Гомосфера — это слой атмосферы, где основная масса газов однородно смешана за счет турбулентного перемешивания или вихревой диффузии . Основная масса воздуха в основном однородна, поэтому концентрации молекул одинаковы по всей гомосфере. Верхняя часть гомосферы называется гомопаузой, также известной как турбопауза . Выше гомопаузы находится гетеросфера , где диффузия происходит быстрее, чем смешивание, и плотность тяжелых газов уменьшается с высотой быстрее, чем плотность легких.
Некоторые из процессов, управляющих этой однородностью, включают конвекцию нагрева и модели воздушных потоков. В тропосфере поднимающийся теплый воздух заменяет более высокий более холодный воздух, который смешивает газы вертикально. Модели ветра толкают воздух по поверхности, смешивая его горизонтально. [1] На больших высотах существуют другие режимы циркуляции атмосферы, такие как циркуляция Брюэра-Добсона в земной стратосфере , которая смешивает воздух. В мезосфере Земли атмосферные волны становятся нестабильными и рассеиваются, создавая турбулентное перемешивание этого региона.
Гомосфера Земли начинается на поверхности Земли и простирается до турбопаузы примерно на 90 км (56 миль). [2] Она включает в себя всю тропосферу , стратосферу , мезосферу и нижнюю часть термосферы . Химически гомосфера состоит из 78% азота, 21% кислорода и следовых количеств других молекул, таких как аргон и углекислый газ. [1] Она содержит более 99% массы атмосферы Земли. Плотность воздуха уменьшается с высотой в гомосфере. [3] По определению и, в частности, она также включает в себя 10-километровую (6 миль) полосу элементарного мезосферного натрия. [ требуется ссылка ]
Одним из крупных исключений из эффективного смешивания является озоновый слой , центр которого находится на высоте около 20–30 км (12,5–19 миль), где концентрация O 3 намного выше, чем в остальной части атмосферы. [4] Это происходит из-за входящего ультрафиолетового света, который превращает O 2 в O 3 . Этот созданный озон сам по себе блокирует большую часть ультрафиолетового света, не позволяя ему проникать в нижние слои атмосферы и создавать там аналогичные уровни озона. С периодом полураспада около суток при комнатной температуре озон распадается, прежде чем он сможет полностью смешаться с нижними уровнями атмосферы. Озоновая дыра — это относительно стабильная структура, вызванная сочетанием загрязнения и антарктических ветров в стратосфере.
Концентрация водяного пара ( влажность ) значительно варьируется, особенно в тропосфере , и является основным компонентом погоды . Испарение воды обусловлено теплом от поступающего солнечного излучения, а колебания температуры могут привести к тому, что насыщенный водой воздух вытеснит воду в виде дождя , снега или тумана . Тепло, получаемое и теряемое водой в ходе этих процессов, увеличивает турбулентность в нижних слоях атмосферы, особенно в мезомасштабе и микромасштабе . Циркуляция Брюера-Добсона — это теория крупномасштабной циркуляции озона.
Концентрации других газовых примесей выше вблизи естественных и искусственных источников. Сюда входят загрязнения от деятельности человека (особенно сельского хозяйства, промышленности и транспорта), месторождения природного газа , радон, образующийся при радиоактивном распаде некоторых минералов, вулканический газ , выбросы от лимнических извержений . Кислород выделяется, а углекислый газ поглощается растениями и микроорганизмами, осуществляющими фотосинтез , но на уровень CO2 сильнее всего влияют лесные пожары и деятельность человека.