Această sferă nu există în atmosfera pământului. Atmosfera terestră: structură și compoziție. Straturi ale atmosferei în ordine de la suprafața Pământului

Grosimea atmosferei este de aproximativ 120 km de suprafața Pământului. Masa totală a aerului din atmosferă este (5,1-5,3) 10 18 kg. Dintre acestea, masa aerului uscat este de 5,1352 ±0,0003 10 18 kg, masa totală a vaporilor de apă este în medie de 1,27 10 16 kg.

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 ° (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 regiune cu temperatură constantă se numește stratopauză și este granița 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

Atmosfera Pământului

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 razelor 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)

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 gazului, 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-numita în apropierea vidului spațial, 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, ele emit homosferăȘi heterosferă. Heterosferă- Aceasta este zona în care gravitația afectează separarea gazelor, deoarece amestecul lor la o astfel de altitudine este neglijabil. 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.

Proprietăți fiziologice și alte proprietăți ale atmosferei

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 respirație. Cu toate acestea, din cauza scăderii presiunii totale a atmosferei, pe măsură ce vă ridicați la altitudine, presiunea parțială a oxigenului scade în mod corespunzător.

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: trece 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, conduce și transmite energie termică prin convecție (adică prin amestecarea aerului). Aceasta înseamnă că diverse elemente ale echipamentelor de pe stația spațială orbitală nu vor putea fi răcite din exterior în același mod cum se face de obicei pe 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 avut trei compoziții diferite de-a lungul timpului. Inițial, a constat din gaze ușoare (hidrogen și heliu) captate din spațiul interplanetar. Acesta este așa-numitul atmosfera primara(acum aproximativ patru miliarde de ani). În etapa următoare, 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 secundara(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:

• scurgerea gazelor ușoare (hidrogen și heliu) în spațiul interplanetar;
• reacții chimice care au loc în atmosferă sub influența radiațiilor ultraviolete, a descărcărilor de fulgere și a altor factori.

Treptat, acești factori au dus la formare atmosfera tertiara, caracterizată printr-un conținut mult mai scăzut de hidrogen și un conținut mult mai mare de azot și dioxid de carbon (format ca urmare a reacțiilor chimice din amoniac și hidrocarburi).

Azot

Formarea unei cantități mari de azot N2 se datorează oxidării atmosferei 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. 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 N 2 reacționează numai în condiții specifice (de exemplu, în timpul descărcării unui fulger). Oxidarea azotului molecular de către ozon în timpul descărcărilor electrice este utilizată în cantități mici în producția industrială de îngrășăminte cu azot. Cianobacteriile (alge albastru-verzi) și bacteriile nodulare care formează simbioză rizobială cu plantele leguminoase, așa-numitele, o pot oxida cu un consum redus de energie și o pot transforma într-o formă biologic activă. gunoi de grajd verzi.

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.

gaze nobile

Poluarea aerului

Recent, oamenii au început să influențeze evoluția atmosferei. Rezultatul activităților sale a fost o creștere constantă semnificativă a conținutului de dioxid de carbon din atmosferă, datorită arderii combustibililor hidrocarburi acumulați în erele geologice anterioare. Cantități uriașe de CO 2 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 CO 2 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 CO 2 din atmosferă se va dubla și ar putea duce la schimbări climatice globale.

Arderea combustibilului este principala sursă de gaze poluante (CO, SO2). Dioxidul de sulf este oxidat de oxigenul atmosferic la SO 3 în straturile superioare ale atmosferei, care la rândul său interacționează cu apa și vaporii de amoniac și acidul sulfuric (H 2 SO 4 ) și sulfatul de amoniu ((NH 4 ) 2 SO 4 rezultați. ) sunt returnate la suprafața Pământului sub forma așa-numitelor. ploaie acidă. Utilizarea motoarelor cu ardere internă conduce la o poluare semnificativă a atmosferei cu oxizi de azot, hidrocarburi și compuși de plumb (tetraetil plumb Pb(CH 3 CH 2) 4)).

Poluarea cu aerosoli a atmosferei este cauzată atât de cauze naturale (erupții vulcanice, furtuni de praf, antrenare de picături de apă de mare și polen de plante etc.), cât și activități economice umane (exploatarea minereurilor și materialelor de construcție, arderea combustibilului, fabricarea cimentului etc.). ). Eliberarea intensă la scară largă de particule în atmosferă este una dintre posibilele cauze ale schimbărilor climatice de pe planetă.

Vezi si

• Jacchia (model de atmosferă)

Note

Legături

Literatură

1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov„Biologie și medicină spațială” (ediția a II-a, revizuită și extinsă), M.: „Prosveshcheniye”, 1975, 223 p.
2. N. V. Gusakova„Chimia mediului”, Rostov-pe-Don: Phoenix, 2004, 192 cu ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V. A. Geochimia gazelor naturale, M., 1971;
4. McEwen M., Phillips L. Atmospheric Chemistry, M., 1978;
5. Wark K., Warner S. Poluarea aerului. Surse și control, trad. din engleză, M.. 1980;
6. Monitorizarea poluării de fond a mediului natural. V. 1, L., 1982.

Pământ
Istoria Pământului	Vârsta Pământului Istoria geologică a Pământului Scala geocronologică Istoria vieții pe Pământ Glaciația Pământului Paradoxul tânărului slab Soare Teoria impactului gigantului Cronologia evoluției
Geografie și geologie	Australia Asia Antarctica Africa Europa America de Nord America de Sud Oceanul Atlantic Oceanul Indian Oceanul Arctic

Atmosfera Pământului este eterogenă: la diferite altitudini există diferite densități și presiuni ale aerului, modificări ale temperaturii și compoziției gazelor. Pe baza comportamentului temperaturii aerului ambiant (adică temperatura crește sau scade odată cu înălțimea), în acesta se disting următoarele straturi: troposferă, stratosferă, mezosferă, termosferă și exosferă. Granițele dintre straturi se numesc pauze: sunt 4, deoarece limita superioară a exosferei este foarte neclară și se referă adesea la spațiul apropiat. Structura generală a atmosferei poate fi găsită în diagrama atașată.

Fig.1 Structura atmosferei Pământului. Credit: site-ul web

Cel mai de jos strat atmosferic este troposfera, a cărei limită superioară, numită tropopauză, variază în funcție de latitudinea geografică și variază de la 8 km. în polar până la 20 km. în latitudini tropicale. În latitudinile medii sau temperate, limita superioară a acesteia se află la altitudini de 10-12 km În timpul anului, limita superioară a troposferei suferă fluctuații în funcție de afluxul radiației solare. Astfel, ca urmare a sondajului la Polul Sud al Pământului de către serviciul meteorologic american, a fost dezvăluit că din martie până în august sau septembrie are loc o răcire constantă a troposferei, în urma căreia pentru o scurtă perioadă în august. sau septembrie limita sa se ridică la 11,5 km. Apoi, în perioada septembrie-decembrie, scade rapid și atinge poziția cea mai joasă - 7,5 km, după care înălțimea sa rămâne practic neschimbată până în martie. Acestea. Troposfera atinge cea mai mare grosime vara și cea mai subțire iarna.

Este de remarcat faptul că, pe lângă cele sezoniere, există și fluctuații zilnice ale înălțimii tropopauzei. De asemenea, poziția sa este influențată de cicloni și anticicloni: în primul cade, pentru că Presiunea din ele este mai mică decât în ​​aerul din jur și, în al doilea rând, crește în consecință.

Troposfera conține până la 90% din masa totală a aerului pământului și 9/10 din toți vaporii de apă. Turbulența este foarte dezvoltată aici, în special în straturile apropiate de suprafață și cele mai înalte, se dezvoltă nori de toate nivelurile, se formează cicloni și anticicloni. Și datorită acumulării de gaze cu efect de seră (dioxid de carbon, metan, vapori de apă) din lumina soarelui reflectată de suprafața Pământului, se dezvoltă efectul de seră.

Efectul de seră este asociat cu o scădere a temperaturii aerului în troposferă odată cu înălțimea (deoarece Pământul încălzit degajă mai multă căldură straturilor de suprafață). Gradientul vertical mediu este de 0,65°/100 m (adică temperatura aerului scade cu 0,65° C la fiecare 100 de metri de creștere). Deci, dacă temperatura medie anuală a aerului la suprafața Pământului în apropierea ecuatorului este de +26 °, atunci la limita superioară este -70 °. Temperatura din regiunea tropopauză de deasupra Polului Nord variază pe tot parcursul anului de la -45° vara la -65° iarna.

Pe măsură ce altitudinea crește, presiunea aerului scade și ea, însumând doar 12-20% din nivelul aproape de suprafață la limita superioară a troposferei.

La limita troposferei și stratul de deasupra stratosferei se află un strat al tropopauzei, de 1-2 km grosime. Limitele inferioare ale tropopauzei sunt de obicei considerate a fi un strat de aer în care gradientul vertical scade la 0,2°/100 m față de 0,65°/100 m în regiunile subiacente ale troposferei.

În tropopauză, se observă fluxuri de aer cu o direcție strict definită, numite fluxuri cu jet de mare altitudine sau „curenți cu jet”, formate sub influența rotației Pământului în jurul axei sale și a încălzirii atmosferei cu participarea radiației solare. . Curenții sunt observați la granițele zonelor cu diferențe semnificative de temperatură. Există mai multe centre de localizare a acestor curenți, de exemplu, arctic, subtropical, subpolar și altele. Cunoașterea localizării fluxurilor cu jet este foarte importantă pentru meteorologie și aviație: primul folosește fluxuri pentru prognoza meteo mai precisă, al doilea pentru construirea rutelor de zbor a aeronavelor, deoarece La limitele fluxurilor există vârtejuri puternice turbulente, asemănătoare micilor vârtejuri, numite „turbulență în cer senin” din cauza absenței norilor la aceste altitudini.

Sub influența curenților cu jet de mare altitudine, se formează adesea rupturi în tropopauză și, uneori, dispare cu totul, deși apoi se formează din nou. Acest lucru este observat mai ales în latitudinile subtropicale, care sunt dominate de un puternic curent subtropical de mare altitudine. În plus, diferența dintre straturile de tropopauză în temperatura aerului ambiant duce la formarea de goluri. De exemplu, există un decalaj mare între tropopauza polară caldă și joasă și tropopauza înaltă și rece a latitudinilor tropicale. Recent, a apărut și un strat al tropopauzei latitudinilor temperate, care prezintă discontinuități cu cele două straturi anterioare: polar și tropical.

Al doilea strat al atmosferei terestre este stratosfera. Stratosfera poate fi împărțită aproximativ în două regiuni. Prima dintre ele, situată până la altitudini de 25 km, este caracterizată de temperaturi aproape constante, care sunt egale cu temperaturile straturilor superioare ale troposferei dintr-o anumită zonă. A doua regiune, sau regiune de inversare, se caracterizează printr-o creștere a temperaturii aerului la altitudini de aproximativ 40 km. Acest lucru se întâmplă din cauza absorbției radiațiilor ultraviolete solare de către oxigen și ozon. În partea superioară a stratosferei, datorită acestei încălziri, temperatura este adesea pozitivă sau chiar comparabilă cu temperatura aerului de suprafață.

Deasupra regiunii de inversare există un strat de temperaturi constante, care se numește stratopauză și este granița dintre stratosferă și mezosferă. Grosimea sa ajunge la 15 km.

Spre deosebire de troposferă, perturbațiile turbulente sunt rare în stratosferă, dar există vânturi puternice orizontale sau fluxuri cu jet care sufla în zone înguste de-a lungul limitelor latitudinilor temperate cu fața spre poli. Poziția acestor zone nu este constantă: ele se pot schimba, se pot extinde sau chiar să dispară cu totul. Adesea, fluxurile cu jet pătrund în straturile superioare ale troposferei sau, dimpotrivă, masele de aer din troposferă pătrund în straturile inferioare ale stratosferei. Această amestecare a maselor de aer este tipică în special în zonele fronturilor atmosferice.

Există puțini vapori de apă în stratosferă. Aerul de aici este foarte uscat și, prin urmare, se formează puțini nori. Doar la altitudini de 20-25 km și la latitudini mari se pot observa nori sidefați foarte subțiri formați din picături de apă suprarăcite. În timpul zilei, acești nori nu sunt vizibili, dar odată cu apariția întunericului par să strălucească din cauza iluminării lor de către Soare, care a apus deja sub orizont.

La aceleași altitudini (20-25 km) în stratosfera inferioară se află așa-numitul strat de ozon - zona cu cel mai mare conținut de ozon, care se formează sub influența radiației solare ultraviolete (puteți afla mai multe despre aceasta proces pe pagină). Stratul de ozon sau ozonosfera este de o importanță extremă pentru menținerea vieții tuturor organismelor care trăiesc pe uscat, absorbind razele ultraviolete mortale cu o lungime de undă de până la 290 nm. Din acest motiv, organismele vii nu trăiesc deasupra stratului de ozon, este limita superioară a distribuției vieții pe Pământ.

Sub influența ozonului, câmpurile magnetice se schimbă, de asemenea, atomii și moleculele se dezintegrează, are loc ionizarea și are loc o nouă formare de gaze și alți compuși chimici.

Stratul atmosferei situat deasupra stratosferei se numește mezosferă. Se caracterizează printr-o scădere a temperaturii aerului cu înălțimea cu un gradient vertical mediu de 0,25-0,3°/100 m, ceea ce duce la turbulențe puternice. La limitele superioare ale mezosferei, în regiunea numită mezopauză, s-au înregistrat temperaturi de până la -138°C, ceea ce reprezintă minimul absolut pentru întreaga atmosferă a Pământului în ansamblu.

Aici, în mezopauză, se află limita inferioară a regiunii de absorbție activă a razelor X și a radiațiilor ultraviolete cu unde scurte de la Soare. Acest proces energetic se numește transfer de căldură radiantă. Ca rezultat, gazul este încălzit și ionizat, ceea ce face ca atmosfera să strălucească.

La altitudini de 75-90 km la limitele superioare ale mezosferei s-au remarcat nori speciali, ocupand suprafete vaste in regiunile polare ale planetei. Acești nori sunt numiți noctilucenți datorită strălucirii lor la amurg, care este cauzată de reflectarea luminii solare din cristalele de gheață din care sunt alcătuiți acești nori.

Presiunea aerului în mezopauză este de 200 de ori mai mică decât la suprafața pământului. Acest lucru sugerează că aproape tot aerul din atmosferă este concentrat în cele 3 straturi inferioare ale sale: troposferă, stratosferă și mezosferă. Straturile de deasupra, termosfera și exosfera, reprezintă doar 0,05% din masa întregii atmosfere.

Termosfera se află la altitudini de la 90 la 800 km deasupra suprafeței Pământului.

Termosfera se caracterizează printr-o creștere continuă a temperaturii aerului până la altitudini de 200-300 km, unde poate ajunge la 2500°C. Creșterea temperaturii are loc datorită absorbției razelor X și a radiațiilor ultraviolete cu lungime de undă scurtă de la Soare de către moleculele de gaz. Peste 300 km deasupra nivelului mării, creșterea temperaturii se oprește.

Concomitent cu creșterea temperaturii, presiunea și, în consecință, densitatea aerului din jur scade. Deci, dacă la limitele inferioare ale termosferei densitatea este de 1,8 × 10 -8 g/cm3, atunci la limitele superioare este deja de 1,8 × 10 -15 g/cm3, ceea ce corespunde aproximativ la 10 milioane - 1 miliard de particule. la 1 cm3.

Toate caracteristicile termosferei, cum ar fi compoziția aerului, temperatura, densitatea acestuia, sunt supuse unor fluctuații puternice: în funcție de locația geografică, sezonul anului și ora din zi. Chiar și locația limitei superioare a termosferei se schimbă.

Stratul superior al atmosferei se numește exosferă sau strat de împrăștiere. Limita sa inferioară se modifică constant în limite foarte largi; Înălțimea medie este considerată a fi 690-800 km. Se instalează acolo unde probabilitatea de coliziuni intermoleculare sau interatomice poate fi neglijată, adică. distanța medie pe care o va parcurge o moleculă în mișcare haotică înainte de a se ciocni cu o altă moleculă similară (așa-numita cale liberă) va fi atât de mare încât, de fapt, moleculele nu se vor ciocni cu o probabilitate apropiată de zero. Stratul în care apare fenomenul descris se numește pauză termică.

Limita superioară a exosferei se află la altitudini de 2-3 mii km. Este foarte neclară și se transformă treptat într-un vid din apropierea spațiului. Uneori, din acest motiv, exosfera este considerată parte a spațiului cosmic, iar limita sa superioară este considerată a fi o înălțime de 190 mii km, la care influența presiunii radiației solare asupra vitezei atomilor de hidrogen depășește atracția gravitațională a Pământ. Acesta este așa-numitul coroana terestră, formată din atomi de hidrogen. Densitatea coroanei terestre este foarte mică: doar 1000 de particule pe centimetru cub, dar acest număr este de peste 10 ori mai mare decât concentrația de particule din spațiul interplanetar.

Datorită rarefării extreme a aerului din exosferă, particulele se mișcă în jurul Pământului pe orbite eliptice fără a se ciocni între ele. Unii dintre ei, deplasându-se de-a lungul traiectoriilor deschise sau hiperbolice la viteze cosmice (atomi de hidrogen și heliu), părăsesc atmosfera și merg în spațiul cosmic, motiv pentru care exosfera este numită sfera de împrăștiere.

YouTube enciclopedic

1 / 5

✪ Nava spațială Pământ (Episodul 14) - Atmosferă

✪ De ce atmosfera nu a fost trasă în vidul spațiului?

✪ Intrarea navei spațiale Soyuz TMA-8 în atmosfera Pământului

✪ Structura atmosferei, sensul, studiul

✪ O. S. Ugolnikov „Atmosfera superioară. Întâlnirea Pământului și a spațiului”

Subtitrări

Limită atmosferică

Atmosfera este considerată acea regiune din jurul Pământului în care mediul gazos se rotește împreună cu Pământul ca un întreg. Atmosfera trece în spațiul interplanetar treptat, în exosferă, începând de la o altitudine de 500-1000 km de suprafața Pământului.

Conform definiției propuse de Federația Internațională a Aviației, granița atmosferei și spațiului este trasată de-a lungul liniei Karman, situată la o altitudine de aproximativ 100 km, deasupra căreia zborurile aviatice devin complet imposibile. NASA folosește marcajul de 122 de kilometri (400.000 de picioare) ca limită atmosferică, unde navetele trec de la manevrarea motorizată la manevrarea aerodinamică.

Proprietăți fizice

Pe lângă gazele indicate în tabel, atmosfera conține Cl 2 (\displaystyle (\ce (Cl2))) , SO 2 (\displaystyle (\ce (SO2))) , NH 3 (\displaystyle (\ce (NH3))) , CO (\displaystyle ((\ce (CO)))) , O 3 (\displaystyle ((\ce (O3)))) , NU 2 (\displaystyle (\ce (NO2))), hidrocarburi, HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , HI (\displaystyle ((\ce (HI)))), cupluri Hg (\displaystyle (\ce (Hg))) , I 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br 2 (\displaystyle (\ce (Br2))), precum și multe alte gaze în cantități mici. Troposfera conține în mod constant o cantitate mare de particule solide și lichide în suspensie (aerosoli). Cel mai rar gaz din atmosfera Pământului este Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .

Structura atmosferei

Stratul limită atmosferic

Stratul inferior al troposferei (1-2 km grosime), în care starea și proprietățile suprafeței Pământului afectează direct dinamica atmosferei.

troposfera

Limita sa superioară se află la o altitudine de 8-10 km în latitudini polare, 10-12 km în latitudinile temperate și 16-18 km în 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 totalul vaporilor 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 metri.

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 stratului de 25-40 km de la minus 56,5 la plus 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 regiune cu temperatură constantă se numește stratopauză și este granița 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

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 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 adiacentă deasupra termosferei. În această regiune, absorbția radiației solare este neglijabilă, iar temperatura nu se schimbă efectiv cu altitudinea.

Exosfera (sfera de împrăștiere)

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 minus 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-numita în apropierea vidului spațial, care este umplut cu particule rare 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.

Revizuire

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, ele disting neutrosferăȘi ionosferă .

În funcție de compoziția gazului din atmosferă, ele emit homosferăȘi heterosferă. Heterosferă- Aceasta este zona în care gravitația afectează separarea gazelor, deoarece amestecul lor la o astfel de altitudine este neglijabil. 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 respirație. Cu toate acestea, din cauza scăderii presiunii totale a atmosferei, pe măsură ce vă ridicați la altitudine, presiunea parțială a oxigenului scade în mod corespunzător.

Istoria formării atmosferice

Conform celei mai comune teorii, atmosfera Pământului a avut trei compoziții diferite de-a lungul istoriei sale. Inițial, a constat din gaze ușoare (hidrogen și heliu) captate din spațiul interplanetar. Acesta este așa-numitul atmosfera primara. În etapa următoare, 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 secundara. Această atmosferă era reconfortantă. În plus, procesul de formare a atmosferei a fost determinat de următorii factori:

• scurgerea gazelor ușoare (hidrogen și heliu) în spațiul interplanetar;
• reacții chimice care au loc în atmosferă sub influența radiațiilor ultraviolete, a descărcărilor de fulgere și a altor factori.

Treptat, acești factori au dus la formare atmosfera tertiara, caracterizată printr-un conținut mult mai scăzut de hidrogen și un conținut mult mai mare de azot și dioxid de carbon (format ca urmare a reacțiilor chimice din amoniac și hidrocarburi).

Azot

Formarea unei cantități mari de azot se datorează oxidării atmosferei de amoniac-hidrogen de către oxigenul molecular. O 2 (\displaystyle (\ce (O2))), care a început să vină de la suprafața planetei ca urmare a fotosintezei, începând cu 3 miliarde de ani. De asemenea, azot N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) eliberat în atmosferă ca urmare a denitrificării nitraților și a altor compuși care conțin azot. Azotul este oxidat de ozon la NU (\displaystyle ((\ce (NU))))în straturile superioare ale atmosferei.

Azot N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) reacționează numai în condiții specifice (de exemplu, în timpul unei descărcări de fulgere). Oxidarea azotului molecular de către ozon în timpul descărcărilor electrice este utilizată în cantități mici în producția industrială de îngrășăminte cu azot. Cianobacterii (alge albastru-verzi) și bacterii nodulare, care formează simbioză rizobială cu plantele leguminoase, care pot fi eficiente gunoi de grajd verzi - plante care nu epuizează, dar îmbogățesc solul cu îngrășăminte naturale, îl pot oxida cu un consum redus de energie și îl pot transforma într-o formă biologic activă.

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 și altele. 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.

gaze nobile

Poluarea aerului

Recent, oamenii au început să influențeze evoluția atmosferei. Rezultatul activității umane a fost o creștere constantă a conținutului de dioxid de carbon din atmosferă datorită arderii combustibililor hidrocarburi acumulați în erele geologice anterioare. Cantități enorme sunt consumate în timpul fotosintezei și sunt 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 conținut CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2)))în atmosferă a crescut cu 10%, cea mai mare parte (360 de miliarde de tone) provenind din arderea combustibilului. Dacă rata de creștere a arderii combustibilului continuă, atunci în următorii 200-300 de ani cantitatea CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2)))în atmosferă se va dubla şi poate duce la

Toți cei care au zburat într-un avion sunt obișnuiți cu acest tip de mesaj: „zborul nostru are loc la o altitudine de 10.000 m, temperatura de afară este de 50 ° C”. Nu pare nimic deosebit. Cu cât este mai departe de suprafața Pământului încălzită de Soare, cu atât este mai rece. Mulți oameni cred că temperatura scade continuu odată cu altitudinea și că temperatura scade treptat, apropiindu-se de temperatura spațiului. Apropo, oamenii de știință au crezut așa până la sfârșitul secolului al XIX-lea.

Să aruncăm o privire mai atentă asupra distribuției temperaturii aerului pe Pământ. Atmosfera este împărțită în mai multe straturi, care reflectă în primul rând natura schimbărilor de temperatură.

Stratul inferior al atmosferei se numește troposfera, care înseamnă „sferă de rotație.” Toate schimbările de vreme și climă sunt rezultatul proceselor fizice care au loc tocmai în acest strat. Limita superioară a acestui strat este înlocuită cu creșterea acesteia o altitudine de 15-16 km deasupra ecuatorului și 7-8 km deasupra polilor Ca și Pământul însuși, atmosfera, sub influența rotației planetei noastre, este și ea oarecum aplatizată deasupra polilor și se umflă deasupra ecuatorului. Cu toate acestea, acest efect este mult mai pronunțat în atmosferă decât în ​​învelișul solid al Pământului în direcția de la suprafața Pământului până la limita superioară a troposferei, temperatura aerului scade deasupra ecuatorului aproximativ -62 ° C, iar deasupra polilor - aproximativ -45 ° C. În latitudinile temperate, mai mult de 75% din masa atmosferei se află în troposferă, aproximativ 90% este situată în troposferă a atmosferei.

În 1899, s-a găsit un minim în profilul vertical de temperatură la o anumită altitudine, iar apoi temperatura a crescut ușor. Începutul acestei creșteri înseamnă trecerea la următorul strat al atmosferei - la stratosferă, care înseamnă „sfera stratului.” Termenul stratosferă înseamnă și reflectă ideea anterioară a unicității stratului situat deasupra troposferei. Stratosfera se extinde la o altitudine de aproximativ 50 km deasupra suprafeței pământului , în special, o creștere bruscă a temperaturii aerului. Această creștere a temperaturii este explicată reacția de formare a ozonului este una dintre principalele reacții chimice care au loc în atmosferă.

Cea mai mare parte a ozonului este concentrată la altitudini de aproximativ 25 km, dar, în general, stratul de ozon este o înveliș foarte extins, care acoperă aproape toată stratosfera. Interacțiunea oxigenului cu razele ultraviolete este unul dintre procesele benefice din atmosfera pământului care contribuie la menținerea vieții pe Pământ. Absorbția acestei energii de către ozon previne curgerea excesivă a acesteia la suprafața pământului, unde se creează exact nivelul de energie care este potrivit pentru existența formelor de viață terestre. Ozonosfera absoarbe o parte din energia radiantă care trece prin atmosferă. Ca urmare, în ozonosferă se stabilește un gradient vertical de temperatură a aerului de aproximativ 0,62°C la 100 m, adică temperatura crește odată cu altitudinea până la limita superioară a stratosferei - stratopauza (50 km), ajungând, conform unele date, 0°C.

La altitudini de la 50 la 80 km există un strat al atmosferei numit mezosferă. Cuvântul „mezosferă” înseamnă „sferă intermediară”, unde temperatura aerului continuă să scadă odată cu înălțimea. Deasupra mezosferei, într-un strat numit termosferă, temperatura crește din nou cu altitudinea până la aproximativ 1000°C, iar apoi scade foarte repede la -96°C. Cu toate acestea, nu scade la infinit, apoi temperatura crește din nou.

Termosferă este primul strat ionosferă. Spre deosebire de straturile menționate anterior, ionosfera nu se distinge prin temperatură. Ionosfera este o zonă de natură electrică care face posibile multe tipuri de comunicații radio. Ionosfera este împărțită în mai multe straturi, desemnate prin literele D, E, F1 și F2. Aceste straturi au și denumiri speciale. Separarea în straturi este cauzată de mai multe motive, printre care cel mai important este influența inegală a straturilor asupra trecerii undelor radio. Stratul cel mai de jos, D, absoarbe în principal undele radio și astfel împiedică propagarea lor ulterioară. Cel mai bine studiat stratul E este situat la o altitudine de aproximativ 100 km deasupra suprafeței pământului. Se mai numește și stratul Kennelly-Heaviside după numele oamenilor de știință americani și englezi care l-au descoperit simultan și independent. Stratul E, ca o oglindă gigantică, reflectă undele radio. Datorită acestui strat, undele radio lungi parcurg distanțe mai mari decât ar fi de așteptat dacă s-ar propaga doar în linie dreaptă, fără a fi reflectate de stratul E. Stratul F are proprietăți similare. Împreună cu stratul Kennelly-Heaviside, reflectă undele radio către stațiile radio terestre. Stratul Appleton este situat la o altitudine de aproximativ 240 km.

Regiunea cea mai exterioară a atmosferei, al doilea strat al ionosferei, este adesea numită exosfera. Acest termen se referă la existența periferiei spațiului în apropierea Pământului. Este dificil de determinat exact unde se termină atmosfera și unde începe spațiul, deoarece odată cu altitudinea densitatea gazelor atmosferice scade treptat, iar atmosfera însăși se transformă treptat într-un vid, în care se găsesc doar molecule individuale. Deja la o altitudine de aproximativ 320 km, densitatea atmosferei este atât de scăzută încât moleculele pot călători mai mult de 1 km fără să se ciocnească între ele. Partea cea mai exterioară a atmosferei servește drept graniță superioară, care este situată la altitudini de la 480 la 960 km.

Mai multe informații despre procesele din atmosferă pot fi găsite pe site-ul „Earth Climate”

- învelișul de aer al globului, care se rotește împreună cu Pământul. Limita superioară a atmosferei este trasată în mod convențional la altitudini de 150-200 km. Limita inferioară este suprafața Pământului.

Aerul atmosferic este un amestec de gaze. Majoritatea volumului său în stratul de suprafață al aerului reprezintă azot (78%) și oxigen (21%). În plus, aerul conține gaze inerte (argon, heliu, neon etc.), dioxid de carbon (0,03), vapori de apă și diverse particule solide (praf, funingine, cristale de sare).

Aerul este incolor, iar culoarea cerului se explică prin caracteristicile împrăștierii undelor luminoase.

Atmosfera este formata din mai multe straturi: troposfera, stratosfera, mezosfera si termosfera.

Stratul inferior al aerului se numește troposfera. La diferite latitudini puterea sa nu este aceeași. Troposfera urmează forma planetei și participă împreună cu Pământul la rotația axială. La ecuator, grosimea atmosferei variază de la 10 la 20 km. La ecuator este mai mare, iar la poli este mai mică. Troposfera se caracterizează prin densitatea maximă a aerului este concentrată în ea 4/5 din masa întregii atmosfere. Troposfera determină condițiile meteorologice: aici se formează diverse mase de aer, se formează nori și precipitații și are loc o mișcare intensă a aerului orizontal și vertical.

Deasupra troposferei, până la o altitudine de 50 km, se află stratosferă. Se caracterizează printr-o densitate mai mică a aerului și lipsește vaporii de apă. În partea inferioară a stratosferei la altitudini de aproximativ 25 km. există un „ecran de ozon” - un strat al atmosferei cu o concentrație mare de ozon, care absoarbe radiația ultravioletă, care este fatală pentru organism.

La o altitudine de 50 până la 80-90 km se extinde mezosferă. Odată cu creșterea altitudinii, temperatura scade cu un gradient vertical mediu de (0,25-0,3)°/100 m, iar densitatea aerului scade. Principalul proces energetic este transferul de căldură radiantă. Strălucirea atmosferică este cauzată de procese fotochimice complexe care implică radicali și molecule excitate vibrațional.

Termosferă situat la o altitudine de 80-90 până la 800 km. Densitatea aerului aici este minimă, iar gradul de ionizare a aerului este foarte mare. Temperatura se schimbă în funcție de activitatea Soarelui. Datorită numărului mare de particule încărcate, aici sunt observate aurore și furtuni magnetice.

Atmosfera este de mare importanță pentru natura Pământului. Fără oxigen, organismele vii nu pot respira. Stratul său de ozon protejează toate lucrurile vii de razele ultraviolete dăunătoare. Atmosfera netezește fluctuațiile de temperatură: suprafața Pământului nu se suprarăci noaptea și nu se supraîncălzește în timpul zilei. În straturile dense de aer atmosferic, înainte de a ajunge la suprafața planetei, meteoriții ard din spini.

Atmosfera interacționează cu toate straturile pământului. Cu ajutorul lui, căldura și umiditatea sunt schimbate între ocean și pământ. Fără atmosferă nu ar exista nori, precipitații sau vânturi.

Activitățile economice umane au un impact negativ semnificativ asupra atmosferei. Are loc poluarea aerului atmosferic, ceea ce duce la o creștere a concentrației de monoxid de carbon (CO 2). Și acest lucru contribuie la încălzirea globală și crește „efectul de seră”. Stratul de ozon al Pământului este distrus din cauza deșeurilor industriale și a transportului.

Atmosfera are nevoie de protecție. În țările dezvoltate, se implementează un set de măsuri pentru a proteja aerul atmosferic de poluare.

Mai ai întrebări? Vrei să afli mai multe despre atmosferă?
Pentru a primi ajutor de la un tutor -.

blog.site, atunci când copiați materialul integral sau parțial, este necesar un link către sursa originală.