Атмосфера Землі складається з кількох частин, мають різний склад. Стратосфера, екзосфера, тропосфера, іоносфера та інші верстви захищають все живе на планеті від жорсткого космічного випромінювання. Не всі вони мають у своєму складі кисень у кількості, достатній для дихання. Але кожна виконує свої функції. Наприклад, іоносфера – це самий верхній шар атмосфери, розташований вище 50 кілометрів. Він названий так із-за великої кількості іонів, що утворюються внаслідок дії сонячної радіації. Саме вони затримують велику частину космічного випромінювання.

Іоносфера: склад

Цей шар атмосфери складається з суміші газів. Їх там дуже мало, тому говорять про дуже розрядженому повітрі на такій висоті. Саме тому польоти в цьому місці неможливі. Найбільше іоносфера Землі містить нейтральних атомів азоту і кисню. Але основний її складу – це квазинейтральная плазма, в якій кількість позитивно заряджених частинок приблизно дорівнює кількості негативно заряджених. Таких іонів стає все більше з віддаленням від Землі. Тому іоносферу ще іноді називають плазмової оболонкою Землі. Основний склад іоносфери від 50 до 100 кілометрів вище поверхні Землі - це кисень, азот і натрій. Але після 100 км у ній починають переважати водень і гелій.

Пояснення назви

Іоносфера – це шар атмосфери, названий так із-за високого ступеня іонізації. Джерелом її є рентгенівські і ультрафіолетові сонячні промені. Іони – це негативно заряджені електрони. В іоносфері їх концентрація дуже велика. На рівень іонів трохи впливає магнітосфера Землі. Але кількість іонізованих електронів найчастіше збільшується під час спалахів на Сонці, а також з-за проходження повз Землі різних космічних тіл, наприклад, метеоритних частинок. У нічний час, коли немає сонячного випромінювання, на рівень іонізації впливають галактичні космічні промені.


Спалахи на Сонці приводять до того, що до Землі направляється потік елементарних частинок – протонів, електронів. Вони впливають на всі шари атмосфери Землі. Але більша частина жорсткого випромінювання затримується в іоносфері. При цьому різко підвищується її іонізація.

Вивчення іоносфери

Цей шар атмосфери був виявлений на початку 20 століття вченими Е. Епплтоном, М. Барнетом, Р. Брейтом і М. Тьювом. Вони встановили, що на висоті після 50 кілометрів існує шар газів, що відображають радіохвилі. За ним почали спостерігати. Було встановлено, що іоносфера постійно різна. Навіть протягом дня її склад та інші характеристики змінюються. Різне кількість газів також в завсімості від висоти. Тому іоносферу поділили на три шари. Але повне уявлення про особливості цієї частини атмосфери людство змогло отримати тільки у другій половині 20 столітті. Вивчали її з наземних іоносферних станцій. Потім почали досліджувати її зсередини. Спочатку ракети, потім супутники піднялися у верхні шари атмосфери. І люди змогли зрозуміти, що таке іоносфера. Склад її був вивчений завдяки застосуванню з ракет мас-спектрометра. Це також дозволило виміряти інші параметри:

температуру;

концентрацію іонів;

електропровідність;

джерела іонізації;

особливості жорсткого сонячного випромінювання.

Досліджують іоносферу також за допомогою радиометодов - вивчення відбитих радіохвиль. А останнім часом стали застосовуватися супутники, на борту яких є станції і зонди, які досліджують іоносферу зверху. Це дозволило скласти уявлення про її самому верхньому шарі, недоступному для вивчення з Землі.

Шари іоносфери

Це частина атмосфери теж неоднорідна. В ній розрізняють три шари з різним ступенем іонізації і щільності газів.

У самому нижньому шарі, тягнеться до 90 кілометрів, іонізація найнижча. Повітря тут іонізується під впливом магнітних бур Землі, а також за допомогою рентгенівських променів Сонця. Тому в нічний час іонізація тут ще сильніше знижується.

Другий шар розташовується від 90 до 120 кілометрів. Він характеризується середньою щільністю іонів, яка сильно підвищується в денний час під впливом сонячного випромінювання. В цьому шарі відбувається відображення середніх і коротких радіохвиль. Цю частину іоносфери ще називають шаром Кеннели-Хевісайда, які вперше вивчили його.

Вся інша іоносфера вище 130 кілометрів становить третій шар. Максимальний рівень іонізації тут спостерігається на висоті близько 200 кілометрів. Цей шар дає можливість передавати короткохвильове радіовипромінювання на великі відстані. Відкрив цей шар англійський фізик Епплтон.

Що таке озоновий шар

Нижче іоносфери розташований озоновий шар. Він захищає Землю від згубної дії ультрафіолетових променів і від втрати тепла. Вчені довели, що озон корисний для всього живого. Зменшення його кількості або повна відсутність негативно позначаються на стані здоров'я людей. Озонові дірки, які були виявлені в кінці 20 століття, викликають підвищення числа ракових захворювань. Деякі вчені пов'язують такі процеси не з викидами газів з поверхні Землі, а з руйнуванням верхніх іонізованих шарів атмосфери, які стали пропускати шкідливе ультрафіолетове випромінювання.

Вплив іоносфери на радіозв'язок

Високий ступінь іонізації повітря в цьому шарі атмосфери може впливати на радіозв'язок. Негативно заряджені частинки, хаотично рухаючись, можуть змінювати напрямок радіохвиль і навіть поглинати енергію. В результаті цього виникають сильні перешкоди, тимчасове зникнення радіозв'язку або, навпаки, посилення слишимости далеких радіостанцій. Вчені довели, що саме іоносфера - це той шар атмосфери, який робить можливим поширення радіохвиль. Так вийшло, що завдяки цим радоиволнам і був відкритий цей шар в 20-е роки 20 століття. Для більш точної передачі радіохвиль на далекі відстані необхідно знайти в іоносфері точки заломлення, відбившись від яких вони потраплять саме в те місце, в яке потрібно. Проблема ще й у тому, що частина енергії поглинається негативно зарядженими іонами. З цим пов'язане таке явище, коли довгі хвилі швидко загасають в іоносфері, а краще передаються короткі. Крім того, радіозв'язок погіршується під час магнітних бур, при яких іонізація зменшується.

Руйнування іоносфери

Всі знають, для чого Землі потрібна атмосфера. Іоносфера – це її шар, який захищає інші верстви від жорсткого космічного випромінювання. Тому дуже важливо, щоб її складу на нормальному рівні. Але діяльність людини в останні роки призводить до того, що цей шар атмосфери починає руйнуватися. Наприклад, при запуску космічної лабораторії «Скайлеб» в іоносферу викидається величезна кількість водню. Інші ракети-носії не менше впливають на склад атмосфери. Космічний «Шаттл» викидає при згорянні палива велика кількість хлору, оксиду вуглецю, оксиду алюмінію, водню. А РН «Енергія» - багато оксиду азоту. Все це активно знищує шари іоносфери і призводить до зменшення кількості озону. Залишки палива вже довгий час накопичуються у верхніх шарах атмосфери. Особливо багато їх містить стратосфера. Іоносфера ж дуже чутлива до зміни свого складу, тому іони швидко руйнуються. Виходить, що при запуску космічних апаратів вздовж всієї траси їх польоту утворюється коридор, так звана іоносферних діра. У цьому місці космічні промені можуть проникати в атмосферу і досягати поверхні Землі, негативно впливаючи на всі живі організми.

Північне сяйво

Іоносфера - це місце, де утворюється таке дивне явище, як північне сяйво. Воно виникає під впливом випромінювань з космосу. Коли заряджені космічні частинки, що рухаються до Землі, входять у верхні шари іоносфери, виникає обурення іонів, яке знизу сприймається, як красиве переливчасте світіння. Насправді цей процес являє собою нейтралізацію в іоносфері вихорів заряджених частинок, що йдуть від Сонця. Якщо б не цей шар, "сонячний вітер" погубив би все живе на Землі.