Die Rolle der Atmosphäre im Leben der Erde

Die Atmosphäre ist die Sauerstoffquelle, die Menschen atmen. Wenn Sie jedoch in die Höhe aufsteigen, sinkt der atmosphärische Gesamtdruck, was zu einer Abnahme des Sauerstoffpartialdrucks führt.

Die menschliche Lunge enthält etwa drei Liter Alveolarluft. Wenn der atmosphärische Druck normal ist, beträgt der Sauerstoffpartialdruck in der Alveolarluft 11 mm Hg. Art., Kohlendioxiddruck - 40 mm Hg. Art. und Wasserdampf - 47 mm Hg. Kunst. Mit zunehmender Höhe nimmt der Sauerstoffdruck ab und der Druck von Wasserdampf und Kohlendioxid in der Lunge bleibt insgesamt konstant - etwa 87 mm Hg. Kunst. Wenn der Luftdruck diesem Wert entspricht, hört der Sauerstoff auf, in die Lungen zu fließen.

Aufgrund des Abfalls des atmosphärischen Drucks in 20 km Höhe kochen hier Wasser und interstitielle Körperflüssigkeiten im menschlichen Körper. Wenn Sie keine Druckkabine verwenden, stirbt eine Person in einer solchen Höhe fast sofort. Aus Sicht der physiologischen Eigenschaften des menschlichen Körpers entsteht „Raum“ also ab einer Höhe von 20 km über dem Meeresspiegel.

Die Rolle der Atmosphäre im Leben der Erde ist sehr groß. So sind Menschen beispielsweise dank dichter Luftschichten – Troposphäre und Stratosphäre – vor Strahlenbelastung geschützt. Im Weltraum, in verdünnter Luft, in einer Höhe von über 36 km, wirkt ionisierende Strahlung. In einer Höhe von über 40 km - ultraviolett.

Beim Aufsteigen über die Erdoberfläche auf eine Höhe von über 90-100 km kommt es zu einer allmählichen Schwächung und dann zum vollständigen Verschwinden von Phänomenen, die dem Menschen vertraut sind und in der unteren Atmosphärenschicht beobachtet werden:

Schall breitet sich nicht aus.

Es gibt keine aerodynamische Kraft und Luftwiderstand.

Wärme wird nicht durch Konvektion usw. übertragen.

Die atmosphärische Schicht schützt die Erde und alle lebenden Organismen vor kosmischer Strahlung, vor Meteoriten, ist dafür verantwortlich, saisonale Temperaturschwankungen zu regulieren, tägliche auszugleichen und auszugleichen. Ohne Atmosphäre auf der Erde würde die Tagestemperatur innerhalb von +/-200 °C schwanken. Die atmosphärische Schicht ist ein lebensspendender „Puffer“ zwischen Erdoberfläche und Weltraum, ein Feuchtigkeits- und Wärmeträger, in der Atmosphäre finden Prozesse der Photosynthese und des Energieaustauschs statt – die wichtigsten biosphärischen Prozesse.

Schichten der Atmosphäre in der Reihenfolge von der Erdoberfläche

Die Atmosphäre ist eine Schichtstruktur, die die folgenden Schichten der Atmosphäre in der Reihenfolge von der Erdoberfläche aus umfasst:

Troposphäre.

Stratosphäre.

Mesosphäre.

Thermosphäre.

Exosphäre

Jede Schicht hat keine scharfen Grenzen zwischen ihnen, und ihre Höhe wird durch den Breitengrad und die Jahreszeiten beeinflusst. Diese Schichtstruktur entstand durch Temperaturänderungen in unterschiedlichen Höhen. Es ist der Atmosphäre zu verdanken, dass wir funkelnde Sterne sehen.

Der Aufbau der Erdatmosphäre nach Schichten:

Woraus besteht die Erdatmosphäre?

Jede atmosphärische Schicht unterscheidet sich in Temperatur, Dichte und Zusammensetzung. Die Gesamtdicke der Atmosphäre beträgt 1,5-2,0 Tausend km. Woraus besteht die Erdatmosphäre? Derzeit ist es ein Gasgemisch mit verschiedenen Verunreinigungen.

Troposphäre

Der Aufbau der Erdatmosphäre beginnt mit der Troposphäre, dem unteren Teil der Atmosphäre in etwa 10-15 km Höhe. Hier konzentriert sich der größte Teil der atmosphärischen Luft. Ein charakteristisches Merkmal der Troposphäre ist ein Temperaturabfall von 0,6 ˚C beim Aufstieg alle 100 Meter. Die Troposphäre hat fast den gesamten atmosphärischen Wasserdampf in sich konzentriert, und auch hier bilden sich Wolken.

Die Höhe der Troposphäre ändert sich täglich. Außerdem variiert sein Durchschnittswert je nach Breitengrad und Jahreszeit. Die durchschnittliche Höhe der Troposphäre über den Polen beträgt 9 km, über dem Äquator etwa 17 km. Die durchschnittliche jährliche Lufttemperatur über dem Äquator liegt bei etwa +26 ˚C und über dem Nordpol bei -23 ˚C. Die obere Grenze der Troposphäre über dem Äquator ist die durchschnittliche Jahrestemperatur von etwa -70 ˚C, und über dem Nordpol im Sommer -45 ˚C und im Winter -65 ˚C. Je höher die Höhe, desto niedriger die Temperatur. Die Sonnenstrahlen passieren ungehindert die Troposphäre und erwärmen die Erdoberfläche. Die von der Sonne abgestrahlte Wärme wird von Kohlendioxid, Methan und Wasserdampf gespeichert.

Stratosphäre

Über der Schicht der Troposphäre befindet sich die Stratosphäre, die 50-55 km hoch ist. Die Besonderheit dieser Schicht ist die Temperaturzunahme mit der Höhe. Zwischen der Troposphäre und der Stratosphäre liegt eine Übergangsschicht, die Tropopause genannt wird.

Etwa ab einer Höhe von 25 Kilometern beginnt die Temperatur der Stratosphärenschicht zu steigen und erreicht bei Erreichen einer maximalen Höhe von 50 km Werte von +10 bis +30 ˚C.

In der Stratosphäre gibt es sehr wenig Wasserdampf. Manchmal findet man in einer Höhe von etwa 25 km ziemlich dünne Wolken, die als "Perlmutt" bezeichnet werden. Tagsüber sind sie nicht wahrnehmbar, aber nachts leuchten sie aufgrund der Beleuchtung der Sonne, die sich unter dem Horizont befindet. Die Zusammensetzung von Perlmuttwolken besteht aus unterkühlten Wassertröpfchen. Die Stratosphäre besteht zum größten Teil aus Ozon.

Mesosphäre

Die Höhe der Mesosphärenschicht beträgt etwa 80 km. Hier nimmt die Temperatur nach oben hin ab und erreicht an der obersten Grenze Werte von mehreren zehn C˚ unter Null. In der Mesosphäre sind auch Wolken zu beobachten, die vermutlich aus Eiskristallen gebildet werden. Diese Wolken werden "silbrig" genannt. Die Mesosphäre ist durch die kälteste Temperatur in der Atmosphäre gekennzeichnet: von -2 bis -138 ˚C.

Thermosphäre

Diese atmosphärische Schicht erhielt ihren Namen aufgrund der hohen Temperaturen. Die Thermosphäre besteht aus:

Ionosphäre.

Exosphären.

Die Ionosphäre ist durch verdünnte Luft gekennzeichnet, von der jeder Zentimeter in einer Höhe von 300 km aus 1 Milliarde Atomen und Molekülen und in einer Höhe von 600 km aus mehr als 100 Millionen besteht.

Die Ionosphäre ist auch durch eine hohe Luftionisation gekennzeichnet. Diese Ionen bestehen aus geladenen Sauerstoffatomen, geladenen Molekülen von Stickstoffatomen und freien Elektronen.

Exosphäre

Ab einer Höhe von 800-1000 km beginnt die exosphärische Schicht. Gaspartikel, besonders leichte, bewegen sich hier mit großer Geschwindigkeit und überwinden die Schwerkraft. Solche Partikel fliegen aufgrund ihrer schnellen Bewegung aus der Atmosphäre in den Weltraum und verteilen sich. Daher wird die Exosphäre als Streusphäre bezeichnet. Es sind überwiegend Wasserstoffatome, die in den Weltraum fliegen, die die höchsten Schichten der Exosphäre bilden. Dank Partikeln in der oberen Atmosphäre und Partikeln des Sonnenwinds können wir die Nordlichter beobachten.

Satelliten und geophysikalische Raketen ermöglichten es, das Vorhandensein des Strahlungsgürtels des Planeten in der oberen Atmosphäre festzustellen, der aus elektrisch geladenen Teilchen besteht - Elektronen und Protonen.

Mesosphäre

Über der Stratosphäre gelegen, ist es eine Hülle, in der bis zu einer Höhe von 80-85 km die Temperatur auf das Minimum für die gesamte Atmosphäre abfällt. Rekordtiefsttemperaturen von bis zu -110 °C wurden von Wetterraketen gemessen, die von der US-kanadischen Anlage in Fort Churchill (Kanada) abgefeuert wurden. Die obere Grenze der Mesosphäre (Mesopause) fällt ungefähr mit der unteren Grenze des Bereichs der aktiven Absorption der Röntgenstrahlung und der ultravioletten Strahlung der Sonne mit der kürzesten Wellenlänge zusammen, die mit einer Erwärmung und Ionisierung des Gases einhergeht.

In den Polarregionen treten im Sommer in der Mesopause oft Wolkensysteme auf, die eine große Fläche einnehmen, aber wenig vertikale Entwicklung haben. Solche nachts leuchtenden Wolken ermöglichen es oft, großräumige wellenförmige Luftbewegungen in der Mesosphäre zu erkennen. Die Zusammensetzung dieser Wolken, Feuchtigkeitsquellen und Kondensationskerne, Dynamik und Zusammenhang mit meteorologischen Faktoren sind noch unzureichend untersucht.

Thermosphäre

Es ist eine Schicht der Atmosphäre, in der die Temperatur kontinuierlich ansteigt. Seine Leistung kann 600 km erreichen. Der Druck und damit die Dichte eines Gases nehmen mit der Höhe stetig ab. Nahe der Erdoberfläche enthält 1 m3 Luft ca. 2,5×1025 Moleküle, bei einer Höhe von ca. 100 km, in den unteren Schichten der Thermosphäre - ungefähr 1019, in einer Höhe von 200 km, in der Ionosphäre - 5 × 1015 und nach Berechnungen in einer Höhe von ca. 850 km - etwa 1012 Moleküle. Im interplanetaren Raum beträgt die Konzentration von Molekülen 108-109 pro 1 m3.

Auf einer Höhe von ca. 100 km ist die Anzahl der Moleküle klein und sie kollidieren selten miteinander. Die durchschnittliche Entfernung, die ein sich zufällig bewegendes Molekül zurücklegt, bevor es mit einem anderen ähnlichen Molekül kollidiert, wird als mittlere freie Weglänge bezeichnet. Die Schicht, in der dieser Wert so stark ansteigt, dass die Wahrscheinlichkeit intermolekularer oder interatomarer Kollisionen vernachlässigt werden kann, liegt an der Grenze zwischen Thermosphäre und darüber liegender Hülle (Exosphäre) und wird als thermische Pause bezeichnet. Die Thermopause befindet sich etwa 650 km von der Erdoberfläche entfernt.

Bei einer bestimmten Temperatur hängt die Bewegungsgeschwindigkeit eines Moleküls von seiner Masse ab: Leichtere Moleküle bewegen sich schneller als schwere. In der unteren Atmosphäre, wo der freie Weg sehr kurz ist, gibt es keine merkliche Trennung von Gasen nach ihrem Molekulargewicht, aber es wird über 100 km ausgedrückt. Darüber hinaus zerfallen Sauerstoffmoleküle unter dem Einfluss von Ultraviolett- und Röntgenstrahlung der Sonne in Atome, deren Masse halb so groß ist wie die Masse des Moleküls. Daher wird atomarer Sauerstoff mit zunehmender Entfernung von der Erdoberfläche immer wichtiger für die Zusammensetzung der Atmosphäre und in einer Höhe von ca. 200 km wird zu seinem Hauptbestandteil. Höher, in einer Entfernung von etwa 1200 km von der Erdoberfläche, dominieren leichte Gase - Helium und Wasserstoff. Sie sind die äußere Schicht der Atmosphäre. Diese als diffuse Trennung bezeichnete Trennung nach Gewicht ähnelt der Trennung von Gemischen mit einer Zentrifuge.

Exosphäre

Exosphäre genannt die äußere Schicht der Atmosphäre, zugeordnet auf der Grundlage von Temperaturänderungen und Eigenschaften des neutralen Gases. Moleküle und Atome in der Exosphäre kreisen unter dem Einfluss der Schwerkraft in ballistischen Umlaufbahnen um die Erde. Einige dieser Umlaufbahnen sind parabelförmig und ähneln den Flugbahnen von Projektilen. Moleküle können um die Erde und in elliptischen Bahnen kreisen, wie Satelliten. Einige Moleküle, hauptsächlich Wasserstoff und Helium, haben offene Bahnen und gehen in den Weltraum.

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, Gewitter, Stürme, Wolken und Niederschläge treten 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)°С.

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 des Magnetfelds 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

	Volumenkonzentration. %	Molekulargewicht, Einheiten
Sauerstoff
Kohlendioxid
Lachgas
	0 bis 0,00001
Schwefeldioxid	von 0 bis 0,000007 im Sommer; 0 bis 0,000002 im Winter
	Von 0 bis 0,000002	46,0055/17,03061
Azog-Dioxid
Kohlenmonoxid

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 von organischem Material von heterotrophen Organismen, Gesteinen und unvollständig oxidierten Gasen, 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 das Radio während der Übertragung des Wetterberichts meldet, 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 variiert die relative Luftfeuchtigkeit saisonal – im Winter ist sie 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.

Familien	Arten von Wolken	Aussehen
A. Obere Wolken - über 6 km	I. gefiedert	Fadenförmig, faserig, weiß
	II. Zirrokumulus	Schichten und Grate aus kleinen Flocken und Locken, weiß
	III. Zirrostratus	Transparenter weißlicher Schleier
B. Wolken der mittleren Schicht - über 2 km	IV. Altokumulus	Schichten und Grate von Weiß und Grau
	V. Altostratus	Glatter Schleier von milchgrauer Farbe
B. Niedrigere Wolken - bis zu 2 km	VI. Nimbostratus	Solide formlose graue Schicht
	VII. Stratokumulus	Undurchsichtige Schichten und Grate von Grau
	VIII. geschichtet	Beleuchteter grauer Schleier
D. Wolken der vertikalen Entwicklung - von der unteren zur oberen Ebene	IX. Kumulus	Keulen und Kuppeln strahlend weiß, mit zerrissenen Kanten im Wind
	X. Cumulonimbus	Mächtige kumulusförmige Massen von dunkler Bleifarbe

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.

Mesosphäre

Stratosphäre

Oberhalb der Troposphäre befindet sich die Stratosphäre (vom griechischen "stratium" - Bodenbelag, Schicht). Seine Masse beträgt 20 % der Masse der Atmosphäre.

Die obere Grenze der Stratosphäre befindet sich von der Erdoberfläche in einer Höhe von:

In tropischen Breiten (Äquator) 50 - 55 km.:

In gemäßigten Breiten bis zu 50 km;

In polaren Breiten (Polen) 40 - 50 km.

In der Stratosphäre erwärmt sich die Luft beim Aufsteigen, während die Lufttemperatur mit der Höhe um durchschnittlich 1–2 Grad pro 1 km ansteigt. steigen und erreicht an der oberen Grenze bis zu +50 0 C.

Die Temperaturzunahme mit der Höhe ist hauptsächlich auf Ozon zurückzuführen, das den ultravioletten Teil der Sonnenstrahlung absorbiert. In einer Höhe von 20 - 25 km von der Erdoberfläche gibt es eine sehr dünne (nur wenige Zentimeter) Ozonschicht.

Die Stratosphäre ist sehr wasserdampfarm, es gibt hier keinen Niederschlag, obwohl manchmal in 30 km Höhe. Wolken entstehen.

Basierend auf Beobachtungen in der Stratosphäre wurden turbulente Störungen und starke Winde aus verschiedenen Richtungen festgestellt. Wie in der Troposphäre werden starke Luftwirbel festgestellt, die besonders für Hochgeschwindigkeitsflugzeuge gefährlich sind.

starker Wind rief Jetstreams bläst in schmalen Zonen entlang der den Polen zugewandten Grenzen der gemäßigten Breiten. Diese Zonen können sich jedoch verschieben, verschwinden und wieder auftauchen. Jetstreams dringen normalerweise in die Tropopause ein und erscheinen in der oberen Troposphäre, aber ihre Geschwindigkeit nimmt mit abnehmender Höhe schnell ab.

Es ist möglich, dass ein Teil der in die Stratosphäre eintretenden Energie (hauptsächlich für die Ozonbildung aufgewendet) mit atmosphärischen Fronten verbunden ist, wo beträchtliche Strömungen stratosphärischer Luft deutlich unterhalb der Tropopause aufgezeichnet wurden und troposphärische Luft in die unteren Schichten der Stratosphäre gezogen wird .

Oberhalb der Stratopause befindet sich die Mesosphäre (von griechisch „mesos“ – Mitte).

Die obere Grenze der Mesosphäre befindet sich auf einer Höhe von der Erdoberfläche:

In tropischen Breiten (Äquator) 80 - 85 km .;

In gemäßigten Breiten bis zu 80 km.;

In polaren Breiten (Polen) 70 - 80 km.

In der Mesosphäre sinkt die Temperatur auf -60 0 C - 1000 0 C an ihrer oberen Grenze.

In den Polarregionen treten im Sommer in der Mesopause oft Wolkensysteme auf, die eine große Fläche einnehmen, aber wenig vertikale Entwicklung haben. Solche nachts leuchtenden Wolken ermöglichen es oft, großräumige wellenförmige Luftbewegungen in der Mesosphäre zu erkennen. Die Zusammensetzung dieser Wolken, Feuchtigkeitsquellen und Kondensationskerne, Dynamik und Zusammenhang mit meteorologischen Faktoren sind noch unzureichend untersucht.

Oberhalb der Mesopause befindet sich die Thermosphäre (aus dem Griechischen „thermos“ – warm).

Die obere Grenze der Thermosphäre befindet sich auf einer Höhe von der Erdoberfläche:

In tropischen Breiten (Äquator) bis 800 km;

In gemäßigten Breiten bis zu 700 km.;

In polaren Breiten (Polen) bis zu 650 km.

In der Thermosphäre steigt die Temperatur wieder an und erreicht in den oberen Schichten 2000 0 C.

Zu beachten ist, dass die Höhen von 400 - 500 km liegen. und darüber kann die Lufttemperatur wegen der extremen Verdünnung der Atmosphäre mit keinem der bekannten Verfahren bestimmt werden. Die Lufttemperatur in solchen Höhen muss anhand der Energie von Gaspartikeln beurteilt werden, die sich in Gasströmen bewegen.

Der Anstieg der Lufttemperatur in der Thermosphäre ist mit der Absorption ultravioletter Strahlung und der Bildung von Ionen und Elektronen in Atomen und Molekülen von in der Atmosphäre enthaltenen Gasen verbunden.

In der Thermosphäre nimmt der Druck und damit die Dichte des Gases allmählich mit der Höhe ab. In der Nähe der Erdoberfläche in 1 m 3. Luft enthält etwa 2,5 x 10 25 Moleküle, in etwa 100 km Höhe in den unteren Schichten der Thermosphäre enthält 1 m 3 Luft etwa 2,5 x 10 25 Moleküle. In einer Höhe von 200 km. In der Ionosphäre bei 1 m 3. Luft enthält 5x10 15 Moleküle. Auf einer Höhe von etwa 850 km. in 1m. Luft enthält 10 12 Moleküle. Im interplanetaren Raum beträgt die Konzentration von Molekülen 10 8 - 10 9 pro 1 m 3 . Auf einer Höhe von etwa 100 km. Die Anzahl der Moleküle ist gering, aber sie kollidieren selten miteinander. Die durchschnittliche Entfernung, die ein sich chaotisch bewegendes Molekül zurücklegt, bevor es mit einem anderen ähnlichen Molekül kollidiert, wird als mittlere freie Weglänge bezeichnet.

Bei einer bestimmten Temperatur hängt die Geschwindigkeit eines Moleküls von seiner Masse ab: Leichtere Moleküle bewegen sich schneller als schwerere. In der unteren Atmosphäre, wo der freie Weg sehr kurz ist, gibt es keine merkliche Trennung von Gasen nach ihrem Molekulargewicht, aber es wird über 100 km ausgedrückt. Darüber hinaus zerfallen Sauerstoffmoleküle unter dem Einfluss von Ultraviolett- und Röntgenstrahlung der Sonne in Atome, deren Masse halb so groß ist wie die Masse des Moleküls. Je weiter man sich von der Erdoberfläche entfernt, desto wichtiger wird Luftsauerstoff für die Zusammensetzung der Atmosphäre in etwa 200 km Höhe. wird zur Hauptzutat.

Oben, in etwa 1200 km Entfernung. An der Erdoberfläche dominieren die leichten Gase Helium und Wasserstoff. Sie sind die äußere Schicht der Atmosphäre.

Diese Gewichtsausdehnung wird als diffuse Ausdehnung bezeichnet, was an die Trennung von Gemischen mit einer Zentrifuge erinnert.

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. In der Troposphäre sind Turbulenz und Konvektion stark entwickelt, Wolken erscheinen, Zyklone und Antizyklone entwickeln sich. Die Temperatur nimmt mit der Höhe mit einem durchschnittlichen vertikalen Gradienten von 0,65°/100 m 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 −56,5 auf 0,8 °C (obere Stratosphärenschicht 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

Die Mesosphäre beginnt in einer Höhe von 50 km und reicht bis in 80-90 km Höhe. Die Temperatur nimmt mit der Höhe ab mit einem durchschnittlichen vertikalen Gradienten von (0,25-0,3)°/100 m. Der Hauptenergieprozess ist die Strahlungswärmeübertragung. Komplexe photochemische Prozesse, an denen freie Radikale, schwingungserregte Moleküle usw. beteiligt sind, verursachen atmosphärische Lumineszenz.

Mesopause

Übergangsschicht zwischen Mesosphäre und Thermosphäre. Es gibt ein Minimum in der vertikalen Temperaturverteilung (ca. -90 °C).

Karman-Linie

Höhe über dem Meeresspiegel, die herkömmlicherweise als Grenze zwischen der Erdatmosphäre und dem Weltraum akzeptiert wird. Die Karmana-Linie liegt auf einer Höhe von 100 km über dem Meeresspiegel.

Grenze der Erdatmosphäre

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 dem Einfluss von UV- und Röntgenstrahlung sowie 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 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 (streuende Kugel)

Atmosphärenschichten bis zu einer Höhe von 120 km

Exosphäre - Streuzone, der äußere Teil der Thermosphäre, der sich über 700 km befindet. Das Gas in der Exosphäre ist stark verdünnt, und daher entweichen seine Partikel in den interplanetaren Raum (Dissipation).

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 −110 °C in der Mesosphäre. Allerdings entspricht die kinetische Energie einzelner Teilchen in 200–250 km Höhe 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 das sogenannte Weltraumvakuum über, das mit hochverdünnten Partikeln interplanetaren Gases, 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.

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. Aufgrund der elektrischen Eigenschaften in der Atmosphäre werden Neutrosphäre und Ionosphäre unterschieden. Es wird derzeit angenommen, dass sich die Atmosphäre bis zu einer Höhe von 2000-3000 km erstreckt.

Je nach Zusammensetzung des Gases in der Atmosphäre unterscheidet man Homosphäre und Heterosphäre. Die Heterosphäre 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 als Turbopause bezeichnet und liegt in einer Höhe von etwa 120 km.