Atmósfera (del griego ατμός - "vapor" y σφαῖρα - "esfera") - capa de gas cuerpo celestial, sostenido cerca de él por la gravedad. La atmósfera es la capa gaseosa del planeta, que consiste en una mezcla de varios gases, vapor de agua y polvo. El intercambio de materia entre la Tierra y el Espacio se produce a través de la atmósfera. La Tierra recibe polvo cósmico y material de meteoritos, y pierde los gases más ligeros: hidrógeno y helio. La atmósfera terrestre es penetrada de un lado a otro por una poderosa radiación del Sol, que determina el régimen térmico de la superficie del planeta, provocando la disociación de las moléculas de los gases atmosféricos y la ionización de los átomos.
La atmósfera terrestre contiene oxígeno, utilizado por la mayoría de los organismos vivos para respirar, y dióxido de carbono, consumido por plantas, algas y cianobacterias durante la fotosíntesis. La atmósfera es también una capa protectora del planeta, que protege a sus habitantes de la radiación solar. Radiación ultravioleta.
Todos los cuerpos masivos (planetas terrestres y gigantes gaseosos) tienen atmósfera.
Composición atmosférica
La atmósfera es una mezcla de gases compuesta por nitrógeno (78,08%), oxígeno (20,95%), dióxido de carbono (0,03%), argón (0,93%), una pequeña cantidad de helio, neón, xenón, criptón (0,01%), 0,038% de dióxido de carbono, y no un gran número de hidrógeno, helio, otros gases nobles y contaminantes.
composición moderna El aire de la Tierra se formó hace más de cien millones de años, pero el fuerte aumento de la actividad industrial del hombre provocó su cambio. Actualmente, el contenido de CO 2 aumenta aproximadamente entre un 10 y un 12 %. Los gases que ingresan a la atmósfera desempeñan diversas funciones. Sin embargo, el significado principal de estos gases está determinado principalmente por el hecho de que absorben muy fuertemente la energía radiante y, por lo tanto, tienen un impacto significativo en el régimen de temperatura de la superficie y la atmósfera de la Tierra.
Composición inicial La atmósfera de un planeta suele depender de las propiedades químicas y de temperatura del sol durante la formación de los planetas y la posterior liberación de gases externos. Luego, la composición de la capa de gas evoluciona bajo la influencia de varios factores.
Las atmósferas de Venus y Marte están compuestas principalmente de dióxido de carbono con pequeñas adiciones de nitrógeno, argón, oxígeno y otros gases. La atmósfera terrestre en en gran medida es producto de los organismos que viven en él. Los gigantes gaseosos de baja temperatura (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) pueden retener principalmente gases de bajo peso molecular: hidrógeno y helio. Los gigantes gaseosos de alta temperatura, como Osiris o 51 Pegasi b, por el contrario, no pueden contenerlo y las moléculas de su atmósfera están dispersas en el espacio. Este proceso ocurre lenta y constantemente.
Nitrógeno, Es el gas más común en la atmósfera y es químicamente inactivo.
Oxígeno, a diferencia del nitrógeno, es un elemento químicamente muy activo. La función específica del oxígeno es la oxidación de la materia orgánica de organismos heterótrofos, rocas y gases poco oxidados emitidos a la atmósfera por los volcanes. Sin oxígeno no habría descomposición de la materia orgánica muerta.
Estructura atmosférica
La estructura de la atmósfera consta de dos partes: la interior: la troposfera, la estratosfera, la mesosfera y la termosfera, o ionosfera, y la exterior, la magnetosfera (exosfera).
1) troposfera– esta es la parte inferior de la atmósfera en la que se concentra 3/4, es decir. ~ 80% de toda la atmósfera terrestre. Su altura está determinada por la intensidad de los flujos de aire verticales (ascendentes o descendentes) causados por el calentamiento de la superficie terrestre y del océano, por lo que el espesor de la troposfera en el ecuador es de 16 a 18 km, en latitudes templadas de 10 a 11 km, y en los polos – hasta 8 km. La temperatura del aire en la troposfera en altitud disminuye 0,6ºС por cada 100 m y oscila entre +40 y - 50ºС.
2) estratosfera Se encuentra por encima de la troposfera y tiene una altura de hasta 50 km desde la superficie del planeta. La temperatura a una altitud de hasta 30 km es constante -50ºС. Luego comienza a subir y a una altitud de 50 km alcanza los +10ºС.
El límite superior de la biosfera es la pantalla de ozono.
La pantalla de ozono es una capa de la atmósfera dentro de la estratosfera, ubicada a diferentes alturas de la superficie de la Tierra y que tiene una densidad máxima de ozono a una altitud de 20 a 26 km.
La altura de la capa de ozono en los polos se estima en 7-8 km, en el ecuador en 17-18 km, y la altura máxima de presencia de ozono es de 45-50 km. La vida por encima de la capa de ozono es imposible debido a la intensa radiación ultravioleta del sol. Si comprimes todas las moléculas de ozono, obtendrás una capa de ~ 3 mm alrededor del planeta.
3) mesosfera– el límite superior de esta capa se sitúa hasta una altura de 80 km. Su característica principal es una fuerte caída de la temperatura -90ºС en su límite superior. Aquí se registran nubes noctilucentes formadas por cristales de hielo.
4) Ionosfera (termósfera) - se encuentra a una altitud de 800 km y se caracteriza por un aumento significativo de temperatura:
150 km temperatura +240ºС,
200 km temperatura +500ºС,
600 km temperatura +1500ºС.
Bajo la influencia de la radiación ultravioleta del Sol, los gases se encuentran en un estado ionizado. La ionización está asociada al brillo de los gases y la aparición de auroras.
La ionosfera tiene la capacidad de reflejar repetidamente ondas de radio, lo que garantiza las comunicaciones por radio a larga distancia en el planeta.
5) exosfera– se sitúa por encima de los 800 km y se extiende hasta los 3000 km. Aquí la temperatura es >2000ºС. La velocidad del movimiento del gas se acerca a la crítica ~ 11,2 km/seg. Los átomos dominantes son el hidrógeno y el helio, que forman una corona luminosa alrededor de la Tierra que se extiende hasta una altitud de 20.000 km.
Funciones de la atmósfera
1) Termorregulador: el tiempo y el clima en la Tierra dependen de la distribución del calor y la presión.
2) Soporte vital.
3) En la troposfera se producen movimientos globales verticales y horizontales de masas de aire, que determinan el ciclo del agua y el intercambio de calor.
4) Casi todas las superficies procesos geológicos Son causados por la interacción de la atmósfera, la litosfera y la hidrosfera.
5) Protectora: la atmósfera protege a la Tierra del espacio, la radiación solar y el polvo de meteoritos.
Funciones de la atmósfera. Sin la atmósfera, la vida en la Tierra sería imposible. Una persona consume entre 12 y 15 kg al día. aire, inhalando cada minuto de 5 a 100 litros, lo que supera significativamente la necesidad diaria promedio de alimentos y agua. Además, la atmósfera protege de forma fiable a las personas de los peligros que les amenazan desde el espacio: no deja pasar meteoritos ni radiaciones cósmicas. Una persona puede vivir sin comida cinco semanas, sin agua cinco días y sin aire cinco minutos. La vida humana normal requiere no sólo aire, sino también cierta pureza del mismo. La salud de las personas, el estado de la flora y la fauna, la resistencia y durabilidad de las estructuras y estructuras de los edificios dependen de la calidad del aire. El aire contaminado es destructivo para las aguas, la tierra, los mares y los suelos. La atmósfera determina la luz y regula los regímenes térmicos de la tierra, contribuye a la redistribución del calor en el globo. La capa de gas protege a la Tierra del enfriamiento y calentamiento excesivos. Si nuestro planeta no estuviera rodeado por una capa de aire, en un día la amplitud de las fluctuaciones de temperatura alcanzaría los 200 C. La atmósfera salva a todos los seres vivos de la Tierra de los destructivos rayos ultravioleta, rayos X y cósmicos. La atmósfera juega un papel importante en la distribución de la luz. Su aire descompone los rayos del sol en un millón de pequeños rayos, los dispersa y crea una iluminación uniforme. La atmósfera sirve como conductora de sonidos.
La estructura de la atmósfera terrestre.
La atmósfera es la capa gaseosa de la Tierra con las partículas de aerosol que contiene, que se mueve junto con la Tierra en el espacio como un todo y al mismo tiempo participa en la rotación de la Tierra. La mayor parte de nuestra vida transcurre en el fondo de la atmósfera.
Casi todos nuestros planetas tienen sus propias atmósferas. sistema solar, pero sólo la atmósfera terrestre es capaz de sustentar vida.
Cuando nuestro planeta se formó hace 4.500 millones de años, aparentemente carecía de atmósfera. La atmósfera se formó como resultado de emisiones volcánicas de vapor de agua mezclado con dióxido de carbono, nitrógeno y otros sustancias químicas desde las profundidades del joven planeta. Pero la atmósfera puede contener Cantidad limitada humedad, por lo que su exceso como consecuencia de la condensación dio lugar a los océanos. Pero entonces la atmósfera estaba desprovista de oxígeno. Los primeros organismos vivos que surgieron y se desarrollaron en el océano, como resultado de la reacción de fotosíntesis (H 2 O + CO 2 = CH 2 O + O 2), comenzaron a liberar pequeñas porciones de oxígeno, que comenzaron a ingresar a la atmósfera.
La formación de oxígeno en la atmósfera terrestre condujo a la formación de la capa de ozono en altitudes de aproximadamente 8 a 30 km. Y así nuestro planeta ha adquirido protección contra los efectos nocivos de la radiación ultravioleta. Esta circunstancia sirvió de impulso para mayor evolución formas de vida en la Tierra, porque Como resultado del aumento de la fotosíntesis, la cantidad de oxígeno en la atmósfera comenzó a crecer rápidamente, lo que contribuyó a la formación y mantenimiento de formas de vida, incluso en la tierra.
Hoy nuestra atmósfera se compone de 78,1% de nitrógeno, 21% de oxígeno, 0,9% de argón y 0,04% de dióxido de carbono. Fracciones muy pequeñas en comparación con los gases principales son el neón, el helio, el metano y el criptón.
Las partículas de gas contenidas en la atmósfera se ven afectadas por la fuerza de gravedad de la Tierra. Y, dado que el aire es comprimible, su densidad disminuye gradualmente con la altura, pasando al espacio exterior sin un límite claro. La mitad de la masa total de la atmósfera terrestre se concentra en los 5 km inferiores, tres cuartas partes en los 10 km inferiores y nueve décimas partes en los 20 km inferiores. El 99% de la masa de la atmósfera terrestre se concentra por debajo de una altitud de 30 km, lo que representa sólo el 0,5% del radio ecuatorial de nuestro planeta.
Al nivel del mar, el número de átomos y moléculas por centímetro cúbico de aire es de aproximadamente 2 * 10 19, a una altitud de 600 km solo 2 * 10 7. Al nivel del mar, un átomo o molécula recorre aproximadamente 7 * 10 -6 cm antes de chocar con otra partícula. A una altitud de 600 km, esta distancia es de unos 10 km. Y al nivel del mar, se producen aproximadamente 7 * 10 9 colisiones de este tipo por segundo, a una altitud de 600 km, ¡sólo aproximadamente una por minuto!
Pero no sólo la presión cambia con la altitud. La temperatura también cambia. Así, por ejemplo, al pie. Montaña alta Puede hacer bastante calor, mientras que la cima de la montaña está cubierta de nieve y la temperatura allí al mismo tiempo es bajo cero. Y si tomas un avión a una altitud de unos 10-11 km, puedes escuchar el mensaje de que afuera hace -50 grados, mientras que en la superficie de la tierra hace 60-70 grados más caliente...
Inicialmente, los científicos supusieron que la temperatura disminuye con la altura hasta alcanzar el cero absoluto (-273,16°C). Pero eso no es cierto.
La atmósfera de la Tierra consta de cuatro capas: troposfera, estratosfera, mesosfera, ionosfera (termósfera). Esta división en capas también se adoptó basándose en datos sobre cambios de temperatura con la altura. La capa más baja, donde la temperatura del aire disminuye con la altura, se llama troposfera. La capa por encima de la troposfera, donde la caída de temperatura se detiene, es reemplazada por una isoterma y finalmente la temperatura comienza a subir, se llama estratosfera. La capa situada encima de la estratosfera en la que la temperatura vuelve a descender rápidamente es la mesosfera. Y por último, la capa donde la temperatura comienza a subir nuevamente se llama ionosfera o termosfera.
La troposfera se extiende en promedio hasta los 12 km inferiores. Aquí es donde se forma nuestro clima. Las nubes más altas (cirros) se forman en las capas superiores de la troposfera. La temperatura en la troposfera disminuye adiabáticamente con la altura, es decir El cambio de temperatura se produce debido a la disminución de la presión con la altura. El perfil de temperatura de la troposfera está determinado en gran medida por la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra. Como resultado del calentamiento de la superficie de la Tierra por el Sol, se forman corrientes convectivas y turbulentas dirigidas hacia arriba, que forman el clima. Vale la pena señalar que la influencia de la superficie subyacente sobre las capas inferiores de la troposfera se extiende hasta una altura de aproximadamente 1,5 km. Por supuesto, excluyendo las zonas montañosas.
El límite superior de la troposfera es la tropopausa, una capa isotérmica. Recordar aspecto característico nubes de tormenta, cuya cima es un "lanzamiento" nubes cirros, llamado "yunque". Este "yunque" simplemente se "extiende" bajo la tropopausa, porque Debido a la isoterma, las corrientes de aire ascendentes se debilitan significativamente y la nube deja de desarrollarse verticalmente. Pero en casos especiales y raros, las cimas de los cumulonimbos pueden invadir las capas inferiores de la estratosfera, rompiendo la tropopausa.
La altura de la tropopausa depende de la latitud. Así, en el ecuador se encuentra a una altitud de aproximadamente 16 km y su temperatura es de unos –80°C. En los polos, la tropopausa se encuentra más abajo, a aproximadamente 8 km de altitud. En verano la temperatura aquí es de –40°C y –60°C en invierno. Así, a pesar de las temperaturas más altas en la superficie de la Tierra, la tropopausa tropical es mucho más fría que en los polos.
Planeta azul...
Este tema debería haber sido uno de los primeros en aparecer en el sitio. Después de todo, los helicópteros son aviones atmosféricos. atmósfera terrestre– su hábitat, por así decirlo:-). A propiedades físicas aire Esto es precisamente lo que determina la calidad de este hábitat :-). Es decir, este es uno de los básicos. Y siempre escriben primero sobre la base. Pero sólo ahora me di cuenta de esto. Sin embargo, como sabes, más vale tarde que nunca... Toquemos este tema, sin entrar en detalles y complicaciones innecesarias :-).
Entonces… atmósfera terrestre. Esta es la capa gaseosa de nuestro planeta azul. Todo el mundo conoce este nombre. ¿Por qué azul? Simplemente porque el componente “azul” (y azul y violeta) luz de sol(espectro) está mejor disperso en la atmósfera, por lo que lo colorea de un tono azulado azulado, a veces con un toque violeta (en un día soleado, por supuesto :-)).
Composición de la atmósfera terrestre.
La composición de la atmósfera es bastante amplia. No enumeraré todos los componentes en el texto; hay un buen ejemplo de esto. La composición de todos estos gases es casi constante, con la excepción del dióxido de carbono (CO 2 ). Además, la atmósfera contiene necesariamente agua en forma de vapor, gotas en suspensión o cristales de hielo. La cantidad de agua no es constante y depende de la temperatura y, en menor medida, de la presión del aire. Además, la atmósfera terrestre (especialmente la actual) contiene una cierta cantidad de, yo diría, “todo tipo de cosas desagradables” :-). Estos son SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, además hay vapores de mercurio Hg. Es cierto que todo esto está ahí en pequeñas cantidades, gracias a Dios :-).
atmósfera terrestre Se acostumbra dividirlo en varias zonas sucesivas en altura sobre la superficie.
La primera, la más cercana a la Tierra, es la troposfera. Esta es la capa más baja y, por así decirlo, principal de la vida. diferentes tipos. Contiene el 80% de la masa de todo el aire atmosférico (aunque en volumen es sólo aproximadamente el 1% de toda la atmósfera) y aproximadamente el 90% de toda el agua atmosférica. La mayor parte de todos los vientos, nubes, lluvia y nieve 🙂 provienen de allí. La troposfera se extiende hasta altitudes de unos 18 km en latitudes tropicales y hasta 10 km en latitudes polares. La temperatura del aire en él desciende con un aumento de altura de aproximadamente 0,65º por cada 100 m.
Zonas atmosféricas.
Zona dos: estratosfera. Hay que decir que entre la troposfera y la estratosfera hay otra zona estrecha: la tropopausa. Impide que la temperatura baje con la altura. La tropopausa tiene un espesor promedio de 1,5 a 2 km, pero sus límites no están claros y la troposfera a menudo se superpone a la estratosfera.
Así, la estratosfera tiene una altura media de 12 a 50 km. La temperatura en él permanece sin cambios hasta los 25 km (aproximadamente -57ºС), luego hasta los 40 km sube aproximadamente a 0ºС y luego permanece sin cambios hasta los 50 km. La estratosfera es una parte relativamente tranquila de la atmósfera terrestre. En él prácticamente no se presentan condiciones climáticas adversas. Es en la estratosfera donde se encuentra la famosa capa de ozono, a altitudes de 15 a 20 km a 55 a 60 km.
A esto le sigue una pequeña capa límite, la estratopausa, en la que la temperatura se mantiene en torno a los 0ºC, y luego la siguiente zona es la mesosfera. Se extiende a altitudes de 80-90 km, y en él la temperatura desciende hasta unos 80ºC. En la mesosfera, los pequeños meteoros suelen hacerse visibles, comienzan a brillar y arden allí.
El siguiente intervalo estrecho es la mesopausa y más allá la zona de la termosfera. Su altura es de hasta 700-800 km. Aquí la temperatura comienza a subir nuevamente y en altitudes de unos 300 km puede alcanzar valores del orden de 1200ºС. Entonces permanece constante. Dentro de la termosfera, hasta una altitud de unos 400 km, se encuentra la ionosfera. Aquí el aire está altamente ionizado debido a la exposición a la radiación solar y tiene una alta conductividad eléctrica.
La siguiente y, en general, la última zona es la exosfera. Esta es la llamada zona de dispersión. Aquí se encuentra principalmente hidrógeno y helio muy enrarecidos (con predominio de hidrógeno). A altitudes de unos 3.000 km, la exosfera pasa al vacío del espacio cercano.
Algo como esto. ¿Por qué aproximadamente? Porque estas capas son bastante convencionales. Son posibles varios cambios de altitud, composición de gases, agua, temperatura, ionización, etc. Además, existen muchos más términos que definen la estructura y el estado de la atmósfera terrestre.
Por ejemplo, homosfera y heterosfera. En el primero, los gases atmosféricos están bien mezclados y su composición es bastante homogénea. El segundo está situado encima del primero y allí prácticamente no se produce tal mezcla. Los gases que contiene están separados por gravedad. El límite entre estas capas se encuentra a una altitud de 120 km y se llama turbopausa.
Terminemos con los términos, pero agregaré definitivamente que convencionalmente se acepta que el límite de la atmósfera se encuentra a una altitud de 100 km sobre el nivel del mar. Esta frontera se llama Línea Karman.
Agregaré dos imágenes más para ilustrar la estructura de la atmósfera. El primero, sin embargo, está en alemán, pero es completo y bastante fácil de entender :-). Se puede ampliar y ver claramente. El segundo muestra el cambio de la temperatura atmosférica con la altitud.
La estructura de la atmósfera terrestre.
La temperatura del aire cambia con la altitud.
Las naves espaciales orbitales tripuladas modernas vuelan a altitudes de entre 300 y 400 km. Sin embargo, esto ya no es aviación, aunque el área, por supuesto, es en cierto sentido estrechamente relacionada, y definitivamente hablaremos de ella más tarde :-).
La zona de la aviación es la troposfera. Los aviones atmosféricos modernos también pueden volar en las capas inferiores de la estratosfera. Por ejemplo, el techo práctico del MIG-25RB es de 23.000 m.
Vuelo en la estratosfera.
Y exactamente propiedades fisicas del aire La troposfera determina cómo será el vuelo, qué tan efectivo será el sistema de control de la aeronave, cómo le afectarán las turbulencias en la atmósfera y cómo funcionarán los motores.
La primera propiedad principal es temperatura del aire. En dinámica de gases, se puede determinar en la escala Celsius o en la escala Kelvin.
Temperatura t 1 a una altura determinada norte en la escala Celsius está determinada por:
t 1 = t - 6,5N, Dónde t– temperatura del aire cerca del suelo.
La temperatura en la escala Kelvin se llama temperatura absoluta, el cero en esta escala es el cero absoluto. En cero absoluto El movimiento térmico de las moléculas se detiene. Cero absoluto en la escala Kelvin corresponde a -273º en la escala Celsius.
En consecuencia la temperatura t en las alturas norte en la escala Kelvin está determinada por:
T = 273 K + t - 6,5 H
Presión del aire. La presión atmosférica se mide en pascales (N/m2), en el antiguo sistema de medida en atmósferas (atm.). También existe la presión barométrica. Esta es la presión medida en milímetros de mercurio usando un barómetro de mercurio. Presión barométrica (presión al nivel del mar) igual a 760 mmHg. Arte. llamado estándar. En física 1 atm. exactamente igual a 760 mm Hg.
Densidad del aire. En aerodinámica, el concepto más utilizado es el de densidad de masa del aire. Esta es la masa de aire en 1 m3 de volumen. La densidad del aire cambia con la altitud, el aire se vuelve más enrarecido.
Humedad del aire. Muestra la cantidad de agua en el aire. Hay un concepto " humedad relativa" Esta es la relación entre la masa de vapor de agua y el máximo posible a una temperatura determinada. El concepto de 0%, es decir, cuando el aire está completamente seco, sólo puede existir en el laboratorio. Por otro lado, una humedad del 100% es bastante posible. Esto quiere decir que el aire ha absorbido toda el agua que podía absorber. Algo así como una “esponja absolutamente llena”. Una humedad relativa alta reduce la densidad del aire, mientras que una humedad relativa baja la aumenta.
Debido al hecho de que los vuelos de los aviones se realizan en diferentes condiciones atmosféricas, sus parámetros de vuelo y aerodinámicos en el mismo modo de vuelo pueden ser diferentes. Por lo tanto, para estimar correctamente estos parámetros, introdujimos Atmósfera estándar internacional (ISA). Muestra el cambio en el estado del aire al aumentar la altitud.
Los parámetros básicos del aire acondicionado con humedad cero se toman de la siguiente manera:
presión P = 760 mm Hg. Arte. (101,3kPa);
temperatura t = +15°C (288 K);
densidad de masa ρ = 1,225 kg/m 3 ;
Para la ISA se acepta (como se mencionó anteriormente :-)) que la temperatura desciende en la troposfera 0,65º por cada 100 metros de altitud.
Atmósfera estándar (ejemplo hasta 10.000 m).
Las tablas MSA se utilizan para calibrar instrumentos, así como para cálculos de navegación y de ingeniería.
Propiedades físicas del aire. También se incluyen conceptos como inercia, viscosidad y compresibilidad.
La inercia es una propiedad del aire que caracteriza su capacidad para resistir cambios en su estado de reposo o movimiento lineal uniforme. . Una medida de la inercia es la densidad de masa del aire. Cuanto mayor sea, mayor será la fuerza de inercia y resistencia del medio cuando el avión se mueve en él.
Viscosidad Determina la resistencia a la fricción del aire cuando la aeronave está en movimiento.
La compresibilidad determina el cambio en la densidad del aire con los cambios de presión. A bajas velocidades aeronave(hasta 450 km/h) cambios de presión al circular a su alrededor por flujo de aire no sucede, pero cuando altas velocidades El efecto de compresibilidad comienza a aparecer. Su influencia es especialmente notable a velocidades supersónicas. Esta es un área separada de la aerodinámica y un tema para un artículo separado :-).
Bueno, esto parece ser todo por ahora... Es hora de terminar esta enumeración un poco tediosa, que, sin embargo, no se puede evitar :-). atmósfera terrestre, sus parámetros, propiedades fisicas del aire son tan importantes para la aeronave como los parámetros del propio dispositivo y no pueden ignorarse.
Chau, hasta próximas reuniones y más temas interesantes :)...
PD De postre, sugiero ver un vídeo filmado desde la cabina de un MIG-25PU gemelo durante su vuelo hacia la estratosfera. Al parecer fue filmado por un turista que tiene dinero para ese tipo de vuelos :-). Filmado principalmente a través Parabrisas. Presta atención al color del cielo...
La atmósfera es envoltura de aire Tierra. Extendiéndose hasta 3000 km desde la superficie terrestre. Sus huellas se remontan a altitudes de hasta 10.000 km. A. tiene una densidad desigual 50 5 sus masas se concentran hasta 5 km, 75% - hasta 10 km, 90% - hasta 16 km.
La atmósfera se compone de aire, una mezcla mecánica de varios gases.
Nitrógeno(78%) en la atmósfera desempeña el papel de diluyente de oxígeno, regulando la velocidad de oxidación y, en consecuencia, la velocidad e intensidad de los procesos biológicos. El nitrógeno es el elemento principal de la atmósfera terrestre, que se intercambia continuamente con la materia viva de la biosfera, y los componentes de esta última son compuestos nitrogenados (aminoácidos, purinas, etc.). El nitrógeno se extrae de la atmósfera por vías inorgánicas y bioquímicas, aunque están estrechamente interrelacionadas. La extracción inorgánica está asociada a la formación de sus compuestos N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3. Se encuentran en la precipitación y se forman en la atmósfera bajo la influencia de descargas eléctricas durante tormentas o fotografías. reacciones químicas bajo la influencia de la radiación solar.
La fijación biológica del nitrógeno la llevan a cabo algunas bacterias en simbiosis con las plantas superiores del suelo. El nitrógeno también lo fijan algunos microorganismos del plancton y algas en Ambiente marino. Cuantitativamente, la fijación biológica de nitrógeno supera a su fijación inorgánica. El intercambio de todo el nitrógeno de la atmósfera se produce en aproximadamente 10 millones de años. El nitrógeno se encuentra en gases de origen volcánico y en rocas ígneas. Cuando se calientan varias muestras de rocas cristalinas y meteoritos, se libera nitrógeno en forma de moléculas de N 2 y NH 3. Sin embargo, la principal forma de presencia del nitrógeno, tanto en la Tierra como en los planetas terrestres, es molecular. El amoníaco, al entrar a la atmósfera superior, se oxida rápidamente y libera nitrógeno. En las rocas sedimentarias está enterrado junto con la materia orgánica y se encuentra en mayores cantidades en los depósitos bituminosos. Durante el metamorfismo regional de estas rocas, el nitrógeno en diversas formas liberado a la atmósfera terrestre.
Ciclo geoquímico del nitrógeno (
Oxígeno(21%) es utilizado por organismos vivos para la respiración y forma parte de la materia orgánica (proteínas, grasas, carbohidratos). Ozono O 3. retrasa la radiación ultravioleta del sol, que destruye la vida.
El oxígeno es el segundo gas más extendido en la atmósfera y desempeña un papel extremadamente importante en muchos procesos de la biosfera. La forma dominante de su existencia es el O 2. En las capas superiores de la atmósfera, bajo la influencia de la radiación ultravioleta, se produce la disociación de las moléculas de oxígeno y, a una altitud de aproximadamente 200 km, la proporción de oxígeno atómico a molecular (O: O 2) se vuelve igual a 10. Cuando estos Las formas de oxígeno interactúan en la atmósfera (a una altitud de 20 a 30 km), un cinturón de ozono (pantalla de ozono). El ozono (O 3) es necesario para los organismos vivos, ya que bloquea la mayor parte de la radiación ultravioleta del sol, que es perjudicial para ellos.
En las primeras etapas del desarrollo de la Tierra, el oxígeno libre apareció en cantidades muy pequeñas como resultado de la fotodisociación del dióxido de carbono y las moléculas de agua en las capas superiores de la atmósfera. Sin embargo, estas pequeñas cantidades fueron rápidamente consumidas por la oxidación de otros gases. Con la aparición de organismos fotosintéticos autótrofos en el océano, la situación cambió significativamente. La cantidad de oxígeno libre en la atmósfera comenzó a aumentar progresivamente, oxidando activamente muchos componentes de la biosfera. Así, las primeras porciones de oxígeno libre contribuyeron principalmente a la transición de formas ferrosas de hierro a formas de óxido y de sulfuros a sulfatos.
Con el tiempo, la cantidad de oxígeno libre en la atmósfera terrestre alcanzó una determinada masa y se equilibró de tal manera que la cantidad producida llegó a ser igual a la cantidad absorbida. En la atmósfera se ha establecido un contenido relativamente constante de oxígeno libre.
Ciclo geoquímico del oxígeno (VIRGINIA. Vronsky, G.V. Voitkevich)
Dióxido de carbono, participa en la formación de materia viva y, junto con el vapor de agua, crea el llamado "efecto invernadero (invernadero)".
Carbono (dióxido de carbono): la mayor parte de la atmósfera se encuentra en forma de CO 2 y mucho menos en forma de CH 4. La importancia de la historia geoquímica del carbono en la biosfera es extremadamente grande, ya que forma parte de todos los organismos vivos. Dentro de los organismos vivos predominan las formas reducidas de carbono, y en ambiente Las biosferas se oxidan. De este modo se establece un intercambio químico. ciclo vital: CO 2 ↔ materia viva.
La fuente de dióxido de carbono primario en la biosfera es la actividad volcánica asociada con la desgasificación secular del manto y los horizontes inferiores de la corteza terrestre. Parte de este dióxido de carbono surge durante la descomposición térmica de calizas antiguas en diversas zonas metamórficas. La migración de CO 2 en la biosfera se produce de dos maneras.
El primer método se expresa en la absorción de CO 2 durante la fotosíntesis con la formación de sustancias orgánicas y su posterior entierro en condiciones reductoras favorables en la litosfera en forma de turba, carbón, esquisto bituminoso y bituminoso. Según el segundo método, la migración de carbono conduce a la creación de un sistema de carbonato en la hidrosfera, donde el CO 2 se convierte en H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. Luego, con la participación del calcio (menos comúnmente magnesio y hierro), los carbonatos se depositan a través de vías biogénicas y abiogénicas. Aparecen gruesas capas de piedra caliza y dolomita. Según A. B. Ronov, la proporción de carbono orgánico (Corg) a carbono carbonatado (Ccarb) en la historia de la biosfera fue de 1:4.
Junto con el ciclo global del carbono, también existen varios ciclos pequeños del carbono. Entonces, en la tierra, las plantas verdes absorben CO 2 para el proceso de fotosíntesis en tiempo de día, y por la noche lo liberan a la atmósfera. Con la muerte de los organismos vivos en la superficie terrestre, se produce la oxidación de sustancias orgánicas (con la participación de microorganismos) con la liberación de CO 2 a la atmósfera. EN últimas décadas Un lugar especial en el ciclo del carbono lo ocupa la combustión masiva de combustibles fósiles y el aumento de su contenido en la atmósfera moderna.
ciclo del carbono en envoltura geográfica(según F. Ramad, 1981)
Argón- el tercer gas atmosférico más extendido, lo que lo distingue claramente de otros gases inertes, que están muy escasamente distribuidos. Sin embargo, el argón en su historia geologica comparte el destino de estos gases, que se caracterizan por dos características:
- la irreversibilidad de su acumulación en la atmósfera;
- estrecha relación con la desintegración radiactiva de ciertos isótopos inestables.
Los gases inertes están fuera del ciclo de la mayoría de los elementos cíclicos de la biosfera de la Tierra.
Todos los gases inertes se pueden dividir en primarios y radiogénicos. Los principales incluyen aquellos que fueron capturados por la Tierra durante su formación. Son extremadamente raros. La parte primaria del argón está representada principalmente por los isótopos 36 Ar y 38 Ar, mientras que el argón atmosférico está formado íntegramente por el isótopo 40 Ar (99,6%), que es indudablemente radiogénico. En las rocas que contienen potasio, la acumulación de argón radiogénico ocurrió y continúa ocurriendo debido a la desintegración del potasio-40 mediante la captura de electrones: 40 K + e → 40 Ar.
Por tanto, el contenido de argón en las rocas está determinado por su edad y la cantidad de potasio. En este sentido, la concentración de helio en las rocas es función de su edad y del contenido de torio y uranio. El argón y el helio se liberan a la atmósfera desde las entrañas de la tierra durante las erupciones volcánicas, a través de grietas en la corteza terrestre en forma de chorros de gas, así como durante la erosión de las rocas. Según cálculos realizados por P. Dimon y J. Culp, el helio y el argón en era moderna Se acumulan en la corteza terrestre y entran a la atmósfera en cantidades relativamente pequeñas. La tasa de entrada de estos gases radiogénicos es tan baja que durante la historia geológica de la Tierra no se pudo asegurar su contenido observado en la atmósfera moderna. Por lo tanto, queda por suponer que la mayor parte del argón de la atmósfera provino de las entrañas de la Tierra en las primeras etapas de su desarrollo y mucho menos se añadió posteriormente durante el proceso de vulcanismo y durante la erosión de las rocas que contienen potasio.
Así, a lo largo del tiempo geológico, el helio y el argón han tenido diferentes procesos de migración. Hay muy poco helio en la atmósfera (alrededor de 5 * 10 -4%), y la "respiración de helio" de la Tierra era más ligera, ya que, como gas más ligero, se evaporaba en el espacio exterior. Y la “respiración de argón” era intensa y el argón permaneció dentro de los límites de nuestro planeta. La mayoría de los gases nobles primordiales, como el neón y el xenón, estaban asociados con el neón primordial capturado por la Tierra durante su formación, así como con su liberación durante la desgasificación del manto a la atmósfera. Todo el conjunto de datos sobre la geoquímica de los gases nobles indica que la atmósfera primaria de la Tierra surgió en las primeras etapas de su desarrollo.
La atmósfera contiene vapor de agua Y agua en estado líquido y sólido. El agua en la atmósfera es un importante acumulador de calor.
Las capas inferiores de la atmósfera contienen una gran cantidad de polvos y aerosoles minerales y tecnogénicos, productos de combustión, sales, esporas y polen, etc.
Hasta una altitud de 100-120 km, debido a la mezcla completa del aire, la composición de la atmósfera es homogénea. La relación entre nitrógeno y oxígeno es constante. Arriba predominan los gases inertes, el hidrógeno, etc. En las capas inferiores de la atmósfera hay vapor de agua. Con la distancia de la tierra su contenido disminuye. Cuanto más cambia la proporción de gases, por ejemplo, a una altitud de 200 a 800 km, el oxígeno predomina sobre el nitrógeno entre 10 y 100 veces.
Cualquiera que haya volado en avión está acostumbrado a recibir este tipo de mensajes: “nuestro vuelo se realiza a una altitud de 10.000 m, la temperatura exterior es de 50 °C”. No parece nada especial. Cuanto más lejos de la superficie de la Tierra calentada por el Sol, más fría es. Mucha gente piensa que la temperatura disminuye continuamente con la altitud y que la temperatura desciende gradualmente, acercándose a la temperatura del espacio. Por cierto, los científicos pensaban lo mismo hasta finales del siglo XIX.
Echemos un vistazo más de cerca a la distribución de la temperatura del aire sobre la Tierra. La atmósfera está dividida en varias capas, que reflejan principalmente la naturaleza de los cambios de temperatura.
La capa inferior de la atmósfera se llama troposfera, que significa "esfera de rotación". Todos los cambios en el tiempo y el clima son el resultado procesos fisicos, ocurriendo precisamente en esta capa. El límite superior de esta capa se encuentra donde la disminución de la temperatura con la altura es reemplazada por su aumento, aproximadamente a una altitud de 15 a 16 km sobre el ecuador y de 7 a 8 km sobre los polos. Al igual que la Tierra misma, la atmósfera, bajo la influencia de la rotación de nuestro planeta, también se aplana un poco sobre los polos y se hincha sobre el ecuador. Sin embargo, este efecto se expresa mucho más fuertemente en la atmósfera que en la capa sólida de la Tierra. En la dirección desde la superficie de la Tierra hasta el límite superior de la troposfera, la temperatura del aire disminuye. Por encima del ecuador, la temperatura mínima del aire es de unos -62°C, y por encima de los polos, de unos -45°C. En latitudes templadas, más del 75% de la masa de la atmósfera se encuentra en la troposfera. En los trópicos, aproximadamente el 90% de la masa de la atmósfera se encuentra dentro de la troposfera.
En 1899, se encontró un mínimo en el perfil vertical de temperatura a cierta altitud, y luego la temperatura aumentó ligeramente. El comienzo de este aumento significa la transición a la siguiente capa de la atmósfera: a estratosfera, que significa "capa esfera". El término estratosfera significa y refleja la idea anterior de la singularidad de la capa que se encuentra sobre la troposfera. La estratosfera se extiende hasta una altitud de unos 50 km por encima. superficie de la Tierra. Su peculiaridad es, en particular, un fuerte aumento de la temperatura del aire. Este aumento de temperatura se atribuye a la formación de ozono, una de las principales reacciones químicas que se producen en la atmósfera.
La mayor parte del ozono se concentra en altitudes de aproximadamente 25 km, pero en general la capa de ozono es una capa muy extendida que cubre casi toda la estratosfera. La interacción del oxígeno con los rayos ultravioleta es uno de los procesos beneficiosos de la atmósfera terrestre que contribuye al mantenimiento de la vida en la Tierra. La absorción de esta energía por el ozono impide su flujo excesivo hacia la superficie terrestre, donde se crea exactamente el nivel de energía adecuado para la existencia de formas de vida terrestres. La ozonosfera absorbe parte de la energía radiante que atraviesa la atmósfera. Como resultado, en la ozonosfera se establece un gradiente vertical de temperatura del aire de aproximadamente 0,62°C por 100 m, es decir, la temperatura aumenta con la altitud hasta el límite superior de la estratosfera, la estratopausa (50 km), alcanzando, según algunos datos, 0°C.
En altitudes de 50 a 80 km hay una capa de la atmósfera llamada mesosfera. La palabra "mesosfera" significa "esfera intermedia", donde la temperatura del aire continúa disminuyendo con la altura. Por encima de la mesosfera, en una capa llamada termosfera, la temperatura vuelve a subir con la altitud hasta unos 1000°C y luego baja muy rápidamente a -96°C. Sin embargo, no baja indefinidamente, luego la temperatura vuelve a aumentar.
termosfera es la primera capa ionosfera. A diferencia de las capas mencionadas anteriormente, la ionosfera no se distingue por la temperatura. La ionosfera es un área que tiene naturaleza electrica, gracias al cual se hacen posibles muchos tipos de comunicaciones por radio. La ionosfera se divide en varias capas, designadas con las letras D, E, F1 y F2. Estas capas también tienen nombres especiales. La separación en capas se debe a varias razones, entre las cuales la más importante es la influencia desigual de las capas en el paso de las ondas de radio. La capa más baja, D, absorbe principalmente ondas de radio y, por lo tanto, evita su propagación. La capa E mejor estudiada se encuentra a una altitud de aproximadamente 100 km sobre la superficie terrestre. También se llama capa de Kennelly-Heaviside por los nombres de los científicos estadounidenses e ingleses que la descubrieron de forma simultánea e independiente. La capa E, como un espejo gigante, refleja ondas de radio. Gracias a esta capa, las ondas de radio largas viajan distancias más largas de lo que se esperaría si se propagaran solo en línea recta, sin reflejarse en la capa E. La capa F tiene propiedades similares. También se llama capa de Appleton. Junto con la capa de Kennelly-Heaviside, refleja ondas de radio hacia estaciones de radio terrestres. Esta reflexión puede ocurrir en varios ángulos. La capa Appleton se encuentra a una altitud de unos 240 km.
La región más externa de la atmósfera, la segunda capa de la ionosfera, a menudo se llama exosfera. Este término hace referencia a la existencia de las afueras del espacio cercanas a la Tierra. Es difícil determinar exactamente dónde termina la atmósfera y comienza el espacio, ya que con la altitud la densidad de los gases atmosféricos disminuye gradualmente y la atmósfera misma se convierte gradualmente en casi un vacío, en el que solo se encuentran moléculas individuales. Ya a una altitud de aproximadamente 320 km, la densidad de la atmósfera es tan baja que las moléculas pueden viajar más de 1 km sin chocar entre sí. Su límite superior es la parte más exterior de la atmósfera, que se encuentra en altitudes de 480 a 960 km.
Puede encontrar más información sobre los procesos en la atmósfera en el sitio web “Earth Climate”