Kaip keičiasi atmosfera. Žemės atmosfera ir fizinės oro savybės

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:

Atmosfera yra dujinis mūsų planetos apvalkalas, besisukantis kartu su Žeme. Atmosferoje esančios dujos vadinamos oru. Atmosfera liečiasi su hidrosfera ir iš dalies dengia litosferą. Tačiau sunku nustatyti viršutines ribas. Paprastai manoma, kad atmosfera tęsiasi aukštyn apie tris tūkstančius kilometrų. Ten jis sklandžiai patenka į beorę erdvę.

Žemės atmosferos cheminė sudėtis

Atmosferos cheminės sudėties formavimasis prasidėjo maždaug prieš keturis milijardus metų. Iš pradžių atmosferą sudarė tik lengvosios dujos – helis ir vandenilis. Mokslininkų teigimu, pradinės prielaidos aplink Žemę sukurti dujų apvalkalą buvo ugnikalnių išsiveržimai, kurie kartu su lava išmetė didžiulį kiekį dujų. Vėliau dujų mainai prasidėjo vandens erdvėmis, gyvais organizmais, jų veiklos produktais. Oro sudėtis palaipsniui keitėsi ir dabartinė forma buvo fiksuota prieš kelis milijonus metų.

Pagrindiniai atmosferos komponentai yra azotas (apie 79%) ir deguonis (20%). Likusią procentinę dalį (1%) sudaro šios dujos: argonas, neonas, helis, metanas, anglies dioksidas, vandenilis, kriptonas, ksenonas, ozonas, amoniakas, sieros dioksidas ir azotas, azoto oksidas ir anglies monoksidas, įtrauktos į šį sąrašą. vienas procentas.

Be to, ore yra vandens garų ir kietųjų dalelių (augalų žiedadulkių, dulkių, druskos kristalų, aerozolių priemaišų).

IN Pastaruoju metu mokslininkai pažymi ne kokybinį, bet kiekybinis pokytis kai kurie oro ingredientai. O to priežastis – žmogus ir jo veikla. Tik per pastaruosius 100 metų anglies dioksido kiekis smarkiai išaugo! Tai kupina daug problemų, iš kurių globaliausia yra klimato kaita.

Oro ir klimato formavimasis

Atmosfera vaidina labai svarbų vaidmenį formuojant klimatą ir orą Žemėje. Daug kas priklauso nuo saulės šviesos kiekio, požeminio paviršiaus pobūdžio ir atmosferos cirkuliacijos.

Pažvelkime į veiksnius eilės tvarka.

1. Atmosfera perduoda saulės spindulių šilumą ir sugeria kenksmingą spinduliuotę. Senovės graikai žinojo, kad Saulės spinduliai krenta į skirtingas Žemės vietas skirtingais kampais. Pats žodis „klimatas“ išvertus iš senovės graikų kalbos reiškia „šlaitas“. Taigi ties pusiauju saulės spinduliai krenta beveik vertikaliai, nes čia labai karšta. Kuo arčiau ašigalių, tuo daugiau kampo pakreipti. Ir temperatūra krenta.

2. Dėl netolygaus Žemės įkaitimo atmosferoje susidaro oro srovės. Jie skirstomi pagal dydį. Mažiausi (dešimtys ir šimtai metrų) yra vietiniai vėjai. Po to seka musonai ir pasatai, ciklonai ir anticiklonai, planetų frontalinės zonos.

Visos šios oro masės nuolat juda. Kai kurie iš jų yra gana statiški. Pavyzdžiui, pasatai, pučiantys iš subtropikų pusiaujo link. Kitų judėjimas labai priklauso nuo atmosferos slėgio.

3. Atmosferos slėgis yra dar vienas veiksnys, turintis įtakos klimato formavimuisi. Tai oro slėgis žemės paviršiuje. Kaip žinote, oro masės juda iš aukšto atmosferos slėgio zonos link vietos, kur šis slėgis yra mažesnis.

Iš viso yra 7 zonos. Pusiaujas yra žemo slėgio zona. Be to, abiejose pusiaujo pusėse iki trisdešimtos platumos - aukšto slėgio sritis. Nuo 30° iki 60° – vėl žemas slėgis. O nuo 60° iki polių – aukšto slėgio zona. Tarp šių zonų cirkuliuoja oro masės. Tie, kurie eina iš jūros į sausumą, atneša lietų ir blogą orą, o tie, kurie pučia iš žemynų, atneša giedrą ir sausą orą. Oro srovių susidūrimo vietose susidaro atmosferos fronto zonos, kurioms būdingi krituliai ir žvarbus, vėjuotas oras.

Mokslininkai įrodė, kad net ir žmogaus savijauta priklauso nuo atmosferos slėgio. Autorius tarptautinius standartus normalus atmosferos slėgis – 760 mm Hg. kolonėlė 0°C temperatūroje. Šis skaičius apskaičiuojamas toms žemės plotams, kurios yra beveik viename lygyje su jūros lygiu. Slėgis mažėja didėjant aukščiui. Todėl, pavyzdžiui, Sankt Peterburgui 760 mm Hg. - yra norma. Tačiau Maskvai, kuri yra aukščiau, normalus slėgis- 748 mm Hg

Slėgis keičiasi ne tik vertikaliai, bet ir horizontaliai. Tai ypač jaučiama slenkant ciklonams.

Atmosferos struktūra

Atmosfera yra tarsi sluoksniuotas pyragas. Ir kiekvienas sluoksnis turi savo ypatybes.

. Troposfera yra arčiausiai Žemės esantis sluoksnis. Šio sluoksnio „storis“ kinta tolstant nuo pusiaujo. Virš pusiaujo sluoksnis tęsiasi į viršų 16-18 km, vidutinio klimato juostose - 10-12 km, ašigaliais - 8-10 km.

Čia yra 80% visos oro masės ir 90% vandens garų. Čia susidaro debesys, kyla ciklonai ir anticiklonai. Oro temperatūra priklauso nuo vietovės aukščio. Vidutiniškai jis nukrenta 0,65°C kas 100 metrų.

. tropopauzė- pereinamasis atmosferos sluoksnis. Jo aukštis – nuo ​​kelių šimtų metrų iki 1-2 km. Oro temperatūra vasarą aukštesnė nei žiemą. Taigi, pavyzdžiui, virš ašigalių žiemą -65 ° C. O virš pusiaujo bet kuriuo metų laiku yra -70 ° C.

. Stratosfera- tai sluoksnis, kurio viršutinė riba eina 50-55 kilometrų aukštyje. Turbulencija čia maža, vandens garų kiekis ore yra nereikšmingas. Bet daug ozono. Didžiausia jo koncentracija yra 20-25 km aukštyje. Stratosferoje oro temperatūra pradeda kilti ir pasiekia +0,8 ° C. Taip yra dėl to, kad ozono sluoksnis sąveikauja su ultravioletine spinduliuote.

. Stratopauzė- žemas tarpinis sluoksnis tarp stratosferos ir po juo besiribojančios mezosferos.

. Mezosfera- viršutinė šio sluoksnio riba yra 80-85 kilometrai. Čia vyksta sudėtingi fotocheminiai procesai, kuriuose dalyvauja laisvieji radikalai. Būtent jie suteikia mūsų planetai švelnų mėlyną švytėjimą, matomą iš kosmoso.

Dauguma kometų ir meteoritų sudega mezosferoje.

. Mezopauzė- kitas tarpinis sluoksnis, kurio oro temperatūra yra ne mažesnė kaip -90 °.

. Termosfera- apatinė riba prasideda 80 - 90 km aukštyje, o viršutinė sluoksnio riba eina maždaug ties 800 km žyma. Oro temperatūra kyla. Jis gali svyruoti nuo +500° C iki +1000° C. Dienos metu temperatūros svyravimai siekia šimtus laipsnių! Tačiau oras čia toks retas, kad termino „temperatūra“ supratimas, kaip mes įsivaizduojame, čia netinka.

. Jonosfera- jungia mezosferą, mezopauzę ir termosferą. Čia esantis oras daugiausia susideda iš deguonies ir azoto molekulių, taip pat iš beveik neutralios plazmos. Saulės spinduliai, patekę į jonosferą, stipriai jonizuoja oro molekules. Apatiniame sluoksnyje (iki 90 km) jonizacijos laipsnis yra mažas. Kuo didesnis, tuo didesnė jonizacija. Taigi 100–110 km aukštyje elektronai koncentruojasi. Tai prisideda prie trumpųjų ir vidutinių radijo bangų atspindžio.

Svarbiausias jonosferos sluoksnis yra viršutinis, esantis 150-400 km aukštyje. Jo ypatumas yra tas, kad jis atspindi radijo bangas, o tai prisideda prie radijo signalų perdavimo dideliais atstumais.

Būtent jonosferoje atsiranda toks reiškinys kaip aurora.

. Egzosfera- susideda iš deguonies, helio ir vandenilio atomų. Dujos šiame sluoksnyje yra labai retos, o vandenilio atomai dažnai patenka į kosmosą. Todėl šis sluoksnis vadinamas „išsklaidymo zona“.

Pirmasis mokslininkas, kuris pasiūlė, kad mūsų atmosfera turi svorį, buvo italas E. Torricelli. Pavyzdžiui, Ostapas Benderis romane „Auksinis veršis“ apgailestavo, kad kiekvieną žmogų slegia 14 kg sverianti oro kolonėlė! Bet didysis planuotojas buvo šiek tiek negerai. Suaugęs žmogus patiria 13-15 tonų spaudimą! Bet šio sunkumo nejaučiame, nes atmosferos slėgį atsveria vidinis žmogaus slėgis. Mūsų atmosferos svoris yra 5 300 000 000 000 000 tonų. Skaičius kolosalus, nors ir sudaro tik milijoninę mūsų planetos svorio.

Atmosfera (iš graikų ατμός – „garas“ ir σφαῖρα – „sfera“) – dujų apvalkalas dangaus kūnas laikomi gravitacijos. Atmosfera – dujinis planetos apvalkalas, susidedantis iš įvairių dujų, vandens garų ir dulkių mišinio. Medžiagų mainai tarp Žemės ir Kosmoso vyksta per atmosferą. Žemė gauna kosminių dulkių ir meteoritinių medžiagų, netenka lengviausių dujų: vandenilio ir helio. Į Žemės atmosferą kiaurai prasiskverbia galinga Saulės spinduliuotė, kuri lemia planetos paviršiaus šiluminį režimą, sukelia atmosferos dujų molekulių disociaciją ir atomų jonizaciją.

Žemės atmosferoje yra deguonies, kurį dauguma gyvų organizmų naudoja kvėpavimui, ir anglies dvideginio, kurį fotosintezės metu sunaudoja augalai, dumbliai, melsvadumbliai. Atmosfera taip pat apsauginis sluoksnis planeta, apsauganti jos gyventojus nuo saulės ultravioletinės spinduliuotės.

Visi masyvūs kūnai turi atmosferą – sausumos planetos, dujų milžinai.

Atmosferos sudėtis

Atmosfera yra dujų mišinys, susidedantis iš azoto (78,08%), deguonies (20,95%), anglies dioksido (0,03%), argono (0,93%), nedidelio kiekio helio, neono, ksenono, kriptono (0,01%), 0,038 % anglies dioksido ir nedideli kiekiai vandenilio, helio, kitų inertinių dujų ir teršalų.

Šiuolaikinė kompozicijaŽemės oras susiformavo daugiau nei prieš šimtą milijonų metų, tačiau smarkiai išaugęs žmogaus gamybinis aktyvumas vis dėlto lėmė jo pokyčius. Šiuo metu CO 2 kiekis padidėja apie 10-12%.Atmosferą sudarančios dujos atlieka įvairius funkcinius vaidmenis. Tačiau pagrindinę šių dujų reikšmę pirmiausia lemia tai, kad jos labai stipriai sugeria spinduliavimo energiją ir taip daro didelę įtaką Žemės paviršiaus ir atmosferos temperatūros režimui.

Pradinė planetos atmosferos sudėtis dažniausiai priklauso nuo saulės cheminių ir šiluminių savybių formuojantis planetoms ir vėliau išsiskiriant išorinėms dujoms. Tada dujų apvalkalo sudėtis kinta veikiant įvairiems veiksniams.

Veneros ir Marso atmosferą daugiausia sudaro anglies dioksidas su mažais azoto, argono, deguonies ir kitų dujų priedais. Žemės atmosfera daugiausia yra joje gyvenančių organizmų produktas. Žemos temperatūros dujų gigantai – Jupiteris, Saturnas, Uranas ir Neptūnas – gali laikyti daugiausia mažos molekulinės masės dujų – vandenilio ir helio. Aukštos temperatūros dujų milžinai, tokie kaip Osiris ar 51 Pegasi b, priešingai, negali jų išlaikyti ir jų atmosferos molekulės yra išsibarsčiusios erdvėje. Šis procesas yra lėtas ir nuolatinis.

Azotas, atmosferoje dažniausiai pasitaikančios dujos, chemiškai mažai aktyvios.

Deguonis, skirtingai nei azotas, yra chemiškai labai aktyvus elementas. Specifinė deguonies funkcija yra heterotrofinių organizmų, uolienų ir nepakankamai oksiduotų dujų, kurias į atmosferą išskiria ugnikalniai, oksidacija. Be deguonies nebūtų ir negyvų organinių medžiagų.

Atmosferos struktūra

Atmosferos sandara susideda iš dviejų dalių: vidinės – troposferos, stratosferos, mezosferos ir termosferos, arba jonosferos, ir išorinės – magnetosferos (egzosferos).

1) Troposfera- tai apatinė atmosferos dalis, kurioje susitelkę 3/4 t.y. ~ 80% visos žemės atmosferos. Jo aukštį lemia vertikalių (kylančių arba besileidžiančių) oro srovių, kurias sukelia žemės paviršiaus ir vandenyno įkaitimas, intensyvumas, todėl troposferos storis ties pusiauju yra 16-18 km, vidutinio platumose 10-11 km. , o ties ašigaliais – iki 8 km. Oro temperatūra troposferoje aukštyje sumažėja 0,6ºС kas 100 m ir svyruoja nuo +40 iki -50ºС.

2) Stratosfera yra virš troposferos ir yra iki 50 km aukščio nuo planetos paviršiaus. Temperatūra iki 30 km aukštyje yra pastovi -50ºС. Tada jis pradeda kilti ir 50 km aukštyje pasiekia +10ºС.

Viršutinė biosferos riba yra ozono ekranas.

Ozono ekranas yra atmosferos sluoksnis stratosferoje, esantis skirtinguose aukščiuose nuo Žemės paviršiaus ir kurio didžiausias ozono tankis yra 20–26 km aukštyje.

Ozono sluoksnio aukštis ties ašigaliais vertinamas 7–8 km, ties pusiauju – 17–18 km, o didžiausias ozono buvimo aukštis – 45–50 km. Virš ozono ekrano gyvybė neįmanoma dėl atšiaurios ultravioletinės saulės spinduliuotės. Jei suspaudžiate visas ozono molekules, aplink planetą susidaro ~ 3 mm sluoksnis.

3) Mezosfera– viršutinė šio sluoksnio riba yra iki 80 km aukščio. Pagrindinis jo bruožas yra staigus temperatūros kritimas -90ºС ties viršutine riba. Čia fiksuojami sidabriniai debesys, susidedantys iš ledo kristalų.

4) jonosfera (termosfera) - yra iki 800 km aukštyje ir jam būdingas didelis temperatūros padidėjimas:

150km temperatūra +240ºС,

200km temperatūra +500ºС,

600km temperatūra +1500ºС.

Veikiant ultravioletinei saulės spinduliuotei, dujos yra jonizuotos būsenos. Jonizacija siejama su dujų švytėjimu ir auroros atsiradimu.

Jonosfera turi galimybę pakartotinai atspindėti radijo bangas, o tai užtikrina tolimą radijo ryšį planetoje.

5) Egzosfera- yra virš 800 km ir tęsiasi iki 3000 km. Čia temperatūra yra >2000ºС. Dujų judėjimo greitis artėja prie kritinio ~ 11,2 km/sek. Dominuoja vandenilio ir helio atomai, kurie aplink Žemę sudaro šviečiančią vainiką, besitęsiančią iki 20 000 km aukščio.

Atmosferos funkcijos

1) Termoreguliuojantis – oras ir klimatas Žemėje priklauso nuo šilumos pasiskirstymo, slėgio.

2) Palaiko gyvybę.

3) Troposferoje vyksta visuotinis vertikalus ir horizontalus oro masių judėjimas, kuris lemia vandens ciklą, šilumos perdavimą.

4) Beveik visi paviršiai geologiniai procesai dėl atmosferos, litosferos ir hidrosferos sąveikos.

5) Apsauginė – atmosfera apsaugo žemę nuo kosmoso, saulės spinduliuotės ir meteoritų dulkių.

Atmosferos funkcijos. Be atmosferos gyvybė Žemėje būtų neįmanoma. Žmogus kasdien suvalgo 12-15 kg. oro, įkvepiant kas minutę nuo 5 iki 100 litrų, o tai gerokai viršija vidutinį paros maisto ir vandens poreikį. Be to, atmosfera patikimai apsaugo žmogų nuo pavojų, kurie jam gresia iš kosmoso: nepraleidžia meteoritų ir kosminės spinduliuotės. Žmogus gali gyventi penkias savaites be maisto, penkias dienas be vandens ir penkias minutes be oro. Normaliam žmonių gyvenimui reikalingas ne tik oras, bet ir tam tikras jo grynumas. Nuo oro kokybės priklauso žmonių sveikata, floros ir faunos būklė, pastatų ir konstrukcijų konstrukcijų tvirtumas ir ilgaamžiškumas. Užterštas oras kenkia vandenims, žemei, jūroms, dirvožemiui. Atmosfera lemia šviesą ir reguliuoja žemės šiluminius režimus, prisideda prie šilumos persiskirstymo Žemės rutulyje. Dujų apvalkalas apsaugo Žemę nuo per didelio aušinimo ir šildymo. Jei mūsų planeta nebūtų apsupta oro apvalkalo, tai per vieną dieną temperatūrų svyravimų amplitudė siektų 200 C. Atmosfera gelbsti viską, kas Žemėje gyva, nuo destruktyvių ultravioletinių, rentgeno ir kosminių spindulių. Atmosferos svarba šviesos paskirstymui yra didelė. Jo oras suskaido saulės spindulius į milijoną mažų spindulių, išsklaido juos ir sukuria vienodą apšvietimą. Atmosfera tarnauja kaip garsų laidininkas.

Atmosfera turi sluoksniuotą struktūrą. Ribos tarp sluoksnių nėra aštrios, o jų aukštis priklauso nuo platumos ir sezono. Sluoksniuota struktūra yra temperatūros pokyčių rezultatas skirtingų aukščių. Oras susidaro troposferoje (žemiau apie 10 km: apie 6 km virš ašigalių ir daugiau nei 16 km virš pusiaujo). O viršutinė troposferos riba vasarą yra aukštesnė nei žiemą.

Nuo Žemės paviršiaus į viršų šie sluoksniai yra:

Troposfera

Stratosfera

Mezosfera

Termosfera

Egzosfera

Troposfera

Apatinė atmosferos dalis iki 10-15 km aukščio, kurioje sutelkta 4/5 visos atmosferos oro masės, vadinama troposfera. Jai būdinga, kad temperatūra čia didėjant aukščiui sumažėja vidutiniškai 0,6°/100 m. atskirų atvejų vertikalus temperatūros pasiskirstymas kinta plačiame diapazone). Troposferoje yra beveik visi atmosferoje esantys vandens garai ir susidaro beveik visi debesys. Čia taip pat labai išvystyta turbulencija, ypač šalia žemės paviršiaus, taip pat vadinamuosiuose reaktyviniuose srautuose viršutinėje troposferos dalyje.

Aukštis, iki kurio troposfera tęsiasi visose Žemės vietose, kiekvieną dieną skiriasi. Be to, net ir vidutiniškai jis skiriasi skirtingose ​​platumose ir viduje skirtingi sezonai metų. Vidutiniškai metinė troposfera tęsiasi virš ašigalių iki maždaug 9 km aukščio, vidutinio klimato platumose iki 10-12 km ir virš pusiaujo iki 15-17 km. Vidutinė metinė oro temperatūra prie žemės paviršiaus yra apie +26° ties pusiauju ir apie -23° ties šiaurės ašigaliu. Troposferos viršuje virš pusiaujo Vidutinė temperatūra apie -70°, virš šiaurės ašigalio žiemą apie -65°, o vasarą apie -45°.

Oro slėgis viršutinėje troposferos riboje, atitinkantis jos aukštį, yra 5-8 kartus mažesnis nei žemės paviršiuje. Todėl didžioji dalis atmosferos oro yra troposferoje. Troposferoje vykstantys procesai turi tiesioginę ir lemiamą reikšmę orams ir klimatui šalia žemės paviršiaus.

Visi vandens garai yra susitelkę troposferoje, todėl visi debesys susidaro troposferoje. Temperatūra mažėja didėjant aukščiui.

Saulės spinduliai lengvai prasiskverbia pro troposferą, o šiluma, kurią skleidžia Saulės spindulių įkaitinta Žemė, kaupiasi troposferoje: tokios dujos kaip anglies dioksidas, metanas, vandens garai sulaiko šilumą. Šis atmosferos atmosferos atšilimo nuo Žemės, įkaitintos saulės spinduliuotės, mechanizmas vadinamas Šiltnamio efektas. Kadangi Žemė yra atmosferos šilumos šaltinis, oro temperatūra mažėja didėjant aukščiui.

Riba tarp neramios troposferos ir ramios stratosferos vadinama tropopauze. Čia susidaro greitai judantys vėjai, vadinami „reaktyviniais srautais“.

Kažkada buvo manoma, kad atmosferos temperatūra nukrenta ir virš troposferos, tačiau matavimai aukštuose atmosferos sluoksniuose parodė, kad taip nėra: iš karto virš tropopauzės temperatūra yra beveik pastovi, o vėliau pradeda kilti. stratosferoje pučia horizontalūs vėjai, nesudarydami turbulencijos. Stratosferos oras labai sausas, todėl debesų pasitaiko retai. Susidaro vadinamieji perlamutriniai debesys.

Stratosfera labai svarbi gyvybei Žemėje, nes būtent šiame sluoksnyje yra nedidelis kiekis ozono, kuris sugeria stiprią gyvybei kenksmingą ultravioletinę spinduliuotę. Sugerdamas ultravioletinę spinduliuotę, ozonas šildo stratosferą.

Stratosfera

Virš troposferos iki 50–55 km aukščio yra stratosfera, kuriai būdinga tai, kad temperatūra joje vidutiniškai didėja didėjant aukščiui. Pereinamasis sluoksnis tarp troposferos ir stratosferos (1-2 km storio) vadinamas tropopauze.

Aukščiau buvo pateikti duomenys apie temperatūrą ties viršutine troposferos riba. Šios temperatūros būdingos ir žemutinei stratosferai. Taigi oro temperatūra žemutinėje stratosferoje virš pusiaujo visada yra labai žema; be to, vasarą jis daug žemiau nei virš stulpo.

Žemutinė stratosfera yra daugiau ar mažiau izoterminė. Tačiau, pradedant nuo maždaug 25 km aukščio, temperatūra stratosferoje sparčiai kyla didėjant aukščiui ir pasiekia maksimalias, be to, teigiamas vertes (nuo +10 iki +30 °) maždaug 50 km aukštyje. Dėl temperatūros padidėjimo didėjant aukščiui turbulencija stratosferoje yra maža.

Stratosferoje yra labai mažai vandens garų. Tačiau 20-25 km aukštyje didelėse platumose kartais pastebimi labai ploni, vadinamieji perlamutriniai debesys. Dieną jų nesimato, bet naktį tarsi šviečia, nes žemiau horizonto juos apšviečia saulė. Šie debesys sudaryti iš peršalusių vandens lašelių. Stratosfera taip pat pasižymi tuo, kad joje daugiausia yra atmosferos ozono, kaip minėta aukščiau.

Mezosfera

Virš stratosferos yra mezosferos sluoksnis, iki maždaug 80 km. Čia temperatūra nukrinta iki kelių dešimčių laipsnių žemiau nulio. Dėl greito temperatūros kritimo didėjant aukščiui, turbulencija labai išvystyta mezosferoje. Aukštyje, netoli viršutinės mezosferos ribos (75-90 km), vis dar yra ypatingos rūšies debesys, taip pat naktį apšviesti saulės, vadinamieji sidabriniai debesys. Labiausiai tikėtina, kad jie sudaryti iš ledo kristalų.

Viršutinėje mezosferos riboje oro slėgis yra 200 kartų mažesnis nei žemės paviršiuje. Taigi troposfera, stratosfera ir mezosfera kartu iki 80 km aukščio sudaro daugiau nei 99,5% visos atmosferos masės. Viršutiniuose sluoksniuose yra nežymus oro kiekis

Maždaug 50 km aukštyje virš Žemės temperatūra vėl pradeda kristi, pažymėdama viršutinę stratosferos ribą ir kito sluoksnio – mezosferos – pradžią. Mezosferoje yra šalčiausia atmosferos temperatūra: nuo -2 iki -138 laipsnių Celsijaus. Čia yra aukščiausi debesys: giedru oru juos galima pamatyti saulei leidžiantis. Jie vadinami noktiliuciniais (šviečiantys naktį).

Termosfera

Viršutinė atmosferos dalis, esanti virš mezosferos, pasižymi labai aukšta temperatūra, todėl vadinama termosfera. Tačiau jame išskiriamos dvi dalys: jonosfera, besitęsianti nuo mezosferos iki tūkstančio kilometrų aukščio, ir virš jos esanti išorinė dalis – egzosfera, pereinanti į žemės vainiką.

Oras jonosferoje yra labai retas. Jau nurodėme, kad 300-750 km aukštyje jo vidutinis tankis yra apie 10-8-10-10 g/m3. Tačiau net ir esant tokiam mažam tankiui, kiekviename kubiniame oro centimetre 300 km aukštyje vis dar yra apie milijardą (109) molekulių arba atomų, o 600 km aukštyje – daugiau nei 10 milijonų (107). Tai keliomis eilėmis daugiau nei dujų kiekis tarpplanetinėje erdvėje.

Jonosfera, kaip sako pats pavadinimas, pasižymi labai stipriu oro jonizacijos laipsniu – jonų kiekis čia yra daug kartų didesnis nei apatiniuose sluoksniuose, nepaisant stipraus bendro oro retėjimo. Šie jonai daugiausia yra įkrauti deguonies atomai, įkrautos azoto oksido molekulės ir laisvieji elektronai. Jų kiekis 100-400 km aukštyje yra apie 1015-106 kubiniame centimetre.

Jonosferoje išskiriami keli sluoksniai arba regionai su maksimalia jonizacija, ypač 100-120 km ir 200-400 km aukštyje. Tačiau net ir tarpais tarp šių sluoksnių atmosferos jonizacijos laipsnis išlieka labai aukštas. Jonosferos sluoksnių padėtis ir jonų koncentracija juose nuolat kinta. Sporadinės ypač didelės koncentracijos elektronų sankaupos vadinamos elektronų debesimis.

Atmosferos elektrinis laidumas priklauso nuo jonizacijos laipsnio. Todėl jonosferoje oro elektrinis laidumas paprastai yra 1012 kartų didesnis nei žemės paviršiaus. Radijo bangos patiria absorbciją, refrakciją ir atspindį jonosferoje. Ilgesnės nei 20 m bangos išvis negali prasiskverbti pro jonosferą: jas jau atspindi mažos koncentracijos elektronų sluoksniai apatinėje jonosferos dalyje (70-80 km aukštyje). Vidutinės ir trumposios bangos atsispindi viršutiniuose jonosferos sluoksniuose.

Dėl atspindžio iš jonosferos įmanomas tolimojo nuotolio ryšys trumpomis bangomis. Daugybė atspindžių nuo jonosferos ir žemės paviršiaus leidžia trumpoms bangoms sklisti zigzagu dideliais atstumais, aplenkdamos Žemės rutulio paviršių. Kadangi jonosferos sluoksnių padėtis ir koncentracija nuolat kinta, kinta ir radijo bangų sugerties, atspindžio ir sklidimo sąlygos. Todėl patikimam radijo ryšiui reikia nuolat tirti jonosferos būklę. Radijo bangų sklidimo stebėjimai yra būtent tokių tyrimų priemonė.

Jonosferoje stebimos auroros ir joms artimas naktinio dangaus švytėjimas gamtoje – nuolatinė atmosferos oro liuminescencija, taip pat staigūs magnetinio lauko svyravimai – jonosferinės magnetinės audros.

Jonizacija jonosferoje atsiranda dėl saulės ultravioletinės spinduliuotės poveikio. Dėl jo absorbcijos atmosferos dujų molekulėse atsiranda įkrautų atomų ir laisvųjų elektronų, kaip aptarta aukščiau. Magnetinio lauko svyravimai jonosferoje ir aurose priklauso nuo saulės aktyvumo svyravimų. Saulės aktyvumo pokyčiai yra susiję su korpuskulinės spinduliuotės, patenkančios iš Saulės į Žemės atmosferą, srauto pokyčiais. Būtent korpuskulinė spinduliuotė yra esminė šiems jonosferos reiškiniams.

Temperatūra jonosferoje didėja didėjant aukščiui iki labai aukštų verčių. Maždaug 800 km aukštyje jis pasiekia 1000°.

Kalbant apie aukštas jonosferos temperatūras, jos reiškia, kad atmosferos dujų dalelės ten juda labai dideliu greičiu. Tačiau oro tankis jonosferoje yra toks mažas, kad jonosferoje esantis kūnas, pavyzdžiui, skraidantis palydovas, nebus šildomas dėl šilumos mainų su oru. Palydovo temperatūros režimas priklausys nuo tiesioginio saulės spinduliuotės sugerties ir nuo jo paties spinduliuotės grįžimo į supančią erdvę. Termosfera yra virš mezosferos 90–500 km aukštyje virš Žemės paviršiaus. Dujų molekulės čia yra labai išsibarsčiusios, jos sugeria rentgeno spindulius ir trumpųjų bangų ultravioletinės spinduliuotės dalį. Dėl šios priežasties temperatūra gali siekti 1000 laipsnių Celsijaus.

Termosfera iš esmės atitinka jonosferą, kurioje jonizuotos dujos atspindi radijo bangas atgal į Žemę – šis reiškinys leidžia užmegzti radijo ryšį.

Egzosfera

Virš 800-1000 km atmosfera pereina į egzosferą ir palaipsniui į tarpplanetinę erdvę. Dujų dalelių, ypač lengvųjų, greičiai čia labai dideli, o dėl itin išretėjusio oro šiuose aukščiuose dalelės gali skristi aplink Žemę elipsinėmis orbitomis nesusidurdamos viena su kita. Šiuo atveju atskirų dalelių greitis gali būti pakankamas, kad įveiktų gravitacijos jėgą. Neįkrautoms dalelėms kritinis greitis bus 11,2 km/sek. Tokios ypač greitos dalelės, judėdamos hiperbolinėmis trajektorijomis, gali išskristi iš atmosferos į kosmosą, „pabėgti“ ir išsisklaidyti. Todėl egzosfera dar vadinama sklaidos sfera.

Išeina daugiausia vandenilio atomai, kurie yra dominuojančios dujos aukščiausiuose egzosferos sluoksniuose.

Neseniai buvo daroma prielaida, kad egzosfera, o kartu ir žemės atmosfera apskritai, baigiasi 2000–3000 km aukštyje. Tačiau raketų ir palydovų stebėjimai paskatino idėją, kad iš egzosferos ištrūkęs vandenilis aplink Žemę sudaro vadinamąją antžeminę vainiką, besitęsiančią daugiau nei 20 000 km. Žinoma, dujų tankis Žemės karūnoje yra nereikšmingas. Kiekviename kubiniame centimetre vidutiniškai yra tik apie tūkstantis dalelių. Tačiau tarpplanetinėje erdvėje dalelių (daugiausia protonų ir elektronų) koncentracija yra bent dešimt kartų mažesnė.

Palydovų ir geofizinių raketų pagalba viršutinėje atmosferos dalyje ir artimoje žemei kosminėje erdvėje egzistuoja Žemės radiacijos juosta, kuri prasideda kelių šimtų kilometrų aukštyje ir tęsiasi dešimtis tūkstančių kilometrų nuo buvo nustatytas žemės paviršiuje. Šis diržas susideda iš elektra įkrautų dalelių – protonų ir elektronų, užfiksuotų Žemės magnetinio lauko ir judančių labai dideliu greičiu. Jų energija siekia šimtus tūkstančių elektronų voltų. Radiacinė juosta nuolat praranda daleles žemės atmosfera ir jį papildo saulės korpuso spinduliuotės srautai.

atmosferos temperatūra stratosfera troposfera

Atmosfera (iš kitų graikų ἀτμός – garai ir σφαῖρα – rutulys) yra dujinis apvalkalas (geosfera), supantis Žemės planetą. Jo vidinis paviršius dengia hidrosferą ir iš dalies žemės pluta, išorinė ribojasi su beveik žeme esančia kosmoso dalimi.

Atmosferą tiriančių fizikos ir chemijos skyrių visuma paprastai vadinama atmosferos fizika. Atmosfera lemia orą Žemės paviršiuje, meteorologija nagrinėja orus, o klimatologija – ilgalaikius klimato pokyčius.

Fizinės savybės

Atmosferos storis yra apie 120 km nuo Žemės paviršiaus. Bendra oro masė atmosferoje yra (5,1-5,3) 1018 kg. Iš jų sauso oro masė (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, bendra vandens garų masė vidutiniškai 1,27 1016 kg.

Švaraus sauso oro molinė masė yra 28,966 g/mol, oro tankis prie jūros paviršiaus yra apie 1,2 kg/m3. Slėgis esant 0 °C jūros lygiui yra 101,325 kPa; kritinė temperatūra - -140,7 ° C (~ 132,4 K); kritinis slėgis - 3,7 MPa; Cp esant 0 °C – 1,0048 103 J/(kg K), Cv – 0,7159 103 J/(kg K) (esant 0 °C). Oro tirpumas vandenyje (pagal masę) 0 ° C temperatūroje - 0,0036%, 25 ° C temperatūroje - 0,0023%.

„Normalioms sąlygoms“ Žemės paviršiuje imamas: tankis 1,2 kg/m3, barometrinis slėgis 101,35 kPa, temperatūra plius 20 °C ir santykinė oro drėgmė 50%. Šie sąlyginiai rodikliai turi grynai inžinerinę vertę.

Cheminė sudėtis

Žemės atmosfera atsirado dėl dujų išsiskyrimo ugnikalnių išsiveržimų metu. Atsiradus vandenynams ir biosferai, jis susiformavo ir dėl dujų mainų su vandeniu, augalais, gyvūnais ir jų skilimo produktais dirvose ir pelkėse.

Šiuo metu Žemės atmosferą daugiausia sudaro dujos ir įvairios priemaišos (dulkės, vandens lašai, ledo kristalai, jūros druskos, degimo produktai).

Atmosferą sudarančių dujų koncentracija yra beveik pastovi, išskyrus vandenį (H2O) ir anglies dioksidą (CO2).

Sauso oro sudėtis

Azotas
Deguonis
Argonas
Vanduo
Anglies dioksidas
Neoninis
Helis
Metanas
Kriptonas
Vandenilis
Ksenonas
Azoto oksidas

Be lentelėje nurodytų dujų, atmosferoje nedideliais kiekiais yra SO2, NH3, CO, ozono, angliavandenilių, HCl, HF, Hg garų, I2, taip pat NO ir daugelio kitų dujų. Troposferoje nuolat yra daug suspenduotų kietųjų ir skystųjų dalelių (aerozolio).

Atmosferos struktūra

Troposfera

Viršutinė jo riba yra 8-10 km aukštyje poliariniame, 10-12 km aukštyje vidutinio klimato ir 16-18 km aukštyje. atogrąžų platumos; mažesnė žiemą nei vasarą. Apatiniame, pagrindiniame atmosferos sluoksnyje yra daugiau nei 80% visos atmosferos oro masės ir apie 90% visų atmosferoje esančių vandens garų. Troposferoje labai išvystyta turbulencija ir konvekcija, atsiranda debesys, vystosi ciklonai ir anticiklonai. Temperatūra mažėja didėjant aukščiui, o vidutinis vertikalus gradientas yra 0,65°/100 m

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 °C (viršutinis stratosferos sluoksnis 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

Mezosfera prasideda 50 km aukštyje ir tęsiasi iki 80-90 km. Temperatūra mažėja didėjant aukščiui, kai vidutinis vertikalus gradientas yra (0,25-0,3)°/100 m. Pagrindinis energijos procesas yra spinduliuotės šilumos perdavimas. Sudėtingi fotocheminiai procesai, kuriuose dalyvauja laisvieji radikalai, vibracijos sužadintos molekulės ir kt., sukelia atmosferos liuminescenciją.

Mezopauzė

Pereinamasis sluoksnis tarp mezosferos ir termosferos. Vertikaliame temperatūros pasiskirstyme yra minimumas (apie -90 °C).

Karmano linija

Aukštis virš jūros lygio, kuris sutartinai pripažįstamas kaip riba tarp Žemės atmosferos ir kosmoso. Pagal FAI apibrėžimą Karmano linija yra 100 km aukštyje virš jūros lygio.

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. Veikiant ultravioletinei ir rentgeno saulės spinduliuotei bei kosminei spinduliuotei, oras jonizuojasi („poliarinės šviesos“) – pagrindinės jonosferos sritys 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 iš tikrųjų nesikeičia didėjant aukščiui.

Egzosfera (sklaidos sfera)

Egzosfera – sklaidos zona, išorinė termosferos dalis, esanti aukščiau 700 km. Dujos egzosferoje yra labai retos, todėl jų dalelės nuteka į tarpplanetinę erdvę (išsklaidymas).

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 vadinamąjį artimojo kosmoso vakuumą, kuris užpildomas 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, išskiriama homosfera ir heterosfera. Heterosfera yra sritis, kurioje gravitacija turi įtakos dujų atsiskyrimui, nes jų maišymasis 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 ir yra maždaug 120 km aukštyje.

Kitos atmosferos savybės ir poveikis žmogaus organizmui

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.

Žmogaus plaučiuose nuolat yra apie 3 litrus alveolių oro. Dalinis deguonies slėgis alveoliniame ore esant normaliam atmosferos slėgiui yra 110 mm Hg. Art., anglies dioksido slėgis - 40 mm Hg. Art., o vandens garai - 47 mm Hg. Art. Didėjant aukščiui deguonies slėgis krenta, o bendras vandens garų ir anglies dioksido slėgis plaučiuose išlieka beveik pastovus – apie 87 mm Hg. Art. Deguonies srautas į plaučius visiškai sustos, kai aplinkinio oro slėgis taps lygus šiai vertei.

Maždaug 19-20 km aukštyje atmosferos slėgis nukrenta iki 47 mm Hg. Art. Todėl tokiame aukštyje žmogaus kūne pradeda virti vanduo ir tarpląstelinis skystis. Už slėgio kabinos tokiame aukštyje mirtis įvyksta beveik akimirksniu. Taigi, žmogaus fiziologijos požiūriu, „kosmosas“ prasideda jau 15-19 km aukštyje.

Tankūs oro sluoksniai – troposfera ir stratosfera – saugo mus nuo žalingo radiacijos poveikio. Esant pakankamam oro retėjimui, didesniame nei 36 km aukštyje, jonizuojanti spinduliuotė, pirminiai kosminiai spinduliai turi intensyvų poveikį organizmui; didesniame nei 40 km aukštyje veikia žmogui pavojinga ultravioletinė saulės spektro dalis.

Kylant į vis didesnį aukštį virš Žemės paviršiaus, žemesniuose atmosferos sluoksniuose stebimi mums žinomi reiškiniai, tokie kaip garso sklidimas, aerodinaminio keltuvo ir pasipriešinimo atsiradimas, šilumos perdavimas konvekcijos būdu ir kt. ., palaipsniui silpnėja, o tada visiškai išnyksta.

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 zona, kuri. 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. Tai vadinamoji pirminė atmosfera (maždaug prieš keturis milijardus metų). Kitame etape dėl aktyvios vulkaninės veiklos atmosfera buvo prisotinta kitomis dujomis nei vandenilis (anglies dioksidas, amoniakas, vandens garai). Taip susiformavo antrinė atmosfera (apie tris milijardus metų iki šių dienų). 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 dėl šių veiksnių susiformavo tretinė atmosfera, kuriai būdingas daug mažesnis vandenilio kiekis ir daug didesnis azoto bei anglies dioksido kiekis (susidaro dėl cheminės reakcijos iš amoniako ir angliavandenilių).

Azotas

Didelis azoto N2 kiekis susidaro dėl amoniako-vandenilio atmosferos oksidacijos molekuliniu deguonimi O2, kuris pradėjo kilti iš planetos paviršiaus fotosintezės metu, pradedant nuo 3 milijardų metų. Azotas N2 taip pat patenka į atmosferą dėl nitratų ir kitų azoto turinčių junginių denitrifikacijos. Azotą ozonas oksiduoja į NO viršutiniai sluoksniai atmosfera.

Azotas N2 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.

Fanerozojaus metu pasikeitė atmosferos sudėtis ir deguonies kiekis. Jie pirmiausia koreliavo su organinių nuosėdinių uolienų nusėdimo greičiu. Taigi, anglies kaupimosi laikotarpiais deguonies kiekis atmosferoje, matyt, pastebimai viršijo šiuolaikinį lygį.

Anglies dioksidas

CO2 kiekis atmosferoje priklauso nuo ugnikalnio aktyvumo ir cheminių procesų žemės lukštuose, bet labiausiai – nuo ​​biosintezės ir organinių medžiagų irimo Žemės biosferoje intensyvumo. Beveik visa dabartinė planetos biomasė (apie 2,4 1012 tonų) susidaro dėl anglies dioksido, azoto ir vandens garų, esančių atmosferos oras. Vandenyne, pelkėse ir miškuose palaidotos organinės medžiagos virsta anglimi, nafta ir gamtinėmis dujomis.

tauriųjų dujų

Inertinių dujų – argono, helio ir kriptono – šaltinis yra ugnikalnių išsiveržimai ir radioaktyvių elementų irimas. Visa žemė ir ypač atmosfera, palyginti su kosmosu, yra išeikvotos inertinių dujų. Manoma, kad to priežastis yra nuolatinis dujų nutekėjimas į tarpplanetinę erdvę.

Oro tarša

Pastaruoju metu žmogus pradėjo daryti įtaką atmosferos evoliucijai. Jo veiklos rezultatas – nuolatinis anglies dvideginio kiekio atmosferoje didėjimas dėl ankstesnėse geologinėse epochose sukaupto angliavandenilio kuro degimo. Didžiulis CO2 kiekis sunaudojamas fotosintezės metu ir jį 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 CO2 kiekis atmosferoje padidėjo 10%, o didžioji dalis (360 mlrd. tonų) susidaro deginant kurą. Jei kuro degimo tempas ir toliau augs, tai per ateinančius 200–300 metų CO2 kiekis atmosferoje padvigubės ir gali sukelti pasaulinę klimato kaitą.

Kuro deginimas yra pagrindinis teršiančių dujų (CO, NO, SO2) šaltinis. Sieros dioksidas oro deguonimi oksiduojamas iki SO3, o azoto oksidas - iki NO2 viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, kurie savo ruožtu sąveikauja su vandens garais, o susidariusi sieros rūgštis H2SO4 ir azoto rūgštis HNO3 nukrenta į Žemės paviršių taip. paskambino. rūgštūs lietūs. Naudojant vidaus degimo variklius, oras labai užteršiamas azoto oksidais, angliavandeniliais ir švino junginiais (tetraetilšvinu) Pb(CH3CH2)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 vienas iš galimos priežastys planetos klimato kaita.

(Lankyta 262 kartus, 1 apsilankymai šiandien)