Gdyby nie istniała atmosfera ziemska, życie na naszej planecie nie mogłoby się rozwinąć, a przynajmniej nie w takiej formie, w jakiej występuje. To właśnie atmosfera zapewnia nam ochronę przed znaczną częścią promieniowania kosmicznego i elektromagnetycznego, reguluje temperaturę i determinuje cykl wodny. Na tą specyficzną powłokę gazową składa się pięć warstw: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera i egzosfera. Dwie ostatnie tworzą tzw. jonosferę.
Czym jest jonosfera?
Mówiąc o jonosferze, na myśli trzeba mieć zewnętrzną, silnie rozrzedzoną warstwę atmosfery ziemskiej, położoną na wysokości od 80 do 1000 km nad powierzchnią naszej planety. Charakteryzuje się ona wysoką zawartością plazmy – zjonizowanej materii o stanie skupienia zbliżonym do lotnego, składająca się z jonów i elektronów. Materia, o której mowa, powstaje w procesie absorpcji promieniowania ultrafioletowego i kosmicznego przez atomy i cząsteczki gazów występujących w atmosferze.
Warstwy jonosfery
Należy podkreślić, że wraz ze zmianą wysokości, zmieniają się czynniki jonizacyjne oraz gęstość i skład chemiczny gazu atmosferycznego. Mając to na względzie, jonosferę trzeba dzielić na kilka warstw. Każda z nich cechuje się inną liczbą elektronów w jednostce objętości.
Najniżej położona jest warstwa D, sięgająca do wysokości ok. 90 km. Powstaje w procesie fotonizacji tlenku azotu, za co odpowiada promieniowanie ultrafioletowe o długości fali 121,5 nm. Charakteryzuje się obecnością niewystępujących w pozostałych warstwach jonów ujemnych. Należy podkreślić, że warstwa D istnieje wyłącznie w ciągu dnia.
Warstwa E rozciąga się do wysokości 140 km. Powstaje na skutek oddziaływania miękkiego promieniowania X i dalekiego ultrafioletu promieniowania słonecznego, które odpowiadają za jonizację cząsteczek tlenu. Pora dnia nie ma wpływu na jej istnienie. Warto podkreślić, że w warstwie W występuje sporadyczna warstwa Es, mająca postać obszarów zwiększonej gęstości elektronowej.
Warstwa F, rozciągająca się do wysokości 450 km, powstaje na skutek jonizowania tlenu atomowego przez słoneczne promieniowanie ultrafioletowe (10–100 nm). Należy dzielić ją na występującą wyłącznie w dzień warstwę F1 (do 250 km) i warstwę F2, składającą się głównie z jonów dodatnich, swobodnych elektronów i cząsteczek obojętnych.
Cechy jonosfery
Budowa jonosfery sprawia, że w tej warstwie zachodzą zjawiska załamywania, pochłaniania, polaryzacji i odbijania fal radiowych. Upraszczając, to właśnie obecność jonosfery w atmosferze umożliwia komunikację dalekiego zasięgu. Warstwa D odbija fale długie i absorbuje krótkie. W warstwie E dochodzi do odbicia fal radiowych o częstotliwości mniejszej niż 1 MHz. Największe znaczenie w propagacji fal radiowych ma warstwa F, która umożliwia nawiązywanie łączności dalekiego zasięgu na falach krótkich.
Nie można jednak sprowadzić znaczenia jonosfery wyłącznie do zapewniania łączności telekomunikacyjnej. Ta warstwa odpowiada za pochłanianie największych ilości promieniowania słonecznego i kosmicznego. Poza tym to właśnie w jonosferze dochodzi do częściowego spalenia i rozpadu meteoroidów wpadających w atmosferę.
Jaka temperatura jest w jonosferze?
Ta ostatnia właściwość jest zasługą wysokiej temperatury, panującej w jej górnych partiach. Wysokiej, czyli właściwie jakiej? O ile w dolnych partiach jonosfery temperatura kształtuje się na poziomie minus 80 stopni Celsjusza, to w górnych, gdzie dociera najwięcej promieniowania kosmicznego, wzrasta do ok. 1000 stopni Celsjusza.
Ciekawostki o jonosferze
Powyżej wymieniliśmy najważniejsze cechy jonosfery. Na koniec mamy dla was kilka interesujących ciekawostek dotyczących tej warstwy.
- Kiedy audycje radiowe były nadawane na falach długich, słuchacze często mogli usłyszeć charakterystyczne trzaski i szumy. Te zakłócenia były wynikiem zaburzeń występujących w jonosferze.
- Zdarza się, że do odbiorników radiowych nocą docierają fale, które nie mogą być odbierane w ciągu dnia. To całkowicie naturalne zjawisko – nocą gęstość jonosfery jest większa, co czyni tę warstwę bardziej refleksyjną.
- Już jakiś czas temu naukowcy odkryli, że dzięki monitorowaniu jonosfery możliwe jest wykrycie sygnałów zwiastujących nadejście klęsk żywiołowych: powodzi, trzęsień ziemi i tsunami. Nowych informacji na ten temat dostarczyły prace realizowane w ramach międzynarodowego projektu COSTO, pod przewodnictwem Wydziału Geoinżynierii Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie. Być może za jakiś czas naukowcy stworzą system przewidywania klęsk żywiołowych, który mógłby działać na całym świecie.
- Kształtujące się w jonosferze zorze polarne są najwyraźniej widoczne w wysokich szerokościach geograficznych, przede wszystkim za kołami podbiegunowymi. Warto jednak wiedzieć, że w warunkach dużej aktywności Słońca, to niezwykłe zjawisko można podziwiać także w Polsce.
- Obecnie wyróżnia się trzy główne warstwy jonosfery: D, E i F. Kiedyś naukowcy wymieniali także warstwę C, gdzie jonizacja występuje wyłącznie przed świtem, w okresie małej aktywności słonecznej, i położoną nad warstwą F2 warstwę G.
