Atmosferos storis yra maždaug 120 km nuo Žemės paviršiaus. Bendra oro masė atmosferoje yra (5,1-5,3) 10 18 kg. Iš jų sauso oro masė 5,1352 ±0,0003 10 18 kg, bendra vandens garų masė vidutiniškai 1,27 10 16 kg.
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 ° (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 pastovios temperatūros sritis 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
Žemės atmosfera
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“) – pagrindinės jonosferos sritys 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 (išsklaidymo sfera)
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. Sumažėjus dujų tankiui 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 vadinamąja. šalia kosminio vakuumo, kuris užpildytas 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, jie išskiria homosfera Ir heterosfera. Heterosfera- Tai sritis, kurioje gravitacija veikia dujų atsiskyrimą, nes jų maišymas 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 apie 120 km aukštyje.
Fiziologinės ir kitos atmosferos savybės
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.
Retuose oro sluoksniuose garso sklidimas neįmanomas. Iki 60-90 km aukščio vis dar galima naudoti oro pasipriešinimą ir pakėlimą kontroliuojamam aerodinaminiam skrydžiui. Tačiau pradedant nuo 100–130 km aukščio, kiekvienam pilotui pažįstamos M skaičiaus ir garso barjero sąvokos praranda prasmę: eina įprasta Karmano linija, už kurios prasideda grynai balistinio skrydžio regionas, kuris gali tik valdyti naudojant reaktyviąsias jėgas.
Virš 100 km aukštyje atmosfera netenka kitos nepaprastos savybės – gebėjimo sugerti, pravesti ir perduoti šiluminę energiją konvekcijos būdu (t.y. maišant orą). Tai reiškia, kad įvairūs orbitinės kosminės stoties įrangos elementai negalės būti vėsinami iš išorės taip, kaip tai 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
Remiantis labiausiai paplitusia teorija, laikui bėgant Žemės atmosfera buvo trijų skirtingų kompozicijų. Iš pradžių jį sudarė lengvosios dujos (vandenilis ir helis), paimtos iš tarpplanetinės erdvės. Tai yra vadinamasis pirminė atmosfera(prieš maždaug keturis milijardus metų). Kitame etape dėl aktyvios vulkaninės veiklos atmosfera buvo prisotinta kitomis dujomis nei vandenilis (anglies dioksidas, amoniakas, vandens garai). Taip jis susiformavo antrinė atmosfera(maždaug prieš tris milijardus metų iki šių dienų). Ši atmosfera buvo atkurianti. Be to, atmosferos formavimosi procesą lėmė šie veiksniai:
- lengvųjų dujų (vandenilio ir helio) nutekėjimas į tarpplanetinę erdvę;
- cheminės reakcijos, vykstančios atmosferoje, veikiant ultravioletinei spinduliuotei, žaibo iškrovoms ir kai kuriems kitiems veiksniams.
Palaipsniui šie veiksniai lėmė formavimąsi tretinė atmosfera, pasižymintis daug mažesniu vandenilio kiekiu ir daug didesniu azoto bei anglies dioksido kiekiu (susidaro dėl cheminių reakcijų iš amoniako ir angliavandenilių).
Azotas
Didelis azoto N2 kiekis 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 N 2 reaguoja tik tam tikromis sąlygomis (pavyzdžiui, žaibo išlydžio metu). Molekulinio azoto oksidacija ozonu elektros iškrovų metu yra naudojama mažais kiekiais pramoninėje azoto trąšų gamyboje. Melsvadumbliai (melsvadumbliai) ir mazginės bakterijos, sudarančios rizobinę simbiozę su ankštiniais augalais, vadinamosios, sunaudodamos mažai energijos gali ją oksiduoti ir paversti biologiškai aktyvia forma. 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.
Inercinės dujos
Oro tarša
Neseniai žmonės pradėjo daryti įtaką atmosferos evoliucijai. Jo veiklos rezultatas buvo nuolatinis reikšmingas anglies dioksido kiekio atmosferoje padidėjimas dėl ankstesnėse geologinėse erose sukaupto angliavandenilių kuro deginimo. Fotosintezės metu sunaudojamas didžiulis CO 2 kiekis, kurį 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 CO 2 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 CO 2 kiekis atmosferoje padvigubės ir gali sukelti pasaulinę klimato kaitą.
Kuro deginimas yra pagrindinis teršiančių dujų (CO, SO2) šaltinis. Sieros dioksidą atmosferos deguonis oksiduoja iki SO 3 viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, kurie savo ruožtu sąveikauja su vandens ir amoniako garais, o susidariusia sieros rūgštimi (H 2 SO 4) ir amonio sulfatu ((NH 4) 2 SO 4 ) grąžinami į Žemės paviršių vadinamųjų pavidalu. rūgštūs lietūs. Vidaus degimo variklių naudojimas sukelia didelę atmosferos taršą azoto oksidais, angliavandeniliais ir švino junginiais (tetraetilšvinu Pb(CH 3 CH 2) 4)).
Atmosferos taršą aerozoliu sukelia tiek gamtinės priežastys (ugnikalnių išsiveržimai, dulkių audros, jūros vandens lašų ir augalų žiedadulkių patekimas ir kt.), tiek žmogaus ūkinė veikla (rūdos ir statybinių medžiagų kasyba, kuro deginimas, cemento gamyba ir kt.). ). Intensyvus didelio masto kietųjų dalelių išmetimas į atmosferą yra viena iš galimų klimato kaitos priežasčių planetoje.
taip pat žr
- Jacchia (atmosferos modelis)
Pastabos
Nuorodos
Literatūra
- V. V. Parinas, F. P. Kosmolinskis, B. A. Duškovas„Kosmoso biologija ir medicina“ (2-asis leidimas, pataisytas ir išplėstas), M.: „Prosveshcheniye“, 1975, 223 p.
- N. V. Gusakova„Aplinkos chemija“, Rostovas prie Dono: Phoenix, 2004, 192 su ISBN 5-222-05386-5
- Sokolovas V.A. Gamtinių dujų geochemija, M., 1971;
- McEwen M., Phillips L. Atmosferos chemija, M., 1978;
- Wark K., Warner S. Oro tarša. Šaltiniai ir kontrolė, vert. iš anglų k., M.. 1980;
- Natūralios aplinkos foninės taršos monitoringas. V. 1, L., 1982 m.
| Žemė | ||
|---|---|---|
| Žemės istorija | Žemės amžius Geologinė Žemės istorija Geochronologinė skalė Gyvybės Žemėje istorija Žemės apledėjimas Silpnos jaunos Saulės Paradoksas Milžino smūgio teorija Evoliucijos chronologija |  |
| Geografija ir geologija |
Australija Azija Antarktida Afrika Europa Šiaurės Amerika Pietų Amerika Atlanto vandenynas Indijos vandenynas Arkties vandenynas | |
Žemės atmosfera yra nevienalytė: skirtinguose aukščiuose skiriasi oro tankis ir slėgis, kinta temperatūra ir dujų sudėtis. Pagal aplinkos oro temperatūros elgseną (t.y. temperatūra didėja arba mažėja didėjant aukščiui) jame išskiriami šie sluoksniai: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera ir egzosfera. Ribos tarp sluoksnių vadinamos pauzėmis: jų yra 4, nes viršutinė egzosferos riba yra labai neryški ir dažnai reiškia artimą erdvę. Bendrą atmosferos struktūrą galite rasti pridedamoje diagramoje.
1 pav. Žemės atmosferos sandara. Kreditas: svetainė
Žemiausias atmosferos sluoksnis yra troposfera, kurios viršutinė riba, vadinama tropopauze, kinta priklausomai nuo geografinės platumos ir svyruoja nuo 8 km. poliarinėje iki 20 km. atogrąžų platumose. Vidutinėse arba vidutinio klimato platumose jos viršutinė riba yra 10-12 km aukštyje Per metus viršutinė troposferos riba svyruoja priklausomai nuo saulės spinduliuotės antplūdžio. Taigi, JAV meteorologijos tarnybai atlikus zondavimą Žemės pietiniame ašigalyje, paaiškėjo, kad nuo kovo iki rugpjūčio arba rugsėjo mėn. vyksta pastovus troposferos vėsimas, dėl kurio trumpam rugpjūčio mėn. arba rugsėjį jos riba pakyla iki 11,5 km. Tada, nuo rugsėjo iki gruodžio, jis greitai mažėja ir pasiekia žemiausią padėtį - 7,5 km, o po to jo aukštis išlieka beveik nepakitęs iki kovo. Tie. Didžiausią storį troposfera pasiekia vasarą, o ploniausią – žiemą.
Verta paminėti, kad, be sezoninių, yra ir kasdienių tropopauzės aukščio svyravimų. Taip pat jo padėčiai įtakos turi ciklonai ir anticiklonai: pirmajame krenta, nes Slėgis juose yra mažesnis nei aplinkiniame ore, antra, atitinkamai pakyla.
Troposferoje yra iki 90% visos žemės oro masės ir 9/10 visų vandens garų. Turbulencija čia labai išvystyta, ypač paviršiniuose ir aukščiausiuose sluoksniuose, susidaro įvairaus lygio debesys, formuojasi ciklonai ir anticiklonai. O dėl nuo Žemės paviršiaus atsispindėjusių saulės spindulių šiltnamio efektą sukeliančių dujų (anglies dioksido, metano, vandens garų) kaupimosi vystosi šiltnamio efektas.
Šiltnamio efektas yra susijęs su oro temperatūros troposferoje mažėjimu su aukščiu (nes įkaitusi Žemė daugiau šilumos atiduoda paviršiniams sluoksniams). Vidutinis vertikalus nuolydis yra 0,65°/100 m (t. y. oro temperatūra nukrenta 0,65° C kas 100 pakilimo metrų). Taigi, jei vidutinė metinė oro temperatūra Žemės paviršiuje prie pusiaujo yra +26°, tai ties viršutine riba – -70°. Temperatūra tropopauzės regione virš Šiaurės ašigalio ištisus metus svyruoja nuo -45° vasarą iki -65° žiemą.
Didėjant aukščiui, oro slėgis taip pat mažėja ir sudaro tik 12–20% paviršinio lygio viršutinėje troposferos riboje.
Ties troposferos ir viršutinio stratosferos sluoksnio riba yra tropopauzės sluoksnis, kurio storis 1-2 km. Apatinės tropopauzės ribos paprastai laikomos oro sluoksniu, kuriame vertikalus gradientas sumažėja iki 0,2°/100 m, palyginti su 0,65°/100 m apatiniuose troposferos regionuose.
Tropopauzės metu stebimi griežtai apibrėžtos krypties oro srautai, vadinami didelio aukščio reaktyviniais srautais arba „reaktyviniais srautais“, susidarantys veikiant Žemės sukimuisi aplink savo ašį ir šildant atmosferą dalyvaujant saulės spinduliuotei. . Srovės stebimos zonų su dideliais temperatūrų skirtumais ribose. Yra keletas šių srovių lokalizacijos centrų, pavyzdžiui, arktinis, subtropinis, subpoliarinis ir kt. Reaktyvinių srautų lokalizacijos žinios labai svarbios meteorologijai ir aviacijai: pirmasis naudoja srautus tikslesnei orų prognozei, antrasis – orlaivių skrydžių maršrutams kurti, nes Tėkmės ribose susidaro stiprūs turbulenciniai sūkuriai, panašūs į mažus sūkurius, vadinamus „giedro dangaus turbulencija“, nes šiuose aukščiuose nėra debesų.
Veikiant didelio aukščio reaktyvinėms srovėms, tropopauzėje dažnai susidaro lūžiai, o kartais visai išnyksta, nors vėliau susidaro iš naujo. Tai ypač dažnai pastebima subtropinėse platumose, kuriose vyrauja galinga subtropinė didelio aukščio srovė. Be to, dėl tropopauzės sluoksnių skirtumo aplinkos temperatūroje susidaro tarpai. Pavyzdžiui, yra didelis atotrūkis tarp šiltos ir žemos poliarinės tropopauzės bei aukštos ir šaltos atogrąžų platumos tropopauzės. Pastaruoju metu taip pat atsirado vidutinio klimato platumų tropopauzės sluoksnis, kuris turi nutrūkimų su ankstesniais dviem sluoksniais: poliariniu ir atogrąžų.
Antrasis žemės atmosferos sluoksnis yra stratosfera. Stratosferą galima apytiksliai suskirstyti į du regionus. Pirmajam iš jų, gulinčiam iki 25 km aukščio, būdinga beveik pastovi temperatūra, kuri yra lygi viršutinių troposferos sluoksnių temperatūrai tam tikroje srityje. Antrasis regionas, arba inversijos sritis, pasižymi oro temperatūros padidėjimu iki maždaug 40 km aukščio. Taip atsitinka dėl saulės ultravioletinės spinduliuotės sugerties deguonies ir ozono. Viršutinėje stratosferos dalyje dėl šio šildymo temperatūra dažnai būna teigiama arba netgi palyginama su paviršiaus oro temperatūra.
Virš inversijos srities yra pastovių temperatūrų sluoksnis, vadinamas stratopauze ir yra riba tarp stratosferos ir mezosferos. Jo storis siekia 15 km.
Skirtingai nei troposferoje, turbulentiniai trikdžiai stratosferoje yra reti, tačiau yra stiprūs horizontalūs vėjai arba srovės srautai, pučiantys siaurose zonose palei vidutinio klimato platumų ribas, nukreiptas į ašigalius. Šių zonų padėtis nėra pastovi: jos gali pasislinkti, plėstis ar net visai išnykti. Dažnai reaktyviniai srautai prasiskverbia į viršutinius troposferos sluoksnius arba, atvirkščiai, oro masės iš troposferos prasiskverbia į apatinius stratosferos sluoksnius. Toks oro masių maišymasis ypač būdingas atmosferos frontų srityse.
Stratosferoje yra mažai vandens garų. Oras čia labai sausas, todėl debesų susidaro nedaug. Tik 20–25 km aukštyje ir didelėse platumose galite pastebėti labai plonus perlamutrinius debesis, susidedančius iš peršalusio vandens lašelių. Dienos metu šių debesų nesimato, tačiau sutemus jie tarsi švyti, nes juos apšviečia jau žemiau horizonto nusileidusi Saulė.
Tame pačiame aukštyje (20-25 km) žemutinėje stratosferoje yra vadinamasis ozono sluoksnis - didžiausias ozono kiekis, kuris susidaro veikiant ultravioletinei saulės spinduliuotei (apie tai galite sužinoti daugiau procesą puslapyje). Ozono sluoksnis arba ozonosfera yra itin svarbus visų sausumoje gyvenančių organizmų gyvybei palaikyti, sugeriantis mirtinus ultravioletinius spindulius, kurių bangos ilgis siekia iki 290 nm. Būtent dėl šios priežasties gyvi organizmai negyvena aukščiau ozono sluoksnio, tai yra viršutinė gyvybės pasiskirstymo Žemėje riba.
Ozono įtakoje kinta ir magnetiniai laukai, suyra atomai, suyra molekulės, vyksta jonizacija, atsiranda naujų dujų ir kitų cheminių junginių susidarymo.
Atmosferos sluoksnis, esantis virš stratosferos, vadinamas mezosfera. Jam būdingas oro temperatūros sumažėjimas aukštyje, kai vidutinis vertikalus gradientas yra 0,25–0,3°/100 m, o tai sukelia didelę turbulenciją. Viršutinėse mezosferos ribose, regione, vadinamame mezopauze, buvo užfiksuota iki -138°C temperatūra, o tai yra absoliutus minimumas visai Žemės atmosferai.
Čia, mezopauzėje, yra apatinė rentgeno spindulių ir trumpųjų bangų ultravioletinės spinduliuotės iš Saulės aktyvios absorbcijos srities riba. Šis energijos procesas vadinamas spinduliniu šilumos perdavimu. Dėl to dujos įkaista ir jonizuojamos, todėl atmosfera švyti.
75–90 km aukštyje ties viršutinėmis mezosferos ribomis buvo pastebėti ypatingi debesys, užėmę didžiulius plotus poliariniuose planetos regionuose. Šie debesys vadinami noktiliuciniais dėl jų švytėjimo prieblandoje, kurį sukelia saulės šviesos atspindys nuo ledo kristalų, iš kurių šie debesys susideda.
Oro slėgis mezopauzėje yra 200 kartų mažesnis nei žemės paviršiuje. Tai rodo, kad beveik visas oras atmosferoje yra sutelktas 3 apatiniuose jos sluoksniuose: troposferoje, stratosferoje ir mezosferoje. Viršutiniai sluoksniai – termosfera ir egzosfera – sudaro tik 0,05 % visos atmosferos masės.
Termosfera yra 90–800 km aukštyje virš Žemės paviršiaus.
Termosferai būdingas nuolatinis oro temperatūros kilimas iki 200-300 km aukščio, kur ji gali siekti 2500°C. Temperatūra pakyla dėl rentgeno spindulių ir trumpųjų bangų ultravioletinių spindulių iš Saulės sugerties dujų molekulėms. Virš 300 km virš jūros lygio temperatūros kilimas sustoja.
Kartu kylant temperatūrai mažėja ir slėgis, taigi ir aplinkinio oro tankis. Taigi, jei apatinėse termosferos ribose tankis yra 1,8 × 10 -8 g/cm 3, tai prie viršutinių ribų jis jau yra 1,8 × 10 -15 g/cm 3, o tai apytiksliai atitinka 10 milijonų - 1 milijardą dalelių. už 1 cm3.
Visos termosferos charakteristikos, tokios kaip oro sudėtis, jo temperatūra, tankis, stipriai svyruoja: priklausomai nuo geografinės padėties, metų sezono ir paros laiko. Pasikeičia net viršutinės termosferos ribos vieta.
Viršutinis atmosferos sluoksnis vadinamas egzosfera arba sklaidos sluoksniu. Jo apatinė riba nuolat kinta labai plačiose ribose; Vidutinis aukštis yra 690–800 km. Jis įrengiamas ten, kur galima nepaisyti tarpmolekulinių ar tarpatominių susidūrimų tikimybės, t.y. vidutinis atstumas, kurį įveiks chaotiškai judanti molekulė prieš atsitrenkdama į kitą panašią molekulę (vadinamasis laisvasis kelias), bus toks didelis, kad iš tikrųjų molekulės nesusidurs su tikimybe, artima nuliui. Sluoksnis, kuriame vyksta aprašytas reiškinys, vadinamas termine pauze.
Viršutinė egzosferos riba yra 2-3 tūkstančių km aukštyje. Jis labai neryškus ir palaipsniui virsta artimu kosminiu vakuumu. Kartais dėl šios priežasties egzosfera laikoma kosmoso dalimi, o jos viršutinė riba laikoma 190 tūkstančių km aukštis, kuriame saulės spinduliuotės slėgio įtaka vandenilio atomų greičiui viršija gravitacinę trauką. Žemė. Tai yra vadinamasis Žemės vainikas, susidedantis iš vandenilio atomų. Žemės vainiko tankis labai mažas: tik 1000 dalelių kubiniame centimetre, tačiau šis skaičius daugiau nei 10 kartų viršija dalelių koncentraciją tarpplanetinėje erdvėje.
Dėl itin retėjančio oro egzosferoje dalelės juda aplink Žemę elipsinėmis orbitomis nesusidurdamos viena su kita. Kai kurie iš jų, judėdami atviromis arba hiperbolinėmis trajektorijomis kosminiu greičiu (vandenilio ir helio atomai), palieka atmosferą ir iškeliauja į kosmosą, todėl egzosfera vadinama sklaidos sfera.
Enciklopedinis „YouTube“.
1 / 5
✪ Erdvėlaivis Žemė (14 serija) – atmosfera
✪ Kodėl atmosfera nebuvo įtraukta į erdvės vakuumą?
✪ Erdvėlaivio Sojuz TMA-8 patekimas į Žemės atmosferą
✪ Atmosferos struktūra, reikšmė, tyrimas
✪ O. S. Ugolnikov "Aukštutinė atmosfera. Žemės ir kosmoso susitikimas"
Subtitrai
Atmosferos riba
Atmosfera laikoma ta sritis aplink Žemę, kurioje dujinė terpė sukasi kartu su Žeme kaip viena visuma. Atmosfera į tarpplanetinę erdvę pereina palaipsniui, egzosferoje, pradedant 500-1000 km aukštyje nuo Žemės paviršiaus.
Pagal Tarptautinės aviacijos federacijos siūlomą apibrėžimą atmosferos ir erdvės riba brėžiama išilgai Karmano linijos, esančios maždaug 100 km aukštyje, virš kurios aviacijos skrydžiai tampa visiškai neįmanomi. NASA naudoja 122 kilometrų (400 000 pėdų) ženklą kaip atmosferos ribą, kai šaudyklės pereina nuo manevravimo su varikliu prie aerodinaminio manevravimo.
Fizinės savybės
Be lentelėje nurodytų dujų, atmosferoje yra Cl 2 (\displaystyle (\ce (Cl2))) , SO 2 (\displaystyle (\ce (SO2))) , NH 3 (\displaystyle (\ce (NH3))) , CO (\displaystyle ((\ce (CO)))) , O 3 (\displaystyle ((\ce (O3)))) , NO 2 (\displaystyle (\ce (NO2))), angliavandeniliai, HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , HI (\displaystyle ((\ce (HI)))), poros Hg (\displaystyle (\ce (Hg))) , I 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br 2 (\displaystyle (\ce (Br2))), taip pat daug kitų dujų nedideliais kiekiais. Troposferoje nuolat yra daug suspenduotų kietųjų ir skystųjų dalelių (aerozolio). Rečiausios dujos Žemės atmosferoje yra Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .
Atmosferos struktūra
Atmosferos ribinis sluoksnis
Apatinis troposferos sluoksnis (1-2 km storio), kuriame Žemės paviršiaus būklė ir savybės tiesiogiai veikia atmosferos dinamiką.
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. Troposferoje labai išvystyta turbulencija ir konvekcija, atsiranda debesų, vystosi ciklonai ir anticiklonai. Temperatūra mažėja didėjant aukščiui, o vidutinis vertikalus gradientas yra 0,65°/100 metrų.
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 (apatinis stratosferos sluoksnis) ir 25-40 km sluoksnio padidėjimas nuo minus 56,5 iki plius 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 pastovios temperatūros sritis 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
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 saulės spinduliuotei ir 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 virš termosferos. Šiame regione saulės spinduliuotės sugertis yra nereikšminga, o temperatūra iš tikrųjų nesikeičia priklausomai nuo aukščio.
Egzosfera (išsklaidymo sfera)
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. Sumažėjus dujų tankiui, temperatūra nukrenta nuo 0 °C stratosferoje iki minus 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 vadinamąja. šalia kosminio vakuumo, kuris užpildytas 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.
Apžvalga
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 jie išskiria neutrosfera Ir jonosfera .
Priklausomai nuo dujų sudėties atmosferoje, jie išskiria homosfera Ir heterosfera. Heterosfera- Tai sritis, kurioje gravitacija veikia dujų atsiskyrimą, nes jų maišymas 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 apie 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.
Atmosferos susidarymo istorija
Remiantis labiausiai paplitusia teorija, per visą savo istoriją Žemės atmosfera buvo trijų skirtingų kompozicijų. Iš pradžių jį sudarė lengvosios dujos (vandenilis ir helis), paimtos iš tarpplanetinės erdvės. Tai yra vadinamasis pirminė atmosfera. Kitame etape dėl aktyvios vulkaninės veiklos atmosfera buvo prisotinta kitomis dujomis nei vandenilis (anglies dioksidas, amoniakas, vandens garai). Taip jis susiformavo antrinė atmosfera. Ši atmosfera buvo atkurianti. Be to, atmosferos formavimosi procesą lėmė šie veiksniai:
- lengvųjų dujų (vandenilio ir helio) nutekėjimas į tarpplanetinę erdvę;
- cheminės reakcijos, vykstančios atmosferoje, veikiant ultravioletinei spinduliuotei, žaibo iškrovoms ir kai kuriems kitiems veiksniams.
Palaipsniui šie veiksniai lėmė formavimąsi tretinė atmosfera, pasižymintis daug mažesniu vandenilio kiekiu ir daug didesniu azoto bei anglies dioksido kiekiu (susidaro dėl cheminių reakcijų iš amoniako ir angliavandenilių).
Azotas
Didelis azoto kiekis susidaro dėl amoniako-vandenilio atmosferos oksidacijos molekuliniu deguonimi. O 2 (\displaystyle (\ce (O2))), kuris pradėjo kilti iš planetos paviršiaus dėl fotosintezės, prasidėjusios prieš 3 milijardus metų. Taip pat azoto N 2 (\displaystyle (\ce (N2)))į atmosferą patenka dėl nitratų ir kitų azoto turinčių junginių denitrifikacijos. Azotą ozonas oksiduoja iki NE (\displaystyle ((\ce (NO)))) viršutiniuose atmosferos sluoksniuose.
Azotas N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) reaguoja tik tam tikromis sąlygomis (pavyzdžiui, žaibo išlydžio metu). Molekulinio azoto oksidacija ozonu elektros iškrovų metu yra naudojama mažais kiekiais pramoninėje azoto trąšų gamyboje. Melsvadumbliai (melsvadumbliai) ir mazginės bakterijos, kurios formuoja rizobinę simbiozę su ankštiniais augalais, kurios gali būti veiksmingos žaliosios trąšos – augalai, kurie nenualina, o praturtina dirvą natūraliomis trąšomis, sunaudojant mažai energijos gali ją oksiduoti ir paversti. į biologiškai aktyvią formą.
Deguonis
Atmosferos sudėtis pradėjo radikaliai keistis, kai Žemėje atsirado gyvų organizmų dėl fotosintezės, kartu su deguonies išsiskyrimu ir anglies dioksido absorbcija. Iš pradžių deguonis buvo naudojamas redukuotų junginių – amoniako, angliavandenilių, geležies geležies, esančios vandenynuose, oksidacijai ir kt. 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.
Inercinės dujos
Oro tarša
Neseniai žmonės pradėjo daryti įtaką atmosferos evoliucijai. Žmogaus veiklos rezultatas buvo nuolatinis anglies dioksido kiekio atmosferoje padidėjimas dėl ankstesniais geologiniais laikais sukaupto angliavandenilio kuro deginimo. Fotosintezės metu sunaudojama didžiulis kiekis, kurį 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 turinys CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) atmosferoje padidėjo 10%, o didžioji dalis (360 mlrd. tonų) susidaro deginant kurą. Jei kuro degimo augimo tempas tęsis, tada per ateinančius 200–300 metų šis kiekis CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) atmosferoje padvigubės ir gali sukelti
Kiekvienas skridęs lėktuvu yra pripratęs prie tokios žinutės: „Mūsų skrydis vyksta 10 000 m aukštyje, lauke 50 °C temperatūra“. Atrodo, nieko ypatingo. Kuo toliau nuo Saulės šildomo Žemės paviršiaus, tuo jis šaltesnis. Daugelis žmonių mano, kad temperatūra nuolat mažėja didėjant aukščiui, o temperatūra palaipsniui mažėja, artėjant prie erdvės temperatūros. Beje, mokslininkai taip manė iki XIX amžiaus pabaigos.
Pažvelkime atidžiau į oro temperatūros pasiskirstymą Žemėje. Atmosfera yra padalinta į kelis sluoksnius, kurie pirmiausia atspindi temperatūros pokyčių pobūdį.
Apatinis atmosferos sluoksnis vadinamas troposfera, o tai reiškia „sukimosi sfera“. Visi oro ir klimato pokyčiai yra būtent šiame sluoksnyje vykstančių fizinių procesų rezultatas 15-16 km aukštyje virš pusiaujo ir 7-8 km virš ašigalių, kaip ir pati Žemė, atmosfera, veikiama mūsų planetos sukimosi, taip pat šiek tiek suplokštėja virš ašigalių ir išsipučia virš pusiaujo. Tačiau šis poveikis yra daug ryškesnis atmosferoje nei kietajame Žemės apvalkale kryptimi nuo Žemės paviršiaus iki Viršutinės troposferos ribos oro temperatūra mažėja apie -62 ° C, o virš ašigalių - apie -45 ° C. Vidutinio klimato platumose daugiau nei 75% atmosferos masės yra troposferoje atmosferos.
1899 metais vertikalioje temperatūros profilyje tam tikrame aukštyje buvo rastas minimumas, o vėliau temperatūra šiek tiek pakilo. Šio padidėjimo pradžia reiškia perėjimą į kitą atmosferos sluoksnį – į stratosfera Terminas „stratosfera“ reiškia ir atspindi ankstesnį virš troposferos esančio sluoksnio unikalumą Visų pirma, staigus oro temperatūros padidėjimas paaiškinamas ozono susidarymo reakcija yra viena iš pagrindinių atmosferoje vykstančių cheminių reakcijų.
Didžioji ozono dalis yra susitelkusi maždaug 25 km aukštyje, tačiau apskritai ozono sluoksnis yra labai išplėstas apvalkalas, apimantis beveik visą stratosferą. Deguonies sąveika su ultravioletiniais spinduliais yra vienas iš naudingų procesų žemės atmosferoje, kuris prisideda prie gyvybės Žemėje palaikymo. Šios energijos sugėrimas ozonu užkerta kelią per dideliam jos tekėjimui į žemės paviršių, kur sukuriamas būtent toks energijos lygis, kuris yra tinkamas antžeminėms gyvybės formoms egzistuoti. Ozonosfera sugeria dalį spinduliuotės energijos, einančios per atmosferą. Dėl to ozonosferoje susidaro maždaug 0,62°C vertikalus oro temperatūros gradientas 100 m, t. y. temperatūra didėja aukštyje iki viršutinės stratosferos ribos – stratopauzės (50 km), pasiekdama, pagal kai kurie duomenys, 0°C.
50–80 km aukštyje yra atmosferos sluoksnis, vadinamas mezosfera. Žodis „mezosfera“ reiškia „tarpinę sferą“, kurioje oro temperatūra toliau mažėja didėjant aukščiui. Virš mezosferos, sluoksnyje, vadinamame termosfera, temperatūra vėl pakyla iki maždaug 1000°C, o po to labai greitai nukrenta iki -96°C. Tačiau ji nenukrenta be galo, tada temperatūra vėl pakyla.
Termosfera yra pirmasis sluoksnis jonosfera. Skirtingai nuo anksčiau minėtų sluoksnių, jonosfera neišsiskiria temperatūra. Jonosfera yra elektrinio pobūdžio sritis, leidžianti užmegzti daugybę radijo ryšio tipų. Jonosfera yra padalinta į kelis sluoksnius, žymimus raidėmis D, E, F1 ir F2. Šie sluoksniai taip pat turi specialius pavadinimus. Išsiskyrimą į sluoksnius lemia kelios priežastys, tarp kurių svarbiausia yra nevienoda sluoksnių įtaka radijo bangų pralaidumui. Žemiausias sluoksnis D daugiausia sugeria radijo bangas ir taip neleidžia joms plisti. Geriausiai ištirtas sluoksnis E yra maždaug 100 km aukštyje virš žemės paviršiaus. Jis taip pat vadinamas Kennelly-Heaviside sluoksniu pagal amerikiečių ir anglų mokslininkų, kurie vienu metu ir nepriklausomai atrado jį, vardų. E sluoksnis, kaip milžiniškas veidrodis, atspindi radijo bangas. Dėl šio sluoksnio ilgos radijo bangos sklinda toliau, nei būtų galima tikėtis, jei jos sklistų tik tiesia linija, neatsispindėdamos nuo E sluoksnio. Jis taip pat vadinamas Appleton sluoksniu. Kartu su Kennelly-Heaviside sluoksniu jis atspindi radijo bangas antžeminėms radijo stotims. Toks atspindys gali atsirasti įvairiais kampais. Appletono sluoksnis yra maždaug 240 km aukštyje.
Tolimiausias atmosferos regionas, antrasis jonosferos sluoksnis, dažnai vadinamas egzosfera. Šis terminas reiškia kosmoso pakraščius šalia Žemės. Sunku tiksliai nustatyti, kur baigiasi atmosfera ir prasideda erdvė, nes didėjant aukščiui atmosferos dujų tankis palaipsniui mažėja, o pati atmosfera palaipsniui virsta beveik vakuumu, kuriame randamos tik atskiros molekulės. Jau maždaug 320 km aukštyje atmosferos tankis toks mažas, kad molekulės gali nukeliauti daugiau nei 1 km nesusidurdamos viena su kita. Tolimiausia atmosferos dalis yra jos viršutinė riba, kuri yra nuo 480 iki 960 km aukštyje.
Daugiau informacijos apie atmosferoje vykstančius procesus rasite svetainėje „Žemės klimatas“
- Žemės rutulio oro apvalkalas, besisukantis kartu su Žeme. Viršutinė atmosferos riba įprastai brėžiama 150–200 km aukštyje. Apatinė riba yra Žemės paviršius.
Atmosferos oras yra dujų mišinys. Didžiąją jo tūrio dalį paviršiniame oro sluoksnyje sudaro azotas (78%) ir deguonis (21%). Be to, ore yra inertinių dujų (argono, helio, neono ir kt.), anglies dioksido (0,03), vandens garų ir įvairių kietųjų dalelių (dulkių, suodžių, druskos kristalų).
Oras bespalvis, o dangaus spalva paaiškinama šviesos bangų sklaidos ypatybėmis.
Atmosfera susideda iš kelių sluoksnių: troposferos, stratosferos, mezosferos ir termosferos.
Apatinis žemės oro sluoksnis vadinamas troposfera. Skirtingose platumose jo galia nėra vienoda. Troposfera seka planetos formą ir kartu su Žeme dalyvauja ašiniu sukimu. Ties pusiauju atmosferos storis svyruoja nuo 10 iki 20 km. Prie pusiaujo jis didesnis, o prie ašigalių mažesnis. Troposferai būdingas maksimalus oro tankis, joje sutelkta 4/5 visos atmosferos masės. Troposfera lemia oro sąlygas: čia susidaro įvairios oro masės, debesys ir krituliai, vyksta intensyvus horizontalus ir vertikalus oro judėjimas.
Virš troposferos yra iki 50 km aukščio stratosfera. Jam būdingas mažesnis oro tankis ir trūksta vandens garų. Žemutinėje stratosferos dalyje apie 25 km aukštyje. yra „ozono ekranas“ - atmosferos sluoksnis, kuriame yra didelė ozono koncentracija, sugerianti ultravioletinę spinduliuotę, kuri yra mirtina organizmams.
50–80–90 km aukštyje tęsiasi mezosfera. Didėjant aukščiui temperatūra mažėja, kai vidutinis vertikalus gradientas yra (0,25-0,3)°/100 m, o oro tankis mažėja. Pagrindinis energijos procesas yra spinduliuotės šilumos perdavimas. Atmosferos švytėjimą sukelia sudėtingi fotocheminiai procesai, kuriuose dalyvauja radikalai ir vibracijos sužadintos molekulės.
Termosfera esantis 80–90–800 km aukštyje. Oro tankis čia yra minimalus, o oro jonizacijos laipsnis labai aukštas. Temperatūra keičiasi priklausomai nuo Saulės aktyvumo. Dėl daugybės įkrautų dalelių čia stebimos pašvaistės ir magnetinės audros.
Atmosfera turi didelę reikšmę Žemės gamtai. Be deguonies gyvi organizmai negali kvėpuoti. Jo ozono sluoksnis apsaugo visus gyvus dalykus nuo žalingų ultravioletinių spindulių. Atmosfera išlygina temperatūros svyravimus: Žemės paviršius naktį neperšaldo, o dieną neperkaista. Tankiuose atmosferos oro sluoksniuose, prieš pasiekdami planetos paviršių, meteoritai dega nuo spyglių.
Atmosfera sąveikauja su visais žemės sluoksniais. Su jo pagalba šiluma ir drėgmė keičiasi tarp vandenyno ir žemės. Be atmosferos nebūtų debesų, kritulių ar vėjų.
Žmonių ekonominė veikla daro didelį neigiamą poveikį atmosferai. Atsiranda atmosferos oro tarša, dėl kurios didėja anglies monoksido (CO 2) koncentracija. O tai prisideda prie visuotinio atšilimo ir padidina „šiltnamio efektą“. Žemės ozono sluoksnis ardomas dėl pramoninių atliekų ir transporto.
Atmosferą reikia saugoti. Išsivysčiusiose šalyse įgyvendinamas aibė priemonių atmosferos orui apsaugoti nuo taršos.
Vis dar turite klausimų? Norite sužinoti daugiau apie atmosferą?
Norėdami gauti pagalbą iš dėstytojo -.
blog.site, kopijuojant visą medžiagą ar jos dalį, būtina nuoroda į pirminį šaltinį.
