Tầng đối lưu: Tầng thấp nhất của khí quyển

Tầng khí quyển thấp nhất trong đó các sinh vật sống hoạt động được gọi là tầng đối lưu. Đây là khu vực của các phong trào không khí mạnh mẽ và hình thành đám mây. Đó là một hỗn hợp của một số loại khí vẫn còn khá phong phú. Tuy nhiên, hơi nước và bụi xảy ra ở tầng đối lưu với nồng độ cực kỳ thay đổi.

Không khí trong tầng đối lưu, không khí mà chúng ta hít thở, bao gồm thể tích khoảng 78% nitơ (N ₂ ), 21% oxy (O ₂ ), 1% argon (Ar) và 0, 03% carbon dioxide (CO ₂ ). Cũng có mặt là dấu vết của các loại khí khác, hầu hết là trơ. Chi tiết về tất cả các loại khí này được đưa ra dưới đây trong bảng 1.2.

Bảng 1.2. Chi tiết về các loại khí khác nhau trong bầu khí quyển của thế giới:

Lớp quan tâm lớn nhất trong kiểm soát ô nhiễm là lớp tầng đối lưu này, vì đây là lớp tồn tại hầu hết các sinh vật sống. Một trong những thay đổi gần đây trong tầng đối lưu liên quan đến hiện tượng mưa axit. Mưa axit hoặc lắng đọng axit khi phát thải khí oxit lưu huỳnh (SO _x ) và nitơ oxit (NO _x ) tương tác với hơi nước và ánh sáng mặt trời và được chuyển đổi hóa học thành các hợp chất axit mạnh như axit sunfuric (H ₂ SO ₄ ) và axit nitric (HNO ₃ ).

Các hợp chất này cùng với các hóa chất hữu cơ và vô cơ khác, được lắng đọng trên trái đất dưới dạng sol khí và các hạt (lắng đọng khô) hoặc được mang đến trái đất bằng những giọt mưa, bông tuyết, sương mù hoặc sương (lắng đọng ướt).

Tầng bình lưu:

Tầng bình lưu là khối không khí kéo dài từ tầng cao nhất của tầng đối lưu đến tầng trên cùng của tầng bình lưu, cách bề mặt trái đất khoảng 50 km. Ozone có mặt ở đó tạo thành một tầng ozone gọi là ozonosphere. Nó được hình thành từ oxy thông qua phản ứng quang hóa trong đó phân tử oxy tách ra để tạo thành oxy.

O ₂ + (h = bức xạ) = 2O

Oxy nguyên tử kết hợp với oxy phân tử và ozone được hình thành.

O ₃ + O = O ₃

Nó tạo thành một chiếc ô gọi là ô ozone giúp hấp thụ bức xạ cực tím từ Mặt trời. Hơn nữa, nó phục vụ như một tấm chăn trong việc giảm tốc độ làm mát của trái đất. Do đó, sự cân bằng giữa ozone và phần còn lại của không khí là một yếu tố quan trọng của môi trường.

Trung tâm:

Phía trên tầng bình lưu là tầng trung lưu trong đó có nhiệt độ lạnh và áp suất khí quyển thấp. Nhiệt độ giảm xuống tối thiểu -95 ° C ở 80-90 km so với bề mặt trái đất. Khu vực này được gọi là mãn kinh.

Nhiệt quyển:

Phía trên tầng đối lưu là tầng đối lưu kéo dài tới 500 km so với bề mặt trái đất. Nó được đặc trưng bởi sự gia tăng nhiệt độ từ thế giới. Vùng trên của tầng đối lưu nơi xảy ra sự ion hóa oxy phân tử được gọi là tầng điện ly.

Ngoài vũ trụ:

Khí quyển phía trên tầng điện ly được gọi là không gian ngoài vũ trụ lấy khí quyển ngoại trừ hydro và heli và kéo dài tới 32190 km từ bề mặt trái đất. Nó có nhiệt độ rất cao do bức xạ của Mặt trời.

Thuộc tính nguyên tố của khí quyển:

Các vấn đề ô nhiễm phát sinh từ sự hợp lưu của các chất gây ô nhiễm khí quyển, các điều kiện khí tượng bất lợi và tại các thời điểm điều kiện địa hình nhất định. Do mối quan hệ chặt chẽ tồn tại giữa ô nhiễm không khí và các điều kiện khí quyển nhất định, cần có một số hiểu biết về khí tượng học.

Nguồn gốc của tất cả các hiện tượng khí tượng là một thứ tự cơ bản, nhưng biến đổi của các tính chất nguyên tố của khí quyển - nhiệt, áp suất, gió và độ ẩm. Tất cả thời tiết bao gồm hệ thống áp lực, tốc độ và hướng gió, độ ẩm, nhiệt độ và lượng mưa cuối cùng là kết quả của mối quan hệ thay đổi của nhiệt, áp suất, gió và độ ẩm.

Sự tương tác của bốn yếu tố này có thể được quan sát trên nhiều cấp độ khác nhau. Các thang đo chuyển động này có liên quan đến sự chuyển động lớn của không khí có thể là phạm vi toàn cầu, lục địa, khu vực hoặc địa phương. Theo phạm vi ảnh hưởng địa lý của họ, quy mô chuyển động có thể được chỉ định là quy mô vĩ mô, quy mô trung bình hoặc quy mô vi mô.

Quy mô vĩ mô:

Chuyển động khí quyển ở quy mô này liên quan đến các mô hình hành tinh lưu thông, sự quét lớn của các luồng không khí trên bán cầu. Những hiện tượng này xảy ra trên quy mô hàng ngàn km và được minh họa bằng các vùng áp suất cao và thấp bán kiên cố trên các đại dương và lục địa.

Sự chuyển động không khí trên quy mô toàn cầu không chỉ đơn giản là theo hướng dọc từ xích đạo đến cực hay ngược lại bởi vì hiệu ứng kép của chênh lệch nhiệt giữa hai cực và xích đạo và sự quay của trái đất dọc theo trục của nó tạo ra một mô hình lưu thông không khí phức tạp hơn . Chính dưới tác động kép này của chuyển đổi nhiệt và lực corolis (ảnh hưởng của chuyển động của trái đất đến vận tốc và hướng gió) mà các vùng áp suất cao và thấp, mặt trận lạnh hoặc ấm, bão và bão mùa đông được hình thành.

Một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến sự chuyển động của khối không khí trên quy mô này là sự phân bố khối lượng đất và nước trên các bề mặt trái đất. Sự khác biệt lớn giữa khả năng dẫn điện của khối đất và đại dương chiếm sự phát triển của nhiều hệ thống thời tiết của chúng ta.

Trung tâm:

Mô hình lưu thông phát triển trên các đơn vị địa lý khu vực, chủ yếu là do ảnh hưởng của địa hình khu vực hoặc địa phương. Những hiện tượng này xảy ra trên quy mô hàng trăm km. Chuyển động không khí của các bề mặt trái đất - vị trí của các dãy núi, các cơ quan đại dương, rừng và phát triển đô thị.

Kính hiển vi:

Hiện tượng kính hiển vi xảy ra trên các khu vực dưới 10 km. Nó xảy ra bên trong lớp ma sát, lớp khí quyển ở mặt đất nơi ảnh hưởng của ứng suất ma sát và thay đổi nhiệt có thể khiến gió bị lệch đáng kể so với mẫu chuẩn.

Ứng suất ma sát gặp phải khi không khí di chuyển qua lại xung quanh các đặc điểm vật lý bất thường như tòa nhà, cây cối, bụi rậm hoặc đá gây ra nhiễu loạn cơ học ảnh hưởng đến mô hình chuyển động của không khí. Nhiệt bức xạ từ các trải nhựa đường và bê tông đô thị, cát sa mạc hoặc các bề mặt khác như vậy gây ra nhiễu loạn nhiệt cũng ảnh hưởng đến các mô hình chuyển động không khí.

Các mô hình lưu thông vĩ mô ít ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng không khí trong hầu hết các trường hợp. Đó là sự chuyển động của không khí ở cấp độ trung bình và vi mô là mối quan tâm sống còn đối với những người chịu trách nhiệm kiểm soát ô nhiễm không khí.

Nhiệt:

Nhiệt là một biến không khí quan trọng. Nó là một chất xúc tác chính của điều kiện khí hậu. Năng lượng nhiệt trong khí quyển đến từ Mặt trời dưới dạng bức xạ sóng ngắn (khoảng 0, 5 Tiếng), chủ yếu dưới dạng ánh sáng khả kiến. Trái đất phát ra các sóng dài hơn (trung bình 10 Pha) so với nhận được, chủ yếu ở dạng bức xạ nhiệt không nhìn thấy được.

Một số tia sáng của Mặt trời bị phân tán bằng cách can thiệp các phân tử không khí. Chính sự tán xạ của các tia có độ dài sóng khác nhau tạo cho bầu trời rõ ràng màu xanh thẫm của nó. Sự tán xạ dữ dội hơn khi Mặt trời di chuyển gần đường chân trời và chính hiện tượng này tạo ra Mặt trời đỏ và Mặt trời mọc.

Bề mặt trái đất là nơi hấp thụ năng lượng mặt trời chính. Do đó, tầng đối lưu được làm nóng chủ yếu từ mặt đất chứ không phải từ Mặt trời.

Bốn cách quan trọng trong đó truyền nhiệt xảy ra trong tầng đối lưu là thông qua hiệu ứng nhà kính, ngưng tụ - chu kỳ bay hơi, dẫn và đối lưu.

Chu kỳ bay hơi-ngưng tụ:

Sự bay hơi của nước đòi hỏi phải sử dụng năng lượng và năng lượng này được hấp thụ từ khí quyển và được lưu trữ trong hơi nước. Khi ngưng tụ, năng lượng nhiệt này được giải phóng. Bởi vì sự bốc hơi thường diễn ra trên hoặc gần bề mặt trái đất, trong khi ngưng tụ thường xảy ra ở các khu vực phía trên của tầng đối lưu, quá trình bay hơi - ngưng tụ có xu hướng di chuyển nhiệt từ vùng thấp hơn sang vùng cao hơn.

Dẫn:

Truyền nhiệt từ trái đất sang khí quyển cũng được thực hiện thông qua quá trình dẫn nhiệt, truyền nhiệt bằng cách tiếp xúc vật lý trực tiếp giữa không khí và trái đất. Khi không khí di chuyển xuống dưới, nó tiếp xúc với mặt đất ấm hơn và lấy nhiệt từ trái đất vào khí quyển.

Đối lưu:

Đó là một quá trình bắt đầu bởi sự gia tăng của không khí ấm và hút không khí lạnh và là một lực lượng chính trong việc truyền nhiệt từ trái đất đến tầng đối lưu. Đối lưu là một yếu tố chính trong sự di chuyển của các khối không khí trên tầm vĩ mô.

Sức ép:

Áp lực là một biến số quan trọng trong hiện tượng khí tượng. Bởi vì không khí có trọng lượng, toàn bộ bầu khí quyển đè xuống trái đất bên dưới nó. Áp suất này thường được đo bằng áp kế thủy ngân. Trên bản đồ thời tiết, phân bố áp suất trong toàn bộ bầu khí quyển được biểu thị bằng các đường đẳng tốc nối các điểm có áp suất khí quyển bằng nhau. Những đường này mô tả các tế bào áp suất cao và thấp ảnh hưởng đến sự phát triển của các hệ thống thời tiết chính.

Các mô hình áp lực trên trái đất đang thay đổi liên tục khi áp suất không khí tăng lên ở cùng khu vực và giảm ở các khu vực khác. Vị trí của các lục địa, sự khác biệt về độ nhám bề mặt và bức xạ, năng lượng gió và mô hình lưu thông toàn cầu đều kết hợp với nhau để thúc đẩy sự phát triển của các hệ thống hoặc tế bào áp suất cao và áp suất thấp. Sự lưu thông hoặc di chuyển của các hệ thống áp suất cao và thấp này chịu trách nhiệm cho nhiều thay đổi thời tiết.

Gió:

Gió chỉ đơn giản là không khí chuyển động. Ở quy mô vĩ mô, sự chuyển động bắt nguồn từ sự phân bố không đồng đều của nhiệt độ và áp suất khí quyển trên bề mặt trái đất và bị ảnh hưởng đáng kể bởi vòng quay của trái đất. Hướng của luồng gió là từ cao đến thấp nhưng lực coriolis (tức là ảnh hưởng của chuyển động của trái đất lên vận tốc và hướng gió), có xu hướng làm lệch dòng không khí ra khỏi các mô hình dự kiến ​​này.

Ở quy mô trung bình và vi mô, các đặc điểm địa hình ảnh hưởng nghiêm trọng đến luồng gió. Các biến thể bề mặt có ảnh hưởng rõ ràng đến vận tốc và hướng chuyển động của không khí. Hơn nữa, gió biển và đất liền, gió thung lũng núi, sương mù ven biển, hệ thống mưa gió, đảo nhiệt đô thị là tất cả các ví dụ về ảnh hưởng của địa hình khu vực và địa phương đối với điều kiện khí quyển.

Phương sai của khả năng dẫn điện của đất và nước chiếm một ảnh hưởng khác của địa hình đối với hướng gió. Bởi vì đất ấm lên và nguội đi nhanh hơn các vùng nước lân cận, gió ven biển rơi vào một mô hình gió biển ban ngày và gió đêm.

Tốc độ gió thường được đo bằng máy đo gió, một dụng cụ thường bao gồm ba hoặc bốn mũ hình bán cầu được bố trí xung quanh một trục thẳng đứng. Tốc độ quay của mũ càng nhanh thì tốc độ gió càng cao.

Độ ẩm:

Sự bay hơi đến ngưng tụ thành mưa là một chu kỳ lặp lại liên tục trong môi trường của chúng ta. Độ ẩm đầu tiên được chuyển từ bề mặt trái đất vào khí quyển. Hơi nước sau đó ngưng tụ và tạo thành các đám mây.

Chu trình hoàn thành chính nó khi hơi ngưng tụ được đưa trở lại bề mặt trái đất dưới một số hình thức mưa, mưa, mưa đá, tuyết hoặc mưa đá. Địa hình đóng vai trò quan trọng trong phân phối độ ẩm. Các ngọn núi có xu hướng buộc sự gia tăng của không khí ẩm ướt, dẫn đến lượng mưa lớn hơn ở phía gió của một phạm vi.

Độ ẩm tương đối:

Lượng hơi nước có trong khí quyển được đo bằng độ ẩm. Nhiệt độ của không khí càng cao, hơi nước có thể giữ càng nhiều trước khi nó bão hòa. Ở mặt đất, nhiệt độ tăng 11, 1 ° C gần gấp đôi khả năng độ ẩm của khí quyển.

Độ ẩm tương đối được đo bằng một dụng cụ gọi là máy đo tâm thần. Nhiệt kế bóng đèn khô của máy đo tâm thần cho biết nhiệt độ của không khí, trong khi nhiệt kế bóng đèn ướt đo lượng làm mát xảy ra khi hơi ẩm trên bóng đèn bay hơi. Với sự khác biệt trong hai số đọc và nhiệt độ bầu khô, người ta có thể có được số đọc độ ẩm tương đối từ các bảng phân tích.