Atmosferă (din greaca veche ἀτμός - abur și σφαῖρα - minge) - plicul de gaz(geosfera) care înconjoară planeta Pământ. Suprafața sa interioară acoperă hidrosfera și parțial scoarța terestră, în timp ce suprafața sa exterioară se învecinează cu partea apropiată a Pământului a spațiului cosmic.

Setul de ramuri ale fizicii și chimiei care studiază atmosfera se numește de obicei fizica atmosferică. Atmosfera determină vremea de pe suprafața Pământului, meteorologia studiază vremea, iar climatologia se ocupă de variațiile climatice pe termen lung.

Proprietăți fizice

Grosimea atmosferei este de aproximativ 120 km de suprafața Pământului. Masa totală a aerului din atmosferă este (5,1-5,3) 1018 kg. Dintre acestea, masa aerului uscat este (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, masa totală a vaporilor de apă este în medie de 1,27 1016 kg.

Masa molară a aerului curat uscat este de 28,966 g/mol, iar densitatea aerului la suprafața mării este de aproximativ 1,2 kg/m3. Presiunea la 0 °C la nivelul mării este de 101,325 kPa; temperatura critică - −140,7 °C (~132,4 K); presiune critică - 3,7 MPa; Cp la 0°C - 1,0048.103 J/(kg.K), Cv - 0.7159.103 J/(kg.K) (la 0°C). Solubilitatea aerului în apă (în masă) la 0 °C - 0,0036%, la 25 °C - 0,0023%.

In spate " conditii normale» la suprafața Pământului sunt acceptate următoarele: densitate 1,2 kg/m3, presiune barometrică 101,35 kPa, temperatură plus 20 °C și umiditate relativă 50%. Acești indicatori condiționali au o semnificație pur inginerească.

Compoziție chimică

Atmosfera Pământului a apărut ca urmare a eliberării de gaze în timpul erupțiilor vulcanice. Odată cu apariția oceanelor și a biosferei, s-a format datorită schimbului de gaze cu apa, plantele, animalele și produsele descompunerii acestora în soluri și mlaștini.

În prezent, atmosfera Pământului este formată în principal din gaze și diverse impurități (praf, picături de apă, cristale de gheață, săruri de mare, produse de ardere).

Concentrația gazelor care formează atmosfera este aproape constantă, cu excepția apei (H2O) și a dioxidului de carbon (CO2).

Compoziția aerului uscat

Azot
Oxigen
Argon
Apă
Dioxid de carbon
Neon
Heliu
Metan
Krypton
Hidrogen
Xenon
Oxid de azot

Pe lângă gazele indicate în tabel, atmosfera conține SO2, NH3, CO, ozon, hidrocarburi, HCl, HF, vapori de Hg, I2, precum și NO și multe alte gaze în cantități mici. Troposfera conține în mod constant o cantitate mare de particule solide și lichide în suspensie (aerosoli).

Structura atmosferei

troposfera

Limita sa superioară se află la o altitudine de 8-10 km în latitudini polare, 10-12 km în latitudinile temperate și 16-18 km în latitudini tropicale; mai scăzut iarna decât vara. Stratul principal inferior al atmosferei conține mai mult de 80% din masa totală a aerului atmosferic și aproximativ 90% din totalul vaporilor de apă prezenți în atmosferă. Turbulența și convecția sunt foarte dezvoltate în troposferă, apar norii și se dezvoltă cicloni și anticicloni. Temperatura scade odată cu creșterea altitudinii cu un gradient vertical mediu de 0,65°/100 m

Tropopauza

Stratul de tranziție de la troposferă la stratosferă, un strat al atmosferei în care scăderea temperaturii odată cu înălțimea încetează.

Stratosferă

Un strat al atmosferei situat la o altitudine de 11 până la 50 km. Caracterizat printr-o ușoară modificare a temperaturii în stratul de 11-25 km (stratul inferior al stratosferei) și o creștere a temperaturii în stratul de 25-40 km de la -56,5 la 0,8 ° C (stratul superior al stratosferei sau regiunea de inversare) . Atinsă o valoare de aproximativ 273 K (aproape 0 °C) la o altitudine de aproximativ 40 km, temperatura rămâne constantă până la o altitudine de aproximativ 55 km. Această regiune cu temperatură constantă se numește stratopauză și este granița dintre stratosferă și mezosferă.

Stratopauza

Stratul limită al atmosferei dintre stratosferă și mezosferă. În distribuția verticală a temperaturii există un maxim (aproximativ 0 °C).

Mezosfera

Mezosfera începe la o altitudine de 50 km și se extinde până la 80-90 km. Temperatura scade odată cu înălțimea cu un gradient vertical mediu de (0,25-0,3)°/100 m. Procesul energetic principal este transferul de căldură radiantă. Procese fotochimice complexe care implică radicali liberi, moleculele excitate vibrațional etc., provoacă strălucirea atmosferei.

Mezopauza

Strat de tranziție între mezosferă și termosferă. Există un minim în distribuția verticală a temperaturii (aproximativ -90 °C).

Linia Karman

Înălțimea deasupra nivelului mării, care este acceptată în mod convențional ca graniță între atmosfera Pământului și spațiu. Conform definiției FAI, linia Karman este situată la o altitudine de 100 km deasupra nivelului mării.

Limita atmosferei Pământului

Termosferă

Limita superioară este de aproximativ 800 km. Temperatura se ridică la altitudini de 200-300 km, unde atinge valori de ordinul a 1500 K, după care rămâne aproape constantă până la altitudini mari. Sub influența radiației solare ultraviolete și cu raze X și a radiației cosmice, are loc ionizarea aerului („aurore”) - principalele regiuni ale ionosferei se află în interiorul termosferei. La altitudini de peste 300 km predomină oxigenul atomic. Limita superioară a termosferei este determinată în mare măsură de activitatea curentă a Soarelui. În perioadele de activitate scăzută - de exemplu, în 2008-2009 - există o scădere vizibilă a dimensiunii acestui strat.

Termopauza

Regiunea atmosferei adiacente termosferei. În această regiune, absorbția radiației solare este neglijabilă, iar temperatura nu se modifică efectiv odată cu altitudinea.

Exosfera (sfera de împrăștiere)

Exosfera este o zonă de dispersie, partea exterioară a termosferei, situată peste 700 km. Gazul din exosferă este foarte rarefiat, iar de aici particulele sale se scurg în spațiul interplanetar (disipare).

Până la o altitudine de 100 km, atmosfera este un amestec omogen, bine amestecat de gaze. În straturile superioare, distribuția gazelor după înălțime depinde de greutățile moleculare ale acestora; concentrația de gaze mai grele scade mai repede cu distanța de la suprafața Pământului. Datorită scăderii densității gazelor, temperatura scade de la 0 °C în stratosferă la −110 °C în mezosferă. Cu toate acestea, energia cinetică a particulelor individuale la altitudini de 200-250 km corespunde unei temperaturi de ~150 °C. Peste 200 km se observă fluctuații semnificative ale temperaturii și densității gazelor în timp și spațiu.

La o altitudine de aproximativ 2000-3500 km, exosfera se transformă treptat în așa-numitul vid din spațiul apropiat, care este umplut cu particule foarte rarefiate de gaz interplanetar, în principal atomi de hidrogen. Dar acest gaz reprezintă doar o parte din materia interplanetară. Cealaltă parte este formată din particule de praf de origine cometă și meteorică. Pe lângă particulele de praf extrem de rarefiate, în acest spațiu pătrunde radiațiile electromagnetice și corpusculare de origine solară și galactică.

Troposfera reprezintă aproximativ 80% din masa atmosferei, stratosfera - aproximativ 20%; masa mezosferei nu este mai mare de 0,3%, termosfera este mai mică de 0,05% din masa totală a atmosferei. Pe baza proprietăților electrice din atmosferă, se disting neutronosfera și ionosfera. În prezent se crede că atmosfera se extinde până la o altitudine de 2000-3000 km.

În funcție de compoziția gazului din atmosferă, se disting homosferă și heterosferă. Heterosfera este o zonă în care gravitația afectează separarea gazelor, deoarece amestecarea lor la o astfel de înălțime este neglijabilă. Aceasta implică o compoziție variabilă a heterosferei. Sub ea se află o parte bine amestecată, omogenă a atmosferei numită homosferă. Limita dintre aceste straturi se numește turbopauză; se află la o altitudine de aproximativ 120 km.

Alte proprietăți ale atmosferei și efecte asupra corpului uman

Deja la o altitudine de 5 km deasupra nivelului mării, o persoană neantrenată începe să se confrunte cu înfometarea de oxigen și, fără adaptare, performanța unei persoane este redusă semnificativ. Zona fiziologică a atmosferei se termină aici. Respirația omului devine imposibilă la o altitudine de 9 km, deși până la aproximativ 115 km atmosfera conține oxigen.

Atmosfera ne furnizează oxigenul necesar pentru respirație. Cu toate acestea, din cauza scăderii presiunii totale a atmosferei, pe măsură ce vă ridicați la altitudine, presiunea parțială a oxigenului scade în mod corespunzător.

Plămânii umani conțin în mod constant aproximativ 3 litri de aer alveolar. Presiunea parțială a oxigenului în aerul alveolar la normal presiune atmosferică este de 110 mmHg. Art., presiunea dioxidului de carbon - 40 mm Hg. Art., si vapori de apa - 47 mm Hg. Artă. Odată cu creșterea altitudinii, presiunea oxigenului scade, iar presiunea totală a vaporilor de apă și dioxid de carbon din plămâni rămâne aproape constantă - aproximativ 87 mm Hg. Artă. Furnizarea de oxigen a plămânilor se va opri complet atunci când presiunea aerului ambiant devine egală cu această valoare.

La o altitudine de aproximativ 19-20 km, presiunea atmosferică scade la 47 mm Hg. Artă. Prin urmare, la această altitudine, apa și lichidul interstițial încep să fiarbă în corpul uman. În afara cabinei presurizate la aceste altitudini, moartea are loc aproape instantaneu. Astfel, din punctul de vedere al fiziologiei umane, „spațiul” începe deja la o altitudine de 15-19 km.

Straturile dense de aer - troposfera și stratosfera - ne protejează de efectele dăunătoare ale radiațiilor. Cu suficientă rarefiere a aerului, la altitudini mai mari de 36 km, radiațiile ionizante - razele cosmice primare - au un efect intens asupra organismului; La altitudini de peste 40 km, partea ultravioletă a spectrului solar este periculoasă pentru oameni.

Pe măsură ce ne ridicăm la o înălțime din ce în ce mai mare deasupra suprafeței Pământului, fenomene cunoscute observate în straturile inferioare ale atmosferei, cum ar fi propagarea sunetului, apariția ridicării și rezistenței aerodinamice, transferul de căldură prin convecție etc., slăbesc treptat și apoi dispar complet.

În straturile rarefiate de aer, propagarea sunetului este imposibilă. Până la altitudini de 60-90 km, este încă posibilă utilizarea rezistenței aerului și a portanței pentru zborul aerodinamic controlat. Însă pornind de la altitudini de 100-130 km, conceptele de număr M și bariera sonoră, familiare fiecărui pilot, își pierd sensul: acolo se află linia convențională Karman, dincolo de care începe regiunea zborului pur balistic, care nu poate decât controlată cu ajutorul forțelor reactive.

La altitudini de peste 100 km, atmosfera este lipsită de o altă proprietate remarcabilă - capacitatea de a absorbi, de a conduce și de a transmite energie termală prin convecție (adică prin amestecarea aerului). Înseamnă că diverse elemente echipamentele și echipamentele stației spațiale orbitale nu vor putea fi răcite din exterior în același mod în care se face de obicei pe un avion - cu ajutorul jeturilor de aer și radiatoarelor de aer. La o asemenea înălțime, ca în general în spațiu, singura cale transferul de căldură este radiație termică.

Istoria formării atmosferice

Conform teoriei celei mai comune, atmosfera Pământului a avut trei compoziții diferite de-a lungul timpului. Inițial, a constat din gaze ușoare (hidrogen și heliu) captate din spațiul interplanetar. Aceasta este așa-numita atmosferă primară (acum aproximativ patru miliarde de ani). În etapa următoare, activitatea vulcanică activă a dus la saturarea atmosferei cu alte gaze decât hidrogenul (dioxid de carbon, amoniac, vapori de apă). Așa s-a format atmosfera secundară (aproximativ trei miliarde de ani înainte de ziua de azi). Această atmosferă era reconfortantă. În plus, procesul de formare a atmosferei a fost determinat de următorii factori:

  • scurgerea gazelor ușoare (hidrogen și heliu) în spațiul interplanetar;
  • reacții chimice care apar în atmosferă sub influența radiațiilor ultraviolete, a descărcărilor de fulgere și a altor factori.

Treptat, acești factori au condus la formarea unei atmosfere terțiare, caracterizată prin mult mai puțin hidrogen și mult mai mult azot și dioxid de carbon (format ca urmare a reacțiilor chimice din amoniac și hidrocarburi).

Azot

Educaţie cantitate mare azotul N2 se datorează oxidării atmosferei amoniac-hidrogen de către oxigenul molecular O2, care a început să iasă de la suprafața planetei ca urmare a fotosintezei, începând cu 3 miliarde de ani. Azotul N2 este, de asemenea, eliberat în atmosferă ca urmare a denitrificării nitraților și a altor compuși care conțin azot. Azotul este oxidat de ozon la NO în atmosfera superioară.

Azotul N2 reacționează numai în condiții specifice (de exemplu, în timpul descărcării unui fulger). Se folosește oxidarea azotului molecular cu ozon în timpul descărcărilor electrice în cantități mici productie industrialaîngrășăminte cu azot. Cianobacteriile (alge albastru-verzi) și bacteriile nodulare care formează simbioză rizobială cu plantele leguminoase, așa-numitele, o pot oxida cu un consum redus de energie și o pot transforma într-o formă biologic activă. gunoi de grajd verde.

Oxigen

Compoziția atmosferei a început să se schimbe radical odată cu apariția organismelor vii pe Pământ, ca urmare a fotosintezei, însoțită de eliberarea de oxigen și absorbția de dioxid de carbon. Inițial, oxigenul a fost cheltuit pentru oxidarea compușilor reduși - amoniac, hidrocarburi, formă feroasă de fier conținută în oceane etc. La sfârșitul acestei etape, conținutul de oxigen din atmosferă a început să crească. Treptat, s-a format o atmosferă modernă cu proprietăți oxidante. Deoarece acest lucru a provocat schimbări grave și abrupte în multe procese care au loc în atmosferă, litosferă și biosferă, acest eveniment a fost numit Catastrofa oxigenului.

În timpul Fanerozoicului, compoziția atmosferei și conținutul de oxigen au suferit modificări. Ele s-au corelat în primul rând cu rata de depunere a sedimentului organic. Astfel, în perioadele de acumulare de cărbune, conținutul de oxigen din atmosferă a depășit aparent semnificativ nivelul modern.

Dioxid de carbon

Conținutul de CO2 din atmosferă depinde de activitatea vulcanică și de procesele chimice din învelișul pământului, dar mai ales de intensitatea biosintezei și de descompunere a materiei organice din biosfera Pământului. Aproape întreaga biomasă actuală a planetei (aproximativ 2,4 1012 tone) se formează din cauza dioxidului de carbon, azotului și vaporilor de apă conținute în aerul atmosferic. Organele îngropate în ocean, mlaștini și păduri se transformă în cărbune, petrol și gaze naturale.

gaze nobile

Sursa gazelor nobile - argon, heliu și cripton - sunt erupțiile vulcanice și dezintegrarea elementelor radioactive. Pământul în general și atmosfera în special sunt epuizate de gaze inerte în comparație cu spațiul. Se crede că motivul pentru aceasta constă în scurgerea continuă a gazelor în spațiul interplanetar.

Poluarea aerului

ÎN În ultima vreme Omul a început să influențeze evoluția atmosferei. Rezultatul activităților sale a fost o creștere constantă a conținutului de dioxid de carbon din atmosferă datorită arderii combustibililor hidrocarburi acumulați în erele geologice anterioare. Cantități uriașe de CO2 sunt consumate în timpul fotosintezei și absorbite de oceanele lumii. Acest gaz pătrunde în atmosferă datorită descompunerii rocilor carbonatice și a substanțelor organice de origine vegetală și animală, precum și datorită vulcanismului și activității industriale umane. În ultimii 100 de ani, conținutul de CO2 din atmosferă a crescut cu 10%, cea mai mare parte (360 de miliarde de tone) provenind din arderea combustibilului. Dacă ritmul de creștere a arderii combustibilului continuă, atunci în următorii 200-300 de ani cantitatea de CO2 din atmosferă se va dubla și ar putea duce la schimbări globale climat.

Arderea combustibilului este principala sursă de gaze poluante (CO, NO, SO2). Dioxidul de sulf este oxidat de oxigenul atmosferic la SO3, iar oxidul de azot la NO2 în straturile superioare ale atmosferei, care la rândul lor interacționează cu vaporii de apă, iar acidul sulfuric H2SO4 și acidul azotic HNO3 cad la suprafața Pământului în formă a așa-numitului. ploaie acidă. Utilizarea motoarelor cu ardere internă conduce la o poluare atmosferică semnificativă cu oxizi de azot, hidrocarburi și compuși ai plumbului (plumb tetraetil) Pb(CH3CH2)4.

Poluarea cu aerosoli a atmosferei este cauzată de: cauze naturale(erupții vulcanice, furtuni de praf, antrenare de picături apa de mareși polenul de plante etc.) și activitățile economice umane (exploatarea minereurilor și a materialelor de construcție, arderea combustibilului, fabricarea cimentului etc.). Emisia intensivă la scară largă de particule solide în atmosferă este una dintre cele mai importante motive posibile schimbări ale climei planetei.

(Vizitat de 719 ori, 1 vizite astăzi)

Atmosfera are o structură stratificată. Granițele dintre straturi nu sunt ascuțite și înălțimea lor depinde de latitudine și de perioada anului. Structura stratificată este rezultatul schimbărilor de temperatură la diferite altitudini. Vremea se formează în troposferă (mai jos la aproximativ 10 km: la aproximativ 6 km deasupra polilor și la peste 16 km deasupra ecuatorului). Iar limita superioară a troposoferei este mai înaltă vara decât iarna.

De la suprafața Pământului în sus, aceste straturi sunt:

troposfera

Stratosferă

Mezosfera

Termosferă

Exosfera

troposfera

Partea inferioară a atmosferei, până la o înălțime de 10-15 km, în care se concentrează 4/5 din masa totală a aerului atmosferic, se numește troposferă. Este caracteristic faptul că aici temperatura scade odată cu înălțimea cu o medie de 0,6°/100 m (în unele cazuri, distribuția verticală a temperaturii variază foarte mult). Troposfera conține aproape toți vaporii de apă atmosferici și produce aproape toți norii. Turbulența este, de asemenea, foarte dezvoltată aici, mai ales în apropiere suprafața pământului, precum și în așa-numitele curente cu jet din partea superioară a troposferei.

Înălțimea la care se extinde troposfera peste fiecare locație de pe Pământ variază de la o zi la alta. În plus, chiar și în medie variază la diferite latitudini și în anotimpuri diferite al anului. În medie, troposfera anuală se extinde peste poli până la o înălțime de aproximativ 9 km, peste latitudini temperate până la 10-12 km și deasupra ecuatorului până la 15-17 km. In medie temperatura anuala aerul de la suprafața pământului este de aproximativ +26° la ecuator și aproximativ -23° la polul nord. La limita superioară a troposferei deasupra ecuatorului temperatura medie aproximativ -70°, deasupra Polului Nord iarna aproximativ -65°, iar vara aproximativ -45°.

Presiunea aerului la limita superioară a troposferei, corespunzătoare înălțimii acesteia, este de 5-8 ori mai mică decât la suprafața terestră. În consecință, cea mai mare parte a aerului atmosferic este situată în troposferă. Procesele care au loc în troposferă sunt direct și decisiv importante pentru vremea și clima de la suprafața pământului.

Toți vaporii de apă sunt concentrați în troposferă și de aceea toți norii se formează în troposferă. Temperatura scade cu altitudinea.

Razele soarelui trec cu ușurință prin troposferă, iar căldura care iradiază de pe Pământ, încălzită de razele soarelui, se acumulează în troposferă: gazele precum dioxidul de carbon, metanul și vaporii de apă rețin căldura. Acest mecanism de încălzire a atmosferei de pe Pământ, încălzită de radiația solară, se numește Efect de sera. Tocmai pentru că sursa de căldură pentru atmosferă este Pământul, temperatura aerului scade odată cu înălțimea

Limita dintre troposfera turbulentă și stratosfera calmă se numește tropopauză. Aici se formează vânturile cu mișcare rapidă numite „jet streams”.

S-a presupus cândva că temperatura atmosferei scade deasupra troposoferei, dar măsurătorile în straturile înalte ale atmosferei au arătat că nu este așa: imediat deasupra tropopauzei temperatura este aproape constantă și apoi începe să crească.Orizontală puternică vânturile bat în stratosferă fără a forma turbulențe. Aerul din stratosferă este foarte uscat și, prin urmare, norii sunt rari. Se formează așa-numiții nori nacru.

Stratosfera este foarte importantă pentru viața de pe Pământ, deoarece în acest strat există o cantitate mică de ozon, care absoarbe radiațiile ultraviolete puternice, dăunătoare vieții. Prin absorbția radiațiilor ultraviolete, ozonul încălzește stratosfera.

Stratosferă

Deasupra troposferei până la o altitudine de 50-55 km se află stratosfera, caracterizată prin faptul că temperatura în ea, în medie, crește odată cu înălțimea. Stratul de tranziție dintre troposferă și stratosferă (1-2 km grosime) se numește tropopauză.

Mai sus au fost date despre temperatura la limita superioară a troposferei. Aceste temperaturi sunt, de asemenea, tipice pentru stratosfera inferioară. Astfel, temperatura aerului din stratosfera inferioară deasupra ecuatorului este întotdeauna foarte scăzută; Mai mult, vara este mult mai jos decât deasupra stâlpului.

Stratosfera inferioară este mai mult sau mai puțin izotermă. Însă, începând de la o altitudine de aproximativ 25 km, temperatura în stratosferă crește rapid odată cu altitudinea, atingând un maxim la o altitudine de aproximativ 50 km, de altfel. valori pozitive(de la +10 la +30°). Datorită creșterii temperaturii cu altitudinea, turbulența în stratosferă este scăzută.

Există vapori de apă neglijabili în stratosferă. Cu toate acestea, la altitudini de 20-25 km acestea sunt uneori observate în latitudini mari foarte subțiri, așa-zișii nori nacru. Ziua nu sunt vizibile, dar noaptea par să strălucească, deoarece sunt iluminate de soare sub orizont. Acești nori sunt formați din picături de apă suprarăcite. Stratosfera se caracterizează și prin faptul că conține în principal ozon atmosferic, așa cum am menționat mai sus.

Mezosfera

Deasupra stratosferei se află stratul mezosferă, până la aproximativ 80 km. Aici temperatura scade odată cu altitudinea la câteva zeci de grade sub zero. Datorită scăderii rapide a temperaturii odată cu înălțimea, turbulența este foarte dezvoltată în mezosferă. La altitudini apropiate de limita superioară a mezosferei (75-90 km), se observă un alt tip special de nori, luminați tot de soare noaptea, așa-zișii noctilucenți. Cel mai probabil sunt compuse din cristale de gheață.

La limita superioară a mezosferei, presiunea aerului este de 200 de ori mai mică decât la suprafața pământului. Astfel, în troposferă, stratosferă și mezosferă împreună, până la o altitudine de 80 km, se află mai mult de 99,5% din masa totală a atmosferei. Straturile de deasupra reprezintă o cantitate neglijabilă de aer

La o altitudine de aproximativ 50 km deasupra Pământului, temperatura începe din nou să scadă, marcând limita superioară a stratosferei și începutul următorului strat, mezosfera. Mezosfera are cea mai rece temperatură din atmosferă: de la -2 la -138 de grade Celsius. Aici se află și cei mai înalți nori: pe vreme senină se văd la apus. Ele sunt numite noctilucente (strălucitoare noaptea).

Termosferă

Partea superioară a atmosferei, deasupra mezosferei, este caracterizată de temperaturi foarte ridicate și de aceea se numește termosferă. Cu toate acestea, în ea se disting două părți: ionosfera, care se întinde de la mezosferă până la altitudini de ordinul a o mie de kilometri, și partea exterioară situată deasupra ei - exosfera, care se transformă în coroana terestră.

Aerul din ionosferă este extrem de rarefiat. Am indicat deja că la altitudini de 300-750 km densitatea sa medie este de aproximativ 10-8-10-10 g/m3. Dar chiar și cu o densitate atât de mică, fiecare centimetru cub de aer la o altitudine de 300 km conține încă aproximativ un miliard (109) de molecule sau atomi, iar la o altitudine de 600 km - peste 10 milioane (107). Acesta este cu câteva ordine de mărime mai mare decât conținutul de gaze din spațiul interplanetar.

Ionosfera, așa cum spune și numele, se caracterizează printr-un grad foarte puternic de ionizare a aerului - conținutul de ioni de aici este de multe ori mai mare decât în ​​straturile de dedesubt, în ciuda rarității generale puternice a aerului. Acești ioni sunt în principal atomi de oxigen încărcați, molecule de oxid nitric încărcate și electroni liberi. Conținutul lor la altitudini de 100-400 km este de aproximativ 1015-106 pe centimetru cub.

În ionosferă se disting mai multe straturi, sau regiuni, cu ionizare maximă, mai ales la altitudini de 100-120 km și 200-400 km. Dar chiar și în spațiile dintre aceste straturi, gradul de ionizare a atmosferei rămâne foarte ridicat. Poziția straturilor ionosferice și concentrația ionilor în ele se schimbă tot timpul. Colecțiile sporadice de electroni cu concentrații deosebit de mari se numesc nori de electroni.

Conductivitatea electrică a atmosferei depinde de gradul de ionizare. Prin urmare, în ionosferă, conductivitatea electrică a aerului este în general de 1012 ori mai mare decât cea a suprafeței pământului. Undele radio experimentează absorbția, refracția și reflexia în ionosferă. Undele cu o lungime mai mare de 20 m nu pot trece deloc prin ionosferă: sunt reflectate de straturi de electroni de concentrație scăzută în partea inferioară a ionosferei (la altitudini de 70-80 km). Undele medii și scurte sunt reflectate de straturile ionosferice de deasupra.

Datorită reflexiei din ionosferă, este posibilă comunicarea la distanță lungă pe unde scurte. Reflexiile multiple din ionosferă și suprafața pământului permit undelor scurte să călătorească în zig-zag pe distanțe lungi, îndoindu-se în jurul suprafeței globului. Deoarece poziția și concentrația straturilor ionosferice se schimbă constant, se schimbă și condițiile de absorbție, reflectare și propagare a undelor radio. Prin urmare, pentru comunicații radio fiabile, este necesar un studiu continuu al stării ionosferei. Observațiile propagării undelor radio sunt tocmai mijloacele unei astfel de cercetări.

În ionosferă, se observă aurore și strălucirea cerului nopții, care este aproape de ele în natură - luminescență constantă a aerului atmosferic, precum și fluctuații bruște ale câmpului magnetic - furtuni magnetice ionosferice.

Ionizarea în ionosferă își datorează existența acțiunii radiațiilor ultraviolete de la Soare. Absorbția sa de către moleculele gazelor atmosferice duce la formarea de atomi încărcați și electroni liberi, așa cum sa discutat mai sus. Fluctuațiile câmpului magnetic în ionosferă și aurore depind de fluctuațiile activității solare. Modificările activității solare sunt asociate cu modificări ale fluxului de radiații corpusculare care vin de la Soare în atmosfera terestră. Și anume, radiația corpusculară are o importanță primordială pentru aceste fenomene ionosferice.

Temperatura din ionosferă crește cu altitudinea până la foarte mult valori mari. La altitudini de aproximativ 800 km atinge 1000°.

Când vorbim de temperaturi ridicate în ionosferă, ne referim la faptul că particulele de gaze atmosferice se deplasează acolo cu viteze foarte mari. Cu toate acestea, densitatea aerului în ionosferă este atât de scăzută încât un corp situat în ionosferă, de exemplu un satelit zburător, nu va fi încălzit prin schimbul de căldură cu aerul. Regimul de temperatură al satelitului va depinde de absorbția directă a radiației solare și de eliberarea propriei radiații în spațiul înconjurător. Termosfera este situată deasupra mezosferei la o altitudine de 90 până la 500 km deasupra suprafeței Pământului. Moleculele de gaz de aici sunt foarte împrăștiate și absorb razele X și radiațiile ultraviolete cu lungime de undă scurtă. Din acest motiv, temperaturile pot ajunge la 1000 de grade Celsius.

Termosfera corespunde practic ionosferei, unde gazul ionizat reflectă undele radio înapoi pe Pământ, un fenomen care face posibile comunicațiile radio.

Exosfera

Peste 800-1000 km, atmosfera trece în exosferă și treptat în spațiul interplanetar. Vitezele de mișcare ale particulelor de gaz, în special ale celor ușoare, sunt foarte mari aici și, din cauza rarefării extreme a aerului la aceste altitudini, particulele pot zbura în jurul Pământului pe orbite eliptice fără a se ciocni unele de altele. Particulele individuale pot avea viteze suficiente pentru a depăși gravitația. Pentru particulele neîncărcate, viteza critică va fi de 11,2 km/sec. Astfel de particule deosebit de rapide pot, deplasându-se de-a lungul traiectoriilor hiperbolice, să zboare din atmosferă în spațiul cosmic, să „scape” și să se disipeze. Prin urmare, exosfera este numită și sferă de împrăștiere.

În cea mai mare parte, atomii de hidrogen, care sunt gazul dominant în cele mai înalte straturi ale exosferei, scapă.

Recent s-a presupus că exosfera, și odată cu ea atmosfera Pământului în general, se termină la altitudini de aproximativ 2000-3000 km. Dar din observațiile efectuate de rachete și sateliți, reiese că hidrogenul care scapă din exosferă formează ceea ce se numește coroana Pământului în jurul Pământului, extinzându-se pe mai mult de 20.000 km. Desigur, densitatea gazului din coroana pământului este neglijabilă. Pentru fiecare centimetru cub există în medie doar o mie de particule. Dar în spațiul interplanetar concentrația de particule (în principal protoni și electroni) este de cel puțin zece ori mai mică.

Cu ajutorul sateliților și rachetelor geofizice, existența în partea superioară a atmosferei și în spațiul apropiat al Pământului a centurii de radiații a Pământului, începând de la o altitudine de câteva sute de kilometri și extinzându-se pe zeci de mii de kilometri de suprafața pământului, s-a stabilit. Această centură este formată din particule încărcate electric - protoni și electroni, captate de câmpul magnetic al Pământului și care se deplasează cu viteze foarte mari. Energia lor este de ordinul a sute de mii de electroni volți. Centura de radiații pierde constant particule din atmosfera pământului și este completată de fluxurile de radiații corpusculare solare.

temperatura atmosferei stratosfera troposfera

STRUCTURA ATMOSFEREI

Atmosfera(din greaca veche ἀτμός - abur și σφαῖρα - bilă) - învelișul de gaz (geosfera) care înconjoară planeta Pământ. Suprafața sa interioară acoperă hidrosfera și parțial scoarța terestră, în timp ce suprafața sa exterioară se învecinează cu partea apropiată a Pământului a spațiului cosmic.

Proprietăți fizice

Grosimea atmosferei este de aproximativ 120 km de suprafața Pământului. Masa totală a aerului din atmosferă este (5,1-5,3) 10 18 kg. Dintre acestea, masa aerului uscat este (5,1352 ± 0,0003) 10 18 kg, masa totală a vaporilor de apă este în medie de 1,27 10 16 kg.

Masa molară a aerului curat uscat este de 28,966 g/mol, iar densitatea aerului la suprafața mării este de aproximativ 1,2 kg/m3. Presiunea la 0 °C la nivelul mării este de 101,325 kPa; temperatura critică - −140,7 °C; presiune critică - 3,7 MPa; Cp la 0°C - 1,0048.103 J/(kg.K), Cv - 0.7159.103 J/(kg.K) (la 0°C). Solubilitatea aerului în apă (în masă) la 0 °C - 0,0036%, la 25 °C - 0,0023%.

Următoarele sunt acceptate ca „condiții normale” la suprafața Pământului: densitate 1,2 kg/m3, presiune barometrică 101,35 kPa, temperatură plus 20 °C și umiditate relativă 50%. Acești indicatori condiționali au o semnificație pur inginerească.

Structura atmosferei

Atmosfera are o structură stratificată. Straturile atmosferei diferă unele de altele prin temperatura aerului, densitatea acestuia, cantitatea de vapori de apă din aer și alte proprietăți.

troposfera(Greaca veche τρόπος - „întoarcere”, „schimbare” și σφαῖρα - „minge”) - stratul inferior, cel mai studiat al atmosferei, cu o înălțime de 8-10 km în regiunile polare, până la 10-12 km în latitudinile temperate, la ecuator - 16-18 km.

La creșterea în troposferă, temperatura scade în medie cu 0,65 K la fiecare 100 m și ajunge la 180-220 K în partea superioară. Acest strat superior al troposferei, în care scăderea temperaturii odată cu înălțimea încetează, se numește tropopauză. Următorul strat al atmosferei, situat deasupra troposferei, se numește stratosferă.

Mai mult de 80% din masa totală a aerului atmosferic este concentrată în troposferă, turbulența și convecția sunt foarte dezvoltate, partea predominantă a vaporilor de apă este concentrat, apar nori, se formează fronturi atmosferice, se dezvoltă cicloni și anticicloni, precum și alte procese. care determină vremea și clima. Procesele care au loc în troposferă sunt cauzate în primul rând de convecție.

Partea troposferei în care este posibilă formarea ghețarilor pe suprafața pământului se numește chionosferă.

Tropopauza(din grecescul τροπος - întoarcere, schimbare și παῦσις - oprire, terminare) - un strat al atmosferei în care scăderea temperaturii cu înălțimea încetează; strat de tranziție de la troposferă la stratosferă. În atmosfera terestră, tropopauza este situată la altitudini de la 8-12 km (peste nivelul mării) în regiunile polare și până la 16-18 km deasupra ecuatorului. Înălțimea tropopauzei depinde și de perioada anului (vara tropopauza este situată mai sus decât iarna) și de activitatea ciclonică (în cicloni este mai scăzută, iar în anticicloni este mai mare)

Grosimea tropopauzei variază de la câteva sute de metri până la 2-3 kilometri. În zonele subtropicale, se observă pauze de tropopauză din cauza curenților puternici de jet. Tropopauza din anumite zone este adesea distrusă și reformată.

Stratosferă(din latină stratum - pardoseală, strat) - un strat al atmosferei situat la o altitudine de 11 până la 50 km. Caracterizat printr-o ușoară modificare a temperaturii în stratul de 11-25 km (stratul inferior al stratosferei) și o creștere a temperaturii în stratul de 25-40 km de la -56,5 la 0,8 ° C (stratul superior al stratosferei sau regiunea de inversare) . Atinsă o valoare de aproximativ 273 K (aproape 0 °C) la o altitudine de aproximativ 40 km, temperatura rămâne constantă până la o altitudine de aproximativ 55 km. Această regiune cu temperatură constantă se numește stratopauză și este granița dintre stratosferă și mezosferă. Densitatea aerului în stratosferă este de zeci și sute de ori mai mică decât la nivelul mării.

În stratosferă se află stratul de ozon („stratul de ozon”) (la o altitudine de 15-20 până la 55-60 km), ceea ce determină limita superioară a vieții în biosferă. Ozonul (O 3) se formează ca rezultat al reacțiilor fotochimice cel mai intens la o altitudine de ~30 km. Masa totală de O 3 ar fi la presiune normală un strat de 1,7-4,0 mm grosime, dar acesta este suficient pentru a absorbi radiațiile ultraviolete care distrug viața de la Soare. Distrugerea O 3 are loc atunci când interacționează cu radicalii liberi, NO și compușii care conțin halogen (inclusiv „freoni”).

În stratosferă, cea mai mare parte a undelor scurte a radiației ultraviolete (180-200 nm) este reținută, iar energia undelor scurte este transformată. Sub influența acestor raze, câmpurile magnetice se modifică, moleculele se dezintegrează, are loc ionizarea și are loc o nouă formare de gaze și alți compuși chimici. Aceste procese pot fi observate sub formă de aurore boreale, fulgere și alte străluciri.

În stratosferă și în straturile superioare, sub influența radiației solare, moleculele de gaz se disociază în atomi (peste 80 km CO 2 și H 2 se disociază, peste 150 km - O 2, peste 300 km - N 2). La o altitudine de 200-500 km, ionizarea gazelor are loc și în ionosferă; la o altitudine de 320 km, concentrația particulelor încărcate (O + 2, O - 2, N + 2) este ~ 1/300 din concentrația de particule neutre. În straturile superioare ale atmosferei există radicali liberi - OH, HO 2 etc.

Aproape că nu există vapori de apă în stratosferă.

Zborurile în stratosferă au început în anii 1930. Zborul pe primul balon stratosferic (FNRS-1), care a fost realizat de Auguste Picard și Paul Kipfer la 27 mai 1931 la o altitudine de 16,2 km, este larg cunoscut. Avioanele comerciale moderne de luptă și supersonice zboară în stratosferă la altitudini în general de până la 20 km (deși plafonul dinamic poate fi mult mai mare). Baloanele meteorologice de mare altitudine se ridică până la 40 km; recordul pentru un balon fără pilot este de 51,8 km.

Recent, în cercurile militare americane, s-a acordat multă atenție dezvoltării straturilor stratosferei de peste 20 km, adesea numite „pre-spațiu”. « aproape de spațiu» ). Se presupune că dirijabilele fără pilot și avioanele alimentate cu energie solară (cum ar fi Pathfinderul NASA) vor putea perioadă lungă de timp să fie la o altitudine de aproximativ 30 km și să asigure supraveghere și comunicații către zone foarte mari, rămânând în același timp puțin vulnerabile la sistemele de apărare aeriană; Astfel de dispozitive vor fi de multe ori mai ieftine decât sateliții.

Stratopauza- un strat al atmosferei care este limita dintre două straturi, stratosfera și mezosfera. În stratosferă, temperatura crește odată cu creșterea altitudinii, iar stratopauza este stratul în care temperatura atinge maximul. Temperatura stratopauzei este de aproximativ 0 °C.

Acest fenomen se observă nu numai pe Pământ, ci și pe alte planete care au atmosferă.

Pe Pământ, stratopauza este situată la o altitudine de 50 - 55 km deasupra nivelului mării. Presiunea atmosferică este de aproximativ 1/1000 față de nivelul mării.

Mezosfera(din greacă μεσο- - „mijloc” și σφαῖρα - „minge”, „sferă”) - un strat al atmosferei la altitudini de la 40-50 la 80-90 km. Caracterizat printr-o creștere a temperaturii cu altitudinea; temperatura maximă (aproximativ +50°C) este situată la o altitudine de aproximativ 60 km, după care temperatura începe să scadă la −70° sau −80°C. Această scădere a temperaturii este asociată cu absorbția puternică a radiației solare (radiația) de către ozon. Termenul a fost adoptat de Uniunea Geografică și Geofizică în 1951.

Compoziția gazelor mezosferei, precum și a celor situate mai jos straturile atmosferice, este constantă și conține aproximativ 80% azot și 20% oxigen.

Mezosfera este separată de stratosfera subiacentă prin stratopauză și de termosfera de deasupra prin mezopauză. Mezopauza coincide practic cu turbopauza.

Meteorii încep să strălucească și, de regulă, ard complet în mezosferă.

În mezosferă pot apărea nori noctilucenți.

Pentru zboruri, mezosfera este un fel de „zonă moartă” - aerul de aici este prea rarefiat pentru a susține avioane sau baloane (la o altitudine de 50 km densitatea aerului este de 1000 de ori mai mică decât la nivelul mării) și, în același timp prea dens pentru zboruri artificiale sateliți pe o orbită atât de joasă. Studiile directe ale mezosferei sunt efectuate în principal folosind rachete meteorologice suborbitale; În general, mezosfera a fost studiată mai puțin bine decât alte straturi ale atmosferei, motiv pentru care oamenii de știință au poreclit-o „ignorosferă”.

Mezopauza

Mezopauza- un strat al atmosferei care separă mezosfera de termosfera. Pe Pământ se află la o altitudine de 80-90 km deasupra nivelului mării. La mezopauză există o temperatură minimă, care este de aproximativ -100 °C. Mai jos (începând de la o altitudine de aproximativ 50 km) temperatura scade odată cu înălțimea, mai sus (până la o altitudine de aproximativ 400 km) se ridică din nou. Mezopauza coincide cu limita inferioară a regiunii de absorbție activă a razelor X și a radiației ultraviolete cu unde scurte de la Soare. La această altitudine se observă nori noctilucenți.

Mezopauza apare nu numai pe Pământ, ci și pe alte planete care au atmosferă.

Linia Karman- altitudinea deasupra nivelului mării, care este convențional acceptată ca graniță între atmosfera Pământului și spațiu.

Conform definiției Fédération Aéronautique Internationale (FAI), linia Karman este situată la o altitudine de 100 km deasupra nivelului mării.

Înălțimea a fost numită după Theodore von Karman, un om de știință american de origine maghiară. El a fost primul care a stabilit că la aproximativ această altitudine atmosfera devine atât de rarefiată încât aeronautica devine imposibilă, deoarece viteza aeronavei necesară pentru a crea suficientă portanță devine mai mare decât prima viteză cosmică și, prin urmare, pentru a atinge altitudini mai mari este necesar. să folosească astronautica.

Atmosfera Pământului continuă dincolo de linia Karman. Partea exterioară a atmosferei pământului, exosfera, se extinde la o altitudine de 10 mii de km sau mai mult; la această altitudine, atmosfera constă în principal din atomi de hidrogen care sunt capabili să părăsească atmosfera.

Realizarea Liniei Karman a fost prima condiție pentru primirea Premiului Ansari X, deoarece aceasta este baza pentru recunoașterea zborului ca zbor spațial.

YouTube enciclopedic

    1 / 5

    ✪ Nava spațială Pământ (Episodul 14) - Atmosferă

    ✪ De ce atmosfera nu a fost trasă în vidul spațiului?

    ✪ Intrarea navei spațiale Soyuz TMA-8 în atmosfera Pământului

    ✪ Structura atmosferei, sensul, studiul

    ✪ O. S. Ugolnikov " Atmosfera superioara. Întâlnirea Pământului și a spațiului”

    Subtitrări

Limită atmosferică

Atmosfera este considerată acea regiune din jurul Pământului în care mediul gazos se rotește împreună cu Pământul ca un întreg. Atmosfera trece în spațiul interplanetar treptat, în exosferă, începând de la o altitudine de 500-1000 km de suprafața Pământului.

Conform definiției propuse de Federația Internațională a Aviației, granița atmosferei și spațiului este trasată de-a lungul liniei Karman, situată la o altitudine de aproximativ 100 km, deasupra căreia zborurile aviatice devin complet imposibile. NASA folosește marcajul de 122 de kilometri (400.000 de picioare) ca limită atmosferică, unde navetele trec de la manevrarea motorizată la manevrarea aerodinamică.

Proprietăți fizice

Pe lângă gazele indicate în tabel, atmosfera conține Cl 2 (\displaystyle (\ce (Cl2))) , SO 2 (\displaystyle (\ce (SO2))) , NH 3 (\displaystyle (\ce (NH3))) , CO (\displaystyle ((\ce (CO)))) , O 3 (\displaystyle ((\ce (O3)))) , NU 2 (\displaystyle (\ce (NO2))), hidrocarburi, HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , HI (\displaystyle ((\ce (HI)))), cupluri Hg (\displaystyle (\ce (Hg))) , I 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br 2 (\displaystyle (\ce (Br2))), precum și multe alte gaze în cantități mici. Troposfera conține în mod constant o cantitate mare de particule solide și lichide în suspensie (aerosoli). Cel mai rar gaz din atmosfera Pământului este Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .

Structura atmosferei

Stratul limită atmosferic

Stratul inferior al troposferei (1-2 km grosime), în care starea și proprietățile suprafeței Pământului afectează direct dinamica atmosferei.

troposfera

Limita sa superioară se află la o altitudine de 8-10 km în latitudini polare, 10-12 km în latitudinile temperate și 16-18 km în latitudini tropicale; mai scăzut iarna decât vara.
Stratul principal inferior al atmosferei conține mai mult de 80% din masa totală a aerului atmosferic și aproximativ 90% din totalul vaporilor de apă prezenți în atmosferă. Turbulența și convecția sunt foarte dezvoltate în troposferă, apar norii și se dezvoltă cicloni și anticicloni. Temperatura scade odată cu creșterea altitudinii cu un gradient vertical mediu de 0,65°/100 metri.

Tropopauza

Stratul de tranziție de la troposferă la stratosferă, un strat al atmosferei în care scăderea temperaturii odată cu înălțimea încetează.

Stratosferă

Un strat al atmosferei situat la o altitudine de 11 până la 50 km. Caracterizat printr-o ușoară modificare a temperaturii în stratul de 11-25 km (stratul inferior al stratosferei) și o creștere a stratului de 25-40 km de la minus 56,5 la plus 0,8 ° C (stratul superior al stratosferei sau regiunea de inversare). Atinsă o valoare de aproximativ 273 K (aproape 0 °C) la o altitudine de aproximativ 40 km, temperatura rămâne constantă până la o altitudine de aproximativ 55 km. Această regiune cu temperatură constantă se numește stratopauză și este granița dintre stratosferă și mezosferă.

Stratopauza

Stratul limită al atmosferei dintre stratosferă și mezosferă. În distribuția verticală a temperaturii există un maxim (aproximativ 0 °C).

Mezosfera

Termosferă

Limita superioară este de aproximativ 800 km. Temperatura se ridică la altitudini de 200-300 km, unde atinge valori de ordinul a 1500 K, după care rămâne aproape constantă până la altitudini mari. Sub influența radiației solare și a radiației cosmice, are loc ionizarea aerului („aurore”) - principalele regiuni ale ionosferei se află în interiorul termosferei. La altitudini de peste 300 km predomină oxigenul atomic. Limita superioară a termosferei este determinată în mare măsură de activitatea curentă a Soarelui. În perioadele de activitate scăzută - de exemplu, în 2008-2009 - există o scădere vizibilă a dimensiunii acestui strat.

Termopauza

Regiunea atmosferei adiacentă deasupra termosferei. În această regiune, absorbția radiației solare este neglijabilă, iar temperatura nu se modifică efectiv odată cu altitudinea.

Exosfera (sfera de împrăștiere)

Până la o altitudine de 100 km, atmosfera este un amestec omogen, bine amestecat de gaze. În straturile superioare, distribuția gazelor după înălțime depinde de greutățile moleculare ale acestora; concentrația de gaze mai grele scade mai repede cu distanța de la suprafața Pământului. Datorită scăderii densității gazelor, temperatura scade de la 0 °C în stratosferă la minus 110 °C în mezosferă. Cu toate acestea, energia cinetică a particulelor individuale la altitudini de 200-250 km corespunde unei temperaturi de ~ 150 °C. Peste 200 km se observă fluctuații semnificative ale temperaturii și densității gazelor în timp și spațiu.

La o altitudine de aproximativ 2000-3500 km, exosfera se transformă treptat în așa-numita în apropierea vidului spațial, care este umplut cu particule rare de gaz interplanetar, în principal atomi de hidrogen. Dar acest gaz reprezintă doar o parte din materia interplanetară. Cealaltă parte este formată din particule de praf de origine cometă și meteorică. Pe lângă particulele de praf extrem de rarefiate, în acest spațiu pătrunde radiațiile electromagnetice și corpusculare de origine solară și galactică.

Revizuire

Troposfera reprezintă aproximativ 80% din masa atmosferei, stratosfera - aproximativ 20%; masa mezosferei nu este mai mare de 0,3%, termosfera este mai mică de 0,05% din masa totală a atmosferei.

Pe baza proprietăților electrice din atmosferă, ele disting neutrosferăȘi ionosferă .

În funcție de compoziția gazului din atmosferă, ele emit homosferăȘi heterosferă. Heterosferă- Aceasta este zona în care gravitația afectează separarea gazelor, deoarece amestecul lor la o astfel de altitudine este neglijabil. Aceasta implică o compoziție variabilă a heterosferei. Sub ea se află o parte bine amestecată, omogenă a atmosferei, numită homosferă. Limita dintre aceste straturi se numește turbopauză, se află la o altitudine de aproximativ 120 km.

Alte proprietăți ale atmosferei și efecte asupra corpului uman

Deja la o altitudine de 5 km deasupra nivelului mării, o persoană neantrenată începe să se confrunte cu înfometarea de oxigen și, fără adaptare, performanța unei persoane este redusă semnificativ. Zona fiziologică a atmosferei se termină aici. Respirația omului devine imposibilă la o altitudine de 9 km, deși până la aproximativ 115 km atmosfera conține oxigen.

Atmosfera ne furnizează oxigenul necesar pentru respirație. Cu toate acestea, din cauza scăderii presiunii totale a atmosferei, pe măsură ce vă ridicați la altitudine, presiunea parțială a oxigenului scade în mod corespunzător.

Istoria formării atmosferice

Conform celei mai comune teorii, atmosfera Pământului a avut trei compoziții diferite de-a lungul istoriei sale. Inițial, a constat din gaze ușoare (hidrogen și heliu) captate din spațiul interplanetar. Acesta este așa-numitul atmosfera primara. În etapa următoare, activitatea vulcanică activă a dus la saturarea atmosferei cu alte gaze decât hidrogenul (dioxid de carbon, amoniac, vapori de apă). Așa s-a format atmosfera secundara. Această atmosferă era reconfortantă. În plus, procesul de formare a atmosferei a fost determinat de următorii factori:

  • scurgerea gazelor ușoare (hidrogen și heliu) în spațiul interplanetar;
  • reacții chimice care apar în atmosferă sub influența radiațiilor ultraviolete, a descărcărilor de fulgere și a altor factori.

Treptat, acești factori au dus la formare atmosfera tertiara, caracterizată printr-un conținut mult mai scăzut de hidrogen și un conținut mult mai mare de azot și dioxid de carbon (format ca urmare a reacțiilor chimice din amoniac și hidrocarburi).

Azot

Formarea unei cantități mari de azot se datorează oxidării atmosferei de amoniac-hidrogen de către oxigenul molecular. O 2 (\displaystyle (\ce (O2))), care a început să vină de la suprafața planetei ca urmare a fotosintezei, începând cu 3 miliarde de ani. De asemenea, azot N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) eliberat în atmosferă ca urmare a denitrificării nitraților și a altor compuși care conțin azot. Azotul este oxidat de ozon la NU (\displaystyle ((\ce (NU))))în straturile superioare ale atmosferei.

Azot N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) reacționează numai în condiții specifice (de exemplu, în timpul unei descărcări de fulgere). Oxidarea azotului molecular de către ozon în timpul descărcărilor electrice este utilizată în cantități mici în producția industrială de îngrășăminte cu azot. Cianobacterii (alge albastru-verzi) și bacterii nodulare, care formează simbioză rizobială cu plantele leguminoase, care pot fi eficiente gunoi de grajd verzi - plante care nu epuizează, dar îmbogățesc solul cu îngrășăminte naturale, îl pot oxida cu un consum redus de energie și îl pot transforma într-o formă biologic activă.

Oxigen

Compoziția atmosferei a început să se schimbe radical odată cu apariția organismelor vii pe Pământ ca urmare a fotosintezei, însoțită de eliberarea de oxigen și absorbția de dioxid de carbon. Inițial, oxigenul a fost cheltuit pentru oxidarea compușilor reduși - amoniac, hidrocarburi, formă feroasă de fier conținută în oceane și altele. La sfârșitul acestei etape, conținutul de oxigen din atmosferă a început să crească. Treptat, s-a format o atmosferă modernă cu proprietăți oxidante. Deoarece acest lucru a provocat schimbări grave și abrupte în multe procese care au loc în atmosferă, litosferă și biosferă, acest eveniment a fost numit Catastrofa oxigenului.

gaze nobile

Poluarea aerului

Recent, oamenii au început să influențeze evoluția atmosferei. Rezultatul activității umane a fost o creștere constantă a conținutului de dioxid de carbon din atmosferă datorită arderii combustibililor hidrocarburi acumulați în erele geologice anterioare. Cantități enorme sunt consumate în timpul fotosintezei și sunt absorbite de oceanele lumii. Acest gaz pătrunde în atmosferă datorită descompunerii rocilor carbonatice și a substanțelor organice de origine vegetală și animală, precum și datorită vulcanismului și activității industriale umane. În ultimii 100 de ani conținut CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2)))în atmosferă a crescut cu 10%, cea mai mare parte (360 de miliarde de tone) provenind din arderea combustibilului. Dacă rata de creștere a arderii combustibilului continuă, atunci în următorii 200-300 de ani cantitatea CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2)))în atmosferă se va dubla şi poate duce la

Atmosfera(din grecescul atmos - abur și spharia - minge) - plicul de aer Pământul se rotește cu el. Dezvoltarea atmosferei a fost strâns legată de procesele geologice și geochimice care au loc pe planeta noastră, precum și de activitățile organismelor vii.

Limita inferioară a atmosferei coincide cu suprafața Pământului, deoarece aerul pătrunde în cei mai mici pori din sol și este dizolvat chiar și în apă.

Limita superioară la o altitudine de 2000-3000 km trece treptat în spațiul cosmic.

Datorită atmosferei, care conține oxigen, viața pe Pământ este posibilă. Oxigenul atmosferic este folosit în procesul de respirație al oamenilor, animalelor și plantelor.

Dacă nu ar exista atmosferă, Pământul ar fi la fel de liniștit ca Luna. La urma urmei, sunetul este vibrația particulelor de aer. Culoarea albastră a cerului se datorează faptului că razele de soare, trecând prin atmosferă, ca printr-o lentilă, se descompun în culori componente. În acest caz, razele de culori albastre și albastre sunt cele mai împrăștiate.

Atmosfera captează cea mai mare parte a radiațiilor ultraviolete ale soarelui, ceea ce are un efect dăunător asupra organismelor vii. De asemenea, reține căldura lângă suprafața Pământului, împiedicând răcirea planetei noastre.

Structura atmosferei

În atmosferă se pot distinge mai multe straturi, care diferă ca densitate (Fig. 1).

troposfera

troposfera- cel mai de jos strat al atmosferei, a cărui grosime deasupra polilor este de 8-10 km, la latitudini temperate - 10-12 km, iar deasupra ecuatorului - 16-18 km.

Orez. 1. Structura atmosferei Pământului

Aerul din troposferă este încălzit de suprafața pământului, adică de pământ și apă. Prin urmare, temperatura aerului din acest strat scade odată cu înălțimea cu o medie de 0,6 °C la fiecare 100 m. La limita superioară a troposferei ajunge la -55 °C. În același timp, în zona ecuatorului de la limita superioară a troposferei, temperatura aerului este de -70 ° C, iar în zonă polul Nord-65 °C.

Aproximativ 80% din masa atmosferei este concentrată în troposferă, aproape toți vaporii de apă sunt localizați, au loc furtuni, furtuni, nori și precipitații, și are loc mișcarea verticală (convecție) și orizontală (vânt) a aerului.

Putem spune că vremea se formează în principal în troposferă.

Stratosferă

Stratosferă- un strat al atmosferei situat deasupra troposferei la o altitudine de 8 până la 50 km. Culoarea cerului în acest strat apare violet, ceea ce se explică prin subțirea aerului, datorită căreia razele soarelui aproape că nu sunt împrăștiate.

Stratosfera conține 20% din masa atmosferei. Aerul din acest strat este rarefiat, practic nu există vapori de apă și, prin urmare, aproape nu se formează nori și precipitații. Cu toate acestea, în stratosferă se observă curenți de aer stabili, a căror viteză atinge 300 km/h.

Acest strat este concentrat ozon(ecran de ozon, ozonosferă), un strat care absoarbe razele ultraviolete, împiedicându-le să ajungă pe Pământ și protejând astfel organismele vii de pe planeta noastră. Datorită ozonului, temperatura aerului la limita superioară a stratosferei variază între -50 și 4-55 °C.

Între mezosferă și stratosferă există o zonă de tranziție - stratopauza.

Mezosfera

Mezosfera- un strat al atmosferei situat la o altitudine de 50-80 km. Densitatea aerului aici este de 200 de ori mai mică decât la suprafața Pământului. Culoarea cerului în mezosferă pare neagră, iar stelele sunt vizibile în timpul zilei. Temperatura aerului scade la -75 (-90)°C.

La o altitudine de 80 km începe termosferă. Temperatura aerului din acest strat crește brusc la o înălțime de 250 m, apoi devine constantă: la o altitudine de 150 km ajunge la 220-240 ° C; la o altitudine de 500-600 km depăşeşte 1500 °C.

În mezosferă și termosferă, sub influența razelor cosmice, moleculele de gaz se dezintegrează în particule încărcate (ionizate) de atomi, așa că această parte a atmosferei se numește ionosferă- un strat de aer foarte rarefiat, situat la o altitudine de 50 până la 1000 km, format în principal din atomi de oxigen ionizat, molecule de oxid de azot și electroni liberi. Acest strat este caracterizat de o electrificare ridicată, iar undele radio lungi și medii sunt reflectate din el, ca dintr-o oglindă.

În ionosferă apar aurore - strălucirea gazelor rarefiate sub influența particulelor încărcate electric care zboară de la Soare - și se observă fluctuații bruște ale câmpului magnetic.

Exosfera

Exosfera- stratul exterior al atmosferei situat peste 1000 km. Acest strat se mai numește și sferă de împrăștiere, deoarece particulele de gaz se deplasează aici cu viteză mare și pot fi împrăștiate în spațiul cosmic.

Compoziția atmosferică

Atmosfera este un amestec de gaze format din azot (78,08%), oxigen (20,95%), dioxid de carbon (0,03%), argon (0,93%), o cantitate mică de heliu, neon, xenon, cripton (0,01%), ozon și alte gaze, dar conținutul lor este neglijabil (Tabelul 1). Compoziția modernă a aerului Pământului a fost stabilită cu mai bine de o sută de milioane de ani în urmă, dar activitatea de producție umană a crescut brusc a dus totuși la schimbarea acesteia. În prezent, există o creștere a conținutului de CO 2 cu aproximativ 10-12%.

Gazele care alcătuiesc atmosfera îndeplinesc diverse roluri funcționale. Cu toate acestea, semnificația principală a acestor gaze este determinată în primul rând de faptul că ele absorb foarte puternic energia radiantă și, prin urmare, au un influenta semnificativa asupra regimului de temperatură al suprafeței și atmosferei Pământului.

Tabelul 1. Compoziție chimică aer atmosferic uscat lângă suprafața pământului

Concentrarea volumului. %

Greutate moleculară, unități

Oxigen

Dioxid de carbon

Oxid de azot

de la 0 la 0,00001

Dioxid de sulf

de la 0 la 0,000007 vara;

de la 0 la 0,000002 iarna

De la 0 la 0,000002

46,0055/17,03061

dioxid de azog

Monoxid de carbon

Azot, Cel mai comun gaz din atmosferă, este inactiv din punct de vedere chimic.

Oxigen Spre deosebire de azot, este un element foarte activ din punct de vedere chimic. Funcția specifică a oxigenului este oxidarea materiei organice a organismelor heterotrofe, a rocilor și a gazelor suboxidate emise în atmosferă de vulcani. Fără oxigen, nu ar exista descompunerea materiei organice moarte.

Rolul dioxidului de carbon în atmosferă este extrem de mare. Intră în atmosferă ca urmare a proceselor de ardere, a respirației organismelor vii și a degradarii și este, în primul rând, principalul material de construcție pentru crearea materiei organice în timpul fotosintezei. În plus, este de mare importanță capacitatea dioxidului de carbon de a transmite radiația solară cu undă scurtă și de a absorbi o parte din radiația termică de undă lungă, ceea ce va crea așa-numitul efect de seră, care va fi discutat mai jos.

Procesele atmosferice, în special regimul termic al stratosferei, sunt, de asemenea, influențate de ozon. Acest gaz servește ca un absorbant natural al radiațiilor ultraviolete de la soare, iar absorbția radiației solare duce la încălzirea aerului. Valorile medii lunare ale conținutului total de ozon din atmosferă variază în funcție de latitudine și perioada anului în intervalul 0,23-0,52 cm (aceasta este grosimea stratului de ozon la presiunea solului și la temperatură). Există o creștere a conținutului de ozon de la ecuator la poli și un ciclu anual cu un minim toamna și un maxim primăvara.

O proprietate caracteristică a atmosferei este că conținutul gazelor principale (azot, oxigen, argon) se modifică ușor cu altitudinea: la o altitudine de 65 km în atmosferă conținutul de azot este de 86%, oxigen - 19, argon - 0,91 , la o altitudine de 95 km - azot 77, oxigen - 21,3, argon - 0,82%. Constanța compoziției aerului atmosferic pe verticală și pe orizontală este menținută prin amestecarea acestuia.

Pe lângă gaze, aerul conține vapor de apăȘi particule solide. Acestea din urmă pot avea origine atât naturală, cât și artificială (antropică). Acestea sunt polen, cristale mici de sare, praf de drum și impurități de aerosoli. Când razele soarelui pătrund pe fereastră, pot fi văzute cu ochiul liber.

Există în special multe particule de particule în aerul orașelor și al marilor centre industriale, unde emisiile de gaze nocive și impuritățile acestora formate în timpul arderii combustibilului sunt adăugate aerosolilor.

Concentrația de aerosoli în atmosferă determină transparența aerului, care afectează radiația solară care ajunge la suprafața Pământului. Cei mai mari aerosoli sunt nucleele de condensare (din lat. condensatie- compactare, îngroșare) - contribuie la transformarea vaporilor de apă în picături de apă.

Importanța vaporilor de apă este determinată în primul rând de faptul că întârzie radiația termică cu undă lungă de la suprafața pământului; reprezintă veriga principală a ciclurilor mari și mici de umiditate; crește temperatura aerului în timpul condensării patului de apă.

Cantitatea de vapori de apă din atmosferă variază în timp și spațiu. Astfel, concentrația vaporilor de apă la suprafața pământului variază de la 3% la tropice până la 2-10 (15)% în Antarctica.

Conținutul mediu de vapori de apă în coloana verticală a atmosferei la latitudini temperate este de aproximativ 1,6-1,7 cm (aceasta este grosimea stratului de vapori de apă condensați). Informațiile referitoare la vaporii de apă din diferite straturi ale atmosferei sunt contradictorii. S-a presupus, de exemplu, că în intervalul de altitudine de la 20 la 30 km, umiditatea specifică crește puternic odată cu altitudinea. Cu toate acestea, măsurătorile ulterioare indică o uscăciune mai mare a stratosferei. Aparent, umiditatea specifică din stratosferă depinde puțin de altitudine și este de 2-4 mg/kg.

Variabilitatea conținutului de vapori de apă în troposferă este determinată de interacțiunea proceselor de evaporare, condensare și transport orizontal. Ca urmare a condensului vaporilor de apă, norii se formează și cad precipitare sub formă de ploaie, grindină și zăpadă.

Procesele de tranziție de fază ale apei au loc preponderent în troposferă, motiv pentru care norii din stratosferă (la altitudini de 20-30 km) și mezosferă (în apropierea mezopauzei), numiți sidefați și argintii, sunt observați relativ rar, în timp ce norii troposferici. acoperă adesea aproximativ 50% din întreaga suprafață a pământului.suprafețe.

Cantitatea de vapori de apă care poate fi conținută în aer depinde de temperatura aerului.

1 m 3 de aer la o temperatură de -20 ° C nu poate conține mai mult de 1 g de apă; la 0 °C - nu mai mult de 5 g; la +10 °C - nu mai mult de 9 g; la +30 °C - nu mai mult de 30 g de apă.

Concluzie: Cu cât temperatura aerului este mai mare, cu atât poate conține mai mulți vapori de apă.

Aerul poate fi bogatȘi nu saturate vapor de apă. Deci, dacă la o temperatură de +30 °C 1 m 3 de aer conține 15 g vapori de apă, aerul nu este saturat cu vapori de apă; dacă 30 g - saturate.

Umiditate absolută este cantitatea de vapori de apă conținută în 1 m3 de aer. Se exprimă în grame. De exemplu, dacă ei spun „ umiditate absolută egal cu 15”, aceasta înseamnă că 1 ml conține 15 g de vapori de apă.

Umiditate relativă- acesta este raportul (în procente) dintre conținutul real de vapori de apă din 1 m 3 de aer și cantitatea de vapori de apă care poate fi conținută în 1 m L la o temperatură dată. De exemplu, dacă radioul a difuzat un raport meteorologic conform căruia umiditatea relativă este de 70%, aceasta înseamnă că aerul conține 70% din vaporii de apă pe care îi poate reține la acea temperatură.

Cu cât umiditatea relativă este mai mare, adică Cu cât aerul este mai aproape de starea de saturație, cu atât sunt mai probabile precipitații.

Se observă întotdeauna o umiditate relativă ridicată (până la 90%) zona ecuatorială, deoarece rămâne acolo pe tot parcursul anului căldură aerul și evaporarea mare are loc de la suprafața oceanelor. Aceeași umiditate relativă ridicată este și în regiunile polare, dar pentru că când temperaturi scăzute chiar și o cantitate mică de vapori de apă face ca aerul să fie saturat sau aproape de saturat. În latitudinile temperate, umiditatea relativă variază în funcție de anotimpuri - este mai mare iarna, mai mică vara.

Umiditatea relativă a aerului în deșert este deosebit de scăzută: 1 m 1 de aer conține de două până la trei ori mai puțini vapori de apă decât este posibil la o anumită temperatură.

Pentru măsurare umiditate relativă folosește un higrometru (din grecescul hygros - umed și metreco - măsor).

Când este răcit, aerul saturat nu poate reține aceeași cantitate de vapori de apă; se îngroașă (condensează), transformându-se în picături de ceață. Ceața poate fi observată vara într-o noapte senină și răcoroasă.

nori- aceasta este aceeași ceață, doar că se formează nu la suprafața pământului, ci la o anumită înălțime. Pe măsură ce aerul se ridică, se răcește și vaporii de apă din el se condensează. Picăturile mici de apă rezultate formează norii.

Formarea norilor implică și particule în suspensie suspendat în troposferă.

Norii pot avea forme diferite, care depind de condițiile formării lor (Tabelul 14).

Norii cei mai jos și cei mai grei sunt stratus. Sunt situate la o altitudine de 2 km de suprafața pământului. La o altitudine de 2 până la 8 km puteți observa mai pitoresc Nori cumulus. Cei mai înalți și mai ușori sunt norii cirus. Sunt situate la o altitudine de 8 până la 18 km deasupra suprafeței pământului.

Familiile

Soiuri de nori

Aspect

A. Nori de sus - peste 6 km

I. Cirrus

Sub formă de fir, fibros, alb

II. Cirrocumulus

Straturi și creste de mici fulgi și bucle, albe

III. Cirrostratus

Voal albicios transparent

B. Nori de nivel mediu - peste 2 km

IV. Altocumulus

Straturi și creste de culoare albă și gri

V. Altostratificat

Voal neted de culoare gri lăptos

B. Nori joase - până la 2 km

VI. Nimbostratus

Strat solid gri, fără formă

VII. Stratocumulus

Straturi netransparente și creste de culoare gri

VIII. Stratificat

Voal gri netransparent

D. Norii de dezvoltare verticală - de la nivelul inferior spre cel superior

IX. Cumulus

Cluburile și cupolele sunt albe strălucitoare, cu margini rupte în vânt

X. Cumulonimbus

Mase puternice în formă de cumulus de culoare plumb închisă

Protectie atmosferica

Principalele surse sunt întreprinderile industriale și mașinile. ÎN orase mari Problema poluării cu gaze pe principalele rute de transport este foarte acută. De aceea în multe marile orașeîn întreaga lume, inclusiv în țara noastră, a fost introdus controlul de mediu al toxicității gazelor de eșapament ale vehiculelor. Potrivit experților, fumul și praful din aer pot reduce la jumătate aportul de energie solară la suprafața pământului, ceea ce va duce la o schimbare a condițiilor naturale.