Το λιγότερο στην ατμόσφαιρα της γης. Κάθετη δομή της ατμόσφαιρας. Λόγοι αλλαγής της σύνθεσης της ατμόσφαιρας

Η ατμόσφαιρα της Γης είναι ένα κέλυφος αέρα.

Η παρουσία μιας ειδικής μπάλας πάνω από την επιφάνεια της γης απέδειξαν οι αρχαίοι Έλληνες, οι οποίοι αποκαλούσαν την ατμόσφαιρα μπάλα ατμού ή αερίου.

Αυτή είναι μια από τις γεωσφαίρες του πλανήτη, χωρίς την οποία δεν θα ήταν δυνατή η ύπαρξη όλης της ζωής.

Πού είναι η ατμόσφαιρα

Η ατμόσφαιρα περιβάλλει τους πλανήτες με ένα πυκνό στρώμα αέρα, που ξεκινά από την επιφάνεια της γης. Έρχεται σε επαφή με την υδρόσφαιρα, καλύπτει τη λιθόσφαιρα, πηγαίνοντας πολύ στο διάστημα.

Από τι αποτελείται η ατμόσφαιρα;

Το στρώμα αέρα της Γης αποτελείται κυρίως από αέρα, η συνολική μάζα του οποίου φτάνει τα 5,3 * 1018 κιλά. Από αυτά, το άρρωστο μέρος είναι ο ξηρός αέρας και πολύ λιγότερο οι υδρατμοί.

Πάνω από τη θάλασσα, η πυκνότητα της ατμόσφαιρας είναι 1,2 κιλά ανά κυβικό μέτρο. Η θερμοκρασία στην ατμόσφαιρα μπορεί να φτάσει τους -140,7 βαθμούς, ο αέρας διαλύεται στο νερό σε θερμοκρασία μηδέν.

Η ατμόσφαιρα αποτελείται από πολλά στρώματα:

Τροποσφαίρα;
τροπόπαυση?
Στρατόσφαιρα και στρατόπαυση;
Μεσόσφαιρα και μεσόπαυση.
Μια ειδική γραμμή πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, η οποία ονομάζεται γραμμή Karman.
Θερμόσφαιρα και θερμόπαυση.
Ζώνη διασποράς ή εξώσφαιρα.

Κάθε στρώμα έχει τα δικά του χαρακτηριστικά, είναι αλληλένδετα και εξασφαλίζουν τη λειτουργία του εναέριου κελύφους του πλανήτη.

Τα όρια της ατμόσφαιρας

Το χαμηλότερο άκρο της ατμόσφαιρας διατρέχει την υδρόσφαιρα και τα ανώτερα στρώματα της λιθόσφαιρας. Το άνω όριο ξεκινά από την εξώσφαιρα, η οποία βρίσκεται 700 χιλιόμετρα από την επιφάνεια του πλανήτη και θα φτάσει τα 1,3 χιλιάδες χιλιόμετρα.

Σύμφωνα με ορισμένες αναφορές, η ατμόσφαιρα φτάνει τα 10 χιλιάδες χιλιόμετρα. Οι επιστήμονες συμφώνησαν ότι το ανώτερο όριο του στρώματος αέρα θα πρέπει να είναι η γραμμή Κάρμαν, καθώς η αεροναυπηγική δεν είναι πλέον δυνατή εδώ.

Χάρη στη συνεχή έρευνα σε αυτόν τον τομέα, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι η ατμόσφαιρα βρίσκεται σε επαφή με την ιονόσφαιρα σε υψόμετρο 118 χιλιομέτρων.

Χημική σύνθεση

Αυτό το στρώμα της Γης αποτελείται από αέρια και ακαθαρσίες αερίων, που περιλαμβάνουν υπολείμματα καύσης, θαλασσινό αλάτι, πάγο, νερό, σκόνη. Η σύνθεση και η μάζα των αερίων που μπορούν να βρεθούν στην ατμόσφαιρα δεν αλλάζουν σχεδόν ποτέ, παρά μόνο η συγκέντρωση του νερού και διοξείδιο του άνθρακα.

Η σύνθεση του νερού μπορεί να κυμαίνεται από 0,2 τοις εκατό έως 2,5 τοις εκατό ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος. Πρόσθετα στοιχεία είναι χλώριο, άζωτο, θείο, αμμωνία, άνθρακας, όζον, υδρογονάνθρακες, υδροχλωρικό οξύ, υδροφθόριο, υδροβρωμίδιο, υδροιώδιο.

Ένα ξεχωριστό μέρος καταλαμβάνεται από υδράργυρο, ιώδιο, βρώμιο, μονοξείδιο του αζώτου. Επιπλέον, υγρά και στερεά σωματίδια, τα οποία ονομάζονται αεροζόλ, βρίσκονται στην τροπόσφαιρα. Ένα από τα πιο σπάνια αέρια στον πλανήτη, το ραδόνιο, βρίσκεται στην ατμόσφαιρα.

Όσον αφορά τη χημική σύνθεση, το άζωτο καταλαμβάνει περισσότερο από το 78% της ατμόσφαιρας, το οξυγόνο - σχεδόν 21%, το διοξείδιο του άνθρακα - 0,03%, το αργό - σχεδόν 1%, η συνολική ποσότητα της ύλης είναι μικρότερη από 0,01%. Μια τέτοια σύνθεση του αέρα σχηματίστηκε όταν ο πλανήτης μόλις εμφανίστηκε και άρχισε να αναπτύσσεται.

Με την έλευση του ανθρώπου, ο οποίος σταδιακά πέρασε στην παραγωγή, η χημική σύσταση άλλαξε. Συγκεκριμένα, η ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα αυξάνεται συνεχώς.

Λειτουργίες ατμόσφαιρας

Τα αέρια στο στρώμα αέρα εκτελούν ποικίλες λειτουργίες. Πρώτον, απορροφούν ακτίνες και ενέργεια ακτινοβολίας. Δεύτερον, επηρεάζουν το σχηματισμό της θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα και στη Γη. Τρίτον, παρέχει ζωή και την πορεία της στη Γη.

Επιπλέον, αυτό το στρώμα παρέχει θερμορύθμιση, η οποία καθορίζει τον καιρό και το κλίμα, τον τρόπο κατανομής της θερμότητας και την ατμοσφαιρική πίεση. Η τροπόσφαιρα βοηθά στη ρύθμιση της ροής των μαζών του αέρα, στον προσδιορισμό της κίνησης του νερού και στις διαδικασίες ανταλλαγής θερμότητας.

Η ατμόσφαιρα αλληλεπιδρά συνεχώς με τη λιθόσφαιρα, την υδρόσφαιρα, παρέχοντας γεωλογικές διεργασίες. πλέον κύρια λειτουργίαείναι ότι υπάρχει προστασία από σκόνη μετεωριτικής προέλευσης, από την επίδραση του διαστήματος και του ήλιου.

Δεδομένα

Το οξυγόνο παρέχει στη Γη την αποσύνθεση της οργανικής ύλης στερεών πετρωμάτων, η οποία είναι πολύ σημαντική για τις εκπομπές, την αποσύνθεση των πετρωμάτων και την οξείδωση των οργανισμών.
Το διοξείδιο του άνθρακα συμβάλλει στο γεγονός ότι λαμβάνει χώρα η φωτοσύνθεση και επίσης συμβάλλει στη μετάδοση βραχέων κυμάτων ηλιακής ακτινοβολίας, στην απορρόφηση θερμικών μακρών κυμάτων. Εάν αυτό δεν συμβεί, τότε παρατηρείται το λεγόμενο φαινόμενο του θερμοκηπίου.
Ένα από τα κύρια προβλήματα που σχετίζονται με την ατμόσφαιρα είναι η ρύπανση, η οποία οφείλεται στο έργο των επιχειρήσεων και στις εκπομπές των οχημάτων. Ως εκ τούτου, σε πολλές χώρες έχει εισαχθεί ειδικός περιβαλλοντικός έλεγχος και αναλαμβάνονται ειδικοί μηχανισμοί για τη ρύθμιση των εκπομπών και του φαινομένου του θερμοκηπίου σε διεθνές επίπεδο.

Τροποσφαίρα

Το ανώτερο όριο του είναι σε υψόμετρο 8-10 km σε πολικά, 10-12 km σε εύκρατα και 16-18 km σε τροπικά γεωγραφικά πλάτη. χαμηλότερο το χειμώνα από το καλοκαίρι. Το κατώτερο, κύριο στρώμα της ατμόσφαιρας περιέχει περισσότερο από το 80% της συνολικής μάζας του ατμοσφαιρικού αέρα και περίπου το 90% όλων των υδρατμών που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα. Στην τροπόσφαιρα, οι αναταράξεις και η μεταφορά είναι πολύ ανεπτυγμένες, εμφανίζονται σύννεφα, αναπτύσσονται κυκλώνες και αντικυκλώνες. Η θερμοκρασία μειώνεται με το υψόμετρο με μέση κατακόρυφη κλίση 0,65°/100 m

τροπόπαυση

Το μεταβατικό στρώμα από την τροπόσφαιρα στη στρατόσφαιρα, το στρώμα της ατμόσφαιρας στο οποίο σταματά η μείωση της θερμοκρασίας με το ύψος.

Στρατόσφαιρα

Το στρώμα της ατμόσφαιρας βρίσκεται σε υψόμετρο 11 έως 50 χλμ. Χαρακτηριστική είναι μια ελαφρά μεταβολή της θερμοκρασίας στο στρώμα 11-25 km (το κατώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας) και η αύξησή του στο στρώμα των 25-40 km από -56,5 σε 0,8 °C (το ανώτερο στρώμα στρατόσφαιρας ή περιοχή αναστροφής). Έχοντας φτάσει σε μια τιμή περίπου 273 K (σχεδόν 0 °C) σε υψόμετρο περίπου 40 km, η θερμοκρασία παραμένει σταθερή μέχρι υψόμετρο περίπου 55 km. Αυτή η περιοχή σταθερής θερμοκρασίας ονομάζεται στρατόπαυση και είναι το όριο μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας.

Στρατόπαυση

Το οριακό στρώμα της ατμόσφαιρας μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας. Υπάρχει μέγιστο στην κατακόρυφη κατανομή θερμοκρασίας (περίπου 0 °C).

Μεσόσφαιρα

Η μεσόσφαιρα ξεκινά από υψόμετρο 50 km και εκτείνεται μέχρι τα 80-90 km. Η θερμοκρασία μειώνεται με το ύψος με μέση κατακόρυφη κλίση (0,25-0,3)°/100 m. Η κύρια διαδικασία ενέργειας είναι η μεταφορά θερμότητας με ακτινοβολία. Πολύπλοκες φωτοχημικές διεργασίες που περιλαμβάνουν ελεύθερες ρίζες, μόρια διεγερμένα από δονήσεις κ.λπ., προκαλούν ατμοσφαιρική φωταύγεια.

Μεσόπαυση

Μεταβατικό στρώμα μεταξύ μεσόσφαιρας και θερμόσφαιρας. Υπάρχει ένα ελάχιστο στην κατακόρυφη κατανομή θερμοκρασίας (περίπου -90 °C).

Γραμμή Karman

Υψόμετρο πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, το οποίο είναι συμβατικά αποδεκτό ως το όριο μεταξύ της ατμόσφαιρας της Γης και του διαστήματος. Η γραμμή Karmana βρίσκεται σε υψόμετρο 100 km πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας.

όριο της ατμόσφαιρας της γης

Θερμόσφαιρα

Το ανώτατο όριο είναι περίπου 800 χλμ. Η θερμοκρασία ανεβαίνει σε υψόμετρα 200-300 km, όπου φτάνει σε τιμές της τάξης των 1500 K, μετά την οποία παραμένει σχεδόν σταθερή μέχρι τα μεγάλα υψόμετρα. Υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας υπεριώδους και ακτίνων Χ και της κοσμικής ακτινοβολίας, ο αέρας ιονίζεται ("πολικά φώτα") - οι κύριες περιοχές της ιονόσφαιρας βρίσκονται μέσα στη θερμόσφαιρα. Σε υψόμετρα άνω των 300 χλμ. κυριαρχεί το ατομικό οξυγόνο. Το ανώτερο όριο της θερμόσφαιρας καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την τρέχουσα δραστηριότητα του Ήλιου. Σε περιόδους χαμηλής δραστηριότητας, παρατηρείται αισθητή μείωση στο μέγεθος αυτού του στρώματος.

Θερμόπαυση

Η περιοχή της ατμόσφαιρας πάνω από τη θερμόσφαιρα. Σε αυτή την περιοχή, η απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι ασήμαντη και η θερμοκρασία δεν αλλάζει ουσιαστικά με το ύψος.

Εξώσφαιρα (σφαίρα σκέδασης)

Ατμοσφαιρικά στρώματα έως και 120 km

Εξώσφαιρα - ζώνη σκέδασης, το εξωτερικό τμήμα της θερμόσφαιρας, που βρίσκεται πάνω από 700 km. Το αέριο στην εξώσφαιρα είναι πολύ σπάνιο, και ως εκ τούτου τα σωματίδια του διαρρέουν στον διαπλανητικό χώρο (διασπορά).

Σε ύψος 100 km, η ατμόσφαιρα είναι ένα ομοιογενές, καλά αναμεμειγμένο μείγμα αερίων. Στα υψηλότερα στρώματα, η κατανομή των αερίων σε ύψος εξαρτάται από τις μοριακές τους μάζες, η συγκέντρωση των βαρύτερων αερίων μειώνεται ταχύτερα με την απόσταση από την επιφάνεια της Γης. Λόγω της μείωσης της πυκνότητας του αερίου, η θερμοκρασία πέφτει από 0 °C στη στρατόσφαιρα σε -110 °C στη μεσόσφαιρα. Ωστόσο, η κινητική ενέργεια των μεμονωμένων σωματιδίων σε υψόμετρα 200–250 km αντιστοιχεί σε θερμοκρασία ~150 °C. Πάνω από 200 km, παρατηρούνται σημαντικές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία και την πυκνότητα των αερίων στο χρόνο και στο χώρο.

Σε υψόμετρο περίπου 2000-3500 km, η εξώσφαιρα περνά σταδιακά στο λεγόμενο κοντινό διαστημικό κενό, το οποίο είναι γεμάτο με εξαιρετικά σπάνια σωματίδια διαπλανητικού αερίου, κυρίως άτομα υδρογόνου. Αλλά αυτό το αέριο είναι μόνο μέρος της διαπλανητικής ύλης. Το άλλο μέρος αποτελείται από σωματίδια που μοιάζουν με σκόνη, κομητικής και μετεωρικής προέλευσης. Εκτός από τα εξαιρετικά σπάνια σωματίδια που μοιάζουν με σκόνη, η ηλεκτρομαγνητική και σωματική ακτινοβολία ηλιακής και γαλαξιακής προέλευσης διεισδύει σε αυτόν τον χώρο.

Η τροπόσφαιρα αντιπροσωπεύει περίπου το 80% της μάζας της ατμόσφαιρας, η στρατόσφαιρα αντιπροσωπεύει περίπου το 20%. η μάζα της μεσόσφαιρας - όχι περισσότερο από 0,3%, η θερμόσφαιρα - λιγότερο από 0,05% του συνολικό βάροςατμόσφαιρα. Με βάση τις ηλεκτρικές ιδιότητες στην ατμόσφαιρα, διακρίνονται η ουδετερόσφαιρα και η ιονόσφαιρα. Αυτή τη στιγμή πιστεύεται ότι η ατμόσφαιρα εκτείνεται σε υψόμετρο 2000-3000 km.

Ανάλογα με τη σύσταση του αερίου στην ατμόσφαιρα, διακρίνονται η ομοιόσφαιρα και η ετεροσφαιρία. Η ετερόσφαιρα είναι μια περιοχή όπου η βαρύτητα έχει επίδραση στον διαχωρισμό των αερίων, αφού η ανάμειξή τους σε τέτοιο ύψος είναι αμελητέα. Ως εκ τούτου ακολουθεί η μεταβλητή σύνθεση της ετερόσφαιρας. Κάτω από αυτό βρίσκεται ένα καλά αναμεμειγμένο, ομοιογενές μέρος της ατμόσφαιρας, που ονομάζεται ομοσφαίρα. Το όριο μεταξύ αυτών των στρωμάτων ονομάζεται turbopause και βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 120 km.

Στο επίπεδο της θάλασσας 1013,25 hPa (περίπου 760 mmHg). Η μέση παγκόσμια θερμοκρασία του αέρα στην επιφάνεια της Γης είναι 15°C, ενώ η θερμοκρασία κυμαίνεται από περίπου 57°C στις υποτροπικές ερήμους έως -89°C στην Ανταρκτική. Η πυκνότητα του αέρα και η πίεση μειώνονται με το ύψος σύμφωνα με έναν νόμο κοντά στην εκθετική.

Η δομή της ατμόσφαιρας. Κατακόρυφα, η ατμόσφαιρα έχει μια πολυεπίπεδη δομή, που καθορίζεται κυρίως από τα χαρακτηριστικά της κατακόρυφης κατανομής της θερμοκρασίας (σχήμα), η οποία εξαρτάται από τη γεωγραφική θέση, την εποχή, την ώρα της ημέρας κ.λπ. Το κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας - η τροπόσφαιρα - χαρακτηρίζεται από πτώση της θερμοκρασίας με ύψος (κατά περίπου 6 ° C ανά 1 km), το ύψος του είναι από 8-10 km σε πολικά γεωγραφικά πλάτη έως 16-18 km στις τροπικές περιοχές. Λόγω της ταχείας μείωσης της πυκνότητας του αέρα με το ύψος, περίπου το 80% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας βρίσκεται στην τροπόσφαιρα. Πάνω από την τροπόσφαιρα βρίσκεται η στρατόσφαιρα - ένα στρώμα που χαρακτηρίζεται γενικά από αύξηση της θερμοκρασίας με το ύψος. Το μεταβατικό στρώμα μεταξύ της τροπόσφαιρας και της στρατόσφαιρας ονομάζεται τροπόπαυση. Στην κατώτερη στρατόσφαιρα, μέχρι ένα επίπεδο περίπου 20 km, η θερμοκρασία αλλάζει ελάχιστα με το ύψος (η λεγόμενη ισοθερμική περιοχή) και συχνά μειώνεται ακόμη και ελαφρώς. Πιο ψηλά, η θερμοκρασία αυξάνεται λόγω της απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας UV από το όζον, αργά στην αρχή και ταχύτερα από ένα επίπεδο 34-36 km. Το ανώτερο όριο της στρατόσφαιρας - η στρατόπαυση - βρίσκεται σε υψόμετρο 50-55 km, που αντιστοιχεί στη μέγιστη θερμοκρασία (260-270 K). Το στρώμα της ατμόσφαιρας, που βρίσκεται σε υψόμετρο 55-85 χλμ., όπου η θερμοκρασία πέφτει και πάλι με το ύψος, ονομάζεται μεσόσφαιρα, στο ανώτερο όριο της - τη μεσόπαυση - η θερμοκρασία φτάνει τους 150-160 Κ το καλοκαίρι και 200- 230 Κ το χειμώνα. Πάνω από τη μεσοπαύση, αρχίζει η θερμόσφαιρα - ένα στρώμα, που χαρακτηρίζεται από ταχεία αύξηση της θερμοκρασίας, φθάνοντας σε τιμές 800-1200 Κ σε υψόμετρο 250 χλμ. Η σωματική και ακτινοβολία ακτίνων Χ του Ήλιου απορροφάται στη θερμόσφαιρα, οι μετεωρίτες επιβραδύνονται και καίγονται, επομένως εκτελεί τη λειτουργία του προστατευτικού στρώματος της Γης. Ακόμη υψηλότερη είναι η εξώσφαιρα, από όπου τα ατμοσφαιρικά αέρια διαχέονται στον παγκόσμιο χώρο λόγω της διάχυσης και όπου λαμβάνει χώρα μια σταδιακή μετάβαση από την ατμόσφαιρα στον διαπλανητικό χώρο.

Σύνθεση της ατμόσφαιρας. Σε ύψος περίπου 100 km, η ατμόσφαιρα είναι πρακτικά ομοιογενής σε χημική σύσταση και το μέσο μοριακό βάρος του αέρα (περίπου 29) είναι σταθερό σε αυτήν. Κοντά στην επιφάνεια της Γης, η ατμόσφαιρα αποτελείται από άζωτο (περίπου 78,1% κατ' όγκο) και οξυγόνο (περίπου 20,9%) και περιέχει επίσης μικρές ποσότητες αργού, διοξειδίου του άνθρακα (διοξείδιο του άνθρακα), νέον και άλλα σταθερά και μεταβλητά συστατικά (βλ. Αέρας).

Επιπλέον, η ατμόσφαιρα περιέχει μικρές ποσότητες όζοντος, οξείδια του αζώτου, αμμωνία, ραδόνιο κ.λπ. Η σχετική περιεκτικότητα των κύριων συστατικών του αέρα είναι σταθερή στο χρόνο και ομοιόμορφη σε διάφορες γεωγραφικές περιοχές. Η περιεκτικότητα σε υδρατμούς και όζον είναι μεταβλητή στο χώρο και στο χρόνο. παρά τη χαμηλή περιεκτικότητά τους, ο ρόλος τους στις ατμοσφαιρικές διεργασίες είναι πολύ σημαντικός.

Πάνω από 100-110 km, συμβαίνει η διάσταση των μορίων οξυγόνου, διοξειδίου του άνθρακα και υδρατμών, οπότε το μοριακό βάρος του αέρα μειώνεται. Σε υψόμετρο περίπου 1000 km αρχίζουν να κυριαρχούν ελαφρά αέρια - ήλιο και υδρογόνο - και ακόμα πιο ψηλά, η ατμόσφαιρα της Γης σταδιακά μετατρέπεται σε διαπλανητικό αέριο.

Το πιο σημαντικό μεταβλητό συστατικό της ατμόσφαιρας είναι οι υδρατμοί, οι οποίοι εισέρχονται στην ατμόσφαιρα μέσω της εξάτμισης από την επιφάνεια του νερού και του υγρού εδάφους, καθώς και μέσω της διαπνοής από τα φυτά. Η σχετική περιεκτικότητα σε υδρατμούς ποικίλλει κοντά στην επιφάνεια της γης από 2,6% στις τροπικές περιοχές έως 0,2% στα πολικά γεωγραφικά πλάτη. Με ύψος, πέφτει γρήγορα, μειώνοντας κατά το ήμισυ ήδη σε ύψος 1,5-2 km. Η κατακόρυφη στήλη της ατμόσφαιρας σε εύκρατα γεωγραφικά πλάτη περιέχει περίπου 1,7 cm του «στρώματος κατακρημνισμένου νερού». Όταν οι υδρατμοί συμπυκνώνονται, σχηματίζονται σύννεφα, από τα οποία πέφτει η ατμοσφαιρική βροχόπτωση με τη μορφή βροχής, χαλαζιού και χιονιού.

Ένα σημαντικό συστατικό του ατμοσφαιρικού αέρα είναι το όζον, το 90% συγκεντρωμένο στη στρατόσφαιρα (μεταξύ 10 και 50 km), περίπου το 10% του βρίσκεται στην τροπόσφαιρα. Το όζον παρέχει απορρόφηση της σκληρής ακτινοβολίας UV (με μήκος κύματος μικρότερο από 290 nm) και αυτό είναι προστατευτικό ρόλογια τη βιόσφαιρα. Οι τιμές της συνολικής περιεκτικότητας σε όζον ποικίλλουν ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος και την εποχή και κυμαίνονται από 0,22 έως 0,45 cm (το πάχος της στιβάδας του όζοντος σε πίεση p= 1 atm και θερμοκρασία T = 0°C). Στις τρύπες του όζοντος που παρατηρούνται την άνοιξη στην Ανταρκτική από τις αρχές της δεκαετίας του 1980, η περιεκτικότητα σε όζον μπορεί να πέσει στα 0,07 εκ. αυξάνεται σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Μια σημαντική ατμοσφαιρική μεταβλητή είναι το διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο έχει αυξηθεί κατά 35% στην ατμόσφαιρα τα τελευταία 200 χρόνια, γεγονός που οφείλεται κυρίως στο ανθρωπογενής παράγοντας. Παρατηρείται η γεωγραφική και εποχιακή του μεταβλητότητα, που σχετίζεται με τη φωτοσύνθεση των φυτών και τη διαλυτότητα στο θαλασσινό νερό (σύμφωνα με το νόμο του Henry, η διαλυτότητα του αερίου στο νερό μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας).

Σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση του κλίματος του πλανήτη παίζουν τα ατμοσφαιρικά αεροζόλ - στερεά και υγρά σωματίδια που αιωρούνται στον αέρα με μέγεθος από αρκετά nm έως δεκάδες μικρά. Υπάρχουν αερολύματα φυσικής και ανθρωπογενούς προέλευσης. Το αεροζόλ σχηματίζεται κατά τη διαδικασία των αντιδράσεων αέριας φάσης από τα απόβλητα των φυτών και ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑανθρώπινες, ηφαιστειακές εκρήξεις, ως αποτέλεσμα της ανόδου της σκόνης από τον άνεμο από την επιφάνεια του πλανήτη, ιδιαίτερα από τις περιοχές της ερήμου, και επίσης σχηματίζεται από κοσμική σκόνη που εισέρχεται στην ανώτερη ατμόσφαιρα. Το μεγαλύτερο μέρος του αερολύματος συγκεντρώνεται στην τροπόσφαιρα· το αεροζόλ από ηφαιστειακές εκρήξεις σχηματίζει το λεγόμενο στρώμα Junge σε υψόμετρο περίπου 20 km. Η μεγαλύτερη ποσότητα ανθρωπογενούς αερολύματος εισέρχεται στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της λειτουργίας οχημάτων και θερμοηλεκτρικών σταθμών, χημικές βιομηχανίες, καύση καυσίμου κ.λπ. Επομένως, σε ορισμένες περιοχές, η σύνθεση της ατμόσφαιρας διαφέρει αισθητά από τον συνηθισμένο αέρα, κάτι που απαιτούσε τη δημιουργία ειδικής υπηρεσίας παρακολούθησης και παρακολούθησης του επιπέδου της ατμοσφαιρικής ρύπανσης.

Ατμοσφαιρική εξέλιξη. Η σύγχρονη ατμόσφαιρα φαίνεται να είναι δευτερεύουσας προέλευσης: σχηματίστηκε από αέρια που απελευθερώθηκαν από το στερεό κέλυφος της Γης μετά την ολοκλήρωση του σχηματισμού του πλανήτη πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Κατά τη διάρκεια της γεωλογικής ιστορίας της Γης, η ατμόσφαιρα έχει υποστεί σημαντικές αλλαγές στη σύστασή της υπό την επίδραση ορισμένων παραγόντων: διάχυση (πτητοποίηση) αερίων, κυρίως ελαφρύτερων, στο διάστημα. απελευθέρωση αερίων από τη λιθόσφαιρα ως αποτέλεσμα ηφαιστειακής δραστηριότητας. χημικές αντιδράσειςμεταξύ των συστατικών της ατμόσφαιρας και των πετρωμάτων που συνθέτουν τον φλοιό της γης. φωτοχημικές αντιδράσεις στην ίδια την ατμόσφαιρα υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας UV. συσσώρευση (σύλληψη) της ύλης του διαπλανητικού μέσου (για παράδειγμα, μετεωρική ύλη). Η ανάπτυξη της ατμόσφαιρας συνδέεται στενά με γεωλογικές και γεωχημικές διεργασίες και τα τελευταία 3-4 δισεκατομμύρια χρόνια και με τη δραστηριότητα της βιόσφαιρας. Σημαντικό μέρος των αερίων που συνθέτουν τη σύγχρονη ατμόσφαιρα (άζωτο, διοξείδιο του άνθρακα, υδρατμοί) προέκυψαν κατά τη διάρκεια ηφαιστειακής δραστηριότητας και εισβολής, που τα μετέφερε έξω από τα βάθη της Γης. Το οξυγόνο εμφανίστηκε σε αξιόλογες ποσότητες πριν από περίπου 2 δισεκατομμύρια χρόνια ως αποτέλεσμα της δραστηριότητας των φωτοσυνθετικών οργανισμών που προήλθαν αρχικά από τα επιφανειακά ύδατα του ωκεανού.

Με βάση τα δεδομένα για τη χημική σύνθεση των ανθρακικών κοιτασμάτων, ελήφθησαν εκτιμήσεις για την ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα και οξυγόνου στην ατμόσφαιρα του γεωλογικού παρελθόντος. Καθ' όλη τη διάρκεια του Φανεροζωικού (τα τελευταία 570 εκατομμύρια χρόνια της ιστορίας της Γης), η ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα ποικίλλει ευρέως, ανάλογα με το επίπεδο ηφαιστειακής δραστηριότητας, τη θερμοκρασία των ωκεανών και τη φωτοσύνθεση. Το μεγαλύτερο μέρος αυτού του χρόνου, η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα ήταν σημαντικά υψηλότερη από την τρέχουσα (έως και 10 φορές). Η ποσότητα οξυγόνου στην ατμόσφαιρα του Φανεροζωικού μεταβλήθηκε σημαντικά και επικράτησε η τάση για αύξηση. Στην προκαμβριακή ατμόσφαιρα, η μάζα του διοξειδίου του άνθρακα ήταν, κατά κανόνα, μεγαλύτερη και η μάζα του οξυγόνου μικρότερη από ό,τι στην ατμόσφαιρα του Φανεροζωικού. Οι διακυμάνσεις στην ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα είχαν σημαντικό αντίκτυπο στο κλίμα στο παρελθόν, αυξάνοντας το φαινόμενο του θερμοκηπίου με αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα, λόγω του οποίου το κλίμα κατά το κύριο μέρος του Φανεροζωικού ήταν πολύ θερμότερο από ό,τι στο τη σύγχρονη εποχή.

ατμόσφαιρα και ζωή. Χωρίς ατμόσφαιρα, η Γη θα ήταν ένας νεκρός πλανήτης. Η οργανική ζωή προχωρά σε στενή αλληλεπίδραση με την ατμόσφαιρα και το σχετικό κλίμα και τον καιρό. Ασήμαντη σε μάζα σε σύγκριση με τον πλανήτη συνολικά (περίπου ένα εκατομμυριοστό μέρος), η ατμόσφαιρα είναι απαραίτητη προϋπόθεση για όλες τις μορφές ζωής. Το οξυγόνο, το άζωτο, οι υδρατμοί, το διοξείδιο του άνθρακα και το όζον είναι τα πιο σημαντικά ατμοσφαιρικά αέρια για τη ζωή των οργανισμών. Όταν το διοξείδιο του άνθρακα απορροφάται από τα φωτοσυνθετικά φυτά, δημιουργείται οργανική ύλη που χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας από τη συντριπτική πλειονότητα των ζωντανών όντων, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων. Το οξυγόνο είναι απαραίτητο για την ύπαρξη αερόβιων οργανισμών, για τους οποίους η παροχή ενέργειας παρέχεται από αντιδράσεις οξείδωσης. οργανική ύλη. Το άζωτο, που αφομοιώνεται από ορισμένους μικροοργανισμούς (αζωτομονάδες), είναι απαραίτητο για την ορυκτή διατροφή των φυτών. Το όζον, το οποίο απορροφά την σκληρή υπεριώδη ακτινοβολία του Ήλιου, εξασθενεί σημαντικά αυτό το απειλητικό για τη ζωή τμήμα της ηλιακής ακτινοβολίας. Η συμπύκνωση υδρατμών στην ατμόσφαιρα, ο σχηματισμός νεφών και η επακόλουθη κατακρήμνιση τροφοδοτούν με νερό τη γη, χωρίς την οποία καμία μορφή ζωής δεν είναι δυνατή. Η ζωτική δραστηριότητα των οργανισμών στην υδρόσφαιρα καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τον αριθμό και χημική σύνθεσηατμοσφαιρικά αέρια διαλυμένα στο νερό. Δεδομένου ότι η χημική σύνθεση της ατμόσφαιρας εξαρτάται σημαντικά από τη δραστηριότητα των οργανισμών, η βιόσφαιρα και η ατμόσφαιρα μπορούν να θεωρηθούν ως μέρος ενός ενιαίου συστήματος, η διατήρηση και η εξέλιξη του οποίου (βλ. Βιογεωχημικοί κύκλοι) ήταν μεγάλης σημασίας για την αλλαγή της σύνθεσης του ατμόσφαιρα σε όλη την ιστορία της Γης ως πλανήτη.

Ακτινοβολία, θερμική και ισοζύγια νερούατμόσφαιρα. Η ηλιακή ακτινοβολία είναι πρακτικά η μόνη πηγή ενέργειας για όλες τις φυσικές διεργασίες στην ατμόσφαιρα. Το κύριο χαρακτηριστικό του καθεστώτος ακτινοβολίας της ατμόσφαιρας είναι το λεγόμενο φαινόμενο του θερμοκηπίου: η ατμόσφαιρα μεταδίδει την ηλιακή ακτινοβολία στην επιφάνεια της γης αρκετά καλά, αλλά απορροφά ενεργά τη θερμική ακτινοβολία μεγάλου μήκους της επιφάνειας της γης, μέρος της οποίας επιστρέφει στην επιφάνεια της γης. επιφάνεια με τη μορφή αντίθετης ακτινοβολίας που αντισταθμίζει την απώλεια θερμότητας ακτινοβολίας της επιφάνειας της γης (βλ. Ατμοσφαιρική ακτινοβολία ). Ελλείψει ατμόσφαιρας, η μέση θερμοκρασία της επιφάνειας της γης θα ήταν -18°C, στην πραγματικότητα είναι 15°C. Η εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία απορροφάται εν μέρει (περίπου 20%) στην ατμόσφαιρα (κυρίως από υδρατμούς, σταγονίδια νερού, διοξείδιο του άνθρακα, όζον και αερολύματα) και επίσης διασκορπίζεται (περίπου 7%) από τα σωματίδια αερολύματος και τις διακυμάνσεις της πυκνότητας (σκέδαση Rayleigh) . Η συνολική ακτινοβολία, που φτάνει στην επιφάνεια της γης, ανακλάται εν μέρει (περίπου 23%) από αυτήν. Η ανάκλαση καθορίζεται από την ανακλαστικότητα της υποκείμενης επιφάνειας, το λεγόμενο albedo. Κατά μέσο όρο, το άλμπεντο της Γης για την ολοκληρωμένη ροή ηλιακής ακτινοβολίας είναι κοντά στο 30%. Κυμαίνεται από λίγα τοις εκατό (ξηρό χώμα και μαυρόχωμα) έως 70-90% για το φρεσκοπεσμένο χιόνι. Η ανταλλαγή ακτινοβολίας μεταξύ της επιφάνειας της γης και της ατμόσφαιρας εξαρτάται ουσιαστικά από το albedo και καθορίζεται από την αποτελεσματική ακτινοβολία της επιφάνειας της γης και την αντίθετη ακτινοβολία της ατμόσφαιρας που απορροφάται από αυτήν. Το αλγεβρικό άθροισμα των ροών ακτινοβολίας που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα της γης από το διάστημα και το αφήνουν πίσω ονομάζεται ισοζύγιο ακτινοβολίας.

Οι μετασχηματισμοί της ηλιακής ακτινοβολίας μετά την απορρόφησή της από την ατμόσφαιρα και την επιφάνεια της γης καθορίζουν τη θερμική ισορροπία της Γης ως πλανήτη. Κύρια πηγήθερμότητα για την ατμόσφαιρα - επιφάνεια της γης. Η θερμότητα από αυτό μεταφέρεται όχι μόνο με τη μορφή ακτινοβολίας μεγάλου κύματος, αλλά και με μεταφορά και απελευθερώνεται επίσης κατά τη συμπύκνωση υδρατμών. Τα μερίδια αυτών των εισροών θερμότητας είναι κατά μέσο όρο 20%, 7% και 23%, αντίστοιχα. Περίπου το 20% της θερμότητας προστίθεται επίσης εδώ λόγω της απορρόφησης της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας. Η ροή της ηλιακής ακτινοβολίας ανά μονάδα χρόνου μέσα από μια ενιαία περιοχή κάθετη στις ακτίνες του ήλιου και που βρίσκεται έξω από την ατμόσφαιρα σε μέση απόσταση από τη Γη στον Ήλιο (η λεγόμενη ηλιακή σταθερά) είναι 1367 W / m 2, οι αλλαγές είναι 1-2 W / m 2 ανάλογα με τον κύκλο της ηλιακής δραστηριότητας. Με πλανητικό άλμπεδο περίπου 30%, η μέση χρονική παγκόσμια εισροή ηλιακής ενέργειας στον πλανήτη είναι 239 W/m 2 . Εφόσον η Γη ως πλανήτης εκπέμπει την ίδια ποσότητα ενέργειας στο διάστημα κατά μέσο όρο, τότε, σύμφωνα με το νόμο Stefan-Boltzmann, η αποτελεσματική θερμοκρασία της εξερχόμενης θερμικής ακτινοβολίας μακρών κυμάτων είναι 255 K (-18°C). Ταυτόχρονα, η μέση θερμοκρασία της επιφάνειας της γης είναι 15°C. Η διαφορά 33°C οφείλεται στο φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Το υδατικό ισοζύγιο της ατμόσφαιρας στο σύνολό του αντιστοιχεί στην ισότητα της ποσότητας της υγρασίας που εξατμίζεται από την επιφάνεια της Γης, της ποσότητας της βροχόπτωσης που πέφτει στην επιφάνεια της γης. Η ατμόσφαιρα πάνω από τους ωκεανούς δέχεται περισσότερη υγρασία από τις διεργασίες εξάτμισης από ό,τι στην ξηρά, και χάνει το 90% με τη μορφή βροχοπτώσεων. Η περίσσεια υδρατμών πάνω από τους ωκεανούς μεταφέρεται στις ηπείρους με ρεύματα αέρα. Η ποσότητα των υδρατμών που μεταφέρεται στην ατμόσφαιρα από τους ωκεανούς στις ηπείρους είναι ίση με τον όγκο της ροής του ποταμού που ρέει στους ωκεανούς.

κίνηση του αέρα. Η Γη έχει σφαιρικό σχήμα, οπότε πολύ λιγότερη ηλιακή ακτινοβολία έρχεται στα μεγάλα γεωγραφικά της πλάτη παρά στους τροπικούς. Ως αποτέλεσμα, προκύπτουν μεγάλες θερμοκρασιακές αντιθέσεις μεταξύ των γεωγραφικών πλάτη. Η κατανομή της θερμοκρασίας επηρεάζεται επίσης σημαντικά από αμοιβαία διευθέτησηωκεανούς και ηπείρους. Λόγω της μεγάλης μάζας των νερών των ωκεανών και της υψηλής θερμικής ικανότητας του νερού, οι εποχιακές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία της επιφάνειας των ωκεανών είναι πολύ μικρότερες από αυτές της ξηράς. Από αυτή την άποψη, στα μεσαία και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, η θερμοκρασία του αέρα πάνω από τους ωκεανούς είναι αισθητά χαμηλότερη το καλοκαίρι από ό,τι στις ηπείρους και υψηλότερη το χειμώνα.

Άνιση θέρμανση της ατμόσφαιρας σε διάφορες περιοχές την υδρόγειοπροκαλεί μια χωρικά ανομοιόμορφη κατανομή της ατμοσφαιρικής πίεσης. Στο επίπεδο της θάλασσας, η κατανομή της πίεσης χαρακτηρίζεται από σχετικά χαμηλές τιμές κοντά στον ισημερινό, μια αύξηση στις υποτροπικές περιοχές (ζώνες υψηλή πίεση) και μειώνεται στα μεσαία και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Ταυτόχρονα, στις ηπείρους των εξωτροπικών γεωγραφικών πλάτη, η πίεση συνήθως αυξάνεται το χειμώνα και μειώνεται το καλοκαίρι, γεγονός που σχετίζεται με την κατανομή της θερμοκρασίας. Κάτω από τη δράση μιας κλίσης πίεσης, ο αέρας παρουσιάζει μια επιτάχυνση που κατευθύνεται από περιοχές υψηλής πίεσης σε περιοχές χαμηλής πίεσης, η οποία οδηγεί στην κίνηση των μαζών αέρα. Οι κινούμενες μάζες αέρα επηρεάζονται επίσης από τη δύναμη εκτροπής της περιστροφής της Γης (δύναμη Coriolis), τη δύναμη τριβής, η οποία μειώνεται με το ύψος, και στην περίπτωση των καμπυλόγραμμων τροχιών, η φυγόκεντρος δύναμη. Μεγάλη σημασία έχει η τυρβώδης ανάμειξη του αέρα (βλ. Αναταράξεις στην ατμόσφαιρα).

Ένα πολύπλοκο σύστημα ρευμάτων αέρα (γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας) σχετίζεται με την πλανητική κατανομή της πίεσης. Στο μεσημβρινό επίπεδο, κατά μέσο όρο, ανιχνεύονται δύο ή τρία κύτταρα μεσημβρινής κυκλοφορίας. Κοντά στον ισημερινό, ο θερμός αέρας ανεβαίνει και πέφτει στις υποτροπικές περιοχές, σχηματίζοντας ένα κύτταρο Hadley. Εκεί κατεβαίνει και ο αέρας της αντίστροφης κυψέλης Ferrell. Σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, συχνά ανιχνεύεται μια άμεση πολική κυψέλη. Οι μεσημβρινές ταχύτητες κυκλοφορίας είναι της τάξης του 1 m/s ή λιγότερο. Λόγω της δράσης της δύναμης Coriolis, δυτικοί άνεμοι παρατηρούνται στο μεγαλύτερο μέρος της ατμόσφαιρας με ταχύτητες στη μέση τροπόσφαιρα περίπου 15 m/s. Υπάρχουν σχετικά βιώσιμα συστήματαάνεμοι. Αυτά περιλαμβάνουν εμπορικούς ανέμους - άνεμους που πνέουν από ζώνες υψηλής πίεσης στις υποτροπικές περιοχές προς τον ισημερινό με αξιοσημείωτη ανατολική συνιστώσα (από ανατολικά προς δυτικά). Οι μουσώνες είναι αρκετά σταθεροί - ρεύματα αέρα που έχουν σαφώς έντονο εποχιακό χαρακτήρα: φυσούν από τον ωκεανό προς την ηπειρωτική χώρα το καλοκαίρι και προς την αντίθετη κατεύθυνση το χειμώνα. Οι μουσώνες του Ινδικού Ωκεανού είναι ιδιαίτερα τακτικοί. Στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη, η κίνηση των αέριων μαζών είναι κυρίως δυτική (από τα δυτικά προς τα ανατολικά). Αυτή είναι μια ζώνη ατμοσφαιρικών μετώπων, στα οποία προκύπτουν μεγάλες δίνες - κυκλώνες και αντικυκλώνες, που καλύπτουν πολλές εκατοντάδες και ακόμη και χιλιάδες χιλιόμετρα. Κυκλώνες εμφανίζονται επίσης στις τροπικές περιοχές. εδώ διαφέρουν σε μικρότερα μεγέθη, αλλά πολύ υψηλές ταχύτητες ανέμου, που φτάνουν σε δύναμη τυφώνα (33 m/s ή περισσότερο), τους λεγόμενους τροπικούς κυκλώνες. Στον Ατλαντικό και στα ανατολικά Ειρηνικός ωκεανόςονομάζονται τυφώνες, και στο δυτικό Ειρηνικό, τυφώνες. Στην ανώτερη τροπόσφαιρα και στην κατώτερη στρατόσφαιρα, στις περιοχές που χωρίζουν το άμεσο κύτταρο της μεσημβρινής κυκλοφορίας Hadley και το αντίστροφο κύτταρο Ferrell, σχετικά στενά, πλάτους εκατοντάδων χιλιομέτρων, παρατηρούνται συχνά ρεύματα πίδακα με έντονα καθορισμένα όρια, εντός των οποίων ο άνεμος φτάνει τα 100 -150 και μάλιστα 200 m/ Με.

Κλίμα και καιρός. Η διαφορά στην ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που έρχεται σε διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη σε μια ποικιλία από φυσικές ιδιότητεςεπιφάνεια της γης, καθορίζει την ποικιλομορφία των γήινων κλιμάτων. Από τον ισημερινό έως τα τροπικά γεωγραφικά πλάτη, η θερμοκρασία του αέρα κοντά στην επιφάνεια της γης είναι κατά μέσο όρο 25-30 ° C και αλλάζει ελάχιστα κατά τη διάρκεια του έτους. Στην ισημερινή ζώνη πέφτουν συνήθως πολλές βροχοπτώσεις, γεγονός που δημιουργεί συνθήκες για υπερβολική υγρασία εκεί. Στις τροπικές ζώνες, η ποσότητα της βροχόπτωσης μειώνεται και σε ορισμένες περιοχές γίνεται πολύ μικρή. Εδώ είναι οι απέραντες έρημοι της Γης.

Σε υποτροπικά και μεσαία γεωγραφικά πλάτη, η θερμοκρασία του αέρα ποικίλλει σημαντικά καθ 'όλη τη διάρκεια του έτους, και η διαφορά μεταξύ των θερμοκρασιών καλοκαιριού και χειμώνα είναι ιδιαίτερα μεγάλη σε περιοχές των ηπείρων απομακρυσμένες από τους ωκεανούς. Έτσι, σε ορισμένες περιοχές της Ανατολικής Σιβηρίας, το ετήσιο εύρος της θερμοκρασίας του αέρα φτάνει τους 65°C. Οι συνθήκες ύγρανσης σε αυτά τα γεωγραφικά πλάτη είναι πολύ διαφορετικές, εξαρτώνται κυρίως από το καθεστώς της γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας και ποικίλλουν σημαντικά από έτος σε έτος.

Στα πολικά γεωγραφικά πλάτη, η θερμοκρασία παραμένει χαμηλή καθ' όλη τη διάρκεια του έτους, ακόμη και αν υπάρχει αισθητή εποχιακή διακύμανση. Αυτό συμβάλλει στην ευρεία κατανομή της κάλυψης πάγου στους ωκεανούς και στη γη και στον μόνιμο παγετό, που καταλαμβάνει πάνω από το 65% της έκτασης της Ρωσίας, κυρίως στη Σιβηρία.

Τις τελευταίες δεκαετίες, οι αλλαγές στο παγκόσμιο κλίμα έχουν γίνει όλο και πιο αισθητές. Η θερμοκρασία αυξάνεται περισσότερο σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη παρά σε χαμηλά γεωγραφικά πλάτη. περισσότερο το χειμώνα παρά το καλοκαίρι. περισσότερο τη νύχτα παρά τη μέρα. Κατά τον 20ο αιώνα, η μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα κοντά στην επιφάνεια της γης στη Ρωσία αυξήθηκε κατά 1,5-2 ° C και σε ορισμένες περιοχές της Σιβηρίας παρατηρείται αύξηση αρκετών βαθμών. Αυτό σχετίζεται με την αύξηση του φαινομένου του θερμοκηπίου λόγω της αύξησης της συγκέντρωσης μικρών αέριων προσμίξεων.

Ο καιρός καθορίζεται από τις συνθήκες της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας και γεωγραφική θέσηεδάφους, είναι πιο σταθερό στις τροπικές περιοχές και πιο μεταβλητό στα μεσαία και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Κυρίως, ο καιρός αλλάζει στις ζώνες μεταβολής των αέριων μαζών, λόγω της διέλευσης ατμοσφαιρικών μετώπων, κυκλώνων και αντικυκλώνων, μεταφέροντας βροχοπτώσεις και αυξανόμενο αέρα. Τα δεδομένα για την πρόγνωση του καιρού συλλέγονται από επίγειους μετεωρολογικούς σταθμούς, πλοία και αεροσκάφη και μετεωρολογικούς δορυφόρους. Δείτε επίσης μετεωρολογία.

Οπτικά, ακουστικά και ηλεκτρικά φαινόμενα στην ατμόσφαιρα. Όταν εξαπλωθεί ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολίαστην ατμόσφαιρα, ως αποτέλεσμα της διάθλασης, της απορρόφησης και της διασποράς του φωτός από τον αέρα και των διαφόρων σωματιδίων (αεροζόλ, παγοκρύσταλλοι, σταγόνες νερού), προκύπτουν διάφορα οπτικά φαινόμενα: ουράνιο τόξο, κορώνες, φωτοστέφανο, αντικατοπτρισμός κ.λπ. Η σκέδαση του φωτός καθορίζει τη φαινομενική ύψος του στερεώματος και το μπλε χρώμα του ουρανού. Το εύρος ορατότητας των αντικειμένων καθορίζεται από τις συνθήκες διάδοσης του φωτός στην ατμόσφαιρα (βλ. Ατμοσφαιρική ορατότητα). Η διαφάνεια της ατμόσφαιρας σε διαφορετικά μήκη κύματος καθορίζει το εύρος επικοινωνίας και τη δυνατότητα ανίχνευσης αντικειμένων με όργανα, συμπεριλαμβανομένης της δυνατότητας αστρονομικών παρατηρήσεων από την επιφάνεια της Γης. Για τις μελέτες των οπτικών ανομοιογενειών στη στρατόσφαιρα και τη μεσόσφαιρα, το φαινόμενο του λυκόφωτος παίζει σημαντικό ρόλο. Για παράδειγμα, φωτογραφίζοντας το λυκόφως με διαστημόπλοιοεπιτρέπει την ανίχνευση στρωμάτων αερολύματος. Τα χαρακτηριστικά της διάδοσης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα καθορίζουν την ακρίβεια των μεθόδων τηλεπισκόπησητις παραμέτρους του. Όλα αυτά τα ερωτήματα, όπως και πολλά άλλα, μελετώνται από την ατμοσφαιρική οπτική. Η διάθλαση και η σκέδαση των ραδιοκυμάτων καθορίζουν τις δυνατότητες λήψης ραδιοφώνου (βλ. Διάδοση ραδιοκυμάτων).

Η διάδοση του ήχου στην ατμόσφαιρα εξαρτάται από χωρική κατανομήθερμοκρασία και ταχύτητα ανέμου (βλ. Ατμοσφαιρική ακουστική). Έχει ενδιαφέρον για την τηλεπισκόπηση της ατμόσφαιρας. Οι εκρήξεις γομώσεων που εκτοξεύτηκαν από πυραύλους στην ανώτερη ατμόσφαιρα παρείχαν πληθώρα πληροφοριών για τα αιολικά συστήματα και την πορεία της θερμοκρασίας στη στρατόσφαιρα και τη μεσόσφαιρα. Σε μια σταθερά στρωματοποιημένη ατμόσφαιρα, όταν η θερμοκρασία πέφτει με το ύψος πιο αργά από την αδιαβατική κλίση (9,8 K/km), προκύπτουν τα λεγόμενα εσωτερικά κύματα. Αυτά τα κύματα μπορούν να διαδοθούν προς τα πάνω στη στρατόσφαιρα και ακόμη και στη μεσόσφαιρα, όπου εξασθενούν, συμβάλλοντας σε αυξημένο άνεμο και αναταράξεις.

Το αρνητικό φορτίο της Γης και το ηλεκτρικό πεδίο που προκαλείται από αυτό, η ατμόσφαιρα, μαζί με την ηλεκτρικά φορτισμένη ιονόσφαιρα και τη μαγνητόσφαιρα, δημιουργούν μια παγκόσμια ηλεκτρικό κύκλωμα. Σημαντικό ρόλο παίζει ο σχηματισμός νεφών και ο κεραυνικός ηλεκτρισμός. Ο κίνδυνος των κεραυνικών εκκενώσεων κατέστησε αναγκαία την ανάπτυξη μεθόδων αντικεραυνικής προστασίας κτιρίων, κατασκευών, ηλεκτρικών γραμμών και επικοινωνιών. Το φαινόμενο αυτό είναι ιδιαίτερα επικίνδυνο για την αεροπορία. Οι εκκενώσεις κεραυνών προκαλούν ατμοσφαιρικές ραδιοπαρεμβολές, που ονομάζονται ατμοσφαιρικές (βλέπε Σφυρίχτρα ατμοσφαιρικές). Κατά την απότομη αύξηση της ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου, παρατηρούνται φωτεινές εκκενώσεις που προκύπτουν στα σημεία και τις αιχμηρές γωνίες των αντικειμένων που προεξέχουν πάνω από την επιφάνεια της γης, σε μεμονωμένες κορυφές στα βουνά κ.λπ. (Elma lights). Η ατμόσφαιρα περιέχει πάντα έναν αριθμό ελαφρών και βαρέων ιόντων, τα οποία ποικίλλουν πολύ ανάλογα με τις συγκεκριμένες συνθήκες, που καθορίζουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα της ατμόσφαιρας. Οι κύριοι ιονιστές αέρα κοντά στην επιφάνεια της γης - ακτινοβολία ραδιενεργών ουσιώνπου περιέχονται στον φλοιό της γης και στην ατμόσφαιρα, καθώς και στις κοσμικές ακτίνες. Δείτε επίσης ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός.

Η ανθρώπινη επίδραση στην ατμόσφαιρα.Τους τελευταίους αιώνες, έχει σημειωθεί αύξηση της συγκέντρωσης αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα λόγω των ανθρώπινων δραστηριοτήτων. ΠοσοστόΤο διοξείδιο του άνθρακα αυξήθηκε από 2,8-10 2 πριν από διακόσια χρόνια σε 3,8-10 2 το 2005, η περιεκτικότητα σε μεθάνιο - από 0,7-10 1 περίπου πριν από 300-400 χρόνια σε 1,8-10 -4 21ος αιώνας. περίπου το 20% της αύξησης του φαινομένου του θερμοκηπίου τον περασμένο αιώνα δόθηκε από τα φρέον, τα οποία ουσιαστικά δεν υπήρχαν στην ατμόσφαιρα μέχρι τα μέσα του 20ου αιώνα. Αυτές οι ουσίες αναγνωρίζονται ως παράγοντες καταστροφής του όζοντος της στρατοσφαιρικής και η παραγωγή τους απαγορεύεται από το Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ του 1987. Η αύξηση της συγκέντρωσης διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα προκαλείται από την καύση συνεχώς αυξανόμενων ποσοτήτων άνθρακα, πετρελαίου, φυσικού αερίου και άλλων καυσίμων άνθρακα, καθώς και από την αποψίλωση των δασών, με αποτέλεσμα τη μείωση της απορρόφησης διοξειδίου του άνθρακα μέσω της φωτοσύνθεσης. Η συγκέντρωση του μεθανίου αυξάνεται με την αύξηση της παραγωγής πετρελαίου και φυσικού αερίου (λόγω των απωλειών της), καθώς και με την επέκταση των καλλιεργειών ρυζιού και την αύξηση του αριθμού των βοοειδών. Όλα αυτά συμβάλλουν στην υπερθέρμανση του κλίματος.

Για την αλλαγή του καιρού, έχουν αναπτυχθεί μέθοδοι ενεργού επιρροής στις ατμοσφαιρικές διεργασίες. Χρησιμοποιούνται για την προστασία των γεωργικών φυτών από τις ζημιές από το χαλάζι διασκορπίζοντας ειδικά αντιδραστήρια στα σύννεφα. Υπάρχουν επίσης μέθοδοι για την εξάλειψη της ομίχλης στα αεροδρόμια, την προστασία των φυτών από τον παγετό, την επιρροή των νεφών για την αύξηση της βροχόπτωσης στα σωστά σημεία ή για τη διασπορά των νεφών κατά τη διάρκεια δημόσιων εκδηλώσεων.

Μελέτη της ατμόσφαιρας. Πληροφορίες για φυσικές διεργασίεςστην ατμόσφαιρα λαμβάνονται κυρίως από μετεωρολογικές παρατηρήσεις, οι οποίες πραγματοποιούνται παγκόσμιο δίκτυομόνιμοι μετεωρολογικοί σταθμοί και σταθμοί που βρίσκονται σε όλες τις ηπείρους και σε πολλά νησιά. Οι καθημερινές παρατηρήσεις παρέχουν πληροφορίες για τη θερμοκρασία και την υγρασία του αέρα, την ατμοσφαιρική πίεση και βροχόπτωση, τη συννεφιά, τον άνεμο κ.λπ. Παρατηρήσεις της ηλιακής ακτινοβολίας και των μετασχηματισμών της πραγματοποιούνται σε ακτινομετρικούς σταθμούς. Μεγάλη σημασία για τη μελέτη της ατμόσφαιρας έχουν τα δίκτυα των αεροσταθμών, όπου γίνονται μετεωρολογικές μετρήσεις με τη βοήθεια ραδιοφωνικών σημάτων μέχρι ύψους 30-35 km. Σε αρκετούς σταθμούς, γίνονται παρατηρήσεις για το ατμοσφαιρικό όζον, τα ηλεκτρικά φαινόμενα στην ατμόσφαιρα και τη χημική σύσταση του αέρα.

Τα δεδομένα από επίγειους σταθμούς συμπληρώνονται από παρατηρήσεις στους ωκεανούς, όπου λειτουργούν «πλοία καιρού», που βρίσκονται μόνιμα σε ορισμένες περιοχές του Παγκόσμιου Ωκεανού, καθώς και μετεωρολογικές πληροφορίες που λαμβάνονται από έρευνες και άλλα πλοία.

Τις τελευταίες δεκαετίες, ένας αυξανόμενος όγκος πληροφοριών για την ατμόσφαιρα έχει ληφθεί με τη βοήθεια μετεωρολογικών δορυφόρων, στους οποίους είναι εγκατεστημένα όργανα για τη φωτογράφηση νεφών και τη μέτρηση των ροών υπεριώδους, υπέρυθρης και μικροκυματικής ακτινοβολίας από τον Ήλιο. Οι δορυφόροι καθιστούν δυνατή τη λήψη πληροφοριών σχετικά με τα κατακόρυφα προφίλ θερμοκρασίας, τη συννεφιά και την περιεκτικότητά της σε νερό, στοιχεία του ισοζυγίου ατμοσφαιρικής ακτινοβολίας, τη θερμοκρασία της επιφάνειας του ωκεανού κ.λπ. Χρησιμοποιώντας μετρήσεις διάθλασης ραδιοφωνικών σημάτων από ένα σύστημα δορυφόρων πλοήγησης, είναι δυνατό να προσδιορίστε τα κατακόρυφα προφίλ πυκνότητας, πίεσης και θερμοκρασίας, καθώς και την περιεκτικότητα σε υγρασία στην ατμόσφαιρα. Με τη βοήθεια δορυφόρων, κατέστη δυνατό να αποσαφηνιστεί η τιμή της ηλιακής σταθεράς και του πλανητικού albedo της Γης, να κατασκευαστούν χάρτες της ισορροπίας ακτινοβολίας του συστήματος Γης-ατμόσφαιρας, να μετρηθεί το περιεχόμενο και η μεταβλητότητα μικρών ατμοσφαιρικών ακαθαρσιών και να λυθούν πολλά άλλα προβλήματα της φυσικής της ατμόσφαιρας και της παρακολούθησης του περιβάλλοντος.

Λιτ .: Budyko M. I. Κλίμα στο παρελθόν και στο μέλλον. L., 1980; Matveev L. T. Μάθημα γενικής μετεωρολογίας. Φυσική της ατμόσφαιρας. 2η έκδ. L., 1984; Budyko M. I., Ronov A. B., Yanshin A. L. Ιστορία της ατμόσφαιρας. L., 1985; Khrgian A.Kh. Ατμοσφαιρική Φυσική. Μ., 1986; Atmosphere: A Handbook. L., 1991; Khromov S. P., Petrosyants M. A. Μετεωρολογία και κλιματολογία. 5η έκδ. Μ., 2001.

G. S. Golitsyn, N. A. Zaitseva.

Το αέριο περίβλημα που περιβάλλει τον πλανήτη μας Γη, γνωστό ως ατμόσφαιρα, αποτελείται από πέντε κύρια στρώματα. Αυτά τα στρώματα προέρχονται από την επιφάνεια του πλανήτη, από το επίπεδο της θάλασσας (μερικές φορές κάτω) και ανεβαίνουν στο διάστημα με την ακόλουθη σειρά:

Τροποσφαίρα;
Στρατόσφαιρα;
Μεσόσφαιρα;
Θερμόσφαιρα;
Εξώσφαιρα.

Διάγραμμα των κύριων στρωμάτων της ατμόσφαιρας της Γης

Ανάμεσα σε καθένα από αυτά τα κύρια πέντε στρώματα υπάρχουν μεταβατικές ζώνες που ονομάζονται «παύσεις» όπου συμβαίνουν αλλαγές στη θερμοκρασία, τη σύνθεση και την πυκνότητα του αέρα. Μαζί με τις παύσεις, η ατμόσφαιρα της Γης περιλαμβάνει συνολικά 9 στρώματα.

Τροπόσφαιρα: όπου συμβαίνει ο καιρός

Από όλα τα στρώματα της ατμόσφαιρας, η τροπόσφαιρα είναι αυτή με την οποία είμαστε πιο εξοικειωμένοι (είτε το καταλαβαίνετε είτε όχι), αφού ζούμε στον πυθμένα της - την επιφάνεια του πλανήτη. Τυλίγει την επιφάνεια της Γης και εκτείνεται προς τα πάνω για αρκετά χιλιόμετρα. Η λέξη τροπόσφαιρα σημαίνει «αλλαγή της μπάλας». Ένα πολύ ταιριαστό όνομα, καθώς αυτό το στρώμα είναι το μέρος όπου συμβαίνει ο καθημερινός μας καιρός.

Ξεκινώντας από την επιφάνεια του πλανήτη, η τροπόσφαιρα ανεβαίνει σε ύψος 6 έως 20 km. Το κάτω τρίτο του στρώματος που βρίσκεται πιο κοντά μας περιέχει το 50% όλων των ατμοσφαιρικών αερίων. Είναι το μόνο μέρος της όλης σύνθεσης της ατμόσφαιρας που αναπνέει. Λόγω του ότι ο αέρας θερμαίνεται από κάτω από την επιφάνεια της γης, απορροφώντας θερμική ενέργειαΉλιος, με την αύξηση του υψομέτρου, η θερμοκρασία και η πίεση της τροπόσφαιρας μειώνονται.

Στην κορυφή υπάρχει ένα λεπτό στρώμα που ονομάζεται τροπόπαυση, το οποίο είναι απλώς ένα ρυθμιστικό μεταξύ της τροπόσφαιρας και της στρατόσφαιρας.

Στρατόσφαιρα: το σπίτι του όζοντος

Η στρατόσφαιρα είναι το επόμενο στρώμα της ατμόσφαιρας. Εκτείνεται από 6-20 km έως 50 km πάνω από την επιφάνεια της γης. Αυτό είναι το επίπεδο στο οποίο πετούν τα περισσότερα εμπορικά αεροσκάφη και ταξιδεύουν τα μπαλόνια.

Εδώ, ο αέρας δεν ρέει πάνω-κάτω, αλλά κινείται παράλληλα με την επιφάνεια σε πολύ γρήγορα ρεύματα αέρα. Οι θερμοκρασίες αυξάνονται καθώς ανεβαίνετε, χάρη στην αφθονία του όζοντος (O3), ενός υποπροϊόντος της ηλιακής ακτινοβολίας και του οξυγόνου, το οποίο έχει την ικανότητα να απορροφά τις βλαβερές υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου (οποιαδήποτε αύξηση της θερμοκρασίας με το υψόμετρο είναι γνωστή στο η μετεωρολογία ως «αναστροφή»).

Επειδή η στρατόσφαιρα έχει θερμότερες θερμοκρασίες στο κάτω μέρος και χαμηλότερες θερμοκρασίες στην κορυφή, η μεταφορά (κάθετες κινήσεις των μαζών αέρα) είναι σπάνια σε αυτό το μέρος της ατμόσφαιρας. Στην πραγματικότητα, μπορείτε να δείτε μια καταιγίδα που μαίνεται στην τροπόσφαιρα από τη στρατόσφαιρα, επειδή το στρώμα λειτουργεί ως "καπάκι" για τη μεταφορά, μέσω του οποίου τα σύννεφα καταιγίδας δεν διεισδύουν.

Η στρατόσφαιρα ακολουθείται και πάλι από ένα ρυθμιστικό στρώμα, αυτή τη φορά που ονομάζεται στρατόπαυση.

Μεσόσφαιρα: μέση ατμόσφαιρα

Η μεσόσφαιρα βρίσκεται περίπου 50-80 km από την επιφάνεια της Γης. Η ανώτερη μεσόσφαιρα είναι το πιο κρύο φυσικό μέρος στη Γη, όπου η θερμοκρασία μπορεί να πέσει κάτω από τους -143°C.

Θερμόσφαιρα: ανώτερη ατμόσφαιρα

Τη μεσόσφαιρα και τη μεσόπαυση ακολουθεί η θερμόσφαιρα, που βρίσκεται μεταξύ 80 και 700 km πάνω από την επιφάνεια του πλανήτη και περιέχει λιγότερο από το 0,01% του συνολικού αέρα στο ατμοσφαιρικό περίβλημα. Οι θερμοκρασίες εδώ φτάνουν έως τους +2000° C, αλλά λόγω της έντονης αραίωσης του αέρα και της έλλειψης μορίων αερίου για τη μεταφορά θερμότητας, αυτές οι υψηλές θερμοκρασίες γίνονται αντιληπτές ως πολύ κρύες.

Εξώσφαιρα: το όριο της ατμόσφαιρας και του χώρου

Σε υψόμετρο περίπου 700-10.000 km πάνω από την επιφάνεια της γης βρίσκεται η εξώσφαιρα - το εξωτερικό άκρο της ατμόσφαιρας, που συνορεύει με το διάστημα. Εδώ οι μετεωρολογικοί δορυφόροι περιστρέφονται γύρω από τη Γη.

Τι θα λέγατε για την ιονόσφαιρα;

Η ιονόσφαιρα δεν είναι ένα ξεχωριστό στρώμα και στην πραγματικότητα αυτός ο όρος χρησιμοποιείται για να αναφέρεται στην ατμόσφαιρα σε υψόμετρο 60 έως 1000 km. Περιλαμβάνει τα ανώτατα μέρη της μεσόσφαιρας, ολόκληρη τη θερμόσφαιρα και μέρος της εξώσφαιρας. Η ιονόσφαιρα πήρε το όνομά της επειδή σε αυτό το μέρος της ατμόσφαιρας η ακτινοβολία του Ήλιου ιονίζεται καθώς περνάει μαγνητικά πεδίαΠροσγειώνεται και . Αυτό το φαινόμενο παρατηρείται από τη γη ως το βόρειο σέλας.

ατμόσφαιρα της γης

Ατμόσφαιρα(από. άλλα ελληνικάἀτμός - ατμός και σφαῖρα - μπάλα) - αέριοκοχύλι ( γεωσφαίρα) που περιβάλλει τον πλανήτη Γη. Η εσωτερική του επιφάνεια είναι καλυμμένη υδροσφαίρακαι εν μέρει φλοιός, το εξωτερικό συνορεύει με το εγγύς στη Γη τμήμα του διαστήματος.

Το σύνολο των τμημάτων της φυσικής και της χημείας που μελετούν την ατμόσφαιρα ονομάζεται συνήθως ατμοσφαιρική φυσική. Η ατμόσφαιρα καθορίζει καιρόςστην επιφάνεια της Γης, ασχολείται με τη μελέτη του καιρού μετεωρολογίακαι μακροπρόθεσμες παραλλαγές κλίμα - κλιματολογία.

Η δομή της ατμόσφαιρας

Η δομή της ατμόσφαιρας

Τροποσφαίρα

Το ανώτερο όριο του είναι σε υψόμετρο 8-10 km σε πολικά, 10-12 km σε εύκρατα και 16-18 km σε τροπικά γεωγραφικά πλάτη. χαμηλότερο το χειμώνα από το καλοκαίρι. Το κατώτερο, κύριο στρώμα της ατμόσφαιρας. Περιέχει περισσότερο από το 80% της συνολικής μάζας του ατμοσφαιρικού αέρα και περίπου το 90% όλων των υδρατμών που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα. πολύ ανεπτυγμένο στην τροπόσφαιρα ταραχήκαι μεταγωγή, προκύψει σύννεφα, ανάπτυξη κυκλώνεςκαι αντικυκλώνες. Η θερμοκρασία μειώνεται με την αύξηση του ύψους με μια μέση κατακόρυφη βαθμίδα 0,65°/100 m

Για «κανονικές συνθήκες» στην επιφάνεια της Γης λαμβάνονται: πυκνότητα 1,2 kg/m3, βαρομετρική πίεση 101,35 kPa, θερμοκρασία συν 20 °C και σχετική υγρασία 50%. Αυτοί οι δείκτες υπό όρους έχουν καθαρά μηχανική αξία.

Στρατόσφαιρα

Το στρώμα της ατμόσφαιρας βρίσκεται σε υψόμετρο 11 έως 50 χλμ. Χαρακτηρίζεται από μια ελαφρά μεταβολή της θερμοκρασίας στο στρώμα 11-25 km (κατώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας) και την αύξησή του στο στρώμα 25-40 km από -56,5 σε 0,8 ° ΑΠΟ(άνω στρατόσφαιρα ή περιοχή αναστροφές). Έχοντας φτάσει σε μια τιμή περίπου 273 K (σχεδόν 0 ° C) σε υψόμετρο περίπου 40 km, η θερμοκρασία παραμένει σταθερή μέχρι υψόμετρο περίπου 55 km. Αυτή η περιοχή σταθερής θερμοκρασίας ονομάζεται στρατόπαυσηκαι είναι το όριο μεταξύ της στρατόσφαιρας και μεσόσφαιρα.

Στρατόπαυση

Μεσόσφαιρα

ατμόσφαιρα της γης

Μεσόσφαιραξεκινά από υψόμετρο 50 km και εκτείνεται μέχρι 80-90 km. Η θερμοκρασία μειώνεται με το ύψος με μέση κατακόρυφη κλίση (0,25-0,3)°/100 m. Η κύρια διαδικασία ενέργειας είναι η μεταφορά θερμότητας με ακτινοβολία. Πολύπλοκες φωτοχημικές διεργασίες που περιλαμβάνουν ελεύθερες ρίζες, δονητικά διεγερμένα μόρια κ.λπ., καθορίζουν τη λάμψη της ατμόσφαιρας.

Μεσόπαυση

Γραμμή Karman

Υψόμετρο πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, το οποίο είναι συμβατικά αποδεκτό ως το όριο μεταξύ της ατμόσφαιρας της Γης και του διαστήματος.

Θερμόσφαιρα

Κύριο άρθρο: Θερμόσφαιρα

Ατμοσφαιρικά στρώματα έως και 120 km

Εξώσφαιρα (σφαίρα σκέδασης)

Εξώσφαιρα- ζώνη διασποράς, το εξωτερικό τμήμα της θερμόσφαιρας, που βρίσκεται πάνω από 700 km. Το αέριο στην εξώσφαιρα είναι πολύ σπάνιο, και ως εκ τούτου τα σωματίδια του διαρρέουν στον διαπλανητικό χώρο ( διάλυση).

Σε ύψος 100 km, η ατμόσφαιρα είναι ένα ομοιογενές, καλά αναμεμειγμένο μείγμα αερίων. Στα υψηλότερα στρώματα, η κατανομή των αερίων σε ύψος εξαρτάται από τις μοριακές τους μάζες, η συγκέντρωση των βαρύτερων αερίων μειώνεται ταχύτερα με την απόσταση από την επιφάνεια της Γης. Λόγω της μείωσης της πυκνότητας του αερίου, η θερμοκρασία πέφτει από 0 °C στη στρατόσφαιρα σε -110 °C στη μεσόσφαιρα. Ωστόσο, η κινητική ενέργεια των μεμονωμένων σωματιδίων σε υψόμετρα 200–250 km αντιστοιχεί σε θερμοκρασία ~1500 °C. Πάνω από 200 km, παρατηρούνται σημαντικές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία και την πυκνότητα των αερίων στο χρόνο και στο χώρο.

Σε υψόμετρο περίπου 2000-3000 km, η εξώσφαιρα περνά σταδιακά στο λεγόμενο κοντά στο διαστημικό κενό, το οποίο είναι γεμάτο με εξαιρετικά σπάνια σωματίδια διαπλανητικού αερίου, κυρίως άτομα υδρογόνου. Αλλά αυτό το αέριο είναι μόνο μέρος της διαπλανητικής ύλης. Το άλλο μέρος αποτελείται από σωματίδια που μοιάζουν με σκόνη, κομητικής και μετεωρικής προέλευσης. Εκτός από τα εξαιρετικά σπάνια σωματίδια που μοιάζουν με σκόνη, η ηλεκτρομαγνητική και σωματική ακτινοβολία ηλιακής και γαλαξιακής προέλευσης διεισδύει σε αυτόν τον χώρο.

Η τροπόσφαιρα αντιπροσωπεύει περίπου το 80% της μάζας της ατμόσφαιρας, η στρατόσφαιρα αντιπροσωπεύει περίπου το 20%. η μάζα της μεσόσφαιρας δεν είναι μεγαλύτερη από 0,3%, η θερμόσφαιρα είναι μικρότερη από το 0,05% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας. Με βάση τις ηλεκτρικές ιδιότητες στην ατμόσφαιρα, διακρίνονται η ουδετερόσφαιρα και η ιονόσφαιρα. Αυτή τη στιγμή πιστεύεται ότι η ατμόσφαιρα εκτείνεται σε υψόμετρο 2000-3000 km.

Ανάλογα με τη σύσταση του αερίου στην ατμόσφαιρα, εκπέμπουν ομόσφαιρακαι ετερόσφαιρα. ετερόσφαιρα - πρόκειται για μια περιοχή όπου η βαρύτητα επηρεάζει τον διαχωρισμό των αερίων, αφού η ανάμειξή τους σε τέτοιο ύψος είναι αμελητέα. Ως εκ τούτου ακολουθεί η μεταβλητή σύνθεση της ετερόσφαιρας. Κάτω από αυτό βρίσκεται ένα καλά αναμεμειγμένο, ομοιογενές μέρος της ατμόσφαιρας, που ονομάζεται ομόσφαιρα. Το όριο μεταξύ αυτών των στρωμάτων ονομάζεται turbopause, βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 120 χλμ.

Φυσικές ιδιότητες

Το πάχος της ατμόσφαιρας είναι περίπου 2000 - 3000 km από την επιφάνεια της Γης. Ολική μάζα αέρας- (5,1-5,3) × 10 18 κιλά. Μοριακή μάζακαθαρός ξηρός αέρας είναι 28.966. Πίεσηστους 0 °C στο επίπεδο της θάλασσας 101.325 kPa; κρίσιμη θερμοκρασία-140,7 °C; κρίσιμη πίεση 3,7 MPa; ντο Π 1,0048×10 3 J/(kg K) (στους 0°C), ντο v 0,7159×10 3 J/(kg K) (στους 0 °C). Διαλυτότητα αέρα στο νερό στους 0 °C - 0,036%, στους 25 °C - 0,22%.

Φυσιολογικές και άλλες ιδιότητες της ατμόσφαιρας

Ήδη σε υψόμετρο 5 χιλιομέτρων πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας αναπτύσσεται ένα ανεκπαίδευτο άτομο πείνα οξυγόνουκαι χωρίς προσαρμογή, η ανθρώπινη απόδοση μειώνεται σημαντικά. Εδώ τελειώνει η φυσιολογική ζώνη της ατμόσφαιρας. Η ανθρώπινη αναπνοή γίνεται αδύνατη σε υψόμετρο 15 km, αν και μέχρι περίπου 115 km η ατμόσφαιρα περιέχει οξυγόνο.

Η ατμόσφαιρα μας παρέχει το οξυγόνο που χρειαζόμαστε για να αναπνεύσουμε. Ωστόσο, λόγω της πτώσης της συνολικής πίεσης της ατμόσφαιρας καθώς ανεβαίνετε σε ένα ύψος, η μερική πίεση του οξυγόνου επίσης μειώνεται ανάλογα.

Οι ανθρώπινοι πνεύμονες περιέχουν συνεχώς περίπου 3 λίτρα κυψελιδικού αέρα. Μερική πίεσηΤο οξυγόνο στον κυψελιδικό αέρα σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση είναι 110 mm Hg. Art., πίεση διοξειδίου του άνθρακα - 40 mm Hg. Art., και υδρατμοί - 47 mm Hg. Τέχνη. Με την αύξηση του υψομέτρου, η πίεση του οξυγόνου πέφτει και η συνολική πίεση των υδρατμών και του διοξειδίου του άνθρακα στους πνεύμονες παραμένει σχεδόν σταθερή - περίπου 87 mm Hg. Τέχνη. Η ροή οξυγόνου στους πνεύμονες θα σταματήσει εντελώς όταν η πίεση του περιβάλλοντος αέρα γίνει ίση με αυτή την τιμή.

Σε υψόμετρο περίπου 19-20 km, η ατμοσφαιρική πίεση πέφτει στα 47 mm Hg. Τέχνη. Επομένως, σε αυτό το ύψος, το νερό και το διάμεσο υγρό αρχίζουν να βράζουν στο ανθρώπινο σώμα. Έξω από την καμπίνα υπό πίεση σε αυτά τα υψόμετρα, ο θάνατος επέρχεται σχεδόν ακαριαία. Έτσι, από την άποψη της ανθρώπινης φυσιολογίας, το "διάστημα" ξεκινά ήδη σε υψόμετρο 15-19 km.

Πυκνά στρώματα αέρα - η τροπόσφαιρα και η στρατόσφαιρα - μας προστατεύουν από τις καταστροφικές συνέπειες της ακτινοβολίας. Με επαρκή αραίωση του αέρα, σε υψόμετρα άνω των 36 km, ασκείται έντονη επίδραση στο σώμα με ιονισμό ακτινοβολία- Πρωτογενείς κοσμικές ακτίνες. σε υψόμετρα άνω των 40 χλμ. λειτουργεί το επικίνδυνο για τον άνθρωπο υπεριώδες τμήμα του ηλιακού φάσματος.

Καθώς ανεβαίνουμε σε όλο και μεγαλύτερο ύψος πάνω από την επιφάνεια της Γης, σταδιακά εξασθενούμε και μετά εξαφανιζόμαστε εντελώς, τέτοια φαινόμενα γνωστά σε εμάς παρατηρούνται στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, όπως η διάδοση του ήχου, η εμφάνιση αεροδυναμικής ανυψωτική δύναμηκαι αντίσταση, μεταφορά θερμότητας μεταγωγήκαι τα λοιπά.

Σε σπάνια στρώματα αέρα, διάδοση ήχοςαποδεικνύεται αδύνατο. Μέχρι υψόμετρα 60-90 km, εξακολουθεί να είναι δυνατή η χρήση αντίστασης αέρα και ανύψωσης για ελεγχόμενη αεροδυναμική πτήση. Ξεκινώντας όμως από υψόμετρα 100-130 km, έννοιες γνώριμες σε κάθε πιλότο αριθμοί Μκαι φράγμα ήχουχάνουν το νόημά τους, εκεί περνάει η υπό όρους Γραμμή Karmanπέρα από την οποία ξεκινά η σφαίρα της καθαρά βαλλιστικής πτήσης, η οποία μπορεί να ελεγχθεί μόνο με τη χρήση αντιδραστικών δυνάμεων.

Σε υψόμετρα άνω των 100 km, η ατμόσφαιρα στερείται επίσης μια άλλη αξιοσημείωτη ιδιότητα - την ικανότητα να απορροφά, να μεταφέρει και να μεταφέρει θερμική ενέργεια με συναγωγή (δηλαδή με ανάμειξη αέρα). Αυτό σημαίνει ότι διάφορα στοιχεία εξοπλισμού, εξοπλισμός του τροχιακού διαστημικού σταθμού δεν θα μπορούν να ψύχονται από έξω με τον τρόπο που γίνεται συνήθως σε ένα αεροπλάνο - με τη βοήθεια πίδακες αέρα και θερμαντικά σώματα αέρα. Σε τέτοιο ύψος, όπως γενικά στο διάστημα, ο μόνος τρόπος μεταφοράς θερμότητας είναι θερμική ακτινοβολία.

Σύνθεση της ατμόσφαιρας

Σύνθεση ξηρού αέρα

Η ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται κυρίως από αέρια και διάφορες ακαθαρσίες (σκόνη, σταγόνες νερού, παγοκρύσταλλοι, θαλάσσια άλατα, προϊόντα καύσης).

Η συγκέντρωση των αερίων που συνθέτουν την ατμόσφαιρα είναι σχεδόν σταθερή, με εξαίρεση το νερό (H 2 O) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2).

Σύνθεση ξηρού αέρα

Αζωτο
Οξυγόνο
Αργόν
Νερό
Διοξείδιο του άνθρακα
Νέο
Ήλιο
Μεθάνιο
Κρυπτόν
Υδρογόνο
Ξένο
Οξείδιο του αζώτου

Εκτός από τα αέρια που αναφέρονται στον πίνακα, η ατμόσφαιρα περιέχει SO 2, NH 3, CO, όζο, υδρογονάνθρακες, HCl, HF, ζευγάρια hg, Ι 2 , και ΟΧΙκαι πολλά άλλα αέρια σε μικρές ποσότητες. Βρίσκεται μόνιμα στην τροπόσφαιρα ένας μεγάλος αριθμός απόαιωρούμενα στερεά και υγρά σωματίδια ( δοχείο ψεκασμού).

Ιστορία του σχηματισμού της ατμόσφαιρας

Σύμφωνα με την πιο κοινή θεωρία, η ατμόσφαιρα της Γης ήταν σε τέσσερις διαφορετικές συνθέσεις με την πάροδο του χρόνου. Αρχικά, αποτελούνταν από ελαφρά αέρια ( υδρογόνοκαι ήλιο) συλλαμβάνεται από το διαπλανητικό διάστημα. Αυτό το λεγόμενο πρωταρχική ατμόσφαιρα(πριν από περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια). Στο επόμενο στάδιο, η ενεργή ηφαιστειακή δραστηριότητα οδήγησε στον κορεσμό της ατμόσφαιρας με αέρια άλλα από το υδρογόνο (διοξείδιο του άνθρακα, αμμωνία, ατμός). Ετσι δευτερεύουσα ατμόσφαιρα(περίπου τρία δισεκατομμύρια χρόνια πριν από τις μέρες μας). Αυτή η ατμόσφαιρα ήταν αναζωογονητική. Επιπλέον, η διαδικασία σχηματισμού της ατμόσφαιρας προσδιορίστηκε από τους ακόλουθους παράγοντες:

διαρροή ελαφρών αερίων (υδρογόνο και ήλιο) σε διαπλανητικό χώρο;

χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας, των κεραυνών και ορισμένων άλλων παραγόντων.

Σταδιακά, αυτοί οι παράγοντες οδήγησαν στο σχηματισμό τριτογενής ατμόσφαιρα, που χαρακτηρίζεται από πολύ χαμηλότερη περιεκτικότητα σε υδρογόνο και πολύ μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε άζωτο και διοξείδιο του άνθρακα (που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα χημικών αντιδράσεων από αμμωνία και υδρογονάνθρακες).

Αζωτο

Ο σχηματισμός μεγάλης ποσότητας N 2 οφείλεται στην οξείδωση της ατμόσφαιρας αμμωνίας-υδρογόνου από το μοριακό O 2, το οποίο άρχισε να προέρχεται από την επιφάνεια του πλανήτη ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, ξεκινώντας από 3 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Το N 2 απελευθερώνεται επίσης στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της απονιτροποίησης των νιτρικών και άλλων ενώσεων που περιέχουν άζωτο. Το άζωτο οξειδώνεται από το όζον σε ΝΟ στην ανώτερη ατμόσφαιρα.

Το άζωτο N 2 εισέρχεται σε αντιδράσεις μόνο υπό συγκεκριμένες συνθήκες (για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια εκκένωσης κεραυνού). Η οξείδωση του μοριακού αζώτου από το όζον κατά τις ηλεκτρικές εκκενώσεις χρησιμοποιείται στη βιομηχανική παραγωγή αζωτούχων λιπασμάτων. Μπορεί να οξειδωθεί με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και να μετατραπεί σε βιολογικά ενεργή μορφή κυανοβακτήρια (γαλαζοπράσινα φύκια)και οζώδη βακτήρια που σχηματίζουν το ριζόβιο συμβίωσηΜε όσπριαφυτά, τα λεγόμενα. πράσινη κοπριά.

Οξυγόνο

Η σύνθεση της ατμόσφαιρας άρχισε να αλλάζει ριζικά με την έλευση του ζωντανοί οργανισμοί, σαν άποτέλεσμα φωτοσύνθεσησυνοδεύεται από την απελευθέρωση οξυγόνου και την απορρόφηση του διοξειδίου του άνθρακα. Αρχικά, το οξυγόνο ξοδεύτηκε για την οξείδωση ανηγμένων ενώσεων - αμμωνία, υδρογονάνθρακες, μορφή οξειδίου αδέναςπου περιέχονται στους ωκεανούς κ.λπ. Στο τέλος αυτού του σταδίου, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα άρχισε να αυξάνεται. Σταδιακά, σχηματίστηκε μια σύγχρονη ατμόσφαιρα με οξειδωτικές ιδιότητες. Επειδή αυτό προκάλεσε σοβαρές και απότομες αλλαγές σε πολλές διαδικασίες που συμβαίνουν στο ατμόσφαιρα, λιθόσφαιρακαι βιόσφαιρα, αυτό το συμβάν ονομάζεται Καταστροφή οξυγόνου.

Στη διάρκεια Φανεροζωικόη σύνθεση της ατμόσφαιρας και η περιεκτικότητα σε οξυγόνο υπέστησαν αλλαγές. Συσχετίστηκαν κυρίως με τον ρυθμό εναπόθεσης οργανικών ιζηματογενών πετρωμάτων. Έτσι, κατά τις περιόδους συσσώρευσης άνθρακα, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα, προφανώς, ξεπέρασε αισθητά το σύγχρονο επίπεδο.

Διοξείδιο του άνθρακα

Η περιεκτικότητα σε CO 2 στην ατμόσφαιρα εξαρτάται από την ηφαιστειακή δραστηριότητα και τις χημικές διεργασίες στα κελύφη της γης, αλλά κυρίως από την ένταση της βιοσύνθεσης και της αποσύνθεσης της οργανικής ύλης στο βιόσφαιρα Γη. Σχεδόν ολόκληρη η τρέχουσα βιομάζα του πλανήτη (περίπου 2,4 × 10 12 τόνοι ) σχηματίζεται λόγω του διοξειδίου του άνθρακα, του αζώτου και των υδρατμών που περιέχονται στον ατμοσφαιρικό αέρα. Θαμμένος μέσα ωκεανός, σε βάλτουςκαι στο δάσηοργανική ύλη γίνεται κάρβουνο, λάδικαι φυσικό αέριο. (εκ. Γεωχημικός κύκλος άνθρακα)

ευγενή αέρια

Πηγή αδρανών αερίων - αργόν, ήλιοκαι κρυπτόν- ηφαιστειακές εκρήξεις και αποσύνθεση ραδιενεργών στοιχείων. Η γη στο σύνολό της και η ατμόσφαιρα ειδικότερα εξαντλούνται σε αδρανή αέρια σε σύγκριση με το διάστημα. Πιστεύεται ότι ο λόγος για αυτό έγκειται στη συνεχή διαρροή αερίων στον διαπλανητικό χώρο.

Μόλυνση του αέρα

Πρόσφατα άρχισε να επηρεάζεται η εξέλιξη της ατμόσφαιρας ο άνθρωπος. Το αποτέλεσμα των δραστηριοτήτων του ήταν μια σταθερή σημαντική αύξηση της περιεκτικότητας σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα λόγω της καύσης των καυσίμων υδρογονανθράκων που συσσωρεύτηκαν σε προηγούμενες γεωλογικές εποχές. Τεράστιες ποσότητες CO 2 καταναλώνονται κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης και απορροφώνται από τους ωκεανούς του κόσμου. Αυτό το αέριο εισέρχεται στην ατμόσφαιρα λόγω της αποσύνθεσης ανθρακικών πετρωμάτων και οργανικών ουσιών φυτικής και ζωικής προέλευσης, καθώς και λόγω ηφαιστειακών και ανθρώπινων παραγωγικών δραστηριοτήτων. Τα τελευταία 100 χρόνια, η περιεκτικότητα σε CO 2 στην ατμόσφαιρα έχει αυξηθεί κατά 10%, με το κύριο μέρος (360 δισεκατομμύρια τόνοι) να προέρχεται από την καύση καυσίμου. Εάν ο ρυθμός αύξησης της καύσης του καυσίμου συνεχιστεί, τότε στα επόμενα 50 - 60 χρόνια η ποσότητα του CO 2 στην ατμόσφαιρα θα διπλασιαστεί και μπορεί να οδηγήσει σε παγκόσμια κλιματική αλλαγή.

Η καύση του καυσίμου είναι η κύρια πηγή και των δύο ρυπογόνων αερίων ( ΕΤΣΙ, ΟΧΙ, ΕΤΣΙ 2 ). Το διοξείδιο του θείου οξειδώνεται από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο σε ΕΤΣΙ 3 στην ανώτερη ατμόσφαιρα, η οποία με τη σειρά της αλληλεπιδρά με τους υδρατμούς και την αμμωνία, και το προκύπτον θειικό οξύ (Η 2 ΕΤΣΙ 4 ) και θειικό αμμώνιο ((ΝΗ 4 ) 2 ΕΤΣΙ 4 ) επιστροφή στην επιφάνεια της Γης με τη μορφή ενός λεγόμενου. όξινη βροχή. Χρήση ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣοδηγεί σε σημαντική ατμοσφαιρική ρύπανση με οξείδια του αζώτου, υδρογονάνθρακες και ενώσεις μολύβδου ( τετρααιθυλο μόλυβδος Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Η ρύπανση της ατμόσφαιρας από αερολύματα προκαλείται τόσο από φυσικά αίτια (ηφαιστειακή έκρηξη, καταιγίδες σκόνης, συμπαρασυρμό σταγονιδίων θαλάσσιου νερού και γύρης φυτών, κ.λπ.) όσο και από ανθρώπινη οικονομική δραστηριότητα (εξόρυξη μεταλλευμάτων και δομικών υλικών, καύση καυσίμων, παραγωγή τσιμέντου κ.λπ. .). Η έντονη μεγάλης κλίμακας απομάκρυνση στερεών σωματιδίων στην ατμόσφαιρα είναι μια από τις πιθανές αιτίες της κλιματικής αλλαγής στον πλανήτη.