Katera plast ozračja je najtoplejša, najgostejša in najbolj onesnažena? Plasti ozračja po vrstnem redu od zemeljske površine

18.10.2019

Na morski gladini 1013,25 hPa (približno 760 mmHg). Globalna povprečna temperatura zraka na površju Zemlje je 15 °C, pri čemer se temperature gibljejo od približno 57 °C v subtropskih puščavah do -89 °C na Antarktiki. Gostota zraka in tlak padata z višino po zakonu, ki je blizu eksponentnemu.

Struktura ozračja. Navpično ima ozračje plastno strukturo, ki jo določajo predvsem značilnosti navpične porazdelitve temperature (slika), ki je odvisna od geografske lege, letnega časa, časa dneva itd. Za spodnjo plast atmosfere - troposfero - je značilen padec temperature z višino (za približno 6 °C na 1 km), njena višina od 8-10 km v polarnih širinah do 16-18 km v tropih. Zaradi hitrega zmanjševanja gostote zraka z višino se približno 80 % celotne mase ozračja nahaja v troposferi. Nad troposfero je stratosfera, plast, za katero je na splošno značilno naraščanje temperature z višino. Prehodna plast med troposfero in stratosfero se imenuje tropopavza. V nižji stratosferi do višine okoli 20 km se temperatura z višino malo spreminja (tako imenovano izotermno območje) in pogosto celo rahlo pada. Nad tem temperatura narašča zaradi absorpcije UV-sevanja Sonca z ozonom, najprej počasi, od višine 34-36 km pa hitreje. Zgornja meja stratosfere - stratopavza - se nahaja na nadmorski višini 50-55 km, kar ustreza najvišji temperaturi (260-270 K). Plast ozračja, ki se nahaja na nadmorski višini 55-85 km, kjer temperatura spet pada z višino, se imenuje mezosfera na njeni zgornji meji - mezopavza - poleti temperatura doseže 150-160 K, 200-230 ° C; Nad mezopavzo se začne termosfera - plast, za katero je značilno hitro naraščanje temperature, ki doseže 800-1200 K na nadmorski višini 250 km, absorbira se korpuskularno in rentgensko sevanje Sonca. meteorje upočasni in zgori, zato deluje kot zaščitna plast Zemlje. Še višje je eksosfera, od koder se atmosferski plini zaradi disipacije razpršijo v vesolje in kjer pride do postopnega prehoda iz atmosfere v medplanetarni prostor.

Atmosferska sestava. Do nadmorske višine okoli 100 km je ozračje po kemični sestavi skoraj homogeno in povprečna molekulska masa zraka (približno 29) je konstantna. Blizu Zemljinega površja je atmosfera sestavljena iz dušika (približno 78,1% prostornine) in kisika (približno 20,9%), vsebuje pa tudi majhne količine argona, ogljikovega dioksida (ogljikovega dioksida), neona in drugih stalnih in spremenljivih komponent (glej Zrak ).

Poleg tega ozračje vsebuje majhne količine ozona, dušikovih oksidov, amoniaka, radona itd. Relativna vsebnost glavnih sestavin zraka je v času konstantna in enakomerna na različnih geografskih območjih. Vsebnost vodne pare in ozona je spremenljiva v prostoru in času; Kljub nizki vsebnosti je njihova vloga v atmosferskih procesih zelo pomembna.

Nad 100-110 km pride do disociacije molekul kisika, ogljikovega dioksida in vodne pare, zato se molekulska masa zraka zmanjša. Na višini okoli 1000 km začneta prevladovati lahka plina - helij in vodik, še višje pa se Zemljina atmosfera postopoma spremeni v medplanetarni plin.

Najpomembnejša spremenljiva sestavina ozračja je vodna para, ki vstopa v ozračje z izhlapevanjem s površine vode in vlažnih tal ter z transpiracijo rastlin. Relativna vsebnost vodne pare se na zemeljski površini spreminja od 2,6 % v tropih do 0,2 % v polarnih širinah. Z višino hitro pada, že na nadmorski višini 1,5-2 km se zmanjša za polovico. Navpični stolpec atmosfere na zmernih zemljepisnih širinah vsebuje približno 1,7 cm "plasti padavine". Pri kondenzaciji vodne pare nastanejo oblaki, iz katerih padajo atmosferske padavine v obliki dežja, toče in snega.

Pomembna sestavina atmosferskega zraka je ozon, ki je koncentriran 90 % v stratosferi (med 10 in 50 km), približno 10 % ga je v troposferi. Ozon zagotavlja absorpcijo močnega UV sevanja (z valovno dolžino manj kot 290 nm) in to je njegova zaščitna vloga za biosfero. Vrednote splošno vsebino ravni ozona se razlikujejo glede na zemljepisno širino in letni čas v območju od 0,22 do 0,45 cm (debelina ozonske plasti pri tlaku p = 1 atm in temperaturi T = 0 °C). V ozonskih luknjah, opazovanih spomladi na Antarktiki od zgodnjih 1980-ih, lahko vsebnost ozona pade na 0,07 cm. Povečuje se od ekvatorja do polov in ima letni cikel z maksimumom spomladi in minimumom jeseni, amplituda pa letni cikel je v tropih majhen in raste proti visokim zemljepisnim širinam. Pomembna spremenljiva sestavina ozračja je ogljikov dioksid, katerega vsebnost v ozračju se je v zadnjih 200 letih povečala za 35 %, kar je predvsem posledica antropogeni dejavnik. Opažena je njegova širinska in sezonska variabilnost, povezana s fotosintezo rastlin in topnostjo v morski vodi (po Henryjevem zakonu se topnost plina v vodi zmanjšuje z naraščajočo temperaturo).

Pomembno vlogo pri oblikovanju podnebja planeta igrajo atmosferski aerosoli - trdni in tekoči delci, suspendirani v zraku, velikosti od nekaj nm do deset mikronov. Obstajajo aerosoli naravnega in antropogenega izvora. Aerosol nastane v procesu plinskofaznih reakcij iz produktov rastlinskega življenja in človekove gospodarske dejavnosti, vulkanskih izbruhov, kot posledica prahu, ki ga veter dviguje s površine planeta, zlasti iz njegovih puščavskih območij, in je tudi nastane iz kozmičnega prahu, ki pade v zgornje plasti ozračja. Večina aerosola je skoncentrirana v troposferi; aerosol iz vulkanskih izbruhov tvori tako imenovano plast Junge na nadmorski višini približno 20 km. Največja količina antropogenega aerosola vstopi v ozračje zaradi delovanja vozil in termoelektrarn, kemične proizvodnje, zgorevanja goriva itd. Zato se na nekaterih območjih sestava ozračja opazno razlikuje od običajnega zraka, kar je zahtevalo ustanovitev posebne službe za opazovanje in spremljanje stopnje onesnaženosti atmosferskega zraka.

Razvoj ozračja. Sodobno ozračje je očitno sekundarnega izvora: nastalo je iz plinov, ki jih je sproščala trdna lupina Zemlje po tem, ko je bil planet oblikovan pred približno 4,5 milijarde let. V geološki zgodovini Zemlje je atmosfera doživela pomembne spremembe v svoji sestavi pod vplivom številnih dejavnikov: disipacija (izhlapevanje) plinov, predvsem lažjih, v vesolje; sproščanje plinov iz litosfere kot posledica vulkanske dejavnosti; kemične reakcije med sestavinami ozračja in kamninami, ki sestavljajo zemeljsko skorjo; fotokemične reakcije v samem ozračju pod vplivom sončnega UV sevanja; akrecija (zajem) snovi iz medplanetarnega medija (na primer meteorska snov). Razvoj ozračja je tesno povezan z geološkimi in geokemičnimi procesi, v zadnjih 3-4 milijardah let pa tudi z delovanjem biosfere. Precejšen del plinov, ki sestavljajo sodobno atmosfero (dušik, ogljikov dioksid, vodna para), je nastal med vulkansko aktivnostjo in vdorom, ki jih je odnesel iz globin Zemlje. Kisik se je pojavil v znatnih količinah pred približno 2 milijardama let kot posledica fotosintetskih organizmov, ki so prvotno nastali v površinskih vodah oceana.

Na podlagi podatkov o kemični sestavi karbonatnih usedlin so bile pridobljene ocene količine ogljikovega dioksida in kisika v atmosferi geološke preteklosti. Skozi fanerozoik (zadnjih 570 milijonov let Zemljine zgodovine) se je količina ogljikovega dioksida v atmosferi zelo spreminjala glede na stopnjo vulkanske aktivnosti, temperaturo oceana in stopnjo fotosinteze. Večino tega časa je bila koncentracija ogljikovega dioksida v ozračju bistveno višja kot danes (do 10-krat). Količina kisika v fanerozojski atmosferi se je močno spremenila, pri čemer je prevladoval trend njenega povečevanja. V predkambrijski atmosferi je bila masa ogljikovega dioksida praviloma večja, masa kisika pa manjša kot v fanerozojski atmosferi. Nihanja v količini ogljikovega dioksida so v preteklosti pomembno vplivala na podnebje, saj so povečali učinek tople grede z naraščajočimi koncentracijami ogljikovega dioksida, zaradi česar je bilo podnebje v glavnem delu fanerozoika precej toplejše v primerjavi z moderno dobo.

Vzdušje in življenje. Brez ozračja bi bila Zemlja mrtev planet. Organsko življenje se pojavlja v tesni interakciji z atmosfero ter s tem povezanim podnebjem in vremenom. Atmosfera, ki je v primerjavi s planetom kot celoto nepomembna po masi (približno del na milijon), je nepogrešljiv pogoj za vse oblike življenja. Med atmosferskimi plini za življenje organizmov so najpomembnejši kisik, dušik, vodna para, ogljikov dioksid in ozon. Ko fotosintetske rastline absorbirajo ogljikov dioksid, nastajajo organske snovi, ki jih kot vir energije uporablja velika večina živih bitij, tudi človek. Kisik je nujen za obstoj aerobnih organizmov, ki jim pretok energije zagotavljajo oksidacijske reakcije organskih snovi. Dušik, ki ga asimilirajo nekateri mikroorganizmi (fikserji dušika), je potreben za mineralno prehrano rastlin. Ozon, ki absorbira trdo UV-sevanje Sonca, močno oslabi ta življenju škodljiv del sončnega sevanja. Kondenzacija vodne pare v ozračju, nastanek oblakov in posledične padavine oskrbujejo kopno z vodo, brez katere ni mogoča nobena oblika življenja. Življenjska aktivnost organizmov v hidrosferi je v veliki meri odvisna od količine in kemična sestava atmosferski plini, raztopljeni v vodi. Ker je kemična sestava atmosfere močno odvisna od dejavnosti organizmov, lahko biosfero in atmosfero obravnavamo kot del enotnega sistema, katerega vzdrževanje in razvoj (glej Biogeokemični cikli) je bil zelo pomemben za spreminjanje sestave atmosfero skozi vso zgodovino Zemlje kot planeta.

Sevalna, toplotna in vodna bilanca ozračja. Sončno sevanje je praktično edini vir energije za vse fizikalne procese v ozračju. Glavna značilnost sevalnega režima ozračja je tako imenovani učinek tople grede: ozračje precej dobro prenaša sončno sevanje na zemeljsko površje, vendar aktivno absorbira toplotno dolgovalovno sevanje z zemeljske površine, del katerega se vrne na površje. v obliki nasprotnega sevanja, ki kompenzira sevalne izgube toplote z zemeljske površine (glej Atmosfersko sevanje). Če atmosfere ne bi bilo, bi bila povprečna temperatura zemeljskega površja -18°C, v resnici pa je 15°C. Vhodno sončno sevanje se delno (približno 20 %) absorbira v ozračje (predvsem z vodno paro, vodnimi kapljicami, ogljikovim dioksidom, ozonom in aerosoli), razprši pa se (približno 7 %) z aerosolnimi delci in nihanji gostote (Rayleighovo sipanje). . Celotno sevanje, ki doseže zemeljsko površje, se delno (približno 23 %) odbija od nje. Koeficient odbojnosti je določen z odbojnostjo podležeče površine, tako imenovanim albedom. V povprečju je zemeljski albedo za integralni tok sončnega sevanja blizu 30 %. Giblje se od nekaj odstotkov (suha prst in črna prst) do 70-90 % pri sveže zapadlem snegu. Radiacijska izmenjava toplote med zemeljsko površino in atmosfero je bistveno odvisna od albeda in je določena z efektivnim sevanjem zemeljske površine in protisevanjem atmosfere, ki jo absorbira. Algebraična vsota tokov sevanja, ki vstopajo v zemeljsko atmosfero iz vesolja in jo zapuščajo nazaj, se imenuje radiacijska bilanca.

Transformacije sončnega sevanja, potem ko ga absorbirata atmosfera in zemeljsko površje, določajo toplotno bilanco Zemlje kot planeta. Glavni vir toplote za ozračje je zemeljsko površje; toplota iz njega se prenaša ne samo v obliki dolgovalovnega sevanja, temveč tudi s konvekcijo, sprošča pa se tudi pri kondenzaciji vodne pare. Deleži teh toplotnih dotokov so v povprečju 20 %, 7 % oziroma 23 %. Približno 20 % toplote se doda tudi tukaj zaradi absorpcije neposrednega sončnega sevanja. Tok sončnega sevanja na časovno enoto skozi posamezno območje, pravokotno na sončne žarke, ki se nahaja zunaj atmosfere na povprečni razdalji od Zemlje do Sonca (tako imenovana solarna konstanta), je enak 1367 W/m2, spremembe so 1-2 W/m2 odvisno od cikla sončne aktivnosti. Ob planetarnem albedu približno 30 % je časovno povprečni globalni dotok sončne energije na planet 239 W/m2. Ker Zemlja kot planet oddaja v vesolje v povprečju enako količino energije, potem je po Stefan-Boltzmannovem zakonu efektivna temperatura izhodnega toplotnega dolgovalovnega sevanja 255 K (-18 °C). Hkrati je povprečna temperatura zemeljske površine 15°C. Razlika 33°C je posledica učinka tople grede.

Vodna bilanca atmosfere na splošno ustreza enakosti količine vlage, izhlapene z zemeljske površine, in količine padavin, ki padejo na zemeljsko površino. Ozračje nad oceani prejme več vlage iz procesov izhlapevanja kot nad kopnim in izgubi 90 % v obliki padavin. Odvečno vodno paro nad oceani prenašajo zračni tokovi na celine. Količina vodne pare, ki se prenese v ozračje iz oceanov na celine, je enaka prostornini rek, ki se izlivajo v oceane.

Gibanje zraka. Zemlja je kroglasta, zato njene visoke zemljepisne širine doseže veliko manj sončnega sevanja kot trope. Posledično nastanejo veliki temperaturni kontrasti med zemljepisnimi širinami. Na porazdelitev temperature pomembno vpliva tudi relativni položaj oceani in celine. Zaradi velike mase oceanskih voda in visoke toplotne kapacitete vode so sezonska nihanja temperature oceanske površine veliko manjša kot na kopnem. V zvezi s tem je v srednjih in visokih zemljepisnih širinah temperatura zraka nad oceani poleti opazno nižja kot nad celinami, pozimi pa višja.

Neenakomerno segrevanje ozračja v različnih delih sveta povzroča prostorsko nehomogeno porazdelitev atmosferskega tlaka. Na morski gladini so za porazdelitev tlaka značilne razmeroma nizke vrednosti v bližini ekvatorja, povečanje v subtropskih območjih (pasovi z visokim pritiskom) in zmanjšanje v srednjih in visokih zemljepisnih širinah. Hkrati je nad celinami zunajtropskih zemljepisnih širin tlak običajno povečan pozimi in znižan poleti, kar je povezano s porazdelitvijo temperature. Pod vplivom gradienta tlaka zrak doživi pospešek, usmerjen od območij visokega tlaka do območij nizkega tlaka, kar vodi do gibanja zračnih mas. Na premikajoče se zračne mase vplivajo tudi odklonska sila zemeljskega vrtenja (Coriolisova sila), sila trenja, ki z višino upada, in pri ukrivljenih trajektorijah centrifugalna sila. Zelo pomembno je turbulentno mešanje zraka (glej Turbulenca v ozračju).

Kompleksen sistem zračnih tokov (splošna atmosferska cirkulacija) je povezan s planetarno porazdelitvijo tlaka. V meridionalni ravnini lahko v povprečju zasledimo dve ali tri meridionalne cirkulacijske celice. Blizu ekvatorja se segret zrak dviga in spušča v subtropskih predelih ter tvori Hadleyjevo celico. Tja se spusti tudi zrak reverzne Ferrellove celice. Na visokih zemljepisnih širinah je pogosto vidna ravna polarna celica. Meridionalne hitrosti kroženja so reda velikosti 1 m/s ali manj. Zaradi Coriolisove sile so v večjem delu ozračja opazni zahodni vetrovi s hitrostjo v srednji troposferi okoli 15 m/s. Obstajajo relativno stabilni vetrni sistemi. Sem spadajo pasati - vetrovi, ki pihajo iz visokotlačnih pasov v subtropih do ekvatorja z opazno vzhodno komponento (od vzhoda proti zahodu). Monsuni so dokaj stabilni - zračni tokovi, ki imajo jasno izražen sezonski značaj: poleti pihajo iz oceana proti celini, pozimi pa v nasprotni smeri. Monsuni v Indijskem oceanu so še posebej redni. V srednjih zemljepisnih širinah je gibanje zračnih mas predvsem zahodno (od zahoda proti vzhodu). To je območje atmosferskih front, na katerih nastajajo veliki vrtinci - cikloni in anticikloni, ki pokrivajo več sto in celo tisoče kilometrov. Cikloni se pojavljajo tudi v tropih; tukaj se razlikujejo po manjših velikostih, a zelo visoke hitrosti vetrovi, ki dosegajo orkansko moč (33 m/s ali več), tako imenovani tropski cikloni. V Atlantskem in vzhodnem Tihem oceanu jih imenujemo orkani, v zahodnem Tihem oceanu pa tajfuni. V zgornji troposferi in spodnji stratosferi, na območjih, ki ločujejo neposredno Hadleyjevo meridionalno cirkulacijsko celico in obratno Ferrellovo celico, so razmeroma ozke, široke na stotine kilometrov, pogosto opazne curke z ostro določenimi mejami, znotraj katerih veter doseže 100-150 in celo 200 m/s.

Podnebje in vreme. Razlika v količini sončnega sevanja, ki prihaja na različne zemljepisne širine do različnih fizikalne lastnosti zemeljsko površje, določa pestrost zemeljskega podnebja. Od ekvatorja do tropskih zemljepisnih širin je temperatura zraka na zemeljski površini v povprečju 25-30 °C in se skozi vse leto malo spreminja. V ekvatorialnem pasu je običajno veliko padavin, kar ustvarja pogoje za prekomerno vlago. V tropskih območjih se količina padavin zmanjša in ponekod postane zelo majhna. Tukaj so ogromne puščave Zemlje.

V subtropskih in srednjih zemljepisnih širinah se temperatura zraka čez leto močno spreminja, razlika med poletnimi in zimskimi temperaturami pa je še posebej velika na območjih celin, ki so daleč od oceanov. Tako na nekaterih območjih vzhodne Sibirije letna temperatura zraka doseže 65 °C. Pogoji vlaženja v teh zemljepisnih širinah so zelo raznoliki, odvisni so predvsem od režima splošne atmosferske cirkulacije in se iz leta v leto močno razlikujejo.

V polarnih zemljepisnih širinah ostaja temperatura skozi vse leto nizka, tudi če so opazne sezonske razlike. To prispeva k obsežni porazdelitvi ledene odeje na oceanih in kopnem ter permafrostu, ki zavzema več kot 65% njene površine v Rusiji, predvsem v Sibiriji.

Za zadnja desetletja Spremembe v globalnem podnebju so vse bolj opazne. Temperature se bolj dvignejo na visokih zemljepisnih širinah kot na nizkih zemljepisnih širinah; bolj pozimi kot poleti; bolj ponoči kot podnevi. V 20. stoletju se je povprečna letna temperatura zraka na zemeljski površini v Rusiji povečala za 1,5-2 °C, na nekaterih območjih Sibirije pa so opazili povečanje za nekaj stopinj. To je povezano s povečanjem učinka tople grede zaradi povečanja koncentracije plinov v sledovih.

Vreme določajo razmere atmosferskega kroženja in geografska lega območja; najbolj je stabilno v tropih in najbolj spremenljivo v srednjih in visokih zemljepisnih širinah. Vreme se najbolj spreminja v območjih spremenljivih zračnih mas, ki jih povzročajo prehodi atmosferskih front, ciklonov in anticiklonov s padavinami in povečanim vetrom. Podatki za napovedovanje vremena se zbirajo na zemeljskih vremenskih postajah, ladjah in letalih ter iz meteoroloških satelitov. Glej tudi Meteorologija.

Optični, akustični in električni pojavi v ozračju. Pri širjenju elektromagnetnega sevanja v atmosferi kot posledica loma, absorpcije in sipanja svetlobe v zraku in različnih delcih (aerosol, ledeni kristali, vodne kapljice) nastanejo različni optični pojavi: mavrice, krone, haloji, fatamorgana itd. svetlobe določa navidezno višino nebesni svod in modro barvo neba. Obseg vidnosti predmetov določajo pogoji širjenja svetlobe v atmosferi (glej Atmosferska vidljivost). Transparentnost ozračja pri različnih valovnih dolžinah določa komunikacijski doseg in sposobnost zaznavanja predmetov z instrumenti, vključno z zmožnostjo astronomska opazovanja s površja Zemlje. Za študije optičnih nehomogenosti stratosfere in mezosfere igra pomembno vlogo pojav somraka. Na primer, fotografiranje mraka iz vesoljskega plovila omogoča zaznavanje plasti aerosolov. Značilnosti širjenja elektromagnetnega sevanja v ozračju določajo natančnost metod za daljinsko zaznavanje njegovih parametrov. Vsa ta vprašanja, pa tudi mnoga druga, preučuje atmosferska optika. Lom in sipanje radijskih valov določata možnosti radijskega sprejema (glej Razširjanje radijskih valov).

Širjenje zvoka v ozračju je odvisno od prostorske porazdelitve temperature in hitrosti vetra (glej Atmosferska akustika). Zanimiva je za zaznavanje atmosfere z daljinskimi metodami. Eksplozije nabojev, ki jih izstrelijo rakete v zgornja atmosfera, zagotovil bogate informacije o vetrnih sistemih in temperaturnih nihanjih v stratosferi in mezosferi. V stabilno razslojeni atmosferi, ko temperatura pada z višino počasneje od adiabatnega gradienta (9,8 K/km), nastanejo tako imenovani notranji valovi. Ti valovi se lahko širijo navzgor v stratosfero in celo v mezosfero, kjer oslabijo, kar prispeva k povečanju vetrov in turbulenc.

Negativni naboj Zemlje in posledično električno polje, atmosfera, skupaj z električno nabito ionosfero in magnetosfero ustvarjajo globalni električni krog. Pri tem ima pomembno vlogo nastajanje oblakov in nevihtna elektrika. Nevarnost razelektritve strele je zahtevala razvoj metod zaščite pred strelo za zgradbe, objekte, daljnovode in komunikacije. Ta pojav predstavlja posebno nevarnost za letalstvo. Razelektritve strele povzročajo atmosferske radijske motnje, imenovane atmosferske (glej Žvižgajoče atmosferske). Med močno povečanje električna poljska jakost, svetlobne razelektritve, ki se pojavljajo na konicah in ostri koti predmeti, ki štrlijo nad zemeljsko površino, na posameznih vrhovih v gorah ipd. (luči Elma). Atmosfera vedno vsebuje zelo različno količino lahkih in težkih ionov, odvisno od specifičnih pogojev, ki določajo električno prevodnost atmosfere. Glavni ionizatorji zraka v bližini zemeljske površine so sevanje radioaktivnih snovi, ki jih vsebuje zemeljska skorja in v ozračju, pa tudi kozmični žarki. Glej tudi Atmosferska elektrika.

Vpliv človeka na ozračje. V preteklih stoletjih se je zaradi gospodarskih dejavnosti človeka povečala koncentracija toplogrednih plinov v ozračju. Odstotek ogljikovega dioksida se je povečal z 2,8-10 2 pred dvesto leti na 3,8-10 2 leta 2005, vsebnost metana - z 0,7-10 1 pred približno 300-400 leti na 1,8-10 -4 v začetku 21. stoletja; približno 20 % povečanje učinka tople grede na prejšnje stoletje dal freone, ki jih do sredine 20. stoletja praktično ni bilo v atmosferi. Te snovi so priznane kot snovi, ki tanjšajo stratosferski ozon, njihova proizvodnja pa je prepovedana z Montrealskim protokolom iz leta 1987. Povečanje koncentracije ogljikovega dioksida v ozračju je posledica sežiganja vedno večjih količin premoga, nafte, plina in drugih vrst ogljikovih goriv ter krčenja gozdov, zaradi česar se absorpcija ogljikov dioksid s fotosintezo zmanjša. Koncentracija metana narašča s povečanjem proizvodnje nafte in plina (zaradi njegovih izgub), pa tudi s širjenjem posevkov riža in povečanjem števila goveda. Vse to prispeva k segrevanju podnebja.

Za spreminjanje vremena so bile razvite metode za aktivno vplivanje na atmosferske procese. Uporabljajo se za zaščito kmetijskih rastlin pred točo z razprševanjem posebnih reagentov v nevihtnih oblakih. Obstajajo tudi metode za razprševanje megle na letališčih, zaščito rastlin pred zmrzaljo, vplivanje na oblake, da povečajo padavine v na pravih mestih ali za razprševanje oblakov med javnimi prireditvami.

Študija ozračja. Informacije o fizikalni procesi v atmosferi so pridobljeni predvsem z meteorološkimi opazovanji, ki jih izvaja globalna mreža stalnih meteoroloških postaj in postojank na vseh celinah in na številnih otokih. Dnevna opazovanja dajejo podatke o temperaturi in vlažnosti zraka, atmosferskem tlaku in padavinah, oblačnosti, vetru itd. Opazovanja sončnega obsevanja in njegovih transformacij potekajo na aktinometričnih postajah. Za preučevanje atmosfere so velikega pomena mreže aeroloških postaj, na katerih se z radiosondami izvajajo meteorološke meritve do nadmorske višine 30-35 km. Na številnih postajah se izvajajo opazovanja atmosferskega ozona, električnih pojavov v ozračju in kemične sestave zraka.

Podatke iz zemeljskih postaj dopolnjujejo opazovanja oceanov, kjer delujejo »vremenske ladje«, ki se stalno nahajajo na določenih območjih Svetovnega oceana, pa tudi meteorološke informacije, prejete z raziskovalnih in drugih ladij.

V zadnjih desetletjih vse več informacij o ozračju pridobivamo s pomočjo meteoroloških satelitov, ki imajo instrumente za fotografiranje oblakov in merjenje tokov ultravijoličnega, infrardečega in mikrovalovnega sevanja Sonca. Sateliti omogočajo pridobivanje informacij o vertikalnih profilih temperature, oblačnosti in njeni vodni oskrbi, elementih sevalne bilance ozračja, površinski temperaturi oceana itd. Z meritvami loma radijskih signalov iz sistema navigacijskih satelitov se je mogoče določiti vertikalne profile gostote, tlaka in temperature ter vsebnost vlage v ozračju. S pomočjo satelitov je postalo mogoče razjasniti vrednost sončne konstante in planetarnega albeda Zemlje, zgraditi zemljevide sevalne bilance sistema Zemlja-atmosfera, izmeriti vsebnost in variabilnost majhnih atmosferskih nečistoč ter rešiti številni drugi problemi atmosferske fizike in monitoringa okolju.

Lit.: Budyko M.I. Podnebje v preteklosti in prihodnosti. L., 1980; Matveev L. T. Tečaj splošne meteorologije. Atmosferska fizika. 2. izd. L., 1984; Budyko M.I., Ronov A.B., Yanshin A.L. Zgodovina atmosfere. L., 1985; Khrgian A. Kh. Atmosferska fizika. M., 1986; Vzdušje: Imenik. L., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Meteorologija in klimatologija. 5. izd. M., 2001.

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

Debelina atmosfere je približno 120 km od zemeljske površine. Skupna masa zraka v ozračju je (5,1-5,3) 10 18 kg. Od tega je masa suhega zraka 5,1352 ±0,0003 10 18 kg, skupna masa vodne pare pa povprečno 1,27 10 16 kg.

Tropopavza

Prehodna plast iz troposfere v stratosfero, plast ozračja, v kateri se upadanje temperature z višino ustavi.

Stratosfera

Plast ozračja, ki se nahaja na nadmorski višini od 11 do 50 km. Zanj je značilna rahla sprememba temperature v plasti 11-25 km (spodnja plast stratosfere) in zvišanje temperature v plasti 25-40 km od -56,5 do 0,8 ° (zgornja plast stratosfere ali območje inverzije). Ko je na nadmorski višini približno 40 km dosegla vrednost približno 273 K (skoraj 0 °C), temperatura ostane konstantna do višine približno 55 km. To območje s konstantno temperaturo imenujemo stratopavza in je meja med stratosfero in mezosfero.

Stratopavza

Mejna plast ozračja med stratosfero in mezosfero. Pri navpični porazdelitvi temperature je največ (približno 0 °C).

Mezosfera

Zemljina atmosfera

Meja zemeljske atmosfere

Termosfera

Zgornja meja je približno 800 km. Temperatura se dvigne do nadmorske višine 200-300 km, kjer doseže vrednosti reda 1500 K, nato pa ostane skoraj konstantna do visokih nadmorskih višin. Pod vplivom ultravijoličnega in rentgenskega sončnega sevanja ter kozmičnega sevanja pride do ionizacije zraka (»auroras«) - glavna področja ionosfere ležijo znotraj termosfere. Na nadmorski višini nad 300 km prevladuje atomski kisik. Zgornjo mejo termosfere v veliki meri določa trenutna aktivnost Sonca. V obdobjih nizke aktivnosti - na primer v letih 2008-2009 - je opazno zmanjšanje velikosti te plasti.

Termopavza

Območje ozračja, ki meji na termosfero. V tem območju je absorpcija sončnega sevanja zanemarljiva in temperatura se dejansko ne spreminja z nadmorsko višino.

Eksosfera (razpršilna krogla)

Do višine 100 km je ozračje homogena, dobro premešana mešanica plinov. V več visoke plasti Porazdelitev plinov po višini je odvisna od njihovih molekulskih mas, koncentracija težjih plinov se hitreje zmanjšuje z oddaljenostjo od površja Zemlje. Zaradi zmanjšanja gostote plina temperatura pade od 0 °C v stratosferi do −110 °C v mezosferi. Vendar pa kinetična energija posameznih delcev na višinah 200-250 km ustreza temperaturi ~150 °C. Nad 200 km opazimo znatna nihanja temperature in gostote plinov v času in prostoru.

Na nadmorski višini približno 2000-3500 km se eksosfera postopoma spremeni v t.i. vakuum v bližnjem vesolju, ki je napolnjen z zelo redkimi delci medplanetarnega plina, predvsem atomi vodika. Toda ta plin predstavlja le del medplanetarne snovi. Drugi del sestavljajo prašni delci kometnega in meteorskega izvora. V ta prostor prodira poleg izredno redkih prašnih delcev tudi elektromagnetno in korpuskularno sevanje sončnega in galaktičnega izvora.

Troposfera predstavlja približno 80% mase ozračja, stratosfera - približno 20%; masa mezosfere ni večja od 0,3%, termosfera je manjša od 0,05% celotne mase ozračja. Glede na električne lastnosti atmosfere ločimo nevtronosfero in ionosfero. Trenutno se domneva, da se atmosfera razteza do nadmorske višine 2000-3000 km.

Odvisno od sestave plina v ozračju, ki ga oddajajo homosfera in heterosfera. Heterosfera- To je področje, kjer gravitacija vpliva na ločevanje plinov, saj je njihovo mešanje na taki višini zanemarljivo. To pomeni spremenljivo sestavo heterosfere. Pod njo leži dobro premešan, homogen del ozračja, imenovan homosfera. Meja med temi plastmi se imenuje turbopavza, leži na nadmorski višini približno 120 km.

Fiziološke in druge lastnosti ozračja

Že na nadmorski višini 5 km začne netrenirana oseba doživljati kisikovo stradanje in brez prilagoditve se človekova zmogljivost znatno zmanjša. Tu se konča fiziološka cona ozračja. Človeško dihanje postane nemogoče na višini 9 km, čeprav do približno 115 km atmosfera vsebuje kisik.

Ozračje nas oskrbuje s kisikom, ki je potreben za dihanje. Zaradi padca celotnega atmosferskega tlaka, ko se dvignete na višino, se parcialni tlak kisika ustrezno zmanjša.

V redkih slojih zraka je širjenje zvoka nemogoče. Do višin 60-90 km je še vedno mogoče uporabiti zračni upor in vzgon za nadzorovan aerodinamični let. Toda od višine 100 do 130 km koncepti številke M in zvočne pregrade, ki jih pozna vsak pilot, izgubijo svoj pomen: tam poteka konvencionalna Karmanova črta, za katero se začne območje čisto balističnega leta, ki lahko le nadzorovati z uporabo reaktivnih sil.

Na višinah nad 100 km je atmosferi odvzeta še ena izjemna lastnost - sposobnost absorbiranja, prevajanja in prenosa toplotne energije s konvekcijo (tj. z mešanjem zraka). To pomeni, da različnih elementov opreme na orbitalni vesoljski postaji ne bo mogoče hladiti od zunaj na enak način, kot je to običajno na letalu – s pomočjo zračnih šob in zračnih radiatorjev. Na tej višini, kot na splošno v vesolju, je edini način prenosa toplote toplotno sevanje.

Zgodovina nastanka atmosfere

Po najpogostejši teoriji je imela Zemljina atmosfera skozi čas tri različne sestave. Sprva je bil sestavljen iz lahkih plinov (vodika in helija), zajetih iz medplanetarnega prostora. To je t.i primarna atmosfera(pred približno štirimi milijardami let). Na naslednji stopnji je aktivna vulkanska aktivnost povzročila nasičenost ozračja s plini, ki niso vodik (ogljikov dioksid, amoniak, vodna para). Tako je nastala sekundarna atmosfera(približno tri milijarde let pred današnjim dnem). To vzdušje je bilo krepčilno. Nadalje so proces nastajanja atmosfere določili naslednji dejavniki:

uhajanje lahkih plinov (vodika in helija) v medplanetarni prostor;
kemične reakcije, ki se pojavljajo v ozračju pod vplivom ultravijoličnega sevanja, strele in nekaterih drugih dejavnikov.

Postopoma so ti dejavniki pripeljali do nastanka terciarna atmosfera, za katerega je značilna veliko nižja vsebnost vodika in veliko višja vsebnost dušika in ogljikovega dioksida (nastalega kot posledica kemijskih reakcij iz amoniaka in ogljikovodikov).

Dušik

Nastanek velike količine dušika N2 je posledica oksidacije atmosfere amoniak-vodik z molekularnim kisikom O2, ki je začel prihajati s površine planeta kot posledica fotosinteze, ki se je začela pred 3 milijardami let. Dušik N2 se sprošča v ozračje tudi kot posledica denitrifikacije nitratov in drugih spojin, ki vsebujejo dušik. Dušik oksidira ozon v NO v zgornji atmosferi.

Dušik N 2 reagira le pod določenimi pogoji (na primer med razelektritvijo strele). Oksidacija molekularnega dušika z ozonom med električnimi razelektritvami se v majhnih količinah uporablja pri industrijski proizvodnji dušikovih gnojil. Cianobakterije (modrozelene alge) in gomoljične bakterije, ki tvorijo rizobialno simbiozo s stročnicami, tako imenovane, ga lahko z nizko porabo energije oksidirajo in pretvorijo v biološko aktivno obliko. zeleno gnojenje.

kisik

Sestava atmosfere se je začela radikalno spreminjati s pojavom živih organizmov na Zemlji, kot posledica fotosinteze, ki jo spremlja sproščanje kisika in absorpcija ogljikovega dioksida. Sprva je bil kisik porabljen za oksidacijo reduciranih spojin - amoniaka, ogljikovodikov, železove oblike železa v oceanih itd. Na koncu te stopnje se je vsebnost kisika v ozračju začela povečevati. Postopoma se je pojavilo sodobno vzdušje, ki ima oksidativne lastnosti. Ker je to povzročilo resne in nenadne spremembe v številnih procesih, ki se dogajajo v ozračju, litosferi in biosferi, so ta dogodek poimenovali kisikova katastrofa.

Žlahtni plini

Onesnaženost zraka

IN v zadnjem časuČlovek je začel vplivati na razvoj ozračja. Rezultat njegovih dejavnosti je bilo stalno znatno povečanje vsebnosti ogljikovega dioksida v ozračju zaradi zgorevanja ogljikovodikov, nabranih v prejšnjih geoloških obdobjih. Med fotosintezo se porabijo ogromne količine CO 2 , ki jih absorbirajo svetovni oceani. Ta plin pride v ozračje zaradi razgradnje karbonatnih kamnin in organskih snovi rastlinskega in živalskega izvora, pa tudi zaradi vulkanizma in človeške industrijske dejavnosti. V zadnjih 100 letih se je vsebnost CO 2 v ozračju povečala za 10 %, pri čemer glavnina (360 milijard ton) izvira iz zgorevanja goriva. Če se bo stopnja rasti izgorevanja goriva nadaljevala, se bo v naslednjih 200-300 letih količina CO 2 v ozračju podvojila in lahko povzroči globalne podnebne spremembe.

Zgorevanje goriva je glavni vir onesnaževanja plinov (CO, SO2). Žveplov dioksid oksidira atmosferski kisik v SO 3 v zgornjih plasteh atmosfere, ta pa medsebojno deluje z vodo in amoniakovimi hlapi ter nastaneta žveplova kislina (H 2 SO 4) in amonijev sulfat ((NH 4) 2 SO 4 ) se vračajo na površje Zemlje v obliki t.i. kisli dež. Uporaba motorjev z notranjim zgorevanjem povzroča znatno onesnaženje ozračja z dušikovimi oksidi, ogljikovodiki in svinčevimi spojinami (tetraetil svinec Pb(CH 3 CH 2) 4)).

Aerosolno onesnaženje ozračja je posledica naravnih vzrokov (vulkanski izbruhi, prašne nevihte, vnos kapljic morska voda in cvetni prah rastlin itd.), in gospodarska dejavnost ljudje (rudarstvo in gradbeni materiali, zgorevanje goriva, proizvodnja cementa itd.). Intenzivna obsežna emisija trdnih delcev v ozračje je ena izmed možni razlogi spremembe v podnebju planeta.

Glej tudi

Jacchia (model atmosfere)

Opombe

Povezave

Literatura

V. V. Parin, F. P. Kosmolinski, B. A. Duškov“Vesoljska biologija in medicina” (2. izdaja, revidirana in razširjena), M.: “Prosveshcheniye”, 1975, 223 str.
N. V. Gusakova“Okoljska kemija”, Rostov na Donu: Phoenix, 2004, 192 z ISBN 5-222-05386-5
Sokolov V. A. Geokemija zemeljskih plinov, M., 1971;
McEwen M., Phillips L. Atmosferska kemija, M., 1978;
Wark K., Warner S. Onesnaženost zraka. Viri in nadzor, prev. iz angleščine, M.. 1980;
Spremljanje onesnaženosti ozadja naravna okolja. V. 1, L., 1982.

Zemlja
Zgodovina Zemlje	Starost Zemlje Geološka zgodovina Zemlje Geokronološka lestvica Zgodovina življenja na Zemlji Poledenitev Zemlje Paradoks šibkega mladega Sonca Teorija udarca velikana Kronologija evolucije
Geografija in geologija	Avstralija Azija Antarktika Afrika Evropa Severna Amerika Južna Amerika Atlantski ocean Indijski ocean Arktični ocean

Zemljina atmosfera

Vzdušje(iz. stara grščinaἀτμός - para in σφαῖρα - žoga) - plin lupina ( geosfera), ki obdaja planet Zemlja. Njegova notranja površina pokriva hidrosfera in delno lubje, zunanja pa meji na prizemni del vesolja.

Skupek vej fizike in kemije, ki preučujejo atmosfero, se običajno imenuje atmosferska fizika. Atmosfera določa vreme na površju Zemlje, preučevanje vremena meteorologija in dolgoročne spremembe klima - klimatologija.

Struktura ozračja

Struktura ozračja

Troposfera

Njegova zgornja meja je na nadmorski višini 8-10 km v polarnih, 10-12 km v zmernih in 16-18 km v tropskih širinah; nižja pozimi kot poleti. Spodnji, glavni sloj ozračja. Vsebuje več kot 80 % celotne mase atmosferskega zraka in približno 90 % vse vodne pare, ki je prisotna v ozračju. V troposferi so zelo razviti turbulence in konvekcija, vstati oblaki, se razvijajo cikloni in anticikloni. Temperatura pada z naraščanjem nadmorske višine s povprečno navpično gradient 0,65°/100 m

Za »normalne pogoje« na zemeljskem površju so sprejeti naslednji: gostota 1,2 kg/m3, zračni tlak 101,35 kPa, temperatura plus 20 °C in relativna vlažnost 50 %. Ti pogojni kazalniki imajo izključno inženirski pomen.

Stratosfera

Plast ozračja, ki se nahaja na nadmorski višini od 11 do 50 km. Zanj je značilna rahla sprememba temperature v plasti 11-25 km (spodnja plast stratosfere) in povečanje v plasti 25-40 km od -56,5 do 0,8 ° Z(zgornja plast stratosfere ali regije inverzije). Ko je na nadmorski višini približno 40 km dosegla vrednost približno 273 K (skoraj 0 ° C), temperatura ostane konstantna do nadmorske višine približno 55 km. To območje konstantne temperature imenujemo stratopavza in je meja med stratosfero in mezosfera.

Stratopavza

Mejna plast ozračja med stratosfero in mezosfero. Pri navpični porazdelitvi temperature je največ (približno 0 °C).

Mezosfera

Zemljina atmosfera

Mezosfera se začne na nadmorski višini 50 km in se razteza na 80-90 km. Temperatura pada z višino s povprečnim navpičnim gradientom (0,25-0,3)°/100 m je glavni proces prenosa toplote. Zapleteni fotokemični procesi, ki vključujejo prostih radikalov, vibracijsko vzbujene molekule itd., povzročajo sij atmosfere.

Mezopavza

Prehodna plast med mezosfero in termosfero. V navpični porazdelitvi temperature je minimum (približno -90 °C).

Linija Karman

Višina nad morsko gladino, ki je običajno sprejeta kot meja med zemeljsko atmosfero in vesoljem.

Termosfera

Glavni članek: Termosfera

Zgornja meja je približno 800 km. Temperatura se dvigne do nadmorske višine 200-300 km, kjer doseže vrednosti reda 1500 K, nato pa ostane skoraj konstantna do visokih nadmorskih višin. Pod vplivom ultravijoličnega in rentgenskega sončnega sevanja ter kozmičnega sevanja pride do ionizacije zraka (“ aurore") - glavna področja ionosfera ležijo znotraj termosfere. Na nadmorski višini nad 300 km prevladuje atomski kisik.

Plasti atmosfere do nadmorske višine 120 km

Eksosfera (razpršilna krogla)

Eksosfera- disperzijsko območje, zunanji del termosfere, ki se nahaja nad 700 km. Plin v eksosferi je zelo redčen in od tu njegovi delci uhajajo v medplanetarni prostor ( disipacija).

Do višine 100 km je ozračje homogena, dobro premešana mešanica plinov. V višjih plasteh je porazdelitev plinov po višini odvisna od njihove molekulske mase, koncentracija težjih plinov se hitreje zmanjšuje z oddaljenostjo od površja Zemlje. Zaradi zmanjšanja gostote plina temperatura pade od 0 °C v stratosferi do −110 °C v mezosferi. Vendar pa kinetična energija posameznih delcev na višinah 200-250 km ustreza temperaturi ~1500 °C. Nad 200 km opazimo znatna nihanja temperature in gostote plinov v času in prostoru.

Na višini približno 2000-3000 km se eksosfera postopoma spremeni v t.i. vakuum v bližnjem vesolju, ki je napolnjen z zelo redkimi delci medplanetarnega plina, predvsem atomi vodika. Toda ta plin predstavlja le del medplanetarne snovi. Drugi del sestavljajo prašni delci kometnega in meteorskega izvora. V ta prostor prodira poleg izredno redkih prašnih delcev tudi elektromagnetno in korpuskularno sevanje sončnega in galaktičnega izvora.

Odvisno od sestave plina v ozračju, ki ga oddajajo homosfera in heterosfera. Heterosfera - To je področje, kjer gravitacija vpliva na ločevanje plinov, saj je njihovo mešanje na taki višini zanemarljivo. To pomeni spremenljivo sestavo heterosfere. Pod njim leži dobro premešan, homogen del ozračja, imenovan homosfera. Meja med temi plastmi se imenuje turbo premor, leži na nadmorski višini okoli 120 km.

Fizikalne lastnosti

Debelina atmosfere je približno 2000 - 3000 km od zemeljske površine. Skupna masa zrak- (5,1-5,3)×10 18 kg. Molska masačisti suhi zrak je 28,966. Pritisk pri 0 °C na morski gladini 101.325 kPa; kritična temperatura-140,7 °C; kritični tlak 3,7 MPa; C str 1,0048×10 3 J/(kg K) (pri 0 °C), C v 0,7159×10 3 J/(kg K) (pri 0 °C). Topnost zraka v vodi pri 0 °C je 0,036 %, pri 25 °C - 0,22 %.

Fiziološke in druge lastnosti ozračja

Že na nadmorski višini 5 km se razvije netrenirana oseba kisikovo stradanje in brez prilagoditve se človekova zmogljivost znatno zmanjša. Tu se konča fiziološka cona ozračja. Človeško dihanje postane nemogoče na višini 15 km, čeprav do približno 115 km atmosfera vsebuje kisik.

Ozračje nas oskrbuje s kisikom, ki je potreben za dihanje. Zaradi padca celotnega atmosferskega tlaka, ko se dvignete na višino, se parcialni tlak kisika ustrezno zmanjša.

Človeška pljuča nenehno vsebujejo približno 3 litre alveolarnega zraka. Parcialni tlak kisika v alveolarnem zraku pri normalnem atmosferskem tlaku je 110 mm Hg. Art., Tlak ogljikovega dioksida - 40 mm Hg. Art., In vodna para - 47 mm Hg. Art. Z naraščanjem nadmorske višine tlak kisika pada, skupni parni tlak vode in ogljikovega dioksida v pljučih pa ostaja skoraj enak - približno 87 mm Hg. Art. Dovod kisika v pljuča se popolnoma ustavi, ko se zračni tlak okolice izenači s to vrednostjo.

Na nadmorski višini približno 19-20 km atmosferski tlak pade na 47 mm Hg. Art. Zato na tej višini voda in medcelična tekočina začneta vreti v človeškem telesu. Zunaj kabine pod tlakom na teh višinah smrt nastopi skoraj v trenutku. Tako se z vidika človeške fiziologije "vesolje" začne že na nadmorski višini 15-19 km.

Goste plasti zraka – troposfera in stratosfera – nas varujejo pred škodljivimi učinki sevanja. Ob zadostnem redčenju zraka na nadmorski višini več kot 36 km ionizirajoča sredstva močno vplivajo na telo. sevanje- primarni kozmični žarki; Na nadmorski višini več kot 40 km je za človeka nevaren ultravijolični del sončnega spektra.

Ko se dvigamo na vedno večjo višino nad zemeljsko površino, se v nižjih plasteh atmosfere opažajo znani pojavi, kot je širjenje zvoka, pojav aerodinamičnih dvigalo in odpornost, prenos toplote konvekcija itd.

V redkih plasteh zraka porazdelitev zvok se izkaže za nemogoče. Do višin 60-90 km je še vedno mogoče uporabiti zračni upor in vzgon za nadzorovan aerodinamični let. Toda začenši z višine 100-130 km, koncepti, ki jih pozna vsak pilot številke M in zvočni zid izgubijo pomen, obstaja pogojnik Linija Karman onstran katerega se začne sfera čisto balističnega letenja, ki ga je mogoče nadzorovati le z uporabo reaktivnih sil.

Na višinah nad 100 km je atmosferi odvzeta še ena izjemna lastnost - sposobnost absorbiranja, prevajanja in prenosa toplotne energije s konvekcijo (tj. z mešanjem zraka). To pomeni, da različnih elementov opreme na orbitalni vesoljski postaji ne bo mogoče hladiti od zunaj na enak način, kot je to običajno na letalu – s pomočjo zračnih šob in zračnih radiatorjev. Na takšni višini, kot na splošno v vesolju, je edini način prenosa toplote toplotno sevanje.

Atmosferska sestava

Sestava suhega zraka

Zemljino ozračje sestavljajo predvsem plini in razne nečistoče (prah, vodne kapljice, ledeni kristali, morske soli, produkti zgorevanja).

Koncentracija plinov, ki sestavljajo ozračje, je skoraj konstantna, z izjemo vode (H 2 O) in ogljikovega dioksida (CO 2).

Sestava suhega zraka

Dušik
kisik
Argon
voda
Ogljikov dioksid
Neon
Helij
Metan
kripton
vodik
Ksenon
Dušikov oksid

Poleg plinov, navedenih v tabeli, vsebuje atmosfera SO 2, NH 3, CO, ozon, ogljikovodiki, HCl, HF, pari Hg, jaz 2 , in tudi št in številni drugi plini v majhnih količinah. Nenehno se nahaja v troposferi veliko število suspendirani trdni in tekoči delci ( aerosol).

Zgodovina nastanka atmosfere

Po najpogostejši teoriji je imela Zemljina atmosfera skozi čas štiri različne sestave. Sprva je bil sestavljen iz lahkih plinov ( vodik in helij), posneto iz medplanetarnega prostora. To je t.i primarna atmosfera(pred približno štirimi milijardami let). Na naslednji stopnji je aktivna vulkanska aktivnost povzročila nasičenost ozračja s plini, ki niso vodik (ogljikov dioksid, amoniak, vodna para). Tako je nastala sekundarna atmosfera(približno tri milijarde let pred današnjim dnem). To vzdušje je bilo krepčilno. Nadalje so proces nastajanja atmosfere določili naslednji dejavniki:

uhajanje lahkih plinov (vodika in helija) v medplanetarni prostor;

kemične reakcije, ki se pojavljajo v ozračju pod vplivom ultravijoličnega sevanja, strele in nekaterih drugih dejavnikov.

Dušik

Nastanek velike količine N 2 je posledica oksidacije atmosfere amoniak-vodik z molekularnim O 2, ki je začel prihajati s površine planeta kot posledica fotosinteze, ki se je začela pred 3 milijardami let. N2 se v ozračje sprošča tudi kot posledica denitrifikacije nitratov in drugih spojin, ki vsebujejo dušik. Dušik oksidira ozon v NO v zgornji atmosferi.

Dušik N 2 reagira le pod določenimi pogoji (na primer med razelektritvijo strele). Oksidacija molekularnega dušika z ozonom med električnimi razelektritvami se uporablja v industrijski proizvodnji dušikovih gnojil. Z nizko porabo energije ga lahko oksidirajo in pretvorijo v biološko aktivno obliko. cianobakterije (modrozelene alge) in nodulne bakterije, ki tvorijo rizobijalne simbioza z stročnice rastline, ti zeleno gnojenje.

kisik

Sestava ozračja se je s pojavom na Zemlji začela korenito spreminjati živi organizmi, kot rezultat fotosinteza ki ga spremlja sproščanje kisika in absorpcija ogljikovega dioksida. Sprva je bil kisik porabljen za oksidacijo reduciranih spojin - amoniaka, ogljikovodikov, dušikove oblike žleza ki jih vsebujejo oceani itd. Na koncu te stopnje se je začela vsebnost kisika v ozračju povečevati. Postopoma je nastala sodobna atmosfera z oksidativnimi lastnostmi. Ker je to povzročilo resne in nenadne spremembe v številnih procesih, ki se dogajajo v vzdušje, litosfera in biosfera, se je ta dogodek imenoval Katastrofa s kisikom.

Za fanerozoik sestava ozračja in vsebnost kisika sta se spremenili. Korelirali so predvsem s hitrostjo odlaganja organskih usedlin. Tako je v obdobjih kopičenja premoga vsebnost kisika v ozračju očitno znatno presegla sodobno raven.

Ogljikov dioksid

Vsebnost CO 2 v ozračju je odvisna od vulkanske aktivnosti in kemični procesi v zemeljskih lupinah, predvsem pa od intenzivnosti biosinteze in razgradnje organskih snovi v biosfera Zemlja. Skoraj celotna trenutna biomasa planeta (približno 2,4 × 10 12 ton ) nastane zaradi ogljikovega dioksida, dušika in vodne pare v atmosferskem zraku. Pokopan v ocean, V močvirje in v gozdovi organska snov se spremeni v premog, olje in zemeljski plin. (cm. Geokemični ogljikov cikel)

Žlahtni plini

Vir inertnih plinov - argon, helij in kripton- vulkanski izbruhi in razpad radioaktivnih elementov. Zemlja na splošno in še posebej atmosfera sta v primerjavi z vesoljem osiromašena inertnih plinov. Menijo, da je razlog za to v nenehnem uhajanju plinov v medplanetarni prostor.

Onesnaženost zraka

V zadnjem času je na razvoj ozračja začelo vplivati Človek. Rezultat njegovih dejavnosti je bilo stalno znatno povečanje vsebnosti ogljikovega dioksida v ozračju zaradi zgorevanja ogljikovodikov, nabranih v prejšnjih geoloških obdobjih. Med fotosintezo se porabijo ogromne količine CO 2 , ki jih absorbirajo svetovni oceani. Ta plin pride v ozračje zaradi razgradnje karbonatnih kamnin in organskih snovi rastlinskega in živalskega izvora, pa tudi zaradi vulkanizma in človeške industrijske dejavnosti. V zadnjih 100 letih se je vsebnost CO 2 v ozračju povečala za 10 %, pri čemer glavnina (360 milijard ton) izvira iz zgorevanja goriva. Če se bo stopnja rasti izgorevanja goriva nadaljevala, se bo v naslednjih 50-60 letih količina CO 2 v ozračju podvojila in bi lahko povzročila globalne podnebne spremembe.

Zgorevanje goriva je glavni vir onesnaževanja plinov ( CO, št, SO 2 ). Žveplov dioksid oksidira atmosferski kisik v SO 3 v zgornjih plasteh atmosfere, ki nato medsebojno delujejo z vodo in amoniakovimi hlapi ter posledično žveplova kislina (H 2 SO 4 ) in amonijev sulfat ((NH 4 ) 2 SO 4 ) vračajo na površje Zemlje v obliki ti. kisli dež. Uporaba motorji notranje zgorevanje povzroča znatno onesnaženje ozračja z dušikovimi oksidi, ogljikovodiki in svinčevimi spojinami ( tetraetil svinec Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Aerosolno onesnaženje ozračja povzročajo tako naravni vzroki (vulkanski izbruhi, prašni viharji, vnos kapljic morske vode in cvetnega prahu rastlin itd.) kot človekove gospodarske dejavnosti (rudarstvo in gradbeni material, kurjenje goriva, izdelava cementa itd.). ). Intenzivno obsežno izpuščanje trdih delcev v ozračje je eden od možnih vzrokov podnebnih sprememb na planetu.

Skupaj z Zemljo se vrti tudi plinasta ovojnica našega planeta, imenovana atmosfera. Procesi, ki se v njem dogajajo, določajo vreme na našem planetu; ozračje je tudi tisto, ki varuje živali in flora pred škodljivimi učinki ultravijoličnih žarkov, zagotavlja optimalno temperaturo ipd. , ni tako enostavno določiti in tukaj je razlog.

Zemljina atmosfera km

Atmosfera je plinski prostor. Njegova zgornja meja ni jasno določena, saj višje kot so plini, bolj so redki in se postopoma pomikajo v vesolje. Če govorimo približno o premeru zemeljske atmosfere, potem znanstveniki imenujejo številko približno 2-3 tisoč kilometrov.

Iz česa je sestavljena Zemljina atmosfera?štiri plasti, ki prav tako gladko prehajajo ena v drugo. to:

troposfera;
stratosfera;
mezosfera;
ionosfera (termosfera).

Mimogrede, zanimivost: planet Zemlja brez atmosfere bi bil tako tih kot Luna, saj je zvok vibracija delcev zraka. In dejstvo, da je nebo modro, je razloženo s posebnim razpadom sončnih žarkov, ki prehajajo skozi ozračje.

Značilnosti vsake plasti ozračja

Debelina troposfere je od osem do deset kilometrov (v zmernih širinah - do 12, nad ekvatorjem - do 18 kilometrov). Zrak v tej plasti se segrejeta s kopnim in vodo, zato bolj polmer zemeljske atmosfere, nižja je temperatura. Tu se koncentrira 80 odstotkov celotne mase ozračja in se koncentrira vodna para, nastajajo nevihte, nevihte, oblaki, padavine, zrak se giblje v navpični in vodoravni smeri.

Stratosfera se nahaja od troposfere na nadmorski višini od osem do 50 kilometrov. Zrak je tu redek, zato se sončni žarki ne razpršijo, barva neba pa postane vijolična. Ta plast absorbira ultravijolično sevanje zaradi ozona.

Mezosfera se nahaja še višje - na nadmorski višini 50-80 kilometrov. Tu se nebo že zdi črno, temperatura plasti pa je do minus devetdeset stopinj. Sledi termosfera, tu temperatura močno naraste in se nato na višini 600 km ustavi pri okoli 240 stopinjah.

Najbolj redka plast je ionosfera, zanjo je značilna visoka naelektrenost, poleg tega pa kot zrcalo odbija radijske valove različnih dolžin. Tu se oblikuje severni sij.

Posodobil: 31. marca 2016 avtor: Anna Volosovets

Plinski ovoj, ki obdaja naš planet Zemljo, znan kot atmosfera, je sestavljen iz petih glavnih plasti. Te plasti izvirajo na površini planeta, od morske gladine (včasih pod njo) in se dvigajo v vesolje v naslednjem zaporedju:

troposfera;
stratosfera;
Mezosfera;
termosfera;
Eksosfera.

Diagram glavnih plasti zemeljske atmosfere

Med vsako od teh petih glavnih plasti so prehodna območja, imenovana "pavze", kjer pride do sprememb v temperaturi, sestavi in gostoti zraka. Zemljina atmosfera skupaj s premori vključuje skupno 9 plasti.

Troposfera: kjer se pojavi vreme

Od vseh plasti ozračja je troposfera tista, ki jo najbolj poznamo (če se zavedate ali ne), saj živimo na njenem dnu – površini planeta. Obdaja površino Zemlje in se razteza navzgor več kilometrov. Beseda troposfera pomeni "sprememba globusa". Zelo primerno ime, saj je v tej plasti naše vsakodnevno vreme.

Od površine planeta se troposfera dvigne na višino od 6 do 20 km. Nam najbližja spodnja tretjina plasti vsebuje 50 % vseh atmosferskih plinov. To je edini del celotne atmosfere, ki diha. Ker se zrak segreva od spodaj zaradi zemeljskega površja, ki absorbira toplotno energijo Sonca, se temperatura in tlak troposfere z naraščajočo nadmorsko višino zmanjšujeta.

Na vrhu je tanka plast, imenovana tropopavza, ki je le tampon med troposfero in stratosfero.

Stratosfera: domovina ozona

Stratosfera je naslednja plast ozračja. Razteza se od 6-20 km do 50 km nad zemeljsko površino. To je sloj, v katerem leti večina komercialnih letal in balonov na vroč zrak.

Tu zrak ne teče gor in dol, ampak se zelo hitro premika vzporedno s površino zračni tokovi. Ko se dvignete, se temperatura poveča zaradi obilice naravno prisotnega ozona (O3), stranskega produkta sončnega sevanja in kisika, ki lahko absorbira sončne škodljive ultravijolične žarke (vsako povišanje temperature z nadmorsko višino je v meteorologiji znano kot "inverzija") .

Ker ima stratosfera toplejše temperature na dnu in nižje temperature na vrhu, je konvekcija (navpično gibanje zračnih mas) v tem delu ozračja redka. Pravzaprav si lahko ogledate nevihto, ki divja v troposferi, iz stratosfere, ker plast deluje kot konvekcijska kapa, ki preprečuje prodor nevihtnih oblakov.

Za stratosfero je spet tamponska plast, tokrat imenovana stratopavza.

Mezosfera: srednja atmosfera

Mezosfera se nahaja približno 50-80 km od zemeljske površine. Zgornja mezosfera je najhladnejše naravno mesto na Zemlji, kjer lahko temperature padejo pod -143°C.

Termosfera: zgornja atmosfera

Za mezosfero in mezopavzo pride termosfera, ki se nahaja med 80 in 700 km nad površjem planeta in vsebuje manj kot 0,01 % celotnega zraka v atmosferskem ovoju. Temperature tukaj dosegajo do +2000° C, vendar zaradi izredno redkega zraka in pomanjkanja molekul plina za prenos toplote te visoke temperature zaznavamo kot zelo nizke.

Eksosfera: meja med atmosfero in vesoljem

Na nadmorski višini približno 700-10.000 km nad zemeljsko površino je eksosfera - zunanji rob atmosfere, ki meji na vesolje. Tukaj vremenski sateliti krožijo okoli Zemlje.

Kaj pa ionosfera?

Ionosfera ni ločena plast, ampak se ta izraz dejansko uporablja za atmosfero med 60 in 1000 km nadmorske višine. Vključuje najvišje dele mezosfere, celotno termosfero in del eksosfere. Ionosfera je dobila ime, ker je v tem delu atmosfere sončno sevanje ionizirano, ko prehaja skozi zemeljska magnetna polja pri in. Ta pojav opazujemo s tal kot severni sij.