Atmosfer stratosfer troposfer apa selanjutnya disana. Atmosfer bumi

Komposisi atmosfer. Cangkang udara planet kita - suasana melindungi permukaan bumi dari efek berbahaya pada organisme hidup dari radiasi ultraviolet dari Matahari. Itu juga melindungi Bumi dari partikel kosmik - debu dan meteorit.

Atmosfer terdiri dari campuran gas mekanis: 78% volumenya adalah nitrogen, 21% adalah oksigen, dan kurang dari 1% adalah helium, argon, kripton, dan gas lembam lainnya. Jumlah oksigen dan nitrogen di udara praktis tidak berubah, karena nitrogen hampir tidak bergabung dengan zat lain, dan oksigen, meskipun sangat aktif dan dihabiskan untuk respirasi, oksidasi dan pembakaran, terus-menerus diisi ulang oleh tanaman.

Hingga ketinggian sekitar 100 km, persentase gas-gas ini praktis tidak berubah. Ini disebabkan oleh fakta bahwa udara terus bercampur.

Selain gas-gas tersebut, atmosfer mengandung sekitar 0,03% karbon dioksida, yang biasanya terkonsentrasi di dekat permukaan bumi dan tersebar tidak merata: di kota-kota, pusat industri, dan kawasan aktivitas vulkanik, jumlahnya meningkat.

Selalu ada sejumlah kotoran di atmosfer - uap air dan debu. Kandungan uap air tergantung pada suhu udara: semakin tinggi suhunya, semakin banyak uap yang dikandung udara. Karena adanya uap air di udara, fenomena atmosfer seperti pelangi, pembiasan sinar matahari, dll.

Debu memasuki atmosfer selama letusan gunung berapi, badai pasir dan debu, dengan pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna di pembangkit listrik tenaga panas, dll.

Struktur atmosfer. Kepadatan atmosfer berubah dengan ketinggian: paling tinggi di permukaan bumi, dan berkurang saat naik. Jadi, pada ketinggian 5,5 km kerapatan atmosfer 2 kali lipat, dan pada ketinggian 11 km - 4 kali lebih kecil dari pada lapisan permukaan.

Bergantung pada kerapatan, komposisi, dan sifat gas, atmosfer dibagi menjadi lima lapisan konsentris (Gbr. 34).

Beras. 34. Bagian vertikal atmosfer (stratifikasi atmosfer)

1. Lapisan bawah disebut troposfer. Batas atasnya membentang pada ketinggian 8-10 km di kutub dan 16-18 km di ekuator. Troposfer mengandung hingga 80% dari total massa atmosfer dan hampir semua uap air.

Suhu udara di troposfer menurun dengan ketinggian sebesar 0,6 °C setiap 100 m dan pada batas atasnya -45-55 °C.

Udara di troposfer terus bercampur, bergerak ke arah yang berbeda. Hanya di sini ada kabut, hujan, hujan salju, badai petir, badai, dan lainnya. kondisi cuaca.

2. Di atas terletak stratosfir, yang memanjang hingga ketinggian 50-55 km. Kepadatan udara dan tekanan di stratosfer dapat diabaikan. Udara yang dijernihkan terdiri dari gas yang sama seperti di troposfer, tetapi mengandung lebih banyak ozon. Konsentrasi ozon tertinggi diamati pada ketinggian 15-30 km. Suhu di stratosfer naik dengan ketinggian dan mencapai 0 °C atau lebih pada batas atasnya. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa ozon menyerap bagian panjang gelombang pendek dari energi matahari, akibatnya udara menjadi panas.

3. Di atas stratosfer terletak mesosfer, membentang hingga ketinggian 80 km. Di dalamnya, suhu turun lagi dan mencapai -90 ° C. Kepadatan udara di sana 200 kali lebih kecil daripada di permukaan bumi.

4. Di atas mesosfer adalah termosfer(dari 80 hingga 800 km). Suhu di lapisan ini naik: pada ketinggian 150 km sampai 220 °C; pada ketinggian 600 km sampai 1500 °C. Gas atmosfer (nitrogen dan oksigen) berada dalam keadaan terionisasi. Di bawah aksi radiasi matahari gelombang pendek, elektron individu terlepas dari kulit atom. Akibatnya, di lapisan ini - ionosfir lapisan partikel bermuatan muncul. Lapisan terpadatnya berada di ketinggian 300-400 km. Karena kepadatannya yang rendah, sinar matahari tidak tersebar di sana, sehingga langit menjadi hitam, bintang dan planet bersinar terang di atasnya.

Di ionosfer ada lampu kutub, arus listrik yang kuat dihasilkan yang menyebabkan gangguan pada medan magnet bumi.

5. Di atas 800 km, kulit terluar terletak - eksosfer. Kecepatan pergerakan partikel individu di eksosfer mendekati kritis - 11,2 mm/s, sehingga partikel individu dapat mengatasi gravitasi bumi dan melarikan diri ke ruang dunia.

Nilai atmosfer. Peran atmosfer dalam kehidupan planet kita sangatlah besar. Tanpanya, Bumi akan mati. Atmosfer melindungi permukaan bumi dari pemanasan dan pendinginan yang intens. Pengaruhnya dapat disamakan dengan peran kaca di rumah kaca: membiarkan sinar matahari masuk dan mencegah panas keluar.

Atmosfer melindungi organisme hidup dari gelombang pendek dan radiasi korpuskular Matahari. Atmosfer adalah lingkungan di mana fenomena cuaca terjadi, dengan semua itu aktifitas manusia. Studi tentang cangkang ini dilakukan di stasiun meteorologi. Siang dan malam, dalam cuaca apa pun, ahli meteorologi memantau keadaan atmosfer yang lebih rendah. Empat kali sehari, dan di banyak stasiun setiap jam mereka mengukur suhu, tekanan, kelembapan udara, mencatat kekeruhan, arah dan kecepatan angin, curah hujan, fenomena listrik dan suara di atmosfer. Stasiun meteorologi terletak di mana-mana: di Antartika dan di hutan hujan tropis, di pegunungan tinggi, dan di hamparan tundra yang luas. Pengamatan juga dilakukan di lautan dari kapal yang dibuat khusus.

Dari 30-an. abad ke-20 pengamatan dimulai di atmosfer bebas. Mereka mulai meluncurkan radiosonde, yang mencapai ketinggian 25-35 km, dan dengan bantuan peralatan radio mengirimkan informasi ke Bumi tentang suhu, tekanan, kelembaban udara, dan kecepatan angin. Saat ini, roket dan satelit meteorologi juga banyak digunakan. Yang terakhir memiliki instalasi televisi yang mengirimkan gambar permukaan bumi dan awan.

| |
5. Cangkang udara bumi§ 31. Pemanasan atmosfer

Struktur dan komposisi atmosfer bumi, harus dikatakan, tidak selalu bernilai konstan dalam satu atau beberapa periode perkembangan planet kita. Saat ini, struktur vertikal elemen yang memiliki "ketebalan" total 1,5-2,0 ribu km ini diwakili oleh beberapa lapisan utama, antara lain:

1. Troposfer.
2. tropopause.
3. Stratosfir.
4. Stratopause.
5. mesosfer dan mesopause.
6. Termosfer.
7. eksosfer.

Elemen dasar atmosfer

Troposfer adalah lapisan yang kuat vertikal dan gerakan horizontal, di sinilah cuaca, fenomena curah hujan, kondisi iklim. Itu membentang sejauh 7-8 kilometer dari permukaan planet hampir di mana-mana, kecuali daerah kutub (di sana - hingga 15 km). Di troposfer, terjadi penurunan suhu secara bertahap, kira-kira 6,4 °C pada setiap kilometer ketinggian. Angka ini mungkin berbeda untuk garis lintang dan musim yang berbeda.

Komposisi atmosfer bumi pada bagian ini diwakili oleh unsur-unsur berikut beserta persentasenya:

Nitrogen - sekitar 78 persen;

Oksigen - hampir 21 persen;

Argon - sekitar satu persen;

Karbon dioksida - kurang dari 0,05%.

Komposisi tunggal hingga ketinggian 90 kilometer

Selain itu, debu, tetesan air, uap air, hasil pembakaran, kristal es, garam laut, banyak partikel aerosol, dll dapat ditemukan di sini Komposisi atmosfer bumi ini diamati hingga ketinggian sekitar sembilan puluh kilometer, sehingga udara komposisi kimianya kurang lebih sama, tidak hanya di troposfer, tetapi juga di lapisan atas. Tapi di sana suasananya sangat berbeda. properti fisik. Lapisan yang memiliki komposisi kimia yang sama disebut homosfer.

Unsur apa lagi yang ada di atmosfer bumi? Sebagai persentase (berdasarkan volume, di udara kering), gas seperti kripton (sekitar 1,14 x 10 -4), xenon (8,7 x 10 -7), hidrogen (5,0 x 10 -5), metana (sekitar 1,7 x 10 -5) 4), nitrous oxide (5,0 x 10 -5), dll. Dalam hal persentase massa komponen yang terdaftar, nitrous oxide dan hidrogen adalah yang terbanyak, diikuti oleh helium, kripton, dll.

Sifat fisik dari berbagai lapisan atmosfer

Sifat fisik troposfer terkait erat dengan keterikatannya dengan permukaan planet. Dari sini, panas matahari yang dipantulkan dalam bentuk sinar infra merah dikirim kembali, termasuk proses konduksi dan konveksi termal. Itu sebabnya suhu turun dengan jarak dari permukaan bumi. Fenomena ini diamati hingga ketinggian stratosfer (11-17 kilometer), kemudian suhu praktis tidak berubah hingga 34-35 km, kemudian terjadi lagi peningkatan suhu hingga ketinggian 50 kilometer ( batas atas stratosfer). Antara stratosfer dan troposfer terdapat lapisan tengah tipis tropopause (hingga 1-2 km), di mana suhu konstan diamati di atas ekuator - sekitar minus 70 ° C ke bawah. Di atas kutub, tropopause "menghangat" di musim panas hingga minus 45°C, di musim dingin suhu di sini berfluktuasi sekitar -65°C.

Komposisi gas atmosfer bumi termasuk unsur penting seperti ozon. Jumlahnya relatif sedikit di dekat permukaan (sepuluh pangkat minus enam persen), karena gas terbentuk di bawah pengaruh sinar matahari dari atom oksigen di bagian atas atmosfer. Secara khusus, sebagian besar ozon berada pada ketinggian sekitar 25 km, dan seluruh "layar ozon" terletak di area 7-8 km di wilayah kutub, dari 18 km di ekuator dan hingga lima puluh kilometer. secara umum di atas permukaan planet.

Atmosfer melindungi dari radiasi matahari

Komposisi udara di atmosfer bumi memegang peranan yang sangat penting dalam kelestarian kehidupan, sejak individu unsur kimia dan komposisi berhasil membatasi akses radiasi matahari ke permukaan bumi dan manusia, hewan, dan tumbuhan yang hidup di atasnya. Misalnya, molekul uap air secara efektif menyerap hampir semua rentang radiasi infra merah, kecuali untuk panjang dalam kisaran 8 hingga 13 mikron. Ozon, sebaliknya, menyerap ultraviolet hingga panjang gelombang 3100 A. Tanpa lapisan tipisnya (rata-rata 3 mm jika ditempatkan di permukaan planet), hanya air pada kedalaman lebih dari 10 meter dan gua bawah tanah, dimana radiasi matahari tidak mencapai, dapat dihuni. .

Nol Celcius pada stratopause

Di antara dua tingkat atmosfer berikutnya, stratosfer dan mesosfer, terdapat lapisan yang luar biasa - stratopause. Ini kira-kira sesuai dengan ketinggian maksimum ozon dan di sini suhu yang relatif nyaman bagi manusia diamati - sekitar 0°C. Di atas stratopause, di mesosfer (dimulai di suatu tempat di ketinggian 50 km dan berakhir di ketinggian 80-90 km), terjadi lagi penurunan suhu dengan bertambahnya jarak dari permukaan bumi (hingga minus 70-80 ° C). Di mesosfer, meteor biasanya terbakar habis.

Di termosfer - ditambah 2000 K!

Komposisi kimiawi atmosfer bumi di termosfer (dimulai setelah mesopause dari ketinggian sekitar 85-90 hingga 800 km) menentukan kemungkinan fenomena seperti pemanasan bertahap lapisan "udara" yang sangat tipis di bawah pengaruh matahari. radiasi. Di bagian "selimut udara" planet ini, suhu terjadi dari 200 hingga 2000 K, yang diperoleh sehubungan dengan ionisasi oksigen (di atas 300 km adalah oksigen atom), serta rekombinasi atom oksigen menjadi molekul. , disertai dengan pelepasan sejumlah besar panas. Termosfer adalah tempat aurora berasal.

Di atas termosfer adalah eksosfer - lapisan luar atmosfer, tempat atom hidrogen yang ringan dan bergerak cepat dapat lepas ke luar angkasa. Komposisi kimia atmosfer bumi di sini lebih diwakili oleh atom oksigen individu di lapisan bawah, atom helium di tengah, dan hampir secara eksklusif atom hidrogen di atas. Suhu tinggi berlaku di sini - sekitar 3000 K dan tidak ada tekanan atmosfer.

Bagaimana atmosfer bumi terbentuk?

Namun, seperti disebutkan di atas, planet tidak selalu memiliki komposisi atmosfer yang demikian. Secara total, ada tiga konsep asal usul elemen ini. Hipotesis pertama mengasumsikan bahwa atmosfer diambil dalam proses pertambahan dari awan protoplanet. Namun, saat ini teori ini menjadi sasaran kritik yang signifikan, karena atmosfer primer seperti itu pasti telah dihancurkan oleh "angin" matahari dari sebuah bintang di sistem planet kita. Selain itu, diasumsikan bahwa unsur volatil tidak dapat bertahan di zona pembentukan planet seperti kelompok terestrial karena suhu yang terlalu tinggi.

Komposisi atmosfer utama Bumi, seperti yang dikemukakan oleh hipotesis kedua, dapat terbentuk karena pemboman aktif permukaan oleh asteroid dan komet yang datang dari sekitarnya. tata surya pada tahap awal pengembangan. Cukup sulit untuk mengkonfirmasi atau menyangkal konsep ini.

Eksperimen di IDG RAS

Yang paling masuk akal adalah hipotesis ketiga, yang meyakini bahwa atmosfer muncul sebagai akibat pelepasan gas dari mantel kerak bumi sekitar 4 miliar tahun yang lalu. Konsep ini diuji di Institut Geologi dan Geokimia Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia selama percobaan yang disebut "Tsarev 2", ketika sampel zat meteorik dipanaskan dalam ruang hampa. Kemudian pelepasan gas seperti H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2, dll dicatat Oleh karena itu, para ilmuwan dengan tepat berasumsi bahwa komposisi kimia atmosfer primer bumi termasuk air dan karbon dioksida, uap hidrogen fluorida (HF), gas karbon monoksida (CO), hidrogen sulfida (H 2 S), senyawa nitrogen, hidrogen, metana (CH 4), uap amonia (NH 3), argon, dll. Uap air dari atmosfer primer berpartisipasi dalam pembentukan hidrosfer, karbon dioksida ternyata lebih terikat pada bahan organik dan batuan, nitrogen masuk ke dalam komposisi udara modern, serta kembali ke batuan sedimen dan bahan organik.

Komposisi atmosfer primer bumi tidak memungkinkan orang modern berada di dalamnya tanpa alat bantu pernapasan, karena tidak ada oksigen dalam jumlah yang dibutuhkan saat itu. Unsur ini muncul dalam jumlah yang signifikan satu setengah miliar tahun yang lalu, diyakini, sehubungan dengan perkembangan proses fotosintesis pada ganggang biru-hijau dan lainnya, yang merupakan penghuni tertua planet kita.

Oksigen minimal

Fakta bahwa komposisi atmosfer bumi pada awalnya hampir anoksik ditunjukkan oleh fakta bahwa grafit (karbon) yang mudah teroksidasi, tetapi tidak teroksidasi ditemukan di batuan paling purba (Katarchean). Selanjutnya, apa yang disebut bijih besi berpita muncul, yang mencakup lapisan oksida besi yang diperkaya, yang berarti munculnya sumber oksigen yang kuat di planet ini dalam bentuk molekuler. Tetapi unsur-unsur ini muncul hanya secara berkala (mungkin alga yang sama atau penghasil oksigen lainnya muncul sebagai pulau-pulau kecil di gurun anoksik), sedangkan bagian dunia lainnya bersifat anaerobik. Yang terakhir didukung oleh fakta bahwa pirit yang mudah teroksidasi ditemukan dalam bentuk kerikil, diproses oleh aliran tanpa jejak. reaksi kimia. Karena air yang mengalir tidak dapat diaerasi dengan buruk, pandangan telah berkembang bahwa atmosfer pra-Kambrium mengandung kurang dari satu persen oksigen dari komposisi saat ini.

Perubahan revolusioner dalam komposisi udara

Kira-kira di pertengahan Proterozoikum (1,8 miliar tahun lalu), "revolusi oksigen" terjadi, ketika dunia beralih ke respirasi aerobik, di mana 38 dapat diperoleh dari satu molekul nutrisi (glukosa), dan bukan dua (seperti dengan respirasi anaerobik) satuan energi. Komposisi atmosfer bumi, dalam hal oksigen, mulai melebihi satu persen dari atmosfer modern, dan lapisan ozon mulai muncul, melindungi organisme dari radiasi. Dari dialah yang "bersembunyi" di bawah cangkang tebal, misalnya, hewan purba seperti trilobita. Sejak saat itu hingga saat ini, kandungan unsur "pernafasan" utama secara bertahap dan perlahan meningkat, memberikan berbagai perkembangan bentuk kehidupan di planet ini.

Atmosfer bumi adalah selubung gas planet kita. Batas bawahnya melewati tingkat kerak bumi dan hidrosfer, dan batas atasnya masuk ke wilayah dekat Bumi di luar angkasa. Atmosfer mengandung sekitar 78% nitrogen, 20% oksigen, hingga 1% argon, karbon dioksida, hidrogen, helium, neon, dan beberapa gas lainnya.

Cangkang bumi ini ditandai dengan lapisan yang jelas. Lapisan-lapisan atmosfer ditentukan oleh distribusi suhu secara vertikal dan kepadatan gas yang berbeda pada tingkat yang berbeda. Ada beberapa lapisan atmosfer bumi: troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer, eksosfer. Ionosfer dibedakan secara terpisah.

Hingga 80% dari total massa atmosfer adalah troposfer - lapisan permukaan bawah atmosfer. Troposfer di zona kutub terletak pada ketinggian hingga 8-10 km di atas permukaan bumi, di zona tropis - hingga maksimum 16-18 km. Antara troposfer dan stratosfer di atasnya adalah tropopause - lapisan transisi. Di troposfer, suhu menurun dengan meningkatnya ketinggian, dan tekanan atmosfer menurun dengan ketinggian. Gradien suhu rata-rata di troposfer adalah 0,6°C per 100 m.Suhu pada tingkat yang berbeda dari cangkang ini ditentukan oleh penyerapan radiasi matahari dan efisiensi konveksi. Hampir semua aktivitas manusia terjadi di troposfer. Paling pegunungan tinggi jangan melampaui troposfer, hanya transportasi udara yang dapat melintasi batas atas cangkang ini hingga ketinggian kecil dan berada di stratosfer. Sebagian besar uap air terkandung di troposfer, yang menentukan pembentukan hampir semua awan. Juga, hampir semua aerosol (debu, asap, dll.) Yang terbentuk di permukaan bumi terkonsentrasi di troposfer. Di batas lapisan bawah troposfer, fluktuasi suhu harian dan kelembaban udara dinyatakan, kecepatan angin biasanya berkurang (meningkat seiring ketinggian). Di troposfer, terdapat pembagian variabel kolom udara menjadi massa udara dalam arah horizontal, yang berbeda dalam beberapa karakteristik tergantung pada zona dan luas formasinya. Di bagian depan atmosfer - batas antara massa udara - siklon dan antisiklon terbentuk, yang menentukan cuaca di area tertentu untuk jangka waktu tertentu.

Stratosfer adalah lapisan atmosfer antara troposfer dan mesosfer. Batas lapisan ini berkisar antara 8-16 km hingga 50-55 km di atas permukaan bumi. Di stratosfer, komposisi gas udara kurang lebih sama dengan di troposfer. Ciri khas- penurunan konsentrasi uap air dan peningkatan kandungan ozon. Lapisan ozon di atmosfer, yang melindungi biosfer dari efek agresif sinar ultraviolet, berada pada ketinggian 20 hingga 30 km. Di stratosfer, suhu naik seiring ketinggian, dan nilai suhu ditentukan oleh radiasi matahari, dan bukan oleh konveksi (pergerakan massa udara), seperti di troposfer. Pemanasan udara di stratosfer disebabkan oleh penyerapan radiasi ultraviolet oleh ozon.

Mesosfer meluas di atas stratosfer hingga ketinggian 80 km. Lapisan atmosfer ini dicirikan oleh fakta bahwa suhu menurun dari 0 ° C hingga - 90 ° C dengan bertambahnya ketinggian.Ini adalah wilayah terdingin di atmosfer.

Di atas mesosfer adalah termosfer hingga ketinggian 500 km. Dari perbatasan dengan mesosfer hingga eksosfer, suhunya bervariasi dari sekitar 200 K hingga 2000 K. Hingga tingkat 500 km, kepadatan udara berkurang beberapa ratus ribu kali lipat. Komposisi relatif komponen atmosfer termosfer mirip dengan lapisan permukaan troposfer, tetapi dengan bertambahnya ketinggian, lebih banyak oksigen masuk ke keadaan atom. Proporsi molekul dan atom tertentu di termosfer berada dalam keadaan terionisasi dan tersebar di beberapa lapisan, mereka disatukan oleh konsep ionosfer. Karakteristik termosfer bervariasi dalam rentang yang luas tergantung pada garis lintang geografis, jumlah radiasi matahari, waktu tahun dan hari.

Lapisan atas atmosfer adalah eksosfer. Ini adalah lapisan atmosfer yang paling tipis. Di eksosfer, jalur bebas rata-rata partikel sangat besar sehingga partikel dapat lepas dengan bebas ke ruang antarplanet. Massa eksosfer adalah sepersepuluh juta dari total massa atmosfer. Batas bawah eksosfer adalah tingkat 450-800 km, dan batas atas adalah area di mana konsentrasi partikelnya sama dengan di luar angkasa - beberapa ribu kilometer dari permukaan bumi. Eksosfer terdiri dari plasma, gas terionisasi. Juga di eksosfer adalah sabuk radiasi planet kita.

Presentasi video - lapisan atmosfer bumi:

Konten terkait:

planet biru...

Topik ini seharusnya muncul di situs salah satu yang pertama. Bagaimanapun, helikopter adalah pesawat atmosfer. atmosfer bumi- bisa dikatakan, habitat mereka :-). A sifat fisik udara tinggal tentukan kualitas habitat ini :-). Jadi itu salah satu dasarnya. Dan dasarnya selalu ditulis terlebih dahulu. Tapi aku baru menyadari ini sekarang. Namun, lebih baik, seperti yang Anda ketahui, terlambat daripada tidak sama sekali ... Mari kita bahas masalah ini, tetapi tanpa masuk ke alam liar dan kesulitan yang tidak perlu :-).

Jadi… atmosfer bumi. Ini adalah cangkang gas planet biru kita. Semua orang tahu nama ini. Mengapa biru? Hanya karena komponen "biru" (serta biru dan ungu) dari sinar matahari (spektrum) tersebar paling baik di atmosfer, sehingga mewarnainya menjadi kebiru-biruan, kadang-kadang dengan sedikit ungu (pada hari yang cerah, tentu saja :-)) .

Komposisi atmosfer bumi.

Komposisi atmosfernya cukup luas. Saya tidak akan mencantumkan semua komponen dalam teks, ada ilustrasi yang bagus untuk ini Komposisi semua gas ini hampir konstan, kecuali karbon dioksida (CO 2 ). Selain itu, atmosfer pasti mengandung air dalam bentuk uap, tetesan tersuspensi, atau kristal es. Jumlah air tidak konstan dan tergantung pada suhu dan, pada tingkat lebih rendah, pada tekanan udara. Selain itu, atmosfer bumi (terutama yang sekarang) juga mengandung sejumlah tertentu, menurut saya "segala macam kotoran" :-). Ini adalah SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, selain itu ada uap merkuri Hg. Benar, semua ini ada dalam jumlah kecil, alhamdulillah :-).

atmosfer bumi Merupakan kebiasaan untuk membagi menjadi beberapa zona yang saling mengikuti ketinggian di atas permukaan.

Yang pertama, paling dekat dengan bumi, adalah troposfer. Ini adalah yang terendah dan, bisa dikatakan, lapisan utama kehidupan. berbeda jenis. Ini mengandung 80% dari total massa udara atmosfer(walaupun volumenya hanya sekitar 1% dari seluruh atmosfer) dan sekitar 90% dari semua air di atmosfer. Sebagian besar angin, awan, hujan, dan salju 🙂 berasal dari sana. Troposfer meluas ke ketinggian sekitar 18 km. lintang tropis dan hingga 10 km di kutub. Suhu udara di dalamnya turun dengan kenaikan sekitar 0,65º untuk setiap 100 m.

zona atmosfer.

Zona kedua adalah stratosfer. Saya harus mengatakan bahwa zona sempit lain dibedakan antara troposfer dan stratosfer - tropopause. Ini menghentikan penurunan suhu dengan ketinggian. Tropopause memiliki ketebalan rata-rata 1,5-2 km, tetapi batas-batasnya tidak jelas dan troposfer sering tumpang tindih dengan stratosfer.

Jadi stratosfer memiliki ketinggian rata-rata 12 km hingga 50 km. Suhu di dalamnya hingga 25 km tetap tidak berubah (sekitar -57ºС), kemudian di suatu tempat hingga 40 km naik menjadi sekitar 0ºС dan selanjutnya hingga 50 km tetap tidak berubah. Stratosfer adalah bagian atmosfer bumi yang relatif tenang. Praktis tidak ada kondisi cuaca buruk di dalamnya. Di stratosferlah lapisan ozon yang terkenal terletak di ketinggian 15-20 km hingga 55-60 km.

Ini diikuti oleh stratopause lapisan batas kecil, di mana suhunya tetap sekitar 0ºС, dan kemudian zona berikutnya adalah mesosfer. Itu meluas ke ketinggian 80-90 km, dan di dalamnya suhu turun menjadi sekitar 80ºС. Di mesosfer, meteor kecil biasanya terlihat, yang mulai bersinar di dalamnya dan terbakar di sana.

Celah sempit berikutnya adalah mesopause dan di luarnya zona termosfer. Tingginya mencapai 700-800 km. Di sini suhu mulai naik lagi dan pada ketinggian sekitar 300 km dapat mencapai nilai sekitar 1200ºС. Setelah itu, tetap konstan. Ionosfer terletak di dalam termosfer hingga ketinggian sekitar 400 km. Di sini, udara terionisasi kuat akibat paparan radiasi matahari dan memiliki konduktivitas listrik yang tinggi.

Berikutnya dan, secara umum, zona terakhir adalah eksosfer. Inilah yang disebut zona pencar. Di sini, terutama hidrogen dan helium yang sangat langka (dengan dominasi hidrogen) hadir. Pada ketinggian sekitar 3000 km, eksosfer masuk ke ruang hampa udara dekat.

Seperti itu di suatu tempat. Mengapa tentang? Karena lapisan ini agak bersyarat. Berbagai perubahan ketinggian, komposisi gas, air, suhu, ionisasi, dan sebagainya dimungkinkan. Selain itu, masih banyak lagi istilah-istilah yang mendefinisikan struktur dan keadaan atmosfer bumi.

Misalnya homosfer dan heterosfer. Yang pertama, gas atmosfer tercampur dengan baik dan komposisinya cukup homogen. Yang kedua terletak di atas yang pertama dan praktis tidak ada pencampuran seperti itu di sana. Gas dipisahkan oleh gravitasi. Batas antar lapisan ini terletak pada ketinggian 120 km, dan disebut turbopause.

Mari kita akhiri dengan istilahnya, tetapi saya pasti akan menambahkan bahwa secara konvensional diterima bahwa batas atmosfer terletak di ketinggian 100 km di atas permukaan laut. Perbatasan ini disebut Garis Karman.

Saya akan menambahkan dua gambar lagi untuk mengilustrasikan struktur atmosfer. Yang pertama, bagaimanapun, dalam bahasa Jerman, tetapi lengkap dan cukup mudah dimengerti :-). Itu bisa diperbesar dan dipertimbangkan dengan baik. Yang kedua menunjukkan perubahan suhu atmosfer dengan ketinggian.

Struktur atmosfer bumi.

Perubahan suhu udara dengan ketinggian.

Pesawat ruang angkasa berawak modern terbang di ketinggian sekitar 300-400 km. Namun, ini bukan lagi penerbangan, meski wilayahnya tentu saja masuk dalam arti tertentu terkait erat, dan kami pasti akan membicarakannya :-).

Zona penerbangan adalah troposfer. Pesawat atmosfer modern juga dapat terbang di lapisan bawah stratosfer. Misalnya, langit-langit praktis MIG-25RB adalah 23.000 m.

Penerbangan di stratosfer.

Dan tepatnya sifat fisik udara troposfer menentukan bagaimana penerbangannya, seberapa efektif sistem kendali pesawat, bagaimana turbulensi di atmosfer akan mempengaruhinya, bagaimana mesin akan bekerja.

Properti utama pertama adalah suhu udara. Dalam dinamika gas, dapat ditentukan dalam skala Celsius atau dalam skala Kelvin.

Suhu t1 pada ketinggian tertentu H dalam skala Celcius ditentukan:

t 1 \u003d t - 6,5N, Di mana T adalah suhu udara di permukaan tanah.

Suhu pada skala Kelvin disebut suhu absolut Nol pada skala ini adalah nol mutlak. Pada nol mutlak, gerakan termal molekul berhenti. Nol absolut pada skala Kelvin sama dengan -273º pada skala Celcius.

Dengan demikian, suhu T di tempat tinggi H pada skala Kelvin ditentukan:

T \u003d 273K + t - 6,5H

Tekanan udara. Tekanan atmosfer diukur dalam Pascal (N / m 2), dalam sistem pengukuran lama di atmosfer (atm.). Ada juga yang namanya tekanan barometrik. Ini adalah tekanan yang diukur dalam milimeter air raksa menggunakan barometer air raksa. Tekanan barometrik (tekanan di permukaan laut) sama dengan 760 mm Hg. Seni. disebut standar. Dalam fisika, 1 atm. sama dengan 760 mm Hg.

Kepadatan udara. Dalam aerodinamika, konsep yang paling umum digunakan adalah kerapatan massa udara. Ini adalah massa udara dalam volume 1 m3. Kepadatan udara berubah dengan ketinggian, udara menjadi lebih tipis.

Kelembaban udara. Menunjukkan jumlah air di udara. Ada konsep" kelembaban relatif". Ini adalah rasio massa uap air dengan kemungkinan maksimum pada suhu tertentu. Konsep 0%, yaitu saat udara benar-benar kering, secara umum hanya bisa ada di laboratorium. Di sisi lain, kelembapan 100% cukup nyata. Artinya, udara telah menyerap semua air yang dapat diserapnya. Sesuatu seperti "spons penuh". Kelembaban relatif yang tinggi mengurangi kepadatan udara, sementara kelembaban relatif yang rendah meningkatkannya.

Karena fakta bahwa penerbangan pesawat berlangsung dalam kondisi atmosfer yang berbeda, parameter penerbangan dan aerodinamisnya dalam mode penerbangan yang sama mungkin berbeda. Oleh karena itu, untuk penilaian yang benar dari parameter ini, kami perkenalkan Atmosfer Standar Internasional (ISA). Ini menunjukkan perubahan keadaan udara dengan kenaikan ketinggian.

Parameter utama keadaan udara pada kelembaban nol diambil sebagai:

tekanan P = 760 mm Hg. Seni. (101,3 kPa);

suhu t = +15°C (288 K);

kerapatan massa ρ \u003d 1,225 kg / m 3;

Untuk ISA, diasumsikan (seperti disebutkan di atas :-)) bahwa suhu turun di troposfer sebesar 0,65º untuk setiap ketinggian 100 meter.

Suasana standar (contoh hingga 10.000 m).

Tabel ISA digunakan untuk instrumen kalibrasi, serta untuk perhitungan navigasi dan teknik.

Sifat fisik udara juga mencakup konsep-konsep seperti kelembaman, viskositas dan kompresibilitas.

Inersia adalah sifat udara yang mencirikan kemampuannya untuk menahan perubahan keadaan diam atau gerak bujursangkar seragam. . Ukuran inersia adalah kerapatan massa udara. Semakin tinggi, semakin tinggi gaya inersia dan drag medium saat pesawat bergerak di dalamnya.

Viskositas. Menentukan hambatan gesekan terhadap udara saat pesawat bergerak.

Kompresibilitas mengukur perubahan kepadatan udara sebagai perubahan tekanan. Pada kecepatan rendah pesawat (hingga 450 km/jam), tidak ada perubahan tekanan saat aliran udara mengalir di sekitarnya, tetapi pada kecepatan tinggi, efek kompresibilitas mulai terlihat. Pengaruhnya pada supersonik sangat terasa. Ini adalah area terpisah dari aerodinamika dan topik untuk artikel terpisah :-).

Yah, sepertinya itu saja untuk saat ini ... Saatnya menyelesaikan pencacahan yang agak membosankan ini, yang, bagaimanapun, tidak dapat dilakukan tanpa :-). atmosfer bumi, parameternya, sifat fisik udara untuk pesawat sama pentingnya dengan parameter peralatan itu sendiri, dan tidak mungkin untuk tidak menyebutkannya.

Untuk saat ini, sampai pertemuan berikutnya dan topik yang lebih menarik 🙂 …

P.S. Untuk hidangan penutup, saya sarankan untuk menonton video yang difilmkan dari kokpit pesawat kembar MIG-25PU selama penerbangannya ke stratosfer. Difilmkan, rupanya, seorang turis yang punya uang untuk penerbangan seperti itu :-). Ditembak sebagian besar melalui Kaca depan. Perhatikan warna langit...

Ketebalan atmosfer sekitar 120 km dari permukaan bumi. Massa total udara di atmosfer adalah (5,1-5,3) 10 18 kg. Dari jumlah tersebut, massa udara kering adalah 5,1352 ± 0,0003 10 18 kg, massa total uap air rata-rata 1,27 10 16 kg.

tropopause

Lapisan transisi dari troposfer ke stratosfer, lapisan atmosfer tempat penurunan suhu dengan ketinggian berhenti.

Stratosfir

Lapisan atmosfer terletak pada ketinggian 11 sampai 50 km. Sedikit perubahan suhu pada lapisan 11-25 km (lapisan bawah stratosfer) dan peningkatannya pada lapisan 25-40 km dari −56,5 menjadi 0,8 ° (stratosfer atas atau wilayah inversi) merupakan ciri khasnya. Setelah mencapai nilai sekitar 273 K (hampir 0 °C) pada ketinggian sekitar 40 km, suhu tetap konstan hingga ketinggian sekitar 55 km. Wilayah suhu konstan ini disebut stratopause dan merupakan batas antara stratosfer dan mesosfer.

Stratopause

Lapisan batas atmosfer antara stratosfer dan mesosfer. Ada maksimum dalam distribusi suhu vertikal (sekitar 0 °C).

Mesosfer

atmosfer bumi

Batas atmosfer bumi

Termosfer

Batas atas sekitar 800 km. Suhu naik ke ketinggian 200-300 km, di mana ia mencapai nilai urutan 1500 K, setelah itu tetap hampir konstan hingga ketinggian tinggi. Di bawah pengaruh radiasi matahari ultraviolet dan sinar-x serta radiasi kosmik, udara terionisasi ("lampu kutub") - wilayah utama ionosfer terletak di dalam termosfer. Pada ketinggian di atas 300 km, atom oksigen mendominasi. Batas atas termosfer sangat ditentukan oleh aktivitas Matahari saat ini. Selama periode aktivitas rendah - misalnya, pada 2008-2009 - terjadi penurunan ukuran lapisan ini secara nyata.

Termopause

Wilayah atmosfer di atas termosfer. Di wilayah ini, penyerapan radiasi matahari tidak signifikan dan suhu sebenarnya tidak berubah terhadap ketinggian.

Eksosfer (bola hamburan)

Hingga ketinggian 100 km, atmosfer merupakan campuran gas yang homogen dan tercampur dengan baik. Di lapisan yang lebih tinggi, distribusi gas di ketinggian tergantung pada massa molekulnya, konsentrasi gas yang lebih berat berkurang lebih cepat dengan jarak dari permukaan bumi. Karena penurunan densitas gas, suhu turun dari 0 °C di stratosfer menjadi −110 °C di mesosfer. Namun, energi kinetik partikel individu pada ketinggian 200–250 km sesuai dengan suhu ~150 °C. Di atas 200 km, fluktuasi suhu dan kerapatan gas yang signifikan diamati dalam ruang dan waktu.

Pada ketinggian sekitar 2000-3500 km, eksosfer secara bertahap melewati apa yang disebut dekat ruang hampa, yang diisi dengan partikel gas antarplanet yang sangat dijernihkan, terutama atom hidrogen. Tapi gas ini hanyalah bagian dari materi antarplanet. Bagian lainnya terdiri dari partikel mirip debu yang berasal dari komet dan meteorik. Selain partikel mirip debu yang sangat tipis, radiasi elektromagnetik dan korpuskular yang berasal dari matahari dan galaksi menembus ke ruang angkasa ini.

Troposfer menyumbang sekitar 80% dari massa atmosfer, stratosfer menyumbang sekitar 20%; massa mesosfer tidak lebih dari 0,3%, termosfer kurang dari 0,05% dari total massa atmosfer. Berdasarkan sifat kelistrikan di atmosfer, neutrosfer dan ionosfer dibedakan. Saat ini diyakini bahwa atmosfer meluas hingga ketinggian 2000-3000 km.

Bergantung pada komposisi gas di atmosfer, mereka memancarkannya homosfer Dan heterosfer. heterosfer- ini adalah area di mana gravitasi memengaruhi pemisahan gas, karena pencampurannya pada ketinggian seperti itu dapat diabaikan. Karenanya mengikuti komposisi variabel heterosfer. Di bawahnya terletak bagian atmosfer yang tercampur dengan baik dan homogen, yang disebut homosfer. Batas antar lapisan ini disebut turbopause, terletak pada ketinggian sekitar 120 km.

Fisiologis dan sifat atmosfer lainnya

Sudah di ketinggian 5 km di atas permukaan laut, orang yang tidak terlatih mengalami kelaparan oksigen dan, tanpa adaptasi, kinerja seseorang berkurang secara signifikan. Di sinilah zona fisiologis atmosfer berakhir. Pernapasan manusia menjadi tidak mungkin pada ketinggian 9 km, meski hingga sekitar 115 km atmosfernya mengandung oksigen.

Atmosfer memberi kita oksigen yang kita butuhkan untuk bernafas. Namun, karena penurunan tekanan total atmosfer saat Anda naik ke ketinggian, tekanan parsial oksigen juga berkurang.

Di lapisan udara yang dijernihkan, perambatan suara tidak mungkin terjadi. Hingga ketinggian 60-90 km, masih memungkinkan untuk menggunakan hambatan udara dan daya angkat untuk penerbangan aerodinamis yang terkendali. Tetapi mulai dari ketinggian 100-130 km, konsep nomor M dan penghalang suara yang akrab bagi setiap pilot kehilangan artinya: garis Karman bersyarat melewati garis di mana area penerbangan balistik murni dimulai, yang hanya dapat dikendalikan dengan menggunakan gaya reaktif.

Pada ketinggian di atas 100 km, atmosfer juga kehilangan sifat luar biasa lainnya - kemampuan untuk menyerap, menghantarkan, dan mentransfer energi panas melalui konveksi (yaitu, melalui pencampuran udara). Artinya, berbagai elemen perlengkapan, perlengkapan stasiun luar angkasa orbit tidak akan bisa didinginkan dari luar seperti yang biasa dilakukan di pesawat terbang - dengan bantuan jet udara dan radiator udara. Pada ketinggian seperti di ruang angkasa pada umumnya, satu-satunya cara untuk mentransfer panas adalah radiasi termal.

Sejarah pembentukan atmosfer

Menurut teori yang paling umum, atmosfer bumi telah berada dalam tiga komposisi berbeda dari waktu ke waktu. Awalnya, itu terdiri dari gas ringan (hidrogen dan helium) yang ditangkap dari ruang antarplanet. Yang disebut ini atmosfer primer(sekitar empat miliar tahun yang lalu). Pada tahap selanjutnya, aktivitas vulkanik aktif menyebabkan jenuhnya atmosfer dengan gas selain hidrogen (karbon dioksida, amonia, uap air). Begini caranya atmosfer sekunder(sekitar tiga miliar tahun sebelum zaman kita). Suasana ini memulihkan. Selanjutnya, proses pembentukan atmosfer ditentukan oleh faktor-faktor berikut:

• kebocoran gas ringan (hidrogen dan helium) ke ruang antarplanet;
• reaksi kimia yang terjadi di atmosfer di bawah pengaruh radiasi ultraviolet, pelepasan petir dan beberapa faktor lainnya.

Secara bertahap, faktor-faktor ini mengarah pada pembentukan atmosfer tersier, ditandai dengan kandungan hidrogen yang jauh lebih rendah dan kandungan nitrogen dan karbon dioksida yang jauh lebih tinggi (terbentuk sebagai hasil reaksi kimia dari amonia dan hidrokarbon).

Nitrogen

Pembentukan nitrogen N 2 dalam jumlah besar disebabkan oleh oksidasi atmosfer amonia-hidrogen oleh molekul oksigen O 2, yang mulai keluar dari permukaan planet sebagai hasil fotosintesis, dimulai dari 3 miliar tahun yang lalu. Nitrogen N 2 juga dilepaskan ke atmosfer sebagai hasil denitrifikasi nitrat dan senyawa lain yang mengandung nitrogen. Nitrogen dioksidasi oleh ozon menjadi NO lapisan atas suasana.

Nitrogen N 2 masuk ke dalam reaksi hanya dalam kondisi tertentu (misalnya, selama pelepasan petir). Oksidasi nitrogen molekuler oleh ozon selama pelepasan listrik digunakan dalam jumlah kecil dalam produksi industri pupuk nitrogen. Oksidasi dengan konsumsi energi rendah dan ubah menjadi biologis bentuk aktif dapat cyanobacteria (ganggang biru-hijau) dan bakteri nodul yang membentuk simbiosis rhizobial dengan kacang-kacangan, yang disebut. pupuk hijau.

Oksigen

Komposisi atmosfer mulai berubah secara radikal dengan munculnya organisme hidup di Bumi, sebagai hasil dari fotosintesis, disertai dengan pelepasan oksigen dan penyerapan karbon dioksida. Awalnya, oksigen dihabiskan untuk oksidasi senyawa tereduksi - amonia, hidrokarbon, besi berbentuk besi yang terkandung di lautan, dll. Pada akhir tahap ini, kandungan oksigen di atmosfer mulai bertambah. Secara bertahap, suasana modern dengan sifat pengoksidasi terbentuk. Karena hal ini menyebabkan perubahan serius dan mendadak dalam banyak proses yang terjadi di atmosfer, litosfer, dan biosfer, peristiwa ini disebut bencana Oksigen.

gas mulia

Polusi udara

DI DALAM Akhir-akhir ini manusia mulai mempengaruhi evolusi atmosfer. Hasil dari aktivitasnya adalah peningkatan signifikan yang konstan dalam kandungan karbon dioksida di atmosfer akibat pembakaran bahan bakar hidrokarbon yang terakumulasi pada zaman geologis sebelumnya. Sejumlah besar CO 2 dikonsumsi selama fotosintesis dan diserap oleh lautan dunia. Gas ini memasuki atmosfer melalui dekomposisi batuan karbonat dan bahan organik tumbuhan dan hewan, serta karena kegiatan vulkanisme dan produksi manusia. Selama 100 tahun terakhir, kandungan CO 2 di atmosfer meningkat 10%, dengan sebagian besar (360 miliar ton) berasal dari pembakaran bahan bakar. Jika laju pertumbuhan pembakaran bahan bakar terus berlanjut, maka dalam 200-300 tahun mendatang jumlah CO 2 di atmosfer akan berlipat ganda dan dapat menyebabkan perubahan iklim global.

Pembakaran bahan bakar merupakan sumber utama gas pencemar (СО,, SO 2). Sulfur dioksida dioksidasi oleh oksigen atmosfer menjadi SO 3 di atmosfer bagian atas, yang pada gilirannya berinteraksi dengan uap air dan amonia, dan menghasilkan asam sulfat (H 2 SO 4) dan amonium sulfat ((NH 4) 2 SO 4) kembali ke permukaan bumi dalam bentuk yang disebut. hujan asam. Penggunaan mesin pembakaran internal menyebabkan polusi udara yang signifikan dengan nitrogen oksida, hidrokarbon, dan senyawa timbal (tetraetil timbal Pb (CH 3 CH 2) 4)).

Polusi aerosol di atmosfer disebabkan oleh penyebab alami (letusan gunung berapi, badai debu, air laut dan serbuk sari tanaman, dll.), dan aktivitas ekonomi manusia (penambangan bijih dan bahan bangunan, pembakaran bahan bakar, produksi semen, dll.). Penghapusan partikel padat dalam skala besar ke atmosfer adalah salah satu kemungkinan penyebab perubahan iklim di planet ini.

Lihat juga

• Jacchia (model atmosfer)

Catatan

Tautan

literatur

1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov"Biologi luar angkasa dan kedokteran" (edisi ke-2, direvisi dan ditambah), M .: "Prosveshchenie", 1975, 223 halaman.
2. N.V. Gusakova"Kimia lingkungan", Rostov-on-Don: Phoenix, 2004, 192 dengan ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V.A. Geokimia gas alam, M., 1971;
4. McEwen M, Phillips L. Kimia atmosfer, M., 1978;
5. Wark K., Warner S. Polusi udara. Sumber dan kontrol, terj. dari bahasa Inggris, M.. 1980;
6. Pemantauan polusi latar belakang lingkungan alam. V . 1, L., 1982.

Bumi
Sejarah Bumi	Umur Bumi Sejarah Geologi Bumi Skala Waktu Geologi Sejarah Kehidupan di Bumi Glasiasi Bumi Paradoks Matahari muda redup Teori tumbukan raksasa Garis waktu evolusi
Geografi dan geologi	Australia Asia Antartika Afrika Eropa Amerika Utara Amerika Selatan Samudera Atlantik Samudera Hindia Samudera Arktik