Khí quyển

[Chị Lan]

KHÍ QUYỂN
​

1.1. Khái niệm

Khí quyển là lớp không khí bao quanh Trái đất.

Khí quyển có độ dày hơn 20000 km. Khí quyển có tác dụng bảo vệ Trái đất, duy trì môi trường sống và tạo điều kiện cho sự phát triển của sinh vật. Thông qua các quá trình trao đổi vật chất và năng lượng khí quyển thường xuyên có tác động đến mọi hoạt động trên Trái đất.

1.2. Thành phần của không khí

Khí quyển bao gồm hỗn hợp các chất khí có thành phần hầu như không đổi, trong đó chủ yếu là khí ni-tơ chiếm 78,1% và khí ôxy chiếm 20,9% thể tích. Các chất khí còn lại chiếm 1%. Ngoài ra, trong khí quyển còn lẫn nhiều tạp chất như: hơi nước, khí CO2, bụi.

1.3. Cấu trúc khí quyển

Căn cứ vào những đặc tính khác nhau của lớp vỏ khí, người ta chia khí quyển thành năm tầng.

1.3.1. Tầng đối lưu

Tiếp giáp với bề mặt Trái đất là tầng đối lưu, là nơi diễn ra mọi hiện tượng khí tượng. Tầng đối lưu có độ dày khác nhau giữa các khu vực. Ở xích đạo dày khoảng 16 km nhưng ở cực chỉ khoảng 8 km, 80 % khối lượng không khí của khí quyển tập trung ở tầng đối lưu. Ở tầng này không khí chủ yếu chuyển động theo chiều thẳng đứng. Hơi nước tập trung ở dưới thấp khoảng 3/4 khối lượng hơi nước nằm từ 4 km trở xuống. Nhiệt của Trái đất hấp thụ từ Mặt trời rồi toả vào không khí được hơi nước giữ lại tới 60%. Ban đêm mặt đất sẽ lạnh đi nhiều nếu không có hơi nước. Khí CO2 chỉ chiếm 0,03% trong thành phần khí quyển, nhưng chúng đã giữ lại 18% lượng nhiệt mà bề mặt Trái đất toả vào không gian. Không có CO2 thì nhiệt độ trung bình Trái đất giảm đi, tuy nhiên nếu tỷ lệ CO2 tăng cao, nhiệt độ Trái đất nóng lên sẽ gây tác hại cho sức khỏe con người.

Trong tầng đối lưu còn có các phần tử vật chất rắn như: tro, bụi, các loại muối, các vi sinh vật. Các phần tử này hấp thụ một phần bức xạ Mặt trời, nhờ đó mà ban ngày mặt đất đỡ nóng, ban đêm đỡ lạnh, đồng thời chúng còn là hạt nhân ngưng tụ để hơi nước đọng lại xung quanh tạo thành sương mù, mây mưa. Vì vậy các phần tử vật chất rắn này cũng là nguyên nhân làm cho nhiệt độ ở tầng đối lưu giảm theo độ cao 0,5 - 0,6 o C/100m (ở đỉnh tầng đối lưu nhiệt độ xuống tới -80 o C).

Đỉnh tầng đối lưu: là lớp trung gian giữa tầng đối lưu và tầng bình lưu có độ dày khoảng 1 km. Điểm nổi bật của đỉnh tầng đối lưu là có hiện tượng nghịch nhiệt (nhiệt độ tăng theo độ cao). Khí áp, nhiệt độ và các dòng khí ở đây dao động rất mạnh, làm cho không khí hội tụ và phân kì.

1.3.2. Tầng bình lưu

Giới hạn từ đỉnh tầng đối lưu đến độ cao khoảng 50 - 60 km.

Đặc điểm của tầng này là không khí khô, loãng và chuyển động thành luồng ngang. Tầng bình lưu tập trung phần lớn khí ô-zôn, nhất là độ cao khoảng 22 đến 25 km. Do tia nắng Mặt trời đốt nóng trực tiếp và ô-zôn hấp thụ bức xạ Mặt trời nên nhiệt độ ở đỉnh tầng bình lưu tăng lên đến +10oC. Màng ô-zôn có vai trò rất lớn trong việc bảo vệ sự sống trên Trái đất.

1.3.3. Tầng giữa

Giới hạn từ giới hạn trên của tầng bình lưu đến độ cao 75 - 80 km.

Đặc điểm của tầng này là nhiệt độ giảm mạnh theo độ cao và xuống còn khoảng -70oC đến – 80oC. Ở đỉnh tầng, không khí rất loãng, từ mặt đất đến hết tầng khí quyển giữa tập trung hơn 99,5% khối lượng của khí quyển.

1.3.4. Tầng ion (tầng nhiệt)

Giới hạn: từ giới hạn trên của tầng giữa đến độ cao khoảng 1000 km

Ở đây nhiệt độ rất cao, ở độ cao 600 km nhiệt độ lên đến 1500oC. Dưới tác dụng của bức xạ tử ngoại và bức xạ hạt của Mặt trời cấu tạo phân tử và nguyên tử của các khí bị phá vỡ, một số vỏ điện tử tách ra khỏi vỏ điện tử. Do đó trong không gian có những nguyên tử nguyên lành, những nguyên tử mất điện và những nguyên tử riêng biệt. Trạng thái vật chất như vậy gọi là trạng thái siêu khí hoặc vật chất ở trạng thái này gọi là Plas-ma. Qúa trình tách ra của các nguyên tử để tạo nên các điện tử mang điện gọi là quá trình ion hoá. Vì thế tầng nhiệt còn gọi là tầng điện li, quá trình ion hoá cực đại diễn ra ở độ cao 100 km.

Tầng nhiệt có vai trò bảo vệ sinh quyển, vì nó hấp thụ tia Rơn-ghen không cho tia này xâm nhập đến tầng đối lưu.

1.3.5. Tầng ngoài (tầng khuyếch tán)

Giới hạn: từ trên 1000 km đến dưới 20000 km

Tầng khí quyển ngoài chủ yếu là khí hê-li và hi-đrô, không khí ở tầng này rất loãng. Có khả năng khuyếch tán các chất khí vào không gian, vũ trụ với tốc độ lớn.

1.4. Cấu trúc ngang - các khối khí

Trên bề mặt đất, trong tầng đối lưu, không khí cũng không đồng nhất. Tuỳ theo vĩ độ và bề mặt Trái đất là lục địa hay đại dương mà hình thành các khối khí khác nhau.

Ở mỗi bán cầu đều có 4 khối khí chính:

Khối khí địa cực (Bắc và Nam) rất lạnh (mùa hè lạnh, mùa đông rét buốt), phát sinh ở vùng địa cực, vùng cao áp nhiệt lực, gió thịnh hành theo hướng Đông. Thường thu hẹp về mùa hè, mở rộng ra vào mùa Đông. Ký hiệu là A.

Khối khí ôn đới lạnh phát sinh từ khu vực ôn đới (khu vực áp thấp động lực), lạnh, gió chủ yếu theo hướng Tây. Ký hiệu là P.

Khối khí chí tuyến rất nóng, khô phát sinh từ vùng cao áp động lực, gió thịnh hành theo hướng Đông. Ký hiệu là T.

Khối khí xích đạo nóng ẩm phát sinh từ vùng áp thấp xích đạo (áp thấp nhiệt lực), gió hướng Đông. Ký hiệu là E.

Từng khối khí lại phân biệt thành kiểu hải dương (ẩm), ký hiệu là m và lục địa (khô), ký hiệu là c. Riêng khối khí xích đạo chỉ có kiểu hải dương, ký hiệu là Em.

Các khối khí không đứng yên tại chỗ, chúng luôn di chuyển và làm thay đổi thời tiết của những nơi chúng đi qua. Đồng thời, chúng cũng chịu ảnh hưởng của mặt đệm ở những nơi ấy mà thay đổi tính chất (biến tính).
1.5. Frông

Frông khí quyển (ký hiệu là F) là mặt tiếp xúc giữa 2 khối khí có nguồn gốc khác nhau. Hai khối khí nằm ở hai bên Frông có sự khác biệt với nhau về tính chất vật lý (độ ẩm, hướng, nhiệt độ). Vì thế, khi Frông đi qua một nơi sẽ dẫn tới sự biến đổi đột ngột của thời tiết ở nơi đó.

Trên mỗi bán cầu có 2 Frông cơ bản:

Frông địa cực (FA).

Frông ôn đới (FP).

Giữa hai khối khí chí tuyến và xích đạo không tạo nên Frông thường xuyên và liên tục bởi chúng đều nóng và thường xuyên có cùng một chế độ gió.

Ở khu vực xích đạo, các khối khí xích đạo ở bán cầu Bắc và bán cầu Nam tiếp xúc với nhau đều là các khối khí nóng ẩm, chỉ có hướng gió khác nhau. Vì thế, chỉ tạo thành dải hội tụ nhiệt đới chung cho cả 2 bán cầu.

(Sưu tầm)

 

[vàng]

Khí quyển Trái Đất là lớp các chất khí bao quanh hành tinh Trái Đất và được giữ lại bởi lực hấp dẫn của Trái Đất. Nó gồm có nitơ (78.1% theo thể tích) và ôxy (20.9%), với một lượng nhỏ acgon (0.9%), cacbon điôxít (dao động, khoảng 0.035%), hơi nước và một số chất khí khác. Bầu khí quyển bảo vệ cuộc sống trên Trái Đất bằng cách hấp thụ các bức xạ tia cực tím của mặt trời và tạo ra sự thay đổi về nhiệt độ giữa ngày và đêm.

Bầu khí quyển không có ranh giới rõ ràng với khoảng không vũ trụ nhưng mật độ không khí của bầu khí quyển giảm dần theo độ cao. Ba phần tư khối lượng khí quyển nằm trong khoảng 11 km đầu tiên của bề mặt hành tinh. Tại Mỹ, những người có thể lên tới độ cao trên 50 dặm (80,5 km) được coi là những nhà du hành vũ trụ. Độ cao 120 km (75 dặm hay 400.000 ft) được coi là ranh giới do ở đó các hiệu ứng khí quyển có thể nhận thấy được khi quay trở lại. Đường Cacman, tại độ cao 100 km (62 dặm), cũng được sử dụng như là ranh giới giữa khí quyển Trái Đất và khoảng không vũ trụ.

Nhiệt độ của khí quyển Trái Đất dao động theo độ cao; mối quan hệ toán học giữa nhiệt độ và độ cao dao động giữa các tầng khác nhau của khí quyển:

Tầng đối lưu: từ bề mặt trái đất tới độ cao 7-17 km, phụ thuộc theo vĩ độ (ở 2 vùng cực là 7-10km) và các yếu tố thời tiết, nhiệt độ giảm dần theo độ cao đạt đến -50°C. Không khí trong tầng đối lưu chuyển động theo chiều thẳng đứng và nằm ngang rất mạnh làm cho nước thay đổi cả 3 trạng thái, gây ra hàng loạt quá trình thay đổi vật lý. Những hiện tượng mưa, mưa đá, gió, tuyết, sương giá, sương mù,... đều diễn ra ở tầng đối lưu.

Tầng bình lưu: từ độ cao trên tầng đối lưu đến khoảng 50 km, nhiệt độ tăng theo độ cao đạt đến 0°C. Ở đây không khí loãng, nước và bụi rất ít, không khí chuyển động theo chiều ngang là chính, rất ổn định, do đó rất thích hợp cho máy bay bay.

Tầng trung lưu: từ khoảng 50 km đến 80-85 km, nhiệt độ giảm theo độ cao đạt đến -75°C. Phần đỉnh tầng có một ít hơi nước, thỉnh thảng có một vài vệt mây bạc gọi là mây dạ quang.

Tầng nhiệt: từ 80–85 km đến khoảng 640 km, nhiệt độ tăng theo độ cao có thể lên đến 2.000°C hoặc hơn. Oxy và nitơ ở tầng này ở trạng thái ion, vì thế gọi là tầng điện ly. Sóng vô tuyến phát ra từ một nơi nào đó trên vùng bề mặt Trái đất phải qua sự phản xạ của tầng điện ly mới truyền đến các nơi trên thế giới.

Tầng ngoài: từ 500–1.000 km đến 10.000 km, nhiệt độ tăng theo độ cao có thể lên đến 2.500°C. Đây là vùng quá độ giữa khí quyển Trái đất với khoảng không vũ trụ. Vì không khí ở đây rất loãng, nhiệt độ lại rất cao, một số phân tử và nguyên tử chuyển động với tốc độ cao cố "vùng vẫy" thoát ra khỏi sự trói buộc của sức hút Trái đất lao ra khoảng không vũ trụ. Do đó tầng này còn gọi là tầng thoát ly.

Ranh giới giữa các tầng được gọi là ranh giới đối lưu hay đỉnh tầng đối lưu, ranh giới bình lưu hay đỉnh tầng bình lưu và ranh giới trung lưu hay đỉnh tầng trung lưu v.v.

Nhiệt độ trung bình của khí quyển tại bề mặt Trái Đất là khoảng 14°C.

Áp suất

Áp suất khí quyển là kết quả trực tiếp của trọng lượng không khí. Điều đó có nghĩa là áp suất khí quyển dao động theo khu vực và thời gian do khối lượng (và trọng lượng) của không khí trên Trái Đất thay đổi theo khu vực và thời gian. Áp suất khí quyển giảm khoảng ~50% khi lên tới độ cao chừng 5 km (tương đương với khoảng 50% của tổng khối lượng không khí nằm trong phạm vi 5 km bề mặt Trái Đất). Áp suất trung bình của khí quyển, tại mực nước biển, là khoảng 101,3 kPa hay 760 mm thủy ngân (khoảng 14,7 pound trên inch vuông hoặc 1 átmốtphe theo hệ đo lường quốc tế (SI)).

Các tầng khí quyển khác
Các khu vực của khí quyển có thể đặt tên theo các cách gọi khác:

Tầng điện ly hay tầng ion — Là khu vực có chứa các ion: Tương đương với tầng giữa và tầng nhiệt đến độ cao 550 km.

Tầng ngoài hay ngoại quyển— phía trên tầng điện ly, ở đó khí quyển mỏng dần vào trong khoảng không vũ trụ.

Từ quyển — Là khu vực mà từ trường Trái Đất tương tác với gió Mặt Trời. Nó có thể dài hàng chục nghìn kilômét, với chiếc đuôi dài ngược hướng mặt trời.

Tầng ôzôn — nằm ở độ cao khoảng 10 - 50 km, tức là trong tầng bình lưu. Cũng lưu ý rằng ôzôn cũng chỉ là thành phần rất nhỏ của tầng này tính theo thể tích.

Thượng tầng khí quyển — Là khu vực của tầng khí quyển phía trên ranh giới giữa.
Vành đai bức xạ Van Allen — Là khu vực tập trung của các hạt từ Mặt Trời.

Sự tiến hóa của khí quyển Trái Đất

Lịch sử của bầu khí quyển Trái Đất trong thời gian một tỷ năm trước đây vẫn chưa được hiểu rõ lắm. Hiện nay bầu khí quyển Trái Đất vẫn là một đề tài nghiên cứu của các nhà khoa học.

Bầu khí quyển ngày nay đôi khi vẫn được gọi là "bầu khí quyển thứ ba" trong sự so sánh về thành phần hóa học so với hai bầu khí quyển trước đây. Bầu khí quyển nguyên thủy chủ yếu là heli và hiđrô; nhiệt (từ lớp vỏ Trái Đất khi đó vẫn nóng chảy và từ Mặt Trời) đã làm tiêu tan bầu khí quyển này.

Khoảng 3,5 tỷ năm trước, bề mặt Trái Đất nguội dần đi để tạo thành lớp vỏ, chủ yếu là các núi lửa phun trào nham thạch, cacbon điôxít và amôniắc. Đây là "bầu khí quyển thứ hai"; nó chứa chủ yếu là CO2 và hơi nước, với một ít nitơ nhưng vẫn chưa có ôxy. Bầu khí quyển thứ hai này có thể tích khoảng ~100 lần khí quyển hiện nay. Nhìn chung, người ta tin rằng hiệu ứng nhà kính, sinh ra bởi mật độ cao của cacbon điôxít đã giữ cho Trái Đất không bị đóng băng.

Trong vài tỷ năm tiếp theo, hơi nước ngưng tụ để tạo thành mưa và các đại dương để hòa tan cacbon điôxít. Khoảng 50% cacbon điôxít có lẽ đã bị hấp thụ bởi các đại dương. Một trong những dạng vi khuẩn có mặt sớm nhất trên Trái Đất là vi khuẩn xyanô. Các chứng cứ hóa thạch đã chỉ ra rằng các vi khuẩn này có mặt khoảng 3,3 tỷ năm trước và là những sinh vật sinh sống bằng quang hợp để sản xuất ra ôxy. Chúng là những sinh vật đầu tiên chuyển đổi khí quyển từ trạng thái không ôxy sang trạng thái có ôxy.

Cây cối quang hợp tạo ra nhiều sự tiến hóa và chuyển đổi được nhiều hơn cacbon điôxít thành ôxy. Theo thời gian, lượng cacbon dư thừa tạo thành các nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày nay cũng như đá trầm tích nhất là đá vôi và các lớp động vật. Ôxy được giải phóng tương tác với amôniắc để tạo ra nitơ; ngoài ra vi khuẩn cũng có thể chuyển đổi amôniắc thành nitơ.

Khi cây cối xuất hiện nhiều hơn thì lượng ôxy tăng lên một cách đáng kể (trong khi lượng cacbon điôxít giảm đi). Đầu tiên ôxy tương tác với các nguyên tố khác như sắt chẳng hạn, nhưng cuối cùng chúng tích tụ trong khí quyển — là kết quả của của sự tiêu hủy hàng loạt cũng như các tiến hóa trong một thời gian dài. Với sự xuất hiện của lớp ôzôn, các loại hình sinh vật sống được bảo vệ tốt hơn trước bức xạ tử ngoại. Bầu khí quyển chứa ôxy-nitơ này là "bầu khí quyển thứ ba".

ST

 

[Nhân Dược]

Khí quyển trái đất hình thành như thế nào?
[FONT=.vntime]Khí quyển là lớp vỏ ngoài của trái đất với ranh giới dưới là bề mặt thuỷ quyển, thạch quyển và ranh giới trên là khoảng không giữa các hành tinh. Khí quyển trái đất được hình thành do sự thoát hơi nước, các chất khí từ thuỷ quyển và thạch quyển.
[FONT=.vntime]Thời kỳ đầu, khí quyển chủ yếu gồm hơi nước, amoniac, metan, các loại khí trơ và hydro. Dưới tác dụng phân huỷ của tia sáng mặt trời hơi nước bị phân huỷ thành oxy và hydro. Oxy tạo ra tác động với amoniac và metan tạo ra khí nitơ và cácboníc. Quá trình tiếp diễn, một lượng hidro nhẹ mất vào khoảng không vũ trụ, khí quyển còn lại chủ yếu là hơi nước, nitơ, cácboníc, một ít oxy. Thực vật xuất hiện trên trái đất cùng với quá trình quang hợp đã tạo nên một lượng lớn oxy và làm giảm đáng kể nồng độ CO[SUB]2[/SUB] trong khí quyển. Sự phát triển mạnh mẽ của động thực vật trên trái đất cùng với sự gia tăng bài tiết, phân huỷ xác chết động thực vật, phân huỷ yếm khí của vi sinh vật đã làm cho nồng độ khí N[SUB]2[/SUB] trong khí quyển tăng lên nhanh chóng, để đạt tới thành phần khí quyển hiện nay.
(ST)

[/FONT][/FONT]