Viršutinių atmosferos sluoksnių temperatūra. Nuolatiniai auroraliniai raudoni lankai

Atmosferos sluoksniai eilės tvarka nuo Žemės paviršiaus

Atmosferos vaidmuo Žemės gyvenime

Atmosfera yra deguonies šaltinis, kuriuo žmonės kvėpuoja. Tačiau kylant į aukštį bendras atmosferos slėgis krenta, todėl mažėja dalinis deguonies slėgis.

Žmogaus plaučiuose yra maždaug trys litrai alveolių oro. Jei atmosferos slėgis normalus, tai dalinis deguonies slėgis alveoliniame ore bus 11 mm Hg. Art., anglies dvideginio slėgis - 40 mm Hg. Art., o vandens garai - 47 mm Hg. Art. Didėjant aukščiui deguonies slėgis mažėja, o bendras vandens garų ir anglies dioksido slėgis plaučiuose išliks pastovus – maždaug 87 mm Hg. Art. Kai oro slėgis bus lygus šiai vertei, deguonis nustos tekėti į plaučius.

Dėl atmosferos slėgio sumažėjimo 20 km aukštyje čia užvirs vanduo ir intersticinis skystis žmogaus organizme. Jei nesinaudosite slėgine kabina, tokiame aukštyje žmogus mirs beveik akimirksniu. Todėl fiziologinių savybių požiūriu Žmogaus kūnas, „kosmosas“ kilęs iš 20 km aukščio virš jūros lygio.

Atmosferos vaidmuo Žemės gyvenime yra labai didelis. Pavyzdžiui, dėl tankių oro sluoksnių – troposferos ir stratosferos, žmonės yra apsaugoti nuo radiacijos poveikio. Kosmose, retesniame ore, daugiau nei 36 km aukštyje, veikia jonizuojanti spinduliuotė. Virš 40 km aukštyje – ultravioletiniai.

Pakilus virš Žemės paviršiaus į daugiau nei 90–100 km aukštį, bus stebimas laipsniškas žemutiniame atmosferos sluoksnyje stebimų žmonėms žinomų reiškinių silpnėjimas, o vėliau ir visiškas išnykimas:

Garsas nekeliauja.

Nėra aerodinaminės jėgos ar pasipriešinimo.

Šiluma neperduodama konvekcijos būdu ir kt.

Atmosferos sluoksnis apsaugo Žemę ir visus gyvus organizmus nuo kosminė spinduliuotė, iš meteoritų, atsakinga už sezoninių temperatūros svyravimų reguliavimą, paros normų balansavimą ir išlyginimą. Jei Žemėje nebūtų atmosferos, paros temperatūra svyruotų +/-200 C˚ ribose. Atmosferos sluoksnis yra gyvybę suteikiantis „buferis“ tarp žemės paviršiaus ir erdvės, atmosferoje vyksta fotosintezės ir energijos mainų procesai – svarbiausi biosferos procesai.

Atmosferos sluoksniai eilės tvarka nuo Žemės paviršiaus

Atmosfera yra sluoksniuota struktūra, susidedanti iš šių atmosferos sluoksnių eilės tvarka nuo Žemės paviršiaus:

Troposfera.

Stratosfera.

Mezosfera.

Termosfera.

Egzosfera

Kiekvienas sluoksnis neturi aštrių vienas kito ribų, o jų aukštį įtakoja platuma ir metų laikai. Ši sluoksniuota struktūra susidarė dėl temperatūros pokyčių skirtinguose aukščiuose. Dėl atmosferos matome mirgančias žvaigždes.

Žemės atmosferos struktūra pagal sluoksnius:

Iš ko susideda Žemės atmosfera?

Kiekvienas atmosferos sluoksnis skiriasi temperatūra, tankiu ir sudėtimi. Bendras atmosferos storis 1,5-2,0 tūkst.km. Iš ko susideda Žemės atmosfera? Šiuo metu tai yra dujų mišinys su įvairiomis priemaišomis.

Troposfera

Žemės atmosferos struktūra prasideda nuo troposferos, kuri yra apatinė atmosferos dalis, kurios aukštis yra maždaug 10–15 km. Čia sutelkta didžioji dalis atmosferos oro. Charakteristika troposfera – temperatūra nukrenta 0,6 ˚C, kai kylate aukštyn kas 100 metrų. Troposferoje koncentruojasi beveik visi atmosferos vandens garai, čia susidaro debesys.

Troposferos aukštis keičiasi kasdien. Be to, ji Vidutinė vertė skiriasi priklausomai nuo platumos ir metų sezono. Vidutinis troposferos aukštis virš ašigalių yra 9 km, virš pusiaujo – apie 17 km. Vidutinė metinė oro temperatūra virš pusiaujo yra artima +26 ˚C, o virš Šiaurės ašigalio –23 ˚C. Viršutinės troposferos linijos virš pusiaujo vidutinė metinė temperatūra yra apie -70 ˚C ir aukštesnė Šiaurės ašigalis vasarą -45 ˚C ir žiemą -65 ˚C. Taigi, kuo didesnis aukštis, tuo žemesnė temperatūra. Saulės spinduliai netrukdomi praeina per troposferą, kaitindami Žemės paviršių. Saulės skleidžiamą šilumą sulaiko anglies dioksidas, metanas ir vandens garai.

Stratosfera

Virš troposferos sluoksnio yra stratosfera, kurios aukštis yra 50-55 km. Šio sluoksnio ypatumas yra tas, kad temperatūra didėja didėjant aukščiui. Tarp troposferos ir stratosferos yra pereinamasis sluoksnis, vadinamas tropopauze.

Maždaug nuo 25 kilometrų aukščio stratosferos sluoksnio temperatūra pradeda kilti ir, pasiekus maksimalų 50 km aukštį, įgyja reikšmes nuo +10 iki +30 ˚C.

Stratosferoje yra labai mažai vandens garų. Kartais apie 25 km aukštyje galima rasti gana plonų debesų, kurie vadinami „perliniais debesimis“. Dieną jie nėra pastebimi, bet naktį jie šviečia dėl saulės, kuri yra žemiau horizonto, apšvietimo. Perlamutrinių debesų sudėtis susideda iš peršaldytų vandens lašelių. Stratosferą daugiausia sudaro ozonas.

Mezosfera

Mezosferos sluoksnio aukštis yra apie 80 km. Čia, kylant aukštyn, temperatūra mažėja ir pačiame viršuje pasiekia keliasdešimt C˚ žemiau nulio. Mezosferoje taip pat galima stebėti debesis, kurie, kaip spėjama, susidaro iš ledo kristalų. Šie debesys vadinami „noctilucent“. Mezosferai būdinga labiausiai šalta temperatūra atmosferoje: nuo -2 iki -138 ˚C.

Termosfera

Šis atmosferos sluoksnis savo pavadinimą gavo dėl aukštų temperatūrų. Termosfera susideda iš:

Jonosfera.

Egzosfera.

Jonosferai būdingas išretėjęs oras, kurio kiekvienas centimetras 300 km aukštyje susideda iš 1 milijardo atomų ir molekulių, o 600 km aukštyje – daugiau nei 100 mln.

Jonosferai taip pat būdinga didelė oro jonizacija. Šiuos jonus sudaro įkrauti deguonies atomai, įkrautos azoto atomų molekulės ir laisvieji elektronai.

Egzosfera

Egzosferos sluoksnis prasideda 800-1000 km aukštyje. Dujų dalelės, ypač lengvosios, čia juda milžinišku greičiu, įveikdamos gravitacijos jėgą. Tokios dalelės dėl greito judėjimo iš atmosferos išskrenda į erdvė ir išsisklaidyti. Todėl egzosfera vadinama sklaidos sfera. Dažniausiai į kosmosą skrenda vandenilio atomai, sudarantys aukščiausius egzosferos sluoksnius. Dėka dalelių viršutiniai sluoksniai atmosferą ir saulės vėjo daleles, galime stebėti šiaurės pašvaistę.

Palydovai ir geofizinės raketos leido nustatyti planetos radiacinės juostos, susidedančios iš elektra įkrautų dalelių - elektronų ir protonų, buvimą viršutiniuose atmosferos sluoksniuose.

Atmosfera (iš senovės graikų ἀτμός – garai ir σφαῖρα – rutulys) yra dujinis apvalkalas (geosfera), supantis Žemės planetą. Jo vidinis paviršius dengia hidrosferą ir iš dalies Žemės pluta, išorinė ribojasi su beveik žeme esančia kosmoso dalimi.

Atmosferą tiriančių fizikos ir chemijos šakų rinkinys paprastai vadinamas atmosferos fizika. Atmosfera lemia orą Žemės paviršiuje, meteorologija tiria orą, o klimatologija nagrinėja ilgalaikius klimato pokyčius.

Fizinės savybės

Atmosferos storis yra maždaug 120 km nuo Žemės paviršiaus. Bendra oro masė atmosferoje yra (5,1-5,3) 1018 kg. Iš jų sauso oro masė (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, bendra vandens garų masė vidutiniškai 1,27 1016 kg.

Švaraus sauso oro molinė masė yra 28,966 g/mol, o oro tankis jūros paviršiuje yra apie 1,2 kg/m3. Slėgis esant 0 °C jūros lygiui yra 101,325 kPa; kritinė temperatūra- -140,7 °C (~132,4 K); kritinis spaudimas- 3,7 MPa; Cp esant 0 °C – 1,0048·103 J/(kg·K), Cv – 0,7159·103 J/(kg·K) (esant 0 °C). Oro tirpumas vandenyje (pagal masę) 0 °C temperatūroje - 0,0036%, 25 °C temperatūroje - 0,0023%.

„Normaliomis sąlygomis“ Žemės paviršiuje laikomos šios: tankis 1,2 kg/m3, barometrinis slėgis 101,35 kPa, temperatūra plius 20 °C ir santykinė oro drėgmė 50%. Šie sąlyginiai rodikliai turi grynai inžinerinę reikšmę.

Cheminė sudėtis

Žemės atmosfera atsirado dėl dujų išsiskyrimo ugnikalnių išsiveržimų metu. Atsiradus vandenynams ir biosferai, susidarė dėl dujų mainų su vandeniu, augalais, gyvūnais ir jų skilimo produktais dirvose ir pelkėse.

Šiuo metu Žemės atmosferą daugiausia sudaro dujos ir įvairios priemaišos (dulkės, vandens lašeliai, ledo kristalai, jūros druskos, degimo produktai).

Atmosferą sudarančių dujų koncentracija yra beveik pastovi, išskyrus vandenį (H2O) ir anglies dioksidas(CO2).

Sauso oro sudėtis

Azotas
Deguonis
Argonas
Vanduo
Anglies dioksidas
Neoninis
Helis
Metanas
Kriptonas
Vandenilis
Ksenonas
Azoto oksidas

Be lentelėje nurodytų dujų, atmosferoje nedideliais kiekiais yra SO2, NH3, CO, ozono, angliavandenilių, HCl, HF, Hg garų, I2, taip pat NO ir daugelio kitų dujų. Troposferoje nuolat yra daug suspenduotų kietųjų ir skystųjų dalelių (aerozolio).

Atmosferos struktūra

Troposfera

Jo viršutinė riba yra 8-10 km aukštyje poliarinėse, 10-12 km vidutinio klimato ir 16-18 km atogrąžų platumose; mažesnė žiemą nei vasarą. Apatiniame, pagrindiniame atmosferos sluoksnyje yra daugiau nei 80% visos atmosferos oro masės ir apie 90% visų atmosferoje esančių vandens garų. Turbulencija ir konvekcija yra labai išvystyta troposferoje, kyla debesys, vystosi ciklonai ir anticiklonai. Temperatūra mažėja didėjant aukščiui, kai vidutinis vertikalus gradientas yra 0,65°/100 m

Tropopauzė

Pereinamasis sluoksnis iš troposferos į stratosferą, atmosferos sluoksnis, kuriame sustoja temperatūros mažėjimas didėjant aukščiui.

Stratosfera

Atmosferos sluoksnis, esantis 11–50 km aukštyje. Būdingas nedidelis temperatūros pokytis 11–25 km sluoksnyje (apatiniame stratosferos sluoksnyje) ir temperatūros padidėjimas 25–40 km sluoksnyje nuo –56,5 iki 0,8 ° C (viršutinis stratosferos sluoksnis arba inversijos sritis). . Pasiekusi apie 273 K (beveik 0 °C) vertę maždaug 40 km aukštyje, temperatūra išlieka pastovi iki maždaug 55 km aukščio. Ši vieta pastovi temperatūra vadinama stratopauze ir yra riba tarp stratosferos ir mezosferos.

Stratopauzė

Atmosferos ribinis sluoksnis tarp stratosferos ir mezosferos. Vertikalus temperatūros pasiskirstymas yra maksimumas (apie 0 °C).

Mezosfera

Mezosfera prasideda 50 km aukštyje ir tęsiasi iki 80-90 km. Temperatūra mažėja didėjant aukščiui, kai vidutinis vertikalus gradientas yra (0,25-0,3)°/100 m. Pagrindinis energijos procesas yra spinduliavimo šilumos perdavimas. Sudėtingi fotocheminiai procesai, kuriuose dalyvauja laisvieji radikalai, vibraciniu būdu sužadintos molekulės ir kt., sukelia atmosferos liuminescenciją.

Mezopauzė

Pereinamasis sluoksnis tarp mezosferos ir termosferos. Vertikaliame temperatūros pasiskirstyme yra minimumas (apie -90 °C).

Karmano linija

Aukštis virš jūros lygio, kuris sutartinai priimtas kaip riba tarp Žemės atmosferos ir erdvės. Pagal FAI apibrėžimą Karmano linija yra 100 km aukštyje virš jūros lygio.

Žemės atmosferos riba

Termosfera

Viršutinė riba yra apie 800 km. Temperatūra pakyla iki 200–300 km aukščio, kur pasiekia 1500 K reikšmes, o po to išlieka beveik pastovi iki didelio aukščio. Veikiant ultravioletinei ir rentgeno saulės spinduliuotei bei kosminei spinduliuotei, vyksta oro jonizacija („auroros“) - pagrindiniai jonosferos regionai yra termosferos viduje. Virš 300 km aukštyje vyrauja atominis deguonis. Viršutinę termosferos ribą daugiausia lemia dabartinis Saulės aktyvumas. Mažo aktyvumo laikotarpiais – pavyzdžiui, 2008–2009 m. – pastebimas šio sluoksnio dydžio mažėjimas.

Termopauzė

Atmosferos sritis, esanti greta termosferos. Šiame regione saulės spinduliuotės sugertis yra nereikšminga, o temperatūra iš tikrųjų nesikeičia priklausomai nuo aukščio.

Egzosfera (sklaidanti sfera)

Egzosfera yra dispersijos zona, išorinė dalis termosfera, esanti virš 700 km. Dujos egzosferoje yra labai retos, o iš čia jų dalelės nuteka į tarpplanetinę erdvę (išsklaidymas).

Iki 100 km aukščio atmosfera yra vienalytis, gerai susimaišęs dujų mišinys. Aukštesniuose sluoksniuose dujų pasiskirstymas pagal aukštį priklauso nuo jų molekulinių masių, tolstant nuo Žemės paviršiaus, sunkesnių dujų koncentracija mažėja. Dėl dujų tankio sumažėjimo temperatūra nukrenta nuo 0 °C stratosferoje iki –110 °C mezosferoje. Tačiau atskirų dalelių kinetinė energija 200-250 km aukštyje atitinka ~150 °C temperatūrą. Virš 200 km pastebimi dideli temperatūros ir dujų tankio svyravimai laike ir erdvėje.

Maždaug 2000–3500 km aukštyje egzosfera pamažu virsta vadinamuoju artimojo kosmoso vakuumu, kuris užpildomas labai retomis tarpplanetinių dujų dalelėmis, daugiausia vandenilio atomais. Tačiau šios dujos sudaro tik dalį tarpplanetinės materijos. Kitą dalį sudaro kometinės ir meteorinės kilmės dulkių dalelės. Be itin retų dulkių dalelių, į šią erdvę prasiskverbia saulės ir galaktikos kilmės elektromagnetinė ir korpuskulinė spinduliuotė.

Troposfera sudaro apie 80% atmosferos masės, stratosfera - apie 20%; mezosferos masė yra ne didesnė kaip 0,3%, termosfera yra mažesnė nei 0,05% visos atmosferos masės. Pagal elektrines savybes atmosferoje išskiriama neutronosfera ir jonosfera. Šiuo metu manoma, kad atmosfera tęsiasi iki 2000-3000 km aukščio.

Priklausomai nuo dujų sudėties atmosferoje, išskiriama homosfera ir heterosfera. Heterosfera yra sritis, kurioje gravitacija veikia dujų atsiskyrimą, nes jų maišymasis tokiame aukštyje yra nereikšmingas. Tai reiškia kintamą heterosferos sudėtį. Po juo slypi gerai sumaišyta, vienalytė atmosferos dalis, vadinama homosfera. Riba tarp šių sluoksnių vadinama turbopauze ji yra maždaug 120 km aukštyje.

Kitos atmosferos savybės ir poveikis žmogaus organizmui

Jau 5 km aukštyje virš jūros lygio netreniruotas žmogus pradeda jausti deguonies badą, o be prisitaikymo žymiai sumažėja žmogaus darbingumas. Čia baigiasi fiziologinė atmosferos zona. Žmogaus kvėpavimas tampa neįmanomas 9 km aukštyje, nors maždaug iki 115 km atmosferoje yra deguonies.

Atmosfera aprūpina mus deguonimi, reikalingu kvėpuoti. Tačiau dėl bendro atmosferos slėgio kritimo, kylant į aukštį, dalinis deguonies slėgis atitinkamai mažėja.

Žmogaus plaučiuose nuolat yra apie 3 litrus alveolių oro. Dalinis deguonies slėgis alveoliniame ore esant normaliam atmosferos slėgiui yra 110 mmHg. Art., anglies dvideginio slėgis - 40 mm Hg. Art., o vandens garai - 47 mm Hg. Art. Didėjant aukščiui, deguonies slėgis krenta, o bendras vandens ir anglies dioksido garų slėgis plaučiuose išlieka beveik pastovus – apie 87 mm Hg. Art. Deguonies tiekimas į plaučius visiškai nutrūks, kai aplinkos oro slėgis taps lygus šiai reikšmei.

Maždaug 19-20 km aukštyje atmosferos slėgis nukrenta iki 47 mm Hg. Art. Todėl tokiame aukštyje žmogaus organizme pradeda virti vanduo ir tarpląstelinis skystis. Už slėgio kabinos tokiame aukštyje mirtis įvyksta beveik akimirksniu. Taigi, žmogaus fiziologijos požiūriu, „kosmosas“ prasideda jau 15-19 km aukštyje.

Tankūs oro sluoksniai – troposfera ir stratosfera – saugo mus nuo žalingo radiacijos poveikio. Pakankamai retėjant orui, didesniame nei 36 km aukštyje, jonizuojanti spinduliuotė – pirminiai kosminiai spinduliai – turi intensyvų poveikį organizmui; Daugiau nei 40 km aukštyje ultravioletinė saulės spektro dalis yra pavojinga žmonėms.

Kylant į vis didesnį aukštį virš Žemės paviršiaus, tokie pažįstami reiškiniai, stebimi žemesniuose atmosferos sluoksniuose, kaip garso sklidimas, aerodinaminio keltuvo ir pasipriešinimo atsiradimas, šilumos perdavimas konvekcijos būdu ir kt., palaipsniui susilpnėja, o vėliau visiškai išnyksta.

Retuose oro sluoksniuose garso sklidimas neįmanomas. Iki 60-90 km aukščio vis dar galima naudoti oro pasipriešinimą ir keltuvą kontroliuojamam aerodinaminiam skrydžiui. Tačiau pradedant nuo 100–130 km aukščio, kiekvienam pilotui pažįstamos M skaičiaus ir garso barjero sąvokos praranda prasmę: čia slypi įprastinė Karmano linija, už kurios prasideda grynai balistinio skrydžio regionas, kuris gali tik valdomas naudojant reaktyviąsias jėgas.

Virš 100 km aukštyje atmosfera neturi kitos nuostabios savybės – gebėjimo sugerti, pravesti ir perduoti šiluminė energija konvekcijos būdu (t.y. maišant orą). Tai reiškia, kad įvairūs įrangos elementai, orbitinė įranga kosminė stotis negalės vėsinti lauke taip, kaip įprastai daroma lėktuve – oro čiurkšlių ir oro radiatorių pagalba. Tokiame aukštyje, kaip ir apskritai erdvėje, vienintelis būdas perduoti šilumą yra šiluminė spinduliuotė.

Atmosferos susidarymo istorija

Pagal labiausiai paplitusią teoriją, Žemės atmosfera laikui bėgant buvo tris kartus. įvairios kompozicijos. Iš pradžių jį sudarė lengvosios dujos (vandenilis ir helis), paimtos iš tarpplanetinės erdvės. Tai vadinamoji pirminė atmosfera (maždaug prieš keturis milijardus metų). Įjungta kitas etapas aktyvi vulkaninė veikla lėmė atmosferos prisotinimą kitomis dujomis nei vandenilis (anglies dioksidas, amoniakas, vandens garai). Taip susiformavo antrinė atmosfera (maždaug prieš tris milijardus metų iki šių dienų). Ši atmosfera buvo atkurianti. Be to, atmosferos formavimosi procesą lėmė šie veiksniai:

Palaipsniui dėl šių veiksnių susiformavo tretinė atmosfera, kuriai būdinga daug mažiau vandenilio ir daug daugiau azoto bei anglies dioksido (susidaro dėl cheminės reakcijos iš amoniako ir angliavandenilių).

Azotas

Išsilavinimas didelis kiekis azotas N2 susidaro dėl amoniako-vandenilio atmosferos oksidacijos molekuliniu deguonimi O2, kuris pradėjo kilti iš planetos paviršiaus fotosintezės metu, prasidėjus prieš 3 milijardus metų. Azotas N2 taip pat patenka į atmosferą dėl nitratų ir kitų azoto turinčių junginių denitrifikacijos. Viršutiniuose atmosferos sluoksniuose azotą ozonas oksiduoja į NO.

Azotas N2 reaguoja tik tam tikromis sąlygomis (pavyzdžiui, žaibo išlydžio metu). Naudojamas molekulinio azoto oksidavimas ozonu elektros iškrovų metu nedideliais kiekiais pramoninės gamybos azoto trąšos. Oksiduokite jį sunaudodami mažai energijos ir paverskite biologine aktyvi forma gali cianobakterijos (melsvadumbliai) ir mazgelinės bakterijos, kurios sudaro rizobinę simbiozę su ankštiniai augalai, vadinamasis žalioji trąša.

Deguonis

Atmosferos sudėtis pradėjo radikaliai keistis, kai Žemėje atsirado gyvų organizmų, dėl fotosintezės, kurią lydėjo deguonies išsiskyrimas ir anglies dioksido absorbcija. Iš pradžių deguonis buvo naudojamas redukuotų junginių – amoniako, angliavandenilių, geležies geležies, esančios vandenynuose ir kt., oksidacijai. Šio etapo pabaigoje deguonies kiekis atmosferoje pradėjo didėti. Palaipsniui susiformavo moderni atmosfera su oksidacinėmis savybėmis. Kadangi tai sukėlė rimtų ir staigių pokyčių daugelyje atmosferoje, litosferoje ir biosferoje vykstančių procesų, šis įvykis buvo vadinamas deguonies katastrofa.

Fanerozojaus metu pasikeitė atmosferos sudėtis ir deguonies kiekis. Jie pirmiausia koreliavo su organinių nuosėdų nusėdimo greičiu. Taigi anglies kaupimosi laikotarpiais deguonies kiekis atmosferoje, matyt, gerokai viršijo šiuolaikinį lygį.

Anglies dioksidas

CO2 kiekis atmosferoje priklauso nuo ugnikalnio aktyvumo ir cheminių procesų žemės lukštuose, bet labiausiai – nuo ​​biosintezės ir organinių medžiagų skilimo Žemės biosferoje intensyvumo. Beveik visa dabartinė planetos biomasė (apie 2,4 1012 tonų) susidaro dėl anglies dioksido, azoto ir vandens garų, esančių atmosferos oras. Organinės medžiagos, palaidotos vandenyne, pelkėse ir miškuose, virsta anglimi, nafta ir gamtinėmis dujomis.

Inercinės dujos

Tauriųjų dujų – argono, helio ir kriptono – šaltinis yra ugnikalnių išsiveržimai ir radioaktyvių elementų irimas. Žemėje apskritai ir ypač atmosferoje, palyginti su kosmosu, išeikvota inertinių dujų. Manoma, kad to priežastis yra nuolatinis dujų nutekėjimas į tarpplanetinę erdvę.

Oro tarša

IN Pastaruoju metuŽmogus pradėjo daryti įtaką atmosferos raidai. Jo veiklos rezultatas buvo nuolatinis anglies dioksido kiekio atmosferoje padidėjimas dėl ankstesnėse geologinėse erose sukaupto angliavandenilio kuro deginimo. Didžiulis CO2 kiekis sunaudojamas fotosintezės metu ir jį sugeria pasaulio vandenynai. Šios dujos į atmosferą patenka irstant karbonatinėms uolienoms bei augalinės ir gyvūninės kilmės organinėms medžiagoms, taip pat dėl ​​vulkanizmo ir žmogaus pramoninės veiklos. Per pastaruosius 100 metų CO2 kiekis atmosferoje padidėjo 10%, o didžioji dalis (360 milijardų tonų) susidaro deginant kurą. Jei kuro degimo tempas ir toliau augs, per ateinančius 200–300 metų CO2 kiekis atmosferoje padvigubės ir gali sukelti pasaulinę klimato kaitą.

Kuro deginimas yra pagrindinis teršiančių dujų (CO, NO, SO2) šaltinis. Atmosferos deguonis sieros dioksidą oksiduoja iki SO3, o azoto oksidą - iki NO2 viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, kurie savo ruožtu sąveikauja su vandens garais, o susidariusi sieros rūgštis H2SO4 ir azoto rūgštis HNO3 nukrenta į Žemės paviršių. forma vadinamoji. rūgštūs lietūs. Naudojant variklius vidaus degimas sukelia didelę atmosferos taršą azoto oksidais, angliavandeniliais ir švino junginiais (tetraetilšvinu) Pb(CH3CH2)4.

Atmosferos taršą aerozoliu sukelia: natūralių priežasčių(vulkanų išsiveržimai, dulkių audros, lašelių įsiskverbimas jūros vandens ir augalų žiedadulkės ir kt.), ir ekonominė veiklažmonių (rūdos kasyba ir Statybinės medžiagos, kuro deginimas, cemento gamyba ir kt.). Intensyvus didelio masto kietųjų dalelių išmetimas į atmosferą yra vienas iš galimos priežastys planetos klimato pokyčiai.

(Aplankyta 274 kartus, 1 apsilankymai šiandien)

Oro apvalkalas, kuris supa mūsų planetą ir sukasi kartu su ja, vadinamas atmosfera. Pusė visos atmosferos masės yra sutelkta apatiniame 5 km, o trys ketvirtadaliai masės yra apatiniame 10 km. Aukščiau oras gerokai išretėjęs, nors jo dalelės randamos 2000-3000 km aukštyje virš žemės paviršiaus.

Oras, kuriuo kvėpuojame, yra dujų mišinys. Daugiausia jame yra azoto – 78 % ir deguonies – 21 %. Argonas sudaro mažiau nei 1%, o 0,03% yra anglies dioksidas. Daugybė kitų dujų, tokių kaip kriptonas, ksenonas, neonas, helis, vandenilis, ozonas ir kitos, sudaro tūkstantąsias ir milijonines procentų dalis. Taip pat ore yra vandens garų, įvairių medžiagų dalelių, bakterijų, žiedadulkių ir kosminių dulkių.

Atmosfera susideda iš kelių sluoksnių. Apatinis sluoksnis iki 10-15 km aukščio virš Žemės paviršiaus vadinamas troposfera. Jį šildo Žemė, todėl oro temperatūra čia nukrenta 6 °C, o aukštis 1 kilometrui kilimo. Troposferoje yra beveik visi vandens garai ir susidaro beveik visi debesys – apytiksliai troposferos aukštis įvairiose planetos platumose yra nevienodas. Virš ašigalių pakyla iki 9 km, virš vidutinio klimato platumų - iki 10-12 km, o virš pusiaujo - iki 15 km. Troposferoje vykstantys procesai – oro masių susidarymas ir judėjimas, ciklonų ir anticiklonų susidarymas, debesų atsiradimas ir krituliai – lemia orus ir klimatą žemės paviršiuje.


Virš troposferos yra stratosfera, kuri tęsiasi iki 50-55 km. Troposferą ir stratosferą skiria 1-2 km storio pereinamasis sluoksnis – tropopauzė. Stratosferoje, maždaug 25 km aukštyje, oro temperatūra pamažu pradeda kilti ir 50 km aukštyje pasiekia + 10 +30 °C. Tokį temperatūros padidėjimą lemia tai, kad stratosferoje 25-30 km aukštyje yra ozono sluoksnis. Žemės paviršiuje jo kiekis ore yra nereikšmingas, o dideliame aukštyje dviatominės deguonies molekulės sugeria ultravioletinę saulės spinduliuotę, sudarydamos triatomes ozono molekules.

Jei ozonas būtų apatiniuose atmosferos sluoksniuose, aukštyje esant normaliam slėgiui, jo sluoksnio storis būtų tik 3 mm. Bet net ir tokiu nedideliu kiekiu jis labai žaidžia svarbus vaidmuo: sugeria dalį gyviems organizmams kenksmingos saulės spinduliuotės.

Virš stratosferos mezosfera tęsiasi iki maždaug 80 km aukščio, kur oro temperatūra nukrinta iki kelių dešimčių laipsnių žemiau nulio.

Viršutinė atmosferos dalis pasižymi labai aukšta temperatūra ir vadinama termosfera – maždaug iki 1000 km aukščio ji yra padalinta į dvi dalis – jonosferą, kurioje oras yra labai jonizuotas, ir egzosferą. virš 1000 km. Molekulės jonosferoje atmosferos dujos sugeria ultravioletinę Saulės spinduliuotę, todėl susidaro įkrauti atomai ir laisvieji elektronai. Auroros stebimos jonosferoje.

Atmosfera vaidina labai svarbų vaidmenį mūsų planetos gyvenime. Jis apsaugo Žemę nuo stipraus saulės kaitimo dieną ir nuo hipotermijos naktį. Dauguma meteoritų sudega atmosferos sluoksniai, nepasiekęs planetos paviršiaus. Atmosferoje yra deguonis, būtinas visiems organizmams, ozono skydas, apsaugantis gyvybę Žemėje nuo žalingos saulės ultravioletinės spinduliuotės dalies.


SAULĖS SISTEMOS PLANETŲ ATMOSFERAS

Merkurijaus atmosfera yra tokia reta, kad galima sakyti, kad jos praktiškai nėra. Veneros oro apvalkalas susideda iš anglies dioksido (96%) ir azoto (apie 4%), jis yra labai tankus - atmosferos slėgis planetos paviršiuje yra beveik 100 kartų didesnis nei Žemėje. Marso atmosferą taip pat daugiausia sudaro anglies dioksidas (95%) ir azotas (2,7%), tačiau jos tankis yra apie 300 kartų mažesnis nei Žemės, o slėgis - beveik 100 kartų mažesnis. Matomas Jupiterio paviršius iš tikrųjų yra viršutinis vandenilio-helio atmosferos sluoksnis. Saturno ir Urano oro apvalkalų sudėtis yra tokia pati. Urano gražią mėlyną spalvą lemia didelė metano koncentracija viršutinėje jo atmosferos dalyje – angliavandenilio migloje apgaubtas Neptūnas turi du pagrindinius debesų sluoksnius: vieną susideda iš sušalusio metano kristalų, o antrąjį. esantis žemiau, turintis amoniako ir vandenilio sulfido.

Atmosfera (iš graikų ατμός – „garas“ ir σφαῖρα – „sfera“) – dujų korpusas dangaus kūnas, kurį šalia jo laiko gravitacija. Atmosfera yra dujinis planetos apvalkalas, susidedantis iš įvairių dujų, vandens garų ir dulkių mišinio. Atmosfera keičiasi medžiaga tarp Žemės ir Kosmoso. Žemė gauna kosmines dulkes ir meteoritinę medžiagą, praranda lengviausias dujas: vandenilį ir helią. Į Žemės atmosferą kiaurai prasiskverbia galinga Saulės spinduliuotė, kuri lemia planetos paviršiaus šiluminį režimą, sukelia atmosferos dujų molekulių disociaciją ir atomų jonizaciją.

Žemės atmosferoje yra deguonies, kurį dauguma gyvų organizmų naudoja kvėpavimui, ir anglies dvideginio, kurį fotosintezės metu sunaudoja augalai, dumbliai ir cianobakterijos. Atmosfera taip pat apsauginis sluoksnis planeta, apsauganti jos gyventojus nuo saulės ultravioletinės spinduliuotės.

Visi masyvūs kūnai – planetos – turi atmosferą. žemės tipas, dujų milžinai.

Atmosferos kompozicija

Atmosfera yra dujų mišinys, susidedantis iš azoto (78,08%), deguonies (20,95%), anglies dioksido (0,03%), argono (0,93%), nedidelio kiekio helio, neono, ksenono, kriptono (0,01%), 0,038 % anglies dioksido ir nedideli kiekiai vandenilio, helio, kitų inertinių dujų ir teršalų.

Dabartinė Žemės oro sudėtis buvo nustatyta daugiau nei prieš šimtą milijonų metų, tačiau ji smarkiai išaugo gamybinė veiklažmogus vis dėlto lėmė jo pasikeitimą. Šiuo metu CO 2 kiekis padidėja maždaug 10-12%. Į atmosferą patenkančios dujos veikia įvairiai funkciniai vaidmenys. Tačiau pagrindinę šių dujų reikšmę pirmiausia lemia tai, kad jos labai stipriai sugeria spinduliavimo energiją ir taip daro didelę įtaką temperatūros režimasŽemės paviršius ir atmosfera.

Pradinė planetos atmosferos sudėtis paprastai priklauso nuo saulės cheminių ir temperatūros savybių planetos formavimosi metu ir vėlesnio išorinių dujų išsiskyrimo. Tada dujų korpuso sudėtis vystosi veikiant įvairiems veiksniams.

Veneros ir Marso atmosferą daugiausia sudaro anglies dioksidas su nedideliais azoto, argono, deguonies ir kitų dujų priedais. Žemės atmosfera daugiausia yra joje gyvenančių organizmų produktas. Žemos temperatūros dujų milžinai – Jupiteris, Saturnas, Uranas ir Neptūnas – gali sulaikyti daugiausia mažos molekulinės masės dujas – vandenilį ir helią. Aukštos temperatūros dujų milžinai, tokie kaip Osiris ar 51 Pegasi b, priešingai, negali jų išlaikyti ir jų atmosferos molekulės yra išsibarsčiusios erdvėje. Šis procesas vyksta lėtai ir nuolat.

azotas, Atmosferoje labiausiai paplitusios dujos, chemiškai neaktyvios.

Deguonis, skirtingai nei azotas, yra chemiškai labai aktyvus elementas. Specifinė deguonies funkcija yra oksidacija organinės medžiagos heterotrofiniai organizmai, uolienos ir nepakankamai oksiduotos dujos, kurias į atmosferą išleidžia ugnikalniai. Be deguonies nebūtų ir negyvų organinių medžiagų.

Atmosferos struktūra

Atmosferos sandara susideda iš dviejų dalių: vidinės – troposferos, stratosferos, mezosferos ir termosferos arba jonosferos, o išorinės – magnetosferos (egzosferos).

1) Troposfera– tai apatinė atmosferos dalis, kurioje koncentruojasi 3/4 t.y. ~ 80% visos žemės atmosferos. Jo aukštis nustatomas pagal vertikalaus (kylančio arba besileidžiančio) oro srauto intensyvumą, atsirandantį dėl šildymo žemės paviršiaus ir vandenynas, todėl troposferos storis ties pusiauju siekia 16–18 km, vidutinio klimato platumose 10–11 km, o ašigaliuose – iki 8 km. Oro temperatūra troposferoje aukštyje sumažėja 0,6ºС kas 100 m ir svyruoja nuo +40 iki -50ºС.

2) Stratosfera yra virš troposferos ir yra iki 50 km aukštyje nuo planetos paviršiaus. Temperatūra iki 30 km aukštyje yra pastovi -50ºС. Tada jis pradeda kilti ir 50 km aukštyje pasiekia +10ºС.

Viršutinė biosferos riba yra ozono ekranas.

Ozono sluoksnis yra atmosferos sluoksnis, esantis stratosferoje skirtingų aukščių nuo Žemės paviršiaus ir kurių didžiausias ozono tankis yra 20-26 km aukštyje.

Ozono sluoksnio aukštis ties ašigaliais yra 7–8 km, ties pusiauju – 17–18 km, o didžiausias ozono aukštis – 45–50 km. Gyvybė virš ozono skydo neįmanoma dėl atšiaurios saulės ultravioletinės spinduliuotės. Jei suspausite visas ozono molekules, aplink planetą gausite ~ 3 mm sluoksnį.

3) Mezosfera– viršutinė šio sluoksnio riba yra iki 80 km aukščio. Pagrindinis jo bruožas yra staigus temperatūros kritimas -90ºС ties viršutine riba. Čia užfiksuoti iš ledo kristalų susidedantys nešvarūs debesys.

4) jonosfera (termosfera) - yra iki 800 km aukščio ir pasižymi dideliu temperatūros padidėjimu:

150 km temperatūra +240ºС,

200 km temperatūra +500ºС,

600 km temperatūra +1500ºС.

Veikiant ultravioletinei saulės spinduliuotei, dujos yra jonizuotos būsenos. Jonizacija siejama su dujų švytėjimu ir aurorų atsiradimu.

Jonosfera turi galimybę pakartotinai atspindėti radijo bangas, o tai užtikrina tolimą radijo ryšį planetoje.

5) Egzosfera– yra virš 800 km ir tęsiasi iki 3000 km. Čia temperatūra yra >2000ºС. Dujų judėjimo greitis artėja prie kritinio ~ 11,2 km/sek. Dominuojantys atomai yra vandenilis ir helis, kurie aplink Žemę sudaro šviečiančią vainiką, besitęsiančią iki 20 000 km aukščio.

Atmosferos funkcijos

1) Termoreguliacinis – orai ir klimatas Žemėje priklauso nuo šilumos ir slėgio pasiskirstymo.

2) gyvybę palaikantis.

3) Troposferoje vyksta globalūs vertikalūs ir horizontalūs oro masių judėjimai, lemiantys vandens ciklą ir šilumos mainus.

4) Beveik visus paviršiaus geologinius procesus sukelia atmosferos, litosferos ir hidrosferos sąveika.

5) Apsauginė – atmosfera apsaugo žemę nuo kosmoso, saulės spinduliuotės ir meteoritų dulkių.

Atmosferos funkcijos. Be atmosferos gyvybė Žemėje būtų neįmanoma. Žmogus kasdien suvartoja 12-15 kg. oro, įkvepiant kas minutę nuo 5 iki 100 litrų, o tai gerokai viršija vidutinį paros maisto ir vandens poreikį. Be to, atmosfera patikimai apsaugo žmogų nuo pavojų, gresiančių jam iš kosmoso: nepraleidžia pro ją meteoritų, kosminė spinduliuotė. Be maisto žmogus gali gyventi penkias savaites, be vandens – penkias dienas, be oro – penkias minutes. Normaliam žmogaus gyvenimui reikalingas ne tik oras, bet ir tam tikras jo grynumas. Nuo oro kokybės priklauso žmonių sveikata, floros ir faunos būklė, statybinių konstrukcijų ir konstrukcijų tvirtumas ir ilgaamžiškumas. Užterštas oras kenkia vandenims, žemei, jūroms ir dirvožemiui. Atmosfera lemia šviesą ir reguliuoja žemės šiluminius režimus, prisideda prie šilumos persiskirstymo Žemės rutulyje. Dujų apvalkalas apsaugo Žemę nuo per didelio aušinimo ir šildymo. Jei mūsų planeta nebūtų apsupta oro apvalkalo, tai per vieną dieną temperatūrų svyravimų amplitudė siektų 200 C. Atmosfera gelbsti viską, kas Žemėje gyva nuo destruktyvių ultravioletinių, rentgeno ir kosminiai spinduliai. Atmosfera vaidina svarbų vaidmenį paskirstant šviesą. Jos oras lūžta saulės spinduliaiį milijoną mažų spindulių, juos išsklaido ir sukuria vienodą apšvietimą. Atmosfera tarnauja kaip garsų laidininkas.

Žemės atmosferos sandara

Atmosfera yra dujinis Žemės apvalkalas su jame esančiomis aerozolio dalelėmis, judantis kartu su Žeme erdvėje kaip vientisa visuma ir tuo pačiu dalyvaujantis Žemės sukimosi procese. Didžioji mūsų gyvenimo dalis vyksta atmosferos dugne.

Beveik visos mūsų planetos turi savo atmosferą. saulės sistema, bet tik žemės atmosfera gali palaikyti gyvybę.

Kai mūsų planeta susiformavo prieš 4,5 milijardo metų, joje, matyt, nebuvo atmosferos. Atmosfera susidarė dėl vulkaninių vandens garų, sumaišytų su anglies dioksidu, azotu ir kitomis cheminėmis medžiagomis iš jaunos planetos vidaus, išmetimo. Tačiau atmosferoje gali būti ribotas drėgmės kiekis, todėl jos perteklius dėl kondensacijos sukėlė vandenynus. Bet tada atmosferoje trūko deguonies. Pirmieji gyvi organizmai, atsiradę ir išsivystę vandenyne, dėl fotosintezės reakcijos (H 2 O + CO 2 = CH 2 O + O 2) pradėjo išsiskirti. mažos porcijosį atmosferą ėmė patekti deguonies.

Deguonies susidarymas Žemės atmosferoje lėmė ozono sluoksnio susidarymą maždaug 8–30 km aukštyje. Ir taip mūsų planeta įgijo apsaugą nuo žalingo ultravioletinių spindulių tyrimo poveikio. Ši aplinkybė pasitarnavo kaip postūmis tolesnei evoliucijai gyvybės formųŽemėje, nes Dėl padidėjusios fotosintezės deguonies kiekis atmosferoje pradėjo sparčiai augti, o tai prisidėjo prie gyvybės formų formavimosi ir palaikymo, taip pat ir sausumoje.

Šiandien mūsų atmosferą sudaro 78,1 % azoto, 21 % deguonies, 0,9 % argono ir 0,04 % anglies dioksido. Labai mažos frakcijos, palyginti su pagrindinėmis dujomis, yra neonas, helis, metanas ir kriptonas.

Atmosferoje esančias dujų daleles veikia Žemės gravitacijos jėga. Ir, atsižvelgiant į tai, kad oras yra suspaudžiamas, jo tankis palaipsniui mažėja didėjant aukščiui ir patenka į kosmosą be aiškios ribos. Pusė visos žemės atmosferos masės yra sutelkta žemutiniame 5 km, trys ketvirtadaliai - 10 km, o devynios dešimtosios - apatiniame 20 km. 99% Žemės atmosferos masės yra sutelkta žemiau 30 km aukštyje, o tai sudaro tik 0,5% mūsų planetos pusiaujo spindulio.

Jūros lygyje atomų ir molekulių skaičius viename kubiniame oro centimetre yra apie 2 * 10 19, 600 km aukštyje tik 2 * 10 7. Jūros lygyje atomas arba molekulė nukeliauja maždaug 7 * 10–6 cm, kol atsitrenkia su kita dalele. 600 km aukštyje šis atstumas yra apie 10 km. O jūros lygyje kas sekundę įvyksta apie 7 * 10 9 tokių susidūrimų, 600 km aukštyje – tik apie vieną per minutę!

Bet ne tik slėgis keičiasi priklausomai nuo aukščio. Temperatūra taip pat keičiasi. Pavyzdžiui, aukšto kalno papėdėje gali būti gana karšta, o kalno viršūnę dengia sniegas, o temperatūra tuo pačiu metu yra žemiau nulio. O lėktuvu pakilus į maždaug 10-11 km aukštį, galima išgirsti pranešimą, kad lauke -50 laipsnių, tuo tarpu žemės paviršiuje 60-70 laipsnių šilčiau...

Iš pradžių mokslininkai manė, kad temperatūra mažėja didėjant aukščiui, kol pasiekia absoliutus nulis(-273,16 °C). Bet tai netiesa.

Žemės atmosfera susideda iš keturių sluoksnių: troposferos, stratosferos, mezosferos, jonosferos (termosferos). Šis skirstymas į sluoksnius taip pat buvo priimtas remiantis duomenimis apie temperatūros pokyčius atsižvelgiant į aukštį. Žemiausias sluoksnis, kuriame oro temperatūra mažėja didėjant aukščiui, vadinamas troposfera. Virš troposferos esantis sluoksnis, kuriame temperatūros kritimas sustoja, pakeičiamas izoterma, o galiausiai temperatūra pradeda kilti, vadinamas stratosfera. Virš stratosferos esantis sluoksnis, kuriame temperatūra vėl greitai krenta, yra mezosfera. Ir galiausiai sluoksnis, kuriame temperatūra vėl pradeda kilti, vadinamas jonosfera arba termosfera.

Troposfera vidutiniškai tęsiasi iki 12 km. Čia formuojasi mūsų orai. Aukščiausi debesys (cirrus) susidaro viršutiniuose troposferos sluoksniuose. Temperatūra troposferoje mažėja adiabatiškai didėjant aukščiui, t.y. Temperatūros pokytis atsiranda dėl slėgio mažėjimo didėjant aukščiui. Troposferos temperatūros profilį daugiausia lemia vandens kiekis, pasiekiantis Žemės paviršių. saulės radiacija. Saulės įkaitinus Žemės paviršių, susidaro konvekciniai ir turbulentiniai srautai, nukreipti į viršų, kurie formuoja orą. Verta paminėti, kad apatinio paviršiaus įtaka apatiniams troposferos sluoksniams tęsiasi iki maždaug 1,5 km aukščio. Žinoma, neįskaitant kalnuotų vietovių.

Viršutinė troposferos riba yra tropopauzė – izoterminis sluoksnis. Prisiminti būdinga išvaizda griaustinio debesys, kurių viršūnė yra plunksninių debesų pliūpsnis, vadinamas „priekalu“. Šis „priekalas“ tiesiog „pasklinda“ po tropopauze, nes dėl izotermos kylančios oro srovės gerokai susilpnėja, debesis nustoja vystytis vertikaliai. Tačiau ypatingais retais atvejais kamuolinių debesų viršūnės gali įsiveržti į apatinius stratosferos sluoksnius ir sulaužyti tropopauzę.

Tropopauzės aukštis priklauso nuo geografinė platuma. Taigi, ties pusiauju jis yra maždaug 16 km aukštyje, o jo temperatūra yra apie –80°C. Ties ašigaliais tropopauzė yra žemiau, maždaug 8 km aukštyje. Vasarą čia –40°C, o žiemą –60°C temperatūra. Taigi, nepaisant daugiau aukšta temperatūra netoli Žemės paviršiaus atogrąžų tropopauzė yra daug šaltesnė nei ašigaliuose.