El espesor de la atmósfera es de aproximadamente 120 km desde la superficie de la Tierra. La masa total de aire en la atmósfera es (5,1-5,3) 10 18 kg. De estos, la masa de aire seco es 5,1352 ±0,0003 · 10 · 18 kg, la masa total de vapor de agua es en promedio 1,27 · 10 · 16 kg.
tropopausa
La capa de transición de la troposfera a la estratosfera, una capa de la atmósfera en la que se detiene la disminución de temperatura con la altura.
Estratosfera
Capa de la atmósfera ubicada a una altitud de 11 a 50 km. Se caracteriza por un ligero cambio de temperatura en la capa de 11 a 25 km (capa inferior de la estratosfera) y un aumento de temperatura en la capa de 25 a 40 km de -56,5 a 0,8 ° (capa superior de la estratosfera o región de inversión). Habiendo alcanzado un valor de aproximadamente 273 K (casi 0 °C) a una altitud de aproximadamente 40 km, la temperatura permanece constante hasta una altitud de aproximadamente 55 km. Esta región de temperatura constante se llama estratopausa y es el límite entre la estratosfera y la mesosfera.
estratopausa
La capa límite de la atmósfera entre la estratosfera y la mesosfera. En la distribución vertical de la temperatura hay un máximo (aproximadamente 0 °C).
mesosfera
atmósfera terrestre
Límite de la atmósfera terrestre.
termosfera
El límite superior es de unos 800 km. La temperatura aumenta a altitudes de 200-300 km, donde alcanza valores del orden de 1500 K, después de lo cual permanece casi constante en altitudes elevadas. Bajo la influencia de la radiación solar ultravioleta y de rayos X y la radiación cósmica, se produce la ionización del aire (" auroras"): las principales regiones de la ionosfera se encuentran dentro de la termosfera. En altitudes superiores a los 300 km predomina el oxígeno atómico. El límite superior de la termosfera está determinado en gran medida por la actividad actual del Sol. Durante los períodos de baja actividad, por ejemplo, en 2008-2009, se observa una disminución notable en el tamaño de esta capa.
termopausa
La región de la atmósfera adyacente a la termosfera. En esta región, la absorción de radiación solar es insignificante y la temperatura en realidad no cambia con la altitud.
Exosfera (esfera de dispersión)
Hasta una altitud de 100 km, la atmósfera es una mezcla de gases homogénea y bien mezclada. En las capas superiores, la distribución de los gases por altura depende de sus pesos moleculares; la concentración de gases más pesados disminuye más rápidamente con la distancia a la superficie de la Tierra. Debido a la disminución de la densidad del gas, la temperatura desciende de 0 °C en la estratosfera a -110 °C en la mesosfera. Sin embargo, la energía cinética de las partículas individuales a altitudes de 200 a 250 km corresponde a una temperatura de ~150 °C. Por encima de los 200 km se observan importantes fluctuaciones de temperatura y densidad de gas en el tiempo y el espacio.
A una altitud de unos 2000-3500 km, la exosfera se convierte gradualmente en la llamada vacío casi espacial, que está lleno de partículas muy enrarecidas de gas interplanetario, principalmente átomos de hidrógeno. Pero este gas representa sólo una parte de la materia interplanetaria. La otra parte está formada por partículas de polvo de origen cometario y meteórico. Además de las partículas de polvo extremadamente enrarecidas, en este espacio penetra radiación electromagnética y corpuscular de origen solar y galáctico.
La troposfera representa aproximadamente el 80% de la masa de la atmósfera, la estratosfera, aproximadamente el 20%; la masa de la mesosfera no supera el 0,3%, la termosfera es menos del 0,05% de la masa total de la atmósfera. Según las propiedades eléctricas de la atmósfera, se distinguen la neutronosfera y la ionosfera. Actualmente se cree que la atmósfera se extiende hasta una altitud de 2000-3000 km.
Dependiendo de la composición del gas en la atmósfera, emiten homosfera Y heterosfera. heterosfera- Esta es la zona donde la gravedad afecta la separación de los gases, ya que su mezcla a tal altitud es insignificante. Esto implica una composición variable de la heterosfera. Debajo se encuentra una parte homogénea y bien mezclada de la atmósfera, llamada homósfera. El límite entre estas capas se llama turbopausa y se encuentra a una altitud de unos 120 km.
Propiedades fisiológicas y de otro tipo de la atmósfera.
Ya a una altitud de 5 km sobre el nivel del mar, una persona no entrenada comienza a experimentar falta de oxígeno y, sin adaptación, su rendimiento se reduce significativamente. Aquí termina la zona fisiológica de la atmósfera. La respiración humana se vuelve imposible a una altitud de 9 km, aunque hasta aproximadamente 115 km la atmósfera contiene oxígeno.
La atmósfera nos proporciona el oxígeno necesario para respirar. Sin embargo, debido a la caída de la presión total de la atmósfera, a medida que se asciende en altitud, la presión parcial de oxígeno disminuye en consecuencia.
En capas de aire enrarecido, la propagación del sonido es imposible. Hasta altitudes de 60 a 90 km, todavía es posible utilizar la resistencia del aire y la sustentación para un vuelo aerodinámico controlado. Pero a partir de altitudes de 100 a 130 km, los conceptos de número M y barrera del sonido, familiares para todo piloto, pierden su significado: por allí pasa la línea de Karman convencional, más allá de la cual comienza la región del vuelo puramente balístico, que sólo puede controlarse mediante fuerzas reactivas.
En altitudes superiores a los 100 km, la atmósfera carece de otra propiedad notable: la capacidad de absorber, conducir y transmitir energía térmica por convección (es decir, mezclando aire). Esto significa que varios elementos del equipamiento de la estación espacial orbital no podrán enfriarse desde el exterior del mismo modo que se suele hacer en un avión, con ayuda de chorros de aire y radiadores de aire. A esta altitud, como en el espacio en general, la única forma de transferir calor es la radiación térmica.
Historia de la formación atmosférica.
Según la teoría más común, la atmósfera terrestre ha tenido tres composiciones diferentes a lo largo del tiempo. Inicialmente, estaba formado por gases ligeros (hidrógeno y helio) capturados del espacio interplanetario. Este es el llamado atmósfera primaria(hace unos cuatro mil millones de años). En la siguiente etapa, la actividad volcánica activa provocó la saturación de la atmósfera con gases distintos del hidrógeno (dióxido de carbono, amoníaco, vapor de agua). Así se formó atmósfera secundaria(unos tres mil millones de años antes de la actualidad). Esta atmósfera fue reconfortante. Además, el proceso de formación de la atmósfera estuvo determinado por los siguientes factores:
- fuga de gases ligeros (hidrógeno y helio) al espacio interplanetario;
- reacciones químicas que ocurren en la atmósfera bajo la influencia de la radiación ultravioleta, descargas de rayos y algunos otros factores.
Poco a poco estos factores condujeron a la formación atmósfera terciaria, caracterizado por un contenido mucho menor de hidrógeno y un contenido mucho mayor de nitrógeno y dióxido de carbono (formado como resultado de reacciones químicas a partir de amoníaco e hidrocarburos).
Nitrógeno
La formación de una gran cantidad de nitrógeno N2 se debe a la oxidación de la atmósfera de amoníaco-hidrógeno por el oxígeno molecular O2, que comenzó a emanar de la superficie del planeta como resultado de la fotosíntesis, que comenzó hace 3 mil millones de años. El nitrógeno N2 también se libera a la atmósfera como resultado de la desnitrificación de nitratos y otros compuestos que contienen nitrógeno. El ozono oxida el nitrógeno a NO en la atmósfera superior.
El nitrógeno N 2 reacciona solo en condiciones específicas (por ejemplo, durante la descarga de un rayo). La oxidación del nitrógeno molecular por el ozono durante las descargas eléctricas se utiliza en pequeñas cantidades en la producción industrial de fertilizantes nitrogenados. Las cianobacterias (algas verdiazules) y las bacterias nódulos que forman simbiosis rizobia con las llamadas leguminosas, pueden oxidarlas con un bajo consumo de energía y convertirlas en una forma biológicamente activa. abono verde.
Oxígeno
La composición de la atmósfera comenzó a cambiar radicalmente con la aparición de organismos vivos en la Tierra, como resultado de la fotosíntesis, acompañada de la liberación de oxígeno y la absorción de dióxido de carbono. Inicialmente, el oxígeno se gastaba en la oxidación de compuestos reducidos: amoníaco, hidrocarburos, hierro ferroso contenido en los océanos, etc. Al final de esta etapa, el contenido de oxígeno en la atmósfera comenzó a aumentar. Poco a poco se fue formando una atmósfera moderna con propiedades oxidantes. Dado que esto provocó cambios graves y abruptos en muchos procesos que ocurren en la atmósfera, la litosfera y la biosfera, este evento se denominó Catástrofe del Oxígeno.
Gases nobles
La contaminación del aire
Recientemente, el ser humano ha comenzado a influir en la evolución de la atmósfera. El resultado de sus actividades fue un aumento significativo constante en el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera debido a la combustión de combustibles de hidrocarburos acumulados en eras geológicas anteriores. Durante la fotosíntesis se consumen enormes cantidades de CO 2 y los océanos del mundo lo absorben. Este gas ingresa a la atmósfera por la descomposición de rocas carbonatadas y sustancias orgánicas de origen vegetal y animal, así como por el vulcanismo y la actividad industrial humana. En los últimos 100 años, el contenido de CO 2 en la atmósfera ha aumentado un 10%, y la mayor parte (360 mil millones de toneladas) proviene de la quema de combustibles. Si continúa la tasa de crecimiento de la quema de combustibles, en los próximos 200 a 300 años la cantidad de CO 2 en la atmósfera se duplicará y podría provocar un cambio climático global.
La quema de combustibles es la principal fuente de gases contaminantes (CO, SO2). El dióxido de azufre es oxidado por el oxígeno atmosférico a SO 3 en las capas superiores de la atmósfera, que a su vez interactúa con el agua y el vapor de amoníaco, y el ácido sulfúrico resultante (H 2 SO 4) y el sulfato de amonio ((NH 4) 2 SO 4 ) regresan a la superficie de la Tierra en forma de los llamados. lluvia ácida. El uso de motores de combustión interna provoca una importante contaminación atmosférica con óxidos de nitrógeno, hidrocarburos y compuestos de plomo (tetraetil plomo Pb(CH 3 CH 2) 4)).
La contaminación de la atmósfera por aerosoles se debe tanto a causas naturales (erupciones volcánicas, tormentas de polvo, arrastre de gotas de agua de mar y polen de plantas, etc.) como a actividades económicas humanas (extracción de minerales y materiales de construcción, quema de combustible, fabricación de cemento, etc.). ). La intensa liberación a gran escala de partículas a la atmósfera es una de las posibles causas del cambio climático en el planeta.
ver también
- Jacchia (modelo de atmósfera)
Notas
Enlaces
Literatura
- V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov“Biología y medicina espaciales” (segunda edición, revisada y ampliada), M.: “Prosveshcheniye”, 1975, 223 págs.
- N. V. Gusakova“Química ambiental”, Rostov-on-Don: Phoenix, 2004, 192 con ISBN 5-222-05386-5
- Sokolov V.A. Geoquímica de gases naturales, M., 1971;
- McEwen M., Phillips L. Química Atmosférica, M., 1978;
- Wark K., Warner S. La contaminación del aire. Fuentes y control, trad. Del inglés, M.. 1980;
- Seguimiento de la contaminación de fondo de los entornos naturales. v. 1, L., 1982.
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La atmósfera terrestre es heterogénea: a diferentes altitudes hay diferentes densidades y presiones del aire, cambios de temperatura y composición de los gases. Según el comportamiento de la temperatura del aire ambiente (es decir, la temperatura aumenta o disminuye con la altura), en él se distinguen las siguientes capas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera y exosfera. Los límites entre capas se llaman pausas: hay 4, porque El límite superior de la exosfera es muy borroso y a menudo se refiere al espacio cercano. La estructura general de la atmósfera se puede encontrar en el diagrama adjunto.
Fig.1 La estructura de la atmósfera terrestre. Crédito: sitio web
La capa atmosférica más baja es la troposfera, cuyo límite superior, llamado tropopausa, varía según la latitud geográfica y oscila entre los 8 km. en el polar hasta 20 km. en latitudes tropicales. En latitudes medias o templadas, su límite superior se encuentra a altitudes de 10 a 12 km. Durante el año, el límite superior de la troposfera experimenta fluctuaciones en función de la afluencia de radiación solar. Así, como resultado de un sondeo en el polo sur de la Tierra realizado por el servicio meteorológico de Estados Unidos, se reveló que de marzo a agosto o septiembre se produce un enfriamiento constante de la troposfera, por lo que durante un breve período en agosto En septiembre su límite se eleva a 11,5 km. Luego, en el período de septiembre a diciembre, disminuye rápidamente y alcanza su posición más baja: 7,5 km, después de lo cual su altura permanece prácticamente sin cambios hasta marzo. Aquellos. La troposfera alcanza su mayor espesor en verano y su menor espesor en invierno.
Vale la pena señalar que, además de las estacionales, también hay fluctuaciones diarias en el altura de la tropopausa. Además, su posición está influenciada por ciclones y anticiclones: en el primero cae, porque La presión en ellos es menor que en el aire circundante y, en segundo lugar, aumenta en consecuencia.
La troposfera contiene hasta el 90% de la masa total del aire terrestre y 9/10 de todo el vapor de agua. Aquí las turbulencias están muy desarrolladas, especialmente en las capas cercanas a la superficie y en las más altas, se desarrollan nubes de todos los niveles y se forman ciclones y anticiclones. Y debido a la acumulación de gases de efecto invernadero (dióxido de carbono, metano, vapor de agua) de la luz solar reflejada desde la superficie de la Tierra, se desarrolla el efecto invernadero.
El efecto invernadero está asociado con una disminución de la temperatura del aire en la troposfera con la altura (ya que la Tierra calentada emite más calor a las capas superficiales). El gradiente vertical promedio es de 0,65°/100 m (es decir, la temperatura del aire disminuye 0,65° C por cada 100 metros de ascenso). Entonces, si la temperatura media anual del aire en la superficie de la Tierra cerca del ecuador es de +26°, entonces en el límite superior es de -70°. La temperatura en la región de la tropopausa sobre el Polo Norte varía a lo largo del año de -45° en verano a -65° en invierno.
A medida que aumenta la altitud, la presión del aire también disminuye, llegando a sólo el 12-20% del nivel cercano a la superficie en el límite superior de la troposfera.
En el límite de la troposfera y la capa suprayacente de la estratosfera se encuentra una capa de tropopausa, de 1 a 2 km de espesor. Los límites inferiores de la tropopausa suelen considerarse una capa de aire en la que el gradiente vertical disminuye a 0,2°/100 m frente a 0,65°/100 m en las regiones subyacentes de la troposfera.
Dentro de la tropopausa, se observan flujos de aire de una dirección estrictamente definida, llamados corrientes en chorro a gran altitud o “corrientes en chorro”, formadas bajo la influencia de la rotación de la Tierra alrededor de su eje y el calentamiento de la atmósfera con la participación de la radiación solar. . Se observan corrientes en los límites de zonas con diferencias de temperatura significativas. Existen varios centros de localización de estas corrientes, por ejemplo, ártico, subtropical, subpolar y otros. El conocimiento de la localización de las corrientes en chorro es muy importante para la meteorología y la aviación: la primera utiliza las corrientes para una predicción meteorológica más precisa, la segunda para construir rutas de vuelo de aviones, porque En los límites de las corrientes se forman fuertes vórtices turbulentos, similares a pequeños remolinos, llamados “turbulencias de cielo despejado” debido a la ausencia de nubes a estas altitudes.
Bajo la influencia de las corrientes en chorro a gran altitud, a menudo se forman rupturas en la tropopausa y, a veces, desaparece por completo, aunque luego se forma de nuevo. Esto se observa especialmente en latitudes subtropicales, en las que prevalece una poderosa corriente subtropical de gran altitud. Además, la diferencia en las capas de la tropopausa en la temperatura ambiente conduce a la formación de lagunas. Por ejemplo, existe una gran brecha entre la tropopausa polar cálida y baja y la tropopausa alta y fría de las latitudes tropicales. Recientemente también ha surgido una capa de la tropopausa de latitudes templadas, que presenta discontinuidades con las dos capas anteriores: polar y tropical.
La segunda capa de la atmósfera terrestre es la estratosfera. La estratosfera se puede dividir aproximadamente en dos regiones. El primero de ellos, situado a una altitud de 25 km, se caracteriza por temperaturas casi constantes, que son iguales a las temperaturas de las capas superiores de la troposfera en un área determinada. La segunda región, o región de inversión, se caracteriza por un aumento de la temperatura del aire hasta altitudes de aproximadamente 40 km. Esto ocurre debido a la absorción de la radiación ultravioleta solar por el oxígeno y el ozono. En la parte superior de la estratosfera, gracias a este calentamiento, la temperatura suele ser positiva o incluso comparable a la temperatura del aire en la superficie.
Por encima de la región de inversión hay una capa de temperaturas constantes, que se llama estratopausa y es el límite entre la estratosfera y la mesosfera. Su espesor alcanza los 15 km.
A diferencia de la troposfera, las perturbaciones turbulentas son raras en la estratosfera, pero hay fuertes vientos horizontales o corrientes en chorro que soplan en zonas estrechas a lo largo de los límites de las latitudes templadas frente a los polos. La posición de estas zonas no es constante: pueden cambiar, expandirse o incluso desaparecer por completo. A menudo, las corrientes en chorro penetran en las capas superiores de la troposfera o, por el contrario, masas de aire de la troposfera penetran en las capas inferiores de la estratosfera. Esta mezcla de masas de aire es especialmente típica en zonas de frentes atmosféricos.
Hay poco vapor de agua en la estratosfera. El aire aquí es muy seco y por eso se forman pocas nubes. Sólo en altitudes de 20 a 25 km y en latitudes altas se pueden observar nubes nacaradas muy delgadas que consisten en gotas de agua sobreenfriada. Durante el día estas nubes no son visibles, pero con la llegada de la oscuridad parecen brillar debido a la iluminación de ellas por el Sol, que ya se ha puesto detrás del horizonte.
A las mismas altitudes (20-25 km) en la estratosfera inferior se encuentra la llamada capa de ozono, el área con el mayor contenido de ozono, que se forma bajo la influencia de la radiación solar ultravioleta (puede obtener más información sobre esto proceso en la página). La capa de ozono u ozonosfera es de suma importancia para mantener la vida de todos los organismos que viven en la tierra, absorbiendo los mortíferos rayos ultravioleta con una longitud de onda de hasta 290 nm. Es por ello que los organismos vivos no viven por encima de la capa de ozono; es el límite superior de la distribución de la vida en la Tierra.
Bajo la influencia del ozono, los campos magnéticos también cambian, los átomos y moléculas se desintegran, se produce ionización y se forman nuevos gases y otros compuestos químicos.
La capa de la atmósfera que se encuentra encima de la estratosfera se llama mesosfera. Se caracteriza por una disminución de la temperatura del aire con la altura con un gradiente vertical promedio de 0,25-0,3°/100 m, lo que conduce a fuertes turbulencias. En los límites superiores de la mesosfera, en la región llamada mesopausa, se registraron temperaturas de hasta -138°C, el mínimo absoluto para toda la atmósfera terrestre.
Aquí, dentro de la mesopausia, se encuentra el límite inferior de la región de absorción activa de rayos X y radiación ultravioleta de onda corta del Sol. Este proceso de energía se llama transferencia de calor radiante. Como resultado, el gas se calienta y se ioniza, lo que hace que la atmósfera brille.
A altitudes de 75 a 90 km, en los límites superiores de la mesosfera, se observaron nubes especiales que ocupan vastas áreas en las regiones polares del planeta. Estas nubes se llaman noctilucentes por su brillo al anochecer, que es provocado por el reflejo de la luz solar en los cristales de hielo que las componen.
La presión del aire dentro de la mesopausa es 200 veces menor que en la superficie terrestre. Esto sugiere que casi todo el aire de la atmósfera se concentra en sus 3 capas inferiores: la troposfera, la estratosfera y la mesosfera. Las capas suprayacentes, la termosfera y la exosfera, representan sólo el 0,05% de la masa de toda la atmósfera.
La termosfera se encuentra a altitudes de 90 a 800 km sobre la superficie de la Tierra.
La termosfera se caracteriza por un aumento continuo de la temperatura del aire hasta altitudes de 200 a 300 km, donde puede alcanzar los 2500°C. La temperatura aumenta debido a la absorción de rayos X y radiación ultravioleta de onda corta del Sol por parte de las moléculas de gas. Por encima de los 300 km sobre el nivel del mar, el aumento de temperatura se detiene.
Simultáneamente con el aumento de temperatura, disminuye la presión y, en consecuencia, la densidad del aire circundante. Entonces, si en los límites inferiores de la termosfera la densidad es 1,8 × 10 -8 g/cm 3, entonces en los límites superiores ya es 1,8 × 10 -15 g/cm 3, lo que corresponde aproximadamente a 10 millones - mil millones de partículas por 1 cm 3.
Todas las características de la termosfera, como la composición del aire, su temperatura, densidad, están sujetas a fuertes fluctuaciones: según la ubicación geográfica, la estación del año y la hora del día. Incluso cambia la ubicación del límite superior de la termosfera.
La capa superior de la atmósfera se llama exosfera o capa de dispersión. Su límite inferior cambia constantemente dentro de límites muy amplios; La altura media se considera de 690 a 800 km. Se instala donde se puede despreciar la probabilidad de colisiones intermoleculares o interatómicas, es decir, la distancia promedio que recorrerá una molécula que se mueve caóticamente antes de chocar con otra molécula similar (el llamado camino libre) será tan grande que, de hecho, las moléculas no chocarán con una probabilidad cercana a cero. La capa donde se produce el fenómeno descrito se denomina pausa térmica.
El límite superior de la exosfera se encuentra a altitudes de 2 a 3 mil km. Está muy borroso y gradualmente se convierte en un vacío casi espacial. A veces, por esta razón, la exosfera se considera parte del espacio exterior y su límite superior se considera una altura de 190 mil km, en la que la influencia de la presión de la radiación solar sobre la velocidad de los átomos de hidrógeno excede la atracción gravitacional del Tierra. Este es el llamado la corona terrestre, formada por átomos de hidrógeno. La densidad de la corona terrestre es muy pequeña: sólo 1.000 partículas por centímetro cúbico, pero esta cifra es más de 10 veces mayor que la concentración de partículas en el espacio interplanetario.
Debido a la extrema rarefacción del aire en la exosfera, las partículas se mueven alrededor de la Tierra en órbitas elípticas sin chocar entre sí. Algunos de ellos, moviéndose a velocidades cósmicas a lo largo de trayectorias abiertas o hiperbólicas (átomos de hidrógeno y helio), abandonan la atmósfera y se dirigen al espacio exterior, por lo que la exosfera se llama esfera de dispersión.
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✪ Nave Espacial Tierra (Episodio 14) - Atmósfera
✪ ¿Por qué la atmósfera no fue arrastrada al vacío del espacio?
✪ Entrada de la nave espacial Soyuz TMA-8 a la atmósfera terrestre
✪ Estructura de la atmósfera, significado, estudio.
✪ O. S. Ugolnikov "Atmósfera superior. Encuentro de la Tierra y el espacio"
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Límite atmosférico
Se considera atmósfera a aquella región alrededor de la Tierra en la que el medio gaseoso gira junto con la Tierra como un todo. La atmósfera pasa gradualmente al espacio interplanetario, en la exosfera, a partir de una altitud de 500 a 1000 km de la superficie de la Tierra.
Según la definición propuesta por la Federación Internacional de Aviación, el límite entre la atmósfera y el espacio se traza a lo largo de la línea de Karman, situada a una altitud de unos 100 km, por encima de la cual los vuelos aéreos se vuelven completamente imposibles. La NASA utiliza la marca de 122 kilómetros (400.000 pies) como límite atmosférico, donde los transbordadores cambian de maniobras motorizadas a maniobras aerodinámicas.
Propiedades físicas
Además de los gases indicados en la tabla, la atmósfera contiene Cl 2 (\displaystyle (\ce (Cl2))) , SO2 (\displaystyle (\ce (SO2))) , NH3 (\displaystyle (\ce (NH3))) , CO (\displaystyle ((\ce (CO)))) , O 3 (\displaystyle ((\ce (O3)))) , NO 2 (\displaystyle (\ce (NO2))), hidrocarburos, HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , Hola (\displaystyle ((\ce (HI)))), parejas Hg (\displaystyle (\ce (Hg))) , Yo 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br 2 (\displaystyle (\ce (Br2))), así como muchos otros gases en pequeñas cantidades. La troposfera contiene constantemente una gran cantidad de partículas sólidas y líquidas en suspensión (aerosol). El gas más raro de la atmósfera terrestre es Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .
La estructura de la atmósfera.
Capa límite atmosférica
La capa inferior de la troposfera (de 1 a 2 km de espesor), en la que el estado y las propiedades de la superficie de la Tierra afectan directamente la dinámica de la atmósfera.
Troposfera
Su límite superior está a una altitud de 8 a 10 km en latitudes polares, de 10 a 12 km en templadas y de 16 a 18 km en latitudes tropicales; menor en invierno que en verano.
La capa principal inferior de la atmósfera contiene más del 80% de la masa total de aire atmosférico y aproximadamente el 90% del vapor de agua total presente en la atmósfera. En la troposfera la turbulencia y la convección están muy desarrolladas, aparecen nubes y se desarrollan ciclones y anticiclones. La temperatura disminuye al aumentar la altitud con un gradiente vertical promedio de 0,65°/100 metros.
tropopausa
La capa de transición de la troposfera a la estratosfera, una capa de la atmósfera en la que se detiene la disminución de temperatura con la altura.
Estratosfera
Capa de la atmósfera ubicada a una altitud de 11 a 50 km. Se caracteriza por un ligero cambio de temperatura en la capa de 11 a 25 km (capa inferior de la estratosfera) y un aumento en la capa de 25 a 40 km de menos 56,5 a más 0,8 ° C (capa superior de la estratosfera o región de inversión). Habiendo alcanzado un valor de aproximadamente 273 K (casi 0 °C) a una altitud de aproximadamente 40 km, la temperatura permanece constante hasta una altitud de aproximadamente 55 km. Esta región de temperatura constante se llama estratopausa y es el límite entre la estratosfera y la mesosfera.
estratopausa
La capa límite de la atmósfera entre la estratosfera y la mesosfera. En la distribución vertical de la temperatura hay un máximo (aproximadamente 0 °C).
mesosfera
termosfera
El límite superior es de unos 800 km. La temperatura aumenta a altitudes de 200-300 km, donde alcanza valores del orden de 1500 K, después de lo cual permanece casi constante en altitudes elevadas. Bajo la influencia de la radiación solar y la radiación cósmica, se produce la ionización del aire ("auroras"): las principales regiones de la ionosfera se encuentran dentro de la termosfera. En altitudes superiores a los 300 km predomina el oxígeno atómico. El límite superior de la termosfera está determinado en gran medida por la actividad actual del Sol. Durante los períodos de baja actividad, por ejemplo, en 2008-2009, se observa una disminución notable en el tamaño de esta capa.
termopausa
La región de la atmósfera adyacente por encima de la termosfera. En esta región, la absorción de radiación solar es insignificante y la temperatura en realidad no cambia con la altitud.
Exosfera (esfera de dispersión)
Hasta una altitud de 100 km, la atmósfera es una mezcla de gases homogénea y bien mezclada. En las capas superiores, la distribución de los gases por altura depende de sus pesos moleculares; la concentración de gases más pesados disminuye más rápidamente con la distancia a la superficie de la Tierra. Debido a la disminución de la densidad del gas, la temperatura desciende de 0 °C en la estratosfera a -110 °C en la mesosfera. Sin embargo, la energía cinética de las partículas individuales a altitudes de 200 a 250 km corresponde a una temperatura de ~ 150 °C. Por encima de los 200 km se observan importantes fluctuaciones de temperatura y densidad de gas en el tiempo y el espacio.
A una altitud de unos 2000-3500 km, la exosfera se convierte gradualmente en la llamada vacío casi espacial, que está lleno de raras partículas de gas interplanetario, principalmente átomos de hidrógeno. Pero este gas representa sólo una parte de la materia interplanetaria. La otra parte está formada por partículas de polvo de origen cometario y meteórico. Además de las partículas de polvo extremadamente enrarecidas, en este espacio penetra radiación electromagnética y corpuscular de origen solar y galáctico.
Revisar
La troposfera representa aproximadamente el 80% de la masa de la atmósfera, la estratosfera, aproximadamente el 20%; la masa de la mesosfera no supera el 0,3%, la termosfera es menos del 0,05% de la masa total de la atmósfera.
Según las propiedades eléctricas de la atmósfera, distinguen neutrosfera Y ionosfera .
Dependiendo de la composición del gas en la atmósfera, emiten homosfera Y heterosfera. heterosfera- Esta es la zona donde la gravedad afecta la separación de los gases, ya que su mezcla a tal altitud es insignificante. Esto implica una composición variable de la heterosfera. Debajo se encuentra una parte homogénea y bien mezclada de la atmósfera, llamada homósfera. El límite entre estas capas se llama turbopausa y se encuentra a una altitud de unos 120 km.
Otras propiedades de la atmósfera y efectos sobre el cuerpo humano.
Ya a una altitud de 5 km sobre el nivel del mar, una persona no entrenada comienza a experimentar falta de oxígeno y, sin adaptación, su rendimiento se reduce significativamente. Aquí termina la zona fisiológica de la atmósfera. La respiración humana se vuelve imposible a una altitud de 9 km, aunque hasta aproximadamente 115 km la atmósfera contiene oxígeno.
La atmósfera nos proporciona el oxígeno necesario para respirar. Sin embargo, debido a la caída de la presión total de la atmósfera, a medida que se asciende en altitud, la presión parcial de oxígeno disminuye en consecuencia.
Historia de la formación atmosférica.
Según la teoría más común, la atmósfera terrestre ha tenido tres composiciones diferentes a lo largo de su historia. Inicialmente, estaba formado por gases ligeros (hidrógeno y helio) capturados del espacio interplanetario. Este es el llamado atmósfera primaria. En la siguiente etapa, la actividad volcánica activa provocó la saturación de la atmósfera con gases distintos del hidrógeno (dióxido de carbono, amoníaco, vapor de agua). Así se formó atmósfera secundaria. Esta atmósfera fue reconfortante. Además, el proceso de formación de la atmósfera estuvo determinado por los siguientes factores:
- fuga de gases ligeros (hidrógeno y helio) al espacio interplanetario;
- reacciones químicas que ocurren en la atmósfera bajo la influencia de la radiación ultravioleta, descargas de rayos y algunos otros factores.
Poco a poco estos factores condujeron a la formación atmósfera terciaria, caracterizado por un contenido mucho menor de hidrógeno y un contenido mucho mayor de nitrógeno y dióxido de carbono (formado como resultado de reacciones químicas a partir de amoníaco e hidrocarburos).
Nitrógeno
La formación de una gran cantidad de nitrógeno se debe a la oxidación de la atmósfera de amoníaco-hidrógeno por el oxígeno molecular. O 2 (\displaystyle (\ce (O2))), que comenzó a surgir de la superficie del planeta como resultado de la fotosíntesis, que comenzó hace 3 mil millones de años. También nitrógeno norte 2 (\displaystyle (\ce (N2))) liberado a la atmósfera como resultado de la desnitrificación de nitratos y otros compuestos que contienen nitrógeno. El nitrógeno es oxidado por el ozono para NO (\displaystyle ((\ce (NO)))) en las capas superiores de la atmósfera.
Nitrógeno norte 2 (\displaystyle (\ce (N2))) reacciona sólo en condiciones específicas (por ejemplo, durante la descarga de un rayo). La oxidación del nitrógeno molecular por el ozono durante las descargas eléctricas se utiliza en pequeñas cantidades en la producción industrial de fertilizantes nitrogenados. Cianobacterias (algas verdiazules) y bacterias nódulos, que forman simbiosis rizobia con plantas leguminosas, que pueden ser abonos verdes eficaces: plantas que no agotan el suelo, pero lo enriquecen con fertilizantes naturales, pueden oxidarlo con un bajo consumo de energía y transformarlo. en una forma biológicamente activa.
Oxígeno
La composición de la atmósfera comenzó a cambiar radicalmente con la aparición de organismos vivos en la Tierra como resultado de la fotosíntesis, acompañada de la liberación de oxígeno y la absorción de dióxido de carbono. Inicialmente, el oxígeno se gastaba en la oxidación de compuestos reducidos: amoníaco, hidrocarburos, hierro ferroso contenido en los océanos y otros. Al finalizar esta etapa, el contenido de oxígeno en la atmósfera comenzó a aumentar. Poco a poco se fue formando una atmósfera moderna con propiedades oxidantes. Dado que esto provocó cambios graves y abruptos en muchos procesos que ocurren en la atmósfera, la litosfera y la biosfera, este evento se denominó Catástrofe del Oxígeno.
Gases nobles
La contaminación del aire
Recientemente, el ser humano ha comenzado a influir en la evolución de la atmósfera. El resultado de la actividad humana ha sido un aumento constante del contenido de dióxido de carbono en la atmósfera debido a la combustión de combustibles de hidrocarburos acumulados en eras geológicas anteriores. Durante la fotosíntesis se consumen cantidades enormes y son absorbidas por los océanos del mundo. Este gas ingresa a la atmósfera por la descomposición de rocas carbonatadas y sustancias orgánicas de origen vegetal y animal, así como por el vulcanismo y la actividad industrial humana. Contenido de los últimos 100 años CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) en la atmósfera aumentó un 10%, y la mayor parte (360 mil millones de toneladas) provino de la quema de combustibles. Si la tasa de crecimiento de la quema de combustible continúa, en los próximos 200 a 300 años la cantidad CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) en la atmósfera se duplicará y puede provocar
Cualquiera que haya volado en avión está acostumbrado a recibir este tipo de mensajes: “nuestro vuelo se realiza a una altitud de 10.000 m, la temperatura exterior es de 50 °C”. No parece nada especial. Cuanto más lejos de la superficie de la Tierra calentada por el Sol, más fría es. Mucha gente piensa que la temperatura disminuye continuamente con la altitud y que la temperatura desciende gradualmente, acercándose a la temperatura del espacio. Por cierto, los científicos pensaban lo mismo hasta finales del siglo XIX.
Echemos un vistazo más de cerca a la distribución de la temperatura del aire sobre la Tierra. La atmósfera está dividida en varias capas, que reflejan principalmente la naturaleza de los cambios de temperatura.
La capa inferior de la atmósfera se llama troposfera, que significa "esfera de rotación". Todos los cambios en el tiempo y el clima son el resultado de procesos físicos que ocurren precisamente en esta capa. El límite superior de esta capa se encuentra donde la disminución de la temperatura con la altura es reemplazada por su aumento, aproximadamente en. una altitud de 15 a 16 km sobre el ecuador y de 7 a 8 km sobre los polos. Al igual que la Tierra misma, la atmósfera, bajo la influencia de la rotación de nuestro planeta, también se aplana algo por encima de los polos y se hincha por encima del ecuador. Sin embargo, este efecto es mucho más pronunciado en la atmósfera que en la capa sólida de la Tierra en la dirección desde la superficie de la Tierra hasta. En el límite superior de la troposfera, la temperatura del aire disminuye. Por encima del ecuador, la temperatura mínima del aire es. alrededor de -62 ° C, y por encima de los polos, alrededor de -45 ° C. En latitudes templadas, más del 75% de la masa de la atmósfera se encuentra en la troposfera. En los trópicos, alrededor del 90% se encuentra dentro de la troposfera. de la atmósfera.
En 1899, se encontró un mínimo en el perfil vertical de temperatura a cierta altitud, y luego la temperatura aumentó ligeramente. El comienzo de este aumento significa la transición a la siguiente capa de la atmósfera: a estratosfera, que significa "esfera de capa". El término estratosfera significa y refleja la idea anterior de la singularidad de la capa que se encuentra sobre la troposfera. La estratosfera se extiende hasta una altitud de unos 50 km sobre la superficie terrestre. , en particular, un fuerte aumento de la temperatura del aire. Este aumento de temperatura se explica por la reacción de formación de ozono, una de las principales reacciones químicas que ocurren en la atmósfera.
La mayor parte del ozono se concentra en altitudes de aproximadamente 25 km, pero en general la capa de ozono es una capa muy extendida que cubre casi toda la estratosfera. La interacción del oxígeno con los rayos ultravioleta es uno de los procesos beneficiosos de la atmósfera terrestre que contribuye al mantenimiento de la vida en la Tierra. La absorción de esta energía por el ozono impide su flujo excesivo a la superficie terrestre, donde se crea exactamente el nivel de energía adecuado para la existencia de formas de vida terrestres. La ozonosfera absorbe parte de la energía radiante que atraviesa la atmósfera. Como resultado, en la ozonosfera se establece un gradiente vertical de temperatura del aire de aproximadamente 0,62°C por 100 m, es decir, la temperatura aumenta con la altitud hasta el límite superior de la estratosfera, la estratopausa (50 km), alcanzando, según algunos datos, 0°C.
En altitudes de 50 a 80 km hay una capa de la atmósfera llamada mesosfera. La palabra "mesosfera" significa "esfera intermedia", donde la temperatura del aire continúa disminuyendo con la altura. Por encima de la mesosfera, en una capa llamada termosfera, la temperatura vuelve a subir con la altitud hasta unos 1000°C y luego baja muy rápidamente a -96°C. Sin embargo, no baja indefinidamente, luego la temperatura vuelve a aumentar.
termosfera es la primera capa ionosfera. A diferencia de las capas mencionadas anteriormente, la ionosfera no se distingue por la temperatura. La ionosfera es una zona de naturaleza eléctrica que posibilita muchos tipos de radiocomunicaciones. La ionosfera se divide en varias capas, designadas con las letras D, E, F1 y F2. Estas capas también tienen nombres especiales. La separación en capas se debe a varias razones, entre las cuales la más importante es la influencia desigual de las capas en el paso de las ondas de radio. La capa más baja, D, absorbe principalmente ondas de radio y, por lo tanto, evita su propagación. La capa E mejor estudiada se encuentra a una altitud de aproximadamente 100 km sobre la superficie terrestre. También se llama capa de Kennelly-Heaviside por los nombres de los científicos estadounidenses e ingleses que la descubrieron de forma simultánea e independiente. La capa E, como un espejo gigante, refleja ondas de radio. Gracias a esta capa, las ondas de radio largas viajan distancias más largas de lo que se esperaría si se propagaran solo en línea recta, sin reflejarse en la capa E. La capa F tiene propiedades similares. También se llama capa de Appleton. Junto con la capa de Kennelly-Heaviside, refleja ondas de radio hacia estaciones de radio terrestres. Esta reflexión puede ocurrir en varios ángulos. La capa Appleton se encuentra a una altitud de unos 240 km.
La región más externa de la atmósfera, la segunda capa de la ionosfera, a menudo se llama exosfera. Este término se refiere a la existencia de las afueras del espacio cerca de la Tierra. Es difícil determinar exactamente dónde termina la atmósfera y comienza el espacio, ya que con la altitud la densidad de los gases atmosféricos disminuye gradualmente y la atmósfera misma se convierte gradualmente en casi un vacío, en el que solo se encuentran moléculas individuales. Ya a una altitud de aproximadamente 320 km, la densidad de la atmósfera es tan baja que las moléculas pueden viajar más de 1 km sin chocar entre sí. Su límite superior es la parte más exterior de la atmósfera, que se encuentra en altitudes de 480 a 960 km.
Puede encontrar más información sobre los procesos en la atmósfera en el sitio web “Earth Climate”
- la capa de aire del globo, que gira junto con la Tierra. El límite superior de la atmósfera se dibuja convencionalmente en altitudes de 150 a 200 km. El límite inferior es la superficie de la Tierra.
El aire atmosférico es una mezcla de gases. La mayor parte de su volumen en la capa superficial del aire corresponde a nitrógeno (78%) y oxígeno (21%). Además, el aire contiene gases inertes (argón, helio, neón, etc.), dióxido de carbono (0,03), vapor de agua y diversas partículas sólidas (polvo, hollín, cristales de sal).
El aire es incoloro y el color del cielo se explica por las características de la dispersión de las ondas de luz.
La atmósfera está formada por varias capas: troposfera, estratosfera, mesosfera y termosfera.
La capa de aire inferior del suelo se llama troposfera. En diferentes latitudes su poder no es el mismo. La troposfera sigue la forma del planeta y participa junto con la Tierra en la rotación axial. En el ecuador, el espesor de la atmósfera varía de 10 a 20 km. En el ecuador es mayor y en los polos es menor. La troposfera se caracteriza por una densidad máxima del aire; en ella se concentran 4/5 de la masa de toda la atmósfera. La troposfera determina las condiciones climáticas: aquí se forman varias masas de aire, se forman nubes y precipitaciones y se produce un intenso movimiento de aire horizontal y vertical.
Por encima de la troposfera, hasta una altitud de 50 km, se encuentra estratosfera. Se caracteriza por una menor densidad del aire y carece de vapor de agua. En la parte inferior de la estratosfera a altitudes de unos 25 km. hay una "pantalla de ozono", una capa de la atmósfera con una alta concentración de ozono, que absorbe la radiación ultravioleta, que es fatal para los organismos.
A una altitud de 50 a 80-90 km se extiende mesosfera. Al aumentar la altitud, la temperatura disminuye con un gradiente vertical promedio de (0,25-0,3)°/100 m, y la densidad del aire disminuye. El principal proceso energético es la transferencia de calor radiante. El brillo atmosférico es causado por complejos procesos fotoquímicos que involucran radicales y moléculas excitadas por vibración.
termosfera Ubicado a una altitud de 80-90 a 800 km. La densidad del aire aquí es mínima y el grado de ionización del aire es muy alto. La temperatura cambia dependiendo de la actividad del sol. Debido a la gran cantidad de partículas cargadas, aquí se observan auroras y tormentas magnéticas.
La atmósfera es de gran importancia para la naturaleza de la Tierra. Sin oxígeno, los organismos vivos no pueden respirar. Su capa de ozono protege a todos los seres vivos de los dañinos rayos ultravioleta. La atmósfera suaviza las fluctuaciones de temperatura: la superficie de la Tierra no se sobreenfría durante la noche ni se sobrecalienta durante el día. En densas capas de aire atmosférico, antes de llegar a la superficie del planeta, los meteoritos arden con espinas.
La atmósfera interactúa con todas las capas de la tierra. Con su ayuda, se intercambia calor y humedad entre el océano y la tierra. Sin la atmósfera no habría nubes, precipitaciones ni vientos.
Las actividades económicas humanas tienen un impacto adverso significativo en la atmósfera. Se produce contaminación del aire atmosférico, lo que provoca un aumento de la concentración de monóxido de carbono (CO 2). Y esto contribuye al calentamiento global y aumenta el “efecto invernadero”. La capa de ozono de la Tierra se destruye debido a los residuos industriales y al transporte.
La atmósfera necesita protección. En los países desarrollados, se están implementando un conjunto de medidas para proteger el aire atmosférico de la contaminación.
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