Гомосфера и гетеросфера. До 105-110 км вязкость газа достаточно велика, и все движения происходят как движения в целом, поскольку частицы всех сортов активно перемешиваются (турбулентное перемешивание или турбулентная диффузия). В результате, состав воздуха остается постоянным в этом интервале высот (исключение – химически активные малые компоненты типа окиси азота и озона, на концентрации которых оказывает влияние солнечное излучение). Верхняя граница области неизменного состава (гомосферы) называется турбопаузой. Выше нее частота столкновений атомов и молекул становится очень малой, и основным динамическим процессом является молекулярная диффузия. Это начало так называемой гетеросферы. Здесь в гравитационном поле Земли происходит разделение газов в зависимости от их веса. В результате процентный состав воздуха начинает меняться: относительная концентрация более легких газов и атомов растет. Перед турбопаузой на уровне 100 км в число основных составляющих вклинивается атомарный кислород[4], образующийся в результате фотодиссоциации O2 солнечным ультрафиолетовым излучением. На высоте турбопаузы концентрация О уже составляет 10-20% от концентрации О2. На высоте 120-130 км их концентрации сравниваются, а затем концентрация О преобладает над О2. Молекулы N2 более устойчивы, поэтому концентрации О и N2 сравниваются на высоте 160-180 км. На бόльших высотах до 600-700 км атомарные кислород и азот – основные компоненты. Их концентрация определяет общую плотность атмосферы. Ионизация атомарного кислорода является основным источником ионов и электронов. Выше располагается царство гелия до 1500-2000 км, а потом побеждает самый легкий элемент - водород.
Магнитосфера. Ось магнитного поля Земли не совпадает с осью вращения (отклонение в настоящее время составляет 11.5º). Область пространства вокруг Земли, в пределах которого заметную величину имеет земное магнитное поле, называется магнитосферой. Внешнее магнитное поле Земли распространяется в космическом пространстве более, чем на 20 земных диаметров и надежно ограждает нашу планету от мощного потока заряженных космических частиц. В магнитосфере ярко проявляются эффекты взаимодействия магнитного поля с потоками заряженных частиц от Солнца и из космоса.
В настоящее время магнитное поле Земли изучено достаточно подробно (рис.1.2, 1.3)[44]. Установлено, что оно не постоянно, а непрерывно меняется. Эти изменения невелики, однако влияют на результаты взаимодействия с внешними магнитными полями и заряженными частицами. Некоторые из изменений являются регулярными и наблюдаются ежедневно (например, так называемые суточные вариации). К другим типам относятся короткопериодические колебания, продолжительность которых не превышает нескольких минут, а также магнитные бури, чья длительность может измеряться сутками. Все названные вариации непосредственным образом связаны с деятельностью Солнца. В «спокойные магнитные дни» взаимодействие солнечного ветра с ионосферными токами вызывает плавные регулярные изменения параметров магнитного поля с периодом около 24 часов.
Магнитные бури – это нерегулярные возмущения магнитосферы Земли, начинающиеся в момент, когда происходит резкое усиление давления солнечного корпускулярного излучения на магнитосферу[5], и она оказывается не в состоянии «отвести» поток высокоэнергетических частиц от Земли. Они пронизывают ионосферу, нарушая регулярную структуру околоземных электрических токов, и вызывают резкие и сильные колебания напряженности и направления земного магнитного поля. Магнитные бури бывают разной продолжительности и интенсивности, однако обычно восстановление «нормального» геомагнитного поля происходит через 2-3 суток после начала бури.
Менее сильные магнитные бури носят локальный характер, когда магнитные возмущения затрагивают только отдельные районы околоземного пространства. Такие возмущения называют суббурями. Они весьма часто происходят в полярных районах земного шара. Полярные сияния чаще всего связаны с подобными суббурями.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.