ატმოსფეროს აგებულება და ქიმიური შემადგენლობა: შრეები და აირები

ატმოსფერო დედამიწის გარშემო არსებული აირების გარსია, რომელსაც პლანეტის მიზიდულობა ინარჩუნებს. იგი უზრუნველყოფს სუნთქვისთვის აუცილებელ ჟანგბადს, მონაწილეობს წყლის ციკლში, ამცირებს ტემპერატურის უკიდურეს ცვლილებებს და გვიცავს მზის ულტრაიისფერი გამოსხივების ნაწილისგან. ატმოსფეროს აგებულება და ქიმიური შემადგენლობა სასკოლო გეოგრაფიისა და ბუნებისმეტყველების მნიშვნელოვანი თემაა.

მოკლე პასუხი: მშრალი ჰაერის მოცულობის დაახლოებით 78,08% აზოტია, 20,95% ჟანგბადი, 0,93% არგონი, ხოლო ნახშირორჟანგი დაახლოებით 0,04%-ს შეადგენს და მისი წილი დროთა განმავლობაში იცვლება. გარდა ამისა, ჰაერში ცვალებადი რაოდენობითაა წყლის ორთქლი. ტემპერატურის ცვლილების მიხედვით განასხვავებენ ხუთ მთავარ ფენას: ტროპოსფეროს, სტრატოსფეროს, მეზოსფეროს, თერმოსფეროსა და ეგზოსფეროს.

ამ სტატიაში განვიხილავთ ატმოსფეროს თითოეული ფენის სიმაღლესა და თავისებურებებს, ჰაერის ქიმიურ შემადგენლობას, ოზონის შრეს, ჰაერის წნევას, სათბურის ეფექტს, იონოსფეროსა და დედამიწისთვის ატმოსფეროს მნიშვნელობას.

როგორ არის აგებული დედამიწის ატმოსფერო?

ატმოსფეროს ფენებს ყველაზე ხშირად ტემპერატურის სიმაღლესთან ცვლილების მიხედვით ყოფენ. საზღვრები მკვეთრი კედლები არ არის: მათი სიმაღლე იცვლება განედის, სეზონისა და მზის აქტივობის მიხედვით. მაგალითად, ტროპოპაუზა ტროპიკებთან უფრო მაღლა მდებარეობს, ვიდრე პოლარულ რეგიონებში.

მაგალითად, „ატმოსფეროს ბოლო 100 კილომეტრზეა“ არაზუსტი განცხადებაა. დაახლოებით 100 კმ-ზე მდებარე კარმანის ხაზი ხშირად კოსმოსის პირობით საზღვრად გამოიყენება, თუმცა აირის ნაწილაკები ბევრად უფრო მაღლაც გვხვდება.

ტროპოსფერო: სად წარმოიქმნება ამინდი?

ტროპოსფერო ატმოსფეროს ქვედა ფენაა, სადაც ცხოვრობს ადამიანი და სადაც წარმოიქმნება ღრუბლების, ნალექისა და ქარის უმეტესი ნაწილი. მასში თავმოყრილია ატმოსფერული მასის უდიდესი წილი და წყლის ორთქლის დიდი ნაწილი. ამიტომ ენერგიისა და ტენიანობის ცვლა განსაკუთრებულად ინტენსიურია.

ტროპოსფეროში ტემპერატურა საშუალოდ სიმაღლის მატებასთან ერთად კლებულობს. ხშირად გამოიყენება დაახლოებით 6,5°C/კმ საშუალო გრადიენტი, მაგრამ ეს სტანდარტული მოდელის მაჩვენებელია: რეალურ ამინდში იგი ერთნაირი არ არის და ზოგჯერ ტემპერატურული ინვერსია ხდება, როცა უფრო მაღალ ფენაში ჰაერი თბილია.

ტროპოსფეროს ზედა საზღვარს ტროპოპაუზა ეწოდება. მისი სიმაღლე პოლუსებთან დაახლოებით 8–10 კმ, ტროპიკულ რეგიონებში კი 16–18 კმ შეიძლება იყოს. ამ განსხვავების გამო ერთი კონკრეტული სიმაღლის ჩაწერა ყველა ადგილისთვის სწორი არ არის.

სტრატოსფერო და ოზონის შრე

სტრატოსფერო ტროპოსფეროს ზემოთ მდებარეობს და დაახლოებით 50 კმ-მდე ვრცელდება. აქ ტემპერატურა სიმაღლის მატებასთან ერთად ზოგადად იზრდება, რადგან ოზონი მზის ულტრაიისფერ გამოსხივებას შთანთქავს. სტრატოსფეროს ზედა საზღვარს სტრატოპაუზა ეწოდება.

ოზონის შრე ცალკე, მკვრივი აირის გარსი არ არის. ეს სტრატოსფეროს რეგიონია, სადაც ოზონის მოლეკულების კონცენტრაცია შედარებით მაღალია. მისი უდიდესი წილი დაახლოებით 15–35 კმ სიმაღლეზეა თავმოყრილი, თუმცა განაწილება იცვლება.

ოზონი (O₃) შთანთქავს მზის მავნე UV-B და UV-C გამოსხივების მნიშვნელოვან ნაწილს. ატმოსფეროს დაბალ, მიწისპირა ფენაში ოზონის მაღალი კონცენტრაცია კი ჰაერის დამაბინძურებელია. ამიტომ „ოზონი ყოველთვის სასარგებლოა“ მცდარი განზოგადებაა: მისი ეფექტი მდებარეობაზეა დამოკიდებული.

სტრატოსფერული ოზონის შემცირებას განსაკუთრებით უკავშირებენ გარკვეულ ჰალოგენშემცველ ნივთიერებებს, მათ შორის ისტორიულად გამოყენებულ CFC-ებს. მონრეალის პროტოკოლით მათი კონტროლი ოზონის აღდგენის მნიშვნელოვან საფუძველს წარმოადგენს. წყარო: UNEP Ozone Secretariat.

მეზოსფერო: ატმოსფეროს ცივი რეგიონი

მეზოსფერო დაახლოებით 50-დან 85 კილომეტრამდე ვრცელდება. ამ ფენაში ტემპერატურა ისევ კლებულობს და მის ზედა საზღვართან, მეზოპაუზასთან, ატმოსფეროს ერთ-ერთი ყველაზე დაბალი ტემპერატურა შეიძლება დაფიქსირდეს.

მეზოსფეროში მრავალი მეტეოროიდი მაღალი სიჩქარით შემოსვლისას თბება, იშლება და ნათელ კვალს წარმოქმნის, რომელსაც ყოველდღიურ ენაში „ვარსკვლავის მოწყვეტას“ უწოდებენ. მეტეორი რეალურად ვარსკვლავი არ არის. ზოგი უფრო დიდი სხეული ატმოსფეროს გადის და მიწის ზედაპირამდე მეტეორიტის სახით აღწევს.

თერმოსფერო: რატომ იზრდება ტემპერატურა?

თერმოსფეროში მზის რენტგენული და უკიდურესი ულტრაიისფერი გამოსხივების შთანთქმის შედეგად ნაწილაკების საშუალო კინეტიკური ენერგია შეიძლება ძალიან გაიზარდოს. ამიტომ ტემპერატურა ასეულობით და ზოგჯერ ათას გრადუსამდეც აღწევს მზის აქტივობის მიხედვით.

თუმცა ასეთი მაღალი ფიზიკური ტემპერატურა არ ნიშნავს, რომ თერმოსფეროში ადამიანი ჩვეულებრივი ცხელი ჰაერის მსგავს გათბობას იგრძნობს: აირი უკიდურესად იშვიათია და სითბოს გადასატანად შედარებით ცოტა ნაწილაკია. თერმოსფეროში მოძრაობს დაბალ ორბიტაზე არსებული ზოგი თანამგზავრი, მათ შორის საერთაშორისო კოსმოსური სადგური.

ეგზოსფერო: სად მთავრდება ატმოსფერო?

ეგზოსფერო ატმოსფეროს გარე, ძალიან იშვიათი რეგიონია, სადაც ნაწილაკების შეჯახებები იშვიათდება და ზოგი ნაწილაკი პლანეტის მიზიდულობას საბოლოოდაც სცილდება. ეგზოსფეროს ქვედა საზღვარს ეგზობაზა ეწოდება; მისი სიმაღლე მზის აქტივობისა და ატმოსფერული მდგომარეობის მიხედვით იცვლება.

ეგზოსფეროს მკვეთრი ზედა კედელი არ აქვს. ხშირად სახელმძღვანელოები რამდენიმე ათას კილომეტრს უთითებენ, მაგრამ სამეცნიერო განსაზღვრებაში მნიშვნელოვანია გამოყენებული მოდელისა და გაზომვის მეთოდის მითითება.

იონოსფერო: არის თუ არა ეს მეექვსე ფენა?

იონოსფერო არ არის ტემპერატურით გამოყოფილი ხუთი ძირითადი ფენის მსგავსი დამოუკიდებელი შრე. ეს არის ატმოსფეროს რამდენიმე სიმაღლის გადამფარავი რეგიონი, სადაც მზის გამოსხივება აირებს იონიზაციას უტარებს და თავისუფალ ელექტრონებსა და იონებს წარმოქმნის.

იონოსფერო რადიოტალღების გავრცელებაზე მოქმედებს და დაკავშირებულია პოლარულ ციალთანაც. მისი მნიშვნელოვანი ნაწილი მეზოსფეროსა და თერმოსფეროს ფარგლებშია. ასევე, ოზონოსფერო სტრატოსფეროს ფარგლებში ოზონით მდიდარი რეგიონია და არა დამატებით, რიგით მეექვსე ფენად ჩასათვლელი ცალკე გარსი.

ატმოსფეროს ქიმიური შემადგენლობა

მშრალი, სუფთა ჰაერი სხვადასხვა აირის ნარევია. მათი საშუალო მოცულობითი წილები ზედაპირთან ახლოს და ატმოსფეროს კარგად შერეულ რეგიონში შედარებით სტაბილურია. ცხრილში მოცემულია მშრალი ჰაერის შემადგენლობა; წყლის ორთქლი მასში შეგნებულად არ შედის.

ეს შეფარდებები შეესაბამება NOAA JetStream-ის ატმოსფეროს შემადგენლობის ცხრილს. 0,04% CO₂ დაახლოებით 400 ppm-ს შეესაბამება; რეალური მიმდინარე კონცენტრაცია ამ დამრგვალებულ რიცხვზე მეტი შეიძლება იყოს. ნახშირორჟანგის ზუსტი კონცენტრაცია უნდა მივუთითოთ კონკრეტული წლისა და დაკვირვების ქსელის მიხედვით.

წყლის ორთქლი და ტენიანობა

წყლის ორთქლის წილი ჰაერში ძლიერ ცვალებადია, ზოგან თითქმის ნულიდან დაახლოებით 4%-მდე. ამიტომ ტენიანი ჰაერის აზოტისა და ჟანგბადის მოცულობითი წილები მშრალი ჰაერის ცხრილთან შედარებით ოდნავ დაბალია: წყლის ორთქლი მოცულობის ნაწილს იკავებს.

წყლის ორთქლი ღრუბლებისა და ნალექის წარმოქმნისთვის აუცილებელია. იგი ასევე მნიშვნელოვანი სათბურის აირია. მისი რაოდენობა დაკავშირებულია ტემპერატურასთან და ჰიდროლოგიურ ციკლთან, რის გამოც კლიმატური ცვლილებისას იგი ხშირად უკუკავშირის როლს ასრულებს.

რატომ არის აზოტი და ჟანგბადი მნიშვნელოვანი?

აზოტი შედარებით ნაკლებად რეაქტიული ორატომიანი მოლეკულის სახით ატმოსფეროს უდიდეს ნაწილს შეადგენს. მიუხედავად იმისა, რომ ორგანიზმების უმრავლესობა ატმოსფერულ N₂-ს პირდაპირ ვერ იყენებს, აზოტი აუცილებელია ცილების, დნმ-ისა და სხვა ბიოლოგიური მოლეკულებისთვის. გარკვეული მიკროორგანიზმები მონაწილეობენ აზოტის ფიქსაციაში და მას ბიოლოგიურად გამოსაყენებელ ნაერთებად გარდაქმნიან.

ჟანგბადი მონაწილეობს მრავალი ორგანიზმის აერობულ უჯრედულ სუნთქვაში, ასევე წვისა და მრავალი სხვა ქიმიური პროცესის მიმდინარეობაში. დედამიწის ატმოსფეროში ჟანგბადის დიდი რაოდენობა ბიოლოგიური და გეოქიმიური ხანგრძლივი ისტორიის შედეგია. პროკარიოტული ორგანიზმებისა და მათი ნივთიერებათა ცვლის მრავალფეროვნების შესახებ იხილეთ პროკარიოტული უჯრედების გზამკვლევი.

ატმოსფერული წნევა და სიმაღლე

ატმოსფერული წნევა არის ჰაერის მიერ ერთეულ ფართობზე მოქმედი ძალა. ზღვის დონესთან სტანდარტული წნევა დაახლოებით 1013,25 ჰექტოპასკალია (hPa), იგივე 101,325 კილოპასკალი ან 1 სტანდარტული ატმოსფერო.

სიმაღლის ზრდასთან ერთად ჰაერის სიმკვრივე და წნევა ზოგადად კლებულობს, რადგან ზემოთ ნაკლები ჰაერის მასაა. წნევა არ კლებულობს თანაბარი რაოდენობით თითოეულ კილომეტრზე; მისი ცვლილება დამოკიდებულია ტემპერატურასა და სხვა პირობებზე. მაღალ მთაში ჟანგბადის მოლეკულების პროცენტული წილი ჯერ კიდევ დაახლოებით იგივეა, მაგრამ დაბალი საერთო წნევის გამო ჟანგბადის პარციალური წნევა ნაკლებია.

დედამიწის ფორმისა და ზომის გეოდეზიურ საფუძვლებზე წაიკითხეთ „დედამიწის ფორმა და სიდიდე“.

სათბურის ეფექტი და ატმოსფეროს მნიშვნელობა

სათბურის ეფექტი ბუნებრივი ფიზიკური პროცესია, რომლის დროსაც ატმოსფეროში არსებული გარკვეული აირები დედამიწის მიერ გამოსხივებული ინფრაწითელი ენერგიის ნაწილს შთანთქავენ და ხელახლა ასხივებენ. შედეგად პლანეტის ზედაპირი უფრო თბილია, ვიდრე შესაბამისი სათბურის აირების გარეშე იქნებოდა.

თუმცა ადამიანის საქმიანობით ატმოსფეროში დამატებული CO₂, CH₄ და სხვა ხანგრძლივად მოქმედი სათბურის აირები აძლიერებს სათბურის ეფექტს და ზრდის გლობალურ საშუალო ტემპერატურას. სათბურის ეფექტი და ოზონის შრის შემცირება ერთი და იგივე პრობლემა არ არის. ისინი სხვადასხვა მექანიზმებით მუშაობს, თუმცა ორივე ატმოსფეროს შესწავლის საგანია.

ატმოსფერო ასევე უზრუნველყოფს წყლის წრებრუნვას, ეხმარება თბური ენერგიის გადანაწილებას და მის ზოგ ფენაში შთანთქავს მზის მაღალი ენერგიის გამოსხივებას.

ატმოსფეროს შესახებ გავრცელებული შეცდომები

• „ატმოსფეროში ყველაზე მეტი ჟანგბადია“: არა, მშრალი ჰაერის დაახლოებით 78% აზოტია.
• „ატმოსფერო ზუსტად 100 კმ-ზე მთავრდება“: არა, კარმანის ხაზი პირობითი საზღვარია.
• „ოზონის შრე ტროპოსფეროში მდებარეობს“: მისი უმეტესი ნაწილი სტრატოსფეროშია.
• „ყველაზე მაღალ ფენაში ტემპერატურა ყოველთვის ყველაზე დაბალია“: არა, თერმოსფეროში ნაწილაკების ტემპერატურა ძალიან მაღალია.
• „მთაში ჟანგბადის პროცენტი თითქმის ნულამდე ეცემა“: არა, ძირითადად მისი პარციალური წნევა მცირდება.
• „წყლის ორთქლი მშრალი ჰაერის შემადგენლობის ცხრილში შედის“: მშრალი ჰაერის განსაზღვრებით — არა.
• „იონოსფერო ხუთი ძირითადი ფენისგან დამოუკიდებელი მეექვსე ფენაა“: ეს გადამფარავი იონიზებული რეგიონია.

სასკოლო კონსპექტი

1. ატმოსფერო დედამიწის აირული გარსია.
2. მშრალ ჰაერში აზოტია დაახლოებით 78%, ჟანგბადი 21%, არგონი 0,93%.
3. წყლის ორთქლი ცვალებადია, ზოგჯერ 4%-მდე.
4. ძირითადი ფენებია ტროპოსფერო, სტრატოსფერო, მეზოსფერო, თერმოსფერო და ეგზოსფერო.
5. ამინდის უმეტესობა ტროპოსფეროში წარმოიქმნება.
6. ოზონის შრე ძირითადად სტრატოსფეროშია.
7. მეზოსფეროში მრავალი მეტეორი იშლება.
8. იონოსფერო რამდენიმე ფენას გადაფარავს.
9. სიმაღლის ზრდასთან ერთად წნევა ზოგადად კლებულობს.
10. ატმოსფერო აუცილებელია კლიმატის, წყლის ციკლისა და სიცოცხლისთვის.

ხშირად დასმული კითხვები

რა არის ატმოსფერო?

დედამიწის გარშემო არსებული აირების გარსია, რომელსაც გრავიტაცია აკავებს.

რამდენი ძირითადი ფენა აქვს ატმოსფეროს?

ტემპერატურული კლასიფიკაციით ხუთი: ტროპოსფერო, სტრატოსფერო, მეზოსფერო, თერმოსფერო და ეგზოსფერო.

რა არის ატმოსფეროს ძირითადი შემადგენლობა?

მშრალ ჰაერში დაახლოებით 78% აზოტია, 21% ჟანგბადი და 0,93% არგონი; მცირე წილს შეადგენს CO₂ და სხვა აირები.

სად წარმოიქმნება ამინდი?

ძირითადად ტროპოსფეროში, სადაც წყლის ორთქლის, ღრუბლებისა და ჰაერის მასების უმეტესი ნაწილი მოძრაობს.

რომელ ფენაშია ოზონის შრე?

ძირითადად სტრატოსფეროში, დაახლოებით 15–35 კმ სიმაღლეზე კონცენტრაციის მნიშვნელოვანი ნაწილით.

რა არის ტროპოპაუზა?

ტროპოსფეროსა და სტრატოსფეროს საზღვრის რეგიონია, რომლის სიმაღლეც გეოგრაფიულად და სეზონურად იცვლება.

სად არის ყველაზე ცივი ატმოსფერული ფენა?

ტემპერატურის განსაკუთრებით დაბალი მნიშვნელობები მეზოსფეროს ზედა საზღვართან, მეზოპაუზაში გვხვდება.

რა არის იონოსფერო?

ატმოსფეროს იონიზებული რეგიონია, რომელიც სხვადასხვა ფენას გადაფარავს და რადიოტალღებსა და პოლარულ ციალზე მოქმედებს.

რატომ იკლებს ჰაერის წნევა სიმაღლესთან?

რადგან მაღალ წერტილზე ზემოთ ჰაერის ნაკლები მასაა.

რა განსხვავებაა ოზონის შრესა და სათბურის ეფექტს შორის?

ოზონის შრე უმთავრესად ულტრაიისფერ გამოსხივებას შთანთქავს, სათბურის ეფექტი კი ინფრაწითელი ენერგიის ატმოსფერულ შთანთქმა-გამოსხივებას უკავშირდება.

შეიძლება ატმოსფეროში წყლის ორთქლი იყოს?

დიახ, მისი წილი ცვალებადია და ტენიან ადგილებში შეიძლება რამდენიმე პროცენტს მიაღწიოს.

გამოყენებული სამეცნიერო წყაროები

• NOAA JetStream — The Atmosphere: მშრალი და ტენიანი ჰაერის შემადგენლობა.
• NASA — What Is Earth’s Atmosphere?: ატმოსფეროს ფენები და ფუნქციები.
• US National Weather Service — Layers of the Atmosphere: სიმაღლისა და ტემპერატურის ვერტიკალური განაწილება.
• UNEP Ozone Secretariat: ოზონის შრის დაცვის სამეცნიერო საფუძვლები.
• Wikimedia Commons — Atmosphere structure-en.svg: გარეკანის წყარო და ლიცენზია.

დასკვნა

ატმოსფეროს აგებულება და ქიმიური შემადგენლობა განსაზღვრავს პლანეტის ამინდს, თბურ ბალანსს, წყლის ციკლსა და სიცოცხლისთვის აუცილებელ პირობებს. ფენების საზღვრები მიახლოებითია; მშრალი ჰაერის ძირითადი აირები აზოტი და ჟანგბადია; ატმოსფეროს ტენიანობა და სათბურის აირები კი მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს ბუნებრივ პროცესებზე.