ILMAN RAKENNE

Tunnelma(toisesta kreikasta ἀτμός - höyry ja σφαῖρα - pallo) - maapalloa ympäröivä kaasukuori (geosfääri). Sen sisäpinta peittää hydrosfäärin ja osittain maankuoren, kun taas sen ulkopinta rajoittuu ulkoavaruuden maanläheiseen osaan.

Fyysiset ominaisuudet

Ilmakehän paksuus on noin 120 km maanpinnasta. Ilman kokonaismassa ilmakehässä on (5,1-5,3) 10 18 kg. Näistä kuivan ilman massa on (5,1352 ± 0,0003) 10 18 kg, vesihöyryn kokonaismassa on keskimäärin 1,27 10 16 kg.

Puhtaan kuivan ilman moolimassa on 28,966 g/mol, ilman tiheys merenpinnalla on noin 1,2 kg/m 3 . Paine 0 °C:ssa merenpinnan tasolla on 101,325 kPa; kriittinen lämpötila - -140,7 ° C; kriittinen paine - 3,7 MPa; Cp 0 °C:ssa - 1,0048 103 J/(kg K), C v - 0,7159 103 J/(kg K) (0 °C:ssa). Ilman liukoisuus veteen (massan mukaan) 0 °C:ssa - 0,0036%, 25 °C:ssa - 0,0023%.

Maan pinnan "normaaleihin olosuhteisiin" otetaan: tiheys 1,2 kg / m 3, ilmanpaine 101,35 kPa, lämpötila plus 20 ° C ja suhteellinen kosteus 50%. Näillä ehdollisilla indikaattoreilla on puhtaasti tekninen arvo.

Ilmakehän rakenne

Ilmakehässä on kerrosrakenne. Ilmakehän kerrokset eroavat toisistaan ​​ilman lämpötilan, tiheyden, ilmassa olevan vesihöyryn määrän ja muiden ominaisuuksien suhteen.

Troposfääri(muinaisen kreikan τρόπος - "käännös", "muutos" ja σφαῖρα - "pallo") - ilmakehän alempi, tutkituin kerros, 8-10 km korkea napa-alueilla, jopa 10-12 km lauhkeilla leveysasteilla, päiväntasaajalla - 16-18 km.

Troposfäärissä noustessa lämpötila laskee keskimäärin 0,65 K 100 metrin välein ja saavuttaa yläosassa 180-220 K. Tätä troposfäärin ylempää kerrosta, jossa lämpötilan lasku korkeuden myötä pysähtyy, kutsutaan tropopausiksi. Seuraavaa ilmakehän kerrosta troposfäärin yläpuolella kutsutaan stratosfääriksi.

Yli 80 % ilmakehän ilman kokonaismassasta on keskittynyt troposfääriin, turbulenssi ja konvektio ovat erittäin kehittyneitä, valtaosa vesihöyrystä keskittyy, muodostuu pilviä, muodostuu myös ilmakehän rintamia, kehittyy sykloneja ja antisykloneja sekä muita prosessit, jotka määräävät sään ja ilmaston. Troposfäärissä tapahtuvat prosessit johtuvat ensisijaisesti konvektiosta.

Sitä troposfäärin osaa, jossa jäätiköt voivat muodostua maan pinnalle, kutsutaan kionosfääriksi.

tropopaussi(kreikan kielestä τροπος - kääntyminen, muutos ja παῦσις - pysähtyminen, lopettaminen) - ilmakehän kerros, jossa lämpötilan lasku korkeudella pysähtyy; siirtymäkerros troposfääristä stratosfääriin. Maan ilmakehässä tropopaussi sijaitsee 8-12 km (merenpinnan yläpuolella) napa-alueilla ja 16-18 km päiväntasaajan yläpuolella. Tropopaussin korkeus riippuu myös vuodenajasta (tropopaussi on korkeampi kesällä kuin talvella) ja syklonisesta aktiivisuudesta (se on matalampi sykloneissa ja korkeampi antisykloneissa)

Tropopaussin paksuus vaihtelee useista sadoista metristä 2-3 kilometriin. Subtrooppisilla alueilla tropopaussin repeämiä havaitaan voimakkaiden suihkuvirtojen vuoksi. Tropopaussi tietyillä alueilla usein tuhoutuu ja muodostuu uudelleen.

Stratosfääri(latinan kielestä stratum - lattia, kerros) - ilmakehän kerros, joka sijaitsee 11-50 km:n korkeudessa. Pieni lämpötilan muutos 11-25 km:n kerroksessa (stratosfäärin alakerros) ja sen nousu 25-40 km:n kerroksessa -56,5:stä 0,8 °C:seen (ylempi stratosfäärikerros tai inversioalue) ovat tyypillisiä. Saavutettuaan noin 273 K (lähes 0 °C) arvon noin 40 km:n korkeudessa lämpötila pysyy vakiona noin 55 km:n korkeuteen asti. Tätä tasaisen lämpötilan aluetta kutsutaan stratopausiksi ja se on stratosfäärin ja mesosfäärin välinen raja. Ilman tiheys stratosfäärissä on kymmeniä ja satoja kertoja pienempi kuin merenpinnan tasolla.

Stratosfäärissä sijaitsee otsonosfäärikerros ("otsonikerros") (15-20 - 55-60 km:n korkeudessa), mikä määrittää elämän ylärajan biosfäärissä. Otsonia (O 3 ) muodostuu valokemiallisten reaktioiden seurauksena voimakkaimmin ~30 km korkeudessa. O 3:n kokonaismassa normaalipaineessa olisi 1,7-4,0 mm paksu kerros, mutta tämäkin riittää absorboimaan auringon elämälle haitallisen ultraviolettisäteilyn. O 3 tuhoutuu, kun se on vuorovaikutuksessa vapaiden radikaalien, NO:n ja halogeeneja sisältävien yhdisteiden (mukaan lukien "freonien") kanssa.

Suurin osa ultraviolettisäteilyn lyhytaaltoisesta osasta (180-200 nm) jää stratosfääriin ja lyhyiden aaltojen energia muuttuu. Näiden säteiden vaikutuksesta magneettikentät muuttuvat, molekyylit hajoavat, ionisaatiota, uutta kaasujen ja muiden kemiallisten yhdisteiden muodostumista tapahtuu. Näitä prosesseja voidaan havaita revontulien, salaman ja muiden hehkujen muodossa.

Stratosfäärissä ja korkeammissa kerroksissa, auringon säteilyn vaikutuksesta, kaasumolekyylit dissosioituvat - atomeiksi (yli 80 km, CO 2 ja H 2 dissosioituvat, yli 150 km - O 2, yli 300 km - N 2). 200-500 km korkeudessa tapahtuu myös kaasujen ionisaatiota ionosfäärissä, 320 km:n korkeudessa varautuneiden hiukkasten (O + 2, O - 2, N + 2) pitoisuus on ~ 1/300 neutraalien hiukkasten pitoisuus. Ilmakehän ylemmissä kerroksissa on vapaita radikaaleja - OH, HO 2 jne.

Stratosfäärissä ei ole juuri lainkaan vesihöyryä.

Lennot stratosfääriin alkoivat 1930-luvulla. Lento ensimmäisellä stratosfääripallolla (FNRS-1), jonka Auguste Picard ja Paul Kipfer tekivät 27. toukokuuta 1931 16,2 kilometrin korkeuteen, on laajalti tunnettu. Nykyaikaiset taistelukoneet ja yliäänilentokoneet lentävät stratosfäärissä yleensä jopa 20 km:n korkeudessa (vaikka dynaaminen katto voi olla paljon korkeampi). Korkean korkeuden ilmapallot nousevat jopa 40 km: iin; miehittämättömän ilmapallon ennätys on 51,8 km.

Viime aikoina Yhdysvaltojen sotilaspiireissä on kiinnitetty paljon huomiota stratosfäärin yli 20 km:n kerrosten kehittymiseen, joita usein kutsutaan "preavaruudeksi" (eng. « lähellä avaruutta» ). Oletetaan, että miehittämättömät ilmalaivat ja aurinkovoimalla toimivat ilma-alukset (kuten NASA Pathfinder) pystyvät pysymään noin 30 kilometrin korkeudessa pitkään ja tarjoamaan havainnointia ja kommunikointia erittäin suurille alueille, samalla kun ne ovat haavoittuvia ilmapuolustusjärjestelmille; tällaiset laitteet ovat monta kertaa halvempia kuin satelliitit.

Stratopaussi- ilmakehän kerros, joka on kahden kerroksen, stratosfäärin ja mesosfäärin välinen raja. Stratosfäärissä lämpötila nousee korkeuden mukana, ja stratopaussi on kerros, jossa lämpötila saavuttaa maksiminsa. Stratopaussin lämpötila on noin 0 °C.

Tämä ilmiö havaitaan paitsi maan päällä, myös muilla planeetoilla, joilla on ilmakehä.

Maapallolla stratopause sijaitsee 50 - 55 km merenpinnan yläpuolella. Ilmanpaine on noin 1/1000 merenpinnan paineesta.

Mesosfääri(kreikan kielestä μεσο- - "keski" ja σφαῖρα - "pallo", "pallo" - ilmakehän kerros korkeuksissa 40-50 - 80-90 km. Sille on ominaista lämpötilan nousu korkeuden myötä; maksimilämpötila (noin +50°C) sijaitsee noin 60 km:n korkeudessa, jonka jälkeen lämpötila alkaa laskea -70°C tai -80°C. Tällainen lämpötilan lasku liittyy auringon säteilyn (säteilyn) energeettiseen absorptioon otsonissa. Maantieteellisen ja geofysikaalisen liiton hyväksyi termin vuonna 1951.

Mesosfäärin, kuten myös ilmakehän alempien kerrosten kaasukoostumus on vakio ja sisältää noin 80 % typpeä ja 20 % happea.

Mesosfäärin erottaa alla olevasta stratosfääristä stratopaussi ja yläpuolella olevasta termosfääristä mesopaussi. Mesopaussi on periaatteessa sama kuin turbopaussi.

Meteorit alkavat hehkua ja yleensä palavat kokonaan mesosfäärissä.

Mesosfääriin saattaa ilmaantua hämäriä pilviä.

Lennoilla mesosfääri on eräänlainen "kuollut vyöhyke" - täällä oleva ilma on liian harvinainen tukemaan lentokoneita tai ilmapalloja (50 km korkeudessa ilman tiheys on 1000 kertaa pienempi kuin merenpinnan tasolla), ja samalla aika liian tiheä keinotekoisille lennoille.satelliitteja niin matalalla kiertoradalla. Mesosfäärin suorat tutkimukset suoritetaan pääasiassa suborbitaalisten meteorologisten rakettien avulla; yleensä mesosfääriä on tutkittu huonommin kuin muita ilmakehän kerroksia, minkä yhteydessä tiedemiehet kutsuivat sitä "ignorosfääriksi".

mesopaussi

mesopaussi Ilmakehän kerros, joka erottaa mesosfäärin ja termosfäärin. Maapallolla se sijaitsee 80-90 km merenpinnan yläpuolella. Mesopaussissa on lämpötilan minimi, joka on noin -100 ° C. Alhaalla (noin 50 km:n korkeudelta alkaen) lämpötila laskee korkeuden mukana, ylhäällä (noin 400 km:n korkeudelle asti) taas nousee. Mesopausi osuu yhteen röntgensäteilyn aktiivisen absorptioalueen alarajan ja Auringon lyhimmän aallonpituuden ultraviolettisäteilyn kanssa. Tällä korkeudella havaitaan hopeapilviä.

Mesopaussia ei ole vain maan päällä, vaan myös muilla planeetoilla, joilla on ilmakehä.

Karman linja- korkeus merenpinnan yläpuolella, joka on perinteisesti hyväksytty maan ilmakehän ja avaruuden väliseksi rajaksi.

Fédération Aéronautique Internationalen (FAI) määritelmän mukaan Karman Line on 100 km merenpinnan yläpuolella.

Korkeus on nimetty unkarilaistaustaisen amerikkalaisen tiedemiehen Theodor von Karmanin mukaan. Hän oli ensimmäinen, joka totesi, että noin tällä korkeudella ilmakehä muuttuu niin harvinaiseksi, että ilmailusta tulee mahdotonta, koska riittävän noston aikaansaamiseksi tarvittava lentokoneen nopeus on suurempi kuin ensimmäinen kosminen nopeus, ja siksi korkeampien korkeuksien saavuttamiseksi. on tarpeen käyttää astronautiikkaa.

Maan ilmakehä jatkuu Karman-linjan takana. Maan ilmakehän ulompi osa, eksosfääri, ulottuu yli 10 000 km:n korkeuteen, sellaisella korkeudella ilmakehä koostuu pääasiassa vetyatomeista, jotka voivat poistua ilmakehästä.

Karman-linjan saavuttaminen oli Ansari X -palkinnon ensimmäinen ehto, sillä tämä on perusta lennon tunnustamiselle avaruuslennoksi.

Maaplaneettamme ympäröivä kaasuvaippa, joka tunnetaan ilmakehänä, koostuu viidestä pääkerroksesta. Nämä kerrokset ovat peräisin planeetan pinnalta merenpinnasta (joskus alhaalta) ja nousevat avaruuteen seuraavassa järjestyksessä:

• Troposfääri;
• Stratosfääri;
• Mesosfääri;
• Termosfääri;
• Eksosfääri.

Kaavio maapallon ilmakehän pääkerroksista

Näiden viiden pääkerroksen välissä on siirtymävyöhykkeitä, joita kutsutaan "taukoiksi", joissa tapahtuu muutoksia ilman lämpötilassa, koostumuksessa ja tiheydessä. Yhdessä taukojen kanssa maapallon ilmakehässä on yhteensä 9 kerrosta.

Troposfääri: missä sää tapahtuu

Kaikista ilmakehän kerroksista troposfääri on se, jonka tunnemme parhaiten (ymmärrätpä sen tai et), koska elämme sen pohjalla - planeetan pinnalla. Se ympäröi Maan pinnan ja ulottuu ylöspäin useita kilometrejä. Sana troposfääri tarkoittaa "pallon vaihtoa". Erittäin osuva nimi, sillä tämä kerros on paikka, jossa päivittäiset säämme tapahtuu.

Planeetan pinnasta alkaen troposfääri nousee 6-20 km:n korkeuteen. Meitä lähinnä olevan kerroksen alin kolmannes sisältää 50 % kaikista ilmakehän kaasuista. Se on ainoa osa ilmakehän koostumuksesta, joka hengittää. Koska ilmaa lämmittää alhaalta maan pinta, joka imee Auringon lämpöenergiaa, troposfäärin lämpötila ja paine laskevat korkeuden kasvaessa.

Yläosassa on ohut kerros nimeltä tropopause, joka on vain puskuri troposfäärin ja stratosfäärin välillä.

Stratosfääri: otsonin koti

Stratosfääri on ilmakehän seuraava kerros. Se ulottuu 6-20 km:stä 50 km:iin maanpinnan yläpuolella. Tämä on kerros, jolla useimmat kaupalliset lentokoneet lentävät ja ilmapallot matkustavat.

Täällä ilma ei virtaa ylös ja alas, vaan liikkuu pinnan suuntaisesti hyvin nopeissa ilmavirroissa. Lämpötilat nousevat noustessa, kiitos runsaasti luonnollisesti esiintyvää otsonia (O3), joka on auringon säteilyn sivutuote, ja hapen, joka pystyy absorboimaan auringon haitallisia ultraviolettisäteitä (kaikki lämpötilan nousu korkeuden myötä tunnetaan mm. meteorologia "inversiona").

Koska stratosfäärin lämpötila on lämpimämpi alaosassa ja viileämpi yläosassa, konvektio (ilmamassojen pystysuuntaiset liikkeet) on harvinaista tässä ilmakehän osassa. Itse asiassa voit katsella troposfäärissä riehuvaa myrskyä stratosfääristä, koska kerros toimii konvektion "korkkina", jonka läpi myrskypilvet eivät tunkeudu.

Stratosfääriä seuraa jälleen puskurikerros, jota tällä kertaa kutsutaan stratopausiksi.

Mesosfääri: keskiilmakehä

Mesosfääri sijaitsee noin 50-80 km:n päässä maan pinnasta. Mesosfäärin yläosa on kylmin luonnollinen paikka maapallolla, jossa lämpötila voi laskea alle -143 °C.

Termosfääri: yläilmakehä

Mesosfääriä ja mesopaussia seuraa termosfääri, joka sijaitsee 80–700 km planeetan pinnan yläpuolella ja sisältää alle 0,01 % ilmakehän kuoren kokonaisilmasta. Lämpötilat nousevat täällä jopa +2000°C:een, mutta ilman voimakkaan harventumisen ja lämmön siirtävien kaasumolekyylien puutteen vuoksi nämä korkeat lämpötilat koetaan erittäin kylminä.

Eksosfääri: ilmakehän ja avaruuden raja

Noin 700-10 000 km korkeudella maan pinnasta on eksosfääri - ilmakehän ulkoreuna, joka rajaa avaruutta. Täällä meteorologiset satelliitit kiertävät maata.

Entä ionosfääri?

Ionosfääri ei ole erillinen kerros, ja itse asiassa tätä termiä käytetään viittaamaan ilmakehään 60–1000 km:n korkeudessa. Se sisältää mesosfäärin ylimmät osat, koko termosfäärin ja osan eksosfääristä. Ionosfääri on saanut nimensä, koska tässä ilmakehän osassa Auringon säteily ionisoituu, kun se ohittaa Maan magneettikentät klo ja . Tämä ilmiö havaitaan maasta revontuliena.

Ilmakehä on sekoitus erilaisia ​​kaasuja. Se ulottuu Maan pinnasta jopa 900 km:n korkeuteen, suojaa planeettaa haitallisilta auringonsäteilyn kirjoilta ja sisältää kaasuja, jotka ovat välttämättömiä kaikelle planeetan elämälle. Ilmakehä vangitsee auringon lämmön, lämpenee lähellä maan pintaa ja luo suotuisan ilmaston.

Ilmakehän koostumus

Maapallon ilmakehä koostuu pääasiassa kahdesta kaasusta - typestä (78 %) ja hapesta (21 %). Lisäksi se sisältää hiilidioksidin ja muiden kaasujen epäpuhtauksia. ilmakehässä esiintyy höyryn, pilvissä olevien kosteuspisaroiden ja jääkiteiden muodossa.

Tunnelman kerroksia

Ilmakehä koostuu monista kerroksista, joiden välillä ei ole selkeitä rajoja. Eri kerrosten lämpötilat eroavat huomattavasti toisistaan.

• ilmaton magnetosfääri. Suurin osa maapallon satelliiteista lentää täällä Maan ilmakehän ulkopuolella.
• Eksosfääri (450-500 km pinnasta). Lähes ei sisällä kaasuja. Jotkut sääsatelliitit lentävät eksosfäärissä. Termosfäärille (80-450 km) on ominaista korkeat lämpötilat, jotka saavuttavat 1700 °C yläkerroksen.
• Mesosfääri (50-80 km). Tällä alueella lämpötila laskee korkeuden kasvaessa. Täällä suurin osa ilmakehään joutuvista meteoriiteista (avaruuskiven palasista) palaa.
• Stratosfääri (15-50 km). Sisältää otsonikerroksen, eli otsonikerroksen, joka absorboi auringon ultraviolettisäteilyä. Tämä johtaa lämpötilan nousuun lähellä maan pintaa. Suihkukoneet lentävät yleensä täällä, kuten Näkyvyys tässä kerroksessa on erittäin hyvä eikä sääolosuhteiden aiheuttamia häiriöitä juuri ole.
• Troposfääri. Korkeus vaihtelee 8-15 km maanpinnasta. Täällä planeetan sää muodostuu vuodesta lähtien tämä kerros sisältää eniten vesihöyryä, pölyä ja tuulia. Lämpötila laskee etäisyyden mukaan maanpinnasta.

Ilmakehän paine

Vaikka emme tunne sitä, ilmakehän kerrokset kohdistavat painetta maan pintaan. Korkein on lähellä pintaa, ja kun siirryt pois siitä, se pienenee vähitellen. Se riippuu maan ja valtameren välisestä lämpötilaerosta, ja siksi samalla korkeudella merenpinnan yläpuolella sijaitsevilla alueilla paine on usein erilainen. Matala paine tuo kostean sään, kun taas korkea paine laskee yleensä selkeää säätä.

Ilmamassojen liike ilmakehässä

Ja paineet saavat alemman ilmakehän sekoittumaan. Tämä luo tuulia, jotka puhaltavat korkeapaineisilta alueilta matalapaineisille alueille. Monilla alueilla esiintyy myös paikallisia tuulia, jotka johtuvat maan ja meren lämpötilojen eroista. Vuorilla on myös merkittävä vaikutus tuulien suuntaan.

kasvihuoneilmiö

Hiilidioksidi ja muut maapallon ilmakehän kaasut vangitsevat auringon lämmön. Tätä prosessia kutsutaan yleisesti kasvihuoneilmiöksi, koska se on monella tapaa samanlainen kuin lämmön kierto kasvihuoneissa. Kasvihuoneilmiö aiheuttaa ilmaston lämpenemistä planeetalla. Korkeapainealueilla - antisykloneissa - muodostuu selkeä aurinko. Matalan paineen alueilla - sykloneissa - sää on yleensä epävakaa. Lämpöä ja valoa ilmakehään. Kaasut vangitsevat maan pinnalta heijastuneen lämmön ja aiheuttavat siten maan lämpötilan nousun.

Stratosfäärissä on erityinen otsonikerros. Otsoni estää suurimman osan Auringon ultraviolettisäteilystä ja suojaa maata ja kaikkea sen elämää siltä. Tiedemiehet ovat havainneet, että otsonikerroksen tuhoutumisen syynä ovat joidenkin aerosolien ja jäähdytyslaitteiden sisältämät erityiset kloorifluorihiilidioksidikaasut. Arktisen ja Etelämantereen yläpuolella otsonikerroksesta on löydetty valtavia reikiä, mikä on osaltaan lisännyt maan pintaan vaikuttavan ultraviolettisäteilyn määrää.

Otsonia muodostuu alemmassa ilmakehässä auringon säteilyn ja erilaisten pakokaasujen ja kaasujen välissä. Yleensä se leviää ilmakehän läpi, mutta jos lämpimän ilmakerroksen alle muodostuu suljettu kerros kylmää ilmaa, otsoni keskittyy ja syntyy savusumua. Valitettavasti tämä ei voi korvata otsonin menetystä otsonirei'issä.

Satelliittikuvassa näkyy selvästi reikä otsonikerroksessa Etelämantereen yläpuolella. Reiän koko vaihtelee, mutta tutkijat uskovat sen kasvavan jatkuvasti. Pakokaasujen määrää ilmakehässä yritetään vähentää. Vähennä ilmansaasteita ja käytä savuttomia polttoaineita kaupungeissa. Sumu aiheuttaa silmien ärsytystä ja tukehtumista monilla ihmisillä.

Maan ilmakehän syntyminen ja kehitys

Maan nykyaikainen ilmakehä on pitkän evoluutiokehityksen tulos. Se syntyi geologisten tekijöiden yhteistoiminnan ja organismien elintärkeän toiminnan seurauksena. Koko geologisen historian aikana maapallon ilmakehä on käynyt läpi useita perusteellisia uudelleenjärjestelyjä. Geologisen tiedon ja teoreettisten (edellytysten) perusteella noin 4 miljardia vuotta sitten olemassa ollut nuoren Maan alkuilmakehä saattoi koostua inerttien ja jalokaasujen seoksesta, johon oli lisätty vähän passiivista typpeä (N. A. Yasamanov, 1985). A. S. Monin, 1987, O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993. Tällä hetkellä näkemys varhaisen ilmakehän koostumuksesta ja rakenteesta on hieman muuttunut Primäärinen ilmakehä (protoatmosfääri) on varhaisimmassa protoplaneettavaiheessa 4,2 miljardia vuotta , voisi koostua metaanin, ammoniakin ja hiilidioksidin seoksesta.Vaipan kaasunpoiston ja maan pinnalla tapahtuvien aktiivisten sääprosessien seurauksena vesihöyryä, hiiliyhdisteitä CO 2 ja CO muodossa, rikki ja sen ilmakehään alkoi tunkeutua yhdisteitä, samoin kuin vahvoja halogeenihappoja - HCl, HF, HI ja boorihappo, joita täydennettiin metaanilla, ammoniakilla, vedyllä, argonilla ja joillakin muilla ilmakehän jalokaasuilla. Tämä ensisijainen ilmakehä oli läpi erittäin ohut. Siksi lämpötila lähellä maan pintaa oli lähellä säteilytasapainon lämpötilaa (AS Monin, 1977).

Ajan myötä primääriilmakehän kaasukoostumus alkoi muuttua maan pinnalle ulkonevien kivien sään, sinilevien ja sinilevien elintärkeän toiminnan, vulkaanisten prosessien ja auringonvalon vaikutuksesta. Tämä johti metaanin hajoamiseen ja hiilidioksidin, ammoniakin - typeksi ja vedyksi; hiilidioksidia alkoi kertyä sekundääriseen ilmakehään, joka laskeutui hitaasti maan pinnalle, ja typpeä. Sinilevien elintärkeän toiminnan ansiosta fotosynteesin prosessissa alkoi muodostua happea, joka kuitenkin aluksi kului pääasiassa "ilmakehän kaasujen ja sitten kivien hapettamiseen. Samaan aikaan molekyylitypeksi hapetettu ammoniakki alkoi intensiivisesti kerääntyä ilmakehään. Oletetaan, että merkittävä osa nykyajan ilmakehän typestä on jäännösjäännös. Metaani ja hiilimonoksidi hapetettiin hiilidioksidiksi. Rikki ja rikkivety hapettuivat SO 2:ksi ja SO 3:ksi, jotka suuren liikkuvuutensa ja keveytensä vuoksi poistuivat nopeasti ilmakehästä. Siten pelkistävästä ilmakehästä, kuten se oli arkeanisessa ja varhaisessa proterotsoisessa, muuttui vähitellen hapettavaksi.

Hiilidioksidia pääsi ilmakehään sekä metaanin hapettumisen että vaipan kaasunpoiston ja kivien sään seurauksena. Mikäli kaikki maapallon historian aikana vapautunut hiilidioksidi jäisi ilmakehään, sen osapaine voisi nyt olla sama kuin Venuksella (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Mutta maan päällä prosessi oli päinvastainen. Merkittävä osa ilmakehän hiilidioksidista liukeni hydrosfääriin, jossa vesieliöt käyttivät sitä kuoriensa rakentamiseen ja muuttuivat biogeenisesti karbonaateiksi. Myöhemmin niistä muodostui tehokkaimmat kemogeenisten ja organogeenisten karbonaattien kerrokset.

Ilmakehään toimitettiin happea kolmesta lähteestä. Pitkän aikaa, Maan muodostumishetkestä lähtien, se vapautui vaipan kaasunpoistossa ja kului pääasiassa oksidatiivisiin prosesseihin Toinen hapen lähde oli vesihöyryn fotodissosiaatio kovan ultraviolettiauringon säteilyn vaikutuksesta. esiintymiset; vapaa happi ilmakehässä johti useimpien pelkistävissä olosuhteissa eläneiden prokaryoottien kuolemaan. Prokaryoottiset organismit ovat vaihtaneet elinympäristöään. He jättivät Maan pinnan sen syvyyksiin ja alueille, joilla heikentävät olosuhteet olivat vielä säilyneet. Ne korvattiin eukaryootilla, jotka alkoivat prosessoida voimakkaasti hiilidioksidia hapeksi.

Arkean aikana ja merkittävä osa proterotsoiikista lähes kaikki abiogeenisesti ja biogeenisesti syntyvä happi käytettiin pääasiassa raudan ja rikin hapetukseen. Proterotsoiikan loppuun mennessä kaikki maan pinnalla oleva metallinen kaksiarvoinen rauta joko hapettui tai siirtyi maan ytimeen. Tämä johti siihen, että hapen osapaine varhaisessa proterotsoisessa ilmakehässä muuttui.

Proterotsoiikan puolivälissä ilmakehän happipitoisuus saavutti Ureyn pisteen ja oli 0,01 % nykyisestä tasosta. Siitä lähtien happea alkoi kertyä ilmakehään ja luultavasti jo Ripheanin lopussa sen pitoisuus saavutti Pasteur-pisteen (0,1% nykyisestä tasosta). On mahdollista, että otsonikerros syntyi vendin aikana, eikä se koskaan kadonnut.

Vapaan hapen ilmaantuminen maan ilmakehään stimuloi elämän evoluutiota ja johti uusien muotojen syntymiseen, joilla on täydellisempi aineenvaihdunta. Jos aikaisemmat eukaryoottiset yksisoluiset levät ja syanidit, jotka ilmestyivät proterotsoisen kauden alussa, vaativat vedessä vain 10 -3 happipitoisuutta nykyisestä pitoisuudestaan, niin ei-luurankoisten metazoa-levien ilmaantuessa varhaisen vendin lopussa, eli noin 650 miljoonaa vuotta sitten ilmakehän happipitoisuuden olisi pitänyt olla paljon korkeampi. Loppujen lopuksi Metazoa käytti happihengitystä, ja tätä varten vaadittiin, että hapen osapaine saavutti kriittisen tason - Pasteur-pisteen. Tässä tapauksessa anaerobinen käymisprosessi korvattiin energeettisesti lupaavammalla ja etenevällä happiaineenvaihdunnalla.

Sen jälkeen hapen lisäkertymä maan ilmakehään tapahtui melko nopeasti. Sinilevien määrän asteittainen lisääntyminen myötävaikutti eläinmaailman elämän ylläpitämiseen tarvittavan happitason saavuttamiseen ilmakehässä. Tietty ilmakehän happipitoisuuden stabiloituminen on tapahtunut siitä hetkestä lähtien, kun kasvit tulivat maahan - noin 450 miljoonaa vuotta sitten. Kasvien ilmaantuminen maahan, joka tapahtui Silurian aikana, johti ilmakehän happitason lopulliseen vakiintumiseen. Siitä lähtien sen pitoisuus alkoi vaihdella melko kapeiden rajojen sisällä, koskaan ylittämättä elämän olemassaoloa. Ilmakehän happipitoisuus on täysin vakiintunut kukkivien kasvien ilmaantumisen jälkeen. Tämä tapahtuma tapahtui liitukauden puolivälissä, ts. noin 100 miljoonaa vuotta sitten.

Suurin osa typestä muodostui maapallon kehityksen alkuvaiheessa pääasiassa ammoniakin hajoamisen seurauksena. Organismien ilmaantumisen myötä alkoi prosessi, jossa ilmakehän typpeä sitoi orgaaniseksi aineeksi ja hautaa se meren sedimentteihin. Organismien vapautumisen jälkeen maalle typpi alkoi haudata mannersedimentteihin. Vapaan typen käsittelyprosessit tehostuivat erityisesti maakasvien myötä.

Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus laski kryptotsoiikan ja fanerotsoisen vaihteessa eli noin 650 miljoonaa vuotta sitten prosentin kymmenesosaan, ja se saavutti vasta melko hiljattain lähellä nykyistä tasoa, noin 10-20 miljoonaa. vuotta sitten.

Siten ilmakehän kaasukoostumus ei tarjonnut vain elintilaa organismeille, vaan myös määritti niiden elintärkeän toiminnan ominaisuudet, edisti asettumista ja evoluutiota. Tästä aiheutuneet häiriöt organismeille suotuisan ilmakehän kaasukoostumuksen jakautumisessa sekä kosmisista että planeettaisista syistä johtivat orgaanisen maailman massasukupuuttoon, mikä tapahtui toistuvasti kryptotsooisen aikana ja tietyillä fanerotsooisen historian virstanpylväillä.

Ilmakehän etnosfääriset toiminnot

Maan ilmakehä tarjoaa tarvittavan aineen, energian ja määrää aineenvaihduntaprosessien suunnan ja nopeuden. Nykyaikaisen ilmakehän kaasukoostumus on optimaalinen elämän olemassaololle ja kehitykselle. Ilmakehän on sään ja ilmaston muodostumisen alueena luotava mukavat olosuhteet ihmisten, eläinten ja kasvillisuuden elämälle. Ilmakehän ilman laadussa tai sääolosuhteissa tapahtuvat poikkeamat suuntaan tai toiseen luovat äärimmäisiä olosuhteita eläin- ja kasvimaailman, myös ihmisen, elämälle.

Maan ilmakehä ei ainoastaan ​​tarjoa edellytyksiä ihmiskunnan olemassaololle, sillä se on päätekijä etnosfäärin kehityksessä. Samalla se osoittautuu energia- ja raaka-aineresurssiksi tuotannossa. Yleisesti ottaen ilmakehä on ihmisten terveyttä suojeleva tekijä, ja jotkin alueet toimivat fyysisten ja maantieteellisten olosuhteiden ja ilmanlaadun vuoksi virkistysalueina ja ovat ihmisten parantolahoitoon ja virkistykseen tarkoitettuja alueita. Siten ilmapiiri on esteettinen ja emotionaalinen vaikutus.

Hiljattain määritellyt ilmakehän etnosfääriset ja teknosfääriset toiminnot (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001) vaativat riippumattoman ja syvällisen tutkimuksen. Ilmakehän energiatoimintojen tutkiminen on siten erittäin relevanttia sekä ympäristöä vahingoittavien prosessien esiintymisen ja toiminnan että ihmisten terveyteen ja hyvinvointiin kohdistuvien vaikutusten kannalta. Tässä tapauksessa puhumme syklonien ja antisyklonien energiasta, ilmakehän pyörteistä, ilmanpaineesta ja muista äärimmäisistä ilmakehän ilmiöistä, joiden tehokas käyttö auttaa ratkaisemaan ongelman, joka liittyy vaihtoehtoisten energialähteiden saamiseen, jotka eivät saastuta energiaa. ympäristöön. Loppujen lopuksi ilmaympäristö, varsinkin se osa, joka sijaitsee maailman valtameren yläpuolella, on alue, jossa vapautuu valtava määrä vapaata energiaa.

Esimerkiksi on todettu, että keskivoimaiset trooppiset syklonit vapauttavat energiaa, joka vastaa 500 000 Hiroshimaan ja Nagasakiin pudotetun atomipommin energiaa vain päivässä. 10 päivän aikana tällaisen syklonin olemassaolosta vapautuu tarpeeksi energiaa kattamaan kaikki Yhdysvaltojen kaltaisen maan energiatarpeet 600 vuoden ajan.

Viime vuosina on julkaistu suuri määrä luonnontieteilijöiden teoksia, jotka liittyvät jossain määrin toiminnan eri osa-alueisiin ja ilmakehän vaikutukseen maan prosesseihin, mikä viittaa tieteidenvälisten vuorovaikutusten voimistumiseen nykyaikaisessa luonnontieteessä. Samalla ilmenee tiettyjen sen suuntien integroiva rooli, joista on tarpeen huomioida geoekologian toiminnallis-ekologinen suunta.

Tämä suunta stimuloi eri geosfäärien ekologisten toimintojen ja planetaarisen roolin analysointia ja teoreettista yleistämistä, mikä puolestaan ​​on tärkeä edellytys metodologian ja tieteellisten perusteiden kehittämiselle planeettamme kokonaisvaltaiselle tutkimukselle, rationaaliseen käyttöön ja luonnonvarojensa suojelua.

Maan ilmakehä koostuu useista kerroksista: troposfääri, stratosfääri, mesosfääri, termosfääri, ionosfääri ja eksosfääri. Troposfäärin yläosassa ja stratosfäärin alaosassa on otsonilla rikastettu kerros, jota kutsutaan otsonikerrokseksi. Otsonin jakautumisessa on havaittu tiettyjä (päivittäisiä, kausittaisia, vuosittaisia ​​jne.) säännönmukaisuuksia. Ilmakehä on alusta lähtien vaikuttanut planeettojen prosessien kulkuun. Ilmakehän primäärikoostumus oli täysin erilainen kuin nykyään, mutta ajan myötä molekyylitypen osuus ja rooli kasvoivat tasaisesti, noin 650 miljoonaa vuotta sitten ilmaantui vapaata happea, jonka määrä kasvoi jatkuvasti, mutta hiilidioksidin pitoisuus vastaavasti pieneni. . Ilmakehän suuri liikkuvuus, kaasukoostumus ja aerosolien esiintyminen määräävät sen erinomaisen roolin ja aktiivisen osallistumisen erilaisiin geologisiin ja biosfäärin prosesseihin. Ilmakehän rooli aurinkoenergian uudelleenjakamisessa ja katastrofaalisten luonnonilmiöiden ja katastrofien kehittymisessä on suuri. Ilmakehän pyörteet - tornadot (tornadot), hurrikaanit, taifuunit, syklonit ja muut ilmiöt vaikuttavat kielteisesti orgaaniseen maailmaan ja luonnonjärjestelmiin. Pääasiallisia saastumisen lähteitä ovat luonnontekijöiden ohella erilaiset ihmisen taloudellisen toiminnan muodot. Ihmisten aiheuttamat vaikutukset ilmakehään eivät ilmene pelkästään erilaisten aerosolien ja kasvihuonekaasujen ilmaantumisena, vaan myös vesihöyryn määrän lisääntymisenä, ja ne ilmenevät savusumun ja happosateen muodossa. Kasvihuonekaasut muuttavat maan pinnan lämpötilaa, tiettyjen kaasujen päästöt vähentävät otsoniverkon tilavuutta ja edistävät otsoniaukojen muodostumista. Maan ilmakehän rooli etnosfäärissä on suuri.

Ilmakehän rooli luonnollisissa prosesseissa

Pintailmakehä välitilassaan litosfäärin ja ulkoavaruuden välissä ja sen kaasukoostumus luo olosuhteet organismien elämälle. Samaan aikaan kivien sään ja tuhoutumisen voimakkuus, jätemateriaalin siirtyminen ja kertyminen riippuvat sateen määrästä, luonteesta ja tiheydestä, tuulien tiheydestä ja voimakkuudesta sekä erityisesti ilman lämpötilasta. Ilmakehä on ilmastojärjestelmän keskeinen osa. Ilman lämpötila ja kosteus, pilvisyys ja sademäärä, tuuli - kaikki tämä luonnehtii säätä, eli ilmakehän jatkuvasti muuttuvaa tilaa. Samalla nämä samat komponentit luonnehtivat myös ilmastoa, eli keskimääräistä pitkän aikavälin säätilaa.

Kaasujen koostumus, pilvien ja erilaisten epäpuhtauksien läsnäolo, joita kutsutaan aerosolihiukkasiksi (tuhka, pöly, vesihöyryhiukkaset), määrittävät auringon säteilyn ilmakehän läpi kulkeutumisen ominaisuudet ja estävät maapallon lämpösäteilyn karkaamisen. ulkoavaruuteen.

Maan ilmakehä on hyvin liikkuva. Siinä syntyvät prosessit ja muutokset kaasun koostumuksessa, paksuudessa, sameudessa, läpinäkyvyydessä ja erilaisten aerosolihiukkasten läsnäolo siinä vaikuttavat sekä säähän että ilmastoon.

Auringon säteily määrää luonnollisten prosessien toiminnan ja suunnan sekä elämän ja toiminnan maapallolla. Se tuottaa 99,98 % maan pinnalle tulevasta lämmöstä. Vuosittain se tekee 134*10 19 kcal. Tämä määrä lämpöä saadaan polttamalla 200 miljardia tonnia hiiltä. Vetyvarannot, jotka synnyttävät tämän lämpöydinenergiavirran Auringon massassa, riittävät vielä ainakin 10 miljardiksi vuodeksi, eli kaksi kertaa niin pitkäksi ajaksi kuin planeettamme itse on olemassa.

Noin 1/3 ilmakehän ylärajalle tulevasta aurinkoenergian kokonaismäärästä heijastuu takaisin maailmanavaruuteen, 13 % imeytyy otsonikerrokseen (mukaan lukien lähes kaikki ultraviolettisäteily). 7% - muu ilmakehä ja vain 44% saavuttaa maan pinnan. Maahan vuorokaudessa saavuttava auringon kokonaissäteily on yhtä suuri kuin energia, jonka ihmiskunta on saanut polttamalla kaikenlaisia ​​polttoaineita viimeisen vuosituhannen aikana.

Auringon säteilyn määrä ja jakautuminen maan pinnalle ovat tiiviisti riippuvaisia ​​ilmakehän pilvisyydestä ja läpinäkyvyydestä. Sironneen säteilyn määrään vaikuttavat Auringon korkeus horisontin yläpuolella, ilmakehän läpinäkyvyys, vesihöyryn, pölyn pitoisuus, hiilidioksidin kokonaismäärä jne.

Suurin määrä sirottua säteilyä putoaa napa-alueille. Mitä alempana aurinko on horisontin yläpuolella, sitä vähemmän lämpöä pääsee tietylle alueelle.

Ilmakehän läpinäkyvyys ja pilvisyys ovat erittäin tärkeitä. Pilvisenä kesäpäivänä on yleensä kylmempää kuin kirkkaana, sillä päiväsaikaan pilvet estävät maapallon lämpenemisen.

Ilmakehän pölypitoisuudella on tärkeä rooli lämmön jakautumisessa. Siinä olevat hienojakoiset kiinteät pöly- ja tuhkahiukkaset, jotka vaikuttavat sen läpinäkyvyyteen, vaikuttavat haitallisesti auringonsäteilyn jakautumiseen, josta suurin osa heijastuu. Pienet hiukkaset pääsevät ilmakehään kahdella tavalla: ne ovat joko tulivuorenpurkauksissa vapautuvaa tuhkaa tai kuivilta trooppisilla ja subtrooppisilla alueilla tuulen kuljettamaa aavikkopölyä. Etenkin paljon tällaista pölyä muodostuu kuivuuden aikana, kun se kulkeutuu lämpimän ilmavirran mukana ilmakehän yläkerroksiin ja voi pysyä siellä pitkään. Krakatoa-tulivuoren purkauksen jälkeen vuonna 1883 kymmenien kilometrien päähän ilmakehään heitetty pöly pysyi stratosfäärissä noin 3 vuotta. El Chichon -tulivuoren (Meksiko) purkauksen seurauksena vuonna 1985 pölyä pääsi Eurooppaan, ja siksi pintalämpötilat laskivat hieman.

Maan ilmakehä sisältää vaihtelevan määrän vesihöyryä. Absoluuttisesti mitattuna painon tai tilavuuden mukaan sen määrä vaihtelee välillä 2-5%.

Vesihöyry, kuten hiilidioksidi, lisää kasvihuoneilmiötä. Ilmakehään syntyvissä pilvissä ja sumuissa tapahtuu omituisia fysikaalis-kemiallisia prosesseja.

Ilmakehän pääasiallinen vesihöyryn lähde on valtamerten pinta. Siitä haihtuu vuosittain 95-110 cm paksu vesikerros, jonka kosteudesta osa palaa tiivistymisen jälkeen valtamereen ja osa suuntautuu ilmavirroilla mantereille. Vaihtelevan kostean ilmaston alueilla sade kostuttaa maaperää ja kosteilla alueilla pohjavesivarastoja. Siten ilmakehä on kosteuden kerääjä ja sateen säiliö. ja ilmakehään muodostuvat sumut kosteuttavat maapeitettä ja ovat siten ratkaisevassa roolissa eläin- ja kasvimaailman kehityksessä.

Ilmakehän kosteus jakautuu maan pinnalle ilmakehän liikkuvuuden vuoksi. Sillä on erittäin monimutkainen tuuli- ja paineen jakautumisjärjestelmä. Koska ilmakehä on jatkuvassa liikkeessä, tuulen virtausten ja paineen jakautumisen luonne ja laajuus muuttuvat jatkuvasti. Liikkeen mittakaavat vaihtelevat mikrometeorologisista, joiden koko on vain muutaman sadan metrin, globaaliin, jonka koko on useita kymmeniä tuhansia kilometrejä. Valtavat ilmakehän pyörteet osallistuvat laajamittaisten ilmavirtojen järjestelmien luomiseen ja määräävät ilmakehän yleisen kierron. Lisäksi ne ovat katastrofaalisten ilmakehän ilmiöiden lähteitä.

Sää- ja ilmasto-olojen jakautuminen ja elävän aineen toiminta riippuvat ilmanpaineesta. Mikäli ilmanpaine vaihtelee pienissä rajoissa, sillä ei ole ratkaisevaa merkitystä ihmisten hyvinvoinnille ja eläinten käyttäytymiselle eikä se vaikuta kasvien fysiologisiin toimintoihin. Pääsääntöisesti frontaaliset ilmiöt ja säämuutokset liittyvät paineen muutoksiin.

Ilmakehän paineella on perustavanlaatuinen merkitys tuulen muodostumiselle, joka helpotusta muodostavana tekijänä vaikuttaa voimakkaimmin kasvistoon ja eläimistöön.

Tuuli pystyy hillitsemään kasvien kasvua ja samalla edistämään siementen siirtymistä. Tuulen rooli sää- ja ilmasto-olosuhteiden muodostumisessa on suuri. Hän toimii myös merivirtojen säätelijänä. Tuuli yhtenä eksogeenisista tekijöistä edistää kuluneen materiaalin kulumista ja deflaatiota pitkien etäisyyksien aikana.

Ilmakehän prosessien ekologinen ja geologinen rooli

Aerosolihiukkasten ja kiinteän pölyn ilmaantumisen aiheuttama ilmakehän läpinäkyvyyden väheneminen vaikuttaa auringon säteilyn jakautumiseen lisäämällä albedoa tai heijastavuutta. Erilaiset kemialliset reaktiot johtavat samaan tulokseen, aiheuttaen otsonin hajoamista ja vesihöyrystä koostuvien "helmipilvien" muodostumista. Globaali heijastavuuden muutos sekä muutokset ilmakehän kaasukoostumuksessa, pääasiassa kasvihuonekaasuissa, ovat syynä ilmastonmuutokseen.

Epätasainen kuumeneminen, joka aiheuttaa ilmanpaine-eroja maan pinnan eri osissa, johtaa ilmakehän kiertoon, joka on troposfäärin tunnusmerkki. Kun paineessa on eroa, ilma ryntää korkeapaineisilta alueilta matalapaineisille alueille. Nämä ilmamassojen liikkeet yhdessä kosteuden ja lämpötilan kanssa määräävät ilmakehän prosessien tärkeimmät ekologiset ja geologiset piirteet.

Tuuli tuottaa nopeudesta riippuen erilaisia ​​geologisia töitä maan pinnalle. Nopeudella 10 m/s se ravistaa paksuja puiden oksia, poimii ja kuljettaa pölyä ja hienoa hiekkaa; murtaa puiden oksia nopeudella 20 m/s, kuljettaa hiekkaa ja soraa; nopeudella 30 m/s (myrsky) repii irti talojen katot, kaataa puita, murtaa pylväitä, siirtää kiviä ja kantaa pientä soraa ja hurrikaani nopeudella 40 m/s tuhoaa taloja, katkaisee ja purkaa sähköjohtoja pylväitä, kaataa juuriltaan suuria puita.

Myrskymyrskyillä ja tornadoilla (tornadot) on suuri negatiivinen ympäristövaikutus, jolla on katastrofaalisia seurauksia - ilmakehän pyörteitä, joita esiintyy lämpimänä vuodenaikana voimakkailla ilmakehän rintamilla jopa 100 m/s nopeudella. Myrskytuulet ovat vaakasuuntaisia ​​pyörteitä, joiden tuulennopeus on hurrikaaninen (jopa 60-80 m/s). Niihin liittyy usein voimakkaita sadekuuroja ja ukkosmyrskyjä, jotka kestävät muutamasta minuutista puoleen tuntiin. Myrskyt kattavat jopa 50 km leveitä alueita ja kulkevat 200-250 km matkan. Moskovassa ja Moskovan alueella vuonna 1998 myrsky vaurioitti monien talojen kattoja ja kaatoi puita.

Tornadot, joita kutsutaan Pohjois-Amerikassa tornadoiksi, ovat voimakkaita suppilomaisia ​​ilmakehän pyörteitä, jotka liittyvät usein ukkospilviin. Nämä ovat keskeltä kapenevia ilmapylväitä, joiden halkaisija on useita kymmeniä - satoja metrejä. Tornado näyttää suppilolta, joka on hyvin samanlainen kuin norsun runko, joka laskeutuu pilvistä tai nousee maan pinnalta. Voimakkaan harventumisen ja suuren pyörimisnopeuden ansiosta tornado kulkee jopa useita satoja kilometrejä vetäen sisäänsä pölyä, vettä säiliöistä ja erilaisista esineistä. Voimakkaisiin tornadoihin liittyy ukkosmyrskyjä, sateita ja niillä on suuri tuhovoima.

Tornadoja esiintyy harvoin subpolaarisilla tai päiväntasaajan alueilla, joilla on jatkuvasti kylmää tai kuumaa. Muutama tornado avomerellä. Tornadot esiintyvät Euroopassa, Japanissa, Australiassa, USA:ssa ja Venäjällä ne ovat erityisen yleisiä Keski-Mustamaan alueella, Moskovan, Jaroslavlin, Nižni Novgorodin ja Ivanovon alueilla.

Tornadot nostavat ja siirtävät autoja, taloja, vaunuja, siltoja. Erityisen tuhoisia tornadoja (tornadoja) havaitaan Yhdysvalloissa. Vuosittain rekisteröidään 450–1500 tornadoa ja keskimäärin noin 100 uhria. Tornadot ovat nopeasti vaikuttavia katastrofaalisia ilmakehän prosesseja. Ne muodostuvat vain 20-30 minuutissa, ja niiden olemassaoloaika on 30 minuuttia. Siksi on lähes mahdotonta ennustaa tornadojen esiintymisaikaa ja -paikkaa.

Muita tuhoisia, mutta pitkäaikaisia ​​ilmakehän pyörteitä ovat syklonit. Ne muodostuvat painehäviön vuoksi, mikä tietyissä olosuhteissa edistää ilmavirtojen ympyränmuotoista liikettä. Ilmakehän pyörteet syntyvät kostean lämpimän ilman voimakkaiden nousevien virtojen ympäriltä ja pyörivät suurella nopeudella myötäpäivään eteläisellä pallonpuoliskolla ja vastapäivään pohjoisella pallonpuoliskolla. Syklonit, toisin kuin tornadot, syntyvät valtamerien yltä ja aiheuttavat tuhoisia toimiaan mantereiden yli. Tärkeimmät tuhoa aiheuttavat tekijät ovat voimakkaat tuulet, voimakkaat sateet lumisateen muodossa, kaatosateet, rakeet ja tulvat. Tuulet, joiden nopeus on 19 - 30 m / s, muodostavat myrskyn, 30 - 35 m / s - myrskyn ja yli 35 m / s - hurrikaanin.

Trooppisten syklonien - hurrikaanien ja taifuunien - keskimääräinen leveys on useita satoja kilometrejä. Tuulen nopeus syklonin sisällä saavuttaa hurrikaanin voimakkuuden. Trooppiset syklonit kestävät useista päivistä useisiin viikkoihin ja liikkuvat nopeudella 50-200 km/h. Keskipitkän leveysasteen sykloneilla on suurempi halkaisija. Niiden poikittaismitat vaihtelevat tuhannesta useaan tuhanteen kilometriin, tuulen nopeus on myrskyinen. Ne liikkuvat pohjoisella pallonpuoliskolla lännestä, ja niihin liittyy rakeita ja lumisateita, jotka ovat katastrofaalisia. Syklonit ja niihin liittyvät hurrikaanit ja taifuunit ovat tulvien jälkeen suurimmat luonnonkatastrofit uhrien ja vahinkojen määrällä mitattuna. Aasian tiheästi asutuilla alueilla hurrikaanien uhrien määrä mitataan tuhansissa. Vuonna 1991 Bangladeshissa hurrikaanin aikana, joka aiheutti 6 m korkeiden meren aaltojen muodostumisen, kuoli 125 tuhatta ihmistä. Taifuunit aiheuttavat suuria vahinkoja Yhdysvalloille. Seurauksena on, että kymmeniä ja satoja ihmisiä kuolee. Länsi-Euroopassa hurrikaanit aiheuttavat vähemmän vahinkoja.

Ukkosmyrskyjä pidetään katastrofaalisena ilmakehän ilmiönä. Ne syntyvät, kun lämmin, kostea ilma nousee hyvin nopeasti. Trooppisten ja subtrooppisten vyöhykkeiden rajalla ukkosmyrskyjä esiintyy 90-100 päivää vuodessa, lauhkealla vyöhykkeellä 10-30 päivää. Maassamme eniten ukkosmyrskyjä esiintyy Pohjois-Kaukasiassa.

Ukkosmyrskyt kestävät yleensä alle tunnin. Voimakkaat sateet, rakeet, salamaniskut, tuulenpuuskat ja pystysuuntaiset ilmavirrat muodostavat erityisen vaaran. Raevaara määräytyy rakeiden koon mukaan. Pohjois-Kaukasiassa rakeiden massa oli kerran 0,5 kg ja Intiassa 7 kg painavia rakeita. Maamme vaarallisimmat alueet sijaitsevat Pohjois-Kaukasiassa. Heinäkuussa 1992 rakeet vaurioittivat 18 lentokonetta Mineralnye Vodyn lentokentällä.

Salama on vaarallinen sääilmiö. Ne tappavat ihmisiä, karjaa, aiheuttavat tulipaloja, vahingoittavat sähköverkkoa. Noin 10 000 ihmistä kuolee vuosittain ukkosmyrskyihin ja niiden seurauksiin maailmanlaajuisesti. Lisäksi joissain osissa Afrikkaa, Ranskassa ja Yhdysvalloissa salaman uhrien määrä on suurempi kuin muiden luonnonilmiöiden aiheuttamien uhrien määrä. Ukkosmyrskyjen vuosittaiset taloudelliset vahingot Yhdysvalloissa ovat vähintään 700 miljoonaa dollaria.

Kuivuus on tyypillistä autiomaa-, aro- ja metsä-aroalueille. Sateen puute aiheuttaa maaperän kuivumista, alentaa pohjaveden ja altaiden tasoa, kunnes ne kuivuvat kokonaan. Kosteuden puute johtaa kasvillisuuden ja sadon kuolemaan. Kuivuus on erityisen ankara Afrikassa, Lähi- ja Lähi-idässä, Keski-Aasiassa ja eteläisessä Pohjois-Amerikassa.

Kuivuus muuttaa ihmisten elämän olosuhteita, vaikuttaa haitallisesti luonnonympäristöön muun muassa maaperän suolaantumisen, kuivien tuulien, pölymyrskyjen, maaperän eroosion ja metsäpalojen kautta. Tulipalot ovat erityisen voimakkaita kuivuuden aikana taigan alueilla, trooppisissa ja subtrooppisissa metsissä ja savanneilla.

Kuivuus ovat lyhytaikaisia ​​prosesseja, jotka kestävät yhden kauden. Kun kuivuus kestää yli kaksi vuodenaikaa, on olemassa nälkään ja massakuolleisuuden uhka. Tyypillisesti kuivuuden vaikutukset ulottuvat yhden tai useamman maan alueelle. Erityisen usein pitkittynyttä kuivuutta, jolla on traagiset seuraukset, esiintyy Afrikan Sahelin alueella.

Ilmakehän ilmiöt, kuten lumisateet, ajoittaiset rankkasateet ja pitkittyneet pitkittyneet sateet, aiheuttavat suuria vahinkoja. Lumisateet aiheuttavat valtavia lumivyöryjä vuoristossa, ja sateisen lumen nopea sulaminen ja pitkittyneet rankkasateet johtavat tulviin. Valtava vesimassa, joka putoaa maan pinnalle, etenkin puuttomilla alueilla, aiheuttaa maaperän voimakasta eroosiota. Rokkopalkkijärjestelmät lisääntyvät voimakkaasti. Tulvat syntyvät suurten tulvien seurauksena rankkasateen aikana tai tulvista äkillisen lämpenemisen tai kevään lumen sulamisen jälkeen ja ovat siksi alkuperältään ilmakehän ilmiöitä (niitä käsitellään hydrosfäärin ekologista roolia käsittelevässä luvussa).

Ihmisten aiheuttamat muutokset ilmakehässä

Tällä hetkellä on olemassa monia erilaisia ​​antropogeenisen luonnon lähteitä, jotka saastuttavat ilmaa ja johtavat vakaviin ekologisen tasapainon rikkomuksiin. Mittakaavaltaan kahdella lähteellä on suurin vaikutus ilmakehään: liikenne ja teollisuus. Keskimäärin liikenteen osuus ilmansaasteiden kokonaismäärästä on noin 60 %, teollisuuden - 15%, lämpöenergian - 15%, kotitalous- ja teollisuusjätteiden hävittämistekniikan - 10%.

Kuljetus vapauttaa ilmakehään käytetystä polttoaineesta ja hapettimien tyypeistä riippuen typen oksideja, rikkiä, hiilen oksideja ja dioksidia, lyijyä ja sen yhdisteitä, nokea, bentsopyreeniä (polysyklisten aromaattisten hiilivetyjen ryhmään kuuluvaa ainetta, joka on voimakas syöpää aiheuttava aine, joka aiheuttaa ihosyöpää).

Teollisuus päästää ilmakehään rikkidioksidia, hiilioksideja ja -dioksidia, hiilivetyjä, ammoniakkia, rikkivetyä, rikkihappoa, fenolia, klooria, fluoria ja muita yhdisteitä ja kemikaaleja. Mutta päästöjen joukossa hallitseva asema (jopa 85 %) on pölyllä.

Saastumisen seurauksena ilmakehän läpinäkyvyys muuttuu, siihen ilmaantuu aerosoleja, savusumua ja happosateita.

Aerosolit ovat dispergoituja järjestelmiä, jotka koostuvat kiinteistä hiukkasista tai nestepisaroista, jotka on suspendoitu kaasumaiseen väliaineeseen. Dispergoituneen faasin hiukkaskoko on yleensä 10 -3 -10 -7 cm Dispergoituneen faasin koostumuksesta riippuen aerosolit jaetaan kahteen ryhmään. Yksi sisältää aerosolit, jotka koostuvat kaasumaiseen väliaineeseen dispergoituneista kiinteistä hiukkasista, toinen - aerosolit, jotka ovat kaasu- ja nestefaasien seos. Ensimmäistä kutsutaan savuksi ja toista sumuksi. Kondensaatiokeskuksilla on tärkeä rooli niiden muodostumisprosessissa. Kondensaatioytimina toimivat vulkaaninen tuhka, kosminen pöly, teollisuuden päästöjen tuotteet, erilaiset bakteerit jne. Mahdollisten keskittymisytimien lähteiden määrä kasvaa jatkuvasti. Joten esimerkiksi kun kuiva ruoho tuhoutuu tulipalossa 4000 m 2:n alueella, muodostuu keskimäärin 11 * 10 22 aerosoliytimiä.

Aerosolit alkoivat muodostua planeettamme syntyhetkestä lähtien ja vaikuttivat luonnonolosuhteisiin. Niiden määrä ja toiminta tasapainossa luonnon yleisen ainekierron kanssa eivät kuitenkaan aiheuttaneet syviä ekologisia muutoksia. Niiden muodostumisen antropogeeniset tekijät siirsivät tämän tasapainon kohti merkittäviä biosfäärin ylikuormituksia. Tämä ominaisuus on ollut erityisen selvä siitä lähtien, kun ihmiskunta alkoi käyttää erityisesti luotuja aerosoleja sekä myrkyllisten aineiden muodossa että kasvinsuojelussa.

Kasvillisuuden peitteelle vaarallisimpia ovat rikkidioksidin, fluorivedyn ja typen aerosolit. Joutuessaan kosketuksiin märän lehtipinnan kanssa ne muodostavat happoja, joilla on haitallinen vaikutus eläviin olentoihin. Happosumut pääsevät yhdessä sisäänhengitetyn ilman kanssa eläinten ja ihmisten hengityselimiin ja vaikuttavat aggressiivisesti limakalvoihin. Jotkut niistä hajottavat elävää kudosta, ja radioaktiiviset aerosolit aiheuttavat syöpää. Radioaktiivisista isotoopeista SG 90 on erityisen vaarallinen paitsi sen karsinogeenisuuden vuoksi, myös kalsiumin analogina, joka korvaa sen organismien luissa ja aiheuttaa niiden hajoamisen.

Ydinräjähdyksen aikana ilmakehään muodostuu radioaktiivisia aerosolipilviä. Pienet hiukkaset, joiden säde on 1 - 10 mikronia, putoavat paitsi troposfäärin ylempiin kerroksiin, myös stratosfääriin, jossa ne pystyvät pysymään pitkään. Aerosolipilviä muodostuu myös ydinpolttoainetta tuottavien teollisuuslaitosten reaktorien käytön aikana sekä ydinvoimalaitosten onnettomuuksien seurauksena.

Sumu on seos aerosoleja, joissa on nestemäisiä ja kiinteitä dispergoituneita faaseja, jotka muodostavat sumuisen verhon teollisuusalueiden ja suurten kaupunkien ylle.

Sumua on kolmenlaisia: jää, märkä ja kuiva. Jääsumua kutsutaan nimellä Alaskan. Tämä on yhdistelmä kaasumaisia ​​epäpuhtauksia, joihin on lisätty pölyhiukkasia ja jääkiteitä, joita syntyy, kun sumupisarat ja lämmitysjärjestelmien höyryt jäätyvät.

Märkää savusumua tai Lontoon tyyppistä savusumua kutsutaan joskus talvisumuksi. Se on seos kaasumaisia ​​epäpuhtauksia (pääasiassa rikkidioksidia), pölyhiukkasia ja sumupisaroita. Talvisumun ilmaantumisen meteorologinen edellytys on tyyni sää, jolloin kylmän ilman pintakerroksen yläpuolella (alle 700 m) on lämmintä ilmaa. Samanaikaisesti ei vain vaakasuuntaista, vaan myös pystysuoraa vaihtoa ei ole. Epäpuhtaudet, jotka yleensä leviävät korkeisiin kerroksiin, kerääntyvät tällöin pintakerrokseen.

Kuivaa savusumua esiintyy kesällä, ja sitä kutsutaan usein LA-tyypin savusumuksi. Se on otsonin, hiilimonoksidin, typen oksidien ja happohöyryjen seos. Tällainen savusumu muodostuu auringon säteilyn, erityisesti sen ultraviolettiosan, aiheuttaman saasteiden hajoamisen seurauksena. Meteorologinen edellytys on ilmakehän inversio, joka ilmaistaan ​​kylmän ilmakerroksen ilmaantumisena lämpimän yläpuolelle. Yleensä lämpimien ilmavirtojen nostamat kaasut ja kiinteät hiukkaset hajoavat sitten ylempiin kylmiin kerroksiin, mutta tässä tapauksessa ne kerääntyvät inversiokerrokseen. Fotolyysiprosessissa autojen moottoreissa polttoaineen palamisen aikana muodostuneet typpidioksidit hajoavat:

NO 2 → NO + O

Sitten tapahtuu otsonin synteesi:

O + O 2 + M → O 3 + M

NO + O → NO 2

Fotodissosiaatioprosesseihin liittyy kelta-vihreä hehku.

Lisäksi reaktioita tapahtuu tyypin mukaan: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, eli muodostuu vahvaa rikkihappoa.

Sääolosuhteiden muuttuessa (tuulen ilmaantuminen tai kosteuden muutos) kylmä ilma haihtuu ja savusumu katoaa.

Karsinogeenien esiintyminen savusumussa johtaa hengitysvajaukseen, limakalvojen ärsytykseen, verenkiertohäiriöihin, astmaattiseen tukehtumiseen ja usein kuolemaan. Sumu on erityisen vaarallista pienille lapsille.

Happosade on ilmakehän sadetta, joka on happamoitunut teollisuuden rikin oksidien, typen oksidien ja niihin liuenneen perkloorihapon ja kloorin höyryjen vaikutuksesta. Hiilen ja kaasun polttoprosessissa suurin osa siinä olevasta rikistä, sekä oksidina että raudan kanssa yhdistetyissä yhdisteissä, erityisesti rikkikiisussa, pyrrotiitissa, kalkopyriitissä jne., muuttuu rikkioksidiksi, joka yhdessä hiilen kanssa dioksidia, vapautuu ilmakehään. Kun ilmakehän typpeä ja teknisiä päästöjä yhdistetään hapen kanssa, muodostuu erilaisia ​​typen oksideja, ja muodostuvien typen oksidien määrä riippuu palamislämpötilasta. Suurin osa typen oksideista syntyy ajoneuvojen ja dieselvetureiden käytön aikana ja pienempi osa energia-alalla ja teollisuusyrityksissä. Rikki ja typen oksidit ovat tärkeimmät hapon muodostajat. Reagoiessaan ilmakehän hapen ja siinä olevan vesihöyryn kanssa muodostuu rikki- ja typpihappoa.

Tiedetään, että väliaineen alkali-happotasapaino määräytyy pH-arvon perusteella. Neutraalin ympäristön pH-arvo on 7, happaman ympäristön pH-arvo 0 ja emäksisen ympäristön pH-arvo 14. Nykyaikana sadeveden pH-arvo on 5,6, vaikka lähimenneisyydessä se on oli neutraali. pH-arvon aleneminen yhdellä vastaa happamuuden kymmenkertaista nousua ja siksi tällä hetkellä happamuutta lisääviä sateita sataa lähes kaikkialle. Länsi-Euroopan sateiden suurin happamuus oli 4-3,5 pH. On otettava huomioon, että pH-arvo 4-4,5 on tappava useimmille kaloille.

Happamat sateet vaikuttavat aggressiivisesti maapallon kasvillisuuteen, teollisuus- ja asuinrakennuksiin ja kiihdyttävät merkittävästi paljaiden kivien sään kulumista. Happamuuden lisääntyminen estää ravinteiden liuenneen maaperän neutraloinnin itsesäätelyn. Tämä puolestaan ​​johtaa satojen voimakkaaseen laskuun ja aiheuttaa kasvillisuuden huononemista. Maaperän happamuus edistää sitoutuneessa tilassa olevien raskaiden vapautumista, jotka imeytyvät vähitellen kasveihin aiheuttaen niissä vakavia kudosvaurioita ja tunkeutuen ihmisen ravintoketjuun.

Merivesien alkalihappopotentiaalin muutos, erityisesti matalissa vesissä, johtaa monien selkärangattomien lisääntymisen pysähtymiseen, aiheuttaa kalojen kuoleman ja häiritsee valtamerten ekologista tasapainoa.

Happamien sateiden seurauksena Länsi-Euroopan, Baltian maiden, Karjalan, Uralin, Siperian ja Kanadan metsät ovat kuoleman uhan alla.

Ilmakehän rooli maapallon elämässä

Ilmakehä on ihmisten hengittämän hapen lähde. Kuitenkin, kun nouset korkeuteen, ilmakehän kokonaispaine laskee, mikä johtaa osittaisen hapen paineen laskuun.

Ihmisen keuhkoissa on noin kolme litraa alveolaarista ilmaa. Jos ilmanpaine on normaali, alveolaarisen ilman hapen osapaine on 11 mm Hg. Art., hiilidioksidin paine - 40 mm Hg. Art., ja vesihöyry - 47 mm Hg. Taide. Korkeuden noustessa hapen paine laskee, ja vesihöyryn ja hiilidioksidin paine keuhkoissa pysyy kokonaisuudessaan vakiona - noin 87 mm Hg. Taide. Kun ilmanpaine on yhtä suuri kuin tämä arvo, happi lakkaa virtaamasta keuhkoihin.

Ilmakehän paineen laskun vuoksi 20 km:n korkeudessa vesi ja ruumiinväliset nesteet kiehuvat ihmiskehossa. Jos et käytä paineistettua hyttiä, sellaisella korkeudella ihminen kuolee melkein välittömästi. Siksi ihmiskehon fysiologisten ominaisuuksien kannalta "avaruus" on peräisin 20 km:n korkeudelta merenpinnan yläpuolella.

Ilmakehän rooli maapallon elämässä on erittäin suuri. Joten esimerkiksi tiheiden ilmakerrosten - troposfäärin ja stratosfäärin - ansiosta ihmiset ovat suojassa säteilyaltistumiselta. Avaruudessa, harvinaisessa ilmassa, yli 36 km:n korkeudessa, ionisoiva säteily vaikuttaa. Yli 40 km korkeudessa - ultravioletti.

Noustessa Maan pinnan yläpuolelle yli 90-100 km:n korkeuteen tapahtuu asteittainen heikkeneminen ja sitten ihmisille tuttujen ilmiöiden täydellinen katoaminen ilmakehän alemmassa kerroksessa:

Ääni ei leviä.

Ei ole aerodynaamista voimaa ja vastusta.

Lämpöä ei siirretä konvektiolla jne.

Ilmakehän kerros suojaa maapalloa ja kaikkia eläviä organismeja kosmiselta säteilyltä, meteoriiteilta, vastaa vuodenaikojen lämpötilanvaihteluiden säätelystä, päivittäisten lämpötilavaihteluiden tasapainottamisesta ja tasoittamisesta. Ilman ilmakehää maapallolla päivittäinen lämpötila vaihtelisi +/-200 asteen sisällä. Ilmakehän kerros on elämää antava "puskuri" maan pinnan ja ulkoavaruuden välillä, kosteuden ja lämmön kantaja; ilmakehässä tapahtuu fotosynteesi- ja energianvaihtoprosesseja - tärkeimpiä biosfäärin prosesseja.

Ilmakehän kerrokset järjestyksessä maan pinnasta

Ilmakehä on kerrosrakenne, joka on seuraavat ilmakehän kerrokset järjestyksessä maan pinnasta:

Troposfääri.

Stratosfääri.

Mesosfääri.

Termosfääri.

Eksosfääri

Jokaisen kerroksen välillä ei ole teräviä rajoja, ja niiden korkeuteen vaikuttavat leveysaste ja vuodenajat. Tämä kerrosrakenne muodostui eri korkeuksilla tapahtuneiden lämpötilamuutosten seurauksena. Ilmapiirin ansiosta näemme tuikkivia tähtiä.

Maan ilmakehän rakenne kerroksittain:

Mistä maapallon ilmakehä on tehty?

Jokainen ilmakehän kerros eroaa lämpötilaltaan, tiheydeltä ja koostumukseltaan. Ilmakehän kokonaispaksuus on 1,5-2,0 tuhatta km. Mistä maapallon ilmakehä on tehty? Tällä hetkellä se on kaasujen seos erilaisten epäpuhtauksien kanssa.

Troposfääri

Maan ilmakehän rakenne alkaa troposfääristä, joka on noin 10-15 km korkea ilmakehän alaosa. Tänne on keskittynyt suurin osa ilmakehän ilmasta. Troposfäärille tyypillinen piirre on 0,6 ˚C:n lämpötilan lasku, kun nouset ylös 100 metrin välein. Troposfääri on koonnut itsessään lähes kaiken ilmakehän vesihöyryn ja täällä muodostuu myös pilviä.

Troposfäärin korkeus vaihtelee päivittäin. Lisäksi sen keskiarvo vaihtelee leveysasteesta ja vuodenajasta riippuen. Troposfäärin keskimääräinen korkeus napojen yläpuolella on 9 km, päiväntasaajan yläpuolella - noin 17 km. Vuoden keskilämpötila päiväntasaajalla on lähellä +26 ˚C ja pohjoisnavalla -23 ˚C. Troposfäärin rajan yläviiva päiväntasaajan yläpuolella on vuoden keskilämpötila noin -70 ˚C ja pohjoisnavan yläpuolella kesällä -45 ˚C ja talvella -65 ˚C. Eli mitä korkeampi korkeus, sitä alhaisempi lämpötila. Auringon säteet kulkevat vapaasti troposfäärin läpi lämmittäen maan pintaa. Auringon säteilemää lämpöä pidättävät hiilidioksidi, metaani ja vesihöyry.

Stratosfääri

Troposfäärin kerroksen yläpuolella on stratosfääri, joka on 50-55 km korkea. Tämän kerroksen erikoisuus on lämpötilan nousu korkeuden myötä. Troposfäärin ja stratosfäärin välissä on siirtymäkerros, jota kutsutaan tropopausiksi.

Noin 25 kilometrin korkeudelta stratosfäärikerroksen lämpötila alkaa nousta ja saavuttaa 50 km:n maksimikorkeuden, se saa arvot +10 - +30 ˚C.

Stratosfäärissä on hyvin vähän vesihöyryä. Joskus noin 25 km korkeudessa voi löytää melko ohuita pilviä, joita kutsutaan "helmiäisiksi". Päivällä ne eivät ole havaittavissa, mutta yöllä ne hehkuvat auringonvalon vuoksi, joka on horisontin alapuolella. Helmiäispilvien koostumus on alijäähtynyttä vesipisaroita. Stratosfääri koostuu pääosin otsonista.

Mesosfääri

Mesosfäärikerroksen korkeus on noin 80 km. Täällä sen noustessa ylöspäin lämpötila laskee ja ylimmällä rajalla saavuttaa useita kymmeniä C˚ nollan alapuolella. Mesosfäärissä voidaan havaita myös pilviä, jotka oletettavasti muodostuvat jääkiteistä. Näitä pilviä kutsutaan "hopeaisiksi". Mesosfäärille on ominaista ilmakehän kylmin lämpötila: -2 - -138 ˚C.

Termosfääri

Tämä ilmakehän kerros sai nimensä korkeiden lämpötilojen vuoksi. Termosfääri koostuu:

Ionosfääri.

eksosfäärit.

Ionosfäärille on ominaista harvinainen ilma, jonka jokainen senttimetri 300 km:n korkeudessa koostuu 1 miljardista atomista ja molekyylistä ja 600 km:n korkeudessa yli 100 miljoonasta.

Ionosfäärille on ominaista myös korkea ilman ionisaatio. Nämä ionit koostuvat varautuneista happiatomeista, varautuneista typpiatomien molekyyleistä ja vapaista elektroneista.

Eksosfääri

800-1000 km:n korkeudesta alkaa eksosfäärikerros. Kaasupartikkelit, erityisesti kevyet, liikkuvat täällä suurella nopeudella, voittamalla painovoiman. Tällaiset hiukkaset lentävät nopean liikkeensä vuoksi ilmakehästä ulkoavaruuteen ja hajoavat. Siksi eksosfääriä kutsutaan dispersiopalloksi. Avaruuteen lentävät pääasiassa vetyatomit, jotka muodostavat eksosfäärin korkeimmat kerrokset. Yläilmakehän hiukkasten ja aurinkotuulen hiukkasten ansiosta voimme tarkkailla revontulia.

Satelliitit ja geofysikaaliset raketit mahdollistivat planeetan säteilyvyön läsnäolon yläilmakehässä, joka koostuu sähköisesti varautuneista hiukkasista - elektroneista ja protoneista.

Tunnelma(kreikan sanasta atmos - höyry ja spharia - pallo) - Maan ilmakuori, joka pyörii sen kanssa. Ilmakehän kehitys liittyi läheisesti planeetallamme tapahtuviin geologisiin ja geokemiallisiin prosesseihin sekä elävien organismien toimintaan.

Ilmakehän alaraja on sama kuin maan pinta, koska ilma tunkeutuu maaperän pienimpiin huokosiin ja liukenee jopa veteen.

Yläraja 2000-3000 km korkeudessa siirtyy vähitellen ulkoavaruuteen.

Happirikas ilmakehä mahdollistaa elämän maan päällä. Ihmisten, eläinten ja kasvien hengitysprosessissa käytetään ilmakehän happea.

Jos ilmakehää ei olisi, maapallo olisi yhtä hiljainen kuin kuu. Loppujen lopuksi ääni on ilmahiukkasten värähtelyä. Taivaan sininen väri selittyy sillä, että auringonsäteet, jotka kulkevat ilmakehän läpi, ikään kuin linssin läpi, hajoavat komponenttiväreihinsä. Tässä tapauksessa sinisen ja sinisen värin säteet ovat hajallaan eniten.

Ilmakehässä säilyy suurin osa Auringon ultraviolettisäteilystä, jolla on haitallinen vaikutus eläviin organismeihin. Se pitää myös lämpöä maan pinnalla ja estää planeettamme jäähtymisen.

Ilmakehän rakenne

Ilmakehässä voidaan erottaa useita kerroksia, jotka eroavat tiheydeltä ja tiheydeltä (kuva 1).

Troposfääri

Troposfääri- ilmakehän alin kerros, jonka paksuus napojen yläpuolella on 8-10 km, lauhkeilla leveysasteilla - 10-12 km ja päiväntasaajan yläpuolella - 16-18 km.

Riisi. 1. Maan ilmakehän rakenne

Troposfäärin ilma lämpenee maan pinnasta eli maasta ja vedestä. Siksi tämän kerroksen ilman lämpötila laskee korkeuden myötä keskimäärin 0,6 °C jokaista 100 m kohden. Troposfäärin ylärajalla se saavuttaa -55 °C. Samaan aikaan päiväntasaajan alueella troposfäärin ylärajalla ilman lämpötila on -70 °С ja pohjoisnavan alueella -65 ° С.

Noin 80% ilmakehän massasta on keskittynyt troposfääriin, melkein kaikki vesihöyry sijaitsee, esiintyy ukkosmyrskyjä, myrskyjä, pilviä ja sateita, sekä pystysuoraa (konvektio) ja vaakasuuntaista (tuuli) ilmaliikettä.

Voimme sanoa, että sää muodostuu pääasiassa troposfäärissä.

Stratosfääri

Stratosfääri- ilmakehän kerros, joka sijaitsee troposfäärin yläpuolella 8-50 km:n korkeudessa. Tämän kerroksen taivaan väri näyttää violetilta, mikä selittyy ilman harvinaisuudella, jonka vuoksi auringonsäteet eivät melkein hajoa.

Stratosfääri sisältää 20% ilmakehän massasta. Tämän kerroksen ilma on harvinaistunut, vesihöyryä ei käytännössä ole, ja siksi pilviä ja sadetta ei juuri muodostu. Stratosfäärissä havaitaan kuitenkin vakaita ilmavirtoja, joiden nopeus saavuttaa 300 km / h.

Tämä kerros konsentroidaan otsoni(otsoniverkko, otsonosfääri), kerros, joka absorboi ultraviolettisäteitä ja estää niiden kulkeutumisen Maahan ja suojelee siten planeettamme eläviä organismeja. Otsonista johtuen ilman lämpötila stratosfäärin ylärajalla on -50 - 4-55 °C.

Mesosfäärin ja stratosfäärin välissä on siirtymävyöhyke - stratopause.

Mesosfääri

Mesosfääri- ilmakehän kerros, joka sijaitsee 50-80 km:n korkeudessa. Ilman tiheys on täällä 200 kertaa pienempi kuin maan pinnalla. Mesosfäärin taivaan väri näyttää mustalta, tähdet näkyvät päivän aikana. Ilman lämpötila laskee -75 (-90)°С.

80 km korkeudessa alkaa termosfääri. Ilman lämpötila tässä kerroksessa nousee jyrkästi 250 metrin korkeuteen ja muuttuu sitten vakioksi: 150 km:n korkeudessa se saavuttaa 220-240 °C; 500-600 km korkeudessa se ylittää 1500 °C.

Mesosfäärissä ja termosfäärissä kosmisten säteiden vaikutuksesta kaasumolekyylit hajoavat varautuneiksi (ionisoituneiksi) atomihiukkasiksi, joten tätä ilmakehän osaa kutsutaan ns. ionosfääri- 50–1000 km:n korkeudella sijaitseva erittäin harvinainen ilmakerros, joka koostuu pääasiassa ionisoiduista happiatomeista, typpioksidimolekyyleistä ja vapaista elektroneista. Tälle kerrokselle on ominaista korkea sähköistyminen, ja siitä heijastuu pitkät ja keskipitkät radioaallot, kuten peilistä.

Ionosfäärissä syntyy revontulia - harvinaisten kaasujen hehkua Auringosta lentävien sähköisesti varautuneiden hiukkasten vaikutuksesta - ja magneettikentässä havaitaan voimakkaita heilahteluja.

Eksosfääri

Eksosfääri- ilmakehän ulompi kerros, joka sijaitsee yli 1000 km. Tätä kerrosta kutsutaan myös sirontapalloksi, koska kaasuhiukkaset liikkuvat täällä suurella nopeudella ja voivat sirota avaruuteen.

Ilmakehän koostumus

Ilmakehä on kaasuseos, joka koostuu typestä (78,08 %), hapesta (20,95 %), hiilidioksidista (0,03 %), argonista (0,93 %), pienestä määrästä heliumia, neonista, ksenonista, kryptonista (0,01 %), otsonia ja muita kaasuja, mutta niiden pitoisuus on mitätön (taulukko 1). Maan ilman nykyaikainen koostumus vakiintui yli sata miljoonaa vuotta sitten, mutta jyrkästi lisääntynyt ihmisen tuotantotoiminta johti kuitenkin sen muutokseen. Tällä hetkellä CO 2 -pitoisuus on lisääntynyt noin 10-12 %.

Ilmakehän muodostavat kaasut suorittavat erilaisia ​​toiminnallisia rooleja. Näiden kaasujen pääasiallisen merkityksen määrittää kuitenkin ensisijaisesti se, että ne absorboivat erittäin voimakkaasti säteilyenergiaa ja vaikuttavat siten merkittävästi Maan pinnan ja ilmakehän lämpötilaolosuhteisiin.

Taulukko 1. Kuivan ilmakehän kemiallinen koostumus lähellä maan pintaa

	Volyymi keskittyminen. %	Molekyylipaino, yksiköt
Happi
Hiilidioksidi
Typpioksidi
	0 - 0,00001
Rikkidioksidi	0 - 0,000007 kesällä; 0 - 0,000002 talvella
	0 - 0,000002	46,0055/17,03061
Atsogdioksidi
Hiilimonoksidi

typpi, yleisin kaasu ilmakehässä, kemiallisesti vähän aktiivinen.

Happi, toisin kuin typpi, on kemiallisesti erittäin aktiivinen alkuaine. Hapen erityinen tehtävä on heterotrofisten organismien, kivien ja tulivuorten ilmakehään vapauttamien epätäydellisesti hapettuneiden kaasujen orgaanisen aineen hapetus. Ilman happea kuollut orgaaninen aines ei hajoaisi.

Hiilidioksidin rooli ilmakehässä on poikkeuksellisen suuri. Se pääsee ilmakehään palamisprosessien, elävien organismien hengityksen, hajoamisen seurauksena ja on ennen kaikkea tärkein rakennusmateriaali orgaanisen aineen luomiseksi fotosynteesin aikana. Lisäksi hiilidioksidin ominaisuus lähettää lyhytaaltoista aurinkosäteilyä ja absorboida osaa pitkäaaltoisesta lämpösäteilystä on erittäin tärkeä, mikä saa aikaan niin sanotun kasvihuoneilmiön, jota käsitellään jäljempänä.

Vaikutus ilmakehän prosesseihin, erityisesti stratosfäärin lämpöjärjestelmään, vaikuttaa myös otsoni. Tämä kaasu toimii auringon ultraviolettisäteilyn luonnollisena absorboijana, ja auringon säteilyn absorptio johtaa ilman lämpenemiseen. Ilmakehän kokonaisotsonipitoisuuden kuukausittaiset keskiarvot vaihtelevat alueen leveysasteesta ja vuodenajasta riippuen 0,23-0,52 cm (tämä on otsonikerroksen paksuus maanpaineessa ja lämpötilassa). Otsonipitoisuus lisääntyy päiväntasaajalta napoille ja vuotuinen vaihtelu, jonka minimi on syksyllä ja maksimi keväällä.

Ilmakehän ominaisuutena voidaan kutsua sitä, että pääkaasujen (typpi, happi, argon) pitoisuus muuttuu hieman korkeuden mukaan: 65 km:n korkeudessa ilmakehässä typpipitoisuus on 86%, happi - 19, argon - 0,91, 95 km:n korkeudessa - typpi 77, happi - 21,3, argon - 0,82%. Ilmakehän ilman koostumuksen pysyvyys pysty- ja vaakasuunnassa säilyy sen sekoituksella.

Kaasujen lisäksi ilma sisältää vesihöyry ja kiinteitä hiukkasia. Jälkimmäinen voi olla sekä luonnollista että keinotekoista (antropogeenistä) alkuperää. Näitä ovat kukkien siitepöly, pienet suolakiteet, tiepöly, aerosoliepäpuhtaudet. Kun auringonsäteet tunkeutuvat ikkunan läpi, ne voidaan nähdä paljaalla silmällä.

Erityisesti kaupunkien ja suurten teollisuuskeskusten ilmassa on paljon hiukkasia, joissa aerosoleihin lisätään polttoaineen palamisen aikana muodostuvia haitallisia kaasuja ja niiden epäpuhtauksia.

Ilmakehän aerosolipitoisuudet määräävät ilman läpinäkyvyyden, mikä vaikuttaa maan pinnalle tulevaan auringon säteilyyn. Suurimmat aerosolit ovat kondensaatioytimiä (alkaen lat. kondensaatio- tiivistyminen, paksuuntuminen) - myötävaikuttavat vesihöyryn muuttumiseen vesipisaroiksi.

Vesihöyryn arvon määrittää ensisijaisesti se, että se hidastaa maan pinnan pitkäaaltoista lämpösäteilyä; edustaa suurten ja pienten kosteuskiertojen päälinkkiä; nostaa ilman lämpötilaa vesipatsien tiivistyessä.

Vesihöyryn määrä ilmakehässä vaihtelee ajan ja tilan mukaan. Siten vesihöyryn pitoisuus lähellä maan pintaa vaihtelee 3 prosentista tropiikissa 2-10 (15) prosenttiin Etelämantereella.

Keskimääräinen vesihöyrypitoisuus ilmakehän pystysuorassa pylväässä lauhkeilla leveysasteilla on noin 1,6-1,7 cm (tiivistyneen vesihöyrykerroksen paksuus on sellainen). Tiedot vesihöyrystä ilmakehän eri kerroksissa ovat ristiriitaisia. Oletettiin esimerkiksi, että korkeusalueella 20-30 km ominaiskosteus kasvaa voimakkaasti korkeuden mukana. Myöhemmät mittaukset osoittavat kuitenkin stratosfäärin suurempaa kuivuutta. Ilmeisesti stratosfäärin ominaiskosteus riippuu vähän pituudesta ja on 2–4 mg/kg.

Vesihöyrypitoisuuden vaihtelu troposfäärissä määräytyy haihtumisen, kondensaation ja vaakasuoran kulkeutumisen vuorovaikutuksen perusteella. Vesihöyryn tiivistymisen seurauksena muodostuu pilviä ja sadetta sateen, rakeiden ja lumen muodossa.

Veden faasimuutosprosessit tapahtuvat pääasiassa troposfäärissä, minkä vuoksi helmiäisiksi ja hopeaksi kutsuttuja pilviä stratosfäärissä (20-30 km korkeudessa) ja mesosfäärissä (lähellä mesopaussia) havaitaan suhteellisen harvoin. , kun taas troposfäärin pilvet peittävät usein noin 50 % koko maan pinnasta.

Ilmaan mahtuvan vesihöyryn määrä riippuu ilman lämpötilasta.

1 m 3 ilmaa lämpötilassa -20 ° C voi sisältää enintään 1 g vettä; 0 °C:ssa - enintään 5 g; +10 °С:ssa - enintään 9 g; +30 °С - enintään 30 g vettä.

Johtopäätös: Mitä korkeampi ilman lämpötila, sitä enemmän se voi sisältää vesihöyryä.

Ilma voi olla rikas ja ei kyllästynyt höyryä. Joten jos +30 ° C:n lämpötilassa 1 m 3 ilmaa sisältää 15 g vesihöyryä, ilma ei ole kyllästynyt vesihöyryllä; jos 30 g - kylläinen.

Absoluuttinen kosteus- tämä on vesihöyryn määrä, joka sisältyy 1 m 3 ilmaan. Se ilmaistaan ​​grammoina. Jos esimerkiksi sanotaan "absoluuttinen kosteus on 15", tämä tarkoittaa, että 1 ml sisältää 15 g vesihöyryä.

Suhteellinen kosteus- tämä on suhde (prosentteina) todellisen vesihöyryn pitoisuudesta 1 m 3 ilmaa vesihöyryn määrään, joka voidaan sisältää 1 ml:ssa tietyssä lämpötilassa. Esimerkiksi, jos radio ilmoitti säätiedotteen lähetyksen aikana, että suhteellinen kosteus on 70%, tämä tarkoittaa, että ilma sisältää 70% vesihöyrystä, jonka se pystyy sitomaan tietyssä lämpötilassa.

Mitä suurempi ilman suhteellinen kosteus, t. mitä lähempänä ilma on kylläisyyttä, sitä todennäköisemmin se putoaa.

Päiväntasaajan vyöhykkeellä havaitaan aina korkea (jopa 90 %) suhteellinen kosteus, koska ilman lämpötila on korkea ympäri vuoden ja valtamerten pinnasta haihtuu paljon. Sama korkea suhteellinen kosteus on napa-alueilla, mutta vain siksi, että alhaisissa lämpötiloissa pienikin määrä vesihöyryä tekee ilman kyllästyneeksi tai lähes kylläiseksi. Lauhkeilla leveysasteilla suhteellinen kosteus vaihtelee vuodenaikojen mukaan - se on korkeampi talvella ja pienempi kesällä.

Ilman suhteellinen kosteus on erityisen alhainen aavikoilla: siellä 1 m 1 ilmaa sisältää 2-3 kertaa vähemmän vesihöyryä kuin annetussa lämpötilassa on mahdollista.

Suhteellisen kosteuden mittaamiseen käytetään kosteusmittaria (kreikan sanasta hygros - märkä ja metreco - mittaan).

Jäähdytettynä kyllästynyt ilma ei pysty pidättämään samaa määrää vesihöyryä itsessään, se sakeutuu (tiivistyy) muuttuen sumupisaroiksi. Sumua voi havaita kesällä kirkkaana viileänä yönä.

Pilviä- tämä on sama sumu, vain se ei muodostu maanpinnalle, vaan tietylle korkeudelle. Kun ilma nousee, se jäähtyy ja siinä oleva vesihöyry tiivistyy. Tuloksena olevat pienet vesipisarat muodostavat pilvet.

mukana pilvien muodostumisessa hiukkasia suspendoituneena troposfääriin.

Pilvet voivat olla eri muotoisia, mikä riippuu niiden muodostumisolosuhteista (taulukko 14).

Matalimmat ja raskaimmat pilvet ovat kerrospilvet. Ne sijaitsevat 2 km:n korkeudessa maanpinnasta. 2–8 kilometrin korkeudessa on havaittavissa viehättävämpiä kumpupilviä. Korkeimmat ja kevyimmät ovat cirruspilviä. Ne sijaitsevat 8-18 kilometrin korkeudessa maanpinnan yläpuolella.

perheitä	Erilaisia ​​pilviä	Ulkomuoto
A. Yläpilvet - yli 6 km	I. Pinnate	Lankamainen, kuitumainen, valkoinen
	II. cirrocumulus	Kerrokset ja harjanteet pieniä hiutaleita ja kiharoita, valkoinen
	III. Cirrostratus	Läpinäkyvä valkeahko verho
B. Keskikerroksen pilvet - yli 2 km	IV. Altocumulus	Kerrokset ja harjanteet valkoisia ja harmaita
	V. Altostratus	Väriltään maidonharmaa pehmeä verho
B. Alemmat pilvet - jopa 2 km	VI. Nimbostratus	Kiinteä muodoton harmaa kerros
	VII. Stratocumulus	Läpinäkymättömät kerrokset ja harjanteet harmaita
	VIII. kerroksittain	Valaistu harmaa verho
D. Pystysuuntaisen kehityksen pilvet - alemmasta ylempään tasoon	IX. Cumulus	Mailat ja kupolit kirkkaan valkoiset, tuulessa repeytyneet reunat
	X. Cumulonimbus	Voimakkaat kumpun muotoiset massat tummaa lyijyä

Ilmakehän suojaus

Pääasialliset lähteet ovat teollisuusyritykset ja autot. Suurissa kaupungeissa pääkuljetusreittien kaasusaastumisongelma on erittäin akuutti. Siksi monissa maailman suurissa kaupungeissa, myös maassamme, on otettu käyttöön autojen pakokaasujen myrkyllisyyden ympäristövalvonta. Asiantuntijoiden mukaan ilmassa oleva savu ja pöly voivat puolittaa aurinkoenergian virtauksen maan pinnalle, mikä johtaa luonnonolosuhteiden muutokseen.