Visina slojeva atmosfere. Zemljina atmosfera. Raspodjela barometrijskog pritiska

Dom

• Gasni omotač koji okružuje našu planetu Zemlju, poznat kao atmosfera, sastoji se od pet glavnih slojeva. Ovi slojevi nastaju na površini planete, od nivoa mora (ponekad ispod) i uzdižu se u svemir u sljedećem nizu:
• Troposfera;
• Stratosphere;
• mezosfera;
• Thermosphere;

Egzosfera.

Dijagram glavnih slojeva Zemljine atmosfere

Između svakog od ovih glavnih pet slojeva nalaze se prijelazne zone koje se nazivaju "pauze" u kojima dolazi do promjena temperature, sastava i gustoće zraka. Zajedno sa pauzama, Zemljina atmosfera uključuje ukupno 9 slojeva.

Troposfera: gdje se javlja vrijeme

Od svih slojeva atmosfere, troposfera nam je najpoznatija (shvatali vi to ili ne), budući da živimo na njenom dnu - površini planete. Omotava površinu Zemlje i proteže se prema gore nekoliko kilometara. Riječ troposfera znači "promjena globusa". Veoma prikladan naziv, budući da je ovaj sloj mjesto gdje se svakodnevno događa vrijeme. Počevši od površine planete, troposfera se uzdiže do visine od 6 do 20 km. Donja trećina sloja, nama najbliža, sadrži 50% svih atmosferskih gasova. Ovo je jedini dio cijele atmosfere koji diše. Zbog činjenice da se zrak zagrijava odozdo od površine zemlje, apsorbira toplotnu energiju

Sunce, sa povećanjem nadmorske visine, temperatura i pritisak troposfere se smanjuju.

Na vrhu se nalazi tanak sloj nazvan tropopauza, koji je samo tampon između troposfere i stratosfere.

Stratosfera: dom ozona

Stratosfera je sljedeći sloj atmosfere. Prostire se od 6-20 km do 50 km iznad površine Zemlje. Ovo je sloj u kojem leti većina komercijalnih aviona i putuju baloni na vrući zrak.

Budući da stratosfera ima toplije temperature na dnu i hladnije na vrhu, konvekcija (vertikalni pokreti vazdušne mase) je rijetkost u ovom dijelu atmosfere. U stvari, iz stratosfere možete vidjeti oluju koja bjesni u troposferi jer sloj djeluje kao konvekcijska kapa koja sprječava prodor olujnih oblaka.

Nakon stratosfere ponovo postoji tampon sloj, ovaj put nazvan stratopauza.

Mezosfera: srednja atmosfera

Mezosfera se nalazi otprilike 50-80 km od površine Zemlje. Gornja mezosfera je najhladnije prirodno mjesto na Zemlji, gdje temperature mogu pasti ispod -143°C.

Termosfera: gornja atmosfera

Nakon mezosfere i mezopauze dolazi termosfera koja se nalazi između 80 i 700 km iznad površine planete i sadrži manje od 0,01% ukupnog zraka u atmosferskom omotaču. Temperature ovdje dosežu i do +2000°C, ali zbog jakog razrjeđivanja zraka i nedostatka molekula plina za prijenos topline, ove visoke temperature doživljavaju se kao veoma hladne.

Egzosfera: granica između atmosfere i svemira

Na visini od oko 700-10.000 km iznad površine zemlje nalazi se egzosfera - vanjski rub atmosfere, koji graniči sa svemirom. Ovdje vremenski sateliti kruže oko Zemlje.

Šta je sa jonosferom?

Jonosfera nije poseban sloj, ali se u stvari termin koristi za označavanje atmosfere između 60 i 1000 km nadmorske visine. Uključuje najgornje dijelove mezosfere, cijelu termosferu i dio egzosfere. Jonosfera je dobila ime jer se u ovom dijelu atmosfere zračenje Sunca jonizuje kada prolazi kroz Zemljina magnetna polja na i. Ovaj fenomen se posmatra sa zemlje kao severno svetlo.

Svi koji su letjeli avionom navikli su na ovakvu poruku: "naš let se odvija na visini od 10.000 m, temperatura napolju je 50°C." Čini se ništa posebno. Što je dalje od površine Zemlje koju grije Sunce, to je hladnije. Mnogi ljudi misle da temperatura kontinuirano opada sa visinom i da temperatura postepeno opada, približavajući se temperaturi prostora. Inače, naučnici su tako mislili sve do kraja 19. veka.

Pogledajmo pobliže raspodjelu temperature zraka na Zemlji. Atmosfera je podijeljena na nekoliko slojeva, koji prvenstveno odražavaju prirodu promjena temperature.

Donji sloj atmosfere se naziva troposfera, što znači “sfera rotacije.” Sve promjene u vremenu i klimi su rezultat fizičkih procesa koji se odvijaju upravo u ovom sloju gdje se smanjenje temperature s visinom zamjenjuje njenim povećanjem nadmorskoj visini od 15-16 km iznad ekvatora i 7-8 km iznad polova. Međutim, ovaj efekat je mnogo izraženiji u atmosferi nego u čvrstom omotaču Zemlje u pravcu od Zemljine površine do Na gornjoj granici troposfere temperatura vazduha opada iznad ekvatora. minimalna temperatura vazduh je oko -62°C, a iznad polova oko -45°C. Na umjerenim geografskim širinama, više od 75% mase atmosfere nalazi se u troposferi. U tropima se oko 90% mase atmosfere nalazi unutar troposfere.

Godine 1899. pronađen je minimum u vertikalnom temperaturnom profilu na određenoj nadmorskoj visini, a zatim je temperatura blago porasla. Početak ovog povećanja znači prelazak na sljedeći sloj atmosfere - na stratosfera, što znači „sfera sloja“. Izraz stratosfera označava i odražava prethodnu ideju o jedinstvenosti sloja koji leži iznad troposfere Posebnost je, posebno, naglo povećanje temperature zraka. Ovo povećanje temperature objašnjava se kao jedna od glavnih reakcija stvaranja ozona hemijske reakcije koji se dešavaju u atmosferi.

Najveći dio ozona koncentrisan je na visinama od približno 25 km, ali općenito ozonski omotač je vrlo proširena školjka, koja pokriva gotovo cijelu stratosferu. Interakcija kiseonika sa ultraljubičastim zracima jedan je od korisnih procesa u Zemljinoj atmosferi koji doprinosi održavanju života na Zemlji. Apsorpcija ove energije ozonom sprečava njeno prekomerno oticanje na površinu zemlje, gde se stvara upravo onaj nivo energije koji je pogodan za postojanje zemaljskih oblika života. Ozonosfera apsorbira dio energije zračenja koja prolazi kroz atmosferu. Kao rezultat, u ozonosferi se uspostavlja vertikalni gradijent temperature vazduha od približno 0,62 °C na 100 m, odnosno temperatura raste sa visinom do gornje granice stratosfere - stratopauze (50 km), dostižući, prema neki podaci, 0 °C.

Na visinama od 50 do 80 km nalazi se sloj atmosfere tzv mezosfera. Reč "mezosfera" znači "srednja sfera", gde temperatura vazduha nastavlja da opada sa visinom. Iznad mezosfere, u sloju tzv termosfera, temperatura ponovo raste sa visinom do oko 1000°C, a zatim vrlo brzo pada na -96°C. Međutim, ne pada beskonačno, tada se temperatura ponovo povećava.

Termosfera je prvi sloj jonosfera. Za razliku od prethodno navedenih slojeva, jonosfera se ne razlikuje po temperaturi. Jonosfera je područje koje ima elektricne prirode, zahvaljujući kojoj postaju moguće mnoge vrste radio komunikacija. Jonosfera je podijeljena na nekoliko slojeva, označenih slovima D, E, F1 i F2. Razdvajanje na slojeve uzrokovano je više razloga, među kojima je najvažniji nejednak uticaj slojeva na prolazak radio talasa. Najniži sloj, D, uglavnom apsorbuje radio talase i na taj način sprečava njihovo dalje širenje. Najbolje proučavan sloj E nalazi se na nadmorskoj visini od približno 100 km iznad površine zemlje. Naziva se i Kennelly-Heaviside sloj po imenima američkih i engleskih naučnika koji su ga istovremeno i nezavisno otkrili. Sloj E, poput ogromnog ogledala, reflektuje radio talase. Zahvaljujući ovom sloju, dugi radio talasi putuju dalje nego što bi se očekivalo da se šire samo pravolinijski, a da se ne reflektuju od E sloja. Zajedno sa slojem Kennelly-Heaviside, on reflektuje radio talase do zemaljskih radio stanica. Appletonov sloj se nalazi na nadmorskoj visini od oko 240 km.

Najudaljeniji dio atmosfere, drugi sloj jonosfere, često se naziva egzosfera. Ovaj izraz se odnosi na postojanje periferije svemira u blizini Zemlje. Teško je točno odrediti gdje završava atmosfera i počinje prostor, jer s visinom gustoća atmosferskih plinova postupno opada, a sama atmosfera se postepeno pretvara u gotovo vakuum, u kojem se nalaze samo pojedinačni molekuli. Već na visini od približno 320 km, gustina atmosfere je toliko niska da molekuli mogu putovati više od 1 km bez sudara. Kao njena gornja granica služi najudaljeniji dio atmosfere, koji se nalazi na visinama od 480 do 960 km.

Više informacija o procesima u atmosferi možete pronaći na web stranici “Earth Climate”

Na nivou mora 1013,25 hPa (oko 760 mm živa). Prosječna globalna temperatura zraka na površini Zemlje je 15°C, sa temperaturom koja varira od približno 57°C u suptropskim pustinjama do -89°C na Antarktiku. Gustoća zraka i tlak opadaju s visinom prema zakonu bliskom eksponencijalnom.

Struktura atmosfere. Vertikalno, atmosfera ima slojevitu strukturu, determiniranu uglavnom karakteristikama vertikalne raspodjele temperature (slika), koja ovisi o geografskom položaju, godišnjem dobu, dobu dana i tako dalje. Donji sloj atmosfere - troposfera - karakterizira pad temperature s visinom (za oko 6°C po 1 km), njegova visina od 8-10 km u polarnim geografskim širinama do 16-18 km u tropima. Zbog brzog smanjenja gustine vazduha sa visinom, oko 80% ukupne mase atmosfere nalazi se u troposferi. Iznad troposfere je stratosfera, sloj koji se općenito karakterizira povećanjem temperature s visinom. Prijelazni sloj između troposfere i stratosfere naziva se tropopauza. U nižoj stratosferi, do nivoa od oko 20 km, temperatura se malo mijenja s visinom (tzv. izotermna oblast), a često čak i lagano opada. Iznad toga, temperatura raste zbog apsorpcije UV zračenja sa Sunca ozonom, u početku polako, a brže sa nivoa od 34-36 km. Gornja granica stratosfere - stratopauza - nalazi se na nadmorskoj visini od 50-55 km, što odgovara maksimalnoj temperaturi (260-270 K). Sloj atmosfere koji se nalazi na nadmorskoj visini od 55-85 km, gde temperatura ponovo opada sa visinom, naziva se mezosfera na njenoj gornjoj granici - mezopauzi - temperatura dostiže 150-160 K ljeti, a 200-230; K zimi Iznad mezopauze počinje termosfera - sloj koji se odlikuje brzim porastom temperature, dostižući 800-1200 K na visini od 250 km. U termosferi se apsorbuje korpuskularno i rendgensko zračenje. meteori se usporavaju i sagorevaju, pa djeluje kao zaštitni sloj Zemlje. Još viša je egzosfera, odakle se atmosferski plinovi raspršuju u svemir zbog disipacije i gdje dolazi do postepenog prijelaza iz atmosfere u međuplanetarni prostor.

Sastav atmosfere. Do visine od oko 100 km atmosfera je gotovo homogena po hemijskom sastavu, a prosječna molekularna težina zraka (oko 29) je konstantna. U blizini Zemljine površine, atmosfera se sastoji od azota (oko 78,1% zapremine) i kiseonika (oko 20,9%), a sadrži i male količine argona, ugljen-dioksida ( ugljični dioksid), neon i druge konstantne i promjenjive komponente (vidi zrak).

Osim toga, atmosfera sadrži male količine ozona, dušikovih oksida, amonijaka, radona itd. Relativni sadržaj glavnih komponenti zraka je konstantan tokom vremena i ujednačen u različitim geografskim područjima. Sadržaj vodene pare i ozona je promjenjiv u prostoru i vremenu; Uprkos niskom sadržaju, njihova uloga u atmosferskim procesima je veoma značajna.

Iznad 100-110 km dolazi do disocijacije molekula kisika, ugljičnog dioksida i vodene pare, pa se molekulska masa zraka smanjuje. Na visini od oko 1000 km počinju da prevladavaju laki gasovi - helijum i vodonik, a još više Zemljina atmosfera se postepeno pretvara u međuplanetarni gas.

Najvažnija varijabilna komponenta atmosfere je vodena para, koja u atmosferu ulazi isparavanjem sa površine vode i vlažno tlo, kao i transpiracijom biljaka. Relativni sadržaj vodene pare varira na površini zemlje od 2,6% u tropima do 0,2% u polarnim geografskim širinama. Brzo pada s visinom, smanjujući se za polovicu već na visini od 1,5-2 km. Vertikalni stup atmosfere na umjerenim geografskim širinama sadrži oko 1,7 cm „sloja istaložene vode“. Kada se vodena para kondenzira, nastaju oblaci iz kojih padaju atmosferske padavine u obliku kiše, grada i snijega.

Važna komponenta atmosferskog zraka je ozon, koncentrisan 90% u stratosferi (između 10 i 50 km), oko 10% je u troposferi. Ozon obezbeđuje apsorpciju tvrdog UV zračenja (talasne dužine manje od 290 nm), a to je njegova zaštitna uloga za biosferu. Vrijednosti ukupnog sadržaja ozona variraju ovisno o geografskoj širini i godišnjem dobu u rasponu od 0,22 do 0,45 cm (debljina ozonskog omotača pri pritisku p = 1 atm i temperaturi T = 0°C). U ozonskim rupama uočenim u proljeće na Antarktiku od ranih 1980-ih, sadržaj ozona može pasti na 0,07 cm. Povećava se od ekvatora do polova i ima godišnji ciklus sa maksimumom u proljeće i minimumom u jesen, te amplitudom od 0,07 cm. godišnji ciklus je mali u tropima i raste prema visokim geografskim širinama. Značajna varijabilna komponenta atmosfere je ugljični dioksid, čiji se sadržaj u atmosferi povećao za 35% u posljednjih 200 godina, što se uglavnom objašnjava antropogeni faktor. Njegova geografska širina i sezonska varijabilnost, povezan s fotosintezom biljaka i topljivošću u morskoj vodi (prema Henryjevom zakonu, topljivost plina u vodi opada s povećanjem temperature).

Važnu ulogu u oblikovanju klime planete igra atmosferski aerosol - čvrste i tečne čestice suspendirane u zraku veličine od nekoliko nm do desetina mikrona. Postoje aerosoli prirodnog i antropogenog porijekla. Aerosol nastaje u procesu reakcija u gasnoj fazi iz proizvoda biljnog života i ljudske ekonomske aktivnosti, vulkanskih erupcija, kao rezultat prašine koja se diže vjetrom sa površine planete, posebno iz njenih pustinjskih krajeva, a također je i nastala od kosmičke prašine koja pada u gornje slojeve atmosfere. Većina aerosola koncentrirana je u troposferi od vulkanskih erupcija formira takozvani sloj Junge na visini od oko 20 km. Najveća količina antropogeni aerosol ulazi u atmosferu kao rezultat rada vozila i termoelektrana, hemijska proizvodnja, sagorevanje goriva itd. Stoga se u nekim oblastima sastav atmosfere primetno razlikuje od običnog vazduha, što je zahtevalo stvaranje posebna usluga zapažanja i kontrolu nivoa zagađenosti vazduha.

Evolucija atmosfere. Moderna atmosfera je očigledno sekundarnog porekla: nastala je od ispuštenih gasova tvrda školjka Zemlja nakon završetka formiranja planete prije oko 4,5 milijardi godina. Atmosfera je tokom geološke istorije Zemlje pretrpela značajne promene u svom sastavu pod uticajem niza faktora: disipacije (isparenja) gasova, uglavnom lakših, u svemir; kao rezultat toga oslobađanje gasova iz litosfere vulkanska aktivnost; hemijske reakcije između komponenti atmosfere i stijena koje čine zemljinu koru; fotohemijske reakcije u samoj atmosferi pod uticajem sunčevog UV zračenja; akrecija (hvatanje) materije iz međuplanetarnog medija (na primjer, meteorska materija). Razvoj atmosfere usko je povezan sa geološkim i geohemijskim procesima, a tokom poslednjih 3-4 milijarde godina i sa aktivnošću biosfere. Značajan dio plinova koji čine modernu atmosferu (dušik, ugljični dioksid, vodena para) nastao je tokom vulkanske aktivnosti i upada, koji ih je nosio iz dubina Zemlje. Kiseonik se pojavio u značajnim količinama prije oko 2 milijarde godina kao rezultat fotosintetskih organizama koji su prvobitno nastali u površinskim vodama oceana.

Na osnovu podataka o hemijskom sastavu karbonatnih naslaga dobijene su procjene količine ugljičnog dioksida i kisika u atmosferi geološke prošlosti. Tokom fanerozoika (poslednjih 570 miliona godina Zemljine istorije), količina ugljičnog dioksida u atmosferi varirala je u velikoj mjeri u zavisnosti od nivoa vulkanske aktivnosti, temperature okeana i brzine fotosinteze. Veći dio ovog vremena koncentracija ugljičnog dioksida u atmosferi bila je znatno viša nego danas (do 10 puta). Količina kiseonika u atmosferi fanerozoika značajno se promenila, sa preovladavajućim trendom njenog povećanja. U pretkambrijskoj atmosferi masa ugljičnog dioksida je po pravilu bila veća, a masa kisika manja u odnosu na atmosferu fanerozoika. Fluktuacije u količini ugljičnog dioksida imale su značajan utjecaj na klimu u prošlosti, povećavajući efekat staklene bašte s povećanjem koncentracije ugljičnog dioksida, čineći klimu znatno toplijom kroz glavni dio fanerozoika u odnosu na modernu eru.

Atmosfera i život. Zemlja bi bila bez atmosfere mrtva planeta. Organski život se odvija u bliskoj interakciji sa atmosferom i povezanom klimom i vremenom. Beznačajna po masi u poređenju sa planetom u cjelini (otprilike milionski dio), atmosfera je neophodan uslov za sve oblike života. Najvažniji od atmosferskih plinova za život organizama su kisik, dušik, vodena para, ugljični dioksid i ozon. Kada fotosintetske biljke apsorbiraju ugljični dioksid, stvara se organska tvar koju koristi kao izvor energije velika većina živih bića, uključujući i ljude. Kiseonik je neophodan za postojanje aerobnih organizama, kojima se protok energije obezbeđuje reakcijama oksidacije organske materije. Azot, koji asimiliraju neki mikroorganizmi (fiksatori dušika), neophodan je za mineralnu ishranu biljaka. Ozon, koji apsorbuje tvrdo UV zračenje Sunca, značajno slabi ovaj dio sunčevog zračenja štetnog za život. Kondenzacija vodene pare u atmosferi, stvaranje oblaka i naknadne padavine dovode vodu do kopna, bez kojih nije moguć nijedan oblik života. Životna aktivnost organizama u hidrosferi u velikoj mjeri je određena količinom i hemijski sastav atmosferski gasovi rastvoreni u vodi. Budući da hemijski sastav atmosfere značajno zavisi od aktivnosti organizama, biosfera i atmosfera se mogu smatrati dijelom unificirani sistem, čije je održavanje i evolucija (vidi Biogeohemijski ciklusi) bilo od velikog značaja za promenu sastava atmosfere kroz istoriju Zemlje kao planete.

Radijacijski, toplotni i vodni bilansi atmosfere. Sunčevo zračenje je praktično jedini izvor energije za sve fizičke procese u atmosferi. Glavna karakteristika radijacijskog režima atmosfere je takozvani efekat staklene bašte: atmosfera prilično dobro prenosi sunčevo zračenje na površinu zemlje, ali aktivno apsorbira toplotno dugovalno zračenje sa zemljine površine, čiji se dio vraća na površinu. u obliku kontra-zračenja, kompenzujući radijativne gubitke toplote sa zemljine površine (vidi Atmosfersko zračenje). U nedostatku atmosfere prosječna temperatura Zemljina površina bi bila -18°C, u stvarnosti je 15°C. Dolazeće sunčevo zračenje se djelomično (oko 20%) apsorbira u atmosferu (uglavnom vodenom parom, kapljicama vode, ugljičnim dioksidom, ozonom i aerosolima), a također se raspršuje (oko 7%) česticama aerosola i fluktuacijama gustoće (Rayleighovo raspršivanje) . Ukupno zračenje koje dopire do Zemljine površine se djelimično (oko 23%) odbija od nje. Koeficijent refleksije određen je refleksivnošću donje površine, takozvanim albedom. U prosjeku, Zemljin albedo za integralni tok sunčevog zračenja je blizu 30%. Ona varira od nekoliko procenata (suvo tlo i crnica) do 70-90% za svježe pao snijeg. Radijacijska izmjena topline između zemljine površine i atmosfere značajno ovisi o albedu i određena je efektivnim zračenjem zemljine površine i protuzračenjem atmosfere koje apsorbira. Algebarski zbir tokova zračenja koji ulaze u Zemljinu atmosferu iz svemira i napuštaju je nazad naziva se radijacioni balans.

Transformacije sunčevog zračenja nakon njegovog apsorpcije atmosferom i zemljinom površinom određuju toplotni bilans Zemlje kao planete. Glavni izvor toplote za atmosferu je Zemljina površina; toplota se iz njega prenosi ne samo u obliku dugovalnog zračenja, već i konvekcijom, a oslobađa se i prilikom kondenzacije vodene pare. Učešće ovih priliva toplote je u proseku 20%, 7% i 23%, respektivno. Ovdje se također dodaje oko 20% topline zbog apsorpcije direktnog sunčevog zračenja. Tok sunčevog zračenja u jedinici vremena kroz jedno područje okomito na sunčeve zrake i smješteno izvan atmosfere na prosječnoj udaljenosti od Zemlje do Sunca (tzv. solarna konstanta) jednak je 1367 W/m2, promjene su 1-2 W/m2 u zavisnosti od ciklusa sunčeve aktivnosti. Sa planetarnim albedom od oko 30%, vremenski prosjek globalnog priliva sunčeve energije na planetu iznosi 239 W/m2. Pošto Zemlja kao planeta emituje u svemir u proseku istu količinu energije, onda je, prema Stefan-Boltzmannom zakonu, efektivna temperatura izlaznog toplotnog dugotalasnog zračenja 255 K (-18°C). Istovremeno, prosječna temperatura zemljine površine je 15°C. Razlika od 33°C je zbog efekta staklene bašte.

Vodeni bilans atmosfere općenito odgovara jednakosti količine vlage koja je isparila sa površine Zemlje i količine padavina koje padaju na površinu Zemlje. Atmosfera iznad okeana prima više vlage iz procesa isparavanja nego nad kopnom i gubi 90% u obliku padavina. Višak vodene pare preko okeana prenosi se na kontinente vazdušnim strujama. Količina vodene pare koja se prenosi u atmosferu iz okeana na kontinente jednaka je zapremini rijeka koje teku u okeane.

Kretanje zraka. Zemlja je sferna, tako da mnogo manje sunčevog zračenja dopire do njenih visokih geografskih širina nego u tropskim krajevima. Kao rezultat, nastaju veliki temperaturni kontrasti između geografskih širina. Na raspodjelu temperature također značajno utiču relativnu poziciju okeane i kontinente. Zbog velika masa okeanske vode i visokog toplotnog kapaciteta vode, sezonske fluktuacije temperature površine okeana su mnogo manje nego na kopnu. S tim u vezi, u srednjim i visokim geografskim širinama, temperatura zraka iznad okeana ljeti je znatno niža nego nad kontinentima, a viša zimi.

Neravnomjerno zagrijavanje atmosfere u različitim dijelovima zemaljske kugle uzrokuje prostorno nehomogenu raspodjelu atmosferskog tlaka. Na nivou mora distribuciju pritiska karakteriše relativno niske vrijednosti blizu ekvatora, povećavajući se u suptropima (pojasevi visokog pritiska) i smanjujući u srednjim i visokim geografskim širinama. Istovremeno, nad kontinentima vantropskih širina tlak je obično povećan zimi, a opada ljeti, što je povezano s raspodjelom temperature. Pod uticajem gradijenta pritiska, vazduh doživljava ubrzanje usmereno iz oblasti visokog pritiska u oblasti niskog pritiska, što dovodi do kretanja vazdušnih masa. Na pokretne zračne mase također utiču sila skretanja Zemljine rotacije (Coriolisova sila), sila trenja koja se smanjuje s visinom i, za zakrivljene putanje, centrifugalna sila. Velika vrijednost ima turbulentno miješanje zraka (vidi Turbulencija u atmosferi).

Složen sistem vazdušnih strujanja (opšta atmosferska cirkulacija) povezan je sa planetarnom raspodelom pritiska. U meridijalnoj ravni se u prosjeku mogu pratiti dvije ili tri meridionalne cirkulacijske ćelije. U blizini ekvatora, zagrijani zrak se diže i spušta u suptropima, formirajući Hadleyjevu ćeliju. Vazduh obrnute Ferrell ćelije se takođe spušta tamo. Na visokim geografskim širinama često je vidljiva ravna polarna ćelija. Meridionalne brzine cirkulacije su reda veličine 1 m/s ili manje. Zbog Coriolisove sile, zapadni vjetrovi se primjećuju u većem dijelu atmosfere sa brzinama u srednjoj troposferi od oko 15 m/s. Postoje relativno stabilni sistemi vetra. Tu spadaju pasati - vjetrovi koji pušu od pojasa visokog pritiska u suptropima do ekvatora sa uočljivom istočnom komponentom (od istoka prema zapadu). Monsuni su prilično stabilni - zračne struje koje imaju jasno izražen sezonski karakter: ljeti duvaju od okeana prema kopnu, a zimi u suprotnom smjeru. Monsuni Indijskog okeana su posebno redovni. U srednjim geografskim širinama kretanje zračnih masa je uglavnom zapadno (od zapada prema istoku). Ovo je zona atmosferskih frontova na kojima nastaju veliki vrtlozi - cikloni i anticikloni, koji pokrivaju stotine, pa čak i hiljade kilometara. Cikloni se također javljaju u tropima; ovdje se odlikuju manjim veličinama, ali vrlo velikim brzinama vjetra, dostižući snagu uragana (33 m/s ili više), takozvani tropski cikloni. Na Atlantiku i na istoku Pacific Ocean zovu se uragani, a u zapadnom Pacifiku - tajfuni. U gornjoj troposferi i donjoj stratosferi, u područjima koja razdvajaju direktnu Hadley meridionalnu cirkulacionu ćeliju i reverznu Ferrell ćeliju, često se uočavaju relativno uski, stotinama kilometara široki, mlazne struje sa oštro definisanim granicama, unutar kojih vetar dostiže 100-150 stepeni. pa čak 200 m/ sa.

Klima i vrijeme. Razlika u količini sunčeve radijacije koja stiže na različite geografske širine do raznih fizička svojstva Zemljina površina, određuje raznolikost Zemljine klime. Od ekvatora do tropskih geografskih širina, temperatura zraka na zemljinoj površini je u prosjeku 25-30°C i malo varira tokom cijele godine. IN ekvatorijalni pojas Obično ima dosta padavina, što stvara uslove za višak vlage. IN tropskim zonama Padavine se smanjuju i postaju vrlo niske u nekim područjima. Ovdje su ogromne pustinje Zemlje.

U suptropskim i srednjim geografskim širinama temperatura zraka značajno varira tokom cijele godine, a razlika između ljetnih i zimskih temperatura posebno je velika u područjima kontinenata udaljenih od okeana. Da, u nekim oblastima Istočni Sibir Raspon godišnjih temperatura zraka dostiže 65°C. Uslovi ovlaživanja na ovim geografskim širinama su veoma raznoliki, zavise uglavnom od režima opšte atmosferske cirkulacije i značajno variraju iz godine u godinu.

U polarnim geografskim širinama, temperatura ostaje niska tokom cijele godine, čak i ako postoje primjetne sezonske varijacije. Ovo doprinosi širokoj rasprostranjenosti ledenog pokrivača na okeanima i kopnu i permafrostu, koji zauzimaju preko 65% njene površine u Rusiji, uglavnom u Sibiru.

Tokom proteklih decenija, promjene u globalnoj klimi postale su sve primjetnije. Temperature rastu više na visokim nego na niskim geografskim širinama; više zimi nego ljeti; više noću nego danju. Tokom 20. veka prosečna godišnja temperatura vazduha na zemljinoj površini u Rusiji porasla je za 1,5-2°C, a u nekim oblastima Sibira primećeno je povećanje od nekoliko stepeni. Ovo je povezano s povećanjem efekta staklene bašte zbog povećanja koncentracije plinova u tragovima.

Vrijeme je određeno uslovima atmosferske cirkulacije i geografska lokacija terena, najstabilniji je u tropima i najpromjenjiviji u srednjim i visokim geografskim širinama. Vrijeme se najviše mijenja u zonama promjene zračnih masa uzrokovanih prolaskom atmosferskih frontova, ciklona i anticiklona koji nose padavine i pojačan vjetar. Podaci za vremensku prognozu prikupljaju se na meteorološkim stanicama na kopnu, moru i aviona, sa meteoroloških satelita. Vidi također Meteorologija.

Optički, akustički i električni fenomeni u atmosferi. Kada se elektromagnetno zračenje širi u atmosferi kao rezultat refrakcije, apsorpcije i raspršenja svjetlosti zrakom i raznim česticama (aerosol, kristali leda, kapljice vode), razni optički fenomeni: duga, krune, oreol, fatamorgana, itd. Rasipanje svetlosti određuje prividnu visinu nebeskog svoda i plavu boju neba. Opseg vidljivosti objekata određen je uslovima širenja svjetlosti u atmosferi (vidi Atmosferska vidljivost). Transparentnost atmosfere na različitim talasnim dužinama određuje komunikacijski domet i sposobnost detekcije objekata instrumentima, uključujući mogućnost astronomskih posmatranja sa površine Zemlje. Za proučavanje optičkih nehomogenosti stratosfere i mezosfere, fenomen sumraka igra važnu ulogu. Na primjer, fotografisanje sumraka sa svemirski brod omogućava detekciju slojeva aerosola. Osobine širenja elektromagnetnog zračenja u atmosferi određuju točnost metoda za daljinsko ispitivanje njegovih parametara. Sva ova pitanja, kao i mnoga druga, proučava atmosferska optika. Refrakcija i rasipanje radio talasa određuju mogućnosti radio prijema (pogledajte Širenje radio talasa).

Širenje zvuka u atmosferi zavisi od prostorne distribucije temperature i brzine vjetra (vidi Atmosferska akustika). Od interesa je za atmosfersko ispitivanje daljinskim metodama. Eksplozije naelektrisanja lansiranih raketama u gornju atmosferu pružile su bogate informacije o sistemima vetra i temperaturnim varijacijama u stratosferi i mezosferi. U stabilno stratifikovanoj atmosferi, kada temperatura opada sa visinom sporije od adijabatskog gradijenta (9,8 K/km), nastaju takozvani unutrašnji talasi. Ovi valovi se mogu širiti prema gore u stratosferu, pa čak i u mezosferu, gdje se slabe, doprinoseći pojačanim vjetrovima i turbulencijama.

Negativni naboj Zemlje i rezultirajuće električno polje, atmosfera, zajedno sa električno nabijenom jonosferom i magnetosferom, stvaraju globalno električno kolo. Važnu ulogu u tome ima formiranje oblaka i elektriciteta grmljavine. Opasnost od pražnjenja groma zahtijevala je razvoj metoda gromobranske zaštite zgrada, objekata, dalekovoda i komunikacija. Ova pojava predstavlja posebnu opasnost za avijaciju. Pražnjenja groma uzrokuju atmosferske radio smetnje, koje se nazivaju atmosfere (pogledajte Atmosfere zvižduka). Tokom naglo povećanje jačina električnog polja, svjetlosna pražnjenja koja se pojavljuju na vrhovima i oštri uglovi objekti koji strše iznad površine zemlje, na pojedinačnim vrhovima u planinama i sl. (Elma svjetla). Atmosfera uvijek sadrži vrlo različitu količinu lakih i teških jona, ovisno o specifičnim uvjetima, koji određuju električnu provodljivost atmosfere. Glavni jonizatori zraka u blizini zemljine površine su zračenje radioaktivnih tvari sadržanih u zemljinoj kori i atmosferi, kao i kosmičke zrake. Vidi također Atmosferski elektricitet.

Ljudski uticaj na atmosferu. Tokom proteklih stoljeća došlo je do povećanja koncentracije stakleničkih plinova u atmosferi zbog ljudskih ekonomskih aktivnosti. Procenat ugljičnog dioksida porastao je sa 2,8-10 2 prije dvije stotine godina na 3,8-10 2 2005. godine, sadržaj metana - sa 0,7-10 1 prije otprilike 300-400 godina na 1,8-10 -4 početkom 21. vijek; oko 20% povećanja efekta staklene bašte u prošlom veku došlo je od freona, kojih u atmosferi praktično nije bilo do sredine 20. veka. Ove supstance su prepoznate kao oštećivači stratosferskog ozona, a njihova proizvodnja je zabranjena Montrealskim protokolom iz 1987. godine. Povećanje koncentracije ugljičnog dioksida u atmosferi uzrokovano je sagorijevanjem sve većih količina uglja, nafte, plina i drugih vrsta ugljičnih goriva, kao i krčenjem šuma, uslijed čega dolazi do apsorpcije ugljični dioksid se fotosintezom smanjuje. Koncentracija metana raste sa povećanjem proizvodnje nafte i gasa (zbog njegovih gubitaka), kao i sa širenjem usjeva riže i povećanjem broja stoke. Sve to doprinosi zagrijavanju klime.

Za promjenu vremena razvijene su metode za aktivno djelovanje na atmosferske procese. Koriste se za zaštitu poljoprivrednih biljaka od grada raspršivanjem u olujni oblaci specijalnih reagensa. Postoje i metode za raspršivanje magle na aerodromima, zaštitu biljaka od mraza, uticaj na oblake da povećaju padavine u na pravim mestima ili za raspršivanje oblaka tokom javnih događaja.

Proučavanje atmosfere. Informacije o fizički procesi u atmosferi se dobivaju prvenstveno iz meteoroloških osmatranja, koje provodi globalna mreža stalnih meteoroloških stanica i postova smještenih na svim kontinentima i na mnogim otocima. Dnevna posmatranja daju informacije o temperaturi i vlažnosti vazduha, atmosferski pritisak i padavine, oblačnost, vjetar itd. Posmatranja sunčevog zračenja i njegovih transformacija vrše se na aktinometrijskim stanicama. Od velikog značaja za proučavanje atmosfere su mreže aeroloških stanica, na kojima se vrše meteorološka mjerenja do visine od 30-35 km uz pomoć radiosonda. Na brojnim stanicama vrše se osmatranja atmosferskog ozona, električnih pojava u atmosferi, hemijski sastav vazduha.

Podaci sa zemaljskih stanica dopunjeni su opservacijama na okeanima, gdje rade “brodovi za vremenske prilike”, koji se stalno nalaze u određenim područjima Svjetskog okeana, kao i meteorološkim informacijama dobijenim od istraživačkih i drugih brodova.

Poslednjih decenija sve se više informacija o atmosferi dobija pomoću meteoroloških satelita, koji nose instrumente za fotografisanje oblaka i merenje tokova ultraljubičastog, infracrvenog i mikrotalasnog zračenja Sunca. Sateliti omogućavaju dobijanje informacija o vertikalnim profilima temperature, oblačnosti i njenom vodosnabdijevanju, elementima radijacijske ravnoteže atmosfere, temperaturi površine okeana itd. Koristeći mjerenje refrakcije radio signala sa sistema navigacijskih satelita, on moguće je odrediti vertikalne profile gustine, pritiska i temperature, kao i sadržaja vlage u atmosferi. Uz pomoć satelita postalo je moguće razjasniti vrijednost solarne konstante i planetarnog albeda Zemlje, izgraditi karte radijacijske ravnoteže sistema Zemlja-atmosfera, izmjeriti sadržaj i varijabilnost malih atmosferskih zagađivača i riješiti mnogi drugi problemi atmosferske fizike i monitoringa životne sredine.

Lit.: Budyko M.I. Klima u prošlosti i budućnosti. L., 1980; Matveev L. T. Kurs opće meteorologije. Atmosferska fizika. 2nd ed. L., 1984; Budyko M.I., Ronov A.B., Yanshin A.L. Istorija atmosfere. L., 1985; Khrgian A. Kh. M., 1986; Atmosfera: Imenik. L., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Meteorologija i klimatologija. 5th ed. M., 2001.

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

Svijet oko nas se sastoji od tri vrlo različita dijela: zemlje, vode i zraka. Svaki od njih je jedinstven i zanimljiv na svoj način. Sada ćemo govoriti samo o posljednjoj od njih. Šta je atmosfera? Kako je do toga došlo? Od čega se sastoji i na koje dijelove je podijeljen? Sva ova pitanja su izuzetno zanimljiva.

Sam naziv "atmosfera" formiran je od dvije riječi grčkog porijekla, u prevodu na ruski znače „para“ i „lopta“. A ako pogledate precizna definicija, tada možete pročitati sljedeće: “Atmosfera je zračna ljuska planete Zemlje koja juri zajedno s njom u svemir.” Razvijao se paralelno sa geološkim i geohemijskim procesima koji su se odvijali na planeti. A danas svi procesi koji se odvijaju u živim organizmima zavise od toga. Bez atmosfere, planeta bi postala beživotna pustinja, poput Mjeseca.

Od čega se sastoji?

Pitanje kakva je atmosfera i koji su elementi u njoj već dugo zanima. Glavne komponente ove školjke bile su poznate već 1774. godine. Instalirao ih je Antoine Lavoisier. Otkrio je da je sastav atmosfere uglavnom nastala od azota i kiseonika. Vremenom su se njegove komponente usavršavale. A sada je poznato da sadrži mnoge druge plinove, kao i vodu i prašinu.

Pogledajmo pobliže šta čini Zemljinu atmosferu blizu njene površine. Najčešći gas je azot. Sadrži nešto više od 78 posto. Ali, unatoč tako velikoj količini, dušik je praktično neaktivan u zraku.

Sledeći element po količini i veoma važan po važnosti je kiseonik. Ovaj gas sadrži skoro 21%, a ispoljava se veoma visoka aktivnost. Njegova specifična funkcija je oksidacija mrtve organske tvari koja se kao rezultat ove reakcije raspada.

Niski, ali važni gasovi

Treći gas koji je deo atmosfere je argon. To je nešto manje od jedan posto. Nakon njega dolaze ugljen dioksid sa neonom, helijum sa metanom, kripton sa vodonikom, ksenon, ozon, pa čak i amonijak. Ali njih je tako malo da postotak ovakvih komponenti jednaka je stotim, hiljaditim i milionitim delovima. Od njih samo ugljični dioksid igra značajnu ulogu, jer je on građevinski materijal koji je biljkama potreban za fotosintezu. Njegova druga važna funkcija je blokiranje zračenja i apsorbiranje sunčeve topline.

Još jedan mali, ali važan plin, ozon, postoji da uhvati ultraljubičasto zračenje koje dolazi sa Sunca. Zahvaljujući ovom svojstvu, sav život na planeti je pouzdano zaštićen. S druge strane, ozon utiče na temperaturu stratosfere. Zbog činjenice da apsorbira ovo zračenje, zrak se zagrijava.

Konstantnost kvantitativnog sastava atmosfere održava se neprestanim miješanjem. Njegovi se slojevi kreću i horizontalno i okomito. Dakle, bilo gdje na Zemlji ima dovoljno kisika i nema viška ugljičnog dioksida.

Šta je još u zraku?

Treba napomenuti da u vazdušni prostor mogu se otkriti para i prašina. Potonji se sastoji od polena i čestica tla u gradu im se pridružuju nečistoće čvrstih emisija izduvnih gasova.

Ali u atmosferi ima mnogo vode. Pod određenim uslovima dolazi do kondenzacije i pojave oblaka i magle. U suštini, to je ista stvar, samo se prvi pojavljuju visoko iznad površine Zemlje, a zadnji se šire duž nje. Oblaci poprimaju različite oblike. Ovaj proces zavisi od visine iznad Zemlje.

Ako su formirane 2 km iznad kopna, onda se nazivaju slojevitim. Iz njih kiša pada na zemlju ili pada snijeg. Iznad njih nastaju kumulusni oblaci do visine od 8 km. Uvek su najlepši i najslikovitiji. Oni su ti koji ih gledaju i pitaju se kako izgledaju. Ako se takve formacije pojave u sljedećih 10 km, bit će vrlo lagane i prozračne. Ime im je pernato.

Na koje je slojeve atmosfera podijeljena?

Iako imaju vrlo različite temperature jedna od druge, vrlo je teško reći na kojoj točno visini počinje jedan sloj, a drugi završava. Ova podjela je vrlo uslovna i približna. Međutim, slojevi atmosfere i dalje postoje i obavljaju svoje funkcije.

Najniži dio zračne ljuske naziva se troposfera. Njegova debljina se povećava kako se kreće od polova prema ekvatoru od 8 do 18 km. Ovo je najtopliji dio atmosfere jer se zrak u njemu zagrijava od površine zemlje. Većina vodene pare je koncentrisana u troposferi, zbog čega nastaju oblaci, padavine padaju, grmljavine tutnjaju i pušu vjetrovi.

Sljedeći sloj je debeo oko 40 km i naziva se stratosfera. Ako se posmatrač pomeri u ovaj deo vazduha, otkriće da je nebo postalo ljubičasto. To se objašnjava malom gustoćom tvari, koja praktički ne raspršuje sunčeve zrake. U ovom sloju lete mlazni avioni. Svi otvoreni prostori su im otvoreni, jer oblaka praktično nema. Unutar stratosfere nalazi se sloj koji se sastoji od velikih količina ozona.

Nakon njega dolaze stratopauza i mezosfera. Potonji je debeo oko 30 km. Karakterizira ga naglo smanjenje gustine i temperature zraka. Nebo se posmatraču čini crno. Ovdje možete čak i gledati zvijezde tokom dana.

Slojevi u kojima praktično nema zraka

Struktura atmosfere nastavlja se slojem koji se naziva termosfera - najdužim od svih ostalih, njegova debljina doseže 400 km. Ovaj sloj se odlikuje ogromnom temperaturom, koja može dostići 1700 °C.

Posljednje dvije sfere se često kombinuju u jednu i nazivaju jonosfera. To je zbog činjenice da se u njima javljaju reakcije s oslobađanjem iona. Upravo ovi slojevi omogućavaju promatranje takvog prirodnog fenomena kao što je sjeverno svjetlo.

Sljedećih 50 km od Zemlje dodijeljeno je egzosferi. Ovo je vanjski omotač atmosfere. Raspršuje čestice zraka u svemir. Vremenski sateliti se obično kreću u ovom sloju.

Zemljina atmosfera završava magnetosferom. Upravo je ona zaštitila većinu umjetnih satelita planete.

Nakon svega rečenog, ne bi trebalo ostati pitanja kakva je atmosfera. Ako sumnjate u njegovu neophodnost, one se lako mogu otkloniti.

Značenje atmosfere

Glavna funkcija atmosfere je zaštita površine planete od pregrijavanja tokom dana i pretjeranog hlađenja noću. Praćenje važno ova školjka, koju niko neće osporiti, treba da snabdeva kiseonikom sva živa bića. Bez toga bi se ugušili.

Većina meteorita sagorijeva u gornjim slojevima i nikada ne dospijeva na površinu Zemlje. I ljudi se mogu diviti letećim svjetlima, pomiješajući ih sa zvijezdama padalicama. Bez atmosfere, cijela Zemlja bi bila posuta kraterima. A zaštita od sunčevog zračenja je već spomenuta gore.

Kako osoba utiče na atmosferu?

Vrlo negativno. To je zbog sve veće aktivnosti ljudi. Najveći udio svih negativnih aspekata otpada na industriju i transport. Inače, automobili emituju skoro 60% svih zagađivača koji prodiru u atmosferu. Preostalih četrdeset je podijeljeno između energetike i industrije, kao i industrije odlaganja otpada.

Lista štetne materije, koji svakodnevno dopunjuju sastav vazduha, veoma je dugačak. Zbog transporta u atmosferi se nalaze: azot i sumpor, ugljenik, plavetnilo i čađ, kao i jak kancerogen koji izaziva rak kože - benzopiren.

Industrija je odgovorna za to hemijski elementi: sumpor dioksid, ugljovodonik i vodonik sulfid, amonijak i fenol, hlor i fluor. Ako se proces nastavi, onda uskoro odgovori na pitanja: „Kakva je atmosfera? Od čega se sastoji? biće potpuno drugačiji.

Njegova gornja granica je na nadmorskoj visini od 8-10 km u polarnim, 10-12 km u umjerenim i 16-18 km u tropskim geografskim širinama; niže zimi nego ljeti. Donji, glavni sloj atmosfere. Sadrži više od 80% ukupne mase atmosferskog zraka i oko 90% sve vodene pare prisutne u atmosferi. Turbulencija i konvekcija su jako razvijene u troposferi, nastaju oblaci, a razvijaju se cikloni i anticikloni. Temperatura opada sa povećanjem nadmorske visine sa prosječnim vertikalnim gradijentom od 0,65°/100 m

Kao „normalni uslovi“ na površini Zemlje prihvaćeni su: gustina 1,2 kg/m3, barometarski pritisak 101,35 kPa, temperatura plus 20 °C i relativna vlažnost 50%. Ovi uslovni indikatori imaju čisto inženjerski značaj.

Stratosfera

Sloj atmosfere koji se nalazi na nadmorskoj visini od 11 do 50 km. Karakterizira ga blaga promjena temperature u sloju od 11-25 km (donji sloj stratosfere) i povećanje temperature u sloju od 25-40 km od -56,5 do 0,8 ° (gornji sloj stratosfere ili inverziona regija). Postigavši ​​vrijednost od oko 273 K (skoro 0 °C) na nadmorskoj visini od oko 40 km, temperatura ostaje konstantna do visine od oko 55 km. Ovo područje konstantne temperature naziva se stratopauza i predstavlja granicu između stratosfere i mezosfere.

Stratopauza

Granični sloj atmosfere između stratosfere i mezosfere. U vertikalnoj raspodjeli temperature postoji maksimum (oko 0 °C).

Mezosfera

Mesopauza

Prijelazni sloj između mezosfere i termosfere. Postoji minimum u vertikalnoj distribuciji temperature (oko -90°C).

Karman Line

Visina iznad nivoa mora, koja je konvencionalno prihvaćena kao granica između Zemljine atmosfere i svemira.

Termosfera

Gornja granica je oko 800 km. Temperatura se penje na nadmorske visine od 200-300 km, gdje dostiže vrijednosti od reda od 1500 K, nakon čega ostaje gotovo konstantna do velikih visina. Pod uticajem ultraljubičastog i rendgenskog sunčevog zračenja i kosmičkog zračenja dolazi do jonizacije vazduha (“aurore”) - glavni delovi jonosfere leže unutar termosfere. Na visinama iznad 300 km prevladava atomski kiseonik.

Egzosfera (sfera raspršivanja)

Do visine od 100 km atmosfera je homogena, dobro izmiješana mješavina plinova. U višim slojevima, distribucija gasova po visini zavisi od njihove molekularne mase, koncentracija težih gasova opada brže sa rastojanjem od Zemljine površine. Zbog smanjenja gustine gasa, temperatura pada sa 0 °C u stratosferi na -110 °C u mezosferi. Međutim, kinetička energija pojedinih čestica na visinama od 200-250 km odgovara temperaturi od ~1500°C. Iznad 200 km, primjećuju se značajne fluktuacije temperature i gustine gasa u vremenu i prostoru.

Na visini od oko 2000-3000 km egzosfera se postepeno pretvara u tzv. blizu svemirskog vakuuma, koji je ispunjen vrlo razrijeđenim česticama međuplanetarnog plina, uglavnom atomima vodonika. Ali ovaj plin predstavlja samo dio međuplanetarne materije. Drugi dio čine čestice prašine kometnog i meteorskog porijekla. Pored izuzetno razrijeđenih čestica prašine, u ovaj prostor prodire elektromagnetno i korpuskularno zračenje solarnog i galaktičkog porijekla.

Troposfera čini oko 80% mase atmosfere, stratosfera - oko 20%; masa mezosfere nije veća od 0,3%, termosfera je manja od 0,05% ukupne mase atmosfere. Na osnovu električna svojstva Atmosfera je podijeljena na neutronosferu i jonosferu. Trenutno se vjeruje da se atmosfera prostire na nadmorskoj visini od 2000-3000 km.

U zavisnosti od sastava gasa u atmosferi, oni emituju homosfera I heterosfera. Heterosfera- Ovo je oblast u kojoj gravitacija utiče na odvajanje gasova, jer je njihovo mešanje na takvoj visini zanemarljivo. To implicira promjenjiv sastav heterosfere. Ispod njega leži dobro izmiješan, homogen dio atmosfere, nazvan homosfera. Granica između ovih slojeva naziva se turbopauza, nalazi se na nadmorskoj visini od oko 120 km.

Fizička svojstva

Debljina atmosfere je otprilike 2000 - 3000 km od površine Zemlje. Ukupna vazdušna masa je (5,1-5,3)?10 18 kg. Molarna masa čistog suvog vazduha je 28.966. Pritisak na 0 °C na nivou mora 101,325 kPa; kritična temperatura ?140,7 °C; kritični pritisak 3,7 MPa; C p 1,0048?10? J/(kg K)(na 0 °C), C v 0,7159 10? J/(kg K) (na 0 °C). Rastvorljivost vazduha u vodi na 0°C je 0,036%, na 25°C - 0,22%.

Fiziološka i druga svojstva atmosfere

Već na nadmorskoj visini od 5 km, neobučena osoba počinje iskusiti gladovanje kisikom i bez adaptacije, performanse osobe su značajno smanjene. Ovdje se završava fiziološka zona atmosfere. Ljudsko disanje postaje nemoguće na visini od 15 km, iako do otprilike 115 km atmosfera sadrži kisik.

Atmosfera nas opskrbljuje kisikom neophodnim za disanje. Međutim, zbog pada ukupnog pritiska atmosfere, kako se dižete na visinu, parcijalni pritisak kiseonika se shodno tome smanjuje.

Ljudska pluća stalno sadrže oko 3 litre alveolarnog zraka. Parcijalni pritisak kiseonika u alveolarnom vazduhu pri normalnom atmosferskom pritisku je 110 mmHg. Art., pritisak ugljičnog dioksida - 40 mm Hg. art., i vodena para - 47 mm Hg. Art. S povećanjem nadmorske visine, tlak kisika opada, a ukupni tlak pare vode i ugljičnog dioksida u plućima ostaje gotovo konstantan - oko 87 mm Hg. Art. Opskrba plućima kisikom će se potpuno zaustaviti kada pritisak okolnog zraka postane jednak ovoj vrijednosti.

Na nadmorskoj visini od oko 19-20 km, atmosferski pritisak pada na 47 mm Hg. Art. Stoga, na ovoj nadmorskoj visini, voda i intersticijska tečnost počinju da ključaju u ljudskom telu. Izvan kabine pod pritiskom na ovim visinama, smrt se događa gotovo trenutno. Dakle, sa stanovišta ljudske fiziologije, "svemir" počinje već na visini od 15-19 km.

Gusti slojevi zraka - troposfera i stratosfera - štite nas od štetnog djelovanja radijacije. Uz dovoljno razrjeđivanje zraka, na visinama većim od 36 km, jonizujuće zračenje - primarni kosmički zraci - imaju intenzivan učinak na organizam; Na visinama većim od 40 km, ultraljubičasti dio sunčevog spektra opasan je za ljude.

Kako se dižemo na sve veću visinu iznad Zemljine površine, tako poznate pojave uočene u nižim slojevima atmosfere kao što su širenje zvuka, pojava aerodinamičkog uzgona i otpora, prijenos topline konvekcijom, itd., postepeno slabe, a zatim potpuno nestaju .

U razrijeđenim slojevima zraka širenje zvuka je nemoguće. Do visina od 60-90 km još uvijek je moguće koristiti otpor zraka i podizanje za kontrolirani aerodinamički let. Ali počevši od visina od 100-130 km, pojmovi M broja i zvučne barijere, poznati svakom pilotu, gube smisao, prolazi konvencionalna Karmanova linija, iza koje počinje sfera čisto balističkog leta; kontrolirati pomoću reaktivnih sila.

Na visinama iznad 100 km atmosfera je lišena još jednog izuzetnog svojstva - sposobnosti da apsorbuje, provodi i prenosi toplotnu energiju konvekcijom (tj. miješanjem zraka). To znači da su različiti elementi opreme, orbitalne opreme svemirska stanica neće moći da se hlade napolju na način kako se to inače radi u avionu - uz pomoć vazdušnih mlaznica i vazdušnih radijatora. Na takvoj visini, kao općenito u svemiru, jedini način prenos toplote je toplotno zračenje.

Sastav atmosfere

Zemljina atmosfera se sastoji uglavnom od plinova i raznih nečistoća (prašina, kapljice vode, kristali leda, morske soli, produkti sagorijevanja).

Koncentracija plinova koji čine atmosferu gotovo je konstantna, s izuzetkom vode (H 2 O) i ugljičnog dioksida (CO 2).

Pored gasova navedenih u tabeli, atmosfera sadrži SO 2, NH 3, CO, ozon, ugljovodonike, HCl, pare, I 2, kao i mnoge druge gasove u malim količinama. Troposfera stalno sadrži veliku količinu suspendovanih čvrstih i tečnih čestica (aerosol).

Istorija nastanka atmosfere

Prema najčešćoj teoriji, Zemljina atmosfera je tokom vremena imala četiri različita sastava. U početku se sastojao od lakih gasova (vodonik i helijum) uhvaćenih iz međuplanetarnog prostora. Ovo je tzv primarna atmosfera(prije oko četiri milijarde godina). U sljedećoj fazi, aktivna vulkanska aktivnost dovela je do zasićenja atmosfere drugim plinovima osim vodonika (ugljični dioksid, amonijak, vodena para). Ovako je nastala sekundarna atmosfera(oko tri milijarde godina prije današnjeg dana). Ova atmosfera je bila obnavljajuća. Nadalje, proces formiranja atmosfere određen je sljedećim faktorima:

• curenje lakih gasova (vodonik i helijum) u međuplanetarni prostor;
• hemijske reakcije koje se dešavaju u atmosferi pod uticajem ultraljubičastog zračenja, pražnjenja groma i nekih drugih faktora.

Postepeno su ovi faktori doveli do formiranja tercijarne atmosfere, koju karakterizira mnogo manji sadržaj vodika i mnogo veći sadržaj dušika i ugljičnog dioksida (nastalih kao rezultat kemijskih reakcija iz amonijaka i ugljikovodika).

Azot

Formiranje velike količine N 2 nastaje zbog oksidacije atmosfere amonijaka i vodika molekularnim O 2, koji je počeo dolaziti s površine planete kao rezultat fotosinteze, počevši prije 3 milijarde godina. N2 se također oslobađa u atmosferu kao rezultat denitrifikacije nitrata i drugih spojeva koji sadrže dušik. Dušik se oksidira ozonom u NO u gornjoj atmosferi.

Azot N 2 reaguje samo pod određenim uslovima (na primer, tokom pražnjenja groma). Oksidacija molekularnog azota ozonom tokom električnih pražnjenja koristi se u industrijskoj proizvodnji azotnih đubriva. Cijanobakterije (plavo-zelene alge) i bakterije kvržice koje formiraju rizobijalnu simbiozu sa mahunarkama, tzv., mogu je uz malu potrošnju energije oksidirati i pretvoriti u biološki aktivan oblik. zeleno đubrivo.

Kiseonik

Sastav atmosfere počeo se radikalno mijenjati pojavom živih organizama na Zemlji, kao rezultat fotosinteze, praćene oslobađanjem kisika i apsorpcijom ugljičnog dioksida. U početku se kiseonik trošio na oksidaciju redukovanih jedinjenja – amonijaka, ugljovodonika, željeznog oblika gvožđa sadržanog u okeanima, itd. Na kraju ove faze, sadržaj kiseonika u atmosferi počeo je da raste. Postepeno se formirala moderna atmosfera sa oksidativnim svojstvima. Budući da je izazvao velike i nagle promjene u mnogim procesima u atmosferi, litosferi i biosferi, događaj je nazvan kisikovom katastrofom.

Ugljični dioksid

Sadržaj CO 2 u atmosferi zavisi od vulkanske aktivnosti i hemijski procesi V zemljine školjke, ali prije svega - na intenzitetu biosinteze i razgradnje organske tvari u biosferi Zemlje. Gotovo cjelokupna trenutna biomasa planete (oko 2,4 × 10 12 tona) nastaje zbog ugljičnog dioksida, dušika i vodene pare sadržane u atmosferski vazduh. Organske materije zakopane u okeanu, močvarama i šumama pretvaraju se u ugalj, naftu i prirodni gas. (vidi Geohemijski ciklus ugljika)

Plemeniti gasovi

Zagađenje zraka

IN u poslednje vremeČovjek je počeo utjecati na evoluciju atmosfere. Rezultat njegovih aktivnosti bio je konstantno značajno povećanje sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi zbog sagorijevanja ugljikovodičnih goriva akumuliranih u prethodnim geološkim erama. Ogromne količine CO 2 troše se tokom fotosinteze i apsorbuju ga svjetski okeani. Ovaj plin ulazi u atmosferu zbog razgradnje karbonata stijene i organskih tvari biljnog i životinjskog porijekla, kao i zbog vulkanizma i ljudske industrijske aktivnosti. U proteklih 100 godina, sadržaj CO 2 u atmosferi porastao je za 10%, pri čemu najveći dio (360 milijardi tona) dolazi od sagorijevanja goriva. Ako se nastavi stopa rasta sagorijevanja goriva, onda će se u narednih 50-60 godina količina CO 2 u atmosferi udvostručiti i mogla bi dovesti do globalnih klimatskih promjena.

Sagorevanje goriva je glavni izvor zagađujućih gasova (CO, SO2). Sumpor dioksid se oksidira kisikom iz atmosfere do SO 3 u gornjim slojevima atmosfere, koji zauzvrat stupa u interakciju s vodom i parom amonijaka, te rezultirajućom sumpornom kiselinom (H 2 SO 4) i amonijevim sulfatom ((NH 4) 2 SO 4 ) se vraćaju na površinu Zemlje u obliku tzv. kisele kiše. Upotreba motora sa unutrašnjim sagorevanjem dovodi do značajnog zagađenja atmosfere azotnim oksidima, ugljovodonicima i jedinjenjima olova (tetraetil olovo Pb(CH 3 CH 2) 4)).

Zagađenje atmosfere aerosolom je uzrokovano i prirodnim uzrocima (vulkanske erupcije, prašne oluje, unošenje kapljica morska voda i polen biljaka, itd.), i ekonomska aktivnost ljudi (vađenje rude i građevinski materijali, sagorijevanje goriva, proizvodnja cementa, itd.). Intenzivna emisija velikih razmjera čvrstih čestica u atmosferu je jedna od njih mogući razlozi promjene klime planete.

Književnost

1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov „Svemirska biologija i medicina“ (2. izdanje, revidirano i prošireno), M.: „Prosveščenie“, 1975, 223 str.
2. N. V. Gusakova „Environmental Chemistry“, Rostov na Donu: Phoenix, 2004, 192 s ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V. A. Geohemija prirodnih gasova, M., 1971;
4. McEwen M., Phillips L. Atmospheric Chemistry, M., 1978;
5. Wark K., Warner S., Zagađenje zraka. Izvori i kontrola, prev. sa engleskog, M.. 1980;
6. Praćenje pozadinskog zagađenja prirodne sredine. V. 1, L., 1982.

Vidi također

Linkovi