Atmosfera stratosfera troposfera što je sljedeće tamo. Zemljina atmosfera

Sastav atmosfere. Zračna školjka našeg planeta - atmosferaštiti zemljinu površinu od štetnog djelovanja ultraljubičastog zračenja Sunca na žive organizme. Također štiti Zemlju od kozmičkih čestica – prašine i meteorita.

Atmosfera se sastoji od mehaničke mješavine plinova: 78% volumena čini dušik, 21% kisik, a manje od 1% helij, argon, kripton i drugi inertni plinovi. Količina kisika i dušika u zraku je praktički nepromijenjena, jer dušik gotovo ne ulazi u spojeve s drugim tvarima, a kisik, koji, iako vrlo aktivan i troši se na disanje, oksidaciju i izgaranje, biljke stalno obnavljaju.

Do visine od oko 100 km postotak ovih plinova ostaje praktički nepromijenjen. To je zbog činjenice da se zrak stalno miješa.

Osim ovih plinova, atmosfera sadrži oko 0,03% ugljičnog dioksida, koji je obično koncentriran u blizini zemljine površine i neravnomjerno je raspoređen: u gradovima, industrijskim središtima i područjima vulkanske aktivnosti njegova se količina povećava.

U atmosferi uvijek postoji određena količina nečistoća – vodene pare i prašine. Sadržaj vodene pare ovisi o temperaturi zraka: što je temperatura viša, to zrak zadržava više pare. Zbog prisutnosti parovite vode u zraku moguće su atmosferske pojave kao što su duga, lom sunčeve svjetlosti i sl.

Prašina ulazi u atmosferu tijekom vulkanskih erupcija, pješčanih i prašnjavih oluja, s nepotpunim izgaranjem goriva u termoelektranama itd.

Struktura atmosfere. Gustoća atmosfere mijenja se s visinom: najveća je na Zemljinoj površini, a opada kako se diže. Dakle, na nadmorskoj visini od 5,5 km, gustoća atmosfere je 2 puta, a na visini od 11 km - 4 puta manja nego u površinskom sloju.

Ovisno o gustoći, sastavu i svojstvima plinova, atmosfera se dijeli na pet koncentričnih slojeva (slika 34).

Riža. 34. Vertikalni presjek atmosfere (atmosferska stratifikacija)

1. Donji sloj se zove troposfera. Njegova gornja granica prolazi na nadmorskoj visini od 8-10 km na polovima i 16-18 km na ekvatoru. Troposfera sadrži do 80% ukupne mase atmosfere i gotovo svu vodenu paru.

Temperatura zraka u troposferi opada s visinom za 0,6 °C svakih 100 m i na njezinoj gornjoj granici iznosi -45-55 °C.

Zrak u troposferi se stalno miješa, krećući se u različitim smjerovima. Samo ovdje se promatraju magle, kiše, snježne padaline, grmljavine, oluje i drugo. vremenski uvjeti.

2. Iznad se nalazi stratosfera, koja se prostire do visine od 50-55 km. Gustoća zraka i tlak u stratosferi su zanemarivi. Razrijeđeni zrak sastoji se od istih plinova kao u troposferi, ali sadrži više ozona. Najveća koncentracija ozona opažena je na nadmorskoj visini od 15-30 km. Temperatura u stratosferi raste s visinom i doseže 0 °C ili više na svojoj gornjoj granici. To je zbog činjenice da ozon apsorbira kratkovalni dio sunčeve energije, zbog čega se zrak zagrijava.

3. Iznad stratosfere leži mezosfera, protežući se do visine od 80 km. U njemu temperatura ponovno pada i doseže -90 ° C. Gustoća zraka tamo je 200 puta manja nego na površini Zemlje.

4. Iznad mezosfere je termosfera(od 80 do 800 km). Temperatura u tom sloju raste: na visini od 150 km do 220 °C; na visini od 600 km do 1500 °C. Atmosferski plinovi (dušik i kisik) su u ioniziranom stanju. Pod djelovanjem kratkovalnog sunčevog zračenja dolazi do odvajanja pojedinačnih elektrona od ljuski atoma. Kao rezultat, u ovom sloju - ionosfera pojavljuju se slojevi nabijenih čestica. Njihov najgušći sloj je na visini od 300-400 km. Zbog male gustoće sunčeve zrake se ondje ne raspršuju pa je nebo crno, na njemu sjaje zvijezde i planeti.

U ionosferi postoje polarna svjetla, stvaraju se snažne električne struje koje uzrokuju poremećaje u Zemljinom magnetskom polju.

5. Iznad 800 km nalazi se vanjski omotač - egzosfera. Brzina kretanja pojedinih čestica u egzosferi približava se kritičnoj - 11,2 mm/s, pa pojedine čestice mogu savladati Zemljinu gravitaciju i pobjeći u svjetski prostor.

Vrijednost atmosfere. Uloga atmosfere u životu našeg planeta iznimno je velika. Bez toga bi Zemlja bila mrtva. Atmosfera štiti Zemljinu površinu od intenzivnog zagrijavanja i hlađenja. Njegov utjecaj može se usporediti s ulogom stakla u staklenicima: da propušta sunčeve zrake i sprječava izlazak topline.

Atmosfera štiti žive organizme od kratkovalnog i korpuskularnog zračenja Sunca. Atmosfera je okolina u kojoj se događaju vremenske pojave, s kojima se svi ljudska aktivnost. Proučavanje ove školjke provodi se na meteorološkim postajama. Danju i noću, po svakom vremenu, meteorolozi prate stanje donjeg sloja atmosfere. Četiri puta dnevno, a na mnogim postajama svaki sat mjere temperaturu, tlak, vlažnost zraka, bilježe naoblaku, smjer i brzinu vjetra, oborine, električne i zvučne pojave u atmosferi. Meteorološke postaje nalaze se posvuda: na Antarktici iu tropskim kišnim šumama, na visokim planinama iu golemim prostranstvima tundre. Također se vrše promatranja oceana s posebno izgrađenih brodova.

Od 30-ih godina. 20. stoljeće promatranja su započela u slobodnoj atmosferi. Počeli su lansirati radiosonde, koje se penju na visinu od 25-35 km, i uz pomoć radio opreme prenose na Zemlju informacije o temperaturi, tlaku, vlažnosti zraka i brzini vjetra. U današnje vrijeme također se široko koriste meteorološke rakete i sateliti. Potonji imaju televizijske instalacije koje prenose slike zemljine površine i oblaka.

| |
5. Zračna ovojnica zemlje§ 31. Zagrijavanje atmosfere

Struktura i sastav Zemljine atmosfere, mora se reći, nisu uvijek bile konstantne vrijednosti u jednom ili drugom razdoblju razvoja našeg planeta. Danas je vertikalna struktura ovog elementa, čija ukupna "debljina" iznosi 1,5-2,0 tisuća km, predstavljena s nekoliko glavnih slojeva, uključujući:

1. Troposfera.
2. tropopauza.
3. Stratosfera.
4. Stratopauza.
5. mezosfera i mezopauza.
6. Termosfera.
7. egzosfera.

Osnovni elementi atmosfere

Troposfera je sloj u kojem jake vertikalne i horizontalna kretanja, ovdje je vrijeme, oborinske pojave, klimatskim uvjetima. Proteže se 7-8 kilometara od površine planeta gotovo posvuda, s izuzetkom polarnih područja (tamo - do 15 km). U troposferi dolazi do postupnog pada temperature, otprilike 6,4°C sa svakim kilometrom nadmorske visine. Ova se brojka može razlikovati za različite geografske širine i godišnja doba.

Sastav Zemljine atmosfere u ovom dijelu predstavljen je sljedećim elementima i njihovim postocima:

Dušik - oko 78 posto;

Kisik - gotovo 21 posto;

Argon - oko jedan posto;

Ugljični dioksid - manje od 0,05%.

Pojedinačna kompozicija do visine od 90 kilometara

Osim toga, ovdje se mogu naći prašina, kapljice vode, vodena para, produkti izgaranja, kristali leda, morske soli, mnoge čestice aerosola itd. Ovakav sastav Zemljine atmosfere promatra se do otprilike devedeset kilometara visine, pa zrak je približno isti u kemijskom sastavu, ne samo u troposferi, već iu gornjim slojevima. Ali tamo je atmosfera bitno drugačija. fizička svojstva. Sloj koji ima zajednički kemijski sastav naziva se homosfera.

Koji se drugi elementi nalaze u Zemljinoj atmosferi? Kao postotak (po volumenu, u suhom zraku), plinovi kao što su kripton (oko 1,14 x 10 -4), ksenon (8,7 x 10 -7), vodik (5,0 x 10 -5), metan (oko 1,7 x 10 - 4), dušikov oksid (5,0 x 10 -5) i dr. U masenom postotku od navedenih komponenti najviše je dušikovog oksida i vodika, zatim helija, kriptona i dr.

Fizička svojstva različitih atmosferskih slojeva

Fizička svojstva troposfere usko su povezana s njezinom pričvršćenošću za površinu planeta. Odavde se reflektirana sunčeva toplina u obliku infracrvenih zraka šalje natrag, uključujući procese toplinske vodljivosti i konvekcije. Zato temperatura pada s udaljavanjem od površine zemlje. Ova pojava se opaža do visine stratosfere (11-17 kilometara), zatim temperatura postaje praktički nepromijenjena do razine od 34-35 km, a zatim ponovno dolazi do porasta temperature do visine od 50 kilometara ( gornja granica stratosfere). Između stratosfere i troposfere nalazi se tanki srednji sloj tropopauze (do 1-2 km), gdje se opažaju stalne temperature iznad ekvatora - oko minus 70 ° C i niže. Iznad polova, tropopauza se ljeti "zagrije" do minus 45°C, zimi temperature ovdje variraju oko -65°C.

Plinski sastav Zemljine atmosfere uključuje tako važan element kao što je ozon. Pri površini ga ima relativno malo (deset na minus šestu potenciju postotka), budući da plin nastaje pod utjecajem sunčeve svjetlosti iz atomskog kisika u gornjim dijelovima atmosfere. Konkretno, najveći dio ozona nalazi se na nadmorskoj visini od oko 25 km, a cjelokupni "ozonski ekran" nalazi se u područjima od 7-8 km u području polova, od 18 km na ekvatoru pa sve do pedesetak kilometara. općenito iznad površine planeta.

Atmosfera štiti od sunčevog zračenja

Sastav zraka u Zemljinoj atmosferi ima vrlo važnu ulogu u očuvanju života, budući da pojedinačni kemijski elementi i sastavi uspješno ograničavaju pristup sunčevog zračenja zemljinoj površini i ljudima, životinjama i biljkama koje žive na njoj. Na primjer, molekule vodene pare učinkovito apsorbiraju gotovo sve raspone infracrvenog zračenja, osim duljina u rasponu od 8 do 13 mikrona. Ozon, s druge strane, apsorbira ultraljubičasto do valne duljine od 3100 A. Bez njegovog tankog sloja (u prosjeku 3 mm ako se nalazi na površini planeta), samo voda na dubini većoj od 10 metara i podzemne špilje, gdje sunčevo zračenje ne dopire, može se naseliti. .

Nula Celzija u stratopauzi

Između sljedeće dvije razine atmosfere, stratosfere i mezosfere, nalazi se značajan sloj - stratopauza. Otprilike odgovara visini maksimuma ozona i ovdje se promatra relativno ugodna temperatura za ljude - oko 0°C. Iznad stratopauze, u mezosferi (počinje negdje na visini od 50 km, a završava na visini od 80-90 km), ponovno dolazi do pada temperature s povećanjem udaljenosti od površine Zemlje (do minus 70-80 ° C). U mezosferi meteori obično potpuno izgore.

U termosferi - plus 2000 K!

Kemijski sastav Zemljine atmosfere u termosferi (počinje nakon mezopauze od visina od oko 85-90 do 800 km) određuje mogućnost takvog fenomena kao što je postupno zagrijavanje slojeva vrlo rijetkog "zraka" pod utjecajem sunčeve svjetlosti. radijacija. U ovom dijelu "zračnog pokrivača" planeta javljaju se temperature od 200 do 2000 K, koje se dobivaju u vezi s ionizacijom kisika (iznad 300 km je atomski kisik), kao i rekombinacijom atoma kisika u molekule. , praćeno oslobađanjem velike količine topline. Termosfera je mjesto gdje nastaju aurore.

Iznad termosfere nalazi se egzosfera - vanjski sloj atmosfere, iz kojeg svjetlost i atomi vodika koji se brzo kreću mogu pobjeći u svemir. Kemijski sastav Zemljine atmosfere ovdje je predstavljen više pojedinačnim atomima kisika u donjim slojevima, atomima helija u srednjim i gotovo isključivo atomima vodika u gornjim. Ovdje vladaju visoke temperature - oko 3000 K i nema atmosferskog tlaka.

Kako je nastala zemljina atmosfera?

Ali, kao što je gore spomenuto, planet nije uvijek imao takav sastav atmosfere. Ukupno postoje tri koncepta podrijetla ovog elementa. Prva hipoteza pretpostavlja da je atmosfera uzeta u procesu akrecije iz protoplanetarnog oblaka. Međutim, danas je ova teorija podložna značajnim kritikama, budući da je takvu primarnu atmosferu morao uništiti solarni "vjetar" sa zvijezde u našem planetarnom sustavu. Osim toga, pretpostavlja se da hlapljivi elementi zbog previsokih temperatura nisu mogli ostati u zoni nastanka planeta poput terestričke skupine.

Sastav Zemljine primarne atmosfere, kako sugerira druga hipoteza, mogao bi nastati zbog aktivnog bombardiranja površine asteroidima i kometima koji su stigli iz blizine. Sunčev sustav u ranim fazama razvoja. Prilično je teško potvrditi ili opovrgnuti ovaj koncept.

Eksperiment u IDG RAS

Najvjerojatnija je treća hipoteza, koja vjeruje da je atmosfera nastala kao rezultat ispuštanja plinova iz omotača zemljine kore prije otprilike 4 milijarde godina. Ovaj koncept testiran je na Institutu za geologiju i geokemiju Ruske akademije znanosti tijekom eksperimenta nazvanog "Carev 2", kada je uzorak meteorske tvari zagrijavan u vakuumu. Tada je zabilježeno ispuštanje plinova poput H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 itd. Stoga su znanstvenici s pravom pretpostavili da kemijski sastav Zemljine primarne atmosfere uključuje vodu i ugljični dioksid, pare fluorovodika. (HF), plin ugljikov monoksid (CO), sumporovodik (H 2 S), dušikovi spojevi, vodik, metan (CH 4), para amonijaka (NH 3), argon itd. Vodena para iz primarne atmosfere sudjelovala je u formiranjem hidrosfere pokazalo se da je ugljikov dioksid više u vezanom stanju u organskoj tvari i stijenama, dušik je prešao u sastav suvremenog zraka, kao i ponovno u sedimentne stijene i organsku tvar.

Sastav Zemljine primarne atmosfere ne bi dopuštao moderni ljudi biti u njemu bez aparata za disanje, jer tada nije bilo kisika u potrebnim količinama. Ovaj se element pojavio u značajnim količinama prije milijardu i pol godina, kako se vjeruje, u vezi s razvojem procesa fotosinteze u modrozelenim i drugim algama, koje su najstariji stanovnici našeg planeta.

Minimum kisika

Da je sastav Zemljine atmosfere u početku bio gotovo anoksičan, govori činjenica da se lako oksidirani, ali ne i oksidirani grafit (ugljik) nalazi u najstarijim (katarhejskim) stijenama. Nakon toga su se pojavile takozvane trakaste željezne rude, koje su uključivale slojeve obogaćenih željeznih oksida, što znači pojavu na planetu snažnog izvora kisika u molekularnom obliku. No ti su se elementi pojavljivali samo povremeno (možda su se iste alge ili drugi proizvođači kisika pojavljivali kao mali otočići u anoksičnoj pustinji), dok je ostatak svijeta bio anaeroban. Potonjemu u prilog govori činjenica da je lako oksidirani pirit pronađen u obliku oblutaka, obrađenih tečenjem bez tragova. kemijske reakcije. Budući da tekuće vode ne mogu biti slabo prozračene, razvilo se mišljenje da je pretkambrijska atmosfera sadržavala manje od jedan posto kisika današnjeg sastava.

Revolucionarna promjena u sastavu zraka

Otprilike sredinom proterozoika (prije 1,8 milijardi godina) dogodila se "revolucija kisika", kada je svijet prešao na aerobno disanje, pri čemu se iz jedne molekule hranjive tvari (glukoze) može dobiti 38, a ne dvije (kao kod anaerobno disanje) jedinice energije. Sastav Zemljine atmosfere, s obzirom na kisik, počeo je prelaziti jedan posto modernog, a počeo se pojavljivati ​​i ozonski omotač koji štiti organizme od zračenja. Od nje su se "skrivale" pod debelim školjkama, na primjer, takve drevne životinje poput trilobita. Od tada do našeg vremena, sadržaj glavnog "respiratornog" elementa postupno se i polako povećavao, osiguravajući raznolik razvoj oblika života na planetu.

Zemljina atmosfera je plinoviti omotač našeg planeta. Njegova donja granica prolazi na razini zemljine kore i hidrosfere, a gornja prelazi u područje blizu Zemlje svemira. Atmosfera sadrži oko 78% dušika, 20% kisika, do 1% argona, ugljikov dioksid, vodik, helij, neon i neke druge plinove.

Ovu zemljanu ljusku karakterizira jasno definirana slojevitost. Slojevi atmosfere određeni su okomitom raspodjelom temperature i različitom gustoćom plinova na njezinim različitim razinama. Postoje takvi slojevi Zemljine atmosfere: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera, egzosfera. Posebno se izdvaja ionosfera.

Do 80% ukupne mase atmosfere čini troposfera – donji površinski sloj atmosfere. Troposfera u polarnim zonama nalazi se na razini do 8-10 km iznad površine zemlje, u tropskoj zoni - do najviše 16-18 km. Između troposfere i gornje stratosfere nalazi se tropopauza – prijelazni sloj. U troposferi temperatura opada s porastom nadmorske visine, a atmosferski tlak opada s visinom. Prosječni temperaturni gradijent u troposferi je 0,6 ° C na 100 m. Temperatura na različitim razinama ove ljuske određena je apsorpcijom sunčevog zračenja i učinkovitošću konvekcije. Gotovo sve ljudske aktivnosti odvijaju se u troposferi. Najviše visoke planine ne idite izvan troposfere, samo zračni prijevoz može prijeći gornju granicu ove ljuske na malu visinu i biti u stratosferi. Velik udio vodene pare nalazi se u troposferi, što uvjetuje nastanak gotovo svih oblaka. Također, gotovo svi aerosoli (prašina, dim itd.) koji nastaju na zemljinoj površini koncentrirani su u troposferi. U graničnom donjem sloju troposfere izražena su dnevna kolebanja temperature i vlažnosti zraka, brzina vjetra je obično smanjena (povećava se s visinom). U troposferi postoji varijabilna podjela zračnog stupca na zračne mase u horizontalnom smjeru, koje se razlikuju po nizu karakteristika ovisno o zoni i području njihovog formiranja. Na atmosferskim frontama - granicama između zračnih masa - nastaju ciklone i anticiklone koje određuju vrijeme na određenom području za određeno vremensko razdoblje.

Stratosfera je sloj atmosfere između troposfere i mezosfere. Granice ovog sloja kreću se od 8-16 km do 50-55 km iznad površine Zemlje. U stratosferi je plinski sastav zraka približno isti kao u troposferi. Posebnost– smanjenje koncentracije vodene pare i povećanje sadržaja ozona. Ozonski sloj atmosfere, koji štiti biosferu od agresivnog djelovanja ultraljubičastog svjetla, nalazi se na razini od 20 do 30 km. U stratosferi temperatura raste s visinom, a vrijednosti temperature određene su sunčevim zračenjem, a ne konvekcijom (kretanjem zračnih masa), kao u troposferi. Zagrijavanje zraka u stratosferi nastaje zbog apsorpcije ultraljubičastog zračenja od strane ozona.

Mezosfera se proteže iznad stratosfere do razine od 80 km. Ovaj sloj atmosfere karakterizira činjenica da s porastom visine temperatura opada od 0 ° C do - 90 ° C. Ovo je najhladnije područje atmosfere.

Iznad mezosfere nalazi se termosfera do razine od 500 km. Od granice s mezosferom do egzosfere temperatura varira od približno 200 K do 2000 K. Do razine od 500 km gustoća zraka opada nekoliko stotina tisuća puta. Relativni sastav atmosferskih komponenti termosfere sličan je površinskom sloju troposfere, ali s porastom nadmorske visine sve više kisika prelazi u atomsko stanje. Određeni udio molekula i atoma termosfere je u ioniziranom stanju i raspoređen u više slojeva, a objedinjuje ih pojam ionosfere. Karakteristike termosfere variraju u širokom rasponu ovisno o geografskoj širini, količini sunčevog zračenja, dobu godine i danu.

Gornji sloj atmosfere je egzosfera. Ovo je najtanji sloj atmosfere. U egzosferi, srednji slobodni put čestica toliko je velik da čestice mogu slobodno pobjeći u međuplanetarni prostor. Masa egzosfere je desetmilijunti dio ukupne mase atmosfere. Donja granica egzosfere je razina od 450-800 km, a gornja granica je područje u kojem je koncentracija čestica ista kao u svemiru – nekoliko tisuća kilometara od površine Zemlje. Egzosfera se sastoji od plazme, ioniziranog plina. U egzosferi su i radijacijski pojasevi našeg planeta.

Video prezentacija - slojevi Zemljine atmosfere:

Povezani sadržaj:

Plavi planet...

Ova se tema trebala pojaviti na web mjestu jedna od prvih. Uostalom, helikopteri su atmosferske letjelice. Zemljina atmosfera- njihovo, da tako kažem, stanište :-). A fizikalna svojstva zraka samo utvrdi kvalitetu ovog staništa :-). Dakle, to je jedna od osnova. A osnova se uvijek prvo piše. Ali tek sada sam shvatio ovo. Ipak, bolje je, kao što znate, kasno nego nikad ... Dotaknimo se ovog pitanja, ali bez upadanja u divljinu i nepotrebnih poteškoća :-).

Tako… Zemljina atmosfera. Ovo je plinoviti omotač našeg plavog planeta. Svi znaju ovo ime. Zašto plava? Jednostavno zato što se "plava" (kao i plava i ljubičasta) komponenta sunčeve svjetlosti (spektar) najbolje raspršuje u atmosferi, pa ju boji u plavkasto-plavkastu, ponekad s primjesom ljubičaste (za sunčanog dana, naravno :-)) .

Sastav Zemljine atmosfere.

Sastav atmosfere je prilično širok. U tekstu neću navoditi sve komponente, postoji dobra ilustracija za to.Sastav svih ovih plinova je gotovo konstantan, osim ugljičnog dioksida (CO 2 ). Osim toga, atmosfera nužno sadrži vodu u obliku para, lebdećih kapljica ili kristala leda. Količina vode nije stalna i ovisi o temperaturi i manjim dijelom o tlaku zraka. Osim toga, Zemljina atmosfera (osobito sadašnja) također sadrži određenu količinu, rekao bih "svakakve prljavštine" :-). To su SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, osim toga tu su i živine pare Hg. Istina, svega toga ima u malim količinama, hvala Bogu :-).

Zemljina atmosfera Uobičajeno je podijeliti u nekoliko zona koje slijede jedna drugu po visini iznad površine.

Prva, najbliža Zemlji, je troposfera. Ovo je najniži i, da tako kažem, glavni sloj za život. drugačija vrsta. Sadrži 80% ukupne mase atmosferski zrak(iako po volumenu čini samo oko 1% cjelokupne atmosfere) i oko 90% sve atmosferske vode. Glavnina svih vjetrova, oblaka, kiša i snijega 🙂 dolazi odatle. Troposfera se proteže do visine od oko 18 km. tropske širine a u polarnim do 10 km. Temperatura zraka u njemu pada uz porast od oko 0,65º na svakih 100 m.

atmosferske zone.

Druga zona je stratosfera. Moram reći da se između troposfere i stratosfere razlikuje još jedna uska zona - tropopauza. Zaustavlja pad temperature s visinom. Tropopauza ima prosječnu debljinu od 1,5-2 km, ali su joj granice nejasne i troposfera se često preklapa sa stratosferom.

Dakle, stratosfera ima prosječnu visinu od 12 km do 50 km. Temperatura u njemu do 25 km ostaje nepromijenjena (oko -57ºS), zatim negdje do 40 km raste na oko 0ºS i dalje do 50 km ostaje nepromijenjena. Stratosfera je relativno miran dio zemljine atmosfere. U njemu praktički nema nepovoljnih vremenskih uvjeta. U stratosferi se poznati ozonski omotač nalazi na visinama od 15-20 km do 55-60 km.

Nakon toga slijedi mala stratopauza graničnog sloja, u kojoj temperatura ostaje oko 0ºS, a zatim je sljedeća zona mezosfera. Prostire se na nadmorskoj visini od 80-90 km, au njemu temperatura pada na oko 80ºS. U mezosferi obično postaju vidljivi mali meteori koji u njoj počinju svijetliti i tamo izgaraju.

Sljedeća uska praznina je mezopauza, a iza nje zona termosfere. Njegova visina je do 700-800 km. Ovdje temperatura ponovno počinje rasti i na visinama od oko 300 km može doseći vrijednosti reda 1200ºS. Nakon toga ostaje konstantan. Ionosfera se nalazi unutar termosfere do visine od oko 400 km. Ovdje je zrak jako ioniziran zbog izloženosti sunčevom zračenju i ima visoku električnu vodljivost.

Sljedeća i, općenito, posljednja zona je egzosfera. To je takozvana zona raspršenja. Ovdje su uglavnom prisutni vrlo razrijeđeni vodik i helij (s prevladavanjem vodika). Na visinama od oko 3000 km egzosfera prelazi u bliski svemirski vakuum.

Negdje je tako. Zašto oko? Budući da su ti slojevi prilično uvjetni. Moguće su različite promjene nadmorske visine, sastava plinova, vode, temperature, ionizacije itd. Osim toga, postoji mnogo više pojmova koji definiraju strukturu i stanje zemljine atmosfere.

Na primjer homosfera i heterosfera. U prvom su atmosferski plinovi dobro izmiješani i njihov sastav je prilično homogen. Drugi se nalazi iznad prvog i tamo praktički nema takvog miješanja. Plinovi se odvajaju gravitacijom. Granica između ovih slojeva nalazi se na visini od 120 km, a naziva se turbopauza.

Završimo s pojmovima, ali svakako ću dodati da je konvencionalno prihvaćeno da se granica atmosfere nalazi na nadmorskoj visini od 100 km. Ta se granica naziva Karmanova linija.

Dodat ću još dvije slike za ilustraciju strukture atmosfere. Prvi je, međutim, na njemačkom, ali je potpun i dovoljno ga je lako razumjeti :-). Može se povećati i dobro razmotriti. Drugi prikazuje promjenu atmosferske temperature s visinom.

Struktura Zemljine atmosfere.

Promjena temperature zraka s visinom.

Moderne orbitalne letjelice s ljudskom posadom lete na visinama od oko 300-400 km. No, to više nije zrakoplovstvo, iako je regija, naravno, in u određenom smislu usko povezana, i o tome ćemo sigurno razgovarati :-).

Zona zrakoplovstva je troposfera. Moderni atmosferski zrakoplovi mogu letjeti i u nižim slojevima stratosfere. Na primjer, praktični strop MIG-25RB je 23000 m.

Let u stratosferi.

I točno fizikalna svojstva zraka troposfere određuju kakav će biti let, koliko će učinkovit biti sustav upravljanja zrakoplovom, kako će na njega utjecati turbulencije u atmosferi, kako će raditi motori.

Prvo glavno svojstvo je temperatura zraka. U plinodinamici se može odrediti na Celzijevoj ljestvici ili na Kelvinovoj ljestvici.

Temperatura t1 na zadanoj visini H na Celzijevoj ljestvici određuje se:

t 1 \u003d t - 6,5N, Gdje t je temperatura zraka pri tlu.

Temperatura na Kelvinovoj ljestvici naziva se apsolutna temperatura Nula na ovoj skali je apsolutna nula. Na apsolutnoj nuli prestaje toplinsko gibanje molekula. Apsolutna nula na Kelvinovoj ljestvici odgovara -273º na Celzijevoj ljestvici.

Sukladno tome, temperatura T na visokom H na Kelvinovoj skali određuje se:

T = 273 K + t - 6,5 H

Tlak zraka. Atmosferski tlak se mjeri u Pascalima (N/m 2), u starom sustavu mjerenja u atmosferama (atm.). Postoji i barometarski tlak. Ovo je tlak izmjeren u milimetrima živinog stupca pomoću živinog barometra. Barometarski tlak (tlak na razini mora) jednak 760 mm Hg. Umjetnost. naziva standard. U fizici, 1 atm. upravo jednako 760 mm Hg.

Gustoća zraka. U aerodinamici se najčešće koristi pojam masene gustoće zraka. To je masa zraka u 1 m3 volumena. Gustoća zraka mijenja se s visinom, zrak postaje rjeđi.

Vlažnost zraka. Pokazuje količinu vode u zraku. Postoji koncept " relativna vlažnost". Ovo je omjer mase vodene pare prema maksimalnoj mogućoj pri određenoj temperaturi. Koncept 0%, odnosno kada je zrak potpuno suh, može postojati općenito samo u laboratoriju. S druge strane, 100% vlažnost je sasvim realna. To znači da je zrak upio svu vodu koju je mogao upiti. Nešto poput apsolutno "pune spužve". Visoka relativna vlažnost smanjuje gustoću zraka, dok je niska relativna vlažnost povećava.

Zbog činjenice da se letovi zrakoplova odvijaju u različitim atmosferskim uvjetima, njihovi letni i aerodinamički parametri u jednom načinu leta mogu biti različiti. Stoga smo za ispravnu procjenu ovih parametara uveli Međunarodna standardna atmosfera (ISA). Prikazuje promjenu stanja zraka s porastom nadmorske visine.

Glavni parametri stanja zraka pri nultoj vlažnosti uzimaju se kao:

tlak P = 760 mm Hg. Umjetnost. (101,3 kPa);

temperatura t = +15°C (288 K);

gustoća mase ρ \u003d 1,225 kg / m 3;

Za ISA se pretpostavlja (kao što je gore spomenuto :-)) da temperatura pada u troposferi za 0,65º na svakih 100 metara nadmorske visine.

Standardna atmosfera (primjer do 10000 m).

ISA tablice koriste se za kalibraciju instrumenata, kao i za navigacijske i inženjerske proračune.

Fizikalna svojstva zraka također uključuju koncepte kao što su inertnost, viskoznost i kompresibilnost.

Inercija je svojstvo zraka koje karakterizira njegovu sposobnost da se odupre promjenama stanja mirovanja ili jednolikog pravocrtnog gibanja. . Mjera tromosti je masena gustoća zraka. Što je veći, veća je inercija i sila otpora medija kada se zrakoplov u njemu kreće.

Viskoznost. Određuje otpor trenja prema zraku dok se zrakoplov kreće.

Stlačivost mjeri promjenu gustoće zraka s promjenom tlaka. Pri malim brzinama letjelice (do 450 km/h) nema promjene tlaka pri strujanju zraka oko nje, ali pri velikim brzinama počinje se javljati učinak stlačivosti. Posebno je izražen njegov utjecaj na nadzvučne. Ovo je zasebno područje aerodinamike i tema za poseban članak :-).

Eto, čini se da je to za sada sve... Vrijeme je da završimo ovo pomalo zamorno nabrajanje od kojeg se, međutim, ne može odustati :-). Zemljina atmosfera, njegovi parametri, fizikalna svojstva zraka su za letjelicu jednako važni kao i parametri samog aparata i bilo ih je nemoguće ne spomenuti.

Za sada, do idućih susreta i još zanimljivih tema 🙂…

p.s. Za desert predlažem da pogledate video snimljen iz kokpita blizanca MIG-25PU tijekom leta u stratosferu. Snimio je, očito, turist koji ima novca za takve letove :-). Pucao uglavnom kroz Vjetrobran. Obratite pažnju na boju neba...

Debljina atmosfere je oko 120 km od površine Zemlje. Ukupna masa zraka u atmosferi je (5,1-5,3) 10 18 kg. Od toga je masa suhog zraka 5,1352 ± 0,0003 10 18 kg, ukupna masa vodene pare je prosječno 1,27 10 16 kg.

tropopauza

Prijelazni sloj iz troposfere u stratosferu, sloj atmosfere u kojem prestaje opadanje temperature s visinom.

Stratosfera

Sloj atmosfere koji se nalazi na visini od 11 do 50 km. Karakteristična je blaga promjena temperature u sloju od 11-25 km (donji sloj stratosfere) i njezin porast u sloju od 25-40 km od -56,5 do 0,8 ° (gornja stratosfera ili područje inverzije). Postigavši ​​vrijednost od oko 273 K (gotovo 0 °C) na visini od oko 40 km, temperatura ostaje konstantna do visine od oko 55 km. Ovo područje konstantne temperature naziva se stratopauza i granica je između stratosfere i mezosfere.

Stratopauza

Granični sloj atmosfere između stratosfere i mezosfere. Maksimum je u vertikalnoj raspodjeli temperature (oko 0 °C).

Mezosfera

Zemljina atmosfera

Granica Zemljine atmosfere

Termosfera

Gornja granica je oko 800 km. Temperatura raste do visina od 200-300 km, gdje doseže vrijednosti reda veličine 1500 K, nakon čega ostaje gotovo konstantna do velikih nadmorskih visina. Pod utjecajem ultraljubičastog i rendgenskog sunčevog zračenja i kozmičkog zračenja dolazi do ionizacije zraka ("polarne svjetlosti") - glavna područja ionosfere leže unutar termosfere. Na visinama iznad 300 km prevladava atomski kisik. Gornja granica termosfere uvelike je određena trenutnom aktivnošću Sunca. U razdobljima niske aktivnosti - na primjer, 2008.-2009. - primjetno je smanjenje veličine ovog sloja.

Termopauza

Područje atmosfere iznad termosfere. U ovom području apsorpcija sunčevog zračenja je beznačajna i temperatura se zapravo ne mijenja s visinom.

Egzosfera (sfera raspršenja)

Do visine od 100 km atmosfera je homogena, dobro izmiješana smjesa plinova. U višim slojevima raspodjela plinova po visini ovisi o njihovim molekulskim masama, koncentracija težih plinova brže opada s udaljenošću od površine Zemlje. Zbog smanjenja gustoće plina temperatura pada od 0 °C u stratosferi do −110 °C u mezosferi. Međutim, kinetička energija pojedinačnih čestica na visinama od 200-250 km odgovara temperaturi od ~150 °C. Iznad 200 km opažaju se značajne fluktuacije temperature i gustoće plina u vremenu i prostoru.

Na visini od oko 2000-3500 km egzosfera postupno prelazi u tzv. bliski svemirski vakuum, koji je ispunjen visoko razrijeđenim česticama međuplanetarnog plina, uglavnom atomima vodika. Ali ovaj plin je samo dio međuplanetarne materije. Drugi dio se sastoji od čestica nalik prašini kometnog i meteorskog podrijetla. Osim iznimno razrijeđenih čestica prašine, u ovaj prostor prodire elektromagnetsko i korpuskularno zračenje sunčevog i galaktičkog podrijetla.

Na troposferu otpada oko 80% mase atmosfere, na stratosferu otpada oko 20%; masa mezosfere nije veća od 0,3%, termosfera je manja od 0,05% ukupne mase atmosfere. Na temelju električnih svojstava u atmosferi razlikuju se neutrosfera i ionosfera. Trenutno se vjeruje da se atmosfera proteže do visine od 2000-3000 km.

Ovisno o sastavu plina u atmosferi, emitiraju homosfera I heterosfera. heterosfera- ovo je područje gdje gravitacija utječe na razdvajanje plinova, jer je njihovo miješanje na takvoj visini zanemarivo. Otuda slijedi promjenljiv sastav heterosfere. Ispod njega nalazi se dobro izmiješan, homogeni dio atmosfere koji se naziva homosfera. Granica između ovih slojeva naziva se turbopauza, nalazi se na nadmorskoj visini od oko 120 km.

Fiziološka i druga svojstva atmosfere

Već na nadmorskoj visini od 5 km, neobučena osoba razvija gladovanje kisikom i, bez prilagodbe, performanse osobe značajno se smanjuju. Ovdje završava fiziološka zona atmosfere. Ljudsko disanje postaje nemoguće na visini od 9 km, iako do otprilike 115 km atmosfera sadrži kisik.

Atmosfera nam osigurava kisik potreban za disanje. Međutim, zbog pada ukupnog tlaka atmosfere dok se dižete na visinu, parcijalni tlak kisika također se smanjuje.

U razrijeđenim slojevima zraka širenje zvuka je nemoguće. Do visina od 60-90 km još uvijek je moguće koristiti otpor zraka i uzgon za kontrolirani aerodinamički let. Ali počevši od visine od 100-130 km, koncepti broja M i zvučne barijere poznati svakom pilotu gube svoje značenje: prolazi uvjetna Karmanova linija, iza koje počinje područje čisto balističkog leta, koji se mogu kontrolirati samo pomoću reaktivnih sila.

Na visinama iznad 100 km atmosfera je također lišena još jednog izvanrednog svojstva - sposobnosti apsorpcije, provođenja i prijenosa toplinske energije konvekcijom (tj. miješanjem zraka). To znači da se različiti elementi opreme, opreme orbitalne svemirske stanice neće moći hladiti izvana na način kako se to inače radi u avionu – uz pomoć zračnih mlaznica i zračnih radijatora. Na takvoj visini, kao iu svemiru općenito, jedini način prijenosa topline je toplinsko zračenje.

Povijest nastanka atmosfere

Prema najrasprostranjenijoj teoriji, Zemljina je atmosfera tijekom vremena bila u tri različita sastava. U početku se sastojao od lakih plinova (vodika i helija) uhvaćenih iz međuplanetarnog prostora. Ovaj tzv primarna atmosfera(prije oko četiri milijarde godina). U sljedećoj fazi, aktivna vulkanska aktivnost dovela je do zasićenja atmosfere plinovima koji nisu vodik (ugljični dioksid, amonijak, vodena para). Ovo je kako sekundarna atmosfera(oko tri milijarde godina prije naših dana). Ova je atmosfera bila oporavljajuća. Nadalje, proces formiranja atmosfere određen je sljedećim čimbenicima:

• curenje lakih plinova (vodika i helija) u međuplanetarni prostor;
• kemijske reakcije koje se odvijaju u atmosferi pod utjecajem ultraljubičastog zračenja, pražnjenja munje i nekih drugih čimbenika.

Postupno su ti čimbenici doveli do formiranja tercijarna atmosfera, karakteriziran znatno nižim udjelom vodika i puno većim udjelom dušika i ugljičnog dioksida (nastalog kao rezultat kemijskih reakcija iz amonijaka i ugljikovodika).

Dušik

Stvaranje velike količine dušika N 2 posljedica je oksidacije atmosfere amonijak-vodik molekularnim kisikom O 2, koji je počeo dolaziti s površine planeta kao rezultat fotosinteze, počevši od prije 3 milijarde godina. Dušik N 2 također se oslobađa u atmosferu kao rezultat denitrifikacije nitrata i drugih spojeva koji sadrže dušik. Dušik se oksidira ozonom u NO gornje slojeve atmosfera.

Dušik N 2 ulazi u reakcije samo pod određenim uvjetima (na primjer, tijekom pražnjenja munje). Oksidacija molekularnog dušika ozonom tijekom električnih pražnjenja koristi se u malim količinama u industrijskoj proizvodnji dušičnih gnojiva. Oksidirajte ga uz malu potrošnju energije i pretvorite u biološki aktivni oblik mogu cijanobakterije (modrozelene alge) i kvržične bakterije koje tvore rizobijalnu simbiozu s leguminozama, tzv. zelena gnojidba.

Kisik

Sastav atmosfere počeo se radikalno mijenjati dolaskom živih organizama na Zemlju, kao rezultat fotosinteze, popraćene oslobađanjem kisika i apsorpcijom ugljičnog dioksida. U početku se kisik trošio na oksidaciju reduciranih spojeva - amonijaka, ugljikovodika, željeznog oblika željeza sadržanog u oceanima itd. Na kraju ove faze sadržaj kisika u atmosferi počeo je rasti. Postupno se formirala moderna atmosfera s oksidacijskim svojstvima. Budući da je to izazvalo ozbiljne i nagle promjene u mnogim procesima koji se odvijaju u atmosferi, litosferi i biosferi, ovaj događaj je nazvan kisikovom katastrofom.

plemeniti plinovi

Zagađenje zraka

U U zadnje vrijemečovjek je počeo utjecati na razvoj atmosfere. Rezultat njegovih aktivnosti bio je stalni značajan porast sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi zbog izgaranja ugljikovodičnih goriva akumuliranih u prethodnim geološkim epohama. Ogromne količine CO 2 troše se tijekom fotosinteze i apsorbiraju ga svjetski oceani. Ovaj plin ulazi u atmosferu razgradnjom karbonatnih stijena i organska tvar biljnog i životinjskog podrijetla, kao i zbog vulkanizma i ljudskih proizvodnih aktivnosti. Tijekom proteklih 100 godina sadržaj CO 2 u atmosferi porastao je za 10%, a glavnina (360 milijardi tona) dolazi izgaranjem goriva. Ako se stopa rasta izgaranja goriva nastavi, tada će se u sljedećih 200-300 godina količina CO 2 u atmosferi udvostručiti i može dovesti do globalnih klimatskih promjena.

Izgaranje goriva je glavni izvor zagađujućih plinova (SO,, SO 2). Sumporov dioksid oksidira atmosferski kisik do SO 3 u gornjoj atmosferi, koji zauzvrat stupa u interakciju s vodenom parom i amonijakom, a nastala sumporna kiselina (H 2 SO 4) i amonijev sulfat ((NH 4) 2 SO 4) vraćaju se u površine Zemlje u obliku tzv. kisela kiša. Korištenje motora s unutarnjim izgaranjem dovodi do značajnog onečišćenja zraka dušikovim oksidima, ugljikovodicima i spojevima olova (tetraetilolovo Pb (CH 3 CH 2) 4)).

Onečišćenje atmosfere aerosolima uzrokovano je prirodnim uzrocima (vulkanske erupcije, prašne oluje, morska voda i pelud biljaka itd.), te gospodarsku djelatnost čovjeka (vađenje ruda i građevinskog materijala, izgaranje goriva, proizvodnja cementa itd.). Intenzivno uklanjanje krutih čestica velikih razmjera u atmosferu jedan je od mogućih uzroka klimatskih promjena na planetu.

vidi također

• Jacchia (model atmosfere)

Bilješke

Linkovi

Književnost

1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov"Svemirska biologija i medicina" (2. izdanje, revidirano i dopunjeno), M .: "Prosveshchenie", 1975, 223 stranice.
2. N. V. Gusakova"Kemija okoliš", Rostov na Donu: Phoenix, 2004., 192 s ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V. A. Geokemija prirodnih plinova, M., 1971;
4. McEwen M, Phillips L. Kemija atmosfere, M., 1978;
5. Wark K., Warner S. Zagađenje zraka. Izvori i kontrola, prev. s engleskog, M.. 1980.;
6. Praćenje pozadinskog onečišćenja prirodne sredine. V. 1, L., 1982.

Zemlja
Povijest Zemlje	Starost Zemlje Geološka povijest Zemlje Geološka vremenska skala Povijest života na Zemlji Glacijacija Zemlje Paradoks slabog mladog sunca Teorija divovskog sudara Vremenska crta evolucije
Geografija i geologije	Australija Azija Antarktika Afrika Europa Sjeverna Amerika Južna Amerika Atlantski ocean Indijski ocean Arktički ocean