Ketinggian atmosfer atas. Struktur vertikal atmosfer

Dimulai pada ketinggian 80-90 km dan memanjang hingga 800 km. Suhu udara di termosfer berfluktuasi pada tingkat yang berbeda, meningkat dengan cepat dan terputus-putus dan dapat bervariasi dari 200 hingga 2000 K, tergantung pada tingkat aktivitas matahari. Alasannya adalah penyerapan radiasi ultraviolet dari Matahari pada ketinggian 150-300 km, karena ionisasi oksigen atmosfer. Di bagian bawah termosfer, peningkatan suhu sebagian besar disebabkan oleh energi yang dilepaskan selama kombinasi (rekombinasi) atom oksigen menjadi molekul (dalam hal ini, energi radiasi UV matahari, diserap lebih awal selama disosiasi molekul O2 , diubah menjadi energi gerak termal partikel). Di lintang tinggi, sumber panas yang penting di termosfer adalah panas Joule yang dilepaskan oleh arus listrik yang berasal dari magnetosfer. Sumber ini menyebabkan pemanasan atmosfer atas yang signifikan tetapi tidak merata di garis lintang subpolar, terutama selama badai magnetik.

Terbang di termosfer

Karena ketipisan udara yang ekstrem, penerbangan di atas garis Karman hanya dimungkinkan di sepanjang lintasan balistik. Semua penerbangan orbit berawak (dengan pengecualian penerbangan astronot Amerika ke Bulan) terjadi di termosfer, terutama pada ketinggian 200 hingga 500 km - di bawah 200 km efek perlambatan udara sangat terpengaruh, dan di atas sabuk radiasi 500 km memperpanjang yang memiliki efek berbahaya pada orang-orang.

Satelit tak berawak juga kebanyakan terbang di termosfer - menempatkan satelit ke orbit yang lebih tinggi membutuhkan lebih banyak energi, dan untuk banyak tujuan (misalnya, untuk penginderaan jauh Bumi), ketinggian rendah lebih disukai.

Yayasan Wikimedia. 2010 .

Lihat apa itu "Termosfer" di kamus lain:

Termosfer… Kamus Ejaan

termosfer- Area atmosfer bagian atas pada ketinggian 100.500 km dengan gradien suhu positif. [GOST 25645.113 84] termosfer Lapisan atmosfer planet yang terletak di atas mesosfer, ditandai dengan peningkatan suhu dengan ketinggian, secara bertahap melambat dan ... ... Buku Pegangan Penerjemah Teknis

Lapisan atmosfer di atas mesosfer dari ketinggian 80-90 km, suhu di mana naik ke ketinggian 200-300 km, di mana ia mencapai nilai orde 1500 K, setelah itu tetap hampir konstan hingga ketinggian tinggi . .. Kamus Ensiklopedis Besar

TERMOSFER, cangkang gas ringan antara MESOSFER dan EKSPOR, pada ketinggian 100 km hingga 400 km dari permukaan bumi. Ketika ketinggian di termosfer meningkat, suhu meningkat secara seragam ... Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis Ensiklopedia Geografis

Lapisan atmosfer di atas mesosfer dari ketinggian 80-90 km, suhu di mana naik ke ketinggian 200-300 km, di mana ia mencapai nilai orde 1500 K, setelah itu tetap hampir konstan hingga ketinggian tinggi. * * * TERMOSFER TERMOSFER, lapisan atmosfer di atas… … kamus ensiklopedis

- (lihat termo ... + bola) lapisan atas atmosfer, di atas 80 km, di mana suhu meningkat dengan ketinggian ke nilai yang sangat tinggi (1500 ° C pada ketinggian 200 300 km atau lebih). Kamus baru kata-kata asing. oleh EdwART, 2009. termosfer (te), s, zh. (… Kamus kata-kata asing dari bahasa Rusia

Setiap orang yang pernah terbang dengan pesawat terbang terbiasa dengan pesan seperti ini: "penerbangan kami berada di ketinggian 10.000 m, suhu di luar kapal adalah 50 ° C." Sepertinya tidak ada yang istimewa. Semakin jauh dari permukaan Bumi yang dipanaskan oleh Matahari, semakin dingin. Banyak orang beranggapan bahwa penurunan suhu dengan ketinggian berlangsung terus menerus dan berangsur-angsur suhu turun, mendekati suhu ruang. Omong-omong, para ilmuwan berpikir demikian sampai akhir abad ke-19.

Mari kita lihat lebih dekat distribusi suhu udara di atas Bumi. Atmosfer dibagi menjadi beberapa lapisan, yang terutama mencerminkan sifat perubahan suhu.

Lapisan atmosfer yang paling bawah disebut troposfer, yang berarti "bola rotasi". Semua perubahan cuaca dan iklim adalah hasil dari proses fisik yang terjadi tepat di lapisan ini. Batas atas lapisan ini terletak di mana penurunan suhu dengan ketinggian digantikan oleh kenaikannya - kira-kira pada ketinggian 15-16 km di atas khatulistiwa dan 7-8 km di atas kutub.Seperti Bumi itu sendiri, atmosfer di bawah pengaruh rotasi planet kita juga agak rata di atas kutub dan membengkak di atas khatulistiwa.Namun, efek ini jauh lebih kuat di atmosfer daripada di cangkang padat Bumi. Dari arah permukaan bumi ke batas atas troposfer, suhu udara menurun. Di atas khatulistiwa, suhu udara minimum sekitar -62 ° C, dan di atas kutub sekitar -45 ° C. Di garis lintang sedang, lebih dari 75% massa atmosfer berada di troposfer.Di daerah tropis, sekitar 90% berada di dalam massa troposfer atmosfer.

Pada tahun 1899, minimum ditemukan dalam profil suhu vertikal pada ketinggian tertentu, dan kemudian suhu sedikit meningkat. Awal peningkatan ini berarti transisi ke lapisan atmosfer berikutnya - ke stratosfir, yang berarti "lapisan bola". Istilah stratosfer berarti dan mencerminkan gagasan sebelumnya tentang keunikan lapisan yang terletak di atas troposfer. Stratosfer memanjang hingga ketinggian sekitar 50 km di atas permukaan bumi. Ciri-cirinya adalah , khususnya, peningkatan tajam suhu udara Peningkatan suhu ini menjelaskan reaksi pembentukan ozon - salah satu reaksi kimia utama yang terjadi di atmosfer.

Sebagian besar ozon terkonsentrasi pada ketinggian sekitar 25 km, tetapi secara umum lapisan ozon adalah cangkang yang terbentang kuat di sepanjang ketinggian, menutupi hampir seluruh stratosfer. Interaksi oksigen dengan sinar ultraviolet adalah salah satu proses yang menguntungkan di atmosfer bumi yang berkontribusi pada pemeliharaan kehidupan di bumi. Penyerapan energi ini oleh ozon mencegah alirannya yang berlebihan ke permukaan bumi, tempat terciptanya tingkat energi yang sesuai untuk keberadaan bentuk kehidupan di bumi. Ozonosfer menyerap sebagian energi radiasi yang melewati atmosfer. Akibatnya, gradien suhu udara vertikal sekitar 0,62 ° C per 100 m terbentuk di ozonosfer, yaitu, suhu naik dengan ketinggian hingga batas atas stratosfer - stratopause (50 km), mencapai, menurut beberapa data, 0 ° C.

Pada ketinggian 50 sampai 80 km terdapat lapisan atmosfer yang disebut mesosfer. Kata "mesosfer" berarti "bola menengah", di sini suhu udara terus menurun dengan ketinggian. Di atas mesosfer, dalam lapisan yang disebut termosfer, suhu naik lagi dengan ketinggian hingga sekitar 1000 ° C, dan kemudian turun dengan sangat cepat hingga -96 ° C. Namun, itu tidak turun tanpa batas, lalu suhunya naik lagi.

Termosfer adalah lapisan pertama ionosfir. Berbeda dengan lapisan yang disebutkan sebelumnya, ionosfer tidak dibedakan oleh suhu. Ionosfer adalah wilayah yang bersifat listrik, berkat banyak jenis komunikasi radio yang dimungkinkan. Ionosfer dibagi menjadi beberapa lapisan, dilambangkan dengan huruf D, E, F1 dan F2. Lapisan ini juga memiliki nama khusus. Pembagian menjadi lapisan disebabkan oleh beberapa alasan, di antaranya yang paling penting adalah pengaruh lapisan yang tidak merata pada lewatnya gelombang radio. Lapisan terendah, D, terutama menyerap gelombang radio dan dengan demikian mencegah propagasi lebih lanjut. Lapisan E yang paling baik dipelajari terletak pada ketinggian sekitar 100 km di atas permukaan bumi. Itu juga disebut lapisan Kennelly-Heaviside setelah nama ilmuwan Amerika dan Inggris yang secara bersamaan dan independen menemukannya. Lapisan E, seperti cermin raksasa, memantulkan gelombang radio. Berkat lapisan ini, gelombang radio yang panjang menempuh jarak yang lebih jauh dari yang diperkirakan jika hanya merambat dalam garis lurus, tanpa dipantulkan dari lapisan E. Lapisan F juga memiliki sifat yang serupa. Lapisan ini juga disebut lapisan Appleton. Bersama dengan lapisan Kennelly-Heaviside, ia memantulkan gelombang radio ke stasiun radio terestrial.Pemantulan tersebut dapat terjadi pada berbagai sudut. Lapisan Appleton terletak di ketinggian sekitar 240 km.

Wilayah terluar atmosfer, lapisan kedua ionosfer, sering disebut eksosfer. Istilah ini menunjukkan adanya pinggiran luar angkasa di dekat Bumi. Sulit untuk menentukan dengan tepat di mana atmosfer berakhir dan ruang dimulai, karena kerapatan gas atmosfer secara bertahap berkurang dengan ketinggian dan atmosfer itu sendiri secara bertahap berubah menjadi hampir vakum di mana hanya molekul individu yang bertemu. Sudah berada di ketinggian sekitar 320 km, kepadatan atmosfer sangat rendah sehingga molekul dapat menempuh jarak lebih dari 1 km tanpa saling bertabrakan. Bagian terluar atmosfer seolah-olah berfungsi sebagai batas atasnya, yang terletak di ketinggian 480 hingga 960 km.

Informasi lebih lanjut tentang proses di atmosfer dapat ditemukan di situs web "Iklim Bumi"

Suasana(dari atmos Yunani - uap dan spharia - bola) - cangkang udara Bumi, berputar bersamanya. Perkembangan atmosfer terkait erat dengan proses geologis dan geokimia yang terjadi di planet kita, serta dengan aktivitas organisme hidup.

Batas bawah atmosfer bertepatan dengan permukaan Bumi, karena udara menembus pori-pori terkecil di tanah dan larut bahkan dalam air.

Batas atas pada ketinggian 2000-3000 km secara bertahap melewati ke luar angkasa.

Atmosfer yang kaya oksigen memungkinkan kehidupan di Bumi. Oksigen atmosfer digunakan dalam proses pernapasan oleh manusia, hewan, dan tumbuhan.

Jika tidak ada atmosfer, bumi akan setenang bulan. Bagaimanapun, suara adalah getaran partikel udara. Warna biru langit dijelaskan oleh fakta bahwa sinar matahari, yang melewati atmosfer, seolah-olah melalui lensa, terurai menjadi warna komponennya. Dalam hal ini, sinar warna biru dan biru paling banyak tersebar.

Atmosfer menjebak sebagian besar radiasi ultraviolet dari Matahari, yang memiliki efek merugikan pada organisme hidup. Itu juga menyimpan panas di permukaan bumi, mencegah planet kita mendingin.

Struktur atmosfer

Beberapa lapisan dapat dibedakan di atmosfer, berbeda dalam kepadatan dan kepadatan (Gbr. 1).

Troposfer

Troposfer- lapisan atmosfer terendah, yang ketebalannya di atas kutub adalah 8-10 km, di garis lintang sedang - 10-12 km, dan di atas khatulistiwa - 16-18 km.

Beras. 1. Struktur atmosfer bumi

Udara di troposfer dipanaskan dari permukaan bumi, yaitu dari darat dan air. Oleh karena itu, suhu udara di lapisan ini menurun dengan ketinggian rata-rata 0,6 °C untuk setiap 100 m.Pada batas atas troposfer, mencapai -55 °C. Pada saat yang sama, di wilayah khatulistiwa di batas atas troposfer, suhu udara -70 °С, dan di wilayah Kutub Utara -65 °С.

Sekitar 80% massa atmosfer terkonsentrasi di troposfer, hampir semua uap air berada, badai petir, badai, awan, dan presipitasi terjadi, dan pergerakan udara vertikal (konveksi) dan horizontal (angin) terjadi.

Kita dapat mengatakan bahwa cuaca terutama terbentuk di troposfer.

Stratosfir

Stratosfir- lapisan atmosfer yang terletak di atas troposfer pada ketinggian 8 hingga 50 km. Warna langit di lapisan ini tampak ungu, yang dijelaskan oleh penipisan udara, sehingga sinar matahari hampir tidak menyebar.

Stratosfer mengandung 20% ​​massa atmosfer. Udara di lapisan ini dijernihkan, praktis tidak ada uap air, dan karenanya awan dan presipitasi hampir tidak terbentuk. Namun, arus udara yang stabil diamati di stratosfer, yang kecepatannya mencapai 300 km / jam.

Lapisan ini terkonsentrasi ozon(layar ozon, ozonosfer), lapisan yang menyerap sinar ultraviolet, mencegahnya masuk ke Bumi dan dengan demikian melindungi organisme hidup di planet kita. Karena ozon, suhu udara di batas atas stratosfer berada dalam kisaran -50 hingga 4-55 °C.

Antara mesosfer dan stratosfer ada zona transisi - stratopause.

Mesosfer

Mesosfer- lapisan atmosfer yang terletak pada ketinggian 50-80 km. Kepadatan udara di sini 200 kali lebih kecil daripada di permukaan Bumi. Warna langit di mesosfer tampak hitam, bintang terlihat pada siang hari. Suhu udara turun menjadi -75 (-90)°С.

Di ketinggian 80 km dimulai termosfer. Suhu udara di lapisan ini naik tajam hingga ketinggian 250 m, dan kemudian menjadi konstan: pada ketinggian 150 km mencapai 220-240 °C; pada ketinggian 500-600 km melebihi 1500 °C.

Di mesosfer dan termosfer, di bawah aksi sinar kosmik, molekul gas pecah menjadi partikel atom bermuatan (terionisasi), sehingga bagian atmosfer ini disebut ionosfir- lapisan udara yang sangat langka, terletak di ketinggian 50 hingga 1000 km, terutama terdiri dari atom oksigen terionisasi, molekul oksida nitrat dan elektron bebas. Lapisan ini dicirikan oleh elektrifikasi tinggi, dan gelombang radio panjang dan menengah dipantulkan darinya, seperti dari cermin.

Di ionosfer, aurora muncul - pancaran gas yang dijernihkan di bawah pengaruh partikel bermuatan listrik yang terbang dari Matahari - dan fluktuasi tajam dalam medan magnet diamati.

Eksosfer

Eksosfer- lapisan luar atmosfer, terletak di atas 1000 km. Lapisan ini juga disebut bola hamburan, karena partikel gas bergerak di sini dengan kecepatan tinggi dan dapat tersebar ke luar angkasa.

Komposisi atmosfer

Atmosfer merupakan campuran gas yang terdiri dari nitrogen (78,08%), oksigen (20,95%), karbon dioksida (0,03%), argon (0,93%), sejumlah kecil helium, neon, xenon, kripton (0,01%), ozon dan gas lainnya, tetapi kandungannya dapat diabaikan (Tabel 1). Komposisi modern udara bumi telah ditetapkan lebih dari seratus juta tahun yang lalu, tetapi aktivitas produksi manusia yang meningkat tajam tetap menyebabkan perubahannya. Saat ini terjadi peningkatan kandungan CO2 sekitar 10-12%.

Gas-gas yang membentuk atmosfer melakukan berbagai peran fungsional. Namun, signifikansi utama dari gas-gas ini ditentukan terutama oleh fakta bahwa mereka sangat kuat menyerap energi radiasi dan dengan demikian memiliki efek yang signifikan pada rezim suhu permukaan dan atmosfer bumi.

Tabel 1. Komposisi kimia udara atmosfer kering di dekat permukaan bumi

Nitrogen, gas paling umum di atmosfer, sedikit aktif secara kimiawi.

Oksigen, tidak seperti nitrogen, adalah unsur kimia yang sangat aktif. Fungsi spesifik oksigen adalah oksidasi bahan organik organisme heterotrofik, batuan, dan gas yang teroksidasi tidak sempurna yang dipancarkan ke atmosfer oleh gunung berapi. Tanpa oksigen, tidak akan ada dekomposisi bahan organik mati.

Peran karbon dioksida di atmosfer sangat besar. Ia memasuki atmosfer sebagai hasil dari proses pembakaran, respirasi organisme hidup, pembusukan dan, pertama-tama, merupakan bahan bangunan utama untuk pembuatan bahan organik selama fotosintesis. Selain itu, sifat karbon dioksida untuk mentransmisikan radiasi matahari gelombang pendek dan menyerap sebagian dari radiasi gelombang panjang termal sangat penting, yang akan menciptakan apa yang disebut efek rumah kaca, yang akan dibahas di bawah ini.

Pengaruh pada proses atmosfer, terutama pada rezim termal stratosfer, juga diberikan oleh ozon. Gas ini berfungsi sebagai penyerap alami radiasi ultraviolet matahari, dan penyerapan radiasi matahari menyebabkan pemanasan udara. Nilai rata-rata bulanan dari total kandungan ozon di atmosfer bervariasi tergantung pada garis lintang daerah dan musim dalam 0,23-0,52 cm (ini adalah ketebalan lapisan ozon pada tekanan dan suhu tanah). Ada peningkatan kandungan ozon dari khatulistiwa ke kutub dan variasi tahunan dengan minimum di musim gugur dan maksimum di musim semi.

Sifat karakteristik atmosfer dapat disebut fakta bahwa kandungan gas utama (nitrogen, oksigen, argon) sedikit berubah dengan ketinggian: pada ketinggian 65 km di atmosfer, kandungan nitrogen adalah 86%, oksigen - 19 , argon - 0,91, pada ketinggian 95 km - nitrogen 77, oksigen - 21,3, argon - 0,82%. Keteguhan komposisi udara atmosfer secara vertikal dan horizontal dipertahankan dengan pencampurannya.

Selain gas, udara mengandung uap air dan partikel padat. Yang terakhir dapat memiliki asal alami dan buatan (antropogenik). Ini adalah serbuk sari bunga, kristal garam kecil, debu jalan, kotoran aerosol. Ketika sinar matahari menembus jendela, mereka dapat dilihat dengan mata telanjang.

Ada banyak partikel di udara kota dan pusat industri besar, di mana emisi gas berbahaya dan kotorannya yang terbentuk selama pembakaran bahan bakar ditambahkan ke aerosol.

Konsentrasi aerosol di atmosfer menentukan transparansi udara, yang mempengaruhi radiasi matahari yang mencapai permukaan bumi. Aerosol terbesar adalah inti kondensasi (dari lat. kondensasi- pemadatan, penebalan) - berkontribusi pada transformasi uap air menjadi tetesan air.

Nilai uap air ditentukan terutama oleh fakta bahwa ia menunda radiasi termal gelombang panjang dari permukaan bumi; mewakili mata rantai utama dari siklus kelembaban besar dan kecil; menaikkan suhu udara ketika lapisan air mengembun.

Jumlah uap air di atmosfer bervariasi dari waktu ke waktu dan ruang. Dengan demikian, konsentrasi uap air di dekat permukaan bumi berkisar antara 3% di daerah tropis hingga 2-10 (15)% di Antartika.

Kandungan rata-rata uap air di kolom vertikal atmosfer di lintang sedang adalah sekitar 1,6-1,7 cm (lapisan uap air yang terkondensasi akan memiliki ketebalan seperti itu). Informasi tentang uap air di berbagai lapisan atmosfer saling bertentangan. Diasumsikan, misalnya, bahwa dalam kisaran ketinggian dari 20 hingga 30 km, kelembaban spesifik sangat meningkat dengan ketinggian. Namun, pengukuran selanjutnya menunjukkan kekeringan stratosfer yang lebih besar. Rupanya, kelembaban spesifik di stratosfer sedikit bergantung pada ketinggian dan berjumlah 2–4 mg/kg.

Variabilitas kandungan uap air di troposfer ditentukan oleh interaksi evaporasi, kondensasi, dan transpor horizontal. Sebagai hasil dari kondensasi uap air, awan terbentuk dan terjadi presipitasi dalam bentuk hujan, hujan es dan salju.

Proses transisi fase air berlangsung terutama di troposfer, itulah sebabnya awan di stratosfer (pada ketinggian 20-30 km) dan mesosfer (dekat mesopause), yang disebut ibu mutiara dan perak, relatif jarang diamati. , sedangkan awan troposfer sering menutupi sekitar 50% dari seluruh permukaan bumi.

Banyaknya uap air yang dapat ditampung di udara tergantung pada suhu udara.

1 m 3 udara pada suhu -20 ° C dapat berisi tidak lebih dari 1 g air; pada 0 °C - tidak lebih dari 5 g; pada +10 °C - tidak lebih dari 9 g; pada +30 °С - tidak lebih dari 30 g air.

Kesimpulan: Semakin tinggi suhu udara, semakin banyak uap air yang dapat dikandungnya.

Udara bisa kaya dan tidak jenuh uap. Jadi, jika pada suhu +30°C 1 m 3 udara mengandung 15 g uap air, maka udara tersebut tidak jenuh dengan uap air; jika 30 g - jenuh.

Kelembaban mutlak- ini adalah jumlah uap air yang terkandung dalam 1 m 3 udara. Ini dinyatakan dalam gram. Misalnya, jika mereka mengatakan "kelembaban mutlak adalah 15", maka ini berarti 1 mL mengandung 15 g uap air.

Kelembaban relatif- ini adalah rasio (dalam persen) kandungan aktual uap air dalam 1 m 3 udara dengan jumlah uap air yang dapat ditampung dalam 1 m L pada suhu tertentu. Misalnya, jika laporan cuaca disiarkan melalui radio bahwa kelembaban relatifnya adalah 70%, ini berarti bahwa udara mengandung 70% uap air yang dapat ditampungnya pada suhu tertentu.

Semakin besar kelembaban relatif udara, t. semakin dekat udara dengan saturasi, semakin besar kemungkinannya untuk jatuh.

Kelembaban relatif selalu tinggi (hingga 90%) diamati di zona khatulistiwa, karena ada suhu udara yang tinggi sepanjang tahun dan ada penguapan besar dari permukaan lautan. Kelembaban relatif tinggi yang sama ada di daerah kutub, tetapi ini karena pada suhu rendah bahkan sejumlah kecil uap air membuat udara jenuh atau mendekati saturasi. Di lintang sedang, kelembaban relatif bervariasi secara musiman - lebih tinggi di musim dingin dan lebih rendah di musim panas.

Kelembaban relatif udara sangat rendah di gurun: 1 m 1 udara di sana mengandung dua hingga tiga kali lebih sedikit daripada jumlah uap air yang mungkin pada suhu tertentu.

Untuk mengukur kelembaban relatif, higrometer digunakan (dari bahasa Yunani hygros - basah dan meterco - saya mengukur).

Ketika didinginkan, udara jenuh tidak dapat mempertahankan jumlah uap air yang sama, ia mengental (mengembun), berubah menjadi tetesan kabut. Kabut dapat diamati di musim panas pada malam yang sejuk dan cerah.

awan- ini adalah kabut yang sama, hanya saja ia terbentuk bukan di permukaan bumi, tetapi pada ketinggian tertentu. Saat udara naik, ia mendingin dan uap air di dalamnya mengembun. Tetesan kecil air yang dihasilkan membentuk awan.

terlibat dalam pembentukan awan partikel tersuspensi di troposfer.

Awan dapat memiliki bentuk yang berbeda, tergantung pada kondisi pembentukannya (Tabel 14).

Awan terendah dan terberat adalah stratus. Mereka berada di ketinggian 2 km dari permukaan bumi. Pada ketinggian 2 hingga 8 km, awan kumulus yang lebih indah dapat diamati. Yang tertinggi dan teringan adalah awan cirrus. Mereka berada di ketinggian 8 hingga 18 km di atas permukaan bumi.

Perlindungan atmosfer

Sumber utama adalah perusahaan industri dan mobil. Di kota-kota besar, masalah pencemaran gas pada jalur transportasi utama sangat akut. Itulah sebabnya di banyak kota besar di dunia, termasuk negara kita, pengendalian lingkungan terhadap toksisitas gas buang mobil telah diperkenalkan. Menurut para ahli, asap dan debu di udara dapat mengurangi separuh aliran energi matahari ke permukaan bumi, yang akan menyebabkan perubahan kondisi alam.

Bagian atas atmosfer, di atas mesosfer, dicirikan oleh suhu yang sangat tinggi dan oleh karena itu disebut termosfer. Namun, dua bagian dibedakan di dalamnya: ionosfer, yang membentang dari mesosfer hingga ketinggian orde seribu kilometer, dan bagian luar yang terletak di atasnya - eksosfer, melewati korona bumi.

Udara di ionosfer sangat langka. Kami telah menunjukkan bahwa pada ketinggian 300-750 km kepadatan rata-rata adalah sekitar 10-8-10-10 g/m3. Tetapi bahkan dengan kepadatan rendah seperti itu, setiap sentimeter kubik udara di ketinggian 300 km masih mengandung sekitar satu miliar (109) molekul atau atom, dan pada ketinggian 600 km - lebih dari 10 juta (107). Ini beberapa kali lipat lebih besar dari kandungan gas di ruang antarplanet.

Ionosfer, seperti namanya sendiri, dicirikan oleh tingkat ionisasi udara yang sangat kuat - kandungan ion di sini berkali-kali lipat lebih banyak daripada di lapisan di bawahnya, meskipun penghalusan udara secara keseluruhan sangat kuat. Ion-ion ini terutama bermuatan atom oksigen, molekul oksida nitrat bermuatan, dan elektron bebas. Kandungannya pada ketinggian 100-400 km adalah sekitar 1015-106 per sentimeter kubik.

Di ionosfer terdapat beberapa lapisan atau daerah dengan ionisasi maksimum, terutama pada ketinggian 100-120 km (lapisan E) dan 200-400 km (lapisan F). Tetapi bahkan dalam interval antara lapisan-lapisan ini, tingkat ionisasi atmosfer tetap sangat tinggi. Posisi lapisan ionosfer dan konsentrasi ion di dalamnya berubah setiap saat. Akumulasi elektron secara sporadis dengan konsentrasi yang sangat tinggi disebut awan elektron.

Konduktivitas listrik atmosfer tergantung pada derajat ionisasi. Oleh karena itu, di ionosfer, konduktivitas listrik udara umumnya 1012 kali lebih besar dari permukaan bumi. Gelombang radio mengalami penyerapan, pembiasan dan pemantulan di lapisan ionosfer. Gelombang yang lebih panjang dari 20 m tidak dapat melewati ionosfer sama sekali: gelombang tersebut sudah dipantulkan oleh lapisan elektron dengan konsentrasi rendah di bagian bawah ionosfer (pada ketinggian 70-80 km). Gelombang menengah dan pendek dipantulkan oleh lapisan ionosfer di atasnya.

Karena pantulan dari ionosfer, komunikasi jarak jauh pada gelombang pendek dimungkinkan. Refleksi ganda dari ionosfer dan permukaan bumi memungkinkan gelombang pendek merambat secara zig-zag jarak jauh, mengitari permukaan bumi. Karena posisi dan konsentrasi lapisan ionosfer terus berubah, kondisi penyerapan, pemantulan, dan perambatan gelombang radio juga berubah. Oleh karena itu, komunikasi radio yang andal memerlukan studi berkelanjutan tentang keadaan ionosfer. Pengamatan pada perambatan gelombang radio justru merupakan sarana untuk penelitian semacam itu.

Di ionosfer, aurora dan cahaya langit malam yang dekat dengan mereka di alam diamati - pendaran konstan udara atmosfer, serta fluktuasi tajam di medan magnet - badai magnet ionosfer.

Ionisasi di ionosfer berutang keberadaannya pada aksi radiasi ultraviolet dari Matahari. Penyerapannya oleh molekul gas atmosfer menyebabkan munculnya atom bermuatan dan elektron bebas, seperti yang dibahas di atas. Fluktuasi medan magnet di ionosfer dan aurora bergantung pada fluktuasi aktivitas matahari. Perubahan aktivitas matahari dikaitkan dengan perubahan fluks radiasi sel yang berasal dari Matahari ke atmosfer Bumi. Yaitu, radiasi sel darah sangat penting untuk fenomena ionosfer ini.

Suhu di ionosfer meningkat dengan ketinggian ke nilai yang sangat tinggi. Pada ketinggian sekitar 800 km mencapai 1000 °.

Berbicara tentang suhu tinggi ionosfer, itu berarti bahwa partikel gas atmosfer bergerak ke sana dengan kecepatan yang sangat tinggi. Namun, kerapatan udara di ionosfer sangat rendah sehingga benda yang terletak di ionosfer, seperti satelit terbang, tidak akan dipanaskan oleh pertukaran panas dengan udara. Rezim suhu satelit akan tergantung pada penyerapan langsung radiasi matahari olehnya dan pada kembalinya radiasinya sendiri ke ruang sekitarnya. Termosfer terletak di atas mesosfer pada ketinggian 90 hingga 500 km di atas permukaan bumi. Molekul gas di sini sangat tersebar, mereka menyerap sinar-x (sinar X) dan bagian gelombang pendek dari radiasi ultraviolet. Karena itu, suhunya bisa mencapai 1000 derajat Celcius.

termosfer pada dasarnya sesuai dengan ionosfer, di mana gas terionisasi memantulkan gelombang radio kembali ke Bumi - fenomena ini memungkinkan untuk membangun komunikasi radio.

Mesosfer

Stratosfir

Di atas troposfer adalah stratosfer (dari bahasa Yunani "stratium" - lantai, lapisan). Massanya adalah 20% dari massa atmosfer.

Batas atas stratosfer terletak dari permukaan bumi pada ketinggian:

Di garis lintang tropis (khatulistiwa) 50 - 55 km.:

Di garis lintang sedang hingga 50 km.;

Di kutub lintang (kutub) 40 - 50 km.

Di stratosfer, udara memanas saat naik, sementara suhu udara naik dengan ketinggian rata-rata 1-2 derajat per 1 km. naik dan mencapai hingga +50 0 C pada batas atas.

Peningkatan suhu dengan ketinggian terutama disebabkan oleh ozon, yang menyerap bagian ultraviolet dari radiasi matahari. Pada ketinggian 20 – 25 km dari permukaan bumi, terdapat lapisan ozon yang sangat tipis (hanya beberapa sentimeter).

Stratosfer sangat miskin uap air, tidak ada curah hujan di sini, meskipun kadang-kadang pada ketinggian 30 km. awan terbentuk.

Berdasarkan pengamatan di stratosfer, gangguan turbulen dan angin kencang yang bertiup ke berbagai arah telah ditetapkan. Seperti di troposfer, pusaran udara yang kuat dicatat, yang sangat berbahaya bagi pesawat berkecepatan tinggi.

angin kencang disebut aliran jet bertiup di zona sempit di sepanjang perbatasan garis lintang sedang yang menghadap kutub. Namun, zona-zona tersebut dapat bergeser, menghilang dan muncul kembali. Aliran jet biasanya menembus tropopause dan muncul di troposfer atas, tetapi kecepatannya menurun dengan cepat dengan menurunnya ketinggian.

Ada kemungkinan bahwa bagian dari energi yang memasuki stratosfer (terutama dihabiskan untuk pembentukan ozon) dikaitkan dengan front atmosfer, di mana aliran udara stratosfer yang ekstensif telah tercatat secara signifikan di bawah tropopause, dan udara troposfer ditarik ke lapisan bawah stratosfer. .

Di atas stratopause adalah mesosfer (dari bahasa Yunani "mesos" - tengah).

Batas atas mesosfer terletak pada ketinggian dari permukaan bumi:

Di garis lintang tropis (khatulistiwa) 80 - 85 km.;

Di garis lintang sedang hingga 80 km.;

Di kutub lintang (kutub) 70 - 80 km.

Di mesosfer, suhu turun menjadi -60 0 C. - 1000 0 C pada batas atasnya.

Di daerah kutub di musim panas, sistem awan sering muncul di mesopause, yang menempati area yang luas, tetapi memiliki sedikit perkembangan vertikal. Awan seperti itu yang bersinar di malam hari seringkali memungkinkan untuk mendeteksi pergerakan udara bergelombang skala besar di mesosfer. Komposisi awan ini, sumber kelembaban dan inti kondensasi, dinamika dan hubungannya dengan faktor meteorologi masih kurang dipelajari.

Di atas mesopause adalah termosfer (dari bahasa Yunani "termos" - hangat).

Batas atas termosfer terletak pada ketinggian dari permukaan bumi:

Di garis lintang tropis (khatulistiwa) hingga 800 km;

Di garis lintang sedang hingga 700 km;

Di kutub lintang (kutub) hingga 650 km.

Di termosfer, suhu naik lagi, mencapai 2000 0 C di lapisan atas.

Perlu dicatat bahwa ketinggian 400 - 500 km. dan di atasnya, suhu udara tidak dapat ditentukan dengan salah satu metode yang dikenal, karena penghalusan atmosfer yang ekstrem. Suhu udara pada ketinggian tersebut harus dinilai dari energi partikel gas yang bergerak dalam aliran gas.

Peningkatan suhu udara di termosfer dikaitkan dengan penyerapan radiasi ultraviolet dan pembentukan ion dan elektron dalam atom dan molekul gas yang terkandung di atmosfer.

Di termosfer, tekanan dan, akibatnya, kerapatan gas secara bertahap menurun dengan ketinggian. Di sekitar permukaan bumi dalam 1 m 3. udara mengandung sekitar 2,5x10 25 molekul, pada ketinggian sekitar 100 km di lapisan bawah termosfer 1 m 3 udara mengandung sekitar 2,5x10 25 molekul. Pada ketinggian 200 km., Di ionosfer pada 1 m 3. udara mengandung 5x10 15 molekul. Pada ketinggian sekitar 850 km. dalam 1m. udara mengandung 10 12 molekul. Dalam ruang antarplanet, konsentrasi molekul adalah 10 8 - 10 9 per 1 m 3 . Pada ketinggian sekitar 100 km. jumlah molekul kecil, tetapi mereka jarang bertabrakan satu sama lain. Jarak rata-rata yang ditempuh oleh molekul yang bergerak secara kacau sebelum bertabrakan dengan molekul lain yang serupa disebut jalur bebas rata-rata.

Pada suhu tertentu, kecepatan pergerakan molekul tergantung pada massanya: molekul yang lebih ringan bergerak lebih cepat daripada yang lebih berat. Di atmosfer yang lebih rendah, di mana jalur bebasnya sangat pendek, tidak ada pemisahan gas yang nyata menurut berat molekulnya, tetapi dinyatakan di atas 100 km. Selain itu, di bawah pengaruh radiasi ultraviolet dan sinar-X dari Matahari, molekul oksigen pecah menjadi atom, yang massanya setengah dari massa molekul. Oleh karena itu, ketika seseorang menjauh dari permukaan bumi, oksigen atmosfer menjadi semakin penting dalam komposisi atmosfer pada ketinggian sekitar 200 km. menjadi bahan utama.

Di atas, pada jarak kurang lebih 1200 km. gas ringan helium dan hidrogen mendominasi dari permukaan bumi. Mereka adalah lapisan luar atmosfer.

Ekspansi berat ini disebut ekspansi difus, mengingatkan pada pemisahan campuran menggunakan centrifuge.