Πώς αλλάζει η ατμόσφαιρα. Η ατμόσφαιρα της γης και οι φυσικές ιδιότητες του αέρα

Η ατμόσφαιρα της Γης είναι το αέριο περίβλημα του πλανήτη μας. Το κάτω όριο του περνά στο επίπεδο του φλοιού και της υδρόσφαιρας της γης και το ανώτερο περνά στην περιοχή κοντά στη Γη του διαστήματος. Η ατμόσφαιρα περιέχει περίπου 78% άζωτο, 20% οξυγόνο, έως 1% αργό, διοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο, ήλιο, νέον και μερικά άλλα αέρια.

Αυτό το γήινο κέλυφος χαρακτηρίζεται από σαφώς καθορισμένο στρώμα. Τα στρώματα της ατμόσφαιρας καθορίζονται από την κατακόρυφη κατανομή της θερμοκρασίας και τη διαφορετική πυκνότητα των αερίων στα διαφορετικά επίπεδα της. Υπάρχουν τέτοια στρώματα της ατμόσφαιρας της Γης: τροπόσφαιρα, στρατόσφαιρα, μεσόσφαιρα, θερμόσφαιρα, εξώσφαιρα. Η ιονόσφαιρα διακρίνεται ξεχωριστά.

Έως και το 80% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας είναι η τροπόσφαιρα - το κατώτερο επιφανειακό στρώμα της ατμόσφαιρας. Η τροπόσφαιρα στις πολικές ζώνες βρίσκεται σε επίπεδο έως και 8-10 km πάνω από την επιφάνεια της γης, στην τροπική ζώνη - έως το μέγιστο 16-18 km. Μεταξύ της τροπόσφαιρας και της υπερκείμενης στρατόσφαιρας βρίσκεται η τροπόπαυση - το μεταβατικό στρώμα. Στην τροπόσφαιρα, η θερμοκρασία μειώνεται καθώς αυξάνεται το υψόμετρο και η ατμοσφαιρική πίεση μειώνεται με το υψόμετρο. Η μέση διαβάθμιση θερμοκρασίας στην τροπόσφαιρα είναι 0,6°C ανά 100 μ. Η θερμοκρασία σε διαφορετικά επίπεδα αυτού του κελύφους καθορίζεται από την απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας και την αποτελεσματικότητα της μεταφοράς. Σχεδόν όλη η ανθρώπινη δραστηριότητα λαμβάνει χώρα στην τροπόσφαιρα. Πλέον ψηλά βουνάμην υπερβείτε την τροπόσφαιρα, μόνο οι αεροπορικές μεταφορές μπορούν να διασχίσουν το άνω όριο αυτού του κελύφους σε μικρό ύψος και να βρίσκονται στη στρατόσφαιρα. Ένα μεγάλο ποσοστό υδρατμών περιέχεται στην τροπόσφαιρα, η οποία καθορίζει το σχηματισμό σχεδόν όλων των νεφών. Επίσης, όλα σχεδόν τα αερολύματα (σκόνη, καπνός κ.λπ.) που σχηματίζονται στην επιφάνεια της γης συγκεντρώνονται στην τροπόσφαιρα. Στο οριακό κατώτερο στρώμα της τροπόσφαιρας, εκφράζονται καθημερινές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία και την υγρασία του αέρα, η ταχύτητα του ανέμου συνήθως μειώνεται (αυξάνεται με το υψόμετρο). Στην τροπόσφαιρα, υπάρχει μια μεταβλητή διαίρεση της στήλης αέρα σε μάζες αέρα στην οριζόντια κατεύθυνση, οι οποίες διαφέρουν σε ορισμένα χαρακτηριστικά ανάλογα με τη ζώνη και την περιοχή σχηματισμού τους. Στα ατμοσφαιρικά μέτωπα -τα όρια μεταξύ των αέριων μαζών- σχηματίζονται κυκλώνες και αντικυκλώνες, που καθορίζουν τον καιρό σε μια συγκεκριμένη περιοχή για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο.

Η στρατόσφαιρα είναι το στρώμα της ατμόσφαιρας μεταξύ της τροπόσφαιρας και της μεσόσφαιρας. Τα όρια αυτού του στρώματος κυμαίνονται από 8-16 km έως 50-55 km πάνω από την επιφάνεια της Γης. Στη στρατόσφαιρα, η σύσταση αερίου του αέρα είναι περίπου η ίδια με την τροπόσφαιρα. Διακριτικό χαρακτηριστικό– μείωση της συγκέντρωσης υδρατμών και αύξηση της περιεκτικότητας σε όζον. Το στρώμα του όζοντος της ατμόσφαιρας, το οποίο προστατεύει τη βιόσφαιρα από τις επιθετικές επιδράσεις του υπεριώδους φωτός, βρίσκεται σε επίπεδο 20 έως 30 km. Στη στρατόσφαιρα, η θερμοκρασία αυξάνεται με το ύψος και οι τιμές της θερμοκρασίας καθορίζονται από την ηλιακή ακτινοβολία και όχι από τη μεταφορά (κινήσεις των μαζών αέρα), όπως στην τροπόσφαιρα. Η θέρμανση του αέρα στη στρατόσφαιρα οφείλεται στην απορρόφηση της υπεριώδους ακτινοβολίας από το όζον.

Η μεσόσφαιρα εκτείνεται πάνω από τη στρατόσφαιρα μέχρι ένα επίπεδο 80 km. Αυτό το στρώμα της ατμόσφαιρας χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι η θερμοκρασία μειώνεται από 0 ° C σε - 90 ° C καθώς αυξάνεται το ύψος. Αυτή είναι η πιο κρύα περιοχή της ατμόσφαιρας.

Πάνω από τη μεσόσφαιρα βρίσκεται η θερμόσφαιρα μέχρι το επίπεδο των 500 km. Από τα σύνορα με τη μεσόσφαιρα έως την εξώσφαιρα, η θερμοκρασία κυμαίνεται από περίπου 200 K έως 2000 K. Μέχρι ένα επίπεδο 500 km, η πυκνότητα του αέρα μειώνεται κατά αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες φορές. Η σχετική σύνθεση των ατμοσφαιρικών συστατικών της θερμόσφαιρας είναι παρόμοια με το επιφανειακό στρώμα της τροπόσφαιρας, αλλά με την αύξηση του υψομέτρου, περισσότερο οξυγόνο περνά στην ατομική κατάσταση. Ορισμένο ποσοστό μορίων και ατόμων της θερμόσφαιρας βρίσκεται σε ιονισμένη κατάσταση και κατανέμεται σε πολλά στρώματα, τα οποία ενώνει η έννοια της ιονόσφαιρας. Τα χαρακτηριστικά της θερμόσφαιρας ποικίλλουν σε μεγάλο εύρος ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος, την ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας, την εποχή του έτους και της ημέρας.

Το ανώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας είναι η εξώσφαιρα. Αυτό είναι το λεπτότερο στρώμα της ατμόσφαιρας. Στην εξώσφαιρα, οι μέσες ελεύθερες διαδρομές των σωματιδίων είναι τόσο τεράστιες που τα σωματίδια μπορούν ελεύθερα να διαφύγουν στον διαπλανητικό χώρο. Η μάζα της εξώσφαιρας είναι το ένα δέκατο εκατομμυριοστό της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας. Το κάτω όριο της εξώσφαιρας είναι το επίπεδο των 450-800 km και το ανώτερο όριο είναι η περιοχή όπου η συγκέντρωση των σωματιδίων είναι ίδια όπως στο διάστημα - αρκετές χιλιάδες χιλιόμετρα από την επιφάνεια της Γης. Η εξώσφαιρα αποτελείται από πλάσμα, ένα ιονισμένο αέριο. Επίσης στην εξώσφαιρα βρίσκονται οι ζώνες ακτινοβολίας του πλανήτη μας.

Παρουσίαση βίντεο - στρώματα της ατμόσφαιρας της Γης:

Σχετικό περιεχόμενο:

Η ατμόσφαιρα είναι το αέριο κέλυφος του πλανήτη μας που περιστρέφεται μαζί με τη Γη. Το αέριο στην ατμόσφαιρα ονομάζεται αέρας. Η ατμόσφαιρα βρίσκεται σε επαφή με την υδρόσφαιρα και καλύπτει εν μέρει τη λιθόσφαιρα. Αλλά είναι δύσκολο να προσδιοριστούν τα ανώτερα όρια. Συμβατικά, υποτίθεται ότι η ατμόσφαιρα εκτείνεται προς τα πάνω για περίπου τρεις χιλιάδες χιλιόμετρα. Εκεί ρέει ομαλά στον χωρίς αέρα χώρο.

Η χημική σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης

Ο σχηματισμός της χημικής σύνθεσης της ατμόσφαιρας ξεκίνησε πριν από περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια. Αρχικά, η ατμόσφαιρα αποτελούνταν μόνο από ελαφρά αέρια - ήλιο και υδρογόνο. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, οι αρχικές προϋποθέσεις για τη δημιουργία ενός κελύφους αερίου γύρω από τη Γη ήταν οι ηφαιστειακές εκρήξεις, οι οποίες μαζί με τη λάβα εξέπεμπαν τεράστια ποσότητα αερίων. Στη συνέχεια ξεκίνησε η ανταλλαγή αερίων με τους υδάτινους χώρους, με τους ζωντανούς οργανισμούς, με τα προϊόντα της δραστηριότητάς τους. Η σύνθεση του αέρα σταδιακά άλλαξε και στη σημερινή του μορφή καθορίστηκε πριν από αρκετά εκατομμύρια χρόνια.

Τα κύρια συστατικά της ατμόσφαιρας είναι το άζωτο (περίπου 79%) και το οξυγόνο (20%). Το υπόλοιπο ποσοστό (1%) αντιστοιχεί στα ακόλουθα αέρια: αργό, νέο, ήλιο, μεθάνιο, διοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο, κρυπτόν, ξένο, όζον, αμμωνία, διοξείδιο του θείου και άζωτο, οξείδιο του αζώτου και μονοξείδιο του άνθρακα, που περιλαμβάνονται σε αυτό ένα τοις εκατό.

Επιπλέον, ο αέρας περιέχει υδρατμούς και σωματίδια (γύρη φυτών, σκόνη, κρύσταλλοι αλατιού, ακαθαρσίες αεροζόλ).

ΣΕ Πρόσφαταοι επιστήμονες σημειώνουν όχι ποιοτικά, αλλά ποσοτική αλλαγήμερικά συστατικά του αέρα. Και ο λόγος για αυτό είναι ο άνθρωπος και η δραστηριότητά του. Μόνο τα τελευταία 100 χρόνια η περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα έχει αυξηθεί σημαντικά! Αυτό είναι γεμάτο με πολλά προβλήματα, το πιο παγκόσμιο από τα οποία είναι η κλιματική αλλαγή.

Διαμόρφωση καιρού και κλίματος

Η ατμόσφαιρα παίζει ζωτικό ρόλο στη διαμόρφωση του κλίματος και του καιρού στη Γη. Πολλά εξαρτώνται από την ποσότητα του ηλιακού φωτός, από τη φύση της υποκείμενης επιφάνειας και την ατμοσφαιρική κυκλοφορία.

Ας δούμε τους παράγοντες με τη σειρά.

1. Η ατμόσφαιρα μεταδίδει τη θερμότητα των ακτίνων του ήλιου και απορροφά την επιβλαβή ακτινοβολία. Οι αρχαίοι Έλληνες γνώριζαν ότι οι ακτίνες του Ήλιου πέφτουν σε διαφορετικά μέρη της Γης με διαφορετικές γωνίες. Η ίδια η λέξη "κλίμα" στη μετάφραση από τα αρχαία ελληνικά σημαίνει "κλίση". Έτσι, στον ισημερινό, οι ακτίνες του ήλιου πέφτουν σχεδόν κάθετα, γιατί εδώ έχει πολύ ζέστη. Όσο πιο κοντά στους πόλους, τόσο περισσότερη γωνίαγέρνω. Και η θερμοκρασία πέφτει.

2. Λόγω της ανομοιόμορφης θέρμανσης της Γης, σχηματίζονται ρεύματα αέρα στην ατμόσφαιρα. Ταξινομούνται ανάλογα με το μέγεθός τους. Οι μικρότεροι (δεκάδες και εκατοντάδες μέτρα) είναι τοπικοί άνεμοι. Ακολουθούν μουσώνες και εμπορικοί άνεμοι, κυκλώνες και αντικυκλώνες, πλανητικές μετωπικές ζώνες.

Όλες αυτές οι αέριες μάζες κινούνται συνεχώς. Μερικά από αυτά είναι αρκετά στατικά. Για παράδειγμα, οι εμπορικοί άνεμοι που πνέουν από τις υποτροπικές περιοχές προς τον ισημερινό. Η κίνηση των άλλων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ατμοσφαιρική πίεση.

3. Η ατμοσφαιρική πίεση είναι ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει τη διαμόρφωση του κλίματος. Αυτή είναι η πίεση του αέρα στην επιφάνεια της γης. Όπως γνωρίζετε, οι μάζες αέρα μετακινούνται από μια περιοχή με υψηλή ατμοσφαιρική πίεση προς μια περιοχή όπου αυτή η πίεση είναι χαμηλότερη.

Υπάρχουν 7 ζώνες συνολικά. Ο ισημερινός είναι μια ζώνη χαμηλής πίεσης. Περαιτέρω, και στις δύο πλευρές του ισημερινού μέχρι το τριακοστό γεωγραφικό πλάτος - μια περιοχή υψηλής πίεσης. Από 30° έως 60° - και πάλι χαμηλή πίεση. Και από 60° έως τους πόλους - μια ζώνη υψηλής πίεσης. Μεταξύ αυτών των ζωνών κυκλοφορούν αέριες μάζες. Αυτά που πάνε από τη θάλασσα στη στεριά φέρνουν βροχή και κακοκαιρία, και αυτά που φυσούν από τις ηπείρους φέρνουν καθαρό και ξηρό καιρό. Σε μέρη όπου συγκρούονται ρεύματα αέρα, σχηματίζονται ατμοσφαιρικές μέτωπες ζώνες, οι οποίες χαρακτηρίζονται από βροχόπτωση και κακό, θυελλώδη καιρό.

Οι επιστήμονες έχουν αποδείξει ότι ακόμη και η ευημερία ενός ατόμου εξαρτάται από την ατμοσφαιρική πίεση. Με διεθνή πρότυπακανονική ατμοσφαιρική πίεση - 760 mm Hg. στήλη στους 0°C. Αυτός ο αριθμός υπολογίζεται για εκείνες τις εκτάσεις γης που βρίσκονται σχεδόν στο επίπεδο της θάλασσας. Η πίεση μειώνεται με το υψόμετρο. Επομένως, για παράδειγμα, για την Αγία Πετρούπολη 760 mm Hg. - είναι ο κανόνας. Αλλά για τη Μόσχα, η οποία βρίσκεται ψηλότερα, κανονική πίεση- 748 mm Hg

Η πίεση αλλάζει όχι μόνο κατακόρυφα, αλλά και οριζόντια. Αυτό γίνεται ιδιαίτερα αισθητό κατά το πέρασμα των κυκλώνων.

Η δομή της ατμόσφαιρας

Η ατμόσφαιρα είναι σαν ένα στρώμα κέικ. Και κάθε στρώμα έχει τα δικά του χαρακτηριστικά.

. Τροποσφαίραείναι το στρώμα που βρίσκεται πιο κοντά στη Γη. Το «πάχος» αυτού του στρώματος αλλάζει καθώς απομακρύνεστε από τον ισημερινό. Πάνω από τον ισημερινό, το στρώμα εκτείνεται προς τα πάνω για 16-18 km, σε εύκρατες ζώνες - για 10-12 km, στους πόλους - για 8-10 km.

Εδώ περιέχεται το 80% της συνολικής μάζας του αέρα και το 90% των υδρατμών. Εδώ σχηματίζονται σύννεφα, δημιουργούνται κυκλώνες και αντικυκλώνες. Η θερμοκρασία του αέρα εξαρτάται από το υψόμετρο της περιοχής. Κατά μέσο όρο, πέφτει κατά 0,65°C για κάθε 100 μέτρα.

. τροπόπαυση- μεταβατικό στρώμα της ατμόσφαιρας. Το ύψος του είναι από αρκετές εκατοντάδες μέτρα έως 1-2 χλμ. Η θερμοκρασία του αέρα το καλοκαίρι είναι υψηλότερη από το χειμώνα. Έτσι, για παράδειγμα, πάνω από τους πόλους το χειμώνα -65 ° C. Και πάνω από τον ισημερινό οποιαδήποτε εποχή του χρόνου είναι -70 ° C.

. Στρατόσφαιρα- αυτό είναι ένα στρώμα, το άνω όριο του οποίου εκτείνεται σε υψόμετρο 50-55 χιλιομέτρων. Οι αναταράξεις είναι χαμηλές εδώ, η περιεκτικότητα σε υδρατμούς στον αέρα είναι αμελητέα. Αλλά πολύ όζον. Η μέγιστη συγκέντρωσή του βρίσκεται σε υψόμετρο 20-25 km. Στη στρατόσφαιρα, η θερμοκρασία του αέρα αρχίζει να αυξάνεται και φτάνει τους +0,8 ° C. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το στρώμα του όζοντος αλληλεπιδρά με την υπεριώδη ακτινοβολία.

. Στρατόπαυση- ένα χαμηλό ενδιάμεσο στρώμα μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας που την ακολουθεί.

. Μεσόσφαιρα- το ανώτερο όριο αυτού του στρώματος είναι 80-85 χιλιόμετρα. Εδώ λαμβάνουν χώρα περίπλοκες φωτοχημικές διεργασίες που περιλαμβάνουν ελεύθερες ρίζες. Είναι αυτοί που παρέχουν αυτή την απαλή μπλε λάμψη του πλανήτη μας, η οποία φαίνεται από το διάστημα.

Οι περισσότεροι κομήτες και μετεωρίτες καίγονται στη μεσόσφαιρα.

. μεσόπαυση- το επόμενο ενδιάμεσο στρώμα, η θερμοκρασία του αέρα στο οποίο είναι τουλάχιστον -90 °.

. Θερμόσφαιρα- το κάτω όριο αρχίζει σε υψόμετρο 80 - 90 km και το ανώτερο όριο του στρώματος περνά περίπου στο σημάδι των 800 km. Η θερμοκρασία του αέρα ανεβαίνει. Μπορεί να ποικίλλει από +500° C έως +1000° C. Κατά τη διάρκεια της ημέρας, οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας ανέρχονται σε εκατοντάδες βαθμούς! Αλλά ο αέρας εδώ είναι τόσο σπάνιος που η κατανόηση του όρου «θερμοκρασία» όπως φανταζόμαστε δεν είναι κατάλληλη εδώ.

. Ιονόσφαιρα- ενώνει τη μεσόσφαιρα, τη μεσόπαυση και τη θερμόσφαιρα. Ο αέρας εδώ αποτελείται κυρίως από μόρια οξυγόνου και αζώτου, καθώς και από σχεδόν ουδέτερο πλάσμα. Οι ακτίνες του ήλιου, που πέφτουν στην ιονόσφαιρα, ιονίζουν έντονα τα μόρια του αέρα. Στο κατώτερο στρώμα (έως 90 km), ο βαθμός ιονισμού είναι χαμηλός. Όσο υψηλότερος, τόσο περισσότερος ιονισμός. Άρα, σε υψόμετρο 100-110 km συγκεντρώνονται ηλεκτρόνια. Αυτό συμβάλλει στην ανάκλαση βραχέων και μεσαίων ραδιοκυμάτων.

Το σημαντικότερο στρώμα της ιονόσφαιρας είναι το ανώτερο, το οποίο βρίσκεται σε υψόμετρο 150-400 km. Η ιδιαιτερότητά του είναι ότι αντανακλά ραδιοκύματα και αυτό συμβάλλει στη μετάδοση ραδιοφωνικών σημάτων σε μεγάλες αποστάσεις.

Είναι στην ιονόσφαιρα που εμφανίζεται ένα τέτοιο φαινόμενο όπως το σέλας.

. Εξώσφαιρα- αποτελείται από άτομα οξυγόνου, ηλίου και υδρογόνου. Το αέριο σε αυτό το στρώμα είναι πολύ σπάνιο και συχνά τα άτομα υδρογόνου διαφεύγουν στο διάστημα. Επομένως, αυτό το στρώμα ονομάζεται "ζώνη σκέδασης".

Ο πρώτος επιστήμονας που πρότεινε ότι η ατμόσφαιρά μας έχει βάρος ήταν ο Ιταλός Ε. Τοριτσέλι. Ο Ostap Bender, για παράδειγμα, στο μυθιστόρημα «The Golden Calf» θρηνούσε που κάθε άτομο πιεζόταν από μια στήλη αέρα βάρους 14 κιλών! Αλλά μεγάλος μηχανικόςήταν λίγο λάθος. Ένας ενήλικας αντιμετωπίζει πίεση 13-15 τόνων! Αλλά δεν νιώθουμε αυτό το βάρος, γιατί η ατμοσφαιρική πίεση εξισορροπείται από την εσωτερική πίεση ενός ατόμου. Το βάρος της ατμόσφαιράς μας είναι 5.300.000.000.000.000 τόνοι. Ο αριθμός είναι κολοσσιαία, αν και είναι μόνο το ένα εκατομμυριοστό του βάρους του πλανήτη μας.

Ατμόσφαιρα (από τα ελληνικά ατμός - "ατμός" και σφαῖρα - "σφαίρα") - κέλυφος αερίου ουράνιο σώμασυγκρατείται γύρω από τη βαρύτητα. Ατμόσφαιρα - το αέριο κέλυφος του πλανήτη, που αποτελείται από ένα μείγμα διαφόρων αερίων, υδρατμών και σκόνης. Η ανταλλαγή ύλης μεταξύ της Γης και του Κόσμου πραγματοποιείται μέσω της ατμόσφαιρας. Η Γη δέχεται κοσμική σκόνη και υλικό μετεωρίτη, χάνει τα ελαφρύτερα αέρια: υδρογόνο και ήλιο. Η ατμόσφαιρα της Γης διεισδύει μέσω και μέσω της ισχυρής ακτινοβολίας του Ήλιου, η οποία καθορίζει το θερμικό καθεστώς της επιφάνειας του πλανήτη, προκαλώντας τη διάσταση των μορίων του ατμοσφαιρικού αερίου και τον ιονισμό των ατόμων.

Η ατμόσφαιρα της Γης περιέχει οξυγόνο, το οποίο χρησιμοποιείται από τους περισσότερους ζωντανούς οργανισμούς για την αναπνοή, και διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο καταναλώνεται από τα φυτά, τα φύκια και τα κυανοβακτήρια κατά τη φωτοσύνθεση. Η ατμόσφαιρα είναι επίσης προστατευτικό στρώμαπλανήτη, προστατεύοντας τους κατοίκους του από την ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία.

Όλα τα ογκώδη σώματα έχουν ατμόσφαιρα - επίγειοι πλανήτες, γίγαντες αερίων.

Σύνθεση της ατμόσφαιρας

Η ατμόσφαιρα είναι ένα μείγμα αερίων που αποτελείται από άζωτο (78,08%), οξυγόνο (20,95%), διοξείδιο του άνθρακα (0,03%), αργό (0,93%), μικρή ποσότητα ηλίου, νέον, ξένο, κρυπτό (0,01%), 0,038% διοξείδιο του άνθρακα και μικρές ποσότητες υδρογόνου, ηλίου, άλλων ευγενών αερίων και ρύπων.

Σύγχρονη σύνθεσηΟ αέρας της Γης δημιουργήθηκε πριν από περισσότερα από εκατό εκατομμύρια χρόνια, αλλά η απότομα αυξημένη ανθρώπινη παραγωγική δραστηριότητα οδήγησε ωστόσο στην αλλαγή του. Επί του παρόντος, παρατηρείται αύξηση της περιεκτικότητας σε CO 2 κατά περίπου 10-12% Τα αέρια που συνθέτουν την ατμόσφαιρα εκτελούν διάφορους λειτουργικούς ρόλους. Ωστόσο, η κύρια σημασία αυτών των αερίων καθορίζεται κυρίως από το γεγονός ότι απορροφούν πολύ έντονα την ενέργεια ακτινοβολίας και επομένως έχουν σημαντική επίδραση στο καθεστώς θερμοκρασίας της επιφάνειας και της ατμόσφαιρας της Γης.

Η αρχική σύνθεση της ατμόσφαιρας ενός πλανήτη εξαρτάται συνήθως από τις χημικές και θερμικές ιδιότητες του ήλιου κατά το σχηματισμό των πλανητών και την επακόλουθη απελευθέρωση εξωτερικών αερίων. Στη συνέχεια, η σύνθεση του περιβλήματος του αερίου εξελίσσεται υπό την επίδραση διαφόρων παραγόντων.

Οι ατμόσφαιρες της Αφροδίτης και του Άρη είναι κυρίως διοξείδιο του άνθρακα με μικρές προσθήκες αζώτου, αργού, οξυγόνου και άλλων αερίων. Η ατμόσφαιρα της γης είναι σε μεγάλο βαθμό προϊόν των οργανισμών που ζουν σε αυτήν. Οι γίγαντες αερίων χαμηλής θερμοκρασίας - ο Δίας, ο Κρόνος, ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας - μπορούν να κρατήσουν κυρίως αέρια χαμηλού μοριακού βάρους - υδρογόνο και ήλιο. Οι γίγαντες αερίων υψηλής θερμοκρασίας, όπως ο Osiris ή το 51 Pegasi b, αντίθετα, δεν μπορούν να το κρατήσουν και τα μόρια της ατμόσφαιράς τους διασκορπίζονται στο διάστημα. Αυτή η διαδικασία είναι αργή και συνεχής.

Αζωτο,το πιο κοινό αέριο στην ατμόσφαιρα, χημικά ελάχιστα ενεργό.

Οξυγόνο, σε αντίθεση με το άζωτο, είναι ένα χημικά πολύ ενεργό στοιχείο. Η ειδική λειτουργία του οξυγόνου είναι η οξείδωση της οργανικής ύλης ετερότροφων οργανισμών, πετρωμάτων και υπο-οξειδωμένων αερίων που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα από τα ηφαίστεια. Χωρίς οξυγόνο, δεν θα υπήρχε αποσύνθεση της νεκρής οργανικής ύλης.

Ατμοσφαιρική δομή

Η δομή της ατμόσφαιρας αποτελείται από δύο μέρη: το εσωτερικό - τροπόσφαιρα, στρατόσφαιρα, μεσόσφαιρα και θερμόσφαιρα, ή ιονόσφαιρα, και το εξωτερικό - μαγνητόσφαιρα (εξώσφαιρα).

1) Τροπόσφαιρα- αυτό είναι το κάτω μέρος της ατμόσφαιρας, στο οποίο συγκεντρώνονται τα 3/4 δηλ. ~ 80% της συνολικής ατμόσφαιρας της γης. Το ύψος του καθορίζεται από την ένταση των κατακόρυφων (αύξουσας ή φθίνουσας) ρευμάτων αέρα που προκαλούνται από τη θέρμανση της επιφάνειας της γης και του ωκεανού, επομένως το πάχος της τροπόσφαιρας στον ισημερινό είναι 16-18 km, σε εύκρατα γεωγραφικά πλάτη 10-11 km , και στους πόλους - έως 8 χλμ. Η θερμοκρασία του αέρα στην τροπόσφαιρα σε υψόμετρο μειώνεται κατά 0,6ºС για κάθε 100m και κυμαίνεται από +40 έως -50ºС.

2) Στρατόσφαιραβρίσκεται πάνω από την τροπόσφαιρα και έχει ύψος έως και 50 km από την επιφάνεια του πλανήτη. Η θερμοκρασία σε υψόμετρο έως 30 km είναι σταθερή -50ºС. Στη συνέχεια αρχίζει να ανεβαίνει και σε υψόμετρο 50 km φτάνει τους +10ºС.

Το ανώτερο όριο της βιόσφαιρας είναι η οθόνη του όζοντος.

Το πλέγμα του όζοντος είναι ένα στρώμα της ατμόσφαιρας εντός της στρατόσφαιρας, που βρίσκεται σε διαφορετικά ύψη από την επιφάνεια της Γης και έχει μέγιστη πυκνότητα όζοντος σε υψόμετρο 20-26 km.

Το ύψος της στιβάδας του όζοντος στους πόλους υπολογίζεται στα 7-8 km, στον ισημερινό στα 17-18 km και το μέγιστο ύψος της παρουσίας του όζοντος είναι 45-50 km. Πάνω από την οθόνη του όζοντος, η ζωή είναι αδύνατη λόγω της σκληρής υπεριώδους ακτινοβολίας του Ήλιου. Εάν συμπιέσετε όλα τα μόρια του όζοντος, θα έχετε ένα στρώμα ~ 3 mm γύρω από τον πλανήτη.

3) Μεσόσφαιρα– το ανώτερο όριο αυτού του στρώματος βρίσκεται σε ύψος μέχρι 80 km. Το κύριο χαρακτηριστικό του είναι η απότομη πτώση της θερμοκρασίας -90ºС στο ανώτερο όριο του. Εδώ στερεώνονται ασημένια σύννεφα που αποτελούνται από κρυστάλλους πάγου.

4) Ιονόσφαιρα (θερμόσφαιρα) -βρίσκεται σε υψόμετρο 800 km και χαρακτηρίζεται από σημαντική αύξηση της θερμοκρασίας:

150km θερμοκρασία +240ºС,

200km θερμοκρασία +500ºС,

600km θερμοκρασία +1500ºС.

Υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας από τον ήλιο, τα αέρια βρίσκονται σε ιονισμένη κατάσταση. Ο ιονισμός συνδέεται με τη λάμψη των αερίων και την εμφάνιση σέλας.

Η ιονόσφαιρα έχει την ικανότητα να ανακλά επανειλημμένα ραδιοκύματα, γεγονός που παρέχει ραδιοεπικοινωνίες μεγάλης εμβέλειας στον πλανήτη.

5) Εξώσφαιρα- βρίσκεται πάνω από 800 km και εκτείνεται έως και 3000 km. Εδώ η θερμοκρασία είναι >2000ºС. Η ταχύτητα κίνησης του αερίου πλησιάζει τα κρίσιμα ~ 11,2 km/sec. Τα άτομα υδρογόνου και ηλίου κυριαρχούν, τα οποία σχηματίζουν ένα φωτεινό στέμμα γύρω από τη Γη, που εκτείνεται σε υψόμετρο 20.000 km.

Λειτουργίες ατμόσφαιρας

1) Θερμορύθμιση - ο καιρός και το κλίμα στη Γη εξαρτώνται από την κατανομή της θερμότητας, την πίεση.

2) Υποστηρικτικό για τη ζωή.

3) Στην τροπόσφαιρα, υπάρχει μια παγκόσμια κατακόρυφη και οριζόντια κίνηση των μαζών του αέρα, η οποία καθορίζει τον κύκλο του νερού, τη μεταφορά θερμότητας.

4) Σχεδόν όλες οι επιφάνειες γεωλογικές διεργασίεςλόγω της αλληλεπίδρασης της ατμόσφαιρας, της λιθόσφαιρας και της υδρόσφαιρας.

5) Προστατευτικό - η ατμόσφαιρα προστατεύει τη γη από το διάστημα, την ηλιακή ακτινοβολία και τη σκόνη μετεωριτών.

Λειτουργίες ατμόσφαιρας. Χωρίς ατμόσφαιρα, η ζωή στη Γη θα ήταν αδύνατη. Ένα άτομο καταναλώνει καθημερινά 12-15 κιλά. αέρα, εισπνέοντας κάθε λεπτό από 5 έως 100 λίτρα, που υπερβαίνει σημαντικά τη μέση ημερήσια ανάγκη σε τροφή και νερό. Επιπλέον, η ατμόσφαιρα προστατεύει αξιόπιστα ένα άτομο από τους κινδύνους που τον απειλούν από το διάστημα: δεν αφήνει τους μετεωρίτες και την κοσμική ακτινοβολία να περάσουν. Ένα άτομο μπορεί να ζήσει πέντε εβδομάδες χωρίς φαγητό, πέντε ημέρες χωρίς νερό και πέντε λεπτά χωρίς αέρα. Η κανονική ζωή των ανθρώπων απαιτεί όχι μόνο αέρα, αλλά και μια ορισμένη καθαρότητά του. Η υγεία των ανθρώπων, η κατάσταση της χλωρίδας και της πανίδας, η αντοχή και η ανθεκτικότητα των κατασκευών των κτιρίων και των κατασκευών εξαρτώνται από την ποιότητα του αέρα. Ο μολυσμένος αέρας είναι επιζήμιος για τα νερά, τη γη, τις θάλασσες, τα εδάφη. Η ατμόσφαιρα καθορίζει το φως και ρυθμίζει τα θερμικά καθεστώτα της γης, συμβάλλει στην ανακατανομή της θερμότητας στον πλανήτη. Το περίβλημα αερίου προστατεύει τη Γη από υπερβολική ψύξη και θέρμανση. Αν ο πλανήτης μας δεν περιβαλλόταν από ένα κέλυφος αέρα, τότε μέσα σε μια μέρα το πλάτος των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας θα έφτανε τους 200 C. Η ατμόσφαιρα σώζει οτιδήποτε ζει στη Γη από τις καταστροφικές υπεριώδεις, ακτίνες Χ και κοσμικές ακτίνες. Η σημασία της ατμόσφαιρας στη διανομή του φωτός είναι μεγάλη. Ο αέρας του σπάει τις ακτίνες του ήλιου σε ένα εκατομμύριο μικρές ακτίνες, τις διασκορπίζει και δημιουργεί έναν ομοιόμορφο φωτισμό. Η ατμόσφαιρα λειτουργεί ως αγωγός των ήχων.

Η ατμόσφαιρα έχει μια πολυεπίπεδη δομή. Τα όρια μεταξύ των στρωμάτων δεν είναι αιχμηρά και το ύψος τους εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος και την εποχή. Η πολυεπίπεδη δομή είναι αποτέλεσμα αλλαγών θερμοκρασίας διαφορετικά ύψη. Ο καιρός σχηματίζεται στην τροπόσφαιρα (χαμηλότερα περίπου 10 km: περίπου 6 km πάνω από τους πόλους και περισσότερα από 16 km πάνω από τον ισημερινό). Και το ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας είναι υψηλότερο το καλοκαίρι από το χειμώνα.

Από την επιφάνεια της Γης και πάνω αυτά τα στρώματα είναι:

Τροποσφαίρα

Στρατόσφαιρα

Μεσόσφαιρα

Θερμόσφαιρα

Εξώσφαιρα

Τροποσφαίρα

Το κατώτερο τμήμα της ατμόσφαιρας, μέχρι ύψος 10-15 km, στο οποίο συγκεντρώνονται τα 4/5 ολόκληρης της μάζας του ατμοσφαιρικού αέρα, ονομάζεται τροπόσφαιρα. Είναι χαρακτηριστικό για αυτό ότι η θερμοκρασία εδώ μειώνεται με το ύψος κατά μέσο όρο 0,6°/100 m (σε μεμονωμένες περιπτώσειςη κατακόρυφη κατανομή θερμοκρασίας ποικίλλει σε μεγάλο εύρος). Η τροπόσφαιρα περιέχει σχεδόν όλους τους υδρατμούς της ατμόσφαιρας και σχηματίζονται σχεδόν όλα τα σύννεφα. Οι αναταράξεις είναι επίσης ιδιαίτερα ανεπτυγμένες εδώ, ειδικά κοντά στην επιφάνεια της γης, καθώς και στα λεγόμενα jet streams στο πάνω μέρος της τροπόσφαιρας.

Το ύψος στο οποίο εκτείνεται η τροπόσφαιρα σε κάθε σημείο της Γης ποικίλλει από μέρα σε μέρα. Επιπλέον, ακόμη και κατά μέσο όρο, είναι διαφορετικό σε διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη και μέσα διαφορετικές εποχέςτης χρονιάς. Κατά μέσο όρο, η ετήσια τροπόσφαιρα εκτείνεται πάνω από τους πόλους σε ύψος περίπου 9 km, σε εύκρατα γεωγραφικά πλάτη έως 10-12 km και πάνω από τον ισημερινό έως 15-17 km. Η μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα κοντά στην επιφάνεια της γης είναι περίπου +26° στον ισημερινό και περίπου -23° στον βόρειο πόλο. Στην κορυφή της τροπόσφαιρας πάνω από τον ισημερινό μέση θερμοκρασίαπερίπου -70°, πάνω από τον βόρειο πόλο το χειμώνα περίπου -65° και το καλοκαίρι περίπου -45°.

Η πίεση του αέρα στο ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας, που αντιστοιχεί στο ύψος της, είναι 5-8 φορές μικρότερη από ό,τι στην επιφάνεια της γης. Επομένως, ο κύριος όγκος του ατμοσφαιρικού αέρα βρίσκεται στην τροπόσφαιρα. Οι διεργασίες που συμβαίνουν στην τροπόσφαιρα έχουν άμεση και αποφασιστική σημασία για τον καιρό και το κλίμα κοντά στην επιφάνεια της γης.

Όλοι οι υδρατμοί συγκεντρώνονται στην τροπόσφαιρα, γι' αυτό και όλα τα σύννεφα σχηματίζονται μέσα στην τροπόσφαιρα. Η θερμοκρασία μειώνεται με το υψόμετρο.

Οι ακτίνες του ήλιου περνούν εύκολα μέσα από την τροπόσφαιρα και η θερμότητα που εκπέμπει η Γη που θερμαίνεται από τις ακτίνες του ήλιου συσσωρεύεται στην τροπόσφαιρα: αέρια όπως το διοξείδιο του άνθρακα, το μεθάνιο και οι υδρατμοί διατηρούν τη θερμότητα. Αυτός ο μηχανισμός θέρμανσης της ατμόσφαιρας από τη Γη, που θερμαίνεται από την ηλιακή ακτινοβολία, ονομάζεται Το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Επειδή η Γη είναι η πηγή θερμότητας για την ατμόσφαιρα, η θερμοκρασία του αέρα μειώνεται με το ύψος.

Το όριο μεταξύ της ταραγμένης τροπόσφαιρας και της ήρεμης στρατόσφαιρας ονομάζεται τροπόπαυση. Εδώ σχηματίζονται γρήγορα κινούμενοι άνεμοι που ονομάζονται «jet streams».

Κάποτε θεωρήθηκε ότι η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας πέφτει επίσης πάνω από την τροπόσφαιρα, αλλά οι μετρήσεις στα υψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας έδειξαν ότι δεν είναι έτσι: αμέσως πάνω από την τροπόπαυση, η θερμοκρασία είναι σχεδόν σταθερή και μετά αρχίζει να αυξάνεται. Οριζόντιοι άνεμοι πνέουν στη στρατόσφαιρα χωρίς να δημιουργούν αναταράξεις. Ο αέρας της στρατόσφαιρας είναι πολύ ξηρός και επομένως τα σύννεφα είναι σπάνια. Σχηματίζονται τα λεγόμενα σύννεφα από φίλντισι.

Η στρατόσφαιρα είναι πολύ σημαντική για τη ζωή στη Γη, επειδή σε αυτό το στρώμα υπάρχει μια μικρή ποσότητα όζοντος που απορροφά την ισχυρή υπεριώδη ακτινοβολία που είναι επιβλαβής για τη ζωή. Απορροφώντας την υπεριώδη ακτινοβολία, το όζον θερμαίνει τη στρατόσφαιρα.

Στρατόσφαιρα

Πάνω από την τροπόσφαιρα μέχρι ύψος 50-55 km βρίσκεται η στρατόσφαιρα, που χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι η θερμοκρασία σε αυτήν, κατά μέσο όρο, αυξάνεται με το ύψος. Το μεταβατικό στρώμα μεταξύ τροπόσφαιρας και στρατόσφαιρας (πάχος 1-2 km) ονομάζεται τροπόπαυση.

Παραπάνω υπήρχαν δεδομένα για τη θερμοκρασία στο ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας. Αυτές οι θερμοκρασίες είναι επίσης χαρακτηριστικές της κατώτερης στρατόσφαιρας. Έτσι, η θερμοκρασία του αέρα στην κατώτερη στρατόσφαιρα πάνω από τον ισημερινό είναι πάντα πολύ χαμηλή. Επιπλέον, το καλοκαίρι είναι πολύ χαμηλότερα από ότι πάνω από τον πόλο.

Η κατώτερη στρατόσφαιρα είναι λίγο πολύ ισόθερμη. Αλλά, ξεκινώντας από ένα ύψος περίπου 25 km, η θερμοκρασία στη στρατόσφαιρα αυξάνεται γρήγορα με το ύψος, φτάνοντας στο μέγιστο, επιπλέον, θετικές τιμές (από +10 έως +30 °) σε υψόμετρο περίπου 50 km. Λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας με το ύψος, οι αναταράξεις στη στρατόσφαιρα είναι χαμηλές.

Υπάρχουν πολύ λίγοι υδρατμοί στη στρατόσφαιρα. Ωστόσο, σε υψόμετρα 20-25 χλμ., παρατηρούνται μερικές φορές πολύ λεπτά, τα λεγόμενα φίλντισι σύννεφα σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Την ημέρα δεν φαίνονται, αλλά τη νύχτα μοιάζουν να λάμπουν, καθώς φωτίζονται από τον ήλιο κάτω από τον ορίζοντα. Αυτά τα σύννεφα αποτελούνται από υπερψυγμένα σταγονίδια νερού. Η στρατόσφαιρα χαρακτηρίζεται επίσης από το γεγονός ότι περιέχει κυρίως ατμοσφαιρικό όζον, όπως προαναφέρθηκε.

Μεσόσφαιρα

Πάνω από τη στρατόσφαιρα βρίσκεται ένα στρώμα της μεσόσφαιρας, μέχρι περίπου 80 km. Εδώ η θερμοκρασία πέφτει με το ύψος σε αρκετές δεκάδες βαθμούς κάτω από το μηδέν. Λόγω της ταχείας πτώσης της θερμοκρασίας με το ύψος, οι αναταράξεις είναι ιδιαίτερα ανεπτυγμένες στη μεσόσφαιρα. Σε ύψη κοντά στο ανώτερο όριο της μεσόσφαιρας (75-90 χλμ.), εξακολουθούν να υπάρχουν ένα ειδικό είδος νεφών, που επίσης φωτίζονται από τον ήλιο τη νύχτα, τα λεγόμενα ασημένια σύννεφα. Το πιο πιθανό είναι ότι αποτελούνται από κρυστάλλους πάγου.

Στο ανώτερο όριο της μεσόσφαιρας, η πίεση του αέρα είναι 200 ​​φορές μικρότερη από ό,τι στην επιφάνεια της γης. Έτσι, η τροπόσφαιρα, η στρατόσφαιρα και η μεσόσφαιρα μαζί, σε ύψος μέχρι 80 km, περιέχουν περισσότερο από το 99,5% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας. Τα υπερκείμενα στρώματα περιέχουν αμελητέα ποσότητα αέρα

Σε υψόμετρο περίπου 50 km πάνω από τη Γη, η θερμοκρασία αρχίζει να πέφτει ξανά, σηματοδοτώντας το ανώτερο όριο της στρατόσφαιρας και την αρχή του επόμενου στρώματος - της μεσόσφαιρας. Η μεσόσφαιρα έχει την πιο κρύα θερμοκρασία στην ατμόσφαιρα: από -2 έως -138 βαθμούς Κελσίου. Εδώ είναι τα υψηλότερα σύννεφα: όταν ο καιρός είναι καθαρός, μπορείτε να τα δείτε κατά τη δύση του ηλίου. Ονομάζονται noctilucent (φωτεινά τη νύχτα).

Θερμόσφαιρα

Το ανώτερο τμήμα της ατμόσφαιρας, πάνω από τη μεσόσφαιρα, χαρακτηρίζεται από πολύ υψηλές θερμοκρασίες και γι' αυτό ονομάζεται θερμόσφαιρα. Ωστόσο, διακρίνονται δύο μέρη σε αυτό: η ιονόσφαιρα, η οποία εκτείνεται από τη μεσόσφαιρα σε ύψη της τάξης των χιλίων χιλιομέτρων, και το εξωτερικό μέρος που βρίσκεται πάνω από αυτό - η εξώσφαιρα, που περνά στο στέμμα της γης.

Ο αέρας στην ιονόσφαιρα είναι εξαιρετικά σπάνιος. Έχουμε ήδη επισημάνει ότι σε υψόμετρα 300-750 km η μέση πυκνότητά του είναι περίπου 10-8-10-10 g/m3. Αλλά ακόμη και με τόσο χαμηλή πυκνότητα, κάθε κυβικό εκατοστό αέρα σε υψόμετρο 300 km εξακολουθεί να περιέχει περίπου ένα δισεκατομμύριο (109) μόρια ή άτομα και σε υψόμετρο 600 km - περισσότερα από 10 εκατομμύρια (107). Αυτό είναι αρκετές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερο από την περιεκτικότητα σε αέρια στον διαπλανητικό χώρο.

Η ιονόσφαιρα, όπως λέει και το ίδιο το όνομα, χαρακτηρίζεται από έναν πολύ ισχυρό βαθμό ιονισμού αέρα - η περιεκτικότητα σε ιόντα εδώ είναι πολλές φορές μεγαλύτερη από ό,τι στα υποκείμενα στρώματα, παρά την έντονη συνολική αραίωση του αέρα. Αυτά τα ιόντα είναι κυρίως φορτισμένα άτομα οξυγόνου, φορτισμένα μόρια μονοξειδίου του αζώτου και ελεύθερα ηλεκτρόνια. Η περιεκτικότητά τους σε υψόμετρα 100-400 km είναι περίπου 1015-106 ανά κυβικό εκατοστό.

Στην ιονόσφαιρα, αρκετά στρώματα, ή περιοχές, διακρίνονται με μέγιστο ιονισμό, ειδικά σε υψόμετρα 100-120 km και 200-400 km. Αλλά ακόμη και στα διαστήματα μεταξύ αυτών των στρωμάτων, ο βαθμός ιονισμού της ατμόσφαιρας παραμένει πολύ υψηλός. Η θέση των ιονοσφαιρικών στιβάδων και η συγκέντρωση των ιόντων σε αυτά αλλάζουν συνεχώς. Οι σποραδικές συσσωρεύσεις ηλεκτρονίων με ιδιαίτερα υψηλή συγκέντρωση ονομάζονται νέφη ηλεκτρονίων.

Η ηλεκτρική αγωγιμότητα της ατμόσφαιρας εξαρτάται από το βαθμό ιονισμού. Επομένως, στην ιονόσφαιρα, η ηλεκτρική αγωγιμότητα του αέρα είναι γενικά 1012 φορές μεγαλύτερη από αυτή της επιφάνειας της γης. Τα ραδιοκύματα βιώνουν απορρόφηση, διάθλαση και ανάκλαση στην ιονόσφαιρα. Κύματα μεγαλύτερα από 20 m δεν μπορούν να περάσουν καθόλου από την ιονόσφαιρα: αντανακλώνται ήδη από στρώματα ηλεκτρονίων χαμηλής συγκέντρωσης στο κάτω μέρος της ιονόσφαιρας (σε υψόμετρα 70-80 km). Τα μεσαία και μικρά κύματα αντανακλώνται από τα υπερκείμενα ιονοσφαιρικά στρώματα.

Λόγω της αντανάκλασης από την ιονόσφαιρα είναι δυνατή η επικοινωνία μεγάλης εμβέλειας σε μικρά κύματα. Πολλαπλές αντανακλάσεις από την ιονόσφαιρα και την επιφάνεια της γης επιτρέπουν στα μικρά κύματα να διαδίδονται με ζιγκ-ζαγκ τρόπο σε μεγάλες αποστάσεις, περικλείοντας την επιφάνεια της υδρογείου. Δεδομένου ότι η θέση και η συγκέντρωση των ιονοσφαιρικών στιβάδων αλλάζουν συνεχώς, αλλάζουν και οι συνθήκες για την απορρόφηση, την ανάκλαση και τη διάδοση των ραδιοκυμάτων. Επομένως, η αξιόπιστη ραδιοεπικοινωνία απαιτεί συνεχή μελέτη της κατάστασης της ιονόσφαιρας. Οι παρατηρήσεις για τη διάδοση των ραδιοκυμάτων είναι ακριβώς το μέσο για μια τέτοια έρευνα.

Στην ιονόσφαιρα, παρατηρούνται σέλας και μια λάμψη του νυχτερινού ουρανού κοντά τους στη φύση - μια σταθερή φωταύγεια του ατμοσφαιρικού αέρα, καθώς και απότομες διακυμάνσεις στο μαγνητικό πεδίο - ιονοσφαιρικές μαγνητικές καταιγίδες.

Ο ιονισμός στην ιονόσφαιρα οφείλει την ύπαρξή του στη δράση της υπεριώδους ακτινοβολίας από τον Ήλιο. Η απορρόφησή του από τα μόρια του ατμοσφαιρικού αερίου οδηγεί στην εμφάνιση φορτισμένων ατόμων και ελεύθερων ηλεκτρονίων, όπως συζητήθηκε παραπάνω. Οι διακυμάνσεις στο μαγνητικό πεδίο στην ιονόσφαιρα και τα σέλας εξαρτώνται από τις διακυμάνσεις της ηλιακής δραστηριότητας. Οι αλλαγές στην ηλιακή δραστηριότητα συνδέονται με αλλαγές στη ροή της σωματικής ακτινοβολίας που προέρχεται από τον Ήλιο στην ατμόσφαιρα της Γης. Δηλαδή, η σωματική ακτινοβολία είναι θεμελιώδους σημασίας για αυτά τα ιονοσφαιρικά φαινόμενα.

Η θερμοκρασία στην ιονόσφαιρα αυξάνεται με το ύψος σε πολύ υψηλές τιμές. Σε υψόμετρα περίπου 800 km φτάνει τις 1000°.

Μιλώντας για τις υψηλές θερμοκρασίες της ιονόσφαιρας, εννοούν ότι σωματίδια ατμοσφαιρικών αερίων κινούνται εκεί με πολύ υψηλές ταχύτητες. Ωστόσο, η πυκνότητα του αέρα στην ιονόσφαιρα είναι τόσο χαμηλή που ένα σώμα που βρίσκεται στην ιονόσφαιρα, όπως ένας ιπτάμενος δορυφόρος, δεν θα θερμαίνεται από την ανταλλαγή θερμότητας με τον αέρα. Το καθεστώς θερμοκρασίας του δορυφόρου θα εξαρτηθεί από την άμεση απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας από αυτόν και από την επιστροφή της δικής του ακτινοβολίας στον περιβάλλοντα χώρο. Η θερμόσφαιρα βρίσκεται πάνω από τη μεσόσφαιρα σε υψόμετρο 90 έως 500 km πάνω από την επιφάνεια της Γης. Τα μόρια αερίου εδώ είναι πολύ διασκορπισμένα, απορροφούν τις ακτίνες Χ και το τμήμα μικρού μήκους κύματος της υπεριώδους ακτινοβολίας. Εξαιτίας αυτού, η θερμοκρασία μπορεί να φτάσει τους 1000 βαθμούς Κελσίου.

Η θερμόσφαιρα αντιστοιχεί βασικά στην ιονόσφαιρα, όπου το ιονισμένο αέριο ανακλά τα ραδιοκύματα πίσω στη Γη - αυτό το φαινόμενο καθιστά δυνατή τη δημιουργία ραδιοεπικοινωνιών.

Εξώσφαιρα

Πάνω από 800-1000 km η ατμόσφαιρα περνά στην εξώσφαιρα και σταδιακά στον διαπλανητικό χώρο. Οι ταχύτητες των σωματιδίων αερίου, ειδικά των ελαφρών, είναι πολύ υψηλές εδώ, και λόγω του εξαιρετικά σπάνιου αέρα σε αυτά τα ύψη, τα σωματίδια μπορούν να πετάξουν γύρω από τη Γη σε ελλειπτικές τροχιές χωρίς να συγκρούονται μεταξύ τους. Σε αυτή την περίπτωση, τα μεμονωμένα σωματίδια μπορεί να έχουν ταχύτητες επαρκείς για να υπερνικήσουν τη δύναμη της βαρύτητας. Για τα αφόρτιστα σωματίδια, η κρίσιμη ταχύτητα θα είναι 11,2 km/sec. Τέτοια ιδιαίτερα γρήγορα σωματίδια μπορούν, κινούμενοι κατά μήκος υπερβολικών τροχιών, να πετάξουν έξω από την ατμόσφαιρα στο διάστημα, να «ξεφύγουν» και να διαλυθούν. Επομένως, η εξώσφαιρα ονομάζεται επίσης σφαίρα σκέδασης.

Είναι κυρίως άτομα υδρογόνου που διαφεύγουν, το οποίο είναι το κυρίαρχο αέριο στα υψηλότερα στρώματα της εξώσφαιρας.

Πρόσφατα υποτέθηκε ότι η εξώσφαιρα, και μαζί της η ατμόσφαιρα της γης γενικά, καταλήγουν σε υψόμετρα της τάξης των 2000-3000 km. Όμως, οι παρατηρήσεις από πυραύλους και δορυφόρους έχουν οδηγήσει στην ιδέα ότι το υδρογόνο που διαφεύγει από την εξώσφαιρα σχηματίζει ένα λεγόμενο επίγειο στέμμα γύρω από τη Γη, που εκτείνεται σε περισσότερα από 20.000 km. Φυσικά, η πυκνότητα του αερίου στο στέμμα της Γης είναι αμελητέα. Για κάθε κυβικό εκατοστό, υπάρχουν κατά μέσο όρο μόνο περίπου χίλια σωματίδια. Αλλά στον διαπλανητικό χώρο, η συγκέντρωση των σωματιδίων (κυρίως πρωτονίων και ηλεκτρονίων) είναι τουλάχιστον δέκα φορές μικρότερη.

Με τη βοήθεια δορυφόρων και γεωφυσικών πυραύλων, η ύπαρξη στο ανώτερο τμήμα της ατμόσφαιρας και στο εγγύς γήινο εξώτερο διάστημα της ζώνης ακτινοβολίας της Γης, η οποία ξεκινά σε υψόμετρο αρκετών εκατοντάδων χιλιομέτρων και εκτείνεται για δεκάδες χιλιάδες χιλιόμετρα από την επιφάνεια της γης, έχει καθιερωθεί. Αυτή η ζώνη αποτελείται από ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια - πρωτόνια και ηλεκτρόνια, που συλλαμβάνονται από το μαγνητικό πεδίο της Γης και κινούνται με πολύ υψηλές ταχύτητες. Η ενέργειά τους είναι της τάξης των εκατοντάδων χιλιάδων ηλεκτρον βολτ. Η ζώνη ακτινοβολίας χάνει συνεχώς σωματίδια σε ατμόσφαιρα της γηςκαι αναπληρώνεται από ροές ηλιακής σωματικής ακτινοβολίας.

θερμοκρασία ατμόσφαιρας στρατόσφαιρα τροπόσφαιρα

Η ατμόσφαιρα (από άλλα ελληνικά ἀτμός - ατμός και σφαῖρα - μπάλα) είναι ένα αέριο κέλυφος (γεώσφαιρα) που περιβάλλει τον πλανήτη Γη. Η εσωτερική του επιφάνεια καλύπτει την υδρόσφαιρα και εν μέρει ο φλοιός της γης, το εξωτερικό συνορεύει με το εγγύς στη Γη τμήμα του διαστήματος.

Το σύνολο των τμημάτων της φυσικής και της χημείας που μελετούν την ατμόσφαιρα ονομάζεται συνήθως ατμοσφαιρική φυσική. Η ατμόσφαιρα καθορίζει τον καιρό στην επιφάνεια της Γης, η μετεωρολογία ασχολείται με τη μελέτη του καιρού και η κλιματολογία ασχολείται με τις μακροπρόθεσμες κλιματικές διακυμάνσεις.

Φυσικές ιδιότητες

Το πάχος της ατμόσφαιρας είναι περίπου 120 km από την επιφάνεια της Γης. Η συνολική μάζα του αέρα στην ατμόσφαιρα είναι (5,1-5,3) 1018 kg. Από αυτά, η μάζα του ξηρού αέρα είναι (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, η συνολική μάζα των υδρατμών είναι κατά μέσο όρο 1,27 1016 kg.

Η μοριακή μάζα καθαρού ξηρού αέρα είναι 28,966 g/mol, η πυκνότητα του αέρα κοντά στην επιφάνεια της θάλασσας είναι περίπου 1,2 kg/m3. Η πίεση στους 0 °C στο επίπεδο της θάλασσας είναι 101.325 kPa. κρίσιμη θερμοκρασία - -140,7 ° C (~ 132,4 K); κρίσιμη πίεση - 3,7 MPa. Cp στους 0°C - 1,0048 103 J/(kg Κ), Cv - 0,7159 103 J/(kg Κ) (στους 0°C). Η διαλυτότητα του αέρα στο νερό (κατά μάζα) στους 0 ° C - 0,0036%, στους 25 ° C - 0,0023%.

Για «κανονικές συνθήκες» στην επιφάνεια της Γης λαμβάνονται: πυκνότητα 1,2 kg/m3, βαρομετρική πίεση 101,35 kPa, θερμοκρασία συν 20 °C και σχετική υγρασία 50%. Αυτοί οι δείκτες υπό όρους έχουν καθαρά μηχανική αξία.

Χημική σύνθεση

Η ατμόσφαιρα της Γης προέκυψε ως αποτέλεσμα της απελευθέρωσης αερίων κατά τη διάρκεια ηφαιστειακών εκρήξεων. Με την έλευση των ωκεανών και της βιόσφαιρας, σχηματίστηκε επίσης λόγω της ανταλλαγής αερίων με νερό, φυτά, ζώα και τα προϊόντα αποσύνθεσής τους σε εδάφη και βάλτους.

Προς το παρόν, η ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται κυρίως από αέρια και διάφορες ακαθαρσίες (σκόνη, σταγόνες νερού, παγοκρύσταλλοι, θαλασσινά άλατα, προϊόντα καύσης).

Η συγκέντρωση των αερίων που συνθέτουν την ατμόσφαιρα είναι σχεδόν σταθερή, με εξαίρεση το νερό (H2O) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO2).

Σύνθεση ξηρού αέρα

Αζωτο
Οξυγόνο
Αργόν
Νερό
Διοξείδιο του άνθρακα
Νέο
Ήλιο
Μεθάνιο
Κρυπτόν
Υδρογόνο
Ξένο
Οξείδιο του αζώτου

Εκτός από τα αέρια που αναφέρονται στον πίνακα, η ατμόσφαιρα περιέχει SO2, NH3, CO, όζον, υδρογονάνθρακες, HCl, HF, ατμούς Hg, I2, καθώς και NO και πολλά άλλα αέρια σε μικρές ποσότητες. Στην τροπόσφαιρα υπάρχει συνεχώς μεγάλη ποσότητα αιωρούμενων στερεών και υγρών σωματιδίων (αεροζόλ).

Η δομή της ατμόσφαιρας

Τροποσφαίρα

Το ανώτερο όριο του είναι σε υψόμετρο 8-10 km σε πολικό, 10-12 km σε εύκρατο και 16-18 km σε τροπικά γεωγραφικά πλάτη; χαμηλότερο το χειμώνα από το καλοκαίρι. Το κατώτερο, κύριο στρώμα της ατμόσφαιρας περιέχει περισσότερο από το 80% της συνολικής μάζας του ατμοσφαιρικού αέρα και περίπου το 90% όλων των υδρατμών που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα. Στην τροπόσφαιρα, οι αναταράξεις και η μεταφορά είναι πολύ ανεπτυγμένες, εμφανίζονται σύννεφα, αναπτύσσονται κυκλώνες και αντικυκλώνες. Η θερμοκρασία μειώνεται με το υψόμετρο με μέση κατακόρυφη κλίση 0,65°/100 m

τροπόπαυση

Το μεταβατικό στρώμα από την τροπόσφαιρα στη στρατόσφαιρα, το στρώμα της ατμόσφαιρας στο οποίο σταματά η μείωση της θερμοκρασίας με το ύψος.

Στρατόσφαιρα

Το στρώμα της ατμόσφαιρας βρίσκεται σε υψόμετρο 11 έως 50 χλμ. Χαρακτηριστική είναι μια ελαφρά μεταβολή της θερμοκρασίας στο στρώμα 11-25 km (το κατώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας) και η αύξησή του στο στρώμα των 25-40 km από -56,5 σε 0,8 °C (το ανώτερο στρώμα στρατόσφαιρας ή περιοχή αναστροφής). Έχοντας φτάσει σε μια τιμή περίπου 273 K (σχεδόν 0 °C) σε υψόμετρο περίπου 40 km, η θερμοκρασία παραμένει σταθερή μέχρι υψόμετρο περίπου 55 km. Αυτή η περιοχή σταθερής θερμοκρασίας ονομάζεται στρατόπαυση και είναι το όριο μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας.

Στρατόπαυση

Το οριακό στρώμα της ατμόσφαιρας μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας. Υπάρχει μέγιστο στην κατακόρυφη κατανομή θερμοκρασίας (περίπου 0 °C).

Μεσόσφαιρα

Η μεσόσφαιρα ξεκινά από υψόμετρο 50 km και εκτείνεται μέχρι τα 80-90 km. Η θερμοκρασία μειώνεται με το ύψος με μέση κατακόρυφη κλίση (0,25-0,3)°/100 m. Η κύρια διαδικασία ενέργειας είναι η μεταφορά θερμότητας με ακτινοβολία. Πολύπλοκες φωτοχημικές διεργασίες που περιλαμβάνουν ελεύθερες ρίζες, μόρια διεγερμένα από δονήσεις κ.λπ., προκαλούν ατμοσφαιρική φωταύγεια.

μεσόπαυση

Μεταβατικό στρώμα μεταξύ μεσόσφαιρας και θερμόσφαιρας. Υπάρχει ένα ελάχιστο στην κατακόρυφη κατανομή θερμοκρασίας (περίπου -90 °C).

Γραμμή Karman

Υψόμετρο πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, το οποίο είναι συμβατικά αποδεκτό ως το όριο μεταξύ της ατμόσφαιρας της Γης και του διαστήματος. Σύμφωνα με τον ορισμό της FAI, η γραμμή Karman βρίσκεται σε υψόμετρο 100 km πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας.

όριο της ατμόσφαιρας της γης

Θερμόσφαιρα

Το ανώτατο όριο είναι περίπου 800 χλμ. Η θερμοκρασία ανεβαίνει σε υψόμετρα 200-300 km, όπου φτάνει τιμές της τάξης των 1500 K, μετά την οποία παραμένει σχεδόν σταθερή μέχρι τα μεγάλα υψόμετρα. Υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας υπεριώδους και ακτίνων Χ και της κοσμικής ακτινοβολίας, ο αέρας ιονίζεται ("πολικά φώτα") - οι κύριες περιοχές της ιονόσφαιρας βρίσκονται μέσα στη θερμόσφαιρα. Σε υψόμετρα άνω των 300 χλμ. κυριαρχεί το ατομικό οξυγόνο. Το ανώτερο όριο της θερμόσφαιρας καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την τρέχουσα δραστηριότητα του Ήλιου. Σε περιόδους χαμηλής δραστηριότητας - για παράδειγμα, το 2008-2009 - παρατηρείται αισθητή μείωση στο μέγεθος αυτού του στρώματος.

Θερμόπαυση

Η περιοχή της ατμόσφαιρας πάνω από τη θερμόσφαιρα. Σε αυτή την περιοχή, η απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι ασήμαντη και η θερμοκρασία δεν αλλάζει ουσιαστικά με το ύψος.

Εξώσφαιρα (σφαίρα σκέδασης)

Εξώσφαιρα - ζώνη σκέδασης, το εξωτερικό τμήμα της θερμόσφαιρας, που βρίσκεται πάνω από 700 km. Το αέριο στην εξώσφαιρα είναι εξαιρετικά σπάνιο και ως εκ τούτου τα σωματίδια του διαρρέουν στον διαπλανητικό χώρο (διασκορπισμός).

Σε ύψος 100 km, η ατμόσφαιρα είναι ένα ομοιογενές, καλά αναμεμειγμένο μείγμα αερίων. Στα υψηλότερα στρώματα, η κατανομή των αερίων σε ύψος εξαρτάται από τις μοριακές τους μάζες, η συγκέντρωση των βαρύτερων αερίων μειώνεται ταχύτερα με την απόσταση από την επιφάνεια της Γης. Λόγω της μείωσης της πυκνότητας του αερίου, η θερμοκρασία πέφτει από 0 °C στη στρατόσφαιρα σε -110 °C στη μεσόσφαιρα. Ωστόσο, η κινητική ενέργεια των μεμονωμένων σωματιδίων σε υψόμετρα 200–250 km αντιστοιχεί σε θερμοκρασία ~150 °C. Πάνω από 200 km, παρατηρούνται σημαντικές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία και την πυκνότητα των αερίων στο χρόνο και στο χώρο.

Σε υψόμετρο περίπου 2000-3500 km, η εξώσφαιρα περνά σταδιακά στο λεγόμενο κοντινό διαστημικό κενό, το οποίο είναι γεμάτο με εξαιρετικά σπάνια σωματίδια διαπλανητικού αερίου, κυρίως άτομα υδρογόνου. Αλλά αυτό το αέριο είναι μόνο μέρος της διαπλανητικής ύλης. Το άλλο μέρος αποτελείται από σωματίδια που μοιάζουν με σκόνη, κομητικής και μετεωρικής προέλευσης. Εκτός από τα εξαιρετικά σπάνια σωματίδια που μοιάζουν με σκόνη, η ηλεκτρομαγνητική και σωματική ακτινοβολία ηλιακής και γαλαξιακής προέλευσης διεισδύει σε αυτόν τον χώρο.

Η τροπόσφαιρα αντιπροσωπεύει περίπου το 80% της μάζας της ατμόσφαιρας, η στρατόσφαιρα αντιπροσωπεύει περίπου το 20%. η μάζα της μεσόσφαιρας δεν είναι μεγαλύτερη από 0,3%, η θερμόσφαιρα είναι μικρότερη από το 0,05% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας. Με βάση τις ηλεκτρικές ιδιότητες στην ατμόσφαιρα, διακρίνονται η ουδετερόσφαιρα και η ιονόσφαιρα. Αυτή τη στιγμή πιστεύεται ότι η ατμόσφαιρα εκτείνεται σε υψόμετρο 2000-3000 km.

Ανάλογα με τη σύσταση του αερίου στην ατμόσφαιρα, διακρίνονται η ομοιόσφαιρα και η ετεροσφαιρία. Η ετερόσφαιρα είναι μια περιοχή όπου η βαρύτητα έχει επίδραση στον διαχωρισμό των αερίων, αφού η ανάμειξή τους σε τέτοιο ύψος είναι αμελητέα. Ως εκ τούτου ακολουθεί η μεταβλητή σύνθεση της ετερόσφαιρας. Κάτω από αυτό βρίσκεται ένα καλά αναμεμειγμένο, ομοιογενές μέρος της ατμόσφαιρας, που ονομάζεται ομοσφαίρα. Το όριο μεταξύ αυτών των στρωμάτων ονομάζεται turbopause και βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 120 km.

Άλλες ιδιότητες της ατμόσφαιρας και επιπτώσεις στο ανθρώπινο σώμα

Ήδη σε υψόμετρο 5 χλμ. πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, ένα ανεκπαίδευτο άτομο εμφανίζει πείνα με οξυγόνο και, χωρίς προσαρμογή, η απόδοση ενός ατόμου μειώνεται σημαντικά. Εδώ τελειώνει η φυσιολογική ζώνη της ατμόσφαιρας. Η ανθρώπινη αναπνοή γίνεται αδύνατη σε υψόμετρο 9 km, αν και μέχρι περίπου 115 km η ατμόσφαιρα περιέχει οξυγόνο.

Η ατμόσφαιρα μας παρέχει το οξυγόνο που χρειαζόμαστε για να αναπνεύσουμε. Ωστόσο, λόγω της πτώσης της συνολικής πίεσης της ατμόσφαιρας καθώς ανεβαίνετε σε ένα ύψος, η μερική πίεση του οξυγόνου επίσης μειώνεται ανάλογα.

Οι ανθρώπινοι πνεύμονες περιέχουν συνεχώς περίπου 3 λίτρα κυψελιδικού αέρα. Η μερική πίεση του οξυγόνου στον κυψελιδικό αέρα σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση είναι 110 mm Hg. Art., πίεση διοξειδίου του άνθρακα - 40 mm Hg. Art., και υδρατμοί - 47 mm Hg. Τέχνη. Με την αύξηση του υψομέτρου, η πίεση του οξυγόνου πέφτει και η συνολική πίεση των υδρατμών και του διοξειδίου του άνθρακα στους πνεύμονες παραμένει σχεδόν σταθερή - περίπου 87 mm Hg. Τέχνη. Η ροή οξυγόνου στους πνεύμονες θα σταματήσει εντελώς όταν η πίεση του περιβάλλοντος αέρα γίνει ίση με αυτή την τιμή.

Σε υψόμετρο περίπου 19-20 km, η ατμοσφαιρική πίεση πέφτει στα 47 mm Hg. Τέχνη. Επομένως, σε αυτό το ύψος, το νερό και το διάμεσο υγρό αρχίζουν να βράζουν στο ανθρώπινο σώμα. Έξω από την καμπίνα υπό πίεση σε αυτά τα υψόμετρα, ο θάνατος επέρχεται σχεδόν ακαριαία. Έτσι, από την άποψη της ανθρώπινης φυσιολογίας, το "διάστημα" ξεκινά ήδη σε υψόμετρο 15-19 km.

Πυκνά στρώματα αέρα - η τροπόσφαιρα και η στρατόσφαιρα - μας προστατεύουν από τις καταστροφικές συνέπειες της ακτινοβολίας. Με επαρκή αραίωση του αέρα, σε υψόμετρα άνω των 36 km, η ιονίζουσα ακτινοβολία, οι πρωτογενείς κοσμικές ακτίνες, έχουν έντονη επίδραση στο σώμα. σε υψόμετρα άνω των 40 χλμ. λειτουργεί το επικίνδυνο για τον άνθρωπο υπεριώδες τμήμα του ηλιακού φάσματος.

Καθώς ανεβαίνουμε σε όλο και μεγαλύτερο ύψος πάνω από την επιφάνεια της Γης, τέτοια φαινόμενα που μας είναι γνωστά παρατηρούνται στα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, όπως η διάδοση του ήχου, η εμφάνιση αεροδυναμικής ανύψωσης και οπισθέλκουσας, μεταφορά θερμότητας με συναγωγή κ.λπ. ., σταδιακά εξασθενούν και μετά εξαφανίζονται εντελώς.

Σε σπάνια στρώματα αέρα, η διάδοση του ήχου είναι αδύνατη. Μέχρι υψόμετρα 60-90 km, εξακολουθεί να είναι δυνατή η χρήση αντίστασης αέρα και ανύψωσης για ελεγχόμενη αεροδυναμική πτήση. Αλλά ξεκινώντας από υψόμετρα 100-130 km, οι έννοιες του αριθμού M και του ηχητικού φράγματος που είναι γνωστές σε κάθε πιλότο χάνουν το νόημά τους: εκεί περνά η υπό όρους γραμμή Karman, πέρα ​​από την οποία ξεκινά η περιοχή της αμιγώς βαλλιστικής πτήσης, η οποία μπορεί να ελεγχθεί μόνο με τη χρήση αντιδραστικών δυνάμεων.

Σε υψόμετρα πάνω από 100 km, η ατμόσφαιρα στερείται επίσης μια άλλη αξιοσημείωτη ιδιότητα - την ικανότητα να απορροφά, να μεταφέρει και να μεταφέρει θερμική ενέργεια με μεταφορά (δηλαδή με ανάμιξη αέρα). Αυτό σημαίνει ότι διάφορα στοιχεία εξοπλισμού, εξοπλισμός του τροχιακού διαστημικού σταθμού δεν θα μπορούν να ψύχονται από έξω με τον τρόπο που γίνεται συνήθως σε ένα αεροπλάνο - με τη βοήθεια πίδακες αέρα και θερμαντικά σώματα αέρα. Σε αυτό το υψόμετρο, όπως και γενικότερα στο διάστημα, ο μόνος τρόπος μεταφοράς θερμότητας είναι η θερμική ακτινοβολία.

Ιστορία του σχηματισμού της ατμόσφαιρας

Σύμφωνα με την πιο κοινή θεωρία, η ατμόσφαιρα της Γης ήταν σε τρεις διαφορετικές συνθέσεις με την πάροδο του χρόνου. Αρχικά, αποτελούνταν από ελαφρά αέρια (υδρογόνο και ήλιο) που συλλαμβάνονταν από τον διαπλανητικό χώρο. Αυτή είναι η λεγόμενη πρωτογενής ατμόσφαιρα (πριν από περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια). Στο επόμενο στάδιο, η ενεργή ηφαιστειακή δραστηριότητα οδήγησε στον κορεσμό της ατμόσφαιρας με αέρια εκτός του υδρογόνου (διοξείδιο του άνθρακα, αμμωνία, υδρατμοί). Έτσι σχηματίστηκε η δευτερεύουσα ατμόσφαιρα (περίπου τρία δισεκατομμύρια χρόνια μέχρι σήμερα). Αυτή η ατμόσφαιρα ήταν αναζωογονητική. Επιπλέον, η διαδικασία σχηματισμού της ατμόσφαιρας προσδιορίστηκε από τους ακόλουθους παράγοντες:

• διαρροή ελαφρών αερίων (υδρογόνο και ήλιο) στον διαπλανητικό χώρο.
• χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας, των κεραυνών και ορισμένων άλλων παραγόντων.

Σταδιακά, αυτοί οι παράγοντες οδήγησαν στο σχηματισμό μιας τριτογενούς ατμόσφαιρας, που χαρακτηρίζεται από πολύ χαμηλότερη περιεκτικότητα σε υδρογόνο και πολύ υψηλότερη περιεκτικότητα σε άζωτο και διοξείδιο του άνθρακα (που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα χημικές αντιδράσειςαπό αμμωνία και υδρογονάνθρακες).

Αζωτο

Ο σχηματισμός μεγάλης ποσότητας αζώτου N2 οφείλεται στην οξείδωση της ατμόσφαιρας αμμωνίας-υδρογόνου από το μοριακό οξυγόνο O2, το οποίο άρχισε να προέρχεται από την επιφάνεια του πλανήτη ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, ξεκινώντας από 3 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Το άζωτο N2 απελευθερώνεται επίσης στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της απονιτροποίησης των νιτρικών και άλλων ενώσεων που περιέχουν άζωτο. Το άζωτο οξειδώνεται από το όζον σε ΝΟ ανώτερα στρώματαατμόσφαιρα.

Το άζωτο N2 εισέρχεται σε αντιδράσεις μόνο υπό συγκεκριμένες συνθήκες (για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια εκκένωσης κεραυνού). Η οξείδωση του μοριακού αζώτου από το όζον κατά τις ηλεκτρικές εκκενώσεις χρησιμοποιείται σε μικρές ποσότητες στη βιομηχανική παραγωγή αζωτούχων λιπασμάτων. Οξειδώστε το με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και μετατρέψτε το σε βιολογικά ενεργή μορφήμπορεί κυανοβακτήρια (γαλαζοπράσινα φύκια) και οζίδια βακτήρια που σχηματίζουν ριζοβιακή συμβίωση με τα όσπρια, τα λεγόμενα. πράσινη κοπριά.

Οξυγόνο

Η σύνθεση της ατμόσφαιρας άρχισε να αλλάζει ριζικά με την έλευση των ζωντανών οργανισμών στη Γη, ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, που συνοδεύτηκε από την απελευθέρωση οξυγόνου και την απορρόφηση διοξειδίου του άνθρακα. Αρχικά, το οξυγόνο ξοδεύτηκε για την οξείδωση ανηγμένων ενώσεων - αμμωνία, υδρογονάνθρακες, τη σιδηρούχα μορφή σιδήρου που περιέχεται στους ωκεανούς κ.λπ. Στο τέλος αυτού του σταδίου, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα άρχισε να αυξάνεται. Σταδιακά, σχηματίστηκε μια σύγχρονη ατμόσφαιρα με οξειδωτικές ιδιότητες. Δεδομένου ότι αυτό προκάλεσε σοβαρές και απότομες αλλαγές σε πολλές διεργασίες που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα, τη λιθόσφαιρα και τη βιόσφαιρα, αυτό το γεγονός ονομάστηκε Καταστροφή Οξυγόνου.

Κατά τη διάρκεια του Φανεροζωικού, η σύνθεση της ατμόσφαιρας και η περιεκτικότητα σε οξυγόνο υπέστησαν αλλαγές. Συσχετίστηκαν κυρίως με τον ρυθμό εναπόθεσης οργανικών ιζηματογενών πετρωμάτων. Έτσι, κατά τις περιόδους συσσώρευσης άνθρακα, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα, προφανώς, ξεπέρασε αισθητά το σύγχρονο επίπεδο.

Διοξείδιο του άνθρακα

Η περιεκτικότητα σε CO2 στην ατμόσφαιρα εξαρτάται από την ηφαιστειακή δραστηριότητα και τις χημικές διεργασίες στα κελύφη της γης, αλλά κυρίως από την ένταση της βιοσύνθεσης και της αποσύνθεσης της οργανικής ύλης στη γήινη βιόσφαιρα. Σχεδόν ολόκληρη η τρέχουσα βιομάζα του πλανήτη (περίπου 2,4 1012 τόνοι) σχηματίζεται λόγω του διοξειδίου του άνθρακα, του αζώτου και των υδρατμών που περιέχονται σε ατμοσφαιρικός αέρας. Θαμμένη στον ωκεανό, σε βάλτους και δάση, η οργανική ύλη μετατρέπεται σε άνθρακα, πετρέλαιο και φυσικό αέριο.

ευγενή αέρια

Η πηγή των αδρανών αερίων - αργού, ηλίου και κρυπτών - είναι οι ηφαιστειακές εκρήξεις και η αποσύνθεση ραδιενεργών στοιχείων. Η γη στο σύνολό της και η ατμόσφαιρα ειδικότερα εξαντλούνται σε αδρανή αέρια σε σύγκριση με το διάστημα. Πιστεύεται ότι ο λόγος για αυτό έγκειται στη συνεχή διαρροή αερίων στον διαπλανητικό χώρο.

Μόλυνση του αέρα

Πρόσφατα, ο άνθρωπος έχει αρχίσει να επηρεάζει την εξέλιξη της ατμόσφαιρας. Το αποτέλεσμα των δραστηριοτήτων του ήταν μια συνεχής αύξηση της περιεκτικότητας σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα λόγω της καύσης των καυσίμων υδρογονανθράκων που συσσωρεύτηκαν σε προηγούμενες γεωλογικές εποχές. Τεράστιες ποσότητες CO2 καταναλώνονται κατά τη φωτοσύνθεση και απορροφώνται από τους ωκεανούς του κόσμου. Αυτό το αέριο εισέρχεται στην ατμόσφαιρα μέσω της αποσύνθεσης ανθρακικών πετρωμάτων και οργανική ύληφυτικής και ζωικής προέλευσης, καθώς και λόγω ηφαιστειακής και ανθρώπινης παραγωγικής δραστηριότητας. Τα τελευταία 100 χρόνια, η περιεκτικότητα σε CO2 στην ατμόσφαιρα έχει αυξηθεί κατά 10%, με το κύριο μέρος (360 δισεκατομμύρια τόνοι) να προέρχεται από την καύση καυσίμου. Εάν ο ρυθμός αύξησης της καύσης καυσίμου συνεχιστεί, τότε στα επόμενα 200-300 χρόνια η ποσότητα του CO2 στην ατμόσφαιρα θα διπλασιαστεί και μπορεί να οδηγήσει σε παγκόσμια κλιματική αλλαγή.

Η καύση του καυσίμου είναι η κύρια πηγή ρυπογόνων αερίων (CO, NO, SO2). Το διοξείδιο του θείου οξειδώνεται από το οξυγόνο του αέρα σε SO3 και το μονοξείδιο του αζώτου σε NO2 στην ανώτερη ατμόσφαιρα, το οποίο με τη σειρά του αλληλεπιδρά με τους υδρατμούς και το προκύπτον θειικό οξύ H2SO4 και το νιτρικό οξύ HNO3 πέφτουν στην επιφάνεια της Γης με τη μορφή που ονομάζεται. όξινη βροχή. Η χρήση κινητήρων εσωτερικής καύσης οδηγεί σε σημαντική ατμοσφαιρική ρύπανση με οξείδια του αζώτου, υδρογονάνθρακες και ενώσεις μολύβδου (τετρααιθυλ μόλυβδος) Pb(CH3CH2)4.

Η ρύπανση της ατμόσφαιρας από αερολύματα οφείλεται και στα δύο φυσικά αίτια (ηφαιστειακές εκρήξεις, καταιγίδες σκόνης, θαλασσινό νερόκαι γύρη φυτών κ.λπ.), και την ανθρώπινη οικονομική δραστηριότητα (εξόρυξη μεταλλευμάτων και οικοδομικών υλικών, καύση καυσίμων, παραγωγή τσιμέντου κ.λπ.). Η εντατική μεγάλης κλίμακας απομάκρυνση σωματιδίων στην ατμόσφαιρα είναι ένα από τα πιθανές αιτίεςπλανητική κλιματική αλλαγή.

(Επισκέφθηκε 262 φορές, 1 επισκέψεις σήμερα)