Atmosfera de aer a pământului. Atmosfera terestră: structură și compoziție

10,045×103 J/(kg*K) (în intervalul de temperatură de la 0-100°C), C v 8,3710*103 J/(kg*K) (0-1500°C). Solubilitatea aerului în apă la 0°C este de 0,036%, la 25°C - 0,22%.

Compoziția atmosferică

Istoria formării atmosferice

Istoria timpurie

În prezent, știința nu poate urmări toate etapele formării Pământului cu o precizie sută la sută. Conform celei mai comune teorii, atmosfera Pământului a avut patru 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. În etapa următoare, activitatea vulcanică activă a dus la saturarea atmosferei cu alte gaze decât hidrogenul (hidrocarburi, 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:

scurgere constantă de hidrogen în spațiul interplanetar;
reacții chimice care apar 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 reacții chimice din amoniac şi hidrocarburi).

Apariția vieții și a oxigenului

Odată cu apariția organismelor vii pe Pământ ca urmare a fotosintezei, însoțită de eliberarea de oxigen și absorbția dioxidului de carbon, compoziția atmosferei a început să se schimbe. Există totuși date (analiza compoziției izotopice a oxigenului atmosferic și cea eliberată în timpul fotosintezei) care indică originea geologică a oxigenului atmosferic.

Inițial, oxigenul a fost cheltuit pentru oxidarea compușilor reduși - hidrocarburi, formă feroasă de fier conținută în oceane etc. La sfârșitul acestei etape, conținutul de oxigen din atmosferă a început să crească.

În anii 1990, au fost efectuate experimente pentru a crea un sistem ecologic închis („Biosfera 2”), timp în care nu a fost posibil să se creeze un sistem stabil cu o compoziție uniformă a aerului. Influența microorganismelor a dus la scăderea nivelului de oxigen și la creșterea cantității de dioxid de carbon.

Azot

Educaţie cantitate mare N 2 este cauzat de oxidarea atmosferei primare de amoniac-hidrogen cu O 2 molecular, care a început să vină de la suprafața planetei ca urmare a fotosintezei, se presupune că acum aproximativ 3 miliarde de ani (conform unei alte versiuni, oxigenul atmosferic este de origine geologică). Azotul este oxidat la NO în straturile superioare ale atmosferei, folosit în industrie și legat de bacteriile fixatoare de azot, în timp ce N2 este eliberat în atmosferă ca urmare a denitrificării nitraților și a altor compuși care conțin azot.

Azotul N 2 este un gaz inert și reacționează numai în condiții specifice (de exemplu, în timpul unei descărcări de fulgere). Cianobacteriile și unele bacterii (de exemplu, bacteriile nodulare care formează simbioză rizobială cu plantele leguminoase) o pot oxida și transforma în formă biologică.

Oxidarea azotului molecular prin descărcări electrice este utilizată în producția industrială de îngrășăminte cu azot și a dus, de asemenea, la formarea unor depozite unice de nitrați în deșertul Atacama din Chile.

gaze nobile

Arderea combustibilului este principala sursă de gaze poluante (CO, NO, SO2). Dioxidul de sulf este oxidat de aerul O 2 la SO 3 în straturile superioare ale atmosferei, care interacționează cu vaporii de H 2 O și NH 3, iar H 2 SO 4 și (NH 4) 2 SO 4 rezultate se întorc la suprafața Pământului. împreună cu precipitaţii. Utilizarea motoarelor cu ardere internă duce la o poluare semnificativă a atmosferei cu oxizi de azot, hidrocarburi și compuși de Pb.

Poluarea atmosferei cu aerosoli se datorează ambelor cauze naturale (erupții vulcanice, furtuni de praf, antrenare de picături apa de mareși particule de polen vegetal etc.) și activitatea economică umană (exploatarea minereurilor și materiale de construcții, arderea combustibilului, producția de ciment etc.). Emisia intensivă la scară largă de particule solide în atmosferă este una dintre cele mai importante motive posibile schimbări ale climei planetei.

Structura atmosferei și caracteristicile cochiliilor individuale

Starea fizică a atmosferei este determinată de vreme și climă. Parametrii de bază ai atmosferei: densitatea aerului, presiunea, temperatura și compoziția. Pe măsură ce altitudinea crește, densitatea aerului și presiunea atmosferică scad. Temperatura se modifică, de asemenea, odată cu schimbările de altitudine. Structura verticală a atmosferei este caracterizată de temperaturi și proprietăți electrice diferite și de condiții diferite de aer. În funcție de temperatura din atmosferă, se disting următoarele straturi principale: troposferă, stratosferă, mezosferă, termosferă, exosferă (sfera de împrăștiere). Regiunile de tranziție ale atmosferei dintre cochiliile vecine se numesc tropopauză, stratopauză etc.

troposfera

Stratosferă

În stratosferă, cea mai mare parte a undelor scurte a radiației ultraviolete (180-200 nm) este reținută, iar energia undelor scurte este transformată. Sub influența acestor raze, câmpurile magnetice se modifică, moleculele se dezintegrează, are loc ionizarea, noua formare de gaze și alte compuși chimici. Aceste procese pot fi observate sub formă de aurore boreale, fulgere și alte străluciri.

În stratosferă și în straturile superioare, sub influența radiației solare, moleculele de gaz se disociază în atomi (peste 80 km CO 2 și H 2 se disociază, peste 150 km - O 2, peste 300 km - H 2). La o altitudine de 100-400 km, ionizarea gazelor are loc și în ionosferă; la o altitudine de 320 km, concentrația particulelor încărcate (O + 2, O - 2, N + 2) este ~ 1/300 din concentrația de particule neutre. În straturile superioare ale atmosferei există radicali liberi - OH, HO 2 etc.

Aproape că nu există vapori de apă în stratosferă.

Mezosfera

Până la o altitudine de 100 km, atmosfera este un amestec omogen, bine amestecat de gaze. În straturile superioare, distribuția gazelor după 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 ~1500°C. Peste 200 km se observă fluctuații semnificative ale temperaturii și densității gazelor în timp și spațiu.

La o altitudine de aproximativ 2000-3000 km, exosfera se transformă treptat în așa-numitul vid din spațiul apropiat, 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 aceste particule 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 atmosferice

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 15 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.

Plămânii umani conțin în mod constant aproximativ 3 litri de aer alveolar. Presiunea parțială a oxigenului în aerul alveolar la normal presiune atmosferică este de 110 mm Hg. Art., presiunea dioxidului de carbon - 40 mm Hg. Art., iar vaporii de apă −47 mm Hg. Artă. Odată cu creșterea altitudinii, presiunea oxigenului scade, iar presiunea totală a vaporilor de apă și dioxid de carbon din plămâni rămâne aproape constantă - aproximativ 87 mm Hg. Artă. Furnizarea de oxigen a plămânilor se va opri complet atunci când presiunea aerului ambiant devine egală cu această valoare.

La o altitudine de aproximativ 19-20 km, presiunea atmosferică scade la 47 mm Hg. Artă. Prin urmare, la această altitudine, apa și lichidul interstițial încep să fiarbă în corpul uman. În afara cabinei presurizate la aceste altitudini, moartea are loc aproape instantaneu. Astfel, din punctul de vedere al fiziologiei umane, „spațiul” începe deja la o altitudine de 15-19 km.

Straturile dense de aer - troposfera și stratosfera - ne protejează de efectele dăunătoare ale radiațiilor. Cu suficientă rarefiere a aerului, la altitudini mai mari de 36 km, radiațiile ionizante - razele cosmice primare - au un efect intens asupra organismului; La altitudini de peste 40 km, partea ultravioletă a spectrului solar este periculoasă pentru oameni.

Atmosfera Pământului este învelișul gazos al planetei noastre. Apropo, aproape toate corpurile cerești au cochilii similare, de la planetele sistemului solar până la asteroizi mari. depinde de mulți factori - dimensiunea vitezei sale, a masei și a mulți alți parametri. Dar numai învelișul planetei noastre conține componentele care ne permit să trăim.

Atmosfera Pământului: Poveste scurta aparitie

Se crede că la începutul existenței sale planeta noastră nu avea deloc înveliș de gaz. Dar corpul ceresc tânăr, nou format, evolua constant. Atmosfera primară a Pământului s-a format ca urmare a erupțiilor vulcanice constante. Așa se face că, de-a lungul multor mii de ani, în jurul Pământului s-a format un înveliș de vapori de apă, azot, carbon și alte elemente (cu excepția oxigenului).

Deoarece cantitatea de umiditate din atmosferă este limitată, excesul său s-a transformat în precipitații - așa s-au format mările, oceanele și alte corpuri de apă. Primele organisme care au populat planeta au apărut și s-au dezvoltat în mediul acvatic. Majoritatea lor aparțineau organismelor vegetale care produc oxigen prin fotosinteză. Astfel, atmosfera Pământului a început să se umple cu acest gaz vital. Și ca urmare a acumulării de oxigen, s-a format stratul de ozon, care a protejat planeta de efectele nocive ale radiațiilor ultraviolete. Acești factori sunt cei care au creat toate condițiile existenței noastre.

Structura atmosferei Pământului

După cum știți, învelișul de gaz al planetei noastre este format din mai multe straturi - troposferă, stratosferă, mezosferă, termosferă. Este imposibil să trasăm granițe clare între aceste straturi - totul depinde de perioada anului și de latitudinea planetei.

Troposfera este partea inferioară a învelișului de gaz, a cărei înălțime este în medie de la 10 la 15 kilometri. Aici este concentrată cea mai mare parte a umidității. Apropo, aici se află toată umiditatea și se formează norii. Datorită conținutului de oxigen, troposfera susține activitatea vitală a tuturor organismelor. În plus, este crucial în modelarea caracteristicilor meteo și climatice ale zonei - aici se formează nu numai nori, ci și vânturi. Temperatura scade cu altitudinea.

Stratosferă - începe din troposferă și se termină la o altitudine de 50 până la 55 de kilometri. Aici temperatura crește odată cu altitudinea. Această parte a atmosferei nu conține practic vapori de apă, dar are un strat de ozon. Uneori, aici puteți observa formarea de nori „perle”, care pot fi văzuți doar noaptea - se crede că sunt reprezentați de picături de apă foarte condensate.

Mezosfera se întinde până la 80 de kilometri în sus. În acest strat puteți observa o scădere bruscă a temperaturii pe măsură ce vă deplasați în sus. Turbulența este, de asemenea, foarte dezvoltată aici. Apropo, în mezosferă se formează așa-numiții „nori noctilucenți”, care constau din mici cristale de gheață - pot fi văzuți doar noaptea. Este interesant că practic nu există aer la limita superioară a mezosferei - este de 200 de ori mai puțin decât aproape de suprafața pământului.

Termosfera este stratul superior al învelișului de gaz al Pământului, în care se obișnuiește să se facă distincția între ionosferă și exosferă. Interesant este că temperatura de aici crește foarte brusc odată cu altitudinea - la o altitudine de 800 de kilometri de suprafața pământului este mai mult de 1000 de grade Celsius. Ionosfera se caracterizează prin aer foarte diluat și un conținut uriaș de ioni activi. În ceea ce privește exosferă, această parte a atmosferei trece fără probleme în spațiul interplanetar. Este de remarcat faptul că termosfera nu conține aer.

Se poate observa că atmosfera Pământului este o parte foarte importantă a planetei noastre, care rămâne un factor decisiv în apariția vieții. Asigură activitatea vieții, menține existența hidrosferei (cochilia apoasă a planetei) și protejează de radiațiile ultraviolete.

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. Aceasta zona temperatura constanta numită stratopauză și este limita 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 modifică efectiv odată 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 după 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 −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.

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.

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, de a conduce și de a transmite energie termală prin convecție (adică prin amestecarea aerului). Aceasta înseamnă că diverse elemente ale echipamentului, echipamente orbitale statie spatiala nu se va putea răci afară în modul în care se face de obicei într-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 apar în atmosferă sub influența radiațiilor ultraviolete, a descărcărilor de fulgere și a altor factori.

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 verde.

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 atmosferică semnificativă 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 de 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

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.
N. V. Gusakova„Chimia mediului”, Rostov-pe-Don: Phoenix, 2004, 192 cu ISBN 5-222-05386-5
Sokolov V. A. Geochimia gazelor naturale, M., 1971;
McEwen M., Phillips L. Atmospheric Chemistry, M., 1978;
Wark K., Warner S. Poluarea aerului. Surse și control, trad. din engleză, M.. 1980;
Monitorizarea poluării de fond medii naturale. 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 Oceanul Pacific Oceanul de Sud Atmosfera

Atmosfera face parte din învelișul gazos din jurul planetei. CU interior acoperă părțile apoase și terestre ale planetei, iar pe partea exterioară se învecinează cu apropierea Pământului spațiul cosmic. Una dintre funcțiile sale principale este crearea condițiilor climatice, care sunt studiate de științe precum meteorologia și climatologia.

Potrivit oficialului cercetare științifică aerul atmosferic format din gazele eliberate ca urmare a erupțiilor vulcanice. Odată cu apariția oceanelor și a biosferei, formarea ei ulterioară a avut loc prin schimbul de gaze cu apa, flora și fauna și produsele activității și descompunerii lor vitale.

În prezent, atmosfera conține substanțe gazoase și solide (praf, minerale marine, produse de ardere și altele).

Procentul de apă și dioxid de carbon este aproape neschimbat, spre deosebire de alte substanțe. Cel mai mare procent din elementele chimice este azotul; este de aproximativ 76-78% în atmosferă. Apoi, în ordine descrescătoare, vin oxigenul (aproximativ 22%), argonul (aproximativ 1%), carbonul sub formă de dioxid de carbon (mai puțin de 1%) și multe alte elemente, al căror conținut în aer este, de asemenea, mai mic de 1% . Datorită acestor substanțe, oamenii, animalele, plantele și alte organisme pot exista în mod normal pe planetă.

Beneficiile atmosferei sunt de neprețuit, deoarece datorită ei există toată viața de pe planetă. Oamenii și animalele trăiesc prin inhalarea oxigenului, iar plantele prin absorbția dioxidului de carbon conținut în aer. Dar pentru a înțelege cât de importantă este atmosfera, este necesar să studiem toate straturile ei și efectul lor asupra planetei. Știința modernă numără 5 astfel de învelișuri: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera și exosfera.

Straturi ale atmosferei

Troposfera este primul strat al atmosferei deasupra suprafeței planetei. În ea este conținut raportul necesar de substanțe care permite creaturilor care locuiesc pe planetă să respire. În această parte a atmosferei au loc mișcarea ciclonilor și anticiclonilor sub formă de nori și ciclul apei în natură.
Stratosfera și mezosfera conțin o acumulare de ozon numită strat de ozon. Se știe că protejează împotriva efectelor nocive ale razelor ultraviolete și infraroșii care fac parte din lumina soarelui. Aceste straturi protejează, de asemenea, întreaga viață de pe planetă de radiațiile cosmice.
Termosfera și Exosfera sunt limite superioare Atmosfera planetei Pământ este formată din aer ionizat. În aceste straturi se formează „luminile polare” sub influența radiațiilor solare și cosmice radioactive.

Datorită faptului că a fost studiat compoziție chimicăși proprietățile fizice ale tuturor straturilor atmosferei, noi oportunități s-au deschis omului, cum ar fi zborul spre cer și spațiu. Oamenii au învățat să prezică schimbările climatice și au aflat despre acele zone în care aerul este benefic și chiar vindecător pentru sănătate. Dar cel mai important lucru este că toate ființele vii pot respira și sunt protejate de radiațiile cosmice dăunătoare datorită atmosferei. Fără el, planeta noastră nu ar fi foarte diferită de Luna fără viață, Marte și alte planete sistem solar.

Sensul atmosferei

Importanța atmosferei aerului este de neprețuit, dar nu trebuie să uităm că tehnologia și producția modernă provoacă daune enorme și distrug învelișurile atmosferice protectoare. Aceste procese pot duce la o catastrofă la scară planetară. De exemplu, substanțe chimice, utilizat pe scară largă în producția de aerosoli, dispozitive de aer condiționat și alimentare cu aer cald, sisteme de protectie impotriva incendiilor etc. se epuizează în stratul de ozon. Ca urmare, apar găuri de ozon prin care razele ultraviolete și infraroșii ale soarelui trec la sol în cantități nesigure, ceea ce duce la deteriorarea pielii și a retinei.

De asemenea, „efectul de seră” nu poate fi ignorat. Acesta este un proces de acumulare în straturile inferioare ale atmosferei diverse gaze care apar ca urmare a activităţii industriale umane. Emisiile de gaze cresc temperatura aerului, ceea ce duce la topirea gheții și la creșterea nivelului mării. În viitorul apropiat, poate veni un moment în care întreaga masă de pământ a planetei va fi acoperită cu apă și vor avea loc inundații la nivel mondial.

Știind beneficiile atmosferei aerului și modalitățile de distrugere a acesteia, fiecare persoană ar trebui să se gândească dacă activitatea sa de viață este dăunătoare mediului. Da, poate mai mult de o sută sau mii de generații de descendenți vor putea trăi pe planetă în siguranță și, în același timp, stricând-o cu realizări tehnice. Dar totuși, nu trebuie să uitați de beneficiile atmosferei și de importanța ei pentru toate viețuitoarele și să fiți mai uman în raport cu aceasta.

Atmosfera- aceasta este învelișul de aer care înconjoară Pământul și este legat de acesta prin gravitație. Atmosfera este implicată în rotația zilnică și mișcarea anuală a planetei noastre. Aerul atmosferic este un amestec de gaze în care sunt suspendate lichide (picături de apă) și particule solide (fum, praf). Compoziția gazelor atmosfera este neschimbată până la o înălțime de 100-110 km, ceea ce se datorează echilibrului în natură. Fracțiile de volum ale gazelor sunt: azot - 78%, oxigen - 21%, gaze inerte (argon, xenon, cripton) - 0,9%, carbon - 0,03%. În plus, în atmosferă există întotdeauna vapori de apă.

Pe lângă procesele biologice, oxigenul, azotul și carbonul sunt implicați activ în alterarea chimică a rocilor. Rolul ozonului 03 este foarte important; absoarbe cea mai mare parte a radiațiilor ultraviolete de la Soare și, în doze mari, este periculos pentru organismele vii. Particulele solide, care sunt deosebit de abundente peste orașe, servesc drept nuclee de condensare (picături de apă și fulgi de zăpadă se formează în jurul lor).

Înălțimea, limitele și structura atmosferei

Limita superioară a atmosferei este trasată în mod convențional la o altitudine de aproximativ 1000 km, deși poate fi urmărită mult mai sus - până la 20.000 km, dar acolo este foarte rarefiată.

Datorită naturii diferite a modificărilor temperaturii aerului cu înălțimea și alte proprietăți fizice, în atmosferă se disting mai multe părți, care sunt separate între ele prin straturi de tranziție.

Troposfera este cel mai jos și cel mai dens strat al atmosferei. Limita sa superioară este trasată la o altitudine de 18 km deasupra ecuatorului și la 8-12 km deasupra polilor. Temperatura din troposferă scade cu o medie de 0,6 ° C la fiecare 100 m. Se caracterizează prin diferențe orizontale semnificative în distribuția temperaturii, presiunii, vitezei vântului, precum și formarea norilor și a precipitațiilor. În troposferă există o mișcare verticală intensă a aerului - convecție. În acest strat inferior al atmosferei se formează în principal vremea. Aproape toți vaporii de apă atmosferici sunt concentrați aici.

Stratosfera se extinde în principal până la o altitudine de 50 km. Concentrația de ozon la o altitudine de 20-25 km atinge cele mai mari valori, formând un ecran de ozon. Temperatura aerului din stratosferă, de regulă, crește odată cu altitudinea cu o medie de 1-2 ° C la 1 km, ajungând la 0 ° C și mai mult la limita superioară. Acest lucru se întâmplă din cauza absorbției de către ozon energie solara. Aproape că nu există vapori de apă sau nori în stratosferă, iar vânturile puternice de uragan bat cu viteze de până la 300-400 km/h.

În mezosferă, temperatura aerului scade la -60...- 100 ° C, și au loc mișcări intense de aer pe verticală și orizontală.

În straturile superioare ale termosferei, unde aerul este puternic ionizat, temperatura crește din nou la 2000 ° C. Aici se observă aurore și furtuni magnetice.

Atmosfera joacă un rol important în viața Pământului. Previne încălzirea excesivă a suprafeței pământului în timpul zilei și răcirea acesteia noaptea, redistribuie umiditatea pe Pământ și protejează suprafața acestuia de căderile de meteoriți. Prezența unei atmosfere este o condiție indispensabilă pentru existența vieții organice pe planeta noastră.

Radiatie solara. Încălzire atmosferică

Soarele emite o cantitate imensă de energie, din care o primește Pământul doar o mică parte.

Emisia de lumină și căldură de la Soare se numește radiație solară. Radiația solară străbate atmosferă înainte de a ajunge la suprafața pământului. Depășind-o, este în mare măsură absorbită și disipată de învelișul de aer. Radiația care ajunge direct la suprafața pământului sub formă de raze directe se numește radiație directă. O parte din radiația care este împrăștiată în atmosferă ajunge și la suprafața Pământului sub formă de radiație difuză.

Combinația de radiații directe și difuze care sosesc pe o suprafață orizontală se numește radiație solară totală. Atmosfera absoarbe aproximativ 20% din radiația solară care ajunge la limita sa superioară. Alte 34% din radiații sunt reflectate de pe suprafața și atmosfera Pământului (radiația reflectată). 46% din radiația solară este absorbită de suprafața pământului. O astfel de radiație se numește absorbită (absorbită).

Raportul dintre intensitatea radiației solare reflectate și intensitatea întregii energii radiante a Soarelui care ajunge la limita superioară a atmosferei se numește albedo al Pământului și este exprimat în procente.

Deci, albedo-ul planetei noastre împreună cu atmosfera sa este în medie de 34%. Valoarea albedo la diferite latitudini are diferențe semnificative asociate cu culoarea suprafeței, vegetație, înnorare și altele asemenea. O suprafață acoperită cu zăpadă proaspătă reflectă 80-85% din radiații, iarba și nisipul - 26%, respectiv 30%, iar apa - doar 5%.

Cantitatea de energie solară primită de anumite zone ale Pământului depinde în primul rând de unghiul de incidență razele de soare. Cu cât ele cad mai drepte (adică, cu cât înălțimea Soarelui este mai mare deasupra orizontului), cu atât este mai mare cantitatea de energie solară care cade pe unitate de suprafață.

Dependența cantității de radiație totală de unghiul de incidență al razelor se datorează a două motive. În primul rând, cu cât unghiul de incidență al razelor solare este mai mic, cu atât este mai mare aria pe care este distribuit acest flux de lumină și cu atât există mai puțină energie pe unitate de suprafață. În al doilea rând, cu cât unghiul de incidență este mai mic, cu atât calea parcursă fasciculul în atmosferă este mai lungă.

Cantitatea de radiație solară care lovește suprafața pământului este, de asemenea, afectată de transparența atmosferei, în special de nebulozitatea. Dependența radiației solare de unghiul de incidență al razelor solare și transparența atmosferei determină natura zonală a distribuției sale. Diferențele în cantitatea totală de radiație solară la o latitudine sunt cauzate în principal de înnorare.

Cantitatea de căldură care intră pe suprafața pământului este determinată în calorii pe unitate de suprafață (1 cm) pe unitate de timp (1 an).

Radiația absorbită este cheltuită pentru încălzirea stratului subțire de suprafață al Pământului și evaporarea apei. Suprafața pământului încălzită transferă căldură către mediu prin radiație, conducție, convecție și condensare a vaporilor de apă.

Modificări ale temperaturii aerului în funcție de latitudinea locului și de înălțimea deasupra nivelului mării

Radiația totală scade de la latitudinile ecuatorial-tropicale până la poli. Este maximă - aproximativ 850 J/m2 pe an (200 kcal/cm2 pe an) - în deșerturile tropicale, unde radiația solară directă prin altitudinea mare a Soarelui și cerul fără nori este intensă. În jumătatea de vară a anului, diferențele în fluxul radiației solare totale între latitudinile joase și cele înalte sunt atenuate. Acest lucru se întâmplă din cauza duratei mai mari de iluminare a soarelui, în special în regiunile polare, unde ziua polară durează chiar și șase luni.

Deși radiația solară totală care ajunge la suprafața pământului este parțial reflectată de aceasta, cea mai mare parte este absorbită de suprafața pământului și se transformă în căldură. Partea din radiația totală care rămâne după ce este cheltuită pentru reflectarea și radiația termică a suprafeței pământului se numește bilanțul radiațiilor (radiația reziduală). În ansamblu, este pozitiv peste tot pe Pământ, cu excepția deșerților de gheață înalte din Antarctica și Groenlanda. Bilanțul radiațiilor scade în mod natural în direcția de la ecuator la poli, unde este aproape de zero.

În consecință, temperatura aerului este distribuită zonal, adică scade în direcția de la ecuator la poli. .Temperatura aerului depinde și de altitudinea zonei deasupra nivelului mării: cu cât zona este mai mare, cu atât temperatura este mai scăzută.

Distribuția pământului și a apei are o influență semnificativă asupra temperaturii aerului. Suprafața pământului se încălzește rapid, dar se răcește rapid, iar suprafața apei se încălzește mai lent, dar reține căldura mai mult timp și o eliberează în aer mai lent.

Ca urmare a diferitelor intensități de încălzire și răcire a suprafeței Pământului zi și noapte, în anotimpurile calde și reci, temperatura aerului se modifică pe parcursul zilei și anului.

Termometrele sunt folosite pentru a determina temperatura aerului. se măsoară de 8 ori pe zi și se calculează media pe zi. Folosind temperaturile medii zilnice, se calculează mediile lunare. Ele sunt de obicei afișate pe hărțile climatice ca izoterme (linii care leagă puncte cu aceeași temperatură într-o anumită perioadă de timp). Pentru a caracteriza temperaturile, se iau cel mai des mediile lunare din ianuarie și iulie, mai rar cele anuale. ,