ATMOSFÉRA Zeme(grécka atmosferická para + sphaira guľa) - plynný obal obklopujúci Zem. Hmotnosť atmosféry je asi 5,15 10 15 Biologický význam atmosféry je obrovský. V atmosfére dochádza k výmene hmoty a energie medzi živou a neživou prírodou, medzi flórou a faunou. Atmosférický dusík je absorbovaný mikroorganizmami; od oxid uhličitý a vody, pomocou energie Slnka, rastliny syntetizujú organické látky a uvoľňujú kyslík. Prítomnosť atmosféry zabezpečuje zachovanie vody na Zemi, ktorá je tiež dôležitou podmienkou existencie živých organizmov.

Štúdie uskutočnené pomocou vysokohorských geofyzikálnych rakiet, umelých satelitov Zeme a medziplanetárnych automatických staníc preukázali, že zemská atmosféra siaha tisíce kilometrov. Hranice atmosféry sú nestabilné, ovplyvňuje ich gravitačné pole Mesiaca a tlak toku slnečných lúčov. Nad rovníkom v oblasti zemského tieňa sa atmosféra dostáva do výšok okolo 10 000 km a nad pólmi sú jej hranice vzdialené 3 000 km od zemského povrchu. Prevažná časť atmosféry (80 – 90 %) sa nachádza vo výškach do 12 – 16 km, čo sa vysvetľuje exponenciálnym (nelineárnym) charakterom poklesu hustoty (zriedkavosti) jej plynného prostredia so zvyšujúcou sa výškou. .

Existencia väčšiny živých organizmov v prírodných podmienkach je možná v ešte užších hraniciach atmosféry, do 7-8 km, kde dochádza k nevyhnutnej kombinácii atmosférických faktorov, ako je zloženie plynu, teplota, tlak, vlhkosť. Hygienický význam má aj pohyb a ionizácia vzduchu, zrážky a elektrický stav atmosféry.

Zloženie plynu

Atmosféra je fyzikálna zmes plynov (tab. 1), najmä dusíka a kyslíka (78,08 a 20,95 obj. %). Pomer atmosférických plynov je takmer rovnaký až do nadmorských výšok 80-100 km. Stálosť hlavnej časti plynného zloženia atmosféry je daná relatívnou rovnováhou procesov výmeny plynov medzi živou a neživou prírodou a nepretržitým miešaním vzdušných hmôt v horizontálnom a vertikálnom smere.

Tabuľka 1. CHARAKTERISTIKY CHEMICKÉHO ZLOŽENIA SUCHÉHO ATMOSFÉRICKÉHO VZDUCHU NA POVRCHU ZEME

Vo výškach nad 100 km dochádza vplyvom gravitácie a teploty k zmene percenta jednotlivých plynov spojenej s ich difúznym zvrstvením. Okrem toho sa pod vplyvom krátkovlnného ultrafialového a röntgenového žiarenia v nadmorskej výške 100 km alebo viac molekuly kyslíka, dusíka a oxidu uhličitého disociujú na atómy. Vo vysokých nadmorských výškach sa tieto plyny nachádzajú vo forme vysoko ionizovaných atómov.

Obsah oxidu uhličitého v atmosfére rôznych oblastí Zeme je menej konštantný, čo je čiastočne spôsobené nerovnomerným rozložením veľkých priemyselné podniky znečisťovanie ovzdušia, ako aj nerovnomerné rozloženie vegetácie a vodných nádrží na Zemi, ktoré absorbujú oxid uhličitý. V atmosfére sa mení aj obsah aerosólov (pozri) - častíc suspendovaných vo vzduchu s veľkosťou od niekoľkých milimikrónov do niekoľkých desiatok mikrónov - vznikajúcich v dôsledku sopečných erupcií, silných umelých výbuchov a znečistenia z priemyselných podnikov. Koncentrácia aerosólov rýchlo klesá s nadmorskou výškou.

Najpremenlivejšou a najdôležitejšou z premenlivých zložiek atmosféry je vodná para, ktorej koncentrácia na zemskom povrchu sa môže pohybovať od 3 % (v trópoch) do 2 × 10 -10 % (v Antarktíde). Čím vyššia je teplota vzduchu, tým viac vlhkosti môže byť v atmosfére za rovnakých okolností a naopak. Väčšina vodnej pary sa koncentruje v atmosfére do nadmorských výšok 8-10 km. Obsah vodnej pary v atmosfére závisí od kombinovaného vplyvu vyparovania, kondenzácie a horizontálneho transportu. Vo vysokých nadmorských výškach je v dôsledku poklesu teploty a kondenzácie pár vzduch takmer suchý.

Atmosféra Zeme okrem molekulárneho a atómového kyslíka obsahuje aj malé množstvá ozónu (pozri), ktorého koncentrácia je veľmi premenlivá a mení sa v závislosti od nadmorskej výšky a ročného obdobia. Väčšina ozónu je obsiahnutá v oblasti pólov ku koncu polárnej noci vo výške 15-30 km s prudkým poklesom nahor a nadol. Ozón vzniká ako výsledok fotochemického účinku ultrafialového slnečného žiarenia na kyslík, hlavne vo výškach 20-50 km. Dvojatómové molekuly kyslíka sa čiastočne rozpadajú na atómy a spojením nerozložených molekúl vytvárajú triatómové molekuly ozónu (polymérna, alotropná forma kyslíka).

Prítomnosť skupiny takzvaných inertných plynov (hélium, neón, argón, kryptón, xenón) v atmosfére je spojená s nepretržitým výskytom prirodzených procesov rádioaktívneho rozpadu.

Biologický význam plynov atmosféra je veľmi skvelá. Pre väčšinu mnohobunkových organizmov je určitý obsah molekulárneho kyslíka v plyne resp vodné prostredie je nevyhnutným faktorom ich existencie, ktorý pri dýchaní určuje uvoľňovanie energie z organických látok pôvodne vytvorených počas fotosyntézy. Nie je náhoda, že horné hranice biosféry (časť povrchu zemegule a spodná časť atmosféry, kde existuje život) sú určené prítomnosťou dostatočného množstva kyslíka. V procese evolúcie sa organizmy prispôsobili určitej hladine kyslíka v atmosfére; zmena obsahu kyslíka, či už klesajúci alebo stúpajúci, má nepriaznivý vplyv (pozri Výšková choroba, Hyperoxia, Hypoxia).

Ozónová alotropná forma kyslíka má tiež výrazný biologický účinok. V koncentráciách nepresahujúcich 0,0001 mg/l, čo je typické pre letoviská a morské pobrežia, má ozón liečivý účinok – stimuluje dýchanie a kardiovaskulárnu činnosť, zlepšuje spánok. Keď sa koncentrácia ozónu zvyšuje, jeho toxický účinok: podráždenie očí, nekrotický zápal slizníc dýchacích ciest, exacerbácia pľúcne ochorenia, autonómne neurózy. V kombinácii s hemoglobínom tvorí ozón methemoglobín, čo vedie k porušeniu respiračná funkcia krv; sťažuje sa prenos kyslíka z pľúc do tkanív a vzniká dusenie. Atómový kyslík má podobný nepriaznivý vplyv na telo. Ozón zohráva významnú úlohu pri vytváraní tepelných režimov rôznych vrstiev atmosféry vďaka mimoriadne silnej absorpcii slnečného a zemského žiarenia. Ozón absorbuje ultrafialové a infračervené lúče najintenzívnejšie. Slnečné lúče s vlnovou dĺžkou menšou ako 300 nm sú takmer úplne absorbované atmosférickým ozónom. Zem je teda obklopená akousi „ozónovou clonou“, ktorá chráni mnohé organizmy pred škodlivými vplyvmi ultrafialové žiarenie Slnko, dusík atmosférický vzduch má dôležité biologický význam predovšetkým ako zdroj tzv. fixovaný dusík - zdroj rastlinnej (a v konečnom dôsledku živočíšnej) potravy. Fyziologický význam dusíka je určený jeho účasťou na tvorbe potrebného životné procesyúrovni atmosferický tlak. Za určitých podmienok zmeny tlaku hrá dusík hlavnú úlohu pri vzniku množstva porúch v tele (pozri Dekompresná choroba). Predpoklady, že dusík oslabuje toxický účinok kyslíka na organizmus a je absorbovaný z atmosféry nielen mikroorganizmami, ale aj vyššími živočíchmi, sú kontroverzné.

Inertné plyny atmosféry (xenón, kryptón, argón, neón, hélium), keď vznikajú normálnych podmienkach parciálny tlak možno klasifikovať ako biologicky indiferentné plyny. Pri výraznom zvýšení parciálneho tlaku majú tieto plyny narkotický účinok.

Prítomnosť oxidu uhličitého v atmosfére zabezpečuje akumuláciu slnečnej energie v biosfére prostredníctvom fotosyntézy zložitých zlúčenín uhlíka, ktoré počas života neustále vznikajú, menia sa a rozkladajú. Toto dynamický systém sa udržiava v dôsledku činnosti rias a suchozemských rastlín, ktoré zachytávajú energiu slnečného žiarenia a využívajú ju na premenu oxidu uhličitého (pozri) a vody na rôzne Organické zlúčeniny s uvoľňovaním kyslíka. Rozšírenie biosféry smerom nahor je čiastočne obmedzené skutočnosťou, že vo výškach nad 6-7 km nemôžu rastliny obsahujúce chlorofyl žiť kvôli nízkemu parciálnemu tlaku oxidu uhličitého. Oxid uhličitý je tiež veľmi aktívny fyziologicky, pretože hrá dôležitá úloha v regulácii metabolické procesy, činnosť centrálneho nervového systému, dýchanie, krvný obeh, kyslíkový režim organizmu. Táto regulácia je však sprostredkovaná vplyvom oxidu uhličitého produkovaného samotným telom a nepochádzajúceho z atmosféry. V tkanivách a krvi zvierat a ľudí je parciálny tlak oxidu uhličitého približne 200-krát vyšší ako jeho tlak v atmosfére. A len s výrazným zvýšením obsahu oxidu uhličitého v atmosfére (viac ako 0,6-1%) sa v tele pozorujú poruchy, označené termínom hyperkapnia (pozri). Úplná eliminácia oxidu uhličitého z vdychovaného vzduchu nemôže mať priamy nepriaznivý vplyv na ľudský organizmus a zvieratá.

Oxid uhličitý zohráva úlohu pri pohlcovaní dlhovlnného žiarenia a udržiavaní „skleníkového efektu“, ktorý zvyšuje teploty na zemskom povrchu. Skúma sa aj problém vplyvu na tepelné a iné atmosférické pomery oxidu uhličitého, ktorý sa v obrovských množstvách dostáva do ovzdušia ako priemyselný odpad.

Atmosférická vodná para (vlhkosť vzduchu) ovplyvňuje aj ľudský organizmus, najmä výmena tepla s okolím.

V dôsledku kondenzácie vodnej pary v atmosfére sa tvoria mraky a padajú zrážky (dážď, krúpy, sneh). Vodná para, rozptyľujúca slnečné žiarenie, sa podieľa na vytváraní tepelného režimu Zeme a spodných vrstiev atmosféry a na tvorbe meteorologických podmienok.

Atmosférický tlak

Atmosférický tlak (barometrický) je tlak vyvíjaný atmosférou pod vplyvom gravitácie na povrch Zeme. Veľkosť tohto tlaku v každom bode atmosféry sa rovná hmotnosti nad ním ležiaceho stĺpca vzduchu s jednou základňou, siahajúceho nad miesto merania až k hraniciam atmosféry. Atmosférický tlak sa meria barometrom (cm) a vyjadruje sa v milibaroch, v newtonoch na meter štvorcový alebo výška stĺpca ortuti v barometri v milimetroch, znížená na 0° a normálna veľkosť gravitačné zrýchlenie. V tabuľke V tabuľke 2 sú uvedené najčastejšie používané jednotky merania atmosférického tlaku.

K zmene tlaku dochádza v dôsledku nerovnomerného zahrievania vzdušných hmôt umiestnených nad zemou a vodou v rôznych zemepisných šírkach. So stúpajúcou teplotou klesá hustota vzduchu a tlak, ktorý vytvára. Obrovská akumulácia rýchlo sa pohybujúceho vzduchu s nízkym tlakom (s poklesom tlaku z periférie do stredu víru) sa nazýva cyklón, s vysokým tlakom (so zvýšením tlaku smerom k stredu víru) - anticyklóna. Pre predpoveď počasia sú dôležité neperiodické zmeny atmosférického tlaku, ktoré sa vyskytujú v pohybujúcich sa obrovských masách a sú spojené so vznikom, rozvojom a deštrukciou anticyklón a cyklón. Obzvlášť veľké zmeny atmosférického tlaku sú spojené s rýchlym pohybom tropických cyklónov. V tomto prípade sa atmosférický tlak môže zmeniť o 30-40 mbar za deň.

Pokles atmosférického tlaku v milibaroch na vzdialenosť 100 km sa nazýva horizontálny barometrický gradient. Horizontálny barometrický gradient je zvyčajne 1-3 mbar, ale v tropických cyklónoch sa niekedy zvyšuje na desiatky milibarov na 100 km.

So stúpajúcou nadmorskou výškou klesá atmosférický tlak logaritmicky: najskôr veľmi prudko a potom čoraz menej citeľne (obr. 1). Preto je krivka zmeny barometrického tlaku exponenciálna.

Pokles tlaku na jednotku vertikálnej vzdialenosti sa nazýva vertikálny barometrický gradient. Často používajú jeho prevrátenú hodnotu - barometrický stupeň.

Keďže barometrický tlak je súčtom parciálnych tlakov plynov, ktoré tvoria vzduch, je zrejmé, že so zvyšovaním nadmorskej výšky spolu s poklesom celkového tlaku atmosféry sa parciálny tlak plynov, ktoré tvoria vzduch tiež klesá. Parciálny tlak akéhokoľvek plynu v atmosfére sa vypočíta podľa vzorca

kde P x ​​je parciálny tlak plynu, Pz je atmosférický tlak vo výške Z, X % je percento plynu, ktorého parciálny tlak by sa mal určiť.

Ryža. 1. Zmena barometrického tlaku v závislosti od nadmorskej výšky.

Ryža. 2. Zmeny parciálneho tlaku kyslíka v alveolárnom vzduchu a saturácia arteriálnej krvi kyslíkom v závislosti od zmien nadmorskej výšky pri dýchaní vzduchu a kyslíka. Dýchanie kyslíka začína vo výške 8,5 km (experiment v tlakovej komore).

Ryža. 3. Porovnávacie krivky priemerných hodnôt aktívneho vedomia u človeka v minútach v rôznych nadmorských výškach po rýchlom výstupe pri dýchaní vzduchu (I) a kyslíka (II). Vo výškach nad 15 km je aktívne vedomie rovnako narušené pri dýchaní kyslíka a vzduchu. Vo výškach do 15 km kyslíkové dýchanie výrazne predlžuje dobu aktívneho vedomia (experiment v tlakovej komore).

Keďže percentuálne zloženie atmosférických plynov je relatívne konštantné, na určenie parciálneho tlaku akéhokoľvek plynu vám stačí poznať celkový barometrický tlak v danej nadmorskej výške (obr. 1 a tabuľka 3).

Tabuľka 3. TABUĽKA ŠTANDARDNEJ ATMOSFÉRY (GOST 4401-64) 1

1 Uvedené v skrátenej forme a doplnené stĺpcom „Parciálny tlak kyslíka“.

Pri určovaní parciálneho tlaku plynu v vlhký vzduch od hodnoty barometrického tlaku je potrebné odpočítať tlak (elasticitu). nasýtené pary.

Vzorec na určenie parciálneho tlaku plynu vo vlhkom vzduchu sa bude mierne líšiť od vzorca pre suchý vzduch:

kde pH 2 O je tlak vodnej pary. Pri t° 37° je tlak nasýtenej vodnej pary 47 mm Hg. čl. Táto hodnota sa používa pri výpočte parciálnych tlakov alveolárnych vzdušných plynov v prízemných a vysokohorských podmienkach.

Vplyv na organizmus zvýšenej a nízky krvný tlak. Zmeny barometrického tlaku smerom nahor alebo nadol majú rôzne účinky na telo zvierat a ľudí. Vplyv vysoký krvný tlak spojené s mechanickým a prenikavým fyzikálnym a chemickým pôsobením plynného prostredia (tzv. kompresné a penetračné účinky).

Účinok kompresie sa prejavuje: všeobecnou objemovou kompresiou spôsobenou rovnomerným zvýšením mechanických tlakových síl na orgány a tkanivá; mechanonarkóza spôsobená rovnomerným objemovým stláčaním pri veľmi vysokom barometrickom tlaku; lokálny nerovnomerný tlak na tkanivá, ktoré obmedzujú dutiny obsahujúce plyn, keď je prerušené spojenie medzi vonkajším vzduchom a vzduchom v dutine, napríklad stredné ucho, paranazálne dutiny (pozri Barotrauma); zvýšenie hustoty plynov vo vonkajšom dýchacom systéme, čo spôsobuje zvýšenie odporu voči respiračným pohybom, najmä pri nútenom dýchaní ( cvičiť stres hyperkapnia).

Penetračný účinok môže viesť k toxickému účinku kyslíka a indiferentných plynov, ktorých zvýšenie obsahu v krvi a tkanivách vyvoláva narkotickú reakciu prvé príznaky rezu pri použití zmesi dusík-kyslík u ľudí sa vyskytujú pri a tlak 4-8 ​​atm. Zvýšenie parciálneho tlaku kyslíka spočiatku znižuje úroveň kardiovaskulárnych a dýchacie systémy v dôsledku vypnutia regulačného vplyvu fyziologickej hypoxémie. Keď sa parciálny tlak kyslíka v pľúcach zvýši o viac ako 0,8-1 ata, dostaví sa jeho toxický účinok (poškodenie pľúcneho tkaniva, kŕče, kolaps).

Využívajú sa penetračné a kompresné účinky zvýšeného tlaku plynu klinickej medicíny pri liečbe rôznych ochorení so všeobecným a miestne porušenie zásobovanie kyslíkom (pozri Baroterapia, Oxygenoterapia).

Pokles tlaku má na telo ešte výraznejší vplyv. V podmienkach extrémne riedkej atmosféry je hlavná patogenetický faktor, čo vedie k strate vedomia v priebehu niekoľkých sekúnd a k smrti v priebehu 4-5 minút, je pokles parciálneho tlaku kyslíka vo vdychovanom vzduchu, a potom v alveolárnom vzduchu, krvi a tkanivách (obr. 2 a 3 ). Stredná hypoxia spôsobuje vývoj adaptívne reakcie dýchacie a hemodynamické systémy zamerané na udržanie zásobovania kyslíkom, predovšetkým životne dôležitého dôležité orgány(mozog, srdce). Pri výraznom nedostatku kyslíka sú inhibované oxidačné procesy (v dôsledku respiračných enzýmov) a narušené aeróbne procesy výroby energie v mitochondriách. To vedie najskôr k narušeniu funkcií životne dôležitých orgánov a následne k nezvratnému štrukturálnemu poškodeniu a smrti organizmu. Rozvoj adaptačných a patologických reakcií, zmena funkčný stav telo a výkonnosť človeka pri poklese atmosférického tlaku je daná mierou a rýchlosťou poklesu parciálneho tlaku kyslíka vo vdychovanom vzduchu, dĺžkou pobytu vo výške, intenzitou vykonávanej práce a počiatočným stavom telo (pozri Výšková choroba).

Pokles tlaku vo výškach (aj keď je vylúčený nedostatok kyslíka) spôsobuje vážne poruchy v tele spojené pojmom „dekompresné poruchy“, medzi ktoré patrí: nadúvanie vo vysokej nadmorskej výške, barotitída a barosinusitída, dekompresná choroba z vysokých nadmorských výšok a vysoká -výškový emfyzém tkaniva.

Výšková plynatosť sa vyvíja v dôsledku expanzie plynov v gastrointestinálnom trakte, keď sa barometrický tlak zníži o brušnej steny pri stúpaní do nadmorských výšok 7-12 km a viac. Určitý význam má aj uvoľňovanie plynov rozpustených v črevnom obsahu.

Expanzia plynov vedie k naťahovaniu žalúdka a čriev, elevácii bránice, zmenám polohy srdca, podráždeniu receptorového aparátu týchto orgánov a vzniku patologických reflexov, ktoré zhoršujú dýchanie a krvný obeh. Často vznikajú ostré bolesti v brušnej oblasti. Podobné javy sa niekedy vyskytujú medzi potápačmi pri stúpaní z hĺbky na hladinu.

Mechanizmus vzniku barotitídy a barosinusitídy, prejavujúcich sa pocitom preťaženia, respektíve bolesti v strednom uchu, prípadne paranazálnych dutinách, je podobný ako pri vzniku vysokohorskej plynatosti.

Pokles tlaku okrem expanzie plynov obsiahnutých v telesných dutinách spôsobuje aj uvoľňovanie plynov z kvapalín a tkanív, v ktorých boli rozpustené za tlakových podmienok na hladine mora alebo v hĺbke, a tvorbu plynových bublín v telo.

Tento proces uvoľňovania rozpustených plynov (predovšetkým dusíka) spôsobuje rozvoj dekompresnej choroby (pozri).

Ryža. 4. Závislosť bodu varu vody od nadmorskej výšky a barometrického tlaku. Čísla tlaku sú umiestnené pod príslušnými číslami nadmorskej výšky.

So znižovaním atmosférického tlaku klesá bod varu kvapalín (obr. 4). Vo výške viac ako 19 km, kde je barometrický tlak rovný (alebo menší) elasticite nasýtených pár pri telesnej teplote (37°), môže dôjsť k „varu“ intersticiálnej a medzibunkovej tekutiny tela, čo má za následok veľké žily, v dutine pohrudnice, žalúdka, osrdcovníka, vo voľnom tukovom tkanive, to znamená v oblastiach s nízkym hydrostatickým a intersticiálnym tlakom, sa tvoria bubliny vodnej pary a vzniká emfyzém tkaniva vo vysokej nadmorskej výške. „Vrenie“ vo vysokej nadmorskej výške to neovplyvňuje bunkové štruktúry, lokalizované iba v medzibunkovej tekutine a krvi.

Masívne bubliny pary môžu zablokovať srdce a krvný obeh a narušiť fungovanie životne dôležitých systémov a orgánov. Ide o vážnu komplikáciu akútneho nedostatku kyslíka, ktorý sa vyvíja vo vysokých nadmorských výškach. Prevenciu emfyzému tkaniva vo vysokej nadmorskej výške možno dosiahnuť vytvorením vonkajšieho protitlaku na telo pomocou vysokohorského zariadenia.

Proces znižovania barometrického tlaku (dekompresia) pri určitých parametroch sa môže stať škodlivým faktorom. V závislosti od rýchlosti sa dekompresia delí na hladkú (pomalú) a výbušnú. Tá nastáva za menej ako 1 sekundu a je sprevádzaná silným treskom (ako pri vystrelení) a tvorbou hmly (kondenzácia vodnej pary v dôsledku ochladzovania expandujúceho vzduchu). K explozívnej dekompresii zvyčajne dochádza vo výškach, keď je zničené zasklenie pretlakovej kabíny alebo tlakového obleku.

Pri explozívnej dekompresii sú ako prvé postihnuté pľúca. Rýchly nárast intrapulmonálneho nadmerného tlaku (o viac ako 80 mm Hg) vedie k výraznému natiahnutiu pľúcneho tkaniva, čo môže spôsobiť prasknutie pľúc (ak sa roztiahnu 2,3-krát). Výbušná dekompresia môže spôsobiť poškodenie a gastrointestinálny trakt. Množstvo nadmerného tlaku, ktorý sa vyskytuje v pľúcach, bude do značnej miery závisieť od rýchlosti výdychu vzduchu z nich počas dekompresie a od objemu vzduchu v pľúcach. Zvlášť nebezpečné je, ak sú v čase dekompresie (pri prehĺtaní, zadržaní dychu) uzavreté horné dýchacie cesty alebo sa dekompresia zhoduje s fázou hlbokého nádychu, kedy sú pľúca naplnené veľkým množstvom vzduchu.

Atmosférická teplota

Teplota atmosféry spočiatku s rastúcou výškou klesá (v priemere od 15° pri zemi na -56,5° vo výške 11-18 km). Vertikálny teplotný gradient v tejto zóne atmosféry je asi 0,6° na každých 100 m; mení sa počas dňa a roka (tabuľka 4).

Tabuľka 4. ZMENY VO VERTIKÁLNOM TEPLOTNOM GRADIENTE NAD STREDNÝM PÁSMOM ÚZEMIA ZSSR

Ryža. 5. Zmeny teploty atmosféry v rôznych nadmorských výškach. Hranice gúľ sú označené bodkovanými čiarami.

Vo výškach 11 - 25 km sa teplota stáva konštantnou a dosahuje -56,5 °; potom začne teplota stúpať, dosahuje 30-40° vo výške 40 km a 70° vo výške 50-60 km (obr. 5), čo súvisí s intenzívnou absorpciou slnečného žiarenia ozónom. Od nadmorskej výšky 60-80 km teplota vzduchu opäť mierne klesá (na 60°) a potom postupne stúpa a je 270° vo výške 120 km, 800° vo výške 220 km, 1500° vo výške 300 km. , a

na hranici s vesmírom - viac ako 3000°. Treba si uvedomiť, že vzhľadom na vysokú riedkosť a nízku hustotu plynov v týchto nadmorských výškach je ich tepelná kapacita a schopnosť ohrievať chladnejšie telesá veľmi nepatrná. Za týchto podmienok dochádza k prenosu tepla z jedného telesa do druhého iba sálaním. Všetky uvažované zmeny teplôt v atmosfére sú spojené s pohlcovaním tepelnej energie zo Slnka vzdušnými hmotami – priamou aj odrazenou.

V spodnej časti atmosféry pri zemskom povrchu závisí rozloženie teplôt od prílevu slnečného žiarenia, a preto má prevažne zemepisný charakter, to znamená, že čiary rovnakej teploty - izotermy - sú rovnobežné so zemepisnými šírkami. Keďže atmosféra v nižších vrstvách je ohrievaná zemským povrchom, horizontálna zmena teploty je silne ovplyvnená rozložením kontinentov a oceánov, ktorých tepelné vlastnosti sú odlišné. Referenčné knihy zvyčajne uvádzajú teplotu nameranú počas sieťových meteorologických pozorovaní s teplomerom inštalovaným vo výške 2 m nad povrchom pôdy. Väčšina vysoké teploty(do 58°) sa pozorujú v púšťach Iránu av ZSSR - na juhu Turkménska (do 50°), najnižšie (do -87°) v Antarktíde a v ZSSR - v r. oblasti Verchojansk a Oymyakon (do -68°). V zime vertikálny teplotný gradient v v niektorých prípadoch namiesto 0,6° môže prekročiť 1° na 100 m alebo dokonca zabrať negatívny význam. Cez deň v teplom období sa môže rovnať aj mnohým desiatkam stupňov na 100 m. Existuje aj horizontálny teplotný gradient, ktorý sa zvyčajne vzťahuje na vzdialenosť 100 km normály k izoterme. Veľkosť horizontálneho teplotného gradientu je v desatinách stupňa na 100 km a vo frontálnych zónach môže prekročiť 10° na 100 m.

Ľudské telo je schopné udržiavať tepelnú homeostázu (pozri) v pomerne úzkom rozsahu kolísania vonkajšej teploty vzduchu - od 15 do 45 °. Výrazné rozdiely teplôt atmosféry v blízkosti Zeme a vo výškach vyžadujú použitie špeciálnych ochranných technických prostriedkov na zabezpečenie tepelnej rovnováhy medzi ľudským telom a vonkajšie prostredie pri letoch vo veľkých výškach a vesmíre.

Charakteristické zmeny atmosférických parametrov (teplota, tlak, chemické zloženie, elektrický stav) umožňujú podmienene rozdeliť atmosféru na zóny alebo vrstvy. Troposféra- najbližšia vrstva k Zemi, ktorej horná hranica siaha do 17-18 km na rovníku, do 7-8 km na póly a do 12-16 km na stredné zemepisné šírky. Troposféru charakterizuje exponenciálny pokles tlaku, prítomnosť konštantného vertikálneho teplotného gradientu, horizontálne a vertikálne pohyby vzdušných hmôt a výrazné zmeny vlhkosti vzduchu. Troposféra obsahuje väčšinu atmosféry, ako aj významnú časť biosféry; Vznikajú tu všetky hlavné typy oblačnosti, vznikajú vzduchové hmoty a fronty, vznikajú cyklóny a anticyklóny. V troposfére dochádza v dôsledku odrazu slnečných lúčov snehovou pokrývkou Zeme a ochladzovania povrchových vzduchových vrstiev k takzvanej inverzii, teda zvýšeniu teploty v atmosfére zdola nahor namiesto obvyklý pokles.

V teplom období dochádza v troposfére k neustálemu turbulentnému (neusporiadanému, chaotickému) miešaniu vzdušných hmôt a prenosu tepla prúdením vzduchu (konvekciou). Konvekcia ničí hmly a znižuje prašnosť v spodnej vrstve atmosféry.

Druhá vrstva atmosféry je stratosféra.

Vychádza z troposféry v úzkom pásme (1-3 km) so stálou teplotou (tropopauza) a siaha do nadmorských výšok okolo 80 km. Charakteristickým rysom stratosféry je postupné riedenie vzduchu, mimoriadne vysoká intenzita ultrafialového žiarenia, absencia vodnej pary, prítomnosť veľká kvantita ozón a postupné zvyšovanie teploty. Vysoký obsah ozónu spôsobuje množstvo optických javov (mirage), spôsobuje odraz zvukov a má výrazný vplyv na intenzitu a spektrálne zloženie elektromagnetická radiácia. V stratosfére dochádza k neustálemu miešaniu vzduchu, takže jeho zloženie je podobné zloženiu troposféry, hoci jeho hustota na horných hraniciach stratosféry je extrémne nízka. Prevládajúce vetry v stratosfére sú západné a v hornej zóne je prechod na východné vetry.

Tretia vrstva atmosféry je ionosféra, ktorá začína od stratosféry a siaha do nadmorských výšok 600-800 km.

Charakteristickými znakmi ionosféry je extrémna riedkosť plynného prostredia, vysoká koncentrácia molekulárnych a atómových iónov a voľných elektrónov, ako aj vysoká teplota. Ionosféra ovplyvňuje šírenie rádiových vĺn, spôsobuje ich lom, odraz a absorpciu.

Hlavným zdrojom ionizácie vo vysokých vrstvách atmosféry je ultrafialové žiarenie zo Slnka. V tomto prípade sú elektróny vyrazené z atómov plynu, atómy sa premenia na kladné ióny a vyradené elektróny zostávajú voľné alebo sú zachytené neutrálnymi molekulami za vzniku záporných iónov. Ionizáciu ionosféry ovplyvňujú meteory, korpuskulárne, röntgenové a gama žiarenie zo Slnka, ako aj seizmické procesy Zeme (zemetrasenia, sopečné erupcie, silné výbuchy), ktoré generujú akustické vlny v ionosfére, zvyšujú amplitúdu a rýchlosť oscilácií častíc atmosféry a podporujú ionizáciu molekúl a atómov plynu (pozri Aeroionizácia).

Elektrická vodivosť v ionosfére spojená s vysokou koncentráciou iónov a elektrónov je veľmi vysoká. Zvýšená elektrická vodivosť ionosféry hrá dôležitú úlohu pri odraze rádiových vĺn a výskyte polárnych žiaroviek.

Ionosféra je letová oblasť umelých satelitov Zeme a medzikontinentálnych balistických rakiet. V súčasnosti študuje vesmírna medicína možné vplyvy letové podmienky v tejto časti atmosféry ovplyvňujú ľudský organizmus.

Štvrtá, vonkajšia vrstva atmosféry - exosféra. Odtiaľto sa atmosférické plyny rozptyľujú do priestoru v dôsledku disipácie (prekonania gravitačných síl molekulami). Potom nastáva postupný prechod z atmosféry do medziplanetárneho priestoru. Exosféra sa od nej líši v prítomnosti veľkého počtu voľných elektrónov, ktoré tvoria 2. a 3. radiačný pás Zeme.

Rozdelenie atmosféry na 4 vrstvy je veľmi ľubovoľné. Celá hrúbka atmosféry je teda podľa elektrických parametrov rozdelená na 2 vrstvy: neutronosféru, v ktorej prevládajú neutrálne častice a ionosféru. Na základe teploty sa rozlišuje troposféra, stratosféra, mezosféra a termosféra oddelené tropopauzou, stratosférou a mezopauzou. Vrstva atmosféry, ktorá sa nachádza medzi 15 a 70 km a vyznačuje sa vysoký obsah ozón sa nazýva ozonosféra.

Na praktické účely je vhodné použiť medzinárodnú štandardnú atmosféru (MCA), pre ktorú sú akceptované nasledujúce podmienky: tlak na hladine mora pri t° 15° sa rovná 1013 mbar (1,013 x 105 nm2 alebo 760 mm Hg); teplota klesá o 6,5° na 1 km na úroveň 11 km (podmienená stratosféra) a potom zostáva konštantná. V ZSSR bola prijatá štandardná atmosféra GOST 4401 - 64 (tabuľka 3).

Zrážky. Keďže väčšina atmosférickej vodnej pary je sústredená v troposfére, procesy fázových prechodov vody, ktoré spôsobujú zrážky, sa vyskytujú prevažne v troposfére. Troposférické oblaky zvyčajne pokrývajú asi 50 % celého zemského povrchu, zatiaľ čo oblaky v stratosfére (vo výškach 20 – 30 km) a v blízkosti mezopauzy, nazývané perleťové, respektíve noctilucentné, sú pozorované pomerne zriedkavo. V dôsledku kondenzácie vodnej pary v troposfére vznikajú oblaky a dochádza k zrážkam.

Podľa charakteru zrážok sa zrážky delia na 3 typy: silné, prívalové a mrholiace. Množstvo zrážok je určené hrúbkou vrstvy spadnutej vody v milimetroch; Zrážky sa merajú pomocou zrážkomerov a zrážkomerov. Intenzita zrážok sa vyjadruje v milimetroch za minútu.

Rozloženie zrážok v jednotlivých ročných obdobiach a dňoch, ako aj po území je mimoriadne nerovnomerné, čo je spôsobené atmosférickou cirkuláciou a vplyvom zemského povrchu. Na Havajských ostrovoch teda spadne v priemere 12 000 mm ročne a v najsuchších oblastiach Peru a Sahary zrážky nepresiahnu 250 mm a niekedy neklesnú aj niekoľko rokov. V ročnej dynamike zrážok sa rozlišujú tieto typy: rovníkové - s maximom zrážok po jarnej a jesennej rovnodennosti; tropické - s maximálnymi zrážkami v lete; monzún - s veľmi výrazným vrcholom v lete a suchej zime; subtropické - s maximálnymi zrážkami v zime a suchom lete; kontinentálne mierne zemepisné šírky - s maximálnymi zrážkami v lete; morské mierne zemepisné šírky - s maximálnymi zrážkami v zime.

Celý atmosféricko-fyzikálny komplex klimatických a meteorologických faktorov, ktorý tvorí počasie, je široko využívaný na zlepšenie zdravia, otužovania a liečebné účely(pozri Klimatoterapia). Spolu s tým sa zistilo, že prudké výkyvy týchto atmosférických faktorov môžu negatívne ovplyvniť fyziologické procesy v tele, čo spôsobuje rozvoj rôznych patologických stavov a exacerbáciu chorôb nazývaných meteotropné reakcie (pozri Klimatopatológia). V tomto smere sú obzvlášť dôležité časté dlhodobé atmosférické poruchy a prudké prudké výkyvy meteorologických faktorov.

Meteotropné reakcie sa pozorujú častejšie u ľudí trpiacich chorobami kardiovaskulárneho systému, polyartritída, bronchiálna astma, peptický vred, kožné ochorenia.

Bibliografia: Belinsky V. A. a Pobiyaho V. A. Aerology, L., 1962, bibliogr.; Biosféra a jej zdroje, vyd. V. A. Kovdy, M., 1971; Danilov A.D. Chémia ionosféry, Leningrad, 1967; Kolobkov N.V. Atmosféra a jej život, M., 1968; Kalitin N.H. Základy fyziky atmosféry aplikované v medicíne, Leningrad, 1935; Matveev L. T. Základy všeobecnej meteorológie, Atmosférická fyzika, Leningrad, 1965, bibliogr.; Minkh A. A. Ionizácia vzduchu a jej hygienický význam, M., 1963, bibliogr.; aka, Metódy hygienického výskumu, M., 1971, bibliogr.; Tverskoy P.N. Kurz meteorológie, L., 1962; Umansky S.P. Man in Space, M., 1970; Khvostikov I. A. Vysoké vrstvy atmosféry, Leningrad, 1964; X r g i a n A. X. Fyzika atmosféry, L., 1969, bibliogr.; Khromov S.P. Meteorológia a klimatológia pre geografické fakulty, Leningrad, 1968.

Vplyv vysokého a nízkeho krvného tlaku na organizmus- Armstrong G. Letecká medicína, prekl. z angličtiny, M., 1954, bibliogr.; Zaltsman G.L. Fyziologický základ vystavenie človeka podmienkam vysokého tlaku plynu, L., 1961, bibliogr.; Ivanov D.I. a Khromushkin A.I. Isakov P.K. a kol., Teória a prax leteckého lekárstva, 1971, bibliogr. Kovalenko E. A. a Chernyakov I. N. Tkanivový kyslík za extrémnych letových faktorov, M., 1972, bibliogr.; Miles S. Podvodná medicína, prekl. z angličtiny, M., 1971, bibliogr.; Busby D. E. Vesmírna klinická medicína, Dordrecht, 1968.

I. N. Chernyakov, M. T. Dmitriev, S. I. Nepomnyashchy.

Zloženie atmosféry. Vzdušný obal našej planéty - atmosféru chráni zemský povrch pred škodlivými účinkami ultrafialového žiarenia zo Slnka na živé organizmy. Tiež chráni Zem pred kozmickými časticami - prachom a meteoritmi.

Atmosféru tvorí mechanická zmes plynov: 78 % jej objemu tvorí dusík, 21 % kyslík a menej ako 1 % hélium, argón, kryptón a iné inertné plyny. Množstvo kyslíka a dusíka vo vzduchu sa prakticky nemení, pretože dusík sa takmer nespája s inými látkami, a kyslík, ktorý je síce veľmi aktívny a vynakladá sa na dýchanie, oxidáciu a spaľovanie, ale rastliny ho neustále dopĺňajú.

Až do nadmorskej výšky približne 100 km zostáva percento týchto plynov prakticky nezmenené. Je to spôsobené tým, že vzduch sa neustále mieša.

Okrem spomínaných plynov obsahuje atmosféra asi 0,03 % oxidu uhličitého, ktorý sa zvyčajne sústreďuje pri zemskom povrchu a je rozmiestnený nerovnomerne: v mestách, priemyselné centrá a oblastiach sopečnej činnosti sa jeho množstvo zvyšuje.

V atmosfére je vždy určité množstvo nečistôt – vodnej pary a prachu. Obsah vodnej pary závisí od teploty vzduchu: čím vyššia je teplota, tým viac pary vzduch dokáže zadržať. V dôsledku prítomnosti parnej vody vo vzduchu, napr atmosférické javy, ako dúha, lom slnečného svetla atď.

Prach sa do atmosféry dostáva pri sopečných erupciách, pieskových a prachových búrkach, pri nedokonalom spaľovaní paliva v tepelných elektrárňach a pod.

Štruktúra atmosféry. Hustota atmosféry sa mení s nadmorskou výškou: je najvyššia na povrchu Zeme a klesá, keď stúpa. Vo výške 5,5 km je teda hustota atmosféry 2-krát a vo výške 11 km je 4-krát menšia ako v povrchovej vrstve.

V závislosti od hustoty, zloženia a vlastností plynov sa atmosféra delí na päť sústredných vrstiev (obr. 34).

Ryža. 34. Vertikálny rez atmosféry (stratifikácia atmosféry)

1. Spodná vrstva je tzv troposféra. Jeho horná hranica prechádza v nadmorskej výške 8-10 km na póloch a 16-18 km na rovníku. Troposféra obsahuje až 80 % celkovej hmotnosti atmosféry a takmer všetku vodnú paru.

Teplota vzduchu v troposfére klesá s výškou o 0,6 °C každých 100 m a na jej hornej hranici je -45-55 °C.

Vzduch v troposfére sa neustále mieša a pohybuje sa rôznymi smermi. Iba tu sú pozorované hmly, dažde, snehové zrážky, búrky, búrky a iné poveternostné javy.

2. Nachádza sa vyššie stratosféra, ktorá siaha do nadmorskej výšky 50-55 km. Hustota vzduchu a tlak v stratosfére sú zanedbateľné. Riedky vzduch pozostáva z rovnakých plynov ako v troposfére, obsahuje však viac ozónu. Najvyššia koncentrácia ozónu je pozorovaná v nadmorskej výške 15-30 km. Teplota v stratosfére sa zvyšuje s nadmorskou výškou a postupne Horná hranica dosahuje 0 °C a viac. Ozón totiž pohlcuje krátkovlnnú energiu zo slnka, čím sa vzduch ohrieva.

3. Leží nad stratosférou mezosféra, siaha do nadmorskej výšky 80 km. Tam teplota opäť klesá a dosahuje -90 °C. Hustota vzduchu je tam 200-krát menšia ako na povrchu Zeme.

4. Nad mezosférou sa nachádza termosféra(od 80 do 800 km). Teplota v tejto vrstve stúpa: vo výške 150 km na 220 °C; vo výške 600 km až 1500 °C. Atmosférické plyny (dusík a kyslík) sú v ionizovanom stave. Vplyvom krátkovlnného slnečného žiarenia sa jednotlivé elektróny oddeľujú od obalov atómov. Výsledkom je, že v tejto vrstve - ionosféra objavujú sa vrstvy nabitých častíc. Ich najhustejšia vrstva sa nachádza v nadmorskej výške 300-400 km. Kvôli nízkej hustote slnečné lúče nerozptyľujú sa tam, takže obloha je čierna, svietia na nej hviezdy a planéty.

V ionosfére sú polárne svetlá, mocný elektrické prúdy, ktoré spôsobujú poruchy v magnetickom poli Zeme.

5. Nad 800 km je vonkajší plášť - exosféra. Rýchlosť pohybu jednotlivých častíc v exosfére sa blíži ku kritickej - 11,2 mm/s, takže jednotlivé častice môžu prekonať gravitáciu a uniknúť do vesmíru.

Význam atmosféry.Úloha atmosféry v živote našej planéty je mimoriadne veľká. Bez nej by bola Zem mŕtva. Atmosféra chráni povrch Zeme pred extrémnym zahrievaním a ochladzovaním. Jeho účinok možno prirovnať k úlohe skla v skleníkoch: prepúšťa slnečné lúče a bráni tepelným stratám.

Atmosféra chráni živé organizmy pred krátkovlnným a korpuskulárnym žiarením zo Slnka. Atmosféra je prostredie, kde sa vyskytujú poveternostné javy, s ktorými je spojená všetka ľudská činnosť. Štúdium tejto škrupiny sa vykonáva na meteorologických staniciach. Vo dne aj v noci za každého počasia meteorológovia sledujú stav spodnej vrstvy atmosféry. Štyrikrát denne a na mnohých staniciach každú hodinu merajú teplotu, tlak, vlhkosť vzduchu, zaznamenávajú oblačnosť, smer a rýchlosť vetra, množstvo zrážok, elektrické a zvukové javy v atmosfére. Meteorologické stanice sa nachádzajú všade: v Antarktíde a vo vlhku tropické pralesy, na vysokých horách a obrovských rozlohách tundry. Pozorovania oceánov sa vykonávajú aj zo špeciálne postavených lodí.

Od 30-tych rokov. XX storočia pozorovania začali vo voľnej atmosfére. Začali vypúšťať rádiosondy, ktoré stúpajú do výšky 25-35 km a pomocou rádiových zariadení prenášajú na Zem informácie o teplote, tlaku, vlhkosti vzduchu a rýchlosti vetra. V súčasnosti sú široko používané aj meteorologické rakety a satelity. Tí druhí majú televízne inštalácie, ktoré prenášajú obraz zemského povrchu a oblakov.

| |
5. Vzduchová škrupina zeme§ 31. Ohrievanie atmosféry

Plynný obal obklopujúci našu planétu Zem, známy ako atmosféra, pozostáva z piatich hlavných vrstiev. Tieto vrstvy vznikajú na povrchu planéty, z hladiny mora (niekedy nižšie) a stúpajú do vesmíru v nasledujúcom poradí:

• Troposféra;
• stratosféra;
• mezosféra;
• termosféra;
• Exosféra.

Schéma hlavných vrstiev zemskej atmosféry

Medzi každou z týchto hlavných piatich vrstiev je prechodové zóny, nazývané „pauzy“, kde dochádza k zmenám teploty, zloženia a hustoty vzduchu. Spolu s pauzami zahŕňa zemská atmosféra celkovo 9 vrstiev.

Troposféra: kde sa vyskytuje počasie

Zo všetkých vrstiev atmosféry je troposféra tou, ktorú poznáme (či si to uvedomujete alebo nie), keďže žijeme na jej dne – povrchu planéty. Obklopuje povrch Zeme a siaha nahor niekoľko kilometrov. Slovo troposféra znamená „zmena zemegule“. Veľmi vhodné meno, keďže v tejto vrstve sa vyskytuje naše každodenné počasie.

Počnúc povrchom planéty stúpa troposféra do výšky 6 až 20 km. Spodná tretina vrstvy, ktorá je nám najbližšie, obsahuje 50 % všetkých atmosférických plynov. Toto je jediná časť celej atmosféry, ktorá dýcha. Vzhľadom k tomu, že vzduch sa ohrieva zospodu zemského povrchu absorbujúc tepelnú energiu zo Slnka, teplota a tlak troposféry klesajú s rastúcou výškou.

Na vrchu je tenká vrstva nazývaná tropopauza, ktorá je len nárazníkom medzi troposférou a stratosférou.

Stratosféra: domov ozónu

Stratosféra je ďalšou vrstvou atmosféry. Rozprestiera sa od 6-20 km do 50 km nad zemským povrchom. Toto je vrstva, v ktorej lieta väčšina komerčných lietadiel a lietajú teplovzdušné balóny.

Tu vzduch neprúdi hore a dole, ale pohybuje sa paralelne s povrchom vo veľmi rýchlych prúdoch vzduchu. Ako stúpate, teplota sa zvyšuje vďaka množstvu prírodného ozónu (O3) - vedľajším produktom slnečné žiarenie a kyslík, ktorý má schopnosť pohlcovať škodlivé ultrafialové lúče Slnka (akýkoľvek nárast teploty s výškou v meteorológii je známy ako "inverzia").

Pretože stratosféra má vyššie teploty v spodnej časti a nižšie teploty v hornej časti, konvekcia (vertikálny pohyb vzdušných hmôt) je v tejto časti atmosféry zriedkavá. V skutočnosti môžete vidieť búrku zúriacu v troposfére zo stratosféry, pretože vrstva funguje ako konvekčná čiapočka, ktorá zabraňuje prenikaniu búrkových oblakov.

Po stratosfére je opäť nárazníková vrstva, tentoraz nazývaná stratopauza.

Mezosféra: stredná atmosféra

Mezosféra sa nachádza približne 50-80 km od povrchu Zeme. Horná mezosféra je najchladnejším prírodným miestom na Zemi, kde teploty môžu klesnúť pod -143°C.

Termosféra: horná atmosféra

Po mezosfére a mezopauze nasleduje termosféra, ktorá sa nachádza vo výške 80 až 700 km nad povrchom planéty a obsahuje menej ako 0,01 % celkového vzduchu v atmosférickom obale. Teploty tu dosahujú až +2000°C, no vzhľadom na extrémnu riedkosť vzduchu a nedostatok molekúl plynu na prenos tepla sú tieto vysoké teploty vnímané ako veľmi chladné.

Exosféra: hranica medzi atmosférou a vesmírom

Vo výške asi 700 – 10 000 km nad zemským povrchom sa nachádza exosféra – vonkajší okraj atmosféry, ohraničujúci vesmír. Tu obiehajú meteorologické satelity okolo Zeme.

A čo ionosféra?

Ionosféra nie je samostatnou vrstvou, ale v skutočnosti sa tento výraz používa na označenie atmosféry medzi 60 a 1000 km nadmorskej výšky. Zahŕňa najvyššie časti mezosféry, celú termosféru a časť exosféry. Ionosféra dostala svoj názov, pretože práve v tejto časti atmosféry sa pri prechode Slnkom ionizuje žiarenie. magnetické polia Pristane na a. Tento jav je možné pozorovať zo zeme ako polárnu žiaru.

ŠTRUKTÚRA ATMOSFÉRY

Atmosféra(zo starogréčtiny ἀτμός - para a σφαῖρα - guľa) - plynový obal (geosféra) obklopujúci planétu Zem. Jeho vnútorný povrch pokrýva hydrosféru a čiastočne zemská kôra, vonkajší hraničí s blízkozemskou časťou kozmického priestoru.

Fyzikálne vlastnosti

Hrúbka atmosféry je približne 120 km od povrchu Zeme. Celková hmotnosť vzduchu v atmosfére je (5,1-5,3) 10 18 kg. Z toho hmotnosť suchého vzduchu je (5,1352 ± 0,0003) 10 18 kg, celková hmotnosť vodnej pary je v priemere 1,27 10 16 kg.

Molárna hmotnosť čistého suchého vzduchu je 28,966 g/mol a hustota vzduchu na hladine mora je približne 1,2 kg/m3. Tlak pri 0 °C na hladine mora je 101,325 kPa; kritická teplota - −140,7 °C; kritický tlak - 3,7 MPa; Cp pri 0 °C - 1,0048.103 J/(kg.K), Cv - 0,7159.103 J/(kg.K) (pri 0 °C). Rozpustnosť vzduchu vo vode (hmotnostne) pri 0 °C - 0,0036 %, pri 25 °C - 0,0023 %.

Ako „normálne podmienky“ na zemskom povrchu sú akceptované: hustota 1,2 kg/m3, barometrický tlak 101,35 kPa, teplota plus 20 °C a relatívna vlhkosť 50 %. Tieto podmienené ukazovatele majú čisto inžiniersky význam.

Štruktúra atmosféry

Atmosféra má vrstvenú štruktúru. Vrstvy atmosféry sa navzájom líšia teplotou vzduchu, jeho hustotou, množstvom vodnej pary vo vzduchu a ďalšími vlastnosťami.

Troposféra(staroveká gréčtina τρόπος - „otočenie“, „zmena“ a σφαῖρα - „guľa“) - spodná, najviac študovaná vrstva atmosféry, 8-10 km vysoká v polárnych oblastiach, až 10-12 km v miernych zemepisných šírkach, na rovníku - 16-18 km.

Pri stúpaní v troposfére teplota klesá v priemere o 0,65 K každých 100 m a v hornej časti dosahuje 180-220 K. Táto horná vrstva troposféry, v ktorej sa pokles teploty s výškou zastavuje, sa nazýva tropopauza. Ďalšia vrstva atmosféry, ktorá sa nachádza nad troposférou, sa nazýva stratosféra.

Viac ako 80 % celkovej hmoty atmosférického vzduchu je sústredených v troposfére, turbulencia a konvekcia sú vysoko rozvinuté, prevažná časť vodnej pary je koncentrovaná, vzniká oblačnosť, vznikajú atmosferické fronty, vznikajú cyklóny a anticyklóny, ako aj ďalšie procesy ktoré určujú počasie a klímu. Procesy prebiehajúce v troposfére sú spôsobené predovšetkým konvekciou.

Časť troposféry, v ktorej je možný vznik ľadovcov na zemskom povrchu, sa nazýva chionosféra.

Tropopauza(z gréckeho τροπος - obrat, zmena a παῦσις - zastavenie, ukončenie) - vrstva atmosféry, v ktorej sa zastavuje pokles teploty s výškou; prechodná vrstva z troposféry do stratosféry. V zemskej atmosfére sa tropopauza nachádza vo výškach od 8-12 km (nad hladinou mora) v polárnych oblastiach a do 16-18 km nad rovníkom. Výška tropopauzy závisí aj od ročného obdobia (v lete je tropopauza vyššie ako v zime) a cyklónovej aktivity (v cyklónach je nižšia a v anticyklónach vyššia)

Hrúbka tropopauzy sa pohybuje od niekoľkých stoviek metrov do 2-3 kilometrov. V subtrópoch sa pozorujú zlomy tropopauz v dôsledku silných tryskových prúdov. Tropauza nad určitými oblasťami je často zničená a znovu vytvorená.

Stratosféra(z latinského stratum - podlaha, vrstva) - vrstva atmosféry nachádzajúca sa v nadmorskej výške 11 až 50 km. Charakterizovaná miernou zmenou teploty vo vrstve 11-25 km (spodná vrstva stratosféry) a zvýšením teploty vo vrstve 25-40 km z -56,5 na 0,8 °C (horná vrstva stratosféry alebo inverzná oblasť) . Po dosiahnutí hodnoty asi 273 K (takmer 0 °C) vo výške asi 40 km zostáva teplota konštantná až do výšky asi 55 km. Táto oblasť konštantnej teploty sa nazýva stratopauza a je hranicou medzi stratosférou a mezosférou. Hustota vzduchu v stratosfére je desaťkrát a stokrát menšia ako na hladine mora.

Práve v stratosfére sa (v nadmorskej výške 15-20 až 55-60 km) nachádza ozónová vrstva („ozónová vrstva“), ktorá určuje hornú hranicu života v biosfére. Ozón (O 3) vzniká v dôsledku fotochemických reakcií najintenzívnejšie v nadmorskej výške ~30 km. Celková hmotnosť O 3 by bola pri normálny tlak vrstva s hrúbkou 1,7-4,0 mm, ale to stačí na absorbovanie život deštruktívneho ultrafialového žiarenia zo Slnka. K deštrukcii O3 dochádza, keď interaguje s voľnými radikálmi, NO a zlúčeninami obsahujúcimi halogén (vrátane „freónov“).

V stratosfére sa väčšina krátkovlnnej časti ultrafialového žiarenia (180-200 nm) zadrží a energia krátkych vĺn sa transformuje. Vplyvom týchto lúčov sa menia magnetické polia, molekuly sa rozpadajú, dochádza k ionizácii a vzniká nová tvorba plynov a iných chemických zlúčenín. Tieto procesy možno pozorovať vo forme polárnych svetiel, bleskov a iných žiaroviek.

V stratosfére a vyšších vrstvách sa vplyvom slnečného žiarenia molekuly plynu disociujú na atómy (nad 80 km disociujú CO 2 a H 2, nad 150 km - O 2, nad 300 km - N 2). Vo výške 200-500 km dochádza k ionizácii plynov aj v ionosfére vo výške 320 km, koncentrácia nabitých častíc (O + 2, O − 2, N + 2) je ~ 1/300; koncentrácia neutrálnych častíc. V horných vrstvách atmosféry sa nachádzajú voľné radikály – OH, HO 2 atď.

V stratosfére nie je takmer žiadna vodná para.

Lety do stratosféry sa začali v tridsiatych rokoch minulého storočia. Let na prvom stratosférickom balóne (FNRS-1), ktorý uskutočnili Auguste Picard a Paul Kipfer 27. mája 1931 do výšky 16,2 km, je všeobecne známy. Moderné bojové a nadzvukové komerčné lietadlá lietajú v stratosfére vo výškach všeobecne do 20 km (hoci dynamický strop môže byť oveľa vyšší). Výškové meteorologické balóny stúpajú až do výšky 40 km; rekord balóna bez posádky je 51,8 km.

Nedávno sa v amerických vojenských kruhoch venovala veľká pozornosť vývoju vrstiev stratosféry nad 20 km, často nazývaných „predpriestor“. « blízkom vesmíre» ). Predpokladá sa, že bezpilotné vzducholode a lietadlá poháňané solárnou energiou (ako NASA Pathfinder) budú schopné zostať vo výške asi 30 km po dlhú dobu a poskytovať dohľad a komunikáciu do veľmi veľkých oblastí, pričom zostanú málo zraniteľné voči protivzdušnej obrane. systémy; Takéto zariadenia budú mnohonásobne lacnejšie ako satelity.

Stratopauza- vrstva atmosféry, ktorá je hranicou medzi dvoma vrstvami, stratosférou a mezosférou. V stratosfére sa teplota zvyšuje so zvyšujúcou sa výškou a stratopauza je vrstva, kde teplota dosahuje maximum. Teplota stratopauzy je okolo 0 °C.

Tento jav je pozorovaný nielen na Zemi, ale aj na iných planétach, ktoré majú atmosféru.

Na Zemi sa stratopauza nachádza vo výške 50 - 55 km nad morom. Atmosférický tlak je asi 1/1000 tlaku hladiny mora.

mezosféra(z gréckeho μεσο- - „stred“ a σφαῖρα - „guľa“, „guľa“) - vrstva atmosféry vo výškach od 40-50 do 80-90 km. Charakterizované zvýšením teploty s nadmorskou výškou; maximálna (asi +50°C) teplota sa nachádza v nadmorskej výške asi 60 km, potom teplota začne klesať na -70° alebo -80°C. Tento pokles teploty je spojený s intenzívnou absorpciou slnečného žiarenia (žiarenia) ozónom. Termín bol prijatý Geografickou a geofyzikálnou úniou v roku 1951.

Zloženie plynu v mezosfére, podobne ako v podložných vrstvách atmosféry, je konštantné a obsahuje asi 80 % dusíka a 20 % kyslíka.

Mezosféra je oddelená od spodnej stratosféry stratopauzou a od nadložnej termosféry mezopauzou. Mezopauza sa v podstate zhoduje s turbopauzou.

Meteory začnú žiariť a spravidla úplne zhoria v mezosfére.

V mezosfére sa môžu objaviť nočné svietiace oblaky.

Pre lety je mezosféra akousi „mŕtvou zónou“ - vzduch je tu príliš riedky na to, aby podporoval lietadlá alebo balóny (vo výške 50 km je hustota vzduchu 1000-krát menšia ako na hladine mora) a zároveň príliš hustá pre umelé lety satelitov na tak nízkej obežnej dráhe. Priame štúdie mezosféry sa vykonávajú hlavne pomocou suborbitálnych meteorologických rakiet; Vo všeobecnosti bola mezosféra študovaná menej dobre ako iné vrstvy atmosféry, a preto ju vedci prezývali „ignorosféra“.

Mezopauza

Mezopauza- vrstva atmosféry, ktorá oddeľuje mezosféru a termosféru. Na Zemi sa nachádza v nadmorskej výške 80-90 km nad morom. V mezopauze je teplotné minimum, ktoré je asi −100 °C. Nižšie (od nadmorskej výšky cca 50 km) teplota s výškou klesá, vyššie (do nadmorskej výšky cca 400 km) opäť stúpa. Mezopauza sa zhoduje so spodnou hranicou oblasti aktívnej absorpcie röntgenového a krátkovlnného ultrafialového žiarenia zo Slnka. V tejto nadmorskej výške sú pozorované nočné svietiace oblaky.

Mezopauza sa vyskytuje nielen na Zemi, ale aj na iných planétach, ktoré majú atmosféru.

Línia Karman- nadmorská výška, ktorá sa bežne považuje za hranicu medzi zemskou atmosférou a vesmírom.

Podľa definície Fédération Aéronautique Internationale (FAI) sa línia Karman nachádza vo výške 100 km nad morom.

Výška bola pomenovaná podľa Theodora von Karmana, amerického vedca maďarského pôvodu. Ako prvý zistil, že približne v tejto nadmorskej výške sa atmosféra stáva takou riedkou, že aeronautika sa stáva nemožným, pretože rýchlosť lietadla potrebná na vytvorenie dostatočného vztlaku je väčšia ako prvá kozmická rýchlosť, a preto je na dosiahnutie vyšších nadmorských výšok nevyhnutné používať astronautiku.

Atmosféra Zeme pokračuje za čiarou Karman. Vonkajšia časť zemskej atmosféry, exosféra, siaha do nadmorskej výšky 10 000 km alebo viac, v tejto výške sa atmosféra skladá hlavne z atómov vodíka, ktoré sú schopné opustiť atmosféru.

Dosiahnutie Karmanovej línie bolo prvou podmienkou na získanie ceny Ansari X, pretože to je základ pre uznanie letu ako vesmírneho letu.

Tvorba atmosféry. Dnes je zemská atmosféra zmesou plynov – 78 % dusíka, 21 % kyslíka a malého množstva iných plynov, napríklad oxidu uhličitého. Ale keď sa planéta prvýkrát objavila, v atmosfére nebol žiadny kyslík - pozostávala z plynov, ktoré pôvodne existovali v slnečnej sústave.

Zem vznikla, keď sa malé skalnaté telesá vyrobené z prachu a plynu zo slnečnej hmloviny, známe ako planetoidy, navzájom zrazili a postupne nadobudli tvar planéty. Ako rástli, plyny obsiahnuté v planetoidoch vybuchli a obklopili zemeguľu. Po určitom čase začali prvé rastliny uvoľňovať kyslík a prvotná atmosféra sa vyvinula do súčasného hustého vzdušného obalu.

Pôvod atmosféry

1. Pred 4,6 miliardami rokov dopadol na rodiacu sa Zem dážď malých planetoidov. Plyny zo slnečnej hmloviny zachytené vo vnútri planéty počas zrážky vybuchli a vytvorili primitívnu atmosféru Zeme pozostávajúcu z dusíka, oxidu uhličitého a vodnej pary.
2. Teplo uvoľnené pri formovaní planéty je zadržiavané vrstvou hustých oblakov v prvotnej atmosfére. „Skleníkové plyny“ ako oxid uhličitý a vodná para zastavujú vyžarovanie tepla do vesmíru. Povrch Zeme je zaplavený kypiacim morom roztavenej magmy.
3. Keď boli zrážky planét menej časté, Zem sa začala ochladzovať a objavili sa oceány. Z hustých mrakov kondenzuje vodná para a niekoľko eónov trvajúci dážď postupne zaplavuje nížiny. Tak sa objavujú prvé moria.
4. Vzduch sa čistí, keď vodná para kondenzuje a vytvára oceány. Časom sa v nich rozpúšťa oxid uhličitý a v atmosfére teraz dominuje dusík. V dôsledku nedostatku kyslíka sa nevytvára ochranná ozónová vrstva a ultrafialové lúče zo slnka sa bez prekážok dostávajú na zemský povrch.
5. Život sa objavuje v starých oceánoch počas prvej miliardy rokov. Najjednoduchšie modrozelené riasy sú chránené pred ultrafialovým žiarením morská voda. Používajú sa na výrobu energie slnečné svetlo a oxid uhličitý, pričom sa ako vedľajší produkt uvoľňuje kyslík, ktorý sa postupne začína hromadiť v atmosfére.
6. O miliardy rokov neskôr sa vytvára atmosféra bohatá na kyslík. Fotochemické reakcie v hornej atmosfére vytvárajú tenkú vrstvu ozónu, ktorá rozptyľuje škodlivé ultrafialové svetlo. Život sa teraz môže vynoriť z oceánov na pevninu, kde evolúcia produkuje mnoho zložitých organizmov.

Pred miliardami rokov začala hrubá vrstva primitívnych rias uvoľňovať do atmosféry kyslík. Prežívajú dodnes vo forme fosílií nazývaných stromatolity.

Sopečný pôvod

1. Staroveká Zem bez vzduchu. 2. Erupcia plynov.

Podľa tejto teórie na povrchu mladej planéty Zem aktívne vybuchovali sopky. Skorá atmosféra sa pravdepodobne vytvorila, keď plyny zachytené v kremíkovej škrupine planéty unikli cez sopky.