АТМОСФЕРА (грек. аtmos - бу, shpaira - шар) - Жерді қоршап тұрған газ қабық. Атмосфера деген ұғымға бір тұтас дене ретінде Жермен бірге айналып тұратын газды орта - Жер төңірегіндегі кеңістік жатады. Атмосфераның массасы 5,15 • 10¹⁵ тоннаға жуық. Атмосфера Жердегі тіршіліктің болуына мүмкіндік жасайды, адамзат өмірінің сан-алуан өрекетіне үлкен әсер етеді.

Атмосфераның пайда болуымен ролі. Жер шарының қазіргі Атмосферасы біздің планетамыз жаралғаннан кейін, оның қатты қабығынан (литосферадан) бөлініп шыққан газдардан пайда болуы мүмкін. Жердің геологиялық дамуы тарихында Атмосфера біраз өзгеріске ұшырады. Ол өзгеріс атмосфералық газдардың космос кеңістігіне ұшуына (диссипацияға), вулкан әрекеті нәтижесінде литосферадан газдардың бөлініп шығуына, күннің ультракүлгін сәулесінің әсерінен ауа молекулаларының ыдырауына (диссоциацияга), Атмосфера компоненттері мен Жер қабығын құрайтын тау жынысының арасындағы химиялық реакцияға т. б. тәуелді. Атмосфераның дамуы геологиялық, геохимиялық құбылысқа және организм тіршілігіне тығыз байланысты. Атмосфералық газдар өз тарапынан литосфераның дамуына үлкен әсерін тигізеді. Мыс., бір кезде литосферадан бөлініп Атмосфераға көтерілген көмір қышқылы кейіннен жер бетіндегі карбонатты жыныстардың құрамында қайтадан байқалған. Су тамшылары, жел, ауаның температурасы, атмосфералық оттек т. б. элементтер - тау жыныстарын бұзатын негізгі факторлар; жер бетіндегі барлық үгілу құбылыстары -Атмосфера әрекетінің нәтижесі. Атмосфералық жауын-шашыннан пайда болған ағын сулар да жер бедерін мүлдем өзгертеді. Екінші жағынан Атмосфера жер бетін қауіпті метеориттерден қорғайды (Атмосфераның тығыз қабаттарынан өткен кезде олар жанып кетеді). Атмосфераның дамуына әсерін тигізетін организмдердің тіршілігінің өзі атмосфералық жағдайларға тәуелді. Организмдердің тіршілігіне қауіпті күннің ультракүлгін сәулелерінің көбі Атмосферадан өте алмайды. Жануар мен өсімдіктің тыныс алуына қажетті оттек пен өсімдіктің қоректенуі үшін керекті көмір қышқылы Атмосферада синтезделінеді. Температуралық режим, ауаның ылғалдығы т. б. климаттық факторлар адам тіршілігіне, оның денсаулығына қатты әсер етеді. Ал Атмосфераның құрамы мен климат режимінің өзгеруі адам тіршілігіне тығыз байланысты.

Атмосфера құрамының ең бір маңызды, тұрақты бөлігі - су буы. Атмосфераның Жер бетіне таяу қабатында оның мөлшері әр түрлі: тропиктік ендіктердің үстіндегі ауа көлемінің 3%-і; Антарктидада 2* 10^-5%-і. Атмосферадағы су буының негізгі массасы тропосфераға жиналған. Су буының қоюлануынан бұлт пайда болып, жерге жаңбыр, бұршақ, қар жауады. Атмосфералық процестерге, әсіресе, стратосфераның жылу режиміне әсерін тигізетін компоненттердің бірі - озон. Негізінен стратосфераға жиналған озон күннің ультракүлгін сәулелерін сіңіру арқылы стратосфера ауасын жылытып отырады. Озонның Атмосферадағы мөлшері экватордан полюске қарай көбейе береді. Атмосфераның тұрақсыз компоненттерінің бірі - көмір қышқыл газының ауадағы мөлшері өсімдіктерАтмосфераның құрылысы. Көптеген байқаулар Атмосфераның бірнеше қабаттан тұратындығын көрсетті. Оған температураның тік бағыттағы ерекшелігі дәлел бола алады. Атмосфераның төменгі қабаты -тропосферада жоғары көтерілген сайын ауаның температурасы төмендей береді, яғни 1 км биіктікке көтерілген сайын 6°-қа төмендейді. Тропосфераның қалыңдығы полярлық ендіктерде 8-10 км, экватор үстінде 16-18 км. Жоғарылаған сайын ауа тығыздығының азаюына байланысты тропосферада Атмосфера массасының 80%-і шоғырланған. Тропосфера үстінде қабат аралық тропопауза (температурасы 190-220°К) орналасқан. Жер бетінен бастап санағанда Атмосфераның екінші қабаты -стратосфера. Стратосфераның төменгі бөлігінде температура биіктікке байланысты кемімейді, 25 км биіктікке дейін (изотермиялық аймақ) тұрақты болады. Стратосфераның инверсия аймағы деп аталатын жоғарғы бөлігінде температура биіктеген сайын көтеріле бастайды да, 55 км биіктікте орналасқан стратопаузада 270° К-ға жетеді. Атмосфераның 55-тен 80 км-те дейінгі қабаты -мезосфера, мұнда жоғарылаған сайын температура кеми береді. Мезосферадан жоғары орналасқан қабат аралық мезопаузаның үстіндегі Атмосфера қабаты - термосферада температура жоғарылаған сайын көтеріліп, оның ең жоғарғы бөлігінде 1000°К-ға жетеді. 1000 км-ден жоғары орналасқан Атмосфераның ең үстіңгі қабаты -экзосферадан атмосфералық газдар өлем кеңістігіне шашырай бастайды, яғни Атмосфера бірте-бірте планета аралық кеңістікке айналады.

Атмосфераның барлық құрылымының параметрлері (температура, қысым, тығыздық) кеңістік пен уақытқа (ендікке, жылдық, маусымдық, тәуліктік т. б. жағдайларға) байланысты өзгеріп отырады. Бірнеше қабаттан тұратын Атмосфераның химиялық құрамы әр түрлі. Егер 90 км-гедейінгі гомосферада тұрақты компоненттердің құрамы өзгермесе, 90 км-ден жоғары жатқан гетеросферада Күннің ультракүлгін сәулелерінің әсерінен туатын атмосфералық газдар молекулаларының ыдырауы (диссоциация) салдарынан Атмосфераның химиялық құрамы жоғары көтерілген сайын өзгере береді.

Атмосфераның құрамы. Сутек пен гелийден тұратын Юпитер мен Сатурн, көмір қышқыл газды Марс пен Шолпанның Атмосфераларынан Жер Атмосфераның айырмашылығы - ол негізінен азот пен оттектен тұрады да, оның құрамында аргон, көмір қышқыл газы, неон т. б. тұрақты және тұрақсыз компоненттер болады.

Шер бетінетаяу қабаттағы атмосфералыққұрғақ ауаның химиялық құрамы

Атмосфера құрамының ең бір маңызды, тұрақты бөлігі - су буы. Атмосфераның Жер бетіне таяу қабатында оның мөлшері әр түрлі: тропиктік ендіктердің үстіндегі ауа көлемінің 3%-і; Антарктидада 2 * 10-⁵%-і. Атмосферадағы су буының негізгі массасы тропосфераға жиналған. Су буының қоюлануынан бұлт пайда болып, жерге жаңбыр, бұршақ, қар жауады. Атмосфералық процестерге, әсіресе, стратосфераның жылу режиміне әсерін тигізетін компоненттердің бірі - озон. Негізінен стратосфераға жиналған озон күннің ультракүлгін сәулелерін сіңіру арқылы стратосфера ауасын жылытып отырады. Озонның Атмосферадағы мөлшері экватордан полюске қарай көбейе береді. Атмосфераның тұрақсыз компоненттерінің бірі - көмір қышқыл газының ауадағы мөлшері өсімдіктертіршілігіне (фотосинтез құбылысына), ауаның тазалығына (өндіріске байланысты) және Атмосфера мен теңіз суының арасындағы газ алмасуына байланысты. Болжам бойынша гомосфераның барлық қабаттарында көмір қышқылының таралуы біркелкі және 100 км-ден жоғары орналасқан қабаттарда ультракүлгін күн радиациясының әсерінен оның диссоциациясы (ыдырауы) басталады. Атмосфераның оптикалық актив компоненттерінің бірі - аэрозоль (ауадағы шаң-тозаң). Олар Атмосфераға жер бетінен (өнеркәсіп орындарының түтіңі, вулкандардың газы) және космостан келеді, сондықтан аэрозоль Атмосфераның барлық қабаттарында кездеседі.

Атмосфераның жоғарғы қабаттары. Атмосфераның 20-30 км-ден жоғарғы бөлігінде газдардың диссоциациялануы салдарынан Атмосферадағы молекулалар атомдарға ыдырайды. Осының нәтижесінде жаңа күрделі молекулалар мен бос атомдар пайда болады, ал ең жоғарғы қабаттарда ионизациялық процестер болып жатады. Диссоциация мен ионизация ауаның құрамын өзгертетін көптеген фотохимиялық реакцияларды туғызады. Газдардың гравитациялық бөлінуінен жоғарылаған сайын Атмосфераға жаңа жеңіл газдар қосылып отырады. Ракеталардың көмегімен жүргізілген бақылауға қарағанда, бейтарап газдар - аргон мен азоттың гравитациялық бөлінуі 105-110 км-ден жоғарғы қабаттарда байқалады. Атмосфераның 100-210 км биіктікте кездесетін басты компоненттері - молекулалық азот, молекулалық оттек және атомдалған оттек болып келеді. Термосфераның жоғарғы бөлігі негізінен атомдалған оттек пен азоттан тұрады. 500 км биіктікте молекулалы оттек кездеспейді, тек қана молекулалы азот байқалады. 600 км-ден жоғарыда гелийден тұратын қабат, ал 2-20 мың км биіктікте Жердің сутектен тұратын қабаты орналасқан. Бұл биіктікте Жерді температурасы ондаған мың градусқа жететін зарядталған бөлшектерден құралған қабық қоршап тұрады. Мұнда Жердің радиациялық белдеулері (ішкі және сыртқы) бар. Ішкі белдеу энергиясы жүздеген МЭВ протондардан, сыртқы белдеу энергиясы жүздеген КЭВ электрондардан тұрады. Сыртқы белдеудің үстінде электрондардың концентрациясы және ағыны одан да күшті «нағыз сыртқы белдеу» орналасқан. Атмосфераның жоғарғы қабаттарына күннің корпускулалық сәулелерінің (күн желі) өтуінен кейде полярлық шұғыла құбылысы байқалады. Жердің магнит өрісі мен күннің корпускулалық сәулелерінің араласуынан магнитосфера қабаты пайда болады. Магнитосфераға күн плазмасының ағыны өтпейді. Атмосфераның жоғарғы қабаттарында жылдамдығы 100-200 м/сек-қа жететін сұрапыл желдер болып тұрады.

Атмосфераның радиациялық, жылу және су балансы.Атмосферада болып жататын барлық физикалық құбылыстарға қажет энергияның көзі - күн радиациясы. Атмосфераның радиациялық режимінің ерекшелігі - парниктік эффектінің болуы. Атмосфера жерге бағытталған қысқа толқынды күн радиациясын өткізгіш келеді; ал жер бетінің шығарғанұзын толқынды жылы сәулесін жоғары қарай өткізбейді, сондықтан Жер жылуының космос кеңістігіне өтуі азаяды да, Жердің температурасы жоғарылайды. Күн радиациясының біразын Атмосфера сіңіреді, біразы аэрозоль бөлшектерімен шашырайды, ал олардың екеуі бірігіп жиынтық радиацияны құрайды. Ол жер бетіне жетіп, одан кері шанылысады. Шағылысқан радиацияның мөлшері төсеніш беттің шағылыстыру қабілетімен - альбедомен анықталады. Сіңірген радиацияның есебінен Жер беті жылынады да, оның өзі Атмосфераға бағытталған ұзын толқынды сәуле шығарады. Атмосферадан Жер бетіне (Атмосфераның қарсы сәуле шығаруы) және әлем кеңістігіне қарай бағытталған (кері сәуле) ұзын толқынды сәулелер шашырайды. Жер беті мен Атмосфера арасындағы рационалды жылу алмасу тиімді сәуле шығарумен (Жер бетінің өзі шығаратын сәуле мен Атмосферадан Жерге қарай шағылысқан сәуленің айырмашылығы) анықталады. Жер беті сіңірген қысқа толқынды радиация мен тиімді сәуле шығарудың арасындағы айырмашылық радиациялық баланс деп аталады. Атмосфераның негізгі жылу көзі - күн радиаңиясының негізгі бөлігін бойына сіңіріп және оған қарсы сәуле шығарып отыратын Жер беті. Сондықтан Атмосфераның жылу балансының негізі - оның радиация балансы. Атмосфераның күн радиациясын сіңіру кезіндегі алатын жылу мөлшері оның өзінен ұзын толқынды қарсы сәуле шығару кезіндегі әлем кеңістігіне кететін жылу мөлшерінен кем. Атмосфераның радиациялық жылу шығыны Жер бетінен Атмосфераға турбуленттік жылу алмасумен келетін жылу және Атмосферадағы су буының конденсацияланылуы кезінде бөлініп шығатын жылу мөлшерімен толықтырылады. Себебі Атмосферадағы конденсация Жерге түсетін жауын-шашынға және жер бетіндегі булануға тең, ал Атмосфераға қосылған конденсациялық жылу мөлшері жер бетінің булануға жұмсаған жылуына тең.

Ауаның қозғалысы. Ауаның қозғалысынан Атмосфераның барлық қабаттарында жел болып тұрады. Ауаның қозғалысы көптеген факторларға байланысты. Солардың ішіндегі ең бастысы -Атмосфера қабаттарының барлық жерде біркелкі жылынбауы. Мұның себебі: күн көзінің жер бетіндегі барлық ендіктерге бірдей түспейтіні; құрлықтар мен мұхиттардың бір-бірімен алмасып орналасқандығы т. б. Атмосфераның біркелкі жылынбайтыны атмосфераның жалпы циркуляциясы деп аталатын ірі масштабты ауа ағысының пайда болуына әкеп соғады. Атмосферадағы жылу және ылғал алмасу процестері атмосфераның жалпы циркуляциясына тікелей байланысты. Жалпы циркуляцияның өзі атмосфералық қысымның жер бетіне таралуына байланысты. Үнемі болып тұратын ауа ағыстары пассагтар, муссондар, циклондар, антициклондар, ауаныңзаулама ағыстары да атмосфералық қысымның барлық жерде бірдей болмауынан туады. Тропосфера мен стратосфераның төменгі қабатында желдің жылдамдығы 100-150 м/сек-қа жетеді. Стратосфераның үстіңгі қабатында желдің жылдамдығы жоғарылаған сайын күшейе түседі. Мұнда жел жазда шығыстан, қыста батыстан соғады. Мезосфераның төменгі бөлігінде қыста батыстан соғатын желдің жылдамдығы 80 м/сек, ал жазда шығыстан соққан желдің жылдамдығы 60м/сек. Мұнда желдің пайда болуы, стратосферадағыдай тек радиациялық факторларға ғана байланысты емес, сонымен қатар динамикалық факторлардың (атмосфераның қызудан ұлғайып, салқындаудан қысылуы) да әсері бар. Термосферадағы негізінен күн сәулелерінің күшеюіне байланысты пайда болатын желдің жылдамдығы 100-120 м/сек-қа жетеді. Үлкен масштабты ауа қозғалыстарымен қатар, Атмосфераның жер бетіне таяу қабатында да жергілікті ауа циркуляциясы (бриз, бора, тау-аңғарлық жел) байқалады.

Климат және ауа райы.Барлық ендіктерге күн радиациясы мөлшерінің бірдей түспеуі, жер бетінің ойлы-қырлы болуы, ягни мұхиттар мен құрлықтардың, ірі тау жүйелері мен ойпаттардың алмасып отыруы жер климатының әр түрлі болуына себеп болады. Тропиктік ендіктер үстіндегі Атмосфераның климаты жер бетіне таяу ауа қабаты температурасының жоғары (25-30°С) болуымен және оның жыл бойы өзгеруімен сипатталады. Субтропиктік және қоңыржай белдеулерде ауаның температурасы жыл мезгілдеріне байланысты өзгеріп отырады. Жер шарының мұхиттардан қашық жатқан ішкі құрлықтық аудандарында қыс пен жаздың ауа температураларының арасындағы айырмашылық өте үлкен. Полярлық ендіктерде ауаның температурасы жыл бойы төмен болғандықтан, ондағы мұхиттар мен құрлықтардың бетін көп жылдық мұз басып жатады. Атмосфераның жалпы циркуляциясының әсерінен ұдайы өзгеріп отыратын табиғи факторлардың бірі -ауа райы. Ол, әсіресе, көптеген циклондар өтетін Атлант және Тынық мұхиттарының солтүстігінде өте құбылмалы келеді.

Атмосфералық процестердің физикалық заңдылығы мен климатологиялық деректерді қолдану арқылы жасалған күнделікті синоптикалық карталарға сүйене отырып, ауа райының өзгеру себептерін талдау -ауа райын болжау тәсілдерінің негізі болып саналады. Соңғы жылдары электрондық есеп машинасының көмегімен Атмосфераның қозғалысын сипаттайтын гидродинамикалық және термодинамикалық теңдеулерді шешуге негізделген ауа райын болжаудың сандық әдісі кеңінен қолданылып жүр.

Атмосфералық құбылыстарға әрекетті әсер ету. Климат пен ауа райын адам тіршілігіне қолайлы бағытта өзгерту мақсатында атмосфералық құбылыстарға әрекетті әсер етудің үлкен ғылми және практикалық маңызы бар. Осы мақсатпен тұңғыш рет елімізде басталған жұмыстардың нәтижесінде кейбір атмосфералық құбылыстарға әрекетті әсер ету тәсілдері табылды. Мыс., бұлттарға кейбір реагенттерді шашырату арқылы, ауыл шаруашылығына зиянды бұршақ жауғызатын нөсерлі бұлттарды ыдыратуға болады. Тұманды сейілдіру, өсімдіктерді үсіктен қорғау тәсілдері іске асырылды. Жауын-шашынның мөлшерін көбейту үшін бұлтқа әсер ету жұмыстары жүргізілуде. Жерді суландыру, батпақты жерлерді құрғату, орман отырғызу сияқты мелиорациялық жұмыстарды іске асыру арқылы белгілі бір аудандағы ауаның жер бетіне таяу қабатының метеорологиялық жағдайын өзгертуге болады.

Атмосфераға әрекетті әсер ету жұмыстарымен қатар, кейбір қолайсыз жағдайларды алдын ала ескерту шаралары да іске асырылуда. Мыс., дүние жүзінің көптеген елдерінде өнеркәсіптің ауаны ластауына жол бермеу үшін күрес жүргізілуде.

Атмосферадағы оптикалық, акустикалық және электрлік құбылыстар. Электромагниттік сәуле шығарудың Атмосферада таралуы жарықтың сіңуі мен шашырауынан және рефракциядан туатын әр түрлі құбылыстарға байланысты. Мыс., кемпірқосақ пен тажсақина (венцы) Күн сәулесінің су тамшыларымен шағылысуынан, ал гало күн сәулесінің мұз кристалдарымен шағылысуынан болады. Жарықтың атмосфералық қабаттарда шағылысуынан аспан күмбезінің түсі көк болып көрінеді. Жарықтың рефракциялық құбылысынан сағым пайда болады. Бұл құбылыстардың барлығын атмосфералық оптика зерттейді. Атмосферадағы дыбыстың таралуы ауа қабаттарындағы температураға, желдің жылдамдығына байланысты. Дыбыстың таралуын атмосфералық акустика зерттейді.

Жердің теріс заряд болуын және соған байланысты атмосфералық электр өрісінің (бұлттың, найзағай электрінің) пайда болуын анықтаумен атмосфералық электр ілімі шұғылданады. Найзағай разрядының және одан пайда болған жайдың адам тіршілігіне тигізетін зияны көп. Әсіресе, авиация үшін бұл құбылыстың туғызатын қаупі күшті. Найзағай разрядтары тұрақты радиобайланысқа кедергі келтіреді.

Атмосфераны зерттеу. Алғашқы зерттеулер көне заманда жүргізілгенімен, Атмосфера туралы ғылым -метеорология 19 ғасырда қалыптасты. Метеорологияның құрамына енетін ғылми салалар: атмосфера физикасы, атмосфера химиясы, климатология, синоптикалық метеорология, динамикалық метеорология т. б. Табиғаттағы биологиялық құбылыстарға атмосфералық факторлардың тигізетін әсерін биометеорология зерттейді, оның құрамына ауыл шаруашылық метеорологиясы мен адам биометеорологиясы кіреді. Атмосфералық процестерді бақылау үшін жер бетінде метеорологиялық станциялар мен постылардың жиі жүйесі құрылған. Біздің өліміздегі ең көне метеорологиялық мекемелердің бірі - 1849 жылы құрылған Ленинградтағы Геофизикалық бас обсерватория. Метеостанциялар стандартты метеорологиялық және аэрологиялық аспаптармен жабдықталған. Қатынасы қиын аудандарда өздігінен бақылау жүргізетін автоматты метеостанциялар орнатылған. Жер бетіндегі метеорологиялық бақылау жұмыстарында бұлттарды, жауын-шашынды, Атмосферадағы турбуленттік және конвекциялық құрылымдарды, жоғарғы қабаттардағы желдің жылдамдығы мен бағытын бақылауда радиолокацияныңролі зор. Сонымен бірге найзағай ойнап, бұршақ жауатын бұлттарды тауып, одан әрі оның қозғалыс бағытын бақылау үшін пеленгация, атмосфералық қысымды, желдің жылдамдығы мен бағытын, ауаның температурасы мен ылғалдығын өлшеу үшін радиозонд кеңінен қолданылады. Атмосфералық жоғарғы қабаттардағы бұлттарды, күн радиациясын, атмосфералық оптика мен атмосфералық электрді өлшеп, зерттеу үшін самолеттер мен автоматтық аэростаттар қолданылады. Қазақстанда 14 радиозонттық, 14 радиолокациялық станция жұмыс істейді. Барлық аэропорттарда шар-пилоттардың көмегімен желдің биіктікке байланысты өзгеруі анықталады және төмен бұлттардың биіктігі өлшенеді.

Халықаралық геофизикалық жылдан (1957-1958) бастап стратосфера мен мезосфера қабаттарында температура мен атмосфералық қысымды өлшеу үшін метеорологиялық ракеталар ұшырыла бастады. Метеорологиялық элементтердің барлық түрлерін бақылау үшін, мұхиттар мен теңіздердің акваториясына қатысты факторларды өлшеу үшін метеорологиялық жер серіктерінің ролі күннен-күнге артуда.

Әдеб.: Метеорология и гидрология за 50 лет Советской власти, под ред. Е.К.Федорова. -Л., 1967; Хргиан А. X. Физика атмосферы. 2 изд. -М., 1958; Зверев А.С. Синоптическая метеорология и основы предвычисления погоды. П., 1968; Будько М. И. Тепловой баланс земной поверхности. Л., 1956; Хвостиков И.А. Высокие слои атмосферы. -Л., 1964; Тверской П. Н. Атмосферное электричество.-Л., 1949; Шишкин Н.С. Облака, осадки и грозовое электричество.-М., 1964; Озон в земной атмосфере, под, ред. Г. П. Гущина, Л., 1966; Имянитов И. М., Чубарина Е.В. Электричество свободной атмосферы. Л., 1965.