Trái đất, bằng lực hút của mình đã tập trung xung quanh nó một lớp các chất khí đƣợc gọi là khí quyển. Lớp khí quyển gần mặt đất có vai trò hết sức lớn lao đối với sự sống trên trái đất, là môi trƣờng quan trọng của nền sản xuất nông nghiệp.
Hỗn hợp các chất khí tạo nên khí quyển đƣợc gọi là không khí. Trong khí quyển liên tục xảy ra các quá trình và hiện tƣợng vật lý: sự tuần hoàn nƣớc, các hiện tƣợng quang học, điện học. Tập hợp các hiện tƣợng và quá trình vật lý đó chính là chế độ thời tiết của một vùng. Ở một chừng mực nào đó sự biến đối của thời tiết đã tạo nên những điều kiện cần thiết cho sự sống nói chung và cho ngành sản xuất nông nghiệp nói riêng. Sự biến động thái quá của nó có thế dẫn đến những thiên tai đe dọa cuộc sống và các hoạt động sản xuất của con ngƣời.
Giữa khí quyển, sinh quyển và địa quyển luôn có sự trao đổi tƣơng tác lẫn nhau trong suôt quá trinh lịch sử hình thành Trái đất đã tạo ra những cân bằng động. Những cân bằng này có tác dụng duy trì, tái tạo các pha cân bằng tự nhiên. Nếu một điều kiện nào đó trong cân bằng bị phá vỡ sẽ gây ra những tổn thất không lƣờng trƣớc đƣợc.
Dựa theo những đặc tính vật lý và tính chất hoạt động, khí quyển Trái đất đƣợc chia thành 5 tầng từ dƣới lên trên với những đặc tính khác nhau (Hình 1.1):
Tầng đối lƣu (Troposphere): là tầng không khí gần mặt đất nhất, độ cao trung bình của nó vào khoảng 11km, ở hai cực Trái đất chỉ cao từ 8 – 10 km, còn ở vùng xích đạo là 15 – 18 km. Độ cao của tầng khí quyển này do độ cao của các dòng đối lƣu quyết định, bởi vậy nó thay đổi theo mùa trong năm và thay đổi theo vĩ độ địa lý, do tính chất nhiệt lực quyết định. Tầng đối lƣu là tầng khí hoạt động mạnh nhất, khối lƣợng các khí ở tầng này khoảng 4,12 x 1015 tấn (so với tổng khối lƣợng khí quyển là 5,15.1015 tấn), đặc điểm quan trọng nhất của tầng đối lƣu là nhiệt độ độ giảm dần theo độ cao. Trung bình cứ lên cao 100m nhiệt độ giảm xuống 0.640C. Tầng đối lƣu là nơi chứa nhiều hơi nƣớc, bụi và là nơi xảy ra các hiện tƣợng thời tiết, mƣa, nắng, mây, dông bão,….
Hình 1.1: Nhiệt độ và áp suất trung bình ở các tầng cấu trúc khí quyển. (Nguồn: Khảo sát
khí quyển, Okalahoma – 1997)
Tầng bình lƣu (Stratosphere): là tầng tiếp giáp với tầng đối lƣu, lên cao đến 50 -55km. Đặc điểm của tầng bình lƣu là không khí ít bị xáo trộn theo chiều thẳng đứng. Có thể tách tầng này thành 2 lớp (đẳng nhiệt và nghịch nhiệt). Nhiệt độ có khuynh hƣớng tăng dần theo độ cao từ -56 đến -20C, không khí ở tầng này loãng hơn và ít chứa bụi và các hiện tƣợng thời tiết. Ở độ cao khoảng 25km trong tầng bình lƣu, có nhiệt độ gần nhƣ không đổi, tồn tại một lớp không khí giàu khí ôzôn thƣờng đƣợc gọi là tầng ôzôn. Chính lớp ôzôn này có chức năng nhƣ lá chăn ngăn bớt các tia tử ngoại chiếu xuống Trái đất.
Tầng trung gian (Mesosphere): là tầng nằm trên tầng bình lƣu cho đến độ cao 80 – 90km. Tầng này nhiệt độ giảm dần theo độ cao và đạt giá trị -70 đến -800C.
Tầng điện ly (Thermosphere): hay còn gọi là tầng nhiệt quyển là tầng không khí có độ cao từ 80 đến 800km. Ở tầng này không khí rất thƣa loãng, dƣới tác dụng cảu các tia bức xạ, các chất khí đều bị phân ly và ion hóa mạnh. Khí quyển ở đây có độ dẫn điện cao.
Tầng khuyếch tán (Exosphere): Giới hạn trên của tầng này vào khoảng 2000 – 3000km, là tầng chuyển tiếp giữa khí quyển và không gian vũ trụ (Outer space), không khí tầng này rất thƣa loãng, thành phần chủ yếu là hydrô và hêli (Đoàn Văn Điếm, 2005).
của toàn bộ khí quyển tập trung ở tầng thấp: đối lƣu và bình lƣu. Mặc dù chỉ chiếm khoảng 0.05% khối lƣợng thạch quyển, khí quyển Trái đất có vai trò rất quan trọng đối với đời sống.
Bảng 1.1. Hàm lƣợng trung bình của các chất khí trong khí quyển
(Ar : Argon, Ne: Neon, He: Helium, Kr; Kripton, Xe: Xeri)
Chất khí % thể tích % trọng lƣợng Khối lƣợng (n. 1010tấn) N2 O2 Ar CO2 Ne He CH4 Kr N2O H2 O3 Xe 78,08 20,91 0,93 0,035 0,0018 0,0005 0,00017 0,00014 0,00005 0,00005 0,00006 0,000009 75,51 23,15