Temperatura atmosferică la toate altitudinile. Compoziția atmosferei pământului
Învelișul gazos care înconjoară planeta noastră Pământ, cunoscut sub numele de atmosferă, este format din cinci straturi principale. Aceste straturi își au originea pe suprafața planetei, de la nivelul mării (uneori mai jos) și se ridică în spațiul cosmic în următoarea secvență:
- troposfera;
- Stratosferă;
- Mezosfera;
- Termosferă;
- Exosfera.
Diagrama principalelor straturi ale atmosferei terestre
Între fiecare dintre aceste cinci straturi principale se află zone de tranziție numite „pauze” unde apar modificări ale temperaturii, compoziției și densității aerului. Împreună cu pauzele, atmosfera Pământului include un total de 9 straturi.
Troposfera: unde se întâmplă vremea
Dintre toate straturile atmosferei, troposfera este cea cu care ne cunoaștem cel mai mult (fie că îți dai seama sau nu), întrucât trăim la fundul ei - suprafața planetei. Acesta învăluie suprafața Pământului și se extinde în sus pe câțiva kilometri. Cuvântul troposferă înseamnă „schimbarea mingii”. Un nume foarte potrivit, deoarece acest strat este locul unde se întâmplă vremea noastră zilnică.
Pornind de la suprafața planetei, troposfera se ridică la o înălțime de 6 până la 20 km. Treimea inferioară a stratului cel mai apropiat de noi conține 50% din toate gazele atmosferice. Este singura parte din întreaga compoziție a atmosferei care respiră. Datorită faptului că aerul este încălzit de jos suprafața pământului absorbant energie termală Soarele, cu creșterea altitudinii, temperatura și presiunea troposferei scad.
În partea de sus este un strat subțire numit tropopauză, care este doar un tampon între troposferă și stratosferă.
Stratosfera: casa ozonului
Stratosfera este următorul strat al atmosferei. Se întinde de la 6-20 km până la 50 km deasupra suprafeței pământului. Acesta este stratul în care zboară majoritatea avioanelor comerciale și călătoresc baloanele.
Aici aerul nu curge în sus și în jos, ci se mișcă paralel cu suprafața foarte repede curenții de aer. Pe măsură ce urcați, temperatura crește, datorită abundenței de ozon natural (O 3 ) - un produs secundar radiatie solarași oxigenul, care are capacitatea de a absorbi razele ultraviolete dăunătoare ale soarelui (orice creștere a temperaturii odată cu altitudinea este cunoscută în meteorologie ca „inversie”).
Din moment ce stratosfera are mai mult temperaturile calde dedesubt și mai rece deasupra, convecția (mișcarea verticală a maselor de aer) este rară în această parte a atmosferei. De fapt, din stratosferă puteți vedea o furtună care răzvrătește în troposferă, deoarece stratul acționează ca un „capac” pentru convecție, prin care norii de furtună nu pătrund.
Stratosfera este din nou urmată de un strat tampon, numit de data aceasta stratopauză.
Mezosfera: atmosfera mijlocie
Mezosfera este situată la aproximativ 50-80 km de suprafața Pământului. Mezosfera superioară este cea mai rece loc natural pe Pământ, unde temperaturile pot scădea sub -143°C.
Termosfera: atmosfera superioara
Mezosfera și mezopauza sunt urmate de termosferă, situată între 80 și 700 km deasupra suprafeței planetei și care conține mai puțin de 0,01% din aerul total din învelișul atmosferic. Temperaturile aici ajung până la + 2000 ° C, dar din cauza rarefării puternice a aerului și a lipsei de molecule de gaz pentru transferul de căldură, acestea temperaturi mari perceput ca fiind foarte rece.
Exosfera: limita dintre atmosferă și spațiu
La o altitudine de aproximativ 700-10.000 km deasupra suprafeței pământului se află exosfera - marginea exterioară a atmosferei, învecinată cu spațiul. Aici sateliții meteorologici se învârt în jurul Pământului.
Ce zici de ionosferă?
Ionosfera nu este un strat separat și, de fapt, acest termen este folosit pentru a se referi la atmosfera la o altitudine de 60 până la 1000 km. Include părțile superioare ale mezosferei, întreaga termosferă și o parte a exosferei. Ionosfera își primește numele deoarece în această parte a atmosferei, radiația Soarelui este ionizată pe măsură ce trece prin campuri magnetice Aterizează pe și . Acest fenomen este observat de pe pământ ca aurora boreală.
Stratosfera (din latină stratum - pardoseală, strat) este stratul înălțimii atmosferei de la 11 la 50 km situat deasupra troposferei. Tranziția de la troposferă la stratosferă are loc fără probleme, deoarece între ele există un strat intermediar subțire numit tropopauză, în care temperatura nu scade odată cu înălțimea. Principala caracteristică a stratosferei este creșterea temperaturii odată cu înălțimea. În partea inferioară a acestui strat (până la o înălțime de 25 km), temperatura este stabilă sau crește lent cu înălțimea, dar de la un nivel de 34 - 36 km, creșterea temperaturii începe să crească. Creșterea temperaturii durează până la stratopauză - limită superioară stratosfera, care este la fel de caldă ca masele de aer de lângă suprafața Pământului.
Compus
Stabilitatea ridicată a stratosferei se datorează creșterii temperaturii odată cu înălțimea. Spre deosebire de troposferă, în acest strat nu există o mișcare verticală ordonată a aerului și amestecarea lui, dar există mici mișcări verticale sub formă de subsidență sau ridicare lentă, acoperind straturile stratosferei pe spații vaste. Încălzirea aerului în stratosferă are loc datorită absorbției radiațiilor ultraviolete de către ozon, iar răcirea datorită radiației cu undă lungă a moleculelor de H2O și CO2. Prin urmare, în latitudini joase, unde conținutul de H2O și CO2 este crescut, iar O3 este mai mic, este mai rece decât la latitudini mari ale stratosferei. în stratosferă la o altitudine de 20 - 25 km vara, direcția vântului se schimbă de la vest la est, iar iarna sufla constant vânturi de vest. La limita superioară a stratosferei, maximul viteze mari vânturi și curente cu jet.
În partea de jos a stratosferei la o altitudine de până la 20 - 25 km există un conținut crescut de particule de aerosoli, în special particule de sulfat, care sunt aduse aici în timpul erupțiilor vulcanice. Aici persistă mai mult decât în troposferă datorită schimbului scăzut de turbulențe și absenței spălării precipitațiilor.
Există foarte puțini vapori de apă în stratosferă, dar nori sidefați sunt observați uneori la latitudini mari la o altitudine de 22 - 24 km . Sunt vizibile în special noaptea, iluminate de Soare sub orizont. Se presupune că acești nori sunt formați din picături suprarăcite sau din cristale de gheață.
în stratosferă compozitia gazelor aerul practic nu diferă de cel din troposferă, dar are o diferență și anume un conținut crescut de ozon (O3). Stratosfera poate fi numită ozonosferă, datorită prezenței unui strat de ozon în ea. Stratul de ozon s-a format și este păstrat datorită interacțiunii razelor ultraviolete ale Soarelui cu moleculele de oxigen și servește ca o barieră de încredere pentru radiațiile ultraviolete, care dăunează tuturor organismelor vii. Când este absorbit energie solara Stratul de ozon ridică temperatura atmosferei și, prin urmare, stratul de ozon este un fel de rezervor de căldură în atmosferă. Până la o altitudine de 10 km și peste 60 km, atmosfera este aproape complet lipsită de ozon, iar concentrația sa maximă este concentrată la o altitudine de 20-30 km. În stratosferă, regimul termic este determinat în principal de transferul de căldură radiantă. Ozonul este distrus prin interacțiunea cu NO, cu radicalii liberi, compuși care conțin halogen.
Partea principală a părții unde scurte a radiației ultraviolete (180 - 200 nm) rămâne în stratosferă, iar energia undelor scurte este transformată. Sub influența razelor ultraviolete, câmpurile magnetice se modifică, moleculele se descompun, se formează noi gaze și alți compuși chimici. În natură, aceste procese sunt observate ca aurore boreale, fulgere și alte străluciri.
Continut Asemanator:
). Atinsă o valoare de aproximativ 273 K (aproape 0 °C) la o altitudine de aproximativ 40 km, temperatura rămâne constantă până la o altitudine de aproximativ 55 km. Aceasta zona temperatura constanta se numește stratopauză și este limita dintre stratosferă și mezosferă. Densitatea aerului în stratosferă este de zeci și sute de ori mai mică decât la nivelul mării de deasupra.
În stratosferă se află stratul de ozonosferă („stratul de ozon”) (la o altitudine de 15-20 până la 55-60 km), ceea ce determină limita superioară a vieții în biosferă. Ozonul (O 3) se formează ca rezultat al fotografiei reacții chimice cel mai intens la o altitudine de ~30 km. greutate totală O 3 ar face un strat de 1,7-4,0 mm grosime la presiune normală, dar chiar și acest lucru este suficient pentru a absorbi radiația ultravioletă solară care este dăunătoare vieții. Distrugerea O 3 are loc atunci când interacționează cu radicalii liberi, compuși care conțin halogen (inclusiv „freoni”).
În stratosferă rămâne majoritatea parte cu unde scurte a radiației ultraviolete (180-200 nm) și are loc transformarea energiei unde scurte. Sub influența acestor raze, câmpurile magnetice se schimbă, moleculele se rup, are loc ionizarea, formarea nouă de gaze și alți compuși chimici. Aceste procese pot fi observate sub formă de aurore boreale, fulgere și alte străluciri.
În stratosferă și în straturile superioare, sub influența radiației solare, moleculele de gaz se disociază - în atomi (peste 80 km, CO 2 și H 2 se disociază, peste 150 km - O 2, peste 300 km - N 2). La o altitudine de 200-500 km, ionizarea gazelor are loc și în ionosferă; la o altitudine de 320 km, concentrația de particule încărcate (O + 2, O - 2, N + 2) este de ~ 1/300 din concentrația de particule neutre. În straturile superioare ale atmosferei există radicali liberi - OH, HO 2 etc.
Aproape că nu există vapori de apă în stratosferă.
Zbor în stratosferă
Zborurile în stratosferă au început în anii 1930. Zborul pe primul balon stratosferic (FNRS-1), pe care Auguste Picard și Paul Kipfer l-au făcut la 27 mai 1931 la o înălțime de 16,2 km, este larg cunoscut. Avioanele comerciale moderne de luptă și supersonice zboară în stratosferă la altitudini în general de până la 20 km (deși plafonul dinamic poate fi mult mai mare). Baloanele meteorologice de mare altitudine se ridică până la 40 km; recordul pentru un balon fără pilot este de 51,8 km.
ÎN În ultima vremeîn cercurile militare americane mare atentie se dedică dezvoltării straturilor stratosferei de peste 20 km, adesea numite „pre-cosmos” (ing. aproape de spațiu ). Se presupune că dirijabilele fără pilot și avioanele alimentate cu energie solară (cum ar fi NASA Pathfinder) vor putea perioadă lungă de timp să fie la o altitudine de aproximativ 30 km și să asigure supraveghere și comunicare foarte teritorii mari, rămânând în același timp puțin vulnerabili la sistemele de apărare aeriană; astfel de dispozitive vor fi de multe ori mai ieftine decât sateliții.
Vezi si
Note
Fundația Wikimedia. 2010 .
Sinonime:Vedeți ce este „Stratosphere” în alte dicționare:
Stratosferă... Dicţionar de ortografie
stratosferă- uh. stratosferă lat. pardoseală stratificată, strat. + gr. sferă. Stratul atmosferei situat deasupra troposferei, la o altitudine de 8-12 până la 80 km. deasupra nivelului mării. BAS 1. A stabilit existența stratosferei și i-a propus denumirea fr. meteorolog ...... Dicționar istoric al galicismelor limbii ruse
- (din latină stratum layer and sphere) stratul atmosferei situat deasupra troposferei de la 8 10 km la latitudini mari și de la 16 18 km lângă ecuator până la 50 55 km. Stratosfera se caracterizează printr-o creștere a temperaturii cu înălțimea de la 40 .С (80 .С) până la temperaturi apropiate de... Dicţionar enciclopedic mare
STRATOSFERĂ, parte a ATMOSFEREI Pământului, situată între TROPOSFERĂ și MEZOSFERĂ. La o înălțime de 10 km, la care temperatura a aproximativ jumătate din acest strat rămâne constantă. Stratosfera conține cea mai mare parte a stratului de ozon al atmosferei... Dicționar enciclopedic științific și tehnic
STRATOSFERĂ, stratosferă, pl. nu, femeie (din latinescul stratum flooring și greacă sphaira ball). Stratul superior al atmosferei, situat deasupra troposferei la o altitudine de 11 până la 75 km deasupra nivelului mării. Dicţionar Uşakov. D.N. Uşakov. 1935 1940... Dicționar explicativ al lui Ushakov
STRATOSFERĂ, s, femei. (specialist.). Strat superior atmosfera pământului deasupra troposferei. | adj. stratosferic, oh, oh. Dicționar explicativ al lui Ozhegov. SI. Ozhegov, N.Yu. Şvedova. 1949 1992... Dicționar explicativ al lui Ozhegov
- (din latinescul strat stratum și grecescul sphaira ball) vezi articolul Atmosfera Pământului. Aviație: Enciclopedie. Moscova: Marea Enciclopedie Rusă. Editor sef G.P. Svișciov. 1994... Enciclopedia tehnologiei
Stratul atmosferei dintre troposferă și mezosferă. Limita inferioară a S. tropopause este situată în polar latitudini temperate la o altitudine de z 8 12 km, la tropice la z 16 18 km. De la iarnă până la vară, tropopauza se ridică în cf. pentru 12 km. Limita superioară a lui S. ...... Enciclopedia fizică
Stratul atmosferic situat peste 11 km este foarte rarefiat, cu o atmosferă foarte scăzută; stratul de jos atmosfera se numeste troposfera. Nu există curenți verticali și nu există formare de nori în S. Studiul lui S. are valoare practică pentru aviație, ... ... Dicționar marin
Stratosfera este unul dintre straturile superioare carcasă de aer planeta noastră. Începe la o altitudine de aproximativ 11 km deasupra solului. Avioanele de pasageri nu mai zboară aici și rareori se formează nori. Stratul de ozon al Pământului este situat în stratosferă - o înveliș subțire care protejează planeta de pătrunderea radiațiilor ultraviolete dăunătoare.
Învelișul de aer al planetei
Atmosfera este învelișul gazos al Pământului care îl înconjoară suprafata interioara la hidrosferă şi Scoarta terestra. Granița sa exterioară se transformă treptat în spaţiu. Compoziția atmosferei include gaze: azot, oxigen, argon, dioxid de carbon și așa mai departe, precum și impurități sub formă de praf, picături de apă, cristale de gheață, produse de combustie. Raportul dintre elementele principale ale carcasei de aer este menținut constant. Excepțiile sunt dioxidul de carbon și apa - cantitatea lor în atmosferă se modifică adesea.
Straturi ale învelișului gazos
Atmosfera este împărțită în mai multe straturi, situate unul deasupra celuilalt și având caracteristici în compoziție:
strat limită - direct adiacent suprafeței planetei, extinzându-se la o înălțime de 1-2 km;
troposfera - al doilea strat, limita exterioară este situată în medie la o altitudine de 11 km, aici se concentrează aproape toți vaporii de apă ai atmosferei, se formează nori, se ridică cicloni și anticicloni, pe măsură ce înălțimea crește, temperatura crește;
tropopauza - strat de tranziție, caracterizat prin încetarea scăderii temperaturii;
stratosfera este un strat care se extinde până la o înălțime de 50 km și este împărțit în trei zone: de la 11 la 25 km temperatura se schimbă ușor, de la 25 la 40 - temperatura crește, de la 40 la 50 - temperatura rămâne constantă ( stratopauză);
mezosfera se extinde până la o înălțime de până la 80-90 km;
termosfera ajunge la 700-800 km deasupra nivelului mării, aici la o altitudine de 100 km se află linia Karman, care este luată drept graniță între atmosfera Pământului și spațiu;
Exosfera este numită și zonă de împrăștiere, aici pierde foarte mult particule de materie și zboară în spațiu.
Schimbări de temperatură în stratosferă
Deci, stratosfera este partea din învelișul gazos al planetei care urmează troposfera. Aici, temperatura aerului, care este constantă pe tot parcursul tropopauzei, începe să se schimbe. Înălțimea stratosferei este de aproximativ 40 km. Limita inferioară este de 11 km deasupra nivelului mării. Pornind de la acest semn, temperatura trece modificări minore. La o altitudine de 25 km, indicele de încălzire începe să crească încet. După marca de 40 km deasupra nivelului mării, temperatura crește de la -56,5 ° C la +0,8 ° C. Mai departe, rămâne aproape de zero grade până la o altitudine de 50-55 km. Zona cuprinsă între 40 și 55 de kilometri se numește stratopauză, deoarece temperatura aici nu se schimbă. Se întâmplă să fie zonă de tranziție din stratosferă până în mezosferă.
Caracteristicile stratosferei
Stratosfera Pământului conține aproximativ 20% din masa întregii atmosfere. Aerul de aici este atât de rarefiat încât este imposibil ca o persoană să rămână fără un costum spațial special. Acest fapt este unul dintre motivele pentru care zborurile în stratosferă au început să fie efectuate doar relativ recent.
O altă caracteristică a învelișului gazos al planetei la o altitudine de 11-50 km este foarte o suma mica vapor de apă. Din acest motiv, norii nu se formează aproape niciodată în stratosferă. Pentru ei, pur și simplu nu există material de construcții. Cu toate acestea, rareori este posibil să se observe așa-numiții nori sidef, care „decorează” stratosfera (fotografia este prezentată mai jos) la o altitudine de 20-30 km deasupra nivelului mării. Subțire, de parcă formațiuni luminoase din interior pot fi observate după apus sau înainte de răsărit. Forma norilor sidef este asemănătoare cu cirrus sau cirrocumulus.
Stratul de ozon al Pământului
Acasă trăsătură distinctivă Stratosfera este cea mai mare concentrație de ozon din întreaga atmosferă. Se formează sub influență razele de soareși protejează toată viața de pe planetă de radiațiile lor distructive. Stratul de ozon al Pământului este situat la o altitudine de 20-25 km deasupra nivelului mării. Moleculele de O 3 sunt distribuite în toată stratosferă și chiar există în apropierea suprafeței planetei, dar cea mai mare concentrație a acestora se observă la acest nivel.
Trebuie remarcat faptul că stratul de ozon al Pământului este de numai 3-4 mm. Aceasta va fi grosimea sa dacă particulele acestui gaz sunt plasate în condiții presiune normală, de exemplu, la suprafața planetei. Ozonul se formează ca urmare a descompunerii unei molecule de oxigen sub acțiunea radiațiilor ultraviolete în doi atomi. Una dintre ele se combină cu o moleculă „cu drepturi depline” și se formează ozon - O 3.
Apărător periculos
Astfel, astăzi stratosfera este un strat al atmosferei mai explorat decât la începutul secolului trecut. Cu toate acestea, viitorul stratului de ozon, fără de care viața pe Pământ nu ar fi apărut, nu este încă foarte clar. În timp ce țările reduc producția de freon, unii oameni de știință spun că acest lucru nu va aduce prea multe beneficii, potrivit macar, într-un asemenea ritm și altele încât nu este deloc necesar, deoarece se formează cea mai mare parte a substanțelor nocive natural. Cine are dreptate, timpul va spune.
Atmosfera Pământului
Atmosfera(din. altul grecescἀτμός - abur și σφαῖρα - minge) - gaz coajă ( geosferă) înconjurând planeta Pământ. Suprafața sa interioară este acoperită hidrosferăși parțial latra, cel exterior se învecinează cu partea apropiată a Pământului a spațiului cosmic.
Totalitatea secțiunilor de fizică și chimie care studiază atmosfera este numită în mod obișnuit fizica atmosferei. Atmosfera determină vreme pe suprafața Pământului, este angajat în studiul vremii meteorologie, și variații pe termen lung climat - climatologie.
Structura atmosferei
Structura atmosferei
troposfera
Limita sa superioară se află la o altitudine de 8-10 km în latitudini polare, 10-12 km în latitudinile temperate și 16-18 km în latitudini tropicale; mai scăzut iarna decât vara. Stratul inferior, principal al atmosferei. Conține mai mult de 80% din masa totală a aerului atmosferic și aproximativ 90% din toți vaporii de apă prezenți în atmosferă. foarte dezvoltat în troposferă turbulenţăȘi convecție, apărea nori, dezvolta cicloniiȘi anticiclonii. Temperatura scade odată cu creșterea înălțimii cu o verticală medie gradient 0,65°/100 m
Pentru „condiții normale” la suprafața Pământului se iau: densitatea 1,2 kg/m3, presiunea barometrică 101,35 kPa, temperatura plus 20 °C și umiditate relativă 50 %. Acești indicatori condiționali au o valoare pur inginerească.
Stratosferă
Stratul atmosferei situat la o altitudine de 11 până la 50 km. Caracterizat printr-o ușoară modificare a temperaturii în stratul de 11-25 km (stratul inferior al stratosferei) și creșterea acesteia în stratul de 25-40 km de la -56,5 la 0,8 ° CU(stratosfera superioară sau regiune inversiuni). Atinsă o valoare de aproximativ 273 K (aproape 0 ° C) la o altitudine de aproximativ 40 km, temperatura rămâne constantă până la o altitudine de aproximativ 55 km. Această regiune de temperatură constantă se numește stratopauzași este granița dintre stratosferă și mezosferă.
Stratopauza
Stratul limită al atmosferei dintre stratosferă și mezosferă. Există un maxim în distribuția verticală a temperaturii (aproximativ 0 °C).
Mezosfera
Atmosfera Pământului
Mezosfera incepe de la o altitudine de 50 km si se extinde pana la 80-90 km. Temperatura scade cu înălțimea cu un gradient vertical mediu de (0,25-0,3)°/100 m. Procesul energetic principal este transferul de căldură radiantă. Procese fotochimice complexe care implică radicali liberi, moleculele excitate vibrațional etc., determină strălucirea atmosferei.
mezopauza
Stratul de tranziție între mezosferă și termosferă. Există un minim în distribuția verticală a temperaturii (aproximativ -90 °C).
Linia Karman
Altitudinea deasupra nivelului mării, care este acceptată în mod convențional ca graniță între atmosfera Pământului și spațiu.
Termosferă
articolul principal: Termosferă
Limita superioară este de aproximativ 800 km. Temperatura se ridică la altitudini de 200-300 km, unde atinge valori de ordinul a 1500 K, după care rămâne aproape constantă până la altitudini mari. Sub acțiunea radiației solare ultraviolete și de raze X și a radiației cosmice, are loc ionizarea aerului (" aurore”) - domenii principale ionosferă se află în interiorul termosferei. La altitudini de peste 300 km predomină oxigenul atomic.
Straturi atmosferice până la o înălțime de 120 km
Exosfera (sfera de împrăștiere)
Exosfera- zona de împrăștiere, partea exterioară termosferă situată peste 700 km. Gazul din exosferă este foarte rarefiat și, prin urmare, particulele sale se scurg în spațiul interplanetar ( disipare).
Până la o înălțime de 100 km, atmosfera este un amestec omogen, bine amestecat de gaze. În straturile superioare, distribuția gazelor în înălțime depinde de masele lor moleculare, concentrația gazelor mai grele scade mai repede cu distanța de la suprafața Pământului. Datorită scăderii densității gazelor, temperatura scade de la 0 °C în stratosferă la −110 °C în mezosferă. in orice caz energie kinetică particule individuale la altitudini de 200-250 km corespund unei temperaturi de ~1500 °C. Peste 200 km, se observă fluctuații semnificative ale temperaturii și densității gazelor în timp și spațiu.
La o altitudine de aproximativ 2000-3000 km, exosfera trece treptat în așa-numita în apropierea vidului spațial, care este umplut cu particule foarte rarefiate de gaz interplanetar, în principal atomi de hidrogen. Dar acest gaz este doar o parte din materia interplanetară. Cealaltă parte este compusă din particule asemănătoare prafului de origine cometă și meteorică. Pe lângă particulele extrem de rarefiate asemănătoare prafului, în acest spațiu pătrunde radiația electromagnetică și corpusculară de origine solară și galactică.
Troposfera reprezintă aproximativ 80% din masa atmosferei, stratosfera reprezintă aproximativ 20%; masa mezosferei nu este mai mare de 0,3%, termosfera este mai mică de 0,05% din masa totală a atmosferei. Pe baza proprietăților electrice din atmosferă, se disting neutrosfera și ionosfera. În prezent se crede că atmosfera se extinde până la o altitudine de 2000-3000 km.
În funcție de compoziția gazului din atmosferă, ele emit homosferăȘi heterosferă. heterosferă - aceasta este o zonă în care gravitația afectează separarea gazelor, deoarece amestecarea lor la o astfel de înălțime este neglijabilă. De aici urmează compoziția variabilă a heterosferei. Sub ea se află o parte bine amestecată, omogenă a atmosferei, numită homosferă. Limita dintre aceste straturi se numește turbopauză, se află la o altitudine de aproximativ 120 km.
Proprietăți fizice
Grosimea atmosferei este de aproximativ 2000 - 3000 km de suprafața Pământului. Masa totală aer- (5,1-5,3) × 10 18 kg. Masă molară aer curat uscat este 28.966. Presiune la 0 °C la nivelul mării 101.325 kPa; temperatura critica-140,7 °C; presiune critica 3,7 MPa; C p 1,0048×103 J/(kg K)(la 0°C), C v 0,7159 x 103 J/(kg K) (la 0 °C). Solubilitatea aerului în apă la 0 °C - 0,036%, la 25 °C - 0,22%.
Proprietăți fiziologice și alte proprietăți ale atmosferei
Deja la o altitudine de 5 km deasupra nivelului mării, se dezvoltă o persoană neantrenată lipsa de oxigenși fără adaptare, performanța umană este semnificativ redusă. Aici se termină zona fiziologică a atmosferei. Respirația omului devine imposibilă la o altitudine de 15 km, deși până la aproximativ 115 km atmosfera conține oxigen.
Atmosfera ne oferă oxigenul de care avem nevoie pentru a respira. Cu toate acestea, din cauza scăderii presiunii totale a atmosferei pe măsură ce vă ridicați la o înălțime, presiunea parțială a oxigenului scade în mod corespunzător.
Plămânii umani conțin în mod constant aproximativ 3 litri de aer alveolar. Presiune parțială oxigenul din aerul alveolar la presiunea atmosferică normală este de 110 mm Hg. Art., presiune dioxid de carbon- 40 mm Hg Art., si vapori de apa - 47 mm Hg. Artă. Odată cu creșterea altitudinii, presiunea oxigenului scade, iar presiunea totală a vaporilor de apă și a dioxidului de carbon din plămâni rămâne aproape constantă - aproximativ 87 mm Hg. Artă. Fluxul de oxigen în plămâni se va opri complet atunci când presiunea aerului din jur devine egală cu această valoare.
La o altitudine de aproximativ 19-20 km, presiunea atmosferică scade la 47 mm Hg. Artă. Prin urmare, la această înălțime, apa și lichidul interstițial încep să fiarbă în corpul uman. În afara cabinei presurizate la aceste altitudini, moartea are loc aproape instantaneu. Astfel, din punct de vedere al fiziologiei umane, „spațiul” începe deja la o altitudine de 15-19 km.
Straturile dense de aer - troposfera și stratosfera - ne protejează de efectele dăunătoare ale radiațiilor. Cu suficientă rarefiere a aerului, la altitudini mai mari de 36 km, se exercită un efect intens asupra organismului prin ionizare. radiatii- raze cosmice primare; la altitudini de peste 40 km, funcţionează partea ultravioletă a spectrului solar, care este periculoasă pentru oameni.
Pe măsură ce ne ridicăm la o înălțime din ce în ce mai mare deasupra suprafeței Pământului, slăbim treptat și apoi dispar complet, astfel de fenomene cunoscute nouă sunt observate în straturile inferioare ale atmosferei, cum ar fi propagarea sunetului, apariția aerodinamicii. forta de ridicareși rezistență, transfer de căldură convecție si etc.
În straturi rarefiate de aer, propagare sunet se dovedește a fi imposibil. Până la altitudini de 60-90 km, se mai poate folosi rezistența și forta de ridicare aer pentru zbor aerodinamic controlat. Dar pornind de la altitudini de 100-130 km, concepte familiare fiecărui pilot numerele MȘi bariera de sunetîși pierd sensul, acolo trece condiționalul Linia Karman dincolo de care începe sfera zborului pur balistic, care poate fi controlată doar prin folosirea forțelor reactive.
La altitudini de peste 100 km, atmosferei îi lipsește și o altă proprietate remarcabilă - capacitatea de a absorbi, conduce și transfera energia termică prin convecție (adică prin amestecarea aerului). Aceasta înseamnă că diverse elemente de echipamente, echipamente ale stației spațiale orbitale nu vor putea fi răcite din exterior în modul în care se face de obicei pe un avion - cu ajutorul jeturilor de aer și radiatoarelor de aer. La o astfel de înălțime, ca în spațiu în general, singura modalitate de a transfera căldura este Radiație termala.
Compoziția atmosferei
Compoziția aerului uscat
Atmosfera Pământului este formată în principal din gaze și diverse impurități (praf, picături de apă, cristale de gheață, săruri de mare, produse de ardere).
Concentrația gazelor care formează atmosfera este aproape constantă, cu excepția apei (H 2 O) și a dioxidului de carbon (CO 2).
Compoziția aerului uscat |
||
Azot | ||
Oxigen | ||
Argon | ||
Apă | ||
Dioxid de carbon | ||
Neon | ||
Heliu | ||
Metan | ||
Krypton | ||
Hidrogen | ||
Xenon | ||
Oxid de azot |
Pe lângă gazele indicate în tabel, atmosfera conține SO 2, NH 3, CO, ozon, hidrocarburi, acid clorhidric, HF, cupluri hg, I 2 , și NUși multe alte gaze în cantități minore. Localizat permanent în troposferă un numar mare de particule solide și lichide în suspensie ( aerosoli).
Istoria formării atmosferei
Conform celei mai comune teorii, atmosfera Pământului a fost în patru compoziții diferite de-a lungul timpului. Inițial, a constat din gaze ușoare ( hidrogenȘi heliu) capturat din spațiul interplanetar. Acest așa-zis atmosfera primara(acum aproximativ patru miliarde de ani). În etapa următoare, activitatea vulcanică activă a dus la saturarea atmosferei cu alte gaze decât hidrogenul (dioxid de carbon, amoniac, aburi). Acesta este cum atmosfera secundara(aproximativ trei miliarde de ani înainte de zilele noastre). Această atmosferă era reconfortantă. În plus, procesul de formare a atmosferei a fost determinat de următorii factori:
scurgerea gazelor ușoare (hidrogen și heliu) în spațiu interplanetar;
reacții chimice care apar în atmosferă sub influența radiațiilor ultraviolete, a descărcărilor de fulgere și a altor factori.
Treptat, acești factori au dus la formare atmosfera tertiara, caracterizată printr-un conținut mult mai scăzut de hidrogen și un conținut mult mai mare de azot și dioxid de carbon (format ca urmare a reacțiilor chimice din amoniac și hidrocarburi).
Azot
Formarea unei cantități mari de N 2 se datorează oxidării atmosferei amoniac-hidrogen de către O 2 molecular, care a început să iasă de la suprafața planetei ca urmare a fotosintezei, începând cu 3 miliarde de ani în urmă. N2 este de asemenea eliberat în atmosferă ca urmare a denitrificării nitraților și a altor compuși care conțin azot. Azotul este oxidat de ozon la NO în atmosfera superioară.
Azotul N 2 intră în reacții numai în condiții specifice (de exemplu, în timpul unei descărcări de fulgere). Oxidarea azotului molecular de către ozon în timpul descărcărilor electrice este utilizată în producția industrială de îngrășăminte cu azot. Poate fi oxidat cu un consum redus de energie și transformat într-o formă biologic activă cianobacteriile (alge albastre-verzi)Și bacterii nodulare, formând rizobiul simbioză Cu leguminoase plante, așa-numitele. gunoi de grajd verde.
Oxigen
Compoziția atmosferei a început să se schimbe radical odată cu apariția organisme vii, ca urmare fotosintezăînsoţită de eliberarea de oxigen şi absorbţia dioxidului de carbon. Inițial, oxigenul a fost cheltuit pentru oxidarea compușilor redusi - amoniac, hidrocarburi, formă de oxid. glandă conținute în oceane etc. La sfârșitul acestei etape, conținutul de oxigen din atmosferă a început să crească. Treptat, s-a format o atmosferă modernă cu proprietăți oxidante. Deoarece acest lucru a provocat schimbări grave și abrupte în multe procese care au loc în atmosfera, litosferăȘi biosferă, acest eveniment se numește Catastrofa de oxigen.
Pe parcursul Fanerozoic compoziţia atmosferei şi conţinutul de oxigen au suferit modificări. Ele s-au corelat în primul rând cu rata de depunere a rocilor sedimentare organice. Deci, în perioadele de acumulare a cărbunelui, conținutul de oxigen din atmosferă a depășit vizibil nivelul modern.
Dioxid de carbon
Conținutul de CO 2 din atmosferă depinde de activitatea vulcanică și de procesele chimice din învelișul pământului, dar mai ales - de intensitatea biosintezei și descompunerii materiei organice în biosferă Pământ. Aproape întreaga biomasă actuală a planetei (aproximativ 2,4 × 10 12 tone ) se formează din cauza dioxidului de carbon, azotului și vaporilor de apă conținute în aerul atmosferic. Îngropat în ocean, V mlaștini si in paduri materia organică devine cărbune, uleiȘi gaz natural. (cm. Ciclul geochimic al carbonului)
gaze nobile
Sursa de gaze inerte - argon, heliuȘi cripton- erupții vulcanice și dezintegrarea elementelor radioactive. Pământul ca întreg și atmosfera în special sunt epuizate în gaze inerte în comparație cu spațiul. Se crede că motivul pentru aceasta constă în scurgerea continuă a gazelor în spațiul interplanetar.
Poluarea aerului
Recent, evoluția atmosferei a început să fie influențată de Uman. Rezultatul activităților sale a fost o creștere constantă semnificativă a conținutului de dioxid de carbon din atmosferă datorită arderii combustibililor hidrocarburi acumulați în epocile geologice anterioare. Cantități uriașe de CO 2 sunt consumate în timpul fotosintezei și absorbite de oceanele lumii. Acest gaz pătrunde în atmosferă datorită descompunerii carbonatului stânciși substanțe organice de origine vegetală și animală, precum și din cauza vulcanismului și a activităților de producție umană. În ultimii 100 de ani, conținutul de CO 2 din atmosferă a crescut cu 10%, cea mai mare parte (360 de miliarde de tone) provenind din arderea combustibilului. Dacă rata de creștere a arderii combustibilului continuă, atunci în următorii 50 - 60 de ani cantitatea de CO 2 din atmosferă se va dubla și poate duce la schimbările climatice globale.
Arderea combustibilului este principala sursă a ambelor gaze poluante ( ASA DE, NU, ASA DE 2 ). Dioxidul de sulf este oxidat de oxigenul atmosferic la ASA DE 3 în atmosfera superioară, care la rândul său interacționează cu vaporii de apă și amoniacul și rezultatul acid sulfuric (H 2 ASA DE 4 ) Și sulfat de amoniu ((NH 4 ) 2 ASA DE 4 ) reveni la suprafața Pământului sub forma unui așa-numit. ploaie acidă. Utilizare motoare de combustie internă conduce la o poluare semnificativă a aerului cu oxizi de azot, hidrocarburi și compuși ai plumbului ( tetraetil plumb Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).
Poluarea cu aerosoli a atmosferei se datorează ambelor cauze naturale (erupție vulcanică, furtuni de nisip, antrenarea picăturilor de apă de mare și a polenului plantelor etc.), și a activității economice umane (exploatarea minereurilor și a materialelor de construcție, arderea combustibilului, fabricarea cimentului etc.). Eliminarea intensă pe scară largă a particulelor solide în atmosferă este una dintre posibilele cauze ale schimbărilor climatice de pe planetă.