OZRAČJE Zemlje(grško atmos para + sphaira krogla) - plinasta lupina, ki obdaja Zemljo. Masa ozračja je približno 5,15 10 15 Biološki pomen ozračja je ogromen. V ozračju poteka izmenjava mase in energije med živo in neživo naravo, med rastlinstvom in živalstvom. Atmosferski dušik absorbirajo mikroorganizmi; Iz ogljikovega dioksida in vode rastline z uporabo energije sonca sintetizirajo organske snovi in ​​sproščajo kisik. Prisotnost ozračja zagotavlja ohranitev vode na Zemlji, kar je tudi pomemben pogoj za obstoj živih organizmov.

Študije, izvedene z geofizičnimi raketami za velike nadmorske višine, umetnimi zemeljskimi sateliti in medplanetarnimi avtomatskimi postajami, so pokazale, da se zemeljska atmosfera razprostira na tisoče kilometrov. Meje atmosfere so nestabilne, nanje vplivata gravitacijsko polje Lune in pritisk toka sončnih žarkov. Nad ekvatorjem v območju zemeljske sence doseže atmosfera okoli 10.000 km višine, nad poloma pa so njene meje od zemeljskega površja oddaljene 3000 km. Večji del atmosfere (80-90%) se nahaja na nadmorski višini do 12-16 km, kar je mogoče razložiti z eksponentno (nelinearno) naravo zmanjšanja gostote (redkočlenitve) njenega plinastega okolja z naraščanjem nadmorske višine. nad morsko gladino.

Obstoj večine živih organizmov v naravnih razmerah je mogoč v še ožjih mejah atmosfere, do 7-8 km, kjer poteka potrebna kombinacija atmosferskih dejavnikov, kot so plinska sestava, temperatura, tlak in vlažnost. Higienski pomen ima tudi gibanje in ionizacija zraka, padavine in električno stanje ozračja.

Sestava plina

Ozračje je fizikalna mešanica plinov (tabela 1), predvsem dušika in kisika (78,08 in 20,95 vol.%). Razmerje atmosferskih plinov je skoraj enako do nadmorske višine 80-100 km. Konstantnost glavnega dela plinske sestave ozračja je določena z relativnim uravnoteženjem procesov izmenjave plinov med živo in neživo naravo ter stalnim mešanjem zračnih mas v vodoravni in navpični smeri.

Tabela 1. ZNAČILNOSTI KEMIJSKE SESTAVE SUHEGA ATMOSFERskega ZRAKA NA ZEMELJSKEM POVRŠJU

Na nadmorski višini nad 100 km pride do spremembe v odstotku posameznih plinov, povezane z njihovo difuzno stratifikacijo pod vplivom gravitacije in temperature. Poleg tega pod vplivom kratkovalovnih ultravijoličnih in rentgenskih žarkov na nadmorski višini 100 km ali več molekule kisika, dušika in ogljikovega dioksida disociirajo na atome. Na velikih nadmorskih višinah se ti plini nahajajo v obliki visoko ioniziranih atomov.

Vsebnost ogljikovega dioksida v ozračju različnih območij Zemlje je manj konstantna, kar je deloma posledica neenakomerne porazdelitve velikih industrijskih podjetij, ki onesnažujejo zrak, pa tudi neenakomerne porazdelitve vegetacije in vodnih bazenov na Zemlji, ki absorbirajo ogljikov dioksid. V ozračju je spremenljiva tudi vsebnost aerosolov (glej) - delcev, suspendiranih v zraku, velikosti od nekaj milimikronov do nekaj deset mikronov - nastalih kot posledica vulkanskih izbruhov, močnih umetnih eksplozij in onesnaženja iz industrijskih podjetij. Koncentracija aerosolov z nadmorsko višino hitro upada.

Najbolj spremenljiva in pomembna spremenljiva komponenta atmosfere je vodna para, katere koncentracija na zemeljski površini se lahko spreminja od 3% (v tropih) do 2 × 10 -10% (na Antarktiki). Višja kot je temperatura zraka, več vlage je lahko ob drugih enakih pogojih v ozračju in obratno. Glavnina vodne pare je koncentrirana v ozračju do nadmorske višine 8-10 km. Vsebnost vodne pare v ozračju je odvisna od skupnega vpliva izhlapevanja, kondenzacije in horizontalnega transporta. V višinah je zaradi znižanja temperature in kondenzacije hlapov zrak skoraj suh.

Zemljino ozračje poleg molekularnega in atomarnega kisika vsebuje tudi majhne količine ozona (glej), katerega koncentracija je zelo spremenljiva in se spreminja glede na nadmorsko višino in letni čas. Največ ozona je v območju pola proti koncu polarne noči na nadmorski višini 15-30 km z močnim zmanjšanjem navzgor in navzdol. Ozon nastane kot posledica fotokemičnega učinka ultravijoličnega sončnega sevanja na kisik, predvsem na nadmorski višini 20-50 km. Dvoatomne molekule kisika delno razpadejo na atome in z združitvijo nerazpadlih molekul tvorijo triatomne molekule ozona (polimerna, alotropna oblika kisika).

Prisotnost v atmosferi skupine tako imenovanih inertnih plinov (helij, neon, argon, kripton, ksenon) je povezana z nenehnim pojavljanjem naravnih procesov radioaktivnega razpada.

Biološki pomen plinov vzdušje je zelo super. Za večino večceličnih organizmov je določena vsebnost molekularnega kisika v plinu oz vodno okolje je nepogrešljiv dejavnik njihovega obstoja, ki med dihanjem določa sproščanje energije iz organskih snovi, prvotno ustvarjenih med fotosintezo. Ni naključje, da so zgornje meje biosfere (del površine sveta in spodnji del atmosfere, kjer obstaja življenje) določene s prisotnostjo zadostne količine kisika. V procesu evolucije so se organizmi prilagodili na določeno raven kisika v ozračju; sprememba vsebnosti kisika, ki se zmanjša ali poveča, ima škodljiv učinek (glejte Višinska bolezen, Hiperoksija, Hipoksija).

Izrazit biološki učinek ima tudi ozonska alotropna oblika kisika. Pri koncentracijah, ki ne presegajo 0,0001 mg/l, kar je značilno za letovišča in morske obale, ima ozon zdravilni učinek - spodbuja dihanje in srčno-žilno delovanje ter izboljšuje spanec. Ko se koncentracija ozona poveča, njegova toksični učinek: draženje oči, nekrotično vnetje sluznice dihalnih poti, poslabšanje pljučnih bolezni, avtonomne nevroze. V kombinaciji s hemoglobinom ozon tvori methemoglobin, kar vodi do motenj dihalne funkcije krvi; postane otežen prenos kisika iz pljuč v tkiva, razvije se zadušitev. Podoben škodljiv učinek na telo ima atomski kisik. Ozon igra pomembno vlogo pri ustvarjanju toplotnih režimov različnih plasti ozračja zaradi izjemno močne absorpcije sončnega sevanja in zemeljskega sevanja. Ozon najintenzivneje absorbira ultravijolične in infrardeče žarke. Sončne žarke z valovno dolžino manj kot 300 nm atmosferski ozon skoraj popolnoma absorbira. Tako je Zemlja obdana z nekakšnim »ozonskim zaslonom«, ki mnoge organizme ščiti pred škodljivimi učinki ultravijoličnega sevanja Sonca, dušika atmosferski zrak ima pomembno biološki pomen predvsem kot vir ti. fiksirani dušik – vir rastlinske (in končno živalske) hrane. Fiziološki pomen dušika je določen z njegovo udeležbo pri ustvarjanju ravni atmosferskega tlaka, potrebnega za življenjske procese. Pod določenimi pogoji spremembe tlaka ima dušik pomembno vlogo pri razvoju številnih motenj v telesu (glej Dekompresijska bolezen). Predpostavke, da dušik oslabi toksični učinek kisika na telo in ga iz ozračja absorbirajo ne le mikroorganizmi, ampak tudi višje živali, so sporne.

Inertne pline atmosfere (ksenon, kripton, argon, neon, helij) pri parcialnem tlaku, ki ga ustvarijo v normalnih pogojih, lahko uvrstimo med biološko indiferentne pline. Z znatnim povečanjem parcialnega tlaka imajo ti plini narkotični učinek.

Prisotnost ogljikovega dioksida v ozračju zagotavlja kopičenje sončne energije v biosferi s fotosintezo kompleksnih ogljikovih spojin, ki med življenjem nenehno nastajajo, se spreminjajo in razgrajujejo. to dinamični sistem se ohranja kot posledica aktivnosti alg in kopenskih rastlin, ki zajemajo energijo sončne svetlobe in jo uporabljajo za pretvorbo ogljikovega dioksida (glej) in vode v različne organske spojine s sproščanjem kisika. Širjenje biosfere navzgor je delno omejeno z dejstvom, da na nadmorski višini nad 6-7 km rastline, ki vsebujejo klorofil, ne morejo živeti zaradi nizkega parcialnega tlaka ogljikovega dioksida. Ogljikov dioksid je tudi fiziološko zelo aktiven, saj ima pomembno vlogo pri regulaciji presnovni procesi, delovanje centralnega živčnega sistema, dihanje, krvni obtok, kisikov režim telesa. Vendar je ta regulacija posredovana z vplivom ogljikovega dioksida, ki ga proizvaja telo samo in ne prihaja iz ozračja. V tkivih in krvi živali in ljudi je parcialni tlak ogljikovega dioksida približno 200-krat višji od njegovega tlaka v ozračju. In le z znatnim povečanjem vsebnosti ogljikovega dioksida v atmosferi (več kot 0,6-1%) se v telesu opazijo motnje, označene z izrazom hiperkapnija (glej). Popolna izločitev ogljikovega dioksida iz vdihanega zraka ne more neposredno negativno vplivati ​​na človeško telo in živali.

Ogljikov dioksid igra vlogo pri absorpciji dolgovalovnega sevanja in ohranjanju "učinka tople grede", ki zvišuje temperature na površju Zemlje. Preučuje se tudi problem vpliva ogljikovega dioksida, ki v ogromnih količinah kot industrijski odpadki prihaja v zrak, na toplotne in druge atmosferske razmere.

Atmosferska vodna para (zračna vlaga) vpliva tudi na človeško telo, predvsem na izmenjavo toplote z okoljem.

Zaradi kondenzacije vodne pare v ozračju nastanejo oblaki in padajo padavine (dež, toča, sneg). Vodna para, ki razpršuje sončno sevanje, sodeluje pri ustvarjanju toplotnega režima Zemlje in spodnjih plasti atmosfere ter pri oblikovanju meteoroloških razmer.

Atmosferski tlak

Atmosferski tlak (barometrični) je tlak, ki ga atmosfera pod vplivom gravitacije izvaja na površje Zemlje. Velikost tega tlaka na vsaki točki v atmosferi je enaka teži zgoraj ležečega stolpca zraka z eno samo osnovo, ki sega nad lokacijo meritve do meja atmosfere. Atmosferski tlak merimo z barometrom (cm) in izražamo v milibarih, v newtonih na kvadratni meter ali višina stolpca živega srebra v barometru v milimetrih, zmanjšana na 0° in normalno vrednost gravitacijskega pospeška. V tabeli Tabela 2 prikazuje najpogosteje uporabljene merske enote atmosferskega tlaka.

Sprememba tlaka nastane zaradi neenakomernega segrevanja zračnih mas, ki se nahajajo nad zemljo in vodo v različnih geografske širine. Ko se temperatura dvigne, se zmanjšata gostota zraka in tlak, ki ga ustvarja. Ogromno kopičenje hitro premikajočega se zraka z nizkim tlakom (z zmanjšanjem tlaka od obrobja proti središču vrtinca) imenujemo ciklon, z visokim tlakom (s povečanjem tlaka proti središču vrtinca) - ciklon. anticiklon. Za vremensko napoved so pomembne neperiodične spremembe atmosferskega tlaka, ki se pojavljajo v premikajočih se ogromnih masah in so povezane z nastankom, razvojem in uničenjem anticiklonov in ciklonov. Posebno velike spremembe atmosferskega tlaka so povezane s hitrim gibanjem tropskih ciklonov. V tem primeru se lahko atmosferski tlak spremeni za 30-40 mbar na dan.

Padec atmosferskega tlaka v milibarih na razdalji 100 km se imenuje horizontalni barometrični gradient. Običajno je horizontalni barometrični gradient 1-3 mbar, vendar se v tropskih ciklonih včasih poveča na desetine milibarov na 100 km.

Z naraščanjem nadmorske višine atmosferski tlak pada logaritmično: sprva zelo močno, nato pa vse manj opazno (slika 1). Zato je krivulja spremembe zračnega tlaka eksponentna.

Zmanjšanje tlaka na enoto navpične razdalje imenujemo navpični barometrični gradient. Pogosto uporabljajo njegovo obratno vrednost - barometrično stopnjo.

Ker je barometrični tlak vsota parcialnih tlakov plinov, ki tvorijo zrak, je očitno, da s povečanjem nadmorske višine, skupaj z zmanjšanjem celotnega atmosferskega tlaka, delni tlak plinov, ki sestavljajo zrak, tudi zmanjša. Parcialni tlak katerega koli plina v ozračju se izračuna po formuli

kjer je P x ​​​​parcialni tlak plina, P z je atmosferski tlak na višini Z, X% je odstotek plina, katerega delni tlak je treba določiti.

riž. 1. Sprememba zračnega tlaka glede na nadmorsko višino.

riž. 2. Spremembe parcialnega tlaka kisika v alveolarnem zraku in nasičenost arterijske krvi s kisikom glede na spremembe nadmorske višine pri dihanju zraka in kisika. Vdihavanje kisika se začne na višini 8,5 km (poskus v tlačni komori).

riž. 3. Primerjalne krivulje povprečnih vrednosti aktivne zavesti pri osebi v minutah na različnih nadmorskih višinah po hitrem vzponu med dihanjem zraka (I) in kisika (II). Na nadmorski višini nad 15 km je aktivna zavest enako motena pri dihanju kisika in zraka. Na višinah do 15 km dihanje s kisikom bistveno podaljša dobo aktivne zavesti (poskus v tlačni komori).

Ker je odstotna sestava atmosferskih plinov razmeroma konstantna, morate za določitev parcialnega tlaka katerega koli plina poznati samo skupni zračni tlak na določeni nadmorski višini (slika 1 in tabela 3).

Tabela 3. TABELA STANDARDNE ATMOSFERE (GOST 4401-64) 1

1 Podano v skrajšani obliki in dopolnjeno s stolpcem "Parcialni tlak kisika".

Pri določanju parcialnega tlaka plina v vlažen zrak od vrednosti zračnega tlaka je treba odšteti tlak (elastičnost). nasičenih hlapov.

Formula za določanje parcialnega tlaka plina v vlažnem zraku bo nekoliko drugačna kot za suh zrak:

kjer je pH 2 O tlak vodne pare. Pri t° 37° je tlak nasičene vodne pare 47 mm Hg. Umetnost. Ta vrednost se uporablja pri izračunu parcialnih tlakov alveolarnih zračnih plinov v tleh in na visoki nadmorski višini.

Vpliv visokega in nizkega krvnega tlaka na telo. Spremembe zračnega tlaka navzgor ali navzdol imajo različne učinke na telo živali in ljudi. Vpliv visok krvni pritisk povezana z mehanskim in prodornim fizikalnim in kemičnim delovanjem plinskega okolja (tako imenovani kompresijski in prodorni učinki).

Kompresijski učinek se kaže v: splošni volumetrični kompresiji, ki jo povzroči enakomerno povečanje mehanskih sil pritiska na organe in tkiva; mehanonarkoza, ki jo povzroča enotna volumetrična kompresija pri zelo visokem zračnem tlaku; lokalni neenakomeren pritisk na tkiva, ki omejujejo votline, ki vsebujejo plin, ko je prekinjena povezava med zunanjim zrakom in zrakom v votlini, na primer srednje uho, obnosne votline (glej barotravmo); povečanje gostote plinov v zunanjih dihalih, kar povzroči povečanje odpornosti na dihalne gibe, zlasti pri prisilnem dihanju (fizični stres, hiperkapnija).

Prodorni učinek lahko povzroči toksični učinek kisika in indiferentnih plinov, katerih povečanje vsebnosti v krvi in ​​tkivih povzroči narkotično reakcijo; prvi znaki reza pri uporabi mešanice dušika in kisika pri ljudeh se pojavijo pri tlak 4-8 ​​atm. Povečanje parcialnega tlaka kisika sprva zmanjša raven srčno-žilnih in dihalni sistemi zaradi izklopa regulacijskega vpliva fiziološke hipoksemije. Ko se parcialni tlak kisika v pljučih poveča za več kot 0,8-1 ata, se pojavi njegov toksični učinek (poškodbe pljučnega tkiva, konvulzije, kolaps).

Uporabljajo se prodorni in kompresijski učinki povečanega tlaka plina klinična medicina pri zdravljenju različnih bolezni s splošno in lokalno okvaro oskrbe s kisikom (glej Baroterapija, Kisikova terapija).

Znižanje tlaka ima še izrazitejši učinek na telo. V pogojih izjemno redke atmosfere je glavni patogenetski dejavnik, ki povzroči izgubo zavesti v nekaj sekundah in smrt v 4-5 minutah, je zmanjšanje parcialnega tlaka kisika v vdihanem zraku, nato pa v alveolarnem zraku, krvi in ​​tkivih (sl. 2 in 3 ). Zmerna hipoksija povzroči razvoj adaptivne reakcije dihalni in hemodinamski sistem, namenjen vzdrževanju oskrbe s kisikom, predvsem vitalnega pomena pomembne organe(možgani, srce). Pri izrazitem pomanjkanju kisika so oksidativni procesi zavrti (zaradi dihalnih encimov) in moteni so aerobni procesi proizvodnje energije v mitohondrijih. To vodi najprej do motenj v delovanju vitalnih organov, nato pa do nepopravljivih strukturnih okvar in smrti telesa. Razvoj adaptivnih in patoloških reakcij, sprememba funkcionalno stanje Telo in zmogljivost človeka pri znižanju atmosferskega tlaka določajo stopnja in hitrost znižanja parcialnega tlaka kisika v vdihanem zraku, trajanje bivanja na nadmorski višini, intenzivnost opravljenega dela in začetno stanje telo (glejte Višinska bolezen).

Znižanje tlaka na nadmorski višini (tudi če je pomanjkanje kisika izključeno) povzroča resne motnje v telesu, ki jih združuje pojem "dekompresijske motnje", ki vključuje: višinsko napenjanje, barotitis in barosinusitis, višinsko dekompresijsko bolezen in visok - višinski tkivni emfizem.

Napenjanje na visoki nadmorski višini se razvije zaradi širjenja plinov v prebavnem traktu, ko se zračni tlak zmanjša za trebušno steno pri vzpenjanju na višine 7-12 km ali več. Določen pomen ima tudi sproščanje plinov, raztopljenih v črevesni vsebini.

Širjenje plinov vodi do raztezanja želodca in črevesja, dviga diafragme, spremembe v položaju srca, draženja receptorskega aparata teh organov in pojava patoloških refleksov, ki ovirajo dihanje in krvni obtok. Pogosto se pojavi ostra bolečina v predelu trebuha. Podobni pojavi se včasih pojavijo tudi med potapljači, ko se dvigajo iz globine na površje.

Mehanizem razvoja barotitisa in barosinusitisa, ki se kaže v občutku zastojev in bolečine v srednjem ušesu ali obnosnih votlinah, je podoben razvoju napenjanja na visoki nadmorski višini.

Znižanje tlaka poleg širjenja plinov v telesnih votlinah povzroči tudi sproščanje plinov iz tekočin in tkiv, v katerih so bili raztopljeni pod tlakom na morski gladini ali v globini, ter nastanek plinskih mehurčkov v telo.

Ta proces sproščanja raztopljenih plinov (predvsem dušika) povzroči razvoj dekompresijske bolezni (glej).

riž. 4. Odvisnost vrelišča vode od nadmorske višine in zračnega tlaka. Številke tlaka se nahajajo pod ustreznimi višinskimi številkami.

Ko se atmosferski tlak zniža, se vrelišče tekočin zniža (slika 4). Na nadmorski višini več kot 19 km, kjer je zračni tlak enak (ali manjši od) elastičnosti nasičene pare pri telesni temperaturi (37°), lahko pride do "vrenja" intersticijske in medcelične tekočine telesa, kar povzroči velike vene, v plevralni votlini, želodcu, osrčniku, v ohlapnem maščobnem tkivu, to je na območjih z nizkim hidrostatskim in intersticijskim tlakom, nastanejo mehurčki vodne pare in razvije se emfizem višinskega tkiva. Visokogorsko "vretje" ne vpliva celične strukture, lokaliziran le v medcelični tekočini in krvi.

Ogromni mehurčki pare lahko blokirajo srce in krvni obtok ter motijo ​​delovanje vitalnih sistemov in organov. To je resen zaplet akutnega kisikovega stradanja, ki se razvije na visoki nadmorski višini. Preprečevanje emfizema tkiv na visoki nadmorski višini je mogoče doseči z ustvarjanjem zunanjega protitlaka na telo z uporabo opreme za višinsko vožnjo.

Postopek zniževanja zračnega tlaka (dekompresija) pod določenimi parametri lahko postane škodljiv dejavnik. Glede na hitrost delimo dekompresijo na gladko (počasno) in eksplozivno. Slednje se zgodi v manj kot 1 sekundi, spremlja pa ga močan pok (kot pri strelu) in nastajanje megle (kondenzacija vodne pare zaradi ohlajanja zraka, ki se širi). Običajno do eksplozivne dekompresije pride na višinah, ko se zlomi steklo tlačne kabine ali tlačne obleke.

Med eksplozivno dekompresijo so najprej prizadeta pljuča. Hitro povečanje intrapulmonalnega presežnega tlaka (za več kot 80 mm Hg) povzroči znatno raztezanje pljučnega tkiva, kar lahko povzroči rupturo pljuč (če se razširijo 2,3-krat). Eksplozivna dekompresija lahko povzroči poškodbe in prebavila. Količina presežnega tlaka, ki se pojavi v pljučih, bo v veliki meri odvisna od hitrosti izdihanega zraka iz njih med dekompresijo in volumna zraka v pljučih. Še posebej nevarno je, če zgornji Airways v trenutku dekompresije bodo zaprti (pri požiranju, zadrževanju diha) ali pa bo dekompresija sovpadala s fazo globokega vdiha, ko so pljuča napolnjena z veliko količino zraka.

Temperatura ozračja

Temperatura ozračja z naraščanjem nadmorske višine sprva pada (povprečno od 15° pri tleh do -56,5° na nadmorski višini 11-18 km). Navpični temperaturni gradient v tem območju ozračja je približno 0,6 ° na vsakih 100 m; spreminja se čez dan in leto (tabela 4).

Tabela 4. SPREMEMBE NAVPIČNEGA TEMPERATURNEGA GRADIENTA NAD SREDNJIM PASOM OZEMLJA ZSSR

riž. 5. Spremembe temperature ozračja na različnih nadmorskih višinah. Meje krogel so označene s pikčastimi črtami.

Na nadmorski višini 11 - 25 km temperatura postane konstantna in znaša -56,5°; nato se temperatura začne dvigovati in na nadmorski višini 40 km doseže 30-40 °, na nadmorski višini 50-60 km pa 70 ° (slika 5), ​​kar je povezano z intenzivno absorpcijo sončnega sevanja z ozonom. Od višine 60-80 km se temperatura zraka spet nekoliko zniža (na 60 °), nato pa postopoma narašča in znaša na višini 120 km 270 °, na višini 220 km 800 °, na višini 300 km pa 1500 °. , in

na meji z vesoljem - več kot 3000°. Opozoriti je treba, da je zaradi velike redčitve in nizke gostote plinov na teh višinah njihova toplotna kapaciteta in sposobnost segrevanja hladnejših teles zelo zanemarljiva. V teh pogojih pride do prenosa toplote z enega telesa na drugo le s sevanjem. Vse obravnavane spremembe temperature v atmosferi so povezane z absorpcijo toplotne energije Sonca v zračnih masah - neposrednih in odbitih.

V nižjem delu atmosfere ob površju Zemlje je porazdelitev temperature odvisna od dotoka sončnega sevanja in ima zato predvsem širinski značaj, to pomeni, da so črte enakih temperatur - izoterme - vzporedne z zemljepisnimi širinami. Ker ozračje v spodnjih plasteh segreva zemeljsko površje, na horizontalno spremembo temperature močno vpliva razporeditev celin in oceanov, katerih toplotne lastnosti so različne. Običajno referenčne knjige označujejo temperaturo, izmerjeno med mrežnimi meteorološkimi opazovanji s termometrom, nameščenim na višini 2 m nad površino tal. večina visoke temperature(do 58 °) so opažene v puščavah Irana, v ZSSR - na jugu Turkmenistana (do 50 °), najnižje (do -87 °) na Antarktiki in v ZSSR - v območja Verkhoyansk in Oymyakon (do -68 °). Pozimi lahko vertikalni temperaturni gradient v nekaterih primerih namesto 0,6° preseže 1° na 100 m ali celo negativen pomen. Čez dan v topli sezoni je lahko enak več deset stopinj na 100 m. Obstaja tudi vodoravni temperaturni gradient, ki se običajno nanaša na razdaljo 100 km normalno na izotermo. Velikost horizontalnega temperaturnega gradienta je desetinke stopinje na 100 km, v čelnih območjih pa lahko preseže 10° na 100 m.

Človeško telo je sposobno vzdrževati toplotno homeostazo (glej) v precej ozkem razponu nihanj zunanje temperature zraka - od 15 do 45 °. Velike razlike v atmosferski temperaturi v bližini Zemlje in na nadmorski višini zahtevajo uporabo posebnih zaščitnih tehničnih sredstev za zagotovitev toplotnega ravnovesja med človeškim telesom in zunanjim okoljem med višinskimi in vesoljskimi leti.

Značilne spremembe atmosferskih parametrov (temperatura, tlak, kemična sestava, električno stanje) omogočajo pogojno razdelitev ozračja na cone ali plasti. Troposfera- Zemlji najbližji sloj, katerega zgornja meja sega do 17-18 km na ekvatorju, do 7-8 km na polih in do 12-16 km na srednjih zemljepisnih širinah. Za troposfero je značilen eksponentni padec tlaka, prisotnost stalnega navpičnega temperaturnega gradienta, vodoravnih in navpičnih gibanj zračnih mas ter znatne spremembe zračne vlažnosti. Troposfera vsebuje večji del atmosfere, pa tudi pomemben del biosfere; Tu nastajajo vse glavne vrste oblakov, nastajajo zračne mase in fronte, razvijajo se cikloni in anticikloni. V troposferi zaradi odboja sončnih žarkov od snežne odeje Zemlje in ohlajanja površinskih plasti zraka pride do tako imenovane inverzije, to je povišanja temperature ozračja od spodaj navzgor namesto običajno zmanjšanje.

V topli sezoni se v troposferi pojavlja nenehno turbulentno (neurejeno, kaotično) mešanje zračnih mas in prenos toplote z zračnimi tokovi (konvekcija). Konvekcija uničuje meglo in zmanjšuje prah v nižji plasti ozračja.

Druga plast ozračja je stratosfera.

Začne se v troposferi v ozkem pasu (1-3 km) s konstantno temperaturo (tropopavza) in sega do višine okoli 80 km. Značilnost stratosfere je postopno redčenje zraka, izjemno visoka intenzivnost ultravijoličnega sevanja, odsotnost vodne pare, prisotnost velika količina ozon in postopno zvišanje temperature. Visoka vsebnost ozona povzroča številne optične pojave (privide), povzroča odboj zvokov in pomembno vpliva na intenziteto in spektralno sestavo elektromagnetno sevanje. V stratosferi prihaja do stalnega mešanja zraka, zato je njegova sestava podobna troposferski, čeprav je njegova gostota na zgornjih mejah stratosfere izjemno nizka. V stratosferi prevladujejo zahodni vetrovi, v zgornjem pasu pa prehajajo v vzhodne vetrove.

Tretja plast ozračja je ionosfera, ki se začne v stratosferi in sega do nadmorske višine 600-800 km.

Posebnosti ionosfere so izjemno redčenje plinastega okolja, visoka koncentracija molekularnih in atomskih ionov ter prostih elektronov, pa tudi visoka temperatura. Ionosfera vpliva na širjenje radijskih valov, povzroča njihovo lom, odboj in absorpcijo.

Glavni vir ionizacije v visokih plasteh ozračja je ultravijolično sevanje Sonca. V tem primeru se elektroni izbijejo iz atomov plina, atomi se spremenijo v pozitivne ione, izbiti elektroni pa ostanejo prosti ali pa jih ujamejo nevtralne molekule in tvorijo negativne ione. Na ionizacijo ionosfere vplivajo meteorji, korpuskularno, rentgensko in gama sevanje Sonca ter seizmični procesi na Zemlji (potresi, vulkanski izbruhi, močne eksplozije), ki v ionosferi ustvarjajo akustične valove, ki povečujejo amplituda in hitrost nihanja atmosferskih delcev ter spodbujanje ionizacije plinskih molekul in atomov (glej Aeroionizacija).

Električna prevodnost v ionosferi, povezana z visoko koncentracijo ionov in elektronov, je zelo visoka. Povečana električna prevodnost ionosfere ima pomembno vlogo pri odboju radijskih valov in pojavu aurore.

Ionosfera je območje letenja umetnih zemeljskih satelitov in medcelinskih balističnih raket. Vesoljska medicina trenutno študira možnih vplivov pogoji letenja v tem delu ozračja vplivajo na človeško telo.

Četrta, zunanja plast ozračja - eksosfera. Od tod se atmosferski plini razpršijo v prostor zaradi disipacije (premagovanja gravitacijskih sil s strani molekul). Nato sledi postopen prehod iz atmosfere v medplanetarni prostor. Eksosfera se od slednje razlikuje po prisotnosti velikega števila prostih elektronov, ki tvorijo 2. in 3. sevalni pas Zemlje.

Delitev ozračja na 4 plasti je zelo poljubna. Tako je glede na električne parametre celotna debelina atmosfere razdeljena na 2 plasti: nevtrosfero, v kateri prevladujejo nevtralni delci, in ionosfero. Glede na temperaturo ločimo troposfero, stratosfero, mezosfero in termosfero, ločene s tropopavzo, stratosfero in mezopavzo. Plast atmosfere, ki se nahaja med 15 in 70 km in je značilna visoka vsebnost ozon imenujemo ozonosfera.

Za praktične namene je priročno uporabiti mednarodno standardno atmosfero (MCA), za katero so sprejeti naslednji pogoji: tlak na morski gladini pri t° 15° je enak 1013 mbar (1,013 X 10 5 nm 2 ali 760 mm). Hg); temperatura se zniža za 6,5° na 1 km do ravni 11 km (pogojna stratosfera), nato pa ostane konstantna. V ZSSR je bila sprejeta standardna atmosfera GOST 4401 - 64 (tabela 3).

Padavine. Ker je večina atmosferske vodne pare koncentrirana v troposferi, se procesi faznih prehodov vode, ki povzročajo padavine, odvijajo predvsem v troposferi. Troposferski oblaki običajno pokrivajo približno 50% celotnega zemeljskega površja, medtem ko so oblaki v stratosferi (na nadmorski višini 20-30 km) in blizu mezopavze, imenovani biserni in noktilucentni, opaženi relativno redko. Zaradi kondenzacije vodne pare v troposferi nastanejo oblaki in padavine.

Glede na naravo padavin delimo padavine na 3 vrste: močne, hudourniške in rosne. Količina padavin je določena z debelino plasti padle vode v milimetrih; Padavine merimo z dežemeri in padavinomeri. Intenzivnost padavin je izražena v milimetrih na minuto.

Razporeditev padavin v posameznih letnih časih in dnevih ter po ozemlju je izrazito neenakomerna, kar je posledica atmosferskega kroženja in vpliva zemeljskega površja. Tako na Havajskih otokih pade v povprečju 12.000 mm na leto, v najbolj suhih območjih Peruja in Sahare pa padavine ne presežejo 250 mm in včasih ne padejo več let. V letni dinamiki padavin se razlikujejo naslednje vrste: ekvatorialni - z največjo količino padavin po spomladanskem in jesenskem enakonočju; tropsko - z največ padavinami poleti; monsunsko - z zelo izrazitim vrhom poleti in suho zimo; subtropsko - z največjo količino padavin pozimi in suhim poletjem; celinske zmerne širine - z največ padavinami poleti; morske zmerne širine - z največ padavinami pozimi.

Celoten atmosfersko-fizični kompleks podnebnih in meteoroloških dejavnikov, ki sestavljajo vreme, se pogosto uporablja za izboljšanje zdravja, utrjevanje in zdravilne namene(glej Klimatoterapija). Poleg tega je bilo ugotovljeno, da lahko ostra nihanja teh atmosferskih dejavnikov negativno vplivajo na fizioloških procesov v telesu, kar povzroča razvoj različnih patoloških stanj in poslabšanje bolezni, imenovanih meteotropne reakcije (glej Klimatopatologija). Pri tem so še posebej pomembni pogoste dolgotrajne atmosferske motnje in ostra nenadna nihanja meteoroloških dejavnikov.

Meteotropne reakcije so pogostejše pri ljudeh z boleznimi srčno-žilnega sistema, poliartritis, bronhialna astma, peptični ulkus, kožne bolezni.

Bibliografija: Belinsky V. A. in Pobiyaho V. A. Aerologija, L., 1962, bibliogr.; Biosfera in njeni viri, ur. V. A. Kovdy, M., 1971; Danilov A.D. Kemija ionosfere, Leningrad, 1967; Kolobkov N.V. Atmosfera in njeno življenje, M., 1968; Kalitin N.H. Osnove atmosferske fizike v uporabi v medicini, Leningrad, 1935; Matveev L. T. Osnove splošne meteorologije, Atmosferska fizika, Leningrad, 1965, bibliogr.; Minkh A. A. Ionizacija zraka in njen higienski pomen, M., 1963, bibliogr.; aka, Metode higienskih raziskav, M., 1971, bibliogr.; Tverskoy P.N. Tečaj meteorologije, L., 1962; Umansky S.P. Človek v vesolju, M., 1970; Khvostikov I. A. Visoke plasti atmosfere, Leningrad, 1964; X r g i a n A. X. Fizika atmosfere, L., 1969, bibliogr.; Khromov S.P. Meteorologija in klimatologija za geografske fakultete, Leningrad, 1968.

Vpliv visokega in nizkega krvnega tlaka na telo- Armstrong G. Letalska medicina, prev. iz angleščine, M., 1954, bibliogr.; Zaltsman G.L. Fiziološke osnove izpostavljenost človeka razmeram visokega plinskega tlaka, L., 1961, bibliogr.; Ivanov D. I. in Khromushkin A. I. Sistemi za vzdrževanje človekovega življenja med višinskimi in vesoljskimi leti, M., 1968, bibliogr.; Isakov P. K. et al Teorija in praksa letalske medicine, M., 1971, bibliogr.; Kovalenko E. A. in Chernyakov I. N. Kisik v tkivih pod ekstremnimi dejavniki letenja, M., 1972, bibliogr.; Miles S. Podvodna medicina, prev. iz angleščine, M., 1971, bibliogr.; Busby D. E. Vesoljska klinična medicina, Dordrecht, 1968.

I. N. Černjakov, M. T. Dmitrijev, S. I. Nepomnjaški.

Sestava ozračja. Zračni ovoj našega planeta - vzdušješčiti zemeljsko površino pred škodljivimi učinki ultravijoličnega sevanja Sonca na žive organizme. Zemljo ščiti tudi pred kozmičnimi delci – prahom in meteoriti.

Ozračje je sestavljeno iz mehanske mešanice plinov: 78 % njegove prostornine predstavlja dušik, 21 % kisik in manj kot 1 % helij, argon, kripton in drugi inertni plini. Količina kisika in dušika v zraku je praktično nespremenjena, ker se dušik skoraj ne veže z drugimi snovmi, kisik pa, čeprav je zelo aktiven in se porabi za dihanje, oksidacijo in zgorevanje, rastline nenehno dopolnjujejo.

Do nadmorske višine približno 100 km ostane odstotek teh plinov praktično nespremenjen. To je posledica dejstva, da se zrak nenehno meša.

Poleg omenjenih plinov vsebuje ozračje še približno 0,03 % ogljikovega dioksida, ki je običajno skoncentriran blizu zemeljskega površja in je razporejen neenakomerno: v mestih, industrijskih središčih in območjih vulkanskega delovanja se njegova količina poveča.

V ozračju je vedno določena količina nečistoč – vodne pare in prahu. Vsebnost vodne pare je odvisna od temperature zraka: višja kot je temperatura, več pare lahko zadrži zrak. Zaradi prisotnosti parne vode v zraku so možni atmosferski pojavi, kot so mavrice, lom sončne svetlobe itd.

Prah pride v ozračje ob vulkanskih izbruhih, peščenih in prašnih nevihtah, pri nepopolnem zgorevanju goriva v termoelektrarnah itd.

Struktura ozračja. Gostota atmosfere se spreminja z nadmorsko višino: največja je na zemeljskem površju, z dvigovanjem pa upada. Tako je na nadmorski višini 5,5 km gostota ozračja 2-kratna, na višini 11 km pa 4-krat manjša kot v površinski plasti.

Glede na gostoto, sestavo in lastnosti plinov delimo ozračje na pet koncentričnih plasti (slika 34).

riž. 34. Vertikalni prerez atmosfere (stratifikacija atmosfere)

1. Spodnja plast se imenuje troposfera. Njegova zgornja meja poteka na nadmorski višini 8-10 km na polih in 16-18 km na ekvatorju. Troposfera vsebuje do 80 % celotne mase ozračja in skoraj vso vodno paro.

Temperatura zraka v troposferi se z višino zniža za 0,6 °C na vsakih 100 m in na njeni zgornji meji znaša -45-55 °C.

Zrak v troposferi se nenehno meša in premika v različne smeri. Le tu so opazne megle, deževje, sneženje, nevihte, nevihte in drugi vremenski pojavi.

2. Nahaja se zgoraj stratosfera, ki sega do nadmorske višine 50-55 km. Gostota zraka in tlak v stratosferi sta zanemarljiva. Redek zrak je sestavljen iz enakih plinov kot v troposferi, vendar vsebuje več ozona. Najvišjo koncentracijo ozona opazimo na nadmorski višini 15-30 km. Temperatura v stratosferi narašča z nadmorsko višino in za Zgornja meja doseže 0 °C in več. To je zato, ker ozon absorbira kratkovalovno energijo sonca, zaradi česar se zrak segreje.

3. Leži nad stratosfero mezosfera, ki sega do nadmorske višine 80 km. Tam temperatura ponovno pade in doseže -90 °C. Gostota zraka je tam 200-krat manjša kot na površju Zemlje.

4. Nad mezosfero se nahaja termosfera(od 80 do 800 km). Temperatura v tej plasti se poveča: na višini 150 km do 220 °C; na nadmorski višini 600 km do 1500 °C. Atmosferski plini (dušik in kisik) so v ioniziranem stanju. Pod vplivom kratkovalovnega sončnega sevanja se posamezni elektroni ločijo od ovojnic atomov. Kot rezultat, v tej plasti - ionosfera pojavijo se plasti nabitih delcev. Njihov najgostejši sloj se nahaja na nadmorski višini 300-400 km. Zaradi majhne gostote se tam sončni žarki ne razpršijo, zato je nebo črno, na njem močno svetijo zvezde in planeti.

V ionosferi so polarni sij, močan električni tokovi, ki povzročajo motnje v zemeljskem magnetnem polju.

5. Nad 800 km je zunanja lupina - eksosfera. Hitrost gibanja posameznih delcev v eksosferi se približuje kritični - 11,2 mm/s, zato lahko posamezni delci premagajo gravitacijo in pobegnejo v vesolje.

Pomen atmosfere. Vloga ozračja v življenju našega planeta je izjemno velika. Brez nje bi bila Zemlja mrtva. Atmosfera ščiti zemeljsko površino pred ekstremnim segrevanjem in ohlajanjem. Njegov učinek lahko primerjamo z vlogo stekla v rastlinjakih: prepušča sončnim žarkom in preprečuje izgubo toplote.

Ozračje ščiti žive organizme pred kratkovalovnim in korpuskularnim sevanjem Sonca. Ozračje je okolje, kjer se pojavljajo vremenski pojavi, s katerimi je povezana vsa človekova dejavnost. Študija te lupine se izvaja na meteoroloških postajah. Podnevi in ​​ponoči, v vsakem vremenu, meteorologi spremljajo stanje spodnje plasti ozračja. Štirikrat na dan, na številnih postajah pa vsako uro merijo temperaturo, tlak, zračno vlago, beležijo oblačnost, smer in hitrost vetra, količino padavin, električne in zvočne pojave v ozračju. Meteorološke postaje so povsod: na Antarktiki in v vlažnem tropski gozdovi, na visokih gorah in ogromnih prostranstvih tundre. Opazovanja se izvajajo tudi na oceanih s posebej zgrajenih ladij.

Od 30. let prejšnjega stoletja. XX stoletje opazovanja so se začela v prosti atmosferi. Začeli so izstreljevati radiosonde, ki se dvignejo na višino 25-35 km in z radijsko opremo prenašajo podatke o temperaturi, tlaku, vlažnosti zraka in hitrosti vetra na Zemljo. Dandanes se pogosto uporabljajo tudi meteorološke rakete in sateliti. Slednji imajo televizijske instalacije, ki prenašajo slike zemeljskega površja in oblakov.

| |
5. Zračna lupina zemlje§ 31. Ogrevanje ozračja

Plinski ovoj, ki obdaja naš planet Zemljo, znan kot atmosfera, je sestavljen iz petih glavnih plasti. Te plasti izvirajo na površini planeta, od morske gladine (včasih pod njo) in se dvigajo v vesolje v naslednjem zaporedju:

• troposfera;
• stratosfera;
• Mezosfera;
• termosfera;
• Eksosfera.

Diagram glavnih plasti zemeljske atmosfere

Med vsako od teh petih glavnih plasti so prehodna območja, imenovana "pavze", kjer pride do sprememb v temperaturi, sestavi in ​​gostoti zraka. Zemljina atmosfera skupaj s premori vključuje skupno 9 plasti.

Troposfera: kjer se pojavi vreme

Od vseh plasti ozračja je troposfera tista, ki jo najbolj poznamo (če se zavedate ali ne), saj živimo na njenem dnu – površini planeta. Obdaja površino Zemlje in se razteza navzgor več kilometrov. Beseda troposfera pomeni "sprememba globusa". Zelo ustrezno ime, saj je v tej plasti naše vsakodnevno vreme.

Od površine planeta se troposfera dvigne na višino od 6 do 20 km. Spodnja tretjina plasti, ki je nam najbližja, vsebuje 50% vseh atmosferskih plinov. To je edini del celotne atmosfere, ki diha. Zaradi dejstva, da se zrak segreje od spodaj zemeljsko površje absorbira toplotno energijo sonca, temperatura in tlak troposfere padata z naraščajočo nadmorsko višino.

Na vrhu je tanka plast, imenovana tropopavza, ki je le tampon med troposfero in stratosfero.

Stratosfera: domovina ozona

Stratosfera je naslednja plast ozračja. Razteza se od 6-20 km do 50 km nad zemeljsko površino. To je sloj, v katerem leti večina komercialnih letal in balonov na vroč zrak.

Tu zrak ne teče gor in dol, ampak se giblje vzporedno s površino v zelo hitrih zračnih tokovih. Ko se dvignete, se temperatura poveča zaradi obilice naravno prisotnega ozona (O3), stranskega produkta sončnega sevanja in kisika, ki lahko absorbira sončne škodljive ultravijolične žarke (vsako povišanje temperature z nadmorsko višino je v meteorologiji znano kot "inverzija") .

Ker ima stratosfera toplejše temperature na dnu in nižje temperature na vrhu, je konvekcija (navpično gibanje zračnih mas) v tem delu ozračja redka. Pravzaprav si lahko nevihto, ki divja v troposferi, ogledate iz stratosfere, ker plast deluje kot konvekcijska kapa, ki preprečuje prodor nevihtnih oblakov.

Za stratosfero je spet tamponska plast, tokrat imenovana stratopavza.

Mezosfera: srednja atmosfera

Mezosfera se nahaja približno 50-80 km od zemeljske površine. Zgornja mezosfera je najhladnejše naravno mesto na Zemlji, kjer lahko temperature padejo pod -143°C.

Termosfera: zgornja atmosfera

Za mezosfero in mezopavzo pride termosfera, ki se nahaja med 80 in 700 km nad površjem planeta in vsebuje manj kot 0,01 % celotnega zraka v atmosferskem ovoju. Temperature tukaj dosegajo do +2000° C, vendar zaradi izredno redkega zraka in pomanjkanja molekul plina za prenos toplote te visoke temperature zaznavamo kot zelo nizke.

Eksosfera: meja med atmosfero in vesoljem

Na nadmorski višini približno 700-10.000 km nad zemeljsko površino je eksosfera - zunanji rob atmosfere, ki meji na vesolje. Tukaj vremenski sateliti krožijo okoli Zemlje.

Kaj pa ionosfera?

Ionosfera ni ločena plast, ampak se ta izraz dejansko uporablja za atmosfero med 60 in 1000 km nadmorske višine. Vključuje najvišje dele mezosfere, celotno termosfero in del eksosfere. Ionosfera je dobila svoje ime, ker je v tem delu atmosfere sončno sevanje ionizirano, ko prehaja skozi magnetna polja Pristane na in. Ta pojav opazujemo s tal kot severni sij.

STRUKTURA OZRAČJA

Vzdušje(iz starogrške ἀτμός - para in σφαῖρα - krogla) - plinska lupina (geosfera), ki obdaja planet Zemljo. Njegova notranja površina pokriva hidrosfero in delno zemeljska skorja, zunanja pa meji na prizemni del vesolja.

Fizične lastnosti

Debelina atmosfere je približno 120 km od zemeljske površine. Skupna masa zraka v ozračju je (5,1-5,3) 10 18 kg. Od tega je masa suhega zraka (5,1352 ± 0,0003) 10 18 kg, skupna masa vodne pare pa povprečno 1,27 10 16 kg.

Molska masa čistega suhega zraka je 28,966 g/mol, gostota zraka na površini morja pa približno 1,2 kg/m3. Tlak pri 0 °C na morski gladini je 101,325 kPa; kritična temperatura - −140,7 °C; kritični tlak - 3,7 MPa; C p pri 0 °C - 1,0048·10 3 J/(kg·K), C v - 0,7159·10 3 J/(kg·K) (pri 0 °C). Topnost zraka v vodi (masna) pri 0 °C - 0,0036 %, pri 25 °C - 0,0023 %.

Za »normalne pogoje« na zemeljskem površju so sprejeti naslednji: gostota 1,2 kg/m3, zračni tlak 101,35 kPa, temperatura plus 20 °C in relativna vlažnost 50 %. Ti pogojni kazalniki imajo izključno inženirski pomen.

Struktura ozračja

Atmosfera ima plastovito strukturo. Plasti ozračja se med seboj razlikujejo po temperaturi zraka, njegovi gostoti, količini vodne pare v zraku in drugih lastnostih.

Troposfera(starogrški τρόπος - "obrat", "sprememba" in σφαῖρα - "krogla") - spodnja, najbolj raziskana plast ozračja, visoka 8-10 km v polarnih regijah, do 10-12 km v zmernih širinah, na ekvatorju - 16-18 km.

Ko se dvigne v troposferi, se temperatura v povprečju zmanjša za 0,65 K na vsakih 100 m in doseže 180-220 K v zgornjem delu. To zgornjo plast troposfere, v kateri se zniževanje temperature z višino ustavi, imenujemo tropopavza. Naslednja plast ozračja, ki se nahaja nad troposfero, se imenuje stratosfera.

V troposferi je skoncentrirano več kot 80 % celotne mase atmosferskega zraka, močno sta razviti turbulenca in konvekcija, koncentriran je pretežni del vodne pare, nastajajo oblaki, nastajajo atmosferske fronte, razvijajo se cikloni in anticikloni ter drugi procesi. ki določajo vreme in podnebje. Procese, ki se dogajajo v troposferi, povzroča predvsem konvekcija.

Del troposfere, znotraj katerega je možen nastanek ledenikov na zemeljskem površju, se imenuje kionosfera.

Tropopavza(iz grščine τροπος - obrat, sprememba in παῦσις - zaustavitev, prenehanje) - plast atmosfere, v kateri se zniževanje temperature z višino ustavi; prehodna plast iz troposfere v stratosfero. V zemeljski atmosferi se tropopavza nahaja na nadmorski višini od 8-12 km (nad morsko gladino) v polarnih regijah in do 16-18 km nad ekvatorjem. Višina tropopavze je odvisna tudi od letnega časa (poleti se tropopavza nahaja višje kot pozimi) in ciklonske aktivnosti (v ciklonih je nižja, v anticiklonih pa višja).

Debelina tropopavze je od nekaj sto metrov do 2-3 kilometrov. V subtropih opazimo prekinitve tropopavze zaradi močnih curkov. Tropopavza nad določenimi območji je pogosto uničena in na novo oblikovana.

Stratosfera(iz latinščine stratum - pod, plast) - plast ozračja, ki se nahaja na nadmorski višini od 11 do 50 km. Zanj je značilna rahla sprememba temperature v plasti 11-25 km (spodnja plast stratosfere) in zvišanje temperature v plasti 25-40 km od -56,5 do 0,8 ° C (zgornja plast stratosfere ali območje inverzije) . Ko je na nadmorski višini približno 40 km dosegla vrednost približno 273 K (skoraj 0 °C), temperatura ostane konstantna do višine približno 55 km. To območje konstantne temperature imenujemo stratopavza in je meja med stratosfero in mezosfero. Gostota zraka v stratosferi je desetkrat in stokrat manjša kot na morski gladini.

V stratosferi se nahaja ozonski plašč ("ozonski plašč") (na nadmorski višini od 15-20 do 55-60 km), ki določa zgornjo mejo življenja v biosferi. Ozon (O 3) nastaja kot posledica fotokemičnih reakcij najintenzivneje na nadmorski višini ~30 km. Skupna masa O 3 bi bila pri normalen pritisk plast debeline 1,7-4,0 mm, vendar je to dovolj, da absorbira življenje uničujoče ultravijolično sevanje Sonca. Uničenje O 3 se pojavi pri interakciji s prostimi radikali, NO in spojinami, ki vsebujejo halogene (vključno s "freoni").

V stratosferi se večina kratkovalovnega dela ultravijoličnega sevanja (180-200 nm) zadrži in energija kratkih valov se transformira. Pod vplivom teh žarkov se spreminjajo magnetna polja, molekule razpadajo, prihaja do ionizacije, na novo nastajajo plini in druge kemične spojine. Te procese lahko opazujemo v obliki severnega sija, strele in drugih sijev.

V stratosferi in višjih plasteh pod vplivom sončnega sevanja molekule plina disociirajo na atome (nad 80 km disociirata CO 2 in H 2, nad 150 km - O 2, nad 300 km - N 2). Na nadmorski višini 200-500 km pride tudi do ionizacije plinov v ionosferi, na višini 320 km pa je koncentracija nabitih delcev (O + 2, O − 2, N + 2) ~ 1/300 od koncentracija nevtralnih delcev. V zgornjih plasteh atmosfere so prosti radikali - OH, HO 2 itd.

V stratosferi skoraj ni vodne pare.

Poleti v stratosfero so se začeli v tridesetih letih prejšnjega stoletja. Splošno znan je polet prvega stratosferskega balona (FNRS-1), ki sta ga 27. maja 1931 opravila Auguste Picard in Paul Kipfer na višino 16,2 km. Sodobna bojna in nadzvočna komercialna letala letijo v stratosferi na višinah običajno do 20 km (čeprav je lahko dinamična zgornja meja precej višja). Visokogorski vremenski baloni se dvignejo do 40 km; rekord za balon brez posadke je 51,8 km.

V zadnjem času so v vojaških krogih ZDA veliko pozornosti namenili razvoju plasti stratosfere nad 20 km, ki se pogosto imenujejo "predvesolje". « bližnji prostor» ). Predvideva se, da bodo lahko zračne ladje brez posadke in letala na sončni pogon (kot je NASA Pathfinder) dolgo časa ostala na nadmorski višini približno 30 km ter zagotavljala nadzor in komunikacijo na zelo velikih območjih, medtem ko bodo ostala nizko ranljiva za zračno obrambo. sistemi; Takšne naprave bodo večkrat cenejše od satelitov.

Stratopavza- plast ozračja, ki je meja med dvema plastema, stratosfero in mezosfero. V stratosferi temperatura narašča z naraščajočo nadmorsko višino, stratopavza pa je plast, kjer temperatura doseže svoj maksimum. Temperatura stratopavze je okoli 0 °C.

Ta pojav opazimo ne samo na Zemlji, ampak tudi na drugih planetih, ki imajo atmosfero.

Na Zemlji se stratopavza nahaja na nadmorski višini 50 - 55 km. Atmosferski tlak je približno 1/1000 tlaka morske gladine.

Mezosfera(iz grščine μεσο- - "sredina" in σφαῖρα - "krogla", "krogla") - plast ozračja na nadmorski višini od 40-50 do 80-90 km. Zanj je značilno povišanje temperature z nadmorsko višino; najvišja (približno +50 ° C) temperatura se nahaja na nadmorski višini približno 60 km, nato pa se temperatura začne zniževati na -70 ° ali -80 ° C. To znižanje temperature je povezano z močno absorpcijo sončnega sevanja (sevanja) z ozonom. Izraz je leta 1951 sprejela Geografska in geofizikalna zveza.

Plinska sestava mezosfere, tako kot sestava spodaj ležečih atmosferskih plasti, je stalna in vsebuje približno 80 % dušika in 20 % kisika.

Mezosfera je ločena od spodaj ležeče stratosfere s stratopavzo, od zgornje termosfere pa z mezopavzo. Mezopavza v bistvu sovpada s turbopavzo.

Meteorji začnejo žareti in v mezosferi praviloma popolnoma zgorejo.

V mezosferi se lahko pojavijo svetleči oblaki.

Za lete je mezosfera nekakšna "mrtva cona" - zrak je tukaj preveč redek, da bi podpiral letala ali balone (na višini 50 km je gostota zraka 1000-krat manjša kot na morski gladini), hkrati pa pregost za umetne lete satelitov v tako nizki orbiti. Neposredne študije mezosfere se izvajajo predvsem z uporabo suborbitalnih vremenskih raket; Na splošno je bila mezosfera manj raziskana kot druge plasti ozračja, zato so jo znanstveniki poimenovali »ignorosfera«.

Mezopavza

Mezopavza- plast ozračja, ki ločuje mezosfero in termosfero. Na Zemlji se nahaja na nadmorski višini 80-90 km. V mezopavzi je temperaturni minimum, ki je okoli –100 °C. Nižje (od nadmorske višine okoli 50 km) temperatura z višino pada, višje (do nadmorske višine okoli 400 km) pa spet narašča. Mezopavza sovpada s spodnjo mejo območja aktivne absorpcije rentgenskega in kratkovalovnega ultravijoličnega sevanja Sonca. Na tej višini opazimo svetleče oblake.

Mezopavza se ne pojavi le na Zemlji, ampak tudi na drugih planetih, ki imajo atmosfero.

Linija Karman- nadmorska višina, ki je običajno sprejeta kot meja med zemeljsko atmosfero in vesoljem.

Po definiciji Fédération Aéronautique Internationale (FAI) se Karmanova linija nahaja na nadmorski višini 100 km.

Višina je dobila ime po Theodoru von Karmanu, ameriškem znanstveniku madžarskega porekla. Bil je prvi, ki je ugotovil, da se na približno tej višini atmosfera tako redči, da aeronavtika postane nemogoča, saj hitrost letala, potrebna za ustvarjanje zadostnega vzgona, postane večja od prve kozmične hitrosti, zato je za doseganje večjih višin potrebno uporabljati astronavtiko.

Zemljina atmosfera se nadaljuje preko Karmanove črte. Zunanji del zemeljske atmosfere, eksosfera, se razprostira do nadmorske višine 10 tisoč km ali več; na tej višini je atmosfera sestavljena predvsem iz atomov vodika, ki lahko zapustijo atmosfero.

Doseganje Karmanove črte je bil prvi pogoj za prejem Ansari X Prize, saj je to osnova za priznanje poleta kot poleta v vesolje.

Nastanek ozračja. Danes je Zemljina atmosfera mešanica plinov – 78 % dušika, 21 % kisika in majhne količine drugih plinov, kot je ogljikov dioksid. Toda ko se je planet prvič pojavil, v atmosferi ni bilo kisika - sestavljeno je bilo iz plinov, ki so prvotno obstajali v sončnem sistemu.

Zemlja je nastala, ko so majhna kamnita telesa iz prahu in plina iz sončne meglice, znana kot planetoidi, trčila med seboj in postopoma prevzela obliko planeta. Ko je rasel, so plini v planetoidih izbruhnili in ovili svet. Čez nekaj časa so prve rastline začele sproščati kisik in prvotno ozračje se je razvilo v sedanji gost zračni ovoj.

Izvor ozračja

1. Na nastajajočo Zemljo je pred 4,6 milijarde let padel dež majhnih planetoidov. Plini iz sončne meglice, ujete v planetu, so med trkom izbruhnili in oblikovali Zemljino primitivno atmosfero, sestavljeno iz dušika, ogljikovega dioksida in vodne pare.
2. Toploto, ki se sprošča ob nastanku planeta, zadržuje plast gostih oblakov v prvobitni atmosferi. »Toplogredni plini«, kot sta ogljikov dioksid in vodna para, ustavijo sevanje toplote v vesolje. Površje Zemlje je preplavljeno z kipečim morjem staljene magme.
3. Ko so trki planetoidov postali manj pogosti, se je Zemlja začela ohlajati in pojavili so se oceani. Iz gostih oblakov se kondenzira vodna para in večeonski dež postopoma poplavi nižine. Tako se pojavijo prva morja.
4. Zrak se prečisti, ko vodna para kondenzira in tvori oceane. Sčasoma se v njih raztopi ogljikov dioksid in v ozračju zdaj prevladuje dušik. Zaradi pomanjkanja kisika se zaščitna ozonska plast ne tvori, ultravijolični sončni žarki nemoteno dosežejo zemeljsko površje.
5. Življenje se pojavi v starodavnih oceanih v prvi milijardi let. Najenostavnejše modrozelene alge so zaščitene pred ultravijoličnim sevanjem morska voda. Za proizvodnjo energije uporabljajo sončno svetlobo in ogljikov dioksid, pri čemer kot stranski produkt sproščajo kisik, ki se postopoma začne kopičiti v ozračju.
6. Milijarde let pozneje nastane atmosfera, bogata s kisikom. Fotokemične reakcije v zgornji atmosferi ustvarijo tanko plast ozona, ki razprši škodljivo ultravijolično svetlobo. Življenje se zdaj lahko pojavi iz oceanov na kopno, kjer evolucija proizvede veliko kompleksnih organizmov.

Pred milijardami let je debela plast primitivnih alg začela sproščati kisik v ozračje. Do danes so preživeli v obliki fosilov, imenovanih stromatoliti.

Vulkanski izvor

1. Starodavna Zemlja brez zraka. 2. Izbruh plinov.

Po tej teoriji naj bi na površju mladega planeta Zemlja aktivno izbruhali vulkani. Zgodnje ozračje je verjetno nastalo, ko so plini, ujeti v silicijevo lupino planeta, pobegnili skozi vulkane.