10,045×10 3 J/(kg*K) (na faixa de temperatura de 0-100°C), C v 8,3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). A solubilidade do ar em água a 0°C é de 0,036%, a 25°C - 0,22%.

Composição atmosférica

História da formação atmosférica

História antiga

Atualmente, a ciência não consegue rastrear todos os estágios da formação da Terra com cem por cento de precisão. De acordo com a teoria mais comum, a atmosfera da Terra teve quatro composições diferentes ao longo do tempo. Inicialmente, consistia em gases leves (hidrogênio e hélio) capturados do espaço interplanetário. Este é o chamado atmosfera primária. Na fase seguinte, a atividade vulcânica ativa levou à saturação da atmosfera com outros gases além do hidrogênio (hidrocarbonetos, amônia, vapor d'água). Foi assim que foi formado atmosfera secundária. Essa atmosfera era restauradora. Além disso, o processo de formação da atmosfera foi determinado pelos seguintes fatores:

• vazamento constante de hidrogênio no espaço interplanetário;
• reações químicas que ocorrem na atmosfera sob a influência da radiação ultravioleta, descargas atmosféricas e alguns outros fatores.

Gradualmente, esses fatores levaram à formação atmosfera terciária, caracterizado por um teor muito menor de hidrogênio e um teor muito maior de nitrogênio e dióxido de carbono (formados como resultado de reações químicas de amônia e hidrocarbonetos).

O surgimento da vida e do oxigênio

Com o aparecimento de organismos vivos na Terra como resultado da fotossíntese, acompanhada pela liberação de oxigênio e absorção de dióxido de carbono, a composição da atmosfera começou a mudar. Existem, no entanto, dados (análise da composição isotópica do oxigénio atmosférico e daquele libertado durante a fotossíntese) que indicam a origem geológica do oxigénio atmosférico.

Inicialmente, o oxigênio era gasto na oxidação de compostos reduzidos - hidrocarbonetos, formas ferrosas do ferro contidas nos oceanos, etc. Ao final dessa etapa, o teor de oxigênio na atmosfera começou a aumentar.

Na década de 1990, foram realizados experimentos para criar um sistema ecológico fechado (“Biosfera 2”), durante o qual não foi possível criar um sistema estável com composição de ar uniforme. A influência dos microrganismos levou à diminuição dos níveis de oxigênio e ao aumento da quantidade de dióxido de carbono.

Azoto

A formação de uma grande quantidade de N 2 se deve à oxidação da atmosfera primária de amônia-hidrogênio com O 2 molecular, que começou a vir da superfície do planeta como resultado da fotossíntese, supostamente há cerca de 3 bilhões de anos (de acordo com (segundo outra versão, o oxigênio atmosférico é de origem geológica). O nitrogênio é oxidado em NO nas camadas superiores da atmosfera, usado na indústria e ligado por bactérias fixadoras de nitrogênio, enquanto o N2 é liberado na atmosfera como resultado da desnitrificação de nitratos e outros compostos contendo nitrogênio.

O nitrogênio N 2 é um gás inerte e reage apenas sob condições específicas (por exemplo, durante uma descarga atmosférica). As cianobactérias e algumas bactérias (por exemplo, bactérias nodulares que formam simbiose rizobiana com plantas leguminosas) podem oxidá-lo e convertê-lo em forma biológica.

A oxidação do nitrogênio molecular por descargas elétricas é utilizada na produção industrial de fertilizantes nitrogenados e também levou à formação de depósitos únicos de nitrato no deserto chileno do Atacama.

gases nobres

A combustão de combustíveis é a principal fonte de gases poluentes (CO, NO, SO2). O dióxido de enxofre é oxidado pelo ar O 2 em SO 3 nas camadas superiores da atmosfera, que interage com os vapores de H 2 O e NH 3, e o H 2 SO 4 e (NH 4) 2 SO 4 resultantes retornam à superfície da Terra juntamente com a precipitação. O uso de motores de combustão interna leva a uma poluição atmosférica significativa com óxidos de nitrogênio, hidrocarbonetos e compostos de Pb.

A poluição atmosférica por aerossóis é causada tanto por causas naturais (erupções vulcânicas, tempestades de poeira, transporte de gotículas de água do mar e partículas de pólen de plantas, etc.) quanto por atividades econômicas humanas (mineração de minérios e materiais de construção, queima de combustível, fabricação de cimento, etc. .) . A intensa liberação em larga escala de material particulado na atmosfera é uma das possíveis causas das mudanças climáticas no planeta.

A estrutura da atmosfera e as características das conchas individuais

O estado físico da atmosfera é determinado pelo tempo e pelo clima. Parâmetros básicos da atmosfera: densidade do ar, pressão, temperatura e composição. À medida que a altitude aumenta, a densidade do ar e a pressão atmosférica diminuem. A temperatura também muda com as mudanças de altitude. A estrutura vertical da atmosfera é caracterizada por diferentes temperaturas e propriedades elétricas, e diferentes condições do ar. Dependendo da temperatura da atmosfera, distinguem-se as seguintes camadas principais: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera, exosfera (esfera de dispersão). As regiões de transição da atmosfera entre conchas vizinhas são chamadas tropopausa, estratopausa, etc., respectivamente.

Troposfera

Estratosfera

Na estratosfera, a maior parte da parte de ondas curtas da radiação ultravioleta (180-200 nm) é retida e a energia das ondas curtas é transformada. Sob a influência desses raios, os campos magnéticos mudam, as moléculas se desintegram, ocorre a ionização e ocorre nova formação de gases e outros compostos químicos. Esses processos podem ser observados na forma de luzes do norte, relâmpagos e outros brilhos.

Na estratosfera e nas camadas superiores, sob a influência da radiação solar, as moléculas de gás se dissociam em átomos (acima de 80 km CO 2 e H 2 se dissociam, acima de 150 km - O 2, acima de 300 km - H 2). A uma altitude de 100-400 km, a ionização de gases também ocorre na ionosfera; a uma altitude de 320 km, a concentração de partículas carregadas (O + 2, O - 2, N + 2) é ~ 1/300 do concentração de partículas neutras. Nas camadas superiores da atmosfera existem radicais livres - OH, HO 2, etc.

Quase não há vapor d'água na estratosfera.

Mesosfera

Até uma altitude de 100 km, a atmosfera é uma mistura homogênea e bem misturada de gases. Nas camadas superiores, a distribuição dos gases por altura depende dos seus pesos moleculares; a concentração de gases mais pesados ​​diminui mais rapidamente com a distância da superfície da Terra. Devido a uma diminuição na densidade do gás, a temperatura cai de 0°C na estratosfera para -110°C na mesosfera. No entanto, a energia cinética de partículas individuais em altitudes de 200-250 km corresponde a uma temperatura de ~1500°C. Acima de 200 km, são observadas flutuações significativas na temperatura e na densidade do gás no tempo e no espaço.

A uma altitude de cerca de 2.000-3.000 km, a exosfera gradualmente se transforma no chamado vácuo próximo do espaço, que é preenchido com partículas altamente rarefeitas de gás interplanetário, principalmente átomos de hidrogênio. Mas este gás representa apenas uma parte da matéria interplanetária. A outra parte consiste em partículas de poeira de origem cometária e meteórica. Além dessas partículas extremamente rarefeitas, penetram neste espaço radiações eletromagnéticas e corpusculares de origem solar e galáctica.

A troposfera representa cerca de 80% da massa da atmosfera, a estratosfera - cerca de 20%; a massa da mesosfera não é superior a 0,3%, a termosfera é inferior a 0,05% da massa total da atmosfera. Com base nas propriedades elétricas da atmosfera, a neutronosfera e a ionosfera são diferenciadas. Atualmente, acredita-se que a atmosfera se estende a uma altitude de 2.000 a 3.000 km.

Dependendo da composição do gás na atmosfera, eles emitem homosfera E heterosfera. Heterosfera- Esta é a área onde a gravidade afeta a separação dos gases, uma vez que a sua mistura a tal altitude é insignificante. Isto implica uma composição variável da heterosfera. Abaixo dela encontra-se uma parte homogênea e bem misturada da atmosfera chamada homosfera. A fronteira entre essas camadas é chamada de turbopausa e fica a uma altitude de cerca de 120 km.

Propriedades atmosféricas

Já a uma altitude de 5 km acima do nível do mar, uma pessoa não treinada começa a sentir falta de oxigênio e, sem adaptação, o desempenho de uma pessoa é significativamente reduzido. A zona fisiológica da atmosfera termina aqui. A respiração humana torna-se impossível a uma altitude de 15 km, embora até aproximadamente 115 km a atmosfera contenha oxigênio.

A atmosfera nos fornece o oxigênio necessário para respirar. No entanto, devido à queda na pressão total da atmosfera, à medida que se sobe de altitude, a pressão parcial do oxigênio diminui proporcionalmente.

Os pulmões humanos contêm constantemente cerca de 3 litros de ar alveolar. A pressão parcial de oxigênio no ar alveolar à pressão atmosférica normal é de 110 mmHg. Art., pressão de dióxido de carbono - 40 mm Hg. Art., e vapor de água −47 mm Hg. Arte. Com o aumento da altitude, a pressão do oxigênio cai e a pressão total do vapor de água e dióxido de carbono nos pulmões permanece quase constante - cerca de 87 mm Hg. Arte. O fornecimento de oxigênio aos pulmões será completamente interrompido quando a pressão do ar ambiente se tornar igual a este valor.

A uma altitude de cerca de 19-20 km, a pressão atmosférica cai para 47 mm Hg. Arte. Portanto, nesta altitude, a água e o fluido intersticial começam a ferver no corpo humano. Fora da cabine pressurizada nessas altitudes, a morte ocorre quase que instantaneamente. Assim, do ponto de vista da fisiologia humana, o “espaço” começa já a uma altitude de 15-19 km.

Densas camadas de ar - a troposfera e a estratosfera - protegem-nos dos efeitos nocivos da radiação. Com rarefação suficiente do ar, em altitudes superiores a 36 km, a radiação ionizante - raios cósmicos primários - tem efeito intenso no corpo; Em altitudes superiores a 40 km, a parte ultravioleta do espectro solar é perigosa para os humanos.

Troposfera

Seu limite superior está a uma altitude de 8-10 km nas latitudes polares, 10-12 km nas latitudes temperadas e 16-18 km nas latitudes tropicais; menor no inverno do que no verão. A camada principal inferior da atmosfera contém mais de 80% da massa total do ar atmosférico e cerca de 90% de todo o vapor d'água presente na atmosfera. A turbulência e a convecção são altamente desenvolvidas na troposfera, surgem nuvens e se desenvolvem ciclones e anticiclones. A temperatura diminui com o aumento da altitude com um gradiente vertical médio de 0,65°/100 m

Tropopausa

A camada de transição da troposfera para a estratosfera, uma camada da atmosfera na qual cessa a diminuição da temperatura com a altura.

Estratosfera

Uma camada da atmosfera localizada a uma altitude de 11 a 50 km. Caracterizado por uma ligeira mudança na temperatura na camada de 11-25 km (camada inferior da estratosfera) e um aumento na temperatura na camada de 25-40 km de -56,5 para 0,8 °C (camada superior da estratosfera ou região de inversão) . Tendo atingido um valor de cerca de 273 K (quase 0 °C) a uma altitude de cerca de 40 km, a temperatura permanece constante até uma altitude de cerca de 55 km. Esta região de temperatura constante é chamada de estratopausa e é a fronteira entre a estratosfera e a mesosfera.

Estratopausa

A camada limite da atmosfera entre a estratosfera e a mesosfera. Na distribuição vertical da temperatura existe um máximo (cerca de 0 °C).

Mesosfera

A mesosfera começa a uma altitude de 50 km e se estende até 80-90 km. A temperatura diminui com a altura com um gradiente vertical médio de (0,25-0,3)°/100 m. O principal processo de energia é a transferência de calor radiante. Processos fotoquímicos complexos envolvendo radicais livres, moléculas excitadas vibracionalmente, etc. causam luminescência atmosférica.

Mesopausa

Camada de transição entre a mesosfera e a termosfera. Existe um mínimo na distribuição vertical da temperatura (cerca de -90 °C).

Linha Karman

A altura acima do nível do mar, que é convencionalmente aceita como a fronteira entre a atmosfera da Terra e o espaço. A linha Karman está localizada a uma altitude de 100 km acima do nível do mar.

Limite da atmosfera da Terra

Termosfera

O limite superior é de cerca de 800 km. A temperatura sobe para altitudes de 200-300 km, onde atinge valores da ordem de 1500 K, após o que permanece quase constante até altitudes elevadas. Sob a influência da radiação solar ultravioleta e de raios X e da radiação cósmica, ocorre a ionização do ar (“auroras”) - as principais regiões da ionosfera ficam dentro da termosfera. Em altitudes acima de 300 km, predomina o oxigênio atômico. O limite superior da termosfera é em grande parte determinado pela atividade atual do Sol. Durante períodos de baixa atividade, ocorre uma diminuição notável no tamanho desta camada.

Termopausa

A região da atmosfera adjacente à termosfera. Nesta região, a absorção da radiação solar é insignificante e a temperatura não muda com a altitude.

Exosfera (esfera de dispersão)

Camadas atmosféricas até uma altitude de 120 km

A exosfera é uma zona de dispersão, a parte externa da termosfera, localizada acima de 700 km. O gás na exosfera é muito rarefeito e daqui suas partículas vazam para o espaço interplanetário (dissipação).

Até uma altitude de 100 km, a atmosfera é uma mistura homogênea e bem misturada de gases. Nas camadas superiores, a distribuição dos gases por altura depende dos seus pesos moleculares; a concentração de gases mais pesados ​​diminui mais rapidamente com a distância da superfície da Terra. Devido à diminuição da densidade do gás, a temperatura cai de 0 °C na estratosfera para -110 °C na mesosfera. No entanto, a energia cinética de partículas individuais em altitudes de 200-250 km corresponde a uma temperatura de ~150 °C. Acima de 200 km, são observadas flutuações significativas na temperatura e na densidade do gás no tempo e no espaço.

A uma altitude de cerca de 2.000-3.500 km, a exosfera gradualmente se transforma no chamado vácuo próximo ao espaço, que é preenchido com partículas altamente rarefeitas de gás interplanetário, principalmente átomos de hidrogênio. Mas este gás representa apenas uma parte da matéria interplanetária. A outra parte consiste em partículas de poeira de origem cometária e meteórica. Além de partículas de poeira extremamente rarefeitas, a radiação eletromagnética e corpuscular de origem solar e galáctica penetra neste espaço.

A troposfera representa cerca de 80% da massa da atmosfera, a estratosfera - cerca de 20%; a massa da mesosfera não é superior a 0,3%, a termosfera é inferior a 0,05% da massa total da atmosfera. Com base nas propriedades elétricas da atmosfera, a neutronosfera e a ionosfera são diferenciadas. Atualmente, acredita-se que a atmosfera se estende a uma altitude de 2.000 a 3.000 km.

Dependendo da composição do gás na atmosfera, distinguem-se a homosfera e a heterosfera. A heterosfera é uma área onde a gravidade afeta a separação dos gases, uma vez que sua mistura nessa altura é insignificante. Isto implica uma composição variável da heterosfera. Abaixo dela encontra-se uma parte homogênea e bem misturada da atmosfera chamada homosfera. A fronteira entre essas camadas é chamada de turbopausa e fica a uma altitude de cerca de 120 km.

A atmosfera da Terra é a concha gasosa do planeta. O limite inferior da atmosfera passa próximo à superfície da Terra (hidrosfera e crosta terrestre), e o limite superior é a área em contato com o espaço sideral (122 km). A atmosfera contém muitos elementos diferentes. Os principais são: 78% de nitrogênio, 20% de oxigênio, 1% de argônio, dióxido de carbono, neon gálio, hidrogênio, etc. Fatos interessantes podem ser encontrados no final do artigo ou clicando em.

A atmosfera tem camadas de ar claramente definidas. As camadas de ar diferem umas das outras em temperatura, diferença de gases e sua densidade e. Deve-se notar que as camadas da estratosfera e da troposfera protegem a Terra da radiação solar. Nas camadas superiores, um organismo vivo pode receber uma dose letal do espectro solar ultravioleta. Para pular rapidamente para a camada atmosférica desejada, clique na camada correspondente:

Troposfera e tropopausa

Troposfera - temperatura, pressão, altitude

O limite superior é de aproximadamente 8 a 10 km. Nas latitudes temperadas é de 16 a 18 km, e nas latitudes polares é de 10 a 12 km. Troposfera- Esta é a camada principal inferior da atmosfera. Esta camada contém mais de 80% da massa total do ar atmosférico e perto de 90% de todo o vapor d’água. É na troposfera que surgem a convecção e a turbulência, os ciclones se formam e ocorrem. Temperatura diminui com o aumento da altitude. Gradiente: 0,65°/100 m. Terra e água aquecidas aquecem o ar circundante. O ar aquecido sobe, esfria e forma nuvens. A temperatura nos limites superiores da camada pode atingir – 50/70 °C.

É nesta camada que ocorrem as mudanças nas condições climáticas. O limite inferior da troposfera é chamado nível do solo, pois contém muitos microorganismos voláteis e poeira. A velocidade do vento aumenta com o aumento da altura nesta camada.

Tropopausa

Esta é a camada de transição da troposfera para a estratosfera. Aqui a dependência da diminuição da temperatura com o aumento da altitude cessa. A tropopausa é a altitude mínima onde o gradiente vertical de temperatura cai para 0,2°C/100 m. A altura da tropopausa depende de eventos climáticos fortes, como ciclones. A altura da tropopausa diminui acima dos ciclones e aumenta acima dos anticiclones.

Estratosfera e Estratopausa

A altura da camada estratosfera é de aproximadamente 11 a 50 km. Há uma ligeira mudança de temperatura a uma altitude de 11 a 25 km. A uma altitude de 25 a 40 km observa-se inversão temperaturas, de 56,5 sobe para 0,8°C. De 40 km a 55 km a temperatura fica em 0°C. Esta área é chamada - Estratopausa.

Na estratosfera, observa-se o efeito da radiação solar nas moléculas de gás, que se dissociam em átomos. Quase não há vapor de água nesta camada. As modernas aeronaves comerciais supersônicas voam em altitudes de até 20 km devido às condições de voo estáveis. Os balões meteorológicos de alta altitude chegam a uma altura de 40 km. Existem correntes de ar estáveis ​​​​aqui, sua velocidade chega a 300 km/h. Também concentrado nesta camada ozônio, uma camada que absorve os raios ultravioleta.

Mesosfera e Mesopausa - composição, reações, temperatura

A camada da mesosfera começa a aproximadamente 50 km de altitude e termina entre 80 e 90 km. As temperaturas diminuem com o aumento da altitude em aproximadamente 0,25-0,3°C/100 m. O principal efeito energético aqui é a troca de calor radiante. Processos fotoquímicos complexos envolvendo radicais livres (tem 1 ou 2 elétrons desemparelhados) porque eles implementam brilho atmosfera.

Quase todos os meteoros queimam na mesosfera. Os cientistas nomearam esta zona - Ignorosfera. Esta zona é difícil de explorar, pois a aviação aerodinâmica aqui é muito pobre devido à densidade do ar, que é 1000 vezes menor que na Terra. E para o lançamento de satélites artificiais, a densidade ainda é muito alta. A pesquisa é realizada com foguetes meteorológicos, mas isso é uma perversão. Mesopausa camada de transição entre a mesosfera e a termosfera. Tem uma temperatura de pelo menos -90°C.

Linha Karman

Linha de bolso chamada de fronteira entre a atmosfera da Terra e o espaço. Segundo a Federação Internacional de Aviação (FAI), a altura desta fronteira é de 100 km. Esta definição foi dada em homenagem ao cientista americano Theodore Von Karman. Ele determinou que aproximadamente nesta altitude a densidade da atmosfera é tão baixa que aqui a aviação aerodinâmica se torna impossível, já que a velocidade da aeronave deve ser maior velocidade de escape. A tal altura, o conceito de barreira sonora perde o sentido. Aqui, a aeronave pode ser controlada apenas por meio de forças reativas.

Termosfera e Termopausa

O limite superior desta camada é de aproximadamente 800 km. A temperatura sobe para aproximadamente uma altitude de 300 km onde atinge cerca de 1500 K. Acima a temperatura permanece inalterada. Nesta camada ocorre Luzes polares- Ocorre como resultado do efeito da radiação solar no ar. Este processo também é chamado de ionização do oxigênio atmosférico.

Devido à baixa rarefação do ar, os voos acima da linha Karman só são possíveis ao longo de trajetórias balísticas. Todos os voos orbitais tripulados (exceto voos para a Lua) ocorrem nesta camada da atmosfera.

Exosfera - densidade, temperatura, altura

A altura da exosfera está acima de 700 km. Aqui o gás é muito rarefeito e o processo ocorre dissipação— vazamento de partículas no espaço interplanetário. A velocidade dessas partículas pode chegar a 11,2 km/s. Um aumento na atividade solar leva a uma expansão da espessura desta camada.

• A concha de gás não voa para o espaço devido à gravidade. O ar consiste em partículas que possuem massa própria. Da lei da gravidade podemos concluir que todo objeto com massa é atraído pela Terra.
• A lei de Buys-Ballot afirma que se você estiver no Hemisfério Norte e ficar de costas para o vento, haverá uma área de alta pressão à direita e baixa pressão à esquerda. No Hemisfério Sul tudo será ao contrário.

Ao nível do mar 1.013,25 hPa (cerca de 760 mmHg). A temperatura média global do ar na superfície da Terra é de 15°C, com temperaturas variando de aproximadamente 57°C nos desertos subtropicais a -89°C na Antártica. A densidade e a pressão do ar diminuem com a altura de acordo com uma lei próxima do exponencial.

A estrutura da atmosfera. Verticalmente, a atmosfera possui uma estrutura em camadas, determinada principalmente pelas características da distribuição vertical da temperatura (figura), que depende da localização geográfica, estação do ano, hora do dia e assim por diante. A camada inferior da atmosfera - a troposfera - é caracterizada por uma queda na temperatura com a altura (cerca de 6°C por 1 km), sendo a sua altura de 8-10 km nas latitudes polares a 16-18 km nos trópicos. Devido à rápida diminuição da densidade do ar com a altura, cerca de 80% da massa total da atmosfera está localizada na troposfera. Acima da troposfera está a estratosfera, uma camada geralmente caracterizada por um aumento da temperatura com a altura. A camada de transição entre a troposfera e a estratosfera é chamada de tropopausa. Na estratosfera inferior, até um nível de cerca de 20 km, a temperatura muda pouco com a altura (a chamada região isotérmica) e muitas vezes até diminui ligeiramente. Acima disso, a temperatura aumenta devido à absorção da radiação UV do Sol pelo ozônio, inicialmente lentamente e mais rapidamente a partir de um nível de 34-36 km. O limite superior da estratosfera - a estratopausa - está localizado a uma altitude de 50-55 km, correspondendo à temperatura máxima (260-270 K). A camada da atmosfera localizada a uma altitude de 55-85 km, onde a temperatura cai novamente com a altura, é chamada de mesosfera; em seu limite superior - a mesopausa - a temperatura atinge 150-160 K no verão e 200-230 K K no inverno. Acima da mesopausa, começa a termosfera - uma camada caracterizada por um rápido aumento de temperatura, atingindo 800-1200 K a uma altitude de 250 km. Na termosfera, a radiação corpuscular e de raios X do Sol é absorvida, os meteoros são desacelerados e queimados, por isso atuam como uma camada protetora da Terra. Ainda mais alta é a exosfera, de onde os gases atmosféricos são dispersos no espaço exterior devido à dissipação e onde ocorre uma transição gradual da atmosfera para o espaço interplanetário.

Composição atmosférica. Até uma altitude de cerca de 100 km, a atmosfera é quase homogênea em composição química e o peso molecular médio do ar (cerca de 29) é constante. Perto da superfície da Terra, a atmosfera consiste em nitrogênio (cerca de 78,1% em volume) e oxigênio (cerca de 20,9%), e também contém pequenas quantidades de argônio, dióxido de carbono (dióxido de carbono), néon e outros componentes permanentes e variáveis ​​​​(ver Ar ).

Além disso, a atmosfera contém pequenas quantidades de ozônio, óxidos de nitrogênio, amônia, radônio, etc. O conteúdo relativo dos principais componentes do ar é constante ao longo do tempo e uniforme nas diferentes áreas geográficas. O conteúdo de vapor d'água e ozônio é variável no espaço e no tempo; Apesar do seu baixo teor, o seu papel nos processos atmosféricos é muito significativo.

Acima de 100-110 km, ocorre a dissociação das moléculas de oxigênio, dióxido de carbono e vapor d'água, de modo que a massa molecular do ar diminui. A uma altitude de cerca de 1.000 km, os gases leves - hélio e hidrogênio - começam a predominar, e ainda mais alto a atmosfera da Terra gradualmente se transforma em gás interplanetário.

O componente variável mais importante da atmosfera é o vapor d'água, que entra na atmosfera por meio da evaporação da superfície da água e do solo úmido, bem como pela transpiração das plantas. O conteúdo relativo de vapor d'água varia na superfície da Terra de 2,6% nos trópicos a 0,2% nas latitudes polares. Cai rapidamente com a altura, diminuindo pela metade já a uma altitude de 1,5-2 km. A coluna vertical da atmosfera em latitudes temperadas contém cerca de 1,7 cm de “camada de água precipitada”. Quando o vapor d'água se condensa, formam-se nuvens, das quais cai a precipitação atmosférica na forma de chuva, granizo e neve.

Um importante componente do ar atmosférico é o ozônio, concentrado 90% na estratosfera (entre 10 e 50 km), cerca de 10% dele está na troposfera. O ozônio fornece absorção de radiação UV forte (com comprimento de onda inferior a 290 nm), e este é o seu papel protetor para a biosfera. Os valores do teor total de ozônio variam dependendo da latitude e estação do ano na faixa de 0,22 a 0,45 cm (espessura da camada de ozônio à pressão p = 1 atm e temperatura T = 0°C). Nos buracos de ozônio observados na primavera na Antártica desde o início da década de 1980, o conteúdo de ozônio pode cair para 0,07 cm, aumenta do equador aos pólos e tem um ciclo anual com máximo na primavera e mínimo no outono, e amplitude de o ciclo anual é pequeno nos trópicos e cresce em altas latitudes. Um componente variável significativo da atmosfera é o dióxido de carbono, cujo conteúdo na atmosfera aumentou 35% nos últimos 200 anos, o que é explicado principalmente pelo fator antropogênico. Observa-se sua variabilidade latitudinal e sazonal, associada à fotossíntese das plantas e à solubilidade na água do mar (de acordo com a lei de Henry, a solubilidade de um gás na água diminui com o aumento da temperatura).

Um papel importante na formação do clima do planeta é desempenhado pelo aerossol atmosférico - partículas sólidas e líquidas suspensas no ar que variam em tamanho de vários nm a dezenas de mícrons. Existem aerossóis de origem natural e antropogênica. O aerossol é formado no processo de reações em fase gasosa a partir dos produtos da vida vegetal e da atividade econômica humana, erupções vulcânicas, como resultado da poeira que sobe pelo vento da superfície do planeta, especialmente de suas regiões desérticas, e também é formado a partir de poeira cósmica caindo nas camadas superiores da atmosfera. A maior parte do aerossol está concentrada na troposfera; o aerossol das erupções vulcânicas forma a chamada camada Junge a uma altitude de cerca de 20 km. A maior quantidade de aerossol antrópico entra na atmosfera como resultado da operação de veículos e usinas termelétricas, produção química, combustão de combustíveis, etc. Portanto, em algumas áreas a composição da atmosfera é visivelmente diferente da do ar comum, o que exigiu o criação de um serviço especial de observação e monitorização do nível de poluição atmosférica.

Evolução da atmosfera. A atmosfera moderna é aparentemente de origem secundária: foi formada a partir de gases liberados pela casca sólida da Terra após a conclusão da formação do planeta, cerca de 4,5 bilhões de anos atrás. Ao longo da história geológica da Terra, a atmosfera sofreu mudanças significativas em sua composição sob a influência de uma série de fatores: dissipação (volatilização) de gases, principalmente os mais leves, para o espaço sideral; liberação de gases da litosfera como resultado da atividade vulcânica; reações químicas entre os componentes da atmosfera e as rochas que constituem a crosta terrestre; reações fotoquímicas na própria atmosfera sob a influência da radiação solar UV; acréscimo (captura) de matéria do meio interplanetário (por exemplo, matéria meteórica). O desenvolvimento da atmosfera está intimamente relacionado com processos geológicos e geoquímicos e, ao longo dos últimos 3-4 mil milhões de anos, também com a actividade da biosfera. Uma parte significativa dos gases que constituem a atmosfera moderna (nitrogênio, dióxido de carbono, vapor d'água) surgiu durante a atividade e intrusão vulcânica, que os carregou das profundezas da Terra. O oxigênio apareceu em quantidades apreciáveis ​​há cerca de 2 bilhões de anos, como resultado de organismos fotossintéticos que surgiram originalmente nas águas superficiais do oceano.

Com base em dados da composição química dos depósitos carbonáticos, foram obtidas estimativas da quantidade de dióxido de carbono e oxigênio na atmosfera do passado geológico. Ao longo do Fanerozóico (os últimos 570 milhões de anos da história da Terra), a quantidade de dióxido de carbono na atmosfera variou amplamente, dependendo do nível de atividade vulcânica, da temperatura do oceano e da taxa de fotossíntese. Durante a maior parte desse tempo, a concentração de dióxido de carbono na atmosfera foi significativamente maior do que hoje (até 10 vezes). A quantidade de oxigênio na atmosfera Fanerozóica mudou significativamente, com uma tendência predominante ao seu aumento. Na atmosfera pré-cambriana, a massa de dióxido de carbono era, via de regra, maior, e a massa de oxigênio era menor em comparação com a atmosfera fanerozóica. As flutuações na quantidade de dióxido de carbono tiveram um impacto significativo no clima no passado, aumentando o efeito estufa com concentrações crescentes de dióxido de carbono, tornando o clima muito mais quente em toda a parte principal do Fanerozóico em comparação com a era moderna.

Atmosfera e vida. Sem atmosfera, a Terra seria um planeta morto. A vida orgânica ocorre em estreita interação com a atmosfera e o clima e o tempo associados. Insignificante em massa em comparação com o planeta como um todo (cerca de uma parte em um milhão), a atmosfera é uma condição indispensável para todas as formas de vida. Os gases atmosféricos mais importantes para a vida dos organismos são oxigênio, nitrogênio, vapor de água, dióxido de carbono e ozônio. Quando o dióxido de carbono é absorvido pelas plantas fotossintéticas, é criada matéria orgânica, que é utilizada como fonte de energia pela grande maioria dos seres vivos, incluindo os humanos. O oxigênio é necessário para a existência de organismos aeróbicos, para os quais o fluxo de energia é fornecido por reações de oxidação da matéria orgânica. O nitrogênio, assimilado por alguns microrganismos (fixadores de nitrogênio), é necessário para a nutrição mineral das plantas. O ozônio, que absorve a forte radiação UV do Sol, enfraquece significativamente esta parte da radiação solar prejudicial à vida. A condensação do vapor d'água na atmosfera, a formação de nuvens e a subsequente precipitação fornecem água à terra, sem a qual nenhuma forma de vida é possível. A atividade vital dos organismos na hidrosfera é em grande parte determinada pela quantidade e composição química dos gases atmosféricos dissolvidos na água. Como a composição química da atmosfera depende significativamente das atividades dos organismos, a biosfera e a atmosfera podem ser consideradas como parte de um único sistema, cuja manutenção e evolução (ver Ciclos biogeoquímicos) foram de grande importância para alterar a composição do atmosfera ao longo da história da Terra como planeta.

Balanços de radiação, calor e água da atmosfera. A radiação solar é praticamente a única fonte de energia para todos os processos físicos que ocorrem na atmosfera. A principal característica do regime de radiação da atmosfera é o chamado efeito estufa: a atmosfera transmite muito bem a radiação solar para a superfície terrestre, mas absorve ativamente a radiação térmica de ondas longas da superfície terrestre, parte da qual retorna à superfície na forma de contra-radiação, compensando a perda de calor radiativo da superfície terrestre (ver Radiação atmosférica). Na ausência de atmosfera, a temperatura média da superfície terrestre seria de -18°C, mas na realidade é de 15°C. A radiação solar que chega é parcialmente (cerca de 20%) absorvida pela atmosfera (principalmente por vapor d'água, gotículas de água, dióxido de carbono, ozônio e aerossóis) e também é espalhada (cerca de 7%) por partículas de aerossol e flutuações de densidade (espalhamento Rayleigh) . A radiação total que atinge a superfície da Terra é parcialmente (cerca de 23%) refletida nela. O coeficiente de refletância é determinado pela refletividade da superfície subjacente, o chamado albedo. Em média, o albedo da Terra para o fluxo integral da radiação solar é próximo de 30%. Varia de uma pequena porcentagem (solo seco e solo preto) a 70-90% para neve recém-caída. A troca de calor radiativa entre a superfície terrestre e a atmosfera depende significativamente do albedo e é determinada pela radiação efetiva da superfície terrestre e pela contra-radiação da atmosfera por ela absorvida. A soma algébrica dos fluxos de radiação que entram na atmosfera terrestre vindos do espaço sideral e o deixam de volta é chamada de balanço de radiação.

As transformações da radiação solar após sua absorção pela atmosfera e pela superfície terrestre determinam o equilíbrio térmico da Terra como planeta. A principal fonte de calor da atmosfera é a superfície terrestre; o calor dele é transferido não apenas na forma de radiação de ondas longas, mas também por convecção, e também é liberado durante a condensação do vapor d'água. As parcelas dessas entradas de calor são em média 20%, 7% e 23%, respectivamente. Cerca de 20% do calor também é adicionado aqui devido à absorção da radiação solar direta. O fluxo de radiação solar por unidade de tempo através de uma única área perpendicular aos raios solares e localizada fora da atmosfera a uma distância média da Terra ao Sol (a chamada constante solar) é igual a 1367 W/m2, as mudanças são 1-2 W/m2 dependendo do ciclo de atividade solar. Com um albedo planetário de cerca de 30%, o fluxo global médio de energia solar para o planeta é de 239 W/m2. Como a Terra, como planeta, emite em média a mesma quantidade de energia para o espaço, então, de acordo com a lei de Stefan-Boltzmann, a temperatura efetiva da radiação térmica de ondas longas que sai é de 255 K (-18 ° C). Ao mesmo tempo, a temperatura média da superfície terrestre é de 15°C. A diferença de 33°C se deve ao efeito estufa.

O balanço hídrico da atmosfera geralmente corresponde à igualdade entre a quantidade de umidade evaporada da superfície da Terra e a quantidade de precipitação que cai na superfície da Terra. A atmosfera sobre os oceanos recebe mais umidade dos processos de evaporação do que sobre a terra e perde 90% na forma de precipitação. O excesso de vapor d'água sobre os oceanos é transportado para os continentes pelas correntes de ar. A quantidade de vapor d'água transferido dos oceanos para os continentes para a atmosfera é igual ao volume dos rios que deságuam nos oceanos.

Movimento do ar. A Terra é esférica, muito menos radiação solar atinge suas altas latitudes do que os trópicos. Como resultado, surgem grandes contrastes de temperatura entre as latitudes. A distribuição da temperatura também é significativamente afetada pelas posições relativas dos oceanos e continentes. Devido à grande massa de águas oceânicas e à alta capacidade térmica da água, as flutuações sazonais na temperatura da superfície do oceano são muito menores do que em terra. Nesse sentido, nas latitudes médias e altas, a temperatura do ar nos oceanos no verão é visivelmente mais baixa do que nos continentes e mais alta no inverno.

O aquecimento desigual da atmosfera em diferentes regiões do globo causa uma distribuição espacialmente não homogênea da pressão atmosférica. Ao nível do mar, a distribuição de pressão é caracterizada por valores relativamente baixos perto do equador, aumentos nas regiões subtropicais (cinturões de alta pressão) e diminuições nas latitudes médias e altas. Ao mesmo tempo, nos continentes de latitudes extratropicais, a pressão costuma aumentar no inverno e diminuir no verão, o que está associado à distribuição da temperatura. Sob a influência de um gradiente de pressão, o ar sofre aceleração direcionada de áreas de alta pressão para áreas de baixa pressão, o que leva ao movimento de massas de ar. As massas de ar em movimento também são afetadas pela força de deflexão da rotação da Terra (força de Coriolis), pela força de atrito, que diminui com a altura, e, para trajetórias curvas, pela força centrífuga. A mistura turbulenta de ar é de grande importância (ver Turbulência na atmosfera).

Um complexo sistema de correntes de ar (circulação atmosférica geral) está associado à distribuição da pressão planetária. No plano meridional, em média, podem ser traçadas duas ou três células da circulação meridional. Perto do equador, o ar aquecido sobe e desce nas regiões subtropicais, formando uma célula de Hadley. O ar da célula reversa de Ferrell também desce até lá. Em altas latitudes, uma célula polar reta é frequentemente visível. As velocidades de circulação meridional são da ordem de 1 m/s ou menos. Devido à força de Coriolis, ventos de oeste são observados na maior parte da atmosfera com velocidades na média troposfera de cerca de 15 m/s. Existem sistemas eólicos relativamente estáveis. Estes incluem ventos alísios - ventos que sopram de zonas de alta pressão nas regiões subtropicais até o equador com um componente oriental perceptível (de leste a oeste). As monções são bastante estáveis ​​- correntes de ar que têm um caráter sazonal claramente definido: sopram do oceano para o continente no verão e na direção oposta no inverno. As monções do Oceano Índico são especialmente regulares. Nas latitudes médias, o movimento das massas de ar ocorre principalmente no sentido oeste (de oeste para leste). Esta é uma zona de frentes atmosféricas onde surgem grandes vórtices - ciclones e anticiclones, cobrindo muitas centenas e até milhares de quilômetros. Os ciclones também ocorrem nos trópicos; aqui eles se distinguem por seus tamanhos menores, mas velocidades de vento muito elevadas, atingindo força de furacão (33 m/s ou mais), os chamados ciclones tropicais. Nos oceanos Atlântico e Pacífico oriental são chamados de furacões, e no Oceano Pacífico ocidental são chamados de tufões. Na alta troposfera e na baixa estratosfera, nas áreas que separam a célula de circulação meridional direta de Hadley e a célula reversa de Ferrell, relativamente estreitas, com centenas de quilômetros de largura, são frequentemente observadas correntes de jato com limites bem definidos, dentro das quais o vento atinge 100-150 e até 200 m/ Com.

Clima e tempo. A diferença na quantidade de radiação solar que chega em diferentes latitudes à superfície terrestre, que varia em suas propriedades físicas, determina a diversidade dos climas terrestres. Do equador às latitudes tropicais, a temperatura do ar na superfície da Terra é em média 25-30°C e varia pouco ao longo do ano. Na faixa equatorial costuma haver muita precipitação, o que ali cria condições de excesso de umidade. Nas zonas tropicais, a precipitação diminui e em algumas áreas torna-se muito baixa. Aqui estão os vastos desertos da Terra.

Nas latitudes subtropicais e médias, a temperatura do ar varia significativamente ao longo do ano, e a diferença entre as temperaturas do verão e do inverno é especialmente grande em áreas dos continentes distantes dos oceanos. Assim, em algumas áreas da Sibéria Oriental, a variação anual da temperatura do ar chega a 65°C. As condições de umidificação nestas latitudes são muito diversas, dependem principalmente do regime de circulação atmosférica geral e variam significativamente de ano para ano.

Nas latitudes polares, a temperatura permanece baixa durante todo o ano, mesmo que haja uma variação sazonal perceptível. Isso contribui para a ampla distribuição da cobertura de gelo nos oceanos e na terra e do permafrost, que ocupa mais de 65% de sua área na Rússia, principalmente na Sibéria.

Nas últimas décadas, as mudanças no clima global tornaram-se cada vez mais perceptíveis. As temperaturas aumentam mais em latitudes altas do que em latitudes baixas; mais no inverno do que no verão; mais à noite do que durante o dia. Ao longo do século XX, a temperatura média anual do ar na superfície da Terra na Rússia aumentou entre 1,5 e 2°C e, em algumas áreas da Sibéria, foi observado um aumento de vários graus. Isto está associado a um aumento do efeito estufa devido ao aumento da concentração de gases residuais.

O clima é determinado pelas condições de circulação atmosférica e pela localização geográfica da área; é mais estável nos trópicos e mais variável nas latitudes médias e altas. O clima muda principalmente em zonas de mudança de massas de ar causadas pela passagem de frentes atmosféricas, ciclones e anticiclones que transportam precipitação e aumento do vento. Os dados para previsão do tempo são coletados em estações meteorológicas terrestres, navios e aeronaves, e em satélites meteorológicos. Veja também Meteorologia.

Fenômenos ópticos, acústicos e elétricos na atmosfera. Quando a radiação eletromagnética se propaga na atmosfera, como resultado da refração, absorção e dispersão da luz pelo ar e por partículas diversas (aerossol, cristais de gelo, gotas de água), surgem vários fenômenos ópticos: arco-íris, coroas, halo, miragem, etc. a dispersão da luz determina a altura aparente da abóbada celeste e a cor azul do céu. A faixa de visibilidade dos objetos é determinada pelas condições de propagação da luz na atmosfera (ver Visibilidade atmosférica). A transparência da atmosfera em diferentes comprimentos de onda determina o alcance de comunicação e a capacidade de detecção de objetos com instrumentos, incluindo a possibilidade de observações astronômicas da superfície da Terra. Para estudos de heterogeneidades ópticas da estratosfera e mesosfera, o fenômeno crepuscular desempenha um papel importante. Por exemplo, fotografar o crepúsculo a partir de naves espaciais torna possível detectar camadas de aerossóis. As características da propagação da radiação eletromagnética na atmosfera determinam a precisão dos métodos de sensoriamento remoto de seus parâmetros. Todas essas questões, assim como muitas outras, são estudadas pela óptica atmosférica. A refração e a dispersão das ondas de rádio determinam as possibilidades de recepção de rádio (ver Propagação de ondas de rádio).

A propagação do som na atmosfera depende da distribuição espacial da temperatura e da velocidade do vento (ver Acústica atmosférica). É de interesse para detecção atmosférica por métodos remotos. Explosões de cargas lançadas por foguetes na alta atmosfera forneceram informações valiosas sobre os sistemas eólicos e as variações de temperatura na estratosfera e na mesosfera. Numa atmosfera estratificada de forma estável, quando a temperatura diminui com a altura mais lentamente do que o gradiente adiabático (9,8 K/km), surgem as chamadas ondas internas. Essas ondas podem se propagar para cima na estratosfera e até mesmo na mesosfera, onde se atenuam, contribuindo para o aumento dos ventos e da turbulência.

A carga negativa da Terra e o campo elétrico resultante, a atmosfera, juntamente com a ionosfera e a magnetosfera eletricamente carregadas, criam um circuito elétrico global. A formação de nuvens e a eletricidade das trovoadas desempenham um papel importante nisso. O perigo das descargas atmosféricas exigiu o desenvolvimento de métodos de proteção contra raios para edifícios, estruturas, linhas de energia e comunicações. Este fenómeno representa um perigo particular para a aviação. Descargas atmosféricas causam interferência de rádio atmosférica, chamada atmosfera (ver atmosfera assobiando). Durante um aumento acentuado na intensidade do campo elétrico, são observadas descargas luminosas que aparecem nas pontas e cantos agudos de objetos que se projetam acima da superfície terrestre, em picos individuais nas montanhas, etc. (luzes Elma). A atmosfera sempre contém uma quantidade muito variável de íons leves e pesados, dependendo das condições específicas, que determinam a condutividade elétrica da atmosfera. Os principais ionizadores do ar próximo à superfície terrestre são a radiação de substâncias radioativas contidas na crosta terrestre e na atmosfera, bem como os raios cósmicos. Veja também Eletricidade atmosférica.

Influência humana na atmosfera. Ao longo dos últimos séculos, tem havido um aumento na concentração de gases com efeito de estufa na atmosfera devido às atividades económicas humanas. A porcentagem de dióxido de carbono aumentou de 2,8-10 2 duzentos anos atrás para 3,8-10 2 em 2005, o teor de metano - de 0,7-10 1 aproximadamente 300-400 anos atrás para 1,8-10 -4 no início do século XXI século; cerca de 20% do aumento do efeito estufa no último século veio dos freons, que estavam praticamente ausentes na atmosfera até meados do século XX. Estas substâncias são reconhecidas como destruidoras da camada de ozono estratosférico e a sua produção é proibida pelo Protocolo de Montreal de 1987. O aumento da concentração de dióxido de carbono na atmosfera é causado pela queima de quantidades cada vez maiores de carvão, petróleo, gás e outros tipos de combustíveis carbônicos, bem como pelo desmatamento de florestas, em decorrência do qual a absorção de o dióxido de carbono através da fotossíntese diminui. A concentração de metano aumenta com o aumento da produção de petróleo e gás (devido às suas perdas), bem como com a expansão das lavouras de arroz e o aumento do número de gado. Tudo isto contribui para o aquecimento climático.

Para mudar o clima, foram desenvolvidos métodos que permitem influenciar ativamente os processos atmosféricos. Eles são usados ​​​​para proteger as plantas agrícolas do granizo, dispersando reagentes especiais em nuvens de tempestade. Existem também métodos para dispersar o nevoeiro nos aeroportos, proteger as plantas da geada, influenciar as nuvens para aumentar a precipitação em áreas desejadas ou para dispersar as nuvens durante eventos públicos.

Estudo da atmosfera. As informações sobre os processos físicos na atmosfera são obtidas principalmente a partir de observações meteorológicas, que são realizadas por uma rede global de estações e postos meteorológicos em funcionamento permanente localizados em todos os continentes e em muitas ilhas. As observações diárias fornecem informações sobre temperatura e umidade do ar, pressão atmosférica e precipitação, nebulosidade, vento, etc. As observações da radiação solar e suas transformações são realizadas em estações actinométricas. De grande importância para o estudo da atmosfera são as redes de estações aerológicas, nas quais são realizadas medições meteorológicas até uma altitude de 30-35 km por meio de radiossondas. Em diversas estações são realizadas observações do ozônio atmosférico, dos fenômenos elétricos da atmosfera e da composição química do ar.

Os dados das estações terrestres são complementados por observações dos oceanos, onde operam “navios meteorológicos”, constantemente localizados em determinadas áreas do Oceano Mundial, bem como informações meteorológicas recebidas de pesquisas e outros navios.

Nas últimas décadas, uma quantidade crescente de informações sobre a atmosfera tem sido obtida por meio de satélites meteorológicos, que carregam instrumentos para fotografar nuvens e medir fluxos de radiação ultravioleta, infravermelha e de micro-ondas do Sol. Os satélites permitem obter informações sobre perfis verticais de temperatura, nebulosidade e seu abastecimento de água, elementos do balanço de radiação da atmosfera, temperatura da superfície oceânica, etc. é possível determinar perfis verticais de densidade, pressão e temperatura, bem como teor de umidade na atmosfera. Com a ajuda de satélites, tornou-se possível esclarecer o valor da constante solar e do albedo planetário da Terra, construir mapas do balanço de radiação do sistema Terra-atmosfera, medir o conteúdo e a variabilidade de pequenos poluentes atmosféricos e resolver muitos outros problemas de física atmosférica e monitoramento ambiental.

Lit.: Budyko M.I. Clima no passado e no futuro. L., 1980; Matveev L. T. Curso de meteorologia geral. Física atmosférica. 2ª edição. L., 1984; Budyko M.I., Ronov A.B., Yanshin A.L. História da atmosfera. L., 1985; Khrgian A. Kh. Física Atmosférica. Moscou, 1986; Atmosfera: Diretório. L., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Meteorologia e climatologia. 5ª edição. M., 2001.

GS Golitsyn, NA Zaitseva.

ESTRUTURA DA ATMOSFERA

Atmosfera(do grego antigo ἀτμός - vapor e σφαῖρα - bola) - a camada de gás (geosfera) que envolve o planeta Terra. Sua superfície interna cobre a hidrosfera e parcialmente a crosta terrestre, enquanto sua superfície externa faz fronteira com a parte próxima à Terra do espaço sideral.

Propriedades físicas

A espessura da atmosfera está a aproximadamente 120 km da superfície da Terra. A massa total de ar na atmosfera é (5,1-5,3) 10 18 kg. Destes, a massa de ar seco é (5,1352 ± 0,0003) 10 18 kg, a massa total de vapor d'água é em média 1,27 10 16 kg.

A massa molar do ar limpo e seco é 28,966 g/mol, e a densidade do ar na superfície do mar é de aproximadamente 1,2 kg/m3. A pressão a 0 °C ao nível do mar é 101,325 kPa; temperatura crítica - −140,7 °C; pressão crítica - 3,7 MPa; C p a 0 °C - 1,0048·10 3 J/(kg·K), C v - 0,7159·10 3 J/(kg·K) (a 0 °C). Solubilidade do ar em água (em massa) a 0 °C - 0,0036%, a 25 °C - 0,0023%.

São aceitas como “condições normais” na superfície da Terra: densidade 1,2 kg/m3, pressão barométrica 101,35 kPa, temperatura mais 20 °C e umidade relativa 50%. Esses indicadores condicionais têm significado puramente de engenharia.

A estrutura da atmosfera

A atmosfera tem uma estrutura em camadas. As camadas da atmosfera diferem umas das outras na temperatura do ar, na densidade, na quantidade de vapor d'água no ar e em outras propriedades.

Troposfera(Grego antigo τρόπος - “girar”, “mudar” e σφαῖρα - “bola”) - a camada inferior e mais estudada da atmosfera, com 8 a 10 km de altura nas regiões polares, até 10 a 12 km em latitudes temperadas, no equador - 16-18 km.

Ao subir na troposfera, a temperatura diminui em média 0,65 K a cada 100 m e atinge 180-220 K na parte superior. Essa camada superior da troposfera, na qual cessa a diminuição da temperatura com a altura, é chamada de tropopausa. A próxima camada da atmosfera, localizada acima da troposfera, é chamada estratosfera.

Mais de 80% da massa total do ar atmosférico está concentrada na troposfera, a turbulência e a convecção são altamente desenvolvidas, a parte predominante do vapor d'água está concentrada, surgem nuvens, formam-se frentes atmosféricas, desenvolvem-se ciclones e anticiclones, entre outros processos que determinam o tempo e o clima. Os processos que ocorrem na troposfera são causados ​​​​principalmente pela convecção.

A parte da troposfera dentro da qual é possível a formação de geleiras na superfície terrestre é chamada quionosfera.

Tropopausa(do grego τροπος - virar, mudar e παῦσις - parar, terminar) - uma camada da atmosfera na qual cessa a diminuição da temperatura com a altura; camada de transição da troposfera para a estratosfera. Na atmosfera terrestre, a tropopausa está localizada em altitudes de 8 a 12 km (acima do nível do mar) nas regiões polares e até 16 a 18 km acima do equador. A altura da tropopausa também depende da época do ano (no verão a tropopausa é mais alta que no inverno) e da atividade ciclônica (nos ciclones é menor e nos anticiclones é maior)

A espessura da tropopausa varia de várias centenas de metros a 2-3 quilômetros. Nas regiões subtropicais, as quebras da tropopausa são observadas devido a poderosas correntes de jato. A tropopausa em certas áreas é frequentemente destruída e reformada.

Estratosfera(do latim estrato - piso, camada) - uma camada da atmosfera localizada a uma altitude de 11 a 50 km. Caracterizado por uma ligeira mudança na temperatura na camada de 11-25 km (camada inferior da estratosfera) e um aumento na temperatura na camada de 25-40 km de -56,5 para 0,8 °C (camada superior da estratosfera ou região de inversão) . Tendo atingido um valor de cerca de 273 K (quase 0 °C) a uma altitude de cerca de 40 km, a temperatura permanece constante até uma altitude de cerca de 55 km. Esta região de temperatura constante é chamada de estratopausa e é a fronteira entre a estratosfera e a mesosfera. A densidade do ar na estratosfera é dezenas e centenas de vezes menor do que ao nível do mar.

É na estratosfera que se localiza a camada de ozônio (“camada de ozônio”) (a uma altitude de 15-20 a 55-60 km), que determina o limite superior da vida na biosfera. O ozônio (O 3) é formado como resultado de reações fotoquímicas mais intensamente a uma altitude de aproximadamente 30 km. A massa total de O 3 equivaleria a uma camada de 1,7-4,0 mm de espessura à pressão normal, mas isso é suficiente para absorver a radiação ultravioleta do Sol, destrutiva à vida. A destruição do O 3 ocorre quando ele interage com radicais livres, NO e compostos contendo halogênio (incluindo “freons”).

Na estratosfera, a maior parte da parte de ondas curtas da radiação ultravioleta (180-200 nm) é retida e a energia das ondas curtas é transformada. Sob a influência desses raios, os campos magnéticos mudam, as moléculas se desintegram, ocorre a ionização e ocorre nova formação de gases e outros compostos químicos. Esses processos podem ser observados na forma de luzes do norte, relâmpagos e outros brilhos.

Na estratosfera e nas camadas superiores, sob a influência da radiação solar, as moléculas de gás se dissociam em átomos (acima de 80 km CO 2 e H 2 se dissociam, acima de 150 km - O 2, acima de 300 km - N 2). A uma altitude de 200-500 km, a ionização de gases também ocorre na ionosfera; a uma altitude de 320 km, a concentração de partículas carregadas (O + 2, O - 2, N + 2) é ~ 1/300 do concentração de partículas neutras. Nas camadas superiores da atmosfera existem radicais livres - OH, HO 2, etc.

Quase não há vapor d'água na estratosfera.

Os voos para a estratosfera começaram na década de 1930. É amplamente conhecido o voo do primeiro balão estratosférico (FNRS-1), realizado por Auguste Picard e Paul Kipfer em 27 de maio de 1931 a uma altitude de 16,2 km. Aeronaves comerciais supersônicas e de combate modernas voam na estratosfera em altitudes geralmente de até 20 km (embora o teto dinâmico possa ser muito maior). Balões meteorológicos de alta altitude sobem até 40 km; o recorde para um balão não tripulado é de 51,8 km.

Recentemente, nos círculos militares dos EUA, muita atenção tem sido dada ao desenvolvimento de camadas da estratosfera acima de 20 km, muitas vezes chamadas de “pré-espaço”. « perto do espaço» ). Supõe-se que dirigíveis não tripulados e aeronaves movidas a energia solar (como o NASA Pathfinder) serão capazes de permanecer a uma altitude de cerca de 30 km por um longo tempo e fornecer vigilância e comunicações para áreas muito grandes, permanecendo pouco vulneráveis ​​à defesa aérea. sistemas; Esses dispositivos serão muitas vezes mais baratos que os satélites.

Estratopausa- uma camada da atmosfera que é a fronteira entre duas camadas, a estratosfera e a mesosfera. Na estratosfera, a temperatura aumenta com o aumento da altitude, e a estratopausa é a camada onde a temperatura atinge o seu máximo. A temperatura da estratopausa é de cerca de 0 °C.

Este fenômeno é observado não apenas na Terra, mas também em outros planetas que possuem atmosfera.

Na Terra, a estratopausa está localizada a uma altitude de 50 a 55 km acima do nível do mar. A pressão atmosférica é cerca de 1/1000 da pressão do nível do mar.

Mesosfera(do grego μεσο- - “meio” e σφαῖρα - “bola”, “esfera”) - uma camada da atmosfera em altitudes de 40-50 a 80-90 km. Caracterizado pelo aumento da temperatura com a altitude; a temperatura máxima (cerca de +50°C) está localizada a uma altitude de cerca de 60 km, após o que a temperatura começa a diminuir para -70° ou -80°C. Esta diminuição da temperatura está associada à absorção vigorosa da radiação solar (radiação) pelo ozônio. O termo foi adotado pela União Geográfica e Geofísica em 1951.

A composição gasosa da mesosfera, assim como a das camadas atmosféricas subjacentes, é constante e contém cerca de 80% de nitrogênio e 20% de oxigênio.

A mesosfera é separada da estratosfera subjacente pela estratopausa e da termosfera sobrejacente pela mesopausa. A mesopausa basicamente coincide com a turbopausa.

Os meteoros começam a brilhar e, via de regra, queimam completamente na mesosfera.

Nuvens noctilucentes podem aparecer na mesosfera.

Para voos, a mesosfera é uma espécie de “zona morta” - o ar aqui é rarefeito demais para sustentar aviões ou balões (a uma altitude de 50 km a densidade do ar é 1000 vezes menor que ao nível do mar) e ao mesmo tempo tempo muito denso para voos artificiais de satélites em órbita tão baixa. Os estudos diretos da mesosfera são realizados principalmente por meio de foguetes meteorológicos suborbitais; Em geral, a mesosfera tem sido menos estudada do que outras camadas da atmosfera, razão pela qual os cientistas a apelidaram de “ignorosfera”.

Mesopausa

Mesopausa- uma camada da atmosfera que separa a mesosfera e a termosfera. Na Terra está localizado a uma altitude de 80-90 km acima do nível do mar. Na mesopausa há uma temperatura mínima, que é de cerca de -100 °C. Abaixo (a partir de uma altitude de cerca de 50 km) a temperatura cai com a altura, mais alta (até uma altitude de cerca de 400 km) sobe novamente. A mesopausa coincide com o limite inferior da região de absorção ativa dos raios X e da radiação ultravioleta de ondas curtas do Sol. Nesta altitude são observadas nuvens noctilucentes.

A mesopausa ocorre não apenas na Terra, mas também em outros planetas que possuem atmosfera.

Linha Karman- altitude acima do nível do mar, que é convencionalmente aceita como a fronteira entre a atmosfera da Terra e o espaço.

De acordo com a definição da Fédération Aéronautique Internationale (FAI), a linha Karman está localizada a uma altitude de 100 km acima do nível do mar.

A altura recebeu o nome de Theodore von Karman, um cientista americano de origem húngara. Ele foi o primeiro a determinar que aproximadamente nesta altitude a atmosfera se torna tão rarefeita que a aeronáutica se torna impossível, uma vez que a velocidade da aeronave necessária para criar sustentação suficiente torna-se maior que a primeira velocidade cósmica e, portanto, para atingir altitudes maiores é necessário usar a astronáutica.

A atmosfera da Terra continua além da linha de Karman. A parte externa da atmosfera terrestre, a exosfera, estende-se até uma altitude de 10 mil km ou mais, nesta altitude a atmosfera é constituída principalmente por átomos de hidrogênio que são capazes de sair da atmosfera.

A conquista da Linha Karman foi a primeira condição para o recebimento do Prêmio Ansari X, pois é a base para o reconhecimento do voo como voo espacial.