māņticība
Zemes atmosfēra. Atmosfēras slāņi

Zemes atmosfēra. Atmosfēras slāņi

Atmosfēra(no grieķu atmos - tvaiks un sfarija - bumba) - Zemes gaisa apvalks, kas rotē ar to. Atmosfēras attīstība bija cieši saistīta ar uz mūsu planētas notiekošajiem ģeoloģiskajiem un ģeoķīmiskiem procesiem, kā arī ar dzīvo organismu darbību.

Atmosfēras apakšējā robeža sakrīt ar Zemes virsmu, jo gaiss iekļūst mazākajās augsnes porās un izšķīst pat ūdenī.

Augšējā robeža 2000-3000 km augstumā pakāpeniski nonāk kosmosā.

Ar skābekli bagāta atmosfēra padara dzīvību iespējamu uz Zemes. Atmosfēras skābekli elpošanas procesā izmanto cilvēki, dzīvnieki un augi.

Ja nebūtu atmosfēras, Zeme būtu klusa kā Mēness. Galu galā skaņa ir gaisa daļiņu vibrācija. Debesu zilā krāsa ir izskaidrojama ar to, ka saules stari, izejot cauri atmosfērai, it kā caur objektīvu, sadalās to sastāvdaļkrāsās. Šajā gadījumā zilās un zilās krāsas stari ir izkliedēti visvairāk.

Atmosfēra saglabā lielāko daļu Saules ultravioletā starojuma, kas negatīvi ietekmē dzīvos organismus. Tas arī uztur siltumu uz Zemes virsmas, neļaujot mūsu planētai atdzist.

Atmosfēras struktūra

Atmosfērā var izdalīt vairākus slāņus, kas atšķiras pēc blīvuma un blīvuma (1. att.).

Troposfēra

Troposfēra- zemākais atmosfēras slānis, kura biezums virs poliem ir 8-10 km, mērenā platuma grādos - 10-12 km un virs ekvatora - 16-18 km.

Rīsi. 1. Zemes atmosfēras uzbūve

Gaiss troposfērā tiek uzkarsēts ar zemes virsma, t.i., no zemes un ūdens. Tāpēc gaisa temperatūra šajā slānī samazinās līdz ar augstumu vidēji par 0,6 ° C uz katriem 100 m. Troposfēras augšējā robežā tā sasniedz -55 ° C. Tajā pašā laikā ekvatora reģionā pie troposfēras augšējās robežas gaisa temperatūra ir -70 °С, bet Ziemeļpola reģionā -65 °С.

Apmēram 80% atmosfēras masas koncentrējas troposfērā, atrodas gandrīz visi ūdens tvaiki, notiek pērkona negaiss, vētras, mākoņi un nokrišņi, kā arī vertikāla (konvekcija) un horizontāla (vēja) gaisa kustība.

Var teikt, ka laika apstākļi galvenokārt veidojas troposfērā.

Stratosfēra

Stratosfēra- atmosfēras slānis, kas atrodas virs troposfēras 8 līdz 50 km augstumā. Debesu krāsa šajā slānī šķiet violeta, kas izskaidrojams ar gaisa retumu, kura dēļ saules stari gandrīz neizkliedējas.

Stratosfēra satur 20% no atmosfēras masas. Gaiss šajā slānī ir retināts, ūdens tvaiku praktiski nav, tāpēc mākoņi un nokrišņi gandrīz neveidojas. Taču stratosfērā vērojamas stabilas gaisa plūsmas, kuru ātrums sasniedz 300 km/h.

Šis slānis ir koncentrēts ozons(ozona ekrāns, ozonosfēra), slānis, kas absorbē ultravioletie stari, neļaujot tiem sasniegt Zemi un tādējādi aizsargājot dzīvos organismus uz mūsu planētas. Ozona ietekmē gaisa temperatūra pie stratosfēras augšējās robežas ir robežās no -50 līdz 4-55 °C.

Starp mezosfēru un stratosfēru ir pārejas zona - stratopauze.

Mezosfēra

Mezosfēra- atmosfēras slānis, kas atrodas 50-80 km augstumā. Gaisa blīvums šeit ir 200 reizes mazāks nekā uz Zemes virsmas. Debesu krāsa mezosfērā šķiet melna, zvaigznes ir redzamas dienas laikā. Gaisa temperatūra pazeminās līdz -75 (-90)°C.

80 km augstumā sākas termosfēra. Gaisa temperatūra šajā slānī strauji paaugstinās līdz 250 m augstumam, un pēc tam kļūst nemainīga: 150 km augstumā tā sasniedz 220-240 °C; 500-600 km augstumā tas pārsniedz 1500 °C.

Mezosfērā un termosfērā kosmisko staru ietekmē gāzes molekulas sadalās lādētās (jonizētās) atomu daļiņās, tāpēc šo atmosfēras daļu sauc jonosfēra- ļoti retināta gaisa slānis, kas atrodas augstumā no 50 līdz 1000 km un sastāv galvenokārt no jonizētiem skābekļa atomiem, slāpekļa oksīda molekulām un brīvajiem elektroniem. Šim slānim ir raksturīga augsta elektrifikācija, un no tā, tāpat kā no spoguļa, tiek atstaroti gari un vidēji radioviļņi.

Jonosfērā ir polārblāzmas- retināto gāzu spīdums no Saules lidojošu elektriski lādētu daļiņu ietekmē - un tiek novērotas krasas magnētiskā lauka svārstības.

Eksosfēra

Eksosfēra- atmosfēras ārējais slānis, kas atrodas virs 1000 km. Šo slāni sauc arī par izkliedes sfēru, jo gāzes daļiņas šeit pārvietojas lielā ātrumā un var tikt izkliedētas kosmosā.

Atmosfēras sastāvs

Atmosfēra ir gāzu maisījums, kas sastāv no slāpekļa (78,08%), skābekļa (20,95%), oglekļa dioksīda (0,03%), argona (0,93%), neliela daudzuma hēlija, neona, ksenona, kriptona (0,01%), ozons un citas gāzes, bet to saturs ir niecīgs (1. tabula). Mūsdienu Zemes gaisa sastāvs tika izveidots pirms vairāk nekā simts miljoniem gadu, taču krasi pieaugošā cilvēka ražošanas aktivitāte tomēr izraisīja tā izmaiņas. Pašlaik ir vērojams CO 2 satura pieaugums par aptuveni 10-12%.

Gāzes, kas veido atmosfēru, pilda dažādas funkcionālas lomas. Tomēr šo gāzu galveno nozīmi galvenokārt nosaka tas, ka tās ļoti spēcīgi absorbē starojuma enerģiju un tādējādi būtiski ietekmē temperatūras režīms Zemes virsma un atmosfēra.

1. tabula. Sausā atmosfēras gaisa ķīmiskais sastāvs zemes virsmas tuvumā

	Tilpuma koncentrācija. %	Molekulmasa, vienības

Skābeklis

Oglekļa dioksīds





Slāpekļa oksīds
	0 līdz 0,00001
Sēra dioksīds	no 0 līdz 0,000007 vasarā; 0 līdz 0,000002 ziemā
	No 0 līdz 0,000002	46,0055/17,03061
Azoga dioksīds

Oglekļa monoksīds

slāpeklis, visizplatītākā gāze atmosfērā, ķīmiski maz aktīva.

Skābeklis, atšķirībā no slāpekļa, ir ķīmiski ļoti aktīvs elements. Skābekļa īpašā funkcija ir heterotrofisko organismu organisko vielu oksidēšana, klintis un nepietiekami oksidētas gāzes, ko atmosfērā izdala vulkāni. Bez skābekļa nenotiktu mirušo organisko vielu sadalīšanās.

Oglekļa dioksīda loma atmosfērā ir ārkārtīgi liela. Tas nonāk atmosfērā degšanas, dzīvo organismu elpošanas, sabrukšanas procesu rezultātā un, pirmkārt, ir galvenais būvmateriāls organisko vielu radīšanai fotosintēzes laikā. Turklāt, liela vērtība piemīt oglekļa dioksīda īpašība iziet cauri īsviļņu saules starojumu un absorbēt daļu termiskā garo viļņu starojuma, kas radīs t.s. siltumnīcas efekts, kas tiks apspriests tālāk.

Ietekmi uz atmosfēras procesiem, īpaši stratosfēras termisko režīmu, iedarbojas arī ozons.Šī gāze kalpo kā dabisks saules ultravioletā starojuma absorbētājs, un saules starojuma absorbcija izraisa gaisa sildīšanu. Kopējā ozona satura atmosfērā mēneša vidējās vērtības mainās atkarībā no apgabala platuma un gadalaika 0,23-0,52 cm robežās (tas ir ozona slāņa biezums pie zemes spiediena un temperatūras). Ir vērojams ozona satura pieaugums no ekvatora līdz poliem un gada svārstības ar minimumu rudenī un maksimumu pavasarī.

Par atmosfēras raksturīgo īpašību var saukt faktu, ka galveno gāzu (slāpekļa, skābekļa, argona) saturs nedaudz mainās līdz ar augstumu: 65 km augstumā atmosfērā slāpekļa saturs ir 86%, skābekļa - 19, argons - 0,91, 95 km augstumā - slāpeklis 77, skābeklis - 21,3, argons - 0,82%. Atmosfēras gaisa sastāva noturība vertikāli un horizontāli tiek uzturēta ar tā sajaukšanos.

Papildus gāzēm gaiss satur ūdens tvaiki un cietās daļiņas. Pēdējiem var būt gan dabiska, gan mākslīga (antropogēna) izcelsme. Tie ir ziedu putekšņi, sīki sāls kristāli, ceļu putekļi, aerosola piemaisījumi. Kad saules stari iekļūst logā, tos var redzēt ar neapbruņotu aci.

Īpaši daudz cieto daļiņu ir pilsētu un lielo industriālo centru gaisā, kur aerosoliem pievieno kaitīgo gāzu emisijas un to piemaisījumus, kas veidojas degvielas sadegšanas laikā.

Aerosolu koncentrācija atmosfērā nosaka gaisa caurspīdīgumu, kas ietekmē Saules starojumu, kas sasniedz Zemes virsmu. Lielākie aerosoli ir kondensācijas kodoli (no lat. kondensācija- sablīvēšana, sabiezēšana) - veicina ūdens tvaiku pārvēršanos ūdens pilienos.

Ūdens tvaiku vērtību galvenokārt nosaka tas, ka tas aizkavē zemes virsmas garo viļņu termisko starojumu; ir liela un maza mitruma ciklu galvenā saite; paaugstina gaisa temperatūru, kad ūdens gultnes kondensējas.

Ūdens tvaiku daudzums atmosfērā mainās laikā un telpā. Tādējādi ūdens tvaiku koncentrācija pie zemes virsmas svārstās no 3% tropos līdz 2-10 (15)% Antarktīdā.

Vidējais ūdens tvaiku saturs atmosfēras vertikālajā kolonnā mērenajos platuma grādos ir aptuveni 1,6-1,7 cm (tāds biezums būs kondensētā ūdens tvaiku slānim). Informācija par ūdens tvaikiem dažādos atmosfēras slāņos ir pretrunīga. Piemēram, tika pieņemts, ka augstuma diapazonā no 20 līdz 30 km īpatnējais mitrums stipri palielinās līdz ar augstumu. Tomēr turpmākie mērījumi liecina par lielāku stratosfēras sausumu. Acīmredzot īpatnējais mitrums stratosfērā ir maz atkarīgs no auguma un ir 2–4 mg/kg.

Ūdens tvaiku satura mainīgumu troposfērā nosaka iztvaikošanas, kondensācijas un horizontālās transporta mijiedarbība. Ūdens tvaiku kondensācijas rezultātā veidojas mākoņi un nokrišņi lietus, krusas un sniega veidā.

Ūdens fāzu pāreju procesi notiek galvenokārt troposfērā, tāpēc mākoņi stratosfērā (20-30 km augstumā) un mezosfērā (pie mezopauzes), ko sauc par perlamutru un sudrabu, ir novērojami salīdzinoši reti. , savukārt troposfēras mākoņi bieži klāj aptuveni 50% no visas zemes virsmas.

Ūdens tvaiku daudzums, ko var saturēt gaisā, ir atkarīgs no gaisa temperatūras.

1 m 3 gaisa temperatūrā -20 ° C var saturēt ne vairāk kā 1 g ūdens; 0 ° C temperatūrā - ne vairāk kā 5 g; pie +10 °С - ne vairāk kā 9 g; pie +30 °С - ne vairāk kā 30 g ūdens.

Secinājums: Jo augstāka gaisa temperatūra, jo vairāk tajā var būt ūdens tvaiku.

Gaiss var būt bagāts un nav piesātināts tvaiks. Tātad, ja +30 ° C temperatūrā 1 m 3 gaisa satur 15 g ūdens tvaiku, gaiss nav piesātināts ar ūdens tvaikiem; ja 30 g - piesātināts.

Absolūtais mitrums- tas ir ūdens tvaiku daudzums, kas atrodas 1 m 3 gaisa. To izsaka gramos. Piemēram, ja viņi saka "absolūtais mitrums ir 15", tas nozīmē, ka 1 ml satur 15 g ūdens tvaiku.

Relatīvais mitrums- šī ir faktiskā ūdens tvaiku satura attiecība (procentos) 1 m 3 gaisa pret ūdens tvaiku daudzumu, ko var saturēt 1 m L noteiktā temperatūrā. Piemēram, ja radio laika ziņas pārraidīšanas laikā ziņoja, ka relatīvais mitrums ir 70%, tas nozīmē, ka gaiss satur 70% ūdens tvaiku, ko tas spēj noturēt noteiktā temperatūrā.

Jo lielāks ir gaisa relatīvais mitrums, t. jo tuvāk gaiss ir piesātinājumam, jo lielāka iespēja, ka tas nokritīs.

Vienmēr augsts (līdz 90%) relatīvais mitrums ir novērojams ekvatoriālajā zonā, jo visu gadu ir augsta gaisa temperatūra un notiek liela iztvaikošana no okeānu virsmas. Tikpat augsts relatīvais mitrums ir polārajos reģionos, bet tikai tāpēc, ka plkst zemas temperatūras pat neliels ūdens tvaiku daudzums padara gaisu piesātinātu vai tuvu piesātinājumam. Mērenajos platuma grādos relatīvais mitrums mainās sezonāli – ziemā tas ir augstāks un vasarā zemāks.

Īpaši zems gaisa relatīvais mitrums ir tuksnešos: tur 1 m 1 gaisa satur divas līdz trīs reizes mazāk ūdens tvaiku, nekā tas ir iespējams noteiktā temperatūrā.

Lai mērītu relatīvo mitrumu, tiek izmantots higrometrs (no grieķu higros - mitrs un metreco - es mēru).

Atdzesējot, piesātināts gaiss nespēj sevī noturēt tādu pašu ūdens tvaiku daudzumu, tas sabiezē (kondensējas), pārvēršoties miglas pilienos. Skaidrā vēsā naktī vasarā var novērot miglu.

Mākoņi- tā ir tā pati migla, tikai tā veidojas nevis pie zemes virsmas, bet noteiktā augstumā. Gaisam paceļoties, tas atdziest un tajā esošie ūdens tvaiki kondensējas. Iegūtie sīkie ūdens pilieni veido mākoņus.

piedalās mākoņu veidošanā īpaša lieta suspendēts troposfērā.

Mākoņiem var būt dažāda forma, kas ir atkarīga no to veidošanās apstākļiem (14.tabula).

Zemākie un smagākie mākoņi ir slāņu mākoņi. Tie atrodas 2 km augstumā no zemes virsmas. 2 līdz 8 km augstumā novērojami gleznaināki gubu mākoņi. Augstākie un gaišākie ir spalvu mākoņi. Tie atrodas 8 līdz 18 km augstumā virs zemes virsmas.

ģimenes	Mākoņu veidi	Izskats
A. Augšējie mākoņi - virs 6 km	I. Pinnate	Vītņveida, šķiedraina, balta
	II. cirrocumulus	Slāņi un izciļņi no mazām pārslām un cirtas, balti
	III. Cirrostratus	Caurspīdīgs bālgans plīvurs
B. Vidējā slāņa mākoņi - virs 2 km	IV. Altocumulus	Baltas un pelēkas krāsas slāņi un izciļņi
B. Vidējā slāņa mākoņi - virs 2 km	V. Altostrāts	Gluds plīvurs pienaini pelēkā krāsā
B. Apakšējie mākoņi - līdz 2 km	VI. Nimbostrāts	Ciets bezveidīgs pelēks slānis
	VII. Stratocumulus	Pelēcīgi necaurspīdīgi slāņi un izciļņi
	VIII. slāņains	Izgaismots pelēks plīvurs
D. Vertikālās attīstības mākoņi - no apakšējā līdz augšējam līmenim	IX. Cumulus	Nūjas un kupoli koši balti, vējā saplēstām malām
	X. Cumulonimbus	Spēcīgas gubu formas masas tumšā svina krāsā

Atmosfēras aizsardzība

Galvenie avoti ir rūpniecības uzņēmumi un automašīnas. V lielajām pilsētām gāzes piesārņojuma problēma galvenajos transporta maršrutos ir ļoti aktuāla. Tāpēc daudzās lielākās pilsētas visā pasaulē, arī mūsu valstī, ieviesa automašīnu izplūdes gāzu toksicitātes vides kontroli. Pēc speciālistu domām, dūmi un putekļi gaisā var uz pusi samazināt saules enerģijas plūsmu uz zemes virsmu, kas novedīs pie dabas apstākļu maiņas.

Tā augšējā robeža atrodas 8-10 km augstumā polārajos, 10-12 km mērenajos un 16-18 km tropiskajos platuma grādos; zemāks ziemā nekā vasarā. Apakšējais, galvenais atmosfēras slānis. Tas satur vairāk nekā 80% no kopējās atmosfēras gaisa masas un aptuveni 90% no visiem atmosfērā esošajiem ūdens tvaikiem. Troposfērā spēcīgi attīstās turbulence un konvekcija, parādās mākoņi, veidojas cikloni un anticikloni. Temperatūra samazinās līdz ar augstumu ar vidējo vertikālo gradientu 0,65°/100 m

pēc " normāli apstākļi» Zemes virsmas tuvumā blīvums 1,2 kg/m3, barometriskais spiediens 101,35 kPa, temperatūra plus 20 °C, relatīvais mitrums 50%. Šiem nosacītajiem rādītājiem ir tīri inženiertehniska vērtība.

Stratosfēra

Atmosfēras slānis atrodas 11 līdz 50 km augstumā. Raksturīgas ir nelielas temperatūras izmaiņas 11-25 km slānī (stratosfēras apakšējais slānis) un tās paaugstināšanās 25-40 km slānī no –56,5 līdz 0,8° (augšējā stratosfēra jeb inversijas apgabals). Sasniedzot vērtību aptuveni 273 K (gandrīz 0 ° C) aptuveni 40 km augstumā, temperatūra saglabājas nemainīga līdz aptuveni 55 km augstumam. Šo nemainīgas temperatūras reģionu sauc par stratopauzi, un tā ir robeža starp stratosfēru un mezosfēru.

Stratopauze

Atmosfēras robežslānis starp stratosfēru un mezosfēru. Vertikālajā temperatūras sadalījumā ir maksimums (apmēram 0 °C).

Mezosfēra

mezopauze

Pārejas slānis starp mezosfēru un termosfēru. Vertikālajā temperatūras sadalījumā ir minimums (apmēram -90°C).

Karmana līnija

Augstums virs jūras līmeņa, ko parasti uzskata par robežu starp Zemes atmosfēru un kosmosu.

Termosfēra

Augšējā robeža ir aptuveni 800 km. Temperatūra paaugstinās līdz 200-300 km augstumam, kur tā sasniedz 1500 K vērtības, pēc tam saglabājas gandrīz nemainīga līdz pat lielam augstumam. Ultravioletā un rentgena saules starojuma un kosmiskā starojuma ietekmē gaiss tiek jonizēts ("polārās gaismas") - galvenie jonosfēras apgabali atrodas termosfēras iekšpusē. Augstumā virs 300 km dominē atomu skābeklis.

Eksosfēra (izkliedējošā sfēra)

Līdz 100 km augstumam atmosfēra ir viendabīgs, labi sajaukts gāzu maisījums. Augstākos slāņos gāzu sadalījums augstumā ir atkarīgs no to molekulmasām, smagāko gāzu koncentrācija samazinās ātrāk, attālinoties no Zemes virsmas. Gāzes blīvuma samazināšanās dēļ temperatūra pazeminās no 0 °C stratosfērā līdz -110 °C mezosfērā. Taču atsevišķu daļiņu kinētiskā enerģija 200–250 km augstumā atbilst ~1500°C temperatūrai. Virs 200 km ir novērojamas būtiskas temperatūras un gāzes blīvuma svārstības laikā un telpā.

Aptuveni 2000-3000 km augstumā eksosfēra pamazām pāriet t.s. tuvu kosmosa vakuumam, kas ir piepildīta ar ļoti retām starpplanētu gāzes daļiņām, galvenokārt ūdeņraža atomiem. Bet šī gāze ir tikai daļa no starpplanētu matērijas. Otru daļu veido putekļiem līdzīgas komētas un meteoriskas izcelsmes daļiņas. Papildus ārkārtīgi retām putekļiem līdzīgām daļiņām šajā telpā iekļūst saules un galaktikas izcelsmes elektromagnētiskais un korpuskulārais starojums.

Troposfēra veido aptuveni 80% no atmosfēras masas, stratosfēra veido apmēram 20%; mezosfēras masa ir ne vairāk kā 0,3%, termosfēra ir mazāka par 0,05% no kopējās atmosfēras masas. Pamatojoties elektriskās īpašības Atmosfēra ir sadalīta neitrosfērā un jonosfērā. Pašlaik tiek uzskatīts, ka atmosfēra stiepjas līdz 2000-3000 km augstumam.

Atkarībā no gāzes sastāva atmosfērā tās izdala homosfēra un heterosfēra. heterosfēra- šī ir vieta, kur gravitācija ietekmē gāzu atdalīšanu, jo to sajaukšanās šādā augstumā ir niecīga. No tā izriet heterosfēras mainīgais sastāvs. Zem tā atrodas labi sajaukta, viendabīga atmosfēras daļa, ko sauc par homosfēru. Robežu starp šiem slāņiem sauc par turbopauzi, tā atrodas aptuveni 120 km augstumā.

Fizikālās īpašības

Atmosfēras biezums ir aptuveni 2000 - 3000 km attālumā no Zemes virsmas. Kopējā gaisa masa - (5,1-5,3)? 10 18 kg. Tīra sausa gaisa molārā masa ir 28,966. Spiediens pie 0 °C jūras līmenī 101,325 kPa; kritiskā temperatūra ?140,7 °C; kritiskais spiediens 3,7 MPa; C p 1,0048?10? J / (kg K) (pie 0 °C), C v 0,7159 10? J/(kg K) (pie 0 °C). Gaisa šķīdība ūdenī pie 0°С - 0,036%, pie 25°С - 0,22%.

Atmosfēras fizioloģiskās un citas īpašības

Jau 5 km augstumā virs jūras līmeņa netrenētam cilvēkam rodas skābekļa bads un bez adaptācijas cilvēka darbaspējas ievērojami samazinās. Šeit beidzas atmosfēras fizioloģiskā zona. Cilvēka elpošana kļūst neiespējama 15 km augstumā, lai gan līdz aptuveni 115 km atmosfērā ir skābeklis.

Atmosfēra nodrošina mūs ar skābekli, kas nepieciešams elpot. Tomēr atmosfēras kopējā spiediena krituma dēļ, paceļoties augstumā, attiecīgi samazinās arī skābekļa daļējais spiediens.

Cilvēka plaušās pastāvīgi ir aptuveni 3 litri alveolārā gaisa. Skābekļa daļējais spiediens alveolārajā gaisā normālā atmosfēras spiedienā ir 110 mm Hg. Art., Oglekļa dioksīda spiediens - 40 mm Hg. Art., un ūdens tvaiki - 47 mm Hg. Art. Palielinoties augstumam, skābekļa spiediens pazeminās, un kopējais ūdens tvaiku un oglekļa dioksīda spiediens plaušās paliek gandrīz nemainīgs - aptuveni 87 mm Hg. Art. Skābekļa plūsma plaušās pilnībā apstāsies, kad apkārtējā gaisa spiediens kļūs vienāds ar šo vērtību.

Apmēram 19-20 km augstumā atmosfēras spiediens pazeminās līdz 47 mm Hg. Art. Tāpēc šajā augstumā cilvēka ķermenī sāk vārīties ūdens un intersticiāls šķidrums. Ārpus spiediena kabīnes šādos augstumos nāve iestājas gandrīz acumirklī. Tādējādi no cilvēka fizioloģijas viedokļa "kosmoss" sākas jau 15-19 km augstumā.

Blīvi gaisa slāņi – troposfēra un stratosfēra – pasargā mūs no starojuma kaitīgās ietekmes. Ar pietiekamu gaisa retināšanu vairāk nekā 36 km augstumā jonizējošais starojums, primārie kosmiskie stari intensīvi iedarbojas uz ķermeni; vairāk nekā 40 km augstumā darbojas cilvēkiem bīstamā saules spektra ultravioletā daļa.

Paceļoties arvien lielākā augstumā virs Zemes virsmas, atmosfēras zemākajos slāņos tiek novērotas tādas mums pazīstamas parādības kā skaņas izplatīšanās, aerodinamiskās pacelšanas un pretestības rašanās, siltuma pārnese konvekcijas ceļā utt. ., pakāpeniski vājinās un pēc tam pilnībā izzūd.

Retos gaisa slāņos skaņas izplatīšanās nav iespējama. Līdz 60-90 km augstumam joprojām ir iespējams izmantot gaisa pretestību un pacēlumu kontrolētam aerodinamiskam lidojumam. Bet, sākot no 100-130 km augstuma, katram pilotam pazīstamie M skaitļa un skaņas barjeras jēdzieni zaudē savu nozīmi, tur iet garām nosacītā Karmana līnija, aiz kuras sākas tīri ballistiskā lidojuma sfēra, kuru var tikai kontrolēt. izmantojot reaktīvos spēkus.

Augstumā virs 100 km atmosfērai ir liegta arī cita ievērojama īpašība - spēja absorbēt, vadīt un nodot siltumenerģiju konvekcijas ceļā (t.i., izmantojot gaisa sajaukšanos). Tas nozīmē, ka dažādi aprīkojuma elementi, orbitāles aprīkojums kosmosa stacija nevarēs atvēsināties ārā, kā to parasti dara lidmašīnā – ar palīdzību gaisa strūklas un gaisa dzesētāji. Tādā augstumā, tāpat kā kosmosā kopumā, vienīgais veids, kā pārnest siltumu, ir siltuma starojums.

Atmosfēras sastāvs

Zemes atmosfēru galvenokārt veido gāzes un dažādi piemaisījumi (putekļi, ūdens pilieni, ledus kristāli, jūras sāļi, sadegšanas produkti).

Gāzu koncentrācija, kas veido atmosfēru, ir gandrīz nemainīga, izņemot ūdeni (H 2 O) un oglekļa dioksīdu (CO 2).

Sausā gaisa sastāvs

Gāze	Saturs pēc tilpuma, %	Saturs pēc svara, %
Slāpeklis	78,084	75,50
Skābeklis	20,946	23,10
Argons	0,932	1,286
Ūdens	0,5-4	-
Oglekļa dioksīds	0,032	0,046
Neona	1,818 × 10 -3	1,3 × 10 -3
Hēlijs	4,6 × 10 -4	7,2 × 10 -5
Metāns	1,7 × 10 -4	-
Kriptons	1,14 × 10 -4	2,9 × 10 -4
Ūdeņradis	5 × 10 -5	7,6 × 10 -5
Ksenons	8,7 × 10 -6	-
Slāpekļa oksīds	5 × 10 -5	7,7 × 10 -5

Papildus tabulā norādītajām gāzēm atmosfērā ir SO 2, NH 3, CO, ozons, ogļūdeņraži, HCl, tvaiki, I 2, kā arī daudzas citas gāzes nelielos daudzumos. Troposfērā pastāvīgi atrodas liels daudzums suspendētu cieto un šķidro daļiņu (aerosolu).

Atmosfēras veidošanās vēsture

Saskaņā ar visizplatītāko teoriju, Zemes atmosfēra laika gaitā ir bijusi četros dažādos sastāvos. Sākotnēji tas sastāvēja no vieglām gāzēm (ūdeņraža un hēlija), kas tika uztvertas no starpplanētu telpas. Šis tā sauktais primārā atmosfēra(apmēram pirms četriem miljardiem gadu). Nākamajā posmā aktīvā vulkāniskā darbība izraisīja atmosfēras piesātinājumu ar gāzēm, kas nav ūdeņradis (oglekļa dioksīds, amonjaks, ūdens tvaiki). Lūk, kā sekundārā atmosfēra(apmēram trīs miljardus gadu pirms mūsu dienām). Šī atmosfēra bija atjaunojoša. Turklāt atmosfēras veidošanās procesu noteica šādi faktori:

vieglo gāzu (ūdeņraža un hēlija) noplūde starpplanētu telpā;
ķīmiskās reakcijas, kas notiek atmosfērā ultravioletā starojuma, zibens izlādes un dažu citu faktoru ietekmē.

Pamazām šie faktori noveda pie veidošanās terciārā atmosfēra, kam raksturīgs daudz mazāks ūdeņraža saturs un daudz lielāks slāpekļa un oglekļa dioksīda saturs (veidojas ķīmiskās reakcijas no amonjaka un ogļūdeņražiem).

Slāpeklis

Liela daudzuma N 2 veidošanās ir saistīta ar amonjaka-ūdeņraža atmosfēras oksidēšanu ar molekulāro O 2, kas sāka nākt no planētas virsmas fotosintēzes rezultātā, sākot no 3 miljardiem gadu. N 2 atmosfērā nonāk arī nitrātu un citu slāpekli saturošu savienojumu denitrifikācijas rezultātā. Augšējos atmosfēras slāņos slāpekli oksidē ozons līdz NO.

Slāpeklis N 2 nonāk reakcijās tikai īpašos apstākļos (piemēram, zibens izlādes laikā). Molekulārā slāpekļa oksidēšana ar ozonu elektriskās izlādes laikā tiek izmantota slāpekļa mēslošanas līdzekļu rūpnieciskajā ražošanā. To var oksidēt ar zemu enerģijas patēriņu un pārvērst bioloģiski aktīvā formā zilaļģes (zilaļģes) un mezglu baktērijas, kas veido rizobiālo simbiozi ar pākšaugiem, t.s. zaļmēsli.

Skābeklis

Atmosfēras sastāvs sāka radikāli mainīties līdz ar dzīvo organismu parādīšanos uz Zemes fotosintēzes rezultātā, ko pavadīja skābekļa izdalīšanās un oglekļa dioksīda absorbcija. Sākotnēji skābeklis tika iztērēts reducēto savienojumu oksidēšanai - amonjaks, ogļūdeņraži, okeānos esošā dzelzs dzelzs forma utt. Šī posma beigās skābekļa saturs atmosfērā sāka augt. Pamazām izveidojās mūsdienīga atmosfēra ar oksidējošām īpašībām. Tā kā tas izraisīja nopietnas un pēkšņas izmaiņas daudzos procesos, kas notiek atmosfērā, litosfērā un biosfērā, šo notikumu sauca par skābekļa katastrofu.

Oglekļa dioksīds

CO 2 saturs atmosfērā ir atkarīgs no vulkāniskās aktivitātes un ķīmiskajiem procesiem zemes čaulās, bet visvairāk - no biosintēzes un organisko vielu sadalīšanās intensitātes Zemes biosfērā. Gandrīz visa pašreizējā planētas biomasa (apmēram 2,4 × 10 12 tonnas) veidojas oglekļa dioksīda, slāpekļa un ūdens tvaiku dēļ, kas atrodas atmosfēras gaisā. Okeānā, purvos un mežos apraktās organiskās vielas pārvēršas oglēs, naftā un dabasgāzē. (skatīt ģeoķīmisko oglekļa ciklu)

cēlgāzes

Gaisa piesārņojums

V Nesen cilvēks sāka ietekmēt atmosfēras attīstību. Viņa darbības rezultāts bija pastāvīgs ievērojams oglekļa dioksīda satura pieaugums atmosfērā, sadegot ogļūdeņražu degvielai, kas uzkrāta iepriekšējos ģeoloģiskajos laikmetos. Fotosintēzes laikā tiek patērēts milzīgs CO 2 daudzums, ko absorbē pasaules okeāni. Šī gāze nonāk atmosfērā karbonātu iežu un augu un dzīvnieku izcelsmes organisko vielu sadalīšanās rezultātā, kā arī vulkānisma un cilvēka ražošanas darbības rezultātā. Pēdējo 100 gadu laikā CO 2 saturs atmosfērā ir pieaudzis par 10%, un lielāko daļu (360 miljardus tonnu) veido kurināmā sadegšana. Ja turpināsies degvielas sadegšanas pieauguma temps, tad nākamajos 50 - 60 gados CO 2 daudzums atmosfērā dubultosies un var izraisīt globālas klimata pārmaiņas.

Kurināmā sadedzināšana ir galvenais piesārņojošo gāzu (СО,, SO 2) avots. Sēra dioksīdu atmosfēras skābeklis oksidē līdz SO 3 atmosfēras augšējos slāņos, kas savukārt mijiedarbojas ar ūdens tvaikiem un amonjaku, un rezultātā iegūtā sērskābe (H 2 SO 4) un amonija sulfāts ((NH 4) 2 SO 4) atgriežas Zemes virsma ts formā. skābais lietus. Iekšdedzes dzinēju izmantošana rada ievērojamu gaisa piesārņojumu ar slāpekļa oksīdiem, ogļūdeņražiem un svina savienojumiem (tetraetilsvins Pb (CH 3 CH 2) 4)).

Atmosfēras aerosola piesārņojumu rada gan dabiski cēloņi (vulkānu izvirdumi, putekļu vētras, jūras ūdens un augu putekšņi utt.), un saimnieciskā darbība cilvēks (rūdu un būvmateriālu ieguve, kurināmā sadedzināšana, cementa ražošana utt.). Intensīva liela mēroga cieto daļiņu izvadīšana atmosfērā ir viens no iespējamiem klimata pārmaiņu cēloņiem uz planētas.

Literatūra

V. V. Parins, F. P. Kosmolinskis, B. A. Duškovs "Kosmosa bioloģija un medicīna" (2. izdevums, pārskatīts un palielināts), M.: "Prosveščenie", 1975, 223 lpp.
N. V. Gusakova "Vides ķīmija", Rostova pie Donas: Phoenix, 2004, 192 s ISBN 5-222-05386-5
Sokolovs V. A. Dabasgāzu ģeoķīmija, M., 1971;
McEwen M., Phillips L.. Atmospheric Chemistry, M., 1978;
Wark K., Warner S., Gaisa piesārņojums. Avoti un kontrole, trans. no angļu valodas, M.. 1980;
Fona piesārņojuma monitorings dabas vidi. v. 1, L., 1982. gads.

Skatīt arī

Saites

Zemes atmosfēra

Enciklopēdisks YouTube

1 / 5

✪ Zeme kosmosa kuģis(14. sērija) — atmosfēra

✪ Kāpēc atmosfēra netika ievilkta kosmosa vakuumā?

✪ Kosmosa kuģa "Sojuz TMA-8" iekļūšana Zemes atmosfērā

✪ Atmosfēras uzbūve, nozīme, izpēte

✪ O. S. Ugoļņikovs "Augšējā atmosfēra. Zemes un kosmosa tikšanās"

Subtitri

Atmosfēras robeža

Par atmosfēru tiek uzskatīta vieta ap Zemi, kurā gāzveida vide rotē kopā ar Zemi kopumā. Atmosfēra starpplanētu telpā pāriet pakāpeniski, eksosfērā, sākot no 500-1000 km augstumā no Zemes virsmas.

Saskaņā ar Starptautiskās aviācijas federācijas piedāvāto definīciju robeža starp atmosfēru un kosmosu tiek novilkta pa Karmana līniju, kas atrodas aptuveni 100 km augstumā, virs kuras gaisa lidojumi kļūst pilnīgi neiespējami. NASA izmanto 122 kilometru (400 000 pēdu) atzīmi kā atmosfēras robežu, kur atspoles pārslēdzas no piedziņas manevrēšanas uz aerodinamisko manevrēšanu.

Fizikālās īpašības

Papildus tabulā norādītajām gāzēm atmosfērā ir Cl 2, SO 2, NH 3, CO, O 3, NO 2, ogļūdeņraži, HCl,, HBr, tvaiki, I 2, Br 2, kā arī daudzi citi. gāzes nelielos daudzumos. Troposfērā pastāvīgi atrodas liels daudzums suspendētu cieto un šķidro daļiņu (aerosolu). Radons (Rn) ir retākā gāze Zemes atmosfērā.

Atmosfēras struktūra

atmosfēras robežslānis

Troposfēras apakšējais slānis (1-2 km biezs), kurā Zemes virsmas stāvoklis un īpašības tieši ietekmē atmosfēras dinamiku.

Troposfēra

Tā augšējā robeža atrodas 8-10 km augstumā polārajos, 10-12 km mērenajos un 16-18 km tropiskajos platuma grādos; zemāks ziemā nekā vasarā.
Atmosfēras apakšējais, galvenais slānis satur vairāk nekā 80% no kopējās atmosfēras gaisa masas un aptuveni 90% no visiem atmosfērā esošajiem ūdens tvaikiem. Troposfērā spēcīgi attīstās turbulence un konvekcija, parādās mākoņi, veidojas cikloni un anticikloni. Temperatūra samazinās līdz ar augstumu ar vidējo vertikālo gradientu 0,65°/100 metri.

tropopauze

Pārejas slānis no troposfēras uz stratosfēru, atmosfēras slānis, kurā apstājas temperatūras pazemināšanās ar augstumu.

Stratosfēra

Atmosfēras slānis atrodas 11 līdz 50 km augstumā. Raksturīgas ir nelielas temperatūras izmaiņas 11-25 km slānī (stratosfēras apakšējais slānis) un tās paaugstināšanās 25-40 km slānī no –56,5 līdz +0,8° (augšējā stratosfēra jeb inversijas apgabals). Sasniedzot vērtību aptuveni 273 K (gandrīz 0 °C) aptuveni 40 km augstumā, temperatūra saglabājas nemainīga līdz aptuveni 55 km augstumam. Šo nemainīgas temperatūras reģionu sauc par stratopauzi, un tā ir robeža starp stratosfēru un mezosfēru.

Stratopauze

Atmosfēras robežslānis starp stratosfēru un mezosfēru. Vertikālajā temperatūras sadalījumā ir maksimums (apmēram 0 °C).

Mezosfēra

Termosfēra

Augšējā robeža ir aptuveni 800 km. Temperatūra paaugstinās līdz 200-300 km augstumam, kur tā sasniedz 1500 K vērtības, pēc tam saglabājas gandrīz nemainīga līdz pat lielam augstumam. Saules starojuma un kosmiskā starojuma ietekmē gaiss tiek jonizēts (“polārās gaismas”) - galvenie jonosfēras apgabali atrodas termosfēras iekšpusē. Augstumā virs 300 km dominē atomu skābeklis. Termosfēras augšējo robežu lielā mērā nosaka Saules pašreizējā aktivitāte. Zemas aktivitātes periodos - piemēram, 2008.-2009.gadā - ir manāms šī slāņa lieluma samazinājums.

Termopauze

Atmosfēras apgabals virs termosfēras. Šajā reģionā saules starojuma absorbcija ir nenozīmīga, un temperatūra faktiski nemainās līdz ar augstumu.

Eksosfēra (izkliedējošā sfēra)

Līdz 100 km augstumam atmosfēra ir viendabīgs, labi sajaukts gāzu maisījums. Augstākos slāņos gāzu sadalījums augstumā ir atkarīgs no to molekulmasām, smagāko gāzu koncentrācija samazinās ātrāk, attālinoties no Zemes virsmas. Gāzes blīvuma samazināšanās dēļ temperatūra pazeminās no 0 °C stratosfērā līdz –110 °C mezosfērā. Tomēr atsevišķu daļiņu kinētiskā enerģija 200–250 km augstumā atbilst ~150 °C temperatūrai. Virs 200 km ir novērojamas būtiskas temperatūras un gāzes blīvuma svārstības laikā un telpā.

Aptuveni 2000-3500 km augstumā eksosfēra pamazām pāriet t.s. tuvu kosmosa vakuumam, kas ir piepildīta ar retām starpplanētu gāzes daļiņām, galvenokārt ūdeņraža atomiem. Bet šī gāze ir tikai daļa no starpplanētu matērijas. Otru daļu veido putekļiem līdzīgas komētas un meteoriskas izcelsmes daļiņas. Papildus ārkārtīgi retām putekļiem līdzīgām daļiņām šajā telpā iekļūst saules un galaktikas izcelsmes elektromagnētiskais un korpuskulārais starojums.

Pārskats

Troposfēra veido aptuveni 80% no atmosfēras masas, stratosfēra veido apmēram 20%; mezosfēras masa ir ne vairāk kā 0,3%, termosfēra ir mazāka par 0,05% no kopējās atmosfēras masas.

Pamatojoties uz elektriskām īpašībām atmosfērā, tie izstaro neitrosfēra un jonosfēra .

Citas atmosfēras īpašības un ietekme uz cilvēka ķermeni

Jau 5 km augstumā virs jūras līmeņa netrenētam cilvēkam rodas skābekļa bads, un bez adaptācijas cilvēka sniegums ievērojami samazinās. Šeit beidzas atmosfēras fizioloģiskā zona. Cilvēka elpošana kļūst neiespējama 9 km augstumā, lai gan līdz aptuveni 115 km atmosfērā ir skābeklis.

Atmosfēras veidošanās vēsture

Saskaņā ar visizplatītāko teoriju Zemes atmosfēra visā tās vēsturē ir bijusi trīs dažādos sastāvos. Sākotnēji tas sastāvēja no vieglām gāzēm (ūdeņraža un hēlija), kas tika uztvertas no starpplanētu telpas. Šis tā sauktais primārā atmosfēra. Nākamajā posmā aktīvā vulkāniskā darbība izraisīja atmosfēras piesātinājumu ar gāzēm, kas nav ūdeņradis (oglekļa dioksīds, amonjaks, ūdens tvaiki). Lūk, kā sekundārā atmosfēra. Šī atmosfēra bija atjaunojoša. Turklāt atmosfēras veidošanās procesu noteica šādi faktori:

vieglo gāzu (ūdeņraža un hēlija) noplūde starpplanētu telpā;
ķīmiskās reakcijas, kas notiek atmosfērā ultravioletā starojuma, zibens izlādes un dažu citu faktoru ietekmē.

Pamazām šie faktori noveda pie veidošanās terciārā atmosfēra, ko raksturo daudz mazāks ūdeņraža saturs un daudz lielāks slāpekļa un oglekļa dioksīda saturs (veidojas ķīmisko reakciju rezultātā no amonjaka un ogļūdeņražiem).

Slāpeklis

Liela daudzuma slāpekļa N 2 veidošanās ir saistīta ar amonjaka-ūdeņraža atmosfēras oksidēšanu ar molekulāro skābekli O 2, kas fotosintēzes rezultātā sāka nākt no planētas virsmas, sākot no 3 miljardiem gadu. Slāpeklis N 2 izdalās atmosfērā arī nitrātu un citu slāpekli saturošu savienojumu denitrifikācijas rezultātā. Augšējos atmosfēras slāņos slāpekli oksidē ozons līdz NO.

Slāpeklis N 2 nonāk reakcijās tikai īpašos apstākļos (piemēram, zibens izlādes laikā). Molekulārā slāpekļa oksidēšana ar ozonu elektriskās izlādes laikā tiek izmantota nelielos daudzumos slāpekļa mēslošanas līdzekļu rūpnieciskajā ražošanā. To var oksidēt ar zemu enerģijas patēriņu un pārvērst bioloģiski aktīvā formā zilaļģes (zilaļģes) un mezglu baktērijas, kas veido rizobiālo simbiozi ar pākšaugiem, kas var būt efektīvi zaļmēslu augi, kas nenoplicina, bet bagātina augsni. ar dabīgiem mēslošanas līdzekļiem.

Skābeklis

Atmosfēras sastāvs sāka radikāli mainīties līdz ar dzīvo organismu parādīšanos uz Zemes fotosintēzes rezultātā, ko pavadīja skābekļa izdalīšanās un oglekļa dioksīda absorbcija. Sākotnēji skābeklis tika iztērēts reducēto savienojumu oksidēšanai - amonjaks, ogļūdeņraži, okeānos esošā dzelzs dzelzs forma un citi. Šī posma beigās skābekļa saturs atmosfērā sāka augt. Pamazām izveidojās mūsdienīga atmosfēra ar oksidējošām īpašībām. Tā kā tas izraisīja nopietnas un pēkšņas izmaiņas daudzos procesos, kas notiek atmosfērā, litosfērā un biosfērā, šo notikumu sauca par skābekļa katastrofu.

cēlgāzes

Gaisa piesārņojums

Nesen cilvēks ir sācis ietekmēt atmosfēras attīstību. rezultāts cilvēka darbība notika pastāvīgs oglekļa dioksīda satura pieaugums atmosfērā, sadegot ogļūdeņražu degvielai, kas uzkrāta iepriekšējos ģeoloģiskajos laikmetos. Fotosintēzes laikā tiek patērēts milzīgs CO 2 daudzums, ko absorbē pasaules okeāni. Šī gāze nonāk atmosfērā karbonātu iežu un augu un dzīvnieku izcelsmes organisko vielu sadalīšanās rezultātā, kā arī vulkānisma un cilvēka ražošanas darbības rezultātā. Pēdējo 100 gadu laikā CO 2 saturs atmosfērā ir pieaudzis par 10%, un lielāko daļu (360 miljardus tonnu) veido kurināmā sadegšana. Ja turpināsies degvielas sadegšanas pieauguma temps, tad nākamajos 200-300 gados CO 2 daudzums atmosfērā dubultosies un var izraisīt globālas klimata pārmaiņas.

Kurināmā sadedzināšana ir galvenais piesārņojošo gāzu (СО,, SO 2) avots. Sēra dioksīdu atmosfēras skābeklis oksidē līdz SO 3, bet slāpekļa oksīdu - NO 2 atmosfēras augšējos slāņos, kas savukārt mijiedarbojas ar ūdens tvaikiem, un rezultātā iegūtā sērskābe H 2 SO 4 un slāpekļskābe HNO 3 nokrīt uz Zemes virsmas veido tā saukto skābo lietus. Lietošana

Jāsaka, ka Zemes atmosfēras struktūra un sastāvs ne vienmēr bija nemainīgas vērtības vienā vai citā mūsu planētas attīstības periodā. Mūsdienās šī elementa vertikālo struktūru, kuras kopējais "biezums" ir 1,5-2,0 tūkstoši km, attēlo vairāki galvenie slāņi, tostarp:

Troposfēra.
tropopauze.
Stratosfēra.
Stratopauze.
mezosfēra un mezopauze.
Termosfēra.
eksosfēra.

Atmosfēras pamatelementi

Troposfēra ir slānis, kurā tiek novērotas spēcīgas vertikālas un horizontālas kustības, tieši šeit ir laika apstākļi, nokrišņu parādības, klimatiskie apstākļi. Tas stiepjas 7-8 kilometrus no planētas virsmas gandrīz visur, izņemot polāros apgabalus (tur - līdz 15 km). Troposfērā notiek pakāpeniska temperatūras pazemināšanās, aptuveni 6,4 ° C ar katru augstuma kilometru. Šis skaitlis var atšķirties dažādos platuma grādos un gadalaikos.

Zemes atmosfēras sastāvu šajā daļā attēlo šādi elementi un to procenti:

Slāpeklis - apmēram 78 procenti;

Skābeklis - gandrīz 21 procents;

Argons - apmēram viens procents;

Oglekļa dioksīds - mazāks par 0,05%.

Viena kompozīcija līdz 90 kilometru augstumam

Turklāt te atrodami putekļi, ūdens pilieni, ūdens tvaiki, sadegšanas produkti, ledus kristāli, jūras sāļi, daudzas aerosola daļiņas u.c.. Šāds Zemes atmosfēras sastāvs novērojams līdz aptuveni deviņdesmit kilometru augstumā, tāpēc gaiss ķīmiskajā sastāvā ir aptuveni vienāds ne tikai troposfērā, bet arī augšējos slāņos. Bet tur atmosfērai ir principiāli atšķirīgas fizikālās īpašības. Slānis, kuram ir kopīgs ķīmiskais sastāvs sauc par homosfēru.

Kādi citi elementi atrodas Zemes atmosfērā? Procentos (pēc tilpuma, sausā gaisā) tādas gāzes kā kriptons (apmēram 1,14 x 10 -4), ksenons (8,7 x 10 -7), ūdeņradis (5,0 x 10 -5), metāns (apmēram 1,7 x 10 -7). 4), slāpekļa oksīds (5,0 x 10 -5) utt. Pēc uzskaitīto komponentu masas procentiem visvairāk ir slāpekļa oksīds un ūdeņradis, kam seko hēlijs, kriptons u.c.

Dažādu atmosfēras slāņu fizikālās īpašības

Troposfēras fizikālās īpašības ir cieši saistītas ar tās piesaisti planētas virsmai. No šejienes atstarotais saules siltums infrasarkano staru veidā tiek nosūtīts atpakaļ uz augšu, ieskaitot siltuma vadīšanas un konvekcijas procesus. Tāpēc temperatūra pazeminās līdz ar attālumu no zemes virsmas. Šāda parādība tiek novērota līdz stratosfēras augstumam (11-17 kilometri), tad temperatūra praktiski nemainās līdz 34-35 km līmenim, un tad atkal notiek temperatūras paaugstināšanās līdz 50 kilometru augstumam ( stratosfēras augšējā robeža). Starp stratosfēru un troposfēru atrodas plāns tropopauzes starpslānis (līdz 1-2 km), kur virs ekvatora tiek novērota nemainīga temperatūra - apmēram mīnus 70 ° C un zemāk. Virs poliem tropopauze vasarā "uzsilst" līdz mīnus 45°C, ziemā temperatūra šeit svārstās ap -65°C.

Zemes atmosfēras gāzes sastāvs ietver tik svarīgu elementu kā ozons. Tās virsmas tuvumā ir salīdzinoši maz (desmit līdz mīnus sestā procenta jauda), jo gāze veidojas saules gaismas ietekmē no atomu skābekļa atmosfēras augšējos rajonos. Jo īpaši lielākā daļa ozona atrodas aptuveni 25 km augstumā, un viss "ozona ekrāns" atrodas apgabalos no 7-8 km polu reģionā, no 18 km pie ekvatora un līdz piecdesmit kilometriem. kopumā virs planētas virsmas.

Atmosfēra pasargā no saules starojuma

Gaisa sastāvam Zemes atmosfērā ir ļoti liela nozīme dzīvības saglabāšanā, jo individuāli ķīmiskie elementi un kompozīcijas veiksmīgi ierobežo saules starojuma piekļuvi zemes virsmai un uz tās dzīvojošiem cilvēkiem, dzīvniekiem un augiem. Piemēram, ūdens tvaiku molekulas efektīvi absorbē gandrīz visus infrasarkanā starojuma diapazonus, izņemot garumus diapazonā no 8 līdz 13 mikroniem. Savukārt ozons absorbē ultravioleto starojumu līdz 3100 A viļņa garumam. Bez tā plānā slāņa (vidēji 3 mm, ja to novieto uz planētas virsmas), tikai ūdeni vairāk nekā 10 metru dziļumā un pazemes alās, kur saules starojums nesasniedz, var apdzīvot..

Nulle pēc Celsija stratopauzē

Starp nākamajiem diviem atmosfēras līmeņiem, stratosfēru un mezosfēru, atrodas ievērojams slānis - stratopauze. Tas aptuveni atbilst ozona maksimumu augstumam un šeit ir vērojama cilvēkiem salīdzinoši ērta temperatūra - ap 0°C. Virs stratopauzes mezosfērā (sākas kaut kur 50 km augstumā un beidzas 80-90 km augstumā) atkal notiek temperatūras pazemināšanās, palielinoties attālumam no Zemes virsmas (līdz mīnus 70-80 °). C). Mezosfērā meteori parasti pilnībā izdeg.

Termosfērā - plus 2000 K!

Zemes atmosfēras ķīmiskais sastāvs termosfērā (sākas pēc mezopauzes no aptuveni 85-90 līdz 800 km augstuma) nosaka tādas parādības iespējamību kā ļoti retināta "gaisa" slāņu pakāpeniska sasilšana saules enerģijas ietekmē. starojums. Šajā planētas "gaisa vāka" daļā notiek temperatūra no 200 līdz 2000 K, kas tiek iegūta saistībā ar skābekļa jonizāciju (virs 300 km ir atomu skābeklis), kā arī skābekļa atomu rekombināciju molekulās. , ko pavada liela siltuma daudzuma izdalīšanās. Termosfēra ir vieta, kur rodas polārblāzmas.

Virs termosfēras atrodas eksosfēra – atmosfēras ārējais slānis, no kura vieglie un ātri kustīgie ūdeņraža atomi var izkļūt kosmosā. Zemes atmosfēras ķīmisko sastāvu šeit vairāk atspoguļo atsevišķi skābekļa atomi apakšējos slāņos, hēlija atomi vidū un gandrīz tikai ūdeņraža atomi augšējos slāņos. Šeit valda augsta temperatūra - aptuveni 3000 K un nav atmosfēras spiediena.

Kā veidojās Zemes atmosfēra?

Bet, kā minēts iepriekš, planētai ne vienmēr bija šāds atmosfēras sastāvs. Kopumā ir trīs šī elementa izcelsmes jēdzieni. Pirmā hipotēze paredz, ka atmosfēra tika ņemta akrecijas procesā no protoplanetāra mākoņa. Tomēr šodien šī teorija tiek nopietni kritizēta, jo šādu primāro atmosfēru noteikti ir iznīcinājis saules "vējš" no zvaigznes mūsu planētu sistēmā. Turklāt tiek pieņemts, ka pārāk augstas temperatūras dēļ gaistošie elementi nevarēja palikt planētu veidošanās zonā, piemēram, sauszemes grupa.

Zemes primārās atmosfēras sastāvs, kā liecina otrā hipotēze, varētu veidoties, aktīvi bombardējot virsmu ar asteroīdiem un komētām, kas ieradās no apkārtnes. Saules sistēma agrīnās attīstības stadijās. Ir diezgan grūti apstiprināt vai atspēkot šo koncepciju.

Eksperimentējiet IDG RAS

Visticamākā ir trešā hipotēze, kas uzskata, ka atmosfēra radusies gāzu izdalīšanās rezultātā no mantijas. zemes garoza apmēram pirms 4 miljardiem gadu. Šī koncepcija tika pārbaudīta Krievijas Zinātņu akadēmijas Ģeoloģiskās ģeoloģijas institūtā eksperimenta laikā ar nosaukumu "Tsarev 2", kad meteoriskas izcelsmes paraugs tika karsēts vakuumā. Tad tika reģistrēta tādu gāzu izdalīšanās kā H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 uc Tāpēc zinātnieki pamatoti pieņēma, ka Zemes primārās atmosfēras ķīmiskais sastāvs ietvēra ūdeni un oglekļa dioksīds, fluorūdeņraža tvaiki (HF), oglekļa monoksīds (CO), sērūdeņradis (H 2 S), slāpekļa savienojumi, ūdeņradis, metāns (CH 4), amonjaka tvaiki (NH 3), argons uc Ūdens tvaiki no primārās Atmosfēra piedalījās hidrosfēras veidošanā, oglekļa dioksīds izrādījās vairāk saistīts organiskajās vielās un iežos, slāpeklis pārgāja mūsdienu gaisa sastāvā un atkal nogulumiežu iežos un organiskajās vielās.

Zemes primārās atmosfēras sastāvs neļautu mūsdienu cilvēki atrasties tajā bez elpošanas aparāta, jo tad skābekļa nebija vajadzīgajā daudzumā. Šis elements ievērojamā daudzumā parādījās pirms pusotra miljarda gadu, kā tiek uzskatīts, saistībā ar fotosintēzes procesa attīstību zilaļģēs un citās aļģēs, kas ir mūsu planētas vecākie iemītnieki.

Skābekļa minimums

Par to, ka Zemes atmosfēras sastāvs sākotnēji bija gandrīz bezoksisks, liecina fakts, ka senākajos (Katarhejas) iežos ir atrodams viegli oksidēts, bet neoksidēts grafīts (ogleklis). Pēc tam parādījās tā sauktās lentveida dzelzsrūdas, kas ietvēra bagātinātu dzelzs oksīdu starpslāņus, kas nozīmē spēcīga skābekļa avota parādīšanos uz planētas molekulārā formā. Bet šie elementi parādījās tikai periodiski (varbūt vienas un tās pašas aļģes vai citi skābekļa ražotāji parādījās kā mazas salas bezskābekļa tuksnesī), kamēr pārējā pasaule bija anaeroba. Pēdējo apstiprina fakts, ka viegli oksidējams pirīts tika atrasts oļu veidā, ko straume apstrādā bez ķīmisku reakciju pēdām. Tā kā plūstošos ūdeņus nevar slikti aerēt, ir izveidojies uzskats, ka atmosfērā pirms Kembrija sākuma bija mazāk nekā viens procents skābekļa no mūsdienu sastāva.

Revolucionāras izmaiņas gaisa sastāvā

Apmēram proterozoika vidū (pirms 1,8 miljardiem gadu) notika “skābekļa revolūcija”, kad pasaule pārgāja uz aerobo elpošanu, kuras laikā no vienas molekulas uzturvielu(glikoze) jūs varat iegūt 38, nevis divas (kā anaerobās elpošanas) enerģijas vienības. Zemes atmosfēras sastāvs skābekļa izteiksmē sāka pārsniegt vienu procentu no mūsdienu, sāka parādīties ozona slānis organismu aizsardzība pret radiāciju. Tieši no viņas “slēpa” zem bieziem čaumalām, piemēram, tādi seni dzīvnieki kā trilobīti. Kopš tā laika līdz mūsu laikam galvenā "elpošanas" elementa saturs pakāpeniski un lēnām ir palielinājies, nodrošinot dzīvības formu daudzveidību uz planētas.

Atmosfēra- tas ir gaisa apvalks, kas ieskauj Zemi, un ar to saistītais gravitācijas spēks. Atmosfēra ir iesaistīta mūsu planētas ikdienas rotācijā un ikgadējā kustībā. Atmosfēras gaiss ir gāzu maisījums, kurā ir suspendētas šķidras daļiņas (ūdens pilieni) un cietās daļiņas (dūmi, putekļi). Atmosfēras gāzu sastāvs ir nemainīgs līdz 100-110 km augstumam, ko nosaka līdzsvars dabā. Gāzu tilpuma daļas ir: slāpeklis - 78%, skābeklis - 21%, inertās gāzes (argons, ksenons, kriptons) - 0,9%, ogleklis - 0,03%. Turklāt atmosfērā vienmēr atrodas ūdens tvaiki.

Papildus bioloģiskajiem procesiem skābeklis, slāpeklis un ogleklis aktīvi iesaistās iežu ķīmiskajā ietekmēšanā. Ozona 03 loma ir ļoti svarīga, absorbējot lielāko daļu Saules ultravioletā starojuma, lielās devās tas ir bīstams dzīviem organismiem. Cietās daļiņas, kas ir īpaši daudz virs pilsētām, kalpo kā kondensācijas kodoli (ap tiem veidojas ūdens pilieni un sniegpārslas).

Atmosfēras augstums, robežas un struktūra

Atmosfēras augšējā robeža nosacīti tiek novilkta aptuveni 1000 km augstumā, lai gan tā izsekojama daudz augstāk - līdz 20 000 km, taču tur tā ir ļoti reti sastopama.

Caur atšķirīgo gaisa temperatūras izmaiņu raksturu ar augstumu, citi fizikālās īpašības atmosfērā izšķir vairākas daļas, kuras viena no otras atdala pārejas slāņi.

Troposfēra ir zemākais un blīvākais atmosfēras slānis. Tās augšējā robeža ir novilkta 18 km augstumā virs ekvatora un 8-12 km virs poliem. Temperatūra troposfērā uz katriem 100 m pazeminās vidēji par 0,6 ° C. To raksturo būtiskas horizontālās atšķirības temperatūras sadalījumā, spiedienā, vēja ātrumā, kā arī mākoņu veidošanā un nokrišņos. Troposfērā notiek intensīva vertikāla gaisa kustība – konvekcija. Tieši šajā zemākajā atmosfēras slānī galvenokārt veidojas laikapstākļi. Šeit ir koncentrēti gandrīz visi ūdens tvaiki atmosfērā.

Stratosfēra stiepjas galvenokārt līdz 50 km augstumam. Ozona koncentrācija 20-25 km augstumā sasniedz augstākās vērtības, veidojot ozona slāni. Gaisa temperatūra stratosfērā, kā likums, palielinās līdz ar augstumu vidēji par 1–2 ° C uz 1 km, augšējā robežā sasniedzot 0 ° C un augstāk. Tas ir saistīts ar saules enerģijas absorbciju ozonā. Stratosfērā gandrīz nav ūdens tvaiku un mākoņu, un pūš viesuļvētras vēji ar ātrumu līdz 300-400 km/h.

Mezosfērā gaisa temperatūra pazeminās līdz -60 ... - 100 ° C, notiek intensīvas vertikālas un horizontālas gaisa kustības.

Termosfēras augšējos slāņos, kur gaiss ir ļoti jonizēts, temperatūra atkal paaugstinās līdz 2000 ° C. Šeit tiek novērotas polārblāzmas un magnētiskās vētras.

Atmosfērai ir liela nozīme Zemes dzīvē. Tas novērš zemes virsmas pārmērīgu uzkaršanu dienas laikā un tās atdzišanu naktī, pārdala mitrumu uz Zemes, aizsargā tās virsmu no meteorītu triecieniem. Atmosfēras klātbūtne ir obligāts nosacījums organiskās dzīvības pastāvēšanai uz mūsu planētas.

Saules radiācija. Atmosfēras sildīšana

Saule izstaro milzīgu enerģijas daudzumu, no kura tikai nelielu daļu saņem Zeme.

Saules gaismas un siltuma emisiju sauc par saules starojumu. Saules starojums atmosfērā iziet garu ceļu, pirms sasniedz zemes virsmu. Pārvarot to, to lielā mērā absorbē un izkliedē gaisa apvalks. Starojumu, kas tieši sasniedz zemes virsmu tiešu staru veidā, sauc par tiešo starojumu. Daļa starojuma, kas ir izkliedēts atmosfērā, izkliedētā starojuma veidā sasniedz arī Zemes virsmu.

Tiešā un difūzā starojuma kombināciju, kas nonāk horizontālā virsmā, sauc par kopējo saules starojumu. Atmosfēra absorbē apmēram 20% no saules starojuma, kas nonāk tās augšējā robežā. Vēl 34% no starojuma atstarojas no Zemes virsmas un atmosfēras (atspoguļotais starojums). Zemes virsma absorbē 46% saules starojuma. Šādu starojumu sauc par absorbētu (absorbētu).

Atstarotā saules starojuma intensitātes attiecību pret visas Saules izstarotās enerģijas intensitāti, kas nonāk atmosfēras augšējā robežā, sauc par Zemes albedo un izsaka procentos.

Tātad mūsu planētas albedo kopā ar atmosfēru ir vidēji 34%. Albedo vērtībai dažādos platuma grādos ir būtiskas atšķirības, kas saistītas ar virsmas krāsu, veģetāciju, mākoņainību un tamlīdzīgi. Ar svaigu sniegu klātā virsma atstaro 80-85% radiācijas, zāle un smiltis - attiecīgi 26% un 30%, bet ūdens - tikai 5%.

Saules enerģijas daudzums, ko saņem atsevišķas Zemes daļas, galvenokārt ir atkarīgs no saules staru krišanas leņķa. Jo taisnāk tie krīt (t.i., jo lielāks Saules augstums virs horizonta), jo lielāks ir saules enerģijas daudzums uz laukuma vienību.

Kopējā starojuma atkarība no staru krišanas leņķa ir divu iemeslu dēļ. Pirmkārt, jo mazāks ir saules staru krišanas leņķis, jo lielāks laukums, kurā šī gaismas plūsma tiek izplatīta, un jo mazāk enerģijas uz virsmas vienību. Otrkārt, jo mazāks ir krišanas leņķis, jo garāks ir staru kūļa ceļš atmosfērā.

Saules starojuma daudzumu, kas skar zemes virsmu, ietekmē atmosfēras caurspīdīgums, īpaši mākoņainība. Saules starojuma atkarība no saules staru krišanas leņķa un atmosfēras caurspīdīguma nosaka tā izplatības zonālo raksturu. Kopējā saules starojuma daudzuma atšķirības tajā pašā platuma grādos galvenokārt izraisa mākoņainība.

Siltuma daudzumu, kas nonāk zemes virsmā, nosaka kalorijās uz laukuma vienību (1 cm) laika vienībā (1 gads).

Absorbētais starojums tiek tērēts plānā Zemes virsmas slāņa sildīšanai un ūdens iztvaikošanai. Uzkarsētā zemes virsma nodod siltumu uz vide radiācijas, siltumvadītspējas, konvekcijas un ūdens tvaiku kondensācijas dēļ.

Gaisa temperatūras izmaiņas atkarībā no vietas ģeogrāfiskā platuma un augstuma virs jūras līmeņa

Kopējais starojums samazinās no ekvatoriālajiem-tropiskajiem platuma grādiem uz poliem. Tas ir maksimālais - apmēram 850 J / m2 gadā (200 kcal / cm2 gadā) - tropu tuksnešos, kur tiešais saules starojums caur augstu Saules augstumu un debesīm bez mākoņiem ir intensīvs. Vasaras pusgadā tiek izlīdzinātas atšķirības kopējā saules radiācijas pieplūdumā starp zemajiem un augstajiem platuma grādiem. Tas ir saistīts ar ilgāku saules apgaismojuma ilgumu, īpaši polārajos reģionos, kur polārā diena ilgst pat pusgadu.

Lai gan kopējais saules starojums, kas nonāk uz zemes virsmas, tas daļēji tiek atstarots, tomēr lielāko daļu no tā absorbē zemes virsma un pārvērš siltumā. Daļu no kopējā starojuma, kas paliek pēc izmaksām par atstarošanu un zemes virsmas termisko starojumu, sauc par radiācijas bilanci (atlikušo starojumu). Kopumā gadā tas ir pozitīvs visur uz Zemes, izņemot augstos ledus tuksnešus Antarktīdā un Grenlandē. Radiācijas līdzsvars dabiski samazinās virzienā no ekvatora uz poliem, kur tas ir tuvu nullei.

Attiecīgi gaisa temperatūra tiek sadalīta zonāli, tas ir, tā samazinās virzienā no ekvatora uz poliem. .Gaisa temperatūra ir atkarīga arī no zonas augstuma virs jūras līmeņa: jo augstāka platība, jo zemāka temperatūra.

Būtiska ietekme uz gaisa temperatūras sadalījumu sauszemē un ūdenī. Zemes virsma ātri uzsilst, bet ātri atdziest, un ūdens virsma uzsilst lēnāk, taču ilgāk saglabā siltumu un lēnāk izdala to gaisā.

Zemes virsmas atšķirīgās sildīšanas un atdzišanas intensitātes rezultātā dienā un naktī siltajā un aukstajā sezonā gaisa temperatūra mainās dienas un gada laikā.

Gaisa temperatūras mērīšanai izmanto termometrus. tas tiek mērīts 8 reizes dienā un tiek ņemts vidējais rādītājs dienā. Pie vidējās dienas temperatūras aprēķina mēneša vidējos rādītājus. Tie ir tie, kurus klimata kartēs parasti parāda izotermas (līnijas, kas savieno punktus ar vienādu temperatūru noteiktā laika periodā). Temperatūras raksturošanai visbiežāk tiek ņemti vidējie mēneša janvāra un jūlija rādītāji, retāk gada rādītāji. ,