Denna sfär finns inte i jordens atmosfär. Jordens atmosfär: struktur och sammansättning. Atmosfärens lager i ordning från jordens yta

Atmosfärens tjocklek är cirka 120 km från jordens yta. Den totala luftmassan i atmosfären är (5,1-5,3) 10 18 kg. Av dessa är massan av torr luft 5,1352 ±0,0003 10 18 kg, den totala massan av vattenånga är i genomsnitt 1,27 10 16 kg.

Tropopaus

Övergångsskiktet från troposfären till stratosfären, ett skikt av atmosfären där temperaturminskningen med höjden upphör.

Stratosfär

Ett lager av atmosfären som ligger på en höjd av 11 till 50 km. Kännetecknas av en liten temperaturförändring i 11-25 km skiktet (det nedre skiktet av stratosfären) och en ökning av temperaturen i 25-40 km skiktet från -56,5 till 0,8 ° (övre skiktet av stratosfären eller inversionsregionen). Efter att ha nått ett värde av cirka 273 K (nästan 0 °C) på en höjd av cirka 40 km, förblir temperaturen konstant upp till en höjd av cirka 55 km. Denna region med konstant temperatur kallas stratopaus och är gränsen mellan stratosfären och mesosfären.

Stratopaus

Atmosfärens gränsskikt mellan stratosfären och mesosfären. I den vertikala temperaturfördelningen finns ett maximum (ca 0 °C).

Mesosfären

Jordens atmosfär

Gräns ​​för jordens atmosfär

Termosfär

Den övre gränsen är ca 800 km. Temperaturen stiger till höjder på 200-300 km, där den når värden i storleksordningen 1500 K, varefter den förblir nästan konstant till höga höjder. Under påverkan av ultraviolett och röntgensolstrålning och kosmisk strålning sker jonisering av luften ("auroras") - jonosfärens huvudområden ligger inuti termosfären. På höjder över 300 km dominerar atomärt syre. Termosfärens övre gräns bestäms till stor del av solens nuvarande aktivitet. Under perioder med låg aktivitet - till exempel 2008-2009 - finns en märkbar minskning av storleken på detta lager.

Termopaus

Området i atmosfären som gränsar till termosfären. I denna region är absorptionen av solstrålning försumbar och temperaturen förändras faktiskt inte med höjden.

Exosfär (spridningssfär)

Upp till en höjd av 100 km är atmosfären en homogen, välblandad blandning av gaser. I högre lager beror gasernas höjdfördelning på deras molekylvikter minskar koncentrationen av tyngre gaser snabbare med avståndet från jordens yta. På grund av minskningen av gasdensiteten sjunker temperaturen från 0 °C i stratosfären till −110 °C i mesosfären. Den kinetiska energin hos enskilda partiklar på höjder av 200-250 km motsvarar dock en temperatur på ~150 °C. Över 200 km observeras betydande fluktuationer i temperatur och gasdensitet i tid och rum.

På en höjd av ca 2000-3500 km övergår exosfären gradvis till s.k. nära rymdvakuum, som är fylld med mycket sällsynta partiklar av interplanetär gas, främst väteatomer. Men denna gas representerar bara en del av den interplanetära materien. Den andra delen består av dammpartiklar av kometärt och meteoriskt ursprung. Förutom extremt sällsynta dammpartiklar tränger elektromagnetisk och korpuskulär strålning av sol- och galaktiskt ursprung in i detta utrymme.

Troposfären står för cirka 80% av atmosfärens massa, stratosfären - cirka 20%; massan av mesosfären är inte mer än 0,3%, termosfären är mindre än 0,05% av den totala massan av atmosfären. Baserat på de elektriska egenskaperna i atmosfären särskiljs neutrosfären och jonosfären. Man tror för närvarande att atmosfären sträcker sig till en höjd av 2000-3000 km.

Beroende på sammansättningen av gasen i atmosfären släpper de ut homosfär Och heterosfär. Heterosfär– Det här är området där gravitationen påverkar separationen av gaser, eftersom deras blandning på en sådan höjd är försumbar. Detta innebär en varierande sammansättning av heterosfären. Under den ligger en välblandad, homogen del av atmosfären, kallad homosfären. Gränsen mellan dessa lager kallas turbopaus, den ligger på en höjd av cirka 120 km.

Atmosfärens fysiologiska och andra egenskaper

Redan på en höjd av 5 km över havet börjar en otränad person uppleva syresvält och utan anpassning minskar en persons prestation avsevärt. Atmosfärens fysiologiska zon slutar här. Människans andning blir omöjlig på en höjd av 9 km, även om atmosfären upp till cirka 115 km innehåller syre.

Atmosfären förser oss med det syre som behövs för att andas. Men på grund av minskningen av det totala trycket i atmosfären, när du stiger till höjden, minskar partialtrycket av syre i enlighet med detta.

I sällsynta luftlager är ljudutbredning omöjlig. Upp till höjder på 60-90 km är det fortfarande möjligt att använda luftmotstånd och lyft för kontrollerad aerodynamisk flygning. Men från höjder på 100-130 km förlorar begreppen M-numret och ljudbarriären, som är bekanta för varje pilot, sin betydelse: där passerar den konventionella Karman-linjen, bortom vilken regionen av rent ballistisk flygning börjar, som bara kan kontrolleras med hjälp av reaktiva krafter.

På höjder över 100 km berövas atmosfären en annan anmärkningsvärd egenskap - förmågan att absorbera, leda och överföra termisk energi genom konvektion (dvs genom att blanda luft). Det gör att olika delar av utrustningen på den orbitala rymdstationen inte kommer att kunna kylas utifrån på samma sätt som man brukar göra på ett flygplan – med hjälp av luftstrålar och luftradiatorer. På denna höjd, liksom i rymden i allmänhet, är det enda sättet att överföra värme termisk strålning.

Atmosfärsbildningens historia

Enligt den vanligaste teorin har jordens atmosfär haft tre olika sammansättningar över tiden. Ursprungligen bestod den av lätta gaser (väte och helium) som fångats från det interplanetära rymden. Detta är den så kallade primär atmosfär(för ungefär fyra miljarder år sedan). I nästa steg ledde aktiv vulkanisk aktivitet till att atmosfären mättades med andra gaser än väte (koldioxid, ammoniak, vattenånga). Så här bildades den sekundär atmosfär(cirka tre miljarder år före idag). Denna atmosfär var återställande. Vidare bestämdes processen för atmosfärsbildning av följande faktorer:

• läckage av lätta gaser (väte och helium) in i det interplanetära rymden;
• kemiska reaktioner som uppstår i atmosfären under påverkan av ultraviolett strålning, blixtnedslag och några andra faktorer.

Gradvis ledde dessa faktorer till bildandet tertiär atmosfär, kännetecknad av en mycket lägre halt av väte och en mycket högre halt av kväve och koldioxid (bildad som ett resultat av kemiska reaktioner från ammoniak och kolväten).

Kväve

Bildandet av en stor mängd kväve N2 beror på oxidationen av ammoniak-väteatmosfären av molekylärt syre O2, som började komma från planetens yta som ett resultat av fotosyntesen, med start för 3 miljarder år sedan. Kväve N2 släpps också ut i atmosfären som ett resultat av denitrifiering av nitrater och andra kvävehaltiga föreningar. Kväve oxideras av ozon till NO i den övre atmosfären.

Kväve N 2 reagerar endast under specifika förhållanden (till exempel under en blixtladdning). Ozonets oxidation av molekylärt kväve under elektriska urladdningar används i små mängder vid industriell produktion av kvävegödselmedel. Cyanobakterier (blågröna alger) och knölbakterier som bildar rhizobial symbios med baljväxter, så kallade, kan oxidera den med låg energiförbrukning och omvandla den till en biologiskt aktiv form. gröngödsel.

Syre

Atmosfärens sammansättning började förändras radikalt med uppkomsten av levande organismer på jorden, som ett resultat av fotosyntes, åtföljd av frisättning av syre och absorption av koldioxid. Ursprungligen användes syre för oxidation av reducerade föreningar - ammoniak, kolväten, järnhaltig form av järn som finns i haven, etc. I slutet av detta steg började syrehalten i atmosfären att öka. Efter hand bildades en modern atmosfär med oxiderande egenskaper. Eftersom detta orsakade allvarliga och abrupta förändringar i många processer som inträffade i atmosfären, litosfären och biosfären, kallades denna händelse syrekatastrofen.

ädelgaser

Luftförorening

På senare tid har människor börjat påverka atmosfärens utveckling. Resultatet av hans aktiviteter var en konstant betydande ökning av innehållet av koldioxid i atmosfären på grund av förbränning av kolvätebränslen som ackumulerats under tidigare geologiska epoker. Enorma mängder CO 2 förbrukas under fotosyntesen och absorberas av världshaven. Denna gas kommer in i atmosfären på grund av nedbrytningen av karbonatstenar och organiska ämnen av vegetabiliskt och animaliskt ursprung, samt på grund av vulkanism och mänsklig industriell aktivitet. Under de senaste 100 åren har innehållet av CO 2 i atmosfären ökat med 10 %, varav huvuddelen (360 miljarder ton) kommer från bränsleförbränning. Om tillväxttakten för bränsleförbränning fortsätter, kommer mängden CO 2 i atmosfären att fördubblas under de kommande 200-300 åren och kan leda till globala klimatförändringar.

Bränsleförbränning är den huvudsakliga källan till förorenande gaser (CO, SO2). Svaveldioxid oxideras av atmosfäriskt syre till SO 3 i de övre skikten av atmosfären, som i sin tur interagerar med vatten och ammoniakånga, och den resulterande svavelsyran (H 2 SO 4) och ammoniumsulfat ((NH 4) 2 SO 4 ) återförs till jordens yta i form av den sk. surt regn. Användningen av förbränningsmotorer leder till betydande luftföroreningar med kväveoxider, kolväten och blyföreningar (tetraetylbly Pb(CH 3 CH 2) 4)).

Aerosolföroreningar av atmosfären orsakas av både naturliga orsaker (vulkanutbrott, dammstormar, medryckning av droppar havsvatten och växtpollen etc.) och mänskliga ekonomiska aktiviteter (brytning av malm och byggmaterial, förbränning av bränsle, tillverkning av cement, etc.). ). Intensiv storskalig utsläpp av partiklar i atmosfären är en av de möjliga orsakerna till klimatförändringar på planeten.

se även

• Jacchia (atmosfärisk modell)

Anteckningar

Länkar

Litteratur

1. V.V. Parin, F.P. Kosmolinsky, B.A. Dushkov"Rymdens biologi och medicin" (2:a upplagan, reviderad och utökad), M.: "Prosveshcheniye", 1975, 223 s.
2. N.V. Gusakova"Environmental Chemistry", Rostov-on-Don: Phoenix, 2004, 192 med ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V.A. Geochemistry of natural gases, M., 1971;
4. McEwen M., Phillips L. Atmospheric Chemistry, M., 1978;
5. Wark K., Warner S. Luftförorening. Källor och kontroll, övers. från engelska, M.. 1980;
6. Övervakning av bakgrundsföroreningar av naturmiljöer. V. 1, L., 1982.

Jorden
Jordens historia	Jordens tidsålder Jordens geologiska historia Geokronologisk skala Historien om livet på jorden Jordens nedisning Paradox för den svaga unga solen Jätte nedslagsteori Evolutionens kronologi
Geografi och geologi	Australien Asien Antarktis Afrika Europa Nordamerika Sydamerika Atlanten Indiska oceanen Ishavet

Jordens atmosfär är heterogen: på olika höjder finns olika luftdensiteter och tryck, temperatur- och gassammansättningsförändringar. Baserat på beteendet hos den omgivande lufttemperaturen (dvs. temperaturen ökar eller minskar med höjden), särskiljs följande lager i den: troposfär, stratosfär, mesosfär, termosfär och exosfär. Gränserna mellan lager kallas pauser: det finns 4 av dem, eftersom exosfärens övre gräns är mycket suddig och hänvisar ofta till nära rymden. Atmosfärens allmänna struktur kan ses i det bifogade diagrammet.

Fig.1 Strukturen av jordens atmosfär. Kredit: webbplats

Det lägsta atmosfäriska lagret är troposfären, vars övre gräns, som kallas tropopausen, varierar beroende på geografisk latitud och sträcker sig från 8 km. i polaren upp till 20 km. på tropiska breddgrader. På medel- eller tempererade breddgrader ligger dess övre gräns på höjder av 10-12 km. Under året upplever den övre gränsen av troposfären fluktuationer beroende på inflödet av solstrålning. Sålunda, som ett resultat av mätning vid jordens sydpol av den amerikanska meteorologiska tjänsten, avslöjades det att från mars till augusti eller september sker en stadig avkylning av troposfären, vilket resulterar i en kort period i augusti. eller september stiger dess gräns till 11,5 km. Sedan, under perioden från september till december, minskar den snabbt och når sin lägsta position - 7,5 km, varefter dess höjd förblir praktiskt taget oförändrad fram till mars. De där. Troposfären når sin största tjocklek på sommaren och sin tunnaste på vintern.

Det är värt att notera att det, förutom säsongsbetonade, också finns dagliga fluktuationer i höjden av tropopausen. Dessutom påverkas dess position av cykloner och anticykloner: i den första faller den, eftersom Trycket i dem är lägre än i den omgivande luften, och för det andra stiger det därefter.

Troposfären innehåller upp till 90 % av den totala massan av jordens luft och 9/10 av all vattenånga. Turbulens är högt utvecklad här, speciellt i de nära ytan och högsta skikten, moln på alla nivåer utvecklas, cykloner och anticykloner bildas. Och på grund av ansamlingen av växthusgaser (koldioxid, metan, vattenånga) av solljus som reflekteras från jordens yta utvecklas växthuseffekten.

Växthuseffekten är förknippad med en minskning av lufttemperaturen i troposfären med höjden (eftersom den uppvärmda jorden avger mer värme till ytskikten). Den genomsnittliga vertikala gradienten är 0,65°/100 m (dvs lufttemperaturen minskar med 0,65°C för varje 100 meters stigning). Så om den genomsnittliga årliga lufttemperaturen vid jordens yta nära ekvatorn är +26°, är den vid den övre gränsen -70°. Temperaturen i tropopausregionen ovanför Nordpolen varierar under hela året från -45° på sommaren till -65° på vintern.

Med ökande höjd minskar också lufttrycket och uppgår till endast 12-20% av den ytnära nivån vid troposfärens övre gräns.

Vid gränsen av troposfären och det överliggande lagret av stratosfären ligger ett lager av tropopausen, 1-2 km tjockt. Tropopausens nedre gränser anses vanligtvis vara ett luftlager där den vertikala gradienten minskar till 0,2°/100 m mot 0,65°/100 m i de underliggande regionerna av troposfären.

Inom tropopausen observeras luftflöden i en strikt definierad riktning, kallade jetströmmar på hög höjd eller "jetströmmar", bildade under påverkan av jordens rotation runt dess axel och uppvärmning av atmosfären med deltagande av solstrålning . Strömmar observeras vid gränserna för zoner med betydande temperaturskillnader. Det finns flera lokaliseringscentra för dessa strömmar, till exempel arktiska, subtropiska, subpolära och andra. Kunskap om lokaliseringen av jetströmmar är mycket viktigt för meteorologi och flyg: den första använder strömmar för mer exakt väderprognoser, den andra för att konstruera flygrutter för flygplan, eftersom Vid flödenas gränser finns det starka turbulenta virvlar, liknande små virvlar, kallade "klar himmels turbulens" på grund av frånvaron av moln på dessa höjder.

Under inverkan av jetströmmar på hög höjd bildas ofta avbrott i tropopausen, och ibland försvinner den helt, fastän den då bildas på nytt. Detta observeras särskilt ofta på subtropiska breddgrader, som domineras av en kraftfull subtropisk höghöjdsström. Dessutom leder skillnaden i tropopauslager i omgivningstemperatur till bildandet av luckor. Till exempel finns ett stort gap mellan den varma och låga polära tropopausen och den höga och kalla tropopausen på tropiska breddgrader. Nyligen har också ett lager av tropopausen av tempererade breddgrader uppstått, som har diskontinuiteter med de två föregående lagren: polära och tropiska.

Det andra lagret av jordens atmosfär är stratosfären. Stratosfären kan grovt delas in i två regioner. Den första av dem, som ligger upp till höjder av 25 km, kännetecknas av nästan konstanta temperaturer, som är lika med temperaturerna i de övre lagren av troposfären över ett visst område. Den andra regionen, eller inversionsregionen, kännetecknas av en ökning av lufttemperaturen till höjder av cirka 40 km. Detta beror på absorptionen av solens ultravioletta strålning av syre och ozon. I den övre delen av stratosfären är temperaturen, tack vare denna uppvärmning, ofta positiv eller till och med jämförbar med ytluftens temperatur.

Ovanför inversionsområdet finns ett lager med konstanta temperaturer, som kallas stratopausen och är gränsen mellan stratosfären och mesosfären. Dess tjocklek når 15 km.

Till skillnad från troposfären är turbulenta störningar sällsynta i stratosfären, men det finns starka horisontella vindar eller jetströmmar som blåser i smala zoner längs gränserna för tempererade breddgrader mot polerna. Placeringen av dessa zoner är inte konstant: de kan förskjutas, expandera eller till och med försvinna helt. Ofta tränger jetströmmar in i de övre skikten av troposfären, eller omvänt tränger luftmassor från troposfären in i de nedre skikten av stratosfären. Sådan blandning av luftmassor är särskilt typisk i områden med atmosfäriska fronter.

Det finns lite vattenånga i stratosfären. Luften här är mycket torr, och därför bildas få moln. Endast på höjder av 20-25 km och på höga breddgrader kan man lägga märke till mycket tunna pärlemorskimrande moln bestående av underkylda vattendroppar. Under dagen är dessa moln inte synliga, men när mörkret börjar tycks de lysa på grund av upplysningen av dem av solen, som redan har gått ner under horisonten.

På samma höjder (20-25 km) i den nedre stratosfären finns det så kallade ozonlagret - området med högst halt av ozon, som bildas under påverkan av ultraviolett solstrålning (du kan ta reda på mer om detta process på sidan). Ozonskiktet eller ozonosfären är av yttersta vikt för att upprätthålla livet för alla organismer som lever på land och absorberar dödliga ultravioletta strålar med en våglängd på upp till 290 nm. Det är av denna anledning som levande organismer inte lever ovanför ozonskiktet, det är den övre gränsen för livets fördelning på jorden.

Under påverkan av ozon förändras även magnetfält, atomer och molekyler sönderfaller, jonisering sker och nybildning av gaser och andra kemiska föreningar sker.

Det skikt av atmosfären som ligger ovanför stratosfären kallas mesosfären. Den kännetecknas av en minskning av lufttemperaturen med höjden med en genomsnittlig vertikal gradient på 0,25-0,3°/100 m, vilket leder till kraftig turbulens. Vid mesosfärens övre gränser, i den region som kallas mesopausen, registrerades temperaturer ner till -138°C, vilket är det absoluta minimum för hela jordens atmosfär som helhet.

Här, inom mesopausen, ligger den nedre gränsen för området för aktiv absorption av röntgenstrålning och kortvågig ultraviolett strålning från solen. Denna energiprocess kallas strålningsvärmeöverföring. Som ett resultat värms gasen upp och joniseras, vilket får atmosfären att glöda.

På höjder av 75-90 km vid mesosfärens övre gränser noterades speciella moln som ockuperade stora områden i planetens polarområden. Dessa moln kallas nattlysande på grund av deras glöd i skymningen, vilket orsakas av reflektion av solljus från iskristallerna som dessa moln består av.

Lufttrycket i mesopausen är 200 gånger lägre än på jordens yta. Detta tyder på att nästan all luft i atmosfären är koncentrerad i dess 3 lägre lager: troposfären, stratosfären och mesosfären. De överliggande lagren, termosfären och exosfären, står för endast 0,05 % av hela atmosfärens massa.

Termosfären ligger på höjder från 90 till 800 km över jordens yta.

Termosfären kännetecknas av en kontinuerlig ökning av lufttemperaturen till höjder på 200-300 km, där den kan nå 2500°C. Temperaturen stiger på grund av absorptionen av röntgenstrålar och kortvågig ultraviolett strålning från solen av gasmolekyler. Över 300 km över havet upphör temperaturökningen.

Samtidigt med temperaturökningen minskar trycket och följaktligen densiteten hos den omgivande luften. Så om densiteten vid termosfärens nedre gränser är 1,8 × 10 -8 g/cm 3, så är den vid de övre gränserna redan 1,8 × 10 -15 g/cm 3, vilket ungefär motsvarar 10 miljoner - 1 miljard partiklar per 1 cm 3.

Alla egenskaper hos termosfären, såsom luftens sammansättning, dess temperatur, densitet, är föremål för starka fluktuationer: beroende på geografiskt läge, årstid och tid på dygnet. Även placeringen av termosfärens övre gräns ändras.

Atmosfärens översta skikt kallas exosfären eller spridningsskiktet. Dess nedre gräns förändras ständigt inom mycket vida gränser; Medelhöjden tas till 690-800 km. Den installeras där sannolikheten för intermolekylära eller interatomära kollisioner kan försummas, d.v.s. det genomsnittliga avståndet som en kaotiskt rörlig molekyl kommer att täcka innan den kolliderar med en annan liknande molekyl (den så kallade fria banan) kommer att vara så stort att molekylerna i själva verket inte kommer att kollidera med en sannolikhet nära noll. Det skikt där det beskrivna fenomenet inträffar kallas för termisk paus.

Exosfärens övre gräns ligger på höjder av 2-3 tusen km. Det är mycket suddigt och förvandlas gradvis till ett nästan rymdvakuum. Ibland, av denna anledning, anses exosfären vara en del av yttre rymden, och dess övre gräns anses vara en höjd av 190 tusen km, vid vilken påverkan av solstrålningstrycket på väteatomernas hastighet överstiger gravitationsattraktionen hos Jorden. Detta är den så kallade jordens krona, bestående av väteatomer. Tätheten av jordens korona är mycket liten: endast 1000 partiklar per kubikcentimeter, men detta antal är mer än 10 gånger högre än koncentrationen av partiklar i det interplanetära rymden.

På grund av den extrema sällsyntheten av luften i exosfären, rör sig partiklar runt jorden i elliptiska banor utan att kollidera med varandra. Vissa av dem, som rör sig längs öppna eller hyperboliska banor med kosmisk hastighet (väte- och heliumatomer), lämnar atmosfären och går ut i yttre rymden, varför exosfären kallas spridningssfären.

Encyklopedisk YouTube

1 / 5

✪ Rymdskeppet Jorden (avsnitt 14) - Atmosfär

✪ Varför drogs inte atmosfären in i rymdens vakuum?

✪ Inträde av rymdfarkosten Soyuz TMA-8 i jordens atmosfär

✪ Atmosfärens struktur, mening, studie

✪ O. S. Ugolnikov "Övre atmosfär. Mötet mellan jorden och rymden"

undertexter

Atmosfärisk gräns

Atmosfären anses vara den region runt jorden där det gasformiga mediet roterar tillsammans med jorden som en helhet. Atmosfären passerar gradvis in i det interplanetära rymden, i exosfären, med början på en höjd av 500-1000 km från jordens yta.

Enligt definitionen som föreslås av International Aviation Federation dras gränsen för atmosfären och rymden längs Karmanlinjen, som ligger på en höjd av cirka 100 km, över vilken flygflyg blir helt omöjliga. NASA använder markeringen 122 kilometer (400 000 fot) som atmosfärsgräns, där skyttlarna växlar från motordriven manövrering till aerodynamisk manövrering.

Fysikaliska egenskaper

Förutom de gaser som anges i tabellen innehåller atmosfären 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))), kolväten, HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , HI (\displaystyle ((\ce (HI)))), par Hg (\displaystyle (\ce (Hg))) , I 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br 2 (\displaystyle (\ce (Br2))), liksom många andra gaser i små mängder. Troposfären innehåller ständigt en stor mängd suspenderade fasta och flytande partiklar (aerosol). Den sällsynta gasen i jordens atmosfär är Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .

Atmosfärens struktur

Atmosfäriskt gränsskikt

Det nedre lagret av troposfären (1-2 km tjockt), där tillståndet och egenskaperna hos jordens yta direkt påverkar atmosfärens dynamik.

Troposfär

Dess övre gräns är på en höjd av 8-10 km i polar, 10-12 km i tempererade och 16-18 km i tropiska breddgrader; lägre på vintern än på sommaren.
Atmosfärens nedre huvudskikt innehåller mer än 80 % av den totala massan av atmosfärisk luft och cirka 90 % av den totala vattenångan som finns i atmosfären. Turbulens och konvektion är högt utvecklade i troposfären, moln uppstår och cykloner och anticykloner utvecklas. Temperaturen minskar med ökande höjd med en genomsnittlig vertikal gradient på 0,65°/100 meter.

Tropopaus

Övergångsskiktet från troposfären till stratosfären, ett skikt av atmosfären där temperaturminskningen med höjden upphör.

Stratosfär

Ett lager av atmosfären som ligger på en höjd av 11 till 50 km. Kännetecknas av en liten temperaturförändring i 11-25 km skiktet (det nedre skiktet av stratosfären) och en ökning av temperaturen i 25-40 km skiktet från minus 56,5 till plus 0,8 ° C (övre skiktet av stratosfären eller inversionsregionen ). Efter att ha nått ett värde av cirka 273 K (nästan 0 °C) på en höjd av cirka 40 km, förblir temperaturen konstant upp till en höjd av cirka 55 km. Denna region med konstant temperatur kallas stratopaus och är gränsen mellan stratosfären och mesosfären.

Stratopaus

Atmosfärens gränsskikt mellan stratosfären och mesosfären. I den vertikala temperaturfördelningen finns ett maximum (ca 0 °C).

Mesosfären

Termosfär

Den övre gränsen är ca 800 km. Temperaturen stiger till höjder på 200-300 km, där den når värden i storleksordningen 1500 K, varefter den förblir nästan konstant till höga höjder. Under påverkan av solstrålning och kosmisk strålning sker jonisering av luften ("auroras") - jonosfärens huvudområden ligger inuti termosfären. På höjder över 300 km dominerar atomärt syre. Termosfärens övre gräns bestäms till stor del av solens nuvarande aktivitet. Under perioder med låg aktivitet - till exempel 2008-2009 - finns en märkbar minskning av storleken på detta lager.

Termopaus

Området i atmosfären som gränsar över termosfären. I denna region är absorptionen av solstrålning försumbar och temperaturen förändras faktiskt inte med höjden.

Exosfär (spridningssfär)

Upp till en höjd av 100 km är atmosfären en homogen, välblandad blandning av gaser. I högre lager beror gasernas höjdfördelning på deras molekylvikter minskar koncentrationen av tyngre gaser snabbare med avståndet från jordens yta. På grund av minskningen av gasdensiteten sjunker temperaturen från 0 °C i stratosfären till minus 110 °C i mesosfären. Den kinetiska energin hos enskilda partiklar på höjder av 200-250 km motsvarar dock en temperatur på ~150 °C. Över 200 km observeras betydande fluktuationer i temperatur och gasdensitet i tid och rum.

På en höjd av ca 2000-3500 km övergår exosfären gradvis till s.k. nära rymdvakuum, som är fylld med sällsynta partiklar av interplanetär gas, främst väteatomer. Men denna gas representerar bara en del av den interplanetära materien. Den andra delen består av dammpartiklar av kometärt och meteoriskt ursprung. Förutom extremt sällsynta dammpartiklar tränger elektromagnetisk och korpuskulär strålning av sol- och galaktiskt ursprung in i detta utrymme.

Recension

Troposfären står för cirka 80% av atmosfärens massa, stratosfären - cirka 20%; massan av mesosfären är inte mer än 0,3%, termosfären är mindre än 0,05% av den totala massan av atmosfären.

Baserat på elektriska egenskaper i atmosfären särskiljer de neutrosfären Och jonosfär .

Beroende på sammansättningen av gasen i atmosfären släpper de ut homosfär Och heterosfär. Heterosfär– Det här är området där gravitationen påverkar separationen av gaser, eftersom deras blandning på en sådan höjd är försumbar. Detta innebär en varierande sammansättning av heterosfären. Under den ligger en välblandad, homogen del av atmosfären, kallad homosfären. Gränsen mellan dessa lager kallas turbopaus, den ligger på en höjd av cirka 120 km.

Andra egenskaper hos atmosfären och effekter på människokroppen

Redan på en höjd av 5 km över havet börjar en otränad person uppleva syresvält och utan anpassning minskar en persons prestation avsevärt. Atmosfärens fysiologiska zon slutar här. Människans andning blir omöjlig på en höjd av 9 km, även om atmosfären upp till cirka 115 km innehåller syre.

Atmosfären förser oss med det syre som behövs för att andas. Men på grund av minskningen av det totala trycket i atmosfären, när du stiger till höjden, minskar partialtrycket av syre i enlighet med detta.

Atmosfärsbildningens historia

Enligt den vanligaste teorin har jordens atmosfär haft tre olika sammansättningar genom sin historia. Ursprungligen bestod den av lätta gaser (väte och helium) som fångats från det interplanetära rymden. Detta är den så kallade primär atmosfär. I nästa steg ledde aktiv vulkanisk aktivitet till att atmosfären mättades med andra gaser än väte (koldioxid, ammoniak, vattenånga). Så här bildades den sekundär atmosfär. Denna atmosfär var återställande. Vidare bestämdes processen för atmosfärsbildning av följande faktorer:

• läckage av lätta gaser (väte och helium) in i det interplanetära rymden;
• kemiska reaktioner som uppstår i atmosfären under påverkan av ultraviolett strålning, blixtnedslag och några andra faktorer.

Gradvis ledde dessa faktorer till bildandet tertiär atmosfär, kännetecknad av en mycket lägre halt av väte och en mycket högre halt av kväve och koldioxid (bildad som ett resultat av kemiska reaktioner från ammoniak och kolväten).

Kväve

Bildandet av en stor mängd kväve beror på oxidationen av ammoniak-väteatmosfären av molekylärt syre O 2 (\displaystyle (\ce (O2))), som började komma från planetens yta som ett resultat av fotosyntesen, med start för 3 miljarder år sedan. Även kväve N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) släpps ut i atmosfären som ett resultat av denitrifiering av nitrater och andra kvävehaltiga föreningar. Kväve oxideras av ozon till NEJ (\displaystyle ((\ce (NO)))) i de övre lagren av atmosfären.

Kväve N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) reagerar endast under specifika förhållanden (till exempel under en blixtladdning). Ozonets oxidation av molekylärt kväve under elektriska urladdningar används i små mängder vid industriell produktion av kvävegödselmedel. Cyanobakterier (blågröna alger) och knölbakterier, som bildar rhizobial symbios med baljväxter, vilket kan vara effektiv gröngödsel - växter som inte utarmar, utan berikar jorden med naturliga gödningsmedel, kan oxidera den med låg energiförbrukning och omvandla den till en biologiskt aktiv form.

Syre

Atmosfärens sammansättning började förändras radikalt med uppkomsten av levande organismer på jorden som ett resultat av fotosyntes, åtföljd av frisättning av syre och absorption av koldioxid. Ursprungligen användes syre för oxidation av reducerade föreningar - ammoniak, kolväten, järnhaltig form av järn som finns i haven och andra. I slutet av detta skede började syrehalten i atmosfären att öka. Efter hand bildades en modern atmosfär med oxiderande egenskaper. Eftersom detta orsakade allvarliga och abrupta förändringar i många processer som inträffade i atmosfären, litosfären och biosfären, kallades denna händelse syrekatastrofen.

ädelgaser

Luftförorening

På senare tid har människor börjat påverka atmosfärens utveckling. Resultatet av mänsklig aktivitet har varit en konstant ökning av innehållet av koldioxid i atmosfären på grund av förbränning av kolvätebränslen som ackumulerats under tidigare geologiska epoker. Enorma mängder konsumeras under fotosyntesen och absorberas av världshaven. Denna gas kommer in i atmosfären på grund av nedbrytningen av karbonatstenar och organiska ämnen av vegetabiliskt och animaliskt ursprung, samt på grund av vulkanism och mänsklig industriell aktivitet. Under de senaste 100 åren innehåll CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) i atmosfären ökade med 10 %, där huvuddelen (360 miljarder ton) kom från bränsleförbränning. Om tillväxttakten för bränsleförbränning fortsätter, kommer mängden under de kommande 200-300 åren CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) i atmosfären kommer att fördubblas och kan leda till

Alla som har flugit på ett flygplan är vana vid den här typen av meddelanden: "vår flygning sker på en höjd av 10 000 m, temperaturen utanför är 50 ° C." Det verkar inget speciellt. Ju längre bort från jordens yta som värms upp av solen, desto kallare är det. Många tror att temperaturen sjunker kontinuerligt med höjden och att temperaturen gradvis sjunker och närmar sig rymdens temperatur. Det trodde förresten forskare fram till slutet av 1800-talet.

Låt oss ta en närmare titt på fördelningen av lufttemperaturen över jorden. Atmosfären är uppdelad i flera lager, som i första hand återspeglar karaktären av temperaturförändringar.

Det nedre lagret av atmosfären kallas troposfär, vilket betyder "rotationssfär." Alla förändringar i väder och klimat är resultatet av fysiska processer som sker just i detta lager en höjd av 15-16 km över ekvatorn och 7-8 km över polerna Liksom jorden själv är även atmosfären, under påverkan av vår planets rotation, något tillplattad ovanför polerna och sväller över ekvatorn. Denna effekt är dock mycket mer uttalad i atmosfären än i jordens fasta skal i riktningen från jordens yta till vid troposfärens övre gräns. Ovanför ekvatorn är den lägsta lufttemperaturen cirka -62 ° C, och över polerna - cirka -45 ° C. På tempererade breddgrader finns mer än 75% av atmosfärens massa i troposfären av atmosfären.

1899 hittades ett minimum i den vertikala temperaturprofilen på en viss höjd och då ökade temperaturen något. Början av denna ökning innebär övergången till nästa lager av atmosfären - till stratosfär, som betyder "lagersfär." Termen stratosfär betyder och återspeglar den tidigare idén om det unika med lagret som ligger ovanför troposfären , i synnerhet en kraftig ökning av lufttemperaturen. Denna temperaturökning förklaras reaktionen av ozonbildning är en av de viktigaste kemiska reaktionerna som sker i atmosfären.

Huvuddelen av ozon är koncentrerad på höjder av cirka 25 km, men i allmänhet är ozonskiktet ett mycket utsträckt skal som täcker nästan hela stratosfären. Interaktionen mellan syre och ultravioletta strålar är en av de fördelaktiga processerna i jordens atmosfär som bidrar till att upprätthålla liv på jorden. Absorptionen av denna energi av ozon förhindrar dess överdrivna flöde till jordens yta, där exakt den nivå av energi som är lämplig för existensen av jordlevande livsformer skapas. Ozonosfären absorberar en del av den strålningsenergi som passerar genom atmosfären. Som ett resultat etableras en vertikal lufttemperaturgradient på cirka 0,62°C per 100 m i ozonosfären, d.v.s. temperaturen ökar med höjden upp till stratosfärens övre gräns - stratopausen (50 km), och når enl. vissa data, 0°C.

På höjder från 50 till 80 km finns ett lager av atmosfären som kallas mesosfären. Ordet "mesosfär" betyder "mellansfär", där lufttemperaturen fortsätter att minska med höjden. Ovanför mesosfären, i ett lager som kallas termosfär, temperaturen stiger igen med höjden upp till cirka 1000°C, och sjunker sedan mycket snabbt till -96°C. Den sjunker dock inte i det oändliga, då ökar temperaturen igen.

Termosfärär det första lagret jonosfär. Till skillnad från de tidigare nämnda skikten särskiljs inte jonosfären av temperatur. Jonosfären är ett område av elektrisk natur som möjliggör många typer av radiokommunikation. Jonosfären är uppdelad i flera lager, betecknade med bokstäverna D, E, F1 och F2. Dessa lager har också speciella namn. Separationen i skikt orsakas av flera skäl, bland vilka den viktigaste är skiktens ojämna inverkan på radiovågornas passage. Det lägsta lagret, D, absorberar huvudsakligen radiovågor och förhindrar därmed deras vidare utbredning. Det bäst studerade skiktet E ligger på en höjd av cirka 100 km över jordens yta. Det kallas också för Kennelly-Heaviside-skiktet efter namnen på de amerikanska och engelska forskare som samtidigt och oberoende upptäckte det. Lager E, som en gigantisk spegel, reflekterar radiovågor. Tack vare detta skikt färdas långa radiovågor längre sträckor än man skulle kunna förvänta sig om de bara spred sig i en rak linje, utan att reflekteras från E-skiktet. Det kallas också för Appleton-skiktet. Tillsammans med Kennelly-Heaviside-skiktet reflekterar det radiovågor till markbundna radiostationer. Sådan reflektion kan ske i olika vinklar. Appletonlagret ligger på en höjd av cirka 240 km.

Det yttersta området av atmosfären, det andra lagret av jonosfären, kallas ofta exosfär. Denna term hänvisar till förekomsten av utkanten av rymden nära jorden. Det är svårt att avgöra exakt var atmosfären slutar och rymden börjar, eftersom densiteten av atmosfäriska gaser gradvis minskar med höjden och atmosfären själv förvandlas gradvis till nästan ett vakuum, där endast enskilda molekyler finns. Redan på en höjd av cirka 320 km är atmosfärens densitet så låg att molekyler kan färdas mer än 1 km utan att kollidera med varandra. Den yttersta delen av atmosfären fungerar som dess övre gräns, som ligger på höjder från 480 till 960 km.

Mer information om processer i atmosfären finns på webbplatsen "Earth Climate"

- jordklotets luftskal, som roterar tillsammans med jorden. Atmosfärens övre gräns dras konventionellt på höjder av 150-200 km. Den nedre gränsen är jordens yta.

Atmosfärisk luft är en blandning av gaser. Det mesta av dess volym i luftens ytskikt står för kväve (78 %) och syre (21 %). Dessutom innehåller luften inerta gaser (argon, helium, neon etc.), koldioxid (0,03), vattenånga och olika fasta partiklar (damm, sot, saltkristaller).

Luften är färglös, och himlens färg förklaras av egenskaperna hos spridningen av ljusvågor.

Atmosfären består av flera lager: troposfären, stratosfären, mesosfären och termosfären.

Det nedre marklagret av luft kallas troposfär. På olika breddgrader är dess kraft inte densamma. Troposfären följer planetens form och deltar tillsammans med jorden i axiell rotation. Vid ekvatorn varierar atmosfärens tjocklek från 10 till 20 km. Vid ekvatorn är den större, och vid polerna är den mindre. Troposfären kännetecknas av maximal luftdensitet 4/5 av massan av hela atmosfären är koncentrerad i den. Troposfären bestämmer väderförhållandena: olika luftmassor bildas här, moln och nederbörd bildas och intensiva horisontella och vertikala luftrörelser sker.

Ovanför troposfären, upp till en höjd av 50 km, ligger stratosfär. Den kännetecknas av lägre luftdensitet och saknar vattenånga. I den nedre delen av stratosfären på ca 25 km höjder. det finns en "ozonskärm" - ett skikt av atmosfären med en hög koncentration av ozon, som absorberar ultraviolett strålning, som är dödlig för organismer.

På en höjd av 50 till 80-90 km sträcker den sig mesosfären. Med ökande höjd minskar temperaturen med en genomsnittlig vertikal gradient på (0,25-0,3)°/100 m, och luftdensiteten minskar. Den huvudsakliga energiprocessen är strålningsvärmeöverföring. Atmosfärens glöd orsakas av komplexa fotokemiska processer som involverar radikaler och vibrationellt exciterade molekyler.

Termosfär ligger på en höjd av 80-90 till 800 km. Luftdensiteten här är minimal, och graden av luftjonisering är mycket hög. Temperaturen ändras beroende på solens aktivitet. På grund av det stora antalet laddade partiklar observeras norrsken och magnetiska stormar här.

Atmosfären har stor betydelse för jordens natur. Utan syre kan levande organismer inte andas. Dess ozonskikt skyddar allt levande från skadliga ultravioletta strålar. Atmosfären jämnar ut temperaturfluktuationer: jordens yta blir inte underkyld på natten och överhettas inte under dagen. I täta lager av atmosfärisk luft, innan de når planetens yta, brinner meteoriter från taggar.

Atmosfären samverkar med jordens alla lager. Med dess hjälp utbyts värme och fukt mellan hav och land. Utan atmosfären skulle det inte finnas några moln, nederbörd eller vindar.

Mänsklig ekonomisk verksamhet har en betydande negativ inverkan på atmosfären. Atmosfärisk luftförorening uppstår, vilket leder till en ökning av koncentrationen av kolmonoxid (CO 2). Och detta bidrar till den globala uppvärmningen och ökar "växthuseffekten". Jordens ozonskikt förstörs på grund av industriavfall och transporter.

Atmosfären behöver skydd. I utvecklade länder genomförs en rad åtgärder för att skydda atmosfärisk luft från föroreningar.

Har du fortfarande frågor? Vill du veta mer om atmosfären?
För att få hjälp av en handledare -.

blog.site, vid kopiering av material helt eller delvis krävs en länk till originalkällan.