Hidrológiai tájékoztató, 1964 június

Dr. Aujeszky László: Újabb ismereteink a légkör középső és felső rétegeiről

réteggel, az úgynevezett sztratopauzával zárul le. A troposzféra és a sztratoszférának az alsó fele léggömbökkel kutathatók, éspedig rádióval ellátott léggömbök (rádiószondák) nagy számban állnak ennek a kutatásnak a szolgálatában; jelenleg egyedül csak Európában évente kb. 150 000 rádiószondát bocsátanak fel a sztratoszférába. A sztratoszféra felett következő középső légkör (mezoszféra) léggömbökkel már nem érhető el, kutatásához csak a meteorológiai rakéták nyitották meg az utat. A mezoszféra alsó felében azt tapasztaljuk, hogy felfelé haladva a hőmérséklet rohamosan emelkedik és megközelíti a Föld felszínén uralkodó hőmérsékleti szintet. A mezoszféra felső része ellenben igen hideg, felső határán, a mezopauzán (81—82 km magasságban) az egész légkör leghidegebb rétegét találjuk meg. A mezopauza felett következő felső légkör két lényeges vonásban különbözik az alsó és középső légkörtől. Az egyik a rendkívül nagy hőmérséklet (már 100 km körüli magasságtól kezdve néhány száz fok, egyes magasabb rétegekben több ezer fok). A másik jellegzetes vonás a levegő fokozódó ionizációja (szabad pozitív és negatív villamos töltésű részecskék nagyobb számban való jelentkezése). Ehhez csatlakozik a felső légkör magasabb szintjeiben a molekuláris disszociáció jelensége: míg az alsó és középső légkör anyagának túlnyomó többségét kétatomos molekulák(0

2 és N

2) alkotják, addig a felső légkör magasabb részeiben előtérbe lépnek az egyatomos oxigén, valamint az ugyancsak egyatomos nemesgázok. A felső légkör alsó tartományát a nemzetközi nomenklatúra szerint termoszférának nevezik. Erős ionozottsága miatt használatos az ionoszféra elnevezés is. Ez a tartomány körülbelül 1800 kilométer magasságig terjed. Felette következik az exoszféra, ahol ismét fontos új jelenséggel találkozunk: a csekély légsűrűség következtében a légköri gázok atomjai és molekulái hőmozgásuk közben már aránylag ritkán ütköznek össze egymással, átlagos szabad úthosszuk kilométereket tesz ki. Felfelé irányuló mozgásaik közben a kisebb atomsúlyú gázok (hidrogén, hélium) ebből a tartományból fokozatosan elszöknek a bolygóközi térbe. A légkör eddig felsorolt tartományainak alakja többékevésbé gömbhéjhoz hasonló. A mesterséges holdakkal szerzett adatokból azonban csakhamar kitűnt, hogy az exoszféra felett van a légkörnek egy még külsőbb, de már egyáltalán nem gömbhéj alakú és igen nagy kiterjedésű tartozéka is. A légkörnek ez a tartozéka a földmágnességi tér erővonalainak alakjához igazodik, vagyis az egyenlítői tájakon erősen feldudorodik, a mágneses sarkok közelében pedig lényegesen behorpad. A légkörnek ebben a legkülső részében, a magnetoszférában foglalnak helyet a Van Allenféle sugárzási övek (belső és külső sugárzási öv). A belső sugárzási öv kereken 2000 km magasságban kezdődik^ túlnyomórészben nagysebességű protonokból áll; alakja nagyjából állandó. A külső sugárzási öv a mágneses egyenlítő felett kereken 20 000 kilométer magasságban kezdődik és legalább 30 000 kilométer magasságig terjed; legnagyobb részben szabad elektronokból áll; alakja és fejlettsége időbelileg erősen változik, különösen a mágneses viharok idején. A magnetoszféra protonjainak és elektronjainak mozgását a Föld mágneses terének erővonalai irányítják. A protonok és elektronok igen nagy sebességgel, szigorúan megszabott pályákon, mégpedig a mágneses erővonalakat spirál alakban körbefutó pályákon cikáznak ide-oda a Föld északi és déli félgömbjének magnetoszférája között. (Úgynevezett mágneses csapda jelensége.) Az eddigi űrhajózási kísérletek során még senki sem érte el a légkörnek ezt a legfelső részét. Az összes eddigi űrhajó-keringések a termoszférán belül, közebbről a termoszféra alsó részében folytak le. A magnetoszféra nagy sebességgel mozgó protonjai és elektronjai az űrhajós számára sugárzási veszélyt jelentenek. Mindazonáltal remény van a magnetoszféra sikeres áttörésének megkísérlésére abban az esetben, ha ez a Föld mágneses sarkai közelében történik, ahol a magnetoszféra legvékonyabb és legkevésbé fejlett « része található. Érdekes új eredményeink vannak a légkör anyagi összetételéről. A sztratoszféra levegője nagyjában még hasonló összetételű, mint az alsó légrétegeké, mindössze annyi eltéréssel, hogy a sztratoszférában valamivel kevesebb , a vízgőz és valamivel több az ózon, mint idelent. A mezoszférában az ózon ismét eltűnik a levegőből, de egyéb lényeges összetételben változás még nem mutatkozik. A termoszférában felfelé haladva, már lényeges összetételben módosulásokat tapasztalunk. A légkör nehezebb gázai (argon, kétatomos oxigén, kétatomos nitrogén) fokozatosan háttérbe szorulnak a könnyű gázokkal (atomos oxigén, hélium, még magasabban atomos nitrogén) szemben. A magnetoszférában az anyagi összetétel további drasztikus változásával találkozunk, amennyiben az összes eddig említett légköri gázok helyébe először hidrogén lép (keringő elektronjuktól megfosztott protonok alakjában), még magasabban pedig már csak elektrongáz van jelen. A légkör minden rétegében találhatók bizonyos menynyiségben radioaktív izotópok. Ezek egyik része természetes eredetű. A légkört kívülről érő kozmikus sugárzás nagy energiájú részecskéi a légköri gázok atomjaiba ütközve, egyes atommagokat szétzúznak (ún. spalláció jelensége), ezenkívül a nitrogén-magokon lejátszódó elektronbefogás útján radioaktív szénizotópokat hoznak létre. A légkörben természetes úton keletkező radioaktív , anyagok közül, amelyeket a kozmikus sugárzás állandóan termel, legfontosabbak a Be-10, C-14, Si-32, H-3, Na-22, S-35, Be-7, P-32, P-33 és CI-39 izotópok. A radioaktív izotópoknak ehhez a természetes úton lefolyó állandó keletkezéséhez csatlakozik az a radioaktív szennyezés, amely a légkör különféle magasságaiban végrehajtott nukleáris bombakísérletekből származik. Ezeknek a mesterséges szennyezéseknek legnagyobb része a sztratoszférában halmozódik fel. A légköri nukleáris kísérletek megszüntetéséről szóló egyezmény életbelépése után is még évek hosszú sorára lesz szükség, amíg az egész légkör (kivált pedig a sztratoszféra legerősebben beszenynyezett része) a radioaktív anyagoknak ettől a csoportjától fokozatosan megszabadul. Bővültek ismereteink a légkör felsőbb rétegeiben időnként előforduló felhőjelenségekről is. A felhők túlnyomó többsége, mint ismeretes, a troposzféra alsó kétharmadában található meg. Egyes különleges felhőalakok (Cirrostratus, Cirrus) a troposzféra felső harmadában fordulnak elő, a Cumulonimbus-felhőoszlopok felső része pedig ugyancsak belenyúlik ezekbe a rétegekbe. A sztratoszférában már kivételes jelenség a felhőképződés. Feljebb haladva egy vastag felhőmentes övezet következik, de ezen túl, a mezoszféra felső határán, az úgynevezett mezopauzában, időnként újból találkozunk felhőkkel. Ezek a felhők nagy magasságuk miatt az éjszaka nagy részében is napsütést kapnak és ennek kapcsán a világító éjjeli felhő nevet viselik. A világító éji felhőkből 1962 nyarán egy svédországi rakétafelszállás alkalmával sikerült (automatikusan kinyíló és záródó mintavevő műszer segítségével) anyagmintát lehozni. A minták megvizsgálásából kitűnt, hogy a felhők jégkristálykáinak magja fémeket tartalmaz, közelebbről vasat és nikkelt. Ezek a fémek meteori por útján kerülnek a légkörbe. A magaslégköri felhőknek fazonban semmiféle szerep sem jut a földet elérő csapadékok keletkezésében. A hidrológiát érdeklő csapadékjelenségek mind a légkör legalsó tartományából, a troposzférából származnak. 12