Cel mai puțin în atmosfera pământului. Structura verticală a atmosferei. Motive pentru modificarea compoziției atmosferei

Atmosfera Pământului este o înveliș de aer.

Prezența unei mingi speciale deasupra suprafeței pământului a fost dovedită de grecii antici, care numeau atmosfera minge de abur sau de gaz.

Aceasta este una dintre geosferele planetei, fără de care existența întregii vieți nu ar fi posibilă.

Unde este atmosfera

Atmosfera înconjoară planetele cu un strat dens de aer, începând de la suprafața pământului. Intră în contact cu hidrosfera, acoperă litosfera, mergând departe în spațiul cosmic.

Din ce este alcătuită atmosfera?

Stratul de aer al Pământului este format în principal din aer, a cărui masă totală ajunge la 5,3 * 1018 kilograme. Dintre acestea, partea bolnavă este aerul uscat și mult mai puțini vapori de apă.

Peste mare, densitatea atmosferei este de 1,2 kilograme pe metru cub. Temperatura din atmosferă poate ajunge la -140,7 grade, aerul se dizolvă în apă la temperatura zero.

Atmosfera este formată din mai multe straturi:

troposfera;
tropopauza;
stratosferă și stratopauză;
Mezosferă și mezopauză;
O linie specială deasupra nivelului mării, care se numește linia Karman;
Termosferă și termopauză;
Zona de dispersie sau exosfera.

Fiecare strat are propriile sale caracteristici, sunt interconectate și asigură funcționarea învelișului de aer al planetei.

Limitele atmosferei

Cea mai de jos margine a atmosferei trece prin hidrosferă și straturile superioare ale litosferei. Limita superioară începe în exosferă, care se află la 700 de kilometri de suprafața planetei și va ajunge la 1,3 mii de kilometri.

Potrivit unor rapoarte, atmosfera ajunge la 10 mii de kilometri. Oamenii de știință au fost de acord că limita superioară a stratului de aer ar trebui să fie linia Karman, deoarece aeronautica nu mai este posibilă aici.

Datorită cercetărilor constante în acest domeniu, oamenii de știință au descoperit că atmosfera este în contact cu ionosfera la o altitudine de 118 kilometri.

Compoziție chimică

Acest strat al Pământului este format din gaze și impurități gazoase, care includ reziduuri de ardere, sare de mare, gheață, apă, praf. Compoziția și masa gazelor care pot fi găsite în atmosferă nu se schimbă aproape niciodată, ci doar concentrația de apă și dioxid de carbon.

Compoziția apei poate varia de la 0,2% la 2,5%, în funcție de latitudine. Elementele suplimentare sunt clor, azot, sulf, amoniac, carbon, ozon, hidrocarburi, acid clorhidric, fluorură de hidrogen, bromură de hidrogen, iodură de hidrogen.

O parte separată este ocupată de mercur, iod, brom, oxid nitric. În plus, în troposferă se găsesc particule lichide și solide, numite aerosoli. Unul dintre cele mai rare gaze de pe planetă, radonul, se găsește în atmosferă.

În ceea ce privește compoziția chimică, azotul ocupă mai mult de 78% din atmosferă, oxigenul - aproape 21%, dioxidul de carbon - 0,03%, argon - aproape 1%, cantitatea totală de materie este mai mică de 0,01%. O astfel de compoziție a aerului s-a format atunci când planeta a apărut și a început să se dezvolte.

Odată cu apariția omului, care a trecut treptat la producție, compoziția chimică s-a schimbat. În special, cantitatea de dioxid de carbon este în continuă creștere.

Funcții ale atmosferei

Gazele din stratul de aer îndeplinesc o varietate de funcții. În primul rând, ele absorb razele și energia radiantă. În al doilea rând, ele influențează formarea temperaturii în atmosferă și pe Pământ. În al treilea rând, oferă viață și cursul ei pe Pământ.

În plus, acest strat asigură termoreglarea, care determină vremea și clima, modul de distribuție a căldurii și presiunea atmosferică. Troposfera ajută la reglarea fluxului maselor de aer, la determinarea mișcării apei și a proceselor de schimb de căldură.

Atmosfera interacționează constant cu litosfera, hidrosfera, asigurând procese geologice. cel mai functie principala este că există protecție împotriva prafului de origine meteoritică, împotriva influenței spațiului și a soarelui.

Fapte

Oxigenul asigură pe Pământ descompunerea materiei organice din roca solidă, care este foarte importantă pentru emisii, descompunerea rocilor și oxidarea organismelor.
Dioxidul de carbon contribuie la faptul că are loc fotosinteza și, de asemenea, contribuie la transmiterea undelor scurte ale radiației solare, la absorbția undelor lungi termice. Dacă acest lucru nu se întâmplă, atunci se observă așa-numitul efect de seră.
Una dintre principalele probleme asociate atmosferei este poluarea, care provine din funcționarea fabricilor și din emisiile vehiculelor. Prin urmare, în multe țări a fost introdus un control special al mediului, iar la nivel internațional sunt întreprinse mecanisme speciale de reglementare a emisiilor și a efectului de seră.

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. În troposferă, turbulența și convecția sunt foarte dezvoltate, apar nori, se dezvoltă cicloni și anticicloni. Temperatura scade cu altitudinea cu un gradient vertical mediu de 0,65°/100 m

tropopauza

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

Stratosferă

Stratul atmosferei situat la o altitudine de 11 până la 50 km. O ușoară modificare a temperaturii în stratul de 11-25 km (stratul inferior al stratosferei) și creșterea acesteia în stratul de 25-40 km de la -56,5 la 0,8 °C (stratul superior al stratosferei sau regiunea de inversare) sunt tipice. 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 de temperatură constantă se numește stratopauză și este granița dintre stratosferă și mezosferă.

Stratopauza

Stratul limită al atmosferei dintre stratosferă și mezosferă. Există un maxim în distribuția verticală a temperaturii (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., provoacă luminiscența atmosferică.

mezopauza

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

Linia Karman

Altitudinea deasupra nivelului mării, care este convențional acceptată ca graniță între atmosfera Pământului și spațiu. Linia Karmana 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 de raze X și a radiației cosmice, aerul este ionizat („lumini polare”) - 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, există o scădere vizibilă a dimensiunii acestui strat.

Termopauza

Regiunea atmosferei deasupra termosferei. În această regiune, absorbția radiației solare este nesemnificativă și temperatura nu se modifică efectiv odată cu înălțimea.

Exosfera (sfera de împrăștiere)

Straturi atmosferice până la o înălțime de 120 km

Exosfera - zonă de împrăștiere, partea exterioară a termosferei, situată peste 700 km. Gazul din exosferă este foarte rarefiat și, prin urmare, particulele sale se scurg în spațiul interplanetar (disipare).

Până la o înălțime de 100 km, atmosfera este un amestec omogen, bine amestecat de gaze. În straturile superioare, distribuția gazelor în înălțime depinde de masele lor moleculare, concentrația gazelor 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 trece 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 este doar o parte din materia interplanetară. Cealaltă parte este compusă din particule asemănătoare prafului de origine cometă și meteorică. Pe lângă particulele extrem de rarefiate asemănătoare prafului, în acest spațiu pătrunde radiația electromagnetică și corpusculară de origine solară și galactică.

Troposfera reprezintă aproximativ 80% din masa atmosferei, stratosfera reprezintă aproximativ 20%; masa mezosferei - nu mai mult de 0,3%, termosfera - mai puțin de 0,05% din greutate totală atmosfera. Pe baza proprietăților electrice din atmosferă, se disting neutrosfera 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 are un efect asupra separării gazelor, deoarece amestecarea lor la o astfel de înălțime este neglijabilă. De aici urmează compoziția variabilă a heterosferei. Sub ea se află o parte bine amestecată, omogenă a atmosferei, numită homosferă. Limita dintre aceste straturi se numește turbopauză și se află la o altitudine de aproximativ 120 km.

La nivelul mării 1013,25 hPa (aproximativ 760 mmHg). Temperatura medie globală a aerului la suprafața Pământului este de 15°C, în timp ce temperatura variază de la aproximativ 57°C în deșerturile subtropicale până la -89°C în Antarctica. Densitatea și presiunea aerului scad cu înălțimea conform unei legi apropiate de exponențial.

Structura atmosferei. Pe verticală, atmosfera are o structură stratificată, determinată în principal de caracteristicile distribuției verticale a temperaturii (figura), care depinde de locația geografică, anotimp, ora din zi etc. Stratul inferior al atmosferei - troposfera - se caracterizează printr-o scădere a temperaturii cu înălțimea (cu aproximativ 6 ° C la 1 km), înălțimea sa este de la 8-10 km la latitudini polare până la 16-18 km la tropice. Datorită scăderii rapide a densității aerului odată cu înălțimea, aproximativ 80% din masa totală a atmosferei se află în troposferă. Deasupra troposferei se află stratosfera - un strat care se caracterizează în general printr-o creștere a temperaturii odată cu înălțimea. Stratul de tranziție dintre troposferă și stratosferă se numește tropopauză. În stratosfera inferioară, până la un nivel de aproximativ 20 km, temperatura se schimbă puțin odată cu înălțimea (așa-numita regiune izotermă) și adesea chiar scade ușor. Mai mare, temperatura crește din cauza absorbției radiațiilor UV solare de către ozon, încet la început, și mai rapid de la un nivel de 34-36 km. Limita superioară a stratosferei - stratopauza - este situată la o altitudine de 50-55 km, corespunzătoare temperaturii maxime (260-270 K). Stratul atmosferei, situat la o altitudine de 55-85 km, unde temperatura scade din nou odată cu înălțimea, se numește mezosferă, la limita sa superioară - mezopauza - temperatura ajunge la 150-160 K vara, iar 200- 230 K iarna. Termosfera începe deasupra mezopauzei - un strat, caracterizat printr-o creștere rapidă a temperaturii, atingând valori de 800-1200 K la o altitudine de 250 km. Radiația corpusculară și de raze X a Soarelui este absorbiți în termosferă, meteorii sunt încetiniți și arse, astfel încât îndeplinește funcția de strat protector al Pământului. Chiar mai sus este exosfera, de unde gazele atmosferice sunt disipate în spațiul mondial din cauza disipării și unde are loc o tranziție treptată de la atmosferă la spațiul interplanetar.

Compoziția atmosferei. Până la o înălțime de aproximativ 100 km, atmosfera este practic omogenă ca compoziție chimică și greutatea moleculară medie a aerului (aproximativ 29) este constantă în ea. În apropierea suprafeței Pământului, atmosfera este formată din azot (aproximativ 78,1% din volum) și oxigen (aproximativ 20,9%) și conține, de asemenea, cantități mici de argon, dioxid de carbon (dioxid de carbon), neon și alte componente constante și variabile (vezi aer).

În plus, atmosfera conține cantități mici de ozon, oxizi de azot, amoniac, radon etc. Conținutul relativ al principalelor componente ale aerului este constant în timp și uniform în diferite zone geografice. Conținutul de vapori de apă și ozon este variabil în spațiu și timp; în ciuda conținutului scăzut, rolul lor în procesele atmosferice este foarte semnificativ.

Peste 100-110 km are loc disocierea moleculelor de oxigen, dioxid de carbon și vapori de apă, astfel încât greutatea moleculară a aerului scade. La o altitudine de aproximativ 1000 km, încep să predomine gazele ușoare - heliu și hidrogen, și chiar mai sus, atmosfera Pământului se transformă treptat în gaz interplanetar.

Cea mai importantă componentă variabilă a atmosferei este vaporii de apă, care intră în atmosferă prin evaporarea de la suprafața apei și a solului umed, precum și prin transpirație de către plante. Conținutul relativ de vapori de apă variază în apropierea suprafeței pământului de la 2,6% la tropice la 0,2% la latitudinile polare. Odată cu înălțimea, cade rapid, scăzând la jumătate deja la o înălțime de 1,5-2 km. Coloana verticală a atmosferei la latitudini temperate conține aproximativ 1,7 cm din „stratul de apă precipitată”. Când vaporii de apă se condensează, se formează nori, din care precipitațiile atmosferice cad sub formă de ploaie, grindină și zăpadă.

O componentă importantă a aerului atmosferic este ozonul, concentrat în proporție de 90% în stratosferă (între 10 și 50 km), aproximativ 10% din acesta se află în troposferă. Ozonul asigură absorbția radiațiilor UV dure (cu o lungime de undă mai mică de 290 nm), iar aceasta este rol protector pentru biosferă. Valorile conținutului total de ozon variază în funcție de latitudine și anotimp, variind de la 0,22 la 0,45 cm (grosimea stratului de ozon la o presiune de p= 1 atm și o temperatură de T = 0°C). În găurile de ozon observate primăvara în Antarctica de la începutul anilor 1980, conținutul de ozon poate scădea până la 0,07 cm crește la latitudini mari. O variabilă atmosferică semnificativă este dioxidul de carbon, care a crescut cu 35% în atmosferă în ultimii 200 de ani, ceea ce se datorează în principal factor antropic. Se observă variabilitatea sa latitudinală și sezonieră, asociată cu fotosinteza plantelor și cu solubilitatea în apa de mare (conform legii lui Henry, solubilitatea gazului în apă scade odată cu creșterea temperaturii).

Un rol important în formarea climei planetei îl joacă aerosolii atmosferici - particule solide și lichide suspendate în aer, cu dimensiuni de la câțiva nm la zeci de microni. Există aerosoli de origine naturală și antropică. Aerosolul se formează în procesul de reacții în fază gazoasă din deșeurile plantelor și activitate economică erupții umane, vulcanice, ca urmare a ridicării prafului de către vânt de la suprafața planetei, în special din regiunile sale deșertice, și se formează tot din praful cosmic care pătrunde în atmosfera superioară. Cea mai mare parte a aerosolului este concentrată în troposferă; aerosolul din erupțiile vulcanice formează așa-numitul strat Junge la o altitudine de aproximativ 20 km. Cea mai mare cantitate de aerosoli antropici intră în atmosferă ca urmare a funcționării vehiculelor și centralelor termice, industriile chimice, arderea combustibilului etc. Prin urmare, în unele zone, compoziția atmosferei diferă semnificativ de aerul obișnuit, ceea ce a necesitat crearea unui serviciu special de monitorizare și monitorizare a nivelului de poluare a aerului atmosferic.

Evoluția atmosferică. Atmosfera modernă este aparent de origine secundară: s-a format din gazele eliberate de învelișul solid al Pământului după ce formarea planetei a fost finalizată cu aproximativ 4,5 miliarde de ani în urmă. Pe parcursul istoriei geologice a Pământului, atmosfera a suferit modificări semnificative în compoziția sa sub influența unui număr de factori: disiparea (volatilizarea) gazelor, în principal a celor mai ușoare, în spațiul cosmic; eliberarea de gaze din litosferă ca urmare a activității vulcanice; reacții chimiceîntre componentele atmosferei și rocile care alcătuiesc scoarța terestră; reacții fotochimice în atmosfera însăși sub influența radiației UV solare; acumularea (captarea) materiei din mediul interplanetar (de exemplu, materie meteorică). Dezvoltarea atmosferei este strâns legată de procesele geologice și geochimice, iar în ultimii 3-4 miliarde de ani și de activitatea biosferei. O parte semnificativă a gazelor care alcătuiesc atmosfera modernă (azot, dioxid de carbon, vapori de apă) au apărut în timpul activității vulcanice și a intruziunii, care le-au efectuat din adâncurile Pământului. Oxigenul a apărut în cantități apreciabile în urmă cu aproximativ 2 miliarde de ani, ca urmare a activității organismelor fotosintetice care au apărut inițial în apele de suprafață ale oceanului.

Pe baza datelor privind compoziția chimică a zăcămintelor de carbonat, s-au obținut estimări ale cantității de dioxid de carbon și oxigen din atmosfera trecutului geologic. În timpul Fanerozoicului (ultimii 570 de milioane de ani din istoria Pământului), cantitatea de dioxid de carbon din atmosferă a variat mult în funcție de nivelul activității vulcanice, temperatura oceanului și fotosinteza. De cele mai multe ori, concentrația de dioxid de carbon din atmosferă a fost semnificativ mai mare decât cea actuală (de până la 10 ori). Cantitatea de oxigen din atmosfera Fanerozoicului s-a schimbat semnificativ, iar tendința de creștere a prevalat. În atmosfera precambriană, masa dioxidului de carbon era, de regulă, mai mare, iar masa oxigenului, mai mică decât în atmosfera fanerozoicului. Fluctuațiile cantității de dioxid de carbon au avut un impact semnificativ asupra climei în trecut, crescând efectul de seră cu o creștere a concentrației de dioxid de carbon, din cauza căreia clima în cea mai mare parte a Fanerozoicului a fost mult mai caldă decât în epoca modernă.

atmosfera si viata. Fără atmosferă, Pământul ar fi o planetă moartă. Viața organică se desfășoară în strânsă interacțiune cu atmosfera și clima și vremea asociate acesteia. Nesemnificativă ca masă în comparație cu planeta în ansamblu (aproximativ o milioneme parte), atmosfera este o condiție sine qua non pentru toate formele de viață. Oxigenul, azotul, vaporii de apă, dioxidul de carbon și ozonul sunt cele mai importante gaze atmosferice pentru viața organismelor. Când dioxidul de carbon este absorbit de plantele fotosintetice, se creează materia organică, care este folosită ca sursă de energie de marea majoritate a ființelor vii, inclusiv de oameni. Oxigenul este necesar pentru existența organismelor aerobe, pentru care aportul de energie este asigurat prin reacții de oxidare. materie organică. Azotul, asimilat de unele microorganisme (fixatori de azot), este necesar pentru nutriția minerală a plantelor. Ozonul, care absoarbe radiațiile UV dure ale Soarelui, atenuează semnificativ această porțiune care pune viața în pericol a radiațiilor solare. Condensarea vaporilor de apă în atmosferă, formarea norilor și precipitațiile ulterioare furnizează apă pământului, fără de care nicio formă de viață nu este posibilă. Activitatea vitală a organismelor din hidrosferă este determinată în mare măsură de numărul și compoziție chimică gazele atmosferice dizolvate în apă. Deoarece compoziția chimică a atmosferei depinde în mod semnificativ de activitățile organismelor, biosfera și atmosfera pot fi considerate ca parte a unui singur sistem, a cărui întreținere și evoluție (vezi Ciclurile biogeochimice) a fost de mare importanță pentru modificarea compoziției atmosferei. atmosferă de-a lungul istoriei Pământului ca planetă.

Radiații, termice și bilanțele de apă atmosfera. Radiația solară este practic singura sursă de energie pentru toate procesele fizice din atmosferă. Principala caracteristică a regimului de radiație al atmosferei este așa-numitul efect de seră: atmosfera transmite destul de bine radiația solară la suprafața pământului, dar absoarbe în mod activ radiația termică de undă lungă de pe suprafața pământului, o parte din care se întoarce la suprafață sub formă de contraradiație care compensează pierderea de căldură radiativă a suprafeței pământului (vezi Radiația atmosferică). În absența unei atmosfere, temperatura medie a suprafeței terestre ar fi de -18°C, în realitate este de 15°C. Radiația solară care intră este parțial (aproximativ 20%) absorbită în atmosferă (în principal de vapori de apă, picături de apă, dioxid de carbon, ozon și aerosoli) și este, de asemenea, împrăștiată (aproximativ 7%) de particulele de aerosoli și fluctuațiile de densitate (împrăștiere Rayleigh) . Radiația totală, care ajunge la suprafața pământului, este parțial (aproximativ 23%) reflectată de aceasta. Reflectanța este determinată de reflectivitatea suprafeței subiacente, așa-numitul albedo. În medie, albedo-ul Pământului pentru fluxul integral de radiație solară este aproape de 30%. Variază de la câteva procente (sol uscat și cernoziom) până la 70-90% pentru zăpada proaspăt căzută. Schimbul de căldură radiativ dintre suprafața pământului și atmosferă depinde în esență de albedo și este determinat de radiația efectivă a suprafeței pământului și de contraradiația atmosferei absorbită de acesta. Suma algebrică a fluxurilor de radiații care intră în atmosfera pământului din spațiul cosmic și o părăsesc se numește bilanțul radiațiilor.

Transformările radiației solare după absorbția acesteia de către atmosferă și suprafața pământului determină echilibrul termic al Pământului ca planetă. Sursa principala căldură pentru atmosferă - suprafața pământului; căldura din acesta este transferată nu numai sub formă de radiație cu undă lungă, ci și prin convecție și este, de asemenea, eliberată în timpul condensării vaporilor de apă. Ponderea acestor afluxuri de căldură este în medie de 20%, 7% și, respectiv, 23%. Aici se adaugă și aproximativ 20% din căldură datorită absorbției radiației solare directe. Fluxul de radiație solară pe unitatea de timp printr-o singură zonă perpendiculară pe razele solare și situată în afara atmosferei la o distanță medie de la Pământ la Soare (așa-numita constantă solară) este de 1367 W/m 2, modificările sunt 1-2 W/m 2 in functie de ciclul activitatii solare. Cu un albedo planetar de aproximativ 30%, afluxul global mediu în timp de energie solară către planetă este de 239 W/m 2 . Deoarece Pământul ca planetă emite aceeași cantitate de energie în spațiu în medie, atunci, conform legii Stefan-Boltzmann, temperatura efectivă a radiației termice lungi de ieșire este de 255 K (-18 ° C). În același timp, temperatura medie a suprafeței pământului este de 15°C. Diferența de 33°C se datorează efectului de seră.

Bilanțul hidric al atmosferei în ansamblu corespunde egalității cantității de umiditate evaporată de la suprafața Pământului, cantității de precipitații care cad pe suprafața pământului. Atmosfera de deasupra oceanelor primește mai multă umiditate din procesele de evaporare decât cea de pe uscat și pierde 90% sub formă de precipitații. Excesul de vapori de apă peste oceane este transportat către continente de curenții de aer. Cantitatea de vapori de apă transportați în atmosferă de la oceane la continente este egală cu volumul debitului râului care se varsă în oceane.

mișcarea aerului. Pământul are o formă sferică, așa că mult mai puțină radiație solară ajunge la latitudinile sale înalte decât la tropice. Ca urmare, apar contraste mari de temperatură între latitudini. Distribuția temperaturii este, de asemenea, semnificativ afectată de aranjament reciproc oceane și continente. Datorită masei mari de ape oceanice și capacității mari de căldură a apei, fluctuațiile sezoniere ale temperaturii suprafeței oceanului sunt mult mai mici decât cele ale pământului. În acest sens, la latitudinile mijlocii și înalte, temperatura aerului peste oceane este vizibil mai scăzută vara decât pe continente și mai ridicată iarna.

Încălzirea inegală a atmosferei în diferite zone globul determină o distribuție neuniformă spațial a presiunii atmosferice. La nivelul mării, distribuția presiunii se caracterizează prin valori relativ scăzute în apropierea ecuatorului, o creștere în zonele subtropicale (centuri presiune ridicata) și în scădere la latitudini medii și înalte. În același timp, pe continentele de latitudini extratropicale, presiunea este de obicei crescută iarna și coborâtă vara, ceea ce este asociat cu distribuția temperaturii. Sub acțiunea unui gradient de presiune, aerul experimentează o accelerație direcționată din zonele de înaltă presiune către zonele de joasă presiune, ceea ce duce la deplasarea maselor de aer. Masele de aer în mișcare sunt afectate și de forța de deviere a rotației Pământului (forța Coriolis), forța de frecare, care scade odată cu înălțimea, iar în cazul traiectoriilor curbilinie, forța centrifugă. De mare importanță este amestecul turbulent al aerului (vezi Turbulența în atmosferă).

Un sistem complex de curenți de aer (circulația generală a atmosferei) este asociat cu distribuția planetară a presiunii. În planul meridional, în medie, sunt urmărite două sau trei celule de circulație meridională. În apropierea ecuatorului, aerul încălzit urcă și coboară în zonele subtropicale, formând o celulă Hadley. Aerul celulei Ferrell inversă coboară și el acolo. La latitudini mari, o celulă polară directă este adesea urmărită. Vitezele de circulație meridiane sunt de ordinul a 1 m/s sau mai puțin. Datorită acțiunii forței Coriolis, în cea mai mare parte a atmosferei se observă vânturi de vest cu viteze în troposfera mijlocie de aproximativ 15 m/s. Există relativ sisteme durabile vânturi. Acestea includ alizee - vânturi care sufla din curele de înaltă presiune din zonele subtropicale către ecuator cu o componentă estică notabilă (de la est la vest). Musonii sunt destul de stabili - curenți de aer care au un caracter sezonier clar pronunțat: ei sufla dinspre ocean către continent vara și în direcția opusă iarna. Musonii din Oceanul Indian sunt deosebit de regulate. În latitudinile mijlocii, mișcarea maselor de aer este în principal vestică (de la vest la est). Aceasta este o zonă de fronturi atmosferice, pe care apar turbulențe mari - cicloane și anticicloni, care acoperă multe sute și chiar mii de kilometri. Ciclonii apar și la tropice; aici se deosebesc prin dimensiuni mai mici, dar viteze foarte mari ale vântului, atingând forța uraganului (33 m/s sau mai mult), așa-numiții cicloni tropicali. În Atlantic și în est Oceanul Pacific se numesc uragane, iar în Pacificul de vest, taifunuri. În troposfera superioară și stratosfera inferioară, în zonele care separă celula directă a circulației meridionale Hadley și celula Ferrell inversă, relativ înguste, cu lățime de sute de kilometri, se observă adesea fluxuri cu jet cu limite clar definite, în interiorul cărora vântul ajunge la 100. -150 si chiar 200 m/ cu.

Clima și vremea. Diferența în cantitatea de radiație solară care vine la diferite latitudini la o varietate de proprietăți fizice suprafața pământului, determină diversitatea climelor pământului. De la ecuator până la latitudinile tropicale, temperatura aerului de lângă suprafața pământului este în medie de 25-30 ° C și se modifică puțin în timpul anului. În zona ecuatorială, de obicei cad o mulțime de precipitații, ceea ce creează condiții pentru umiditate excesivă acolo. În zonele tropicale, cantitatea de precipitații scade și în unele zone devine foarte mică. Aici sunt vastele deșerturi ale Pământului.

În latitudinile subtropicale și mijlocii, temperatura aerului variază semnificativ pe parcursul anului, iar diferența dintre temperaturile de vară și cea de iarnă este deosebit de mare în zonele continentelor îndepărtate de oceane. Astfel, în unele zone ale Siberiei de Est, amplitudinea anuală a temperaturii aerului atinge 65°С. Condițiile de umidificare la aceste latitudini sunt foarte diverse, depind în principal de regimul circulației generale a atmosferei și se modifică semnificativ de la an la an.

În latitudinile polare, temperatura rămâne scăzută pe tot parcursul anului, chiar dacă există o variație sezonieră notabilă. Acest lucru contribuie la distribuirea pe scară largă a stratului de gheață pe oceane și pe uscat și pe permafrost, ocupând peste 65% din suprafața Rusiei, în principal în Siberia.

În ultimele decenii, schimbările climatului global au devenit din ce în ce mai vizibile. Temperatura crește mai mult la latitudini mari decât la latitudini joase; mai mult iarna decât vara; mai mult noaptea decât ziua. Pe parcursul secolului al XX-lea, temperatura medie anuală a aerului de lângă suprafața pământului în Rusia a crescut cu 1,5-2 ° C, iar în unele regiuni din Siberia se observă o creștere de câteva grade. Aceasta este asociată cu o creștere a efectului de seră datorită creșterii concentrației de impurități gazoase mici.

Vremea este determinată de condiţiile de circulaţie atmosferică şi locatie geografica teren, este cel mai stabil la tropice și cel mai variabil la latitudini medii și înalte. În primul rând, vremea se schimbă în zonele de schimbare a maselor de aer, datorită trecerii fronturilor atmosferice, cicloanelor și anticicloanelor, purtătoare de precipitații și creșterea vântului. Datele pentru prognoza meteo sunt colectate de la stații meteorologice de la sol, nave și aeronave și sateliți meteorologici. Vezi și meteorologie.

Fenomene optice, acustice și electrice din atmosferă. Când se răspândesc radiatie electromagneticaîn atmosferă, ca urmare a refracției, absorbției și împrăștierii luminii prin aer și diverse particule (aerosoli, cristale de gheață, picături de apă), apar diverse fenomene optice: curcubeu, coroane, halo, miraj etc. Împrăștierea luminii determină înălțimea aparentă a firmamentului și culoarea albastră a cerului. Gama de vizibilitate a obiectelor este determinată de condițiile de propagare a luminii în atmosferă (vezi Vizibilitatea atmosferică). Transparența atmosferei la diferite lungimi de undă determină raza de comunicare și posibilitatea detectării obiectelor cu instrumente, inclusiv posibilitatea de observații astronomice de la suprafața Pământului. Pentru studiile neomogenităților optice din stratosferă și mezosferă, fenomenul crepusculului joacă un rol important. De exemplu, fotografierea crepusculului cu nava spatiala permite detectarea straturilor de aerosoli. Caracteristicile propagării radiațiilor electromagnetice în atmosferă determină acuratețea metodelor teledetecție parametrii acestuia. Toate aceste întrebări, ca multe altele, sunt studiate de optica atmosferică. Refracția și împrăștierea undelor radio determină posibilitățile de recepție radio (vezi Propagarea undelor radio).

Propagarea sunetului în atmosferă depinde de distributie spatiala temperatura și viteza vântului (vezi Acustica atmosferică). Este de interes pentru teledetecția atmosferei. Exploziile de încărcături lansate de rachete în atmosfera superioară au oferit o mulțime de informații despre sistemele eoliene și cursul temperaturii în stratosferă și mezosferă. Într-o atmosferă stratificată stabil, când temperatura scade cu înălțimea mai lent decât gradientul adiabatic (9,8 K/km), apar așa-numitele unde interne. Aceste valuri se pot propaga în sus în stratosferă și chiar în mezosferă, unde se atenuează, contribuind la creșterea vântului și a turbulențelor.

Sarcina negativă a Pământului și câmpul electric cauzat de acesta, atmosfera, împreună cu ionosfera și magnetosfera încărcate electric, creează o globală circuit electric. Un rol important îl joacă formarea norilor și a electricității fulgerelor. Pericolul descărcărilor de trăsnet a necesitat dezvoltarea unor metode de protecție împotriva trăsnetului a clădirilor, structurilor, liniilor electrice și comunicațiilor. Acest fenomen prezintă un pericol deosebit pentru aviație. Descărcările fulgerelor provoacă interferențe radio atmosferice, numite atmosfere (vezi Fluierul atmosferei). În timpul unei creșteri bruște a intensității câmpului electric, se observă descărcări luminoase care apar pe punctele și colțurile ascuțite ale obiectelor care ies deasupra suprafeței pământului, pe vârfuri individuale din munți etc. (lumini Elma). Atmosfera conține întotdeauna un număr puternic variabil de ioni ușori și grei, în funcție de condițiile specifice, care determină conductivitatea electrică a atmosferei. Principalii ionizatori de aer de lângă suprafața pământului - radiația substanțe radioactive conținute în scoarța terestră și în atmosferă, precum și razele cosmice. Vezi și electricitatea atmosferică.

Influența omului asupra atmosferei.În ultimele secole, s-a înregistrat o creștere a concentrației de gaze cu efect de seră în atmosferă din cauza activităților umane. Procent dioxidul de carbon a crescut de la 2,8-10 2 acum două sute de ani la 3,8-10 2 în 2005, conținutul de metan - de la 0,7-10 1 cu aproximativ 300-400 de ani în urmă la 1,8-10 -4 secolul XXI; aproximativ 20% din creșterea efectului de seră din secolul trecut a fost dată de freoni, care practic nu au existat în atmosferă până la mijlocul secolului XX. Aceste substanțe sunt recunoscute ca distrugătoare de ozon stratosferic și producerea lor este interzisă de Protocolul de la Montreal din 1987. Creșterea concentrației de dioxid de carbon din atmosferă este cauzată de arderea cantităților din ce în ce mai mari de cărbune, petrol, gaz și alți combustibili de carbon, precum și defrișarea, care reduce absorbția dioxidului de carbon prin fotosinteză. Concentrația de metan crește odată cu creșterea producției de petrol și gaze (datorită pierderilor acesteia), precum și odată cu extinderea culturilor de orez și cu creșterea numărului de vite. Toate acestea contribuie la încălzirea climei.

Pentru a schimba vremea, au fost dezvoltate metode de influență activă asupra proceselor atmosferice. Ele sunt folosite pentru a proteja plantele agricole de daunele cauzate de grindină prin dispersarea de reactivi speciali în nori de tunsoare. Există, de asemenea, metode pentru a risipi ceața din aeroporturi, pentru a proteja plantele de îngheț, pentru a influența norii pentru a crește precipitațiile în locurile potrivite sau pentru a dispersa norii în perioadele de evenimente în masă.

Studiul atmosferei. Informatii despre procese fiziceîn atmosferă se obţin în primul rând din observaţiile meteorologice, care se efectuează retea globala stații și posturi meteorologice permanente situate pe toate continentele și pe multe insule. Observațiile zilnice oferă informații despre temperatura și umiditatea aerului, presiunea atmosferică și precipitații, înnorarea, vântul etc. Observațiile radiației solare și transformările acesteia se efectuează la stațiile actinometrice. Rețelele de stații aerologice au o mare importanță pentru studiul atmosferei, la care se efectuează măsurători meteorologice cu ajutorul radiosondelor până la o înălțime de 30-35 km. La o serie de stații se fac observații despre ozonul atmosferic, fenomenele electrice din atmosferă și compoziția chimică a aerului.

Datele de la stațiile terestre sunt completate de observații asupra oceanelor, unde operează „nave meteorologice”, situate permanent în anumite zone ale Oceanului Mondial, precum și informații meteorologice primite din cercetare și alte nave.

În ultimele decenii, o cantitate tot mai mare de informații despre atmosferă a fost obținută cu ajutorul sateliților meteorologici, care sunt echipați cu instrumente pentru fotografiarea norilor și măsurarea fluxurilor de radiații ultraviolete, infraroșii și microunde de la Soare. Sateliții fac posibilă obținerea de informații despre profilele verticale de temperatură, nebulozitatea și conținutul său de apă, elementele bilanţului radiaţiilor atmosferice, temperatura suprafeţei oceanului etc. Folosind măsurători ale refracției semnalelor radio de la un sistem de sateliți de navigație, este posibil să se determina profilurile verticale de densitate, presiune și temperatură, precum și conținutul de umiditate din atmosferă. Cu ajutorul sateliților, a devenit posibil să se clarifice valoarea constantei solare și albedo-ul planetar al Pământului, să se construiască hărți ale balanței radiațiilor sistemului Pământ-atmosfera, să se măsoare conținutul și variabilitatea impurităților atmosferice mici și să se rezolve multe alte probleme de fizică atmosferică și monitorizarea mediului.

Lit .: Budyko M. I. Clima în trecut și viitor. L., 1980; Matveev L. T. Curs de meteorologie generală. Fizica atmosferei. a 2-a ed. L., 1984; Budyko M. I., Ronov A. B., Yanshin A. L. Istoria atmosferei. L., 1985; Khrgian A.Kh. Fizica atmosferei. M., 1986; Atmosfera: un manual. L., 1991; Khromov S. P., Petrosyants M. A. Meteorologie și climatologie. a 5-a ed. M., 2001.

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

Învelișul gazos care înconjoară planeta noastră Pământ, cunoscut sub numele de atmosferă, este format din cinci straturi principale. Aceste straturi își au originea pe suprafața planetei, de la nivelul mării (uneori mai jos) și se ridică în spațiul cosmic în următoarea secvență:

troposfera;
Stratosferă;
Mezosfera;
Termosferă;
Exosfera.

Diagrama principalelor straturi ale atmosferei terestre

Între fiecare dintre aceste cinci straturi principale se află zone de tranziție numite „pauze” în care apar modificări ale temperaturii, compoziției și densității aerului. Împreună cu pauzele, atmosfera Pământului include un total de 9 straturi.

Troposfera: unde se întâmplă vremea

Dintre toate straturile atmosferei, troposfera este cea cu care ne cunoaștem cel mai mult (fie că îți dai seama sau nu), din moment ce trăim la fundul ei - suprafața planetei. Acesta învăluie suprafața Pământului și se extinde în sus pe câțiva kilometri. Cuvântul troposferă înseamnă „schimbarea mingii”. Un nume foarte potrivit, deoarece acest strat este locul unde se întâmplă vremea noastră de zi cu zi.

Pornind de la suprafața planetei, troposfera se ridică la o înălțime de 6 până la 20 km. Treimea inferioară a stratului cel mai apropiat de noi conține 50% din toate gazele atmosferice. Este singura parte din întreaga compoziție a atmosferei care respiră. Datorită faptului că aerul este încălzit de jos de suprafața pământului, absorbind energie termală Soarele, cu creșterea altitudinii, temperatura și presiunea troposferei scad.

În partea de sus este un strat subțire numit tropopauză, care este doar un tampon între troposferă și stratosferă.

Stratosfera: casa ozonului

Stratosfera este următorul strat al atmosferei. Se întinde de la 6-20 km până la 50 km deasupra suprafeței pământului. Acesta este stratul în care zboară majoritatea avioanelor comerciale și călătoresc baloanele.

Aici, aerul nu curge în sus și în jos, ci se mișcă paralel cu suprafața în curenți de aer foarte mari. Temperaturile cresc pe măsură ce urcăm, datorită abundenței de ozon natural (O3), un produs secundar al radiației solare, și a oxigenului, care are capacitatea de a absorbi razele ultraviolete dăunătoare ale soarelui (orice creștere a temperaturii cu altitudinea este cunoscută în meteorologia ca o „inversie”) .

Deoarece stratosfera are temperaturi mai calde în partea de jos și temperaturi mai reci în partea de sus, convecția (mișcările verticale ale maselor de aer) este rară în această parte a atmosferei. De fapt, din stratosferă puteți vedea o furtună care răzvrătește în troposferă, deoarece stratul acționează ca un „capac” pentru convecție, prin care norii de furtună nu pătrund.

Stratosfera este din nou urmată de un strat tampon, numit de data aceasta stratopauză.

Mezosfera: atmosfera mijlocie

Mezosfera este situată la aproximativ 50-80 km de suprafața Pământului. Mezosfera superioară este cel mai rece loc natural de pe Pământ, unde temperaturile pot scădea sub -143°C.

Termosfera: atmosfera superioara

Mezosfera și mezopauza sunt urmate de termosferă, situată între 80 și 700 km deasupra suprafeței planetei, și care conține mai puțin de 0,01% din totalul aerului din învelișul atmosferic. Temperaturile aici ajung până la +2000° C, dar din cauza rarefării puternice a aerului și a lipsei moleculelor de gaz pentru a transfera căldura, aceste temperaturi ridicate sunt percepute ca fiind foarte reci.

Exosfera: granița dintre atmosferă și spațiu

La o altitudine de aproximativ 700-10.000 km deasupra suprafeței pământului se află exosfera - marginea exterioară a atmosferei, învecinată cu spațiul. Aici sateliții meteorologici se învârt în jurul Pământului.

Ce zici de ionosferă?

Ionosfera nu este un strat separat și, de fapt, acest termen este folosit pentru a se referi la atmosfera la o altitudine de 60 până la 1000 km. Include părțile superioare ale mezosferei, întreaga termosferă și o parte a exosferei. Ionosfera își primește numele deoarece este în această parte a atmosferei în care radiația Soarelui este ionizată pe măsură ce trece prin ele. campuri magnetice Aterizează pe și . Acest fenomen este observat de pe pământ ca aurora boreală.

Atmosfera Pământului

Atmosfera(din. altul grecescἀτμός - abur și σφαῖρα - minge) - gaz coajă ( geosferă) înconjurând planeta Pământ. Suprafața sa interioară este acoperită hidrosferăși parțial latra, cel exterior se învecinează cu partea apropiată a Pământului a spațiului cosmic.

Totalitatea secțiunilor de fizică și chimie care studiază atmosfera este numită în mod obișnuit fizica atmosferei. Atmosfera determină vreme pe suprafața Pământului, este angajat în studiul vremii meteorologie, și variații pe termen lung climat - climatologie.

Structura atmosferei

Structura atmosferei

troposfera

Limita sa superioară se află la o altitudine de 8-10 km în latitudini polare, 10-12 km în latitudinile temperate și 16-18 km în latitudini tropicale; mai scăzut iarna decât vara. Stratul inferior, principal al atmosferei. Conține mai mult de 80% din masa totală a aerului atmosferic și aproximativ 90% din toți vaporii de apă prezenți în atmosferă. foarte dezvoltat în troposferă turbulenţăși convecție, apărea nori, dezvolta cicloniiși anticiclonii. Temperatura scade odată cu creșterea înălțimii cu o verticală medie gradient 0,65°/100 m

Pentru „condiții normale” la suprafața Pământului se iau: densitatea 1,2 kg/m3, presiunea barometrică 101,35 kPa, temperatura plus 20 °C și umiditatea relativă 50%. Acești indicatori condiționali au o valoare pur inginerească.

Stratosferă

Stratul 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 creșterea acesteia în stratul de 25-40 km de la -56,5 la 0,8 ° Cu(stratosfera superioară sau regiune inversiuni). 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 de temperatură constantă se numește stratopauzași este granița dintre stratosferă și mezosferă.

Stratopauza

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

Mezosfera

Atmosfera Pământului

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

mezopauza

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

Linia Karman

Altitudinea deasupra nivelului mării, care este convențional acceptată ca graniță între atmosfera Pământului și spațiu.

Termosferă

articolul principal: Termosferă

Straturi atmosferice până la o înălțime de 120 km

Exosfera (sfera de împrăștiere)

Exosfera- zona de împrăștiere, partea exterioară a termosferei, situată peste 700 km. Gazul din exosferă este foarte rarefiat și, prin urmare, particulele sale se scurg în spațiul interplanetar ( disipare).

Până la o înălțime de 100 km, atmosfera este un amestec omogen, bine amestecat de gaze. În straturile superioare, distribuția gazelor în înălțime depinde de masele lor moleculare, concentrația gazelor 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 ~1500 °C. Peste 200 km, se observă fluctuații semnificative ale temperaturii și densității gazelor în timp și spațiu.

La o altitudine de aproximativ 2000-3000 km, exosfera trece 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 este doar o parte din materia interplanetară. Cealaltă parte este compusă din particule asemănătoare prafului de origine cometă și meteorică. Pe lângă particulele extrem de rarefiate asemănătoare prafului, în acest spațiu pătrunde radiația electromagnetică și corpusculară de origine solară și galactică.

Troposfera reprezintă aproximativ 80% din masa atmosferei, stratosfera reprezintă 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 neutrosfera 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, ele emit homosferăși heterosferă. heterosferă - aceasta este o zonă în care gravitația afectează separarea gazelor, deoarece amestecarea lor la o astfel de înălțime este neglijabilă. De aici urmează compoziția 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 fizice

Grosimea atmosferei este de aproximativ 2000 - 3000 km de suprafața Pământului. Greutate totală aer- (5,1-5,3) × 10 18 kg. Masă molară aer curat uscat este 28.966. Presiune la 0 °C la nivelul mării 101.325 kPa; temperatura critica-140,7 °C; presiune critica 3,7 MPa; C p 1,0048×103 J/(kg K)(la 0°C), C v 0,7159 x 103 J/(kg K) (la 0 °C). Solubilitatea aerului în apă la 0 °C - 0,036%, la 25 °C - 0,22%.

Proprietăți fiziologice și alte proprietăți ale atmosferei

Deja la o altitudine de 5 km deasupra nivelului mării se dezvoltă o persoană neantrenată lipsa de oxigenși fără adaptare, performanța umană este semnificativ redusă. Aici se termină zona fiziologică a atmosferei. Respirația omului devine imposibilă la o altitudine de 15 km, deși până la aproximativ 115 km atmosfera conține oxigen.

Atmosfera ne oferă oxigenul de care avem nevoie pentru a respira. Cu toate acestea, din cauza scăderii presiunii totale a atmosferei, pe măsură ce se ridică la înălțime, presiunea parțială a oxigenului scade în mod corespunzător.

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

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

Straturile dense de aer - troposfera și stratosfera - ne protejează de efectele dăunătoare ale radiațiilor. Cu suficientă rarefiere a aerului, la altitudini mai mari de 36 km, se exercită un efect intens asupra organismului prin ionizare. radiatii- raze cosmice primare; la altitudini de peste 40 km, funcţionează partea ultravioletă a spectrului solar, care este periculoasă pentru oameni.

Pe măsură ce ne ridicăm la o înălțime tot mai mare deasupra suprafeței Pământului, slăbim treptat și apoi dispar complet, astfel de fenomene care ne sunt familiare observate în straturile inferioare ale atmosferei, cum ar fi propagarea sunetului, apariția aerodinamicii. forta de ridicareși rezistență, transfer de căldură convecție si etc.

În straturi rarefiate de aer, propagare sunet se dovedește a fi imposibil. Până la altitudini de 60-90 km, este încă posibilă utilizarea rezistenței aerului și a portanței pentru zborul aerodinamic controlat. Dar pornind de la altitudini de 100-130 km, concepte familiare fiecărui pilot numerele Mși bariera de sunetîși pierd sensul, acolo trece condiționalul Linia Karman dincolo de care începe sfera zborului pur balistic, care poate fi controlată doar prin folosirea forțelor reactive.

La altitudini de peste 100 km, atmosfera este, de asemenea, lipsită de o altă proprietate remarcabilă - capacitatea de a absorbi, conduce și transfera energia termică prin convecție (adică prin amestecarea aerului). Aceasta înseamnă că diverse elemente de echipamente, echipamente ale stației spațiale orbitale nu vor putea fi răcite din exterior în modul în care se face de obicei pe un avion - cu ajutorul jeturilor de aer și radiatoarelor de aer. La o astfel de înălțime, ca în spațiu în general, singura modalitate de a transfera căldura este Radiație termala.

Compoziția atmosferei

Compoziția aerului uscat

Atmosfera Pământului este formată în principal din gaze și diverse impurități (praf, picături de apă, cristale de gheață, săruri marine, produse de ardere).

Concentrația gazelor care formează atmosfera este aproape constantă, cu excepția apei (H 2 O) și a dioxidului de carbon (CO 2).

Compoziția aerului uscat

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

Pe lângă gazele indicate în tabel, atmosfera conține SO 2, NH 3, CO, ozon, hidrocarburi, acid clorhidric, HF, cupluri hg, I 2 , și NUși multe alte gaze în cantități minore. Situat permanent în troposferă un numar mare de particule solide și lichide în suspensie ( spray).

Istoria formării atmosferei

Conform teoriei celei mai comune, atmosfera Pământului a fost în patru compoziții diferite de-a lungul timpului. Inițial, a constat din gaze ușoare ( hidrogenși heliu) capturat din spațiul interplanetar. Acest așa-zis 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, aburi). Acesta este cum atmosfera secundara(aproximativ trei miliarde de ani înainte de zilele noastre). Această atmosferă era reconfortantă. În plus, procesul de formare a atmosferei a fost determinat de următorii factori:

scurgerea gazelor ușoare (hidrogen și heliu) în spațiu interplanetar;

reacții chimice care au loc 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 N 2 se datorează oxidării atmosferei amoniac-hidrogen de către O 2 molecular, care a început să iasă de la suprafața planetei ca urmare a fotosintezei, începând cu 3 miliarde de ani în urmă. 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 intră în reacții numai în condiții specifice (de exemplu, în timpul unei descărcări de fulgere). Oxidarea azotului molecular de către ozon în timpul descărcărilor electrice este utilizată în producția industrială de îngrășăminte cu azot. Poate fi oxidat cu un consum redus de energie și transformat într-o formă biologic activă cianobacteriile (alge albastre-verzi)și bacterii nodulare care formează rizobia simbioză cu leguminoase plante, așa-numitele. gunoi de grajd verde.

Oxigen

Compoziția atmosferei a început să se schimbe radical odată cu apariția organisme vii, ca urmare fotosintezăînsoţită de eliberarea de oxigen şi absorbţia dioxidului de carbon. Inițial, oxigenul a fost cheltuit pentru oxidarea compușilor redusi - amoniac, hidrocarburi, formă de oxid. glandă conținute 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 atmosfera, litosferăși biosferă, acest eveniment se numește Catastrofa de oxigen.

Pe parcursul Fanerozoic compoziţia atmosferei şi conţinutul de oxigen au suferit modificări. Ele s-au corelat în primul rând cu rata de depunere a rocilor sedimentare organice. Deci, în perioadele de acumulare a cărbunelui, conținutul de oxigen din atmosferă a depășit vizibil nivelul modern.

Dioxid de carbon

Conținutul de CO 2 din atmosferă depinde de activitatea vulcanică și de procesele chimice din învelișul pământului, dar mai ales - de intensitatea biosintezei și descompunerii materiei organice în biosferă Pământ. Aproape întreaga biomasă actuală a planetei (aproximativ 2,4 × 10 12 tone ) se formează din cauza dioxidului de carbon, azotului și vaporilor de apă conținute în aerul atmosferic. Îngropat în ocean, în mlaștini si in paduri materia organică devine cărbune, uleiși gaz natural. (cm. Ciclul geochimic al carbonului)

gaze nobile

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

Poluarea aerului

Recent, evoluția atmosferei a început să fie influențată de Uman. Rezultatul activităților sale a fost o creștere constantă semnificativă a conținutului de dioxid de carbon din atmosferă datorită arderii combustibililor hidrocarburi acumulați în epocile geologice anterioare. Cantități uriașe de CO 2 sunt consumate în timpul fotosintezei și absorbite de oceanele lumii. Acest gaz pătrunde în atmosferă din cauza descompunerii rocilor carbonatice și a substanțelor organice de origine vegetală și animală, precum și din cauza vulcanismului și a activităților de producție umană. 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 rata de creștere a arderii combustibilului continuă, atunci în următorii 50 - 60 de ani cantitatea de CO 2 din atmosferă se va dubla și poate duce la schimbările climatice globale.

Arderea combustibilului este principala sursă a ambelor gaze poluante ( ASA DE, NU, ASA DE 2 ). Dioxidul de sulf este oxidat de oxigenul atmosferic la ASA DE 3 în atmosfera superioară, care la rândul său interacționează cu vaporii de apă și amoniacul, și rezultatul acid sulfuric (H 2 ASA DE 4 ) și sulfat de amoniu ((NH 4 ) 2 ASA DE 4 ) reveni la suprafața Pământului sub forma unui așa-numit. ploaie acidă. Utilizare motoare de combustie internă conduce la o poluare semnificativă a aerului cu oxizi de azot, hidrocarburi și compuși ai plumbului ( 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 activitatea economică umană (exploatarea minereurilor și a materialelor de construcție, arderea combustibililor, producția de ciment etc.). .). Eliminarea intensă pe scară largă a particulelor solide în atmosferă este una dintre posibilele cauze ale schimbărilor climatice de pe planetă.