Atmosfera pământului

Atmosfera(din. greaca vecheἀτμός - abur și σφαῖρα - minge) - gaz coajă ( geosferă) care înconjoară planeta Pământ... Suprafața sa interioară acoperă hidrosferăși parțial latra, cel exterior este mărginit de partea apropiată a pământului a spațiului cosmic.

Setul de secțiuni de fizică și chimie care studiază atmosfera este de obicei numit fizica atmosferei... Atmosfera defineste vremea pe suprafața pământului, studiind vremea 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 din atmosferă. Puternic dezvoltat în troposferă turbulenţăși convecție, apărea nori, dezvolta cicloniiși anticiclonii... Temperatura scade odată cu creșterea altitudinii cu o verticală medie gradient 0,65 ° / 100 m

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

Stratosferă

Stratul atmosferei situat la o altitudine de 11 până la 50 km. O ușoară modificare a temperaturii în stratul 11-25 km (stratul inferior al stratosferei) și creșterea acesteia în stratul 25-40 km de la -56,5 la 0,8 ° sunt caracteristice CU(stratul superior al stratosferei sau zonei 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 stratopauzaşi este graniţa dintre stratosferă şi mezosferă.

Stratopauza

Stratul limită al atmosferei dintre stratosferă și mezosferă. Distribuția verticală a temperaturii are un maxim (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 (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., fac ca atmosfera să strălucească.

Mezopauza

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

Linia de buzunar

Înălțimea deasupra nivelului mării, care este considerată convențional ca graniță între atmosfera Pământului și spațiu.

Termosferă

articolul principal: Termosferă

Straturi atmosferice până la o înălțime de 120 km

Exosfera (Orb de dispersie)

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

Până la o altitudine de 100 km, atmosfera este un amestec omogen, bine amestecat de gaze. În straturile superioare, distribuția gazelor de-a lungul înălțimii 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 se transformă treptat în așa-numita vid din apropierea spațiului, care este umplut cu particule foarte rarefiate de gaz interplanetar, în principal atomi de hidrogen. Dar acest gaz este doar o fracțiune din materia interplanetară. O altă parte este formată din particule asemănătoare prafului de origine cometă și meteorică. Pe lângă particulele extrem de rarefiate asemănătoare prafului, în acest spațiu pătrunde radiațiile electromagnetice și corpusculare de origine solară și galactică.

Troposfera reprezintă aproximativ 80% din masa atmosferei, stratosfera - aproximativ 20%; masa mezosferei nu este mai mare de 0,3%, termosfera este mai mică de 0,05% din masa totală a atmosferei. Pe baza proprietăților electrice din atmosferă, se disting 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, homosferăși heterosferă. Heterosferă - aceasta este zona în care gravitația afectează separarea gazelor, deoarece amestecarea lor la această înălțime este neglijabilă. De aici compoziţia 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. Masa 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 5 140,7°C; presiune critica 3,7 MPa; C p 1,0048 × 10 3 J / (kg K) (la 0 ° C), C v 0,7159 × 10 3 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, o persoană neinstruită are 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 atmosfera conține oxigen până la aproximativ 115 km.

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

Plămânii umani 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 este de 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 către 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 înălțimi, moartea se produce 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 de peste 36 km, ionizant 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, ele slăbesc treptat și apoi dispar complet, astfel de fenomene cunoscute nouă, observate în straturile inferioare ale atmosferei, cum ar fi propagarea sunetului, apariția aerodinamicii. forta de ridicareși rezistență, transfer de căldură convecție si etc.

În straturile rarefiate de aer, răspândirea sunet se dovedește a fi imposibil. Până la înălțimi de 60-90 km, este încă posibilă utilizarea rezistenței și portanței aerului pentru zborul aerodinamic controlat. Dar pornind de la altitudini de 100-130 km, conceptele sunt familiare fiecărui pilot numerele Mși bariera de sunetîși pierd sensul, există un condițional Linia de buzunarîn spatele căreia începe sfera zborului pur balistic, care poate fi controlată doar cu ajutorul forțelor reactive.

La altitudini de peste 100 km, atmosferei îi lipsește și o altă proprietate remarcabilă - capacitatea de a absorbi, conduce și transfera energie termică prin convecție (adică prin amestecarea aerului). Aceasta înseamnă că diverse elemente de echipamente, echipamente ale stației spațiale care orbitează nu se vor putea răci din exterior așa cum se face de obicei pe un avion - cu ajutorul jeturilor de aer și radiatoarelor de aer. La această altitudine, ca și în spațiu în general, singura modalitate de a transfera 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 practic 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 mici. În troposferă, există în mod constant un număr mare de particule solide și lichide în suspensie ( spray).

Istoria formării atmosferei

Conform celei mai comune teorii, atmosfera Pământului a fost de-a lungul timpului în patru compoziții diferite. Inițial, a constat din gaze ușoare ( hidrogenși heliu) capturat din spațiul interplanetar. Acesta este așa-numitul atmosfera primara(acum aproximativ patru miliarde de ani). În etapa următoare, activitatea vulcanică activă a dus la saturarea atmosferei cu alte gaze decât hidrogenul (dioxid de carbon, amoniac, aburi). Deci s-a format atmosfera secundara(acum aproximativ trei miliarde de ani). Atmosfera 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 din 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 de amoniac-hidrogen cu O 2 molecular, care a început să curgă de la suprafața planetei ca urmare a fotosintezei, începând cu 3 miliarde de ani în urmă. De asemenea, N2 este eliberat în atmosferă ca urmare a denitrificării nitraților și a altor compuși care conțin azot. Azotul este oxidat de ozon la NO în atmosfera superioară.

Azotul N 2 reacționează numai în condiții specifice (de exemplu, în timpul unui fulger). Oxidarea azotului molecular cu 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 rizobii simbioză cu leguminoase plante, așa-numitele. siderati.

Oxigen

Compoziția atmosferei a început să se schimbe radical odată cu apariția pe Pământ organisme vii, ca urmare fotosintezăînsoţită de eliberarea de oxigen şi absorbţia dioxidului de carbon. Inițial, oxigenul a fost consumat pentru oxidarea compușilor redusi - amoniac, hidrocarburi, formă acidă 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 dramatice în multe procese care au loc în atmosfera, litosferăși biosferă, acest eveniment a fost numit Dezastru 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. Astfel, în perioadele de acumulare de cărbune, conținutul de oxigen din atmosferă, aparent, a depășit semnificativ nivelul actual.

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 a descompunerii materiei organice în biosferă Al Pamantului... Aproape toată biomasa 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, v mlaștini si in paduri organic se transformă în 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 în general 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 erele geologice anterioare. Cantități enorme 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 materiei 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 ritmul de creștere a arderii combustibilului continuă, atunci în următorii 50-60 de ani cantitatea de CO2 din atmosferă se va dubla și poate duce la schimbările climatice globale.

Arderea combustibilului este principala sursă de gaze poluante ( CO, NU, ASA DE 2 ). Dioxidul de sulf este oxidat de oxigenul atmosferic la ASA DE 3 în atmosfera superioară, care la rândul ei interacționează cu apa și vaporii de amoniac și rezultatul acid sulfuric (H 2 ASA DE 4 ) și sulfat de amoniu ((NH 4 ) 2 ASA DE 4 ) întoarcerea la suprafața Pământului sub forma așa-numitului. ploaie acidă. Utilizare motoare de combustie internă conduce la o poluare semnificativă a atmosferei 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, transport de picături de apă de mare și polen de plante etc.), cât și de activitățile economice umane (exploatarea minereurilor și a materialelor de construcție, arderea combustibilului, fabricarea cimentului). , etc.). Eliminarea intensă pe scară largă a particulelor solide în atmosferă este una dintre posibilele cauze ale schimbărilor climatice de pe planetă.

Rolul atmosferei în viața Pământului

Atmosfera este sursa de oxigen pe care o respiră oamenii. Cu toate acestea, la urcarea la altitudine, presiunea atmosferică totală scade, ceea ce duce la o scădere a presiunii parțiale a oxigenului.

Plămânii umani conțin aproximativ trei litri de aer alveolar. Dacă presiunea atmosferică este normală, atunci presiunea parțială a oxigenului în aerul alveolar va fi de 11 mm Hg. Art., presiunea dioxidului de carbon este de 40 mm Hg. Art., si vapori de apa - 47 mm Hg. Artă. Odată cu creșterea altitudinii, presiunea oxigenului scade, iar presiunea vaporilor de apă și a dioxidului de carbon din plămâni va rămâne constantă - aproximativ 87 mm Hg. Artă. Când presiunea aerului este egală cu această valoare, oxigenul nu va mai curge în plămâni.

Din cauza scăderii presiunii atmosferice la o altitudine de 20 km, aici vor fierbe apa și lichidul interstițial din corpul uman. Dacă nu folosiți o cabină presurizată, o persoană va muri aproape instantaneu la această înălțime. Prin urmare, din punct de vedere al caracteristicilor fiziologice ale corpului uman, „spațiul” își are originea de la o altitudine de 20 km deasupra nivelului mării.

Rolul atmosferei în viața Pământului este foarte mare. Deci, de exemplu, datorită straturilor dense de aer - troposfera și stratosfera, oamenii sunt protejați de expunerea la radiații. În spațiu, în aer subțire, la o altitudine de peste 36 km, acționează radiațiile ionizante. La o altitudine de peste 40 km - ultraviolete.

Când se ridică deasupra suprafeței Pământului la o altitudine de peste 90-100 km, se va observa o slăbire treptată și apoi o dispariție completă a fenomenelor familiare oamenilor, observate în stratul atmosferic inferior:

Sunetul nu se propaga.

Nu există forță aerodinamică sau rezistență.

Căldura nu este transferată prin convecție etc.

Stratul atmosferic protejează Pământul și toate organismele vii de radiațiile cosmice, de meteoriți, este responsabil pentru reglarea fluctuațiilor sezoniere de temperatură, echilibrarea și nivelarea diurnă. În absența unei atmosfere pe Pământ, temperatura zilnică ar fluctua în +/- 200C˚. Stratul atmosferic este un „tampon” dătător de viață între suprafața pământului și spațiu, un purtător de umiditate și căldură, procesele de fotosinteză și schimb de energie, cele mai importante procese biosferice, au loc în atmosferă.

Straturi ale atmosferei în ordine de la suprafața Pământului

Atmosfera este o structură stratificată reprezentând următoarele straturi ale atmosferei în ordine de la suprafața Pământului:

troposfera.

Stratosferă.

Mezosfera.

Termosferă.

Exosfera

Fiecare strat nu are granițe clare între ele, iar înălțimea lor este influențată de latitudine și anotimpuri. Această structură stratificată s-a format ca urmare a schimbărilor de temperatură la diferite înălțimi. Datorită atmosferei, vedem stelele sclipitoare.

Structura atmosferei terestre pe straturi:

Din ce este alcătuită atmosfera Pământului?

Fiecare strat atmosferic diferă ca temperatură, densitate și compoziție. Grosimea totală a atmosferei este de 1,5-2,0 mii km. Din ce este alcătuită atmosfera Pământului? În prezent, este un amestec de gaze cu diverse impurități.

troposfera

Structura atmosferei Pământului începe cu troposfera, care este partea inferioară a atmosferei cu aproximativ 10-15 km înălțime. Aici se concentrează cea mai mare parte a aerului atmosferic. O trăsătură caracteristică a troposferei este o scădere a temperaturii cu 0,6 ˚C, pe măsură ce aceasta crește la fiecare 100 de metri. Troposfera a concentrat aproape toți vaporii de apă atmosferici și aici se formează nori.

Înălțimea troposferei se schimbă zilnic. În plus, valoarea medie a acestuia se modifică în funcție de latitudinea și anotimpul anului. Înălțimea medie a troposferei deasupra polilor este de 9 km, deasupra ecuatorului - aproximativ 17 km. Temperatura medie anuală a aerului deasupra ecuatorului este aproape de +26 ˚C, iar deasupra Polului Nord -23 ˚C. Linia superioară a limitei troposferice deasupra ecuatorului este o temperatură medie anuală de aproximativ -70 ˚C, iar deasupra Polului Nord vara -45 ˚C și iarna -65 ˚C. Astfel, cu cât altitudinea este mai mare, cu atât temperatura este mai scăzută. Razele soarelui trec nestingherite prin troposferă, încălzind suprafața Pământului. Căldura radiată de soare este prinsă de dioxid de carbon, metan și vapori de apă.

Stratosferă

Deasupra stratului troposferic se află stratosfera, care are o înălțime de 50-55 km. Particularitatea acestui strat este creșterea temperaturii cu înălțimea. Între troposferă și stratosferă există un strat de tranziție numit tropopauză.

De la o altitudine de aproximativ 25 de kilometri, temperatura stratului stratosferic începe să crească și, la atingerea înălțimii maxime de 50 km, capătă valori de la +10 la +30 ˚C.

Există foarte puțini vapori de apă în stratosferă. Uneori, la o altitudine de aproximativ 25 km, poti gasi nori destul de subtiri, care se numesc "nacru". Ziua nu sunt vizibile, iar noaptea strălucesc datorită iluminării soarelui, care se află sub orizont. Compoziția norilor nacru sunt picături de apă suprarăcite. Stratosfera este compusă în principal din ozon.

Mezosfera

Înălțimea mezosferei este de aproximativ 80 km. Aici, pe măsură ce crește, temperatura scade și la limita superioară atinge valori de câteva zeci de C˚ sub zero. Norii pot fi observați și în mezosferă, probabil formați din cristale de gheață. Acești nori sunt numiți „argintii”. Mezosfera se caracterizează prin cea mai rece temperatură din atmosferă: de la -2 la -138 ˚C.

Termosferă

Acest strat atmosferic și-a căpătat numele datorită temperaturilor ridicate. Termosfera este formată din:

ionosferă.

Exosferele.

Ionosfera este caracterizată de aer rarefiat, fiecare centimetru din care la o altitudine de 300 km este format din 1 miliard de atomi și molecule, iar la o altitudine de 600 km - de peste 100 de milioane.

De asemenea, ionosfera se caracterizează prin ionizare ridicată a aerului. Acești ioni sunt formați din atomi de oxigen încărcați, molecule încărcate de atomi de azot și electroni liberi.

Exosfera

Stratul exosferic începe la o altitudine de 800-1000 km. Particulele de gaz, în special cele uşoare, se deplasează aici cu mare viteză, depăşind forţa gravitaţiei. Astfel de particule, datorită mișcării lor rapide, zboară din atmosferă în spațiul cosmic și se împrăștie. Prin urmare, exosfera se numește sfera de dispersie. În mare parte, atomii de hidrogen, care alcătuiesc cele mai înalte straturi ale exosferei, zboară în spațiu. Datorită particulelor din atmosfera superioară și particulelor vântului solar, putem observa aurora boreală.

Sateliții și rachetele geofizice au făcut posibilă stabilirea prezenței în atmosfera superioară a centurii de radiații a planetei, constând din particule încărcate electric - electroni și protoni.

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

Tropopauza

Stratul de tranziție de la troposferă la stratosferă, stratul atmosferei în care temperatura scade odată cu înălțimea se oprește.

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 25-40 km de la -56,5 la 0,8 ° (stratul superior al stratosferei sau regiunea de inversare) sunt caracteristică. 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. Distribuția verticală a temperaturii are un maxim (aproximativ 0 ° C).

Mezosfera

Atmosfera pământului

Limita atmosferei terestre

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, are loc ionizarea aerului („lumini polare”) - principalele zone ale ionosferei se află în interiorul termosferei. La altitudini de peste 300 km predomină oxigenul atomic. Limita superioară a termosferei este determinată în mare măsură de activitatea curentă a Soarelui. În perioadele de activitate scăzută - de exemplu, în 2008-2009 - există o scădere vizibilă a dimensiunii acestui strat.

Termopauza

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

Exosfera (Orb de dispersie)

Până la o altitudine de 100 km, atmosfera este un amestec omogen, bine amestecat de gaze. În straturile superioare, distribuția gazelor de-a lungul înălțimii 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 se transformă treptat în așa-numita vid din apropierea spațiului, care este umplut cu particule foarte rarefiate de gaz interplanetar, în principal atomi de hidrogen. Dar acest gaz este doar o fracțiune din materia interplanetară. O altă parte este formată din particule asemănătoare prafului de origine cometă și meteorică. Pe lângă particulele extrem de rarefiate asemănătoare prafului, în acest spațiu pătrunde radiațiile electromagnetice și corpusculare de origine solară și galactică.

În funcție de compoziția gazului din atmosferă, homosferăși heterosferă. Heterosferă- aceasta este zona în care gravitația afectează separarea gazelor, deoarece amestecarea lor la această înălțime este neglijabilă. De aici compoziţia variabilă a heterosferei. Sub ea se află o parte bine amestecată a atmosferei, omogenă ca compoziție, numită homosferă. Limita dintre aceste straturi se numește turbopauză; se află la o altitudine de aproximativ 120 km.

Proprietăți fiziologice și alte proprietăți ale atmosferei

Deja la o altitudine de 5 km deasupra nivelului mării, o persoană neantrenată dezvoltă foamete de oxigen și fără adaptare, capacitatea de lucru a persoanei este redusă semnificativ. Aici se termină zona fiziologică a atmosferei. Respirația omului devine imposibilă la o altitudine de 9 km, deși atmosfera conține oxigen până la aproximativ 115 km.

În straturile rarefiate de aer, propagarea sunetului este imposibilă. Până la înălțimi de 60-90 km, este încă posibilă utilizarea rezistenței și portanței aerului pentru zborul aerodinamic controlat. Însă pornind de la altitudini de 100-130 km, conceptele de număr M și bariera sonoră, familiare fiecărui pilot, își pierd sensul: linia condiționată Karman trece acolo, dincolo de care începe zona de zbor pur balistic, care poate fi controlat numai cu ajutorul forțelor reactive.

Istoria formării atmosferei

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

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

Azot

Formarea unei cantități mari de azot N 2 se datorează oxidării atmosferei de amoniac-hidrogen cu oxigen molecular O 2, care a început să curgă de la suprafața planetei ca urmare a fotosintezei, începând cu 3 miliarde de ani în urmă. De asemenea, azotul N2 este eliberat în atmosferă ca urmare a denitrificării nitraților și a altor compuși care conțin azot. Azotul este oxidat de ozon la NO în atmosfera superioară.

Azotul N 2 reacționează numai în condiții specifice (de exemplu, în timpul unui fulger). Oxidarea azotului molecular de către ozon cu descărcări electrice în cantități mici este utilizată în producția industrială a îngrășămintelor cu azot. Poate fi oxidat cu un consum redus de energie și transformat într-o formă biologic activă de către cianobacteriile (alge albastre-verzi) și bacteriile nodulare care formează simbioză rizobială cu leguminoasele, așa-numitele. siderati.

Oxigen

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

gaze nobile

Poluarea aerului

Recent, oamenii au început să influențeze evoluția atmosferei. Rezultatul activităților sale a fost o creștere constantă semnificativă a conținutului de dioxid de carbon din atmosferă datorită arderii combustibililor hidrocarburi acumulați în erele geologice anterioare. Cantități enorme 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 materiei 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 200-300 de ani cantitatea de СО 2 din atmosferă se va dubla și poate duce la schimbări climatice globale.

Arderea combustibilului este principala sursă de gaze poluante (CO, SO 2). Dioxidul de sulf este oxidat de oxigenul atmosferic la SO 3 în atmosfera superioară, care, la rândul său, interacționează cu vaporii de apă și amoniac, iar acidul sulfuric (H 2 SO 4 ) și sulfatul de amoniu ((NH 4 ) 2 SO 4) care rezultă revin la suprafața Pământului sub forma așa-numitului. ploaie acidă. Utilizarea motoarelor cu ardere internă conduce la o poluare semnificativă a atmosferei cu oxizi de azot, hidrocarburi și compuși de plumb (tetraetil plumb Pb (CH 3 CH 2) 4)).

Vezi si

Jacchia (model de atmosferă)

Note (editare)

Legături

Literatură

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

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

STRUCTURA ATMOSFEREI

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

Proprietăți fizice

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

Masa molară a aerului curat uscat este de 28,966 g/mol, densitatea aerului la suprafața mării este de aproximativ 1,2 kg/m 3. Presiunea la 0°C la nivelul mării este de 101,325 kPa; temperatura critică - -140,7 ° C; presiune critică - 3,7 MPa; C p la 0 ° C - 1,0048 · 10 3 J / (kg · K), C v - 0,7159 · 10 3 J / (kg · K) (la 0 ° C). Solubilitatea aerului în apă (în greutate) la 0 ° C - 0,0036%, la 25 ° C - 0,0023%.

Pentru „condiții normale” la suprafața Pământului se iau următoarele: densitate 1,2 kg/m 3, presiune barometrică 101,35 kPa, temperatură plus 20 ° C și umiditate relativă 50%. Acești indicatori condiționali au o semnificație pur inginerească.

Structura atmosferei

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

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

La cresterea in troposfera, temperatura scade in medie cu 0,65 K la 100 m si ajunge la 180-220 K in partea superioara. Acest strat superior al troposferei, în care scăderea temperaturii odată cu înălțimea încetează, se numește tropopauză. Următorul strat al atmosferei, situat deasupra troposferei, se numește stratosferă.

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

Partea troposferei, în cadrul căreia este posibilă formarea ghețarilor pe suprafața pământului, se numește chionosferă.

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

Grosimea tropopauzei variază de la câteva sute de metri până la 2-3 kilometri. În zonele subtropicale se observă întreruperi în tropopauză, cauzate de curenți puternici cu jet. Tropopauza din anumite zone este adesea distrusă și formată din nou.

Stratosferă(din lat. strat - pardoseală, strat) - un strat al 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 25-40 km de la -56,5 la 0,8 ° C (stratul superior al stratosferei sau regiunea de inversare) sunt caracteristice. 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. Densitatea aerului din stratosferă este de zeci și sute de ori mai mică decât la nivelul mării.

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

În stratosferă, cea mai mare parte a părții cu lungime de undă scurtă a radiației ultraviolete (180-200 nm) este reținută și are loc transformarea energiei undelor scurte. Sub influența acestor raze, câmpurile magnetice se modifică, moleculele se dezintegrează, se produc ionizare, se formează noi gaze și alți compuși chimici. Aceste procese pot fi observate sub formă de aurore boreale, fulgere și alte străluciri.

În stratosferă și în straturile superioare, sub influența radiației solare, moleculele de gaz se disociază în atomi (peste 80 km CO2 și H2 se disociază, peste 150 km - O 2, peste 300 km - N 2). La o altitudine de 200-500 km, ionizarea gazelor are loc și în ionosferă; la o altitudine de 320 km, concentrația de particule încărcate (O + 2, O - 2, N + 2) este de ~ 1/300 din concentrația de particule neutre. Radicalii liberi sunt prezenți în straturile superioare ale atmosferei - OH, HO 2 etc.

Aproape că nu există vapori de apă în stratosferă.

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

Recent, în cercurile militare americane, s-a acordat multă atenție dezvoltării straturilor stratosferice peste 20 km, adesea numite „pre-spațiu” (ing. « aproape de spațiu» ). Se presupune că dirijabilele fără pilot și aeronavele alimentate cu energie solară (cum ar fi NASA Pathfinder) vor putea să rămână la o altitudine de aproximativ 30 km pentru o perioadă lungă de timp și să ofere observație și comunicare pentru zone foarte mari, rămânând în același timp puțin vulnerabile la apărarea aeriană. sisteme; astfel de dispozitive vor fi de multe ori mai ieftine decât sateliții.

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

Acest fenomen este observat nu numai pe Pământ, ci și pe alte planete cu atmosferă.

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

Mezosfera(din grecescul μεσο- - „mijloc” și σφαῖρα - „minge”, „sferă”) - stratul atmosferei la altitudini de la 40-50 la 80-90 km. Se caracterizează printr-o creștere a temperaturii odată cu înălțimea; temperatura maximă (aproximativ + 50 ° C) este situată la o altitudine de aproximativ 60 km, după care temperatura începe să scadă la -70 ° sau -80 ° C. O astfel de scădere a temperaturii este asociată cu absorbția energetică a radiației solare (radiația) de către ozon. Termenul a fost adoptat de Uniunea Geografică și Geofizică în 1951.

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

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

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

În mezosferă pot apărea nori noctilucenți.

Pentru zboruri, mezosfera este un fel de „zonă moartă” - aerul de aici este prea subțire pentru a susține avioane sau baloane (la o altitudine de 50 km, densitatea aerului este de 1000 de ori mai mică decât la nivelul mării), și în același timp timp, prea dens pentru zboruri artificiale sateliți pe o orbită atât de joasă. Investigațiile directe ale mezosferei sunt efectuate în principal cu ajutorul rachetelor meteorologice suborbitale; în general, mezosfera a fost studiată mai rău decât alte straturi ale atmosferei și, prin urmare, oamenii de știință au numit-o „ignorosferă”.

Mezopauza

Mezopauza- stratul atmosferei care separă mezosfera de termosfera. Pe Pământ, se află la o altitudine de 80-90 km deasupra nivelului mării. În mezopauză, există o temperatură minimă, care este de aproximativ -100 ° C. Mai jos (incepand de la o altitudine de circa 50 km) temperatura scade cu altitudinea, deasupra (pâna la o altitudine de circa 400 km) se ridica din nou. Mezopauza coincide cu limita inferioară a regiunii de absorbție activă a razelor X și radiația ultravioletă cu cea mai scurtă lungime de undă de la Soare. Norii noctilucenți sunt vizibili la această altitudine.

Mezopauza nu există doar pe Pământ, ci și pe alte planete cu atmosferă.

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

Fédération Aéronautique Internationale (FAI) definește Linia Karman la 100 km deasupra nivelului mării.

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

Atmosfera Pământului continuă dincolo de linia Karman. Partea exterioară a atmosferei pământului, exosfera, se extinde până la o altitudine de 10 mii de km sau mai mult, la o astfel de altitudine atmosfera este formată în principal din atomi de hidrogen capabili să părăsească atmosfera.

Atingerea Pocket Line a fost prima condiție pentru primirea Premiului Ansari X, deoarece aceasta este baza pentru recunoașterea zborului spațial.

- învelișul de aer al pământului, care se rotește cu Pământul. Limita superioară a atmosferei este trasată în mod convențional la altitudini de 150-200 km. Limita inferioară este suprafața Pământului.

Aerul atmosferic este un amestec de gaze. Majoritatea volumului său în stratul de aer de suprafață este azot (78%) și oxigen (21%). În plus, aerul conține gaze inerte (argon, heliu, neon etc.), dioxid de carbon (0,03), vapori de apă și diverse particule solide (praf, funingine, cristale de sare).

Aerul este incolor, iar culoarea cerului se explică prin particularitățile împrăștierii undelor luminoase.

Atmosfera este formata din mai multe straturi: troposfera, stratosfera, mezosfera si termosfera.

Stratul de suprafață inferior al aerului se numește troposfera. Grosimea sa nu este aceeași la diferite latitudini. Troposfera repetă forma planetei și participă, împreună cu Pământul, la rotația axială. La ecuator, grosimea atmosferei variază de la 10 la 20 km. Este mai mult la ecuator și mai puțin la poli. Troposfera se caracterizează prin densitatea maximă a aerului, 4/5 din masa întregii atmosfere este concentrată în ea. Troposfera determină condițiile meteorologice: aici se formează diverse mase de aer, se formează nori și precipitații, are loc o mișcare intensă a aerului orizontal și vertical.

Deasupra troposferei, până la o altitudine de 50 km, se află stratosferă. Se caracterizează printr-o densitate mai mică a aerului, nu există vapori de apă în el. În partea inferioară a stratosferei la altitudini de aproximativ 25 km. există un „ecran de ozon” - un strat al atmosferei cu o concentrație crescută de ozon, care absoarbe radiația ultravioletă, care este fatală pentru organism.

La o altitudine de 50 până la 80-90 km se întinde mezosferă. Odată cu creșterea altitudinii, temperatura scade cu un gradient vertical mediu (0,25-0,3) ° / 100 m, iar densitatea aerului scade. Principalul proces energetic este transferul de căldură radiantă. Strălucirea atmosferei este cauzată de procese fotochimice complexe care implică radicali, molecule excitate vibrațional.

Termosferă este situat la o altitudine de 80-90 până la 800 km. Densitatea aerului este minimă aici, gradul de ionizare a aerului este foarte mare. Temperatura se modifică în funcție de activitatea Soarelui. Datorită numărului mare de particule încărcate, aici se observă aurore și furtuni magnetice.

Atmosfera este de mare importanță pentru natura Pământului. Respirația organismelor vii este imposibilă fără oxigen. Stratul său de ozon protejează toate lucrurile vii de razele ultraviolete dăunătoare. Atmosfera netezește fluctuațiile de temperatură: suprafața Pământului nu se răcește excesiv noaptea și nu se supraîncălzi în timpul zilei. În straturile dense de aer atmosferic, înainte de a ajunge la suprafața planetei, meteoriții ard din spini.

Atmosfera interacționează cu toate învelișurile pământului. Cu ajutorul lui, căldura și umiditatea sunt schimbate între ocean și uscat. Fără atmosferă, nu ar fi nori, precipitații, vânturi.

Activitatea economică umană are un efect negativ semnificativ asupra atmosferei. Are loc poluarea aerului, ceea ce duce la o creștere a concentrației de monoxid de carbon (CO 2). Și aceasta contribuie la încălzirea globală și sporește „efectul de seră”. Stratul de ozon al Pământului este distrus din cauza deșeurilor industriale și de transport.

Atmosfera are nevoie de protecție. În țările dezvoltate, se iau un set de măsuri pentru a proteja aerul atmosferic de poluare.

Mai ai întrebări? Vrei să afli mai multe despre atmosferă?
Pentru a obține ajutor de la un tutor - înregistrați-vă.

site, cu copierea integrală sau parțială a materialului, este necesară un link către sursă.