Žemės ATMOSFERA(gr. atmos garai + sphaira sfera) – dujinis apvalkalas, supantis Žemę. Atmosferos masė yra apie 5,15 10 15 Biologinė atmosferos reikšmė milžiniška. Atmosferoje vyksta masės ir energijos mainai tarp gyvosios ir negyvosios gamtos, tarp floros ir faunos. Atmosferos azotą sugeria mikroorganizmai; iš anglies dioksidas o vanduo, naudodami Saulės energiją, augalai sintetina organines medžiagas ir išskiria deguonį. Atmosferos buvimas užtikrina vandens išsaugojimą Žemėje, o tai taip pat yra svarbi gyvų organizmų egzistavimo sąlyga.

Tyrimai, atlikti naudojant didelio aukščio geofizines raketas, dirbtinius Žemės palydovus ir tarpplanetines automatines stotis, parodė, kad žemės atmosfera tęsiasi tūkstančius kilometrų. Atmosferos ribos nestabilios, joms įtakos turi Mėnulio gravitacinis laukas ir Saulės spindulių srauto slėgis. Virš pusiaujo žemės šešėlio srityje atmosfera pasiekia apie 10 000 km aukštį, o virš ašigalių jos ribos nuo žemės paviršiaus nutolusios 3 000 km. Didžioji atmosferos dalis (80–90 %) yra iki 12–16 km aukštyje, o tai paaiškinama eksponentiniu (netiesiniu) dujinės aplinkos tankio mažėjimo (retėjimo) pobūdžiu didėjant aukščiui. virš jūros lygio.

Daugumos gyvų organizmų egzistavimas natūraliomis sąlygomis įmanomas dar siauresnėse atmosferos ribose, iki 7-8 km, kur vyksta būtinas atmosferos veiksnių, tokių kaip dujų sudėtis, temperatūra, slėgis ir drėgmė, derinys. Oro judėjimas ir jonizacija, krituliai, atmosferos elektrinė būklė taip pat turi higieninę reikšmę.

Dujų sudėtis

Atmosfera yra fizinis dujų mišinys (1 lentelė), daugiausia azoto ir deguonies (78,08 ir 20,95 tūrio proc.). Atmosferos dujų santykis yra beveik toks pat iki 80-100 km aukščio. Pagrindinės atmosferos dujų sudėties dalies pastovumą lemia santykinis dujų mainų tarp gyvosios ir negyvosios gamtos balansas ir nuolatinis oro masių maišymasis horizontalia ir vertikalia kryptimis.

1 lentelė. SAUSO ATMOSFEROS ORO CHEMINĖS SUDĖTIS ŽEMĖS PAVIRŠIAUS CHARAKTERISTIKOS

Didesniame nei 100 km aukštyje atskirų dujų procentas, susijęs su jų difuzine stratifikacija, keičiasi dėl gravitacijos ir temperatūros. Be to, veikiant trumpabangiams ultravioletiniams ir rentgeno spinduliams 100 km ar didesniame aukštyje, deguonies, azoto ir anglies dioksido molekulės disocijuoja į atomus. Dideliame aukštyje šios dujos randamos labai jonizuotų atomų pavidalu.

Anglies dioksido kiekis skirtingų Žemės regionų atmosferoje yra mažiau pastovus, o tai iš dalies lemia netolygus didelių pramonės įmonės teršiantis orą, taip pat netolygus augalijos ir vandens baseinų pasiskirstymas Žemėje, kurie sugeria anglies dioksidą. Taip pat atmosferoje kinta aerozolių (žr.) kiekis – ore pakibusios dalelės, kurių dydis svyruoja nuo kelių milimikronų iki kelių dešimčių mikronų – susidarė dėl ugnikalnių išsiveržimų, galingų dirbtinių sprogimų ir pramonės įmonių taršos. Aerozolių koncentracija greitai mažėja didėjant aukščiui.

Pats kintamiausias ir svarbiausias iš kintamųjų atmosferos komponentų yra vandens garai, kurių koncentracija žemės paviršiuje gali svyruoti nuo 3% (tropikuose) iki 2 × 10 -10% (Antarktidoje). Kuo aukštesnė oro temperatūra, tuo daugiau drėgmės, esant kitoms sąlygoms, gali būti atmosferoje ir atvirkščiai. Didžioji dalis vandens garų yra susitelkę atmosferoje 8-10 km aukštyje. Vandens garų kiekis atmosferoje priklauso nuo bendros garavimo, kondensacijos ir horizontalaus transportavimo įtakos. Dideliame aukštyje dėl temperatūros sumažėjimo ir garų kondensacijos oras beveik sausas.

Žemės atmosferoje, be molekulinio ir atominio deguonies, yra ir nedideli kiekiai ozono (žr.), kurio koncentracija labai kinta ir kinta priklausomai nuo aukščio virš jūros lygio ir metų laiko. Daugiausia ozono yra ašigalio srityje, baigiantis poliarinei nakčiai, 15–30 km aukštyje, smarkiai mažėjant aukštyn ir žemyn. Ozonas susidaro dėl fotocheminio ultravioletinės saulės spinduliuotės poveikio deguoniui, daugiausia 20–50 km aukštyje. Dviatominės deguonies molekulės iš dalies suyra į atomus ir, jungdamosi su nesuirusiomis molekulėmis, sudaro triatomes ozono molekules (polimerinė, alotropinė deguonies forma).

Vadinamųjų inertinių dujų (helio, neono, argono, kriptono, ksenono) buvimas atmosferoje yra susijęs su nuolatiniu natūralių radioaktyvaus skilimo procesų atsiradimu.

Biologinė dujų reikšmė atmosfera labai puiki. Daugumai daugialąsčių organizmų tam tikras molekulinio deguonies kiekis dujose arba vandens aplinka yra nepakeičiamas jų egzistavimo veiksnys, kuris kvėpavimo metu lemia energijos išsiskyrimą iš organinių medžiagų, iš pradžių susidariusių fotosintezės metu. Neatsitiktinai viršutines biosferos ribas (dalis Žemės rutulio paviršiaus ir apatinę atmosferos dalį, kurioje egzistuoja gyvybė) lemia pakankamas deguonies kiekis. Evoliucijos procese organizmai prisitaikė prie tam tikro deguonies lygio atmosferoje; deguonies kiekio pokytis, mažėjantis arba didėjantis, turi neigiamą poveikį (žr. aukštikalnių liga, hiperoksija, hipoksija).

Ozono alotropinė deguonies forma taip pat turi ryškų biologinį poveikį. Ne didesnės kaip 0,0001 mg/l koncentracijos, būdingos kurortinėms vietovėms ir jūros pakrantėms, ozonas turi gydomąjį poveikį – skatina kvėpavimą ir širdies ir kraujagyslių veiklą, gerina miegą. Didėjant ozono koncentracijai, jos toksinis poveikis: akių dirginimas, nekrozinis kvėpavimo takų gleivinės uždegimas, paūmėjimas plaučių ligos, autonominės neurozės. Kartu su hemoglobinu ozonas sudaro methemoglobiną, kuris sukelia pažeidimą kvėpavimo funkcija kraujas; pasunkėja deguonies perdavimas iš plaučių į audinius, išsivysto dusulys. Atominis deguonis turi panašų neigiamą poveikį organizmui. Ozonas vaidina reikšmingą vaidmenį kuriant įvairių atmosferos sluoksnių šiluminius režimus dėl itin stiprios saulės spinduliuotės ir žemės spinduliuotės sugerties. Ozonas intensyviausiai sugeria ultravioletinius ir infraraudonuosius spindulius. Saulės spindulius, kurių bangos ilgis mažesnis nei 300 nm, beveik visiškai sugeria atmosferos ozonas. Taigi Žemė yra apsupta savotiško „ozono ekrano“, kuris apsaugo daugelį organizmų nuo žalingo poveikio. Ultravioletinė radiacija Saulė, azotas atmosferos oras turi svarbių biologinė reikšmė pirmiausia kaip šaltinis vadinamųjų. fiksuotas azotas – augalinio (ir galiausiai gyvūninio) maisto šaltinis. Fiziologinę azoto reikšmę lemia jo dalyvavimas kuriant būtiną gyvenimo procesai lygiu Atmosferos slėgis. Esant tam tikroms slėgio kaitos sąlygoms, azotas vaidina svarbų vaidmenį vystant daugybę organizmo sutrikimų (žr. Dekompresinė liga). Prielaidos, kad azotas silpnina toksinį deguonies poveikį organizmui ir jį iš atmosferos pasisavina ne tik mikroorganizmai, bet ir aukštesni gyvūnai, yra prieštaringos.

Inertinės atmosferos dujos (ksenonas, kriptonas, argonas, neonas, helis), kai susidaro normaliomis sąlygomis dalinis slėgis gali būti priskiriamas biologiškai indiferentinėms dujoms. Žymiai padidėjus daliniam slėgiui šios dujos turi narkotinį poveikį.

Anglies dioksido buvimas atmosferoje užtikrina saulės energijos kaupimąsi biosferoje vykstant sudėtingų anglies junginių fotosintezei, kurie gyvenimo metu nuolat atsiranda, kinta ir suyra. Tai dinamiška sistema išlaikomas dėl dumblių ir sausumos augalų veiklos, kurios sugauna saulės šviesos energiją ir naudoja ją anglies dioksidui (žr.) ir vandeniui paversti įvairiais organiniai junginiai su deguonies išsiskyrimu. Biosferos plėtimąsi į viršų iš dalies riboja tai, kad aukštesniame nei 6-7 km aukštyje chlorofilo turintys augalai negali gyventi dėl žemo dalinio anglies dioksido slėgio. Anglies dioksidas taip pat yra labai aktyvus fiziologiškai, nes jis žaidžia svarbus vaidmuo reglamente medžiagų apykaitos procesai, centrinės nervų sistemos veikla, kvėpavimas, kraujotaka, organizmo deguonies režimas. Tačiau šis reguliavimas yra susijęs su anglies dioksido, kurį gamina pats kūnas, o ne iš atmosferos, įtaka. Gyvūnų ir žmonių audiniuose ir kraujyje dalinis anglies dioksido slėgis yra maždaug 200 kartų didesnis nei jo slėgis atmosferoje. Ir tik žymiai padidėjus anglies dioksido kiekiui atmosferoje (daugiau nei 0,6–1%), organizme pastebimi sutrikimai, vadinami hiperkapnija (žr.). Visiškas anglies dioksido pašalinimas iš įkvepiamo oro negali turėti tiesioginio neigiamo poveikio žmogaus organizmui ir gyvūnams.

Anglies dioksidas vaidina svarbų vaidmenį sugerdamas ilgųjų bangų spinduliuotę ir palaikant „šiltnamio efektą“, kuris padidina temperatūrą Žemės paviršiuje. Taip pat tiriama anglies dioksido, kuris didžiuliais kiekiais patenka į orą kaip pramoninės atliekos, įtakos šiluminėms ir kitoms atmosferos sąlygoms problema.

Atmosferos vandens garai (oro drėgmė) taip pat veikia žmogaus organizmą, ypač šilumos mainus su aplinka.

Dėl vandens garų kondensacijos atmosferoje susidaro debesys ir iškrenta krituliai (lietus, kruša, sniegas). Vandens garai, sklaidydami saulės spinduliuotę, dalyvauja kuriant Žemės ir žemesnių atmosferos sluoksnių šiluminį režimą, meteorologines sąlygas.

Atmosferos slėgis

Atmosferos slėgis (barometrinis) yra slėgis, kurį atmosfera veikia Žemės paviršiuje, veikiant gravitacijai. Šio slėgio dydis kiekviename atmosferos taške yra lygus viršutinio oro stulpelio su vienu pagrindu svoriui, besitęsiančiam virš matavimo vietos iki atmosferos ribų. Atmosferos slėgis matuojamas barometru (cm) ir išreiškiamas milibarais, niutonais vienam kvadratinis metras arba gyvsidabrio stulpelio aukštis barometre milimetrais, sumažintas iki 0° ir normalaus dydžio gravitacijos pagreitis. Lentelėje 2 lentelėje pateikti dažniausiai naudojami atmosferos slėgio matavimo vienetai.

Slėgio pokytis atsiranda dėl netolygaus oro masių, esančių virš žemės ir vandens, šildymo geografinės platumos. Kylant temperatūrai, mažėja oro tankis ir jo sukuriamas slėgis. Didžiulis greitai judančio žemo slėgio oro susikaupimas (sumažėjus slėgiui nuo periferijos iki sūkurio centro) vadinamas ciklonu, o esant aukštam slėgiui (padidėjus slėgiui link sūkurio centro) anticiklonas. Orų prognozavimui svarbūs neperiodiniai atmosferos slėgio pokyčiai, atsirandantys judant didžiulėms masėms ir susiję su anticiklonų ir ciklonų atsiradimu, vystymusi ir sunaikinimu. Ypač dideli atmosferos slėgio pokyčiai yra susiję su sparčiu atogrąžų ciklonų judėjimu. Šiuo atveju atmosferos slėgis gali keistis 30-40 mbar per dieną.

Atmosferos slėgio kritimas milibarais 100 km atstumu vadinamas horizontaliuoju barometriniu gradientu. Paprastai horizontalus barometrinis gradientas yra 1-3 mbar, tačiau tropiniuose ciklonuose jis kartais padidėja iki dešimčių milibarų 100 km.

Didėjant aukščiui, atmosferos slėgis mažėja logaritmiškai: iš pradžių labai staigiai, o vėliau vis mažiau pastebimai (1 pav.). Todėl barometrinio slėgio kitimo kreivė yra eksponentinė.

Slėgio sumažėjimas vertikalaus atstumo vienetui vadinamas vertikaliuoju barometriniu gradientu. Dažnai jie naudoja atvirkštinę vertę - barometrinę stadiją.

Kadangi barometrinis slėgis yra dalinių dujų, sudarančių orą, slėgių suma, akivaizdu, kad didėjant aukščiui ir mažėjant bendram atmosferos slėgiui, dalinis dujų, sudarančių orą, slėgis. taip pat mažėja. Bet kurių dujų dalinis slėgis atmosferoje apskaičiuojamas pagal formulę

kur P x yra dalinis dujų slėgis, P z yra atmosferos slėgis aukštyje Z, X% yra dujų, kurių dalinis slėgis turėtų būti nustatytas, procentas.

Ryžiai. 1. Barometrinio slėgio pokytis priklausomai nuo aukščio virš jūros lygio.

Ryžiai. 2. Dalinio deguonies slėgio pokyčiai alveolių ore ir arterinio kraujo prisotinimas deguonimi priklausomai nuo aukščio pokyčių kvėpuojant oru ir deguonimi. Deguonies kvėpavimas prasideda 8,5 km aukštyje (eksperimentas slėgio kameroje).

Ryžiai. 3. Žmogaus aktyvios sąmonės vidutinių verčių lyginamosios kreivės minutėmis įvairiuose aukščiuose po greito pakilimo kvėpuojant oru (I) ir deguonimi (II). Virš 15 km aukštyje aktyvi sąmonė vienodai sutrinka kvėpuojant deguonimi ir oru. Iki 15 km aukštyje kvėpavimas deguonimi žymiai pailgina aktyvios sąmonės periodą (eksperimentas slėgio kameroje).

Kadangi atmosferos dujų procentinė sudėtis yra gana pastovi, norint nustatyti bet kurių dujų dalinį slėgį, tereikia žinoti bendrą barometrinį slėgį tam tikrame aukštyje (1 pav. ir 3 lentelė).

3 lentelė. STANDARTINĖS ATMOSFEROS LENTELĖ (GOST 4401-64) 1

1 Pateikiama sutrumpinta forma ir papildyta stulpeliu „Paralinis deguonies slėgis“.

Nustatant dalinį dujų slėgį drėgnas oras iš barometrinio slėgio vertės reikia atimti slėgį (elastumą). sočiųjų garų.

Dalinio dujų slėgio drėgname ore nustatymo formulė šiek tiek skirsis nuo sauso oro:

kur pH 2 O yra vandens garų slėgis. Esant t° 37°, sočiųjų vandens garų slėgis yra 47 mm Hg. Art. Ši vertė naudojama apskaičiuojant dalinį alveolinių oro dujų slėgį žemės ir didelio aukščio sąlygomis.

Poveikis organizmui padidėjo ir žemas kraujo spaudimas. Barometrinio slėgio pokyčiai aukštyn arba žemyn turi įvairių padarinių gyvūnų ir žmonių organizmui. Įtaka aukštas kraujo spaudimas susijęs su mechaniniu ir skvarbiu fiziniu bei cheminiu dujų aplinkos poveikiu (vadinamieji suspaudimo ir prasiskverbimo efektai).

Suspaudimo efektas pasireiškia: bendru tūriniu suspaudimu, kurį sukelia tolygus mechaninių slėgio jėgų padidėjimas organams ir audiniams; mechanonarkozė, kurią sukelia vienodas tūrinis suspaudimas esant labai aukštam barometriniam slėgiui; vietinis netolygus spaudimas audiniams, ribojantiems dujų turinčias ertmes, kai nutrūksta išorinio oro ir ertmės oro jungtis, pavyzdžiui, vidurinė ausis, paranalinės ertmės (žr. Barotrauma); dujų tankio padidėjimas išorinėje kvėpavimo sistemoje, dėl kurio padidėja atsparumas kvėpavimo judesiams, ypač priverstinio kvėpavimo metu. mankštos stresas, hiperkapnija).

Prasiskverbiantis poveikis gali sukelti toksinį deguonies ir abejingų dujų poveikį, kurio kiekis kraujyje ir audiniuose sukelia narkotinę reakciją, kai žmonėms naudojant azoto ir deguonies mišinį, atsiranda pirmieji pjūvio požymiai slėgis 4-8 atm. Padidėjus daliniam deguonies slėgiui, iš pradžių sumažėja širdies ir kraujagyslių bei kvėpavimo sistemos dėl fiziologinės hipoksemijos reguliavimo įtakos išjungimo. Kai parcialinis deguonies slėgis plaučiuose padidėja daugiau nei 0,8-1 ata, pasireiškia toksinis jo poveikis (plaučių audinio pažeidimas, traukuliai, kolapsas).

Naudojamas padidėjusio dujų slėgio prasiskverbimo ir suspaudimo poveikis klinikinė medicina gydant įvairias ligas su bendrais ir vietinis pažeidimas deguonies tiekimas (žr. Baroterapija, Deguonies terapija).

Sumažėjęs slėgis turi dar ryškesnį poveikį organizmui. Itin retos atmosferos sąlygomis pagrindinis patogenetinis veiksnys, sukeliantis sąmonės netekimą per kelias sekundes, o mirtis per 4-5 minutes, yra paralinio deguonies slėgio sumažėjimas įkvėptame ore, o po to alveolių ore, kraujyje ir audiniuose (2 ir 3 pav. ). Vidutinė hipoksija sukelia vystymąsi adaptyvios reakcijos kvėpavimo ir hemodinaminės sistemos, skirtos palaikyti deguonies tiekimą, pirmiausia gyvybiškai svarbios svarbius organus(smegenys, širdis). Esant ryškiam deguonies trūkumui, slopinami oksidaciniai procesai (dėl kvėpavimo fermentų), sutrinka aerobiniai energijos gamybos procesai mitochondrijose. Tai pirmiausia sukelia gyvybiškai svarbių organų funkcijų sutrikimą, o vėliau negrįžtamus struktūrinius pažeidimus ir kūno mirtį. Adaptyvių ir patologinių reakcijų raida, kaita funkcinė būklėžmogaus organizmą ir darbingumą mažėjant atmosferos slėgiui lemia deguonies dalinio slėgio įkvepiamame ore mažėjimo laipsnis ir greitis, buvimo aukštyje trukmė, atliekamo darbo intensyvumas, pradinė deguonies būsena. kūną (žr. aukščio liga).

Slėgio sumažėjimas aukštyje (net jei neįtraukiamas deguonies trūkumas) sukelia rimtus organizmo sutrikimus, kuriuos vienija „dekompresijos sutrikimų“ sąvoka, kuri apima: vidurių pūtimą aukštyje, barotitą ir barosinusitą, didelio aukščio dekompresinę ligą ir aukštą ligą. - aukščio audinių emfizema.

Vidurių pūtimas dideliame aukštyje išsivysto dėl dujų išsiplėtimo virškinimo trakte, kai barometrinis slėgis sumažėja pilvo siena kylant į 7-12 km ir didesnį aukštį. Tam tikrą reikšmę turi ir žarnyno turinyje ištirpusių dujų išsiskyrimas.

Dėl dujų išsiplėtimo tempiasi skrandis ir žarnynas, pakyla diafragma, keičiasi širdies padėtis, dirginami šių organų receptorių aparatai, atsiranda patologinių refleksų, kurie sutrikdo kvėpavimą ir kraujotaką. Dažnai atsiranda aštrūs skausmai pilvo srityje. Panašūs reiškiniai kartais pasitaiko tarp narų kylant iš gylio į paviršių.

Barotito ir barosinusito vystymosi mechanizmas, pasireiškiantis atitinkamai užgulimo ir skausmo pojūčiu vidurinėje ausyje arba paranalinėse ertmėse, yra panašus į vidurių pūtimo išsivystymą aukštyje.

Slėgio sumažėjimas, be dujų, esančių kūno ertmėse, išsiplėtimo, taip pat sukelia dujų išsiskyrimą iš skysčių ir audinių, kuriuose jos buvo ištirpusios slėgio sąlygomis jūros lygyje arba gylyje, ir dujų burbuliukų susidarymą kūnas.

Šis ištirpusių dujų (pirmiausia azoto) išsiskyrimo procesas sukelia dekompresinės ligos vystymąsi (žr.).

Ryžiai. 4. Vandens virimo temperatūros priklausomybė nuo aukščio virš jūros lygio ir barometrinio slėgio. Slėgio skaičiai yra žemiau atitinkamais aukščio skaičiais.

Mažėjant atmosferos slėgiui, mažėja skysčių virimo temperatūra (4 pav.). Didesniame nei 19 km aukštyje, kur barometrinis slėgis yra lygus (arba mažesnis) sočiųjų garų elastingumui kūno temperatūroje (37°), gali „užvirti“ tarpląstelinis ir tarpląstelinis kūno skystis, dėl kurio didelės venos, pleuros ertmėje, skrandyje, perikarde, laisvuose riebaliniuose audiniuose, tai yra vietose, kuriose yra mažas hidrostatinis ir intersticinis slėgis, susidaro vandens garų burbuliukai, išsivysto didelio aukščio audinių emfizema. Didelio aukščio "virinimas" neturi įtakos ląstelių struktūros, lokalizuota tik tarpląsteliniame skystyje ir kraujyje.

Masyvūs garų burbuliukai gali blokuoti širdį ir kraujotaką bei sutrikdyti gyvybiškai svarbių sistemų ir organų veiklą. Tai rimta ūmaus deguonies bado komplikacija, kuri išsivysto dideliame aukštyje. Didelio aukščio audinių emfizemos prevencija gali būti pasiekta sukuriant išorinį priešinį spaudimą kūnui naudojant didelio aukščio įrangą.

Barometrinio slėgio mažinimo (dekompresijos) procesas esant tam tikriems parametrams gali tapti žalingu veiksniu. Priklausomai nuo greičio, dekompresija skirstoma į lygią (lėtą) ir sprogstamąją. Pastarasis įvyksta greičiau nei per 1 sekundę ir jį lydi stiprus trenksmas (kaip iššaunant) ir rūko susidarymas (vandens garų kondensacija dėl besiplečiančio oro aušinimo). Paprastai sprogstamasis dekompresija įvyksta aukštyje, kai lūžta slėginės kabinos arba slėgio kostiumo stiklai.

Sprogstamosios dekompresijos metu pirmiausia pažeidžiami plaučiai. Greitas intrapulmoninio perteklinio slėgio padidėjimas (daugiau nei 80 mm Hg) sukelia didelį plaučių audinio ištempimą, dėl kurio gali plyšti plaučiai (jei jie išsiplečia 2,3 karto). Sprogioji dekompresija gali sukelti žalą ir virškinimo trakto. Plaučiuose susidarančio perteklinio slėgio dydis labai priklausys nuo oro iškvėpimo iš jų greičio dekompresijos metu ir oro tūrio plaučiuose. Ypač pavojinga, jei dekompresijos metu (ryjant, sulaikant kvėpavimą) užsidaro viršutiniai kvėpavimo takai arba dekompresija sutampa su gilaus įkvėpimo faze, kai plaučiai prisipildo dideliu oro kiekiu.

Atmosferos temperatūra

Atmosferos temperatūra iš pradžių mažėja didėjant aukščiui (vidutiniškai nuo 15° žemėje iki -56,5° 11-18 km aukštyje). Vertikalus temperatūros gradientas šioje atmosferos zonoje yra apie 0,6° kas 100 m; ji kinta per dieną ir metus (4 lentelė).

4 lentelė. TSRS TERITORIJOS VERTIKALIOS TEMPERATŪROS GRADIENTO POKYČIAI VIDURIOJE JUOSTOS

Ryžiai. 5. Atmosferos temperatūros pokyčiai skirtinguose aukščiuose. Sferų ribos pažymėtos punktyrinėmis linijomis.

11 - 25 km aukštyje temperatūra tampa pastovi ir siekia -56,5°; tada temperatūra pradeda kilti, 40 km aukštyje pasiekia 30-40°, o 50-60 km aukštyje - 70° (5 pav.), o tai siejama su intensyvia saulės spinduliuotės absorbcija ozonu. Nuo 60-80 km aukščio oro temperatūra vėl šiek tiek sumažėja (iki 60°), o po to palaipsniui didėja ir yra 270° 120 km aukštyje, 800° 220 km aukštyje, 1500° 300 km aukštyje. , ir

prie sienos su kosmine erdve – daugiau nei 3000°. Pažymėtina, kad dėl didelio dujų retumo ir mažo tankio šiuose aukščiuose jų šiluminė talpa ir gebėjimas šildyti šaltesnius kūnus yra labai nereikšmingi. Tokiomis sąlygomis šilumos perdavimas iš vieno kūno į kitą vyksta tik spinduliuojant. Visi svarstomi temperatūros pokyčiai atmosferoje yra susiję su šilumos energijos absorbcija iš Saulės oro masėmis – tiesiogine ir atspindėta.

Apatinėje atmosferos dalyje prie Žemės paviršiaus temperatūros pasiskirstymas priklauso nuo saulės spinduliuotės antplūdžio, todėl turi daugiausia platumos pobūdį, tai yra, vienodos temperatūros linijos – izotermos – yra lygiagrečios platumoms. Kadangi atmosferą žemesniuose sluoksniuose šildo žemės paviršius, horizontalų temperatūros pokytį stipriai įtakoja žemynų ir vandenynų, kurių šiluminės savybės skiriasi, pasiskirstymas. Paprastai žinynuose nurodoma tinklo meteorologinių stebėjimų metu išmatuota temperatūra termometru, sumontuotu 2 m aukštyje virš dirvos paviršiaus. Dauguma aukšta temperatūra(iki 58°) stebimi Irano dykumose, o SSRS - Turkmėnistano pietuose (iki 50°), žemiausia (iki -87°) Antarktidoje, o SSRS - Verchojansko ir Oimjakono sritys (iki -68°). Žiemą vertikalus temperatūros gradientas į Kai kuriais atvejais vietoj 0,6° gali viršyti 1° per 100 m arba net imti neigiama prasmė. Šiltuoju metų laiku jis gali būti lygus daugybei dešimčių laipsnių 100 m. Taip pat yra horizontalus temperatūros gradientas, kuris paprastai vadinamas 100 km atstumu, normaliu izotermos atžvilgiu. Horizontaliojo temperatūros gradiento dydis yra dešimtosios laipsnio 100 km, o frontalinėse zonose jis gali viršyti 10° per 100 m.

Žmogaus organizmas geba palaikyti šiluminę homeostazę (žr.) gana siaurame lauko oro temperatūros svyravimų diapazone – nuo ​​15 iki 45°. Esant dideliems atmosferos temperatūrų skirtumams šalia Žemės ir aukštyje, reikia naudoti specialias apsaugines technines priemones, užtikrinančias šilumos balansą tarp žmogaus kūno ir išorinė aplinka dideliame aukštyje ir kosminiuose skrydžiuose.

Būdingi atmosferos parametrų pokyčiai (temperatūra, slėgis, cheminė sudėtis, elektrinė būsena) leidžia sąlygiškai padalyti atmosferą į zonas arba sluoksnius. Troposfera- arčiausiai Žemės esantis sluoksnis, kurio viršutinė riba ties pusiauju tęsiasi iki 17-18 km, ašigaliais iki 7-8 km, o vidutinėse platumose iki 12-16 km. Troposferai būdingas eksponentinis slėgio kritimas, pastovus vertikalus temperatūros gradientas, horizontalūs ir vertikalūs oro masių judėjimai, reikšmingi oro drėgmės pokyčiai. Troposferoje yra didžioji atmosferos dalis, taip pat didelė biosferos dalis; Čia kyla visi pagrindiniai debesų tipai, susidaro oro masės ir frontai, vystosi ciklonai ir anticiklonai. Troposferoje dėl saulės spindulių atspindėjimo Žemės sniego dangoje ir paviršiaus oro sluoksnių aušinimo įvyksta vadinamoji inversija, tai yra, atmosferos temperatūros padidėjimas iš apačios į viršų, o ne. įprastas sumažėjimas.

Šiltuoju metų laiku troposferoje vyksta nuolatinis turbulentinis (netvarkingas, chaotiškas) oro masių maišymasis ir šilumos perdavimas oro srovėmis (konvekcija). Konvekcija naikina rūką ir sumažina dulkes apatiniame atmosferos sluoksnyje.

Antrasis atmosferos sluoksnis yra stratosfera.

Jis prasideda nuo troposferos siauroje zonoje (1-3 km) su pastovia temperatūra (tropopauzė) ir tęsiasi iki maždaug 80 km aukščio. Stratosferos bruožas yra laipsniškas oro retėjimas, ypač didelis ultravioletinės spinduliuotės intensyvumas, vandens garų nebuvimas, buvimas. didelis kiekis ozonas ir laipsniškas temperatūros kilimas. Didelis ozono kiekis sukelia daugybę optinių reiškinių (miražų), sukelia garsų atspindžius ir daro didelę įtaką intensyvumui ir spektrinei kompozicijai. elektromagnetinė radiacija. Stratosferoje nuolat maišosi oras, todėl jo sudėtis panaši į troposferos sudėtį, nors jo tankis viršutinėse stratosferos ribose yra itin mažas. Stratosferoje vyrauja vakarų vėjai, o viršutinėje zonoje pereina į rytų vėjus.

Trečiasis atmosferos sluoksnis yra jonosfera, kuris prasideda nuo stratosferos ir tęsiasi iki 600-800 km aukščio.

Ypatingi jonosferos bruožai yra ypatingas dujinės aplinkos retėjimas, didelė molekulinių ir atominių jonų bei laisvųjų elektronų koncentracija, taip pat aukšta temperatūra. Jonosfera daro įtaką radijo bangų sklidimui, sukeldama jų lūžimą, atspindėjimą ir sugertį.

Pagrindinis jonizacijos šaltinis aukštuosiuose atmosferos sluoksniuose yra ultravioletinė Saulės spinduliuotė. Tokiu atveju iš dujų atomų išmušami elektronai, atomai virsta teigiamais jonais, o išmušti elektronai lieka laisvi arba juos pagauna neutralios molekulės, kad susidarytų neigiami jonai. Jonosferos jonizacijai įtakos turi meteorai, korpuskulinė, rentgeno ir gama spinduliuotė iš Saulės, taip pat seisminiai Žemės procesai (žemės drebėjimai, ugnikalnių išsiveržimai, galingi sprogimai), kurios generuoja akustines bangas jonosferoje, didina atmosferos dalelių virpesių amplitudę ir greitį bei skatina dujų molekulių ir atomų jonizaciją (žr. Aerojonizacija).

Elektros laidumas jonosferoje, susijęs su didele jonų ir elektronų koncentracija, yra labai didelis. Padidėjęs jonosferos elektrinis laidumas vaidina svarbų vaidmenį radijo bangų atspindyje ir aurorų atsiradime.

Jonosfera yra dirbtinių Žemės palydovų ir tarpžemyninių balistinių raketų skrydžio zona. Šiuo metu studijuoja kosminė medicina galimos įtakos skrydžio sąlygos šioje atmosferos dalyje veikia žmogaus organizmą.

Ketvirtasis, išorinis atmosferos sluoksnis – egzosfera. Iš čia atmosferos dujos dėl sklaidos pasklinda į erdvę (molekulėmis įveikiamos gravitacijos jėgos). Tada vyksta laipsniškas perėjimas iš atmosferos į tarpplanetinę erdvę. Egzosfera nuo pastarosios skiriasi tuo, kad yra daug laisvųjų elektronų, sudarančių 2-ą ir 3-iąją Žemės spinduliuotės juostas.

Atmosferos padalijimas į 4 sluoksnius yra labai savavališkas. Taigi pagal elektrinius parametrus visas atmosferos storis skirstomas į 2 sluoksnius: neutronosferą, kurioje vyrauja neutralios dalelės, ir jonosferą. Pagal temperatūrą išskiriama troposfera, stratosfera, mezosfera ir termosfera, atskirtos atitinkamai tropopauze, stratosfera ir mezopauze. Atmosferos sluoksnis, esantis nuo 15 iki 70 km ir kuriam būdinga didelis kiekis ozonas vadinamas ozonosfera.

Praktiniais tikslais patogu naudoti tarptautinę standartinę atmosferą (MCA), kuriai priimtinos šios sąlygos: slėgis jūros lygyje t° 15° lygus 1013 mbar (1,013 x 10 5 nm 2 arba 760 mm). Hg); temperatūra nukrenta 6,5° 1 km iki 11 km lygio (sąlyginė stratosfera), o vėliau išlieka pastovi. SSRS buvo priimta standartinė atmosfera GOST 4401 - 64 (3 lentelė).

Krituliai. Kadangi didžioji dalis atmosferos vandens garų yra susitelkę troposferoje, vandens fazių virsmų procesai, sukeliantys kritulius, daugiausia vyksta troposferoje. Troposferiniai debesys paprastai dengia apie 50% viso žemės paviršiaus, o stratosferoje (20-30 km aukštyje) ir netoli mezopauzės debesys, atitinkamai vadinami perlamutriniais ir noktiliucentais, pastebimi gana retai. Dėl vandens garų kondensacijos troposferoje susidaro debesys ir iškrenta krituliai.

Pagal kritulių pobūdį krituliai skirstomi į 3 tipus: smarkūs, lietūs ir šlapdriba. Kritulių kiekis nustatomas pagal iškritusio vandens sluoksnio storį milimetrais; Krituliai matuojami naudojant lietaus matuoklius ir kritulių matuoklius. Kritulių intensyvumas išreiškiamas milimetrais per minutę.

Kritulių pasiskirstymas atskirais sezonais ir dienomis bei teritorijoje yra itin netolygus, o tai lemia atmosferos cirkuliacija ir Žemės paviršiaus įtaka. Taigi Havajų salose per metus iškrenta vidutiniškai 12 000 mm, o sausiausiose Peru ir Sacharos vietose kritulių kiekis neviršija 250 mm, o kartais neiškrenta keletą metų. Metinėje kritulių dinamikoje išskiriami šie tipai: ekvatorinis – su maksimaliu kritulių kiekiu po pavasario ir rudens lygiadienio; atogrąžų - su didžiausiu kritulių kiekiu vasarą; musonas - su labai ryškiu piko vasarą ir sausa žiemą; subtropinis - su didžiausiu kritulių kiekiu žiemą ir sausą vasarą; žemyninės vidutinio klimato platumos – su didžiausiu kritulių kiekiu vasarą; jūrinės vidutinio klimato platumos – su didžiausiu kritulių kiekiu žiemą.

Visas atmosferos-fizinis klimato ir meteorologinių veiksnių kompleksas, sudarantis orą, plačiai naudojamas sveikatai gerinti, grūdinti ir medicininiais tikslais(žr. Klimatoterapija). Be to, buvo nustatyta, kad staigūs šių atmosferos veiksnių svyravimai gali neigiamai paveikti fiziologiniai procesai organizme, sukeldamas įvairių patologinių būklių vystymąsi ir ligų paūmėjimą, vadinamas meteotropinėmis reakcijomis (žr. Klimatopatologija). Šiuo atžvilgiu ypač svarbūs dažni ilgalaikiai atmosferos sutrikimai ir staigūs meteorologinių veiksnių svyravimai.

Meteotropinės reakcijos dažniau stebimos sergantiesiems ligomis širdies ir kraujagyslių sistemos, poliartritas, bronchų astma, pepsinė opa, odos ligos.

Bibliografija: Belinsky V. A. ir Pobiyaho V. A. Aerology, L., 1962, bibliogr.; Biosfera ir jos ištekliai, red. V. A. Kovdy, M., 1971; Danilov A.D. Jonosferos chemija, Leningradas, 1967 m.; Kolobkovas N.V. Atmosfera ir jos gyvenimas, M., 1968; Kalitinas N.H. Atmosferos fizikos pagrindai, taikomi medicinoje, Leningradas, 1935; Matvejevas L. T. Bendrosios meteorologijos pagrindai, Atmosferos fizika, Leningradas, 1965, bibliogr.; Minkh A. A. Oro jonizacija ir jos higieninė reikšmė, M., 1963, bibliogr.; aka, Higienos tyrimų metodai, M., 1971, bibliogr.; Tverskoy P.N. Meteorologijos kursas, L., 1962 m. Umansky S.P. Žmogus erdvėje, M., 1970; Chvostikovas I. A. Aukšti atmosferos sluoksniai, Leningradas, 1964 m. X r g i a n A. X. Atmosferos fizika, L., 1969, bibliogr.; Khromov S.P. Meteorologija ir klimatologija geografiniams fakultetams, Leningradas, 1968 m.

Aukšto ir žemo kraujospūdžio poveikis organizmui- Armstrongas G. Aviacijos medicina, vert. iš anglų k., M., 1954, bibliogr.; Zaltsmanas G.L. Fiziologinis pagrindasžmogaus poveikis aukšto slėgio aplinkos dujų sąlygomis, L., 1961, bibliogr.; Ivanovas D.I. ir Khromushkinas. Isakov P.K ir kt. Aviacijos medicinos teorija ir praktika, M., 1971, bibliogr.; Kovalenko E. A. ir Chernyakov I. N. Audinių deguonis esant ekstremaliems skrydžio veiksniams, M., 1972, bibliogr.; Miles S. Povandeninė medicina, vert. iš anglų k., M., 1971, bibliogr.; Busby D. E. Kosmoso klinikinė medicina, Dordrecht, 1968 m.

I. N. Černiakovas, M. T. Dmitrijevas, S. I. Nepomnyaščis.

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

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

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

Be minėtų dujų, atmosferoje yra apie 0,03% anglies dioksido, kuris dažniausiai koncentruojasi netoli žemės paviršiaus ir pasiskirsto netolygiai: miestuose, pramonės centrai ir vulkaninės veiklos sritis, jos kiekis didėja.

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

Dulkės į atmosferą patenka ugnikalnių išsiveržimų, smėlio ir dulkių audrų metu, nepilno kuro degimo metu šiluminėse elektrinėse ir kt.

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

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

Ryžiai. 34. Vertikali atmosferos dalis (atmosferos stratifikacija)

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

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

Oras troposferoje nuolat maišosi ir juda įvairiomis kryptimis. Tik čia stebimas rūkas, lietus, sninga, perkūnija, audros ir kiti oro reiškiniai.

2. Įsikūręs aukščiau stratosfera, kuris tęsiasi iki 50-55 km aukščio. Oro tankis ir slėgis stratosferoje yra nereikšmingi. Plonas oras susideda iš tų pačių dujų kaip ir troposferoje, tačiau jame yra daugiau ozono. Didžiausia ozono koncentracija stebima 15-30 km aukštyje. Temperatūra stratosferoje didėja didėjant aukščiui ir didėjant viršutinis limitas ji pasiekia 0 °C ir daugiau. Taip yra todėl, kad ozonas sugeria trumpųjų bangų saulės energiją, todėl oras sušyla.

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

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

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

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

Atmosferos prasmė. Atmosferos vaidmuo mūsų planetos gyvenime yra išskirtinai didelis. Be jos Žemė būtų mirusi. Atmosfera apsaugo Žemės paviršių nuo didelio įkaitimo ir atšalimo. Jo poveikį galima palyginti su stiklo vaidmeniu šiltnamiuose: leidžiantis saulės spinduliams prasiskverbti ir išvengti šilumos nuostolių.

Atmosfera apsaugo gyvus organizmus nuo trumpųjų bangų ir korpuskulinės saulės spinduliuotės. Atmosfera – tai aplinka, kurioje vyksta oro reiškiniai, su kuria susijusi visa žmogaus veikla. Šio apvalkalo tyrimas atliekamas meteorologijos stotyse. Dieną ir naktį bet kokiu oru meteorologai stebi apatinio atmosferos sluoksnio būklę. Keturis kartus per dieną, o daugelyje stočių kas valandą matuojama temperatūra, slėgis, oro drėgnumas, debesuotumas, vėjo kryptis ir greitis, kritulių kiekis, elektros ir garso reiškiniai atmosferoje. Meteorologijos stotys yra visur: Antarktidoje ir drėgnoje vietoje atogrąžų miškai, aukštuose kalnuose ir didžiulėse tundros erdvėse. Stebėjimai vykdomi ir vandenynuose iš specialiai pastatytų laivų.

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

| |
5. Žemės oro apvalkalas§ 31. Atmosferos šildymas

Dujinis apvalkalas, supantis mūsų planetą Žemę, žinomas kaip atmosfera, susideda iš penkių pagrindinių sluoksnių. Šie sluoksniai atsiranda planetos paviršiuje, nuo jūros lygio (kartais žemiau) ir kyla į kosmosą tokia seka:

• Troposfera;
• Stratosfera;
• mezosfera;
• Termosfera;
• Egzosfera.

Pagrindinių Žemės atmosferos sluoksnių diagrama

Tarp kiekvieno iš šių penkių pagrindinių sluoksnių yra pereinamosios zonos, vadinamos „pauzėmis“, kai keičiasi oro temperatūra, sudėtis ir tankis. Kartu su pauzėmis Žemės atmosferą sudaro 9 sluoksniai.

Troposfera: kur vyksta oras

Iš visų atmosferos sluoksnių troposfera yra ta, su kuria esame labiausiai pažįstami (nesvarbu, ar jūs tai suprantate, ar ne), nes gyvename jos apačioje – planetos paviršiuje. Jis apgaubia Žemės paviršių ir tęsiasi kelis kilometrus aukštyn. Žodis troposfera reiškia „pasaulio pasikeitimas“. Labai tinkamas pavadinimas, nes šis sluoksnis yra mūsų kasdienių orų vieta.

Pradedant nuo planetos paviršiaus, troposfera pakyla į 6–20 km aukštį. Apatiniame sluoksnio trečdalyje, esančiame arčiausiai mūsų, yra 50% visų atmosferos dujų. Tai vienintelė visos atmosferos dalis, kuri kvėpuoja. Dėl to, kad oras šildomas iš apačios žemės paviršiaus sugeriant iš Saulės šiluminę energiją, didėjant aukščiui troposferos temperatūra ir slėgis mažėja.

Viršuje yra plonas sluoksnis, vadinamas tropopauze, kuris yra tik buferis tarp troposferos ir stratosferos.

Stratosfera: ozono namai

Stratosfera yra kitas atmosferos sluoksnis. Jis tęsiasi nuo 6-20 km iki 50 km virš Žemės paviršiaus. Tai yra sluoksnis, kuriuo skrenda dauguma komercinių lėktuvų ir keliauja karšto oro balionai.

Čia oras neteka aukštyn ir žemyn, o juda lygiagrečiai paviršiui labai greitomis oro srovėmis. Kylant, temperatūra didėja dėl natūralaus ozono (O3) gausos - šalutinis produktas saulės spinduliuotę ir deguonį, kuris turi savybę sugerti kenksmingus ultravioletiniai spinduliai saulės (bet koks temperatūros padidėjimas kartu su aukščiu meteorologijoje vadinamas „inversija“).

Kadangi stratosferos apačioje yra šiltesnė temperatūra, o viršuje – vėsesnė, konvekcija (vertikalus oro masių judėjimas) šioje atmosferos dalyje yra reta. Tiesą sakant, troposferoje siaučiančią audrą galite pamatyti iš stratosferos, nes sluoksnis veikia kaip konvekcinis dangtelis, neleidžiantis prasiskverbti audros debesims.

Po stratosferos vėl yra buferinis sluoksnis, šį kartą vadinamas stratopauze.

Mezosfera: vidurinė atmosfera

Mezosfera yra maždaug 50–80 km atstumu nuo Žemės paviršiaus. Viršutinė mezosfera yra šalčiausia natūrali vieta Žemėje, kur temperatūra gali nukristi žemiau -143°C.

Termosfera: viršutinė atmosfera

Po mezosferos ir mezopauzės ateina termosfera, esanti nuo 80 iki 700 km virš planetos paviršiaus ir kurioje yra mažiau nei 0,01% viso atmosferos apvalkalo oro. Temperatūra čia siekia iki +2000°C, tačiau dėl itin plono oro ir šilumai pernešančių dujų molekulių trūkumo šios aukštos temperatūros suvokiamos kaip labai šaltos.

Egzosfera: riba tarp atmosferos ir erdvės

Maždaug 700–10 000 km aukštyje virš žemės paviršiaus yra egzosfera – išorinis atmosferos kraštas, besiribojantis su erdve. Čia aplink Žemę skrieja orų palydovai.

O kaip su jonosfera?

Jonosfera nėra atskiras sluoksnis, tačiau iš tikrųjų šis terminas vartojamas kalbant apie atmosferą nuo 60 iki 1000 km aukščio. Ji apima aukščiausias mezosferos dalis, visą termosferą ir dalį egzosferos. Jonosfera gavo savo pavadinimą, nes būtent šioje atmosferos dalyje jonizuojasi Saulės spinduliuotė, eidama pro ją. magnetiniai laukai Nusileidžia ant ir. Šis reiškinys stebimas iš žemės kaip šiaurės pašvaistė.

ATMOSFEROS STRUKTŪRA

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

Fizinės savybės

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

Švaraus sauso oro molinė masė yra 28,966 g/mol, o oro tankis jūros paviršiuje yra apie 1,2 kg/m3. Slėgis esant 0 °C jūros lygiui yra 101,325 kPa; kritinė temperatūra - -140,7 °C; kritinis slėgis - 3,7 MPa; C p esant 0 °C – 1,0048·10 3 J/(kg·K), C v – 0,7159·10 3 J/(kg·K) (esant 0 °C). Oro tirpumas vandenyje (pagal masę) 0 °C temperatūroje - 0,0036%, 25 °C temperatūroje - 0,0023%.

„Normaliomis sąlygomis“ Žemės paviršiuje laikomos šios: tankis 1,2 kg/m3, barometrinis slėgis 101,35 kPa, temperatūra plius 20 °C ir santykinė oro drėgmė 50%. Šie sąlyginiai rodikliai turi grynai inžinerinę reikšmę.

Atmosferos struktūra

Atmosfera turi sluoksniuotą struktūrą. Atmosferos sluoksniai vienas nuo kito skiriasi oro temperatūra, jo tankiu, vandens garų kiekiu ore ir kitomis savybėmis.

Troposfera(Senovės graikų τρόπος - „posūkis“, „pakeitimas“ ir σφαῖρα - „rutulys“) - apatinis, labiausiai ištirtas atmosferos sluoksnis, 8-10 km aukščio poliariniuose regionuose, iki 10-12 km vidutinio klimato platumose, ties pusiauju - 16-18 km.

Kylant troposferoje temperatūra kas 100 m sumažėja vidutiniškai 0,65 K, o viršutinėje dalyje pasiekia 180-220 K. Šis viršutinis troposferos sluoksnis, kuriame sustoja temperatūros mažėjimas su aukščiu, vadinamas tropopauze. Kitas atmosferos sluoksnis, esantis virš troposferos, vadinamas stratosfera.

Daugiau nei 80% visos atmosferos oro masės yra sutelkta troposferoje, labai išvystyta turbulencija ir konvekcija, koncentruojasi vyraujanti vandens garų dalis, kyla debesys, formuojasi atmosferos frontai, vystosi ciklonai ir anticiklonai bei kiti procesai. kurie lemia orą ir klimatą. Troposferoje vykstančius procesus pirmiausia sukelia konvekcija.

Troposferos dalis, kurioje galimas ledynų susidarymas žemės paviršiuje, vadinama chionosfera.

Tropopauzė(iš graikų τροπος - pasukti, keisti ir παῦσις - sustoti, nutraukti) - atmosferos sluoksnis, kuriame sustoja temperatūros mažėjimas su aukščiu; pereinamasis sluoksnis iš troposferos į stratosferą. Žemės atmosferoje tropopauzė yra 8-12 km aukštyje (virš jūros lygio) poliariniuose regionuose ir iki 16-18 km virš pusiaujo. Tropopauzės aukštis taip pat priklauso nuo metų laiko (vasarą tropopauzė yra aukščiau nei žiemą) ir cikloninio aktyvumo (ciklonuose jis mažesnis, o anticiklonuose didesnis)

Tropopauzės storis svyruoja nuo kelių šimtų metrų iki 2-3 kilometrų. Subtropikuose dėl galingų reaktyvinių srovių pastebimi tropopauzės lūžiai. Tropopauzė tam tikrose srityse dažnai sunaikinama ir formuojasi iš naujo.

Stratosfera(iš lot. stratum – grindys, sluoksnis) – atmosferos sluoksnis, esantis 11–50 km aukštyje. Būdingas nedidelis temperatūros pokytis 11–25 km sluoksnyje (apatiniame stratosferos sluoksnyje) ir temperatūros padidėjimas 25–40 km sluoksnyje nuo –56,5 iki 0,8 ° C (viršutinis stratosferos sluoksnis arba inversijos sritis). . Pasiekusi apie 273 K (beveik 0 °C) vertę maždaug 40 km aukštyje, temperatūra išlieka pastovi iki maždaug 55 km aukščio. Ši pastovios temperatūros sritis vadinama stratopauze ir yra riba tarp stratosferos ir mezosferos. Oro tankis stratosferoje yra dešimtis ir šimtus kartų mažesnis nei jūros lygyje.

Būtent stratosferoje yra ozono sluoksnis („ozono sluoksnis“) (nuo 15–20 iki 55–60 km aukštyje), kuris lemia viršutinę gyvenimo biosferoje ribą. Ozonas (O 3) dėl fotocheminių reakcijų susidaro intensyviausiai ~30 km aukštyje. Bendra O 3 masė būtų lygi normalus slėgis 1,7-4,0 mm storio sluoksnis, tačiau to pakanka, kad sugertų gyvybę griaunančią Saulės ultravioletinę spinduliuotę. O 3 sunaikinamas, kai jis sąveikauja su laisvaisiais radikalais, NO ir halogenų turinčiais junginiais (įskaitant „freonus“).

Stratosferoje didžioji dalis trumpųjų bangų ultravioletinės spinduliuotės dalies (180-200 nm) sulaikoma ir trumpųjų bangų energija transformuojama. Šių spindulių įtakoje kinta magnetiniai laukai, suyra molekulės, vyksta jonizacija, atsiranda naujų dujų ir kitų cheminių junginių susidarymo. Šiuos procesus galima stebėti šiaurės pašvaistės, žaibo ir kitokio švytėjimo pavidalu.

Stratosferoje ir aukštesniuose sluoksniuose, veikiant saulės spinduliuotei, dujų molekulės disocijuoja į atomus (virš 80 km CO 2 ir H 2 disocijuoja, virš 150 km - O 2, virš 300 km - N 2). 200–500 km aukštyje dujų jonizacija vyksta ir jonosferoje 320 km aukštyje, įkrautų dalelių (O + 2, O - 2, N + 2) koncentracija yra ~ 1/300; neutralių dalelių koncentracija. Viršutiniuose atmosferos sluoksniuose yra laisvųjų radikalų – OH, HO 2 ir kt.

Stratosferoje beveik nėra vandens garų.

Skrydžiai į stratosferą prasidėjo 1930-aisiais. Plačiai žinomas skrydis pirmuoju stratosferos oro balionu (FNRS-1), kurį 1931 m. gegužės 27 d. atliko Auguste'as Picardas ir Paulas Kipferis į 16,2 km aukštį. Šiuolaikiniai koviniai ir viršgarsiniai komerciniai lėktuvai skraido stratosferoje paprastai iki 20 km aukštyje (nors dinaminės lubos gali būti daug didesnės). Didelio aukščio oro balionai pakyla iki 40 km; nepilotuojamo oro baliono rekordas – 51,8 km.

Pastaruoju metu JAV kariniuose sluoksniuose daug dėmesio skiriama stratosferos sluoksnių, esančių virš 20 km, vystymuisi, dažnai vadinamų „prieškosminiu“. « netoli kosmoso» ). Daroma prielaida, kad nepilotuojami dirižabliai ir saulės energija varomi orlaiviai (pvz., NASA Pathfinder) galės išbūti maždaug 30 km aukštyje ilgą laiką ir užtikrinti stebėjimą bei ryšius labai didelėse teritorijose, o oro gynybos atžvilgiu išliks mažai pažeidžiami. sistemos; Tokie įrenginiai bus daug kartų pigesni nei palydovai.

Stratopauzė- atmosferos sluoksnis, kuris yra dviejų sluoksnių – stratosferos ir mezosferos – riba. Stratosferoje temperatūra didėja didėjant aukščiui, o stratopauzė yra sluoksnis, kuriame temperatūra pasiekia maksimumą. Stratopauzės temperatūra yra apie 0 °C.

Šis reiškinys pastebimas ne tik Žemėje, bet ir kitose planetose, kurios turi atmosferą.

Žemėje stratopauzė yra 50–55 km aukštyje virš jūros lygio. Atmosferos slėgis yra maždaug 1/1000 jūros lygio.

Mezosfera(iš graikų kalbos μεσο- - „viduris“ ir σφαῖρα - „rutulys“, „sfera“) - atmosferos sluoksnis nuo 40–50 iki 80–90 km aukštyje. Būdingas temperatūros padidėjimas kartu su aukščiu; maksimali (apie +50°C) temperatūra yra apie 60 km aukštyje, po kurios temperatūra pradeda mažėti iki –70° arba –80°C. Šis temperatūros sumažėjimas yra susijęs su intensyvia saulės spinduliuotės (radiacijos) absorbcija ozonu. Terminą Geografinės ir geofizikos sąjunga priėmė 1951 m.

Mezosferos, kaip ir apatinių atmosferos sluoksnių, dujų sudėtis yra pastovi ir joje yra apie 80% azoto ir 20% deguonies.

Mezosferą nuo apatinės stratosferos skiria stratopauzė, o nuo viršutinės termosferos – mezopauzė. Mezopauzė iš esmės sutampa su turbopauze.

Meteorai pradeda švytėti ir, kaip taisyklė, visiškai sudega mezosferoje.

Mezosferoje gali atsirasti neryškių debesų.

Skrydžiams mezosfera yra savotiška „negyva zona“ - oras čia yra per retas, kad galėtų palaikyti lėktuvus ar oro balionus (50 km aukštyje oro tankis yra 1000 kartų mažesnis nei jūros lygyje), ir tuo pačiu metu. per tankus dirbtiniams skrydžiams palydovams tokioje žemoje orbitoje. Tiesioginiai mezosferos tyrimai daugiausia atliekami naudojant suborbitines oro raketas; Apskritai mezosfera buvo ištirta prasčiau nei kiti atmosferos sluoksniai, todėl mokslininkai ją pavadino „ignorosfera“.

Mezopauzė

Mezopauzė- atmosferos sluoksnis, skiriantis mezosferą ir termosferą. Žemėje jis yra 80-90 km aukštyje virš jūros lygio. Mezopauzėje yra temperatūros minimumas, kuris yra apie –100 °C. Žemiau (pradedant nuo maždaug 50 km aukščio) temperatūra su aukščiu krenta, aukščiau (iki maždaug 400 km aukščio) vėl pakyla. Mezopauzė sutampa su rentgeno spindulių ir trumpųjų bangų ultravioletinių spindulių iš Saulės aktyvios absorbcijos srities apatine riba. Šiame aukštyje stebimi nešvarūs debesys.

Mezopauzė vyksta ne tik Žemėje, bet ir kitose planetose, turinčiose atmosferą.

Karmano linija- aukštis virš jūros lygio, kuris tradiciškai laikomas riba tarp Žemės atmosferos ir kosmoso.

Pagal Fédération Aéronautique Internationale (FAI) apibrėžimą, Karmano linija yra 100 km aukštyje virš jūros lygio.

Aukštis buvo pavadintas vengrų kilmės amerikiečių mokslininko Theodore von Karman vardu. Jis pirmasis nustatė, kad maždaug tokiame aukštyje atmosfera taip išretėja, kad aeronautika tampa neįmanoma, nes orlaivio greitis, reikalingas pakankamam keltuvui sukurti, tampa didesnis už pirmąjį kosminį greitį, todėl norint pasiekti didesnį aukštį, būtina. naudotis astronautika.

Žemės atmosfera tęsiasi už Karmano linijos. Išorinė žemės atmosferos dalis, egzosfera, šiame aukštyje tęsiasi iki 10 tūkstančių km ar daugiau, atmosferą daugiausia sudaro vandenilio atomai, kurie gali palikti atmosferą.

Karmano linijos pasiekimas buvo pirmoji sąlyga norint gauti Ansari X prizą, nes tai yra pagrindas skrydžiui pripažinti kosminiu skrydžiu.

Atmosferos susidarymas. Šiandien Žemės atmosfera yra dujų mišinys – 78 % azoto, 21 % deguonies ir nedidelio kiekio kitų dujų, pavyzdžiui, anglies dioksido. Tačiau kai planeta pasirodė pirmą kartą, atmosferoje nebuvo deguonies – ją sudarė dujos, kurios iš pradžių egzistavo Saulės sistemoje.

Žemė atsirado, kai maži uoliniai kūnai, sudaryti iš saulės ūko dulkių ir dujų, vadinami planetoidais, susidūrė vienas su kitu ir palaipsniui įgavo planetos formą. Jai augant, planetoiduose esančios dujos išsiveržė ir apgaubė Žemės rutulį. Po kurio laiko pirmieji augalai pradėjo išskirti deguonį, o pirmykštė atmosfera išsivystė į dabartinį tankų oro apvalkalą.

Atmosferos kilmė

1. Mažų planetoidų lietus iškrito į besiformuojančią Žemę prieš 4,6 milijardo metų. Dujos iš planetos viduje įstrigusio Saulės ūko susidūrimo metu išsiveržė ir suformavo primityvią Žemės atmosferą, susidedančią iš azoto, anglies dioksido ir vandens garų.
2. Planetos formavimosi metu išsiskyrusią šilumą sulaiko pirmapradė atmosferoje esantis tankių debesų sluoksnis. „Šiltnamio efektą sukeliančios dujos“, tokios kaip anglies dioksidas ir vandens garai, sustabdo šilumos sklidimą į erdvę. Žemės paviršius yra užtvindytas išlydytos magmos jūra.
3. Kai planetoidų susidūrimai tapo retesni, Žemė pradėjo vėsti ir atsirado vandenynai. Iš tirštų debesų kondensuojasi vandens garai, o kelis eonus trunkantis lietus pamažu užlieja žemumas. Taip atsiranda pirmosios jūros.
4. Oras išvalomas, nes vandens garams kondensuojantis susidaro vandenynai. Laikui bėgant juose ištirpsta anglies dioksidas, o atmosferoje dabar vyrauja azotas. Dėl deguonies trūkumo nesusidaro apsauginis ozono sluoksnis, o ultravioletiniai saulės spinduliai netrukdomi pasiekia žemės paviršių.
5. Gyvybė senovės vandenynuose atsiranda per pirmuosius milijardus metų. Paprasčiausi melsvadumbliai yra apsaugoti nuo ultravioletinių spindulių jūros vanduo. Jie naudojami energijai gaminti saulės šviesa ir anglies dioksidas, o kaip šalutinis produktas išsiskiria deguonis, kuris palaipsniui pradeda kauptis atmosferoje.
6. Po milijardų metų susidaro deguonies turtinga atmosfera. Fotocheminės reakcijos viršutiniuose atmosferos sluoksniuose sukuria ploną ozono sluoksnį, kuris išsklaido kenksmingą ultravioletinę šviesą. Dabar gyvybė iš vandenynų gali atsirasti į žemę, kur evoliucija sukuria daug sudėtingų organizmų.

Prieš milijardus metų storas primityvių dumblių sluoksnis pradėjo išskirti deguonį į atmosferą. Jie išgyvena iki šių dienų fosilijų, vadinamų stromatolitais, pavidalu.

Vulkaninė kilmė

1. Senovinė, beorė Žemė. 2. Dujų išsiveržimas.

Remiantis šia teorija, jaunos Žemės planetos paviršiuje aktyviai išsiveržė ugnikalniai. Ankstyvoji atmosfera greičiausiai susidarė, kai planetos silicio apvalkale įstrigusios dujos išbėgo per ugnikalnius.