Apa yang disebut atmosfer dan terdiri dari lapisan apa? Lapisan utama atmosfer bumi dalam urutan menaik

Atmosfer mempunyai lapisan udara yang jelas. Lapisan-lapisan udara berbeda satu sama lain dalam hal suhu, perbedaan gas, serta kepadatan dan tekanannya. Perlu diketahui bahwa lapisan stratosfer dan troposfer melindungi bumi dari radiasi matahari. Di lapisan yang lebih tinggi, organisme hidup dapat menerima spektrum ultraviolet matahari dalam dosis yang mematikan. Untuk melompat dengan cepat ke lapisan atmosfer yang diinginkan, klik pada lapisan yang sesuai:

Troposfer dan tropopause

Troposfer - suhu, tekanan, ketinggian

Batas atasnya kurang lebih 8 - 10 km. Di garis lintang sedang jaraknya 16 - 18 km, dan di garis lintang kutub 10 - 12 km. Troposfer- Ini adalah lapisan utama atmosfer yang lebih rendah. Lapisan ini mengandung lebih dari 80% total massa udara atmosfer dan hampir 90% dari seluruh uap air. Di troposfer terjadi konveksi dan turbulensi, terbentuknya awan, dan terjadi siklon. Suhu berkurang seiring bertambahnya ketinggian. Gradien: 0,65°/100 m. Tanah dan air yang panas memanaskan udara di sekitarnya. Udara panas naik, mendingin dan membentuk awan. Suhu di batas atas lapisan bisa mencapai – 50/70 °C.

Di lapisan inilah terjadi perubahan kondisi cuaca iklim. Batas bawah troposfer disebut permukaan tanah, karena mengandung banyak mikroorganisme dan debu yang mudah menguap. Kecepatan angin bertambah seiring bertambahnya ketinggian pada lapisan ini.

Tropopause

Ini adalah lapisan transisi dari troposfer ke stratosfer. Di sini ketergantungan penurunan suhu dengan bertambahnya ketinggian berhenti. Tropopause adalah ketinggian minimum di mana gradien suhu vertikal turun hingga 0,2°C/100 m. Ketinggian tropopause bergantung pada peristiwa iklim yang kuat seperti siklon. Ketinggian tropopause berkurang di atas siklon, dan meningkat di atas antisiklon.

Stratosfer dan Stratopause

Ketinggian lapisan stratosfer kurang lebih 11 sampai 50 km. Terjadi sedikit perubahan suhu pada ketinggian 11 – 25 km. Pada ketinggian 25 - 40 km diamati inversi suhu, dari 56,5 naik menjadi 0,8°C. Dari 40 km hingga 55 km suhu tetap pada 0°C. Daerah ini disebut - Stratopause.

Di Stratosfer, pengaruh radiasi matahari pada molekul gas diamati; mereka berdisosiasi menjadi atom. Hampir tidak ada uap air pada lapisan ini. Pesawat komersial supersonik modern terbang pada ketinggian hingga 20 km karena kondisi penerbangan yang stabil. Balon cuaca ketinggian naik hingga ketinggian 40 km. Arus udara stabil di sini, kecepatannya mencapai 300 km/jam. Juga terkonsentrasi di lapisan ini ozon, lapisan yang menyerap sinar ultraviolet.

Mesosfer dan Mesopause - komposisi, reaksi, suhu

Lapisan mesosfer dimulai pada ketinggian kurang lebih 50 km dan berakhir pada ketinggian 80 - 90 km. Suhu menurun seiring bertambahnya ketinggian, sekitar 0,25-0,3°C/100 m. Efek energi utama di sini adalah pertukaran panas radiasi. Proses fotokimia kompleks yang melibatkan radikal bebas (memiliki 1 atau 2 elektron tidak berpasangan) karena mereka menerapkan binar suasana.

Hampir semua meteor terbakar di mesosfer. Para ilmuwan menamai zona ini - Ketidaktahuan. Zona ini sulit untuk dijelajahi, karena aerodinamis penerbangan di sini sangat buruk karena kepadatan udaranya 1000 kali lebih kecil dibandingkan di Bumi. Dan untuk peluncuran satelit buatan, kepadatannya masih sangat tinggi. Penelitian dilakukan dengan menggunakan roket cuaca, tapi ini adalah penyimpangan. Mesopause lapisan transisi antara mesosfer dan termosfer. Memiliki suhu minimal -90°C.

Jalur Karman

Garis saku disebut batas antara atmosfer bumi dan ruang angkasa. Menurut Federasi Penerbangan Internasional (FAI), ketinggian perbatasan ini adalah 100 km. Definisi ini diberikan untuk menghormati ilmuwan Amerika Theodore Von Karman. Dia menetapkan bahwa kira-kira pada ketinggian ini kepadatan atmosfer sangat rendah sehingga penerbangan aerodinamis menjadi tidak mungkin dilakukan di sini, karena kecepatan pesawat harus lebih besar. kecepatan melarikan diri. Pada ketinggian seperti itu, konsep penghalang suara kehilangan maknanya. Di sini, pesawat hanya dapat dikendalikan dengan menggunakan gaya reaktif.

Termosfer dan Termopause

Batas atas lapisan ini kurang lebih 800 km. Suhu naik hingga kira-kira ketinggian 300 km mencapai sekitar 1500 K. Di atas suhu tetap tidak berubah. Pada lapisan ini terjadi aurora- Terjadi akibat pengaruh radiasi matahari terhadap udara. Proses ini juga disebut ionisasi oksigen atmosfer.

Karena kelangkaan udara yang rendah, penerbangan di atas jalur Karman hanya dapat dilakukan sepanjang lintasan balistik. Semua penerbangan orbit berawak (kecuali penerbangan ke Bulan) berlangsung di lapisan atmosfer ini.

Eksosfer - kepadatan, suhu, ketinggian

Ketinggian eksosfer di atas 700 km. Di sini gasnya sangat dijernihkan, dan prosesnya berlangsung menghilangnya— kebocoran partikel ke ruang antarplanet. Kecepatan partikel tersebut bisa mencapai 11,2 km/detik. Peningkatan aktivitas matahari menyebabkan perluasan ketebalan lapisan ini.

Cangkang gas tidak terbang ke luar angkasa karena gravitasi. Udara terdiri dari partikel-partikel yang memiliki massanya sendiri-sendiri. Dari hukum gravitasi kita dapat menyimpulkan bahwa setiap benda bermassa tertarik ke bumi.
Hukum Pembelian-Pemungutan Suara menyatakan bahwa jika Anda berada di belahan bumi utara dan berdiri membelakangi angin, maka zona tersebut akan terletak di sebelah kanan. tekanan tinggi, dan di sebelah kiri - rendah. Di Belahan Bumi Selatan, segalanya akan terjadi sebaliknya.

Di permukaan bumi, meteorologi berkaitan dengan variasi jangka panjang, dan klimatologi berkaitan dengan variasi jangka panjang.

Ketebalan atmosfer adalah 1500 km dari permukaan bumi. Massa total udara, yaitu campuran gas-gas yang menyusun atmosfer, adalah 5,1-5,3 * 10^15 ton. Massa molekul udara bersih kering adalah 29. Tekanan pada 0 ° C di permukaan laut adalah 101.325. Pa, atau 760 mm. rt. Seni.; suhu kritis - 140,7 °C; tekanan kritis 3,7 MPa. Kelarutan udara dalam air pada 0 °C adalah 0,036%, pada 25 °C - 0,22%.

Keadaan fisik atmosfer ditentukan. Parameter dasar atmosfer: kepadatan udara, tekanan, suhu dan komposisi. Dengan bertambahnya ketinggian, kepadatan udara berkurang. Suhu juga berubah seiring perubahan ketinggian. Vertikal dicirikan oleh suhu dan sifat listrik yang berbeda, kondisi yang berbeda udara. Tergantung pada suhu di atmosfer, lapisan utama berikut dibedakan: troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer, eksosfer (bola hamburan). Daerah peralihan atmosfer antara cangkang yang berdekatan masing-masing disebut tropopause, stratopause, dll.

Troposfer- lebih rendah, utama, paling banyak dipelajari, ketinggian di daerah kutub adalah 8-10 km, di hingga 10-12 km, di khatulistiwa - 16-18 km. Troposfer mengandung sekitar 80-90% total massa atmosfer dan hampir seluruh uap air. Saat naik setiap 100 m, suhu di troposfer turun rata-rata 0,65 °C dan mencapai -53 °C di bagian atasnya. Lapisan atas troposfer ini disebut tropopause. Turbulensi dan konveksi sangat berkembang di troposfer, bagian utama terkonsentrasi, awan muncul dan berkembang.

Stratosfir- lapisan atmosfer yang terletak pada ketinggian 11-50 km. Ditandai dengan sedikit perubahan suhu pada lapisan 11-25 km (lapisan bawah stratosfer) dan peningkatan pada lapisan 25-40 km dari -56,5 menjadi 0,8°C (lapisan atas stratosfer atau daerah inversi). Setelah mencapai nilai 273 K (0 °C) pada ketinggian sekitar 40 km, suhu tetap konstan hingga ketinggian 55 km. Wilayah bersuhu konstan ini disebut stratopause dan merupakan batas antara stratosfer dan mesosfer.

Di stratosfer itulah lapisan itu berada ozonosfer (« lapisan ozon", pada ketinggian 15-20 hingga 55-60 km), yang menentukan batas atas kehidupan di. Komponen penting dari stratosfer dan mesosfer adalah ozon, yang terbentuk sebagai hasil foto reaksi kimia paling intens pada ketinggian 30 km. Massa total ozon pada tekanan normal akan berada pada lapisan setebal 1,7-4 mm, tetapi jumlah ini cukup untuk menyerap radiasi ultraviolet yang merusak kehidupan. Kerusakan ozon terjadi ketika berinteraksi dengan radikal bebas, nitrogen oksida, dan senyawa yang mengandung halogen (termasuk “freon”). Ozon - alotropi oksigen, terbentuk sebagai hasil reaksi kimia berikut, biasanya setelah hujan, ketika senyawa yang dihasilkan naik ke lapisan atas troposfer; Ozon memiliki bau yang khas.

Di stratosfer, sebagian besar bagian gelombang pendek dari radiasi ultraviolet (180-200 nm) dipertahankan dan energi gelombang pendek diubah. Di bawah pengaruh sinar ini, medan magnet berubah, molekul terurai, terjadi ionisasi, pembentukan gas baru, dan banyak lagi senyawa kimia. Proses-proses tersebut dapat diamati dalam bentuk cahaya utara, kilat, dan cahaya lainnya. Hampir tidak ada uap air di stratosfer.

Mesosfer dimulai pada ketinggian 50 km dan memanjang hingga 80-90 km. pada ketinggian 75-85 km suhu turun menjadi -88 °C. Batas atas mesosfer adalah mesopause.

Termosfer(nama lain ionosfer) - lapisan atmosfer setelah mesosfer - dimulai pada ketinggian 80-90 km dan meluas hingga 800 km. Suhu udara di termosfer meningkat dengan cepat dan terus-menerus hingga mencapai beberapa ratus bahkan ribuan derajat.

Eksosfer- zona dispersi, bagian luar termosfer, terletak di atas 800 km. Gas di eksosfer sangat langka, dan dari sini partikelnya bocor ke ruang antarplanet (disipasi).
Hingga ketinggian 100 km, atmosfer merupakan campuran gas yang homogen (fase tunggal) dan tercampur dengan baik. Di lapisan yang lebih tinggi, distribusi gas berdasarkan ketinggian bergantung pada berat molekulnya; konsentrasi gas yang lebih berat berkurang lebih cepat seiring dengan bertambahnya jarak dari permukaan bumi. Karena penurunan kepadatan gas, suhu turun dari 0 °C di stratosfer menjadi -110 °C di mesosfer. Namun, energi kinetik partikel individu pada ketinggian 200-250 km setara dengan suhu sekitar 1500 °C. Di atas 200 km, terjadi fluktuasi suhu dan kepadatan gas yang signifikan dalam ruang dan waktu.

Pada ketinggian sekitar 2000-3000 km, eksosfer secara bertahap berubah menjadi apa yang disebut ruang hampa dekat, yang diisi dengan partikel gas antarplanet yang sangat langka, terutama atom hidrogen. Namun gas ini hanya mewakili sebagian dari materi antarplanet. Bagian lainnya terdiri dari partikel debu yang berasal dari komet dan meteorik. Selain partikel yang sangat langka ini, radiasi elektromagnetik dan sel yang berasal dari matahari dan galaksi menembus ke dalam ruang ini.

Troposfer menyumbang sekitar 80% massa atmosfer, stratosfer - sekitar 20%; massa mesosfer tidak lebih dari 0,3%, termosfer kurang dari 0,05% total massa atmosfer. Berdasarkan sifat kelistrikannya di atmosfer, neutronosfer dan ionosfer dibedakan. Saat ini atmosfer diyakini meluas hingga ketinggian 2000-3000 km.

Tergantung pada komposisi gas di atmosfer, homosfer dan heterosfer dibedakan. Heterosfer- ini adalah area dimana gravitasi mempengaruhi pemisahan gas, karena pencampurannya pada ketinggian seperti itu tidak signifikan. Ini menyiratkan komposisi heterosfer yang bervariasi. Di bawahnya terdapat bagian atmosfer yang tercampur rata dan homogen yang disebut homosfer. Batas antara lapisan-lapisan ini disebut turbopause; terletak pada ketinggian sekitar 120 km.

Tekanan atmosfer adalah tekanan terhadap benda-benda di dalamnya dan permukaan bumi. Kadar normalnya adalah 760 mmHg. Seni. (101.325Pa). Untuk setiap kenaikan ketinggian satu kilometer, tekanan turun sebesar 100 mm.

Komposisi atmosfer

Selubung udara bumi, sebagian besar terdiri dari gas dan berbagai kotoran (debu, tetesan air, kristal es, garam laut, hasil pembakaran), yang jumlahnya tidak konstan. Gas utama adalah nitrogen (78%), oksigen (21%) dan argon (0,93%). Konsentrasi gas yang menyusun atmosfer hampir konstan, kecuali karbon dioksida CO2 (0,03%).

Atmosfer juga mengandung SO2, CH4, NH3, CO, hidrokarbon, HC1, HF, uap Hg, I2, serta NO dan banyak gas lainnya dalam jumlah kecil. Troposfer secara konstan mengandung sejumlah besar partikel padat dan cair tersuspensi (aerosol).

Atmosfer bumi adalah cangkang udara.

Keberadaan bola khusus di atas permukaan bumi dibuktikan oleh orang Yunani kuno yang menyebut atmosfer sebagai bola uap atau gas.

Ini adalah salah satu geosfer di planet ini, yang tanpanya keberadaan semua makhluk hidup tidak akan mungkin terjadi.

Dimana suasananya

Atmosfer mengelilingi planet-planet dengan lapisan udara yang padat, mulai dari permukaan bumi. Ia bersentuhan dengan hidrosfer, menutupi litosfer, meluas jauh ke luar angkasa.

Terdiri dari apakah atmosfer itu?

Lapisan udara bumi sebagian besar terdiri dari udara, yang massa totalnya mencapai 5,3 * 1018 kilogram. Dari jumlah tersebut, bagian yang terkena penyakit adalah udara kering, dan lebih sedikit lagi adalah uap air.

Di atas laut, kepadatan atmosfer adalah 1,2 kilogram per meter kubik. Suhu di atmosfer bisa mencapai –140,7 derajat, udara larut dalam air pada suhu nol.

Atmosfer terdiri dari beberapa lapisan:

Troposfer;
tropopause;
Stratosfer dan stratopause;
Mesosfer dan mesopause;
Garis khusus di atas permukaan laut disebut garis Karman;
Termosfer dan termopause;
Zona hamburan atau eksosfer.

Setiap lapisan memiliki karakteristiknya masing-masing; mereka saling berhubungan dan memastikan berfungsinya selubung udara planet ini.

Batasan atmosfer

Tepi terendah atmosfer melewati hidrosfer dan lapisan atas litosfer. Batas atas dimulai di eksosfer yang terletak 700 kilometer dari permukaan planet dan akan mencapai 1,3 ribu kilometer.

Menurut beberapa laporan, atmosfernya mencapai 10 ribu kilometer. Para ilmuwan sepakat bahwa batas atas lapisan udara adalah garis Karman, karena aeronautika tidak lagi memungkinkan di sini.

Berkat penelitian terus-menerus di bidang ini, para ilmuwan telah menemukan bahwa atmosfer bersentuhan dengan ionosfer pada ketinggian 118 kilometer.

Komposisi kimia

Lapisan bumi ini terdiri dari gas dan pengotor gas, yang meliputi sisa pembakaran, garam laut, es, air, dan debu. Komposisi dan massa gas yang terdapat di atmosfer hampir tidak pernah berubah, hanya konsentrasi air dan karbon dioksida yang berubah.

Komposisi airnya bisa bervariasi antara 0,2 persen hingga 2,5 persen, bergantung pada garis lintang. Unsur tambahannya adalah klorin, nitrogen, belerang, amonia, karbon, ozon, hidrokarbon, asam klorida, hidrogen fluorida, hidrogen bromida, hidrogen iodida.

Bagian terpisah ditempati oleh merkuri, yodium, brom, dan oksida nitrat. Selain itu, partikel cair dan padat yang disebut aerosol ditemukan di troposfer. Salah satu gas paling langka di planet ini, radon, ditemukan di atmosfer.

Dalam hal komposisi kimia, nitrogen menempati lebih dari 78% atmosfer, oksigen - hampir 21%, karbon dioksida - 0,03%, argon - hampir 1%, jumlah total zat kurang dari 0,01%. Komposisi udara ini terbentuk saat planet pertama kali muncul dan mulai berkembang.

Dengan munculnya manusia, yang secara bertahap beralih ke produksi, komposisi kimianya berubah. Secara khusus, jumlah karbon dioksida terus meningkat.

Fungsi atmosfer

Gas-gas di lapisan udara melakukan berbagai fungsi. Pertama, mereka menyerap sinar dan energi radiasi. Kedua, mempengaruhi pembentukan suhu di atmosfer dan di Bumi. Ketiga, ia menjamin kehidupan dan jalannya di Bumi.

Selain itu, lapisan ini menyediakan termoregulasi, yang menentukan cuaca dan iklim, cara distribusi panas dan tekanan atmosfer. Troposfer membantu mengatur aliran massa udara, menentukan pergerakan air, dan proses pertukaran panas.

Atmosfer terus-menerus berinteraksi dengan litosfer dan hidrosfer, menyediakan proses geologis. Fungsi terpentingnya adalah memberikan perlindungan dari debu asal meteorit, dari pengaruh luar angkasa dan matahari.

Fakta

Oksigen memberi bumi dekomposisi bahan organik o batuan keras, yang sangat penting untuk emisi, penguraian batuan, oksidasi organisme.
Karbon dioksida membantu terjadinya fotosintesis, dan juga berkontribusi pada transmisi gelombang pendek radiasi matahari dan penyerapan gelombang panas panjang. Jika ini tidak terjadi, maka yang disebut efek rumah kaca akan terjadi.
Salah satu masalah utama yang terkait dengan atmosfer adalah polusi, yang terjadi akibat pengoperasian pabrik dan emisi mobil. Oleh karena itu, banyak negara telah menerapkan pengendalian lingkungan khusus, dan di tingkat internasional, mekanisme khusus sedang dilakukan untuk mengatur emisi dan efek rumah kaca.

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

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

Batas atas pada ketinggian 2000-3000 km berangsur-angsur berpindah ke luar angkasa.

Berkat atmosfer yang mengandung oksigen, kehidupan di Bumi dapat terjadi. Oksigen atmosfer digunakan dalam proses pernapasan manusia, hewan, dan tumbuhan.

Jika tidak ada atmosfer, Bumi akan senyap seperti Bulan. Bagaimanapun, suara adalah getaran partikel udara. Warna biru langit dijelaskan oleh fakta bahwa sinar matahari, yang melewati atmosfer, seperti melalui lensa, terurai menjadi warna-warna penyusunnya. Dalam hal ini, sinar warna biru dan biru paling banyak tersebar.

Atmosfer memerangkap sebagian besar radiasi ultraviolet matahari, yang berdampak buruk pada organisme hidup. Ia juga menahan panas di dekat permukaan bumi, mencegah planet kita mendingin.

Struktur atmosfer

Di atmosfer, beberapa lapisan dapat dibedakan dengan kepadatan yang berbeda-beda (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 oleh permukaan bumi, yaitu oleh daratan dan air. Oleh karena itu, suhu udara di lapisan ini menurun seiring ketinggian rata-rata 0,6 °C untuk setiap 100 m. Di batas atas troposfer, suhunya mencapai -55 °C. Sementara itu, di wilayah khatulistiwa di batas atas troposfer, suhu udara -70 ° C, dan di wilayah tersebut Kutub Utara-65 °C.

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

Kita dapat mengatakan bahwa cuaca terutama terbentuk di troposfer.

Stratosfir

Stratosfir- lapisan atmosfer yang terletak di atas troposfer pada ketinggian 8 sampai 50 km. Warna langit pada lapisan ini tampak ungu, hal ini disebabkan oleh tipisnya udara sehingga sinar matahari hampir tidak tersebar.

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

Lapisan ini terkonsentrasi ozon(layar ozon, ozonosfer), lapisan yang menyerap sinar ultraviolet, mencegahnya mencapai bumi dan dengan demikian melindungi organisme hidup di planet kita. Berkat ozon, suhu udara di batas atas stratosfer berkisar antara -50 hingga 4-55 °C.

Antara mesosfer dan stratosfer terdapat zona transisi - stratopause.

Mesosfer

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

Pada ketinggian 80 km dimulai termosfer. Suhu udara di lapisan ini meningkat tajam hingga ketinggian 250 m, 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 pengaruh sinar kosmik, molekul gas terurai menjadi partikel atom bermuatan (terionisasi), sehingga bagian atmosfer ini disebut ionosfir- lapisan udara yang sangat tipis, terletak pada ketinggian 50 hingga 1000 km, sebagian besar terdiri dari atom oksigen terionisasi, molekul nitrogen oksida, dan elektron bebas. Lapisan ini dicirikan oleh elektrifikasi yang tinggi, dan gelombang radio panjang dan menengah dipantulkan darinya, seperti dari cermin.

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

Eksosfer

Eksosfer- lapisan luar atmosfer yang terletak di atas 1000 km. Lapisan ini disebut juga bola hamburan, karena partikel gas bergerak ke 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 terbentuk lebih dari seratus juta tahun yang lalu, namun aktivitas produksi manusia yang meningkat tajam tetap menyebabkan perubahannya. Saat ini terjadi peningkatan kandungan CO2 sekitar 10-12%.

Gas-gas yang menyusun atmosfer menjalankan berbagai peran fungsional. Namun, pentingnya gas-gas ini ditentukan terutama oleh fakta bahwa gas-gas tersebut menyerap energi radiasi dengan sangat kuat dan dengan demikian mempunyai dampak yang signifikan terhadap rezim suhu permukaan dan atmosfer bumi.

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

	Konsentrasi volume. %	Berat molekul, satuan

Oksigen

Karbon dioksida





Nitrogen oksida
	dari 0 hingga 0,00001
Belerang dioksida	dari 0 hingga 0,000007 di musim panas; dari 0 hingga 0,000002 di musim dingin
	Dari 0 hingga 0,000002	46,0055/17,03061
Azog dioksida

Karbon monoksida

Nitrogen, Gas yang paling umum di atmosfer, secara kimia tidak aktif.

Oksigen, tidak seperti nitrogen, secara kimiawi sangat elemen aktif. Fungsi spesifik oksigen adalah oksidasi bahan organik pada organisme heterotrofik, batu dan gas-gas yang kurang teroksidasi dilepaskan ke atmosfer oleh gunung berapi. Tanpa oksigen, penguraian bahan organik mati tidak akan terjadi.

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

Proses atmosfer, khususnya rezim termal stratosfer, juga dipengaruhi oleh ozon. Gas ini berfungsi sebagai penyerap alami radiasi ultraviolet matahari, dan penyerapan radiasi matahari menyebabkan pemanasan udara. Nilai rata-rata bulanan total kandungan ozon di atmosfer bervariasi tergantung pada garis lintang dan waktu dalam setahun dalam kisaran 0,23-0,52 cm (ini adalah ketebalan lapisan ozon pada tekanan dan suhu tanah). Terjadi peningkatan kandungan ozon dari daerah khatulistiwa hingga kutub dan terjadi siklus tahunan dengan minimum pada musim gugur dan maksimum pada musim semi.

Sifat khas atmosfer adalah kandungan gas utama (nitrogen, oksigen, argon) sedikit berubah seiring 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 melalui pencampurannya.

Selain gas, udara juga mengandung uap air Dan partikel padat. Yang terakhir ini dapat berasal dari alam dan buatan (antropogenik). Ini adalah serbuk sari, kristal garam kecil, debu jalan, dan kotoran aerosol. Sinar matahari yang menembus jendela dapat dilihat dengan mata telanjang.

Ada banyak sekali partikel partikulat 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 sampai ke permukaan bumi. Aerosol terbesar adalah inti kondensasi (dari lat. kondensasi- pemadatan, penebalan) - berkontribusi pada transformasi uap air menjadi tetesan air.

Pentingnya uap air ditentukan terutama oleh fakta bahwa uap air menunda radiasi termal gelombang panjang dari permukaan bumi; mewakili mata rantai utama dalam siklus kelembaban besar dan kecil; meningkatkan suhu udara selama kondensasi lapisan air.

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

Rata-rata kandungan uap air pada kolom vertikal atmosfer di daerah beriklim sedang adalah sekitar 1,6-1,7 cm (ini adalah ketebalan lapisan uap air yang terkondensasi). Informasi mengenai uap air di berbagai lapisan atmosfer masih saling bertentangan. Misalnya, diasumsikan bahwa pada kisaran ketinggian 20 hingga 30 km, kelembapan spesifik meningkat pesat seiring ketinggian. Namun, pengukuran selanjutnya menunjukkan kekeringan yang lebih besar di stratosfer. Rupanya, kelembapan spesifik di stratosfer sedikit bergantung pada ketinggian dan berkisar antara 2-4 mg/kg.

Keragaman kandungan uap air di troposfer ditentukan oleh interaksi proses evaporasi, kondensasi dan transpor horizontal. Akibat kondensasi uap air, terbentuklah awan dan turunlah curah hujan berupa hujan, hujan es, dan salju.

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

Banyaknya uap air yang dapat terkandung di udara bergantung pada suhu udara.

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

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

Udara mungkin kaya Dan tidak jenuh uap air. 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.

Kelembapan mutlak adalah jumlah uap air yang terkandung dalam 1 m3 udara. Hal ini dinyatakan dalam gram. Misalnya, jika dikatakan “kelembaban mutlak adalah 15”, ini berarti 1 ml mengandung 15 g uap air.

Kelembaban relatif- ini adalah perbandingan (dalam persentase) kandungan uap air sebenarnya dalam 1 m 3 udara dengan jumlah uap air yang dapat ditampung dalam 1 ml pada suhu tertentu. Misalnya, jika radio menyiarkan laporan cuaca yang kelembaban relatifnya 70%, ini berarti udara mengandung 70% uap air yang dapat ditampungnya pada suhu tersebut.

Semakin tinggi kelembaban relatif, mis. Semakin dekat udara ke keadaan jenuh, semakin besar kemungkinan terjadinya curah hujan.

Kelembaban relatif udara yang selalu tinggi (hingga 90%) diamati di zona khatulistiwa, karena suhu udara di sana tetap tinggi sepanjang tahun dan penguapan besar terjadi dari permukaan lautan. Kelembapan relatif juga tinggi di daerah kutub, namun karena pada suhu rendah uap air dalam jumlah sedikit saja membuat udara menjadi jenuh atau mendekati jenuh. Di daerah beriklim sedang, kelembapan relatif bervariasi menurut musim - lebih tinggi di musim dingin, lebih rendah di musim panas.

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

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

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

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

Pembentukan awan juga melibatkan materi partikulat tersuspensi di troposfer.

Awan mungkin punya bentuk yang berbeda, yang bergantung pada kondisi pembentukannya (Tabel 14).

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

Keluarga	Jenis awan	Penampilan
A. Awan atas - di atas 6 km	I.Cirrus	Seperti benang, berserat, berwarna putih
	II. Sirokumulus	Lapisan dan tonjolan serpihan kecil dan ikal, berwarna putih
	AKU AKU AKU. Cirrostratus	Kerudung transparan berwarna keputihan
B. Awan tingkat menengah - di atas 2 km	IV. Altocumulus	Lapisan dan punggung berwarna putih dan abu-abu
B. Awan tingkat menengah - di atas 2 km	V. Altostratifikasi	Kerudung halus berwarna abu-abu susu
B. Awan rendah - hingga 2 km	VI. Nimbostratus	Lapisan abu-abu padat tak berbentuk
	VII. Stratokumulus	Lapisan tidak transparan dan tonjolan berwarna abu-abu
	VIII. Berlapis	Kerudung berwarna abu-abu tidak tembus pandang
D. Awan perkembangan vertikal - dari tingkat bawah ke atas	IX. kumulus	Klub dan kubah berwarna putih cerah, dengan tepi robek tertiup angin
D. Awan perkembangan vertikal - dari tingkat bawah ke atas	X. Kumulonimbus	Massa warna timah gelap berbentuk kumulus yang kuat

Perlindungan atmosfer

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

SUASANA
selubung gas yang mengelilingi benda angkasa. Karakteristiknya bergantung pada ukuran, berat, suhu, kecepatan putaran dan komposisi kimia diberikan benda langit, dan juga ditentukan oleh sejarah terbentuknya sejak awal berdirinya. Atmosfer bumi terdiri dari campuran gas yang disebut udara. Komponen utamanya adalah nitrogen dan oksigen dengan perbandingan kira-kira 4:1. Seseorang terutama dipengaruhi oleh keadaan atmosfer bagian bawah 15-25 km, karena di lapisan bawah inilah sebagian besar udara terkonsentrasi. Ilmu yang mempelajari tentang atmosfer disebut meteorologi, padahal pokok bahasan ilmu ini juga adalah cuaca dan pengaruhnya terhadap manusia. Keadaan lapisan atas atmosfer yang terletak pada ketinggian 60 hingga 300 bahkan 1000 km dari permukaan bumi juga mengalami perubahan. Angin kencang, badai terjadi di sini, dan fenomena listrik menakjubkan seperti aurora terjadi. Banyak dari fenomena ini terkait dengan aliran radiasi matahari, radiasi kosmik, dan medan magnet bumi. Lapisan atmosfer yang tinggi juga merupakan laboratorium kimia, karena di sana, dalam kondisi mendekati vakum, beberapa gas atmosfer, di bawah pengaruh aliran energi matahari yang kuat, masuk ke dalam reaksi kimia. Ilmu yang mempelajari fenomena dan proses yang saling terkait ini disebut fisika atmosfer tinggi.
KARAKTERISTIK UMUM SUASANA BUMI
Ukuran. Sampai roket dan satelit buatan menjelajahi lapisan luar atmosfer pada jarak beberapa kali lebih besar dari jari-jari Bumi, diyakini bahwa ketika kita menjauh dari permukaan bumi, atmosfer secara bertahap menjadi lebih tipis dan dengan lancar berpindah ke ruang antarplanet. . Kini telah diketahui bahwa aliran energi dari lapisan terdalam Matahari menembus ke luar angkasa jauh melampaui orbit Bumi, hingga ke batas terluar. tata surya. Ini yang disebut Angin matahari mengalir mengelilingi medan magnet bumi, membentuk "rongga" memanjang di mana atmosfer bumi terkonsentrasi. Medan magnet bumi terlihat menyempit pada sisi siang hari yang menghadap Matahari dan membentuk lidah yang panjang, mungkin melampaui orbit Bulan, pada sisi malam yang berlawanan. Batas medan magnet bumi disebut magnetopause. Pada siang hari, batas ini membentang pada jarak sekitar tujuh jari-jari Bumi dari permukaan, namun selama periode peningkatan aktivitas matahari, batas ini tampak semakin dekat dengan permukaan Bumi. Magnetopause juga merupakan batas atmosfer bumi, yang kulit terluarnya disebut juga magnetosfer, karena partikel bermuatan (ion) terkonsentrasi di dalamnya, yang pergerakannya ditentukan oleh medan magnet bumi. Berat total gas di atmosfer adalah sekitar 4,5 * 1015 ton. Jadi, “berat” atmosfer per satuan luas, atau tekanan atmosfer, adalah sekitar 11 ton/m2 di permukaan laut.
Berarti bagi kehidupan. Dari penjelasan di atas dapat disimpulkan bahwa Bumi dipisahkan dari ruang antarplanet oleh lapisan pelindung yang kuat. Luar angkasa dipenuhi dengan radiasi ultraviolet dan sinar-X yang kuat dari Matahari dan bahkan radiasi kosmik yang lebih keras lagi, dan jenis radiasi ini merusak semua makhluk hidup. Di tepi luar atmosfer, intensitas radiasinya mematikan, namun sebagian besar tertahan oleh atmosfer yang jauh dari permukaan bumi. Penyerapan radiasi ini menjelaskan banyak sifat lapisan atas atmosfer dan khususnya fenomena kelistrikan yang terjadi di sana. Lapisan atmosfer paling bawah di permukaan tanah sangat penting bagi manusia, yang hidup di titik kontak antara lapisan padat, cair, dan gas di bumi. Cangkang atas bumi yang “padat” disebut litosfer. Sekitar 72% permukaan bumi ditutupi oleh perairan laut, yang membentuk sebagian besar hidrosfer. Atmosfer berbatasan dengan litosfer dan hidrosfer. Manusia hidup di dasar lautan udara dan dekat atau di atas permukaan lautan air. Interaksi lautan ini merupakan salah satu faktor penting yang menentukan keadaan atmosfer.
Menggabungkan. Lapisan bawah atmosfer terdiri dari campuran gas (lihat tabel). Selain yang tercantum dalam tabel, gas lain juga terdapat dalam bentuk pengotor kecil di udara: ozon, metana, zat seperti karbon monoksida (CO), nitrogen dan sulfur oksida, amonia.

KOMPOSISI SUASANA

Di lapisan atmosfer yang tinggi, komposisi udara berubah di bawah pengaruh radiasi keras Matahari, yang menyebabkan disintegrasi molekul oksigen menjadi atom. Oksigen atom merupakan komponen utama lapisan atas atmosfer. Terakhir, di lapisan atmosfer terjauh dari permukaan bumi, komponen utamanya adalah gas paling ringan - hidrogen dan helium. Karena sebagian besar materi terkonsentrasi di 30 km terbawah, perubahan komposisi udara pada ketinggian di atas 100 km tidak memberikan pengaruh yang nyata terhadap komposisi atmosfer secara keseluruhan.
Pertukaran energi. Matahari merupakan sumber energi utama yang disuplai ke bumi. Pada jarak sekitar. 150 juta km dari Matahari, Bumi menerima sekitar dua miliar energi yang dipancarkannya, terutama di bagian spektrum tampak, yang oleh manusia disebut “cahaya”. Sebagian besar energi ini diserap oleh atmosfer dan litosfer. Bumi juga memancarkan energi, terutama dalam bentuk radiasi infra merah gelombang panjang. Dengan cara ini, keseimbangan tercipta antara energi yang diterima dari Matahari, pemanasan bumi dan atmosfer, dan aliran balik energi panas yang dipancarkan ke luar angkasa. Mekanisme keseimbangan ini sangatlah kompleks. Molekul debu dan gas menyebarkan cahaya, sebagian memantulkannya ke luar angkasa. Bahkan lebih banyak lagi radiasi yang masuk yang dipantulkan oleh awan. Sebagian energi diserap langsung oleh molekul gas, tetapi sebagian besar diserap oleh batuan, tumbuh-tumbuhan, dan lain-lain perairan permukaan. Uap air dan karbon dioksida yang ada di atmosfer memancarkan radiasi tampak tetapi menyerap radiasi infra merah. Energi panas terakumulasi terutama di lapisan bawah atmosfer. Efek serupa terjadi di rumah kaca ketika kaca memungkinkan cahaya masuk dan tanah menjadi panas. Karena kaca relatif buram terhadap radiasi infra merah, panas terakumulasi di dalam rumah kaca. Pemanasan atmosfer bagian bawah akibat adanya uap air dan karbon dioksida sering disebut efek rumah kaca. Kekeruhan berperan penting dalam mempertahankan panas di lapisan bawah atmosfer. Jika awan cerah atau udara menjadi lebih transparan, suhu akan turun karena permukaan bumi memancarkan energi panas secara bebas ke ruang sekitarnya. Air di permukaan bumi menyerap energi matahari dan menguap, berubah menjadi gas – uap air, yang membawa sejumlah besar energi ke lapisan bawah atmosfer. Ketika uap air mengembun dan awan atau kabut terbentuk, energi ini dilepaskan sebagai panas. Sekitar setengah dari energi matahari yang mencapai permukaan bumi dihabiskan untuk penguapan air dan masuk ke lapisan bawah atmosfer. Jadi, akibat efek rumah kaca dan penguapan air, atmosfer menjadi hangat dari bawah. Hal ini antara lain menjelaskan tingginya aktivitas sirkulasinya dibandingkan dengan sirkulasi Samudra Dunia, yang hanya memanas dari atas sehingga jauh lebih stabil dibandingkan atmosfer.
Lihat juga METEOROLOGI DAN KLIMATOLOGI. Selain pemanasan umum atmosfer oleh sinar matahari, pemanasan signifikan pada beberapa lapisannya terjadi akibat radiasi ultraviolet dan sinar-X dari Matahari. Struktur. Dibandingkan dengan cairan dan padatan, pada zat gas, gaya tarik menarik antar molekul sangat kecil. Ketika jarak antar molekul bertambah, gas dapat mengembang tanpa batas jika tidak ada yang menghalanginya. Batas bawah atmosfer adalah permukaan bumi. Sebenarnya, penghalang ini tidak dapat ditembus, karena pertukaran gas terjadi antara udara dan air dan bahkan antara udara dan batu, namun dalam hal ini faktor-faktor ini dapat diabaikan. Karena atmosfer berbentuk cangkang bola, maka atmosfer tidak memiliki batas lateral, melainkan hanya batas bawah dan batas atas (luar), terbuka dari sisi ruang antarplanet. Beberapa gas netral bocor melalui batas luar, serta materi masuk dari luar angkasa di sekitarnya. Sebagian besar partikel bermuatan, kecuali sinar kosmik berenergi tinggi, ditangkap atau ditolak oleh magnetosfer. Atmosfer juga dipengaruhi oleh gaya gravitasi yang menahan selubung udara di permukaan bumi. Gas atmosfer dikompresi karena beratnya sendiri. Kompresi ini maksimum pada batas bawah atmosfer, oleh karena itu kepadatan udara paling besar di sini. Pada ketinggian berapa pun di atas permukaan bumi, derajat kompresi udara bergantung pada massa kolom udara di atasnya, oleh karena itu, seiring dengan ketinggian, massa jenis udara berkurang. Tekanan, sama dengan massa kolom udara di atasnya per satuan luas, berbanding lurus dengan kepadatan dan, oleh karena itu, juga berkurang seiring dengan ketinggian. Jika atmosfer adalah “gas ideal” dengan komposisi konstan yang tidak bergantung pada ketinggian, suhu konstan, dan gaya gravitasi konstan, maka tekanan akan berkurang 10 kali lipat untuk setiap 20 km ketinggian. Suasana sebenarnya sedikit berbeda dari gas ideal hingga kira-kira ketinggian 100 km, dan kemudian tekanan menurun lebih lambat seiring dengan perubahan ketinggian, seiring dengan perubahan komposisi udara. Perubahan kecil pada model yang dijelaskan juga disebabkan oleh penurunan gaya gravitasi dengan jarak dari pusat bumi, yaitu kira-kira. 3% untuk setiap 100 km ketinggian. Berbeda dengan tekanan atmosfer, suhu tidak terus menurun seiring ketinggian. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1, ketinggiannya berkurang hingga kira-kira 10 km, dan kemudian mulai meningkat lagi. Hal ini terjadi ketika radiasi sinar ultraviolet matahari diserap oleh oksigen. Ini menghasilkan gas ozon, yang molekulnya terdiri dari tiga atom oksigen (O3). Ia juga menyerap radiasi ultraviolet, sehingga lapisan atmosfer yang disebut ozonosfer menjadi hangat. Semakin tinggi, suhu turun lagi, karena jumlah molekul gas di sana jauh lebih sedikit, sehingga penyerapan energi pun berkurang. Di lapisan yang lebih tinggi lagi, suhu naik lagi karena penyerapan radiasi ultraviolet dan sinar-X dengan panjang gelombang terpendek dari Matahari oleh atmosfer. Di bawah pengaruh radiasi yang kuat ini, terjadi ionisasi atmosfer, yaitu. molekul gas kehilangan elektron dan memperoleh elektron positif muatan listrik. Molekul tersebut menjadi ion bermuatan positif. Karena adanya elektron dan ion bebas, lapisan atmosfer ini memperoleh sifat konduktor listrik. Suhu diperkirakan terus meningkat hingga mencapai ketinggian di mana atmosfer tipis masuk ke ruang antarplanet. Pada jarak beberapa ribu kilometer dari permukaan bumi, suhu berkisar antara 5.000° hingga 10.000°C kemungkinan besar akan terjadi. Meskipun molekul dan atom memiliki kecepatan pergerakan yang sangat tinggi, dan oleh karena itu suhunya juga tinggi, gas yang dijernihkan ini tidak “panas”. dalam arti biasa. Karena sedikitnya jumlah molekul di ketinggian, energi panas totalnya sangat kecil. Jadi, atmosfer terdiri dari lapisan-lapisan terpisah (yaitu serangkaian cangkang atau bola konsentris), yang pemisahannya bergantung pada sifat mana yang paling diminati. Berdasarkan distribusi suhu rata-rata, ahli meteorologi telah mengembangkan diagram struktur “atmosfer rata-rata” yang ideal (lihat Gambar 1).

Troposfer adalah lapisan bawah atmosfer yang memanjang hingga suhu minimum pertama (yang disebut tropopause). Batas atas troposfer bergantung pada garis lintang geografis (di daerah tropis - 18-20 km, di garis lintang sedang - sekitar 10 km) dan waktu dalam setahun. Layanan Cuaca Nasional AS melakukan pemeriksaan di dekat lokasi tersebut kutub selatan dan mengungkapkan perubahan musiman pada ketinggian tropopause. Pada bulan Maret, tropopause berada pada ketinggian kira-kira. 7,5 km. Dari bulan Maret hingga Agustus atau September terjadi pendinginan troposfer yang stabil, dan batasnya naik hingga ketinggian sekitar 11,5 km dalam waktu singkat pada bulan Agustus atau September. Kemudian dari bulan September hingga Desember menurun dengan cepat dan mencapai posisi terendah - 7,5 km, dan bertahan hingga bulan Maret, berfluktuasi hanya dalam jarak 0,5 km. Di troposfer sebagian besar cuaca terbentuk, yang menentukan kondisi keberadaan manusia. Sebagian besar uap air di atmosfer terkonsentrasi di troposfer, dan di sinilah awan terutama terbentuk, meskipun beberapa, terdiri dari kristal es, ditemukan di lapisan yang lebih tinggi. Troposfer dicirikan oleh turbulensi dan arus udara (angin) yang kuat serta badai. Di troposfer atas terdapat arus udara yang kuat dalam arah yang ditentukan secara ketat. Pusaran turbulen, mirip dengan pusaran air kecil, terbentuk di bawah pengaruh gesekan dan interaksi dinamis antara massa udara yang bergerak lambat dan cepat. Karena biasanya tidak ada tutupan awan pada tingkat tinggi ini, turbulensi ini disebut “turbulensi udara jernih”.
Stratosfir. Lapisan atas atmosfer sering disalahartikan sebagai lapisan dengan suhu yang relatif konstan, di mana angin bertiup lebih atau kurang stabil dan unsur-unsur meteorologi hanya sedikit berubah. Lapisan atas stratosfer memanas ketika oksigen dan ozon menyerap radiasi ultraviolet dari matahari. Batas atas stratosfer (stratopause) adalah tempat suhu naik sedikit, mencapai suhu maksimum antara, yang seringkali sebanding dengan suhu lapisan permukaan udara. Berdasarkan pengamatan yang dilakukan dengan menggunakan pesawat terbang dan balon yang dirancang untuk terbang pada ketinggian konstan, telah terjadi gangguan turbulen dan angin kencang yang bertiup ke berbagai arah di stratosfer. Seperti di troposfer, terdapat pusaran udara yang kuat, yang sangat berbahaya untuk kecepatan tinggi pesawat terbang . Angin kencang, yang disebut aliran jet, bertiup di zona sempit di sepanjang batas kutub garis lintang sedang. Namun zona-zona tersebut dapat bergeser, hilang dan muncul kembali. Aliran jet biasanya menembus tropopause dan muncul di troposfer atas, namun kecepatannya menurun dengan cepat seiring dengan menurunnya ketinggian. Ada kemungkinan bahwa sebagian energi yang masuk ke stratosfer (terutama digunakan untuk pembentukan ozon) mempengaruhi proses di troposfer. Pencampuran yang sangat aktif dikaitkan dengan front atmosfer, di mana aliran udara stratosfer yang luas tercatat jauh di bawah tropopause, dan udara troposfer ditarik ke lapisan bawah stratosfer. Kemajuan signifikan telah dicapai dalam mempelajari struktur vertikal lapisan bawah atmosfer karena peningkatan teknologi peluncuran radiosonde ke ketinggian 25-30 km. Mesosfer yang terletak di atas stratosfer merupakan cangkang yang suhunya turun hingga ketinggian 80-85 km hingga ke nilai minimum untuk atmosfer secara keseluruhan. Rekor suhu terendah hingga -110°C dicatat oleh roket cuaca yang diluncurkan dari instalasi AS-Kanada di Fort Churchill (Kanada). Batas atas mesosfer (mesopause) kira-kira bertepatan dengan batas bawah wilayah serapan aktif sinar-X dan radiasi ultraviolet gelombang pendek Matahari, yang disertai dengan pemanasan dan ionisasi gas. Di wilayah kutub, sistem awan sering muncul selama mesopause di musim panas, yang menempati wilayah yang luas tetapi perkembangan vertikalnya sedikit. Awan yang bersinar di malam hari sering kali mengungkapkan pergerakan udara seperti gelombang berskala besar di mesosfer. Komposisi awan ini, sumber inti uap air dan kondensasi, dinamika dan hubungannya dengan faktor meteorologi belum cukup dipelajari. Termosfer adalah lapisan atmosfer yang suhunya terus meningkat. Kekuatannya bisa mencapai 600 km. Tekanan dan kepadatan gas terus menurun seiring dengan ketinggian. Dekat permukaan bumi, 1 m3 udara mengandung kira-kira. 2,5 x 1025 molekul, pada ketinggian kira-kira. 100 km, di lapisan bawah termosfer - sekitar 1019, pada ketinggian 200 km, di ionosfer - 5 * 10 15 dan, menurut perhitungan, pada ketinggian sekitar. 850 km - sekitar 1012 molekul. Di ruang antarplanet, konsentrasi molekul adalah 10 8-10 9 per 1 m3. Pada ketinggian sekitar. 100 km jumlah molekulnya sedikit, dan jarang saling bertabrakan. Jarak rata-rata yang ditempuh suatu molekul yang bergerak secara kacau sebelum bertumbukan dengan molekul lain yang serupa disebut jalur bebas rata-rata. Lapisan di mana nilai ini meningkat sedemikian rupa sehingga kemungkinan tumbukan antarmolekul atau antaratomik dapat diabaikan terletak pada batas antara termosfer dan cangkang di atasnya (eksosfer) dan disebut termopause. Thermopause berjarak sekitar 650 km dari permukaan bumi. Pada suhu tertentu, kecepatan suatu molekul bergantung pada massanya: molekul yang lebih ringan bergerak lebih cepat daripada molekul yang lebih berat. Di atmosfer bagian bawah, di mana jalur bebasnya sangat pendek, tidak ada pemisahan gas yang nyata berdasarkan berat molekulnya, tetapi hal ini dinyatakan di atas 100 km. Selain itu, di bawah pengaruh radiasi ultraviolet dan sinar-X dari Matahari, molekul oksigen terurai menjadi atom yang massanya setengah massa molekul. Oleh karena itu, ketika kita menjauh dari permukaan bumi, atom oksigen menjadi semakin penting dalam komposisi atmosfer dan pada ketinggian kira-kira. 200 km menjadi komponen utamanya. Lebih tinggi lagi, pada jarak sekitar 1200 km dari permukaan bumi, gas ringan mendominasi - helium dan hidrogen. Kulit terluar atmosfer terdiri dari mereka. Pemisahan berdasarkan berat ini, disebut stratifikasi difus, mirip dengan pemisahan campuran menggunakan centrifuge. Eksosfer adalah lapisan luar atmosfer yang terbentuk berdasarkan perubahan suhu dan sifat gas netral. Molekul dan atom di eksosfer berputar mengelilingi bumi dalam orbit balistik di bawah pengaruh gravitasi. Beberapa dari orbit ini berbentuk parabola dan menyerupai lintasan proyektil. Molekul dapat berputar mengelilingi bumi dan dalam orbit elips, seperti satelit. Beberapa molekul, terutama hidrogen dan helium, memiliki lintasan terbuka dan menuju luar angkasa (Gbr. 2).

KONEKSI SURYA-TERESTRIAL DAN PENGARUHNYA TERHADAP SUASANA
Pasang surut atmosfer. Daya tarik Matahari dan Bulan menyebabkan terjadinya pasang surut di atmosfer, serupa dengan pasang surut bumi dan laut. Namun pasang surut atmosfer memiliki perbedaan yang signifikan: atmosfer bereaksi paling kuat terhadap daya tarik Matahari kerak bumi dan lautan - di bawah daya tarik Bulan. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa atmosfer dipanaskan oleh Matahari dan, selain gravitasi, terjadi gelombang panas yang kuat. Secara umum mekanisme pembentukan pasang surut atmosfer dan laut serupa, hanya saja untuk memprediksi reaksi udara terhadap pengaruh gravitasi dan termal, perlu memperhitungkan kompresibilitas dan distribusi suhunya. Tidak sepenuhnya jelas mengapa pasang surut matahari semidiurnal (12 jam) di atmosfer lebih dominan dibandingkan pasang surut harian matahari dan bulan semidiurnal, meskipun kekuatan pendorong dari dua proses terakhir ini jauh lebih kuat. Sebelumnya, diyakini bahwa resonansi terjadi di atmosfer, yang mengintensifkan osilasi dengan periode 12 jam. Namun, pengamatan yang dilakukan dengan menggunakan roket geofisika menunjukkan tidak adanya alasan suhu untuk resonansi tersebut. Saat memecahkan masalah ini, mungkin perlu memperhitungkan semua fitur hidrodinamik dan termal atmosfer. Pada permukaan bumi dekat khatulistiwa yang pengaruh fluktuasi pasang surut paling maksimal memberikan perubahan tekanan atmosfer sebesar 0,1%. Kecepatan angin pasang surut kira-kira. 0,3 km/jam. Karena struktur termal atmosfer yang kompleks (terutama adanya suhu minimum di mesopause), arus pasang surut udara meningkat, dan, misalnya, pada ketinggian 70 km kecepatannya kira-kira 160 kali lebih tinggi daripada kecepatan arus udara. permukaan bumi, yang mempunyai konsekuensi geofisika yang penting. Dipercaya bahwa di bagian bawah ionosfer (lapisan E), fluktuasi pasang surut menggerakkan gas terionisasi secara vertikal di medan magnet bumi, sehingga timbul arus listrik di sini. Sistem arus yang terus-menerus muncul di permukaan bumi ini disebabkan oleh gangguan pada medan magnet. Variasi harian medan magnet cukup sesuai dengan nilai yang dihitung, yang memberikan bukti meyakinkan yang mendukung teori mekanisme pasang surut “dinamo atmosfer”. Arus listrik yang dihasilkan di bagian bawah ionosfer (lapisan E) harus mengalir ke suatu tempat, dan oleh karena itu rangkaiannya harus diselesaikan. Analogi dengan dinamo menjadi lengkap jika kita menganggap gerak maju sebagai kerja suatu mesin. Diasumsikan bahwa sirkulasi balik arus listrik terjadi di lapisan ionosfer (F) yang lebih tinggi, dan aliran balik ini dapat menjelaskan beberapa ciri khas lapisan ini. Terakhir, efek pasang surut juga akan menghasilkan aliran horizontal di lapisan E dan juga di lapisan F.
Ionosfir. Mencoba menjelaskan mekanisme terjadinya aurora, ilmuwan abad ke-19. menyarankan bahwa ada zona dengan partikel bermuatan listrik di atmosfer. Pada abad ke-20 bukti yang meyakinkan diperoleh secara eksperimental tentang keberadaan lapisan yang memantulkan gelombang radio pada ketinggian 85 hingga 400 km. Sekarang diketahui bahwa sifat listriknya merupakan hasil ionisasi gas atmosfer. Oleh karena itu, lapisan ini biasa disebut ionosfer. Pengaruh gelombang radio terjadi terutama karena adanya elektron bebas di ionosfer, meskipun mekanisme perambatan gelombang radio dikaitkan dengan adanya ion-ion besar. Yang terakhir ini juga menarik dalam studi sifat kimia atmosfer, karena mereka lebih aktif daripada atom dan molekul netral. Reaksi kimia yang terjadi di ionosfer memainkan peran penting dalam keseimbangan energi dan listrik.
Ionosfer normal. Pengamatan yang dilakukan dengan menggunakan roket dan satelit geofisika telah memberikan banyak informasi baru yang menunjukkan bahwa ionisasi atmosfer terjadi di bawah pengaruh berbagai macam radiasi matahari. Bagian utamanya (lebih dari 90%) terkonsentrasi di bagian spektrum yang terlihat. Radiasi ultraviolet, yang memiliki panjang gelombang lebih pendek dan energi lebih tinggi daripada sinar cahaya ungu, dipancarkan oleh hidrogen di atmosfer bagian dalam Matahari (kromosfer), dan sinar-X, yang memiliki energi lebih tinggi, dipancarkan oleh gas-gas di kulit terluar Matahari. (korona). Keadaan ionosfer yang normal (rata-rata) disebabkan oleh radiasi kuat yang konstan. Perubahan teratur terjadi pada ionosfer normal karena rotasi harian bumi dan perbedaan musim dalam sudut datangnya sinar matahari pada siang hari, namun perubahan keadaan ionosfer juga terjadi secara tidak terduga dan tiba-tiba.
Gangguan di ionosfer. Seperti diketahui, gangguan kuat yang berulang secara siklis terjadi di Matahari, yang mencapai maksimum setiap 11 tahun. Pengamatan dalam program Tahun Geofisika Internasional (IGY) bertepatan dengan periode aktivitas matahari tertinggi sepanjang periode pengamatan meteorologi sistematis, yaitu. dari awal abad ke-18. Selama periode aktivitas tinggi, kecerahan beberapa area di Matahari meningkat beberapa kali lipat, dan area tersebut mengirimkan gelombang radiasi ultraviolet dan sinar-X yang kuat. Fenomena seperti ini disebut jilatan api matahari. Durasinya dari beberapa menit hingga satu hingga dua jam. Selama suar, gas matahari (kebanyakan proton dan elektron) meletus, dan partikel elementer bergegas ke luar angkasa. Radiasi elektromagnetik dan sel darah dari Matahari selama flare tersebut berdampak kuat pada atmosfer bumi. Reaksi awal diamati 8 menit setelah suar, ketika radiasi ultraviolet dan sinar-X yang intens mencapai Bumi. Akibatnya, ionisasi meningkat tajam; Sinar-X menembus atmosfer hingga batas bawah ionosfer; jumlah elektron pada lapisan ini meningkat sedemikian rupa sehingga sinyal radio hampir terserap seluruhnya (“padam”). Penyerapan tambahan radiasi menyebabkan gas memanas, yang berkontribusi pada perkembangan angin. Gas terionisasi merupakan penghantar listrik, dan ketika bergerak dalam medan magnet bumi, terjadi efek dinamo dan terciptalah arus listrik. Arus seperti itu, pada gilirannya, dapat menyebabkan gangguan nyata pada medan magnet dan memanifestasikan dirinya dalam bentuk badai magnet. Tahap awal ini hanya membutuhkan waktu waktu singkat, sesuai dengan durasi jilatan api matahari. Selama jilatan api matahari yang dahsyat, aliran partikel yang dipercepat mengalir ke luar angkasa. Ketika diarahkan ke Bumi, fase kedua dimulai, yang memiliki pengaruh besar terhadap keadaan atmosfer. Banyak fenomena alam, yang paling terkenal adalah aurora, yang menunjukkan bahwa sejumlah besar partikel bermuatan mencapai Bumi (lihat juga AURORAURAL). Meski demikian, proses pemisahan partikel-partikel ini dari Matahari, lintasannya di ruang antarplanet, dan mekanisme interaksinya dengan medan magnet dan magnetosfer bumi belum cukup dipelajari. Masalahnya menjadi lebih rumit setelah penemuan cangkang yang terdiri dari partikel bermuatan yang ditahan oleh medan geomagnetik pada tahun 1958 oleh James Van Allen. Partikel-partikel ini berpindah dari satu belahan bumi ke belahan bumi lainnya, berputar dalam bentuk spiral di sekitar garis medan magnet. Di dekat Bumi, pada ketinggian yang bergantung pada bentuk garis medan dan energi partikel, terdapat “titik refleksi” di mana partikel mengubah arah geraknya ke arah sebaliknya (Gbr. 3). Karena kekuatan medan magnet berkurang seiring bertambahnya jarak dari Bumi, orbit pergerakan partikel-partikel ini menjadi agak terdistorsi: elektron dibelokkan ke timur, dan proton ke barat. Oleh karena itu, mereka didistribusikan dalam bentuk ikat pinggang di sekelilingnya bola dunia.

Beberapa akibat dari pemanasan atmosfer oleh Matahari. Energi matahari mempengaruhi seluruh atmosfer. Sabuk yang dibentuk oleh partikel bermuatan di medan magnet bumi dan berputar mengelilinginya telah disebutkan di atas. Sabuk ini paling dekat dengan permukaan bumi di daerah subkutub (lihat Gambar 3), tempat aurora diamati. Gambar 1 menunjukkan bahwa di kawasan aurora di Kanada, suhu termosfer jauh lebih tinggi dibandingkan di Amerika Serikat Bagian Barat Daya. Kemungkinan besar partikel yang ditangkap melepaskan sebagian energinya ke atmosfer, terutama ketika bertabrakan dengan molekul gas di dekat titik pantulan, dan meninggalkan orbit sebelumnya. Ini adalah bagaimana lapisan tinggi atmosfer di zona aurora memanas. Penemuan penting lainnya dilakukan saat mempelajari orbit satelit buatan. Luigi Iacchia, astronom di Smithsonian Astrophysical Observatory, percaya bahwa sedikit penyimpangan pada orbit ini disebabkan oleh perubahan kepadatan atmosfer saat dipanaskan oleh Matahari. Dia menyarankan adanya kerapatan elektron maksimum pada ketinggian lebih dari 200 km di ionosfer, yang tidak sesuai dengan siang hari matahari, tetapi di bawah pengaruh gaya gesekan tertunda sekitar dua jam. Saat ini, nilai kepadatan atmosfer yang khas untuk ketinggian 600 km diamati pada tingkat kira-kira. 950 km. Selain itu, kerapatan elektron maksimum mengalami fluktuasi yang tidak teratur akibat kilatan radiasi ultraviolet dan sinar-X Matahari dalam jangka pendek. L. Iacchia juga menemukan fluktuasi jangka pendek dalam kepadatan udara yang berhubungan dengan jilatan api matahari dan gangguan medan magnet. Fenomena ini dijelaskan oleh masuknya partikel asal matahari ke atmosfer bumi dan pemanasan lapisan tempat satelit mengorbit.
LISTRIK ATMOSFER
Di lapisan permukaan atmosfer, sebagian kecil molekul mengalami ionisasi di bawah pengaruh sinar kosmik, radiasi batuan radioaktif, dan produk peluruhan radium (terutama radon) di udara itu sendiri. Selama ionisasi, atom kehilangan elektron dan memperoleh muatan positif. Elektron bebas dengan cepat bergabung dengan atom lain untuk membentuk ion bermuatan negatif. Ion positif dan negatif yang berpasangan memiliki ukuran molekul. Molekul di atmosfer cenderung berkumpul di sekitar ion-ion ini. Beberapa molekul yang digabungkan dengan sebuah ion membentuk suatu kompleks, biasanya disebut “ion ringan”. Atmosfer juga mengandung molekul kompleks, yang dalam meteorologi dikenal sebagai inti kondensasi, di mana, ketika udara jenuh dengan uap air, proses kondensasi dimulai. Inti ini adalah partikel garam dan debu, serta polutan yang dilepaskan ke udara dari sumber industri dan lainnya. Ion ringan sering kali menempel pada inti tersebut, membentuk "ion berat". Di bawah pengaruh medan listrik ion ringan dan berat berpindah dari satu area atmosfer ke area lain, mentransfer muatan listrik. Walaupun atmosfer secara umum tidak dianggap konduktif secara listrik, namun atmosfer mempunyai konduktivitas tertentu. Oleh karena itu, benda bermuatan yang tertinggal di udara perlahan-lahan kehilangan muatannya. Konduktivitas atmosfer meningkat seiring ketinggian karena peningkatan intensitas sinar kosmik, penurunan kehilangan ion pada tekanan yang lebih rendah (sehingga jalur bebas rata-rata lebih panjang), dan inti berat yang lebih sedikit. Konduktivitas atmosfer mencapai nilai maksimumnya pada ketinggian kira-kira. 50 km, disebut "tingkat kompensasi". Diketahui bahwa antara permukaan bumi dan “tingkat kompensasi” terdapat beda potensial konstan sebesar beberapa ratus kilovolt, yaitu. medan listrik konstan. Ternyata beda potensial antara suatu titik tertentu yang terletak di udara pada ketinggian beberapa meter dan permukaan bumi sangat besar - lebih dari 100 V. Atmosfer bermuatan positif, dan permukaan bumi bermuatan negatif. . Karena medan listrik adalah suatu daerah yang pada setiap titiknya terdapat nilai potensial tertentu, maka kita dapat membicarakan tentang gradien potensial. Dalam cuaca cerah, dalam beberapa meter terbawah, kekuatan medan listrik di atmosfer hampir konstan. Karena perbedaan konduktivitas listrik udara di lapisan permukaan, gradien potensial dapat berfluktuasi setiap hari, yang arahnya sangat bervariasi dari satu tempat ke tempat lain. Dengan tidak adanya sumber polusi udara lokal - di atas lautan, di pegunungan tinggi atau di daerah kutub - variasi harian dari potensi gradien adalah sama dalam cuaca cerah. Besarnya gradien bergantung pada waktu universal, atau waktu rata-rata Greenwich (UT) dan mencapai maksimum pada 19 jam E. Appleton menyatakan bahwa konduktivitas listrik maksimum ini mungkin bertepatan dengan aktivitas badai petir terbesar dalam skala planet. Sambaran petir saat terjadi badai petir membawa muatan negatif ke permukaan bumi, karena dasar awan petir kumulonimbus yang paling aktif mempunyai muatan negatif yang signifikan. Bagian atas awan petir memiliki muatan positif, yang menurut perhitungan Holzer dan Saxon, mengalir dari puncaknya selama terjadi badai petir. Tanpa pengisian ulang yang konstan, muatan di permukaan bumi akan dinetralkan oleh konduktivitas atmosfer. Asumsi bahwa perbedaan potensial antara permukaan bumi dan "tingkat kompensasi" dipertahankan oleh badai petir didukung oleh data statistik. Misalnya, jumlah badai petir maksimum terjadi di lembah sungai. Amazon. Paling sering, badai petir terjadi di sana pada penghujung hari, mis. OKE. 19:00 Greenwich Mean Time, saat potensi gradien maksimum di seluruh dunia. Selain itu, variasi musiman dalam bentuk kurva variasi diurnal dari gradien potensial juga sepenuhnya sesuai dengan data sebaran badai petir secara global. Beberapa peneliti berpendapat bahwa sumber medan listrik bumi mungkin berasal dari luar, karena diyakini bahwa medan listrik ada di ionosfer dan magnetosfer. Keadaan ini mungkin menjelaskan munculnya bentuk aurora memanjang yang sangat sempit, mirip dengan coulisses dan lengkungan
(lihat juga LAMPU AURORA). Karena adanya potensi gradien dan konduktivitas atmosfer, partikel bermuatan mulai bergerak antara “tingkat kompensasi” dan permukaan bumi: ion bermuatan positif menuju permukaan bumi, dan ion bermuatan negatif naik dari permukaan bumi. Kekuatan arus ini kira-kira. 1800 A. Walaupun nilai ini terkesan besar, namun harus diingat bahwa nilai ini tersebar di seluruh permukaan bumi. Kuat arus pada kolom udara dengan luas alas 1 m2 hanya 4 * 10 -12 A. Sebaliknya, kuat arus pada saat terjadi pelepasan petir dapat mencapai beberapa ampere, meskipun tentu saja seperti itu. pelepasannya memiliki durasi yang singkat - dari sepersekian detik hingga satu detik penuh atau lebih dengan guncangan berulang. Petir sangat menarik bukan hanya sebagai fenomena alam yang khas. Hal ini memungkinkan untuk mengamati pelepasan listrik dalam media gas pada tegangan beberapa ratus juta volt dan jarak antar elektroda beberapa kilometer. Pada tahun 1750, B. Franklin mengusulkan kepada Royal Society of London untuk melakukan percobaan dengan batang besi yang dipasang pada alas insulasi dan dipasang pada menara tinggi. Dia memperkirakan bahwa ketika awan petir mendekati menara, muatan dengan tanda yang berlawanan akan terkonsentrasi di ujung atas batang yang awalnya netral, dan muatan dengan tanda yang sama seperti di dasar awan akan terkonsentrasi di ujung bawah. . Jika kuat medan listrik selama pelepasan petir cukup meningkat, muatan dari ujung atas batang sebagian akan mengalir ke udara, dan batang tersebut akan memperoleh muatan yang tandanya sama dengan dasar awan. Eksperimen yang dikemukakan Franklin tidak dilakukan di Inggris, tetapi dilakukan pada tahun 1752 di Marly dekat Paris oleh fisikawan Perancis Jean d'Alembert. Ia menggunakan batang besi sepanjang 12 m yang dimasukkan ke dalam botol kaca (yang berfungsi sebagai isolator), tetapi tidak meletakkannya di menara. Pada tanggal 10 Mei asistennya melaporkan bahwa ketika awan petir melewati palang, percikan api muncul ketika kabel ground dibawa ke sana, tanpa Franklin sendiri mengetahuinya. pengalaman sukses, diterapkan di Perancis, pada bulan Juni tahun yang sama ia melakukan eksperimennya yang terkenal dengan layang-layang dan mengamati percikan listrik di ujung kawat yang diikatkan padanya. Pada tahun depan Dengan mempelajari muatan yang dikumpulkan dari batang, Franklin menentukan bahwa dasar awan petir biasanya bermuatan negatif. Studi lebih rinci tentang petir menjadi mungkin dilakukan pada akhir abad ke-19. berkat kemajuan metode fotografi, terutama setelah penemuan peralatan dengan lensa berputar, yang memungkinkan untuk merekam proses yang berkembang pesat. Kamera jenis ini banyak digunakan dalam studi pelepasan percikan api. Telah diketahui bahwa ada beberapa jenis petir, yang paling umum adalah petir linier, bidang (dalam awan), dan bola (pelepasan udara). Petir linier adalah pelepasan percikan antara awan dan permukaan bumi, mengikuti saluran yang bercabang ke bawah. Petir datar terjadi di dalam awan petir dan tampak sebagai kilatan cahaya yang menyebar. Pelepasan udara dari bola petir yang bermula dari awan petir seringkali diarahkan secara horizontal dan tidak sampai ke permukaan bumi.

Pelepasan petir biasanya terdiri dari tiga atau lebih pelepasan berulang - pulsa yang mengikuti jalur yang sama. Interval antara pulsa yang berurutan sangat pendek, dari 1/100 hingga 1/10 detik (inilah yang menyebabkan kilat berkedip). Secara umum, flash berlangsung sekitar satu detik atau kurang. Proses perkembangan petir yang khas dapat digambarkan sebagai berikut. Pertama, pelepasan pemimpin yang bercahaya lemah mengalir dari atas menuju permukaan bumi. Ketika dia mencapainya, aliran balik, atau aliran utama, yang bersinar terang mengalir dari bawah ke atas melalui saluran yang dibuat oleh pemimpinnya. Debit terdepan, biasanya, bergerak secara zigzag. Kecepatan penyebarannya berkisar antara seratus hingga beberapa ratus kilometer per detik. Dalam perjalanannya, ia mengionisasi molekul udara, menciptakan saluran dengan konduktivitas yang meningkat, yang melaluinya pelepasan balik bergerak ke atas dengan kecepatan kira-kira seratus kali lebih besar daripada pelepasan awal. Ukuran saluran sulit ditentukan, tetapi diameter saluran keluar diperkirakan 1-10 m, dan diameter saluran keluar beberapa sentimeter. Pelepasan petir menimbulkan interferensi radio dengan memancarkan gelombang radio dalam rentang yang luas - dari 30 kHz hingga frekuensi sangat rendah. Emisi gelombang radio terbesar mungkin berkisar antara 5 hingga 10 kHz. Interferensi radio frekuensi rendah tersebut “terkonsentrasi” di ruang antara batas bawah ionosfer dan permukaan bumi dan dapat menyebar hingga jarak ribuan kilometer dari sumbernya.
PERUBAHAN SUASANA
Dampak meteor dan meteorit. Meskipun hujan meteor terkadang menghasilkan tampilan cahaya yang dramatis, meteor individu jarang terlihat. Yang jauh lebih banyak adalah meteor yang tidak terlihat, terlalu kecil untuk terlihat saat terserap ke atmosfer. Beberapa meteor terkecil mungkin tidak memanas sama sekali, melainkan hanya tertangkap oleh atmosfer. Partikel kecil dengan ukuran mulai dari beberapa milimeter hingga seperseribu milimeter disebut mikrometeorit. Jumlah materi meteorik yang masuk ke atmosfer setiap harinya berkisar antara 100 hingga 10.000 ton, dengan mayoritas materi tersebut berasal dari mikrometeorit. Karena sebagian materi meteorik terbakar di atmosfer, komposisi gasnya diisi ulang dengan jejak berbagai unsur kimia. Misalnya, meteor batuan memasukkan litium ke atmosfer. Pembakaran meteor logam mengarah pada pembentukan besi bulat kecil, besi-nikel, dan tetesan lainnya yang melewati atmosfer dan menetap di permukaan bumi. Mereka dapat ditemukan di Greenland dan Antartika, di mana lapisan esnya hampir tidak berubah selama bertahun-tahun. Ahli kelautan menemukannya di sedimen dasar laut. Sebagian besar partikel meteor yang memasuki atmosfer mengendap dalam waktu sekitar 30 hari. Beberapa ilmuwan percaya bahwa debu kosmik ini berperan penting dalam pembentukan fenomena atmosfer seperti hujan karena berfungsi sebagai inti kondensasi uap air. Oleh karena itu, curah hujan diasumsikan secara statistik berhubungan dengan hujan meteor besar. Namun, beberapa ahli percaya bahwa karena total pasokan material meteorik puluhan kali lebih besar dibandingkan dengan hujan meteor terbesar sekalipun, perubahan jumlah total material yang dihasilkan dari satu hujan meteor dapat diabaikan. Namun, tidak ada keraguan bahwa mikrometeorit terbesar dan, tentu saja, meteorit yang terlihat meninggalkan jejak ionisasi yang panjang di lapisan atas atmosfer, terutama di ionosfer. Jejak tersebut dapat digunakan untuk komunikasi radio jarak jauh, karena memantulkan gelombang radio frekuensi tinggi. Energi meteor yang memasuki atmosfer dihabiskan terutama, dan mungkin seluruhnya, untuk memanaskannya. Ini adalah salah satu komponen kecil dari keseimbangan termal atmosfer.
Karbon dioksida yang berasal dari industri. Selama periode Karbon, vegetasi berkayu tersebar luas di Bumi. Sebagian besar karbon dioksida yang diserap tanaman pada saat itu terakumulasi dalam endapan batu bara dan sedimen yang mengandung minyak. Manusia telah belajar menggunakan cadangan besar mineral ini sebagai sumber energi dan kini dengan cepat mengembalikan karbon dioksida ke dalam siklus zat. Keadaan fosil mungkin ca. 4*10 13 ton karbon. Selama satu abad terakhir, umat manusia telah membakar begitu banyak bahan bakar fosil sehingga sekitar 4*10 11 ton karbon telah masuk kembali ke atmosfer. Saat ini ada sekitar. 2 * 10 12 ton karbon, dan dalam seratus tahun mendatang akibat pembakaran bahan bakar fosil, angka ini mungkin berlipat ganda. Namun, tidak semua karbon akan tertinggal di atmosfer: sebagian akan larut di perairan laut, sebagian akan diserap oleh tumbuhan, dan sebagian lagi akan terikat selama pelapukan batuan. Masih belum mungkin untuk memprediksi berapa banyak karbon dioksida yang akan terkandung di atmosfer atau apa dampaknya terhadap iklim global. Namun, diyakini bahwa setiap peningkatan kandungannya akan menyebabkan pemanasan, meskipun pemanasan apa pun belum tentu akan berdampak signifikan terhadap iklim. Konsentrasi karbon dioksida di atmosfer, menurut hasil pengukuran, meningkat secara nyata, meskipun dengan kecepatan yang lambat. Data iklim untuk Stasiun Svalbard dan Little America di Lapisan Es Ross di Antartika menunjukkan peningkatan suhu tahunan rata-rata masing-masing sebesar 5°C dan 2,5°C, selama periode sekitar 50 tahun.
Paparan radiasi kosmik. Ketika sinar kosmik berenergi tinggi berinteraksi dengan masing-masing komponen atmosfer, isotop radioaktif terbentuk. Diantaranya, isotop karbon 14C menonjol, terakumulasi di jaringan tumbuhan dan hewan. Dengan mengukur radioaktivitas zat organik yang sudah lama tidak menukar karbon lingkungan, usia mereka dapat ditentukan. Metode radiokarbon telah membuktikan dirinya sebagai cara yang paling dapat diandalkan untuk menentukan umur fosil organisme dan benda budaya material, yang usianya tidak melebihi 50 ribu tahun. Isotop radioaktif lain dengan waktu paruh yang panjang dapat digunakan untuk menentukan umur material yang berumur ratusan ribu tahun jika tantangan mendasar dalam mengukur tingkat radioaktivitas yang sangat rendah dapat diselesaikan.
(lihat juga TANGGAL RADIOKARBON).
ASAL USUL SUASANA BUMI
Sejarah pembentukan atmosfer belum sepenuhnya dapat direkonstruksi secara andal. Namun demikian, beberapa kemungkinan perubahan komposisinya telah diidentifikasi. Pembentukan atmosfer dimulai segera setelah terbentuknya bumi. Ada alasan yang cukup kuat untuk meyakini bahwa dalam proses evolusi Bumi dan perolehan dimensi dan massa yang mendekati dimensi modern, bumi hampir kehilangan atmosfer aslinya. Dipercaya bahwa pada tahap awal bumi berada dalam keadaan cair dan ca. 4,5 miliar tahun yang lalu ia terbentuk padat. Tonggak sejarah ini diambil sebagai permulaan kronologi geologi . Sejak saat itu, terjadi evolusi atmosfer secara perlahan. Beberapa proses geologi, seperti keluarnya lava saat terjadi letusan gunung berapi, dibarengi dengan keluarnya gas dari perut bumi. Bahan-bahan tersebut mungkin mengandung nitrogen, amonia, metana, uap air, karbon monoksida, dan dioksida. Di bawah pengaruh radiasi ultraviolet matahari, uap air terurai menjadi hidrogen dan oksigen, tetapi oksigen yang dilepaskan bereaksi dengan karbon monoksida membentuk karbon dioksida. Amonia terurai menjadi nitrogen dan hidrogen. Selama proses difusi, hidrogen naik dan meninggalkan atmosfer, dan nitrogen yang lebih berat tidak dapat menguap dan secara bertahap terakumulasi, menjadi komponen utamanya, meskipun sebagian darinya terikat selama reaksi kimia. Di bawah pengaruh sinar ultraviolet dan pelepasan listrik, campuran gas yang mungkin ada di atmosfer asli bumi mengalami reaksi kimia, yang mengakibatkan terbentuknya zat organik, khususnya asam amino. Oleh karena itu, kehidupan bisa saja berasal dari atmosfer yang secara fundamental berbeda dari atmosfer modern. Dengan munculnya tumbuhan primitif, proses fotosintesis dimulai (lihat juga FOTOSINTESIS), disertai dengan pelepasan oksigen bebas. Gas ini, terutama setelah berdifusi ke lapisan atas atmosfer, mulai melindungi lapisan bawah dan permukaan bumi dari radiasi ultraviolet dan sinar-X yang mengancam jiwa. Diperkirakan bahwa kehadiran hanya 0,00004 volume oksigen saat ini dapat menyebabkan pembentukan lapisan dengan setengah konsentrasi ozon saat ini, namun memberikan perlindungan yang sangat signifikan terhadap sinar ultraviolet. Kemungkinan besar atmosfer primer juga mengandung banyak karbon dioksida. Itu digunakan selama fotosintesis, dan konsentrasinya pasti menurun seiring dengan berkembangnya dunia tumbuhan dan juga karena penyerapan selama proses geologi tertentu. Karena efek rumah kaca dikaitkan dengan keberadaan karbon dioksida di atmosfer, beberapa ilmuwan percaya bahwa fluktuasi konsentrasinya adalah salah satu penyebab penting perubahan iklim skala besar dalam sejarah bumi, seperti zaman es. Helium yang ada di atmosfer modern kemungkinan besar merupakan produk peluruhan radioaktif uranium, thorium, dan radium. Unsur radioaktif ini memancarkan partikel alfa yang merupakan inti atom helium. Karena tidak ada muatan listrik yang tercipta atau hilang selama peluruhan radioaktif, terdapat dua elektron untuk setiap partikel alfa. Akibatnya, ia bergabung dengan mereka, membentuk atom helium netral. Unsur radioaktif terkandung dalam mineral yang tersebar di batuan, sehingga sebagian besar helium yang terbentuk akibat peluruhan radioaktif tertahan di dalamnya, keluar dengan sangat lambat ke atmosfer. Sejumlah helium naik ke eksosfer karena difusi, tetapi karena aliran masuk yang konstan dari permukaan bumi, volume gas ini di atmosfer menjadi konstan. Berdasarkan analisis spektral cahaya bintang dan studi tentang meteorit, kelimpahan relatif berbagai unsur kimia di alam semesta dapat diperkirakan. Konsentrasi neon di luar angkasa sekitar sepuluh miliar kali lebih tinggi dibandingkan di Bumi, kripton sepuluh juta kali lebih tinggi, dan xenon satu juta kali lebih tinggi. Oleh karena itu, konsentrasi gas-gas inert ini, yang awalnya ada di atmosfer bumi dan tidak terisi kembali selama reaksi kimia, telah menurun drastis, bahkan mungkin pada tahap hilangnya atmosfer utama bumi. Pengecualian adalah gas inert argon, karena dalam bentuk isotop 40Ar masih terbentuk selama peluruhan radioaktif dari isotop kalium.
FENOMENA OPTIK
Beragamnya fenomena optik di atmosfer disebabkan oleh berbagai sebab. Fenomena yang paling umum termasuk petir (lihat di atas) dan aurora utara dan selatan yang sangat spektakuler (lihat juga AURORA). Selain itu, pelangi, gal, parhelium (matahari palsu) dan busur, korona, lingkaran cahaya dan hantu Rusak, fatamorgana, api St. Elmo, awan bercahaya, sinar hijau dan krepuskular juga sangat menarik. Pelangi adalah fenomena atmosfer yang paling indah. Biasanya berupa lengkungan besar yang terdiri dari garis-garis warna-warni, terlihat saat Matahari hanya menyinari sebagian langit dan udara jenuh dengan tetesan air, misalnya saat hujan. Busur beraneka warna disusun dalam urutan spektral (merah, oranye, kuning, hijau, biru, nila, ungu), tetapi warnanya hampir tidak pernah murni karena garis-garisnya saling tumpang tindih. Biasanya, ciri-ciri fisik pelangi sangat bervariasi, dan karenanya penampilan mereka sangat beragam. Milik mereka fitur umum adalah pusat busur selalu terletak pada garis lurus yang ditarik dari Matahari ke pengamat. Pelangi utama adalah busur yang terdiri dari warna paling terang - merah di luar dan ungu di dalam. Kadang-kadang hanya satu busur yang terlihat, tetapi sering kali busur sekunder muncul di luar pelangi utama. Warnanya tidak secerah yang pertama, dan garis-garis merah dan ungu di dalamnya berpindah tempat: yang merah terletak di bagian dalam. Pembentukan pelangi utama dijelaskan oleh pembiasan ganda (lihat juga OPTIK) dan pemantulan internal tunggal sinar matahari (lihat Gambar 5). Menembus setetes air (A), seberkas cahaya dibiaskan dan diurai, seolah-olah melewati prisma. Kemudian mencapai permukaan berlawanan dari tetesan (B), dipantulkan darinya dan meninggalkan tetesan tersebut di luar (C). Dalam hal ini, sinar cahaya dibiaskan untuk kedua kalinya sebelum sampai ke pengamat. Berkas putih awal diuraikan menjadi berkas-berkas warna berbeda dengan sudut divergensi 2°. Ketika pelangi sekunder terbentuk, terjadi pembiasan ganda dan pemantulan ganda sinar matahari (lihat Gambar 6). Dalam hal ini, cahaya dibiaskan, menembus tetesan melalui bagian bawahnya (A), dan dipantulkan dari permukaan bagian dalam tetesan, pertama di titik B, kemudian di titik C. Di titik D, cahaya dibiaskan, meninggalkan tetesan menuju pengamat.

Pada saat matahari terbit dan terbenam, pengamat melihat pelangi berbentuk busur setengah lingkaran, karena sumbu pelangi sejajar dengan cakrawala. Jika Matahari lebih tinggi dari cakrawala, busur pelangi kurang dari setengah kelilingnya. Saat Matahari terbit di atas 42° di atas cakrawala, pelangi menghilang. Di mana pun, kecuali di daerah lintang tinggi, pelangi tidak dapat muncul pada siang hari, saat Matahari terlalu tinggi. Menarik untuk memperkirakan jarak ke pelangi. Meskipun busur warna-warni tampak terletak pada bidang yang sama, ini hanyalah ilusi. Faktanya, pelangi memiliki kedalaman yang luar biasa, dan dapat dibayangkan sebagai permukaan kerucut berongga, yang di atasnya terdapat pengamat. Sumbu kerucut menghubungkan Matahari, pengamat dan pusat pelangi. Pengamat tampak seolah-olah berada di sepanjang permukaan kerucut ini. Tidak ada dua orang yang bisa melihat pelangi yang sama persis. Tentu saja, Anda dapat mengamati efek yang pada dasarnya sama, tetapi kedua pelangi tersebut menempati posisi berbeda dan dibentuk oleh tetesan air yang berbeda. Saat hujan atau kabut membentuk pelangi, penuh efek optik dicapai karena tumbukan total seluruh tetesan air yang melintasi permukaan kerucut pelangi dengan pengamat berada di puncak. Peran setiap tetes hanya sekilas. Permukaan kerucut pelangi terdiri dari beberapa lapisan. Dengan cepat melintasinya dan melewati serangkaian poin kritis, setiap tetes secara instan menguraikan sinar matahari menjadi seluruh spektrum dalam urutan yang ditentukan secara ketat - dari merah ke ungu. Banyak tetesan air yang memotong permukaan kerucut dengan cara yang sama, sehingga bagi pengamat pelangi tampak kontinu baik sepanjang maupun melintasi busurnya. Halo adalah busur dan lingkaran cahaya berwarna putih atau warna-warni di sekitar piringan Matahari atau Bulan. Mereka muncul karena pembiasan atau pantulan cahaya oleh kristal es atau salju di atmosfer. Kristal pembentuk halo terletak pada permukaan kerucut imajiner dengan sumbu yang diarahkan dari pengamat (dari puncak kerucut) ke Matahari. Dalam kondisi tertentu, atmosfer dapat dipenuhi dengan kristal-kristal kecil, banyak di antaranya membentuk sudut siku-siku dengan bidang yang melewati Matahari, pengamat, dan kristal-kristal tersebut. Wajah seperti itu memantulkan sinar cahaya yang masuk dengan deviasi 22°, membentuk lingkaran cahaya kemerahan di bagian dalam, namun bisa juga terdiri dari semua warna spektrum. Yang kurang umum adalah lingkaran cahaya dengan radius sudut 46°, terletak secara konsentris di sekitar lingkaran cahaya 22°. Sisi dalamnya juga memiliki warna kemerahan. Alasannya juga karena pembiasan cahaya, yang terjadi pada tepi kristal yang membentuk sudut siku-siku. Lebar cincin lingkaran cahaya tersebut melebihi 2,5°. Lingkaran cahaya 46 derajat dan 22 derajat cenderung paling terang di bagian atas dan bawah ring. Lingkaran cahaya 90 derajat yang langka adalah cincin bercahaya redup dan hampir tidak berwarna yang berbagi pusat dengan dua lingkaran cahaya lainnya. Jika diwarnai maka akan terdapat warna merah pada bagian luar ringnya. Mekanisme terjadinya halo jenis ini belum sepenuhnya dipahami (Gbr. 7).

Parhelia dan busur. Lingkaran parhelik (atau lingkaran matahari palsu) adalah cincin putih yang berpusat di titik puncak, melewati Matahari sejajar dengan cakrawala. Alasan pembentukannya adalah pantulan sinar matahari dari tepi permukaan kristal es. Jika kristal tersebar merata di udara, lingkaran penuh akan terlihat. Parhelia, atau matahari palsu, adalah bintik bercahaya terang yang mengingatkan kita pada Matahari yang terbentuk di titik perpotongan lingkaran parhelik dengan lingkaran cahaya yang memiliki jari-jari sudut 22°, 46°, dan 90°. Bentuk parhelium yang paling sering muncul dan paling terang di persimpangan dengan lingkaran cahaya 22 derajat, biasanya diwarnai di hampir semua warna pelangi. Matahari palsu di persimpangan dengan lingkaran cahaya 46 dan 90 derajat lebih jarang diamati. Parhelia yang terjadi pada persimpangan dengan lingkaran cahaya 90 derajat disebut paranthelia, atau countersun palsu. Terkadang antelium (anti matahari) juga terlihat - titik terang yang terletak di cincin parhelium tepat di seberang Matahari. Diasumsikan bahwa penyebab fenomena ini adalah pantulan ganda sinar matahari internal. Sinar pantul mengikuti lintasan yang sama dengan sinar datang, namun arahnya berlawanan. Busur dekat puncak, terkadang salah disebut busur singgung atas halo 46 derajat, adalah busur dengan sudut 90° atau kurang yang berpusat di puncak, terletak kira-kira 46° di atas Matahari. Jarang terlihat dan hanya beberapa menit, memiliki warna cerah, dengan warna merah terbatas pada sisi luar busur. Busur mendekati puncaknya luar biasa karena warna, kecerahan, dan garis luarnya yang jelas. Efek optik lain yang menarik dan sangat langka dari tipe halo adalah busur Lowitz. Mereka muncul sebagai kelanjutan parhelia di persimpangan dengan lingkaran cahaya 22 derajat, memanjang dari sisi luar lingkaran cahaya dan sedikit cekung ke arah Matahari. Kolom cahaya berwarna keputihan, seperti berbagai salib, terkadang terlihat saat fajar atau senja, terutama di daerah kutub, dan dapat menemani Matahari maupun Bulan. Kadang-kadang, lingkaran cahaya bulan dan efek lain serupa dengan yang dijelaskan di atas teramati, dengan lingkaran cahaya bulan yang paling umum (cincin di sekeliling Bulan) memiliki radius sudut 22°. Sama seperti matahari palsu, bulan palsu juga bisa muncul. Korona, atau mahkota, adalah cincin warna konsentris kecil di sekitar Matahari, Bulan, atau objek terang lainnya yang diamati dari waktu ke waktu saat sumber cahaya berada di balik awan tembus cahaya. Jari-jari korona lebih kecil dari jari-jari halo dan kira-kira. 1-5°, cincin biru atau ungu paling dekat dengan Matahari. Korona terjadi ketika cahaya dihamburkan oleh tetesan air kecil sehingga membentuk awan. Terkadang corona muncul sebagai titik bercahaya (atau lingkaran cahaya) yang mengelilingi Matahari (atau Bulan), yang berakhir dengan cincin kemerahan. Dalam kasus lain, setidaknya dua cincin konsentris berdiameter lebih besar, berwarna sangat samar, terlihat di luar lingkaran cahaya. Fenomena ini disertai dengan awan pelangi. Terkadang tepian awan yang sangat tinggi memiliki warna cerah.
Gloria (lingkaran cahaya). Dalam kondisi khusus, fenomena atmosfer yang tidak biasa terjadi. Jika Matahari berada di belakang pengamat, dan bayangannya diproyeksikan ke awan atau tirai kabut di dekatnya, dalam keadaan atmosfer tertentu di sekitar bayangan kepala seseorang, Anda dapat melihat lingkaran bercahaya berwarna - lingkaran cahaya. Biasanya, lingkaran cahaya seperti itu terbentuk karena pantulan cahaya dari tetesan embun di halaman berumput. Gloria juga cukup sering ditemukan di sekitar bayangan pesawat di awan di bawahnya.
Hantu Rusak. Di beberapa wilayah di dunia, ketika bayangan seorang pengamat yang berada di atas bukit saat matahari terbit atau terbenam jatuh di belakangnya di atas awan yang terletak pada jarak yang dekat, efek yang mencolok akan terlihat: bayangan tersebut mengambil dimensi yang sangat besar. Hal ini terjadi akibat pemantulan dan pembiasan cahaya oleh tetesan air kecil di dalam kabut. Fenomena yang digambarkan ini disebut "Ghost of Brocken" setelah puncaknya di Pegunungan Harz di Jerman.
fatamorgana- efek optik yang disebabkan oleh pembiasan cahaya ketika melewati lapisan udara yang berbeda kepadatannya dan dinyatakan dalam penampakan bayangan maya. Dalam hal ini, objek yang jauh mungkin tampak lebih tinggi atau lebih rendah dibandingkan dengan posisi sebenarnya, dan mungkin juga terdistorsi dan mengambil bentuk yang tidak beraturan dan fantastis. Fatamorgana sering terlihat di daerah beriklim panas, misalnya di dataran berpasir. Fatamorgana yang lebih rendah biasa terjadi, ketika permukaan gurun yang jauh dan hampir datar tampak seperti perairan terbuka, terutama jika dilihat dari sedikit ketinggian atau hanya terletak di atas lapisan udara panas. Ilusi ini biasanya terjadi di jalan aspal yang panas, terlihat seperti permukaan air jauh di depan. Faktanya, permukaan ini adalah cerminan langit. Di bawah ketinggian mata, objek mungkin muncul di “air” ini, biasanya terbalik. Sebuah “kue lapisan udara” terbentuk di atas permukaan tanah yang dipanaskan, dengan lapisan yang paling dekat dengan tanah adalah yang terpanas dan sangat tipis sehingga gelombang cahaya yang melewatinya terdistorsi, karena kecepatan rambatnya bervariasi tergantung pada kepadatan medium. . Fatamorgana atas kurang umum dan lebih indah dibandingkan fatamorgana bawah. Benda-benda yang jauh (sering kali terletak di luar cakrawala laut) tampak terbalik di langit, dan terkadang bayangan tegak dari benda yang sama juga muncul di atas. Fenomena ini biasa terjadi di daerah dingin, terutama bila terjadi inversi suhu yang signifikan, ketika terdapat lapisan udara yang lebih hangat di atas lapisan yang lebih dingin. Efek optik ini memanifestasikan dirinya sebagai akibat dari pola perambatan bagian depan gelombang cahaya yang kompleks di lapisan udara dengan kepadatan yang tidak homogen. Fatamorgana yang sangat tidak biasa terjadi dari waktu ke waktu, terutama di daerah kutub. Ketika fatamorgana terjadi di darat, pepohonan dan komponen lanskap lainnya akan terbalik. Dalam semua kasus, objek terlihat lebih jelas di fatamorgana atas dibandingkan di fatamorgana bawah. Ketika batas dua massa udara adalah bidang vertikal, fatamorgana lateral terkadang terlihat.
Api St. Beberapa fenomena optik di atmosfer (misalnya, cahaya dan fenomena meteorologi yang paling umum - kilat) bersifat listrik. Yang jauh lebih jarang adalah lampu St. Elmo - kuas bercahaya biru pucat atau ungu dengan panjang 30 cm hingga 1 m atau lebih, biasanya di puncak tiang atau ujung pekarangan kapal di laut. Kadang-kadang seluruh tali-temali kapal tampak tertutup fosfor dan bersinar. Api St. Elmo terkadang muncul di puncak gunung, juga di menara dan sudut tajam gedung-gedung tinggi. Fenomena ini mewakili pelepasan muatan listrik di ujung konduktor listrik ketika kuat medan listrik di atmosfer di sekitarnya meningkat pesat. Will-o'-the-wisps adalah cahaya samar kebiruan atau kehijauan yang terkadang terlihat di rawa, kuburan, dan ruang bawah tanah. Seringkali mereka tampak seperti nyala lilin yang diangkat sekitar 30 cm di atas tanah, menyala dengan tenang, tidak mengeluarkan panas, dan melayang sejenak di atas benda tersebut. Cahaya tampak sangat sulit dipahami dan, ketika pengamat mendekat, cahaya tampak berpindah ke tempat lain. Penyebab fenomena ini adalah penguraian residu organik dan pembakaran spontan gas rawa metana (CH4) atau fosfin (PH3). Will-o'-the-wisps punya bentuk yang berbeda, terkadang bahkan berbentuk bola. Sinar hijau - kilatan sinar matahari berwarna hijau zamrud pada saat sinar terakhir Matahari menghilang di balik cakrawala. Komponen merah sinar matahari menghilang terlebih dahulu, komponen lainnya mengikuti secara berurutan, dan komponen terakhir yang tersisa adalah hijau zamrud. Fenomena ini terjadi hanya ketika hanya bagian tepi piringan matahari yang tersisa di atas cakrawala, jika tidak maka akan terjadi campuran warna. Sinar krepuskular adalah berkas sinar matahari divergen yang terlihat karena iluminasi debu di lapisan tinggi atmosfer. Bayangan awan membentuk garis-garis gelap, dan sinar menyebar di antara keduanya. Efek ini terjadi saat Matahari berada rendah di ufuk menjelang fajar atau setelah matahari terbenam.