Atmosfer adalah cangkang gas planet kita yang berputar bersama Bumi. Gas yang ada di atmosfer disebut udara. Atmosfer bersentuhan dengan hidrosfer dan sebagian menutupi litosfer. Namun sulit untuk menentukan batas atasnya. Secara konvensional, atmosfer diasumsikan memanjang sekitar tiga ribu kilometer. Di sana ia mengalir dengan lancar ke ruang tanpa udara.

Komposisi kimia atmosfer bumi

Pembentukan komposisi kimiawi atmosfer dimulai sekitar empat miliar tahun yang lalu. Awalnya, atmosfer hanya terdiri dari gas ringan - helium dan hidrogen. Menurut para ilmuwan, prasyarat awal terciptanya cangkang gas di sekitar bumi adalah letusan gunung berapi, yang bersama dengan lava, mengeluarkan sejumlah besar gas. Selanjutnya, pertukaran gas dimulai dengan ruang air, dengan organisme hidup, dengan produk aktivitasnya. Komposisi udara berangsur-angsur berubah dan tetap dalam bentuknya yang sekarang beberapa juta tahun yang lalu.

Komponen utama atmosfer adalah nitrogen (sekitar 79%) dan oksigen (20%). Persentase sisanya (1%) disebabkan oleh gas-gas berikut: argon, neon, helium, metana, karbon dioksida, hidrogen, kripton, xenon, ozon, amonia, sulfur dioksida dan nitrogen, dinitrogen oksida dan karbon monoksida, termasuk dalam gas ini satu persen.

Selain itu, udara mengandung uap air dan partikel (serbuk sari tanaman, debu, kristal garam, pengotor aerosol).

Baru-baru ini, para ilmuwan tidak mencatat perubahan kualitatif, tetapi perubahan kuantitatif pada beberapa bahan udara. Dan alasannya adalah orangnya dan aktivitasnya. Hanya dalam 100 tahun terakhir, kandungan karbon dioksida meningkat secara signifikan! Hal ini penuh dengan banyak masalah, yang paling global adalah perubahan iklim.

Pembentukan cuaca dan iklim

Atmosfer berperan penting dalam membentuk iklim dan cuaca di Bumi. Banyak hal bergantung pada jumlah sinar matahari, sifat permukaan di bawahnya, dan sirkulasi atmosfer.

Mari kita lihat faktor-faktornya secara berurutan.

1. Atmosfer mentransmisikan panas sinar matahari dan menyerap radiasi berbahaya. Orang Yunani kuno mengetahui bahwa sinar matahari jatuh di berbagai belahan bumi pada sudut yang berbeda. Kata "iklim" dalam terjemahan dari bahasa Yunani kuno berarti "lereng". Jadi, di garis khatulistiwa, sinar matahari jatuh hampir vertikal, karena di sini sangat panas. Semakin dekat ke kutub, semakin besar sudut kemiringannya. Dan suhunya menurun.

2. Akibat pemanasan bumi yang tidak merata, terbentuklah arus udara di atmosfer. Mereka diklasifikasikan berdasarkan ukurannya. Yang terkecil (puluhan dan ratusan meter) adalah angin lokal. Ini diikuti oleh monsun dan angin pasat, siklon dan antisiklon, zona frontal planet.

Semua massa udara ini terus bergerak. Beberapa di antaranya cukup statis. Misalnya saja angin pasat yang bertiup dari daerah subtropis menuju garis khatulistiwa. Pergerakan lainnya sangat bergantung pada tekanan atmosfer.

3. Tekanan atmosfer merupakan faktor lain yang mempengaruhi pembentukan iklim. Inilah tekanan udara di permukaan bumi. Seperti yang Anda ketahui, massa udara bergerak dari daerah yang bertekanan atmosfer tinggi menuju daerah yang tekanannya lebih rendah.

Total ada 7 zona. Khatulistiwa adalah zona bertekanan rendah. Selanjutnya, di kedua sisi khatulistiwa hingga garis lintang ketiga puluh - daerah bertekanan tinggi. Dari 30° hingga 60° - lagi-lagi tekanan rendah. Dan dari 60° ke kutub - zona tekanan tinggi. Massa udara bersirkulasi di antara zona-zona ini. Yang berhembus dari laut ke darat membawa hujan dan cuaca buruk, sedangkan yang berhembus dari benua membawa cuaca cerah dan kering. Di tempat-tempat di mana arus udara bertabrakan, zona depan atmosfer terbentuk, yang ditandai dengan curah hujan dan cuaca berangin yang buruk.

Para ilmuwan telah membuktikan bahwa kesejahteraan seseorang bergantung pada tekanan atmosfer. Menurut standar internasional, tekanan atmosfer normal adalah 760 mm Hg. kolom pada suhu 0°C. Angka ini dihitung untuk wilayah daratan yang hampir rata dengan permukaan laut. Tekanan berkurang seiring dengan ketinggian. Oleh karena itu, misalnya, untuk St. Petersburg 760 mm Hg. - adalah norma. Namun untuk Moskow yang letaknya lebih tinggi, tekanan normalnya adalah 748 mm Hg.

Perubahan tekanan tidak hanya secara vertikal, tetapi juga secara horizontal. Hal ini terutama dirasakan pada saat terjadinya angin topan.

Struktur atmosfer

Suasananya seperti kue lapis. Dan setiap lapisan memiliki ciri khasnya masing-masing.

. Troposfer merupakan lapisan yang paling dekat dengan bumi. "Ketebalan" lapisan ini berubah saat Anda menjauh dari garis khatulistiwa. Di atas khatulistiwa, lapisannya memanjang ke atas sejauh 16-18 km, di zona beriklim sedang - sejauh 10-12 km, di kutub - sejauh 8-10 km.

Di sinilah terkandung 80% massa total udara dan 90% uap air. Awan terbentuk di sini, siklon dan antisiklon muncul. Suhu udara tergantung pada ketinggian daerah tersebut. Rata-rata, suhu turun sebesar 0,65°C untuk setiap 100 meter.

. tropopause- lapisan transisi atmosfer. Ketinggiannya berkisar dari beberapa ratus meter hingga 1-2 km. Suhu udara di musim panas lebih tinggi dibandingkan di musim dingin. Jadi, misalnya, di atas kutub pada musim dingin -65 ° C. Dan di atas khatulistiwa setiap saat sepanjang tahun suhunya -70 ° C.

. Stratosfir- ini adalah lapisan yang batas atasnya berada pada ketinggian 50-55 kilometer. Turbulensi di sini rendah, kandungan uap air di udara dapat diabaikan. Tapi banyak ozon. Konsentrasi maksimumnya berada pada ketinggian 20-25 km. Di stratosfer, suhu udara mulai naik hingga mencapai +0,8°C. Hal ini disebabkan lapisan ozon berinteraksi dengan radiasi ultraviolet.

. Stratopause- lapisan perantara rendah antara stratosfer dan mesosfer yang mengikutinya.

. Mesosfer- batas atas lapisan ini adalah 80-85 kilometer. Di sini terjadi proses fotokimia kompleks yang melibatkan radikal bebas. Merekalah yang memberikan cahaya biru lembut pada planet kita, yang terlihat dari luar angkasa.

Kebanyakan komet dan meteorit terbakar di mesosfer.

. mesopause- lapisan perantara berikutnya, suhu udara setidaknya -90 °.

. Termosfer- batas bawah dimulai pada ketinggian 80 - 90 km, dan batas atas lapisan melewati kira-kira pada ketinggian 800 km. Suhu udara meningkat. Suhunya dapat bervariasi dari +500° C hingga +1000° C. Pada siang hari, fluktuasi suhu mencapai ratusan derajat! Namun udara di sini sangat tipis sehingga pemahaman istilah "suhu" seperti yang kita bayangkan tidak tepat di sini.

. Ionosfir- menyatukan mesosfer, mesopause dan termosfer. Udara di sini sebagian besar terdiri dari molekul oksigen dan nitrogen, serta plasma kuasi-netral. Sinar matahari yang memasuki ionosfer mengionisasi molekul udara dengan kuat. Di lapisan bawah (sampai 90 km), derajat ionisasinya rendah. Semakin tinggi, semakin banyak ionisasi. Jadi, pada ketinggian 100-110 km, elektron terkonsentrasi. Hal ini berkontribusi terhadap refleksi gelombang radio pendek dan menengah.

Lapisan ionosfer yang paling penting adalah lapisan atas, yang terletak pada ketinggian 150-400 km. Keunikannya adalah memantulkan gelombang radio, dan ini berkontribusi pada transmisi sinyal radio jarak jauh.

Di ionosfer itulah fenomena aurora terjadi.

. Eksosfer- terdiri dari atom oksigen, helium dan hidrogen. Gas di lapisan ini sangat langka, dan seringkali atom hidrogen lepas ke luar angkasa. Oleh karena itu, lapisan ini disebut “zona hamburan”.

Ilmuwan pertama yang menyatakan bahwa atmosfer kita memiliki berat adalah E. Torricelli dari Italia. Ostap Bender, misalnya, dalam novel "The Golden Calf" menyayangkan setiap orang terdesak kolom udara seberat 14 kg! Namun ahli strategi hebat itu sedikit salah. Orang dewasa mengalami tekanan 13-15 ton! Namun beban ini tidak kita rasakan, karena tekanan atmosfer diimbangi dengan tekanan internal seseorang. Berat atmosfer kita adalah 5.300.000.000.000.000 ton. Angka tersebut sangat besar, meski hanya sepersejuta dari berat planet kita.

Selubung gas yang mengelilingi planet Bumi kita, yang dikenal sebagai atmosfer, terdiri dari lima lapisan utama. Lapisan-lapisan ini berasal dari permukaan planet, dari permukaan laut (kadang di bawah) dan naik ke luar angkasa dengan urutan sebagai berikut:

• Troposfer;
• Stratosfir;
• Mesosfer;
• Termosfer;
• Eksosfer.

Diagram lapisan utama atmosfer bumi

Di antara masing-masing lima lapisan utama ini terdapat zona transisi yang disebut "jeda" di mana terjadi perubahan suhu, komposisi, dan kepadatan udara. Bersamaan dengan jeda, atmosfer bumi mencakup total 9 lapisan.

Troposfer: tempat terjadinya cuaca

Dari semua lapisan atmosfer, troposfer adalah lapisan yang paling kita kenal (disadari atau tidak), karena kita hidup di dasarnya - permukaan planet. Itu menyelimuti permukaan bumi dan meluas ke atas selama beberapa kilometer. Kata troposfer berarti "perubahan bola". Nama yang sangat tepat, karena lapisan ini adalah tempat terjadinya cuaca sehari-hari.

Mulai dari permukaan planet, troposfer naik hingga ketinggian 6 hingga 20 km. Sepertiga bagian bawah lapisan yang paling dekat dengan kita mengandung 50% dari seluruh gas atmosfer. Ini adalah satu-satunya bagian dari keseluruhan komposisi atmosfer yang bernafas. Karena udara dipanaskan dari bawah oleh permukaan bumi, yang menyerap energi panas Matahari, suhu dan tekanan troposfer menurun seiring bertambahnya ketinggian.

Di bagian atas terdapat lapisan tipis yang disebut tropopause, yang hanya menjadi penyangga antara troposfer dan stratosfer.

Stratosfer: rumah bagi ozon

Stratosfer adalah lapisan atmosfer berikutnya. Membentang dari 6-20 km hingga 50 km di atas permukaan bumi. Ini adalah lapisan tempat sebagian besar pesawat komersial terbang dan melakukan perjalanan balon.

Di sini udara tidak mengalir naik turun, melainkan bergerak sejajar permukaan dalam arus udara yang sangat cepat. Suhu meningkat seiring dengan kenaikan Anda, hal ini disebabkan oleh banyaknya ozon alami (O3), produk sampingan dari radiasi matahari, dan oksigen, yang memiliki kemampuan untuk menyerap sinar ultraviolet matahari yang berbahaya (setiap kenaikan suhu seiring dengan ketinggian diketahui dalam meteorologi sebagai "inversi").

Karena stratosfer memiliki suhu yang lebih hangat di bagian bawah dan suhu yang lebih dingin di bagian atas, konveksi (pergerakan vertikal massa udara) jarang terjadi di bagian atmosfer ini. Faktanya, Anda dapat melihat badai yang mengamuk di troposfer dari stratosfer, karena lapisan tersebut bertindak sebagai "penutup" konveksi, sehingga awan badai tidak dapat menembusnya.

Stratosfer sekali lagi diikuti oleh lapisan penyangga, kali ini disebut stratopause.

Mesosfer: atmosfer tengah

Mesosfer terletak kurang lebih 50-80 km dari permukaan bumi. Mesosfer bagian atas adalah tempat alami terdingin di Bumi, dengan suhu bisa turun hingga di bawah -143°C.

Termosfer: atmosfer bagian atas

Mesosfer dan mesopause diikuti oleh termosfer, terletak antara 80 dan 700 km di atas permukaan planet, dan mengandung kurang dari 0,01% total udara di lapisan atmosfer. Suhu di sini mencapai +2000° C, namun karena penghalusan udara yang kuat dan kurangnya molekul gas untuk mentransfer panas, suhu tinggi ini dianggap sangat dingin.

Eksosfer: batas atmosfer dan ruang angkasa

Pada ketinggian sekitar 700-10.000 km di atas permukaan bumi terdapat eksosfer – tepi luar atmosfer yang berbatasan dengan ruang angkasa. Di sini satelit meteorologi berputar mengelilingi bumi.

Bagaimana dengan ionosfer?

Ionosfer bukanlah lapisan tersendiri, bahkan istilah ini digunakan untuk menyebut atmosfer pada ketinggian 60 hingga 1000 km. Ini mencakup bagian paling atas dari mesosfer, seluruh termosfer dan sebagian eksosfer. Ionosfer mendapatkan namanya karena di bagian atmosfer ini, radiasi Matahari terionisasi ketika melewati medan magnet bumi pada dan . Fenomena ini diamati dari bumi sebagai cahaya utara.

atmosfer bumi

Suasana(dari. Yunani lainnyaἀτμός - uap dan σφαῖρα - bola) - gas kerang ( geosfer) yang mengelilingi planet ini Bumi. Permukaan bagian dalamnya tertutup hidrosfer dan sebagian kulit pohon, bagian luarnya berbatasan dengan bagian luar angkasa dekat Bumi.

Himpunan bagian fisika dan kimia yang mempelajari atmosfer biasa disebut fisika atmosfer. Suasana menentukan cuaca di permukaan bumi, terlibat dalam studi tentang cuaca meteorologi, dan variasi jangka panjang iklim - klimatologi.

Struktur atmosfer

Struktur atmosfer

Troposfer

Batas atasnya berada pada ketinggian 8-10 km di kutub, 10-12 km di daerah beriklim sedang, dan 16-18 km di garis lintang tropis; lebih rendah di musim dingin dibandingkan di musim panas. Lapisan bawah, lapisan utama atmosfer. Ini mengandung lebih dari 80% total massa udara atmosfer dan sekitar 90% dari seluruh uap air yang ada di atmosfer. sangat berkembang di troposfer pergolakan Dan konveksi, timbul awan, mengembangkan siklon Dan antisiklon. Suhu menurun seiring bertambahnya ketinggian dengan rata-rata vertikal gradien 0,65°/100m

Untuk "kondisi normal" di permukaan bumi diambil: kepadatan 1,2 kg/m3, tekanan barometrik 101,35 kPa, suhu ditambah 20 °C dan kelembaban relatif 50%. Indikator kondisional ini memiliki nilai rekayasa murni.

Stratosfir

Lapisan atmosfer terletak pada ketinggian 11 sampai 50 km. Ditandai dengan sedikit perubahan suhu pada lapisan 11-25 km (lapisan bawah stratosfer) dan peningkatannya pada lapisan 25-40 km dari -56,5 menjadi 0,8° DENGAN(stratosfer atau wilayah atas inversi). Setelah mencapai nilai sekitar 273 K (hampir 0°C) pada ketinggian sekitar 40 km, suhu tetap konstan hingga ketinggian sekitar 55 km. Daerah yang suhunya tetap disebut stratopause dan merupakan batas antara stratosfer dan mesosfer.

Stratopause

Lapisan batas atmosfer antara stratosfer dan mesosfer. Terdapat distribusi suhu vertikal maksimum (sekitar 0 °C).

Mesosfer

atmosfer bumi

Mesosfer dimulai pada ketinggian 50 km dan memanjang hingga 80-90 km. Suhu menurun seiring ketinggian dengan gradien vertikal rata-rata (0,25-0,3)°/100 m Proses energi utama adalah perpindahan panas radiasi. Proses fotokimia kompleks yang melibatkan Radikal bebas, molekul yang tereksitasi secara vibrasi, dll., menentukan cahaya atmosfer.

mesopause

Lapisan transisi antara mesosfer dan termosfer. Distribusi suhu vertikal minimum (sekitar -90 °C).

Jalur Karman

Ketinggian di atas permukaan laut, yang secara konvensional diterima sebagai batas antara atmosfer bumi dan ruang angkasa.

Termosfer

artikel utama: Termosfer

Batas atasnya sekitar 800 km. Suhu naik hingga ketinggian 200-300 km, mencapai nilai sekitar 1500 K, setelah itu hampir konstan hingga ketinggian. Di bawah pengaruh radiasi matahari ultraviolet dan sinar-X serta radiasi kosmik, terjadi ionisasi udara (" aurora”) - area utama ionosfir terletak di dalam termosfer. Pada ketinggian di atas 300 km, oksigen atom mendominasi.

Lapisan atmosfer hingga ketinggian 120 km

Eksosfer (bidang penyebaran)

Eksosfer- zona hamburan, bagian terluar termosfer, terletak di atas 700 km. Gas di eksosfer sangat langka, sehingga partikelnya bocor ke ruang antarplanet ( menghilangnya).

Hingga ketinggian 100 km, atmosfer merupakan campuran gas yang homogen dan tercampur dengan baik. Di lapisan yang lebih tinggi, distribusi ketinggian gas bergantung pada massa molekulnya, konsentrasi gas yang lebih berat berkurang lebih cepat seiring dengan bertambahnya jarak dari permukaan bumi. Karena penurunan kepadatan gas, suhu turun dari 0 °C di stratosfer menjadi −110 °C di mesosfer. Namun, energi kinetik partikel individu pada ketinggian 200–250 km setara dengan suhu ~1500 °C. Di atas 200 km, fluktuasi suhu dan kepadatan gas yang signifikan diamati dalam ruang dan waktu.

Pada ketinggian sekitar 2000-3000 km, eksosfer secara bertahap berubah menjadi apa yang disebut dekat ruang hampa udara, yang diisi dengan partikel gas antarplanet yang sangat langka, terutama atom hidrogen. Namun gas ini hanyalah sebagian dari materi antarplanet. Bagian lainnya terdiri dari partikel mirip debu yang berasal dari komet dan meteorik. Selain partikel seperti debu yang sangat halus, radiasi elektromagnetik dan sel darah yang berasal dari matahari dan galaksi menembus ke dalam ruang ini.

Troposfer menyumbang sekitar 80% massa atmosfer, stratosfer menyumbang sekitar 20%; massa mesosfer tidak lebih dari 0,3%, termosfer kurang dari 0,05% total massa atmosfer. Berdasarkan sifat kelistrikannya di atmosfer, neutrosfer dan ionosfer dibedakan. Saat ini atmosfer diyakini meluas hingga ketinggian 2000-3000 km.

Tergantung pada komposisi gas di atmosfer, mereka mengeluarkannya homosfer Dan heterosfer. heterosfer - ini adalah area di mana gravitasi berpengaruh pada pemisahan gas, karena pencampurannya pada ketinggian seperti itu dapat diabaikan. Oleh karena itu berikut komposisi variabel heterosfer. Di bawahnya terdapat bagian atmosfer yang tercampur rata dan homogen, yang disebut homosfer. Batas antara lapisan-lapisan ini disebut jeda turbo, letaknya di ketinggian sekitar 120 km.

Properti fisik

Ketebalan atmosfer kurang lebih 2000 – 3000 km dari permukaan bumi. Massa total udara- (5.1-5.3) × 10 18kg. Masa molar udara bersih kering adalah 28.966. Tekanan pada 0 °C di permukaan laut 101.325 kPa; temperatur kritis-140,7 °C; tekanan kritis 3,7 MPa; C P 1,0048×10 3 J/(kg K)(pada 0°C), C ay 0,7159×10 3 J/(kg K) (pada 0 °C). Kelarutan udara dalam air pada 0 °C - 0,036%, pada 25 °C - 0,22%.

Sifat fisiologis dan sifat atmosfer lainnya

Sudah di ketinggian 5 km di atas permukaan laut, orang yang tidak terlatih berkembang kelaparan oksigen dan tanpa adaptasi, kinerja manusia akan berkurang secara signifikan. Di sinilah zona fisiologis atmosfer berakhir. Pernafasan manusia menjadi tidak mungkin pada ketinggian 15 km, meskipun hingga sekitar 115 km atmosfer mengandung oksigen.

Atmosfer memberi kita oksigen yang kita perlukan untuk bernapas. Namun, karena penurunan tekanan total atmosfer saat Anda naik ke ketinggian, tekanan parsial oksigen juga menurun.

Paru-paru manusia selalu mengandung sekitar 3 liter udara alveolar. Tekanan parsial oksigen di udara alveolar pada tekanan atmosfer normal adalah 110 mm Hg. Seni., tekanan karbon dioksida - 40 mm Hg. Seni., dan uap air - 47 mm Hg. Seni. Dengan bertambahnya ketinggian, tekanan oksigen turun, dan tekanan total uap air dan karbon dioksida di paru-paru hampir konstan - sekitar 87 mm Hg. Seni. Aliran oksigen ke paru-paru akan berhenti total ketika tekanan udara di sekitarnya menjadi sama dengan nilai tersebut.

Pada ketinggian sekitar 19-20 km, tekanan atmosfer turun menjadi 47 mm Hg. Seni. Oleh karena itu, pada ketinggian ini, air dan cairan interstisial mulai mendidih di dalam tubuh manusia. Di luar kabin bertekanan pada ketinggian tersebut, kematian terjadi hampir seketika. Jadi, dari sudut pandang fisiologi manusia, "ruang" sudah dimulai pada ketinggian 15-19 km.

Lapisan udara yang padat - troposfer dan stratosfer - melindungi kita dari efek radiasi yang merusak. Dengan penghalusan udara yang cukup, pada ketinggian lebih dari 36 km, ionisasi memberikan efek yang kuat pada tubuh. radiasi- sinar kosmik primer; pada ketinggian lebih dari 40 km, bagian ultraviolet dari spektrum matahari, yang berbahaya bagi manusia, beroperasi.

Saat kita naik ke ketinggian yang semakin tinggi di atas permukaan bumi, secara bertahap melemah, dan kemudian menghilang sama sekali, fenomena yang biasa kita amati di lapisan bawah atmosfer, seperti perambatan suara, munculnya gaya aerodinamis, akan muncul. kekuatan angkat dan resistensi, perpindahan panas konveksi dan sebagainya.

Di lapisan udara yang dijernihkan, perbanyakan suara ternyata mustahil. Hingga ketinggian 60-90 km, hambatan udara dan gaya angkat masih dapat digunakan untuk penerbangan aerodinamis yang terkendali. Namun mulai dari ketinggian 100-130 km, konsepnya familiar bagi setiap pilot angka M Dan penghalang suara kehilangan maknanya, lewat situlah syaratnya Jalur Karman di luarnya dimulailah bidang penerbangan balistik murni, yang hanya dapat dikendalikan dengan menggunakan gaya reaktif.

Pada ketinggian di atas 100 km, atmosfer juga tidak memiliki sifat luar biasa lainnya - kemampuan untuk menyerap, menghantarkan, dan mentransfer energi panas melalui konveksi (yaitu melalui pencampuran udara). Artinya berbagai elemen perlengkapan, perlengkapan stasiun luar angkasa orbital tidak akan dapat didinginkan dari luar seperti yang biasa dilakukan di pesawat terbang - dengan bantuan pancaran udara dan radiator udara. Pada ketinggian seperti di ruang angkasa pada umumnya, satu-satunya cara untuk mentransfer panas adalah radiasi termal.

Komposisi atmosfer

Komposisi udara kering

Atmosfer bumi sebagian besar terdiri dari gas dan berbagai kotoran (debu, tetesan air, kristal es, garam laut, hasil pembakaran).

Konsentrasi gas yang menyusun atmosfer hampir konstan, kecuali air (H 2 O) dan karbon dioksida (CO 2).

Selain gas-gas yang tertera pada tabel, atmosfer mengandung SO 2, NH 3, CO, ozon, hidrokarbon, HCl, HF, pasangan HG, saya 2 , dan TIDAK dan banyak gas lainnya dalam jumlah kecil. Troposfer secara konstan mengandung sejumlah besar partikel padat dan cair yang tersuspensi ( aerosol).

Sejarah terbentuknya atmosfer

Menurut teori yang paling umum, atmosfer bumi mempunyai empat komposisi berbeda dari waktu ke waktu. Awalnya, itu terdiri dari gas ringan ( hidrogen Dan helium) ditangkap dari ruang antarplanet. Ini yang disebut suasana primer(sekitar empat miliar tahun yang lalu). Pada tahap selanjutnya, aktivitas vulkanik aktif menyebabkan kejenuhan atmosfer dengan gas selain hidrogen (karbon dioksida, amonia, uap). Begini caranya suasana sekunder(sekitar tiga miliar tahun sebelum zaman kita). Suasana ini memulihkan. Selanjutnya proses terbentuknya atmosfer ditentukan oleh faktor-faktor sebagai berikut:

kebocoran gas ringan (hidrogen dan helium) ke dalam ruang antarplanet;

reaksi kimia yang terjadi di atmosfer di bawah pengaruh radiasi ultraviolet, pelepasan petir dan beberapa faktor lainnya.

Lambat laun, faktor-faktor ini mengarah pada pembentukannya suasana tersier, ditandai dengan kandungan hidrogen yang jauh lebih rendah dan kandungan nitrogen dan karbon dioksida yang jauh lebih tinggi (terbentuk sebagai hasil reaksi kimia dari amonia dan hidrokarbon).

Nitrogen

Terbentuknya sejumlah besar N 2 disebabkan oleh oksidasi atmosfer amonia-hidrogen oleh molekul O 2, yang mulai keluar dari permukaan planet sebagai hasil fotosintesis, mulai 3 miliar tahun yang lalu. N 2 juga dilepaskan ke atmosfer sebagai akibat denitrifikasi nitrat dan senyawa lain yang mengandung nitrogen. Nitrogen dioksidasi oleh ozon menjadi NO di atmosfer bagian atas.

Nitrogen N 2 bereaksi hanya dalam kondisi tertentu (misalnya, selama pelepasan petir). Oksidasi nitrogen molekuler oleh ozon selama pelepasan listrik digunakan dalam produksi industri pupuk nitrogen. Ini dapat dioksidasi dengan konsumsi energi yang rendah dan diubah menjadi bentuk yang aktif secara biologis cyanobacteria (ganggang biru-hijau) dan bakteri bintil yang membentuk rhizobial simbiosis Dengan kacang-kacangan tanaman, yang disebut. pupuk hijau.

Oksigen

Komposisi atmosfer mulai berubah secara radikal dengan munculnya organisme hidup, sebagai akibat fotosintesis disertai dengan pelepasan oksigen dan penyerapan karbon dioksida. Awalnya, oksigen dihabiskan untuk oksidasi senyawa tereduksi - amonia, hidrokarbon, bentuk oksida kelenjar terkandung di lautan, dll. Pada akhir tahap ini, kandungan oksigen di atmosfer mulai bertambah. Secara bertahap, suasana modern dengan sifat pengoksidasi terbentuk. Karena hal ini menyebabkan perubahan yang serius dan tiba-tiba dalam banyak proses yang terjadi di suasana, litosfer Dan lingkungan, acara ini disebut Bencana oksigen.

Selama Fanerozoikum komposisi atmosfer dan kandungan oksigen mengalami perubahan. Mereka berkorelasi terutama dengan laju pengendapan batuan sedimen organik. Jadi, selama periode akumulasi batu bara, kandungan oksigen di atmosfer tampaknya jauh melebihi tingkat saat ini.

Karbon dioksida

Kandungan CO 2 di atmosfer bergantung pada aktivitas gunung berapi dan proses kimia di lapisan bumi, namun yang terpenting - pada intensitas biosintesis dan dekomposisi bahan organik di dalamnya. lingkungan Bumi. Hampir seluruh biomassa planet ini saat ini (sekitar 2,4 × 10 12 ton ) terbentuk karena karbon dioksida, nitrogen dan uap air yang terkandung di udara atmosfer. Terkubur di laut, V rawa-rawa dan masuk hutan bahan organik menjadi batu bara, minyak Dan gas alam. (cm. Siklus geokimia karbon)

gas mulia

Sumber gas inert - argon, helium Dan kripton- letusan gunung berapi dan peluruhan unsur radioaktif. Bumi secara keseluruhan dan atmosfer pada khususnya mengalami kekurangan gas inert dibandingkan dengan ruang angkasa. Alasannya diyakini terletak pada kebocoran gas yang terus menerus ke ruang antarplanet.

Polusi udara

Belakangan ini, evolusi atmosfer mulai dipengaruhi oleh Manusia. Hasil dari kegiatannya adalah peningkatan signifikan yang konstan dalam kandungan karbon dioksida di atmosfer akibat pembakaran bahan bakar hidrokarbon yang terakumulasi pada zaman geologis sebelumnya. CO 2 dalam jumlah besar dikonsumsi selama fotosintesis dan diserap oleh lautan di dunia. Gas ini masuk ke atmosfer akibat penguraian batuan karbonat dan bahan organik yang berasal dari tumbuhan dan hewan, serta akibat aktivitas vulkanisme dan produksi manusia. Selama 100 tahun terakhir, kandungan CO2 di atmosfer meningkat sebesar 10%, dengan sebagian besar (360 miliar ton) berasal dari pembakaran bahan bakar. Jika laju pertumbuhan pembakaran bahan bakar terus berlanjut, maka dalam 50 – 60 tahun mendatang jumlah CO 2 di atmosfer akan berlipat ganda dan dapat menyebabkan perubahan iklim global.

Pembakaran bahan bakar merupakan sumber utama kedua gas polutan ( JADI, TIDAK, JADI 2 ). Sulfur dioksida dioksidasi oleh oksigen atmosfer menjadi JADI 3 di atmosfer bagian atas, yang pada gilirannya berinteraksi dengan uap air dan amonia, dan dihasilkan asam sulfat (H 2 JADI 4 ) Dan amonium sulfat ((NH 4 ) 2 JADI 4 ) kembali ke permukaan bumi dalam bentuk yang disebut. hujan asam. Penggunaan mesin pembakaran internal menyebabkan polusi udara yang signifikan dengan nitrogen oksida, hidrokarbon dan senyawa timbal ( timbal tetraetil Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Pencemaran aerosol di atmosfer disebabkan baik oleh sebab alami (letusan gunung berapi, badai debu, masuknya tetesan air laut dan serbuk sari tanaman, dll.) maupun oleh aktivitas ekonomi manusia (penambangan bijih dan bahan bangunan, pembakaran bahan bakar, produksi semen, dll. .). Penghilangan partikel padat secara besar-besaran ke atmosfer merupakan salah satu kemungkinan penyebab perubahan iklim di planet ini.

Peran atmosfer dalam kehidupan bumi

Atmosfer merupakan sumber oksigen yang dihirup manusia. Namun, saat Anda naik ke ketinggian, tekanan atmosfer total turun, mengakibatkan penurunan tekanan parsial oksigen.

Paru-paru manusia mengandung sekitar tiga liter udara alveolar. Jika tekanan atmosfer normal, maka tekanan parsial oksigen di udara alveolar adalah 11 mm Hg. Seni., tekanan karbon dioksida - 40 mm Hg. Seni., dan uap air - 47 mm Hg. Seni. Dengan bertambahnya ketinggian, tekanan oksigen menurun, dan tekanan uap air dan karbon dioksida di paru-paru secara total akan tetap konstan - sekitar 87 mm Hg. Seni. Ketika tekanan udara sama dengan nilai ini, oksigen akan berhenti mengalir ke paru-paru.

Akibat penurunan tekanan atmosfer pada ketinggian 20 km, air dan cairan tubuh interstisial dalam tubuh manusia akan mendidih di sini. Jika Anda tidak menggunakan kabin bertekanan, pada ketinggian seperti itu seseorang akan mati seketika. Oleh karena itu, jika dilihat dari ciri fisiologis tubuh manusia, “ruang” tersebut berasal dari ketinggian 20 km di atas permukaan laut.

Peranan atmosfer dalam kehidupan bumi sangatlah besar. Jadi, misalnya, berkat lapisan udara yang padat - troposfer dan stratosfer, manusia terlindungi dari paparan radiasi. Di luar angkasa, di udara yang dijernihkan, pada ketinggian lebih dari 36 km, radiasi pengion bekerja. Pada ketinggian lebih dari 40 km - ultraviolet.

Ketika naik di atas permukaan bumi hingga ketinggian lebih dari 90-100 km, akan terjadi pelemahan bertahap, dan kemudian hilangnya sepenuhnya fenomena-fenomena yang akrab bagi manusia, yang diamati di lapisan atmosfer bawah:

Suara tidak merambat.

Tidak ada gaya aerodinamis dan hambatan.

Panas tidak berpindah secara konveksi, dll.

Lapisan atmosfer melindungi Bumi dan semua organisme hidup dari radiasi kosmik, dari meteorit, bertanggung jawab untuk mengatur fluktuasi suhu musiman, menyeimbangkan dan menyamakan suhu harian. Dengan tidak adanya atmosfer di Bumi, suhu harian akan berfluktuasi dalam kisaran +/-200С˚. Lapisan atmosfer adalah "penyangga" pemberi kehidupan antara permukaan bumi dan luar angkasa, pembawa kelembaban dan panas; proses fotosintesis dan pertukaran energi terjadi di atmosfer - proses biosfer yang paling penting.

Lapisan atmosfer berurutan dari permukaan bumi

Atmosfer merupakan suatu struktur yang berlapis-lapis, yaitu lapisan-lapisan atmosfer berikut ini secara berurutan dari permukaan bumi:

Troposfer.

Stratosfir.

Mesosfer.

Termosfer.

Eksosfer

Setiap lapisan tidak memiliki batas yang jelas di antara mereka, dan ketinggiannya dipengaruhi oleh garis lintang dan musim. Struktur berlapis ini terbentuk akibat perubahan suhu pada ketinggian yang berbeda-beda. Berkat atmosfer kita melihat bintang berkelap-kelip.

Struktur atmosfer bumi berdasarkan lapisan:

Terbuat dari apakah atmosfer bumi?

Setiap lapisan atmosfer berbeda dalam suhu, kepadatan dan komposisi. Total ketebalan atmosfer adalah 1,5-2,0 ribu km. Terbuat dari apakah atmosfer bumi? Saat ini merupakan campuran gas dengan berbagai pengotor.

Troposfer

Struktur atmosfer bumi diawali dari troposfer, yaitu atmosfer bagian bawah yang tingginya sekitar 10-15 km. Di sinilah sebagian besar udara atmosfer terkonsentrasi. Ciri khas troposfer adalah penurunan suhu sebesar 0,6 ˚C seiring kenaikan suhu setiap 100 meter. Troposfer telah memusatkan hampir seluruh uap air di atmosfer, dan awan juga terbentuk di sini.

Ketinggian troposfer berubah setiap hari. Selain itu, nilai rata-ratanya bervariasi tergantung pada garis lintang dan musim dalam setahun. Ketinggian rata-rata troposfer di atas kutub adalah 9 km, di atas khatulistiwa - sekitar 17 km. Suhu udara rata-rata tahunan di khatulistiwa mendekati +26˚C, dan di Kutub Utara -23˚C. Garis atas batas troposfer di atas ekuator memiliki suhu rata-rata tahunan sekitar -70˚C, dan di atas kutub utara pada musim panas -45˚C dan -65˚C pada musim dingin. Jadi, semakin tinggi suatu tempat, semakin rendah suhunya. Sinar matahari melewati troposfer dengan bebas, memanaskan permukaan bumi. Panas yang dipancarkan matahari ditahan oleh karbon dioksida, metana, dan uap air.

Stratosfir

Di atas lapisan troposfer terdapat stratosfer yang tingginya 50-55 km. Keunikan lapisan ini adalah peningkatan suhu seiring dengan ketinggian. Di antara troposfer dan stratosfer terdapat lapisan peralihan yang disebut tropopause.

Kira-kira dari ketinggian 25 kilometer, suhu lapisan stratosfer mulai meningkat dan, setelah mencapai ketinggian maksimum 50 km, suhunya mencapai +10 hingga +30 ˚C.

Uap air di stratosfer sangat sedikit. Terkadang pada ketinggian sekitar 25 km dapat ditemukan awan yang cukup tipis yang disebut dengan "induk mutiara". Pada siang hari tidak terlihat, tetapi pada malam hari bersinar karena iluminasi matahari yang berada di bawah ufuk. Komposisi awan induk mutiara adalah tetesan air yang sangat dingin. Stratosfer sebagian besar terdiri dari ozon.

Mesosfer

Ketinggian lapisan mesosfer kurang lebih 80 km. Di sini, saat naik, suhu menurun dan pada batas paling atas mencapai nilai beberapa puluh C˚ di bawah nol. Di mesosfer juga dapat diamati awan yang diduga terbentuk dari kristal es. Awan ini disebut "keperakan". Mesosfer dicirikan oleh suhu terdingin di atmosfer: dari -2 hingga -138 ˚C.

Termosfer

Lapisan atmosfer ini mendapatkan namanya karena suhunya yang tinggi. Termosfer terdiri dari:

Ionosfir.

eksosfer.

Ionosfer dicirikan oleh udara yang dijernihkan, setiap sentimeternya pada ketinggian 300 km terdiri dari 1 miliar atom dan molekul, dan pada ketinggian 600 km - lebih dari 100 juta.

Ionosfer juga dicirikan oleh ionisasi udara yang tinggi. Ion-ion ini terdiri dari atom oksigen bermuatan, molekul atom nitrogen bermuatan, dan elektron bebas.

Eksosfer

Lapisan eksosfer dimulai dari ketinggian 800-1000 km. Partikel gas, terutama yang ringan, bergerak ke sini dengan kecepatan tinggi, mengatasi gaya gravitasi. Partikel-partikel tersebut, karena pergerakannya yang cepat, terbang keluar dari atmosfer ke luar angkasa dan menyebar. Oleh karena itu, eksosfer disebut sebagai bidang hamburan. Sebagian besar atom hidrogen yang terbang ke luar angkasa, yang membentuk lapisan tertinggi eksosfer. Berkat partikel di atmosfer bagian atas dan partikel angin matahari, kita dapat mengamati cahaya utara.

Satelit dan roket geofisika memungkinkan untuk mengetahui keberadaan sabuk radiasi planet di atmosfer atas, yang terdiri dari partikel bermuatan listrik - elektron dan proton.