Със собствените си ръце

Какво прави атмосферата. Слоеве на атмосферата - тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и екзосфера

Състав на Земята. Въздух

Въздухът е механична смес от различни газове, които изграждат земната атмосфера. Въздухът е необходим за дишането на живите организми и се използва широко в промишлеността.

Фактът, че въздухът е смес, а не хомогенна субстанция, е доказан по време на експериментите на шотландския учен Джоузеф Блек. По време на един от тях ученият открива, че при нагряване на бял магнезий (магнезиев карбонат) се отделя „свързан въздух“, тоест въглероден диоксид, и се образува изгорен магнезий (магнезиев оксид). При изгаряне на варовик, напротив, „свързаният въздух“ се отстранява. Въз основа на тези експерименти ученият заключава, че разликата между въглеродния диоксид и разяждащите алкали е, че първият съдържа въглероден диоксид, който е една от съставките на въздуха. Днес знаем, че освен въглеродния диоксид, съставът на земния въздух включва:

Съотношението на газовете в земната атмосфера, посочено в таблицата, е характерно за долните й слоеве, до надморска височина от 120 км. В тези области се намира добре смесена, хомогенна област, наречена хомосфера. Над хомосферата се намира хетеросферата, която се характеризира с разлагането на газовите молекули на атоми и йони. Регионите са разделени един от друг с турбо пауза.

Химическата реакция, при която молекулите се разлагат на атоми под въздействието на слънчева и космическа радиация, се нарича фотодисоциация. При разпадането на молекулярния кислород се получава атомарен кислород, който е основният газ на атмосферата на височини над 200 km. На височини над 1200 км започват да преобладават водородът и хелият, които са най-леките от газовете.

Тъй като по-голямата част от въздуха е концентрирана в 3-те долни атмосферни слоя, промените в състава на въздуха на надморска височина над 100 km нямат забележим ефект върху общия състав на атмосферата.

Азотът е най-разпространеният газ, който представлява повече от три четвърти от обема на въздуха на Земята. Съвременният азот е образуван от окисляването на ранната амонячно-водородна атмосфера от молекулярен кислород, който се образува по време на фотосинтезата. Понастоящем малки количества азот навлизат в атмосферата в резултат на денитрификация - процесът на редуциране на нитратите до нитрити, последван от образуването на газообразни оксиди и молекулярен азот, който се произвежда от анаеробни прокариоти. Известно количество азот навлиза в атмосферата по време на вулканични изригвания.

В горните слоеве на атмосферата, когато са изложени на електрически разряди с участието на озон, молекулярният азот се окислява до азотен оксид:

N 2 + O 2 → 2NO

При нормални условия моноксидът веднага реагира с кислорода, за да образува азотен оксид:

2NO + O 2 → 2N 2 O

Азотът е най-важният химичен елемент в земната атмосфера. Азотът е част от протеините и осигурява минерално хранене на растенията. Той определя скоростта на биохимичните реакции и играе ролята на разредител на кислорода.

Вторият най-често срещан газ в земната атмосфера е кислородът. Образуването на този газ е свързано с фотосинтетичната активност на растенията и бактериите. И колкото по-разнообразни и многобройни стават фотосинтезиращите организми, толкова по-значителен става процесът на съдържание на кислород в атмосферата. По време на дегазирането на мантията се отделя малко количество тежък кислород.

В горните слоеве на тропосферата и стратосферата под въздействието на ултравиолетовото слънчево лъчение (означаваме го като hν) се образува озон:

O 2 + hν → 2O

В резултат на същото ултравиолетово лъчение озонът се разлага:

O 3 + hν → O 2 + O

О 3 + O → 2О 2

В резултат на първата реакция се образува атомарен кислород, а в резултат на втората - молекулярен кислород. Всичките 4 реакции се наричат ​​„механизъм на Чапман“, кръстен на британския учен Сидни Чапман, който ги открива през 1930 г.

Кислородът се използва за дишането на живите организми. С негова помощ протичат процеси на окисляване и изгаряне.

Озонът служи за защита на живите организми от ултравиолетовото лъчение, което причинява необратими мутации. Най-висока концентрация на озон се наблюдава в долната стратосфера в рамките на т.нар. озонов слой или озонов екран, лежащ на надморска височина от 22-25 km. Съдържанието на озон е малко: при нормално налягане целият озон в земната атмосфера би заемал слой с дебелина само 2,91 mm.

Образуването на третия най-често срещан газ в атмосферата, аргон, както и неон, хелий, криптон и ксенон, се свързва с вулканични изригвания и разпадане на радиоактивни елементи.

По-специално, хелият е продукт на радиоактивното разпадане на уран, торий и радий: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (в тези реакции α-частицата е хелиевото ядро, което в По време на процеса на загуба на енергия улавя електрони и се превръща в 4 He).

Аргонът се образува при разпадането на радиоактивния изотоп на калия: 40 K → 40 Ar + γ.

Неонът излиза от магмени скали.

Криптонът се образува като краен продукт от разпада на уран (235 U и 238 U) и торий Th.

По-голямата част от атмосферния криптон се е образувал в ранните етапи от еволюцията на Земята в резултат на разпадането на трансуранови елементи с феноменално кратък период на полуразпад или е дошъл от космоса, където съдържанието на криптон е десет милиона пъти по-високо от това на Земята.

Ксенонът е резултат от деленето на урана, но по-голямата част от този газ остава от ранните етапи на формирането на Земята, от първичната атмосфера.

Въглеродният диоксид навлиза в атмосферата в резултат на вулканични изригвания и по време на разлагането на органични вещества. Съдържанието му в атмосферата на средните географски ширини на Земята варира значително в зависимост от сезоните на годината: през зимата количеството на CO 2 се увеличава, а през лятото намалява. Това колебание е свързано с активността на растенията, които използват въглероден диоксид в процеса на фотосинтеза.

Водородът се образува в резултат на разлагането на водата от слънчевата радиация. Но тъй като е най-лекият от газовете, които изграждат атмосферата, той постоянно се изпарява в открития космос и следователно съдържанието му в атмосферата е много малко.

Водната пара е резултат от изпарението на водата от повърхността на езерата, реките, моретата и сушата.

Концентрацията на основните газове в долните слоеве на атмосферата, с изключение на водните пари и въглеродния диоксид, е постоянна. В малки количества атмосферата съдържа серен оксид SO 2, амоняк NH 3, въглероден оксид CO, озон O 3, хлороводород HCl, флуороводород HF, азотен оксид NO, въглеводороди, живачни пари Hg, йод I 2 и много други. В долния слой на атмосферата, тропосферата, винаги има голямо количество суспендирани твърди и течни частици.

Източниците на прахови частици в земната атмосфера включват вулканични изригвания, цветен прашец, микроорганизми и, напоследък, човешки дейности, като изгарянето на изкопаеми горива по време на производството. Най-малките частици прах, които са кондензационни ядра, причиняват образуването на мъгли и облаци. Без прахови частици, постоянно присъстващи в атмосферата, валежите не биха паднали на Земята.

Промяна на земната повърхност. Не по-малко важна беше дейността на вятъра, който пренасяше малки частици скали на големи разстояния. Температурните колебания и други атмосферни фактори значително повлияха на разрушаването на скалите. Заедно с това А. предпазва земната повърхност от разрушителното въздействие на падащите метеорити, повечето от които изгарят при навлизане в плътните слоеве на атмосферата.

Самата дейност на живите организми, оказала силно влияние върху развитието на кислорода, зависи в много голяма степен от атмосферните условия. А. забавя по-голямата част от ултравиолетовото лъчение от Слънцето, което има пагубен ефект върху много организми. Атмосферният кислород се използва в процеса на дишане от животни и растения, атмосферният въглероден диоксид се използва в процеса на хранене на растенията. Климатичните фактори, особено топлинният и влажният режим, оказват влияние върху здравето и дейността на човека. Селското стопанство е особено зависимо от климатичните условия. От своя страна човешката дейност оказва все по-голямо влияние върху състава на атмосферата и климатичния режим.

Структурата на атмосферата

Вертикално разпределение на температурата в атмосферата и свързаната с него терминология.

Многобройни наблюдения показват, че А. има ясно изразена слоеста структура (виж фигурата). Основните характеристики на слоестата структура на алуминия се определят предимно от характеристиките на вертикалното разпределение на температурата. В най-ниската част на атмосферата - тропосферата, където се наблюдава интензивно турбулентно смесване (виж Турбулентност в атмосферата и хидросферата), температурата намалява с увеличаване на надморската височина, като вертикалното понижение на температурата е средно 6° на 1 km. Височината на тропосферата варира от 8-10 км в полярните ширини до 16-18 км в екватора. Поради факта, че плътността на въздуха бързо намалява с височината, около 80% от общата маса на въздуха е концентрирана в тропосферата, над тропосферата има преходен слой - тропопауза с температура 190-220, над която е стратосферата. започва. В долната част на стратосферата понижаването на температурата с височина спира, като температурата остава приблизително постоянна до височина 25 km – т.нар. изотермична област(долна стратосфера); по-висока температурата започва да се повишава - инверсионната област (горна стратосфера). Температурите достигат максимум ~270 K на нивото на стратопаузата, разположена на надморска височина от около 55 km. Слоят А, разположен на височини от 55 до 80 km, където температурата отново намалява с височината, се нарича мезосфера. Над него има преходен слой - мезопауза, над който е термосферата, където температурата, нарастваща с височина, достига много високи стойности (над 1000 K). Дори по-високо (на височини от ~ 1000 km или повече) е екзосферата, откъдето атмосферните газове се разпръскват в космоса поради разсейване и където се извършва постепенен преход от атмосферното към междупланетното пространство. Обикновено всички слоеве на атмосферата, разположени над тропосферата, се наричат ​​горни, въпреки че понякога стратосферата или нейната долна част също се наричат ​​​​долни слоеве на атмосферата.

Всички структурни параметри на Африка (температура, налягане, плътност) имат значителна пространствено-времева променливост (географска ширина, годишна, сезонна, дневна и др.). Следователно данните на фиг. отразяват само средното състояние на атмосферата.

Схема на структурата на атмосферата:
1 - морско ниво; 2 - най-високата точка на Земята - връх Джомолунгма (Еверест), 8848 м; 3 - купести облаци при хубаво време; 4 - мощни купести облаци; 5 - дъждовни (гръмотевични) облаци; 6 - нимбослоести облаци; 7 - перести облаци; 8 - самолет; 9 - слой с максимална концентрация на озон; 10 - перлени облаци; 11 - стратосферен балон; 12 - радиозонда; 1З - метеори; 14 - нощни облаци; 15 - полярни сияния; 16 - американски ракетен самолет X-15; 17, 18, 19 - радиовълни, отразени от йонизирани слоеве и връщащи се към Земята; 20 - звукова вълна, отразена от топлия слой и връщаща се към Земята; 21 - първият съветски изкуствен спътник на Земята; 22 - междуконтинентална балистична ракета; 23 - ракети за геофизични изследвания; 24 - метеорологични сателити; 25 - космически кораби Союз-4 и Союз-5; 26 - космически ракети, напускащи атмосферата, както и радиовълна, проникваща в йонизираните слоеве и напускаща атмосферата; 27, 28 - разсейване (приплъзване) на Н и Не атоми; 29 - траектория на слънчевите протони P; 30 - проникване на ултравиолетови лъчи (дължина на вълната l > 2000 и l< 900).

Слоевата структура на атмосферата има много други разнообразни проявления. Химичният състав на атмосферата е разнороден по височина. Ако на височини до 90 km, където има интензивно смесване на атмосферата, относителният състав на постоянните компоненти на атмосферата остава практически непроменен (тази цялата дебелина на атмосферата се нарича. хомосферата), след това над 90 km - в хетеросфера- под въздействието на дисоциацията на молекулите на атмосферните газове от ултравиолетовото лъчение от слънцето настъпва силна промяна в химичния състав на атмосферата с надморска височина. Типични характеристики на тази част на Африка са слоевете озон и собственото сияние на атмосферата. Сложна слоеста структура е характерна за атмосферния аерозол - твърди частици от земен и космически произход, суспендирани във въздуха. Най-често срещаните аерозолни слоеве се намират под тропопаузата и на надморска височина от около 20 km. Вертикалното разпределение на електроните и йоните в атмосферата е слоесто, което се изразява в наличието на D-, E- и F-слоеве на йоносферата.

Атмосферен състав

Един от най-оптически активните компоненти е атмосферният аерозол - суспендирани във въздуха частици с размери от няколко nm до няколко десетки микрона, образувани при кондензацията на водни пари и навлизащи в атмосферата от земната повърхност в резултат на промишлено замърсяване, вулканични изригвания, а също и от космоса. Аерозолът се наблюдава както в тропосферата, така и в горните слоеве на А. Аерозолната концентрация бързо намалява с височината, но тази вариация се наслагва от множество вторични максимуми, свързани със съществуването на аерозолни слоеве.

Горна атмосфера

Над 20-30 km, в резултат на дисоциация, молекулите на атомите се разпадат в една или друга степен на атоми и в атома се появяват свободни атоми и нови, по-сложни молекули. Малко по-високо, процесите на йонизация стават значителни.

Най-нестабилната област е хетеросферата, където процесите на йонизация и дисоциация пораждат множество фотохимични реакции, които определят промените в състава на въздуха с височина. Тук се извършва и гравитационно разделяне на газовете, което се изразява в постепенното обогатяване на Африка с по-леки газове с увеличаване на надморската височина. Според ракетни измервания над 105-110 км се наблюдава гравитационно разделяне на неутрални газове - аргон и азот. Основните компоненти на кислорода в слоя 100-210 km са молекулярен азот, молекулярен кислород и атомен кислород (концентрацията на последния на ниво 210 km достига 77 ± 20% от концентрацията на молекулярен азот).

Горната част на термосферата се състои главно от атомен кислород и азот. На надморска височина от 500 km молекулярният кислород практически липсва, но молекулярният азот, чиято относителна концентрация значително намалява, все още доминира над атомния азот.

В термосферата важна роля играят приливните движения (вижте отливи и отливи), гравитационните вълни, фотохимичните процеси, увеличаването на средния свободен път на частиците и други фактори. Резултатите от наблюденията на сателитното спиране на височини от 200-700 км доведоха до заключението, че има връзка между плътността, температурата и слънчевата активност, която се свързва с наличието на дневни, полугодишни и годишни вариации на структурните параметри. Възможно е дневните вариации да се дължат до голяма степен на атмосферните приливи и отливи. По време на периоди на слънчеви изригвания температурите на надморска височина от 200 km в ниски географски ширини могат да достигнат 1700-1900°C.

Над 600 км хелият става преобладаващ компонент, а още по-високо, на височини от 2-20 хиляди км, се простира водородната корона на Земята. На тези височини Земята е заобиколена от обвивка от заредени частици, чиято температура достига няколко десетки хиляди градуса. Тук се намират вътрешният и външният радиационен пояс на Земята. Вътрешният пояс, изпълнен главно с протони с енергия от стотици MeV, е ограничен до височини от 500-1600 km на ширини от екватора до 35-40 °. Външният пояс се състои от електрони с енергия от порядъка на стотици keV. Отвъд външния пояс има "най-външен пояс", в който концентрацията и потокът на електрони е много по-висок. Проникването на слънчевата корпускулярна радиация (слънчев вятър) в горните слоеве на слънцето поражда полярни сияния. Под въздействието на това бомбардиране на горната атмосфера от електрони и протони на слънчевата корона, собственото сияние на атмосферата, което преди се наричаше блясък на нощното небе. При взаимодействие на слънчевия вятър с магнитното поле на Земята се създава зона, т.нар. Магнитосферата на Земята, където потоците от слънчева плазма не проникват.

За горните слоеве на Африка е характерно наличието на силни ветрове, чиято скорост достига 100-200 м/сек. Скоростта и посоката на вятъра в тропосферата, мезосферата и долната термосфера имат голяма пространствено-времева променливост. Въпреки че масата на горните слоеве на небето е незначителна в сравнение с масата на долните слоеве и енергията на атмосферните процеси във високите слоеве е сравнително малка, очевидно има известно влияние на високите слоеве на небето върху времето и климат в тропосферата.

Радиационен, топлинен и воден баланс на атмосферата

На практика единственият източник на енергия за всички физически процеси, протичащи в Африка, е слънчевата радиация. Основна особеност на радиационния режим на А. е т.нар. парников ефект: А. слабо абсорбира късовълновата слънчева радиация (по-голямата част от нея достига до земната повърхност), но задържа дълговълнова (изцяло инфрачервена) топлинна радиация от земната повърхност, което значително намалява преноса на топлина на Земята в космоса и повишава температурата си.

Слънчевата радиация, пристигаща в Африка, се абсорбира частично в Африка, главно от водна пара, въглероден диоксид, озон и аерозоли и се разпръсква върху аерозолни частици и върху колебания в плътността на Африка поради разсейването на лъчистата енергия на Слънцето В Африка се наблюдава не само пряка слънчева радиация, но и разсеяна радиация, заедно те съставляват общата радиация. Достигайки земната повърхност, общата радиация се отразява частично от нея. Количеството отразена радиация се определя от отражателната способност на подлежащата повърхност, т.нар. албедо Благодарение на погълнатата радиация, земната повърхност се нагрява и се превръща в източник на собствено дълговълново лъчение, насочено към земята. На свой ред, земята също излъчва дълговълнова радиация, насочена към земната повърхност (т.нар. анти-. радиация на земята) и в открития космос (т.нар. изходяща радиация). Рационалният топлообмен между земната повърхност и земята се определя от ефективната радиация - разликата между собственото излъчване на земната повърхност и погълнатата от нея късовълнова радиация ефективната радиация се нарича радиационен баланс.

Преобразуването на енергията на слънчевата радиация след нейното поглъщане от земната повърхност и в атмосферата съставлява топлинния баланс на земята. Основният източник на топлина за атмосферата е земната повърхност, която поглъща основната част от слънчевата радиация. Тъй като поглъщането на слънчевата радиация в Земята е по-малко от загубата на топлина от Земята в световното пространство чрез дълговълнова радиация, консумацията на радиационна топлина се попълва от притока на топлина към Земята от земната повърхност под формата на турбулентния топлообмен и пристигането на топлина в резултат на кондензация на водни пари в Земята. Тъй като общото Количеството кондензация в цяла Африка е равно на количеството на валежите, както и количеството на изпарението от земната повърхност; пристигането на кондензационна топлина в Африка е числено равно на топлината, загубена за изпаряване на повърхността на Земята (виж също Воден баланс).

Част от енергията на слънчевата радиация се изразходва за поддържане на общата циркулация на атмосферата и други атмосферни процеси, но тази част е незначителна в сравнение с основните компоненти на топлинния баланс.

Движение на въздуха

Поради високата подвижност на атмосферния въздух ветровете се наблюдават на всички височини. Движенията на въздуха зависят от много фактори, като основният е неравномерното нагряване на въздуха в различните региони на земното кълбо.

Особено големи температурни контрасти на повърхността на Земята съществуват между екватора и полюсите поради разликите в пристигането на слънчева енергия на различни географски ширини. Наред с това разпределението на температурата се влияе от разположението на континентите и океаните. Поради високия топлинен капацитет и топлопроводимост на океанските води, океаните значително намаляват температурните колебания, които възникват в резултат на промените в пристигането на слънчевата радиация през годината. В тази връзка в умерените и високи географски ширини температурата на въздуха над океаните през лятото е значително по-ниска, отколкото над континентите, и по-висока през зимата.

Неравномерното нагряване на атмосферата допринася за развитието на система от мащабни въздушни течения – т.нар. обща атмосферна циркулация, която създава хоризонтален пренос на топлина в атмосферата, в резултат на което разликите в нагряването на атмосферния въздух в отделните зони се изглаждат значително. Заедно с това общата циркулация извършва циркулация на влага в Африка, по време на която водните пари се прехвърлят от океаните към сушата и континентите се овлажняват. Движението на въздуха в общата циркулационна система е тясно свързано с разпределението на атмосферното налягане и също зависи от въртенето на Земята (виж силата на Кориолис). На морското равнище разпределението на налягането се характеризира с намаляване в близост до екватора, увеличаване в субтропиците (пояси с високо налягане) и намаляване в умерените и високи географски ширини. В същото време над континентите на извънтропичните ширини налягането обикновено се повишава през зимата и намалява през лятото.

С разпределението на планетарното налягане е свързана сложна система от въздушни течения, някои от които са относително стабилни, докато други постоянно се променят в пространството и времето. Стабилните въздушни течения включват пасатите, които са насочени от субтропичните ширини на двете полукълба към екватора. Мусоните също са относително стабилни - въздушни течения, които възникват между океана и континента и са сезонни. В умерените ширини преобладават западните въздушни течения (от запад на изток). Тези течения включват големи вихри - циклони и антициклони, обикновено простиращи се на стотици и хиляди км. Циклоните се наблюдават и в тропическите ширини, където се отличават с по-малките си размери, но особено с висока скорост на вятъра, често достигаща силата на ураган (т.нар. тропически циклони). В горната тропосфера и долната стратосфера има сравнително тесни (широки стотици километри) струйни течения с рязко очертани граници, в рамките на които вятърът достига огромна скорост - до 100-150 м/сек. Наблюденията показват, че особеностите на атмосферната циркулация в долната част на стратосферата се определят от процеси в тропосферата.

В горната половина на стратосферата, където температурата нараства с надморската височина, скоростта на вятъра се увеличава с надморската височина, като през лятото преобладават източните ветрове, а през зимата - западните. Циркулацията тук се определя от стратосферен източник на топлина, чието съществуване е свързано с интензивното поглъщане на ултравиолетовото слънчево лъчение от озона.

В долната част на мезосферата в умерените ширини скоростта на зимния западен транспорт нараства до максимални стойности - около 80 м/сек, а летният източен транспорт - до 60 м/сек на ниво около 70 км. . Изследванията през последните години ясно показват, че особеностите на температурното поле в мезосферата не могат да се обяснят само с влиянието на радиационни фактори. Динамичните фактори са от първостепенно значение (по-специално, нагряване или охлаждане, когато въздухът се спуска или издига), а също така са възможни източници на топлина, произтичащи от фотохимични реакции (например рекомбинация на атомарен кислород).

Над студения слой мезопауза (в термосферата) температурата на въздуха започва бързо да се повишава с надморската височина. В много отношения този район на Африка е подобен на долната половина на стратосферата. Вероятно циркулацията в долната част на термосферата се определя от процесите в мезосферата, а динамиката на горните слоеве на термосферата се определя от поглъщането на слънчевата радиация тук. Въпреки това е трудно да се изследва атмосферното движение на тези височини поради тяхната значителна сложност. Голямо значение в термосферата придобиват приливно-отливните движения (главно слънчеви полудневни и дневни приливи), под влиянието на които скоростта на вятъра на надморска височина над 80 km може да достигне 100-120 m / s. Характерна особеност на атмосферните приливи и отливи е тяхната силна променливост в зависимост от географската ширина, времето на годината, надморската височина и времето от деня. В термосферата също се наблюдават значителни промени в скоростта на вятъра с височина (главно близо до нивото от 100 km), което се дължи на влиянието на гравитационните вълни. Разположен във височинния диапазон 100-110 км т.нар. Турбопаузата рязко разделя горната област от зоната на интензивно турбулентно смесване.

Наред с мащабните въздушни течения се наблюдават многобройни местни въздушни циркулации в долните слоеве на атмосферата (бриз, бора, планинско-долинни ветрове и др.; виж Местни ветрове). Във всички въздушни течения обикновено се наблюдават пулсации на вятъра, съответстващи на движението на въздушни вихри със средни и малки размери. Такива пулсации са свързани с атмосферна турбуленция, която значително влияе върху много атмосферни процеси.

Климат и време

Разликите в количеството слънчева радиация, пристигаща на различни географски ширини на земната повърхност, и сложността на нейната структура, включително разпределението на океаните, континентите и основните планински системи, определят разнообразието на климата на Земята (виж Климат).

Литература

  • Метеорология и хидрология за 50 години съветска власт, изд. Е. К. Федорова, Ленинград, 1967;
  • Khrgian A. Kh., Атмосферна физика, 2 изд., М., 1958;
  • Зверев A.S., Синоптична метеорология и основи на прогнозата на времето, Ленинград, 1968;
  • Хромов С.П., Метеорология и климатология за географски факултети, Ленинград, 1964;
  • Тверской П.Н., Курс по метеорология, Ленинград, 1962;
  • Матвеев Л. Т., Основи на общата метеорология. Физика на атмосферата, Ленинград, 1965;
  • Будико M.I., Топлинен баланс на земната повърхност, Ленинград, 1956;
  • Кондратьев К. Я., Актинометрия, Ленинград, 1965;
  • Хвостиков И. А., Високите слоеве на атмосферата, Ленинград, 1964;
  • Мороз V.I., Физика на планетите, М., 1967;
  • Тверской П.Н., Атмосферно електричество, Ленинград, 1949;
  • Шишкин Н. С., Облаци, валежи и гръмотевична енергия, М., 1964;
  • Озонът в земната атмосфера, изд. Г. П. Гущина, Ленинград, 1966;
  • Именитов И.М., Чубарина Е.В., Електричество на свободната атмосфера, Ленинград, 1965 г.

М. И. Будико, К. Я. Кондратиев.

Тази статия или раздел използва текст

Атмосферата на Земята е въздушна обвивка.

Наличието на специална топка над земната повърхност е доказано от древните гърци, които наричат ​​атмосферата парна или газова топка.

Това е една от геосферите на планетата, без която съществуването на всички живи същества не би било възможно.

Къде е атмосферата

Атмосферата обгражда планетите с плътен слой въздух, започващ от земната повърхност. Той влиза в контакт с хидросферата, покрива литосферата, простирайки се далеч в открития космос.

От какво се състои атмосферата?

Въздушният слой на Земята се състои главно от въздух, чиято обща маса достига 5,3 * 1018 килограма. От тях болната част е сух въздух и много по-малко водни пари.

Над морето плътността на атмосферата е 1,2 килограма на кубичен метър. Температурата в атмосферата може да достигне –140,7 градуса, въздухът се разтваря във вода при нулева температура.

Атмосферата се състои от няколко слоя:

  • Тропосфера;
  • тропопауза;
  • Стратосфера и стратопауза;
  • Мезосфера и мезопауза;
  • Специална линия над морското равнище, наречена линия на Карман;
  • Термосфера и термопауза;
  • Зона на разсейване или екзосфера.

Всеки слой има свои собствени характеристики, те са свързани помежду си и осигуряват функционирането на въздушната обвивка на планетата.

Граници на атмосферата

Най-долният край на атмосферата преминава през хидросферата и горните слоеве на литосферата. Горната граница започва в екзосферата, която се намира на 700 километра от повърхността на планетата и ще достигне 1,3 хиляди километра.

Според някои доклади атмосферата достига 10 хиляди километра. Учените се съгласиха, че горната граница на въздушния слой трябва да бъде линията на Карман, тъй като тук вече не е възможна аеронавтика.

Благодарение на постоянните изследвания в тази област учените са установили, че атмосферата влиза в контакт с йоносферата на надморска височина от 118 километра.

Химичен състав

Този слой на Земята се състои от газове и газообразни примеси, които включват остатъци от горене, морска сол, лед, вода и прах. Съставът и масата на газовете, които могат да бъдат намерени в атмосферата, почти никога не се променят, променя се само концентрацията на вода и въглероден диоксид.

Съставът на водата може да варира от 0,2% до 2,5% в зависимост от географската ширина. Допълнителни елементи са хлор, азот, сяра, амоняк, въглерод, озон, въглеводороди, солна киселина, флуороводород, бромоводород, йодоводород.

Отделна част заемат живакът, йодът, бромът и азотният оксид. Освен това в тропосферата се намират течни и твърди частици, наречени аерозол. Един от най-редките газове на планетата, радонът, се намира в атмосферата.

По химичен състав азотът заема повече от 78% от атмосферата, кислородът - почти 21%, въглеродният диоксид - 0,03%, аргонът - почти 1%, общото количество на веществото е по-малко от 0,01%. Този състав на въздуха се е формирал, когато планетата се е появила и е започнала да се развива.

С появата на човека, който постепенно премина към производството, химическият състав се промени. По-специално количеството въглероден диоксид непрекъснато нараства.

Функции на атмосферата

Газовете във въздушния слой изпълняват различни функции. Първо, те абсорбират лъчи и лъчиста енергия. Второ, те влияят върху формирането на температурата в атмосферата и на Земята. Трето, осигурява живота и протичането му на Земята.

В допълнение, този слой осигурява терморегулация, която определя времето и климата, начина на разпределение на топлината и атмосферното налягане. Тропосферата помага за регулиране на потока от въздушни маси, определя движението на водата и процесите на топлообмен.

Атмосферата постоянно взаимодейства с литосферата и хидросферата, осигурявайки геоложки процеси. Най-важната функция е, че осигурява защита от прах от метеоритен произход, от влиянието на космоса и слънцето.

Данни

  • Кислородът се осигурява на Земята чрез разлагането на органична материя в твърда скала, което е много важно по време на емисиите, разлагането на скалите и окисляването на организмите.
  • Въглеродният диоксид подпомага фотосинтезата и също така допринася за предаването на къси вълни на слънчева радиация и поглъщането на дълги топлинни вълни. Ако това не се случи, тогава се наблюдава така нареченият парников ефект.
  • Един от основните проблеми, свързани с атмосферата, е замърсяването, което възниква поради работата на заводите и автомобилните емисии. Затова много страни въведоха специален екологичен контрол, а на международно ниво се предприемат специални механизми за регулиране на емисиите и парниковия ефект.

- въздушната обвивка на земното кълбо, въртяща се заедно със Земята. Горната граница на атмосферата е условно начертана на височина 150-200 км. Долната граница е земната повърхност.

Атмосферният въздух е смес от газове. По-голямата част от обема му в повърхностния слой на въздуха представлява азот (78%) и кислород (21%). Освен това въздухът съдържа инертни газове (аргон, хелий, неон и др.), въглероден диоксид (0,03), водна пара и различни твърди частици (прах, сажди, солни кристали).

Въздухът е безцветен, а цветът на небето се обяснява с характеристиките на разсейването на светлинните вълни.

Атмосферата се състои от няколко слоя: тропосфера, стратосфера, мезосфера и термосфера.

Долният приземен слой на въздуха се нарича тропосфера.На различните географски ширини мощността му не е еднаква. Тропосферата следва формата на планетата и участва заедно със Земята в аксиално въртене. На екватора дебелината на атмосферата варира от 10 до 20 km. На екватора е по-голямо, а на полюсите е по-малко. Тропосферата се характеризира с максимална плътност на въздуха; в нея е концентрирана 4/5 от масата на цялата атмосфера. Тропосферата определя климатичните условия: тук се образуват различни въздушни маси, образуват се облаци и валежи, възниква интензивно хоризонтално и вертикално движение на въздуха.

Над тропосферата, до надморска височина от 50 km, се намира стратосфера.Характеризира се с по-ниска плътност на въздуха и липса на водни пари. В долната част на стратосферата на надморска височина около 25 км. има "озонов екран" - слой от атмосферата с висока концентрация на озон, който абсорбира ултравиолетовото лъчение, което е фатално за организмите.

На надморска височина от 50 до 80-90 km се простира мезосфера.С увеличаване на надморската височина температурата се понижава със среден вертикален градиент (0,25-0,3)°/100 m, а плътността на въздуха намалява. Основният енергиен процес е лъчист топлообмен. Атмосферното сияние се причинява от сложни фотохимични процеси, включващи радикали и вибрационно възбудени молекули.

Термосфераразположени на надморска височина от 80-90 до 800 км. Плътността на въздуха тук е минимална, а степента на йонизация на въздуха е много висока. Температурите се променят в зависимост от активността на Слънцето. Поради големия брой заредени частици тук се наблюдават полярни сияния и магнитни бури.

Атмосферата е от голямо значение за природата на Земята.Без кислород живите организми не могат да дишат. Неговият озонов слой предпазва всички живи същества от вредните ултравиолетови лъчи. Атмосферата изглажда температурните колебания: земната повърхност не се преохлажда през нощта и не се прегрява през деня. В плътни слоеве на атмосферния въздух, преди да достигнат повърхността на планетата, метеоритите изгарят от тръни.

Атмосферата взаимодейства с всички слоеве на земята. С негова помощ се извършва обмен на топлина и влага между океана и сушата. Без атмосферата нямаше да има облаци, валежи или ветрове.

Човешката стопанска дейност оказва значително неблагоприятно въздействие върху атмосферата. Възниква замърсяване на атмосферния въздух, което води до повишаване на концентрацията на въглероден окис (CO 2 ). А това допринася за глобалното затопляне и засилва „парниковия ефект“. Озоновият слой на Земята е унищожен поради промишлени отпадъци и транспорт.

Атмосферата се нуждае от защита. В развитите страни се прилага комплекс от мерки за опазване на атмосферния въздух от замърсяване.

Все още имате въпроси? Искате ли да научите повече за атмосферата?
За да получите помощ от учител -.

blog.site, при пълно или частично копиране на материал се изисква връзка към първоизточника.

Светът около нас се състои от три много различни части: земя, вода и въздух. Всеки от тях е уникален и интересен по свой начин. Сега ще говорим само за последния от тях. Какво е атмосфера? Как се появи? От какво се състои и на какви части е разделена? Всички тези въпроси са изключително интересни.

Самото име „атмосфера“ се формира от две думи от гръцки произход, преведени на руски означават „пара“ и „топка“. И ако погледнете точното определение, можете да прочетете следното: „Атмосферата е въздушната обвивка на планетата Земя, която се втурва заедно с нея в космическото пространство“. Тя се развива успоредно с геоложките и геохимични процеси, протичащи на планетата. И днес всички процеси, протичащи в живите организми, зависят от него. Без атмосфера планетата би се превърнала в безжизнена пустиня като Луната.

В какво се състои?

Въпросът какво е атмосферата и какви елементи са включени в нея интересува хората от дълго време. Основните компоненти на тази черупка са били известни още през 1774 г. Монтирани са от Антоан Лавоазие. Той откри, че съставът на атмосферата се състои предимно от азот и кислород. С течение на времето неговите компоненти бяха усъвършенствани. И сега е известно, че съдържа много други газове, както и вода и прах.

Нека да разгледаме по-подробно какво представлява земната атмосфера близо до нейната повърхност. Най-често срещаният газ е азотът. Съдържа малко повече от 78 процента. Но въпреки такова голямо количество, азотът е практически неактивен във въздуха.

Следващият елемент по количество и много важен по важност е кислородът. Този газ съдържа почти 21% и проявява много висока активност. Специфичната му функция е да окислява мъртвата органична материя, която се разлага в резултат на тази реакция.

Ниски, но важни газове

Третият газ, който е част от атмосферата, е аргонът. Това е малко по-малко от един процент. След него идват въглероден диоксид с неон, хелий с метан, криптон с водород, ксенон, озон и дори амоняк. Но има толкова малко от тях, че процентът на такива компоненти е равен на стотни, хилядни и милионни. От тях само въглеродният диоксид играе важна роля, тъй като той е строителният материал, от който растенията се нуждаят за фотосинтезата. Другата му важна функция е да блокира радиацията и да абсорбира част от слънчевата топлина.

Друг малък, но важен газ, озонът, съществува, за да улавя ултравиолетовото лъчение, идващо от Слънцето. Благодарение на това свойство целият живот на планетата е надеждно защитен. От друга страна, озонът влияе върху температурата на стратосферата. Поради факта, че абсорбира тази радиация, въздухът се нагрява.

Постоянството на количествения състав на атмосферата се поддържа чрез непрекъснато смесване. Неговите слоеве се движат както хоризонтално, така и вертикално. Следователно навсякъде по земното кълбо има достатъчно кислород и няма излишен въглероден диоксид.

Какво още има във въздуха?

Трябва да се отбележи, че пара и прах могат да бъдат открити във въздушното пространство. Последният се състои от прашец и почвени частици, а в града към тях се присъединяват примеси от твърди емисии от отработените газове.

Но в атмосферата има много вода. При определени условия се кондензира и се появяват облаци и мъгла. По същество това са едно и също нещо, само че първите се появяват високо над повърхността на Земята, а вторите се разпространяват по нея. Облаците приемат различни форми. Този процес зависи от височината над Земята.

Ако се образуват на 2 км над сушата, тогава те се наричат ​​слоести. Именно от тях дъждът се излива на земята или вали сняг. Над тях се образуват купести облаци до височина 8 км. Те винаги са най-красивите и живописни. Те са тези, които ги гледат и се чудят как изглеждат. Ако в следващите 10 км се появят такива образувания, те ще бъдат много леки и ефирни. Името им е пернат.

На какви слоеве е разделена атмосферата?

Въпреки че имат много различни температури един от друг, много е трудно да се каже на каква конкретна височина започва единият слой и завършва другият. Това разделение е много условно и е приблизително. Въпреки това, слоевете на атмосферата все още съществуват и изпълняват своите функции.

Най-долната част на въздушната обвивка се нарича тропосфера. Дебелината му се увеличава, когато се движи от полюсите към екватора от 8 до 18 км. Това е най-топлата част от атмосферата, защото въздухът в нея се нагрява от земната повърхност. Повечето от водните пари са концентрирани в тропосферата, поради което се образуват облаци, падат валежи, гръмотевични бури и духат ветрове.

Следващият слой е с дебелина около 40 км и се нарича стратосфера. Ако наблюдател се премести в тази част на въздуха, той ще открие, че небето е станало лилаво. Това се обяснява с ниската плътност на веществото, което практически не разсейва слънчевите лъчи. Именно в този слой летят реактивните самолети. Всички открити пространства са отворени за тях, тъй като практически няма облаци. Вътре в стратосферата има слой, състоящ се от големи количества озон.

След него идват стратопаузата и мезосферата. Последният е с дебелина около 30 km. Характеризира се с рязко намаляване на плътността и температурата на въздуха. Небето изглежда черно за наблюдателя. Тук можете дори да наблюдавате звездите през деня.

Слоеве, в които практически няма въздух

Структурата на атмосферата продължава със слой, наречен термосфера - най-дългият от всички останали, дебелината му достига 400 km. Този слой се отличава с огромната си температура, която може да достигне 1700 °C.

Последните две сфери често се комбинират в една и се наричат ​​йоносфера. Това се дължи на факта, че в тях протичат реакции с освобождаване на йони. Именно тези слоеве позволяват да се наблюдава такова природно явление като северното сияние.

Следващите 50 км от Земята са определени за екзосферата. Това е външната обвивка на атмосферата. Той разпръсква частици въздух в пространството. Метеорологичните сателити обикновено се движат в този слой.

Земната атмосфера завършва с магнитосферата. Именно тя е приютила повечето от изкуствените спътници на планетата.

След всичко казано не трябва да остават въпроси за това каква е атмосферата. Ако имате съмнения относно неговата необходимост, те могат лесно да бъдат разсеяни.

Значението на атмосферата

Основната функция на атмосферата е да предпазва повърхността на планетата от прегряване през деня и прекомерно охлаждане през нощта. Следващото важно предназначение на тази черупка, което никой няма да оспори, е да доставя кислород на всички живи същества. Без това те биха се задушили.

Повечето метеорити изгарят в горните слоеве, като никога не достигат повърхността на Земята. И хората могат да се възхищават на летящите светлини, бъркайки ги с падащи звезди. Без атмосфера цялата Земя би била осеяна с кратери. А защитата от слънчевата радиация вече беше обсъдена по-горе.

Как човек влияе на атмосферата?

Много негативно. Това се дължи на нарастващата активност на хората. Основният дял от всички негативни аспекти се пада на индустрията и транспорта. Между другото, автомобилите отделят почти 60% от всички замърсители, които проникват в атмосферата. Останалите четиридесет са разделени между енергетиката и индустрията, както и индустриите за обезвреждане на отпадъци.

Списъкът с вредни вещества, които ежедневно попълват въздуха, е много дълъг. Поради транспорта в атмосферата има: азот и сяра, въглерод, синьо и сажди, както и силен канцероген, който причинява рак на кожата - бензопирен.

Промишлеността отчита следните химични елементи: серен диоксид, въглеводороди и сероводород, амоняк и фенол, хлор и флуор. Ако процесът продължи, тогава скоро отговорите на въпросите: „Каква е атмосферата? В какво се състои? ще бъде съвсем различен.