Cu propriile mâini

Ceea ce alcătuiește atmosfera. Straturi ale atmosferei - troposferă, stratosferă, mezosferă, termosferă și exosferă

Compoziția Pământului. Aer

Aerul este un amestec mecanic de diverse gaze care formează atmosfera Pământului. Aerul este necesar pentru respirația organismelor vii și este utilizat pe scară largă în industrie.

Faptul că aerul este un amestec, și nu o substanță omogenă, a fost dovedit în timpul experimentelor savantului scoțian Joseph Black. În timpul uneia dintre ele, omul de știință a descoperit că atunci când magnezia albă (carbonatul de magneziu) este încălzită, se eliberează „aer legat”, adică dioxid de carbon și se formează magnezia arsă (oxid de magneziu). La arderea calcarului, dimpotrivă, „aerul legat” este îndepărtat. Pe baza acestor experimente, omul de știință a concluzionat că diferența dintre dioxidul de carbon și alcalii caustici este că primul conține dioxid de carbon, care este unul dintre constituenții aerului. Astăzi știm că, pe lângă dioxidul de carbon, compoziția aerului pământului include:

Raportul dintre gazele din atmosfera pământului indicat în tabel este tipic pentru straturile sale inferioare, până la o altitudine de 120 km. În aceste zone se află o regiune bine amestecată, omogenă, numită homosferă. Deasupra homosferei se află heterosfera, care se caracterizează prin descompunerea moleculelor de gaz în atomi și ioni. Regiunile sunt separate unele de altele printr-o pauză turbo.

Reacția chimică în care moleculele sunt descompuse în atomi sub influența radiațiilor solare și cosmice se numește fotodisociere. Dezintegrarea oxigenului molecular produce oxigen atomic, care este principalul gaz al atmosferei la altitudini de peste 200 km. La altitudini de peste 1200 km, hidrogenul și heliul, care sunt cele mai ușoare dintre gaze, încep să predomine.

Deoarece cea mai mare parte a aerului este concentrată în cele 3 straturi atmosferice inferioare, modificările compoziției aerului la altitudini de peste 100 km nu au un efect vizibil asupra compoziției generale a atmosferei.

Azotul este cel mai comun gaz, reprezentând mai mult de trei sferturi din volumul de aer al Pământului. Azotul modern s-a format prin oxidarea atmosferei timpurii de amoniac-hidrogen de către oxigenul molecular, care se formează în timpul fotosintezei. În prezent, cantități mici de azot intră în atmosferă ca urmare a denitrificării - procesul de reducere a nitraților la nitriți, urmat de formarea de oxizi gazoși și azot molecular, care este produs de procariotele anaerobe. O parte din azot intră în atmosferă în timpul erupțiilor vulcanice.

În straturile superioare ale atmosferei, atunci când este expus la descărcări electrice cu participarea ozonului, azotul molecular este oxidat la monoxid de azot:

N2 + O2 → 2NO

În condiții normale, monoxidul reacționează imediat cu oxigenul pentru a forma protoxid de azot:

2NO + O 2 → 2N 2 O

Azotul este cel mai important element chimic din atmosfera pământului. Azotul face parte din proteine ​​și oferă nutriție minerală plantelor. Determină viteza reacțiilor biochimice și joacă rolul unui diluant de oxigen.

Al doilea cel mai frecvent gaz din atmosfera Pământului este oxigenul. Formarea acestui gaz este asociată cu activitatea fotosintetică a plantelor și bacteriilor. Și cu cât organismele fotosintetice au devenit mai diverse și mai numeroase, cu atât procesul de conținut de oxigen din atmosferă a devenit mai semnificativ. O cantitate mică de oxigen greu este eliberată în timpul degazării mantalei.

În straturile superioare ale troposferei și stratosferei, sub influența radiației solare ultraviolete (o notăm hν), se formează ozon:

O 2 + hν → 2O

Ca urmare a aceleiași radiații ultraviolete, ozonul se descompune:

O 3 + hν → O 2 + O

О 3 + O → 2О 2

Ca rezultat al primei reacții, se formează oxigenul atomic, iar în urma celei de-a doua se formează oxigenul molecular. Toate cele 4 reacții sunt numite „mecanismul Chapman”, numit după omul de știință britanic Sidney Chapman care le-a descoperit în 1930.

Oxigenul este folosit pentru respirația organismelor vii. Cu ajutorul lui, au loc procese de oxidare și ardere.

Ozonul servește la protejarea organismelor vii de radiațiile ultraviolete, care provoacă mutații ireversibile. Cea mai mare concentrație de ozon se observă în stratosfera inferioară din așa-numita. strat de ozon sau ecran de ozon, situat la altitudini de 22-25 km. Conținutul de ozon este mic: la presiune normală, tot ozonul din atmosfera terestră ar ocupa un strat de numai 2,91 mm grosime.

Formarea celui de-al treilea cel mai frecvent gaz din atmosferă, argonul, precum și neonul, heliul, kriptonul și xenonul, este asociată cu erupțiile vulcanice și dezintegrarea elementelor radioactive.

În special, heliul este un produs al dezintegrarii radioactive a uraniului, toriului și radiului: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (în aceste reacții particula α este nucleul de heliu, care în În timpul procesului de pierdere a energiei, captează electroni și devine 4 He).

Argonul se formează în timpul dezintegrarii izotopului radioactiv al potasiului: 40 K → 40 Ar + γ.

Neonul scapă din rocile magmatice.

Kryptonul se formează ca produs final al descompunerii uraniului (235 U și 238 U) și a toriului Th.

Cea mai mare parte a criptonului atmosferic s-a format în primele etape ale evoluției Pământului ca urmare a dezintegrarii elementelor transuranice cu un timp de înjumătățire fenomenal de scurt sau provenind din spațiu, unde conținutul de cripton este de zece milioane de ori mai mare decât pe Pământ.

Xenonul este rezultatul fisiunii uraniului, dar cea mai mare parte a acestui gaz rămâne din primele etape ale formării Pământului, din atmosfera primordială.

Dioxidul de carbon intră în atmosferă ca urmare a erupțiilor vulcanice și în timpul descompunerii materiei organice. Conținutul său în atmosfera de la latitudinile medii ale Pământului variază foarte mult în funcție de anotimpurile anului: iarna cantitatea de CO 2 crește, iar vara scade. Această fluctuație este asociată cu activitatea plantelor care folosesc dioxid de carbon în procesul de fotosinteză.

Hidrogenul se formează ca urmare a descompunerii apei prin radiația solară. Dar, fiind cel mai ușor dintre gazele care alcătuiesc atmosfera, se evaporă constant în spațiul cosmic și, prin urmare, conținutul său în atmosferă este foarte mic.

Vaporii de apă sunt rezultatul evaporării apei de la suprafața lacurilor, râurilor, mărilor și pământului.

Concentrația gazelor principale din straturile inferioare ale atmosferei, cu excepția vaporilor de apă și a dioxidului de carbon, este constantă. În cantități mici, atmosfera conține oxid de sulf SO 2, amoniac NH 3, monoxid de carbon CO, ozon O 3, acid clorhidric HCl, acid fluorhidric HF, monoxid de azot NO, hidrocarburi, vapori de mercur Hg, iod I 2 și multe altele. În stratul atmosferic inferior, troposfera, există întotdeauna o cantitate mare de particule solide și lichide în suspensie.

Sursele de particule în atmosfera Pământului includ erupțiile vulcanice, polenul, microorganismele și, mai recent, activitățile umane, cum ar fi arderea combustibililor fosili în timpul producției. Cele mai mici particule de praf, care sunt nuclee de condensare, provoacă formarea de ceață și nori. Fără particulele prezente în mod constant în atmosferă, precipitațiile nu ar cădea pe Pământ.

Schimbarea suprafeței pământului. Nu mai puțin importantă era activitatea vântului, care transporta mici fracțiuni de roci pe distanțe lungi. Fluctuațiile de temperatură și alți factori atmosferici au influențat semnificativ distrugerea rocilor. Odată cu aceasta, A. protejează suprafața Pământului de efectele distructive ale căderii meteoriților, dintre care majoritatea ard la intrarea în straturile dense ale atmosferei.

Activitatea organismelor vii, care a avut o influență puternică asupra dezvoltării oxigenului, depinde ea însăși în foarte mare măsură de condițiile atmosferice. A. întârzie cea mai mare parte a radiațiilor ultraviolete de la Soare, ceea ce are un efect dăunător asupra multor organisme. Oxigenul atmosferic este utilizat în procesul de respirație de către animale și plante, dioxidul de carbon atmosferic este folosit în procesul de nutriție a plantelor. Factorii climatici, în special regimurile termice și de umiditate, afectează sănătatea și activitatea umană. Agricultura depinde în special de condițiile climatice. La rândul său, activitatea umană are o influență din ce în ce mai mare asupra compoziției atmosferei și a regimului climatic.

Structura atmosferei

Distribuția verticală a temperaturii în atmosferă și terminologia aferentă.

Numeroase observații arată că A. are o structură stratificată clar definită (vezi figura). Principalele caracteristici ale structurii stratificate a aluminiului sunt determinate în primul rând de caracteristicile distribuției verticale a temperaturii. În partea cea mai joasă a atmosferei — troposferă, unde se observă amestecuri intense de turbulențe (vezi Turbulența în atmosferă și hidrosferă), temperatura scade odată cu creșterea altitudinii, iar scăderea verticală a temperaturii este în medie de 6° la 1 km. Înălțimea troposferei variază de la 8-10 km la latitudini polare până la 16-18 km la ecuator. Datorită faptului că densitatea aerului scade rapid odată cu înălțimea, aproximativ 80% din masa totală a aerului este concentrată în troposferă Deasupra troposferei există un strat de tranziție - tropopauza cu o temperatură de 190-220, deasupra căruia stratosferă. începe. În partea inferioară a stratosferei, scăderea temperaturii odată cu înălțimea se oprește, iar temperatura rămâne aproximativ constantă până la o altitudine de 25 km - așa-numita. regiune izotermă(stratosfera inferioară); mai mare temperatura începe să crească - regiunea de inversare (stratosfera superioară). Temperaturile ajung la maximum ~270 K la nivelul stratopauzei, situată la o altitudine de aproximativ 55 km. Stratul A, situat la altitudini de la 55 la 80 km, unde temperatura scade din nou odată cu înălțimea, se numește mezosferă. Deasupra acestuia se află un strat de tranziție - mezopauză, deasupra căruia se află termosfera, unde temperatura, crescând cu înălțimea, atinge valori foarte mari (peste 1000 K). Chiar mai sus (la altitudini de ~ 1000 km sau mai mult) este exosfera, de unde gazele atmosferice sunt dispersate în spațiu datorită disipării și unde are loc o tranziție treptată de la spațiul atmosferic la cel interplanetar. De obicei, toate straturile atmosferei situate deasupra troposferei sunt numite superioare, deși uneori stratosfera sau partea sa inferioară sunt denumite și straturile inferioare ale atmosferei.

Toți parametrii structurali ai Africii (temperatura, presiunea, densitatea) au o variabilitate spațio-temporală semnificativă (latitudinală, anuală, sezonieră, zilnică etc.). Prin urmare, datele din fig. reflectă doar starea medie a atmosferei.

Diagrama structurii atmosferice:
1 - nivelul mării; 2 - cel mai înalt punct al Pământului - Muntele Chomolungma (Everest), 8848 m; 3 - nori cumulus vreme bună; 4 - nori cumulus puternici; 5 - nori de ploaie (furtună); 6 - nori nimbostratus; 7 - nori cirus; 8 - avion; 9 - strat de concentrație maximă de ozon; 10 - nori sidefați; 11 - balon stratosferic; 12 - radiosonda; 1З - meteori; 14 - nori noctilucenți; 15 - aurore; 16 - Aeronavă rachetă americană X-15; 17, 18, 19 - unde radio reflectate din straturile ionizate și care se întorc pe Pământ; 20 - unda sonoră reflectată din stratul cald și care se întoarce pe Pământ; 21 - primul satelit artificial sovietic al Pământului; 22 - rachetă balistică intercontinentală; 23 - rachete de cercetare geofizică; 24 - sateliți meteorologici; 25 - nave spațiale Soyuz-4 și Soyuz-5; 26 - rachete spațiale care părăsesc atmosfera, precum și o undă radio care pătrunde în straturile ionizate și părăsește atmosfera; 27, 28 - disiparea (alunecarea) atomilor de H și He; 29 - traiectoria protonilor solari P; 30 - pătrunderea razelor ultraviolete (lungime de undă l > 2000 și l< 900).

Structura stratificată a atmosferei are multe alte manifestări diverse. Compoziția chimică a atmosferei este eterogenă în raport cu altitudinea Dacă la altitudini de până la 90 km, unde se produce amestecarea intensă a atmosferei, compoziția relativă a componentelor permanente ale atmosferei rămâne practic neschimbată (această grosime a atmosferei se numește. homosfera), apoi peste 90 km - in heterosferă- sub influența disocierii moleculelor de gaze atmosferice prin radiația ultravioletă de la soare, se produce o modificare puternică a compoziției chimice a atmosferei odată cu altitudinea. Caracteristicile tipice ale acestei părți a Africii sunt straturile de ozon și strălucirea proprie a atmosferei. O structură complexă stratificată este caracteristică aerosolului atmosferic - particule solide de origine terestră și cosmică suspendate în aer. Cele mai comune straturi de aerosoli se găsesc sub tropopauză și la o altitudine de aproximativ 20 km. Distribuția verticală a electronilor și ionilor în atmosferă este stratificată, ceea ce se exprimă în existența straturilor D, E și F ale ionosferei.

Compoziția atmosferică

Una dintre componentele cele mai active din punct de vedere optic este aerosolul atmosferic - particulele suspendate în aer cu dimensiuni de la câțiva nm la câteva zeci de microni, formate în timpul condensării vaporilor de apă și care intră în atmosferă de la suprafața pământului ca urmare a poluării industriale, erupții vulcanice și, de asemenea, din spațiu. Aerosolul se observă atât în ​​troposferă, cât și în straturile superioare ale lui A. Concentrația de aerosoli scade rapid odată cu înălțimea, dar această variație este suprapusă de numeroase maxime secundare asociate cu existența straturilor de aerosoli.

Atmosfera superioara

Peste 20-30 km, ca urmare a disocierii, moleculele atomilor se dezintegrează într-un grad sau altul în atomi, iar în atom apar atomi liberi și molecule noi, mai complexe. Ceva mai ridicate, procesele de ionizare devin semnificative.

Cea mai instabilă regiune este heterosfera, unde procesele de ionizare și disociere dau naștere la numeroase reacții fotochimice care determină modificări ale compoziției aerului cu înălțimea. Aici are loc și separarea gravitațională a gazelor, care se exprimă prin îmbogățirea treptată a Africii cu gaze mai ușoare pe măsură ce altitudinea crește. Conform măsurătorilor rachetei, separarea gravitațională a gazelor neutre - argon și azot - se observă peste 105-110 km. Principalele componente ale oxigenului din stratul de 100-210 km sunt azotul molecular, oxigenul molecular și oxigenul atomic (concentrația acestuia din urmă la nivelul de 210 km atinge 77 ± 20% din concentrația de azot molecular).

Partea superioară a termosferei este formată în principal din oxigen atomic și azot. La o altitudine de 500 km, oxigenul molecular este practic absent, dar azotul molecular, a cărui concentrație relativă scade foarte mult, domină încă asupra azotului atomic.

În termosferă, mișcările mareelor ​​(vezi fluxul și refluxul), undele gravitaționale, procesele fotochimice, o creștere a căii libere medii a particulelor și alți factori joacă un rol important. Rezultatele observațiilor de frânare prin satelit la altitudini de 200-700 km au condus la concluzia că există o relație între densitate, temperatură și activitatea solară, care este asociată cu existența variațiilor zilnice, semestriale și anuale ale parametrilor structurali. Este posibil ca variațiile diurne să se datoreze în mare măsură mareelor ​​atmosferice. În perioadele de erupții solare, temperaturile la o altitudine de 200 km la latitudini joase pot ajunge la 1700-1900°C.

Peste 600 km, heliul devine componenta predominantă, iar chiar mai sus, la altitudini de 2-20 mii km, se extinde corona de hidrogen a Pământului. La aceste altitudini, Pământul este înconjurat de un înveliș de particule încărcate, a cărui temperatură atinge câteva zeci de mii de grade. Centurile de radiații interioare și exterioare ale Pământului sunt situate aici. Centura interioară, plină în principal cu protoni cu energii de sute de MeV, este limitată la altitudini de 500-1600 km la latitudini de la ecuator până la 35-40°. Centura exterioară este formată din electroni cu energii de ordinul a sute de keV. Dincolo de centura exterioară există o „centură cea mai exterioară” în care concentrația și fluxul de electroni este mult mai mare. Pătrunderea radiației corpusculare solare (vânt solar) în straturile superioare ale soarelui dă naștere aurorelor. Sub influența acestui bombardament al atmosferei superioare de către electroni și protoni ai coroanei solare, strălucirea proprie a atmosferei, care a fost numită anterior strălucirea cerului nopții. Când vântul solar interacționează cu câmpul magnetic al Pământului, se creează o zonă, numită. Magnetosfera Pământului, unde fluxurile de plasmă solară nu pătrund.

Straturile superioare ale Africii se caracterizează prin existența vântului puternic, a căror viteză atinge 100-200 m/sec. Viteza și direcția vântului în troposferă, mezosferă și termosfera inferioară au o mare variabilitate spațio-temporală. Deși masa straturilor superioare ale cerului este nesemnificativă în comparație cu masa straturilor inferioare și energia proceselor atmosferice în straturile înalte este relativ mică, se pare că există o oarecare influență a straturilor înalte ale cerului asupra vremii și climatul în troposferă.

Bilanțele de radiații, căldură și apă ale atmosferei

Practic, singura sursă de energie pentru toate procesele fizice care se dezvoltă în Africa este radiația solară. Caracteristica principală a regimului de radiații al lui A. este așa-numita. efect de seră: A. absoarbe slab radiația solară cu unde scurte (cea mai mare parte ajunge la suprafața pământului), dar reține radiația termică cu unde lungi (în întregime infraroșu) de la suprafața pământului, ceea ce reduce semnificativ transferul de căldură al Pământului în spațiul cosmic și îi crește temperatura.

Radiația solară care sosește în Africa este parțial absorbită în Africa, în principal de vapori de apă, dioxid de carbon, ozon și aerosoli și este împrăștiată pe particulele de aerosoli și pe fluctuațiile densității din Africa, datorită dispersării energiei radiante a Soarelui Africa, nu se observă doar radiația solară directă, ci și radiația împrăștiată, împreună formând radiația totală. Ajungând la suprafața pământului, radiația totală este reflectată parțial de pe acesta. Cantitatea de radiație reflectată este determinată de reflectivitatea suprafeței subiacente, așa-numita. albedo Datorită radiației absorbite, suprafața pământului se încălzește și devine o sursă a propriei radiații cu undă lungă îndreptată spre pământ, la rândul său, pământul emite și radiații cu undă lungă îndreptată spre suprafața pământului (așa-numitele anti-. radiația pământului) și în spațiul cosmic (așa-numita radiație de ieșire). Schimbul rațional de căldură între suprafața pământului și pământ este determinat de radiația efectivă - diferența dintre radiația intrinsecă a suprafeței pământului și contraradiația absorbită de acesta Diferența dintre radiația de unde scurte absorbită de suprafața pământului și radiația eficientă se numește echilibru de radiații.

Transformarea energiei radiației solare după absorbția acesteia pe suprafața pământului și în atmosferă constituie echilibrul termic al pământului. Principala sursă de căldură pentru atmosferă este suprafața pământului, care absoarbe cea mai mare parte a radiației solare. Deoarece absorbția radiației solare în Pământ este mai mică decât pierderea de căldură de pe Pământ în spațiul mondial prin radiația cu undă lungă, consumul de căldură prin radiație este completat prin afluxul de căldură către Pământ de la suprafața pământului sub formă a schimbului de căldură turbulent și sosirea căldurii ca urmare a condensării vaporilor de apă în Pământ Deoarece total Cantitatea de condensare în toată Africa este egală cu cantitatea de precipitații, precum și cu cantitatea de evaporare de la suprafața pământului; sosirea căldurii de condensare în Africa este numeric egală cu căldura pierdută pentru evaporare pe suprafața Pământului (vezi și Bilanțul apei).

O parte din energia radiației solare este cheltuită pentru menținerea circulației generale a atmosferei și pentru alte procese atmosferice, dar această parte este nesemnificativă în comparație cu principalele componente ale bilanţului termic.

Mișcarea aerului

Datorită mobilității mari a aerului atmosferic, vânturile se observă la toate altitudinile. Mișcările aerului depind de mulți factori, principalul fiind încălzirea neuniformă a aerului în diferite regiuni ale globului.

Există contraste deosebit de mari de temperatură la suprafața Pământului între ecuator și poli din cauza diferențelor de sosire a energiei solare la diferite latitudini. Împreună cu aceasta, distribuția temperaturii este influențată de locația continentelor și oceanelor. Datorită capacității ridicate de căldură și conductibilității termice a apelor oceanice, oceanele atenuează semnificativ fluctuațiile de temperatură care apar ca urmare a modificărilor sosirii radiației solare de-a lungul anului. În acest sens, la latitudini temperate și înalte, temperatura aerului de peste oceane vara este vizibil mai scăzută decât cea de pe continente și mai ridicată iarna.

Încălzirea neuniformă a atmosferei contribuie la dezvoltarea unui sistem de curenți de aer pe scară largă - așa-numitul. circulația atmosferică generală, care creează un transfer orizontal de căldură în atmosferă, în urma căruia diferențele de încălzire a aerului atmosferic în zonele individuale sunt netezite vizibil. Împreună cu aceasta, circulația generală realizează circulația umidității în Africa, timp în care vaporii de apă sunt transferați din oceane pe uscat și continentele sunt umezite. Mișcarea aerului în sistemul de circulație generală este strâns legată de distribuția presiunii atmosferice și depinde și de rotația Pământului (vezi forța Coriolis). La nivelul mării, distribuția presiunii se caracterizează printr-o scădere în apropierea ecuatorului, o creștere a zonelor subtropicale (centuri de înaltă presiune) și o scădere a latitudinilor temperate și înalte. În același timp, pe continentele de latitudini extratropicale, presiunea este de obicei crescută iarna și scăzută vara.

Asociat cu distribuția presiunii planetare este un sistem complex de curenți de aer, dintre care unii sunt relativ stabili, în timp ce alții sunt în continuă schimbare în spațiu și timp. Curenții de aer stabili includ vânturile alize, care sunt direcționate de la latitudinile subtropicale ale ambelor emisfere către ecuator. Musonii sunt, de asemenea, relativ stabili - curenții de aer care apar între ocean și continent și sunt sezonieri. În latitudinile temperate predomină curenții de aer vestici (de la vest la est). Acești curenți includ vârtejuri mari - cicloni și anticicloni, extinzându-se de obicei pe sute și mii de km. Ciclonii sunt observați și în latitudini tropicale, unde se remarcă prin dimensiunile mai mici, dar mai ales prin viteze mari ale vântului, ajungând adesea la puterea unui uragan (așa-numitele cicloni tropicali). În troposfera superioară și stratosfera inferioară există fluxuri cu jet relativ înguste (cu sute de kilometri lățime), care au limite clar definite, în interiorul cărora vântul atinge viteze enorme - până la 100-150 m/sec. Observațiile arată că caracteristicile circulației atmosferice în partea inferioară a stratosferei sunt determinate de procese din troposferă.

În jumătatea superioară a stratosferei, unde temperatura crește odată cu altitudinea, viteza vântului crește odată cu altitudinea, vânturile de est predominând vara și vânturile de vest iarna. Circulația aici este determinată de o sursă de căldură stratosferică, a cărei existență este asociată cu absorbția intensă a radiației solare ultraviolete de către ozon.

În partea inferioară a mezosferei în latitudini temperate, viteza transportului de iarnă spre vest crește la valori maxime - aproximativ 80 m/sec, iar transportul estic de vară - până la 60 m/sec la un nivel de aproximativ 70 km. . Cercetările din ultimii ani au arătat clar că caracteristicile câmpului de temperatură din mezosferă nu pot fi explicate doar prin influența factorilor de radiație. Factorii dinamici sunt de importanță primordială (în special, încălzirea sau răcirea atunci când aerul coboară sau urcă), iar sursele de căldură care decurg din reacțiile fotochimice (de exemplu, recombinarea oxigenului atomic) sunt de asemenea posibile.

Deasupra stratului rece de mezopauză (în termosferă), temperatura aerului începe să crească rapid odată cu altitudinea. În multe privințe, această regiune a Africii este similară cu jumătatea inferioară a stratosferei. Este probabil ca circulația în partea inferioară a termosferei să fie determinată de procese din mezosferă, iar dinamica straturilor superioare ale termosferei este determinată de absorbția radiației solare aici. Cu toate acestea, este dificil de studiat mișcarea atmosferică la aceste altitudini din cauza complexității lor semnificative. Mișcările mareelor ​​(în principal mareele solare semi-diurne și diurne) devin de mare importanță în termosferă, sub influența căreia vitezele vântului la altitudini mai mari de 80 km pot atinge 100-120 m/sec. O trăsătură caracteristică a mareelor ​​atmosferice este variabilitatea lor puternică în funcție de latitudine, perioada anului, altitudinea deasupra nivelului mării și ora zilei. În termosferă se observă și modificări semnificative ale vitezei vântului cu înălțimea (în principal în apropierea nivelului de 100 km), atribuite influenței undelor gravitaționale. Situat în intervalul de altitudine de 100-110 km așa-numitul. Turbopauza separă brusc regiunea de deasupra de zona de amestecare turbulentă intensă.

Alături de curenții de aer de mare amploare, se observă numeroase circulații locale de aer în straturile inferioare ale atmosferei (adiere, boră, vânturi de munte-vale etc.; vezi Vânturi locale). În toți curenții de aer se observă de obicei pulsații ale vântului, corespunzătoare mișcării vortexurilor de aer de dimensiuni medii și mici. Astfel de pulsații sunt asociate cu turbulențele atmosferice, care afectează în mod semnificativ multe procese atmosferice.

Clima și vremea

Diferențele în cantitatea de radiație solară care ajunge la diferite latitudini ale suprafeței pământului și complexitatea structurii sale, inclusiv distribuția oceanelor, continentelor și sistemelor montane majore, determină diversitatea climelor Pământului (vezi Clima).

Literatură

  • Meteorologie și hidrologie pentru 50 de ani de putere sovietică, ed. E. K. Fedorova, L., 1967;
  • Khrgian A. Kh., Fizica atmosferei, ed. a II-a, M., 1958;
  • Zverev A.S., Meteorologia sinoptică și fundamentele predicției vremii, Leningrad, 1968;
  • Khromov S.P., Meteorologie și climatologie pentru facultățile geografice, Leningrad, 1964;
  • Tverskoy P.N., Curs de Meteorologie, Leningrad, 1962;
  • Matveev L. T., Fundamentele meteorologiei generale. Fizica atmosferei, Leningrad, 1965;
  • Budyko M.I., Bilanțul termic al suprafeței pământului, Leningrad, 1956;
  • Kondratyev K. Ya., Actinometrie, Leningrad, 1965;
  • Hvostikov I. A., Straturile înalte ale atmosferei, Leningrad, 1964;
  • Moroz V.I., Fizica planetelor, M., 1967;
  • Tverskoy P.N., Electricitatea atmosferică, Leningrad, 1949;
  • Shishkin N. S., Nori, precipitații și electricitate furtună, M., 1964;
  • Ozonul în atmosfera Pământului, ed. G. P. Gushchina, Leningrad, 1966;
  • Imyanitov I.M., Chubarina E.V., Electricitatea atmosferei libere, Leningrad, 1965.

M. I. Budyko, K. Ya Kondratiev.

Acest articol sau secțiune utilizează text

Atmosfera Pământului este o înveliș de aer.

Prezența unei mingi speciale deasupra suprafeței pământului a fost dovedită de grecii antici, care numeau atmosfera minge de abur sau de gaz.

Aceasta este una dintre geosferele planetei, fără de care existența tuturor viețuitoarelor nu ar fi posibilă.

Unde este atmosfera

Atmosfera înconjoară planetele cu un strat dens de aer, începând de la suprafața pământului. Intră în contact cu hidrosfera, acoperă litosfera, extinzându-se departe în spațiul cosmic.

În ce constă atmosfera?

Stratul de aer al Pământului este format în principal din aer, a cărui masă totală ajunge la 5,3 * 1018 kilograme. Dintre acestea, partea bolnavă este aerul uscat și mult mai puțin vaporii de apă.

Peste mare, densitatea atmosferei este de 1,2 kilograme pe metru cub. Temperatura din atmosferă poate ajunge la –140,7 grade, aerul se dizolvă în apă la temperatură zero.

Atmosfera este formată din mai multe straturi:

  • troposfera;
  • tropopauză;
  • stratosferă și stratopauză;
  • Mezosferă și mezopauză;
  • O linie specială deasupra nivelului mării numită linia Karman;
  • Termosferă și termopauză;
  • Zona de împrăștiere sau exosferă.

Fiecare strat are propriile sale caracteristici; acestea sunt interconectate și asigură funcționarea învelișului de aer al planetei.

Limitele atmosferei

Cea mai de jos margine a atmosferei trece prin hidrosferă și straturile superioare ale litosferei. Limita superioară începe în exosferă, care se află la 700 de kilometri de suprafața planetei și va ajunge la 1,3 mii de kilometri.

Potrivit unor rapoarte, atmosfera ajunge la 10 mii de kilometri. Oamenii de știință au fost de acord că limita superioară a stratului de aer ar trebui să fie linia Karman, deoarece aeronautica nu mai este posibilă aici.

Datorită unor studii constante în acest domeniu, oamenii de știință au stabilit că atmosfera intră în contact cu ionosfera la o altitudine de 118 kilometri.

Compoziție chimică

Acest strat al Pământului este format din gaze și impurități gazoase, care includ reziduuri de ardere, sare de mare, gheață, apă și praf. Compoziția și masa gazelor care pot fi găsite în atmosferă nu se schimbă aproape niciodată, ci se modifică doar concentrația de apă și dioxid de carbon.

Compoziția apei poate varia de la 0,2% la 2,5%, în funcție de latitudine. Elementele suplimentare sunt clor, azot, sulf, amoniac, carbon, ozon, hidrocarburi, acid clorhidric, acid fluorhidric, bromură de hidrogen, iodură de hidrogen.

O parte separată este ocupată de mercur, iod, brom și oxid nitric. În plus, în troposferă se găsesc particule lichide și solide numite aerosoli. Unul dintre cele mai rare gaze de pe planetă, radonul, se găsește în atmosferă.

În ceea ce privește compoziția chimică, azotul ocupă mai mult de 78% din atmosferă, oxigenul - aproape 21%, dioxidul de carbon - 0,03%, argon - aproape 1%, cantitatea totală de substanță este mai mică de 0,01%. Această compoziție a aerului s-a format când planeta a apărut pentru prima dată și a început să se dezvolte.

Odată cu apariția omului, care a trecut treptat la producție, compoziția chimică s-a schimbat. În special, cantitatea de dioxid de carbon este în continuă creștere.

Funcțiile atmosferei

Gazele din stratul de aer îndeplinesc o varietate de funcții. În primul rând, ele absorb razele și energia radiantă. În al doilea rând, ele influențează formarea temperaturii în atmosferă și pe Pământ. În al treilea rând, asigură viața și cursul ei pe Pământ.

În plus, acest strat asigură termoreglarea, care determină vremea și clima, modul de distribuție a căldurii și presiunea atmosferică. Troposfera ajută la reglarea fluxului maselor de aer, la determinarea mișcării apei și a proceselor de schimb de căldură.

Atmosfera interacționează constant cu litosfera și hidrosfera, furnizând procese geologice. Funcția cea mai importantă este aceea că oferă protecție împotriva prafului de origine meteoritică, împotriva influenței spațiului și a soarelui.

Date

  • Oxigenul este furnizat pe Pământ prin descompunerea materiei organice în roca solidă, care este foarte importantă în timpul emisiilor, descompunerii rocilor și oxidării organismelor.
  • Dioxidul de carbon ajută la fotosinteza și, de asemenea, contribuie la transmiterea undelor scurte ale radiației solare și la absorbția undelor termice lungi. Dacă acest lucru nu se întâmplă, atunci se observă așa-numitul efect de seră.
  • Una dintre principalele probleme asociate cu atmosfera este poluarea, care apare din cauza funcționării fabricilor și a emisiilor auto. Prin urmare, multe țări au introdus un control special al mediului, iar la nivel internațional se întreprind mecanisme speciale de reglementare a emisiilor și a efectului de seră.

- învelișul de aer al globului, care se rotește împreună cu Pământul. Limita superioară a atmosferei este trasată în mod convențional la altitudini de 150-200 km. Limita inferioară este suprafața Pământului.

Aerul atmosferic este un amestec de gaze. Majoritatea volumului său în stratul de suprafață al aerului reprezintă azot (78%) și oxigen (21%). În plus, aerul conține gaze inerte (argon, heliu, neon etc.), dioxid de carbon (0,03), vapori de apă și diverse particule solide (praf, funingine, cristale de sare).

Aerul este incolor, iar culoarea cerului se explică prin caracteristicile împrăștierii undelor luminoase.

Atmosfera este formata din mai multe straturi: troposfera, stratosfera, mezosfera si termosfera.

Stratul inferior al aerului se numește troposfera. La diferite latitudini puterea sa nu este aceeași. Troposfera urmează forma planetei și participă împreună cu Pământul la rotația axială. La ecuator, grosimea atmosferei variază de la 10 la 20 km. La ecuator este mai mare, iar la poli este mai mică. Troposfera se caracterizează prin densitatea maximă a aerului este concentrată în ea 4/5 din masa întregii atmosfere. Troposfera determină condițiile meteorologice: aici se formează diverse mase de aer, se formează nori și precipitații și are loc o mișcare intensă a aerului orizontal și vertical.

Deasupra troposferei, până la o altitudine de 50 km, se află stratosferă. Se caracterizează printr-o densitate mai mică a aerului și lipsește vaporii de apă. În partea inferioară a stratosferei la altitudini de aproximativ 25 km. există un „ecran de ozon” - un strat al atmosferei cu o concentrație mare de ozon, care absoarbe radiația ultravioletă, care este fatală pentru organism.

La o altitudine de 50 până la 80-90 km se extinde mezosferă. Odată cu creșterea altitudinii, temperatura scade cu un gradient vertical mediu de (0,25-0,3)°/100 m, iar densitatea aerului scade. Principalul proces energetic este transferul de căldură radiantă. Strălucirea atmosferică este cauzată de procese fotochimice complexe care implică radicali și molecule excitate vibrațional.

Termosferă situat la o altitudine de 80-90 până la 800 km. Densitatea aerului aici este minimă, iar gradul de ionizare a aerului este foarte mare. Temperatura se schimbă în funcție de activitatea Soarelui. Datorită numărului mare de particule încărcate, aici sunt observate aurore și furtuni magnetice.

Atmosfera este de mare importanță pentru natura Pământului. Fără oxigen, organismele vii nu pot respira. Stratul său de ozon protejează toate lucrurile vii de razele ultraviolete dăunătoare. Atmosfera netezește fluctuațiile de temperatură: suprafața Pământului nu se suprarăci noaptea și nu se supraîncălzi în timpul zilei. În straturile dense de aer atmosferic, înainte de a ajunge la suprafața planetei, meteoriții ard din spini.

Atmosfera interacționează cu toate straturile pământului. Cu ajutorul lui, căldura și umiditatea sunt schimbate între ocean și pământ. Fără atmosferă nu ar exista nori, precipitații sau vânturi.

Activitățile economice umane au un impact negativ semnificativ asupra atmosferei. Are loc poluarea aerului atmosferic, ceea ce duce la o creștere a concentrației de monoxid de carbon (CO 2). Și acest lucru contribuie la încălzirea globală și crește „efectul de seră”. Stratul de ozon al Pământului este distrus din cauza deșeurilor industriale și a transportului.

Atmosfera are nevoie de protecție. În țările dezvoltate, se implementează un set de măsuri pentru a proteja aerul atmosferic de poluare.

Mai ai întrebări? Vrei să afli mai multe despre atmosferă?
Pentru a primi ajutor de la un tutor -.

blog.site, atunci când copiați materialul integral sau parțial, este necesar un link către sursa originală.

Lumea din jurul nostru este formată din trei părți foarte diferite: pământ, apă și aer. Fiecare dintre ele este unică și interesantă în felul său. Acum vom vorbi doar despre ultimul dintre ei. Ce este atmosfera? Cum a apărut? În ce constă și în ce părți este împărțit? Toate aceste întrebări sunt extrem de interesante.

Numele „atmosferă” în sine este format din două cuvinte de origine greacă, traduse în rusă, înseamnă „abur” și „minge”. Și dacă te uiți la definiția exactă, poți citi următoarele: „Atmosfera este învelișul de aer al planetei Pământ, care se grăbește împreună cu ea în spațiul cosmic”. S-a dezvoltat în paralel cu procesele geologice și geochimice care au avut loc pe planetă. Și astăzi toate procesele care au loc în organismele vii depind de el. Fără atmosferă, planeta ar deveni un deșert fără viață, precum Luna.

În ce constă?

Întrebarea care este atmosfera și ce elemente sunt incluse în ea îi interesează pe oameni de multă vreme. Componentele principale ale acestei cochilii erau deja cunoscute în 1774. Au fost instalate de Antoine Lavoisier. El a descoperit că compoziția atmosferei era în mare parte compusă din azot și oxigen. De-a lungul timpului, componentele sale au fost rafinate. Și acum se știe că conține multe alte gaze, precum și apă și praf.

Să aruncăm o privire mai atentă la ceea ce alcătuiește atmosfera Pământului lângă suprafața sa. Cel mai comun gaz este azotul. Conține puțin mai mult de 78 la sută. Dar, în ciuda unei cantități atât de mari, azotul este practic inactiv în aer.

Următorul element cantitativ și foarte important ca importanță este oxigenul. Acest gaz conține aproape 21% și prezintă o activitate foarte mare. Funcția sa specifică este de a oxida materia organică moartă, care se descompune în urma acestei reacții.

Gaze scăzute, dar importante

Al treilea gaz care face parte din atmosferă este argonul. Este puțin mai puțin de unu la sută. După el vine dioxid de carbon cu neon, heliu cu metan, cripton cu hidrogen, xenon, ozon și chiar amoniac. Dar sunt atât de puține, încât procentul acestor componente este egal cu sutimi, miimi și milionimi. Dintre acestea, doar dioxidul de carbon joacă un rol semnificativ, deoarece este materialul de construcție de care plantele au nevoie pentru fotosinteză. Cealaltă funcție importantă a acesteia este de a bloca radiațiile și de a absorbi o parte din căldura soarelui.

Un alt gaz mic, dar important, ozonul există pentru a capta radiațiile ultraviolete care provin de la Soare. Datorită acestei proprietăți, toată viața de pe planetă este protejată în mod fiabil. Pe de altă parte, ozonul afectează temperatura stratosferei. Datorită faptului că absoarbe această radiație, aerul se încălzește.

Constanța compoziției cantitative a atmosferei este menținută prin amestecare non-stop. Straturile sale se deplasează atât pe orizontală, cât și pe verticală. Prin urmare, oriunde pe glob există suficient oxigen și nu există exces de dioxid de carbon.

Ce altceva este în aer?

Trebuie remarcat faptul că aburul și praful pot fi găsite în spațiul aerian. Acestea din urmă sunt formate din polen și particule de sol în oraș, acestea sunt alăturate de impurități de emisii solide din gazele de eșapament.

Dar este multă apă în atmosferă. În anumite condiții, se condensează și apar nori și ceață. În esență, acestea sunt același lucru, doar primele apar sus deasupra suprafeței Pământului, iar cele din urmă se răspândesc de-a lungul ei. Norii iau forme diferite. Acest proces depinde de înălțimea deasupra Pământului.

Dacă s-au format la 2 km deasupra pământului, atunci se numesc stratificat. Din ele se revarsă ploaia pe pământ sau cade zăpadă. Deasupra lor se formează nori cumulus până la o înălțime de 8 km. Sunt întotdeauna cele mai frumoase și pitorești. Ei sunt cei care se uită la ele și se întreabă cum arată. Dacă astfel de formațiuni apar în următorii 10 km, acestea vor fi foarte ușoare și aerisite. Numele lor este emplut.

În ce straturi este împărțită atmosfera?

Deși au temperaturi foarte diferite unul de celălalt, este foarte greu de spus la ce înălțime specifică începe un strat și se termină celălalt. Această împărțire este foarte condiționată și este aproximativă. Cu toate acestea, straturile atmosferei încă există și își îndeplinesc funcțiile.

Partea cea mai de jos a învelișului de aer se numește troposferă. Grosimea sa crește pe măsură ce se deplasează de la poli la ecuator de la 8 la 18 km. Aceasta este cea mai caldă parte a atmosferei, deoarece aerul din ea este încălzit de suprafața pământului. Cea mai mare parte a vaporilor de apă se concentrează în troposferă, motiv pentru care se formează nori, cad precipitații, furtunile bubuie și bat vânturile.

Următorul strat are aproximativ 40 km grosime și se numește stratosferă. Dacă un observator se deplasează în această parte a aerului, va descoperi că cerul a devenit violet. Acest lucru se explică prin densitatea scăzută a substanței, care practic nu împrăștie razele soarelui. În acest strat zboară avioanele cu reacție. Toate spațiile deschise sunt deschise pentru ei, deoarece practic nu există nori. În interiorul stratosferei există un strat format din cantități mari de ozon.

După ea vin stratopauza și mezosfera. Acesta din urmă are o grosime de aproximativ 30 km. Se caracterizează printr-o scădere bruscă a densității și a temperaturii aerului. Cerul pare negru pentru observator. Aici puteți urmări chiar și stelele în timpul zilei.

Straturi în care practic nu există aer

Structura atmosferei continuă cu un strat numit termosferă - cel mai lung dintre toate celelalte, grosimea sa ajunge la 400 km. Acest strat se distinge prin temperatura sa enormă, care poate ajunge la 1700 °C.

Ultimele două sfere sunt adesea combinate într-una singură și numite ionosferă. Acest lucru se datorează faptului că în ele apar reacții cu eliberarea de ioni. Aceste straturi fac posibilă observarea unui astfel de fenomen natural precum aurora boreală.

Următorii 50 km de Pământ sunt alocați exosferei. Aceasta este învelișul exterior al atmosferei. Dispersează particulele de aer în spațiu. Sateliții meteorologici se deplasează de obicei în acest strat.

Atmosfera Pământului se termină cu magnetosfera. Ea este cea care a adăpostit majoritatea sateliților artificiali ai planetei.

După tot ce s-a spus, nu ar trebui să mai rămână întrebări despre care este atmosfera. Dacă aveți îndoieli cu privire la necesitatea acestuia, acestea pot fi îndepărtate cu ușurință.

Sensul atmosferei

Funcția principală a atmosferei este de a proteja suprafața planetei de supraîncălzirea în timpul zilei și răcirea excesivă noaptea. Următorul scop important al acestei învelișuri, pe care nimeni nu îl va contesta, este acela de a furniza oxigen tuturor ființelor vii. Fără asta s-ar sufoca.

Majoritatea meteoriților ard în straturile superioare, fără a ajunge niciodată la suprafața Pământului. Și oamenii pot admira luminile zburătoare, confundându-le cu stele căzătoare. Fără atmosferă, întregul Pământ ar fi plin de cratere. Și protecția împotriva radiațiilor solare a fost deja discutată mai sus.

Cum influențează o persoană atmosfera?

Foarte negativ. Acest lucru se datorează activității în creștere a oamenilor. Cota principală a tuturor aspectelor negative revine industriei și transporturilor. Apropo, mașinile emit aproape 60% din toți poluanții care pătrund în atmosferă. Restul de patruzeci sunt împărțiți între energie și industrie, precum și industriile de eliminare a deșeurilor.

Lista substanțelor nocive care completează zilnic aerul este foarte lungă. Datorită transportului în atmosferă există: azot și sulf, carbon, albastru și funingine, precum și un puternic cancerigen care provoacă cancer de piele - benzopirenul.

Industria contabilizează următoarele elemente chimice: dioxid de sulf, hidrocarburi și hidrogen sulfurat, amoniac și fenol, clor și fluor. Dacă procesul continuă, atunci în curând răspunsurile la întrebările: „Care este atmosfera? În ce constă? va fi complet diferit.