Dijagram sastava Zemljine atmosfere. Atmosfera je vazdušni sloj Zemlje. Raspodjela barometrijskog pritiska

Vazdušna ljuska koja okružuje našu planetu i rotira s njom naziva se atmosfera. Polovina ukupne mase atmosfere koncentrisana je u donjih 5 km, a tri četvrtine mase u donjih 10 km. Iznad je zrak dosta razrijeđen, iako se njegove čestice nalaze na nadmorskoj visini od 2000-3000 km iznad površine zemlje.

Vazduh koji udišemo je mešavina gasova. Najviše od svega sadrži azota - 78% i kiseonika - 21%. Argona je manje od 1%, a 0,03% je ugljični dioksid. Brojni drugi gasovi, kao što su kripton, ksenon, neon, helijum, vodonik, ozon i drugi, čine hiljaditi i milioniti deo procenta. U vazduhu se nalaze i vodena para, čestice raznih materija, bakterije, polen i kosmička prašina.

Atmosfera je sastavljena od nekoliko slojeva. Donji sloj do visine od 10-15 km iznad površine Zemlje naziva se troposfera. Zagreva se sa Zemlje, pa temperatura vazduha ovde sa visinom pada za 6°C na 1 kilometar uspona. Skoro sva vodena para je u troposferi i formiraju se skoro svi oblaci - napomena.. Visina troposfere na različitim geografskim širinama planete nije ista. Izdiže se do 9 km iznad polova, do 10-12 km iznad umjerenih geografskih širina i do 15 km iznad ekvatora. Procesi koji se dešavaju u troposferi – formiranje i kretanje vazdušnih masa, formiranje ciklona i anticiklona, ​​pojava oblaka i padavina – određuju vremenske prilike i klimu u blizini zemljine površine.

Iznad troposfere je stratosfera, koja se proteže do 50-55 km. Troposfera i stratosfera su odvojene prelaznim slojem koji se naziva tropopauza, debljine 1-2 km. U stratosferi na visini od oko 25 km temperatura zraka postepeno počinje rasti i dostiže +10 +30 °C na 50 km. Takav porast temperature je zbog činjenice da se u stratosferi nalazi sloj ozona na visinama od 25-30 km. Na površini Zemlje njegov sadržaj u zraku je zanemariv, a na velikim visinama dvoatomni molekuli kisika apsorbiraju ultraljubičasto sunčevo zračenje, formirajući troatomne molekule ozona.

Kada bi se ozon nalazio u nižim slojevima atmosfere, na visini sa normalnim pritiskom, debljina njegovog sloja bila bi samo 3 mm. Ali čak i u tako maloj količini, igra vrlo važnu ulogu: apsorbira dio sunčevog zračenja štetnog za žive organizme.

Iznad stratosfere, do oko 80 km, prostire se mezosfera, u kojoj temperatura vazduha pada sa visinom na nekoliko desetina stepeni ispod nule.

Gornji deo atmosfere karakterišu veoma visoke temperature i naziva se termosfera - napomena.. Deli se na dva dela - jonosferu - do visine od oko 1000 km, gde je vazduh jako jonizovan, i egzosferu - preko 1000 km. U jonosferi, molekuli atmosferskog plina apsorbiraju ultraljubičasto zračenje Sunca, te se formiraju nabijeni atomi i slobodni elektroni. Aurore se zapažaju u jonosferi.

Atmosfera igra veoma važnu ulogu u životu naše planete. Štiti Zemlju od jakog zagrevanja sunčevim zracima danju i od hipotermije noću. Većina meteorita sagorijeva u atmosferskim slojevima prije nego što stignu na površinu planete. Atmosfera sadrži kiseonik, neophodan za sve organizme, ozonski štit koji štiti život na Zemlji od štetnog dela ultraljubičastog zračenja Sunca.

ATMOSFERE PLANETA SUNČEVOG SISTEMA

Atmosfera Merkura je toliko razrijeđena da je, moglo bi se reći, praktično i ne postoji. Vazdušni omotač Venere sastoji se od ugljičnog dioksida (96%) i dušika (oko 4%), vrlo je gust - atmosferski tlak u blizini površine planete je skoro 100 puta veći nego na Zemlji. Atmosfera Marsa se takođe sastoji uglavnom od ugljen-dioksida (95%) i azota (2,7%), ali je njena gustina oko 300 puta manja od zemaljske, a njen pritisak je skoro 100 puta manji. Vidljiva površina Jupitera je zapravo gornji sloj atmosfere vodika i helijuma. Vazdušne školjke Saturna i Urana su istog sastava. Prekrasna plava boja Urana nastaje zbog visoke koncentracije metana u gornjem dijelu njegove atmosfere - cca.. Neptun, obavijen ugljikovodičnom izmaglicom, ima dva glavna sloja oblaka: jedan se sastoji od smrznutih kristala metana, a drugi, koji se nalazi ispod, sadrži amonijak i sumporovodik.

Sastav zemlje. Zrak

Vazduh je mehanička mešavina raznih gasova koji čine Zemljinu atmosferu. Vazduh je neophodan za disanje živih organizama i široko se koristi u industriji.

Činjenica da je zrak mješavina, a ne homogena supstanca, dokazana je tokom eksperimenata škotskog naučnika Josepha Blacka. Tokom jednog od njih, naučnik je otkrio da kada se bijeli magnezijum (magnezijum karbonat) zagreje, oslobađa se "vezani vazduh", odnosno ugljen-dioksid i nastaje izgoreni magnezijum (magnezijum oksid). Nasuprot tome, kada se krečnjak peče, uklanja se "vezani zrak". Na osnovu ovih eksperimenata, naučnik je zaključio da je razlika između ugljenih i kaustičnih alkalija u tome što prva uključuje ugljen-dioksid, koji je jedna od komponenti vazduha. Danas znamo da pored ugljičnog dioksida, sastav zemaljskog zraka uključuje:

Odnos gasova u zemljinoj atmosferi naveden u tabeli je tipičan za njene niže slojeve, do visine od 120 km. U ovim područjima leži dobro izmiješana, homogena regija, nazvana homosfera. Iznad homosfere leži heterosfera, koju karakteriše razlaganje molekula gasa na atome i ione. Regije su međusobno odvojene turbopauzom.

Hemijska reakcija u kojoj se, pod utjecajem sunčevog i kosmičkog zračenja, molekule razlažu na atome, naziva se fotodisocijacija. Tokom raspada molekularnog kiseonika nastaje atomski kiseonik, koji je glavni gas atmosfere na visinama iznad 200 km. Na visinama iznad 1200 km počinju da prevladavaju vodonik i helijum, koji su najlakši gasovi.

Budući da je najveći dio zraka koncentrisan u 3 niža atmosferska sloja, promjene u sastavu zraka na visinama iznad 100 km nemaju primjetan uticaj na ukupan sastav atmosfere.

Azot je najčešći gas, koji čini više od tri četvrtine zapremine zemaljskog vazduha. Moderni dušik nastao je oksidacijom rane atmosfere amonijak-vodik molekularnim kisikom, koji nastaje tokom fotosinteze. Trenutno mala količina dušika ulazi u atmosferu kao rezultat denitrifikacije - procesa redukcije nitrata u nitrite, nakon čega slijedi stvaranje plinovitih oksida i molekularnog dušika, koji proizvode anaerobni prokarioti. Dio dušika ulazi u atmosferu tokom vulkanskih erupcija.

U gornjoj atmosferi, kada je izložen električnim pražnjenjima uz učešće ozona, molekularni dušik se oksidira u dušikov monoksid:

N 2 + O 2 → 2NO

U normalnim uslovima, monoksid odmah reaguje sa kiseonikom i formira azot-oksid:

2NO + O 2 → 2N 2 O

Azot je najvažniji hemijski element u Zemljinoj atmosferi. Azot je dio proteina, osigurava mineralnu ishranu biljaka. Određuje brzinu biohemijskih reakcija, igra ulogu razblaživača kiseonika.

Kiseonik je drugi najzastupljeniji gas u Zemljinoj atmosferi. Formiranje ovog plina povezano je s fotosintetskom aktivnošću biljaka i bakterija. I što su fotosintetski organizmi postajali raznovrsniji i brojniji, to je proces sadržaja kiseonika u atmosferi postajao značajniji. Mala količina teškog kiseonika se oslobađa tokom degazacije plašta.

U gornjim slojevima troposfere i stratosfere, pod uticajem ultraljubičastog sunčevog zračenja (označavamo ga kao hν), nastaje ozon:

O 2 + hν → 2O

Kao rezultat djelovanja istog ultraljubičastog zračenja, ozon se raspada:

O 3 + hν → O 2 + O

O 3 + O → 2O 2

Kao rezultat prve reakcije nastaje atomski kisik, kao rezultat druge - molekularni kisik. Sve 4 reakcije nazivaju se Chapmanov mehanizam, po britanskom naučniku Sidneyu Chapmanu koji ih je otkrio 1930. godine.

Kiseonik se koristi za disanje živih organizama. Uz njegovu pomoć nastaju procesi oksidacije i sagorijevanja.

Ozon služi za zaštitu živih organizama od ultraljubičastog zračenja, koje uzrokuje ireverzibilne mutacije. Najveća koncentracija ozona uočena je u donjoj stratosferi unutar tzv. ozonski omotač ili ozonski ekran koji leži na visinama od 22-25 km. Sadržaj ozona je mali: pri normalnom pritisku sav ozon zemljine atmosfere zauzimao bi sloj debljine samo 2,91 mm.

Formiranje trećeg najčešćeg gasa u atmosferi, argona, kao i neona, helijuma, kriptona i ksenona, povezuje se sa vulkanskim erupcijama i raspadom radioaktivnih elemenata.

Konkretno, helijum je proizvod radioaktivnog raspada uranijuma, torija i radijuma: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (u ovim reakcijama α- čestica je jezgro helijuma, koje u procesu gubitka energije hvata elektrone i postaje 4 He).

Argon nastaje tokom raspada radioaktivnog izotopa kalijuma: 40 K → 40 Ar + γ.

Neon bježi iz magmatskih stijena.

Kripton nastaje kao krajnji proizvod raspada uranijuma (235 U i 238 U) i torija Th.

Najveći dio atmosferskog kriptona nastao je u ranim fazama evolucije Zemlje kao rezultat raspada transuranskih elemenata s fenomenalno kratkim poluraspadom ili je došao iz svemira, u kojem je sadržaj kriptona deset miliona puta veći nego na Zemlji. .

Ksenon je rezultat fisije uranijuma, ali većina ovog gasa ostaje iz ranih faza formiranja Zemlje, iz primarne atmosfere.

Ugljični dioksid ulazi u atmosferu kao rezultat vulkanskih erupcija i u procesu raspadanja organske tvari. Njegov sadržaj u atmosferi srednjih geografskih širina Zemlje uvelike varira u zavisnosti od godišnjih doba: zimi se količina CO 2 povećava, a ljeti smanjuje. Ova fluktuacija je povezana s aktivnošću biljaka koje koriste ugljični dioksid u procesu fotosinteze.

Vodik nastaje kao rezultat razgradnje vode sunčevim zračenjem. Ali, budući da je najlakši od plinova koji čine atmosferu, on neprestano bježi u svemir, pa je stoga njegov sadržaj u atmosferi vrlo mali.

Vodena para je rezultat isparavanja vode sa površine jezera, rijeka, mora i kopna.

Koncentracija glavnih gasova u nižim slojevima atmosfere, sa izuzetkom vodene pare i ugljen-dioksida, je konstantna. U malim količinama atmosfera sadrži sumporov oksid SO 2, amonijak NH 3, ugljični monoksid CO, ozon O 3, hlorovodonik HCl, fluorovodonik HF, azot monoksid NO, ugljovodonike, pare žive Hg, jod I 2 i mnoge druge. U donjem atmosferskom sloju troposfere stalno se nalazi velika količina suspendovanih čvrstih i tečnih čestica.

Izvori čestica u Zemljinoj atmosferi su vulkanske erupcije, polen biljaka, mikroorganizmi i, u novije vrijeme, ljudske aktivnosti kao što je spaljivanje fosilnih goriva u proizvodnim procesima. Najsitnije čestice prašine, koje su jezgra kondenzacije, uzročnici su stvaranja magle i oblaka. Bez čvrstih čestica koje su stalno prisutne u atmosferi, padavine ne bi padale na Zemlju.

Encyclopedic YouTube

1 / 5

✪ Zemaljski svemirski brod (Epizoda 14) - Atmosfera

✪ Zašto atmosfera nije uvučena u svemirski vakuum?

✪ Ulazak u Zemljinu atmosferu svemirskog broda "Sojuz TMA-8"

✪ Struktura atmosfere, značenje, studija

✪ O. S. Ugoljnikov "Gornja atmosfera. Susret Zemlje i svemira"

Titlovi

Granica atmosfere

Atmosferom se smatra ono područje oko Zemlje u kojem se gasoviti medij rotira zajedno sa Zemljom u cjelini. Atmosfera prelazi u međuplanetarni prostor postepeno, u egzosferi, počevši od visine od 500-1000 km od površine Zemlje.

Prema definiciji koju je predložila Međunarodna vazduhoplovna federacija, granica između atmosfere i svemira povučena je linijom Karmana, koja se nalazi na visini od oko 100 km, iznad koje letovi avionom postaju potpuno nemogući. NASA koristi oznaku od 122 kilometra (400.000 stopa) kao granicu atmosfere, gdje šatlovi prelaze s propulzivnog manevriranja na aerodinamičko manevriranje.

Physical Properties

Pored gasova navedenih u tabeli, atmosfera sadrži Cl 2 (\displaystyle (\ce (Cl2))) , SO 2 (\displaystyle (\ce (SO2))) , NH 3 (\displaystyle (\ce (NH3))) , CO (\displaystyle ((\ce (CO)) , O 3 (\displaystyle ((\ce (O3)))) , NO 2 (\displaystyle (\ce (NO2))), ugljovodonici , HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , HI (\displaystyle ((\ce (HI)))), parovi Hg (\displaystyle (\ce (Hg))) , I 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br 2 (\displaystyle (\ce (Br2))), kao i mnogi drugi gasovi u malim količinama. U troposferi se stalno nalazi velika količina suspendiranih čvrstih i tečnih čestica (aerosol). Najrjeđi plin u Zemljinoj atmosferi je Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .

Struktura atmosfere

granični sloj atmosfere

Donji sloj troposfere (debljine 1-2 km), u kojem stanje i svojstva Zemljine površine direktno utiču na dinamiku atmosfere.

Troposfera

Njegova gornja granica je na nadmorskoj visini od 8-10 km u polarnim, 10-12 km u umjerenim i 16-18 km u tropskim geografskim širinama; niže zimi nego ljeti.
Donji, glavni sloj atmosfere sadrži više od 80% ukupne mase atmosferskog vazduha i oko 90% sve vodene pare prisutne u atmosferi. U troposferi su snažno razvijene turbulencija i konvekcija, pojavljuju se oblaci, razvijaju se cikloni i anticikloni. Temperatura opada sa visinom sa prosječnim vertikalnim gradijentom od 0,65°/100 metara.

tropopauza

Prijelazni sloj iz troposfere u stratosferu, sloj atmosfere u kojem se zaustavlja smanjenje temperature sa visinom.

Stratosfera

Sloj atmosfere nalazi se na nadmorskoj visini od 11 do 50 km. Tipična je blaga promjena temperature u sloju od 11-25 km (donji sloj stratosfere) i njeno povećanje u sloju od 25-40 km sa minus 56,5 na plus 0,8 °C (gornja stratosfera ili inverzija). Nakon dostizanja vrijednosti od oko 273 K (skoro 0 °C) na visini od oko 40 km, temperatura ostaje konstantna do visine od oko 55 km. Ovo područje konstantne temperature naziva se stratopauza i predstavlja granicu između stratosfere i mezosfere.

Stratopauza

Granični sloj atmosfere između stratosfere i mezosfere. Postoji maksimum u vertikalnoj distribuciji temperature (oko 0 °C).

mezosfera

Termosfera

Gornja granica je oko 800 km. Temperatura se penje na nadmorske visine od 200-300 km, gdje dostiže vrijednosti od reda od 1500 K, nakon čega ostaje gotovo konstantna do velikih visina. Pod djelovanjem sunčevog zračenja i kosmičkog zračenja, zrak se ionizira („polarna svjetla“) - glavni dijelovi jonosfere leže unutar termosfere. Na visinama iznad 300 km prevladava atomski kiseonik. Gornja granica termosfere je u velikoj mjeri određena trenutnom aktivnošću Sunca. U periodima niske aktivnosti - na primjer, 2008-2009 - primetno je smanjenje veličine ovog sloja.

Termopauza

Područje atmosfere iznad termosfere. U ovom području apsorpcija sunčevog zračenja je neznatna i temperatura se zapravo ne mijenja s visinom.

Egzosfera (sfera raspršivanja)

Do visine od 100 km atmosfera je homogena, dobro izmiješana mješavina plinova. U višim slojevima distribucija gasova po visini zavisi od njihove molekularne mase, koncentracija težih gasova opada brže sa udaljavanjem od Zemljine površine. Zbog smanjenja gustine gasa, temperatura pada sa 0 °C u stratosferi na minus 110 °C u mezosferi. Međutim, kinetička energija pojedinačnih čestica na visinama od 200-250 km odgovara temperaturi od ~ 150 °C. Iznad 200 km, uočene su značajne fluktuacije u temperaturi i gustini gasa u vremenu i prostoru.

Na visini od oko 2000-3500 km egzosfera postepeno prelazi u tzv. blizu svemirskog vakuuma, koji je ispunjen rijetkim česticama međuplanetarnog plina, uglavnom atomima vodonika. Ali ovaj plin je samo dio međuplanetarne materije. Drugi dio se sastoji od čestica poput prašine kometnog i meteorskog porijekla. Pored izuzetno razrijeđenih čestica poput prašine, u ovaj prostor prodire elektromagnetno i korpuskularno zračenje solarnog i galaktičkog porijekla.

Pregled

Troposfera čini oko 80% mase atmosfere, a stratosfera oko 20%; masa mezosfere nije veća od 0,3%, termosfera je manja od 0,05% ukupne mase atmosfere.

Na osnovu električnih svojstava u atmosferi, oni emituju neutrosfera i jonosfera .

U zavisnosti od sastava gasa u atmosferi, oni emituju homosfera i heterosfera. heterosfera- ovo je oblast u kojoj gravitacija utiče na odvajanje gasova, jer je njihovo mešanje na takvoj visini zanemarljivo. Otuda slijedi varijabilni sastav heterosfere. Ispod njega leži dobro izmiješan, homogen dio atmosfere, nazvan homosfera. Granica između ovih slojeva naziva se turbopauza, nalazi se na nadmorskoj visini od oko 120 km.

Ostala svojstva atmosfere i uticaji na ljudski organizam

Već na visini od 5 km nadmorske visine, neuvježbana osoba razvija gladovanje kisikom, a bez adaptacije, performanse osobe su značajno smanjene. Tu se završava fiziološka zona atmosfere. Ljudsko disanje postaje nemoguće na visini od 9 km, iako do oko 115 km atmosfera sadrži kiseonik.

Atmosfera nam daje kiseonik koji nam je potreban za disanje. Međutim, zbog pada ukupnog pritiska atmosfere kako se dižete na visinu, parcijalni pritisak kiseonika takođe se smanjuje u skladu sa tim.

Istorija formiranja atmosfere

Prema najčešćoj teoriji, Zemljina atmosfera je kroz svoju istoriju bila u tri različita sastava. U početku se sastojao od lakih gasova (vodonik i helijum) uhvaćenih iz međuplanetarnog prostora. Ova tzv primarna atmosfera. U sljedećoj fazi, aktivna vulkanska aktivnost dovela je do zasićenja atmosfere drugim plinovima osim vodonika (ugljični dioksid, amonijak, vodena para). Ovako sekundarna atmosfera. Ova atmosfera je bila obnavljajuća. Nadalje, proces formiranja atmosfere određen je sljedećim faktorima:

• curenje lakih gasova (vodonik i helijum) u međuplanetarni prostor;
• hemijske reakcije koje se dešavaju u atmosferi pod uticajem ultraljubičastog zračenja, pražnjenja groma i nekih drugih faktora.

Postepeno su ovi faktori doveli do formiranja tercijarne atmosfere, koju karakterizira mnogo manji sadržaj vodika i mnogo veći sadržaj dušika i ugljičnog dioksida (nastalih kao rezultat kemijskih reakcija iz amonijaka i ugljikovodika).

Nitrogen

Formiranje velike količine dušika nastaje zbog oksidacije atmosfere amonijaka i vodika molekularnim kisikom O 2 (\displaystyle (\ce (O2))), koji je počeo dolaziti sa površine planete kao rezultat fotosinteze, počevši od prije 3 milijarde godina. Takođe azot N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) se oslobađa u atmosferu kao rezultat denitrifikacije nitrata i drugih spojeva koji sadrže dušik. Azot se oksidira ozonom u NE (\displaystyle ((\ce (NE)) u gornjim slojevima atmosfere.

Nitrogen N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) ulazi u reakcije samo pod određenim uslovima (na primjer, tokom pražnjenja groma). Oksidacija molekularnog azota ozonom tokom električnih pražnjenja koristi se u malim količinama u industrijskoj proizvodnji azotnih đubriva. Može se oksidirati uz malu potrošnju energije i pretvoriti u biološki aktivan oblik pomoću cijanobakterija (plavo-zelene alge) i bakterija nodula koje formiraju rizobijalnu simbiozu sa mahunarkama, koje mogu biti efikasne biljke zelenog gnojiva koje ne iscrpljuju, već obogaćuju tlo. prirodna đubriva.

Kiseonik

Sastav atmosfere počeo se radikalno mijenjati pojavom živih organizama na Zemlji, kao rezultat fotosinteze, praćene oslobađanjem kisika i apsorpcijom ugljičnog dioksida. U početku se kisik trošio na oksidaciju reduciranih spojeva - amonijaka, ugljikovodika, željeznog oblika željeza sadržanog u oceanima i drugih. Na kraju ove faze, sadržaj kiseonika u atmosferi počeo je da raste. Postepeno se formirala moderna atmosfera sa oksidativnim svojstvima. Budući da je to izazvalo ozbiljne i nagle promjene u mnogim procesima u atmosferi, litosferi i biosferi, ovaj događaj je nazvan kisikovom katastrofom.

plemenitih gasova

Zagađenje zraka

Čovek je u poslednje vreme počeo da utiče na evoluciju atmosfere. Rezultat ljudske aktivnosti je konstantno povećanje sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi zbog sagorijevanja ugljikovodičnih goriva akumuliranih u prethodnim geološkim epohama. Ogromne količine se troše u fotosintezi i apsorbuju ih svjetski okeani. Ovaj plin ulazi u atmosferu zbog raspadanja karbonatnih stijena i organskih tvari biljnog i životinjskog porijekla, kao i zbog vulkanizma i ljudskih proizvodnih aktivnosti. Sadržaj u proteklih 100 godina CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) u atmosferi povećao za 10%, pri čemu glavni dio (360 milijardi tona) dolazi od sagorijevanja goriva. Ako se stopa rasta sagorevanja goriva nastavi, onda će u narednih 200-300 godina količina CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2))) udvostručuje se u atmosferi i može dovesti do

Atmosfera(od grčkog atmos - para i spharia - lopta) - zračna ljuska Zemlje koja se rotira s njom. Razvoj atmosfere bio je usko povezan sa geološkim i geohemijskim procesima koji se odvijaju na našoj planeti, kao i sa aktivnostima živih organizama.

Donja granica atmosfere poklapa se sa površinom Zemlje, jer zrak prodire u najmanje pore u tlu i rastvara se čak iu vodi.

Gornja granica na visini od 2000-3000 km postepeno prelazi u svemir.

Atmosfera bogata kiseonikom omogućava život na Zemlji. Atmosferski kisik se koristi u procesu disanja ljudi, životinja i biljaka.

Da nema atmosfere, Zemlja bi bila tiha kao mjesec. Uostalom, zvuk je vibracija čestica zraka. Plava boja neba objašnjava se činjenicom da se sunčeve zrake, prolazeći kroz atmosferu, kao kroz sočivo, razlažu na svoje sastavne boje. U ovom slučaju, zraci plave i plave boje su najviše raspršeni.

Atmosfera zadržava većinu ultraljubičastog zračenja Sunca, koje ima štetan učinak na žive organizme. Takođe zadržava toplotu na površini Zemlje, sprečavajući našu planetu da se ohladi.

Struktura atmosfere

U atmosferi se može razlikovati nekoliko slojeva koji se razlikuju po gustoći i gustoći (slika 1).

Troposfera

Troposfera- najniži sloj atmosfere, čija je debljina iznad polova 8-10 km, u umjerenim geografskim širinama - 10-12 km, a iznad ekvatora - 16-18 km.

Rice. 1. Struktura Zemljine atmosfere

Vazduh u troposferi se zagreva sa zemljine površine, odnosno sa kopna i vode. Dakle, temperatura vazduha u ovom sloju opada sa visinom u proseku za 0,6 °C na svakih 100 m. Na gornjoj granici troposfere dostiže -55 °C. Istovremeno, u području ekvatora na gornjoj granici troposfere temperatura zraka je -70 °S, a u području sjevernog pola -65 °S.

Oko 80% mase atmosfere koncentrisano je u troposferi, nalazi se gotovo sva vodena para, javljaju se grmljavine, oluje, oblaci i padavine, a javlja se i vertikalno (konvekcija) i horizontalno (vjetar) kretanje zraka.

Možemo reći da se vrijeme uglavnom formira u troposferi.

Stratosfera

Stratosfera- sloj atmosfere koji se nalazi iznad troposfere na visini od 8 do 50 km. Boja neba u ovom sloju izgleda ljubičasta, što se objašnjava razrjeđivanjem zraka, zbog čega se sunčevi zraci gotovo ne raspršuju.

Stratosfera sadrži 20% mase atmosfere. Zrak u ovom sloju je razrijeđen, vodene pare praktički nema, pa se oblaci i padavine gotovo ne stvaraju. Međutim, u stratosferi se uočavaju stabilne zračne struje, čija brzina doseže 300 km / h.

Ovaj sloj je koncentrisan ozona(ozonski ekran, ozonosfera), sloj koji upija ultraljubičaste zrake, sprečavajući ih da prođu na Zemlju i na taj način štiteći žive organizme na našoj planeti. Zbog ozona temperatura zraka na gornjoj granici stratosfere je u rasponu od -50 do 4-55 °C.

Između mezosfere i stratosfere postoji prelazna zona – stratopauza.

mezosfera

mezosfera- sloj atmosfere koji se nalazi na nadmorskoj visini od 50-80 km. Gustina zraka ovdje je 200 puta manja nego na površini Zemlje. Boja neba u mezosferi je crna, zvezde su vidljive tokom dana. Temperatura vazduha pada na -75 (-90)°C.

Na visini od 80 km počinje termosfera. Temperatura zraka u ovom sloju naglo raste do visine od 250 m, a zatim postaje konstantna: na visini od 150 km dostiže 220-240 °C; na visini od 500-600 km prelazi 1500 °C.

U mezosferi i termosferi, pod dejstvom kosmičkih zraka, molekule gasa se raspadaju na naelektrisane (jonizovane) čestice atoma, pa se ovaj deo atmosfere naziva jonosfera- sloj vrlo razrijeđenog zraka, koji se nalazi na nadmorskoj visini od 50 do 1000 km, sastoji se uglavnom od joniziranih atoma kisika, molekula dušikovog oksida i slobodnih elektrona. Ovaj sloj karakteriše visoka naelektrisanost, a dugi i srednji radio talasi se odbijaju od njega, kao od ogledala.

U jonosferi nastaju aurore - sjaj razrijeđenih plinova pod utjecajem električno nabijenih čestica koje lete sa Sunca - i uočavaju se oštre fluktuacije u magnetskom polju.

Egzosfera

Egzosfera- vanjski sloj atmosfere, koji se nalazi iznad 1000 km. Ovaj sloj se još naziva i sferom raspršivanja, jer se čestice plina ovdje kreću velikom brzinom i mogu se raspršiti u svemir.

Sastav atmosfere

Atmosfera je mešavina gasova koja se sastoji od azota (78,08%), kiseonika (20,95%), ugljen-dioksida (0,03%), argona (0,93%), male količine helijuma, neona, ksenona, kriptona (0,01%), ozona i drugih gasova, ali je njihov sadržaj zanemarljiv (tabela 1). Savremeni sastav Zemljinog zraka uspostavljen je prije više od stotinu miliona godina, ali je naglo povećana ljudska proizvodna aktivnost ipak dovela do njegove promjene. Trenutno postoji povećanje sadržaja CO 2 za oko 10-12%.

Plinovi koji čine atmosferu imaju različite funkcionalne uloge. Međutim, glavni značaj ovih gasova određen je prvenstveno činjenicom da oni veoma snažno apsorbuju energiju zračenja i time značajno utiču na temperaturni režim Zemljine površine i atmosfere.

Tabela 1. Hemijski sastav suvog atmosferskog zraka u blizini površine zemlje

Nitrogen, najčešći plin u atmosferi, kemijski malo aktivan.

Kiseonik, za razliku od dušika, je kemijski vrlo aktivan element. Specifična funkcija kisika je oksidacija organske tvari heterotrofnih organizama, stijena i nepotpuno oksidiranih plinova koje vulkani emituju u atmosferu. Bez kiseonika ne bi došlo do raspadanja mrtve organske materije.

Uloga ugljičnog dioksida u atmosferi je izuzetno velika. U atmosferu ulazi kao rezultat procesa sagorijevanja, disanja živih organizama, raspadanja i prije svega je glavni građevinski materijal za stvaranje organske tvari tokom fotosinteze. Osim toga, od velike je važnosti svojstvo ugljičnog dioksida da prenosi kratkovalno sunčevo zračenje i apsorbira dio toplotnog dugovalnog zračenja, što će stvoriti takozvani efekat staklene bašte, o čemu će biti riječi u nastavku.

Utjecaj na atmosferske procese, posebno na termički režim stratosfere, vrše i ozona. Ovaj plin služi kao prirodni apsorber sunčevog ultraljubičastog zračenja, a apsorpcija sunčevog zračenja dovodi do zagrijavanja zraka. Prosječne mjesečne vrijednosti ukupnog sadržaja ozona u atmosferi variraju ovisno o geografskoj širini područja i godišnjem dobu u rasponu od 0,23-0,52 cm (ovo je debljina ozonskog omotača pri pritisku i temperaturi tla). Postoji povećanje sadržaja ozona od ekvatora do polova i godišnja varijacija sa minimumom u jesen i maksimumom u proljeće.

Karakterističnim svojstvom atmosfere može se nazvati činjenica da se sadržaj glavnih gasova (dušik, kiseonik, argon) neznatno menja sa visinom: na visini od 65 km u atmosferi sadržaj azota je 86%, kiseonika - 19, argon - 0,91, na nadmorskoj visini od 95 km - azot 77, kiseonik - 21,3, argon - 0,82%. Konstantnost sastava atmosferskog zraka vertikalno i horizontalno održava se njegovim miješanjem.

Pored gasova, vazduh sadrži vodena para i čvrste čestice. Potonji mogu imati i prirodno i vještačko (antropogeno) porijeklo. To su polen cvijeća, sitni kristali soli, cestovna prašina, aerosolne nečistoće. Kada sunčevi zraci prodru kroz prozor, mogu se vidjeti golim okom.

Posebno mnogo čestica ima u vazduhu gradova i velikih industrijskih centara, gde se aerosolima dodaju emisije štetnih gasova i njihovih nečistoća koje nastaju tokom sagorevanja goriva.

Koncentracija aerosola u atmosferi određuje prozirnost zraka, što utiče na sunčevo zračenje koje dopire do površine Zemlje. Najveći aerosoli su kondenzaciona jezgra (od lat. condensatio- zbijanje, zgušnjavanje) - doprinose transformaciji vodene pare u kapljice vode.

Vrijednost vodene pare određena je prvenstveno činjenicom da ona odlaže dugovalno toplotno zračenje zemljine površine; predstavlja glavnu kariku velikih i malih ciklusa vlage; podiže temperaturu vazduha kada se vodeni slojevi kondenzuju.

Količina vodene pare u atmosferi varira u vremenu i prostoru. Tako se koncentracija vodene pare u blizini površine zemlje kreće od 3% u tropima do 2-10 (15)% na Antarktiku.

Prosječan sadržaj vodene pare u vertikalnom stupcu atmosfere u umjerenim geografskim širinama je oko 1,6-1,7 cm (sloj kondenzirane vodene pare će imati takvu debljinu). Informacije o vodenoj pari u različitim slojevima atmosfere su kontradiktorne. Pretpostavljalo se, na primjer, da u rasponu nadmorske visine od 20 do 30 km specifična vlažnost snažno raste s visinom. Međutim, naknadna mjerenja ukazuju na veću suhoću stratosfere. Očigledno, specifična vlažnost u stratosferi malo zavisi od visine i iznosi 2-4 mg/kg.

Promjenjivost sadržaja vodene pare u troposferi određena je interakcijom isparavanja, kondenzacije i horizontalnog transporta. Kao rezultat kondenzacije vodene pare nastaju oblaci i padavine u obliku kiše, grada i snijega.

Procesi faznih prelaza vode odvijaju se uglavnom u troposferi, zbog čega se oblaci u stratosferi (na visinama od 20-30 km) i mezosferi (u blizini mezopauze), koji se nazivaju sedef i srebro, relativno retko primećuju. , dok troposferski oblaci često pokrivaju oko 50% cjelokupne zemljine površine.

Količina vodene pare koja može biti sadržana u zraku ovisi o temperaturi zraka.

1 m 3 zraka na temperaturi od -20 ° C ne može sadržavati više od 1 g vode; na 0 °C - ne više od 5 g; na +10 °S - ne više od 9 g; na +30 °C - ne više od 30 g vode.

zaključak:Što je temperatura zraka viša, to može sadržavati više vodene pare.

Vazduh može biti bogat i nije zasićeno pare. Dakle, ako na temperaturi od +30 ° C 1 m 3 zraka sadrži 15 g vodene pare, zrak nije zasićen vodenom parom; ako je 30 g - zasićeno.

Apsolutna vlažnost- ovo je količina vodene pare sadržana u 1 m 3 zraka. Izražava se u gramima. Na primjer, ako kažu "apsolutna vlažnost je 15", to znači da 1 mL sadrži 15 g vodene pare.

Relativna vlažnost- ovo je omjer (u procentima) stvarnog sadržaja vodene pare u 1 m 3 zraka i količine vodene pare koja može biti sadržana u 1 m L na datoj temperaturi. Na primjer, ako je radio tokom prijenosa vremenske prognoze javio da je relativna vlažnost 70%, to znači da zrak sadrži 70% vodene pare koju može zadržati na datoj temperaturi.

Što je veća relativna vlažnost vazduha, t. što je vazduh bliži zasićenju, veća je verovatnoća da će pasti.

U ekvatorijalnoj zoni uočava se uvijek visoka (do 90%) relativna vlažnost, jer je temperatura zraka visoka tokom cijele godine i postoji veliko isparavanje sa površine okeana. Ista visoka relativna vlažnost je iu polarnim područjima, ali samo zato što pri niskim temperaturama čak i mala količina vodene pare čini vazduh zasićenim ili blizu zasićenja. U umjerenim geografskim širinama relativna vlažnost zraka varira sezonski - viša je zimi, a niža ljeti.

Relativna vlažnost vazduha je posebno niska u pustinjama: 1 m 1 vazduha tamo sadrži dva do tri puta manje od količine vodene pare moguće na datoj temperaturi.

Za mjerenje relativne vlažnosti zraka koristi se higrometar (od grčkog hygros - mokar i metreco - mjerim).

Kada se ohladi, zasićeni vazduh ne može zadržati istu količinu vodene pare u sebi, on se zgušnjava (kondenzira), pretvarajući se u kapljice magle. Magla se može uočiti ljeti u vedrim i prohladnim noćima.

Oblaci- ovo je ista magla, samo što se ne formira na površini zemlje, već na određenoj visini. Kako se zrak diže, hladi se, a vodena para u njemu kondenzira. Nastale sitne kapljice vode čine oblake.

uključeni u formiranje oblaka čestice suspendovan u troposferi.

Oblaci mogu imati različit oblik, što zavisi od uslova njihovog nastanka (tabela 14).

Najniži i najteži oblaci su slojeviti. Nalaze se na nadmorskoj visini od 2 km od površine zemlje. Na nadmorskoj visini od 2 do 8 km mogu se uočiti slikovitiji kumulusni oblaci. Najviši i najlakši su cirusni oblaci. Nalaze se na nadmorskoj visini od 8 do 18 km iznad površine zemlje.

Atmosferska zaštita

Glavni izvori su industrijska preduzeća i automobili. U velikim gradovima, problem zagađenosti gasom glavnih transportnih pravaca je veoma akutan. Zbog toga je u mnogim velikim gradovima svijeta, uključujući i našu zemlju, uvedena ekološka kontrola toksičnosti izduvnih plinova automobila. Prema mišljenju stručnjaka, dim i prašina u zraku mogu prepoloviti protok sunčeve energije do površine zemlje, što će dovesti do promjene prirodnih uslova.

Zemljina atmosfera je heterogena: uočavaju se različite gustine i pritisci vazduha na različitim visinama, menjaju se temperatura i sastav gasa. Na osnovu ponašanja temperature okoline (tj. temperatura raste sa visinom ili opada), u njoj se razlikuju sljedeći slojevi: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera i egzosfera. Granice između slojeva se nazivaju pauze: ima ih 4, jer. gornja granica egzosfere je veoma zamućena i često se odnosi na bliski svemir. Opću strukturu atmosfere možete pronaći u priloženom dijagramu.

Sl.1 Struktura Zemljine atmosfere. Kredit: web stranica

Najniži atmosferski sloj je troposfera, čija gornja granica, nazvana tropopauza, varira ovisno o geografskoj širini i kreće se od 8 km. u polarnom do 20 km. u tropskim geografskim širinama. U srednjim ili umjerenim geografskim širinama njena gornja granica leži na visinama od 10-12 km.Tokom godine gornja granica troposfere doživljava fluktuacije u zavisnosti od priliva sunčevog zračenja. Dakle, kao rezultat sondiranja na Južnom polu Zemlje od strane američke meteorološke službe, otkriveno je da od marta do avgusta ili septembra dolazi do stalnog hlađenja troposfere, zbog čega je u kratkom periodu u U avgustu ili septembru, njena granica se penje na 11,5 km. Zatim, između septembra i decembra, brzo opada i dostiže najniži položaj - 7,5 km, nakon čega njegova visina ostaje praktično nepromijenjena do marta. One. Troposfera je najdeblja ljeti, a najtanja zimi.

Treba napomenuti da osim sezonskih varijacija, postoje i dnevne fluktuacije visine tropopauze. Takođe, na njen položaj utiču cikloni i anticikloni: u prvom pada, jer. pritisak u njima je niži nego u okolnom vazduhu, a drugo, prema tome raste.

Troposfera sadrži do 90% ukupne mase zemaljskog vazduha i 9/10 sve vodene pare. Ovdje je jako razvijena turbulencija, posebno u prizemnim i najvišim slojevima, razvijaju se oblaci svih slojeva, formiraju se cikloni i anticikloni. A zbog akumulacije stakleničkih plinova (ugljični dioksid, metan, vodena para) sunčevih zraka reflektiranih od površine Zemlje, razvija se efekat staklene bašte.

Efekat staklene bašte je povezan sa smanjenjem temperature vazduha u troposferi sa visinom (jer zagrijana Zemlja daje više toplote površinskim slojevima). Prosječan vertikalni gradijent je 0,65°/100 m (tj. temperatura zraka pada za 0,65° C na svakih 100 metara na koje se podignete). Dakle, ako je na površini Zemlje blizu ekvatora prosječna godišnja temperatura zraka + 26 °, onda na gornjoj granici -70 °. Temperatura u području tropopauze iznad Sjevernog pola varira tokom cijele godine od -45° ljeti do -65° zimi.

Kako se visina povećava, opada i vazdušni pritisak, koji iznosi samo 12-20% prizemnog nivoa u blizini gornje troposfere.

Na granici troposfere i prekrivenog sloja stratosfere leži sloj tropopauze, debljine 1-2 km. Sloj zraka u kojem se vertikalni gradijent smanjuje na 0,2°/100 m u odnosu na 0,65°/100 m u donjim područjima troposfere obično se uzima kao donje granice tropopauze.

Unutar tropopauze uočavaju se strujanja zraka strogo određenog smjera, koja se nazivaju mlazne struje velike visine ili „mlazne struje“, nastale pod utjecajem Zemljine rotacije oko svoje ose i zagrijavanja atmosfere uz sudjelovanje sunčevog zračenja. Struje se uočavaju na granicama zona sa značajnim temperaturnim razlikama. Postoji nekoliko centara lokalizacije ovih struja, na primjer, arktički, suptropski, subpolarni i drugi. Poznavanje lokacije mlaznih tokova veoma je važno za meteorologiju i avijaciju: prvi koristi tokove za preciznije vremenske prognoze, drugi za izgradnju ruta letenja aviona, jer Na granicama toka postoje jaki turbulentni vrtlozi, slični malim vrtlozima, koji se nazivaju "turbulencija čistog neba" zbog odsustva oblaka na ovim visinama.

Pod uticajem mlaznih struja na velikim visinama, u tropopauzi često nastaju rupture, koje ponekad potpuno nestanu, ali se onda ponovo formiraju. To se posebno često opaža u suptropskim geografskim širinama nad kojima dominira moćna suptropska visinska struja. Osim toga, razlika između slojeva tropopauze u pogledu temperature okoline dovodi do stvaranja lomova. Na primjer, postoji širok jaz između tople i niske polarne tropopauze i visoke i hladne tropopauze u tropskim geografskim širinama. U posljednje vrijeme izdvaja se i sloj tropopauze umjerenih geografskih širina, koji se prekida sa prethodna dva sloja: polarnim i tropskim.

Drugi sloj Zemljine atmosfere je stratosfera. Stratosfera se uslovno može podijeliti na 2 regije. Prvi od njih, koji leži do visine od 25 km, karakteriziraju gotovo konstantne temperature, koje su jednake temperaturama gornjih slojeva troposfere na određenom području. Drugi region, ili inverzioni region, karakteriše porast temperature vazduha do visine od oko 40 km. To je zbog apsorpcije sunčevog ultraljubičastog zračenja kisikom i ozonom. U gornjem dijelu stratosfere, zbog ovog zagrijavanja, temperatura je često pozitivna ili čak uporediva sa temperaturom prizemnog zraka.

Iznad oblasti inverzije nalazi se sloj konstantnih temperatura, koji se naziva stratopauza i predstavlja granicu između stratosfere i mezosfere. Njegova debljina dostiže 15 km.

Za razliku od troposfere, turbulentni poremećaji su rijetki u stratosferi, ali se primjećuju jaki horizontalni vjetrovi ili mlazne struje koje pušu u uskim zonama duž granica umjerenih geografskih širina okrenutih prema polovima. Položaj ovih zona nije konstantan: mogu se pomjeriti, proširiti ili čak potpuno nestati. Često mlazne struje prodiru u gornje slojeve troposfere, ili obrnuto, zračne mase iz troposfere prodiru u donje slojeve stratosfere. Posebno je karakteristično ovakvo miješanje zračnih masa u područjima atmosferskih frontova.

Malo u stratosferi i vodenoj pari. Vazduh je ovde veoma suv, pa je malo oblaka. Samo na visinama od 20-25 km, na visokim geografskim širinama, mogu se primijetiti vrlo tanki oblaci sedefa, koji se sastoje od prehlađenih kapljica vode. Tokom dana ovi oblaci se ne vide, ali sa početkom mraka kao da sijaju zbog njihovog obasjavanja Suncem koje je već zašlo ispod horizonta.

Na istim visinama (20-25 km.) u donjoj stratosferi nalazi se takozvani ozonski omotač - područje sa najvećim sadržajem ozona, koje nastaje pod uticajem ultraljubičastog sunčevog zračenja (više o ovom procesu možete saznati na stranici). Ozonski omotač ili ozonosfera je od suštinskog značaja za održavanje života svih organizama koji žive na kopnu apsorbujući smrtonosne ultraljubičaste zrake do 290 nm. Iz tog razloga živi organizmi ne žive iznad ozonskog omotača, on je gornja granica širenja života na Zemlji.

Pod uticajem ozona, menjaju se i magnetna polja, atomi razbijaju molekule, dolazi do jonizacije, stvaranja novih gasova i drugih hemijskih jedinjenja.

Sloj atmosfere iznad stratosfere naziva se mezosfera. Karakteriše ga smanjenje temperature vazduha sa visinom sa prosečnim vertikalnim gradijentom od 0,25-0,3°/100 m, što dovodi do jake turbulencije. Na gornjim granicama mezosfere u području zvanom mezopauza, zabilježene su temperature do -138°C, što je apsolutni minimum za cijelu atmosferu Zemlje u cjelini.

Ovdje, unutar mezopauze, prolazi donja granica područja aktivne apsorpcije rendgenskog i kratkotalasnog ultraljubičastog zračenja Sunca. Ovaj energetski proces naziva se prijenos topline zračenjem. Kao rezultat, plin se zagrijava i ionizira, što uzrokuje sjaj atmosfere.

Na visinama od 75-90 km u blizini gornjih granica mezosfere uočeni su posebni oblaci koji zauzimaju ogromna područja u polarnim područjima planete. Ovi oblaci se nazivaju srebrni zbog njihovog sjaja u sumrak, koji nastaje zbog refleksije sunčeve svjetlosti od kristala leda od kojih se ovi oblaci sastoje.

Pritisak vazduha u mezopauzi je 200 puta manji nego na površini zemlje. Ovo sugeriše da je skoro sav vazduh u atmosferi koncentrisan u njena 3 donja sloja: troposfera, stratosfera i mezosfera. Prekriveni slojevi termosfere i egzosfere čine samo 0,05% mase cijele atmosfere.

Termosfera se nalazi na visinama od 90 do 800 km iznad površine Zemlje.

Termosferu karakteriše kontinuirano povećanje temperature vazduha do visina od 200-300 km, gde može dostići 2500°C. Do povećanja temperature dolazi zbog apsorpcije molekula plina rendgenskog i kratkotalasnog dijela ultraljubičastog zračenja Sunca. Iznad 300 km nadmorske visine, porast temperature prestaje.

Istovremeno sa porastom temperature smanjuje se i pritisak, a samim tim i gustina okolnog vazduha. Dakle, ako je na donjim granicama termosfere gustina 1,8 × 10 -8 g / cm 3, onda je na gornjim već 1,8 × 10 -15 g / cm 3, što otprilike odgovara 10 miliona - 1 milijardu čestica u 1 cm 3 .

Sve karakteristike termosfere, kao što su sastav vazduha, njegova temperatura, gustina, podložne su jakim fluktuacijama: u zavisnosti od geografskog položaja, godišnjeg doba i doba dana. Čak se i lokacija gornje granice termosfere mijenja.

Najviši sloj atmosfere naziva se egzosfera ili sloj raspršivanja. Njegova donja granica se stalno mijenja u vrlo širokim granicama; visina od 690-800 km uzeta je kao prosječna vrijednost. Postavlja se gdje se vjerovatnoća međumolekularnih ili međuatomskih sudara može zanemariti, tj. prosječna udaljenost koju će molekul koji se haotično kreće prije sudara sa drugim sličnim molekulom (tzv. slobodni put) bit će toliko velika da se, u stvari, molekuli neće sudariti s vjerovatnoćom bliskom nuli. Sloj u kojem se odvija opisani fenomen naziva se termopauza.

Gornja granica egzosfere leži na visinama od 2-3 hiljade km. Jako je zamućen i postepeno prelazi u bliski svemirski vakuum. Ponekad se iz tog razloga egzosfera smatra dijelom svemira, a njena gornja granica se uzima za visinu od 190 hiljada km, na kojoj utjecaj pritiska sunčevog zračenja na brzinu atoma vodika premašuje gravitacijsko privlačenje zemlja. Ovo je tzv. Zemljina korona, koja se sastoji od atoma vodonika. Gustoća zemljine korone je vrlo niska: samo 1000 čestica po kubnom centimetru, ali je i taj broj više od 10 puta veći od koncentracije čestica u međuplanetarnom prostoru.

Zbog izuzetno razrijeđenog zraka egzosfere, čestice se kreću oko Zemlje po eliptičnim orbitama bez sudara jedna s drugom. Neki od njih, krećući se otvorenim ili hiperboličkim putanjama kosmičkim brzinama (atomi vodika i helija), napuštaju atmosferu i odlaze u svemir, zbog čega se egzosfera naziva sferom raspršenja.