Struktura atmosféry. Zemská atmosféra 9. nejhustší vrstva atmosféry
Prostor je naplněn energií. Energie vyplňuje prostor nerovnoměrně.
Jsou zde místa jeho koncentrace a vypouštění. Tímto způsobem můžete odhadnout hustotu.
Planeta je uspořádaný systém s maximální hustotou hmoty ve středu a postupným poklesem koncentrace směrem k periferii. Interakční síly určují stav hmoty, formu, ve které existuje. Fyzika popisuje agregovaný stav látek: pevná látka, kapalina, plyn a tak dále.
Atmosféra je plynné prostředí obklopující planetu.
Atmosféra Země umožňuje volný pohyb a umožňuje průchod světla, čímž vzniká prostor, ve kterém se daří životu.
Další vrstva atmosféry se nazývá mezosféra. Limity od přibližně 50 km do 85 km.
V mezosféře je koncentrace ozónu, který by mohl zachytit UV energii, nízká, takže teplota opět začíná s výškou klesat. V bodě vrcholu teplota klesá na -90 C, některé zdroje uvádějí hodnotu -130 C. Většina meteoroidů shoří v této vrstvě atmosféry.
Vrstva atmosféry, táhnoucí se od výšky 85 km do vzdálenosti 600 km od Země, se nazývá termosféra.
Termosféra se jako první setkává se slunečním zářením, včetně takzvaného vakuového ultrafialového.
Vakuové UV je zadržováno vzduchem, čímž se tato vrstva atmosféry zahřívá na obrovské teploty.
Jelikož je zde ale extrémně nízký tlak, nemá tento zdánlivě horký plyn na předměty takový účinek jako za podmínek na povrchu země. Předměty umístěné v takovém prostředí se naopak ochladí.
Ve výšce 100 km prochází konvenční linie „Karmanova linie“, která je považována za počátek vesmíru.
Polární záře se vyskytují v termosféře. V této vrstvě atmosféry sluneční vítr interaguje s magnetickým polem planety.
Poslední vrstvou atmosféry je exosféra, vnější obal, který sahá tisíce kilometrů.
Exosféra je prakticky prázdné místo, nicméně počet atomů, které se zde potulují, je řádově větší než v meziplanetárním prostoru.
Znalosti o předmětu konverzace dostávají lidé již v 6. třídě ve škole, někteří však studium ještě nedokončili a někteří už tam byli tak dávno, že už vše zapomněli. Přesto by každý vzdělaný člověk měl vědět, z čeho se skládá svět kolem něj, zejména ta jeho část, na které přímo závisí samotná možnost jeho normálního života.
Jak se jmenuje každá vrstva atmosféry, v jaké výšce se nachází a jakou roli hraje? Všechny tyto otázky budou diskutovány níže.
Struktura zemské atmosféry
Při pohledu na oblohu, zvláště když je zcela bez mráčku, je velmi obtížné si vůbec představit, že má tak složitou a mnohovrstevnou strukturu, že teplota tam v různých nadmořských výškách je velmi odlišná a že je tam, ve výšce , že nejdůležitější procesy probíhají pro veškerou flóru a faunu na Zemi.
Nebýt tak složitého složení plynového krytu planety, pak by zde prostě nebyl život a dokonce ani možnost jeho vzniku.
První pokusy o studium této části okolního světa učinili již staří Řekové, ale ve svých závěrech nemohli zajít příliš daleko, protože neměli potřebnou technickou základnu. Neviděli hranice různých vrstev, nemohli měřit jejich teplotu, zkoumat jejich složení složek atd.
V podstatě pouze jevy počasí přiměly ty nejprogresivnější mysli k tomu, aby si mysleli, že viditelná obloha není tak jednoduchá, jak se zdá.
Předpokládá se, že struktura moderního plynového obalu kolem Země byla vytvořena ve třech fázích. Nejprve to byla prvotní atmosféra vodíku a helia zachycená z vesmíru.
Pak sopečné erupce naplnily vzduch masou dalších částic a vznikla sekundární atmosféra. Po projití všech základních chemických reakcí a procesů relaxace částic nastala současná situace.
Vrstvy atmosféry v pořadí od povrchu Země a jejich charakteristiky
Struktura plynového obalu planety je poměrně složitá a různorodá. Podívejme se na to podrobněji, postupně se dostáváme do nejvyšších pater.
Troposféra
Kromě mezní vrstvy je troposféra nejnižší vrstvou atmosféry. Sahá do výšky přibližně 8-10 km nad zemským povrchem v polárních oblastech, 10-12 km v mírném podnebí a 16-18 km v tropických částech.
Zajímavý fakt: tato vzdálenost se může lišit v závislosti na ročním období – v zimě je o něco menší než v létě.
Vzduch troposféry obsahuje hlavní životodárnou sílu pro veškerý život na Zemi. Obsahuje asi 80 % veškerého dostupného atmosférického vzduchu, více než 90 % vodní páry a právě zde vznikají mraky, cyklóny a další atmosférické jevy.
Je zajímavé si všimnout postupného poklesu teploty, jak stoupáte z povrchu planety. Vědci vypočítali, že na každých 100 m nadmořské výšky se teplota sníží asi o 0,6-0,7 stupně.
Stratosféra
Další nejdůležitější vrstvou je stratosféra. Výška stratosféry je přibližně 45-50 kilometrů. Začíná se na 11 km a zde již panují záporné teploty, které dosahují až -57°C.
Proč je tato vrstva důležitá pro člověka, všechna zvířata a rostliny? Právě zde, ve výšce 20-25 kilometrů, se nachází ozonová vrstva – zachycuje ultrafialové paprsky vycházející ze slunce a snižuje jejich destruktivní vliv na flóru a faunu na přijatelnou míru.
Je velmi zajímavé poznamenat, že stratosféra pohlcuje mnoho druhů záření, které na Zemi přichází ze Slunce, jiných hvězd a vesmíru. Energie přijatá z těchto částic se využívá k ionizaci molekul a atomů zde umístěných a objevují se různé chemické sloučeniny.
To vše vede k tak slavnému a barevnému fenoménu, jakým je polární záře.
Mezosféra
Mezosféra začíná asi na 50 a sahá do 90 kilometrů. Gradient neboli teplotní rozdíl se změnami nadmořské výšky zde již není tak velký jako ve spodních vrstvách. Na horních hranicích této slupky je teplota asi -80 °C. Složení této oblasti zahrnuje přibližně 80 % dusíku a 20 % kyslíku.
Je důležité si uvědomit, že mezosféra je jakousi mrtvou zónou pro jakákoli létající zařízení. Letadla zde nemohou létat, protože vzduch je příliš řídký, a satelity nemohou létat v tak nízké výšce, protože hustota vzduchu, která je pro ně k dispozici, je velmi vysoká.
Další zajímavou charakteristikou mezosféry je Zde shoří meteority, které zasáhly planetu. Studium takových vrstev vzdálených od Země se provádí pomocí speciálních raket, ale účinnost procesu je nízká, takže znalost regionu ponechává mnoho přání.
Termosféra
Ihned poté, co přichází uvažovaná vrstva termosféra, jejíž nadmořská výška v kilometrech dosahuje až 800 km. Svým způsobem je to skoro jako vesmír. Zde dochází k agresivnímu dopadu kosmického záření, záření, slunečního záření.
To vše dává vzniknout tak nádhernému a krásnému úkazu, jakým je polární záře.
Nejspodnější vrstva termosféry se zahřívá na teploty přibližně 200 K nebo více. Děje se tak v důsledku elementárních procesů mezi atomy a molekulami, jejich rekombinací a zářením.
Horní vrstvy jsou zahřívány v důsledku magnetických bouří, které se zde vyskytují, a vznikajících elektrických proudů. Teplota vrstvy je nerovnoměrná a může velmi výrazně kolísat.
Většina umělých družic, balistických těles, stanic s posádkou atd. létá v termosféře.
Provádějí se zde také odpalovací zkoušky různých typů zbraní a raket.
Exosféra Exosféra, nebo jak se také nazývá rozptylová koule, je nejvyšší úrovní naší atmosféry, její hranice, následovaná meziplanetárním vesmírem.
Exosféra začíná ve výšce přibližně 800-1000 kilometrů.
Husté vrstvy jsou ponechány a vzduch je zde extrémně řídký, veškeré částice padající zvenčí jsou jednoduše odneseny do vesmíru díky velmi slabému účinku gravitace. Tato skořápka končí ve výšce přibližně 3000-3500 km
, a již zde nejsou téměř žádné částice. Tato zóna se nazývá vakuum blízkého vesmíru. To, co zde převládá, nejsou jednotlivé částice v normálním stavu, ale plazma, nejčastěji zcela ionizovaná.
Význam atmosféry v životě Země
Tak vypadají všechny hlavní úrovně atmosféry naší planety. Jeho podrobné schéma může zahrnovat další regiony, ale ty jsou druhořadé. Je důležité si to uvědomit Atmosféra hraje rozhodující roli pro život na Zemi.
Mnoho ozónu v jeho stratosféře umožňuje flóře a fauně uniknout před smrtícími účinky radiace a radiace z vesmíru.
Zde se také tvoří počasí, dochází ke všem atmosférickým jevům, vznikají a zanikají cyklóny a větry a ustavuje se ten či onen tlak. To vše má přímý dopad na stav člověka, všech živých organismů a rostlin.
Nejbližší vrstva, troposféra, nám dává možnost dýchat, saturuje vše živé kyslíkem a umožňuje jim žít. I malé odchylky ve struktuře a složení atmosféry mohou mít nejškodlivější vliv na všechno živé.
Proto se nyní rozjela taková kampaň proti škodlivým emisím z aut a výroby, ekologové bijí na poplach nad tloušťkou ozonové vrstvy, Strana zelených a jí podobní prosazují maximální ochranu přírody. Jedině tak lze prodloužit normální život na zemi a neudělat ho klimaticky neúnosným.
Proto se nyní rozjela taková kampaň proti škodlivým emisím z aut a výroby, ekologové bijí na poplach nad tloušťkou ozonové vrstvy, Strana zelených a jí podobní prosazují maximální ochranu přírody. Jedině tak lze prodloužit normální život na zemi a neudělat ho klimaticky neúnosným., vrstvy atmosféry od 50 km a výše, bez poruch způsobených počasím. Zahrnuje MEZOSFÉRU, TERMOSFÉRU A IONOSFÉRU. V této výšce je vzduch řídký, teplota se pohybuje od -1100 °C v nízkých hladinách do 250°-1500 °C ve vyšších hladinách. Chování horních vrstev atmosféry je silně ovlivněno mimozemskými jevy, jako je sluneční a VESMÍRNÉ ZÁŘENÍ, pod jejichž vlivem dochází k ionizaci molekul atmosférického plynu a vzniká ionosféra, a také atmosférické proudění způsobující turbulence.
Vědeckotechnický encyklopedický slovník.
Podívejte se, co je „HORNÍ VRSTVY ATMOSFÉRY“ v jiných slovnících:
- (viz Atmosféra, Vzduch) se měří barometrem a hypsothermometrem (viz). Jak stoupáte ze zemského povrchu, D. klesá; ale v každém daném případě může být míra snížení tlaku různá a závisí na... ... Encyklopedický slovník F.A. Brockhaus a I.A. Efron
Horní vrstvy zemské atmosféry v rozmezí 50 až 80 km se vyznačují značným obsahem iontů a volných elektronů. Zvýšená ionizace vzduchu v Indii je výsledkem působení ultrafialového a rentgenového záření ze Slunce na molekuly... ... Astronomický slovník
Plynný obal obklopující nebeské těleso. Jeho vlastnosti závisí na velikosti, hmotnosti, teplotě, rychlosti rotace a chemickém složení daného nebeského tělesa a jsou také určeny historií jeho vzniku od okamžiku jeho vzniku.... ... Collierova encyklopedie
Země- (Země) Planeta Země Stavba Země, vývoj života na Zemi, flóra a fauna, Země ve sluneční soustavě Obsah Obsah Část 1. Obecné informace o planetě Zemi. Sekce 2. Země jako planeta. Sekce 3. Struktura Země. Oddíl 4....... Encyklopedie investorů
Struktura mraků v atmosféře Venuše, vyfotografována sondou Pioneer Venera 1 v roce 1979. Charakteristická oblaka ve tvaru V jsou způsobena silnými větry v blízkosti rovníku ... Wikipedia
Slunce a nebeská tělesa, která kolem něj obíhají, je 9 planet, více než 63 satelitů, čtyři prstencové systémy obřích planet, desítky tisíc asteroidů, nesčetné množství meteoroidů o velikosti od balvanů po prachová zrna, stejně jako miliony komety. V…… Collierova encyklopedie
I Atmosféra Země (z řeckého atmos pára a sphaira ball), plynný obal obklopující Zemi. Za A. je obecně považována oblast kolem Země, ve které plynné prostředí rotuje společně se Zemí jako jeden celek. Hmotnost A. je asi 5,15 1015... ...
- (z řeckého atmos - pára a sphaira - koule), plynový obal obklopující Zemi. Za A. je obecně považována oblast kolem Země, ve které plynné prostředí rotuje společně se Zemí jako jeden celek. Hmotnost A. je asi 5,15 1015 tun poskytuje... ... Velká sovětská encyklopedie
Tento termín má jiné významy, viz Psi ve vesmíru (významy) ... Wikipedie
Tento termín má jiné významy, viz Vítr (významy). Větrný rukáv je nejjednodušší zařízení pro určování rychlosti a směru větru, používané na letištích ... Wikipedia
knihy
- Píseň písku, Vasilij Voronkov. Města, která katastrofu přežila, byla po stovky let obklopena mrtvým pískem. Kvůli silné radiaci musí lodě stoupat do horních vrstev atmosféry, aby překonaly předěl města...
Tloušťka atmosféry je přibližně 120 km od povrchu Země. Celková hmotnost vzduchu v atmosféře je (5,1-5,3) 10 18 kg. Z toho hmotnost suchého vzduchu je 5,1352 ±0,0003 10 18 kg, celková hmotnost vodní páry je v průměru 1,27 10 16 kg.
Tropopauza
Přechodová vrstva z troposféry do stratosféry, vrstva atmosféry, ve které se pokles teploty s výškou zastavuje.
Stratosféra
Vrstva atmosféry nacházející se ve výšce 11 až 50 km. Charakterizovaná mírnou změnou teploty ve vrstvě 11-25 km (spodní vrstva stratosféry) a zvýšením teploty ve vrstvě 25-40 km z −56,5 na 0,8 ° (horní vrstva stratosféry nebo inverzní oblast). Po dosažení hodnoty asi 273 K (téměř 0 °C) ve výšce asi 40 km zůstává teplota konstantní až do výšky asi 55 km. Tato oblast konstantní teploty se nazývá stratopauza a je hranicí mezi stratosférou a mezosférou.
Stratopauza
Hraniční vrstva atmosféry mezi stratosférou a mezosférou. Ve vertikálním rozložení teplot je maximum (asi 0 °C).
Mezosféra
Zemská atmosféra
Hranice zemské atmosféry
Termosféra
Horní hranice je asi 800 km. Teplota stoupá do nadmořských výšek 200-300 km, kde dosahuje hodnot řádově 1500 K, poté zůstává do vysokých nadmořských výšek téměř konstantní. Pod vlivem ultrafialového a rentgenového slunečního záření a kosmického záření dochází k ionizaci vzduchu („polární záře“) - hlavní oblasti ionosféry leží uvnitř termosféry. Ve výškách nad 300 km převažuje atomární kyslík. Horní hranice termosféry je do značné míry určena aktuální aktivitou Slunce. V obdobích nízké aktivity – např. v letech 2008-2009 – je patrný úbytek velikosti této vrstvy.
Termopauza
Oblast atmosféry sousedící s termosférou. V této oblasti je absorpce slunečního záření zanedbatelná a teplota se ve skutečnosti s nadmořskou výškou nemění.
Exosféra (rozptylovací koule)
Až do výšky 100 km je atmosféra homogenní, dobře promíchaná směs plynů. Ve vyšších vrstvách je rozložení plynů podle výšky závislé na jejich molekulových hmotnostech, koncentrace těžších plynů klesá rychleji se vzdáleností od zemského povrchu. V důsledku poklesu hustoty plynu klesá teplota z 0 °C ve stratosféře na −110 °C v mezosféře. Kinetická energie jednotlivých částic však ve výškách 200-250 km odpovídá teplotě ~150 °C. Nad 200 km jsou pozorovány výrazné kolísání teploty a hustoty plynu v čase a prostoru.
Ve výšce asi 2000-3500 km se exosféra postupně mění v tzv. v blízkosti vesmírného vakua, která je naplněna vysoce zředěnými částicemi meziplanetárního plynu, především atomy vodíku. Tento plyn však představuje pouze část meziplanetární hmoty. Druhou část tvoří prachové částice kometárního a meteorického původu. Kromě extrémně řídkých prachových částic do tohoto prostoru proniká elektromagnetické a korpuskulární záření slunečního a galaktického původu.
Troposféra představuje asi 80 % hmotnosti atmosféry, stratosféra - asi 20 %; hmotnost mezosféry není větší než 0,3 %, termosféra je menší než 0,05 % celkové hmotnosti atmosféry. Na základě elektrických vlastností v atmosféře se rozlišuje neutronosféra a ionosféra. V současnosti se předpokládá, že atmosféra sahá do výšky 2000-3000 km.
V závislosti na složení plynu v atmosféře emitují homosféra A heterosféra. Heterosféra- Toto je oblast, kde gravitace ovlivňuje separaci plynů, protože jejich smíchání v takové výšce je zanedbatelné. To znamená proměnlivé složení heterosféry. Pod ním leží dobře promíchaná, homogenní část atmosféry, zvaná homosféra. Hranice mezi těmito vrstvami se nazývá turbopauza, leží ve výšce kolem 120 km.
Fyziologické a další vlastnosti atmosféry
Již ve výšce 5 km nad mořem začíná netrénovaný člověk pociťovat hladovění kyslíkem a bez adaptace se jeho výkonnost výrazně snižuje. Fyziologická zóna atmosféry zde končí. Lidské dýchání je nemožné ve výšce 9 km, ačkoli přibližně do 115 km atmosféra obsahuje kyslík.
Atmosféra nám dodává kyslík nezbytný k dýchání. Nicméně vzhledem k poklesu celkového tlaku v atmosféře, jak stoupáte do výšky, parciální tlak kyslíku se odpovídajícím způsobem snižuje.
V řídkých vrstvách vzduchu je šíření zvuku nemožné. Do výšek 60-90 km je stále možné využít odporu vzduchu a vztlaku pro řízený aerodynamický let. Počínaje výškami 100-130 km však pojmy čísla M a zvuková bariéra, známé každému pilotovi, ztrácejí svůj význam: prochází konvenční čára Karman, za níž začíná oblast čistě balistického letu, která může ovládat pomocí reaktivních sil.
Ve výškách nad 100 km je atmosféra ochuzena o další pozoruhodnou vlastnost - schopnost absorbovat, vést a přenášet tepelnou energii konvekcí (tedy míšením vzduchu). To znamená, že různé prvky zařízení na orbitální vesmírné stanici nebude možné chladit zvenčí tak, jak se to obvykle dělá v letadle – pomocí vzduchových trysek a vzduchových radiátorů. V této výšce, stejně jako ve vesmíru obecně, je jediným způsobem přenosu tepla tepelné záření.
Historie vzniku atmosféry
Podle nejběžnější teorie měla zemská atmosféra v průběhu času tři různá složení. Zpočátku se skládal z lehkých plynů (vodík a helium) zachycených z meziplanetárního prostoru. Jedná se o tzv primární atmosféra(asi před čtyřmi miliardami let). V další fázi vedla aktivní sopečná činnost k nasycení atmosféry jinými plyny než vodíkem (oxid uhličitý, čpavek, vodní pára). Takhle to vzniklo sekundární atmosféra(asi tři miliardy let před dneškem). Tato atmosféra byla obnovující. Dále byl proces tvorby atmosféry určen následujícími faktory:
- únik lehkých plynů (vodík a helium) do meziplanetárního prostoru;
- chemické reakce probíhající v atmosféře pod vlivem ultrafialového záření, výbojů blesku a některých dalších faktorů.
Postupně tyto faktory vedly ke vzniku terciární atmosféra, vyznačující se mnohem nižším obsahem vodíku a mnohem vyšším obsahem dusíku a oxidu uhličitého (vzniká jako výsledek chemických reakcí z amoniaku a uhlovodíků).
Dusík
Vznik velkého množství dusíku N2 je způsoben oxidací amoniakovo-vodíkové atmosféry molekulárním kyslíkem O2, který začal přicházet z povrchu planety v důsledku fotosyntézy, která začala před 3 miliardami let. Dusík N2 se také uvolňuje do atmosféry v důsledku denitrifikace dusičnanů a dalších sloučenin obsahujících dusík. Dusík je oxidován ozonem na NO v horních vrstvách atmosféry.
Dusík N 2 reaguje pouze za specifických podmínek (například při výboji blesku). Oxidace molekulárního dusíku ozonem při elektrických výbojích se v malém množství využívá při průmyslové výrobě dusíkatých hnojiv. Sinice (modrozelené řasy) a nodulové bakterie tvořící rhizobiální symbiózu s nahosemennými rostlinami, tzv., jej dokážou s nízkou spotřebou energie oxidovat a přeměnit na biologicky aktivní formu. zelené hnojení.
Kyslík
Složení atmosféry se začalo radikálně měnit s výskytem živých organismů na Zemi, v důsledku fotosyntézy, doprovázené uvolňováním kyslíku a absorpcí oxidu uhličitého. Zpočátku byl kyslík vynakládán na oxidaci redukovaných sloučenin – čpavku, uhlovodíků, železité formy železa obsaženého v oceánech atd. Na konci této etapy se obsah kyslíku v atmosféře začal zvyšovat. Postupně se vytvořila moderní atmosféra s oxidačními vlastnostmi. Protože to způsobilo vážné a náhlé změny v mnoha procesech probíhajících v atmosféře, litosféře a biosféře, byla tato událost nazývána kyslíkovou katastrofou.
Vzácné plyny
Znečištění ovzduší
V poslední době lidé začali ovlivňovat vývoj atmosféry. Výsledkem jeho činnosti bylo neustálé výrazné zvyšování obsahu oxidu uhličitého v atmosféře v důsledku spalování uhlovodíkových paliv nashromážděných v předchozích geologických érách. Obrovské množství CO 2 je spotřebováno během fotosyntézy a absorbováno světovými oceány. Tento plyn se do atmosféry dostává v důsledku rozkladu uhličitanových hornin a organických látek rostlinného a živočišného původu, dále v důsledku vulkanismu a lidské průmyslové činnosti. Za posledních 100 let se obsah CO 2 v atmosféře zvýšil o 10 %, přičemž většina (360 miliard tun) pochází ze spalování paliva. Pokud bude tempo růstu spalování paliva pokračovat, pak se v příštích 200-300 letech množství CO 2 v atmosféře zdvojnásobí a mohlo by vést ke globální změně klimatu.
Spalování paliva je hlavním zdrojem znečišťujících plynů (CO, SO2). Oxid siřičitý je oxidován vzdušným kyslíkem na SO 3 v horních vrstvách atmosféry, který následně interaguje s vodou a parami amoniaku a výslednou kyselinou sírovou (H 2 SO 4) a síranem amonným ((NH 4) 2 SO 4 ) se vracejí na povrch Země v podobě tzv. kyselý déšť. Používání spalovacích motorů vede k výraznému znečištění atmosféry oxidy dusíku, uhlovodíky a sloučeninami olova (tetraetylolovo Pb(CH 3 CH 2) 4)).
Aerosolové znečištění atmosféry je způsobeno jak přírodními příčinami (výbuchy sopek, prachové bouře, strhávání kapek mořské vody a rostlinného pylu atd.), tak ekonomickými aktivitami člověka (těžba rud a stavebních materiálů, spalování paliva, výroba cementu atd.). ). Intenzivní rozsáhlé uvolňování pevných částic do atmosféry je jednou z možných příčin klimatických změn na planetě.
Viz také
- Jacchia (model atmosféry)
Poznámky
Odkazy
Literatura
- V. V. Parin, F. P. Kosmolinský, B. A. Duškov„Vesmírná biologie a medicína“ (2. vydání, přepracované a rozšířené), M.: „Prosveshcheniye“, 1975, 223 stran.
- N. V. Gusáková"Environmentální chemie", Rostov na Donu: Phoenix, 2004, 192 s ISBN 5-222-05386-5
- Sokolov V.A. Geochemie zemních plynů, M., 1971;
- McEwen M., Phillips L. Atmospheric Chemistry, M., 1978;
- Wark K., Warner S. Znečištění ovzduší. Zdroje a ovládání, přel. z angličtiny, M.. 1980;
- Monitorování znečištění pozadí přírodního prostředí. PROTI. 1, L., 1982.
Země | ||
---|---|---|
Historie Země | Stáří Země Geologické dějiny Země Geochronologické měřítko Historie života na Zemi Zalednění Země Paradox slabého mladého Slunce Teorie obřího dopadu Chronologie evoluce | |
Zeměpis a geologie |
Austrálie Asie Antarktida Afrika Evropa Severní Amerika Jižní Amerika Atlantský oceán Indický oceán Severní ledový oceán Tichý oceán Jižní oceán Atmosféra |
Encyklopedický YouTube
1 / 5
✪ Vesmírná loď Země (14. díl) – Atmosféra
✪ Proč nebyla atmosféra vtažena do vesmírného vakua?
✪ Vstup kosmické lodi Sojuz TMA-8 do zemské atmosféry
✪ Struktura atmosféry, význam, studium
✪ O. S. Ugolnikov "Horní atmosféra. Setkání Země a vesmíru"
titulky
Atmosférická hranice
Atmosféra je považována za oblast kolem Země, ve které plynné médium rotuje společně se Zemí jako jeden celek. Atmosféra přechází do meziplanetárního prostoru postupně, v exosféře, počínaje ve výšce 500-1000 km od povrchu Země.
Podle definice navržené Mezinárodní leteckou federací je hranice atmosféry a vesmíru vedena podél linie Karman, která se nachází ve výšce asi 100 km, nad níž se lety letectví stávají zcela nemožnými. NASA používá značku 122 kilometrů (400 000 stop) jako atmosférický limit, kde se raketoplány přepínají z poháněného manévrování na aerodynamické manévrování.
Fyzikální vlastnosti
Kromě plynů uvedených v tabulce obsahuje atmosféra Cl 2 (\displaystyle (\ce (Cl2))) , SO 2 (\displaystyle (\ce (SO2))) , NH 3 (\displaystyle (\ce (NH3))) , CO (\displaystyle ((\ce (CO)))) , O 3 (\displaystyle ((\ce (O3)))) , NE 2 (\displaystyle (\ce (NO2))), uhlovodíky, HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , HI (\displaystyle ((\ce (HI)))), páry Hg (\displaystyle (\ce (Hg))) , I 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br 2 (\displaystyle (\ce (Br2))), stejně jako mnoho dalších plynů v malých množstvích. Troposféra neustále obsahuje velké množství suspendovaných pevných a kapalných částic (aerosol). Nejvzácnější plyn v zemské atmosféře je Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .
Struktura atmosféry
Mezní vrstva atmosféry
Spodní vrstva troposféry (tloušťka 1-2 km), ve které stav a vlastnosti zemského povrchu přímo ovlivňují dynamiku atmosféry.
Troposféra
Jeho horní hranice je ve výšce 8-10 km v polárních, 10-12 km v mírných a 16-18 km v tropických šířkách; v zimě nižší než v létě.
Spodní, hlavní vrstva atmosféry obsahuje více než 80 % celkové hmotnosti atmosférického vzduchu a asi 90 % celkové vodní páry přítomné v atmosféře. Turbulence a konvekce jsou v troposféře vysoce rozvinuté, vznikají oblačnost a vznikají cyklóny a anticyklóny. Teplota klesá s rostoucí nadmořskou výškou s průměrným vertikálním gradientem 0,65°/100 metrů.
Tropopauza
Přechodová vrstva z troposféry do stratosféry, vrstva atmosféry, ve které se pokles teploty s výškou zastavuje.
Stratosféra
Vrstva atmosféry nacházející se ve výšce 11 až 50 km. Charakterizovaná mírnou změnou teploty ve vrstvě 11-25 km (spodní vrstva stratosféry) a nárůstem ve vrstvě 25-40 km z minus 56,5 na plus 0,8 °C (horní vrstva stratosféry nebo inverzní oblast). Po dosažení hodnoty asi 273 K (téměř 0 °C) ve výšce asi 40 km zůstává teplota konstantní až do výšky asi 55 km. Tato oblast konstantní teploty se nazývá stratopauza a je hranicí mezi stratosférou a mezosférou.
Stratopauza
Hraniční vrstva atmosféry mezi stratosférou a mezosférou. Ve vertikálním rozložení teplot je maximum (asi 0 °C).
Mezosféra
Termosféra
Horní hranice je asi 800 km. Teplota stoupá do nadmořských výšek 200-300 km, kde dosahuje hodnot řádově 1500 K, poté zůstává do vysokých nadmořských výšek téměř konstantní. Pod vlivem slunečního záření a kosmického záření dochází k ionizaci vzduchu („polární záře“) – hlavní oblasti ionosféry leží uvnitř termosféry. Ve výškách nad 300 km převažuje atomární kyslík. Horní hranice termosféry je do značné míry určena aktuální aktivitou Slunce. V obdobích nízké aktivity – např. v letech 2008-2009 – je patrný úbytek velikosti této vrstvy.
Termopauza
Oblast atmosféry sousedící nad termosférou. V této oblasti je absorpce slunečního záření zanedbatelná a teplota se ve skutečnosti s nadmořskou výškou nemění.
Exosféra (rozptylovací koule)
Až do výšky 100 km je atmosféra homogenní, dobře promíchaná směs plynů. Ve vyšších vrstvách je rozložení plynů podle výšky závislé na jejich molekulových hmotnostech, koncentrace těžších plynů klesá rychleji se vzdáleností od zemského povrchu. V důsledku poklesu hustoty plynu klesá teplota z 0 °C ve stratosféře na minus 110 °C v mezosféře. Kinetická energie jednotlivých částic však ve výškách 200-250 km odpovídá teplotě ~ 150 °C. Nad 200 km jsou pozorovány výrazné kolísání teploty a hustoty plynu v čase a prostoru.
Ve výšce asi 2000-3500 km se exosféra postupně mění v tzv. v blízkosti vesmírného vakua, který je naplněn vzácnými částicemi meziplanetárního plynu, především atomy vodíku. Tento plyn však představuje pouze část meziplanetární hmoty. Druhou část tvoří prachové částice kometárního a meteorického původu. Kromě extrémně řídkých prachových částic do tohoto prostoru proniká elektromagnetické a korpuskulární záření slunečního a galaktického původu.
Recenze
Troposféra představuje asi 80 % hmotnosti atmosféry, stratosféra - asi 20 %; hmotnost mezosféry není větší než 0,3 %, termosféra je menší než 0,05 % celkové hmotnosti atmosféry.
Na základě elektrických vlastností v atmosféře se rozlišují neutrosféra A ionosféra .
V závislosti na složení plynu v atmosféře emitují homosféra A heterosféra. Heterosféra- Toto je oblast, kde gravitace ovlivňuje separaci plynů, protože jejich smíchání v takové výšce je zanedbatelné. To znamená proměnlivé složení heterosféry. Pod ním leží dobře promíchaná, homogenní část atmosféry, zvaná homosféra. Hranice mezi těmito vrstvami se nazývá turbopauza, leží ve výšce kolem 120 km.
Další vlastnosti atmosféry a účinky na lidský organismus
Již ve výšce 5 km nad mořem začíná netrénovaný člověk pociťovat hladovění kyslíkem a bez adaptace se jeho výkonnost výrazně snižuje. Fyziologická zóna atmosféry zde končí. Lidské dýchání je nemožné ve výšce 9 km, ačkoli přibližně do 115 km atmosféra obsahuje kyslík.
Atmosféra nám dodává kyslík nezbytný k dýchání. Nicméně vzhledem k poklesu celkového tlaku v atmosféře, jak stoupáte do výšky, parciální tlak kyslíku se odpovídajícím způsobem snižuje.
Historie vzniku atmosféry
Podle nejrozšířenější teorie měla zemská atmosféra během své historie tři různé složení. Zpočátku se skládal z lehkých plynů (vodík a helium) zachycených z meziplanetárního prostoru. Jedná se o tzv primární atmosféra. V další fázi vedla aktivní sopečná činnost k nasycení atmosféry jinými plyny než vodíkem (oxid uhličitý, čpavek, vodní pára). Takhle to vzniklo sekundární atmosféra. Tato atmosféra byla obnovující. Dále byl proces tvorby atmosféry určen následujícími faktory:
- únik lehkých plynů (vodík a helium) do meziplanetárního prostoru;
- chemické reakce probíhající v atmosféře pod vlivem ultrafialového záření, výbojů blesku a některých dalších faktorů.
Postupně tyto faktory vedly ke vzniku terciární atmosféra, vyznačující se mnohem nižším obsahem vodíku a mnohem vyšším obsahem dusíku a oxidu uhličitého (vzniká jako výsledek chemických reakcí z amoniaku a uhlovodíků).
Dusík
Vznik velkého množství dusíku je způsoben oxidací amoniakovo-vodíkové atmosféry molekulárním kyslíkem O 2 (\displaystyle (\ce (O2))), který začal pocházet z povrchu planety v důsledku fotosyntézy, počínaje před 3 miliardami let. Také dusík N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) uvolňované do atmosféry v důsledku denitrifikace dusičnanů a dalších sloučenin obsahujících dusík. Dusík je oxidován ozonem na NE (\displaystyle ((\ce (NO)))) v horních vrstvách atmosféry.
Dusík N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) reaguje pouze za specifických podmínek (například při výboji blesku). Oxidace molekulárního dusíku ozonem při elektrických výbojích se v malém množství využívá při průmyslové výrobě dusíkatých hnojiv. Sinice (modrozelené řasy) a nodulové bakterie, které tvoří rhizobiální symbiózu s luštěninami, které mohou být účinným zeleným hnojením - rostliny, které nevyčerpávají, ale obohacují půdu přírodními hnojivy, dokážou ji s nízkou spotřebou energie oxidovat a přeměňovat do biologicky aktivní formy.
Kyslík
Složení atmosféry se začalo radikálně měnit s výskytem živých organismů na Zemi v důsledku fotosyntézy, doprovázené uvolňováním kyslíku a absorpcí oxidu uhličitého. Zpočátku byl kyslík vynakládán na oxidaci redukovaných sloučenin – čpavku, uhlovodíků, železité formy železa obsaženého v oceánech a dalších. Na konci této fáze se obsah kyslíku v atmosféře začal zvyšovat. Postupně se vytvořila moderní atmosféra s oxidačními vlastnostmi. Protože to způsobilo vážné a náhlé změny v mnoha procesech probíhajících v atmosféře, litosféře a biosféře, byla tato událost nazývána kyslíkovou katastrofou.
Vzácné plyny
Znečištění ovzduší
V poslední době lidé začali ovlivňovat vývoj atmosféry. Výsledkem lidské činnosti bylo neustálé zvyšování obsahu oxidu uhličitého v atmosféře v důsledku spalování uhlovodíkových paliv nashromážděných v předchozích geologických dobách. Obrovské množství se spotřebuje během fotosyntézy a je absorbováno světovými oceány. Tento plyn se do atmosféry dostává v důsledku rozkladu uhličitanových hornin a organických látek rostlinného a živočišného původu, dále v důsledku vulkanismu a lidské průmyslové činnosti. Obsah za posledních 100 let CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) v atmosféře vzrostl o 10 %, přičemž většina (360 miliard tun) pochází ze spalování paliva. Pokud bude tempo růstu spalování paliva pokračovat, pak v příštích 200-300 letech množství CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) v atmosféře se zdvojnásobí a může vést k