अरोरा जोन में एक अन्य प्रकार की चमक होती है, जिसे मेंटल अरोरा कहा जाता है। इस प्रकार की ध्रुवीय चमक के लिए, सुबह के समय होने वाली दैनिक अधिकतम तीव्रता 1-10 केआरएल होती है, और न्यूनतम तीव्रता पांच गुना कमजोर होती है। मेंटल ऑरोरा के अवलोकन बहुत कम हैं; उनकी तीव्रता भू-चुंबकीय और सौर गतिविधि पर निर्भर करती है।
वायुमंडलीय चमकइसे किसी ग्रह के वायुमंडल द्वारा उत्पादित और उत्सर्जित विकिरण के रूप में परिभाषित किया गया है। यह वायुमंडल का गैर-थर्मल विकिरण है, अरोरा के उत्सर्जन, बिजली के निर्वहन और उल्का निशान के उत्सर्जन के अपवाद के साथ। इस शब्द का प्रयोग पृथ्वी के वायुमंडल (रात की रोशनी, गोधूलि चमक और दिन की रोशनी) के संबंध में किया जाता है। वायुमंडलीय चमक वायुमंडल में उपलब्ध प्रकाश का केवल एक हिस्सा है। अन्य स्रोतों में तारों का प्रकाश, राशिचक्रीय प्रकाश और दिन के समय सूर्य से आने वाली विसरित रोशनी शामिल हैं। कभी-कभी, वायुमंडलीय चमक प्रकाश की कुल मात्रा का 40% तक हो सकती है। वायुमंडलीय चमक अलग-अलग ऊंचाई और मोटाई की वायुमंडलीय परतों में होती है। वायुमंडलीय चमक स्पेक्ट्रम 1000 Å से 22.5 माइक्रोन तक तरंग दैर्ध्य को कवर करता है। वायुमंडलीय चमक में मुख्य उत्सर्जन रेखा l 5577 Å है, जो 30-40 किमी मोटी परत में 90-100 किमी की ऊंचाई पर दिखाई देती है। ल्यूमिनसेंस की उपस्थिति चैपमैन तंत्र के कारण होती है, जो ऑक्सीजन परमाणुओं के पुनर्संयोजन पर आधारित है। अन्य उत्सर्जन लाइनें एल 6300 Å हैं, जो ओ + 2 और उत्सर्जन एनआई एल 5198/5201 Å और एनआई एल 5890/5896 Å के पृथक्करणीय पुनर्संयोजन के मामले में दिखाई देती हैं।
एयरग्लो की तीव्रता रेले में मापी जाती है। चमक (रेले में) 4 आरवी के बराबर है, जहां बी 10 6 फोटॉन/(सेमी 2 स्टेर·एस) की इकाइयों में उत्सर्जक परत की कोणीय सतह की चमक है। चमक की तीव्रता अक्षांश (अलग-अलग उत्सर्जन के लिए अलग-अलग) पर निर्भर करती है, और आधी रात के करीब अधिकतम के साथ पूरे दिन बदलती रहती है। एल 5577 Å उत्सर्जन में एयरग्लो के लिए सनस्पॉट की संख्या और 10.7 सेमी की तरंग दैर्ध्य पर सौर विकिरण प्रवाह के साथ एक सकारात्मक सहसंबंध नोट किया गया था। सैटेलाइट प्रयोगों के दौरान एयरग्लो देखा गया है। बाह्य अंतरिक्ष से, यह पृथ्वी के चारों ओर प्रकाश की एक अंगूठी के रूप में दिखाई देता है और इसका रंग हरा है।
ओजोनोस्फीयर।
20-25 किमी की ऊंचाई पर, ओजोन ओ3 की नगण्य मात्रा की अधिकतम सांद्रता (ऑक्सीजन सामग्री के 2×10-7 तक!) तक पहुंच जाती है, जो लगभग 10 की ऊंचाई पर सौर पराबैंगनी विकिरण के प्रभाव में उत्पन्न होती है। 50 किमी तक, ग्रह को आयनकारी सौर विकिरण से बचाता है। ओजोन अणुओं की बेहद कम संख्या के बावजूद, वे पृथ्वी पर सभी जीवन को सूर्य से शॉर्ट-वेव (पराबैंगनी और एक्स-रे) विकिरण के हानिकारक प्रभावों से बचाते हैं। यदि आप सभी अणुओं को वायुमंडल के आधार पर जमा करते हैं, तो आपको 3-4 मिमी से अधिक मोटी परत नहीं मिलेगी! 100 किमी से ऊपर की ऊंचाई पर, प्रकाश गैसों का अनुपात बढ़ जाता है, और बहुत अधिक ऊंचाई पर हीलियम और हाइड्रोजन प्रबल होते हैं; कई अणु अलग-अलग परमाणुओं में विघटित हो जाते हैं, जो सूर्य से आने वाले कठोर विकिरण के प्रभाव में आयनित होकर आयनमंडल बनाते हैं। पृथ्वी के वायुमंडल में हवा का दबाव और घनत्व ऊंचाई के साथ घटता जाता है। तापमान वितरण के आधार पर, पृथ्वी के वायुमंडल को क्षोभमंडल, समतापमंडल, मध्यमंडल, थर्मोस्फीयर और बाह्यमंडल में विभाजित किया गया है। .
20-25 किमी की ऊंचाई पर है ओज़ोन की परत. 0.1-0.2 माइक्रोन से कम तरंग दैर्ध्य के साथ सूर्य से पराबैंगनी विकिरण को अवशोषित करते समय ऑक्सीजन अणुओं के टूटने के कारण ओजोन का निर्माण होता है। मुक्त ऑक्सीजन O 2 अणुओं के साथ मिलकर ओजोन O 3 बनाता है, जो 0.29 माइक्रोन से कम के सभी पराबैंगनी विकिरण को उत्सुकता से अवशोषित करता है। शॉर्ट-वेव विकिरण से O3 ओजोन अणु आसानी से नष्ट हो जाते हैं। इसलिए, अपनी विरलता के बावजूद, ओजोन परत सूर्य से पराबैंगनी विकिरण को प्रभावी ढंग से अवशोषित करती है जो उच्च और अधिक पारदर्शी वायुमंडलीय परतों से होकर गुजरती है। इसके कारण, पृथ्वी पर रहने वाले जीव सूर्य से आने वाली पराबैंगनी प्रकाश के हानिकारक प्रभावों से सुरक्षित रहते हैं।
आयनमंडल।
सूर्य से निकलने वाला विकिरण वायुमंडल के परमाणुओं और अणुओं को आयनित करता है। आयनीकरण की डिग्री 60 किलोमीटर की ऊंचाई पर पहले से ही महत्वपूर्ण हो जाती है और पृथ्वी से दूरी के साथ लगातार बढ़ती जाती है। वायुमंडल में अलग-अलग ऊंचाई पर, विभिन्न अणुओं के पृथक्करण और उसके बाद विभिन्न परमाणुओं और आयनों के आयनीकरण की क्रमिक प्रक्रियाएँ होती हैं। ये मुख्यतः ऑक्सीजन O2, नाइट्रोजन N2 के अणु और उनके परमाणु हैं। इन प्रक्रियाओं की तीव्रता के आधार पर, 60 किलोमीटर से ऊपर स्थित वायुमंडल की विभिन्न परतों को आयनोस्फेरिक परतें कहा जाता है , और उनकी समग्रता आयनमंडल है . निचली परत, जिसका आयनीकरण नगण्य है, न्यूट्रोस्फियर कहलाती है।
आयनमंडल में आवेशित कणों की अधिकतम सांद्रता 300-400 किमी की ऊंचाई पर प्राप्त होती है।
आयनमंडल के अध्ययन का इतिहास.
ऊपरी वायुमंडल में एक संवाहक परत के अस्तित्व के बारे में परिकल्पना 1878 में अंग्रेजी वैज्ञानिक स्टुअर्ट द्वारा भू-चुंबकीय क्षेत्र की विशेषताओं को समझाने के लिए सामने रखी गई थी। फिर 1902 में, एक-दूसरे से स्वतंत्र होकर, संयुक्त राज्य अमेरिका में कैनेडी और इंग्लैंड में हेविसाइड ने बताया कि लंबी दूरी पर रेडियो तरंगों के प्रसार को समझाने के लिए वायुमंडल की उच्च परतों में उच्च चालकता वाले क्षेत्रों के अस्तित्व को मानना आवश्यक था। 1923 में, शिक्षाविद् एम.वी. शुलेइकिन, विभिन्न आवृत्तियों की रेडियो तरंगों के प्रसार की विशेषताओं पर विचार करते हुए, इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि आयनमंडल में कम से कम दो परावर्तक परतें हैं। फिर 1925 में, अंग्रेजी शोधकर्ता एपलटन और बार्नेट, साथ ही ब्रेइट और टुवे ने पहली बार प्रयोगात्मक रूप से उन क्षेत्रों के अस्तित्व को साबित किया जो रेडियो तरंगों को प्रतिबिंबित करते हैं, और उनके व्यवस्थित अध्ययन की नींव रखी। उस समय से, इन परतों के गुणों का एक व्यवस्थित अध्ययन किया गया है, जिन्हें आम तौर पर आयनमंडल कहा जाता है, जो कई भूभौतिकीय घटनाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं जो रेडियो तरंगों के प्रतिबिंब और अवशोषण को निर्धारित करते हैं, जो व्यावहारिक रूप से बहुत महत्वपूर्ण है। उद्देश्य, विशेष रूप से विश्वसनीय रेडियो संचार सुनिश्चित करना।
1930 के दशक में, आयनमंडल की स्थिति का व्यवस्थित अवलोकन शुरू हुआ। हमारे देश में, एम.ए. बोंच-ब्रूविच की पहल पर, इसकी पल्स जांच के लिए प्रतिष्ठान बनाए गए थे। आयनमंडल के कई सामान्य गुणों, इसकी मुख्य परतों की ऊँचाई और इलेक्ट्रॉन सांद्रता का अध्ययन किया गया।
60-70 किमी की ऊंचाई पर परत डी देखी जाती है, 100-120 किमी की ऊंचाई पर परत डी देखी जाती है इ, ऊंचाई पर, 180-300 किमी की ऊंचाई पर दोहरी परत एफ 1 और एफ 2. इन परतों के मुख्य पैरामीटर तालिका 4 में दिए गए हैं।
| तालिका 4. | ||||||
| आयनोस्फेरिक क्षेत्र | अधिकतम ऊंचाई, किमी | टी मैं , क | दिन | रात एन ई , सेमी-3 | ए΄, ρm 3 एस – 1 | |
| मिन एन ई , सेमी-3 | अधिकतम एन ई , सेमी-3 | |||||
| डी | 70 | 20 | 100 | 200 | 10 | 10 –6 |
| इ | 110 | 270 | 1.5 10 5 | 3·10 5 | 3000 | 10 –7 |
| एफ 1 | 180 | 800–1500 | 3·10 5 | 5 10 5 | – | 3·10-8 |
| एफ 2 (सर्दी) | 220–280 | 1000–2000 | 6 10 5 | 25 10 5 | ~10 5 | 2·10 –10 |
| एफ 2 (गर्मी) | 250–320 | 1000–2000 | 2 10 5 | 8 10 5 | ~3·10 5 | 10 –10 |
| एन ई– इलेक्ट्रॉन सांद्रता, ई – इलेक्ट्रॉन आवेश, टी मैं- आयन तापमान, a΄ - पुनर्संयोजन गुणांक (जो मूल्य निर्धारित करता है एन ईऔर समय के साथ इसमें बदलाव) | ||||||
औसत मान इसलिए दिए गए हैं क्योंकि वे दिन और मौसम के समय के आधार पर अलग-अलग अक्षांशों पर भिन्न होते हैं। लंबी दूरी के रेडियो संचार सुनिश्चित करने के लिए ऐसा डेटा आवश्यक है। इनका उपयोग विभिन्न शॉर्टवेव रेडियो लिंक के लिए ऑपरेटिंग आवृत्तियों का चयन करने में किया जाता है। दिन के अलग-अलग समय और अलग-अलग मौसमों में आयनमंडल की स्थिति के आधार पर उनके परिवर्तनों का ज्ञान रेडियो संचार की विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए बेहद महत्वपूर्ण है। आयनमंडल पृथ्वी के वायुमंडल की आयनित परतों का एक संग्रह है, जो लगभग 60 किमी की ऊंचाई से शुरू होकर हजारों किमी की ऊंचाई तक फैला हुआ है। पृथ्वी के वायुमंडल के आयनीकरण का मुख्य स्रोत सूर्य से पराबैंगनी और एक्स-रे विकिरण है, जो मुख्य रूप से सौर क्रोमोस्फीयर और कोरोना में होता है। इसके अलावा, ऊपरी वायुमंडल के आयनीकरण की डिग्री सौर कणिका धाराओं से प्रभावित होती है जो सौर ज्वालाओं के साथ-साथ ब्रह्मांडीय किरणों और उल्का कणों के दौरान होती हैं।
आयनोस्फेरिक परतें
- ये वायुमंडल के वे क्षेत्र हैं जिनमें मुक्त इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम सांद्रता पहुँच जाती है (अर्थात, प्रति इकाई आयतन में उनकी संख्या)। वायुमंडलीय गैसों के परमाणुओं के आयनीकरण के परिणामस्वरूप विद्युत रूप से चार्ज किए गए मुक्त इलेक्ट्रॉन और (कुछ हद तक, कम मोबाइल आयन), रेडियो तरंगों (यानी, विद्युत चुम्बकीय दोलनों) के साथ बातचीत करके, उनकी दिशा बदल सकते हैं, उन्हें प्रतिबिंबित या अपवर्तित कर सकते हैं, और उनकी ऊर्जा को अवशोषित कर सकते हैं . इसके परिणामस्वरूप, दूर के रेडियो स्टेशन प्राप्त करते समय, विभिन्न प्रभाव उत्पन्न हो सकते हैं, उदाहरण के लिए, रेडियो संचार का लुप्त होना, दूरस्थ स्टेशनों की श्रव्यता में वृद्धि, ब्लैकआउटऔर इसी तरह। घटना.
तलाश पद्दतियाँ।
पृथ्वी से आयनमंडल का अध्ययन करने की शास्त्रीय विधियाँ पल्स ध्वनि तक आती हैं - रेडियो पल्स भेजना और आयनोस्फीयर की विभिन्न परतों से उनके प्रतिबिंबों का अवलोकन करना, देरी के समय को मापना और परावर्तित संकेतों की तीव्रता और आकार का अध्ययन करना। विभिन्न आवृत्तियों पर रेडियो पल्स के प्रतिबिंब की ऊंचाई को मापकर, विभिन्न क्षेत्रों की महत्वपूर्ण आवृत्तियों का निर्धारण करके (महत्वपूर्ण आवृत्ति एक रेडियो पल्स की वाहक आवृत्ति है, जिसके लिए आयनमंडल का एक दिया गया क्षेत्र पारदर्शी हो जाता है), यह निर्धारित करना संभव है परतों में इलेक्ट्रॉन सांद्रता का मान और दी गई आवृत्तियों के लिए प्रभावी ऊंचाई, और दिए गए रेडियो पथों के लिए इष्टतम आवृत्तियों का चयन करें। रॉकेट प्रौद्योगिकी के विकास और कृत्रिम पृथ्वी उपग्रहों (एईएस) और अन्य अंतरिक्ष यान के अंतरिक्ष युग के आगमन के साथ, निकट-पृथ्वी अंतरिक्ष प्लाज्मा के मापदंडों को सीधे मापना संभव हो गया, जिसका निचला हिस्सा आयनमंडल है।
विशेष रूप से लॉन्च किए गए रॉकेटों और उपग्रह उड़ान पथों पर किए गए इलेक्ट्रॉन एकाग्रता के माप, आयनोस्फीयर की संरचना पर जमीन-आधारित तरीकों से पहले से प्राप्त डेटा की पुष्टि और स्पष्ट करते हैं, पृथ्वी के विभिन्न क्षेत्रों के ऊपर ऊंचाई के साथ इलेक्ट्रॉन एकाग्रता का वितरण और मुख्य अधिकतम - परत के ऊपर इलेक्ट्रॉन सांद्रता मान प्राप्त करना संभव हो गया एफ. पहले, परावर्तित शॉर्ट-वेव रेडियो दालों के अवलोकन के आधार पर ध्वनि विधियों का उपयोग करना असंभव था। यह पता चला है कि दुनिया के कुछ क्षेत्रों में कम इलेक्ट्रॉन सांद्रता वाले काफी स्थिर क्षेत्र हैं, नियमित "आयनोस्फेरिक हवाएं", आयनमंडल में अजीब तरंग प्रक्रियाएं उत्पन्न होती हैं जो स्थानीय आयनोस्फेरिक गड़बड़ी को उनके उत्तेजना के स्थान से हजारों किलोमीटर दूर ले जाती हैं। और भी बहुत कुछ। विशेष रूप से अत्यधिक संवेदनशील प्राप्त करने वाले उपकरणों के निर्माण ने आयनोस्फेरिक पल्स साउंडिंग स्टेशनों पर आयनमंडल के सबसे निचले क्षेत्रों (आंशिक प्रतिबिंब स्टेशनों) से आंशिक रूप से प्रतिबिंबित पल्स सिग्नल प्राप्त करना संभव बना दिया। उत्सर्जित ऊर्जा की उच्च सांद्रता की अनुमति देने वाले एंटेना के उपयोग के साथ मीटर और डेसीमीटर तरंग दैर्ध्य रेंज में शक्तिशाली स्पंदित प्रतिष्ठानों के उपयोग ने विभिन्न ऊंचाई पर आयनमंडल द्वारा बिखरे हुए संकेतों का निरीक्षण करना संभव बना दिया। आयनोस्फेरिक प्लाज्मा के इलेक्ट्रॉनों और आयनों द्वारा असंगत रूप से बिखरे हुए इन संकेतों के स्पेक्ट्रा की विशेषताओं का अध्ययन (इसके लिए, रेडियो तरंगों के असंगत बिखरने वाले स्टेशनों का उपयोग किया गया था) ने इलेक्ट्रॉनों और आयनों की एकाग्रता, उनके समकक्ष को निर्धारित करना संभव बना दिया कई हज़ार किलोमीटर की ऊँचाई तक विभिन्न ऊँचाइयों पर तापमान। यह पता चला कि आयनमंडल उपयोग की गई आवृत्तियों के लिए काफी पारदर्शी है।
300 किमी की ऊंचाई पर पृथ्वी के आयनमंडल में विद्युत आवेशों की सांद्रता (इलेक्ट्रॉन सांद्रता आयन सांद्रता के बराबर होती है) दिन के दौरान लगभग 10 6 सेमी -3 होती है। ऐसे घनत्व का प्लाज्मा 20 मीटर से अधिक लंबी रेडियो तरंगों को परावर्तित करता है और छोटी तरंगों को प्रसारित करता है।
दिन और रात की स्थितियों के लिए आयनमंडल में इलेक्ट्रॉन सांद्रता का विशिष्ट ऊर्ध्वाधर वितरण।
आयनमंडल में रेडियो तरंगों का प्रसार।
लंबी दूरी के प्रसारण स्टेशनों का स्थिर स्वागत उपयोग की जाने वाली आवृत्तियों के साथ-साथ दिन के समय, मौसम और इसके अलावा, सौर गतिविधि पर निर्भर करता है। सौर गतिविधि आयनमंडल की स्थिति को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है। ग्राउंड स्टेशन द्वारा उत्सर्जित रेडियो तरंगें सभी प्रकार की विद्युत चुम्बकीय तरंगों की तरह एक सीधी रेखा में यात्रा करती हैं। हालाँकि, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि पृथ्वी की सतह और उसके वायुमंडल की आयनित परतें दोनों एक विशाल संधारित्र की प्लेटों के रूप में कार्य करती हैं, जो प्रकाश पर दर्पण के प्रभाव की तरह उन पर कार्य करती हैं। उनसे परावर्तित होकर, रेडियो तरंगें कई हजारों किलोमीटर की यात्रा कर सकती हैं, आयनित गैस की एक परत से और पृथ्वी या पानी की सतह से बारी-बारी से प्रतिबिंबित होकर, सैकड़ों और हजारों किलोमीटर की विशाल छलांग में दुनिया का चक्कर लगा सकती हैं।
पिछली शताब्दी के 20 के दशक में, यह माना जाता था कि 200 मीटर से छोटी रेडियो तरंगें आमतौर पर मजबूत अवशोषण के कारण लंबी दूरी के संचार के लिए उपयुक्त नहीं थीं। यूरोप और अमेरिका के बीच अटलांटिक में छोटी तरंगों के लंबी दूरी के स्वागत पर पहला प्रयोग अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी ओलिवर हेविसाइड और अमेरिकी इलेक्ट्रिकल इंजीनियर आर्थर केनेली द्वारा किया गया था। एक दूसरे से स्वतंत्र होकर, उन्होंने सुझाव दिया कि पृथ्वी के चारों ओर कहीं न कहीं वायुमंडल की एक आयनित परत है जो रेडियो तरंगों को प्रतिबिंबित करने में सक्षम है। इसे हेविसाइड-केनेली परत और फिर आयनमंडल कहा गया।
आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, आयनमंडल में नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए मुक्त इलेक्ट्रॉन और सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयन होते हैं, मुख्य रूप से आणविक ऑक्सीजन O + और नाइट्रिक ऑक्साइड NO +। आयन और इलेक्ट्रॉन सौर एक्स-रे और पराबैंगनी विकिरण द्वारा अणुओं के पृथक्करण और तटस्थ गैस परमाणुओं के आयनीकरण के परिणामस्वरूप बनते हैं। किसी परमाणु को आयनित करने के लिए उसमें आयनीकरण ऊर्जा प्रदान करना आवश्यक है, जिसका आयनमंडल के लिए मुख्य स्रोत सूर्य से पराबैंगनी, एक्स-रे और कणिका विकिरण है।
जबकि पृथ्वी का गैसीय आवरण सूर्य द्वारा प्रकाशित होता है, इसमें अधिक से अधिक इलेक्ट्रॉन लगातार बनते रहते हैं, लेकिन साथ ही कुछ इलेक्ट्रॉन, आयनों से टकराकर, पुन: संयोजित होकर, फिर से तटस्थ कणों का निर्माण करते हैं। सूर्यास्त के बाद नए इलेक्ट्रॉनों का बनना लगभग बंद हो जाता है और मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या कम होने लगती है। आयनमंडल में जितने अधिक मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं, उतनी ही बेहतर उच्च-आवृत्ति तरंगें इससे परावर्तित होती हैं। इलेक्ट्रॉन सांद्रता में कमी के साथ, रेडियो तरंगों का संचरण केवल कम आवृत्ति रेंज में ही संभव है। इसीलिए रात में, एक नियम के रूप में, केवल 75, 49, 41 और 31 मीटर की सीमा में दूर के स्टेशनों को प्राप्त करना संभव है। आयनमंडल में इलेक्ट्रॉनों को असमान रूप से वितरित किया जाता है। 50 से 400 किमी की ऊंचाई पर बढ़ी हुई इलेक्ट्रॉन सांद्रता की कई परतें या क्षेत्र होते हैं। ये क्षेत्र आसानी से एक दूसरे में परिवर्तित हो जाते हैं और एचएफ रेडियो तरंगों के प्रसार पर अलग-अलग प्रभाव डालते हैं। आयनमंडल की ऊपरी परत को अक्षर द्वारा निर्दिष्ट किया गया है एफ. यहां आयनीकरण की उच्चतम डिग्री (आवेशित कणों का अंश लगभग 10-4 है)। यह पृथ्वी की सतह से 150 किमी से अधिक की ऊंचाई पर स्थित है और उच्च आवृत्ति एचएफ रेडियो तरंगों के लंबी दूरी के प्रसार में मुख्य परावर्तक भूमिका निभाता है। गर्मियों के महीनों में, क्षेत्र F दो परतों में विभाजित हो जाता है - एफ 1 और एफ 2. परत F1 200 से 250 किमी और परत तक की ऊँचाई घेर सकती है एफ 2 300-400 किमी की ऊंचाई सीमा में "तैरता" प्रतीत होता है। आमतौर पर परत एफ 2 परत की तुलना में अधिक मजबूत रूप से आयनित होता है एफ 1 . रात की परत एफ 1 गायब हो जाता है और परत एफ 2 अवशेष धीरे-धीरे अपनी आयनीकरण की डिग्री का 60% तक खो रहा है। 90 से 150 किमी की ऊंचाई पर परत F के नीचे एक परत होती है इजिसका आयनीकरण सूर्य से आने वाले नरम एक्स-रे विकिरण के प्रभाव में होता है। ई परत के आयनीकरण की डिग्री की तुलना में कम है एफदिन के दौरान, 31 और 25 मीटर की कम-आवृत्ति एचएफ रेंज में स्टेशनों का स्वागत तब होता है जब सिग्नल परत से परिलक्षित होते हैं इ. आमतौर पर ये 1000-1500 किमी की दूरी पर स्थित स्टेशन होते हैं। रात में परत में इआयनीकरण तेजी से घटता है, लेकिन इस समय भी यह 41, 49 और 75 मीटर रेंज पर स्टेशनों से सिग्नल प्राप्त करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता रहता है।
16, 13 और 11 मीटर की उच्च-आवृत्ति एचएफ रेंज के सिग्नल प्राप्त करने के लिए क्षेत्र में उत्पन्न होने वाले सिग्नल बहुत रुचि रखते हैं। इअत्यधिक बढ़े हुए आयनीकरण की परतें (बादल)। इन बादलों का क्षेत्रफल कुछ से लेकर सैकड़ों वर्ग किलोमीटर तक हो सकता है। बढ़े हुए आयनीकरण की इस परत को छिटपुट परत कहा जाता है इऔर नामित किया गया है तों. ईएस बादल हवा के प्रभाव में आयनमंडल में घूम सकते हैं और 250 किमी/घंटा तक की गति तक पहुंच सकते हैं। गर्मियों में मध्य अक्षांशों में दिन के समय ईएस बादलों के कारण रेडियो तरंगों की उत्पत्ति प्रति माह 15-20 दिनों तक होती है। भूमध्य रेखा के पास यह लगभग हमेशा मौजूद रहता है, और उच्च अक्षांशों में यह आमतौर पर रात में दिखाई देता है। कभी-कभी, कम सौर गतिविधि के वर्षों के दौरान, जब उच्च-आवृत्ति एचएफ बैंड पर कोई संचरण नहीं होता है, तो दूर के स्टेशन अचानक 16, 13 और 11 मीटर बैंड पर अच्छी मात्रा के साथ दिखाई देते हैं, जिनके संकेत कई बार ईएस से परिलक्षित होते हैं।
आयनमंडल का सबसे निचला भाग क्षेत्र है डी 50 से 90 किमी की ऊंचाई पर स्थित है। यहां अपेक्षाकृत कम मुक्त इलेक्ट्रॉन हैं। क्षेत्र से डीलंबी और मध्यम तरंगें अच्छी तरह से परावर्तित होती हैं, और कम आवृत्ति वाले एचएफ स्टेशनों से सिग्नल दृढ़ता से अवशोषित होते हैं। सूर्यास्त के बाद, आयनीकरण बहुत तेज़ी से गायब हो जाता है और 41, 49 और 75 मीटर की रेंज में दूर के स्टेशनों को प्राप्त करना संभव हो जाता है, जिसके संकेत परतों से परिलक्षित होते हैं एफ 2 और इ. आयनमंडल की व्यक्तिगत परतें एचएफ रेडियो संकेतों के प्रसार में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। रेडियो तरंगों पर प्रभाव मुख्य रूप से आयनमंडल में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के कारण होता है, हालांकि रेडियो तरंग प्रसार का तंत्र बड़े आयनों की उपस्थिति से जुड़ा होता है। वायुमंडल के रासायनिक गुणों का अध्ययन करते समय उत्तरार्द्ध भी रुचि रखते हैं, क्योंकि वे तटस्थ परमाणुओं और अणुओं की तुलना में अधिक सक्रिय होते हैं। आयनमंडल में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाएँ इसकी ऊर्जा और विद्युत संतुलन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं।
सामान्य आयनमंडल. भूभौतिकीय रॉकेटों और उपग्रहों का उपयोग करके किए गए अवलोकनों ने नई जानकारी प्रदान की है जो दर्शाती है कि वायुमंडल का आयनीकरण सौर विकिरण की एक विस्तृत श्रृंखला के प्रभाव में होता है। इसका मुख्य भाग (90% से अधिक) स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग में केंद्रित है। पराबैंगनी विकिरण, जिसमें बैंगनी प्रकाश किरणों की तुलना में छोटी तरंग दैर्ध्य और उच्च ऊर्जा होती है, सूर्य के आंतरिक वातावरण (क्रोमोस्फीयर) में हाइड्रोजन द्वारा उत्सर्जित होती है, और एक्स-रे, जिसमें इससे भी अधिक ऊर्जा होती है, सूर्य के बाहरी आवरण में गैसों द्वारा उत्सर्जित होती है। (कोरोना)।
आयनमंडल की सामान्य (औसत) स्थिति निरंतर शक्तिशाली विकिरण के कारण होती है। पृथ्वी के दैनिक घूर्णन और दोपहर के समय सूर्य की किरणों के आपतन कोण में मौसमी अंतर के कारण सामान्य आयनमंडल में नियमित परिवर्तन होते हैं, लेकिन आयनमंडल की स्थिति में अप्रत्याशित और अचानक परिवर्तन भी होते हैं।
आयनमंडल में गड़बड़ी.
जैसा कि ज्ञात है, सूर्य पर गतिविधि की शक्तिशाली चक्रीय रूप से दोहराई जाने वाली अभिव्यक्तियाँ होती हैं, जो हर 11 साल में अधिकतम तक पहुँचती हैं। अंतर्राष्ट्रीय भूभौतिकीय वर्ष (आईजीवाई) कार्यक्रम के तहत अवलोकन व्यवस्थित मौसम संबंधी अवलोकनों की पूरी अवधि के लिए उच्चतम सौर गतिविधि की अवधि के साथ मेल खाते हैं, यानी। 18वीं सदी की शुरुआत से. उच्च गतिविधि की अवधि के दौरान, सूर्य पर कुछ क्षेत्रों की चमक कई गुना बढ़ जाती है, और पराबैंगनी और एक्स-रे विकिरण की शक्ति तेजी से बढ़ जाती है। ऐसी घटनाओं को सौर ज्वाला कहा जाता है। वे कई मिनटों से लेकर एक से दो घंटे तक चलते हैं। भड़कने के दौरान, सौर प्लाज्मा (ज्यादातर प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन) का विस्फोट होता है, और प्राथमिक कण बाहरी अंतरिक्ष में चले जाते हैं। ऐसी ज्वालाओं के दौरान सूर्य से निकलने वाले विद्युत चुम्बकीय और कणिका विकिरण का पृथ्वी के वायुमंडल पर गहरा प्रभाव पड़ता है।
प्रारंभिक प्रतिक्रिया भड़कने के 8 मिनट बाद देखी जाती है, जब तीव्र पराबैंगनी और एक्स-रे विकिरण पृथ्वी पर पहुंचता है। परिणामस्वरूप, आयनीकरण तेजी से बढ़ता है; एक्स-रे वायुमंडल में आयनमंडल की निचली सीमा तक प्रवेश करती हैं; इन परतों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या इतनी बढ़ जाती है कि रेडियो सिग्नल लगभग पूरी तरह से अवशोषित हो जाते हैं ("बुझ जाते हैं")। विकिरण के अतिरिक्त अवशोषण के कारण गैस गर्म हो जाती है, जो हवाओं के विकास में योगदान करती है। आयनित गैस एक विद्युत चालक है, और जब यह पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में चलती है, तो एक डायनेमो प्रभाव होता है और एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है। ऐसी धाराएँ, बदले में, चुंबकीय क्षेत्र में ध्यान देने योग्य गड़बड़ी पैदा कर सकती हैं और चुंबकीय तूफान के रूप में प्रकट हो सकती हैं।
ऊपरी वायुमंडल की संरचना और गतिशीलता सौर विकिरण, रासायनिक प्रक्रियाओं, अणुओं और परमाणुओं के उत्तेजना, उनके निष्क्रिय होने, टकराव और अन्य प्राथमिक प्रक्रियाओं द्वारा आयनीकरण और पृथक्करण से जुड़े थर्मोडायनामिक अर्थ में गैर-संतुलन प्रक्रियाओं द्वारा महत्वपूर्ण रूप से निर्धारित होती है। इस मामले में, जैसे-जैसे घनत्व घटता है, ऊंचाई के साथ शून्य संतुलन की डिग्री बढ़ती जाती है। 500-1000 किमी की ऊंचाई तक, और अक्सर इससे भी अधिक, ऊपरी वायुमंडल की कई विशेषताओं के लिए गैर-संतुलन की डिग्री काफी छोटी होती है, जिससे इसका वर्णन करने के लिए रासायनिक प्रतिक्रियाओं को ध्यान में रखते हुए शास्त्रीय और हाइड्रोमैग्नेटिक हाइड्रोडायनामिक्स का उपयोग करना संभव हो जाता है।
बाह्यमंडल पृथ्वी के वायुमंडल की बाहरी परत है, जो कई सौ किलोमीटर की ऊंचाई से शुरू होती है, जहां से हल्के, तेज़ गति वाले हाइड्रोजन परमाणु बाहरी अंतरिक्ष में बच सकते हैं।
एडवर्ड कोनोनोविच
साहित्य:
पुडोवकिन एम.आई. सौर भौतिकी के मूल सिद्धांत. सेंट पीटर्सबर्ग, 2001
एरिस चैसन, स्टीव मैकमिलन आज खगोल विज्ञान. प्रेंटिस-हॉल, इंक. अपर सैडल नदी, 2002
इंटरनेट पर सामग्री: http://ciencia.nasa.gov/
मौसम विज्ञान दीर्घकालिक विविधताओं से संबंधित है, और जलवायु विज्ञान दीर्घकालिक विविधताओं से संबंधित है।
वायुमंडल की मोटाई पृथ्वी की सतह से 1500 कि.मी. है। हवा का कुल द्रव्यमान, यानी वायुमंडल बनाने वाली गैसों का मिश्रण, 5.1-5.3 * 10^15 टन है। स्वच्छ शुष्क हवा का आणविक द्रव्यमान 29 है। समुद्र तल पर 0 डिग्री सेल्सियस पर दबाव 101,325 है पा, या 760 मिमी. आरटी. कला।; महत्वपूर्ण तापमान - 140.7 डिग्री सेल्सियस; गंभीर दबाव 3.7 एमपीए। 0 डिग्री सेल्सियस पर पानी में हवा की घुलनशीलता 0.036% है, 25 डिग्री सेल्सियस पर - 0.22%।
वायुमंडल की भौतिक स्थिति निर्धारित होती है। वायुमंडल के बुनियादी पैरामीटर: वायु घनत्व, दबाव, तापमान और संरचना। जैसे-जैसे ऊंचाई बढ़ती है, हवा का घनत्व कम होता जाता है। ऊंचाई में परिवर्तन के साथ तापमान में भी परिवर्तन होता है। वर्टिकल को विभिन्न तापमान और विद्युत गुणों, विभिन्न वायु स्थितियों की विशेषता है। वायुमंडल में तापमान के आधार पर, निम्नलिखित मुख्य परतों को प्रतिष्ठित किया जाता है: क्षोभमंडल, समताप मंडल, मेसोस्फीयर, थर्मोस्फीयर, एक्सोस्फीयर (बिखरने वाला क्षेत्र)। पड़ोसी शैलों के बीच वायुमंडल के संक्रमणकालीन क्षेत्रों को क्रमशः ट्रोपोपॉज़, स्ट्रैटोपॉज़ आदि कहा जाता है।
क्षोभ मंडल- निचला, मुख्य, सबसे अधिक अध्ययन किया गया, ध्रुवीय क्षेत्रों में ऊंचाई 8-10 किमी है, समशीतोष्ण अक्षांशों में 10-12 किमी तक, भूमध्य रेखा पर - 16-18 किमी। क्षोभमंडल में वायुमंडल के कुल द्रव्यमान का लगभग 80-90% और लगभग सभी जल वाष्प होते हैं। प्रत्येक 100 मीटर बढ़ने पर क्षोभमंडल में तापमान औसतन 0.65 डिग्री सेल्सियस कम हो जाता है और ऊपरी भाग में -53 डिग्री सेल्सियस तक पहुँच जाता है। क्षोभमंडल की इस ऊपरी परत को ट्रोपोपॉज़ कहा जाता है। क्षोभमंडल में अशांति और संवहन अत्यधिक विकसित होते हैं, प्रमुख भाग केंद्रित होता है, बादल दिखाई देते हैं और विकसित होते हैं।
स्ट्रैटोस्फियर- 11-50 किमी की ऊंचाई पर स्थित वायुमंडल की एक परत। 11-25 किमी परत (समताप मंडल की निचली परत) में तापमान में मामूली बदलाव और 25-40 किमी परत में -56.5 से 0.8 डिग्री सेल्सियस (समताप मंडल या व्युत्क्रम क्षेत्र की ऊपरी परत) में वृद्धि की विशेषता है। लगभग 40 किमी की ऊंचाई पर 273 K (0 डिग्री सेल्सियस) के मान तक पहुंचने के बाद, तापमान 55 किमी की ऊंचाई तक स्थिर रहता है। स्थिर तापमान के इस क्षेत्र को स्ट्रैटोपॉज़ कहा जाता है और यह समताप मंडल और मेसोस्फीयर के बीच की सीमा है।
यह समताप मंडल में है कि परत स्थित है ओजोनोस्फीयर("ओजोन परत", 15-20 से 55-60 किमी की ऊंचाई पर), जो जीवन की ऊपरी सीमा निर्धारित करती है। समताप मंडल और मेसोस्फीयर का एक महत्वपूर्ण घटक ओजोन है, जो 30 किमी की ऊंचाई पर सबसे तीव्र फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप बनता है। ओजोन का कुल द्रव्यमान सामान्य दबाव में 1.7-4 मिमी मोटी परत होगी, लेकिन यह जीवन-विनाशकारी पराबैंगनी विकिरण को अवशोषित करने के लिए पर्याप्त है। ओजोन का विनाश तब होता है जब यह मुक्त कणों, नाइट्रोजन ऑक्साइड और हैलोजन युक्त यौगिकों ("फ़्रीऑन" सहित) के साथ संपर्क करता है। ओजोन - ऑक्सीजन का एक अपरूप, निम्नलिखित रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप बनता है, आमतौर पर बारिश के बाद, जब परिणामी यौगिक क्षोभमंडल की ऊपरी परतों तक बढ़ जाता है; ओजोन में एक विशिष्ट गंध होती है।
समताप मंडल में, पराबैंगनी विकिरण (180-200 एनएम) का अधिकांश लघु-तरंग भाग बरकरार रहता है और लघु तरंगों की ऊर्जा परिवर्तित हो जाती है। इन किरणों के प्रभाव में, चुंबकीय क्षेत्र बदलते हैं, अणु विघटित होते हैं, आयनीकरण होता है और गैसों और अन्य रासायनिक यौगिकों का नया निर्माण होता है। इन प्रक्रियाओं को उत्तरी रोशनी, बिजली और अन्य चमक के रूप में देखा जा सकता है। समताप मंडल में लगभग कोई जलवाष्प नहीं है।
मीसोस्फीयर 50 किमी की ऊंचाई से शुरू होता है और 80-90 किमी तक फैला होता है। 75-85 किमी की ऊंचाई पर यह -88 डिग्री सेल्सियस तक गिर जाता है। मेसोस्फीयर की ऊपरी सीमा मेसोपॉज़ है।
बाह्य वायुमंडल(दूसरा नाम आयनमंडल है) - मेसोस्फीयर के बाद वायुमंडल की परत - 80-90 किमी की ऊंचाई पर शुरू होती है और 800 किमी तक फैली होती है। थर्मोस्फीयर में हवा का तापमान तेजी से और लगातार बढ़ता है और कई सौ और यहां तक कि हजारों डिग्री तक पहुंच जाता है।
बहिर्मंडल- फैलाव क्षेत्र, थर्मोस्फीयर का बाहरी भाग, 800 किमी से ऊपर स्थित है। बाह्यमंडल में गैस बहुत दुर्लभ है, और यहां से इसके कण अंतरग्रहीय अंतरिक्ष (अपव्यय) में लीक हो जाते हैं।
100 किमी की ऊंचाई तक, वायुमंडल गैसों का एक सजातीय (एकल-चरण), अच्छी तरह मिश्रित मिश्रण है। उच्च परतों में, ऊंचाई पर गैसों का वितरण उनके आणविक भार पर निर्भर करता है; भारी गैसों की सांद्रता पृथ्वी की सतह से दूरी के साथ तेजी से घटती है। गैस घनत्व में कमी के कारण, समताप मंडल में तापमान 0°C से मध्यमंडल में -110°C तक गिर जाता है। हालाँकि, 200-250 किमी की ऊंचाई पर व्यक्तिगत कणों की गतिज ऊर्जा लगभग 1500 डिग्री सेल्सियस के तापमान से मेल खाती है। 200 किमी से ऊपर, समय और स्थान में तापमान और गैस घनत्व में महत्वपूर्ण उतार-चढ़ाव देखा जाता है।
लगभग 2000-3000 किमी की ऊंचाई पर, बाह्यमंडल धीरे-धीरे तथाकथित निकट-अंतरिक्ष निर्वात में बदल जाता है, जो अंतरग्रहीय गैस के अत्यधिक दुर्लभ कणों, मुख्य रूप से हाइड्रोजन परमाणुओं से भरा होता है। लेकिन यह गैस अंतरग्रहीय पदार्थ के केवल एक भाग का प्रतिनिधित्व करती है। दूसरे भाग में हास्य और उल्कापिंड मूल के धूल के कण होते हैं। इन अत्यंत दुर्लभ कणों के अलावा, सौर और गैलेक्टिक मूल के विद्युत चुम्बकीय और कणिका विकिरण इस अंतरिक्ष में प्रवेश करते हैं।
क्षोभमंडल वायुमंडल के द्रव्यमान का लगभग 80% है, समतापमंडल - लगभग 20%; मेसोस्फीयर का द्रव्यमान 0.3% से अधिक नहीं है, थर्मोस्फीयर वायुमंडल के कुल द्रव्यमान का 0.05% से कम है। वायुमंडल में विद्युत गुणों के आधार पर, न्यूट्रोनोस्फीयर और आयनोस्फीयर को प्रतिष्ठित किया जाता है। वर्तमान में यह माना जाता है कि वायुमंडल 2000-3000 किमी की ऊंचाई तक फैला हुआ है।
वायुमंडल में गैस की संरचना के आधार पर, होमोस्फीयर और हेटरोस्फियर को प्रतिष्ठित किया जाता है। हेटेरोस्फीयर- यह वह क्षेत्र है जहां गुरुत्वाकर्षण गैसों के पृथक्करण को प्रभावित करता है, क्योंकि इतनी ऊंचाई पर उनका मिश्रण नगण्य है। इसका तात्पर्य विषममंडल की परिवर्तनशील संरचना से है। इसके नीचे वायुमंडल का एक अच्छी तरह से मिश्रित, सजातीय भाग स्थित है जिसे होमोस्फीयर कहा जाता है। इन परतों के बीच की सीमा को टर्बोपॉज़ कहा जाता है; यह लगभग 120 किमी की ऊंचाई पर स्थित है।
वायुमंडलीय दबाव इसमें मौजूद वस्तुओं और पृथ्वी की सतह पर वायुमंडलीय हवा का दबाव है। सामान्य वायुमंडलीय दबाव 760 mmHg है। कला। (101,325 पा)। ऊंचाई में प्रत्येक किलोमीटर की वृद्धि के लिए दबाव 100 मिमी कम हो जाता है।
वायुमंडलीय रचना
पृथ्वी का वायु आवरण, जिसमें मुख्य रूप से गैसें और विभिन्न अशुद्धियाँ (धूल, पानी की बूंदें, बर्फ के क्रिस्टल, समुद्री नमक, दहन उत्पाद) शामिल हैं, जिनकी मात्रा स्थिर नहीं है। मुख्य गैसें नाइट्रोजन (78%), ऑक्सीजन (21%) और आर्गन (0.93%) हैं। कार्बन डाइऑक्साइड CO2 (0.03%) को छोड़कर, वायुमंडल को बनाने वाली गैसों की सांद्रता लगभग स्थिर है।
वायुमंडल में SO2, CH4, NH3, CO, हाइड्रोकार्बन, HC1, HF, Hg वाष्प, I2, साथ ही NO और कई अन्य गैसें भी कम मात्रा में मौजूद हैं। क्षोभमंडल में लगातार बड़ी मात्रा में निलंबित ठोस और तरल कण (एरोसोल) मौजूद रहते हैं।
वायुमंडल पृथ्वी के चारों ओर गैस का एक आवरण है। वायुमंडल की संरचना "बहुमंजिला" है और यह क्षोभमंडल, समतापमंडल, मध्यमंडल, थर्मोस्फीयर और एक्सोस्फीयर जैसी परतों में विभाजित है। इसकी संपूर्ण मोटाई में वायुमंडल के शुष्क अवशेषों की संरचना लगभग समान है। लेकिन इसका घनत्व और तापमान अलग-अलग होता है और निचली परत (क्षोभमंडल) में मिट्टी के ऊपर पानी, ठोस कण और कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा बढ़ जाती है। क्षोभमंडल में वायुमंडल के कुल द्रव्यमान का लगभग 80% शामिल है।
वायुमंडल के मुख्य घटक नाइट्रोजन (78% से अधिक) और ऑक्सीजन (20% से अधिक), साथ ही कई अन्य गैसें (1% तक) हैं - आर्गन, नियॉन, कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन, हीलियम, हाइड्रोजन , क्रिप्टन, क्सीनन, नाइट्रिक ऑक्साइड, ओजोन, सल्फर डाइऑक्साइड। कुछ गैसें वायुमंडलीय वायु में अल्प मात्रा में पाई जाती हैं।
गैसों की संरचना
वायुमंडल में नाइट्रोजन अन्य गैसों की तुलना में बहुत अधिक सांद्रता (78%) में निहित है। लगभग तीन मिलियन वर्ष पहले, हरे पौधों की उपस्थिति और, तदनुसार, प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप, वायुमंडल में बड़ी मात्रा में ऑक्सीजन छोड़ी जाने लगी। जब अमोनिया-हाइड्रोजन वातावरण को आणविक ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकरण किया गया, तो नाइट्रोजन की एक बड़ी मात्रा दिखाई दी। वर्तमान में, यह गैस सूक्ष्मजीवों के जीवन के दौरान वायुमंडल में छोड़ी जाती है, क्योंकि यह रासायनिक तत्व पौधे और पशु मूल के प्रोटीन का एक अभिन्न अंग है। नाइट्रेट और कुछ नाइट्रोजन युक्त यौगिकों के विनाइट्रीकरण के दौरान वायुमंडलीय हवा नाइट्रोजन से समृद्ध होती है। वायुमंडल की ऊपरी परतों में, नाइट्रोजन का ओजोन द्वारा नाइट्रिक ऑक्साइड में ऑक्सीकरण होता है। मुक्त नाइट्रोजन केवल विशेष परिस्थितियों में रासायनिक प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करती है, उदाहरण के लिए, बिजली गिरने के दौरान। नाइट्रोजन पदार्थों के प्राकृतिक चक्र में भाग लेता है और वातावरण में आणविक ऑक्सीजन की सांद्रता को नियंत्रित करता है, इसके अत्यधिक संचय को रोकता है।
नाइट्रोजन के बाद ऑक्सीजन, वायुमंडलीय हवा में मात्रा सामग्री (20.85%) के प्रतिशत के मामले में दूसरे स्थान पर है। पृथ्वी पर जीवित जीवों, विशेष रूप से पौधों, के प्रकट होने के बाद वायुमंडल की संरचना में नाटकीय परिवर्तन हुए, जो प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप हवा को ऑक्सीजन से समृद्ध करते हैं और कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करते हैं। पृथ्वी के वायुमंडल के विकास के प्रारंभिक चरणों में, जारी ऑक्सीजन को अमोनिया, हाइड्रोकार्बन और लोहे के ऑक्सीकरण पर खर्च किया गया था। जब यह अवधि ख़त्म हुई तो हवा में ऑक्सीजन की मात्रा धीरे-धीरे बढ़ने लगी। प्राचीन ग्रह के वातावरण ने आधुनिक ग्रह की विशिष्ट विशेषताएं प्राप्त करना शुरू कर दिया। वायुमंडल द्वारा ऑक्सीकरण गुणों के अधिग्रहण ने स्थलमंडल और जीवमंडल में परिवर्तनों की उपस्थिति को निर्धारित किया। वायुमंडल में मौजूद ऑक्सीजन जीवित जीवों के लिए श्वसन, क्षय और दहन जैसी महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं के लिए आवश्यक है। इस प्रकार, इस रासायनिक तत्व के बिना जीवन असंभव है। वर्तमान में, पौधों की कोशिकाओं में प्रकाश संश्लेषण के कारण लगभग सभी मुक्त ऑक्सीजन वायुमंडल में प्रवेश करती है।
वायु का एक महत्वपूर्ण घटक कार्बन डाइऑक्साइड है, जो वायुमंडल में कम मात्रा (0.03%) में निहित है। इसकी सांद्रता ज्वालामुखियों की गतिविधि, पृथ्वी के गोले में रासायनिक प्रक्रियाओं (खनिज झरने, मिट्टी, क्षय उत्पाद) पर निर्भर करती है। इसके अलावा, औद्योगिक उद्यमों से बड़ी मात्रा में कार्बन डाइऑक्साइड वायुमंडल में छोड़ा जाता है। लेकिन इस यौगिक का बड़ा हिस्सा हमारे ग्रह के जीवमंडल में जैवसंश्लेषण और कार्बनिक पदार्थों के अपघटन के परिणामस्वरूप वायुमंडल में प्रवेश करता है। कार्बन डाइऑक्साइड को पृथ्वी का हीटर माना जाता है, क्योंकि यह सौर विकिरण को ग्रह की सतह तक अच्छी तरह पहुंचाता है और इससे निकलने वाली गर्मी को बरकरार रखता है।
वायुमंडल में अन्य गैसों की मात्रा नगण्य है। नियॉन, आर्गन, क्सीनन जैसी महान गैसें ज्वालामुखी विस्फोट और कुछ रेडियोधर्मी तत्वों के क्षय के परिणामस्वरूप वायुमंडल में प्रवेश करती हैं। वैज्ञानिकों का मानना है कि पृथ्वी के वायुमंडल में इतनी कम मात्रा में उत्कृष्ट गैसें बाहरी अंतरिक्ष में उनके निरंतर फैलाव के कारण हैं।
वाष्प और कण
गैसों के अलावा, वायुमंडलीय वायु में एयरोसोल के रूप में जल वाष्प और ठोस कण होते हैं। पृथ्वी की सतह से पानी के वाष्पीकरण के कारण हवा में जलवाष्प की सांद्रता बढ़ जाती है। इसकी सामग्री अलग-अलग क्षेत्रों में भिन्न-भिन्न होती है और यह पूरे वर्ष भर में बदल भी सकती है। जलवाष्प से वर्षा एवं बादल बनते हैं। जलवाष्प की मात्रा के कारण ही वायुमंडल पृथ्वी की सतह से लगभग 60% ऊष्मा बरकरार रखता है।
वायुमंडलीय हवा में कण पदार्थ ब्रह्मांडीय और ज्वालामुखीय मूल की धूल, नमक क्रिस्टल, धुआं, सूक्ष्मजीव, पौधों के जीवों के पराग आदि हैं। कणीय पदार्थ के निलंबन से पृथ्वी की सतह तक पहुंचने वाले सौर विकिरण में कमी आती है और जल वाष्प के संघनन और बादलों के निर्माण में भी तेजी आती है।
संबंधित सामग्री:
इसकी ऊपरी सीमा ध्रुवीय में 8-10 किमी, समशीतोष्ण में 10-12 किमी और उष्णकटिबंधीय अक्षांशों में 16-18 किमी की ऊंचाई पर है; गर्मियों की तुलना में सर्दियों में कम. वायुमंडल की निचली, मुख्य परत। इसमें वायुमंडलीय वायु के कुल द्रव्यमान का 80% से अधिक और वायुमंडल में मौजूद सभी जलवाष्प का लगभग 90% शामिल है। क्षोभमंडल में अशांति और संवहन अत्यधिक विकसित होते हैं, बादल दिखाई देते हैं और चक्रवात और प्रतिचक्रवात विकसित होते हैं। 0.65°/100 मीटर की औसत ऊर्ध्वाधर ढाल के साथ ऊंचाई बढ़ने के साथ तापमान घटता जाता है
निम्नलिखित को पृथ्वी की सतह पर "सामान्य स्थितियों" के रूप में स्वीकार किया जाता है: घनत्व 1.2 किग्रा/एम3, बैरोमीटर का दबाव 101.35 केपीए, तापमान प्लस 20 डिग्री सेल्सियस और सापेक्ष आर्द्रता 50%। इन सशर्त संकेतकों का विशुद्ध रूप से इंजीनियरिंग महत्व है।
स्ट्रैटोस्फियर
वायुमंडल की एक परत 11 से 50 किमी की ऊंचाई पर स्थित है। 11-25 किमी परत (समताप मंडल की निचली परत) में तापमान में मामूली बदलाव और 25-40 किमी परत में तापमान में -56.5 से 0.8 डिग्री (समताप मंडल या व्युत्क्रम क्षेत्र की ऊपरी परत) में वृद्धि की विशेषता है। लगभग 40 किमी की ऊंचाई पर लगभग 273 K (लगभग 0 डिग्री सेल्सियस) के मान तक पहुंचने के बाद, तापमान लगभग 55 किमी की ऊंचाई तक स्थिर रहता है। स्थिर तापमान के इस क्षेत्र को स्ट्रैटोपॉज़ कहा जाता है और यह समताप मंडल और मेसोस्फीयर के बीच की सीमा है।
स्ट्रैटोपॉज़
समतापमंडल और मध्यमंडल के बीच वायुमंडल की सीमा परत। ऊर्ध्वाधर तापमान वितरण में अधिकतम (लगभग 0 डिग्री सेल्सियस) होता है।
मीसोस्फीयर
मेसोपॉज़
मेसोस्फीयर और थर्मोस्फीयर के बीच संक्रमणकालीन परत। ऊर्ध्वाधर तापमान वितरण में न्यूनतम (लगभग -90°C) है।
कर्मन रेखा
समुद्र तल से ऊँचाई, जिसे पारंपरिक रूप से पृथ्वी के वायुमंडल और अंतरिक्ष के बीच की सीमा के रूप में स्वीकार किया जाता है।
बाह्य वायुमंडल
ऊपरी सीमा लगभग 800 किमी है। तापमान 200-300 किमी की ऊंचाई तक बढ़ जाता है, जहां यह 1500 K के क्रम के मान तक पहुंच जाता है, जिसके बाद यह उच्च ऊंचाई पर लगभग स्थिर रहता है। पराबैंगनी और एक्स-रे सौर विकिरण और ब्रह्मांडीय विकिरण के प्रभाव में, हवा का आयनीकरण ("ऑरोरा") होता है - आयनमंडल के मुख्य क्षेत्र थर्मोस्फीयर के अंदर स्थित होते हैं। 300 किमी से अधिक की ऊंचाई पर, परमाणु ऑक्सीजन प्रबल होता है।
बाह्यमंडल (प्रकीर्णन क्षेत्र)
100 किमी की ऊँचाई तक, वायुमंडल गैसों का एक सजातीय, अच्छी तरह मिश्रित मिश्रण है। उच्च परतों में, ऊँचाई के अनुसार गैसों का वितरण उनके आणविक भार पर निर्भर करता है; भारी गैसों की सांद्रता पृथ्वी की सतह से दूरी के साथ तेजी से घटती है। गैस घनत्व में कमी के कारण तापमान समतापमंडल में 0°C से मध्यमंडल में -110°C तक गिर जाता है। हालाँकि, 200-250 किमी की ऊंचाई पर व्यक्तिगत कणों की गतिज ऊर्जा ~1500°C के तापमान से मेल खाती है। 200 किमी से ऊपर, समय और स्थान में तापमान और गैस घनत्व में महत्वपूर्ण उतार-चढ़ाव देखा जाता है।
लगभग 2000-3000 किमी की ऊंचाई पर, बाह्यमंडल धीरे-धीरे तथाकथित में बदल जाता है निकट अंतरिक्ष निर्वात, जो अंतरग्रहीय गैस के अत्यधिक दुर्लभ कणों, मुख्य रूप से हाइड्रोजन परमाणुओं से भरा होता है। लेकिन यह गैस अंतरग्रहीय पदार्थ के केवल एक भाग का प्रतिनिधित्व करती है। दूसरे भाग में हास्य और उल्कापिंड मूल के धूल के कण होते हैं। अत्यंत दुर्लभ धूल कणों के अलावा, सौर और गैलेक्टिक मूल के विद्युत चुम्बकीय और कणिका विकिरण इस अंतरिक्ष में प्रवेश करते हैं।
क्षोभमंडल वायुमंडल के द्रव्यमान का लगभग 80% है, समतापमंडल - लगभग 20%; मेसोस्फीयर का द्रव्यमान 0.3% से अधिक नहीं है, थर्मोस्फीयर वायुमंडल के कुल द्रव्यमान का 0.05% से कम है। वायुमंडल में विद्युत गुणों के आधार पर, न्यूट्रोनोस्फीयर और आयनोस्फीयर को प्रतिष्ठित किया जाता है। वर्तमान में यह माना जाता है कि वायुमंडल 2000-3000 किमी की ऊंचाई तक फैला हुआ है।
वायुमंडल में गैस की संरचना के आधार पर, वे उत्सर्जित होते हैं सममंडलऔर विषममंडल. हेटेरोस्फीयर- यह वह क्षेत्र है जहां गुरुत्वाकर्षण गैसों के पृथक्करण को प्रभावित करता है, क्योंकि इतनी ऊंचाई पर उनका मिश्रण नगण्य होता है। इसका तात्पर्य विषममंडल की परिवर्तनशील संरचना से है। इसके नीचे वायुमंडल का एक अच्छी तरह से मिश्रित, सजातीय भाग स्थित है, जिसे होमोस्फीयर कहा जाता है। इन परतों के बीच की सीमा को टर्बोपॉज़ कहा जाता है, यह लगभग 120 किमी की ऊँचाई पर स्थित है।
भौतिक गुण
वायुमंडल की मोटाई पृथ्वी की सतह से लगभग 2000 - 3000 किमी है। कुल वायु द्रव्यमान (5.1-5.3)?10 18 किग्रा है। स्वच्छ शुष्क वायु का दाढ़ द्रव्यमान 28.966 है। समुद्र तल पर 0 डिग्री सेल्सियस पर दबाव 101.325 केपीए; गंभीर तापमान ?140.7 डिग्री सेल्सियस; गंभीर दबाव 3.7 एमपीए; सी पी 1.0048?10? जे/(किग्रा के)(0 डिग्री सेल्सियस पर), सी वी 0.7159 10? जे/(किलो के) (0 डिग्री सेल्सियस पर)। 0°C पर हवा की पानी में घुलनशीलता 0.036%, 25°C पर 0.22% है।
वायुमंडल के शारीरिक और अन्य गुण
पहले से ही समुद्र तल से 5 किमी की ऊंचाई पर, एक अप्रशिक्षित व्यक्ति को ऑक्सीजन की कमी का अनुभव होने लगता है और अनुकूलन के बिना, एक व्यक्ति का प्रदर्शन काफी कम हो जाता है। वायुमंडल का शारीरिक क्षेत्र यहीं समाप्त होता है। 15 किमी की ऊंचाई पर मानव का सांस लेना असंभव हो जाता है, हालांकि लगभग 115 किमी तक वातावरण में ऑक्सीजन होती है।
वातावरण हमें साँस लेने के लिए आवश्यक ऑक्सीजन की आपूर्ति करता है। हालाँकि, वायुमंडल के कुल दबाव में गिरावट के कारण, जैसे-जैसे आप ऊंचाई पर बढ़ते हैं, ऑक्सीजन का आंशिक दबाव तदनुसार कम हो जाता है।
मानव फेफड़ों में लगातार लगभग 3 लीटर वायुकोशीय वायु होती है। सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर वायुकोशीय वायु में ऑक्सीजन का आंशिक दबाव 110 mmHg होता है। कला।, कार्बन डाइऑक्साइड दबाव - 40 मिमी एचजी। कला।, और जल वाष्प - 47 मिमी एचजी। कला। बढ़ती ऊंचाई के साथ, ऑक्सीजन का दबाव कम हो जाता है, और फेफड़ों में पानी और कार्बन डाइऑक्साइड का कुल वाष्प दबाव लगभग स्थिर रहता है - लगभग 87 मिमी एचजी। कला। जब परिवेशी वायु का दबाव इस मान के बराबर हो जाएगा तो फेफड़ों को ऑक्सीजन की आपूर्ति पूरी तरह से बंद हो जाएगी।
लगभग 19-20 किमी की ऊंचाई पर, वायुमंडलीय दबाव 47 मिमी एचजी तक गिर जाता है। कला। इसलिए, इस ऊंचाई पर, मानव शरीर में पानी और अंतरालीय द्रव उबलने लगते हैं। इन ऊंचाइयों पर दबाव वाले केबिन के बाहर, मृत्यु लगभग तुरंत हो जाती है। इस प्रकार, मानव शरीर विज्ञान के दृष्टिकोण से, "अंतरिक्ष" पहले से ही 15-19 किमी की ऊंचाई पर शुरू होता है।
हवा की घनी परतें - क्षोभमंडल और समतापमंडल - हमें विकिरण के हानिकारक प्रभावों से बचाती हैं। हवा के पर्याप्त विरलीकरण के साथ, 36 किमी से अधिक की ऊंचाई पर, आयनकारी विकिरण - प्राथमिक ब्रह्मांडीय किरणें - का शरीर पर तीव्र प्रभाव पड़ता है; 40 किमी से अधिक की ऊंचाई पर, सौर स्पेक्ट्रम का पराबैंगनी भाग मनुष्यों के लिए खतरनाक है।
जैसे-जैसे हम पृथ्वी की सतह से अधिक ऊंचाई पर पहुंचते हैं, वायुमंडल की निचली परतों में ध्वनि प्रसार, वायुगतिकीय लिफ्ट और ड्रैग की घटना, संवहन द्वारा गर्मी हस्तांतरण आदि जैसी परिचित घटनाएं धीरे-धीरे कमजोर हो जाती हैं और फिर पूरी तरह से गायब हो जाती हैं। .
वायु की विरल परतों में ध्वनि का प्रसार असंभव है। 60-90 किमी की ऊंचाई तक, नियंत्रित वायुगतिकीय उड़ान के लिए वायु प्रतिरोध और लिफ्ट का उपयोग करना अभी भी संभव है। लेकिन 100-130 किमी की ऊंचाई से शुरू होकर, प्रत्येक पायलट से परिचित एम संख्या और ध्वनि अवरोध की अवधारणाएं अपना अर्थ खो देती हैं; पारंपरिक कर्मन रेखा वहां से गुजरती है, जिसके आगे विशुद्ध रूप से बैलिस्टिक उड़ान का क्षेत्र शुरू होता है, जो केवल प्रतिक्रियाशील बलों का उपयोग करके नियंत्रित किया जाए।
100 किमी से ऊपर की ऊंचाई पर, वायुमंडल एक और उल्लेखनीय संपत्ति से वंचित है - संवहन द्वारा थर्मल ऊर्जा को अवशोषित करने, संचालित करने और संचारित करने की क्षमता (यानी हवा को मिलाकर)। इसका मतलब यह है कि कक्षीय अंतरिक्ष स्टेशन पर उपकरणों के विभिन्न तत्वों को बाहर से उसी तरह से ठंडा नहीं किया जा सकेगा जैसा आमतौर पर हवाई जहाज पर किया जाता है - एयर जेट और एयर रेडिएटर्स की मदद से। इस ऊंचाई पर, जैसा कि आम तौर पर अंतरिक्ष में होता है, गर्मी स्थानांतरित करने का एकमात्र तरीका थर्मल विकिरण है।
वायुमंडलीय रचना
पृथ्वी के वायुमंडल में मुख्य रूप से गैसें और विभिन्न अशुद्धियाँ (धूल, पानी की बूंदें, बर्फ के क्रिस्टल, समुद्री नमक, दहन उत्पाद) शामिल हैं।
पानी (एच 2 ओ) और कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ 2) को छोड़कर, वायुमंडल को बनाने वाली गैसों की सांद्रता लगभग स्थिर है।
| गैस | सामग्री मात्रा से,% |
सामग्री वजन से,% |
|---|---|---|
| नाइट्रोजन | 78,084 | 75,50 |
| ऑक्सीजन | 20,946 | 23,10 |
| आर्गन | 0,932 | 1,286 |
| पानी | 0,5-4 | - |
| कार्बन डाईऑक्साइड | 0,032 | 0,046 |
| नियोन | 1.818×10 −3 | 1.3×10 −3 |
| हीलियम | 4.6×10 −4 | 7.2×10 −5 |
| मीथेन | 1.7×10 −4 | - |
| क्रीप्टोण | 1.14×10 −4 | 2.9×10 −4 |
| हाइड्रोजन | 5×10 −5 | 7.6×10 −5 |
| क्सीनन | 8.7×10 −6 | - |
| नाइट्रस ऑक्साइड | 5×10 −5 | 7.7×10 −5 |
तालिका में दर्शाई गई गैसों के अलावा, वायुमंडल में SO 2, NH 3, CO, ओजोन, हाइड्रोकार्बन, HCl, वाष्प, I 2, साथ ही कई अन्य गैसें कम मात्रा में हैं। क्षोभमंडल में लगातार बड़ी मात्रा में निलंबित ठोस और तरल कण (एरोसोल) मौजूद रहते हैं।
वायुमंडलीय निर्माण का इतिहास
सबसे आम सिद्धांत के अनुसार, समय के साथ पृथ्वी के वायुमंडल की चार अलग-अलग रचनाएँ हुई हैं। प्रारंभ में, इसमें अंतरग्रहीय अंतरिक्ष से ली गई हल्की गैसें (हाइड्रोजन और हीलियम) शामिल थीं। यह तथाकथित है प्राथमिक वातावरण(लगभग चार अरब वर्ष पहले)। अगले चरण में, सक्रिय ज्वालामुखीय गतिविधि के कारण वातावरण हाइड्रोजन (कार्बन डाइऑक्साइड, अमोनिया, जल वाष्प) के अलावा अन्य गैसों से संतृप्त हो गया। इस तरह इसका गठन हुआ द्वितीयक वातावरण(आज से लगभग तीन अरब वर्ष पहले)। यह वातावरण पुनर्स्थापनात्मक था। इसके अलावा, वायुमंडल निर्माण की प्रक्रिया निम्नलिखित कारकों द्वारा निर्धारित की गई थी:
- अंतरग्रहीय अंतरिक्ष में प्रकाश गैसों (हाइड्रोजन और हीलियम) का रिसाव;
- पराबैंगनी विकिरण, बिजली के निर्वहन और कुछ अन्य कारकों के प्रभाव में वातावरण में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाएं।
धीरे-धीरे इन कारकों के कारण इसका निर्माण हुआ तृतीयक वातावरण, हाइड्रोजन की बहुत कम सामग्री और नाइट्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड की बहुत अधिक सामग्री (अमोनिया और हाइड्रोकार्बन से रासायनिक प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप गठित) की विशेषता है।
नाइट्रोजन
एन 2 की एक बड़ी मात्रा का निर्माण आणविक ओ 2 द्वारा अमोनिया-हाइड्रोजन वातावरण के ऑक्सीकरण के कारण होता है, जो 3 अरब साल पहले शुरू हुए प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप ग्रह की सतह से आना शुरू हुआ था। नाइट्रेट और अन्य नाइट्रोजन युक्त यौगिकों के विनाइट्रीकरण के परिणामस्वरूप एन2 भी वायुमंडल में जारी होता है। ऊपरी वायुमंडल में नाइट्रोजन ओजोन द्वारा NO में ऑक्सीकृत हो जाती है।
नाइट्रोजन एन 2 केवल विशिष्ट परिस्थितियों में प्रतिक्रिया करता है (उदाहरण के लिए, बिजली गिरने के दौरान)। विद्युत निर्वहन के दौरान ओजोन द्वारा आणविक नाइट्रोजन के ऑक्सीकरण का उपयोग नाइट्रोजन उर्वरकों के औद्योगिक उत्पादन में किया जाता है। सायनोबैक्टीरिया (नीला-हरा शैवाल) और नोड्यूल बैक्टीरिया जो तथाकथित फलीदार पौधों के साथ राइजोबियल सहजीवन बनाते हैं, इसे कम ऊर्जा खपत के साथ ऑक्सीकरण कर सकते हैं और इसे जैविक रूप से सक्रिय रूप में परिवर्तित कर सकते हैं। हरी खाद।
ऑक्सीजन
पृथ्वी पर जीवित जीवों की उपस्थिति के साथ, प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप, ऑक्सीजन की रिहाई और कार्बन डाइऑक्साइड के अवशोषण के साथ, वायुमंडल की संरचना में मौलिक परिवर्तन शुरू हो गया। प्रारंभ में, ऑक्सीजन को कम यौगिकों - अमोनिया, हाइड्रोकार्बन, महासागरों में निहित लोहे के लौह रूप आदि के ऑक्सीकरण पर खर्च किया गया था। इस चरण के अंत में, वातावरण में ऑक्सीजन की मात्रा बढ़ने लगी। धीरे-धीरे, ऑक्सीकरण गुणों वाला एक आधुनिक वातावरण बना। क्योंकि इसने वायुमंडल, स्थलमंडल और जीवमंडल में होने वाली कई प्रक्रियाओं में बड़े और अचानक परिवर्तन किए, इस घटना को ऑक्सीजन आपदा कहा गया।
कार्बन डाईऑक्साइड
वायुमंडल में CO2 की सामग्री पृथ्वी के गोले में ज्वालामुखीय गतिविधि और रासायनिक प्रक्रियाओं पर निर्भर करती है, लेकिन सबसे अधिक - पृथ्वी के जीवमंडल में जैवसंश्लेषण की तीव्रता और कार्बनिक पदार्थों के अपघटन पर। ग्रह का लगभग संपूर्ण वर्तमान बायोमास (लगभग 2.4 × 10 12 टन) वायुमंडलीय वायु में निहित कार्बन डाइऑक्साइड, नाइट्रोजन और जल वाष्प के कारण बनता है। समुद्र, दलदलों और जंगलों में दबे जीव कोयला, तेल और प्राकृतिक गैस में बदल जाते हैं। (जियोकेमिकल कार्बन चक्र देखें)
उत्कृष्ट गैस
वायु प्रदूषण
हाल ही में, मनुष्यों ने वायुमंडल के विकास को प्रभावित करना शुरू कर दिया है। उनकी गतिविधियों का परिणाम पिछले भूवैज्ञानिक युगों में जमा हुए हाइड्रोकार्बन ईंधन के दहन के कारण वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा में लगातार उल्लेखनीय वृद्धि थी। प्रकाश संश्लेषण के दौरान भारी मात्रा में CO2 की खपत होती है और दुनिया के महासागरों द्वारा इसे अवशोषित कर लिया जाता है। यह गैस कार्बोनेट चट्टानों और पौधे और पशु मूल के कार्बनिक पदार्थों के अपघटन के साथ-साथ ज्वालामुखी और मानव औद्योगिक गतिविधि के कारण वायुमंडल में प्रवेश करती है। पिछले 100 वर्षों में, वायुमंडल में CO2 की मात्रा 10% बढ़ गई है, जिसमें से अधिकांश (360 बिलियन टन) ईंधन के दहन से आ रही है। यदि ईंधन दहन की वृद्धि दर जारी रही, तो अगले 50-60 वर्षों में वायुमंडल में CO2 की मात्रा दोगुनी हो जाएगी और वैश्विक जलवायु परिवर्तन हो सकता है।
ईंधन दहन प्रदूषणकारी गैसों (CO, SO2) का मुख्य स्रोत है। वायुमंडल की ऊपरी परतों में वायुमंडलीय ऑक्सीजन द्वारा सल्फर डाइऑक्साइड को एसओ 3 में ऑक्सीकृत किया जाता है, जो बदले में पानी और अमोनिया वाष्प के साथ संपर्क करता है, और परिणामस्वरूप सल्फ्यूरिक एसिड (एच 2 एसओ 4) और अमोनियम सल्फेट ((एनएच 4) 2 एसओ 4 ) तथाकथित के रूप में पृथ्वी की सतह पर वापस आ जाते हैं। अम्ल वर्षा। प्रयोग
