Atmosfera (z greckiego ατμός - „para” i σφαῖρα - „kula”) - powłoka gazowa ciało niebieskie, trzymany w pobliżu przez grawitację. Atmosfera to gazowa powłoka planety, składająca się z mieszaniny różnych gazów, pary wodnej i pyłu. Atmosfera wymienia materię pomiędzy Ziemią a Kosmosem. Ziemia otrzymuje pył kosmiczny i materiał meteorytowy, a traci najlżejsze gazy: wodór i hel. Atmosfera ziemska przenika na wskroś potężne promieniowanie słoneczne, które determinuje reżim termiczny powierzchni planety, powodując dysocjację cząsteczek gazów atmosferycznych i jonizację atomów.
Atmosfera ziemska zawiera tlen wykorzystywany przez większość organizmów żywych do oddychania oraz dwutlenek węgla zużywany przez rośliny, glony i sinice podczas fotosyntezy. Atmosfera jest także warstwą ochronną planety, chroniącą jej mieszkańców przed promieniowaniem słonecznym promieniowanie ultrafioletowe.
Wszystkie masywne ciała - planety ziemskie i gazowe giganty - mają atmosferę.
Skład atmosferyczny
Atmosfera jest mieszaniną gazów składającą się z azotu (78,08%), tlenu (20,95%), dwutlenku węgla (0,03%), argonu (0,93%), niewielkiej ilości helu, neonu, ksenonu, kryptonu (0,01%), 0,038% dwutlenku węgla i nie duża liczba wodór, hel, inne gazy szlachetne i zanieczyszczenia.
Nowoczesna kompozycja Powietrze na Ziemi powstało ponad sto milionów lat temu, ale gwałtownie wzmożona działalność przemysłowa człowieka doprowadziła jednak do jego zmiany. Obecnie obserwuje się wzrost zawartości CO 2 o około 10-12%. Gazy zawarte w atmosferze pełnią różne funkcje funkcjonalne. Jednak o głównym znaczeniu tych gazów decyduje przede wszystkim fakt, że bardzo silnie pochłaniają one energię promieniowania i przez to mają istotny wpływ na reżim temperaturowy powierzchni Ziemi i atmosfery.
Początkowy skład Atmosfera planety zależy zwykle od właściwości chemicznych i temperaturowych Słońca podczas formowania się planet i późniejszego uwalniania gazów zewnętrznych. Następnie skład powłoki gazowej ewoluuje pod wpływem różnych czynników.
Atmosfery Wenus i Marsa składają się głównie z dwutlenku węgla z niewielkimi dodatkami azotu, argonu, tlenu i innych gazów. Atmosfera ziemska w w dużej mierze jest produktem żyjących w nim organizmów. Gazowe olbrzymy o niskiej temperaturze – Jowisz, Saturn, Uran i Neptun – mogą zatrzymywać głównie gazy o niskiej masie cząsteczkowej – wodór i hel. Wręcz przeciwnie, wysokotemperaturowe gazowe giganty, takie jak Ozyrys czy 51 Pegasi b, nie są w stanie go utrzymać, a cząsteczki ich atmosfery są rozproszone w przestrzeni. Proces ten zachodzi powoli i stale.
Azot, Najpopularniejszy gaz w atmosferze, jest chemicznie nieaktywny.
Tlen w przeciwieństwie do azotu jest pierwiastkiem bardzo aktywnym chemicznie. Specyficzną funkcją tlenu jest utlenianie materii organicznej organizmów heterotroficznych, skał i niedotlenionych gazów emitowanych do atmosfery przez wulkany. Bez tlenu nie byłoby rozkładu martwej materii organicznej.
Struktura atmosferyczna
Struktura atmosfery składa się z dwóch części: wewnętrznej - troposfery, stratosfery, mezosfery i termosfery, czyli jonosfery, oraz zewnętrznej - magnetosfery (egzosfery).
1) Troposfera– jest to dolna część atmosfery, w której koncentruje się 3/4, tj. ~ 80% całej atmosfery ziemskiej. O jej wysokości decyduje intensywność pionowych (wznoszących się lub opadających) przepływów powietrza wywołanych nagrzewaniem powierzchni Ziemi i oceanu, dlatego też grubość troposfery na równiku wynosi 16–18 km, w umiarkowanych szerokościach geograficznych 10–11 km, a na biegunach – do 8 km. Temperatura powietrza w troposferze na wysokości spada o 0,6°С na każde 100 m i waha się od +40 do - 50°С.
2) Stratosfera znajduje się nad troposferą i ma wysokość do 50 km od powierzchni planety. Temperatura na wysokości do 30 km jest stała -50°С. Potem zaczyna się wznosić i na wysokości 50 km osiąga +10°С.
Górną granicę biosfery stanowi ekran ozonowy.
Ekran ozonowy to warstwa atmosfery w stratosferze, położona na różnych wysokościach od powierzchni Ziemi i posiadająca maksymalną gęstość ozonu na wysokości 20-26 km.
Wysokość warstwy ozonowej na biegunach szacuje się na 7-8 km, na równiku na 17-18 km, a maksymalna wysokość występowania ozonu wynosi 45-50 km. Życie nad osłoną ozonową jest niemożliwe ze względu na ostre promieniowanie ultrafioletowe Słońca. Jeśli skompresujesz wszystkie cząsteczki ozonu, otrzymasz warstwę wokół planety o grubości około 3 mm.
3) Mezosfera– górna granica tej warstwy sięga do wysokości 80 km. Jego główną cechą jest gwałtowny spadek temperatury -90°С w górnej granicy. Zarejestrowano tu nocne chmury składające się z kryształków lodu.
4) Jonosfera (termosfera) - położony jest do wysokości 800 km i charakteryzuje się znacznym wzrostem temperatury:
150 km temperatura +240°С,
200 km temperatura +500°С,
Temperatura 600 km +1500°С.
Pod wpływem promieniowania ultrafioletowego Słońca gazy znajdują się w stanie zjonizowanym. Jonizacja wiąże się ze świeceniem gazów i pojawianiem się zorzy polarnej.
Jonosfera ma zdolność wielokrotnego odbijania fal radiowych, co zapewnia komunikację radiową na duże odległości na planecie.
5) Egzosfera– znajduje się powyżej 800 km i rozciąga się do 3000 km. Tutaj temperatura wynosi >2000°С. Prędkość ruchu gazu zbliża się do krytycznej ~ 11,2 km/sek. Dominującymi atomami są wodór i hel, które tworzą świetlistą koronę wokół Ziemi, rozciągającą się na wysokość 20 000 km.
Funkcje atmosfery
1) Termoregulacja - pogoda i klimat na Ziemi zależą od rozkładu ciepła i ciśnienia.
2) Podtrzymujące życie.
3) W troposferze zachodzą globalne pionowe i poziome ruchy mas powietrza, które determinują obieg wody i wymianę ciepła.
4) Prawie wszystkie powierzchnie procesy geologiczne powstają w wyniku wzajemnego oddziaływania atmosfery, litosfery i hydrosfery.
5) Ochronna - atmosfera chroni Ziemię przed kosmosem, promieniowaniem słonecznym i pyłem meteorytowym.
Funkcje atmosfery. Bez atmosfery życie na Ziemi byłoby niemożliwe. Osoba spożywa dziennie 12-15 kg. powietrza, wdychając co minutę od 5 do 100 litrów, co znacznie przekracza średnie dzienne zapotrzebowanie na żywność i wodę. Ponadto atmosfera niezawodnie chroni ludzi przed niebezpieczeństwami, które zagrażają im z kosmosu: nie przepuszcza meteorytów ani promieniowania kosmicznego. Człowiek może żyć bez jedzenia przez pięć tygodni, bez wody przez pięć dni i bez powietrza przez pięć minut. Normalne życie człowieka wymaga nie tylko powietrza, ale także pewnej jego czystości. Od jakości powietrza zależy zdrowie ludzi, stan flory i fauny, wytrzymałość i trwałość konstrukcji budowlanych i konstrukcji. Zanieczyszczone powietrze ma szkodliwy wpływ na wody, lądy, morza i gleby. Atmosfera determinuje światło i reguluje reżimy termiczne Ziemi, przyczynia się do redystrybucji ciepła na kuli ziemskiej. Powłoka gazowa chroni Ziemię przed nadmiernym ochłodzeniem i nagrzaniem. Gdyby nasza planeta nie była otoczona powłoką powietrzną, wówczas w ciągu jednego dnia amplituda wahań temperatury osiągnęłaby 200 C. Atmosfera chroni wszystko, co żyje na Ziemi przed niszczycielskim promieniowaniem ultrafioletowym, rentgenowskim i kosmicznym. Atmosfera odgrywa ogromną rolę w dystrybucji światła. Jego powietrze rozbija promienie słoneczne na milion małych promieni, rozprasza je i tworzy równomierne oświetlenie. Atmosfera pełni rolę przewodnika dźwięków.
Struktura atmosfery ziemskiej
Atmosfera to gazowa powłoka Ziemi wraz z zawartymi w niej cząsteczkami aerozolu, poruszająca się wraz z Ziemią w przestrzeni jako jedna całość i jednocześnie biorąca udział w obrocie Ziemi. Większość naszego życia toczy się na dnie atmosfery.
Prawie wszystkie nasze planety mają własną atmosferę. Układ Słoneczny, ale tylko atmosfera ziemska jest w stanie utrzymać życie.
Kiedy nasza planeta powstawała 4,5 miliarda lat temu, najwyraźniej była pozbawiona atmosfery. Atmosfera powstała w wyniku emisji wulkanicznej pary wodnej zmieszanej z dwutlenkiem węgla, azotem i innymi substancjami substancje chemiczne z głębin młodej planety. Ale atmosfera może zawierać Limitowana ilość wilgoć, więc jej nadmiar w wyniku kondensacji dał początek oceanom. Ale wtedy atmosfera była pozbawiona tlenu. Pierwsze organizmy żywe, które powstały i rozwinęły się w oceanie, w wyniku reakcji fotosyntezy (H 2 O + CO 2 = CH 2 O + O 2), zaczęły uwalniać niewielkie porcje tlenu, który zaczął przedostawać się do atmosfery.
Powstawanie tlenu w atmosferze ziemskiej doprowadziło do powstania warstwy ozonowej na wysokościach około 8 – 30 km. W ten sposób nasza planeta uzyskała ochronę przed szkodliwymi skutkami badań ultrafioletowych. Ta okoliczność była impulsem do dalsza ewolucja formy życia na Ziemi, ponieważ W wyniku wzmożonej fotosyntezy ilość tlenu w atmosferze zaczęła gwałtownie rosnąć, co przyczyniło się do powstania i utrzymania form życia, także na lądzie.
Dziś nasza atmosfera składa się z 78,1% azotu, 21% tlenu, 0,9% argonu i 0,04% dwutlenku węgla. Bardzo małe frakcje w porównaniu z głównymi gazami to neon, hel, metan i krypton.
Na cząsteczki gazu zawarte w atmosferze oddziałuje siła grawitacji Ziemi. A biorąc pod uwagę, że powietrze jest ściśliwe, jego gęstość stopniowo maleje wraz z wysokością, przechodząc w przestrzeń kosmiczną bez wyraźnej granicy. Połowa całkowitej masy atmosfery ziemskiej koncentruje się w dolnych 5 km, trzy czwarte w dolnych 10 km, dziewięć dziesiątych w dolnych 20 km. 99% masy atmosfery ziemskiej koncentruje się poniżej wysokości 30 km, co stanowi zaledwie 0,5% promienia równikowego naszej planety.
Na poziomie morza liczba atomów i cząsteczek na centymetr sześcienny powietrza wynosi około 2 * 10 19, na wysokości 600 km tylko 2 * 10 7. Na poziomie morza atom lub cząsteczka pokonuje odległość około 7 * 10 -6 cm, zanim zderza się z inną cząstką. Na wysokości 600 km odległość ta wynosi około 10 km. A na poziomie morza co sekundę dochodzi do około 7*10 9 takich kolizji, na wysokości 600 km – tylko około jednej na minutę!
Ale nie tylko ciśnienie zmienia się wraz z wysokością. Zmienia się także temperatura. Na przykład u stóp wysoka góra Może być dość gorąco, szczyt góry pokryty jest śniegiem, a temperatura jest tam jednocześnie poniżej zera. A gdy tylko wlecimy na wysokość ok. 10–11 km, usłyszymy komunikat, że na zewnątrz jest -50 stopni, podczas gdy na powierzchni ziemi jest o 60–70 stopni cieplej...
Początkowo naukowcy zakładali, że temperatura spada wraz z wysokością, aż osiągnie zero absolutne (-273,16°C). Ale to nieprawda.
Atmosfera ziemska składa się z czterech warstw: troposfery, stratosfery, mezosfery, jonosfery (termosfery). Taki podział na warstwy przyjęto także w oparciu o dane dotyczące zmian temperatury wraz z wysokością. Najniższa warstwa, w której temperatura powietrza maleje wraz z wysokością, nazywana jest troposferą. Warstwa nad troposferą, w której zatrzymuje się spadek temperatury, zostaje zastąpiona izotermą i w końcu temperatura zaczyna rosnąć, nazywana jest stratosferą. Warstwa nad stratosferą, w której temperatura ponownie szybko spada, to mezosfera. I wreszcie warstwę, w której temperatura zaczyna ponownie rosnąć, nazwano jonosferą lub termosferą.
Troposfera rozciąga się średnio do dolnych 12 km. To tutaj kształtuje się nasza pogoda. Najwyższe chmury (cirrus) tworzą się w najwyższych warstwach troposfery. Temperatura w troposferze maleje adiabatycznie wraz z wysokością, tj. Zmiana temperatury następuje na skutek spadku ciśnienia wraz z wysokością. Profil temperatur troposfery jest w dużej mierze zdeterminowany przez promieniowanie słoneczne docierające do powierzchni Ziemi. W wyniku nagrzania powierzchni Ziemi przez Słońce powstają przepływy konwekcyjne i turbulentne skierowane ku górze, które tworzą pogodę. Warto zauważyć, że wpływ powierzchni leżącej pod spodem na dolne warstwy troposfery rozciąga się do wysokości około 1,5 km. Oczywiście z wyłączeniem obszarów górskich.
Górną granicę troposfery stanowi tropopauza – warstwa izotermiczna. Pamiętać charakterystyczny wygląd chmury burzowe, których szczyt jest „rzutem” chmury cirusowe, zwane „kowadłem”. To „kowadło” po prostu „rozprzestrzenia się” pod tropopauzą, ponieważ z powodu izotermy wznoszące się prądy powietrza są znacznie osłabione, a chmura przestaje rozwijać się pionowo. Jednak w wyjątkowych, rzadkich przypadkach wierzchołki chmur Cumulonimbus mogą przedostać się do niższych warstw stratosfery, przerywając tropopauzę.
Wysokość tropopauzy zależy od szerokości geograficznej. Zatem na równiku znajduje się na wysokości około 16 km, a jego temperatura wynosi około –80°C. Na biegunach tropopauza znajduje się niżej, na wysokości około 8 km. Latem temperatura wynosi tutaj –40°C, a zimą –60°C. Zatem pomimo wyższych temperatur na powierzchni Ziemi, w tropikalnej tropopauzie jest znacznie chłodniej niż na biegunach.
Błękitna planeta...
Ten temat powinien być jednym z pierwszych, który pojawił się na stronie. W końcu helikoptery to samoloty atmosferyczne. atmosfera ziemska– że tak powiem, ich siedlisko:-). A właściwości fizyczne powietrze To właśnie decyduje o jakości tego siedliska :-). Oznacza to, że jest to jedna z podstaw. I zawsze najpierw piszą o podstawie. Ale uświadomiłem sobie to dopiero teraz. Jednak jak wiadomo, lepiej późno niż wcale... Poruszmy tę kwestię, bez wchodzenia w chwasty i niepotrzebne komplikacje :-).
Więc… atmosfera ziemska. To gazowa powłoka naszej niebieskiej planety. Każdy zna to imię. Dlaczego niebieski? Po prostu dlatego, że jest to składnik „niebieski” (oraz niebieski i fioletowy). światło słoneczne(widmo) jest najlepiej rozproszone w atmosferze, przez co zabarwia je na niebiesko-niebieskawo, czasem z nutą fioletu (oczywiście w słoneczny dzień :-)).
Skład atmosfery ziemskiej.
Skład atmosfery jest dość szeroki. Nie będę wymieniać wszystkich składników w tekście; istnieje dobra ilustracja tego, że skład wszystkich tych gazów jest prawie stały, z wyjątkiem dwutlenku węgla (CO 2 ). Ponadto atmosfera koniecznie zawiera wodę w postaci pary, zawieszonych kropelek lub kryształków lodu. Ilość wody nie jest stała i zależy od temperatury oraz, w mniejszym stopniu, od ciśnienia powietrza. Poza tym atmosfera ziemska (zwłaszcza ta obecna) zawiera pewną ilość, powiedziałbym, „wszelkiego rodzaju paskudnych rzeczy” :-). Są to SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, dodatkowo występują pary rtęci Hg. To prawda, że wszystko to jest w małych ilościach, dzięki Bogu :-).
atmosfera ziemska Zwyczajowo dzieli się go na kilka kolejnych stref na wysokości nad powierzchnią.
Pierwszą, najbliższą Ziemi, jest troposfera. To najniższa i, że tak powiem, główna warstwa życia. różne rodzaje. Zawiera 80% masy całego powietrza atmosferycznego (choć objętościowo stanowi tylko około 1% całej atmosfery) i około 90% całej wody atmosferycznej. Stamtąd pochodzi większość wiatrów, chmur, deszczu i śniegu 🙂. Troposfera rozciąga się na wysokości około 18 km w tropikalnych szerokościach geograficznych i do 10 km w polarnych szerokościach geograficznych. Temperatura powietrza w nim spada wraz ze wzrostem wysokości o około 0,65° na każde 100 m.
Strefy atmosferyczne.
Strefa druga – stratosfera. Trzeba powiedzieć, że między troposferą a stratosferą znajduje się kolejna wąska strefa - tropopauza. Zatrzymuje spadek temperatury wraz z wysokością. Troopauza ma średnią grubość 1,5-2 km, ale jej granice są niejasne, a troposfera często pokrywa się ze stratosferą.
Zatem stratosfera ma średnią wysokość od 12 km do 50 km. Temperatura w nim pozostaje niezmieniona do 25 km (około -57°С), następnie gdzieś do 40 km wzrasta do około 0°С, a następnie pozostaje niezmieniona do 50 km. Stratosfera jest stosunkowo spokojną częścią atmosfery ziemskiej. Nie ma w nim praktycznie żadnych niekorzystnych warunków atmosferycznych. To w stratosferze słynna warstwa ozonowa znajduje się na wysokościach od 15-20 km do 55-60 km.
Następnie następuje mała warstwa graniczna, stratopauza, w której temperatura utrzymuje się na poziomie około 0°C, a następną strefą jest mezosfera. Rozciąga się na wysokościach 80-90 km, a temperatura spada w nim do około 80°C. W mezosferze zwykle stają się widoczne małe meteoryty, zaczynają w nich świecić i tam się spalają.
Następny wąski przedział to mezopauza, a za nią strefa termosfery. Jego wysokość dochodzi do 700-800 km. Tutaj temperatura zaczyna ponownie rosnąć i na wysokościach około 300 km może osiągnąć wartości rzędu 1200°С. Potem pozostaje stały. Wewnątrz termosfery, do wysokości około 400 km, znajduje się jonosfera. Tutaj powietrze jest silnie zjonizowane w wyniku ekspozycji na promieniowanie słoneczne i ma wysoką przewodność elektryczną.
Następną i ogólnie ostatnią strefą jest egzosfera. Jest to tak zwana strefa rozpraszania. Występuje tu głównie bardzo rozrzedzony wodór i hel (z przewagą wodoru). Na wysokościach około 3000 km egzosfera przechodzi w próżnię bliską przestrzeni kosmicznej.
Coś takiego. Dlaczego w przybliżeniu? Ponieważ te warstwy są dość konwencjonalne. Możliwe są różne zmiany wysokości, składu gazów, wody, temperatury, jonizacji i tak dalej. Ponadto istnieje znacznie więcej terminów określających strukturę i stan atmosfery ziemskiej.
Na przykład homosfera i heterosfera. W pierwszym gazy atmosferyczne są dobrze wymieszane, a ich skład jest dość jednorodny. Drugi znajduje się nad pierwszym i praktycznie nie ma tam takiego mieszania. Znajdujące się w nim gazy są oddzielane grawitacyjnie. Granica między tymi warstwami przebiega na wysokości 120 km i nazywa się turbopauzą.
Skończmy z pojęciami, ale na pewno dodam, że umownie przyjmuje się, że granica atmosfery znajduje się na wysokości 100 km n.p.m. Granica ta nazywa się Linią Karmana.
Dodam jeszcze dwa zdjęcia, żeby zobrazować strukturę atmosfery. Pierwsza jest wprawdzie po niemiecku, ale jest kompletna i dość łatwa do zrozumienia :-). Można go powiększyć i wyraźnie zobaczyć. Drugi pokazuje zmianę temperatury atmosferycznej wraz z wysokością.
Struktura atmosfery ziemskiej.
Temperatura powietrza zmienia się wraz z wysokością.
Nowoczesne załogowe statki kosmiczne latają na wysokościach około 300-400 km. Jednak to już nie jest lotnictwo, chociaż okolica oczywiście jest w pewnym sensie blisko spokrewnione i na pewno porozmawiamy o niej później :-).
Strefa lotnicza to troposfera. Nowoczesne samoloty atmosferyczne mogą latać także w niższych warstwach stratosfery. Na przykład praktyczny pułap MIG-25RB wynosi 23 000 m.
Lot w stratosferze.
A dokładnie właściwości fizyczne powietrza Troposfera decyduje o tym, jak będzie wyglądał lot, jak skuteczny będzie system sterowania samolotem, jak wpłyną na niego turbulencje w atmosferze i jak będą działać silniki.
Pierwszą główną właściwością jest temperatura powietrza. W dynamice gazu można to określić w skali Celsjusza lub Kelvina.
Temperatura t 1 na danej wysokości N w skali Celsjusza określa się przez:
t 1 = t - 6,5 N, Gdzie T– temperatura powietrza przy ziemi.
Nazywa się temperaturą w skali Kelvina temperatura absolutna, zero na tej skali jest zerem absolutnym. Na zero absolutne Ruch termiczny cząsteczek zatrzymuje się. Zero absolutne w skali Kelvina odpowiada -273° w skali Celsjusza.
Odpowiednio temperatura T na wysokości N w skali Kelvina określa się poprzez:
T = 273 K + t - 6,5 H
Ciśnienie powietrza. Ciśnienie atmosferyczne mierzone jest w paskalach (N/m2), w starym systemie miar w atmosferach (atm.). Istnieje również coś takiego jak ciśnienie barometryczne. Jest to ciśnienie mierzone w milimetrach słupa rtęci za pomocą barometru rtęciowego. Ciśnienie barometryczne (ciśnienie na poziomie morza) równe 760 mmHg. Sztuka.
zwany standardem. W fizyce 1 atm. dokładnie równe 760 mm Hg.. W aerodynamice najczęściej używanym pojęciem jest gęstość masowa powietrza. Jest to masa powietrza w 1 m3 objętości. Gęstość powietrza zmienia się wraz z wysokością, powietrze staje się bardziej rozrzedzone.
Wilgotność powietrza. Pokazuje ilość wody w powietrzu. Jest koncepcja” wilgotność względna" Jest to stosunek masy pary wodnej do maksymalnej możliwej w danej temperaturze. Koncepcja 0%, czyli gdy powietrze jest całkowicie suche, może istnieć tylko w laboratorium. Z drugiej strony wilgotność 100% jest całkiem możliwa. Oznacza to, że powietrze wchłonęło całą wodę, jaką było w stanie wchłonąć. Coś w rodzaju absolutnie „pełnej gąbki”. Wysoka wilgotność względna zmniejsza gęstość powietrza, a niska wilgotność względna ją zwiększa.
Ze względu na to, że loty samolotów odbywają się w różnych warunkach atmosferycznych, ich parametry lotne i aerodynamiczne w tym samym trybie lotu mogą się różnić. Dlatego, aby poprawnie oszacować te parametry, wprowadziliśmy Międzynarodowa atmosfera standardowa (ISA). Pokazuje zmianę stanu powietrza wraz ze wzrostem wysokości.
Podstawowe parametry klimatyzacji przy zerowej wilgotności przyjmuje się następująco:
ciśnienie P = 760 mm Hg. Sztuka. (101,3 kPa);
temperatura t = +15°C (288 K);
gęstość masy ρ = 1,225 kg/m 3 ;
Dla ISA przyjmuje się (jak wspomniano powyżej :-)), że temperatura w troposferze spada o 0,65° na każde 100 metrów wysokości.
Atmosfera standardowa (przykład do 10 000 m).
Tablice MSA służą do wzorcowania przyrządów oraz obliczeń nawigacyjnych i inżynierskich.
Właściwości fizyczne powietrza obejmują także takie pojęcia jak bezwładność, lepkość i ściśliwość.
Bezwładność to właściwość powietrza charakteryzująca jego zdolność do przeciwstawiania się zmianom stanu spoczynku lub jednolitemu ruchowi liniowemu. . Miarą bezwładności jest gęstość masy powietrza. Im jest ona wyższa, tym większa jest siła bezwładności i oporu ośrodka, gdy porusza się w nim samolot.
Lepkość Określa opór tarcia powietrza podczas ruchu statku powietrznego.
Ściśliwość określa zmianę gęstości powietrza wraz ze zmianami ciśnienia. Przy małych prędkościach samolot(do 450 km/h) zmienia się ciśnienie podczas przepływu wokół niego przepływ powietrza nie zdarza się, ale kiedy duże prędkości Zaczyna pojawiać się efekt ściśliwości. Jego wpływ jest szczególnie zauważalny przy prędkościach ponaddźwiękowych. To odrębny obszar aerodynamiki i temat na osobny artykuł :-).
No cóż, to chyba tyle na razie... Czas zakończyć to nieco nudne wyliczenie, którego jednak nie da się uniknąć :-). atmosfera ziemska, jego parametry, właściwości fizyczne powietrza są dla samolotu równie ważne jak parametry samego urządzenia i nie można ich pominąć.
Żegnajcie, do kolejnych spotkań i kolejnych ciekawych tematów :) ...
P.S. Na deser proponuję obejrzeć film nakręcony z kokpitu bliźniaczego MIG-25PU podczas jego lotu w stratosferę. Podobno filmował turysta, który ma pieniądze na takie loty :-). Nakręcony głównie poprzez Przednia szyba. Zwróć uwagę na kolor nieba...
Atmosfera jest koperta powietrzna Ziemia. Rozciąga się do 3000 km od powierzchni ziemi. Jego ślady można prześledzić na wysokościach do 10 000 km. A. ma nierównomierną gęstość 50 5, jego masy skupiają się do 5 km, 75% - do 10 km, 90% - do 16 km.
Atmosfera składa się z powietrza - mechanicznej mieszaniny kilku gazów.
Azot(78%) w atmosferze pełni rolę rozcieńczalnika tlenu, regulując szybkość utleniania, a co za tym idzie szybkość i intensywność procesów biologicznych. Azot jest głównym pierwiastkiem atmosfery ziemskiej, który w sposób ciągły wymienia się z żywą materią biosfery, a jej składnikami są związki azotu (aminokwasy, puryny itp.). Azot jest wydobywany z atmosfery drogami nieorganicznymi i biochemicznymi, chociaż są one ze sobą ściśle powiązane. Ekstrakcja nieorganiczna wiąże się z tworzeniem jej związków N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3. Występują w opadach atmosferycznych i powstają w atmosferze pod wpływem wyładowań elektrycznych podczas burz lub zdjęć reakcje chemiczne pod wpływem promieniowania słonecznego.
Biologiczne wiązanie azotu odbywa się w glebie przez niektóre bakterie w symbiozie z roślinami wyższymi. Azot jest także przyłączany przez niektóre mikroorganizmy planktonowe i glony środowisko morskie. Ilościowo biologiczne wiązanie azotu przewyższa jego wiązanie nieorganiczne. Wymiana całego azotu w atmosferze następuje w ciągu około 10 milionów lat. Azot występuje w gazach pochodzenia wulkanicznego i skałach magmowych. Podczas podgrzewania różnych próbek skał krystalicznych i meteorytów uwalniany jest azot w postaci cząsteczek N 2 i NH 3. Jednak główna forma obecności azotu, zarówno na Ziemi, jak i na planetach ziemskich, ma charakter molekularny. Amoniak przedostający się do górnych warstw atmosfery szybko się utlenia, uwalniając azot. W skałach osadowych jest zakopywany razem z materią organiczną, a w większych ilościach występuje w osadach bitumicznych. Podczas regionalnego metamorfizmu tych skał azot w różne formy uwalniane do atmosfery ziemskiej.
Geochemiczny cykl azotu (
Tlen(21%) jest wykorzystywany przez organizmy żywe do oddychania i wchodzi w skład materii organicznej (białka, tłuszcze, węglowodany). Ozon O3. opóźnia niszczące życie promieniowanie ultrafioletowe ze Słońca.
Tlen jest drugim pod względem rozpowszechnienia gazem w atmosferze, odgrywającym niezwykle ważną rolę w wielu procesach zachodzących w biosferze. Dominującą formą jego istnienia jest O 2. W górnych warstwach atmosfery pod wpływem promieniowania ultrafioletowego następuje dysocjacja cząsteczek tlenu, a na wysokości około 200 km stosunek tlenu atomowego do cząsteczkowego (O:O2) staje się równy 10. Kiedy te formy tlenu oddziałują w atmosferze (na wysokości 20-30 km), pas ozonowy (ekran ozonowy). Ozon (O 3) jest niezbędny organizmom żywym, blokując większość szkodliwego dla nich promieniowania ultrafioletowego Słońca.
We wczesnych stadiach rozwoju Ziemi wolny tlen pojawiał się w bardzo małych ilościach w wyniku fotodysocjacji cząsteczek dwutlenku węgla i wody w górnych warstwach atmosfery. Jednak te niewielkie ilości zostały szybko zużyte przez utlenianie innych gazów. Wraz z pojawieniem się w oceanie autotroficznych organizmów fotosyntetycznych sytuacja uległa znacznej zmianie. Ilość wolnego tlenu w atmosferze zaczęła stopniowo wzrastać, aktywnie utleniając wiele składników biosfery. Zatem pierwsze porcje wolnego tlenu przyczyniły się przede wszystkim do przejścia żelaznych form żelaza w formy tlenkowe, a siarczków w siarczany.
Ostatecznie ilość wolnego tlenu w atmosferze ziemskiej osiągnęła określoną masę i została zbilansowana w taki sposób, że ilość wytworzona zrównała się z ilością pochłoniętą. Ustalono względną stałą zawartość wolnego tlenu w atmosferze.
Geochemiczny cykl tlenowy (VA Wroński, G.V. Wojtkiewicz)
Dwutlenek węgla, wchodzi w skład żywej materii i wraz z parą wodną tworzy tzw. „efekt cieplarniany (szklarniowy)”.
Węgiel (dwutlenek węgla) – większość w atmosferze występuje w postaci CO 2 i znacznie mniej w postaci CH 4. Znaczenie historii geochemicznej węgla w biosferze jest niezwykle duże, ponieważ jest on częścią wszystkich żywych organizmów. W organizmach żywych przeważają zredukowane formy węgla, a w środowisko biosfery ulegają utlenieniu. W ten sposób zachodzi wymiana chemiczna koło życia: CO 2 ↔ materia żywa.
Źródłem pierwotnego dwutlenku węgla w biosferze jest aktywność wulkaniczna związana z okresowym odgazowaniem płaszcza i dolnych poziomów skorupy ziemskiej. Część tego dwutlenku węgla powstaje podczas rozkładu termicznego starożytnych wapieni w różnych strefach metamorficznych. Migracja CO 2 do biosfery odbywa się na dwa sposoby.
Pierwsza metoda wyraża się w absorpcji CO 2 podczas fotosyntezy z utworzeniem substancji organicznych, a następnie zakopaniem w sprzyjających warunkach redukujących w litosferze w postaci torfu, węgla, ropy i łupków bitumicznych. Według drugiej metody migracja węgla prowadzi do powstania układu węglanowego w hydrosferze, w którym CO 2 zamienia się w H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. Następnie przy udziale wapnia (rzadziej magnezu i żelaza) węglany odkładają się drogami biogennymi i abiogennymi. Pojawiają się grube warstwy wapienia i dolomitu. Według A.B. Ronova stosunek węgla organicznego (Corg) do węgla węglanowego (Ccarb) w historii biosfery wynosił 1:4.
Oprócz globalnego cyklu węglowego istnieje również szereg małych cykli węglowych. Tak więc na lądzie rośliny zielone absorbują CO 2 w procesie fotosyntezy dzień, a w nocy uwalniają go do atmosfery. Wraz ze śmiercią organizmów żywych na powierzchni ziemi następuje utlenianie substancji organicznych (przy udziale mikroorganizmów) wraz z uwolnieniem CO 2 do atmosfery. W ostatnie dziesięciolecia Szczególne miejsce w obiegu węgla zajmuje masowe spalanie paliw kopalnych i wzrost ich zawartości we współczesnej atmosferze.
Cykl węglowy w koperta geograficzna(za F. Ramadem, 1981)
Argon- trzeci najbardziej rozpowszechniony gaz atmosferyczny, co ostro odróżnia go od niezwykle rzadko rozmieszczonych innych gazów obojętnych. Jednak argon w swoim historia geologiczna dzieli los tych gazów, które charakteryzują się dwiema cechami:
- nieodwracalność ich akumulacji w atmosferze;
- ścisły związek z rozpadem radioaktywnym niektórych niestabilnych izotopów.
Gazy obojętne znajdują się poza cyklem większości pierwiastków cyklicznych w biosferze Ziemi.
Wszystkie gazy obojętne można podzielić na pierwotne i radiogenne. Do podstawowych zaliczają się te, które zostały przechwycone przez Ziemię w okresie jej powstawania. Są niezwykle rzadkie. Podstawową część argonu reprezentują głównie izotopy 36 Ar i 38 Ar, natomiast argon atmosferyczny składa się wyłącznie z izotopu 40 Ar (99,6%), który niewątpliwie jest radiogenny. W skałach zawierających potas nastąpiło i nadal występuje nagromadzenie radiogennego argonu w wyniku rozpadu potasu-40 poprzez wychwyt elektronów: 40 K + e → 40 Ar.
Dlatego o zawartości argonu w skałach decyduje ich wiek i zawartość potasu. W tym zakresie stężenie helu w skałach jest funkcją ich wieku oraz zawartości toru i uranu. Argon i hel są uwalniane do atmosfery z wnętrzności ziemi podczas erupcji wulkanów przez pęknięcia w skorupa Ziemska w postaci strumieni gazu, a także podczas wietrzenia skał. Według obliczeń P. Dimona i J. Culpa, hel i argon znajdują się w era nowożytna gromadzą się w skorupie ziemskiej i dostają się do atmosfery w stosunkowo małych ilościach. Szybkość przedostawania się tych radiogennych gazów jest tak mała, że w historii geologicznej Ziemi nie była w stanie zapewnić ich obserwowanej zawartości we współczesnej atmosferze. Dlatego należy założyć, że większość argonu w atmosferze pochodziła z wnętrza Ziemi na najwcześniejszych etapach jej rozwoju, a znacznie mniej została dodana później w procesie wulkanizmu i podczas wietrzenia skał zawierających potas .
Zatem na przestrzeni czasu geologicznego hel i argon podlegały różnym procesom migracji. W atmosferze jest bardzo mało helu (około 5 * 10 -4%), a „oddychanie helem” Ziemi było lżejsze, ponieważ jako najlżejszy gaz odparował w przestrzeń kosmiczną. A „oddychanie argonem” było ciężkie i argon pozostawał w granicach naszej planety. Większość pierwotnych gazów szlachetnych, takich jak neon i ksenon, kojarzono z pierwotnym neonem wychwyconym przez Ziemię podczas jej powstawania, a także z uwolnieniem podczas odgazowania płaszcza do atmosfery. Całość danych dotyczących geochemii gazów szlachetnych wskazuje, że pierwotna atmosfera Ziemi powstała na najwcześniejszych etapach jej rozwoju.
Atmosfera zawiera para wodna I woda w stanie ciekłym i stałym. Woda w atmosferze jest ważnym akumulatorem ciepła.
Dolne warstwy atmosfery zawierają dużą ilość pyłów i aerozoli mineralnych i technogennych, produktów spalania, soli, zarodników i pyłków itp.
Do wysokości 100-120 km, w wyniku całkowitego wymieszania powietrza, skład atmosfery jest jednorodny. Stosunek azotu do tlenu jest stały. Powyżej dominują gazy obojętne, wodór itp. W dolnych warstwach atmosfery występuje para wodna. Wraz z odległością od ziemi jego zawartość maleje. Im wyższy stosunek gazów zmienia się, na przykład na wysokości 200–800 km, tlen przeważa nad azotem 10–100 razy.
Każdy, kto leciał samolotem, jest przyzwyczajony do tego rodzaju komunikatu: „nasz lot odbywa się na wysokości 10 000 m, temperatura na zewnątrz wynosi 50°C”. Wydaje się, że to nic specjalnego. Im dalej od powierzchni Ziemi ogrzewanej przez Słońce, tym jest zimniej. Wiele osób uważa, że temperatura spada w sposób ciągły wraz z wysokością i że temperatura stopniowo spada, zbliżając się do temperatury kosmicznej. Nawiasem mówiąc, naukowcy tak myśleli do końca XIX wieku.
Przyjrzyjmy się bliżej rozkładowi temperatury powietrza na Ziemi. Atmosfera podzielona jest na kilka warstw, które przede wszystkim odzwierciedlają charakter zmian temperatury.
Dolna warstwa atmosfery nazywa się troposfera, co oznacza „sferę rotacyjną”. Rezultatem są wszystkie zmiany pogody i klimatu procesy fizyczne, występujący właśnie w tej warstwie. Górna granica tej warstwy znajduje się w miejscu, w którym spadek temperatury wraz z wysokością zostaje zastąpiony jej wzrostem - w przybliżeniu na wysokości 15-16 km nad równikiem i 7-8 km nad biegunami. Podobnie jak sama Ziemia, atmosfera pod wpływem obrotu naszej planety również ulega pewnemu spłaszczeniu nad biegunami i pęcznieje nad równikiem. Jednak efekt ten wyraża się znacznie silniej w atmosferze niż w stałej skorupie Ziemi. W kierunku od powierzchni Ziemi do górnej granicy troposfery temperatura powietrza maleje. Nad równikiem minimalna temperatura powietrza wynosi około -62°C, a nad biegunami około -45°C. W umiarkowanych szerokościach geograficznych ponad 75% masy atmosfery znajduje się w troposferze. W tropikach około 90% masy atmosfery znajduje się w troposferze.
W 1899 roku na pewnej wysokości w pionowym profilu temperatur stwierdzono minimum, po czym temperatura nieznacznie wzrosła. Początek tego wzrostu oznacza przejście do kolejnej warstwy atmosfery - do stratosfera, co oznacza „sferę warstwy”. Termin stratosfera oznacza i odzwierciedla poprzednią koncepcję wyjątkowości warstwy leżącej nad troposferą. Stratosfera rozciąga się na wysokość około 50 km powyżej powierzchnia ziemi. Jego osobliwością jest w szczególności gwałtowny wzrost temperatury powietrza. Ten wzrost temperatury przypisuje się tworzeniu się ozonu, jednej z głównych reakcji chemicznych zachodzących w atmosferze.
Większość ozonu koncentruje się na wysokościach około 25 km, ale ogólnie warstwa ozonowa jest bardzo rozciągłą powłoką, pokrywającą prawie całą stratosferę. Oddziaływanie tlenu z promieniami ultrafioletowymi jest jednym z korzystnych procesów zachodzących w atmosferze ziemskiej, który przyczynia się do utrzymania życia na Ziemi. Pochłanianie tej energii przez ozon zapobiega jej nadmiernemu wypływowi na powierzchnię ziemi, gdzie powstaje dokładnie taki poziom energii, jaki jest odpowiedni do istnienia ziemskich form życia. Ozonosfera pochłania część energii promieniowania przechodzącej przez atmosferę. W rezultacie w ozonosferze tworzy się pionowy gradient temperatury powietrza wynoszący około 0,62°C na 100 m, czyli temperatura wzrasta wraz z wysokością aż do górnej granicy stratosfery – stratopauzy (50 km), osiągając wg. niektóre dane, 0°C.
Na wysokościach od 50 do 80 km znajduje się warstwa atmosfery zwana mezosfera. Słowo „mesosfera” oznacza „sferę pośrednią”, w której temperatura powietrza stale spada wraz z wysokością. Nad mezosferą, w warstwie zwanej termosfera, temperatura ponownie wzrasta wraz z wysokością do około 1000°C, a następnie bardzo szybko spada do -96°C. Nie spada ona jednak w nieskończoność, po czym temperatura ponownie wzrasta.
Termosfera to pierwsza warstwa jonosfera. W przeciwieństwie do wcześniej wspomnianych warstw, jonosfera nie wyróżnia się temperaturą. Jonosfera to obszar, który ma charakter elektryczny, dzięki czemu możliwe staje się wiele rodzajów komunikacji radiowej. Jonosfera jest podzielona na kilka warstw, oznaczonych literami D, E, F1 i F2. Warstwy te mają również specjalne nazwy. Rozdzielenie na warstwy spowodowane jest kilkoma przyczynami, z których najważniejszą jest nierówny wpływ warstw na przechodzenie fal radiowych. Najniższa warstwa, D, pochłania głównie fale radiowe i tym samym zapobiega ich dalszemu rozprzestrzenianiu się. Najlepiej zbadana warstwa E położona jest na wysokości około 100 km nad powierzchnią Ziemi. Nazywa się ją także warstwą Kennelly'ego-Heaviside'a od nazwisk amerykańskich i angielskich naukowców, którzy ją odkryli jednocześnie i niezależnie. Warstwa E niczym gigantyczne lustro odbija fale radiowe. Dzięki tej warstwie długie fale radiowe pokonują większe odległości, niż można by się spodziewać, gdyby rozchodziły się wyłącznie po linii prostej, nie odbijając się od warstwy E. Warstwa F ma podobne właściwości, nazywana jest także warstwą Appletona. Razem z warstwą Kennelly’ego-Heaviside’a odbija fale radiowe do naziemnych stacji radiowych. Takie odbicie może zachodzić pod różnymi kątami. Warstwa Appleton położona jest na wysokości około 240 km.
Często nazywany jest najbardziej oddalonym obszarem atmosfery, drugą warstwą jonosfery egzosfera. Termin ten odnosi się do istnienia obrzeży kosmosu w pobliżu Ziemi. Trudno dokładnie określić, gdzie kończy się atmosfera, a zaczyna przestrzeń, ponieważ wraz z wysokością gęstość gazów atmosferycznych stopniowo maleje, a sama atmosfera stopniowo zamienia się w niemal próżnię, w której znajdują się tylko pojedyncze cząsteczki. Już na wysokości około 320 km gęstość atmosfery jest tak niska, że cząsteczki mogą przebyć ponad 1 km bez zderzenia. Najbardziej zewnętrzna część atmosfery stanowi jej górną granicę, która znajduje się na wysokościach od 480 do 960 km.
Więcej informacji o procesach zachodzących w atmosferze można znaleźć na stronie „Klimat Ziemi”