Η ατμόσφαιρα της γης και τα συστατικά της. Στρώματα της ατμόσφαιρας κατά σειρά από την επιφάνεια της γης. Η δομή του κελύφους αερίου της Γης

Σπίτι

Στο επίπεδο της θάλασσας 1013,25 hPa (περίπου 760 mmHg). Η παγκόσμια μέση θερμοκρασία του αέρα στην επιφάνεια της Γης είναι 15°C, με θερμοκρασίες που κυμαίνονται από περίπου 57°C στις υποτροπικές ερήμους έως -89°C στην Ανταρκτική. Η πυκνότητα του αέρα και η πίεση μειώνονται με το ύψος σύμφωνα με έναν νόμο κοντά στην εκθετική.Η δομή της ατμόσφαιρας

. Κατακόρυφα, η ατμόσφαιρα έχει μια πολυεπίπεδη δομή, που καθορίζεται κυρίως από τα χαρακτηριστικά της κατακόρυφης κατανομής της θερμοκρασίας (σχήμα), η οποία εξαρτάται από τη γεωγραφική θέση, την εποχή, την ώρα της ημέρας κ.λπ. Το κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας - η τροπόσφαιρα - χαρακτηρίζεται από πτώση της θερμοκρασίας με το ύψος (κατά περίπου 6°C ανά 1 km), το ύψος του από 8-10 km στα πολικά γεωγραφικά πλάτη έως 16-18 km στους τροπικούς. Λόγω της ταχείας μείωσης της πυκνότητας του αέρα με το ύψος, περίπου το 80% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας βρίσκεται στην τροπόσφαιρα. Πάνω από την τροπόσφαιρα βρίσκεται η στρατόσφαιρα, ένα στρώμα που γενικά χαρακτηρίζεται από αύξηση της θερμοκρασίας με το ύψος. Το μεταβατικό στρώμα μεταξύ της τροπόσφαιρας και της στρατόσφαιρας ονομάζεται τροπόπαυση. Στην κατώτερη στρατόσφαιρα, σε επίπεδο περίπου 20 km, η θερμοκρασία αλλάζει ελάχιστα με το ύψος (η λεγόμενη ισοθερμική περιοχή) και συχνά μειώνεται ελαφρώς. Πάνω από αυτό, η θερμοκρασία αυξάνεται λόγω της απορρόφησης της υπεριώδους ακτινοβολίας από τον Ήλιο από το όζον, αργά στην αρχή, και ταχύτερα από ένα επίπεδο 34-36 km. Το ανώτερο όριο της στρατόσφαιρας - η στρατόπαυση - βρίσκεται σε υψόμετρο 50-55 km, που αντιστοιχεί στη μέγιστη θερμοκρασία (260-270 K). Το στρώμα της ατμόσφαιρας που βρίσκεται σε υψόμετρο 55-85 km, όπου η θερμοκρασία πέφτει και πάλι με το ύψος, ονομάζεται μεσόσφαιρα στο ανώτερο όριο - η μεσόπαυση - η θερμοκρασία φτάνει τους 150-160 K το καλοκαίρι και τους 200-230. K το χειμώνα, ξεκινά η θερμόσφαιρα - ένα στρώμα που χαρακτηρίζεται από ταχεία αύξηση της θερμοκρασίας, φθάνοντας τα 800-1200 K σε υψόμετρο 250 km Στη θερμόσφαιρα, η σωματική ακτινοβολία και η ακτινοβολία ακτίνων Χ από τον Ήλιο. οι μετεωρίτες επιβραδύνονται και καίγονται, επομένως λειτουργεί ως προστατευτικό στρώμα της Γης. Ακόμη υψηλότερη είναι η εξώσφαιρα, από όπου τα ατμοσφαιρικά αέρια διασπείρονται στο διάστημα λόγω της διάχυσης και όπου συμβαίνει μια σταδιακή μετάβαση από την ατμόσφαιρα στον διαπλανητικό χώρο.. Σε υψόμετρο περίπου 100 km, η ατμόσφαιρα είναι σχεδόν ομοιογενής σε χημική σύσταση και το μέσο μοριακό βάρος του αέρα (περίπου 29) είναι σταθερό. Κοντά στην επιφάνεια της Γης, η ατμόσφαιρα αποτελείται από άζωτο (περίπου 78,1% κατ' όγκο) και οξυγόνο (περίπου 20,9%), και περιέχει επίσης μικρές ποσότητες αργού, διοξειδίου του άνθρακα ( διοξείδιο του άνθρακα), νέον και άλλα σταθερά και μεταβλητά εξαρτήματα (βλ. Αέρας).

Επιπλέον, η ατμόσφαιρα περιέχει μικρές ποσότητες όζοντος, οξείδια του αζώτου, αμμωνία, ραδόνιο κ.λπ. Η σχετική περιεκτικότητα των κύριων συστατικών του αέρα είναι σταθερή με την πάροδο του χρόνου και ομοιόμορφη σε διάφορες γεωγραφικές περιοχές. Η περιεκτικότητα σε υδρατμούς και όζον είναι μεταβλητή στο χώρο και στο χρόνο. Παρά τη χαμηλή περιεκτικότητά τους, ο ρόλος τους στις ατμοσφαιρικές διεργασίες είναι πολύ σημαντικός.

Πάνω από 100-110 km, συμβαίνει διάσταση μορίων οξυγόνου, διοξειδίου του άνθρακα και υδρατμών, οπότε η μοριακή μάζα του αέρα μειώνεται. Σε υψόμετρο περίπου 1000 χλμ. αρχίζουν να κυριαρχούν ελαφρά αέρια - ήλιο και υδρογόνο - και ακόμη πιο ψηλά η ατμόσφαιρα της Γης μετατρέπεται σταδιακά σε διαπλανητικό αέριο.

Το πιο σημαντικό μεταβλητό συστατικό της ατμόσφαιρας είναι οι υδρατμοί, οι οποίοι εισέρχονται στην ατμόσφαιρα μέσω της εξάτμισης από την επιφάνεια του νερού και του υγρού εδάφους, καθώς και μέσω της διαπνοής από τα φυτά. Η σχετική περιεκτικότητα σε υδρατμούς ποικίλλει ανάλογα με επιφάνεια της γηςαπό 2,6% στις τροπικές περιοχές έως 0,2% στα πολικά γεωγραφικά πλάτη. Πέφτει γρήγορα με ύψος, μειώνοντας κατά το ήμισυ ήδη σε υψόμετρο 1,5-2 km. Η κατακόρυφη στήλη της ατμόσφαιρας σε εύκρατα γεωγραφικά πλάτη περιέχει περίπου 1,7 cm «στρώμα κατακρημνισμένου νερού». Όταν οι υδρατμοί συμπυκνώνονται, σχηματίζονται σύννεφα, από τα οποία πέφτει η ατμοσφαιρική βροχόπτωση με τη μορφή βροχής, χαλαζιού και χιονιού.

Ένα σημαντικό συστατικό του ατμοσφαιρικού αέρα είναι το όζον, συγκεντρωμένο κατά 90% στη στρατόσφαιρα (μεταξύ 10 και 50 km), περίπου το 10% του βρίσκεται στην τροπόσφαιρα. Το όζον παρέχει απορρόφηση της σκληρής υπεριώδους ακτινοβολίας (με μήκος κύματος μικρότερο από 290 nm) και αυτός είναι ο προστατευτικός του ρόλος για τη βιόσφαιρα. Οι τιμές της συνολικής περιεκτικότητας σε όζον ποικίλλουν ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος και την εποχή στην περιοχή από 0,22 έως 0,45 cm (το πάχος της στιβάδας του όζοντος σε πίεση p = 1 atm και θερμοκρασία T = 0°C). Στις τρύπες του όζοντος που παρατηρούνται την άνοιξη στην Ανταρκτική από τις αρχές της δεκαετίας του 1980, η περιεκτικότητα σε όζον μπορεί να πέσει στα 0,07 cm, αυξάνεται από τον ισημερινό στους πόλους και έχει ετήσιο κύκλο με μέγιστο την άνοιξη και ελάχιστο το φθινόπωρο. ο ετήσιος κύκλος είναι μικρός στις τροπικές περιοχές και αναπτύσσεται προς μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Ένα σημαντικό μεταβλητό συστατικό της ατμόσφαιρας είναι το διοξείδιο του άνθρακα, η περιεκτικότητα του οποίου στην ατμόσφαιρα έχει αυξηθεί κατά 35% τα τελευταία 200 χρόνια, γεγονός που εξηγείται κυρίως από τον ανθρωπογενή παράγοντα. Το γεωγραφικό του και εποχιακή μεταβλητότητα, που σχετίζεται με τη φωτοσύνθεση των φυτών και τη διαλυτότητα στο θαλασσινό νερό (σύμφωνα με το νόμο του Henry, η διαλυτότητα ενός αερίου στο νερό μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας).

Σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση του κλίματος του πλανήτη διαδραματίζει το ατμοσφαιρικό αεροζόλ - στερεά και υγρά σωματίδια που αιωρούνται στον αέρα με μέγεθος από αρκετά nm έως δεκάδες μικρά. Υπάρχουν αερολύματα φυσικής και ανθρωπογενούς προέλευσης. Το αεροζόλ σχηματίζεται κατά τη διαδικασία αντιδράσεων αέριας φάσης από προϊόντα φυτικής ζωής και ανθρώπινης οικονομικής δραστηριότητας, ηφαιστειακές εκρήξεις, ως αποτέλεσμα της σκόνης που αναδύεται από τον άνεμο από την επιφάνεια του πλανήτη, ειδικά από τις περιοχές της ερήμου, και είναι επίσης που σχηματίζεται από την κοσμική σκόνη που πέφτει στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Το μεγαλύτερο μέρος του αερολύματος συγκεντρώνεται στην τροπόσφαιρα από τις ηφαιστειακές εκρήξεις και σχηματίζει το λεγόμενο στρώμα Junge σε υψόμετρο περίπου 20 km. Μεγαλύτερη ποσότητατο ανθρωπογενές αεροζόλ εισέρχεται στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της λειτουργίας οχημάτων και θερμοηλεκτρικών σταθμών, χημική παραγωγή, καύση καυσίμου κ.λπ. Επομένως, σε ορισμένες περιοχές η σύνθεση της ατμόσφαιρας διαφέρει αισθητά από τον συνηθισμένο αέρα, κάτι που απαιτούσε τη δημιουργία ειδικής υπηρεσίας παρατήρησης και παρακολούθησης του επιπέδου της ατμοσφαιρικής ρύπανσης.

Εξέλιξη της ατμόσφαιρας. Η σύγχρονη ατμόσφαιρα είναι προφανώς δευτερεύουσας προέλευσης: σχηματίστηκε από αέρια που απελευθερώθηκαν σκληρό κέλυφοςΗ Γη μετά την ολοκλήρωση του σχηματισμού του πλανήτη πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Κατά τη διάρκεια της γεωλογικής ιστορίας της Γης, η ατμόσφαιρα έχει υποστεί σημαντικές αλλαγές στη σύστασή της υπό την επίδραση ορισμένων παραγόντων: διάχυση (πτητοποίηση) αερίων, κυρίως ελαφρύτερων, στο διάστημα. ως αποτέλεσμα απελευθέρωσης αερίων από τη λιθόσφαιρα ηφαιστειακή δραστηριότητα; χημικές αντιδράσειςμεταξύ των συστατικών της ατμόσφαιρας και των πετρωμάτων που αποτελούν τον φλοιό της γης· φωτοχημικές αντιδράσεις στην ίδια την ατμόσφαιρα υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας UV. συσσώρευση (σύλληψη) ύλης από το διαπλανητικό μέσο (για παράδειγμα, μετεωρική ύλη). Η ανάπτυξη της ατμόσφαιρας σχετίζεται στενά με τις γεωλογικές και γεωχημικές διεργασίες, και τα τελευταία 3-4 δισεκατομμύρια χρόνια επίσης με τη δραστηριότητα της βιόσφαιρας. Ένα σημαντικό μέρος των αερίων που συνθέτουν τη σύγχρονη ατμόσφαιρα (άζωτο, διοξείδιο του άνθρακα, υδρατμοί) προέκυψαν κατά τη διάρκεια ηφαιστειακής δραστηριότητας και εισβολής, που τα μετέφερε από τα βάθη της Γης. Το οξυγόνο εμφανίστηκε σε αξιόλογες ποσότητες πριν από περίπου 2 δισεκατομμύρια χρόνια ως αποτέλεσμα της δραστηριότητας των φωτοσυνθετικών οργανισμών που προέκυψαν αρχικά σε επιφανειακά νεράωκεανός.

Με βάση δεδομένα για τη χημική σύνθεση των ανθρακικών κοιτασμάτων, ελήφθησαν εκτιμήσεις για την ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα και οξυγόνου στην ατμόσφαιρα του γεωλογικού παρελθόντος. Καθ' όλη τη διάρκεια του Φανεροζωικού (τα τελευταία 570 εκατομμύρια χρόνια της ιστορίας της Γης), η ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα ποικίλλει ευρέως ανάλογα με το επίπεδο ηφαιστειακής δραστηριότητας, τη θερμοκρασία των ωκεανών και τον ρυθμό φωτοσύνθεσης. Για το μεγαλύτερο μέρος αυτού του χρόνου, η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα ήταν σημαντικά υψηλότερη από σήμερα (έως και 10 φορές). Η ποσότητα του οξυγόνου στη φαινοζωική ατμόσφαιρα άλλαξε σημαντικά, με κυρίαρχη την τάση αύξησής του. Στην προκαμβριακή ατμόσφαιρα, η μάζα του διοξειδίου του άνθρακα ήταν, κατά κανόνα, μεγαλύτερη και η μάζα του οξυγόνου ήταν μικρότερη σε σύγκριση με τη φαινοζωική ατμόσφαιρα. Οι διακυμάνσεις στην ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα είχαν σημαντικό αντίκτυπο στο κλίμα στο παρελθόν, αυξάνοντας το φαινόμενο του θερμοκηπίου με αυξανόμενες συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα, καθιστώντας το κλίμα πολύ θερμότερο σε όλο το κύριο μέρος του Φανεροζωικού σε σύγκριση με τη σύγχρονη εποχή.

Ατμόσφαιρα και ζωή. Χωρίς την ατμόσφαιρα η Γη θα ήταν νεκρός πλανήτης. Η οργανική ζωή εμφανίζεται σε στενή αλληλεπίδραση με την ατμόσφαιρα και το σχετικό κλίμα και τον καιρό. Ασήμαντη σε μάζα σε σύγκριση με τον πλανήτη συνολικά (περίπου ένα μέρος στο εκατομμύριο), η ατμόσφαιρα είναι απαραίτητη προϋπόθεση για όλες τις μορφές ζωής. Τα πιο σημαντικά από τα ατμοσφαιρικά αέρια για τη ζωή των οργανισμών είναι το οξυγόνο, το άζωτο, οι υδρατμοί, το διοξείδιο του άνθρακα και το όζον. Όταν το διοξείδιο του άνθρακα απορροφάται από τα φωτοσυνθετικά φυτά, δημιουργείται οργανική ύλη, η οποία χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας από τη συντριπτική πλειοψηφία των ζωντανών όντων, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων. Το οξυγόνο είναι απαραίτητο για την ύπαρξη αερόβιων οργανισμών, για τους οποίους η ροή της ενέργειας παρέχεται από αντιδράσεις οξείδωσης της οργανικής ύλης. Το άζωτο, που αφομοιώνεται από ορισμένους μικροοργανισμούς (αζωτομονάδες), είναι απαραίτητο για την ορυκτή διατροφή των φυτών. Το όζον, το οποίο απορροφά τη σκληρή υπεριώδη ακτινοβολία από τον Ήλιο, αποδυναμώνει σημαντικά αυτό το μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας που είναι επιβλαβές για τη ζωή. Η συμπύκνωση υδρατμών στην ατμόσφαιρα, ο σχηματισμός νεφών και η επακόλουθη βροχόπτωση τροφοδοτούν με νερό τη γη, χωρίς την οποία καμία μορφή ζωής δεν είναι δυνατή. Η ζωτική δραστηριότητα των οργανισμών στην υδρόσφαιρα καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την ποσότητα και τη χημική σύσταση των ατμοσφαιρικών αερίων που είναι διαλυμένα στο νερό. Δεδομένου ότι η χημική σύνθεση της ατμόσφαιρας εξαρτάται σημαντικά από τις δραστηριότητες των οργανισμών, η βιόσφαιρα και η ατμόσφαιρα μπορούν να θεωρηθούν ως μέρος ενιαίο σύστημα, η διατήρηση και η εξέλιξη του οποίου (βλ. Βιογεωχημικοί κύκλοι) είχε μεγάλη σημασία για την αλλαγή της σύστασης της ατμόσφαιρας σε όλη την ιστορία της Γης ως πλανήτη.

Ισορροπίες ακτινοβολίας, θερμότητας και νερού της ατμόσφαιρας. Η ηλιακή ακτινοβολία είναι πρακτικά η μόνη πηγή ενέργειας για όλες τις φυσικές διεργασίες στην ατμόσφαιρα. Το κύριο χαρακτηριστικό του καθεστώτος ακτινοβολίας της ατμόσφαιρας είναι το λεγόμενο φαινόμενο του θερμοκηπίου: η ατμόσφαιρα μεταδίδει την ηλιακή ακτινοβολία στην επιφάνεια της γης αρκετά καλά, αλλά απορροφά ενεργά τη θερμική ακτινοβολία μεγάλου μήκους από την επιφάνεια της γης, μέρος της οποίας επιστρέφει στην επιφάνεια με τη μορφή αντίθετης ακτινοβολίας, που αντισταθμίζει την απώλεια θερμότητας από την ακτινοβολία από την επιφάνεια της γης (βλ. Ατμοσφαιρική ακτινοβολία ). Ελλείψει ατμόσφαιρας, η μέση θερμοκρασία της επιφάνειας της γης θα ήταν -18°C, αλλά στην πραγματικότητα είναι 15°C. Η εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία απορροφάται εν μέρει (περίπου 20%) στην ατμόσφαιρα (κυρίως από υδρατμούς, σταγονίδια νερού, διοξείδιο του άνθρακα, όζον και αερολύματα) και επίσης διασκορπίζεται (περίπου 7%) από τα σωματίδια αερολύματος και τις διακυμάνσεις της πυκνότητας (σκέδαση Rayleigh) . Η συνολική ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της γης ανακλάται εν μέρει (περίπου 23%) από αυτήν. Ο συντελεστής ανάκλασης καθορίζεται από την ανακλαστικότητα της υποκείμενης επιφάνειας, το λεγόμενο albedo. Κατά μέσο όρο, το άλμπεντο της Γης για την ολοκληρωμένη ροή της ηλιακής ακτινοβολίας είναι κοντά στο 30%. Κυμαίνεται από λίγα τοις εκατό (ξηρό χώμα και μαυρόχωμα) έως 70-90% για το φρεσκοπεσμένο χιόνι. Η ανταλλαγή ακτινοβολίας μεταξύ της επιφάνειας της γης και της ατμόσφαιρας εξαρτάται σημαντικά από το albedo και καθορίζεται από την αποτελεσματική ακτινοβολία της επιφάνειας της γης και την αντίθετη ακτινοβολία της ατμόσφαιρας που απορροφάται από αυτήν. Το αλγεβρικό άθροισμα των ροών ακτινοβολίας που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα της γης από το διάστημα και το αφήνουν πίσω ονομάζεται ισοζύγιο ακτινοβολίας.

Οι μετασχηματισμοί της ηλιακής ακτινοβολίας μετά την απορρόφησή της από την ατμόσφαιρα και την επιφάνεια της γης καθορίζουν τη θερμική ισορροπία της Γης ως πλανήτη. Η κύρια πηγή θερμότητας για την ατμόσφαιρα είναι η επιφάνεια της γης. Η θερμότητα από αυτό μεταφέρεται όχι μόνο με τη μορφή ακτινοβολίας μακρών κυμάτων, αλλά και με μεταφορά και απελευθερώνεται επίσης κατά τη συμπύκνωση υδρατμών. Τα μερίδια αυτών των εισροών θερμότητας είναι κατά μέσο όρο 20%, 7% και 23%, αντίστοιχα. Περίπου το 20% της θερμότητας προστίθεται επίσης εδώ λόγω της απορρόφησης της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας. Η ροή της ηλιακής ακτινοβολίας ανά μονάδα χρόνου μέσα από μια ενιαία περιοχή κάθετη στις ακτίνες του ήλιου και που βρίσκεται εκτός της ατμόσφαιρας σε μέση απόσταση από τη Γη στον Ήλιο (η λεγόμενη ηλιακή σταθερά) είναι ίση με 1367 W/m2, οι αλλαγές είναι 1-2 W/m2 ανάλογα με τον κύκλο ηλιακής δραστηριότητας. Με πλανητικό albedo περίπου 30%, η μέση χρονική παγκόσμια εισροή ηλιακής ενέργειας στον πλανήτη είναι 239 W/m2. Δεδομένου ότι η Γη ως πλανήτης εκπέμπει κατά μέσο όρο την ίδια ποσότητα ενέργειας στο διάστημα, τότε, σύμφωνα με τον νόμο Stefan-Boltzmann, η αποτελεσματική θερμοκρασία της εξερχόμενης θερμικής ακτινοβολίας μεγάλου κύματος είναι 255 K (-18 ° C). Ταυτόχρονα, η μέση θερμοκρασία της επιφάνειας της γης είναι 15°C. Η διαφορά των 33°C οφείλεται στο φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Το υδατικό ισοζύγιο της ατμόσφαιρας αντιστοιχεί γενικά στην ισότητα της ποσότητας της υγρασίας που εξατμίζεται από την επιφάνεια της Γης και της ποσότητας της βροχόπτωσης που πέφτει στην επιφάνεια της Γης. Η ατμόσφαιρα πάνω από τους ωκεανούς δέχεται περισσότερη υγρασία από τις διεργασίες εξάτμισης από ό,τι στην ξηρά και χάνει το 90% με τη μορφή βροχοπτώσεων. Οι υπερβολικοί υδρατμοί πάνω από τους ωκεανούς μεταφέρονται στις ηπείρους με ρεύματα αέρα. Η ποσότητα των υδρατμών που μεταφέρονται στην ατμόσφαιρα από τους ωκεανούς στις ηπείρους είναι ίση με τον όγκο των ποταμών που ρέουν στους ωκεανούς.

Κίνηση αέρα. Η Γη είναι σφαιρική, επομένως πολύ λιγότερη ηλιακή ακτινοβολία φτάνει τα μεγάλα γεωγραφικά της πλάτη από τις τροπικές περιοχές. Ως αποτέλεσμα, προκύπτουν μεγάλες θερμοκρασιακές αντιθέσεις μεταξύ των γεωγραφικών πλάτη. Η κατανομή της θερμοκρασίας επηρεάζεται επίσης σημαντικά από τις σχετικές θέσεις των ωκεανών και των ηπείρων. Εξαιτίας μεγάλη μάζαΤα νερά των ωκεανών και η υψηλή θερμοχωρητικότητα του νερού, οι εποχιακές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία της επιφάνειας των ωκεανών είναι πολύ μικρότερες από ό,τι στην ξηρά. Από αυτή την άποψη, στα μεσαία και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, η θερμοκρασία του αέρα πάνω από τους ωκεανούς το καλοκαίρι είναι αισθητά χαμηλότερη από ό,τι στις ηπείρους και υψηλότερη το χειμώνα.

Ανώμαλη θέρμανση της ατμόσφαιρας σε διάφορες περιοχές σφαίραπροκαλεί μια χωρικά ανομοιογενή κατανομή της ατμοσφαιρικής πίεσης. Στο επίπεδο της θάλασσας, η κατανομή της πίεσης χαρακτηρίζεται από σχετικά χαμηλές τιμές κοντά στον ισημερινό, αυξάνεται στις υποτροπικές περιοχές (ζώνες υψηλής πίεσης) και μειώνεται στα μεσαία και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Ταυτόχρονα, στις ηπείρους των εξωτροπικών γεωγραφικών πλάτη, η πίεση συνήθως αυξάνεται το χειμώνα και μειώνεται το καλοκαίρι, γεγονός που σχετίζεται με την κατανομή της θερμοκρασίας. Υπό την επίδραση μιας κλίσης πίεσης, ο αέρας παρουσιάζει επιτάχυνση που κατευθύνεται από περιοχές υψηλής πίεσης σε περιοχές χαμηλής πίεσης, γεγονός που οδηγεί στην κίνηση των μαζών αέρα. Οι κινούμενες μάζες αέρα επηρεάζονται επίσης από τη δύναμη εκτροπής της περιστροφής της Γης (δύναμη Coriolis), τη δύναμη τριβής, η οποία μειώνεται με το ύψος και, για τις καμπύλες τροχιές, τη φυγόκεντρη δύναμη. Η τυρβώδης ανάμειξη του αέρα έχει μεγάλη σημασία (βλ. Αναταράξεις στην ατμόσφαιρα).

Ένα πολύπλοκο σύστημα ρευμάτων αέρα (γενική ατμοσφαιρική κυκλοφορία) συνδέεται με την κατανομή της πλανητικής πίεσης. Στο μεσημβρινό επίπεδο, κατά μέσο όρο, μπορούν να εντοπιστούν δύο ή τρία κύτταρα μεσημβρινής κυκλοφορίας. Κοντά στον ισημερινό, ο θερμός αέρας ανεβαίνει και πέφτει στις υποτροπικές περιοχές, σχηματίζοντας ένα κύτταρο Hadley. Εκεί κατεβαίνει και ο αέρας της αντίστροφης κυψέλης Ferrell. Σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, μια ευθεία πολική κυψέλη είναι συχνά ορατή. Οι μεσημβρινές ταχύτητες κυκλοφορίας είναι της τάξης του 1 m/s ή λιγότερο. Λόγω της δύναμης Coriolis, δυτικοί άνεμοι παρατηρούνται στο μεγαλύτερο μέρος της ατμόσφαιρας με ταχύτητες στη μέση τροπόσφαιρα περίπου 15 m/s. Υπάρχουν σχετικά σταθερά αιολικά συστήματα. Αυτά περιλαμβάνουν εμπορικούς ανέμους - άνεμους που πνέουν από ζώνες υψηλής πίεσης στις υποτροπικές περιοχές προς τον ισημερινό με αξιοσημείωτη ανατολική συνιστώσα (από ανατολικά προς δυτικά). Οι μουσώνες είναι αρκετά σταθεροί - ρεύματα αέρα που έχουν σαφώς καθορισμένο εποχιακό χαρακτήρα: φυσούν από τον ωκεανό προς την ηπειρωτική χώρα το καλοκαίρι και προς την αντίθετη κατεύθυνση το χειμώνα. Οι μουσώνες στον Ινδικό Ωκεανό είναι ιδιαίτερα τακτικοί. Στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη, η κίνηση των αέριων μαζών είναι κυρίως δυτική (από τα δυτικά προς τα ανατολικά). Αυτή είναι η ζώνη ατμοσφαιρικά μέτωπα, στις οποίες προκύπτουν μεγάλες δίνες - κυκλώνες και αντικυκλώνες, που καλύπτουν πολλές εκατοντάδες και ακόμη και χιλιάδες χιλιόμετρα. Κυκλώνες εμφανίζονται επίσης στις τροπικές περιοχές. εδώ διακρίνονται από τα μικρότερα μεγέθη τους, αλλά πολύ υψηλές ταχύτητες ανέμου, που αγγίζουν τη δύναμη τυφώνα (33 m/s ή περισσότερο), τους λεγόμενους τροπικούς κυκλώνες. Στον Ατλαντικό και στον ανατολικό Ειρηνικό Ωκεανό ονομάζονται τυφώνες και στον δυτικό Ειρηνικό Ωκεανό ονομάζονται τυφώνες. Στην ανώτερη τροπόσφαιρα και στην κατώτερη στρατόσφαιρα, στις περιοχές που χωρίζουν την άμεση κυψέλη μεσημβρινής κυκλοφορίας Hadley και την αντίστροφη κυψέλη Ferrell, σχετικά στενά, πλάτους εκατοντάδων χιλιομέτρων, παρατηρούνται συχνά ρεύματα πίδακα με έντονα καθορισμένα όρια, εντός των οποίων ο άνεμος φτάνει τα 100-150 και μάλιστα 200 μ/ Με.

Κλίμα και καιρός. Η διαφορά στην ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει σε διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη σε μια ποικιλία από φυσικές ιδιότητεςεπιφάνεια της γης, καθορίζει την ποικιλομορφία των γήινων κλιμάτων. Από τον ισημερινό έως τα τροπικά γεωγραφικά πλάτη, η θερμοκρασία του αέρα στην επιφάνεια της γης είναι κατά μέσο όρο 25-30°C και ποικίλλει ελάχιστα καθ' όλη τη διάρκεια του έτους. ΣΕ ισημερινή ζώνηΣυνήθως υπάρχει μεγάλη βροχόπτωση, η οποία δημιουργεί συνθήκες υπερβολικής υγρασίας εκεί. Στις τροπικές ζώνες, οι βροχοπτώσεις μειώνονται και σε ορισμένες περιοχές γίνονται πολύ χαμηλές. Εδώ είναι οι απέραντες έρημοι της Γης.

Σε υποτροπικά και μεσαία γεωγραφικά πλάτη, η θερμοκρασία του αέρα ποικίλλει σημαντικά καθ 'όλη τη διάρκεια του έτους και η διαφορά μεταξύ των θερμοκρασιών καλοκαιριού και χειμώνα είναι ιδιαίτερα μεγάλη σε περιοχές των ηπείρων μακριά από τους ωκεανούς. Ναι, σε ορισμένες περιοχές Ανατολική ΣιβηρίαΤο ετήσιο εύρος θερμοκρασίας του αέρα φτάνει τους 65°C. Οι συνθήκες ύγρανσης σε αυτά τα γεωγραφικά πλάτη είναι πολύ διαφορετικές, εξαρτώνται κυρίως από το καθεστώς της γενικής ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας και ποικίλλουν σημαντικά από έτος σε έτος.

Στα πολικά γεωγραφικά πλάτη, η θερμοκρασία παραμένει χαμηλή καθ' όλη τη διάρκεια του έτους, ακόμη και αν υπάρχει αισθητή εποχιακή διακύμανση. Αυτό συμβάλλει στην ευρεία κατανομή της κάλυψης πάγου στους ωκεανούς και στη γη και στον μόνιμο παγετό, που καταλαμβάνουν πάνω από το 65% της έκτασής του στη Ρωσία, κυρίως στη Σιβηρία.

Τις τελευταίες δεκαετίες, οι αλλαγές στο παγκόσμιο κλίμα έχουν γίνει όλο και πιο αισθητές. Οι θερμοκρασίες αυξάνονται περισσότερο σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη παρά σε χαμηλά γεωγραφικά πλάτη. περισσότερο το χειμώνα παρά το καλοκαίρι. περισσότερο τη νύχτα παρά τη μέρα. Κατά τον 20ο αιώνα, η μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα στην επιφάνεια της γης στη Ρωσία αυξήθηκε κατά 1,5-2°C και σε ορισμένες περιοχές της Σιβηρίας παρατηρήθηκε αύξηση αρκετών βαθμών. Αυτό συνδέεται με την αύξηση του φαινομένου του θερμοκηπίου λόγω της αύξησης της συγκέντρωσης ιχνοαερίων.

Ο καιρός καθορίζεται από τις συνθήκες της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας και τη γεωγραφική θέση της περιοχής είναι πιο σταθερός στις τροπικές περιοχές και πιο μεταβλητός στα μεσαία και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Ο καιρός αλλάζει κυρίως σε ζώνες μεταβαλλόμενων αέριων μαζών που προκαλούνται από τη διέλευση ατμοσφαιρικών μετώπων, κυκλώνων και αντικυκλώνων που μεταφέρουν βροχοπτώσεις και αυξημένο άνεμο. Τα δεδομένα για την πρόγνωση του καιρού συλλέγονται σε επίγειους μετεωρολογικούς σταθμούς, πλοία και αεροσκάφη και από μετεωρολογικούς δορυφόρους. Δείτε επίσης Μετεωρολογία.

Οπτικά, ακουστικά και ηλεκτρικά φαινόμενα στην ατμόσφαιρα. Όταν η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία διαδίδεται στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα διάθλασης, απορρόφησης και διασποράς του φωτός από τον αέρα και διαφόρων σωματιδίων (αεροζόλ, κρύσταλλοι πάγου, σταγονίδια νερού), διάφορα οπτικά φαινόμενα: ουράνιο τόξο, κορώνες, φωτοστέφανο, αντικατοπτρισμός κλπ. Η σκέδαση του φωτός καθορίζει το φαινομενικό ύψος του στερεώματος και το μπλε χρώμα του ουρανού. Το εύρος ορατότητας των αντικειμένων καθορίζεται από τις συνθήκες διάδοσης του φωτός στην ατμόσφαιρα (βλ. Ατμοσφαιρική ορατότητα). Η διαφάνεια της ατμόσφαιρας σε διαφορετικά μήκη κύματος καθορίζει το εύρος επικοινωνίας και την ικανότητα ανίχνευσης αντικειμένων με όργανα, συμπεριλαμβανομένης της δυνατότητας αστρονομικών παρατηρήσεων από την επιφάνεια της Γης. Για τις μελέτες των οπτικών ανομοιογενειών της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας, το φαινόμενο του λυκόφωτος παίζει σημαντικό ρόλο. Για παράδειγμα, φωτογραφίζοντας το λυκόφως με διαστημόπλοιοεπιτρέπει την ανίχνευση στρωμάτων αερολύματος. Τα χαρακτηριστικά της διάδοσης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα καθορίζουν την ακρίβεια των μεθόδων για την τηλεπισκόπηση των παραμέτρων της. Όλα αυτά τα ερωτήματα, όπως και πολλά άλλα, μελετώνται από την ατμοσφαιρική οπτική. Η διάθλαση και η σκέδαση των ραδιοκυμάτων καθορίζουν τις δυνατότητες λήψης ραδιοφώνου (βλ. Διάδοση ραδιοκυμάτων).

Η διάδοση του ήχου στην ατμόσφαιρα εξαρτάται από τη χωρική κατανομή της θερμοκρασίας και την ταχύτητα του ανέμου (βλ. Ατμοσφαιρική ακουστική). Έχει ενδιαφέρον για την ατμοσφαιρική ανίχνευση με εξ αποστάσεως μεθόδους. Οι εκρήξεις γομώσεων που εκτοξεύτηκαν από πυραύλους στην ανώτερη ατμόσφαιρα παρείχαν πλούσιες πληροφορίες για τα αιολικά συστήματα και τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας στη στρατόσφαιρα και τη μεσόσφαιρα. Σε μια σταθερά στρωματοποιημένη ατμόσφαιρα, όταν η θερμοκρασία μειώνεται με ύψος πιο αργό από την αδιαβατική κλίση (9,8 K/km), προκύπτουν τα λεγόμενα εσωτερικά κύματα. Αυτά τα κύματα μπορούν να διαδοθούν προς τα πάνω στη στρατόσφαιρα και ακόμη και στη μεσόσφαιρα, όπου εξασθενούν, συμβάλλοντας σε αυξημένους ανέμους και αναταράξεις.

Το αρνητικό φορτίο της Γης και το ηλεκτρικό πεδίο που προκύπτει, η ατμόσφαιρα, μαζί με την ηλεκτρικά φορτισμένη ιονόσφαιρα και τη μαγνητόσφαιρα, δημιουργούν ένα παγκόσμιο ηλεκτρικό κύκλωμα. Σημαντικό ρόλο σε αυτό παίζει ο σχηματισμός νεφών και η ηλεκτρική ενέργεια από καταιγίδες. Ο κίνδυνος των κεραυνικών εκκενώσεων έχει απαιτήσει την ανάπτυξη μεθόδων αντικεραυνικής προστασίας για κτίρια, κατασκευές, γραμμές ηλεκτροδότησης και επικοινωνίες. Το φαινόμενο αυτό αποτελεί ιδιαίτερο κίνδυνο για την αεροπορία. Οι εκκενώσεις κεραυνών προκαλούν ατμοσφαιρικές ραδιοπαρεμβολές, που ονομάζονται ατμοσφαιρικές (βλέπε Ατμόσφαιρες που σφυρίζουν). Κατά την διάρκεια απότομη αύξησηένταση ηλεκτρικού πεδίου, παρατηρούνται φωτεινές εκκενώσεις που εμφανίζονται στις άκρες και τις αιχμηρές γωνίες αντικειμένων που προεξέχουν πάνω από την επιφάνεια της γης, σε μεμονωμένες κορυφές στα βουνά κ.λπ. (φώτα Elma). Η ατμόσφαιρα περιέχει πάντα μια πολύ διαφορετική ποσότητα ελαφρών και βαρέων ιόντων, ανάλογα με τις συγκεκριμένες συνθήκες, οι οποίες καθορίζουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα της ατμόσφαιρας. Οι κύριοι ιονιστές του αέρα κοντά στην επιφάνεια της γης είναι η ακτινοβολία από ραδιενεργές ουσίες που περιέχονται στον φλοιό και την ατμόσφαιρα της γης, καθώς και οι κοσμικές ακτίνες. Δείτε επίσης Ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός.

Η ανθρώπινη επίδραση στην ατμόσφαιρα.Κατά τους περασμένους αιώνες, υπήρξε μια αύξηση της συγκέντρωσης αέρια θερμοκηπίουστην ατμόσφαιρα λόγω της ανθρώπινης οικονομικής δραστηριότητας. Το ποσοστό διοξειδίου του άνθρακα αυξήθηκε από 2,8-10 2 πριν από διακόσια χρόνια σε 3,8-10 2 το 2005, η περιεκτικότητα σε μεθάνιο - από 0,7-10 1 περίπου πριν από 300-400 χρόνια σε 1,8-10 -4 στις αρχές του 21ου αιώνας; περίπου το 20% της αύξησης του φαινομένου του θερμοκηπίου τον περασμένο αιώνα προήλθε από τα φρέον, τα οποία πρακτικά απουσίαζαν στην ατμόσφαιρα μέχρι τα μέσα του 20ού αιώνα. Αυτές οι ουσίες αναγνωρίζονται ως καταστροφικές του όζοντος της στρατόσφαιρας και η παραγωγή τους απαγορεύεται από το Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ του 1987. Η αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα προκαλείται από την καύση ολοένα αυξανόμενων ποσοτήτων άνθρακα, πετρελαίου, φυσικού αερίου και άλλων τύπων καυσίμων άνθρακα, καθώς και από την απομάκρυνση των δασών, με αποτέλεσμα τη μείωση της απορρόφησης του διοξειδίου του άνθρακα μέσω της φωτοσύνθεσης. Η συγκέντρωση του μεθανίου αυξάνεται με την αύξηση της παραγωγής πετρελαίου και φυσικού αερίου (λόγω των απωλειών του), καθώς και με την επέκταση των καλλιεργειών ρυζιού και την αύξηση του αριθμού των βοοειδών. Όλα αυτά συμβάλλουν στην υπερθέρμανση του κλίματος.

Για την αλλαγή του καιρού, έχουν αναπτυχθεί μέθοδοι που επηρεάζουν ενεργά τις ατμοσφαιρικές διεργασίες. Χρησιμοποιούνται για την προστασία των γεωργικών φυτών από το χαλάζι διασκορπίζοντας ειδικά αντιδραστήρια στα σύννεφα. Υπάρχουν επίσης μέθοδοι για τη διασπορά της ομίχλης στα αεροδρόμια, την προστασία των φυτών από τον παγετό, την επιρροή των νεφών για την αύξηση της βροχόπτωσης στις επιθυμητές περιοχές ή για τη διασπορά νεφών κατά τη διάρκεια δημόσιων εκδηλώσεων.

Μελέτη της ατμόσφαιρας. Πληροφορίες για φυσικές διεργασίεςστην ατμόσφαιρα λαμβάνονται κυρίως από μετεωρολογικές παρατηρήσεις, οι οποίες πραγματοποιούνται από ένα παγκόσμιο δίκτυο μόνιμων μετεωρολογικών σταθμών και σταθμών που βρίσκονται σε όλες τις ηπείρους και σε πολλά νησιά. Οι καθημερινές παρατηρήσεις παρέχουν πληροφορίες για τη θερμοκρασία και την υγρασία του αέρα, την ατμοσφαιρική πίεση και βροχόπτωση, τη συννεφιά, τον άνεμο κ.λπ. Παρατηρήσεις της ηλιακής ακτινοβολίας και των μετασχηματισμών της πραγματοποιούνται σε ακτινομετρικούς σταθμούς. Μεγάλη σημασία για τη μελέτη της ατμόσφαιρας έχουν τα δίκτυα αερολογικών σταθμών στους οποίους χρησιμοποιούνται ραδιοφωνικοί αγωγοί για τη διεξαγωγή μετεωρολογικές μετρήσειςμέχρι υψόμετρο 30-35 χλμ. Σε ορισμένους σταθμούς πραγματοποιούνται παρατηρήσεις του ατμοσφαιρικού όζοντος, των ηλεκτρικών φαινομένων στην ατμόσφαιρα και της χημικής σύστασης του αέρα.

Τα δεδομένα από επίγειους σταθμούς συμπληρώνονται από παρατηρήσεις στους ωκεανούς, όπου λειτουργούν «πλοία καιρού», που βρίσκονται συνεχώς σε ορισμένες περιοχές του Παγκόσμιου Ωκεανού, καθώς και μετεωρολογικές πληροφορίες που λαμβάνονται από έρευνες και άλλα πλοία.

Τις τελευταίες δεκαετίες, ένας αυξανόμενος όγκος πληροφοριών για την ατμόσφαιρα έχει ληφθεί με τη χρήση μετεωρολογικών δορυφόρων, οι οποίοι μεταφέρουν όργανα για τη φωτογράφηση νεφών και τη μέτρηση των ροών υπεριώδους, υπέρυθρης και μικροκυματικής ακτινοβολίας από τον Ήλιο. Οι δορυφόροι καθιστούν δυνατή τη λήψη πληροφοριών σχετικά με κατακόρυφα προφίλ θερμοκρασίας, συννεφιά και την παροχή νερού, στοιχεία της ισορροπίας ακτινοβολίας της ατμόσφαιρας, τη θερμοκρασία της επιφάνειας του ωκεανού κ.λπ. Χρησιμοποιώντας μετρήσεις διάθλασης ραδιοφωνικών σημάτων από ένα σύστημα δορυφόρων πλοήγησης, είναι δυνατός ο προσδιορισμός κατακόρυφων προφίλ πυκνότητας, πίεσης και θερμοκρασίας, καθώς και η περιεκτικότητα σε υγρασία στην ατμόσφαιρα. Με τη βοήθεια των δορυφόρων, κατέστη δυνατή η αποσαφήνιση της τιμής της ηλιακής σταθεράς και του πλανητικού albedo της Γης, η κατασκευή χαρτών της ισορροπίας ακτινοβολίας του συστήματος Γης-ατμόσφαιρας, η μέτρηση του περιεχομένου και της μεταβλητότητας μικρών ατμοσφαιρικών ακαθαρσιών και η επίλυση πολλά άλλα προβλήματα ατμοσφαιρικής φυσικής και παρακολούθησης περιβάλλο.

Λιτ.: Budyko M.I. Το κλίμα στο παρελθόν και στο μέλλον. L., 1980; Matveev L. T. Μάθημα γενικής μετεωρολογίας. Ατμοσφαιρική φυσική. 2η έκδ. L., 1984; Budyko M.I., Ronov A.B., Yanshin A.L. Ιστορία της ατμόσφαιρας. L., 1985; Khrgian A. Kh. Μ., 1986; Atmosphere: Κατάλογος. L., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Μετεωρολογία και Κλιματολογία. 5η έκδ. Μ., 2001.

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

Το πάχος της ατμόσφαιρας είναι περίπου 120 km από την επιφάνεια της Γης. Η συνολική μάζα του αέρα στην ατμόσφαιρα είναι (5,1-5,3) 10 18 kg. Από αυτά, η μάζα του ξηρού αέρα είναι 5,1352 ±0,0003 10 18 kg, η συνολική μάζα των υδρατμών είναι κατά μέσο όρο 1,27 10 16 kg.

Τροπόπαυση

Το στρώμα μετάβασης από την τροπόσφαιρα στη στρατόσφαιρα, ένα στρώμα της ατμόσφαιρας στο οποίο σταματά η μείωση της θερμοκρασίας με το ύψος.

Στρατόσφαιρα

Ένα στρώμα της ατμόσφαιρας που βρίσκεται σε υψόμετρο από 11 έως 50 km. Χαρακτηρίζεται από μια ελαφρά μεταβολή της θερμοκρασίας στο στρώμα 11-25 km (κατώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας) και μια αύξηση της θερμοκρασίας στο στρώμα 25-40 km από -56,5 σε 0,8 ° (ανώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας ή της περιοχής αναστροφής). Έχοντας φτάσει σε μια τιμή περίπου 273 K (σχεδόν 0 °C) σε υψόμετρο περίπου 40 km, η θερμοκρασία παραμένει σταθερή μέχρι υψόμετρο περίπου 55 km. Αυτή η περιοχή σταθερής θερμοκρασίας ονομάζεται στρατόπαυση και είναι το όριο μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας.

Στρατόπαυση

Το οριακό στρώμα της ατμόσφαιρας μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας. Στην κατακόρυφη κατανομή θερμοκρασίας υπάρχει μέγιστη (περίπου 0 °C).

Μεσόσφαιρα

ατμόσφαιρα της γης

Όριο της ατμόσφαιρας της Γης

Θερμόσφαιρα

Το ανώτατο όριο είναι περίπου 800 χλμ. Η θερμοκρασία ανεβαίνει σε υψόμετρα 200-300 km, όπου φτάνει σε τιμές της τάξης των 1500 K, μετά την οποία παραμένει σχεδόν σταθερή σε μεγάλα υψόμετρα. Υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας υπεριώδους και ακτίνων Χ και της κοσμικής ακτινοβολίας, εμφανίζεται ο ιονισμός του αέρα («αύροι») - οι κύριες περιοχές της ιονόσφαιρας βρίσκονται μέσα στη θερμόσφαιρα. Σε υψόμετρα άνω των 300 χλμ. κυριαρχεί το ατομικό οξυγόνο. Το ανώτερο όριο της θερμόσφαιρας καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την τρέχουσα δραστηριότητα του Ήλιου. Σε περιόδους χαμηλής δραστηριότητας - για παράδειγμα, το 2008-2009 - παρατηρείται αισθητή μείωση στο μέγεθος αυτού του στρώματος.

Θερμόπαυση

Η περιοχή της ατμόσφαιρας δίπλα στη θερμόσφαιρα. Σε αυτή την περιοχή, η απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι αμελητέα και η θερμοκρασία δεν αλλάζει ουσιαστικά με το υψόμετρο.

Εξώσφαιρα (σφαίρα σκέδασης)

Σε υψόμετρο 100 km, η ατμόσφαιρα είναι ένα ομοιογενές, καλά αναμεμειγμένο μείγμα αερίων. Στα υψηλότερα στρώματα, η κατανομή των αερίων κατά ύψος εξαρτάται από τις μοριακές τους μάζες, η συγκέντρωση των βαρύτερων αερίων μειώνεται ταχύτερα με την απόσταση από την επιφάνεια της Γης. Λόγω της μείωσης της πυκνότητας του αερίου, η θερμοκρασία πέφτει από 0 °C στη στρατόσφαιρα σε -110 °C στη μεσόσφαιρα. Ωστόσο, η κινητική ενέργεια των μεμονωμένων σωματιδίων σε υψόμετρα 200-250 km αντιστοιχεί σε θερμοκρασία ~150 °C. Πάνω από τα 200 km παρατηρούνται σημαντικές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία και την πυκνότητα των αερίων σε χρόνο και χώρο.

Σε υψόμετρο περίπου 2000-3500 km, η εξώσφαιρα μετατρέπεται σταδιακά στο λεγόμενο κοντά στο διαστημικό κενό, το οποίο είναι γεμάτο με εξαιρετικά σπάνια σωματίδια διαπλανητικού αερίου, κυρίως άτομα υδρογόνου. Αλλά αυτό το αέριο αντιπροσωπεύει μόνο ένα μέρος της διαπλανητικής ύλης. Το άλλο μέρος αποτελείται από σωματίδια σκόνης κομητικής και μετεωρικής προέλευσης. Εκτός από τα εξαιρετικά σπάνια σωματίδια σκόνης, ηλεκτρομαγνητική και σωματική ακτινοβολία ηλιακής και γαλαξιακής προέλευσης διεισδύει σε αυτόν τον χώρο.

Η τροπόσφαιρα αντιπροσωπεύει περίπου το 80% της μάζας της ατμόσφαιρας, η στρατόσφαιρα - περίπου το 20%. η μάζα της μεσόσφαιρας δεν είναι μεγαλύτερη από 0,3%, η θερμόσφαιρα είναι μικρότερη από το 0,05% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας. Με βάση τις ηλεκτρικές ιδιότητες στην ατμόσφαιρα, διακρίνονται η ουδετρονόσφαιρα και η ιονόσφαιρα. Αυτή τη στιγμή πιστεύεται ότι η ατμόσφαιρα εκτείνεται σε υψόμετρο 2000-3000 km.

Ανάλογα με τη σύσταση του αερίου στην ατμόσφαιρα, εκπέμπουν ομόσφαιραΚαι ετερόσφαιρα. Ετερόσφαιρα- Αυτή είναι η περιοχή όπου η βαρύτητα επηρεάζει τον διαχωρισμό των αερίων, αφού η ανάμειξή τους σε τέτοιο υψόμετρο είναι αμελητέα. Αυτό συνεπάγεται μια μεταβλητή σύνθεση της ετεροσφαιρίας. Κάτω από αυτό βρίσκεται ένα καλά αναμεμειγμένο, ομοιογενές μέρος της ατμόσφαιρας, που ονομάζεται ομοσφαίρα. Το όριο μεταξύ αυτών των στρωμάτων ονομάζεται turbopause, βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 120 km.

Φυσιολογικές και άλλες ιδιότητες της ατμόσφαιρας

Ήδη σε υψόμετρο 5 χιλιομέτρων πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, ένα μη εκπαιδευμένο άτομο αρχίζει να βιώνει πείνα με οξυγόνο και χωρίς προσαρμογή, η απόδοση ενός ατόμου μειώνεται σημαντικά. Η φυσιολογική ζώνη της ατμόσφαιρας τελειώνει εδώ. Η ανθρώπινη αναπνοή καθίσταται αδύνατη σε υψόμετρο 9 km, αν και μέχρι περίπου 115 km η ατμόσφαιρα περιέχει οξυγόνο.

Η ατμόσφαιρα μας τροφοδοτεί με το απαραίτητο οξυγόνο για την αναπνοή. Ωστόσο, λόγω της πτώσης της συνολικής πίεσης της ατμόσφαιρας, καθώς ανεβαίνετε στο υψόμετρο, η μερική πίεση του οξυγόνου μειώνεται ανάλογα.

Σε σπάνια στρώματα αέρα, η διάδοση του ήχου είναι αδύνατη. Μέχρι υψόμετρα 60-90 km, είναι ακόμα δυνατή η χρήση αντίστασης αέρα και ανύψωσης για ελεγχόμενη αεροδυναμική πτήση. Αλλά ξεκινώντας από υψόμετρα 100-130 km, οι έννοιες του αριθμού M και του ηχητικού φράγματος, που είναι γνωστές σε κάθε πιλότο, χάνουν το νόημά τους: εκεί περνά η συμβατική γραμμή Karman, πέρα από την οποία ξεκινά η περιοχή της καθαρά βαλλιστικής πτήσης, η οποία μπορεί μόνο να ελέγχεται με τη χρήση αντιδραστικών δυνάμεων.

Σε υψόμετρα άνω των 100 km, η ατμόσφαιρα στερείται μια άλλη αξιοσημείωτη ιδιότητα - την ικανότητα να απορροφά, να μεταδίδει και να μεταδίδει θερμική ενέργεια με μεταφορά (δηλαδή με ανάμιξη αέρα). Αυτό σημαίνει ότι διάφορα στοιχεία εξοπλισμού, τροχιακό εξοπλισμό διαστημικός σταθμόςδεν θα μπορεί να κρυώσει έξω με τον ίδιο τρόπο που γίνεται συνήθως σε ένα αεροπλάνο - με τη βοήθεια πίδακες αέρα και καλοριφέρ αέρα. Σε τέτοιο ύψος, όπως γενικά στον χώρο, ο μόνος τρόποςΗ μεταφορά θερμότητας είναι θερμική ακτινοβολία.

Ιστορία ατμοσφαιρικού σχηματισμού

Σύμφωνα με την πιο κοινή θεωρία, η ατμόσφαιρα της Γης είχε τρεις διαφορετικές συνθέσεις με την πάροδο του χρόνου. Αρχικά, αποτελούνταν από ελαφρά αέρια (υδρογόνο και ήλιο) που συλλαμβάνονταν από τον διαπλανητικό χώρο. Αυτό είναι το λεγόμενο πρωταρχική ατμόσφαιρα(πριν από περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια). Στο επόμενο στάδιο, η ενεργή ηφαιστειακή δραστηριότητα οδήγησε στον κορεσμό της ατμόσφαιρας με αέρια εκτός του υδρογόνου (διοξείδιο του άνθρακα, αμμωνία, υδρατμοί). Έτσι διαμορφώθηκε δευτερεύουσα ατμόσφαιρα(περίπου τρία δισεκατομμύρια χρόνια πριν από τη σημερινή ημέρα). Αυτή η ατμόσφαιρα ήταν αναζωογονητική. Επιπλέον, η διαδικασία σχηματισμού της ατμόσφαιρας προσδιορίστηκε από τους ακόλουθους παράγοντες:

διαρροή ελαφρών αερίων (υδρογόνο και ήλιο) στον διαπλανητικό χώρο.
χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα υπό την επίδραση υπεριώδη ακτινοβολία, αστραπιαίες εκκενώσεις και κάποιοι άλλοι παράγοντες.

Σταδιακά αυτοί οι παράγοντες οδήγησαν στο σχηματισμό τριτογενής ατμόσφαιρα, που χαρακτηρίζεται από πολύ χαμηλότερη περιεκτικότητα σε υδρογόνο και πολύ μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε άζωτο και διοξείδιο του άνθρακα (που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα χημικών αντιδράσεων από αμμωνία και υδρογονάνθρακες).

Αζωτο

Εκπαίδευση μεγάλη ποσότηταΤο άζωτο N 2 οφείλεται στην οξείδωση της ατμόσφαιρας αμμωνίας-υδρογόνου από το μοριακό οξυγόνο O 2, το οποίο άρχισε να προέρχεται από την επιφάνεια του πλανήτη ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, που ξεκίνησε πριν από 3 δισεκατομμύρια χρόνια. Το άζωτο N2 απελευθερώνεται επίσης στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της απονιτροποίησης των νιτρικών αλάτων και άλλων ενώσεων που περιέχουν άζωτο. Το άζωτο οξειδώνεται από το όζον σε ΝΟ στην ανώτερη ατμόσφαιρα.

Το άζωτο N 2 αντιδρά μόνο υπό συγκεκριμένες συνθήκες (για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια εκκένωσης κεραυνού). Η οξείδωση του μοριακού αζώτου από το όζον κατά τις ηλεκτρικές εκκενώσεις χρησιμοποιείται σε μικρές ποσότητες στη βιομηχανική παραγωγή αζωτούχων λιπασμάτων. Τα κυανοβακτήρια (γαλαζοπράσινα φύκια) και τα οζίδια που σχηματίζουν ριζοβιακή συμβίωση με τα όσπρια, τα λεγόμενα, μπορούν να το οξειδώσουν με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και να το μετατρέψουν σε βιολογικά ενεργή μορφή. πράσινη κοπριά.

Οξυγόνο

Η σύνθεση της ατμόσφαιρας άρχισε να αλλάζει ριζικά με την εμφάνιση ζωντανών οργανισμών στη Γη, ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, που συνοδεύτηκε από την απελευθέρωση οξυγόνου και την απορρόφηση διοξειδίου του άνθρακα. Αρχικά, το οξυγόνο ξοδεύτηκε για την οξείδωση ανηγμένων ενώσεων - αμμωνία, υδρογονάνθρακες, σιδηρούχα μορφή σιδήρου που περιέχεται στους ωκεανούς κ.λπ. Στο τέλος αυτού του σταδίου, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα άρχισε να αυξάνεται. Σταδιακά, σχηματίστηκε μια σύγχρονη ατμόσφαιρα με οξειδωτικές ιδιότητες. Δεδομένου ότι αυτό προκάλεσε σοβαρές και απότομες αλλαγές σε πολλές διεργασίες που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα, τη λιθόσφαιρα και τη βιόσφαιρα, αυτό το γεγονός ονομάστηκε Καταστροφή Οξυγόνου.

Ευγενή αέρια

ατμοσφαιρική ρύπανση

Πρόσφατα, οι άνθρωποι έχουν αρχίσει να επηρεάζουν την εξέλιξη της ατμόσφαιρας. Το αποτέλεσμα των δραστηριοτήτων του ήταν μια σταθερή σημαντική αύξηση της περιεκτικότητας σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα λόγω της καύσης καυσίμων υδρογονανθράκων που συσσωρεύτηκαν σε προηγούμενες γεωλογικές εποχές. Τεράστιες ποσότητες CO 2 καταναλώνονται κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης και απορροφώνται από τους ωκεανούς του κόσμου. Αυτό το αέριο εισέρχεται στην ατμόσφαιρα λόγω της αποσύνθεσης ανθρακικών πετρωμάτων και οργανικών ουσιών φυτικής και ζωικής προέλευσης, καθώς και λόγω ηφαιστεισμού και παραγωγικές δραστηριότητεςπρόσωπο. Τα τελευταία 100 χρόνια, η περιεκτικότητα σε CO 2 στην ατμόσφαιρα έχει αυξηθεί κατά 10%, με το μεγαλύτερο μέρος (360 δισεκατομμύρια τόνοι) να προέρχεται από την καύση καυσίμου. Εάν ο ρυθμός αύξησης της καύσης καυσίμου συνεχιστεί, τότε στα επόμενα 200-300 χρόνια η ποσότητα του CO 2 στην ατμόσφαιρα θα διπλασιαστεί και θα μπορούσε να οδηγήσει σε παγκόσμια κλιματική αλλαγή.

Η καύση του καυσίμου είναι η κύρια πηγή ρυπογόνων αερίων (CO, SO2). Το διοξείδιο του θείου οξειδώνεται από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο σε SO 3 στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, το οποίο με τη σειρά του αλληλεπιδρά με το νερό και τους ατμούς αμμωνίας και το προκύπτον θειικό οξύ (H 2 SO 4) και το θειικό αμμώνιο ((NH 4) 2 SO 4 ) επιστρέφουν στην επιφάνεια της Γης με τη μορφή του λεγόμενου. όξινη βροχή. Η χρήση κινητήρων εσωτερικής καύσης οδηγεί σε σημαντική ατμοσφαιρική ρύπανση με οξείδια του αζώτου, υδρογονάνθρακες και ενώσεις μολύβδου (τετρααιθυλομόλυβδος Pb(CH 3 CH 2) 4)).

Η ρύπανση της ατμόσφαιρας από αερολύματα οφείλεται και στα δύο φυσικά αίτια (ηφαιστειακές εκρήξεις, καταιγίδες σκόνης, συμπαρασυρόμενοι σταγονίδια θαλασσινό νερόκαι γύρη φυτών, κ.λπ.), και οικονομική δραστηριότηταάνθρωποι (εξόρυξη μεταλλεύματος και οικοδομικά υλικά, καύση καυσίμων, παραγωγή τσιμέντου κ.λπ.). Η εντατική μεγάλης κλίμακας εκπομπή στερεών σωματιδίων στην ατμόσφαιρα είναι ένα από τα πιθανούς λόγουςαλλαγές στο κλίμα του πλανήτη.

Δείτε επίσης

Jacchia (μοντέλο ατμόσφαιρας)

Σημειώσεις

Εδαφος διά παιγνίδι γκολφ

Λογοτεχνία

V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov«Διαστημική βιολογία και ιατρική» (2η έκδοση, αναθεωρημένη και διευρυμένη), Μ.: «Prosveshcheniye», 1975, 223 pp.
N. V. Gusakova“Environmental Chemistry”, Rostov-on-Don: Phoenix, 2004, 192 με ISBN 5-222-05386-5
Sokolov V. A. Geochemistry of natural gases, Μ., 1971;
McEwen M., Phillips L. Atmospheric Chemistry, Μ., 1978;
Wark K., Warner S.ατμοσφαιρική ρύπανση. Πηγές και έλεγχος, μετάφρ. from English, M.. 1980;
Παρακολούθηση ρύπανσης υποβάθρου φυσικά περιβάλλοντα. V. 1, L., 1982.

Γη
Ιστορία της Γης	Εποχή της Γης Γεωλογική ιστορία της Γης Γεωχρονολογική κλίμακα Ιστορία της ζωής στη Γη Παγετώνας της Γης Παράδοξο του αδύναμου νεαρού Ήλιου Θεωρία κρούσης γιγάντων Χρονολόγιο εξέλιξης
Γεωγραφία και γεωλογία	Αυστραλία Ασία Ανταρκτική Αφρική Ευρώπη Βόρεια Αμερική Νότια Αμερική Ατλαντικός Ωκεανός Ινδικός Ωκεανός Αρκτικός Ωκεανός Ειρηνικός Ωκεανός Νότιος Ωκεανός Ατμόσφαιρα

Κάθε εγγράμματος άνθρωπος πρέπει να γνωρίζει όχι μόνο ότι ο πλανήτης περιβάλλεται από μια ατμόσφαιρα που αποτελείται από ένα μείγμα όλων των ειδών αερίων, αλλά και ότι υπάρχουν διαφορετικά στρώματα της ατμόσφαιρας που βρίσκονται σε άνισες αποστάσεις από την επιφάνεια της Γης.

Παρατηρώντας τον ουρανό, δεν βλέπουμε καθόλου την περίπλοκη δομή του, την ετερογενή του σύνθεση ή άλλα πράγματα που κρύβονται από το οπτικό πεδίο. Αλλά ακριβώς χάρη στη σύνθετη και πολυσυστατική σύνθεση του στρώματος αέρα υπάρχουν συνθήκες γύρω από τον πλανήτη που επέτρεψαν την εμφάνιση της ζωής εδώ, τη βλάστηση να ανθίσει και ό,τι ήταν ποτέ εδώ να εμφανιστεί.

Γνώσεις σχετικά με το θέμα της συζήτησης δίνονται σε άτομα ήδη στην 6η τάξη στο σχολείο, αλλά κάποιοι δεν έχουν ολοκληρώσει ακόμη τις σπουδές τους και κάποιοι έχουν πάει εκεί τόσο πολύ καιρό που έχουν ήδη ξεχάσει τα πάντα. Ωστόσο, όλοι μορφωμένο άτομοπρέπει να γνωρίζει από τι αποτελείται ο κόσμος γύρω του, ειδικά εκείνο το μέρος του από το οποίο εξαρτάται άμεσα η ίδια η δυνατότητα της κανονικής του ζωής.

Πώς ονομάζεται κάθε στρώμα της ατμόσφαιρας, σε ποιο υψόμετρο βρίσκεται και τι ρόλο παίζει; Όλα αυτά τα θέματα θα συζητηθούν παρακάτω.

Η δομή της ατμόσφαιρας της Γης

Κοιτάζοντας τον ουρανό, ειδικά όταν είναι εντελώς χωρίς σύννεφα, είναι πολύ δύσκολο να φανταστεί κανείς ότι έχει μια τόσο περίπλοκη και πολυεπίπεδη δομή, ότι η θερμοκρασία εκεί σε διαφορετικά υψόμετρα είναι πολύ διαφορετική και ότι είναι εκεί, σε υψόμετρο , ότι οι πιο σημαντικές διεργασίες λαμβάνουν χώρα για όλη τη χλωρίδα και την πανίδα στη Γη.

Αν δεν υπήρχε μια τόσο πολύπλοκη σύνθεση του καλύμματος αερίου του πλανήτη, τότε απλά δεν θα υπήρχε ζωή εδώ και ακόμη και η δυνατότητα για την προέλευσή της.

Οι πρώτες προσπάθειες να μελετήσουν αυτό το μέρος του γύρω κόσμου έγιναν από τους αρχαίους Έλληνες, αλλά δεν μπορούσαν να υπερβούν τα συμπεράσματά τους, αφού δεν είχαν τα απαραίτητα τεχνική βάση. Δεν έβλεπαν τα όρια διαφορετικών στρωμάτων, δεν μπορούσαν να μετρήσουν τη θερμοκρασία τους, να μελετήσουν τη σύσταση των συστατικών τους κ.λπ.

Κυρίως μόνο καιρικά φαινόμεναώθησε τα πιο προοδευτικά μυαλά να σκεφτούν ότι ο ορατός ουρανός δεν είναι τόσο απλός όσο φαίνεται.

Πιστεύεται ότι η δομή του σύγχρονου κελύφους αερίου γύρω από τη Γη διαμορφώθηκε σε τρία στάδια.Πρώτα υπήρχε μια αρχέγονη ατμόσφαιρα υδρογόνου και ηλίου που συλλήφθηκε από το διάστημα.

Στη συνέχεια, οι ηφαιστειακές εκρήξεις γέμισαν τον αέρα με μια μάζα άλλων σωματιδίων και δημιουργήθηκε μια δευτερεύουσα ατμόσφαιρα. Αφού πέρασε από όλες τις βασικές χημικές αντιδράσεις και διαδικασίες χαλάρωσης σωματιδίων, προέκυψε η σημερινή κατάσταση.

Τα στρώματα της ατμόσφαιρας κατά σειρά από την επιφάνεια της γης και τα χαρακτηριστικά τους

Η δομή του κελύφους αερίου του πλανήτη είναι αρκετά περίπλοκη και ποικίλη. Ας το δούμε πιο αναλυτικά, φτάνοντας σταδιακά στα υψηλότερα επίπεδα.

Τροποσφαίρα

Εκτός από το οριακό στρώμα, η τροπόσφαιρα είναι το χαμηλότερο στρώμα της ατμόσφαιρας. Εκτείνεται σε ύψος περίπου 8-10 km πάνω από την επιφάνεια της γης σε πολικές περιοχές, 10-12 km σε εύκρατα κλίματα και 16-18 km σε τροπικά μέρη.

Ενδιαφέρον γεγονός:αυτή η απόσταση μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με την εποχή του χρόνου - το χειμώνα είναι ελαφρώς μικρότερη από ό, τι το καλοκαίρι.

Ο αέρας της τροπόσφαιρας περιέχει την κύρια ζωογόνο δύναμη για όλη τη ζωή στη γη.Περιέχει περίπου το 80% του συνόλου του διαθέσιμου ατμοσφαιρικού αέρα, περισσότερο από το 90% των υδρατμών, εκεί σχηματίζονται σύννεφα, κυκλώνες και άλλα ατμοσφαιρικά φαινόμενα.

Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί η σταδιακή μείωση της θερμοκρασίας καθώς ανεβαίνετε από την επιφάνεια του πλανήτη. Οι επιστήμονες υπολόγισαν ότι για κάθε 100 μέτρα υψομέτρου, η θερμοκρασία μειώνεται κατά περίπου 0,6-0,7 βαθμούς.