Atmosfera stratosfera troposfera cosa c'è dopo lì. Atmosfera terrestre

La composizione dell'atmosfera. Il guscio d'aria del nostro pianeta - atmosfera protegge la superficie terrestre dagli effetti dannosi sugli organismi viventi delle radiazioni ultraviolette del sole. Protegge anche la Terra dalle particelle cosmiche: polvere e meteoriti.

L'atmosfera è costituita da una miscela meccanica di gas: il 78% del suo volume è azoto, il 21% è ossigeno e meno dell'1% è elio, argon, cripton e altri gas inerti. La quantità di ossigeno e azoto nell'aria è praticamente invariata, perché l'azoto quasi non entra in combinazione con altre sostanze, e l'ossigeno, che, sebbene molto attivo e viene speso per la respirazione, l'ossidazione e la combustione, viene costantemente reintegrato dalle piante.

Fino a un'altezza di circa 100 km la percentuale di questi gas rimane praticamente invariata. Ciò è dovuto al fatto che l'aria è costantemente mescolata.

Oltre a questi gas, l'atmosfera contiene circa lo 0,03% di anidride carbonica, che di solito è concentrata vicino alla superficie terrestre ed è distribuita in modo non uniforme: nelle città, nei centri industriali e nelle aree di attività vulcanica, la sua quantità aumenta.

C'è sempre una certa quantità di impurità nell'atmosfera: vapore acqueo e polvere. Il contenuto di vapore acqueo dipende dalla temperatura dell'aria: più alta è la temperatura, più vapore trattiene l'aria. A causa della presenza di acqua vaporosa nell'aria, sono possibili fenomeni atmosferici come arcobaleni, rifrazione della luce solare, ecc.

La polvere entra nell'atmosfera durante eruzioni vulcaniche, tempeste di sabbia e polvere, con combustione incompleta del combustibile nelle centrali termiche, ecc.

La struttura dell'atmosfera. La densità dell'atmosfera cambia con l'altezza: è massima sulla superficie terrestre e diminuisce man mano che sale. Quindi, ad un'altitudine di 5,5 km, la densità dell'atmosfera è 2 volte, e ad un'altitudine di 11 km - 4 volte inferiore rispetto allo strato superficiale.

A seconda della densità, della composizione e delle proprietà dei gas, l'atmosfera è divisa in cinque strati concentrici (Fig. 34).

Riso. 34. Sezione verticale dell'atmosfera (stratificazione atmosferica)

1. Lo strato inferiore è chiamato troposfera. Il suo limite superiore corre ad un'altitudine di 8-10 km ai poli e 16-18 km all'equatore. La troposfera contiene fino all'80% della massa totale dell'atmosfera e quasi tutto il vapore acqueo.

La temperatura dell'aria nella troposfera diminuisce con l'altezza di 0,6 °C ogni 100 m e al suo limite superiore è di -45-55 °C.

L'aria nella troposfera è costantemente mescolata, muovendosi in direzioni diverse. Solo qui si osservano nebbie, piogge, nevicate, temporali, tempeste e altri. condizioni meteo.

2. Sopra si trova stratosfera, che si estende per un'altezza di 50-55 km. La densità e la pressione dell'aria nella stratosfera sono trascurabili. L'aria rarefatta consiste degli stessi gas della troposfera, ma contiene più ozono. La più alta concentrazione di ozono si osserva a un'altitudine di 15-30 km. La temperatura nella stratosfera aumenta con l'altezza e raggiunge 0 °C o più al limite superiore. Ciò è dovuto al fatto che l'ozono assorbe la parte a onde corte dell'energia solare, a seguito della quale l'aria si riscalda.

3. Sopra la stratosfera si trova mesosfera, si estende per un'altezza di 80 km. In essa la temperatura scende nuovamente e raggiunge i -90°C. La densità dell'aria è 200 volte inferiore rispetto alla superficie della Terra.

4. Sopra la mesosfera è termosfera(da 80 a 800 km). La temperatura in questo strato sale: a un'altitudine di 150 km fino a 220 °C; ad un'altitudine di 600 km a 1500 °C. I gas atmosferici (azoto e ossigeno) sono in uno stato ionizzato. Sotto l'azione della radiazione solare a onde corte, i singoli elettroni vengono staccati dai gusci degli atomi. Di conseguenza, in questo strato - ionosfera compaiono strati di particelle cariche. Il loro strato più denso si trova a un'altitudine di 300-400 km. A causa della bassa densità, i raggi del sole non si disperdono lì, quindi il cielo è nero, su di esso brillano stelle e pianeti.

Nella ionosfera ci sono luci polari, vengono generate potenti correnti elettriche che provocano disturbi nel campo magnetico terrestre.

5. Al di sopra di 800 km, si trova il guscio esterno - esosfera. La velocità di movimento delle singole particelle nell'esosfera si avvicina a quella critica - 11,2 mm/s, quindi le singole particelle possono superare la gravità terrestre e fuggire nello spazio del mondo.

Il valore dell'atmosfera. Il ruolo dell'atmosfera nella vita del nostro pianeta è eccezionalmente grande. Senza di esso, la Terra sarebbe morta. L'atmosfera protegge la superficie terrestre dall'intenso riscaldamento e raffreddamento. La sua influenza può essere paragonata al ruolo del vetro nelle serre: far entrare i raggi del sole e impedire la fuoriuscita del calore.

L'atmosfera protegge gli organismi viventi dalle onde corte e dalla radiazione corpuscolare del Sole. L'atmosfera è l'ambiente in cui si verificano i fenomeni meteorologici, con cui tutti attività umana. Lo studio di questo guscio viene effettuato presso le stazioni meteorologiche. Giorno e notte, con qualsiasi tempo, i meteorologi monitorano lo stato della bassa atmosfera. Quattro volte al giorno, e in molte stazioni ogni ora misurano la temperatura, la pressione, l'umidità dell'aria, rilevano la nuvolosità, la direzione e la velocità del vento, le precipitazioni, i fenomeni elettrici e sonori nell'atmosfera. Le stazioni meteorologiche si trovano ovunque: in Antartide e nelle foreste pluviali tropicali, in alta montagna e nelle vaste distese della tundra. Vengono effettuate anche osservazioni sugli oceani da navi appositamente costruite.

Dagli anni '30. 20 ° secolo le osservazioni iniziarono nell'atmosfera libera. Hanno iniziato a lanciare radiosonde, che raggiungono un'altezza di 25-35 km, e con l'ausilio di apparecchiature radio trasmettono alla Terra informazioni su temperatura, pressione, umidità dell'aria e velocità del vento. Al giorno d'oggi, anche i razzi e i satelliti meteorologici sono ampiamente utilizzati. Questi ultimi hanno installazioni televisive che trasmettono immagini della superficie terrestre e delle nuvole.

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5. Guscio d'aria della terra§ 31. Riscaldamento dell'atmosfera

La struttura e la composizione dell'atmosfera terrestre, va detto, non erano sempre valori costanti nell'uno o nell'altro periodo dello sviluppo del nostro pianeta. Oggi la struttura verticale di questo elemento, che ha uno "spessore" totale di 1,5-2,0 mila km, è rappresentata da diversi strati principali, tra cui:

1. Troposfera.
2. tropopausa.
3. Stratosfera.
4. Stratopausa.
5. mesosfera e mesopausa.
6. Termosfera.
7. esosfera.

Elementi di base dell'atmosfera

La troposfera è lo strato in cui forte verticale e movimenti orizzontali, è qui che il tempo, i fenomeni di precipitazione, condizioni climatiche. Si estende per 7-8 chilometri dalla superficie del pianeta quasi ovunque, ad eccezione delle regioni polari (lì - fino a 15 km). Nella troposfera si osserva una graduale diminuzione della temperatura, di circa 6,4 °C per ogni chilometro di altitudine. Questa cifra può differire per diverse latitudini e stagioni.

La composizione dell'atmosfera terrestre in questa parte è rappresentata dai seguenti elementi e dalle loro percentuali:

Azoto: circa il 78 percento;

Ossigeno - quasi il 21 percento;

Argon: circa l'uno percento;

Anidride carbonica - meno dello 0,05%.

Composizione singola fino a un'altezza di 90 chilometri

Inoltre, qui si possono trovare polvere, goccioline d'acqua, vapore acqueo, prodotti di combustione, cristalli di ghiaccio, sali marini, molte particelle di aerosol, ecc.. Questa composizione dell'atmosfera terrestre viene osservata fino a circa novanta chilometri di altezza, quindi l'aria è approssimativamente lo stesso nella composizione chimica, non solo nella troposfera, ma anche negli strati superiori. Ma lì l'atmosfera è fondamentalmente diversa. Proprietà fisiche. Lo strato che ha una composizione chimica comune è chiamato omosfera.

Quali altri elementi ci sono nell'atmosfera terrestre? In percentuale (in volume, in aria secca), gas come cripton (circa 1,14 x 10 -4), xeno (8,7 x 10 -7), idrogeno (5,0 x 10 -5), metano (circa 1,7 x 10 - 4), protossido di azoto (5,0 x 10 -5), ecc. In termini di percentuale di massa dei componenti elencati, il protossido di azoto e l'idrogeno sono i più, seguiti da elio, krypton, ecc.

Proprietà fisiche dei diversi strati atmosferici

Le proprietà fisiche della troposfera sono strettamente correlate al suo attaccamento alla superficie del pianeta. Da qui, il calore solare riflesso sotto forma di raggi infrarossi viene rispedito verso l'alto, compresi i processi di conduzione e convezione termica. Ecco perché la temperatura scende con la distanza dalla superficie terrestre. Questo fenomeno si osserva fino all'altezza della stratosfera (11-17 chilometri), poi la temperatura diventa praticamente invariata fino al livello di 34-35 km, e poi c'è di nuovo un aumento delle temperature fino ad altezze di 50 chilometri ( limite superiore della stratosfera). Tra la stratosfera e la troposfera c'è un sottile strato intermedio della tropopausa (fino a 1-2 km), dove si osservano temperature costanti sopra l'equatore - circa meno 70 ° C e sotto. Sopra i poli, la tropopausa "si riscalda" in estate a meno 45°C, in inverno le temperature qui oscillano intorno a -65°C.

La composizione del gas dell'atmosfera terrestre include un elemento così importante come l'ozono. Ce n'è relativamente poco vicino alla superficie (dieci alla meno sesta potenza di un percento), poiché il gas si forma sotto l'influenza della luce solare dall'ossigeno atomico nelle parti superiori dell'atmosfera. In particolare, la maggior parte dell'ozono si trova a un'altitudine di circa 25 km, e l'intero "schermo di ozono" si trova in aree da 7-8 km nella regione dei poli, da 18 km all'equatore e fino a cinquanta chilometri in generale sopra la superficie del pianeta.

L'atmosfera protegge dalla radiazione solare

La composizione dell'aria nell'atmosfera terrestre svolge un ruolo molto importante nella conservazione della vita, fin dall'individuo elementi chimici e le composizioni limitano con successo l'accesso della radiazione solare alla superficie terrestre e alle persone, agli animali e alle piante che vi abitano. Ad esempio, le molecole di vapore acqueo assorbono efficacemente quasi tutte le gamme di radiazioni infrarosse, ad eccezione delle lunghezze comprese tra 8 e 13 micron. L'ozono, invece, assorbe l'ultravioletto fino alla lunghezza d'onda di 3100 A. Privo del suo strato sottile (in media 3 mm se posto sulla superficie del pianeta), solo acqua a una profondità di oltre 10 metri e grotte sotterranee, dove la radiazione solare non arriva, può essere abitata. .

Zero Celsius in stratopausa

Tra i successivi due livelli dell'atmosfera, la stratosfera e la mesosfera, c'è uno strato notevole: la stratopausa. Corrisponde approssimativamente all'altezza massima dell'ozono e qui si osserva una temperatura relativamente confortevole per l'uomo - circa 0°C. Sopra la stratopausa, nella mesosfera (inizia da qualche parte a un'altitudine di 50 km e termina a un'altitudine di 80-90 km), c'è di nuovo un calo di temperatura con l'aumentare della distanza dalla superficie terrestre (fino a meno 70-80 ° C). Nella mesosfera, le meteore di solito si esauriscono completamente.

Nella termosfera - più 2000 K!

La composizione chimica dell'atmosfera terrestre nella termosfera (inizia dopo la mesopausa da altitudini da circa 85-90 a 800 km) determina la possibilità di un fenomeno come il graduale riscaldamento di strati di "aria" molto rarefatta sotto l'influenza del sole radiazione. In questa parte della "coperta d'aria" del pianeta si verificano temperature da 200 a 2000 K, che si ottengono in connessione con la ionizzazione dell'ossigeno (sopra i 300 km c'è l'ossigeno atomico), così come la ricombinazione degli atomi di ossigeno in molecole , accompagnato dal rilascio di una grande quantità di calore. La termosfera è dove hanno origine le aurore.

Sopra la termosfera c'è l'esosfera, lo strato esterno dell'atmosfera, da cui gli atomi di idrogeno leggeri e in rapido movimento possono fuoriuscire nello spazio. La composizione chimica dell'atmosfera terrestre qui è rappresentata più da singoli atomi di ossigeno negli strati inferiori, atomi di elio nel mezzo e quasi esclusivamente atomi di idrogeno negli strati superiori. Qui prevalgono temperature elevate - circa 3000 K e non c'è pressione atmosferica.

Come si è formata l'atmosfera terrestre?

Ma, come accennato in precedenza, il pianeta non ha sempre avuto una tale composizione dell'atmosfera. In totale, ci sono tre concetti sull'origine di questo elemento. La prima ipotesi presuppone che l'atmosfera sia stata presa nel processo di accrescimento da una nube protoplanetaria. Tuttavia, oggi questa teoria è soggetta a critiche significative, poiché una tale atmosfera primaria deve essere stata distrutta dal "vento" solare di una stella del nostro sistema planetario. Inoltre, si presume che gli elementi volatili non possano rimanere nella zona di formazione dei pianeti come il gruppo terrestre a causa delle temperature troppo elevate.

La composizione dell'atmosfera primaria terrestre, come suggerito dalla seconda ipotesi, potrebbe essersi formata a causa del bombardamento attivo della superficie da parte di asteroidi e comete giunti dalle vicinanze. sistema solare nelle prime fasi di sviluppo. È abbastanza difficile confermare o confutare questo concetto.

Esperimento presso IDG RAS

La più plausibile è la terza ipotesi, che ritiene che l'atmosfera sia apparsa a seguito del rilascio di gas dal mantello della crosta terrestre circa 4 miliardi di anni fa. Questo concetto è stato testato presso l'Istituto di geologia e geochimica dell'Accademia delle scienze russa nel corso di un esperimento chiamato "Tsarev 2", quando un campione di una sostanza meteorica è stato riscaldato nel vuoto. Quindi è stato registrato il rilascio di gas come H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2, ecc .. Pertanto, gli scienziati hanno giustamente presunto che la composizione chimica dell'atmosfera primaria terrestre includesse acqua e anidride carbonica, vapore di acido fluoridrico (HF), monossido di carbonio (CO), idrogeno solforato (H 2 S), composti azotati, idrogeno, metano (CH 4), vapore di ammoniaca (NH 3), argon, ecc. Il vapore acqueo dell'atmosfera primaria ha partecipato alla formazione dell'idrosfera, l'anidride carbonica si è rivelata più in uno stato legato nella materia organica e nelle rocce, l'azoto è passato nella composizione dell'aria moderna, così come di nuovo nelle rocce sedimentarie e nella materia organica.

La composizione dell'atmosfera primaria della Terra non lo permetterebbe persone moderne esserci dentro senza respiratore, poiché allora non c'era ossigeno nelle quantità richieste. Questo elemento è apparso in quantità significative un miliardo e mezzo di anni fa, come si crede, in connessione con lo sviluppo del processo di fotosintesi nelle alghe blu-verdi e in altre alghe, che sono i più antichi abitanti del nostro pianeta.

Minimo di ossigeno

Il fatto che la composizione dell'atmosfera terrestre fosse inizialmente quasi anossica è indicato dal fatto che la grafite (carbonio) facilmente ossidata, ma non ossidata, si trova nelle rocce più antiche (Katarchean). Successivamente sono comparsi i cosiddetti minerali di ferro a bande, che includevano strati intermedi di ossidi di ferro arricchiti, il che significa l'apparizione sul pianeta di una potente fonte di ossigeno in forma molecolare. Ma questi elementi si incontravano solo periodicamente (forse le stesse alghe o altri produttori di ossigeno apparivano come piccole isole in un deserto anossico), mentre il resto del mondo era anaerobico. Quest'ultimo è supportato dal fatto che la pirite facilmente ossidabile è stata trovata sotto forma di ciottoli, lavorati dal flusso senza lasciare tracce. reazioni chimiche. Poiché le acque correnti non possono essere scarsamente aerate, si è evoluta l'idea che l'atmosfera pre-cambriana contenesse meno dell'1% di ossigeno della composizione odierna.

Cambiamento rivoluzionario nella composizione dell'aria

Approssimativamente a metà del Proterozoico (1,8 miliardi di anni fa), ebbe luogo la "rivoluzione dell'ossigeno", quando il mondo passò alla respirazione aerobica, durante la quale si possono ottenere 38 da una molecola nutritiva (glucosio), e non due (come con respirazione anaerobica) unità di energia. La composizione dell'atmosfera terrestre, in termini di ossigeno, iniziò a superare l'uno per cento di quella moderna e iniziò ad apparire uno strato di ozono che proteggeva gli organismi dalle radiazioni. Era da lei che "si nascondeva" sotto spessi gusci, ad esempio, animali antichi come i trilobiti. Da allora fino ai nostri giorni, il contenuto del principale elemento "respiratorio" è gradualmente e lentamente aumentato, fornendo una varietà di sviluppo delle forme di vita sul pianeta.

L'atmosfera terrestre è l'involucro gassoso del nostro pianeta. Il suo limite inferiore passa a livello della crosta terrestre e dell'idrosfera, e quello superiore passa nella regione vicina alla Terra dello spazio esterno. L'atmosfera contiene circa il 78% di azoto, il 20% di ossigeno, fino all'1% di argon, anidride carbonica, idrogeno, elio, neon e alcuni altri gas.

Questo guscio terrestre è caratterizzato da una stratificazione chiaramente definita. Gli strati dell'atmosfera sono determinati dalla distribuzione verticale della temperatura e dalla diversa densità dei gas ai suoi diversi livelli. Esistono tali strati dell'atmosfera terrestre: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera, esosfera. La ionosfera si distingue separatamente.

Fino all'80% della massa totale dell'atmosfera è la troposfera, lo strato superficiale inferiore dell'atmosfera. La troposfera nelle zone polari si trova a un livello fino a 8-10 km sopra la superficie terrestre, nella zona tropicale - fino a un massimo di 16-18 km. Tra la troposfera e la stratosfera sovrastante c'è la tropopausa, lo strato di transizione. Nella troposfera, la temperatura diminuisce all'aumentare dell'altitudine e la pressione atmosferica diminuisce con l'altitudine. Il gradiente di temperatura medio nella troposfera è di 0,6°C per 100 m La temperatura a diversi livelli di questo guscio è determinata dall'assorbimento della radiazione solare e dall'efficienza della convezione. Quasi tutta l'attività umana si svolge nella troposfera. Maggior parte montagne alte non andare oltre la troposfera, solo il trasporto aereo può attraversare il limite superiore di questo guscio a una piccola altezza ed essere nella stratosfera. Una grande percentuale di vapore acqueo è contenuta nella troposfera, che determina la formazione di quasi tutte le nubi. Inoltre, quasi tutti gli aerosol (polvere, fumo, ecc.) che si formano sulla superficie terrestre sono concentrati nella troposfera. Nello strato limite inferiore della troposfera si esprimono fluttuazioni giornaliere di temperatura e umidità dell'aria, la velocità del vento è solitamente ridotta (aumenta con l'altitudine). Nella troposfera esiste una divisione variabile della colonna d'aria in masse d'aria in direzione orizzontale, che differiscono per una serie di caratteristiche a seconda della zona e dell'area della loro formazione. Ai fronti atmosferici - i confini tra le masse d'aria - si formano cicloni e anticicloni, che determinano il tempo in una determinata area per un determinato periodo di tempo.

La stratosfera è lo strato dell'atmosfera tra la troposfera e la mesosfera. I limiti di questo strato vanno da 8-16 km a 50-55 km sopra la superficie terrestre. Nella stratosfera, la composizione gassosa dell'aria è approssimativamente la stessa della troposfera. Caratteristica distintiva– una diminuzione della concentrazione di vapore acqueo e un aumento del contenuto di ozono. Lo strato di ozono dell'atmosfera, che protegge la biosfera dagli effetti aggressivi della luce ultravioletta, si trova a un livello compreso tra 20 e 30 km. Nella stratosfera la temperatura sale con l'altezza, e i valori di temperatura sono determinati dalla radiazione solare, e non dalla convezione (movimenti delle masse d'aria), come nella troposfera. Il riscaldamento dell'aria nella stratosfera è dovuto all'assorbimento della radiazione ultravioletta da parte dell'ozono.

La mesosfera si estende al di sopra della stratosfera fino a un livello di 80 km. Questo strato dell'atmosfera è caratterizzato dal fatto che con l'aumentare dell'altezza la temperatura diminuisce da 0 ° C a - 90 ° C. Questa è la regione più fredda dell'atmosfera.

Sopra la mesosfera si trova la termosfera fino a un livello di 500 km. Dal confine con la mesosfera all'esosfera, la temperatura varia da circa 200 K a 2000 K. Fino a una quota di 500 km, la densità dell'aria diminuisce di diverse centinaia di migliaia di volte. La composizione relativa dei componenti atmosferici della termosfera è simile allo strato superficiale della troposfera, ma con l'aumentare dell'altitudine, più ossigeno passa allo stato atomico. Una certa proporzione di molecole e atomi della termosfera è in uno stato ionizzato e distribuita in più strati, sono uniti dal concetto di ionosfera. Le caratteristiche della termosfera variano in un ampio intervallo a seconda della latitudine geografica, della quantità di radiazione solare, del periodo dell'anno e del giorno.

Lo strato superiore dell'atmosfera è l'esosfera. Questo è lo strato più sottile dell'atmosfera. Nell'esosfera, i percorsi liberi medi delle particelle sono così vasti che le particelle possono sfuggire liberamente nello spazio interplanetario. La massa dell'esosfera è un decimilionesimo della massa totale dell'atmosfera. Il limite inferiore dell'esosfera è il livello di 450-800 km e il limite superiore è l'area in cui la concentrazione di particelle è la stessa dello spazio esterno, a diverse migliaia di chilometri dalla superficie terrestre. L'esosfera è costituita da plasma, un gas ionizzato. Anche nell'esosfera ci sono le cinture di radiazione del nostro pianeta.

Presentazione video - strati dell'atmosfera terrestre:

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Pianeta blu...

Questo argomento doveva apparire sul sito uno dei primi. Dopotutto, gli elicotteri sono velivoli atmosferici. L'atmosfera terrestre- il loro, per così dire, habitat :-). UN proprietà fisiche dell'aria basta determinare la qualità di questo habitat :-). Quindi questa è una delle basi. E la base è sempre scritta per prima. Ma l'ho capito solo adesso. Tuttavia, è meglio, come sai, tardi che mai ... Tocchiamo questo problema, ma senza addentrarci in difficoltà inutili :-).

COSÌ… L'atmosfera terrestre. Questo è il guscio gassoso del nostro pianeta blu. Tutti conoscono questo nome. Perché blu? Semplicemente perché la componente "blu" (così come blu e viola) della luce solare (spettro) è meglio diffusa nell'atmosfera, colorandola così di bluastro-bluastro, a volte con un accenno di viola (in una giornata di sole, ovviamente :-)) .

Composizione dell'atmosfera terrestre.

La composizione dell'atmosfera è piuttosto ampia. Non elencherò tutti i componenti nel testo, c'è una buona illustrazione per questo.La composizione di tutti questi gas è quasi costante, ad eccezione dell'anidride carbonica (CO 2 ). Inoltre, l'atmosfera contiene necessariamente acqua sotto forma di vapori, goccioline sospese o cristalli di ghiaccio. La quantità di acqua non è costante e dipende dalla temperatura e, in misura minore, dalla pressione dell'aria. Inoltre anche l'atmosfera terrestre (soprattutto quella attuale) contiene una certa quantità, direi "ogni sorta di sporcizia" :-). Questi sono SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, inoltre ci sono vapori di mercurio Hg. È vero, tutto questo è lì in piccole quantità, grazie a Dio :-).

L'atmosfera terrestreÈ consuetudine dividere in più zone che si susseguono in altezza sopra la superficie.

Il primo, più vicino alla terra, è la troposfera. Questo è lo strato più basso e, per così dire, principale per la vita. diverso tipo. Contiene l'80% della massa totale aria atmosferica(sebbene in volume costituisca solo l'1% circa dell'intera atmosfera) e circa il 90% di tutta l'acqua atmosferica. La maggior parte di tutti i venti, le nuvole, le piogge e le nevi 🙂 vengono da lì. La troposfera si estende ad altitudini di circa 18 km. latitudini tropicali e fino a 10 km in quelle polari. La temperatura dell'aria al suo interno scende con un aumento di circa 0,65º ogni 100 m.

zone atmosferiche.

La seconda zona è la stratosfera. Devo dire che un'altra zona ristretta si distingue tra la troposfera e la stratosfera: la tropopausa. Arresta la caduta di temperatura con l'altezza. La tropopausa ha uno spessore medio di 1,5-2 km, ma i suoi confini sono indistinti e la troposfera spesso si sovrappone alla stratosfera.

Quindi la stratosfera ha un'altezza media da 12 km a 50 km. La temperatura al suo interno rimane invariata fino a 25 km (circa -57ºС), quindi da qualche parte fino a 40 km sale a circa 0ºС e oltre fino a 50 km rimane invariata. La stratosfera è una parte relativamente tranquilla dell'atmosfera terrestre. Non ci sono praticamente condizioni meteorologiche avverse in esso. È nella stratosfera che si trova il famoso strato di ozono ad altitudini da 15-20 km a 55-60 km.

Questo è seguito da una piccola stratopausa di strato limite, in cui la temperatura rimane intorno a 0ºС, e quindi la zona successiva è la mesosfera. Si estende ad altitudini di 80-90 km, e al suo interno la temperatura scende a circa 80ºС. Nella mesosfera, di solito diventano visibili piccole meteore, che iniziano a brillare al suo interno e lì bruciano.

Il successivo spazio ristretto è la mesopausa e al di là di essa la zona della termosfera. La sua altezza è fino a 700-800 km. Qui la temperatura ricomincia a salire e ad altitudini di circa 300 km può raggiungere valori dell'ordine di 1200ºС. Successivamente, rimane costante. La ionosfera si trova all'interno della termosfera fino ad un'altezza di circa 400 km. Qui l'aria è fortemente ionizzata a causa dell'esposizione alla radiazione solare e ha un'elevata conduttività elettrica.

La prossima e, in generale, l'ultima zona è l'esosfera. Questa è la cosiddetta zona di dispersione. Qui sono presenti principalmente idrogeno ed elio molto rarefatti (con predominanza di idrogeno). Ad altitudini di circa 3000 km, l'esosfera passa nel vuoto dello spazio vicino.

È così da qualche parte. Perché circa? Perché questi strati sono piuttosto condizionali. Sono possibili vari cambiamenti di altitudine, composizione dei gas, acqua, temperatura, ionizzazione e così via. Inoltre, ci sono molti altri termini che definiscono la struttura e lo stato dell'atmosfera terrestre.

Ad esempio l'omosfera e l'eterosfera. Nella prima i gas atmosferici sono ben miscelati e la loro composizione è abbastanza omogenea. Il secondo si trova sopra il primo e praticamente non c'è tale miscelazione lì. I gas sono separati per gravità. Il confine tra questi strati si trova a un'altitudine di 120 km e si chiama turbopausa.

Finiamo con i termini, ma aggiungerò sicuramente che è convenzionalmente accettato che il confine dell'atmosfera si trovi ad un'altitudine di 100 km sul livello del mare. Questo confine è chiamato Linea Karman.

Aggiungerò altre due immagini per illustrare la struttura dell'atmosfera. Il primo, invece, è in tedesco, ma è completo e abbastanza facile da capire :-). Può essere ingrandito e ben considerato. Il secondo mostra il cambiamento della temperatura atmosferica con l'altitudine.

La struttura dell'atmosfera terrestre.

Variazione della temperatura dell'aria con l'altezza.

I moderni veicoli spaziali orbitali con equipaggio volano ad altitudini di circa 300-400 km. Tuttavia, questa non è più aviazione, anche se la regione, ovviamente, è dentro in un certo senso strettamente imparentato, e ne parleremo sicuramente :-).

La zona dell'aviazione è la troposfera. I moderni velivoli atmosferici possono anche volare negli strati inferiori della stratosfera. Ad esempio, il soffitto pratico del MIG-25RB è di 23000 m.

Volo nella stratosfera.

Ed esattamente proprietà fisiche dell'aria le troposfere determinano come sarà il volo, quanto sarà efficace il sistema di controllo dell'aeromobile, come lo influenzerà la turbolenza nell'atmosfera, come funzioneranno i motori.

La prima proprietà principale è temperatura dell'aria. Nella dinamica dei gas, può essere determinato sulla scala Celsius o sulla scala Kelvin.

Temperatura t1 ad una data altezza H sulla scala Celsius si determina:

t 1 \u003d t - 6,5N, Dove Tè la temperatura dell'aria al suolo.

Viene chiamata la temperatura sulla scala Kelvin temperatura assoluta Lo zero su questa scala è lo zero assoluto. Allo zero assoluto, il moto termico delle molecole si arresta. Lo zero assoluto sulla scala Kelvin corrisponde a -273º sulla scala Celsius.

Di conseguenza, la temperatura T in alto H sulla scala Kelvin è determinato:

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

Pressione dell'aria. La pressione atmosferica si misura in Pascal (N/m2), nel vecchio sistema di misura in atmosfere (atm.). Esiste anche una cosa come la pressione barometrica. Questa è la pressione misurata in millimetri di mercurio usando un barometro a mercurio. Pressione barometrica (pressione a livello del mare) pari a 760 mm Hg. Arte. chiamato standard. In fisica, 1 atm. appena pari a 760 mm Hg.

Densità dell'aria. In aerodinamica, il concetto più comunemente usato è la densità di massa dell'aria. Questa è la massa d'aria in 1 m3 di volume. La densità dell'aria cambia con l'altezza, l'aria diventa più rarefatta.

Umidità dell'aria. Mostra la quantità di acqua nell'aria. C'è un concetto" umidità relativa". Questo è il rapporto tra la massa di vapore acqueo e il massimo possibile a una data temperatura. Il concetto di 0%, cioè quando l'aria è completamente secca, può esistere in generale solo in laboratorio. D'altra parte, il 100% di umidità è abbastanza reale. Ciò significa che l'aria ha assorbito tutta l'acqua che poteva assorbire. Qualcosa come una "spugna piena". Un'umidità relativa elevata riduce la densità dell'aria, mentre un'umidità relativa bassa la aumenta di conseguenza.

A causa del fatto che i voli degli aerei avvengono in condizioni atmosferiche diverse, i loro parametri di volo e aerodinamici in una modalità di volo potrebbero essere diversi. Pertanto, per una corretta valutazione di questi parametri, abbiamo introdotto Atmosfera standard internazionale (ISA). Mostra il cambiamento dello stato dell'aria con l'aumento dell'altitudine.

I parametri principali dello stato dell'aria a zero umidità sono presi come:

pressione P = 760 mm Hg. Arte. (101,3kPa);

temperatura t = +15°C (288 K);

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

Per l'ISA, si presume (come detto sopra :-)) che la temperatura nella troposfera scenda di 0,65º per ogni 100 metri di altitudine.

Atmosfera standard (esempio fino a 10000 m).

Le tabelle ISA vengono utilizzate per la calibrazione degli strumenti, nonché per i calcoli di navigazione e ingegneristici.

Proprietà fisiche dell'aria includono anche concetti come inerzia, viscosità e compressibilità.

L'inerzia è una proprietà dell'aria che caratterizza la sua capacità di resistere alle variazioni dello stato di quiete o di moto rettilineo uniforme. . La misura dell'inerzia è la densità di massa dell'aria. Più è alto, maggiore è l'inerzia e la forza di trascinamento del mezzo quando l'aereo si muove al suo interno.

Viscosità. Determina la resistenza di attrito contro l'aria quando il velivolo si muove.

La compressibilità misura la variazione della densità dell'aria al variare della pressione. A basse velocità del velivolo (fino a 450 km/h), non vi è alcun cambiamento di pressione quando il flusso d'aria lo circonda, ma ad alte velocità inizia a manifestarsi l'effetto della compressibilità. La sua influenza sul supersonico è particolarmente pronunciata. Questa è un'area separata di aerodinamica e un argomento per un articolo separato :-).

Bene, sembra che per ora sia tutto ... È ora di finire questa enumerazione un po 'noiosa, di cui però non si può fare a meno :-). L'atmosfera terrestre, i suoi parametri, proprietà fisiche dell'aria sono importanti per l'aereo quanto i parametri dell'apparato stesso, ed era impossibile non menzionarli.

Per ora, fino ai prossimi incontri e argomenti più interessanti 🙂 …

P.S. Per dessert, suggerisco di guardare un video girato dall'abitacolo di un gemello MIG-25PU durante il suo volo nella stratosfera. Filmato, a quanto pare, da un turista che ha soldi per tali voli :-). Sparato per lo più attraverso Parabrezza. Nota il colore del cielo...

Lo spessore dell'atmosfera è di circa 120 km dalla superficie terrestre. La massa totale di aria nell'atmosfera è (5.1-5.3) 10 18 kg. Di questi, la massa di aria secca è 5,1352 ± 0,0003 10 18 kg, la massa totale di vapore acqueo è in media 1,27 10 16 kg.

tropopausa

Lo strato di transizione dalla troposfera alla stratosfera, lo strato dell'atmosfera in cui si arresta la diminuzione della temperatura con l'altezza.

Stratosfera

Lo strato dell'atmosfera situato a un'altitudine compresa tra 11 e 50 km. Un leggero cambiamento di temperatura nello strato di 11-25 km (strato inferiore della stratosfera) e il suo aumento nello strato di 25-40 km da -56,5 a 0,8 ° (stratosfera superiore o regione di inversione) sono tipici. Raggiunto un valore di circa 273 K (quasi 0 °C) ad una quota di circa 40 km, la temperatura si mantiene costante fino ad una quota di circa 55 km. Questa regione a temperatura costante è chiamata stratopausa ed è il confine tra la stratosfera e la mesosfera.

Stratopausa

Lo strato limite dell'atmosfera tra la stratosfera e la mesosfera. C'è un massimo nella distribuzione verticale della temperatura (circa 0 °C).

Mesosfera

L'atmosfera terrestre

Limite dell'atmosfera terrestre

Termosfera

Il limite superiore è di circa 800 km. La temperatura sale a quote di 200-300 km, dove raggiunge valori dell'ordine di 1500 K, dopodiché rimane pressoché costante fino a quote elevate. Sotto l'influenza della radiazione solare ultravioletta e dei raggi X e della radiazione cosmica, l'aria viene ionizzata ("luci polari"): le principali regioni della ionosfera si trovano all'interno della termosfera. Ad altitudini superiori a 300 km predomina l'ossigeno atomico. Il limite superiore della termosfera è in gran parte determinato dall'attuale attività del Sole. Durante i periodi di bassa attività, ad esempio nel 2008-2009, si verifica una notevole diminuzione delle dimensioni di questo strato.

Termopausa

La regione dell'atmosfera sopra la termosfera. In questa regione l'assorbimento della radiazione solare è insignificante e la temperatura non cambia effettivamente con l'altezza.

Esosfera (sfera di dispersione)

Fino a un'altezza di 100 km, l'atmosfera è una miscela di gas omogenea e ben miscelata. Negli strati più alti, la distribuzione dei gas in altezza dipende dalle loro masse molecolari, la concentrazione dei gas più pesanti diminuisce più velocemente con la distanza dalla superficie terrestre. A causa della diminuzione della densità del gas, la temperatura scende da 0 °C nella stratosfera a -110 °C nella mesosfera. Tuttavia, l'energia cinetica delle singole particelle ad altitudini di 200–250 km corrisponde a una temperatura di ~150 °C. Al di sopra dei 200 km si osservano significative fluttuazioni di temperatura e densità del gas nel tempo e nello spazio.

Ad un'altitudine di circa 2000-3500 km, l'esosfera passa gradualmente nella cosiddetta vicino al vuoto spaziale, che è pieno di particelle altamente rarefatte di gas interplanetario, principalmente atomi di idrogeno. Ma questo gas è solo una parte della materia interplanetaria. L'altra parte è composta da particelle simili a polvere di origine cometaria e meteorica. Oltre a particelle simili a polvere estremamente rarefatte, in questo spazio penetrano radiazioni elettromagnetiche e corpuscolari di origine solare e galattica.

La troposfera rappresenta circa l'80% della massa dell'atmosfera, la stratosfera circa il 20%; la massa della mesosfera non supera lo 0,3%, la termosfera è inferiore allo 0,05% della massa totale dell'atmosfera. Sulla base delle proprietà elettriche nell'atmosfera, si distinguono la neutrosfera e la ionosfera. Attualmente si ritiene che l'atmosfera si estenda ad un'altitudine di 2000-3000 km.

A seconda della composizione del gas nell'atmosfera, emettono omosfera E eterosfera. eterosfera- questa è un'area in cui la gravità influisce sulla separazione dei gas, poiché la loro miscelazione a tale altezza è trascurabile. Di qui segue la composizione variabile dell'eterosfera. Al di sotto si trova una parte omogenea e ben mescolata dell'atmosfera, chiamata omosfera. Il confine tra questi strati si chiama turbopausa, si trova ad un'altitudine di circa 120 km.

Fisiologiche e altre proprietà dell'atmosfera

Già a un'altitudine di 5 km sul livello del mare, una persona non allenata sviluppa carenza di ossigeno e, senza adattamento, le prestazioni di una persona si riducono notevolmente. Qui finisce la zona fisiologica dell'atmosfera. La respirazione umana diventa impossibile a un'altitudine di 9 km, sebbene fino a circa 115 km l'atmosfera contenga ossigeno.

L'atmosfera ci fornisce l'ossigeno di cui abbiamo bisogno per respirare. Tuttavia, a causa del calo della pressione totale dell'atmosfera man mano che si sale in quota, anche la pressione parziale dell'ossigeno diminuisce di conseguenza.

Negli strati d'aria rarefatti la propagazione del suono è impossibile. Fino ad altitudini di 60-90 km, è ancora possibile utilizzare la resistenza dell'aria e la portanza per il volo aerodinamico controllato. Ma a partire da altitudini di 100-130 km, i concetti del numero M e della barriera del suono familiari a ogni pilota perdono di significato: passa la linea condizionale di Karman, oltre la quale inizia l'area di volo prettamente balistico, che può essere controllato solo utilizzando forze reattive.

Ad altitudini superiori a 100 km, l'atmosfera è anche privata di un'altra notevole proprietà: la capacità di assorbire, condurre e trasferire energia termica per convezione (cioè mediante miscelazione dell'aria). Ciò significa che vari elementi di equipaggiamento, equipaggiamento della stazione spaziale orbitale non potranno essere raffreddati dall'esterno come avviene di solito su un aereo, con l'aiuto di getti d'aria e radiatori d'aria. A tale altezza, come nello spazio in generale, l'unico modo per trasferire il calore è la radiazione termica.

Storia della formazione dell'atmosfera

Secondo la teoria più comune, l'atmosfera terrestre ha avuto nel tempo tre diverse composizioni. Inizialmente, era costituito da gas leggeri (idrogeno ed elio) catturati dallo spazio interplanetario. Questo cosiddetto atmosfera primaria(circa quattro miliardi di anni fa). Nella fase successiva, l'attività vulcanica attiva ha portato alla saturazione dell'atmosfera con gas diversi dall'idrogeno (anidride carbonica, ammoniaca, vapore acqueo). Questo è come atmosfera secondaria(circa tre miliardi di anni prima dei nostri giorni). Questa atmosfera era rigenerante. Inoltre, il processo di formazione dell'atmosfera è stato determinato dai seguenti fattori:

• fuoriuscita di gas leggeri (idrogeno ed elio) nello spazio interplanetario;
• reazioni chimiche che si verificano nell'atmosfera sotto l'influenza di radiazioni ultraviolette, scariche di fulmini e altri fattori.

A poco a poco, questi fattori hanno portato alla formazione atmosfera terziaria, caratterizzato da un contenuto molto inferiore di idrogeno e da un contenuto molto più elevato di azoto e anidride carbonica (formato a seguito di reazioni chimiche da ammoniaca e idrocarburi).

Azoto

La formazione di una grande quantità di azoto N 2 è dovuta all'ossidazione dell'atmosfera ammoniaca-idrogeno da parte dell'ossigeno molecolare O 2, che ha iniziato a provenire dalla superficie del pianeta a seguito della fotosintesi, a partire da 3 miliardi di anni fa. L'azoto N 2 viene anche rilasciato nell'atmosfera a seguito della denitrificazione di nitrati e altri composti contenenti azoto. L'azoto viene ossidato dall'ozono a NO strati superiori atmosfera.

L'azoto N 2 entra in reazioni solo in condizioni specifiche (ad esempio durante una scarica di fulmini). L'ossidazione dell'azoto molecolare da parte dell'ozono durante le scariche elettriche viene utilizzata in piccole quantità nella produzione industriale di fertilizzanti azotati. Ossidalo con un basso consumo energetico e convertilo in biologico forma attiva possono cianobatteri (alghe blu-verdi) e batteri noduli che formano una simbiosi rizobica con i legumi, i cosiddetti. sovescio.

Ossigeno

La composizione dell'atmosfera iniziò a cambiare radicalmente con l'avvento degli organismi viventi sulla Terra, a seguito della fotosintesi, accompagnata dal rilascio di ossigeno e dall'assorbimento di anidride carbonica. Inizialmente, l'ossigeno veniva speso per l'ossidazione di composti ridotti: ammoniaca, idrocarburi, la forma ferrosa del ferro contenuto negli oceani, ecc. Al termine di questa fase, il contenuto di ossigeno nell'atmosfera iniziò a crescere. A poco a poco, si è formata un'atmosfera moderna con proprietà ossidanti. Poiché ciò ha causato cambiamenti gravi e improvvisi in molti processi che si verificano nell'atmosfera, nella litosfera e nella biosfera, questo evento è stato chiamato la catastrofe dell'ossigeno.

gas nobili

Inquinamento dell'aria

IN Ultimamente l'uomo iniziò a influenzare l'evoluzione dell'atmosfera. Il risultato delle sue attività fu un costante e significativo aumento del contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera dovuto alla combustione di idrocarburi accumulati in epoche geologiche precedenti. Enormi quantità di CO 2 vengono consumate durante la fotosintesi e assorbite dagli oceani del mondo. Questo gas entra nell'atmosfera attraverso la decomposizione delle rocce carbonatiche e materia organica di origine vegetale e animale, nonché dovute al vulcanismo e alle attività produttive umane. Negli ultimi 100 anni, il contenuto di CO 2 nell'atmosfera è aumentato del 10%, con la maggior parte (360 miliardi di tonnellate) proveniente dalla combustione di carburanti. Se il tasso di crescita della combustione del carburante continua, nei prossimi 200-300 anni la quantità di CO 2 nell'atmosfera raddoppierà e potrebbe portare al cambiamento climatico globale.

La combustione del carburante è la principale fonte di gas inquinanti (СО,, SO 2). L'anidride solforosa viene ossidata dall'ossigeno atmosferico in SO 3 nell'atmosfera superiore, che a sua volta interagisce con il vapore acqueo e l'ammoniaca, e l'acido solforico risultante (H 2 SO 4) e il solfato di ammonio ((NH 4) 2 SO 4) ritornano a la superficie della Terra sotto forma di un cosiddetto. pioggia acida. L'uso di motori a combustione interna comporta un notevole inquinamento atmosferico con ossidi di azoto, idrocarburi e composti di piombo (piombo tetraetile Pb (CH 3 CH 2) 4)).

L'inquinamento da aerosol dell'atmosfera è dovuto sia a cause naturali (eruzioni vulcaniche, tempeste di sabbia, acqua di mare e polline delle piante, ecc.) e l'attività economica umana (estrazione di minerali e materiali da costruzione, combustione di combustibili, produzione di cemento, ecc.). L'intensa rimozione su larga scala di particelle solide nell'atmosfera è una delle possibili cause del cambiamento climatico sul pianeta.

Guarda anche

• Jacchia (modello atmosfera)

Appunti

Collegamenti

Letteratura

1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov"Biologia spaziale e medicina" (2a edizione, rivista e integrata), M.: "Prosveshchenie", 1975, 223 pagine.
2. N. V. Gusakova"Chimica ambiente", Rostov sul Don: Phoenix, 2004, 192 con ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V.A. Geochimica dei gas naturali, M., 1971;
4. McEwen M, Phillips L. Chimica dell'atmosfera, M., 1978;
5. Wark K., Warner S. Inquinamento dell'aria. Fonti e controllo, trad. dall'inglese, M.. 1980;
6. Monitoraggio dell'inquinamento di fondo ambienti naturali. v. 1, L., 1982.

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