Componentele atmosferei. Straturi ale atmosferei

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, în special în apropierea suprafeței 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 diferite anotimpuri ale 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. Temperatura medie anuală a aerului la suprafața pământului este de aproximativ +26° la ecuator și de aproximativ -23° la polul nord. La limita superioară a troposferei deasupra ecuatorului, temperatura medie este de 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 seră. 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. Dar, începând de la o altitudine de aproximativ 25 km, temperatura în stratosferă crește rapid odată cu altitudinea, atingând valori maxime pozitive la o altitudine de aproximativ 50 km (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, la latitudini mari se observă uneori nori foarte subțiri, așa-zișii 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 extinde de la mezosferă 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 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 odată cu altitudinea până la valori foarte 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, se pare 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

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 toți vaporii 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. Procesele fotochimice complexe care implică radicali liberi, molecule excitate vibrațional etc. cauzează luminiscența atmosferică.

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. 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, are loc 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)

Straturi atmosferice până la o altitudine de 120 km

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.

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 de 5,1352 ±0,0003 10 18 kg, masa totală a vaporilor de apă este în medie de 1,27 10 16 kg.

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 ° (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

Atmosfera Pământului

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)

La o altitudine de aproximativ 2000-3500 km, exosfera se transformă treptat în așa-numita în apropierea vidului spațial, 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.

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.

Proprietăți fiziologice și alte proprietăți ale atmosferei

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.

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: trece 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, conduce și transmite energie termică prin convecție (adică prin amestecarea aerului). Aceasta înseamnă că diverse elemente ale echipamentelor de pe stația spațială orbitală nu vor putea fi răcite din exterior în același mod cum se face de obicei pe un avion - cu ajutorul jeturilor de aer și radiatoarelor de aer. La această altitudine, ca și în spațiu în general, singura modalitate de a transfera căldură este radiația 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. Acesta este așa-numitul atmosfera primara(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 secundara(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 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 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 N 2 reacționează numai în condiții specifice (de exemplu, în timpul descărcării unui fulger). Oxidarea azotului molecular de către ozon în timpul descărcărilor electrice este utilizată în cantități mici în producția industrială de îngrășăminte 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.

gaze nobile

Poluarea aerului

Recent, oamenii au început să influențeze evoluția atmosferei. Rezultatul activităților sale a fost o creștere constantă semnificativă a conținutului de dioxid de carbon din atmosferă, datorită arderii combustibililor hidrocarburi acumulați în erele geologice anterioare. Cantități uriașe de CO 2 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 CO 2 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 CO 2 din atmosferă se va dubla și ar putea duce la schimbări climatice globale.

Arderea combustibilului este principala sursă de gaze poluante (CO, SO2). Dioxidul de sulf este oxidat de oxigenul atmosferic la SO 3 în straturile superioare ale atmosferei, care la rândul său interacționează cu apa și vaporii de amoniac și acidul sulfuric (H 2 SO 4 ) și sulfatul de amoniu ((NH 4 ) 2 SO 4 rezultați. ) sunt returnate la suprafața Pământului sub forma așa-numitelor. ploaie acidă. Utilizarea motoarelor cu ardere internă conduce la o poluare atmosferică semnificativă cu oxizi de azot, hidrocarburi și compuși de plumb (tetraetil plumb Pb(CH 3 CH 2) 4)).

Poluarea cu aerosoli a atmosferei este cauzată atât de cauze naturale (erupții vulcanice, furtuni de praf, antrenare de picături de apă de mare și polen de plante etc.), cât și de activități economice umane (exploatarea minereurilor și materialelor de construcție, arderea combustibilului, fabricarea cimentului etc.). ). Eliberarea intensă la scară largă de particule în atmosferă este una dintre posibilele cauze ale schimbărilor climatice de pe planetă.

Vezi si

Jacchia (model de atmosferă)

Note

Legături

Literatură

V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov„Biologie și medicină spațială” (ediția a II-a, revizuită și extinsă), M.: „Prosveshcheniye”, 1975, 223 p.
N. V. Gusakova„Chimia mediului”, Rostov-pe-Don: Phoenix, 2004, 192 cu ISBN 5-222-05386-5
Sokolov V. A. Geochimia gazelor naturale, M., 1971;
McEwen M., Phillips L. Atmospheric Chemistry, M., 1978;
Wark K., Warner S. Poluarea aerului. Surse și control, trad. din engleză, M.. 1980;
Monitorizarea poluării de fond a mediilor naturale. V. 1, L., 1982.

Pământ
Istoria Pământului	Vârsta Pământului Istoria geologică a Pământului Scala geocronologică Istoria vieții pe Pământ Glaciația Pământului Paradoxul tânărului slab Soare Teoria impactului gigantului Cronologia evoluției
Geografie și geologie	Australia Asia Antarctica Africa Europa America de Nord America de Sud Oceanul Atlantic Oceanul Indian Oceanul Arctic

Atmosfera Pământului este învelișul gazos al planetei. Limita inferioară a atmosferei trece pe lângă suprafața pământului (hidrosferă și scoarța terestră), iar limita superioară este zona în contact cu spațiul cosmic (122 km). Atmosfera conține multe elemente diferite. Principalele sunt: 78% azot, 20% oxigen, 1% argon, dioxid de carbon, neon galiu, hidrogen etc. Fapte interesante pot fi găsite la sfârșitul articolului sau făcând clic pe.

Atmosfera are straturi de aer clar definite. Straturile de aer diferă unele de altele prin temperatură, diferență de gaze și densitatea lor și. Trebuie remarcat faptul că straturile stratosferei și troposferei protejează Pământul de radiațiile solare. În straturile superioare, un organism viu poate primi o doză letală de spectru solar ultraviolet. Pentru a sări rapid la stratul de atmosferă dorit, faceți clic pe stratul corespunzător:

Troposfera și tropopauza

Troposfera - temperatura, presiunea, altitudinea

Limita superioară este de aproximativ 8 - 10 km. În latitudinile temperate este de 16 - 18 km, iar în latitudinile polare este de 10 - 12 km. troposfera- Acesta este stratul principal inferior al atmosferei. Acest strat conține mai mult de 80% din masa totală a aerului atmosferic și aproape 90% din toți vaporii de apă. În troposferă apar convecția și turbulența, se formează și apar ciclonii. Temperatura scade odata cu cresterea altitudinii. Gradient: 0,65°/100 m. Pământul încălzit și apa încălzesc aerul din jur. Aerul încălzit se ridică, se răcește și formează nori. Temperatura în limitele superioare ale stratului poate ajunge la – 50/70 °C.

În acest strat au loc modificări ale condițiilor climatice. Limita inferioară a troposferei se numește nivelul solului, deoarece are o mulțime de microorganisme volatile și praf. Viteza vântului crește odată cu creșterea înălțimii în acest strat.

Tropopauza

Acesta este stratul de tranziție al troposferei către stratosferă. Aici dependența de temperatură scade odată cu creșterea altitudinii se oprește. Tropopauza este altitudinea minimă la care gradientul vertical de temperatură scade la 0,2°C/100 m. Înălțimea tropopauzei depinde de evenimentele climatice puternice precum ciclonii. Înălțimea tropopauzei scade peste cicloni și crește peste anticicloni.

Stratosferă și Stratopauză

Înălțimea stratului de stratosferă este de aproximativ 11 până la 50 km. Există o ușoară schimbare de temperatură la o altitudine de 11 - 25 km. La o altitudine de 25 - 40 km se observă inversiune temperaturile, de la 56,5 se ridică la 0,8°C. De la 40 km la 55 km temperatura se menține la 0°C. Această zonă se numește - Stratopauza.

În stratosferă, se observă efectul radiației solare asupra moleculelor de gaz; acestea se disociază în atomi. Aproape că nu există vapori de apă în acest strat. Avioanele comerciale supersonice moderne zboară la altitudini de până la 20 km datorită condițiilor de zbor stabile. Baloanele meteorologice de mare altitudine se ridică la o înălțime de 40 km. Aici sunt curenți de aer stabili, viteza lor ajunge la 300 km/h. De asemenea, concentrat în acest strat ozon, un strat care absoarbe razele ultraviolete.

Mezosfera și Mezopauza - compoziție, reacții, temperatură

Stratul mezosferă începe la aproximativ 50 km altitudine și se termină la 80 - 90 km. Temperaturile scad odata cu cresterea altitudinii cu aproximativ 0,25-0,3°C/100 m. Principalul efect energetic aici este schimbul de caldura radianta. Procese fotochimice complexe care implică radicali liberi (are 1 sau 2 electroni nepereche) deoarece ei implementează strălucire atmosfera.

Aproape toți meteorii ard în mezosferă. Oamenii de știință au numit această zonă - Ignorosferă. Această zonă este greu de explorat, deoarece aviația aerodinamică aici este foarte slabă din cauza densității aerului, care este de 1000 de ori mai mică decât pe Pământ. Iar pentru lansarea sateliților artificiali, densitatea este încă foarte mare. Cercetările sunt efectuate folosind rachete meteorologice, dar aceasta este o perversiune. Mezopauza strat de tranziție între mezosferă și termosferă. Are o temperatură de cel puțin -90°C.

Linia Karman

Linie de buzunar numită granița dintre atmosfera Pământului și spațiu. Potrivit Federației Internaționale de Aviație (FAI), înălțimea acestei granițe este de 100 km. Această definiție a fost dată în onoarea savantului american Theodore Von Karman. El a stabilit că la aproximativ această altitudine densitatea atmosferei este atât de scăzută încât aviația aerodinamică devine imposibilă aici, deoarece viteza aeronavei trebuie să fie mai mare. viteza de evacuare. La o asemenea înălțime, conceptul de barieră a sunetului își pierde sensul. Aici, aeronava poate fi controlată doar folosind forțe reactive.

Termosferă și termopauză

Limita superioară a acestui strat este de aproximativ 800 km. Temperatura se ridică la aproximativ o altitudine de 300 km unde atinge aproximativ 1500 K. Deasupra temperatura rămâne neschimbată. În acest strat are loc Lumini polare- Apare ca urmare a efectului radiatiei solare asupra aerului. Acest proces se mai numește și ionizarea oxigenului atmosferic.

Datorită rarefării reduse a aerului, zborurile deasupra liniei Karman sunt posibile numai de-a lungul traiectoriilor balistice. Toate zborurile orbitale cu echipaj (cu excepția zborurilor către Lună) au loc în acest strat al atmosferei.

Exosfera - densitate, temperatură, înălțime

Înălțimea exosferei este de peste 700 km. Aici gazul este foarte rarefiat, iar procesul are loc disipare— scurgerea particulelor în spațiul interplanetar. Viteza unor astfel de particule poate atinge 11,2 km/sec. O creștere a activității solare duce la o extindere a grosimii acestui strat.

Carcasa de gaz nu zboară în spațiu din cauza gravitației. Aerul este format din particule care au propria lor masă. Din legea gravitației putem concluziona că fiecare obiect cu masă este atras de Pământ.
Legea lui Buys-Ballot spune că dacă vă aflați în emisfera nordică și stați cu spatele la vânt, atunci va exista o zonă de presiune ridicată în dreapta și presiune scăzută în stânga. În emisfera sudică, totul va fi invers.

Spațiul este plin de energie. Energia umple spațiul în mod neuniform. Există locuri de concentrare și descărcare. În acest fel puteți estima densitatea. Planeta este un sistem ordonat, cu o densitate maximă a materiei în centru și o scădere treptată a concentrației spre periferie. Forțele de interacțiune determină starea materiei, forma în care aceasta există. Fizica descrie starea agregată a substanțelor: solid, lichid, gaz și așa mai departe.

Atmosfera este mediul gazos care înconjoară planeta. Atmosfera Pământului permite mișcarea liberă și permite trecerea luminii, creând spațiu în care viața prosperă.

Suprafața de la suprafața pământului până la o altitudine de aproximativ 16 kilometri (de la ecuator la poli valoarea este mai mică, depinde și de anotimp) se numește troposferă. Troposfera este un strat în care se concentrează aproximativ 80% din tot aerul atmosferic și aproape toți vaporii de apă. Aici au loc procesele care modelează vremea. Presiunea și temperatura scad odată cu altitudinea. Motivul scăderii temperaturii aerului este un proces adiabatic; în timpul expansiunii, gazul se răcește. La limita superioară a troposferei, valorile pot ajunge la -50, -60 de grade Celsius.

Urmează Stratosfera. Se întinde până la 50 de kilometri. În acest strat al atmosferei, temperatura crește odată cu înălțimea, dobândind o valoare în punctul de vârf de aproximativ 0 C. Creșterea temperaturii este cauzată de procesul de absorbție a razelor ultraviolete de către stratul de ozon. Radiația provoacă o reacție chimică. Moleculele de oxigen se descompun în atomi unici, care se pot combina cu molecule normale de oxigen pentru a forma ozon.

Radiația de la soare cu lungimi de undă între 10 și 400 de nanometri este clasificată drept ultravioletă. Cu cât lungimea de undă a radiației UV este mai mică, cu atât pericolul pe care îl reprezintă pentru organismele vii este mai mare. Doar o mică parte din radiație ajunge la suprafața Pământului și partea mai puțin activă a spectrului său. Această caracteristică a naturii permite unei persoane să obțină un bronz sănătos.

Următorul strat al atmosferei se numește Mezosferă. Limite de la aproximativ 50 km până la 85 km. În mezosferă, concentrația de ozon, care ar putea capta energia UV, este scăzută, astfel încât temperatura începe din nou să scadă odată cu înălțimea. În punctul de vârf, temperatura scade la -90 C, unele surse indică o valoare de -130 C. Majoritatea meteoroizilor ard în acest strat al atmosferei.

Stratul atmosferei, care se întinde de la o înălțime de 85 km până la o distanță de 600 km de Pământ, se numește Termosferă. Termosfera este prima care întâlnește radiația solară, inclusiv așa-numita ultravioletă în vid.

Vidul UV este reținut de aer, încălzind astfel acest strat al atmosferei la temperaturi enorme. Cu toate acestea, deoarece presiunea aici este extrem de scăzută, acest gaz aparent fierbinte nu are același efect asupra obiectelor ca în condițiile de pe suprafața pământului. Dimpotrivă, obiectele plasate într-un astfel de mediu se vor răci.

La o altitudine de 100 km trece linia convențională „linia Karman”, care este considerată a fi începutul spațiului.

Aurorele apar în termosferă. În acest strat al atmosferei, vântul solar interacționează cu câmpul magnetic al planetei.

Stratul final al atmosferei este Exosfera, un înveliș exterior care se întinde pe mii de kilometri. Exosfera este practic un loc gol, cu toate acestea, numărul de atomi care rătăcesc aici este cu un ordin de mărime mai mare decât în spațiul interplanetar.

Un bărbat respiră aer. Presiunea normală este de 760 de milimetri de mercur. La o altitudine de 10.000 m presiunea este de aproximativ 200 mm. rt. Artă. La o astfel de înălțime o persoană poate să respire, cel puțin pentru o perioadă scurtă de timp, dar acest lucru necesită pregătire. Statul va fi clar inoperabil.

Compoziția gazelor atmosferice: 78% azot, 21% oxigen, aproximativ un procent de argon; restul este un amestec de gaze reprezentând cea mai mică fracțiune din total.