Іоносфера — структура і значення

Іоносферою називають сильно іонізований внаслідок впливу космічного випромінювання шар атмосфери Землі. Він не має чітких меж, і взагалі, є частиною інших атмосферних шарів. Можна сказати, що іоносфера знаходиться на висотах 60-1000 км, тому що саме на таких висотах і є іонізоване повітря. Однак, велика частина її знаходиться в термосфере (близько 80%).

Структура іоносфери

Залежно від сили впливу сонячного випромінювання на атмосферне шар, а також його характеристик, повітря іонізується по-різному. Так, буває він слабо іонізованим, сильно іонізованим, ну і середньо іонізованим. Через це факту виділяють 3 шари іоносфери.

Має слабку іонізацією повітря, а в нічний час і зовсім не істотним, оскільки вночі ступінь іонізація сильно знижується. Знаходиться на висотах 60-90 км над рівнем моря.

Простягається від 90 км до 120-130 км. Спостерігається в ньому середня по силі іонізація, і також в нічний час її ступінь помітно знижується. Його також називають шаром Кеннеллі – Хевісайда, оскільки вони працювали над його вивченням і першими досягли помітних результатів у цьому.

Простягається від 130 км до верхньої межі іоносфери (приблизно 1000 км). Повітря в ньому є сильно іонізованим.

Значення іоносфери

Різні верстви іоносфери мають різну щільність заряджених частинок. Це визначає їх здатність до відбиття радіохвиль. Так, завдяки наявності шару F, можливо передавати на великі відстані радіосигнали короткохвильового діапазону. Ймовірно, саме тому за відкриття шару F серу Еплтону (англійський фізик) була присуджена Нобелівська премія в 1974 році.

✅Основні шари атмосфери Землі

Газова оболонка, що оточує нашу планету Земля, відома як атмосфера, складається з п’яти основних шарів. Ці шари беруть початок на поверхні планети, від рівня моря і підіймаються до космічного простору в наступній послідовності:

• тропосфера;
• стратосфера;
• мезосфера;
• термосфера;
• екзосфера.

У проміжку між кожним з цих основних п’яти шарів знаходяться перехідні зони, звані «паузами», де відбуваються зміни температури, складу і щільність повітря. Разом з паузами, атмосфера Землі в цілому включає 9 шарів.

Тропосфера: де створюється погода

З усього шару атмосфери тропосфера є тією, з якою ми найбільше знайомі (чи усвідомлюєте ви це, чи ні), оскільки ми живемо на її дні – поверхні планети. Вона огортає поверхню Землі і простягається вгору на кілька кілометрів. Слово тропосфера означає «зміна кулі». Дуже хороша назва, оскільки цей шар, де відбувається наша повсякденна погода.

Починаючи з рівня моря, тропосфера піднімається на висоту від 6 до 20 км. Нижня третина, найближча до нас, містить 50% усіх атмосферних газів. Це єдина частина всього складу атмосфери, яка дихає.

Завдяки тому, що повітря нагрівається знизу земною поверхнею, що поглинає теплову енергію Сонця, зі збільшенням висоти температура і тиск тропосфери знижуються.

На вершині знаходиться тонкий шар, званий тропопаузою, який є всього лише буфером між тропосферою і стратосферою.

Стратосфера: дім озону

Стратосфера – наступний шар атмосфери. Він простягається від 6-20 км до 50 км над земною поверхнею. Це шар, в якому літають більшість комерційних авіалайнерів і подорожують повітряні кулі.

Тут повітря не тече вгору і вниз, а рухається паралельно землі в дуже швидко рухомих повітряних потоках. У міру того, як ви піднімаєтеся, температура збільшується, завдяки великій кількості природного озону (O₃) – побічний продукт сонячної радіації і кисню, який має здатність поглинати шкідливі ультрафіолетові промені сонця (будь-яке підвищення температури з висотою в метеорології, відомий як «інверсія»).

Оскільки стратосфера має більш теплі температури внизу і більш прохолодні нагорі, конвекція (вертикальні переміщення повітряних мас) зустрічається рідко в цій частині атмосфери.

Фактично, ви можете розглядати зі стратосфери бурхливу в тропосфері бурю, оскільки шар діє як «ковпачок» для конвекції, через який не проникають штормові хмари.

Після стратосфери знову слід буферний шар, на цей раз званий стратопаузою.

Мезосфера: середня атмосфера

Мезосфера знаходиться приблизно на відстані 50-80 км від поверхні Землі. У верхній частині мезосфери є найхолоднішим природним місцем на Землі, де температура може опускатися нижче -143 ° C.

Термосфера: верхня атмосфера

Після мезосфери і мезопаузи слід термосфера, розташована між 80 і 700 км над поверхнею планети, і містить менш як 0,01% всього повітря в атмосферної оболонки. Температури тут сягають до +2000 ° C, але через сильну розрідженість повітря і брак молекул газу для перенесення тепла, ці високі температури сприймаються, як дуже холодні.

Екзосфера: межа атмосфери і космосу

На висоті близько 700-10000 км над земною поверхнею знаходиться екзосфера – зовнішній край атмосфери, що межує з космосом. Тут метеорологічні супутники обертаються навколо Землі.

Як щодо іоносфери?

Іоносфера не є окремим шаром, а насправді цей термін використовується для позначення атмосфери на висоті від 60 до 1000 км. Вона включає в себе самі верхні частини мезосфери, всю термосферу і частина екзосфери.

Іоносфера отримала свою назву, тому що в цій частині атмосфери випромінювання Сонця іонізується, коли проходить магнітні поля Землі на півночі і півдні. Це явища спостерігається з землі як північне сяйво.

Що ми дізналися?

1. Тропосфера:
   • Найнижчий шар атмосфери, простирається від поверхні Землі до висоти приблизно 8-15 км. Тут відбувається погода, формуються хмари та опади. Температура знижується з висотою.
2. Стратосфера:
   • Розташовується вище тропосфери, досягає висоти близько 50 км. Важлива особливість – озоновий шар, який поглинає і розсіює шкідливе ультрафіолетове випромінювання Сонця. Температура зростає з висотою через поглинання ультрафіолетових променів озоном.
3. Мезосфера:
   • Простирається від 50 до 80-85 км. Це найхолодніший шар атмосфери, де температура може знижуватися до -90°C. Мезосфера є місцем, де спостерігаються сяючі нічні хмари та метеори згоряють, вступаючи в атмосферу Землі.
4. Термосфера:
   • Висота цього шару варіюється від 85 до 600 км. Температура зростає з висотою, може досягати 2500°C або вище, оскільки газові молекули поглинають високоенергетичне сонячне випромінювання. Термосфера включає іоносферу, що має велике значення для радіозв’язку.
5. Екзосфера:
   • Це зовнішній шар атмосфери, що починається приблизно з 600 км і поступово переходить у космічний простір. Тут молекули газу настільки рідкісні, що можуть втекти у космос.

Атмосфера Землі складається з кількох основних шарів, кожен з яких має унікальні характеристики та важливе значення для підтримки життя на планеті. Від тропосфери, де формується погода, до екзосфери, що межує з космосом, кожен шар виконує незамінні функції, включаючи захист від шкідливого випромінювання, підтримку кліматичної системи та забезпечення умов для радіозв’язку.

Розуміння структури та динаміки атмосфери є ключовим для вирішення сучасних екологічних викликів, таких як зміна клімату та озонова діра, а також для розвитку аеронавтики та космонавтики.