Atmosfære stratosfære troposfære hva er neste der. Jordens atmosfære

Sammensetningen av atmosfæren. Luftskallet til planeten vår - atmosfære beskytter jordoverflaten mot de skadelige effektene på levende organismer av ultrafiolett stråling fra solen. Det beskytter også jorden mot kosmiske partikler - støv og meteoritter.

Atmosfæren består av en mekanisk blanding av gasser: 78 % av volumet er nitrogen, 21 % er oksygen, og mindre enn 1 % er helium, argon, krypton og andre inerte gasser. Mengden oksygen og nitrogen i luften er praktisk talt uendret, fordi nitrogen nesten ikke kommer inn i kombinasjoner med andre stoffer, og oksygen, som, selv om det er veldig aktivt og brukes på respirasjon, oksidasjon og forbrenning, stadig fylles på av planter.

Opp til en høyde på rundt 100 km forblir prosentandelen av disse gassene praktisk talt uendret. Dette skyldes at luften hele tiden blandes.

I tillegg til disse gassene inneholder atmosfæren omtrent 0,03% karbondioksid, som vanligvis er konsentrert nær jordoverflaten og er ujevnt fordelt: i byer, industrisentre og områder med vulkansk aktivitet øker mengden.

Det er alltid en viss mengde urenheter i atmosfæren - vanndamp og støv. Innholdet av vanndamp avhenger av temperaturen i luften: jo høyere temperatur, jo mer damp holder luften på. På grunn av tilstedeværelsen av dampholdig vann i luften, er atmosfæriske fenomener som regnbuer, brytning av sollys, etc. mulig.

Støv kommer inn i atmosfæren under vulkanutbrudd, sand- og støvstormer, med ufullstendig forbrenning av brensel ved termiske kraftverk osv.

Atmosfærens struktur. Atmosfærens tetthet endres med høyden: den er høyest på jordoverflaten, og avtar når den stiger. Så, i en høyde på 5,5 km, er tettheten av atmosfæren 2 ganger, og i en høyde på 11 km - 4 ganger mindre enn i overflatelaget.

Avhengig av tetthet, sammensetning og egenskaper til gasser deles atmosfæren inn i fem konsentriske lag (fig. 34).

Ris. 34. Vertikal del av atmosfæren (atmosfærisk lagdeling)

1. Det nederste laget kalles troposfæren. Dens øvre grense går i en høyde på 8-10 km ved polene og 16-18 km ved ekvator. Troposfæren inneholder opptil 80 % av atmosfærens totale masse og nesten all vanndamp.

Lufttemperaturen i troposfæren synker med høyden med 0,6 °C hver 100. m og ved dens øvre grense er den -45-55 °C.

Luften i troposfæren er hele tiden blandet og beveger seg i forskjellige retninger. Bare her observeres tåke, regn, snøfall, tordenvær, stormer og annet. værforhold.

2. Ovenfor ligger stratosfæren, som strekker seg til en høyde på 50-55 km. Lufttetthet og trykk i stratosfæren er ubetydelig. Den sjeldne luften består av de samme gassene som i troposfæren, men den inneholder mer ozon. Den høyeste konsentrasjonen av ozon er observert i en høyde på 15-30 km. Temperaturen i stratosfæren stiger med høyden og når 0 °C eller mer ved dens øvre grense. Dette skyldes det faktum at ozon absorberer den kortbølgede delen av solenergi, som et resultat av at luften varmes opp.

3. Over stratosfæren ligger mesosfæren, som strekker seg til en høyde på 80 km. I den synker temperaturen igjen og når -90 ° C. Lufttettheten der er 200 ganger mindre enn ved jordoverflaten.

4. Over mesosfæren er termosfære(fra 80 til 800 km). Temperaturen i dette laget stiger: i en høyde på 150 km til 220 °C; i en høyde på 600 km til 1500 °C. De atmosfæriske gassene (nitrogen og oksygen) er i ionisert tilstand. Under påvirkning av kortbølget solstråling løsnes individuelle elektroner fra atomskallene. Som et resultat, i dette laget - ionosfære lag med ladede partikler vises. Deres tetteste lag er i en høyde på 300-400 km. På grunn av den lave tettheten sprer ikke solstrålene seg der, så himmelen er svart, stjerner og planeter skinner sterkt på den.

I ionosfæren er det polarlys, det genereres kraftige elektriske strømmer som forårsaker forstyrrelser i jordas magnetfelt.

5. Over 800 km er det ytre skallet plassert - eksosfære. Bevegelseshastigheten til individuelle partikler i eksosfæren nærmer seg den kritiske - 11,2 mm/s, slik at individuelle partikler kan overvinne jordens tyngdekraft og rømme ut i verdensrommet.

Verdien av atmosfæren. Atmosfærens rolle i livet til planeten vår er usedvanlig stor. Uten den ville jorden vært død. Atmosfæren beskytter jordens overflate mot intens oppvarming og avkjøling. Dens innflytelse kan sammenlignes med glassets rolle i drivhus: å slippe inn solens stråler og hindre varmen i å slippe ut.

Atmosfæren beskytter levende organismer mot kortbølge- og korpuskulær stråling fra solen. Atmosfæren er miljøet der værfenomener oppstår, med som alle menneskelig aktivitet. Studiet av dette skallet utføres på meteorologiske stasjoner. Dag og natt, uansett vær, overvåker meteorologer tilstanden til den nedre atmosfæren. Fire ganger om dagen, og på mange stasjoner hver time måler de temperatur, trykk, luftfuktighet, noterer skyet, vindretning og hastighet, nedbør, elektriske og lydfenomener i atmosfæren. Meteorologiske stasjoner finnes overalt: i Antarktis og i tropiske regnskoger, på høye fjell og i tundraens store vidder. Det gjøres også observasjoner på havene fra spesialbygde skip.

Fra 30-tallet. Det 20. århundre observasjoner begynte i den frie atmosfæren. De begynte å lansere radiosonder, som stiger til en høyde på 25-35 km, og ved hjelp av radioutstyr overfører informasjon til jorden om temperatur, trykk, luftfuktighet og vindhastighet. I dag er meteorologiske raketter og satellitter også mye brukt. Sistnevnte har fjernsynsinstallasjoner som overfører bilder av jordoverflaten og skyene.

| |
5. Jordens luftskall§ 31. Oppvarming av atmosfæren

Strukturen og sammensetningen av jordens atmosfære, det må sies, var ikke alltid konstante verdier i en eller annen periode av utviklingen av planeten vår. I dag er den vertikale strukturen til dette elementet, som har en total "tykkelse" på 1,5-2,0 tusen km, representert av flere hovedlag, inkludert:

1. Troposfæren.
2. tropopause.
3. Stratosfæren.
4. Stratopause.
5. mesosfære og mesopause.
6. Termosfære.
7. eksosfære.

Grunnleggende elementer i atmosfæren

Troposfæren er laget der sterk vertikal og horisontale bevegelser, det er her vær-, nedbørsfenomener, klimatiske forhold. Den strekker seg 7-8 kilometer fra overflaten av planeten nesten overalt, med unntak av polarområdene (der - opptil 15 km). I troposfæren er det en gradvis nedgang i temperaturen, omtrent 6,4 ° C med hver høydekilometer. Dette tallet kan variere for forskjellige breddegrader og årstider.

Sammensetningen av jordens atmosfære i denne delen er representert av følgende elementer og deres prosentandeler:

Nitrogen - omtrent 78 prosent;

Oksygen - nesten 21 prosent;

Argon - omtrent en prosent;

Karbondioksid - mindre enn 0,05%.

Enkel sammensetning opp til en høyde på 90 kilometer

I tillegg finnes her støv, vanndråper, vanndamp, forbrenningsprodukter, iskrystaller, havsalter, mange aerosolpartikler osv. Denne sammensetningen av jordens atmosfære observeres opp til omtrent nitti kilometers høyde, så luften er omtrent den samme i kjemisk sammensetning, ikke bare i troposfæren, men også i de øvre lagene. Men der er stemningen fundamentalt annerledes. fysiske egenskaper. Laget som har en felles kjemisk sammensetning kalles homosfæren.

Hvilke andre grunnstoffer er i jordens atmosfære? Som en prosentandel (volum, i tørr luft), gasser som krypton (ca. 1,14 x 10 -4), xenon (8,7 x 10 -7), hydrogen (5,0 x 10 -5), metan (ca. 1,7 x 10 - 4), lystgass (5,0 x 10 -5) osv. Når det gjelder masseprosent av de listede komponentene, er lystgass og hydrogen mest, etterfulgt av helium, krypton osv.

Fysiske egenskaper til forskjellige atmosfæriske lag

De fysiske egenskapene til troposfæren er nært knyttet til dens tilknytning til planetens overflate. Herfra sendes den reflekterte solvarmen i form av infrarøde stråler opp igjen, inkludert prosessene med termisk ledning og konveksjon. Det er derfor temperaturen synker med avstanden fra jordoverflaten. Dette fenomenet observeres opp til stratosfærens høyde (11-17 kilometer), deretter blir temperaturen praktisk talt uendret opp til nivået 34-35 km, og så er det igjen en økning i temperaturen opp til høyder på 50 kilometer ( den øvre grensen til stratosfæren). Mellom stratosfæren og troposfæren er det et tynt mellomlag av tropopausen (opptil 1-2 km), hvor konstante temperaturer observeres over ekvator - omtrent minus 70 ° C og under. Over polene «varmes» tropopausen om sommeren til minus 45°C, om vinteren svinger temperaturene her rundt -65°C.

Gasssammensetningen i jordens atmosfære inkluderer et så viktig element som ozon. Det er relativt lite av det nær overflaten (ti til minus sjette potens av en prosent), siden gassen dannes under påvirkning av sollys fra atomært oksygen i de øvre delene av atmosfæren. Spesielt er det meste av ozonet i en høyde på ca 25 km, og hele "ozonskjermen" ligger i områder fra 7-8 km i polregionen, fra 18 km ved ekvator og opp til femti kilometer generelt over planetens overflate.

Atmosfæren beskytter mot solstråling

Sammensetningen av luften i jordens atmosfære spiller en svært viktig rolle i bevaring av liv, siden individuell kjemiske elementer og komposisjoner begrenser tilgangen av solstråling til jordens overflate og mennesker, dyr og planter som lever på den. For eksempel absorberer vanndampmolekyler effektivt nesten alle områder av infrarød stråling, bortsett fra lengder i området fra 8 til 13 mikron. Ozon, derimot, absorberer ultrafiolett opp til en bølgelengde på 3100 A. Uten sitt tynne lag (i gjennomsnitt 3 mm hvis den plasseres på overflaten av planeten), bare vann på mer enn 10 meters dyp og underjordiske grotter, der solstråling ikke når, kan bebos. .

Null Celsius ved stratopause

Mellom de to neste nivåene i atmosfæren, stratosfæren og mesosfæren, er det et bemerkelsesverdig lag - stratopausen. Den tilsvarer omtrent høyden på ozonmaksima og her observeres en relativt behagelig temperatur for mennesker - ca 0°C. Over stratopausen, i mesosfæren (begynner et sted i en høyde av 50 km og slutter i en høyde på 80-90 km), er det igjen et fall i temperatur med økende avstand fra jordens overflate (opp til minus 70-80 ° C). I mesosfæren brenner meteorer vanligvis helt ut.

I termosfæren - pluss 2000 K!

Den kjemiske sammensetningen av jordatmosfæren i termosfæren (begynner etter mesopausen fra høyder på ca. 85-90 til 800 km) bestemmer muligheten for et slikt fenomen som gradvis oppvarming av lag med svært forseldet "luft" under påvirkning av solenergi. stråling. I denne delen av "luftteppet" på planeten oppstår temperaturer fra 200 til 2000 K, som oppnås i forbindelse med ionisering av oksygen (over 300 km er atomært oksygen), samt rekombinasjonen av oksygenatomer til molekyler , ledsaget av frigjøring av en stor mengde varme. Termosfæren er der nordlysene kommer fra.

Over termosfæren er eksosfæren - det ytre laget av atmosfæren, hvorfra lette og raskt bevegelige hydrogenatomer kan flykte ut i verdensrommet. Den kjemiske sammensetningen av jordatmosfæren her representeres mer av individuelle oksygenatomer i de nedre lagene, heliumatomer i midten og nesten utelukkende hydrogenatomer i de øvre. Høye temperaturer råder her - ca 3000 K og det er ikke noe atmosfærisk trykk.

Hvordan ble jordens atmosfære dannet?

Men, som nevnt ovenfor, hadde ikke planeten alltid en slik sammensetning av atmosfæren. Totalt er det tre konsepter for opprinnelsen til dette elementet. Den første hypotesen antar at atmosfæren ble hentet i prosessen med akkresjon fra en protoplanetær sky. Imidlertid er denne teorien i dag gjenstand for betydelig kritikk, siden en slik primær atmosfære må ha blitt ødelagt av sol-"vinden" fra en stjerne i planetsystemet vårt. I tillegg antas det at flyktige elementer ikke kunne holde seg i sonen for dannelse av planeter som den terrestriske gruppen på grunn av for høye temperaturer.

Sammensetningen av jordens primære atmosfære, som antydet av den andre hypotesen, kan dannes på grunn av det aktive bombardementet av overflaten av asteroider og kometer som ankom fra nærheten. solsystemet på de tidlige stadiene av utviklingen. Det er ganske vanskelig å bekrefte eller avkrefte dette konseptet.

Eksperimenter ved IDG RAS

Den mest plausible er den tredje hypotesen, som mener at atmosfæren oppsto som et resultat av frigjøring av gasser fra jordskorpens mantel for rundt 4 milliarder år siden. Dette konseptet ble testet ved Institute of Geology and Geochemistry ved det russiske vitenskapsakademiet i løpet av et eksperiment kalt "Tsarev 2", da en prøve av et meteorisk stoff ble oppvarmet i et vakuum. Deretter ble det registrert utslipp av gasser som H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 osv. Derfor antok forskerne med rette at den kjemiske sammensetningen av jordens primære atmosfære inkluderte vann og karbondioksid, hydrogenfluoriddamp (HF), karbonmonoksidgass (CO), hydrogensulfid (H 2 S), nitrogenforbindelser, hydrogen, metan (CH 4), ammoniakkdamp (NH 3), argon osv. Vanndamp fra primæratmosfæren deltok i dannelse av hydrosfæren viste karbondioksid seg å være mer i bundet tilstand i organisk materiale og bergarter, nitrogen gikk inn i sammensetningen av moderne luft, så vel som igjen til sedimentære bergarter og organisk materiale.

Sammensetningen av jordens primære atmosfære ville ikke tillate moderne menneskerå være i den uten pusteapparat, siden det ikke var oksygen i de nødvendige mengder da. Dette elementet dukket opp i betydelige mengder for halvannen milliard år siden, som antas, i forbindelse med utviklingen av prosessen med fotosyntese i blågrønne og andre alger, som er de eldste innbyggerne på planeten vår.

Oksygen minimum

Det faktum at sammensetningen av jordens atmosfære i utgangspunktet var nesten anoksisk, indikeres av det faktum at lett oksidert, men ikke oksidert grafitt (karbon) finnes i de eldste (katarkeiske) bergartene. Deretter dukket de såkalte båndede jernmalmene opp, som inkluderte mellomlag av anrikede jernoksider, noe som betyr utseendet på planeten til en kraftig kilde til oksygen i molekylær form. Men disse elementene kom bare over med jevne mellomrom (kanskje de samme algene eller andre oksygenprodusenter dukket opp som små øyer i en anoksisk ørken), mens resten av verden var anaerob. Sistnevnte støttes av det faktum at lett oksidert pyritt ble funnet i form av småstein, behandlet av strømmen uten spor. kjemiske reaksjoner. Siden rennende vann ikke kan luftes dårlig, har synet utviklet seg at den pre-kambriske atmosfæren inneholdt mindre enn én prosent oksygen av dagens sammensetning.

Revolusjonerende endring i luftsammensetning

Omtrent midt i proterozoikum (1,8 milliarder år siden) fant "oksygenrevolusjonen" sted, da verden gikk over til aerob respirasjon, hvor 38 kan fås fra ett næringsmolekyl (glukose), og ikke to (som med anaerob respirasjon) energienheter. Sammensetningen av jordens atmosfære, når det gjelder oksygen, begynte å overstige én prosent av den moderne, og et ozonlag begynte å dukke opp som beskytter organismer mot stråling. Det var fra henne som "gjemt" under tykke skjell, for eksempel slike eldgamle dyr som trilobitter. Fra da til vår tid har innholdet av det viktigste "åndedretts"-elementet gradvis og sakte økt, noe som gir en rekke utvikling av livsformer på planeten.

Jordens atmosfære er den gassformede konvolutten til planeten vår. Dens nedre grense passerer på nivå med jordskorpen og hydrosfæren, og den øvre går inn i nær-jordområdet i verdensrommet. Atmosfæren inneholder omtrent 78 % nitrogen, 20 % oksygen, opptil 1 % argon, karbondioksid, hydrogen, helium, neon og noen andre gasser.

Dette jordskallet er preget av tydelig definert lagdeling. Lagene i atmosfæren bestemmes av den vertikale fordelingen av temperatur og den forskjellige tettheten av gasser på de forskjellige nivåene. Det er slike lag av jordens atmosfære: troposfære, stratosfære, mesosfære, termosfære, eksosfære. Ionosfæren skilles separat.

Opptil 80 % av atmosfærens totale masse er troposfæren - det nedre overflatelaget av atmosfæren. Troposfæren i polarsonene ligger på et nivå på opptil 8-10 km over jordens overflate, i den tropiske sonen - opptil maksimalt 16-18 km. Mellom troposfæren og den overliggende stratosfæren er tropopausen - overgangslaget. I troposfæren synker temperaturen når høyden øker, og atmosfærisk trykk avtar med høyden. Gjennomsnittlig temperaturgradient i troposfæren er 0,6°C per 100 m. Temperaturen på forskjellige nivåer av dette skallet bestemmes av absorpsjonen av solstråling og effektiviteten til konveksjon. Nesten all menneskelig aktivitet foregår i troposfæren. Mest høye fjell ikke gå utover troposfæren, bare lufttransport kan krysse den øvre grensen til dette skallet til en liten høyde og være i stratosfæren. En stor andel vanndamp finnes i troposfæren, som bestemmer dannelsen av nesten alle skyer. Dessuten er nesten alle aerosoler (støv, røyk osv.) som dannes på jordoverflaten konsentrert i troposfæren. I det nedre grenselaget av troposfæren uttrykkes daglige svingninger i temperatur og luftfuktighet, vindhastigheten reduseres vanligvis (den øker med høyden). I troposfæren er det en variabel inndeling av luftsøylen i luftmasser i horisontal retning, som varierer i en rekke egenskaper avhengig av sonen og området for deres formasjon. Ved atmosfæriske fronter - grensene mellom luftmasser - dannes sykloner og antisykloner, som bestemmer været i et bestemt område for en bestemt tidsperiode.

Stratosfæren er laget av atmosfæren mellom troposfæren og mesosfæren. Grensene for dette laget varierer fra 8-16 km til 50-55 km over jordens overflate. I stratosfæren er gasssammensetningen i luft omtrent den samme som i troposfæren. Særpreget trekk– en reduksjon i konsentrasjonen av vanndamp og en økning i innholdet av ozon. Ozonlaget i atmosfæren, som beskytter biosfæren mot de aggressive effektene av ultrafiolett lys, er på et nivå på 20 til 30 km. I stratosfæren stiger temperaturen med høyden, og temperaturverdiene bestemmes av solstråling, og ikke av konveksjon (bevegelser av luftmasser), som i troposfæren. Oppvarmingen av luften i stratosfæren skyldes absorpsjon av ultrafiolett stråling av ozon.

Mesosfæren strekker seg over stratosfæren opp til et nivå på 80 km. Dette laget av atmosfæren kjennetegnes ved at temperaturen synker fra 0 ° C til - 90 ° C når høyden øker. Dette er den kaldeste regionen i atmosfæren.

Over mesosfæren er termosfæren opp til et nivå på 500 km. Fra grensen til mesosfæren til eksosfæren varierer temperaturen fra omtrent 200 K til 2000 K. Opp til et nivå på 500 km avtar lufttettheten flere hundre tusen ganger. Den relative sammensetningen av de atmosfæriske komponentene i termosfæren ligner overflatelaget til troposfæren, men med økende høyde passerer mer oksygen inn i atomtilstanden. En viss andel av molekyler og atomer i termosfæren er i en ionisert tilstand og fordelt i flere lag, de er forent av konseptet om ionosfæren. Karakteristikkene til termosfæren varierer over et stort område avhengig av geografisk breddegrad, mengden solstråling, tid på året og døgnet.

Det øvre laget av atmosfæren er eksosfæren. Dette er det tynneste laget av atmosfæren. I eksosfæren er de gjennomsnittlige frie banene til partikler så enorme at partikler fritt kan flykte inn i det interplanetære rommet. Eksosfærens masse er en ti milliondel av atmosfærens totale masse. Den nedre grensen til eksosfæren er nivået 450-800 km, og den øvre grensen er området der konsentrasjonen av partikler er den samme som i verdensrommet – flere tusen kilometer fra jordoverflaten. Eksosfæren består av plasma, en ionisert gass. Også i eksosfæren er strålingsbeltene til planeten vår.

Videopresentasjon - lag av jordens atmosfære:

Relatert innhold:

Blå planet...

Dette emnet skulle vises på nettstedet som en av de første. Tross alt er helikoptre atmosfæriske fly. Jordens atmosfære- deres så å si habitat :-). EN fysiske egenskaper til luft bare bestemme kvaliteten på dette habitatet :-). Så det er en av de grunnleggende. Og grunnlaget skrives alltid først. Men jeg innså dette nå. Imidlertid er det bedre, som du vet, sent enn aldri ... La oss ta på denne saken, men uten å komme inn i villmarken og unødvendige vanskeligheter :-).

Så… Jordens atmosfære. Dette er det gassformede skallet til vår blå planet. Alle kjenner til dette navnet. Hvorfor blå? Ganske enkelt fordi den "blå" (så vel som blå og fiolette) komponenten av sollys (spektrum) er best spredt i atmosfæren, og dermed farger den blåaktig-blåaktig, noen ganger med et hint av fiolett (på en solskinnsdag, selvfølgelig :-)).

Sammensetningen av jordens atmosfære.

Sammensetningen av atmosfæren er ganske bred. Jeg skal ikke ramse opp alle komponentene i teksten, det er en god illustrasjon for dette Sammensetningen av alle disse gassene er tilnærmet konstant, med unntak av karbondioksid (CO 2 ). I tillegg inneholder atmosfæren nødvendigvis vann i form av damper, suspenderte dråper eller iskrystaller. Vannmengden er ikke konstant og avhenger av temperatur og i mindre grad av lufttrykk. I tillegg inneholder jordas atmosfære (spesielt den nåværende) også en viss mengde, jeg vil si "all slags skitt" :-). Disse er SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, i tillegg kommer kvikksølvdamper Hg. Riktignok er alt dette der i små mengder, gudskjelov :-).

Jordens atmosfære Det er vanlig å dele inn i flere soner som følger hverandre i høyden over overflaten.

Den første, nærmest jorden, er troposfæren. Dette er det laveste og så å si hovedlaget for livet. annen type. Den inneholder 80% av den totale massen atmosfærisk luft(selv om det i volum bare utgjør omtrent 1 % av hele atmosfæren) og omtrent 90 % av alt atmosfærisk vann. Hovedtyngden av all vind, skyer, regn og snø 🙂 kommer derfra. Troposfæren strekker seg til høyder på omtrent 18 km. tropiske breddegrader og opptil 10 km i de polare. Lufttemperaturen i den synker med en stigning på ca. 0,65º for hver 100 m.

atmosfæriske soner.

Den andre sonen er stratosfæren. Jeg må si at en annen smal sone skiller mellom troposfæren og stratosfæren - tropopausen. Den stopper temperaturfallet med høyden. Tropopausen har en gjennomsnittlig tykkelse på 1,5-2 km, men grensene er utydelige og troposfæren overlapper ofte stratosfæren.

Så stratosfæren har en gjennomsnittlig høyde på 12 km til 50 km. Temperaturen i den opp til 25 km forblir uendret (ca. -57ºС), deretter et sted opp til 40 km stiger den til omtrent 0ºС og videre opp til 50 km forblir den uendret. Stratosfæren er en relativt rolig del av jordens atmosfære. Det er praktisk talt ingen ugunstige værforhold i den. Det er i stratosfæren det berømte ozonlaget ligger i høyder fra 15-20 km til 55-60 km.

Dette etterfølges av en liten grenselagstratopause, der temperaturen holder seg rundt 0ºС, og deretter er neste sone mesosfæren. Den strekker seg til høyder på 80-90 km, og i den synker temperaturen til omtrent 80ºС. I mesosfæren blir vanligvis små meteorer synlige, som begynner å gløde i den og brenne der ute.

Det neste smale gapet er mesopausen og utover den termosfæresonen. Høyden er opptil 700-800 km. Her begynner temperaturen igjen å stige og i høyder på omtrent 300 km kan den nå verdier i størrelsesorden 1200ºС. Deretter forblir den konstant. Ionosfæren ligger inne i termosfæren opp til en høyde på ca 400 km. Her er luften sterkt ionisert på grunn av eksponering for solstråling og har høy elektrisk ledningsevne.

Den neste og generelt siste sonen er eksosfæren. Dette er den såkalte spredningssonen. Her er hovedsakelig svært sjeldne hydrogen og helium (med en overvekt av hydrogen) tilstede. I høyder på rundt 3000 km går eksosfæren over i det nære romvakuumet.

Det er sånn et sted. Hvorfor omtrent? Fordi disse lagene er ganske betingede. Ulike endringer i høyde, sammensetning av gasser, vann, temperatur, ionisering og så videre er mulig. I tillegg er det mange flere begreper som definerer strukturen og tilstanden til jordens atmosfære.

For eksempel homosfære og heterosfære. I den første er de atmosfæriske gassene godt blandet og sammensetningen deres er ganske homogen. Den andre er plassert over den første, og det er praktisk talt ingen slik blanding der. Gassene skilles fra tyngdekraften. Grensen mellom disse lagene ligger i 120 km høyde, og det kalles turbopause.

La oss avslutte med vilkårene, men jeg vil definitivt legge til at det er konvensjonelt akseptert at grensen til atmosfæren ligger i en høyde av 100 km over havet. Denne grensen kalles Karmanlinjen.

Jeg vil legge til to bilder til for å illustrere strukturen i atmosfæren. Den første er imidlertid på tysk, men den er komplett og lett nok å forstå :-). Den kan forstørres og vurderes godt. Den andre viser endringen i atmosfærisk temperatur med høyden.

Strukturen til jordens atmosfære.

Endring i lufttemperatur med høyden.

Moderne bemannede orbitale romfartøyer flyr i høyder på omtrent 300-400 km. Dette er imidlertid ikke lenger luftfart, selv om regionen selvfølgelig er med i en viss forstand nært beslektet, og vi vil sikkert snakke om det :-).

Luftfartssonen er troposfæren. Moderne atmosfæriske fly kan også fly i de nedre lagene av stratosfæren. For eksempel er det praktiske taket til MIG-25RB 23000 m.

Flyvning i stratosfæren.

Og akkurat fysiske egenskaper til luft troposfærer bestemmer hvordan flyturen vil være, hvor effektivt flykontrollsystemet vil være, hvordan turbulensen i atmosfæren vil påvirke det, hvordan motorene vil fungere.

Den første hovedeiendommen er lufttemperatur. I gassdynamikk kan det bestemmes på Celsius-skalaen eller på Kelvin-skalaen.

Temperatur t1 i en gitt høyde H på Celsius-skalaen bestemmes:

t 1 \u003d t - 6,5N, Hvor t er lufttemperaturen ved bakken.

Temperatur på Kelvin-skalaen kalles absolutt temperatur Null på denne skalaen er absolutt null. Ved absolutt null stopper den termiske bevegelsen til molekyler. Absolutt null på Kelvin-skalaen tilsvarer -273º på Celsius-skalaen.

Følgelig temperaturen T på høy H på Kelvin-skalaen bestemmes:

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

Lufttrykk. Atmosfærisk trykk måles i pascal (N / m 2), i det gamle målesystemet i atmosfærer (atm.). Det er også noe som heter barometertrykk. Dette er trykket målt i millimeter kvikksølv ved hjelp av et kvikksølvbarometer. Barometrisk trykk (trykk ved havnivå) lik 760 mm Hg. Kunst. kalt standard. I fysikk, 1 atm. akkurat lik 760 mm Hg.

Lufttetthet. I aerodynamikk er det mest brukte konseptet massetettheten til luft. Dette er massen av luft i 1 m3 volum. Lufttettheten endres med høyden, luften blir mer forseldet.

Luftfuktighet. Viser mengden vann i luften. Det er et konsept " relativ fuktighet". Dette er forholdet mellom massen av vanndamp og maksimalt mulig ved en gitt temperatur. Konseptet med 0%, det vil si når luften er helt tørr, kan generelt bare eksistere i laboratoriet. På den annen side er 100 % fuktighet ganske reell. Dette betyr at luften har absorbert alt vannet den kunne absorbere. Noe som en absolutt "full svamp". Høy relativ fuktighet reduserer lufttettheten, mens lav relativ fuktighet øker den tilsvarende.

På grunn av det faktum at flyflyvninger finner sted under forskjellige atmosfæriske forhold, kan deres fly- og aerodynamiske parametere i en flymodus være forskjellige. Derfor, for en korrekt vurdering av disse parameterne, introduserte vi International Standard Atmosphere (ISA). Den viser endringen i luftens tilstand med økningen i høyden.

Hovedparametrene for luftens tilstand ved null fuktighet er tatt som:

trykk P = 760 mm Hg. Kunst. (101,3 kPa);

temperatur t = +15°C (288 K);

massetetthet ρ \u003d 1,225 kg / m 3;

For ISA antas det (som nevnt ovenfor :-)) at temperaturen synker i troposfæren med 0,65º for hver 100 høydemeter.

Standard atmosfære (eksempel opp til 10000 m).

ISA-tabeller brukes til kalibrering av instrumenter, samt for navigasjons- og ingeniørberegninger.

Fysiske egenskaper til luft inkluderer også slike begreper som treghet, viskositet og komprimerbarhet.

Treghet er en egenskap ved luft som kjennetegner dens evne til å motstå endringer i hviletilstanden eller jevn rettlinjet bevegelse. . Treghetsmålet er massetettheten til luft. Jo høyere den er, desto høyere er tregheten og dragkraften til mediet når flyet beveger seg i det.

Viskositet. Bestemmer friksjonsmotstanden mot luft når flyet beveger seg.

Kompressibilitet måler endringen i lufttetthet når trykket endres. Ved lave hastigheter på flyet (opptil 450 km/t) er det ingen trykkendring når luftstrømmen strømmer rundt det, men ved høye hastigheter begynner effekten av kompressibilitet å vises. Dens innflytelse på supersonisk er spesielt uttalt. Dette er et eget område for aerodynamikk og et emne for en egen artikkel :-).

Vel, det ser ut til at det var alt for nå ... Det er på tide å fullføre denne litt kjedelige oppregningen, som imidlertid ikke kan unnlates :-). Jordens atmosfære, dens parametere, fysiske egenskaper til luft er like viktige for flyet som parametrene til selve apparatet, og det var umulig å ikke nevne dem.

Foreløpig, til neste møter og flere interessante emner 🙂 …

P.S. Til dessert foreslår jeg at du ser en video filmet fra cockpiten til en MIG-25PU tvilling under flukten inn i stratosfæren. Filmet, visstnok, av en turist som har penger til slike flyreiser :-). Skutt stort sett gjennom Frontrute. Legg merke til fargen på himmelen...

Atmosfærens tykkelse er omtrent 120 km fra jordens overflate. Den totale massen av luft i atmosfæren er (5,1-5,3) 10 18 kg. Av disse er massen av tørr luft 5,1352 ± 0,0003 10 18 kg, den totale massen av vanndamp er i gjennomsnitt 1,27 10 16 kg.

tropopause

Overgangslaget fra troposfæren til stratosfæren, laget av atmosfæren der nedgangen i temperatur med høyden stopper.

Stratosfæren

Laget av atmosfæren ligger i en høyde på 11 til 50 km. En liten endring i temperaturen i 11-25 km-laget (nedre lag av stratosfæren) og økningen i 25-40 km-laget fra -56,5 til 0,8 ° (øvre stratosfære eller inversjonsregion) er typiske. Etter å ha nådd en verdi på ca. 273 K (nesten 0 °C) i en høyde på ca. 40 km, holder temperaturen seg konstant opp til en høyde på ca. 55 km. Dette området med konstant temperatur kalles stratopausen og er grensen mellom stratosfæren og mesosfæren.

Stratopause

Atmosfærens grenselag mellom stratosfæren og mesosfæren. Det er et maksimum i den vertikale temperaturfordelingen (ca. 0 °C).

Mesosfæren

Jordens atmosfære

Jordens atmosfæregrense

Termosfære

Den øvre grensen er ca 800 km. Temperaturen stiger til høyder på 200-300 km, hvor den når verdier i størrelsesorden 1500 K, hvoretter den forblir nesten konstant opp til store høyder. Under påvirkning av ultrafiolett og røntgen-solstråling og kosmisk stråling ioniseres luft ("polare lys") - hovedområdene i ionosfæren ligger inne i termosfæren. I høyder over 300 km dominerer atomært oksygen. Den øvre grensen for termosfæren bestemmes i stor grad av solens nåværende aktivitet. I perioder med lav aktivitet - for eksempel i 2008-2009 - er det en merkbar nedgang i størrelsen på dette laget.

Termopause

Området i atmosfæren over termosfæren. I denne regionen er absorpsjonen av solstråling ubetydelig, og temperaturen endres faktisk ikke med høyden.

Eksosfære (spredningssfære)

Opp til en høyde på 100 km er atmosfæren en homogen, godt blandet blanding av gasser. I høyere lag avhenger fordelingen av gasser i høyden av deres molekylmasser, konsentrasjonen av tyngre gasser avtar raskere med avstanden fra jordoverflaten. På grunn av nedgangen i gasstetthet synker temperaturen fra 0 °C i stratosfæren til -110 °C i mesosfæren. Imidlertid tilsvarer den kinetiske energien til individuelle partikler i høyder på 200–250 km en temperatur på ~150 °C. Over 200 km observeres betydelige svingninger i temperatur og gasstetthet i tid og rom.

I en høyde på ca 2000-3500 km går eksosfæren gradvis over i den s.k. nær romvakuum, som er fylt med svært forsjeldne partikler av interplanetær gass, hovedsakelig hydrogenatomer. Men denne gassen er bare en del av den interplanetære materien. Den andre delen er sammensatt av støvlignende partikler av kometær og meteorisk opprinnelse. I tillegg til ekstremt sjeldne støvlignende partikler, trenger elektromagnetisk og korpuskulær stråling av sol- og galaktisk opprinnelse inn i dette rommet.

Troposfæren står for omtrent 80 % av massen til atmosfæren, stratosfæren står for omtrent 20 %; massen til mesosfæren er ikke mer enn 0,3 %, termosfæren er mindre enn 0,05 % av atmosfærens totale masse. Basert på de elektriske egenskapene i atmosfæren skilles nøytrosfæren og ionosfæren. Det antas for tiden at atmosfæren strekker seg til en høyde på 2000-3000 km.

Avhengig av sammensetningen av gassen i atmosfæren slipper de ut homosfære Og heterosfære. heterosfære- dette er et område der tyngdekraften påvirker separasjonen av gasser, siden deres blanding i en slik høyde er ubetydelig. Derfor følger den variable sammensetningen av heterosfæren. Under den ligger en godt blandet, homogen del av atmosfæren, kalt homosfæren. Grensen mellom disse lagene kalles turbopause, den ligger i en høyde på ca 120 km.

Fysiologiske og andre egenskaper ved atmosfæren

Allerede i en høyde på 5 km over havet utvikler en utrent person oksygen sult, og uten tilpasning reduseres en persons ytelse betydelig. Det er her den fysiologiske sonen i atmosfæren slutter. Menneskelig pust blir umulig i en høyde på 9 km, selv om opp til ca. 115 km inneholder atmosfæren oksygen.

Atmosfæren gir oss oksygenet vi trenger for å puste. Men på grunn av fallet i det totale trykket i atmosfæren når du stiger til en høyde, reduseres også partialtrykket av oksygen tilsvarende.

I sjeldne luftlag er forplantning av lyd umulig. Opp til høyder på 60-90 km er det fortsatt mulig å bruke luftmotstand og løft for kontrollert aerodynamisk flyging. Men fra høyder på 100-130 km, mister konseptene til M-nummeret og lydmuren som er kjent for hver pilot sin mening: der passerer den betingede Karman-linjen, utenfor hvilken området med rent ballistisk flyging begynner, som kun kan kontrolleres ved hjelp av reaktive krefter.

I høyder over 100 km er atmosfæren også fratatt en annen bemerkelsesverdig egenskap - evnen til å absorbere, lede og overføre termisk energi ved konveksjon (dvs. ved hjelp av luftblanding). Dette betyr at ulike elementer av utstyr, utstyr til orbitalromstasjonen ikke vil kunne kjøles fra utsiden på den måten det vanligvis gjøres på et fly – ved hjelp av luftstråler og luftradiatorer. I en slik høyde, som i verdensrommet generelt, er den eneste måten å overføre varme på termisk stråling.

Historien om dannelsen av atmosfæren

Ifølge den vanligste teorien har jordens atmosfære vært i tre forskjellige sammensetninger over tid. Opprinnelig besto den av lette gasser (hydrogen og helium) fanget fra det interplanetære rommet. Dette såkalte primær atmosfære(for omtrent fire milliarder år siden). På neste trinn førte aktiv vulkansk aktivitet til metning av atmosfæren med andre gasser enn hydrogen (karbondioksid, ammoniakk, vanndamp). Dette er hvordan sekundær atmosfære(omtrent tre milliarder år før våre dager). Denne atmosfæren var gjenopprettende. Videre ble prosessen med dannelse av atmosfæren bestemt av følgende faktorer:

• lekkasje av lette gasser (hydrogen og helium) inn i det interplanetære rommet;
• kjemiske reaksjoner som oppstår i atmosfæren under påvirkning av ultrafiolett stråling, lynutladninger og noen andre faktorer.

Gradvis førte disse faktorene til dannelsen tertiær atmosfære, karakterisert ved et mye lavere innhold av hydrogen og et mye høyere innhold av nitrogen og karbondioksid (dannet som følge av kjemiske reaksjoner fra ammoniakk og hydrokarboner).

Nitrogen

Dannelsen av en stor mengde nitrogen N 2 skyldes oksidasjon av ammoniakk-hydrogen-atmosfæren av molekylært oksygen O 2, som begynte å komme fra overflaten av planeten som et resultat av fotosyntese, fra 3 milliarder år siden. Nitrogen N 2 slippes også ut i atmosfæren som følge av denitrifiseringen av nitrater og andre nitrogenholdige forbindelser. Nitrogen oksideres av ozon til NO øvre lag atmosfære.

Nitrogen N 2 inngår reaksjoner bare under spesifikke forhold (for eksempel under et lynutladning). Oksidasjon av molekylært nitrogen med ozon under elektriske utladninger brukes i små mengder i industriell produksjon av nitrogengjødsel. Oksiderer det med lavt energiforbruk og konverter det til biologisk aktiv form kan cyanobakterier (blågrønne alger) og knutebakterier som danner rhizobial symbiose med belgfrukter, den såkalte. grønngjødsel.

Oksygen

Sammensetningen av atmosfæren begynte å endre seg radikalt med ankomsten av levende organismer på jorden, som et resultat av fotosyntese, ledsaget av frigjøring av oksygen og absorpsjon av karbondioksid. Opprinnelig ble oksygen brukt på oksidasjon av reduserte forbindelser - ammoniakk, hydrokarboner, den jernholdige formen av jern som finnes i havene, etc. På slutten av dette stadiet begynte oksygeninnholdet i atmosfæren å vokse. Etter hvert dannet det seg en moderne atmosfære med oksiderende egenskaper. Siden dette forårsaket alvorlige og brå endringer i mange prosesser i atmosfæren, litosfæren og biosfæren, ble denne hendelsen kalt oksygenkatastrofen.

edle gasser

Luftforurensing

I I det siste mennesket begynte å påvirke utviklingen av atmosfæren. Resultatet av hans aktiviteter var en konstant betydelig økning i innholdet av karbondioksid i atmosfæren på grunn av forbrenning av hydrokarbonbrensel akkumulert i tidligere geologiske epoker. Store mengder CO 2 forbrukes under fotosyntesen og absorberes av verdenshavene. Denne gassen kommer inn i atmosfæren gjennom nedbrytning av karbonatbergarter og organisk materiale av plante- og animalsk opprinnelse, samt på grunn av vulkanisme og menneskelig produksjonsvirksomhet. I løpet av de siste 100 årene har innholdet av CO 2 i atmosfæren økt med 10 %, hvor hoveddelen (360 milliarder tonn) kommer fra forbrenning av drivstoff. Hvis veksthastigheten for forbrenning av drivstoff fortsetter, vil mengden CO 2 i atmosfæren fordobles i løpet av de neste 200-300 årene og kan føre til globale klimaendringer.

Drivstoffforbrenning er hovedkilden til forurensende gasser (СО,, SO 2). Svoveldioksid oksideres av atmosfærisk oksygen til SO 3 i den øvre atmosfæren, som igjen interagerer med vanndamp og ammoniakk, og den resulterende svovelsyren (H 2 SO 4) og ammoniumsulfat ((NH 4) 2 SO 4) går tilbake til jordens overflate i form av en såkalt. sur nedbør. Bruk av forbrenningsmotorer fører til betydelig luftforurensning med nitrogenoksider, hydrokarboner og blyforbindelser (tetraetylbly Pb (CH 3 CH 2) 4)).

Aerosolforurensning av atmosfæren skyldes begge naturlige årsaker (vulkanutbrudd, støvstormer, sjøvann og plantepollen, etc.), og menneskelig økonomisk aktivitet (utvinning av malm og byggematerialer, brennstoffforbrenning, sementproduksjon, etc.). Intens storskala fjerning av faste partikler i atmosfæren er en av de mulige årsakene til klimaendringer på planeten.

se også

• Jacchia (atmosfæremodell)

Notater

Lenker

Litteratur

1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov"Rombiologi og medisin" (2. utgave, revidert og supplert), M .: "Prosveshchenie", 1975, 223 sider.
2. N.V. Gusakova"Kjemi miljø", Rostov-on-Don: Phoenix, 2004, 192 med ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V.A. Geochemistry of natural gases, M., 1971;
4. McEwen M, Phillips L. Atmosfærens kjemi, M., 1978;
5. Wark K., Warner S. Luftforurensing. Kilder og kontroll, trans. fra engelsk, M.. 1980;
6. Bakgrunnsforurensningsovervåking naturlige miljøer. V. 1, L., 1982.

Jord
Jordens historie	Jordens tidsalder Jordens geologiske historie Geologisk tidsskala Historie om livet på jorden Jordens isbre Svak ung Solparadoks Kjempepåvirkningsteori Tidslinje for evolusjon
Geografi og geologi	Australia Asia Antarktis Afrika Europa Nord-Amerika Sør-Amerika Atlanterhavet Indiske hav Polhavet