Atmósfera de la tierra

Atmósfera(de. Griego antiguoἀτμός - vapor y σφαῖρα - bola) - gas cascarón ( geosfera) rodeando el planeta tierra... Su superficie interior cubre hidrosfera y en parte ladrar, el exterior está bordeado por la parte cercana a la Tierra del espacio exterior.

El conjunto de secciones de física y química que estudian la atmósfera se suele denominar física de la atmósfera... La atmósfera define el clima en la superficie de la tierra, estudiando el clima meteorología y variaciones a largo plazo clima - climatología.

La estructura de la atmósfera.

La estructura de la atmósfera.

Troposfera

Su límite superior está a una altitud de 8-10 km en latitudes polares, 10-12 km en templadas y 16-18 km en latitudes tropicales; más bajo en invierno que en verano. La capa principal inferior de la atmósfera. Contiene más del 80% de la masa total de aire atmosférico y aproximadamente el 90% de todo el vapor de agua en la atmósfera. Fuertemente desarrollado en la troposfera turbulencia y convección, aumentar nubes, desarrollar ciclones y anticiclones... La temperatura disminuye al aumentar la altitud con una vertical promedio. degradado 0,65 ° / 100 m

Para las "condiciones normales" en la superficie de la Tierra, se toma lo siguiente: densidad 1.2 kg / m3, presión barométrica 101.35 kPa, temperatura más 20 ° C y humedad relativa 50%. Estos indicadores condicionales tienen una importancia puramente técnica.

Estratosfera

La capa de la atmósfera ubicada a una altitud de 11 a 50 km. Son característicos un ligero cambio de temperatura en la capa 11-25 km (la capa inferior de la estratosfera) y su aumento en la capa 25-40 km de -56,5 a 0,8 ° CON(la capa superior de la estratosfera o área inversiones). Habiendo alcanzado un valor de aproximadamente 273 K (casi 0 ° C) a una altitud de aproximadamente 40 km, la temperatura permanece constante hasta una altitud de aproximadamente 55 km. Esta región de temperatura constante se llama estratopausa y es la frontera entre la estratosfera y mesosfera.

Estratopausa

La capa límite de la atmósfera entre la estratosfera y la mesosfera. La distribución de temperatura vertical tiene un máximo (alrededor de 0 ° C).

Mesosfera

Atmósfera de la tierra

Mesosfera comienza a una altitud de 50 km y se extiende hasta 80-90 km. La temperatura disminuye con la altura con un gradiente vertical promedio (0.25-0.3) ° / 100 m El proceso de energía principal es el intercambio de calor radiante. Procesos fotoquímicos complejos que involucran radicales libres, moléculas vibratorias excitadas, etc., hacen que la atmósfera brille.

Mesopausia

Capa de transición entre la mesosfera y la termosfera. Hay un mínimo en la distribución de temperatura vertical (alrededor de -90 ° C).

Línea de bolsillo

Altura sobre el nivel del mar, que se toma convencionalmente como el límite entre la atmósfera y el espacio de la Tierra.

Termosfera

articulo principal: Termosfera

Capas atmosféricas hasta una altura de 120 km

Exosfera (orbe de dispersión)

Exosfera- la zona de dispersión, la parte exterior de la termosfera, situada por encima de los 700 km. El gas en la exosfera está muy enrarecido y, por lo tanto, la fuga de sus partículas al espacio interplanetario ( disipación).

Hasta una altitud de 100 km, la atmósfera es una mezcla de gases homogénea y bien mezclada. En capas más altas, la distribución de gases a lo largo de la altura depende de sus masas moleculares, la concentración de gases más pesados disminuye más rápidamente con la distancia desde la superficie de la Tierra. Debido a la disminución de la densidad de los gases, la temperatura desciende de 0 ° C en la estratosfera a -110 ° C en la mesosfera. Sin embargo, la energía cinética de las partículas individuales a altitudes de 200-250 km corresponde a una temperatura de ~ 1500 ° C. Por encima de los 200 km, se observan fluctuaciones significativas en la temperatura y la densidad de los gases en el tiempo y el espacio.

A una altitud de unos 2000-3000 km, la exosfera se convierte gradualmente en el llamado vacío en el espacio cercano, que está lleno de partículas altamente enrarecidas de gas interplanetario, principalmente átomos de hidrógeno. Pero este gas es solo una fracción de la materia interplanetaria. Otra parte está formada por partículas similares al polvo de origen cometario y meteórico. Además de las partículas polvorientas extremadamente enrarecidas, la radiación electromagnética y corpuscular de origen solar y galáctico penetra en este espacio.

La troposfera representa aproximadamente el 80% de la masa de la atmósfera, la estratosfera, aproximadamente el 20%; la masa de la mesosfera no es más del 0.3%, la termosfera es menos del 0.05% de la masa total de la atmósfera. Sobre la base de las propiedades eléctricas de la atmósfera, se distinguen la neutrosfera y la ionosfera. En la actualidad, se cree que la atmósfera se extiende a una altitud de 2000-3000 km.

Dependiendo de la composición del gas en la atmósfera, homoesfera y heteroesfera. Heteroesfera - esta es la zona donde la gravedad afecta la separación de los gases, ya que su mezcla a esta altura es despreciable. De ahí la composición variable de la heteroesfera. Debajo se encuentra una parte homogénea y bien mezclada de la atmósfera, llamada homoesfera... El límite entre estas capas se llama turbopausa, se encuentra a una altitud de unos 120 km.

Propiedades físicas

El espesor de la atmósfera es de aproximadamente 2000 a 3000 km de la superficie de la Tierra. Masa total aire- (5,1-5,3) × 10 18 kg. Masa molar aire limpio y seco es 28.966. Presión a 0 ° C al nivel del mar 101,325 kPa; temperatura crítica\ Sim 140,7ºC; presión crítica 3,7 MPa; C pag 1,0048 × 10 3 J / (kg K) (a 0 ° C), C v 0,7159 × 10 3 J / (kg K) (a 0 ° C). Solubilidad del aire en agua a 0 ° C - 0,036%, a 25 ° C - 0,22%.

Propiedades fisiológicas y de otro tipo de la atmósfera.

Ya a una altitud de 5 km sobre el nivel del mar, una persona no capacitada ha falta de oxígeno y sin adaptación, el desempeño humano se reduce significativamente. Aquí es donde termina la zona fisiológica de la atmósfera. La respiración humana se vuelve imposible a una altitud de 15 km, aunque la atmósfera contiene oxígeno hasta unos 115 km.

La atmósfera nos proporciona el oxígeno que necesitamos para respirar. Sin embargo, debido a la caída de la presión total de la atmósfera a medida que aumenta la altitud, la presión parcial de oxígeno también disminuye en consecuencia.

Los pulmones humanos contienen constantemente alrededor de 3 litros de aire alveolar. Presión parcial el oxígeno en el aire alveolar a presión atmosférica normal es de 110 mm Hg. Art., La presión del dióxido de carbono es de 40 mm Hg. Art., Y vapor de agua - 47 mm Hg. Arte. Con el aumento de la altitud, la presión del oxígeno cae y la presión total de vapor de agua y dióxido de carbono en los pulmones permanece casi constante, alrededor de 87 mm Hg. Arte. El flujo de oxígeno a los pulmones se detendrá por completo cuando la presión del aire circundante sea igual a este valor.

A una altitud de unos 19-20 km, la presión atmosférica desciende a 47 mm Hg. Arte. Por lo tanto, a esta altura, el agua y el líquido intersticial comienzan a hervir en el cuerpo humano. Fuera de la cabina presurizada, a estas alturas, la muerte ocurre casi instantáneamente. Así, desde el punto de vista de la fisiología humana, el "espacio" comienza ya a una altitud de 15-19 km.

Las densas capas de aire (troposfera y estratosfera) nos protegen de los efectos dañinos de la radiación. Con suficiente enrarecimiento de aire, a altitudes de más de 36 km, ionizante radiación- rayos cósmicos primarios; a altitudes de más de 40 km, opera la parte ultravioleta del espectro solar, que es peligrosa para los humanos.

A medida que nos elevamos a una altura cada vez mayor sobre la superficie de la Tierra, se debilitan gradualmente y luego desaparecen por completo, fenómenos que nos son familiares, observados en las capas inferiores de la atmósfera, como la propagación del sonido, la aparición de aerodinámica. fuerza de elevación y resistencia, transferencia de calor convección y etc.

En capas de aire enrarecidas, la propagación sonido resulta ser imposible. Hasta alturas de 60 a 90 km, todavía es posible utilizar la resistencia y la elevación del aire para un vuelo aerodinámico controlado. Pero a partir de altitudes de 100 a 130 km, los conceptos son familiares para todos los pilotos. números M y barrera del sonido pierden su significado, hay un condicional Línea de bolsillo detrás de la cual comienza la esfera de vuelo puramente balístico, que solo puede controlarse mediante fuerzas reactivas.

En altitudes superiores a los 100 km, la atmósfera también carece de otra propiedad notable: la capacidad de absorber, conducir y transferir energía térmica por convección (es decir, mezclando aire). Esto significa que varios elementos del equipo, equipos de la estación espacial en órbita no podrán enfriarse desde el exterior como se hace normalmente en un avión, con la ayuda de chorros de aire y radiadores de aire. A esta altitud, como en el espacio en general, la única forma de transferir calor es Radiación termal.

Composición de la atmósfera

Composición del aire seco

La atmósfera de la Tierra se compone principalmente de gases y diversas impurezas (polvo, gotas de agua, cristales de hielo, sales marinas, productos de combustión).

La concentración de gases que componen la atmósfera es prácticamente constante, a excepción del agua (H 2 O) y el dióxido de carbono (CO 2).

Composición del aire seco

Nitrógeno
Oxígeno
Argón
Agua
Dióxido de carbono
Neón
Helio
Metano
Criptón
Hidrógeno
Xenón
Óxido nitroso

Además de los gases indicados en la tabla, la atmósfera contiene SO 2, NH 3, CO, ozono, hidrocarburos, HCl, HF, parejas Hg, I 2, y NO y muchos otros gases en pequeñas cantidades. En la troposfera, hay constantemente una gran cantidad de partículas sólidas y líquidas en suspensión ( lata de aerosol).

La historia de la formación de la atmósfera.

Según la teoría más común, la atmósfera de la Tierra a lo largo del tiempo tuvo cuatro composiciones diferentes. Inicialmente, consistía en gases ligeros ( hidrógeno y helio) capturado desde el espacio interplanetario. Este es el llamado atmósfera primaria(hace unos cuatro mil millones de años). En la siguiente etapa, la actividad volcánica activa condujo a la saturación de la atmósfera con gases distintos al hidrógeno (dióxido de carbono, amoníaco, vapor). Entonces se formó atmósfera secundaria(hace unos tres mil millones de años). El ambiente fue reconstituyente. Además, el proceso de formación de la atmósfera estuvo determinado por los siguientes factores:

fuga de gases ligeros (hidrógeno y helio) en espacio interplanetario;

reacciones químicas en la atmósfera bajo la influencia de radiación ultravioleta, descargas de rayos y algunos otros factores.

Gradualmente, estos factores llevaron a la formación atmósfera terciaria, que se caracteriza por un contenido de hidrógeno mucho más bajo y un contenido de nitrógeno y dióxido de carbono mucho más alto (formado como resultado de reacciones químicas del amoníaco y los hidrocarburos).

Nitrógeno

La formación de una gran cantidad de N 2 se debe a la oxidación de la atmósfera de amoníaco-hidrógeno con O 2 molecular, que comenzó a fluir desde la superficie del planeta como resultado de la fotosíntesis, a partir de hace 3 mil millones de años. Además, el N 2 se libera a la atmósfera como resultado de la desnitrificación de los nitratos y otros compuestos que contienen nitrógeno. El ozono oxida el nitrógeno a NO en la atmósfera superior.

El nitrógeno N 2 reacciona solo en condiciones específicas (por ejemplo, durante la caída de un rayo). La oxidación de nitrógeno molecular con ozono durante descargas eléctricas se utiliza en la producción industrial de fertilizantes nitrogenados. Puede oxidarse con bajo consumo de energía y convertirse en una forma biológicamente activa. cianobacterias (algas verde azuladas) y bacterias de nódulos que forman rizobios simbiosis con legumbres plantas, así llamado. siderates.

Oxígeno

La composición de la atmósfera comenzó a cambiar radicalmente con la aparición en la Tierra. organismos vivos, como resultado fotosíntesis acompañado de la liberación de oxígeno y la absorción de dióxido de carbono. Inicialmente, el oxígeno se consumía para la oxidación de compuestos reducidos: amoníaco, hidrocarburos, forma ácida. glándula contenido en los océanos, etc. Al final de esta etapa, el contenido de oxígeno en la atmósfera comenzó a crecer. Poco a poco, se formó una atmósfera moderna con propiedades oxidantes. Dado que esto provocó cambios serios y dramáticos en muchos procesos que tienen lugar en atmósfera, litosfera y biosfera, este evento fue nombrado Desastre de oxígeno.

Durante fanerozoico la composición de la atmósfera y el contenido de oxígeno sufrieron cambios. Se correlacionaron principalmente con la tasa de deposición de rocas sedimentarias orgánicas. Por lo tanto, durante los períodos de acumulación de carbón, el contenido de oxígeno en la atmósfera, aparentemente, excedió significativamente el nivel actual.

Dióxido de carbono

El contenido de CO 2 en la atmósfera depende de la actividad volcánica y los procesos químicos en las capas de la tierra, pero sobre todo de la intensidad de la biosíntesis y descomposición de la materia orgánica en biosfera De la tierra... Casi toda la biomasa actual del planeta (alrededor de 2,4 × 10 12 toneladas ) se forma debido al dióxido de carbono, nitrógeno y vapor de agua contenidos en el aire atmosférico. Enterrado en Oceano, v pantanos y en bosques orgánico se convierte en carbón, petróleo y gas natural... (cm. Ciclo geoquímico del carbono)

Gases nobles

Fuente de gases inertes - argón, helio y criptón- Erupciones volcánicas y desintegración de elementos radiactivos. La tierra en general y la atmósfera en particular están empobrecidas en gases inertes en comparación con el espacio. Se cree que la razón de esto radica en la fuga continua de gases hacia el espacio interplanetario.

La contaminación del aire

Recientemente, la evolución de la atmósfera comenzó a verse influenciada por humano... El resultado de sus actividades fue un aumento significativo constante en el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera debido a la combustión de combustibles hidrocarburos acumulados en eras geológicas anteriores. Enormes cantidades de CO 2 se consumen durante la fotosíntesis y son absorbidas por los océanos del mundo. Este gas ingresa a la atmósfera debido a la descomposición de rocas carbonatadas y materia orgánica de origen vegetal y animal, así como debido al vulcanismo y actividades productivas humanas. Durante los últimos 100 años, el contenido de CO 2 en la atmósfera ha aumentado en un 10%, y la mayor parte (360 mil millones de toneladas) proviene de la quema de combustibles. Si la tasa de crecimiento de la quema de combustible continúa, entonces en los próximos 50-60 años la cantidad de CO2 en la atmósfera se duplicará y puede conducir a cambio climático global.

La quema de combustible es la principal fuente de gases contaminantes ( CO, NO, ASI QUE 2 ). El oxígeno atmosférico oxida el dióxido de azufre para ASI QUE 3 en la atmósfera superior, que a su vez interactúa con los vapores de agua y amoníaco, y el resultado ácido sulfúrico (H 2 ASI QUE 4 ) y sulfato de amonio ((NH 4 ) 2 ASI QUE 4 ) volver a la superficie de la Tierra en forma de los llamados. lluvia ácida. Uso motores de combustión interna conduce a una contaminación significativa de la atmósfera con óxidos de nitrógeno, hidrocarburos y compuestos de plomo ( tetraetil plomo Pb (CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

La contaminación atmosférica por aerosoles es causada tanto por causas naturales (erupciones volcánicas, tormentas de polvo, arrastre de gotas de agua de mar y polen de plantas, etc.) como por actividades económicas humanas (extracción de minerales y materiales de construcción, quema de combustible, fabricación de cemento). , etc.). La eliminación intensa a gran escala de partículas sólidas a la atmósfera es una de las posibles causas del cambio climático en el planeta.

El papel de la atmósfera en la vida de la Tierra.

La atmósfera es la fuente de oxígeno que respiramos los humanos. Sin embargo, al subir a altitud, la presión atmosférica total cae, lo que conduce a una disminución de la presión parcial de oxígeno.

Los pulmones humanos contienen aproximadamente tres litros de aire alveolar. Si la presión atmosférica es normal, entonces la presión parcial de oxígeno en el aire alveolar será de 11 mm Hg. Art., La presión del dióxido de carbono es de 40 mm Hg. Art., Y vapor de agua - 47 mm Hg. Arte. Con el aumento de la altitud, la presión del oxígeno disminuye y la presión del vapor de agua y el dióxido de carbono en los pulmones en total permanecerá constante, aproximadamente 87 mm Hg. Arte. Cuando la presión del aire es igual a este valor, el oxígeno dejará de fluir hacia los pulmones.

Debido a la disminución de la presión atmosférica a una altitud de 20 km, el agua y los fluidos corporales intersticiales del cuerpo humano hervirán aquí. Si no usa una cabina presurizada, una persona morirá casi instantáneamente a esta altura. Por tanto, desde el punto de vista de las características fisiológicas del cuerpo humano, el "espacio" se origina a partir de una altitud de 20 km sobre el nivel del mar.

El papel de la atmósfera en la vida de la Tierra es muy importante. Entonces, por ejemplo, gracias a las densas capas de aire, la troposfera y la estratosfera, las personas están protegidas de la exposición a la radiación. En el espacio, en el aire, a una altitud de más de 36 km, actúa la radiación ionizante. A una altitud de más de 40 km - ultravioleta.

Al elevarse por encima de la superficie de la Tierra a una altitud de más de 90-100 km, se observará un debilitamiento gradual y luego una desaparición completa de los fenómenos familiares para los humanos, observados en la capa atmosférica inferior:

El sonido no se propaga.

No hay fuerza aerodinámica ni resistencia.

El calor no se transfiere por convección, etc.

La capa atmosférica protege a la Tierra y a todos los organismos vivos de la radiación cósmica, de los meteoritos, se encarga de regular las fluctuaciones estacionales de temperatura, equilibrar y nivelar diurnas. En ausencia de una atmósfera en la Tierra, la temperatura diaria fluctuaría dentro de +/- 200C˚. La capa atmosférica es un "amortiguador" que da vida entre la superficie de la tierra y el espacio, un portador de humedad y calor, los procesos de fotosíntesis e intercambio de energía, los procesos biosféricos más importantes, tienen lugar en la atmósfera.

Capas de la atmósfera en orden desde la superficie de la Tierra.

La atmósfera es una estructura en capas que representa las siguientes capas de la atmósfera en orden desde la superficie de la Tierra:

Troposfera.

Estratosfera.

Mesosfera.

Termosfera.

Exosfera

Cada capa no tiene límites definidos entre sí, y su altura está influenciada por la latitud y las estaciones. Esta estructura en capas se formó como resultado de cambios de temperatura a diferentes alturas. Es gracias a la atmósfera que vemos las estrellas titilantes.

La estructura de la atmósfera terrestre por capas:

¿De qué está hecha la atmósfera terrestre?

Cada capa atmosférica difiere en temperatura, densidad y composición. El espesor total de la atmósfera es de 1,5 a 2,0 mil km. ¿De qué está hecha la atmósfera terrestre? En la actualidad, es una mezcla de gases con diversas impurezas.

Troposfera

La estructura de la atmósfera de la Tierra comienza con la troposfera, que es la parte inferior de la atmósfera de aproximadamente 10 a 15 km de altura. Aquí se concentra la mayor parte del aire atmosférico. Un rasgo característico de la troposfera es una caída de temperatura de 0,6 ˚C a medida que aumenta cada 100 metros. La troposfera ha concentrado casi todo el vapor de agua atmosférico y aquí se forman las nubes.

La altura de la troposfera cambia a diario. Además, su valor medio varía en función de la latitud y la estación del año. La altura promedio de la troposfera por encima de los polos es de 9 km, por encima del ecuador, unos 17 km. La temperatura media anual del aire por encima del ecuador es cercana a +26 ˚C y por encima del Polo Norte a -23 ˚C. La línea superior del límite troposférico por encima del ecuador tiene una temperatura media anual de aproximadamente -70 ˚C, y por encima del Polo Norte en verano -45 ˚C y en invierno -65 ˚C. Por tanto, cuanto mayor sea la altitud, menor será la temperatura. Los rayos del sol atraviesan sin obstáculos la troposfera y calientan la superficie de la Tierra. El calor irradiado por el sol es atrapado por dióxido de carbono, metano y vapor de agua.

Estratosfera

Por encima de la capa troposférica está la estratosfera, que tiene entre 50 y 55 km de altura. La peculiaridad de esta capa es el aumento de temperatura con la altura. Entre la troposfera y la estratosfera hay una capa de transición llamada tropopausa.

A partir de una altitud de unos 25 kilómetros, la temperatura de la capa estratosférica comienza a aumentar y, al alcanzar una altura máxima de 50 km, adquiere valores de +10 a +30 ˚C.

Hay muy poco vapor de agua en la estratosfera. A veces, a una altitud de unos 25 km, se pueden encontrar nubes bastante delgadas, que se denominan "nacaradas". Durante el día no se notan y por la noche brillan debido a la iluminación del sol, que está debajo del horizonte. La composición de las nubes nacaradas son gotas de agua superenfriadas. La estratosfera está compuesta principalmente de ozono.

Mesosfera

La altura de la mesosfera es de aproximadamente 80 km. Aquí, a medida que sube, la temperatura disminuye y en el límite superior alcanza valores de varias decenas de C˚ bajo cero. También se pueden observar nubes en la mesosfera, presumiblemente formadas a partir de cristales de hielo. Estas nubes se llaman "plateadas". La mesosfera se caracteriza por tener la temperatura más fría de la atmósfera: de -2 a -138 ˚C.

Termosfera

Esta capa atmosférica adquirió su nombre debido a las altas temperaturas. La termosfera consta de:

Ionosfera.

Exosferas.

La ionosfera se caracteriza por aire enrarecido, cada centímetro del cual a una altitud de 300 km consta de mil millones de átomos y moléculas, y a una altitud de 600 km, de más de 100 millones.

Además, la ionosfera se caracteriza por una alta ionización del aire. Estos iones están formados por átomos de oxígeno cargados, moléculas cargadas de átomos de nitrógeno y electrones libres.

Exosfera

La capa exosférica comienza a una altitud de 800-1000 km. Las partículas de gas, especialmente las ligeras, se mueven aquí a gran velocidad, superando la fuerza de la gravedad. Estas partículas, debido a su rápido movimiento, salen de la atmósfera al espacio exterior y se dispersan. Por lo tanto, la exosfera se llama esfera de dispersión. La mayoría de los átomos de hidrógeno, que forman las capas más altas de la exosfera, vuelan al espacio. Gracias a las partículas de la atmósfera superior y las partículas del viento solar, podemos observar las auroras boreales.

Los satélites y los cohetes geofísicos permitieron establecer la presencia en la atmósfera superior del cinturón de radiación del planeta, que consta de partículas cargadas eléctricamente: electrones y protones.

El espesor de la atmósfera está a unos 120 km de la superficie de la Tierra. La masa total de aire en la atmósfera es (5.1-5.3) · 10 18 kg. De estos, la masa de aire seco es 5.1352 ± 0.0003 · 10 18 kg, la masa total de vapor de agua es en promedio 1.27 · 10 16 kg.

Tropopausa

La capa de transición de la troposfera a la estratosfera, la capa de la atmósfera en la que la temperatura disminuye con la altura.

Estratosfera

La capa de la atmósfera ubicada a una altitud de 11 a 50 km. Un ligero cambio de temperatura en la capa de 11-25 km (la capa inferior de la estratosfera) y su aumento en la capa de 25-40 km de -56,5 a 0,8 ° (la capa superior de la estratosfera o la región de inversión) son característica. Habiendo alcanzado un valor de aproximadamente 273 K (casi 0 ° C) a una altitud de aproximadamente 40 km, la temperatura permanece constante hasta una altitud de aproximadamente 55 km. Esta región de temperatura constante se llama estratopausa y es el límite entre la estratosfera y la mesosfera.

Estratopausa

La capa límite de la atmósfera entre la estratosfera y la mesosfera. La distribución de temperatura vertical tiene un máximo (alrededor de 0 ° C).

Mesosfera

Atmósfera de la tierra

Límite de la atmósfera terrestre.

Termosfera

El límite superior es de unos 800 km. La temperatura se eleva a altitudes de 200-300 km, donde alcanza valores del orden de 1500 K, tras lo cual se mantiene casi constante hasta grandes altitudes. Bajo la influencia de la radiación solar ultravioleta y de rayos X y la radiación cósmica, se produce la ionización del aire ("luces polares"): las áreas principales de la ionosfera se encuentran dentro de la termosfera. En altitudes superiores a 300 km, predomina el oxígeno atómico. El límite superior de la termosfera está determinado en gran medida por la actividad actual del Sol. Durante los períodos de baja actividad, por ejemplo, en 2008-2009, hay una disminución notable en el tamaño de esta capa.

Termopausa

La región de la atmósfera adyacente a la parte superior de la termosfera. En esta zona, la absorción de la radiación solar es insignificante y la temperatura no cambia con la altitud.

Exosfera (orbe de dispersión)

Hasta una altitud de 100 km, la atmósfera es una mezcla de gases homogénea y bien mezclada. En capas más altas, la distribución de gases a lo largo de la altura depende de sus masas moleculares, la concentración de gases más pesados disminuye más rápidamente con la distancia desde la superficie de la Tierra. Debido a la disminución de la densidad de los gases, la temperatura desciende de 0 ° C en la estratosfera a -110 ° C en la mesosfera. Sin embargo, la energía cinética de partículas individuales a altitudes de 200-250 km corresponde a una temperatura de ~ 150 ° C. Por encima de los 200 km, se observan fluctuaciones significativas en la temperatura y la densidad de los gases en el tiempo y el espacio.

A una altitud de unos 2000-3500 km, la exosfera se convierte gradualmente en el llamado vacío en el espacio cercano, que está lleno de partículas altamente enrarecidas de gas interplanetario, principalmente átomos de hidrógeno. Pero este gas es solo una fracción de la materia interplanetaria. Otra parte está formada por partículas similares al polvo de origen cometario y meteórico. Además de las partículas polvorientas extremadamente enrarecidas, la radiación electromagnética y corpuscular de origen solar y galáctico penetra en este espacio.

Dependiendo de la composición del gas en la atmósfera, homoesfera y heteroesfera. Heteroesfera- esta es la zona donde la gravedad afecta la separación de los gases, ya que su mezcla a esta altura es despreciable. De ahí la composición variable de la heteroesfera. Debajo se encuentra una parte bien mezclada de la atmósfera, de composición homogénea, llamada homosfera. El límite entre estas capas se llama turbopausa y se encuentra a una altitud de unos 120 km.

Propiedades fisiológicas y de otro tipo de la atmósfera.

Ya a una altitud de 5 km sobre el nivel del mar, una persona no capacitada desarrolla falta de oxígeno y, sin adaptación, la capacidad de trabajo de la persona se reduce significativamente. Aquí es donde termina la zona fisiológica de la atmósfera. La respiración humana se vuelve imposible a una altitud de 9 km, aunque la atmósfera contiene oxígeno hasta unos 115 km.

En capas de aire enrarecidas, la propagación del sonido es imposible. Hasta alturas de 60 a 90 km, todavía es posible utilizar la resistencia y la elevación del aire para un vuelo aerodinámico controlado. Pero a partir de altitudes de 100-130 km, los conceptos del número M y la barrera del sonido, familiares para todo piloto, pierden su significado: allí pasa la línea condicional de Karman, más allá de la cual comienza el área de vuelo puramente balístico, que solo se puede controlar mediante fuerzas reactivas.

La historia de la formación de la atmósfera.

Según la teoría más común, la atmósfera de la Tierra a lo largo del tiempo tuvo tres composiciones diferentes. Originalmente consistía en gases ligeros (hidrógeno y helio) capturados del espacio interplanetario. Este es el llamado atmósfera primaria(hace unos cuatro mil millones de años). En la siguiente etapa, la actividad volcánica activa condujo a la saturación de la atmósfera con gases distintos del hidrógeno (dióxido de carbono, amoníaco, vapor de agua). Entonces se formó atmósfera secundaria(hace unos tres mil millones de años). El ambiente fue reconstituyente. Además, el proceso de formación de la atmósfera estuvo determinado por los siguientes factores:

fuga de gases ligeros (hidrógeno y helio) al espacio interplanetario;
reacciones químicas en la atmósfera bajo la influencia de radiación ultravioleta, descargas de rayos y algunos otros factores.

Nitrógeno

La formación de una gran cantidad de nitrógeno N 2 se debe a la oxidación de la atmósfera de amoníaco-hidrógeno con oxígeno molecular O 2, que comenzó a fluir desde la superficie del planeta como resultado de la fotosíntesis, a partir de hace 3 mil millones de años. Además, el nitrógeno N 2 se libera a la atmósfera como resultado de la desnitrificación de los nitratos y otros compuestos que contienen nitrógeno. El ozono oxida el nitrógeno a NO en la atmósfera superior.

El nitrógeno N 2 reacciona solo en condiciones específicas (por ejemplo, durante la caída de un rayo). La oxidación de nitrógeno molecular por ozono con descargas eléctricas en pequeñas cantidades se utiliza en la producción industrial de fertilizantes nitrogenados. Puede oxidarse con bajo consumo energético y convertirse en una forma biológicamente activa por cianobacterias (algas verdiazules) y bacterias nódulos que forman simbiosis rizobial con leguminosas, las denominadas. siderates.

Oxígeno

La composición de la atmósfera comenzó a cambiar radicalmente con la aparición de organismos vivos en la Tierra, como resultado de la fotosíntesis, acompañada de la liberación de oxígeno y la absorción de dióxido de carbono. Inicialmente, el oxígeno se gastaba en la oxidación de compuestos reducidos: amoníaco, hidrocarburos, la forma ferrosa del hierro contenida en los océanos, etc. Al final de esta etapa, el contenido de oxígeno en la atmósfera comenzó a crecer. Poco a poco, se formó una atmósfera moderna con propiedades oxidantes. Dado que esto provocó cambios serios y abruptos en muchos procesos que tienen lugar en la atmósfera, la litosfera y la biosfera, este evento se denominó Catástrofe del Oxígeno.

Gases nobles

La contaminación del aire

Recientemente, los humanos han comenzado a influir en la evolución de la atmósfera. El resultado de sus actividades fue un aumento significativo constante en el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera debido a la combustión de combustibles hidrocarburos acumulados en eras geológicas anteriores. Enormes cantidades de CO 2 se consumen durante la fotosíntesis y son absorbidas por los océanos del mundo. Este gas ingresa a la atmósfera debido a la descomposición de rocas carbonatadas y materia orgánica de origen vegetal y animal, así como debido al vulcanismo y actividades productivas humanas. Durante los últimos 100 años, el contenido de CO 2 en la atmósfera ha aumentado en un 10%, y la mayor parte (360 mil millones de toneladas) proviene de la quema de combustibles. Si la tasa de crecimiento de la quema de combustible continúa, en los próximos 200-300 años la cantidad de СО 2 en la atmósfera se duplicará y puede conducir a cambios climáticos globales.

La quema de combustibles es la principal fuente de gases contaminantes (CO, SO 2). El dióxido de azufre es oxidado por el oxígeno atmosférico a SO 3 en la atmósfera superior, que a su vez interactúa con el agua y los vapores de amoniaco, y el ácido sulfúrico (H 2 SO 4) y el sulfato de amonio ((NH 4) 2 SO 4 resultantes vuelven a la superficie de la Tierra en forma de los llamados. lluvia ácida. El uso de motores de combustión interna conduce a una contaminación significativa de la atmósfera con óxidos de nitrógeno, hidrocarburos y compuestos de plomo (tetraetil plomo Pb (CH 3 CH 2) 4)).

ver también

Jacchia (modelo de atmósfera)

Notas (editar)

Enlaces

Literatura

V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov"Biología espacial y medicina" (2ª edición, revisada y ampliada), M.: "Educación", 1975, 223 páginas.
N.V. Gusakova"Química del medio ambiente", Rostov-on-Don: Phoenix, 2004, 192 con ISBN 5-222-05386-5
Sokolov V.A. Geoquímica de gases naturales, M., 1971;
McEwen M., Phillips L. Química de la atmósfera, M., 1978;
Trabajo K., Warner S. La contaminación del aire. Fuentes y Control, trad. del inglés., M .. 1980;
Seguimiento de la contaminación de fondo de los entornos naturales. v. 1, L., 1982.

tierra
Historia de la tierra	Edad de la Tierra Historia geológica de la Tierra Escala geocronológica Historia de la vida en la Tierra Glaciación de la Tierra La paradoja del débil Sol joven La teoría de una colisión gigante Cronología de la evolución
Geografía y geología	Australia Asia Antártida África Europa América del Norte América del Sur Océano Atlántico Océano Índico Océano Ártico Océano Pacífico Océano Austral Atmósfera

ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA

Atmósfera(del griego antiguo ἀτμός - vapor y σφαῖρα - bola) - la capa de gas (geosfera) que rodea el planeta Tierra. Su superficie interior cubre la hidrosfera y en parte la corteza terrestre, la exterior limita con la parte cercana a la Tierra del espacio exterior.

Propiedades físicas

El espesor de la atmósfera está a unos 120 km de la superficie de la Tierra. La masa total de aire en la atmósfera es (5.1-5.3) · 10 18 kg. De estos, la masa de aire seco es (5.1352 ± 0.0003) · 10 18 kg, la masa total de vapor de agua es en promedio 1.27 · 10 16 kg.

La masa molar del aire limpio y seco es de 28,966 g / mol, la densidad del aire en la superficie del mar es de aproximadamente 1,2 kg / m 3. La presión a 0 ° C al nivel del mar es de 101,325 kPa; temperatura crítica - -140,7 ° C; presión crítica - 3,7 MPa; C p a 0 ° C - 1,0048 · 10 3 J / (kg · K), C v - 0,7159 · 10 3 J / (kg · K) (a 0 ° C). Solubilidad del aire en agua (en peso) a 0 ° C - 0,0036%, a 25 ° C - 0,0023%.

Para las "condiciones normales" en la superficie de la Tierra, se toma lo siguiente: densidad 1.2 kg / m 3, presión barométrica 101.35 kPa, temperatura más 20 ° C y humedad relativa 50%. Estos indicadores condicionales tienen una importancia puramente técnica.

La estructura de la atmósfera.

La atmósfera tiene una estructura en capas. Las capas de la atmósfera se diferencian entre sí por la temperatura del aire, su densidad, la cantidad de vapor de agua en el aire y otras propiedades.

Troposfera(griego antiguo τρόπος - "girar", "cambiar" y σφαῖρα - "bola") - la capa más baja y más estudiada de la atmósfera, la altura en las regiones polares de 8-10 km, en latitudes templadas de hasta 10-12 km , en el ecuador - 16-18 km.

Al ascender en la troposfera, la temperatura disminuye en una media de 0,65 K cada 100 my alcanza los 180-220 K en la parte superior. Esta capa superior de la troposfera, en la que cesa el descenso de temperatura con la altura, se denomina tropopausa. La siguiente capa de la atmósfera, ubicada sobre la troposfera, se llama estratosfera.

Más del 80% de la masa total de aire atmosférico se concentra en la troposfera, la turbulencia y la convección están muy desarrolladas, la parte predominante del vapor de agua se concentra, aparecen nubes, se forman frentes atmosféricos, se desarrollan ciclones y anticiclones, entre otros. procesos que determinan el tiempo y el clima. Los procesos que ocurren en la troposfera se deben principalmente a la convección.

La parte de la troposfera, dentro de la cual es posible la formación de glaciares en la superficie de la tierra, se llama quionósfera.

Tropopausa(del griego τροπος - girar, cambiar y παῦσις - detenerse, detenerse) - la capa de la atmósfera en la que la temperatura disminuye con la altura se detiene; capa de transición de la troposfera a la estratosfera. En la atmósfera terrestre, la tropopausa se encuentra en altitudes de 8-12 km (sobre el nivel del mar) en las regiones polares y hasta 16-18 km sobre el ecuador. La altura de la tropopausa también depende de la temporada (en verano, la tropopausa se encuentra más alta que en invierno) y la actividad ciclónica (en ciclones es menor y en anticiclones, mayor).

El espesor de la tropopausa varía de varios cientos de metros a 2-3 kilómetros. En los subtrópicos se observan roturas en la tropopausa, provocadas por poderosas corrientes en chorro. La tropopausa sobre ciertas áreas a menudo se destruye y se forma nuevamente.

Estratosfera(de Lat. estrato - piso, capa) - una capa de la atmósfera ubicada a una altitud de 11 a 50 km. Un ligero cambio de temperatura en la capa de 11-25 km (la capa inferior de la estratosfera) y su aumento en la capa de 25-40 km de -56,5 a 0,8 ° C (la capa superior de la estratosfera o la región de inversión) son característicos. Habiendo alcanzado un valor de aproximadamente 273 K (casi 0 ° C) a una altitud de aproximadamente 40 km, la temperatura permanece constante hasta una altitud de aproximadamente 55 km. Esta región de temperatura constante se llama estratopausa y es el límite entre la estratosfera y la mesosfera. La densidad del aire en la estratosfera es decenas y cientos de veces menor que al nivel del mar.

Es en la estratosfera donde se ubica la capa de ozono ("capa de ozono") (a una altitud de 15-20 a 55-60 km), que determina el límite superior de vida en la biosfera. El ozono (O 3) se forma como resultado de reacciones fotoquímicas más intensas a una altitud de ~ 30 km. La masa total de O 3 a presión normal sería una capa con un espesor de 1,7-4,0 mm, pero incluso esto es suficiente para absorber la radiación ultravioleta del Sol, que es destructiva para la vida. La destrucción del O 3 ocurre cuando interactúa con radicales libres, NO, compuestos que contienen halógenos (incluidos los "freones").

En la estratosfera, se retiene la mayor parte de la parte de longitud de onda corta de la radiación ultravioleta (180-200 nm) y se produce la transformación de la energía de onda corta. Bajo la influencia de estos rayos, los campos magnéticos cambian, las moléculas se desintegran, se produce la ionización, se producen nuevas formaciones de gases y otros compuestos químicos. Estos procesos se pueden observar en forma de auroras boreales, relámpagos y otros resplandores.

En la estratosfera y capas superiores, bajo la influencia de la radiación solar, las moléculas de gas se disocian en átomos (por encima de 80 km de CO2 y H2 se disocian, por encima de 150 km - O 2, por encima de 300 km - N 2). A una altitud de 200-500 km, la ionización de gases también ocurre en la ionosfera; a una altitud de 320 km, la concentración de partículas cargadas (O + 2, O - 2, N + 2) es ~ 1/300 de la concentración de partículas neutras. Los radicales libres están presentes en las capas superiores de la atmósfera: OH, HO 2, etc.

Casi no hay vapor de agua en la estratosfera.

Los vuelos a la estratosfera comenzaron en la década de 1930. Es ampliamente conocido el vuelo en el primer globo estratosférico (FNRS-1), que fue realizado por Auguste Piccard y Paul Kipfer el 27 de mayo de 1931, a una altitud de 16,2 km. Los aviones comerciales supersónicos y de combate modernos vuelan en la estratosfera a altitudes generalmente de hasta 20 km (aunque el techo dinámico puede ser mucho más alto). Los globos meteorológicos de gran altitud se elevan hasta 40 km; el récord de un globo no tripulado es de 51,8 km.

Recientemente, en los círculos militares estadounidenses, se ha prestado mucha atención al desarrollo de capas estratosféricas por encima de los 20 km, a menudo llamadas "preespacio" (eng. « cerca del espacio» ). Se supone que los dirigibles no tripulados y los aviones de propulsión solar (como el Pathfinder de la NASA) podrán permanecer a una altitud de unos 30 km durante mucho tiempo y proporcionar observación y comunicación para áreas muy grandes, sin dejar de ser ligeramente vulnerables a la defensa aérea. sistemas; tales dispositivos serán muchas veces más baratos que los satélites.

Estratopausa- la capa de la atmósfera, que es el límite entre las dos capas, la estratosfera y la mesosfera. En la estratosfera, la temperatura aumenta al aumentar la altitud, y la estratopausa es la capa donde la temperatura alcanza su máximo. La temperatura de la estratopausa es de aproximadamente 0 ° C.

Este fenómeno se observa no solo en la Tierra, sino también en otros planetas con atmósfera.

En la Tierra, la estratopausa se encuentra a una altitud de 50 a 55 km sobre el nivel del mar. La presión atmosférica es aproximadamente 1/1000 de la presión al nivel del mar.

Mesosfera(del griego μεσο- - "medio" y σφαῖρα - "bola", "esfera") - la capa de la atmósfera en altitudes de 40-50 a 80-90 km. Se caracteriza por un aumento de temperatura con la altura; la temperatura máxima (aproximadamente + 50 ° C) se encuentra a una altitud de aproximadamente 60 km, después de lo cual la temperatura comienza a disminuir a -70 ° o -80 ° C. Tal descenso de temperatura está asociado con la absorción energética de la radiación solar (radiación) por el ozono. El término fue adoptado por la Unión Geográfica y Geofísica en 1951.

La composición de los gases de la mesosfera, así como los que se encuentran debajo de las capas atmosféricas, es constante y contiene aproximadamente un 80% de nitrógeno y un 20% de oxígeno.

La mesosfera está separada de la estratosfera subyacente por la estratopausa y de la termosfera suprayacente por la mesopausia. La mesopausia coincide básicamente con la turbopausia.

Los meteoritos comienzan a brillar y, por regla general, se queman por completo en la mesosfera.

Pueden aparecer nubes noctilucentes en la mesosfera.

Para los vuelos, la mesosfera es una especie de "zona muerta": el aire aquí es demasiado delgado para soportar aviones o globos (a una altitud de 50 km, la densidad del aire es 1000 veces menor que al nivel del mar), y al mismo tiempo tiempo, demasiado denso para satélites vuelos artificiales en una órbita tan baja. Las investigaciones directas de la mesosfera se llevan a cabo principalmente con la ayuda de cohetes meteorológicos suborbitales; en general, la mesosfera se ha estudiado peor que otras capas de la atmósfera, y por eso los científicos la han llamado "ignorosfera".

Mesopausia

Mesopausia- la capa de la atmósfera que separa la mesosfera y la termosfera. En la Tierra, se encuentra a una altitud de 80 a 90 km sobre el nivel del mar. En la mesopausia, hay una temperatura mínima, que es de aproximadamente -100 ° C. Abajo (a partir de una altitud de unos 50 km) la temperatura desciende con la altitud, arriba (hasta una altitud de unos 400 km) vuelve a subir. La mesopausia coincide con el límite inferior de la región de absorción activa de rayos X y la radiación ultravioleta de longitud de onda más corta del Sol. Las nubes noctilucentes son visibles en esta elevación.

La mesopausia existe no solo en la Tierra, sino también en otros planetas con atmósfera.

Línea Karman- altura sobre el nivel del mar, que se toma convencionalmente como el límite entre la atmósfera y el espacio de la Tierra.

La Fédération Aéronautique Internationale (FAI) define la línea Karman a 100 km sobre el nivel del mar.

La altura lleva el nombre de Theodor von Karman, un científico estadounidense de origen húngaro. Fue el primero en determinar que aproximadamente a esta altitud, la atmósfera se vuelve tan enrarecida que la aeronáutica se vuelve imposible, ya que la velocidad de la aeronave necesaria para crear suficiente sustentación se vuelve mayor que la primera velocidad espacial, y por lo tanto, para alcanzar mayores altitudes, es Es necesario utilizar naves espaciales.

La atmósfera de la Tierra continúa más allá de la línea de Karman. La parte exterior de la atmósfera terrestre, la exosfera, se extiende a una altitud de 10 mil km o más; a esta altitud, la atmósfera se compone principalmente de átomos de hidrógeno capaces de salir de la atmósfera.

Alcanzar la Pocket Line fue la primera condición para recibir el Premio Ansari X, ya que esta es la base para el reconocimiento de los vuelos espaciales.

- la capa de aire de la tierra, girando con la Tierra. El límite superior de la atmósfera se dibuja convencionalmente a altitudes de 150-200 km. El límite inferior es la superficie de la Tierra.

El aire atmosférico es una mezcla de gases. La mayor parte de su volumen en la capa de aire superficial es nitrógeno (78%) y oxígeno (21%). Además, el aire contiene gases inertes (argón, helio, neón, etc.), dióxido de carbono (0,03), vapor de agua y diversas partículas sólidas (polvo, hollín, cristales de sal).

El aire es incoloro y el color del cielo se explica por las peculiaridades de la dispersión de las ondas de luz.

La atmósfera consta de varias capas: la troposfera, la estratosfera, la mesosfera y la termosfera.

La capa de aire de la superficie inferior se llama troposfera. Su grosor no es el mismo en diferentes latitudes. La troposfera repite la forma del planeta y participa, junto con la Tierra, en la rotación axial. En el ecuador, el espesor de la atmósfera varía de 10 a 20 km. Está más en el ecuador y menos en los polos. La troposfera se caracteriza por la máxima densidad del aire, 4/5 de la masa de toda la atmósfera se concentra en ella. La troposfera determina las condiciones climáticas: aquí se forman varias masas de aire, se forman nubes y precipitaciones, hay un intenso movimiento de aire horizontal y vertical.

Por encima de la troposfera, hasta una altitud de 50 km, se encuentra estratosfera. Se caracteriza por una menor densidad del aire, no contiene vapor de agua. En la parte inferior de la estratosfera a altitudes de unos 25 km. hay una "pantalla de ozono", una capa de la atmósfera con una mayor concentración de ozono, que absorbe la radiación ultravioleta, que es fatal para los organismos.

A una altitud de 50 a 80-90 km se extienden mesosfera. Al aumentar la altitud, la temperatura disminuye con un gradiente vertical promedio (0.25-0.3) ° / 100 m, y la densidad del aire disminuye. El principal proceso energético es la transferencia de calor radiante. El resplandor de la atmósfera es causado por complejos procesos fotoquímicos que involucran radicales, moléculas vibratorias excitadas.

Termosfera se encuentra a una altitud de 80-90 a 800 km. La densidad del aire es mínima aquí, el grado de ionización del aire es muy alto. La temperatura cambia dependiendo de la actividad del sol. Debido a la gran cantidad de partículas cargadas, aquí se observan auroras y tormentas magnéticas.

La atmósfera es de gran importancia para la naturaleza de la Tierra. La respiración de organismos vivos es imposible sin oxígeno. Su capa de ozono protege a todos los seres vivos de los dañinos rayos ultravioleta. La atmósfera suaviza las fluctuaciones de temperatura: la superficie de la Tierra no se enfría demasiado durante la noche y no se recalienta durante el día. En densas capas de aire atmosférico, antes de llegar a la superficie del planeta, los meteoritos se queman a partir de espinas.

La atmósfera interactúa con todas las conchas de la tierra. Con su ayuda, el calor y la humedad se intercambian entre el océano y la tierra. Sin la atmósfera, no habría nubes, precipitaciones, vientos.

La actividad económica humana tiene un efecto adverso significativo en la atmósfera. Se produce la contaminación del aire, lo que conduce a un aumento de la concentración de monóxido de carbono (CO 2). Y esto contribuye al calentamiento global y potencia el "efecto invernadero". La capa de ozono de la Tierra se está destruyendo debido a los desechos industriales y del transporte.

La atmósfera necesita protección. En los países desarrollados, se están tomando una serie de medidas para proteger el aire atmosférico de la contaminación.

¿Aún tienes preguntas? ¿Quieres saber más sobre el ambiente?
Para obtener ayuda de un tutor, regístrese.

sitio, con copia total o parcial del material, se requiere un enlace a la fuente.