Біз атмосфераны қашан зерттей бастадық?

Адамзат ерте заманнан бастап қоршаған әлемнің табиғатын түсінуге тырысып, аспан құбылыстарын бақылады. Жердің ауа қабығы ұзақ уақыт бойы жұмбақ болып, өзінің қасиеттерін зерттеушілерден жасырды. Атмосфераны жүйелі зерттеу тек ғылыми әдістің дамуымен және өлшеуіш аспаптардың пайда болуымен басталды. Ауаның құрамы, қысымы және қасиеттері туралы білімді жинақтау ғасырлар бойына біртіндеп жүрді. Антикалық философтардан қазіргі метеорологтарға дейін атмосфералық ғылымдардың қалыптасуының маңызды кезеңдерін қарастырайық.

Антикалық түсініктер

Ежелгі грек ойшылдары планетаның ауа қабығының құрылысының алғашқы теориялық үлгілерін жасады. Аристотель біздің заманымызға дейінгі IV ғасырда ауа аралық орынды алатын төрт элемент тұжырымдамасын ұсынды. Философ атмосфераны жер беті мен аспанның оттанған эфирі арасындағы сфера деп санады.

Ауа-райы құбылыстарын бақылау ежелгі әртүрлі өркениеттерде жүйелі жүргізілді. Вавилон діни қызметкерлері бұлттылықты, жауын-шашынды және желдерді егін мол болуын болжау үшін тіркеді. Қытай жылнамашылары мыңжылдықтар бойына ерекше атмосфералық оқиғаларды құжаттады. Жазбалар құрғақшылық, су тасқыны және сирек оптикалық феномендер туралы мәліметтерді қамтыды.

Грек философы Теофраст біздің заманымызға дейінгі 300 жыл шамасында «Ауа-райы белгілері туралы» трактатын жазды. Жұмыс атмосфералық құбылыстар мен алда болатын өзгерістер арасындағы байланыс туралы бақылауларды қамтыды. Автор жел, жаңбыр және дауылдарды болжауға арналған 200-ден астам белгілерді сипаттады. Кітап мыңнан астам жыл бойына негізгі метеорологиялық құрал болып қала берді.

Ғылыми революция дәуірі

Эванджелиста Торричеллидің 1643 жылы барометрін ойлап табуы атмосфералық қысымды түсінудегі серпіліс болды. Итальян ғалымы ауаның салмағы бар екенін және қысым көрсететінін көрсетті. Биіктігі 760 миллиметр сынап бағанасы теңіз деңгейіндегі атмосфераның қысымын теңестірді. Ашылым сұйықтықтардың көтерілуінің себебі ретінде «бос жерден қорқу» туралы ежелгі түсінікті жоққа шығарды.

Блез Паскаль Торричеллидің идеяларын дамытып, әртүрлі биіктіктерде эксперименттер ұйымдастырды. Француз математигі күйеуі Флорен Перьеге Пюи-де-Дом тауында қысымды өлшеуді тапсырды. Барометр биіктікпен қысымның төмендеуін көрсетіп, ауа қабығының салмақтылығын растады. Нәтижелер атмосфераның шектеулі созылымдылығы бар екенін және шексіз жалғаспайтынын дәлелдеді.

Роберт Бойль 1662 жылы қысым мен газ көлемі арасындағы кері тәуелділікті белгіледі. Ағылшын химигі ауамен эксперименттер үшін вакуумдық сорғыны пайдаланды. Бойль-Мариотт заңы атмосфералық газдардың мінез-құлқын түсіну үшін іргелі болды. Ашылым ауаның қасиеттерін сандық зерттеуге бастама жасады.

Құрамын зерттеу

Атмосфераның химиялық талдауы XVIII ғасырдың екінші жартысында жекелеген газдарды ашумен басталды. Ауа қоспасының негізгі компоненттері бірнеше онжылдықтар ішінде сәйкестендірілді.

Құрамды ашудың маңызды кезеңдері келесі жаңалықтарды қамтыды:

1. Джозеф Блэк 1754 жылы жану және тыныс алу үдерістерін зерттегенде көмірқышқыл газын бөліп алды. Шотланд химигі затты сілтілермен сіңірілу қасиеті үшін «байланысқан ауа» деп атады. Эксперименттер көмірқышқылдың атмосфераның аз үлесін құрайтынын және тыныс алғанда көбейетінін көрсетті.
2. Джозеф Пристли 1774 жылы сынап тотығын линзаның фокусында қыздырып, оттегіні алды. Ағылшын ғалымы жаңа газдың қарапайым ауадан жануды жақсы қолдайтынын анықтады. Тышқандар жабық кеңістікпен салыстырғанда осы заттың атмосферасында ұзағырақ өмір сүрді.
3. Даниель Резерфорд 1772 жылы азотты оттегі мен көмірқышқылды кетіргеннен кейінгі қалдық ретінде сипаттады. Газ жануды да, тірі жандардың тыныс алуын да қолдамады. Кейінгі өлшеулер азот атмосфера көлемінің шамамен 78% құрайтынын белгіледі.
4. Антуан Лавуазье 1780 жылдары ауадағы газдардың қатынасын нақты сандық анықтауларды жүргізді. Француз химигі оттегінің атмосфераның шамамен бесінші бөлігін құрайтынын белгіледі. Лавуазьенің жұмыстары қазіргі химияның және жанудың түсінігінің негізін қалады.

Асыл газдарды ашу XIX ғасырдың соңында атмосфералық құрамның базалық картинасын аяқтады. Уильям Рамзай спектрлік талдаумен аргонды, неонды, криптонды және ксенонды бөліп алды. Инертті элементтер ештеңе емес мөлшерде қатысады, бірақ геофизикалық үдерістерде рөл атқарады.

Тік құрылысы

Атмосфера қабаттарын зерттеу аспаптарды айтарлықтай биіктіктерге көтеру әдістерін дамытуды талап етті. Ауа шарлары зерттеушілерге тікелей бақылаулар үшін алғаш рет Жер бетінен көтерілуге мүмкіндік берді.

Ерте аэростаттық зерттеулер келесі жетістіктерді қамтыды:

• Монгольфье ағайындылары 1783 жылы адамдармен ауа шарының алғашқы ұшуын жүзеге асырды;
• Жан-Батист Био және Жозеф Гей-Люссак үлгілерді іріктеу үшін 1804 жылы 7016 метр биіктікке көтерілді;
• зерттеушілер әрбір шақырым көтерілуде температураның шамамен 6 градусқа түсуін тіркеді;
• аспаптары бар метеорологиялық шар-зондтар XX ғасырдың басында стратосфераға жетті.

Джеймс Глейшер 1860 жылдары метеорологиялық өлшеулер үшін биіктегі ұшулардың сериясын өткізді. Британ ғалымы өмірін тәуекелге тігіп, 9000 метрден астам биіктікке көтерілді. Әртүрлі деңгейлердегі температура, қысым және ылғалдылық туралы деректер тропосфера туралы білімді кеңейтті. Кейбір көтерілулер оттегінің жетіспеушілігінен есін жою

ымен аяқталды.

Стратосфераны ашу 1902 жылы метеозондтар деректерін талдаудың арқасында болды. Леон Тейссеран де Бор және Ричард Ассманн тәуелсіз түрде тұрақты температурасы бар қабатты тапты. Табылым атмосфераның биіктікпен монотонды суыту туралы түсінікті жоққа шығарды. Тропосфера мен стратосфера арасындағы шекара тропопауза атауын алды.

Қазіргі заманғы әдістер

1930 жылдары радиозондтардың дамуы жоғарғы қабаттардың метеорологиялық бақылауларына төңкеріс жасады. Аспаптар ауа шарында көтерілу үдерісінде радио арқылы деректерді жіберді. Зондтарды іске қосу станцияларының жаһандық желісі атмосфераны үнемі бақылауды қамтамасыз етті. Ақпарат ауа-райын болжау және ауа массаларының циркуляциясын түсіну үшін негіз болды.

Зымырандар 50 шақырымнан астам биіктіктерде мезосфера мен термосфераны зерттеуге мүмкіндік берді. Соғыстан кейінгі трофейлік неміс Фау-2 зымырандарымен эксперименттер ғарыш шекарасына жетті. Температура, қысым және құрамды өлшеулер жоғарғы қабаттардың күрделі құрылымын анықтады. Ионосфера радиотолқындардың таралуы үшін өте маңызды болып шықты.

Серіктер орбитадан атмосфералық үдерістерді жаһандық бақылау дәуірін ашты. Алғашқы метеорологиялық серіктерді АҚШ пен КСРО 1960 жылдары ұшырды. Қашықтан зондтау температураны, ылғалдылықты, газдар мен аэрозольдардің концентрациясын қадағалауға мүмкіндік береді. Қазіргі заманғы бақылау жүйелері ондаған мамандандырылған ғарыш аппараттарын қамтиды.

Ғасырлар бойына жиналған атмосфера туралы білім қазіргі Жер туралы ғылымдар мен климатологияның негізін құрады. Ауа қабығындағы үдерістерді түсіну ауа-райын болжау және антропогендік әсерді бағалау үшін өте маңызды. Технологиялық прогресс атмосфералық динамиканың ең нәзік бөлшектерін зерттеу мүмкіндіктерін кеңейтуді жалғастыруда. Ауа ортасын зерттеу тарихы натурфилософиялық болжамдардың нақты эксперименттік ғылымға біртіндеп айналуын көрсетеді.