वायुमंडल की सतह परत में ऑक्सीजन की मात्रा है। भूगोल का विषय - वातावरण

पृथ्वी की संरचना. वायु

वायु विभिन्न गैसों का एक यांत्रिक मिश्रण है जो पृथ्वी के वायुमंडल का निर्माण करती है। वायु जीवित जीवों के श्वसन के लिए आवश्यक है और उद्योग में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

तथ्य यह है कि हवा एक मिश्रण है, न कि एक सजातीय पदार्थ, स्कॉटिश वैज्ञानिक जोसेफ ब्लैक के प्रयोगों के दौरान साबित हुआ था। उनमें से एक के दौरान, वैज्ञानिक ने पाया कि जब सफेद मैग्नेशिया (मैग्नीशियम कार्बोनेट) को गर्म किया जाता है, तो "बंधी हुई हवा" निकलती है, यानी कार्बन डाइऑक्साइड, और जली हुई मैग्नेशिया (मैग्नीशियम ऑक्साइड) बनती है। इसके विपरीत, चूना पत्थर जलाने पर, "बंधी हुई हवा" निकल जाती है। इन प्रयोगों के आधार पर, वैज्ञानिक ने निष्कर्ष निकाला कि कार्बन डाइऑक्साइड और कास्टिक क्षार के बीच अंतर यह है कि पूर्व में कार्बन डाइऑक्साइड होता है, जो हवा के घटकों में से एक है। आज हम जानते हैं कि कार्बन डाइऑक्साइड के अलावा, पृथ्वी की वायु की संरचना में शामिल हैं:

तालिका में दर्शाए गए पृथ्वी के वायुमंडल में गैसों का अनुपात 120 किमी की ऊंचाई तक इसकी निचली परतों के लिए विशिष्ट है। इन क्षेत्रों में एक अच्छी तरह से मिश्रित, सजातीय क्षेत्र स्थित है जिसे होमोस्फीयर कहा जाता है। होमोस्फीयर के ऊपर हेटरोस्फियर स्थित है, जो गैस अणुओं के परमाणुओं और आयनों में अपघटन की विशेषता है। टर्बो पॉज़ द्वारा क्षेत्रों को एक दूसरे से अलग किया जाता है।

वह रासायनिक प्रतिक्रिया जिसमें सौर और ब्रह्मांडीय विकिरण के प्रभाव में अणु परमाणुओं में विघटित हो जाते हैं, फोटोडिसोसिएशन कहलाते हैं। आणविक ऑक्सीजन के क्षय से परमाणु ऑक्सीजन उत्पन्न होती है, जो 200 किमी से ऊपर की ऊंचाई पर वायुमंडल की मुख्य गैस है। 1200 किमी से अधिक की ऊंचाई पर, हाइड्रोजन और हीलियम, जो गैसों में सबसे हल्की हैं, प्रबल होने लगती हैं।

चूंकि हवा का बड़ा हिस्सा 3 निचली वायुमंडलीय परतों में केंद्रित है, इसलिए 100 किमी से ऊपर की ऊंचाई पर हवा की संरचना में परिवर्तन का वायुमंडल की समग्र संरचना पर कोई उल्लेखनीय प्रभाव नहीं पड़ता है।

नाइट्रोजन सबसे आम गैस है, जो पृथ्वी की वायु मात्रा के तीन-चौथाई से अधिक के लिए जिम्मेदार है। आधुनिक नाइट्रोजन का निर्माण आणविक ऑक्सीजन द्वारा प्रारंभिक अमोनिया-हाइड्रोजन वातावरण के ऑक्सीकरण से हुआ था, जो प्रकाश संश्लेषण के दौरान बनता है। वर्तमान में, नाइट्रोजन की थोड़ी मात्रा विनाइट्रीकरण के परिणामस्वरूप वायुमंडल में प्रवेश करती है - नाइट्रेट को नाइट्राइट में कम करने की प्रक्रिया, जिसके बाद गैसीय ऑक्साइड और आणविक नाइट्रोजन का निर्माण होता है, जो एनारोबिक प्रोकैरियोट्स द्वारा उत्पादित होता है। ज्वालामुखी विस्फोट के दौरान कुछ नाइट्रोजन वायुमंडल में प्रवेश करती है।

वायुमंडल की ऊपरी परतों में, जब ओजोन की भागीदारी के साथ विद्युत निर्वहन के संपर्क में आते हैं, तो आणविक नाइट्रोजन नाइट्रोजन मोनोऑक्साइड में ऑक्सीकृत हो जाता है:

एन 2 + ओ 2 → 2एनओ

सामान्य परिस्थितियों में, मोनोऑक्साइड तुरंत ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करके नाइट्रस ऑक्साइड बनाता है:

2एनओ + ओ 2 → 2एन 2 ओ

नाइट्रोजन पृथ्वी के वायुमंडल में सबसे महत्वपूर्ण रासायनिक तत्व है। नाइट्रोजन प्रोटीन का हिस्सा है और पौधों को खनिज पोषण प्रदान करता है। यह जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर निर्धारित करता है और ऑक्सीजन मंदक की भूमिका निभाता है।

पृथ्वी के वायुमंडल में दूसरी सबसे आम गैस ऑक्सीजन है। इस गैस का निर्माण पौधों और जीवाणुओं की प्रकाश संश्लेषक गतिविधि से जुड़ा है। और जितने अधिक विविध और असंख्य प्रकाश संश्लेषक जीव बने, वायुमंडल में ऑक्सीजन सामग्री की प्रक्रिया उतनी ही महत्वपूर्ण हो गई। मेंटल के डीगैसिंग के दौरान थोड़ी मात्रा में भारी ऑक्सीजन निकलती है।

क्षोभमंडल और समतापमंडल की ऊपरी परतों में, पराबैंगनी सौर विकिरण (हम इसे hν के रूप में दर्शाते हैं) के प्रभाव में, ओजोन बनता है:

ओ 2 + एचν → 2ओ

उसी पराबैंगनी विकिरण के परिणामस्वरूप, ओजोन विघटित हो जाता है:

O 3 + hν → O 2 + O

ओ 3 + ओ → 2 ओ 2

पहली प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, परमाणु ऑक्सीजन बनती है, और दूसरी के परिणामस्वरूप, आणविक ऑक्सीजन बनती है। सभी 4 प्रतिक्रियाओं को "चैपमैन तंत्र" कहा जाता है, जिसका नाम ब्रिटिश वैज्ञानिक सिडनी चैपमैन के नाम पर रखा गया है जिन्होंने 1930 में उनकी खोज की थी।

ऑक्सीजन का उपयोग जीवित जीवों के श्वसन के लिए किया जाता है। इसकी मदद से ऑक्सीकरण और दहन प्रक्रियाएं होती हैं।

ओजोन जीवित जीवों को पराबैंगनी विकिरण से बचाने का काम करता है, जो अपरिवर्तनीय उत्परिवर्तन का कारण बनता है। तथाकथित के भीतर निचले समताप मंडल में ओजोन की उच्चतम सांद्रता देखी जाती है। ओजोन परत या ओजोन स्क्रीन, 22-25 किमी की ऊंचाई पर स्थित है। ओजोन की मात्रा छोटी है: सामान्य दबाव में, पृथ्वी के वायुमंडल में सभी ओजोन केवल 2.91 मिमी मोटी परत पर कब्जा कर लेगा।

वायुमंडल में तीसरी सबसे आम गैस, आर्गन, साथ ही नियॉन, हीलियम, क्रिप्टन और क्सीनन का निर्माण ज्वालामुखी विस्फोट और रेडियोधर्मी तत्वों के क्षय से जुड़ा है।

विशेष रूप से, हीलियम यूरेनियम, थोरियम और रेडियम के रेडियोधर्मी क्षय का एक उत्पाद है: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (इन प्रतिक्रियाओं में α-कण हीलियम नाभिक है, जो ऊर्जा हानि की प्रक्रिया के दौरान, इलेक्ट्रॉनों को ग्रहण करता है और 4 He) बन जाता है।

आर्गन पोटेशियम के रेडियोधर्मी आइसोटोप के क्षय के दौरान बनता है: 40 K → 40 Ar + γ।

नियॉन आग्नेय चट्टानों से बच जाता है।

क्रिप्टन यूरेनियम (235 यू और 238 यू) और थोरियम थ के क्षय के अंतिम उत्पाद के रूप में बनता है।

वायुमंडलीय क्रिप्टन का बड़ा हिस्सा पृथ्वी के विकास के शुरुआती चरणों में बेहद कम आधे जीवन वाले ट्रांसयूरानिक तत्वों के क्षय के परिणामस्वरूप बना था या अंतरिक्ष से आया था, जहां क्रिप्टन सामग्री पृथ्वी की तुलना में दस मिलियन गुना अधिक है।

ज़ेनॉन यूरेनियम के विखंडन का परिणाम है, लेकिन इस गैस का बड़ा हिस्सा पृथ्वी के निर्माण के प्रारंभिक चरण से, आदिम वातावरण से बना हुआ है।

कार्बन डाइऑक्साइड ज्वालामुखी विस्फोट के परिणामस्वरूप और कार्बनिक पदार्थों के अपघटन के दौरान वायुमंडल में प्रवेश करती है। पृथ्वी के मध्य अक्षांशों के वातावरण में इसकी सामग्री वर्ष के मौसमों के आधार पर काफी भिन्न होती है: सर्दियों में CO2 की मात्रा बढ़ जाती है, और गर्मियों में यह घट जाती है। यह उतार-चढ़ाव पौधों की गतिविधि से जुड़ा है जो प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग करते हैं।

सौर विकिरण द्वारा पानी के अपघटन के परिणामस्वरूप हाइड्रोजन का निर्माण होता है। लेकिन, वायुमंडल को बनाने वाली गैसों में सबसे हल्की होने के कारण, यह लगातार बाहरी अंतरिक्ष में वाष्पित होती रहती है, और इसलिए वायुमंडल में इसकी सामग्री बहुत कम होती है।

जलवाष्प झीलों, नदियों, समुद्रों और भूमि की सतह से पानी के वाष्पीकरण का परिणाम है।

जलवाष्प और कार्बन डाइऑक्साइड को छोड़कर, वायुमंडल की निचली परतों में मुख्य गैसों की सांद्रता स्थिर रहती है। वायुमंडल में कम मात्रा में सल्फर ऑक्साइड एसओ 2, अमोनिया एनएच 3, कार्बन मोनोऑक्साइड सीओ, ओजोन ओ 3, हाइड्रोजन क्लोराइड एचसीएल, हाइड्रोजन फ्लोराइड एचएफ, नाइट्रोजन मोनोऑक्साइड एनओ, हाइड्रोकार्बन, पारा वाष्प एचजी, आयोडीन आई 2 और कई अन्य शामिल हैं। निचली वायुमंडलीय परत, क्षोभमंडल में, हमेशा बड़ी मात्रा में निलंबित ठोस और तरल कण होते हैं।

पृथ्वी के वायुमंडल में कणीय पदार्थ के स्रोतों में ज्वालामुखी विस्फोट, पराग, सूक्ष्मजीव और, हाल ही में, मानवीय गतिविधियाँ, जैसे उत्पादन के दौरान जीवाश्म ईंधन का जलना शामिल हैं। धूल के सबसे छोटे कण, जो संघनन नाभिक होते हैं, कोहरे और बादलों के निर्माण का कारण बनते हैं। वायुमंडल में लगातार मौजूद कणिकीय पदार्थ के बिना, वर्षा पृथ्वी पर नहीं गिरेगी।

समुद्र तल पर 1013.25 hPa (लगभग 760 mmHg)। पृथ्वी की सतह पर वैश्विक औसत हवा का तापमान 15 डिग्री सेल्सियस है, उपोष्णकटिबंधीय रेगिस्तान में तापमान लगभग 57 डिग्री सेल्सियस से लेकर अंटार्कटिका में -89 डिग्री सेल्सियस तक भिन्न होता है। वायु घनत्व और दबाव घातांक के करीब एक नियम के अनुसार ऊंचाई के साथ घटते हैं।

वातावरण की संरचना. ऊर्ध्वाधर रूप से, वायुमंडल में एक स्तरित संरचना होती है, जो मुख्य रूप से ऊर्ध्वाधर तापमान वितरण (आंकड़ा) की विशेषताओं से निर्धारित होती है, जो भौगोलिक स्थिति, मौसम, दिन के समय आदि पर निर्भर करती है। वायुमंडल की निचली परत - क्षोभमंडल - की विशेषता ऊंचाई के साथ तापमान में गिरावट (लगभग 6 डिग्री सेल्सियस प्रति 1 किमी) है, इसकी ऊंचाई ध्रुवीय अक्षांशों में 8-10 किमी से लेकर उष्णकटिबंधीय में 16-18 किमी तक है। ऊंचाई के साथ वायु घनत्व में तेजी से कमी के कारण, वायुमंडल के कुल द्रव्यमान का लगभग 80% क्षोभमंडल में स्थित है। क्षोभमंडल के ऊपर समताप मंडल है, एक परत जो आमतौर पर ऊंचाई के साथ तापमान में वृद्धि की विशेषता होती है। क्षोभमंडल और समतापमंडल के बीच की संक्रमण परत को ट्रोपोपॉज़ कहा जाता है। निचले समताप मंडल में, लगभग 20 किमी के स्तर तक, तापमान ऊंचाई (तथाकथित इज़ोटेर्मल क्षेत्र) के साथ थोड़ा बदलता है और अक्सर थोड़ा कम भी हो जाता है। इससे ऊपर, ओजोन द्वारा सूर्य से पराबैंगनी विकिरण के अवशोषण के कारण तापमान बढ़ता है, पहले धीरे-धीरे और 34-36 किमी के स्तर से तेजी से बढ़ता है। समताप मंडल की ऊपरी सीमा - स्ट्रैटोपॉज़ - अधिकतम तापमान (260-270 K) के अनुरूप 50-55 किमी की ऊंचाई पर स्थित है। 55-85 किमी की ऊंचाई पर स्थित वायुमंडल की परत, जहां ऊंचाई के साथ तापमान फिर से गिरता है, मेसोस्फीयर कहलाती है; इसकी ऊपरी सीमा पर - मेसोपॉज़ - गर्मियों में तापमान 150-160 K और 200-230 तक पहुँच जाता है सर्दियों में के। मेसोपॉज के ऊपर, थर्मोस्फीयर शुरू होता है - तापमान में तेजी से वृद्धि की विशेषता वाली एक परत, जो 250 किमी की ऊंचाई पर 800-1200 K तक पहुंचती है। थर्मोस्फीयर में, सूर्य से कोरपसकुलर और एक्स-रे विकिरण अवशोषित होता है, उल्काओं की गति धीमी हो जाती है और वे जल जाती हैं, इसलिए यह पृथ्वी की सुरक्षात्मक परत के रूप में कार्य करती है। इससे भी ऊंचा बाह्यमंडल है, जहां से वायुमंडलीय गैसें अपव्यय के कारण बाहरी अंतरिक्ष में फैल जाती हैं और जहां वायुमंडल से अंतरग्रहीय अंतरिक्ष में क्रमिक संक्रमण होता है।

वायुमंडलीय रचना. लगभग 100 किमी की ऊँचाई तक, वायुमंडल रासायनिक संरचना में लगभग सजातीय है और हवा का औसत आणविक भार (लगभग 29) स्थिर है। पृथ्वी की सतह के पास, वायुमंडल में नाइट्रोजन (आयतन के हिसाब से लगभग 78.1%) और ऑक्सीजन (लगभग 20.9%) शामिल है, और इसमें थोड़ी मात्रा में आर्गन, कार्बन डाइऑक्साइड (कार्बन डाइऑक्साइड), नियॉन और अन्य स्थायी और परिवर्तनशील घटक भी हैं (वायु देखें) ).

इसके अलावा, वायुमंडल में थोड़ी मात्रा में ओजोन, नाइट्रोजन ऑक्साइड, अमोनिया, रेडॉन आदि होते हैं। हवा के मुख्य घटकों की सापेक्ष सामग्री समय के साथ स्थिर होती है और विभिन्न भौगोलिक क्षेत्रों में एक समान होती है। जलवाष्प और ओजोन की सामग्री स्थान और समय में परिवर्तनशील है; उनकी कम सामग्री के बावजूद, वायुमंडलीय प्रक्रियाओं में उनकी भूमिका बहुत महत्वपूर्ण है।

100-110 किमी से ऊपर, ऑक्सीजन, कार्बन डाइऑक्साइड और जल वाष्प के अणुओं का पृथक्करण होता है, इसलिए हवा का आणविक द्रव्यमान कम हो जाता है। लगभग 1000 किमी की ऊंचाई पर, हल्की गैसें - हीलियम और हाइड्रोजन - प्रबल होने लगती हैं, और इससे भी अधिक ऊंचाई पर पृथ्वी का वायुमंडल धीरे-धीरे अंतरग्रहीय गैस में बदल जाता है।

वायुमंडल का सबसे महत्वपूर्ण परिवर्तनशील घटक जलवाष्प है, जो पानी और नम मिट्टी की सतह से वाष्पीकरण के साथ-साथ पौधों द्वारा वाष्पोत्सर्जन के माध्यम से वायुमंडल में प्रवेश करता है। जलवाष्प की सापेक्ष सामग्री पृथ्वी की सतह पर उष्णकटिबंधीय में 2.6% से लेकर ध्रुवीय अक्षांशों में 0.2% तक भिन्न होती है। यह ऊंचाई के साथ तेजी से गिरता है, 1.5-2 किमी की ऊंचाई पर पहले से ही आधे से कम हो जाता है। समशीतोष्ण अक्षांशों पर वायुमंडल के ऊर्ध्वाधर स्तंभ में लगभग 1.7 सेमी "अवक्षेपित जल परत" होती है। जब जल वाष्प संघनित होता है, तो बादल बनते हैं, जिससे वायुमंडलीय वर्षा वर्षा, ओले और बर्फ के रूप में गिरती है।

वायुमंडलीय वायु का एक महत्वपूर्ण घटक ओजोन है, जिसका 90% समताप मंडल (10 से 50 किमी के बीच) में केंद्रित है, इसका लगभग 10% क्षोभमंडल में है। ओजोन कठोर यूवी विकिरण (290 एनएम से कम तरंग दैर्ध्य के साथ) का अवशोषण प्रदान करता है, और यह जीवमंडल के लिए इसकी सुरक्षात्मक भूमिका है। कुल ओजोन सामग्री का मान अक्षांश और मौसम के आधार पर 0.22 से 0.45 सेमी (दबाव पी = 1 एटीएम और तापमान टी = 0 डिग्री सेल्सियस पर ओजोन परत की मोटाई) के बीच भिन्न होता है। 1980 के दशक की शुरुआत से अंटार्कटिका में वसंत ऋतु में देखे गए ओजोन छिद्रों में, ओजोन सामग्री 0.07 सेमी तक गिर सकती है। यह भूमध्य रेखा से ध्रुवों तक बढ़ती है और वसंत में अधिकतम और शरद ऋतु में न्यूनतम के साथ एक वार्षिक चक्र होता है, और इसका आयाम होता है वार्षिक चक्र उष्ण कटिबंध में छोटा होता है और उच्च अक्षांशों की ओर बढ़ता है। वायुमंडल का एक महत्वपूर्ण परिवर्तनशील घटक कार्बन डाइऑक्साइड है, जिसकी वायुमंडल में सामग्री पिछले 200 वर्षों में 35% बढ़ गई है, जिसे मुख्य रूप से मानवजनित कारक द्वारा समझाया गया है। इसकी अक्षांशीय और मौसमी परिवर्तनशीलता देखी जाती है, जो पौधों के प्रकाश संश्लेषण और समुद्री जल में घुलनशीलता से जुड़ी होती है (हेनरी के नियम के अनुसार, बढ़ते तापमान के साथ पानी में गैस की घुलनशीलता कम हो जाती है)।

ग्रह की जलवायु को आकार देने में एक महत्वपूर्ण भूमिका वायुमंडलीय एरोसोल द्वारा निभाई जाती है - हवा में निलंबित ठोस और तरल कण जिनका आकार कई एनएम से लेकर दसियों माइक्रोन तक होता है। प्राकृतिक और मानवजनित मूल के एरोसोल हैं। एरोसोल का निर्माण पौधों के जीवन और मानव आर्थिक गतिविधि, ज्वालामुखी विस्फोटों के उत्पादों से गैस-चरण प्रतिक्रियाओं की प्रक्रिया में होता है, जो ग्रह की सतह से, विशेष रूप से इसके रेगिस्तानी क्षेत्रों से हवा द्वारा उठने वाली धूल के परिणामस्वरूप होता है, और यह भी होता है वायुमंडल की ऊपरी परतों में गिरने वाली ब्रह्मांडीय धूल से निर्मित। अधिकांश एरोसोल क्षोभमंडल में केंद्रित है; ज्वालामुखी विस्फोटों से निकलने वाला एरोसोल लगभग 20 किमी की ऊंचाई पर तथाकथित जंग परत बनाता है। मानवजनित एरोसोल की सबसे बड़ी मात्रा वाहनों और थर्मल पावर प्लांटों के संचालन, रासायनिक उत्पादन, ईंधन दहन आदि के परिणामस्वरूप वायुमंडल में प्रवेश करती है। इसलिए, कुछ क्षेत्रों में वायुमंडल की संरचना सामान्य हवा से काफी भिन्न होती है, जिसके लिए इसकी आवश्यकता होती है। वायुमंडलीय वायु प्रदूषण के स्तर की निगरानी और निगरानी के लिए एक विशेष सेवा का निर्माण।

वातावरण का विकास. आधुनिक वायुमंडल स्पष्ट रूप से द्वितीयक उत्पत्ति का है: इसका निर्माण लगभग 4.5 अरब वर्ष पहले ग्रह के निर्माण के पूरा होने के बाद पृथ्वी के ठोस आवरण द्वारा छोड़ी गई गैसों से हुआ था। पृथ्वी के भूवैज्ञानिक इतिहास के दौरान, कई कारकों के प्रभाव में वायुमंडल की संरचना में महत्वपूर्ण परिवर्तन हुए हैं: गैसों का अपव्यय (अस्थिरीकरण), मुख्य रूप से हल्की गैसें, बाहरी अंतरिक्ष में; ज्वालामुखी गतिविधि के परिणामस्वरूप स्थलमंडल से गैसों का निकलना; वायुमंडल के घटकों और पृथ्वी की पपड़ी बनाने वाली चट्टानों के बीच रासायनिक प्रतिक्रियाएँ; सौर यूवी विकिरण के प्रभाव में वायुमंडल में ही फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाएं; अंतरग्रहीय माध्यम से पदार्थ का अभिवृद्धि (कब्जा करना) (उदाहरण के लिए, उल्कापिंड पदार्थ)। वायुमंडल के विकास का भूवैज्ञानिक और भू-रासायनिक प्रक्रियाओं से और पिछले 3-4 अरब वर्षों में जीवमंडल की गतिविधि से भी गहरा संबंध है। आधुनिक वायुमंडल (नाइट्रोजन, कार्बन डाइऑक्साइड, जल वाष्प) बनाने वाली गैसों का एक महत्वपूर्ण हिस्सा ज्वालामुखीय गतिविधि और घुसपैठ के दौरान उत्पन्न हुआ, जो उन्हें पृथ्वी की गहराई से ले गया। लगभग 2 अरब वर्ष पहले ऑक्सीजन प्रशंसनीय मात्रा में प्रकाश संश्लेषक जीवों के परिणामस्वरूप प्रकट हुई जो मूल रूप से समुद्र के सतही जल में उत्पन्न हुए थे।

कार्बोनेट जमा की रासायनिक संरचना के आंकड़ों के आधार पर, भूवैज्ञानिक अतीत के वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड और ऑक्सीजन की मात्रा का अनुमान प्राप्त किया गया था। फ़ैनरोज़ोइक (पृथ्वी के इतिहास के पिछले 570 मिलियन वर्ष) के दौरान, वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा ज्वालामुखीय गतिविधि के स्तर, समुद्र के तापमान और प्रकाश संश्लेषण की दर के आधार पर व्यापक रूप से भिन्न थी। इस समय के अधिकांश समय में, वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता आज की तुलना में काफी अधिक (10 गुना तक) थी। फ़ैनरोज़ोइक वातावरण में ऑक्सीजन की मात्रा में काफी बदलाव आया, इसकी वृद्धि की प्रवृत्ति प्रचलित रही। प्रीकैम्ब्रियन वायुमंडल में, कार्बन डाइऑक्साइड का द्रव्यमान, एक नियम के रूप में, अधिक था, और ऑक्सीजन का द्रव्यमान फ़ैनरोज़ोइक वातावरण की तुलना में छोटा था। कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा में उतार-चढ़ाव का अतीत में जलवायु पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ा, कार्बन डाइऑक्साइड की बढ़ती सांद्रता के साथ ग्रीनहाउस प्रभाव में वृद्धि हुई, जिससे आधुनिक युग की तुलना में फ़ैनरोज़ोइक के मुख्य भाग में जलवायु अधिक गर्म हो गई।

वातावरण और जीवन. वायुमंडल के बिना, पृथ्वी एक मृत ग्रह होगी। जैविक जीवन वायुमंडल और संबंधित जलवायु और मौसम के साथ निकट संपर्क में होता है। संपूर्ण ग्रह की तुलना में द्रव्यमान में नगण्य (लगभग दस लाख में एक भाग), वायुमंडल सभी प्रकार के जीवन के लिए एक अनिवार्य शर्त है। जीवों के जीवन के लिए वायुमंडलीय गैसों में सबसे महत्वपूर्ण हैं ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, जल वाष्प, कार्बन डाइऑक्साइड और ओजोन। जब कार्बन डाइऑक्साइड को प्रकाश संश्लेषक पौधों द्वारा अवशोषित किया जाता है, तो कार्बनिक पदार्थ बनता है, जिसका उपयोग मनुष्यों सहित अधिकांश जीवित प्राणियों द्वारा ऊर्जा के स्रोत के रूप में किया जाता है। एरोबिक जीवों के अस्तित्व के लिए ऑक्सीजन आवश्यक है, जिसके लिए ऊर्जा का प्रवाह कार्बनिक पदार्थों की ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं द्वारा प्रदान किया जाता है। कुछ सूक्ष्मजीवों (नाइट्रोजन फिक्सर) द्वारा आत्मसात किया गया नाइट्रोजन, पौधों के खनिज पोषण के लिए आवश्यक है। ओजोन, जो सूर्य से कठोर यूवी विकिरण को अवशोषित करता है, जीवन के लिए हानिकारक सौर विकिरण के इस हिस्से को काफी कमजोर कर देता है। वायुमंडल में जलवाष्प का संघनन, बादलों का निर्माण और उसके बाद होने वाली वर्षा भूमि पर पानी की आपूर्ति करती है, जिसके बिना जीवन का कोई भी रूप संभव नहीं है। जलमंडल में जीवों की महत्वपूर्ण गतिविधि काफी हद तक पानी में घुली वायुमंडलीय गैसों की मात्रा और रासायनिक संरचना से निर्धारित होती है। चूँकि वायुमंडल की रासायनिक संरचना महत्वपूर्ण रूप से जीवों की गतिविधियों पर निर्भर करती है, जीवमंडल और वायुमंडल को एक ही प्रणाली का हिस्सा माना जा सकता है, जिसका रखरखाव और विकास (जैव भू-रासायनिक चक्र देखें) की संरचना को बदलने के लिए बहुत महत्वपूर्ण था। एक ग्रह के रूप में पृथ्वी के पूरे इतिहास में वायुमंडल।

वायुमंडल का विकिरण, ताप और जल संतुलन. सौर विकिरण व्यावहारिक रूप से वायुमंडल में सभी भौतिक प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा का एकमात्र स्रोत है। वायुमंडल के विकिरण शासन की मुख्य विशेषता तथाकथित ग्रीनहाउस प्रभाव है: वायुमंडल सौर विकिरण को पृथ्वी की सतह पर काफी अच्छी तरह से प्रसारित करता है, लेकिन सक्रिय रूप से पृथ्वी की सतह से थर्मल लंबी-तरंग विकिरण को अवशोषित करता है, जिसका एक हिस्सा सतह पर वापस आ जाता है। काउंटर विकिरण के रूप में, पृथ्वी की सतह से विकिरण गर्मी की हानि की भरपाई (वायुमंडलीय विकिरण देखें)। वायुमंडल की अनुपस्थिति में, पृथ्वी की सतह का औसत तापमान -18°C होगा, लेकिन वास्तव में यह 15°C है। आने वाला सौर विकिरण आंशिक रूप से (लगभग 20%) वायुमंडल में अवशोषित होता है (मुख्य रूप से जल वाष्प, पानी की बूंदों, कार्बन डाइऑक्साइड, ओजोन और एरोसोल द्वारा), और एयरोसोल कणों और घनत्व में उतार-चढ़ाव (रेले स्कैटरिंग) द्वारा भी बिखरा हुआ है (लगभग 7%) . पृथ्वी की सतह तक पहुँचने वाला कुल विकिरण आंशिक रूप से (लगभग 23%) इससे परावर्तित होता है। परावर्तन गुणांक अंतर्निहित सतह की परावर्तनशीलता, तथाकथित अल्बेडो द्वारा निर्धारित किया जाता है। औसतन, सौर विकिरण के अभिन्न प्रवाह के लिए पृथ्वी का अल्बेडो 30% के करीब है। ताजी गिरी बर्फ के लिए यह कुछ प्रतिशत (सूखी मिट्टी और काली मिट्टी) से लेकर 70-90% तक भिन्न होता है। पृथ्वी की सतह और वायुमंडल के बीच विकिरणीय ताप विनिमय महत्वपूर्ण रूप से अल्बेडो पर निर्भर करता है और यह पृथ्वी की सतह के प्रभावी विकिरण और इसके द्वारा अवशोषित वायुमंडल के प्रति-विकिरण द्वारा निर्धारित होता है। बाहरी अंतरिक्ष से पृथ्वी के वायुमंडल में प्रवेश करने और इसे वापस छोड़ने वाले विकिरण प्रवाह के बीजगणितीय योग को विकिरण संतुलन कहा जाता है।

वायुमंडल और पृथ्वी की सतह द्वारा अवशोषण के बाद सौर विकिरण का परिवर्तन एक ग्रह के रूप में पृथ्वी के ताप संतुलन को निर्धारित करता है। वायुमंडल के लिए ऊष्मा का मुख्य स्रोत पृथ्वी की सतह है; इससे गर्मी न केवल लंबी-तरंग विकिरण के रूप में स्थानांतरित होती है, बल्कि संवहन द्वारा भी होती है, और जल वाष्प के संघनन के दौरान भी निकलती है। इन ऊष्मा प्रवाहों का हिस्सा क्रमशः औसतन 20%, 7% और 23% है। प्रत्यक्ष सौर विकिरण के अवशोषण के कारण लगभग 20% ऊष्मा भी यहाँ जुड़ जाती है। सूर्य की किरणों के लंबवत और वायुमंडल के बाहर पृथ्वी से सूर्य की औसत दूरी पर स्थित एकल क्षेत्र (तथाकथित सौर स्थिरांक) के माध्यम से प्रति इकाई समय में सौर विकिरण का प्रवाह 1367 W/m2 के बराबर है, परिवर्तन हैं सौर गतिविधि के चक्र के आधार पर 1-2 W/m2। लगभग 30% की ग्रहीय अल्बेडो के साथ, ग्रह पर सौर ऊर्जा का समय-औसत वैश्विक प्रवाह 239 W/m2 है। चूंकि एक ग्रह के रूप में पृथ्वी अंतरिक्ष में औसतन समान मात्रा में ऊर्जा उत्सर्जित करती है, तो स्टीफन-बोल्ट्ज़मैन कानून के अनुसार, आउटगोइंग थर्मल लॉन्ग-वेव विकिरण का प्रभावी तापमान 255 K (-18 ° C) है। वहीं पृथ्वी की सतह का औसत तापमान 15°C होता है. 33°C का अंतर ग्रीनहाउस प्रभाव के कारण है।

वायुमंडल का जल संतुलन आम तौर पर पृथ्वी की सतह से वाष्पित होने वाली नमी की मात्रा और पृथ्वी की सतह पर गिरने वाली वर्षा की मात्रा की समानता से मेल खाता है। महासागरों के ऊपर का वातावरण भूमि की तुलना में वाष्पीकरण प्रक्रियाओं से अधिक नमी प्राप्त करता है, और वर्षा के रूप में 90% खो देता है। महासागरों के ऊपर से अतिरिक्त जलवाष्प को वायु धाराओं द्वारा महाद्वीपों तक पहुँचाया जाता है। महासागरों से महाद्वीपों तक वायुमंडल में स्थानांतरित जलवाष्प की मात्रा महासागरों में बहने वाली नदियों की मात्रा के बराबर होती है।

वायु संचलन. पृथ्वी गोलाकार है, इसलिए उष्णकटिबंधीय की तुलना में इसके उच्च अक्षांशों तक बहुत कम सौर विकिरण पहुँचता है। परिणामस्वरूप, अक्षांशों के बीच बड़े तापमान विरोधाभास उत्पन्न होते हैं। तापमान वितरण महासागरों और महाद्वीपों की सापेक्ष स्थिति से भी महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित होता है। समुद्र के पानी के विशाल द्रव्यमान और पानी की उच्च ताप क्षमता के कारण, समुद्र की सतह के तापमान में मौसमी उतार-चढ़ाव भूमि की तुलना में बहुत कम होता है। इस संबंध में, मध्य और उच्च अक्षांशों में, गर्मियों में महासागरों के ऊपर हवा का तापमान महाद्वीपों की तुलना में काफी कम होता है, और सर्दियों में अधिक होता है।

विश्व के विभिन्न क्षेत्रों में वायुमंडल के असमान तापन के कारण वायुमंडलीय दबाव का स्थानिक रूप से अमानवीय वितरण होता है। समुद्र तल पर, दबाव वितरण की विशेषता भूमध्य रेखा के पास अपेक्षाकृत कम मान, उपोष्णकटिबंधीय (उच्च दबाव बेल्ट) में वृद्धि और मध्य और उच्च अक्षांशों में घट जाती है। इसी समय, अतिरिक्त उष्णकटिबंधीय अक्षांशों के महाद्वीपों पर, दबाव आमतौर पर सर्दियों में बढ़ जाता है और गर्मियों में कम हो जाता है, जो तापमान वितरण से जुड़ा होता है। दबाव प्रवणता के प्रभाव के तहत, हवा उच्च दबाव वाले क्षेत्रों से कम दबाव वाले क्षेत्रों की ओर निर्देशित त्वरण का अनुभव करती है, जिससे वायु द्रव्यमान की गति होती है। गतिमान वायु द्रव्यमान पृथ्वी के घूर्णन के विक्षेपक बल (कोरिओलिस बल), घर्षण बल, जो ऊंचाई के साथ घटता है, और, घुमावदार प्रक्षेपवक्र के लिए, केन्द्रापसारक बल से भी प्रभावित होता है। हवा का अशांत मिश्रण बहुत महत्वपूर्ण है (वायुमंडल में अशांति देखें)।

वायु धाराओं (सामान्य वायुमंडलीय परिसंचरण) की एक जटिल प्रणाली ग्रहों के दबाव वितरण से जुड़ी हुई है। मेरिडियनल तल में, औसतन दो या तीन मेरिडियनल परिसंचरण कोशिकाओं का पता लगाया जा सकता है। भूमध्य रेखा के पास, गर्म हवा उपोष्णकटिबंधीय में उठती और गिरती है, जिससे हेडली सेल बनता है। रिवर्स फेरेल सेल की हवा भी वहीं उतरती है। उच्च अक्षांशों पर, एक सीधी ध्रुवीय कोशिका अक्सर दिखाई देती है। मेरिडियनल परिसंचरण वेग 1 मीटर/सेकेंड या उससे कम के क्रम पर हैं। कोरिओलिस बल के कारण, अधिकांश वायुमंडल में पश्चिमी हवाएँ देखी जाती हैं जिनकी गति मध्य क्षोभमंडल में लगभग 15 मीटर/सेकेंड होती है। यहाँ अपेक्षाकृत स्थिर पवन प्रणालियाँ हैं। इनमें व्यापारिक हवाएँ शामिल हैं - उपोष्णकटिबंधीय में उच्च दबाव वाले क्षेत्रों से भूमध्य रेखा तक ध्यान देने योग्य पूर्वी घटक (पूर्व से पश्चिम तक) के साथ चलने वाली हवाएँ। मानसून काफी स्थिर होते हैं - वायु धाराएँ जिनमें स्पष्ट रूप से परिभाषित मौसमी चरित्र होता है: वे गर्मियों में समुद्र से मुख्य भूमि की ओर और सर्दियों में विपरीत दिशा में चलती हैं। हिंद महासागर के मानसून विशेष रूप से नियमित होते हैं। मध्य अक्षांशों में वायुराशियों की गति मुख्यतः पश्चिमी (पश्चिम से पूर्व की ओर) होती है। यह वायुमंडलीय मोर्चों का एक क्षेत्र है जिस पर बड़े-बड़े भंवर उठते हैं - चक्रवात और प्रतिचक्रवात, जो कई सैकड़ों और यहां तक ​​कि हजारों किलोमीटर की दूरी तय करते हैं। उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में भी चक्रवात आते हैं; यहां वे अपने छोटे आकार, लेकिन बहुत तेज़ हवा की गति, तूफान बल (33 मीटर/सेकेंड या अधिक), तथाकथित उष्णकटिबंधीय चक्रवातों तक पहुंचने से पहचाने जाते हैं। अटलांटिक और पूर्वी प्रशांत महासागरों में उन्हें तूफान कहा जाता है, और पश्चिमी प्रशांत महासागर में उन्हें टाइफून कहा जाता है। ऊपरी क्षोभमंडल और निचले समतापमंडल में, प्रत्यक्ष हैडली मेरिडियनल सर्कुलेशन सेल और रिवर्स फेरेल सेल को अलग करने वाले क्षेत्रों में, अपेक्षाकृत संकीर्ण, सैकड़ों किलोमीटर चौड़ी, तेजी से परिभाषित सीमाओं के साथ जेट धाराएं अक्सर देखी जाती हैं, जिसके भीतर हवा 100-150 तक पहुंच जाती है। और यहां तक ​​कि 200 मीटर/ के साथ.

जलवायु एवं मौसम. पृथ्वी की सतह पर विभिन्न अक्षांशों से आने वाले सौर विकिरण की मात्रा में अंतर, जो इसके भौतिक गुणों में भिन्न है, पृथ्वी की जलवायु की विविधता को निर्धारित करता है। भूमध्य रेखा से लेकर उष्णकटिबंधीय अक्षांशों तक, पृथ्वी की सतह पर हवा का तापमान औसतन 25-30 डिग्री सेल्सियस होता है और पूरे वर्ष इसमें थोड़ा बदलाव होता है। भूमध्यरेखीय बेल्ट में आमतौर पर बहुत अधिक वर्षा होती है, जिससे वहां अत्यधिक नमी की स्थिति पैदा हो जाती है। उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में वर्षा कम हो जाती है और कुछ क्षेत्रों में बहुत कम हो जाती है। यहाँ पृथ्वी के विशाल रेगिस्तान हैं।

उपोष्णकटिबंधीय और मध्य अक्षांशों में, हवा का तापमान पूरे वर्ष काफी भिन्न होता है, और महासागरों से दूर महाद्वीपों के क्षेत्रों में गर्मियों और सर्दियों के तापमान के बीच का अंतर विशेष रूप से बड़ा होता है। इस प्रकार, पूर्वी साइबेरिया के कुछ क्षेत्रों में, वार्षिक वायु तापमान सीमा 65°C तक पहुँच जाती है। इन अक्षांशों में आर्द्रीकरण की स्थितियाँ बहुत विविध हैं, मुख्य रूप से सामान्य वायुमंडलीय परिसंचरण के शासन पर निर्भर करती हैं और साल-दर-साल काफी भिन्न होती हैं।

ध्रुवीय अक्षांशों में, पूरे वर्ष तापमान कम रहता है, भले ही ध्यान देने योग्य मौसमी बदलाव हो। यह महासागरों और भूमि और पर्माफ्रॉस्ट पर बर्फ के आवरण के व्यापक वितरण में योगदान देता है, जो रूस में इसके 65% से अधिक क्षेत्र पर कब्जा कर लेता है, मुख्य रूप से साइबेरिया में।

पिछले दशकों में, वैश्विक जलवायु में परिवर्तन तेजी से ध्यान देने योग्य हो गए हैं। निम्न अक्षांशों की तुलना में उच्च अक्षांशों पर तापमान अधिक बढ़ता है; गर्मियों की तुलना में सर्दियों में अधिक; दिन की तुलना में रात में अधिक. 20वीं सदी में, रूस में पृथ्वी की सतह पर औसत वार्षिक वायु तापमान में 1.5-2 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि हुई, और साइबेरिया के कुछ क्षेत्रों में कई डिग्री की वृद्धि देखी गई। यह सूक्ष्म गैसों की सांद्रता में वृद्धि के कारण ग्रीनहाउस प्रभाव में वृद्धि से जुड़ा है।

मौसम वायुमंडलीय परिसंचरण की स्थितियों और क्षेत्र की भौगोलिक स्थिति से निर्धारित होता है; यह उष्णकटिबंधीय में सबसे स्थिर और मध्य और उच्च अक्षांशों में सबसे अधिक परिवर्तनशील होता है। वायुमंडलीय मोर्चों, चक्रवातों और वर्षा ले जाने वाले प्रतिचक्रवातों और बढ़ी हुई हवा के पारित होने के कारण बदलती वायुराशियों के क्षेत्रों में मौसम सबसे अधिक बदलता है। मौसम की भविष्यवाणी के लिए डेटा ज़मीन-आधारित मौसम स्टेशनों, जहाजों और विमानों और मौसम संबंधी उपग्रहों से एकत्र किया जाता है। मौसम विज्ञान भी देखें।

वायुमंडल में ऑप्टिकल, ध्वनिक और विद्युत घटनाएं. जब विद्युत चुम्बकीय विकिरण वायुमंडल में फैलता है, तो हवा और विभिन्न कणों (एरोसोल, बर्फ के क्रिस्टल, पानी की बूंदें) द्वारा प्रकाश के अपवर्तन, अवशोषण और बिखरने के परिणामस्वरूप, विभिन्न ऑप्टिकल घटनाएं उत्पन्न होती हैं: इंद्रधनुष, मुकुट, प्रभामंडल, मृगतृष्णा, आदि। प्रकाश का प्रकीर्णन स्वर्ग की तिजोरी की स्पष्ट ऊंचाई और आकाश के नीले रंग को निर्धारित करता है। वस्तुओं की दृश्यता सीमा वायुमंडल में प्रकाश प्रसार की स्थितियों से निर्धारित होती है (वायुमंडलीय दृश्यता देखें)। विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर वायुमंडल की पारदर्शिता संचार सीमा और उपकरणों के साथ वस्तुओं का पता लगाने की क्षमता निर्धारित करती है, जिसमें पृथ्वी की सतह से खगोलीय अवलोकन की संभावना भी शामिल है। समताप मंडल और मेसोस्फीयर की ऑप्टिकल असमानताओं के अध्ययन के लिए, गोधूलि घटना एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। उदाहरण के लिए, अंतरिक्ष यान से गोधूलि की तस्वीर लेने से एयरोसोल परतों का पता लगाना संभव हो जाता है। वायुमंडल में विद्युत चुम्बकीय विकिरण के प्रसार की विशेषताएं इसके मापदंडों की रिमोट सेंसिंग के तरीकों की सटीकता निर्धारित करती हैं। इन सभी प्रश्नों के साथ-साथ कई अन्य प्रश्नों का अध्ययन वायुमंडलीय प्रकाशिकी द्वारा किया जाता है। रेडियो तरंगों का अपवर्तन और प्रकीर्णन रेडियो रिसेप्शन की संभावनाओं को निर्धारित करता है (रेडियो तरंगों का प्रसार देखें)।

वायुमंडल में ध्वनि का प्रसार तापमान और हवा की गति के स्थानिक वितरण पर निर्भर करता है (वायुमंडलीय ध्वनिकी देखें)। यह दूरस्थ तरीकों से वायुमंडलीय संवेदन के लिए रुचिकर है। ऊपरी वायुमंडल में रॉकेटों द्वारा प्रक्षेपित आवेशों के विस्फोटों ने समताप मंडल और मेसोस्फीयर में पवन प्रणालियों और तापमान भिन्नता के बारे में समृद्ध जानकारी प्रदान की। एक स्थिर स्तरीकृत वातावरण में, जब तापमान एडियाबेटिक ग्रेडिएंट (9.8 K/किमी) की तुलना में धीमी ऊंचाई के साथ घटता है, तो तथाकथित आंतरिक तरंगें उत्पन्न होती हैं। ये तरंगें समताप मंडल में ऊपर की ओर और यहां तक ​​कि मध्यमंडल में भी फैल सकती हैं, जहां वे क्षीण हो जाती हैं, जिससे हवाओं और अशांति में वृद्धि होती है।

पृथ्वी का ऋणात्मक आवेश और परिणामी विद्युत क्षेत्र, वायुमंडल, विद्युत आवेशित आयनमंडल और मैग्नेटोस्फीयर के साथ मिलकर एक वैश्विक विद्युत परिपथ बनाते हैं। बादलों का बनना और आंधी बिजली इसमें अहम भूमिका निभाती है। बिजली गिरने के खतरे के कारण इमारतों, संरचनाओं, बिजली लाइनों और संचार के लिए बिजली संरक्षण विधियों के विकास की आवश्यकता हो गई है। यह घटना विमानन के लिए एक विशेष खतरा पैदा करती है। बिजली के निर्वहन से वायुमंडलीय रेडियो हस्तक्षेप होता है, जिसे वायुमंडल कहा जाता है (व्हिस्लिंग वायुमंडल देखें)। विद्युत क्षेत्र की ताकत में तेज वृद्धि के दौरान, चमकदार डिस्चार्ज देखे जाते हैं जो पृथ्वी की सतह के ऊपर उभरी हुई वस्तुओं की युक्तियों और तेज कोनों, पहाड़ों में अलग-अलग चोटियों आदि पर दिखाई देते हैं (एल्मा लाइट्स)। विशिष्ट परिस्थितियों के आधार पर वायुमंडल में हमेशा प्रकाश और भारी आयनों की बहुत भिन्न मात्रा होती है, जो वायुमंडल की विद्युत चालकता को निर्धारित करते हैं। पृथ्वी की सतह के पास हवा के मुख्य आयनकारक पृथ्वी की पपड़ी और वायुमंडल में निहित रेडियोधर्मी पदार्थों के विकिरण के साथ-साथ ब्रह्मांडीय किरणें भी हैं। वायुमंडलीय बिजली भी देखें।

वातावरण पर मानव का प्रभाव।पिछली शताब्दियों में मानव आर्थिक गतिविधियों के कारण वातावरण में ग्रीनहाउस गैसों की सांद्रता में वृद्धि हुई है। कार्बन डाइऑक्साइड का प्रतिशत दो सौ साल पहले 2.8-10 2 से बढ़कर 2005 में 3.8-10 2 हो गया, मीथेन सामग्री - लगभग 300-400 साल पहले 0.7-10 1 से बढ़कर 21वीं सदी की शुरुआत में 1.8-10 -4 हो गई। शतक; पिछली सदी में ग्रीनहाउस प्रभाव में लगभग 20% वृद्धि फ़्रीऑन से हुई, जो 20वीं सदी के मध्य तक वायुमंडल में व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित थे। इन पदार्थों को समतापमंडलीय ओजोन क्षरणकर्ता के रूप में मान्यता प्राप्त है, और उनका उत्पादन 1987 मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल द्वारा निषिद्ध है। वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता में वृद्धि कोयला, तेल, गैस और अन्य प्रकार के कार्बन ईंधन की लगातार बढ़ती मात्रा के जलने के साथ-साथ जंगलों की कटाई के कारण होती है, जिसके परिणामस्वरूप अवशोषण होता है। प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से कार्बन डाइऑक्साइड कम हो जाती है। मीथेन की सांद्रता तेल और गैस उत्पादन में वृद्धि (इसके नुकसान के कारण) के साथ-साथ चावल की फसलों के विस्तार और मवेशियों की संख्या में वृद्धि के साथ बढ़ती है। यह सब जलवायु के गर्म होने में योगदान देता है।

मौसम को बदलने के लिए वायुमंडलीय प्रक्रियाओं को सक्रिय रूप से प्रभावित करने के तरीके विकसित किए गए हैं। इनका उपयोग गरज वाले बादलों में विशेष अभिकर्मकों को फैलाकर कृषि पौधों को ओलों से बचाने के लिए किया जाता है। हवाई अड्डों पर कोहरे को फैलाने, पौधों को ठंढ से बचाने, वांछित क्षेत्रों में वर्षा बढ़ाने के लिए बादलों को प्रभावित करने या सार्वजनिक कार्यक्रमों के दौरान बादलों को तितर-बितर करने के तरीके भी मौजूद हैं।

वातावरण का अध्ययन. वायुमंडल में भौतिक प्रक्रियाओं के बारे में जानकारी मुख्य रूप से मौसम संबंधी टिप्पणियों से प्राप्त होती है, जो सभी महाद्वीपों और कई द्वीपों पर स्थित स्थायी रूप से संचालित मौसम विज्ञान स्टेशनों और चौकियों के एक वैश्विक नेटवर्क द्वारा की जाती है। दैनिक अवलोकन हवा के तापमान और आर्द्रता, वायुमंडलीय दबाव और वर्षा, बादल, हवा आदि के बारे में जानकारी प्रदान करते हैं। सौर विकिरण और इसके परिवर्तनों का अवलोकन एक्टिनोमेट्रिक स्टेशनों पर किया जाता है। वायुमंडल के अध्ययन के लिए एयरोलॉजिकल स्टेशनों के नेटवर्क का बहुत महत्व है, जिन पर रेडियोसॉन्डेस का उपयोग करके 30-35 किमी की ऊंचाई तक मौसम संबंधी माप किए जाते हैं। कई स्टेशनों पर, वायुमंडलीय ओजोन, वायुमंडल में विद्युत घटना और हवा की रासायनिक संरचना का अवलोकन किया जाता है।

ग्राउंड स्टेशनों के डेटा को महासागरों पर टिप्पणियों द्वारा पूरक किया जाता है, जहां "मौसम जहाज" संचालित होते हैं, जो लगातार विश्व महासागर के कुछ क्षेत्रों में स्थित होते हैं, साथ ही अनुसंधान और अन्य जहाजों से प्राप्त मौसम संबंधी जानकारी भी होती है।

हाल के दशकों में, मौसम संबंधी उपग्रहों का उपयोग करके वायुमंडल के बारे में बढ़ती मात्रा में जानकारी प्राप्त की गई है, जो बादलों की तस्वीरें खींचने और सूर्य से पराबैंगनी, अवरक्त और माइक्रोवेव विकिरण के प्रवाह को मापने के लिए उपकरण ले जाते हैं। उपग्रह तापमान, बादल और इसकी जल आपूर्ति, वायुमंडल के विकिरण संतुलन के तत्वों, समुद्र की सतह के तापमान आदि के ऊर्ध्वाधर प्रोफाइल के बारे में जानकारी प्राप्त करना संभव बनाते हैं। नेविगेशन उपग्रहों की एक प्रणाली से रेडियो संकेतों के अपवर्तन के माप का उपयोग करके, यह घनत्व, दबाव और तापमान के साथ-साथ वातावरण में नमी की मात्रा के ऊर्ध्वाधर प्रोफाइल को निर्धारित करना संभव है। उपग्रहों की मदद से, पृथ्वी के सौर स्थिरांक और ग्रहीय अल्बेडो के मूल्य को स्पष्ट करना, पृथ्वी-वायुमंडल प्रणाली के विकिरण संतुलन के मानचित्र बनाना, छोटे वायुमंडलीय प्रदूषकों की सामग्री और परिवर्तनशीलता को मापना और समाधान करना संभव हो गया है। वायुमंडलीय भौतिकी और पर्यावरण निगरानी की कई अन्य समस्याएं।

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जी.एस. गोलित्सिन, एन.ए. जैतसेवा।

पृथ्वी का वायुमंडल हमारे ग्रह का गैसीय आवरण है। वैसे, सौर मंडल के ग्रहों से लेकर बड़े क्षुद्रग्रहों तक, लगभग सभी खगोलीय पिंडों में समान गोले होते हैं। यह कई कारकों पर निर्भर करता है - इसकी गति का आकार, द्रव्यमान और कई अन्य पैरामीटर। लेकिन केवल हमारे ग्रह के खोल में ही वे घटक मौजूद हैं जो हमें जीवित रहने की अनुमति देते हैं।

पृथ्वी का वायुमंडल: इसकी घटना का एक संक्षिप्त इतिहास

ऐसा माना जाता है कि अपने अस्तित्व की शुरुआत में हमारे ग्रह पर कोई गैस खोल नहीं था। लेकिन युवा, नवगठित खगोलीय पिंड लगातार विकसित हो रहा था। पृथ्वी का प्राथमिक वायुमंडल निरंतर ज्वालामुखी विस्फोटों के परिणामस्वरूप बना था। इस प्रकार, कई हजारों वर्षों में, पृथ्वी के चारों ओर जल वाष्प, नाइट्रोजन, कार्बन और अन्य तत्वों (ऑक्सीजन को छोड़कर) का एक आवरण बन गया।

चूँकि वायुमंडल में नमी की मात्रा सीमित है, इसकी अधिकता वर्षा में बदल गई - इस प्रकार समुद्र, महासागर और अन्य जल निकायों का निर्माण हुआ। ग्रह पर निवास करने वाले पहले जीव जलीय वातावरण में प्रकट और विकसित हुए। उनमें से अधिकांश पौधों के जीवों से संबंधित थे जो प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से ऑक्सीजन का उत्पादन करते हैं। इस प्रकार, पृथ्वी का वायुमंडल इस महत्वपूर्ण गैस से भरने लगा। और ऑक्सीजन के संचय के परिणामस्वरूप, ओजोन परत का निर्माण हुआ, जिसने ग्रह को पराबैंगनी विकिरण के हानिकारक प्रभावों से बचाया। ये वे कारक हैं जिन्होंने हमारे अस्तित्व के लिए सभी स्थितियाँ बनाईं।

पृथ्वी के वायुमंडल की संरचना

जैसा कि आप जानते हैं, हमारे ग्रह के गैस खोल में कई परतें होती हैं - क्षोभमंडल, समतापमंडल, मेसोस्फीयर, थर्मोस्फीयर। इन परतों के बीच स्पष्ट सीमाएँ खींचना असंभव है - यह सब वर्ष के समय और ग्रह के अक्षांश पर निर्भर करता है।

क्षोभमंडल गैस के गोले का निचला हिस्सा है, जिसकी ऊंचाई औसतन 10 से 15 किलोमीटर तक होती है। यह वह जगह है जहां अधिकांश नमी केंद्रित होती है। वैसे, यह वह जगह है जहां सारी नमी स्थित होती है और बादल बनते हैं। ऑक्सीजन सामग्री के कारण, क्षोभमंडल सभी जीवों की जीवन गतिविधि का समर्थन करता है। इसके अलावा, यह क्षेत्र के मौसम और जलवायु विशेषताओं को आकार देने में महत्वपूर्ण है - यहां न केवल बादल बनते हैं, बल्कि हवाएं भी बनती हैं। ऊंचाई के साथ तापमान गिरता है।

समतापमंडल - क्षोभमंडल से प्रारंभ होकर 50 से 55 किलोमीटर की ऊंचाई पर समाप्त होता है। यहां ऊंचाई के साथ तापमान बढ़ता जाता है। वायुमंडल के इस भाग में वस्तुतः कोई जलवाष्प नहीं है, लेकिन ओजोन परत मौजूद है। कभी-कभी यहां आप "मोती" बादलों के निर्माण को देख सकते हैं, जिन्हें केवल रात में देखा जा सकता है - ऐसा माना जाता है कि इन्हें अत्यधिक संघनित पानी की बूंदों द्वारा दर्शाया जाता है।

मध्यमंडल 80 किलोमीटर तक फैला हुआ है। जैसे-जैसे आप ऊपर बढ़ते हैं इस परत में आप तापमान में तेज गिरावट देख सकते हैं। यहां अशांति भी अत्यधिक विकसित है। वैसे, मेसोस्फीयर में तथाकथित "रात के बादल" बनते हैं, जिनमें छोटे बर्फ के क्रिस्टल होते हैं - उन्हें केवल रात में ही देखा जा सकता है। यह दिलचस्प है कि मेसोस्फीयर की ऊपरी सीमा पर व्यावहारिक रूप से कोई हवा नहीं है - यह पृथ्वी की सतह के पास की तुलना में 200 गुना कम है।

थर्मोस्फीयर पृथ्वी के गैस खोल की ऊपरी परत है, जिसमें आयनोस्फीयर और एक्सोस्फीयर के बीच अंतर करने की प्रथा है। दिलचस्प बात यह है कि यहां तापमान ऊंचाई के साथ बहुत तेजी से बढ़ता है - पृथ्वी की सतह से 800 किलोमीटर की ऊंचाई पर यह 1000 डिग्री सेल्सियस से अधिक है। आयनमंडल की विशेषता अत्यधिक पतली हवा और सक्रिय आयनों की एक विशाल सामग्री है। जहां तक ​​बाह्यमंडल का सवाल है, वायुमंडल का यह हिस्सा आसानी से अंतरग्रहीय अंतरिक्ष में चला जाता है। यह ध्यान देने योग्य है कि थर्मोस्फीयर में हवा नहीं होती है।

गौरतलब है कि पृथ्वी का वायुमंडल हमारे ग्रह का एक बहुत ही महत्वपूर्ण हिस्सा है, जो जीवन के उद्भव में एक निर्णायक कारक बना हुआ है। यह जीवन गतिविधि को सुनिश्चित करता है, जलमंडल (ग्रह का जलीय आवरण) के अस्तित्व को बनाए रखता है और पराबैंगनी विकिरण से बचाता है।

10.045×10 3 J/(kg*K) (0-100°C के तापमान रेंज में), C v 8.3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C)। 0°C पर हवा की पानी में घुलनशीलता 0.036%, 25°C पर 0.22% है।

वायुमंडलीय रचना

वायुमंडलीय निर्माण का इतिहास

आरंभिक इतिहास

वर्तमान में, विज्ञान सौ प्रतिशत सटीकता के साथ पृथ्वी के निर्माण के सभी चरणों का पता नहीं लगा सकता है। 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. अगले चरण में, सक्रिय ज्वालामुखी गतिविधि के कारण वातावरण हाइड्रोजन (हाइड्रोकार्बन, अमोनिया, जल वाष्प) के अलावा अन्य गैसों से संतृप्त हो गया। इस तरह इसका गठन हुआ द्वितीयक वातावरण. यह वातावरण पुनर्स्थापनात्मक था। इसके अलावा, वायुमंडल निर्माण की प्रक्रिया निम्नलिखित कारकों द्वारा निर्धारित की गई थी:

• अंतरग्रहीय अंतरिक्ष में हाइड्रोजन का निरंतर 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।

जीवन और ऑक्सीजन का उद्भव

प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप पृथ्वी पर जीवित जीवों की उपस्थिति के साथ, ऑक्सीजन की रिहाई और कार्बन डाइऑक्साइड के अवशोषण के साथ, वातावरण की संरचना बदलने लगी। हालाँकि, डेटा (वायुमंडलीय ऑक्सीजन की समस्थानिक संरचना और प्रकाश संश्लेषण के दौरान जारी ऑक्सीजन का विश्लेषण) है जो वायुमंडलीय ऑक्सीजन की भूवैज्ञानिक उत्पत्ति को इंगित करता है।

प्रारंभ में, ऑक्सीजन को कम यौगिकों के ऑक्सीकरण पर खर्च किया गया था - हाइड्रोकार्बन, महासागरों में निहित लोहे का लौह रूप, आदि। इस चरण के अंत में, वातावरण में ऑक्सीजन की मात्रा बढ़ने लगी।

1990 के दशक में, एक बंद पारिस्थितिक प्रणाली ("बायोस्फीयर 2") बनाने के लिए प्रयोग किए गए, जिसके दौरान एक समान वायु संरचना के साथ एक स्थिर प्रणाली बनाना संभव नहीं था। सूक्ष्मजीवों के प्रभाव से ऑक्सीजन के स्तर में कमी आई और कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा में वृद्धि हुई।

नाइट्रोजन

एन 2 की एक बड़ी मात्रा का गठन आणविक ओ 2 के साथ प्राथमिक अमोनिया-हाइड्रोजन वातावरण के ऑक्सीकरण के कारण होता है, जो प्रकाश संश्लेषण के परिणामस्वरूप ग्रह की सतह से आना शुरू हुआ, माना जाता है कि लगभग 3 अरब साल पहले (के अनुसार) दूसरे संस्करण के अनुसार, वायुमंडलीय ऑक्सीजन भूवैज्ञानिक मूल की है)। वायुमंडल की ऊपरी परतों में नाइट्रोजन को NO में ऑक्सीकृत किया जाता है, उद्योग में उपयोग किया जाता है और नाइट्रोजन-फिक्सिंग बैक्टीरिया द्वारा बाध्य किया जाता है, जबकि N2 को नाइट्रेट और अन्य नाइट्रोजन युक्त यौगिकों के विनाइट्रीकरण के परिणामस्वरूप वायुमंडल में छोड़ा जाता है।

नाइट्रोजन एन 2 एक अक्रिय गैस है और केवल विशिष्ट परिस्थितियों में ही प्रतिक्रिया करती है (उदाहरण के लिए, बिजली गिरने के दौरान)। सायनोबैक्टीरिया और कुछ बैक्टीरिया (उदाहरण के लिए, नोड्यूल बैक्टीरिया जो फलीदार पौधों के साथ राइजोबियल सहजीवन बनाते हैं) इसे ऑक्सीकरण कर सकते हैं और इसे जैविक रूप में परिवर्तित कर सकते हैं।

विद्युत निर्वहन द्वारा आणविक नाइट्रोजन के ऑक्सीकरण का उपयोग नाइट्रोजन उर्वरकों के औद्योगिक उत्पादन में किया जाता है, और इससे चिली के अटाकामा रेगिस्तान में नाइट्रेट के अद्वितीय भंडार का निर्माण भी हुआ।

उत्कृष्ट गैस

ईंधन दहन प्रदूषणकारी गैसों (CO, NO, SO2) का मुख्य स्रोत है। वायुमंडल की ऊपरी परतों में वायु द्वारा सल्फर डाइऑक्साइड को O 2 से SO 3 में ऑक्सीकृत किया जाता है, जो H 2 O और NH 3 वाष्प के साथ परस्पर क्रिया करता है, और परिणामस्वरूप H 2 SO 4 और (NH 4) 2 SO 4 पृथ्वी की सतह पर लौट आते हैं। वर्षा के साथ-साथ. आंतरिक दहन इंजनों के उपयोग से नाइट्रोजन ऑक्साइड, हाइड्रोकार्बन और पीबी यौगिकों के साथ महत्वपूर्ण वायुमंडलीय प्रदूषण होता है।

वायुमंडल का एयरोसोल प्रदूषण प्राकृतिक कारणों (ज्वालामुखीय विस्फोट, धूल भरी आँधी, समुद्र के पानी की बूंदों और पौधों के पराग कणों का ले जाना आदि) और मानव आर्थिक गतिविधियों (अयस्कों और निर्माण सामग्री का खनन, ईंधन जलाना, सीमेंट बनाना आदि) दोनों के कारण होता है। .) . वायुमंडल में पार्टिकुलेट मैटर की तीव्र बड़े पैमाने पर रिहाई ग्रह पर जलवायु परिवर्तन के संभावित कारणों में से एक है।

वायुमंडल की संरचना और व्यक्तिगत कोशों की विशेषताएं

वायुमंडल की भौतिक स्थिति मौसम और जलवायु से निर्धारित होती है। वायुमंडल के बुनियादी पैरामीटर: वायु घनत्व, दबाव, तापमान और संरचना। जैसे-जैसे ऊंचाई बढ़ती है, वायु घनत्व और वायुमंडलीय दबाव कम हो जाता है। ऊंचाई में परिवर्तन के साथ तापमान में भी परिवर्तन होता है। वायुमंडल की ऊर्ध्वाधर संरचना विभिन्न तापमान और विद्युत गुणों और 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

स्ट्रैटोस्फियर

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 और उच्च परतों में, सौर विकिरण के प्रभाव में, गैस के अणु परमाणुओं में विभाजित हो जाते हैं (80 किमी से ऊपर CO 2 और H 2 अलग हो जाते हैं, 150 किमी से ऊपर - O 2, 300 किमी से ऊपर - H 2)। 100-400 किमी की ऊंचाई पर, आयनमंडल में गैसों का आयनीकरण भी होता है; 320 किमी की ऊंचाई पर, आवेशित कणों (O + 2, O - 2, N + 2) की सांद्रता ~ 1/300 होती है तटस्थ कणों की सांद्रता. वायुमंडल की ऊपरी परतों में मुक्त कण होते हैं - OH, HO 2, आदि।

समताप मंडल में लगभग कोई जलवाष्प नहीं है।

मीसोस्फीयर

100 किमी की ऊँचाई तक, वायुमंडल गैसों का एक सजातीय, अच्छी तरह मिश्रित मिश्रण है। ऊंची परतों में, ऊंचाई के आधार 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 ~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 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, 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।

वायुमंडलीय 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।

पृथ्वी के वायुमंडल की संरचना

वायुमंडल पृथ्वी का गैसीय खोल है जिसमें एरोसोल कण शामिल हैं, जो पृथ्वी के साथ अंतरिक्ष में एक साथ घूमते हैं और साथ ही पृथ्वी के घूर्णन में भाग लेते हैं। हमारा अधिकांश जीवन वायुमंडल के निचले भाग में घटित होता है।

हमारे सौर मंडल के लगभग सभी ग्रहों का अपना वायुमंडल है, लेकिन केवल पृथ्वी का वायुमंडल ही जीवन का समर्थन करने में सक्षम है।

4.5 अरब साल पहले जब हमारा ग्रह बना था, तो यह स्पष्ट रूप से वायुमंडल से रहित था। वायुमंडल का निर्माण युवा ग्रह के आंतरिक भाग से कार्बन डाइऑक्साइड, नाइट्रोजन और अन्य रसायनों के साथ मिश्रित जल वाष्प के ज्वालामुखीय उत्सर्जन के परिणामस्वरूप हुआ था। लेकिन वायुमंडल में सीमित मात्रा में नमी हो सकती है, इसलिए संघनन के परिणामस्वरूप इसकी अधिकता ने महासागरों को जन्म दिया। लेकिन तब वातावरण ऑक्सीजन रहित था। प्रकाश संश्लेषण प्रतिक्रिया (एच 2 ओ + सीओ 2 = सीएच 2 ओ + ओ 2) के परिणामस्वरूप समुद्र में उत्पन्न और विकसित होने वाले पहले जीवित जीवों ने ऑक्सीजन के छोटे हिस्से को छोड़ना शुरू कर दिया, जो वायुमंडल में प्रवेश करना शुरू कर दिया।

पृथ्वी के वायुमंडल में ऑक्सीजन के निर्माण से लगभग 8-30 किमी की ऊंचाई पर ओजोन परत का निर्माण हुआ। और, इस प्रकार, हमारे ग्रह ने पराबैंगनी अध्ययन के हानिकारक प्रभावों से सुरक्षा प्राप्त कर ली है। इस परिस्थिति ने पृथ्वी पर जीवन रूपों के आगे विकास के लिए एक प्रेरणा के रूप में कार्य किया, क्योंकि प्रकाश संश्लेषण में वृद्धि के परिणामस्वरूप, वायुमंडल में ऑक्सीजन की मात्रा तेजी से बढ़ने लगी, जिसने भूमि सहित जीवन रूपों के निर्माण और रखरखाव में योगदान दिया।

आज हमारे वायुमंडल में 78.1% नाइट्रोजन, 21% ऑक्सीजन, 0.9% आर्गन और 0.04% कार्बन डाइऑक्साइड है। मुख्य गैसों की तुलना में बहुत छोटे अंश नियॉन, हीलियम, मीथेन और क्रिप्टन हैं।

वायुमंडल में मौजूद गैस के कण पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण बल से प्रभावित होते हैं। और, यह देखते हुए कि हवा संपीड़ित है, इसका घनत्व धीरे-धीरे ऊंचाई के साथ कम हो जाता है, बिना किसी स्पष्ट सीमा के बाहरी अंतरिक्ष में चला जाता है। पृथ्वी के वायुमंडल के कुल द्रव्यमान का आधा हिस्सा निचले 5 किमी में, तीन चौथाई निचले 10 किमी में, नौ दसवां हिस्सा निचले 20 किमी में केंद्रित है। पृथ्वी के वायुमंडल का 99% द्रव्यमान 30 किमी की ऊंचाई से नीचे केंद्रित है, जो हमारे ग्रह की भूमध्यरेखीय त्रिज्या का केवल 0.5% है।

समुद्र तल पर, प्रति घन सेंटीमीटर हवा में परमाणुओं और अणुओं की संख्या लगभग 2 * 10 19 है, 600 किमी की ऊंचाई पर केवल 2 * 10 7 है। समुद्र तल पर, एक परमाणु या अणु दूसरे कण से टकराने से पहले लगभग 7 * 10 -6 सेमी की यात्रा करता है। 600 किमी की ऊंचाई पर यह दूरी लगभग 10 किमी है। और समुद्र तल पर, लगभग 7 * 10 9 ऐसी टक्करें हर सेकंड होती हैं, 600 किमी की ऊंचाई पर - प्रति मिनट केवल एक!

लेकिन ऊंचाई के साथ न केवल दबाव बदलता है। तापमान भी बदलता है. उदाहरण के लिए, किसी ऊंचे पहाड़ की तलहटी में काफी गर्मी हो सकती है, जबकि पहाड़ की चोटी बर्फ से ढकी होती है और साथ ही वहां का तापमान शून्य से नीचे होता है। और यदि आप विमान को लगभग 10-11 किमी की ऊंचाई पर ले जाते हैं, तो आप एक संदेश सुन सकते हैं कि बाहर तापमान -50 डिग्री है, जबकि पृथ्वी की सतह पर यह 60-70 डिग्री अधिक गर्म है...

प्रारंभ में, वैज्ञानिकों ने माना कि तापमान ऊंचाई के साथ घटता जाता है जब तक कि यह पूर्ण शून्य (-273.16 डिग्री सेल्सियस) तक नहीं पहुंच जाता। लेकिन यह सच नहीं है.

पृथ्वी के वायुमंडल में चार परतें हैं: क्षोभमंडल, समतापमंडल, मध्यमंडल, आयनमंडल (तापमंडल)। ऊंचाई के साथ तापमान परिवर्तन के आंकड़ों के आधार पर परतों में यह विभाजन भी अपनाया गया था। सबसे निचली परत, जहाँ हवा का तापमान ऊँचाई के साथ घटता जाता है, क्षोभमंडल कहलाती है। क्षोभमंडल के ऊपर की परत, जहां तापमान में गिरावट रुक जाती है, को समतापी द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया जाता है, और अंत में तापमान बढ़ना शुरू हो जाता है, समतापमंडल कहलाती है। समताप मंडल के ऊपर की परत जिसमें तापमान फिर से तेजी से गिरता है, मेसोस्फीयर है। और अंत में, वह परत जहां तापमान फिर से बढ़ने लगता है उसे आयनमंडल या थर्मोस्फीयर कहा जाता है।

क्षोभमंडल औसतन निचले 12 किमी तक फैला हुआ है। यहीं से हमारा मौसम बनता है. सबसे ऊंचे बादल (सिरस) क्षोभमंडल की सबसे ऊपरी परतों में बनते हैं। क्षोभमंडल में तापमान ऊंचाई के साथ रुद्धोष्म रूप से घटता जाता है, अर्थात। तापमान में परिवर्तन ऊंचाई के साथ दबाव में कमी के कारण होता है। क्षोभमंडल का तापमान प्रोफ़ाइल काफी हद तक पृथ्वी की सतह तक पहुँचने वाले सौर विकिरण द्वारा निर्धारित होता है। सूर्य द्वारा पृथ्वी की सतह के गर्म होने के परिणामस्वरूप, ऊपर की ओर निर्देशित संवहनी और अशांत प्रवाह बनते हैं, जो मौसम का निर्माण करते हैं। यह ध्यान देने योग्य है कि क्षोभमंडल की निचली परतों पर अंतर्निहित सतह का प्रभाव लगभग 1.5 किमी की ऊंचाई तक फैला हुआ है। बेशक, पहाड़ी इलाकों को छोड़कर।

क्षोभमंडल की ऊपरी सीमा ट्रोपोपॉज़ है - एक इज़ोटेर्माल परत। गरज वाले बादलों की विशिष्ट उपस्थिति पर विचार करें, जिनमें से शीर्ष सिरस बादलों का एक "विस्फोट" है जिसे "निहाई" कहा जाता है। यह "निहाई" ट्रोपोपॉज़ के तहत बस "फैलती" है, क्योंकि इज़ोटेर्म के कारण, आरोही वायु धाराएँ काफी कमजोर हो जाती हैं, और बादल लंबवत रूप से विकसित होना बंद हो जाता है। लेकिन विशेष, दुर्लभ मामलों में, क्यूम्यलोनिम्बस बादलों के शीर्ष ट्रोपोपॉज़ को तोड़ते हुए, समताप मंडल की निचली परतों पर आक्रमण कर सकते हैं।

ट्रोपोपॉज़ की ऊँचाई अक्षांश पर निर्भर करती है। इस प्रकार, भूमध्य रेखा पर यह लगभग 16 किमी की ऊंचाई पर स्थित है, और इसका तापमान लगभग -80°C है। ध्रुवों पर, ट्रोपोपॉज़ नीचे, लगभग 8 किमी की ऊंचाई पर स्थित है। गर्मियों में यहां का तापमान -40°C और सर्दियों में -60°C रहता है। इस प्रकार, पृथ्वी की सतह पर उच्च तापमान के बावजूद, उष्णकटिबंधीय ट्रोपोपॉज़ ध्रुवों की तुलना में बहुत ठंडा है।