Temperatura straturilor superioare ale atmosferei. Arcuri roșii aurorale persistente

Straturi ale atmosferei în ordine de la suprafața Pământului

Rolul atmosferei în viața Pământului

Atmosfera este sursa de oxigen pe care oamenii o respiră. Cu toate acestea, pe măsură ce vă ridicați la altitudine, presiunea atmosferică totală scade, ceea ce duce la o scădere a presiunii parțiale a oxigenului.

Plămânii umani conțin aproximativ trei litri de aer alveolar. Dacă presiunea atmosferică este normală, atunci presiunea parțială a oxigenului în aerul alveolar va fi de 11 mm Hg. Art., presiunea dioxidului de carbon - 40 mm Hg. Art., si vapori de apa - 47 mm Hg. Artă. Pe măsură ce altitudinea crește, presiunea oxigenului scade, iar presiunea totală a vaporilor de apă și a dioxidului de carbon din plămâni va rămâne constantă - aproximativ 87 mm Hg. Artă. Când presiunea aerului este egală cu această valoare, oxigenul nu va mai curge în plămâni.

Din cauza scăderii presiunii atmosferice la o altitudine de 20 km, aici vor fierbe apa și lichidul interstițial din corpul uman. Dacă nu folosiți o cabină presurizată, la o astfel de înălțime o persoană va muri aproape instantaneu. Prin urmare, din punct de vedere al caracteristicilor fiziologice corpul uman, „spațiul” provine de la o înălțime de 20 km deasupra nivelului mării.

Rolul atmosferei în viața Pământului este foarte mare. De exemplu, datorită straturilor dense de aer - troposfera și stratosfera, oamenii sunt protejați de expunerea la radiații. În spațiu, în aer rarefiat, la o altitudine de peste 36 km, acționează radiațiile ionizante. La o altitudine de peste 40 km - ultraviolete.

Când se ridică deasupra suprafeței Pământului la o înălțime de peste 90-100 km, se va observa o slăbire treptată și apoi dispariția completă a fenomenelor familiare oamenilor observate în stratul inferior atmosferic:

Niciun sunet nu circulă.

Nu există forță aerodinamică sau rezistență.

Căldura nu este transferată prin convecție etc.

Stratul atmosferic protejează Pământul și toate organismele vii de radiații cosmice, din meteoriți, este responsabil pentru reglarea fluctuațiilor sezoniere de temperatură, echilibrarea și nivelarea ratelor zilnice. În absența unei atmosfere pe Pământ, temperaturile zilnice ar fluctua cu +/-200C˚. Stratul atmosferic este un „tampon” dătător de viață între suprafața pământului și spațiu, un purtător de umiditate și căldură, procesele de fotosinteză și schimb de energie au loc în atmosferă - cele mai importante procese ale biosferei;

Straturi ale atmosferei în ordine de la suprafața Pământului

Atmosfera este o structură stratificată formată din următoarele straturi ale atmosferei în ordine de la suprafața Pământului:

troposfera.

Stratosferă.

Mezosfera.

Termosferă.

Exosfera

Fiecare strat nu are granițe ascuțite între ele, iar înălțimea lor este afectată de latitudine și anotimpuri. Această structură stratificată s-a format ca urmare a schimbărilor de temperatură la diferite altitudini. Datorită atmosferei, vedem stele sclipitoare.

Structura atmosferei terestre pe straturi:

În ce constă atmosfera Pământului?

Fiecare strat atmosferic diferă ca temperatură, densitate și compoziție. Grosimea totală a atmosferei este de 1,5-2,0 mii km. În ce constă atmosfera Pământului? În prezent, este un amestec de gaze cu diverse impurități.

troposfera

Structura atmosferei Pământului începe cu troposfera, care este partea inferioară a atmosferei cu o altitudine de aproximativ 10-15 km. Aici se concentrează cea mai mare parte a aerului atmosferic. Trăsătură caracteristică troposfera - temperatura scade cu 0,6 ˚C pe măsură ce te ridici la fiecare 100 de metri. Troposfera concentrează aproape toți vaporii de apă atmosferici și aici se formează norii.

Înălțimea troposferei se schimbă zilnic. În plus, ea valoare medie variază în funcție de latitudine și anotimp al anului. Înălțimea medie a troposferei deasupra polilor este de 9 km, deasupra ecuatorului - aproximativ 17 km. Temperatura medie anuală a aerului deasupra ecuatorului este aproape de +26 ˚C, iar deasupra Polului Nord -23 ˚C. Linia superioară a troposferei de deasupra ecuatorului are o temperatură medie anuală de aproximativ -70 ˚C și mai sus polul nord vara -45 ˚C iar iarna -65 ˚C. Astfel, cu cât altitudinea este mai mare, cu atât temperatura este mai scăzută. Razele soarelui trec nestingherite prin troposferă, încălzind suprafața Pământului. Căldura emisă de soare este reținută de dioxid de carbon, metan și vapori de apă.

Stratosferă

Deasupra stratului de troposferă se află stratosfera, care are 50-55 km înălțime. Particularitatea acestui strat este că temperatura crește odată cu înălțimea. Între troposferă și stratosferă se află un strat de tranziție numit tropopauză.

De la aproximativ o altitudine de 25 de kilometri, temperatura stratului stratosferic începe să crească și, la atingerea altitudinii maxime de 50 km, capătă valori de la +10 la +30 ˚C.

Există foarte puțini vapori de apă în stratosferă. Uneori, la o altitudine de aproximativ 25 km, puteți găsi nori destul de subțiri, care sunt numiți „nori de perle”. Ziua nu sunt vizibile, dar noaptea strălucesc datorită iluminării soarelui, care se află sub orizont. Compoziția norilor nacru constă din picături de apă suprarăcite. Stratosfera este formată în principal din ozon.

Mezosfera

Înălțimea stratului mezosferă este de aproximativ 80 km. Aici, pe măsură ce crește, temperatura scade și în partea de sus ajunge la valori de câteva zeci de C˚ sub zero. În mezosferă pot fi observați și nori, care se presupune că sunt formați din cristale de gheață. Acești nori sunt numiți „noctilucenți”. Mezosfera este caracterizată de cele mai multe temperatura receîn atmosferă: de la -2 la -138 ˚C.

Termosferă

Acest strat atmosferic și-a căpătat numele datorită temperaturilor ridicate. Termosfera este formată din:

ionosferă.

Exosfera.

Ionosfera este caracterizată de aer rarefiat, fiecare centimetru din care la o altitudine de 300 km este format din 1 miliard de atomi și molecule, iar la o altitudine de 600 km - mai mult de 100 de milioane.

De asemenea, ionosfera se caracterizează prin ionizare ridicată a aerului. Acești ioni sunt alcătuiți din atomi de oxigen încărcați, molecule încărcate de atomi de azot și electroni liberi.

Exosfera

Stratul exosferic începe la o altitudine de 800-1000 km. Particulele de gaz, în special cele ușoare, se mișcă aici cu o viteză extraordinară, depășind forța gravitației. Astfel de particule, datorită mișcării lor rapide, zboară din atmosferă în spațiul cosmicși risipi. Prin urmare, exosfera se numește sfera de dispersie. În mare parte, atomii de hidrogen, care alcătuiesc cele mai înalte straturi ale exosferei, zboară în spațiu. Datorită particulelor din straturile superioare atmosferă și particule de vânt solar, putem observa aurora boreală.

Sateliții și rachetele geofizice au făcut posibilă stabilirea prezenței în straturile superioare ale atmosferei a centurii de radiații a planetei, constând din particule încărcate electric - electroni și protoni.

Atmosfera (din greaca veche ἀτμός - abur și σφαῖρα - bilă) este o înveliș de gaz (geosferă) care înconjoară planeta Pământ. Suprafața sa interioară acoperă hidrosfera și parțial scoarta terestra, cel exterior se învecinează cu partea apropiată a Pământului a spațiului cosmic.

Setul de ramuri ale fizicii și chimiei care studiază atmosfera se numește de obicei fizica atmosferică. Atmosfera determină vremea de pe suprafața Pământului, meteorologia studiază vremea, iar climatologia se ocupă de variațiile climatice pe termen lung.

Proprietăți fizice

Grosimea atmosferei este de aproximativ 120 km de suprafața Pământului. Masa totală a aerului din atmosferă este (5,1-5,3) 1018 kg. Dintre acestea, masa aerului uscat este (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, masa totală a vaporilor de apă este în medie de 1,27 1016 kg.

Masa molară a aerului curat uscat este de 28,966 g/mol, iar densitatea aerului la suprafața mării este de aproximativ 1,2 kg/m3. Presiunea la 0 °C la nivelul mării este de 101,325 kPa; temperatura critică- −140,7 °C (~132,4 K); presiune critică- 3,7 MPa; Cp la 0°C - 1,0048.103 J/(kg.K), Cv - 0.7159.103 J/(kg.K) (la 0°C). Solubilitatea aerului în apă (în masă) la 0 °C - 0,0036%, la 25 °C - 0,0023%.

Următoarele sunt acceptate ca „condiții normale” la suprafața Pământului: densitate 1,2 kg/m3, presiune barometrică 101,35 kPa, temperatură plus 20 °C și umiditate relativă 50%. Acești indicatori condiționali au o semnificație pur inginerească.

Compoziția chimică

Atmosfera Pământului a apărut ca urmare a eliberării de gaze în timpul erupțiilor vulcanice. Odată cu apariția oceanelor și a biosferei, s-a format datorită schimbului de gaze cu apa, plantele, animalele și produsele descompunerii acestora în soluri și mlaștini.

În prezent, atmosfera Pământului este formată în principal din gaze și diverse impurități (praf, picături de apă, cristale de gheață, săruri marine, produse de ardere).

Concentrația gazelor care formează atmosfera este aproape constantă, cu excepția apei (H2O) și dioxid de carbon(CO2).

Compoziția aerului uscat

Azot
Oxigen
Argon
Apă
dioxid de carbon
Neon
Heliu
Metan
Krypton
Hidrogen
Xenon
Protoxid de azot

Pe lângă gazele indicate în tabel, atmosfera conține SO2, NH3, CO, ozon, hidrocarburi, HCl, HF, vapori de Hg, I2, precum și NO și multe alte gaze în cantități mici. Troposfera conține în mod constant o cantitate mare de particule solide și lichide în suspensie (aerosoli).

Structura atmosferei

troposfera

Limita sa superioara se afla la o altitudine de 8-10 km in latitudini polare, 10-12 km in latitudinile temperate si 16-18 km in latitudini tropicale; mai scăzut iarna decât vara. Stratul principal inferior al atmosferei conține mai mult de 80% din masa totală a aerului atmosferic și aproximativ 90% din toți vaporii de apă prezenți în atmosferă. Turbulența și convecția sunt foarte dezvoltate în troposferă, apar norii și se dezvoltă cicloni și anticicloni. Temperatura scade odată cu creșterea altitudinii cu un gradient vertical mediu de 0,65°/100 m

Tropopauza

Stratul de tranziție de la troposferă la stratosferă, un strat al atmosferei în care scăderea temperaturii odată cu înălțimea încetează.

Stratosferă

Un strat al atmosferei situat la o altitudine de 11 până la 50 km. Caracterizat printr-o ușoară modificare a temperaturii în stratul de 11-25 km (stratul inferior al stratosferei) și o creștere a temperaturii în stratul de 25-40 km de la -56,5 la 0,8 ° C (stratul superior al stratosferei sau regiunea de inversare) . Atinsă o valoare de aproximativ 273 K (aproape 0 °C) la o altitudine de aproximativ 40 km, temperatura rămâne constantă până la o altitudine de aproximativ 55 km. Această zonă temperatura constanta numită stratopauză și este limita dintre stratosferă și mezosferă.

Stratopauza

Stratul limită al atmosferei dintre stratosferă și mezosferă. În distribuția verticală a temperaturii există un maxim (aproximativ 0 °C).

Mezosfera

Mezosfera începe la o altitudine de 50 km și se extinde până la 80-90 km. Temperatura scade odată cu înălțimea cu un gradient vertical mediu de (0,25-0,3)°/100 m Procesul energetic principal este transferul de căldură radiantă. Procesele fotochimice complexe care implică radicali liberi, molecule excitate vibrațional etc. determină luminiscența atmosferică.

Mezopauza

Strat de tranziție între mezosferă și termosferă. Există un minim în distribuția verticală a temperaturii (aproximativ -90 °C).

Linia Karman

Înălțimea deasupra nivelului mării, care este acceptată în mod convențional ca graniță între atmosfera Pământului și spațiu. Conform definiției FAI, linia Karman este situată la o altitudine de 100 km deasupra nivelului mării.

Limita atmosferei Pământului

Termosferă

Limita superioară este de aproximativ 800 km. Temperatura se ridică la altitudini de 200-300 km, unde atinge valori de ordinul a 1500 K, după care rămâne aproape constantă până la altitudini mari. Sub influența radiației solare ultraviolete și de raze X și a radiației cosmice, are loc ionizarea aerului („aurore”) - principalele regiuni ale ionosferei se află în interiorul termosferei. La altitudini de peste 300 km predomină oxigenul atomic. Limita superioară a termosferei este determinată în mare măsură de activitatea curentă a Soarelui. În perioadele de activitate scăzută - de exemplu, în 2008-2009 - există o scădere vizibilă a dimensiunii acestui strat.

Termopauza

Regiunea atmosferei adiacente termosferei. În această regiune, absorbția radiației solare este neglijabilă, iar temperatura nu se schimbă efectiv cu altitudinea.

Exosfera (sfera de împrăștiere)

Exosfera este o zonă de dispersie, partea exterioară termosferă, situată peste 700 km. Gazul din exosferă este foarte rarefiat, iar de aici particulele sale se scurg în spațiul interplanetar (disipare).

Până la o altitudine de 100 km, atmosfera este un amestec omogen, bine amestecat de gaze. În straturile superioare, distribuția gazelor în funcție de înălțime depinde de greutățile moleculare ale acestora, concentrația de gaze mai grele scade mai repede cu distanța de la suprafața Pământului. Datorită scăderii densității gazelor, temperatura scade de la 0 °C în stratosferă la −110 °C în mezosferă. Cu toate acestea, energia cinetică a particulelor individuale la altitudini de 200-250 km corespunde unei temperaturi de ~150 °C. Peste 200 km se observă fluctuații semnificative ale temperaturii și densității gazelor în timp și spațiu.

La o altitudine de aproximativ 2000-3500 km, exosfera se transformă treptat în așa-numitul vid din spațiul apropiat, care este umplut cu particule foarte rarefiate de gaz interplanetar, în principal atomi de hidrogen. Dar acest gaz reprezintă doar o parte din materia interplanetară. Cealaltă parte este formată din particule de praf de origine cometă și meteorică. Pe lângă particulele de praf extrem de rarefiate, în acest spațiu pătrunde radiațiile electromagnetice și corpusculare de origine solară și galactică.

Troposfera reprezintă aproximativ 80% din masa atmosferei, stratosfera - aproximativ 20%; masa mezosferei nu este mai mare de 0,3%, termosfera este mai mică de 0,05% din masa totală a atmosferei. Pe baza proprietăților electrice din atmosferă, se disting neutronosfera și ionosfera. În prezent se crede că atmosfera se extinde până la o altitudine de 2000-3000 km.

În funcție de compoziția gazului din atmosferă, se disting homosferă și heterosferă. Heterosfera este o zonă în care gravitația afectează separarea gazelor, deoarece amestecarea lor la o astfel de înălțime este neglijabilă. Aceasta implică o compoziție variabilă a heterosferei. Sub ea se află o parte bine amestecată, omogenă a atmosferei numită homosferă. Limita dintre aceste straturi se numește turbopauză, se află la o altitudine de aproximativ 120 km.

Alte proprietăți ale atmosferei și efecte asupra corpului uman

Deja la o altitudine de 5 km deasupra nivelului mării, o persoană neantrenată începe să se confrunte cu înfometarea de oxigen și, fără adaptare, performanța unei persoane este redusă semnificativ. Zona fiziologică a atmosferei se termină aici. Respirația omului devine imposibilă la o altitudine de 9 km, deși până la aproximativ 115 km atmosfera conține oxigen.

Atmosfera ne furnizează oxigenul necesar pentru a respira. Cu toate acestea, din cauza scăderii presiunii totale a atmosferei pe măsură ce vă ridicați la altitudine, presiunea parțială a oxigenului scade în consecință.

Plămânii umani conțin în mod constant aproximativ 3 litri de aer alveolar. Presiunea parțială a oxigenului în aerul alveolar la presiunea atmosferică normală este de 110 mmHg. Art., presiunea dioxidului de carbon - 40 mm Hg. Art., si vapori de apa - 47 mm Hg. Artă. Odată cu creșterea altitudinii, presiunea oxigenului scade, iar presiunea totală a vaporilor de apă și dioxid de carbon din plămâni rămâne aproape constantă - aproximativ 87 mm Hg. Artă. Furnizarea de oxigen a plămânilor se va opri complet atunci când presiunea aerului ambiant devine egală cu această valoare.

La o altitudine de aproximativ 19-20 km, presiunea atmosferică scade la 47 mm Hg. Artă. Prin urmare, la această altitudine, apa și lichidul interstițial încep să fiarbă în corpul uman. În afara cabinei presurizate la aceste altitudini, moartea are loc aproape instantaneu. Astfel, din punct de vedere al fiziologiei umane, „spațiul” începe deja la o altitudine de 15-19 km.

Straturile dense de aer - troposfera și stratosfera - ne protejează de efectele dăunătoare ale radiațiilor. Cu suficientă rarefiere a aerului, la altitudini mai mari de 36 km, radiațiile ionizante - razele cosmice primare - au un efect intens asupra organismului; La altitudini de peste 40 km, partea ultravioletă a spectrului solar este periculoasă pentru oameni.

Pe măsură ce ne ridicăm la o înălțime din ce în ce mai mare deasupra suprafeței Pământului, fenomene cunoscute observate în straturile inferioare ale atmosferei, cum ar fi propagarea sunetului, apariția ridicării și rezistenței aerodinamice, transferul de căldură prin convecție etc., slăbesc treptat și apoi dispar complet.

În straturile rarefiate de aer, propagarea sunetului este imposibilă. Până la altitudini de 60-90 km, este încă posibilă utilizarea rezistenței aerului și a portanței pentru zborul aerodinamic controlat. Însă pornind de la altitudini de 100-130 km, conceptele de număr M și bariera sonoră, familiare fiecărui pilot, își pierd sensul: acolo se află linia convențională Karman, dincolo de care începe regiunea zborului pur balistic, care nu poate decât controlată cu ajutorul forțelor reactive.

La altitudini de peste 100 km, atmosfera este lipsită de o altă proprietate remarcabilă - capacitatea de a absorbi, de a conduce și de a transmite energie termică prin convecție (adică prin amestecarea aerului). Aceasta înseamnă că diverse elemente ale echipamentului, echipamente orbitale stația spațială nu se va putea răci afară în modul în care se face de obicei într-un avion - cu ajutorul jeturilor de aer și radiatoarelor de aer. La această altitudine, ca și în spațiu în general, singura modalitate de a transfera căldură este radiația termică.

Istoria formării atmosferice

Conform teoriei celei mai comune, atmosfera Pământului a fost de trei ori de-a lungul timpului. diverse compoziții. Inițial, a constat din gaze ușoare (hidrogen și heliu) captate din spațiul interplanetar. Aceasta este așa-numita atmosferă primară (acum aproximativ patru miliarde de ani). Pe următoarea etapă activitatea vulcanică activă a dus la saturarea atmosferei cu alte gaze decât hidrogenul (dioxid de carbon, amoniac, vapori de apă). Așa s-a format atmosfera secundară (aproximativ trei miliarde de ani înainte de ziua de azi). Această atmosferă era reconfortantă. În plus, procesul de formare a atmosferei a fost determinat de următorii factori:

Treptat, acești factori au condus la formarea unei atmosfere terțiare, caracterizată prin mult mai puțin hidrogen și mult mai mult azot și dioxid de carbon (format ca urmare a reactii chimice din amoniac şi hidrocarburi).

Azot

Educaţie cantitate mare azotul N2 se datorează oxidării atmosferei de amoniac-hidrogen de către oxigenul molecular O2, care a început să iasă de la suprafața planetei ca urmare a fotosintezei, începând cu 3 miliarde de ani în urmă. Azotul N2 este, de asemenea, eliberat în atmosferă ca urmare a denitrificării nitraților și a altor compuși care conțin azot. Azotul este oxidat de ozon la NO în atmosfera superioară.

Azotul N2 reacționează numai în condiții specifice (de exemplu, în timpul unei descărcări de fulgere). Oxidarea azotului molecular cu ozon în timpul descărcărilor electrice în cantități mici este utilizată în producție industrialăîngrășăminte cu azot. Oxidați-l cu un consum redus de energie și transformați-l în biologic formă activă pot cianobacteriile (alge albastre-verzi) și bacteriile nodulare care formează simbioză rizobială cu plante leguminoase, așa-zis gunoi de grajd verde.

Oxigen

Compoziția atmosferei a început să se schimbe radical odată cu apariția organismelor vii pe Pământ, ca urmare a fotosintezei, însoțită de eliberarea de oxigen și absorbția de dioxid de carbon. Inițial, oxigenul a fost cheltuit pentru oxidarea compușilor reduși - amoniac, hidrocarburi, formă feroasă de fier conținută în oceane etc. La sfârșitul acestei etape, conținutul de oxigen din atmosferă a început să crească. Treptat, s-a format o atmosferă modernă cu proprietăți oxidante. Deoarece acest lucru a provocat schimbări grave și abrupte în multe procese care au loc în atmosferă, litosferă și biosferă, acest eveniment a fost numit Catastrofa oxigenului.

În timpul Fanerozoicului, compoziția atmosferei și conținutul de oxigen au suferit modificări. Ele s-au corelat în primul rând cu rata de depunere a sedimentului organic. Astfel, în perioadele de acumulare de cărbune, conținutul de oxigen din atmosferă a depășit aparent semnificativ nivelul modern.

dioxid de carbon

Conținutul de CO2 din atmosferă depinde de activitatea vulcanică și de procesele chimice din învelișul pământului, dar mai ales de intensitatea biosintezei și de descompunere a materiei organice din biosfera Pământului. Aproape întreaga biomasă actuală a planetei (aproximativ 2,4 1012 tone) este formată din cauza dioxidului de carbon, azotului și vaporilor de apă conținute în aerul atmosferic. Organele îngropate în ocean, mlaștini și păduri se transformă în cărbune, petrol și gaze naturale.

Gaze nobile

Sursa gazelor nobile - argon, heliu și cripton - sunt erupțiile vulcanice și dezintegrarea elementelor radioactive. Pământul în general și atmosfera în special sunt epuizate în gaze inerte în comparație cu spațiul. Se crede că motivul pentru aceasta constă în scurgerea continuă a gazelor în spațiul interplanetar.

Poluarea aerului

ÎN în ultima vreme Omul a început să influențeze evoluția atmosferei. Rezultatul activităților sale a fost o creștere constantă a conținutului de dioxid de carbon din atmosferă datorită arderii combustibililor hidrocarburi acumulați în erele geologice anterioare. Cantități uriașe de CO2 sunt consumate în timpul fotosintezei și absorbite de oceanele lumii. Acest gaz pătrunde în atmosferă datorită descompunerii rocilor carbonatice și a substanțelor organice de origine vegetală și animală, precum și datorită vulcanismului și activității industriale umane. În ultimii 100 de ani, conținutul de CO2 din atmosferă a crescut cu 10%, cea mai mare parte (360 de miliarde de tone) provenind din arderea combustibilului. Dacă ritmul de creștere a arderii combustibilului continuă, atunci în următorii 200-300 de ani cantitatea de CO2 din atmosferă se va dubla și ar putea duce la schimbări climatice globale.

Arderea combustibilului este principala sursă de gaze poluante (CO, NO, SO2). Dioxidul de sulf este oxidat de oxigenul atmosferic la SO3, iar oxidul de azot la NO2 în straturile superioare ale atmosferei, care la rândul lor interacționează cu vaporii de apă, iar acidul sulfuric H2SO4 și acidul azotic HNO3 cad la suprafața Pământului în formă a așa-numitului. ploaie acidă. Folosind motoare ardere internă conduce la o poluare semnificativă a atmosferei cu oxizi de azot, hidrocarburi și compuși ai plumbului (tetraetil plumb) Pb(CH3CH2)4.

Poluarea cu aerosoli a atmosferei este cauzată de: cauze naturale(erupții vulcanice, furtuni de praf, antrenare de picături apa de mareși polen de plante etc.), și activitate economică oameni (exploatarea minereului și materiale de constructie, arderea combustibilului, producția de ciment etc.). Emisia intensivă la scară largă de particule solide în atmosferă este una dintre cele mai importante motive posibile schimbări ale climei planetei.

(Vizitat de 274 ori, 1 vizite astăzi)

Învelișul de aer care înconjoară planeta noastră și se rotește cu ea se numește atmosferă. Jumătate din masa totală a atmosferei este concentrată în cei 5 km inferiori, iar trei sferturi din masă se află în cei 10 km inferiori. Mai sus, aerul este în mod semnificativ rarefiat, deși particulele sale se găsesc la o altitudine de 2000-3000 km deasupra suprafeței pământului.

Aerul pe care îl respirăm este un amestec de gaze. Cel mai mult conține azot - 78% și oxigen - 21%. Argonul reprezintă mai puțin de 1% și 0,03% este dioxid de carbon. Numeroase alte gaze, cum ar fi criptonul, xenonul, neonul, heliul, hidrogenul, ozonul și altele, formează miimi și milionatimi de procent. Aerul mai conține vapori de apă, particule de diferite substanțe, bacterii, polen și praf cosmic.

Atmosfera este formată din mai multe straturi. Stratul inferior până la o înălțime de 10-15 km deasupra suprafeței Pământului se numește troposferă. Este încălzit de Pământ, astfel încât temperatura aerului de aici scade cu 6 °C cu înălțimea la 1 kilometru de creștere. Troposfera conține aproape toți vaporii de apă și se formează aproape toți norii - cca. Înălțimea troposferei la diferite latitudini ale planetei nu este aceeași. Peste poli se ridică la 9 km, peste latitudini temperate - până la 10-12 km, iar deasupra ecuatorului - până la 15 km. Procesele care au loc în troposferă - formarea și mișcarea maselor de aer, formarea ciclonilor și anticiclonilor, apariția norilor și precipitațiilor - determină vremea și clima de la suprafața pământului.


Deasupra troposferei se află stratosfera, care se întinde până la 50-55 km. Troposfera și stratosfera sunt separate printr-un strat de tranziție, tropopauza, de 1-2 km grosime. În stratosferă, la o altitudine de aproximativ 25 km, temperatura aerului începe să crească treptat și la 50 km ajunge la + 10 +30 °C. Această creștere a temperaturii se datorează faptului că în stratosferă există un strat de ozon la altitudini de 25-30 km. La suprafața Pământului, conținutul său în aer este neglijabil, iar la altitudini mari, moleculele de oxigen diatomic absorb radiația solară ultravioletă, formând molecule triatomice de ozon.

Dacă ozonul ar fi localizat în straturile inferioare ale atmosferei, la o înălțime cu presiune normală, grosimea stratului său ar fi de doar 3 mm. Dar chiar și într-un număr atât de mic joacă foarte mult rol important: absoarbe o parte din radiatia solara daunatoare organismelor vii.

Deasupra stratosferei, mezosfera se extinde la o altitudine de aproximativ 80 km, în care temperatura aerului scade odată cu înălțimea la câteva zeci de grade sub zero.

Partea superioară a atmosferei este caracterizată de temperaturi foarte ridicate și se numește termosferă - cca. Este împărțită în două părți - ionosfera - până la o altitudine de aproximativ 1000 km, unde aerul este puternic ionizat, iar exosfera -. peste 1000 km. Molecule din ionosferă gazele atmosferice absorb radiațiile ultraviolete de la Soare, rezultând formarea de atomi încărcați și electroni liberi. Aurorele sunt observate în ionosferă.

Atmosfera joacă un rol foarte important în viața planetei noastre. Protejează Pământul de încălzirea puternică de către razele soarelui în timpul zilei și de hipotermie noaptea. Majoritatea meteoriților ard straturile atmosferice, neatingând suprafața planetei. Atmosfera conține oxigen, necesar tuturor organismelor, un scut de ozon care protejează viața de pe Pământ de partea dăunătoare a radiației ultraviolete a Soarelui.


ATMOSFERELE PLANETELOR SISTEMULUI SOLAR

Atmosfera lui Mercur este atât de rarefiată încât se poate spune că este practic inexistentă. Învelișul de aer al lui Venus este format din dioxid de carbon (96%) și azot (aproximativ 4%), este foarte dens - presiunea atmosferică la suprafața planetei este de aproape 100 de ori mai mare decât pe Pământ. Atmosfera marțiană este formată, de asemenea, predominant din dioxid de carbon (95%) și azot (2,7%), dar densitatea sa este de aproximativ 300 de ori mai mică decât cea a Pământului, iar presiunea sa este de aproape 100 de ori mai mică. Suprafața vizibilă a lui Jupiter este de fapt stratul superior al atmosferei hidrogen-heliu. Compoziția cochiliilor de aer ale lui Saturn și Uranus este aceeași. Frumoasa culoare albastră a lui Uranus se datorează concentrației mari de metan din partea superioară a atmosferei sale - aproximativ Neptun, învăluit într-o ceață de hidrocarburi, are două straturi principale de nori: unul format din cristale de metan înghețat, iar cel de-al doilea. situat dedesubt, conținând amoniac și hidrogen sulfurat.

Atmosferă (din greacă ατμός - „abur” și σφαῖρα - „sferă”) - înveliș de gaz corp ceresc, ținut lângă el de gravitație. Atmosfera este învelișul gazos al planetei, constând dintr-un amestec de diverse gaze, vapori de apă și praf. Atmosfera face schimb de materie între Pământ și Cosmos. Pământul primește praf cosmic și material meteoritic și pierde cele mai ușoare gaze: hidrogen și heliu. Atmosfera Pământului este pătrunsă prin și prin radiații puternice de la Soare, care determină regimul termic al suprafeței planetei, provocând disocierea moleculelor de gaze atmosferice și ionizarea atomilor.

Atmosfera Pământului conține oxigen, folosit de majoritatea organismelor vii pentru respirație, și dioxid de carbon, consumat de plante, alge și cianobacterii în timpul fotosintezei. Atmosfera este de asemenea strat protector planetă, protejându-și locuitorii de radiațiile ultraviolete solare.

Toate corpurile masive - planetele - au o atmosferă. tip pământ, giganți gazoși.

Compoziția atmosferică

Atmosfera este un amestec de gaze format din azot (78,08%), oxigen (20,95%), dioxid de carbon (0,03%), argon (0,93%), o cantitate mică de heliu, neon, xenon, cripton (0,01%), 0,038% dioxid de carbon și cantități mici de hidrogen, heliu, alte gaze nobile și poluanți.

Compoziția actuală a aerului Pământului a fost stabilită cu mai bine de o sută de milioane de ani în urmă, dar a crescut brusc activitatea de productie omul a condus totuși la schimbarea lui. În prezent, există o creștere a conținutului de CO 2 cu aproximativ 10-12%. Gazele incluse în atmosferă funcționează diverse roluri funcţionale. Cu toate acestea, semnificația principală a acestor gaze este determinată în primul rând de faptul că ele absorb foarte puternic energia radiantă și, prin urmare, au un impact semnificativ asupra regim de temperatură Suprafața și atmosfera Pământului.

Compoziția inițială a atmosferei unei planete depinde de obicei de proprietățile chimice și de temperatură ale soarelui în timpul formării planetare și de eliberarea ulterioară a gazelor externe. Apoi compoziția carcasei de gaz evoluează sub influența diverșilor factori.

Atmosfera lui Venus și Marte este compusă în principal din dioxid de carbon cu adaosuri minore de azot, argon, oxigen și alte gaze. Atmosfera Pământului este în mare parte produsul organismelor care trăiesc în ea. Giganții gazoși la temperatură joasă - Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun - pot reține în principal gaze cu greutate moleculară mică - hidrogen și heliu. Giganții gazoși la temperatură înaltă, precum Osiris sau 51 Pegasi b, dimpotrivă, nu îl pot ține și moleculele atmosferei lor sunt împrăștiate în spațiu. Acest proces are loc lent și constant.

Azot, Cel mai comun gaz din atmosferă, este inactiv din punct de vedere chimic.

Oxigen, spre deosebire de azot, este un element foarte activ din punct de vedere chimic. Funcția specifică a oxigenului este oxidarea materie organică organisme heterotrofe, roci și gaze suboxidate eliberate în atmosferă de vulcani. Fără oxigen, nu ar exista descompunerea materiei organice moarte.

Structura atmosferică

Structura atmosferei este formată din două părți: cea interioară - troposfera, stratosfera, mezosfera și termosfera sau ionosfera, iar cea exterioară - magnetosfera (exosfera).

1) Troposfera– aceasta este partea inferioară a atmosferei în care se concentrează 3/4 adică. ~ 80% din întreaga atmosferă a pământului. Înălțimea sa este determinată de intensitatea fluxurilor de aer verticale (crescătoare sau descendente) cauzate de încălzire suprafata pamantului iar oceanul, prin urmare grosimea troposferei la ecuator este de 16–18 km, la latitudini temperate 10–11 km, iar la poli – până la 8 km. Temperatura aerului în troposferă la altitudine scade cu 0,6ºС la fiecare 100 m și variază de la +40 la - 50ºС.

2) Stratosferă este situat deasupra troposferei și are o înălțime de până la 50 km de suprafața planetei. Temperatura la o altitudine de până la 30 km este constantă -50ºС. Apoi începe să se ridice și la o altitudine de 50 km ajunge la +10ºС.

Limita superioară a biosferei este ecranul de ozon.

Stratul de ozon este un strat al atmosferei din stratosferă situat la diferite înălțimi de la suprafaţa Pământului şi având o densitate maximă a ozonului la o altitudine de 20-26 km.

Înălțimea stratului de ozon la poli este estimată la 7-8 km, la ecuator la 17-18 km, iar înălțimea maximă a prezenței ozonului este de 45-50 km. Viața deasupra scutului de ozon este imposibilă din cauza radiațiilor ultraviolete aspre ale Soarelui. Dacă comprimați toate moleculele de ozon, veți obține un strat de ~ 3 mm în jurul planetei.

3) Mezosfera– limita superioară a acestui strat este situată până la o înălțime de 80 km. Caracteristica sa principală este o scădere bruscă a temperaturii -90ºС la limita sa superioară. Aici sunt înregistrați nori noctilucenți formați din cristale de gheață.

4) Ionosferă (termosferă) - este situat până la o altitudine de 800 km și se caracterizează printr-o creștere semnificativă a temperaturii:

150 km temperatura +240ºС,

200 km temperatura +500ºС,

600 km temperatura +1500ºС.

Sub influența radiațiilor ultraviolete de la Soare, gazele sunt în stare ionizată. Ionizarea este asociată cu strălucirea gazelor și apariția aurorelor.

Ionosfera are capacitatea de a reflecta în mod repetat undele radio, ceea ce asigură comunicații radio la distanță lungă pe planetă.

5) Exosfera– este situat peste 800 km si se extinde pana la 3000 km. Aici temperatura este >2000ºС. Viteza de mișcare a gazului se apropie de critică ~ 11,2 km/sec. Atomii dominanti sunt hidrogenul și heliul, care formează o coroană luminoasă în jurul Pământului, extinzându-se până la o altitudine de 20.000 km.

Funcțiile atmosferei

1) Termoregulatoare - vremea și clima de pe Pământ depind de distribuția căldurii și a presiunii.

2) Susținerea vieții.

3) În troposferă au loc mișcări globale verticale și orizontale ale maselor de aer, care determină ciclul apei și schimbul de căldură.

4) Aproape toate procesele geologice de suprafață sunt cauzate de interacțiunea atmosferei, litosferei și hidrosferei.

5) Protectie - atmosfera protejeaza pamantul de spatiu, radiatia solara si praful de meteoriti.

Funcțiile atmosferei. Fără atmosferă, viața pe Pământ ar fi imposibilă. O persoană consumă zilnic 12-15 kg. aer, inhalând în fiecare minut de la 5 la 100 de litri, ceea ce depășește semnificativ necesarul mediu zilnic de hrană și apă. În plus, atmosfera protejează în mod fiabil o persoană de pericolele care o amenință din spațiu: nu permite trecerea meteoriților, radiații cosmice. O persoană poate trăi cinci săptămâni fără hrană, cinci zile fără apă, cinci minute fără aer. Viața umană normală necesită nu numai aer, ci și o anumită puritate a acestuia. Sănătatea oamenilor, starea florei și faunei, rezistența și durabilitatea structurilor și structurilor clădirilor depind de calitatea aerului. Aerul poluat este distructiv pentru ape, pământ, mări și sol. Atmosfera determină lumina și reglează regimurile termice ale pământului, contribuie la redistribuirea căldurii pe glob. Carcasa de gaz protejează Pământul de răcirea și încălzirea excesivă. Dacă planeta noastră nu ar fi înconjurată de o înveliș de aer, atunci în decurs de o zi amplitudinea fluctuațiilor de temperatură ar ajunge la 200 C. Atmosfera salvează tot ce trăiește pe Pământ de ultraviolete distructive, raze X și razele cosmice. Atmosfera joacă un rol important în distribuția luminii. Aerul ei se sparge razele solareîntr-un milion de raze mici, le împrăștie și creează o iluminare uniformă. Atmosfera servește drept conductor al sunetelor.

Structura atmosferei Pământului

Atmosfera este învelișul gazos al Pământului cu particulele de aerosoli pe care le conține, mișcându-se împreună cu Pământul în spațiu ca un întreg și participând în același timp la rotația Pământului. Cea mai mare parte a vieții noastre se desfășoară în fundul atmosferei.

Aproape toate planetele noastre au propriile atmosfere. sistem solar, dar numai atmosfera pământului este capabilă să susțină viața.

Când planeta noastră s-a format acum 4,5 miliarde de ani, se pare că era lipsită de atmosferă. Atmosfera s-a format ca urmare a emisiilor vulcanice de vapori de apă amestecați cu dioxid de carbon, azot și alte substanțe chimice din interiorul tinerei planete. Dar atmosfera poate conține o cantitate limitată de umiditate, astfel încât excesul ei ca urmare a condensului a dat naștere oceanelor. Dar atunci atmosfera era lipsită de oxigen. Primele organisme vii care au apărut și s-au dezvoltat în ocean, ca urmare a reacției de fotosinteză (H 2 O + CO 2 = CH 2 O + O 2), au început să elibereze portii mici oxigenul care a început să intre în atmosferă.

Formarea oxigenului în atmosfera Pământului a dus la formarea stratului de ozon la altitudini de aproximativ 8 – 30 km. Și, astfel, planeta noastră a dobândit protecție împotriva efectelor nocive ale studiului ultraviolet. Această împrejurare a servit ca un impuls pentru evoluția ulterioară forme de viata pe Pământ, pentru că Ca urmare a creșterii fotosintezei, cantitatea de oxigen din atmosferă a început să crească rapid, ceea ce a contribuit la formarea și menținerea formelor de viață, inclusiv pe uscat.

Astăzi, atmosfera noastră este formată din 78,1% azot, 21% oxigen, 0,9% argon și 0,04% dioxid de carbon. Fracțiuni foarte mici în comparație cu gazele principale sunt neonul, heliul, metanul și criptonul.

Particulele de gaz conținute în atmosferă sunt afectate de forța gravitațională a Pământului. Și, având în vedere că aerul este compresibil, densitatea lui scade treptat odată cu înălțimea, trecând în spațiul exterior fără o limită clară. Jumătate din masa totală a atmosferei terestre este concentrată în cei 5 km inferiori, trei sferturi în cei 10 km inferiori, nouă zecimi în cei 20 km inferiori. 99% din masa atmosferei Pământului este concentrată sub o altitudine de 30 km, ceea ce reprezintă doar 0,5% din raza ecuatorială a planetei noastre.

La nivelul mării, numărul de atomi și molecule pe centimetru cub de aer este de aproximativ 2 * 10 19, la o altitudine de 600 km doar 2 * 10 7. La nivelul mării, un atom sau o moleculă călătorește aproximativ 7 * 10 -6 cm înainte de a se ciocni cu o altă particulă. La o altitudine de 600 km aceasta distanta este de aproximativ 10 km. Și la nivelul mării, aproximativ 7 * 10 9 astfel de coliziuni au loc în fiecare secundă, la o altitudine de 600 km - doar aproximativ una pe minut!

Dar nu numai presiunea se schimbă odată cu altitudinea. Se schimbă și temperatura. De exemplu, la poalele unui munte înalt poate fi destul de cald, în timp ce vârful muntelui este acoperit de zăpadă și temperatura de acolo este în același timp sub zero. Și dacă luați un avion la o altitudine de aproximativ 10-11 km, puteți auzi un mesaj că afară sunt -50 de grade, în timp ce la suprafața pământului este cu 60-70 de grade mai cald...

Inițial, oamenii de știință au presupus că temperatura scade odată cu înălțimea până când ajunge zero absolut(-273,16°C). Dar asta nu este adevărat.

Atmosfera Pământului este formată din patru straturi: troposferă, stratosferă, mezosferă, ionosferă (termosferă). Această împărțire în straturi a fost adoptată și pe baza datelor privind schimbările de temperatură cu înălțimea. Stratul cel mai de jos, unde temperatura aerului scade odată cu înălțimea, se numește troposferă. Stratul de deasupra troposferei, unde scăderea temperaturii se oprește, este înlocuit cu izotermă, iar în final temperatura începe să crească, se numește stratosferă. Stratul de deasupra stratosferei în care temperatura scade din nou rapid este mezosfera. Și, în sfârșit, stratul în care temperatura începe să crească din nou a fost numit ionosferă sau termosferă.

Troposfera se extinde în medie până la cei 12 km inferioare. Aici se formează vremea noastră. Cei mai înalți nori (cirrus) se formează în straturile superioare ale troposferei. Temperatura din troposferă scade adiabatic cu înălțimea, adică. Schimbarea temperaturii se produce ca urmare a scaderii presiunii cu inaltimea. Profilul de temperatură al troposferei este determinat în mare măsură de cantitatea de apă care ajunge la suprafața Pământului. radiatia solara. Ca urmare a încălzirii suprafeței Pământului de către Soare, se formează fluxuri convective și turbulente, îndreptate în sus, care formează vremea. Este de remarcat faptul că influența suprafeței subiacente asupra straturilor inferioare ale troposferei se extinde până la o înălțime de aproximativ 1,5 km. Desigur, excluzând zonele muntoase.

Limita superioară a troposferei este tropopauza - un strat izoterm. Ține minte aspectul caracteristic nori de tunete al căror vârf este o „explozie” de nori cirus numită „nicovală”. Această „nicovală” doar „se răspândește” sub tropopauză, pentru că din cauza izotermei, curenții de aer ascendenți sunt slăbiți semnificativ, iar norul încetează să se dezvolte pe verticală. Dar în cazuri speciale, rare, vârfurile norilor cumulonimbus pot invada straturile inferioare ale stratosferei, rupând tropopauza.

Înălțimea tropopauzei depinde de latitudine geografică. Astfel, la ecuator se află la o altitudine de aproximativ 16 km, iar temperatura sa este de aproximativ –80°C. La poli, tropopauza este situată mai jos, la aproximativ 8 km altitudine. Vara temperatura aici este de –40°C, iar iarna –60°C. Astfel, în ciuda mai multor temperaturi ridicate lângă suprafața Pământului, tropopauza tropicală este mult mai rece decât la poli.