Atmosfēra ir mūsu planētas gāzveida apvalks, kas rotē kopā ar Zemi. Gāzi atmosfērā sauc par gaisu. Atmosfēra saskaras ar hidrosfēru un daļēji pārklāj litosfēru. Bet ir grūti noteikt augšējo robežu. Parasti tiek pieņemts, ka atmosfēra stiepjas uz augšu apmēram trīs tūkstošus kilometru. Tur tas vienmērīgi ieplūst bezgaisa telpā.

Zemes atmosfēras ķīmiskais sastāvs

Atmosfēras ķīmiskā sastāva veidošanās sākās apmēram pirms četriem miljardiem gadu. Sākotnēji atmosfēra sastāvēja tikai no vieglajām gāzēm – hēlija un ūdeņraža. Pēc zinātnieku domām, sākotnējie priekšnoteikumi gāzes čaulas izveidošanai ap Zemi bija vulkānu izvirdumi, kas kopā ar lavu izdalīja milzīgu daudzumu gāzu. Pēc tam sākās gāzu apmaiņa ar ūdens telpām, ar dzīviem organismiem, ar to darbības produktiem. Gaisa sastāvs pakāpeniski mainījās un pašreizējā formā tika fiksēts pirms vairākiem miljoniem gadu.

Galvenās atmosfēras sastāvdaļas ir slāpeklis (apmēram 79%) un skābeklis (20%). Atlikušo procentuālo daļu (1%) veido šādas gāzes: argons, neons, hēlijs, metāns, oglekļa dioksīds, ūdeņradis, kriptons, ksenons, ozons, amonjaks, sēra dioksīds un slāpeklis, slāpekļa oksīds un oglekļa monoksīds, kas iekļauti šajā. viens procents.

Turklāt gaiss satur ūdens tvaikus un daļiņas (augu ziedputekšņus, putekļus, sāls kristālus, aerosola piemaisījumus).

Nesen zinātnieki ir atzīmējuši nevis kvalitatīvas, bet gan kvantitatīvas izmaiņas dažās gaisa sastāvdaļās. Un iemesls tam ir cilvēks un viņa darbība. Tikai pēdējo 100 gadu laikā oglekļa dioksīda saturs ir ievērojami pieaudzis! Tas ir saistīts ar daudzām problēmām, no kurām globālākā ir klimata pārmaiņas.

Laikapstākļu un klimata veidošanās

Atmosfērai ir būtiska loma klimata un laikapstākļu veidošanā uz Zemes. Daudz kas ir atkarīgs no saules gaismas daudzuma, no pamata virsmas īpašībām un atmosfēras cirkulācijas.

Apskatīsim faktorus secībā.

1. Atmosfēra pārraida saules staru siltumu un absorbē kaitīgo starojumu. Senie grieķi zināja, ka Saules stari krīt uz dažādām Zemes vietām dažādos leņķos. Pats vārds "klimats" tulkojumā no sengrieķu valodas nozīmē "slīpums". Tātad pie ekvatora saules stari krīt gandrīz vertikāli, jo šeit ir ļoti karsts. Jo tuvāk stabiem, jo ​​lielāks ir slīpuma leņķis. Un temperatūra krītas.

2. Zemes nevienmērīgas sasilšanas dēļ atmosfērā veidojas gaisa plūsmas. Tos klasificē pēc to lieluma. Vismazākie (desmitiem un simtiem metru) ir vietējie vēji. Tam seko musons un pasāti, cikloni un anticikloni, planētu frontālās zonas.

Visas šīs gaisa masas pastāvīgi pārvietojas. Daži no tiem ir diezgan statiski. Piemēram, pasātu vēji, kas pūš no subtropiem uz ekvatoru. Citu kustība lielā mērā ir atkarīga no atmosfēras spiediena.

3. Atmosfēras spiediens ir vēl viens faktors, kas ietekmē klimata veidošanos. Tas ir gaisa spiediens uz zemes virsmas. Kā zināms, gaisa masas virzās no zonas ar augstu atmosfēras spiedienu uz zonu, kur šis spiediens ir zemāks.

Kopumā ir 7 zonas. Ekvators ir zema spiediena zona. Turklāt abās ekvatora pusēs līdz trīsdesmitajiem platuma grādiem - augsta spiediena apgabals. No 30° līdz 60° - atkal zems spiediens. Un no 60° līdz poliem - augsta spiediena zona. Starp šīm zonām cirkulē gaisa masas. Tie, kas dodas no jūras uz sauszemi, nes lietus un sliktus laikapstākļus, un tie, kas pūš no kontinentiem, nes skaidru un sausu laiku. Vietās, kur saduras gaisa straumes, veidojas atmosfēras frontes zonas, kurām raksturīgi nokrišņi un nelabvēlīgs, vējains laiks.

Zinātnieki ir pierādījuši, ka pat cilvēka pašsajūta ir atkarīga no atmosfēras spiediena. Saskaņā ar starptautiskajiem standartiem normālais atmosfēras spiediens ir 760 mm Hg. kolonnā 0°C. Šis skaitlis ir aprēķināts tām zemes platībām, kas ir gandrīz vienā līmenī ar jūras līmeni. Spiediens samazinās līdz ar augstumu. Tāpēc, piemēram, Sanktpēterburgai 760 mm Hg. - tā ir norma. Bet Maskavai, kas atrodas augstāk, normālais spiediens ir 748 mm Hg.

Spiediens mainās ne tikai vertikāli, bet arī horizontāli. Tas ir īpaši jūtams ciklonu pārejas laikā.

Atmosfēras struktūra

Atmosfēra ir kā kārtainā kūka. Un katram slānim ir savas īpašības.

. Troposfēra ir Zemei vistuvāk esošais slānis. Šī slāņa "biezums" mainās, attālinoties no ekvatora. Virs ekvatora slānis stiepjas uz augšu 16-18 km, mērenās joslās - 10-12 km, polios - 8-10 km.

Tieši šeit atrodas 80% no kopējās gaisa masas un 90% ūdens tvaiku. Šeit veidojas mākoņi, rodas cikloni un anticikloni. Gaisa temperatūra ir atkarīga no apgabala augstuma virs jūras līmeņa. Vidēji tas pazeminās par 0,65°C uz katriem 100 metriem.

. tropopauze- atmosfēras pārejas slānis. Tā augstums ir no vairākiem simtiem metru līdz 1-2 km. Gaisa temperatūra vasarā ir augstāka nekā ziemā. Tā, piemēram, virs poliem ziemā -65 ° C. Un virs ekvatora jebkurā gada laikā ir -70 ° C.

. Stratosfēra- tas ir slānis, kura augšējā robeža iet 50-55 kilometru augstumā. Turbulence šeit ir zema, ūdens tvaiku saturs gaisā ir niecīgs. Bet daudz ozona. Tā maksimālā koncentrācija ir 20-25 km augstumā. Stratosfērā gaisa temperatūra sāk paaugstināties un sasniedz +0,8 ° C. Tas ir saistīts ar faktu, ka ozona slānis mijiedarbojas ar ultravioleto starojumu.

. Stratopauze- zems starpslānis starp stratosfēru un tai sekojošo mezosfēru.

. Mezosfēra- šī slāņa augšējā robeža ir 80-85 kilometri. Šeit notiek sarežģīti fotoķīmiskie procesi, kuros iesaistīti brīvie radikāļi. Tieši viņi nodrošina mūsu planētas maigo zilo mirdzumu, kas redzams no kosmosa.

Lielākā daļa komētu un meteorītu sadeg mezosfērā.

. Mezopauze- nākamais starpslānis, kura gaisa temperatūra ir vismaz -90 °.

. Termosfēra- apakšējā robeža sākas 80 - 90 km augstumā, un slāņa augšējā robeža iet apmēram pie 800 km atzīmes. Gaisa temperatūra paaugstinās. Tas var svārstīties no +500° C līdz +1000° C. Dienas laikā temperatūras svārstības sasniedz simtiem grādu! Bet gaiss šeit ir tik reti sastopams, ka jēdziena "temperatūra" izpratne, kā mēs to iedomājamies, šeit nav piemērota.

. Jonosfēra- apvieno mezosfēru, mezopauzi un termosfēru. Šeit gaiss sastāv galvenokārt no skābekļa un slāpekļa molekulām, kā arī no kvazineitrālas plazmas. Saules stari, kas nonāk jonosfērā, spēcīgi jonizē gaisa molekulas. Apakšējā slānī (līdz 90 km) jonizācijas pakāpe ir zema. Jo augstāks, jo lielāka jonizācija. Tātad 100-110 km augstumā elektroni koncentrējas. Tas veicina īsu un vidēju radioviļņu atstarošanos.

Svarīgākais jonosfēras slānis ir augšējais slānis, kas atrodas 150-400 km augstumā. Tā īpatnība ir tā, ka tas atspoguļo radioviļņus, un tas veicina radiosignālu pārraidi lielos attālumos.

Tieši jonosfērā notiek tāda parādība kā polārblāzma.

. Eksosfēra- sastāv no skābekļa, hēlija un ūdeņraža atomiem. Gāze šajā slānī ir ļoti reta, un bieži ūdeņraža atomi izplūst kosmosā. Tāpēc šo slāni sauc par "izkliedes zonu".

Pirmais zinātnieks, kurš ierosināja, ka mūsu atmosfērai ir svars, bija itālis E. Toričelli. Ostaps Benders, piemēram, romānā "Zelta teļš" žēlojās, ka katru cilvēku nospiež 14 kg smaga gaisa kolonna! Taču lielais stratēģis nedaudz kļūdījās. Pieaugušam cilvēkam ir 13-15 tonnu spiediens! Bet mēs šo smagumu nejūtam, jo ​​atmosfēras spiedienu līdzsvaro cilvēka iekšējais spiediens. Mūsu atmosfēras svars ir 5 300 000 000 000 000 tonnu. Skaitlis ir kolosāls, lai gan tas ir tikai miljonā daļa no mūsu planētas svara.

Gāzveida apvalks, kas ieskauj mūsu planētu Zeme, pazīstams kā atmosfēra, sastāv no pieciem galvenajiem slāņiem. Šie slāņi rodas uz planētas virsmas no jūras līmeņa (dažreiz zemāk) un paceļas uz kosmosu šādā secībā:

• Troposfēra;
• Stratosfēra;
• mezosfēra;
• Termosfēra;
• Eksosfēra.

Zemes atmosfēras galveno slāņu diagramma

Starp katru no šiem galvenajiem pieciem slāņiem ir pārejas zonas, ko sauc par "pauzēm", kur notiek gaisa temperatūras, sastāva un blīvuma izmaiņas. Kopā ar pauzēm Zemes atmosfērā kopumā ietilpst 9 slāņi.

Troposfēra: kur notiek laikapstākļi

No visiem atmosfēras slāņiem troposfēra ir tā, ar kuru mēs esam vispazīstamākie (neatkarīgi no tā, vai jūs to saprotat vai nē), jo mēs dzīvojam tās apakšā - planētas virsmā. Tas apņem Zemes virsmu un stiepjas uz augšu vairākus kilometrus. Vārds troposfēra nozīmē "bumbiņas maiņa". Ļoti piemērots nosaukums, jo šajā slānī notiek mūsu ikdienas laikapstākļi.

Sākot no planētas virsmas, troposfēra paceļas 6 līdz 20 km augstumā. Mums tuvākā slāņa apakšējā trešdaļa satur 50% no visām atmosfēras gāzēm. Tā ir vienīgā daļa no visa atmosfēras sastāva, kas elpo. Sakarā ar to, ka gaisu no apakšas silda zemes virsma, kas absorbē Saules siltumenerģiju, troposfēras temperatūra un spiediens samazinās, palielinoties augstumam.

Augšpusē ir plāns slānis, ko sauc par tropopauzi, kas ir tikai buferis starp troposfēru un stratosfēru.

Stratosfēra: ozona mājvieta

Stratosfēra ir nākamais atmosfēras slānis. Tas stiepjas no 6-20 km līdz 50 km virs zemes virsmas. Tas ir slānis, kurā lido vairums komerciālo lidmašīnu un ceļo gaisa baloni.

Šeit gaiss neplūst uz augšu un uz leju, bet gan pārvietojas paralēli virsmai ļoti ātrās gaisa plūsmās. Temperatūra paaugstinās, paceļoties augšup, pateicoties dabiskajam ozonam (O3), kas ir saules starojuma blakusprodukts, un skābeklim, kas spēj absorbēt kaitīgos saules ultravioletos starus (jebkura temperatūras paaugstināšanās atkarībā no augstuma ir zināma meteoroloģija kā "inversija") .

Tā kā stratosfērā ir siltāka temperatūra apakšā un vēsāka temperatūra augšpusē, konvekcija (gaisa masu vertikālās kustības) šajā atmosfēras daļā ir reti sastopama. Faktiski troposfērā plosošu vētru var aplūkot no stratosfēras, jo slānis darbojas kā konvekcijas "vāciņš", caur kuru negaisa mākoņi neiekļūst.

Stratosfērai atkal seko bufera slānis, ko šoreiz sauc par stratopauzi.

Mezosfēra: vidējā atmosfēra

Mezosfēra atrodas aptuveni 50-80 km attālumā no Zemes virsmas. Augšējā mezosfēra ir aukstākā dabiskā vieta uz Zemes, kur temperatūra var noslīdēt zem -143°C.

Termosfēra: augšējā atmosfēra

Mezosfērai un mezopauzei seko termosfēra, kas atrodas no 80 līdz 700 km virs planētas virsmas un satur mazāk nekā 0,01% no kopējā gaisa atmosfēras apvalkā. Temperatūra šeit sasniedz pat +2000°C, bet sakarā ar spēcīgo gaisa retināšanu un gāzu molekulu trūkumu siltuma pārnesei, šīs augstās temperatūras tiek uztvertas kā ļoti aukstas.

Eksosfēra: atmosfēras un telpas robeža

Apmēram 700-10 000 km augstumā virs zemes virsmas atrodas eksosfēra - atmosfēras ārējā mala, kas robežojas ar kosmosu. Šeit ap Zemi riņķo meteoroloģiskie pavadoņi.

Kā ir ar jonosfēru?

Jonosfēra nav atsevišķs slānis, un patiesībā šis termins tiek lietots, lai apzīmētu atmosfēru 60 līdz 1000 km augstumā. Tas ietver mezosfēras augšējās daļas, visu termosfēru un daļu eksosfēras. Jonosfēra ir ieguvusi savu nosaukumu, jo šajā atmosfēras daļā Saules starojums tiek jonizēts, kad tas šķērso Zemes magnētiskos laukus un . Šī parādība tiek novērota no Zemes kā ziemeļblāzma.

Zemes atmosfēra

Atmosfēra(no. cits grieķisἀτμός - tvaiks un σφαῖρα - bumba) - gāze apvalks ( ģeosfēra), kas ieskauj planētu Zeme. Tās iekšējā virsma ir pārklāta hidrosfēra un daļēji mizu, ārējā robežojas ar kosmosa tuvu Zemei daļu.

Parasti tiek saukts fizikas un ķīmijas sadaļu kopums, kas pēta atmosfēru atmosfēras fizika. Atmosfēra nosaka laikapstākļi uz Zemes virsmas, nodarbojas ar laikapstākļu izpēti meteoroloģija, un ilgtermiņa variācijas klimats - klimatoloģija.

Atmosfēras struktūra

Atmosfēras struktūra

Troposfēra

Tā augšējā robeža atrodas 8-10 km augstumā polārajos, 10-12 km mērenajos un 16-18 km tropiskajos platuma grādos; zemāks ziemā nekā vasarā. Apakšējais, galvenais atmosfēras slānis. Tas satur vairāk nekā 80% no kopējās atmosfēras gaisa masas un aptuveni 90% no visiem atmosfērā esošajiem ūdens tvaikiem. augsti attīstīta troposfērā turbulence Un konvekcija, rodas mākoņi, attīstīties cikloni Un anticikloni. Temperatūra samazinās, palielinoties augstumam ar vidējo vertikāli gradients 0,65°/100 m

Par "normāliem apstākļiem" pie Zemes virsmas tiek ņemts: blīvums 1,2 kg/m3, barometriskais spiediens 101,35 kPa, temperatūra plus 20 °C un relatīvais mitrums 50%. Šiem nosacītajiem rādītājiem ir tīri inženiertehniska vērtība.

Stratosfēra

Atmosfēras slānis atrodas 11 līdz 50 km augstumā. To raksturo nelielas temperatūras izmaiņas 11-25 km slānī (stratosfēras apakšējā slānī) un tās paaugstināšanās 25-40 km slānī no -56,5 līdz 0,8 °. AR(augšējā stratosfēra vai reģions inversijas). Sasniedzot vērtību aptuveni 273 K (gandrīz 0 ° C) aptuveni 40 km augstumā, temperatūra saglabājas nemainīga līdz aptuveni 55 km augstumam. Šo nemainīgas temperatūras reģionu sauc stratopauze un ir robeža starp stratosfēru un mezosfēra.

Stratopauze

Atmosfēras robežslānis starp stratosfēru un mezosfēru. Vertikālajā temperatūras sadalījumā ir maksimums (apmēram 0 °C).

Mezosfēra

Zemes atmosfēra

Mezosfēra sākas 50 km augstumā un stiepjas līdz 80-90 km. Temperatūra samazinās līdz ar augstumu ar vidējo vertikālo gradientu (0,25-0,3)°/100 m Galvenais enerģijas process ir starojuma siltuma pārnese. Sarežģīti fotoķīmiskie procesi, kas ietver brīvie radikāļi, vibrācijas ierosinātas molekulas utt., nosaka atmosfēras spīdumu.

Mezopauze

Pārejas slānis starp mezosfēru un termosfēru. Vertikālajā temperatūras sadalījumā ir minimums (apmēram -90 °C).

Karmana līnija

Augstums virs jūras līmeņa, ko parasti uzskata par robežu starp Zemes atmosfēru un kosmosu.

Termosfēra

Galvenais raksts: Termosfēra

Augšējā robeža ir aptuveni 800 km. Temperatūra paaugstinās līdz 200-300 km augstumam, kur tā sasniedz 1500 K vērtības, pēc tam saglabājas gandrīz nemainīga līdz pat lielam augstumam. Ultravioletā un rentgena saules starojuma un kosmiskā starojuma ietekmē notiek gaisa jonizācija (" polārblāzmas”) - galvenās jomas jonosfēra gulēt termosfēras iekšpusē. Augstumā virs 300 km dominē atomu skābeklis.

Atmosfēras slāņi līdz 120 km augstumam

Eksosfēra (dispersijas sfēra)

Eksosfēra- izkliedes zona, termosfēras ārējā daļa, kas atrodas virs 700 km. Gāze eksosfērā ir ļoti reti sastopama, un līdz ar to tās daļiņas noplūst starpplanētu telpā ( izkliedēšana).

Līdz 100 km augstumam atmosfēra ir viendabīgs, labi sajaukts gāzu maisījums. Augstākos slāņos gāzu sadalījums augstumā ir atkarīgs no to molekulmasām, smagāko gāzu koncentrācija samazinās ātrāk, attālinoties no Zemes virsmas. Gāzes blīvuma samazināšanās dēļ temperatūra pazeminās no 0 °C stratosfērā līdz –110 °C mezosfērā. Tomēr atsevišķu daļiņu kinētiskā enerģija 200–250 km augstumā atbilst ~1500 °C temperatūrai. Virs 200 km ir novērojamas būtiskas temperatūras un gāzes blīvuma svārstības laikā un telpā.

Aptuveni 2000-3000 km augstumā eksosfēra pamazām pāriet t.s. tuvu kosmosa vakuumam, kas ir piepildīta ar ļoti retām starpplanētu gāzes daļiņām, galvenokārt ūdeņraža atomiem. Bet šī gāze ir tikai daļa no starpplanētu matērijas. Otru daļu veido putekļiem līdzīgas komētas un meteoriskas izcelsmes daļiņas. Papildus ārkārtīgi retām putekļiem līdzīgām daļiņām šajā telpā iekļūst saules un galaktikas izcelsmes elektromagnētiskais un korpuskulārais starojums.

Troposfēra veido aptuveni 80% no atmosfēras masas, stratosfēra veido apmēram 20%; mezosfēras masa ir ne vairāk kā 0,3%, termosfēra ir mazāka par 0,05% no kopējās atmosfēras masas. Pamatojoties uz elektriskām īpašībām atmosfērā, izšķir neitrosfēru un jonosfēru. Pašlaik tiek uzskatīts, ka atmosfēra stiepjas līdz 2000-3000 km augstumam.

Atkarībā no gāzes sastāva atmosfērā tās izdala homosfēra Un heterosfēra. heterosfēra - šī ir zona, kur gravitācija ietekmē gāzu atdalīšanu, jo to sajaukšanās šādā augstumā ir niecīga. No tā izriet heterosfēras mainīgais sastāvs. Zem tā atrodas labi sajaukta, viendabīga atmosfēras daļa, ko sauc homosfēra. Robežu starp šiem slāņiem sauc turbopauze, tas atrodas aptuveni 120 km augstumā.

Fizikālās īpašības

Atmosfēras biezums ir aptuveni 2000 - 3000 km no Zemes virsmas. Kopējā masa gaiss- (5,1-5,3) × 10 18 kg. Molārā masa tīrs sausais gaiss ir 28,966. Spiediens pie 0 °C jūras līmenī 101.325 kPa; kritiskā temperatūra-140,7 °C; kritiskais spiediens 3,7 MPa; C lpp 1,0048 × 10 3 J/(kg K) (pie 0 °C), C v 0,7159 × 10 3 J/(kg K) (pie 0 °C). Gaisa šķīdība ūdenī pie 0 °C - 0,036%, pie 25 °C - 0,22%.

Atmosfēras fizioloģiskās un citas īpašības

Jau 5 km augstumā virs jūras līmeņa veidojas netrenēts cilvēks skābekļa bads un bez pielāgošanās cilvēka veiktspēja ir ievērojami samazināta. Šeit beidzas atmosfēras fizioloģiskā zona. Cilvēka elpošana kļūst neiespējama 15 km augstumā, lai gan līdz aptuveni 115 km atmosfērā ir skābeklis.

Atmosfēra nodrošina mūs ar skābekli, kas nepieciešams elpot. Tomēr atmosfēras kopējā spiediena krituma dēļ, paceļoties augstumā, attiecīgi samazinās arī skābekļa daļējais spiediens.

Cilvēka plaušās pastāvīgi ir aptuveni 3 litri alveolārā gaisa. Daļējs spiediens skābeklis alveolārajā gaisā normālā atmosfēras spiedienā ir 110 mm Hg. Art., Oglekļa dioksīda spiediens - 40 mm Hg. Art., un ūdens tvaiki - 47 mm Hg. Art. Palielinoties augstumam, skābekļa spiediens pazeminās, un kopējais ūdens tvaiku un oglekļa dioksīda spiediens plaušās paliek gandrīz nemainīgs - aptuveni 87 mm Hg. Art. Skābekļa plūsma plaušās pilnībā apstāsies, kad apkārtējā gaisa spiediens kļūs vienāds ar šo vērtību.

Apmēram 19-20 km augstumā atmosfēras spiediens pazeminās līdz 47 mm Hg. Art. Tāpēc šajā augstumā cilvēka organismā sāk vārīties ūdens un intersticiāls šķidrums. Ārpus spiediena salona šādos augstumos nāve iestājas gandrīz acumirklī. Tādējādi no cilvēka fizioloģijas viedokļa "kosmoss" sākas jau 15-19 km augstumā.

Blīvi gaisa slāņi – troposfēra un stratosfēra – pasargā mūs no starojuma kaitīgās ietekmes. Pietiekami samazinot gaisa daudzumu, vairāk nekā 36 km augstumā, jonizējošais efekts uz ķermeni iedarbojas intensīvi. starojums- primārie kosmiskie stari; vairāk nekā 40 km augstumā darbojas cilvēkiem bīstamā saules spektra ultravioletā daļa.

Paceļoties arvien lielākā augstumā virs Zemes virsmas, pakāpeniski vājinoties un pēc tam pilnībā izzūdot, atmosfēras zemākajos slāņos tiek novērotas mums pazīstamas parādības, piemēram, skaņas izplatīšanās, aerodinamikas rašanās. celšanas spēks un pretestība, siltuma pārnese konvekcija un utt.

Retos gaisa slāņos, pavairošana skaņu izrādās neiespējami. Līdz 60-90 km augstumam joprojām ir iespējams izmantot gaisa pretestību un pacēlumu kontrolētam aerodinamiskam lidojumam. Bet, sākot no 100-130 km augstuma, jēdzieni, kas pazīstami katram pilotam cipari M Un skaņas barjera zaudē savu nozīmi, tur pāriet nosacītais Karmana līnija aiz kura sākas tīri ballistiskā lidojuma sfēra, kuru var kontrolēt tikai ar reaktīvo spēku palīdzību.

Augstumā virs 100 km atmosfērā trūkst arī citas ievērības cienīgas īpašības - spējas absorbēt, vadīt un nodot siltumenerģiju konvekcijas ceļā (t.i., sajaucot gaisu). Tas nozīmē, ka dažādus orbitālās kosmosa stacijas aprīkojuma elementus, aprīkojumu nevarēs atdzesēt no ārpuses tā, kā to parasti dara lidmašīnā - ar gaisa strūklu un gaisa radiatoru palīdzību. Tādā augstumā, tāpat kā kosmosā kopumā, vienīgais veids, kā nodot siltumu, ir termiskais starojums.

Atmosfēras sastāvs

Sausā gaisa sastāvs

Zemes atmosfēru galvenokārt veido gāzes un dažādi piemaisījumi (putekļi, ūdens pilieni, ledus kristāli, jūras sāļi, sadegšanas produkti).

Gāzu koncentrācija, kas veido atmosfēru, ir gandrīz nemainīga, izņemot ūdeni (H 2 O) un oglekļa dioksīdu (CO 2).

Papildus tabulā norādītajām gāzēm atmosfērā ir SO 2, NH 3, CO, ozons, ogļūdeņraži, HCl, HF, pāriem hg, es 2 un NĒ un daudzas citas gāzes nelielos daudzumos. Troposfēra pastāvīgi satur lielu skaitu suspendētu cieto un šķidro daļiņu ( aerosols).

Atmosfēras veidošanās vēsture

Saskaņā ar visizplatītāko teoriju, Zemes atmosfēra laika gaitā ir bijusi četros dažādos sastāvos. Sākotnēji tas sastāvēja no vieglām gāzēm ( ūdeņradis Un hēlijs), kas uzņemts no starpplanētu telpas. Šis tā sauktais primārā atmosfēra(apmēram pirms četriem miljardiem gadu). Nākamajā posmā aktīvā vulkāniskā darbība izraisīja atmosfēras piesātinājumu ar gāzēm, kas nav ūdeņradis (oglekļa dioksīds, amonjaks, tvaiks). Lūk, kā sekundārā atmosfēra(apmēram trīs miljardus gadu pirms mūsu dienām). Šī atmosfēra bija atjaunojoša. Turklāt atmosfēras veidošanās procesu noteica šādi faktori:

vieglo gāzu (ūdeņraža un hēlija) noplūde starpplanētu telpa;

ķīmiskās reakcijas, kas notiek atmosfērā ultravioletā starojuma, zibens izlādes un dažu citu faktoru ietekmē.

Pamazām šie faktori noveda pie veidošanās terciārā atmosfēra, ko raksturo daudz mazāks ūdeņraža saturs un daudz lielāks slāpekļa un oglekļa dioksīda saturs (veidojas ķīmisko reakciju rezultātā no amonjaka un ogļūdeņražiem).

Slāpeklis

Liela daudzuma N 2 veidošanās ir saistīta ar amonjaka-ūdeņraža atmosfēras oksidēšanu ar molekulāro O 2, kas sāka nākt no planētas virsmas fotosintēzes rezultātā, sākot no 3 miljardiem gadu. N 2 atmosfērā nonāk arī nitrātu un citu slāpekli saturošu savienojumu denitrifikācijas rezultātā. Augšējos atmosfēras slāņos slāpekli oksidē ozons līdz NO.

Slāpeklis N 2 nonāk reakcijās tikai īpašos apstākļos (piemēram, zibens izlādes laikā). Molekulārā slāpekļa oksidēšana ar ozonu elektriskās izlādes laikā tiek izmantota slāpekļa mēslošanas līdzekļu rūpnieciskajā ražošanā. To var oksidēt ar zemu enerģijas patēriņu un pārvērst bioloģiski aktīvā formā zilaļģes (zilaļģes) un mezgliņu baktērijas, kas veido rhizobial simbioze Ar pākšaugi augi, t.s. zaļmēsli.

Skābeklis

Atmosfēras sastāvs sāka radikāli mainīties, parādoties dzīvie organismi, rezultātā fotosintēze kopā ar skābekļa izdalīšanos un oglekļa dioksīda absorbciju. Sākotnēji skābeklis tika iztērēts reducēto savienojumu oksidēšanai - amonjaks, ogļūdeņraži, oksīda forma dziedzeris kas atrodas okeānos utt. Šī posma beigās skābekļa saturs atmosfērā sāka augt. Pamazām izveidojās mūsdienīga atmosfēra ar oksidējošām īpašībām. Tā kā tas izraisīja nopietnas un pēkšņas izmaiņas daudzos procesos, kas notiek atmosfēra, litosfēra Un biosfēra, šo notikumu sauc Skābekļa katastrofa.

Laikā Fanerozojs mainījās atmosfēras sastāvs un skābekļa saturs. Tie galvenokārt korelēja ar organisko nogulumiežu nogulsnēšanās ātrumu. Tātad ogļu uzkrāšanās periodos skābekļa saturs atmosfērā acīmredzot ievērojami pārsniedza mūsdienu līmeni.

Oglekļa dioksīds

CO 2 saturs atmosfērā ir atkarīgs no vulkāniskās aktivitātes un ķīmiskajiem procesiem zemes čaulās, bet visvairāk - no biosintēzes un organisko vielu sadalīšanās intensitātes. biosfēra Zeme. Gandrīz visa pašreizējā planētas biomasa (apmēram 2,4 × 10 12 tonnas ) veidojas atmosfēras gaisā esošā oglekļa dioksīda, slāpekļa un ūdens tvaiku ietekmē. Apglabāts okeāns, V purvi un iekšā meži organiskās vielas kļūst ogles, eļļa Un dabasgāze. (cm. Oglekļa ģeoķīmiskais cikls)

cēlgāzes

Inerto gāzu avots - argons, hēlijs Un kriptons- vulkāna izvirdumi un radioaktīvo elementu sabrukšana. Zeme kopumā un jo īpaši atmosfēra ir noplicināta ar inerto gāzi, salīdzinot ar kosmosu. Tiek uzskatīts, ka iemesls tam ir nepārtraukta gāzu noplūde starpplanētu telpā.

Gaisa piesārņojums

Nesen atmosfēras evolūciju sāka ietekmēt Cilvēks. Viņa darbības rezultāts bija pastāvīgs ievērojams oglekļa dioksīda satura pieaugums atmosfērā, sadegot ogļūdeņražu degvielai, kas uzkrāta iepriekšējos ģeoloģiskajos laikmetos. Fotosintēzes laikā tiek patērēts milzīgs CO 2 daudzums, ko absorbē pasaules okeāni. Šī gāze nonāk atmosfērā karbonātu iežu un augu un dzīvnieku izcelsmes organisko vielu sadalīšanās rezultātā, kā arī vulkānisma un cilvēka ražošanas darbības rezultātā. Pēdējo 100 gadu laikā CO 2 saturs atmosfērā ir pieaudzis par 10%, un lielāko daļu (360 miljardus tonnu) veido kurināmā sadegšana. Ja turpināsies degvielas sadegšanas pieauguma temps, tad nākamajos 50 - 60 gados CO 2 daudzums atmosfērā dubultosies un var izraisīt globālās klimata pārmaiņas.

Degvielas sadedzināšana ir galvenais abu piesārņojošo gāzu avots ( SO, NĒ, SO 2 ). Sēra dioksīds tiek oksidēts ar atmosfēras skābekli līdz SO 3 augšējos atmosfēras slāņos, kas savukārt mijiedarbojas ar ūdens tvaikiem un amonjaku, un rezultātā sērskābe (H 2 SO 4 ) Un amonija sulfāts ((NH 4 ) 2 SO 4 ) atgriezties uz Zemes virsmas tā sauktā veidā. skābais lietus. Lietošana iekšdedzes dzinēji rada ievērojamu gaisa piesārņojumu ar slāpekļa oksīdiem, ogļūdeņražiem un svina savienojumiem ( tetraetilsvins Pb (CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Atmosfēras aerosola piesārņojumu rada gan dabiski cēloņi (vulkāna izvirdums, putekļu vētras, jūras ūdens pilienu un augu putekšņu aizķeršanās u.c.), gan cilvēka saimnieciskā darbība (rūdu un būvmateriālu ieguve, kurināmā dedzināšana, cementa ražošana u.c. .). Intensīva liela mēroga cieto daļiņu izvadīšana atmosfērā ir viens no iespējamiem klimata pārmaiņu cēloņiem uz planētas.

Atmosfēras loma Zemes dzīvē

Atmosfēra ir skābekļa avots, ko cilvēki elpo. Tomēr, paceļoties augstumā, kopējais atmosfēras spiediens pazeminās, kā rezultātā samazinās parciālais skābekļa spiediens.

Cilvēka plaušās ir aptuveni trīs litri alveolārā gaisa. Ja atmosfēras spiediens ir normāls, tad parciālais skābekļa spiediens alveolārajā gaisā būs 11 mm Hg. Art., Oglekļa dioksīda spiediens - 40 mm Hg. Art., un ūdens tvaiki - 47 mm Hg. Art. Palielinoties augstumam, skābekļa spiediens samazinās, un ūdens tvaiku un oglekļa dioksīda spiediens plaušās kopumā paliks nemainīgs - aptuveni 87 mm Hg. Art. Kad gaisa spiediens ir vienāds ar šo vērtību, skābeklis pārtrauks plūst plaušās.

Atmosfēras spiediena pazemināšanās dēļ 20 km augstumā šeit vārīsies ūdens un intersticiāls ķermeņa šķidrums cilvēka organismā. Ja neizmantosiet spiediena kabīni, tādā augstumā cilvēks nomirs gandrīz acumirklī. Tāpēc no cilvēka ķermeņa fizioloģisko īpašību viedokļa "kosmoss" rodas no 20 km augstuma virs jūras līmeņa.

Atmosfēras loma Zemes dzīvē ir ļoti liela. Tā, piemēram, pateicoties blīvajiem gaisa slāņiem – troposfērai un stratosfērai, cilvēki ir pasargāti no radiācijas iedarbības. Kosmosā, retinātā gaisā, augstumā virs 36 km, darbojas jonizējošais starojums. Augstumā virs 40 km - ultravioletais.

Paceļoties virs Zemes virsmas līdz 90-100 km augstumam, notiks pakāpeniska vājināšanās un pēc tam pilnīga cilvēkiem pazīstamo parādību izzušana, kas novērota atmosfēras apakšējā slānī:

Skaņa neizplatās.

Nav aerodinamiskā spēka un pretestības.

Siltums netiek nodots konvekcijas ceļā utt.

Atmosfēras slānis aizsargā Zemi un visus dzīvos organismus no kosmiskā starojuma, no meteorītiem, ir atbildīgs par sezonālo temperatūras svārstību regulēšanu, ikdienas līdzsvarošanu un izlīdzināšanu. Ja uz Zemes nebūtu atmosfēras, dienas temperatūra svārstītos +/-200°C robežās. Atmosfēras slānis ir dzīvību veicinošs "buferis" starp zemes virsmu un kosmosu, mitruma un siltuma nesējs, atmosfērā notiek fotosintēzes un enerģijas apmaiņas procesi - svarīgākie biosfēras procesi.

Atmosfēras slāņi secībā no Zemes virsmas

Atmosfēra ir slāņveida struktūra, kas ir šādi atmosfēras slāņi secībā no Zemes virsmas:

Troposfēra.

Stratosfēra.

Mezosfēra.

Termosfēra.

Eksosfēra

Katram slānim nav asu robežu starp tiem, un to augstumu ietekmē platums un gadalaiki. Šī slāņveida struktūra veidojās temperatūras izmaiņu rezultātā dažādos augstumos. Pateicoties atmosfērai, mēs redzam mirgojošas zvaigznes.

Zemes atmosfēras struktūra pa slāņiem:

No kā sastāv Zemes atmosfēra?

Katrs atmosfēras slānis atšķiras pēc temperatūras, blīvuma un sastāva. Kopējais atmosfēras biezums ir 1,5-2,0 tūkstoši km. No kā sastāv Zemes atmosfēra? Šobrīd tas ir gāzu maisījums ar dažādiem piemaisījumiem.

Troposfēra

Zemes atmosfēras struktūra sākas ar troposfēru, kas ir aptuveni 10-15 km augsta atmosfēras apakšējā daļa. Šeit koncentrējas lielākā daļa atmosfēras gaisa. Raksturīga troposfēras iezīme ir temperatūras pazemināšanās par 0,6 ˚C, paceļoties uz augšu ik pēc 100 metriem. Troposfēra sevī ir koncentrējusi gandrīz visus atmosfēras ūdens tvaikus, un šeit veidojas arī mākoņi.

Troposfēras augstums mainās katru dienu. Turklāt tā vidējā vērtība mainās atkarībā no platuma grādiem un gada sezonas. Troposfēras vidējais augstums virs poliem ir 9 km, virs ekvatora - aptuveni 17 km. Gada vidējā gaisa temperatūra virs ekvatora ir tuvu +26 ˚C, virs Ziemeļpola -23 ˚C. Troposfēras robežas augšējā līnija virs ekvatora ir gada vidējā temperatūra aptuveni -70 ˚C, bet virs ziemeļpola vasarā -45 ˚C un ziemā -65 ˚C. Tādējādi, jo lielāks augstums, jo zemāka temperatūra. Saules stari brīvi iziet cauri troposfērai, sildot Zemes virsmu. Saules izstaroto siltumu aiztur oglekļa dioksīds, metāns un ūdens tvaiki.

Stratosfēra

Virs troposfēras slāņa atrodas stratosfēra, kuras augstums ir 50-55 km. Šī slāņa īpatnība ir temperatūras paaugstināšanās ar augstumu. Starp troposfēru un stratosfēru atrodas pārejas slānis, ko sauc par tropopauzi.

Aptuveni no 25 kilometru augstuma stratosfēras slāņa temperatūra sāk paaugstināties un, sasniedzot maksimālo augstumu 50 km, iegūst vērtības no +10 līdz +30 ˚C.

Stratosfērā ir ļoti maz ūdens tvaiku. Dažreiz aptuveni 25 km augstumā var atrast diezgan plānus mākoņus, kurus sauc par "perlamutru". Dienā tie nav pamanāmi, bet naktī tie spīd, pateicoties saules apgaismojumam, kas atrodas zem horizonta. Perlamutra mākoņu sastāvs ir pārdzesēti ūdens pilieni. Stratosfēru galvenokārt veido ozons.

Mezosfēra

Mezosfēras slāņa augstums ir aptuveni 80 km. Šeit, paceļoties uz augšu, temperatūra pazeminās un pie augšējās robežas sasniedz vairākus desmitus C˚ zem nulles. Mezosfērā var novērot arī mākoņus, kas, domājams, veidojušies no ledus kristāliem. Šos mākoņus sauc par "sudrabaini". Mezosfērai ir raksturīga aukstākā temperatūra atmosfērā: no -2 līdz -138 ˚C.

Termosfēra

Šis atmosfēras slānis ieguva savu nosaukumu augstās temperatūras dēļ. Termosfēra sastāv no:

Jonosfēra.

eksosfēras.

Jonosfērai raksturīgs retināts gaiss, kura katrs centimetrs 300 km augstumā sastāv no 1 miljarda atomu un molekulu, bet 600 km augstumā - vairāk nekā 100 miljonus.

Jonosfērai ir raksturīga arī augsta gaisa jonizācija. Šie joni sastāv no lādētiem skābekļa atomiem, lādētām slāpekļa atomu molekulām un brīvajiem elektroniem.

Eksosfēra

No 800-1000 km augstuma sākas eksosfēras slānis. Gāzes daļiņas, īpaši vieglās, pārvietojas šeit lielā ātrumā, pārvarot gravitācijas spēku. Šādas daļiņas to straujās kustības dēļ izlido no atmosfēras kosmosā un izklīst. Tāpēc eksosfēru sauc par izkliedes sfēru. Kosmosā lido galvenokārt ūdeņraža atomi, kas veido augstākos eksosfēras slāņus. Pateicoties daļiņām atmosfēras augšējos slāņos un saules vēja daļiņām, mēs varam novērot ziemeļblāzmu.

Satelīti un ģeofizikālās raķetes ļāva noteikt planētas radiācijas jostas, kas sastāv no elektriski lādētām daļiņām - elektroniem un protoniem, klātbūtni augšējā atmosfērā.