Žemės atmosferos svoris. Atmosfera – Žemės oro apvalkalas

Kolegialus „YouTube“.

1 / 5

✪ Žemės erdvėlaivis (14 serija) – atmosfera

✪ Kodėl atmosfera nebuvo įtraukta į kosminį vakuumą?

✪ Erdvėlaivio Sojuz TMA-8 patekimas į Žemės atmosferą

✪ Atmosferos struktūra, reikšmė, tyrimas

✪ O.S.Ugolnikovas "Aukštutinė atmosfera. Žemės ir kosmoso susitikimas"

Subtitrai

Atmosferos riba

Atmosfera laikoma teritorija aplink Žemę, kurioje dujinė terpė sukasi kartu su visa Žeme. Atmosfera į tarpplanetinę erdvę pereina palaipsniui, egzosferoje, pradedant 500-1000 km aukštyje nuo Žemės paviršiaus.

Pagal Tarptautinės aeronautikos federacijos siūlomą apibrėžimą, riba tarp atmosferos ir kosmoso brėžiama palei Karmano liniją, esančią maždaug 100 km aukštyje, virš kurios oro skrydžiai tampa visiškai neįmanomi. NASA naudoja 122 kilometrus (400 000 pėdų) kaip atmosferos ribą, kur šaudyklės pereina nuo manevravimo varikliu prie aerodinaminio manevravimo.

Fizinės savybės

Be lentelėje nurodytų dujų, atmosferoje yra Cl 2, SO 2, NH 3, CO, O 3, NO 2, angliavandenilių, HCl,, HBr,, garų, I 2, Br 2, taip pat daug kitos dujos nedideliais kiekiais. Troposferoje nuolat randama daug suspenduotų kietųjų ir skystųjų dalelių (aerozolių). Rečiausios dujos Žemės atmosferoje yra radonas (Rn).

Atmosferos struktūra

Atmosferos ribinis sluoksnis

Apatinis troposferos sluoksnis (1-2 km storio), kuriame Žemės paviršiaus būklė ir savybės tiesiogiai veikia atmosferos dinamiką.

Troposfera

Ji viršutinė riba yra 8-10 km aukštyje poliarinėse, 10-12 km vidutinio klimato ir 16-18 km tropinėse platumose; žiemą jis mažesnis nei vasarą. Apatiniame, pagrindiniame atmosferos sluoksnyje yra daugiau nei 80% visos masės atmosferos oras ir apie 90 % visų atmosferoje esančių vandens garų. Troposferoje labai išvystyta turbulencija ir konvekcija, atsiranda debesų, vystosi ciklonai ir anticiklonai. Temperatūra mažėja didėjant aukščiui, kai vidutinis vertikalus gradientas yra 0,65 ° / 100 m

Tropopauzė

Pereinamasis sluoksnis iš troposferos į stratosferą, atmosferos sluoksnis, kuriame temperatūra mažėja didėjant aukščiui.

Stratosfera

Atmosferos sluoksnis, esantis 11–50 km aukštyje. Nedidelis temperatūros pokytis 11-25 km sluoksnyje (apatinis stratosferos sluoksnis) ir jo padidėjimas 25-40 km sluoksnyje nuo -56,5 iki 0,8 ° (viršutinis stratosferos sluoksnis arba inversijos sritis). charakteristika. Pasiekusi apie 273 K (beveik 0 °C) vertę maždaug 40 km aukštyje, temperatūra išlieka pastovi iki maždaug 55 km aukščio. Ši pastovios temperatūros sritis vadinama stratopauze ir yra riba tarp stratosferos ir mezosferos.

Stratopauzė

Atmosferos ribinis sluoksnis tarp stratosferos ir mezosferos. Vertikalus temperatūros pasiskirstymas yra didžiausias (apie 0 ° C).

Mezosfera

Termosfera

Viršutinė riba yra apie 800 km. Temperatūra pakyla iki 200–300 km aukščio, kur pasiekia 1500 K reikšmes, po to išlieka beveik pastovi iki didelio aukščio. Saulės spinduliuotės ir kosminės spinduliuotės įtakoje oras jonizuojasi („auroros“) – pagrindinės jonosferos sritys yra termosferos viduje. Daugiau nei 300 km aukštyje vyrauja atominis deguonis. Termosferos viršutinę ribą daugiausia lemia dabartinis Saulės aktyvumas. Mažo aktyvumo laikotarpiais – pavyzdžiui, 2008–2009 m. – pastebimas šio sluoksnio dydžio mažėjimas.

Termopauzė

Atmosferos sritis, esanti greta termosferos viršaus. Šioje srityje saulės spinduliuotės sugertis yra nereikšminga, o temperatūra iš tikrųjų nesikeičia priklausomai nuo aukščio.

Egzosfera (dispersijos rutulys)

Iki 100 km aukščio atmosfera yra vienalytis, gerai susimaišęs dujų mišinys. Aukštesniuose sluoksniuose dujų pasiskirstymas išilgai aukščio priklauso nuo jų molekulinių masių, sunkesnių dujų koncentracija mažėja greičiau tolstant nuo Žemės paviršiaus. Dėl sumažėjusio dujų tankio temperatūra nukrenta nuo 0 ° C stratosferoje iki –110 ° C mezosferoje. bet kinetinė energija atskiros dalelės 200–250 km aukštyje atitinka ~ 150 °C temperatūrą. Virš 200 km stebimi dideli dujų temperatūros ir tankio svyravimai laike ir erdvėje.

Maždaug 2000-3500 km aukštyje egzosfera pamažu virsta vadinamąja. artimas kosminis vakuumas, kuris užpildytas retomis tarpplanetinių dujų dalelėmis, daugiausia vandenilio atomais. Tačiau šios dujos yra tik dalis tarpplanetinės medžiagos. Kitą dalį sudaro į dulkes panašios kometinės ir meteorinės kilmės dalelės. Be itin retų į dulkes panašių dalelių, į šią erdvę prasiskverbia saulės ir galaktikos kilmės elektromagnetinė ir korpuskulinė spinduliuotė.

Apžvalga

Troposfera sudaro apie 80% atmosferos masės, stratosfera - apie 20%; mezosferos masė yra ne didesnė kaip 0,3%, termosfera yra mažesnė nei 0,05% visos atmosferos masės.

Pagrįstas elektrines savybes išmesti į atmosferą neutrosfera ir jonosfera .

Priklausomai nuo dujų sudėties atmosferoje, homosfera ir heterosfera. Heterosfera- tai sritis, kurioje gravitacija veikia dujų atsiskyrimą, nes jų maišymas tokiame aukštyje yra nereikšmingas. Taigi kintama heterosferos sudėtis. Po juo slypi gerai sumaišyta, vienalytės sudėties atmosferos dalis, vadinama homosfera. Riba tarp šių sluoksnių vadinama turbopauze, ji yra apie 120 km aukštyje.

Kitos atmosferos savybės ir poveikis žmogaus organizmui

Jau 5 km aukštyje virš jūros lygio netreniruotam žmogui pasireiškia deguonies badas ir neprisitaikius, žmogaus darbingumas gerokai sumažėja. Čia baigiasi fiziologinė atmosferos zona. Žmogaus kvėpavimas tampa neįmanomas 9 km aukštyje, nors atmosferoje deguonies yra iki maždaug 115 km.

Atmosfera aprūpina mus deguonimi, kurio reikia kvėpuoti. Tačiau dėl bendro atmosferos slėgio kritimo jam kylant į aukštį atitinkamai mažėja ir dalinis deguonies slėgis.

Retuose oro sluoksniuose garso sklidimas neįmanomas. Iki 60-90 km aukščio vis dar galima išnaudoti oro pasipriešinimą ir kėlimą kontroliuojamam aerodinaminiam skrydžiui. Tačiau pradedant nuo 100–130 km aukščio, kiekvienam pilotui pažįstamos skaičiaus M ir garso barjero sąvokos praranda prasmę: ten eina sąlyginė Karmano linija, už kurios prasideda grynai balistinio skrydžio zona, kuri. gali būti valdomas tik naudojant reaktyviąsias jėgas.

Virš 100 km aukštyje atmosfera taip pat neturi kitos nepaprastos savybės – gebėjimo sugerti, pravesti ir perduoti šiluminę energiją konvekcijos būdu (tai yra maišant orą). Tai reiškia, kad orbitoje skriejančios kosminės stoties įvairūs įrangos elementai, įranga negalės atvėsti iš išorės, kaip tai įprastai daroma lėktuve – oro čiurkšlių ir oro radiatorių pagalba. Tokiame aukštyje, kaip ir apskritai erdvėje, vienintelis būdas perduoti šilumą yra šiluminė spinduliuotė.

Atmosferos susidarymo istorija

Remiantis plačiausiai paplitusia teorija, Žemės atmosfera per pastarosios istoriją buvo trijų skirtingų kompozicijų. Iš pradžių jį sudarė lengvosios dujos (vandenilis ir helis), gautų iš tarpplanetinės erdvės. Tai yra vadinamasis pirminė atmosfera... Kitame etape dėl aktyvios vulkaninės veiklos atmosfera buvo prisotinta kitomis dujomis nei vandenilis (anglies dioksidas, amoniakas, vandens garai). Taigi jis buvo suformuotas antrinė atmosfera... Atmosfera buvo atkurianti. Be to, atmosferos formavimosi procesą lėmė šie veiksniai:

lengvųjų dujų (vandenilio ir helio) nutekėjimas į tarpplanetinę erdvę;
cheminės reakcijos atmosferoje, veikiant ultravioletinei spinduliuotei, žaibo iškrovoms ir kai kuriems kitiems veiksniams.

Palaipsniui šie veiksniai lėmė formavimąsi tretinė atmosfera, pasižymintis daug mažesniu vandenilio kiekiu ir daug didesniu azoto bei anglies dioksido kiekiu (susidaro dėl cheminės reakcijos iš amoniako ir angliavandenilių).

Azotas

Išsilavinimas didelis skaičius azoto N 2 susidaro dėl amoniako-vandenilio atmosferos oksidacijos molekuliniu deguonimi O 2, kuris fotosintezės metu pradėjo tekėti iš planetos paviršiaus, pradedant nuo 3 milijardų metų. Taip pat azotas N 2 patenka į atmosferą dėl nitratų ir kitų azoto turinčių junginių denitrifikacijos. Viršutiniuose atmosferos sluoksniuose azotą ozonas oksiduoja į NO.

Azotas N 2 reaguoja tik tam tikromis sąlygomis (pavyzdžiui, žaibo smūgio metu). Molekulinio azoto oksidavimas ozonu su elektros išlydžiais nedideliais kiekiais naudojamas pramoninėje azoto trąšų gamyboje. Ją sunaudojant mažai energijos gali oksiduoti ir paversti biologiškai aktyvia forma melsvadumblių (melsvadumblių) ir mazginių bakterijų, formuojančių rizobinę simbiozę su ankštiniais augalais, kurie gali būti veiksmingi žaliosios trąšos augalai, kurie ne ardo, o praturtina dirvą. natūralios trąšos.

Deguonis

Atmosferos sudėtis pradėjo radikaliai keistis, kai Žemėje atsirado gyvų organizmų, dėl fotosintezės, kurią lydėjo deguonies išsiskyrimas ir anglies dioksido absorbcija. Iš pradžių deguonis buvo naudojamas redukuotų junginių – amoniako, angliavandenilių, geležies geležies, esančios vandenynuose ir kt., oksidacijai. Šio etapo pabaigoje deguonies kiekis atmosferoje pradėjo augti. Palaipsniui formuojasi moderni atmosfera turintys oksidacinės savybės... Kadangi tai sukėlė rimtų ir staigių pokyčių daugelyje atmosferoje, litosferoje ir biosferoje vykstančių procesų, šis įvykis buvo vadinamas deguonies katastrofa.

Inercinės dujos

Oro tarša

V paskutiniais laikaisžmogus pradėjo daryti įtaką atmosferos raidai. Žmogaus veiklos rezultatas tapo nuolatinis augimas anglies dioksido kiekis atmosferoje dėl ankstesniais geologiniais laikais susikaupusio angliavandenilio kuro degimo. Fotosintezės metu sunaudojamas didžiulis CO 2 kiekis, kurį sugeria pasaulio vandenynai. Šios dujos patenka į atmosferą dėl karbonatinių uolienų irimo ir organinės medžiagos augalinės ir gyvūninės kilmės, taip pat dėl vulkanizmo ir žmogaus gamybinės veiklos. Per pastaruosius 100 metų CO 2 kiekis atmosferoje padidėjo 10 %, o didžioji dalis (360 mlrd. tonų) susidaro deginant kurą. Jei kuro degimo tempas ir toliau augs, per ateinančius 200–300 metų СО 2 kiekis atmosferoje padvigubės ir gali sukelti pasaulinius klimato pokyčius.

Kuro deginimas yra pagrindinis teršiančių dujų (CO, SO 2) šaltinis. Sieros dioksidą atmosferos deguonis oksiduoja iki SO 3, o azoto oksidą – iki NO 2 viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, kurie savo ruožtu sąveikauja su vandens garais, o susidariusi sieros rūgštis Н 2 SO 4 ir azoto rūgštis НNO 3 nukrenta ant Žemės paviršiaus forma t.n. rūgštūs lietūs. Naudojimas

Jūros lygyje 1013,25 hPa (apie 760 mm Hg). Vidutinė pasaulio oro temperatūra prie Žemės paviršiaus yra 15 ° C, o temperatūra svyruoja nuo maždaug 57 ° C subtropinėse dykumose iki -89 ° C Antarktidoje. Oro tankis ir slėgis mažėja didėjant aukščiui pagal dėsnį, artimą eksponentiniam.

Atmosferos struktūra... Vertikaliai atmosfera turi sluoksniuotą struktūrą, kurią daugiausia lemia vertikalaus temperatūros pasiskirstymo ypatumai (pav.), priklausantys nuo geografinės padėties, sezono, paros laiko ir pan. Apatiniam atmosferos sluoksniui - troposferai - būdingas temperatūros kritimas su aukščiu (apie 6 ° C / 1 km), jo aukštis yra nuo 8-10 km poliarinėse platumose iki 16-18 km tropikuose. Dėl spartaus oro tankio mažėjimo didėjant aukščiui apie 80% visos atmosferos masės yra troposferoje. Virš troposferos yra stratosfera – sluoksnis, kuriam paprastai būdingas temperatūros padidėjimas didėjant aukščiui. Pereinamasis sluoksnis tarp troposferos ir stratosferos vadinamas tropopauze. Žemutinėje stratosferoje, iki maždaug 20 km lygio, temperatūra didėjant aukščiui kinta mažai (vadinamoji izoterminė sritis) ir dažnai net šiek tiek sumažėja. Aukščiau temperatūra kyla dėl ozono UV spinduliuotės sugerties iš Saulės, iš pradžių lėtai, o nuo 34-36 km lygio – greičiau. Viršutinė stratosferos riba – stratopauzė – yra 50-55 km aukštyje, atitinkančiame maksimalią temperatūrą (260-270 K). Atmosferos sluoksnis, esantis 55-85 km aukštyje, kur temperatūra vėl krenta didėjant aukščiui, vadinamas mezosfera, jos viršutinėje riboje - mezopauze - vasarą temperatūra siekia 150-160 K, o 200- Žiemą 230 K. Virš mezopauzės prasideda termosfera – sluoksnis, kuriam būdingas greitas temperatūros kilimas, 250 km aukštyje pasiekiantis 800-1200 K. Termosfera sugeria korpuskulinę ir rentgeno spinduliuotę iš Saulės, lėtėja ir degina meteorus, todėl atlieka apsauginio Žemės sluoksnio funkciją. Dar aukščiau yra egzosfera, iš kurios dėl sklaidos atmosferos dujos išsibarsto į pasaulio erdvę ir kur vyksta laipsniškas perėjimas iš atmosferos į tarpplanetinę erdvę.

Atmosferos kompozicija... Iki maždaug 100 km aukščio atmosfera yra praktiškai vienalytė cheminės sudėties, o vidutinė oro molekulinė masė (apie 29) joje yra pastovi. Netoli Žemės paviršiaus atmosfera susideda iš azoto (apie 78,1 tūrio proc.) ir deguonies (apie 20,9 %), taip pat yra nedideli kiekiai argono, anglies dioksido (anglies dioksido), neono ir kitų pastovių bei kintamų komponentų (žr. Oras ).

Be to, atmosferoje yra nedideli kiekiai ozono, azoto oksidų, amoniako, radono ir kt. Santykinis pagrindinių oro sudedamųjų dalių kiekis yra pastovus laikui bėgant ir vienodai skirtinguose geografiniuose regionuose. Vandens garų ir ozono kiekis kinta erdvėje ir laike; nepaisant mažo kiekio, jų vaidmuo atmosferos procesuose yra labai reikšmingas.

Virš 100-110 km disocijuoja deguonies, anglies dvideginio ir vandens garų molekulės, todėl mažėja oro molekulinė masė. Maždaug 1000 km aukštyje pradeda dominuoti lengvosios dujos – helis ir vandenilis, o dar aukščiau Žemės atmosfera pamažu virsta tarpplanetinėmis dujomis.

Svarbiausias kintamasis atmosferos komponentas yra vandens garai, kurie išskiriami į atmosferą išgaruodami nuo vandens paviršiaus ir drėgnos dirvos bei transpiruodami augalams. Santykinis vandens garų kiekis netoli žemės paviršiaus svyruoja nuo 2,6 % tropikuose iki 0,2 % poliarinėse platumose. Su aukščiu jis greitai krenta, per pusę sumažėja jau 1,5–2 km aukštyje. Vertikalioje atmosferos stulpelyje vidutinio klimato platumose yra apie 1,7 cm „nusėdusio vandens sluoksnio“. Kondensuojantis vandens garams susidaro debesys, iš kurių iškrenta atmosferos krituliai lietaus, krušos, sniego pavidalu.

Svarbus atmosferos oro komponentas yra ozonas, kurio 90% yra susikaupę stratosferoje (tarp 10 ir 50 km), apie 10% jo yra troposferoje. Ozonas sugeria kietą UV spinduliuotę (kurios bangos ilgis mažesnis nei 290 nm), ir tai yra jo apsauginis vaidmuo biosferai. Bendro ozono kiekio reikšmės skiriasi priklausomai nuo platumos ir sezono svyruoja nuo 0,22 iki 0,45 cm (ozono sluoksnio storis esant p = 1 atm slėgiui ir T = 0 ° C temperatūrai). Pavasarį Antarktidoje nuo devintojo dešimtmečio pradžios stebimose ozono skylėse ozono kiekis gali sumažėti iki 0,07 cm. Jis didėja nuo pusiaujo iki ašigalių ir svyruoja per metus – didžiausias pavasarį ir minimalus rudenį, o ozono amplitudė metinis svyravimas tropikuose nedidelis ir auga link didelių platumų. Reikšmingas kintamasis atmosferos komponentas yra anglies dioksidas, kurio kiekis atmosferoje per pastaruosius 200 metų išaugo 35 % daugiausia dėl antropogeninių veiksnių. Stebimas jo platumos ir sezoninis kintamumas, susijęs su augalų fotosinteze ir tirpumu jūros vandenyje (pagal Henrio dėsnį, didėjant jo temperatūrai, dujų tirpumas vandenyje mažėja).

Svarbų vaidmenį planetos klimato formavime atlieka atmosferos aerozolis – ore pakibusios kietos ir skystos dalelės, kurių dydis svyruoja nuo kelių nm iki dešimčių mikronų. Skiriami natūralios ir antropogeninės kilmės aerozoliai. Aerozolis susidaro vykstant dujų fazių reakcijoms iš augalų atliekų ir žmogaus ūkinės veiklos atliekų, ugnikalnių išsiveržimų, dėl vėjo kylančių dulkių nuo planetos paviršiaus, ypač iš jos dykumų regionų, ir taip pat susidaro iš kosminių dulkių, patenkančių į viršutinius atmosferos sluoksnius. Didžioji dalis aerozolio yra sutelkta troposferoje, ugnikalnių išsiveržimų aerozolis sudaro vadinamąjį Junge sluoksnį maždaug 20 km aukštyje. Didžiausias antropogeninio aerozolio kiekis į atmosferą patenka dėl transporto priemonių ir šiluminių elektrinių veikimo, chemijos gamybos, kuro deginimo ir kt. Todėl kai kuriuose regionuose atmosferos sudėtis labai skiriasi nuo įprasto oro, todėl reikėjo specialios atmosferos oro užterštumo lygio stebėjimo ir stebėsenos tarnybos sukūrimas.

Atmosferos evoliucija... Šiuolaikinė atmosfera, matyt, turi antrinę kilmę: ji susidarė iš išsiskiriančių dujų kietas kiautasŽemė po planetos formavimosi pabaigos maždaug prieš 4,5 mlrd. Per geologinę Žemės istoriją atmosferos sudėtis smarkiai pakito dėl daugelio veiksnių: dujų, daugiausia lengvesnių, išsisklaidymo (lakavimo) į kosmosą; dujų išsiskyrimas iš litosferos dėl vulkaninės veiklos; cheminės reakcijos tarp atmosferos komponentų ir uolienų, sudarančių žemės plutą; fotocheminės reakcijos pačioje atmosferoje, veikiant saulės UV spinduliuotei; tarpplanetinės terpės materijos (pavyzdžiui, meteorinės medžiagos) susikaupimas (užfiksavimas). Atmosferos raida glaudžiai susijusi su geologiniais ir geocheminiais procesais, o pastaruosius 3-4 milijardus metų – ir su biosferos veikla. Nemaža dalis šiuolaikinę atmosferą sudarančių dujų (azotas, anglies dioksidas, vandens garai) atsirado vulkaninės veiklos ir įsiskverbimo metu, išnešiojant jas iš Žemės gelmių. Pastebimai deguonies atsirado maždaug prieš 2 milijardus metų dėl fotosintetinių organizmų, kurie iš pradžių atsirado paviršiniuose vandenyno vandenyse, veiklos.

Remiantis karbonatų telkinių cheminės sudėties duomenimis, apskaičiuoti anglies dvideginio ir deguonies kiekiai geologinės praeities atmosferoje. Per visą fanerozojų (paskutinius 570 mln. Žemės istorijos metų) anglies dioksido kiekis atmosferoje labai skyrėsi priklausomai nuo ugnikalnio aktyvumo lygio, vandenyno temperatūros ir fotosintezės lygio. Dauguma Tuo metu anglies dvideginio koncentracija atmosferoje buvo žymiai didesnė nei šiuolaikinėje (iki 10 kartų). Fanerozojaus atmosferoje labai pasikeitė deguonies kiekis, vyravo tendencija jį didėti. Prekambro atmosferoje anglies dioksido masė, kaip taisyklė, buvo didesnė, o deguonies masė mažesnė nei Fanerozojaus atmosferoje. Anglies dioksido kiekio svyravimai praeityje turėjo didelės įtakos klimatui, sustiprindami šiltnamio efektą, kai didėja anglies dioksido koncentracija, dėl ko klimatas pagrindinėje fanerozojaus dalyje buvo daug šiltesnis nei šiais laikais. .

Atmosfera ir gyvenimas... Be atmosferos Žemė būtų mirusi planeta. Organinė gyvybė vyksta glaudžiai sąveikaujant su atmosfera ir su tuo susijusiu klimatu bei oru. Mažos masės, palyginti su visa planeta (maždaug milijonąja dalimi), atmosfera yra sine qua non visoms gyvybės formoms. Gyvybinei organizmų veiklai didžiausią reikšmę turi deguonis, azotas, vandens garai, anglies dioksidas, ozonas. Kai anglies dioksidą sugeria fotosintetiniai augalai, susidaro organinės medžiagos, kurias kaip energijos šaltinį naudoja didžioji dauguma gyvų būtybių, įskaitant žmones. Deguonis būtinas aerobiniams organizmams egzistuoti, kuriems energijos srautą užtikrina organinių medžiagų oksidacijos reakcijos. Azotas, pasisavinamas kai kurių mikroorganizmų (azoto fiksatorių), būtinas augalų mineralinei mitybai. Ozonas, sugeriantis kietąją Saulės UV spinduliuotę, gerokai susilpnina šią gyvybei kenksmingos saulės spinduliuotės dalį. Vandens garų kondensacija atmosferoje, debesų susidarymas ir vėlesni atmosferinių kritulių krituliai aprūpina žemę vandeniu, be kurio neįmanomos jokios gyvybės formos. Hidrosferoje esančių organizmų gyvybinę veiklą daugiausia lemia vandenyje ištirpusių atmosferos dujų kiekis ir cheminė sudėtis. Kadangi atmosferos cheminė sudėtis labai priklauso nuo organizmų veiklos, biosfera ir atmosfera gali būti laikomos atmosferos dalimi. vieninga sistema, kurio palaikymas ir evoliucija (žr. Biogeocheminius ciklus) turėjo didelę reikšmę atmosferos sudėties pokyčiams per visą Žemės, kaip planetos, istoriją.

Atmosferos radiacijos, šilumos ir vandens balansai... Saulės spinduliuotė yra praktiškai vienintelis energijos šaltinis visiems fiziniams procesams atmosferoje. Pagrindinis atmosferos radiacinio režimo bruožas yra vadinamasis šiltnamio efektas: atmosfera gana gerai perduoda saulės spinduliuotę į žemės paviršių, tačiau aktyviai sugeria ilgųjų bangų šiluminę žemės paviršiaus spinduliuotę, kurios dalis grįžta į paviršių. priešingos spinduliuotės forma, kuri kompensuoja spinduliuotės šilumos nuostolius žemės paviršius(žr. Atmosferos spinduliuotė). Jei atmosferos nebūtų, vidutinė žemės paviršiaus temperatūra būtų –18 °C, realiai – 15 °C. Į atmosferą patenkanti saulės spinduliuotė dalinai (apie 20 %) absorbuojama (daugiausia vandens garais, vandens lašeliais, anglies dioksidu, ozonu ir aerozoliais), taip pat yra išsklaidyta (apie 7 %) dėl aerozolio dalelių ir tankio svyravimų (Rayleigh sklaida). ). Visa radiacija, pasiekianti žemės paviršių, iš dalies (apie 23%) atsispindi nuo jos. Atspindį lemia apatinio paviršiaus, vadinamojo albedo, atspindys. Vidutiniškai Žemės albedas integraliniam saulės spinduliuotės srautui yra beveik 30%. Jis svyruoja nuo kelių procentų (sausas dirvožemis ir chernozemas) iki 70–90% ką tik iškritusio sniego. Radiaciniai šilumos mainai tarp žemės paviršiaus ir atmosferos labai priklauso nuo albedo ir yra nulemti efektyvios Žemės paviršiaus spinduliuotės bei jos sugeriamos atmosferos priešingos spinduliuotės. Algebrinė spinduliuotės srautų suma, patenkanti į Žemės atmosferą iš kosmoso ir paliekanti ją atgal, vadinama radiacijos balansu.

Saulės spinduliuotės transformacijos po to, kai ją sugeria atmosfera ir žemės paviršius, lemia Žemės, kaip planetos, šilumos balansą. Pagrindinis atmosferos šilumos šaltinis yra žemės paviršius; šiluma iš jos perduodama ne tik ilgųjų bangų spinduliuotės, bet ir konvekcijos būdu, taip pat išsiskiria kondensuojantis vandens garams. Šių šilumos įplaukų dalys yra atitinkamai vidutiniškai 20%, 7% ir 23%. Tai taip pat prideda apie 20% šilumos dėl tiesioginės saulės spinduliuotės sugerties. Saulės spinduliuotės srautas per laiko vienetą per ploto vienetą, statmeną saulės spinduliams ir esantį už atmosferos, vidutiniu atstumu nuo Žemės iki Saulės (vadinamoji saulės konstanta), yra 1367 W / m 2, pokyčiai 1-2 W / m 2, priklausomai nuo saulės aktyvumo ciklo. Kai planetos albedo yra apie 30%, vidutinis pasaulinis saulės energijos srautas į planetą yra 239 W / m2. Kadangi Žemė kaip planeta į kosmosą skleidžia vidutiniškai tiek pat energijos, tai pagal Stefano-Boltzmanno dėsnį efektyvi išeinančios šiluminės ilgosios bangos spinduliuotės temperatūra yra 255 K (-18 °C). Tuo pačiu metu vidutinė žemės paviršiaus temperatūra yra 15 ° C. 33 ° C skirtumas atsiranda dėl to šiltnamio efektas.

Atmosferos kaip visumos vandens balansas atitinka iš Žemės paviršiaus išgaravusios drėgmės ir ant Žemės paviršiaus iškritusių kritulių kiekio lygybę. Virš vandenynų esanti atmosfera dėl garavimo procesų gauna daugiau drėgmės nei virš sausumos ir praranda 90% kritulių pavidalu. Vandens garų perteklius virš vandenynų oro srovėmis nunešamas į žemynus. Iš vandenynų į žemynus į atmosferą pernešamų vandens garų kiekis lygus į vandenynus įtekančių upių tūriui.

Oro judėjimas... Žemė yra sferinės formos, todėl į jos aukštąsias platumas patenka daug mažiau saulės spinduliuotės nei į tropikus. Dėl to tarp platumų susidaro dideli temperatūrų kontrastai. Temperatūros pasiskirstymui taip pat didelę įtaką daro santykinė vandenynų ir žemynų padėtis. Dėl didelės vandenyno vandenų masės ir didelės vandens šiluminės talpos vandenyno paviršiaus temperatūros sezoniniai svyravimai yra daug mažesni nei sausumos. Šiuo atžvilgiu vidutinėse ir aukštosiose platumose oro temperatūra virš vandenynų vasarą yra pastebimai žemesnė nei žemynuose, o žiemą – aukštesnė.

Nevienodas atmosferos įkaitimas skirtinguose Žemės rutulio regionuose sąlygoja nevienodą atmosferos slėgio erdvinį pasiskirstymą. Jūros lygyje slėgio pasiskirstymui būdingos santykinai žemos vertės prie pusiaujo, subtropikų (juostų) padidėjimas. aukštas spaudimas) ir vidutinių bei aukštųjų platumų sumažėjimas. Tuo pačiu metu ekstratropinių platumų žemynuose slėgis paprastai padidėja žiemą, o sumažėja vasarą, o tai susiję su temperatūros pasiskirstymu. Slėgio gradientas pagreitina orą nuo aukšto iki žemo slėgio regionų, todėl oro masės juda. Judančias oro mases taip pat veikia Žemės sukimosi nukreipimo jėga (Koriolio jėga), trinties jėga, kuri mažėja didėjant aukščiui ir kreivinėms trajektorijoms, ir išcentrinė jėga. Turbulentinis oro maišymasis yra labai svarbus (žr. Turbulencija atmosferoje).

Sudėtinga oro srovių sistema (bendra atmosferos cirkuliacija) yra susijusi su slėgio pasiskirstymu planetoje. Dienovidinio plokštumoje vidutiniškai atsekamos dvi ar trys meridioninės kraujotakos ląstelės. Netoli pusiaujo šildomas oras pakyla ir leidžiasi subtropikuose, sudarydamas Hadley ląstelę. Toje pačioje vietoje nuleidžiamas Ferrell grįžtamosios kameros oras. Didelėse platumose dažnai atsekama tiesi polinė ląstelė. Dienovidiniai cirkuliacijos greičiai yra 1 m/s arba mažesni. Dėl Koriolio jėgos veikimo didžiojoje atmosferos dalyje stebimi vakarų vėjai, kurių greitis vidurinėje troposferoje yra apie 15 m/s. Yra gana stabilios vėjo sistemos. Tai apima pasatus – vėjus, pučiančius nuo aukšto slėgio juostų subtropikuose iki pusiaujo su pastebimu rytiniu komponentu (iš rytų į vakarus). Musonai yra gana stabilūs – oro srovės, turinčios aiškiai ryškų sezoniškumą: vasarą pučia iš vandenyno į žemyną, o žiemą – priešinga kryptimi. Indijos vandenyno musonai yra ypač reguliarūs. Vidutinėse platumose daugiausia oro masių judėjimas vakarų kryptimi(iš vakarų į rytus). Tai atmosferos frontų zona, kurioje kyla dideli sūkuriai – ciklonai ir anticiklonai, apimantys daugybę šimtų ir net tūkstančius kilometrų. Ciklonų pasitaiko ir tropikuose; čia jie mažesni, bet labai dideli vėjo greičiai, pasiekiantys uraganinę jėgą (33 m/s ir daugiau), vadinamieji atogrąžų ciklonai. Atlanto vandenyne ir Ramiojo vandenyno rytuose jie vadinami uraganais, o Ramiojo vandenyno vakaruose – taifūnais. Viršutinėje troposferoje ir žemutinėje stratosferoje, regionuose, skiriančiuose tiesioginę Hadley dienovidinio cirkuliacijos ląstelę ir atvirkštinę Ferrell ląstelę, dažnai stebimi santykinai siauri, šimtų kilometrų pločio, srautai su ryškiomis ribomis, kurių ribose vėjas siekia 100 -150 ir net 200 m / su.

Klimatas ir oras... Skirtingose platumose patenkančios saulės spinduliuotės kiekio skirtumas fizines savybesžemės paviršiaus, lemia Žemės klimato įvairovę. Nuo pusiaujo iki atogrąžų platumų oro temperatūra prie žemės paviršiaus vidutiniškai siekia 25–30 °C ir mažai kinta ištisus metus. Pusiaujo juostoje dažniausiai iškrenta daug kritulių, todėl susidaro sąlygos perteklinei drėgmei. Atogrąžų zonose kritulių kiekis mažėja, o kai kur tampa labai mažas. Čia išsidėsčiusios didžiulės Žemės dykumos.

Subtropinėse ir vidutinėse platumose oro temperatūra labai skiriasi ištisus metus, o vasaros ir žiemos temperatūrų skirtumas ypač didelis nuo vandenynų nutolusiose žemynų srityse. Taigi kai kuriuose Rytų Sibiro regionuose metinė oro temperatūros amplitudė siekia 65 °C. Drėkinimo sąlygos šiose platumose yra labai įvairios, daugiausia priklauso nuo bendros atmosferos cirkuliacijos ir kiekvienais metais labai skiriasi.

Poliarinėse platumose temperatūra išlieka žema ištisus metus, net jei pastebimi sezoniniai skirtumai. Tai prisideda prie plataus ledo dangos plitimo vandenynuose ir sausumoje bei amžinojo įšalo, kuris užima daugiau nei 65% savo ploto Rusijoje, daugiausia Sibire.

Per pastaruosius dešimtmečius pasaulio klimato pokyčiai tapo vis labiau pastebimi. Didelėse platumose temperatūra pakyla labiau nei žemose; daugiau žiemą nei vasarą; daugiau naktį nei dieną. Per XX amžių vidutinė metinė oro temperatūra prie žemės paviršiaus Rusijoje pakilo 1,5–2 °C, o kai kuriuose Sibiro regionuose – keliais laipsniais. Tai siejama su šiltnamio efekto padidėjimu dėl padidėjusios pėdsakų dujų koncentracijos.

Orus lemia atmosferos cirkuliacijos sąlygos ir Geografinė vieta reljefas, jis yra stabiliausias tropikuose ir kintamiausias vidutinėse ir aukštosiose platumose. Labiausiai orai keičiasi oro masių kaitos zonose, kurias sukelia atmosferos frontų, ciklonų ir anticiklonų perėjimas, nešantis kritulius ir sustiprėjęs vėjas. Duomenys orų prognozavimui renkami antžeminėse meteorologijos stotyse, jūrų ir lėktuvas, iš meteorologinių palydovų. Taip pat žiūrėkite Meteorologija.

Optiniai, akustiniai ir elektriniai reiškiniai atmosferoje... Kai elektromagnetinė spinduliuotė atmosferoje plinta dėl šviesos lūžio, sugerties ir sklaidos ore ir įvairių dalelių(aerozolis, ledo kristalai, vandens lašeliai) atsiranda įvairūs optiniai reiškiniai: vaivorykštė, karūnos, aureolė, miražas ir kt. Šviesos sklaida lemia regimąjį dangaus aukštį ir mėlyną dangaus spalvą. Objektų matomumo diapazoną lemia šviesos sklidimo atmosferoje sąlygos (žr. Atmosferos matomumas). Ryšio diapazonas ir galimybė instrumentais aptikti objektus, įskaitant galimybę atlikti astronominius stebėjimus iš Žemės paviršiaus, priklauso nuo atmosferos skaidrumo įvairiais bangos ilgiais. Prieblandos reiškinys vaidina svarbų vaidmenį stratosferos ir mezosferos optinių nehomogeniškumo tyrimuose. Pavyzdžiui, fotografuojant prieblandą iš erdvėlaivio, galima aptikti aerozolių sluoksnius. Elektromagnetinės spinduliuotės sklidimo atmosferoje ypatybės lemia jos parametrų nuotolinio aptikimo metodų tikslumą. Visus šiuos klausimus, kaip ir daugelį kitų, tiria atmosferinė optika. Radijo bangų lūžis ir sklaida lemia radijo priėmimo galimybes (žr. Radijo bangų sklidimas).

Garso sklidimas atmosferoje priklauso nuo temperatūros ir vėjo greičio erdvinio pasiskirstymo (žr. Atmosferos akustika). Tai įdomu nuotoliniam atmosferos stebėjimui. Į viršutinius atmosferos sluoksnius raketų paleistų užtaisų sprogimai suteikė daug informacijos apie vėjo sistemas ir temperatūros eigą stratosferoje bei mezosferoje. Stabiliai stratifikuotoje atmosferoje, kai temperatūra mažėjant aukščiui lėčiau nei adiabatinis gradientas (9,8 K/km), kyla vadinamosios vidinės bangos. Šios bangos gali plisti aukštyn į stratosferą ir net į mezosferą, kur jos susilpnėja, padidindamos vėją ir turbulenciją.

Neigiamas Žemės krūvis ir susidarantis elektrinis laukas, atmosfera kartu su elektra įkrauta jonosfera ir magnetosfera sukuria globalią elektros grandinė... Svarbų vaidmenį čia vaidina debesų susidarymas ir perkūnijos elektra. Dėl žaibo išlydžių pavojaus atsirado poreikis kurti pastatų, konstrukcijų, elektros linijų ir komunikacijų apsaugos nuo žaibo metodus. Šis reiškinys ypač pavojingas aviacijai. Žaibo išlydžiai sukelia atmosferos radijo trukdžius, vadinamus atmosferomis (žr. Švilpiančios atmosferos). Staigiai didėjant elektrinio lauko stiprumui, stebimos šviesos išlydžios, kurios kyla virš žemės paviršiaus išsikišusių objektų taškuose ir aštriuose kampuose, atskirose kalnų viršūnėse ir pan. (Elmos žiburiai). Atmosferoje visada yra lengvųjų ir sunkiųjų jonų kiekis, kuris labai skiriasi priklausomai nuo konkrečių sąlygų, kurios lemia elektrinis laidumas atmosfera. Pagrindiniai oro jonizatoriai šalia žemės paviršiaus yra radioaktyviųjų medžiagų spinduliuotė žemės pluta ir atmosferoje, taip pat kosminių spindulių. Taip pat žiūrėkite Atmosferos elektra.

Žmogaus įtaka atmosferai. Per pastaruosius šimtmečius dėl žmogaus ūkinės veiklos atmosferoje didėjo šiltnamio efektą sukeliančių dujų koncentracija. Anglies dioksido procentas padidėjo nuo 2,8-10 2 prieš du šimtus metų iki 3,8-10 2 2005 m., metano kiekis - nuo 0,7-10 1 maždaug prieš 300-400 metų iki 1,8-10 -4 metų pradžioje. XXI amžius; Apie 20% šiltnamio efekto padidėjimo per pastarąjį šimtmetį lėmė freonai, kurių iki XX amžiaus vidurio atmosferoje praktiškai nebuvo. Šios medžiagos yra pripažintos stratosferos ozoną ardančiomis medžiagomis ir jas gaminti draudžia 1987 m. Monrealio protokolas. Didėjančią anglies dioksido koncentraciją atmosferoje sąlygoja vis didėjančių anglies, naftos, dujų ir kitų anglies kuro rūšių deginimas, taip pat miškų kirtimas, dėl ko mažėja anglies dvideginio absorbcija fotosintezės būdu. Metano koncentracija didėja augant naftos ir dujų gavybai (dėl jos nuostolių), taip pat plečiantis ryžių pasėliams ir didėjant stambių gyvulių kiekiui. galvijai... Visa tai prisideda prie klimato atšilimo.

Orams keisti buvo sukurti aktyvaus poveikio atmosferos procesams metodai. Jie naudojami žemės ūkio augalams apsaugoti nuo krušos, perkūnijos debesyse išsklaidant specialius reagentus. Taip pat yra būdų, kaip skleisti rūką oro uostuose, apsaugoti augalus nuo šalčio, paveikti debesis, siekiant padidinti kritulių kiekį. tinkamas vietas arba debesims sklaidyti masinių renginių momentais.

Atmosferos tyrimas... Informacija apie fizinius procesus atmosferoje pirmiausia gaunama iš meteorologinių stebėjimų, kuriuos atlieka pasaulinis nuolatinių meteorologijos stočių ir postų tinklas, esantis visuose žemynuose ir daugelyje salų. Kasdieniniai stebėjimai suteikia informaciją apie oro temperatūrą ir drėgmę, atmosferos slėgį ir kritulius, debesuotumą, vėją ir kt. Saulės spinduliuotės ir jos virsmų stebėjimai atliekami aktinometrinėse stotyse. Atmosferos tyrimams didelę reikšmę turi aerologinių stočių tinklai, kuriuose radiozondų pagalba atliekami meteorologiniai matavimai iki 30-35 km aukščio. Daugelis stočių stebi atmosferos ozoną, elektrinius reiškinius atmosferoje ir cheminę oro sudėtį.

Antžeminių stočių duomenis papildo stebėjimai vandenynuose, kuriuose veikia „orų laivai“, nuolat išsidėstę tam tikrose Pasaulio vandenyno vietose, taip pat meteorologinė informacija, gaunama iš tyrimų ir kitų laivų.

Pastaraisiais dešimtmečiais vis daugiau informacijos apie atmosferą gaunama pasitelkus meteorologinius palydovus, kuriuose yra debesų fotografavimo ir Saulės ultravioletinės, infraraudonosios bei mikrobanginės spinduliuotės srautų matavimo prietaisai. Palydovai leidžia gauti informacijos apie vertikalius temperatūros profilius, debesuotumą ir vandens kiekį, atmosferos radiacijos balanso elementus, vandenyno paviršiaus temperatūrą ir kt. Palydovų pagalba tapo įmanoma išsiaiškinti Saulės konstantos ir Žemės planetos albedo vertę, sudaryti Žemės – atmosferos sistemos radiacijos balanso žemėlapius, išmatuoti smulkių atmosferos priemaišų kiekį ir kintamumą, išspręsti daugybę kitų dalykų. atmosferos fizikos ir monitoringo problemos aplinką.

Lit .: Budyko MI Klimatas praeityje ir ateityje. L., 1980; Matvejevas L.T. Bendrosios meteorologijos kursas. Atmosferos fizika. 2-asis leidimas L., 1984; Budyko M.I., Ronov A.B., Yanshin A.L. Atmosferos istorija. L., 1985; Khrgian A. Kh. Atmosferos fizika. M., 1986; Atmosfera: vadovas. L., 1991; Khromovas S.P., Petrosyants M.A. Meteorologija ir klimatologija. 5-asis leidimas M., 2001 m.

G. S. Golicynas, N. A. Zaiceva.

Dujų apvalkalas, supantis mūsų planetą Žemę, žinomas kaip atmosfera, sudarytas 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“, kuriose keičiasi temperatūra, sudėtis ir oro tankis. Kartu su pauzėmis Žemės atmosferą sudaro 9 sluoksniai.

Troposfera: kur vyksta orai

Iš visų atmosferos sluoksnių troposfera yra ta, su kuria esame labiausiai pažįstami (suvokiate tai ar ne), nes gyvename jos apačioje – planetos paviršiuje. Jis apgaubia Žemės paviršių ir tęsiasi į viršų kelis kilometrus. Žodis troposfera reiškia „keisti Žemės rutulį“. Labai tinkamas vardas kadangi šiame sluoksnyje vyksta mūsų kasdieniai orai.

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 sudėties dalis, kuri kvėpuoja. Dėl to, kad orą iš apačios kaitina Žemės paviršius, kuris sugeria 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 driekiasi 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. Lipant aukštyn temperatūra pakyla dėl gausaus natūralaus ozono (O 3) - šalutinis produktas saulės spinduliuotė ir deguonis, kurie turi savybę sugerti žalingus saulės ultravioletinius spindulius (bet koks temperatūros padidėjimas didėjant aukščiui meteorologijoje yra žinomas kaip „inversija“).

Kadangi stratosferos apačioje temperatūra yra šiltesnė, 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“, per kurį audros debesys negali prasiskverbti.

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 seka termosfera, esanti 80–700 km aukštyje virš planetos paviršiaus ir joje yra mažiau nei 0,01 % viso atmosferos apvalkalo oro. Temperatūra čia siekia iki + 2000 °C, tačiau dėl stipraus oro retėjimo ir šilumos perdavimo dujų molekulių trūkumo šios aukšta temperatūra yra suvokiami kaip labai šalti.

Egzosfera: atmosferos ir erdvės riba

Maždaug 700-10000 km aukštyje virš žemės paviršiaus yra egzosfera – išorinis atmosferos kraštas, besiribojantis su kosmosu. Čia meteorologiniai palydovai sukasi aplink Žemę.

O kaip su jonosfera?

Jonosfera nėra atskiras sluoksnis, tačiau iš tikrųjų šis terminas vartojamas kalbant apie atmosferą, esančią 60–1000 km aukštyje. Ji apima aukščiausias mezosferos dalis, visą termosferą ir dalį egzosferos. Jonosfera gavo savo pavadinimą, nes šioje atmosferos dalyje Saulės spinduliuotė jonizuojasi, kai ji praeina Žemės magnetinius laukus ir. Šis reiškinys stebimas iš žemės kaip šiaurės pašvaistė.

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

Tropopauzė

Pereinamasis sluoksnis iš troposferos į stratosferą, atmosferos sluoksnis, kuriame temperatūra mažėja didėjant aukščiui.

Stratosfera

Stratopauzė

Atmosferos ribinis sluoksnis tarp stratosferos ir mezosferos. Vertikalus temperatūros pasiskirstymas yra didžiausias (apie 0 ° C).

Mezosfera

Žemės atmosfera

Žemės atmosferos riba

Termosfera

Viršutinė riba yra apie 800 km. Temperatūra pakyla iki 200–300 km aukščio, kur pasiekia 1500 K reikšmes, po to išlieka beveik pastovi iki didelio aukščio. Veikiant ultravioletinei ir rentgeno saulės spinduliuotei bei kosminei spinduliuotei, vyksta oro jonizacija („poliarinės šviesos“) – pagrindinės jonosferos sritys yra termosferos viduje. Daugiau nei 300 km aukštyje vyrauja atominis deguonis. Termosferos viršutinę ribą daugiausia lemia dabartinis Saulės aktyvumas. Mažo aktyvumo laikotarpiais – pavyzdžiui, 2008–2009 m. – pastebimas šio sluoksnio dydžio mažėjimas.

Termopauzė

Atmosferos sritis, esanti greta termosferos viršaus. Šioje srityje saulės spinduliuotės sugertis yra nereikšminga, o temperatūra iš tikrųjų nesikeičia priklausomai nuo aukščio.

Egzosfera (dispersijos rutulys)

Iki 100 km aukščio atmosfera yra vienalytis, gerai susimaišęs dujų mišinys. Aukštesniuose sluoksniuose dujų pasiskirstymas išilgai aukščio priklauso nuo jų molekulinių masių, sunkesnių dujų koncentracija mažėja greičiau tolstant nuo Žemės paviršiaus. Dėl sumažėjusio dujų tankio temperatūra nukrenta nuo 0 ° C stratosferoje iki –110 ° C mezosferoje. Tačiau atskirų dalelių kinetinė energija 200–250 km aukštyje atitinka ~ 150 °C temperatūrą. Virš 200 km stebimi dideli dujų temperatūros ir tankio svyravimai laike ir erdvėje.

Maždaug 2000-3500 km aukštyje egzosfera pamažu virsta vadinamąja. artimas kosminis vakuumas, kuris užpildytas labai retomis tarpplanetinių dujų dalelėmis, daugiausia vandenilio atomais. Tačiau šios dujos yra tik dalis tarpplanetinės medžiagos. Kitą dalį sudaro į dulkes panašios kometinės ir meteorinės kilmės dalelės. Be itin retų į dulkes panašių dalelių, į šią erdvę prasiskverbia saulės ir galaktikos kilmės elektromagnetinė ir korpuskulinė spinduliuotė.

Troposfera sudaro apie 80% atmosferos masės, stratosfera - apie 20%; mezosferos masė yra ne didesnė kaip 0,3%, termosfera yra mažesnė nei 0,05% visos atmosferos masės. Pagal elektrines savybes atmosferoje išskiriama neutrosfera ir jonosfera. Šiuo metu manoma, kad atmosfera tęsiasi iki 2000-3000 km aukščio.

Fiziologinės ir kitos atmosferos savybės

Atmosfera aprūpina mus deguonimi, kurio reikia kvėpuoti. Tačiau dėl bendro atmosferos slėgio kritimo jam kylant į aukštį atitinkamai mažėja ir dalinis deguonies slėgis.

Retuose oro sluoksniuose garso sklidimas neįmanomas. Iki 60-90 km aukščio vis dar galima išnaudoti oro pasipriešinimą ir kėlimą kontroliuojamam aerodinaminiam skrydžiui. Tačiau pradedant nuo 100–130 km aukščio, kiekvienam pilotui pažįstamos skaičiaus M sąvokos ir garso barjeras praranda prasmę: ten eina sąlyginė Karmano linija, už kurios prasideda grynai balistinio skrydžio zona, kuri. gali būti valdomas tik naudojant reaktyviąsias jėgas.

Aukštesnėje nei 100 km atmosferoje taip pat trūksta dar vienos nepaprastos savybės – gebėjimo sugerti, pravesti ir perduoti šiluminę energiją konvekcijos būdu (t.y. maišant orą). Tai reiškia, kad orbitoje skriejančios kosminės stoties įvairūs įrangos elementai, įranga negalės atvėsti iš išorės, kaip tai įprastai daroma lėktuve – oro čiurkšlių ir oro radiatorių pagalba. Tokiame aukštyje, kaip ir apskritai erdvėje, vienintelis būdas perduoti šilumą yra šiluminė spinduliuotė.

Atmosferos susidarymo istorija

Pagal labiausiai paplitusią teoriją, laikui bėgant Žemės atmosfera buvo trijų skirtingų kompozicijų. Iš pradžių jį sudarė lengvosios dujos (vandenilis ir helis), gautų iš tarpplanetinės erdvės. Tai yra vadinamasis pirminė atmosfera(prieš maždaug keturis milijardus metų). Kitame etape dėl aktyvios vulkaninės veiklos atmosfera buvo prisotinta kitomis dujomis nei vandenilis (anglies dioksidas, amoniakas, vandens garai). Taigi jis buvo suformuotas antrinė atmosfera(prieš maždaug tris milijardus metų). Atmosfera buvo atkurianti. Be to, atmosferos formavimosi procesą lėmė šie veiksniai:

lengvųjų dujų (vandenilio ir helio) nutekėjimas į tarpplanetinę erdvę;
cheminės reakcijos atmosferoje, veikiant ultravioletinei spinduliuotei, žaibo iškrovoms ir kai kuriems kitiems veiksniams.

Azotas

Didelis azoto N 2 kiekis susidaro dėl amoniako-vandenilio atmosferos oksidacijos molekuliniu deguonimi O 2, kuris pradėjo tekėti iš planetos paviršiaus fotosintezės metu, pradedant nuo 3 milijardų metų. Taip pat azotas N 2 patenka į atmosferą dėl nitratų ir kitų azoto turinčių junginių denitrifikacijos. Viršutiniuose atmosferos sluoksniuose azotą ozonas oksiduoja į NO.

Azotas N 2 reaguoja tik tam tikromis sąlygomis (pavyzdžiui, žaibo smūgio metu). Molekulinio azoto oksidavimas ozonu su elektros išlydžiais nedideliais kiekiais naudojamas pramoninėje azoto trąšų gamyboje. Jį sunaudojant mažai energijos gali oksiduoti ir paversti biologiškai aktyvia forma melsvadumblių (melsvadumblių) ir mazginių bakterijų, kurios formuoja rizobinę simbiozę su ankštiniais augalais, vadinamąsias. siderates.

Deguonis

Atmosferos sudėtis pradėjo radikaliai keistis, kai Žemėje atsirado gyvų organizmų, dėl fotosintezės, kurią lydėjo deguonies išsiskyrimas ir anglies dioksido absorbcija. Iš pradžių deguonis buvo naudojamas redukuotų junginių – amoniako, angliavandenilių, geležies geležies, esančios vandenynuose ir kt., oksidacijai. Šio etapo pabaigoje deguonies kiekis atmosferoje pradėjo augti. Palaipsniui formavosi moderni atmosfera su oksidacinėmis savybėmis. Kadangi tai sukėlė rimtų ir staigių pokyčių daugelyje atmosferoje, litosferoje ir biosferoje vykstančių procesų, šis įvykis buvo vadinamas deguonies katastrofa.

Inercinės dujos

Oro tarša

Neseniai žmonės pradėjo daryti įtaką atmosferos evoliucijai. Jo veiklos rezultatas – nuolatinis reikšmingas anglies dioksido kiekio atmosferoje padidėjimas dėl ankstesnėse geologinėse erose sukaupto angliavandenilio kuro deginimo. Fotosintezės metu sunaudojamas didžiulis CO 2 kiekis, kurį sugeria pasaulio vandenynai. Šios dujos į atmosferą patenka irstant karbonatinėms uolienoms bei augalinės ir gyvūninės kilmės organinėms medžiagoms, taip pat dėl vulkanizmo ir žmogaus gamybinės veiklos. Per pastaruosius 100 metų CO 2 kiekis atmosferoje padidėjo 10 %, o didžioji dalis (360 mlrd. tonų) susidaro deginant kurą. Jei kuro degimo tempas ir toliau augs, per ateinančius 200–300 metų СО 2 kiekis atmosferoje padvigubės ir gali sukelti pasaulinius klimato pokyčius.

Kuro deginimas yra pagrindinis teršiančių dujų (CO, SO 2) šaltinis. Atmosferos deguonis sieros dioksidą oksiduoja iki SO 3 viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, kurie savo ruožtu sąveikauja su vandens ir amoniako garais, o susidariusi sieros rūgštis (H 2 SO 4) ir amonio sulfatas ((NH 4) 2 SO 4) grįžta į Žemės paviršius vadinamojo pavidalo. rūgštūs lietūs. Naudojant vidaus degimo variklius, atmosfera labai teršiama azoto oksidais, angliavandeniliais ir švino junginiais (tetraetilšvinu Pb (CH 3 CH 2) 4)).

Aerozolinę atmosferos taršą sukelia abi natūralios priežastys (ugnikalnio išsiveržimas, dulkių audros, dreifas jūros vandens ir augalų žiedadulkės ir kt.), ir žmogaus ūkinė veikla (rūdos ir statybinių medžiagų gavyba, kuro deginimas, cemento gamyba ir kt.). Intensyvus didelio masto kietųjų dalelių pašalinimas į atmosferą yra vienas iš galimos priežastys planetos klimato kaita.

taip pat žr

Jacchia (atmosferos modelis)

Pastabos (redaguoti)

Nuorodos

Literatūra

V. V. Parinas, F. P. Kosmolinskis, B. A. Duškovas„Kosmoso biologija ir medicina“ (2-asis leidimas, pataisytas ir padidintas), M .: „Švietimas“, 1975, 223 psl.
N.V. Gusakova"Aplinkos chemija", Rostovas prie Dono: Phoenix, 2004, 192 su ISBN 5-222-05386-5
Sokolovas V.A. Gamtinių dujų geochemija, M., 1971;
McEwen M., Phillips L. Atmosferos chemija, M., 1978;
Darbas K., Warner S. Oro tarša. Šaltiniai ir kontrolė, vert. iš anglų k., M .. 1980 m.;
Natūralios aplinkos foninės taršos monitoringas. v. 1, L., 1982 m.

Žemė
Žemės istorija	Žemės amžius Geologinė Žemės istorija Geochronologinė skalė Gyvybės Žemėje istorija Žemės apledėjimas Silpnos jaunos Saulės paradoksas Milžiniško susidūrimo teorija Evoliucijos chronologija
Geografija ir geologija	Australija Azija Antarktida Afrika Europa Šiaurės Amerika Pietų Amerika Atlanto vandenynas Indijos vandenynas Arkties vandenynas

Kartu su Žeme sukasi dujinis mūsų planetos apvalkalas, vadinamas atmosfera. Jame vykstantys procesai lemia orus mūsų planetoje, tai ir atmosfera, kuri saugo gyvūnų ir augalų pasaulį nuo žalingo ultravioletinių spindulių poveikio, užtikrina optimalią temperatūrą ir pan. , tai nėra taip lengva apibrėžti, ir štai kodėl.

Žemės atmosfera km

Atmosfera yra dujų erdvė. Jo viršutinė riba nėra aiškiai išreikšta, nes kuo aukštesnės dujos, tuo labiau retėja ir palaipsniui patenka į kosmosą. Jei apytiksliai kalbame apie žemės atmosferos skersmenį, mokslininkai šį skaičių vadina apie 2–3 tūkstančius kilometrų.

Žemės atmosfera keturių sluoksnių, kurie taip pat sklandžiai susilieja vienas į kitą. Tai:

troposfera;
stratosfera;
mezosfera;
jonosfera (termosfera).

Beje, įdomus faktas: Žemės planeta be atmosferos būtų tyli kaip mėnulis, nes garsas yra oro dalelių virpesiai. O tai, kad dangus yra mėlyna šviesa, paaiškinama per atmosferą einančių saulės spindulių irimo specifika.

Kiekvieno atmosferos sluoksnio ypatybės

Troposferos storis yra nuo aštuonių iki dešimties kilometrų (vidutinio klimato platumose – iki 12, o virš pusiaujo – iki 18 kilometrų). Oras šiame sluoksnyje šildomas iš žemės ir vandens, todėl tuo daugiau Žemės atmosferos spindulys, tuo žemesnė temperatūra. Čia koncentruojasi 80 procentų visos atmosferos masės ir koncentruojasi vandens garai, susidaro perkūnija, audros, debesys, krituliai, oras juda vertikalia ir horizontalia kryptimis.

Stratosfera yra nuo troposferos aštuonių iki 50 kilometrų aukštyje. Oras čia plonas, todėl saulės spinduliai nesibarstykite, o dangaus spalva nusidažo purpurine. Šis sluoksnis sugeria ultravioletinę šviesą dėl ozono.

Mezosfera išsidėsčiusi dar aukščiau – 50-80 kilometrų aukštyje. Čia dangus jau atrodo juodas, o sluoksnio temperatūra siekia iki minus devyniasdešimties laipsnių. Toliau ateina termosfera, čia temperatūra smarkiai pakyla ir tada sustoja 600 km aukštyje maždaug 240 laipsnių.

Labiausiai išretintas sluoksnis yra jonosfera, jam būdingas didelis elektrifikavimas, taip pat jis tarsi veidrodis atspindi įvairaus ilgio radijo bangas. Čia susiformuoja šiaurės pašvaistė.

Atnaujinta: 2016 m. kovo 31 d. autorius: Anna Volosovets