Atmosférická teplota ve všech nadmořských výškách. Složení zemské atmosféry
Plynný obal obklopující naši planetu Zemi, známý jako atmosféra, se skládá z pěti hlavních vrstev. Tyto vrstvy pocházejí z povrchu planety, z hladiny moře (někdy níže) a stoupají do vesmíru v následujícím pořadí:
- Troposféra;
- Stratosféra;
- mezosféra;
- termosféra;
- Exosféra.
Schéma hlavních vrstev zemské atmosféry
Mezi každou z těchto hlavních pěti vrstev jsou přechodové zóny zvané „pauzy“, kde dochází ke změnám teploty, složení a hustoty vzduchu. Spolu s pauzami zahrnuje zemská atmosféra celkem 9 vrstev.
Troposféra: kde se vyskytuje počasí
Ze všech vrstev atmosféry je troposféra tou, kterou známe (ať už si to uvědomujete nebo ne), protože žijeme na jejím dně – povrchu planety. Pokrývá povrch Země a táhne se nahoru několik kilometrů. Slovo troposféra znamená „změna zeměkoule“. Velmi vhodný název, protože v této vrstvě se vyskytuje naše každodenní počasí.
Počínaje povrchem planety stoupá troposféra do výšky 6 až 20 km. Spodní třetina vrstvy, která je nám nejblíže, obsahuje 50 % všech atmosférických plynů. To je jediná část celé atmosféry, která dýchá. Vzhledem k tomu, že vzduch je ohříván zespodu zemský povrch, absorbující tepelné energie Slunce s rostoucí výškou klesá teplota a tlak troposféry.
Nahoře je tenká vrstva zvaná tropopauza, která je jen nárazníkem mezi troposférou a stratosférou.
Stratosféra: domov ozónu
Stratosféra je další vrstvou atmosféry. Rozprostírá se od 6-20 km do 50 km nad povrchem Země. To je vrstva, ve které létá většina komerčních dopravních letadel a létají horkovzdušné balóny.
Zde vzduch neproudí nahoru a dolů, ale velmi rychle se pohybuje paralelně s povrchem vzdušné proudy. Jak stoupáte, teplota se zvyšuje díky množství přírodního ozónu (O3) jako vedlejšího produktu sluneční záření a kyslík, který má schopnost absorbovat škodlivé ultrafialové paprsky ze slunce (jakékoli zvýšení teploty s výškou je v meteorologii známé jako „inverze“).
Protože stratosféra má víc teplé teploty dole a chladněji nahoře je konvekce (vertikální pohyb vzdušných hmot) v této části atmosféry vzácná. Ve skutečnosti můžete vidět bouři zuřící v troposféře ze stratosféry, protože vrstva funguje jako konvekční uzávěr, který zabraňuje pronikání bouřkových mraků.
Po stratosféře je opět vyrovnávací vrstva, tentokrát nazývaná stratopauza.
Mezosféra: střední atmosféra
Mezosféra se nachází přibližně 50-80 km od povrchu Země. Horní oblast mezosféry je nejchladnější přírodní místo na Zemi, kde mohou teploty klesnout pod -143°C.
Termosféra: horní atmosféra
Po mezosféře a mezopauze přichází termosféra, která se nachází mezi 80 a 700 km nad povrchem planety a obsahuje méně než 0,01 % celkového vzduchu v atmosférickém obalu. Teploty zde dosahují až +2000°C, ale vzhledem k silnému řídkosti vzduchu a nedostatku molekul plynu k přenosu tepla tyto vysoké teploty jsou vnímány jako velmi chladné.
Exosféra: hranice mezi atmosférou a vesmírem
Ve výšce asi 700-10 000 km nad zemským povrchem je exosféra - vnější okraj atmosféry, hraničící s vesmírem. Zde obíhají kolem Země meteorologické družice.
A co ionosféra?
Ionosféra není samostatnou vrstvou, ale ve skutečnosti se tento termín používá k označení atmosféry mezi 60 a 1000 km nadmořské výšky. Zahrnuje nejsvrchnější části mezosféry, celou termosféru a část exosféry. Ionosféra dostala své jméno, protože právě v této části atmosféry se ionizuje záření ze Slunce, když prochází skrz magnetická pole Přistává na a. Tento jev je pozorován ze země jako polární záře.
Stratosféra (z latinského stratum - podlaha, vrstva) je vrstva atmosféry s výškou od 11 do 50 km nachází nad troposférou. Přechod z troposféry do stratosféry probíhá hladce, protože mezi nimi je tenká mezivrstva zvaná tropopauza, ve které teplota s výškou neklesá. Hlavním rysem stratosféry je nárůst teploty s výškou. Ve spodní části této vrstvy (do výšky 25 km) je teplota stabilní nebo s výškou pomalu roste, ale od úrovně 34 - 36 km začíná stoupat teplotní vzestup. Zvýšení teploty trvá až do stratopauzy - horní hranice stratosféra, která je teplá jako vzduchové hmoty v blízkosti zemského povrchu.
Sloučenina
Vysoká stabilita stratosféry je způsobena nárůstem teploty s výškou. Na rozdíl od troposféry v této vrstvě nedochází k uspořádanému vertikálnímu pohybu vzduchu a jeho promíchávání, ale dochází k malým vertikálním pohybům v podobě pomalého klesání či stoupání, pokrývajících vrstvy stratosféry na rozsáhlých plochách. K ohřívání vzduchu ve stratosféře dochází v důsledku absorpce ultrafialového záření ozonem a ochlazování nastává v důsledku dlouhovlnného záření molekul H2O a CO2. Proto v nízkých zeměpisných šířkách, kde je zvýšený obsah H2O a CO2 a nižší O3, je chladnější než nad vysokými zeměpisnými šířkami stratosféry. Ve stratosféře v nadmořské výšce 20 - 25 km v létě se směr větru mění ze západního na východní a v zimě neustále fouká západní větry. Na horní hranici stratosféry, maximum vysoké rychlosti větry a tryskové proudy.
Na dně stratosféry ve výšce do 20 - 25 km Je zde zvýšený obsah aerosolových částic, zejména síranových, které se sem přinášejí při sopečných erupcích. Zde přetrvávají déle než v troposféře kvůli nízké turbulentní výměně a nedostatku vymývání srážkami.
Ve stratosféře je velmi málo vodní páry, ale ve vysokých zeměpisných šířkách jsou někdy pozorovány perleťové mraky v nadmořské výšce 22 - 24 km . Jsou zvláště viditelné v noci, osvětlené Sluncem pod obzorem. Předpokládá se, že tyto mraky jsou tvořeny z přechlazených kapek nebo ledových krystalků.
Ve stratosféře složení plynu vzduch se prakticky neliší od vzduchu v troposféře, ale má rozdíl, a to zvýšený obsah ozonu (O3). Stratosféra může být nazývána ozonosférou, kvůli přítomnosti ozónové vrstvy v ní. Ozonová vrstva vznikla a zachovala se díky interakci ultrafialových paprsků slunce s molekulami kyslíku a slouží jako spolehlivá bariéra ultrafialovému záření, které je škodlivé pro všechny živé organismy. Při vstřebání solární energie Ozonová vrstva zvyšuje teplotu atmosféry, a proto je ozonová vrstva jakýmsi zásobníkem tepla v atmosféře. Do nadmořské výšky 10 km a více než 60 km je atmosféra téměř zcela bez ozónu a jeho maximální koncentrace je soustředěna ve výšce 20 - 30 km. Ve stratosféře je tepelný režim určován především sálavým přenosem tepla. Ozón se ničí při interakci s NO, volnými radikály a sloučeninami obsahujícími halogen.
Hlavní podíl krátkovlnné části ultrafialového záření (180 - 200 nm) zůstává ve stratosféře a dochází k přeměně energie krátkých vln. Pod vlivem ultrafialových paprsků se mění magnetická pole, molekuly se rozpadají, ionizují a vznikají nové plyny a další chemické sloučeniny. V přírodě jsou tyto procesy pozorovány jako polární záře, blesky a další záře.
Související materiály:
). 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 stálá teplota nazývaná stratopauza a je hranicí mezi stratosférou a mezosférou. Hustota vzduchu ve stratosféře je desetkrát a stokrát menší než na úrovni země.
Právě ve stratosféře se (v nadmořské výšce 15-20 až 55-60 km) nachází ozonová vrstva („ozonová vrstva“), která určuje horní hranici života v biosféře. Ozón (O 3) vzniká jako výsledek foto chemické reakce nejintenzivnější ve výšce ~30 km. Celková hmotnost O 3 by za normálního tlaku tvořil vrstvu o tloušťce 1,7-4,0 mm, ale to stačí k absorpci život destruktivního ultrafialového záření ze Slunce. K destrukci O 3 dochází, když interaguje s volnými radikály, sloučeninami obsahujícími halogen (včetně „freonů“).
Setrvává ve stratosféře většina krátkovlnná část ultrafialového záření (180-200 nm) a dochází k přeměně krátkovlnné energie. Vlivem těchto paprsků se mění magnetická pole, molekuly se rozpadají, dochází k ionizaci a nové tvorbě plynů a dalších chemických sloučenin. Tyto procesy lze pozorovat ve formě polární záře, blesků a dalších záře.
Ve stratosféře a vyšších vrstvách dochází vlivem slunečního záření k disociaci molekul plynu na atomy (nad 80 km disociují CO 2 a H 2, nad 150 km - O 2, nad 300 km - N 2). Ve výšce 200-500 km dochází k ionizaci plynů i v ionosféře ve výšce 320 km, koncentrace nabitých částic (O + 2, O − 2, N + 2) je ~ 1/300; koncentrace neutrálních částic. V horních vrstvách atmosféry jsou volné radikály - OH, HO 2 atd.
Ve stratosféře není téměř žádná vodní pára.
Lety ve stratosféře
Lety do stratosféry začaly ve 30. letech 20. století. Let na prvním stratosférickém balónu (FNRS-1), který uskutečnili Auguste Picard a Paul Kipfer 27. května 1931 do výšky 16,2 km, je všeobecně známý. Moderní bojová a nadzvuková komerční letadla létají ve stratosféře ve výškách obecně do 20 km (ačkoli dynamický strop může být mnohem vyšší). Výškové meteorologické balóny stoupají až do výšky 40 km; rekord bezpilotního balónu je 51,8 km.
V v poslední době v amerických vojenských kruzích velká pozornost věnujte pozornost vývoji vrstev stratosféry nad 20 km, často nazývaných „předprostor“ (angl. "blízký vesmír" ). Předpokládá se, že bezpilotní vzducholodě a letadla na solární pohon (jako Pathfinder NASA) budou schopny dlouhá doba být v nadmořské výšce asi 30 km a poskytovat velmi dobrý dohled a komunikaci velké plochy, přičemž zůstává mírně zranitelný vůči systémům protivzdušné obrany; Taková zařízení budou mnohonásobně levnější než satelity.
Viz také
Poznámky
Nadace Wikimedia.
2010.:Synonyma
Podívejte se, co je „Stratosphere“ v jiných slovnících: Stratosféra...
Slovník pravopisu-příručka stratosféra - y, w. stratosféra lat. vrstvená podlaha, vrstva. + gr. sférická koule. Vrstva atmosféry se nachází nad troposférou, ve výšce 8-12 až 80 km. nad hladinou moře. BAS 1. Založil existenci stratosféry a navrhl její název ve francouzštině. meteorolog......
Historický slovník galicismů ruského jazyka - (z latinského stratum layer a sphere) vrstva atmosféry ležící nad troposférou od 8-10 km ve vysokých zeměpisných šířkách a od 16-18 km v blízkosti rovníku do 50-55 km. Stratosféra se vyznačuje nárůstem teploty s nadmořskou výškou od 40.C (80.C) na teploty blízké ...
Velký encyklopedický slovník STRATOSFÉRA, část zemské ATMOSFÉRY, nacházející se mezi TROSFÉROU a MEZOFÉROU. 10 km vysoko, přičemž teplota přibližně poloviny této vrstvy zůstává konstantní. Stratosféra obsahuje většinu ozonové vrstvy atmosféry...
Vědeckotechnický encyklopedický slovník STRATOSFÉRA, stratosféra, mnoho. ne, samice (z latinského stratum flooring a řeckého sphaira ball). Horní vrstva atmosféry se nachází nad troposférou ve výšce 11 až 75 km nad mořem. Slovník Ushakova. D.N. Ušakov. 1935 1940 ...
Ušakovův vysvětlující slovník STRATOSFÉRA, s, samice. (specialista.). Vrchní vrstva zemskou atmosféru , ležící nad troposférou. | adj. stratosférický, oh, oh. Ozhegovův výkladový slovník. S.I. Ozhegov, N.Yu. Švedova. 1949 1992 …
- (z latinského stratum layer a řeckého sphaira ball) viz článek Atmosféra Země. Letectví: Encyklopedie. M.: Velká ruská encyklopedie. šéfredaktor G.P. Sviščev. 1994... Encyklopedie techniky
Vrstva atmosféry mezi troposférou a mezosférou. Dolní hranice S. tropopauzy se nachází v polárních a mírných zeměpisných šířkách v nadmořské výšce z 8 12 km, v tropech v z 16 18 km. Od zimy do léta stoupá tropopauza ve středu. na 12 km. Horní hranice N....... Fyzická encyklopedie
Vrstva atmosféry nacházející se nad 11 km je velmi řídká, s velmi nízkou atmosférou; spodní vrstva atmosféra se nazývá troposféra. Na severu nejsou žádné vertikální proudy ani tvorba mraků. Studie S. má praktický význam pro letectví,... ... Námořní slovník
Stratosféra je jednou z horních vrstev vzduchový plášť naší planety. Začíná ve výšce přibližně 11 km nad zemí. Osobní letadla zde již nelétají a mraky se tvoří jen zřídka. Ozonová vrstva Země se nachází ve stratosféře – tenké skořápce, která chrání planetu před pronikáním škodlivého ultrafialového záření.
Vzdušný obal planety
Atmosféra je plynný obal Země, ke kterému přiléhá vnitřní povrch do hydrosféry a zemská kůra. Jeho vnější hranice se postupně mění v vesmír. Složení atmosféry zahrnuje plyny: dusík, kyslík, argon, oxid uhličitý atd., jakož i nečistoty ve formě prachu, kapiček vody, ledových krystalů a produktů spalování. Poměr hlavních prvků vzduchového pláště zůstává konstantní. Výjimkou jsou oxid uhličitý a voda – jejich množství v atmosféře se často mění.
Vrstvy plynového pláště
Atmosféra je rozdělena do několika vrstev, umístěných nad sebou a majících vlastnosti ve svém složení:
mezní vrstva - přímo sousedící s povrchem planety, sahající do výšky 1-2 km;
troposféra - druhá vrstva, vnější hranice se nachází v průměru ve výšce 11 km, soustřeďuje se zde téměř veškerá vodní pára atmosféry, tvoří se oblačnost, vznikají cyklóny a anticyklóny a s přibývající výškou stoupá teplota;
tropopauza - přechodná vrstva charakterizovaná zastavením poklesu teploty;
stratosféra je vrstva, která sahá do výšky 50 km a je rozdělena do tří zón: od 11 do 25 km se teplota mírně mění, od 25 do 40 - teplota stoupá, od 40 do 50 - teplota zůstává konstantní (stratopauza );
mezosféra sahá do výšky 80-90 km;
termosféra dosahuje 700-800 km nad mořem, zde ve výšce 100 km je linie Karman, která je brána jako hranice mezi atmosférou Země a vesmírem;
Exosféra se také nazývá rozptylová zóna, částice hmoty se zde značně ztrácejí a odlétají do vesmíru.
Teplotní změny ve stratosféře
Stratosféra je tedy částí plynového obalu planety, která následuje po troposféře. Zde se teplota vzduchu, konstantní po celou dobu tropopauzy, začíná měnit. Výška stratosféry je přibližně 40 km. Spodní hranice je 11 km nad mořem. Počínaje tímto bodem teplota podléhá drobné změny. Ve výšce 25 km se rychlost ohřevu začíná pomalu zvyšovat. Ve 40 km nad mořem teplota stoupá z -56,5º na +0,8ºС. Pak zůstává blízko nula stupňů až do výšky 50-55 km. Pásmu mezi 40 a 55 kilometry se říká stratopauza, protože se zde nemění teplota. Ona je přechodová zóna ze stratosféry do mezosféry.
Vlastnosti stratosféry
Stratosféra Země obsahuje asi 20 % hmotnosti celé atmosféry. Vzduch je zde tak řídký, že je nemožné, aby člověk zůstal bez speciálního skafandru. Tato skutečnost je jedním z důvodů, proč se lety do stratosféry začaly provádět teprve relativně nedávno.
Dalším rysem plynového obalu planety ve výšce 11-50 km je velmi malé množství vodní pára. Z tohoto důvodu se mraky ve stratosféře téměř nikdy netvoří. Prostě to není pro ně stavební materiál. Zřídka je však možné pozorovat tzv. perleťové mraky, kterými je stratosféra „zdobena“ (foto níže) ve výšce 20-30 km nad mořem. Tenké útvary, jakoby zářící zevnitř, lze pozorovat po západu slunce nebo před východem slunce. Tvar perleťových mraků je podobný cirrům nebo cirrocumulu.
Ozonová vrstva Země
Domov rozlišovací znak Stratosféra je maximální koncentrace ozónu v celé atmosféře. Vzniká pod vlivem sluneční paprsky a chrání veškerý život na planetě před jejich ničivým zářením. Ozonová vrstva Země se nachází ve výšce 20-25 km nad mořem. Molekuly O 3 jsou distribuovány po celé stratosféře a dokonce existují blízko povrchu planety, ale na této úrovni je pozorována jejich nejvyšší koncentrace.
Je třeba poznamenat, že ozónová vrstva Země je pouze 3-4 mm. To bude jeho tloušťka, pokud budou částice tohoto plynu umístěny do podmínek normální tlak, například blízko povrchu planety. Ozon vzniká v důsledku rozpadu molekuly kyslíku pod vlivem ultrafialového záření na dva atomy. Jeden z nich se spojí s „plnou“ molekulou a vznikne ozón – O 3.
Nebezpečný obránce
Stratosféra je tedy dnes více prozkoumanou vrstvou atmosféry než na začátku minulého století. Budoucnost ozonové vrstvy, bez níž by život na Zemi nevznikl, však zůstává nepříliš jasná. Zatímco země omezují produkci freonů, někteří vědci tvrdí, že to podle nich nepřinese velké výhody alespoň, takovým tempem a další, že to není vůbec nutné, protože se tvoří velké množství škodlivých látek přirozeně. Čas posoudí, kdo má pravdu.
Zemská atmosféra
Atmosféra(z. stará řečtinaἀτμός - pára a σφαῖρα - míč) - plyn skořápka ( geosféra), obklopující planetu Země. Jeho vnitřní povrch pokrývá hydrosféra a částečně kůra, vnější hraničí s blízkozemní částí vesmíru.
Soubor oborů fyziky a chemie, které studují atmosféru, se obvykle nazývá fyzika atmosféry. Atmosféra určuje počasí na povrchu Země, studovat počasí meteorologie a dlouhodobé variace klima - klimatologie.
Struktura atmosféry
Struktura 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 % veškeré vodní páry přítomné v atmosféře. V troposféře jsou vysoce vyvinuté turbulence A proudění, vzniknout mraky, se vyvíjejí cyklóny A anticyklony. Teplota klesá s rostoucí nadmořskou výškou s průměrnou vertikálou gradient 0,65°/100 m
Jako „normální podmínky“ na zemském povrchu jsou akceptovány: hustota 1,2 kg/m3, barometrický tlak 101,35 kPa, teplota plus 20 °C a relativní vlhkost 50 %. Tyto podmíněné indikátory mají čistě inženýrský význam.
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 -56,5 na 0,8 ° S(horní vrstva stratosféry nebo oblasti inverze). 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 mezosféra.
Stratopauza
Hraniční vrstva atmosféry mezi stratosférou a mezosférou. Ve vertikálním rozložení teplot je maximum (asi 0 °C).
Mezosféra
Zemská atmosféra
Mezosféra začíná ve výšce 50 km a sahá do 80-90 km. Teplota klesá s výškou s průměrným vertikálním spádem (0,25-0,3)°/100 m Hlavním energetickým procesem je přenos tepla sáláním. Komplexní fotochemické procesy zahrnující volné radikály, vibračně excitované molekuly atd. způsobují záři atmosféry.
Mezopauza
Přechodná vrstva mezi mezosférou a termosférou. Ve vertikálním rozložení teplot je minimum (asi -90 °C).
Linka Karman
Výška nad hladinou moře, která je konvenčně přijímána jako hranice mezi zemskou atmosférou a vesmírem.
Termosféra
Hlavní článek: 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 ionosféra leží uvnitř termosféry. Ve výškách nad 300 km převažuje atomární kyslík.
Atmosférické vrstvy až do nadmořské výšky 120 km
Exosféra (rozptylovací koule)
Exosféra- rozptylová zóna, vnější část termosféra, která se nachází nad 700 km. Plyn v exosféře je velmi vzácný a jeho částice odtud unikají do meziplanetárního prostoru ( rozptyl).
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. Však kinetická energie jednotlivé částice ve výškách 200-250 km odpovídají teplotě ~1500 °C. Nad 200 km jsou pozorovány výrazné kolísání teploty a hustoty plynů v čase a prostoru.
Ve výšce asi 2000-3000 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 míšení v takové výšce je zanedbatelné. To znamená proměnlivé složení heterosféry. Pod ním leží dobře promíchaná, homogenní část atmosféry, tzv homosféra. Hranice mezi těmito vrstvami se nazývá turbo pauza, leží v nadmořské výšce asi 120 km.
Fyzikální vlastnosti
Tloušťka atmosféry je přibližně 2000 - 3000 km od povrchu Země. Celková hmotnost vzduch- (5,1-5,3)×10 18 kg. Molární hmotnostčistý suchý vzduch je 28,966. Tlak při 0 °C při hladině moře 101,325 kPa; kritická teplota-140,7 °C; kritický tlak 3,7 MPa; C p 1,0048×103 J/(kg K) (při 0 °C), C proti 0,7159 x 103 J/(kg K) (při 0 °C). Rozpustnost vzduchu ve vodě při 0 °C je 0,036 %, při 25 °C - 0,22 %.
Fyziologické a další vlastnosti atmosféry
Již ve výšce 5 km nad mořem se vyvíjí netrénovaný člověk kyslíkové hladovění a bez přizpůsobení se výkon člověka výrazně snižuje. Fyziologická zóna atmosféry zde končí. Lidské dýchání je nemožné ve výšce 15 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.
Lidské plíce neustále obsahují asi 3 litry alveolárního vzduchu. Částečný tlak kyslíku v alveolárním vzduchu při normálním atmosférickém tlaku je 110 mm Hg. Art., tlak oxid uhličitý- 40 mm Hg. Art., a vodní pára - 47 mm Hg. Umění. S rostoucí nadmořskou výškou tlak kyslíku klesá a celkový tlak par vody a oxidu uhličitého v plicích zůstává téměř konstantní - asi 87 mm Hg. Umění. Přívod kyslíku do plic se úplně zastaví, když se okolní tlak vzduchu vyrovná této hodnotě.
Ve výšce asi 19-20 km klesá atmosférický tlak na 47 mm Hg. Umění. V této nadmořské výšce se proto v lidském těle začne vařit voda a intersticiální tekutina. Mimo přetlakovou kabinu v těchto nadmořských výškách nastává smrt téměř okamžitě. Z hlediska lidské fyziologie tedy „vesmír“ začíná již ve výšce 15-19 km.
Husté vrstvy vzduchu – troposféra a stratosféra – nás chrání před škodlivými účinky záření. Při dostatečném řídnutí vzduchu ve výškách nad 36 km působí ionizační činidla intenzivně na organismus. záření- primární kosmické záření; Ve výškách nad 40 km je ultrafialová část slunečního spektra pro člověka nebezpečná.
Jak stoupáme do stále větší výšky nad zemským povrchem, pozorujeme ve spodních vrstvách atmosféry takové známé jevy, jako je šíření zvuku, vznik aerodynamických výtah a odpor, přenos tepla proudění atd.
Ve zředěných vrstvách vzduchu, distribuce zvuk se ukáže jako nemožné. Do výšek 60-90 km je ještě možné použít odpor a výtah vzduch pro řízený aerodynamický let. Ale od výšek 100-130 km, pojmy známé každému pilotovi čísla M A zvuková bariéra ztrácejí svůj význam, je zde podmínka Linka Karman za nímž začíná sféra čistě balistického letu, který lze ovládat pouze 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 takové výšce, jako ve vesmíru obecně, je jediný způsob přenosu tepla tepelné záření.
Atmosférické složení
Složení suchého vzduchu
Atmosféru Země tvoří převážně plyny a různé nečistoty (prach, kapky vody, ledové krystaly, mořské soli, produkty spalování).
Koncentrace plynů, které tvoří atmosféru, je téměř konstantní, s výjimkou vody (H 2 O) a oxidu uhličitého (CO 2).
Složení suchého vzduchu |
||
Dusík | ||
Kyslík | ||
Argon | ||
Voda | ||
Oxid uhličitý | ||
Neon | ||
Hélium | ||
Metan | ||
Krypton | ||
Vodík | ||
Xenon | ||
Oxid dusný |
Kromě plynů uvedených v tabulce obsahuje atmosféra SO 2, NH 3, CO, ozón, uhlovodíky, HCl, HF, páry Hg, I 2 a také ŽÁDNÝ a mnoho dalších plynů v malých množstvích. Neustále se nachází v troposféře velký počet suspendované pevné a kapalné částice ( aerosol).
Historie vzniku atmosféry
Podle nejběžnější teorie měla zemská atmosféra v průběhu času čtyři různá složení. Zpočátku se skládala z lehkých plynů ( vodík A hélium), zachycené 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, amoniak, 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 meziplanetární prostor;
chemické reakce probíhající v atmosféře pod vlivem ultrafialového záření, bleskových výbojů a některých dalších faktorů.
Postupně tyto faktory vedly ke vzniku terciární atmosféru, 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 N 2 je způsoben oxidací amoniakovo-vodíkové atmosféry molekulárním O 2, který začal přicházet z povrchu planety v důsledku fotosyntézy, počínaje před 3 miliardami let. N2 se také uvolňuje do atmosféry v důsledku denitrifikace dusičnanů a dalších sloučenin obsahujících dusík. Dusík je v horních vrstvách atmosféry oxidován ozonem na NO.
Dusík N 2 reaguje pouze za specifických podmínek (například při výboji blesku). Oxidace molekulárního dusíku ozonem při elektrických výbojích se využívá při průmyslové výrobě dusíkatých hnojiv. Dokážou ho s nízkou spotřebou energie oxidovat a přeměnit na biologicky aktivní formu. sinice (modrozelené řasy) A uzlové bakterie, tvořící rhizobiální symbióza S luštěniny rostliny, tzv zelené hnojení.
Kyslík
Složení atmosféry se začalo radikálně měnit s výskytem na Zemi živé organismy v důsledku toho fotosyntéza doprovázené uvolňováním kyslíku a absorpcí oxidu uhličitého. Zpočátku byl kyslík spotřebován na oxidaci redukovaných sloučenin - amoniaku, uhlovodíků, dusíkaté formy žláza obsažené 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 atmosféra, litosféra A biosféra, se tato akce jmenovala Kyslíková katastrofa.
Pro fanerozoikum změnilo se složení atmosféry a obsah kyslíku. Korelovaly především s rychlostí ukládání organického sedimentu. V období akumulace uhlí tak obsah kyslíku v atmosféře zjevně výrazně převyšoval moderní úroveň.
Oxid uhličitý
Obsah CO 2 v atmosféře závisí na vulkanické činnosti a chemických procesech v zemských obalech, ale především - na intenzitě biosyntézy a rozkladu organické hmoty v biosféra Země. Téměř celá současná biomasa planety (asi 2,4 × 10 12 tun ) vzniká v důsledku oxidu uhličitého, dusíku a vodní páry obsažené v atmosférickém vzduchu. Pohřben v oceán, V bažiny a dovnitř lesy organická hmota se mění v uhlí, olej A zemní plyn. (cm. Geochemický uhlíkový cyklus)
Vzácné plyny
Zdroj inertních plynů - argon, hélium A krypton- sopečné erupce a rozpad radioaktivních prvků. Země obecně a atmosféra zvláště jsou ve srovnání s vesmírem ochuzeny o inertní plyny. Předpokládá se, že důvodem je neustálý únik plynů do meziplanetárního prostoru.
Znečištění ovzduší
V poslední době začal být vývoj atmosféry ovlivňován Člověk. 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 se spotřebovává během fotosyntézy a absorbuje ho světové oceány. Tento plyn se dostává do atmosféry v důsledku rozkladu uhličitanu skály a organických látek rostlinného a živočišného původu, jakož i 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 50 - 60 letech množství CO 2 v atmosféře zdvojnásobí a mohlo by vést k globální klimatické změny.
Spalování paliva je hlavním zdrojem znečišťujících plynů (např. CO, ŽÁDNÝ, TAK 2 ). Oxid siřičitý se oxiduje vzdušným kyslíkem na TAK 3 v horních vrstvách atmosféry, která zase interaguje s vodou a parou čpavku a z toho plyne kyselina sírová (H 2 TAK 4 ) A síran amonný ((NH 4 ) 2 TAK 4 ) návrat na povrch Země v podobě tzv. kyselý déšť. Používání spalovací motory vede k významnému znečištění atmosféry oxidy dusíku, uhlovodíky a sloučeninami olova ( tetraethyl olovo Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).
Aerosolové znečištění atmosféry je způsobeno oběma přírodními příčinami (výbuchy sopek, prachové bouře, přenos kapek mořské vody a pylu rostlin atd.) a lidské hospodářské činnosti (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.