Diagramm der Zusammensetzung der Erdatmosphäre. Die Atmosphäre ist die Luftschicht der Erde. Luftdruckverteilung

Die Lufthülle, die unseren Planeten umgibt und sich mit ihm dreht, wird Atmosphäre genannt. Die Hälfte der Gesamtmasse der Atmosphäre konzentriert sich auf die unteren 5 km und drei Viertel der Masse auf die unteren 10 km. Oben ist die Luft stark verdünnt, obwohl ihre Partikel in einer Höhe von 2000 bis 3000 km über der Erdoberfläche gefunden werden.

Die Luft, die wir atmen, ist ein Gasgemisch. Vor allem enthält es Stickstoff - 78% und Sauerstoff - 21%. Argon ist weniger als 1 % und 0,03 % Kohlendioxid. Zahlreiche andere Gase wie Krypton, Xenon, Neon, Helium, Wasserstoff, Ozon und andere machen Tausendstel und Millionstel Prozent aus. Die Luft enthält auch Wasserdampf, Partikel verschiedener Substanzen, Bakterien, Pollen und kosmischen Staub.

Die Atmosphäre besteht aus mehreren Schichten. Die untere Schicht bis zu einer Höhe von 10-15 km über der Erdoberfläche wird als Troposphäre bezeichnet. Es erwärmt sich von der Erde, sodass die Lufttemperatur hier mit der Höhe um 6 ° C pro 1 Kilometer Aufstieg sinkt. Fast der gesamte Wasserdampf befindet sich in der Troposphäre und fast alle Wolken bilden sich - beachten Sie ... Die Höhe der Troposphäre über verschiedene Breitengrade des Planeten ist nicht gleich. Er erhebt sich bis zu 9 km über den Polen, bis zu 10-12 km über gemäßigten Breiten und bis zu 15 km über dem Äquator. Die in der Troposphäre ablaufenden Prozesse – die Bildung und Bewegung von Luftmassen, die Bildung von Wirbelstürmen und Hochdruckgebieten, Wolkenbildung und Niederschläge – bestimmen das Wetter und Klima nahe der Erdoberfläche.

Oberhalb der Troposphäre befindet sich die Stratosphäre, die sich bis zu 50-55 km erstreckt. Troposphäre und Stratosphäre sind durch eine 1–2 km dicke Übergangsschicht getrennt, die Tropopause genannt wird. In der Stratosphäre in einer Höhe von etwa 25 km beginnt die Lufttemperatur allmählich zu steigen und erreicht bei 50 km + 10 +30 ° C. Ein solcher Temperaturanstieg ist darauf zurückzuführen, dass sich in der Stratosphäre in Höhen von 25 bis 30 km eine Ozonschicht befindet. An der Erdoberfläche ist sein Gehalt in der Luft vernachlässigbar, und in großen Höhen absorbieren zweiatomige Sauerstoffmoleküle ultraviolette Sonnenstrahlung und bilden dreiatomige Ozonmoleküle.

Befände sich Ozon in den unteren Schichten der Atmosphäre, in einer Höhe mit Normaldruck, wäre seine Schichtdicke nur 3 mm. Aber auch in so geringer Menge spielt es eine sehr wichtige Rolle: Es absorbiert einen Teil der für lebende Organismen schädlichen Sonnenstrahlung.

Oberhalb der Stratosphäre, bis etwa 80 km, erstreckt sich die Mesosphäre, in der die Lufttemperatur mit der Höhe auf mehrere zehn Grad unter Null absinkt.

Der obere Teil der Atmosphäre ist durch sehr hohe Temperaturen gekennzeichnet und wird als Thermosphäre bezeichnet - Anm. .. Sie ist in zwei Teile unterteilt - die Ionosphäre - bis zu einer Höhe von etwa 1000 km, wo die Luft stark ionisiert ist, und die Exosphäre - über 1000km. In der Ionosphäre absorbieren atmosphärische Gasmoleküle ultraviolette Strahlung von der Sonne, und geladene Atome und freie Elektronen werden gebildet. Polarlichter werden in der Ionosphäre beobachtet.

Die Atmosphäre spielt eine sehr wichtige Rolle im Leben unseres Planeten. Sie schützt die Erde tagsüber vor starker Erwärmung durch Sonnenstrahlen und nachts vor Unterkühlung. Die meisten Meteoriten verglühen in den atmosphärischen Schichten, bevor sie die Oberfläche des Planeten erreichen. Die Atmosphäre enthält Sauerstoff, der für alle Organismen notwendig ist, ein Ozonschild, das das Leben auf der Erde vor dem schädlichen Teil der ultravioletten Strahlung der Sonne schützt.

ATMOSPHÄREN DER PLANETEN DES SONNENSYSTEMS

Die Merkuratmosphäre ist so verdünnt, dass man sagen könnte, sie existiert praktisch nicht. Die Lufthülle der Venus besteht aus Kohlendioxid (96%) und Stickstoff (ca. 4%), sie ist sehr dicht - der atmosphärische Druck nahe der Oberfläche des Planeten ist fast 100-mal höher als auf der Erde. Die Marsatmosphäre besteht ebenfalls hauptsächlich aus Kohlendioxid (95 %) und Stickstoff (2,7 %), aber ihre Dichte ist etwa 300-mal geringer als die der Erde, und ihr Druck ist fast 100-mal geringer. Die sichtbare Oberfläche von Jupiter ist eigentlich die oberste Schicht einer Wasserstoff-Helium-Atmosphäre. Die Lufthüllen von Saturn und Uranus haben die gleiche Zusammensetzung. Die schöne blaue Farbe von Uranus ist auf die hohe Methankonzentration im oberen Teil seiner Atmosphäre zurückzuführen - ca. .. Neptun, eingehüllt in Kohlenwasserstoffdunst, hat zwei Hauptwolkenschichten: eine besteht aus gefrorenen Methankristallen und die zweite, befindet sich darunter, enthält Ammoniak und Schwefelwasserstoff.

Die Zusammensetzung der Erde. Luft

Luft ist ein mechanisches Gemisch verschiedener Gase, aus denen die Erdatmosphäre besteht. Luft ist für die Atmung lebender Organismen unerlässlich und wird in der Industrie häufig verwendet.

Die Tatsache, dass Luft ein Gemisch und keine homogene Substanz ist, wurde während der Experimente des schottischen Wissenschaftlers Joseph Black bewiesen. Bei einem entdeckte der Wissenschaftler, dass beim Erhitzen von weißer Magnesia (Magnesiumkarbonat) „gebundene Luft“, also Kohlendioxid freigesetzt wird und gebrannte Magnesia (Magnesiumoxid) entsteht. Beim Brennen von Kalkstein hingegen wird „gebundene Luft“ entfernt. Basierend auf diesen Experimenten schloss der Wissenschaftler, dass der Unterschied zwischen kohlensäurehaltigen und ätzenden Alkalien darin besteht, dass erstere Kohlendioxid enthalten, das einer der Bestandteile der Luft ist. Heute wissen wir, dass die Zusammensetzung der Erdluft neben Kohlendioxid Folgendes umfasst:

Das in der Tabelle angegebene Verhältnis von Gasen in der Erdatmosphäre ist typisch für ihre unteren Schichten bis zu einer Höhe von 120 km. In diesen Bereichen liegt eine gut durchmischte, homogene Region, die Homosphäre genannt wird. Oberhalb der Homosphäre liegt die Heterosphäre, die durch die Zerlegung von Gasmolekülen in Atome und Ionen gekennzeichnet ist. Die Regionen sind durch eine Turbopause voneinander getrennt.

Die chemische Reaktion, bei der Moleküle unter dem Einfluss von Sonnen- und kosmischer Strahlung in Atome zerfallen, nennt man Photodissoziation. Beim Zerfall von molekularem Sauerstoff entsteht atomarer Sauerstoff, der in Höhen über 200 km das Hauptgas der Atmosphäre ist. In Höhen über 1200 km beginnen die leichtesten Gase Wasserstoff und Helium zu dominieren.

Da sich der Großteil der Luft in den 3 unteren Atmosphärenschichten konzentriert, wirken sich Änderungen der Luftzusammensetzung in Höhen über 100 km nicht merklich auf die Gesamtzusammensetzung der Atmosphäre aus.

Stickstoff ist das am weitesten verbreitete Gas und macht mehr als drei Viertel des Luftvolumens der Erde aus. Moderner Stickstoff entstand durch die Oxidation der frühen Ammoniak-Wasserstoff-Atmosphäre mit molekularem Sauerstoff, der bei der Photosynthese entsteht. Derzeit gelangt eine kleine Menge Stickstoff durch Denitrifikation in die Atmosphäre – der Prozess der Reduktion von Nitraten zu Nitriten, gefolgt von der Bildung von gasförmigen Oxiden und molekularem Stickstoff, der von anaeroben Prokaryoten produziert wird. Bei Vulkanausbrüchen gelangt etwas Stickstoff in die Atmosphäre.

In der oberen Atmosphäre wird molekularer Stickstoff bei elektrischen Entladungen unter Beteiligung von Ozon zu Stickstoffmonoxid oxidiert:

N 2 + O 2 → 2NO

Unter normalen Bedingungen reagiert das Monoxid sofort mit Sauerstoff zu Lachgas:

2NO + O 2 → 2N 2 O

Stickstoff ist das wichtigste chemische Element in der Erdatmosphäre. Stickstoff ist Teil von Proteinen und versorgt Pflanzen mit mineralischen Nährstoffen. Es bestimmt die Geschwindigkeit biochemischer Reaktionen und spielt die Rolle eines Sauerstoffverdünners.

Sauerstoff ist das zweithäufigste Gas in der Erdatmosphäre. Die Bildung dieses Gases ist mit der photosynthetischen Aktivität von Pflanzen und Bakterien verbunden. Und je vielfältiger und zahlreicher photosynthetische Organismen wurden, desto bedeutender wurde der Prozess des Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre. Beim Entgasen des Mantels wird eine geringe Menge schwerer Sauerstoff freigesetzt.

In den oberen Schichten der Troposphäre und Stratosphäre entsteht unter dem Einfluss der ultravioletten Sonnenstrahlung (wir bezeichnen sie als hν) Ozon:

O 2 + hν → 2O

Infolge der Einwirkung derselben ultravioletten Strahlung zerfällt Ozon:

O 3 + hν → O 2 + O

O 3 + O → 2O 2

Als Ergebnis der ersten Reaktion entsteht atomarer Sauerstoff, als Ergebnis der zweiten - molekularer Sauerstoff. Alle 4 Reaktionen werden nach dem britischen Wissenschaftler Sidney Chapman, der sie 1930 entdeckte, Chapman-Mechanismus genannt.

Sauerstoff dient der Atmung lebender Organismen. Mit seiner Hilfe finden Oxidations- und Verbrennungsprozesse statt.

Ozon dient dazu, lebende Organismen vor ultravioletter Strahlung zu schützen, die irreversible Mutationen verursacht. Die höchste Ozonkonzentration wird in der unteren Stratosphäre innerhalb der sogenannten beobachtet. Ozonschicht oder Ozonschutz, die in Höhen von 22-25 km liegen. Der Ozongehalt ist gering: Bei Normaldruck würde das gesamte Ozon der Erdatmosphäre eine nur 2,91 mm dicke Schicht einnehmen.

Die Bildung des dritthäufigsten Gases in der Atmosphäre, Argon, sowie Neon, Helium, Krypton und Xenon, wird mit Vulkanausbrüchen und dem Zerfall radioaktiver Elemente in Verbindung gebracht.

Insbesondere ist Helium ein Produkt des radioaktiven Zerfalls von Uran, Thorium und Radium: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (bei diesen Reaktionen ist das α- Teilchen ist ein Heliumkern, der im Prozess des Energieverlusts Elektronen einfängt und zu 4 He wird).

Argon entsteht beim Zerfall des radioaktiven Kaliumisotops: 40 K → 40 Ar + γ.

Neon entweicht aus Eruptivgestein.

Krypton entsteht als Endprodukt des Zerfalls von Uran (235 U und 238 U) und Thorium Th.

Der Großteil des atmosphärischen Kryptons entstand in den frühen Stadien der Erdentwicklung durch den Zerfall von Transuran-Elementen mit einer phänomenal kurzen Halbwertszeit oder stammte aus dem Weltraum, dessen Kryptongehalt zehn Millionen Mal höher ist als auf der Erde .

Xenon ist das Ergebnis der Spaltung von Uran, aber der größte Teil dieses Gases ist aus den frühen Stadien der Erdentstehung in der Primäratmosphäre übrig geblieben.

Kohlendioxid gelangt durch Vulkanausbrüche und bei der Zersetzung organischer Stoffe in die Atmosphäre. Sein Gehalt in der Atmosphäre der mittleren Breiten der Erde ist je nach Jahreszeit sehr unterschiedlich: Im Winter nimmt die CO 2 -Menge zu, im Sommer ab. Diese Fluktuation hängt mit der Aktivität von Pflanzen zusammen, die Kohlendioxid im Prozess der Photosynthese verwenden.

Wasserstoff entsteht durch die Zersetzung von Wasser durch Sonneneinstrahlung. Da es jedoch das leichteste der Gase ist, aus denen die Atmosphäre besteht, entweicht es ständig in den Weltraum, und daher ist sein Gehalt in der Atmosphäre sehr gering.

Wasserdampf ist das Ergebnis der Verdunstung von Wasser von der Oberfläche von Seen, Flüssen, Meeren und Land.

Die Konzentration der Hauptgase in den unteren Schichten der Atmosphäre, mit Ausnahme von Wasserdampf und Kohlendioxid, ist konstant. Die Atmosphäre enthält in geringen Mengen Schwefeloxid SO 2, Ammoniak NH 3, Kohlenmonoxid CO, Ozon O 3, Chlorwasserstoff HCl, Fluorwasserstoff HF, Stickstoffmonoxid NO, Kohlenwasserstoffe, Quecksilberdampf Hg, Jod I 2 und viele andere. In der unteren atmosphärischen Schicht der Troposphäre gibt es ständig eine große Menge an schwebenden festen und flüssigen Partikeln.

Quellen für Feinstaub in der Erdatmosphäre sind Vulkanausbrüche, Pflanzenpollen, Mikroorganismen und neuerdings auch menschliche Aktivitäten wie die Verbrennung fossiler Brennstoffe in Herstellungsprozessen. Die kleinsten Staubpartikel, die Kondensationskerne sind, sind die Ursache für die Bildung von Nebeln und Wolken. Ohne feste Partikel, die ständig in der Atmosphäre vorhanden sind, würde kein Niederschlag auf die Erde fallen.

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Untertitel

Atmosphärengrenze

Als Atmosphäre bezeichnet man den Bereich um die Erde, in dem sich das gasförmige Medium zusammen mit der Erde als Ganzes dreht. Die Atmosphäre dringt allmählich in den interplanetaren Raum in der Exosphäre ein, beginnend in einer Höhe von 500-1000 km von der Erdoberfläche.

Gemäß der von der International Aviation Federation vorgeschlagenen Definition wird die Grenze zwischen Atmosphäre und Weltraum entlang der Karmana-Linie gezogen, die sich in einer Höhe von etwa 100 km befindet und oberhalb derer Luftflüge völlig unmöglich werden. Die NASA verwendet die 122-Kilometer-Marke als Grenze der Atmosphäre, an der die Shuttles vom Antriebsmanöver zum aerodynamischen Manövrieren wechseln.

Physikalische Eigenschaften

Neben den in der Tabelle aufgeführten Gasen enthält die Atmosphäre Cl 2 (\displaystyle (\ce (Cl2))) , SO 2 (\displaystyle (\ce (SO2))) , NH3 (\displaystyle (\ce (NH3))) , CO (\displaystyle ((\ce (CO)))) , O 3 (\displaystyle ((\ce (O3)))) , NO 2 (\displaystyle (\ce (NO2))), Kohlenwasserstoffe , HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , HALLO (\displaystyle ((\ce (HI)))), Paare Hg (\displaystyle (\ce (Hg))) , I 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br 2 (\displaystyle (\ce (Br2))), sowie viele andere Gase in kleinen Mengen. In der Troposphäre gibt es ständig eine große Menge an schwebenden festen und flüssigen Partikeln (Aerosol). Das seltenste Gas in der Erdatmosphäre ist Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .

Die Struktur der Atmosphäre

Grenzschicht der Atmosphäre

Die untere Schicht der Troposphäre (1-2 km dick), in der der Zustand und die Eigenschaften der Erdoberfläche die Dynamik der Atmosphäre direkt beeinflussen.

Troposphäre

Seine obere Grenze liegt bei einer Höhe von 8-10 km in polaren, 10-12 km in gemäßigten und 16-18 km in tropischen Breiten; im Winter niedriger als im Sommer.
Die untere Hauptschicht der Atmosphäre enthält mehr als 80 % der Gesamtmasse der atmosphärischen Luft und etwa 90 % des gesamten in der Atmosphäre vorhandenen Wasserdampfs. Turbulenz und Konvektion sind in der Troposphäre stark entwickelt, Wolken erscheinen, Zyklone und Antizyklone entwickeln sich. Die Temperatur nimmt mit der Höhe mit einem durchschnittlichen vertikalen Gradienten von 0,65°/100 Meter ab.

Tropopause

Die Übergangsschicht von der Troposphäre zur Stratosphäre, die Schicht der Atmosphäre, in der die Temperaturabnahme mit der Höhe aufhört.

Stratosphäre

Die Schicht der Atmosphäre befindet sich in einer Höhe von 11 bis 50 km. Typisch ist eine leichte Temperaturänderung in der 11-25 km Schicht (untere Schicht der Stratosphäre) und deren Anstieg in der 25-40 km Schicht von minus 56,5 auf plus 0,8 °C (obere Stratosphäre oder Inversionsgebiet). Nachdem die Temperatur in etwa 40 km Höhe einen Wert von etwa 273 K (fast 0 °C) erreicht hat, bleibt sie bis zu einer Höhe von etwa 55 km konstant. Dieser Bereich konstanter Temperatur wird als Stratopause bezeichnet und ist die Grenze zwischen der Stratosphäre und der Mesosphäre.

Stratopause

Die Grenzschicht der Atmosphäre zwischen der Stratosphäre und der Mesosphäre. Es gibt ein Maximum in der vertikalen Temperaturverteilung (ca. 0 °C).

Mesosphäre

Thermosphäre

Die Obergrenze liegt bei etwa 800 km. Die Temperatur steigt bis in Höhen von 200-300 km an, wo sie Werte in der Größenordnung von 1500 K erreicht, wonach sie bis in große Höhen nahezu konstant bleibt. Unter Einwirkung von Sonnenstrahlung und kosmischer Strahlung wird Luft ionisiert („Polarlicht“) – die Hauptregionen der Ionosphäre liegen innerhalb der Thermosphäre. In Höhen über 300 km überwiegt atomarer Sauerstoff. Die Obergrenze der Thermosphäre wird maßgeblich durch die aktuelle Aktivität der Sonne bestimmt. In Zeiten geringer Aktivität – zum Beispiel in den Jahren 2008-2009 – nimmt die Größe dieser Schicht merklich ab.

Thermopause

Der Bereich der Atmosphäre oberhalb der Thermosphäre. In diesem Bereich ist die Absorption der Sonnenstrahlung unbedeutend und die Temperatur ändert sich nicht wirklich mit der Höhe.

Exosphäre (Sphäre der Ausbreitung)

Bis zu einer Höhe von 100 km ist die Atmosphäre ein homogenes, gut durchmischtes Gasgemisch. In höheren Schichten hängt die Höhenverteilung von Gasen von ihrer Molekülmasse ab, die Konzentration schwererer Gase nimmt mit zunehmender Entfernung von der Erdoberfläche schneller ab. Durch die Abnahme der Gasdichte sinkt die Temperatur von 0 °C in der Stratosphäre auf minus 110 °C in der Mesosphäre. Allerdings entspricht die kinetische Energie einzelner Teilchen in Höhen von 200-250 km einer Temperatur von ~ 150 °C. Oberhalb von 200 km werden erhebliche zeitliche und räumliche Schwankungen der Temperatur und der Gasdichte beobachtet.

In einer Höhe von etwa 2000-3500 km geht die Exosphäre allmählich in die sogenannte über in der Nähe des Weltraumvakuums, der mit seltenen Teilchen aus interplanetarem Gas, hauptsächlich Wasserstoffatomen, gefüllt ist. Aber dieses Gas ist nur ein Teil der interplanetaren Materie. Der andere Teil besteht aus staubähnlichen Partikeln kometarischen und meteorischen Ursprungs. Neben extrem verdünnten staubähnlichen Partikeln dringt elektromagnetische und korpuskulare Strahlung solaren und galaktischen Ursprungs in diesen Raum ein.

Überprüfung

Die Troposphäre macht etwa 80 % der Masse der Atmosphäre aus, die Stratosphäre etwa 20 %; Die Masse der Mesosphäre beträgt nicht mehr als 0,3%, die Thermosphäre weniger als 0,05% der Gesamtmasse der Atmosphäre.

Basierend auf den elektrischen Eigenschaften in der Atmosphäre emittieren sie die Neutrosphäre und Ionosphäre .

Je nach Zusammensetzung des Gases in der Atmosphäre emittieren sie Homosphäre und Heterosphäre. Heterosphäre- Dies ist ein Bereich, in dem die Schwerkraft die Trennung von Gasen beeinflusst, da ihre Vermischung in einer solchen Höhe vernachlässigbar ist. Daraus folgt die variable Zusammensetzung der Heterosphäre. Darunter liegt ein gut durchmischter, homogener Teil der Atmosphäre, die sogenannte Homosphäre. Die Grenze zwischen diesen Schichten wird Turbopause genannt, sie liegt in einer Höhe von etwa 120 km.

Andere Eigenschaften der Atmosphäre und Auswirkungen auf den menschlichen Körper

Bereits in einer Höhe von 5 km über dem Meeresspiegel entwickelt eine untrainierte Person Sauerstoffmangel, und ohne Anpassung wird die Leistungsfähigkeit einer Person erheblich reduziert. Hier endet die physiologische Zone der Atmosphäre. In einer Höhe von 9 km wird das menschliche Atmen unmöglich, obwohl die Atmosphäre bis etwa 115 km Sauerstoff enthält.

Die Atmosphäre versorgt uns mit dem Sauerstoff, den wir zum Atmen brauchen. Aufgrund des Abfalls des Gesamtdrucks der Atmosphäre mit zunehmender Höhe nimmt jedoch auch der Sauerstoffpartialdruck entsprechend ab.

Entstehungsgeschichte der Atmosphäre

Nach der gängigsten Theorie hat die Erdatmosphäre im Laufe ihrer Geschichte drei verschiedene Zusammensetzungen gehabt. Ursprünglich bestand es aus leichten Gasen (Wasserstoff und Helium), die aus dem interplanetaren Raum eingefangen wurden. Diese sog primäre Atmosphäre. Im nächsten Stadium führte aktive vulkanische Aktivität zur Sättigung der Atmosphäre mit anderen Gasen als Wasserstoff (Kohlendioxid, Ammoniak, Wasserdampf). Das ist wie sekundäre Atmosphäre. Diese Atmosphäre war erholsam. Darüber hinaus wurde der Entstehungsprozess der Atmosphäre durch folgende Faktoren bestimmt:

• Austritt leichter Gase (Wasserstoff und Helium) in den interplanetaren Raum;
• chemische Reaktionen, die in der Atmosphäre unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung, Blitzentladungen und einigen anderen Faktoren auftreten.

Allmählich führten diese Faktoren zur Gründung tertiäre Atmosphäre, gekennzeichnet durch einen viel geringeren Wasserstoffgehalt und einen viel höheren Gehalt an Stickstoff und Kohlendioxid (entstanden durch chemische Reaktionen aus Ammoniak und Kohlenwasserstoffen).

Stickstoff

Die Bildung einer großen Menge Stickstoff ist auf die Oxidation der Ammoniak-Wasserstoff-Atmosphäre durch molekularen Sauerstoff zurückzuführen O 2 (\displaystyle (\ce (O2))), die vor 3 Milliarden Jahren als Ergebnis der Photosynthese von der Oberfläche des Planeten zu kommen begannen. Auch Stickstoff N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) wird durch die Denitrifikation von Nitraten und anderen stickstoffhaltigen Verbindungen in die Atmosphäre freigesetzt. Stickstoff wird durch Ozon zu oxidiert NEIN (\displaystyle ((\ce (NEIN)))) in den oberen Schichten der Atmosphäre.

Stickstoff N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) reagiert nur unter bestimmten Bedingungen (z. B. bei einer Blitzentladung). Die Oxidation von molekularem Stickstoff durch Ozon während elektrischer Entladungen wird in kleinen Mengen bei der industriellen Herstellung von Stickstoffdüngemitteln verwendet. Es kann mit geringem Energieaufwand oxidiert und in eine biologisch aktive Form umgewandelt werden durch Cyanobakterien (Blaualgen) und Knöllchenbakterien, die eine rhizobische Symbiose mit Leguminosen bilden, die effektive Gründüngungspflanzen sein können, die den Boden nicht auslaugen, sondern anreichern mit natürlichen Düngemitteln.

Sauerstoff

Mit dem Aufkommen lebender Organismen auf der Erde begann sich die Zusammensetzung der Atmosphäre durch Photosynthese, begleitet von der Freisetzung von Sauerstoff und der Aufnahme von Kohlendioxid, radikal zu verändern. Anfänglich wurde Sauerstoff für die Oxidation reduzierter Verbindungen aufgewendet - Ammoniak, Kohlenwasserstoffe, die in den Ozeanen enthaltene Eisenform und andere. Am Ende dieser Phase begann der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre zu steigen. Allmählich bildete sich eine moderne Atmosphäre mit oxidierenden Eigenschaften. Da dies zu schwerwiegenden und abrupten Veränderungen in vielen Prozessen führte, die in der Atmosphäre, Lithosphäre und Biosphäre ablaufen, wurde dieses Ereignis als Sauerstoffkatastrophe bezeichnet.

Edelgase

Luftverschmutzung

In letzter Zeit hat der Mensch begonnen, die Entwicklung der Atmosphäre zu beeinflussen. Das Ergebnis menschlicher Aktivitäten war ein ständiger Anstieg des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre aufgrund der Verbrennung von Kohlenwasserstoffbrennstoffen, die sich in früheren geologischen Epochen angesammelt haben. Enorme Mengen werden bei der Photosynthese verbraucht und von den Weltmeeren aufgenommen. Dieses Gas gelangt durch die Zersetzung von Karbonatgestein und organischen Substanzen pflanzlichen und tierischen Ursprungs sowie durch Vulkanismus und menschliche Produktionsaktivitäten in die Atmosphäre. Über die letzten 100 Jahre Inhalt CO2 (\displaystyle (\ce (CO2))) in der Atmosphäre um 10 % zugenommen, wobei der Hauptteil (360 Milliarden Tonnen) aus der Brennstoffverbrennung stammt. Wenn die Wachstumsrate der Kraftstoffverbrennung anhält, dann in den nächsten 200-300 Jahren die Menge CO2 (\displaystyle (\ce (CO2))) verdoppelt sich in der Atmosphäre und kann dazu führen

Atmosphäre(aus dem griechischen Atmos - Dampf und Spharia - Ball) - die Lufthülle der Erde, die sich mit ihr dreht. Die Entwicklung der Atmosphäre war eng mit den auf unserem Planeten ablaufenden geologischen und geochemischen Prozessen sowie mit den Aktivitäten lebender Organismen verbunden.

Die untere Grenze der Atmosphäre fällt mit der Erdoberfläche zusammen, da Luft in die kleinsten Poren des Bodens eindringt und sogar im Wasser gelöst wird.

Die Obergrenze in einer Höhe von 2000-3000 km geht allmählich in den Weltraum über.

Die sauerstoffreiche Atmosphäre ermöglicht Leben auf der Erde. Luftsauerstoff wird bei der Atmung von Menschen, Tieren und Pflanzen verwendet.

Wenn es keine Atmosphäre gäbe, wäre die Erde so ruhig wie der Mond. Schall ist schließlich die Schwingung von Luftteilchen. Die blaue Farbe des Himmels erklärt sich aus der Tatsache, dass die Sonnenstrahlen, die wie durch eine Linse durch die Atmosphäre treten, in ihre Farbbestandteile zerlegt werden. In diesem Fall werden die blauen und blauen Strahlen am meisten gestreut.

Die Atmosphäre hält den größten Teil der ultravioletten Strahlung der Sonne zurück, was sich nachteilig auf lebende Organismen auswirkt. Es hält auch die Wärme an der Erdoberfläche und verhindert, dass sich unser Planet abkühlt.

Die Struktur der Atmosphäre

In der Atmosphäre lassen sich mehrere Schichten unterscheiden, die sich in Dichte und Dichte unterscheiden (Abb. 1).

Troposphäre

Troposphäre- die unterste Schicht der Atmosphäre, deren Dicke über den Polen 8-10 km beträgt, in gemäßigten Breiten 10-12 km und über dem Äquator 16-18 km.

Reis. 1. Die Struktur der Erdatmosphäre

Die Luft in der Troposphäre wird von der Erdoberfläche, also von Land und Wasser, erwärmt. Daher nimmt die Lufttemperatur in dieser Schicht mit der Höhe um durchschnittlich 0,6 °C pro 100 m ab und erreicht am oberen Rand der Troposphäre -55 °C. Gleichzeitig beträgt die Lufttemperatur im Bereich des Äquators an der oberen Grenze der Troposphäre -70 °C und im Bereich des Nordpols -65 °C.

Etwa 80 % der Masse der Atmosphäre konzentriert sich in der Troposphäre, fast der gesamte Wasserdampf befindet sich, es treten Gewitter, Stürme, Wolken und Niederschläge auf, und es treten vertikale (Konvektion) und horizontale (Wind) Luftbewegungen auf.

Wir können sagen, dass das Wetter hauptsächlich in der Troposphäre gebildet wird.

Stratosphäre

Stratosphäre- die Schicht der Atmosphäre, die sich über der Troposphäre in einer Höhe von 8 bis 50 km befindet. Die Farbe des Himmels in dieser Schicht erscheint violett, was durch die Verdünnung der Luft erklärt wird, wodurch die Sonnenstrahlen fast nicht gestreut werden.

Die Stratosphäre enthält 20 % der Masse der Atmosphäre. Die Luft in dieser Schicht ist verdünnt, es gibt praktisch keinen Wasserdampf und daher bilden sich fast keine Wolken und Niederschläge. In der Stratosphäre werden jedoch stabile Luftströmungen beobachtet, deren Geschwindigkeit 300 km / h erreicht.

Diese Schicht ist konzentriert Ozon(Ozonschirm, Ozonosphäre), eine Schicht, die ultraviolette Strahlen absorbiert, sie daran hindert, auf die Erde zu gelangen, und dadurch lebende Organismen auf unserem Planeten schützt. Die Lufttemperatur am oberen Rand der Stratosphäre liegt bedingt durch Ozon im Bereich von -50 bis 4-55 °C.

Zwischen der Mesosphäre und der Stratosphäre gibt es eine Übergangszone - die Stratopause.

Mesosphäre

Mesosphäre- eine Schicht der Atmosphäre in einer Höhe von 50-80 km. Die Luftdichte ist hier 200-mal geringer als an der Erdoberfläche. Die Farbe des Himmels in der Mesosphäre erscheint schwarz, Sterne sind tagsüber sichtbar. Die Lufttemperatur sinkt auf -75 (-90)°C.

Auf einer Höhe von 80 km beginnt Thermosphäre. Die Lufttemperatur in dieser Schicht steigt bis zu einer Höhe von 250 m stark an und wird dann konstant: In einer Höhe von 150 km erreicht sie 220-240 °C; in einer Höhe von 500-600 km übersteigt sie 1500 °C.

In der Mesosphäre und Thermosphäre zerfallen Gasmoleküle unter der Einwirkung kosmischer Strahlung in geladene (ionisierte) Atomteilchen, so wird dieser Teil der Atmosphäre genannt Ionosphäre- eine Schicht sehr verdünnter Luft, die sich in einer Höhe von 50 bis 1000 km befindet und hauptsächlich aus ionisierten Sauerstoffatomen, Stickoxidmolekülen und freien Elektronen besteht. Diese Schicht zeichnet sich durch eine hohe Elektrifizierung aus, und lange und mittlere Radiowellen werden von ihr wie von einem Spiegel reflektiert.

In der Ionosphäre entstehen Polarlichter - das Leuchten verdünnter Gase unter dem Einfluss elektrisch geladener Teilchen, die von der Sonne fliegen - und es werden starke Schwankungen im Magnetfeld beobachtet.

Exosphäre

Exosphäre- die äußere Schicht der Atmosphäre, die sich über 1000 km befindet. Diese Schicht wird auch Streukugel genannt, da sich hier Gasteilchen mit hoher Geschwindigkeit bewegen und in den Weltraum gestreut werden können.

Zusammensetzung der Atmosphäre

Die Atmosphäre ist ein Gasgemisch bestehend aus Stickstoff (78,08 %), Sauerstoff (20,95 %), Kohlendioxid (0,03 %), Argon (0,93 %), einer kleinen Menge Helium, Neon, Xenon, Krypton (0,01 %), Ozon und andere Gase, aber ihr Gehalt ist vernachlässigbar (Tabelle 1). Die moderne Zusammensetzung der Luft der Erde wurde vor mehr als hundert Millionen Jahren festgelegt, aber die stark gestiegene menschliche Produktionstätigkeit führte dennoch zu ihrer Veränderung. Derzeit gibt es eine Erhöhung des CO 2 -Gehalts um etwa 10–12 %.

Die Gase, aus denen die Atmosphäre besteht, erfüllen verschiedene funktionelle Rollen. Die Hauptbedeutung dieser Gase wird jedoch vor allem dadurch bestimmt, dass sie Strahlungsenergie sehr stark absorbieren und damit das Temperaturregime der Erdoberfläche und Atmosphäre maßgeblich beeinflussen.

Tabelle 1. Chemische Zusammensetzung trockener atmosphärischer Luft nahe der Erdoberfläche

Stickstoff, das häufigste Gas in der Atmosphäre, chemisch wenig aktiv.

Sauerstoff ist im Gegensatz zu Stickstoff ein chemisch sehr aktives Element. Die spezifische Funktion von Sauerstoff ist die Oxidation organischer Materie heterotropher Organismen, Gesteine ​​und unvollständig oxidierter Gase, die von Vulkanen in die Atmosphäre abgegeben werden. Ohne Sauerstoff gäbe es keine Zersetzung toter organischer Materie.

Die Rolle von Kohlendioxid in der Atmosphäre ist außergewöhnlich groß. Es gelangt durch Verbrennungsprozesse, Atmung lebender Organismen, Zerfall in die Atmosphäre und ist vor allem der Hauptbaustoff für die Entstehung organischer Materie bei der Photosynthese. Darüber hinaus ist die Eigenschaft von Kohlendioxid, kurzwellige Sonnenstrahlung zu übertragen und einen Teil der thermischen langwelligen Strahlung zu absorbieren, von großer Bedeutung, wodurch der sogenannte Treibhauseffekt entsteht, auf den weiter unten eingegangen wird.

Der Einfluss auf atmosphärische Prozesse, insbesondere auf das thermische Regime der Stratosphäre, wird auch von ausgeübt Ozon. Dieses Gas dient als natürlicher Absorber der ultravioletten Sonnenstrahlung, und die Absorption der Sonnenstrahlung führt zur Erwärmung der Luft. Die monatlichen Durchschnittswerte des Gesamtozongehalts in der Atmosphäre variieren je nach Breitengrad des Gebiets und Jahreszeit innerhalb von 0,23-0,52 cm (dies ist die Dicke der Ozonschicht bei Bodendruck und -temperatur). Es gibt eine Zunahme des Ozongehalts vom Äquator bis zu den Polen und eine jährliche Schwankung mit einem Minimum im Herbst und einem Maximum im Frühjahr.

Eine charakteristische Eigenschaft der Atmosphäre kann die Tatsache genannt werden, dass sich der Gehalt der Hauptgase (Stickstoff, Sauerstoff, Argon) mit der Höhe leicht ändert: In einer Höhe von 65 km in der Atmosphäre beträgt der Stickstoffgehalt 86%, Sauerstoff - 19, Argon - 0,91, in einer Höhe von 95 km - Stickstoff 77, Sauerstoff - 21,3, Argon - 0,82%. Die Konstanz der Zusammensetzung der atmosphärischen Luft vertikal und horizontal wird durch ihre Mischung aufrechterhalten.

Neben Gasen enthält Luft Wasserdampf und feste Partikel. Letztere können sowohl natürlichen als auch künstlichen (anthropogenen) Ursprungs sein. Dies sind Blütenpollen, winzige Salzkristalle, Straßenstaub, Aerosolverunreinigungen. Wenn die Sonnenstrahlen durch das Fenster dringen, können sie mit bloßem Auge gesehen werden.

Besonders viele Feinstaubpartikel befinden sich in der Luft von Städten und großen Industriezentren, wo Emissionen von schädlichen Gasen und deren Verunreinigungen, die bei der Kraftstoffverbrennung entstehen, zu Aerosolen hinzugefügt werden.

Die Konzentration von Aerosolen in der Atmosphäre bestimmt die Transparenz der Luft, die die Sonnenstrahlung beeinflusst, die die Erdoberfläche erreicht. Die größten Aerosole sind Kondensationskerne (von lat. Kondensation- Verdichtung, Verdickung) - tragen zur Umwandlung von Wasserdampf in Wassertröpfchen bei.

Der Wert des Wasserdampfes wird in erster Linie dadurch bestimmt, dass er die langwellige Wärmestrahlung der Erdoberfläche verzögert; stellt das Hauptglied zwischen großen und kleinen Feuchtigkeitskreisläufen dar; erhöht die Temperatur der Luft, wenn die Wasserbetten kondensieren.

Die Menge an Wasserdampf in der Atmosphäre variiert über Zeit und Raum. So reicht die Wasserdampfkonzentration nahe der Erdoberfläche von 3 % in den Tropen bis zu 2-10 (15) % in der Antarktis.

Der durchschnittliche Wasserdampfgehalt in der vertikalen Säule der Atmosphäre in gemäßigten Breiten beträgt etwa 1,6 bis 1,7 cm (die Schicht aus kondensiertem Wasserdampf wird eine solche Dicke haben). Informationen über Wasserdampf in verschiedenen Schichten der Atmosphäre sind widersprüchlich. So wurde angenommen, dass im Höhenbereich von 20 bis 30 km die spezifische Feuchte mit der Höhe stark ansteigt. Spätere Messungen weisen jedoch auf eine größere Trockenheit der Stratosphäre hin. Offenbar ist die spezifische Luftfeuchte in der Stratosphäre wenig höhenabhängig und beträgt 2–4 mg/kg.

Die Variabilität des Wasserdampfgehalts in der Troposphäre wird durch das Zusammenspiel von Verdunstung, Kondensation und horizontalem Transport bestimmt. Durch die Kondensation von Wasserdampf bilden sich Wolken und Niederschläge in Form von Regen, Hagel und Schnee.

Die Prozesse der Phasenübergänge von Wasser laufen hauptsächlich in der Troposphäre ab, weshalb Wolken in der Stratosphäre (in Höhen von 20-30 km) und Mesosphäre (in der Nähe der Mesopause), Perlmutt und Silber genannt, relativ selten beobachtet werden , während troposphärische Wolken oft etwa 50% der gesamten Erdoberfläche bedecken.

Die Menge an Wasserdampf, die in der Luft enthalten sein kann, hängt von der Temperatur der Luft ab.

1 m 3 Luft bei einer Temperatur von -20 ° C kann nicht mehr als 1 g Wasser enthalten; bei 0 °C - nicht mehr als 5 g; bei +10 °С - nicht mehr als 9 g; bei +30 °С - nicht mehr als 30 g Wasser.

Fazit: Je höher die Lufttemperatur, desto mehr Wasserdampf kann sie enthalten.

Luft kann sein reich und nicht gesättigt Dampf. Wenn also bei einer Temperatur von +30 ° C 1 m 3 Luft 15 g Wasserdampf enthält, ist die Luft nicht mit Wasserdampf gesättigt; wenn 30 g - gesättigt.

Absolute Feuchtigkeit- dies ist die Menge an Wasserdampf, die in 1 m 3 Luft enthalten ist. Sie wird in Gramm angegeben. Wenn sie zum Beispiel sagen „absolute Feuchtigkeit ist 15“, dann bedeutet das, dass 1 ml 15 g Wasserdampf enthält.

Relative Luftfeuchtigkeit- Dies ist das Verhältnis (in Prozent) des tatsächlichen Wasserdampfgehalts in 1 m 3 Luft zur Wasserdampfmenge, die in 1 ml bei einer bestimmten Temperatur enthalten sein kann. Wenn beispielsweise ein Wetterbericht über das Radio ausgestrahlt wird, dass die relative Luftfeuchtigkeit 70 % beträgt, bedeutet dies, dass die Luft 70 % des Wasserdampfs enthält, den sie bei einer bestimmten Temperatur aufnehmen kann.

Je größer die relative Luftfeuchtigkeit, t. Je näher die Luft an der Sättigung ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie fällt.

In der Äquatorialzone wird immer eine hohe relative Luftfeuchtigkeit (bis zu 90%) beobachtet, da die Lufttemperatur das ganze Jahr über hoch ist und eine große Verdunstung von der Oberfläche der Ozeane stattfindet. Die gleiche hohe relative Luftfeuchtigkeit herrscht in den Polarregionen, aber nur, weil bei niedrigen Temperaturen schon eine kleine Menge Wasserdampf die Luft gesättigt oder fast gesättigt macht. In gemäßigten Breiten schwankt die relative Luftfeuchtigkeit saisonal – sie ist im Winter höher und im Sommer niedriger.

In Wüsten ist die relative Luftfeuchtigkeit besonders niedrig: 1 m 1 Luft enthält dort zwei- bis dreimal weniger Wasserdampf als bei einer gegebenen Temperatur möglich ist.

Zur Messung der relativen Luftfeuchtigkeit wird ein Hygrometer verwendet (aus dem Griechischen hygros - nass und metreco - ich messe).

Gekühlte gesättigte Luft kann nicht die gleiche Menge an Wasserdampf in sich aufnehmen, sie verdickt (kondensiert) und verwandelt sich in Nebeltröpfchen. Nebel kann im Sommer in einer klaren, kühlen Nacht beobachtet werden.

Wolken- Dies ist derselbe Nebel, nur dass er nicht an der Erdoberfläche, sondern in einer bestimmten Höhe gebildet wird. Beim Aufsteigen kühlt die Luft ab und der darin enthaltene Wasserdampf kondensiert. Die dabei entstehenden winzigen Wassertröpfchen bilden die Wolken.

an der Wolkenbildung beteiligt Feinstaub in der Troposphäre aufgehängt.

Wolken können eine andere Form haben, die von den Bedingungen ihrer Entstehung abhängt (Tabelle 14).

Die niedrigsten und schwersten Wolken sind Stratus. Sie befinden sich in einer Höhe von 2 km über der Erdoberfläche. In einer Höhe von 2 bis 8 km sind malerischere Kumuluswolken zu beobachten. Die höchsten und leichtesten sind Zirruswolken. Sie befinden sich in einer Höhe von 8 bis 18 km über der Erdoberfläche.

Atmosphärischer Schutz

Hauptquellen sind Industrieunternehmen und Automobile. In Großstädten ist das Problem der Vergasung der Hauptverkehrswege sehr akut. Aus diesem Grund wurde in vielen Großstädten der Welt, einschließlich unseres Landes, eine Umweltkontrolle der Toxizität von Autoabgasen eingeführt. Laut Experten können Rauch und Staub in der Luft den Strom der Sonnenenergie zur Erdoberfläche halbieren, was zu einer Veränderung der natürlichen Bedingungen führen wird.

Die Erdatmosphäre ist heterogen: In unterschiedlichen Höhen werden unterschiedliche Luftdichten und -drücke beobachtet, Temperatur und Gaszusammensetzung ändern sich. Basierend auf dem Verhalten der Umgebungstemperatur (d.h. die Temperatur steigt mit der Höhe oder sinkt) werden darin folgende Schichten unterschieden: Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre und Exosphäre. Die Grenzen zwischen den Schichten werden Pausen genannt: Es gibt 4 davon, weil. die obere Grenze der Exosphäre ist sehr unscharf und bezieht sich oft auf den Nahraum. Die allgemeine Struktur der Atmosphäre kann dem beigefügten Diagramm entnommen werden.

Abb.1 Der Aufbau der Erdatmosphäre. Kredit: Webseite

Die unterste atmosphärische Schicht ist die Troposphäre, deren obere Grenze, Tropopause genannt, je nach geografischer Breite variiert und bis zu 8 km beträgt. in polar bis zu 20 km. in tropischen Breiten. In mittleren oder gemäßigten Breiten liegt ihre Obergrenze in Höhen von 10-12 km.Im Laufe des Jahres erfährt die Obergrenze der Troposphäre Schwankungen in Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung. Als Ergebnis der Sondierung des Südpols der Erde durch den US-Wetterdienst wurde festgestellt, dass es von März bis August oder September zu einer stetigen Abkühlung der Troposphäre kommt, wodurch für kurze Zeit in August oder September, seine Grenze steigt auf 11,5 km. Dann, zwischen September und Dezember, fällt er schnell ab und erreicht seine niedrigste Position - 7,5 km, danach bleibt seine Höhe bis März praktisch unverändert. Jene. Die Troposphäre ist im Sommer am dicksten und im Winter am dünnsten.

Zu beachten ist, dass es neben saisonalen Schwankungen auch tägliche Schwankungen in der Höhe der Tropopause gibt. Auch seine Position wird von Zyklonen und Antizyklonen beeinflusst: In den ersten fällt er, weil. der Druck in ihnen ist niedriger als in der Umgebungsluft, und zweitens steigt er entsprechend an.

Die Troposphäre enthält bis zu 90 % der Gesamtmasse der Erdluft und 9/10 des gesamten Wasserdampfes. Die Turbulenzen sind hier besonders in den oberflächennahen und höchsten Schichten hoch entwickelt, es entstehen Wolken aller Ebenen, es bilden sich Wirbelstürme und Hochdrucklagen. Und durch die Ansammlung von Treibhausgasen (Kohlendioxid, Methan, Wasserdampf) der von der Erdoberfläche reflektierten Sonnenstrahlen entsteht der Treibhauseffekt.

Der Treibhauseffekt ist mit einer Abnahme der Lufttemperatur in der Troposphäre mit der Höhe verbunden (weil die erwärmte Erde mehr Wärme an die Oberflächenschichten abgibt). Die durchschnittliche Höhenneigung beträgt 0,65°/100 m (d.h. die Lufttemperatur sinkt um 0,65° C pro 100 Höhenmeter). Wenn also an der Erdoberfläche in Äquatornähe die durchschnittliche jährliche Lufttemperatur + 26 ° beträgt, dann an der Obergrenze -70 °. Die Temperatur in der Tropopausenregion über dem Nordpol variiert das ganze Jahr über von -45° im Sommer bis -65° im Winter.

Mit zunehmender Höhe nimmt auch der Luftdruck ab und beträgt nur noch 12-20 % des bodennahen Niveaus nahe der oberen Troposphäre.

An der Grenze der Troposphäre und der darüber liegenden Schicht der Stratosphäre liegt die 1-2 km dicke Tropopausenschicht. Die Luftschicht, in der der vertikale Gradient auf 0,2 ° / 100 m gegenüber 0,65 ° / 100 m in den darunter liegenden Regionen der Troposphäre abnimmt, wird normalerweise als untere Grenze der Tropopause genommen.

Innerhalb der Tropopause werden Luftströmungen einer genau definierten Richtung beobachtet, die als Höhenjetstreams oder "Jetstreams" bezeichnet werden und unter dem Einfluss der Erdrotation um ihre Achse und der Erwärmung der Atmosphäre unter Beteiligung der Sonnenstrahlung entstehen. Strömungen werden an den Grenzen von Zonen mit erheblichen Temperaturunterschieden beobachtet. Es gibt mehrere Lokalisierungszentren dieser Ströme, zum Beispiel arktische, subtropische, subpolare und andere. Die Kenntnis der Position von Jetstreams ist für die Meteorologie und die Luftfahrt sehr wichtig: Erstere nutzt Streams für genauere Wettervorhersagen, die zweite für die Erstellung von Flugrouten, weil An den Strömungsgrenzen gibt es starke turbulente Wirbel, ähnlich wie kleine Whirlpools, die aufgrund der Abwesenheit von Wolken in diesen Höhen als "Clear Sky Turbulence" bezeichnet werden.

Unter dem Einfluss von Jetströmungen in großer Höhe bilden sich in der Tropopause oft Brüche, manchmal verschwindet sie ganz, bildet sich dann aber wieder. Dies wird besonders häufig in subtropischen Breiten beobachtet, über denen eine starke subtropische Höhenströmung dominiert. Darüber hinaus führt der Unterschied zwischen den Schichten der Tropopause in Bezug auf die Umgebungstemperatur zur Bildung von Brüchen. Beispielsweise besteht eine große Lücke zwischen der warmen und niedrigen polaren Tropopause und der hohen und kalten Tropopause tropischer Breiten. Kürzlich wurde auch eine Schicht der Tropopause gemäßigter Breiten unterschieden, die mit den beiden vorherigen Schichten bricht: polar und tropisch.

Die zweite Schicht der Erdatmosphäre ist die Stratosphäre. Die Stratosphäre kann bedingt in 2 Regionen unterteilt werden. Der erste von ihnen, der bis zu 25 km hoch liegt, zeichnet sich durch nahezu konstante Temperaturen aus, die in einem bestimmten Gebiet den Temperaturen der oberen Troposphäre entsprechen. Die zweite Region oder Inversionsregion ist durch einen Anstieg der Lufttemperatur auf Höhen von etwa 40 km gekennzeichnet. Dies liegt an der Absorption der ultravioletten Sonnenstrahlung durch Sauerstoff und Ozon. Im oberen Teil der Stratosphäre ist die Temperatur aufgrund dieser Erwärmung oft positiv oder sogar vergleichbar mit der Lufttemperatur an der Oberfläche.

Oberhalb der Inversionsregion befindet sich eine Schicht konstanter Temperaturen, die als Stratopause bezeichnet wird und die Grenze zwischen der Stratosphäre und der Mesosphäre darstellt. Seine Dicke erreicht 15 km.

Im Gegensatz zur Troposphäre sind turbulente Störungen in der Stratosphäre selten, aber starke horizontale Winde oder Jetstreams, die in engen Zonen entlang der den Polen zugewandten Grenzen der gemäßigten Breiten wehen, werden beobachtet. Die Position dieser Zonen ist nicht konstant: Sie können sich verschieben, erweitern oder sogar ganz verschwinden. Oft dringen Jetstreams in die oberen Schichten der Troposphäre ein oder umgekehrt dringen Luftmassen aus der Troposphäre in die unteren Schichten der Stratosphäre ein. Eine solche Vermischung von Luftmassen in Bereichen atmosphärischer Fronten ist besonders charakteristisch.

Wenig in der Stratosphäre und Wasserdampf. Die Luft hier ist sehr trocken und daher gibt es wenige Wolken. Nur in Höhen von 20-25 km, in hohen Breiten, kann man sehr dünne Perlmuttwolken bemerken, die aus unterkühlten Wassertröpfchen bestehen. Tagsüber sind diese Wolken nicht sichtbar, aber bei Einbruch der Dunkelheit scheinen sie durch ihre Beleuchtung durch die bereits untergegangene Sonne zu leuchten.

In gleicher Höhe (20-25 km) in der unteren Stratosphäre befindet sich die sogenannte Ozonschicht - das Gebiet mit dem höchsten Ozongehalt, das unter dem Einfluss ultravioletter Sonnenstrahlung entsteht (mehr über diesen Prozess erfahren Sie hier auf der Seite). Die Ozonschicht oder Ozonosphäre ist unerlässlich, um das Leben aller an Land lebenden Organismen zu erhalten, indem sie tödliche ultraviolette Strahlen bis zu 290 nm absorbiert. Aus diesem Grund leben lebende Organismen nicht über der Ozonschicht, sie ist die obere Grenze der Ausbreitung des Lebens auf der Erde.

Unter dem Einfluss von Ozon ändern sich auch Magnetfelder, Atome brechen Moleküle auf, es kommt zu Ionisierung, Neubildung von Gasen und anderen chemischen Verbindungen.

Die Schicht der Atmosphäre über der Stratosphäre wird als Mesosphäre bezeichnet. Sie ist gekennzeichnet durch eine Abnahme der Lufttemperatur mit der Höhe mit einem durchschnittlichen vertikalen Gefälle von 0,25-0,3°/100 m, was zu starken Turbulenzen führt. An den oberen Grenzen der Mesosphäre in dem als Mesopause bezeichneten Bereich wurden Temperaturen von bis zu -138 ° C festgestellt, was das absolute Minimum für die gesamte Atmosphäre der Erde als Ganzes darstellt.

Hier, innerhalb der Mesopause, verläuft die untere Grenze des Bereichs aktiver Absorption von Röntgen- und kurzwelliger Ultraviolettstrahlung der Sonne. Dieser Energieprozess wird Strahlungswärmeübertragung genannt. Dadurch wird das Gas erhitzt und ionisiert, was zum Leuchten der Atmosphäre führt.

In Höhen von 75-90 km nahe den oberen Grenzen der Mesosphäre wurden spezielle Wolken festgestellt, die weite Gebiete in den Polarregionen des Planeten einnahmen. Diese Wolken werden wegen ihres Leuchtens in der Abenddämmerung silbern genannt, was auf die Reflexion des Sonnenlichts von den Eiskristallen zurückzuführen ist, aus denen diese Wolken bestehen.

Der Luftdruck in der Mesopause ist 200-mal geringer als an der Erdoberfläche. Dies deutet darauf hin, dass fast die gesamte Luft in der Atmosphäre in den drei unteren Schichten konzentriert ist: Troposphäre, Stratosphäre und Mesosphäre. Die darüber liegenden Schichten der Thermosphäre und Exosphäre machen nur 0,05 % der Masse der gesamten Atmosphäre aus.

Die Thermosphäre liegt in Höhen von 90 bis 800 km über der Erdoberfläche.

Die Thermosphäre ist durch einen kontinuierlichen Anstieg der Lufttemperatur bis in Höhen von 200-300 km gekennzeichnet, wo sie 2500°C erreichen kann. Der Temperaturanstieg erfolgt aufgrund der Absorption durch Gasmoleküle des Röntgen- und kurzwelligen Teils der ultravioletten Strahlung der Sonne. Oberhalb von 300 km über dem Meeresspiegel hört der Temperaturanstieg auf.

Gleichzeitig mit steigender Temperatur sinkt der Druck und damit die Dichte der umgebenden Luft. Wenn also an den unteren Grenzen der Thermosphäre die Dichte 1,8 × 10 -8 g / cm 3 beträgt, dann sind es am oberen bereits 1,8 × 10 -15 g / cm 3, was ungefähr 10 Millionen - 1 Milliarde Partikeln entspricht 1 cm³.

Alle Eigenschaften der Thermosphäre wie Luftzusammensetzung, Temperatur, Dichte unterliegen starken Schwankungen: je nach geografischer Lage, Jahres- und Tageszeit. Sogar die Lage der oberen Grenze der Thermosphäre ändert sich.

Die oberste Schicht der Atmosphäre wird als Exosphäre oder Streuschicht bezeichnet. Seine untere Grenze ändert sich ständig in sehr weiten Grenzen; als Mittelwert wurde die Höhe von 690-800 km angenommen. Sie wird dort gesetzt, wo die Wahrscheinlichkeit intermolekularer oder interatomarer Kollisionen vernachlässigt werden kann, d.h. Die durchschnittliche Distanz, die ein sich zufällig bewegendes Molekül zurücklegt, bevor es mit einem anderen ähnlichen Molekül kollidiert (der sogenannte freie Weg), ist so groß, dass die Moleküle tatsächlich nicht mit einer Wahrscheinlichkeit nahe Null kollidieren. Die Schicht, in der das beschriebene Phänomen stattfindet, wird als Thermopause bezeichnet.

Die obere Grenze der Exosphäre liegt in Höhen von 2-3 Tausend km. Es ist stark verschwommen und geht allmählich in das nahe Weltraumvakuum über. Aus diesem Grund wird die Exosphäre manchmal als Teil des Weltraums betrachtet, und ihre obere Grenze wird mit einer Höhe von 190.000 km angenommen, bei der die Wirkung des Sonnenstrahlungsdrucks auf die Geschwindigkeit von Wasserstoffatomen die Anziehungskraft von übersteigt die Erde. Dies ist die sog. die Korona der Erde, die aus Wasserstoffatomen besteht. Die Dichte der Erdkorona ist sehr gering: nur 1000 Teilchen pro Kubikzentimeter, aber selbst diese Zahl ist mehr als zehnmal höher als die Teilchenkonzentration im interplanetaren Raum.

Aufgrund der extrem verdünnten Luft der Exosphäre bewegen sich Teilchen auf elliptischen Bahnen um die Erde, ohne miteinander zu kollidieren. Einige von ihnen, die sich mit kosmischen Geschwindigkeiten auf offenen oder hyperbolischen Bahnen bewegen (Wasserstoff- und Heliumatome), verlassen die Atmosphäre und gehen in den Weltraum, weshalb die Exosphäre Streusphäre genannt wird.