Cấu trúc của khí quyển

Dựa vào những lý tính đặc trưng và tính chất hoạt động, theo thứ tự từ mặt đất lên, lớp khí quyển xung quanh trái đất được chia ra làm 5 tầng: tầng đối lưu (troposphere); tầng bình lưu (stratosphere); tầng trung gian giảm nhiệt (mesosphere); tầng điện ly (thermosphere) và tầng khuyếch tán nghịch nhiệt (exosphere). Trong đó tầng đối lưu là tầng hoạt động nhất.

5.4.1 Tầng đối lưu

Tầng đối lưu, tầng không khí gần mặt đất nhất, là môi trường sống của tất cả sinh vật trên trái đất, có độ cao trung bình khoảng 11 km: ở hai cực cao khoảng 8 – 10 km, còn ở vùng xích đạo là 15 – 18 km.

Độ cao của tầng này được quyết định bởi các dòng đối lưu, do đó thay đổi theo mùa trong năm và vĩ độ địa lý.

Trọng lượng không khí trong tầng này khoảng 4,12 x 10¹⁸ kg, chiếm khoảng 80% khối lượng bầu khí quyển và 90% hơi nước và luôn có sự trao đổi qua lại giữa các vùng mặt đất, mặt nước.

Các hiện tượng thời tiết, mây, mưa, nắng, dông bão… đều xảy ra trong tầng này.

Hiện tượng đặc trưng trong tầng này là các dòng không khí thường đi lên hoặc đi xuống (do chênh lệch áp suất, do chướng ngại vật trên mặt đất, do sự tranh chấp của các khối không khí…) làm thay đổi chế độ nhiệt, ẩm của không khí: các khối không khí đi xuống thường nóng và khô dần; ngược lại, càng lên cao nhiệt độ càng giảm (bình quân cứ lên cao 100 m

nhiệt độ giảm 0,5 – 0,6^oC, có thể giảm 1,0^oC nếu không khí khô). Ở đỉnh tầng đối lưu, nhiệt độ có thể là -50 đến -60^oC.

Giới hạn ngoài cùng của tầng đối lưu là đối lưu hạn (tropopause). Tầng đối lưu có thể được chia thành 5 lớp:

- Lớp đáy: là lớp không khí từ mặt đất đến độ cao 2 m. Vì chịu ảnh hưởng của sự cân bằng nhiệt của mặt đất nên sự biến thiên nhiệt độ giữa mặt đất và đỉnh của lớp rất lớn (khoảng 1 – 2^oC).

- Lớp dưới (lớp ma sát)⁽⁶⁾: là lớp tiếp theo lớp đáy, có đỉnh lên đến độ cao 1 – 2 km.

Giới hạn trên của lớp này thay đổi theo ngày đêm, mùa và địa phương. Trong lớp này thường sinh ra những xoáy khí, gây nên những nhiễu động và đối lưu mạnh. Mang nhiều hơi nước, mây, sương mù dày đặc.

- Lớp giữa: là lớp tiếp theo lớp dưới, có giới hạn trên ở độ cao từ 2 – 6 km. Trong lớp này ảnh hưởng ma sát của mặt đất đến sự di chuyển của không khí giảm dần, sự nhiễu động của không khí theo chiều thẳng đứng ít hơn lớp dưới. Việc nghiên cứu lớp này có ý nghĩa quan trọng về mặt dự báo thời tiết.

- Lớp trên: là lớp tiếp theo lớp giữa, là lớp trung gian giữa lớp giữa và lớp đỉnh của tầng đối lưu. Nhiệt độ không khí thường dưới 0^oC. Sự chuyển động của không khí ít chịu ảnh hưởng của mặt đất. Chỉ khi có đối lưu mạnh mây mới phát triển đến lớp này. Lượng hơi nước ít, gío lớn.

- Lớp đỉnh: là lớp ngoài cùng của tầng đối lưu. Tại đây, hơi nước rất ít; người ta quan sát thấy những dòng chảy rất xiết, tốc độ tới hàng trăm km.h^-1.

5.4.2 Tầng bình lưu

Đặc trưng của tầng bình lưu, tầng tiếp giáp với tầng đối lưu lên đến độ cao khoảng 50 – 55 km, là theo chiều thẳng đứng không khí ít bị xáo trộn. Tuy nhiên dựa vào biến động nhiệt độ theo chiều cao, có thể tách tầng này ra hai lớp:

6 Gọi là lớp ma sát vì chuyển động của không khí trong lớp này chịu ảnh hưởng rất lớn của sự ma sát và những vật cản trên mặt đất.

- Lớp đẳng nhiệt là lớp khí quyển từ giới hạn ngoài của tầng đối lưu đến độ

cao khoảng 35km, thường chuyển động theo chiều ngang từ đông sang tây. Trong lớp này nhiệt độ ít thay đổi, trung bình khoảng –55^oC.

- Lớp nghịch nhiệt là phần còn lại của tầng bình lưu (ở độ cao từ 30 – 35km trở lên).

Ở lớp này, do sự hiện diện của tầng ozone (có khả năng hấp thu mạnh các tia sóng ngắn của bức xạ mặt trời), nhiệt độ tăng dần theo độ cao; nhiệt độ trung bình khoảng 0^oC.

Giới hạn ngoài cùng của tầng bình lưu là bình lưu hạn (stratopause).

5.4.3 Tầng trung gian

Tầng trung gian (hay còn được gọi là tầng trung quyển) nằm trên tầng bình lưu cho đến độ cao 80 – 90 km. Trong tầng này nhiệt độ giảm dần theo độ cao và đạt đến giá trị – 70^oC đến –80^oC.

Giới hạn ngoài cùng của tầng trung gian là mesopause.

5.4.4 Tầng điện ly

Tầng điện ly (hay còn được gọi là tầng nhiệt quyển) nằm trên tầng trung gian có thể cao đến 800 km. Không khí ở tầng này rất thưa, loãng và bị phân ly, ion hóa mạnh dưới tác dụng của các tia bức xạ mặt trời. Có thể nhận thấy hai cực đại ion hóa ở độ cao 100 km và 180 – 200 km.

Khí quyển ở tầng này có độ dẫn điện cao và đây là nguyên nhân làm phản hồi các sóng vô tuyến phát đi từ mặt đất, nhờ đó mà các thiết bị vô tuyến trên mặt đất và các vệ tinh nhân tạo mới hoạt động bình thường.

Một đặc điểm quan trọng khác của tầng này là nhiệt độ không khí cao và tăng nhanh theo độ cao: nhiệt độ không khí ở độ cao 200 km là 600^oC và giới hạn trên của tầng này là 2.000^oC.

5.4.5 Tầng khuyếch tán

Tầng khuyếch tán (hay còn được gại là tầng ngoại quyển) là tầng chuyển tiếp giữa khí quyển và không gian vũ trụ; không khí, gồm chủ yếu là hydrogen và helium, rất thưa, loãng. Giới hạn trên của tầng này không rõ lắm, ở khoảng 2.000 – 3.000 km.

Hình 5.9. ????????????????????????

Ngoài tầng khuếch tán là khoảng không vũ trụ (outer space).

5.5 Vai trò của khí quyển đối với môi