Atmosfera stratosfera troposfera kas ten toliau. Žemės atmosfera

Atmosferos sudėtis. Mūsų planetos oro apvalkalas - atmosfera apsaugo žemės paviršių nuo žalingo Saulės ultravioletinės spinduliuotės poveikio gyviems organizmams. Jis taip pat apsaugo Žemę nuo kosminių dalelių – dulkių ir meteoritų.

Atmosferą sudaro mechaninis dujų mišinys: 78% jos tūrio yra azotas, 21% - deguonis, mažiau nei 1% - helis, argonas, kriptonas ir kitos inertinės dujos. Deguonies ir azoto kiekis ore praktiškai nekinta, nes azotas beveik nesijungia su kitomis medžiagomis, o deguonis, kuris, nors ir labai aktyvus ir eikvojamas kvėpavimui, oksidacijai ir degimui, nuolat pasipildo augalų.

Iki maždaug 100 km aukščio šių dujų procentas praktiškai nesikeičia. Taip yra dėl to, kad oras nuolat maišomas.

Be šių dujų atmosferoje yra apie 0,03% anglies dvideginio, kuris dažniausiai telkiasi prie žemės paviršiaus ir pasiskirsto netolygiai: miestuose, pramonės centruose ir vulkaninės veiklos zonose jo kiekis didėja.

Atmosferoje visada yra tam tikras kiekis priemaišų – vandens garų ir dulkių. Vandens garų kiekis priklauso nuo oro temperatūros: kuo aukštesnė temperatūra, tuo daugiau garų sulaiko oras. Dėl ore esančio vandens garų galimi atmosferos reiškiniai, tokie kaip vaivorykštės, saulės šviesos lūžimas ir kt.

Dulkės į atmosferą patenka ugnikalnių išsiveržimų, smėlio ir dulkių audrų metu, nepilnai degant kurui šiluminėse elektrinėse ir kt.

Atmosferos struktūra. Atmosferos tankis kinta didėjant aukščiui: didžiausias jis yra Žemės paviršiuje, o kylant aukštyn mažėja. Taigi 5,5 km aukštyje atmosferos tankis yra 2 kartus, o 11 km aukštyje - 4 kartus mažesnis nei paviršiniame sluoksnyje.

Atsižvelgiant į dujų tankį, sudėtį ir savybes, atmosfera skirstoma į penkis koncentrinius sluoksnius (34 pav.).

Ryžiai. 34. Vertikali atmosferos dalis (atmosferos stratifikacija)

1. Apatinis sluoksnis vadinamas troposfera. Jo viršutinė riba eina 8-10 km aukštyje ties ašigaliais ir 16-18 km ties pusiauju. Troposferoje yra iki 80% visos atmosferos masės ir beveik visi vandens garai.

Oro temperatūra troposferoje didėjant aukščiui mažėja 0,6 °C kas 100 m, o viršutinėje jos riboje yra –45–55 °C.

Oras troposferoje nuolat maišomas, juda įvairiomis kryptimis. Tik čia stebimas rūkas, lietus, sninga, perkūnija, audros ir kt. oro sąlygos.

2. Aukščiau yra stratosfera, kuris tęsiasi iki 50-55 km aukščio. Oro tankis ir slėgis stratosferoje yra nereikšmingi. Išretintas oras susideda iš tų pačių dujų kaip ir troposferoje, tačiau jame yra daugiau ozono. Didžiausia ozono koncentracija stebima 15-30 km aukštyje. Stratosferos temperatūra kyla didėjant aukščiui ir pasiekia 0 °C ar daugiau viršutinėje jos riboje. Taip yra dėl to, kad ozonas sugeria trumpabangią saulės energijos dalį, dėl to oras įkaista.

3. Virš stratosferos yra mezosfera, besitęsiantis iki 80 km aukščio. Jame temperatūra vėl nukrenta ir pasiekia -90 ° C. Oro tankis ten yra 200 kartų mažesnis nei Žemės paviršiuje.

4. Virš mezosferos yra termosfera(nuo 80 iki 800 km). Temperatūra šiame sluoksnyje pakyla: 150 km aukštyje iki 220 °C; aukštyje nuo 600 km iki 1500 °C. Atmosferos dujos (azotas ir deguonis) yra jonizuotos būsenos. Veikiant trumpųjų bangų saulės spinduliuotei, atskiri elektronai atsiskiria nuo atomų apvalkalo. Dėl to šiame sluoksnyje - jonosfera atsiranda įkrautų dalelių sluoksniai. Tankiausias jų sluoksnis yra 300-400 km aukštyje. Dėl mažo tankio saulės spinduliai ten neišsisklaido, todėl dangus juodas, jame ryškiai šviečia žvaigždės ir planetos.

Jonosferoje yra poliarinės šviesos, susidaro galingos elektros srovės, kurios sukelia Žemės magnetinio lauko trikdžius.

5. Virš 800 km išorinis apvalkalas yra - egzosfera. Atskirų dalelių judėjimo greitis egzosferoje artėja prie kritinio – 11,2 mm/s, todėl atskiros dalelės gali įveikti Žemės gravitaciją ir ištrūkti į pasaulio erdvę.

Atmosferos vertė. Atmosferos vaidmuo mūsų planetos gyvenime yra išskirtinai didelis. Be jo Žemė būtų mirusi. Atmosfera apsaugo Žemės paviršių nuo intensyvaus įkaitimo ir atšalimo. Jo įtaką galima prilyginti stiklo vaidmeniui šiltnamiuose: įsileisti saulės spindulius ir neleisti šilumai ištrūkti.

Atmosfera saugo gyvus organizmus nuo trumpųjų bangų ir korpuskulinės Saulės spinduliuotės. Atmosfera yra aplinka, kurioje vyksta oro reiškiniai, su kuria visi žmogaus veikla. Šio apvalkalo tyrimas atliekamas meteorologijos stotyse. Dieną ir naktį bet kokiu oru meteorologai stebi žemutinės atmosferos sluoksnių būklę. Keturis kartus per dieną, o daugelyje stočių kas valandą matuoja temperatūrą, slėgį, oro drėgmę, fiksuoja debesuotumą, vėjo kryptį ir greitį, kritulius, elektros ir garso reiškinius atmosferoje. Meteorologijos stotys yra visur: Antarktidoje ir atogrąžų miškuose, aukštuose kalnuose ir didžiulėse tundros erdvėse. Vandenynuose taip pat atliekami stebėjimai iš specialiai pastatytų laivų.

Nuo 30-ųjų. 20 amžiaus stebėjimai prasidėjo laisvoje atmosferoje. Jie pradėjo paleisti radiozondus, kurie kyla į 25-35 km aukštį, o radijo aparatūros pagalba į Žemę perduoda informaciją apie temperatūrą, slėgį, oro drėgmę ir vėjo greitį. Šiais laikais plačiai naudojamos ir meteorologinės raketos bei palydovai. Pastarosiose įrengtos televizijos instaliacijos, perduodančios žemės paviršiaus ir debesų vaizdus.

| |
5. Oro apvalkalas žemės§ 31. Atmosferos šildymas

Reikia pasakyti, kad Žemės atmosferos struktūra ir sudėtis ne visada buvo pastovios vertybės vienu ar kitu mūsų planetos vystymosi laikotarpiu. Šiandien vertikalią šio elemento struktūrą, kurios bendras „storis“ yra 1,5–2,0 tūkst. km, vaizduoja keli pagrindiniai sluoksniai, įskaitant:

1. Troposfera.
2. tropopauzė.
3. Stratosfera.
4. Stratopauzė.
5. mezosfera ir mezopauzė.
6. Termosfera.
7. egzosfera.

Pagrindiniai atmosferos elementai

Troposfera yra sluoksnis, kuriame stiprios vertikalios ir horizontalūs judesiai, būtent čia oras, kritulių reiškiniai, klimato sąlygos. Jis tęsiasi 7-8 kilometrus nuo planetos paviršiaus beveik visur, išskyrus poliarinius regionus (ten - iki 15 km). Troposferoje temperatūra palaipsniui mažėja, maždaug 6,4 ° C su kiekvienu aukščio kilometru. Skirtingose ​​platumose ir metų laikais šis skaičius gali skirtis.

Žemės atmosferos sudėtis šioje dalyje pavaizduota šiais elementais ir jų procentais:

Azoto – apie 78 proc.;

Deguonis – beveik 21 proc.;

argonas – apie vieną procentą;

Anglies dioksidas – mažiau nei 0,05 proc.

Viena kompozicija iki 90 kilometrų aukščio

Be to, čia galima rasti dulkių, vandens lašelių, vandens garų, degimo produktų, ledo kristalų, jūros druskų, daug aerozolių dalelių ir kt.. Tokia Žemės atmosferos sudėtis stebima iki maždaug devyniasdešimties kilometrų aukščio, todėl oras cheminė sudėtis yra maždaug tokia pati ne tik troposferoje, bet ir viršutiniuose sluoksniuose. Tačiau ten atmosfera iš esmės kitokia. fizines savybes. Sluoksnis, turintis bendrą cheminę sudėtį, vadinamas homosfera.

Kokie kiti elementai yra Žemės atmosferoje? Procentais (pagal tūrį, sausame ore) tokios dujos kaip kriptonas (apie 1,14 x 10 -4), ksenonas (8,7 x 10 -7), vandenilis (5,0 x 10 -5), metanas (apie 1,7 x 10 - 4), azoto oksidas (5,0 x 10 -5) ir kt. Pagal išvardintų komponentų masės procentą daugiausia yra azoto oksido ir vandenilio, po to seka helis, kriptonas ir kt.

Skirtingų atmosferos sluoksnių fizinės savybės

Fizinės troposferos savybės yra glaudžiai susijusios su jos prisirišimu prie planetos paviršiaus. Iš čia atspindėta saulės šiluma infraraudonųjų spindulių pavidalu siunčiama atgal, įskaitant šilumos laidumo ir konvekcijos procesus. Štai kodėl temperatūra krenta didėjant atstumui nuo žemės paviršiaus. Šis reiškinys stebimas iki stratosferos aukščio (11-17 kilometrų), tada temperatūra praktiškai nekinta iki 34-35 km, o tada vėl temperatūra pakyla iki 50 kilometrų aukščio ( viršutinė stratosferos riba). Tarp stratosferos ir troposferos yra plonas tarpinis tropopauzės sluoksnis (iki 1-2 km), kuriame virš pusiaujo stebima pastovi temperatūra - apie minus 70 ° C ir žemiau. Virš ašigalių tropopauzė vasarą „įšyla“ iki minus 45°C, žiemą temperatūra čia svyruoja apie –65°C.

Žemės atmosferos dujų sudėtis apima tokį svarbų elementą kaip ozonas. Prie paviršiaus jo yra palyginti nedaug (nuo dešimties iki minus šeštosios procento galios), nes dujos susidaro veikiamos saulės spindulių iš atominio deguonies viršutinėse atmosferos dalyse. Visų pirma, didžioji ozono dalis yra maždaug 25 km aukštyje, o visas „ozono ekranas“ yra 7–8 km atstumu nuo ašigalių, nuo 18 km ties pusiauju ir iki penkiasdešimties kilometrų. apskritai virš planetos paviršiaus.

Atmosfera saugo nuo saulės spindulių

Oro sudėtis Žemės atmosferoje vaidina labai svarbų vaidmenį išsaugant gyvybę, nes ji yra individuali cheminiai elementai ir kompozicijos sėkmingai apriboja saulės spinduliuotės patekimą į žemės paviršių ir jame gyvenančius žmones, gyvūnus ir augalus. Pavyzdžiui, vandens garų molekulės efektyviai sugeria beveik visus infraraudonųjų spindulių diapazonus, išskyrus ilgius nuo 8 iki 13 mikronų. Ozonas, priešingai, sugeria ultravioletinius spindulius iki 3100 A bangos ilgio. Be plono jo sluoksnio (vidutiniškai 3 mm, jei jis yra planetos paviršiuje), tik vanduo, esantis daugiau nei 10 metrų gylyje, ir požeminiai urvai, ten, kur saulės spinduliai nepasiekia, gali būti apgyvendinti.

Nulis Celsijaus stratopauzėje

Tarp kitų dviejų atmosferos lygių – stratosferos ir mezosferos – yra nuostabus sluoksnis – stratopauzė. Ji maždaug atitinka ozono maksimumų aukštį ir čia stebima gana patogi žmogui temperatūra – apie 0°C. Virš stratopauzės, mezosferoje (prasideda kažkur 50 km aukštyje ir baigiasi 80-90 km aukštyje), temperatūra vėl nukrenta didėjant atstumui nuo Žemės paviršiaus (iki minus 70-80 °). C). Mezosferoje meteorai dažniausiai visiškai perdega.

Termosferoje - plius 2000 K!

Žemės atmosferos cheminė sudėtis termosferoje (prasideda po mezopauzės nuo maždaug 85–90–800 km aukščio) lemia tokio reiškinio, kaip laipsniškas labai išretėjusio „oro“ sluoksnių kaitinimas saulės spindulių įtakoje, galimybę. radiacija. Šioje planetos „oro antklodės“ dalyje susidaro nuo 200 iki 2000 K temperatūra, kuri gaunama dėl deguonies jonizacijos (virš 300 km yra atominis deguonis), taip pat deguonies atomų rekombinacija į molekules. , lydimas didelio šilumos kiekio išsiskyrimo. Termosfera yra ta vieta, kur atsiranda auroros.

Virš termosferos yra egzosfera – išorinis atmosferos sluoksnis, iš kurio į kosmosą gali ištrūkti lengvi ir greitai judantys vandenilio atomai. Žemės atmosferos cheminę sudėtį čia labiau atspindi atskiri deguonies atomai apatiniuose sluoksniuose, helio atomai viduryje ir beveik vien vandenilio atomai viršutiniuose sluoksniuose. Čia vyrauja aukšta temperatūra – apie 3000 K ir nėra atmosferos slėgio.

Kaip susidarė žemės atmosfera?

Tačiau, kaip minėta aukščiau, planeta ne visada turėjo tokią atmosferos sudėtį. Iš viso yra trys šio elemento kilmės sąvokos. Pirmoji hipotezė daro prielaidą, kad atmosfera buvo paimta akrecijos procese iš protoplanetinio debesies. Tačiau šiandien ši teorija susilaukia didelės kritikos, nes tokią pirminę atmosferą turėjo sunaikinti saulės „vėjas“ iš mūsų planetos sistemos žvaigždės. Be to, daroma prielaida, kad lakieji elementai negalėjo likti tokių planetų formavimosi zonoje kaip antžeminė grupė dėl per aukštos temperatūros.

Pirminės Žemės atmosferos sudėtis, kaip rodo antroji hipotezė, galėjo susidaryti dėl aktyvaus paviršiaus bombardavimo asteroidų ir kometų, atvykusių iš apylinkių. saulės sistema ankstyvose vystymosi stadijose. Gana sunku patvirtinti ar paneigti šią koncepciją.

Eksperimentuokite IDG RAS

Labiausiai tikėtina yra trečioji hipotezė, kuri mano, kad atmosfera atsirado dėl dujų išsiskyrimo iš žemės plutos mantijos maždaug prieš 4 milijardus metų. Ši koncepcija buvo išbandyta Rusijos mokslų akademijos Geologijos ir geochemijos institute atliekant eksperimentą „Tsarev 2“, kai meteorinės medžiagos mėginys buvo kaitinamas vakuume. Tada buvo užfiksuotas dujų, tokių kaip H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 ir kt., išsiskyrimas. Todėl mokslininkai pagrįstai manė, kad pirminės Žemės atmosferos cheminė sudėtis apima vandenį ir anglies dioksidą, vandenilio fluorido garus. (HF), anglies monoksido dujos (CO), vandenilio sulfidas (H 2 S), azoto junginiai, vandenilis, metanas (CH 4), amoniako garai (NH 3), argonas ir kt. Pirminės atmosferos vandens garai dalyvavo Formuojantis hidrosferai, anglies dioksidas buvo labiau surištas organinėse medžiagose ir uolienose, azotas pateko į šiuolaikinio oro sudėtį, taip pat vėl į nuosėdines uolienas ir organines medžiagas.

Pirminės Žemės atmosferos sudėtis to neleistų šiuolaikiniai žmonės būti jame be kvėpavimo aparato, nes tada nebuvo reikiamo deguonies kiekio. Šis elementas atsirado dideliais kiekiais prieš pusantro milijardo metų, kaip manoma, dėl fotosintezės proceso mėlynai žaliose ir kituose dumbliuose, kurie yra seniausi mūsų planetos gyventojai.

Deguonies minimumas

Tai, kad Žemės atmosferos sudėtis iš pradžių buvo beveik beanoksinė, rodo tai, kad seniausiose (Katarchėjos) uolienose randamas lengvai oksiduojantis, bet neoksiduojamas grafitas (anglis). Vėliau atsirado vadinamosios juostinės geležies rūdos, apimančios praturtintų geležies oksidų tarpsluoksnius, o tai reiškia galingo molekulinės formos deguonies šaltinio atsiradimą planetoje. Tačiau šie elementai pasitaikydavo tik periodiškai (galbūt tie patys dumbliai ar kiti deguonies gamintojai pasirodydavo kaip mažos salelės anoksinėje dykumoje), o likęs pasaulis buvo anaerobinis. Pastarąjį pagrindžia faktas, kad lengvai oksiduojamas piritas buvo rastas akmenukų pavidalu, apdorotas srautu be pėdsakų. cheminės reakcijos. Kadangi tekantis vanduo negali būti blogai aeruojamas, susiformavo nuomonė, kad ikikambro atmosferoje buvo mažiau nei vienas procentas dabartinės sudėties deguonies.

Revoliucinis oro sudėties pokytis

Maždaug proterozojaus viduryje (prieš 1,8 milijardo metų) įvyko „deguonies revoliucija“, kai pasaulis perėjo prie aerobinio kvėpavimo, kurio metu iš vienos maistinės medžiagos molekulės (gliukozės) galima gauti 38, o ne dvi (kaip su anaerobinis kvėpavimas) energijos vienetai. Žemės atmosferos sudėtis deguonies atžvilgiu pradėjo viršyti vieną procentą šiuolaikinės, ėmė formuotis ozono sluoksnis, apsaugantis organizmus nuo radiacijos. Būtent nuo jos „paslėpė“ po storais lukštais, pavyzdžiui, tokius senovinius gyvūnus kaip trilobitai. Nuo tada iki mūsų laikų pagrindinio „kvėpavimo“ elemento turinys palaipsniui ir lėtai didėjo, todėl planetoje vystėsi įvairios gyvybės formos.

Žemės atmosfera yra dujinis mūsų planetos apvalkalas. Apatinė jo riba eina žemės plutos ir hidrosferos lygyje, o viršutinė – į artimą Žemės erdvę. Atmosferoje yra apie 78% azoto, 20% deguonies, iki 1% argono, anglies dioksido, vandenilio, helio, neono ir kai kurių kitų dujų.

Šis žemės apvalkalas pasižymi aiškiai apibrėžtu sluoksniuotumu. Atmosferos sluoksnius lemia vertikalus temperatūros pasiskirstymas ir skirtingas dujų tankis skirtinguose jos lygiuose. Yra tokie Žemės atmosferos sluoksniai: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera, egzosfera. Atskirai išskiriama jonosfera.

Iki 80% visos atmosferos masės sudaro troposfera – apatinis paviršinis atmosferos sluoksnis. Troposfera poliarinėse zonose yra iki 8-10 km aukštyje virš žemės paviršiaus, atogrąžų zonoje - iki 16-18 km. Tarp troposferos ir viršutinės stratosferos yra tropopauzė – pereinamasis sluoksnis. Troposferoje temperatūra mažėja didėjant aukščiui, o atmosferos slėgis mažėja didėjant aukščiui. Vidutinis temperatūros gradientas troposferoje yra 0,6°C 100 m. Temperatūrą skirtinguose šio apvalkalo lygiuose lemia saulės spinduliuotės sugertis ir konvekcijos efektyvumas. Beveik visa žmogaus veikla vyksta troposferoje. Dauguma aukšti kalnai neperžengti troposferos ribų, tik oro transportas gali kirsti viršutinę šio apvalkalo ribą iki nedidelio aukščio ir būti stratosferoje. Didelė dalis vandens garų yra troposferoje, o tai lemia beveik visų debesų susidarymą. Taip pat beveik visi žemės paviršiuje susidarantys aerozoliai (dulkės, dūmai ir kt.) yra susitelkę troposferoje. Ribiniame apatiniame troposferos sluoksnyje išreiškiami paros temperatūros ir oro drėgmės svyravimai, vėjo greitis dažniausiai sumažėja (didėja didėjant aukščiui). Troposferoje yra kintamas oro stulpelio padalijimas į oro mases horizontalia kryptimi, kurios skiriasi daugybe savybių, priklausomai nuo zonos ir jų susidarymo srities. Atmosferos frontuose – ribose tarp oro masių – susidaro ciklonai ir anticiklonai, kurie tam tikram laikui nulemia orus tam tikroje vietovėje.

Stratosfera yra atmosferos sluoksnis tarp troposferos ir mezosferos. Šio sluoksnio ribos svyruoja nuo 8-16 km iki 50-55 km virš Žemės paviršiaus. Stratosferoje oro dujų sudėtis yra maždaug tokia pati kaip troposferoje. Išskirtinis bruožas– vandens garų koncentracijos sumažėjimas ir ozono kiekio padidėjimas. Atmosferos ozono sluoksnis, apsaugantis biosferą nuo agresyvaus ultravioletinių spindulių poveikio, yra 20–30 km aukštyje. Stratosferoje temperatūra kyla didėjant aukščiui, o temperatūros dydžius lemia saulės spinduliuotė, o ne konvekcija (oro masių judėjimas), kaip troposferoje. Oro šildymas stratosferoje atsiranda dėl ultravioletinių spindulių sugerties ozonu.

Mezosfera tęsiasi virš stratosferos iki 80 km lygio. Šiam atmosferos sluoksniui būdinga tai, kad kylant aukščiui temperatūra nukrenta nuo 0 ° C iki - 90 ° C. Tai šalčiausias atmosferos regionas.

Virš mezosferos yra termosfera iki 500 km aukščio. Nuo sienos su mezosfera iki egzosferos temperatūra svyruoja nuo maždaug 200 K iki 2000 K. Iki 500 km lygio oro tankis sumažėja kelis šimtus tūkstančių kartų. Santykinė termosferos atmosferos komponentų sudėtis yra panaši į paviršinį troposferos sluoksnį, tačiau didėjant aukščiui į atominę būseną patenka daugiau deguonies. Tam tikra termosferos molekulių ir atomų dalis yra jonizuotos būsenos ir pasiskirstę keliais sluoksniais, jas vienija jonosferos samprata. Termosferos charakteristikos skiriasi plačiame diapazone, priklausomai nuo geografinės platumos, saulės spinduliuotės kiekio, metų ir paros laiko.

Viršutinis atmosferos sluoksnis yra egzosfera. Tai yra ploniausias atmosferos sluoksnis. Egzosferoje vidutiniai laisvi dalelių keliai yra tokie dideli, kad dalelės gali laisvai ištrūkti į tarpplanetinę erdvę. Egzosferos masė yra viena dešimt milijonų visos atmosferos masės. Apatinė egzosferos riba yra 450-800 km lygis, o viršutinė riba yra sritis, kurioje dalelių koncentracija yra tokia pati kaip kosmose – keli tūkstančiai kilometrų nuo Žemės paviršiaus. Egzosfera sudaryta iš plazmos, jonizuotų dujų. Taip pat egzosferoje yra mūsų planetos radiacijos juostos.

Vaizdo pristatymas – Žemės atmosferos sluoksniai:

Susijęs turinys:

Mėlyna planeta...

Ši tema turėjo pasirodyti svetainėje viena iš pirmųjų. Juk sraigtasparniai yra atmosferiniai lėktuvai. Žemės atmosfera- jų, taip sakant, buveinė :-). A fizines oro savybes tiesiog nustatykite šios buveinės kokybę :-). Taigi tai yra vienas iš pagrindinių dalykų. O pagrindas visada rašomas pirmas. Bet aš tai supratau tik dabar. Tačiau geriau, kaip žinia, vėliau, nei niekada... Palieskime šį klausimą, bet nesiveldami į gamtą ir bereikalingų sunkumų :-).

Taigi… Žemės atmosfera. Tai dujinis mūsų mėlynosios planetos apvalkalas. Visi žino šį vardą. Kodėl mėlyna? Tiesiog todėl, kad „mėlynoji“ (taip pat mėlyna ir violetinė) saulės šviesos komponentas (spektras) yra geriausiai išsklaidytas atmosferoje, todėl nuspalvina ją melsvai melsva, kartais su violetine atspalviu (žinoma, saulėtą dieną). :-)) .

Žemės atmosferos sudėtis.

Atmosferos sudėtis gana plati. Visų komponentų tekste neišvardinsiu, tam yra gera iliustracija.Visų šių dujų sudėtis beveik pastovi, išskyrus anglies dioksidą (CO 2 ). Be to, atmosferoje būtinai yra vandens garų, suspenduotų lašelių ar ledo kristalų pavidalu. Vandens kiekis nėra pastovus ir priklauso nuo temperatūros ir, kiek mažiau, nuo oro slėgio. Be to, Žemės atmosferoje (ypač dabartinėje) irgi yra tam tikras kiekis, sakyčiau "visokios nešvaros" :-). Tai SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, be to yra gyvsidabrio garų Hg. Tiesa, viso to ten nedideliais kiekiais, ačiū Dievui :-).

Žemės atmosferaĮprasta suskirstyti į keletą zonų, einančių viena po kitos aukštyje virš paviršiaus.

Pirmoji, esanti arčiausiai žemės, yra troposfera. Tai yra žemiausias ir, galima sakyti, pagrindinis gyvenimo sluoksnis. skirtingos rūšies. Jame yra 80% visos masės atmosferos oras(nors pagal tūrį jis sudaro tik apie 1% visos atmosferos) ir apie 90% viso atmosferos vandens. Didžioji dalis visų vėjų, debesų, liūčių ir sniego 🙂 kyla iš ten. Troposfera tęsiasi iki maždaug 18 km aukščio. atogrąžų platumos o poliariniuose – iki 10 km. Oro temperatūra jame nukrenta maždaug 0,65º kas 100 m.

atmosferos zonos.

Antroji zona yra stratosfera. Turiu pasakyti, kad tarp troposferos ir stratosferos išskiriama dar viena siaura zona – tropopauzė. Jis sustabdo temperatūros kritimą dėl aukščio. Tropopauzės vidutinis storis yra 1,5–2 km, tačiau jos ribos yra neaiškios, o troposfera dažnai persidengia su stratosfera.

Taigi stratosferos vidutinis aukštis yra nuo 12 km iki 50 km. Temperatūra jame iki 25 km išlieka nepakitusi (apie -57ºС), tada kai kur iki 40 km pakyla iki maždaug 0ºС ir toliau iki 50 km išlieka nepakitusi. Stratosfera yra gana rami žemės atmosferos dalis. Jame nepalankių oro sąlygų praktiškai nėra. Būtent stratosferoje garsusis ozono sluoksnis yra nuo 15-20 km iki 55-60 km aukštyje.

Po to seka nedidelė ribinio sluoksnio stratopauzė, kurioje temperatūra išlieka apie 0ºС, o tada sekanti zona yra mezosfera. Jis tęsiasi iki 80–90 km aukščio, o jame temperatūra nukrenta iki maždaug 80ºС. Mezosferoje dažniausiai tampa matomi nedideli meteorai, kurie joje pradeda švytėti ir perdega.

Kitas siauras tarpas yra mezopauzė ir už jos termosferos zona. Jo aukštis siekia 700-800 km. Čia temperatūra vėl pradeda kilti ir maždaug 300 km aukštyje ji gali pasiekti 1200ºС reikšmes. Vėliau jis išlieka pastovus. Jonosfera yra termosferos viduje iki maždaug 400 km aukščio. Čia oras yra stipriai jonizuotas dėl saulės spinduliuotės poveikio ir turi didelį elektros laidumą.

Kita ir apskritai paskutinė zona yra egzosfera. Tai vadinamoji sklaidos zona. Čia daugiausia yra labai reto vandenilio ir helio (vyrauja vandenilis). Maždaug 3000 km aukštyje egzosfera pereina į artimojo kosmoso vakuumą.

Kažkur taip yra. Kodėl apie? Kadangi šie sluoksniai yra gana sąlyginiai. Galimi įvairūs aukščio, dujų, vandens, temperatūros, jonizacijos ir tt pokyčiai. Be to, yra daug daugiau terminų, apibrėžiančių žemės atmosferos struktūrą ir būklę.

Pavyzdžiui, homosfera ir heterosfera. Pirmajame atmosferos dujos yra gerai sumaišytos ir jų sudėtis yra gana vienalytė. Antrasis yra virš pirmojo ir ten tokio maišymo praktiškai nėra. Dujos yra atskirtos gravitacijos būdu. Riba tarp šių sluoksnių yra 120 km aukštyje ir vadinama turbopauze.

Pabaikime terminais, bet būtinai pridursiu, kad sutartinai priimta, kad atmosferos riba yra 100 km aukštyje virš jūros lygio. Ši siena vadinama Karmano linija.

Atmosferos struktūrai iliustruoti pridėsiu dar dvi nuotraukas. Tačiau pirmasis yra vokiečių kalba, tačiau jis yra išsamus ir pakankamai lengvai suprantamas :-). Jis gali būti padidintas ir gerai apgalvotas. Antrasis rodo atmosferos temperatūros pokyčius priklausomai nuo aukščio.

Žemės atmosferos sandara.

Oro temperatūros pokytis priklausomai nuo aukščio.

Šiuolaikiniai pilotuojami orbitiniai erdvėlaiviai skrenda maždaug 300-400 km aukštyje. Tačiau tai nebėra aviacija, nors regionas, žinoma, yra tam tikra prasme glaudžiai susiję, ir mes tikrai apie tai pakalbėsime :-).

Aviacijos zona yra troposfera. Šiuolaikiniai atmosferiniai orlaiviai gali skristi ir apatiniuose stratosferos sluoksniuose. Pavyzdžiui, praktinės MIG-25RB lubos yra 23000 m.

Skrydis stratosferoje.

Ir tiksliai fizines oro savybes troposferos nulemia, kaip bus skrydis, kiek efektyvi bus orlaivio valdymo sistema, kaip ją paveiks turbulencija atmosferoje, kaip veiks varikliai.

Pirmasis pagrindinis turtas yra oro temperatūra. Dujų dinamikoje jį galima nustatyti pagal Celsijaus skalę arba Kelvino skalę.

Temperatūra t1 tam tikrame aukštyje H Celsijaus skalėje nustatoma:

t 1 \u003d t - 6,5 N, Kur t yra oro temperatūra žemėje.

Temperatūra pagal Kelvino skalę vadinama absoliuti temperatūra Nulis šioje skalėje yra absoliutus nulis. Esant absoliučiam nuliui, terminis molekulių judėjimas sustoja. Absoliutus nulis Kelvino skalėje atitinka -273º Celsijaus skalėje.

Atitinkamai, temperatūra T aukštai H Kelvino skalėje nustatoma:

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

Oro slėgis. Atmosferos slėgis matuojamas paskaliais (N / m 2), senojoje matavimo sistemoje atmosferomis (atm.). Taip pat yra toks dalykas kaip barometrinis slėgis. Tai gyvsidabrio barometru išmatuotas slėgis gyvsidabrio milimetrais. Barometrinis slėgis (slėgis jūros lygyje) lygus 760 mm Hg. Art. vadinamas standartiniu. Fizikoje 1 atm. lygiai 760 mm Hg.

Oro tankis. Aerodinamikoje dažniausiai naudojama oro masės tankio sąvoka. Tai oro masė 1 m3 tūrio. Oro tankis kinta didėjant aukščiui, oras retėja.

Oro drėgmė. Rodo vandens kiekį ore. Yra koncepcija" santykinė drėgmė“. Tai yra vandens garų masės ir didžiausios galimos tam tikroje temperatūroje santykis. 0% sąvoka, tai yra, kai oras yra visiškai sausas, apskritai gali egzistuoti tik laboratorijoje. Kita vertus, 100% drėgmė yra visiškai tikra. Tai reiškia, kad oras sugėrė visą vandenį, kurį galėjo sugerti. Kažkas panašaus į absoliučiai „pilną kempinę“. Didelė santykinė drėgmė sumažina oro tankį, o žema santykinė oro drėgmė jį atitinkamai padidina.

Dėl to, kad orlaivių skrydžiai vyksta skirtingomis atmosferos sąlygomis, jų skrydis ir aerodinaminiai parametrai vienu skrydžio režimu gali skirtis. Todėl, norėdami teisingai įvertinti šiuos parametrus, pristatėme Tarptautinė standartinė atmosfera (ISA). Tai rodo oro būklės kitimą kylant aukščiui.

Pagrindiniai oro būsenos parametrai esant nulinei drėgmei laikomi taip:

slėgis P = 760 mm Hg. Art. (101,3 kPa);

temperatūra t = +15°C (288 K);

masės tankis ρ \u003d 1,225 kg / m 3;

ISA atveju daroma prielaida (kaip minėta aukščiau :-)), kad temperatūra troposferoje nukrenta 0,65º kas 100 metrų aukščio.

Standartinė atmosfera (pavyzdžiui, iki 10000 m).

ISA lentelės naudojamos prietaisams kalibruoti, taip pat navigaciniams ir inžineriniams skaičiavimams.

Fizinės oro savybės taip pat apima tokias sąvokas kaip inertiškumas, klampumas ir suspaudžiamumas.

Inercija yra oro savybė, apibūdinanti jo gebėjimą atsispirti ramybės būsenos pokyčiams arba vienodam tiesiniam judėjimui. . Inercijos matas yra oro masės tankis. Kuo jis didesnis, tuo didesnė terpės inercija ir pasipriešinimo jėga, kai joje juda orlaivis.

Klampumas. Nustato trinties pasipriešinimą orui judant.

Suspaudžiamumas matuoja oro tankio kitimą keičiantis slėgiui. Esant mažam orlaivio greičiui (iki 450 km/h), oro srautui aplink jį tekant slėgio pokyčio nėra, tačiau važiuojant dideliu greičiu pradeda ryškėti gniuždomumo efektas. Jo įtaka viršgarsiniui ypač ryški. Tai yra atskira aerodinamikos sritis ir atskiro straipsnio tema :-).

Na, atrodo, kol kas tiek... Atėjo laikas baigti šį šiek tiek varginantį išvardijimą, kurio, tačiau, negalima apsieiti :-). Žemės atmosfera, jo parametrai, fizines oro savybes yra tokie pat svarbūs orlaiviui kaip ir paties aparato parametrai, ir jų nepaminėti buvo neįmanoma.

Kol kas iki kitų susitikimų ir įdomesnių temų 🙂…

P.S. Desertui siūlau pažiūrėti vaizdo įrašą, nufilmuotą iš MIG-25PU dvynių kabinos skrydžio į stratosferą metu. Filmavo, matyt, turistas, turintis pinigų tokiems skrydžiams :-). Šaudė dažniausiai kiaurai Priekinis stiklas. Atkreipkite dėmesį į dangaus spalvą...

Atmosferos storis yra apie 120 km nuo Žemės paviršiaus. Bendra oro masė atmosferoje yra (5,1-5,3) 10 18 kg. Iš jų sauso oro masė yra 5,1352 ± 0,0003 10 18 kg, bendra vandens garų masė vidutiniškai 1,27 10 16 kg.

tropopauzė

Pereinamasis sluoksnis iš troposferos į stratosferą, atmosferos sluoksnis, kuriame sustoja temperatūros mažėjimas didėjant aukščiui.

Stratosfera

Atmosferos sluoksnis, esantis 11–50 km aukštyje. Būdingas nedidelis temperatūros pokytis 11-25 km sluoksnyje (apatiniame stratosferos sluoksnyje) ir jo padidėjimas 25-40 km sluoksnyje nuo –56,5 iki 0,8 ° (viršutinė stratosfera arba inversijos sritis). Pasiekusi apie 273 K (beveik 0 °C) vertę maždaug 40 km aukštyje, temperatūra išlieka pastovi iki maždaug 55 km aukščio. Ši pastovios temperatūros sritis vadinama stratopauze ir yra riba tarp stratosferos ir mezosferos.

Stratopauzė

Atmosferos ribinis sluoksnis tarp stratosferos ir mezosferos. Vertikaliame temperatūros pasiskirstyme yra maksimumas (apie 0 °C).

Mezosfera

Žemės atmosfera

Žemės atmosferos riba

Termosfera

Viršutinė riba yra apie 800 km. Temperatūra pakyla iki 200–300 km aukščio, kur pasiekia 1500 K reikšmes, o po to išlieka beveik pastovi iki didelio aukščio. Veikiamas ultravioletinių ir rentgeno saulės spindulių bei kosminės spinduliuotės, oras jonizuojasi („poliarinės šviesos“) – pagrindiniai jonosferos regionai yra termosferos viduje. Virš 300 km aukštyje vyrauja atominis deguonis. Viršutinę termosferos ribą daugiausia lemia dabartinis Saulės aktyvumas. Mažo aktyvumo laikotarpiais – pavyzdžiui, 2008–2009 m. – pastebimas šio sluoksnio dydžio mažėjimas.

Termopauzė

Atmosferos sritis virš termosferos. Šiame regione saulės spinduliuotės sugertis yra nereikšminga, o temperatūra faktiškai nesikeičia didėjant aukščiui.

Egzosfera (sklaidanti sfera)

Iki 100 km aukščio atmosfera yra vienalytis, gerai susimaišęs dujų mišinys. Aukštesniuose sluoksniuose dujų pasiskirstymas aukštyje priklauso nuo jų molekulinių masių, sunkesnių dujų koncentracija mažėja greičiau tolstant nuo Žemės paviršiaus. Dėl dujų tankio sumažėjimo temperatūra nukrenta nuo 0 °C stratosferoje iki –110 °C mezosferoje. Tačiau atskirų dalelių kinetinė energija 200–250 km aukštyje atitinka ~150 °C temperatūrą. Virš 200 km pastebimi dideli temperatūros ir dujų tankio svyravimai laike ir erdvėje.

Maždaug 2000-3500 km aukštyje egzosfera palaipsniui pereina į vadinamąją. šalia kosminio vakuumo, kuris užpildytas labai retomis tarpplanetinių dujų dalelėmis, daugiausia vandenilio atomais. Tačiau šios dujos yra tik tarpplanetinės materijos dalis. Kitą dalį sudaro į dulkes panašios kometinės ir meteorinės kilmės dalelės. Be itin retų į dulkes panašių dalelių, į šią erdvę prasiskverbia saulės ir galaktikos kilmės elektromagnetinė ir korpuskulinė spinduliuotė.

Troposfera sudaro apie 80 % atmosferos masės, stratosfera – apie 20 %; mezosferos masė yra ne didesnė kaip 0,3%, termosfera yra mažesnė nei 0,05% visos atmosferos masės. Pagal elektrines savybes atmosferoje išskiriama neutrosfera ir jonosfera. Šiuo metu manoma, kad atmosfera tęsiasi iki 2000-3000 km aukščio.

Priklausomai nuo dujų sudėties atmosferoje, jie išskiria homosfera Ir heterosfera. heterosfera- tai sritis, kurioje gravitacija veikia dujų atsiskyrimą, nes jų maišymas tokiame aukštyje yra nereikšmingas. Taigi seka kintama heterosferos sudėtis. Po juo slypi gerai sumaišyta, vienalytė atmosferos dalis, vadinama homosfera. Riba tarp šių sluoksnių vadinama turbopauze, ji yra apie 120 km aukštyje.

Fiziologinės ir kitos atmosferos savybės

Jau 5 km aukštyje virš jūros lygio netreniruotam žmogui išsivysto deguonies badas ir, neprisitaikius, gerokai sumažėja žmogaus darbingumas. Čia baigiasi fiziologinė atmosferos zona. Žmogaus kvėpavimas tampa neįmanomas 9 km aukštyje, nors maždaug iki 115 km atmosferoje yra deguonies.

Atmosfera aprūpina mus deguonimi, kurio reikia kvėpuoti. Tačiau dėl bendro atmosferos slėgio kritimo kylant į aukštį atitinkamai mažėja ir dalinis deguonies slėgis.

Retuose oro sluoksniuose garso sklidimas neįmanomas. Iki 60-90 km aukščio vis dar galima naudoti oro pasipriešinimą ir pakėlimą kontroliuojamam aerodinaminiam skrydžiui. Tačiau pradedant nuo 100–130 km aukščio, kiekvienam pilotui pažįstamos M skaičiaus ir garso barjero sąvokos praranda prasmę: eina sąlyginė Karmano linija, už kurios prasideda grynai balistinio skrydžio sritis, kurias galima valdyti tik naudojant reaktyviąsias jėgas.

Didesniame nei 100 km aukštyje atmosfera taip pat netenka kitos nepaprastos savybės – gebėjimo sugerti, pravesti ir perduoti šiluminę energiją konvekcijos būdu (t.y. oro maišymo būdu). Tai reiškia, kad įvairių įrangos elementų, orbitinės kosminės stoties įrangos nepavyks vėsinti iš išorės taip, kaip tai įprastai daroma lėktuve – oro čiurkšlių ir oro radiatorių pagalba. Tokiame aukštyje, kaip ir apskritai erdvėje, vienintelis būdas perduoti šilumą yra šiluminė spinduliuotė.

Atmosferos susidarymo istorija

Pagal labiausiai paplitusią teoriją, laikui bėgant Žemės atmosfera buvo trijų skirtingų kompozicijų. Iš pradžių jį sudarė lengvosios dujos (vandenilis ir helis), paimtos iš tarpplanetinės erdvės. Šis vadinamasis pirminė atmosfera(prieš maždaug keturis milijardus metų). Kitame etape dėl aktyvios vulkaninės veiklos atmosfera buvo prisotinta kitomis dujomis nei vandenilis (anglies dioksidas, amoniakas, vandens garai). Štai taip antrinė atmosfera(maždaug trys milijardai metų prieš mūsų dienas). Ši atmosfera buvo atkurianti. Be to, atmosferos formavimosi procesą lėmė šie veiksniai:

• lengvųjų dujų (vandenilio ir helio) nutekėjimas į tarpplanetinę erdvę;
• cheminės reakcijos, vykstančios atmosferoje, veikiant ultravioletiniams spinduliams, žaibo iškrovoms ir kai kuriems kitiems veiksniams.

Palaipsniui šie veiksniai lėmė formavimąsi tretinė atmosfera, pasižymintis daug mažesniu vandenilio kiekiu ir daug didesniu azoto bei anglies dioksido kiekiu (susidaro dėl cheminių reakcijų iš amoniako ir angliavandenilių).

Azotas

Didelis azoto N 2 kiekis susidaro dėl amoniako-vandenilio atmosferos oksidacijos molekuliniu deguonimi O 2, kuris pradėjo kilti iš planetos paviršiaus dėl fotosintezės, pradedant nuo 3 milijardų metų. Azotas N 2 taip pat patenka į atmosferą dėl nitratų ir kitų azoto turinčių junginių denitrifikacijos. Azotą ozonas oksiduoja į NO viršutiniai sluoksniai atmosfera.

Azotas N 2 patenka į reakcijas tik tam tikromis sąlygomis (pavyzdžiui, žaibo išlydžio metu). Molekulinio azoto oksidacija ozonu elektros iškrovų metu mažais kiekiais naudojama pramoninėje azoto trąšų gamyboje. Oksiduokite jį sunaudodami mažai energijos ir paverskite biologiškai aktyvi forma gali melsvadumbliai (melsvadumbliai) ir mazginės bakterijos, kurios formuoja rizobinę simbiozę su ankštiniais augalais, vadinamosios. žalioji trąša.

Deguonis

Atmosferos sudėtis pradėjo radikaliai keistis, kai Žemėje atsirado gyvi organizmai, dėl fotosintezės, kurią lydėjo deguonies išsiskyrimas ir anglies dioksido absorbcija. Iš pradžių deguonis buvo naudojamas redukuotų junginių – amoniako, angliavandenilių, geležies geležies, esančios vandenynuose ir kt., oksidacijai. Šio etapo pabaigoje deguonies kiekis atmosferoje pradėjo augti. Palaipsniui susiformavo moderni atmosfera su oksidacinėmis savybėmis. Kadangi tai sukėlė rimtų ir staigių pokyčių daugelyje atmosferoje, litosferoje ir biosferoje vykstančių procesų, šis įvykis buvo vadinamas deguonies katastrofa.

tauriųjų dujų

Oro tarša

IN Pastaruoju metužmogus pradėjo daryti įtaką atmosferos raidai. Jo veiklos rezultatas – nuolatinis reikšmingas anglies dioksido kiekio atmosferoje padidėjimas dėl ankstesnėse geologinėse epochose sukaupto angliavandenilio kuro degimo. Fotosintezės metu sunaudojamas didžiulis CO 2 kiekis, kurį sugeria pasaulio vandenynai. Šios dujos į atmosferą patenka irstant karbonatinėms uolienoms ir organinės medžiagos augalinės ir gyvūninės kilmės, taip pat dėl ​​vulkanizmo ir žmogaus gamybinės veiklos. Per pastaruosius 100 metų CO 2 kiekis atmosferoje padidėjo 10%, o didžioji dalis (360 mlrd. tonų) susidaro deginant kurą. Jei kuro degimo tempas ir toliau augs, per ateinančius 200–300 metų CO 2 kiekis atmosferoje padvigubės ir gali sukelti pasaulinę klimato kaitą.

Kuro deginimas yra pagrindinis teršiančių dujų (СО,, SO 2) šaltinis. Sieros dioksidą atmosferos deguonis oksiduoja iki SO 3 viršutinėje atmosferoje, kuris savo ruožtu sąveikauja su vandens garais ir amoniaku, o susidariusi sieros rūgštis (H 2 SO 4) ir amonio sulfatas ((NH 4) 2 SO 4) grįžta į Žemės paviršius vadinamojo pavidalo. rūgštūs lietūs. Naudojant vidaus degimo variklius, oras labai užteršiamas azoto oksidais, angliavandeniliais ir švino junginiais (tetraetilšvinu Pb (CH 3 CH 2) 4)).

Aerozolinė atmosferos tarša atsiranda dėl abiejų natūralių priežasčių (ugnikalnių išsiveržimai, dulkių audros, jūros vandens ir augalų žiedadulkės ir kt.), ir žmogaus ūkinė veikla (rūdos ir statybinių medžiagų gavyba, kuro deginimas, cemento gamyba ir kt.). Intensyvus didelio masto kietųjų dalelių pašalinimas į atmosferą yra viena iš galimų klimato kaitos priežasčių planetoje.

taip pat žr

• Jacchia (atmosferos modelis)

Pastabos

Nuorodos

Literatūra

1. V. V. Parinas, F. P. Kosmolinskis, B. A. Duškovas„Kosmoso biologija ir medicina“ (2-asis leidimas, pataisytas ir papildytas), M .: „Prosveshchenie“, 1975, 223 puslapiai.
2. N. V. Gusakova"Chemija aplinką“, Rostovas prie Dono: Phoenix, 2004, 192 su ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolovas V.A. Gamtinių dujų geochemija, M., 1971;
4. McEwen M, Phillips L. Atmosferos chemija, M., 1978;
5. Wark K., Warner S. Oro tarša. Šaltiniai ir kontrolė, vert. iš anglų k., M.. 1980;
6. Fono taršos monitoringas natūrali aplinka. V. 1, L., 1982 m.

Žemė
Žemės istorija	Žemės amžius Geologinė Žemės istorija Geologinė laiko skalė Gyvybės Žemėje istorija Žemės apledėjimas Silpni jaunos saulės paradoksas Milžiniško poveikio teorija Evoliucijos laiko juosta
Geografija ir geologija	Australija Azija Antarktida Afrika Europa Šiaurės Amerika Pietų Amerika Atlanto vandenynas Indijos vandenynas Arkties vandenynas