Атмосфераның физико-химиялық қасиеттері: температура мен қысымның өзгеруі.

Жер үшін атмосфералық жылудың негізгі көзіне Күн энергиясы жатады. Жер бетіне Күн энергиясының аз ғана мөлшері жетеді. Жер бетіне жеткен энергияның бір бөлігі кері шағылысып, қалған бөлігі жұтылып, жылу энергиясына айналады. Бұл энергия атмосферада конвективті қозғалыс тудырады. Жер бетініің 71 %-ын су алып жатқандықтан, күн энергиясын жұту булануғамен аяқталады. Булануға жұмсалған жылу атмосферада бөлініп, оның қозғалуына мүмкіндік береді.

Ауаның бірқалыпты жылынбауы нәтижесінде атмосферада ауа тігінен өзгеріп, қысымы жоғары облыстан қысымы төмен облысқа, яғни салқын аймақтан жылы аймаққа ауысады. Жердің өз осінен айналуы оның қозғалу жылдамдығын өзгертеді. Қысымнан өзге Жердің қозғалуынан пайда болған, желдің жылдамдығына, жергілікті жердің кеңдігіне және бұрыштық жылдамдығына тәуелді Кориолис күші әсер етеді.

Атмосфера тек тікелей ғана әркелкі емес, сонымен қатар көлденең бағытта да әркелкі келеді. Жер бетінің әртүрлі учаскелерінде (материкте, мұхиттарда, тауларда, ормандарда, жазықтықтарда, батпақтарда, шөл далада) орналасқан ауа өзінің физикалық қасиеттерін өзгертумен болады, яғни ауаның орын алмасуы жүреді. Ауа ешқашанда тыныштық күйде болмайтындықтан, ол үнемі бір жерден екінші жерге тасымалданумен болады. Әсіресе ауаның физикалық қасиеті бір жерден екінші жерге- құрлықтан мұхитқа және керісінше орын алмастыру кезінде қарқынды өзгереді.

Жердің бетінің әртүрлі учаскелеріндегі ауаның әркелкі таралуы жылы және салқын, тұрақты және тұрақсыз ауа ағынын түзеді. Көлденең таралуы кезінде жылы және салқан ауа ағымдары бір-бірімен араласып кетуі мүмкін немесе керісінше қосылмауы мүмкін. Физикалық қасиеттері әртүрлі ауа ағымдары бір-бірімен араласуы кезінде температураның, ылғалдылықтың, қысымның шамасы мөлшері ұлғайып, жел жылдамдығы төмендейді. Бір-бірінен ажырасқан кезде температурасы, ылғалдылығы, қысымы және жел жылдамдығы төмендейді.

Ауа ағындары түзілетін аймақ фронт деп аталады. Олар толассыз пайда болып және тарап жатады. Фронттық аймақ көлемі үлкен болмайды, алайда оларда энергияның көп мөлшері жинақталады, ірі құйын-циклондар және антициклондар пайда болады. Олар өз кезегінде атмосферадағы ластағыш заттардың үлкен концентрациясына немесе олардың сейілуіне әсер етеді.

Ауа массалары үнемі қозғалыста болатындықтан, қасиеттері әртүрлі ауа массалары шектескен аймақтарда өте кең алқапты қамтитын (ені 500—900 км, ұзындығы 2000—3000 км-ге дейін жететін) өтпелі зоналар — атмосфералық фронттар қалыптасады. Фронттар (ауа массалары) қозғалу сипатына қарай жылы және суық фронт деп бөлінеді, Жылы фронт кезінде жылы ауа салқын ауаны тез арада ығыстырып, жинақталған жылы ауа құйын тәрізді өрлеген ауа ағынын түзіп, циклондық әрекеттер күшейеді. Соның нәтижесінде бұлттылық күшейіп, жауын- шашын көбейеді. Жазда температура төмендеп, қыста керісінше жоғарылайды. Ал суық фронт кезінде салқын ауа жылдам қозғалатындықтан антициклон жағдай қалыптасып, ауаның құйын тәрізді төмендеген ағыны түзіледі. Сондықтан суық фронт кезінде жауын-шашын біршама аз түседі.

Жалпы алғанда атмосфералық фронт өткен кезде ауа райы кенет өзгеріп: температура мен қысымның ауытқуы, жауын-шашын түсуі, желдің бағытының өзгеруі мен жылдамдығының күшеюі сияқты құбылыстар жиі байқалады. Ауа массалары арасындағы осындай фронттар жиынтығынан климаттық фронттар қалыптасады. Оларға арктикалық, полярлық және тропиктік фронттар мысал болады.

Атмосфералық ауаның химиялық құрамы диаграммада (диаграмма 1) берілген. Атмосфераны құраушы газдардың концентрациясы тұрақты десе де болады, тек су (H₂O) және көмірқышқыл газының (CO₂) мөлшері тұрақсыз.

Ауаның температурасы табиғаттағы ауаның сапасын білдіретін қасиетінің бірі. Көптеген елдерде ауаның температурасы әлемдік температуралық шкаланың градусымен немесе Цельсиймен (⁰С) көрсетіледі. Бұл шкаланың нөл градусы мұз еритін температураға, ал +100˚ — судың қайнау температурасына сәйкес келеді. Алайда АҚШ-та немесе кейбір елдерде әлі күнге дейін тек тұрмыста ғана емес, сондай-ақ метеоролигияда да Фаренгейт шкаласын (F) қолданады. Бұл шкалада мұздың еру және судың қайнау нүктелері арасындағы интервал 180˚-қа бөлінген, мұздың еру нүктесі +32˚. Осылайша Фаренгейттің бір градусының мәні 5/9˚С, ал Фаренгейт шкаласының нөлі - −17.8˚С-қа тең. Цельсийдің нөлі +32˚F-қа сәйкес келеді, ал +100˚С = +212˚F.

Сондай-ақ теориялық метеорологияда температураның абсолюттік шкаласын (Кельвина шкаласы, К) қолданады. Бұл шкаланың нөлі молекулалардың жылулық қозғалысының толық жойылуын білдіреді, яғни ең төменгі мүмкін температурада. Тәжірибеде абсолютті нөл ретінде −273˚С қолданылады. Абсолютті шкала бірлігі мәні Цельсий шкаласы градусына тең. Сондықтан да Цельций шкаласының нөлі 273 абсолютті шкалаға (273К) сай келеді. Абсолютті шкала кезінде барлық температуралар абсолютті нөлден жоғары болады.

Атмосфералық қысым — атмосфераның жер бетіне және ондағы заттарға түсіретін салмақ, ол сынап бағанасының биіктігімен (мм сын. бағ.), СИ жүйесінде паскальмен (Па), ал метеорология ғылымында (мб) өлшенеді. Теңіз деңгейінде атмосфералық қысым орташа алғанда 1013,25 гПа-ға (760 мм сын. бағ.) тең. Жоғарылаған сайын ауа тығыздығы кеміп, атмосфералық қысым азаяды. Жер бетіндегі қысыммен салыстырғанда 5 км биіктікте атмосфералық қысым 2 есе, 10 км биіктікте 4 есе, 15 км биіктікте 8 есе кемиді. Астана қаласының қысымы Алматыға қарағанда жоғары. Жер шарын коршап тұрған атмосфера өзінің салмақ күші арқылы жер бетіне қысым түсіреді, оны атмосфералық қысым деп атайды. Қазіргі кезде атмосфералық қысымды гектопаскальмен (гПа) көрсетеді. Қалыптағы атмосфералық қысым ретінде оның теңіз деңгейіндегі орташа көрсеткіші (1013 гПа) алынады. Қысымы бірдей нүктелерді қосатын сызықтарды изобаралар деп атайды. Атмосфералық қысымды металдан жасалған барометрмен өлшейді.

Атмосфералық қысым Жер шарының кез келген бөліктерінде үздіксіз өзгеріп отырады. Тропиктік белдеуде қысымның тәуліктік өзгерістері айқынырақ байқалады. Кейде тәулік ішінде қысым айырмашылығы 20—30 гПа-ға жетуі мүмкін. Атмосфералық қысымның жылдық өзгерістері материктердің орталық бөлігінде күштірек байқалады. Мәселен, бұл көрсеткіш тіпті 40 гПа-ға жетеді, мұнда қысым максимумы қаңтарда, минимумы шілдеде байқалады. Материктер шетіндегі муссонды облыстарда және мұхиттардың жоғары ендіктерде жатқан бөліктерінде атмосфералық қысымның жылдық ауытқулары едәуір болады. Владивостокта бұл көрсеткіш 14 гПа, ал Бамбейде 10 гПа шамасында (картадан бұл қалаларды тауып, географиялық орнының ерекшеліктерін атаңдар).

Атмосфералық қысым биіктікке қарай да өзгереді, бұл, ең алдымен, ауа температурасының биіктікке қарай таралуына байланысты. Мәселен, Еуропада қысымның орташа жылдық көрсеткіші теңіз деңгейінде 1014 гПа болса, 5 км биіктікте — 538 гПа, 10 км биіктікте — 262 гПа, ал 20 км биіктікте бар болғаны 56 гПа ғана. Жер шарының басқа аудандарында да атмосфералық қысымның биіктікке байланысты өзгерістері шамамен осындай болады.

Атмосфералық қысымның географиялық таралуы өте күрделі сипат алады. Өйткені ол географиялық ендікке, құрлық пен мұхиттың арасалмағына, жергілікті физикалық-географиялық, жағдайға байланысты болады. Жалпы Жер шарында географиялық ендіктерге байланысты 3 темен қысым белдеуі және 4 жоғары қысым басым белдеу ажыратылатылады. Бірақ жеке материктер мен мұхиттар бойынша бұл белдеулердің жергілікті айырмашылықтары болады. Мәселен, қыс кезінде қоңыржай ендіктерде қалыптасатын максимумдардағы қысым Канада жерінде 1020 гПа болса, ал Азияда 1035 гПа-ға жетеді.

Қысымның географиялық ендіктер бойынша таралу заңдылығына байланысты материктер мен мұхиттардағы қысым айырмашылықтарының болуына байланысты бұзылады: жазда материктердің қоңыржай ендіктерінде де төмен қысым байқалады.